JPH01258875A

JPH01258875A - 抵抗溶接用電極

Info

Publication number: JPH01258875A
Application number: JP8301688A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Takahashi; 靖雄高橋; Toru Saito; 斉藤　亨; Yasushi Takayama; 康高山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1989-10-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電気抵抗溶接に用いられる溶接用電極に関する
。

（従来の技術）スポット溶接などの電気抵抗溶接に用いられる電極は、
被溶接物に加圧力と電流を伝達、供給すると共に溶接熱
を吸収、放散する機能が要求される。従って、電極材料
特性としては高温強度が大きく、電気伝導度、熱伝導度
が良好であることと、出来るだけ低コストであることが
望まれる。これらの要求をバランス良く満足する材料と
してクロム銅合金あるいはアルミナ分散銅などが使用さ
れてきた。しかしながら、これら電極材料の場合−般の
冷延鋼板を溶接する際には充分な連続打点性（電極寿命
）を示すが、亜鉛めっき鋼板を始めとする各種表面処理
鋼板の溶接では、めっき金属と電極胴とが合金化して電
極先端部の高温強度、電気伝導度、熱伝導度などが劣化
するため、電極の損耗が激しく、−殻内には電極先端部
が凹型に損耗するかフラットに損耗して電極先端面積が
拡大する。このため電流密度が低下し所定のナゲツトが
形成され無くなり、電極のドレッシングあるいは交換ま
での時間を短縮せざるを得なくなることから、生産性の
低下が余儀なくされていた。

これら難点に対し、例えば特開昭５０−６４１４２号公
報、特開昭５５−１０９５８３号公報、特開昭６０−１
３０４８３号公報記載のごとく、銅合金を電極本体とし
て、芯材にＷ、ＭＯあるいはアルミナ分散銅、Ｗ−Ｃｕ
などを嵌合あるいは静水圧処理で一体化した複合電°極
が知られている。

しかし、これら複合電極の場合、適用する金属およびそ
の合金系が開示されているに過ぎず、その物理的な性質
と範囲などについては開示されていない。ここで重要な
ことは電極用金属およびその合金系の成分が同一でも熱
処理あるいはＲ造などにより、例えば材料の硬さは大幅
に変化し電極寿命に重要なりｅ響を及ぼすことにある。

即ち、本体と芯材の組合せにおいて、各々の物理的性質
の範囲と構成比率などが大切な要件である。従って本体
と芯材どの物理的性質が近ければ電極寿命は改善されず
、本体に比べ芯材が余りに高強度の場合、１１？度、熱
電導度が低く成り芯材が割れたり、めっき鋼板と溶着し
たり、後は落ちるなどの不具合が生じる。

（発明が解決しようとする課題）本発明はかかる従来電極および複合電極の問題点を解消
しようとするもので、めっき鋼板の溶接において電極溶
着や割れを生ずることなく連続打点性の高い抵抗溶接用
複合電極を提供することにある。

（ｙＩ題を解決するための手段）本発明の要旨を次に列挙する。

（１）スポット溶接に用いる抵抗溶接用複合電極におい
て、電極材料の構成を電極中心軸から外側に向かって順
に芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は
導電率ＩＡＣ３（％）が２０％以上でビッカース硬さが
１３０〜２００あり、内包材゛は導電率が７０％以上で
ビッカース硬さが９０〜１６０の範囲にある材料とし、
芯材と内包材の硬度差は３０以上であり、さらに外皮材
は導電率が４０％以上でビッカース硬さが１３０〜２０
０の範囲にある材料で、芯材の直径をｄ１、内包材の外
径をｄ２、外皮材の外径をｄ３としたときの、各部の比
率はｄｉ／ｄ３＝０．１２〜０．３２の範囲とし、ｄ２
／ｄ３＝０．５〜０．７５の範囲になるように構成され
たことを特徴とする抵抗溶接用電極。

（２）スポット溶接に用いる抵抗溶接用複合電極におい
て、電極材料の構成を電極中心軸から外側に向かって順
に芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は
導電率ＩＡＣＳ（％）が２０％以上でビッカース硬さが
１３０〜２００あり、内包材は導電率が１０〜７０％で
ビッカース硬さが１６０・〜２４０の範囲にある材料で
あり、さらに外皮材は導電率が４０％以上でビッカース
硬さが１３０・〜２００の範囲にある材料で、芯材の直
径をｄ１、内包材の外径をｄ２、外皮材の外径をｄ３と
したときの、各部の比率はｄｌ／ｄ３−０．１２〜０．
３２の範囲とし、ｄ２／ｄ３＝・０．５〜０．７５の範
囲になるように構成されたことを特徴とする抵抗溶接用
電極。

（３）シーム溶接に用いる抵抗溶接用複合電極において
、電極材料の構成を電極中心面から外側に向かって順に
芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は導
電率Ｉ　Ａ　ＣＳ　（％）が２０％以上でビッカース硬
さが１３０〜２００あり、内包材は導電率が７０％以上
でごッヵース硬さが９０〜１６０の範囲にある材料とし
、芯材と内包材の硬度差は３０以上であり、さらに外皮
材は導電率が４０％以上でビッカース硬さが１３０〜２
００の範囲にある材料で、芯材の幅をｗ１、内包材の外
面幅をＷ２、外皮材の外面幅をｗ３としたときの、各部
の比率はｗ１／ｗ３＝０．１２〜０．３２の範囲とし、
ｗ２／ｗ３＝０．５〜０．７５の範囲になるように構成
されたことを特徴とする抵抗溶接用電極。

（４）シーム溶接に用いる抵抗溶接用複合電極において
、電極材料の構成を電極中心面から外側に向かって順に
芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は導
電率Ｉ　Ａ　ＣＳ　（％以上でビッカース硬さが１３０
〜２００あり、内包材は導電率が１０〜７０％でビッカ
ース硬さが１６０〜２４０の範囲にある材料であり、さ
らに外皮材は導電率が４０％以上でビッカース−さが１
３０〜２００の範囲にある材料で、芯材の幅をｗ１、内
包材の外面幅をＷ２、外皮材の外面幅をｗ３としたとき
の、各部の比率はｗ１／ｗ３−０．１２〜０．３２の範
囲とし、ｗ２／ｗ３−０．５〜０．７５の範囲になるよ
うに構成されたことを特徴とする抵抗溶接用電極。

なお導電率は電気抵抗の逆数で、２０℃における万国標
準軟鋼の導電率を１００％としたときの比を表す。

本発明に関し図面を参照しながら以下に説明する。

（作用）第１図に示すようなスポット溶接用電極において、電極
の中心軸上に芯材１として、高強度な導電性物質（銅合
金）を配設し、芯材１の周囲（外側）には内包材２を配
設する。内包材２は二種類の材料を適用することが出来
る。即ち、（イ）比較的軟質で高導電性物質（銅合金）
を適用する場合と、（ロ）導電性は有るが比較的硬くて
脆い材料を適用する場合がある。さらに内包材２の周囲
（外側）には高強度で高導電性材料を外皮材３として配
設する。

本発明の複合電極では、本発明の請求項（１）および（
３）に示した内包材２の導電率が７０％以上でビッカー
ス硬さが９０〜１６０の範囲にあり、かつ芯材と内包材
の硬度差が３０以上の材料を適用した場合、電極の中央
部に配設した芯材１の硬さが、その周囲（外側）に配設
した内包材２に比べて高硬度（硬ｒ！Ｘ差≧３０）のた
め、めっき材の溶接で生ずるフラット−凹型損耗が起こ
らず、中央部（芯材部）が盛り上がった凸型損耗を維持
する。この状態を維持する限り電極先端部での電流密度
は低下せず電極寿命が格段に向上する。内包材の最低硬
さを９０としたのは、これ以下では柔らか過ぎてヘタリ
（変形）が大きくなり、一方硬ざ１６０超では内包材よ
り高硬度の芯材（ＩＩＦ度差≧３０）に割れ、溶着が生
じ易くなり、何れの場合も電極寿命が低下する要因と成
る。また芯材の最低の導電率を２０％としたのは、これ
未満では溶着し易くなるためであり、内包材の最低の導
電率を７０％としたのは、内包材の接触面で溶接電流の
大半を通電させるためである。

電極をキャップチップに仕上げた場合、内包材でテーパ
一部を形成するとビッカース硬さが全般に低いため、特
に電極下降時の衝撃力が大きいような場合テーパ一部が
押し広げられて、チップ全体がシャンク（スリーブとも
いう）に押し込まれる不都合が生じる。この問題を解決
するために、テーパ一部を形成する部分は外皮材３を適
用し、８Ｉ電率が４０％以上と良好で、電極加圧時の衝
撃力で加工変形しにくいビッカース硬さ（１３０〜２０
０の範囲）とした。この範囲であれば衝撃力の程度に応
じて適宜外皮材の硬さを選択して適用できる。

一方、本発明の請求項（２）および（４）に示した内包
材２の導電率が１０〜７０％で、ビッカース硬さが１６
０〜２４０の範囲にある材料とした場合は、電極の中央
部に配設した芯材１に比べ内包材２には、故意に硬くて
脆い特性、あるいはメツキ金属と合金化して脆化しやす
い材料を選択することで、溶接中は中央部（芯材部）が
盛り上がった凸型損耗を維持するように配材した。この
状態を維持する限り電極先端部での？ｉｉ流密度は低下
せず電極寿命が格段に向上する。キャップデツプのテー
パ一部を内包材２で形成すると硬くて脆いため割れを生
じるので、テーパー形成部には導電率が４０％以上で、
ビッカース硬さが１３０〜２００の範囲にある材料を外
皮材３として配材した。

本発明の請求項（１）および（２）のスポット溶接電極
で、芯材と外皮材の直径比（ｄｉ／ｄ３）を０．１２〜
０．３２としたのは、電極損耗後に形成される凸部の大
きさをコントロールするためであり、０．１２未満では
凸部の直径が小さく成り過ぎて所定のナゲツト径が得ら
れず、０．３２超では凸部が形成されても凸部の直径が
大き過ぎて電流密度が低下し、この場合もナゲツトが形
成されにくくなるためである。また、内包材と外皮材の
外径比（ｄ２／ｄ３）を０．５〜０．７５としたのは外
皮材の最小内径を限定するためであり、これはキャップ
チップにした際のテーパ一部を外皮材で形成するためで
ある。

また、本発明の請求項（３）および（４）のシーム溶接
電極で、芯材と外皮材の外面幅の比（Ｗ１／ｗ３）を０
．１２〜０．３２としたのは、電極損耗後に形成される
凸部の大きさをコントロールするためであり、０．１２
未満では凸部の幅が小さく成り過ぎて所定のナゲツト幅
が得られず、０．３２超では凸部が形成されても凸部の
幅が大き過ぎて電流密度が低下し、この場合もナゲツト
が形成されにくくなるためである。また、内包材と外皮
材の外面幅の比（ｗ２／ｗ３）を０．５〜０．７５とし
たのは外皮材の最小内面幅を限定するためであり、これ
はシーム溶接用円盤電極にした際に、内包材を保護する
ための外皮材の厚さを適正な範囲に保つためである。

なお、芯材１にはクロム・ジルコニウム銅、アルミナ分
散銅、チタニウム・ポライド分散銅などを用いる。導電
率が７０％以上でビッカース硬さが９０〜１６０の範囲
にある内包材２には純銅、クロム銅などを用い、導電率
が１０〜７０％でビッカース硬さが１６０〜２４０の範
囲にある内包材２にはジルコニウム・ポライド分散銅な
どを用いる。外皮材３にはクロム銅、ベリリウム鋼、ア
ルミナ分散銅などを用いる。

さらに、芯材１、内包材２および外皮材３の結合につい
ては第１図および第２図では熱間圧接状態を代表例とし
て示したが、これに限定されるものではなく冷間圧接、
鋳包み、テーパーによる機械的結合、静水圧処理による
接合、レーザー溶接、ろう接など、その接合方法につい
ては何等こだわるものではない。

以上説明したように複合電極として限定した範囲および
構成は、極めて重要な役割を果たすものである。

（実施例）以下、本発明に係わるスポット溶接用電極の連続打点性
に関する実施例につき説明する。

被溶接材は板厚０．８　ｒａｍの溶融亜鉛めっき銅板１
５０／１５０　（ｇ／Ｔｄ）を２枚重ねで用いた。

溶接条件をまとめて次に示す。

一１接ｍ　　　：定Ｖ１式６０ｋｖＡ（−）・電極形状
　二ＣＦ型４，５Ｍφ ・加圧力　　：２５０Ｋｇ・通電時間　：１０サイクル・溶接電流　：各電極での敗り発生限界電流値（１１５
００±１００ＯＡ　）・打点ピッチ：１５ａｍ・打点速度　＝１点７２秒（本）溶接機特性・・・溶接ロボットあるいはポータプ
ル溶接機に比べ、電極下降時の衝撃力は大。

連続打点性の評価は４五プグツト径（３，６ｔａｒｓφ
）を確保出来なく成るまでの最大溶接点数とし途中、電
極割れあるいは電極溶着が発生したときは、その時点で
試験を終了した。別紙衣に電極の特性と連続打点性評価
結果を示す。

なお、第１図および実施例ではＣＦ型電極を代表例とし
て示したが、これに限定されるものではなく、ドーム型
、ラジアス型など他の電極形状にも充分適用できるもの
である。なお、第２図に示したシーム溶接用電極では芯
材、内包材、外皮材を板（円盤）状に積層する。この他
、電極輪本体を外皮材として芯材、内包材を円周上に埋
設してもよい。

（発明の効果）以上、表の結果からも明らかなように、本発明の複合電
極は、めっき鋼板を始めとする各種表面処理鋼板の抵抗
溶接に適用して、被溶接物への電極溶着あるいは芯材の
割れなどがなく、打点数の増加に伴う電極の損耗は凸型
を促進、維持することで確実なナゲツトを形成し、従来
電極に比べ連続打点数の増加が著しいことから、生産効
率の向上が図れるなど産業利用上多大な効果をもたらす
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わるスポット溶接用電極の
構造を示す平面図および断面図、第２図はシーム溶接用
電極の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。１・・・芯材、２・・・内包材、３・・・外皮材。大２ｆｆｉ（山）／）− ヤ１図ヤ２０（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スポット溶接に用いる抵抗溶接用複合電極におい
て、電極材料の構成を電極中心軸から外側に向かって順
に芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は
導電率ＩＡＣＳ（％）が２０％以上でビッカース硬さが
１３０〜２００あり、内包材は導電率が７０％以上でビ
ッカース硬さが９０〜１６０の範囲にある材料とし、芯
材と内包材の硬度差は３０以上であり、さらに外皮材は
導電率が４０％以上でビッカース硬さが１３０〜２００
の範囲にある材料で、芯材の直径をｄ１、内包材の外径
をｄ２、外皮材の外径をｄ３としたときの、各部の比率
はｄ１／ｄ３＝０．１２〜０．３２の範囲とし、ｄ２／
ｄ３＝０．５〜０．７５の範囲になるように構成された
ことを特徴とする抵抗溶接用電極。
（２）スポット溶接に用いる抵抗溶接用複合電極におい
て、電極材料の構成を電極中心軸から外側に向かって順
に芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は
導電率ＩＡＣＳ（％）が２０％以上でビッカース硬さが
１３０〜２００あり、内包材は導電率が１０〜７０％で
ビッカース硬さが１６０〜２４０の範囲にある材料であ
り、さらに外皮材は導電率が４０％以上でビッカース硬
さが１３０〜２００の範囲にある材料で、芯材の直径を
ｄ１、内包材の外径をｄ２、外皮材の外径をｄ３とした
ときの、各部の比率はｄ１／ｄ３＝０．１２〜０．３２
の範囲とし、ｄ２／ｄ３＝０．５〜０．７５の範囲にな
るように構成されたことを特徴とする抵抗溶接用電極。
（３）シーム溶接に用いる抵抗溶接用複合電極において
、電極材料の構成を電極中心面から外側に向かって順に
芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は導
電率ＩＡＣＳ（％）が２０％以上でビッカース硬さが１
３０〜２００あり、内包材は導電率が７０％以上でビッ
カース硬さが９０〜１６０の範囲にある材料とし、芯材
と内包材の硬度差は３０以上であり、さらに外皮材は導
電率が４０％以上でビッカース硬さが１３０〜２００の
範囲にある材料で、芯材の幅をｗ１、内包材の外面幅を
ｗ２、外皮材の外面幅をｗ３としたときの、各部の比率
はｗ１／ｗ３＝０．１２〜０．３２の範囲とし、ｗ２／
ｗ３＝０．５〜０．７５の範囲になるように構成された
ことを特徴とする抵抗溶接用電極。
（４）シーム溶接に用いる抵抗溶接用複合電極において
、電極材料の構成を電極中心面から外側に向かって順に
芯材、内包材、外皮材から成る三重構造とし、芯材は導
電率ＩＡＣＳ（％）が２０％以上でビッカース硬さが１
３０〜２００あり、内包材は導電率が１０〜７０％でビ
ッカース硬さが１６０〜２４０の範囲にある材料であり
、さらに外皮材は導電率が４０％以上でビッカース硬さ
が１３０〜２００の範囲にある材料で、芯材の幅をｗ１
、内包材の外面幅をｗ２、外皮材の外面幅をｗ３とした
ときの、各部の比率はｗ１／ｗ３＝０．１２〜０．３２
の範囲とし、ｗ２／ｗ３＝０．５〜０．７５の範囲にな
るように構成されたことを特徴とする抵抗溶接用電極。