特許 6929507 電気抵抗溶接用電極

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6929507

(24)【登録日】2021年8月13日

(45)【発行日】2021年9月1日

(54)【発明の名称】電気抵抗溶接用電極

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/14 20060101AFI20210823BHJP

   B23K 11/30 20060101ALI20210823BHJP

【ＦＩ】

   B23K11/14 310

   B23K11/30

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-185452(P2017-185452)

(22)【出願日】2017年9月6日

(65)【公開番号】特開2019-42798(P2019-42798A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】512035918

【氏名又は名称】青山 省司

(72)【発明者】

【氏名】青山 好高

(72)【発明者】

【氏名】青山 省司

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１１８７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４７２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０６１３８０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １１／００ − １１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面円形の電極本体が銅合金を用いて構成され、
電極本体に大径孔と中径孔と小径孔から成るガイド孔が形成され、
ガイド孔に挿入される断面円形の進退部材が、大径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部と、中径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部と、鋼板部品が載置される電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通するガイドピンによって構成され、
ガイドピンが押し下げられたとき、冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、進退部材の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
進退部材は、単一の金属材料部材から構成され、
プロジェクションナットやプロジェクションボルトが進退部材に接触する箇所に、絶縁構造が採用されていることを特徴とする電気抵抗溶接用電極。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電極本体に形成した、大径孔と中径孔と小径孔から成るガイド孔に、大径部と中径部とガイドピンから成る進退部材が挿入されて冷却空気の流通を断続する、電気抵抗溶接用電極に関している。

【背景技術】

【0002】

特開２００２−２４８５７８号公報、特開２０１７−００６９８２号公報、特開２０１７−０４７４６９号公報、特開２０１７−１３６６３９号公報に記載されている電気抵抗溶接用電極は、電極本体内に大径孔、中径孔、小径孔からなるガイド孔が形成され、ガイドピン付きの合成樹脂材料製の摺動部がガイド孔に嵌め込まれており、ガイド孔の一部に形成した内端面に摺動部に形成した端面が密着して冷却空気の流通を遮断し、また、上記内端面から上記端面が離れて冷却空気の流通を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−２４８５７８号公報

【特許文献2】特開２０１７−００６９８２号公報

【特許文献3】特開２０１７−０４７４６９号公報

【特許文献4】特開２０１７−１３６６３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献に記載されている技術においては、電極に載置される鋼板部品がガイドピンに突き当たったときの対応策については、何も配慮がなされていない。作業者が差し入れる鋼板部品には、ガイドピンが貫通する下孔が設けられており、下孔の内周部がガイドピンに突き当たったり、鋼板部品の外端部がガイドピンに当たると、ガイドピンには傾斜方向や直径方向の力が作用し、これによって摺動部に弾性変形が発生してガイドピンの中心位置に狂いが発生したり、摺動部の密着性が損なわれて空気漏れが発生したりする。

【0005】

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、大径部と中径部とガイドピンからなる進退部材が、単一の金属材料部材から構成され、部品が進退部材に接触する箇所が絶縁構造とされている、電気抵抗溶接用電極である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の発明は、
断面円形の電極本体が銅合金を用いて構成され、
電極本体に大径孔と中径孔と小径孔から成るガイド孔が形成され、
ガイド孔に挿入される断面円形の進退部材が、大径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部と、中径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部と、鋼板部品が載置される電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通するガイドピンによって構成され、
ガイドピンが押し下げられたとき、冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、進退部材の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
進退部材は、単一の金属材料部材から構成され、
プロジェクションナットやプロジェクションボルトが進退部材に接触する箇所に、絶縁構造が採用されていることを特徴とする電気抵抗溶接用電極である。

【発明の効果】

【0007】

ガイド孔に挿入される断面円形の進退部材が、大径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部と、中径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部と、鋼板部品が載置される電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通するガイドピンによって構成されているとともに、進退部材は、単一の金属材料部材から構成され、プロジェクションナットやプロジェクションボルトなどの部品が進退部材に接触する箇所に、絶縁構造が採用されている。

【0008】

作業者が差し入れる鋼板部品には、ガイドピンが貫通する下孔が設けられており、下孔の内周部がガイドピンに突き当たったり、鋼板部品の外端部がガイドピンに突き当たったりすると、ガイドピンには傾斜方向あるいは直径方向の力が作用し、これによって進退部材が弾性変形をする。このような弾性変形が発生すると、ガイドピンが電極本体の中心軸線に対して偏心し、この偏心したガイドピンに鋼板部品の下孔が接触したままプロジェクションなどの部品が鋼板部品に溶接されてしまう。このようになると、ナットのねじ孔と下孔が同心状態にならず、場合によってはボルトがねじ込めないことが発生する。

【0009】

本発明においては、進退部材の大径部と中径部の２箇所が大径孔や中径孔に摺動しているので、進退部材は２点支持の状態になっている。また、進退部材は、単一の金属材料部材から構成され、プロジェクションナットやプロジェクションボルトなどの部品が進退部材に接触する箇所に、絶縁構造が採用されている。

【0010】

上記の２点支持状態と、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材に対して、直径方向や傾斜方向の外力が作用しても、進退部材の傾斜方向の変位が実質的に問題にならない程度に少量化される。つまり、進退部材全体が金属材料製とされているので、大径部や中径部の弾性変形が微量なものとなり、ガイドピンの偏心量が実質的に問題にならないレベルとなる。したがって、上記のような偏心に伴う溶接位置の不良問題が解消される。とくに、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材全体の弾性変形が最少化されるので、上記の偏心量を実質的に問題にならないレベルにすることが可能となる。

【0011】

さらに、進退部材の位置ずれが最少化されるので、静止内端面と可動端面との密着状態が確実に維持され、溶接待機時には冷却空気の流通が確実に遮断され、空気漏れによる経済性の問題や、騒音問題が解消される。

【0012】

進退部材は、単一の金属材料部材から、いわゆるワンピース部品の状態で製作されるとともに、絶縁の必要な局部に絶縁構造が採用されている。したがって、複数部品を組み立てる必要のないワンピース型の進退部材の製作と、必要な箇所の絶縁処理だけでよいので、進退部材の製作が簡素化され、各部の寸法精度向上にとって有利である。とりわけ、進退部材に施される絶縁処理構造を、部品が接触する箇所だけの範囲にすることができるので、絶縁処理の範囲を最小限にとどめることができて、製作容易で原価的にも有効である。

【0013】

上述の特許文献に記載されている構造は、進退部材の大径部や中径部に相当する箇所が絶縁性合成樹脂で構成されているので、合成樹脂部分と金属製ガイドピンの一体化構造が複雑になる。しかしながら、本発明では上述のようにして、複雑化の問題が解消される。また、いわゆる局部絶縁の構造であるから、絶縁構造の簡素化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】電極全体の各部断面図と進退部材の断面図である。

【図2】プロジェクションボルトの場合の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

つぎに、本発明に係る電気抵抗溶接用電極を実施するための形態を説明する。

【実施例】

【0016】

図１〜図２は、本発明の実施例を示す。

【0017】

最初に、電極本体について説明する。

【0018】

クロム銅のような銅合金製導電性金属材料で作られた電極本体１は、円筒状の形状であり、断面円形とされ、静止部材１１に差し込まれる固定部２と、鋼板部品３が載置されるキャップ部４がねじ部５において結合されて、断面円形の電極本体１が形成されている。電極本体１には断面円形のガイド孔６が形成され、このガイド孔６には、固定部２に形成された大径孔７と、この大径孔７よりも小径でキャップ部４に形成された中径孔８と、この中径孔８よりも小径の小径孔９が形成され、大径孔７、中径孔８、小径孔９は、電極本体１の中心軸線Ｏ−Ｏ上に整列した同軸状態で配置されている。

【0019】

つぎに、進退部材について説明する。

【0020】

一方、進退部材５０がガイド孔６に挿入されている。進退部材５０は、断面円形の部材であり、大径部１３と、この大径部１３よりも小径の中径部１４と、この中径部１４よりも小径のガイドピン１５によって構成されている。

【0021】

大径部１３は、大径孔７に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれている。中径部１４は、中径孔８に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれている。ガイドピン１５は、小径孔９を貫通し、鋼板部品３が載置される電極本体１の端面から突出している。そして、鋼板部品３の下孔１０を貫通し、小径孔９との間に、ガイドピン１５が押し下げられたとき、冷却空気が通過する通気隙間１６が形成されている。

【0022】

上記の「・・実質的に隙間がなくて摺動できる状態・・」というのは、進退部材５０に電極本体１の直径方向の力を作用させても、隙間感覚のあるカタカタといったがたつき感触がなく、しかも中心軸線Ｏ−Ｏ方向の摺動が可能な状態を意味している。

【0023】

上記大径部１３、中径部１４およびガイドピン１５は、図１（Ｃ）に最も分かりやすく示すように、一体的なワンピース状態で構成されている。このような構成は、単一の金属材料部材を加工する場合や、鋳造と仕上げ加工によって成型する場合などがあり、ここでは、前者の場合が採用されている。

【0024】

すなわち、１本の断面円形のステンレス鋼製素材に切削などの機械加工を施して、大径部１３、中径部１４およびガイドピン１５を成型する。

【0025】

つぎに、部品と絶縁構造を説明する。

【0026】

ナット１７はプロジェクション溶接用（プロジェクションナット）であり、四角い本体の中央にねじ孔１８が形成され、四隅に溶着用突起１９が設けてある。ねじ孔１８の開口端がガイドピン１５のテーパ部２０に係合している。このようにナット１７が鋼板部品３から浮上した状態になっているので、可動電極２１が進出する溶接時に、ガイドピン１５が後退する長さＬ１が存置してある。

【0027】

プロジェクションナット１７の各部の寸法は、電極の大きさ規模によって様々である。ここでは、縦・横各１２ｍｍ、厚さ７．２ｍｍの四角いプロジェクションナット１７を、厚さ０．７ｍｍの鋼板部品３に電気抵抗溶接をするものである。

【0028】

中径部１４が中径孔８に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線Ｏ−Ｏ方向の長さは、溶接時にガイドピン１５が後退する長さＬ１よりも短く設定してある。この実施例では、中径部１４の上部にテーパ部２２が形成され、中径部１４が中径孔８に嵌まり込んでいる中心軸線Ｏ−Ｏ方向の長さは、テーパ部２２を含まない長さＬ２である。したがって、中径部１４が中径孔８に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線Ｏ−Ｏ方向の長さＬ２は、溶接時にガイドピン１５が後退する長さＬ１よりも短く設定してある。ガイドピン１５が押し下げられると、最初に、テーパ部２２と中径孔８の間に通気隙間が形成される。

【0029】

図１（Ｄ）に示すように、ガイドピン１５の先端部にナット１７のねじ孔１８に進入する小径の進入部２４が形成され、前記テーパ部２０と進入部２４の外表面全体に絶縁層２５が、絶縁構造として形成してある。

【0030】

絶縁層２５は、セラミック材料をコーティングする方法、進退部材５０全体を特殊ステンレス合金で製作し、必要箇所に熱処理を施して高硬度の絶縁性被膜を形成する方法、セラミック製キャップ部材を嵌め合わせる方法などによって形成することができる。上記特殊ステンレス合金は種々なものが市販されているが、東芝マテリアル社の材料もそのひとつであり、一般的に「ＫＣＦ」と称されている。この実施例での絶縁層２５は、窒化珪素を主成分としたセラミック材料のコーティング方式である。

【0031】

上記のような絶縁構造の採用により、可動電極２１が進出して、ナット１７と鋼板部品３が電極本体１との間で挟み付けられ、溶接電流が通電される。このときには、絶縁層２５からの通電が阻止されているので、電流は溶着用突起１９から鋼板部品３へ流れて、良好な溶着がなされる。図１（Ａ）や（Ｄ）に示すように、進入部２４がねじ孔１８から突き出ていない場合には、進入部２４の頂部の絶縁構造を止めることができるが、進入部２４がねじ孔１８から突き出ていて、可動電極２１が進入部２４の頂部に接触するときには、図１（Ｄ）に示すように、頂部も絶縁構造とされている。

【0032】

つぎに、冷却空気の断続構造を説明する。

【0033】

冷却空気をガイド孔６に導く通気口２６が形成してある。大径部１３と大径孔７の摺動箇所に空気通路を確保するために、大径部１３の外周面に中心軸線Ｏ−Ｏ方向の凹溝を形成することもできるが、ここでは大径部１３の外周面に中心軸線Ｏ−Ｏ方向の平面部２７を形成して、平面部２７と大径孔７の円弧型内面で構成された空気通路２８が形成されている。このような平面部２７を９０度間隔で形成して、４箇所に空気通路を設けている。

【0034】

圧縮コイルスプリング３１は、進退部材５０とガイド孔６の内底面の間に嵌め込まれており、その張力が進退部材５０に作用している。圧縮コイルスプリング３１の張力が、後述の静止内端面に対する可動端面の加圧密着を成立させている。圧縮コイルスプリング３１は、加圧手段であり、これに換えて圧縮空気の圧力を利用することも可能である。

【0035】

ガイド孔６の中径孔８と大径孔７の境界部に環状の静止内端面２９が形成されている。また、進退部材５０の中径部１４と大径部１３の境界部に環状の可動端面３０が形成されている。静止内端面２９と可動端面３０は電極本体１の中心軸線Ｏ−Ｏが垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、圧縮コイルスプリング３１の張力によって、可動端面３０が静止内端面２９に対して環状状態で密着し、この密着によって冷却空気の封止がなされている。

【0036】

つぎに、他の事例を説明する。

【0037】

上記事例はプロジェクションナットの場合であるが、図２に示した事例はプロジェクションボルトの場合である。プロジェクションボルト３３は、雄ねじが形成された軸部３４、軸部３４と一体になっている円形のフランジ３５、フランジ３５の下面に設けた溶着用突起３６によって構成されている。ガイドピン１５は管状の中空形状であり、軸部３４が挿入される受入孔３７が設けてある。

【0038】

この事例における部品が進退部材５０に接触する箇所は、図２（Ｂ）に示すように、受入孔３７の内周面と底面であるから、これらの面に絶縁構造２５を形成する。ここでは、セラミック溶液を上記内周面と底面に塗布して、硬化させたものである。それ以外の構成は、図示されていない部分も含めて先の事例と同じであり、同様な機能の部材には同一の符号が記載してある。

【0039】

つぎに、上記電極の動作について説明する。

【0040】

図１（Ａ）は、圧縮コイルスプリング３１の張力で可動端面３０が静止内端面２９に密着し、冷却空気の流通を封じている状態である。

【0041】

可動電極２１が進出して間隔Ｌ１が消滅すると、中径孔８に入り込んでいる中径部１４が中径孔８から抜け出して、冷却空気の通路が形成される。冷却空気は通気口２６、空気通路２８、中径孔８、通気空隙１６を経て、ナット１７の下面と鋼板部品３との間の空隙を通って外部へ発散する。この空気流によって、スパッタなどの不純物が電極から離隔する方向へ排除される。ガイドピン１５が押し下げられると、最初にテーパ部２２によって空気通路が形成される。テーパ部２２の傾斜によって流路面積の大きな空気通路が初期の段階で形成され、確実な冷却空気の流通にとって好適である。また、ガイドピン１５が戻るときには、テーパ部２２のガイド機能によって中径部１４が円滑に中径孔８に進入する。図２に示したプロジェクションボルト３３の場合も同じ動作である。

【0042】

以上に説明した実施例の作用効果は、つぎのとおりである。

【0043】

ガイド孔６に挿入される断面円形の進退部材５０が、大径孔７に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部１３と、中径孔８に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部１４と、鋼板部品３が載置される電極本体１の端面から突出し、鋼板部品３の下孔１０を貫通するガイドピン１５によって構成されているとともに、進退部材５０は、単一の金属材料部材から構成され、プロジェクションナット１７やプロジェクションボルト３３などの部品が進退部材５０に接触する箇所に、絶縁構造２５が採用されている。

【0044】

作業者が差し入れる鋼板部品３には、ガイドピン１５が貫通する下孔１０が設けられており、下孔１０の内周部がガイドピン１５に突き当たったり、鋼板部品３の外端部がガイドピン１５に突き当たったりすると、ガイドピン１５には傾斜方向あるいは直径方向の力が作用し、これによって進退部材５０が弾性変形をする。このような弾性変形が発生すると、ガイドピン１５が電極本体１の中心軸線Ｏ−Ｏに対して偏心し、この偏心したガイドピン１５に鋼板部品３の下孔１０が接触したままプロジェクションナット１７などの部品が鋼板部品３に溶接されてしまう。このようなことになると、ナット１７のねじ孔１８と下孔１０が同心状態にならず、場合によってはボルトがねじ込めないことが発生する。

【0045】

本実施例においては、進退部材５０の大径部１３と中径部１４の２箇所が７大径孔や中径孔８に摺動しているので、進退部材５０は２点支持の状態になっている。また、進退部材５０は、単一の金属材料部材から構成され、プロジェクションナット１７やプロジェクションボルト３３などの部品が進退部材５０に接触する箇所に、絶縁構造２５が採用されている。

【0046】

上記の２点支持状態と、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材５０に対して、直径方向や傾斜方向の外力が作用しても、進退部材５０の傾斜方向の変位が実質的に問題にならない程度に少量化される。つまり、進退部材５０全体が金属材料製とされているので、大径部１３や中径部１４の弾性変形が微量なものとなり、ガイドピン１５の偏心量が実質的に問題にならないレベルとなる。したがって、上記のような偏心に伴う溶接位置の不良問題が解消される。とくに、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材５０全体の弾性変形が最少化されるので、上記の偏心量を実質的に問題にならないレベルにすることが可能となる。

【0047】

さらに、進退部材５０の位置ずれが最少化されるので、静止内端面２９と可動端面３０との密着状態が確実に維持され、溶接待機時には冷却空気の流通が確実に遮断され、空気漏れによる経済性の問題や、騒音問題が解消される。

【0048】

進退部材５０は、単一の金属材料部材から、いわゆるワンピース部品の状態で製作されるとともに、絶縁の必要な局部に絶縁構造２５が採用されている。したがって、複数部品を組み立てる必要のないワンピース型の進退部材５０の製作と、必要な箇所の絶縁処理だけでよいので、進退部材５０の製作が簡素化され、各部の寸法精度向上にとって有利である。とりわけ、進退部材５０に施される絶縁処理構造を、部品が接触する箇所だけの範囲にすることができるので、絶縁処理の範囲を最小限にとどめることができて、製作容易で原価的にも有効である。

【0049】

上述の特許文献に記載されている構造は、進退部材５０の大径部１３や中径部１４に相当する箇所が絶縁性合成樹脂材料で構成されているので、合成樹脂部分と金属製ガイドピンの一体化構造が複雑になる。しかしながら、本発明では上述のように、一体化構造の進退部材５０の局部にだけ絶縁構造が採用できるので、複雑化の問題が解消される。また、いわゆる局部絶縁の構造であるから、絶縁構造の簡素化が図れる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

上述のように、本発明の電気抵抗溶接用電極によれば、大径部と中径部とガイドピンからなる進退部材が、単一の金属材料部材から構成され、部品が進退部材に接触する箇所が絶縁構造とされている。したがって、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

【符号の説明】

【0051】

１ 電極本体
３ 鋼板部品
６ ガイド孔
７ 大径孔
８ 中径孔
９ 小径孔
１０ 下孔
１３ 大径部
１４ 中径部
１５ ガイドピン
１６ 通気隙間
１７ プロジェクションナット
２１ 可動電極
２５ 絶縁層、絶縁構造
２８ 空気通路
２９ 静止内端面
３０ 可動端面
３３ プロジェクションナット
３７ 受入孔
５０ 進退部材
Ｏ−Ｏ 中心軸線
Ｌ１ ガイドピンの後退長さ
Ｌ２ 中径部の挿入長さ

【図1】

【図2】