特開 2023-27731 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023027731

(43)【公開日】2023-03-02

(54)【発明の名称】電気抵抗溶接用電極

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/30 20060101AFI20230222BHJP

【ＦＩ】

B23K11/30 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021152624

(22)【出願日】2021-08-17

(71)【出願人】

【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

(57)【要約】

【課題】中実部の体積と摺動部材の体積を適正な値に設定するとともに、冷却能力の高い冷却通路構造によって、溶接熱を効果的に放熱すること。
【解決手段】プロジェクションボルト１９が溶接の対象とされ、円形断面の電極本体１の端面から突出し、鋼板部品３の下孔１０に挿入される断面円形のガイドピン１２が、少なくとも中空部３７と中空部３７に連続している中実部３８によって形成され、中実部３８の長さは、中空部３７の長さよりも長く設定してあり、ガイドピン１２に一体化され、電極本体１のガイド孔６に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材１３が形成され、中実部３８は、その全長にわたって摺動部材１３に密着した状態で包囲されており、摺動部材１３を冷却する冷却通路３２が、摺動部材１３の外周面またはガイド孔６の内周面に設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

雄ねじが形成された軸部と、軸部に一体的に設けられた円形のフランジと、軸部側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起を有するプロジェクションボルトが溶接の対象とされ、
円形断面とされた電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔に相対的に挿入される断面円形のガイドピンが、少なくとも軸部の受入孔を有する中空部と中空部に連続している中実部によって形成されているとともに、耐熱硬質材料で構成され、
中実部の長さは、中空部の長さよりも長く設定してあり、
ガイドピンに一体化され、電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成され、
中実部は、その全長にわたって摺動部材に密着した状態で包囲されており、
摺動部材を冷却する冷却空気の冷却通路が、摺動部材の外周面またはガイド孔の内周面に設けら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、軸部が長いプロジェクションボルトに適した電気抵抗溶接用電極に関している。

【背景技術】

【0002】

特開２０１５－０７４０３０号公報には、ガイドピンが受入孔を有する中空部とこれに連続している中実部を有していることが記載され、この中実部にねじ部を介して作動軸が結合されていることが記載されている。

【0003】

また、特開２０１５－０６２９５０号公報には、受入孔を有するガイドピンに、絶縁性合成樹脂材料で作られた摺動部材が一体化され、この摺動部材が電極本体のガイド孔に摺動可能な状態で嵌め込まれていることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－０７４０３０号公報

【特許文献2】特開２０１５－０６２９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および特許文献２に記載されている技術においては、つぎのような問題がある。つまり、長い軸部を有するプロジェクションボルトを鋼板部品に溶接するときには、長い受入孔を有する中空の電極ガイドピンに軸部を挿入するので、長い軸部から多くの溶接熱が中空部に伝熱される。中空部に伝わった溶接熱の放熱は、主に中空部に連なった中実部と、中実部と一体になっている摺動部材を経て行われるのであるが、中実部や摺動部材の体積、すなわちこれらの熱容量が適正な値に設定されていないために、中空部が過熱状態になるとともに、中実部や摺動部材も過熱状態になる。さらに、中実部や摺動部材の熱容量に見合った冷却手段が必要となる。

【0006】

本発明は、上記の問題点を解決するために発案されたもので、中実部の体積と摺動部材の体積を適正な値に設定するとともに、冷却能力の高い冷却通路構造によって、溶接熱を効果的に放熱することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１記載の発明は、
雄ねじが形成された軸部と、軸部に一体的に設けられた円形のフランジと、軸部側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起を有するプロジェクションボルトが溶接の対象とされ、
円形断面とされた電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔に相対的に挿入される断面円形のガイドピンが、少なくとも軸部の受入孔を有する中空部と中空部に連続している中実部によって形成されているとともに、耐熱硬質材料で構成され、
中実部の長さは、中空部の長さよりも長く設定してあり、
ガイドピンに一体化され、電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成され、
中実部は、その全長にわたって摺動部材に密着した状態で包囲されており、
摺動部材を冷却する冷却空気の冷却通路が、摺動部材の外周面またはガイド孔の内周面に設けら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】

【0008】

溶融部からの溶接熱は、鋼板部品から電極本体に伝えられる熱流と、フランジから軸部に伝熱され、さらに中空部から中実部へ伝えられる熱流に分流した状態になる。軸部が長いプロジェクションボルトであると、軸部から中空部への伝熱が積極的に進行するので、肉厚の薄い中空部は過熱状態になりやすいのであるが、中空部に連続している中実部の長さが中空部の長さよりも長くしてあることにより、中実部の体積を十分に大きくすることができ、中実部における吸熱が十分に果たされる。したがって、中空部に伝わった溶接熱は積極的に中実部へ吸熱されるので、肉厚の薄い中空部の過熱を回避することができる。

【0009】

同時に、中実部はその全長にわたって摺動部材に密着した状態で摺動部材に包囲されているので、中実部に流れた溶接熱の一部は、体積が増大化された摺動部材に吸熱される。このように長尺化された中実部を包囲する摺動部材は、必然的に体積が増大するので、吸熱量が多くなり、中実部から摺動部材にいたる領域全体にわたった熱分布がなされる。そして、摺動部材は、中実部の長尺化によって電極の中心軸線方向に長尺化されるので、そこに配置された冷却空気の冷却通路も長くすることができ、冷却通路における放熱面積が大きく設定でき、これによって、中実部から摺動部材に伝わった溶接熱が効果的に冷却され、溶接熱は冷却空気とともに電極外へ放熱される。

【0010】

本発明は、電気抵抗溶接用電極であるが、後述の熱流に注目した方法発明として存在させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】電極全体の断面図と部分箇所の断面図である。

【図2】別の冷却通路を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の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0013】

図１～図２は、本発明の実施例を示す。

【0014】

最初に、プロジェクションボルトについて説明する。

【0015】

鉄製のプロジェクションボルト１９は、雄ねじが形成された軸部２０と、軸部２０に一体的に設けられた円形で平板状のフランジ２１と、軸部２０側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起２２から構成されている。溶着用突起２２は、疣状の小突起がフランジ２１の外周近くに１２０度間隔で３個形成されている。溶着用突起２２が鋼板部品３に押し付けられて、電気抵抗溶接がなされる。以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。

【0016】

つぎに、電極の基本構造を説明する。

【0017】

クロム銅のような銅合金製導電性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に差し込まれる円筒状の固定部２と、鋼板部品３が載置される円筒状のキャップ部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、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。

【0018】

図示の電極は、固定電極であり、これと対をなす可動電極の図示は省略してある。

【0019】

つぎに、ガイドピンについて説明する。

【0020】

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内に進入する断面円形のガイドピン１２が、ステンレス鋼のような金属材料またはセラミック材料などの耐熱硬質材料で構成されている。ここでは、ステンレス鋼が使用されている。ガイドピン１２には、軸部２０が挿入される受入孔３５が設けてあり、その深さ寸法は図１（Ａ）に示すように、軸部２０の長さよりも短く設定してある。このため、可動電極がフランジ２１を加圧する前には、軸部２０の先端が受入孔３５の底面に突き当たっており、図１（Ａ）に示すように、溶着用突起２２と鋼板部品３の間に空隙が存在している。

【0021】

ガイドピン１２は、上述の受入孔３５が形成されたパイプ状の中空部３７と、中空部３７に連続している中実部３８によって構成されている。中空部３７に連続した状態で中実部３８が一体化されている。一つの製作事例としては、１本のステンレス鋼製丸棒材に片側から受入孔３５を機械加工で開けることによって、簡単に製作することができる。したがって、ガイドピン１２は、全長にわたって継ぎ目がなく同じ直径とされた断面円形の部材となっている。そして、中実部３８の長さＬ１は、中空部３７の長さＬ２よりも長く設定してある。

【0022】

ガイドピン１２に一体化され、電極本体１のガイド孔６（大径孔７）に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材１３が、絶縁性合成樹脂材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）によって構成されている。別の材料として、ポリアミド樹脂の中から、耐熱性、耐摩耗性にすぐれた樹脂を採用することも可能である。

【0023】

摺動部材１３は、中実部３８をその全長にわたって密着した状態で包囲している。このような密着状態は、中実部３８から摺動部材１３に対する熱流をできるだけ多くするためである。このような中実部３８と摺動部材１３の一体化は、摺動部材１３のインジェクション成型時に、ガイドピン１２を一緒にモールドインする方法や、ガイドピン１２に結合ボルト構造部を設ける方法など、種々なものが採用できる。ここでは、後者の結合ボルト構造部のタイプである。

【0024】

すなわち、ガイドピン１２の下端部にこれと一体的にボルト１４が形成され、摺動部材１３の底部材１５にボルト１４を貫通し、ワッシャ１６を組み付けてロックナット１７で締め付けてある。摺動部材１３は、電極本体１と対をなす可動電極が進出動作をして溶接電流が通電されたときに、電流がフランジ２１の溶着用突起２２から鋼板部品３にのみ流れるように、絶縁機能を果たしている。

【0025】

可動電極の進出動作で溶着用突起２２が鋼板部品３の表面に接触するときには、中空部３７の先端部が下孔１０から抜け出して、中空部３７と下孔１０の内面とは離隔されている。このような離隔は、中空部３７が下孔１０に進入している長さの方が、前述の溶着用突起２２と鋼板部品３の表面間の寸法よりも、短く設定してあるためである。

【0026】

前述のように、中実部３８の長さＬ１は、中空部３７の長さＬ２よりも長く設定してある。そして、中実部３８は、その全長にわたって摺動部材１３に包囲されている。このような構造とすることによって、中空部３７の金属体積よりも中実部３８の金属体積の方がはるかに大きくなり、中実部３８における吸熱作用が向上する。長尺化された中実部３８を摺動部材１３が包囲しているので、摺動部材１３の合成樹脂体積を大きくすることができ、吸熱性の面で好適となる。

【0027】

中空部３７の長さＬ２に対する中実部３８の長さＬ１の比は、１．２～１．８に設定するのが良好である。上記比が１．２未満であると、中実部３８の体積を十分に大きくすることができないので、中空部３７からの熱が中実部３８に十分に吸熱されず、中空部３７が過熱状態になり、好ましくない。また、上記比が１．８を超えると、摺動部材１３の長さも長くなり、最終的には、電極本体１の全長に影響し、電極の設置スペースの問題を招くことになる。

【0028】

圧縮コイルスプリング２３は、ワッシャ１６とガイド孔６の内底面の間に嵌め込まれており、その張力が摺動部材１３に作用している。なお、符号２４は、ガイド孔６の内底面に嵌め込んだ絶縁シートを示している。圧縮コイルスプリング２３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２３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。

【0029】

つぎに、摺動部材の各部とガイド孔各部の対応関係を説明する。

【0030】

摺動部材１３には、大径部２６と中径部２７が形成され、中径部２７よりも小径のガイドピン１２が一体化されている。大径部２６が、大径孔７の内面との間に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で大径孔７に嵌め込んであり、中径部２７が、中径孔８の内面との間に冷却空気の通気隙間２８を残して挿入されている。上述の「・・実質的に隙間がなくて摺動できる状態・・」というのは、摺動部材１３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。小径孔９を貫通してガイドピン１２が電極本体１の上面から突き出ている。ガイドピン１２が押し下げられたとき、冷却空気が通過する通気隙間２９が、小径孔９とガイドピン１２の間に形成してある。

【0031】

図１（Ａ）からも明らかなように、摺動部材１３による中実部３８の包囲は、実質的に大径部２６によって行われている。

【0032】

つぎに、冷却空気の通気構造について説明する。

【0033】

冷却空気をガイド孔６に導く通気口３０が固定部２に形成してある。大径部２６と大径孔７の摺動箇所の空気通路を確保するために、大径部２６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、ここでは図１（Ｂ）に示すように、大径部２６の外周面に中心軸線Ｏ－Ｏ方向の平面部３１を形成して、平面部３１と大径孔７の円弧型内面で構成された冷却通路３２が形成されている。このような平面部３１を９０度間隔で形成して、４箇所に冷却通路３２を設けている。

【0034】

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３３が形成されている。また、摺動部材１３の中径部２７と大径部２６の境界部に環状の可動端面３４が形成されている。静止内端面３３と可動端面３４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２３の張力によって可動端面３４が静止内端面３３に対して環状状態で密着し、この密着によって冷却空気流通の封止がなされている。

【0035】

なお、静止内端面３３と可動端面３４や、その近辺の通気構造は、その拡大図を図１（Ｃ）に図示してある。

【0036】

つぎに、冷却空気の流通状態を説明する。

【0037】

可動電極の進出動作で可動端面３４が静止内端面３３から離れるので、冷却通路３２から可動端面３４と静止内端面３３との離隔隙間、通気隙間２８、通気隙間２９を経た一連の通気流路が形成される。この通気流路の成立と同時に、通気口３０からガイド孔６内に流入した冷却空気は、ガイド孔６の残留空間６ａに滞留している熱気を、上記通気流路を経て追い出すようにして排出し、それに引き続いて冷気が冷却通路３２へ流入してゆく。冷却通路３２は、上記のように長尺化されて放熱面積も拡大されているので、摺動部材１３やガイドピン１２に蓄熱されている溶接熱を下孔１０から放熱する。また、この空冷時にスパッタを外部へ排除する機能も果たされている。溶着用突起２２が完全に溶融してフランジ２１が鋼板部品３の表面に密着すると、上記の空気流は停止する。

【0038】

１．２～１．８の上記「比」の条件で１００本のボルト１９を鋼板部品３に溶接した後、電極本体１を分解した結果、中空部３７の内外表面に過熱による異常色は認められなかった。また、摺動部材１３の外表面にも異常色は認められなかった。

【0039】

つぎに、別形式の冷却空気の通気構造について説明する。

【0040】

上記冷却通路３２は、摺動部材の外周面に形成されたものであるが、図２に示した変形例は、ガイド孔６の内周面に設けたものである。大径孔７の内周面に中心軸線Ｏ－Ｏと平行に伸びている通気溝３６が９０度間隔で４本設けられ、この通気溝３６によって冷却通路３２が構成されている。

【0041】

摺動部材１３は、その中心軸線Ｏ－Ｏ方向の長さが中実部３８の長尺化によって長くなっているので、平面部３１による冷却通路３２、通気溝３６による冷却通路３２は、いずれも長い通路構造になっている。

【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】

溶融部からの溶接熱は、鋼板部品３から電極本体１に伝えられる熱流と、フランジ２１から軸部に２０伝熱され、さらに中空部３７から中実部３８へ伝えられる熱流に分流した状態になる。軸部２０が長いプロジェクションボルト１９であると、軸部２０から中空部３７への伝熱が積極的に進行するので、肉厚の薄い中空部３７は過熱状態になりやすいのであるが、中空部３７に連続している中実部３８の長さが中空部３７の長さよりも長くしてあることにより、中実部３８の体積を十分に大きくすることができ、中実部３８における吸熱が十分に果たされる。したがって、中空部３７に伝わった溶接熱は積極的に中実部３８へ吸熱されるので、肉厚の薄い中空部３７の過熱を回避することができる。

【0044】

同時に、中実部３８はその全長にわたって摺動部材１３に密着した状態で包囲されているので、中実部３８に流れた溶接熱の一部は、体積が増大化された摺動部材１３に吸熱される。このように長尺化された中実部３８を包囲する摺動部材１３は、必然的に体積が増大するので、吸熱量が多くなり、中実部３８から摺動部材１３にいたる領域全体にわたった熱分布がなされる。そして、摺動部材１３は、中実部３８の長尺化によって電極の中心軸線Ｏ－Ｏ方向に長尺化されるので、そこに配置された冷却空気の冷却通路３２も長くすることができ、冷却通路３２における放熱面積が大きく設定でき、これによって、中実部３８から摺動部材１３に伝わった溶接熱が効果的に冷却され、溶接熱は冷却空気とともに電極外へ放熱される。

【0045】

中実部３８の長さの方が中空部３７の長さよりも長くしてあり、摺動部材１３は中実部３８を密着した状態で包囲しているから、電極本体１のガイド孔６として残された残留空間６ａが少なくなり、電極本体１内の熱気量も少なくなる。このため、ガイド孔６内に流入してきた冷却空気は、短時間でガイド孔６内の残留熱気を、冷却通路３２を経て排出することができ、電極本体端部側の冷却にとって好都合であるとともに、電極内の空気通路全域が気温の低い冷却空気で満たされ、電極全体の冷却促進にとって好適である。

【0046】

中実部３８の長さの方が中空部３７の長さよりも長くしてあり、摺動部材１３は中実部３８を密着した状態で包囲する状態であるから、摺動部材１３の電極の中心軸線Ｏ－Ｏ方向の寸法が長く確保でき、ガイド孔６における摺動部材１３の摺動長さが長くなる。これにより、ガイドピン１２の傾き角度を最小化でき、プロジェクションボルト１９と鋼板部品３の相対位置を、正確に求めることができる。

【0047】

中空部３７から中実部３８にかけては、継ぎ目のない状態で連続した構造とされているので、熱流が淀むことなく確実に熱量の大きな中実部３８へ伝熱され、冷却性の向上が行える。例えば、中実部３８の途中に継ぎ目が存在すると、この継ぎ目部分における熱流が滞るために、中実部３８が十分に冷却されない、という問題がある。本発明ではこのような熱流阻害の問題が発生しない、という利点がある。

【産業上の利用可能性】

【0048】

上述のように、本発明の電極によれば、中実部の体積と摺動部材の体積を適正な値に設定するとともに、冷却能力の高い冷却通路構造によって、溶接熱を効果的に放熱する。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】

【0049】

１ 電極本体
３ 鋼板部品
６ ガイド孔
６ａ 残留空間
７ 大径孔
８ 中径孔
９ 小径孔
１０ 下孔
１２ ガイドピン
１３ 摺動部材
１９ プロジェクションボルト
２０ 軸部
２１ フランジ
２２ 溶着用突起
２６ 大径部
２７ 中径部
２８ 通気隙間
２９ 通気隙間
３０ 通気口
３１ 平面部
３２ 冷却通路
３３ 静止内端面
３４ 可動端面
３５ 受入孔
３６ 通気溝
３７ 中空部
３８ 中実部
Ｌ１ 中実部の長さ
Ｌ２ 中空部の長さ
Ｏ－Ｏ 中心軸線

【図1】

【図2】