(57)【要約】      （修正有）【課題】径が大きく、引っ張り剪断強さの高いナゲットを形成することができるスポット溶接用電極を提供する。【解決手段】スポット溶接用電極１は、電極先端近傍の中央部に被溶接材２に当接されない円筒状の中空部１ａが設けられており、円筒状の中空部の周辺部１ｂのみが被溶接材に当接されるような構造を有している。この電極を用いてスポット溶接を行うと大きな径のナゲットを得ることができることから、溶接打点１点あたりの引っ張り剪断強さが高くなるので、被溶接材の板厚を薄くでき、軽量化を実現できる。また、電極の交換のみで引っ張り剪断強さが高いナゲットを得ることができるので、既存の溶接設備を改良することなく使用でき、全体の設備コストの低減を図ることができる。【選択図】図１
2010131666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接に用いられる電極であって、電極先端近傍の中央部に被溶接材に当接されない円筒状の中空部が設けられており、前記円筒状の中空部の周辺部のみが被溶接材に当接されるような構造を有していることを特徴とするスポット溶接用電極。
【請求項２】
前記円筒状の中空部の直径が前記電極の直径の２０〜５０％であることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接用電極。
【請求項３】
前記電極の被溶接材に当接される面が平坦であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスポット溶接用電極。
【請求項４】
前記電極の被溶接材に当接される面が湾曲していることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスポット溶接用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、航空機、鉄道用車両、その他家庭用品などの製造に広く用いられているスポット溶接に適した電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接に代表される抵抗溶接は材料の加熱が極めて短時間に行えるので、溶融金属が空気中の酸素や窒素の悪影響を受けることが少ないため、溶接部を特別に中性ガスでシールドする必要がないという特徴を有している。また、抵抗溶接は高い作業効率を有していることから、従来から自動車産業、航空機産業、鉄道用車両産業、家庭用品産業など幅広い分野で用いられている。
【０００３】
スポット溶接は溶接すべき２片の金属（被溶接材）同士を重ね合わせ、溶接箇所に上下から円柱状の電極を当接し、圧力を加えながら極短時間電流を流すことにより、通電経路の抵抗により発生する抵抗発熱（ジュール熱）を利用して溶接部（ナゲット）を形成するというもので、溶融凝固を利用した抵抗溶接方法の１種である。
【０００４】
具体的には、図３に示すように、電極３１、３１を被溶接材３２、３２の上下から当接し、圧力Ｐを加えながら溶接トランス３３から電流を流し、ナゲット３４を形成する。ナゲット３４は被溶接材同士が接触している面において徐々に溶融し始め、所定の大きさまで成長する。なお、破線３５は電流パスを示している。
【０００５】
スポット溶接用電極は極短時間の通電が繰り返されるため頻繁に高熱、高負荷の環境下に曝される。そのために長く使用されると変形が起きやすく作業効率が低下してくる。このような状況を回避するために従来から電極の形状に関して種々の工夫がなされている。
【０００６】
従来から用いられている形状としては、先端に湾曲面を形成したＲ型（ラジアス型）、ＤＲ型（ドームラジアス型）や先端を平坦にしたＣＦ型（円錐台型）などが知られている。
【０００７】
また例えば、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極周囲材の被溶接材に当接する当接面に、Ｗを基材とする芯材を埋設したもの（例えば、特許文献１参照）、被溶接材料に当接する電極先端の当接面中央に、該当接面の径の１／２を超える径を有する球状凹部を設けたもの（例えば、特許文献２参照）、あるいは電極の先端面を中心部と周辺部に分け、中心部が小さな曲率半径の凸部とされ、周辺部が大きな曲率半径の凸部、大きな傾斜角のテーパ面または軸方向に直交する平坦面とされたもの（例えば、特許文献３参照）なども知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６―１０２７７５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３０５１４号公報
【特許文献３】特開２００７−３０７５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように従来から種々の形状の電極が用いられてきたが、このような電極を用いて形成されるナゲットについては被溶接材の板厚を薄くするほど溶接打点１点あたりの引っ張り剪断強さを高くすることが望ましい。ナゲットの引っ張り剪断強さを高くする方法の一つとしてはナゲット径を大きくする方法がある。
【００１０】
しかし、ナゲット径を大きくするには溶接電流を高めたり、通電時間を長くしたり、あるいは被溶接材に対する加圧力を高めるたりすることなどが考えられるが、従来の電極形状で通電条件を変更したり加圧力を高めたりすると、ナゲット中心部から温度が上がるために中心部が沸騰状態となりナゲットにブローホール（気泡）が発生しやすくなり、またナゲット周辺部ではバリが発生するなどの不都合が生じ、円盤状の形状とはならず外周部のみにナゲットが形成されるという問題があった。
【００１１】
このような溶接不良は一般的にドーナツ型ナゲットと呼ばれており、ナゲットの幅や厚さが不均一で、ナゲットが途切れたりするなどの現象から実質的にナゲット径が小さくなることがあり、極端に引っ張り剪断強さが低下し、溶接部の著しい強度劣化をもたらす原因となっていた。
【００１２】
本発明は、上記難点を解消するためになされたもので、径の大きいナゲットを形成して高い引っ張り剪断強さを得ることができるスポット溶接用電極を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明によるスポット溶接用電極の第１の態様は、スポット溶接に用いられる電極であって、電極先端近傍の中央部に被溶接材に当接されない円筒状の中空部が設けられており、円筒状の中空部の周辺部のみが被溶接材に当接されるような構造を有していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によるスポット溶接用電極の第２の態様は、第１の態様において、円筒状の中空部の直径が電極の直径の２０〜５０％であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明によるスポット溶接用電極の第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、電極の被溶接材に当接される面が平坦であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明によるスポット溶接用電極の第４の態様は、第１の態様または第２の態様において、電極の被溶接材に当接される面が湾曲していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被溶接材と電極の当接部分は電極の周辺部だけで中心部は被溶接材と電極が接触しない。従ってナゲットは中心部が空いた、中空状の形状となる。
【００１８】
本発明の電極による中空状ナゲットは、従来の電極によって形成される溶接不良の形状であるドーナツ型ナゲットとは異なり、ナゲットの幅や厚さが均質な形状となる。従って、本発明の電極の径を大きくし、それによって径の大きい中空状ナゲットを形成すれば、従来の中心部が空いていない円盤状のナゲット（線溶接によるナゲット）より高い引っ張り剪断強さを得ることができる。
【００１９】
また、本発明のスポット溶接用電極によれば、従来に比べて溶接打点１点あたりの引っ張り剪断強さが高いナゲットを得ることができるので、被溶接材の板厚を薄くでき、軽量化が可能となる。
【００２０】
さらに、本発明のスポット溶接用電極によれば、電極の交換のみで引っ張り剪断強さが高いナゲットを得ることができるので、既存の溶接設備を改良することなく使用でき、全体の設備コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明によるスポット溶接用電極の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明のスポット溶接用電極を用いたスポット溶接の状況を示した図である。図１（ａ）において、本発明のスポット溶接用電極１、１を上下から被溶接材２、２に当接し、圧力Ｐを加えながら溶接トランスから矢印のように溶接電流を流し、ナゲット３を形成する。破線４は電流パスを示している。なお、図１においては溶接トランスの図示は省略している。
【００２３】
本発明のスポット溶接用電極１は、電極先端近傍において中央部に円筒状の中空部１ａが設けられており、この円筒状の中空部１ａの周辺部１ｂのみが被溶接材２に当接されるようになっている。このような電極によって形成されるナゲット３は図１（ｂ）に示すように加圧方向から見て円形で中空状の形状となる。
【００２４】
このような本発明の電極により形成された中空状ナゲットは、溶接不良であるドーナツ型ナゲットとは異なり、ナゲットの幅や厚さが均質で、径を大きくしてもその形状は変わらず、高い引っ張り剪断強さを有している。
【００２５】
なお、本発明のスポット溶接用電極１の被溶接材に当接する周辺部１ｂの当接面は平坦にしてもよく、また湾曲していてもよい。本発明の電極を用いてスポット溶接を行うにあたり、最も適した当接面形状を選択することが可能である。
【００２６】
ここで、本発明のスポット溶接用電極１は、図２に示すように、円筒状の中空部１ａの直径ｄ（ｍｍ）が電極の直径Ｄ（ｍｍ）の２０〜５０％であることが好ましい。このような範囲にある電極により形成された中空状ナゲットは、従来の線溶接により形成された円盤状のナゲットに比べて径が大きく、またより高い引っ張り剪断強さを有している。
【００２７】
電極の形状について上記の範囲が好ましい理由としては、円筒状の中空部１ａの直径ｄが電極１の直径Ｄの２０％未満ではナゲットの幅Ｗ（図１（ｂ）参照）が厚くなり過ぎ、従来の円盤状のナゲットと比較して効果の上で有意な差異が認められないからであり、また円筒状の中空部１ａの直径ｄが電極１の直径Ｄの５０％を超えると、ナゲットの幅Ｗが薄くなり過ぎ、所望の引っ張り剪断強さが得られず、反対に引っ張り剪断強さが低下する虞も出てくるからである。
【００２８】
なお、通常ナゲット径は図１（ａ）に示すように被溶接材の合計板厚をｔとすると、４×ｔ１／２以上が必要とされている。従って、本発明においても図１（ｂ）に示すようにナゲット径Ｘが上記の条件に合い、かつ電極の直径Ｄに対する円筒状の中空部の直径ｄの割合が２０〜５０％となるように電極の形状を適宜定めていけばよい。
【００２９】
以上説明したように、本発明のスポット溶接用電極を用いると、ナゲットの幅や厚さが均質な形状となる径の大きい中空状ナゲットを形成できるので、従来の中心部が空いていない円盤状のナゲット（線溶接によるナゲット）より高い引っ張り剪断強さを得ることができる。
【００３０】
従って、本発明の電極を用いてスポット溶接を行うと、従来に比べて溶接打点１点あたりの引っ張り剪断強さが高いナゲットを得ることができるので、被溶接材の板厚を薄くでき、軽量化が可能となる。
【００３１】
さらに、電極の交換のみで引っ張り剪断強さが高いナゲットを得ることができるので、既存の溶接設備を改良することなく使用でき、全体の設備コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のスポット溶接用電極を用いたスポット溶接の状況を示した図である。
【図２】本発明のスポット溶接用電極を示した図である。
【図３】従来のスポット溶接用電極を用いたスポット溶接の状況を示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・・・・・・・・・・・・・スポット溶接用電極
１ａ・・・・・・・・・・・・・電極の円筒状の中空部
１ｂ・・・・・・・・・・・・・電極の周辺部
２・・・・・・・・・・・・・・・被溶接材
３・・・・・・・・・・・・・・・ナゲット
４・・・・・・・・・・・・・・・電流パス
【図１】
2010131666.tif 000003
【図２】
2010131666.tif 000004
【図３】
2010131666.tif 000005