(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された外側電極、及び、外側電極の内周に同軸状に配され、外側電極に対して軸方向に移動可能である内側電極を有する同軸電極と、内側電極を軸方向に移動させる内側電極移動手段と、外側電極を軸方向に移動させる外側電極移動手段とを有し、内側電極及び外側電極の先端部を、重ねられた複数の金属板に一方側から接触させて両電極間に通電することで、内側電極の直下にナゲットを形成して前記複数の金属板を溶接する抵抗溶接装置であって、
内側電極の先端部に平坦面を形成し、この平坦面から基端側に向けて、電極の中心軸方向と直交する方向の断面積が徐々に大きくなるようにし、
内側電極の先端部に、前記平坦部から基端側へ向けて外径を徐々に大きくした中実の円すい部を形成し、該円すい部の頂角が１００〜１７０度である抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記同軸電極全体を軸方向に移動させる同軸電極移動手段を有し、
前記同軸電極移動手段により前記同軸電極を移動させながら、前記内側電極移動手段により内側電極の相対的な後退を許容して内側電極を前記複数の金属板に所定の圧力で押し付けると共に、前記外側電極移動手段により外側電極の相対的な後退を許容して外側電極を複数の金属板に所定の圧力で押し付ける請求項１記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】
外側電極の先端部の周方向等間隔箇所に切り欠き部を形成した請求項１記載の抵抗溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接方法として、例えば図９（ａ）に示すように、２枚の金属板を重ねたワークＷの一方の面に２本の電極１０１・１０２を接触させて通電する、いわゆる片側スポット溶接が知られている。この場合、電極１０１・１０２間には図９（ｂ）に点線で示すような経路で電流が流れるため、各電極１０１・１０２とワークＷとの接触部のうち、相手電極側部分の電流密度が高くなって高温となり（高温部をＳ１で示す）、その反対側の電流密度が低くなって低温となる（低温部をＳ２で示す）。ワークの温度が高くなりすぎると、ワーク表面が部分的に溶融してワーク表面に割れが発生する恐れがあり、ワークの温度が低すぎると、ワークが十分に軟化せず、接合されない恐れがある。このため、電極に流す電流値は、前記接触部の高温部Ｓ１で割れが発生しないように、且つ、前記接触部の低温部Ｓ２でワークが十分に接合されるように設定する必要がある。
【０００３】
しかし、高張力鋼（ハイテン鋼）のように融点の高い材料を溶接する場合は、温度を少なくとも１０００℃以上まで高める必要がある。このため、前記接触部の低温部Ｓ２が１０００℃以上となるように電流値を大きくすると、高温部Ｓ１で割れが発生し、高温部Ｓ１で割れが発生しないように電流値を抑えると、低温部Ｓ２でワークが接合されないというジレンマが生じ、電流値を適切に設定することが極めて困難であった。
【０００４】
例えば特許文献１には、図１０（ａ）に示すように、筒状の外側電極２０１（第２の部分９）の内周に絶縁体２０２（電気的絶縁体８）を介して内側電極２０３（第１中央円筒形部分７）が同軸状に設けられた電極（以下、同軸電極と言う。）を有する溶接装置が示されている。このような同軸電極によれば、図１０（ｂ）に示すように、外側電極２０１と内側電極２０３との間における電流密度を周方向で均等に分布させることができるため、電極とワークとの接触部において、上記の高温部Ｓ１及び低温部Ｓ２のように温度差は形成されず、温度を均一化できる。従って、高張力鋼のような材料を溶接する場合であっても、ワークに割れを生じさせず、且つ、ワークを確実に接合することができる電流値を、比較的容易に設定することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２８４９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、同軸電極を用いて溶接する場合、電流密度が内側電極の直下部分に集中し、この部分の温度が非常に高温となる。例えば高張力鋼を溶接する場合は、溶接点を少なくとも１０００℃以上にする必要がある一方で、内側電極に多く用いられるＣｒ−Ｃｕ合金は４００℃を超えると軟化し始める。このため、ワークの熱が内側電極に伝わり内側電極が軟化変形して、内側電極とワークとの接触部における面圧が低下することによりスパークが発生する恐れがある。
【０００７】
例えば、内側電極を大径に形成してその体積を大きくすれば、内側電極の熱容量が大きくなり、ワークの熱による温度上昇を抑えることができる。しかし、内側電極を大径化するとワークとの接触面積が大きくなるため、内側電極とワークとの接触部における面圧が小さくなり、適切に溶接がされない恐れがある。かかる不具合を回避するために、電極をワークに強い力で押し付けると、ワークが撓んで電極とワークとの接触状態が不均一となり、やはり溶接が適切に施されない恐れがある。
【０００８】
本発明の解決すべき課題は、高張力鋼のような溶接により接合しにくい材料であっても、内側電極の軟化を防止し、確実に接合することができる抵抗溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、筒状に形成された外側電極、及び、外側電極の内周に同軸状に配され、外側電極に対して軸方向に移動可能である内側電極を有する同軸電極と、内側電極を軸方向に移動させる内側電極移動手段と、外側電極を軸方向に移動させる外側電極移動手段とを有し、内側電極及び外側電極の先端部を、重ねられた複数の金属板に一方側から接触させて両電極間に通電することで、内側電極の直下にナゲットを形成して前記複数の金属板を溶接する抵抗溶接装置であって、内側電極の先端部に平坦面を形成し、この平坦面から基端側に向けて、電極の中心軸方向と直交する方向の断面積が徐々に大きくなるようにし、内側電極の先端部に、前記平坦部から基端側へ向けて外径を徐々に大きくした中実の円すい部を形成し、該円すい部の頂角が１００〜１７０度であることを特徴とするものである。
【００１０】
例えば図１１に示すように、内側電極３００を段付き軸状に形成すれば、大径部３０１により大きな体積を確保できると共に、小径部３０２の先端部に設けられた平坦部３０３の面積を小さくすることができる。しかし、大径部３０１により内側電極３００の体積を大きくしても、ワークと接触する内側電極３００の先端部に円柱状の小径部３０２が形成されるため、この小径部３０２が熱により軟化してスパークを発生させる恐れがある。これに対し、本発明のように、内側電極の中心軸方向と直交する方向の断面積（以下、横断面積）を、平坦面から基端側へ向けて徐々に大きくすることにより、ワークから平坦面を介して伝わる熱が、体積のより大きくなる基端側へ向けて拡散されるため、内側電極の先端部の温度上昇を抑えることができ、軟化変形を防止できる。
【００１１】
上記の内側電極の先端部に、前記平坦部から外径を徐々に大きくした中実の円すい部を形成すれば、その横断面積を基端側へ向けて徐々に大きくすることができる。この円すい部の頂角が小さすぎると、平坦部から伝わる熱を基端側へ十分に拡散することができず、円すい部の頂角が大きすぎると、内側電極の押し付け力によりワークが少し凹むことで円すい部とワークとが接触するため、接触面積が大きくなって面圧が低下する恐れがある。このため、円すい部の頂角は１００〜１７０度に設定することが好ましい。
【００１２】
また、同軸電極により溶接する場合は、内側電極の直下でワークが高温となり、その外周を筒状の外側電極で囲まれた状態となる。このとき、外側電極の先端部が周方向全域においてワークに接触し、外側電極の内部の空間を密閉すると、内部の熱を外に逃がすことができず、内部電極の軟化を促進する恐れがある。そこで、外側電極の先端部に切り欠き部を形成すれば、外側電極をワークに当接させた状態で、内部空間と外部とを連通する窓が形成され、内部の熱を逃がすことができ、内部電極の軟化防止に寄与することができる。尚、切り欠き部はワークと接触しないため、切り欠き部を外側電極の周方向等間隔位置に形成することで、外側電極とワークとの接触部（すなわち通電箇所）を周方向で均等に配することができ、内側電極と外側電極との間における電流密度を均等に分布させることができる。
【００１３】
また、同軸電極で溶接を行うと、内側電極とワークとの当接部で発生したスパッタが、外側電極の内周面に付着して固化することがある。この固化したスパッタが外側電極から剥がれ落ち、内側電極と外側電極との間の領域に落下すると、通電を阻害する恐れがある。そこで、上記のように外側電極の先端部に切り欠き部を形成すれば、スパッタの一部が外側電極の切り欠き部から外部に抜けるため、外側電極の内周面に付着するスパッタを低減することができ、通電が阻害される恐れを減じることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の抵抗溶接装置によれば、高張力鋼のような溶接により接合しにくい材料であっても、内側電極の軟化に伴うスパーク発生を抑制すると共に、ワークを確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】溶接装置の断面図である。
【図２】同軸電極の断面図である。
【図３】同軸電極の正面図である。
【図４】同軸電極の下面図である。
【図５】内側電極の先端部の断面図である。
【図６】同軸電極をワークに当接させる手順を示す断面図である。
【図７】同軸電極をワークに当接させる手順を示す断面図である。
【図８】外側電極をワークに食い込ませた状態を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、従来の電極による抵抗溶接の様子を示す断面図であり、（ｂ）は、ワーク表面における電流密度の分布を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は、従来の同軸電極による抵抗溶接の様子を示す断面図であり、（ｂ）は、ワーク表面における電流密度の分布を示す平面図である。
【図１１】段付き軸状の内側電極の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態に係る抵抗溶接装置は、図１に示すように、筒状の外側電極１０、及び外側電極１０の内周に配された内側電極２０を有する同軸電極３０と、同軸電極３０を支持する支持部４０と、支持部４０に対して外側電極１０を軸方向に移動させるための外側電極移動手段（本実施形態ではスプリング５０）と、支持部４０に対して内側電極２０を軸方向に移動させるための内側電極移動手段（本実施形態ではシリンダ６０）と、支持部４０を介して同軸電極３０全体を中心軸方向に移動させる同軸電極移動手段（本実施形態では昇降機７０）とを備える。外側電極１０及び内側電極２０は、図２に示すように、コイル８１を介して電源８０に接続される。外側電極１０と内側電極２０との径方向間には、円筒状の絶縁部材９０が配される。尚、本実施形態では、同軸電極３０の中心軸方向を鉛直方向とし、同軸電極３０を降下させて外側電極１０及び内側電極２０の先端部をワークＷの上面に当接させる場合を示す。
【００１８】
外側電極１０は、金属材料（例えばＣｒ−Ｃｕ合金）で略円筒形状に形成され、先端部を下方に向けて配される。外側電極１０の先端部１１は、図２に示すように、先端側（下方）へ向けて徐々に肉厚が小さくなっており、本実施形態では軸方向断面で下向きに膨らんだ円弧状を成している。外側電極１０には、図３及び図４に示すように、先端部１１から基端側（上方）に延びた切り欠き部１２が、円周方向等間隔の複数箇所（図示例では６箇所）に形成される。本実施形態では、切り欠き部１２の円周方向幅Ｌ1は、隣り合う切り欠き部１２間の円周方向間隔Ｌ2よりも小さくなるように設定される（図４参照）。
【００１９】
外側電極移動手段としてのスプリング５０は、図２に示すように、外側電極１０の上端部と支持部４０との軸方向間に圧縮状態で配され、これにより外側電極１０が常に下向きに付勢される。また、外側電極１０の下方への移動は、支持部４０に設けられた保持部４１で規制される。具体的には、外側電極１０の上端部には、外径へ突出した係止部１３が形成され、保持部４１の下端部には内径向きの突出部４２が形成される。これらの外側電極１０の係止部１３と保持部４１の突出部４２とが軸方向で係合することで、係合部より下方への外側電極１０の移動が規制される。
【００２０】
内側電極２０は、金属材料（例えばＣｒ−Ｃｕ合金）で中実に形成され、外側電極１０の内周面に固定された円筒形状の絶縁部材９０の内周に挿入される。内側電極２０は外側電極１０に対して軸方向に相対移動可能に設けられ、本実施形態では、内側電極２０は絶縁部材９０に対して摺動可能に設けられる。内側電極２０の先端部（下端部）２１には、図５に示すように平坦面２２が形成され、この平坦面２２から基端側へ向けて横断面積が徐々に大きくなっている。本実施形態では、平坦面２２から上方へ向けて外径を徐々に大きくした中実の円すい部２３が形成される。円すい部２３の頂角αは１００〜１７０度の範囲内に設定され、例えば１４０度に設定される。
【００２１】
内側電極移動手段としてのシリンダ６０は、図１に示すように支持部４０に取付けられ、シリンダ６０内の圧力を高めると、支持部４０に対して内側電極２０が下方に押し出される。
【００２２】
以下、上記構成の抵抗溶接装置による溶接方法の一例を説明する。
【００２３】
まず、図１に示すように、内側電極２０の先端部を外側電極１０の先端部よりも下方に突出させた状態とし、この状態で同軸電極３０全体を昇降機７０により降下させ、図６に示すように、内側電極２０の先端部２１をワークＷの上面に当接させる。続けて同軸電極３０を降下させると、内側電極２０がシリンダ６０内部の圧力に抗して相対的に後退する（実際は、内側電極２０がワークＷに当接して静止した状態で、シリンダ６０等が降下する）。このとき、内側電極２０の先端部２１はシリンダ６０内部の圧力によりワークＷに押し付けられている。
【００２４】
さらに同軸電極３０を降下させると、図７に示すように、外側電極１０の先端部１１がワークＷに当接し、スプリング５０の弾性力に抗して外側電極１０が支持部４０に近づく側に相対的に移動する（実際は、外側電極１０及び内側電極２０がワークＷに当接して静止した状態で、支持部４０等が降下する）。このとき、外側電極１０は、スプリング６０の弾性反力によりワークＷに押し付けられ、図８に示すように、外側電極１０の先端部１１がワークＷに僅かに食い込む。
【００２５】
以上により、外側電極１０及び内側電極２０のワークＷへの当接が完了する。このとき、外側電極１０はスプリング５０の弾性反力によりワークＷに押し付けられ、内側電極２０はシリンダ６０内の圧力によりワークＷに押し付けられている。
【００２６】
この状態で外側電極１０と内側電極２０との間に通電することにより、溶接が行われる。具体的には、同軸電極３０に通電することにより、ワークＷのうち、内側電極２０の直下部分に電流密度が集中し、この部分の温度が上昇する。この熱が上側の板Ｗ１と下側の板Ｗ２との接触部に伝達され、この接触部の材料が軟化（あるいは溶融）し、ナゲットを形成して両者を接合する。
【００２７】
このとき、内側電極２０の直下部分におけるワークＷの熱が、平坦面２２を介して内側電極２０に伝達される。上記のように、内側電極２０の先端部は、平坦面２２から基端側へ横断面積が徐々に大きくなっており、すなわち、内側電極２０の中心軸方向の微小長さ当りの体積が、基端側へ行くに従って徐々に大きくなっているため、平坦面２２から伝わった熱が、より体積の大きくなる基端側へ拡散し、内側電極２０の先端部２１の温度上昇を抑えることができる。
【００２８】
また、通電中は、外側電極１０がワークＷに当接することにより内部空間が形成されているが、外側電極１０に切り欠き部１２が設けられているため、外側電極１０の内部空間と外部とを連通する窓が形成され、内部空間の熱を外へ逃がすことができる。これにより、外側電極１０の内部空間における冷却効果を高め、内側電極２０の軟化をより確実に防止できる。尚、切り欠き部１２は周方向等間隔に設けられているため、すなわち、外側電極１０の先端部に、ワークに接触する接触部（断面円弧状曲面）とワークに接触しない非接触部（切り欠き部１２）とが周方向等間隔に設けられているため、外側電極１０と内側電極２０との間の電流密度を周方向で均等に分布させることができる。
【００２９】
また、外側電極１０に切り欠き部１２を設けることで、外側電極１０の内周で発生したスパッタが切り欠き部１２を抜けて外部に抜けるため、外側電極１０の内周面に付着するスパッタの量が低減され、通電が阻害される恐れを減じることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０   外側電極
２０   内側電極
２１   先端部
２２   平坦面
２３   円すい部
３０   同軸電極
４０   支持部
５０   移動手段
６０   スプリング
７０   絶縁部材
８０   シリンダ
【図１】
0005491093.tif 000002
【図２】
0005491093.tif 000003
【図３】
0005491093.tif 000004
【図４】
0005491093.tif 000005
【図５】
0005491093.tif 000006
【図６】
0005491093.tif 000007
【図７】
0005491093.tif 000008
【図８】
0005491093.tif 000009
【図９】
0005491093.tif 000010
【図１０】
0005491093.tif 000011
【図１１】
0005491093.tif 000012