(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを挟圧した状態で通電されることにより、ワークを電気抵抗熱で溶接するためにタングステンとモリブデンの何れかで製造された抵抗溶接用電極において、
少なくとも上記ワークを挟圧するための溶接面に酸化膜が形成されていることを特徴とする抵抗溶接用電極。
【請求項２】
請求項１記載の抵抗溶接用電極において、
上記酸化膜は、厚さ７μｍから１０μｍに設定されている抵抗溶接用電極。
【請求項３】
請求項１または２記載の抵抗溶接用電極において、
上記酸化膜は、タングステンの焼結合金を当該電極素材として生成された三酸化タングステン（ＷＯ3 ）である抵抗溶接用電極。
【請求項４】
請求項１、２、または３記載の抵抗溶接用電極を含むことを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項５】
ワークを一対の電極間に挟み込み、該電極間に電流を流して抵抗熱を生じさせてワークを溶接する抵抗溶接方法において、
請求項１記載の抵抗溶接用電極を準備し、当該電極でワークを挟み込んで通電することを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項６】
請求項１記載の抵抗溶接用電極を製造するための抵抗溶接用電極の製造方法であって、
タングステンの焼結合金で電極材料を製造し、
製造された電極材料を大気中で３５０℃から５００℃の温度で２〜３時間加熱することにより酸化膜を形成することを特徴とする抵抗溶接用電極の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の抵抗溶接用電極を製造するための抵抗溶接用電極の製造方法であって、
モリブデンの焼結合金で電極材料を製造し、
製造された電極材料を大気中で３００℃から４５０℃の温度で２〜３時間加熱することにより酸化膜を形成することを特徴とする抵抗溶接用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は抵抗溶接用電極および抵抗溶接方法に関し、特に、銅や銅合金の抵抗溶接に好適な抵抗溶接用電極および抵抗溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に抵抗溶接は、溶接熱源として金属の電気抵抗熱を利用する溶接方法である。
図６は抵抗溶接装置の概略構成を示す断面略図である。
同図を参照して、抵抗溶接法を採用した抵抗溶接装置は、たとえば上下に対向する一対の電極１、２を備えている。下電極１は、電線ガイドを構成する金属製のブロック３、４に囲まれることによって、ワークＷを収容する凹部５の底面を区画している。他方、上電極２は、図示しない駆動機構によって上記凹部５内に進退可能に構成されている。
【０００３】
ワークＷを上記凹部５内に収容し、比較的高圧（たとえば２￣５ＫＮ）で挟圧し、各電極１，２間に大電流（たとえば６０００Ａ）を流すと、まず、接触抵抗によって接合部付近の温度が急激に上昇し、さらに、この接触抵抗による発熱と温度上昇に伴う金属自体の固有抵抗の増加によって、局部的発熱が助長されて溶接温度に達するから、この発熱によってワークＷを溶融もしくは軟化して、接合するようにしている。
【０００４】
ここで、抵抗溶接の場合、溶接部の温度はその発生熱と熱放散の差により決定され、発熱量は電流値、通電時間、材料の比抵抗により、また、熱放散量は、溶接部材の容積、熱伝導率、比重、比熱などによって支配される。このため、銅や銅合金のように、比抵抗が比較的小さく、熱導電率の大きな金属を抵抗溶接法で溶接するためには、上記抵抗溶接装置の電極１、２としてタングステンやモリブデン系の燒結合金が使用され、特に、タングステン系の燒結合金が注目されている。これらの焼結合金は、固有抵抗値が高く、耐熱性に優れ、硬いといった特徴を有することから、抵抗溶接が困難とされる母材（たとえば銅）であっても、比較的良好な溶接性を得ることができることが知られている。
【０００５】
また、ワークＷの良好な溶接品質、とりわけ溶接強度を得るためには、各電極１、２の発熱特性と圧力特性とを安定させる必要もある。そこで、従来の抵抗溶接装置においては、上電極２を駆動する上記駆動機構としてエアー式プレスを使用するとともに、各電極１、２に通電する電流値を管理して、加圧力や発熱特性を安定させるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した燒結合金、とりわけタングステンで電極１、２を構成し、大電流を流した場合、使用を継続するにつれてワークＷと接触する溶接面１ａ、２ａに酸化膜が生成し、成長する。この酸化膜による抵抗変化のために、電極１、２の発熱特性が大きく変化するため、電極１、２が新品の間は、数十ショット単位で電流値を変更しなければならず、生産性の阻害要因となっていた。
【０００７】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、発熱特性を安定させ、もって、生産性の高い抵抗溶接用電極および抵抗溶接方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は鋭意研究の結果、電極に生成された酸化膜による抵抗変化は、酸化膜の厚さの変化に伴って変化していくが、酸化膜の厚さがある一定の値に達すると、それ以降は、抵抗値（従って発熱特性）が安定する傾向があることを見い出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、ワークを挟圧した状態で通電されることにより、ワークを電気抵抗熱で溶接するためにタングステンとモリブデンの何れかで製造された抵抗溶接用電極において、少なくとも上記ワークを挟圧するための溶接面に酸化膜が形成されていることを特徴とする抵抗溶接用電極である。
この特定事項を含む発明では、ワークが酸化膜の形成されている溶接面によって挟圧されることにより、抵抗溶接が行なわれることになる。これにより、幾つかの作用が得られる。一つは、予め酸化膜が生成されているので、通電時における発熱特性が酸化膜の固有抵抗によって安定するという作用がある。そのため、電極の使用初期状態から長期間にわたって同一電流値で溶接作業を繰り返すことが可能になる。いま一つは、使用を継続することにより自然に生成される酸化膜による抵抗変化を受けにくくなるという点である。すなわち、酸化膜がある厚さに達するまでは、抵抗変化が大きく、電流値の変更を頻繁に行なう必要が生じるが、本発明においては予め酸化膜が生成されているので、使用を継続することによる酸化物の生成が生じても、その影響を受けにくくなり、抵抗変化が小さくなって同一の電流値を維持することが可能になる。
【００１０】
さらに、酸化膜を予め形成しておくことによって、電流の初期値を低く設定することができる。
電極の素材としては、タングステンまたはモリブデン系の焼結合金が好適である。素材がタングステンの焼結合金である場合、酸化膜としては、二酸化タングステン（ＷＯ２）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、および酸化数４と６の中間酸化物（一般に青色酸化物といわれているもので代表的組成式Ｗ４Ｏ１１）が好適である。
【００１１】
また、電極の素材がモリブデンの場合、酸化膜として、二酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、および酸化数４と６の中間酸化物（一般に灰色酸化物といわれているもので代表的組成式Ｍｏ４Ｏ１１）が好適である。好ましい態様において、上記酸化膜は、厚さ７μｍから１０μｍに設定されている。
【００１２】
この特定事項を含む発明では、酸化膜による電気抵抗が安定し、使用初期状態から特に優れた発熱特性を発揮することが可能になる。
別の好ましい態様において、上記酸化膜は、タングステン焼結合金を当該電極素材として生成された三酸化タングステン（ＷＯ３）である。
この特定事項を含む発明では、酸化膜による電気抵抗が特に安定し、しかも、膜厚の変化による抵抗変化が最も生じにくくなる。
【００１３】
本発明の別の態様は、上述した酸化膜を有する電極を含むことを特徴とする抵抗溶接装置である。
さらに別の態様は、ワークを一対の電極間に挟み込み、該電極間に電流を流して抵抗熱を生じさせてワークを溶接する抵抗溶接方法において、予め電極の溶接面に酸化膜を形成しておき、この酸化膜が形成された溶接面でワークを挟み込んで通電することを特徴とする抵抗溶接方法である。
【００１４】
この特定事項を含む発明では、通電時における発熱特性が酸化膜の固有抵抗によって安定し、電極の使用初期状態から長期間にわたって同一電流値で溶接作業を繰り返すことが可能になる。
本発明のさらに別の態様は、上述した抵抗溶接用電極を製造するための抵抗溶接用電極の製造方法であって、
タングステンの焼結合金で電極材料を製造し、製造された電極材料を大気中で３５０℃から５００℃の温度で２〜３時間加熱することにより酸化膜を形成することを特徴とする抵抗溶接用電極の製造方法である。
【００１５】
上記特定事項におけるように、酸化膜を形成するための加熱温度は、低温長時間育成が好ましく、上記限定範囲による場合では、良好な緻密膜が形成される。これに対し、５００℃を越える高温での短時間育成の場合、空孔を含む多孔膜が形成され、好ましくない。
従来の電極には、予付加酸化膜はなく、操業時における発熱により酸化膜が形成されているにすぎなかった。そのため、健全な溶接製品を現出できる正常発熱（すなわち酸化膜生成）に至るまでの空打ちが多くなっていた。これに対し、上記製法によって、予付加酸化膜を形成した場合には、良好な溶接製品を製造することのできる良好な緻密膜を生成することができるので、空打ちを可及的に低減できる。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、モリブデンの焼結合金で電極材料を製造し、製造された電極材料を大気中で３００℃から４５０℃の温度で２〜３時間加熱することにより酸化膜を形成することを特徴とする抵抗溶接用電極の製造方法である。
この特定事項に係る製造方法においても、タングステンと同様の作用を奏することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳述する。
図１は本発明の実施の一形態に係る抵抗溶接装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１の要部拡大図である。また、図３は、図１の抵抗溶接装置に採用されている電極部分を示す拡大略図である。
【００１８】
図１を参照して、図示の実施の形態に係る抵抗溶接装置１０は、本体フレーム１１に一対のホーン１２、１３を有している。各ホーン１２、１３は、互いに上下に対向する平面視略正方形の導電部材である。
下側に配置された固定ホーン１２は、支持部材１４を介して本体フレーム１１の前面部に固定されている。また、可動側のホーン１３は、固定側のホーン１２の上方に配置されているプレス装置１５のエアシリンダ１６により、上下に昇降可能、すなわち、固定側のホーン１２に対し、対向方向に接離可能に設けられている。各ホーン１２、１３には、それぞれ導電部材１７、１８が接続されており、これら導電部材１７、１８を介して本体フレーム１１に設けられた電流回路（図示せず）に接続されている。
【００１９】
図２および図３に示すように、各ホーン１２、１３の前端部には、互いに同一鉛直線上で対向する電極ホルダ２０、２１が設けられている。固定ホーン１２に設けられた電極ホルダ２０には、一対の電線ガイド２２、２３が平行に立設され、その間に下電極２４が配置されている。下電極２４は、両電線ガイド２２、２３よりも低く設定され、その上面（溶接面）２４ａによって、両電線ガイド２２、２３の内側壁とともに電線Ｗを導入するための導入空間Ｓ（図３のみ図示）を区画している。他方、可動ホーン１３に設けられた電極ホルダ２１には、導入空間Ｓ内に進退可能に構成されて、該導入空間Ｓ内に導入された電線Ｗを下電極２４との間で挟圧する上電極２５が設けられている。
【００２０】
各電極ホルダ２０、２１に設けられた電極２４、２５は、いずれもタングステンまたはモリブデンの焼結合金であることが好ましい。図示の実施の形態では、タングステンの焼結合金が採用されている。
さらに各電極２４、２５の溶接面２４ａ、２５ａには、酸化膜２６が予め意図的に形成されている。この酸化膜２６は、通電時に、電極２４、２５の抵抗変化を抑制し、発熱特性を安定させるためのものであり、例えば７μｍの厚さを有しており、好ましくは１０μｍの厚さに設定される。
【００２１】
上述の厚さを有する酸化膜２６が形成されている場合には、後述する実施例のように、使用初期状態から長期間にわたって発熱特性が安定する。
電極２４、２５がタングステンの場合、酸化膜２６としては、青色酸化物（Ｗ４Ｏ１１）を採用することができる。好ましくは、褐色酸化物（ＷＯ２）が好適であり、さらには黄色酸化物（ＷＯ３）が酸化膜２６として好適である。酸化膜２６が褐色酸化物や黄色酸化物である場合、膜厚が変化しても抵抗変化が生じにくいので、酸化膜２６として、最初の溶接回数から同一のしかも低い電流値で所期の溶接性能を得ることが可能になる。
【００２２】
また、モリブデンの場合には、酸化膜２６としては、淡赤灰色酸化物（Ｍｏ４Ｏ１１）を採用することができる。好ましくは、褐色酸化物（ＭｏＯ２）が好適であり、さらには白色酸化物（ＭｏＯ３）が酸化膜２６として好適である。酸化膜２６が褐色酸化物や白色酸化物である場合、膜厚が変化しても抵抗変化が生じにくいので、酸化膜２６として、最初の溶接回数から同一のしかも低い電流値で所期の溶接性能を得ることが可能になる。
【００２３】
図４は図１の実施の形態に係る電極の酸化膜を生成する工程を概略的に示す工程略図である。同図に示すように、電極に酸化膜を生成するには、圧延工程を経て電極の形状に裁断された電極材料３０を加熱炉３１内に入れ、空気中で加熱し、熱処理を施す。酸化膜は、熱処理時間の昇温とともに増加する。たとえば、厚さ１０μｍの青色酸化膜を得る場合には、４００℃で２時間で加熱すればよい。以下の表は、各種の酸化膜を得る場合の加熱条件を示すものである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【実施例】
以下の通り実験を行い、図５に示すグラフを得た。
［比較例］
常法でタングステンの焼結合金を圧延し、裁断して電極材料を製造した。この電極材料を試料として、断面積３．０ｍｍ２の銅製の電線を３．６ＫＮの挟圧力で挟圧して抵抗溶接し、所定の溶接品高さ（０．９５ｍｍ〜１．０５ｍｍ）を得るための電流値と溶接回数の関係を調べた。
【００２６】
この結果、使用初期状態（溶接回数が０回の新品の状態）では、７ＫＡの電流に設定する必要があるとともに、わずか最初の数回の溶接によって６．７ＫＡに電流値を変更する必要があった。しかも、約１００回目から６００回までは一時的に同一電圧値（６．７ＫＡ）で溶接することができたが、６００回を越えると再び抵抗変化が生じて、約１０００回に至るまでに６．５ＫＡに変更する必要があった。
【００２７】
［実施例１］
比較例と同等の電極材料を製造した後、加熱時間２時間、加熱温度４５０℃で厚さ１０μｍの褐色酸化膜を生成した電極を製造し、上記溶接品高さ（０．９５ｍｍ〜１．０５ｍｍ）を得るための電流値と溶接回数の関係を調べた。この結果、褐色酸化膜を生成した電極の場合、使用初期状態（溶接回数が０回の新品の状態）から６．５ＫＡの電流値で安定した発熱特性を得ることができ、その結果、使用開始時から１６００回に至るまで、同一の電流値（６．５ＫＡ）で所期の溶接品高さを得ることができた。
［実施例２］
比較例と同等の電極材料を製造した後、加熱時間３時間、加熱温度３８０℃で厚さ１３μｍの青色酸化膜を生成した電極を製造し、実施例１と同一の溶接品高さを得るための電流値と溶接回数の関係を調べた。この結果、使用初期状態（溶接回数が０回の新品の状態）では、６．８ＫＡの電流に設定する必要があるとともに、最初の数回の溶接によって６．７ＫＡに電流値を変更し、５００回に至るまでに６．５ＫＡに変更する必要があったが、約５００回目の溶接回数からは発熱特性が安定し、その後は１６００回に至るまで、同一の電流値（６．５ＫＡ）で所期の溶接品高さを得ることができた。
【００２８】
上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることは云うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通電時における発熱特性が酸化膜の固有抵抗によって安定し、電極の使用初期状態から長期間にわたって同一のしかも比較的小さな電流値で溶接作業を繰り返すことが可能になることから、抵抗溶接を行なうに当たり、生産性が著しく向上するという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る抵抗溶接装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１の抵抗溶接装置に採用されている電極部分を示す拡大略図である。
【図４】図１の実施の形態に係る電極の酸化膜を生成する工程を概略的に示す工程略図である。
【図５】本発明の実施例および比較例の結果を示すグラフである。
【図６】抵抗溶接装置の概略構成を示す断面略図である。
【符号の説明】
１０    抵抗溶接装置
１１    本体フレーム
１２    固定ホーン
１３    可動ホーン
１４    支持部材
１５    プレス装置
１６    エアシリンダ
１７    導電部材
２０    電極棒
２１    電極棒
２２    電線ガイド
２４    下電極
２４ａ溶接面
２５    上電極
２５ａ溶接面
２６    酸化膜
３０    電極材料
３１    加熱炉
Ｓ        導入空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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