(57)【要約】【課題】溶接電極に被覆物を形成する場合に、被覆物に割れ目ないし隙間が形成されることを防止しあるいはその形成を遅らせる。【解決手段】溶接電極は、軸部および溶接をする間に加工物に置くための接触領域を有した本体を有する。本体部分は放物線形状で作成できる。接触領域には被覆物が形成される。この被覆物は第１の層および第１の層の上に形成される第２の層を有する。第１および第２の層は異なる成分を有する。この電極は内部に形成された、液体冷却系との相互作用のための冷却フィン機構を形成している。【選択図】図１ｂ
2006320959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の本体を有し、主に銅ベースの材料で作成された溶接電極において、
前記溶接電極は、電極ホルダと係合するための第１の端部であって、冷却液を前記中空本体に供給し、また、前記中空本体から排出するために開口を有した第１端部を有し、
前記溶接電極は、溶接される対象物と係合するための溶接チップを有した第２の端部を有し、
前記中空本体はその中に形成された室の配列であって、当該室が前記開口から前記溶接チップに向かって延在する室の配列を有し、
前記溶接電極はその内部において隣接する１対の前記室の間に形成されたウェブを有する、
ことを特徴とする溶接電極。
【請求項２】
前記溶接チップは、チタニウムベースの層および該チタニウムベース層の上に堆積した重ね物を含む被覆物を有し、
前記重ね物は、チタニウムカーバイドより粘り気の大きく、亜鉛より高い融解温度の材料を含み、
前記チタニウムベース層は、（ａ）チタニウムカーバイド、および（ｂ）二ホウカチタンの１つを主な成分として有し、
前記重ね物は、（ｃ）モリブデンおよび（ｄ）ニッケルの少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電極。
【請求項３】
前記中空本体は溶接チップを有し、該チップはその上に被覆物を形成し、該被覆物は第１層および第２層を有し、前記第１および第２層は主にチタニウムカーバイドからなり、および前記第２層は前記第１層よりも高い重量％のチタニウムカーバイドを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極。
【請求項４】
前記電極は滑らかな弧状の面であって、冷却液の主に軸方向前方への流れの方向を主に軸方向後ろ向きの流れの方向に変えるように形成された面を含むことを特徴とする請求項１に記載の溶接電極。
【請求項５】
前記溶接電極は、
（ａ）前記第１層が、主に銅の溶接キャップ本体上に堆積された、少なくとも５重量％のモリブデンである材料によって形成された下地層であり、
（ｂ）前記第１層が、主に銅の溶接キャップ本体上に堆積された、少なくとも５重量％のタングステンである材料によって形成された下地層である、
で構成される溶接電極の組から選択されることを特徴とする請求項３に記載の溶接電極。
【請求項６】
前記室は冷却液と接するための滑らかな面を含み、該滑らかな面は冷却液の方向を変えるために円弧状に延在し、当該円弧は１２０度より大きい角度であることを特徴とする請求項３に記載の溶接電極。
【請求項７】
溶接電極の製造方法において、
主に銅の材料で作成された成形ブランクであって、電極ホルダに固定されるための軸部と、溶接される加工物に対して配置されるための接触領域を有するヘッドと、を有した成形ブランクを用意する工程と、
前記軸部に主穴を形成する工程と、
前記ヘッドに、複数の副室であって当該副室が前記主穴と液体で連通する副室を形成する工程と、
を有したことを特徴とする溶接電極の製造方法。
【請求項８】
前記ヘッドに、溶接される対象物に接触するための接触領域を形成する工程と、前記ヘッドの前記接触領域に被覆物を形成する工程と、をさらに有し、前記被覆物を形成する工程は、前記ヘッドの前記接触領域に第１の組成の第１の層を堆積させる工程と、前記第１層の上に第２の層を堆積させる工程とを含むことを特徴とする請求項７に記載の溶接電極の製造方法。
【請求項９】
前記副室を形成する工程は、少なくとも１つのフィンを前記ブランク内に形成することを特徴とする請求項７に記載の溶接電極の製造方法。
【請求項１０】
前記被覆物を形成する工程に先立って、少なくとも前記接触領域でショットピーニング工程が行われることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極の製造方法。
【請求項１１】
前記方法は、前記ブランクを形成して前記軸部の軸方向前方に位置するヘッドを有するようにする工程と、
（ａ）前記ヘッドに、側方から見たときに、主に（ｉ）放物線および（ｉｉ）楕円曲線のいずれかである曲線に沿って形成された形状を与える工程、および
（ｂ）前記ヘッドに、側方から見たときに、主に（ｉ）放物線および（ｉｉ）楕円曲線のいずれかである曲線に沿って形成された形状を与える工程であって、当該曲線が前記ヘッドの最も前方の位置で頂点を持ち、前記頂点を取り除いて前記ヘッドの平らな端面を生成する工程が続いて行われる工程、
から構成される工程の組から少なくとも選択される工程と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の溶接電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電極の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接電極は電気抵抗溶接に用いることができる。抵抗溶接技術は、産業において広く用いられており、その一例は自動車ボディーのスポット溶接である。この特定の用途では、一対の協働する溶接電極を装着した溶接ガンを溶接経路に沿って一段階ずつ移動させる。それぞれの段階では、一対の溶接電極は溶接される加工品に向かい合って近づけられ、電流がそれらの間に流れる。加工品間の境界における電気抵抗によって局部過熱を生じ、その結果、加工品は局所的に溶解して溶接ナゲットを形成する。その後、加工品から電極が除かれる。生産ライン基準では、これらの段階は高速な手順として実行され、また、それぞれの連続する溶接位置において繰返される。
【０００３】
【特許文献１】米国特許４,７３４,２５４号明細書
【特許文献２】米国特許４,４２３,６１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多量に製造する場合、特にロボットを用いて溶接を行う場合、中断がほとんどなく稼動できることは好都合である。中断理由の一つは、ときどき電極を交換する必要があることである。一般に、過度に頻繁な電極交換を行うことなく相応の溶接品質を維持できることは望ましいことである。
【０００５】
電極は、最も一般的には銅あるいは銅合金で作られており、これは相対的に小さな電気抵抗を持ち電極間に相対的に高い電流を流すことができるものである。この電極は期待どおりに、その使用の際に熱くなり易い。温度が上がると、それに伴って、電極の寿命を短くしまたは溶接性能を低下させる、あるいはそれらの両方を生じさせるようないくつかの現象を生じる。第１には、電極が加工品を捕捉すなわち電極が加工品に張り付き、その結果、電極が除かれるときに火花や溶接の割れ目を生じることがある。
【０００６】
第２に、温度の上昇によって銅電極が柔らかくなり、それによって、溶接の際の接触する圧力の下で変形し易くなる。そのような変形には電極先端（チップ）の塑性流動が含まれ、それによってその先端が平らあるいはずんぐりしたものとなり、また、溶接先端の接触面積が増す傾向がある。この現象は「マッシュルーミング」といわれるものである。接触面積の増大は、（電流密度の減少による）より低い温度の溶接、場合によっては不完全な溶接や、より高い溶接電流、あるいはこれらの組合せをもたらす傾向にある。
【０００７】
第３に、この溶接電極は自動車製造において亜鉛鉄板をスポット溶接するのに頻繁に用いられるので、溶接温度で、亜鉛鉄板から亜鉛が溶接電極の銅の方に移動し易くなる。これは電極の接触領域で最大になる傾向がある。これによって、望ましくないこととして電極チップで黄銅合金が形成され、チップの寿命が短くなり易くなる。
【０００８】
一般に、電極チップを低い温度に維持することや、電極チップの材料と溶接対象の材料ないし被覆物との間に相互作用を生じさせないようにすることは望ましいことである。電極チップに被覆物を形成し亜鉛の移動を生じさせないようにし、また、塑性変形を生じないようすることは望ましいことである。これらの被覆物は相対的に薄い膜とすることができ、ある一つの参考では、炭化チタン被覆物の場合１インチの約千分の一あるいは数千分の一、他の参考では、セラミック被覆物の場合５０００オングストロームが提案されている。電極チップに被覆物が形成されるとき、相対的に被覆物に亜鉛が移動できる開口ないし欠陥がほとんどない場合には電極の寿命が延びる傾向にあり、また、本願発明者によれば、被覆物に割れ目ないし隙間が形成されることを防止しあるいはその形成を遅らせることは望ましいことである。長い間に、電極チップの被覆物は、加熱や化学的環境の結果として、溶接ヘッドが加工物に近づけられるときの衝撃を受けて劣化し易い。被覆物は磨り減りあるいは割れ目を生じ、電極はその有効寿命の終わりに近づく。本願発明者は、概略、ある被覆物あるいは総ての被覆物が電極チップにある時間が長いほど、また、電極チップの被覆されたままの部分の割合が多いほど、電極の使用寿命が長くなると考えている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様では、溶接電極は中空の本体を有する。この溶接電極は主に銅ベースの材料で作成される。前記溶接電極は、電極ホルダと係合するための第１の端部を有する。この第１の端部は、冷却液を前記中空本体に供給し、また、前記中空本体から排出するために開口を有した第１端部を有する。前記溶接電極は、溶接される対象物と係合するための溶接チップを有した第２の端部を有する。前記中空本体はその中に形成された室の配列をゆする。この室は前記開口から前記溶接チップに向かって延在する。前記溶接電極はその内部において隣接する１対の前記室の間に形成されたウェブを有する。
【００１０】
本発明の態様の特徴において、前記電極はその上に主にチタニウムの被覆物を有する。他の特徴では、前記被覆物は第１層および第２層を有する。他の特徴では、前記第１および第２層は主にチタニウムカーバイドからなり、前記第２層は前記第１層よりも高い重量％のチタニウムカーバイドを含んでいる。他の特徴では、前記第１層は前記第２層よりも高い重量％のチタニウムカーバイドを含んでいる。他の特徴では、溶接電極は中空の軸部を有し、この軸部は冷却液をその内部に導入できるようになっている。前記電極はその内部に冷却フィンを有する。他の特徴では、電極の少なくとも一部が銅の分散強化合金で形成される。さらに他の特徴では、第２層は銅に対して第１層よりも適切な接着性を持った材料で構成される。
【００１１】
本発明の態様の他の特徴において、前記第１層は主にニッケルである材料を主に銅の溶接キャップ本体材料上に堆積することによって形成される。他の特徴では、前記第１層が、主に銅の溶接キャップ本体上に堆積された、少なくとも５重量％のモリブデンである材料によって形成された下地層である。他の特徴では、前記第１層が、主に銅の溶接キャップ本体上に堆積された、少なくとも５重量％のタングステンである材料によって形成された下地層である。さらに他の特徴では、本体は主に銅からなり、被覆物は、（ａ）重ね層、および（ｂ）モリブデンとタングステンを混合した下地層のいずれか１つの層を含み、上記モリブデンとタングステンの混合物は前記溶接キャップ本体に付与する被覆材料の一部であり、前記溶接電極は、上記モリブデンとタングステンはともに材料の１０から１５重量％を形成する。
【００１２】
本発明の他の態様では、溶接電極の製造方法が提供される。この方法は、主に銅の材料で作成された成形ブランクであって、電極ホルダに固定されるための軸部と、溶接される加工物に対して配置されるための接触領域を有するヘッドと、を有した成形ブランクを用意する工程を含む。前記方法は、前記軸部に主穴を形成する工程と、前記ヘッドに、複数の副室であって当該副室が前記主穴と液体で連通する副室を形成する工程を含む。
【００１３】
他の特徴では、得る工程は、その内部に形成された内部フィンを有するブランクを得る工程を含む。さらに他の特徴では、第１層を形成する工程に先立って、接触領域をきれいにする工程が行われる。さらに他の特徴では、きれいにする工程は機械的にクリーニングする工程を含む。機械的にクリーニングする工程は、少なくとも接触領域におけるショットピーニングの工程である。他の特徴では、第１層を形成する工程は第１堆積処理を用いる工程を含み、第２層を形成する工程は第２堆積処理を含み、第１堆積処理は第２堆積処理と異なる。
【００１４】
他の特徴では、前記方法は、中央の内部十字形を形成する工程を含む。さらに他の特徴では、前記方法は、ブランクを形成して軸部の軸方向前方に位置するヘッドを有するようにし、前記ヘッドに、側方から見たときに、主に（ｉ）放物線および（ｉｉ）楕円曲線のいずれかである曲線に沿って形成された形状を与える工程を含む。他の特徴では、当該曲線が前記ヘッドの最も前方の位置で頂点を持ち、前記方法は、前記頂点を取り除いて前記ヘッドの平らな端面を生成する工程を含む。
【００１５】
本発明の上述したおよび他の態様および特徴は、以下に示す本発明の詳細な説明および添付の図面によって理解できることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の記述およびそこで記載される実施形態は、例示するものあるいは本発明の態様の原理の特別の実施形態を例示するものである。これらの例は、説明のために提供されるものであり、それらの原理および本発明を制限するものではない。記載では、同じ部分は明細書および図面においてそれぞれ同じ参照番号を付す。図面は、必ずしも同じ寸法とは限らないし、また、ある例では、より明確に本発明の特徴を表現すべく比率が誇張されている場合もある。
【００１７】
本明細書では、以下に示されるように、溶接電極は雄型または雌型のいずれかである。いずれの場合でも、溶接電極は、ある軸線に関して形成される回転体の形を有することができる。この回転体は、長軸、すなわちｚ軸と称する軸方向、このｚ軸から延在する半径方向ないし半径軸ｒ、および軸方向および半径方向に対して互いに垂直な角度データで表される周方向を有した極、円筒座標系で検討することができる。
【００１８】
図１ａおよび図１ｂに示される雄形電極の例について検討する。この例では、電極２０が電極ホルダ２２（図１ｂにおいて鎖線で示される）に装着される。電極ホルダ２２は冷却液供給導管２４（透視で示される）を備え、この導管は水などの冷却液の内部通路のようなものである。電極ホルダ２２は、また、冷却液戻り通路２６（透視で示される）を備え、この戻り通路は電極２０内から冷却液を引き出すようなものである。
【００１９】
形態に関して、溶接電極２０は本体３０を有している。本体３０は２つの本質領域を有し、これらは概略３２として示されるヘッド、および概略３４で示される軸部である。軸部３４は外面３６を有し、この外面は、軸部３４が角度αで示される外部テーパを有する場合において切頭円錐断面となる。この円錐では、狭い端部３８がヘッド３２から延び、また広いほうの端部４０が肩４２で境を形成する。軸部３４のテーパは、軸部３４がホルダ２２のような溶接電極ホルダの受け口に取り込まれることを促進するようなものであり、また、ホルダに詰め込みやすく、電極ホルダの受け口にしっかりとした結合の取付けを行うことができるものである。これにより、電流を伝えるのに適するような接触面を得ることができる。
【００２０】
肩４２は、長軸ないし中央軸、すなわちＣＬで示される回転軸に実質的に垂直な平面内に延在し、それによって、肩４２は環状の形を有するものである。肩４２は、接合部ないし接合面と呼ばれる軸方向後ろ向きの面４４を有し、この面は使用時に電流の通路となる。
【００２１】
軸部３４は中空のものとすることができる。例えば、軸部３４はその内部に形成される空洞ないし室を有し、この空洞は末端３８から軸方向内部に向かって延在する穴４６として特定されるものである。穴４６は円筒形、あるいは、例えばパンチによって形成され、小さなテーパを持つことにより形成するパンチないしダイ（型）から部品を取り除くことを容易にするようなものである。穴４６は抜けていない穴であり、軸方向において肩４２を越えて延在し、本体３０の大半に入ったところの穴端部域４８で末端となる。穴端部域４８はある程度狭くなっており、狭まる領域４９を含むものとできる。狭まる領域４９はテーパ部分とすることができ、この部分は必ずしも円形のテーパ部分である必要はない。狭まる領域４９は、例えば、図２のように一方の端から見たとき、丸い突出部のある形とすることができる。この丸い突出部のある形は、先細の突出部５０の配列を有し、この突出部は縦軸の中心線の回りに、突出部５１、５２、５３、５４として配列されている。端部領域４８は、またフィン機構のような従来の熱伝達装置を有し、このフィン機構は１つまたはそれ以上のフィンを含んでいる。１つの実施形態では、フィン機構５６は中央に位置するフィン５８を含む。フィン５８は接頭円錐の形状を有し、この形状は概略広い底面から狭い先端５９まで延在するものである。フィン５８は先細りの円形断面を有する。フィン５８は相対的にずんぐりしたものとなる傾向がある。底面の幅（本例では、直径）に対する高さの比は２：１より小さい範囲であり、１：１より小さくてもよく、また、１つの実施形態では２：３より小さい。穴の端部領域４８は端部壁６２で末端となる。この端部壁は、フィン５８の広いほうの端の周りに延在し、また、より一般的には、穴端部領域４８の周囲にある先細の突出部の狭まる壁４７と接続する。壁５５は穴４６の最も前方の端である。溶接の接合部分に対して水溜の端が相対的にごく接近していることによって、液冷却媒体への熱伝導が相対的に速い面への短い伝導路が形成されやすくなると考えられる。従って、水溜の内部における積極的な液体冷却によって、チップ領域における溶接キャップの銅ベース合金の焼きなましが生じないようにすることができ、あるいはそれを遅らせることができる。それによって溶接キャップの寿命を延ばすことなどができる。また、おそらくは相対的にずんぐりした中央フィンの方が、長く、薄いフィンないし配列したフィンよりも、冷間形成と両立できる。
【００２２】
ヘッド部３２はチップ領域６０、およびその領域から軸方向後方に向かって延在する側面領域６２を有することができる。側面領域６２の表面もまた、チップ領域６０に対して半径方向外側および後方に向かって延在し、また、弧状部分６４上を後方に向かって延在する。断面において、この弧状部分は放物線または楕円曲線の一部において形成される。チップ領域６０は放物形または楕円形を切ったもので、平らになる。ヘッド部３２は、最初に完全に放物形または楕円形に形成される。そして、チップ領域６０が仕上げによって最終的な接点形状が生み出される。例えば、ヘッド部３２は、最初、放物形または楕円形の末端である端部６１を含むものとすることができる。仕上げ処理の間に端部６１は一部が除かれ、６０に示すように平らな接頭形状あるいは適切な他の形状が与えられる。側面領域６２は、樽のような基部領域６６を含むかあるいはそれに入って行き、その基部領域はほぼ一定の半径であり、また、肩４２が末端となる。
【００２３】
穴４６および穴４６の領域４８は水溜と称する部分である。キャップ２０の端から端までの代表幅の寸法は外径φとしてとられ、これは肩４２の前方のキャップ２０を横切るように測定されるものである。他の寸法δ1は、電極の６１における放物線または楕円曲線の遠地点から、水溜の最も前方の端で壁５５の位置までとしてとられるものである。さらに他の寸法δ2は、放物線または楕円曲線の遠地点から、肩４２の面までとしてとられるものである。３番目の寸法δ3は、６０で示される仕上げられた面から、端部壁６２における水溜の最も近い部分までとしてとられるものである。一つの実施形態では、代表断面寸法と第１寸法との比φ：δ1がとられる。この比率は２：１より大きいものとでき、ある例では約５：２より大きいものとすることができる。他の比率として、第１の距離δ1と第２の距離δ2との比がとられる。一つの実施形態では、この比は２/５以下とすることができ、およそ０.３からおよそ０.５の範囲にあるものとすることができる。代わりに、第３の比率として、第１と第２の距離の差との間でとることもできる（ここで、δ4＝δ2−δ1）。この比率は、５：１２から２：３の範囲内のものとすることができる。放物または楕円形状は、「弾丸」の丸みをつけたデザインを有した、ＩＳＯ  ５８２１あるいは抵抗溶接製造業者の協会（ＲＷＭＡ）によって推薦された型と比較して、溶接キャップ端部の塑性変形を生じさせないかあるいは遅らせる傾向があると考えられる。
【００２４】
一つの実施形態では、端部壁５５が縦中心線と交差せず、どちらかと言えばキャップ２０の縦中心線ＣＬの周りに延在する突出部を連結する形状で、リングあるいはリングのような面を形成する。
【００２５】
図３を参照すると、以下に述べるように、チップ領域６０はその上に形成した被覆物７０を有することができる。場合によって、本体３０はほぼ純粋な銅あるいは銅ベースの合金から作られ、相対的に高い熱伝導率（おそらく２００Ｗ/ｍＫより大きい）を持つものである。ある合金は、銅、クロムおよびジルコニウム（ＣｕＣｒＺｒ）の主に三つの要素で構成された合金である。他の合金は、主に銅とジルコニウム（ＣｕＺｒ）あるいは銅とクロム（ＣｕＣｒ）のような二元合金である。銅とＢｅｒｒｙｌｉｕｍ（ＣｕＢｅ）、銅タングステン（ＣｕＷ）および銅アルミナ（Ｃｕ-Ａ１２０３）合金は、代わりの被覆材料として同じく可能なものである。銀を有した１つの銅合金は、１９８８年３月２９日にＮｉｐｐｅｒｔに付与された、特許文献１において示唆されている。他の合金として、１９８４年１月３日にＮｉｐｐｅｒｔに発行された特許文献２に説明されている、分散強化合金がある。この分散強化合金は、そのチップを形成している溶接電極２０の１部だけに含むことができるものである。
【００２６】
溶接電極２０（または以下で述べられる１２０あるいは１７０）は、固形物の機械加工、鋳造、あるいは鍛造など多くの方法で製造することができる。銅固体（あるいは場合によって銅合金）の塊の形成については、例えば、特許文献２で記戴されているのとほぼ同じ方法で製造することができる。しかしながら、軸部の中心部は雄型ダイ、すなわち上述した縦溝の形状に対応した外部形状を有し、また、熱伝達リブないしフィンを区画する空洞を有したダイの工程によって形成することができる。
【００２７】
溶接電極２０（あるいは以下のように電極１２０または１７０）の製造は、電極のチップ６０において接触領域に被覆物７０を付与する工程を含むことができる。被覆物７０は、第１の面被覆の層、物質あるいは合成物を含むことができるが、これは数字８０で呼ばれ、また、概略指示されるものである。また、この層には、第２の面被覆の層、物質あるいは合成物８２が、全部あるいは部分的に重なる。
【００２８】
溶接電極２０のチップ６０に端部被覆物７０を付与する工程は、端部領域６０から不純物を取り除く工程が先に行なわれる。端部領域は、面６０のような平らにされたか、あるいは削られた端面を含むことができ、また、先細りの側面領域６２に隣接した部分の一部あるいは総てを含むことができる。不純物を取り除く工程は、酸化物、汚れ、オイル、あるいはそれらのすべてを取り除く工程を含むことができる。これに代わって、あるいはさらに、端部領域を堅くする作業工程があってもよい。不純物を取り除く工程と硬化作業の工程は、同時に同じ処理で行うことができ、また、接触領域に圧縮の内部応力をもたらすことも含むことができる。硬化作業の工程は、端部領域のショットピーニング工程を含むことができる。ショットピーニング工程によって、表面不純物を取り除き、表面被覆を付与する表面を相対的に新たらしくきれいな状態に維持し易くなる。ショットピーニングのために使われたショットは、ガラスビーズなどの非参加材料（すなわち、銅と実質的に反応しない材料）で作ることができる。一つの実施形態では、例えば、３０−５０ｐｓｉｇの範囲の圧縮空気のような気体が、１５秒から１分の範囲内の時間、電極の被覆されていない端部にＮｏ.７のガラスビーズを向けるのに用いられる。一つの実施形態では、この時間はおよそ３０秒である。
【００２９】
第１の部分、領域、あるいは層８０は、その上に重ねられる層８２とは異なる組成で形成することができる。翻ってこの層８２は層８４（そのような３番目の層がある場合）の組成とは異なり、この層８４は、さらなる層のいずれの組成とも異なるものとすることができる。場合によっては、被覆物が作られる材料である粉あるいは固体棒の組成が被覆処理が始まる前に知られているものの、層の作成すなわち堆積のまさしくその処理が局所的な融解および合金化を生じさせるようにすることができる。そのようなものとして、層が不鮮明ないし滲むかあるいは相互に流れ込みやすく、それによって、種々の層の組成がはっきりとあるいは明確に変化せず、なおかつある組成物あるいは他の層生物の濃度変化が生じるものである。
【００３０】
第１の層、領域、あるいはベース被覆物は、他の層よりある特定の材料が相対的に富んでいる。例えば、第１の層は、１つあるいはそれ以上の続く層に含まれ得るよりも、相対的により高い濃度のニッケルあるいはニッケル合金を含めることができる。代わりに、あるいはさらに、溶接キャップの銅（あるいは主に銅の）本体に最も近い層あるいは相対的に近い層が、続く１つの層あるいは複数の層よりも、相対的により高い濃度のモリブデン、タングステン、あるいはそれらの両方を含むことができる。ニッケルとモリブデン-タングステン合金のような、相対的により柔らかい金属を相対的に多く持つ合金は、銅に対する親和性を持つ傾向があり、また、相対的に硬い、主にチタンの層あるいはチタンカーバイド層、すなわち被服層を重ねる際に、多孔、空洞や表面亀裂を生じないようにでき、これは、これらの合金（１つあるいはそれ以上の続く層で付与されることができるもの）が、上記とは違って異なる組成のベース被覆層の媒介効果なしに重ねられる場合よりも、より容易になると考えられる。また、より柔らかい金属あるいは金属合金の層は、熱膨張を許容する。すなわち、下側にある主に銅（あるいは銅合金）と、重ねられるチタン、チタンカーバイド、あるいは主に二ホウカチタンの層との間の熱膨張に関して影響力を加減するかあるいは和らげるものとして作用すると考えられる。さらに、これらの媒介する、より柔らかい層が、主にチタン、チタンカーバイドあるいは二ホウカチタンの合金の被覆が溶接キャップの主に銅の基盤に対して全体的に密着する上で助けとなると考えられる。すなわち、この下層は、効果の上で、下層となる銅ベースの基盤と、より堅い上に重ねられるチタンベースの１つの層あるいは場合によって複数の層との間の中間の接着層としての機能を果たす傾向がある。一つの実施形態では、最初の１つの層あるいは複数の層を作るために堆積された、粉あるいは焼結捧材料は、８-４０重量％ニッケルの範囲、あるいはより狭い１０重量％と３５重量％の間の範囲でニッケルを含むものとすることができる。これに代わって、２５-３５重量％のニッケルを含むこともできる。他の層は、１０-２０の重量％のニッケルを含むことができる。
【００３１】
代わりにあるいはさらに、堆積の前に、粉あるいは焼結棒材料が３〜２０重量％のモリブデンを含む。他の実施形態では、１０-１５重量％のモリブデンを含み、さらに他の実施形態では、４-８重量％のモリブデンを含むことができる。代わりに、あるいはさらに、およそ０.６５重量％と２.０重量％の間でタングステンを含むこともできる。他の層では、およそ０.８から１.１％のタングステンを含むことができる。さらに他の層では、およそ１.２から１.８％のタングステンを含むことができる。モリブデンとタングステンの総和はおよそ５重量％からおよそ１７重量％の範囲とすることができる。一つの実施形態では、堆積前の粉あるいは焼結棒材料におけるモリブデンとタングステンの総和は、およそ５から８重量％である。他の層では、モリブデンとタングステンの総和は、およそ１２から１７重量％である。
【００３２】
被覆物の続く一つの層あるいは複数の層は、相対的にチタンあるいはチタンカーバイドのようなチタン合金により富んでおり、また、そこではいくつかのそのような層が堆積されるが、続く層においてチタンあるいはチタン合金が次第に富むようにすることができる。チタン合金の例はチタンカーバイド（ＴｉＣ）や二ホウカチタン（ＴｉＢ2）である。このような１つの層あるいは複数の層は、先に堆積したニッケル、モリブデンあるいはタングステンが豊かな１つの層あるいは複数の層より硬くなる傾向がある。チタン、チタンカーバイドあるいは二ホウカチタンの層は、初期濃度が重量で６０と８０重量％チタンの間にある粉または棒から作ることができる。このような粉は、また、１０-３５重量％のニッケル、あるいは一つの実施形態では、１３-１７重量％、他の実施形態では２８−３５重量％のニッケルを含むものである。
【００３３】
仕上げあるいは被覆層あるいはその複数層は、この場合も、主にチタン、チタンカーバイドあるいは二ホウカチタン材料の層と較べて、相対的により多くのニッケル、モリブデンまたはタングステン、あるいはモリブデンおよびタングステン内容物を含むことができる。この重ね層は下地をなしているチタンカーバイドあるいは二ホウカチタンの層における亀裂あるいは不連続部分を満たす傾向がある。このような相対的にモリブデンあるいはタングステンが豊かな層は、それらの亀裂や不連続部の中に、亜鉛が移動しないようにする傾向があると考えられている。すなわち、チタンベースの層や、チタンカーバイドあるいは二ホウカチタンの被覆物など、被覆物として堆積された材料の同じ層で、相対的に硬く、亀裂や隙間、あるいは他の欠陥を持つ層があるところでは、いくつかの実施形態では、重ね層が付与されてこれらの欠陥を塞ぎあるいは覆い、それによって融解した亜鉛がそこを通って移動することを防止する。その重ね層は、チタンベースの層より大きい粘り気を持ち、また、亜鉛より高い融解点を持つ材料を含むことができる。一つの実施形態では、その材料は、モリブデンであってもよく、あるいはそれを含むものである。他の実施形態では、その材料は、ニッケルであってもよく、あるいはそれを含むものである。その重ね層は、同じくタングステン成分を含むことができる。
【００３４】
一つの実施形態では、主にチタンカーバイド含む層が銅基盤に付与され、そして相対的にモリブデンおよびタングステンが豊かな層が、チタンカーバイドの上に重ね層として付与される。付与されるとき材料は溶け、また、再融解された状態で材料は混ざり易くなる。仕上げられた電極表面に対して堆積が行われた後、結果として生じる被覆領域は、およそ４０から５０重量％のチタン、１０から３０重量％のニッケル、および２０から４０重量％の銅である。この被覆物を製造するために用いられる初期の粉または焼結棒は、７０から８０重量％のチタンカーバイド、１０から１５重量％のニッケル、および１０から１５重量％のモリブデンである。いくつかの例では、粉がレーザー被覆加工に用いられるのに対して、焼結棒は放電堆積に用いることができる。
【００３５】
述べたように、様々な層は、放電堆積あるいはレーザー被覆加工によって付与することができる。放電堆積が用いられる場合、電流は６０Ｈｚａ．ｃ．である。これに代わって、パルスＤＣあるいは半整流ＡＣなどの可変的な直流によってもよい。場合によっては、電流が用いられるいくつかの実施形態では、電流は１００Ｈｚより大きい周波数において変化することができる。いくつかの例では、周波数は１０００Ｈｚより大きく、いくつかの例で葉周波数は５０００Ｈｚから５０,０００Ｈｚの範囲にある。一つの実施形態では、用いられる周波数は１０,０００または２０,０００Ｈｚ、（＋/-２５％）である。
【００３６】
一つの用途では、全体的に単体の被覆層は表面において、（重量％によって）およそ５０％のチタン、２０％のニッケルおよび２５％の銅であり、２層の被覆層はおよそ４０％のチタン、４０％のニッケルおよび１５％の銅であり、そして３層の被覆層は、チタンがおよそ１５％、ニッケルが７０％および銅が１５％である。（割合は、測定がどこで、また、どのようになされるかによって、１０％あるいはそれ以上変化し得るものである。例えば、重ねる層の中心では、チタンの割合はより多くなる傾向がある。）
【００３７】
図ｌａおよび図１ｂの溶接電極２０が雄型電極と呼ばれるのに対し、図４ａ、４ｂおよび４ｃは、雌型の溶接電極１２０を示している。雌型の溶接電極１２０は、ヘッド部分１３２および軸部１３４を持つ本体１３０を有する。この例では、軸部１３４は、外側のほぼ丸い円筒状のスカート１３６、および主に半径方向において内側に面した先細りにされた面であって、嵌め合いソケットあるいは打ち込み用軸を持った電極ホルダに適合することができるようにされた面１３８を有している。この面の先細りは、角度αのような小さな角度のものである。内部穴１４６が軸部１３４の中に形成され、また、軸部１３４の末端１４２から軸方向に抜けていない最も前方の端１４４まで延在する。先細りのテーパは第１の縦軸位置すなわち肩１４８で終わり、この肩は、末端１４２から先端１４４までの範囲の一部分である。雄型の溶接電極用台座は、ホルダとして識別されるものである。ホルダの最前端は肩１４８に接する。内部穴１４６の最前部１４９は、キャップ２０の記載で上述したものとほぼ同じ内部形状を有することができ、ここで、同様の要素には上記で用いられた同じ番号が与えられる。
【００３８】
ヘッド部１３２は、平らなチップないしチップ領域１６０を有するものである。従って、ヘッド部は削られ、図ｌａおよび１ｂの例に示したように平らなチップが生成される。それは、初期の丸いチップ１５２を削ること、すなわち仕上げることである。その丸いチップ１５２は、初期において上述したように放物線あるいは楕円曲線状に形成される。図１ａの例に示されるように、ヘッド部１３２は、弧状の側面部１５３を有し、また、ほぼ半径方向において外側に面している円形の円筒状壁１５４の中でほぼ接線方向において終端する。穴１４６の軸方向最も内側の端は端部壁１５５であり、これは肩１４８から軸方向に距離δ5だけ離れている。この距離は、穴１４６の内壁における傾斜の切れ目から端までの水溜の深さである。壁１５５とチップ１６０との間の軸方向距離は、同じようにδ3として示される。上述のように、δ3を相対的に小さくすることができる。すなわち、δ3は、キャップ１２０の全径Φ1の２/３より小さなものとできる。一つの実施形態では、δ3はΦ1の１/２あるいはそれ以下とでき、また、他の実施形態では、Φ1の３/８から１/２の範囲とすることができ、およそ２/５Φ1であってもよい。
【００３９】
代わりの表現では、穴１４６において肩１４８の前方にある水溜部は、肩１４８からチップ１６０（あるいは１５２）までの全距離と比較して大きいものである。すなわち、距離δ3に対する距離δ5の比率は２：３から１：１の範囲にあり、また、３：４から９：１０のより狭い範囲にあってもよく、一つの実施形態ではおよそ４：５とすることができる。また、場合によっては、フィン機構５６の前方の水溜１５０における主要な横径は、端部壁５５の寸法Φ3によって表され、これは、チップ直径Φ2として示される、チップ領域１６０の主要な寸法より大きいものとすることができる。チップ１６０の一部あるいは総てが、溶接電極２０の記載に関して上述したように、被覆物７０を備えることができる。溶接電極１２０は、溶接電極２０の記載に関して上述した、どのような材料でも作成することができ、また、溶接電極２０の記載に関して述べた工程に従って製造することができるものである。
【００４０】
さらに他の電極が、図５ａにおいて１７０で示される。溶接電極１７０は、概略溶接電１２０に類似しており、また、本明細書で述べられるどのようなタイプの外側の被覆物をも備えることができる。溶接電極１７０は、内部の形状が丸いという点に限って溶接電極１２０と異なる。さらに、溶接電極１７０は、代わりの形態として、被覆されない形式で生産されて削られていない状態で顧客に向けて出荷されてもよい。これは、削られていないチップから、平らな部分の直径が中程度のものや大きいものまで様々に変化する、初期の溶接の接触直径に仕上げるためである。溶接電極１７０は、適切な軸部を備えることによって、溶接電極１２０と同種の雌型の形態で、あるいは溶接電極２０と同種の雄型の形態で作れることはもちろんである。
【００４１】
溶接電極１７０は、ヘッド部１７４と軸部１７６を持つ本体１７２を有する。軸部１７６は、軸部１３４とほぼ同じものとすることができる。溶接電極１７０は、軸部１７６の内部に形成された内部穴１７８を有する。穴１７８は、軸部１７６の末端１４２から、最も前方の行き止まりの端、すなわち端１８０まで軸方向に延在する。先細りのテーパは、第１の縦方向位置、すなわち、肩ないし壁の不連続部分で終わる。この不連続部分は端１４２から先端１８０までの範囲の一部である。内部穴１７８の最も前方の部分１８４は、キャップ２０の記載で上述したものと異なった内部形状を有している。肩１４８のような、ほぼ平らな周辺肩を持つというよりむしろ、傾斜の切れ目１８２における変化は丸みを付けられた変化１８６の形態である。この変化は、１８９、１９０、１９１、１９２で示される突出部、室ないし副空洞の配列の１つまたはその他の先細りの壁１８８に通じている。これら突出部のそれぞれは丸いドーム端１９４が端部をなし、このドーム端はほぼ球形のアーチないし丸天井に沿って形成される。これらの突出部は、複数の冷却室を備える。１９６で示される隙間の平らな部分は、差し込まれる雄型電極ホルダに対し軸方向で停止させるものである。突出部１８９、１９０、１９１および１９２の間の領域には、フィン機構２００として示される、突出した冷却配列がある。一つの実施形態では、フィン機構２００の中央の、軸方向後ろ向きに突き出ている端は、いくぶん丸い十字形断面で、丸みのある端を持った、ある程度フィリップスのねじ回しの先端を持つことができる。この十字形は、半径方向に延在し、また、軸方向に直立したウェブ１９８として図示によって示される、１組の外側に向かって延在する翼ないしフィンに対して合流し、あるいは延在する。そして、これらのウェブはフィン柱２０１として示される中央部で交差し、また、この中央部から延在する。フィン柱２０１は、丸い断面でなくてもよいが、ある方向でより大きな大交差寸法を持ち、上記方向とは突出部間の角度ピッチの半分ずれた方向でより小さな小交差寸法を持つ。ウェブ１９８は、この柱の半径方向最も外側の部分で、平ら部分１９６の中央に向かって続く外側周囲部に合流する。放射状のウェブ１９８は、半径方向および軸方向の両方で厚みが変化するが、軸方向の基部（すなわち、軸方向において最前部１８４に最も近い部分）ほど厚く、隣接する突出部の間の中央のラインをつき抜ける平面によって規定される、１９５で示される平面で最も薄くなる。すなわち、半径方向に延在するウェブ部分は、それぞれ一対の隣接する突出部の中心の間に挿入され、チップ２０２から熱が放出されるように熱伝達することができる。すなわち、ウェブは、隣接する突出部間の仕切りとして作用し、それによって突出部を相互に隔離する。また、冷却液が流される熱伝達面の面積を大きくすることができる。冷却液の流れが越える面の端すなわち冷却液が交わる面の端は、示されるように、鋭利であるよりもむしろ丸みがあるものである。動作では、軸方向に導入され、前方に向けられた冷却液がフィン機構２００の十字形部分によって分けられ（すなわち、十字形部分は流れ分離器として機能する）、突出部の面によって規定される壁に沿って流れる。これらの壁は滑らかに丸み付けられており、流れの方向を後ろ向きに変える翼として機能するとともに、液体に対して相応の熱伝達を行う。この領域を離れた液体は後ろ向きに排出される。滑らかな面の弧は、１２０度より大きな湾曲にわたって延在し、一つの実施形態では、ほぼ１８０度の湾曲にわたって延在する。
【００４２】
なお、フィン柱２０１の高さはδ8で示され、これの、δ9で示される、先端と壁の不連続部分との間の高さに対する割合は、例えば、δ3のδ5に対する割合より大きい。一つの実施形態では、δ8のδ9に対する割合は、２/３から９／１０の範囲内にある。同様に、それぞれのウェブ１９８の最小高さは、これはδ9からδ10寸法を減じることによって得ることができるが、これは割合として得ることができる。一つの実施形態では、この割合はδ8の１／２から４/５の範囲内にある。すなわち、フィン柱２０１は、隣接した極小のウェブ１９８から突出して軸方向に立つ。図示されるウェブおよび突出部の配列は、多くの突出部ないし多くの水かき配列を表すことを意図したものであり、場合によって、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つまたはそれ以上の突出部ないし水かき配列のいずれであってもよい。また、溶接チップ面ないし領域２０２からの距離は、軸方向に測った場合、従来や慣例のものより先端１８０により近く、肩不連続部から、放物形の頂点まで、あるいは場合によって実際に削られたチップ面までの距離の２/５から３/５の範囲内にある。
【００４３】
ヘッド部１７４はチップないしチップ領域２０２を有し、このチップは、図５ｈおよび５iにおいて２０４で示すように削られないままとすることができ、あるいは初期に丸いチップ２０２を削った状態の図５ｆおよび５ｇにおいて２０６で示されるように、中程度で削られてもよい。これによって、溶接される金属の厚みに関して求められる溶接塊のサイズに対応した直径を有する溶接面を、放物曲線（あるいは他の曲線）に近接する曲面と組み合わせて用いることが可能となる。
【００４４】
チップが初期の丸い端部形状で用いられる場合（例えば、図５ｈ）、あるいは末端消費者に出荷する前に適切な大きさに削る場合（図５ａあるいは図５ｆのように）、チップ領域２０２の一部または総ては、電極２０の記載で上述したように被覆物７０を備える。溶接電極１２０は、溶接電極２０の記載で上述した材料のいずれからでも作成することができ、また、溶接電極２０の記載で述べた工程によって製造することができる。
【００４５】
被覆されたチップが用いられる場合、場合によっては、本明細書に示されるように形成される溶接キャップは、２つの対象に締め付けられる溶接工具における溶接キャップを用いる工程を含む溶接処理で用いることができる。これら２つの対象はともに溶接される金属シートなどであり、これらの対象には、亜鉛またはニッケル、あるいは亜鉛およびニッケルが被覆された鋼、先進高張力鋼、アルミニウム処理したあるいはアルミニウムのシートが含まれる。処理には、電極をこれらの材料またはそれらの１つとともに用いる前に、電極を調整する工程無しに電極の使用することが含まれる。このような使用では、場合によっては、溶接される材料の表面にくっつく傾向が減り、また、加工物に銅が堆積する傾向が対応して減少する。長い時間にわたって、電極の劣化が起こる限りでは、電極の使用には、電流段階の工程が含まれる。
【００４６】
代わりに、電極の被覆物が加工物片に反応しない傾向がある限りにおいて、亜鉛ベースまたは亜鉛が被覆された加工物片などの加工物表面からの取り出しを少なくすることができ、上記加工物片は、電極と加工物片から取り出された不純物との化学的合金化を減らしまたは遅らせることができ、それだけ電極の劣化を少なくしまたは遅らせることができる。
【００４７】
冷却液の流れとの相互作用のために内部のフィン機構があることによって、電極の冷却を助けることができ、また、長い時間にわたる電極のアニールを遅くするかあるいは生じさせないようにすることができる。場合によっては、このような冷却によって、隣接した電極を加熱するのとは対照的に、溶接塊のいっそう集中した加熱が可能となる。
【００４８】
種々の実施形態が詳細で述べられた。上述の最良の実施形態の変更またはそれへの追加は、本発明の性質、趣旨あるいは範囲から逸脱しないでなすことができることから、本発明は上記の詳細に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
添付の図面は、代表的な実施形態、あるいは本発明の原理および態様を含んだ実施形態を図示したものである。ここで、
【図１ａ】雄溶接電極の一例を示す側面図である。
【図１ｂ】図１ａの溶接電極の対称縦断面の断面図である。
【図２】図１ａの溶接電極を同図の矢印２で示す内部方向に見た端面図である。
【図３】図１の溶接電極の接触端領域の表面被覆物を明瞭化のためにハッチングを省略して示す拡大詳細図である。
【図４ａ】図１ａおよび図１ｂの雄電極と類似の雌電極を示す側面図である。
【図４ｂ】図４ａの溶接電極の対称縦断面の断面図である。
【図４ｃ】図４ａの溶接電極を同図の矢印で示す内部方向に見た端面図である。
【図５ａ】図１ａの電極の代わりの電極を示す側面図である。
【図５ｂ】図５ａの電極の第１の端部を示す図である。
【図５ｃ】図５ａの電極の反対側の端部を示す図である。
【図５ｄ】図５ａの電極の５ｄ−５ｄ線断面図である。
【図５ｅ】図５ａの電極の５ｅ−５ｅ線断面図である。
【図５ｆ】図５ａの電極の代わりの電極を示す側面図である。
【図５ｇ】図５ｆの電極の第１の端部を示す図である。
【図５ｈ】図５ａの電極の他の代わりの電極を示す側面図である。
【図５ｉ】図５ｈの電極の第１の端部を示す図である。
【図１ａ】
2006320959.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
2006320959.tif 000005
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
2006320959.tif 000009
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
2006320959.tif 000015
【図５ｇ】
2006320959.tif 000016
【図５ｈ】
2006320959.tif 000017
【図５ｉ】
2006320959.tif 000018
【外国語明細書】
2006320959000001.pdf