(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材に対する溶接用電極の位置や姿勢を、スポット溶接する前に確認するためのチップ部材であって、
少なくとも前記被溶接部材に当接する先端部が半導電性セラミック焼結体からなることを特徴とするスポット溶接用チップ部材。
【請求項２】
前記先端部が炭化珪素質焼結体からなることを特徴とする請求項１記載のスポット溶接用チップ部材。
【請求項３】
前記先端部の表面は、一方向に沿って長い粗粒状炭化珪素粒子が複数配置されていることを特徴とする請求項２記載のスポット溶接用チップ部材。
【請求項４】
前記先端部の前記表面は、複数の開気孔を備えており、互いに近接する２つの前記開気孔の重心同士を結ぶ複数の線分のいずれかに交差する前記粗粒状炭化珪素粒子を複数備えていることを特徴とする請求項３記載のスポット溶接用チップ部材。
【請求項５】
互いに近接する３つの前記開気孔それぞれを結ぶ３本の前記線分のうち２つの前記線分に交差する前記粗粒状炭化珪素粒子を複数備えていることを特徴とする請求項４記載のスポット溶接用チップ部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材に対する溶接用電極の位置や姿勢を、スポット溶接する前に確認するためのチップ部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の被溶接部材を溶接する際にスポット溶接ガンが利用されている。このスポット溶接ガンは、位置および姿勢を３次元的に変えられる多関節型の溶接ロボットの先端に取り付けられて用いられている。
【０００３】
スポット溶接ガンは、例えば、Ｃ型をなすガンアームを備え、その両端には、被溶接部材を挟むように一対のシャンク部が取り付けられ、それぞれのシャンク部の先端に溶接用電極が装着されている。そして、溶接用電極の間に複数の被溶接部材を配置し、この状態で、溶接用電極間に通電することによって被溶接部材同士を接合する。
【０００４】
複数の被溶接部材の溶接を正しい位置で、かつ強い強度で溶接するには、被溶接部材に対する溶接用電極の位置や姿勢が重要となる。すなわち、複数の被溶接部材同士を、正しい位置かつ比較的強い強度で溶接するには、溶接用電極が、正しい位置かつ正しい姿勢（角度）で規定の溶接位置に当接することが重要である。
【０００５】
例えば多関節型の溶接ロボットを用いて溶接する場合は、実際の本溶接の際に溶接用電極が正しい位置かつ正しい姿勢（例えば、なるべく垂直な姿勢）で被溶接部材に当接するよう、本溶接の前に、溶接ロボットの位置および姿勢を確認して、必要に応じて溶接ロボットの動作条件等を調整する作業（ティーチング）を行う。このティーチング作業では、実際に溶接は行わずに溶接用電極を押し当てて、溶接用電極の正しい位置かつ正しい姿勢を確認する。実際の溶接用電極の多くは導電性の高い銅からなるが、銅は比較的軟らかく、このティーチング作業で被溶接部材に強く押し当てられることで変形する可能性もある。例えば特許文献１では、ティーチング作業の際、本溶接の際に使用する溶接用電極ではなく、異なる材質からなるティーチング用チップを用いる例が開示されている。特許文献１には、ティーチング用チップとして、本溶接用電極よりも硬く変形し難く、また導電性も低いステンレスを用いた例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２４０８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば自動車等の製造工程など、多数の箇所の溶接を正確に行う必要がある作業では、ティーチング作業の頻度が多くなり、多くのティーチング用チップを繰り返し使用する必要がある。このため、例えば特許文献１に記載されているステンレスを用いたティーチング用チップに比べてもより高い耐摩耗性を有するティーチング用チップ（スポット溶接用チップ部材）が求められていた。またティーチング作業では、ロボットの誤動作や操作ミス等によって、誤ってティーチング用チップに電圧がかかってしまい、間違った条件での溶接が本溶接の前に行われてしまう場合があった。このため、従来のステンレスを用いたティーチング用チップよりも導電性が低いティーチング用チップ（スポット溶接用チップ部材）も求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被溶接部材に対する溶接用電極の位置や姿勢を、スポット溶接する前に確認するためのチップ部材であって、少なくとも前記被溶接部材に当接する先端部が半導電性セラミック質焼結体からなることを特徴とするスポット溶接用チップ部材を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスポット溶接用チップ部材は、耐摩耗性が高いので繰り返し多くの回数使用することができ、かつ導電性が低いので誤動作や操作ミスによる誤った溶接を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スポット溶接用チップ部材の一実施形態を装着したスポット溶接ガンの一例を示す模式図である。
【図２】図１に示すスポット溶接用チップ部材の拡大斜視図である。
【図３】スポット溶接用チップ部材の一実施形態を構成する炭化珪素質焼結体の一例を示す表面写真画像である。
【図４】図３に示す画像について、画像解析ソフトの重心間距離法を用いて解析した結果の一例であり、図３に示す画像において開気孔の重心同士を結ぶ線分が作成されたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、スポット溶接用チップ部材の一実施形態を装着した状態のスポット溶接ガンの一例を示す模式図である。図１に示すスポット溶接ガン１は、いわゆるＣ型のスポット溶接ガンであって、Ｃ型をなすガンアーム２の先端側のシャンク３に装着された第１のスポット溶接用チップ部材４（第１のティーチング用チップ４ともいう）と、ガンアーム２の基端側のシャンク５に装着された第２のスポット溶接用チップ部材６（第２のティーチング用チップ６ともいう）とを備えている。なお図１は、スポット溶接（本溶接ともいう）の前に、溶接ロボットの位置および姿勢を確認して、必要に応じて溶接ロボットの動作条件等を調整する作業（ティーチング）を行う状態での溶接ガン１の状態を示している。
【００１２】
実際に被溶接部材を本溶接する際は、第１のティーチング用チップ４および第２のティーチングチップ６は取り外され、ガンアーム２のシャンク３には、本溶接用の電極部材（図示せず）がそれぞれ取り付けられる。本溶接では、２つの溶接用電極の間に被溶接部材７，８を当接させて配置し、アクチュエータ９先端のロッド部材１０の押出し動作によってこれら溶接用電極に所定の圧力を加えつつ通電することにより溶接を行う。
【００１３】
スポット溶接ガン１を用いたティーチング作業では、例えば、第１のティーチング用チップ４および第２のティーチング用チップ６を被溶接部材７，８に押し当てて、押し当てることで被溶接部材表面に残る凹状の痕跡の形状を確認することで、被溶接部材に対する溶接用電極の位置や姿勢を、スポット溶接する前に確認することができる。
【００１４】
図２は、図１に示すスポット溶接用チップ（ティーチング用チップ）の拡大斜視図である。図１に示す第１のティーチング用チップ４および第２のティーチング用チップ６は形状が同一である。第１のティーチング用チップ４および第２のティーチング用チップ６はそれぞれ、シャンク３，５に装着される円柱状の基端部４ａ，６ａと、基端部４ａ，６ａに軸方向で接続して被溶接部材７，８に対向する半球状の先端部４ｂ，６ｂとを備えている。基端部４ａ，６ａの外径は、例えば、１３ｍｍ以上１６ｍｍ以下である。
【００１５】
本実施形態のティーチング用チップ４，６は、少なくとも被溶接部材７，８に対向する先端部４ｂ，６ｂがセラミック焼結体からなる。セラミック焼結体からなる先端部４ｂ，６ｂは、ティーチング作業の際に従来用いられていた、銅やタングステンやステンレスからなる先端部よりも導電性が低いので、ティーチング作業の際に操作ミスや装置エラー等で高い電流が流れたとしても、誤って溶接されることがない。しかも、セラミック焼結体からなる先端部４ｂ，６ｂは、銅やタングステンやステンレスからなる先端部よりも耐磨耗性が高いので、繰り返し多くの回数使用することができる。
【００１６】
本実施形態では、被溶接部材７，８に対向する先端部４ｂ，６ｂが半導電性セラミック焼結体からなり、より詳しくは、被溶接部材７，８に対向する先端部４ｂ，６ｂが炭化珪素質焼結体からなる。なお炭化珪素質焼結体とは、炭化珪素質焼結体を構成する成分１００質量％中、炭化珪素を８０質量％以上含む焼結体をいう。炭化珪素質焼結体は、セラミック焼結体の中でも、体積固有抵抗の値が例えば１０３〜１０８Ω・ｃｍ程度と導電性が比較的低めである。ティーチング用チップ４,６が、完全な絶縁体ではなくある程度の導電性を有することで、ティーチング用チップ４,６に静電気が比較的溜まり難くなる。
【００１７】
例えば操作ミスや誤作動によって、ティーチング作業の際に先端部４ｂ，６ｂの間で比較的高い電圧が印加されてしまった場合など、先端部４ｂ，６ｂの導電性が低い（絶縁性が高い）と、そのときは誤った溶接を防止できるが、先端部４ｂ，６ｂに比較的大きな静電気（電荷）が溜まる場合もある。先端部４ｂ，６ｂの静電気の蓄積が大きくなり過ぎると、意図していないタイミングで電荷が解放されて、制御できない量の電流が溶接部分や溶接ロボットに流れる可能性がある。先端部４ｂ，６ｂが半導電性セラミック焼結体からなる（すなわち、ある程度の導電性をもつ）ことで、このような静電気の蓄積を抑制し、大量に蓄積した静電気の放出にともなう溶接部分の不良や溶接ロボットの動作不良の発生等を抑制することができる。  
【００１８】
また、先端部４ｂ，６ｂが半導電性セラミック焼結体からなる（すなわち、ある程度の導電性をもつ）と、例えばティーチングの際に、先端部４ｂ，６ｂの間（すなわち溶接部分）に意図して制御した電圧をかけて、溶接部分に制御した量の電流を流すこともできる。例えばティーチングの際に、本溶接に先がけて溶接部分に比較的低い電流を流し、位置決め的な仮溶接を行うこともできる。また位置決めに至らない程度でも、例えば溶接部分をある程度溶融させて、溶融部分の位置を確認できるようにする（マーキングする）こともできる。先端部４ｂ，６ｂは、例えば上述の炭化珪素質焼結体等のような、半導電性セラミック焼結体からなることが好ましい。半導電性セラミック焼結体としては、窒化チタン質焼結体，炭化チタン質焼結体，窒化チタンまたは炭化チタン等の導電性成分を含む酸化アルミニウム質焼結体等があげられる。特に炭化珪素質焼結体は耐摩耗性や耐熱性も高く、様々な環境下で繰り返し使用できる点で好ましい。半導電性セラミック焼結体とは、体積固有抵抗の値が例えば１０２〜１０９Ω・ｃｍ程度のセラミック焼結体のことをいう。
【００１９】
図３は、本実施形態のティーチング用チップ４,６の先端部４ｂ、６ｂを構成する炭化
珪素質焼結体の一例を示す表面写真画像である。
【００２０】
図３に示す炭化珪素質焼結体１１の表面は（すなわち、ティーチング用チップ４,６の
先端部４ｂ、６ｂの表面は）、一方向に沿って長い粗粒状炭化珪素粒子１２が複数配置されている。このような炭化珪素質焼結体１１は、外力によるクラックの進行が抑制されており、機械的強度や強く耐久性が高い。
【００２１】
粗粒状炭化珪素粒子１２とは、最大長さが５０μｍ以上、かつ最大長さとなる長さ方向
に直交する幅方向の長さが１０μｍ以上の粒子をいう。粗粒状炭化珪素粒子１２は、最大長さが３００μｍ以下、かつ最大長さとなる長さ方向に直交する幅方向の長さが１００μｍ以下であれば、焼結体全体の強度は比較的高いので好ましい。
【００２２】
また、炭化珪素質焼結体１１の表面は、複数の開気孔１３を備えており、互いに近接する２つの開気孔１３｛例として、（１３ａ，１３ｂ）、（１３ｃ，１３ｄ）、（１３ｅ，１３ｆ）、（１３ｇ，１３ｈ）について符号をつけて示している｝の重心同士を結ぶ複数の線分Ｌ（例として、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４について符号をつけて示している）のいずれかに交差する粗粒状炭化珪素粒子１３を複数備えている。このような構成の炭化珪素質焼結体１１は、外力によるクラックの進行がより確実に抑制されており、機械的強度や強く耐久性が高い。
【００２３】
互いに近接する２つの開気孔１の間では、それぞれの開気孔１３が繋がるようなクラックが進行し易く、このような複数の開気孔１３がクラックで繋がるとその部分の機械的強度が低下し易い。図３に示す実施形態では、線分Ｌに交差する粗粒状炭化珪素粒子１２（１２ｖ，１２ｗ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｚ等）が、この線分Ｌの一方の開気孔から他方の開気孔までクラックが繋がることを抑制する。例えば線分Ｌ２を例にすると、開気孔１３ｃから開気孔１３ｄに向かってクラックが進行した場合に、線分Ｌ２に交差する粗粒状炭化珪素粒子１２ｘによって、このクラックの進行が止まるので、クラックに起因する機械的強度の低減を抑制することができる。図３に示す実施形態では、炭化珪素質焼結体１１の表面に、複数の粗粒状炭化珪素粒子１２が配置されており、開気孔（１３ｃ，１３ｄ）、（１３ｅ，１３ｆ）、（１３ｇ，１３ｈ）や、その他の多数の近接する開気孔の組み合わせそれぞれで、クラックの進行を抑制する効果が得られる。
【００２４】
図３に示すような炭化珪素質焼結体を、ティーチング用チップ４，６の、少なくとも被溶接部材７，８に対向する先端部４ｂ，６ｂに用いることで、繰り返しティーチング作業を行った場合もクラックに起因した先端部４ｂ、６ｂの破壊が生じ難く、第１のティーチング用チップ４、および第２のスポット溶接用チップ部材６の耐久性は高い。
【００２５】
また、図３に示す炭化珪素質焼結体は、複数の開気孔１３の重心間距離の平均値に比べて一方向に沿った長さが長い粗粒状炭化珪素粒子１２を複数備えている。複数の開気孔１３の重心間距離の平均値に比べて一方向に沿った長さが長い粗粒状炭化珪素粒子１２（以降、長大粒子ともいう）を備える場合、互いに近接する２つの開気孔１３を結ぶ線分から大きくはみ出るように、この長大粒子１２を配置することができるので、この長大粒子１２の近傍では機械的強度の低減をより確実に抑制することができる。例えば本実施形態では、図３で符号をつけた粗粒状炭化珪素粒子１２のうち、粗粒状炭化珪素粒子１２ｗ，１２ｘ，１２ｙが長大粒子である。
【００２６】
また、図３に示す炭化珪素質焼結体１１は、互いに近接する３つの開気孔１３それぞれを結ぶ３本の線分Ｌのうち２つの線分に交差する粗粒状炭化珪素粒子１２を複数備えている。図４に示す実施形態では例えば、開気孔（１３ａ，１３ｂ，１３ｊ）それぞれを結ぶ３本の線分（Ｌ１，Ｌ５，Ｌ６）のうち２つの線分（Ｌ５，Ｌ６）に交差する粗粒状炭化珪素粒子１２ｗを有する。同様に、開気孔（１３ｅ，１３ｆ，１３ｋ）それぞれを結ぶ３本の線分（Ｌ３，Ｌ７，Ｌ８）のうち２つの線分（Ｌ３，Ｌ７）に交差する粗粒状炭化珪素粒子１２ｙを有する。このような粗粒状炭化珪素粒子１２を有する場合、１つの粗粒状炭化珪素粒子１２によってクラックの繋がりを抑制することができる開気孔１３の組み合わせの数が（いいかえると線分Ｌの数が）２つ以上と比較的多くなり、炭化珪素質焼結体の機械的強度の低減をより確実に抑制することができ、先端部４ｂ，６ｂがより高い耐久性を有している。
【００２７】
炭化珪素質焼結体１１は、一方向に沿った長さが２００μｍ以上の粗粒状炭化珪素粒子１２を有する。本実施形態では、例えば粗粒状炭化珪素粒子１２ｗ，１２ｘ，１２ｙ等は、長さが２００μｍ以上である。一方向に沿った長さが２００μｍ以上と比較的長い粗粒状炭化珪素粒子１２を有することで、クラックの繋がりを抑制することができる開気孔１３の組み合わせの数が（いいかえると線分Ｌの数が）より多くなり、先端部４ｂ，６ｂがより高い耐久性を有している。
【００２８】
互いに近接する２つの開気孔１３の重心同士を結ぶ線分Ｌの設定、および複数の開気孔１３の重心間距離の平均値の算出は、画像解析ソフト「Ａ像くん(ver2.52)」（登録商標
、旭化成エンジニアリング（株）製、以下単に画像解析ソフトと記載する。）の、重心間距離法という手法を用いて行えばよい。図４は、図３に示す炭化珪素質焼結体表面の画像について、画像解析ソフトの重心間距離法を用いて解析した結果の一例であり、図３に示す画像に開気孔１３の重心同士を結ぶ線分Ｌが作成されたものである。互いに近接する２つの開気孔１３の重心同士を結ぶ線分Ｌに交差する、一方向に沿って長い粗粒状炭化珪素粒子２は、図４に示すような画像を観察することによって判別することができる。また画像解析ソフトによって各線分Ｌの長さ（重心間距離）の平均値を自動的に算出すればよい。
【００２９】
解析対象とする画像は、例えば炭化珪素質焼結体の表面を、例えば２．８ｍｍ２（横方向の長さが１．８９ｍｍ、縦方向の長さが１．４８ｍｍ）の視野範囲で撮影した画像を用いればよい。なお、画像解析ソフトを用いた重心間距離法による解析では、設定条件である粒子の明度、２値化の方法、小図形除去面積および雑音除去フィルタは、それぞれ暗、手動，３μｍおよび有としておけばよい。なお、図４に示すような画像を作成した際、線分が開気孔を起点として正しく作成されていない場合など、この画像解析ソフトにおける粒子解析手法という手法を用い、画像解析におけるしきい値（開気孔を抽出する為のしきい値）を調整しておけばよい。しきい値の調整では、粒子の明度、２値化の方法、しきい値、小図形除去面積および雑音除去フィルタを、それぞれ暗、手動，３μｍおよび有とした上で、画面上に現れるマーカーが開気孔の形状と一致するように、しきい値の設定を調整すればよい。
【００３０】
開気孔１３の円相当径も、同様に設定されたしきい値で、この画像解析ソフトを用いて求めることができる。図４の炭化珪素質焼結体の表面では、円相当径の平均値は約２１μｍである。また、円相当径の平均値が３０μｍ以下であると、各開気孔近傍での機械的強度の低下を抑制でき、耐久性が比較的高い。
【００３１】
また、炭化珪素質焼結体１０は、アスペクト比が５以上である粗粒状炭化珪素粒子１２を複数有することが好適である。粗粒状炭化珪素粒子１２の長さおよびアスペクト比は、図３に示すような写真画像において、粗粒状炭化珪素粒子の大きさを、ＪＩＳ Ｒ １６７０−２００６に準拠して直接計測することで求めればよい。アスペクト比が５以上の場合、粗粒状炭化珪素粒子１２は比較的長くなるので、１つの粗粒状炭化珪素粒子１２によってクラックの繋がりを抑制することができる開気孔１３の組み合わせの数が（いいかえると線分Ｌの数が）より多くなり、先端部４ｂ，６ｂの機械的強度を比較的高くすることができる。
【００３２】
また、粗粒状炭化珪素粒子１２は気孔（粒内気孔ともいう）を複数含んでいることが好適である。粗粒状炭化珪素粒子１２が粒内気孔を複数含んでいると、比較的高温になった場合に粗粒状炭化珪素粒子１２に生じる熱応力がこの気孔によって緩和され易いので、炭化珪素質焼結体の耐熱性が比較的高い。例えばティーチング作業の際に、ティーチングチップ４、６の間で比較的高い電圧を印加した場合など、ティーチングチップ４、６は電気抵抗が高く、ある程度大きなジュール熱が発生する。粗粒状炭化珪素粒子１２が粒内気孔を複数含んでいると、このようなジュール熱による熱応力が緩和されるので好ましい。
【００３３】
なお、粒子が炭化珪素粒子であることは、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー装置を用いて、ＳｉおよびＣの各分布を確認し、ＳｉおよびＣの分布を重ねたとき、これらが重複していることで確認すればよい。
【００３４】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されるものでない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３５】
１：スポット溶接ガン
２：ガンアーム
３：シャンク
４：第１のティーチング用チップ
５：シャンク
６：第２のティーチング用チップ
７：被溶接部材
８：被溶接部材
９：アクチュエータ
１０：ロッド部材
１１：炭化珪素質焼結体
１２：粗粒状炭化珪素粒子
１３：開気孔
【図１】
0006517605.tif 000002
【図２】
0006517605.tif 000003
【図３】
0006517605.tif 000004
【図４】
0006517605.tif 000005