(57)【要約】【課題】加熱・加圧が繰返し加えられるスポット溶接用の電極として、使用面での脱粒損耗，欠損を抑制し、耐久性を安定的に高めたＷ若しくはＭｏ系の電極を安価に提供する。【解決手段】Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極本体の被溶接材に当接する当接面にＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金からなる芯材を埋設した二重構造電極の前記芯材として、焼結とスエージング加工、並びにその後に焼きなましの熱処理が施され、横断面平均粒子径が５０μｍ以上であり、かつアスペクト比が１.５以上になるように軸方向に伸びた繊維状組織を有するＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極本体の被溶接材に当接する当接面にＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金からなる芯材を埋設した二重構造の電極であって、前記Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金が、横断面平均粒子径が５０μｍ以上であり、かつアスペクト比が１．５以上になるように軸方向に伸びた組織を有することを特徴とするスポット溶接用電極。
【請求項２】
芯材が、焼結とスエージング加工、並びにその後に焼きなましの熱処理が施され、繊維状組織を有する請求項１に記載のスポット溶接用電極。
【請求項３】
芯材が、Ｗ若しくはＷを基材とする合金からなり、常温の硬度がＨＶ３００〜４３０である請求項１又は２に記載のスポット溶接用電極。
【請求項４】
芯材が、Ｍｏ若しくはＭｏを基材とする合金からなり、常温の硬度がＨＶ１８０〜２６０である請求項１又は２に記載のスポット溶接用電極。
【請求項５】
芯材を構成する合金中に、２ａ族元素，４ａ族元素，５ａ族元素，６ａ族元素又は希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物及びホウ化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子が０.５〜１０質量％の割合で分散されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のスポット溶接用電極。
【請求項６】
分散された微粒子が、平均粒子径が２μｍ以下である請求項５に記載のスポット溶接用電極。
【請求項７】
電極本体の被溶接材に当接する当接面に、芯材を、芯材／当接面の面積比率が０．７〜３になるように埋設した請求項１〜６のいずれか１項に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、抵抗溶接用の電極等に用いられるＷ若しくはＭｏ系の通電用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車や家電製品等の組立てラインにおいては、抵抗溶接法の中でも作業効率の高いスポット溶接法が多用されている。そして、大量生産ラインでは、連続的にスポット溶接が実施されている。このため、スポット溶接用の電極は、高熱，高負荷を繰り返し受ける状況下にあり変形しやすいので、その素材としては変形に耐え得るものでなければならない。しかも、スポット溶接用電極の本来の必要条件である、高電気伝導度，高熱伝導性及び高強度，高耐摩耗性を備えていることが要求される。このような背景のもと、スポット溶接用電極としてはＣｕ−Ｃｒ，Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ等のＣｕ合金や、Ａｌ2Ｏ3等の硬質物質を分散させたＣｕ材が用いられている。熱伝導特性や強度、コスト等の総合的な観点から、Ｃｕ−Ｃｒ合金が用いられる場合が多い。
【０００３】
また一方で、耐久性向上のために自動車や家電製品等の素材として、Ｚｎめっき又はＺｎ合金めっき等が施されためっき鋼板が多く使用されるようになっている。これらのめっき鋼板をスポット溶接する際には、冷延鋼板をスポット溶接する際と比較して、大電流を通電することになるため、電極先端部がさらに過酷な条件下におかれることになる。溶接中の電極先端では、めっき層の成分であるＺｎやＡｌ、或いはめっき鋼板の母材成分であるＦｅと電極の主成分であるＣｕとが合金化反応を起こし、Ｃｕ−ＺｎやＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｆｅ等の金属間化合物を形成してしまう。これらの金属間化合物は非常に脆いため、溶接時の加圧で剥離してしまい、結果として電極先端径が拡大して電流密度が低下することになる。このように、めっき鋼板の溶接では、普通鋼やステンレス鋼等の冷延鋼板をスポット溶接する場合と比較すると、電極寿命が短いという欠点がある。スポット溶接法では使用する電極数も多くなることから、電極の短寿命化はスポット溶接法において最も大きく影響してくる。
【０００４】
そこで、電極の高寿命化を狙って、本発明者等は、既に電極先端中央部に埋め込んだ材料とその周辺の材料と異なった二重構造のスポット溶接用電極を提案している。
特許文献１に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極本体の被溶接材に当接する当接面に、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金からなる芯材を、芯材／当接面の面積比率が０．７〜３．０になるように埋設した電極を提案している。また、この電極では、芯材となるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金に、２ａ族元素，４ａ族元素又は希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物及び硼化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子を、０．５〜１０体積％の割合で分散させている。
【０００５】
また、特許文献２に、Ｍｇ成分を含有するＺｎ系合金めっき鋼板をスポット溶接するための二重構造電極として、その芯材に、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸化物から選ばれた少なくとも一種以上の微粒子を０．５〜１０体積％の割合で分散させたＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用いたものを提案している。
さらに、特許文献３に、二重構造のスポット溶接用電極として、芯材に、２ａ族元素，４ａ族元素，５ａ族元素，６ａ族元素，希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物，ホウ化物から選ばれる少なくとも一種以上の化合物からなり、融点が２４００℃以上で、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子が、合計で０．５〜１０体積％分散されたＷを基材とする合金を用いたものを提案している。
【特許文献１】特開２００６−０１５３４９号公報
【特許文献２】特開２００６−０９５５４９号公報
【特許文献３】特開２００６−１０２７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３で紹介した電極はいずれも二重構造を有するものであり、埋設した芯材として、高温状態下でも比較的高強度（高硬度）を有し、めっき金属と合金化反応を起こし難いＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用いていることから、一定面積の通電路が確保されやすくなっている。このため、溶接電流密度の低下が抑制され、電極を長寿命化できるという利点を有している。
また、ＷやＭｏは、それ自身が硬質であるが故に、スポット溶接する際の電極加圧時の衝撃でクラックが発生しやすい等、破損しやすいという欠点も有している。しかしながら、衝撃を受けた際のクラックの発生・伝播等も、添加微粒子による転位のピン止め作用により抑制することができている。微粒子添加により、芯材が部分的に大きく欠落することがなくなり、通電路の拡大が抑制されてほぼ一定のナゲット径が得られるようになる。このような効果により、結果として、従来のＣｕ合金材質の電極と比べて大幅に電極寿命が改善されている。
さらに、前記特許文献はスポット溶接用電極として記されているが、めっき金属との反応性や通電路の拡大抑制といった電極寿命改善の特性は、何れの抵抗溶接法でも発揮されるものである。
【０００７】
しかしながら、このような二重構造の電極も、通電電流を大きくして発熱量を多くした使用態様にあっては、安定して長寿命が得られるわけではなく、場合によっては１００００打点に満たない段階で、電極先端面に脱粒損耗，欠損が生じて電極寿命に至ることがある。すなわち、安定感に欠ける点で問題を残している。このため、溶接現場においては、電極の交換頻度を高く設定する必要があり、コストに大きく影響すると言った問題点が残っている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、加熱，加圧が繰返し加えられるスポット溶接用の電極として、使用面での脱粒損耗，欠損を抑制し、耐久性を安定的に高めたＷ若しくはＭｏ系の電極を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスポット溶接用電極は、その目的を達成するため、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極本体の被溶接材に当接する当接面にＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金からなる芯材を埋設した二重構造の電極であって、前記Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金が、横断面平均粒子径が５０μｍ以上であり、かつアスペクト比が１．５以上になるように軸方向に伸びた組織を有することを特徴とする。特に、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金が焼結とスエージング加工、並びにその後に焼きなましの熱処理が施され、繊維状組織を有しているものが好ましい。
【０００９】
Ｗ若しくはＷを基材とする合金にあっては、常温の硬度がＨＶ３００〜４３０であることが好ましい。また、Ｍｏ若しくはＭｏを基材とする合金にあっては、常温の硬度がＨＶ１８０〜２６０であることが好ましい。
Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金には、２ａ族元素，４ａ族元素，５ａ族元素，６ａ族元素又は希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物及びホウ化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子を分散させたものであってもよい。これらの微粒子としては、平均粒子径が２μｍ以下のものを合計で０．５〜１０質量％の割合で分散させたものが好ましい。
また、電極本体の被溶接材に当接する当接面に、芯材を、芯材／当接面の面積比率が０．７〜３になるように埋設することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスポット溶接用電極においては、二重電極の芯材を構成するＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金に、通電焼結とその後のスエージング加工を経て製造された後、さらに熱処理を施すことによって、スエージング加工時に導入されて残留している加工残留応力を開放するとともに、当該合金を構成する繊維状組織の結晶粒のアスペクト比を比較的小さく、かつ横断面平均粒子径を比較的大きくしたものを用いている。このため、耐久性が安定的に高められたスポット溶接用電極を安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者等は、図１に示すような、Ｃｕ系合金からなる電極本体２に芯材３としてＷを埋設した二重電極１を用いてスポット溶接する際に、電極先端に生じる損耗，欠損の発生原因とその対策について種々の検討を重ねた。Ｍｏを芯材とした二重電極でも同様と推測する。
まず、溶接時の二重電極芯材先端部の損耗状況を観察すると、図２に模式的に示すように、芯材の先端では、先端から垂直方向に伸びたクラックが芯材の径方向に伸展したクラックと連結することで、芯材の先端表面の粒子が脱落し、欠損していくことがわかる。
【００１２】
ところで、スポット溶接用二重電極の芯材に用いられるＷの棒材は、通常、通電焼結とその後のスエージング加工を経て製造されている。このため、微細な繊維状組織を有している。しかも、スエージング加工等、製造工程で強加工が施されているために、加工残留応力が存在し、非常に硬い状態となっている。
このような状態のままでＷ棒材を電極の芯材に用いると、溶接時に電極先端部に加熱，加圧による応力が繰返し加わって、前記残留応力との相乗作用で、溶接の初期の段階からクラックが発生し、徐々に伸展して行くものと推測される。
したがって、電極先端に生じる損耗，欠損の発生を抑制するためには、クラックの伸展及びクラックの連結を抑えることが有効であり、当初の残留応力を極力排除しておくことが有効であると推測される。
【００１３】
通常、金属材料における残留応力は焼きなましの熱処理を行うことによって除去される。そこで、スポット溶接用二重電極の芯材に用いられるＷの棒材にあっても、スエージング加工等の強加工が施された棒材にさらに焼きなましの熱処理を施して加工残留応力を除去した棒材を素材とすれば、溶接の初期段階から生じるクラックの発生を抑制し得ることを見出したものである。実際に熱処理を施したＷ材を二重電極の芯材に用いたものでは、図３に模式的に示すように、クラックの発生が少ない。
ところで、スポット溶接用の電極芯材に用いられるＷ棒材の加工残留応力量は、常温での硬さを評価することにより大よそ推定することができる。スエージング加工等の強加工が施されたＷ棒材の断面硬さは通常ＨＶ４５０程度であるのに対して、十分な焼きなまし処理が施された後にあってはＨＶ３００弱程度となる。
【００１４】
適正な焼きなまし状態を呈する硬さについての詳細な説明は後述の実施例に譲るが、溶接の初期段階から生じるクラックの発生を抑制し、かつ二重電極の芯材としてその先端形状を維持するには、Ｗ若しくはＷを基とする合金を用いる場合には、ＨＶ３００〜４３０の範囲に調整しておくことが好ましい。
この値を超えると、残留応力の低減が不十分で、比較的初期段階からの二重電極の芯材先端にクラックが発生する虞がある。逆にＨＶ３００を下回るほどまで焼きなますと電極としての使用の際に先端径が拡大し、比較的短時間で電極寿命を迎えることになる。
なお、Ｍｏ若しくはＭｏを基とする合金を二重電極の芯材とした場合では、同様に、ＨＶ１８０〜２６０の範囲に調整しておくことが好ましい。
【００１５】
溶接時の二重電極の芯材先端部の損耗には、加工残留応力のみでなく、芯材先端表面の結晶粒子の分布状況、すなわち金属組織も大きく影響している。
すなわち、スエージング加工により金属組織を繊維状組織とすることは、クラックの伸展方向をより垂直方向に向かわせるために、脱粒を抑制する意味では極めて有効である。しかしながら、前記したように、大きい加工残留応力に起因する弊害をもたらす。焼きなましの熱処理を施すと繊維状組織に変化が生じる。繊維状組織が完全に消滅し、粒状組織にまでなってしまうと、径方向のクラック伸展により脱粒が起こりやすくなって、芯材先端部の損耗が大きくなってしまう。また、焼きなましの熱処理を施すと結晶粒も大きくなる。
【００１６】
焼きなましの熱処理後の適正な組織状態についての詳細な説明は後述の実施例に譲るが、芯材の損耗・欠損を抑制するためには、繊維状組織を維持した粒子の長径／短径比、いわゆるアスペクト比が１．５以上であって、それぞれの粒子の横断面平均径が５０μｍ以上であることが必要である。
アスペクト比が１.５に満たないと二重電極の芯材先端で脱粒が起きやすくなる。また、横断面平均粒子径は５０μｍに満たないと、粒子が脱落しやすくなったり、電気抵抗が大きくなったりして芯材の損耗が激しくなる。
【００１７】
粒界は、粒界を挟んで隣接する原子間の結合強度が弱い部分であるので、結晶粒子径が小さくなると、粒界面積が増加して粒子が脱落し易くなる。特に、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金の場合、横断面平均粒子径が５０μｍ未満であるとその影響が顕著で、衝撃により粒子が脱落しやすく、電気抵抗が大きくなる。したがって、横断面平均粒子径は５０μｍ以上とすることが好ましい。そのため、理想的には、粒界がない単結晶が好ましい。
【００１８】
加熱しながらスエージング加工することにより、本発明のスポット溶接用電極の芯材材料を製造する場合、加工温度を再結晶温度以上で焼結温度程度になるまで高くしてスエージング加工用治具の温度も再結晶温度以上で焼結温度程度になるようにできればＷ又はＭｏが粒成長し、Ｗ又はＭｏ粒子の横断面平均粒子径を限りなく大きくすることができる。しかしながら、実際のところ上記のような焼結温度に近い高温での加工ができず、Ｗ又はＭｏ粒子の横断面平均粒子径も３ｍｍが限界である。なお、コスト的な側面をも考慮すると、加工温度を抑え、その横断面平均粒子径は３００μｍ程度を上限とすることが現実的である。  
また、加熱しながらスエージング加工することにより本発明のスポット溶接用電極の芯材材料を製造する場合は、Ｗ又はＭｏは体心立方格子の結晶構造を有し、もともと展性延性がある材料でなく脆性材料であり、塑性加工がし難く、脆性延性遷移温度（約４００℃）を超える温度以上で加工してもＷ又はＭｏ粒子が延びきれず、途中で切断されてしまいアスペクト比が５０となるまでしか加工できない。なお、コスト的な側面をも考慮すると、加工温度を抑え、そのアスペクト比は２０程度を上限とすることが現実的である。
【００１９】
また、本発明のようなＷ系又はＭｏ系の金属・合金をめっき鋼板のスポット溶接用二重電極の芯材に用いると、当該Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金がめっき金属と合金化反応を起こすことがある。めっき金属との合金化反応が進行すると芯材の先端形状が変形し、結果的に電極寿命を短くすることにつながる。
めっき金属との合金化反応を抑制させるためには、Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金中に２ａ族元素，４ａ族元素，５ａ族元素，６ａ族元素又は希土類元素の酸化物，窒化物，炭化物及びホウ化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子を分散させることが好ましい。
【００２０】
これらの微粒子は、ＡｌやＺｎとの反応性に乏しいため、スポット溶接用二重電極の芯材であるＷ系又はＭｏ系の金属・合金に対してめっき金属を濡れ難くし、Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金とめっき金属との合金化反応を抑制する。
微粒子分散は、芯材に生じがちな微細割れを抑制する上でも有効である。
Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金中に分散させた微粒子は、芯材が衝撃を受けた際の割れの伝播をピン止めする作用を発揮し、結果的に耐衝撃性に優れ、割れ発生を抑制する。
【００２１】
添加効果を得るには微粒子は０．５質量％以上分散させることが好ましいが、１０質量％を超えると電気伝導性が大きく低下し、スポット溶接用二重電極の芯材先端へのめっき金属の堆積量が多くなり、これによって電極と被溶接材での電気抵抗が高くなって被溶接材間に十分な溶接電流が通電しにくくなるため、安定した抵抗溶接を進め難くなる。
また、含有させる微粒子の粒子径は、２μｍ以下にすることが好ましい。２μｍを超える微粒子を含有させると熱膨張率の差によって芯材の破壊の起点になりやすい。
【００２２】
さらに、電極本体にＣｕ又はＣｕ合金を用い、芯材にＷ系又はＭｏ系の金属・合金を用いた場合、電極を長寿命化する上では、被溶接材に当接する当接面に埋め込んだ芯材の、芯材／当接面の面積比率を０．７〜３に設定することが有効である。
Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金は、Ｃｕと比較してめっき金属に対する合金化反応性は低い。したがって、図４に示す、芯材径ｂが当接面の径ａよりも大きいと、周囲材であるＣｕ材がめっき金属と接触することはなく、Ｃｕとめっき金属との間で合金化反応を起こすことはない。芯材／当接面の面積比率が１よりも小さい芯材面積であれば、周囲材はめっき金属と接触するが、接触面積を少なくしておけば、周囲材とめっき金属との合金化による変形が拡径を起こすまでには到らず、電極全体としてその先端部形状を変形させることにはならない。
【００２３】
この点、Ｗ等は酸化物等を分散させたＣｕ材よりも、めっき金属と合金化反応しにくく、常温・高温での強度が高いために、芯材／当接面の面積比率が０．７であっても、電極寿命が延びるものと予測される。ただし、３を超えるような面積比率にすると、周囲材による芯材の冷却作用が非常に小さくなり、芯材表面にめっき金属が多く堆積して電極と被溶接材との電気抵抗が高くなりすぎてナゲットが形成しにくくなる。なお、好ましい範囲は、１〜２である。
【００２４】
次に、本発明スポット溶接用二重電極の製造方法について説明する。まず芯材に用いるＷ系又はＭｏ系の金属・合金の調製方法について説明する。
一般に、Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金は、焼結法で製造される。本発明のＷ系又はＭｏ系の金属・合金も焼結法で製造される。通電焼結法を採用することが好ましい。
なお、通電焼結体からなるＷ系又はＭｏ系の金属・合金にあっては、１０〜２００ｐｐｍ程度のＫ（カリウム）を、酸化物，窒化物，金属Ｋ，炭化物或いは硼化物の形態でドープされたものが多用されている。本明細書中では、Ｗ系又はＭｏ系の金属・合金としてはＫドープのものも包含していることを付言しておく。
【００２５】
必要に応じて微粒子を加えたＷ系又はＭｏ系の金属・合金の酸化物粉末あるいは金属粉末を還元雰囲気で熱処理し、得られた粉末を適宜形状に成形して仮焼結、通電焼結した後、焼結体にスエージング加工を施して棒状のＷ系又はＭｏ系の金属・合金を得る。
得られた棒状の金属・合金に焼きなましの熱処理を施す。
その条件としては、Ｗ系の金属・合金の場合、非酸化性雰囲気中、１４００〜３０００℃で１秒以上１時間以下の処理が好ましい。また、Ｍｏ系金属・合金の場合、非酸化性雰囲気中、９８０〜２１００℃で１秒以上１時間以下の処理が好ましい。
【００２６】
処理温度が上記温度に満たないと、或いは処理時間が1秒に満たないと、スエージング加工時に導入された加工残留応力の開放が不十分で、使用時に先端面での脱粒が起こり、電極等として用いる際の寿命が短くなる。また、アスペクト比は１.５以上を維持するものの、組織の再結晶が比較的進みにくいため横断面平均粒子径を５０μｍ以上にすることはできない。逆に処理温度が上記温度を超えたり、或いは処理時間が１時間を超えるほどに長くしたりすると、スエージング加工時に導入された繊維状組織に再結晶が進行し、アスペクト比が小さくなりすぎ、横断面平均粒子径も大きくなりすぎるため硬度が低下し、電極等として用いる際の寿命が短くなる。
【００２７】
上記に示したように、芯材のアスペクト比と横断面平均粒子径を規定値範囲内にするためには、熱処理における処理温度と処理時間のバランスを保つことが必要である。
加熱しながらスエージング加工することにより、本発明のスポット溶接用二重電極の芯材を製造する場合、横断面平均粒子径を５０μｍ以上にするには、最初のスエージング加工の工程で粒成長させて横断面平均粒子径を５０μｍ近傍まで成長させて、その後再結晶温度以上の熱処理により横断面平均粒子径を５０μｍ以上にする方法と、スエージング加工では粒成長が十分でなくても、後工程の熱処理で粒成長させて横断面平均粒子径を５０μｍ以上とするようにすればよい。効果的に粒成長をさせて必要な粒径にするには、ＨＩＰ（熱間静水圧）処理をスエージング加工工程の前後に入れるとよい。粒成長には、再結晶化エネルギーを与えるための温度と圧力と時間のファクターが効いている。
また、アスペクト比を１．５以上にするには、スエージング加工工程で少なくとも延性脆性遷移温度（約４００℃）以上にして、脆性破壊が起こらないように加工圧力を適切にかけ数回の加工を実施することが好ましい。
【００２８】
上記で得たＷ系又はＭｏ系の棒体を所定の長さに裁断し、これを芯材として二重電極を製造する。
二重電極を取り囲む周囲材の銅または銅合金には、通常の純銅、あるいはＣｕ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金等が使用される。
芯材を銅材からなる周囲材に埋め込む態様も、従来法をそのまま適用できる。穿った孔に芯材を圧入しても良いし、ロウ材を介して挿し込んでも良い。或いは焼き嵌めを行っても良いし、芯材を銅材で鋳包んだ後冷間鍛造を施しても良い。芯材と周囲材が密に接合されていれば、電気伝導，熱伝導の点で問題になることはない。
二重構造の電極構造体を形成した後、先端に切削加工又は研削加工を施して、ＤＲ形状等、所要の形状に整えれば十分である。
【実施例】
【００２９】
実施例１：
供試材として、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを片面当り６０ｇ／ｍ２で施した板厚０.７ｍｍの２枚のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼鈑を用いた。電極として、先端直径が６ｍｍ，全体直径が１６ｍｍのＤＲ形で、先端直径６ｍｍの部分に曲率半径４０ｍｍの円弧と他の部分に曲率半径８ｍｍの円弧を付与した二重構造の電極であって、芯材３に、純度９９.９５％のＷ粉末を通電燒結した後にスエージング加工とセンターレス研磨を行って直径６ｍｍとし、非酸化性雰囲気中、１４００〜３０００℃の温度範囲及び１秒以上１時間以下の範囲で種々変更した各種条件の熱処理を施して組織，硬度を変えた後に周囲材２の純Ｃｕに埋め込んだものを使用した。なお、表２中、最下段に記載のものは、熱処理を施さず、センターレス研磨までを施した比較例である。
表１に示す条件で連続打点のスポット溶接を行った。そして、形成されたナゲット径を測定し、ナゲット径が４√ｔ＝３．３５（ｔは板厚）を下回るものを溶接不良として電極寿命を求めた。
その結果を表２に示す。
【００３０】
2008012591.tif 000002
【００３１】
表２の結果からもわかるように、熱処理条件が適切で、芯材のアスペクト比が１.５以上で、かつ横断面平均径が５０μｍ以上となったものを芯材とした電極では、何の問題もなく１００００打点を超えるスポット溶接が行えた。
これに対して、熱処理の温度が低すぎたり、或いは時間が短すぎたりすると、アスペクト比は１.５以上を維持するものの、横断面平均粒子径を５０μｍ以上にすることはできず、このような芯材を用いると、先端面で脱粒が起こり、１００００打点までのスポット溶接は行えなかった。また、処理温度が高すぎたり、或いは処理時間が長すぎたりすると、アスペクト比が小さくなりすぎたり、横断面平均粒子径が大きくなりすぎたりする傾向が見られ、このような芯材を用いると、硬度が低くなって芯材の変形が大きくなり、所望の電極寿命は得られなかった。
尚、本実施例では、芯材の形状として円柱状のものを用いたが、角柱状、多角柱状のものでも同様の結果となった。
【００３２】
2008012591.tif 000003
【００３３】
実施例２：
実施例１と同様、供試材として、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを片面当り６０ｇ／ｍ２で施した板厚０．７ｍｍの２枚のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板を用いた。電極として、先端直径が６ｍｍ，全体直径が１６ｍｍのＤＲ形で、先端直径６ｍｍの部分に曲率半径４０ｍｍの円弧と他の部分に曲率半径８ｍｍの円弧を付与した二重構造の電極であって、芯材３に、純度９９.９５％のＭｏ粉末を通電燒結した後にスエージング加工とセンターレス研磨を行って直径６ｍｍとし、非酸化性雰囲気中、９８０〜２１００℃の温度範囲及び１秒以上１時間以下の範囲で種々変更した各種条件の熱処理を施して組織を変えた後に周囲材２の純Ｃｕに埋め込んだものを使用した。なお、表３中、最下段に記載のものは、熱処理を施さず、センターレス研磨までを施した比較例である。
実施例１と同じ条件で連続打点のスポット溶接を行い、実施例と同じ評価を行った。
その結果を表３に示す。
【００３４】
表３の結果からわかるように、実施例１と全く同様に、熱処理条件が適切で、芯材のアスペクト比が１．５以上で、かつ横断面平均径が５０μｍ以上となったものを芯材とした電極では、何の問題もなく１００００打点を超えるスポット溶接が行えた。
これに対して、熱処理の温度が低すぎたり、或いは時間が短すぎたりすると、アスペクト比は１.５以上を維持するものの，横断面平均粒子径を５０μｍ以上にすることはできず、このような芯材を用いると、先端面で脱粒が起こり、１００００打点までのスポット溶接は行えなかった。また、処理温度が高すぎたり、或いは処理時間が長すぎたりすると、アスペクト比が小さくなりすぎたり、横断面平均粒子径が大きくなりすぎたりする傾向が見られ、このような芯材を用いると、硬度が低くなって芯材の変形が大きくなり、所望の電極寿命は得られなかった。
尚、本実施例では、芯材の形状として円柱状のものを用いたが、角柱状、多角柱状のものでも同様の結果となった。
【００３５】
2008012591.tif 000004
【００３６】
実施例３：
粒子径０．５μｍのＣｅＯ2粉末を種々の配合割合で分散させたＷを芯材とし、電極寿命に及ぼすＣｅＯ2粉末の含有量の影響を調査した。
芯材にＣｅＯ2粉末を含有させた以外は、実施例１と同じであり、芯材の熱処理を１６００℃×３０分の条件として、アスペクト比が１.７、横断面平均径が１００μｍ、常温硬度がＨＶ３８０の芯材特性とした。
【００３７】
表４に示す結果からわかるように、ＣｅＯ2粉末の含有量が０．５〜１０質量％の条件では、１００００打点以上の電極寿命で改善効果が見られた。
これに対して、ＣｅＯ2粉末含有量が０．５質量％未満でもアスペクト比と横断面粒子径の効果で電極寿命は１００００打点以上となったが、芯材先端には比較的多くのめっき金属が堆積していた。また、ＣｅＯ2粉末含有量が１０質量％を超えると寿命改善作用が消滅していた。これは、電極先端へのめっき金属の堆積量が多くなり、電極と被溶接材での電気抵抗が高くなってナゲット形成が不十分になってしまうためと予測される。
尚、本実施例では、芯材の形状として円柱状のものを用いたが、角柱状、多角柱状のものでも同様の結果となった。
【００３８】
2008012591.tif 000005
【００３９】
実施例４：
粒子径と材質を種々変更した微粒子を、１質量％分散させたＷを芯材として電極寿命を調査した。
芯材の特性及び溶接条件は、実施例３と同じである。
表５に示す結果からわかるように、粒子径が２μｍ以下の微粒子をＷに分散させた場合は、電極寿命が大幅に延びた。電極寿命の改善は、２Ａ族元素，４Ａ族元素，５Ａ族元素，６Ａ族元素又は希土類元素の化合物である限り、微粒子の種類に拘らず有効であった。
また、ＣｅＯ２の微粒子の粒子径を０.５〜３μｍで変更した場合は、粒子径が２μｍ以下で電極寿命の改善効果が見られた。
尚、本実施例では、芯材の形状として円柱状のものを用いたが、角柱状、多角柱状のものでも同様の結果となった。
【００４０】
2008012591.tif 000006
【００４１】
実施例５：
Ｗからなる芯材の芯材径を種々変更して、電極寿命に及ぼす芯材／当接面の面積比率の影響を調査した。
芯材径を種々変更すること以外は、実施例１と同じであり、芯材の熱処理を１６００℃×３０分の条件として、アスペクト比が１.７，横断面平均径が１００μｍ、常温硬度がＨＶ３８０の芯材特性とした。
表６に示す結果からわかるように、芯材／当接面の面積比率を０．７〜３になるように埋設した電極では、電極先端形状の形状変化が少なく、確実に、１００００打点を超えるスポット溶接が行えた。
【００４２】
2008012591.tif 000007
【００４３】
実施例６：  
粒子径が０．５μｍのＣｅＯ2粉末を１質量％含有させたＷからなる芯材の芯材径を種々変更して、電極寿命に及ぼす芯材／当接面の面積比率の影響を調査した。
芯材に粒子径が０．５μｍのＣｅＯ2粉末を１質量％含有させること以外は、実施例５と同じである。
表７に示す結果からわかるように、芯材に微粒子を含有させた場合にも、芯材／当接面の面積比率を０．７〜３になるように埋設した電極では、電極先端形状の形状変化が少なく、確実に、１００００打点を超えるスポット溶接が行えた。
【００４４】
2008012591.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】二重構造の埋め込み型電極の構造を説明する図
【図２】従来の電極における芯材先端部の損耗状況を模式的に説明する図
【図３】本発明電極における芯材先端部の損耗状況を模式的に説明する図
【図４】二重構造の埋め込み型電極の芯材と当接面の関係を説明する図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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