(57)【要約】【課題】製造が容易で、材料を無駄にすることなく、且つ安価に製造できるスポット溶接用電極チップ、スポット溶接用電極チップの製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップの製造装置であって、所定形状で且つ内面を鏡面にした電極チップ成形用穴３１ａが形成された成形ダイス本体３１と該成形ダイス本体３１の外周をダイスサポートリング３２で補強した構造の成形ダイス３０と、成形ダイス３０の電極チップ成形用穴３１ａの内径より所定寸法小さい外形寸法を有する成形ポンチ３７と、成形ダイス３０の電極チップ成形用穴３１ａの内径と同寸法の外形寸法を有する成形ポンチ３７とを具備し、この装置でスポット溶接用電極チップを冷間鍛造プレスで成形して製造する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップであって、
銅又は銅合金材料からなる厚板円板材を冷間鍛造プレスにより所定の電極チップ形状に成形したことを特徴とするスポット溶接用電極チップ。
【請求項２】
銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップの製造方法において、
銅又は銅合金材料からなる丸棒材を所定の厚さ寸法で切断し、該切断された銅又は銅合金材料を冷間鍛造プレス工法により所定の電極チップ形状に成形することを特徴とするスポット溶接用電極チップの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のスポット溶接用電極チップの製造方法において、
前記冷間鍛造プレス工法は、スポット溶接用電極チップの外形形状の電極チップ成形用穴が形成された成形ダイスの該電極チップ成形用穴の上部開口に前記所定の厚さ寸法に切断された銅又は銅合金材料を載置し、該銅又は銅合金材料を前記電極チップ成形用穴の内径より所定寸法小さい外形寸法を有する成形ポンチで加圧成形する第１成形工程と、
前記第１成形工程で成形された銅又は銅合金材料を前記成形ダイス又は同じ形状の電極チップ成形用穴を有する成形ダイスの該電極チップ成形用穴に挿入した後、該電極チップ成形用穴内径と同径の外径を有する成形ポンチで加圧成形する第２成形工程からなることを特徴とするスポット溶接用電極チップの製造方法。
【請求項４】
銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップの製造装置であって、
所定形状で且つ内面を鏡面にした電極チップ成形用穴が形成された成形ダイス本体と該成形ダイス本体の外周をダイスサポートリングで補強した構造の成形ダイスと、
前記成形ダイスの電極チップ成形用穴の内径より所定寸法小さい外形寸法を有する成形ポンチと、
前記成形ダイスの電極チップ成形用穴の内径と同寸法の外形寸法を有する成形ポンチとを具備することを特徴とするスポット溶接用電極チップの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅合金材料で一体的に成形されたスポット電気溶接に用いられるスポット溶接用電極チップ、スポット溶接用電極チップの製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車製造工場等では、鉄板等の金属板と金属板を接合するのに、スポット電気溶接が多く採用されている。このスポット電気溶接は、図１にその概略構成を示すように、上部電極１１と、下部電極１２を具備し、上部電極１１には、電極ホルダー１３を固着すると共に、電極ホルダー１３にサブホルダー１４を取り付け、更に該サブホルダー１４の先端に電極チップ１５が取り付けられている。また、下部電極１２には、電極ホルダー１６を固着すると共に、電極ホルダー１６にサブホルダー１７を取り付け、更に該サブホルダー１７の先端に電極チップ１５が取り付けられている。
【０００３】
そして上下の電極チップ１５と電極チップ１５の間に位置する鉄板等の金属板１９と金属板２０の接合部を電極チップ１５と電極チップ１５で加圧（例えば、２７０ｋｇ）し、大電流（例えば、９８００アンペア）を十数サイクル（例えば、１２サイクル）で通電し、金属板１９と金属板２０の接合部をスポット溶接する。
【０００４】
上記電極チップ１５は図２に示すような断面形状で、通常銅や銅合金（例えばクロム銅）からなり、銅や銅合金の丸棒を切削加工により製造している。しかしながら、このように丸棒から切削加工で電極チップを製造すると、加工時間が長く、且つ切削加工による削り屑が発生する分材料が無駄になり、コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２２６４６６号公報
【特許文献２】
特開平７−１０８３８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、製造が容易で、材料を無駄にすることなく、且つ安価に製造できるスポット溶接用電極チップ、スポット溶接用電極チップの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップであって、銅又は銅合金材料からなる厚板円板材を冷間鍛造プレスにより所定の電極チップ形状に成形したことを特徴とする。
【０００８】
上記のように電極チップを、銅又は銅合金材料からなる厚板円板材を冷間鍛造プレスにより所定の電極チップ形状に成形した構成とするので、短時間で加工ができると共に、削り屑等が発生しない分、材料の無駄がなく、且つコストが安価となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップの製造方法において、銅又は銅合金材料からなる丸棒材を所定の厚さ寸法で切断し、該切断された銅又は銅合金材料を冷間鍛造プレス工法により所定の電極チップ形状に成形することを特徴とする。
【００１０】
上記のように銅又は銅合金材料からなる丸棒材を所定の厚さ寸法で切断し、これを冷間鍛造プレス工法により所定の電極チップ形状にするので、高価な銅又は銅合金材料を無駄にすることなく、しかも短時間で加工できるから、コストが安価となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスポット溶接用電極チップの製造方法において、冷間鍛造プレス工法は、スポット溶接用電極チップの外形形状の電極チップ成形用穴が形成された成形ダイスの該電極チップ成形用穴の上部開口に所定の厚さ寸法に切断された銅又は銅合金材料を載置し、該銅又は銅合金材料を電極チップ成形用穴の内径より所定寸法小さい外形寸法を有する成形ポンチで加圧成形する第１成形工程と、第１成形工程で成形された銅又は銅合金材料を前記成形ダイス又は同じ形状の電極チップ成形用穴を有する成形ダイスの該電極チップ成形用穴に挿入した後、該電極チップ成形用穴内径と同径の外径を有する成形ポンチで加圧成形する第２成形工程からなることを特徴とする。
【００１２】
上記のように冷間鍛造プレス工法を、第１成形工程と第２成形工程に分けて行うので、第１成形工程で電極チップの概略形状、即ち半製品を成形し、第２成形工程で電極チップ全体の形状を整えることにより、加圧成形工程に無理なく、所定の電極チップ形状に成形することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、銅又は銅合金材料で一体的に成形されたスポット溶接用電極チップの製造装置であって、所定形状で且つ内面を鏡面にした電極チップ成形用穴が形成された成形ダイス本体と該成形ダイス本体の外周をダイスサポートリングで補強した構造の成形ダイスと、成形ダイスの電極チップ成形用穴の内径より所定寸法小さい外形寸法を有する成形ポンチと、成形ダイスの電極チップ成形用穴の内径と同寸法の外形寸法を有する成形ポンチとを具備することを特徴とする。
【００１４】
上記のように成形ダイスを所定形状で且つ内面が鏡面の成形用穴が形成された成形ダイス本体と、該成形ダイス本体の外周をダイスサポートリングで補強した構造とすることにより、従来この種の銅又は銅合金からなる製品を鍛造プレス工法で成形しようとすると、成形ダイスが割れるという問題があったが、ここでは成形ダイス本体の成形用穴の内面を鏡面にすると共に、該ダイス本体の外周をダイスサポートリングで補強したので、押し込み成形で成形ダイスが割れるということがなくなり、安価にスポット溶接用電極チップの製造が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係るスポット溶接用電極チップの製造用冷間鍛造プレス装置の構成を示す図で、同図は第１成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置の構成例を示す。図３において、３１は成形ダイス本体であり、該成形ダイス本体３１はＨＡＰ材からなり、スポット溶接用電極チップを成形するための、所定形状の成形用穴３１ａが形成されている。成形用穴３１ａは、放電加工で形成した後、内面をラッピング仕上げにより鏡面に仕上げている。また、成形ダイス本体３１の外周をダイスサポートリング３２で補強している。これは、ダイスサポートリング３２を成形ダイス本体３１に焼嵌めして構成する。
【００１６】
上記成形ダイス本体３１の外周をダイスサポートリング３２で補強してなる成形ダイス３０はダイプレート３３上に固定され、ダイプレート３３は装置台３５に固定されている。成形ダイス本体３１とダイプレート３３には、リフターピン３４が貫通する貫通穴３１ｂ、３３ａが形成されており、該リフターピン３４はリフター３６の頂部に取り付けられ、リフター量Ｄ１（例えば、５．０ｍｍ）で上下動できるようになっている。
【００１７】
３７は成形ポンチであり、該成形ポンチ３７はポンチホルダー４０により、バッキングプレート４１を介在させてダイプレート４２に取り付けられている。３８はストッパーであり、該ストッパー３８は吊りボルト４３を介してダイプレート４２に吊下げられている。該吊りボルト４３の外周でストッパー３８とポンチホルダー４０の間にはコイルバネ３９が設けられ、ストッパー３８はコイルバネ３９により、ポンチホルダー４０から離間する方向に弾発されている。また、成形ポンチ３７はダイス鋼からなる。
【００１８】
図３に示す冷間鍛造プレス装置において、成形ダイス本体３１の成形用穴３１ａの頂部には成形用穴３１ａの径より所定寸法大きい径の穴４４ａを有するガイド板４４が載置されている。該ガイド板４４の穴４４ａ内に電極チップ１５となる銅又は銅合金材からなる厚板円板材Ｍを挿入載置する。これにより厚板円板材Ｍは位置決めされ、成形用穴３１ａの開口部を閉塞する。この状態で、成形ポンチ３７を所定の力で下降させると、図４に示すようにストッパー３８がコイルバネ３９に押された状態でガイド板４４上面に当接すると共に、厚板円板材Ｍが成形用穴３１ａ内に押し込まれる。更に成形ポンチ３７を所定量下降させることにより、厚板円板材Ｍは更に押し込まれ、厚板円板材Ｍは成形用穴３１ａの内壁面に沿った形状の外形形状に成形される。
【００１９】
厚板円板材Ｍは、図９に示すように銅又は銅合金（例えば、クロム銅）からなる丸棒１００を所定の厚さに切断することによって得られる。
【００２０】
図５は上記のように成形ポンチ３７を下降させて厚板円板材Ｍを成形ダイス本体の成形用穴３１ａ内に押し込んで成形した半製品の電極チップ１５’の断面形状を示す図である。図示するように、厚板円板材Ｍを成形ポンチ３７で成形用穴３１ａ内に押し込んだだけの電極チップ１５’では、成形が完全ではなく、特に端部１５’ａが平坦にならない。そこで本発明においては、第２成形工程で更に成形を行い電極チップ１５’の全体を整え、電極チップ１５を完成させている。
【００２１】
図６は第２成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置の構成例を示す図である。同図において、図３と同一符号を付した部分は同一部分を示す。５０は成形ポンチであり、５１はノックアウトピンである。成形ポンチ５０はダイス鋼からなり、ポンチホルダー５２を介してダイプレート５３に取り付けられている。ノックアウトピン５１は成形ポンチ５０の中央部に形成された貫通穴５０ａを貫通しており、コイルバネ５４で押圧されている。なお、Ｄ２はノックアウト量（例えば、５．０ｍｍ）である。
【００２２】
上記構成の冷間鍛造プレス装置において、上記成形ポンチ３７で厚板円板材Ｍを成形用穴３１ａ内に押し込んで成形した半製品である電極チップ１５’を成形ダイス本体３１の成形用穴３１ａに挿入し、その上にノックアウトピン５１及び成形ポンチ５０を載置し、成形ポンチ５０に高荷重を加え、電極チップ１５’を成形用穴３１ａに押し込むことにより、電極チップ１５’は全体の形状が整えられ（特に図５の端部が平坦に成形される）、図２に示す断面形状の電極チップ１５ができる。
【００２３】
従来このような銅又は銅合金からなる棒状の製品を成形ダイス３０の成形用穴３１ａに挿入し、加圧押し込み成形しようとすると、成形ダイスが割れるため、このような銅又は銅合金からなる製品の冷間鍛造プレス工法は困難であった。ここでは、ＨＡＰ材からなる成形ダイス本体３１に成形用穴３１ａを形成しその内面をラッピング仕上げにより鏡面に仕上げ、更に成形ダイス本体３１の外周にＳ４５Ｃ材からなるダイスサポートリング３２を焼嵌めして取り付け、補強したので、成形ダイス本体３１を割ることなく、電極チップ１５の表面を成形用穴３１ａの内面形状に成形することができる。
【００２４】
上記のように成形された電極チップ１５を用いたスポット電気溶接において、溶接作業を繰り返すと、１００打点程度で図７に示すように電極チップ１５の通電頭部表面に母材の変質層２１が形成される。そこでこの変質層２１を化学研磨剤を用いて化学研磨により除去し、この変質層２１を除去した電極チップ１５を図６に示す冷間鍛造プレス装置の成形ダイス本体３１の成形用穴３１ａに挿入し、その上にノックアウトピン５１及び成形ポンチ５０を載置し、成形ポンチ５０に高荷重を加え、電極チップ１５を成形用穴３１ａに押し込むことにより、電極チップ１５は成形用穴３１ａの形状に加圧成形され、電極チップ１５は再生できる。
【００２５】
上記のように化学研磨により母材の変質層２１を除去することにより、図６に示す第２成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置を用いることにより、通電頭部表面に母材の変質層２１が形成した電極チップ１５を容易に再生できる。即ち、電極チップ１５の製造と通電頭部表面の母材の変質層２１の除去再生を同一の冷間鍛造プレス装置を用いて実施できる。この化学研磨剤には、例えば硫酸及び過酸化水素を主成分とする銅及び銅化合物の化学研磨剤を用いる。このような化学研磨剤の一例としては、日本パーオキサイド株式会社製の「ハイブライト」がある。このような化学研磨剤の溶液に通電頭部表面に母材の変質層２１が形成されたスポット溶接用電極チップ１５を浸漬し、変質層２１を除去した後、水洗い等により化学研磨剤を除去する。
【００２６】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るスポット溶接用電極チップの再生装置でΦ＝１６ｍｍのスポット溶接用電極チップを再生する場合の再生工程を示す図である。図８（ａ）により化学研磨により母材の変質層が除去されたスポット溶接用電極チップ１５を成形ダイス本体３１の成形用穴３１ａに挿入する。この化学研磨により、変質層が除去されたスポット溶接用電極チップ１５の頂部の径Φは、Φ＝８ｍｍである。これを図８（ｂ）に示すように成形用穴３１ａの底部まで挿入するとスポット溶接用電極チップ１５の頂部の外周（Φ＝８ｍｍ）が成形ダイス本体３１の内壁面に当接し、スポット溶接用電極チップ１５の頂部と成形用穴３１ａの底面との間に間隙ｄができる。この状態でスポット溶接用電極チップ１５はリフターピン３４とノックアウトピン５１の間に挟まれている。
【００２７】
成形ポンチ５０に高荷重を加え、スポット溶接用の電極チップ１５を押し込むと、その頭部の外周部が成形用穴３１ａの壁面に押され、図８（ｃ）に示すように成形用穴３１ａの底部壁面とスポット溶接用電極チップ１５の頭部の外周面が密接するまで押し込まれ、該頭部の外径Φ＝６ｍｍとなり再生される。
【００２８】
また、上記実施形態例では、第１成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置（図３参照）と第２成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置（図６参照）を別装置としたが、一つの装置とし、成形ダイス３０を共通にし、成形ポンチ３７を含む押圧部及び成形ポンチ５０を含む押圧部を替える構成としてもよい。
【００２９】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００３１】
請求項１に記載の発明によれば、電極チップを銅又は銅合金材からなる厚板円板材を冷間鍛造プレスにより所定の電極チップ形状に成形した構成とするので、短時間で加工ができると共に、削り屑等が発生しない分、材料の無駄がなく、且つコストが安価なスポット溶接用電極チップを提供できる。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、銅又は銅合金材料からなる丸棒材を所定の厚さ寸法で切断し、これを冷間鍛造プレス工法により所定の電極チップ形状にするので、高価な銅又は銅合金材料を無駄にすることなく、しかも短時間で加工できるから、コストが安価なスポット溶接用電極チップの製造方法を提供できる。
【００３３】
請求項３に記載の発明によれば、冷間鍛造プレス工法を、第１成形工程と第２成形工程に分けて行うので、第１成形工程で電極チップの概略形状、即ち半製品を成形し、第２成形工程で電極チップ全体の形状を整えることにより、加圧成形工程に無理なく、所定の電極チップ形状に成形することができるスポット溶接用電極チップの製造方法を提供できる。
【００３４】
請求項４に記載の発明によれば、成形ダイスを所定形状で且つ内面が鏡面の成形用穴が形成された成形ダイス本体と、該成形ダイス本体の外周をダイスサポートリングで補強した構造とすることにより、従来この種の銅又は銅合金からなる製品を鍛造プレス工法で成形しようとすると、成形ダイスが割れるという問題があったが、ここでは成形ダイス本体の成形用穴の内面を鏡面にすると共に、該ダイス本体の外周をダイスサポートリングで補強したので、押し込み成形で成形ダイスが割れるということがなくなり、安価にスポット溶接用電極チップの製造が可能となるスポット溶接用電極チップの製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スポット電気溶接の概略構成を示す図である。
【図２】スポット溶接用電極チップの形状を示す断面図である。
【図３】本発明に係るスポット溶接用電極チップの製造方法の第１成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置の構成を示す図である。
【図４】本発明に係るスポット溶接用電極チップの製造方法の第１成形工程を説明する図である。
【図５】本発明に係るスポット溶接用電極チップの製造方法の第１成形工程で成形された電極チップの断面形状を示す図である。
【図６】本発明に係るスポット溶接用電極チップの製造方法の第２成形工程に用いる冷間鍛造プレス装置の構成を示す図である。
【図７】通電頭部に母材の変質層が形成されたスポット溶接用電極チップを示す断面図である。
【図８】本発明に係るスポット溶接用電極チップの製造装置による電極チップの再生工程を示す図である。
【図９】電極チップ成形用丸棒及び厚板円板材を示す図である。
【符号の説明】
１１            上部電極
１２            下部電極
１３            電極ホルダー
１４            サブホルダー
１５            電極チップ
１５’          電極チップ
１６            電極ホルダー
１７            サブホルダー
１９            金属板
２０            金属板
２１            変質層
３０            成形ダイス
３１            成形ダイス本体
３２            ダイスサポートリング
３３            ダイプレート
３４            リフターピン
３５            装置台
３６            リフター
３７            成形ポンチ
３８            ストッパー
３９            コイルバネ
４０            ポンチホルダー
４１            バッキングプレート
４２            ダイプレート
４３            吊りボルト
４４            ガイド板
５０            成形ポンチ
５１            ノックアウトピン
５２            ポンチホルダー
５３            ダイプレート
５４            コイルバネ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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