(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する位置に配置された２つの電極で被溶接材を挟持して加圧しながら溶接するスポット溶接に用いられるスポット溶接用電極において、
金属により形成された電極本体と、前記電極本体の表面に形成され、厚さ寸法０．０５ｍｍから０．１ｍｍの金属の薄膜が多層に重ねて構成された多層金属膜層とを有し、
前記電極本体と、前記多層金属膜層とが一体プレス成形されて構成されていることを特徴とするスポット溶接用電極。
【請求項２】
相対向する位置に配置された２つの電極で被溶接材を狭持して加圧しながら溶接するスポット溶接装置において、
前記電極は、請求項１に記載したスポット溶接用電極であることを特徴とするスポット溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接用電極、およびスポット溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の生産工程等では、自動車のボディ等の被溶接材（例えば亜鉛めっき鋼板）を電極で加圧しながら抵抗溶接を行うスポット溶接が行われている。このスポット溶接では、相対向する位置に配置された２つの電極で被溶接材を挟持して加圧しながら溶接する。
【０００３】
上記のスポット溶接に用いられる電極は、一般的に、導電性の高さや機械的強度の高さ等の理由から銅合金製のものが用いられている。
しかし、この銅合金製の電極は、所定回数以上繰り返して使用すると、電極表面の形状が変形してしまい、溶接品質が低下するという技術的課題を有している。
具体的には、銅合金製の電極は、被溶接材（亜鉛めっき鋼板等）と合金化し易いという特性がある。そのため、銅合金製の電極は、所定回数以上繰り返して使用すると（所定回数以上打点をすると）、電極先端の中央部付近が打点に伴って合金化すると共にピッチングが生じて先端中心部がくぼむ。そして、その後、さらに電極を使用すると（さらに、所定回数以上打点をすると）、電極の表面に硬くてもろい合金皮膜（銅亜鉛合金皮膜）が形成され、その合金皮膜が溶接中に剥がれ落ち、電極の先端部表面がクレータ状に損耗してしまう。
【０００４】
上述した技術的課題を解決するために、従来から、スポット溶接では、所定回数の溶接を実行した段階で電極を研磨したり加工成形したりして、溶接品質を維持するようにしている。
例えば、特許文献１には、スポット溶接に用いる電極を再生するための再生装置の構成が開示されている。ここで、図４を用いて特許文献１に記載されている、従来からある電極の再生装置の構成を説明する。
図示するように、特許文献１の再生装置Ｘは、使用済の電極の外周面および先端面を所定形状に成形により形状出しするプレス型（成形型）１０１、およびプレス型１０１の開閉装置１０２を有する成形装置１００と、成形装置１００に使用済みの電極を供給する供給装置２００とを備える。
図示する特許文献１の手法によれば、作業者が、所定回数使用した電極をスポット溶接装置（図示せず）から取り外し、その電極（使用済電極）を再生装置Ｘの供給装置２００にセットする。そして、再生装置Ｘを動作させると、成形装置１００が、供給装置２００にセットされた使用済の電極の先端部を削り取るとともに（これにより、表面の合金皮膜も削り取られる）、電極の形状を確保する。
【０００５】
また、従来から、専用の再生装置により、スポット溶接装置から取り外した使用済み電極の先端周囲を加圧することにより、電極先端径の拡大を元の形状に戻すことにより電極の形状を再生することも行われている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３４３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した電極を削り取る手法や加圧する手法は、以下の技術的課題を有している。
具体的には、上述した電極を削り取る手法や加圧する手法は、電極を再生させるための再生装置（例えば、図４に示す再生装置Ｘ、および当該再生装置を制御する装置）が必要となってしまい、コストアップを招くという技術的課題を有している。また、上記再生装置自体の管理（例えば、電極を削り取る刃の管理等）を行う手間も生じる。
また、上記の使用済みの電極を成形する手法は、電極の成形（削り取り又は加圧）後の形状が所定の形状になっているか管理するのが難しいという技術的課題もある。
さらに、上記の使用済みの電極を成形する手法は、スポット溶接装置への電極の着脱作業のための時間と、電極を成形（削り取り又は加圧）するための時間（３〜６秒／回）とが必要になり、スポット溶接の生産性を悪化させる。
なお、上記特許文献１では、電極を成形する際に、電極を削り取ってしまうため（少なくとも、一回の成形作業で０．３ｍｍ程度を削り取ってしまうため）、電極のトータル寿命が短くなるという別の技術的課題を有している。また、上述した電極を加圧する方法は、電極表面に形成した合金皮膜を除去することができないため、電極先端を平滑な状態に保てないという技術的課題を有している。
【０００８】
本発明は、前記した技術的課題を解決するためになされたものであり、スポット溶接において、コストおよび手間をかけることなく、スポット溶接用の電極の表面を所定の状態に維持することにより、スポット溶接の生産性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、相対向する位置に配置された２つの電極で被溶接材を挟持して加圧しながら溶接するスポット溶接に用いられるスポット溶接用電極に適用される。
そして、前記スポット溶接用電極は、金属により形成された電極本体と、前記電極本体の表面に形成され、厚さ寸法０．０５ｍｍから０．１ｍｍの金属の薄膜が多層に重ねて構成された多層金属膜層とを有し、前記電極本体と、前記多層金属膜層とが一体プレス成形されて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明では、スポット溶接用電極の電極本体の表面に、金属の薄膜を多層に重ねて構成された多層金属膜層を設けるようにしている。
このように構成することにより、スポット溶接用電極は、スポット溶接を所定回数繰り返すことにより生じる、電極表面に形成された合金皮膜（例えば銅亜鉛合金皮膜）が剥離する現象が起こると、多層金属膜層の一番上の薄膜が合金皮膜ともに剥がれ、新しい金属の薄膜（合金皮膜が形成されていない薄膜）が現れるようになる。すなわち、本発明のように構成することで、スポット溶接用電極の表面に形成される合金皮膜の剥がれ落ちる際に、多層金属膜層のうち一番上の薄膜だけが共に剥がれ落ちるため、電極の先端部表面がクレータ状に損耗することがない。
【００１１】
また、本発明によれば、電極を研磨したり加圧したりすることなく自然（自動的）に、電極表面の合金皮膜が除去されるため、上述した従来技術のように、電極を研磨したり加圧したりする作業を行う必要がなくなる。また、本発明によれば、電極を研磨したり加圧したりするための専用の装置を設ける必要がなく設備コストを低減することができる。
また、本発明によれば、電極を研磨したり加圧したりするためにスポット溶接装置から電極を着脱する必要がないため、スポット溶接作業の生産性を向上させることができる。
【００１２】
また、前記金属の薄膜の厚さ寸法は、０．０５ｍｍから０．１ｍｍであることが望ましい。
このように、前記金属の薄膜の厚さが、０．０５ｍｍから０．１ｍｍになされるようにしたのは、本願の発明者が、スポット溶接用電極表面に形成された合金皮膜が０．０５ｍｍ程度まで成長した場合に、その合金皮膜が被溶接部材に付着して剥離することを見出したことによる。また、本願の発明者が、合金皮膜が０．０５ｍｍ程度まで成長する際に生じるスポット溶接用電極表面のくぼみが、０．０５ｍｍ未満であることを見出したことによる。
すなわち、スポット溶接用電極は、上記のように、金属の薄膜の厚さを、０．０５ｍｍから０．１ｍｍになすことにより、合金皮膜が剥がれ落ちるたびに、合金皮膜が形成された多層金属膜層の一番上にある薄膜が共に剥がれ落ちる。その結果、スポット溶接用電極の表面には、合金皮膜が形成されておらず、窪みがない滑らかな電極表面が形成されるようになる。
このように、本発明によれば、電極を研磨したり加圧したりする作業を行うことなく、スポット溶接用電極の形状を所定の形状に維持することができる。すなわち、本発明によれば、手間をかけずに溶接品質を維持することができる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために本発明は、相対向する位置に配置された２つの電極で被溶接材を挟持して加圧しながら溶接するスポット溶接装置に適用される。
そして、前記電極は、金属により形成された電極本体を有し、前記電極本体の表面には、前記金属の薄膜を多層に重ねて構成された多層金属膜層が形成され、前記電極本体と前記多層金属膜層とが一体プレス成形されて構成されていることを特徴とする。また、前記金属の薄膜の厚さ寸法は、０．０５ｍｍから０．１ｍｍであることが望ましい。
このように、本発明では、スポット溶接装置の電極に、上述した構成のスポット溶接用電極を用いるようにしている。
そのため、本発明によれば、電極のメンテナンス（研磨したり加圧したりする）を行うことなく、溶接品質を維持することができるスポット溶接装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、スポット溶接において、コストおよび手間をかけることなく、スポット溶接用電極の表面を所定の状態に維持することができ、これにより、スポット溶接の生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態のスポット溶接用電極、および当該スポット溶接用電極を備えたスポット溶接装置について図面を用いて説明する。
先ず、本発明の実施形態のスポット溶接用電極、および当該スポット溶接用電極を備えたスポット溶接装置の構成について図１および図２に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態のスポット溶接装置が装着された産業用ロボットの概略構成を示す側面図である。また、図２は、本発明の実施形態のスポット溶接装置に取り付けられるスポット溶接用電極の構成を示す図である。
なお、本実施形態は、スポット溶接装置に装着されている電極（固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂ）の構成に特徴があり、この電極（固定電極２０ａ、および可動電極２０ｂ）以外の構成は既存の技術により実現されるものである。そのため、以下では、固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂ以外の構成の説明は簡略化する。
【００１７】
図１に示すように、スポット溶接装置１は、産業用ロボットＡのロボットアーム２に装着されている。
具体的には、スポット溶接装置１は、接続部１１と、接続部１１に取り付けられたガンアーム１３と、ガンアーム１３の一端に取り付けられた固定電極２０ａと、ガンアーム部１３の他端に取り付けられたアクチュエータ１５と、前記アクチュエータ１５によって駆動する可動電極２０ｂとを備える。
ここで、前記固定電極２０ａと、前記可動電極２０ｂとは、互いに相対向する位置に配置されている。また、前記固定電極２０ａおよび前記可動電極２０ｂは、先端がドーム状に形成されている。
また、接続部１１は、産業用ロボットＡの制御部（図示しない）と電気的に接続されており、前記制御部との間で各種信号の授受を行う。また、スポット溶接装置１は、接続部１１を介して、産業用ロボットＡからの電力供給を受ける。
【００１８】
上記のように構成されたスポット溶接装置１は、産業用ロボットＡの制御部（図示しない）からの信号にしたがい、アクチュエータ１５で可動電極２０ｂを駆動させ、固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂで被溶接材（ワークＷ１、ワークＷ２）を挟持して加圧すると共に電流を流してスポット溶接を行う。なお、本実施形態では、被溶接材（ワークＷ１、ワークＷ２）が亜鉛めっき鋼板である場合を例にする。
また、本実施形態では、アクチュエータ１５の具体的な構成について特に限定しない。アクチュエータ１５は、可動電極２０ｂを上下方向（図１に示す矢印方向）に往復動作させるとともに、可動電極２０ｂにより、被溶接材（ワークＷ１、ワークＷ２）を加圧することができるものであればよい（サーボモータ方式のものでも、エア方式のものでもよい）。例えば、サーボモータ方式の場合、アクチュエータ１５は、サーボモータと、前記サーボモータが発生する回転駆動力を上下方向の直線的駆動力に変換して可動電極２０ｂに伝達する駆動力伝達機構（タイミングベルト、ギア、チェーン、カップリング、ボールネジ等により構成される機構）と、前記サーボモータの回転角度位置を示す信号（可動電極２０ｂの上下方向の位置に応じた信号）を出力するエンコーダ等により構成される。
【００１９】
つぎに、本実施形態の固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂの構成について図２に基づいて説明する。
なお、固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂは、同じ構成をしている。そのため、以下では、説明の便宜上、固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂの両者を、「スポット溶接用電極２０」と呼ぶ。
具体的には、スポット溶接用電極２０は、クロム銅（ＣｕＣｒ）により形成された電極本体２１を備える。そして、電極本体２１の表面には、クロム銅（ＣｕＣｒ）の薄膜（ＣｕＣｒ箔）２２ａ１、２２ａ２、…、２２ａｎを多層に重ねて構成された多層金属膜層２２が形成されている。
また、本実施形態では、スポット溶接用電極２０の製造方法について特に限定されるものではないが、例えば、以下に示すようにして、スポット溶接用電極２０を製造することができる。
具体的には、ＣｕＣｒにより形成された電極本体２１に、多層のＣｕＣｒ箔により構成された多層金属膜層２２を重ね合わせ、その後、電極の形に一体型プレス成形することにより、スポット溶接用電極２０を製造する。これにより、表面の層（一番上にある薄膜）が剥がれ易いスポット溶接用電極が製造される。
【００２０】
このように、スポット溶接用電極２０の表面に、多層金属膜層２２を形成させることにより、被溶接材（ワークＷ１、ワークＷ２）に対するスポット溶接を所定回数繰り返すことにより形成される銅亜鉛合金皮膜の剥離現象が起こった際、多層金属膜層２２の一番上の薄膜（図２に示す２２ａ１）が銅亜鉛合金皮膜と共に剥がれ、新しい銅合金の薄膜（図２に示す２２ａ２）が現れるようになる。
すなわち、本実施形態のように構成することで、スポット溶接用電極２０の表面に形成される銅亜鉛合金皮膜が剥がれ落ちるときには、多層金属膜層の一番上の薄膜（図２に示す２２ａ１）だけが銅亜鉛合金皮膜と共に剥がれ落ちるため、電極の先端部表面がクレータ状に損耗することがない。
【００２１】
また、本実施形態によれば、電極を研磨したり加工成形したりすることなく、自動的に、電極表面の銅亜鉛合金皮膜が除去されるため、上述した従来技術のように、電極を研磨したり加圧したりする作業を行う必要がなくなる。すなわち、本実施形態によれば、スポット溶接の工程を簡素化することができる。
また、本発明によれば、電極を研磨したり加圧したりするための専用の装置を設ける必要がないため、設備コストが低減される。
また、本発明によれば、電極を研磨したり加圧したりするためにスポット溶接装置から電極を着脱する必要がないため、スポット溶接作業の生産性を向上させることができる。
【００２２】
また、電極本体２１の表面に形成された多層金属膜層２２を構成するＣｕＣｒの薄膜の厚さ寸法は、０．０５ｍｍから０．１ｍｍであることが望ましい。
このように、ＣｕＣｒの薄膜の厚さ寸法を「０．０５ｍｍから０．１ｍｍ」に構成したのは、本願の発明者が、スポット溶接用電極２０の表面に形成された合金皮膜が０．０５ｍｍ程度まで成長した場合に、その合金皮膜が被溶接部材に付着して剥離することを見出したことによる。
以下、図３を用いて、電極で打点を繰り返すことにより、電極表面に合金皮膜が形成され、その合金皮膜が所定の厚さ寸法（０．０５ｍｍ程度）になると電極から剥がれ落ちていく状況について説明する。
【００２３】
図３は、スポット溶接用電極の表面に銅亜鉛合金皮膜が形成されていく状態を示した、スポット溶接用電極の先端部分の断面図である。図３（ａ）は、２０点前後打点した際のスポット溶接用電極の状態を示し、図３（ｂ）は、２００点前後打点した際のスポット溶接用電極の状態を示し、図３（ｃ）は、２０００点前後打点した際のスポット溶接用電極の状態を示している。
なお、図３では、説明の便宜上、本実施形態のスポット溶接用電極２０により、スポット溶接を連続して行う場合の例を示す。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、スポット溶接用電極２０を用いて、２０点前後打点した場合（２０箇所前後、スポット溶接をした場合）、スポット溶接用電極２０の被溶接材（亜鉛めっき鋼板）と接触する部分に、電極側から合金層３０、多孔質層３２、亜鉛の付着３４が生成される。
また、図３（ｂ）に示すように、スポット溶接用電極２０を用いて、２００点前後打点した場合（２００箇所前後、スポット溶接をした場合）、スポット溶接用電極２０の被溶接材（亜鉛めっき鋼板）と接触する部分に、電極側から合金層３０、小さなくぼみ及び合金が流動した層３１、多孔質層３２が生成され、スポット溶接用電極２０自身も少しづつ侵食（腐食）されていく。
また、図３（ｃ）に示すように、スポット溶接用電極２０を用いて、２０００点前後打点した場合（２０００箇所前後、スポット溶接をした場合）、スポット溶接用電極２０の被溶接材（亜鉛めっき鋼板）と接触する部分に、電極側から合金層３０、小さなくぼみ及び合金が流動した層３１、多孔質層３２が生成される。このように、スポット溶接用電極２０の中央部付近が主に侵食（腐食）されていく。
【００２５】
このように、ＣｕＣｒのスポット溶接用電極２０により、被溶接材（亜鉛めっき鋼板）をスポット溶接する際、めっき金属の亜鉛と、銅とが合金化してＨｖ（ビッカース硬度）＝３６０〜４３０の硬くて脆いγーＢｒａｓｓ層（「合金層３０」、および「小さなくぼみ及び合金が流動した層３１」）が形成される。
そして、本願の発明者は、「γーＢｒａｓｓ層」と、「多孔質層３２」とから形成される「Ｚｎ−Ｃｕ合金層」が、５０μ（０．０５ｍｍ）程度にまで成長すると相手側の被溶接材（亜鉛めっき鋼板）に付着して剥離することを見出した。
なお、銅亜鉛合金皮膜が０．０５ｍｍ程度まで成長する際に生じるスポット溶接用電極表面のくぼみの寸法は、０．０５ｍｍ未満である。
【００２６】
そして、本実施形態は、「Ｚｎ−Ｃｕ合金層」が、５０μ（０．０５ｍｍ）程度にまで成長すると相手側の亜鉛めっき鋼板に付着して剥離するという上記の技術的見解に着目し、電極本体２１の表面に多層金属膜層２２を形成させるようにした。また、多層金属膜層２２を構成するＣｕＣｒの薄膜の厚さ寸法を、０．０５ｍｍから０．１ｍｍになされるようにした。
この構成により、「Ｚｎ−Ｃｕ合金層」が５０μ（０．０５ｍｍ）程度まで成長して剥離するときに、電極本体２１の表面に形成された多層金属膜層２２の一番上の薄膜（図２に示す２２ａ１）を共に、亜鉛めっき鋼板にくっつけて剥離させることが可能となる。
すなわち、本実施形態によれば、「Ｚｎ−Ｃｕ合金層」が５０μ（０．０５ｍｍ）程度まで成長するたびに、自然にスポット溶接用電極２０の表面（一番上の薄膜（図２に示す２２ａ１）が剥離されることになるため、その結果、合金化されていない電極表面が形成されるようになる。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、「Ｚｎ−Ｃｕ合金層」が５０μ（０．０５ｍｍ）程度まで成長するたびに、合金化されておらず、窪みがない滑らかな電極表面が形成されるようになる。
また、本実施形態によれば、０．０５ｍｍから０．１ｍｍの薄膜を剥離させることで、スポット溶接用電極の形状を所定の形状に維持しているため、電極の表面を削り取る手法のように電極のトータル寿命を縮めることがない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、スポット溶接用電極２０の表面に、多層金属膜層２２を形成させたことにより、所定の厚さ寸法の合金層が形成されるたびに、電極を研磨したり加圧したりすることなく自動的に、電極表面の合金皮膜が除去されて、合金化されていない電極表面が形成されるようになる。
したがって、本実施形態によれば、電極を研磨したり加圧したりするための専用の再生装置を設けることなく、電極の寿命を延ばすことができる。
また、本実施形態によれば、上述したように、自動的に電極表面の合金皮膜が除去されていくため、電極を研磨したり加圧したりする手間をかけることなく、溶接品質を維持することができるようになる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、上述したように、自動的に電極表面の合金皮膜が除去されていくため、電極を研磨したり加圧したりするために電極を交換する必要がない。すなわち、本実施形態によれば、上述した従来技術からの手法に比べて、電極を交換する工数を削減することができる。
また、本実施形態によれば、電極を研磨したり加圧したりするための作業時間を削減することができる。また、電極を研磨したり加圧したりする必要がないため、電極の成形（削り取り又は加圧）後の形状が所定の形状になっているかを検査する工程を削減できる。
【００３０】
すなわち、本実施形態によれば、電極を研磨したり加圧したりすることなく、スポット溶接用電極の表面を所定の状態に維持することができるため、スポット溶接の生産性を高めることができる。
また、本実施形態によれば、電極のメンテナンス（研磨したり加圧したりする）を行うことなく、溶接品質を維持することができるスポット溶接装置を実現することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、スポット溶接用電極２０がＣｕＣｒにより形成されていることとしているが、特にこれに限定されるものではない。スポット溶接用電極２０がＣｕＣｒ以外の金属により形成されていてもかまわない。
また、上記実施形態において、固定電極２０ａおよび可動電極２０ｂの先端は、ドーム状に形成されているが、あくまでもこれは例示にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態のスポット溶接装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態のスポット溶接装置に取り付けられるスポット溶接用電極の構成を示す図である。
【図３】スポット溶接用電極の表面に銅亜鉛合金皮膜が形成されていく状態を示した、スポット溶接用電極の先端部分の断面図である。
【図４】従来からある電極の再生装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ…産業用ロボット
２…ロボットアーム
１…スポット溶接装置
１１…接続部
１３…ガンアーム
１５…アクチュエータ
２０…スポット溶接用電極
２０ａ…固定電極
２０ｂ…可動電極
２１…電極本体
２２…多層金属膜層
２２ａ１、２２ａ２、・・・、２２ａｎ…クロム銅の薄膜
【図１】
0004925350.tif 000002
【図２】
0004925350.tif 000003
【図３】
0004925350.tif 000004
【図４】
0004925350.tif 000005