JPS5953155B2 - 抵抗溶接用電極とその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は抵抗溶接技術さらに詳言すれば抵抗溶，接装置
に用いるための電極の改良に関する。

抵抗溶接は金属部材どうしを接合する迅速かつ効果的な
方法として永年利用されている。溶接すべき加工片は突
合せされたうえで一対の対向した霧極により部材間の境
界に大電流を通電する。この電流に上り加工片の表面が
共に十分に加熱されナゲツトが生成される。一般には溶
接中加工片に電極を通じて圧力を加える。これにより材
料を合着させて溶接過程を実現しまた電極チツプと加工
材料との間の電気抵抗を減少させるのである。この溶接
法は被溶接材料の抵抗加熱によつて達成されるので、電
極そのものもかなり加熱されることは言うまでもない。
この電極による電力損失と結巣的に生ずる電極の加熱を
最小限にするためには電極の電気伝導度を高いものとな
すことが肝要である。また溶接過程の高温状態で電極に
対する変形力に十分耐え得るものとすることも重要であ
る。抵抗溶接に永年用いられている中空電極では内腔に
冷却用流体を供給して電極軸部の降温を図つている。し
かし、この冷却方法は一定の限界があり、またさらに肝
心の電極チツプそのものは効果的に冷却し得ないことが
了解される筈である。従来、電極は電導度の高い銅製に
して電極による電力損失を最小化するようになされてい
た。

この種の電極材料は一方では寿命が比較的短かく、高温
高荷重下で溶接作業が繰゛返し行われた後に電極チツプ
は大部分変形してしまう。このため電極チツプは所望の
形状になるまで再整形または再研磨するのが普通であつ
た。しかし、これも自ら限られた回数しかできないから
最終的早期に廃棄せざるを得なかつた。電極は廃棄する
には高価なものであるばかりでなく再研磨した電極の交
換に際して溶接機を停止させることに伴う損失も大きか
つた。銅製電極を廃棄するという損失を最小にするため
に、電極チツプを交換自在にし電極軸部も再利用可能に
した２つの電極が用いられた。

米国特許第２４４０４６３号、同２７８０７１８号、同
２８２９２３９号、同２４０２６４６号はすべて電極の
軸（柄）部分に交換自在の電極チツプを摩擦係合させる
ものである。米国特許第２４３７７４０号同２４７２１
７３号は交換自在にして電極チツプを保持するのに機械
的なブラケツトまたは固定ねじを用いたものである。上
記のような交換自在のチツプは、米国特許第２７６１９
７３号、同２７９６５１４号、同３３１００８７号に示
すごとくねじの噛合せにより軸部に取付けられる。

米国特許第２２５７５６６号および同２４１１８５９号
は軸柄部分と機械的に係止し合う溶接用電極チツプまた
はチツプ部分を開示している。この後者の装置では、硬
化金属製の補強キヤツプがとり囲んでいるが電極チツプ
を覆つてはいない。前者の装置では交換可能なチツプが
軸柄部分に係合するように押し込められる。米国特許第
３４４６９３２号は硬化材料例えば引抜き銅スラグで形
成した点溶接用電極の交換自在なチツプを開示している
。

このチツプは融点がチツプの焼鈍温度以下の半田などの
溶融性材料で電極本体に接合されるのである。米国特許
第２１３８３８８号は軸柄に溶接した交換可能な電極チ
ツプについて開示している。同第２７９５６８８号は銅
製の軸柄にステンレス鋼製の合金チツプをろう接した溶
接用電極を開示している。１９７５年９月３０日発行の
米国特許第３９０９５８１号は電導度および熱伝導性の
よい安価で比較的軟い金属のホルダーと、抵抗溶接温度
で強度が増大するチップをそなえた抵抗溶接用複合電極
について開示している。

この場合のチツプは各種の銅合金などどちらかと言えば
高価な材料で形成される。このチツプは押し嵌めまたは
ろう接により軸柄部分に結合される。押し嵌めは接続部
の電気抵抗が高くなるので一般的には許容し難いもので
ある。しかし、チツプを軸柄にろう接すれば、この軸柄
がいく分か焼鈍され強度が低下する。すなわち、この電
極について所期の溶接工数は減少せざるを得ない。最近
開発され抵抗溶接用電極として注目されている材料の一
つは、希釈銅−アルミニウム合金の．内部酸化により生
成された分散強化形の銅である。

この材料は溶接温度で極めて硬質で導電性も高い。米国
特許第３７７９７１４号、同第３８８４６７６号、同第
３８９３８４１号は本発明に用いられようとしているタ
イプの分散強化形の金属について開示している。１９７
６年８月号のＭＥＴＡＬＳ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＱＵＡＲＴＥＲＬＹｌ第１０−
１５頁に記述されているとおり、上記の分散強化形の銅
合金材料は優れた溶接用電極を作る。

ただし、この電極の難点はかなり高価になり例えば普通
の銅クローム合金の２倍以上になることである。従つて
、抵抗溶接作業中の応力に耐えるだけの高い硬さをそな
えた安価で高電導の高伝熱性の銅からなる軸柄部分と分
散強化形の銅製チツプをもつて構成される二金属電極が
要請されていた。二金属製の抵抗溶接用電極は分散強化
され内部的に酸化された銅−アルミニウム合金で作られ
たチツプをそなえる。

伝導度の高い銅製の軸柄が上記のチツプにろう接され、
さらに中空の全体が硬化処理された軸柄部分に押出成形
される。チツプと軸柄との間のろう接による接続は、こ
の軸柄がろう接過程で焼鈍されても全体が最終的に完全
に硬化するように軸柄の押出成形前に作り付けられる。
二金属による抵抗溶接用電極は、電極チツプ用の所望量
の分散強化型銅材料からなる第１のロツドを切断しさら
にこの第１のロツドを加圧して押出径の一端中央が凹ん
だ位置決め部材からなる第１の円筒状むくのビレツトを
形成させることにより作られる。

電極軸部の高伝導度の銅を所望量使つて作られた第２の
ロツドは、切断し加工して押出径の一端中央が凸出した
位置決め用突出部を形成する第２のむくの円筒状ビレツ
トで作られる。上記第１および第２の円筒状ビレツトに
は突出部と凹みとが嵌合するように両者間にろう接用コ
ンパウンドを一緒にして装入する。第１のむくのビレツ
トおよび第２のむくのビレツトならびにろう接用コンパ
ウンドを次で加熱してビレツトを単一の押出成形による
軸柄になるよう一体的にろう接する。次に上記押出し用
素材は完全に硬質の二金属の電極が形成されるようにバ
ツクエクストルージヨンにより成形される。従つて、本
発明は軸柄部分が廉価な高伝導性の銅でありかつチツプ
部分が分散強化型の銅合金で作られた全体として硬質で
二金属製の抵抗溶接用電極を提供すること、さらに２種
の組成金属のビレツトがろう接されてから電極を押出し
成形する電極の製造方法および軸柄部分に冷却用流体を
循環させる中央腔部を形設するようにこの部分をバツタ
エクストルージヨンで形成させる方法を提供することを
目白勺とするものである。

添付図を参照しながら以下詳述する。

第１−８図には上述した二金属の抵抗溶接用電極を形成
する方法の各工程が図解されている。第１図に示すよう
に、伝導度の高い銅のロツドまたはワイヤ１５は切断さ
れて電極軸柄部に適した容積の部片にされる。ロツド１
５は次にアプセツト （突出し）加工されて第２図のよ
うな所定直径のむくの円筒゛状ビレツト２０を形成する
。円筒状のビレツト２０は端面３０中央に凸の位置設定
部片としての突起２５を有する。第３図に示すように所
望量の分散強化型の銅合金材料のロツドまたはワイヤ３
５を切断する。

この銅合金はＧＬＩＤＣＯＰＰＥＲとしてＳＣＭ社から
市販され米国特許第３７７９７１４号に開示されたよう
なものが好適である。この合金は高温で焼鈍されても抵
抗性がありきわめて硬いだけでなく極端に導電体として
すぐれたものである。こうした特色は゛この合金の冷間
加工によりさらに増強される。第４図のビレツト４０を
形成させるアプセツト工程はこの金属の加工効果によつ
てきわめて硬いビレツトを作り出す。この冷間加工は少
なくとも５０％横断面積を増加させるに足りる程度にな
す必要が】ある。ビレツト４０の直径はビレツト２０と
同じ゛であり端部５０の中央が凹の位置設定部片の凹所
４５になされている。第５，６図に示すように、ビレツ
ト２０，４０は突起２５および凹所４５が嵌め合いにな
るよう７にろう接用コンパウンドを間に挟んで一体化さ
れる。

これらビレツトは約７３０℃（１３５０゜Ｆ）に加熱ろ
う接され押出成形素材６０を形成する。分散強化型の銅
は約９０７℃（１７００゜Ｆ）まで焼入れに耐えるので
、ビレツト４０は全体として硬さが保たれる。伝導度の
高い銅製ビレツト２０の方はしかしろう接用コンパウン
ドが溶融するので焼鈍される。押出成形素材６０は次で
バツクエクストルージヨンされ高伝導度の銅製の全体が
硬質中空の押出成形軸柄部６５とこれにろう接部７５を
挟んで接合された分散強化型銅チツプ７０とをそなえた
第７図の電極が出来上る。軸柄部６５に形成された中央
腔部８０には抵抗溶接中に冷却液を供給することができ
る。第８図に示すように、固定用テーパ部分８５を軸柄
部６５面に切削研磨加工で作り付けることができる。チ
ツプ部分７０はまた所望とする仕上げチツプ形状にする
ため９０の部位を機械加工により削り取ることができる
。第９図および第１０図はバツクエクストルージヨン法
を示しこれによつて本発明の電極が形成される。

一体的にろう接されるビレツト２０および４０からなる
成形用素材６０はエクストルージヨンダイス９５内に装
入される。この素材６０は押出成形中ノツクアウトピン
１００に支持される。炭化物のテーパ付きインサート１
０３が摩耗を最小化するのに用いられる。エクストルー
ジヨンポンチ１０５がダイス９５に押し込まれると伝導
度の高い銅製ビレツト２０は第１０図に示すようにダイ
スの上方に向けて押し上げられる。この押出成形法で腔
部８０が成形されると同時に電極の軸Ｓ６５が全体とし
て硬化される。第１０図に明らかなごとく、分散強化型
の銅製のチツプ部分７０はこの押出成形中殆んど加工作
用を受けない。しかし、このチツプ部分はろう接中焼鈍
による軟化はしないので、チツプ部分の再硬化のための
処理は不要である。一方、ろう接の接合部７５は電極体
の腔部８０に近接しているため伝熱度の高い銅全体が腔
部８０内の流体によつて冷却される。ここの銅製の軸柄
部６５を全体として冷却しないと軸柄部の焼鈍と軟化が
起きることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高伝導性の銅製ロツド、第２図は第１図の銅ロ
ツドをアプセツトして円筒状のビレツトを形成した図、
第３図は分散強化型の銅材料製のロツド、第４図は第３
図のロツドで作つたビレツト、第５図は第２図と第４図
のビレツトをろう接して形成した二金属の円筒体、第６
図は第５図線６−６に沿つて切取つて見た断面図、第７
図は押出成形後の第６図に示す円筒体、第８図は機械加
工後の完成した電極、第９図と第１０図は電極を成形す
るバツクエクストルージヨン法を示す。 ６５・・・・・・軸柄部、７０・・・・・・電極チツプ
部分、３５・・・・・・第１のロツド、４０・・・・・
・第１の円筒状ビレツト、４５・・・・・・位置設定凹
所、１５・・・・・・第２のロツド、２０・・・・・・
第２の円筒状ビレツト、２５・・・・・・凸の位置設定
突起部、７５・・・・・・ろう接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央腔部が形成され内部に冷却液を供給し得るごと
   くした高い熱伝導性の銅板で押出成形硬化してなる環状
   軸柄部、銅と酸化アルミニウムとの合金で作られた分散
   強化型の電極チップ、ならびに前記電極チップを前記軸
   柄部にろう接部により接合し連結された該電極チップと
   前記環状軸柄部とを全体を通じて加工硬化状態にしてな
   ること、を特徴とする大電流を流し得る抵抗溶接用電極
   。 ２ 前記ろう接部が前記中央腔部に隣接していてこの接
   合部と前記軸柄部とが抵抗溶接中に前記中央腔部内の冷
   却液により効果的に冷却されるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲１記載の溶接用電極。 ３ 下記の工程からなることを特徴とする分散強化型の
   銅製電極チップおよび高い熱伝導性の銅製軸柄部を有す
   る二金属抵抗溶接用電極の製造方法：（ａ）所定量の分
   散強化型銅材料の第１のロッドを前記電極チップのため
   に切断する工程、（ｂ）該第１のロッドをアプセツトし
   て一端中央に凹んだ位置設定凹所を形成した押出成形直
   径の第１のむくの円筒状ビレツトを形成する工程、（ｃ
   ）前記電極の軸柄部のために所望量の高い熱伝導性銅材
   料の第２のロッドを切断する工程、（ｄ）該第２のロッ
   ドをアプセツトしてその一端中央に凸状の位置設定突起
   を有する押出成形直径の第２のむくの円筒状ビレツトを
   形成する工程、（ｅ）前記第１および第２のむくの円筒
   状ビレツトを、前記突起と前記凹所とが嵌め合いになる
   ようにしてその間にろう接部コンパウンドを挟み込ませ
   る工程、（ｆ）前記第１および第２のむくのビレツトな
   らびに前記ろう接部コンパウンドを加熱し前記両ビレツ
   トを単一の押出成形用素材にろう接せしめる工程、（ｇ
   ）高い熱伝導性の軸柄部が硬化され、全体として硬い二
   金属製電極を成形するように前記押出成形用素材をバツ
   クエクストルージヨンする工程。 ４ 分散強化型の銅製電極チップおよび高い熱伝導性の
   銅製軸柄部を有する二金属抵抗溶接用電極の製造方法で
   あつて、高い熱伝導性の銅製の第１の円筒状ビレツトを
   成形する工程、分散強化型の銅製の第２の円筒状ビレツ
   トを成形する工程、前記分散強化型の銅を焼鈍すること
   なく二金属の円筒体を形成する温度で前記第１および第
   ２の円筒状ビレツトを一体的にろう接する工程、ならび
   に前記高い熱伝導性の銅が硬化されて全体的に硬質の電
   極が出来上るように前記二金属円筒体を溶接用電極の形
   状にするべく押出成形する工程、によつて構成されたこ
   とを特徴とする前記製造方法。 ５ 前記両電極の軸柄部に取付け用テーパ部を形成する
   とともに電極のチップ部分を所望の形状に成形せしめる
   工程を含む特許請求の範囲４記載の製造方法。 ６ 前記押出成形工程は電極内に中央腔部を形成するよ
   うにバツクエクストルージヨンする工程であることを特
   徴とする特許請求の範囲４記載の製造方法。 ７ 分散強化型の銅製の第２の円筒状ビレツトを成形す
   る工程は、この分散強化型銅製のロッドを冷間加工して
   その横断面積を少なくとも５０％増大せしめる工程を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲４記載の製造方法。