JP7021425B2 - 電気抵抗溶接電極およびその冷却方法 - Google Patents

Description

この発明は、耐熱硬質材料で構成された中空のガイドピンと、絶縁性合成樹脂材料で構成された摺動部材を有する電気抵抗溶接電極およびその冷却方法に関している。

特許第６３９５０６８号公報には、電極本体の端面から突出し鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、プロジェクションボルトの受入孔を有する中空形状とされているとともに、耐熱硬質材料で構成され、ガイドピンに一体化され電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成されていることが記載されている。

特許第６３９５０６８号公報

上記耐熱硬質材料製のガイドピンと絶縁性合成樹脂材料製の摺動部材からなる一体化部材が電極本体に収容されているので、この一体化部材に伝達された溶接熱を放熱させるためには、ガイドピンの中空空間側への放熱と、電極本体側への放熱を良好に行う必要がある。特許文献１に記載された技術においては、溶接熱の放熱に関することは一切記載されておらず、中空空間側への放熱と電極本体側への放熱の、内外両方向に向けての熱流に関しても、何も開示されていない。

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、ガイドピンの中空空間側への放熱と、電極本体側への放熱を良好に行うことを目的とする。

請求項１記載の発明は、電気抵抗溶接電極の発明であり、
雄ねじが形成された軸部と、軸部に一体的に設けられた円形のフランジと、軸部側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起を有するプロジェクションボルトが溶接の対象とされ、
円形断面とされた電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、軸部の受入孔を有する中空形状とされているとともに、耐熱硬質材料で構成され、
ガイドピンに一体化され電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成され、
軸部を受入孔に挿入するとき、受入孔内の熱気を押し出すとともに、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を常温状態の軸部で吸熱し、鋼板部品への溶接完了後に軸部を受入孔から抜き取るとき、外部の冷気を受入孔内に吸入するように構成し、
摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を、０．１５以上～０．３２未満として、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を電極本体に伝達して外気へ放熱することを特徴としている。

以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。

プロジェクションボルトを受入孔に挿入するとき、受入孔内の熱気を押し出すとともに、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を常温状態のボルトで吸熱し、鋼板部品への溶接完了後にボルトを抜き取るとき、外部の冷気を受入孔内に吸入する。熱気の排出や冷気の吸入は、ボルトと受入孔内面との間の隙間を介して行われる。

上記のように、ボルトが受入孔に押し込まれるときに熱気を排出すると同時に、常温状態の低温のボルトにガイドピンや摺動部材の残熱が吸熱され、さらに溶接完了後にボルトを抜き取るときには、受入孔内部の気圧が低下して外部の冷気が受入孔内へ吸入される。このため、ガイドピンと摺動部材の一体化部材は、内側から冷却される。ボルトがあたかもピストンのような役割を果たして、ガイドピン内に対する給排が行われ、前記一体化部材の冷却が内側から進行する。

摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を、０．１５以上～０．３２未満としてある。上記比は、摺動部材の肉厚を大きくすると、ガイドピンの肉厚も大きくなることを意味している。

ガイドピンの肉厚が厚くなると、摺動部材の肉厚も厚くなって蓄熱量が増大し、しかも軸部直径と鋼板部品の下孔内径の差が大きくなる。したがって、下孔に対する軸部の偏心量が過大になる恐れがあり、溶接精度低下の原因になる。ガイドピンの肉厚が過大になると、下孔の内径が大きくなって、溶着部が下孔の開口縁の間際に位置することになったり、溶着部が下孔開口縁からはみ出て、溶着強度の低下の原因になったりする。また、一般的に、ボルトの各部寸法は規格化されているので、溶着用突起と軸部間の間隔に対して、ガイドピンの肉厚が過大になり、規格外のボルトを製作する必要が発生し、規格化推進の面で好ましくない。

また、ガイドピンの肉厚が薄くなると、中空ガイドピンとしての強度が低下する。鋼板部品を電極にセットするときに、下孔の内面がガイドピンに衝突するようなことが発生すると、ガイドピンの円形中空形状が異常形状に変形する。同時に、摺動部材の肉厚も薄くなるので、上記一体化部材としての全体的強度が低下する。

上記の各種条件の下で、摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を０．１５未満とした場合には、ガイドピンの肉厚が薄すぎて、中空ガイドピンの強度が不足したり、ガイドピンと摺動部材の一体化部材としての強度が不足したりする。また、一体化部材の熱的容量が小さくなると、溶接熱によるガイドピンや摺動部材の加熱温度が異常に高温となり、熱的耐久性の面で良好ではない。

上記比を０．３２以上とした場合には、下記のような問題が発生する。すなわち、ガイドピンの肉厚が厚くなり、合わせて摺動部材の肉厚も厚くなって蓄熱量が増大する。しかも軸部直径と鋼板部品の下孔内径の差が大きくなるので、下孔に対する軸部の偏心量が過大になる恐れがあり、溶接精度低下の原因になる。ガイドピンの肉厚が過大になると、下孔の内径が大きくなって、溶着部が下孔の開口縁の間際に位置することになったり、溶着部が下孔開口縁からはみ出て、溶着強度低下の原因になったりする。また、一般的に、ボルトの各部寸法は規格化されているので、溶着用突起と軸部間の間隔に対して、ガイドピンの肉厚が過大になり、規格外のボルトを製作する必要が発生し、規格化推進の面で好ましくない。

上記比を０．１５以上～０．３２未満とした場合には、上述の問題点が解消される。すなわち、中空ガイドピンや一体化部材の強度が十分に確保できる。一体化部材としての熱的容量が適正化され、熱的耐久性が向上する。ガイドピンの外径と下孔の内径の差が過大にならないので、下孔に対する軸部の偏心量が少なくなる。溶着箇所が下孔の開口縁に対して、適正な箇所となり、上述の異常溶着箇所の問題が解消される。ボルトの溶着用突起と軸部間の間隔が、中空ガイドピンの肉厚にとって適正な値となり、規格化されたボルトへの対応が適正に実施できる。

ガイドピンと摺動部材の一体化部材に蓄熱された溶接熱は、受入孔の空間を経て外気に放熱されたり、低温の軸部によって受入孔側へ吸熱されたりする。このような内側に向かう放熱経路とともに、外側である電極本体側へ向かう放熱経路も重要である。

電極本体への放熱については、ガイドピンと摺動部材による一体化部材全体の熱量と、ガイドピン自体の肉厚の選定が重要である。ガイドピンの肉厚は、溶着用突起と軸部間の間隔や、鋼板部品が衝突したときの強度との関係が深いものとして位置づけられる。ガイドピンの肉厚が過大であると、鋼板部品の下孔の内径も大きくなるので、溶着用突起の溶着部が下孔の開口縁の間際になったり、開口縁からはみ出たりして、溶着強度に不足が生じる恐れがある。さらに、ガイドピンの肉厚増大にともなって摺動部材の肉厚も大きくなるので、一体化部材としての熱容量が過大になり、受入孔経由の放熱に対して電極本体側への放熱が十分に確保できず、結果的には、冷却不足を招いて、電極全体の熱的耐久性の低下を来す。

電極本体側への放熱を適正化することについては、一体化部材の熱量が過大にならないことである。一体化部材の熱量が過大になると、つまり、ガイドピンの肉厚や摺動部材の肉厚が過大になると、一体化部材の蓄熱量が過剰となり、電極本体側への放熱量に不足を来すこととなる。一定の放熱時間内において、分厚い一体化部材の場合と、薄い一体化部材の場合を比べると、分厚いものは残留熱が蓄熱しやすくなるが、薄いものは残留熱の蓄熱性が低いので、短時間で放熱できる。このような観点から、ガイドピンの肉厚と摺動部材の肉厚との関係が重要なものとなる。

一体化部材の肉厚が少なくなり、これにともなって下孔の内径を極力小さくすることができ、鋼板部品の剛性低下を最小化できる。

上記のように、比が０．３２未満とされているので、一体化部材の外径が過大にならないので、それにともない電極本体の直径も細くすることができて、狭い箇所での電極設置や、電極材料の節減にとっても効果的である。

上記の各効果は、ボルトの軸部の直径が基点になっている。すなわち、ボルト軸部の直径に対する下孔の内径、この内径の開口縁から溶着部までの適正な距離、軸部と溶着用突起との間の間隔に対するガイドピンの肉厚値等に相関させて、摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を、０．１５以上～０．３２未満に設定したことが、本願発明の効果を導き出している。

請求項２記載の発明は、電気抵抗溶接電極の冷却方法の発明であり、
雄ねじが形成された軸部と、軸部に一体的に設けられた円形のフランジと、軸部側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起を有するプロジェクションボルトが溶接の対象とされ、
円形断面とされた電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、軸部の受入孔を有する中空形状とされているとともに、耐熱硬質材料で構成され、
ガイドピンに一体化され電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成された電気抵抗溶接電極を準備し、
軸部を受入孔に挿入するとき、受入孔内の熱気を押し出すとともに、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を常温状態の軸部で吸熱し、鋼板部品への溶接完了後に軸部を受入孔から抜き取るとき、外部の冷気を受入孔内に吸入することによって、受入孔内から外気の方へ溶接熱を放熱し、
摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を、０．１５以上～０．３２未満として、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を電極本体に伝達して外気へ放熱することを特徴としている。

請求項２記載の冷却方法の発明の効果は、上記電気抵抗溶接電極の発明の効果と同じである。

電極全体の断面図である。 電極にボルトが挿入されてゆく状態を順次示す断面図である。 肉厚寸法を示す断面図である。 ガイドピンと摺動部材の肉厚の異常状態を示す断面図である。

つぎに、本発明の電気抵抗溶接電極およびその冷却方法を実施するための形態を説明する。

図１～図４は、本発明の実施例を示す。

最初に、プロジェクションボルトについて説明する。

図１に示すように、ボルト１９は、雄ねじが形成された軸部２０と、軸部２０に一体的に設けられた円形で平板状のフランジ２１と、軸部２０側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起２２から構成されている。溶着用突起２２は同一円上に１２０度間隔で３個設けてあり、図２（Ａ）に示すように、溶着用突起２２と軸部２０との間に平坦な面で連なり、この部分が間隔Ｌとされている。

ボルト１９の各部寸法は、軸部２０の直径と長さはそれぞれ８ｍｍと３０ｍｍ、フランジの厚さと直径はそれぞれ３．２ｍｍと２０ｍｍ、間隔Ｌは２．３ｍｍである。

クロム銅のような銅合金製導電性材料で作られた電極本体１は、円筒状の形状であり、断面円形とされ、静止部材１１に差し込まれる固定部２と、鋼板部品３が載置されるキャップ部４がねじ部５において結合されて、断面円形の電極本体１が形成されている。電極本体１には断面円形のガイド孔６が形成され、このガイド孔６は、固定部２に形成された大径孔７と、この大径孔７よりも小径でキャップ部４に形成された中径孔８、この中径孔８よりも小径の小径孔９が形成され、大径孔７、中径孔８、小径孔９は、電極本体１の中心軸線Ｏ－Ｏ上に整列した同軸状態で配置されている。

鋼板部品３が載置される電極本体１の端面から突出し、鋼板部品３の下孔１０を貫通する断面円形のガイドピン１２が、ステンレス鋼のような金属材料またはセラミック材料などの耐熱硬質材料で構成されている。ガイドピン１２には、軸部２０が挿入される受入孔３５が設けてあり、その深さ寸法は図２（Ｂ）に示すように、軸部２０の長さよりも短く設定してある。

ガイドピン１２に一体化され電極本体１のガイド孔６に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材１３が、絶縁性合成樹脂材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）によって構成されている。別の材料として、ポリアミド樹脂の中から、耐熱性、耐摩耗性にすぐれた樹脂を採用することも可能である。

つぎに、ガイドピンと摺動部材の一体化部材を説明する。

摺動部材１３の中心部にガイドピン１２を差し込んで、ガイドピン１２と摺動部材１３の一体化が図られている。ガイドピン１２を摺動部材１３に一体化する構造としては、摺動部材１３のインジェクション成型時に、ガイドピン１２を一緒にモールドインする方法や、ガイドピン１２に結合ボルト構造部を設ける方法など、種々なものが採用できる。

ここでは、後者の結合ボルト構造部のタイプである。

すなわち、ガイドピン１２の下端部にこれと一体的にボルト１４が形成され、摺動部材１３の底部材１５にボルト１４を貫通し、ワッシャ１６を組み付けてロックナット１７で締め付けてある。摺動部材１３は、電極本体１と対をなす可動電極が動作して溶接電流が通電されたときに、電流がフランジ２１の溶着用突起２２から鋼板部品３にのみ流れるように、絶縁機能を果たしている。

圧縮コイルスプリング２３は、ワッシャ１６とガイド孔６の内底面の間に嵌め込まれており、その張力が摺動部材１３に作用している。なお、符号２４は、ガイド孔６の内底面に嵌め込んだ絶縁シートを示している。圧縮コイルスプリング２３の張力が、後述の静止内端面に対する可動端面の加圧密着を成立させている。圧縮コイルスプリング２３は、加圧手段であり、これに換えて圧縮空気の圧力を利用することも可能である。

つぎに、摺動部材の各部とガイド孔各部の対応関係を説明する。

見やすさの関係上、ハッチングを不記入とした図３にしたがって説明する。

摺動部材１３には、大径部２６と中径部２７が形成され、中径部２７よりも小径のガイドピン１２が一体化されている。大径部２６が、大径孔７の内面との間に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で大径孔７に嵌め込んであり、中径部２７が、中径孔８の内面との間に冷却空気の通気隙間２８を残して挿入されている。上述の「・・実質的に隙間がなくて摺動できる状態・・」というのは、摺動部材１３に電極本体１の直径方向の力を作用させても、隙間感覚のあるカタカタといったがたつき感触がなく、しかも中心軸線Ｏ－Ｏ方向の摺動が可能な状態を意味している。小径孔９を貫通してガイドピン１２が電極本体１の上面から突き出ている。ガイドピン１２が押し下げられたとき、冷却空気が通過する通気隙間２９が、小径孔９とガイドピン１２の間に形成してある。

つぎに、冷却空気の断続構造を説明する。

冷却空気をガイド孔６に導く通気口３０が形成してある。大径部２６と大径孔７の摺動箇所の空気通路を確保するために、大径部２６の外周面に中心軸線Ｏ－Ｏ方向の凹溝を形成することもできるが、ここでは図１（Ｂ）に示すように、大径部２６の外周面に中心軸線Ｏ－Ｏ方向の平面部３１を形成して、平面部３１と大径孔７の円弧型内面で構成された空気通路３２が形成されている。このような平面部３１を１８０度間隔で形成して、２箇所に空気通路を設けている。

ガイド孔６の中径孔８と大径孔７の境界部に環状の静止内端面３３が形成されている。また、摺動部材１３の中径部２７と大径部２６の境界部に環状の可動端面３４が形成されている。静止内端面３３と可動端面３４は電極本体１の中心軸線Ｏ－Ｏが垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、圧縮コイルスプリング２３の張力によって可動端面３４が静止内端面３３に対して環状状態で密着し、この密着によって冷却空気の封止がなされている。

つぎに、プロジェクションボルトの供給機構について説明する。

上記供給機構としては、斜め方向に進退する供給ロッドの先端部にボルトを保持して、ガイドピンの受入孔に供給する形式、先端部にボルトを保持した供給ロッドを横方向にスクエアーモーションをさせる形式、作業者が手作業でボルト挿入を行うものなど、種々なものが採用できる。ここでは、横方向作動式スクエアーモーションのタイプである。

ボルト１９の供給管３６が機枠などの静止部材１１の所定位置に固定され、その管端は上方に開口している。パーツフィーダ（図示していない）などの部品供給原から送出されたボルト１９は、噴射された搬送空気によって供給管３６へ送られてくる。水平方向に進退する供給ロッド３７の先端部下面にボルト１９のフランジ２１を吸着して、ボルト１９を吊り下げた状態で保持する。この保持は、供給ロッド３７内を進退する動作ロッド３８に永久磁石３９が組み付けてあり、動作ロッド３８を進退させて、永久磁石３９を吸引位置と開放位置に位置替えする。供給管３６には、軸部２０が通過する割り溝４１が設けてある。

つぎに、ボルトの供給動作とその時の熱流を説明する。

図１に示すように、供給ロッド３７の進出は軸部２０が中心軸線Ｏ－Ｏと同軸になった位置で停止する。ついで、供給ロッド３７全体が下降すると、軸部２０が受入孔３５に挿入される。この挿入時に図２（Ａ）に示すように、受入孔３５内の熱気が軸部２０と受入孔３５内面との間の隙間を経て押し出される。この押出し時に、ガイドピン１２や摺動部材１３からなる一体化部材２５に蓄熱されていた溶接熱も一緒に放熱される。

受入孔３５への軸部２０の挿入が進行すると、その途中で作動ロッド３８が後退するので、永久磁石３９の吸引力が消滅し、ボルト１９は自重で落下して、軸部２０の先端部が受入孔３５の底部に着座することによって、ボルト１の挿入が完了する（図２（Ｂ）参照）。この自重で落下する過渡期においても、図１（Ａ）に矢線で示した熱気の排出が継続する。挿入されるボルト１９は、常温状態であり、ガイドピン１２や摺動部材１３に残留している溶接熱がボルト１９に吸熱される。このようにして、ガイドピン１２と摺動部材１３による一体化部材２５の温度低下がなされる。

その後、供給ロッド３７が後退して可動電極が進出し、加圧通電がなされて、溶着用突起２２が図２（Ｃ）に黒く塗り潰して示したように、鋼板部品３に溶着する。この溶着部は、符号４０で示されている。

溶着後、図２（Ｃ）に示すように、供給ロッド３７内の永久磁石３９の吸引力を利用して、鋼板部品３に溶接されたボルト１９が受入孔３５から抜き出される。このときに、受入孔３５内は負圧になるので、外部の冷気が図２（Ｃ）に示すように、受入孔３５に吸い込まれて一体化部材２５の温度低下がなされる。このボルト抜き出しは、ロボット装置で鋼板部品３を保持して行ったり、作業者の手作業で行ったりすることができる。

つぎに，ガイドピンと摺動部材の肉厚について説明する。

一体化部材２５において、摺動部材１３の肉厚Ｔ１に対するガイドピン１２の肉厚Ｔ２の比を、０．１５以上～０．３２未満としてある。図４に示すように、肉厚Ｔ２が過大になると、フランジ部分の間隔Ｌと肉厚Ｔ２との差が少なくなるので、同図（Ａ２）に示すように、下孔１０の直径が大きくなり、開口縁１０Ａの間際に溶接部４０が位置する。また、僅かな直径方向のずれによって、同図（Ａ３）に示すように、溶接部４０が開口縁１０Ａから中心側へはみ出したりする。このような問題は、摺動部材１３の肉厚Ｔ１に対するガイドピン１２の肉厚Ｔ２の比を、０．１５以上～０．３２未満とすることによって、前述のようにして解消される。

上記比が０．３２以上になると、溶接部４０の箇所に不良が発生し、上記比が０．１５未満であると、ガイドピン１２の肉厚が薄すぎて、図４（Ｂ１）や（Ｂ２）に示すように、ガイドピン１２に下孔１０の内面が衝突すると、円形中空形状が異常変形をし、軸部２０の挿入が不可能となる。

また、上記比が０．１５未満であると、ガイドピン１２の円形中空形状が異常変形をきたすのであるが、一体化部材２５全体の肉厚が薄すぎて熱容量が過小となり、溶接熱による温度上昇が急激に上昇し、一体化部材２５の熱的耐久性が十分に保持できなくなる。他方、上記比が０．３２以上となると、一体化部材２５の厚さが厚くなりすぎて蓄熱量が過大になり、電極本体１側への放熱がなされても、その放熱量が十分ではなくなり、最終的には一体化部材２５における残留熱量が多大になって、電極全体の冷却が不十分なものとなる。

したがって、摺動部材１３の肉厚Ｔ１に対するガイドピン１２の肉厚Ｔ２の比を、０．１５以上～０．３２未満とすることによって、一体化部材２５の熱量を適正化し、電極本体１側への放熱を効果的に行うことができる。そして、ガイドピン１２の肉厚の適正化によって、下孔１０の開口縁１０Ａに対する溶着部４０の位置が良好なものとなる。

可動電極は固定電極と同軸に配置してあり、その図示は省略してある。

上記の永久磁石を電磁石に置き換えることも可能である。

上述の供給ロッドの進退動作や昇降動作は、一般的に採用されている制御手法で容易に行うことが可能である。制御装置またはシーケンス回路からの信号で動作する空気切換弁や、エアシリンダの所定位置で信号を発して前記制御装置に送信するセンサー等を組み合わせることによって、所定の動作を確保することができる。

以上に説明した実施例の作用効果は、つぎのとおりである。

プロジェクションボルト１９を受入孔３５に挿入するとき、受入孔３５内の熱気を押し出すとともに、ガイドピン１２および摺動部材１３に蓄熱されている溶接熱を常温状態のボルト１９で吸熱し、鋼板部品３への溶接完了後にボルト１９を抜き取るとき、外部の冷気を受入孔３５内に吸入する。熱気の排出や冷気の吸入は、ボルト１９と受入孔３５内面との間の隙間を介して行われる。

上記のように、ボルト１９が受入孔３５に押し込まれるときに熱気を排出すると同時に、常温状態の低温のボルト１９にガイドピン１２や摺動部材１３の残熱が吸熱され、さらに溶接完了後にボルト１９を抜き取るときには、受入孔３５内部の気圧が低下して外部の冷気が受入孔３５内へ吸入される。このため、ガイドピン１２と摺動部材１３の一体化部材２５は、内側から冷却される。ボルト１９があたかもピストンのような役割を果たして、ガイドピン１２内に対する給排が行われ、前記一体化部材２５の冷却が進行する。

摺動部材１３の肉厚Ｔ１に対するガイドピン１２の肉厚Ｔ２の比を、０．１５以上～０．３２未満としてある。上記比は、摺動部材１３の肉厚Ｔ１を大きくすると、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２も大きくなることを意味している。

ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が厚くなると、摺動部材１３の肉厚Ｔ１も厚くなって蓄熱量が増大し、しかも軸部２０の直径と鋼板部品３の下孔１０の内径の差が大きくなる。したがって、下孔１０に対する軸部２０の偏心量が過大になる恐れがあり、溶接精度低下の原因になる。ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が過大になると、下孔１０の内径が大きくなって、溶着部４０が下孔１０の開口縁１０Ａの間際に位置することになったり、溶着部４０が下孔開口縁１０Ａからはみ出て、溶着強度の低下の原因になったりする。また、一般的に、ボルト１９の各部寸法は規格化されているので、溶着用突起２２と軸部２０間の間隔Ｌに対して、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が過大になり、規格外のボルト１９を製作する必要が発生し、規格化推進の面で好ましくない。

また、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が薄くなると、中空ガイドピン１２としての強度が低下する。鋼板部品３を電極にセットするときに、下孔１０の内面がガイドピン１２に衝突するようなことが発生すると、ガイドピン１２の円形中空形状が異常形状に変形する。同時に、摺動部材１３の肉厚Ｔ１も薄くなるので、上記一体化部材２５としての全体的強度が低下する。

上記の各種条件の下で、摺動部材１３の肉厚Ｔ１に対するガイドピン１２の肉厚Ｔ２の比を０．１５未満とした場合には、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が薄すぎて、中空ガイドピン１２の強度が不足したり、ガイドピン１２と摺動部材１３の一体化部材２５としての強度が不足したりする。また、一体化部材２５の熱的容量が小さくなると、溶接熱によるガイドピン１２や摺動部材１３の加熱温度が異常に高温となり、熱的耐久性の面で良好ではない。

上記比を０．３２以上とした場合には、下記のような問題が発生する。すなわち、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が厚くなり、合わせて摺動部材１３の肉厚Ｔ１も厚くなって蓄熱量が増大する。しかも軸部２０の直径と鋼板部品３の下孔１０の内径の差が大きくなるので、下孔１０に対する軸部２０の偏心量が過大になる恐れがあり、溶接精度低下の原因になる。ガイドピン１２の肉厚が過大になると、下孔１０の内径が大きくなって、溶着部４０が下孔１０の開口縁１０Ａの間際に位置することになったり、溶着部４０が下孔開口縁１０Ａからはみ出て、溶着強度低下の原因になったりする。また、一般的に、ボルト１９の各部寸法は規格化されているので、溶着用突起２２と軸部２０間の間隔Ｌに対して、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が過大になり、規格外のボルト１９を製作する必要が発生し、規格化推進の面で好ましくない。

上記比を０．１５以上～０．３２未満とした場合には、上述の問題点が解消される。すなわち、中空ガイドピン１２や一体化部材２５の強度が十分に確保できる。一体化部材２５としての熱的容量が適正化され、熱的耐久性が向上する。ガイドピン１２の外径と下孔１０の内径の差が過大にならないので、下孔１０に対する軸部２０の偏心量が少なくなる。溶着箇所が下孔１０の開口縁１０Ａに対して、適正な箇所となり、上述の異常溶着箇所の問題が解消される。ボルト１９の溶着用突起２２と軸部２０間の間隔Ｌが、中空ガイドピン１２の肉厚Ｔ２にとって適正な値となり、規格化されたボルト１９への対応が適正に実施できる。

ガイドピン１２と摺動部材１３の一体化部材２５に蓄熱された溶接熱は、受入孔３５の空間を経て外気に放熱されたり、低温の軸部２０によって受入孔３５側へ吸熱されたりする。このような内側に向かう放熱経路とともに、外側である電極本体１側へ向かう放熱経路も重要である。

電極本体１への放熱については、ガイドピン１２と摺動部材１３による一体化部材２５全体の熱量と、ガイドピン１２自体の肉厚Ｔ２の選定が重要である。ガイドピン１２の肉厚Ｔ２は、溶着用突起２２と軸部２０間の間隔Ｌや、鋼板部品３が衝突したときの強度との関係が深いものとして位置づけられる。ガイドピン１２の肉厚Ｔ２が過大であると、鋼板部品３の下孔１０の内径も大きくなるので、溶着用突起２２の溶着部４０が下孔１０の開口縁１０Ａの間際になったり、開口縁１０Ａからはみ出たりして、溶着強度に不足が生じる恐れがある。さらに、ガイドピン１２の肉厚増大にともなって摺動部材１３の肉厚Ｔ１も大きくなるので、一体化部材２５としての熱容量が過大になり、受入孔３５経由の放熱に対して電極本体１側への放熱が十分に確保できず、結果的には、冷却不足を招いて、電極全体の熱的耐久性の低下を来す。

電極本体１側への放熱を適正化することについては、一体化部材２５の熱量が過大にならないことである。一体化部材２５の熱量が過大になると、つまり、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２や摺動部材１３の肉厚Ｔ１が過大になると、一体化部材２５の蓄熱量が過剰となり、電極本体１側への放熱量に不足を来すこととなる。一定の放熱時間内において、分厚い一体化部材２５の場合と、薄い一体化部材２５の場合を比べると、分厚いものは残留熱が蓄熱しやすくなるが、薄いものは残留熱の蓄熱性が低いので、短時間で放熱できる。このような観点から、ガイドピン１２の肉厚Ｔ２と摺動部材１３の肉厚Ｔ１との関係が重要なものとなる。

一体化部材２５の肉厚が少なくなり、これにともなって下孔１０の内径を極力小さくすることができ、鋼板部品３の剛性低下を最小化できる。

上記比が０．３２未満とされているので、一体化部材２５の外径が過大にならないので、それにともない電極本体１の直径も細くすることができて、狭い箇所での電極設置や、電極材料の節減にとっても効果的である。

冷却方法の実施例の効果は、上記電気抵抗溶接電極の実施例の効果と同じである。

上述のように、本発明の電極とその冷却方法によれば、ガイドピンの中空空間側への放熱と、電極本体側への放熱を良好に行うことができる。したがって、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

１ 電極本体
３ 鋼板部品
１０ 下孔
１０Ａ 開口縁
１２ ガイドピン
１３ 摺動部材
１９ プロジェクションボルト
２０ 軸部
２１ フランジ
２２ 溶着用突起
２５ 一体化部材
３５ 受入孔
４０ 溶着部
Ｏ－Ｏ 中心軸線
Ｔ１ 摺動部材の肉厚
Ｔ２ ガイドピンの肉厚
Ｌ 溶着用突起と軸部の間隔

Claims (2)

1. 雄ねじが形成された軸部と、軸部に一体的に設けられた円形のフランジと、軸部側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起を有するプロジェクションボルトが溶接の対象とされ、
   円形断面とされた電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、軸部の受入孔を有する中空形状とされているとともに、耐熱硬質材料で構成され、
   ガイドピンに一体化され電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成され、
   軸部を受入孔に挿入するとき、受入孔内の熱気を押し出すとともに、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を常温状態の軸部で吸熱し、鋼板部品への溶接完了後に軸部を受入孔から抜き取るとき、外部の冷気を受入孔内に吸入するように構成し、
   摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を、０．１５以上～０．３２未満として、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を電極本体に伝達して外気へ放熱することを特徴とする電気抵抗溶接電極。
2. 雄ねじが形成された軸部と、軸部に一体的に設けられた円形のフランジと、軸部側のフランジ面に設けた複数の溶着用突起を有するプロジェクションボルトが溶接の対象とされ、
   円形断面とされた電極本体の端面から突出し、鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、軸部の受入孔を有する中空形状とされているとともに、耐熱硬質材料で構成され、
   ガイドピンに一体化され電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成された電気抵抗溶接電極を準備し、
   軸部を受入孔に挿入するとき、受入孔内の熱気を押し出すとともに、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を常温状態の軸部で吸熱し、鋼板部品への溶接完了後に軸部を受入孔から抜き取るとき、外部の冷気を受入孔内に吸入することによって、受入孔内から外気の方へ溶接熱を放熱し、
   摺動部材の肉厚に対するガイドピンの肉厚の比を、０．１５以上～０．３２未満として、ガイドピンおよび摺動部材に蓄熱されている溶接熱を電極本体に伝達して外気へ放熱することを特徴とする電気抵抗溶接電極の冷却方法。

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