Ｍｇ成分含有Ｚｎ系合金めっき鋼板スポット溶接用電極
【課題】 Ｍｇ成分を含有するＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を大電流下でスポット溶接にする際にあっても、めっき金属との溶着・合金化を抑え、亀裂の発生を防止して長寿命化を可能としたスポット溶接用電極を安価に提供する。
【解決手段】 電極本体、又は芯材を埋め込んだ二重構造の電極では芯材として、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る。
分散された微粒子の作用によりめっき金属中のＭｇ成分の酸化が抑制されるために、電極先端部へのＭｇＯの堆積が抑制されて電極とめっき金属が溶着し難くなり、電極寿命が向上する。
【解決手段】 電極本体、又は芯材を埋め込んだ二重構造の電極では芯材として、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る。
分散された微粒子の作用によりめっき金属中のＭｇ成分の酸化が抑制されるために、電極先端部へのＭｇＯの堆積が抑制されて電極とめっき金属が溶着し難くなり、電極寿命が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｇ成分を含有するＺｎ系合金めっきを施しためっき鋼板をスポット溶接する際に用いる電極に関する。
【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、抵抗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めっきまたはＺｎ合金めっき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、大電流を流すことになるため、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などの冷延鋼板を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。
そこで、電極の高寿命化を狙って、電極本体をＷ−Ｍｏ合金、或いは各種ドープ剤を添加したＷ−Ｍｏ合金材料で構成したものや、電極先端中央部に埋め込んだ材料とその周囲の材料とが異なる二重構造の電極等が提案されている。
【０００４】
Ｗ−Ｍｏ合金材料からなる電極としては、例えば特許文献１に、酸化物，窒化物，金属単体，炭化物，ホウ化物の形態で、Ｋを１０〜１００ｐｐｍ含有させたＷ−Ｍｏ合金を用いたものが、また特許文献２に、酸化物，窒化物，金属単体，炭化物，ホウ化物の形態で、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｙの希土類元素を１０〜１００ｐｐｍ含有させたＷ−Ｍｏ合金を用いたものが提案されている。
【０００５】
二重構造の電極としては、例えば、特許文献３に、高強度高導電性の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、その２０〜７０％の面積領域を占めるように、前記被溶接材と合金化し難い、或いは溶着し難い、例えばＡｌ2Ｏ3分散Ｃｕ合金等の金属を埋設したものが提案されている。
また、特許文献４には、高電気伝導材であるＣｕもしくはＣｕ−Ｃｒ合金によって形成された外周部と、セラミックス等の非電気伝導材によって形成された中央部とからなる二重構造のものが提案されている。
さらに、特許文献５には、電極本体が被溶接材に当接する面に、電気伝導度及び熱伝導度に優れ、しかもＣｕ若しくはＣｕ合金からなる電極本体よりも高強度の、例えばＷやＭｏからなる芯材を、当接面の５〜２０％の面積を占めるように埋設したものが提案されている。
さらにまた、特許文献６には、Ｗ，Ｍｏ又はこれらの合金の焼結体からなるチップ主体を、保持リングに嵌着した電極チップを備えたものが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２９１０７８号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４９５７号公報
【特許文献３】特公昭６３−３３９４９号公報
【特許文献４】特開昭６４−６２２８７号公報
【特許文献５】特開平４−４９８４号公報
【特許文献６】特公昭５９−４１８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、耐食性を高め、耐久性を向上させるために、Ｚｎ系めっき鋼板として、Ｍｇ成分を含むＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきを施したものが多用されるようになった。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接を行う際、特許文献１，２で提案されたようなＷやＭｏからなる電極や、ＷとＭｏとの合金材料からなる電極を用いても、めっき金属との合金化反応を比較的抑制でき、効率良く溶接できる。
しかしながら、電極寿命を極力延ばしたいという願望のもとでは、ＷやＭｏ、或いはＷ−Ｍｏ合金材料で構成した電極でも、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接を行う際には、必ずしも十分な電極寿命は得られない。
ＷやＭｏ基の金属・合金も、ＣｕないしＣｕ合金と比べるとめっき金属との合金化反応性は低いが、皆無ではない。特にめっき合金中に含まれているＭｇ成分との反応性については検討の余地がある。また、ＷやＭｏ基の金属・合金は硬質であるが故に、加圧時の衝撃でクラックの発生等、破損しやすい欠点も有している。このために、ＷやＭｏからなる電極や、ＷとＭｏとの合金材料からなる電極の改良の余地があると言える。
【０００７】
また、特許文献３のように、芯材にもＣｕ合金を用いたものにあっては、めっき金属との合金化は避け難い。また、特許文献５のように、芯材として単にＷやＭｏ基の金属・合金を用いたものにあっても、特許文献１，２で問題になるような点は解消されない。
さらに、特許文献４で提案された電極のように脆いセラミックスを芯材として用いたものは、電極加圧時の割れにより剥離しやすくなり、ナゲット形成が不安定となる。
【０００８】
さらにまた、特許文献６で提案された電極では、保持リングに、強度と靭性の高い例えば析出硬化型のステンレス鋼が用いられており、保持リング部の電気伝導性が良くない。また、芯材自体の問題点も解消できない。しかも電極そのものの製造コストが高くなっている。
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、Ｍｇ成分を含有するＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を大電流下でスポット溶接にする際にあっても、めっき金属との溶着・合金化を抑え、亀裂の発生を防止して長寿命化を可能としたスポット溶接用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】
【０００９】
本発明のＭｇ成分含有Ｚｎ合金めっき鋼板スポット溶接用電極は、その目的を達成するため、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から構成されていることを特徴とする。
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電極であって、前記芯材が、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から構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金から構成されたスポット溶接用電極にあって、当該Ｗ，Ｍｏ系合金として、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸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％の割合で分散させたものを用いることにより、Ｍｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板をスポット溶接しても、めっき金属との溶着・合金化を抑制し、かつ溶接時の加圧による亀裂発生を抑制して、スポット溶接用電極としても寿命を長くすることができる。
上記微粒子を含有するＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を、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芯材を埋設した二重構造電極の、前記芯材材料として用いるときも同様に、めっき金属との溶着・合金化を抑制し、かつ溶接時の加圧による亀裂発生を抑制して、スポット溶接用電極としても寿命を長くすることができる。
このため、最近多用されているＭｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板を生産性良くスポット溶接することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者等は、前述した従来技術の有する欠点を解消するために、Ｍｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板をスポット溶接する際に用いる電極の寿命向上策について、材質或いは形状の面から種々の実験・検討を重ねてきた。
本発明者等は、まず、電極素材として用いるＷやＭｏ基の金属・合金の特性の向上策について検討した。Ｗ，Ｍｏ系の金属・合金はＣｕないしＣｕ合金と比べるとめっき金属との反応性は低いが、大気雰囲気下では皆無ではなく、溶着しやすいという欠点がある。また、Ｗ，Ｍｏ系の金属・合金は硬質であるが故に、加圧時の衝撃でクラックの発生等、破損しやすい欠点も有している。
そこで、電極素材として用いるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金も、めっき金属との溶着を抑制し、かつ加圧時のクラック発生を抑制できるように改良したものを用いると寿命が延びることが予測される。
【００１２】
ところで、めっき金属にＭｇ成分が含まれているときに電極とめっき金属が溶着しやすい理由として、めっき金属中のＭｇ成分が酸化されやすいために、抵抗溶接中に形成されたＭｇＯが電極先端部に堆積することが挙げられる。電極先端部に堆積したＭｇＯは、電極とめっき鋼板間の抵抗を高くして当該部分の温度を高め、さらにＭｇＯの生成・堆積を助長することになる。そして、電極とめっき鋼板間の抵抗が高くなりすぎると、通電した電流が電極とめっき鋼板間で消費されるために、被溶接材であるめっき鋼板間でのナゲット形成に寄与し難くなり、結果的に良好なスポット溶接部が得難くなる。
【００１３】
改良手段としては、電極基材のＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金中にＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸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％の割合で分散させることが有効であることを確認した。
電極基材に金属酸化物の微粒子を分散させた場合、電極とめっき金属とが反応し難くなり、溶着が起こり難くなると考えられるが、より確実に溶着を抑制するためには、電極に分散させる金属酸化物とめっき層に含まれる金属の双方の物性に着目する必要がある。
【００１４】
上記金属の酸化物は、標準生成自由エネルギーがＭｇＯの標準生成自由エネルギーよりも低いか或いは同等であるので、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際、溶融ないし半溶融状態のめっき層中に含まれるＭｇが上記金属酸化物の還元によって酸化することはなくなる。ＭｇＯの生成・堆積が抑制されるので、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金からなる電極とめっき金属との濡れ性を阻害する効果が向上し、めっき金属の溶着をより確実に抑制できることになる。
さらに、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金中に分散させた酸化物微粒子は、電極が衝撃を受けた際の転位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、クラックの発生等を抑制することができる。さらにまた、これらの酸化物は融点が高いために、ＷやＭｏ中に分散させても焼結体の強度が維持でき、電極の長寿命化には好適である。
【００１５】
上記酸化物微粒子の配合割合は０．５〜１０体積％にすることが好ましい。上記作用を効果的に発揮させるためには０．５体積％以上分散させることが好ましい。また１０体積％を超えて多量に含有させると、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金の電気伝導度が低くなりすぎ、抵抗溶接中に電極先端の温度が高くなりすぎて、却って溶着を起こしやすくなる。また、酸化物微粒子を多量に含有させると、焼結体が脆くなり、後述のスエージング加工等、所望形状への加工が困難になる。好ましい配合割合は、０．８〜３体積％である。
また、Ｃｅ2Ｏ3等、含有させる酸化物微粒子の粒径は、０．５〜１０μｍ程度が好ましい。１０μｍを超えるほどに大きな粒子を分散させると、熱膨張率の差によって破壊の起点になりやすい。
【００１６】
なお、スポット溶接用電極として使用されるＷやＭｏは、それぞれの金属単独で用いられてもよいし、例えば互いに５〜９５質量％の割合の合金として用いられても良いことは言うまでもない。
さらに、電極等に用いられるＷやＭｏの通電焼結体にあっては、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。本明細書中に記載のＷやＭｏ、或いはＷ−Ｍｏ系合金は上記ドープタングステンをも包含していることも言うまでもない。
【００１７】
本発明者等はまた、前記特許文献５で提案されている、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極本体が被溶接材に当接する面に、電気伝導度及び熱伝導度に優れ高強度のＷやＭｏからなる芯材を埋設した二重構造の電極に着目し、その電極を構成する各材質を種々に変更して、Ｍｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板のスポット溶接を実施して、電極寿命を調査した。
その結果、電極本体にＣｕ又はＣｕ合金を用い、芯材に上記Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸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％の割合で分散させたＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用いた場合、電極自体に当該Ｗ−Ｍｏ系合金を用いた場合と同様に、芯材のＭｇ含有めっき金属との耐溶着性を向上させるとともに、溶接時に電極の亀裂発生を抑制し、電極が長寿命化できることを確認した。
【００１８】
従来から、例えば図１に示すような、芯材３を周囲材２に埋め込んだ二重構造の埋め込み型電極１は電極寿命が長いとされているが、その理由は、溶接打点を重ねても埋め込んだ芯材により一定面積の通電路が確保され、それによって安定したナゲットの形成ができる点にある。そのため、芯材の材質としては、ＷやＭｏのように硬質で、めっき金属と溶着し難いものが好ましいことになっている。
そこで、芯材として、Ｍｇを含むめっき金属に対する耐溶着性に優れる前記酸化物微粉末含有のＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用い、電極本体である周囲材を純Ｃｕとした電極を使用してスポット溶接するとき、従来の単なるＷ系やＭｏ系の合金を用いた電極を使用してスポット溶接したときよりも、電極先端部へのＭｇＯの堆積が抑制され、長期間にわたっても安定したスポット溶接部が得られることを確認した。
【００１９】
上述しているように、芯材であるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金の特性を改良しても、芯材の周囲を取り囲むＣｕ材が、スポット溶接時に被溶接材であるＭｇ成分含有Ｚｎ合金めっき鋼板に当接すると、めっき金属、特に含有ＭｇとＣｕ材との合金化反応が起こって、結果的に電極寿命を短くすることになる。したがって、周囲材であるＣｕ材が被溶接めっき鋼板に直接当接しないような電極先端形状にすることが好ましい。このためには、研削により所定形状のコーナーＲを付した電極にあっては、被溶接材との当接面が全て芯材のＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金で占めるように、芯材として、当接面よりも直径の太い棒体を用いることが好ましい。
【００２０】
ただし、図１中、直径ｂで示す芯材の断面積と直径ａで示す当接面の面積との面積比率（芯材／当接面）が３００％を超えるような大きな径の芯材３を用いると、周囲材２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。逆に、しかし、当接面の面積の７割を下回るほどに小さい芯材径にすると、めっき金属と接触する周囲材の面積が大きくなり、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なり、電極全体としてその先端部形状を変形させることになる。
したがって、芯材／当接面の面積比率として表示したとき、その比率は７０〜３００％程度とすることが好ましい。なお、好ましい範囲は、１００〜２００％である。
【００２１】
ところで、一般的に、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金は焼結法により製造される。本発明で電極本体或いは二重構造電極の芯材として用いられるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金も通常通り焼結法で製造される。
上記Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子とＷ及び／又はＭｏからなる酸化物粉末を混合し、円柱状にプレス成形した後、還元雰囲気で通電焼結を行う。その後、得られた焼結体にスエージング加工やセンターレス研磨等を施して所望の径の棒体を得た後、適当に切断する。原料として、酸化物粉末に代えて金属Ｗ及び／又は金属Ｍｏの粉末を用い、酸化物微粒子を加えてそのまま成形してもよい。
得られた丸棒状焼結体の先端に研削加工を施して、Ｒ形，ＤＲ形，ＣＦ形等、所望の先端部形状に整える。
【００２２】
二重構造電極の場合、電極本体である周囲材のＣｕ又はＣｕ合金にも、通常のものが使用される。市販の純Ｃｕ、或いはＣｕ−Ｃｒ合金，Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金等が使用される。さらには、Ａｌ2Ｏ3等の微粒子を分散させた分散強化Ｃｕ合金でも良い。
芯材をＣｕ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なっても良いし、芯材をＣｕ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、先端に研削加工を施して、Ｒ形，ＤＲ形，ＣＦ形等、所望の先端部形状に整える。
【実施例】
【００２３】
実施例１：
Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを片面当り３０ｇ／ｍ2で施した板厚０．７ｍｍの２枚のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板を、先端直径が６ｍｍ，全体直径が１６ｍｍのＤＲ型で、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の円弧を付与した電極であって、純度９９．９５％のＷ粉末に種々の配合割合で粒径０．５μｍのＣｅ2Ｏ3粉末を分散させた混合粉末を仮成形後、通電焼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たＷ材からなる電極を上下に用い、表１に示す条件で連続打点の溶接を行った。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。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
表２に示す結果からもわかるように、Ｗ材にＣｅ2Ｏ3の微粒子を０．５〜１０体積％の割合で分散させた電極を用いた場合、比較的に長い電極寿命を得ることができている。また電極断面を観察してもＭｇＯの堆積が非常に少ない状態であった。Ｗ材中に分散させたＣｅ2Ｏ3の微粒子がめっき金属との濡れを抑制したためと考えられる。
一方、微粒子を１１体積％の割合で分散させたＷ材の場合には、電極寿命が低下し、電極断面を観察するとＭｇＯが比較的多く堆積している状態であった。Ｗ材に分散させた微粒子の割合が大きすぎたために、Ｗ材自身の電気抵抗が上昇して電極とめっき鋼板間の発熱量が多くなり、微粒子分散による濡れ抑制作用が低減したためと考えられる。
また微粒子の分散割合が０．２体積％のＷ材の場合にも、電極寿命が比較的短く、電極断面を観察するとＭｇＯが比較的多く堆積している状態であった。Ｗ材に分散させた微粒子が少ないために、濡れ抑制作用を発揮できずに電極とめっき金属が濡れやすかったためと考えられる。
【００２７】
Ｗ材にＣｅ2Ｏ3の微粒子を０．５〜１０体積％の割合で分散させた電極では、ＭｇＯの堆積が比較的少なく、ＭｇＯによる電極とめっき鋼板との間の抵抗の上昇を抑制することができるために、めっき金属との溶着が発生し難い状態であった。
これに対して、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散割合が多すぎたものや少なすぎたＷ材からなる電極では、ＭｇＯの堆積が比較的多く、このＭｇＯによって電極とめっき鋼板間の抵抗が上昇してめっき金属との溶着が起こりやすい状態であった。また、Ｗ材が一部剥離・脱落していた。
【００２８】
実施例２：
Ｗ材に分散させる微粒子として、Ｃｅ2Ｏ3の代わりにＣａＯを用いた以外は実施例１と全く同じ条件で同じめっき鋼板を連続打点溶接し、電極寿命を調査した。
その結果を表３に示す。
【００２９】
【００３０】
表２，３に示された結果を比較すると、表３の結果、すなわち、Ｃｅ2Ｏ3を分散させたものよりもＣａＯを分散させたものの方が電極寿命は向上している。
Ｃｅ2Ｏ3と比べてＣａＯの方が標準生成自由エネルギーが低いために、めっき金属との濡れ性をより大きく阻害することができ、電極寿命の延びに繋がったものと思われる。また、電極断面を観察すると、ＣａＯを分散させたものの方が電極先端の堆積物は少ない状態であった。
【００３１】
実施例３：
先端直径が６ｍｍ，全体直径が１６ｍｍのＤＲ型で、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の円弧を付与した電極であって、芯材として、Ｗ粉末に種々の配合割合で粒径０．５μｍのＣｅ2Ｏ3粉末を分散させた径６ｍｍの焼結・鍛造品を、純Ｃｕからなる周囲材に埋め込んだ電極を上下に用いる点以外は実施例１と全く同じ条件で、同じめっき鋼板を連続打点溶接した。なお、芯材として径６ｍｍの円筒体を用いているので、本実施例では芯材／当接面の面積比率は１００％となっている。
そして、実施例１と同じ評価方法で電極寿命を求めた。
その結果を表４に示す。
【００３２】
【００３３】
表４に示す結果からもわかるように、一定通電路を確保した二重構造の埋め込み型電極では、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が１１体積％以上になると、分散量が少ないものと比べて寿命に達するまでの打点数が少なくなっている。Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が多すぎると芯材の材質が脆くなって、連続打点中に割れが生じ、安定してナゲットが形成し難くなったものと思われる。
Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が１１体積％未満のものにあっては１００００打点以上の電極寿命が得られている。Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が０．５体積％に満たない電極にあっても、面積比効果によって電極寿命が延びたものと思われる。しかしながら、電極断面を観察してみると、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が０．５体積％に満たない電極では、その先端に、０．５体積％以上のものと比較して比較的多いＭｇＯが堆積していた。このＭｇＯは当然ながらナゲットの形成状況に影響を与える。したがって、正常なナゲットを長期間にわたって安定的に形成するためには、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が０．５〜１０体積％にすることが有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】二重構造の埋め込み型電極の構造を模式的に説明する図
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｇ成分を含有するＺｎ系合金めっきを施しためっき鋼板をスポット溶接する際に用いる電極に関する。
【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、抵抗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めっきまたはＺｎ合金めっき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、大電流を流すことになるため、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などの冷延鋼板を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。
そこで、電極の高寿命化を狙って、電極本体をＷ−Ｍｏ合金、或いは各種ドープ剤を添加したＷ−Ｍｏ合金材料で構成したものや、電極先端中央部に埋め込んだ材料とその周囲の材料とが異なる二重構造の電極等が提案されている。
【０００４】
Ｗ−Ｍｏ合金材料からなる電極としては、例えば特許文献１に、酸化物，窒化物，金属単体，炭化物，ホウ化物の形態で、Ｋを１０〜１００ｐｐｍ含有させたＷ−Ｍｏ合金を用いたものが、また特許文献２に、酸化物，窒化物，金属単体，炭化物，ホウ化物の形態で、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｙの希土類元素を１０〜１００ｐｐｍ含有させたＷ−Ｍｏ合金を用いたものが提案されている。
【０００５】
二重構造の電極としては、例えば、特許文献３に、高強度高導電性の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、その２０〜７０％の面積領域を占めるように、前記被溶接材と合金化し難い、或いは溶着し難い、例えばＡｌ2Ｏ3分散Ｃｕ合金等の金属を埋設したものが提案されている。
また、特許文献４には、高電気伝導材であるＣｕもしくはＣｕ−Ｃｒ合金によって形成された外周部と、セラミックス等の非電気伝導材によって形成された中央部とからなる二重構造のものが提案されている。
さらに、特許文献５には、電極本体が被溶接材に当接する面に、電気伝導度及び熱伝導度に優れ、しかもＣｕ若しくはＣｕ合金からなる電極本体よりも高強度の、例えばＷやＭｏからなる芯材を、当接面の５〜２０％の面積を占めるように埋設したものが提案されている。
さらにまた、特許文献６には、Ｗ，Ｍｏ又はこれらの合金の焼結体からなるチップ主体を、保持リングに嵌着した電極チップを備えたものが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２９１０７８号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４９５７号公報
【特許文献３】特公昭６３−３３９４９号公報
【特許文献４】特開昭６４−６２２８７号公報
【特許文献５】特開平４−４９８４号公報
【特許文献６】特公昭５９−４１８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、耐食性を高め、耐久性を向上させるために、Ｚｎ系めっき鋼板として、Ｍｇ成分を含むＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきを施したものが多用されるようになった。
Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接を行う際、特許文献１，２で提案されたようなＷやＭｏからなる電極や、ＷとＭｏとの合金材料からなる電極を用いても、めっき金属との合金化反応を比較的抑制でき、効率良く溶接できる。
しかしながら、電極寿命を極力延ばしたいという願望のもとでは、ＷやＭｏ、或いはＷ−Ｍｏ合金材料で構成した電極でも、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板のスポット溶接を行う際には、必ずしも十分な電極寿命は得られない。
ＷやＭｏ基の金属・合金も、ＣｕないしＣｕ合金と比べるとめっき金属との合金化反応性は低いが、皆無ではない。特にめっき合金中に含まれているＭｇ成分との反応性については検討の余地がある。また、ＷやＭｏ基の金属・合金は硬質であるが故に、加圧時の衝撃でクラックの発生等、破損しやすい欠点も有している。このために、ＷやＭｏからなる電極や、ＷとＭｏとの合金材料からなる電極の改良の余地があると言える。
【０００７】
また、特許文献３のように、芯材にもＣｕ合金を用いたものにあっては、めっき金属との合金化は避け難い。また、特許文献５のように、芯材として単にＷやＭｏ基の金属・合金を用いたものにあっても、特許文献１，２で問題になるような点は解消されない。
さらに、特許文献４で提案された電極のように脆いセラミックスを芯材として用いたものは、電極加圧時の割れにより剥離しやすくなり、ナゲット形成が不安定となる。
【０００８】
さらにまた、特許文献６で提案された電極では、保持リングに、強度と靭性の高い例えば析出硬化型のステンレス鋼が用いられており、保持リング部の電気伝導性が良くない。また、芯材自体の問題点も解消できない。しかも電極そのものの製造コストが高くなっている。
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、Ｍｇ成分を含有するＺｎ合金めっきを施しためっき鋼板を大電流下でスポット溶接にする際にあっても、めっき金属との溶着・合金化を抑え、亀裂の発生を防止して長寿命化を可能としたスポット溶接用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】
【０００９】
本発明のＭｇ成分含有Ｚｎ合金めっき鋼板スポット溶接用電極は、その目的を達成するため、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から構成されていることを特徴とする。
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電極であって、前記芯材が、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から構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金から構成されたスポット溶接用電極にあって、当該Ｗ，Ｍｏ系合金として、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸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％の割合で分散させたものを用いることにより、Ｍｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板をスポット溶接しても、めっき金属との溶着・合金化を抑制し、かつ溶接時の加圧による亀裂発生を抑制して、スポット溶接用電極としても寿命を長くすることができる。
上記微粒子を含有するＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を、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芯材を埋設した二重構造電極の、前記芯材材料として用いるときも同様に、めっき金属との溶着・合金化を抑制し、かつ溶接時の加圧による亀裂発生を抑制して、スポット溶接用電極としても寿命を長くすることができる。
このため、最近多用されているＭｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板を生産性良くスポット溶接することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者等は、前述した従来技術の有する欠点を解消するために、Ｍｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板をスポット溶接する際に用いる電極の寿命向上策について、材質或いは形状の面から種々の実験・検討を重ねてきた。
本発明者等は、まず、電極素材として用いるＷやＭｏ基の金属・合金の特性の向上策について検討した。Ｗ，Ｍｏ系の金属・合金はＣｕないしＣｕ合金と比べるとめっき金属との反応性は低いが、大気雰囲気下では皆無ではなく、溶着しやすいという欠点がある。また、Ｗ，Ｍｏ系の金属・合金は硬質であるが故に、加圧時の衝撃でクラックの発生等、破損しやすい欠点も有している。
そこで、電極素材として用いるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金も、めっき金属との溶着を抑制し、かつ加圧時のクラック発生を抑制できるように改良したものを用いると寿命が延びることが予測される。
【００１２】
ところで、めっき金属にＭｇ成分が含まれているときに電極とめっき金属が溶着しやすい理由として、めっき金属中のＭｇ成分が酸化されやすいために、抵抗溶接中に形成されたＭｇＯが電極先端部に堆積することが挙げられる。電極先端部に堆積したＭｇＯは、電極とめっき鋼板間の抵抗を高くして当該部分の温度を高め、さらにＭｇＯの生成・堆積を助長することになる。そして、電極とめっき鋼板間の抵抗が高くなりすぎると、通電した電流が電極とめっき鋼板間で消費されるために、被溶接材であるめっき鋼板間でのナゲット形成に寄与し難くなり、結果的に良好なスポット溶接部が得難くなる。
【００１３】
改良手段としては、電極基材のＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金中にＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸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％の割合で分散させることが有効であることを確認した。
電極基材に金属酸化物の微粒子を分散させた場合、電極とめっき金属とが反応し難くなり、溶着が起こり難くなると考えられるが、より確実に溶着を抑制するためには、電極に分散させる金属酸化物とめっき層に含まれる金属の双方の物性に着目する必要がある。
【００１４】
上記金属の酸化物は、標準生成自由エネルギーがＭｇＯの標準生成自由エネルギーよりも低いか或いは同等であるので、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際、溶融ないし半溶融状態のめっき層中に含まれるＭｇが上記金属酸化物の還元によって酸化することはなくなる。ＭｇＯの生成・堆積が抑制されるので、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金からなる電極とめっき金属との濡れ性を阻害する効果が向上し、めっき金属の溶着をより確実に抑制できることになる。
さらに、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金中に分散させた酸化物微粒子は、電極が衝撃を受けた際の転位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、クラックの発生等を抑制することができる。さらにまた、これらの酸化物は融点が高いために、ＷやＭｏ中に分散させても焼結体の強度が維持でき、電極の長寿命化には好適である。
【００１５】
上記酸化物微粒子の配合割合は０．５〜１０体積％にすることが好ましい。上記作用を効果的に発揮させるためには０．５体積％以上分散させることが好ましい。また１０体積％を超えて多量に含有させると、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金の電気伝導度が低くなりすぎ、抵抗溶接中に電極先端の温度が高くなりすぎて、却って溶着を起こしやすくなる。また、酸化物微粒子を多量に含有させると、焼結体が脆くなり、後述のスエージング加工等、所望形状への加工が困難になる。好ましい配合割合は、０．８〜３体積％である。
また、Ｃｅ2Ｏ3等、含有させる酸化物微粒子の粒径は、０．５〜１０μｍ程度が好ましい。１０μｍを超えるほどに大きな粒子を分散させると、熱膨張率の差によって破壊の起点になりやすい。
【００１６】
なお、スポット溶接用電極として使用されるＷやＭｏは、それぞれの金属単独で用いられてもよいし、例えば互いに５〜９５質量％の割合の合金として用いられても良いことは言うまでもない。
さらに、電極等に用いられるＷやＭｏの通電焼結体にあっては、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。本明細書中に記載のＷやＭｏ、或いはＷ−Ｍｏ系合金は上記ドープタングステンをも包含していることも言うまでもない。
【００１７】
本発明者等はまた、前記特許文献５で提案されている、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる電極本体が被溶接材に当接する面に、電気伝導度及び熱伝導度に優れ高強度のＷやＭｏからなる芯材を埋設した二重構造の電極に着目し、その電極を構成する各材質を種々に変更して、Ｍｇ成分を含有したＺｎ合金めっき鋼板のスポット溶接を実施して、電極寿命を調査した。
その結果、電極本体にＣｕ又はＣｕ合金を用い、芯材に上記Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸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％の割合で分散させたＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用いた場合、電極自体に当該Ｗ−Ｍｏ系合金を用いた場合と同様に、芯材のＭｇ含有めっき金属との耐溶着性を向上させるとともに、溶接時に電極の亀裂発生を抑制し、電極が長寿命化できることを確認した。
【００１８】
従来から、例えば図１に示すような、芯材３を周囲材２に埋め込んだ二重構造の埋め込み型電極１は電極寿命が長いとされているが、その理由は、溶接打点を重ねても埋め込んだ芯材により一定面積の通電路が確保され、それによって安定したナゲットの形成ができる点にある。そのため、芯材の材質としては、ＷやＭｏのように硬質で、めっき金属と溶着し難いものが好ましいことになっている。
そこで、芯材として、Ｍｇを含むめっき金属に対する耐溶着性に優れる前記酸化物微粉末含有のＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金を用い、電極本体である周囲材を純Ｃｕとした電極を使用してスポット溶接するとき、従来の単なるＷ系やＭｏ系の合金を用いた電極を使用してスポット溶接したときよりも、電極先端部へのＭｇＯの堆積が抑制され、長期間にわたっても安定したスポット溶接部が得られることを確認した。
【００１９】
上述しているように、芯材であるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金の特性を改良しても、芯材の周囲を取り囲むＣｕ材が、スポット溶接時に被溶接材であるＭｇ成分含有Ｚｎ合金めっき鋼板に当接すると、めっき金属、特に含有ＭｇとＣｕ材との合金化反応が起こって、結果的に電極寿命を短くすることになる。したがって、周囲材であるＣｕ材が被溶接めっき鋼板に直接当接しないような電極先端形状にすることが好ましい。このためには、研削により所定形状のコーナーＲを付した電極にあっては、被溶接材との当接面が全て芯材のＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金で占めるように、芯材として、当接面よりも直径の太い棒体を用いることが好ましい。
【００２０】
ただし、図１中、直径ｂで示す芯材の断面積と直径ａで示す当接面の面積との面積比率（芯材／当接面）が３００％を超えるような大きな径の芯材３を用いると、周囲材２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。逆に、しかし、当接面の面積の７割を下回るほどに小さい芯材径にすると、めっき金属と接触する周囲材の面積が大きくなり、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なり、電極全体としてその先端部形状を変形させることになる。
したがって、芯材／当接面の面積比率として表示したとき、その比率は７０〜３００％程度とすることが好ましい。なお、好ましい範囲は、１００〜２００％である。
【００２１】
ところで、一般的に、Ｗ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金は焼結法により製造される。本発明で電極本体或いは二重構造電極の芯材として用いられるＷ又はＭｏ若しくはそれらを基材とする合金も通常通り焼結法で製造される。
上記Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ｃｅの酸化物から選ばれる少なくとも一種以上の微粒子とＷ及び／又はＭｏからなる酸化物粉末を混合し、円柱状にプレス成形した後、還元雰囲気で通電焼結を行う。その後、得られた焼結体にスエージング加工やセンターレス研磨等を施して所望の径の棒体を得た後、適当に切断する。原料として、酸化物粉末に代えて金属Ｗ及び／又は金属Ｍｏの粉末を用い、酸化物微粒子を加えてそのまま成形してもよい。
得られた丸棒状焼結体の先端に研削加工を施して、Ｒ形，ＤＲ形，ＣＦ形等、所望の先端部形状に整える。
【００２２】
二重構造電極の場合、電極本体である周囲材のＣｕ又はＣｕ合金にも、通常のものが使用される。市販の純Ｃｕ、或いはＣｕ−Ｃｒ合金，Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金等が使用される。さらには、Ａｌ2Ｏ3等の微粒子を分散させた分散強化Ｃｕ合金でも良い。
芯材をＣｕ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なっても良いし、芯材をＣｕ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、先端に研削加工を施して、Ｒ形，ＤＲ形，ＣＦ形等、所望の先端部形状に整える。
【実施例】
【００２３】
実施例１：
Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇ合金めっきを片面当り３０ｇ／ｍ2で施した板厚０．７ｍｍの２枚のＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板を、先端直径が６ｍｍ，全体直径が１６ｍｍのＤＲ型で、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の円弧を付与した電極であって、純度９９．９５％のＷ粉末に種々の配合割合で粒径０．５μｍのＣｅ2Ｏ3粉末を分散させた混合粉末を仮成形後、通電焼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たＷ材からなる電極を上下に用い、表１に示す条件で連続打点の溶接を行った。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。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
表２に示す結果からもわかるように、Ｗ材にＣｅ2Ｏ3の微粒子を０．５〜１０体積％の割合で分散させた電極を用いた場合、比較的に長い電極寿命を得ることができている。また電極断面を観察してもＭｇＯの堆積が非常に少ない状態であった。Ｗ材中に分散させたＣｅ2Ｏ3の微粒子がめっき金属との濡れを抑制したためと考えられる。
一方、微粒子を１１体積％の割合で分散させたＷ材の場合には、電極寿命が低下し、電極断面を観察するとＭｇＯが比較的多く堆積している状態であった。Ｗ材に分散させた微粒子の割合が大きすぎたために、Ｗ材自身の電気抵抗が上昇して電極とめっき鋼板間の発熱量が多くなり、微粒子分散による濡れ抑制作用が低減したためと考えられる。
また微粒子の分散割合が０．２体積％のＷ材の場合にも、電極寿命が比較的短く、電極断面を観察するとＭｇＯが比較的多く堆積している状態であった。Ｗ材に分散させた微粒子が少ないために、濡れ抑制作用を発揮できずに電極とめっき金属が濡れやすかったためと考えられる。
【００２７】
Ｗ材にＣｅ2Ｏ3の微粒子を０．５〜１０体積％の割合で分散させた電極では、ＭｇＯの堆積が比較的少なく、ＭｇＯによる電極とめっき鋼板との間の抵抗の上昇を抑制することができるために、めっき金属との溶着が発生し難い状態であった。
これに対して、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散割合が多すぎたものや少なすぎたＷ材からなる電極では、ＭｇＯの堆積が比較的多く、このＭｇＯによって電極とめっき鋼板間の抵抗が上昇してめっき金属との溶着が起こりやすい状態であった。また、Ｗ材が一部剥離・脱落していた。
【００２８】
実施例２：
Ｗ材に分散させる微粒子として、Ｃｅ2Ｏ3の代わりにＣａＯを用いた以外は実施例１と全く同じ条件で同じめっき鋼板を連続打点溶接し、電極寿命を調査した。
その結果を表３に示す。
【００２９】
【００３０】
表２，３に示された結果を比較すると、表３の結果、すなわち、Ｃｅ2Ｏ3を分散させたものよりもＣａＯを分散させたものの方が電極寿命は向上している。
Ｃｅ2Ｏ3と比べてＣａＯの方が標準生成自由エネルギーが低いために、めっき金属との濡れ性をより大きく阻害することができ、電極寿命の延びに繋がったものと思われる。また、電極断面を観察すると、ＣａＯを分散させたものの方が電極先端の堆積物は少ない状態であった。
【００３１】
実施例３：
先端直径が６ｍｍ，全体直径が１６ｍｍのＤＲ型で、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の円弧を付与した電極であって、芯材として、Ｗ粉末に種々の配合割合で粒径０．５μｍのＣｅ2Ｏ3粉末を分散させた径６ｍｍの焼結・鍛造品を、純Ｃｕからなる周囲材に埋め込んだ電極を上下に用いる点以外は実施例１と全く同じ条件で、同じめっき鋼板を連続打点溶接した。なお、芯材として径６ｍｍの円筒体を用いているので、本実施例では芯材／当接面の面積比率は１００％となっている。
そして、実施例１と同じ評価方法で電極寿命を求めた。
その結果を表４に示す。
【００３２】
【００３３】
表４に示す結果からもわかるように、一定通電路を確保した二重構造の埋め込み型電極では、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が１１体積％以上になると、分散量が少ないものと比べて寿命に達するまでの打点数が少なくなっている。Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が多すぎると芯材の材質が脆くなって、連続打点中に割れが生じ、安定してナゲットが形成し難くなったものと思われる。
Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が１１体積％未満のものにあっては１００００打点以上の電極寿命が得られている。Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が０．５体積％に満たない電極にあっても、面積比効果によって電極寿命が延びたものと思われる。しかしながら、電極断面を観察してみると、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が０．５体積％に満たない電極では、その先端に、０．５体積％以上のものと比較して比較的多いＭｇＯが堆積していた。このＭｇＯは当然ながらナゲットの形成状況に影響を与える。したがって、正常なナゲットを長期間にわたって安定的に形成するためには、Ｃｅ2Ｏ3微粒子の分散量が０．５〜１０体積％にすることが有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】二重構造の埋め込み型電極の構造を模式的に説明する図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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から構成されていることを特徴とするＭｇ成分含有Ｚｎ系合金めっき鋼板スポット溶接用電極。
【請求項２】
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電極であって、前記芯材が、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から構成されていることを特徴とするＭｇ成分含有Ｚｎ系合金めっき鋼板スポット溶接用電極。
【請求項１】
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から構成されていることを特徴とするＭｇ成分含有Ｚｎ系合金めっき鋼板スポット溶接用電極。
【請求項２】
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電極であって、前記芯材が、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から構成されていることを特徴とするＭｇ成分含有Ｚｎ系合金めっき鋼板スポット溶接用電極。
【図１】
【公開番号】特開２００６−９５５４９（Ｐ２００６−９５５４９Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８２４６３（Ｐ２００４−２８２４６３）
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（０００２２９１７３）日本タングステン株式会社 (80)
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（０００２２９１７３）日本タングステン株式会社 (80)
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