焊接用电极 本发明涉及焊接用电极，电极内的圆导孔由小孔和大孔组成，同时导柱由小径部和大径部组成，且导柱的小径部和大径部各自镶嵌于导孔的小孔和大孔中。此电极采用了当导柱被往下后时压缩空气从小孔和小径部之间的间隙喷出的形式。
与本发明有最密切关系的现有技术发表在实公昭54-9849号公报和实公昭62-32714号公报上。图11表示的是实公昭54-9849号公报上的现有技术，图12表示的是实公昭62-32714号公报上的现有技术。首先对图11进行说明。电极内的导孔2由小孔3和大孔4组成，两孔3、4之间的连接部有锥形孔5。另外，导柱6由小径部7和大径部8构成，两部7、8之间的连接部有锥形部9。导孔2内有弹簧线圈10，其弹力作用于把导柱向上推的方向上。电极1上开着导入压缩空气的通气口11。如图所示，弹簧线圈10的弹力使锥形部9紧贴在锥形孔5中。小孔3和小径部7之间留有间隙12。电极1上的导柱6贯通于钢板部件13的孔中从而实现钢板部件的定位，导柱6地圆锥部15插入在焊接螺母14的螺孔中，等待着可动电极(未表示)的进入。还有，电极1的主体16通过螺纹部分18与盖帽17一体化，其外形及导孔2的截面都是圆形。当可动电极的端面向下压导柱6的端部时，锥形部9离开锥形孔5，从而从通气口11进入的压缩空气通过锥形部分的空隙，从间隙12向外喷出。同时可动电极进入时焊接螺母14与钢板部件13压接从而形成焊接电流使螺母14焊接在钢板部件13上。在焊接过程中，火花飞溅，但被从间隙12喷出的空气排除，不会进入间隙12中。而且被从间隙12喷出的空气冷却。
下面对图12所示的现有技术进行说明。与图11中的部件具有同样功能的部件用同一符号表示，并省略其详细说明。大径部8和小径部7之间形成直径方向上的环形端面19。另外，大孔4和小孔3之间形成大孔4的内端面20。还有大径部8中镶嵌着密封用O形圈21。图12所示电极的动作与图11所示的电极的动作大致相同。其不同之处是：压缩空气并没有从间隙12喷出，而是为了向上推导柱6才进入电极内的，而且通过O形圈21确保密封性。在这里压缩空气度没有起到防止火花飞溅和冷却的作用。
上述的现有技术存在下类的问题。图11所示电极存在的问题是：当导柱6被向下压时，锥形部分的紧密配合被破坏，导柱6处于浮动状态，从而焊接螺母14压接到钢板部件13之前导柱6自身在导孔2中偏移，因此螺母14不能焊在钢板部件13的正确位置上。而且，锥形部分的紧密配合对锥形孔5和锥形部9的锥形角度有极高的精度要求。要不然不能达到密封的要求，泄漏工厂用的空气是不经济的。此外，图12所示电极存在的问题是：不能防止火花飞溅且不能起到空气冷却作用。它是没有考虑火花飞溅处理和空气冷却作用的技术。
还有，该形式的导柱表面上全部渡一层陶瓷，从而使其具有绝缘性和耐摩损性。这一点在实用新案公报上并没有记载。如图13所示，像钢铁等金属制成的导柱6的表面上镀敷陶瓷形成镀层6a。上述导柱硬度非常高表面上有粗糙的镀层6a，从而明显地摩损小孔3，锥形孔5，因此导柱6对盖帽17的直径方向上的相对位置即定中心不好确保，特别是小孔3的内表面摩损的话问题更加严重。而且，圆锥部15被焊接螺母14的圆角部摩损的话，镀层6a摩损掉，螺母直接与金属部分接触从而丧失了原来的绝缘功能。
本发明中的焊接用电极是为了解决以上所述的问题而提出的。电极内的圆导孔由小孔和大孔构成，同时导柱由小径部和大径部构成，且导柱的小径部和大径部各自镶嵌于导孔的小孔和大孔中。当导柱被向下压时压缩空气从小孔和小径部之间的间隙喷出。导柱的大径部牢靠地相嵌于大孔中从而成为导部，导部的端面紧贴在大孔的内端面上。导部以在导柱的轴方向上形成空气通路为特征，其端面和大孔的内端面的紧密配合完全封锁着压缩空气。当可动电极进入从而导柱后退时，导柱全体根据导部的轴心设定功能无振动地自由移动。导柱的后退使上述紧密贴接的部分分离，从而压缩空气从空气通路经过小径部处的间隙喷出。
导孔的小孔和大孔之间形成中孔从而大孔变为至少二段型；导柱的小径部和大径部之间形成中径部从而导部的端面至少分成主端面和副端面的二段型，大孔的内端面与导部的主端面和副端面中任何一个端面紧贴着或者同时与两个端面紧贴着从而形成主内端面和副内端面。此时，主端面和主内端面或者副端面和副内端任何一种紧密贴接或同时紧密贴接来保证密封性。
导孔的中孔中牢靠地镶嵌中径部，其镶嵌部分在轴方向上的长度设定得比焊接时导柱可后退的长度短一些，则根据上述，牢靠的镶嵌中径部也可以阻止空气的流通从而实现更高的的密封状态。当导柱后退时，中径部从中孔中拨出从而确保空气的流通路径，而且根据导部的轴心设定功能自由地进行中径部的拨出和插入。
空气通路是导部外周上切出平面部来形成，且压缩空气通过平面部喷出。或者空气通路也可以在导部的外周面上设置凹槽的办法来形成，此时压缩空气经过凹槽喷出。
导部的小径部用金属制成，大径部用合成树脂制成，电极是导电性较好的金属制成。因此导部的端面具有合成树脂的柔软性，它与金属内端面接触时具有良好的接触磨合性，从而实现更可靠的气密性。
本发明的另一种实施方式是：电极内部的导孔中装有导柱，其导柱分为贯通干板状部件上的孔的金属制导部和与导部合为一体的非金属密封部分。密封部由比导部直径稍大的保护部与之相连的锥形状的安装部以及与之相连的基部构成，且保护部和基部各自与电极的导孔之间留有通气间隙。因为密封部由合成树脂等材料制成的，所以避免了与电极导孔的各部分发生异常磨损的现象，特别是防止了保护部不小孔内表面上的异常磨损。
导部内打孔塞入焊接螺栓的话，具有和焊接螺母同样的功能。
本发明的其它实施形式有：电极的导孔中插入着可进退的导柱，导柱由在导孔内可擦动的大径部和突出电极的可决定目标部件位置的小径部组成，同时当导柱被塞入时，从导柱的外周喷出空气。被小径部贯通的导孔由大孔和小孔组成，因形成了连通大孔和电极外部的排气通路，所以从小孔流向排气通路的空气流可以把进入大孔内的火花等异物排出电极外。
由大孔和小孔的内径差形成环状接受面，在此接受面附近开口形成排气通路。进入大孔的火花球等异物与接受面碰撞，再通过从小孔流向排气通路的空气流把异物排出到电极外部。从定位孔进入的异物也在接受面上受阻，再通过从小孔流向排气通路的空气流把异物排出电极外。
导柱的大径部可擦动于导孔内，且小径部和小孔之间有非常小的擦动间隙，从而导柱具有两点支持的形态。因此，导柱上稍微作用直径方向上的力，导柱也不会倾斜，确实起到中心伸出的作用。
导柱的小径部由金属制成，大径部由合成树脂制成，小径部所贯通的小孔内表面也是由合成树脂材料形成，上述2点支持处都有与合成树脂的擦动，因此可得到与金属的平滑的滑动。
插入于电极导孔内的可进退的导柱由在导孔内可擦动的大径部和突出电极的可决定目标部件位置的小径部组成，且由小径部所贯通的导孔由大孔和小孔组成，还有根据大孔和小孔的内径差形接受面，因此堆积在接受面上以异被从小孔进入的空气流逆流到大孔。
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1：表示本发明实施例的电极纵剖面图。图2：图1的A-A剖面图。图3：表示变形例的局部纵剖面图。图4：图3的局部放大图。图5：设置凹槽的导部的平面图。图6：设置通孔的导部的平面图。图7：表示其它变形例的类似于图4的图。图8：表示本发明另一种实施例的纵剖面图。图9：图8中导柱的纵剖面图。图10：表示变形例的局部纵剖面图。图11：表示现有技术的纵剖面图。图12：表示其它现有技术的纵剖面图。图13：表示导柱镀层的局部剖面图。图14：类似于图3的纵剖面图。图15：图14中的大径部的横剖面图。图16：图14中主要部分的放大图。图17：表示电极端面和钢板之间局部状态的局部放大纵剖面图。图18：表示本发明其它实施例的局部纵剖面图。图19：图18的B-B剖面图。图20：图18的主要部分的放大图。图21：表示变形例的类似于图18的纵剖面图。图22：表示排气通路变形例的局部纵剖面图。图23：图22变形例的平面图。图24：表示接受面变形例的纵断面图。图25：表示废除排气通路的变形例的纵剖面图。
首先，从图1及图2中的实施例开始进行说明。与图11及图12中已介绍过的部件具有同样功能的部件用同样的符号在图面上表示，不再进行详细说明。导柱6的小径部7由不锈钢制成，其大径部8由合成树脂制成。合成树脂可以采用内部渗入玻璃纤维的聚四氟乙烯或尼龙。为了使小径部7和大径部8成为一体可采用螺纹连接方式或者螺母连接方式。在这里采用大径部8铸造成型时小径部同时铸入的方式。导柱的轴方向上设置如图2所示的平面部23来形成空气通路22。还有盖帽17，主体16是由导电性能良好的金属，比如铜合金制成的。
大径部8牢固地嵌于圆导孔2中。在这里‘牢固’的意思是大径部8在导孔2中实质上无间隙地进行擦动。换句话说，若无空气通路22，则仅极其微量的压缩空气进行流动，或者不产生空气流动地进行擦动，从而导柱6全体不会有一丝倾斜，可防止芯振或偏心。因此大径部称为导部，且也用符号8来表示。导部8的端面24和大孔4的内端面25紧密相贴，且两端面处于垂直于导柱6的轴线的平面上。此外，符号26表示绝缘板。
顺便提一下电极的尺寸。采用如图所示的焊接螺母的情况下，一般电极直径为25mm，电极的全长为85mm，导柱的小径部的直径为7mm。
下面对该实施例的动作进行说明。图1中从通气口11进入的空气的压力和弹簧线圈10的张力使导柱6向上移动，从而端面24牢靠地贴紧在内端面25，完全阻止了压缩空气的流出，此时，图中未表示的可动电极将螺母14向下压因此端面24和25分离，压缩空气从空气通路22经过两端面24，25之间的间隙，从间隙12喷出。在这种状态下，螺母14与钢板部件13压接而通电，焊接边将结束。此时的火花被压缩空气吹散，不会进入间隙12中，同时焊接所产生的热量也会被空气冷却。在进行上述动作的过程中，导部8牢靠地镶嵌于大孔4中从而不会产生芯振或偏心，且间隙12在小径部7的周围均匀地分布，从而保证了喷出的空气的均匀性，同时也保证了螺母14和钢板部件13之间的相对位置。
下面对图3及图4中的变形例进行说明。导孔2的小孔3和大孔4之间形成中孔27，从而大孔成为二段型。导柱6的小径部7和大径部8之间形成中径部28，从而导部8的端面也成为包括主端面29和副端面30的二段型。中径部分可以是二段型，也可以设定为三段型，因此至少是两段型。大孔的内端面同样分为主内端面31和副内端面32，导部8的主端面29和副端面30各自不同时紧贴在大孔4的主内端面31和副内端面32上或者同时紧贴着。
于是，导孔的中孔27内牢靠地镶嵌着中径部28，其中径部28在轴方向上的镶嵌长度L1比焊接时导柱6可后退的长度L2短，从而如图4所示，中径部28从中孔27退出时形成通路33。回到原状态时因导部8具有定心作用，可圆满地完成重新镶嵌。
图5及图6表示的是形成空气通路22的其它方法。图5中表示的是在轴方向上开4个凹槽来形成空气通路的情况；图6中表示的是导部8的外表面附近开4个通孔形成空气通路的情况，其各个通孔35是在导部8的端面上开的。
图7中的变形例中中孔27和中径部28并没有牢靠地镶嵌而是相互之间留有间隙36，从而上述的L1和L2长短关系被颠倒。
如前面所述，导柱的导部牢靠地镶嵌在导孔的大孔中，导部的端面和大孔的内端面以环状接触面紧贴着，所以并不需要进行难度较高的锥形面的加工，就能保证气密性，导部的镶嵌形式保证导柱不发生芯振或偏心，从而保证小径部处的间隙在其全周上的均匀分布，而且也保证了焊接螺母和钢板部件之间相对位置的精度。导孔采用分段形式，同样导柱也采用分段形式，因以上所述分段形式来形成面相贴，所以对保证气密性非常有利。
中孔和中径部牢靠的镶嵌关系来达到密封的要求。尽管由于某些原因各端面的相贴处进了异物，但因镶嵌部分的密封功能可防止空气的泄漏。而且因导部的可靠的定心作用，可自由进行中孔和中径部之间的退出和进入动作。
因为导柱的大径部由合成树脂制成，所以空气通路可以用模压成形法来形成，因此制作上非常方便。而且也较容易进行切削加工，这一点也是一个优点。电极自身是由金属材料制成，大孔的内端面上紧贴着合成树脂制端面，由于合成树脂的初期磨合性，可以得到良好的密封性。
各个相贴面与导柱的轴心垂直，所以加工简单且精度也高，从而对提高密封效果非常有利。导部长度大约是导柱全长的一半，所以对防止芯振，偏心具有实要的稳定作用。
图8及图9是本发明的另一种实施例，与前面已介绍过的部件具有同样功能的部件用同样符号来表示，并不再进行说明。导柱6由金属制的导部37和与导部37成为一体的非金属制的密封部38构成；密封部38由直径比导部大一点的保护部39，与保护部39相连的锥形状的安装部40，与安装部40相连的基部41构成。保护部39和小孔3之间及基部41和大孔4之间各自形成通气空隙42及43。还有，电极1，导柱6的截面都是圆形。
导部37和轴部44是一体，其轴部44贯穿于密封部38且其端部用螺母45拧紧从而实现导部37和密封部38的一体化。如图9所示，基部41采用了套筒形式，其内部形成的段部46上插入弹簧线圈10。导部37是由不锈钢或者不锈钢为主要材料的合金制成；密封部38适合于用合成树脂制成，比如渗入玻璃纤维的聚四氟乙烯或尼龙。还有上述各部分的尺寸为：导部37，保护部39，基部41的直径分别为6mm，8mm，20mm，通气空隙42，43的尺寸为0.5mm，导柱6的全长为38mm。
图10表示的是导部37如符号47所示的状态一中空时的变形例。在这里使用的部件是焊接螺栓，且符号48表示的是其轴部，符号49表示的是与轴部形成一体的法兰部。
图8表示的是从通气口11进入的空气的空气压使安装部40与锥形孔5恰好贴紧从而掐断空气流的状态。当可动电极(图中未表示)使螺母14或者法兰部49向下移动时，安装部40离开锥形孔5，从而压缩空气从通气间隙43，经过锥形孔5和安装部40之间的间隙及通气间隙42，从板状部件13的孔中流出，而且此空气流防止了火花的进入且起到了冷却作用。
如前面所述，由非金属材料制成的安装部紧贴在金属材料制成的锥形孔内表面上，所以根据安装部的磨合性，可得到较高的密封阀效果。而且保护部也是由非金属制成且直径比导部大，所以导部和小孔之间也不存在金属接触，从而不会发生该部分磨损小孔内表面的现象。这样保证了通气空隙尺寸的定值从而使电极自身具有耐久性。金属制的导部上稍有一些磨损也不会发生焊接电流短路的问题，因为非金属制的密封部具有绝缘功能。
还有因导部是处于中空状态，所以可很好地焊接焊接螺栓等。
图14到图17表示的是图3表示的实施例的变形例。电极101的导孔102由小孔103，大孔104及其中间形成的中孔105构成；另一方面导柱106由小径部107，中径部108及大径部109构成；小径部107和小孔103之间形成所需的间隙110。中径部108轴方向上的长度较短，它以既可靠又可自由擦动的形式镶嵌在中孔105内；大径部也以既可靠又可自由擦动的形式镶嵌在大孔104内。上述部件的截面都是圆形。
小径部107是由如不锈钢的金属制成的，其端部有螺栓111；中径部108，大径部109由合成树脂制成，如市售商标为特弗隆材料的一种PTFE制成。小径部107插入到合成树脂的部分，其凸出来的螺栓111上拧紧螺母112从而小径部107和合成树脂部分成为一体。由大径部109来形成空气通路113，即空气通路113是由如图15所示的大径部109的切削平面部113a来形成。还有电极101是由主体114和盖帽115以螺纹形式连接的。
大径部109的端面117与盖帽115的内端面118紧贴着从而掐断了压缩空气的流通。大孔104内放置的压缩弹簧线圈119的弹力来使上述两个端面贴紧。大孔104的端部上开着压缩空气的入口120，且其口内接着空气通管121。
电极101的端面122承载着目标部件一钢板部件123，该钢板部件上的定位孔124中贯通着小径部107。小径部107的前端是直径逐步变小的支持部125。在这里符号126表示焊接螺母，127表示螺纹孔，128表示焊接用凸起。螺纹孔127的圆角挂在支持部125上，如图14所示。此例中，电极101是固定电极，与之相对应的电极129是可动电极。在可动电极上开一个插入支持部125的孔130。还有在这里可靠的意思是：导柱可擦动且有通气性，但实质上不存在直径方向上的摆动的镶嵌关系。
当电极129进入时，向下压螺母126同时导柱106也向下移动，从而端面117从内端面118分离，且中径部108也脱离中孔105，所以压缩空气从空气通路113，经过中孔105，间隙110，定位孔124，流入螺母126和钢板部件123之间。经过这样的过程处于如图16所示的状态。此时电极间电流通过，从而焊接用凸起128溶化，焊接也随之结束。目前为了提高螺母焊接的位置精度，比如为了提高汽车车体的装配精度，小径部107和定位孔124之间留非常小的间隙。对其尺寸举例说明的话：定位孔124的内径是7.2mm，小径部107的直径是6.8mm，从而空气通路的间隙尺寸为0.2mm。该尺寸状态下，如图16所示，焊接用凸起128向下移动但未压接到钢板部件123上时，焊接用凸起并没有溶化，因此螺母126的下端面和钢板部件123上端面之间有间隙。随着导柱106被压从而向下移动时进入间隙110内的空气流经过定位孔124，从螺母126和钢板部件123之间的间隙流出，但是把定位孔124的内径设定得非常小的话，此处的空气流所受的阻力非常大从而间隙110内的空气压非常高，最终钢板部件123稍离开电极端面122浮在空中，所以空气流一部分经过小径部107和定位孔124之间的间隙流出，但更多的空气流从端面122和钢板部件123之间的间隙流出。此时可能火花或砂粒付在端面122和钢板部件123之间。这种状态下给电极129加压从而通电的话，如图17所示，上述的异物131陷进电极端面122，所以其端面变形从而形成隆起部132。隆起部132的上端与钢板部件123接触，其它地方处于非接触状态，即处于不通电状态。这种状态下电流通过的话，因为接触面积非常小接近点接触，所以此处的电流密度提高。因此尽管焊接用凸起128并没有溶化或不完全溶化，但隆起部132迅速溶化从而到处飞溅。隆起部132形成在端面122上是因为电极是由较柔软的铬钢制成。
当凸起128溶解把螺母126的下端面焊接在钢板部件123的表面上时，空气流的流出口被赌塞，此时从凸起128部分到处飞溅火花，从而从定位孔124和小径部107之间的间隙进入间隙110内。这样进入间隙110内的火花等异物在空气流再次流通时进入端面122和钢板部件123之间。
图18到图20表示的是为了解决上述问题的实施例。图18表示的是螺母焊接刚结束时的状态。随着端面117离开内端面118，处于空气可以流通的状态。而且，螺母126的下端面可靠地焊接在钢板部件123表面的同时，支持部125相嵌于螺纹孔127内，所以空气不可能从定位孔124流出。图20表示的是端面117紧贴在内端面118，阻止空气流通的状态。
小径部107贯穿的导孔102由大孔133和小孔134构成，两个孔133，134的内径差形成接受面135。电极的半径方向上设置连通大孔133和电极外部的排气通路136。该排气通路136是为了把要停留在接受面135上的异物排除到电极外部而设置在接受面135附近的通孔，它的轴是在电极的半径方向上。小孔134开在像PTFE似的合成树脂制成的支持板137上，该支持板137装在盖帽115内孔中。图20的各部分的尺寸可以定为：小径部107的直径为6.8mm，定位孔124的内径为7.4mm，大孔133的内径为8.5mm，小孔134的内径为7.0mm，环形接受面的宽度是0.75mm。还有小孔134和小径部107之间的间隙为0.1mm，这个值几乎不产生导柱106在半径方向上的晃动，而且导柱106实质上由小孔134和大径部109两点来支撑的。这说明导柱106向下移动时2点支持非常有效地起到抑制导柱的倾斜，调节导柱中心的作用。小径部107是金属制的，比如不锈钢制成的，大径部109是象PTFE的合成树脂制成的。
凸起128溶解使螺母126焊接在钢板部件123上的过程中，火花内外飞溅，其中一部分从定位孔124进入间隙110内。但此时在小径部107和小孔134之间的间隙中形成高速空气流，所以火花不会进入此间隙而冲撞接受面135。这时，空气不能从定位孔124中流出，所以形成了从小孔134到排气通路136的空气流。火花等异物与接受面冲撞后顺着排气通路136向电极外排出。
图21中的变形例中，对象部件是焊接螺栓138，它是由轴部139，法兰140，焊接用凸起141构成，导柱106的小径部107呈管道状，其内部插入着轴部139。其他的结构和动作与前面所述的实施例相同。
图22及图23表示的是排气通路的变形例，电极端面122上设置半径方向上的槽142。为了在接受面135附近开槽142，支持板137配置在盖帽115的端面122的附近。在这里端面117和内端面118在盖帽115的下面。此变形例中，大孔133的长度比实施例中的大孔的长度短，但其动作是相同的。
图24表示的是小孔134开在金属制盖帽115上时的变形例。
图25表示的也是一种变形例。即堵住排气通路136，焊接结束后把钢板部件123从电极拿开的过程中，从小孔134流过的空气喷流把从定位孔124进入的异物排除在外。
如上所述，因为空气一般从排气通路排出，所以向上推钢板部件的气压实质上是无害的，且电极端面和钢板部件紧贴着，从而两部件之间也不会流通空气。因此，两部件之间也不会进入上述的异物，也不会出现电极表面的短路的情况，且防止火花的飞溅及由溶解引起的电极端面的损伤。而且，通过排气通路大量的空气排出，有利于焊接时所产生的热量的散发。如前面所述，电极端面和钢板部件之间不会进入异物所以两部件之间也不会存在间隙，从而防止没必要的空气泄漏。还有可以确定仅用于从排气通路排出异物时的空气流量，有利于能量的节省。小径部贯穿的导孔分为大孔和小孔，因此从小孔向外的空气喷流也有效地用于异物排除上。
由于大孔和小孔的内径差形成环状接受面，此接受面附近开着排气通路，且从小孔流入高速空气流，因此从大孔进入的火花等异物不会进入小孔，而在冲撞接受面后，被从小孔到排气通路的空气流排出电极外。而且异物不会进入小孔和大径部的端面和内端面相贴的部分，同时也完全防止了空气的泄漏。
导柱实际上由大径部和小径部两处来实现无摆动的2点支持作用，所以小径部的支持部上稍加一些弯曲力也不会影响稳定性，因此导柱不会倾斜或偏心从而达到高精度的导向要求。
因为导柱的小径部由金属制成，大径部由合成树脂制成，而且被小径部贯通的小孔内表面也是合成树脂形成，所以其2处导柱的擦动部分各自维持合成树脂和合成树脂之间和金属和合成树脂之间的擦动关系，擦动间隙最小时也可进行自由地滑动，且导柱上有弯曲力作用时因合成树脂部分在直径方向上有缓冲功能，从而可得到稳定的擦动效果。
没有排气通路时也可以由上述的从小孔流过来的空气喷流和接受面的作用，使进入大孔中的异物在空气喷流中逆流，拿起钢板部件的过程中从大孔排出异物。