(57)【要約】 【課題】  一度に複数箇所の溶接を行うことができて、無効電流が発生しない安定した溶接強度が得られるダイレクト抵抗溶接方法を提供する。【解決手段】  絶縁板の上面と下面に導体パターンを有し導体パターンが上面と下面で導通している保護回路基板７上に接続された平板状の第一溶接材料４と、第一溶接材料４上に複数箇所で接触するように載置された平板状の第二溶接材料３とを、上部電極５と下部電極６で挟持した後、一度に複数箇所の溶接を行うことを特徴とするダイレクト抵抗溶接方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁板の上面と下面に導体パターンを有し前記導体パターンが上面と下面で導通している保護回路基板上に接続された平板状の第一溶接材料と、前記第一溶接材料上に複数箇所で接触するように載置された平板状の第二溶接材料とを、上部電極と下部電極で挟持した後、一度に複数箇所の溶接を行うことを特徴とするダイレクト抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記第一溶接材料及び前記第二溶接材料は、ニッケル、鉄、ステンレス、及びその合金から選択される一種からなることを特徴とする請求項１に記載のダイレクト抵抗溶接方法。
【請求項３】
前記第一溶接材料又は前記第二溶接材料は、前記第一溶接材料の前記第二溶接材料に対向する面又は前記第二溶接材料の前記第一溶接材料に対向する面に同じ高さのエンボスが２箇所以上に加工されていて、前記第一溶接材料と前記第二溶接材料を重ねたときに前記エンボス同士が接触しないことを特徴とする請求項１又は２に記載のダイレクト抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイレクト抵抗溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張し、さらなる高性能化の検討がなされている。このような二次電池として特にリチウムイオン二次電池が注目されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池を加工し製品にするためには、保護回路、金属板、保護素子などをアセンブリする必要がある。リチウムイオン二次電池と保護回路を接続する方法としては、金属板などを使用して接続する抵抗溶接がある。
【０００４】
従来技術として、保護回路基板に金属板を溶接する一つの方法にシリーズ抵抗溶接がある。図３は、シリーズ抵抗溶接装置を示す模式図である。
【０００５】
溶接エネルギーを生成、発生させ、かつ、時間、電圧制御が可能な溶接電源１１と、溶接する材料を加圧し、設定された加圧力で、溶接電源１１に溶接開始の信号を発生させる加圧機構１２と、加圧機構１２に支持された第一溶接電極１５と、第二溶接電極１６とから構成されている。
【０００６】
図４は、図３の溶接部である破線部の溶接している状態を示す拡大図である。
【０００７】
保護回路基板１７、第一溶接材料１４、第二溶接材料１３がセットされていて、外部トリガやスタートスイッチ等で、加圧機構のシリンダーを降下させると、第一溶接電極１５と第二溶接電極１６は、第一溶接材料１４に接触し、加圧される。加圧力が加圧機構に設定された値になったとき、加圧機構より信号を出し、これが溶接電源に伝わり溶接電流が流れて第一溶接材料１４と第二溶接材料１３が溶接される。
【０００８】
このような例として第二溶接材料であるリードタブを第一溶接材料である金属薄板上に載せ、リードタブ側に２本のポイント溶接極を溶接電極として当設し、溶接電流を流して正極板にリードタブを取り付けることが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２６４３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図４を用いて説明すると、従来の工法で２点を同時に溶接するシリーズ抵抗溶接では、溶接電流が、溶接電源→第一溶接電極１５→第二溶接材料１３→第一溶接材料１４→第二溶接材料１３→第二溶接電極１６→溶接電源と流れる。このとき、第一溶接材料１４と第二溶接材料１３は、接触抵抗があるために、接触部分が発熱し、２箇所でナゲットが形成されるため一度に２箇所の溶接が出来る。この溶接電流が、溶接時に必要な電流２０である。
【００１１】
しかし上記のような溶接電流が流れるルート以外に、第一溶接材料１４を通らないルートがある。すなわち、溶接電源→第一溶接電極１５→第二溶接材料１３→第二溶接電極１６→溶接電源のように流れる電流であり、溶接には無関係な無効電流１９である。この無効電流１９が発生するためシリーズ抵抗溶接は、ダイレクト抵抗溶接に比べ溶接強度が安定しない恐れがある。
【００１２】
この無効電流は、表面抵抗値、材料の種類、材料厚み、などの条件により変化し、溶接強度に影響を与える。従来の工法で２点を同時に溶接するシリーズ抵抗溶接では、溶接材料表面を通過する無効電流が流れる。この無効電流は、接合する材料表面の汚れ、表面の粗さ、平坦度等で２点間の接触抵抗が大きい場合に、多く流れる。すると、有効電流が少なくなるため、溶接強度が低下し、所望の溶接強度が得られない恐れがある。
【００１３】
溶接条件が悪い場合は、溶接が出来なくなってしまい、溶接部分に溶接痕があっても、内部に溶接ナゲットが出来ていない場合は、溶接強度が低いため、後工程の溶接強度チェックなどで発見され、失敗コストが多くなる可能性がある。
【００１４】
さらに溶接電極の接続面の高さを一定にする必要があるため定期的メンテナンスの頻度が多くなり、溶接電極の研磨による工程の停止、溶接電極の多量消費等の改善点がある。
【００１５】
この溶接強度を安定させるためには、第二溶接材料の抵抗値をあげること、第二溶接材料の厚みを小さくしたり、第二溶接材料の第一溶接電極と第二溶接電極の間に位置する部分にスリットを設けたりする方法があるが、基本設計を阻害する可能性もあり、上記対策を適用するには、十分な検討が必要であった。
【００１６】
一方、保護回路基板の上面と下面が導通していない場合には、保護回路基板は絶縁体となってしまい、電気的に絶縁された状態では溶接電流が流れないためダイレクト抵抗溶接を行うことができない。
【００１７】
すなわち、本発明の技術的課題は、一度に複数箇所の溶接を行うことができて、無効電流が発生しない安定した溶接強度が得られるダイレクト抵抗溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のダイレクト抵抗溶接方法は、絶縁板の上面と下面に導体パターンを有し前記導体パターンが上面と下面で導通している保護回路基板上に接続された平板状の第一溶接材料と、前記第一溶接材料上に複数箇所で接触するように載置された平板状の第二溶接材料とを、上部電極と下部電極で挟持した後、一度に複数箇所の溶接を行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明のダイレクト抵抗溶接方法は、前記第一溶接材料及び前記第二溶接材料は、ニッケル、鉄、ステンレス、及びその合金から選択される一種からなることを特徴とする。
【００２０】
本発明のダイレクト抵抗溶接方法は、前記第一溶接材料又は前記第二溶接材料は、前記第一溶接材料の前記第二溶接材料に対向する面又は前記第二溶接材料の前記第一溶接材料に対向する面に同じ高さのエンボスが２箇所以上に加工されていて、前記第一溶接材料と前記第二溶接材料を重ねたときに前記エンボス同士が接触しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、一度に複数箇所の溶接を行うことができて、溶接材料を上下の電極で挟んで溶接するので、無効電流が発生しない安定した溶接強度が得られるダイレクト抵抗溶接方法の提供が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は、ダイレクト抵抗溶接装置を示す模式図である。ダイレクト抵抗溶接装置は溶接電源１、加圧機構２、上部電極５、下部電極６を有した構成となっていて、溶接電源１の＋端子は上部電極５に、−端子は下部電極６に接続されている。溶接材料は、上部電極５と下部電極６の間に挟まれている。
【００２４】
外部トリガによって、加圧機構に接続されたシリンダーが降下し、上部電極と下部電極を加圧する。これにより、電極に挟まれた溶接材料同士を加圧することになる。加圧機構には設定された加圧力で、溶接電源に溶接開始の信号を発生させる機構を有している。
【００２５】
図２は、図１の溶接部である破線部の溶接している状態を示す拡大図である。
【００２６】
第一溶接材料４と保護回路基板７が電気的に接続されている第二溶接材料３が、上部電極５と下部電極６の間にセットされている。外部トリガ、スタートスイッチ等で加圧機構のシリンダーを降下させると、上部電極５は、第一溶接材料４に接触し、加圧される。加圧力が加圧機構に設定された値になったとき、加圧機構より信号が発生し、溶接電源に伝わり溶接電流が流れて、第一溶接材料４と第二溶接材料３が溶接される。
【００２７】
第一溶接材料と第二溶接材料は、主として錆びなどの懸念があるためニッケル、鉄、ステンレス、及びその合金から選択される一種からなる導電性材料を用いることができる。
【００２８】
溶接材料を上下に挟んで溶接するダイレクト抵抗溶接では、溶接材料が上面と下面が導通していない保護回路基板と接続されていると、電気的に絶縁された状態であるため、溶接電流が流れずダイレクト抵抗溶接は出来ない。そのため第二溶接材料と接続されている保護回路基板は、上面と下面が導通しているのが好ましく、例えば保護回路基板には、めっきが施されたスルーホールやバイアホールがあったり、上面と下面が結線されていたりする。
【００２９】
保護回路基板は、第一溶接材料又は第二溶接材料と半田付けや溶接等によって電気的に接続されていて、上部電極又は下部電極と対向する面に配設するのが好ましい。第一溶接材料と第二溶接材料の両方に保護回路基板が接続されていてもよい。
【００３０】
それぞれ一つの上部電極と下部電極で複数箇所の溶接を一度に行うため、第一溶接材料の第二溶接材料に対向する面又は第二溶接材料の第一溶接材料に対向する面に、同じ高さのエンボスが２箇所以上に加工されているのが好ましい。
【００３１】
エンボスの加工は一方の溶接材料だけにある必要はなく、両方の溶接材料にあってもよい。両方の溶接材料にエンボスを加工する場合は、溶接材料をエンボスが対向するように重ねたときにエンボス同士が接触せず、全てのエンボスが他方の溶接材料と接触する必要がある。
【００３２】
小型パックなどで使用されるスポット溶接では、電流が分散されるためエンボスは２〜４箇所に加工すると、より安定した溶接強度を得ることができる。
【００３３】
エンボスの加工により比較的小さな突起部分を設けるため、大電流を集中させ通電する事が出来る。これにより確実なナゲットが生成可能なプロジェクション溶接を行うことができる。
【００３４】
電流が流れるルートは、溶接電源→上部電極→第二溶接材料→第一溶接材料→保護回路基板→下部電極→溶接電源となる。このとき、第一溶接材料と第二溶接材料は、接触抵抗があるために、接触部分が発熱し、複数箇所でナゲットが形成されるため１回の溶接工程で、複数箇所の溶接が出来る。溶接電源に交流電源を使用した場合であれば、電流が流れるルートはこの逆も考えられる。
【００３５】
本発明の場合には、電流が流れる経路で溶接されるため、従来のような無効電流は発生せず安定した溶接強度を得ることができる。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明の実施例を詳述する。
【００３７】
図１を用いて説明すると、溶接電源１の＋端子は上部電極５と、−端子は下部電極６と接続した。ケーブルにはφ２ｃｍの銅ケーブルを使用した。上部電極５、下部電極６には、ともにアルミナ分散銅を使用した。
【００３８】
また図２に示すように、第一溶接材料４の下に位置する保護回路基板７は、銅めっきされたスルーホール８が複数個あり、保護回路基板７の上面と下面が導通しているものである。第一溶接材料４は、保護回路基板７と半田付けによって電気的に接続されており、プロジェクション溶接を行いたいため、第二溶接材料３と対向する面の２箇所にエンボス９を有するよう加工した。第一溶接材料、第二溶接材料には、ニッケル板を使用した。
【００３９】
溶接電源には電圧、時間、電流の、溶接するのに最適な条件をプリセットした。第一溶接材料と保護回路基板が接続された第二溶接材料を、上部電極と下部電極の間にセットした。外部トリガであるフットスイッチを踏むと、加圧機構のシリンダーが降下し、上部電極は第一溶接材料に接触し、加圧された。加圧力が設定値になったとき、加圧機構より溶接電源に信号が伝わり、溶接電流が流れた。
【００４０】
このとき、第一溶接材料、第二溶接材料は電流を流され、かつ第一溶接材料と第二溶接材料の間にあるエンボスの接触部に抵抗を生じるため、エンボス部に熱が生じナゲットが形成された。エンボスの数を２箇所にすることでナゲットの数が増えるため、１度で２箇所の溶接ができた。
【００４１】
（比較例）
図４を用いて比較例を説明する。
【００４２】
第一溶接材料１４の下に位置する保護回路基板１７には、スルーホールがなく、保護回路基板の上面と下面が導通していないものである。第一溶接材料１４は、保護回路基板１７と半田付けによって電気的に接続した。第一溶接材料、第二溶接材料には、ニッケル板を使用した。
【００４３】
溶接電源には電圧、時間、電流の実施例と同じく最適な条件をプリセットした。第二溶接材料と保護回路基板が接続された第一溶接材料を、第一溶接電極と第二溶接電極の間にセットした。外部トリガであるフットスイッチを踏むと加圧機構のシリンダーが降下し、第一溶接電極と第二溶接電極は第二溶接材料に接触し、加圧された。加圧力が設定値になったとき、加圧機構より溶接電源に信号が伝わり、溶接電流が流れた。
【００４４】
このとき、第一溶接材料、第二溶接材料は電流を流され、かつ第一溶接材料と第二溶接材料の間に抵抗を生じ、ナゲットが形成された。溶接電極の数を２個にすることでナゲットの数が増えるため、１度で２箇所の溶接が形成できた。
【００４５】
表１は、実施例と比較例により、それぞれ１０回溶接した時の溶接強度を測定した結果である。
【００４６】
【表１】
2010131655.tif 000003
【００４７】
本発明は、溶接強度の標準偏差が約半分と小さいので、シリーズ溶接装置と比較して安定した溶接ができることがわかった。溶接強度の平均値はダイレクト抵抗溶接の方が高いことがわかった。
【００４８】
本発明は、ダイレクト抵抗溶接によって一度に複数箇所の溶接ができ、無効電流の発生がなく、シリーズ溶接に比べ溶接強度が安定する、メンテナンスもシリーズ抵抗溶接に比べ頻度が少なく簡単であるというメリットがあることが確認できた。
【００４９】
本発明により、一度に複数箇所の溶接を行うことができて、溶接材料を上下の電極で挟んで溶接するので、無効電流が発生しない安定した溶接強度が得られるダイレクト抵抗溶接方法の提供が可能となった。
【００５０】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ダイレクト抵抗溶接装置を示す模式図。
【図２】図１の溶接部である破線部の溶接している状態を示す拡大図。
【図３】シリーズ抵抗溶接装置を示す模式図。
【図４】図３の溶接部である破線部の溶接している状態を示す拡大図。
【符号の説明】
【００５２】
１、１１    溶接電源
２、１２    加圧機構
３、１３    第二溶接材料
４、１４    第一溶接材料
５    上部電極
６    下部電極
７、１７    保護回路基板
８    スルーホール
９    エンボス
１０、２０    溶接時に必要な電流
１５    第一溶接電極
１６    第二溶接電極
１８    下部材料押さえ
１９    無効電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010131655.tif 000007