(57)【要約】【課題】蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材との抵抗溶接に使用する抵抗溶接用電極において、耐久性を向上させる。【解決手段】抵抗溶接用電極１０は、蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接する際に使用される。抵抗溶接用電極１０は、一端側が銅であり、被溶接材と当接する他端側がモリブデン１４であり、銅とモリブデン１４との間に、インバー合金エキスパンドメタル１５の網目に銅が充填された複合材１３を有する。インバー合金エキスパンドメタル１５は、開口率が４０〜８０％であることが好ましく、開口率が５０〜６０％であることがより好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接する抵抗溶接用電極であって、
前記抵抗溶接用電極は、一端側が銅であり、被溶接材と当接する他端側がモリブデンであり、
前記銅と前記モリブデンとの間に、インバー合金エキスパンドメタルの網目に銅が充填された複合材を有することを特徴とする抵抗溶接用電極。
【請求項２】
前記インバー合金エキスパンドメタルは、開口率が４０〜８０％である請求項１に記載の抵抗溶接用電極。
【請求項３】
前記インバー合金エキスパンドメタルは開口率が５０〜６０％である請求項２に記載の抵抗溶接用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接用電極に係り、詳しくは蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接するのに適した抵抗溶接用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。蓄電装置は、電極を構成する金属箔が、電極を電極端子と接続する導電部材に対して複数枚積層された状態で抵抗溶接により溶接されている。金属箔及び導電部材は、一般に銅製あるいはアルミニウム製である。
【０００３】
抵抗溶接は、被溶接材（接合対象物）を一対の溶接用電極で挟んで強く加圧しながら溶接用電極と被溶接材を通電させ、その通電によって生じる抵抗熱で被溶接材を溶融して溶接する方法である。抵抗溶接では、溶接部の温度は接触抵抗により発生する熱と熱放散の差によって決定される。発熱量は電流値、電流密度、通電時間、電極を母材に押し付ける力及び材料の電気抵抗率等によって支配され、また、熱放散量は被溶接材の容積、熱伝導率、比重及び比熱や、電極からの放熱等によって支配される。
【０００４】
溶接用電極全体を銅製とした場合、銅は電気抵抗率が低く、発熱に要する電流量を多く必要とする。また、被溶接材が銅の場合は、溶接時に溶接用電極の先端の耐熱性が不十分で耐久性が悪くなる。従来、図７に示すように、銅製の溶接用電極４１の先端、即ち被溶接材と当接する部分に電気抵抗率の高いモリブデン４２をろう付けした溶接用電極が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モリブデンは電気抵抗率（２０℃）が５３．４ｎΩ・ｍと、銅の電気抵抗率（２０℃）１６．８ｎΩ・ｍの３倍以上あるため、抵抗溶接の際に必要な熱量を発生するために要する電流量が銅に比べて少なくて良い。また、モリブデンは融点が２６２３℃と、銅の融点１０８４．６℃に比べて１５００℃以上高いため、耐熱性は良好になる。しかし、モリブデンの熱膨張率（２５℃）は４．８μｍ・ｍ−１・Ｋ−１と、銅の熱膨張率（２５℃）１６．５μｍ・ｍ−１・Ｋ−１に比べて１／３以下のため、モリブデンと銅の熱膨張率の差に起因して抵抗溶接サイクル毎の熱膨張率の差でろう付け部に亀裂が入り、モリブデンが剥がれてしまい、耐久性が悪い（寿命が短い）という問題がある。
【０００７】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材との抵抗溶接に使用する抵抗溶接用電極において、耐久性を向上させることができる抵抗溶接用電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する抵抗溶接用電極は、蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接する抵抗溶接用電極であって、前記抵抗溶接用電極は、一端側が銅であり、被溶接材と当接する他端側がモリブデンであり、前記銅と前記モリブデンとの間に、インバー合金エキスパンドメタルの網目に銅が充填された複合材を有する。また、「インバー合金」とは、組成がＦｅ６５ｗｔ％、Ｎｉ３５ｗｔ％のインバー合金に限らず、Ｎｉの他にＣｏを含むスーパーインバーを含む。
【０００９】
この構成によれば、抵抗溶接用電極は、一端側の銅と、被溶接材と当接する他端側のモリブデンとの間に、インバー合金エキスパンドメタルの網目に銅が充填された複合材を有する。複合材の熱膨張率は、モリブデンの熱膨張率と銅の熱膨張率の中間の値となる。そのため、モリブデンが直接銅に接合された従来の抵抗溶接用電極と異なり、モリブデンの熱膨張率と、モリブデンに連続する複合材の熱膨張率との差が小さくなる。その結果、熱膨張率の差に起因して抵抗溶接サイクル毎の熱膨張率の差で抵抗溶接用電極に亀裂が入ったり、モリブデンが剥がれたりすることが抑制される。したがって、蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材との抵抗溶接に使用する抵抗溶接用電極において、耐久性を向上させることができる。
【００１０】
前記インバー合金エキスパンドメタルは、開口率が４０〜８０％であることが好ましい。開口率が低すぎてもあるいは高すぎても、モリブデンとの熱膨張差が適正ではなくなり、抵抗溶接用電極に亀裂が入ったり、モリブデンが剥がれたりすることの抑制効果が低くなるが、開口率が４０〜８０％ではそれらの抑制効果が良好になる。
【００１１】
前記インバー合金エキスパンドメタルは開口率が５０〜６０％であることが好ましい。この構成によれば、抵抗溶接用電極に亀裂が入ったり、モリブデンが剥がれたりすることの抑制効果がより良好になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接する抵抗溶接用電極において、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の抵抗溶接用電極の斜視図。
【図２】抵抗溶接用電極の先端部の模式断面図。
【図３】インバー合金エキスパンドメタル複合材の模式断面図。
【図４】溶接状態を示す模式断面図。
【図５】別の実施形態のチップの模式断面図。
【図６】別の実施形態の抵抗溶接用電極と被溶接材との関係を示す模式図。
【図７】従来技術の抵抗溶接用電極の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、抵抗溶接用電極１０は、銅製の本体１１と、その先端に接合されたチップ１２を有する。本体１１は、円柱状に形成され、チップ１２は本体１１の直径より短い四角柱状に形成されている。チップ１２は、本体１１の軸方向と直交する断面形状が、蓄電装置の電極組立体を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接したときの溶接部の面積と対応する形状に形成されている。電極組立体は積層型の電極組立体であっても巻回型の電極組立体であってもよい。
【００１５】
図２に示すように、チップ１２は、一端側が複合材１３であり、被溶接材と当接する他端側がモリブデン１４である。複合材１３は、図３に示すように、インバー合金エキスパンドメタル１５の網目に銅が充填された充填部１６を有し、充填部１６の銅に連続する状態でインバー合金エキスパンドメタル１５の片面（図３における紙面の裏面側）を覆うように銅層１７が形成されている。そして、図２に示すように、チップ１２は銅層１７において本体１１の先端にろう付けで接合されている。即ち、抵抗溶接用電極１０は、一端側が銅であり、被溶接材と当接する他端側がモリブデン１４であり、銅とモリブデン１４との間に、インバー合金エキスパンドメタル１５の網目に銅が充填された複合材１３を有する構成である。
【００１６】
この実施形態では、インバー合金として、組成がＦｅ６５ｗｔ％、Ｎｉ３５ｗｔ％のインバー合金が使用されている。
インバー合金エキスパンドメタル１５は、開口率が４０〜８０％であることが好ましく、開口率が５０〜６０％であることがより好ましい。
【００１７】
次に前記のように構成された抵抗溶接用電極１０の製造方法を説明する。
抵抗溶接用電極１０を製造する場合、本体１１及びチップ１２を別工程で製造した後、本体１１の先端にチップ１２をろう付けする。
【００１８】
チップ１２の製造は、先ず、インバー合金板から所望の開口率のインバー合金エキスパンドメタル１５を形成する。次にそのインバー合金エキスパンドメタル１５を型内に収容した状態で銅の溶湯を注入して、インバー合金エキスパンドメタル１５の網目に銅が充填された充填部１６を有し、かつ充填部１６の銅に連続する状態でインバー合金エキスパンドメタル１５の片面を覆う銅層１７が形成されている板状の複合材１３を製造する。なお、銅の溶湯を型内に注入した際に、型の底面と当接する側のインバー合金エキスパンドメタル１５の表面を銅が被覆した場合は、後加工でその部分の銅を除去する。
【００１９】
次に板状の複合材１３のインバー合金エキスパンドメタル１５側にモリブデン板をろう付けした後、切断工程においてチップ１２の大きさに切断してチップ１２が完成する。そして、チップ１２は、銅層１７が銅製の本体１１と対向する状態で本体１１にろう付けされて抵抗溶接用電極１０が完成する。
【００２０】
次に前記のように構成された抵抗溶接用電極１０の作用を説明する。
蓄電装置を構成する複数枚の金属箔と導電部材とを抵抗溶接（スポット溶接）する場合、図４に示すように、金属箔３１の積層方向の一端側に導電部材３２を配置し、金属箔３１と導電部材３２とを積層する。図４では、導電部材３２の上に複数枚の金属箔３１が積層されている。
【００２１】
次に、一対の抵抗溶接用電極１０により、被溶接材としての金属箔３１及び導電部材３２を挟持した状態で両抵抗溶接用電極１０間に電圧が印加され、溶接箇所に電流が流れて金属箔３１と導電部材３２とが溶接される。抵抗溶接用電極１０は、チップ１２が被溶接材としての金属箔３１及び導電部材３２に当接した状態で金属箔３１及び導電部材３２を抵抗溶接する。
【００２２】
溶接工程においては、抵抗溶接機は短時間で抵抗溶接を繰り返し、抵抗溶接用電極１０は、抵抗溶接サイクル毎に膨張収縮を繰り返す。抵抗溶接用電極１０は、本体１１側の銅と、被溶接材と当接するモリブデン１４との間に、インバー合金エキスパンドメタル１５の網目に銅が充填された充填部１６を有する複合材１３を有する。複合材１３のモリブデン１４と連続する部分の熱膨張率は、モリブデンの熱膨張率と銅の熱膨張率の中間の値となる。
【００２３】
インバー合金の熱膨張率はモリブデンの熱膨張率より小さいため、インバー合金エキスパンドメタル１５の開口率を調整することにより、モリブデンが直接銅に接合された従来の抵抗溶接用電極と異なり、モリブデンの熱膨張率と、モリブデンに連続する複合材１３の熱膨張率との差が小さくなる。その結果、熱膨張率の差に起因して抵抗溶接サイクル毎の熱膨張率の差で抵抗溶接用電極１０に亀裂が入ったり、モリブデンが剥がれたりすることが抑制される。
【００２４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）抵抗溶接用電極１０は、一端側が銅であり、被溶接材と当接する他端側がモリブデン１４であり、銅とモリブデン１４との間に、インバー合金エキスパンドメタル１５の網目に銅が充填された複合材１３を有する。したがって、蓄電装置を構成する複数枚の金属箔３１と導電部材３２との抵抗溶接に使用する抵抗溶接用電極１０において、耐久性を向上させることができる。
【００２５】
（２）インバー合金エキスパンドメタル１５の開口率が低すぎてもあるいは高すぎても、モリブデン１４との熱膨張差が適正ではなくなり、抵抗溶接用電極１０に亀裂が入ったり、モリブデン１４が剥がれたりすることの抑制効果が低くなる。しかし、開口率を４０〜８０％とした場合は、それらの抑制効果が良好になる。
【００２６】
（３）インバー合金エキスパンドメタル１５の開口率を５０〜６０％とした場合は、抵抗溶接用電極１０に亀裂が入ったり、モリブデン１４が剥がれたりすることの抑制効果がより良好になる。
【００２７】
（４）抵抗溶接用電極１０は、本体１１の先端にチップ１２が接合されて形成されており、チップ１２の一部が複合材１３で形成されている。そして、チップ１２は４角柱状に形成されている。したがって、複数個分のチップ１２の大きさを有する複合材１３にモリブデン板をろう付けした後、切断工程においてチップ１２の大きさに切断してチップ１２を製造する際、円柱状のチップに比べて材料の無駄が少なくなる。
【００２８】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  図５に示すように、複合材１３を構成するインバー合金エキスパンドメタル１５を１層ではなく複数層とし、インバー合金エキスパンドメタル１５の開口率を銅層１７側ほど大きくなるように積層してもよい。この場合、インバー合金エキスパンドメタル１５が１層の場合に比べて、抵抗溶接用電極１０に亀裂が入ったり、モリブデン１４が剥がれたりすることの抑制効果が向上する。
【００２９】
○  開口率が異なるインバー合金エキスパンドメタル１５を複数層積層する場合、隣り合うインバー合金エキスパンドメタル１５の開口率の差は同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
○  インバー合金としては、組成がＦｅ６５ｗｔ％、Ｎｉ３５ｗｔ％のインバー合金に限らず、例えば、Ｎｉの他にＣｏを含むスーパーインバー合金を使用してもよい。
○  チップ１２の形状は四角柱状に限らず、例えば、四角柱以外の角柱状、円柱状あるいは半円球状、円柱部の先端に球面部を有する形状等であってもよい。
【００３１】
○  本体１１は円柱状に限らず、例えば、角柱状や楕円柱状の棒状としてもよい。また、柱状（棒状）に限らず、抵抗溶接用電極１０を取り付ける溶接機の支持部の構成によっては、本体１１の基端側が筒状であったり、取付け部が突設されて本体１１が全体として板状に形成されたりしてもよい。
【００３２】
○  チップ１２は、本体１１との接合部の面積が本体１１の先端の面積と同じであってもよい。例えば、図６に示すように、円柱部１２ａの先端に半球部１２ｂが連続する形状のチップ１２が円柱状の本体１１の先端に接合された抵抗溶接用電極１０としてもよい。チップ１２は円柱部１２ａに複合材１３を有し、半球部１２ｂがモリブデン１４で構成されている。溶接部の大きさや抵抗溶接の際に必要な加圧力、供給電流量によっては本体１１が細くても支障がない場合には、このような構造であってもよい。
【００３３】
○  抵抗溶接用電極１０は、本体１１の先端に複合材１３を有するチップ１２が接合された構成に限らず、先端に複合材１３を有する本体１１の先端にモリブデンをろう付けで接合してもよい。
【００３４】
○  本体１１にチップ１２をろう付けで接合する代わりに、摩擦圧接で接合してもよい。
○  被溶接材は金属箔と導電部材であるが、金属箔側に、金属箔を保護する為の金属板を配置してもよい。この場合、抵抗溶接用電極と当接するのは、金属板と導電部材であり、金属板、金属箔、及び導電部材が溶接される。金属板は、金属箔、及び導電部材と同じ材質、もしくは同じ材質を含有する合金であることが望ましい。また、同様に金属板を導電部材側にも配置してもよい。
【００３５】
○  蓄電装置は、二次電池に限らず、例えば、リチウムイオンキャパシタのようなキャパシタであってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００３６】
（１）請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記抵抗溶接用電極は、銅製の本体の先端にチップが接合されており、前記チップは前記本体側が銅で、被溶接材と当接する側がモリブデンであり、前記銅と前記モリブデンとの間に前記複合材を有する。
【符号の説明】
【００３７】
１０…抵抗溶接用電極、１３…複合材、１４…モリブデン、１５…インバー合金エキスパンドメタル、３１…金属箔、３２…導電部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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