(57)【要約】 【課題】  溶接強度のばらつきを低減でき、溶接工程の所要時間を短縮できる、多点のマクロスポット抵抗溶接装置およびその溶接方法を提供すること。【解決手段】  ２つの極小箇所にスポット溶接を行う多点のマイクロスポット抵抗溶接装置であって、同一面上に配置された第１上部電極１１および第２上部電極１２と、１つの共通の下部電極１３と、その上部電極と下部電極の間に溶接部材を挟んで加圧を行う加圧機構部１０３と、前記加圧が所定値に達したことを検知する圧力検知機構と、この圧力検知機構の出力に基づいてトリガ信号を生成するトリガ信号発生器と、前記トリガ信号に応答して第１上部電極１１および第２上部電極１２の各々と下部電極１３との間に順番に所定の時間間隔で溶接電流を流すための第１溶接電源１０１および第２溶接電源１０２とを備えるマイクロスポット抵抗溶接装置である。【選択図】  図１
2008023554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の極小箇所にスポット溶接を行う多点のマイクロスポット抵抗溶接装置であって、
同一面上に配置された２つ以上の同極の上部電極と、
１つの共通の下部電極と、
前記上部電極と下部電極の間に溶接部材を挟んで加圧を行う加圧機構と、
前記加圧が所定値に達したことを検知する圧力検知機構と、
この圧力検知機構の出力に基づいてトリガ信号を生成するトリガ信号発生器と、
前記トリガ信号に応答して前記上部電極の各々と下部電極との間に順番に所定の時間間隔で溶接電流を流すための電源部と、
を備えることを特徴とするマイクロスポット抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記電源部は前記上部電極の各々に対して１つずつ設けられた個別電源からなり、この個別電源の各々は前記トリガ信号を受けた後、他とは異なる遅延時間の後に溶接電流の通電を開始することを特徴とする請求項１に記載のマイクロスポット抵抗溶接装置。
【請求項３】
Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の極小箇所にスポット溶接を行う多点のマイクロスポット抵抗溶接方法であって、
同一面上に配置されたＮ個の同極の上部電極と１つの下部電極との間に溶接部材を挟んで加圧する工程と、
この加圧の圧力が所定値に達したことを圧力検知機構で検知した後、トリガ信号発生器と抵抗溶接電源を用い、第１から第Ｎの上部電極の各々と下部電極との間に所定の時間間隔で溶接電流を流す工程と、
を有することを特徴とするマイクロスポット抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロスポット抵抗溶接装置およびその溶接方法に関し、特に電池パックの製造工程での溶接に適した多点のマイクロスポット抵抗溶接装置およびその溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの素電池に保護回路基板やＰＴＣ（Positive  Temperature  Coefficient）素子を付加して電池パックを作製する工程において、素電池、保護回路基板の端子、外部端子の相互間をつなぐ導電タブの接続あるいは２つの導電タブ間の接続に対し、１つの接続部につき、２点、３点、４点、６点などのマイクロスポット抵抗溶接が用いられている。
【０００３】
２点溶接の場合に、両極性の電極を溶接部材の一方の側に並べて、２点の抵抗溶接を同時に行うシリーズ溶接と呼ばれる溶接方法がある。図５にその溶接装置（従来例１）を示す。図５（ａ）は溶接装置の全体を示す模式図であり、５０１は溶接電源、５０２は溶接部の加圧機構、５１は正極の溶接電極、５２は負極の溶接電極である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ部の溶接時の拡大図であり、５３は補助電極、５４は第１溶接材料、５５は第２溶接材料である。このような溶接装置により、２点の抵抗溶接を同時に行う。
【０００４】
同様の技術に基づく特許文献１の例は、シリーズ溶接において被溶接材の２つの溶接箇所を短い通電時間でほぼ均一な溶接強度に同時接合できるようにしたものである。
【０００５】
他の方法として、対向する２つの電極を用い、複数個の溶接点に１つずつ順番に溶接していくダイレクト溶接と呼ばれる溶接方法がある。図６にその溶接装置（従来例２）を示す。図６（ａ）は溶接装置の全体を示す模式図であり、６０１は溶接電源、６０２は溶接部の加圧機構、６１は正極の溶接電極、６２は負極の溶接電極、６４は第１溶接材料、６５は第２溶接材料である。また、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ部の溶接時の拡大図である。このような溶接装置により１点ずつ溶接を行う。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−８５９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例２の方法で多点の抵抗溶接を行うには、各溶接点ごとに、移動、加圧、溶接電流通電の過程が必要になり、全溶接工程の時間短縮が困難である。また、従来例１の１工程で２点を同時に溶接するシリーズ溶接では、無効電流が発生しやすく、接合する部材表面の汚れ、表面の粗さ、平坦度等で接触が悪くなっている場合に、特に無効電流が多く流れる場合があり、溶接強度にばらつきが生じる、溶接が出来ない、溶接部がはずれる等の問題点があった。
【０００８】
図５（ｂ）を参照して、その様子を詳しく説明する。第１溶接材料５４と第２溶接材料５５の境界面を通過し溶接点での発熱に有効に寄与する電流には、（１）第１溶接材料５４→第２溶接材料５５→第１溶接材料５４の順に通過する必要電流５６ａと、（２）第１溶接材料５４→第２溶接材料５５→補助電極５３→第２溶接材料５５→第１溶接材料５４の順に通過する必要電流５６ｂとがある。それに対して、第１溶接材料５４の中だけを通過して、溶接に寄与しない無効電流５７がある。この電流は、補助電極５３の配設により減少しているが、接合する部材表面の汚れ、表面の粗さ、平坦度等による影響を受けやすく、溶接強度のばらつきの原因になる。
【０００９】
上記の状況にあって、本発明の課題は、溶接強度のばらつきを低減でき、溶接工程の所要時間を短縮できる、多点のマイクロスポット抵抗溶接装置およびその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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のマイクロスポット抵抗溶接装置は、２つ以上の極小箇所にスポット溶接を行う多点のマイクロスポット抵抗溶接装置であって、（１）同一面上に配置された２つ以上の同極の上部電極と、（２）１つの共通の下部電極と、（３）前記上部電極と下部電極の間に溶接部材を挟んで加圧を行う加圧機構と、（４）前記加圧が所定値に達したことを検知する圧力検知機構と、（５）この圧力検知機構の出力に基づいてトリガ信号を生成するトリガ信号発生器と、（６）前記トリガ信号に応答して前記上部電極の各々と下部電極との間に順番に前記所定の時間間隔で溶接電流を流すための電源部とを備える。
【００１１】
また、前記電源部は前記上部電極の各々に対して１つずつ設けられた個別電源からなり、この個別電源の各々は前記トリガ信号を受けた後、他とは異なる遅延時間の後に溶接電流の通電を開始するとよい。
【００１２】
また、本発明のマイクロスポット抵抗溶接方法は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の極小箇所にスポット溶接を行う多点のマイクロスポット抵抗溶接方法であって、（１）同一面上に配置されたＮ個の同極の上部電極と１つの下部電極との間に溶接部材を挟んで加圧する工程と、（２）この加圧の圧力が所定値に達したことを圧力センサで検知した後、トリガ信号発生器と抵抗溶接電源を用い、第１から第Ｎの上部電極の各々と下部電極との間に所定の時間間隔で溶接電流を流す工程とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリーズ溶接のように１工程でほぼ同時に２点溶接でき、ダイレクト溶接と同様な安定した溶接強度が１度の溶接工程で得られる。すなわち、溶接強度のばらつきを低減でき、溶接工程の所要時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態でのマイクロスポット抵抗溶接装置を示す模式図であり、図２はそのＡ部（溶接ヘッド）の第１の溶接時での通電の様子を示す拡大図であり、図３はＡ部の第２の溶接時での通電の様子を示す拡大図である。
【００１５】
本実施の形態のマイクロスポット抵抗溶接装置は、（１）溶接エネルギーを生成、発生させる２つの第１溶接電源１０１および第２溶接電源１０２、（２）溶接する材料を加圧し、設定された加圧力でトリガを発生させるための、シリーズ溶接用加圧機構と同構造の加圧機構部１０３、および、（３）銅を主材料とする下部電極１３から構成される。
【００１６】
第１および第２溶接電源１０１，１０２はパルス幅を制御できる電源とする。２つの溶接電源の＋端子は、シリーズ溶接用加圧機構と同構造の各々の端子に接続されている。すなわち、第１溶接電源１０１の＋端子は第１上部電極１１に接続され、第２溶接電源１０２の＋端子は第２上部電極１２に接続されている。また、第１および第２溶接電源１０１，１０２の−端子は、いずれも、加圧機構下に設置してある共通の下部電極１３に接続され、第１および第２溶接材料１４，１５に電流を流すように接続されている。
【００１７】
トリガ信号発生器を内蔵する加圧機構部１０３のＴＲＧ端子（トリガ端子）は、第１および第２溶接電源１０１，１０２と接続し、溶接を開始するためのトリガを溶接電源に出力する。第２溶接電源１０２は第１溶接電源１０１に対して、溶接トリガ発生時から１０ｍｓ（ミリ秒）程度の遅延時間を設定しているものとする。   
【００１８】
この加圧機構部１０３と、下部電極１３の間にある第１溶接材料１４と第２溶接材料１５を溶接する場合、加圧機構部１０３の全体は外部トリガ、または、フットペダル等で、下方向に動き、第１上部電極１１と第２上部電極１２が第１溶接材料１４に接触し、さらに加圧される。加圧力が増し、加圧機構で設定された加圧力になると、加圧検知機構で検知され、加圧機構部１０３は内蔵されたトリガ信号発生器により溶接のためのトリガ信号を発生する。トリガ信号を受け取った第１溶接電源１０１は、溶接電流を＋端子の第１上部電極１１に流し、図２のように、正極の第１上部電極１１から負極の下部電極１３へ電流が流れる。このことで第１溶接材料１４と第２溶接材料１５の間には第１ナゲット１６が生成される。
【００１９】
図４は本実施の形態での２つの溶接電源の電流パルスを示すタイミングチャートである。図４のように、第１溶接電源の電流パルス幅は数ｍｓ程度であり、第２溶接電源の遅延時間に対して、十分マージンがあるものとする。そうすることで、電流の流れが安定する。次に、トリガ発生時から約１０ｍｓ程度遅延した時間で、第２溶接電源は、溶接電流を＋端子に流し、図３のように、正極の第２上部電極１２から負極の下部電極１３へ溶接電流（必要電流３１）が流れる。このことで、第１溶接材料１４と第２溶接材料１５の間には第２ナゲット１７が生成される。但し、前述の第１ナゲット１６も生成されているため、無効電流３２が発生するが、その量は小さく、第２溶接電源１０２の電流値を第１溶接電源１０１の電流値よりも大きく設定することで問題を回避できる。
【００２０】
図４に示したタイミングチャートでは、１つのトリガ信号を受けて溶接電源１は直ちに電流パルス（溶接工程１）を発生し、溶接電源２はトリガ信号を受けた後、約１０ｍｓの遅延時間をおいて、電流パルス（溶接工程２）を発生するようにしたが、各々の上部電極に対して個別の溶接電源を設けるのではなく、１つの溶接電源を用い、複数のトリガ信号に対応した複数の電流パルスを発生するようにしてもよい。
【００２１】
さらに他の構成として、第１溶接電源１０１にもトリガ信号発生器を内蔵させ、加圧機構部１０３で生成したトリガ信号は第１溶接電源１０１にのみ出力し、第１溶接電源１０１では直ちに溶接電流パルスを発生させると共に、内蔵されたトリガ信号発生器により、所定の遅延時間後に新たなトリガ信号を発生させ、これを第２溶接電源１０２に出力し、第２溶接電源１０２では、それを受けて直ちに溶接電流パルスを発生させる構成とすることも可能である。
【００２２】
本実施の形態は２点の溶接に関するものであったが、３点以上の溶接も本実施の形態の説明から容易に類推することができる。すなわち、加圧工程の完了後、トリガ信号に応答して上部電極の各々と下部電極との間に順番に所定の時間間隔で溶接電流を流し、それぞれの溶接電流が重ならないようにするとよい。
【００２３】
以上のように、本発明のマイクロスポット抵抗溶接およびその溶接方法によれば、１工程で、２点以上同時に溶接でき、また、無効電流が、第１の溶接工程では流れないため、シリーズ溶接より安定した溶接強度が得られ、従来のダイレクト溶接では溶接点の数だけ溶接工程が必要であったが、それと比較して短時間で溶接が可能であることがわかる。
【実施例】
【００２４】
本発明の一実施例として、２つの導電タブを溶接接続した例を説明する。本実施例で用いたマイクロスポット抵抗溶接装置は本発明の実施の形態で説明した図１のものと同様であり、その溶接ヘッドは図２のようであり、各電極に溶接電流を流すタイミングの概略は図４に示したものと同様であり、２点をほぼ同時に抵抗溶接する例である。
【００２５】
溶接対象は、２枚の導電タブであり、幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケル製である。
【００２６】
図２を参照して、第１上部電極１１および第２上部電極１２の径はφ１．０ｍｍ、その中心間距離は１．４ｍｍである。また、共通の下部電極１３にはアルミナ分散銅を用いたが、クロム銅などを用いてもよい。
【００２７】
電源部について、図１を参照すると、第１溶接電源１０１はインバータ電源であり、加圧機構部１０３からのトリガ信号を受けて、直ちに溶接電流パルスを発生する。また、第２溶接電源１０２もインバータ電源であり、加圧機構部１０３からのトリガ信号を受けた後、１０ｍｓの遅延時間をおいて、溶接電流パルスを発生させるように設定した。このとき溶接電流パルスの電圧は２．０Ｖ、電流は１．８〜２．１ｋＡ、パルス幅は約２．５ｍｓであった。
【００２８】
この溶接条件で得られた、２つのナゲット径は約φ１．３ｍｍであり、その中心間距離は１．４ｍｍであった。また、溶接電流パルスの電圧が１．５Ｖから２．５Ｖで、電流が１．３ｋＡから２．５ｋＡの範囲において、良好な溶接強度が得られた。
【００２９】
また、位置合わせ、加圧、溶接電流の通電による全溶接工程の所要時間は８秒であり、従来の１点ずつ溶接した場合の１４秒に対して、大きく短縮できた。
【００３０】
以上の実施例ではニッケルどうしの溶接について説明したが、錫めっき鉄どうし、あるいは錫めっき鉄とニッケルの溶接も良好に行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態でのマイクロスポット抵抗溶接装置を示す模式図。
【図２】図１のＡ部の第１の溶接時での通電の様子を示す拡大図。
【図３】図１のＡ部の第２の溶接時での通電の様子を示す拡大図。
【図４】本発明の一実施の形態での２つの溶接電源の電流パルスを示すタイミングチャート。
【図５】従来例１の溶接装置を示し、図５（ａ）は溶接装置の全体を示す模式図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ部の溶接時の拡大図。
【図６】従来例２の溶接装置を示し、図６（ａ）は溶接装置の全体を示す模式図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ部の溶接時の拡大図。
【符号の説明】
【００３２】
１１    第１上部電極
１２    第２上部電極
１３    下部電極
１４，５４，６４    第１溶接材料
１５，５５，６５    第２溶接材料
１６    第１ナゲット
１７    第２ナゲット
３１，５６a，５６ｂ    必要電流
３２，５７    無効電流
５１，６１    正極の溶接電極
５２，６２    負極の溶接電極
１０１    第１溶接電源
１０２    第２溶接電源
１０３    加圧機構部
５０１，６０１    溶接電源
５０２，６０２    加圧機構
【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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