(57)【要約】【課題】爆飛を生ずることなく、化成膜６を有する半絶縁体３を安定して確実に溶接することを可能とした溶接方法を提供する。【解決手段】半絶縁体３と金属製導体４とを、一対の溶接電極１，２にて加圧する。次に、半絶縁体３の化成膜６を局部的に破るための高電圧第１パルスＰ１　を印加する。次に、第２パルスＰ２　を、微小休止時間後に、印加する。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属表面に化成膜が被覆された半絶縁体と、金属製導体とを、一対の溶接電極にて加圧し、上記化成膜を局部的に破るための高電圧第１パルスを印加し、次に、微小休止時間後に本溶接するための高電圧第２パルスを印加して、上記導体を上記半絶縁体に溶接することを特徴とする半絶縁体の溶接方法。
【請求項２】
上記微小休止時間が　０．２ｍｓｅｃ　〜　１．０ｍｓｅｃ　に設定されている請求項１記載の半絶縁体の溶接方法。
【請求項３】
一対の溶接電極に、化成膜を局部的に破る高電圧第１パルスを発生させる化成膜局部的破壊用第１パルス発生回路と、上記第１パルスの発生後の微小休止時間後に本溶接するための高電圧第２パルスを発生させる本溶接用第２パルス発生回路とを、備えたことを特徴とする溶接装置。
【請求項４】
第１パルス発生回路が電気エネルギを蓄積するオイルコンデンサを有し、第２パルス発生回路が電気エネルギを蓄積するオイルコンデンサ又は電解コンデンサを有する請求項３記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属（膜）表面に化成膜（コーティング膜）が被覆された半絶縁体と、金属製導体とを、直接に溶接する方法及びそのための溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記半絶縁体と金属製導体とを溶接することが至難であったため、図１１（イ）に示すように、半絶縁体３１の上に金属製導体３２を載置し、カシメ針３３を実線から２点鎖線にて示す如く押込んで、串挿し状とし、金属製導体３２を部分的に半絶縁体３１に貫通させて、バリ（突片）３４を下方へ突出させ、その後、図１１（ロ）に示すように、矢印３５，　３６のようにプレス機械で押圧して、下方突出状の上記バリ３４を圧潰して、抜止め部３７を形成して、半絶縁体３１の内部の金属膜と、金属製導体３２とを、一体化する方法が用いられていた。
【０００３】
しかしながら、この図１１のような機械的結合では導通性能にバラツキを生じ、品質上問題が生じ易いという欠点、あるいは、機械加工の２工程が必要であって非能率であるといった欠点があった。
【０００４】
そこで、図１０に示すように、電気絶縁性のコーティング層（化成膜）３８と金属膜３９とを有する半絶縁体３１に、一旦孔４０を明け、さらに他方の金属製導体３２には小突起４１をセンタポンチで形成し、この孔４０に小突起４１を係合させた状態で、溶接電極４２，　４３間に挟み、加圧状態で電流を流して、スポット（抵抗）溶接する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１５４６６７号公報（図１及び請求項１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示したような従来の溶接方法では、機械加工にて、孔４０を形成する手間を要し、かつ、プレス加工で小突起４１を形成する手間も要して、作業能率が極めて悪かった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解決して、能率的に、かつ、安定して高品質に、半絶縁体と金属製導体とを、直接的に溶接する方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、金属表面に化成膜が被覆された半絶縁体と、金属製導体とを、一対の溶接電極にて加圧し、上記化成膜を局部的に破るための高電圧第１パルスを印加し、次に、微小休止時間後に本溶接するための高電圧第２パルスを印加して、上記導体を上記半絶縁体に溶接する方法である。
また、上記微小休止時間が　０．２ｍｓｅｃ　〜　１．０ｍｓｅｃ　に設定されている。
また、本発明に係る溶接装置は、一対の溶接電極に、化成膜を局部的に破る高電圧第１パルスを発生させる化成膜局部的破壊用第１パルス発生回路と、上記第１パルスの発生後の微小休止時間後に本溶接するための高電圧第２パルスを発生させる本溶接用第２パルス発生回路とを、備えたものである。
また、第１パルス発生回路が電気エネルギを蓄積するオイルコンデンサを有し、第２パルス発生回路が電気エネルギを蓄積するオイルコンデンサ又は電解コンデンサを有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
図３，図４，図５，図６は、本発明に係るスポット（抵抗）溶接方法を工程順に示した実施の一形態であって、まず図３のように、一対の電極１，２間に、半絶縁体３と金属製導体４とを挟んで加圧Ａする。
【００１０】
半絶縁体３は、ＡｌやＣｕやＦｅ等の金属層（薄板）５と、その両表面に積層（被覆）された絶縁性の化成膜（コーティング膜やめっき膜）６，７とから成る。金属製導体４は、ＡｌやＣｕやＦｅ等である。
具体例としては、半絶縁体３は表面に化成膜が形成されたアルミニウム（Ａｌ）箔であって、又は、表面に酸化膜（本発明では化成膜の一種と定義する）が形成されたＡｌ箔である。金属製導体４はリード線（の端部）が相当する。
【００１１】
上記加圧の状態で、図４から図５に示すように、化成膜６を局部的に破るための高電圧第１パルスＰ１　を印加する。つまり、図５に示す如く、一方の化成膜６───金属製導体４が押圧されていた側の化成膜６───が、局部的に破られる。
【００１２】
次に、微小休止時間Ｔ３　後に、本溶接するための高電圧第２パルスＰ２　を印加して、図６に示す如く、金属製導体４を、半絶縁体３に溶接する。上記微小休止時間Ｔ３　としては、　０．２ｍｓｅｃ　〜　１．０ｍｓｅｃ　が望ましい。下限値未満では一度に印加した状態に近く、溶接の品質と強度のバラツキが大きく（安定せず）、場合によっては、溶接部分で爆飛することもある。さらに、下限値未満の微小休止時間Ｔ３　をもって、第２パルスＰ２　を発生させるための電気（電子）回路の作製が難しくなる。逆に、上限値を越すと、第１パルスＰ１　にて加熱された化成膜６の破壊された部分が、冷却してしまって、第２パルスＰ２　によっても十分な溶接強度と安定性が、得にくくなる。
なお、図６（又は図５）に於て、下方の電極２側に接触する（他方の）化成膜７は破れていない場合を示しているが、溶接条件によっては、破れることもあり、そのように破れても良い。
【００１３】
図１と図２は、上述の第１パルスＰ１　と第２パルスＰ２　の電圧Ｖと電流Ｉを各々破線と実線にて示したグラフであって、横軸には時間を、縦軸には電圧Ｖと電流Ｉの値を示す。
図１は化成膜６，７が薄い場合、図２は比較的厚い場合に好適な第１パルスＰ１　と第２パルスＰ２　の波形を示す。
【００１４】
両図を比較すると、第１パルスＰ１　の電圧Ｖ１　と電流Ｉ１　と時間Ｔ１　は略等しい値とする（又は後者をやや大き目に設定する）が、第２パルスＰ２　に於ては、後者は電流Ｉ２　の面積Ｓ２　───電流Ｉ２　×Ｔ２　───が前者よりも大きくして、後者は多くの熱エネルギを与えて厚い化成膜６，７であっても十分に溶接可能なように、設定されている。但し、電流Ｉ２　と電圧Ｖ２　の値は後者の方を低い目に設定して、美しい均質な溶接となるように図っている。
【００１５】
この図１、図２の各々の図面に於て、次の関係式が成立するように設定するのが望ましい。
０．２ｍｓｅｃ　≦Ｔ３　≦　１．０ｍｓｅｃ
Ｓ２　＞Ｓ１
１００ボルト≦Ｖ２　＜Ｖ１　≦１５００ボルト
Ｔ２　＞Ｔ１
【００１６】
上記式から第１パルスＰ１　は（第２パルスＰ２　に比較して）高い電圧Ｖ１　で極めて短い時間Ｔ１　のパルスとして、化成膜６（又は化成膜６と７）を局部的に破っていることが分かる。また、第２パルスＰ２　は（第１パルスＰ１　に比較して）十分に大きい電流時間Ｓ２　にて、本溶接することを示している。また、従来の溶接では、６ボルト〜８ボルトの低電圧が多用されてきたが本発明では、　１００ボルト〜１５００ボルトの電圧───これを本発明では「高電圧」と呼ぶものとする───が付与される。
【００１７】
図１２は比較例を示し、電極１，２の間に半絶縁体３を挟んで加圧し、上述の高電圧を一度───Ｓ１　とＳ２　とを合わせた電流面積を一度───に印加した場合には、図１２（ロ）に示す如く爆飛Ｙを生ずることを示す。しかも、このような爆飛Ｙを防止せんとしても、その溶接条件の設定は至難であり、溶接強度と品質の安定性に欠けることが判明した。
【００１８】
本発明は、図１〜図６に於て既に述べたように、化成膜（絶縁被膜）６、又は、化成膜（絶縁被膜）６と７とを、局部的に破るための高電圧第１パルスＰ１　をまず印加し、次に、　０．２ｍｓｅｃ　〜　１．０ｍｓｅｃ　の微小休止時間Ｔ３　の後、本溶接するための高電圧第２パルスＰ２　を印加して、金属製導体４を、半絶縁体３に（スポット）溶接する方法であって、図１２の比較例のような爆飛Ｙを確実に防止でき、かつ、溶接強度等の品質を安定して一定に維持できる。しかも、溶接条件の制御も容易であるという利点を有する。
【００１９】
次に、図７〜図９は、上述のような溶接を行うのに用いられる溶接装置の電気回路を示す。
８は第１昇圧変圧器であり、交流電源９からの交流を、第１充電スイッチング素子１０を介して接続されている。この第１昇圧変圧器８で昇圧された電流は、第１整流器１１にて直流に変換され、第１放電スイッチング素子１２及び第１インダクタンスＬ１　、さらに、第１コンデンサＣ１　…を介して、電極１，２に接続（配線）する。１５は第１パルス充電制御部であり、上記第１充電スイッチング素子１０を制御する。１６は第１パルス放電制御部であり、上記第１放電スイッチング素子１２を制御する。１７は充放電タイミング制御部であり、上記第１パルス充電制御部１５及び第１パルス放電制御部１６等へ信号を出力して、充電・放電のタイミングを制御する。
【００２０】
１８は第２昇圧変圧器であり、交流電源９からの交流を、第２充電スイッチング素子２０を介して接続されている。この第２昇圧変圧器１８で昇圧された電流は、第２整流器２１にて直流に変換され、第２放電スイッチング素子２２及び第２インダクタンスＬ２　、さらに、第２コンデンサＣ２　…を介して、電極１，２に接続（配線）する。２５は第２パルス充電制御部であり、上記第２充電スイッチング素子２０を制御する。２６は第２パルス放電制御部であり、上記第２放電スイッチング素子２２を制御する。前記充放電タイミング制御部１７からの充放電タイミング制御信号は、上述の第１パルス充電制御部１５・第１パルス放電制御部１６の他に、第２パルス充電制御部２５・第２パルス放電制御部２６にも、送られるように、接続される。
【００２１】
一対の溶接電極１，２に、化成膜６（及び７）を局部的に破る高電圧第１パルスＰ１　を発生させる化成膜局部的破壊用第１パルス発生回路２７は、図７中に２点鎖線にて包囲した第１充電スイッチング素子１０、第１昇電圧変圧器８、第１整流器１１、第１パルス充電制御部１５、充放電タイミング制御部１７、第１コンデンサＣ１　…群、第１放電スイッチング素子１２、第１インダクタンスＬ１　、第１パルス放電制御部１６等から、構成される。電気エネルギを蓄積する第１コンデンサＣ１　としては、オイルコンデンサが好適である。
【００２２】
そして、上記第１パルスＰ１　の発生後、微小休止時間Ｔ３　後に、本溶接するための高電圧第２パルスＰ２　を発生させる本溶接用第２パルス発生回路２８は、図７中に別の２点鎖線にて包囲した第２充電スイッチング素子２０、第２昇電圧変圧器１８、第２整流器２１、第２パルス充電制御部２５、充放電タイミング制御部１７、第２コンデンサＣ２　…群、第２放電スイッチング素子２２、第２インダクタンスＬ２　、第２パルス放電制御部２６等から、構成される。
【００２３】
なお、図７では、充放電タイミング制御部１７は、第１パルス発生回路２７及び第２パルス発生回路２８に共通に用いられているが、これを、別々に設けても自由である（図示省略）。
そして、第２パルス発生回路２８が電気エネルギを蓄積する第２コンデンサＣ２　としては、オイルコンデンサ又は電解コンデンサが好適である。
【００２４】
図７に於て、スタート信号Ｓ０　が、充放電タイミング制御部１７へ送られて、図１や図２に示した如く、まず、第１パルスＰ１　が、そして所定の微小休止時間Ｔ３　の後に、第２パルスＰ２　が、印加される。
図８は電極１，２に第１パルスＰ１　が印加された瞬間の電流の流れを矢印Ｉ１　にて示す。また、図９は第２パルスＰ２　が印加された瞬間の電流の流れを矢印Ｉ２　にて示す。
【００２５】
第１インダクタンスＬ１　及び第１コンデンサＣ１　によって、第１パルスＰ１　の波形───特にパルス幅（時間Ｔ１　）等───が増減調整できる。
また、第２インダクタンスＬ２　及び第２コンデンサＣ２　によって、第２パルスＰ２　の波形───特にパルス幅（時間Ｔ２　）等───が増減調整できる。
さらに、図例（図７〜図９）では、放電スイッチング素子１２，　２２のＯＮ時間を放電制御部１６，　２６にて制御して、パルスＰ１　，Ｐ２　のパルス幅をさらに増減調整する。
なお、図３〜図６に於て、下面側の化成膜７が無い半絶縁体３に本発明の方法及び装置を、適用しても自由である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
（請求項１によれば、）金属表面に化成膜６，７が被膜された半絶縁体３と、金属製導体４とを、爆飛Ｙ（図１２参照）等の問題を生ずることなく、常に安定した溶接強度にて溶接できて、優れた品質の製品が容易に、かつ、能率的に得られる。
即ち、従来の図１０や図１１のような機械的加工を省略して、電気的に容易かつ迅速に安定した溶接を実現できる。
（請求項２によれば、）半絶縁体３に対し、一層安定して優れた溶接を実現できる。
【００２７】
（請求項３によれば、）金属表面に化成膜６，７が被膜された半絶縁体３と、金属製導体４とを、爆飛Ｙ（図１２参照）等の問題を生ずることなく、常に安定した溶接強度にて溶接できて、優れた品質の製品が容易に、かつ、能率的に得られる。
即ち、従来の図１０や図１１のような機械的加工を省略して、電気的に容易かつ迅速に安定した溶接を実現できる。
（請求項４によれば、）図１又は図２に例示したような極めて短い時間での放電を実現できると共に、高精度の制御が容易に行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための溶接電流と溶接電圧の時間的変化を示すグラフ図である。
【図２】本発明を説明するための溶接電流と溶接電圧の時間的変化の他の例を示したグラフ図である。
【図３】溶接の第１工程の説明図である。
【図４】溶接の第２工程の説明図である。
【図５】溶接の第３工程の説明図である。
【図６】溶接の第４工程の説明図である。
【図７】本発明に係る溶接装置の実施の一形態を示す回路図である。
【図８】第１パルス発生時の説明図である。
【図９】第２パルス発生時の説明図である。
【図１０】従来例を示す説明図である。
【図１１】他の従来例を示す説明図である。
【図１２】比較例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　電極
２　電極
３　半絶縁体
４　金属製導体
６　化成膜
２７　　第１パルス発生回路
２８　　第２パルス発生回路
Ｃ１　　第１コンデンサ
Ｃ２　　第２コンデンサ
Ｐ１　　第１パルス
Ｐ２　　第２パルス
Ｔ３　　微小休止時間
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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