(57)【要約】      （修正有）【課題】同種の金属材料同士あるいは異種金属材料からなる第１、第２の被溶接物同士を簡単に抵抗溶接することができ、しかも鋼材同士など通常の被溶接物の場合とほぼ同様な溶接コストで溶接品質の高い溶接結果を得ること。【解決手段】第１の溶接電極と第２の溶接電極間との間に第１と第２の被溶接物を挟んだ状態でそれらの間に溶接電流を流して前記第１、第２の被溶接物同士を溶接する溶接装置において、前記第１又は第２の被溶接物に、その表面の一部面域を囲む環状のプロジェクションを形成する手段が備えられており、前記第１又は第２の被溶接物に形成された前記環状のプロジェクションを前記第２又は第１の被溶接物の平坦面に当接させ、加圧した状態でパルス状溶接電流を前記第１、第２の溶接電極を通して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間に流すことを特徴とする抵抗溶接装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に第１の被溶接物と第２の被溶接物とを挟んだ状態でそれらの間に溶接電流を流して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを溶接する溶接装置において、
前記第１の被溶接物又は前記第２の被溶接物に、その表面の一部面域を囲む環状のプロジェクションを形成する手段が備えられており、
前記第１の被溶接物又は前記第２の被溶接物に形成された前記環状のプロジェクションを前記第２の被溶接物又は前記第１の被溶接物の平坦面に当接させ、加圧した状態でパルス状溶接電流を前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極とを通して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間に流すことを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
請求項１において、
溶接工程が行われたときには、前記環状のプロジェクションと該環状のプロジェクションに当接する部分とが塑性流動することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記環状のプロジェクションは、前記第１の被溶接物に比べて融点温度の高い前記第２の被溶接物に形成されることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記第１の被溶接物及び前記第２の被溶接物は同種の金属材料又は異種の金属材料からなることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極との双方又はいずれか一方は、前記環状のプロジェクションの塑性流動に応答して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間を加圧することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記環状のプロジェクションに囲まれる面域の中心を通る線で切断した前記環状のプロジェクションの断面は、８０度以上で広がる傾斜を有することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記第２の被溶接物の前記環状のプロジェクションに対応する前記第１の被溶接物の幅が、前記環状のプロジェクションの環状直径又は環状幅の３倍以内の大きさである場合には、前記第１の被溶接物を両側から押さえて前記第１の被溶接物が拡がるのを抑制することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記パルス状溶接電流は、パルス幅が３０ｍｓ以下であることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項９】
第１の被溶接物と表面の一部分を囲む環状のプロジェクションが形成されてなる第２の被溶接物とを、第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に挟んで加圧力を与えた状態でパルス状溶接電流を流して溶接する抵抗溶接装置であって、
前記第１の被溶接物を両側から押さえて前記第１の被溶接物が拡がるのを抑制する幅拡大抑制用部材を備えることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかにおいて、
前記第２の被溶接物における前記環状のプロジェクションが形成されている面の裏面には、前記環状のプロジェクションの形成に伴う環状の溝が形成されており、前記第２の被溶接物に加圧力を与える前記第２の溶接電極の電極面は前記環状の溝に適合する環状の突起を有することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項９のいずれかにおいて、
前記第２の被溶接物における前記環状のプロジェクションが形成された面の裏面は平坦であり、前記第２の被溶接物に加圧力を与える前記第２の溶接電極の電極面は平坦であることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかにおいて、
前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極との双方又はいずれか一方は、前記環状のプロジェクションの塑性流動に応答して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間を加圧する弾性機構に支承されていることを特徴とする抵抗溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な同種又は異種の金属材料からなる被溶接物、特に第１の被溶接物に比べて溶融温度（融点）が高い金属材料からなる第２の被溶接物と前記第１の被溶接物とを抵抗溶接することが可能な抵抗溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の金属材料同士や、鉄系材料とステンレス材料、あるいは鉄系材料と銅材料、又は鉄系材料とアルミニウム材料など、融点や導電率など特性の異なる異種金属材料を接合する方法が種々提案されているが、異種金属材料の接合は例えば鉄系材料からなる金属鋼板同士の接合、つまり同一材料同士の接合に比べて難しいとされている。特に、異種金属材料の抵抗溶接は技術的に困難な面が多いので、硬ロウによる接合、あるいは超音波接合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などによって、接合される場合が多かった。導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料との接合も同様の手段で行われていたが、このような接合方法では、導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料を用いるという用途から見て、それらの界面抵抗を無視できるほどには小さくできない。したがって、異種金属の中でも、導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接は特に難しいとされている中、界面抵抗を小さくできる抵抗溶接を行う努力が既に行われており、下記のような処理工程を予め行うことによって銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接が可能とする改良技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この方法は、銅材料とアルミニウム材料とを直接抵抗溶接することはできないので、抵抗溶接前に予め銅材料の接合表面をスズにより被覆し、更に処理を行ってその銅材料とスズとの界面に銅とスズとの固溶を生成させたスズ被覆層を形成した後に、そのスズ被覆層とアルミニウム材料とを接触させ、その固溶生成させたスズ被覆層を銅材料とアルミニウム材料との間に介在させた状態で加圧し、溶接電流を流して抵抗溶接を行うものである。また、異種金属の抵抗溶接に当たっては、予め異種金属の接合部を最適な特殊形状に加工することによって良好な溶接結果が得られる抵抗溶接方法、及び抵抗溶接装置も報告されている（例えば、特許文献２〜５参照）。
【特許文献１】特開２００１−０８７８６６公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０４０号公報
【特許文献３】特開平１０−１２８５５０号公報
【特許文献４】特開平１０−１５６５４８号公報
【特許文献５】特開平１１−０３３７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前掲特許文献１で開示された抵抗溶接方法にあっては、銅材料の接合表面にスズを形成する工程と銅材料とスズとの界面に銅とスズとの固溶を生成させる工程とが必要であり、明らかに製造工程などが増えるためにコストが高くなる。また、前掲特許文献１にも記載されているように、この抵抗溶接時には銅材料とアルミニウム材料とが溶融しあってナゲットが形成され、この際にスズが外部に噴出しないようにしなければならない。このようにスズが噴出し易いことは、スズと亜鉛との違いがあるものの、亜鉛被覆鋼板の溶接時に経験するところであり、スズが噴出しないようにスズの厚さ、溶接電流の大きさと通電時間、加圧力の大きさやタイミングなどの諸条件を厳密に制御しなければならず、このような溶接工程を実際の製造工程に組み込むのは厳密な管理を維持しなければならないので困難である。また、前掲の特許文献２〜５に記載されている接合部の構造は特定の構造の異種金属材料からなる被溶接物に適しているが、特に銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接にはそのまま適用することは難しく、前掲特許文献に開示されている抵抗溶接装置をもってしても良好な溶接結果が得られない。
【０００５】
したがって、本発明は前述の問題点を解決し、鋼板同士のように同種金属材料からなる被溶接物同士の溶接は勿論のこと、アルミニウム材料などからなる第１の被溶接物よりも溶融温度が高い銅材料などからなる第２の被溶接物との抵抗溶接をも行うことができ、かつ簡単で安価に、また溶接品質の高い溶接結果が得られる抵抗溶接装置を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に第１の被溶接物と第２の被溶接物とを挟んだ状態でそれらの間に溶接電流を流して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを溶接する溶接装置において、前記第１の被溶接物又は前記第２の被溶接物に、その表面の一部面域を囲む環状のプロジェクションを形成する手段が備えられており、前記第１の被溶接物又は前記第２の被溶接物に形成された前記環状のプロジェクションを前記第２の被溶接物又は前記第１の被溶接物の平坦面に当接させ、加圧した状態でパルス状溶接電流を前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極とを通して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間に流すことを特徴とする抵抗溶接装置を提供する。
【０００７】
第２の発明は、前記第１の発明において、溶接工程が行われたときには、前記環状のプロジェクションと該環状のプロジェクションに当接する部分とが塑性流動することを特徴とする抵抗溶接装置を提供する。
【０００８】
第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記環状のプロジェクションは、前記第１の被溶接物に比べて融点温度の高い前記第２の被溶接物に形成されることを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【０００９】
第４の発明は、前記第１の発明ないし前記第３の発明のいずれかにおいて、前記第１の被溶接物及び前記第２の被溶接物は異種の金属材料又は同種の金属材料からなることを特徴とする抵抗溶接装置を提供する。
【００１０】
第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極との双方又はいずれか一方は、前記環状のプロジェクションの塑性流動に応答して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間を加圧することを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１１】
第６の発明は、前記第１の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記環状のプロジェクションに囲まれる面域の中心を通る線で切断した前記環状のプロジェクションの断面は、８０度以上で広がる傾斜を有することを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１２】
第７の発明は、前記第１の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、前記第２の被溶接物の前記環状のプロジェクションに対応する前記第１の被溶接物の幅が、前記環状のプロジェクションの環状直径又は環状幅の３倍以内の大きさである場合には、前記第１の被溶接物を両側から押さえて前記第１の被溶接物が拡がるのを抑制することを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１３】
第８の発明は、前記第１の発明ないし前記第７の発明のいずれかにおいて、パルス状溶接電流は、そのピーク電流の１０％に相当する立ち上がり時点でのパルス幅が３０ｍｓ以下であることを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１４】
第９の発明は、第１の被溶接物と表面の一部分を囲む環状のプロジェクションが形成されてなる第２の被溶接物とを、第１の溶接電極と第２の溶接電極との間に挟んで加圧力を与えた状態でパルス状溶接電流を流して溶接する抵抗溶接装置であって、前記第１の被溶接物を両側から押さえて前記第１の被溶接物が拡がるのを抑制する幅拡大抑制用部材を備えることを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１５】
第１０の発明は、前記第１の発明ないし前記第９の発明のいずれかにおいて、前記第２の被溶接物における前記環状のプロジェクションが形成されている面の裏面には、前記環状のプロジェクションの形成に伴う環状の溝が形成されており、前記第２の被溶接物に加圧力を与える前記第２の溶接電極の電極面は前記環状の溝に適合する環状の突起を有することを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１６】
第１１の発明は、前記第１の発明ないし前記第９の発明のいずれかにおいて、前記第２の被溶接物における前記環状のプロジェクションが形成された面の裏面は平坦であり、前記第２の被溶接物に加圧力を与える前記第２の溶接電極の電極面は平坦であることを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【００１７】
第１２の発明は、前記第１の発明ないし前記第１１の発明のいずれかにおいて、前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極との双方又はいずれか一方は、前記環状のプロジェクションの塑性流動に応答して前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物との間を加圧する弾性機構に支承されていることを特徴とする抵抗溶接装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
前記第１ないし第５の発明によれば、同種材料はもとより、異種金属材料同士、特に直接抵抗溶接するのが難しいとされている導電性の良好なアルミニウム材料とそのアルミニウム材料よりも溶融温度（融点）や導電率が高い銅材料とを簡単に抵抗溶接することができ、しかも鋼材同士など通常の被溶接物の抵抗溶接の場合とほぼ同様な溶接コストで溶接品質の高い溶接結果を得ることができる。
【００１９】
また、前記第６の発明によれば、前記第１の発明ないし第５の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物及び第２の被溶接物の金属材料、形状などにかかわらず、確実に溶接品質の高い溶接結果を得ることができる。
【００２０】
また、前記第７の発明によれば、前記第１の発明ないし第５の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物の短幅が小さい場合であっても、熱によって変形することなく所期の溶接結果を得ることができる。
【００２１】
また、前記第８の発明によれば、前記第１の発明ないし第５の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物とが様々な異種金属材料であっても、より確実に第１の被溶接物と第２の被溶接物とを抵抗溶接することが可能である。
【００２２】
また、前記第９の発明ないし第１２の発明によれば、同種の金属材料同士の一般的な被溶接物の抵抗溶接は勿論のこと、抵抗溶接が難しいとされている異種金属材料からなる第１の被溶接物と第２の被溶接物とを簡単に抵抗溶接することができ、しかも鋼材同士など通常の被溶接物の場合とほぼ同様な溶接コストで溶接品質の高い溶接結果が得られる勿論のこと、第１の被溶接物の短幅が小さい場合であっても、熱によって変形することなく、均一に塑性流動させることができるために、所期の接合結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
[実施形態１]
図１及び図２によって本発明に係る抵抗溶接の実施形態１について説明する。図１は実施形態１に係る環状のプロジェクションを説明するための図、図２は本発明を実現するのに適したコンデンサ蓄勢式抵抗溶接装置の一例の概要を示す図である。先ず、本発明が適用できる範囲は一般的な様々な同種の金属材料同士、あるいは様々な異種の金属材料からなる被溶接物などの抵抗溶接に適用できるが、実施形態１では特に抵抗溶接が難しいとされている銅又は銅合金と、アルミニウム又はアルミニウム合金を例として以下に説明する。したがって、本明細書において「銅材料」とは「銅又は銅合金」を意味し、「アルミニウム材料」とは「アルミニウム又はアルミニウム合金」を意味するものとする。
【００２４】
一般に、銅材料はアルミニウム材料に比べて溶融温度（融点）が高く、導電率も高い場合が多い。また、アルミニウム材料は表面に酸化膜が形成され易い。このような特性上の差異を考慮して、本発明者が種々の実験を行った結果、アルミニウム材料の溶接面は平坦なままにしておき、アルミニウム材料に比べて導電率と溶融温度とが高い銅材料に環状のプロジェクションを形成し、パルス状の溶接電流、例えば３０ｍｓ程度以下、好ましくは１０ｍｓ程度以下のパルス幅を持つ溶接電流を被溶接物に対する加圧応答が良好な溶接電極間に流すことによって、良好な溶接結果を得ることができた。ここではアルミニウム材料からなるワークを第１の被溶接物Ｗ１と言い、銅材料からなるワークを第２の被溶接物Ｗ２と言う。なお、図１、図２では第１の被溶接物Ｗ１については図示していないが、第１の被溶接物Ｗ１は一例として第２の被溶接物Ｗ２と同程度の短幅と厚みを有している短冊状のものとする。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、短冊状の銅板である第２の被溶接物Ｗ２の溶接箇所に環状、好ましくは円環状のプロジェクションＰを形成する。この環状のプロジェクションＰの形成装置は一般的なプロジェクション形成装置を利用したものであるので詳しく説明しないが、第２の被溶接物Ｗ２の溶接箇所を絞り込んで環状のプロジェクションＰを形成する鋳型装置である。このプロジェクション形成装置は、後述するコンデンサ蓄勢式の抵抗溶接装置（図２）の近傍にあっても良いし、また、そのコンデンサ蓄勢式の抵抗溶接装置が設置された場所とは別の場所に設置されて、環状のプロジェクションＰを第２の被溶接物Ｗ２に形成するものであってもよい。ここでは、短冊状の第２の被溶接物Ｗ２の長手方向の幅を長幅といい、長手方向に直角方向の幅を短幅という。例えば、第２の被溶接物Ｗ２は３０ｍｍ以下である短幅Ｄを有する。環状のプロジェクションＰのほぼ頂部となる箇所間の距離をｄで示し、プロジェクションＰの環状が円環状である場合にはその円環状の直径を環状直径と言い、また、プロジェクションＰの環状が４角形などの角形環状である場合にはその角形環状の対辺間の幅を環状幅と言う。そして、環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅をｄで示している。環状のプロジェクションＰが形成されている部分の第２の被溶接物Ｗ２の断面を図１（Ｂ）に示す。その断面は、図１（Ａ）に示した環状のプロジェクションＰの中心点ｃを通って水平方向、つまり短幅方向に延びる線で切断した形状を示している。環状のプロジェクションＰは第２の被溶接物Ｗ２の外面の小さな面域Ａを囲むように突起している。図１（Ｃ）はその説明図であって、プロジェクションＰはその頂部から角度θで広がる傾斜、つまり、面域Ａから頂部までほぼ（１８０−θ）／２度で広がる角度を有する。
【００２６】
この拡がり角度θについて述べると、角度θは８０度以上であることが好ましい。第２の被溶接物（Ｃｕ）Ｗ２は第１の被溶接物（Ａｌ）Ｗ１よりも溶融温度が高く、一般的には導電率も高いので、溶接時に第２の被溶接物Ｗ２におけるの環状のプロジェクションＰが塑性流動を開始する前に、第１の被溶接物Ｗ１が塑性流動を開始する。したがって、拡がり角度θが８０度よりも小さくなると、塑性流動を開始した第１の被溶接物Ｗ１に塑性流動を開始していない環状のプロジェクションＰが沈み込むことがあり、この場合には接合部の面積が大きくなるので所期の抵抗溶接が行われず、したがって必要な溶接強度が得られない。つまり、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との双方が塑性流動することによって、初めて所望の溶接強度が得られる拡散接合が行われるのに対して、拡がり角度θが８０度よりも小さくなると、中途半端な接合となって所望の溶接強度は得られなくなる。したがって、環状のプロジェクションＰの拡がり角度θは８０度以上であることが好ましい。このことは他の溶接条件とも関連するので、後述する。なお、プロジェクションＰの高さについて特に制限されないが、例えばプロジェクションの造り易さから高さは０．５〜３ｍｍ程度で、拡がり角度θの最大値は１８０度未満、実際上は１３０度程度以下が好ましい。
【００２７】
次に、このような環状のプロジェクションＰが形成された第２の被溶接物Ｗ２と第１の被溶接物Ｗ１とを抵抗溶接するのに適したコンデンサ蓄勢式の抵抗溶接装置の一例を図２によって簡潔に説明する。この抵抗溶接装置は前掲の特許文献４にほぼ記載されたものと同じである。この抵抗溶接装置が設置される床又はベース部材１に支持機構２が固定されている。支持機構２にはシリンダ装置などからなる加圧機構３が取り付けられ、加圧機構３の先端部には金属材料からなる可動ブロック４が取り付けられている。スプリング又は電磁加圧装置のような加圧補助部材５が可動ブロック４と支持部材６との間に備えられ、溶接電極の加圧応答を向上させる補助的な役割を行っている。ここで、支持部材６は直接又は間接的に加圧補助部材５の下端部に結合され、給電部としても作用する銅のような金属材料からなる。上部溶接電極７は支持部材６に支承されており、上部溶接電極７と向かい合った位置には下部溶接電極８が配置されている。加圧補助部材５の伸縮の影響を受けない高さの部位に位置する可動ブロック４にはＬ字形の中間接続部材９が固定されている。支持部材６とＬ字形の中間接続部材９との間を接続する撓み易い第１のフレキシブル導電部材１０が備えられ、Ｌ字形の中間接続部材９と一方の給電導体１２との間は導体１１によって接続されている。導体１１は、第１のフレキシブル導電部材１０に比べて長い第２のフレキシブル導電部材である。
【００２８】
給電導体１２と、下部溶接電極８に接続された他方の給電導体１３との間に溶接トランス１４の２次巻線Ｎ２が接続され、これに磁気的に結合された１次巻線Ｎ１にはインバータ回路又は半導体スイッチ回路のような放電回路１５が接続される。放電回路１５にはエネルギー蓄積用コンデンサ１６とそのコンデンサを充電する充電回路１７とが接続されている。ここで溶接電流のパルス幅は、銅材料とアルミニウム材料の抵抗溶接では３０ｍｓ程度以下、好ましくは１０ｍｓ程度以下である。このようなパルス幅の狭い急峻なパルス状電流が銅材料とアルミニウム材料との間に流れることができるように、放電回路１５、溶接トランス１４及び給電導体１２、１３など、エネルギー蓄積用コンデンサ１６の放電電流が流れる通電路はインダクタンスを最小にする回路構成になっている。そのために、例えば給電導体１２、１３などは最短になっており、また、配線となる導電体はそのインダクタンスを相殺するように配置されている。そして、この構造では上部溶接電極７は僅かな外力で上下方向に上下動できる支持部材６に支えられていると同時に、即応性の高い弾性力を与えることができる加圧補助部材５に結合されているので、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との塑性流動による微妙な加圧力の変化に対して、上部溶接電極７が即応することができる。なお、記号１８〜２０は３相交流入力端子を示す。
【００２９】
次に、図３図も用いて実施形態１に係る抵抗溶接について説明する。先ず、下部溶接電極８上に載置された第１の被溶接物（Ａｌ）Ｗ１に前述のように環状のプロジェクションＰが形成された第２の被溶接物（Ｃｕ）Ｗ２を積み重ね、環状のプロジェクションＰを第１の被溶接物Ｗ１の上面に当接させる。次に、図２における加圧機構３が動作して下方向に動作し、これに伴い、可動ブロック４、加圧補助部材５、支持部材６及び上部溶接電極７からなる上部溶接ヘッド全体が下降し、上部溶接電極７が第２の被溶接物Ｗ２に所定の加圧力を加える。この所定の加圧力を加えている途中、あるいは加圧力がほぼ一定になった段階で、放電回路１５がオンして、充電回路１７により既にエネルギー蓄積用コンデンサ１６に充電されている電荷を、溶接トランス１４の１次巻線Ｎ１に放出する。これに伴い、１次巻線Ｎ１に比べて巻数が大幅に少ない１又２ターン程度の２次巻線Ｎ２に大きな電流が発生し、上部溶接電極７と下部溶接電極８とその間に挟まれている第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを介してパルス状の溶接電流が流れる。このパルス状の溶接電流は前述したように３０ｍｓ以下、好ましくは１０ｍｓ以下の急激に増大し、短時間後に急激に低下する単一の電流パルスである。
【００３０】
このようなパルス状の溶接電流が第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰに集中して短時間流れる。第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１との接触面の抵抗は小さいが、接触面積が小さいのでその分、電流密度が大きくなることによって抵抗溶接が行われる。第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１との接触面積は、従来のプロジェクションの小さな円形状の点接触とは違って、環状の細い線接触となるので、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰに発生する熱は環状のプロジェクションＰを塑性流動開始させると共に、第１の被溶接物Ｗ１の接触部位をも塑性流動させる。そのとき、第１の被溶接物と第２の被溶接物とは熱伝導も極めて良好であるので、環状のプロジェクションＰを塑性流動させた熱は環状のプロジェクションＰの外側方向だけでなく、その中の面域Ａ側にも伝達される。この点、従来のプロジェクションの小さな円形状の接触では外側だけに熱が伝達されるだけであり、小さい円形状の接触部分だけが接合されるだけなので、要求される溶接強度を得ることができず、またその円形状の接触部分の接触面積を大きくすれば、導電率の高い第１の被溶接物と第２の被溶接物との溶接にあっては電流密度が低くなるので、プロジェクションを設けた意味が無くなり、結局は良好な溶接結果が得られない。また、溶接電流を単に大きくしても、満足する溶接結果を得ることができず、このことが銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接が難しいと言われる所以である。
【００３１】
本発明では、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰとアルミニウム板Ｗ１との接触面積が従来のプロジェクションと同程度の大きさであっても、環状のプロジェクションＰの環状の線接触面積は従来の点状の場合に比べて実質的に広い面域となり、前述したように塑性流動した環状のプロジェクションＰにおける発熱は環状のプロジェクションＰの外側方向だけでなく、その中の面域Ａ側にも伝達されるので、熱バランスがよいだけでなく、環状のプロジェクションＰに線接触しているアルミニウム板Ｗ１の接触部分も同様に塑性流動するので、良好な溶接結果を得ることができる。ここで、環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄにかかわらず、環状のプロジェクションＰとアルミニウム板Ｗ１との線接触面積がほぼ同じであれば、ほぼ同程度のパルス状溶接電流で良好な拡散接合を行うことができる。また、環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄを大きくして線接触面積を大きくしても、電流密度をほぼ一定にできるようにパルス状溶接電流のピーク値を大きくすれば、同様に良好の溶接結果を得ることができる。この理由は、環状のプロジェクションＰにおける発熱が環状のプロジェクションＰに沿った内側部分にも伝達され、つまり外側だけでなく内側にも伝達されるので、熱バランスのよいこともあり、環状のプロジェクションＰが好ましく塑性流動して良好な拡散接合が行われるからである。
【００３２】
第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接で、良好な溶接結果が得られるのは前述した環状のプロジェクションＰに拠るところが大きいが、以下に述べる抵抗溶接装置の働きに負うところもある。図１に示した抵抗溶接装置の動作について述べる。先ず、加圧機構３が動作して下方向に動作すると、これに伴い、可動ブロック４、加圧補助部材５、支持部材６及び上部溶接電極７からなる上部溶接ヘッド全体が下降する。一方、図示しないが、第１の被溶接物Ｗ１が下部溶接用電極８上にセットされ、そして、上部溶接電極７にクランプされた第２の被溶接物Ｗ２が第１の被溶接物Ｗ１に当接される。上部溶接電極７と支持部材６とはその位置で停止するが、加圧機構３がさらに下降するのに伴い、加圧補助部材５が収縮され、金属ブロック４は加圧機構３と一緒に下降する。
【００３３】
また、可動ブロック４が下降するのに伴い、第２のフレキシブル導電部材１１は大きく撓み、第１のフレキシブル導電部材１０は可動ブロック４と支持部材６と一緒に動くので最初の状態で下降するが、前述のように支持部材６が停止し、可動ブロック４が加圧補助部材５を収縮させながら下降するとき、最初の状態から少し変形する。しかし、前述のように第１のフレキシブル導電部材１０は第２のフレキシブル導電部材１１に比べて撓み易く作られているから、第２のフレキシブル導電部材１１に相当する単一のフレキシブル導体によって給電導体１２と支持部材６間を接続していた従来の場合に比べて、支持部材６と上部溶接電極７との動きに対する悪影響が軽減される。したがって、上部溶接電極７の即応性が改善される。
【００３４】
加圧機構３が加圧している状態では、上部溶接電極７などが停止した後に金属ブロック４と支持部材６との間の空隙は小さくなり、加圧補助部材５は下向きの機械的エネルギーを蓄え、またそれらはあるレベル以上の上向きの力を吸収する作用を行う。このように、加圧機構３が動作して下降運動を行っている過程で加圧補助部材５が収縮し、そして上部溶接電極７と下部溶接電極８間の圧力が予め決められたレベルに達すると、溶接トランス１４及び給電導体１２、１３から上部溶接電極７と下部溶接電極８に短いパルス幅のパルス状溶接電流が供給される。所定の加圧力で加圧された状態において、パルス幅の短いパルス溶接電流を流すことにより、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接触部分及びその隣接部分が塑性流動し、それ以外の部分にはほとんど影響を与えない。この塑性流動を始めるのに伴い、加圧補助部材５がスプリングのとき、溶接初期の接合部分の膨張をスプリングが瞬時に吸収すると共に、加圧力が働いている状態では、常時、スプリングが接合部分に加圧力を与えているので、拡散接合の進行に伴う第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との塑性流動による沈みに対しても極めて応答の速い加圧を与えることができる。
【００３５】
この加圧補助部材５の応答速度が速ければ速いほど、パルス幅の短いパルス溶接電流を、つまり短時間に電流エネルギーを集中させて第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間に流すことができ、銅材料、アルミニウム材料のような熱伝導の極めて良好なものでも、好ましい状態に塑性流動させることができるので、満足の行く拡散接合ができる。加圧補助部材５の応答速度を従来よりも低下させないように働く一方の手段が、撓み易い第１のフレキシブル部材１０であり、他方の手段が加圧補助部材５である。そして、加圧補助部材５の応答速度はパルス状の溶接電流のパルス幅よりも速いのが好ましい。このように、溶接電極の応答速度が速く、かつパルス状の溶接電流の幅が３０ｍｓ以下と狭く、更に詳述したような環状のプロジェクションＰを銅材料に形成しているので、銅材料とアルミニウム材料とをより安定に、かつ良好に抵抗溶接することができる。
【００３６】
[実施形態２]
次に、図４及び図５によって本発明に係る抵抗溶接の実施形態２について説明する。図４は実施形態２に係る環状のプロジェクションを説明するための図、図５は本発明に係る抵抗溶接を実現するのに適したコンデンサ蓄勢式抵抗溶接装置に用いられる好ましい溶接電極の一例の断面を示す図である。図４及び図５において、図１ないし図３で用いた記号と同じ記号はそれら図面で用いた名称と同じ名称の部材を示すものとする。実施形態２における環状のプロジェクションＰは実施形態１の環状のプロジェクションＰと同じであるので、詳述しないが、図４において第２の被溶接物Ｗ２の上面を図示しない加圧部材で加圧して環状のプロジェクションＰを形成したので、実施形態１では上面が平坦であったのに対して、環状のプロジェクションＰに対応して上面に円錐状又は角錐状のテーパー面Ｔａを有する環状の溝Ｖが形成されている。なお、この環状のプロジェクションＰも好ましくは円環状のプロジェクションであり、この場合には環状の溝Ｖは円錐状のテーパー面Ｔａを有する円環状のものである。
【００３７】
上部溶接電極７は第２の被溶接物Ｗ２と当接する面に環状の突起部７Ａを有する。その環状の突起部７Ａは、第２の被溶接物Ｗ２の環状の溝Ｖのテーパー面Ｔａとほぼ同じ傾斜のテーパー面Ｔｂと、溝Ｖの深さとほぼ同じか幾分高い頂部７ａを有する。したがって、第２の被溶接物Ｗ２の環状の溝Ｖを上部溶接電極７の環状の突起部７Ａに位置合わせして支承させたときに、図５に示すように、第２の被溶接物Ｗ２の環状の溝Ｖの底面Ｖａが環状の突起部７Ａの頂部７ａに当接すると共に、第２の被溶接物Ｗ２の溝Ｖの円錐状のテーパー面Ｔａは突起部７Ａのテーパー面Ｔｂに当接する。このとき、それ以外の部分は僅かな間隙、例えば環状の溝Ｖの深さの数分の一から１／１０程度の微小間隙を有してもよいし、互いに接触しあってもよい。
【００３８】
上部溶接電極７が下降、又は下部溶接電極８が上昇して第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間の間隔がなくなると、先ず第１の被溶接物Ｗ１の上面に第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰの頂部が接触し、加圧がかかる。更に加圧力が所定値まで増大すると、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰも上部溶接電極７に密接する形で幾分変形するが、この状態のときに第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを介して上部溶接電極７と下部溶接電極８との間を前述のようなパルス状の溶接電流が流れる。このパルス状の溶接電流の通電は、実施形態１でも同じであるが、溶接電極７、８間の加圧力（鍛圧）によって環状のプロジェクションＰが圧潰しない内に行われる。パルス状の溶接電流は先ず、環状のプロジェクションＰに集中して流れ、環状のプロジェクションＰ及び第１の被溶接物Ｗ１の当接部分が塑性流動を始める。これに伴い、加圧力によってそれら塑性流動を始めた部分は沈み込み、環状のプロジェクションＰの外側の近接部分、内側の面域も塑性流動を始めて抵抗溶接が行われるので、良好な溶接強度が得られる。このような環状のプロジェクションＰであっても、実施形態１と全く同様な効果が得られる。
【００３９】
[実施形態３]
次に、図６によって第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２の短幅が狭い場合に特に適した抵抗溶接装置について説明する。図６において、図１ないし図５で用いた記号と同じ記号はそれら図面で用いた名称と同じ名称の部材を示すものとする。この実施形態３でも、第１の被溶接物Ｗ１はアルミニウム材料からなるものとし、第２の被溶接物Ｗ２は銅材料からなるものとする。第２の被溶接物Ｗ２は図１に示したような構造を有するものとし、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との短幅はほぼ同じで、Ｄであるとする。
【００４０】
実施形態１、２で述べたように、パルス状の溶接電流のパルス幅が例えば３０ｍｓ以下と小さくても、環状のプロジェクションＰの当接部分及びその近傍部分は塑性流動することについては既に説明した。入熱する時間が短くても、環状のプロジェクションＰの当接部分及びその近傍部分を塑性流動させた熱は、熱伝導の良好な第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを伝わり、環状のプロジェクションＰの当接部分及びその近傍の塑性流動した部分だけでなく、それらの周囲の部分を塑性流動させることがある。この塑性流動の程度は拡散接合が行われるほどでないが、特に第２の被溶接物Ｗ２に比べて塑性流動温度の低い第１の被溶接物Ｗ１の短幅が小さい場合には、抵抗溶接箇所における短幅方向の端まで塑性流動することがあり、この状態では上部溶接電極７と下部溶接電極８との間の加圧力（鍛圧）によって短幅方向の端が拡がることがある。この短幅方向の端が拡がるのを防止することによって、被溶接物の形状が変化するのを防ぐことができ、かつ均一な塑性流動が行われるので拡散強度を低下させずに済むからである。
【００４１】
したがって、実施形態３の抵抗溶接装置では第１被溶接物Ｗ１又は第２の被溶接物Ｗ２の短幅が拡大するのを防ぐ幅拡大抑制部材６０を備えている。幅拡大抑制部材６０は大別して第１の抑制治具６１、第２の抑制治具６２、及び直動駆動部材６３とからなる。第１の抑制治具６１は下部溶接電極８上に固定されており、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２の長手方向、つまり長幅方向（紙面の表裏方向）に延びている。第１の抑制治具６１は、少なくとも第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに当接する面の高さが、図示のように第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との厚みの和よりも低く、上部溶接電極７と下部溶接電極８とが第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに所定の加圧力をかける妨げとはならない。第１の抑制治具６１と第２の抑制治具６２とは黄銅などの金属材料又は無機質材料などからなる。第２の抑制治具６２は第１の抑制治具６１と同様なものであるが、下部溶接電極８上を図６で左右方向に移動できるようになっている点が第１の抑制治具６１と異なる。第２の抑制治具６２は、シリンダ部材又はモータ駆動部材などからなる直動駆動部材６３によって駆動される。なお、第１の抑制治具６１と第２の抑制治具６２とが導電材料からなる場合には第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに当接する面は不図示の電気絶縁材料で被覆されていることが好ましい。
【００４２】
次にこの装置の動作について説明すると、初期には、上部溶接電極７は上方の原位置に停止しており、直動駆動部材６３は第２の抑制治具６２を図面で左方向の原位置に停止させている。この幅拡大抑制部材６０を動作せる必要がある場合は、特に下記のような条件のときである。図１を用いて説明すると、第１の被溶接物Ｗ１の短幅Ｄが第２の被溶接物Ｗ２に形成された環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄのほぼ３倍よりも小さい場合、特に２倍程度よりも小さな場合には、前述したような理由から、第２の被溶接物Ｗ２に比べて溶融温度の低い第１の被溶接物Ｗ１の溶接部分に対応する短幅全体が塑性流動するために短幅方向に拡がるおそれが大きいので、幅拡大抑制部材６０を動作させることが有効である。説明を元に戻ると、図６のように、環状のプロジェクションＰを下側にして第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを積み重ね、それらの短幅を紙面の左右方向にして下部溶接電極８上に載置する。次に、直動駆動部材６３を駆動してその直動部６３Ａを前進（図６の左方向）させることによって、第２の抑制治具６２を押して図６の左方向に移動させ、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２の図面右側の側面に第２の抑制治具６２を当接させる。
【００４３】
この動作によって、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との位置合わせ、及び下部溶接電極８上の位置決めも行うことができる。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２の図面右側の側面に対する第２の抑制治具６２の当接状態は、第２の抑制治具６２がある力で第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを図面右側に押し付けていてもよいし、あるいは接触している状態でもよい。ただし、接触しているだけの場合には、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とが短幅方向に広がるのを防止しなければならないので、第２の抑制治具６２は静止状態でも図６で右側方向に設定値以上の力を受けない限り、右方向に動かない逆方向移動抑制機能を有するものでなければならない。したがって、幅拡大抑制部材６０を用いれば、第２の被溶接物Ｗ２に比べて溶融温度（融点）が低い第１の被溶接物Ｗ１の短幅Ｄが第２の被溶接物Ｗ２に形成された環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄのほぼ３倍よりも小さい場合でも、第１の被溶接物Ｗ１が短幅方向に拡がって変形することは無い。
【００４４】
実施形態３では、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との短幅がほぼ等しいものとして説明したが、第１の被溶接物Ｗ１の短幅Ｄが環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄのほぼ３倍よりも小さく、第２の被溶接物Ｗ２の短幅がそれよりも大きな場合もあり、この場合には、第１の抑制治具６１と第２の抑制治具６２とは第２の被溶接物Ｗ２に接触しないように、第１の被溶接物Ｗ１の厚みよりも低いことが望まれる。また、第２の被溶接物Ｗ１の短幅Ｄが環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄよりも幾分大きく、かつ第１の被溶接物Ｗ１の短幅が環状のプロジェクションＰの環状直径又は環状幅ｄのほぼ３倍よりも大きな場合もあるが、この場合には、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを上下逆にして、第２の被溶接物Ｗ１の短幅Ｄを前述のようにして第１の抑制治具６１と第２の抑制治具６２とで両側から抑えればよい。なお、短幅が決まっている第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを溶接する場合には、直動駆動部材６０を用いずに、上部溶接電極７、下部溶接電極８が第１の抑制治具６１と第２の抑制治具６２とを兼ねる構造になっていてもよい。この場合には、紙面の表裏方向から第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを出し入れする電極構造とすれば便利である。特に、上部溶接電極７、下部溶接電極８それぞれに容易に着脱できる電極チップを用い、これら電極チップが第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを出し入れできる構造になっていれば、より実用性が高くなる。
【００４５】
以上述べたいずれの実施形態でも銅材料に環状のプロジェクションＰを設け、銅材料側は環状のプロジェクションＰの先端部分から途中まで一部分が塑性流動して拡散接合される例について述べたが、環状のプロジェクションＰがほぼ根元まで、つまり環状のプロジェクションＰのほぼ全体が塑性流動してもよい。この場合には、環状のロジェクションＰに沿って内外に溝を設けるか、あるいはプロジェクションＰに囲まれた面域Ａには凹所を設け、環状のロジェクションＰが塑性流動して外側、内側に押し出された塑性流動部分を受け入れる構造とした方が好ましい溶接結果を得ることができる。また、以上の実施形態では、いずれも抵抗溶接が極めて困難であるといわれているアルミニウム材料からなる第１の被溶接物Ｗ１と銅材料からなる第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接について述べたが、本発明の方法及び装置は他の異種金属同士の溶接、あるいは同種の金属材料の抵抗溶接にも適用することができるのは勿論のことである。そして、これら被溶接物についても溶接強度を向上させることができる。なお、銅材料とアルミニウム材料との異種金属同士の溶接の他に、他の異種金属同士の抵抗溶接（拡散接合）においても、前述の環状のプロジェクションＰを塑性流動温度が高い側の被溶接物に形成することが好ましい。また、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とは、以上述べた実施形態とは上下逆に配置して溶接を行っても勿論よい。また、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを上部溶接電極７に支承させ、かつ上部溶接電極７側に幅拡大抑制部材６０を備えても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法を説明するための被溶接物を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る抵抗溶接方法を実現するための抵抗溶接装置の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る抵抗溶接方法を説明するための図ある。
【図６】本発明の実施形態３に係る抵抗溶接装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｗ１・・・第１の被溶接物
Ｗ２・・・第２の被溶接物
Ｐ・・・環状のプロジェクション
Ａ・・・環状のプロジェクションに囲まれた第２の被溶接物の面域
Ｖ・・・環状の溝
Ｖａ・・・環状の溝の底部
Ｔａ・・・被溶接物の環状の溝のテーパー面
Ｔｂ・・・溶接電極のテーパー面
１・・・ベース部材
２・・・支持機構
３・・・加圧機構
４・・・可動ブロック
５・・・加圧補助部材
６・・・支持部材
７・・・上部溶接電極
８・・・下部溶接電極
９・・・Ｌ字形の中間接続部材
１０・・・第１のフレキシブル導電部材
１１・・・第２のフレキシブル導電部材
１２、１３・・・給電導体
１４・・・溶接トランス
１５・・・放電回路
１６・・・エネルギー蓄積用コンデンサ
１７・・充電回路
６０・・・幅拡大抑制部材
６１・・・第１の抑制治具
６２・・・第２の抑制治具
６３・・・直動駆動部材
６３Ａ・・・直動駆動部材の直動部
【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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