(57)【要約】 【課題】  抵抗溶接において、シリーズ溶接での溶接強度のばらつきを低減し、ダイレクト溶接装置での低い生産性を向上させるダイレクト溶接装置を提供する。【解決手段】  溶接電源１と、第一、第二加圧機構４、５と、第一、第二上部電極６、７および第一、第二下部電極１２、１３を有し、電気的に直列に接続されていることを特徴とするダイレクト溶接装置である。【選択図】  図１
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【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ダイレクト溶接装置であって、同一面上に配置された２つ以上の上部電極と、上部電極と同じ数の下部電極と、前記上部電極と下部電極の間に溶接材料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ダイレクト溶接装置。
【請求項２】
前記溶接電源、２つ以上の上部電極および上部電極と同じ数の下部電極が、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のダイレクト溶接装置。
【請求項３】
２つ以上の極小箇所にスポット溶接を行う多点のダイレクト溶接方法であって、同一面上に配置された２つ以上の上部電極と上部電極と同じ数の下部電極との間に溶接材料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溶接電源を用い、２つ以上の上部電極とそれぞれの下部電極との間に溶接電流を流す工程と、を有することを特徴とするダイレクト溶接方法。
【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ダイレクト溶接装置およびその溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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点などの抵抗溶接が用いられている抵抗溶接の種類として、シリーズ溶接とダイレクト溶接等がある。シリーズ溶接の場合、１つの溶接電源と、溶接する材料を加圧し、設定された加圧力で溶接電源に溶接スタートの信号を発生させる加圧機構と、加圧機構に接続された２つの上部電極、および１つの下部電極から構成されている。
【０００３】
図３は、シリーズ溶接装置を説明する図であり、溶接部２３を拡大したのが図４であり、溶接電源１と、加圧機構２１と、第一、第二上部電極６、７および下部電極２２から構成されている。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】
外部トリガなどで、シリンダーが動作し、加圧機構２１を下方向に下げていくと、第一、第二上部電極６、７は、第一溶接材料８に接触し、加圧される。加圧力が設定値になると、加圧機構２１より溶接電源１に信号が伝わり、溶接電流が流れる。電流が流れるルートは、第一端子２、第一上部電極６、第一溶接材料８、第二溶接材料９、下部電極２２、第二溶接材料９、第一溶接材料８、第二上部電極７、第二端子３の順となる。
【０００５】
このとき、第一溶接材料８および第二溶接材料９は２箇所に電流を流され、抵抗を生じるため、２箇所でナゲット（図示せず）が形成され、１回の溶接工程で、２点の溶接が可能であり、例えば特許文献１に開示されている。
【０００６】
ダイレクト溶接の場合、１つの溶接電源と、溶接する材料を加圧し、設定された加圧力で溶接電源に溶接スタートの信号を発生させる加圧機構と、加圧機構に接続された１つの上部電極、および１つの下部電極から構成されている。
【０００７】
図５は、従来のダイレクト溶接装置を説明する図であり、溶接部２７を拡大したのが図６であり、溶接電源１と、加圧機構２１と、上部電極２６、および下部電極２２から構成されている。このような溶接装置により、１点ずつ抵抗溶接を行う。
【０００８】
外部トリガなどで、シリンダーが動作し、加圧機構２１を下方向に下げていくと、上部電極２６は、第一溶接材料８に接触し、加圧される。加圧力が設定値になると、加圧機構２１より溶接電源１に信号が伝わり、溶接電流が流れる。電流が流れるルートは、第一端子２、上部電極２６、第一溶接材料８、第二溶接材料９、下部電極２２、第二端子３の順となる。
【０００９】
このとき、第一溶接材料８および第二溶接材料９は１箇所に電流を流され、抵抗を生じるため、ナゲット（図示せず）が形成され、１回の溶接工程で、１点の溶接が可能であり、例えば特許文献２に開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３４１４６号公報
【特許文献２】特開平１−２４５９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の工法で２点を同時に溶接するシリーズ溶接では、無効電流が大きく、接合する部材表面が汚れ、表面の粗さ、平坦度等で接触が悪くなっている場合に、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、所望の溶接強度が出ない場合があり、安定した工程能力を得るためには、定期的なメンテナンスが必要であった。また、溶接環境条件が悪い場合は最悪、溶接が出来ない、溶接がはずれる等の問題点があった。
【００１２】
また、ダイレクト溶接では、無効電流が流れないため、溶接強度は安定するが、シリーズ溶接のように２点を同時に溶接することが出来ず、１点ずつ溶接していたので、溶接時間が掛かり、ラインでのタクトを増大させるという問題点があった。
【００１３】
本発明の技術的課題は、１回の溶接工程で２点以上を同時に溶接し、かつ安定して溶接できるダイレクト溶接装置および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】
【００１４】
本発明のダイレクト溶接装置は、２つ以上の極小箇所にスポット溶接を行う多点のダイレクト溶接装置であって、同一面上に配置された２つ以上の上部電極と、上部電極と同じ数の下部電極と、前記上部電極と下部電極の間に溶接材料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溶接電流を流すための電源部とを備える。
【００１５】
また、本発明のダイレクト溶接装置は、溶接電源、２つ以上の上部電極および上部電極と同じ数の下部電極が、電気的に直列に接続されているとよい。下部電極の数は、上部電極と同じ数だけ設けることにより、無効電流が発生せず、特性上好ましい。
【００１６】
本発明のダイレクト溶接方法は、２つ以上の極小箇所にスポット溶接を行う多点のダイレクト溶接方法であって、同一面上に配置された２つ以上の上部電極と上部電極と同じ数の下部電極との間に溶接材料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溶接電源を用い、２つ以上の上部電極とそれぞれの下部電極との間に溶接電流を流す工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、１回の溶接工程で２点以上を同時に溶接できるので生産性が高く、かつ安定して溶接できるので信頼性が高いダイレクト溶接装置および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】
【００１８】
本発明のダイレクト溶接装置は、２つ以上の極小箇所にスポット溶接を行う多点のダイレクト溶接装置であって、同一面上に配置された２つ以上の上部電極と、上部電極と同じ数の下部電極と、前記上部電極と下部電極の間に溶接材料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溶接電流を流すための電源部とを備え、電気的に直列に、溶接電流が流れるように接続されている。
【００１９】
該上部電極は、アルミナ分散銅、クロム銅などの銅や銀など電気伝導率の大きい金属を主材料とし、該下部電極は、上部電極と同様な金属を材料とするのが良い。
【００２０】
該上部電極の数は２つ以上あり、該下部電極は上部電極の数と同じ数あるのが設計上好ましい。
【００２１】
溶接電源の端子ケーブルおよび下部電極ケーブルは、φ２ｃｍ程度の太い銅ケーブルであることが設計上好ましい。該加圧機構は、外部トリガにて、加圧機構に接続されたシリンダーが上下し、該上部電極と該下部電極を加圧できるのが良い。
【００２２】
ダイレクト溶接装置について図１を参照して説明する。図１に示すようにダイレクト溶接装置は、溶接電源１と、溶接する材料を加圧し、設定された加圧力で溶接電源１に溶接スタートの信号を発生させる第一、第二加圧機構４、５と、第一、第二上部電極６、７および第一、第二下部電極１２、１３から構成されており、第一端子２は第一加圧機構４と、第二端子３は第二加圧機構５と、第一下部電極１２は第二下部電極１３と、それぞれケーブルで電気的に接続されている。図２は、図1の溶接部１８を拡大したものである。
【００２３】
溶接電源１の第一、第二端子２、３は、φ２ｃｍ程度の太い銅ケーブル（第一、第二端子ケーブル１５、１６）で、それぞれ第一、第二加圧機構４、５に接続されている。
【００２４】
第一、第二上部電極６、７および第一、第二下部電極１２、１３は、アルミナ分散銅で出来ており、ダイレクト溶接装置は、ケーブルによって電気的に直列に接続されている。
【００２５】
第一、第二加圧機構４、５は、外部トリガにて、第一、第二加圧機構４、５に接続されたシリンダー（図示せず）が上下し、第一、第二上部電極６、７と第一、第二下部電極１２、１３を加圧できる機構を持つ。この構成においては、第一溶接材料８と第二溶接材料９が、第三溶接材料１０と第四溶接材料１１がそれぞれ溶接される。
【００２６】
溶接電源１には、電圧、時間、電流等溶接材料を溶接するのに最適な条件がプリセットされている。外部トリガ、例えばフットスイッチなどでシリンダーが動作し、第一、第二加圧機構４、５を下方向に下げていく。第一、第二上部電極６、７は、第一、第三溶接材料８、１０に接触し、加圧される。加圧力が設定値になったとき、第一、第二加圧機構４、５より、溶接電源１に信号が伝わり、溶接電流が流れる。電流が流れるルートは、第一端子２、第一端子ケーブル１５、第一上部電極６、第一溶接材料８、第二溶接材料９、第一下部電極１２、下部電極ケーブル１７、第二下部電極１３、第四溶接材料１１、第三溶接材料１０、第二上部電極７、第二端子ケーブル１６、第二端子３の順となる。溶接電源１に交流電源を使用した場合であれば、ルートは、この逆もある。
【００２７】
このとき、第一、第二溶接材料８、９と第三、第四溶接材料１０、１１は、電流を流され、かつ第一、第二溶接材料８、９間と第三、第四溶接材料１０、１１間に抵抗を生じるため、２箇所で第一、第二ナゲット１９、２０が形成され、１回の溶接工程で、２点の溶接が可能となる。
【００２８】
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、それぞれの上部電極とそれに対応する下部電極との間に、直列に溶接電流を流すと良い。
【実施例】
【００２９】
以下に本発明の実施例を詳述する。
【００３０】
（実施例１）
本発明の実施例１としてダイレクト溶接装置について図１を参照して説明する。第一〜第四溶接材料８〜１１には、それぞれ厚さ１．３ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ２０ｍｍのＮｉタブを使用した。第一、第二上部電極６、７にはφ１．３ｍｍのアルミナ分散銅を、第一、第二下部電極１２、１３にはφ３．０ｍｍのアルミナ分散銅を使用したが、クロム銅などを使用しても良い。
【００３１】
図３は、シリーズ溶接装置を説明する図であり、図４は、図３の溶接部２３を拡大したものである。第一、第二溶接材料８、９と、第一、第二上部電極６、７および下部電極２２には、図１と同じものを使用した。
【００３２】
表１は、図１および図３の溶接装置により、それぞれ１０回溶接した時の溶接強度を測定した結果を示したものである。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１より、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。
【００３５】
シリーズ溶接装置および本発明の第一、第二上部電極６、７は同一径（φ１．３ｍｍ）である。シリーズ溶接装置での溶接強度は、２点あたりの溶接強度であり、本発明での溶接強度は、１点あたりの溶接強度である。図４に示すように、電流を流して溶接する際に、溶接に寄与しない無効電流２４が発生するため、１点あたりの溶接強度は、シリーズ溶接装置と比較して高く、約２倍であることがわかった。
【００３６】
図５は、従来のダイレクト溶接装置を説明する図であり、図６は、図５の溶接部２７を拡大したものである。図５のダイレクト溶接装置では、安定した溶接が期待できるが、１回の溶接工程で１点しか溶接できないため、２点溶接する場合は、溶接、移動、溶接という工程が必要であり、本発明のダイレクト溶接装置の場合、生産性が２倍以上であることがわかる。
【００３７】
図５の溶接装置により１０回溶接した時の溶接強度を測定したところ、標準偏差は０．９３となった。本発明のダイレクト溶接による溶接強度の標準偏差は、表１に示すように、従来のダイレクト溶接とほぼ同じなので、安定した溶接ができるという利点を損なうことはない。
【００３８】
従来のダイレクト溶接装置において、溶接工程のサイクルタイムを短くする必要がある場合には、従来のダイレクト溶接装置を２セット用意しなければならないため、設備投資が増えるが、本発明では、その必要がない。また、従来のダイレクト溶接装置が２セットになると、電力が大きくなり、本発明の方が、電力消費の抑制が可能であることがわかる。
【００３９】
（実施例２）
図７は、本発明のダイレクト溶接装置を説明する図２に相当する部分である。第一溶接材料８には幅３ｍｍ、長さ１３ｍｍのスリットが設けられている以外の構造は実施例１と同様にしてダイレクト溶接装置を作製し、溶接強度を測定した。
【００４０】
図７の溶接装置により１０回溶接した時の溶接強度を測定したところ、標準偏差は１．０８および１．１４となった。本発明のダイレクト溶接による溶接強度の標準偏差は、シリーズ溶接より小さいので、安定した溶接ができることがわかった。
【００４１】
（実施例３）
図８は、本発明のダイレクト溶接装置の溶接部を説明する図２に相当する部分である。第二溶接材料９は厚さを０．０２ｍｍにした以外の構造は実施例１と同様にしてダイレクト溶接装置を作製し、溶接強度を測定した。
【００４２】
図８の溶接装置により１０回溶接した時の溶接強度を測定したところ、標準偏差は１．３４および１．４３となった。本発明のダイレクト溶接による溶接強度の標準偏差は、シリーズ溶接より小さいので、安定した溶接ができることがわかった。
【００４３】
以上の実施例１〜３の結果を総合して考慮すれば、１回の溶接工程で２点を同時に溶接できるので生産性が高く、かつ安定して溶接できるので信頼性が高いダイレクト溶接装置の提供が可能となったことがわかる。従来のダイレクト溶接装置において、溶接工程のサイクルタイムを短くする必要がある場合、設備投資が増え、電力が大きくなるが、本発明では、設備投資の必要がなく、電力消費の抑制が可能であることがわかる。
【００４４】
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、例えば第一溶接材料の抵抗値を上げる等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】
【００４５】
【図１】本発明によるダイレクト溶接装置を説明する図。
【図２】本発明によるダイレクト溶接装置の溶接部の拡大図。
【図３】シリーズ溶接装置を説明する図。
【図４】シリーズ溶接装置の溶接部の拡大図。
【図５】従来のダイレクト溶接装置を説明する図。
【図６】従来のダイレクト溶接装置の溶接部の拡大図。
【図７】実施例２によるダイレクト溶接装置の溶接部を説明する図。
【図８】実施例３によるダイレクト溶接装置の溶接部を説明する図。
【符号の説明】
【００４６】
１    溶接電源
２    第一端子
３    第二端子
４    第一加圧機構
５    第二加圧機構
６    第一上部電極
７    第二上部電極
８    第一溶接材料
９    第二溶接材料
１０    第三溶接材料
１１    第四溶接材料
１２    第一下部電極
１３    第二下部電極
１４    基板
１５    第一端子ケーブル
１６    第二端子ケーブル
１７    下部電極ケーブル
１８、２３、２７    溶接部
１９    第一ナゲット
２０    第二ナゲット
２１    加圧機構
２２    下部電極
２４    無効電流
２５    溶接時に必要な電流
２６    上部電極
２８    スリット
【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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