JP2008110397A - 高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
銅又はアルミニウムからなる高導電性被溶接物同士でも簡単にプロジェクション溶接が可能な溶接方法を提供すること。
【解決手段】
第１、第２の高導電性被溶接物の間に溶接電流を流して抵抗溶接するプロジェクション溶接方法において、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物はそれぞれプロジェクションを有し、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物とを前記プロジェクションが対向するように向かい合わせ、前記プロジェクション同士の間に、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物の金属材料と同一の金属材料からなる高導電性金属薄板を介在させ、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、弾力性を含む加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電性が非常に高い銅部材又はアルミニウム部材などの高導電性被溶接物部材を簡単に接合するのに適したプロジェクション溶接方法に関する。

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部材、又は鉄系材料とアルミニウム部材料など、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。また、同種の金属材料同士の抵抗溶接でも、導電率が非常に良好な銅部材と銅部材同士の接合、又はアルミニウム部材とアルミニウム部材同士、あるいは銅部材とアルミニウム部材との接合なども同様の手段で行われていることが多いが、このような接合方法では、導電率が非常に良好な銅部材、アルミニウム部材を用いるという用途から見て、それらの接合部の抵抗を無視できるほどには小さくできない。このような理由もあって、導電率が非常に良好な銅部材同士、アルミニウム部材同士、又は銅部材とアルミニウム部材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部材とアルミニウム部材との抵抗溶接を可能にする改良技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、銅部材とアルミニウム部材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部材の接合表面にスズ膜を形成し、更に処理を行ってその銅部材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部材とを接触させ、その固溶生成させたスズ被覆層を銅部材とアルミニウム部材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。この溶接方法を実現するのは、コンデンサ式溶接機ではなくインバータ式溶接機を用いて、高周波の溶接電流を銅部材とアルミニウム部材とに流し、銅部材とアルミニウム部材との接合部を溶融させ、溶融した銅とアルミニウムとを互いに混じり合わせたナゲットを形成して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、及び抵抗溶接装置が既に報告されている（例えば、特許文献２〜５参照）。また、拡散接合時にアルミニウム又はマグネシウムなどの接合面の酸化膜や汚れを除去する酸洗いなどの前処理を不要にするために、被溶接物双方にプロジェクションを形成し、それらプロジェクションの頂部同士を当接させて溶接する方法も開示されている（例えば、特許文献６参照）。
特開２００１−０８７８６６公報 特開平０８−１１８０４０号公報 特開平１０−１２８５５０号公報 特開平１０−１５６５４８号公報 特開平１１−０３３７３７号公報 特開２００２−１０３０５６公報

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、銅部材の接合表面にスズを形成し、銅部材とアルミニウム部材との接合部にナゲットを形成する溶接方法であるので、溶接前に銅又はアルミニウムよりも抵抗の大きな低融点金属膜であるスズ膜を形成しなければならない。このことはスズ膜をメッキなどで形成する工程が必要であること、及び銅部材とアルミニウム部材との接合部にスズが混入するために、接合部での抵抗が大きくなるという欠点がある。また、相互の金属が溶融することによって形成されるナゲットの熱によって接合部の周囲のスズがチリとなって飛散するという問題点がある。また、溶接電流の通電時間が長いので、溶接部での発熱が大きく、溶接部だけでなくその周囲が変色したり、変形が大きくなるなどの問題もある。

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、特に銅部材と銅部材、又はアルミニウム部材とアルミニウム部材、あるいは銅部材とアルミニウム部材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安定な接合強度が得られない。また、前掲の特許文献６に記載されているように、銅部材とアルミニウム部材との双方にプロジェクションを設けて互いに突合せて溶接しても、アルミニウム部材に比べて銅部材の塑性流動化が遅いために安定な接合結果は得られず、また、プロジェクション同士を合致させるのは技術的に面倒な問題があり、特許文献６に記載されている抵抗溶接方法を実際の製造ラインに採用することは、今のところコスト的な面などで難しい場合が多い。

本発明は前述の問題点を解決し、拡散接合面にスズ膜のような低融点金属膜を形成することなく、銅部材又はアルミニウム部材のように導電率が非常に高い高導電性被溶接物同士を接合部の抵抗を増やすことなく従来の抵抗溶接装置でもって容易に接合でき、安価に接合強度及び外観など溶接品質の高い接合結果が得られる実際的な拡散接合を提供することを主目的としている。

第１の発明は、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法において、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物はそれぞれプロジェクションを有し、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物とを前記プロジェクションが対向するように向かい合わせ、前記プロジェクション同士の間に、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物の金属材料と同一の金属材料からなる高導電性金属薄板を介在させ、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、弾性的加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

第２の発明は、前記第１の発明において、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法において、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物の金属材料と同一の金属材料からなり、かつ両面にプロジェクションを有する高導電性金属薄板を介在させ、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、弾性的加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

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、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物は銅又はアルミニウムの金属材料からなり、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物とが同種又は異種の前記金属材料からなることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

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、前記高導電性金属薄板は、１枚又は複数枚重ねられたものからなることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

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、前記高導電性金属薄板は、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間から外部に延びて、第３の高導電性被溶接物として作用することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

第６の発明は、前記第１の発明、又は前記第３の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、高導電性金属薄板は高導電性金属箔を複数枚重ねたものからなり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物の前記プロジェクションはリング状のプロジェクションであり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物におけるそれぞれの前記リング状のプロジェクションに囲まれた部分に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属箔の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

第７の発明は、前記第１の発明、又は前記第３の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、高導電性金属薄板は高導電性金属箔を複数枚重ねたものからなり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物は、それぞれの前記リング状のプロジェクションの周囲に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属箔の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供するものである。

第８の発明は、前記第１の発明、又は前記第３の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、高導電性金属薄板は高導電性金属箔を複数枚重ねたものからなり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物は、それぞれの前記リング状のプロジェクションの内側と外側の近傍に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属箔の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

第９の発明は、前記第１の発明、又は前記第３の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物の前記プロジェクションはリング状のプロジェクションであり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物におけるそれぞれの前記リング状のプロジェクションに囲まれた部分に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属薄板の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法を提供する。

前記第１の発明によれば、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物とをそれらに形成されたプロジェクションを向かい合わせ、これらプロジェクション同士の間に、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物の金属材料と同一の金属材料からなる高導電性金属薄板を介在させ、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、弾性的加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電しているので、前記第１の高導電性被溶接物のプロジェクションと高導電性金属薄板の一方の面で良好に拡散接合が行われ、前記第２の高導電性被溶接物のプロジェクションと高導電性金属薄板の他方の面で良好に拡散接合が行われるために、従来のプロジェクション溶接装置であっても第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物とを簡便にかつ良好にプロジェクション溶接することができ、接合強度が高く、溶接部の外観に優れ、溶接部の抵抗が大きくならないなど溶接品質の高い接合結果を得ることができる。

前記第２の発明によれば、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、両面にプロジェクションを有する銅又はアルミニウムからなる高導電性金属板を介在させ、弾性力を含む加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電しているので、前記第１の高導電性被溶接物と高導電性金属薄板の一方側のプロジェクションとの間で良好に拡散接合が行われ、前記第２の高導電性被溶接物と高導電性金属薄板の他方側のプロジェクションとで良好に拡散接合が行われるために、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物とを高導電性金属薄板を介して良好にプロジェクション溶接することができ、接合強度が高く、溶接部の外観に優れ、溶接部の抵抗が大きくならないなど溶接品質の高い接合結果を得ることができる。

また、前記第３の発明によれば、前記第１の発明又は前記第２の発明で得られる効果の他に、銅部材又はアルミニウム部材などの高導電性被溶接物を銅部材同士又はアルミニウム部材同士、あるいは銅部材とアルミニウム部材とをプロジェクション溶接することができる。

また、前記第４の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第３の発明で得られる効果の他に、高導電性金属薄板を複数の銅箔又はアルミニウムの箔から構成することができるので、接合部となる面域の接触抵抗が大きくなり、銅部材同士又はアルミニウム部材同士、あるいは銅部材とアルミニウム部材とをプロジェクション溶接することができるのは勿論のこと、複数の第３の高導電性被溶接物とすることができる。

前記第５の発明によれば、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物との間から外部に延びる前記高導電性金属薄板を、第３の高導電性被溶接物とすることができるので、使用目的に応じて第３の高導電性被溶接物の形状や大きさを決めれば、用途を広げることができる。

前記第６の発明ないし前記第８の発明によれば、前記高導電性金属板が複数の、特に多数の高導電性金属箔を重ねたものからなる場合には、拡散接合時に接合部が組成流動化するために高導電性金属箔の接合部周辺が変形して盛り上がり、この盛り上がりが接合強度に悪影響を与えるので、これら高導電性金属箔の盛り上がりを収容する凹所をプロジェクションの近傍に備えているので、多数の高導電性金属箔を良好に拡散接合することができる。特に、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物にリングプロジェクションが形成されている場合には、リングプロジェクションの内側に位置する高導電性金属箔部分は変形によって大きく盛り上がるが、塑性流動化されたプロジェクション部分を受け入れる従来の溝よりも大きな容積の凹所を備えており、前記高導電性金属箔の盛り上がりを前記凹所が収容するので、複数の高導電性金属箔の変形による盛り上がりの悪影響を受けることなく良好な接合強度を得ることができる。

前記第９の発明によれば、第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物にリングプロジェクションが形成されている場合には、前記高導電性金属箔よりも厚みのある薄板などであってもリングプロジェクションの内側に位置する高導電性金属薄板部分が変形によって盛り上がることがあるが、塑性流動化されたプロジェクション部分を受け入れる従来の溝よりも大きな容積の凹所を備えているので、高導電性金属薄板の変形による盛り上がりの悪影響を受けることなく良好な接合強度を得ることができる。

[実施形態１]
図１によって本発明に係るプロジェクション溶接方法の実施形態１について説明する。先ず、本発明が適用できる範囲は極めて難しいとされている銅又は銅合金同士のプロジェクション溶接（本発明では、プロジェクション溶接又は抵抗溶接は拡散接合と同意義である。）を例として以下に説明する。本明細書においては、「銅部材」とは「銅又は銅合金」を意味し、「アルミニウム部材」とは「アルミニウム又はアルミニウム合金」を意味する。銅部材又はアルミニウム部材は、一般に鋼板やステンレス材料に比べて導電率が高いので、銅部材同士又はアルミニウム部材同士、あるいは銅部材とアルミニウム部材とのプロジェクション溶接は特に難しいとされており、実施形態１を説明する前にこの点について説明する。以下では銅部材について述べる。

金属材料の抵抗溶接は、溶接電流が流れるときに金属材料の有する抵抗及び双方の金属材料の当接面での接触抵抗が生じる発熱によって双方の金属材料の当接面で塑性流動、つまり軟化が起こり、接合が行われる。しかしながら、銅部材の抵抗及び銅部材同士の接触抵抗は極めて小さいためにその抵抗により発熱する発熱量が不足し、要求される接合強度が極めて小さい場合を除いて、満足の行く抵抗溶接結果を得るのは難しいというのが大きな理由である。要求される接合強度が極めて小さい拡散接合は可能であっても、現実に要求される接合強度を満足するには、高導電性被溶接物である銅部材の接合部の形状や表面状態（接触抵抗）、溶接電流の条件、溶接装置の諸々の特性など種々の制約が厳しい上に、予めスズ膜のような低融点金属膜を形成しておかなければならないために実際の製造ラインに適用することは難しかった。

例えば、銅部材が純銅であるとすれば、広く使用されている銅合金からなる溶接電極の抵抗率は銅部材よりも高くなるので、銅部材における発熱よりも溶接電極での発熱の方が当然に大きくなり、銅部材間の接触抵抗と溶接電極と銅部材との接触抵抗とがほぼ同じであるとすれば、銅部材間の接合よりも溶接電極と銅部材との間で接合が起こり易いという不都合が生じる。実際の連続する溶接工程では、溶接電極の表面は僅かながらに汚れが進むので、この傾向はますます起こりやすい状況になる。このことは、銅部材が数ｍｍ以下の厚みの薄板、特に２ｍｍ程度以下の薄板の場合、銅部材の厚み方向の抵抗が極めて小さくなるために顕著であり、銅部材のプロジェクション、溶接電流波形、抵抗溶接装置などの諸条件を選定しても、銅部材同士の接合面にスズ膜のような比較的抵抗の大きな低融点金属膜が介在しなければ、安定性も含めて満足の行く溶接結果は得られなかった。実施形態１では、従来のように銅部材同士の接合面にスズ膜のような抵抗値の大きな低融点金属膜を形成せずに、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間に高導電性金属薄板Ｗ３を介在させ、その間の接触抵抗を増大させることに特徴がある。この接触抵抗は、接合後には当然にゼロとなるので、接合部の抵抗を増やすことはない。

図１において、銅部材である第１の被溶接物Ｗ１の片面にはプロジェクションＰ１が形成されている。プロジェクションＰ１は通常のプロジェクションでよいが、その高さは後述の中間部材となる高導電性金属薄板の厚みによって異なる。通常、プロジェクションの高さの上限はプロジェクションの造り易さから決まり、１ｍｍ強程度である。銅部材である第２の被溶接物Ｗ２の片面にも、プロジェクションＰ１と同様なプロジェクションＰ２が形成されている。プロジェクションＰ１、Ｐ２は一般的な構造のリングプロジェクションでも勿論よい。プロジェクションの面積は要求される接合強度などの条件によって決まり、要求される接合強度が得られる大きさであるので様々である。

第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２との間には、銅部材からなる高導電性金属薄板Ｗ３が介在している。実施形態１の高導電性金属薄板Ｗ３の幅、長さは特に制限されず、溶接工程で取り扱い易いものであればよい。この実施形態１のプロジェクション溶接方法では、銅部材からなる第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２との間に銅部材からなる高導電性金属薄板Ｗ３を挟み、所定の加圧力を加えた状態で、その加圧力の応答性が高速のプロジェクション溶接装置、例えば後で説明する図５に示すような抵抗溶接装置によって、短時間に大電流を通電し、高導電性金属薄板Ｗ３を介して第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを接合する。

溶接電極１と２との間に挟まれている初期の状態では、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１の先端が高導電性金属薄板Ｗ３の一方の面に当接し、第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２の先端が高導電性金属薄板Ｗ３の他方の面に当接している。この状態で、図示していない加圧機構が溶接電極１と２との間に加圧力をかけ、加圧力が上昇している過程で溶接トランスの２次巻線Ｎ２から、例えばピーク値が数万Ａから数十万Ａのパルス状の大電流が第１の被溶接物Ｗ１と高導電性金属薄板Ｗ３と第２の被溶接物Ｗ２とを通して通電される。抵抗溶接にあっては、拡散接合に寄与する溶接電流のほとんどは立ち上がりからピーク値近傍までの電流であるので、実施形態１の抵抗溶接では溶接電流がピーク値近傍まで立ち上がる時間が１０ｍｓ程度以下であり、７ｍｓ以下であることが好ましい。このようなパルス幅の狭い急峻なパルス状の大電流が銅部材からなる第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２及び高導電性金属薄板Ｗ３を通して流れるが、通電初期には、プロジェクションＰ１とＰ２とに電流が集中する。

この点について詳しく説明すると、溶接電極１を流れるパルス状溶接電流は、先ず溶接電極１と第１の被溶接物Ｗ１との当接面から第１の被溶接物Ｗ１を通してそのプロジェクションＰ１に集中し、プロジェクションＰ１に当接している高導電性金属薄板Ｗ３の一方の微小な当接面域の第１の接触抵抗を通して高導電性金属薄板Ｗ３内に流れる。更に、パルス状溶接電流は第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２に当接している高導電性金属薄板Ｗ３の他方の微小な当接面域の第２の接触抵抗に集中して流れる。ここで、溶接電極１と第１の被溶接物Ｗ１との当接面及び第２の被溶接物Ｗ２と溶接電極２との当接面の面積に比べて、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接面域及び第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接面域の面積に比べてはるかに小さい。したがって、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との微小な当接面域の第１の接触抵抗及び第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との微小な当接面域の第２の接触抵抗を流れる電流密度は、非常に大きな値になる。

このことからプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との微小な当接面域及びプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との微小な当接面域での発熱は、溶接電極１と第１の被溶接物Ｗ１との当接面及び第２の被溶接物Ｗ２と溶接電極２との当接面での発熱に比べてはるかに大きくなり、このように高導電性金属薄板Ｗ３が第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の間に存在すると、存在しない場合に比べて接触抵抗がほぼ２倍になるから、発熱量はその分だけ大きくなる。したがって、溶接電極１、２の発熱が第１の被溶接物Ｗ１及び第２の被溶接物Ｗ２よりも大きくても、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分及び第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分が塑性流動化し、プロジェクションＰ１とプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との接合面域で拡散接合が行われる。拡散接合後は当然に前記接触抵抗はゼロになるので、その接触抵抗が接合部の抵抗値を増やすことはない。

ここで言う接合面域とは、プロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分及びプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分がそれぞれ塑性流動化する過程で、溶接電極１と２との間にかけられている加圧力によって、当接部分でそれぞれの被溶接物のロジェクションＰ１、Ｐ２及びその近傍の銅材料が高導電性金属薄板Ｗ３の銅材料と互いになじみあって接合が行われたときの面域をいう。したがって、実施形態１の溶接方法では、接合面域はプロジェクションＰ１、Ｐ２の根元面域とプロジェクションＰ１、Ｐ２が僅かに拡がった面域であり、パルス状溶接電流の通電前におけるプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との初期の当接面域及びプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との初期の当接面域よりも大きい。

このプロジェクション溶接方法では、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との厚みは関係なく、前述した２ｍｍ以下の厚みであっても良好な拡散接合を行うことができる。しかしながら、高導電性金属薄板Ｗ３が第１の被溶接物Ｗ１及び第２の被溶接物Ｗ２に比べて、厚過ぎる場合には下記のような問題が生じる。例えば、高導電性金属薄板Ｗ３が第１の被溶接物Ｗ１又は第２の被溶接物Ｗ２の厚みよりも大きい厚みを有する場合には、パルス状溶接電流の通電に伴うプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分の第１の接触抵抗による発熱及びプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分の第２の接触抵抗による発熱は、パルス状溶接電流の通電時間に比べて熱伝導速度が遅いために、パルス状溶接電流の通電中では前記双方の発熱が高導電性金属薄板Ｗ３の厚み内方向に熱伝導、つまり内方向に未だ逃げている状態であるので、プロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分での温度上昇が不十分になり、したがって、その当接部分の塑性流動化が不完全な状態になる。同様に、プロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部分での塑性流動化も不完全な状態になるので、溶接強度が低下する。この問題を解決するには、パルス状溶接電流のピーク値を更に大きくしなければならない。

しかし、パルス状溶接電流のピーク値を大きくすれば大きくするほど、溶接電極１と第１の被溶接物Ｗ１との当接面及び第２の被溶接物Ｗ２と溶接電極２との当接面での発熱が大きくなり、溶接電極１に第１の被溶接物Ｗ１が付着し易くなり、また溶接電極２に第２の被溶接物Ｗ２が付着し易くなるために溶接電極１、２が汚れるという問題が生じる。つまり、大きな溶接電力を使用した上で、頻繁に溶接電極のクリーニングなどを行わなければならなくなる問題を生ずる。したがって、パルス状溶接電流の通電時間と高導電性金属薄板Ｗ３の熱伝導などの関係から、高導電性金属薄板Ｗ３は第１の被溶接物Ｗ１又は第２の被溶接物Ｗ２の厚み以下の厚みであることが好ましい。例えば、第１の被溶接物Ｗ１及び第２の被溶接物Ｗ２の厚みが数ｍｍであれば、高導電性金属薄板Ｗ３が１ｍｍ程度以下の厚みのときには、第１の被溶接物Ｗ１と高導電性金属薄板Ｗ３と第２の被溶接物Ｗ２の三者を十分に満足に行く拡散接合を行えるので、高導電性金属薄板Ｗ３の厚みは、１ｍｍ程度以下の厚みの薄板であることが好ましい。

すなわち、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との間の接触抵抗、及び第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との間の接触抵抗を利用することによって、高導電性被溶接物同士の接合では不足する発熱量を補うことができればよい。したがって、高導電性金属薄板Ｗ３は１μｍ程度以上あればよい。また、高導電性金属薄板Ｗ３の幅と長さを使用目的に応じて設定することによって、第３の被溶接物として利用することができる。

この実施形態１では、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２及び高導電性金属薄板Ｗ３が銅部材からなるものとして説明したが、高導電性金属薄板Ｗ３がアルミニウム材からなってもプロジェクション溶接ができるが、溶接強度が幾分低下する場合もあるので、高導電性金属薄板Ｗ３は銅部材からなるのが好ましい。第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２はアルミニウム材からなっても勿論よい。この場合には、高導電性金属薄板Ｗ３はアルミニウム材又は銅部材のどちらからなってもよいが、プロジェクション溶接の簡便性からはアルミニウム材からなる高導電性金属薄板Ｗ３を用いた方が望ましい。また、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の一方が銅部材、他方がアルミニウム部材からなっても同様にしてプロジェクション溶接を行うことができ、この場合、高導電性金属薄板Ｗ３は銅部材からなるのが好ましいが、アルミニウム部材からなってもよい。なお、本発明のプロジェクション溶接方法を実現する抵抗溶接装置については、各実施形態を説明した後で図５によって簡単に説明する。なお、プロジェクションＰ１、Ｐ２は、１点又は多点のプロジェクション、あるいは、一般的な形状のリングプロジェクションであってもよく、プロジェクションの形状には制限されない。

[実施形態２]
図２によって本発明に係るプロジェクション溶接方法の実施形態２について説明する。図２において、図１で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。第１の被溶接物Ｗ１は銅部材からなり、その一方の面側にプロジェクションＰ１が形成されている。同様に、第２の被溶接物Ｗ２も銅部材からなり、その一方の面側にプロジェクションＰ２が形成されている。高導電性金属薄板Ｗ３は４枚の銅箔ｗを重ねたものからなる。例えば、それぞれの銅箔ｗは１００μｍ程度の厚みを有し、したがって、高導電性金属薄板Ｗ３は４００μｍ程度の厚みを有する。実施形態２における高導電性金属薄板Ｗ３は、使用目的に適した所定の幅と長さを有する第３の被溶接物となる。実施形態２においても、溶接電極１を流れるパルス状溶接電流は、先ず溶接電極１と第１の被溶接物Ｗ１との当接面から第１の被溶接物Ｗ１を通してプロジェクションＰ１に集中し、プロジェクションＰ１に当接している高導電性金属薄板Ｗ３の一方の当接面域の第１の接触抵抗を通して高導電性金属薄板Ｗ３内に流れる。更に、パルス状溶接電流はプロジェクションＰ２に当接している高導電性金属薄板Ｗ３の他方の当接面域の第２の接触抵抗に集中し、第２の被溶接物Ｗ２、及び第２の被溶接物Ｗ２と溶接電極２との当接面から溶接電極２へと流れる。

プロジェクションＰ１に当接している最上位の高導電性金属薄板Ｗ３の銅箔ｗと第１の被溶接物Ｗ１とは前述したようにプロジェクション溶接が行われ、また、プロジェクションＰ２に当接している最下位の高導電性金属薄板Ｗ３の銅箔ｗと第２の被溶接物Ｗ２とは前述したようにプロジェクション溶接が行われる。しかし、隣り合う銅箔ｗ同士はほぼ全面で当接しているから当接面が広く、厚みが大きいと溶接電流は横方向に広がり易くなるので、隣り合う銅箔ｗ同士の当接面を流れる溶接電流は、プロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶ４枚の銅箔ｗの電流路における電流密度が最も大きく、それを離れるに従って小さくなる。

しかしながら、隣り合う銅箔ｗ同士の当接面にそれぞれ接触抵抗が生じるので、発熱が大きくなり、１枚の銅箔ｗの厚みが例えばほぼ５００μｍ以下ならば、横方向に流れる電流を小さく抑えることができると同時に、前述したようにそれぞれの当接面の接触抵抗によって生じる発熱がパルス状溶接電流の通電期間に互いに隣り合う当接面まで熱伝導されるので、少なくともプロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶ４枚の銅箔ｗの電流路及びその近傍部分では塑性流動化が生じ、隣り合う銅箔ｗ同士の当接面それぞれにおいても望ましい拡散接合が行われる。したがって、第１、第２の被溶接物１、２は銅箔ｗを重ねた高導電性金属薄板Ｗ３を介してもプロジェクション溶接することができる。

実施形態２では、高導電性金属薄板Ｗ３としての４枚の銅箔ｗを重ねた薄板を用いたが、これに制限されるものではない。ただし、銅箔ｗを重ねる枚数が増えると、その分だけ当接面が増え、接触抵抗も増えるが、接触抵抗が増える分、銅箔ｗを横方向に流れる電流も増えるので、重ねられた銅箔ｗの内、中央部に位置する銅箔ｗほど電流密度が低下する傾向がある。したがって、パルス状溶接電流のピーク値などの条件によっても異なるが、一例としては得られる溶接強度の面から銅箔ｗを重ねた厚みをほぼ１ｍｍ程度以内に制限するのが好ましい。この場合、例えば、１００μｍの銅箔ｗを重ねる場合には、１０枚以下に制限するのが望ましい。

この実施形態２において、ある厚みの銅箔ｗ、例えば１０μｍ程度以下の厚みの銅箔ｗを複数枚重ねた高導電性金属薄板Ｗ３を用いる場合には、銅箔ｗ間を流れる電流密度の減少に比べて接触抵抗の増大による発熱効果が大きくなるので、高導電性金属薄板Ｗ３による発熱が増大し、より拡散接合を容易に行える。このことは高導電性金属薄板Ｗ３の存在による効果をより大きなものにし、パルス状溶接電流のピーク値を小さくすることが可能であり、被溶接物の付着による溶接電極の汚れを少なくできる。なお、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２はアルミニウム材からなっても勿論よい。この場合には、高導電性金属薄板Ｗ３はアルミニウム材又は銅部材のどちらからなってもよく、ほぼ同じ溶接強度を得ることができる。プロジェクションＰ１、Ｐ２は、１点又は多点のプロジェクション、あるいは、一般的な形状のリングプロジェクションであってもよく、プロジェクションの形状には制限されない。

[実施形態３]
図２によって本発明に係るプロジェクション溶接方法の実施形態３について説明する。この実施形態３では、第１の被溶接物Ｗ１が銅部材からなり、第２の被溶接物Ｗ２がアルミニウム部材からなる。この場合には、図２において、高導電性金属薄板Ｗ３を構成する上側２枚の箔ｗは銅材からなり、下側の２枚の箔ｗはアルミニウム材からなる。この場合にもほぼ前述と同様に抵抗溶接できるが、銅に比べてアルミニウムの融点は低い、つまり塑性流動化する温度が低いので、それらの融点の比率に反比例するよう、第１の被溶接物ＷＩの頂部の面積、つまり第１の被溶接物ＷＩの頂部と高導電性金属薄板Ｗ３との当接面積に比べて、第２の被溶接物Ｗ２の頂部と高導電性金属薄板Ｗ３との当接面積を大きくすれば、前者の電流密度が後者の電流密度よりも大きくなるから、より良好な接合結果を得ることができる。

上側２枚の銅箔ｗと下側の２枚のアルミニウム箔ｗとの接合についても、塑性流動化の始まりに微少の時間的ずれが生じるが、銅箔ｗ、アルミニウム箔ｗの双方が塑性流動化して満足できる拡散接合が行われる。また、銅箔ｗ、アルミニウム箔ｗの枚数は異なってもよく、例えば、銅箔ｗが３枚でアルミニウム箔ｗが１枚であってもよい。高導電性金属薄板Ｗ３の厚みの条件は実施形態１、２と同じである。この実施形態３においても、実施形態２と同様に、ある厚みの銅箔ｗとアルミニウム箔ｗ、例えば１０μｍ程度以下の厚みの銅箔ｗとアルミニウム箔ｗを複数枚重ねた高導電性金属薄板Ｗ３を用いる場合には、銅箔ｗ、アルミニウム箔ｗ間を流れる電流密度の減少に比べて接触抵抗の増大による発熱効果が大きくなるので、高導電性金属薄板Ｗ３による発熱が増大し、より拡散接合を容易に行える。このことは高導電性金属薄板Ｗ３の存在による効果をより大きなものにし、パルス状溶接電流のピーク値を小さくすることが可能であり、被溶接物の付着による溶接電極の汚れを少なくできる。

[実施形態４]
図３によって本発明に係るプロジェクション溶接方法の実施形態４について説明する。図３において、図１、図２で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２は銅部材からなり、高導電性金属薄板Ｗ３も銅部材からなる。この実施形態３は、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の厚みなどの関係から被溶接物Ｗ１、Ｗ２にプロジェクションを形成してもプロジェクションの役割を十分に果たし難い場合、あるいは被溶接物Ｗ１、Ｗ２にプロジェクションを形成したくない場合などに特に有用である。したがって、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２にはプロジェクションが形成されておらず、高導電性金属薄板Ｗ３の両面にプロジェクションＰ３、Ｐ４がそれぞれ形成されている。高導電性金属薄板Ｗ３の厚みは、前述のように、第１の被溶接物Ｗ１又は第２の被溶接物Ｗ２の厚み以下の厚みが好ましい。また、プロジェクションＰ３、Ｐ４は前述したプロジェクションＰ１、Ｐ２と同様なものである。高導電性金属薄板Ｗ３は使用目的の用途に適う形状、幅、長さなどを有する。

前述したようなパルス状の溶接電流は、図３において、第１の被溶接物Ｗ１の下面と高導電性金属薄板Ｗ３のプロジェクションＰ３との微小な当接面の第１の接触抵抗、及び高導電性金属薄板Ｗ３のプロジェクションＰ４と第２の被溶接物Ｗ２の上面との微小な当接面の第２の接触抵抗を集中して流れ、これら接触抵抗による発熱でそれら当接部分が塑性流動化することにより良好な拡散接合が行われる。したがって、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２と高導電性金属薄板Ｗ３の３者は所期の溶接強度で互いにプロジェクション溶接される。高導電性金属薄板Ｗ３はプロジェクションＰ３、Ｐ４に相当するプロジェクションをそれぞれ有する銅板を２枚重ね合わせたものであってもよい。それら銅板は加圧力によってプロジェクションが圧潰されない程度以上の厚みをもっていればよく、それら銅板の間に銅箔が挟まれていても勿論よい。なお、実施形態３においても、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２がアルミニウムからなる場合には、高導電性金属薄板Ｗ３はアルミニウム材からなるのが好ましいが、銅材からなってもよい。第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の一方が銅材、他方がアルミニウム材からなる場合には高導電性金属薄板Ｗ３は銅材からなるのが好ましいが、アルミニウム材からなってもよい。

[実施形態５]
図４によって本発明に係るプロジェクション溶接方法の実施形態５について説明する。図４において、図１〜図３で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。実施形態５は、銅製の円環状パイプである第１の被溶接物Ｗ１と銅製の円環状パイプである第２の被溶接物Ｗ２とを、円環状の高導電性金属薄板Ｗ３を介して突合せ溶接する実施例である。第１の被溶接物Ｗ１の端部は先細りとなるように切削されてリング状のプロジェクションＰ１が形成されている。また、第２の被溶接物Ｗ２の端部も同様に先細りとなるように切削されてリング状のプロジェクションＰ２が形成されている。これら円環状パイプはほぼ等しい外径、内径を有する。リング状のプロジェクションＰ１とリング状のプロジェクションＰ２との間に位置する円環状の高導電性金属薄板Ｗ３は、前記環状のパイプの外径と内径とにほぼ等しい外径、内径であって、前述したように高導電性金属薄板Ｗ３の厚みは、前述のように、第１の被溶接物Ｗ１又は第２の被溶接物Ｗ２の厚み以下の厚みが好ましい。

溶接電極１、２は一般の鋼管を抵抗溶接するときに用いられる一般的なコレットチャック構造のものであるので詳しく説明しないが、溶接電極１、２は縦方向に複数に分割、例えば３個の電極部に分割されており、これら３個の電極部が前記銅製の円環状パイプの中心軸線Ｘに対して放射内方向、放射外方向に動くことによって、前記銅製の円環状パイプを把持、開放するものである。実施形態５では、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間に円環状の高導電性金属薄板Ｗ３を正確に位置させ、保持するために保持機構ＨＭを備える。保持機構ＨＭは等間隔、例えば１２０度間隔で設けられた支持部材Ｍ１、Ｍ２（他の１個の支持部材は陰になっているので示されていない。）とこれらを駆動する不図示の駆動機構などからなる。支持部材Ｍ１、Ｍ２などは、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間に円環状の高導電性金属薄板Ｗ３が配置される前には、前記中心軸線Ｘに対して放射外方向に後退しており、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間に円環状の高導電性金属薄板Ｗ３が配置されると、前記中心軸線Ｘに対して放射内方向に前進して、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２のごく先端部分と円環状の高導電性金属薄板Ｗ３の外周面に当接し、その状態を保持するものである。

次に、プロジェクション溶接方法の一例について説明する。従来と同様に、溶接電極１に第１の被溶接物Ｗ１を、また、溶接電極２に第２の被溶接物Ｗ２をそれぞれ把持させる。第２の被溶接物Ｗ２である円環状パイプのリング状のプロジェクションＰ２上に、円環状の高導電性金属薄板Ｗ３を供給する。次に、溶接電極１を下降、又は溶接電極２を上昇させて、第１の被溶接物Ｗ１である円環状パイプのリング状のプロジェクションＰ１を円環状の高導電性金属薄板Ｗ３の上面に軽く接触させる。次に、保持機構ＨＭが動作し、支持部材Ｍ１、Ｍ２などを前記中心軸線Ｘに対して放射内方向に前進させ、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２のごく先端部分と円環状の高導電性金属薄板Ｗ３の外周面に当接して、位置ずれなどを修正し、その状態を保持する。

次に、溶接電極１と２との間に加圧力がかけられると、支持部材Ｍ１、Ｍ２などが後退し始め、しかる後にパルス状溶接電流が通電される。前述と同様に、プロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接面の第１の接触抵抗による発熱でプロジェクション溶接が行われ、かつプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接面での第２の接触抵抗による発熱でプロジェクション溶接が行われることによって、高導電性金属薄板Ｗ３を介して第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とのプロジェクション溶接が行われる。この溶接方法によれば、高導電性金属薄板Ｗ３の位置の修正もできると共に、位置を修正した状態を保持でき、しかも溶接電流の通電前に支持部材Ｍ１、Ｍ２などが後退するので、支持部材Ｍ１、Ｍ２などが汚損する危険性もない。

なお、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との端部にリング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２を設けずに、高導電性金属薄板Ｗ３の両面にリングプロジェクションを設けてあっても勿論よい。この場合には、被溶接物にプロジェクションを形成する工程を省くことができ、有利である。また、円環状の高導電性金属薄板Ｗ３の外径は第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２である円環状パイプの外径、内径と条件によっては同じである必要はなく、また、高導電性金属薄板Ｗ３は円環状の銅箔を必要枚数重ねたもの、あるいは網状のものであってもよい。第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２はアルミニウム製のパイプであってもよく、この場合には環状の高導電性金属薄板Ｗ３は好ましくはアルミニウム材からなり、銅材からなっても良い。また、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２の一方が銅製のパイプで、他方がアルミニウム製のパイプであってもよく、この場合には高導電性金属薄板Ｗ３が両面にリングプロジェクションを有する銅製のもの、あるいは円環状の銅箔と円環状のアルミニウムの箔とを重ねたものであってもよい。

なお、実施形態５では第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２が銅製又はアルミニウム製のパイプとして説明したが、銅製又はアルミニウム製の円柱などであっても同様に良好なプロジェクション溶接結果が得られる。第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２が銅製又はアルミニウム製の円柱の場合には、高導電性金属薄板Ｗ３は銅製又はアルミニウム製の円板でよい。更にまた、以上の実施形態では高導電性金属薄板Ｗ３が存在することの作用、効果について述べたが、高導電性金属薄板Ｗ３が溶接時の加圧力で曲がり難い程度の厚みである１００μｍ程度以上の厚みを有していれば、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２のプロジェクションＰ１、Ｐ２の頂部の位置合わせが多少ずれていたとしても、何らの支障を起こすことなく簡便に拡散接合を行うことができるという効果を奏する。このことは実際の製造ラインではプロジェクションＰ１、Ｐ２の頂部同士の厳密な位置合わせとその状態を厳密に保持しながら溶接を行わなくてもよいという面で非常に有利である。

[実施形態６]
図５〜図６によって本発明に係るプロジェクション溶接方法の実施形態６について説明する。図５〜図６において、図１〜図４で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。図５は通電前における第１の高導電性被溶接物Ｗ１と第２の高導電性被溶接Ｗ２の一部分の断面とそれらに挟まれた高導電性金属薄板Ｗ３の拡散接合時における変形などを説明するために拡大して示す図である。実施形態６は、実施形態２における第１の高導電性被溶接物Ｗ１と第２の高導電性被溶接Ｗ２にそれぞれ形成されたプロジェクションＰ１、Ｐ２は円環状、つまりリング状のプロジェクションであって、高導電性金属薄板Ｗ３が曲がり易い厚み、例えば数μｍないし１０μｍ程度の肉厚の銅箔ｗを４、５枚ないしは数十枚重ねたものからなる場合について説明する。ここでは高導電性金属箔ｗを銅箔として説明するが、アルミニウムなど他の高導電性金属箔であっても勿論よい。前述したように、プロジェクションＰ１、Ｐ２は通常のリングプロジェクションでよい。

図５及び図６に示す第１の高導電性被溶接物Ｗ１は、リング状のプロジェクションＰ１に囲まれた部分に凹所Ｖ１を有するとともに、リング状のプロジェクションＰ１の外側近傍に円環状の凹所Ｖ２を有する。凹所Ｖ１は、リング状のプロジェクションＰ１の直径が小さい場合には小円筒状の凹所であり、リング状のプロジェクションＰ１の直径が大きい場合にはプロジェクションＰ１の内側に沿った円環状の凹所であってもよい。第２の高導電性被溶接物Ｗ２も、リング状のプロジェクションＰ２に囲まれた部分に凹所Ｖ１と同様な凹所Ｖ３を有するとともに、リング状のプロジェクションＰ２の周囲に沿って凹所Ｖ２と同様な円環状の凹所Ｖ４を有する。

拡散接合に当たって、高導電性金属薄板Ｗ３の最上位に位置する銅箔ｗの上面に第１の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ１の頂面が当接され、高導電性金属薄板Ｗ３の最下位に位置する銅箔ｗの下面に第２の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ２の頂面が当接される。その状態で図示しない加圧機構によって溶接電極１、２の間に加圧力がかけられ、通常は加圧力が増大する過程で所定の値を通過するとき、急峻に立上る接合電流が溶接電極１、２間を流れる。

この接合電流が通電するときには、高導電性金属薄板Ｗ３の最上位に位置する銅箔ｗの上面と第１の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ１の頂面との間には前記加圧力が印加されると共に、高導電性金属薄板Ｗ３の最下位に位置する銅箔ｗの下面と第２の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ２の頂面との間には前記加圧力が印加されている。このときリング状のプロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶそれぞれ銅箔ｗ間にもほぼ所定の前記加圧力が加えられるので、リング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２を流れる接合電流の多くはリング状のプロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶそれぞれの銅箔ｗの部分に集中して流れる。したがって、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２の頂面は、通電前の加圧力をかけているときに圧潰せず、かつ所望の接合強度が得られる最低限の電流密度の接合電流を流すことのできる幅の狭い円環状であることが望ましい。

前述したように、リング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２を流れる接合電流の多くがリング状のプロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶそれぞれの銅箔ｗの部分に集中して流れるとき、第１の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ１の頂面と最上位に位置する銅箔ｗの上面との間の接触抵抗など、隣り合う銅箔ｗ同士の当接面にそれぞれの接触抵抗など、及び最下位に位置する銅箔ｗの下面と第２の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ２の頂面との接触抵抗などによって発熱する。そしてこれら各部分の発熱によって、拡散接合が行われる現象については前記実施形態と同様であるので詳しく説明しないが、高導電性金属薄板Ｗ３が複数枚銅箔ｗを重ねたものからなるときには、拡散接合時の発熱によって、図５において破線で示すように、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶそれぞれの銅箔ｗの部分に近い箇所で盛り上がり、この盛り上がりが接合強度に悪影響を与え、接合強度を低下させることを本発明者はつきとめた。

この点について詳述すると共に、その対策として銅箔ｗに設けた凹所Ｖ１〜Ｖ４について説明する。この拡散接合は、第１の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ１の塑性流動化とプロジェクションＰ１に当接する最上位に位置する銅箔ｗの部分の塑性流動化、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２とを最短距離で結ぶそれぞれの銅箔ｗの部分の塑性流動化、及び第２の高導電性被溶接物Ｗ２のリング状のプロジェクションＰ２の塑性流動化とプロジェクションＰ２に当接する最下位に位置する銅箔ｗの部分の塑性流動化によって行われる。塑性流動化した接合部分は上下からの加圧力によって、銅箔ｗの幅方向（図５の左右方向）に拡がろうとする。この拡がろうとする左右方向の力によって接合部分近傍の塑性流動化していない部分が変形して盛り上がる。そして、接合部分近傍の塑性流動化していない部分が変形して盛り上がった分だけ接合部分の銅箔ｗが沈み込むことになる。

特に、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２に囲まれた銅箔ｗの部分では、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２にかけられている加圧力によって、塑性流動化した銅箔ｗの接合部分は放射内方向に伸びるので、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２に囲まれた塑性流動化しない部分は盛り上がる。リング状のプロジェクションＰ１とＰ２の径が小さいときには、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２に囲まれた塑性流動化しない部分は小さな紡錘状に盛り上がる。曲がり易い薄い肉厚の銅箔ｗは接合前のプロジェクションの高さ程度又はそれよりも盛り上がる場合もあり、放射外方向に比べて高く盛り上がる傾向がある。この小紡錘状の盛り上がりは、重ねられた銅箔ｗのうち、内側に位置する銅箔ｗよりも外側に位置する銅箔ｗほど盛り上がりが大きくなることが確認されているが、図５の破線で示すように、積み重ねられた銅箔ｗの内、中ほどから上側に位置する銅箔ｗは上側に盛り上がり、中ほどから下側に位置する銅箔ｗは下側に盛り上がる。図５に示すリング状のプロジェクションＰ１とＰ２は拡散接合前のものであり、重ねられた銅箔ｗの前記盛り上がりが生じなければ、接合電流の通電によってリング状のプロジェクションＰ１とＰ２が塑性流動化するのに伴い、加圧力によってリング状のプロジェクションＰ１とＰ２は横方向に拡がって当然に低くなり、拡散接合の完了時にはほとんど平面近くまで低くなる。

しかし、図５の破線で示すように、拡散接合が進むにつれて上側に位置する銅箔ｗが上側に盛り上がると共に、下側に位置する銅箔ｗが下側に盛り上がり、また、接合部分が沈み込むと、前記盛り上がりが邪魔をして拡散接合の途中から塑性流動化を始めたリング状のプロジェクションＰ１とＰ２にかかる加圧力が不十分になり、所望の接合強度を得ることができない。したがって、第１の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ１に囲まれた内側に形成れている凹所Ｖ１は、最上位に位置する銅箔ｗにおけるリング状のプロジェクションＰ１に囲まれた部分の紡錘状の小さな盛り上がりの高さ程度の深さを有する。その深さは銅箔ｗの肉厚と積み重ねる枚数、及びリング状のプロジェクションＰ１の直径などによって異なる。従来の抵抗溶接や拡散接合にあっても、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２の溶融又は塑性流動化した金属を収容する溝などを設ける場合があったが、実施形態６の凹所Ｖ１は従来の溝に比べて容積（容量）が大きい。なお、リング状のプロジェクションＰ１とＰ２の径が大きいときには、銅箔ｗにおけるリング状のプロジェクションＰ１とＰ２の内周に沿った部分がリング状に盛り上がることが確認されている。このリング状の盛り上がりも同様に接合強度を低下させる一因となる。したがって、この場合には凹所Ｖ１は銅箔ｗにおけるリング状のプロジェクションＰ１とＰ２の内周に沿って形成されたリング状の凹所でよい。

凹所Ｖ２は第１の高導電性被溶接物Ｗ１のリング状のプロジェクションＰ１の外側周囲に沿って形成されたリング状の凹所であり、最上位に位置する銅箔ｗにおけるリング状のプロジェクションＰ１の外側近傍部分の盛り上がりの高さ程度の深さを有する。リング状のプロジェクションＰ１の外側近傍部分の盛り上がりの高さは、塑性流動化した拡散接合部が放射外方向に伸びるときに、その拡散接合部以外は塑性流動化しなので当然に伸びることは無く、したがって、塑性流動化した拡散接合部が放射外方向に伸びる力によって接合部分の周辺、つまりリング状のプロジェクションＰ１の外側近傍部分が盛り上がる。この盛り上がりも、接合強度に悪影響を及ぼすほどの盛り上がりを生じる場合が多い。この場合には、凹所Ｖ１ほど深くなくても良いが、やはりその盛り上がりを受け入れることができる凹所Ｖ２を備えている方が望ましい。第２の高導電性被溶接物Ｗ２におけるリング状のプロジェクションＰ２に囲まれた部分に形成れた凹所Ｖ３は凹所Ｖ１と同様であるので説明を省略する。第２の高導電性被溶接物Ｗ２のリング状におけるプロジェクションＰ２の外側周囲に沿って形成されたリング状の凹所Ｖ４は凹所Ｖ２と同様でよいので説明を省略する。

この実施形態６では、拡散接合時に塑性流動化したリング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２の金属材料も、加圧力によって銅箔ｗの前記盛り上がりと一緒に凹所Ｖ１〜Ｖ４に収容されるので、拡散接合面はリング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２の根元面域、つまり第１の高導電性被溶接物Ｗ１の下側平面、第２の高導電性被溶接物Ｗ２の上側平面にほぼあるので、拡散接合面積は凹所Ｖ１〜Ｖ４が存在しない場合に比べて大きな接合面積なり、接合強度をより向上させることができる。したがって、実施形態６では拡散接合工程の最終段階においても、銅箔ｗの変形による盛り上がりが凹所Ｖ１〜Ｖ４に収容されるので、その盛り上がりに邪魔されること無く所定の加圧力が拡散接合工程の最終まで塑性流動化したプロジェクションＰ１、Ｐ２部分と積み重ねられた銅箔ｗの拡散接合部とに印加されるので、接合強度が低下することも無い。なお、当然のことであるが、凹所Ｖ１〜Ｖ４部分においては接合強度に寄与していない。

実施形態６における以上の説明では、プロジェクションＰ１、Ｐ２をリングプロジェクションとして説明したが、プロジェクションＰ１、Ｐ２が一点状又は多点状のものであってもプロジェクションＰ１、Ｐ２の近傍の周囲の銅箔ｗが前述の理由から円環状に盛り上がることがあるので、その盛り上がりを受け入れる円環状の凹所を第１、第２の高導電性被溶接物Ｗ１、Ｗ２におけるプロジェクションＰ１、Ｐ２の近傍の周囲に沿って設けるのが望ましい。また、曲がり易い厚みの金属箔に比べて肉厚の厚い高導電性金属薄板Ｗ３を１枚又は数枚挟んで拡散接合する場合にも、プロジェクションＰ１、Ｐ２がリングプロジェクションであって、接合電流が１０ミリ秒程度以下でピーク値近傍まで急峻に立上る電流の場合には、リングプロジェクションに囲まれた内側部分の高導電性金属薄板Ｗ３が急激に変形して盛り上がる場合があるので、やはり前記凹所Ｖ１、Ｖ３に相当する凹所を第１、第２の高導電性被溶接物Ｗ１、Ｗ２に備えるのが望ましい。

このように、プロジェクションＰ１、Ｐ２がリングプロジェクションの場合にはそれらの内側、外側の双方に凹所を備えるのが好ましいが、図７（Ａ）に示すようにリング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２の内側だけに凹所Ｖ１、Ｖ３をそれぞれ備えるか、あるいは図７（Ｂ）に示すようにリング状のプロジェクションＰ１、Ｐ２の外側だけに凹所Ｖ２、Ｖ４をそれぞれ備えるだけでもよい。なお、以上の実施形態ではいずれも拡散接合面にスズ膜のような低融点金属膜を形成しなかったが、所望の接合強度を得やすいといった面からは、プロジェクションＰ１、Ｐ２の先端面及びそれらプロジェクションＰ１、Ｐ２に当接する高導電性金属薄板Ｗ３の面域のいずれか一方又は双方に低融点金属膜をあらかじめ形成しておいても構わない。

[プロジェクション溶接装置の好ましい一例]
次に、プロジェクションＰが形成された銅部材などの高導電性被溶接物である第１の被溶接物Ｗ１と銅部材などの高導電性被溶接物である第２の被溶接物Ｗ２とのプロジェクション溶接（拡散接合）を実現するのに好適なコンデンサ式の抵抗溶接装置の一例を図５によって簡潔に説明する。図８において、図１〜図７で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。床などに固定されている支持機構３には、シリンダ装置などからなる加圧機構４が取り付けられ、加圧機構４の先端部には可動ブロック５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６が可動ブロック５と支持部材７との間に備えられ、溶接電極１の加圧応答を向上させる補助的な役割を行っている。

高導電性部材同士、特に銅部材又はアルミニウム部材の抵抗溶接ではこの加圧補助部材６の働きは大きい。ここで、支持部材７は直接又は間接的に加圧補助部材６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導電性の良好な金属材料からなる。上部側の溶接電極１は支持部材７に支承されており、溶接電極１と向かい合った位置には下部側の溶接電極２が配置されている。加圧補助部材６の伸縮の影響を受けない高さに位置する可動ブロック５にはＬ字形の中間接続部材８が固定されている。支持部材７とＬ字形中間接続部材８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９が備えられ、Ｌ字形の中間接続部材８と一方の給電導体１０との間は第２のフレキシブル導電部材１１によって接続されている。溶接電極１と溶接電極２とは、例えば銅合金からなる。

給電導体１０と、溶接電極２に接続された他方の給電導体１２との間に溶接トランス１３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１４が接続される。放電回路１４にはエネルギー蓄積用コンデンサ１５とそのコンデンサを充電する充電回路１６とが接続されている。抵抗溶接にあっては、溶接に寄与する溶接電流のほとんどは立ち上がりからピーク値近傍までの電流であるので、実施形態５の抵抗溶接では溶接電流がピーク値近傍まで立ち上がる時間が１０ｍｓ程度以下であり、７ｍｓ以下であることが好ましいことについては既に述べたが、このプロジェクション溶接装置はこのようなパルス幅の狭い急峻なパルス状電流が銅部材と銅部材との間に流れることができるような構成になっている。そして、この構造では溶接電極１は僅かな外力で上下方向に上下動できる支持部材７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６に結合されているので、第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２又は高導電性金属薄板Ｗ３に形成されたプロジェクションとそれらの当接部分が塑性流動したときに生じる溶接電極１と溶接電極２との間の微妙な加圧力の変化に対して、溶接電極１が即応することができる。なお、記号１７〜１９は３相交流入力端子を示す。

次に、このプロジェクション溶接装置の動作について簡単に説明する。例えば、図１に示したように溶接電極１と２との間に第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２及び高導電性金属薄板Ｗ３が配置されると、加圧機構４が下方向に動作し、これに伴い、可動ブロック５、加圧補助部材６、支持部材７及び溶接電極１からなる上部溶接ヘッド全体が下降し、溶接電極１が第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２及び高導電性金属薄板Ｗ３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１４がオンして、充電回路１６により既にエネルギー蓄積用コンデンサ１５に充電されている電荷を、溶接トランス１３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ターン又２ターン程度の２次巻線Ｎ２に大きな電流が発生し、溶接電極１と溶接電極２とその間に挟まれている第１、第２の被溶接物Ｗ１、Ｗ２及び高導電性金属薄板Ｗ３を介して急峻で大きなパルス状溶接電流が流れる。

溶接時に印加される前記加圧力によって第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２は変形しても圧潰することはないから、前述のようなパルス状溶接電流は、前述したように第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部、及び第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗ３との当接部に集中して短時間流れ、それら当接部が塑性流動化する。この塑性流動の過程で、加圧補助部材６は加圧機構４の下方向の加圧力を常に弾性的に受けているので、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰ１と高導電性金属薄板Ｗとの当接部、及び第２の被溶接物Ｗ２のプロジェクションＰ２と高導電性金属薄板Ｗとの当接部が塑性流動化する過程で、それら当接部が軟化するのに伴い常に当接部の塑性流動化した銅材料を互いに押し込む。

ここでは、スプリング又は電磁加圧装置のような加圧補助部材６による弾力性のある加圧力を弾性的加圧力という。つまり、この溶接装置ではその弾性的加圧力を加圧機構４による加圧力に重畳してなる加圧力を溶接電極間に加え、即応できる機構を備えることによって、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２と高導電性金属薄板Ｗ３との塑性流動による沈み込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、この加圧補助部材６の弾性的加圧力によって溶接電極１の応答速度が速ければ速いほど、パルス幅の短いパルス状溶接電流を、つまり短時間に電流エネルギーを集中して第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２と高導電性金属薄板Ｗ３との間に流すことがでる。したがって、銅部材又はアルミニウム部材のような熱伝導の極めて良好な高導電性金属材料でも、好ましい状態に塑性流動化させることができ、このことが高導電性金属材料でも簡単に満足のいくプロジェクション溶接を行える一つの大きな要因になっている。

なお、図８に示したプロジェクション溶接装置では、図１を用いて説明した実施形態１の溶接方法を行った例について述べたが、図２〜図７を用いて説明した実施形態２〜実施形態６に係るプロジェクション溶接も、溶接電極など一部分を変更することによって同様に行うことができる。図８に示した抵抗溶接装置は一例であって、短時間で大電流のパルス状電流を通電でき、被溶接物の塑性流動化に伴う溶接電極間の圧力変化に即応できる、つまり弾性的加圧力を加えることができるものであるならば、他の構成のものであっても勿論よい。また、上記実施形態３〜５において、プロジェクションＰ１、Ｐ２は、１点又は多点のプロジェクション、あるいは、一般的な形状のリングプロジェクションであってもよく、プロジェクションの形状には制限されない。

本発明の実施形態１に係るプロジェクション溶接方法を説明するための図である。 本発明の実施形態２、実施形態３に係るプロジェクション溶接方法を説明するための図である。 本発明の実施形態４に係るプロジェクション溶接方法を説明するための図である。 本発明の実施形態５に係るプロジェクション溶接方法を説明するための図である。 本発明の実施形態６に係るプロジェクション溶接方法に用いられる被溶接物の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態６に係るプロジェクション溶接方法を説明するための図である。 本発明の実施形態６に係るプロジェクション溶接方法で溶接される被溶接物の一例を示している。 本発明のプロジェクション溶接方法を実現するためのプロジェクション溶接装置の好ましい一例を示す図である。

符号の説明

Ｗ１・・・第１の被溶接物（高導電性被溶接物）
Ｗ２・・・第２の被溶接物（高導電性被溶接物）
Ｗ３・・・高導電性金属薄板
Ｐ１〜Ｐ４・・・プロジェクション
Ｖ１〜Ｖ４・・・凹所
１、２・・・溶接電極
３・・・支持機構
４・・・加圧機構
５・・・可動ブロック
６・・・加圧補助部材
７・・・支持部材
８・・・Ｌ字形の中間接続部材
９・・・第１のフレキシブル導電部材
１０・・・給電導体
１１・・・第２のフレキシブル導電部材
１２・・・給電導体
１３・・・溶接トランス
１４・・・放電回路
１５・・・エネルギー蓄積用コンデンサ
１６・・・充電回路
１７〜１９・・・３相交流入力端子

Claims (9)

1. 第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法において、
   前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物はそれぞれプロジェクションを有し、
   前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物とを前記プロジェクションが対向するように向かい合わせ、前記プロジェクション同士の間に、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物の金属材料と同一の金属材料からなる高導電性金属薄板を介在させ、
   前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、弾性的加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
2. 第１の高導電性被溶接物と第２の高導電性被溶接物との間に溶接電流を流して抵抗溶接を行う高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法において、
   前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物の金属材料と同一の金属材料からなり、かつ両面にプロジェクションを有する高導電性金属薄板を介在させ、
   前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間に、弾性的加圧力を加えた状態でパルス状溶接電流を通電することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記第１の高導電性被溶接物又は前記第２の高導電性被溶接物は銅又はアルミニウムの金属材料からなり、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物とが同種又は異種の前記金属材料からなることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
   前記高導電性金属薄板は、１枚又は複数枚重ねられたものからなる高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
   前記高導電性金属薄板は、前記第１の高導電性被溶接物と前記第２の高導電性被溶接物との間から外部に延びて、第３の高導電性被溶接物として作用することを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
6. 請求項１、又は請求項３ないし請求項５のいずれかにおいて、
   高導電性金属薄板は高導電性金属箔を複数枚重ねたものからなり、
   前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物の前記プロジェクションはリング状のプロジェクションであり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物におけるそれぞれの前記リング状のプロジェクションに囲まれた部分に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属箔の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
7. 請求項１、又は請求項３ないし請求項６のいずれかにおいて、
   高導電性金属薄板は高導電性金属箔を複数枚重ねたものからなり、
   前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物は、それぞれの前記リング状のプロジェクションの周囲に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属箔の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
8. 請求項１、又は請求項３ないし請求項６のいずれかにおいて、
   高導電性金属薄板は高導電性金属箔を複数枚重ねたものからなり、
   前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物は、それぞれの前記リング状のプロジェクションの内側と外側の近傍に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属箔の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
9. 請求項１、又は請求項３ないし請求項５のいずれかにおいて、
   前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物の前記プロジェクションはリング状のプロジェクションであり、前記第１の高導電性被溶接物及び前記第２の高導電性被溶接物におけるそれぞれの前記リング状のプロジェクションに囲まれた部分に、拡散接合時に生じる前記高導電性金属薄板の盛り上がりを受け入れる凹所を備えることを特徴とする高導電性被溶接物のプロジェクション溶接方法。
   

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