JP2014180681A - 抵抗溶接用電極 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、燃料電池のセパレータのように、凹凸構造を備えた薄板から成るワークの接合にも好適に使用することができ、しかも安価で、ワークに応じて、容易に製造したり交換したりすることができる抵抗溶接用電極を提供する。
【解決手段】少なくとも２枚の薄板Ｐ１、Ｐ２から成るワークＷを１対の電極１１、１２で挟み、一方の電極１２上を転動する加圧ローラ１３によって加圧、通電して抵抗溶接するに際して、上記１対の電極１１，１２としてプレス成形品を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面に微細な凹凸構造を備えた薄板を低コストで容易に溶接することができ、例えば、燃料電池のセパレータなどの製作に適用することができる抵抗溶接に用いられる電極構造に関するものである。

例えば、燃料電池に用いられるセパレータは、燃料ガスや酸化性ガスなどの流路が形成された構造を有しており、このようなセパレータをステンレス鋼などの薄板から製造する場合には、流路となる溝条の凹凸構造をプレス成形した薄板を互いに接合することが必要となる。
このような薄板の接合には、一般に、特許文献１に記載されたような抵抗シーム溶接を適用することが考えられる。

特開２０１１−８８１６０号公報

しかしながら、抵抗シーム溶接は、重ね合わせた被接合材を円板状をなす１対のローラ電極で挟み込み、ローラ電極を回転させながら、接合部に大電流を流し、抵抗熱によって加熱すると共に、加圧することによって、被接合材を線状に、連続的に接合するものである。
したがって、複雑な凹凸構造を備えた薄板の接合部に加圧力を加え、給電する必要があることから、このようなシーム溶接に用いる電極は、薄板の表面形状に合わせた微細、複雑な形状となるため、その加工費が嵩み、電極加工費の高騰が避けられないという問題点があった。

一方、上記のような接合には、レーザ溶接を適用することも考えられるが、接合しようとする薄板が凹凸構造を備えており、その構造を避けながら拘束するためには複雑な治具を用いることが必要となり、治具の製作コストが嵩む。また、このような拘束治具を用いたとしても、必ずしも十分な拘束ができるとは限らず、薄板間にギャップが発生した場合には、接合が難しいという問題点があった。

本発明は、複雑な、あるいは微細な凹凸構造を備えた薄板を含むワークの接合における上記課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、このような凹凸構造を備えた薄板の抵抗溶接に好適に使用することができ、しかも安価で、ワークに応じた製造や交換が容易な抵抗溶接用電極を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、抵抗溶接における加圧ローラとワークとの間に電極を介在させ、この電極としてプレス成形品を用いることによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の抵抗溶接用電極は、少なくとも２枚の薄板から成るワークを少なくとも１対の電極で挟み、少なくとも一方の電極上を転動する加圧ローラにより加圧して溶接する抵抗溶接に用いる電極であって、上記１対の電極の少なくとも一方がプレス成形品であることを特徴としている。

本発明によれば、ワークを電極により挟持し、当該電極を介してワークを加圧し、通電して溶接する抵抗溶接に用いられる上記電極をプレス成形して成るものとしたから、ワークの形状に対応した形状の電極を容易に製作することができ、安価で、ワークの変更にも容易に対応することができる。

本発明の抵抗溶接用電極を適用した抵抗溶接装置の全体構造を示す概略断面図である。 本発明の抵抗溶接用電極の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明の抵抗溶接用電極の第２の実施形態を示す断面図である。 （ａ）本発明の抵抗溶接用電極の第３の実施形態を説明する斜視図である。 （ｂ）図４（ａ）の改良として第４の実施形態を説明する斜視図である。 本発明の抵抗溶接用電極の第５の実施形態を説明する斜視図である。 本発明の抵抗溶接用電極の第６の実施形態を説明する斜視図である。

以下に、本発明の抵抗溶接用電極について、これを用いる抵抗溶接装置の構造と共に、さらに詳細、具体的に説明する。

本発明の抵抗溶接用電極を用いて行う抵抗溶接においては、上記したように、少なくとも２枚の薄板から成るワークを溶接するに際して、当該ワークを少なくとも一方がプレス成形品から成る１対の電極で挟み、この電極を介してワークを加圧し、接合部に通電して接合するようにしている。

すなわち、上記電極がプレス成形品であるからして、機械加工を始めとする他の製作方法に較べて、ワーク形状に応じた構造の電極を容易、且つ安価に製造することができ、複雑な構造のワークであっても、その溶接コストを低減することができる。
また、ワークの形状が変更された場合には、新しいワークの形状に応じた電極を速やかに製作することができ、ワークの仕様変更にも、コストを掛けることなく、容易に対応することができる。

図１は、本発明の抵抗溶接用電極を用いた抵抗溶接装置の全体構造を示す断面図であって、図に示す抵抗溶接装置１は、金属製のベースＢ上に取り付けられる第１（下部）の電極１１と、第２（上部）の電極１２と、電極１２の上を転動する加圧ローラ１３から主に構成されている。

ワークＷは、例えば図２に示すように、２枚の薄板Ｐ１、Ｐ２から成るものであって、上記１対の電極１１、１２の間に挟持された状態にセットされ、電極１２の上を転動する加圧ローラ１３によって、電極１２を介して加圧されるようになっている。
なお、本発明において、「薄板」とは、抵抗溶接が適用できる程度の厚さという意味に他ならない。

ワークＷの材質については、一般に抵抗溶接が適用できるものである限り、特に限定されることはないが、後述するように、燃料電池用のセパレータに適用する場合には、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼が用いられる。

電極１１、１２は、一般に、銅系合金から成るものであって、その少なくとも一方は、ワークを構成する薄板の形状に合わせてプレス成形されたものが使用される。

加圧ローラ１３については、電極材料と同様に、銅系合金製とすることもできるが、樹脂やゴム製とすることも可能である。
すなわち、上記加圧ローラ１３が金属製の場合、この加圧ローラ１３から、電極１２を介してワークＷに電流を供給することができる。

一方、従来の抵抗シーム溶接装置のような転動する加圧ローラ１３ではなく、ワークＷに接触する電極１２に給電点を設けることによって、電極１２からワークＷに直接通電することもでき、これによって電極間の位置決めが容易となり、接合精度を向上させることができる。
また、給電点を電極１２の側に設けることによって、加圧ローラに導電性が必要なくなることから、金属製に代えて樹脂やゴム製とすることができるようになる。このような弾性素材を加圧ローラに適用することによって、接合時にワークが受ける面圧分布差を吸収して、ワークの面圧を均一化することができる。

本発明の抵抗溶接用電極は、上記したように、プレス成形品であり、接合に際して、接触する薄板の表面形状に応じた形状にプレス成形されたものであるが、その具体的な形態について、以下に説明する。

ワークを構成する薄板は、多くの場合、プレス成形によって所要の形状に成形されている。
このようなプレス成形された薄板Ｐ１、Ｐ２から成るワークＷを接合する場合、図２に示すように、これら薄板Ｐ１、Ｐ２の成形に用いたプレス金型を使用してプレスした金型１１、１２を用いることができる。

すなわち、上記ワークＷは、図に示すように、半円形の凸部が直線状凹部を介して連続する形状をなす波形にプレス成形された薄板Ｐ１と、同じ形状にプレス成形された薄板Ｐ２とを上下対称に重ね合わされている。
一方、電極１１、１２は、上記薄板Ｐ１、Ｐ２の成形に使用した金型と同じ成形金型を用いてプレス成形されたものであって、これら薄板薄板Ｐ１、Ｐ２と殆ど同一形状の波形を備えている。

そして、このようにしてプレス成形された両電極１１、１２でワークＷを挟み込み、電極１２上に加圧ローラ１３を転動させて、加圧すると共に、電極１１、１２間に通電することによって、薄板Ｐ１、Ｐ２を直線状凹部において溶接することができる。

このとき、電極１１、１２は、上記薄板Ｐ１、Ｐ２と同じ成形金型によって、殆ど同じ形状にプレス成形されているので、ワークＷに全面密着して、薄板Ｐ１、Ｐ２の直線状凹部同士を隙間なく圧着させることができ、欠陥のない良好な品質を備えた接合が可能になる。
加えて、上記電極１１、１２は、例えば銅板をプレス成形するだけで簡単、速やかに製造することができ、しかも新たに金型を製作する必要もないことから、大幅なコスト低減効果が得られることになる。

なお、上記においては、同様の波形形状を備えた薄板Ｐ１、Ｐ２から成るワークＷの接合例を示したが、薄板Ｐ１及びＰ２の形状が異なる場合には、それぞれの形状に応じてプレス成形された電極１１及び１２を用いることは言うまでもない。

上記のようにプレス成形された電極１１、１２を用いる場合、図３に示すように、ワークＷとの接触面の反対側に、導電性を備えた材料から成る補強材Ｒを設けることができ、これによって、金型の剛性を高めることができ、接合部の健全性、安定性をより一層高めることができる。
これに用いる導電性材料としては、特に限定されるものではないが、代表的には金属材料や炭素質材料などを用いることができる。

図４（ａ）は、本発明の抵抗溶接用電極の他の実施形態を示すものであって、図に示す電極１１は、例えば銅の平板から、プレス成形によってルーバー状に切り起こされた複数個の突起１１ａ（ルーバー状部）を備えたものである。

このルーバー状部１１ａは、この電極１１に当接する薄板Ｐ１の表面形状に合わせた位置及び大きさ、すなわち、ワークＷを構成する薄板Ｐ１の凹凸における凸部の高さより若干大きな高さを有し、当該ルーバー状部１１ａの先端部分のみが薄板Ｐ１の凹部に接触する構造となっている。したがって、接合に際して、薄板Ｐ１の凸部を変形させることなく、凹部のみを密着させることができ、ワークＷをこの密着部分において高品質に接合することができる。

なお、上記ルーバー状部１１ａには、この部分が倒れたり、座屈したりしないように補強する観点から、図４（ｂ）に示すように、その基端側にリブ１１ｂを形成することが望ましい。

また、本発明の抵抗溶接用電極のさらに他の実施形態としては、例えば銅の平板をプレス成形し、２回の折り曲げ加工を施すことによって、図５に示すように、の突起１１ｃ（折り曲げ部）を備えた電極１１とすることもできる。
この折り曲げ部１１ｃも、上記ルーバー状部１１ａと同様に、ワークＷを構成する薄板Ｐ１の凸部と干渉しないように、この凸部の高さより若干高く形成されており、当該折り曲げ部１１ｃの先端部において薄板Ｐ１の凹部に接触するようになっている。

したがって、ルーバー状部１１ａと同様に、薄板Ｐ１の凸部を変形させることなく、ワークＷを凹ぶにおいて高品質に接合することができる。また、三角柱形状であるから、ルーバー状切り起こしに較べて、高強度であって、耐用寿命に優れたものとなる。

さらに、図６に示すように、銅の平板をバーリング成形することによって、中空円形状のバーリング部１１ｄを備えた電極１１とすることができる。
この場合も、ワークＷを構成する薄板Ｐ１の凸部と干渉することなく、このバーリング部１１ｄの先端部がワークＷの薄板Ｐ１と接触するような大きさ、位置に形成する必要があることは言うまでもない。

なお、本発明の抵抗溶接用電極を用いて接合されるワークとしては、特に限定されることはなく、種々の形状の薄板から成る種々の構造物に適用することができるが、このようなワークの代表例として、燃料電池用のセパレータを挙げることができる。

１１ 電極
１２ 電極
１３ 加圧ローラ
１１ａ ルーバー状部
１１ｂ リブ
１１ｃ 折り曲げ部
１１ｄ バーリング部
Ｐ１、Ｐ２ 薄板
Ｗ ワーク
Ｒ 補強材

Claims (8)

1. 少なくとも２枚の薄板から成るワークを少なくとも１対の電極で挟み、少なくとも一方の電極上を転動する加圧ローラにより加圧して溶接する抵抗溶接に用いる少なくとも一方の電極であって、
   プレス成形品であることを特徴とする抵抗溶接用電極。
2. ワークを構成する薄板がプレス成形品であって、当該薄板と同じ成形金型によりプレス成形されていることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接用電極。
3. 上記電極におけるワークとの接触面の反対側に導電性の補強材を備えていることを特徴とする請求項２に記載の抵抗溶接用電極。
4. 平板からルーバー状にプレス成形されており、該ルーバー状部がワークに接触することを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接用電極。
5. 上記ルーバー状部の基端側に、少なくとも１つのリブを備えていることを特徴とする請求項４に記載の抵抗溶接用電極。
6. プレス成形により平板から２回折り曲げ成形されており、該折り曲げ部がワークと接触することを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接用電極。
7. 平板からバーリング成形されており、該バーリング部がワークに接触することを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接用電極。
8. 上記ワークが燃料電池のセパレータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の抵抗溶接用電極。

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