JP2014180682A - 抵抗シーム溶接方法及び抵抗シーム溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、燃料電池のセパレータのように、微細な凹凸構造を備えた薄板を含むワークをも容易に接合することができる抵抗シーム溶接方法と、これに用いる抵抗シーム溶接装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１枚が微細な凹凸構造を持つ薄板Ｐ１、Ｐ２から成るワークＷを抵抗シーム溶接するに際して、上記凹凸構造を持つ薄板Ｐ１、Ｐ２に、その微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する構造を有する電極、例えば上記凹凸構造の高低差よりも高い高さの突条１１ａ、１２ａを備えた電極１１，１２を用い、上記突条１１ａ、１２ａを薄板Ｐ１、Ｐ２の凹部に当接させた状態で、電極１２上に加圧ローラ１３を転動させて加圧しながら電極１１，１２間に通電する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、燃料電池のセパレータ材料のように、表面に微細な凹凸構造を備えた薄板を溶接することができる抵抗シーム溶接方法と、それに用いる抵抗シーム溶接装置に関するものである。

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を備え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金属を素材として製造する場合、流路となる微細な溝条の凹凸構造をプレス成形した薄板を接合することが必要となる。
このような薄板の接合には、例えば特許文献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、周知のように、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て加圧しながら、接合部に大電流を流し、抵抗熱によって加熱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、接合部に給電と加圧力を加える必要性から、ローラ電極の小型化には自ずと限界があり、微細な凹凸構造を備えた薄板の接合には適用が難しいという問題点があった。

また、上記接合には、レーザ溶接を適用することも考えられなくはないが、接合しようとする薄板が微細な凹凸構造を備えており、その構造を避けながら拘束する必要があるため、十分な拘束が困難であり、薄板材料間にギャップが発生し易いことから、接合が難しいという問題点があった。

本発明は、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って、その目的とするところは、このような微細な凹凸構造を備えた薄板をも容易に接合することができる抵抗シーム溶接方法と共に、これに用いる抵抗シーム溶接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、ローラ電極に代えて、薄板の凹凸形状に合わせた形状の接触電極を用い、この電極を薄板に接触させた状態で、加圧ローラを用いて加圧するようになすことによって、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、本発明の抵抗シーム溶接方法においては、少なくとも１枚が微細な凹凸構造を持つ複数の薄板から成るワークを１対の電極で挟んで溶接する方法であって、上記凹凸構造を持つ薄板に、該薄板の微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する構造を有する電極を当接させて、当該電極上を転動する加圧ローラにより加圧しながら通電することを特徴としている。

また、本発明の抵抗シーム溶接装置は、少なくとも１枚が微細な凹凸構造を持つ複数の薄板から成るワークを１対の電極で挟んで溶接する抵抗シーム溶接装置において、上記凹凸構造を持つ薄板の微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する電極と、上記薄板に接触する電極上を転動する加圧ローラを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、微細な凹凸構造を持つ薄板を備えたワークをその凹凸構造に対応した形状を備えた電極で挟み、加圧ローラにより上記電極を介してワークを加圧するようにしたから、微細な凹凸構造を備えた薄板を含むワークであっても、容易に接合することができる。

本発明の抵抗シーム溶接装置の全体構造を示す概略断面図である。 本発明の抵抗シーム溶接における電極とワークとの位置関係を説明する斜視図である。 電極を分割した構造例を示す斜視図である。 本発明の抵抗シーム溶接によって接合されるワーク形状の他の例を示す斜視図である。

以下に、本発明の抵抗シーム溶接方法について、これに用いる抵抗シーム溶接装置の構造と共に、さらに詳細、具体的に説明する。

本発明の抵抗シーム溶接においては、上記したように、少なくとも１枚が微細な凹凸構造を持つ複数の薄板から成るワークを溶接するに際して、上記ワークにおける微細凹凸構造を備えた薄板に、該薄板の微細構造に応じた形状の電極を当接させ、この電極を介してワークを加圧するようにしている。

すなわち、本発明の抵抗シーム溶接においては、抵抗シーム溶接におけるローラ電極を微細凹凸構造を備えた薄板に直接接触する電極と、この電極を介してワークを加圧する加圧ローラとに役割分担させている。
そして、上記薄板に直接接触する接触電極を薄板の微細構造に対応した形状、要するに、薄板の微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する構造としたことから、微細な凹凸構造を備えた薄板であっても、この接触部分において、確実に通電・加圧することができ、健全な溶接が可能になる。

一方、本発明の抵抗シーム溶接装置は、上記した構造の電極、すなわち薄板の微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する電極と、上記薄板に接触した状態の電極上を転動し、当該電極を介してワークを加圧する加圧ローラを備えており、上記した抵抗シーム溶接方法に用いるのに好適なものとなる。
すなわち、微細構造を持つ薄板と接触した電極が加圧ローラにより加えられた加圧力によって弾性変形を起こすことによって、加圧ローラ直下の接合部位に局所的な面圧上昇が生じ、その部分に大電流が流れることによって、確実な接合が可能になる。なお、このときの通電条件としては、特に限定されず、必要に応じてパルス電流を適用することも可能である。

また、本発明においては、ワークを構成する薄板の少なくとも１枚が微細な凹凸構造を備えているが、ここで言う「微細」とは、その接合使用とする平坦部（凹部）の幅として、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下程度のものを意味するものとする。

なお、本発明の抵抗シーム溶接によっ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、上述のような微細凹凸構造を有する薄板を含む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典型例としては、燃料電池用のセパレータを挙げることができる。

図１は、本発明の抵抗シーム溶接装置の全体構造を示す断面図であって、図に示す抵抗シーム溶接装置１は、金属製のベースＢ上に設置される第１（下部）の電極１１と、第２（上部）の電極１２と、加圧ローラ１３から主に構成されている。

ワークＷは、上記下部電極１１と上部電極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、本発明の抵抗シーム溶接装置において、上記電極１１、１２は、上記したように、ワークＷを構成する薄板が有する微細な凹凸構造に対応した構造を備えたものであるが、図１においては、縮尺の関係から、これら電極やワークの微細構造については省略されている（図２参照）。

電極１１、１２は、一般に、銅系合金から成るものである。一方、加圧ローラ１３については、同様の銅系合金製とすることもできるが、後述するように樹脂やゴム製とすることも可能である。
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、上記したように、燃料電池用のセパレータの製造に際しては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼が用いられる。

本発明の抵抗シーム溶接装置１においては、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も可能であるが、電極１２の側に給電点を設けることが望ましい。
すなわち、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、微細な凹凸構造を持つワークに接触する電極１２に通電用の給電点を設けることによって、ワークと電極間の位置決めが容易となり、接合精度が向上する。

また、給電点を電極１２に設けることによって、加圧ローラを金属製に代えて、樹脂やゴム製とすることができるようになり、このような弾性素材を用いることが、加圧時の面圧分布差を吸収して、面圧を均一化できることから望ましい。

図２は、本発明の抵抗シーム溶接における電極及びワークの形状と、それらの位置関係を説明するための拡大図であって、ここでは、ワークＷの具体例として、燃料電池用のセパレータの接合について説明する。

上記ワークＷの形状に対して、下部電極１１には、上記薄板Ｐ１の微細凸部にこの電極が干渉することなく、しかも薄板Ｐ１の微細凹部に接触するように形成してある。
一方、上部電極１２にも、同様の突条１２ａが同様に形成されており、下部電極１１の突条１１ａとの間で、薄板Ｐ１、Ｐ２の凹部を挟み込み、当該部分を加圧して、通電できるようになっている。

図１に示したように、ベースＢに取り付けた下部電極１１の上に、薄板Ｐ１、Ｐ２を載置し、この上に、上記したように上部電極１２をセットしたうえで、当該電極１２上を加圧ローラ１３を転動させて加圧しながら、電極１１、１２間に通電する。これにより、薄板Ｐ１、Ｐ２から成るワークＷを凹部において確実に密着させることができ、当該部分で強固にシーム溶接することができる。

なお、図２に示した上記実施形態においては、同様の微細凹凸構造を備えた薄板Ｐ１、Ｐ２を用いた場合を例示したが、例えば薄板Ｐ１が凹凸のない平板形状の場合、これに接触する電極１１に突条を設ける必要はなく、平板状電極を用いることができることは言うまでもない。

本発明の抵抗シーム溶接装置においては、微細凹凸構造を備えた薄板に接触する電極、例えば電極１２を、図３に示すように、電極１２−１、１２−２に分割し、近接・離隔方向に移動可能とすることが望ましい。すなわち、こうすることによって、ワークＷを構成する薄板の凹凸構造や、電極形状の寸法誤差に基づく接合時の面圧差を吸収することができ、面圧分布をより均一なものとして、溶接部の接合品質をより良好なものとすることができる。

このような分割構造の電極としては、通電経路となるベース部分と、溶接部位毎に独立して懸架され、弾性部材を介して個別に移動可能な接触部分を備えたものとすることができる。

図４は、本発明の抵抗シーム溶接の適用対象となるワークＷの他の形状例を示すものであって、図２に示した波形微細構造のみならず、円盤状の凸部が並列する微細凹凸を備えた薄板Ｐ３とＰ４を重ね合わせて、同様の突条を備えた電極で挟持することによって、矢印で示す位置をシーム溶接することができる。

１ 抵抗シーム溶接装置
１１ 電極（下部）
１２ 電極（上部）
１３ 加圧ローラ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 薄板
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. 少なくとも１枚が微細な凹凸構造を持つ複数の薄板から成るワークを１対の電極で挟んで溶接する抵抗シーム溶接装置であって、
   上記凹凸構造を持つ薄板の微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する構造を有する電極と、
   上記薄板に接触する電極上を転動する加圧ローラを備えたことを特徴とする抵抗シーム溶接装置。
2. 微細な凹凸構造を備えた薄板に接触する電極に一方の給電点が設けてあることを特徴とする請求項１に記載の抵抗シーム溶接装置。
3. 上記電極上を転動する加圧ローラが樹脂又はゴム製であることを特徴とする請求項２に記載の抵抗シーム溶接装置。
4. 微細な凹凸構造を備えた薄板に接触する電極が分割され、相対移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の抵抗シーム溶接装置。
5. 上記電極が通電経路となるベース部分と、溶接部位毎に独立して懸架され、弾性部材を介して個別に移動可能な接触部分を有することを特徴とする請求項４に記載の抵抗シーム溶接装置。
6. 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１〜６のいずれか１つの項に記載の抵抗シーム溶接装置。
7. 少なくとも１枚が微細な凹凸構造を持つ複数の薄板から成るワークを１対の電極で挟んで接合する抵抗シーム溶接方法であって、
   上記凹凸構造を持つ薄板に、該薄板の微細な凸部と干渉することなく凹部に接触する構造を有する電極を当接させ、当該電極上を転動する加圧ローラにより加圧しながら通電することを特徴とする抵抗シーム溶接方法。

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