JP2016022508A - 抵抗溶接方法および抵抗溶接構造 - Google Patents

Abstract

【課題】一列に並んだ被溶接部材とこれに接触させた２枚の板材とを、この板材間に幅方向に隙間をあけた状態で抵抗溶接する場合に、導電率の高い板材であっても、容易に強固な抵抗溶接をすることが可能な抵抗溶接方法および抵抗溶接構造を提供する。
【解決手段】複数の板材２、３は列方向Ｙに沿って連続的に延びる細長い形状を有し、各被溶接部材１に接触させて、板材の２枚を幅方向Ｘに所定の隙間Ｓをあけて平行に配置し、各板材に、被溶接部材の溶接箇所１ａに対向して、それぞれ当該溶接箇所に向かって突出させたプロジェクション５を形成している。一対の溶接電極１０、１１のそれぞれを板材における被溶接部材と反対側の外面に接触させ、かつ一対の溶接電極を幅方向Ｘに離間して配置させて、溶接電極間を通電して２枚の板材を各被溶接部材の溶接箇所にプロジェクション抵抗溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の被溶接部材を板材と抵抗溶接して、各被溶接部材を電気的に接続する抵抗溶接方法および抵抗溶接構造に関するものである。

従来から、複数の被溶接部材を一列に並べて板材と抵抗溶接してそれぞれ電気的に接続するものとして、少なくとも２つのセル（被溶接部材）を並べて、セルを覆うリード板（端子板）と抵抗溶接する組電池（電池パック）が知られている。ここで、抵抗溶接とは、一対の電極を金属材料に当てて、加圧しながら大電流を短時間流して、金属の抵抗発熱を利用し、ナゲット（合金層）を生成して溶融接続するものである。

その一例として、第１リード板の端部と第２リード板の端部との間に所定の間隔をあけた状態で各リード板が第２セルに抵抗溶接され、第１リード板の端部と第２セルとの間には正負一対の電極のうちの一方の電極による抵抗溶接部が形成されて、第２リード板の端部と第２セルとの間には正負一対の電極のうちの他方の電極による抵抗溶接部が形成されている組電池が挙げられる（例えば、特許文献１）。この組電池では、図６（Ａ）のように第１リード板５２と第２リード板５３とが所定の隙間を有する状態で、溶接電流Ａは、正の溶接電極６１から第２リード板５３を通って電池５１の電極５１ａを経て第１リード板５２を通って負の溶接電極６０へ向かい、リード板５２、５３と電極５１ａ間に抵抗発熱によるナゲット８が生成されて抵抗溶接される。この組電池のリード板５２、５３はニッケルめっきをした鉄からなる。

ところで、リチウムイオン電池等の電池パックでは、近年、より高出力が要求されており、端子板（リード板）の材料が、前記鉄製から、ニッケル（Ｎｉ）製、さらにより導電率が高く電気抵抗の低い銅（Ｃｕ）または銅合金製へ移行される傾向にある。

特許第４９６５７５３号公報

しかし、複数の電池を銅または銅合金製の端子板（板材）と抵抗溶接する場合、図６（Ａ）のように、一対の溶接電極６０、６１を押し当てて通電したとき、溶接電極６１から溶接電極６０へ、端子板５３および５２を介して電池５１の鉄製の電極５１ａに流れる溶接電流Ａが、銅の導電率の高さにより、図６（Ｂ）のように、図６（Ａ）の端子板５２（５３）におけるその直交方向を含む端子板５２（５３）の周囲へ拡散する電流Ａ２、Ａ３が大きくなるため、その分減少してしまい小さくなることが想定される。また、銅の熱伝導率の高さにより、溶接箇所での発熱が端子板５２（５３）の周囲方向へ逃げやすいため低下することも想定される。これは、従来の鉄製のような導電率や熱伝導率の比較的低い端子板を使用した場合にはあまり問題にならなかったもので、この場合、高エネルギ（高電流）をかけないと十分な溶接ができない。

その一方、高エネルギをかけると、電池に対する熱ダメージが大きく、電池のケースの劣化および溶接箇所のオーバーフローにより、当該溶接箇所に孔が開いてしまうおそれもある。

本発明は、一列に並んだ被溶接部材とこれに接触させた２枚の板材とを、この板材間に幅方向に隙間をあけた状態で抵抗溶接する場合に、導電率の高い板材であっても、容易に強固な抵抗溶接をすることが可能な抵抗溶接方法および抵抗溶接構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る抵抗溶接方法または抵抗溶接構造は、 複数の被溶接部材を一列に並べて板材と抵抗溶接して、各被溶接部材同士をそれぞれ該板材によって電気的に接続するものであって、前記板材は列方向に沿って連続的に延びる細長い形状を有して、各被溶接部材に接触させて、当該板材の２枚を幅方向に所定の隙間をあけて平行に配置し、各板材に、被溶接部材の溶接箇所に対向して、それぞれ当該溶接箇所に向かって突出させた複数のプロジェクションを形成し、一対の溶接電極のそれぞれを前記板材における被溶接部材と反対側の外面に接触させ、かつ一対の溶接電極を前記板材の幅方向に離間して配置させて、前記溶接電極間を通電して前記２枚の板材を各被溶接部材の溶接箇所にプロジェクション抵抗溶接するものである。

この構成によれば、板材を列方向に沿って連続的に延びる細長い形状で、各被溶接部材に接触させて、板材の２枚を幅方向に所定の隙間をあけて平行に配置するので、被溶接部材の数が多くなっても、その長さに応じた長さをもつ同一の板材を隙間をあけて配置するだけなので、取り扱いが容易となる。これとともに、各板材に被溶接部材の溶接箇所に対向してそれぞれ当該溶接箇所に向かって突出させた複数のプロジェクションを形成するので、導電率の高い板材であっても、溶接箇所に強制的に溶接電流および発熱中心を誘導することにより、各板材の周囲への電流および熱の拡散が防止されて、十分な溶接電流および発熱を確保して強固な抵抗溶接が可能となる。これにより、板材間の幅方向の隙間および板材におけるプロジェクションの形成が相俟って、導電率の高い板材であっても、容易に強固な抵抗溶接をすることができる。

本発明は、前記板材が銅製またはニッケル製であることが好ましい。したがって、被溶接部材に抵抗溶接する板材の導電率がより高くても、強固な抵抗溶接が可能となる。

好ましくは、前記被溶接部材が電池であって、前記板材が各電池同士をそれぞれ電気的に接続する端子板である。この場合、導電率の高い端子板を使用した高出力の電池パックであっても、強固な抵抗溶接が可能となる。

また、好ましくは、前記プロジェクションは、突出部の根元に、当該根元を取り囲む環状の溝を予め設けている。この場合、突出部の根元において、溝によって、溶接電流は端子板の周囲へ向かうよりも突出部へ向かうように、より強制的に誘導されて十分な電流密度も保持され、より強固な抵抗溶接が可能となる。

本発明では、一列に並んだ被溶接部材とこれに接触させた２枚の板材とを、この板材間に幅方向に隙間をあけた状態で抵抗溶接する場合に、板材間の幅方向の隙間と板材におけるプロジェクションの形成により、導電率の高い板材であっても、容易に強固な抵抗溶接をすることができる。

本発明の一実施形態にかかる抵抗溶接方法を示す斜視図である。 （Ａ）はプロジェクション抵抗溶接を示す正面模式図、（Ｂ）はその側面模式図である。 （Ａ）は端子板にプロジェクションが形成された状態を示す平面図、（Ｂ）、（Ｃ）は拡大斜視図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はプロジェクションの変形例を示す斜視図である。 （Ａ）は本方法により抵抗溶接される電池パックの抵抗溶接前、（Ｂ）は抵抗溶接後を示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来の抵抗溶接方法を示す模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明にかかる複数の被溶接部材を板材と抵抗溶接する抵抗溶接方法を示す斜視図、図２（Ａ）はプロジェクション抵抗溶接を示す正面図、（Ｂ）はその側面図である。図１のように、本発明の抵抗溶接方法は、複数の被溶接部材である複数の電池１を一列に並べて、板材である端子板２、３と抵抗溶接して、各電池１同士をそれぞれ端子板２、３によって電気的に接続する。

端子板２、３は同一の材料で、例えば銅または銅合金製である。なお、銅よりも導電率の低いニッケル製を使用してもよい。

端子板２、３は列方向（長手方向）Ｙに沿って連続的に延びる細長い形状を有し、各電池１の溶接箇所（電極）１ａに接触させて、端子板２、３の２枚を幅方向Ｘに所定の隙間Ｓをあけて平行に配置している。端子板２、３の長さは、電池１の数が多くなって一列の長さが長くなるに応じて設定される。

図２（Ａ）のように、端子板２、３は幅方向Ｘに隙間Ｓをあけて配置されており、この端子板２、３に、各電池１の電極１ａに対向して、それぞれ電極１ａに向かって突出させた複数のプロジェクション５が形成されている。また、端子板２、３には、電池１と反対側の外面に溶接電極１０、１１が押し当てられる溶接電極当接面が設定されている。

図３（Ａ）のように、複数のプロジェクション５は、列方向Ｙに長く延びる端子板２、３に、電池１の電極１ａの位置ごとに所定の間隔をおいてそれぞれ形成されている。この例では、図３（Ｂ）のように、複数のプロジェクション５は、例えばプレス加工により円錐状の突出部６を形成しており、１つの電極１ａごとに４個の突出部６が設けられている。ここでは、４個の突出部６を例示しているが、この個数は何ら限定されない。

また、図３（Ｃ）のように、プロジェクション５は、突出部６の根元に、この根元部分を取り囲む環状の溝７を予め設けてもよい。この溝７の幅は、突出部６の根元の幅よりも小さく、その深さは突出部６の高さよりも小さく形成されている。

図１の一対の溶接電極１０、１１のそれぞれが端子板２、３における電池１と反対側の外面（図では上面）に接触され、かつ一対の溶接電極１０、１１が端子板２、３の幅方向Ｘに離間して配置されている。一対の溶接電極１０、１１間が通電されて、各電池１、１と２枚の端子板２、３とがそれぞれプロジェクション抵抗溶接される。

上記した抵抗溶接方法の動作を説明する。図１において、まず列方向Ｙに細長い端子板２、３が、複数の電池１の電極１ａに接触されて、幅方向Ｘに隙間Ｓをあけて平行に配置されている。したがって、電池１の数が多くなっても、その長さに応じた長さをもつ同一の端子板２、３を隙間Ｓをあけて、各電池１に接触させて配置するだけなので、端子板２、３の取り扱いが容易となる。

各端子板２、３に電池１の電極１ａに対向してそれぞれ突出させた４個のプロジェクション５が形成されており（図３（Ｂ））、図２（Ａ）のように、上下方向にそれぞれ移動自在な一対の溶接電極１０、１１は、図示しない溶接用電源から電力供給されて、通電制御されるものである。

この溶接電極１０、１１が端子板２、３に当てられて通電されると、溶接電流Ａが、正の溶接電極１１から端子板３を通って電池１の電極１ａを経て端子板２を通って負の溶接電極１０へ向かって流れる。これにより、端子板２、３と電池１の電極１ａ間に抵抗発熱によるナゲット（合金層）８が形成されて、電池１の電極１ａが端子板２、３に抵抗溶接される。この例では、電池１の電極１ａとして陽極を抵抗溶接しているが、陰極も同様である。

溶接電流Ａおよび発熱中心が、端子板２、３に形成されたプロジェクション５を通るように強制的に誘導されて電極１ａに至る。これにより、従来の図６（Ａ）の端子板２、３の周囲方向へ拡散する電流Ａ２と比べて、図２（Ｂ）のように、この電流Ａ２が少なくなり、導電率の高い端子板２、３であっても、十分な溶接電流Ａおよび発熱を確保して強固な抵抗溶接が可能となる。

また、図３（Ｃ）のように、突出部６の根元に環状の溝７を設けた場合、この溝７によって、溶接電流Ａは端子板２、３の周囲へ向かうよりも突出部６へ向かうように、より強制的に誘導されて十分な電流密度も保持され、より強固な抵抗溶接が可能となる。

このように、本発明は、端子板２、３を列方向Ｙに沿って連続的に延びる細長い形状で、各電池１に接触させて、端子板２、３の２枚を幅方向Ｘに所定の隙間Ｓをあけて平行に配置するので、電池１の数が多くなっても、その長さに応じた長さをもつ同一の端子板２、３を隙間Ｓをあけて配置するだけなので、取り扱いが容易となる。これとともに、各端子板２、３に電池１の電極１ａに対向してそれぞれ当該電極１ａに向かって突出させた複数のプロジェクション５を形成するので、導電率の高い端子板２、３であっても、電極１ａに強制的に溶接電流および発熱中心を誘導することにより、各端子板２、３の周囲への電流および熱の拡散が防止されて、十分な溶接電流Ａおよび発熱を確保して強固な抵抗溶接が可能となる。これにより、端子板２、３間の幅方向Ｘの隙間Ｓおよび端子板２、３におけるプロジェクション５の形成が相俟って、導電率の高い端子板２、３であっても、容易に強固な抵抗溶接をすることができる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）はプロジェクションの変形例を示す斜視図である。図４（Ａ）では、プロジェクション５の突出部６は、側面視で長方形の角型で、頂面が幅の狭い平面である。この例では、突出部６がバーリング加工により形成されて角孔６ａを有しているが、角孔を有しない鍛造または切削加工により形成されてもよい。この突出部６の形状により、その先端での発熱が端子板２、３の周囲に逃げにくいので、低電力で抵抗溶接が可能となる。

図４（Ｂ）では、プロジェクション５の突出部６は、側面視で山型形状を有し、頂部が長いロング型であり、プレス加工、鍛造または切削加工により形成される。この突出部６の形状により、その先端での発熱が端子板２、３の周囲に逃げにくいので、低電力で抵抗溶接が可能となる。また、接合面積を拡大でき、確実な溶接が可能となる。

図４（Ｃ）では、プロジェクション５の突出部６は側面視が台形の台形型で、頂面が平面であり、プレス加工、鍛造または切削加工により形成される。この突出部６の形状により、その先端での発熱が端子板２、３の周囲に逃げにくいので、低電力で抵抗溶接が可能となる。

また、図４（Ａ）〜（Ｃ）について、前記したように、突出部６の根元に、その根元を取り囲む環状の溝７を予め設けてもよい。図４（Ｄ）は、その一例として、図４（Ｂ）の突出部６の根元に環状の溝７を設けている。

なお、上記した各プロジェクション５の突出部６に代えて、図示しないものの、端子板２、３に孔あけしてもよいし、または窪みを設けてもよい。この場合、孔や窪み部分に溶接電極による加圧がかからないので、電気抵抗が高くなり、孔や窪みのエッジに溶接電流を集中させることができる。

図５（Ａ）は、本方法により抵抗溶接される電池パックの組立前、（Ｂ）は組立後を示す斜視図である。（Ａ）のように、マトリックス状に配置された電池と、上下から多数の端子板２、３が抵抗溶接されて、（Ｂ）のように直列および並列に接続されたうえで（シリーズパラ）、図示しない安全装置を組み込んだ回路基板に接続されて、電池パックが構成される。これにより、導電率の高い端子板を使用した高出力の電池パックであっても、強固な抵抗溶接が可能となる。

なお、上記実施形態では、被溶接部材に電池を使用しているが、何らこれに限定されるものではなく、コンデンサ等に使用してもよい。

１：被溶接部材（電池）
１ａ：溶接箇所（電極）
２、３：板材（端子板）
５：プロジェクション
６：突出部
７：溝
１０、１１：溶接電極
Ｓ：隙間
Ｘ：幅方向
Ｙ：列方向

Claims (5)

1. 複数の被溶接部材を一列に並べて板材と抵抗溶接して、各被溶接部材同士をそれぞれ該板材によって電気的に接続する抵抗溶接方法であって、
   前記板材は列方向に沿って連続して延びる細長い形状を有して、各被溶接部に接触させて、当該板材の２枚を幅方向に所定の隙間をあけて平行に配置し、
   各板材に、各被溶接部材の溶接箇所に対向して、それぞれ当該溶接箇所に向かって突出させた複数のプロジェクションを形成し、
   一対の溶接電極のそれぞれを前記板材における被溶接部材と反対側の外面に接触させ、かつ一対の溶接電極を前記板材の幅方向に離間して配置させて、前記溶接電極間を通電して前記２枚の板材を各被溶接部材の溶接箇所にプロジェクション抵抗溶接する抵抗溶接方法。
2. 請求項１において、
   前記板材が、銅製またはニッケル製である、抵抗溶接方法。
3. 請求項１において、前記被溶接部材が電池であって、前記板材が各電池同士をそれぞれ電気的に接続する端子板である、抵抗溶接方法。
4. 請求項１において、前記プロジェクションは、突出部の根元に、当該根元を取り囲む環状の溝を予め設けている、抵抗溶接方法。
5. 複数の被溶接部材が一列に並べられて板材と抵抗溶接され、各被溶接部材同士がそれぞれ該板材によって電気的に接続される抵抗溶接構造であって、
   前記板材は列方向に沿って連続して延びる細長い形状を有して、各被溶接部材に接触させて、当該板材の２枚を幅方向に所定の隙間をあけて平行に配置したものであり、
   各板材には、各被溶接部材の溶接箇所に対向して、それぞれ当該溶接箇所に向かって突出させた複数のプロジェクションが形成され、
   一対の溶接電極のそれぞれが前記板材における被溶接部材と反対側の外面に接触され、かつ一対の溶接電極が前記板材の幅方向に離間して配置されて、前記溶接電極間が通電されて前記２枚の板材が各被溶接部材の溶接箇所にプロジェクション抵抗溶接されている抵抗溶接構造。

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