JP2016124031A - 抵抗溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗溶接を繰り返し行っても、電極が損傷しにくい抵抗溶接方法の提供。【解決手段】タングステン、又は、タングステン合金からなる一対の電極（１、２）の間に、被溶接部材（Ｗ）を挟み込んで加圧する加圧工程（Ｓ３）と、一対の電極（１、２）を通電させて抵抗溶接を行う抵抗溶接工程（Ｓ４）とを含む抵抗溶接方法である。抵抗溶接方法は、加圧工程（Ｓ３）の前において、一対の電極（１、２）を予熱温度（Ｔｅ１）に予熱する予熱工程（Ｓ２）を更に含む。予熱温度（Ｔｅ１）は、電極（１、２）の延性破面率が８０％となる温度から、電極（１、２）の延性破面率が９５％となる温度までの範囲内にある。【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗溶接方法に関する。

二次電池の製造方法では、各部材を溶接するために抵抗溶接が利用される。例えば、特許文献１に開示されている抵抗溶接方法では、電極を予め加熱しておき、その電極を被溶接部材に接触させて通電させることで、抵抗溶接を行う。

特開２０１４−１２１７２３号公報

特許文献１で開示されるような抵抗溶接方法では、タングステン、又はタングステン合金からなる一対の電極を用いて、繰り返して抵抗溶接を行うことがある。このような場合、亀裂が電極表面に発生したり、微小クラックが電極表面に発生したりするなど、電極が損傷した。このような損傷が生じると、抵抗溶接を継続して行えなくなることがある。

本発明は、抵抗溶接を繰り返し行っても、電極が損傷しにくい抵抗溶接方法を提供するものである。

本発明にかかる抵抗溶接方法は、
タングステン、又は、タングステン合金からなる一対の電極の間に、被溶接部材を挟み込んで加圧する加圧工程と、該一対の電極を通電させて抵抗溶接を行う抵抗溶接工程とを含む抵抗溶接方法であって、
前記加圧工程の前において、前記一対の電極を予熱温度に予熱する工程を更に含み、
前記予熱温度は、前記電極の延性破面率が８０％となる温度から、前記電極の延性破面率が９５％となる温度までの範囲内にある。

このような構成によれば、安定した延性を有しつつ、強度を維持するので、抵抗溶接を繰り返し行っても、電極が損傷しにくいのである。

本発明によれば、抵抗溶接を繰り返し行っても、電極が損傷しにくい抵抗溶接方法を提供することができる。

抵抗溶接装置の模式図である。 電極温度、電極位置、及び、通電信号を示す図である。 通電条件の一例を示すグラフである。 温度に対する延性破面率を示すグラフである。 実施例の電極の一例を示す写真である。

実施の形態１．
図１〜図３を用いて、実施の形態１にかかる抵抗溶接方法について説明する。図１は、抵抗溶接装置の模式図である。図２は、電極温度、電極位置、及び、通電信号を示す図である。図３は、通電条件の一例を示すグラフである。図４は、温度に対する延性破面率を示すグラフである。

実施の形態１にかかる抵抗溶接方法では、抵抗溶接装置１０を用いる。図１に示すように、抵抗溶接装置１０は、固定電極１と、可動電極２と、加圧ユニット３と、通電ユニット４とを含む。

固定電極１は、所定の箇所に固定されている。固定電極１は、タングステン、タングステン合金からなる。可動電極２は、固定電極１と同じ種類の材料からなる。可動電極２と固定電極１とは、抵抗溶接装置１０において、一対となって、用いられる。

加圧ユニット３は、可動電極２を固定電極１に接近させる、又は、固定電極１から離す方向（図１ではＹ軸方向）に移動させる。加圧ユニット３は、可動電極２を固定電極１に向かって接近させることで、固定電極１と可動電極２との間に溶接対象となる被溶接部材Ｗを挟み込ませる。ここでは、被溶接部材Ｗは、端子Ｗ１と複数枚の箔Ｗ２とを含み、端子Ｗ１と複数枚の箔Ｗ２とは、重ね合わされる。加圧ユニット３が被溶接部材Ｗに対して与える加圧力は、所定の範囲内において変更することができる。加圧ユニット３の動力源は、油圧、ばね、空圧などを利用することができる。

通電ユニット４は、例えば、導線を介して、可動電極２と固定電極１とに電気的に接続されている。通電ユニット４は、予熱時の通電条件と加工時の通電条件との２パターン以上の通電条件に基づいて、可動電極２と固定電極１とに電流を供給する。この通電条件は、例えば、電流値及び通電時間である。なお、通電ユニット４は、固定電極１と可動電極２との温度を計測する温度計測ユニットを有してもよい。

次に、図２を参照しつつ、実施の形態１にかかる抵抗溶接方法について説明する。

まず、可動電極２を固定電極１に接近させるように移動させる（可動電極移動工程Ｓ１）。可動電極２は、位置Ｐ１まで移動する。すると、可動電極２と固定電極１とが、被溶接部材Ｗを挟み込み、電気的に接続する。

続いて、可動電極２及び固定電極１を予熱温度Ｔｅ１に達するまで予熱する（予熱工程Ｓ２）。図３に示すように、まず、電流値Ｖ１の電流を時間０（ゼロ）からＴｉ１までの間に供給する。時間０（ゼロ）は、予熱工程Ｓ２の開始時点、言い換えると、通電信号がＯＦＦからＯＮになる時点に相当する。電流値Ｖ１及び時間Ｔｉ１は、予熱温度Ｔｅ１に応じて、変更してもよい。また、予熱温度Ｔｅ１は、固定電極１及び可動電極２の製造方法、及び、固定電極１及び可動電極２を構成する材料の組成に応じて、変更してもよい。具体的には、予熱温度Ｔｅ１は、固定電極１及び可動電極２の延性破面率が８０％となる温度から、固定電極１及び可動電極２の延性破面率が９５％となる温度までの範囲内である。

続いて、通電しつつ、可動電極２を押込んで被溶接部材Ｗを加圧する（加圧工程Ｓ３）。具体的には、可動電極２は、被溶接部材Ｗを加圧するため、位置Ｐ１から位置Ｐ２までに移動することになる。位置Ｐ２は、位置Ｐ１よりも固定電極１に近い位置である。被溶接部材Ｗに与えられる加圧は、可動電極２と被溶接部材Ｗとの接触界面、及び、固定電極１と被溶接部材Ｗとの接触界面が安定するのに必要な大きさであればよい。被溶接部材Ｗに与えられる加圧がこのような大きさを有すると、次工程である抵抗溶接工程Ｓ４において、抵抗溶接を良好に行うことができる。

続いて、被溶接部材Ｗを加圧したまま、抵抗溶接を行う（抵抗溶接工程Ｓ４）。図３に示すように、電流値Ｖ１より高い電流値Ｖ２の電流を時間Ｔｉ２まで、通電させて、予熱温度Ｔｅ１よりも高い加工点温度Ｔｅ２まで電極温度を高める。電流値Ｖ２及び時間Ｔｉ２は、加工点温度Ｔｅ２に応じて変更してもよく、また、その際に、予熱工程Ｓ２による予熱を考慮して決定すると好ましい。加工点温度Ｔｅ２に達するように十分に通電した後は、通電を停止する。また、被溶接部材Ｗの接合が十分に進行するように、被溶接部材Ｗへの加圧を継続する。なお、加圧工程Ｓ３と抵抗溶接工程Ｓ４とは、ほぼ同時に進行させても構わない。加工点温度Ｔｅ２は、端子Ｗ１と複数枚の箔Ｗ２とが固相接合するような高さを有するとよい。

最後に、可動電極２を固定電極１から離間させて、加工された被溶接部材Ｗを取り出す（取出工程Ｓ５）。加工された被溶接部材Ｗでは、端子Ｗ１と複数枚の箔Ｗ２とが、接合し、具体的には、固相接合している。

次に、図５を用いて、実施の形態１にかかる抵抗溶接方法を用いて溶接実験について説明する。図５は、実施例の電極の一例を示す写真である。

実施例１では、実施の形態１にかかる抵抗溶接方法を用いて、下記の表１に示す条件、つまり、抵抗溶接を連続して行なった。なお、比較例１及び比較例２では、目標予熱温度を除いて実施の形態１にかかる抵抗溶接方法と同じ抵抗溶接方法を用いて、下記の表１に示す条件で、抵抗溶接を連続して行なった。予熱温度は、実施例１、比較例１及び比較例２でそれぞれ用いた固定電極の延性破面率及び可動電極の延性破面率に対応する温度である。予熱温度を変化させることで、実施例１、比較例１及び比較例２でそれぞれ用いた固定電極の延性破面率及び可動電極の延性破面率を設定した。

実施例１、比較例１及び比較例２では、寿命を測定した。比較例１及び比較例２の寿命は、亀裂が電極に生じて、抵抗溶接の継続が困難になったときの、電極の使用回数とした。一方、実施例１の寿命は、亀裂が電極に殆ど生じておらず、抵抗溶接の継続が可能であることを確認したときの、電極の最大使用回数である。ここで、電極の使用回数は、抵抗溶接の回数である。

表１に示すように、実施例１では、寿命が７６３４回と、比較例１及び比較例２と比較して２倍以上であった。また、図４に示すように、実施例１で、亀裂が電極にまだほとんど生じておらず、良好な表面形状を維持していると言える。そのため、亀裂が電極に生じて、抵抗溶接の継続が困難になったときの、実施例１の電極の使用回数は、７６３４回よりも大きいと考えられる。

比較例１では、寿命が実施例１と比較して短く、また、予熱温度に相当する延性破面率が７５％と実施例１と比較して低い。延性が不足し、電極が脆性破壊したため、寿命が短かったと考えられる。

比較例２では、寿命が実施例１と比較して短く、一方、予熱温度に相当する延性破面率が９０％と実施例１と比較して高い。比較例２では、微小なクラックが電極に発生した。延性が増加したものの強度が低下し、塑性変形が生じため、寿命が短かったと考えられる。

ここで、予熱温度Ｔｅ１が、固定電極１の延性破面率及び可動電極２の延性破面率が８０％となる温度から、固定電極１の延性破面率及び可動電極２の延性破面率が９５％となる温度までの範囲内とした理由について述べる。

図４に示すように、温度が脆性延性遷移温度Ｔｒより低いと、電極は脆性破壊する傾向にある。その一方で、温度が脆性延性遷移温度Ｔｒより高いと、電極は延性破壊する傾向にある。延性破面率が８０％以上であるとき、その温度は脆性延性遷移温度Ｔｒよりも安定的に高く、具体的には、脆性延性遷移温度Ｔｒの１割以上も高いと考えられる。そのため、電極が延性を安定して有し、電極が脆性破壊することを安定して抑制すると考えられる。一方、延性破面率が９５％以下であると、電極が、強度を安定して維持することができ、電極が強度不足のために損傷することを安定して抑制すると考えられる。

以上、実施の形態１にかかる抵抗溶接方法によれば、安定した延性を有しつつ、強度を維持するため、電極の亀裂の発生を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１にかかる抵抗溶接装置では、通電ユニットを用いて予熱工程Ｓ２を行ったが、予熱ユニットを用いて、被溶接部材を一対の電極に挟ませる前に、一対の電極を予熱してもよい。例えば、予熱ユニットは、コイルを用いて、一対の電極をそれぞれ電磁誘導加熱する。この予熱ユニットを用いる場合、一対の電極に、チラーと水配管とを設置してもよい。この場合、通電ユニットは、加工時の通電条件だけ設定できるものであってもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 固定電極 ２ 可動電極
Ｗ 被溶接部材
Ｓ２ 予熱工程 Ｓ３ 加圧工程
Ｓ４ 抵抗溶接工程
Ｔｅ１ 予熱温度

Claims (1)

1. タングステン、又は、タングステン合金からなる一対の電極の間に、被溶接部材を挟み込んで加圧する加圧工程と、該一対の電極を通電させて抵抗溶接を行う抵抗溶接工程とを含む抵抗溶接方法であって、
   前記加圧工程の前において、前記一対の電極を予熱温度に予熱する工程を更に含み、
   前記予熱温度は、前記電極の延性破面率が８０％となる温度から、前記電極の延性破面率が９５％となる温度までの範囲内にある抵抗溶接方法。