JPH10156548A - 抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異種金属材料同士又は導電性の高い同種金属
材料同士を良好に拡散溶接すること、及び一般の金属材
料同士の溶接時に発生しがちなチリの発生を抑制又は防
止すること。 【構成】 支持機構２と、加圧機構３が動作するとき支
持機構２に対して上下動できるようにその支持機構２に
保持された可動ブロック４と、加圧機構３の動きを上部
溶接用電極７に高速で伝達し得る加圧補助部材５と、加
圧補助部材５の伸縮によりレベルが影響されない部位に
固定された中間接続部材９と、上部溶接用電極７と中間
金属部材９との間を電気的に接続する第１のフレキシブ
ル導電部材１０と、中間金属部材９を溶接トランス１４
の２次巻線の一端側に電気的に接続する第２のフレキシ
ブル導電部材１１とを備えることを特徴とする抵抗溶接
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は，異種金属材料又は一
般の同種金属材料などを接合又は抵抗溶接するのに適し
た溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 一般に金属材料の溶接のプロセスは、
溶接電流が被溶接物を通流する際にそれらの接触抵抗な
どによって発熱し、その熱で金属材料が溶融又は軟化し
て固化することにより溶接又は接合が行われるものであ
る。

【０００３】 しかし、異種金属の接合はお互いに軟化
温度、熱伝導度、熱膨張係数などが異なる金属材料の軟
化による拡散接合であるために、一般に鉄などの同種金
属の溶接に比べて所望の溶接品質を得るのが非常に難し
いとされている。特に、前記特性が比較的大きく違う銅
製部材と鉄製部材との拡散接合は難しいために、用途が
限られている。

【０００４】 現在広く行われている銅製被溶接物と鉄
製被溶接物との接合方法は、先ずあらかじめ鉄製被溶接
物と同一の金属材料、つまり鉄からなる溶接用補助部材
を準備する。その鉄製の溶接用補助部材は銅製被溶接物
に適合する形状であり、鉄製の溶接用補助部材を銅製被
溶接物に組み合わせた状態で、その組み合わされた部分
を３６０度にわたってロー付けを行うことによって、ロ
ー材で一体化する。次に、このように銅製被溶接物に一
体化された鉄製の溶接用補助部材と鉄製被溶接物とを通
常の抵抗溶接によって溶接する。この場合には鉄材料同
士の抵抗溶接であるので、通常の溶接条件で容易に溶接
を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 しかし前述からも明
らかなように従来の接合方法の場合には、一方の被溶接
物と同一金属材料からなる溶接用補助部材のような中間
部材をあらかじめ用意しなければならず、またこのよう
な溶接用補助部材と他方の被溶接物との材質は当然に異
なるので、これらをロー付けするための作業が必要にな
るという欠点があった。

【０００６】 また、電子部品などの鉄など同じ一般的
な金属材料からなるケースとキャップとをハーメチック
シールする抵抗溶接にあっては、溶接時にハーメチック
シール内部にチリが発生し、特に小形の電子部品の場合
にはその内部に収容されている半導体、弾性表面波デバ
イス又は水晶などの電子素子の特性に悪影響を与えると
いう問題が発生する。その他にもこのチリは種々の面で
悪影響を生じるので嫌われている。

【０００７】 本発明はこのような従来の問題点を解決
するために，異種金属材料同士又は良導電性の同種金属
材料の好ましい拡散接合を行うには、短時間の間に溶接
電流をこれら被溶接材料に注入するのが好ましいという
知見に基づき、溶接時における被溶接物の膨張や軟化に
伴う沈みに対する上部溶接電極の応答速度を向上させる
構造を提案し、短時間の間に溶接電流を異種金属間又は
良導熱性金属間に流して良好な拡散接合を行い得る抵抗
溶接装置を提供することを第１の目的としている。

【０００８】 また、鉄など通常の同じ金属材料からな
る電子部品のケースとキャップのような被溶接物の溶接
時における金属材料の膨張や溶融に伴う沈みに対する上
部溶接電極の応答速度を向上させることにより、溶接時
におけるチリの発生を抑止又は防止することを第２の目
的にしている。

【０００９】

【問題を解決するための手段】 前述のような問題を解
決するため，第１の発明は、支持機構と、加圧機構が動
作するとき前記支持機構に対して上下動できるようにそ
の支持機構に保持された可動ブロックと、該可動ブロッ
クに植設された複数のガイドシャフトと、該ガイドシャ
フトに沿ってそれぞれ自由に動ける複数の直線駆動部材
と、該直線駆動部材に支持された支持部材と、該支持部
材に支持された上部溶接用電極と、前記加圧機構の加圧
力を前記上部溶接用電極に高速で伝達し得る加圧補助部
材と、前記上部溶接用電極と共働して被溶接物を接合又
は溶接する下部溶接用電極とを備えることを特徴とする
抵抗溶接装置を提供するものである。

【００１０】 前述のような問題を解決するため，第２
の発明は、支持機構と、加圧機構が動作するとき前記支
持機構に対して上下動できるようにその支持機構に保持
された可動ブロックと、前記加圧機構の動きを上部溶接
用電極に高速で伝達し得る加圧補助部材と、該加圧補助
部材の伸縮によりレベルが影響されない部位に固定され
た中間接続部材と、前記上部溶接用電極と中間金属部材
との間を電気的に接続する第１のフレキシブル導電部材
と、前記中間金属部材を溶接トランスの２次巻線の一端
側に電気的に接続する第２のフレキシブル導電部材と、
前記上部溶接用電極と共働して被溶接物を接合又は溶接
する下部溶接用電極とを備えることを特徴とする抵抗溶
接装置を提供するものである。

【００１１】 前述のような問題を解決するため，第３
の発明は、請求項２において、前記第１のフレキシブル
導電部材及び前記第２のフレキシブル導電部材はそれぞ
れ複数の薄い金属板を積層してなり、前記第１のフレキ
シブル導電部材の薄い金属板は前記第２のフレキシブル
導電部材の薄い金属板よりも更に薄いことを特徴とする
抵抗溶接装置を提供するものである。

【００１２】 前述のような問題を解決するため，第４
の発明は、請求項２において、前記第１のフレキシブル
導電部材及び前記第２のフレキシブル導電部材はそれぞ
れ複数の薄い金属板を積層してなり、前記第１のフレキ
シブル導電部材は前記第２のフレキシブル導電部材より
もよりも厚みが薄く、かつ幅が広いことを特徴とする抵
抗溶接装置を提供するものである。

【００１３】

【発明の実施をするための形態】 以下図面により発明
の実施をするための形態について説明する。先ず図１に
おいて，１はこの抵抗溶接装置が設置される床又はベー
ス、２は床又はベース１に固定された支持機構、３はシ
リンダ装置などからなる加圧機構、４は加圧機構３の先
端部に結合された金属材料からなる可動ブロック、５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
は直接又は間接的に加圧補助部材５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金属材料からな
る支持部材、７は支持部材６に支承された上部溶接電極
であり、これらの構造の詳細については、上部溶接ヘッ
ドを示す図２に示している。

【００１４】 さらに、８は上部溶接電極７と向かい合
った位置に配設された下部溶接電極、９は加圧補助部材
５の伸縮の影響を受けないレベル、つまり高さの部位に
ある可動ブロック４に溶接などによって固定されたＬ字
形の中間接続部材、１０は支持部材６とＬ字形中間接続
部材９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、１１はＬ字形の中間接続部材９と一方の給電導
体１２との間を接続する導体であって、第１のフレキシ
ブル導電部材１０に比べて長い第２のフレキシブル導電
部材である。

【００１５】 第１のフレキシブル導電部材１０は撓み
易くするために、例えば０．０３ｍｍ程度の厚みの十分
に薄い銅板を積層してなり、一方、第２のフレキシブル
導電部材１１は、第１のフレキシブル導電部材１０に用
いられた銅板よりも厚い、例えば０．１ｍｍ程度の厚み
の薄い銅板を積層してなる。さらに、必要があれば、第
２のフレキシブル導電部材１１に比べて第１のフレキシ
ブル導電部材１０を撓み易くするために第１のフレキシ
ブル導電部材１０の厚みを薄くし、その分だけ幅を広く
して電流容量に対応すれば良い。また、第１のフレキシ
ブル導電部材１０の実質的な幅を広げるため、第１のフ
レキシブル導電部材１０を２本以上に分割し、並列接続
して用いても良い。このような構成にすることにより、
コストアップを制限しながら最大の効果が得られる。

【００１６】 また、１３は下部溶接電極８に接続され
た他方の給電導体、１４は給電導体１２と１３とに接続
された２次巻線Ｎ２とこれに磁気的に結合された１次巻
線Ｎ１とを有する溶接トランスである。なお、溶接トラ
ンス１４の１次巻線Ｎ１は図示されていないエネルギー
蓄積コンデンサを含む電力パルス供給回路に接続されて
おり、異種金属材料の拡散接合の場合には、好ましくは
７ミリ秒以下のパルス幅の小さい電力パルスが電力パル
ス供給回路から選択的に供給される。

【００１７】 加圧機構３の先端部に取り付け部材３ａ
により結合された可動ブロック４は、図２に示すよう
に、取り付け部材３ａに一端が固定されたスプリングの
ような加圧補助部材５の一部分が下方に延びる中央穴４
ａを有する。また、可動ブロック４には中央穴４ａを中
心に互いに反対側の位置に２本のガイドシャフト４Ａが
植設されている。２本のガイドシャフト４Ａそれぞれに
はリニアモーションベアリングのような直線駆動部材４
Ｂが設けられている。直線駆動部材４Ｂは非常に小さい
外力でガイドシャフト４Ａを自由に動けるものである。

【００１８】 支持部材６は両側で直線駆動部材４Ｂに
固定されており、直線駆動部材４Ｂを介してガイドシャ
フト４Ａに支持されている。支持部材６はそのほぼ中央
で上部溶接電極７を支えており、上部溶接電極７は加圧
補助部材５の下端に直接固定されている。しかし、図２
ではＬ字形中間接続部材９及び第１、第２のフレキシブ
ル導電部材１０、１１については図示するのを省略して
いる。

【００１９】 したがって、この構造によれば、上部溶
接電極７は僅かな外力で上下方向に上下動できる支持部
材６に支えられていると同時に、即応性の高い弾性力を
与え得る加圧補助部材５に結合されているので、上部溶
接電極７と下部溶接電極８との間の間隔の微妙な変化に
対して、上部溶接電極７が即応できることを特徴として
いる。

【００２０】 次にこの装置による拡散接合動作につい
て説明すると、先ず上部溶接電極７が銅材料などからな
る第１の被溶接物（図示せず）をクランプする。加圧機
構３が動作して下方向に動くと、これに伴い、可動ブロ
ック４、ガイドシャフト４Ａ、直線駆動部材４Ｂ、加圧
補助部材５、支持部材６及び上部溶接電極７からなる上
部溶接ヘッド全体が下降する。一方、図示しないが、鉄
材料などからなる第２の被溶接物が下部溶接用電極８上
にセットされ、そして、上部溶接電極７にクランプされ
た第１の被溶接物が下部溶接用電極８に支持された第２
の被溶接物に当接される。上部溶接電極７と支持部材６
と直線駆動部材４Ｂはその位置で停止するが、加圧機構
３がさらに下降するのに伴い、加圧補助部材５が収縮さ
れ、金属ブロック４とガイドシャフト４Ａと直線駆動部
材４Ｂは加圧機構３と一緒に下降する。

【００２１】 また、可動ブロック４が下降するのに伴
い、第２のフレキシブル導電部材１１は大きく撓み、第
１のフレキシブル導電部材１０は可動ブロック４と支持
部材６と一緒に動くので最初の状態で下降するが、前述
のように支持部材６が停止し、可動ブロック４が加圧補
助部材５を収縮させながら下降するとき、最初の状態か
ら少し変形する。しかし、前述のように第１のフレキシ
ブル導電部材１０は第２のフレキシブル導電部材１１に
比べて撓み易く作られているから、第２のフレキシブル
導電部材１１に相当する単一のフレキシブル導体によっ
て給電導体１２と支持部材６間を接続していた従来の場
合に比べて、支持部材６と上部溶接電極７との動きに対
する悪影響が軽減される。したがって、上部溶接電極７
の即応性は改善される。

【００２２】 加圧機構３が加圧している状態では、上
部溶接電極７などが停止した後に金属ブロック４と支持
部材６との間の空隙は小さくなり、加圧補助部材５は下
向きの機械的エネルギーを蓄え、またそれらはあるレベ
ル以上の上向きの力を吸収する作用を行う。このよう
に、加圧機構３が動作して下降運動を行っている過程で
加圧補助部材５が収縮し、そして上部溶接電極７と下部
溶接電極８間の圧力が予め決められたレベルに達する
と、溶接トランス１４及び給電導体１２、１３から上部
溶接電極７と下部溶接電極８に短いパルス幅のパルス状
溶接電流が供給される。

【００２３】 所定の加圧力で加圧された状態におい
て、パルス幅の短いパルス溶接電流を流すことにより、
第１と第２の被溶接物の溶接部分の銅材料と鉄材料は軟
化をする。双方の異種金属材料の接合箇所が軟化を始め
るのに伴い、例えば加圧補助部材５がスプリングのと
き、溶接初期の接合部分の膨張を加圧補助部材５で瞬時
に吸収すると共に、加圧力が働いている状態では、常
時、加圧補助部材５が接合部分に加圧力を与えているの
で、拡散接合の進行に伴う金属材料の軟化による沈みに
対しても極めて応答の速い加圧を与えることができる。

【００２４】 この加圧補助部材５の応答速度が速けれ
ば速いほど、パルス幅の短いパルス溶接電流を、つまり
短時間に電流エネルギーを集中させて異種金属である被
溶接物間に流すことができ、銅材料のような熱伝導の極
めて良好なものでも、好ましい状態に軟化させることが
できるので、満足の行く拡散接合ができる。加圧補助部
材５の応答速度を従来よりも低下させない一方の手段
が、撓み易い第１のフレキシブル部材１０であり、他方
の手段が加圧補助部材５と直線駆動部材４Ｂである。

【００２５】 以上の実施例については異種金属材料又
は導電性の高い同種金属材料の接合について述べたが、
鉄のような溶接し易い一般の金属材料同士を溶接する場
合にも、抵抗溶接の進行に伴う金属材料の溶融による沈
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
るので、この抵抗溶接装置は溶接品質を向上させるとい
う点で非常に有効である。特に、この抵抗溶接装置は溶
接時に発生しがちなチリの発生を抑制又は防止できるの
で、電子部品などのハーメッチックシールするのに適し
ている。

【００２６】

【発明の効果】 以上述べたように，本発明によれば，
上部溶接電極の応答性を高める構造にしたので、短時間
の間に溶接電流を異種金属間又は良導熱性金属間に流し
て良好な拡散接合を行い得る抵抗溶接装置を提供するこ
とができる。

【００２７】 さらにまた、本発明によれば，一般的な
同種の金属材料同士の溶接時に発生しがちなチリの発生
を抑制又は防止することができるので、溶接品質を高め
ることができるばかりでなく、被溶接物内部の各種部材
又は素子への悪影響を防ぐことができるなど実用上の効
果が非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の抵抗溶接装置の実施例を説明するた
めの図である。

【図２】 本発明の抵抗溶接装置の実施例を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１・・・・床又はベース ２・・・・支持機構 ３・・・・加圧機構 ４・・・・可動ブロック ４Ａ・・・可動ブロック４に植設されたガイドシャフト ４Ｂ・・・可動ブロック４に係合された直線駆動部材 ５・・・・加圧補助部材 ６・・・・支持部材 ７・・・・上部溶接用電極 ８・・・・下部溶接用電極 ９・・・・中間接続体 １０・・・・第１のフレキシブル導電部材 １１・・・・第２のフレキシブル導電部材 １２、１３・・・給電導体 １４・・・・溶接トランス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持機構と、加圧機構が動作するとき前
   記支持機構に対して上下動できるようにその支持機構に
   保持された可動ブロックと、該可動ブロックに植設され
   た複数のガイドシャフトと、該ガイドシャフトに沿って
   それぞれ自由に動ける複数の直線駆動部材と、該直線駆
   動部材に支持された支持部材と、該支持部材に支持され
   た上部溶接用電極と、前記加圧機構の加圧力を前記上部
   溶接用電極に高速で伝達し得る加圧補助部材と、前記上
   部溶接用電極と共働して被溶接物を接合又は溶接する下
   部溶接用電極とを備えることを特徴とする抵抗溶接装
   置。
2. 【請求項２】 支持機構と、加圧機構が動作するとき前
   記支持機構に対して上下動できるようにその支持機構に
   保持された可動ブロックと、前記加圧機構の動きを上部
   溶接用電極に高速で伝達し得る加圧補助部材と、該加圧
   補助部材の伸縮によりレベルが影響されない部位に固定
   された中間接続部材と、該中間金属部材と前記上部溶接
   用電極との間を電気的に接続する第１のフレキシブル導
   電部材と、前記中間金属部材を溶接トランスの２次巻線
   の一端側に電気的に接続する第２のフレキシブル導電部
   材と、前記上部溶接用電極と共働して被溶接物を接合又
   は溶接する下部溶接用電極とを備えることを特徴とする
   抵抗溶接装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記第１のフレキシ
   ブル導電部材及び前記第２のフレキシブル導電部材はそ
   れぞれ複数の薄い金属板を積層してなり、前記第１のフ
   レキシブル導電部材の薄い金属板は前記第２のフレキシ
   ブル導電部材の薄い金属板よりも更に薄いことを特徴と
   する抵抗溶接装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記第１のフレキシ
   ブル導電部材及び前記第２のフレキシブル導電部材はそ
   れぞれ複数の薄い金属板を積層してなり、前記第１のフ
   レキシブル導電部材は前記第２のフレキシブル導電部材
   よりもよりも厚みが薄く、かつ幅が広いことを特徴とす
   る抵抗溶接装置。