特開 2023-76109 溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023076109

(43)【公開日】2023-06-01

(54)【発明の名称】溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/24 20060101AFI20230525BHJP

【ＦＩ】

B23K11/24 315

B23K11/24 335

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021189310

(22)【出願日】2021-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000227836

【氏名又は名称】日本アビオニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】平松 茂

(72)【発明者】

【氏名】橋本 博人

(72)【発明者】

【氏名】関本 隆司

(57)【要約】

【課題】適切な溶接を従来よりも短い時間で実現する。
【解決手段】溶接装置は、被接合物を間に挟んで対向し、被接合物を加圧する電極８０ａ，８０ｂと、溶接電源２０と、溶接中の被接合物に係る物理量を検出する検出部１０～１４，１５０，１５１と、溶接電源２０から電極８０ａ，８０ｂへ電流を供給させる第１通電による溶接を行い、溶接中に検出される物理量が終了条件を満たした時点で第１通電を停止させて、溶接電源２０から電極８０ａ，８０ｂへ電流を再度供給させる第２通電による溶接を行う制御部１５とを備える。物理量は、電極８０ａ，８０ｂを流れる溶接電流、電極８０ａ，８０ｂ間に印加される溶接電圧、電極８０ａ，８０ｂに供給される溶接電力、溶接電流の二乗と第１通電の開始時からの経過時間との積である電流二乗時間積、被接合物の温度、被接合物の厚さ方向の変位量である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被接合物を間に挟んで対向し、前記被接合物を加圧するように構成された第１、第２の電極と、
前記第１、第２の電極間に電流を供給する溶接電源と、
溶接中の前記被接合物に係る１乃至複数の物理量を検出するように構成された検出部と、
外部からの指示に応じて前記溶接電源から前記第１、第２の電極間へ電流を供給させる第１通電による溶接を行い、この溶接中に検出される１乃至複数の前記物理量が所定の終了条件を満たした時点で前記第１通電を停止させて、前記溶接電源から前記第１、第２の電極間へ電流を再度供給させる第２通電による溶接を行うように構成された制御部とを備え、
前記物理量は、前記第１、第２の電極間を流れる溶接電流、前記第１、第２の電極間に印加される溶接電圧、前記第１、第２の電極間に供給される溶接電力、前記溶接電流の二乗と前記第１通電の開始時からの経過時間との積である電流二乗時間積、前記被接合物の温度、前記被接合物の厚さ方向の変位量であることを特徴とする溶接装置。

【請求項2】

請求項１記載の溶接装置において、
前記制御部は、前記第１通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電圧を供給する定電圧制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に所定の溶接電力を供給する定電力制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に間欠的に所定の溶接電圧を供給する間欠的定電圧制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に間欠的に所定の溶接電力を供給する間欠的定電力制御方式の溶接を行うことを特徴とする溶接装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の溶接装置において、
前記制御部は、前記第２通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電流を供給する定電流制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に間欠的に所定の溶接電流を供給する間欠的定電流制御方式の溶接を行うことを特徴とする溶接装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接装置において、
前記制御部は、前記第２通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電流を供給する定電流制御方式の溶接を行い、この溶接中に検出される１乃至複数の前記物理量が所定の冷却開始条件を満たした時点で溶接電流を予め定められた傾きで下降させることを特徴とする溶接装置。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接装置において、
前記制御部は、前記第２通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電流を供給する定電流制御方式の溶接を行い、この溶接中に検出される１乃至複数の前記物理量が所定の冷却開始条件を満たした時点で前記第１通電の開始時点から前記第２通電の予想終了時点までの時間が予め定められた目標時間に近づくように溶接電流を下降させるときの傾きを算出して、算出した傾きで溶接電流を下降させることを特徴とする溶接装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の溶接装置において、
前記被接合物は、複数枚の金属箔が積層された積層体からなることを特徴とする溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接装置に係り、特に複数枚の鉄系金属箔の積層体の接合に適した溶接装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、複数の平板状の正極電極および負極電極をセパレータを介して積層した積層型リチウムイオン電池が使用されるようになってきている。図１１（Ａ）は積層型リチウムイオン電池の積層後の状態を示す斜視図、図１１（Ｂ）は電極のタブとリード端子とを接続した状態を示す斜視図である。

【0003】

積層型リチウムイオン電池においては、図１１（Ａ）に示すように金属箔からなる正極電極１００と金属箔からなる負極電極１０１とがセパレータ（不図示）を介して交互に積層されている。各正極電極１００には、リード接合用のタブ１０２が設けられており、これらのタブ１０２は、図１１（Ｂ）に示すように積層され、接合部１０６において外部接続用のリード端子１０４と接合される。同様に、各負極電極１０１には、リード接合用のタブ１０３が設けられ、これらのタブ１０３は、積層され、接合部１０７において外部接続用のリード端子１０５と接合される。

【0004】

従来のリチウムイオン電池で、一般的に集電体（正極電極１００、負極電極１０１）として使用されるアルミニウム箔や銅箔の接合には、超音波接合が多く用いられてきた。
一方、次世代電池開発の中でその優れた耐食性や機械的特性からステンレス鋼を集電体として適用する動きがある。ステンレス鋼をはじめとする鉄系金属は、超音波ホーンやアンビル（受け治具）の摩耗、ワーク凝着の観点から超音波接合は不適であり、抵抗溶接による接合が適当である。

【0005】

抵抗溶接は、図１２に示すように、複数枚のタブ１０２（またはタブ１０３）とリード端子１０４（またはリード端子１０５）とを上下から一対の電極１０８ａ，１０８ｂで挟み込み押圧しながら、電極１０８ａ，１０８ｂ間に電流を流して、発生するジュール熱でタブ１０２（またはタブ１０３）とリード端子１０４（またはリード端子１０５）とを昇温させて接合を行う方法である。

【0006】

鉄系金属の抵抗溶接は容易であるものの、鉄系金属箔を多数積層させた場合には抵抗値が増大するため、一般的な通電方法（所定の時間を１ショットで接合する方法）では、スパッタやチリが発生したり、電極に金属箔が付着したりして、安定した接合が得られなかった。

【0007】

そこで、特許文献１に開示された技術では、金属箔の重ね合わせ箇所のうち少なくとも一部に押圧力を作用させながら密着させることで重ね合わせ箇所の少なくとも一部を均平化して電気抵抗値が均平化された部分を形成する予備工程を実施した後に、本工程の抵抗溶接を実施するようにしていた。しかしながら、特許文献１に開示された技術では、予備工程を必要とするために、溶接に時間がかかるという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０２０－６６０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数枚の鉄系金属箔の積層体を溶接する場合でも、適切な溶接を従来よりも短い時間で実現することができる溶接装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の溶接装置は、被接合物を間に挟んで対向し、前記被接合物を加圧するように構成された第１、第２の電極と、前記第１、第２の電極間に電流を供給する溶接電源と、溶接中の前記被接合物に係る１乃至複数の物理量を検出するように構成された検出部と、外部からの指示に応じて前記溶接電源から前記第１、第２の電極間へ電流を供給させる第１通電による溶接を行い、この溶接中に検出される１乃至複数の前記物理量が所定の終了条件を満たした時点で前記第１通電を停止させて、前記溶接電源から前記第１、第２の電極間へ電流を再度供給させる第２通電による溶接を行うように構成された制御部とを備え、前記物理量は、前記第１、第２の電極間を流れる溶接電流、前記第１、第２の電極間に印加される溶接電圧、前記第１、第２の電極間に供給される溶接電力、前記溶接電流の二乗と前記第１通電の開始時からの経過時間との積である電流二乗時間積、前記被接合物の温度、前記被接合物の厚さ方向の変位量であることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明の溶接装置の１構成例において、前記制御部は、前記第１通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電圧を供給する定電圧制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に所定の溶接電力を供給する定電力制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に間欠的に所定の溶接電圧を供給する間欠的定電圧制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に間欠的に所定の溶接電力を供給する間欠的定電力制御方式の溶接を行うことを特徴とするものである。
また、本発明の溶接装置の１構成例において、前記制御部は、前記第２通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電流を供給する定電流制御方式の溶接、または前記第１、第２の電極間に間欠的に所定の溶接電流を供給する間欠的定電流制御方式の溶接を行うことを特徴とするものである。
また、本発明の溶接装置の１構成例において、前記制御部は、前記第２通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電流を供給する定電流制御方式の溶接を行い、この溶接中に検出される１乃至複数の前記物理量が所定の冷却開始条件を満たした時点で溶接電流を予め定められた傾きで下降させることを特徴とするものである。
また、本発明の溶接装置の１構成例において、前記制御部は、前記第２通電による溶接として、前記第１、第２の電極間に所定の溶接電流を供給する定電流制御方式の溶接を行い、この溶接中に検出される１乃至複数の前記物理量が所定の冷却開始条件を満たした時点で前記第１通電の開始時点から前記第２通電の予想終了時点までの時間が予め定められた目標時間に近づくように溶接電流を下降させるときの傾きを算出して、算出した傾きで溶接電流を下降させることを特徴とするものである。
また、本発明の溶接装置の１構成例において、前記被接合物は、複数枚の金属箔が積層された積層体からなるものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、スパッタやチリの発生を防止し、また電極への被接合物の付着を防止することができ、複数枚の鉄系金属箔の積層体を溶接する場合でも、安定した接合を実現することができる。また、本発明では、従来の予備工程を必要としないので、溶接に要する時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の第１の実施例に係る溶接装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施例に係る溶接ヘッドの拡大断面図である。

【図3】図３は、溶接中の溶接電流、溶接電圧、溶接電力、電極間抵抗の変化の１例を示す図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施例に係る溶接装置の動作を示すフローチャートである。

【図5】図５は、本発明の第１の実施例における第１通電時の溶接電圧の基準波形の１例を示す図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施例における第２通電時の溶接電流の基準波形の１例を示す図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施例における第１通電時の溶接電力の基準波形の１例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の第２の実施例における第２通電時の溶接電流の基準波形の１例を示す図である。

【図9】図９は、本発明の第２の実施例に係る溶接装置の動作を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、本発明の第１、第２の実施例に係る溶接装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

【図11】図１１は、積層型リチウムイオン電池の積層後の状態および電極のタブとリード端子とを接続した状態を示す斜視図である。

【図12】図１２は、抵抗溶接における接合部の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る溶接装置の構成を示すブロック図である。本実施例の溶接装置は、スタートスイッチ２と、整流回路３と、コンデンサ４と、インバータ５と、溶接トランス６と、ダイオード７と、溶接ヘッド８と、ホール素子９と、電流検出部１０と、電圧検出部１１と、温度検出部１２と、荷重検出部１３と、変位検出部１４と、制御部１５と、操作部１６と、記憶部１７と、例えば溶接中に検出された物理量の波形を表示するための表示部１８とを有する。

【0015】

スタートスイッチ２と整流回路３とコンデンサ４とインバータ５と溶接トランス６とダイオード７とは、溶接ヘッド８に電流を供給する溶接電源２０を構成している。また、ホール素子９と電流検出部１０と電圧検出部１１と温度検出部１２と荷重検出部１３と変位検出部１４と後述する電力検出部１５０と電流二乗時間積検出部１５１とは、溶接中の被接合物に係る物理量を検出する検出部を構成している。

【0016】

図２は溶接ヘッド８の拡大断面図である。溶接ヘッド８は、被接合物８５を間に挟んで対向し、被接合物８５を加圧するように構成された電極８０ａ，８０ｂを備えている。電極８０ａ，８０ｂは、例えばクロム銅（Ｃｕ－Ｃｒ）、アルミナ分散銅（Ｃｕ－Ａｌ₂Ｏ₃）等の銅合金からなる電極本体８１ａ，８１ｂと、上記の銅合金、またはモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）のうち少なくとも１つの元素を含む合金からなる先端部８２ａ，８２ｂとから構成される。さらに、溶接ヘッド８は、先端部８２ａ，８２ｂに取り付けられた熱電対８３ａ，８３ｂと、電極８０ａ，８０ｂを上下させて被接合物８５を挟み込み加圧する加圧機構８４ａ，８４ｂとを備えている。

【0017】

加圧機構８４ａ，８４ｂには、図示しないロードセルが設けられており、被接合物８５に加わる荷重の大きさを電気信号に変換できるようになっている。また、加圧機構８４ａ，８４ｂには、図示しない変位センサが設けられており、被接合物８５の厚さ方向の変位量を電気信号に変換できるようになっている。なお、熱電対８３ａ，８３ｂからの電圧に基づいて先端部８２ａ，８２ｂの温度を検出することができるが、熱電対８３ａ，８３ｂの代わりに放射温度計を設けるようにしてもよい。

【0018】

以下、溶接装置の動作を説明する。本実施例では、複数枚のタブ１０２とリード端子１０４とを積層した積層体を被接合物８５として説明する。タブ１０２は例えば鉄系金属箔からなる。
最初に、溶接ヘッド８の加圧機構８４ａ，８４ｂは、図２に示すように電極８０ａ，８０ｂによって被接合物８５を上下方向（積層体の積層方向に沿った方向）から挟み込み加圧する。なお、図２の例では、加圧機構８４ａ，８４ｂがそれぞれ電極８０ａ，８０ｂに圧力を加えるようになっているが、電極８０ａ，８０ｂのうちどちらか一方のみに圧力を加えるようにしてもよいことは言うまでもない。

【0019】

例えばユーザが操作部１６を操作して溶接開始を指示すると、操作部１６からスタート信号が出力され、スタートスイッチ２がオンになる。スタートスイッチ２がオンになると、整流回路３は、交流２００Ｖの商用３相交流電源１の交流出力を全波整流し、整流回路３の出力端間に並列接続されたコンデンサ４を充電する。この整流回路３は、６個のダイオード３０を用いた３相全波混合ブリッジで構成される。

【0020】

インバータ５は、コンデンサ４の充電電圧を交流電圧に変換して、溶接トランス６の１次側に供給する。インバータ５は、４個のＮＰＮトランジスタ５０からなるブリッジで構成される。溶接トランス６の２次側出力は、整流器（ダイオード）７で全波整流されて電極８０ａ，８０ｂに導かれる。これにより、電極８０ａ，８０ｂ間に大電流を流し、発生するジュール熱で被接合物８５の接合面（金属箔同士の接合面）を昇温させて接合する。

【0021】

電流検出部１０は、溶接トランス６の２次側に設けられたホール素子９の出力から、溶接トランス６の２次側を流れる電流Ｉ（つまり、電極８０ａ，８０ｂを流れる溶接電流）を検出する。電圧検出部１１は、電極８０ａ，８０ｂ間に印加される溶接電圧Ｖを検出する。

【0022】

温度検出部１２は、熱電対８３ａ，８３ｂからの電圧に基づいて被接合物８５の温度Ｔ（先端部８２ａ，８２ｂの温度）を検出する。上記のとおり、熱電対８３ａ，８３ｂの代わりに放射温度計を用いて被接合物８５の温度Ｔを検出するようにしてもよい。荷重検出部１３は、加圧機構８４ａ，８４ｂに設けられたロードセルの出力に基づいて、被接合物８５に印加される荷重Ｇを検出する。変位検出部１４は、加圧機構８４ａ，８４ｂに設けられた変位センサの出力に基づいて、被接合物８５の厚さ方向の変位量Ｄを検出する。

【0023】

制御部１５内に設けられる電力検出部１５０は、電流検出部１０が検出した溶接電流Ｉの値と電圧検出部１１が検出した溶接電圧Ｖの値とを積算することにより、電極８０ａ，８０ｂに供給される溶接電力Ｗを検出する。制御部１５内に設けられる電流二乗時間積検出部１５１は、溶接電流Ｉの二乗と通電開始時からの経過時間ｔとの積である電流二乗時間積Ｉ²ｔを算出する。

【0024】

図３は溶接中の溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接電力Ｗ、電極間抵抗Ｒの変化の１例を示す図、図４は本実施例の溶接装置の動作を示すフローチャートである。
本実施例では、電極８０ａ，８０ｂへの通電を、第１通電、第２通電の２回行うが、第１通電として定電圧制御方式による通電を行い、第２通電として定電流制御方式による通電を行う。

【0025】

記憶部１７には、望ましい溶接条件として電極８０ａ，８０ｂへの望ましい通電の基準波形が第１通電、第２通電毎に記憶されている。本実施例では、第１通電の溶接条件として溶接電圧Ｖの基準波形が設定され、第２通電の溶接条件として溶接電流Ｉの基準波形が設定されている。また、記憶部１７には、第１通電の終了条件、第２通電の冷却開始条件が記憶されている。

【0026】

まず、制御部１５は、インバータ５を動作させて交流電圧を発生させることにより、電極８０ａ，８０ｂに電流を印加する。そして、制御部１５は、電圧検出部１１によって検出される溶接電圧Ｖをリアルタイムで監視して、第１通電開始時からの経過時間がｔの現時点における溶接電圧Ｖが、記憶部１７に記憶された溶接電圧Ｖの基準波形上の経過時間ｔにおける値と一致するように、インバータ５のトランジスタ５０のオン／オフを制御して、電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御する。

【0027】

図５は第１通電時の溶接電圧Ｖの基準波形の１例を示す図である。本実施例の溶接電圧Ｖの基準波形では、例えば設定電圧Ｖｓｐと、設定電圧Ｖｓｐまでの上昇時間ｔ１と、設定電圧Ｖｓｐまでの波形とが定義されている。こうして、溶接電圧Ｖの波形が基準波形と一致するように電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御することにより、図３に示すように第１通電によって電極８０ａ，８０ｂ間に一定の溶接電圧Ｖが供給される定電圧制御方式の溶接が行われる（図４ステップＳ１）。

【0028】

次に、制御部１５は、第１通電の終了条件が成立したかどうかを判定する（図４ステップＳ２）。第１通電の終了条件としては、溶接電流Ｉの終了条件値、溶接電力Ｗの終了条件値、電流二乗時間積Ｉ²ｔの終了条件値、被接合物８５の温度Ｔの終了条件値（温度範囲）と継続時間、被接合物８５の厚さ方向の変位量Ｄの終了条件値などがある。

【0029】

制御部１５は、電流検出部１０によって検出される溶接電流Ｉが記憶部１７に記憶されている第１通電の終了条件値（電流）以上に達したときに、第１通電の終了条件が成立したと判定する。制御部１５は、電力検出部１５０によって算出される溶接電力Ｗが記憶部１７に記憶されている第１通電の終了条件値（電力）以上に達したときに、第１通電の終了条件が成立したと判定してもよい。

【0030】

また、制御部１５は、電流二乗時間積検出部１５１によって算出される電流二乗時間積Ｉ²ｔが記憶部１７に記憶されている第１通電の終了条件値（電流二乗時間積）以上に達したときに、第１通電の終了条件が成立したと判定してもよい。また、制御部１５は、温度検出部１２によって検出される被接合物８５の温度Ｔが記憶部１７に記憶されている第１通電の終了条件値（温度）以上に達したときに、第１通電の終了条件が成立したと判定してもよい。また、制御部１５は、変位検出部１４によって検出される被接合物８５の厚さ方向の変位量Ｄが記憶部１７に記憶されている第１通電の終了条件値（変位量）以上に達したときに、第１通電の終了条件が成立したと判定してもよい。

【0031】

制御部１５は、第１通電の終了条件が成立したと判定した時点でインバータ５の動作を停止させて、電極８０ａ，８０ｂへの第１通電を終了させる（図４ステップＳ３）。図３の例では、溶接電流Ｉが第１通電の終了条件値（電流）まで上昇した時点で、第１通電の終了条件が成立したと判定して第１通電を終了している。

【0032】

なお、上記の例では、１つの終了条件が成立したときに第１通電を終了しているが、１つの終了条件でなく、複数の終了条件が成立したときに第１通電を終了してもよい。

【0033】

次に、制御部１５は、インバータ５を再び動作させて交流電圧を発生させることにより、電極８０ａ，８０ｂに電流を印加する。そして、制御部１５は、電流検出部１０によって検出される溶接電流Ｉをリアルタイムで監視して、第２通電開始時からの経過時間がｔの現時点における溶接電流Ｉが、記憶部１７に記憶された溶接電流Ｉの基準波形上の経過時間ｔにおける値と一致するように、インバータ５のトランジスタ５０のオン／オフを制御して、電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御する。

【0034】

図６は第２通電時の溶接電流Ｉの基準波形の１例を示す図である。本実施例の溶接電流Ｉの基準波形では、例えば設定電流Ｉｓｐと、設定電流Ｉｓｐまでの上昇時間ｔ２と、設定電流Ｉｓｐまでの波形と、冷却開始時点から通電終了までの時間ｔ３と、冷却開始時点から通電終了までの波形とが定義されている。こうして、溶接電流Ｉの波形が基準波形と一致するように電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御することにより、図３に示すように第２通電によって電極８０ａ，８０ｂに一定の溶接電流Ｉが供給される定電流制御方式の溶接が行われる（図４ステップＳ４）。

【0035】

次に、制御部１５は、冷却開始条件が成立したかどうかを判定する（図４ステップＳ５）。冷却開始条件としては、溶接電圧Ｖの値がある。制御部１５は、電圧検出部１１によって検出される溶接電圧Ｖが記憶部１７に記憶されている冷却開始条件値（電圧）以下になったときに、冷却開始条件が成立したと判定する。

【0036】

制御部１５は、冷却開始条件が成立したと判定した時点で、電流検出部１０によって検出される溶接電流Ｉが、図６に示す冷却開始時点からの基準波形と一致するように電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御することにより、溶接電流Ｉを下降させる（図４ステップＳ６）。本実施例では、溶接電流Ｉを徐々に下降させて被接合物８５を徐々に冷却することで良好な溶接品質を実現することができる。電極８０ａ，８０ｂへの通電量が０になった時点で第２通電終了となる（図４ステップＳ７）。

【0037】

以上のように、本実施例では、被接合物８５の抵抗溶接を行う際に、溶接中に検出される物理量をリアルタイムで監視して、物理量が所定の終了条件値に達した時点で電極８０ａ，８０ｂへの第１通電を終了させて第２通電を開始し、接合に必要となる電流を流すことで被接合物８５の接合を完成させる。

【0038】

本実施例では、第１通電による定電圧制御方式の溶接によって、金属箔表面に存在する酸化膜を破り、通電経路を確保する。第１通電による通電経路の確保なしに第２通電を行うと、設定した電流値を流すために瞬間的に高電圧がかかり、スパッタ、電極８０ａ，８０ｂへの金属箔の付着、電極８０ａ，８０ｂの先端の摩耗等が発生して安定した接合が困難となる。

【0039】

また、第１通電において被接合物８５の表面酸化膜を破るためには設定電圧Ｖｓｐを比較的高くする必要がある。このとき、制御の切り替えにおける反応の速度が遅いと瞬間的に大電流が流れてしまう可能性がある。そこで、第１通電時の物理量を測定して制御することで、第２通電への速い制御切り替えを実現している。第１通電開始時から終了条件が成立するまでの時間は、金属箔の積層枚数と溶接条件が同じであっても金属箔の表面状態や歪み状態等により毎回同様になるとは限らない。したがって、第１通電時の物理量の測定をせずに、決められた時間で制御切り替えを行うと、ある時は第１通電で通電経路が確保できず、またある時は必要な値を超過する大電流が流れてしまうということが起きる。

【0040】

本実施例によれば、スパッタやチリの発生を防止し、また電極８０ａ，８０ｂへの金属箔の付着を防止することができ、鉄系金属箔積層体の安定した接合を実現することができる。

【0041】

本実施例では、特許文献１に開示された予備工程を必要としない。予備工程には時間がかかるが、本実施例における第１通電、第２通電の時間は合計で例えば１００ｍｓ程度である。したがって、本実施例によれば、溶接に要する時間を短縮することができる。

【0042】

なお、本実施例では、第１通電時の溶接として定電圧制御方式の溶接を行ったが、定電力制御方式の溶接を行ってもよい。この場合、記憶部１７には、第１通電の溶接電力Ｗの基準波形が予め記憶されている。図７は第１通電時の溶接電力Ｗの基準波形の１例を示す図である。本実施例の溶接電力Ｗの基準波形では、例えば設定電力Ｗｓｐと、設定電力Ｗｓｐまでの上昇時間ｔ１と、設定電力Ｗｓｐまでの波形とが定義されている。

【0043】

制御部１５は、第１通電開始時からの経過時間がｔの現時点における溶接電力Ｗが、記憶部１７に記憶された溶接電力Ｗの基準波形上の経過時間ｔにおける値と一致するように、電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御すればよい。定電力制御方式の溶接を行う場合、溶接電力Ｗの終了条件値を第１通電の終了条件値として採用しないことは言うまでもない。

【0044】

なお、制御部１５は、電力検出部１５０によって算出される溶接電力Ｗが記憶部１７に記憶されている冷却開始条件値（電力）以下になったときに、冷却開始条件が成立したと判定するようにしてもよい。また、制御部１５は、温度検出部１２によって検出される被接合物８５の温度Ｔが記憶部１７に記憶されている冷却開始条件値（温度）以上に達したとき、または温度Ｔが記憶部１７に記憶されている冷却開始条件値（温度）の範囲内である状態が記憶部１７に記憶されている継続時間以上続いたときに、冷却開始条件が成立したと判定するようにしてもよい。また、制御部１５は、変位検出部１４によって検出される被接合物８５の厚さ方向の変位量Ｄが記憶部１７に記憶されている冷却開始条件値（変位量）以上に達したときに、冷却開始条件が成立したと判定するようにしてもよい。
以上の例では、１つの冷却開始条件が成立したときに冷却を開始しているが、１つの冷却開始条件でなく、複数の冷却開始条件が成立したときに冷却を開始してもよい。

【0045】

［第２の実施例］
第１の実施例では、第２通電時に冷却開始条件が成立した時点で溶接電流Ｉを徐々に下降させているが、例えば金属箔の表面状態や歪み状態等によって第１通電の終了条件が成立する時点がばらつくために、溶接に要する時間（第１通電の開始時点から第２通電の終了時点までの時間）のばらつきが大きくなる可能性がある。そこで、図６に示したように予め定められた傾きで溶接電流Ｉを下降させるのではなく、溶接に要する時間が予め定められた目標時間に近づくように、冷却開始時点からの溶接電流Ｉの傾きを調整してもよい。

【0046】

本実施例においても、溶接装置および被接合物の構成は第１の実施例と同様であるので、図１、図２の符号を用いて説明する。
図８は本実施例の第２通電時の溶接電流Ｉの基準波形の１例を示す図である。図６との違いは、冷却開始時点から通電終了までの波形が定義されていないことである。

【0047】

図９は本実施例の溶接装置の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１～Ｓ５の処理は第１の実施例と同じである。

【0048】

制御部１５は、冷却開始条件が成立したと判定した時点で（図９ステップＳ５においてＹＥＳ）、設定電流Ｉｓｐと、第１通電の開始時点から第２通電の冷却開始時点までに要した時間と、予め定められた目標時間とに基づいて、第１通電の開始時点から第２通電の予想終了時点までの時間が目標時間に近づくように、設定電流Ｉｓｐから０まで溶接電流Ｉを下降させるときの傾きを算出する（図９ステップＳ８）。

【0049】

そして、制御部１５は、電流検出部１０によって検出される溶接電流ＩがステップＳ８で算出した傾きで下降するように電極８０ａ，８０ｂへの通電量を制御する（図９ステップＳ９）。電極８０ａ，８０ｂへの通電量が０になった時点で第２通電終了となる（図９ステップＳ１０）。
こうして、本実施例では、第１通電の開始時点から第２通電の終了時点までの時間を目標時間に近づけることができる。

【0050】

なお、第１通電の開始時点から第２通電の冷却開始時点までに要した時間が目標時間を既に上回っており、溶接電流Ｉを垂直降下させたとしても第１通電の開始時点から第２通電の予想終了時点までの時間が目標時間を上回る場合には、予め定められた傾き（例えば垂直降下に近い傾き）に設定すればよい。

【0051】

第１、第２の実施例では、複数枚の鉄系金属箔の積層体を被接合物８５としているが、これに限るものではなく、ニッケルからなる複数枚の板の積層体を被接合物８５としてもよいし、ニッケル合金からなる複数枚の板の積層体を被接合物８５としてもよいし、アルミニウムからなる複数枚の板の積層体を被接合物８５としてもよいし、アルミニウム合金からなる複数枚の板の積層体を被接合物８５としてもよいし、銅若しくは銅合金からなる複数枚の板の積層体を被接合物８５としてもよいし、ニッケル若しくはニッケル合金からなる板、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる板、銅若しくは銅合金からなる板とを複数枚積層した積層体を被接合物８５としてもよい。

【0052】

また、第１、第２の実施例では、第１通電時の溶接として、定電圧制御方式の溶接または定電力制御方式の溶接を行う例について説明したが、パルス制御方式の溶接を行うようにしてもよい。すなわち、電極８０ａ，８０ｂ間に間欠的に所定の溶接電圧を供給する間欠的定電圧制御方式の溶接を行うようにしてもよいし、電極８０ａ，８０ｂ間に間欠的に所定の溶接電力を供給する間欠的定電力制御方式の溶接を行うようにしてもよい。同様に、第１、第２の実施例では、第２通電時の溶接として、定電流制御方式の溶接を行う例について説明したが、間欠的定電流制御方式の溶接を行うようにしてもよい。

【0053】

第１、第２の実施例の制御部１５、操作部１６、記憶部１７および表示部１８の機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１０に示す。

【0054】

コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インタフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、溶接電源と電流検出部１０と電圧検出部１１と温度検出部１２と荷重検出部１３と変位検出部１４等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施例で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、抵抗溶接装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0056】

１…３相交流電源、２…スタートスイッチ、３…整流回路、４…コンデンサ、５…インバータ、６…溶接トランス、７…ダイオード、８…溶接ヘッド、９…ホール素子、１０…電流検出部、１１…電圧検出部、１２…温度検出部、１３…荷重検出部、１４…変位検出部、１５…制御部、１６…操作部、１７…記憶部、１８…表示部、２０…溶接電源、８０ａ，８０ｂ…電極、８１ａ，８１ｂ…電極本体、８２ａ，８２ｂ…先端部、８３ａ，８３ｂ…熱電対、８４ａ，８４ｂ…加圧機構、８５…被接合物、１５０…電力検出部、１５１…電流二乗時間積検出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】