高導電性金属材料の抵抗溶接方法
【課題】銅部材又はアルミニウム部材など高導電材料からなる被溶接物を抵抗溶接でき、かつ簡単で安価に、また溶接品質の高い溶接結果を得ることができる。
【解決手段】第１の被溶接物Ｗ１の金属材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属膜Ｍを前記第１の被溶接物に形成する工程と、前記第２の被溶接物Ｗ２にプロジェクションＰを形成する工程と、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを前記第１の被溶接物に形成されている前記低融点金属膜に当接させる工程と、互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程とを備えることを特徴とする高導電金属材料の抵抗溶接方法。
【解決手段】第１の被溶接物Ｗ１の金属材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属膜Ｍを前記第１の被溶接物に形成する工程と、前記第２の被溶接物Ｗ２にプロジェクションＰを形成する工程と、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを前記第１の被溶接物に形成されている前記低融点金属膜に当接させる工程と、互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程とを備えることを特徴とする高導電金属材料の抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な同種又は異種の金属材料からなる被溶接物、特に銅材料と銅材料など従来方法では抵抗溶接が極めて困難とされていた高導電材料同士を抵抗溶接するのに適した高導電性金属材料の抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の金属材料同士や、鉄系材料とステンレス材料、あるいは鉄系材料と銅材料、又は鉄系材料とアルミニウム材料など、融点や導電率など特性の異なる異種金属材料を接合する方法が種々提案されているが、異種金属材料の接合は例えば鉄系材料からなる金属鋼板同士の接合では、硬ロウによる接合、あるいは超音波接合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などによって、接合される場合が多かった。また、同種の金属材料同士の抵抗溶接でも、導電率が非常に良好な銅材料と銅材料同士、又はアルミニウム材料とアルミニウム材料同士、あるいは銅材料とアルミニウム部材との接合なども同様の手段で行われていたが、このような接合方法では、導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料を用いるという用途から見て、それらの界面抵抗を無視できるほどには小さくできない。したがって、異種金属の中でも、導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接は特に難しいとされている中、界面抵抗を小さくできる抵抗溶接を行う努力が既に行われており、下記のような処理工程を予め行うことによって銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接が可能とする改良技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この方法は、銅材料とアルミニウム材料とを直接抵抗溶接することはできないので、抵抗溶接前に予め銅材料の接合表面をスズにより被覆し、更に処理を行ってその銅材料とスズとの界面に銅とスズとの固溶を生成させたスズ被覆層を形成した後に、そのスズ被覆層とアルミニウム材料とを接触させ、その固溶生成させたスズ被覆層を銅材料とアルミニウム材料との間に介在させた状態で加圧し、溶接電流を流して抵抗溶接を行うものである。この溶接方法を実現するのは、コンデンサ蓄勢式溶接機ではなくインバータ式溶接機を用いて、高周波の溶接電流を銅材料とアルミニウム材料とに流し、銅材料とアルミニウム材料との接合部を溶融させて互いの溶融した銅とアルミニウムとを混じり合わせたナゲットを形成して溶接を行うものである。また、異種金属の抵抗溶接に当たっては、予め異種金属の接合部を最適な特殊形状に加工することによって良好な溶接結果が得られる抵抗溶接方法、及び抵抗溶接装置が報告されている（例えば、特許文献２〜５参照）。また、拡散接合時にアルミニウム又はマグネシウムなどの接合面の酸化膜や汚れを除去する酸洗いなどの前処理を不要にするために、被溶接物双方にプロジェクションを形成し、それらプロジェクションの頂部同士を当接させて溶接する方法も開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２００１−０８７８６６公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０４０号公報
【特許文献３】特開平１０−１２８５５０号公報
【特許文献４】特開平１０−１５６５４８号公報
【特許文献５】特開平１１−０３３７３７号公報
【特許文献６】特開２００２−１０３０５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前掲特許文献１で開示された抵抗溶接方法にあっては、銅材料の接合表面にスズを形成し、銅材料とアルミニウム材料との接合部にナゲットを形成する溶接方法であるので、銅材料とアルミニウム材料との接合部にスズ層が形成されるために、接合部での抵抗が大きくなるという欠点がある。また、相互の金属が溶融することによって形成されるナゲットの熱によって接合部の周囲のスズ層がチリとなって飛散し、その飛散量が多くなるだけでなく、接合部周囲の銅材料とアルミニウム材料とを変色させたり、歪みを生ずるという問題点がある。また、前掲の特許文献２〜５に記載されている接合部の構造は特定の構造の異種金属材料からなる被溶接物に適しているが、特に銅材料と銅材料、又はアルミニウム材料とアルミニウム材料、あるいは銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接にはそのまま適用することは難しく、前掲特許文献に開示されている抵抗溶接装置をもってしても良好な溶接結果が得られない。また、前掲の特許文献６に記載されているように、銅材料とアルミニウム材料との双方にプロジェクションを設けて互いに突合せて溶接しても、アルミニウム材料に比べて銅材料の溶融又は軟化が遅いために満足の行く溶接結果は得られず、実際の製造ラインに特許文献６に記載されている抵抗溶接方法を用いることは今のところ難しい場合が多い。
【０００５】
したがって、本発明は前述の問題点を解決し、主として導電率が非常に高い被溶接物同士の抵抗溶接を行うことができ、かつ簡単で安価に、また溶接品質の高い溶接結果が得られる抵抗溶接方法を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属膜を前記第１の被溶接物に形成する工程と、前記第２の被溶接物にプロジェクションを形成する工程と、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを前記第１の被溶接物に形成されている前記低融点金属膜に当接させる工程と、互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程とを備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【０００７】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションが、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【０００８】
第３の発明は、第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とにそれぞれプロジェクションを形成する工程と、前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第２の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程と、前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションと前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションとを前記低融点金属膜を介して当接させる工程と、互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程とを備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【０００９】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【００１０】
第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の被溶接物及び前記第２の被溶接物は、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【００１１】
第６の発明は、前記第１の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記低融点金属膜は、メッキ工程によって形成されることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１２】
第７の発明は、前記第１の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、前記低融点金属膜は、１μｍから１２μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１３】
第８の発明は、前記第１の発明ないし前記第７の発明のいずれかにおいて、前記プロジェクションは環状のものであり、この環状のプロジェクションの頂部の幅は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１４】
第９の発明は、前記第１の発明ないし前記第７の発明のいずれかにおいて、前記プロジェクションは点状のものであり、この点状のプロジェクションの頂部の直径は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１５】
第１０の発明は、前記第１の発明ないし前記第９の発明のいずれかにおいて、前記パルス状溶接電流は、電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間が１０ｍｓ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
前記第１の発明ないし前記第６の発明は、銅材料同士又はアルミニウム材料同士のような高導電金属材料を抵抗溶接できる基本的な技術を提供しており、各種の条件を選定することによって高導電金属材料同士の抵抗溶接を行うことができる。
【００１７】
また、前記第７の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第６の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物との拡散接合部に低融点金属膜と同じ金属材料の薄い層が形成されないので良好な溶接品質が得られると同時に、低融点金属膜のチリの飛散が少ない。
【００１８】
また、前記第８の発明及び前記第９の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第８の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物との拡散接合部に低融点金属膜と同じ金属材料の薄い層が形成されないので、拡散接合部の抵抗値が増大せず、良好な溶接品質が得られると共に、第１の被溶接物と第２の被溶接物とが熱によって変形することなく所期の溶接結果を得ることができる。
【００１９】
また、前記第１０の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第９の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物との双方又は一方に形成されるプロジェクションとその当接部だけを塑性流動させて接合する拡散接合が可能になるので、前記第９の発明又は前記第１０の発明で得られる効果を確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
[実施形態１]
図１及び図２によって本発明に係る抵抗溶接の実施形態１について説明する。図１は実施形態１に係る抵抗溶接方法を実現するのに用いられる被溶接物の一例を説明するための図、図２は実施形態１に係る抵抗溶接方法を実現するのに適したコンデンサ蓄勢式抵抗溶接装置の一例を示す図である。先ず、本発明が適用できる範囲は一般的な様々な同種の金属材料同士、あるいは様々な異種の金属材料からなる被溶接物などの抵抗溶接であるが、実施形態１では特に抵抗溶接が難しいとされている銅又は銅合金同士の抵抗溶接（拡散接合）を例として以下に説明する。したがって、本明細書において「銅材料」とは「銅又は銅合金」を意味する。
【００２１】
銅材料は、一般に鋼板やステンレス材料に比べて導電率が高く、表面に酸化膜などが形成され易い。金属材料の抵抗溶接（本発明では拡散接合と同意義である。）は、溶接電流が流れるときに金属材料の有する抵抗が生じる発熱によって双方の金属材料の当接面で塑性流動が起こり、拡散接合が行われる。しかしながら、銅材料の抵抗は極めて小さいためにその抵抗により発熱する発熱量が不足し、満足の行く拡散接合は難しいというのが一つ目の大きな理由である。また、銅材料は比較的酸化しやすく、仮にその酸化膜が薄くても溶接電流が流れ難く、爆飛などが起こるので満足の行く拡散接合が難しいというのが二つ目の理由である。実験では拡散接合が可能であっても、被溶接物の接合部の形状や表面状態、溶接電流の条件、溶接装置の諸々の特性など種々の制約が厳しいために実際の製造ラインに適用することは極めて困難であった。本発明では実際の製造ラインに容易に適用することができる抵抗溶接方法を提供する。この発明は、基本的には従来の技術思想などの範囲を制約して組み合わせることによって、銅材料など高導電性金属材料同士の抵抗溶接を実際の製造ラインに容易に適用できるようにしたところに特徴がある。
【００２２】
図１（Ａ）、（Ｂ）において、第１の被溶接物Ｗ１は銅板からなり、第２の被溶接物Ｗ２は銅パイプからなる。第１の被溶接物Ｗ１の片面には低融点金属膜Ｍが形成されている。この低融点金属膜Ｍは、主として銅板の表面が酸化されて接合面域が酸化銅膜で覆われるのを防ぐ働きを行うものであり、銅材料の融点よりも低く、比較的安価な金属材料で銅材料に形成し易い、特にメッキ工程で形成し易いスズ（Ｓｎ）、あるいは亜鉛（Ｚｎ）、又はリフローによって銅板の面にほぼ一様に形成できるハンダ材料などが好ましい。実施形態１における低融点金属膜Ｍはスズ材料からなるものとする。スズメッキによって第１の被溶接物Ｗ１に低融点金属膜Ｍを形成するので、ある厚み以上の低融点金属膜Ｍに覆われている第１の被溶接物Ｗ１の面は清浄なままに維持される。
【００２３】
低融点金属膜Ｍを形成するとき、第１の被溶接物Ｗ１の他方の面には低融点金属膜Ｍが形成されていない方が、溶接時に溶接電極に低融点金属膜Ｍが付着せず、汚れないという面から好ましい。しかし、第１の被溶接物Ｗ１の両面に低融点金属膜Ｍが形成されていてもかまわない。低融点金属膜Ｍの厚みは１μｍから１２μｍの範囲にあることが好ましい。低融点金属膜Ｍが１μｍよりも薄い膜厚の場合には、低融点金属膜Ｍの膜厚の不均一性や、第１の被溶接物Ｗ１の搬送過程などで低融点金属膜Ｍが損傷することによって酸化膜が形成される場合があり、この場合には銅部材と銅部材との抵抗溶接は不完全なものになり、満足できる溶接結果が得られない。また、低融点金属膜Ｍが１２μｍよりも厚い膜厚の場合には、抵抗溶接部位の切断面を顕微鏡で観察すると、第１の被溶接物Ｗ１である銅板と第２の被溶接物Ｗ２である銅パイプとの接合面に低融点金属膜Ｍと同じ金属材料の薄い層が形成されたり、低融点金属膜Ｍの金属材料が混入された薄層が形成されることがあり、接合面での抵抗値の増加や接合面の脆弱化といった影響が生じるので、低融点金属膜Ｍの膜厚は１２μｍ以下であるのが好ましい。
【００２４】
図１（Ｂ）に第２の被溶接物Ｗ２である銅パイプの断面を示す。その銅パイプの先端部分は先細りの環状先端部Ａになっており、後述するが、その先細りの環状先端部Ａは環状のプロジェクションＰとして作用する。実施形態１では、第２の被溶接物Ｗ２が円筒状の銅パイプであるので、先細りの環状先端部Ａは円環状である。したがって、環状のプロジェクションＰも円環状である。この環状のプロジェクションＰの形成方法は、パイプを抵抗溶接するときに形成する一般的なプロジェクションの形成方法と同じであるので詳しく説明しないが、第２の被溶接物Ｗ２である銅パイプの円環状端部の外側、あるいは外側と内側をある傾斜面になるように研磨することによって形成される。実施形態１では銅パイプの先端部分の外側と内側を研磨して先細りの環状先端部Ａ、つまり環状のプロジェクションＰが形成されている。プロジェクションＰは円環状の頂部Ｐ１と外側の傾斜部Ｐ２と内側の傾斜部Ｐ３とからなる。環状のプロジェクションＰの高さは特に限定されないが、つまり頂部Ｐ１の高さは特に限定されないが、環状の先細りの環状先端部Ａの造り易さや強度などの面から０．３〜０．８ｍｍ程度が好ましい。また、外側の傾斜部Ｐ２と内側の傾斜部Ｐ３とがなす角度は任意でよいが、例えば６０〜１２０度である。ここで環状のプロジェクションＰの大切な要件は、図１（Ｂ）に示す円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下でなければならないということである。後述からも分かるように、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、溶接強度が低下するなど溶接品質が低下することが確認されている。この原因は円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接合面に低融点金属膜Ｍの金属材料の層が形成され易くなるからである。なお、円環状の頂部Ｐ１はその断面が任意の円弧状であっても勿論よい。
【００２５】
次に、このような環状のプロジェクションＰが形成された銅部材である第２の被溶接物Ｗ２と低融点金属膜Ｍが形成された銅部材である第１の被溶接物Ｗ１との抵抗溶接（拡散接合）を実現可能にするコンデンサ蓄勢式の抵抗溶接装置の一例を図２によって簡潔に説明する。この抵抗溶接装置は前掲の特許文献４に記載されたものとほぼ同じである。この抵抗溶接装置が設置される床又はベース部材１に支持機構２が固定されている。支持機構２にはシリンダ装置などからなる加圧機構３が取り付けられ、加圧機構３の先端部には金属材料からなる可動ブロック４が取り付けられている。スプリング又は電磁加圧装置のような加圧補助部材５が可動ブロック４と支持部材６との間に備えられ、溶接電極の加圧応答を向上させる補助的な役割を行っている。銅部材と銅部材との抵抗溶接ではこの加圧補助部材５の働きは大きい。ここで、支持部材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。上部溶接電極７は持部材６に支承されており、上部溶接電極７と向かい合った位置には下部溶接電極８が配置されている。上部溶接電極７については図４で説明するが、銅パイプである第２の被溶接物Ｗ２を両側からチャック、つまり把持できるように２分割されている。加圧補助部材５の伸縮の影響を受けない高さの部位に位置する可動ブロック４にはＬ字形の中間接続部材９が固定されている。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１０が備えられ、Ｌ字形の中間接続部材９と一方の給電導体１２との間は導体１１によって接続されている。導体１１は、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。上部溶接電極７と下部溶接電極８とは、例えば銅合金からなる。
【００２６】
給電導体１２と、下部溶接電極８に接続された他方の給電導体１３との間に溶接トランス１４の２次巻線Ｎ２が接続され、これに磁気的に結合された１次巻線Ｎ１にはインバータ回路又は半導体スイッチ回路のような放電回路１５が接続される。放電回路１５にはエネルギー蓄積用コンデンサ１６とそのコンデンサを充電する充電回路１７とが接続されている。抵抗溶接にあっては、溶接に寄与する溶接電流のほとんどは立ち上がりからピーク値近傍までの電流であるので、ここでは図３に示すように、パルス状の溶接電流のパルス幅をゼロからピーク値に立ち上がるまでの時間Ｔであるものとし、銅材料と銅材料との抵抗溶接では時間Ｔが１０ｍｓ程度以下であることが好ましい。このようなパルス幅の狭い急峻なパルス状電流が銅材料と銅材料との間に流れることができるように、放電回路１５、溶接トランス１４及び給電導体１２、１３など、エネルギー蓄積用コンデンサ１６の放電電流が流れる通電路はインダクタンスを最小にする回路構成になっている。そのために、例えば給電導体１２、１３などは最短になっており、また、配線となる導電体はそのインダクタンスを相殺するように配置されている。そして、この構造では上部溶接電極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ることができる加圧補助部材５に結合されているので、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰとこれに当接する面域の第１の被溶接物Ｗ１との塑性流動による上部溶接電極７と第１の被溶接物Ｗ１との間の微妙な加圧力の変化に対して、上部溶接電極７が即応することができる。なお、記号１８〜２０は３相交流入力端子を示す。
【００２７】
次に、抵抗溶接回路の概略を示す図４も用いて実施形態１に係る抵抗溶接について説明する。先ず、低融点金属膜Ｍを上にして第１の被溶接物Ｗ１を下部溶接電極８上に載置する。上部溶接電極７はパイプなどの溶接に従来から用いられている分割形の電極であり、２個の分割型電極７Ａと７Ｂとが図面左右方向に動いて拡径又は縮径を自在に行って、パイプをチャック（把持）又はその開放を自在に行える構造のものである。上部溶接電極７は３分割又は４分割、あるいはそれ以上に分割されている分割型電極であっても勿論よい。上部溶接電極７は、分割型電極７Ａと７Ｂとが拡径した状態で銅パイプである第２の被溶接物Ｗ２を受け入れ、分割型電極７Ａと７Ｂを縮径させて第２の被溶接物Ｗ２を把持する。ここで、溶接時における第２の被溶接物Ｗ２の変形防止の面から、図４において第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａである環状のプロジェクションＰとその上の数ｍｍ程度が上部溶接電極７から突出するように、上部溶接電極７が第２の被溶接物Ｗ２を把持するのが好ましい。
【００２８】
次に、上部溶接電極７を降下、又は下部溶接電極８を上昇させて第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰを第１の被溶接物Ｗ１に形成されている低融点金属膜Ｍに当接させる。次に、図２における加圧機構３が動作して下方向に動作し、これに伴い、可動ブロック４、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し、上部溶接電極７が第１の被溶接物Ｗ１に所定の加圧力を加える。この所定の加圧力を加えている途中、あるいは加圧力がほぼ一定になった段階で、放電回路１５がオンして、充電回路１７により既にエネルギー蓄積用コンデンサ１６に充電されている電荷を、溶接トランス１４の１次巻線Ｎ１に放出する。これに伴い、１次巻線Ｎ１に比べて巻数が大幅に少ない１ターン又２ターン程度の２次巻線Ｎ２に大きな電流が発生し、上部溶接電極７と下部溶接電極８とその間に挟まれている第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを介してパルス状の溶接電流が流れる。このパルス状の溶接電流は前述したようにほぼ１０ｍｓ以下の時間で急激にピーク値まで増大し、短時間で急激に低下する単一の電流パルスである。
【００２９】
このようなパルス状の溶接電流が低融点金属膜Ｍを通して銅パイプである第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰに集中して短時間流れる。第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１の低融点金属膜Ｍとの接触抵抗は、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１とが直接当接する場合の接触抵抗よりも大きくなり、かつ例えばスズは銅に比べて融点が四分の一以下と小さいので、低融点金属膜Ｍは銅に比べて非常に溶融し易い。銅の融点はほぼ１０８５℃であり、スズ（Ｓｎ）の融点はほぼ２３２℃である。したがって、パルス状の溶接電流が流れるとき、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１の低融点金属膜Ｍとの接触抵抗により生じる熱によって、パルス状の溶接電流が増大する過程で先ず低融点金属膜Ｍが溶融する。そして、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間にかけられている加圧力によって、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１（図１）に当接している溶融した低融点金属膜Ｍは排除され、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１が第１の被溶接物Ｗ１の地肌、つまり銅材料に当接する。したがって、第１の被溶接物Ｗ１の地肌は清浄であるので、接触面積の小さな第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１と第１の被溶接物Ｗ１の地肌との接触面を通して電流密度の大きな電流が流れ、低融点金属膜Ｍの溶融時の発熱も加わって、パルス状の溶接電流のピーク値近傍で第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰが塑性流動を起こすと共に、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１に当接している第１の被溶接物Ｗ１の面域が塑性流動を起こし、良好な抵抗溶接（拡散接合）が行われる。
【００３０】
第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接で、良好な溶接結果が得られるのは前述したように、前記条件の低融点金属膜Ｍ及び前記条件の頂部Ｐ１を有する環状のプロジェクションＰに拠るところが大きいが、図２で述べた抵抗溶接装置の特性に負うところも大きい。したがって、図２に示した抵抗溶接装置の動作について更に詳しく説明する。先ず、加圧機構３が動作して下方向に動作すると、これに伴い、可動ブロック４、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２には示さないが、図４を用いて前述したように、第１の被溶接物Ｗ１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２の被溶接物Ｗ２が低融点金属膜Ｍを介して第１の被溶接物Ｗ１に当接される。上部溶接電極７と支持部材６と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は加圧機構３と一緒に下降する。
【００３１】
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、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の即応性が改善される。
【００３２】
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。加圧力が第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とにかけられる過程において、その加圧力によって第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１の酸化膜が破れ、低融点金属膜Ｍと環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１との間の導電性が確保され、そして所定の加圧力で加圧された状態において、電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間Ｔが１０ｍｓ程度以下の狭いパルス幅のパルス状溶接電流が流れることにより、前述したように第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰとの接触部分における低融点金属膜Ｍが先ず溶融する。
【００３３】
次に第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰの塑性流動化、さらにはプロジェクションＰに当接している第１の被溶接物Ｗ１の部分の塑性流動化が行われる。第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰの塑性流動化に伴いプロジェクションＰが潰れ、第１の被溶接物Ｗ１の表面に沿って広がり、このとき一緒に溶融した低融点金属膜Ｍは排除されるので、塑性流動化したプロジェクションＰは第１の被溶接物Ｗ１の塑性流動化した地肌に強く押し付けられ、抵抗溶接が行われる。この溶接断面を観察すると、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接合面にはナゲットは形成されておらず、この抵抗溶接は拡散接合であることを確認している。前記接合面には低融点金属膜Ｍを形成する低融点金属材料の層はほとんど形成されておらず、形成されていても拡散接合面の一部分に残留するだけであるので、所望の溶接強度が得られている。
【００３４】
説明が少し戻るが、第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａである環状のプロジェクションＰの塑性流動化、さらにはプロジェクションＰに当接している第１の被溶接物Ｗ１の部分の塑性流動化が始まるに伴って、図２に示した加圧補助部材５がスプリングのような弾性部材であるときに、溶接初期の接合部分の膨張を弾性部材が瞬時に吸収すると共に、常時、弾性部材が接合部分に加圧力を与えているので、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との塑性流動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。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して第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との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、好ましい状態に塑性流動させることができるので、銅部材同士でも満足の行く抵抗接合ができる。加圧補助部材５の応答速度を従来よりも低下させないように働く一方の手段が、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である。そして、加圧補助部材５の応答速度はパルス状の溶接電流のパルス幅よりも速いのが好ましい。このように、溶接電極の応答速度が速く、かつパルス状の溶接電流の幅が電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間Ｔが１０ｍｓ程度以下と狭く、更に詳述したような環状のプロジェクションＰを一方の銅部材に形成し、他方の銅部材に融点の低い金属材料からなる低融点金属膜を形成しているので、銅部材同士をより安定に、かつ良好に抵抗溶接することができる。
【００３５】
前述したような抵抗溶接装置の応答の速い加圧を与えることができるという特性は、銅部材同士の抵抗溶接にとって大切であるのは、このような応答特性を持たない抵抗溶接装置では満足できる抵抗溶接を行えなかったという溶接実験結果から明らかである。しかし、このような高速応答特性を有する抵抗溶接装置をもってしても、銅部材同士の抵抗溶接にあっては、前述したように低融点金属膜Ｍが１〜１２μｍの範囲の厚みであり、かつスズ、亜鉛、ハンダなどであることが好ましいという条件、環状のプロジェクションＰの断面が台形状、円弧状又は３角形状などであっても、その頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下でなければならないという条件、及び溶接電流のパルス幅、つまりピーク値まで立ち上がるに要する時間Ｔが１０ｍｓ以下であるという条件が全てが揃わないと、満足の行く溶接結果が得られなかった。そして、更に溶接強度が要求される場合には、前記条件を守りながら環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１の直径を大きくしたり、環状のプロジェクションＰの個数を増やせばよい。なお、この実施形態１では、第１の被溶接物Ｗ１にプロジェクションを形成していないので、溶接面が第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１に密接し得る面を有するものであれば、第１の被溶接物Ｗ１は銅板に限ることはなく、任意の形状のものでよい。
【００３６】
実施形態１の変形例１として、図５に示すような直径が等しい銅パイプと銅パイプとの突合せ溶接も実施形態１と同じ抵抗溶接方法で同様にできる。銅パイプである第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の環状先端部Ａ１、Ａ２は図１（Ｂ）に示したような環状先端部Ａに類似した構造になっており、銅パイプの先端部の外周部を研磨することによって環状のプロジェクションＰとなっている。この例でも第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の環状先端部Ａ１、Ａ２の頂部の幅Ｄは０．８ｍｍ以下となっている。第１の被溶接物Ｗ１は、先細りの環状先端部Ａ１が前述の低融点金属膜Ｍと等しい低融点金属膜Ｍ１で覆われている。同様に、第２の被溶接物Ｗ２は、先細りの環状先端部Ａ２が低融点金属膜Ｍ１と等しい低融点金属膜Ｍ２で覆われている。双方の溶接電極が第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２を把持するときに低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２に接触しないように、それらの先端部分のみに低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が形成されているのが好ましい。銅パイプ同士を突合せて抵抗溶接する場合には、図２及び図４に示した下部溶接電極８としては図４で説明した上部溶接電極７と同様な分割型の構造のものが用いられる。銅パイプ同士の突合せ溶接も実施形態１の抵抗溶接とほぼ同じに行うので詳しく説明しないが、分割型の上部溶接電極、下部溶接電極でそれぞれ第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２を把持し、低融点金属膜Ｍ１とＭ２とを介して第１の被溶接物Ｗ１の先細りの環状先端部Ａ１と第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａ２とを突合せる。なお、低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２はいずれか一方だけが形成されていても勿論よい。
【００３７】
第１の被溶接物Ｗ１の先細りの環状先端部Ａ１と第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａ２とを突合せた状態で、ピーク値まで立ち上がるに要する時間Ｔが１０ｍｓ以下の溶接電流を流すと、そのパルス状の溶接電流は先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とに集中して低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２を介して流れる。通電するパルス状の溶接電流によって先ず低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が溶融し、続いて先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とが塑性流動化する。このとき、前述と同様に第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに加えられている加圧力によって溶融した低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２との間から排除され、先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２との地肌の銅材料同士が当接し、抵抗溶接（拡散接合）が行われる。この変形例でも、環状のプロジェクションＰとなる先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とが０．３〜０．８ｍｍ程度の高さで、かつ前記溶接電流の大きさを選定することによって、先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とが塑性流動化して先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とで良好な抵抗溶接を行うことができ、先細りの環状先端部Ａ１とＡ２との間には低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２の金属材料による層はほとんど形成されず、残留しても僅かである。
【００３８】
次に、実施形態１の変形例２として、図６に示すように銅板である第１の被溶接物Ｗ１と銅の丸棒又は角棒である第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接も前述と同じ抵抗溶接方法で同様にできる。銅板である第１の被溶接物Ｗ１には環状のプロジェクションＰが形成されている。この環状のプロジェクションＰは円環状であり、図１（Ｂ）に示したような環状先端部Ａに類似した構造になっており、円環状の頂部Ｐ１を有する。頂部Ｐ１の幅は前述と同様に０．８ｍｍ以下である。銅板に形成された環状のプロジェクションＰの作用などについては実施例２で説明する。この環状のプロジェクションＰの形成方法は一般的なプロジェクションの形成方法と同じであるので詳しく説明しないが、第１の被溶接物Ｗ１の溶接箇所を機械的に絞り込んで環状のプロジェクションＰを形成するものである。この変形例２では、環状のプロジェクションＰが形成された部分は金属メッキなどによって前述した金属材料と同様の低融点金属膜Ｍ１で覆われている。また、銅の丸棒又は角棒である第２の被溶接物Ｗ２の下端面はほぼ平坦であり、先端部分はメッキなどにより形成された低融点金属膜Ｍ２で覆われている。低融点金属膜Ｍ２は低融点金属膜Ｍ１と同じ金属材料からなるのが好ましい。低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２は１〜１２μｍの範囲の厚みである。この変形例２は実施形態１と同様に図２に示した抵抗溶接装置を用いて抵抗溶接できるので、溶接方法については説明を省略する。なお、第２の被溶接物Ｗ２は溶接箇所以外が中空のパイプ形状のものでもよく、また、低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２はいずれか一方だけが形成されていてもよい。
【００３９】
[実施形態２]
この実施形態２は、図７に示すように双方とも銅板からなる第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接方法である。この実施形態２では、図７（Ａ）に示すように、第２の被溶接物Ｗ２の片面には低融点金属膜Ｍが形成されている。この低融点金属膜Ｍは、銅材料の表面が酸化されて接合面域が酸化銅膜で覆われるのを防ぐ働きを行うものであり、銅材料の融点よりも低く、メッキ工程で形成し易いスズ（Ｓｎ）、あるいは亜鉛（Ｚｎ）が好ましい。実施形態２における低融点金属膜Ｍはスズ材料又は亜鉛材料からなるものとする。このとき、第２の被溶接物Ｗ２の他方の面には低融点金属膜Ｍが形成されていない方が、溶接時に溶接電極にスズ膜が付着せず、汚れないという面から好ましい。しかし、低融点金属膜Ｍが第２の被溶接物Ｗ２の両面に形成されていても、溶接品質に悪影響を与えることはない。実施形態１と同様に、低融点金属膜Ｍの厚みは１μｍから１２μｍの範囲にあることが好ましい。低融点金属膜Ｍが１μｍよりも薄い膜厚の場合には、低融点金属膜Ｍの膜厚の不均一性や、第２の被溶接物Ｗ２の搬送過程などで低融点金属膜Ｍが損傷することによって酸化膜が形成される場合があり、この場合には銅部材と銅部材との抵抗溶接は不完全なものになり、満足できる溶接結果が得られない。また、低融点金属膜Ｍが１２μｍよりも厚い膜厚の場合には、抵抗溶接部位の断面を顕微鏡で観察すると、第１の被溶接物Ｗ１である銅部材と第２の被溶接物Ｗ２である銅部材との接合面にスズ材料の薄い層が形成されたり、低融点金属膜Ｍの金属材料が混入された薄層が形成されることがあり、接合面での抵抗値の増加や接合面の脆弱化といった影響が生じるから低融点金属膜Ｍが１２μｍ以下の膜厚であるのが好ましい。
【００４０】
図７（Ｂ）に示すように、実施形態２では銅板である第１の被溶接物Ｗ１に環状のプロジェクションＰを形成しており、抵抗溶接はその銅板の広さに関係なくプロジェクションＰの頂部Ｐ１の大きさに従って溶接される。その銅板の一部分に形成された環状のプロジェクションＰは円環状であり、円環状の頂部Ｐ１と外側の傾斜部Ｐ２と内側の傾斜部Ｐ３とからなる。なお、頂部Ｐ１は円弧状になっていてもよい。この環状のプロジェクションＰの形成方法は第１の被溶接物Ｗ１の溶接箇所を機械的に絞り込んで形成するものである。環状のプロジェクションＰの高さ、つまり頂部Ｐ１の高さは特に限定されないが、環状のプロジェクションＰの造り易さなどの面から０．３〜０．８ｍｍ程度が好ましい。ここで環状のプロジェクションＰの大切な要件は、図７（Ｂ）に示す円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下でなければならないということである。後述する実施例からも分かるように、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、溶接品質が低下することが確認されている。この原因は、後述するが、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接合面に低融点金属膜Ｍの金属材料からなる層が形成される場合がある。
【００４１】
実施形態２では、プロジェクションとして環状のプロジェクションＰを用いているので、第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰと第２の被溶接物Ｗ２との接触面積が従来の点状のプロジェクションと同程度の大きさであっても、環状のプロジェクションＰの環状の線接触面積は従来の点状の接触面積に比べて実質的に広い面域となる。また、前述したように塑性流動した環状のプロジェクションＰにおける発熱は環状のプロジェクションＰの外側方向だけでなく、その中の面域Ａ側にも伝達されるので、熱バランスがよいだけでなく、環状のプロジェクションＰに線接触している第２の被溶接物Ｗ２の部分も同様に塑性流動するので、より大きな溶接強度を得やすく、良好な溶接結果を得ることができる。ここで、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１の内径又は外径の大きさにかかわらず、環状のプロジェクションＰと第２の被溶接物Ｗ２の低融点金属膜Ｍとの線接触面積がほぼ同じであれば、ほぼ同程度のパルス状溶接電流で良好な拡散接合を行うことができる。また、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１の内径又は外径を大きくして線接触面積を大きくしても、電流密度をほぼ一定にできるようにパルス状溶接電流のピーク値を大きくすれば、同様に良好の溶接結果を得ることができる。この理由は、環状のプロジェクションＰにおける発熱が環状のプロジェクションＰに沿った内側部分にも伝達され、つまり外側だけでなく内側にも伝達されるので、熱バランスのよいこともあり、環状のプロジェクションＰが好ましく塑性流動して良好な拡散接合が行われるからである。
【００４２】
この抵抗溶接方法は図２に示した抵抗溶接装置を用いることによって実現される。抵抗溶接回路の概略を示す図８も用いて実施形態２に係る抵抗溶接について説明するが、実施形態１と基本的には同じであるので、簡単に説明する。先ず、環状のプロジェクションＰが形成された面を上にして銅板である第１の被溶接物Ｗ１を下部溶接電極８上に載置し、その上に低融点金属膜Ｍを下にして銅版である第２の被溶接物Ｗ２を第１の被溶接物Ｗ１の上に載せる。次に、上部溶接電極７を降下、又は下部溶接電極８を上昇させて第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに所定の加圧力を与える。この所定の加圧力を加えている途中、あるいは加圧力がほぼ一定になった段階で、放電回路１５がオンして、充電回路１７により既にエネルギー蓄積用コンデンサ１６に充電されている電荷を、溶接トランス１４の１次巻線Ｎ１に放出する。これに伴い、１次巻線Ｎ１に比べて巻数が大幅に少ない１ターン又２ターン程度の２次巻線Ｎ２に大きな溶接電流が発生し、そのパルス状の溶接電流が第２の被溶接物Ｗ２と低融点金属膜Ｍとを介して第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１に集中して流れる。このパルス状の溶接電流は、前述したようにほぼ１０ｍｓ以下の時間で急激にピーク値まで増大し、短時間で急激に低下する単一の電流パルスである。
【００４３】
このようなパルス状の溶接電流が低融点金属膜Ｍを通して銅板である第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１に集中して短時間流れることによって、第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰと第２の被溶接物Ｗ２の低融点金属膜Ｍとの接触抵抗により生じる熱が、パルス状の溶接電流が増大する過程で先ず低融点金属膜Ｍが溶融する。そして、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間にかけられている加圧力によって、第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１に当接している溶融した低融点金属膜Ｍは排除され、第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１が第２の被溶接物Ｗ２の地肌、つまり銅材料に当接する。銅材料のその地肌は清浄であるので、接触面積の小さな第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１と第２の被溶接物Ｗ２の地肌との接触面を通して電流密度の大きな電流が流れ、低融点金属膜Ｍの溶融時の発熱も加わって、パルス状の溶接電流のピーク値近傍で第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰが塑性流動を起こすと共に、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１に当接している第２の被溶接物Ｗ２の面域が塑性流動を起こし、良好な抵抗溶接（拡散接合）が行われる。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接で、良好な溶接結果が得られるのは前述したように、前記条件の低融点金属膜Ｍ及び前記条件の頂部Ｐ１を有する環状のプロジェクションＰに拠るところが大きいが、図２で述べた抵抗溶接装置の特性に負うところも大きい。この点については実施形態１で詳述したので説明を省略する。
【００４４】
次に、実施形態２の変形例１について図９によって説明する。図９において、図７で用いた記号は同一の名称の部材を示すものとする。図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この変形例でも銅材料からなる第２の被溶接物Ｗ２に前述した低融点金属材料からなる低融点金属膜Ｍを形成し、銅板からなる第１の被溶接物Ｗ１を通常行われているような方法で反対側から打ち出して一方の面に点状のプロジェクションＰを形成し、図２に示した抵抗溶接装置を使用して抵抗溶接を行った結果、前述した環状のプロジェクションＰの場合とほぼ同じ条件によれば良好な溶接結果が得られる。繰り返すと、低融点金属膜Ｍが１〜１２μｍの範囲の厚みを有すること、図９（Ｂ）に示すプロジェクションＰの点状の頂部Ｐ１の直径ｄが０．８ｍｍ以下であること、溶接電流が１０ｍｓ以下の短時間でピーク値まで立ち上がることの各条件で、図２に示したような高速の加圧応答特性を有する抵抗溶接装置によって溶接すれば、点状のプロジェクションＰであっても前述と同様に銅部材同士を抵抗溶接することができる。なお、この変形例１でも点状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１は円弧状になっていてもよい。また、低融点金属膜Ｍは第２の被溶接物Ｗ２の反対面に形成されていてもよく、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰの存在する面、あるいはその反対面に形成されていても構わない。
【００４５】
次に、図１０によって実施形態２の変形例２に係る抵抗溶接方法について説明する。図１０において、図７及び図９で用いた記号は同一の名称の部材を示すものとする。実施形態２かかる抵抗溶接方法においては、銅部材又はアルミニウム部材のような高導電性金属材料からなる第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との双方に同一構造の環状のプロジェクションＰを形成し、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰを前述した低融点金属膜Ｍと同様な金属材料からなる低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で被覆し、それぞれ低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で被覆されたプロジェクションＰ同士を突合せて溶接する。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とは、環状の頂部Ｐ１と環状の外側傾斜部Ｐ２と環状の内側傾斜部Ｐ３とからなる環状のプロジェクションＰをそれぞれ有する。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに形成される環状のプロジェクションＰは実質的に互いに等しい構造である。環状の頂部Ｐ１の幅Ｄは、実施形態１と同様に０．８ｍｍ以下である。この形態の場合には、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との環状のプロジェクションＰ同士を位置合わせするという工程が必要ではあるが、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との環状のプロジェクションＰがそれぞれ低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で被覆されているので、高導電性金属材料同士をより確実かつ安定に抵抗溶接することができる。なお、図１０（Ｂ）は第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの平面図を示している。
【００４６】
第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２への環状のプロジェクションＰの形成方法は前述方法と同じであるので説明しないが、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２のそれぞれに環状のプロジェクションＰを形成した後にメッキで、低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２を形成するか、あるいは低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２としてハンダ材料を用い、プリント基板におけるハンダ付けなどで広く一般的に用いられている溶融ハンダをリフローによって環状のプロジェクションＰを被覆するように形成してもよい。この方法は、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰが形成された面全体を低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆いたくない場合に有効である。勿論、全面をンダ材料からなる低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆ってもよい。
【００４７】
図１０（Ａ）に示すように、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆われた環状のプロジェクションＰ同士を位置合わせし、前述した図２の抵抗溶接装置を用い、図８に示した上部溶接電極７と下部溶接電極８との間に配置する。抵抗溶接方法は基本的に実施形態１と同じであるので詳述しないが、前述条件のパルス状電流が第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆われた環状のプロジェクションＰに集中して流れることにより、双方の低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が溶融し、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰが塑性流動を開始する。双方の環状のプロジェクションＰの塑性流動に伴って双方の環状のプロジェクションＰが潰れて拡がり始め、一緒に双方の環状のプロジェクションＰ間に存在した双方の溶融した低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下であるということもあって双方の環状のプロジェクションＰ間から全て排出される。この実施形態２の変形例２では、双方の環状のプロジェクションＰ間に存在する低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が溶融した後に直ぐに双方の環状のプロジェクションＰが塑性流動を起こし、双方の環状のプロジェクションＰ同士の面域で拡散接合が行われる。したがって、実施形態２の変形例２では双方の環状のプロジェクションＰ同士の面域で拡散接合を行うことができるので、変形例１に比べて少ない溶接電流で拡散接合を行うことができ、また、双方の環状のプロジェクションＰ同士の拡散接合面には低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２の低融点材料層は勿論のこと、低融点材料を含まないので、極めて良好な溶接結果を得ることができる。
【００４８】
なお、簡単に前述したが、ハンダ材料からなる低融点金属膜Ｍを環状のプロジェクションＰ及びその近辺の周囲だけに形成した場合にも、前述と全く同様な抵抗溶接結果が得られる。また、実施形態１、２及びそれらの変形例では銅部材同士の抵抗溶接について詳述したが、被溶接物の溶接箇所を低融点金属膜で覆うことによって、本発明によればアルミニウム部材同士、あるいは銅部材とアルミニウム部材のような同種、異種の高電電金属材料はもとより、ステンレス部材と鋼板、又は鋼板同士などの異種、同種の金属材料も抵抗溶接できるので、必要があればこれらの抵抗溶接にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法を説明するための被溶接物の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る抵抗溶接方法を実現するための抵抗溶接装置の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法に用いられるパルス状の溶接電流の波形を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法を説明するための溶接回路例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の変形例１に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１の変形例２に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る抵抗溶接方法を説明するための被溶接物の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る抵抗溶接方法を説明するための溶接回路例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２の変形例１に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２の変形例２に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｗ１・・・第１の被溶接物
Ｗ２・・・第２の被溶接物
Ｐ・・・プロジェクション
Ｐ１・・・プロジェクションＰの頂部
Ｍ・・・低融点金属膜
１・・・ベース部材
２・・・支持機構
３・・・加圧機構
４・・・可動ブロック
５・・・加圧補助部材
６・・・支持部材
７・・・上部溶接電極
８・・・下部溶接電極
９・・・Ｌ字形の中間接続部材
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
１５・・・放電回路
１６・・・エネルギー蓄積用コンデンサ
１７・・・充電回路
１８〜２０・・・３相交流入力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な同種又は異種の金属材料からなる被溶接物、特に銅材料と銅材料など従来方法では抵抗溶接が極めて困難とされていた高導電材料同士を抵抗溶接するのに適した高導電性金属材料の抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の金属材料同士や、鉄系材料とステンレス材料、あるいは鉄系材料と銅材料、又は鉄系材料とアルミニウム材料など、融点や導電率など特性の異なる異種金属材料を接合する方法が種々提案されているが、異種金属材料の接合は例えば鉄系材料からなる金属鋼板同士の接合では、硬ロウによる接合、あるいは超音波接合、又はかしめ、ボルト締めなど機械的な結合などによって、接合される場合が多かった。また、同種の金属材料同士の抵抗溶接でも、導電率が非常に良好な銅材料と銅材料同士、又はアルミニウム材料とアルミニウム材料同士、あるいは銅材料とアルミニウム部材との接合なども同様の手段で行われていたが、このような接合方法では、導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料を用いるという用途から見て、それらの界面抵抗を無視できるほどには小さくできない。したがって、異種金属の中でも、導電率が非常に良好な銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接は特に難しいとされている中、界面抵抗を小さくできる抵抗溶接を行う努力が既に行われており、下記のような処理工程を予め行うことによって銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接が可能とする改良技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この方法は、銅材料とアルミニウム材料とを直接抵抗溶接することはできないので、抵抗溶接前に予め銅材料の接合表面をスズにより被覆し、更に処理を行ってその銅材料とスズとの界面に銅とスズとの固溶を生成させたスズ被覆層を形成した後に、そのスズ被覆層とアルミニウム材料とを接触させ、その固溶生成させたスズ被覆層を銅材料とアルミニウム材料との間に介在させた状態で加圧し、溶接電流を流して抵抗溶接を行うものである。この溶接方法を実現するのは、コンデンサ蓄勢式溶接機ではなくインバータ式溶接機を用いて、高周波の溶接電流を銅材料とアルミニウム材料とに流し、銅材料とアルミニウム材料との接合部を溶融させて互いの溶融した銅とアルミニウムとを混じり合わせたナゲットを形成して溶接を行うものである。また、異種金属の抵抗溶接に当たっては、予め異種金属の接合部を最適な特殊形状に加工することによって良好な溶接結果が得られる抵抗溶接方法、及び抵抗溶接装置が報告されている（例えば、特許文献２〜５参照）。また、拡散接合時にアルミニウム又はマグネシウムなどの接合面の酸化膜や汚れを除去する酸洗いなどの前処理を不要にするために、被溶接物双方にプロジェクションを形成し、それらプロジェクションの頂部同士を当接させて溶接する方法も開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２００１−０８７８６６公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０４０号公報
【特許文献３】特開平１０−１２８５５０号公報
【特許文献４】特開平１０−１５６５４８号公報
【特許文献５】特開平１１−０３３７３７号公報
【特許文献６】特開２００２−１０３０５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前掲特許文献１で開示された抵抗溶接方法にあっては、銅材料の接合表面にスズを形成し、銅材料とアルミニウム材料との接合部にナゲットを形成する溶接方法であるので、銅材料とアルミニウム材料との接合部にスズ層が形成されるために、接合部での抵抗が大きくなるという欠点がある。また、相互の金属が溶融することによって形成されるナゲットの熱によって接合部の周囲のスズ層がチリとなって飛散し、その飛散量が多くなるだけでなく、接合部周囲の銅材料とアルミニウム材料とを変色させたり、歪みを生ずるという問題点がある。また、前掲の特許文献２〜５に記載されている接合部の構造は特定の構造の異種金属材料からなる被溶接物に適しているが、特に銅材料と銅材料、又はアルミニウム材料とアルミニウム材料、あるいは銅材料とアルミニウム材料との抵抗溶接にはそのまま適用することは難しく、前掲特許文献に開示されている抵抗溶接装置をもってしても良好な溶接結果が得られない。また、前掲の特許文献６に記載されているように、銅材料とアルミニウム材料との双方にプロジェクションを設けて互いに突合せて溶接しても、アルミニウム材料に比べて銅材料の溶融又は軟化が遅いために満足の行く溶接結果は得られず、実際の製造ラインに特許文献６に記載されている抵抗溶接方法を用いることは今のところ難しい場合が多い。
【０００５】
したがって、本発明は前述の問題点を解決し、主として導電率が非常に高い被溶接物同士の抵抗溶接を行うことができ、かつ簡単で安価に、また溶接品質の高い溶接結果が得られる抵抗溶接方法を提供することを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属膜を前記第１の被溶接物に形成する工程と、前記第２の被溶接物にプロジェクションを形成する工程と、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを前記第１の被溶接物に形成されている前記低融点金属膜に当接させる工程と、互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程とを備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【０００７】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションが、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【０００８】
第３の発明は、第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とにそれぞれプロジェクションを形成する工程と、前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第２の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程と、前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションと前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションとを前記低融点金属膜を介して当接させる工程と、互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程とを備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【０００９】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【００１０】
第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の被溶接物及び前記第２の被溶接物は、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供する。
【００１１】
第６の発明は、前記第１の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記低融点金属膜は、メッキ工程によって形成されることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１２】
第７の発明は、前記第１の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、前記低融点金属膜は、１μｍから１２μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１３】
第８の発明は、前記第１の発明ないし前記第７の発明のいずれかにおいて、前記プロジェクションは環状のものであり、この環状のプロジェクションの頂部の幅は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１４】
第９の発明は、前記第１の発明ないし前記第７の発明のいずれかにおいて、前記プロジェクションは点状のものであり、この点状のプロジェクションの頂部の直径は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【００１５】
第１０の発明は、前記第１の発明ないし前記第９の発明のいずれかにおいて、前記パルス状溶接電流は、電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間が１０ｍｓ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
前記第１の発明ないし前記第６の発明は、銅材料同士又はアルミニウム材料同士のような高導電金属材料を抵抗溶接できる基本的な技術を提供しており、各種の条件を選定することによって高導電金属材料同士の抵抗溶接を行うことができる。
【００１７】
また、前記第７の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第６の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物との拡散接合部に低融点金属膜と同じ金属材料の薄い層が形成されないので良好な溶接品質が得られると同時に、低融点金属膜のチリの飛散が少ない。
【００１８】
また、前記第８の発明及び前記第９の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第８の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物との拡散接合部に低融点金属膜と同じ金属材料の薄い層が形成されないので、拡散接合部の抵抗値が増大せず、良好な溶接品質が得られると共に、第１の被溶接物と第２の被溶接物とが熱によって変形することなく所期の溶接結果を得ることができる。
【００１９】
また、前記第１０の発明によれば、前記第１の発明ないし前記第９の発明で得られる効果の他に、第１の被溶接物と第２の被溶接物との双方又は一方に形成されるプロジェクションとその当接部だけを塑性流動させて接合する拡散接合が可能になるので、前記第９の発明又は前記第１０の発明で得られる効果を確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
[実施形態１]
図１及び図２によって本発明に係る抵抗溶接の実施形態１について説明する。図１は実施形態１に係る抵抗溶接方法を実現するのに用いられる被溶接物の一例を説明するための図、図２は実施形態１に係る抵抗溶接方法を実現するのに適したコンデンサ蓄勢式抵抗溶接装置の一例を示す図である。先ず、本発明が適用できる範囲は一般的な様々な同種の金属材料同士、あるいは様々な異種の金属材料からなる被溶接物などの抵抗溶接であるが、実施形態１では特に抵抗溶接が難しいとされている銅又は銅合金同士の抵抗溶接（拡散接合）を例として以下に説明する。したがって、本明細書において「銅材料」とは「銅又は銅合金」を意味する。
【００２１】
銅材料は、一般に鋼板やステンレス材料に比べて導電率が高く、表面に酸化膜などが形成され易い。金属材料の抵抗溶接（本発明では拡散接合と同意義である。）は、溶接電流が流れるときに金属材料の有する抵抗が生じる発熱によって双方の金属材料の当接面で塑性流動が起こり、拡散接合が行われる。しかしながら、銅材料の抵抗は極めて小さいためにその抵抗により発熱する発熱量が不足し、満足の行く拡散接合は難しいというのが一つ目の大きな理由である。また、銅材料は比較的酸化しやすく、仮にその酸化膜が薄くても溶接電流が流れ難く、爆飛などが起こるので満足の行く拡散接合が難しいというのが二つ目の理由である。実験では拡散接合が可能であっても、被溶接物の接合部の形状や表面状態、溶接電流の条件、溶接装置の諸々の特性など種々の制約が厳しいために実際の製造ラインに適用することは極めて困難であった。本発明では実際の製造ラインに容易に適用することができる抵抗溶接方法を提供する。この発明は、基本的には従来の技術思想などの範囲を制約して組み合わせることによって、銅材料など高導電性金属材料同士の抵抗溶接を実際の製造ラインに容易に適用できるようにしたところに特徴がある。
【００２２】
図１（Ａ）、（Ｂ）において、第１の被溶接物Ｗ１は銅板からなり、第２の被溶接物Ｗ２は銅パイプからなる。第１の被溶接物Ｗ１の片面には低融点金属膜Ｍが形成されている。この低融点金属膜Ｍは、主として銅板の表面が酸化されて接合面域が酸化銅膜で覆われるのを防ぐ働きを行うものであり、銅材料の融点よりも低く、比較的安価な金属材料で銅材料に形成し易い、特にメッキ工程で形成し易いスズ（Ｓｎ）、あるいは亜鉛（Ｚｎ）、又はリフローによって銅板の面にほぼ一様に形成できるハンダ材料などが好ましい。実施形態１における低融点金属膜Ｍはスズ材料からなるものとする。スズメッキによって第１の被溶接物Ｗ１に低融点金属膜Ｍを形成するので、ある厚み以上の低融点金属膜Ｍに覆われている第１の被溶接物Ｗ１の面は清浄なままに維持される。
【００２３】
低融点金属膜Ｍを形成するとき、第１の被溶接物Ｗ１の他方の面には低融点金属膜Ｍが形成されていない方が、溶接時に溶接電極に低融点金属膜Ｍが付着せず、汚れないという面から好ましい。しかし、第１の被溶接物Ｗ１の両面に低融点金属膜Ｍが形成されていてもかまわない。低融点金属膜Ｍの厚みは１μｍから１２μｍの範囲にあることが好ましい。低融点金属膜Ｍが１μｍよりも薄い膜厚の場合には、低融点金属膜Ｍの膜厚の不均一性や、第１の被溶接物Ｗ１の搬送過程などで低融点金属膜Ｍが損傷することによって酸化膜が形成される場合があり、この場合には銅部材と銅部材との抵抗溶接は不完全なものになり、満足できる溶接結果が得られない。また、低融点金属膜Ｍが１２μｍよりも厚い膜厚の場合には、抵抗溶接部位の切断面を顕微鏡で観察すると、第１の被溶接物Ｗ１である銅板と第２の被溶接物Ｗ２である銅パイプとの接合面に低融点金属膜Ｍと同じ金属材料の薄い層が形成されたり、低融点金属膜Ｍの金属材料が混入された薄層が形成されることがあり、接合面での抵抗値の増加や接合面の脆弱化といった影響が生じるので、低融点金属膜Ｍの膜厚は１２μｍ以下であるのが好ましい。
【００２４】
図１（Ｂ）に第２の被溶接物Ｗ２である銅パイプの断面を示す。その銅パイプの先端部分は先細りの環状先端部Ａになっており、後述するが、その先細りの環状先端部Ａは環状のプロジェクションＰとして作用する。実施形態１では、第２の被溶接物Ｗ２が円筒状の銅パイプであるので、先細りの環状先端部Ａは円環状である。したがって、環状のプロジェクションＰも円環状である。この環状のプロジェクションＰの形成方法は、パイプを抵抗溶接するときに形成する一般的なプロジェクションの形成方法と同じであるので詳しく説明しないが、第２の被溶接物Ｗ２である銅パイプの円環状端部の外側、あるいは外側と内側をある傾斜面になるように研磨することによって形成される。実施形態１では銅パイプの先端部分の外側と内側を研磨して先細りの環状先端部Ａ、つまり環状のプロジェクションＰが形成されている。プロジェクションＰは円環状の頂部Ｐ１と外側の傾斜部Ｐ２と内側の傾斜部Ｐ３とからなる。環状のプロジェクションＰの高さは特に限定されないが、つまり頂部Ｐ１の高さは特に限定されないが、環状の先細りの環状先端部Ａの造り易さや強度などの面から０．３〜０．８ｍｍ程度が好ましい。また、外側の傾斜部Ｐ２と内側の傾斜部Ｐ３とがなす角度は任意でよいが、例えば６０〜１２０度である。ここで環状のプロジェクションＰの大切な要件は、図１（Ｂ）に示す円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下でなければならないということである。後述からも分かるように、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、溶接強度が低下するなど溶接品質が低下することが確認されている。この原因は円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接合面に低融点金属膜Ｍの金属材料の層が形成され易くなるからである。なお、円環状の頂部Ｐ１はその断面が任意の円弧状であっても勿論よい。
【００２５】
次に、このような環状のプロジェクションＰが形成された銅部材である第２の被溶接物Ｗ２と低融点金属膜Ｍが形成された銅部材である第１の被溶接物Ｗ１との抵抗溶接（拡散接合）を実現可能にするコンデンサ蓄勢式の抵抗溶接装置の一例を図２によって簡潔に説明する。この抵抗溶接装置は前掲の特許文献４に記載されたものとほぼ同じである。この抵抗溶接装置が設置される床又はベース部材１に支持機構２が固定されている。支持機構２にはシリンダ装置などからなる加圧機構３が取り付けられ、加圧機構３の先端部には金属材料からなる可動ブロック４が取り付けられている。スプリング又は電磁加圧装置のような加圧補助部材５が可動ブロック４と支持部材６との間に備えられ、溶接電極の加圧応答を向上させる補助的な役割を行っている。銅部材と銅部材との抵抗溶接ではこの加圧補助部材５の働きは大きい。ここで、支持部材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。上部溶接電極７は持部材６に支承されており、上部溶接電極７と向かい合った位置には下部溶接電極８が配置されている。上部溶接電極７については図４で説明するが、銅パイプである第２の被溶接物Ｗ２を両側からチャック、つまり把持できるように２分割されている。加圧補助部材５の伸縮の影響を受けない高さの部位に位置する可動ブロック４にはＬ字形の中間接続部材９が固定されている。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１０が備えられ、Ｌ字形の中間接続部材９と一方の給電導体１２との間は導体１１によって接続されている。導体１１は、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。上部溶接電極７と下部溶接電極８とは、例えば銅合金からなる。
【００２６】
給電導体１２と、下部溶接電極８に接続された他方の給電導体１３との間に溶接トランス１４の２次巻線Ｎ２が接続され、これに磁気的に結合された１次巻線Ｎ１にはインバータ回路又は半導体スイッチ回路のような放電回路１５が接続される。放電回路１５にはエネルギー蓄積用コンデンサ１６とそのコンデンサを充電する充電回路１７とが接続されている。抵抗溶接にあっては、溶接に寄与する溶接電流のほとんどは立ち上がりからピーク値近傍までの電流であるので、ここでは図３に示すように、パルス状の溶接電流のパルス幅をゼロからピーク値に立ち上がるまでの時間Ｔであるものとし、銅材料と銅材料との抵抗溶接では時間Ｔが１０ｍｓ程度以下であることが好ましい。このようなパルス幅の狭い急峻なパルス状電流が銅材料と銅材料との間に流れることができるように、放電回路１５、溶接トランス１４及び給電導体１２、１３など、エネルギー蓄積用コンデンサ１６の放電電流が流れる通電路はインダクタンスを最小にする回路構成になっている。そのために、例えば給電導体１２、１３などは最短になっており、また、配線となる導電体はそのインダクタンスを相殺するように配置されている。そして、この構造では上部溶接電極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ることができる加圧補助部材５に結合されているので、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰとこれに当接する面域の第１の被溶接物Ｗ１との塑性流動による上部溶接電極７と第１の被溶接物Ｗ１との間の微妙な加圧力の変化に対して、上部溶接電極７が即応することができる。なお、記号１８〜２０は３相交流入力端子を示す。
【００２７】
次に、抵抗溶接回路の概略を示す図４も用いて実施形態１に係る抵抗溶接について説明する。先ず、低融点金属膜Ｍを上にして第１の被溶接物Ｗ１を下部溶接電極８上に載置する。上部溶接電極７はパイプなどの溶接に従来から用いられている分割形の電極であり、２個の分割型電極７Ａと７Ｂとが図面左右方向に動いて拡径又は縮径を自在に行って、パイプをチャック（把持）又はその開放を自在に行える構造のものである。上部溶接電極７は３分割又は４分割、あるいはそれ以上に分割されている分割型電極であっても勿論よい。上部溶接電極７は、分割型電極７Ａと７Ｂとが拡径した状態で銅パイプである第２の被溶接物Ｗ２を受け入れ、分割型電極７Ａと７Ｂを縮径させて第２の被溶接物Ｗ２を把持する。ここで、溶接時における第２の被溶接物Ｗ２の変形防止の面から、図４において第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａである環状のプロジェクションＰとその上の数ｍｍ程度が上部溶接電極７から突出するように、上部溶接電極７が第２の被溶接物Ｗ２を把持するのが好ましい。
【００２８】
次に、上部溶接電極７を降下、又は下部溶接電極８を上昇させて第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰを第１の被溶接物Ｗ１に形成されている低融点金属膜Ｍに当接させる。次に、図２における加圧機構３が動作して下方向に動作し、これに伴い、可動ブロック４、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し、上部溶接電極７が第１の被溶接物Ｗ１に所定の加圧力を加える。この所定の加圧力を加えている途中、あるいは加圧力がほぼ一定になった段階で、放電回路１５がオンして、充電回路１７により既にエネルギー蓄積用コンデンサ１６に充電されている電荷を、溶接トランス１４の１次巻線Ｎ１に放出する。これに伴い、１次巻線Ｎ１に比べて巻数が大幅に少ない１ターン又２ターン程度の２次巻線Ｎ２に大きな電流が発生し、上部溶接電極７と下部溶接電極８とその間に挟まれている第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とを介してパルス状の溶接電流が流れる。このパルス状の溶接電流は前述したようにほぼ１０ｍｓ以下の時間で急激にピーク値まで増大し、短時間で急激に低下する単一の電流パルスである。
【００２９】
このようなパルス状の溶接電流が低融点金属膜Ｍを通して銅パイプである第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰに集中して短時間流れる。第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１の低融点金属膜Ｍとの接触抵抗は、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１とが直接当接する場合の接触抵抗よりも大きくなり、かつ例えばスズは銅に比べて融点が四分の一以下と小さいので、低融点金属膜Ｍは銅に比べて非常に溶融し易い。銅の融点はほぼ１０８５℃であり、スズ（Ｓｎ）の融点はほぼ２３２℃である。したがって、パルス状の溶接電流が流れるとき、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰと第１の被溶接物Ｗ１の低融点金属膜Ｍとの接触抵抗により生じる熱によって、パルス状の溶接電流が増大する過程で先ず低融点金属膜Ｍが溶融する。そして、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間にかけられている加圧力によって、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１（図１）に当接している溶融した低融点金属膜Ｍは排除され、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１が第１の被溶接物Ｗ１の地肌、つまり銅材料に当接する。したがって、第１の被溶接物Ｗ１の地肌は清浄であるので、接触面積の小さな第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１と第１の被溶接物Ｗ１の地肌との接触面を通して電流密度の大きな電流が流れ、低融点金属膜Ｍの溶融時の発熱も加わって、パルス状の溶接電流のピーク値近傍で第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰが塑性流動を起こすと共に、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１に当接している第１の被溶接物Ｗ１の面域が塑性流動を起こし、良好な抵抗溶接（拡散接合）が行われる。
【００３０】
第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接で、良好な溶接結果が得られるのは前述したように、前記条件の低融点金属膜Ｍ及び前記条件の頂部Ｐ１を有する環状のプロジェクションＰに拠るところが大きいが、図２で述べた抵抗溶接装置の特性に負うところも大きい。したがって、図２に示した抵抗溶接装置の動作について更に詳しく説明する。先ず、加圧機構３が動作して下方向に動作すると、これに伴い、可動ブロック４、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２には示さないが、図４を用いて前述したように、第１の被溶接物Ｗ１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２の被溶接物Ｗ２が低融点金属膜Ｍを介して第１の被溶接物Ｗ１に当接される。上部溶接電極７と支持部材６と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は加圧機構３と一緒に下降する。
【００３１】
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、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の即応性が改善される。
【００３２】
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。加圧力が第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とにかけられる過程において、その加圧力によって第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１の酸化膜が破れ、低融点金属膜Ｍと環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１との間の導電性が確保され、そして所定の加圧力で加圧された状態において、電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間Ｔが１０ｍｓ程度以下の狭いパルス幅のパルス状溶接電流が流れることにより、前述したように第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰとの接触部分における低融点金属膜Ｍが先ず溶融する。
【００３３】
次に第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰの塑性流動化、さらにはプロジェクションＰに当接している第１の被溶接物Ｗ１の部分の塑性流動化が行われる。第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰの塑性流動化に伴いプロジェクションＰが潰れ、第１の被溶接物Ｗ１の表面に沿って広がり、このとき一緒に溶融した低融点金属膜Ｍは排除されるので、塑性流動化したプロジェクションＰは第１の被溶接物Ｗ１の塑性流動化した地肌に強く押し付けられ、抵抗溶接が行われる。この溶接断面を観察すると、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接合面にはナゲットは形成されておらず、この抵抗溶接は拡散接合であることを確認している。前記接合面には低融点金属膜Ｍを形成する低融点金属材料の層はほとんど形成されておらず、形成されていても拡散接合面の一部分に残留するだけであるので、所望の溶接強度が得られている。
【００３４】
説明が少し戻るが、第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａである環状のプロジェクションＰの塑性流動化、さらにはプロジェクションＰに当接している第１の被溶接物Ｗ１の部分の塑性流動化が始まるに伴って、図２に示した加圧補助部材５がスプリングのような弾性部材であるときに、溶接初期の接合部分の膨張を弾性部材が瞬時に吸収すると共に、常時、弾性部材が接合部分に加圧力を与えているので、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との塑性流動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。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して第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との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、好ましい状態に塑性流動させることができるので、銅部材同士でも満足の行く抵抗接合ができる。加圧補助部材５の応答速度を従来よりも低下させないように働く一方の手段が、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である。そして、加圧補助部材５の応答速度はパルス状の溶接電流のパルス幅よりも速いのが好ましい。このように、溶接電極の応答速度が速く、かつパルス状の溶接電流の幅が電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間Ｔが１０ｍｓ程度以下と狭く、更に詳述したような環状のプロジェクションＰを一方の銅部材に形成し、他方の銅部材に融点の低い金属材料からなる低融点金属膜を形成しているので、銅部材同士をより安定に、かつ良好に抵抗溶接することができる。
【００３５】
前述したような抵抗溶接装置の応答の速い加圧を与えることができるという特性は、銅部材同士の抵抗溶接にとって大切であるのは、このような応答特性を持たない抵抗溶接装置では満足できる抵抗溶接を行えなかったという溶接実験結果から明らかである。しかし、このような高速応答特性を有する抵抗溶接装置をもってしても、銅部材同士の抵抗溶接にあっては、前述したように低融点金属膜Ｍが１〜１２μｍの範囲の厚みであり、かつスズ、亜鉛、ハンダなどであることが好ましいという条件、環状のプロジェクションＰの断面が台形状、円弧状又は３角形状などであっても、その頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下でなければならないという条件、及び溶接電流のパルス幅、つまりピーク値まで立ち上がるに要する時間Ｔが１０ｍｓ以下であるという条件が全てが揃わないと、満足の行く溶接結果が得られなかった。そして、更に溶接強度が要求される場合には、前記条件を守りながら環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１の直径を大きくしたり、環状のプロジェクションＰの個数を増やせばよい。なお、この実施形態１では、第１の被溶接物Ｗ１にプロジェクションを形成していないので、溶接面が第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１に密接し得る面を有するものであれば、第１の被溶接物Ｗ１は銅板に限ることはなく、任意の形状のものでよい。
【００３６】
実施形態１の変形例１として、図５に示すような直径が等しい銅パイプと銅パイプとの突合せ溶接も実施形態１と同じ抵抗溶接方法で同様にできる。銅パイプである第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の環状先端部Ａ１、Ａ２は図１（Ｂ）に示したような環状先端部Ａに類似した構造になっており、銅パイプの先端部の外周部を研磨することによって環状のプロジェクションＰとなっている。この例でも第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の環状先端部Ａ１、Ａ２の頂部の幅Ｄは０．８ｍｍ以下となっている。第１の被溶接物Ｗ１は、先細りの環状先端部Ａ１が前述の低融点金属膜Ｍと等しい低融点金属膜Ｍ１で覆われている。同様に、第２の被溶接物Ｗ２は、先細りの環状先端部Ａ２が低融点金属膜Ｍ１と等しい低融点金属膜Ｍ２で覆われている。双方の溶接電極が第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２を把持するときに低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２に接触しないように、それらの先端部分のみに低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が形成されているのが好ましい。銅パイプ同士を突合せて抵抗溶接する場合には、図２及び図４に示した下部溶接電極８としては図４で説明した上部溶接電極７と同様な分割型の構造のものが用いられる。銅パイプ同士の突合せ溶接も実施形態１の抵抗溶接とほぼ同じに行うので詳しく説明しないが、分割型の上部溶接電極、下部溶接電極でそれぞれ第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２を把持し、低融点金属膜Ｍ１とＭ２とを介して第１の被溶接物Ｗ１の先細りの環状先端部Ａ１と第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａ２とを突合せる。なお、低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２はいずれか一方だけが形成されていても勿論よい。
【００３７】
第１の被溶接物Ｗ１の先細りの環状先端部Ａ１と第２の被溶接物Ｗ２の先細りの環状先端部Ａ２とを突合せた状態で、ピーク値まで立ち上がるに要する時間Ｔが１０ｍｓ以下の溶接電流を流すと、そのパルス状の溶接電流は先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とに集中して低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２を介して流れる。通電するパルス状の溶接電流によって先ず低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が溶融し、続いて先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とが塑性流動化する。このとき、前述と同様に第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに加えられている加圧力によって溶融した低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２との間から排除され、先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２との地肌の銅材料同士が当接し、抵抗溶接（拡散接合）が行われる。この変形例でも、環状のプロジェクションＰとなる先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とが０．３〜０．８ｍｍ程度の高さで、かつ前記溶接電流の大きさを選定することによって、先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とが塑性流動化して先細りの環状先端部Ａ１と先細りの環状先端部Ａ２とで良好な抵抗溶接を行うことができ、先細りの環状先端部Ａ１とＡ２との間には低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２の金属材料による層はほとんど形成されず、残留しても僅かである。
【００３８】
次に、実施形態１の変形例２として、図６に示すように銅板である第１の被溶接物Ｗ１と銅の丸棒又は角棒である第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接も前述と同じ抵抗溶接方法で同様にできる。銅板である第１の被溶接物Ｗ１には環状のプロジェクションＰが形成されている。この環状のプロジェクションＰは円環状であり、図１（Ｂ）に示したような環状先端部Ａに類似した構造になっており、円環状の頂部Ｐ１を有する。頂部Ｐ１の幅は前述と同様に０．８ｍｍ以下である。銅板に形成された環状のプロジェクションＰの作用などについては実施例２で説明する。この環状のプロジェクションＰの形成方法は一般的なプロジェクションの形成方法と同じであるので詳しく説明しないが、第１の被溶接物Ｗ１の溶接箇所を機械的に絞り込んで環状のプロジェクションＰを形成するものである。この変形例２では、環状のプロジェクションＰが形成された部分は金属メッキなどによって前述した金属材料と同様の低融点金属膜Ｍ１で覆われている。また、銅の丸棒又は角棒である第２の被溶接物Ｗ２の下端面はほぼ平坦であり、先端部分はメッキなどにより形成された低融点金属膜Ｍ２で覆われている。低融点金属膜Ｍ２は低融点金属膜Ｍ１と同じ金属材料からなるのが好ましい。低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２は１〜１２μｍの範囲の厚みである。この変形例２は実施形態１と同様に図２に示した抵抗溶接装置を用いて抵抗溶接できるので、溶接方法については説明を省略する。なお、第２の被溶接物Ｗ２は溶接箇所以外が中空のパイプ形状のものでもよく、また、低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２はいずれか一方だけが形成されていてもよい。
【００３９】
[実施形態２]
この実施形態２は、図７に示すように双方とも銅板からなる第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接方法である。この実施形態２では、図７（Ａ）に示すように、第２の被溶接物Ｗ２の片面には低融点金属膜Ｍが形成されている。この低融点金属膜Ｍは、銅材料の表面が酸化されて接合面域が酸化銅膜で覆われるのを防ぐ働きを行うものであり、銅材料の融点よりも低く、メッキ工程で形成し易いスズ（Ｓｎ）、あるいは亜鉛（Ｚｎ）が好ましい。実施形態２における低融点金属膜Ｍはスズ材料又は亜鉛材料からなるものとする。このとき、第２の被溶接物Ｗ２の他方の面には低融点金属膜Ｍが形成されていない方が、溶接時に溶接電極にスズ膜が付着せず、汚れないという面から好ましい。しかし、低融点金属膜Ｍが第２の被溶接物Ｗ２の両面に形成されていても、溶接品質に悪影響を与えることはない。実施形態１と同様に、低融点金属膜Ｍの厚みは１μｍから１２μｍの範囲にあることが好ましい。低融点金属膜Ｍが１μｍよりも薄い膜厚の場合には、低融点金属膜Ｍの膜厚の不均一性や、第２の被溶接物Ｗ２の搬送過程などで低融点金属膜Ｍが損傷することによって酸化膜が形成される場合があり、この場合には銅部材と銅部材との抵抗溶接は不完全なものになり、満足できる溶接結果が得られない。また、低融点金属膜Ｍが１２μｍよりも厚い膜厚の場合には、抵抗溶接部位の断面を顕微鏡で観察すると、第１の被溶接物Ｗ１である銅部材と第２の被溶接物Ｗ２である銅部材との接合面にスズ材料の薄い層が形成されたり、低融点金属膜Ｍの金属材料が混入された薄層が形成されることがあり、接合面での抵抗値の増加や接合面の脆弱化といった影響が生じるから低融点金属膜Ｍが１２μｍ以下の膜厚であるのが好ましい。
【００４０】
図７（Ｂ）に示すように、実施形態２では銅板である第１の被溶接物Ｗ１に環状のプロジェクションＰを形成しており、抵抗溶接はその銅板の広さに関係なくプロジェクションＰの頂部Ｐ１の大きさに従って溶接される。その銅板の一部分に形成された環状のプロジェクションＰは円環状であり、円環状の頂部Ｐ１と外側の傾斜部Ｐ２と内側の傾斜部Ｐ３とからなる。なお、頂部Ｐ１は円弧状になっていてもよい。この環状のプロジェクションＰの形成方法は第１の被溶接物Ｗ１の溶接箇所を機械的に絞り込んで形成するものである。環状のプロジェクションＰの高さ、つまり頂部Ｐ１の高さは特に限定されないが、環状のプロジェクションＰの造り易さなどの面から０．３〜０．８ｍｍ程度が好ましい。ここで環状のプロジェクションＰの大切な要件は、図７（Ｂ）に示す円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下でなければならないということである。後述する実施例からも分かるように、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、溶接品質が低下することが確認されている。この原因は、後述するが、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍを超えると、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との接合面に低融点金属膜Ｍの金属材料からなる層が形成される場合がある。
【００４１】
実施形態２では、プロジェクションとして環状のプロジェクションＰを用いているので、第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰと第２の被溶接物Ｗ２との接触面積が従来の点状のプロジェクションと同程度の大きさであっても、環状のプロジェクションＰの環状の線接触面積は従来の点状の接触面積に比べて実質的に広い面域となる。また、前述したように塑性流動した環状のプロジェクションＰにおける発熱は環状のプロジェクションＰの外側方向だけでなく、その中の面域Ａ側にも伝達されるので、熱バランスがよいだけでなく、環状のプロジェクションＰに線接触している第２の被溶接物Ｗ２の部分も同様に塑性流動するので、より大きな溶接強度を得やすく、良好な溶接結果を得ることができる。ここで、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１の内径又は外径の大きさにかかわらず、環状のプロジェクションＰと第２の被溶接物Ｗ２の低融点金属膜Ｍとの線接触面積がほぼ同じであれば、ほぼ同程度のパルス状溶接電流で良好な拡散接合を行うことができる。また、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１の内径又は外径を大きくして線接触面積を大きくしても、電流密度をほぼ一定にできるようにパルス状溶接電流のピーク値を大きくすれば、同様に良好の溶接結果を得ることができる。この理由は、環状のプロジェクションＰにおける発熱が環状のプロジェクションＰに沿った内側部分にも伝達され、つまり外側だけでなく内側にも伝達されるので、熱バランスのよいこともあり、環状のプロジェクションＰが好ましく塑性流動して良好な拡散接合が行われるからである。
【００４２】
この抵抗溶接方法は図２に示した抵抗溶接装置を用いることによって実現される。抵抗溶接回路の概略を示す図８も用いて実施形態２に係る抵抗溶接について説明するが、実施形態１と基本的には同じであるので、簡単に説明する。先ず、環状のプロジェクションＰが形成された面を上にして銅板である第１の被溶接物Ｗ１を下部溶接電極８上に載置し、その上に低融点金属膜Ｍを下にして銅版である第２の被溶接物Ｗ２を第１の被溶接物Ｗ１の上に載せる。次に、上部溶接電極７を降下、又は下部溶接電極８を上昇させて第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに所定の加圧力を与える。この所定の加圧力を加えている途中、あるいは加圧力がほぼ一定になった段階で、放電回路１５がオンして、充電回路１７により既にエネルギー蓄積用コンデンサ１６に充電されている電荷を、溶接トランス１４の１次巻線Ｎ１に放出する。これに伴い、１次巻線Ｎ１に比べて巻数が大幅に少ない１ターン又２ターン程度の２次巻線Ｎ２に大きな溶接電流が発生し、そのパルス状の溶接電流が第２の被溶接物Ｗ２と低融点金属膜Ｍとを介して第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１に集中して流れる。このパルス状の溶接電流は、前述したようにほぼ１０ｍｓ以下の時間で急激にピーク値まで増大し、短時間で急激に低下する単一の電流パルスである。
【００４３】
このようなパルス状の溶接電流が低融点金属膜Ｍを通して銅板である第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１に集中して短時間流れることによって、第１の被溶接物Ｗ１の環状のプロジェクションＰと第２の被溶接物Ｗ２の低融点金属膜Ｍとの接触抵抗により生じる熱が、パルス状の溶接電流が増大する過程で先ず低融点金属膜Ｍが溶融する。そして、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との間にかけられている加圧力によって、第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１に当接している溶融した低融点金属膜Ｍは排除され、第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１が第２の被溶接物Ｗ２の地肌、つまり銅材料に当接する。銅材料のその地肌は清浄であるので、接触面積の小さな第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１と第２の被溶接物Ｗ２の地肌との接触面を通して電流密度の大きな電流が流れ、低融点金属膜Ｍの溶融時の発熱も加わって、パルス状の溶接電流のピーク値近傍で第１の被溶接物Ｗ１における環状のプロジェクションＰが塑性流動を起こすと共に、環状のプロジェクションＰの環状の頂部Ｐ１に当接している第２の被溶接物Ｗ２の面域が塑性流動を起こし、良好な抵抗溶接（拡散接合）が行われる。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との抵抗溶接で、良好な溶接結果が得られるのは前述したように、前記条件の低融点金属膜Ｍ及び前記条件の頂部Ｐ１を有する環状のプロジェクションＰに拠るところが大きいが、図２で述べた抵抗溶接装置の特性に負うところも大きい。この点については実施形態１で詳述したので説明を省略する。
【００４４】
次に、実施形態２の変形例１について図９によって説明する。図９において、図７で用いた記号は同一の名称の部材を示すものとする。図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この変形例でも銅材料からなる第２の被溶接物Ｗ２に前述した低融点金属材料からなる低融点金属膜Ｍを形成し、銅板からなる第１の被溶接物Ｗ１を通常行われているような方法で反対側から打ち出して一方の面に点状のプロジェクションＰを形成し、図２に示した抵抗溶接装置を使用して抵抗溶接を行った結果、前述した環状のプロジェクションＰの場合とほぼ同じ条件によれば良好な溶接結果が得られる。繰り返すと、低融点金属膜Ｍが１〜１２μｍの範囲の厚みを有すること、図９（Ｂ）に示すプロジェクションＰの点状の頂部Ｐ１の直径ｄが０．８ｍｍ以下であること、溶接電流が１０ｍｓ以下の短時間でピーク値まで立ち上がることの各条件で、図２に示したような高速の加圧応答特性を有する抵抗溶接装置によって溶接すれば、点状のプロジェクションＰであっても前述と同様に銅部材同士を抵抗溶接することができる。なお、この変形例１でも点状のプロジェクションＰの頂部Ｐ１は円弧状になっていてもよい。また、低融点金属膜Ｍは第２の被溶接物Ｗ２の反対面に形成されていてもよく、第１の被溶接物Ｗ１のプロジェクションＰの存在する面、あるいはその反対面に形成されていても構わない。
【００４５】
次に、図１０によって実施形態２の変形例２に係る抵抗溶接方法について説明する。図１０において、図７及び図９で用いた記号は同一の名称の部材を示すものとする。実施形態２かかる抵抗溶接方法においては、銅部材又はアルミニウム部材のような高導電性金属材料からなる第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との双方に同一構造の環状のプロジェクションＰを形成し、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２の環状のプロジェクションＰを前述した低融点金属膜Ｍと同様な金属材料からなる低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で被覆し、それぞれ低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で被覆されたプロジェクションＰ同士を突合せて溶接する。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とは、環状の頂部Ｐ１と環状の外側傾斜部Ｐ２と環状の内側傾斜部Ｐ３とからなる環状のプロジェクションＰをそれぞれ有する。第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２とに形成される環状のプロジェクションＰは実質的に互いに等しい構造である。環状の頂部Ｐ１の幅Ｄは、実施形態１と同様に０．８ｍｍ以下である。この形態の場合には、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との環状のプロジェクションＰ同士を位置合わせするという工程が必要ではあるが、第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２との環状のプロジェクションＰがそれぞれ低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で被覆されているので、高導電性金属材料同士をより確実かつ安定に抵抗溶接することができる。なお、図１０（Ｂ）は第１の被溶接物Ｗ１と第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰの平面図を示している。
【００４６】
第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２への環状のプロジェクションＰの形成方法は前述方法と同じであるので説明しないが、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２のそれぞれに環状のプロジェクションＰを形成した後にメッキで、低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２を形成するか、あるいは低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２としてハンダ材料を用い、プリント基板におけるハンダ付けなどで広く一般的に用いられている溶融ハンダをリフローによって環状のプロジェクションＰを被覆するように形成してもよい。この方法は、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰが形成された面全体を低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆いたくない場合に有効である。勿論、全面をンダ材料からなる低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆ってもよい。
【００４７】
図１０（Ａ）に示すように、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆われた環状のプロジェクションＰ同士を位置合わせし、前述した図２の抵抗溶接装置を用い、図８に示した上部溶接電極７と下部溶接電極８との間に配置する。抵抗溶接方法は基本的に実施形態１と同じであるので詳述しないが、前述条件のパルス状電流が第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２で覆われた環状のプロジェクションＰに集中して流れることにより、双方の低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が溶融し、第１の被溶接物Ｗ１、第２の被溶接物Ｗ２における環状のプロジェクションＰが塑性流動を開始する。双方の環状のプロジェクションＰの塑性流動に伴って双方の環状のプロジェクションＰが潰れて拡がり始め、一緒に双方の環状のプロジェクションＰ間に存在した双方の溶融した低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が、円環状の頂部Ｐ１の幅Ｄが０．８ｍｍ以下であるということもあって双方の環状のプロジェクションＰ間から全て排出される。この実施形態２の変形例２では、双方の環状のプロジェクションＰ間に存在する低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２が溶融した後に直ぐに双方の環状のプロジェクションＰが塑性流動を起こし、双方の環状のプロジェクションＰ同士の面域で拡散接合が行われる。したがって、実施形態２の変形例２では双方の環状のプロジェクションＰ同士の面域で拡散接合を行うことができるので、変形例１に比べて少ない溶接電流で拡散接合を行うことができ、また、双方の環状のプロジェクションＰ同士の拡散接合面には低融点金属膜Ｍ１、Ｍ２の低融点材料層は勿論のこと、低融点材料を含まないので、極めて良好な溶接結果を得ることができる。
【００４８】
なお、簡単に前述したが、ハンダ材料からなる低融点金属膜Ｍを環状のプロジェクションＰ及びその近辺の周囲だけに形成した場合にも、前述と全く同様な抵抗溶接結果が得られる。また、実施形態１、２及びそれらの変形例では銅部材同士の抵抗溶接について詳述したが、被溶接物の溶接箇所を低融点金属膜で覆うことによって、本発明によればアルミニウム部材同士、あるいは銅部材とアルミニウム部材のような同種、異種の高電電金属材料はもとより、ステンレス部材と鋼板、又は鋼板同士などの異種、同種の金属材料も抵抗溶接できるので、必要があればこれらの抵抗溶接にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法を説明するための被溶接物の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る抵抗溶接方法を実現するための抵抗溶接装置の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法に用いられるパルス状の溶接電流の波形を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る抵抗溶接方法を説明するための溶接回路例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の変形例１に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１の変形例２に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る抵抗溶接方法を説明するための被溶接物の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る抵抗溶接方法を説明するための溶接回路例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２の変形例１に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２の変形例２に係る抵抗溶接方法を説明するための別の被溶接物の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｗ１・・・第１の被溶接物
Ｗ２・・・第２の被溶接物
Ｐ・・・プロジェクション
Ｐ１・・・プロジェクションＰの頂部
Ｍ・・・低融点金属膜
１・・・ベース部材
２・・・支持機構
３・・・加圧機構
４・・・可動ブロック
５・・・加圧補助部材
６・・・支持部材
７・・・上部溶接電極
８・・・下部溶接電極
９・・・Ｌ字形の中間接続部材
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
１５・・・放電回路
１６・・・エネルギー蓄積用コンデンサ
１７・・・充電回路
１８〜２０・・・３相交流入力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、
前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属膜を前記第１の被溶接物に形成する工程と、
前記第２の被溶接物にプロジェクションを形成する工程と、
前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを前記第１の被溶接物に形成されている前記低融点金属膜に当接させる工程と、
互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程と、
を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションが、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項３】
第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、
前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とにそれぞれプロジェクションを形成する工程と、
前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第２の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程と、
前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションと前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションとを前記低融点金属膜を介して当接させる工程と、
互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程と、
を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記第１の被溶接物及び前記第２の被溶接物は、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記低融点金属膜は、メッキ工程によって形成されることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記低融点金属膜は、１μｍから１２μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記プロジェクションは環状のものであり、この環状のプロジェクションの頂部の幅は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記プロジェクションは点状のものであり、この点状のプロジェクションの頂部の直径は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかにおいて、
前記パルス状溶接電流は、電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間が１０ｍｓ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項１】
第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、
前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属膜を前記第１の被溶接物に形成する工程と、
前記第２の被溶接物にプロジェクションを形成する工程と、
前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを前記第１の被溶接物に形成されている前記低融点金属膜に当接させる工程と、
互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程と、
を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションが、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項３】
第１の被溶接物と第２の被溶接物との間に電流を流して前記被溶接物同士を拡散接合する高導電性金属材料の抵抗溶接方法において、
前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とにそれぞれプロジェクションを形成する工程と、
前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第２の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程と、
前記第１の被溶接物に形成されている前記プロジェクションと前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションとを前記低融点金属膜を介して当接させる工程と、
互いに当接している前記第１の被溶接物と前記第２の被溶接物とを、弾性力を含む加圧力で加圧した状態でパルス状溶接電流を通電する工程と、
を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記第２の被溶接物に形成されている前記プロジェクションを、前記第１の被溶接物の金属材料よりも融点の低い金属材料からなる低融点金属膜で被覆する工程を備えることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記第１の被溶接物及び前記第２の被溶接物は、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記低融点金属膜は、メッキ工程によって形成されることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記低融点金属膜は、１μｍから１２μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記プロジェクションは環状のものであり、この環状のプロジェクションの頂部の幅は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、
前記プロジェクションは点状のものであり、この点状のプロジェクションの頂部の直径は０．８ｍｍ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかにおいて、
前記パルス状溶接電流は、電流がピーク値までに立ち上がるのに要する時間が１０ｍｓ以下であることを特徴とする高導電性金属材料の抵抗溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２１００２８（Ｐ２００７−２１００２８Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５６７５（Ｐ２００６−３５６７５）
【出願日】平成１８年２月１３日（２００６．２．１３）
【出願人】（０００１０３９７６）オリジン電気株式会社 (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１３日（２００６．２．１３）
【出願人】（０００１０３９７６）オリジン電気株式会社 (223)
【Ｆターム（参考）】
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