焊接裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種焊接裝置，包括：與被接合物抵接的電極（80a、80b）；焊接電源（20）；檢測(cè)與焊接中的被接合物相關(guān)的物理量的檢測(cè)單元（21）；和控制單元（16），所述控制單元根據(jù)來(lái)自外部的指示而從焊接電源（20）向電極（80a、80b）供給電流，由此開始焊接，在焊接過(guò)程中檢測(cè)到的物理量到達(dá)了規(guī)定的結(jié)束條件值的時(shí)刻，停止對(duì)電極（80a、80b）的通電。物理量是焊接電流、焊接電壓、焊接功率、電極間電阻、施加到被接合物的負(fù)荷、及被接合物的厚度方向的位移量中的至少一種。
【專利說(shuō)明】焊接裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接裝置，特別是關(guān)于適用于多張板的層疊體的接合中的焊接裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近幾年，正在使用隔著隔離物而層疊了多個(gè)平板狀的正極電極及負(fù)極電極的層疊型鋰離子電池。圖9A是表示層疊型鋰離子電池的層疊后的狀態(tài)的立體圖，圖9B是表示連接了電極的垂片和引線端子的狀態(tài)的立體圖。
[0003]在層疊型鋰離子電池中，如圖9A所示，由鋁(Al)等金屬箔構(gòu)成的正極電極100和由銅(Cu)等金屬箔構(gòu)成的負(fù)極電極101隔著隔離物(未圖示)而被交替地層疊。各正極電極100上設(shè)有引線接合用的垂片102。這些垂片102如圖9B所示那樣被層疊，在接合部106中與外部連接用的引線端子104接合。同樣地，各負(fù)極電極101上設(shè)有引線接合用的垂片103。這些垂片103被層疊，在接合部107中與外部連接用的引線端子105接合。
[0004]通常，在垂片102與引線端子104的接合以及垂片103與引線端子105的接合中使用超聲波焊接、激光焊接、電阻焊接(參照J(rèn)P特開2008-66170號(hào)公報(bào)、特開2009-32670號(hào)公報(bào))。
[0005]超聲波焊接是向被接合物施加垂直方向的壓力的同時(shí)向接合面施加平行的超聲波振動(dòng)來(lái)進(jìn)行接合的方法。
[0006]激光焊接是向被接合物照射激光來(lái)使其熔化來(lái)進(jìn)行接合的方法。
[0007]如圖10所示，電阻焊接是如下的方法:利用一對(duì)電極108a、108b從上下夾持并按壓多張垂片102和引線端子104的同時(shí)，使電流流過(guò)電極108a、108b之間，利用所產(chǎn)生的焦耳熱使垂片102和引線端子104熔化來(lái)進(jìn)行接合。
[0008]在超聲波焊接中，存在因焊接時(shí)的超聲波振動(dòng)而從電池脫落微小的金屬粉的問(wèn)題。此外,若通過(guò)增加電極的個(gè)數(shù)來(lái)增加垂片的個(gè)數(shù),則要增加所需的焊接能量，因此需要提高超聲波的輸出，有可能會(huì)破壞或切斷垂片。
[0009]在激光焊接中，由于由Al或Cu構(gòu)成的被接合物的反射率高，因此存在需要高能量的激光的問(wèn)題。此外，還存在產(chǎn)生被稱為濺射物的金屬粉的問(wèn)題。
[0010]另一方面，在電阻焊接中，能夠抑制在超聲波焊接及激光焊接中成為問(wèn)題的金屬粉的產(chǎn)生或垂片的破損。在該電阻焊接中，向焊接電源反饋通電電流和電極間電壓，控制提供給電極的通電量以使將所設(shè)定的電流或功率、電壓向被接合物施加恒定時(shí)間。但是，在這種恒定時(shí)間的通電控制方式中，在焊接多張板的層疊體時(shí)，焊接狀態(tài)不穩(wěn)定，存在無(wú)法獲得良好的固體小塊(接合部分)的問(wèn)題。
[0011]在焊接由Al或Cu等構(gòu)成的多張板的層疊體的情況下，板的表面的氧化膜起到絕緣體的作用，在焊接時(shí)，需要向電極間施加高電壓來(lái)破壞氧化膜。但是，氧化膜的破壞現(xiàn)象有偏差，在使對(duì)電極的通電時(shí)間恒定的現(xiàn)有的控制方式中，無(wú)法應(yīng)對(duì)該偏差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)暮附印?br> [0012]另外，以上的問(wèn)題并不限于層疊型鋰離子電池，在對(duì)多張Al箔或Cu箔進(jìn)行接合時(shí)也同樣會(huì)發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而完成，其目的在于，提供一種即使在焊接多張板的層疊體的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)焊接的焊接裝置。
[0014]本發(fā)明的焊接裝置包括:第I電極，所述第I電極抵接于被接合物；第2電極，所述第2電極在與第I電極之間夾持被接合物且與第I電極對(duì)置；加壓機(jī)構(gòu)，所述加壓機(jī)構(gòu)對(duì)第I電極和第2電極中的至少一個(gè)加壓，通過(guò)第I電極和第2電極夾持被接合物；焊接電源，所述焊接電源向第I電極、第2電極間供給電流；檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元檢測(cè)與焊接中的被接合物相關(guān)的物理量；和控制單元，所述控制單元根據(jù)來(lái)自外部的指示而從焊接電源向第I電極和第2電極供給電流，由此開始焊接，在焊接過(guò)程中檢測(cè)到的物理量到達(dá)了規(guī)定的結(jié)束條件值的時(shí)刻，停止對(duì)第I電極和第2電極的通電，所述物理量是流過(guò)第I電極和第2電極的焊接電流、施加于第I電極、第2電極間的焊接電壓、提供給第I電極和第2電極的焊接功率、第I電極、第2電極間的電阻、施加到被接合物的負(fù)荷、及被接合物的厚度方向的位移量中的至少一種。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是表示本發(fā)明的第I實(shí)施例所涉及的焊接裝置的結(jié)構(gòu)的框圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的第I實(shí)施例所涉及的焊接頭的放大剖視圖；
[0017]圖3是表示焊接中的焊接電流、焊接電壓、焊接功率的變化的一個(gè)示例的視圖；
[0018]圖4是表示焊接中的電極間電阻的變化的一個(gè)示例的視圖；
[0019]圖5是表示焊接中的負(fù)荷、位移量的變化的一個(gè)示例的視圖；
[0020]圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例所涉及的焊接裝置的動(dòng)作的流程圖；
[0021]圖7是本發(fā)明的第3實(shí)施例所涉及的焊接頭的放大剖視圖；
[0022]圖8是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例所涉及的焊接裝置的結(jié)構(gòu)的框圖；
[0023]圖9A、圖9B是表示層疊型鋰離子電池的層疊后的狀態(tài)以及連接電極的垂片與引線端子的狀態(tài)的立體圖；以及
[0024]圖10是電阻焊接中的接合部的放大剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025][第I實(shí)施例]
[0026]以下，參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是表示本發(fā)明的第I實(shí)施例所涉及的焊接裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。本實(shí)施例的焊接裝置包括開始開關(guān)2、整流電路3、電容器4、變換器5、焊接變壓器6、二極管7、焊接頭8、霍爾元件9、電流檢測(cè)部10、電壓檢測(cè)部11、功率檢測(cè)部12、電阻檢測(cè)部13、負(fù)荷檢測(cè)部14、位移檢測(cè)部15、控制部16、操作部17、存儲(chǔ)部18和顯示部19。
[0027]開始開關(guān)2、整流電路3、電容器4、變換器5、焊接變壓器6和二極管7構(gòu)成向焊接頭8供給電流的焊接電源20。此外，霍爾元件9、電流檢測(cè)部10、電壓檢測(cè)部11、功率檢測(cè)部12、電阻檢測(cè)部13、負(fù)荷檢測(cè)部14和位移檢測(cè)部15構(gòu)成檢測(cè)與焊接中的被接合物相關(guān)的物理量的檢測(cè)單元21。此外，控制部16構(gòu)成控制單元。另外，控制部16和顯示部19構(gòu)成警報(bào)通知單元22。
[0028]圖2是焊接頭8的放大剖視圖。焊接頭8具備電極80a、80b。電極80a、80b包括:由Cu合金構(gòu)成的電極主體81a、81b ;和由至少包含鑰(Mo)、鎢(W)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)之中的一種元素的金屬或合金構(gòu)成的前端部82a、82b。另外，焊接頭8具備安裝于前端部82a、82b的熱電偶83a、83b、和從上下利用電極80a、80b來(lái)夾持被接合物85并對(duì)其施加壓力的加壓機(jī)構(gòu)84a、84b。加壓機(jī)構(gòu)84a、84b中設(shè)有未圖示的路徑單元，能夠?qū)⑹┘拥奖唤雍衔?5的負(fù)荷的大小變換為電信號(hào)。此外，在加壓機(jī)構(gòu)84a、84b中設(shè)有未圖不的位移傳感器，能夠?qū)⒈唤雍衔?5的厚度方向上的位移量變換為電信號(hào)。另外，能夠基于來(lái)自熱電偶83a、83b的電壓來(lái)檢測(cè)前端部82a、82b的溫度，但是在本實(shí)施例中熱電偶83a、83b并不是必要的結(jié)構(gòu)要件。
[0029]以下，說(shuō)明焊接裝置的動(dòng)作。在本實(shí)施例中，作為被接合物85，說(shuō)明層疊了多張垂片102和引線端子104而成的層疊體。每一張垂片102的厚度例如是大約ΙΟμπι?150μηι。
[0030]首先，如圖2所示，焊接頭8的加壓機(jī)構(gòu)84a、84b通過(guò)電極80a、80b從上下方向(沿著層疊體的層疊方向的方向)夾持被接合物85并對(duì)其加壓。另外，在圖2的示例中，加壓機(jī)構(gòu)84a、84b分別對(duì)電極80a、80b施加壓力，但是也可以是只有電極80a、80b中的一個(gè)施加壓力。
[0031]例如，若用戶對(duì)操作部17進(jìn)行操作而指示焊接開始，則從操作部17輸出開始信號(hào)，接通開始開關(guān)2。若接通開始開關(guān)2，則整流電路3對(duì)交流200V的商用3相交流電源I的交流輸出進(jìn)行全波整流，對(duì)在整流電路3的輸出端之間并聯(lián)連接的電容器4進(jìn)行充電。該整流電路3由使用了 6個(gè)二極管30的3相全波混合電橋構(gòu)成。
[0032]變換器5將電容器4的充電電壓變換為交流電壓，提供給焊接變壓器6的初級(jí)側(cè)。變換器5包括由4個(gè)NPN晶體管50構(gòu)成的電橋。由整流器(二極管)7對(duì)焊接變壓器6的次級(jí)側(cè)輸出進(jìn)行全波整流后將其導(dǎo)入至電極80a、80b。由此，在電極80a、80b之間流過(guò)大電流，利用所產(chǎn)生的焦耳熱使被接合物85的接合面(金屬箔彼此的接合面)熔化來(lái)進(jìn)行接合。
[0033]電流檢測(cè)部10根據(jù)設(shè)于焊接變壓器6的次級(jí)側(cè)的霍爾元件9的輸出，檢測(cè)流過(guò)焊接變壓器6的次級(jí)側(cè)的電流I (流過(guò)電極80a、80b的焊接電流)。電壓檢測(cè)部11檢測(cè)施加在電極80a、80b之間的焊接電壓V。功率檢測(cè)部12通過(guò)將電流檢測(cè)部10檢測(cè)出的焊接電流I的值和電壓檢測(cè)部11檢測(cè)出的焊接電壓V的值相乘，從而檢測(cè)提供給電極80a、80b的焊接功率W。電阻檢測(cè)部13根據(jù)電壓檢測(cè)部11檢測(cè)出的焊接電壓V的值和電流檢測(cè)部10檢測(cè)出的焊接電流I的值，計(jì)算出電極80a、80b之間的電阻R。負(fù)荷檢測(cè)部14基于設(shè)置在加壓機(jī)構(gòu)84a、84b中的路徑單元的輸出，檢測(cè)施加到被接合物85的負(fù)荷G。位移檢測(cè)部15基于設(shè)置在加壓機(jī)構(gòu)84a、84b中的位移傳感器的輸出，檢測(cè)被接合物85的厚度方向的位移量D0
[0034]圖3是表示焊接中的焊接電流1、焊接電壓V、焊接功率W的變化的一個(gè)示例的圖，圖4是表示焊接中的電極間電阻R的變化的一個(gè)示例的圖，圖5是表示焊接中的負(fù)荷G、位移量D的變化的一個(gè)不例的圖。圖3?圖5的橫軸是時(shí)間。
[0035]控制部16使變換器5工作來(lái)產(chǎn)生交流電壓，從而向電極80a、80b施加如圖3所示的脈沖電流，實(shí)時(shí)監(jiān)控在焊接過(guò)程中檢測(cè)的物理量，在物理量到達(dá)了規(guī)定的結(jié)束條件值的時(shí)刻，使變換器5的動(dòng)作停止，結(jié)束對(duì)電極80a、80b的通電，該通電結(jié)束之后經(jīng)過(guò)規(guī)定的冷卻時(shí)間(例如幾毫秒)之后，進(jìn)行下一次的脈沖電流的施加。
[0036]在存儲(chǔ)部18中預(yù)先設(shè)定在焊接過(guò)程中檢測(cè)的物理量的期望值，作為每個(gè)焊接通電脈沖的結(jié)束條件值。作為這些物理量，有焊接電流值I。、焊接電壓值Vtl、電極間電阻值&、負(fù)荷值Gtl、位移量％。焊接裝置的用戶只要預(yù)先使用作為對(duì)象的被接合物85離開進(jìn)行用于設(shè)定結(jié)束條件值的焊接試驗(yàn)，將可獲得適當(dāng)?shù)暮附訒r(shí)的物理量的值設(shè)定在存儲(chǔ)部18中作為結(jié)束條件值即可。關(guān)于冷卻時(shí)間，將可獲得適當(dāng)?shù)暮附訒r(shí)的值設(shè)定在存儲(chǔ)部18中即可。
[0037]控制部16在進(jìn)行基于焊接電流I的反饋的電流控制的情況下，實(shí)時(shí)地監(jiān)控在圖3所示的每一個(gè)通電脈沖下由電流檢測(cè)部10檢測(cè)到的焊接電流I，在焊接電流I的絕對(duì)值到達(dá)了預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的焊接電流值Itl的時(shí)刻，結(jié)束對(duì)電極80a、80b的通電。此外，控制部16在進(jìn)行基于焊接電壓V的反饋的電壓控制的情況下，監(jiān)控在每個(gè)通電脈沖下由電壓檢測(cè)部11檢測(cè)到的焊接電壓V，在焊接電壓V的絕對(duì)值到達(dá)了預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的焊接電壓值Vtl的時(shí)刻，結(jié)束通電?？刂撇?6在進(jìn)行基于焊接功率W的反饋的功率控制的情況下，監(jiān)控在每個(gè)通電脈沖下由功率檢測(cè)部12檢測(cè)到的焊接功率W，在焊接功率W到達(dá)了預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的焊接功率值Wtl的時(shí)刻，結(jié)束通電。
[0038]此外，控制部16在進(jìn)行基于電極間電阻R的反饋的電阻控制的情況下，監(jiān)控在每個(gè)通電脈沖下由電阻檢測(cè)部13檢測(cè)到的電極間電阻R，在電極間電阻R到達(dá)了預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的電極間電阻值Rtl的時(shí)刻，結(jié)束通電?？刂撇?6在進(jìn)行基于負(fù)荷G的反饋的負(fù)荷控制的情況下，監(jiān)控在每個(gè)通電脈沖下由負(fù)荷檢測(cè)部14檢測(cè)到的負(fù)荷G，在負(fù)荷G到達(dá)了預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的負(fù)荷值Gtl的時(shí)刻，結(jié)束通電?？刂撇?6在基于位移量D的反饋的位移控制的情況下，監(jiān)控在每個(gè)通電脈沖下由位移檢測(cè)部15檢測(cè)到的位移量D，在位移量D到達(dá)了預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的位移量Dtl的時(shí)刻，結(jié)束通電。
[0039]控制部16根據(jù)對(duì)操作部17進(jìn)行了操作的用戶的選擇來(lái)決定采用以上的物理量控制(電流控制、電壓控制、功率控制、電阻控制、負(fù)荷控制、位移控制)之中的哪個(gè)控制方式。
[0040]此外，控制部16在顯示部19顯示在焊接過(guò)程中檢測(cè)出的物理量的波形。
[0041]如以上所述，在本實(shí)施例中，在進(jìn)行被接合物85的電阻焊接時(shí)，實(shí)時(shí)地監(jiān)控在焊接過(guò)程中檢測(cè)出的物理量,在物理量到達(dá)了規(guī)定的結(jié)束條件值的時(shí)刻,結(jié)束對(duì)電極80a、80b的通電，因此與設(shè)置恒定的通電時(shí)間的現(xiàn)有的控制方式相比，能夠減輕被接合物表面的氧化膜的偏差，能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)暮附?。此外，在本?shí)施例中，與現(xiàn)有的電阻焊接相同，能夠避免金屬粉的產(chǎn)生或被接合物85的破損。
[0042]另外，在本實(shí)施例中，比較了在焊接過(guò)程中檢測(cè)出的物理量(焊接電流1、焊接電壓V、焊接功率W、電極間電阻R、負(fù)荷G、位移量D)的瞬間值和規(guī)定的結(jié)束條件值(焊接電流值Ιο、焊接電壓值Vtl、焊接功率值Wtl、電極間電阻值Rtl、負(fù)荷值Gtl、位移量Dtl),但并不限于此，也可以比較物理量的微分值或積分值與結(jié)束條件值，從而在物理量的微分值或積分值到達(dá)了結(jié)束條件值的時(shí)刻結(jié)束對(duì)電極80a、80b的通電。在焊接過(guò)程中檢測(cè)到的物理量上重疊有噪聲，因此使用物理量的微分值或積分值，能夠避免噪聲的影響。
[0043][第2實(shí)施例]
[0044]接著，說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施例。本實(shí)施例說(shuō)明更具體的控制的示例。在本實(shí)施例中，焊接裝置的結(jié)構(gòu)與第I實(shí)施例相同，因此使用圖1?圖5的附圖標(biāo)記來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。圖6是表示本實(shí)施例的焊接裝置的動(dòng)作的流程圖。另外，以下，將向電極80a、80b施加如圖3所示的I個(gè)脈沖電流的情況計(jì)為I次。
[0045]首先，若從用戶指示了焊接開始，則控制部16以將預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的電極間電阻值Rtl作為結(jié)束條件值的電阻控制方式進(jìn)行焊接(圖6的步驟SI )。電阻控制方式下的焊接方法如在第I實(shí)施例中說(shuō)明的那樣。此時(shí)，控制部16進(jìn)行η次電阻控制方式下的焊接U是I以上的整數(shù))。在進(jìn)行多次電阻控制方式下的焊接的情況下，預(yù)先設(shè)定成每次結(jié)束條件值都變化。例如，在進(jìn)行電阻控制方式下的焊接的情況下，作為第I次結(jié)束條件值的電極間電阻值Rtl與作為第2次結(jié)束條件值的電極間電阻值R1具有Rtl > R1的關(guān)系。每次結(jié)束條件值變低是因?yàn)槊看沃貜?fù)焊接時(shí)電極間電阻值R變小。由此，在進(jìn)行多次電阻控制方式下的焊接的情況下，需要每次設(shè)定結(jié)束條件值。此外，在進(jìn)行多次電阻控制方式下的焊接的情況下，從一次焊接結(jié)束時(shí)(通電結(jié)束時(shí))開始經(jīng)過(guò)規(guī)定的冷卻時(shí)間之后，進(jìn)行下一次的焊接。
[0046]接著，控制部16結(jié)束電阻控制方式的η次焊接(在圖6的步驟S2中為“是”)，在從該焊接結(jié)束時(shí)開始經(jīng)過(guò)規(guī)定的冷卻時(shí)間之后，以其他的控制方式進(jìn)行焊接(圖6的步驟S3)。作為電阻控制方式以外的控制方式，如在第I實(shí)施例中說(shuō)明的那樣，有將焊接電流值Itl作為結(jié)束條件值的電流控制方式、將焊接電壓值Vtl作為結(jié)束條件值的電壓控制方式、將焊接功率值Wtl作為結(jié)束條件值的功率控制方式、將負(fù)荷值Gtl作為結(jié)束條件值的負(fù)荷控制方式、和將位移量Dtl作為結(jié)束條件值的位移控制方式。控制部16進(jìn)行m次這些控制方式下的焊接(m是I以上的整數(shù))。
[0047]在進(jìn)行多次這些控制方式下的焊接的情況下，可以每次都改變結(jié)束條件值，也可以使用共用的值作為多次焊接的結(jié)束條件值。此外，也可以每隔一次或者隔多次改變控制方式。此外，與電阻控制方式時(shí)相同，在進(jìn)行多次焊接的情況下，從結(jié)束I次焊接時(shí)(通電結(jié)束時(shí))開始經(jīng)過(guò)所定的冷卻時(shí)間之后，進(jìn)行下一次的焊接。在m次焊接結(jié)束的時(shí)刻(在圖6的步驟S4中為“是”)，結(jié)束焊接裝置的處理。
[0048]如以上所述，在本實(shí)施例中，進(jìn)行η次電阻控制方式下的焊接之后，進(jìn)行m次其他控制方式下的焊接。在最初的焊接中，因電極80a、80b的污潰或被接合物表面的氧化膜，電極80a、80b間的通電路徑不穩(wěn)定。因此，為了抑制產(chǎn)生灰塵，進(jìn)行η次電阻控制方式下的焊接，除去電極80a、80b的污潰或被接合物表面的氧化膜，降低電極間電阻值R來(lái)使通電路徑穩(wěn)定，進(jìn)行m次其他控制方式下的焊接。由此，在本實(shí)施例中，能夠減輕電極80a、80b的污潰或被接合物表面的氧化膜的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)暮附印?br> [0049]另外，在實(shí)施了電阻控制方式下的焊接時(shí)，在由電阻檢測(cè)部13檢測(cè)出的電極間電阻R未到達(dá)預(yù)先設(shè)定在存儲(chǔ)部18中的結(jié)束條件值的情況下，假設(shè)被接合物85的不良情況。因此，在每一次的焊接時(shí)間超過(guò)了規(guī)定的經(jīng)過(guò)時(shí)間的時(shí)刻，電極間電阻R沒(méi)有到達(dá)結(jié)束條件值的情況下，控制部16也可以中止對(duì)電極80a、80b的通電，例如，使顯示部19顯示警報(bào)信息，從而產(chǎn)生警報(bào)。只要焊接裝置的用戶預(yù)先利用作為對(duì)象的被接合物85來(lái)進(jìn)行用于設(shè)定經(jīng)過(guò)時(shí)間的焊接試驗(yàn)，將比可獲得適當(dāng)?shù)暮附訒r(shí)的每一次的焊接時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)間設(shè)定在存儲(chǔ)部18中作為規(guī)定的經(jīng)過(guò)時(shí)間即可。
[0050]此外，作為在圖6的步驟S3中進(jìn)行的焊接的控制方式，也可以采用現(xiàn)有的控制方式。作為此處的控制方式，有將規(guī)定的焊接電流I供給恒定時(shí)間的恒流控制方式、將規(guī)定的焊接電壓V供給恒定時(shí)間的恒壓控制方式、將規(guī)定的焊接功率W供給恒定時(shí)間的恒定功率控制方式等。
[0051][第3實(shí)施例]
[0052]接著，說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施例。本實(shí)施例通過(guò)在第I實(shí)施例和第2實(shí)施例中改變被接合物的結(jié)構(gòu)，除了在第I實(shí)施例和第2實(shí)施例中說(shuō)明的效果外，還實(shí)現(xiàn)電極消耗的抑制。在本實(shí)施例中，焊接裝置的結(jié)構(gòu)也與第I實(shí)施例和第2實(shí)施例相同，因此使用圖1、圖3?圖6的附圖標(biāo)記進(jìn)行說(shuō)明。
[0053]如上所述，在電阻焊接中，能夠抑制在超聲波焊接及激光焊接中成為問(wèn)題的金屬粉的產(chǎn)生或垂片的破損。但是，由Al或Cu構(gòu)成的被接合物的電阻低且不易發(fā)熱，因此想要結(jié)合多個(gè)垂片時(shí)需要使大電流流過(guò)電極，存在成為高溫的電極消耗巨大的問(wèn)題。特別是，若利用普遍使用的Cu合金的電極來(lái)接合由Al箔構(gòu)成的垂片，則電極主成分的Cu和垂片主成分的Al會(huì)發(fā)生合金化反應(yīng)，生成Cu-Al合金，由此會(huì)顯著地消耗電極前端，因此不得不頻繁地研磨電極。
[0054]為了改善這種電極的消耗，采用使由Cu構(gòu)成的帶狀導(dǎo)電材料介于電極與被接合物之間的方法(參照專利第2867777號(hào)公報(bào))。在這種方法中，需要由Cu構(gòu)成的帶狀導(dǎo)電材料和傳送該帶狀導(dǎo)電材料的傳送機(jī)構(gòu)，因此存在電極周圍變得復(fù)雜的問(wèn)題，還存在成本上升的問(wèn)題。此外，由于在電極的周圍配置帶狀導(dǎo)電材料及其傳送機(jī)構(gòu)，因此相應(yīng)地限制電極的配置空間，存在難以維護(hù)電極的問(wèn)題。因此，在本實(shí)施例中，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)抑制電極的消耗。
[0055]圖7是本實(shí)施例的焊接頭8的放大剖視圖。與第I實(shí)施例和第2實(shí)施例相同，焊接頭8具有電極80a、80b。電極80a、80b包括由Cu合金構(gòu)成的電極主體81a、81b、和同樣由Cu合金構(gòu)成的前端部82a、82b?？梢匀菀椎亟粨Q前端部82a、82b。并且，焊接頭8具備熱電偶83a、83b、加壓機(jī)構(gòu)84a、84b、和以真空狀態(tài)吸附后述的支承板的吸附機(jī)構(gòu)89。圖7的88是吸附機(jī)構(gòu)89的吸附噴嘴。
[0056]接著，說(shuō)明本實(shí)施例的被接合物86。被接合物86是包括:多張板的層疊體86a，由Al或Al合金構(gòu)成；集電體86b，所述集電體是配置在層疊體86a上的由Al或Al合金構(gòu)成的板狀部件，形成有相對(duì)于層疊體86a而言是凸?fàn)畹耐黄鸬耐共?7 ;和支承板(以下，BP)86c，所述支承板是配置在層疊體86a下的由Al或Al合金構(gòu)成的板狀部件。構(gòu)成層疊體86a的多張板(Al箔)的每一張的厚度例如是大約10 μ m?150 μ m。
[0057]將凸部87的高度h設(shè)定為如下的高度:由電極80a、80b在上下夾持被接合物86而施加規(guī)定的負(fù)荷，從而凸部87變形而變低時(shí)，在凸部以外的部分不會(huì)與集電體86b和層疊體86a接觸的高度(集電體86b為Imm的厚度時(shí)，凸部87的高度是大約1mm)。凸部87的水平方向的尺寸被設(shè)定為:凸部87變形而變低時(shí)的凸部87與層疊體86a之間的接觸面積小于電極80a的前端部82a與集電體86b之間的接觸面積。此外，BP86c的厚度只要設(shè)定為焊接時(shí)與層疊體86a接觸的部分熔化而與電極80b的前端部82b接觸的部分不會(huì)熔化的厚度即可，集電體86b的厚度的1/2以上是適當(dāng)?shù)摹?br> [0058]以下，說(shuō)明焊接裝置的動(dòng)作。首先，如圖7所示，焊接頭8的加壓機(jī)構(gòu)84a、84b通過(guò)電極80a、80b從上下方向(沿著層疊體86a的層疊方向的方向)夾持被接合物86來(lái)加壓。此時(shí)，將被接合物86搭載于電極80b上，因此將BP86c的下表面通過(guò)吸附機(jī)構(gòu)89而真空吸附，固定成BP86c被搭載于電極80b的前端部82b上。如上所述，在該BP86c上搭載層疊體86a，在層疊體86a上搭載集電體86b。并且，將電極80a下拉至集電體86b之上來(lái)按壓。另夕卜，在圖7的示例中，加壓機(jī)構(gòu)84a、84b分別向電極80a、80b施加壓力，但是也可以僅對(duì)電極80a、80b中的一個(gè)施加壓力。
[0059]對(duì)電極80a、80b的通電控制如在第I實(shí)施例和第2實(shí)施例中說(shuō)明的那樣。在電極80a、80b之間流過(guò)大電流,通過(guò)所產(chǎn)生的焦耳熱使被接合物86的接合面(金屬彼此的接合面)熔化來(lái)進(jìn)行接合。在本實(shí)施例中，通過(guò)加壓機(jī)構(gòu)84a、84b施壓，集電體86b的凸部87變形而變低，該凸部87的前端部、凸部87正下方位置處的層疊體86a、凸部87正下方位置處的BP86c熔化，集電體86b、層疊體86a和BP86c被接合。
[0060]如以上所述，在本實(shí)施例中，將層疊體86a、配置在層疊體86a上的集電體86b、和配置在層疊體86a下的BP86c作為被接合物86，因此能夠減輕從被接合物86對(duì)電極80a、80b的前端部82a、82b的Al轉(zhuǎn)印，能夠抑制前端部82a、82b的消耗。在集電體86b設(shè)置凸部87，將凸部87的高度設(shè)定為高于在通常的凸部焊接中所使用的凸部，從而能夠消除凸部以外的部分中的焊接電流的分流，而且通過(guò)將BP86c的厚度設(shè)為集電體86b的厚度的1/2以上，從而可獲得熔化部與前端部82a、82b之間的距離，因此能夠?qū)崿F(xiàn)沿著層疊體86a的層疊方向的溫度梯度，熔化部不會(huì)到達(dá)前端部82a、82b。
[0061]也就是說(shuō)，在集電體86b側(cè)，焊接電流(熱)集中在與層疊體86a接觸的凸部87的前端部。電極80a的前端部82a與集電體86b之間的接觸面積大于凸部87的前端部與層疊體86a之間的接觸面積，因此在電極80a的前端部82a與集電體86b的接觸部分，不會(huì)產(chǎn)生焊接電流的集中。因此，集電體86b中熔化的是與層疊體86a相接觸的凸部87的前端部，與電極80a的前端部82a相接觸的集電體86b的部分不易熔化。由此，集電體86b的熔化部不會(huì)到達(dá)電極80a的前端部82a，因此能夠減輕集電體86b到前端部82a的Al的轉(zhuǎn)印。
[0062]另一方面，由凸部87按壓層疊體86a,從而能夠減小構(gòu)成層疊體86a的多張板(Al箔)的氧化膜電阻值，因此如上所述，若焊接電流集中在凸部87的前端部，則能夠使更多的電流流向凸部87的正下方的位置處的BP86c。因此，由多張板構(gòu)成的層疊體86a中熔化的是位于凸部87正下方的部分，與該層疊體86a相接觸的BP86c的熔化部也是凸部87的正下方的部分。BP86c的厚度為集電體86b的厚度的1/2以上，而且電極80b的前端部82b與BP86c的接觸面積大于凸部87的前端部與層疊體86a的接觸面積，因此與電極80b的前端部82b相接觸的BP86c的部分不易熔化。由此，BP86c的熔化部不會(huì)到達(dá)電極80b的前端部82b，因此能夠減輕BP86c到前端部82b的Al的轉(zhuǎn)印。
[0063]在本實(shí)施例中，只要在電極周圍追加吸附機(jī)構(gòu)89即可，不需要如專利第2867777號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)那樣設(shè)置帶狀導(dǎo)電材料及其傳送機(jī)構(gòu)。因此，能夠簡(jiǎn)化電極周圍的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，由于電極周圍的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此不會(huì)限制電極80a、80b的配置空間。此夕卜，電極主體81a、81b上的前端部82a、82b的安裝和更換比較容易，容易維護(hù)電極80a、80b。另外，在本實(shí)施例中，在電極80b的周圍設(shè)置有吸附機(jī)構(gòu)89的吸附噴嘴88，但是也可以在電極80b自身設(shè)置吸附噴嘴。
[0064]另外，在現(xiàn)有的電阻焊接或第I實(shí)施例和第2實(shí)施例的焊接中，為了使焊接電流集中流過(guò)，將電極的前端部設(shè)置成了尖比較細(xì)的形狀，但是在本實(shí)施例中，由于通過(guò)凸部87實(shí)現(xiàn)焊接電流的集中，因此前端部82a、82b只要是一定粗細(xì)的圓柱狀即可，能夠容易實(shí)現(xiàn)前端部82a、82b的制作及維護(hù)。[0065]在本實(shí)施例中，焊接前的層疊體86a在層疊方向上的電阻值例如為十幾ι?Ω?幾百m Ω，通過(guò)凸部87進(jìn)行按壓，由此能夠?qū)⒃撾娮柚到档椭翈譵 Ω?十幾m Ω，而且如在第2實(shí)施例中說(shuō)明的那樣，通過(guò)進(jìn)行η次電阻控制方式的焊接，能夠?qū)㈦娮柚到档椭亮泓c(diǎn)幾πιΩ左右。
[0066][第4實(shí)施例]
[0067]接著，說(shuō)明本發(fā)明的第4實(shí)施例。圖8是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例所涉及的焊接裝置的結(jié)構(gòu)的框圖，對(duì)與圖1相同的結(jié)構(gòu)附加同一附圖標(biāo)記。本實(shí)施例的焊接裝置與第I?第3實(shí)施例相比，焊接電源20的結(jié)構(gòu)有一部分不同。具體而言，刪除了在第I?第3實(shí)施例中所設(shè)置的二極管7，將焊接變壓器6的次級(jí)側(cè)輸出直接連接于電極80a、80b。在第I?第3實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)置二極管7，從而在電極80a、80b之間施加正的焊接電壓V，但是在本實(shí)施例中，在電極80a、80b之間施加正和負(fù)的焊接電壓V。其他結(jié)構(gòu)如在第I?第3實(shí)施例中說(shuō)明的那樣。
[0068]另外，在第I?第4實(shí)施例中，將由Al構(gòu)成的多張板的層疊體當(dāng)作了被接合物，但是并不限于此，可以將由Al合金構(gòu)成的多張板的層疊體作為被接合物，也可以將由Cu或Cu合金構(gòu)成的多張板的層疊體作為被接合物，也可以層疊了多張由Al或Al合金構(gòu)成的板、和由Cu或Cu合金構(gòu)成的板的層疊體作為被接合物。
[0069]第I?第4實(shí)施例的控制部16、操作部17、存儲(chǔ)部18及顯示部19的功能可通過(guò)具備CPU (中央處理單元)、存儲(chǔ)裝置及與外部的接口的計(jì)算機(jī)、和控制這些硬件資源的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。CPU按照保存在存儲(chǔ)裝置中的程序，執(zhí)行在第I?第4實(shí)施例中說(shuō)明的處理。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接裝置，包括: 第I電極(80a)，所述第I電極抵接于被接合物(85，86)； 第2電極(80b)，所述第2電極在與所述第I電極之間夾持所述被接合物且與所述第I電極對(duì)置； 加壓機(jī)構(gòu)(84a、84b)，所述加壓機(jī)構(gòu)對(duì)所述第I電極和所述第2電極中的至少一個(gè)加壓，通過(guò)所述第I電極和所述第2電極夾持所述被接合物； 焊接電源(20)，所述焊接電源向所述第I電極、所述第2電極間供給電流； 檢測(cè)單元(21 )，所述檢測(cè)單元檢測(cè)與焊接中的所述被接合物相關(guān)的物理量；和 控制單元(16)，所述控制單元根據(jù)來(lái)自外部的指示而從所述焊接電源向所述第I電極和所述第2電極供給電流，由此開始焊接，在焊接過(guò)程中檢測(cè)到的所述物理量到達(dá)了規(guī)定的結(jié)束條件值的時(shí)刻，停止對(duì)所述第I電極和所述第2電極的通電， 所述物理量是流過(guò)所述第I電極、所述第2電極的焊接電流、施加于所述第I電極、所述第2電極間的焊接電壓、提供給所述第I電極和所述第2電極的焊接功率、所述第I電極、所述第2電極間的電阻、施加到所述被接合物的負(fù)荷、及所述被接合物的厚度方向的位移量中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中，所述控制單元(16)進(jìn)行η次第I控制方式的焊接之后，進(jìn)一步進(jìn)行m次不同于所述第I控制方式的第2控制方式的焊接，其中，所述第一控制方式為作為焊接過(guò)程中檢測(cè)到的物理量的電極間電阻到達(dá)了作為結(jié)束條件值而預(yù)先設(shè)定的電極間電阻值的時(shí)刻停止對(duì)所述第I電極和所述第2電極的通電，η是I以上的整數(shù)，m是I以上的整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其中，所述第2控制方式的焊接是如下的焊接:在焊接過(guò)程中檢測(cè)到的電極間電阻以外的I個(gè)物理量到達(dá)了規(guī)定的結(jié)束條件值的時(shí)刻，停止對(duì)所述第I電極和所述第2電極的通電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其中，所述第2控制方式的焊接是以下焊接中的任一種:將規(guī)定的焊接電流向所述第I電極和所述第2電極供給恒定時(shí)間的恒流控制方式的焊接；將規(guī)定的焊接電壓向所述第I電極、所述第2電極間供給恒定時(shí)間的恒壓控制方式的焊接；和將規(guī)定的焊接功率向所述第I電極和所述第2電極供給恒定時(shí)間的恒定功率控制方式的焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的焊接裝置，其中，所述焊接裝置還包括警報(bào)通知單元(22)，在每一次的焊接時(shí)間超過(guò)了規(guī)定的經(jīng)過(guò)時(shí)間的時(shí)刻，當(dāng)在所述第I控制方式下的焊接過(guò)程中檢測(cè)到的電極間電阻沒(méi)有到達(dá)作為結(jié)束條件值而預(yù)先設(shè)定的電極間電阻值的情況下，所述警報(bào)通知單元停止對(duì)所述第I電極和所述第2電極的通電，發(fā)出警報(bào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中，所述控制單元(16)作為與所述結(jié)束條件值進(jìn)行比較的所述物理量的值而使用物理量的微分值或積分值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中，所述被接合物(86)包括:由金屬構(gòu)成的多張板的層疊體(86a) ;集電體(86b)，所述集電體是配置在所述層疊體上的由金屬構(gòu)成的板狀部件，且形成有相對(duì)于所述層疊體是凸?fàn)畹耐共?87);和配置在所述層疊體下的由金屬構(gòu)成的板狀支承板(86c)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焊接裝置，其中:所述凸部(87)的高度被設(shè)定為:對(duì)所述被接合物加壓而使所述凸部變形時(shí)，在所述凸部以外的部分所述集電體和所述層疊體不會(huì)接觸的高度；以及 所述支承板(86c)的厚度被設(shè)定為:焊接時(shí)與所述層疊體相接觸的部分熔化而與下側(cè)的所述第2電極相接觸的部分不會(huì)熔化的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的焊接裝置，其中，所述焊接裝置還包括吸附機(jī)構(gòu)(89)，所述吸附機(jī)構(gòu)真空吸附所述支承板的下表面，從而固定成將所述被接合物搭載于下側(cè)的所述第2電 極上。
【文檔編號(hào)】B23K11/00GK103962695SQ201410040218
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月4日
【發(fā)明者】伊藤厚, 重松孝英 申請(qǐng)人:日本亞比歐尼克斯股份有限公司