电阻焊接结构与电阻焊接方法和被焊接部件及其制造方法 |
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| 申请号 | CN201180017304.3 | 申请日 | 2011-03-29 | 公开(公告)号 | CN102834215B | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 日立汽车系统株式会社; | 发明人 | 小野瀬伸; 中谷伸也; 雪田寿; | ||||
| 摘要 | 提供可生成能够对接合部施加适当的加压 力 和热量、可靠性高的 焊接 部的 电阻 焊接 结构和电阻焊接方法，并且提供适合实施这些电阻焊接结构和电阻焊接方法的被焊接部件及其制造方法。在由金属板形成的坯料（1）的一个面形成凹部（2），并且在该凹部（2）的底面或背面形成突出部。设在凹部（2）内且为突出部（3）的周边部分的坯料（1）的板厚为D2，凹部（2）外的坯料（1）的板厚为D3时，使各部分的板厚为D2 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种被焊接部件的制造方法，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 电阻焊接结构与电阻焊接方法和被焊接部件及其制造方法技术领域背景技术[0002] 电阻焊接是通过电阻发热对被焊接部件局部地加热，在加压力的作用下使加热部分接合的焊接方法。该电阻焊接方法的一种是所谓的凸焊，其在互相接合的多个被焊接部件中的一个上形成突出部，在使该突出部与另一方被焊接部件抵接的状态下对各被焊接部件之间施加加压力和电流，使加压力和电流集中在突出部与另一方被焊接部件的抵接部而接合。由于凸焊能够使加压力和电流集中在小面积上，因此能够获得良好的热平衡，制造接合品质良好的各种产品。 [0003] 现有技术中，作为对于被焊接部件的突出部的形成方法，一般使用从被焊接部件的背面侧施加点状或线状的加压力，向被焊接部件的正面侧顶出点状或线状的突出部的方法。根据该方法，在被焊接部件的背面侧形成有因加压造成的凹陷，突出部的厚度比坯料的厚度薄。此外，近年来，还提出了使用被焊接部件的背面侧不形成凹陷、正面侧形成了点状或线状的突出部的被焊接部件进行凸焊的技术（例如，参照专利文献1）。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本特开2005-259920号公报 发明内容[0007] 本发明要解决的课题 [0008] 适用于现有的凸焊中的被焊接部件中，从背面侧施加加压力、向正面侧顶出突出部的被焊接部件，如上所述，由于突出部的厚度比坯料的厚度薄，因此突出部的刚性低，因电阻焊接时的加压力而变形。此外，由于突出部的厚度减少，因通电路径的减少使得电阻焊接时的电阻增大，除对象部件的接触部以外也发热软化。因此，电阻焊接时突出部易于压曲，变得无法对接合部施加适当的加压力，接合部易于发生飞溅和空隙等焊接不良，存在难以获得稳定的接合质量的问题。 [0009] 另一方面，使用专利文献1中公开的被焊接部件的情况下，因为突出部的刚性高，所以能够消除因突出部的压曲而产生的焊接不良，但是该焊接部件与从坯料的背面侧顶出突出部的现有的被焊接部件同样地，突出部形成部处的被焊接部件的总厚度为坯料的厚度与突出部的高度的合计值，电阻焊接用电极间的电阻值高，因此突出部的周边部的发热大，不能消除热影响部波及大的范围，或突出部的变形变得过大这样的不良情况。 [0010] 本发明为了解决这样的现有技术的问题，其目的在于提供能够对接合部施加适当的加压力和热量、生成可靠性高的焊接部的电阻焊接结构和电阻焊接方法，以及提供适合实施这些电阻焊接结构和电阻焊接方法的被焊接部件及其制造方法。 [0011] 用于解决课题的方案 [0012] 本发明为了达成上述目的，对于被焊接部件，构成为：通过在由金属板形成的坯料形成一个到多个突出部而形成，在上述坯料的一个面形成有凹部，在该凹部的底面或背面形成有上述突出部，设在上述凹部内且为上述突出部的周边部分的上述坯料的板厚为D2，上述凹部外的上述坯料的板厚为D3时，各部分的板厚的关系为D2 [0013] 此外，本发明为了达成上述目的，关于被焊接部件的制造方法，使用冲压装置，其具有：配置在由金属板形成的坯料的正面侧和背面侧，固定上述坯料的一对模具；对上述坯料施加局部的加压力的成型冲压件；和使受到该成型冲压件施加的加压力而发生塑性流动的上述坯料的一部分流入的成型孔，由上所述一对模具将上述坯料固定后，驱动上述成型冲压件，对上述坯料的一个面施加所需的加压力，在上述坯料的加压力施加部形成与上述成型冲压件的前端部的形状对应的凹部，并且使由于受到上述加压力而发生塑性流动的上述坯料的一部分流入上述成型孔内，形成所需形状和所需尺寸的突出部，并且，设在上述凹部内且为上述突出部的周边部分的上述坯料的板厚为D2，上述凹部外的上述坯料的板厚为D3时，使各部分的板厚为D2 [0014] 此外，本发明为了达成上述目的，关于电阻焊接结构，构成为：通过利用凸焊将至少包括一个形成有突出部的被焊接部件的多个被焊接部件一体化而形成，形成有上述突出部的被焊接部件，通过在由金属板形成的坯料形成一个到多个突出部而形成，在上述坯料的一个面形成有凹部，在该凹部的底面或背面形成有上述突出部，设在上述凹部内且为上述突出部的周边部分的上述坯料的板厚为D2，上述凹部外的上述坯料的板厚为D3时，各部分的板厚的关系为D2 [0015] 进而，本发明为了达成上述目的，关于电阻焊接方法，将至少包括一个形成有突出部的被焊接部件的多个被焊接部件通过凸焊一体化，作为形成有上述突出部的被焊接部件，使用下述被焊接部件：在由金属板形成的坯料的一个面形成有凹部，在该凹部的底面或背面形成有上述突出部，设在上述凹部内且为上述突出部的周边部分的上述坯料的板厚为D2，上述凹部外的上述坯料的板厚为D3时，各部分的板厚的关系为D2 [0016] 发明效果 [0017] 根据本发明，使用在由金属板形成的坯料的一个面形成有凹部，在凹部的底面或背面形成有突出部，设在凹部内且为突出部的周边部分的坯料的板厚为D2，凹部外的坯料的板厚为D3时，各部分的板厚为D2 [0018] 图1是第一实施方式的被焊接部件的主要部分截面图。 [0019] 图2是第二实施方式的被焊接部件的主要部分截面图。 [0020] 图3是第三实施方式的被焊接部件的主要部分截面图。 [0021] 图4是表示第一实施方式的被焊接部件的制造中使用的冲压装置的结构和使用它的第一实施方式的被焊接部件的制造方法的说明图。 [0022] 图5是表示第二实施方式和第三实施方式的被焊接部件的制造中使用的冲压装置的结构以及使用它的第二实施方式和第三实施方式的被焊接部件的制造方法的说明图。 [0023] 图6是用本发明的制造方法制造的各种被焊接部件的结构图。 [0024] 图7是形成为带状的被焊接部件的说明图。 [0025] 图8是用于实施本发明的电阻焊接方法的电阻焊接机的结构图。 [0026] 图9是表示使用第一实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的第一例的主要部分截面图。 [0027] 图10是表示使用第一实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的第二例的主要部分截面图。 [0028] 图11是表示使用第一实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的第三例的主要部分截面图。 [0029] 图12是表示使用第一实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的第四例的主要部分截面图。 [0030] 图13是表示使用第一实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的第五例的主要部分截面图。 [0031] 图14是表示使用第二实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的一例的主要部分截面图。 [0032] 图15是表示使用第三实施方式的被焊接部件的电阻焊接结构的一例的主要部分截面图。 [0033] 图16是表示平行焊接法的第一例的主要部分截面图。 [0034] 图17是表示平行焊接法的第二例的主要部分截面图。 [0035] 图18是应用了本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法以及被焊接部件的圆筒形电池的说明图。 [0036] 图19是应用了本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法以及被焊接部件的车辆用交流发电机的说明图。 具体实施方式[0037] 以下，将本发明的实施方式分为被焊接部件的结构、被焊接部件的制造方法、电阻焊接结构以及电阻焊接方法等各项目进行说明。 [0038] <被焊接部件的结构> [0039] 第一实施方式的被焊接部件1A如图1所示，在由金属板构成的坯料1的一个面形成有凹部2，在该凹部2的背面形成有突出部3，在凹部2的底面的与突出部3的前端对应的部分，形成有凹陷4。第二实施方式的被焊接部件1B如图2所示，在由金属板构成的坯料1的一个面形成有凹部2，在该凹部2的底面形成有突出部3，在凹部2的背面的与突出部3的前端对应的位置形成有凹陷4。突出部3的前端向凹部2外突出。第三实施方式的被焊接部件1C如图3所示，与第二实施方式的被焊接部件1B同样地在凹部2的底面形成有突出部3，在该凹部2的背面的与突出部3的前端对应的位置形成有凹陷4，但是突出部3的前端被收容在凹部2内。其中，凹陷4如之后在被焊接部件的制造方法中所详细说明的，伴随突出部3的形成自动形成。 [0040] 如图1～图3所示，设突出部3的高度（凹陷4的底部至突出部的前端的高度）为D1，在凹部2内且为突出部3的周边部分的坯料1的板厚为D2，凹部2外的坯料1的板厚为D3时，第一实施方式的被焊接部件1A和第二实施方式的被焊接部件1B为D1>D2 [0041] 使被焊接部件1A、1B、1C这样构成时，突出部3的厚度与在凹部2内且为突出部3的周边部分的坯料1的厚度D2相同，或者比其大，所以能够形成高刚性的突出部3，并且能够减小通电时的电阻值，抑制发热。此外，由于在突出部3的周围形成凹部2，因此能够通过其形状效果将热影响部抑制在窄的范围内。因此，能够在焊接作业时防止突出部3的压曲和热影响部的扩大，能够使焊接部的焊接质量良好。 [0042] <被焊接部件的制造方法> [0043] 首先，基于图4（a）、（b），说明用于制造第一实施方式的被焊接部件1A的冲压装置的结构和使用它的第一实施方式的被焊接部件1A的制造方法。如图4（a）、（b）所示，本示例的冲压装置由在坯料1的正面侧和背面侧配置、将坯料固定的一对模具21、23；和在模具23上能够上下移动地设置的、对坯料1施加局部的加压力的成型冲压件24构成，在模具21的与成型冲压件24对应的位置开设有成型孔22。 [0044] 制造第一实施方式的被焊接部件1A时，如图4（a）所示，用一对模具21、23将坯料1固定后，如图4（b）所示，对模具21、23施加坯料1不发生塑性变形所需的按压力P2，驱动成型冲压件24，对坯料1的一个面施加比按压力P2大的塑性变形用的加压力P3。由此，在坯料1的加压力施加部，形成与成型冲压件24的前端部的形状相当的凹部2。此外，由于受到加压力P3，坯料1的一部分发生塑性流动25，发生该塑性流动25的坯料1的一部分流入成型孔22内，在凹部2的背面侧形成所需形状和所需尺寸的突出部3。进而，由于发生塑性流动25的坯料1的一部分流入成型孔22内，在凹部2的底面与突出部3的前端对应的位置形成凹陷4。对模具21、23施加的按压力P2和对成型冲压件24施加的按压力P3以上述各部分的尺寸关系成为D1>D2 [0045] 接着，基于图5（a）、（b），说明用于制造第二实施方式和第三实施方式的被焊接部件1B、1C的冲压装置的结构以及使用它的第二实施方式和第三实施方式的被焊接部件1B、1C的制造方法。如图5（a）、（b）所示，本示例的冲压装置的特征是在模具21上不设置成型孔22，在成型冲压件24上设置有成型孔26。其他部分与图4（a）、（b）所示的冲压装置相同，因此对于对应的部分附加相同的符号且省略说明。 [0046] 制造第二实施方式和第三实施方式的被焊接部件1B、1C时，如图5（a）所示，用一对模具21、23将坯料1固定后，如图5（b）所示，对模具21、23施加坯料1不发生塑性变形所需的按压力P2，同时驱动成型冲压件24，对坯料1的一个面施加比按压力P2大的塑性变形用的加压力P3。由此，在坯料1的加压力施加部，形成与成型冲压件24的前端部的形状相当的凹部2。此外，由于受到加压力P3，坯料1的一部分发生塑性流动25，发生该塑性流动25的坯料1的一部分流入成型孔26内，形成所需形状和所需尺寸的突出部3。进而，由于发生塑性流动25的坯料1的一部分流入成型孔26内，在凹部2背面的与突出部3的前端对应的位置形成凹陷4。对模具21、23施加的按压力P2和对成型冲压件24施加的加压力P3，对于第二实施方式的被焊接部件1B，以上述各部分的尺寸关系成为D1>D2 [0047] 用上述各方法制造被焊接部件1A、1B、1C时，能够用一次冲压工序精密地制造所需形状和所需尺寸的突出部3，因此能够提高被焊接部件1A、1B、1C的制造效率。 [0048] 其中，如果变更成型冲压件24的形状和成型孔26的形状，则能够制造图6（a）～（d）所示的具有各种凹部2和突出部的被焊接部件。图6（a）是使用圆柱状的成型冲压件24形成圆形的凹部2，同时在其背面侧形成圆锥状的突出部3的例子，图6（b）是使用六棱柱状的成型冲压件24形成六边形的凹部2，同时在其背面侧形成圆锥状的突出部3的例子，图6（c）是使用圆柱状的成型冲压件24形成圆形的凹部2，同时在其底面形成圆锥状的突出部3的例子，图6（d）是使用方柱状的成型冲压件24形成方形的凹部2，同时在其背面侧形成线状的突出部3的例子。 [0049] 此外，通过对图6（d）的被焊接部件适当切断加工，还能够制造图7所示的带状的被焊接部件。此外，图4和图5的冲压装置具备压紧模具23，而压紧模具23不是必需的结构部件，使用不具备压紧模具23的冲压装置，也能够使所需的被焊接部件成型。 [0050] <电阻焊接结构和电阻焊接方法> [0051] 首先，基于图8说明用于实施本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法的电阻焊接机的结构。如图8所示，本示例的电阻焊接机由焊接电源39、与该焊接电源39经由次级导体38连接的电极支架32、33、保持电极支架32、33的焊头36、用夹紧螺栓34安装在电极支架32上的固定电极31、用夹紧螺栓35安装在电极支架33上的可动电极30、焊头36上安装的使电极支架33和可动电极30上下移动的气缸37构成。被焊接部件1、1’的接合能够通过在可动电极30向上方避开的状态下，将被焊接部件1、1’插入固定电极31与可动电极30之间，而后驱动气缸37，用固定电极31的前端部和可动电极30的前端部夹住被焊接部件1、1’，在对被焊接部件1、1’施加的加压力达到设定值的阶段，从焊接电源39通过次级导体38使焊接电流在各电极30、31中通电而进行。 [0052] 图9～图13表示使用第一实施方式的被焊接部件1A的情况下的电阻焊接结构和电阻焊接方法。图9（a）、（b）是关于第一实施方式的被焊接部件1A与没有形成突出部的平板状的被焊接部件5的接合的图，在接合上述各被焊接部件1A、5时，首先如图9（a）所示，将被焊接部件5的一个面抵接在被焊接部件1A上形成的突出部3上固定。接着，如图9（b）所示，将图8所示的电阻焊接机的可动电极30抵接在形成在焊接部件1A上的凹部2的底面上，同时将固定电极31抵接在被焊接部件5背面的与可动电极30相对的位置，在施加了加压力P1的状态下，使从焊接电源39供给的焊接电流在各电极30、31之间通电。通过该焊接电流，被焊接部件1A上形成的突出部3与平板状地形成的另一方被焊接部件5的接触面因通电时的电阻发热而被加热，如图9（b）所示，在该接触面上，形成有由固相接合或熔化接合构成的接合部6。由此，被焊接部件1A、5一体地被接合。 [0053] 根据该电阻焊接方法，接合时，对突出部3施加加压力P1，而本示例的电阻焊接方法中使用的被焊接部件1A的突出部3，其相反面上形成的凹陷4小，可动电极30与被焊接部件1A之间形成的空洞部少，因此能够确保突出部3的刚性，减少加压力P1引起的变形。此外，由于能够确保可动电极30与被焊接部件1A的接触面积，能够降低可动电极30与被焊接部件1A之间的焊接电流密度，防止被焊接部件1A的损伤，提高电极30的寿命。进而，由于在被焊接部件1A上形成有凹部2，从可动电极30至突出部3的前端的距离短，能够使被焊接部件1A自身的发热低，同时凹部2内的坯料1的板厚D2比凹部2外的坯料1的板厚D3薄，所以热易于集中在突出部3上，能够高效率地仅使接合部6发热，实现热影响小的稳定的高质量的接合。 [0054] 其中，图9（a）、（b）的例子中，使第一实施方式的被焊接部件1A与没有形成突出部3的另一个平板状被焊接部件5接合，而本发明的主旨不限于此，还能够应用于其他各种电阻焊接结构。例如，如图10所示，也能够在第一实施方式的被焊接部件1A与板厚大的一个平板状被焊接部件5之间，夹住多个板厚小的平板状被焊接部件9，一体地接合。其中，板厚小的多个平板状被焊接部件9也可以是一个。此外，如图11所示，也能够使第一实施方式的被焊接部件1A与板厚小的多个平板状被焊接部件9一体地接合。此外，如图12所示，也能够将2个第一实施方式的被焊接部件1A，使突出部3彼此抵住地一体接合。进而，如图13所示，还能够使突出部3朝向内侧，使2个第一实施方式的被焊接部件1A与其间夹着的平板状的被焊接部件9一体地接合。 [0055] 图14表示使用第二实施方式的被焊接部件1B的情况下的电阻焊接结构。该图14的例子中，第二实施方式的被焊接部件1B与没有形成突出部的平板状的被焊接部件5经由突出部3一体地接合。其中，此处省略了图示，而与第二实施方式的被焊接部件1B接合的其他被焊接部件的结构和个数不存在限制，能够与其他任意的被焊接部件组合，构成各种电阻焊接结构（参照图10～图13）。此外，电阻焊接机能够使用图8所示的，能够利用与使用第一实施方式的被焊接部件1A的情况同样的电阻焊接方法进行接合。 [0056] 图15表示使用第三实施方式的被焊接部件1C的情况下的电阻焊接结构。该图15的例子中，第三实施方式的被焊接部件1C与另一个被焊接部件5经由突出部3一体地接合。本示例的电阻焊接结构中，使用如图15所示，形成有能够插入第三实施方式的被焊接部件1C上形成的凹部2内的弯曲部7的电阻焊接部件，作为其他电阻焊接部件5。各部件的接合通过将第三实施方式的被焊接部件1C上形成的突出部3抵接在弯曲部7的外表面8上而进行。电阻焊接机能够使用图8所示的，能够利用与使用第一实施方式的被焊接部件1A的情况同样的电阻焊接方法进行接合。 [0057] 图9～图15的例子中，以使用图8的电阻焊接机，将所需的被焊接部件夹在可动电极30与固定电极31之间并施加加压力，进行电阻焊接的情况为例说明，而本发明的主旨不限于此，还能够通过使可动电极30与固定电极31平行地配置的、所谓的平行焊接来获得需要的电阻焊接结构。图16是表示其第一例的图，将平板状地形成的被焊接部件5放置在支承部件11上，将第一实施方式的被焊接部件1A的突出部3抵接在该被焊接部件5的上表面上。该状态下，使可动电极30分别抵接在被焊接部件5的上表面和第一实施方式的被焊接部件1A上形成的凹部2的底面上并施加加压力P1，对这两个可动电极30之间供给焊接电流。由此，在被焊接部件1A、5的接触面上形成固相接合或熔化接合构成的接合部6。通过平行焊接法也能够实现与以上同样的效果。 [0058] 图17是表示其第二例的图，与图16的例子相反，将第一实施方式的被焊接部件1A放置在支承部件11上，使平板状地形成的被焊接部件5抵接在该第一实施方式的被焊接部件1A上形成的突出部3上。在该状态下，使可动电极30分别抵接在第一实施方式的被焊接部件1A的上表面和被焊接部件5的上表面并施加加压力P1，对这两个可动电极30之间供给焊接电流。由此，在被焊接部件1A、5的接触面上形成固相接合或熔化接合构成的接合部6。 [0059] 以下，说明应用本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法以及被焊接部件的圆筒形电池。本示例的圆筒形电池是二次电池，该二次电池111如图18（a）、（b）所示，在树脂制造的轴芯107的周围卷绕的电极组108上安装有正极集电部件105和负极集电部件106，收纳在电池容器101内。电极组108中负极的电极与负极集电部件106通过焊接等连接，经由负极引线110与电池容器101电连接。 [0060] 本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法以及被焊接部件被用于电池容器101与负极引线110的接合。即，在负极引线110上形成有凹部2和突出部3，在电池容器101内收纳了电极组108、正极集电部件105和负极集电部件106之后，使电阻焊接用电极通过轴芯107的中央与负极引线110的凹部2接触，同时在电池容器101的底面外侧使电阻焊接用电极接触而夹住，加压后使电阻焊接机的焊接电流通电，将电池容器101的底部与负极引线110的突出部3用接合部6焊接。之后，对电池容器101内注入电解液。正极集电部件105上，具有以使电池容器101的开口部封口的方式设置的具有导电性的上盖部，上盖部由上盖103和上盖外壳104构成。使正极引线109的一方与上盖外壳104焊接，另一方与正极集电部件105焊接，使得上盖部与电极组108的正极电连接。在电池容器101与上盖外壳104之间设置有垫片102，通过该垫片102将电池容器101的开口部封口，使电池容器101与上盖外壳104电绝缘。由此构成二次电池111。 [0061] 接着，说明应用本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法以及被焊接部件的车辆用交流发电机。如图19（a）、（b）所示，车辆用交流发电机200的固定侧的定子铁芯203上具备定子线圈209，具备磁场线圈211的磁极铁芯202在旋转侧旋转而发电。发电时由于车辆用交流发电机200发热，使冷却用离心风扇201与磁极铁芯202接合。本发明的电阻焊接结构和电阻焊接方法以及被焊接部件，被用于该冷却用离心风扇201与磁极铁芯202的接合。即，在冷却用离心风扇201上形成有凹部2和突出部3，使冷却用离心风扇201上形成的突出部3与磁极铁芯202对接，同时使未图示的电阻焊接用电极与冷却用离心风扇201上形成的凹部2的底面和磁极铁芯202接触，对电阻焊接用电极供给焊接电流，使突出部3与磁极铁芯202的接触面因通电时的电阻热而接合。 [0062] 在冷却用离心风扇201上，在旋转中心的周围等间隔地形成多个突出部3。在实施例中设突出部3的数量为6个。冷却用离心风扇201与磁极铁芯202的接合对多个突出部3同时进行。由此提高了作业效率，并且能够使各接合部6的接合质量均匀。 [0063] 符号说明 [0064] 1A、1B、1C……被焊接部件，2……凹部，3……突出部，4……凹陷，5……被焊接部件，6……接合部，7……弯曲部，8……弯曲部外表面，9……被焊接部件，11……支承部件，21……成型模具，22……成型孔，23……压紧模具，24……成型冲压件，25……塑性流动，26……成型孔，30……可动电极，31……固定电极，32……电极支架，33……电极支架，34……夹紧螺栓，35……夹紧螺栓，36……焊头，37……气缸，38……次级导体，39……焊接电源，101……电池容器，102……垫片，103……上盖，104……上盖外壳，105……正极集电部件，106……负极集电部件，107……轴芯，108……电极组，109……正极引线，110……负极引线，200……车辆用交流发电机，201……冷却用离心风扇，202……磁极铁芯，203……定子铁芯，204……端框，205……电刷支架，206……调节器，207……轴承，208……滑环， 209……定子铁芯，210……端框，211……磁场线圈，212……轴，213……轴承。 |
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