DE19612164A1 - Verfahren zum Verbinden eines Leiterdrahtes mit einem Anschluß und Vorrichtung dafür - Google Patents
Verfahren zum Verbinden eines Leiterdrahtes mit einem Anschluß und Vorrichtung dafürInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden eines
Anschlusses und eines Leiterdrahts durch Punktschweißen und auf eine Vorrichtung mit
einem Paar von Elektroden zum Durchführen des Punktschweißens.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Punktschweißverfahrens wird unter Bezugnahme
auf die Fig. 6A bis 6D beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird, wie in Fig. 6A gezeigt, durch Verwendung von oberen
und unteren Elektroden 7 und 5, deren obere Enden flach sind, ein plattenförmiger Draht
verbindungsbereich 3a eines Anschlusses auf der unteren Elektrode 5 positioniert, und ein
freigelegter Kernbereich 1a eines Leiterdrahtes wird auf den Drahtverbindungsbereich ge
legt. Der Bereich, in dem der Drahtverbindungsbereich 3a und der freigelegte Kernbereich
1a aufeinandergelegt sind, wird zwischen den oberen und unteren Elektroden 7 und 5 ge
halten, und ein Strom wird durch diesen unter Druck stehenden Bereich geschickt, so daß
der freigelegte Kernbereich 1a und der Drahtverbindungsbereich 3a miteinander ver
schweißt werden, wie in Fig. 6B gezeigt. Jedoch wird bei diesem Verfahren der freigelegte
Kernbereich 1a durch den Druck der oberen und unteren Elektroden 7 und 5 verdrückt, so
daß er im Vergleich mit der ursprünglichen Form stark verformt wird und in Stücken ver
schweißt wird, so daß die Möglichkeit besteht, daß die Gesamtfestigkeit der Verbindung
10 verringert wird.
Es gibt daher ein weiteres herkömmliches Verfahren, das in den Fig. 7A und 7B
gezeigt ist (siehe JP-A-6-218 552). Bei diesem Verfahren wird ein Anschluß 13 mit einem
Drahtverbindungsbereich 13a, der in einer U-Form gekrümmt ist, verwendet, wie in Fig.
7A gezeigt. Zusätzlich werden entsprechend dem U-förmigen Drahtverbindungsbereich 13a
ein halbkreisförmiger, konkaver Bereich 15a und ein halbkreisförmiger, konvexer Bereich
17a auf den oberen Endoberflächen der oberen beziehungsweise unteren Elektrode 15
beziehungsweise 17 geformt. Der freigelegte Kernbereich 1a ist in dem U-förmigen Draht
verbindungsbereich 13a angeordnet und wird zwischen den halbkreisförmigen konkaven
und konvexen Bereichen 15a und 17a gehalten. Danach fließt ein Strom zwischen den unter
Druck stehenden Elektroden, wodurch ein Verbindungsbereich 10B erhalten wird, der eine
Struktur besitzt, in der der freigelegte, verdrückte und verformte Kernbereich 1a mit der
inneren Oberfläche des U-förmigen Drahtverbindungsbereichs 13a verschweißt ist, wie in
Fig. 7B gezeigt.
Die Verfahren zum Verschweißen in diesem letzteren Fall ist in den Fig. 8A bis
8E gezeigt. Zunächst wird, wie in Fig. 8A gezeigt, der U-förmige Drahtverbindungsbereich
13a des Anschlusses auf dem konkaven Bereich 15a der unteren Elektrode angeordnet, und
der freigelegte Kernbereich 1a des Drahts wird darauf gelegt. In diesem Zustand wird, wie
in Fig. 8B gezeigt, die obere Elektrode 17 nach unten bewegt, um den freigelegten Kern
bereich zu kontaktieren, und während ein Strom zwischen den Elektroden 15 und 17 fließt,
wird die obere Elektrode 17 weiter nach unten bewegt, um Druck auszuüben. Folglich
wird, wie in den Fig. 8C und 8D gezeigt, der freigelegte Kernbereich 1a zwischen
dem halbkreisförmigen, konvexen Bereich 17a auf dem oberen Ende der oberen Elektrode
17 und der U-förmigen, inneren Oberfläche des Drahtverbindungsbereichs 13a verdrückt,
so daß der freigelegte Kernbereich 1a und der Drahtverbindungsbereich 13a durch Wider
standserwärmung verschweißt werden, um den Verbindungsbereich 10B zu bilden, wie in
Fig. 8E gezeigt.
Entsprechend diesem Verfahren kann, da der Drahtverbindungsbereich 13a in einer
U-Form geformt wird, in einem gewissen Maß verhindert werden, daß der Kernbereich
durch den ausgeübten Druck ausfranst. Jedoch ist es nicht nur unmöglich, das Ausfransen
zu verhindern, sondern es wird auch der freigelegte Kernbereich verdrückt und verformt,
so daß die Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs verringert wird. Folglich gibt es das
Problem, daß es schwierig ist, eine hohe Zugfestigkeit zu erhalten.
Zusätzlich ist es notwendig, eine hohe Schweißenergie zuzuführen, da Kupfer, das
ein Hauptmaterial für Anschlüsse und Leiterdrähte ist, einen geringen spezifischen Wider
stand und einen hohe thermische Leitfähigkeit besitzt. Besonders in dem herkömmlichen,
in den Fig. 7A und 7B gezeigten Beispiel besitzt die obere Endoberfläche der unteren
Elektrode 15 eine konkave Form, die der Krümmung des Drahtverbindungsbereichs 13a
entspricht, so daß die Kontaktfläche der Elektrode 15 und des Drahtverbindungsbereichs
13a groß ist. Daher ist der Stromquerschnitt des Stroms relativ groß und der Widerstand
ist gering, wodurch die Erwärmungseffizienz niedrig wird. Folglich gibt es das Problem,
daß wie Verbindbarkeit zwischen einem Anschluß und einem Leitdraht oder zwischen
Kernbereichen niedrig ist.
Unter Berücksichtigung der obenstehenden Situation ist es eine Aufgabe der vorlie
genden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses und eines Leiterdrahtes
unter Verwendung von Verbindungselektroden zur Verfügung zu stellen, durch das der
Anschluß und der Draht mit hoher Festigkeit miteinander verbunden werden können. Folg
lich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrodengerät zum
Durchführen dieses Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch das in den beigefügten
Patentansprüchen definierte Verfahren und die entsprechende Vorrichtung gelöst.
Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein
Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses mit einem U-förmigen Drahtverbindungs
bereich und eines Leiterdrahts durch Punktschweißen folgende Schritte auf: Bilden einer
konkaven Vertiefung, die dem Querschnitt des Leiterdrahts entspricht, in einer Elektrode
eines Elektrodenpaars; Legen des Leiterdrahts auf die innere Oberfläche des U-förmigen
Drahtverbindungsbereichs; Anordnen des Anschlusses auf solche Weise, daß der Anschluß
zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet ist, wobei der Leiterdraht in der konkaven Ver
tiefung der einen Elektrode aufgenommen ist; und Zuführen eines Stroms zu den Elek
troden.
Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt des Formens der anderen Elektrode des
Elektrodenpaars in eine spitz zulaufende Konfiguration, wobei das entfernte Ende der
Elektrode schmaler als ihr gegenüberliegendes Ende ist und das entfernte Ende eine flache
Oberfläche besitzt, an die der Drahtverbindungsbereich stößt. Weiterhin ist die flache Ober
fläche ausreichend groß, um den Drahtverbindungsbereich zu halten.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine
Vorrichtung zum Punktschweißen eines Leiterdrahtes an einen Anschluß mit einem U-
förmigen Leiterverbindungsbereich zur Verfügung gestellt, welche umfaßt: ein Paar von
Verbindungselektroden, von denen eine einen Endbereich besitzt, der einen konkaven
Hohlraum bildet, und die andere eine Stützfläche besitzt, wobei während eines Punkt
schweißvorgangs der Drahtverbindungsbereich des Anschlusses auf der Stützfläche der
anderen Elektrode angeordnet wird und der Endbereich der einen Elektrode gegen den
Leiterdraht auf solche Weise stößt, daß der Leiterdraht in dem konkaven Hohlraum aufge
nommen wird. Die andere Elektrode läuft zur Stützfläche auf solche Weise zu, daß die
Stützfläche schmaler ist als ein ihr gegenüberliegender Basisbereich der anderen Elektrode.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Verfah
ren entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt
wird.
Die Fig. 2A und 2B sind Vorder- beziehungsweise Seitenansichten, die einen
Zustand zeigen, in dem ein Verfahren entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung durchgeführt wird.
Die Fig. 3A bis 3E sind Vorderansichten, die verschiedene Schritte des Verfah
rens beim Ausführen des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die Fig. 4A und 4B sind Vorderansichten, die den Weg des Stromflusses in dem
Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung beziehungsweise in einem herkömm
lichen Beispiel zeigen, um einen Vergleich zwischen beiden zu geben.
Die Fig. 5A und 5B sind Ansichten, die einen Querschnitt eines Verbindungs
bereichs in dem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung beziehungsweise in
einem herkömmlichen Beispiel zeigen, um einen Vergleich zwischen beiden zu geben.
Die Fig. 6A und 6B sind eine Vorderansicht eines Zustands, in dem ein her
kömmliches Verfahrens ausgeführt wird, beziehungsweise ein Querschnitt eines Verbin
dungsbereichs, der durch dieses herkömmliche Verfahren erhalten wird.
Die Fig. 7A und 7B sind eine Vorderansicht eines Zustands, in dem ein weiteres
herkömmliches Verfahrens ausgeführt wird, beziehungsweise ein Querschnitt eines Verbin
dungsbereichs, der durch dieses herkömmliche Verfahren erhalten wird.
Die Fig. 8A bis 8E sind Vorderansichten, die verschiedene Verfahrensschritte
bei der Ausführung des herkömmlichen Verfahrens der Fig. 7 zeigen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird hiernach unter Bezugnah
me auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das Verbin
dungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Die Fig. 2A und 2B
sind Vorder- beziehungsweise Seitenansichten desselben.
Um dieses Verbindungsverfahren durchzuführen, werden eine obere Elektrode
(drahtseitige Elektrode) 27 und eine untere Elektrode (anschlußseitige Elektrode) 25, deren
obere Endoberflächen zuvor speziell bearbeitet worden sind, zum Punktschweißen verwen
det. Zusätzlich wird ein Anschluß 13 mit einem Drahtverbindungsbereich 13a, der in einer
U-Form geformt ist, als Anschluß verwendet. Die untere Elektrode 25, die auf der Seite
des Anschlusses 13 sein wird, ist in eine zulaufende Form geformt. Das obere Ende der
unteren Elektrode besitzt eine flache Oberfläche 25a, die klein genug, den Drahtverbin
dungsteil 13a des Anschlusses 13 zu halten. Zusätzlich ist die obere Elektrode 27, die auf
der Seite des Leiterdrahts 1 sein wird, so geformt, daß eine konkave Vertiefung 27a, die
dem Querschnitt eines freiliegenden Kernbereichs 1a des Leiterdrahts 1 entspricht, in ihrer
oberen Endoberfläche geformt ist.
Wenn eine Verbindung ausgeführt wird, wird zunächst, wie in Fig. 3A gezeigt, der
Drahtverbindungsbereich 13a des Anschlusses 13 auf der flachen Oberfläche 25a der unte
ren Elektrode 25 mit der inneren Oberfläche des Drahtverbindungsbereichs 13a nach oben
gerichtet angeordnet, und der freigelegte Kernbereich 1a des Leiterdrahts wird auf die
innere Oberfläche des Drahtverbindungsbereichs 13a gelegt. Als nächstes wird, wie in Fig.
3B gezeigt, die obere Elektrode 27 gegen diesen überliegenden Bereich nach unten bewegt,
so daß die konkave Vertiefung 27a der oberen Elektrode 27 fest mit der oberen Oberfläche
des freigelegten Kernbereichs 13a kontaktiert wird. In diesem Zustand wird die obere Elek
trode 27 weiter nach unten bewegt, während ein Strom zwischen den unter Druck befindli
chen Elektroden 25 und 27 fließt.
Dann wird, wie in den Fig. 3C und 3D gezeigt, der freigelegte Kernbereich 1a
mit dem Drahtverbindungsbereich 13a in einem Zustand verschweißt, in dem der freigeleg
te Kernbereich 1a von dem U-förmigen Drahtverbindungsbereich 13a und der konkaven
Vertiefung 27a der oberen Elektrode 27 eingeschlossen ist, so daß er im wesentlichen seine
ursprüngliche Form beibehält, ohne verdrückt oder in Stücke zerfranst zu werden. Als
Ergebnis wird ein Verbindungsbereich 20 erhalten, bei dem der freigelegte Kernbereich 1a
(hier geschmolzen und verfestigt) ungefähr einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, wie in
Fig. 3E gezeigt. In diesem Fall wird der Stromflußpfad, da die untere Elektrode 25 mit dem
Drahtverbindungsbereich 13a über ihre flache Oberfläche 25a mit einer minimalen Ober
fläche in Verbindung steht, schmal gemacht, und der Widerstand dieses Stromflußpfads
wird erhöht, so daß die Erwärmungseffizienz erhöht wird.
Dieser Gesichtspunkt wird kurz im Vergleich mit dem herkömmlichen, in den
Fig. 7A und 7B gezeigten, herkömmlichen Beispiel beschrieben.
Die Fig. 4A und 4B zeigen die Differenz des Stromflußwegs zwischen dem
herkömmlichen Beispiel der Fig. 4A und diesem Ausführungsbeispiel der Fig. 4B. In der
Zeichnung zeigen die Pfeile einen Strom, der zwischen den Elektroden fließt. In dem her
kömmlichen Beispiel ist die Kontaktfläche des Drahtverbindungsbereichs 13a und der un
teren Elektrode 15 so groß, daß der Stromflußpfad breit wird. Daher ist der Widerstand R
dieses Stromflußpfads klein. Auf der anderen Seite ist bei dem vorliegenden Ausführungs
beispiel die Kontaktfläche des Drahtverbindungsbereichs 13a und der unteren Elektrode 25
so klein, daß der Stromflußpfad schmal wird. Daher ist der Widerstand in dem vorliegen
den Ausführungsbeispiel groß.
Der Betrag der Erwarmung wird beim Punktschweißen durch folgenden Ausdruck
bestimmt:
Q=I²Rt,
wo I der Schweißstrom (in Amp´re), R der Widerstand (in Ohm), t die Schweißzeit (in
Sekunden), Q die Wärmemenge (in Joule) sind.
Da der Widerstand in R in diesem Ausführungsbeispiel größer ist als in dem oben
beschriebenen, herkömmlichen Beispiel, ist die Wärmemenge Q in diesem Ausführungsbei
spiel größer, wenn der gleiche Schweißstrom I und die gleiche Schweißzeit t eingestellt
werden, so daß die Erwärmungseffizienz in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel größer
ist.
Die Fig. 5A und 5b zeigen die Querschnitte der Verbindungsbereiche in dem
herkömmlichen Beispiel beziehungsweise in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Diese
Zeichnungen zeigen schematisch den Zustand der Querschnitte, wie er durch ein Mikro
skop beobachtet wird. Nach der Augenscheinbeobachtung und dem Vergleich der mittels
des Mikroskops beobachteten Querschnitte konnte im Falle des herkömmlichen Beispiels,
bei dem die Erwärmungseffizienz gering ist, ein offensichtlicher Schattenbereich Ka in einer
Randoberfläche K zwischen dem freigelegten Kernbereich 1a und dem Drahtverbindungs
bereich 13a gesehen werden, während im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei
dem die Erwärmungseffizienz hoch war, kein Schattenbereich Ka gesehen werden konnte.
Folglich wurde festgestellt, daß die Grenzoberfläche K zwischen dem freigelegten Kern
bereich 1a und dem Drahtverbindungsbereich 13a in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
verringert wurde, so daß die Verbindung der beiden verbessert wurde.
Nach Messung der mechanischen Festigkeit der Verbindungsbereichs in dem her
kömmlichen Beispiel und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter denselben Bedin
gungen, wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
In diesem Beispielen wurde bestätigt, daß die mechanische Festigkeit in dem vorlie
genden Ausführungsbeispiel stärker erhöht wurde als in dem herkömmlichen Beispiel.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein
Leiterdraht zum Zeitpunkt des Punktschweißens von einem U-förmigen Drahtverbindungs
bereich eines Anschlusses und einer konkaven Vertiefung einer drahtseitigen Elektrode
eingeschlossen. Folglich kann die Änderung der Form des Leiterdrahts in dem Verbin
dungsbereich verringert werden, und die Verformung des Leiterdrahts oder das Ausfransen
des Kerns kann verringert werden. Es ist daher möglich, eine Zugfestigkeit zu erreichen,
die fast gleich der Zugfestigkeit des Leiterdrahts in dem geschweißten Bereich ist.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die
Erwärmungseffizienz in dem geschweißten Bereich verbessert, so daß eine gute Verschwei
ßung mit geringer Energie durchgeführt werden kann und die Verbindung zwischen dem
Anschluß und dem Leiterdraht oder zwischen den Kernen verbessert werden kann. Folglich
ist es möglich, die Abziehfestigkeit des Leiterdrahts oder die elektrischen Eigenschaften des
Verbindungsbereichs zu verbessern.
Claims (7)
1. Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses (13) mit einem U-förmigen Draht
verbindungsbereich (13a) und eines Leiterdrahts (1) durch Punktschweißen, dadurch ge
kennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist:
Bilden einer konkaven Vertiefung (27a), die dem Querschnitt des Leiterdrahts (1) entspricht, in einer Elektrode (27) eines Elektrodenpaares (27, 25);
Legen des Leiterdrahts auf die innere Oberfläche des U-förmigen Drahtverbin dungsbereichs;
Anordnen des Anschlusses (13) auf solche Weise, daß der Anschluß zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet ist, wobei der Leiterdraht in der konkaven Vertiefung der einen Elektrode aufgenommen ist; und
Zuführen eines Stroms zu den Elektroden.
Bilden einer konkaven Vertiefung (27a), die dem Querschnitt des Leiterdrahts (1) entspricht, in einer Elektrode (27) eines Elektrodenpaares (27, 25);
Legen des Leiterdrahts auf die innere Oberfläche des U-förmigen Drahtverbin dungsbereichs;
Anordnen des Anschlusses (13) auf solche Weise, daß der Anschluß zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet ist, wobei der Leiterdraht in der konkaven Vertiefung der einen Elektrode aufgenommen ist; und
Zuführen eines Stroms zu den Elektroden.
2. Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses und eines Leiterdrahts, dadurch
gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt: den Schritt des Formens der anderen Elektrode
(25) des Elektrodenpaars in eine spitz zulaufende Konfiguration, wobei das entfernte Ende
der Elektrode schmaler als ihr gegenüberliegendes Ende ist und das entfernte Ende eine
flache Oberfläche (25a) besitzt, an die der Drahtverbindungsbereich stößt.
3. Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses und eines Leiterdrahts, dadurch
gekennzeichnet, daß weiterhin die flache Oberfläche ausreichend groß ist, um den Draht
verbindungsbereich zu halten.
4. Verfahren zum Verbinden eines Anschlusses und eines Leiterdrahts, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schritte in der aufgeführten Reihefolge durchgeführt werden.
5. Vorrichtung zum Punktschweißen eines Leiterdrahtes (1) an einen Anschluß
(13) mit einem U-förmigen Leiterverbindungsbereich (13a), dadurch gekennzeichnet, daß sie
welche umfaßt:
ein Paar von Verbindungselektroden (25, 27), von denen eine einen Endbereich besitzt, der einen konkaven Hohlraum (27a) bildet, und die andere eine Stützfläche (25a) besitzt, wobei während eines Punktschweißvorgangs der Drahtverbindungsbereich des Anschlusses auf der Stützfläche der anderen Elektrode angeordnet wird und der Endbe reich der einen Elektrode gegen den Leiterdraht auf solche Weise stößt, daß der Leiter draht in dem konkaven Hohlraum aufgenommen wird.
ein Paar von Verbindungselektroden (25, 27), von denen eine einen Endbereich besitzt, der einen konkaven Hohlraum (27a) bildet, und die andere eine Stützfläche (25a) besitzt, wobei während eines Punktschweißvorgangs der Drahtverbindungsbereich des Anschlusses auf der Stützfläche der anderen Elektrode angeordnet wird und der Endbe reich der einen Elektrode gegen den Leiterdraht auf solche Weise stößt, daß der Leiter draht in dem konkaven Hohlraum aufgenommen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elek
trode zur Stützfläche auf solche Weise spitz zuläuft, daß die Stützfläche schmaler ist als ein
ihr gegenüberliegender Basisbereich der anderen Elektrode.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche eben
ist.
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