DE19612164A1 - Verfahren zum Verbinden eines Leiterdrahtes mit einem Anschluß und Vorrichtung dafür - Google Patents

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.

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.

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.