JP2007326140A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合品質の低下やばらつきの発生を抑制できるレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るレーザ溶接方法は、金属端子１３に芯線１１を溶接によって接合するレーザ溶接方法において、第１の治具１２ａ及び第２の治具１２ｂそれぞれと金属端子１１によって芯線１１を挟んで保持しながら芯線１１を金属端子１３に当接させ、第１の治具１２ａと第２の治具１２ｂとの間に位置する芯線１１にレーザを照射することにより金属端子１３に芯線１１を接合することを特徴とする。また、第１の治具と金属端子によって芯線の先端側を保持した際に、第１の治具と芯線との間又は金属端子と芯線との間に隙間が形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、端子部材に電線、芯線、導線などの線を接続するためのレーザ溶接方法に関する。

端子部材と電線、芯線、導線などの線をレーザ溶接する場合、線と端子部材を適度の圧力がかかった状態で当接させ、線と端子部材にレーザ照射をするのが望ましい（例えば特許文献１参照）。従って、接合品質を一定に保つためには、前記適度の圧力などの条件をコントロールする必要がある。

このような課題を解決する方法の一つとして以下の方法が提案されている。
図９は、従来のレーザ溶接方法を説明するための平面図である。図１０は、図９に示すＢ部を拡大した図である。

図９及び図１０に示すように、絶縁材から作られたコネクタ１には、同軸極細線の芯線と接合するための複数の金属端子２が設けられている。同軸極細線３の中心導体の芯線４は、同軸極細線３の端部において、同軸線を形成する外部導体７と絶縁層（図示していない）及び絶縁カバー（図示していない）の被覆を所定長だけストリップして剥がされており、金属製のグランドバー５は同軸極細線３をコネクタ１に取り付けるために備えられたものである。

ばらけ防止部６は、芯線がばらばらにならないように固定するものであって、芯線に樹脂又は紙製のフィルムが貼り付けられたものである。外部導体７は同軸極細線３の同軸を形成する金属のシールド層であり、グランドバー５と電気的に接続されている。また、この外部導体７と中心導体の芯線４との間はフッ素系樹脂からなる絶縁層を持ち、外部導体７の外側はフッ素系樹脂からなる絶縁カバーで被覆されている。

同軸極細線３の芯線４がばらけ防止部６により固定されたまま、同軸極細線３の芯線４が金属端子２上にくるように当接され、金属端子２と密着して位置設定される。図９に示す点線で囲んだＢの部分は、ばらけ防止部６で固定された芯線４と金属端子２との当接部分の一部を示している（図１０参照）。芯線４はコネクタ１の金属端子２の長手方向のほぼ中心に当接される。

このように同軸極細線３の芯線４はコネクタ１の金属端子２に当接され、図１０に示すように金属端子２上の接合部８にレーザ１０が照射されると、芯線４とコネクタ１の金属端子２は微細溶接により接合される。そして、この後に、不要となるばらけ防止部６がレーザ照射により切断される。図９において、二点鎖線で囲んだ部分９はレーザによる切断部を示し、同軸極細線３はレーザによる切断ステップにより切断処理さる。また図９の点線で囲んだＢの部分は、レーザによる接合、切断により分離される芯線４の一部を示す（例えば特許文献２参照）。

特開平２−２１３０７５号公報 特開２００６−１２０３６４号公報（００３１〜００３４段落、図１〜６）

ところで、端子部材に電線、芯線、導線などの線をレーザ溶接によって接合する場合、レーザを照射する領域における前記線と端子部材を適度の圧力がかかった状態で当接させ、前記領域における線にレーザを照射することが望ましい。
上記従来のレーザ溶接方法では、ばらけ防止部６を用いているため、芯線４の相互間の間隔を一定に保つことはできたとしても、芯線４が金属端子２に向けて適度な圧力のかかった状態で確実に当接させることをばらつきなく行うことは困難である。従って、芯線が局部的に湾曲していた場合、金属端子と芯線との間にわずかな隙間が発生することがあり、その結果、芯線と金属端子の溶接接合がなされない箇所が生じたり、溶接の深さにばらつきが生ずるなど、接合品質の低下や接合品質のばらつきの発生の問題点があった。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、接合品質の低下やばらつきの発生を抑制できるレーザ溶接方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ溶接方法は、端子部材に線を溶接によって接合するレーザ溶接方法において、
第１の治具及び第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、
前記第１の治具と前記第２の治具との間に位置する前記線にレーザを照射することにより前記端子部材に前記線を接合することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記第１の治具と前記端子部材によって前記線の先端側を保持した際に、前記第１の治具と前記線との間又は前記端子部材と前記線との間に隙間が形成されることが好ましい。これにより、線にレーザを照射した際、線の先端部がスムーズに収縮されて線と端子部材を接合することができる。

また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記第１の治具及び前記第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を保持した際に、前記第１の治具及び前記第２の治具の少なくとも一方における前記線との接触面は、前記線の形状に沿うように形成されていることが好ましい。

また、本発明に係るレーザ溶接方法において、前記レーザを出射するレーザ出射部の先端側に前記第１及び第２の治具が設けられていることも可能である。

本発明に係るレーザ溶接方法は、端子部材に線を溶接によって接合するレーザ溶接方法において、
レーザ出射部の先端部における第１の凹部と第２の凹部それぞれと前記端子部材によって前記線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、
前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に位置する前記線にレーザを照射することにより前記端子部材に前記線を接合することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、接合品質の低下やばらつきの発生を抑制することができる。また、一本の線を端子部材に接続する場合でも確実に溶接接合することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１によるレーザ溶接方法を説明する図である。

図１は、治具を用いて複数の金属端子上に複数本の芯線を配置した状態を示す平面図である。図２は、図１に示す状態の一部であって、一本の芯線が一つの金属端子上に配置された状態を示す斜視図である。図３（Ａ）は図２に示す状態の平面図であり、図３（Ｂ）は図２に示す状態の側面図であり、図３（Ｃ）は図２に示す状態の正面図である。図４は、図２及び図３に示す芯線にレーザ照射を行うことで、芯線と金属端子が溶接によって接続された状態を示す側面図である。

まず、図１に示す芯線１１を用意する。この芯線１１は、被覆体（図示せず）によって被覆された電線（図示せず）のものであり、この電線の先端の被覆体を剥離することにより芯線１１を露出させたものである。この露出された芯線１１が図１に示されている。尚、芯線１１は単芯線でも良いし、多芯線でも良い。また、本実施の形態では、芯線が被覆体によって被覆された電線を用いているが、この電線以外の線を用いることも可能であり、例えばエナメル線などの絶縁被覆線、同軸線、裸電線を用いることも可能である。

次に、図１に示すように、複数本の芯線１１をコネクタの金属端子１３上に第１の治具１２ａ及び第２の治具１２ｂによって保持する。これにより、複数本の芯線１１それぞれの先端側は金属端子１３上に当接されつつ配置される。

ここで、第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂそれぞれは、金属端子１３上の芯線１１を上から押さえるものである。つまり、金属端子１３と第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂによって芯線１１を挟むことにより、芯線１１を金属端子１３上に保持するものである。このように保持した際の第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂそれぞれにおける芯線１１との接触面は、芯線１１の形状に沿うように形成されている（図３（Ｃ）参照）。これにより、芯線１１は金属端子１３上で動かないように保持される。

詳細には、第１の治具１２ａによって芯線１１の先端側を金属端子１３上に押さえた部分において、第１の治具１２ａと芯線１１との間又は金属端子１３と芯線１１との間に隙間が形成されるように、第１の治具１２ａの形状が調整されている。これにより、芯線１１の先端側は第１の治具１２ａによって押さえられても少し動かせるようになっている。

一方、第２の治具１２ｂによって芯線１１を金属端子１３上に押さえた部分において、第２の治具１２ｂと芯線１１との間及び金属端子１３と芯線１１との間には共にほとんど隙間がないように、第２の治具１２ｂの形状が調整されている。これにより、芯線１１は第２の治具１２ｂによって押さえられると動かないように保持され、金属端子１３と芯線１１が確実に接触される。
尚、第１の治具１２ａと第２の治具１２ｂは間隔をあけて一体に形成されていても良いし、一体に形成されてなくても良い。

次に、図３（Ｂ）に示すように、前述した金属端子１３上に配置した芯線１１の先端から所定の距離だけ離れた位置にレーザを照射する。詳細には、第１の治具１２ａと第２の治具１２ｂとの間で且つ芯線１１の先端から所定の距離だけ離れた位置にレーザ光の照射中心が当たるように、芯線１１にレーザ光を照射する。これにより、図４に示すように、芯線１１の先端部がレーザ光によって加熱されて溶融され、芯線１１の先端部が収縮され表面張力によって球に近い形状に凝固された溶接部１４によって金属端子１３に接合される。この際のレーザ照射条件の一例を以下に示す。

芯線 ： 線径φ０．１ｍｍの銅線
金属端子 ： ０．２ｍｍ厚ベリリウム銅板
レーザエネルギー ： ０．５Ｊ
レーザ照射径 ： φ２００μｍ
使用レーザ ： ＹＡＧレーザ

上記実施の形態１によれば、第１の治具１２ａによって芯線１１の先端側を金属端子１３上に押さえた際に、第１の治具１２ａと芯線１１との間又は金属端子１３と芯線１１との間に隙間を形成している。このため、芯線１１にレーザ光を照射した際、芯線１１の先端部がスムーズに収縮されて芯線１１と金属端子１３を接合することができる。

また、芯線１１は、その先端の状態が不安定になり易く、特に電線径が小さくなるとより不安定になり易い。これに対し、本実施の形態では、芯線１１を第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂによって金属端子１３に押さえて保持するため、芯線１１の先端の状態を安定化させることができる。つまり、レーザ光が照射される領域（ビームスポット）の芯線１１の近傍を第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂによって金属端子１３に押さえることにより、全ての芯線１１を一定の圧力（適度な圧力）で金属端子の表面に当接させることができ、この状態で芯線にレーザ光を照射することができる。その結果、金属端子１３と芯線１１を安定的に溶接接合することができ、接合品質の低下やばらつきの発生を抑制することができる。

また、本実施の形態では、第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂによって金属端子１３に芯線１１を保持しているため、芯線１１の相互間隔を一定に保つことができ、その結果、金属端子１３上から芯線１１がずれてしまうことを抑制できる。
これに対し、前述した図９及び図１０に示す従来のレーザ溶接方法は、芯線４がばらばらにならないように固定するばらけ防止部６を取り付けた状態で、金属端子２と芯線４との接合部８にレーザ１０を照射することにより、芯線４と金属端子２を溶接によって接合するものである。このため、従来のレーザ溶接方法でも、ばらけ防止部６によって芯線４の相互間隔を一定に保つことができ、金属端子２上から芯線４がずれてばらけることを抑制できると考えられる。しかし、従来のレーザ溶接方法では、レーザ溶接前には芯線４にばらけ防止部６を取り付ける工程が必要となり、レーザ溶接後には芯線４からばらけ防止部６を除去する工程が必要となり、これらの工程は、レーザ溶接のコストを高める原因になっている。

尚、上記実施の形態１では、第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂによって金属端子１３上に芯線１１を保持した際、第１及び第２の治具１２ａ，１２ｂそれぞれにおける芯線１１との接触面を、芯線１１の形状に沿うように形成しているが、第１の治具１２ａ及び第２の治具１２ｂの一方において前記接触面を芯線に沿うように形成しても良い。

また、上記実施の形態１では、芯線１１をコネクタの金属端子１３に接続しているが、これに限られず、コネクタ以外の端子部材（例えばプリント基板のランド等）に芯線を接続することも可能である。

また、上記実施の形態１では、ＹＡＧレーザを用いているが、これに限定されるものではなく、ＹＡＧレーザ以外の他のレーザ、例えば半導体レーザ、ファイバーレーザなどを用いることも可能である。

（実施の形態２）
図５〜図８は、本発明の実施の形態２によるレーザ溶接方法を説明する図であり、図１〜図４と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。

図５は、金属端子上に芯線を載置した状態を示す斜視図である。図６は、レーザ出射部の先端部を用いて金属端子上に芯線を配置した状態を示す斜視図である。図７（Ａ）は図６に示すＡ方向から視た図であり、図７（Ｂ）は図６に示すＢ方向から視た図であり、図７（Ｃ）は図６に示すＣ方向から視た図であり、図７（Ｄ）は図６に示すＤ方向から視た図である。図８は、レーザ出射機構を示す模式図である。

まず、図５に示すように、金属端子１３上に芯線１１を載置する。
次いで、図６及び図７に示すように、芯線１１を金属端子１３上にレーザ出射部１５の先端部によって保持する。これにより、芯線１１の先端側は金属端子１３上に当接されつつ配置される。

ここで、レーザ出射部１５の先端部には、芯線１１を上から金属端子１３に押さえる治具が設けられている。つまり、レーザ出射部１５の先端部と金属端子１３によって芯線１１を挟むことにより、芯線１１を金属端子１３上に保持するものである。このように保持した際のレーザ出射部１５の先端部における芯線１１との接触面は、芯線１１の形状に沿うように形成されている（図６及び図７参照）。これにより、芯線１１は金属端子１３上で動かないように配置される。

詳細には、レーザ出射部１５の先端部は円筒状に形成されており、この円筒状の先端部には芯線１１を押さえる第１及び第２の凹部１５ａ，１５ｂが設けられている。第１及び第２の凹部１５ａ，１５ｂそれぞれは、芯線１１の形状に沿うように形成されている（図７（Ａ），（Ｂ）参照）。また、レーザ出射部１５の先端部によって芯線１１を金属端子１３上に押さえた際、第１の凹部１５ａと芯線１１との間又は金属端子１３と芯線１１との間に隙間（図７（Ａ）参照）が形成されるように、第１の凹部１５ａの形状が調整されている。これにより、芯線１１の先端側は第１の凹部１５ａによって押さえられても少し動かせるようになっている。

一方、第２の凹部１５ｂによって芯線１１を金属端子１３上に押さえた際、第２の凹部１５ｂと芯線１１との間及び金属端子１３と芯線１１との間には共にほとんど隙間がないように、第２の凹部１５ｂの形状が調整されている。これにより、芯線１１は第２の凹部１５ｂによって押さえられると動かないように保持され、金属端子１３と芯線１１が確実に接触される。

次に、前述した金属端子１３上に配置した芯線１１に図８に示すレーザ出射機構を用いてレーザを照射する。このレーザ出射機構は、レーザ本体１６、光ファイバ１７及びレーザ出射部１５により構成されており、レーザ本体１６から光ファイバ１７を通してレーザ出射部１５の先端部にレーザビームが出射されるようになっている。つまり、図７（Ｄ）に示すように、第１の凹部１５ａと第２の凹部１５ｂとの間で且つ芯線１１の先端から所定の距離だけ離れた位置にレーザビーム１８の照射中心が当たるように、芯線１１にレーザビーム１８を照射する。つまり、レーザビームが照射されるビームスポットの芯線１１の近傍を第１及び第２の凹部１５ａ，１５ｂによって金属端子１３に押さえることにより、全ての芯線１１を一定の圧力（適度な圧力）で金属端子の表面に当接させることができ、この状態で芯線にレーザビームを照射することができる。これにより、芯線１１の先端部がレーザビームによって加熱されて溶融され、芯線１１の先端部が収縮され表面張力によって球に近い形状に凝固された溶接部によって金属端子１３に接合される。この際のレーザ照射条件は実施の形態１と同様である。

上記実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

治具を用いて複数の金属端子上に複数本の芯線を配置した状態を示す平面図である。 図１に示す状態の一部であって、一本の芯線が一つの金属端子上に配置された状態を示す斜視図である。 （Ａ）は図２に示す状態の平面図であり、（Ｂ）は図２に示す状態の側面図であり、（Ｃ）は図２に示す状態の正面図である。 図２及び図３に示す芯線にレーザ照射を行うことで、芯線と金属端子が溶接によって接続された状態を示す側面図である。 金属端子上に芯線を載置した状態を示す斜視図である。 レーザ出射部の先端部を用いて金属端子上に芯線を配置した状態を示す斜視図である。 （Ａ）は図６に示すＡ方向から視た図であり、（Ｂ）は図６に示すＢ方向から視た図であり、（Ｃ）は図６に示すＣ方向から視た図であり、（Ｄ）は図６に示すＤ方向から視た図である。 レーザ出射機構を示す模式図である。 従来のレーザ溶接方法を説明するための平面図である。 図９に示すＢ部を拡大した図である。

符号の説明

１ コネクタ
２ 金属端子
３ 同軸極細線
４ 芯線
５ グランドバー
６ ばらけ防止部
７ 外部導体
８ 接合部
９ 二点鎖線で囲んだ部分
１０ レーザ
１１ 芯線
１２ａ 第１の治具
１２ｂ 第２の治具
１３ 金属端子
１４ 溶接部
１５ レーザ出射部
１６ レーザ本体
１７ 光ファイバ
１８ レーザビーム

Claims (5)

1. 端子部材に線を溶接によって接合するレーザ溶接方法において、
   第１の治具及び第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、
   前記第１の治具と前記第２の治具との間に位置する前記線にレーザを照射することにより前記端子部材に前記線を接合することを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 請求項１において、前記第１の治具と前記端子部材によって前記線の先端側を保持した際に、前記第１の治具と前記線との間又は前記端子部材と前記線との間に隙間が形成されることを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 請求項１又は２において、前記第１の治具及び前記第２の治具それぞれと前記端子部材によって前記線を保持した際に、前記第１の治具及び前記第２の治具の少なくとも一方における前記線との接触面は、前記線の形状に沿うように形成されていることを特徴とするレーザ溶接方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記レーザを出射するレーザ出射部の先端側に前記第１及び第２の治具が設けられていることを特徴とするレーザ溶接方法。
5. 端子部材に線を溶接によって接合するレーザ溶接方法において、
   レーザ出射部の先端部における第１の凹部と第２の凹部それぞれと前記端子部材によって前記線を挟んで保持しながら前記線を前記端子部材に当接させ、
   前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に位置する前記線にレーザを照射することにより前記端子部材に前記線を接合することを特徴とするレーザ溶接方法。
   

Images