JP4541689B2 - 溶接法 - Google Patents

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Description

本発明は、請求項１に発明の上位概念として特定したように、第１構成部材と第２の構成部材との溶融域を溶融するためのエネルギーとしてレーザビームを使用し、しかもレーザビームのエネルギーを弱くしか吸収しない材料から成る第２構成部材を使用し、かつレーザビームのエネルギーを強く吸収する材料から成る前記第１構成部材を使用し、レーザビームが前記第２構成部材を貫通して前記第１構成部材に向かうようにし、かつ前記溶融域の外部には、前記の両構成部材の相互方向運動を制限する少なくとも１つのストッパを設けておく形式の、第１構成部材と第２構成部材との溶接法に関する。
前記形式の溶接法はすでに公知になっている（たとえば、特許文献１参照。）。当該公知の溶接法では、第１の蓋形構成部材をその円周に沿って圧縮して、ボトム部分を形成する第２構成部材の内壁と接触させることによって、２つの構成部材が相互に接合される。第２構成部材の内壁に沿って１つのストッパが設けられているので、第１構成部材は、ストッパまでしか第２構成部材の内部に挿入することができない。両構成部材間の移行域に、次いでレーザビーム溶接装置または電子ビーム溶接装置によってエネルギーが入射されるので、前記移行域において両構成部材の結合が生じる。その場合肝要なことは、第１構成部材を第２構成部材のストッパにまで押し付ける押し合わせによって両構成部材相互がもはや相対運動しないことである。
たとえばプリント配線基板上に配置された電子構成素子を収蔵するケーシングを製作する場合、概して単数または複数のプリント配線基板をケーシング内部に位置決めもしくは支承することが必要である。自動車の制御器用ケーシングを製作する場合に、一方のケーシング構成部材内に配置された圧入ピンと協働する開口をプリント配線基板内に設けることは公知である。この圧入ピンと開口との協働に基づいてプリント配線基板はケーシング構成部材に対して相対的に位置固定される。しかしながら実地において自動車運転中の極端な状況下で発生することのある特に高い振動負荷時には（結合が、比較的少数本の圧入ピンを介してしか行われていない場合には特に）圧入ピンによるプリント配線基板の従来の固定法では不充分であることが判明した。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６ ２５ ８７３号（Ａ１）明細書
そこで本発明の課題は、請求項１の上位概念によって特定した溶接法を改良して、両構成部材の溶接と同時に、両構成部材に対して確実に第３構成部材、たとえばプリント配線基板を、付加的な構成部材を必要とすることなしに、位置固定することである。
前記溶接法における課題を解決する本発明の構成手段は、請求項１の特徴部に記載したように、第１および第２両構成部材を溶接操作以降は相互に圧着し、少なくとも１つのストッパ によって、溶接操作の間、両構成部材の相互方向運動を制限し、少なくとも１つのストッパを第３構成部材と協働するようにし、第３構成部材を、溶接操作後は少なくとも１つの前記ストッパによって、前記の第１および第２構成部材の少なくとも１つに圧着させる点にある。
本発明による溶接法の有利な実施形態は、従属請求項に列挙した通りである。
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
図１には、レーザ溶接によって溶接しようとする第１構成部材１０と第２構成部材１１が図示されている。図１には更にまた、前記の両構成部材１０，１１を接合した後に両構成部材１０，１１間に位置固定しようとする第３構成部材１２も図示されている。図面で下位に位置する第１構成部材１０は接合域１３を有しており、該接合域において両構成部材１０，１１はレーザビームによって互いに接合される。接合域１３は、該接合域の配置されたウェブ状凸設部１４よりも幾分小さな幅を有している。接合域１３は有利には、両構成部材１０，１１間で、図平面に対して垂直に図示された、両構成部材１０，１１の全長にわたって延びているので、接合域１３において両構成部材１０，１１の線状接触が生じる。しかし、この実施形態とは択一的に、前記接合域１３を第１構成部材１０に点状に設けて、該接合域１３を、***部の形式でウェブ状凸設部１４から突出させることも可能である。
更にまた第１構成部材１０は、第３構成部材１２を受容するためにステップ状の段部１６を有している。第２構成部材１１は実質的にＬ形横断面形に形成されており、かつ第３構成部材１２に面した方の側に、第２構成部材１１に一体成形された少なくとも１つのストッパ１７を有している。この少なくとも１つのストッパ１７は、Ｌ形断面形状の第２構成部材１１の鉛直脚片１８の延長線上に一体成形されているのに対して、第２構成部材１１の他方の水平脚片１９は接合域１３において、第１構成部材１０に面した方の側で、第１構成部材１０上に面整合して載っている。
両構成部材１０，１１に対するレーザビームの未作用状態を示した図１に相応して、少なくとも１つのストッパ１７と第３構成部材１２の対面側との間にはギャップ２１が形成されている。
第１構成部材１０も第２構成部材１１も共にプラスチックから成っているが、但し、第１構成部材１０はたとえば相応の添加剤によってレーザビーム吸収性であるのに対して、第２構成部材１１は、レーザビームに対して実質的に透過性である。
図２では、溶接時の状態が図示されている。その場合レーザビーム２２は、第１構成部材１０に対向した方の側から、第２構成部材１１の水平脚片１９に作用する。両構成部材１０，１１の吸収特性が異なることに基づいて、その場合、両構成部材１０，１１間の接合域１３は、プラスチック材料の融点を超えるまで加熱されるので、両構成部材１０，１１は互いに接合する。レーザビーム２２の作用中に両構成部材１０，１１は、負荷力を示す矢印Ｆによって判るように、相互に圧着される。レーザビーム２２が接合域１３のプラスチック材料を、該プラスチック材料が塑性変形する程度に加熱すると即座に、両構成部材１０，１１の押し合わせに伴って、第２構成部材１１は少なくとも１つのストッパ１７と共に、第１構成部材１０並びに第３構成部材１２の方向に動かされる。少なくとも１つのストッパ１７が第３構成部材１２に当接すると、両構成部材１０，１１相互の相対運動はもはや行われない。それというのは、レーザビーム２２によって捉えられない少なくとも１つのストッパ１７が、第３構成部材１２を、第１構成部材１０の段部１６に圧着するからである。従って少なくとも１つのストッパ１７は、レーザ溶接時における両構成部材１０，１１相互の相対運動を制限する行程制限手段もしくは行程ストッパとして働くと共に、付加的には第３構成部材１２を両構成部材１０，１１間に位置決めするためにも働く。レーザビーム２２による溶接プロセス時に接合域１３は塑性変形され、かつ溶融物２３が両構成部材１０，１１から側方に押出される。接合域１３がウェブ状凸設部１４よりも幾分小さな幅を有していることによって、前記溶融物２３が両構成部材１０，１１を超えて張出すことはない。
図３には、本発明の方法を適用した１実施例が示されており、本実施例では、自動車においてたとえば制御器として使用されるプラスチックから成るボックス形のケーシング２５が製作される。該ケーシング２５は、レーザビームにとって吸収性のボトム部分２７並びにレーザビームにとって透過性の蓋２８を有している。レーザビーム（矢印２９）はレーザ加工時に、円環状のフラットな接合域３０の領域において、ボトム部分２７に対向する方の蓋２８の側で接合域３０に作用する。該蓋２８は、下向きに引き下げられた縁部３１を有し、該縁部は、ボトム部分２７を蓋２８と接合した後には、ボトム部分２７の外面に沿った円環状***部３２と相俟って、同じく円環状の室３３を形成し、該円環状室は、接合域３０から場合によって流出する溶融物を受容する。
ケーシング２５の内部にはプリント配線基板３５が配置されており、該プリント配線基板はたとえばその上面に電子構成素子３６を支持している。プリント配線基板３５は、蓋２８を装着する以前に、ボトム部分２７の内部に位置決めされる。この位置決めのためにプリント配線基板３５は、いわゆる圧入ピン３８と協働する複数の穴３７を有している。圧入ピン３８は、たとえばボトム部分２７の底域に一体的に成形されており、かつ圧入ピンの円筒形区分３９が、プリント配線基板３５の穴３７を貫通して突出している。その場合、穴３７の直径および圧入ピン３８の円筒形区分３９の直径を適当な許容誤差範囲内に設定することによって、プリント配線基板３５を圧入ピン３８によって保持することが可能になる。更にまた、プリント配線基板３５を圧入ピン３８に組付ける際に該プリント配線基板３５の運動を制限するため、もしくは該プリント配線基板３５を所期の目標位置に位置決めするために、ボトム部分２７の内縁域にはスペーサブロック４１が配置されている。蓋２８をボトム部分２７と結合する以前に、前記スペーサブロック４１上にプリント配線基板３５が載置される。従ってスペーサブロック４１はボトム部分２７と相俟って、図１および図２における段部１６に相当するそれぞれ１つの段部４２を形成している。
ボトム部分２７に面した方の蓋２８の内面側には、スペーサブロック４１に覆合して複数のストッパエレメント４３が配置されている。該ストッパエレメント４３は蓋２８に一体的に成形されているのが有利である。ストッパエレメント４３が一体成形された領域では、プリント配線基板３５上に電子構成素子３６が位置していないのは勿論のことである。ボトム部分２７上に蓋２８を（矢印２９の方向に）溶接する溶接プロセス時に、スペーサブロック４１とは反対のプリント配線基板３５の側にストッパエレメント４３が載ると即座に、ストッパエレメント４３は、ボトム部分２７に対する蓋２８の相対運動を制限する。更にまた、蓋２８とボトム部分２７との接合が終了すると、それに伴ってケーシング２５内におけるプリント配線基板３５の正確な位置決めが得られる。それというのは今やプリント配線基板３５は、高い揺振負荷を受けた場合でさえも、圧入ピン３８に対してもはや相対運動できないからである。
図４に示した実施例が、図３の実施例と相違している点は、プリント配線基板３５ａの上面縁部域４５にも同じく電子構成素子３６ａが配置されていることである。ボトム部分２７ａを蓋２８ａと溶接する際にストッパエレメント４３ａを上面縁部域４５の電子構成素子３６ａと接触させないために、電子構成素子の設けられていないプリント配線基板３５ａの中央域にストッパエレメント４３ａが配置されている。
ここで説明を補足しておくが、縁部域に電子構成素子を支持しないプリント配線基板の場合にもストッパエレメント４３ａの配置構成を使用できるのは自明の通りである。ストッパエレメント４３ａとは反対のプリント配線基板側に別のストッパエレメントもしくは別のスペーサブロックが配置されていない、図４に相当するストッパエレメント４３ａの配置形式は、レイアウトの理由から、或いはプリント配線基板に或る程度の曲げ応力を及ぼすことが所望されているという理由から、選択することもできる。
なお念のために付記しておくが、以上述べた本発明の溶接法は、自動車の制御器における使用のみに限定されるものではない。むしろ本発明の方法によって、複数の構成部材を互いに接合することも可能であり、その場合、第３構成部材（図示の実施例ではたとえばプリント配線基板）は他の２つの構成部材間に位置決めされている。更に図３および図４において、プリント配線基板３５，３５ａを、適当な圧入ピン３８無しに使用することももちろん可能である。図３および図４に相当する制御器の場合、該制御器を蓋２８，２８ａで閉鎖する前に、圧入ピン３８は、制御器の事前組立もしくは操作および検査のために使用される。
本発明の溶接法を溶接操作前の状態で示した断面図である。
本発明の溶接法を溶接操作後の状態で示した断面図である。
本発明の溶接法によって溶接された構成部材から成る制御器の横断面図である。
図３とは異なった態様の構成部材から成る制御器の横断面図である。
符号の説明
１０ 第１構成部材、 １１ 第２構成部材、 １２ 第３構成部材、 １３ 接合域、 １４ 凸設部、 １６ 段部、 １７ ストッパ、 １８ 鉛直脚片、 １９ 水平脚片、 ２１ ギャップ、 ２２ レーザビーム、 ２３ 溶融物、 ２５，２５ａ ケーシング、 ２７，２７ａ ボトム部分、 ２８，２８ａ 蓋、 ２９ レーザビーム、 ３０ 接合域、 ３１ 縁部、 ３２ ***部、 ３３ 室、 ３５，３５ａ プリント配線基板、 ３６，３６ａ 電子構成素子、 ３７ 穴、 ３８ 圧入ピン、 ３９ 円筒形区分、 ４１，４１ａ スペーサブロック、 ４２ 段部、 ４３，４３ａ ストッパエレメント、 ４５ 縁部域、 Ｆ 負荷力を示す矢印

Claims (7)

  1. 第１構成部材（１０；２７；２７ａ）と第２構成部材（１１；２８；２８ａ）との溶接法であって、第１構成部材と第２構成部材（１０，１１；２７，２８；２７ａ，２８ａ）との溶融域（１３；３０）を溶融するためのエネルギーとしてレーザビーム（２２；２９）を使用し、レーザビーム（２２；２９）のエネルギーを弱くしか吸収しない材料から成る第２構成部材（１１；２８；２８ａ）を使用し、かつレーザビーム（２２；２９）のエネルギーを強く吸収する材料から成る第１構成部材（１０；２７；２７ａ）を使用し、前記レーザビーム（２２；２９）を、前記第２構成部材（１１；２８；２８ａ）を貫通して前記第１構成部材（１０；２７；２７ａ）に向かうようにし、前記溶融域（１３；３０）の外部に、前記第１および第２構成部材（１０，１１；２７，２８；２７ａ，２８ａ）の相互方向運動を制限する少なくとも１つのストッパ（１７；４３；４３ａ）を設けておく方法において、
    前記第１構成部材（１０；２７；２７ａ）に受容部（１６；４２）を設け、前記第２構成部材（１１；２８；２８ａ）に前記少なくとも１つのストッパ（１７；４３；４３ａ）を設け、
    溶接時点以降に、前記第１および第２構成部材（１０，１１；２７，２８；２７ａ，２８ａ）を相互に圧着し、前記少なくとも１つのストッパ（１７；４３；４３ａ）によって、溶接操作の間、前記第１および第２構成部材（１０，１１；２７，２８；２７ａ，２８ａ）の相互方向運動を制限し、前記少なくとも１つのストッパ（１７；４３；４３ａ）が第３構成部材（１２；３５；３５ａ）と協働するようにし、該第３構成部材を、溶接操作後は前記少なくとも１つの前記ストッパ（１７；４３；４３ａ）によって、前記第１構成部材（１０；２７；２７ａ）の前記受容部（１６；４２）に圧着させることを特徴とする、溶接法。
  2. 前記溶融域（１３；３０）が１つの細長い溶接継手を形成するようにする、請求項１記載の溶接法。
  3. 前記溶接継手が、それ自体閉じられた輪郭を形成するようにする、請求項２記載の溶接法。
  4. 前記第１および第２構成部材（２７；２７ａ；２８；２８ａ）によって、閉鎖状態で１つのケーシング（２５；２５ａ）、特に少なくとも１つの電子構成素子（３６；３６ａ）用のケーシング（２５；２５ａ）を形成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の溶接法。
  5. 前記第３構成部材を、少なくとも１つの電子構成素子（３６；３６ａ）を支持するプリント配線基板（３５；３５ａ）として構成し、該プリント配線基板（３５；３５ａ）を縁部域（４５）で、前記第１構成部材（２７；２７ａ）の少なくとも１つの支承面上に少なくとも部分的に載設する、請求項４記載の溶接法。
  6. 第２構成部材（２８）の少なくとも１つのストッパ（４３）を、第１構成部材（２７）における、プリント配線基板（３５）の少なくとも１つの支承面と少なくとも部分的に覆合して配置する、請求項５記載の溶接法。
  7. 少なくとも１つのストッパ（４３ａ）を、第１構成部材（２７ａ）における、プリント配線基板（３５ａ）の支承面の内側に配置する、請求項５記載の溶接法。
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