JP2002011590A - レーザ溶接用治具 - Google Patents

レーザ溶接用治具

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JP2002011590A
JP2002011590A JP2000193958A JP2000193958A JP2002011590A JP 2002011590 A JP2002011590 A JP 2002011590A JP 2000193958 A JP2000193958 A JP 2000193958A JP 2000193958 A JP2000193958 A JP 2000193958A JP 2002011590 A JP2002011590 A JP 2002011590A
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JP
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jig
welding
laser beam
laser welding
welded
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Tatsuya Hattori
達也 服部
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低出力のレーザ照射であっても溶接対象物を
溶接することができるレーザ溶接用治具を提供する。 【解決手段】 レーザ溶接用治具10は、平板状のセラ
ミック板11に照射口12を形成して構成されている。
台座15上に溶接対象物たる雄端子30とバスバー20
とを重ね合わせて載置し、その上からレーザ溶接用治具
10を置いてそれらを固定している。この状態にてレー
ザ溶接用治具10の照射口12から矢印A2にて示すよ
うなレーザ照射を行う。レーザ溶接用治具10の材質が
熱伝導率の低いセラミックであるため、レーザ照射時に
おける溶接対象物からレーザ溶接用治具10への熱伝導
を低減することができ、溶接箇所への蓄熱が容易となっ
て、低出力のレーザ照射であっても溶接対象物を溶接す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接時に溶
接対象物に当接して固定するレーザ溶接用治具に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年のエレクトロニクスの進歩は著し
く、例えば、カーエレクトロニクスにあっては、自動車
に搭載される電子機器やCPUの数が飛躍的に増大し、
自動車用ワイヤーハーネスを種々の電装品に分岐接続す
る際に、分岐接続部分を集中させて配線を合理的かつ経
済的に行うものとして電気接続箱(ジャンクションブロ
ック)が採用されている。
【0003】そして従来にあっては、プレス加工等によ
り、種々の形状のバスバーを打ち抜くと共に各バスバー
に所望高さのタブ端子をそれぞれ切り起こし形成し、各
バスバー間に絶縁板をそれぞれ介装した状態で多層に積
層し、その積層状態でそれらが収容された電気接続箱が
ある。
【0004】しかしながら、このように各バスバーにタ
ブ端子を切り起こし形成して各種回路パターンを構成す
る方法によれば、前記積層状態とされる積層数の増加に
伴い切り起こし形成されるタブ端子の最大長さをより長
くする必要が生じ、バスバーによって構成される回路パ
ターン部分にタブ端子切り起こしのための多くの無駄な
スペースが必要となり、このスペースがいわゆるデッド
スペースとなって電気接続箱の小型・高密度化が図れな
いという問題があった。
【0005】そこで、バスバーによる回路パターン部分
とタブ端子部分を予め別体として製作し、その後、バス
バーとタブ端子とを互いに接合することによって所望の
回路を構成し、前記デッドスペースの発生を有効に防止
することによって電気接続箱の小型・高密度化を図った
構造のものがある。そして、バスバーとタブ端子とを接
合する手法としてレーザ溶接が用いられる場合がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来より、バスバーと
タブ端子とをレーザ溶接により接合するときにはバスバ
ーとタブ端子とを重ね合わせ、それらを治具によって固
定・拘束し、重合部分にレーザを照射して溶接してい
る。しかしながら、従来にあっては治具を熱伝導の良好
な金属製としており、レーザ照射時に熱が治具に容易に
伝導して放散されていたため、高出力のレーザ照射が必
要であった。高出力のレーザ照射を行うと、溶接設備費
が高額になるのみならず、スパッタが多量に発生して溶
接品質を低下させるという問題が生じる。
【0007】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、低出力のレーザ照射であっても溶接対象物を溶
接することができるレーザ溶接用治具を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1の発明は、レーザ溶接時に溶接対象物に当
接して固定するレーザ溶接用治具であって、前記レーザ
溶接用治具の材質の熱伝導率を1.4W/m・K以下と
している。
【0009】また、請求項2の発明は、請求項1の発明
に係るレーザ溶接用治具において、前記レーザ溶接用治
具の材質をセラミックとしている。
【0010】また、請求項3の発明は、請求項1または
請求項2の発明に係るレーザ溶接用治具において、前記
溶接対象物のうちの溶接箇所以外の部分を遮蔽する遮蔽
部を備えている。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【0012】<第1実施形態>図1は、本発明の第1実
施形態のレーザ溶接用治具を示す外観斜視図である。第
1実施形態のレーザ溶接用治具10は、平板状のセラミ
ック板11に照射口12を形成して構成されている。照
射口12は、セラミック板11の板厚方向に貫通するよ
うにして形成されている。セラミック板11は、熱伝導
率が低く溶接時のスパッタと親和性の無いセラミック、
例えばシリカ(SiO2)とマグネシア(MgO)とア
ルミナ(Al23)との混合物を主成分とするマコール
(コーニング・インコーポレイテッド社の登録商標;熱
伝導率1.4W/m・K)にて製作すればよい。また、
セラミック板11の表面は高熱伝導率の耐熱材料にてコ
ーティングされている。このようなコーティング材料と
しては、例えばアルミナイトライド(AlN)とボロン
ナイトライド(BN)との複合体(熱伝導率90W/m
・K)を用いるのが好ましい。
【0013】図2は、上記のレーザ溶接用治具10を用
いてレーザ溶接を行うときの様子を示す図である。第1
実施形態では、平板状のバスバー20とL字型形状の雄
端子30とを溶接する場合、すなわちバスバー20およ
び雄端子30が溶接対象物である場合を例として説明す
る。なお、バスバー20および雄端子30の素材は銅ま
たは銅合金である。
【0014】台座15上には雄端子30を載置してい
る。このときに雄端子30のタブ30aを台座15の孔
15aに挿入するようにしている。その雄端子30の上
からバスバー20を重ね合わせている。そして、バスバ
ー20の上からさらにレーザ溶接用治具10を載置し、
溶接対象物に当接させてそれらを固定している。また、
このときにレーザ溶接用治具10の照射口12を介して
溶接箇所が外部に露出されるようにするとともに、溶接
箇所以外の部分はセラミック板11によって外部から遮
蔽されるようにしておく。
【0015】このような状態にて、レーザ溶接用治具1
0の照射口12から図2中矢印A2にて示すようなレー
ザ照射を行う。なお、レーザ照射のための位置決めは、
ロボットあるいはNCサーボテーブルを用いた数値位置
決めによって行われる。
【0016】レーザ照射により、バスバー20の直接照
射部分およびその直下の雄端子30の接触部分が融点以
上にまで加熱されて溶融する。所定時間経過後レーザ照
射を停止すると、一旦溶融した銅または銅合金(溶融
池)が冷却されて凝固する。図3は、レーザ照射後の溶
着状態を示す図である。凝固した溶接金属40によって
バスバー20と雄端子30とが電気的に接続されるとと
もに機械的にも固設される。
【0017】以上の第1実施形態において、レーザ溶接
用治具10の材質が熱伝導率の低いセラミックであるた
め、バスバー20からレーザ溶接用治具10への熱伝導
が従来よりも低減されることとなる。すなわち、レーザ
照射時における溶接箇所からの熱放散が抑制される。こ
のため、従来よりも低出力のレーザ照射を行っても、溶
接箇所に容易に蓄熱して溶融させることができる。低出
力のレーザ照射による溶接が可能であるため、レーザ溶
接のための設備費を低額にすることができるとともに、
電気消費量や部品交換頻度等をも低減してランニングコ
ストを抑制することができる。また、低出力のレーザ照
射であれば、溶接時のスパッタ発生を抑制して溶接品質
の低下を防止することができるとともに、溶接金属40
の界面が連続した均一なものとなり、接合部分の機械的
な強度も安定して向上する。
【0018】また、バスバー20および雄端子30のう
ちの溶接箇所以外の部分はレーザ溶接用治具10によっ
て遮蔽されている。すなわち、セラミック板11は溶接
時にバスバー20および雄端子30を固定するととも
に、それらの溶接箇所以外の部分を遮蔽する遮蔽部とし
ての機能をも有しているのである。従って、レーザ照射
時に若干のスパッタが発生したとしてもそれがバスバー
20および雄端子30に付着することが防止される。
【0019】さらに、レーザ溶接用治具10の表面は高
熱伝導率の耐熱材料にてコーティングされているため、
レーザ照射時に若干飛散したスパッタがレーザ溶接用治
具10に溶着することが防止される。
【0020】なお、溶接箇所の蓄熱効果をさらに向上さ
せるために、台座15もレーザ溶接用治具10と同じ素
材にて製作するのが好ましい。
【0021】<第2実施形態>図4は、本発明の第2実
施形態のレーザ溶接用治具を示す外観斜視図である。第
2実施形態のレーザ溶接用治具50は2段構造を有して
おり、その下段部52に照射口53を形成している。照
射口53は、下段部52の板厚方向に貫通するようにし
て形成されている。レーザ溶接用治具50は、第1実施
形態と同様の熱伝導率が低く溶接時のスパッタと親和性
の無いセラミックにて製作されている。また、レーザ溶
接用治具50の表面も第1実施形態と同じ高熱伝導率の
耐熱コーティング材料にてコーティングされている。な
お、上段部51には、図5に示すように、後述する雄端
子30のタブ30aを収容可能な下方に向けて開口した
孔51aが形成されている。
【0022】図5は、レーザ溶接用治具50を用いてレ
ーザ溶接を行うときの様子を示す図である。第2実施形
態では、平板状のバスバー20とL字型形状の雄端子3
0とを溶接する場合、すなわちバスバー20および雄端
子30が溶接対象物である場合を例として説明する。な
お、バスバー20および雄端子30の素材は銅または銅
合金である。
【0023】台座15上には平板状のバスバー20を載
置している。そのバスバー20の上から雄端子30を重
ね合わせている。このときに、雄端子30のタブ30a
が上側を向くようにしておく。そして、上段部51の内
部に形成された孔51aにタブ30aを挿入するように
して、雄端子30の上からレーザ溶接用治具50を載置
し、溶接対象物に当接させてそれらを固定している。ま
た、このときにレーザ溶接用治具50の照射口53を介
して溶接箇所が外部に露出されるようにするとともに、
溶接箇所以外の部分はレーザ溶接用治具50によって外
部から遮蔽されるようにしておく。
【0024】このような状態にて、レーザ溶接用治具5
0の照射口53から図5中矢印A5にて示すようなレー
ザ照射を行う。なお、レーザ照射のための位置決めは、
ロボットあるいはNCサーボテーブルを用いた数値位置
決めによって行われる。
【0025】レーザ照射により、雄端子30の直接照射
部分およびその直下のバスバー20の接触部分が融点以
上にまで加熱されて溶融する。所定時間経過後レーザ照
射を停止すると、一旦溶融した銅または銅合金が冷却さ
れて凝固する。図6は、レーザ照射後の溶着状態を示す
図である。凝固した溶接金属40によってバスバー20
と雄端子30とが電気的に接続されるとともに機械的に
も固設される。
【0026】以上の第2実施形態において、レーザ溶接
用治具50の材質が熱伝導率の低いセラミックであるた
め、第1実施形態と同様に溶接対象物からの熱伝導が従
来よりも低減されることとなる。すなわち、レーザ照射
時における溶接箇所からの熱放散が抑制される。このた
め、従来よりも低出力のレーザ照射を行っても、溶接箇
所に容易に蓄熱して溶融させることができる。低出力の
レーザ照射による溶接が可能であるため、レーザ溶接の
ための設備費を低額にすることができるとともに、電気
消費量や部品交換頻度等をも低減してランニングコスト
を抑制することができる。また、低出力のレーザ照射で
あれば、溶接時のスパッタ発生を抑制して溶接品質の低
下を防止することができるとともに、溶接金属40の界
面が連続した均一なものとなり、接合部分の機械的な強
度も安定して向上する。
【0027】また、バスバー20および雄端子30のう
ちの溶接箇所以外の部分はレーザ溶接用治具50の上段
部51および下段部52によって遮蔽されている。従っ
て、レーザ照射時に若干のスパッタが発生したとしても
それがバスバー20および雄端子30に付着することが
防止される。
【0028】さらに、レーザ溶接用治具50の表面は高
熱伝導率の耐熱材料にてコーティングされているため、
レーザ照射時に若干飛散したスパッタがレーザ溶接用治
具50に溶着することが防止される。
【0029】なお、第1実施形態と同様に、溶接箇所の
蓄熱効果をさらに向上させるために、台座15もレーザ
溶接用治具50と同じ素材にて製作するのが好ましい。
【0030】<変形例>以上、本発明の実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記の例に限定されるもの
ではない。上記各実施形態においては、レーザ溶接用治
具10、50の素材をセラミックとしていたが、これに
限定されるものではなく、溶接対象物に当接しつつもそ
の溶接対象物からの熱の放散を防止できるような素材で
あればよい。具体的には、試験条件25℃のときにおい
て熱伝導率が1.4W/m・K以下の素材を用いてレー
ザ溶接用治具10、50を製作すれば、溶接対象物から
の熱の放散を防止して上記各実施形態と同様の低出力の
レーザ照射による溶接を行うことができる。熱伝導率が
1.4W/m・K以下の素材であれば金属材料であって
も良く、さらに好ましくは1.2W/m・K以下の素材
を用いれば溶接対象物からの熱の放散をより効果的に防
止することができる。
【0031】また、レーザ溶接用治具10、50の素材
としてセラミックのなかでも特にシリカ(SiO2)6
5wt%とカルシア(CaO)25wt%とアルミナ
(Al23)10wt%との複合セラミック(熱伝導率
0.3W/m・K)を用いると、低熱伝導率であるとと
もに耐熱性にも優れており、治具として好適である。
【0032】また、上記各実施形態における雄端子30
を雌端子としても良いことは勿論であり、さらに、接続
端子同士の接続およびバスバー同士の接続に本発明に係
るレーザ溶接用治具を適用することもできる。
【0033】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1の発明
によれば、レーザ溶接用治具の材質の熱伝導率を1.4
W/m・K以下としているため、レーザ照射時に溶接対
象物から治具への熱伝導を低減することができ、溶接箇
所への蓄熱が容易になって、低出力のレーザ照射であっ
ても溶接対象物を溶接することができる。
【0034】また、請求項2の発明によれば、レーザ溶
接用治具の材質をセラミックとしているため、レーザ照
射時に溶接対象物から治具への熱伝導をより低減するこ
とができ、請求項1の発明による効果を確実に得ること
ができる。
【0035】また、請求項3の発明によれば、溶接対象
物のうちの溶接箇所以外の部分を遮蔽する遮蔽部を備え
ているため、レーザ照射時に若干発生したスパッタが溶
接対象物に付着することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のレーザ溶接用治具を示
す外観斜視図である。
【図2】図1のレーザ溶接用治具を用いてレーザ溶接を
行うときの様子を示す図である。
【図3】第1実施形態のレーザ照射後の溶着状態を示す
図である。
【図4】本発明の第2実施形態のレーザ溶接用治具を示
す外観斜視図である。
【図5】図4のレーザ溶接用治具を用いてレーザ溶接を
行うときの様子を示す図である。
【図6】第2実施形態のレーザ照射後の溶着状態を示す
図である。
【符号の説明】
10、50 レーザ溶接用治具 11 セラミック板 12、53 照射口 20 バスバー 30 雄端子 40 溶接金属 51 上段部 52 下段部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ溶接時に溶接対象物に当接して固
    定するレーザ溶接用治具であって、 前記レーザ溶接用治具の材質の熱伝導率を1.4W/m
    ・K以下としたことを特徴とするレーザ溶接用治具。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレーザ溶接用治具におい
    て、 前記レーザ溶接用治具の材質をセラミックとしたことを
    特徴とするレーザ溶接用治具。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のレーザ
    溶接用治具において、 前記溶接対象物のうちの溶接箇所以外の部分を遮蔽する
    遮蔽部を備えることを特徴とするレーザ溶接用治具。
JP2000193958A 2000-06-28 2000-06-28 レーザ溶接用治具 Abandoned JP2002011590A (ja)

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Cited By (5)

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