JP2009071123A - チップ抵抗器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大定格電力かつ超低抵抗のチップ抵抗器を製造することが可能なチップ抵抗器の製造方法を提供すること。
【解決手段】 抵抗体材料１Ａと、この抵抗体材料１Ａよりも抵抗値が小である電極材料２Ａとを、互いの端面どうしを突き合わせた状態でレーザ溶接する工程を有する、チップ抵抗器の製造方法であって、上記レーザ溶接する工程においては、ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡとＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂとを同軸状に照射する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、レーザ溶接を用いて異種金属どうしを接合するチップ抵抗器の製造方法に関する。

チップ抵抗器の製造方法の一つに、抵抗体となる抵抗体材料と電極となる電極材料とを接合する方法がある。これらの異種金属材料を接合する手段としては、たとえば電子ビームによる接合方法が行われている。しかし、この方法は真空状態で行う必要があるため、製造設備が大型となり、コストが増大する点がネックとなる。

これに対し、大気圧下において異種金属を接合することが可能な手段として、レーザ光を用いた接合が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図８は、このような製造方法の一例を示している。同図に示された製造方法においては、抵抗体材料９１と２つの電極材料９２との端面どうしを突き合わせた状態で、突き合わせ線にレーザ光９４を照射する。レーザ光９４のエネルギーによって抵抗体材料９１および電極材料９２の接触部が溶融し、溶接部９３が形成される。溶接部９３においては、抵抗体材料９１と電極材料９２とが合金状態で接合されている。これにより、抵抗体材料９１と電極材料９２との間に過度に大きな抵抗が生じることを防止することが指向されている。

しかしながら、近年、自動車の車載電子機器には、たとえば定格電力が０．５〜５Ｗで、抵抗値が０．１〜１０ｍΩ程度の、大定格電力かつ超低抵抗のチップ抵抗器の需要が高まっている。このようなチップ抵抗器を製造するには、溶接部９３によって抵抗体材料９１と電極材料９２とを確実に接合する必要がある。たとえば、溶接部９３が抵抗体材料９１および電極材料９２の厚さ方向全域にわたって形成されていない場合、抵抗体材料９１と電極材料９２との間の抵抗値が増大する。また、溶接部９３にクラックが発生すると、抵抗値を増大させる原因となる。レーザ光９４によって、抵抗体材料９１と電極材料９２とを全厚にわたってクラックを生じることなく溶接することは、非常に困難である。この点において、レーザ光による溶接を用いた製造方法は、上述した大定格電力かつ超低抵抗のチップ抵抗器を製造するには、いまだ十分に確立された方法とはいえなかった。

実用新案登録第３１１８９１８号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、大定格電力かつ超低抵抗のチップ抵抗器を製造することが可能なチップ抵抗器の製造方法を提供することをその課題とする。

本発明によって提供されるチップ抵抗器の製造方法は、抵抗体材料と、この抵抗体材料よりも抵抗値が小である電極材料とを、互いの端面どうしを突き合わせた状態でレーザ溶接する工程を有する、チップ抵抗器の製造方法であって、上記レーザ溶接する工程においては、第１パルスレーザ光とこの第１パルスレーザ光よりも波長が短い第２パルスレーザ光とを同軸状に照射することを特徴としている。

このような構成によれば、比較的短波長である上記第２パルスレーザ光は、固体状態の上記抵抗体材料および上記電極材料を速やかに溶融させるのに適している。また、比較的長波長である上記第１パルスレーザ光は、溶融状態となった上記抵抗体材料および上記電極材料に吸収されやすい。これらの第１および第２パルスレーザ光を同軸状に同時に照射することにより、上記抵抗体材料および上記電極材料を速やかにかつ厚さ方向に深く溶融させることが可能である。したがって、上記抵抗体材料と上記電極材料とをその厚さ方向全域にわたって確実に溶接することができる。パルスレーザ光である上記第１および第２パルスレーザ光は、照射エネルギーを高めるのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２パルスレーザ光は、互いの周期が同一であり、かつ同じタイミングで照射される。このような構成によれば、上記第２パルスレーザ光による上記抵抗体材料および上記電極材料の表面部分を溶融させる効果と、上記第１パルスレーザ光による溶融深さを深くする効果とが、相乗的に奏させられる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２パルスレーザ光を照射する位置は、上記抵抗体材料および上記電極材料の突合せ線に対して、上記抵抗体材料および上記電極材料のうち上記第１および第２パルスレーザ光の吸収率が小であるものの方にシフトしている。このような構成によれば、上記抵抗体材料と上記電極材料とを均一に溶融させるのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記抵抗体材料および上記電極材料の厚さ方向において、上記第１パルスレーザ光の焦点と上記抵抗体材料または上記電極材料の表面との距離が、上記第２パルスレーザ光の焦点と上記抵抗体材料または上記電極材料の表面との距離よりも大であり、かつ、上記第１パルスレーザ光の焦点の方が、上記第２パルスレーザ光の焦点よりも上記抵抗体材料および上記電極材料の厚さ方向奥方に位置する。このような構成によれば、溶融深さをふかくするのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記抵抗体材料は、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなり、上記電極材料は、Ｃｕからなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２パルスレーザ光は、上記第１パルスレーザ光を基本波レーザ光とする整数次高調波レーザ光である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１パルスレーザ光は、ＹＡＧ基本波レーザ光であり、上記第２パルスレーザ光は、ＹＡＧ高調波レーザ光である。このような構成によれば、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなる上記抵抗体材料とＣｕからなる上記電極材料とを適切に接合することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記レーザ溶接する工程の前に、上記電極材料に突合せ端面に対して平行に延びる段差部を形成する工程をさらに有する。このような構成によれば、上記抵抗体材料と上記電極材料との溶接部に曲げ応力が生じることを回避可能であり、上記溶接部に割れが発生することを抑制することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図７は、本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例を示している。本実施形態のチップ抵抗器の製造方法は、特に大定格電力かつ超低抵抗のチップ抵抗器を製造するのに適している。

まず、図１に示すように、抵抗体材料１Ａと２つの電極材料２Ａを用意する。抵抗体材料１Ａは、チップ抵抗器の抵抗体となるものであり、たとえばＮｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなる帯板である。電極材料２Ａは、チップ抵抗器の電極となるものであり、たとえばＣｕからなる板である。本実施形態においては、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａは、いずれもその厚さが０．４ｍｍ程度である。

次に、図２に示すように、各電極材料２Ａに折り曲げ加工を施す。具体的には、電極材料２Ａを、抵抗体材料１Ａと突き合わせる端面に平行に２箇所を折り曲げる。これにより、電極材料２Ａに上記突き合わせる端面に平行に延びる段差部２１Ａを形成する。段差部２１Ａは、そのずれ量が０．５ｍｍ程度とされている。

次いで、図３に示すように、溶接ステージ４上において、抵抗体材料１Ａと２つの電極材料２Ａとを突き合わせる。この後の溶接による熱によって抵抗体材料１Ａと２つの電極材料２Ａとの端面どうしが開いてしまうことがないように、たとえばクランプ（図示略）によって抵抗体材料１Ａと２つの電極材料２Ａとを十分に固定しておく。溶接ステージ４には、凸部４１が形成されている。凸部４１は、その高さが段差部２１Ａのずれ量と同じ
０．５ｍｍ程度とされている。これにより、抵抗体材料１Ａを凸部４１に、電極材料２Ａを溶接ステージ４の凸部４１以外の部分に、それぞれ載置することにより抵抗体材料１Ａと電極材料２Ａとを厚さ方向にずれることなく突き合わせることができる。抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａそれぞれの突き合わせ線近傍部分は、溶接ステージ４と接触しておらず、溶接ステージ４から浮いている。

抵抗体材料１Ａと２つの電極材料２Ａを突き合わせた状態で固定した後に、溶接トーチ５によってレーザ溶接を行う。溶接トーチ５は、光ファイバ７Ａ，７Ｂを介してＹＡＧ基本波パルスレーザ発振器６ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ発振器６Ｂに接続されている。ＹＡＧ基本波パルスレーザ発振器６Ａは、ＹＡＧロッドをレーザ媒体として有しており、波長が１０６４ｎｍのＹＡＧ基本波パルスレーザ光８Ａを発振する。ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ発振器６Ｂは、ＹＡＧロッドをレーザ媒体として有しており、波長が５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂを発振する。ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、光ファイバ７Ａ，７Ｂによって溶接トーチ５に伝送される。ＹＡＧ基本波パルスレーザ発振器６Ａは、出力が５００Ｗ程度、周波数が１０〜２０ｋＨｚ程度のＹＡＧ基本波パルスレーザ光８Ａを発振する。ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ発振器６Ｂは、出力が１２Ｗ程度、周波数が１０〜２０ｋＨｚ程度のＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂを発振する。本実施形態においては、ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂの周波数が同一であり、かつパルスのピークが同時となるように制御される。

図４に示すように、溶接トーチ５は、コリメートレンズ５１Ａ，５１Ｂ、ダイクロイッックミラー５２Ａ，５２Ｂ、集光レンズ５３、およびＣＣＤカメラ５４を備えている。光ファイバ７Ａ，７Ｂによって伝送されたＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、コリメートレンズ５１Ａ，５１Ｂによって平行光とされる。次いで、ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、ダイクロイックミラー５２Ａ，５２Ｂによって反射角９０度で反射される。ダイクロイックミラー５２Ａ，５２Ｂは、それぞれＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂを反射する一方、それ以外の可視光などを透過させる。反射されたＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、集光レンズ５３によって抵抗体材料１Ａと電極材料２Ａとの突き合わせ線に集光される。ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂの焦点８１Ａ，８１Ｂの位置は、図５に示すＣＣＤカメラ５４によって確認できる。

図５は、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの突き合わせ線と、焦点８１Ａ，８１Ｂとの位置関係を示している。まず、抵抗体材料１Ａと電極材料２Ａとが互いに突き合わされている方向、すなわち図中左右方向においては、焦点８１Ａ，８１Ｂは、突き合わせ線に対して電極材料２Ａ側にシフトされている。このシフト量は、焦点８１Ａ，８１Ｂのスポット径が３５〜４０μｍであるのに対し、０．１ｍｍ程度である。また、焦点８１Ｂは、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの表面に一致するように設定される。これに対し、焦点８１Ａは、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの厚さ方向奥方に設定される。抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの表面から焦点８１Ａまでの距離は、たとえば４０μｍ程度である。このような条件でＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂを照射しながら溶接トーチ５を溶接線に沿って走査させる。この走査速度は、たとえば１０ｍｍ／ｓ程度である。

溶接トーチ５による溶接を施すと、図６に示すように抵抗体材料１Ａと２つの電極材料２Ａとが溶接部３Ａを介して接合される。この後は、一体となった抵抗体材料１Ａおよび２つの電極材料２Ａを切断線ＣＬに沿って切断する。これにより、図７に示すチップ抵抗器Ａが得られる。

チップ抵抗器Ａは、抵抗体１と２つの電極２とが溶接部３を介して接合された構造を有する。抵抗体１は、チップ抵抗器Ａの抵抗値を決定する部分である。電極２は、チップ抵抗器Ａを回路基板などに実装するために用いられる部分である。電極２には、段差部２１が形成されている。電極２のうち段差部２１を挟んで下位に位置する部分の下面が、実装面として利用される。チップ抵抗器Ａは、たとえば１５ｍｍ×７．８ｍｍ程度のサイズである。

次に、本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の作用について説明する。

本実施形態によれば、比較的短波長であるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、固体状態の抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａを速やかに溶融させるのに適している。また、比較的長波長であるＹＡＧ基本波パルスレーザ光８Ａは、溶融状態となった抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａに吸収されやすい。これらのＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂを同軸状に同時に照射することにより、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａを速やかにかつ厚さ方向に深く溶融させることが可能である。したがって、抵抗体材料１Ａと電極材料２Ａとをその厚さ方向全域にわたって確実に溶接することができる。

ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８Ａと比べて高出力化が困難である。しかしながら、パルスレーザ光であるＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、たとえば連続波レーザ光と比べて、照射時の照射エネルギーを高めるのに適している。したがって、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａを適切に溶接しうるエネルギーを付与することが可能であり、たとえば走査速度１０ｍｍ／ｓ程度の高効率溶接を実現できる。

Ｃｕからなる電極材料２Ａは、一般的にレーザ光の吸収率が小さい。波長が５３２ｎｍであるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂは、レーザ光のなかでは比較的Ｃｕの吸収率が大きい。したがって、電極材料２Ａを速やかに溶融させるのに適している。

Ｃｕからなる電極材料２Ａは、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなる抵抗体材料１ＡよりもＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂの吸収率が小さい。本実施形態においては、焦点位置８１Ａ，８１Ｂを突き合わせ線に対して、電極材料２Ａ側にシフトさせている。これにより、抵抗体材料１Ａと電極材料２Ａとをより一層均一に溶融させることが可能である。

焦点８１Ｂを抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの表面に位置させることにより、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂによって抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの表面部分を速やかに溶融させることが可能である。また、焦点８１Ａを抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの厚さ方向奥方に位置させることにより、抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの溶融深さを深めることが可能である。したがって、溶接部３Ａを抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａの厚さ方向全域にわたる深さとするのに好適である。

チップ抵抗器Ａの電極２に段差部２１を設けることにより、チップ抵抗器Ａを実装したときに、抵抗体１が回路基板の配線パターンなどに不当に導通することを回避することができる。本実施形態においては、この段差部２１を得るための電極材料２Ａに対する折り曲げ加工を、溶接前に行っている。このため、溶接部３Ａには、折り曲げ加工による曲げ応力が発生しない。したがって、溶接部３Ａに割れが発生することを防止するのに適している。また、溶接前に段差部２１Ａを形成しておくことにより、溶接を行う際に抵抗体材料１Ａと電極材料２Ａとの突き合わせ線を溶接ステージ４から容易に浮かした状態とすることができる。これは、ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８ＡおよびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂのエネルギーが熱となって溶接ステージ４に逃げてしまうことを防止するのに適している。

本発明に係るチップ抵抗器の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明でいう第１パルスレーザ光としては、ＹＡＧ基本波パルスレーザ光８Ａに限定されず、溶接すべき抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａに応じて適宜選択してよい。本発明で言う第２パルスレーザ光としては、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光８Ｂに限定されず、たとえばＹＡＧ第３高調波パルスレーザ光をはじめとするＹＡＧ高調波パルスレーザ光、あるいはエキシマパルスレーザ光など、第１パルスレーザ光よりも波長が短いパルスレーザ光を選択してよい。

電極材料２Ａに対する折り曲げ加工は、溶接前に行うことが好ましいが、本発明はこれに限定されない。抵抗体材料１Ａおよび電極材料２Ａを溶接した後に、溶接部３Ａを避けるようにして段差部２１Ａを形成してもよい。

本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例に用いられる抵抗体材料と電極材料とを示す斜視図である。 本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例において、電極材料に折り曲げ加工を施した状態を示す斜視図である。 本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例における溶接工程を示す斜視図である。 本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例における溶接工程を示す要部断面図である。 本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例における溶接工程を示す要部拡大断面図である。 本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例において、溶接工程を終えた状態を示す斜視図である。 本発明に係るチップ抵抗器の製造方法の一例によって製造されたチップ抵抗器を示す斜視図である。 従来のチップ抵抗器の製造方法の一例を示す斜視図である。

符号の説明

Ａ チップ抵抗器
１ 抵抗体
１Ａ 抵抗体材料
２ 電極
２Ａ 電極材料
３ 溶接部
３Ａ 溶接部
４ 溶接ステージ
５ 溶接トーチ
６Ａ ＹＡＧ基本波パルスレーザ発振器
６Ｂ ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ発振器
７Ａ，７Ｂ 光ファイバ
８Ａ ＹＡＧ基本波パルスレーザ光（第１パルスレーザ光）
８Ｂ ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光（第２パルスレーザ光）
２１ 段差部
２１Ａ 段差部
４１ 凸部
５１Ａ，５１Ｂ コリメートレンズ
５２Ａ，５２Ｂ ダイクロイックミラー
５３ 集光レンズ
５４ ＣＣＤカメラ

Claims (8)

1. 抵抗体材料と、この抵抗体材料よりも抵抗値が小である電極材料とを、互いの端面どうしを突き合わせた状態でレーザ溶接する工程を有する、チップ抵抗器の製造方法であって、
   上記レーザ溶接する工程においては、第１パルスレーザ光とこの第１パルスレーザ光よりも波長が短い第２パルスレーザ光とを同軸状に照射することを特徴とする、チップ抵抗器の製造方法。
2. 上記第１および第２パルスレーザ光は、互いの周期が同一であり、かつ同じタイミングで照射される、請求項１に記載のチップ抵抗器の製造方法。
3. 上記第１および第２パルスレーザ光を照射する位置は、上記抵抗体材料および上記電極材料の突合せ線に対して、上記抵抗体材料および上記電極材料のうち上記第１および第２パルスレーザ光の吸収率が小であるものの方にシフトしている、請求項１または２に記載のチップ抵抗器の製造方法。
4. 上記抵抗体材料および上記電極材料の厚さ方向において、上記第１パルスレーザ光の焦点と上記抵抗体材料または上記電極材料の表面との距離が、上記第２パルスレーザ光の焦点と上記抵抗体材料または上記電極材料の表面との距離よりも大であり、かつ、
   上記第１パルスレーザ光の焦点の方が、上記第２パルスレーザ光の焦点よりも上記抵抗体材料および上記電極材料の厚さ方向奥方に位置する、請求項１ないし３のいずれかに記載のチップ抵抗器の製造方法。
5. 上記抵抗体材料は、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ−Ｃｕ合金からなり、
   上記電極材料は、Ｃｕからなる、請求項１ないし４のいずれかに記載のチップ抵抗器の製造方法。
6. 上記第２パルスレーザ光は、上記第１パルスレーザ光を基本波レーザ光とする整数次高調波レーザ光である、請求項１ないし５のいずれかに記載のチップ抵抗器の製造方法。
7. 上記第１パルスレーザ光は、ＹＡＧ基本波レーザ光であり、
   上記第２パルスレーザ光は、ＹＡＧ高調波レーザ光である、請求項６に記載のチップ抵抗器の製造方法。
8. 上記レーザ溶接する工程の前に、上記電極材料に突合せ端面に対して平行に延びる段差部を形成する工程をさらに有する、請求項１ないし７のいずれかに記載のチップ抵抗器の製造方法。

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