JP2009202158A - 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１７に撚り線１１を溶接部１９によって接合するものである。このレーザ溶接方法は、撚り線１１が被覆体１２によって被覆された電線１３を用意し、電線１３の被覆体１２を剥離することにより撚り線１１を露出させ、前記露出した撚り線１１及び被覆体１２の少なくとも一方をクランプ１４ａ，１４ｂによって保持し、前記露出した撚り線１１を切断することにより撚り線１１の露出長さを調整し、金属端子１７の表面に対して電線１３を傾斜させて配置しつつ前記露出した撚り線１１を金属端子１７に当接させ、前記露出した撚り線１１にレーザを照射することにより金属端子１７に撚り線１１を接合することを特徴とする。
【選択図】 図４

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６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７は、図６に示すＢ部を拡大した図である。

図６及び図７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６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７参照）。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７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６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６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を使ったとしても、線を水平に配置しているため、線が局部的に湾曲していた場合、端子部材と線との間にわずかな隙間が発生することがある。その結果、線と端子部材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、
前記線をクランプによって保持しながら、前記端子部材の表面に対して前記線を傾斜させて配置しつつ前記線を前記端子部材に当接させ、
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、前記線を傾斜させる角度は５°〜６０°であることが好ましい。

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、
前記線が被覆体によって被覆された電線を用意し、前記電線の前記被覆体を剥離することにより前記線を露出させ、
前記露出した線及び前記被覆体の少なくとも一方をクランプによって保持し、
前記露出した線を切断することにより前記線の露出長さを調整し、
前記端子部材の表面に対して前記電線を傾斜させて配置しつつ前記露出した線を前記端子部材に当接させ、
前記露出した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。
図１〜図５は、本発明の実施の形態によるレーザ溶接方法を説明する図である。
図１（Ａ）,（Ｂ）は、撚り線の先端の被覆体を剥離し、その剥離によって露出した撚り線をクランプによって保持しつつ切断する工程を示す図である。図２は、図１に示す工程によって各々の先端の被覆体が剥離された複数本の電線をコネクタの金属端子上に配置した状態を示す平面図である。図３は、図２に示す状態の一部であって、一本の電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４（Ａ）は図３に示す状態の平面図であり、図４（Ｂ）は図３に示す状態の側面図であり、図４（Ｃ）は図３に示す状態の正面図である。図５は、図３及び図４に示す撚り線にレーザ照射を行うことで、撚り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（Ａ）に示すように、撚り線（芯線）１１が被覆体１２によって被覆された電線１３を用意し、この電線１３の被覆体１２を剥離することにより撚り線１１を露出させる。尚、本実施の形態では、撚り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、例えば単芯線、多芯線、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。

次いで、図１（Ｂ）に示すように、この電線１３をクランプ（治具）１４ａ，１４ｂによって保持する。このクランプ１４ａ，１４ｂは、露出した撚り線１１と被覆体１２の両方を挟んで保持するようになっており、保持した際のクランプ１４ａ，１４ｂにおける撚り線１１及び被覆体１２それぞれとの接触面が撚り線１１及び被覆体１２それぞれの形状に沿うように形成されている（図３及び図４参照）。

次いで、クランプ１４ａ，１４ｂで挟んで撚り線１１を固定した状態で、点線で示した切断ライン１５から撚り線１１を切断する。これにより、撚り線１１の露出長さを調整する。尚、図１では、一本の電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持する構成を示しているが、これに限らず、複数本の電線それぞれをクランプで保持する構成を採用することもできる。このように複数本の電線をクランプ１４ａ，１４ｂで保持することにより、電線相互間の間隔を一定に保つことができる。また、被覆体１２を剥離した際に撚り線１１に加えられた応力によって撚り線１１が広がることを、撚り線１１と被覆体１２の両方をクランプ１４ａ，１４ｂで挟むことにより抑制することができる。また、撚り線１１を切断した際に撚り線１１が変形しても、撚り線１１の相互間の間隔のズレを小さく抑えることができる。また、クランプ１４ａ，１４ｂから撚り線１１の先端までの距離を全て一定にすることができ、それにより全ての撚り線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る。

この後、図２〜図４に示すように、複数本の電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持した状態で、複数本の撚り線１１それぞれの先端をコネクタ１６の金属端子１７上に当接させつつ、金属端子１７の表面に対して電線１３を傾斜させて配置する。この際、電線１３を、被覆体から露出した撚り線１１が少し撓む程度の位置に配置することが好ましい。また、金属端子１７の表面に対する電線１３の傾斜角度１８は、５°〜６０°であることが好ましく、より好ましくは１５°〜４５°であり、さらに好ましくは２５°〜３０°である。尚、ここで重要なのは、複数の撚り線１１それぞれと複数の金属端子１７それぞれが全て確実に接触していることである。電線をクランプ１４ａ，１４ｂで保持していること、上記のような傾斜角度１８にすることにより、全ての金属端子１７と全ての撚り線１１を確実に接触させることができる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、金属端子１７上に配置した撚り線１１にレーザを照射する。これにより、図５に示すように撚り線１１を溶接部１９によって金属端子１７に接合することができる。この際のレーザ照射条件の一例を以下に示す。

撚り線 ： 導線径φ０．８ｍｍのすずメッキ銅線
金属端子 ： ０．２ｍｍ厚銅合金端子（金メッキつき）
レーザエネルギー ： ２Ｊ
レーザ照射径 ： φ３００μｍ
使用レーザ ： ＹＡＧレーザ

上記実施の形態によれば、電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持し、撚り線１１の先端を金属端子１７上に当接させつつ、金属端子１７の表面に対して電線１３を傾斜させて配置することにより、金属端子１７と撚り線１１を確実に接触させることができる。

また、電線１３は、撚り線１１を切断する工程や被覆体１２を剥離する工程などの影響で撚り線１１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その影響が顕著になる。これに対し、本実施の形態では、電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂによって挟んで保持するため、撚り線１１の先端の状態を安定化させることができる。

また、端子部材に電線をレーザ溶接する際に、端子部材と電線間の隙間が大きいと、接合品質の低下やばらつきが生じるが、本実施の形態では、上述したように金属端子と撚り線を確実に接触させるため、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。つまり、クランプ１４ａ，１４ｂから撚り線１１の先端までの距離を全て一定にすることにより、全ての撚り線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、この状態で撚り線にレーザを照射することができる。その結果、撚り線と金属端子との接合品質の低下やばらつきの発生を抑制できる。

また、本実施の形態では、複数の電線１３をクランプ１４ａ，１４ｂで保持しているため、撚り線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１７上から撚り線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６及び図７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、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。例えば、上記実施の形態では、撚り線１１と被覆体１２の両方を挟むクランプ１４ａ，１４ｂを用いているが、これに限られず、撚り線のみを挟むクランプを用いても良いし、被覆体のみを挟むクランプを用いても良い。また、金属端子１７上に電線１３を配置する際の傾斜角度１８、電線の位置、被覆体１２を剥離する長さ等の具体的な条件は、撚り線の弾性変形の範囲等によって適切な条件に設定すれば良い。

また、上記実施の形態では、クランプ１４ａとクランプ１４ｂの両方において撚り線及び被覆体それぞれとの接触面を撚り線及び被覆体それぞれに沿うように形成しているが、クランプ１４ａ及びクランプ１４ｂの一方において前記接触面を撚り線及び被覆体それぞれに沿うように形成することも可能である。

また、上記実施の形態では、撚り線１１をコネクタ１６の金属端子１７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）に撚り線を接続することも可能である。

また、上記実施の形態では、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。

（Ａ）,（Ｂ）は、撚り線の先端の被覆体を剥離し、その剥離によって露出した撚り線をクランプによって保持しつつ切断する工程を示す図である。 図１に示す工程によって各々の先端の被覆体が剥離された複数本の電線をコネクタの金属端子上に配置した状態を示す平面図である。 図２に示す状態の一部であって、一本の電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３に示す状態の平面図であり、（Ｂ）は図３に示す状態の側面図であり、（Ｃ）は図３に示す状態の正面図である。 図３及び図４に示す撚り線にレーザ照射を行うことで、撚り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。 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６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 撚り線
１２ 被覆体
１３ 電線
１４ａ，１４ｂ クランプ
１５ 切断ライン
１６ コネクタ
１７ 金属端子
１８ 傾斜角度
１９ 溶接部

Claims (3)

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、
   前記線をクランプによって保持しながら、前記端子部材の表面に対して前記線を傾斜させて配置しつつ前記線を前記端子部材に当接させ、
   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、前記線を傾斜させる角度は５°〜６０°であることを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 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、
   前記線が被覆体によって被覆された電線を用意し、前記電線の前記被覆体を剥離することにより前記線を露出させ、
   前記露出した線及び前記被覆体の少なくとも一方をクランプによって保持し、
   前記露出した線を切断することにより前記線の露出長さを調整し、
   前記端子部材の表面に対して前記電線を傾斜させて配置しつつ前記露出した線を前記端子部材に当接させ、
   前記露出した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。
   

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