JP2009220157A

JP2009220157A - レーザ溶接装置

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Publication number: JP2009220157A
Application number: JP2008068386A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nire; 孝楡; Yasushi Kodama; 康司児玉; Tetsuya Kikuchi; 哲也菊池; Hirofumi Ushiyama; 博文牛山
Original assignee: Phoeton Corp
Current assignee: Phoeton Corp
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: TWI352003B; CN101652221A; KR20090104801A; JP4384696B2; TW200940230A; WO2009116186A1

Abstract

【課題】導線の先端部が端子上の位置からずれないように導線を保持してレーザ溶接を行うことのできるレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】導線と溶接対象物に設けられた端子とをレーザ溶接するレーザ溶接装置１０であって、溶接対象物の端子が設けられた面上に置かれ、導線の先端部を端子上に導く平面視コの字状に凹んだガイド部が設けられた第１保持部材１２と、ガイド部に導線の先端部が導入された状態で導線を押さえる第２保持部材１５と、を備え、導線の第２保持部材１５に押さえられた位置より先端側にレーザ光を照射してレーザ溶接を行うレーザ溶接装置１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導線と端子とをレーザ溶接するレーザ溶接装置に関する。

例えばケーブルから突出した芯線などの導線と、コネクタなどの溶接対象物に設けられた端子と、をレーザ溶接によって電気的に接続する技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術においては、導線の先端部が端子に当接した状態で、この先端部にレーザ光を照射することによって、導線及び端子を溶融し、接合させる。この技術を用いる場合、レーザ溶接を行う間、レーザ光を照射する位置から導線の先端部がずれないように、導線を保持しておく必要がある。この導線先端部の位置決め精度が悪化すると、レーザ光の導線への当たり方が安定せず、接合品質にばらつきが生じてしまう。
特開２００７‐３２６１４０号公報

しかしながら、例えば非常に細いケーブルの芯線などのように、導線の柔軟性が高い場合、このケーブルの先端部から離れた位置を保持して導線の先端部を端子に当接させようとしても、導線が撓んでしまったりして、導線の先端部がずれないように保持することが難しい。また、溶接対象物であるコネクタの形状などの要因によって、レーザ溶接可能な箇所が導線の先端部から近い位置に限られる場合、導線の先端部を押さえて保持してしまうと、レーザ光を照射することが困難になってしまう。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、導線の先端部が端子上の位置からずれないように導線を保持してレーザ溶接を行うことのできるレーザ溶接装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係るレーザ溶接装置は、導線と、溶接対象物に設けられた端子と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、前記溶接対象物の前記端子が設けられた面上に置かれ、前記導線の先端部を前記端子上に導く平面視コの字状に凹んだガイド部が設けられた第１保持部材と、前記ガイド部に前記導線の先端部が導入された状態で、前記導線を押さえる第２保持部材と、を備え、前記導線の前記第２保持部材に押さえられた位置より先端側にレーザ光を照射してレーザ溶接を行うことを特徴とする。

また、上記レーザ溶接装置は、前記導線の前記ガイド部内に導入された部分にレーザ光を照射してレーザ溶接を行い、前記第１保持部材は、レーザ溶接の際に、前記端子が設けられた面のレーザ光が照射される位置の周辺部を遮光することとしてもよい。

また、上記レーザ溶接装置において、前記第２保持部材は、前記第２保持部材の前記導線に当接する箇所と、前記端子が設けられた面と、の間が所定距離だけ離れた状態を維持可能な機構を備える支持部によって支持され、前記所定距離は、前記導線の径より大きく、かつ前記導線の径と前記ガイド部の高さの合計値より小さいこととしてもよい。

また、上記レーザ溶接装置において、前記第１保持部材の表面は、前記導線より融点の高い材料により形成されることとしてもよい。

また、上記レーザ溶接装置において、前記第２保持部材の表面は、前記導線より融点の高い材料により形成されることとしてもよい。

また、上記レーザ溶接装置において、前記第１保持部材は、前記端子が設けられた面より上方で、かつ前記導線の先端部より先の位置を回転中心として回転可能な支持部によって支持され、当該支持部の回転によって前記端子が設けられた面上に移動することとしてもよい。

また、上記レーザ溶接装置において、前記第２保持部材は、前記端子が設けられた面より下方で、かつ前記導線の先端部より先の位置を回転中心として回転可能な支持部によって支持され、当該支持部の回転によって前記導線に当接することとしてもよい。

本発明によれば、第１保持部材によって平面視コの字状のガイド部に導線が導入され、かつ第２保持部材によって導線を上から押さえた状態で導線を保持することにより、導線が端子上の位置からずれないように固定してレーザ溶接を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、レーザ溶接装置１０の概略の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置１０の斜視図である。同図に示されるように、レーザ溶接装置１０は、コネクタ保持部１１と、第１保持部材１２と、第１保持部材連結部１３と、第１保持部材支持部１４と、第２保持部材１５と、第２保持部材支持部１６と、を含んで構成されている。なお、図１では、本実施形態においてレーザ溶接の対象となるコネクタ（溶接対象物）２０が、レーザ溶接装置１０のコネクタ保持部１１に保持された状態が示されている。

コネクタ２０の一面には、複数の金属端子２１が設けられている。なお、以下では、コネクタ２０の金属端子２１が設けられている面を、端子面２２という。各金属端子２１の表面は、略矩形の形状をしており、矩形の幅方向に沿って端子面２２上に等間隔に並んで配置されている。また、端子面２２のうち、金属端子２１を除いた金属端子２１の周囲の部分は、樹脂によって形成されている。以下、この端子面２２の金属端子２１以外の表面部分を樹脂部２３という。また、この端子面２２に対して垂直に、外壁２４及び突起部２５が突出して形成されている。外壁２４は、端子面２２の外周のうち、ケーブル３０が配置される方向を除く３辺を取り囲む構造になっている。また、突起部２５は、端子面２２の外壁２４が形成されていない一辺に沿って複数個形成されており、それぞれケーブル３０をガイドする仕切りとなっている。

レーザ溶接装置１０は、この複数の金属端子２１のそれぞれに対して、複数のケーブル３０それぞれの先端部において被覆が剥がされて露出した芯線（導線）３１を、レーザ溶接するものとする。

コネクタ保持部１１は、レーザ溶接装置１０の台座になっており、コネクタ２０を収容可能な形状になっている。コネクタ２０は、このコネクタ保持部１１に収容されて、保持される。このときコネクタ２０は、端子面２２を上方に向けた状態で固定される。

第１保持部材１２は、第１保持部材連結部１３と一体的に形成されており、この第１保持部材連結部１３が第１保持部材支持部１４に取り付けられることによって、第１保持部材支持部１４に支持されている。第１保持部材支持部１４は、図１において矢印で示すように、回転軸１４ａを回転中心としてコネクタ保持部１１に対して回転移動が可能となっている。そして、第１保持部材支持部１４に取り付けられた第１保持部材連結部１３は、その断面がＬ字状になっており、Ｌ字の一方端が第１保持部材支持部１４に接続されている。また、Ｌ字の他方端には、平板状の形状をした第１保持部材１２が、第１保持部材連結部１３と直交するように接続されている。第１保持部材支持部１４は、回転軸１４ａを中心とした回転移動によって、第１保持部材１２を端子面２２上に接触させるように移動させることができる。

第２保持部材１５は、第２保持部材支持部１６に取り付けられることによって第２保持部材支持部１６に支持されており、第２保持部材支持部１６の移動に伴って移動する。第２保持部材支持部１６は、第１保持部材支持部１４と同様に、回転軸１６ａを回転中心としてコネクタ保持部１１に対して回転移動が可能となっている。また、第２保持部材支持部１６は、断面コの字状に屈折して形成されており、その回転軸１６ａと反対側の先端部分に、第２保持部材１５が取り付けられている。具体的に、第２保持部材１５は、断面Ｌ字状の角柱型の形状をしており、そのＬ字の一辺が第２保持部材支持部１６と接続している。第２保持部材支持部１６は、回転軸１６ａを中心とした回転移動によって、コネクタ２０の金属端子２１の位置に合わせて配置されるケーブル３０の芯線３１を上方から押さえるように、第２保持部材１５を移動させることができる。また、第２保持部材支持部１６にはレーザ照射用開口部１６ｂが設けられている。レーザ照射用開口部１６ｂは、矩形の形状をしており、第２保持部材支持部１６を貫通するように形成されている。

図２は、図１に示すレーザ溶接装置１０において、第１保持部材支持部１４の回転移動により第１保持部材１２がコネクタ２０の端子面２２上に置かれ、かつケーブル３０の芯線３１のそれぞれが金属端子２１の位置に合わせられるように、ケーブル３０が配置された状態を示す斜視図である。また、図３は、図２において破線によって示されるＡ部をレーザ溶接装置１０の上方から見た部分平面図である。さらに、図４は、芯線３１の軸方向に平行で端子面２２に垂直な面でケーブル３０及びレーザ溶接装置１０を切った様子を示す部分断面図である。

これらの図に示されるように、第１保持部材１２のケーブル３０と対向する側の一面には、コネクタ２０に設けられた金属端子２１の数に応じた数だけ、平面視コの字状に凹んだガイド部１２ａが設けられている。このガイド部１２ａは、端子面２２上において金属端子２１が配置されている間隔に応じた間隔で設けられており、第１保持部材１２が端子面２２上に置かれた際にガイド部１２ａの位置が金属端子２１の位置に合うように配置されている。また、ガイド部１２ａの開口部分の幅ｗの値は、芯線３１の直径ｒより大きく、かつ金属端子２１の幅方向の大きさより小さくなっている。また、ガイド部１２ａの奥行きｄの値は、金属端子２１の長手方向の大きさに応じた値となっている。さらに、第１保持部材１２のガイド部１２ａが形成されている部分の高さｈの値は、芯線３１の直径ｒに応じた値となっている。

このガイド部１２ａは、芯線３１の先端部を金属端子２１上に導く役割を果たしている。すなわち、第１保持部材１２を端子面２２に接触させた状態において、複数のガイド部１２ａそれぞれの内部に芯線３１を導入するようにケーブル３０を配置することによって、図３に示されるように、芯線３１のそれぞれが上方から見て金属端子２１上の位置に揃った状態にすることができる。

さらに、このようにガイド部１２ａに芯線３１の先端部が導入された状態で、第２保持部材支持部１６によって第２保持部材１５を移動させて、芯線３１の先端部から所定距離だけ離れた箇所を第２保持部材１５の先端部で端子面２２に押さえつけることによって、芯線３１が位置ずれを起こさないように保持される。図５は、第２保持部材１５によって芯線３１が押さえられた状態のレーザ溶接装置１０を示す斜視図である。

ここで、第２保持部材支持部１６は、第２保持部材１５が芯線３１に接触して芯線３１を端子面２２に押さえつける手前で、一旦停止した状態を保つことが可能な構造になっている。すなわち、第２保持部材支持部１６は、第２保持部材１５と端子面２２との間が所定距離ｔだけ離れた状態を維持可能な機構を備えている。この所定距離ｔは、芯線３１の直径ｒより大きく、かつ芯線３１の直径ｒ及びガイド部１２ａの高さｈの合計値（ｒ＋ｈ）より小さい距離である。この機構は、例えば高さ調整用のネジやカム、あるいは伸縮可能なバネなどの弾性部材とこの弾性部材が所定の長さになった状態を維持するロック機構などによって実現できる。

このように第２保持部材１５が端子面２２から所定距離ｔだけ離れた状態を維持することによって、第２保持部材１５によって芯線３１を完全に固定せずに、仮押さえをすることができる。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、この第２保持部材１５による芯線３１の仮押さえについて説明するための図であって、コネクタ２０及びケーブル３０が配置された状態のレーザ溶接装置１０を芯線３１の軸方向に平行で端子面２２に垂直な面で切った様子を示す部分断面図である。なお、これらの図において破線の円形で示した箇所は、レーザ照射位置１７を表している。本実施形態において、このレーザ照射位置１７は、芯線３１の先端部のうち、ガイド部１２ａ内に導入された部分であり、第２保持部材１５が当接する箇所より先端側になっている。

図６（ａ）は、第２保持部材１５の先端部（すなわち、芯線３１に当接する箇所）を端子面２２から所定距離ｔだけ離れた位置で停止させて、仮押さえを行った状態を示している。ここで、所定距離ｔは芯線３１の直径ｒ及びガイド部１２ａの高さｈの合計値より小さいので、芯線３１の先端部がガイド部１２ａ内に導入されていれば、芯線３１が多少動いたとしても、第２保持部材１５に押さえられて、ガイド部１２ａの上方にはみ出して外部に飛び出てしまうことはない。一方、所定距離ｔは芯線３１の直径ｒよりは大きくなっているので、第２保持部材１５と芯線３１との間又は芯線３１と端子面２２との間のいずれか少なくとも一方には隙間が生じており、芯線３１が完全に端子面２２に押さえつけられてはいない。そのため、この仮押さえがされた状態で、図６（ａ）において矢印により示されるように、ケーブル３０を芯線３１の軸方向に沿って動かすことができる。これにより、ガイド部１２ａによって芯線３１が横方向にずれないような状態を保ちつつ、芯線３１の前後の位置調整を行うことができる。ガイド部１２ａの最深部まで芯線３１の先端部が届くように芯線３１の位置調整を行えば、芯線３１の先端部からレーザ照射位置１７までの距離が略一定となるようにすることができる。

そして、以上説明したような位置調整を行って芯線３１が金属端子２１上のレーザ照射位置１７に配置された状態とした後、この仮押さえの状態からさらに第２保持部材支持部１６を回転移動させることによって、図６（ｂ）に示すように、第２保持部材１５の先端部を芯線３１に当接させて、芯線３１を端子面２２に押さえつける。これにより、芯線３１がこれ以上位置ずれを起こさないように固定することができる。このとき、図５に示すように、第２保持部材支持部１６に設けられたレーザ照射用開口部１６ｂが、レーザ照射位置１７の上方に位置するようになっている。レーザ溶接装置１０は、この状態で、レーザ照射用開口部１６ｂを経由してレーザ照射位置１７に対して上方からレーザ光を照射して、芯線３１と金属端子２１とをレーザ溶接する。

本実施形態では、このレーザ溶接が行われる際に、第１保持部材１２が、遮光マスクとしての機能を果たすことになる。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、この第１保持部材１２の遮光マスクとしての機能を説明するための図であって、芯線３１及びコネクタ２０を芯線３１の軸方向に垂直な面で切った様子を示す部分断面図である。ここで、図７（ａ）は第１保持部材１２がない場合に芯線３１にレーザ光を照射する様子を示しており、図７（ｂ）は第１保持部材１２がある場合を示している。図７（ａ）に示すように、仮に第１保持部材１２がなかったとすると、照射されるレーザ光が芯線３１にあたって反射又は散乱することによって、反射光や散乱光が端子面２２の樹脂部２３に照射されてしまう。この樹脂部２３にレーザ光が照射されると、樹脂部２３が焦げてコネクタ２０の外観が悪化したり、さらには炭化によって複数の金属端子２１同士の間の耐電圧や絶縁抵抗が低下したりする。特に複数の金属端子２１同士の間の距離が短い場合には、この問題が生じる危険が高くなる。

一方、図７（ｂ）に示すように、本実施形態においては、第１保持部材１２が端子面２２上に置かれた状態でレーザ照射が行われる。さらに、第１保持部材１２に設けられたガイド部１２ａの幅ｗは、前述の通り、金属端子２１の幅方向の大きさより小さくなっている。そのため、第１保持部材１２は、ガイド部１２ａにより芯線３１を確実に金属端子２１上に導くとともに、金属端子２１のレーザ照射位置１７周辺の樹脂部２３を覆うことが可能となっている。これにより、第１保持部材１２は、図７（ｂ）に示すように、レーザ光の反射光や散乱光がレーザ照射位置１７周辺の樹脂部２３に照射されないように遮光することができる。

なお、このレーザ光の照射により溶融した金属端子２１や芯線３１からの熱伝達により、第１保持部材１２が溶融しないように、第１保持部材１２の少なくとも表面部分は、芯線３１よりも融点の高い材料により形成されることが望ましい。このような高融点材料としては、例えばタングステンやモリブデン、タンタル、セラミックスなどが挙げられる。また、第２保持部材１５の表面部分も、同様に芯線３１より融点の高い材料により形成されることとしてもよい。

ここで、第１保持部材支持部１４及び第２保持部材支持部１６の回転軸の位置関係について、説明する。図８は、この各回転軸の位置関係を説明するための図であって、レーザ装置１０の側面方向から見た場合のレーザ装置１０を構成する主要部分の位置関係を示している。図８に示すように、第１保持部材支持部１４の回転中心である回転軸１４ａは、端子面２２より上方（すなわち、端子面２２に対してレーザが入射する側）で、かつ、芯線３１の先端部より先の位置に設けられている。このような回転軸１４ａを中心に第１保持部材支持部１４が回転することによって、第１保持部材１２は、図中実線の矢印で示されるように、一旦紙面向かって左側から右方向に向かった後、最終的に端子面２２上に置かれる際には、紙面向かって右側から左方向に向かって端子面２２上に下りてくる移動経路をとることになる。これにより、第１保持部材支持部１４は、コネクタ２０の端子面２２に対して垂直に設けられた外壁２４と干渉しないように、第１保持部材１２を端子面２２上に移動させることができる。

また、図８に示すように、第２保持部材支持部１６の回転中心である回転軸１６ａは、端子面２２より下方（すなわち、端子面２２に対してレーザが入射する側と反対側）で、かつ芯線３１の先端部より先の位置に設けられている。このような回転軸１６ａを中心に第２保持部材支持部１６が回転することによって、第２保持部材１５は、図中破線の矢印で示されるように、第２保持部材１５が芯線３１を押さえる際には、紙面向かって左側から右方向に向かって芯線３１上に下りてくる移動経路をとることになる。これにより、第２保持部材支持部１６は、コネクタ２０の端子面２２上に設けられた突起部２５と干渉しないように、第２保持部材１５を芯線３１に当接する位置まで移動させることができる。

以上説明したような位置に回転軸１４ａ及び１６ａを配置することによって、溶接対象物が小型のコネクタなどであって、端子面２２上のスペースが限られている場合であっても、第１保持部材１２及び第２保持部材１５を端子面２２又は芯線３１上に配置するための機構として、作業性のよい回転機構を備えた支持部を採用することができる。

以上説明した本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０によれば、第１保持部材１２に設けられた平面視コの字状のガイド部１２ａに芯線３１を導入し、かつ第２保持部材１５によって芯線３１を上から押さえた状態で芯線３１を保持することにより、芯線３１がレーザ照射を行う金属端子２１上の位置からずれないように芯線３１を固定することができる。これにより、芯線３１の先端部から一定の距離だけ離れた位置を確実にレーザ溶接することができ、各芯線３１の接合品質のばらつきを抑えることができる。

また、第１保持部材１２が端子面２２のうちレーザ照射位置１７周辺の樹脂部２３を遮光する遮光マスクとしての機能も果たすので、樹脂部２３がレーザ光の反射光や散乱光によって損傷することを防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係るレーザ溶接装置の斜視図である。ケーブルが配置された状態のレーザ溶接装置を示す斜視図である。ケーブルが配置された状態のレーザ溶接装置の一部を示す部分平面図である。ケーブルが配置された状態のレーザ溶接装置の一部を示す部分断面図である。第２保持部材によって芯線が押さえられた状態のレーザ溶接装置を示す斜視図である。第２保持部材による芯線の仮押さえについて説明する図である。第１保持部材の遮光マスクとしての機能を説明する図である。第１保持部材支持部及び第２保持部材支持部の回転軸の位置関係を説明する図である。

符号の説明

１０レーザ溶接装置、１１コネクタ保持部、１２第１保持部材、１２ａガイド部、１３第１保持部材連結部、１４第１保持部材支持部、１５第２保持部材、１６第２保持部材支持部、１７レーザ照射位置、２０コネクタ、２１金属端子、２２端子面、２３樹脂部、２４外壁、２５突起部、３０ケーブル、３１芯線。

Claims

導線と、溶接対象物に設けられた端子と、をレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、
前記溶接対象物の前記端子が設けられた面上に置かれ、前記導線の先端部を前記端子上に導く平面視コの字状に凹んだガイド部が設けられた第１保持部材と、
前記ガイド部に前記導線の先端部が導入された状態で、前記導線を押さえる第２保持部材と、
を備え、
前記導線の前記第２保持部材に押さえられた位置より先端側にレーザ光を照射してレーザ溶接を行うことを特徴とするレーザ溶接装置。
請求項１に記載のレーザ溶接装置において、
前記導線の前記ガイド部内に導入された部分にレーザ光を照射してレーザ溶接を行い、
前記第１保持部材は、レーザ溶接の際に、前記端子が設けられた面のレーザ光が照射される位置の周辺部を遮光する
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
請求項１又は２記載のレーザ溶接装置において、
前記第２保持部材は、前記第２保持部材の前記導線に当接する箇所と、前記端子が設けられた面と、の間が所定距離だけ離れた状態を維持可能な機構を備える支持部によって支持され、
前記所定距離は、前記導線の径より大きく、かつ前記導線の径と前記ガイド部の高さの合計値より小さい
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
請求項１から３のいずれか一項記載のレーザ溶接装置において、
前記第１保持部材の表面は、前記導線より融点の高い材料により形成される
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
請求項１から４のいずれか一項記載のレーザ溶接装置において、
前記第２保持部材の表面は、前記導線より融点の高い材料により形成される
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
請求項１から５のいずれか一項記載のレーザ溶接装置において、
前記第１保持部材は、前記端子が設けられた面より上方で、かつ前記導線の先端部より先の位置を回転中心として回転可能な支持部によって支持され、当該支持部の回転によって前記端子が設けられた面上に移動する
ことを特徴とするレーザ溶接装置。
請求項１から６のいずれか一項記載のレーザ溶接装置において、
前記第２保持部材は、前記端子が設けられた面より下方で、かつ前記導線の先端部より先の位置を回転中心として回転可能な支持部によって支持され、当該支持部の回転によって前記導線に当接する
ことを特徴とするレーザ溶接装置。