JP2010194605A - レーザー溶接方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】薄膜にレーザー光を入射する際、レーザーの熱によって発生する炭化物が各金属薄板の間に噴出することのないレーザー溶接方法を提供する。
【解決手段】金属薄板からなる各第２導電部４３に、溶接位置から第２導電部４３の端部まで延びる長孔４３ｂを設け、基板４１（薄膜）の溶接位置にレーザー光を入射して各第２導電部４３をそれぞれ各端子２０に溶接するようにしたので、レーザー光の入射部分の樹脂がレーザーの熱エネルギーで炭化して溶接部分から炭化物が噴出しても、炭化物を第２導電部４３の長孔４３ｂを介して第２導電部４３の下端から外部に放出することができる。これにより、隣接する第２導電部４３の間に炭化物が噴出することがなく、炭化物による各第２導電部４３間の絶縁抵抗の低下を効果的に防止することができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、例えば電気コネクタに過渡電圧保護素子を取付けるために用いられるレーザー溶接方法に関するものである。
一般に、電子機器等に用いられるコネクタとしては、接続対象物を所定位置に挿入可能なコネクタ本体と、コネクタ本体内に互いに幅方向に間隔をおいて配置された複数の端子とを備え、各端子をコネクタ本体内に挿入された接続対象物に接触させて電気的に接続するようにしたものが知られている。
また、近年の情報伝達量の増大により、各種電気デバイスにおける高速化、集積化が進み、このためＩＣ等の電子部品における絶縁壁が薄くなり、静電気（ＥＳＤ）等の過渡電圧によって電子部品が破壊される問題がある。また、信号のデジタル化によってコネクタ等の配線機器が多極化したことにより、過渡電圧から電子部品を保護するためには多数の保護装置を取付ける必要があるが、機器の小型化により回路基板上に保護装置を実装するスペースが少なくなっているのも現状である。
そこで、コネクタに過渡電圧保護素子を取付けることにより、回路基板における保護装置の取付スペースを不要にすることが有効である。この過渡電圧保護素子としては、グランド用端子に接続される第１導電部と、複数の信号線用端子に接続される複数の第２導電部と、第１導電部と各第２導電部との間に介在する可変抵抗体とを備え、各信号線用端子に接続した回路に過渡電圧が生ずると、可変抵抗体によって信号線用端子とグランド用端子とが導通し、過渡電圧をグランド用端子を介して外部に放電するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、コネクタの小型化及び多極化により、多数の信号線用端子が高密度で配列される場合が多くなり、これに伴って過渡電圧保護素子の各第２導電部も幅の小さい帯状の金属薄板によって形成する必要がある。このような細帯状の金属薄板を、例えばＹＡＧレーザーを用いて溶接する場合、確実に溶接するためにレーザーの出力を大きくすると、幅の小さい金属薄板が溶接される前にレーザー光によって破断や欠損を生ずるという問題がある。
そこで、金属薄板の厚さ方向一方の面にレーザー光の吸収率の高い樹脂からなる薄膜を介してレーザー光を入射することにより、薄膜によってレーザー光の吸収率を高め、レーザーの出力を大きくせずに溶接するようにしたレーザー溶接方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、薄膜にレーザー光を入射すると、レーザーの熱によって炭化した薄膜の樹脂が薄膜と金属薄板との間から隣接する金属薄板との間に噴出し、各金属薄板間の絶縁抵抗が炭化物によって低下するという問題点があった。
特開２００６−１４０３４４号公報 特開２００１−８７８７７号公報
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、薄膜にレーザー光を入射する際、レーザーの熱によって発生する炭化物が各金属薄板の間に噴出することのないレーザー溶接方法を提供することにある。
本発明は前記目的を達成するために、互いに幅方向に間隔をおいて配列された複数の帯状の金属薄板の厚さ方向一方の面に、レーザー光の吸収率の高い有機物からなるフィルム状の薄膜を介してレーザー光を入射することにより、金属薄板の厚さ方向他方の面側に配置された溶接対象物と金属薄板とを溶接するレーザー溶接方法において、前記各金属薄板に溶接位置から金属薄板の端部まで延びる長孔または溝を設け、薄膜の溶接位置にレーザー光を入射して金属薄板と溶接対象物とを溶接するようにしている。
これにより、レーザー光の入射部分の薄膜がレーザーの熱エネルギーで炭化して溶接部分から炭化物が噴出しても、炭化物が金属薄板の長孔または溝を介して金属薄板の端部から外部に放出されることから、隣接する金属薄板の間に炭化物が噴出することがない。
また、本発明は前記目的を達成するために、互いに幅方向に間隔をおいて配列された複数の帯状の金属薄板の厚さ方向一方の面に、レーザー光の吸収率の高い有機物からなるフィルム状の薄膜を介してレーザー光を入射することにより、金属薄板の厚さ方向他方の面側に配置された溶接対象物と金属薄板とを溶接するレーザー溶接方法において、前記薄膜の各溶接位置の間に薄膜の厚さ方向に貫通する孔を設け、薄膜の溶接位置にレーザー光を入射して金属薄板と溶接対象物とを溶接するようにしている。
これにより、レーザー光の入射部分の薄膜がレーザーの熱エネルギーで炭化して溶接部分から炭化物が噴出しても、炭化物が薄膜の孔を介して外部に放出されることから、隣接する金属薄板の間に炭化物が噴出することがない。
本発明によれば、薄膜にレーザー光を入射する際、隣接する金属薄板の間にレーザーの熱によって発生する炭化物が噴出することがないので、炭化物による各金属薄板間の絶縁抵抗の低下を効果的に防止することができる。
本発明の溶接方法によってコネクタに取付けられる過渡電圧保護素子の第１の実施形態を示す正面図 過渡電圧保護素子の側面断面図 過渡電圧保護素子の分解斜視図 過渡電圧保護素子を備えたコネクタの側面断面図 過渡電圧保護素子を備えたコネクタの背面図 過渡電圧保護素子の取付工程を示すコネクタの正面側斜視図 過渡電圧保護素子の取付工程を示すコネクタの背面側斜視図 本発明の溶接工程を示すコネクタの要部側面断面図 本発明の溶接工程を示すコネクタの要部側面断面図 本発明の第２の実施形態における溶接工程を示すコネクタの要部側面断面図 本発明の溶接工程を示すコネクタの要部側面断面図 本発明の溶接工程を示すコネクタの要部側面断面図 本発明の溶接工程を示すコネクタの要部側面断面図 本発明の溶接方法によってコネクタに取付けられる過渡電圧保護素子の第３の実施形態を示す背面図 過渡電圧保護素子の側面断面図 過渡電圧保護素子の要部背面図
図１乃至図１０は本発明の第１の実施形態を示すものである。同図に示すコネクタは、接続対象物としての相手側コネクタ（図示せず）を挿入可能なコネクタ本体１０と、コネクタ本体１０内に互いに幅方向に等間隔で配置された複数の端子２０と、各端子２０を保持する保持部材３０と、過渡電圧発生時に各端子２０とコネクタ本体１０とを導通する過渡電圧保護素子４０とから構成されている。
コネクタ本体１０は前面側及び背面側をそれぞれ開口した導電性の金属部材からなり、その前面開口部は相手側コネクタの挿入口１０ａを形成している。コネクタ本体１０の幅方向両側には下方に延びる前後一対のグランド接続部１１がそれぞれに一体に設けられ、各グランド接続部１１は図示しない回路基板のグランド部に接続されるようになっている。また、コネクタ本体１０の背面側の幅方向両端には、過渡電圧保護素子４０と係合する突部１２がそれぞれ設けられている。
各端子２０は前後方向に延びる導電性の金属部材からなり、その前端側は相手側コネクタの端子と接触する接触部２１を形成している。各端子２０の後端側には、下方に向かって屈曲する垂直部２２と、垂直部２２の下端から後方に延びる基板接続部２２が設けられ、基板接続部２２は図示しない回路基板の信号先用導電部に接続されるようになっている。
保持部材３０は合成樹脂等の絶縁性部材からなり、コネクタ本体１０内に固定されている。保持部材３０には前方に板状に延びる端子支持部３１が設けられ、端子支持部３１の下面側には各端子２０の接触部２１が配置されている。
過渡電圧保護素子４０は、横長に形成されたフィルム状部材としての基板４１と、基板４１の前面に形成された第１導電部４２と、基板４１の前面に形成された複数の第２導電部４３と、第１導電部４２と第２導電部４３との間に介在する可変抵抗体４４と、可変抵抗体４４を覆う被覆部材４５とからなる。
基板４１は、レーザー光の吸収率の高い有機物（例えば、ポリイミド（ＰＩ）等の合成樹脂）からなり、厚さ０．１ｍｍ以下に形成されている。基板４１の幅方向両端には切り欠き４１ａが設けられ、切り欠き４１ａはコネクタ本体１０の突部１２に係合するようになっている。
第１導電部４２は基板４１の一方の面に形成された厚さ４０μｍ以下の金属薄板からなり、基板４１の幅方向（長手方向）両端側から上端側に亘って長手方向に延びるように連続して形成されている。
各第２導電部４３は第１導電部４２と同様、基板４１の一方の面に形成された厚さ４０μｍ以下の金属薄板からなり、基板４１の幅方向両端側及び上端側を除く下端側に互いに幅方向に間隔をおいて設けられている。各第２導電部４３は上下方向に延びる帯状に形成され、その幅Ｈは５００μｍ以下である。各第２導電部４３の上端と第１導電部４２との間には４０μｍ以下のギャップ４３ａがそれぞれ形成され、各ギャップ４３ａは基板４１の長手方向に沿って一直線上に配置されている。また、各第２導電部４３には上下方向に延びる長孔４３ｂがそれぞれ設けられ、各長孔４３ｂの下端側は第２導電部４３の下端に開放するように形成されている。各長孔４３ｂは上端の位置が第２導電部４３の長手方向に一つおきに上下にずれるように形成され、各長孔４３ｂの上端位置は後述する溶接位置となる。即ち、各第２導電部４３には、上下方向に長い長孔４３ｂと短い長孔４３ｂとが交互に設けられ、各長孔４３ｂは第１及び第２導電部４２，４３と共にエッチングにより形成される。
可変抵抗体４４は、例えば非線形抵抗材料を用いた周知の素材によって形成され、過渡電圧が生じていないときは高い電気抵抗を有しており、過渡電圧が生ずると活性化して直ちに電気抵抗の低い材料に変化する性質のものである。尚、同様の性質を有するものであれば、他の種類の材料を用いるようにしてもよい。可変抵抗体４４は各第２導電部４３のギャップ４３ａを覆うように基板４１の長手方向に沿って延びる一直線状に形成され、図２に示すように各ギャップ４３ａ内まで充填されている。この場合、可変抵抗体４４は、液状の原材料を基板４１に塗布または印刷して硬化させることにより、基板４１の長手方向に沿って延びるように一直線状に形成されている。
被覆部材４５はウレタン等の絶縁性部材からなり、可変抵抗体４４を覆うように基板４１の長手方向に沿って延びる一直線状に形成されている。
以上のように構成された過渡電圧保護素子４０はコネクタ本体１０の背面側に配置され、周知のＹＡＧレーザー溶接により、各端子２０の垂直部２２及びコネクタ本体１０の後端面に接合されてコネクタに取付けられる。即ち、過渡電圧保護素子４０を取付ける場合は、図６に示すように過渡電圧保護素子４０を基板４１が背面側となるようにコネクタ本体１０の背面側に配置するとともに、図７に示すように基板４１の各切り欠き４１ａをコネクタ本体１０の各突部１２にそれぞれ係合する。これにより、過渡電圧保護素子４０の各第２導電部４３が各端子２０の垂直部２２にそれぞれ対応するように配置される。
次に、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光を、図８に示すように第２導電部４３の厚さ方向一方の面（背面側）に基板４１側から所定のパルス幅及び所定の出力で照射する。これにより、基板４１におけるレーザー光の入射部分の樹脂がレーザーの熱エネルギーで炭化し、図９に示すように炭化により黒色化した黒色部Ｂが形成される。この場合、黒色部Ｂによってレーザー光の吸収率が高められることから、レーザーの熱エネルギーによって第２導電部４３の金属薄板が急速に溶融する。続いて、図１０に示すように溶融部分が第２導電部４３の金属薄板を貫通して端子２０の中まで達することにより溶接部Ｗが形成され、溶接部Ｗによって第２導電部４３の金属薄板と、第２導電部４３の厚さ方向他方の面（前面側）に配置された端子２０の垂直部２２とが接合される。この場合、図５に示すように溶接部Ｗが第２導電部４３の長手方向に一つおきに上下にずれるように各第２導電部４３をそれぞれ各端子２０に溶接することにより、各溶接部Ｗを第２導電部４３の各長孔４３ｂの上端位置に形成する。その際、レーザー光の入射部分の樹脂がレーザーの熱エネルギーで炭化すると、溶接部分から炭化物が噴出するが、図１０の実線矢印で示すように炭化物は長孔４３ｂを介して第２導電部４３の下端から基板４１の外部に放出されるため、隣接する第２導電部４３の間に炭化物が噴出することがない。また、コネクタ本体１０の幅方向両側に対応する第１導電部４２の厚さ方向一方の面（背面側）に基板４１側からレーザー光を照射することにより、前述と同様に第１導電部４２とコネクタ本体１０の後端面とを溶接する。
前記過渡電圧保護素子４０が取付けられたコネクタにおいては、各端子２０の基板接続部２３及び各グランド接続部１１を図示しない回路基板に半田付けすることにより、各端子２０が回路基板の回路パターンに接続され、各グランド接続部１１が回路基板のグランド部に接続される。また、コネクタ本体１０の挿入口１０ａに図示しない相手側コネクタを挿入することにより、各端子２０の接触部２１が相手側コネクタの端子に接触し、相手側コネクタと電気的に接続される。
ここで、前記コネクタにおいて、相手側コネクタ側に静電気等の過渡電圧が生ずると、過渡電圧が生じた信号線の端子２０とコネクタ本体１０との間が過渡電圧保護素子４０によって導通し、回路基板側の回路が過渡電圧から保護される。即ち、相手側コネクタの何れかの信号線に過渡電圧が生ずると、可変抵抗体４４が直ちに低電気抵抗材料に変化する。これにより、可変抵抗体４４を介して端子２０とコネクタ本体１０とが導通し、過渡電圧がコネクタ本体１０の各グランド接続部１１を介して回路基板の接地側に放電される。この場合、可変抵抗体４４の特性はギャップ４３ａの大きさに依存する。
このように、本実施形態によれば、金属薄板からなる各第２導電部４３に、溶接位置から第２導電部４３の端部まで延びる長孔４３ｂを設け、基板４１（薄膜）の溶接位置にレーザー光を入射して各第２導電部４３をそれぞれ各端子２０に溶接するようにしたので、レーザー光の入射部分の樹脂がレーザーの熱エネルギーで炭化して溶接部分から炭化物が噴出しても、炭化物を第２導電部４３の長孔４３ｂを介して第２導電部４３の下端から外部に放出することができる。これにより、隣接する第２導電部４３の間に炭化物が噴出することがなく、炭化物による各第２導電部４３間の絶縁抵抗の低下を効果的に防止することができる。
この場合、第２導電部４３に、レーザー光の吸収率の高い有機物からなる厚さ０．１ｍｍ以下の基板４１を介してレーザー光を入射するようにしたので、基板４１によってレーザー光の吸収率が高まり、例えば波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーを用いた場合でも、レーザーの出力を大きくせずに確実に溶接することができる。これにより、第２導電部４３のように幅の小さい金属薄板であっても破断させることなく溶接することが可能になり、各端子２０が高密度に配列された小型コネクタ用の過渡電圧保護素子４０をコネクタに取付ける場合に極めて有利である。
更に、有機物からなる基板４１がレーザー光により炭化して黒色化することにより、基板４１のレーザー光の吸収率を高めるようにしたので、吸収率を高めるための処理を別途施す必要がなく、生産性の向上を図ることができる。
また、第２導電部４３が厚さ４０μｍ以下、幅５００μｍ以下に形成されている場合は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザーを用いた通常の溶接方法では金属薄板の破断を生じやすいため、本実施形態の溶接方法は、このような寸法の金属薄板に溶接する場合に極めて有利である。
更に、金属薄板としての第２導電部４３とフィルム状部材としての基板４１とを一体に形成し、基板４１側からレーザー光を入射して溶接するようにしたので、各第２導電部４３を保持するための基板４１によってレーザー光の吸収率を高めることができ、基板４１以外にフィルム状部材を追加する必要がないという利点がある。
また、基板４１に複数の第２導電部４３を幅方向に配列し、各溶接位置のうち一部の溶接位置が他の溶接位置に対して第２導電部４３の長手方向にずれるように溶接しているので、各第２導電部４３が幅方向に近接している場合でも、各溶接部Ｗの間隔を広くすることができ、各第２導電部４３が高密度な場合でも容易に溶接することができる。この場合、隣接する第２導電部４３の間に炭化物が多少噴出したとしても、溶接位置が第２導電部４３の長手方向にずれているため、互いに隣接する第２導電部４３から同一位置に炭化物が噴出することがなく、炭化物による絶縁抵抗の低下を防止する上で極めて有利である。更に、溶接位置が各第２導電部４３の長手方向にずれていることにより、溶接位置を一列に配置した場合に比べ、基板４１の剥離防止に効果的である。
図１１乃至図１３は本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
第１の実施形態では、金属薄板からなる第２導電部４３に、第２導電部４３を厚さ方向に貫通する長孔４３ｂを設けたものを示したが、本実施形態では、第１の実施形態の長孔４３ｂに代えて、第２導電部４３の一方の面に第２導電部４３を厚さ方向に貫通しない溝４３ｃを溶接位置から第２導電部４３の端部まで延びるように設けている。
これにより、溶接部分から噴出した炭化物を溝４３ｃを介して第２導電部４３の下端から外部に放出することができるので、第１の実施形態と同様、隣接する第２導電部４３の間に炭化物が噴出することがなく、炭化物による各第２導電部４３間の絶縁抵抗の低下を効果的に防止することができる。
図１４乃至図１６は本発明の第３の実施形態を示すもので、第１の実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
本実施形態では、第１の実施形態の長孔４３ｂに代えて、基板４１（薄膜）の溶接位置の間に基板４１を厚さ方向に貫通する縦長の孔４３ｄを設け、基板４１の各溶接位置にレーザー光を入射して各第２導電部４３をそれぞれ各端子２０に溶接するようにしている。
これにより、図１６の実線矢印で示すように、溶接部分の基板４１と第２導電部４３との間から噴出した炭化物を基板４１の孔４３ｄから外部に放出することができるので、第１の実施形態と同様、隣接する第２導電部４３の間に炭化物が噴出することがなく、炭化物による各第２導電部４３間の絶縁抵抗の低下を効果的に防止することができる。
尚、前記各実施形態では、相手側コネクタと接続するコネクタを示したが、例えばフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等を接続するためのコネクタであってもよい。
また、前記各実施形態では、過渡電圧保護素子４０をコネクタに取付けるための溶接方法を示したが、金属薄板の溶接であれば、本発明は他の用途における各種の溶接に用いることができる。この場合、前記実施形態のようなフィルム状部材としての基板４１を用いずに、例えば金属薄板の溶接箇所に黒色の塗料を塗布して薄膜を形成しておくようにしてもよい。
４０…過渡電圧保護素子、４１…基板、４２…第１導電部、４３…第２導電部、４３ｂ…長孔、４３ｃ…溝、４３ｄ…孔、Ｂ…黒色部、Ｗ…溶接部。

Claims (7)

  1. 互いに幅方向に間隔をおいて配列された複数の帯状の金属薄板の厚さ方向一方の面に、レーザー光の吸収率の高い有機物からなるフィルム状の薄膜を介してレーザー光を入射することにより、金属薄板の厚さ方向他方の面側に配置された溶接対象物と金属薄板とを溶接するレーザー溶接方法において、
    前記各金属薄板に溶接位置から金属薄板の端部まで延びる長孔または溝を設け、
    薄膜の溶接位置にレーザー光を入射して金属薄板と溶接対象物とを溶接する
    ことを特徴とするレーザー溶接方法。
  2. 互いに幅方向に間隔をおいて配列された複数の帯状の金属薄板の厚さ方向一方の面に、レーザー光の吸収率の高い有機物からなるフィルム状の薄膜を介してレーザー光を入射することにより、金属薄板の厚さ方向他方の面側に配置された溶接対象物と金属薄板とを溶接するレーザー溶接方法において、
    前記薄膜の各溶接位置の間に薄膜の厚さ方向に貫通する孔を設け、
    薄膜の溶接位置にレーザー光を入射して金属薄板と溶接対象物とを溶接する
    ことを特徴とするレーザー溶接方法。
  3. 前記薄膜として厚さ０．１ｍｍ以下のフィルム状部材を用いる
    ことを特徴とする請求項１または２記載のレーザー溶接方法。
  4. 前記薄膜がレーザー光により炭化して黒色化することにより、薄膜のレーザー光の吸収率を高める
    ことを特徴とする請求項１、２または３記載のレーザー溶接方法。
  5. 前記金属薄板が厚さ４０μｍ以下、幅５００μｍ以下の帯状に形成されている
    ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のレーザー溶接方法。
  6. 前記金属薄板の厚さ方向一方の面に前記薄膜を一体に形成し、薄膜の溶接位置にレーザー光を入射して金属薄板と溶接対象物とを溶接する
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載のレーザー溶接方法。
  7. 前記各溶接位置のうち一部の溶接位置が他の溶接位置に対して金属薄板の長手方向にずれるように溶接する
    ことを特徴とする請求項６記載のレーザー溶接方法。
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