JP2019529152A

JP2019529152A - レーザー溶接接続部を形成する方法および構成部材複合体

Info

Publication number: JP2019529152A
Application number: JP2019501434A
Authority: JP
Inventors: ファイスマークス
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: EP3484690B1; EP3484690C0; JP6743270B2; CN109476091A; EP3484690A1; CN109476091B; ES2962790T3; US20200368847A1; WO2018010919A1; US11351629B2; DE102016212690A1

Abstract

本発明は、レーザー溶接接続部を形成する方法であって、２つの接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）を、レーザービーム（１）の作用により接合領域（３０；３０ａ）で溶接シーム（２）を形成しながら互いに接続させ、一方の接合パートナ（１１；１１ａ）は、レーザー照射透過性の材料から成っていて、他方の接合パートナ（１２；１２ａ）はレーザー照射吸収性の材料から成っており、前記２つの接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）によって、前記接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）とは別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）のための収容部（２５；２５ａ；２５ｂ）を形成する、方法に関する。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載のレーザー溶接接続部を形成する方法に関する。さらに本発明は、本発明による方法により製造された構成部材複合体に関する。

請求項１の上位概念に記載のレーザー溶接接続部を形成する方法は、独国特許出願公開第１０２５６２５４号明細書により公知である。この公知の方法は、制御機器の制作時に使用され、この方法では、２つの接合パートナとは別個の構成部材としてのプリント基板が、両接合パートナにより形成される収容部内に縁部側でクランプ接続により収容されている。収容部は、制御機器の、両接合パートナにより形成される内室の領域に配置されており、両接合パートナは、ハウジングの外面の領域で互いに溶接される。このために、レーザービームは、一方の接合パートナのレーザー照射透過性の材料に、接合領域の範囲まで進入し、この領域ではレーザービームは、他方の接合パートナのレーザー照射吸収性の材料と作用結合する。レーザー照射の吸収により、上記他方の接合パートナの材料は、融点を超えるまで加熱され、このとき、最初に述べた一方の接合パートナのレーザー照射透過性の材料も溶融して、溶接接続部が形成される。

接合パートナとは別個の構成部材のための収容部が、例えばケーブル挿通ガイドのために必要であるように、この別個の構成部材を、ハウジングにおいてハウジング壁によりシールして挿通することができる貫通孔として構成されていることは、上記特許文献には開示されていない。

発明の開示
請求項１の特徴を備えたレーザー溶接接続部を形成する方法は、別個の構成部材、特に電流を通すケーブルのような形態の別個の構成部材を、接合パートナ間に形成された貫通孔内に配置することができる。この場合、貫通孔の領域は、別個の構成部材の周りに溶接接続部を形成した後はシールされて閉じられて、例えばハウジングを形成するために接合パートナを使用する場合には、機能を損なう媒体のハウジング内室への進入を阻止することができるという利点を有している。

本発明の根底にある思想は、一方では別個の構成部材を少なくとも領域的に、レーザー照射吸収性の材料から形成するということにある。さらに、別個の構成部材は、レーザー照射透過性の接合パートナの領域に、レーザー照射の作用のもとで、別個の構成部材のレーザー照射吸収性の材料が加熱され、この別個の構成部材からの熱伝達により、レーザー照射透過性の接合パートナの材料が溶融され、これにより貫通孔がシールされて閉じられるように、配置される。

このように記載した本発明による方法の好適な構成では、レーザー照射透過性の接合パートナの材料、および別個の構成部材のレーザー照射吸収性材料を溶融させ、この溶融の際に材料接続的な結合を形成することが想定されている。少なくとも一方の接合パートナおよび別個の構成部材の材料の材料接続的な結合もしくは混合により、貫通孔の特に良好なシールが可能である。

本発明はさらに、上記記載した本発明による方法により形成される構成部材複合体も含み、この場合、この構成部材複合体は、別個の構成部材が電流を案内する構成部材として形成されていて、レーザー照射吸収性の被覆体を有していることを特徴としている。

この構成部材複合体の好適な別の構成は、この構成部材複合体を引用する従属請求項で説明されている。

特に、両接合パートナから成る１つの構成部材複合体が、制御機器の１つのハウジングを形成し、別個の構成部は、ハウジング内に配置されたエレメントの電気的なコンタクトのために用いられることが想定される。電気的なエレメントは、例えば回路支持体、またはその他の電気的な消費器であってもよい。このような形式の構成部材複合体により、通常はハウジングに設けられている、制御機器の電気的なコンタクトのために外部の対応コネクタに接続しなければならない接続コネクタを省くことができる。したがってこのような形式の構成部材複合体は、通常設けられているハウジング領域におけるコネクタ接続部を設ける必要がないので、製造コストを減じることができ、さらには電気的コンタクトの特に高い信頼性を可能にするという利点を有している。

最も簡単な場合、別個の構成部材は電気ケーブルとして形成されている。この場合、電気ケーブルとは、電気的なコンタクトおよび／または給電に適した全ての電気的な接続部を意味するものである。このような形式の電気ケーブルの形態は、さらに、単一の導体もしくはリッツ線を備えた横断面円形の電気ケーブルに限定されるべきではなく、むしろ、複数の電流案内導体もしくはリッツ線を備えたフラットケーブルを設けることもできる。

選択的には、別個の構成部材が差し込み接続エレメントとして形成されていることも考えられる。この場合、差し込み接続エレメントの溶接、または少なくとも位置固定は、両接合パートナ間の収容部の領域において行われ、この場合、差し込み接続エレメントは、相応の対応コネクタに接続されるように形成されている。このような解決手段は、例えば、ゴムシール部材等のような別個のシールエレメントを省くことができるという利点を有している。なぜならば、接続コネクタ、もしくは接続コネクタに接続されたケーブル（別個の構成部材）と、接合パートナもしくはハウジングとの間で直接的なシールされた溶接が行われるからである。

このために、差し込み接続エレメントを使用する場合には、両接合パートナが、差し込み接続エレメントの領域で１つの空間を形成し、この空間を、差し込み接続エレメントに形状接続的に対応コネクタを接続することができるように利用することを想定することができる。収容部はこの場合、両接合パートナの領域で、貫通孔の領域において、対応コネクタの形状接続的な配置のために利用される空間が残されるように、形成されている。

構成部材複合体の形成では、レーザー照射の作用時に、別個の構成部材のレーザー照射吸収性の材料から、レーザー照射透過性の接合パートナの材料へと熱伝達が行われることが重要である。このために、貫通孔および／または貫通孔の別個の構成部材が、別個の構成部材の組み付け状態で、貫通孔において、貫通孔と別個の構成部材との間に当接接触を形成する横断面を有しており、これにより別個の構成部材から１つのまたは複数の接合パートナへの良好な熱伝達が行われるならば好適である。

レーザー照射透過性の材料から成る接合パートナにおける溝状の凹部としての貫通孔の形成が好適である。このような形式の溝状の凹部は、別個の構成部材を特に簡単かつ正確に接合することができ、位置決めすることができるという利点を有している。ここまで記載した構成部材複合体の別の構成では、レーザー照射吸収性の接合パートナが、溝状の凹部内に突入する延長部を有していることが提案されている。特に、この延長部は、別個の構成部材に面した側に、別個の構成部材に適合した形状を有することができる。これにより、レーザー照射透過性の接合パートナの、別個の構成部材とは反対側におけるシールが最適にされる。

本発明のさらなる利点、特徴、詳細は、以下の好適な実施態様の説明並びに図面により明らかである。

ハウジングにケーブルガイドを形成するための構成部材複合体の構成部材を示す正面図である。接合パートナ間の接続を形成している間の、図１の構成部材複合体を示す断面図である。図１および図２に対して変更された構成部材複合体における溶接接続部の形成後の２つの接合パートナ間のケーブル挿通部の領域を示す断面図である。シールされたコネクタ接続部をハウジングに形成するための、２つのハウジング部分間の挿通部を略示した図である。

同じ部材もしくは同じ機能を有する部材は図面において同じ符号で示す。

図１および図２には、構成部材複合体１０が示されている。この構成部材複合体は、第１の接合パートナ１１と、第２の接合パートナ１２と、両接合パートナ１１，１２とは別個の、電流を案内するために用いるケーブル１３，１４とから成っている。例えば、第１の接合パートナ１１はハウジングカバー１６として形成されていて、第２の接合パートナ１２は鍋形のハウジング部分１７の構成部材である。したがって、両接合パートナ１１，１２の（密な）結合後は、両接合パートナ１１，１２によって、もしくはハウジングカバー１６とハウジング部分１７とによって、内室１８を形成する１つのハウジング２０が形成される。ハウジング２０の内室１８内には、例えば電気回路を有するプリント基板２２または類似のものの形態の、電気的な消費器２１が配置されている。両ケーブル１３，１４は、ハウジング２０内の電気的な消費器２１への給電、もしくは電気的な消費器２１の電気接触のために用いられ、したがって外部からハウジング２０の内室１８内へ電気的な消費器２１との接触が可能である。

例えば同じ直径を有する両ケーブル１３，１４は、例えば銅線の形態の導電体２３として、それぞれ１つの円形のコアを有しており、このコアは被覆体２４によって取り囲まれている。被覆体２４は、例えば、これに限定するものではないが、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体）、および条件付きのＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）から成っている。重要であるのは、被覆体２４の材料が、レーザー照射吸収性の材料から成っている、すなわちレーザー照射の作用のもとで被覆体２４の材料が加熱される、もしくは溶融されることである。さらに、第１の接合パートナ１１（ハウジングカバー１６）の材料は、レーザー照射透過性の材料から成っていて、第２の接合パートナ１２（ハウジング部分１７）の材料は、ケーブル１３，１４の被覆体２４と同様に、レーザー照射吸収性の材料から成っている。特に、両接合パートナ１１，１２はプラスチックから成っている。

両接合パートナ１１，１２ならびにケーブル１３，１４の被覆体２４の使用材料選択においては同様に重要であることは、溶融材料が好適には互いに混合することができ、すなわち硬化後に材料接続的な、したがって密な接続が形成されるということである。

第１の接合パートナ１１は、第２の接合パートナ１２に面した側に、両接合パートナ１１，１２の間の分離平面の領域で、矩形の横断面を有する、溝の形態の凹部２５を有していて、この凹部は貫通孔２６の形成に役立っている。貫通孔２６の内側には各ケーブル１３，１４が配置されていて、ケーブル１３，１４の横断面もしくは直径は、凹部２５の溝幅ｂが好適にはケーブル１３，１４の直径ｄと同じ大きさであるか、またはケーブル１３，１４の直径ｄよりも幾分小さいように、凹部２５の横断面に適合されている。これにより、凹部２５の領域で、（少なくとも僅かに弾性的な、もしくは変形可能な）被覆体２４の接触が可能となる。さらに、第２の接合パートナ１２は、凹部２５に整列して、ウェブ状の隆起部２７を有しており、この隆起部は、ケーブル１３，１４に面した側で、ケーブル１３，１４もしくは被覆体２４の形状に適合する凹状の接触面２８を有している。

両接合パートナ１１，１２ならびにケーブル１３，１４を組み付ける際には、両接合パートナ１１，１２に、図２に示した接合力Ｆを加え、これにより両接合パートナ１１，１２は接合領域３０で互いに当接接触して配置されている。この場合、両ケーブル１３，１４は凹部２５の領域に収容され、一方では第１の接合パートナ１１の凹部２５の底面３１に接触していて、他方では、他方の接合パートナ１２の隆起部２７の接触面２８の領域で接触している。

両接合パートナ１１，１２間の接続部を形成するために、さらにはケーブル１３，１４の領域の貫通孔２６をシールするために、レーザービーム１が、好適には両接合パートナ１１，１２の外輪郭に沿って案内される。この場合、接合パートナ１１，１２に対するレーザービーム１の配向は、レーザービーム１が、第１の接合パートナ１１の、第２の接合パートナ１２とは反対側で、第１の接合パートナ１１内に進入するようになっている。第１の接合パートナ１１がレーザー照射透過材料から成っていることにより、レーザービーム１は、レーザー照射吸収性の第２の接合パートナ１２の材料に当たる接合領域３０内に到る。接合領域３０では、レーザービーム１の作用により、第２の接合パートナ１２の材料が加熱され、溶融される。この場合、第１の接合パートナ１１に対して当接接触していることにより、第１の接合パートナ１１への熱伝達も生じ、第１の接合パートナ１１もこれにより溶融される。

両接合パートナ１１，１２の材料の溶融、および引き続き生じる材料の硬化後、両接合パートナ１１，１２間にレーザー溶接シームが形成される。図２に示したように、レーザービーム１は、その内部に位置するケーブル１３，１４を含む両貫通孔２６の領域を介しても、案内される。この場合、レーザービーム１が、凹部２５の底部３１の領域で被覆体２４の材料内に進入するので、被覆体２４の、レーザー照射吸収性材料も溶融される。被覆体２４の加熱された材料の熱伝達により、ケーブル１３，１４の、隆起部２７とは反対側でも、第１の接合パートナ１１の材料の溶融が生じる。同様に、凹部２５の側方の領域が、当接接触により被覆体２４の材料によって、隆起部２７の領域における接触面２８の領域と同様に溶融される。

原則的には、レーザービーム１が、凹部２５の長手方向延在に対して垂直に、矢印３３（図１）で示した凹部２５の領域を横断し、これにより凹部２５の長手方向延在の１つの個所で両接合パートナ１１，１２ならびに被覆体２４の材料の溶融が行われれば十分であるのだが、好適には、レーザービーム１は、図２に示したように付加的に、凹部２５の延在に沿って矢印３４の方向で動かされ、凹部２５の全長にわたって被覆体２４の溶融が可能となり、したがって密な接続を形成できることが想定されている。

図３には、２つの接合パートナ１１ａ，１２ａの間の構成部材複合体１０ａが示されていて、これら両接合パートナは、貫通孔２６の領域に、横断面で半円形状の凹部２５ａを有している。両凹部２５ａと当接接触して真ん中に配置されたケーブル１３ａは、被覆体２４ａを円形に取り囲む溶接シーム２を有しており、この溶接シームは、両接合パートナ１１ａ，１２ａの接合領域３０ａで凹部２５ａの両側に続いている。

図４に示された構成部材複合体１０ｂを含む実施例では、ケーブル１３ｂが凹部２５の領域で、内室１８とは反対側で、別個の構成部材として形成された接続体３７におけるピン状のコンタクト３６を形成している。この場合、接続体３７は少なくともコンタクト３６の領域で、レーザー照射透過性の材料から成っている。接続体３７には、内室１８の方向で、レーザー照射吸収性のケーブル１３ｂの被覆体２４ｂが続いている。コンタクト３６が凹部２５の領域に配置されていて、接続体３７によって位置決めされており、凹部２５内に片持ち式に突入しているので、凹部２５は、単に略示した対応コネクタ４０のための受容部３８を成す。対応コネクタ４０はケーブル１３ａの電気的コンタクトのために用いられ、コンタクト３６と導電接続するために、凹部２５もしくは貫通孔２６内に形状接続的に導入することができる。

ここまで記載した構成部材複合体１０，１０ａ，１０ｂならびに接合パートナ１１，１１ａ，１２，１２ａとケーブル１３，１３ａ，１３ｂ，１４との間に接続部を形成する方法は、本発明の思想から逸脱することなく多様な形式で変更もしくは改良可能である。さらに本発明は、両接合パートナ１１，１１ａ，１２，１２ａ間の貫通孔２６の領域に配置される、電流を案内する別個の構成部材の使用に限定されるものではない。むしろ、任意の別の構成部材もしくはエレメントが、２つの接合パートナ１１，１１ａ，１２，１２ａ間の貫通孔２６の領域を貫通することができることも考えられる。重要であるのは、貫通孔２６の領域にある、両接合パートナ１１，１１ａ，１２，１２ａとは別個のエレメントの材料が、レーザー照射を吸収するように構成されていて、レーザー照射を透過する、両接合パートナ１１，１１ａ，１２，１２ａのうちの一方と作用結合するように、もしくは当接接触するように配置されている、ということである。

Claims

レーザー溶接接続部を形成する方法であって、２つの接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）を、レーザービーム（１）の作用により接合領域（３０；３０ａ）で溶接シーム（２）を形成しながら互いに接続させ、一方の接合パートナ（１１；１１ａ）は、レーザー照射透過性の材料から成っていて、他方の接合パートナ（１２；１２ａ）はレーザー照射吸収性の材料から成っており、前記２つの接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）によって、前記接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）とは別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）のための収容部（２５；２５ａ；２５ｂ）を形成する、方法において、
前記収容部（２５；２５ａ；２５ｂ）は貫通孔（２６）として形成されていて、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）は少なくとも部分的にレーザー照射吸収性の材料から成っており、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）の前記レーザー照射吸収性の材料は、レーザー照射透過性の材料から成る前記接合パートナ（１１；１１ａ）と作用接続して配置されており、前記レーザービーム（１）は、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）のレーザー照射吸収性の材料に作用して、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）からの熱伝達により、前記一方の接合パートナ（１１；１１ａ）の前記レーザー照射透過性の材料を溶融させ、前記貫通孔（２６）を閉鎖することを特徴とする、レーザー溶接接続部を形成する方法。
前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）の前記レーザー照射吸収性の材料を溶融し、前記レーザー照射透過性の構成部材（１１；１１ａ）の材料と共に、材料接続的な接続部を形成する、請求項１記載の方法。
前記レーザービーム（１）を、前記貫通孔（２６）の延在に対して横方向および長手方向で移動させる、請求項１または２記載の方法。
請求項１から３のいずれか１項記載の方法により製造される構成部材複合体（１０；１０ａ；１０ｂ）であって、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）は電流を案内する構成部材として形成されており、レーザー照射吸収性の被覆体（２４；２４ａ；２４ｂ）を有していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項記載の方法により製造される構成部材複合体（１０；１０ａ；１０ｂ）。
両方の前記接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）は、１つのハウジング（２０）の構成部材であって、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）は、前記ハウジング（２０）内に配置されたエレメント（２１）の電気的なコンタクトのために用いられる、請求項４記載の構成部材複合体。
前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）は電気ケーブルである、請求項４または５記載の構成部材複合体。
前記別個の構成部材（１３ｂ）は、前記収容部（２５）の内側で、レーザー照射透過性の接続体（３７）に結合されている、請求項４または５記載の構成部材複合体。
前記貫通孔（２６）は、前記接続体（３７）の領域で、前記別個の構成部材（１３ｂ）とは反対側で、前記接合パートナ（１１，１２）の材料が存在しない、対応コネクタ（４０）を収容するためのスペースを形成している、請求項７記載の構成部材複合体。
前記貫通孔（２６）および／または前記貫通孔（２６）の領域の前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）は、前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）の組み付け状態で、前記貫通孔（２６）において、前記レーザービーム（１）の作用前に、前記貫通孔（２６）と前記別個の構成部材（１３；１３ａ；１３ｂ；１４）との間に当接接触部を形成する横断面を有している、請求項４から８までのいずれか１項記載の構成部材複合体。
前記貫通孔（２６）は、前記レーザー照射透過性の材料から成る少なくとも接合パートナ（１１）における溝状の凹部により形成されている、請求項４から９までのいずれか１項記載の構成部材複合体。
前記レーザー照射吸収性の接合パートナ（１２）は、前記溝状の凹部内に突入し、前記別個の構成部材（１３，１４）に接触する隆起部（２７）を有している、請求項１０記載の構成部材複合体。
前記接合領域（３０；３０ａ）における前記貫通孔（２６）は、両方の前記接合パートナ（１１；１１ａ，１２；１２ａ）の間に配置されている、請求項４から１１までのいずれか１項記載の構成部材複合体。