JP2021053701A - 溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、導体を加工対象物に溶接する溶接方法を提供する。【解決手段】導体１は第１の金属２を含み、加工対象物は第２の金属を含む。最初に、導体の絶縁体５を所定の長さにわたって除去する。次に、導体の剥離領域にビードを形成する。次に、導体を加工対象物に押し付ける。押付けは、導体と加工対象物との間の溶接領域に機械的接触を生じさせる。この場合、溶接領域はビードの領域に配置される。最後に、導体を溶接領域でレーザ溶接によって加工対象物に溶接する。【選択図】図５

Description

本発明は、溶接方法、および、加工対象物における導体の配置構成に関する。

導体を加工対象物に溶接することが先行技術から公知である。この場合、導体は１つまたは複数のコアを有することができ、１つまたは複数のコアは絶縁材料によって囲まれている。導体を加工対象物に溶接するために、１つの領域において導体の絶縁体を剥離する、すなわち、絶縁材料を除去する。次に、導体の剥離領域を、例えば押付デバイス（holding-down devices）によって加工対象物に押し付ける。マルチコア導体の場合、そのために、互いに絶縁されたいくつかの導電領域を加工対象物に配置することがある。導体を加工対象物に押し付けた後、導体の少なくとも１つのコアが加工対象物または加工対象物の少なくとも１つの導電領域に機械的に接触するため、レーザ溶接プロセスによってこのコアを加工対象物に溶接することができる。

絶縁材料により導体が加工対象物から離れているため、導体のコアがある一定の力で加工対象物に押し付けられるように、導体の押付けを行わなければならない。押付デバイスは、これに対応していなければならず、そのために、導体の剥離領域でしか使用することができない。

本発明により対処する１つの課題は、改良された溶接方法を提供することである。本発明により対処する別の課題は、加工対象物における導体の、それに対応して溶接された配置構成を提供することである。

これらの課題は、独立特許請求項の導体を加工対象物に溶接する方法、および、加工対象物における導体の配置構成によって解決される。有利な構成は、従属特許請求項において特定される。

導体を加工対象物に溶接する方法において、導体は第１の金属を含み、加工対象物は第２の金属を含む。導体を加工対象物に溶接するために、以下のステップを実行する。最初に、導体の絶縁体を所定の長さにわたって除去する。次に、導体の剥離領域にビードを形成する。この場合、導体の剥離領域は、絶縁体を除去した導体の領域であってよい。

次に、導体を加工対象物に押し付ける。押付けは、導体と加工対象物との間の溶接領域に機械的接触を生じさせる。この場合、溶接領域はビードの領域に配置される。次に、溶接領域で導体を加工対象物にレーザ溶接する。

したがって、本発明は、導体に形成され、導体の剥離領域に配置されたビードによって、導体と加工対象物との間の距離を短縮するという中心思想に基づく。この距離の短縮は、押付けが行われるときだけでなく、ビードの形成中に既に生じている導体の必要な変形によるものである。この場合、ビードによって加工対象物の方向を向く導体の凸部が形成されるように、ビードを構成することができるため、導体と加工対象物との間の距離が短縮される。ビードに加えて、導体の押付け中に導体のさらなる変形を生じさせることができる。特に、間隙が形成されない、すなわち、導体が加工対象物に直接接触して位置する場合に、溶接プロセスを向上させることができる。

方法の一実施形態において、加工対象物はいくつかの導電領域を含む。導体はマルチコア導体の一部であり、溶接プロセス中にマルチコア導体のすべてのコアにおいて絶縁体が除去され、マルチコア導体のすべてのコアにビードが形成される。次のレーザ溶接プロセスで、コアはそれぞれ順に導電領域に溶接される。

これにより、例えばバッテリ製造で使用されるような、マルチコア導体を加工対象物の導電領域に溶接する効率的なプロセスが可能になる。

方法の一実施形態において、レーザ溶接後、導体は、さらなる溶接領域でレーザ溶接によって加工対象物に溶接される。したがって、導体、またはマルチコア導体の場合には各コアは、それぞれ溶接領域およびさらなる溶接領域で加工対象物に溶接されて、より確実な溶接接続をもたらす。

方法の一実施形態において、ビードの形成は、押付け中に導体が最初に溶接領域に接触して位置し、さらなる溶接領域には接触して位置しないように行われる。溶接領域におけるレーザ溶接中の導体の熱膨張は、導体が次にさらなる溶接領域に接触して位置し、そこで同様に加工対象物に溶接され得るように、導体の変形をもたらす。この導体の変形は、例えば、ビードにより導体がさらなる溶接領域よりも溶接領域において加工対象物の近くに配置される、すなわち、導体が特に溶接領域で加工対象物に接触し、さらなる溶接領域では加工対象物に接触しないようにビードが構成されることによって生じる。

これにより、レーザ溶接中の導体の熱膨張を同様に使用して、導体が加工対象物にさらに有利に接触して位置するという全体的効果を得ることができる。

方法の一実施形態において、導体は矩形断面を有する平坦導体である。そのような導体は、記載の溶接方法に特に適している。

一実施形態において、押付けは導体の剥離領域で行われる。これは、例えば、溶接領域で導体に接触し、導体を加工対象物に押し付ける押付デバイスによって行うことができる。あるいは、例えば、剥離領域に当たる空気流によって押付けを行うこともできる。

方法の一実施形態において、押付けは剥離領域の外側で行われる。これも同様に、例えば、押付デバイスまたは空気流によって行うことができる。例えば、押付デバイスを導体の剥離領域で使用し、押付デバイスを導体の非剥離領域で使用してもよい。導体を剥離領域の外側で押し付ける場合、剥離領域の大きさを小さくすることができる。

方法の一実施形態において、溶接領域におけるレーザ溶接は、いくつかの溶接点によって行われる。さらなる溶接領域についても同様である。レーザ溶接の場合、溶接位置にいくつかの溶接点を、例えば螺旋形に設定することが一般的である。ビードにより、これを記載の溶接方法において非常に効率的に行うことができる。これは、例えば、溶接領域付近において押付デバイスが不要であるからである。

方法の一実施形態において、ビードの深さが絶縁体の厚さに略一致する。特に、ビードの深さは絶縁体の厚さに一致する。これにより、導体は、普通なら加工対象物の絶縁体に接触して位置する場合にも溶接領域で加工対象物に接触し、それにより生じる導体の変位が加工対象物の方を向くように、ビードが構成される。この構成は、絶縁体への導体の押付けまたは空気流による導体の押付けに特に適している。

方法の一実施形態において、ビードの形成はドロップ鍛造（drop forging）によって行われる。この場合、少なくとも２つの金型を含む成形型に導体を入れ、鍛造動作によって導体にビードを形成する。これにより、ビードの簡単かつ効率的な形成プロセスが可能になり、ドロップ鍛造で使用する成形型によって、鍛造結果の良好な再現性が可能になる。

方法の一実施形態において、第１の金属はアルミニウムもしくは銅を含む、またはアルミニウムもしくは銅から構成される。方法の一実施形態において、第２の金属はアルミニウムを含み、または第２の金属はアルミニウムである。特に、これらの材料は、提案されたレーザ溶接プロセスの使用に適している。溶接すべき金属を共に溶接するのに適したエネルギーおよび／または動力および／または波長の放出を誘導可能な光源を、レーザ溶接プロセスにおけるレーザとして使用することができる。そのような適切なレーザ溶接プロセスは、先行技術から公知である。

本発明はまた、加工対象物における導体の配置構成を含み、導体は第１の金属を含み、加工対象物は第２の金属を含む。導体と加工対象物とは溶接領域で溶接され、導体は、溶接領域において絶縁体が剥離され、ビードを含む。そのような加工対象物に溶接された導体の配置構成を、本発明による溶接方法によって容易に形成することができる。ビードは、本発明による溶接方法が使用されたことを明確に示す。

配置構成の一実施形態において、ビードの深さが、溶接領域の外側にある導体の絶縁体の厚さに略一致する。これにより、配置構成の特に簡単な製造が可能になる。

本発明により対処する課題、解決策の技術的実施、および本発明の利点が、図面を参照しながら以下で説明する例示的な実施形態から明らかになる。

溶接プロセスの開始点における導体を示す図である。 絶縁体の剥離後の導体を示す図である。 成形型に入れた後の導体を示す図である。 ビードの形成後の導体を示す図である。 押付け後および溶接動作中の導体を示す図である。 剥離したマルチコア導体を示す図である ビードを有するマルチコア導体を示す図である。 溶接後のマルチコア導体を示す図である。 さらなる押し付けられた導体を示す図である。 溶接動作中の押し付けられた導体を示す図である。

図１は導体１の断面図である。この場合、導体１は第１の金属２を含む。絶縁体５が、導体１の第１の金属２を絶縁するように、第１の金属２に取り付けられている。

図２は、導体１の絶縁体５を所定の長さ６にわたって除去した後の導体１を示す。絶縁体５を所定の長さ６にわたって除去したことにより、導体１の第１の金属２の一部が露出する。

露出した領域を剥離領域７と呼ぶこともできる。

図３は、成形型８に入れた後の図１および図２の導体１を示す。この場合、成形型８は下部９と上部１０とを含む。成形型８は、成形型８の上部１０を下部９に向かって動かすことによって、導体１の剥離領域７にビードを形成する目的を果たす。

図４は、成形型８の上部１０を成形型８の下部９に向かって動かし、導体１にビード１１が形成された後の導体１を示す。これは、例えば、上部１０を下部９に押し付けることによって行われる。例示的な一実施形態において、ビード１１の形成はドロップ鍛造によって行われ、その場合、成形型８はドロップ鍛造成形型である。

ビード１１により、導体１は剥離領域７で変位する。この場合、ビード１１の深さ１２が絶縁体５の厚さ１３にほぼ一致していてよい。例示的な代替実施形態（図示せず）において、ビード１１の深さ１２は絶縁体５の厚さ１３に一致しない。

図５は、成形型８から取り外した後の図４の導体１を示す。導体１は、押付デバイス１４によって加工対象物３に押し付けられる。この場合、加工対象物３は第２の金属４を含む。溶接領域１５で、レーザ放射１６によって導体１の第１の金属２が加工対象物３の第２の金属４に溶接される。ビード１１は、押付デバイス１４が導体１に加える必要のある力が、先行技術から公知の溶接方法の場合よりも小さいという効果を有する。これは、ビード１１により、導体１の第１の金属２が加工対象物３の第２の金属４に既に略接触して位置している、すなわち、間隙を略形成しないからである。これは特に溶接領域１５に当てはまる。

導体１と加工対象物３とは、導体１および加工対象物３の配置構成２１を形成し、導体１は第１の金属２を含み、加工対象物３は第２の金属４を含む。導体１と加工対象物３とは溶接領域１５で溶接され、導体１は、溶接領域１５において絶縁体が剥離され、ビード１１を含む。

この場合、図４と同様に、ビード１１の深さ１２が、導体１の剥離領域７の外側の絶縁体５の厚さ１３にほぼ一致していてよい。

図６はマルチコア導体１の平面図である。絶縁体５において、３本のコア１７がそれぞれ外皮が剥離されており、外皮が剥離されているためコア１７の第１の金属２が見えている。断面では、これは図２に対応し得、コア１７は前後に並んで配置されているため、１つのみが見えている。

図７は、ビード１１が各コア１７に形成された後の図６の導体１を示す。これは、成形型８を用いて、例えばドロップ鍛造により、図３および図４に記載の方法と同様に行うことができる。

図８は、導体１が加工対象物３に配置された後の図７の導体１の平面図である。図５と同様の方法で、押付デバイス（図示せず）によって導体１を加工対象物３に押し付けることができる。この場合、加工対象物３は３つの導電領域１９を含み、各コア１７に導電領域１９が割り当てられている。図５と同様に、コア１７のビード１１により、コア１７が導電領域１９に接触して位置することができる。各コア１７は溶接領域１５を含み、この溶接領域１５で、導体１または導体１のコア１７が、図５と同様の方法でレーザ放射１６によって加工対象物３または加工対象物３の導電領域１９に溶接される。さらに、コア１７は、それぞれさらなる溶接領域１８を含み、この溶接領域１８は、剥離領域７におけるビード１１の領域に同様に配置され、この溶接領域１８で、コア１７を導電領域１９に同様に溶接することができる。

図５の導体１を、さらなる溶接領域１８で加工対象物３にさらに溶接することも同様に考えられる。

この場合も、導体１と加工対象物３とは、加工対象物３における導体１の配置構成２１を形成し、この配置構成２１において、導体１は加工対象物３に溶接される。特に、導体１の各コア１７が加工対象物３の導電領域１９に溶接される。加工対象物３の導電領域１９を互いに絶縁すると、例えばバッテリの様々な接触をもたらすことができる。

図９は、さらなる導体１が押付デバイス１４によって加工対象物３に押し付けられている状態を示す断面図である。図５と比べて、図９の導体１は、絶縁体５の領域、すなわち剥離領域７またはビード１１の外側で、押付デバイス１４によって押し付けられている。これは、特に、前述したようにビード１１の深さ１２が絶縁体５の厚さ１３に一致するときはいつでも可能である。導体１の第１の金属２と加工対象物３の第２の金属４との機械的接触が、それでも可能であるからである。したがって、導体１の第１の金属２を、レーザ放射１６によって溶接領域１５で加工対象物３の第２の金属４に溶接することができる。例えば図６〜図８に示すように、いくつかのコア１７を設け、各コア１７をこのプロセスによって加工対象物３の対応する導電領域１９に溶接することができる。

さらなる溶接領域１８において、ビード１１は、導体１の第１の金属２と加工対象物３の第２の金属４との間に距離２０があるように構成される。レーザ放射１６への曝露中に、第１の金属２がレーザ放射１６によって加熱されると、第１の金属２は膨張する。

図１０は、第１の金属２が溶接領域１５で第２の金属４に溶接され、第１の金属２に作用するレーザ放射１６によって第１の金属２が膨張した後の、図９の導体１および加工対象物３を示す。膨張は、導体１の第１の金属２が、その後さらなる溶接領域１８においても加工対象物３に接触して位置し、そこで同様にレーザ放射１６によって加工対象物３に溶接され得るという効果を有する。前述したように、導体１と加工対象物３とは、ここでも配置構成２１を形成する。

導体１は矩形断面を有する平坦導体を含むことができる。特に、コア１７は矩形断面を有する平坦導体であってよく、これにより、加工対象物３に位置する導体１またはコア１７の接触が向上する。

図５では、導体１がビード１１の剥離領域７で押付デバイス１４によって押し付けられている様子が示される。図９および図１０では、押付けが絶縁体５に対して行われるように、押付デバイス１４が配置されている。組み合わせて、一方の押付デバイス１４がビード１１または剥離領域７の領域で導体１を押し付け、他方の押付デバイス１４が絶縁体５の領域で導体１を押し付けることも考えられる。さらに、あるいは、より少ないまたは多い押付デバイス１４、例えば１つのみの押付デバイスまたは３つの押付デバイスを設けることも考えられる。押付デバイス１４の代わりに、空気流を使用してもよく、これによって導体１を加工対象物３に押し付ける。

溶接領域１５またはさらなる溶接領域１８で、それぞれいくつかの溶接点によって、すなわち、それぞれ複数回レーザ放射１６に曝露させることによって、第１の金属２を第２の金属４に溶接することができる。溶接点を、例えば十字形または螺旋形に配置することができる。この場合、レーザ放射１６は、第１の金属２と第２の金属４とを溶接するのに適したレーザ放射であってよい。

導体１の第１の金属２および導体１のコア１７の断面は、この場合、１ミリメートル×０．２ミリメートルであってよい。これは、図１〜図５または図９および図１０で、第１の金属２の厚さ０．２ミリメートルが示され、図６〜図８のコア１７が幅１ミリメートルで示されていることを意味する。

絶縁体５の厚さ１３は、０．１〜０．５ミリメートル、例えば０．３ミリメートルであってよい。ビード１１の深さ１２も同様にこの範囲内であってよく、例えば０．３ミリメートルであってよい。

第１の金属２は銅もしくはアルミニウムを含み、銅もしくはアルミニウムであり、または、前述した金属のレーザ溶接可能な合金を含むことができる。第２の金属４はアルミニウムまたはアルミニウムを含むレーザ溶接可能な合金を含むことができる。

本発明を好ましい例示的な実施形態を用いてより詳細に説明し図示したが、本発明は開示された例示的な実施形態によって限定されるものではない。本発明の保護の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態および本発明の説明から、その他の変形例を導出することができる。

Claims (12)

1. 第１の金属（２）を含む導体（１）を、第２の金属（４）を含む加工対象物（３）に溶接する方法であって、
   前記導体（１）の絶縁体（５）を所定の長さ（６）にわたって除去するステップと、
   前記導体（１）の剥離領域（７）にビードを形成するステップと、
   前記導体（１）を前記加工対象物（３）に押し付けるステップであって、前記導体（１）と前記加工対象物（３）との間の、前記ビードの領域に配置された溶接領域（１５）に機械的接触を生じさせるステップと、
   前記溶接領域（１５）で、前記導体（１）を前記加工対象物（３）にレーザ溶接するステップと、
   を含む方法。
2. 前記加工対象物（３）はいくつかの導電領域（１９）を含み、
   前記導体（１）はマルチコア導体（１）の一部であり、
   前記マルチコア導体（１）のすべてのコア（１７）において絶縁体（５）がそれぞれ除去され、前記マルチコア導体（１）の前記すべてのコア（１７）にビードが形成され、前記すべてのコア（１７）は押し付けられ、コア（１７）はそれぞれ導電領域（１９）に溶接される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記レーザ溶接後、前記導体（１）は、さらなる溶接領域（１８）でレーザ溶接によって前記加工対象物（３）に溶接される、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ビードを形成するステップは、前記導体（１）が最初に前記溶接領域（１５）に接触して位置し、前記さらなる溶接領域（１８）には接触して位置しないように行われ、
   前記溶接領域（１５）における前記レーザ溶接中の熱膨張は、前記導体（１）が、次に前記さらなる溶接領域（１８）に接触して位置するように変形するという効果を有する、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記ビードの深さが前記絶縁体（５）の厚さ（１３）に略一致する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記導体（１）は矩形断面を有する平坦導体である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記押し付けるステップは、前記導体（１）の剥離領域（７）で行われる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記押し付けるステップは、前記導体（１）の剥離領域（７）の外側で行われる、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記溶接領域（１５）でレーザ溶接するステップは、いくつかの溶接点によって行われる、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ビードを形成するステップは、ドロップ鍛造によって行われる、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 加工対象物（３）における導体（１）の配置構成（２１）であって、
    前記導体（１）は第１の金属（２）を含み、前記加工対象物（３）は第２の金属（４）を含み、
    前記導体（１）と前記加工対象物（３）とは溶接領域（１５）で溶接され、前記導体（１）は前記溶接領域（１５）において絶縁体が剥離され、前記導体（１）は前記溶接領域（１５）にビードを含む、
    配置構成。
12. 前記ビードの深さが、前記溶接領域（１５）の外側にある前記導体（１）の絶縁体（５）の厚さ（１３）に略一致する、
    請求項１１に記載の配置構成（２１）。

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