JP3225670U - 接合組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】銅材料の部品間のレーザによる溶接品質を低コストで向上させる接合組立体を提供する。【解決手段】第１の部品１０１と第２の部品３０１とを有する接合組立体であって、第１の部品の上面に被覆２０２が設けられ、被覆の反射率が第１の部品の上面の反射率より低く、第２の部品と第１の部品とは別々に成形されてレーザ溶接により接合されている。被覆によりレーザ光が部分的に吸収され、レーザの利用率が向上し、溶接品質を向上させる。【選択図】図５

Description

本出願は、接合組立体に関し、より詳細には、レーザ溶接で使用するための接合組立体に関する。

レーザ溶接技術は、加工物に衝撃を与えるエネルギー源としてレーザビームを使用することにより、溶接の目的を達成する技術である。レーザ溶接により、溶接プロセスにおける熱伝導によって生じる変形を低減させ、工具の摩耗を低減させることができる。レーザビームを非常に小さい領域に集中させることができ、小さく密接した部分を溶接することができる。レーザ溶接は多くの利点を有するため、様々な分野で広く使用されている。例えば、電池製造の分野において、電池内の導電性材料を溶接するために適用される。銅は、電池内の一般的な導電性材料である。銅材料をレーザにより溶接すると、溶接点が深くまたは浅くなりすぎる傾向があるため、溶接品質が安定しない。本出願は、この問題を解決する。

本出願の態様によれば、上面に被覆を備える第１の部品であって、被覆の反射率が第１の部品の上面の反射率より低い第１の部品と、第２の部品とを備え、第２の部品と第１の部品とは別々に成形されて溶接により接合されている、接合組立体が提供される。

接合組立体の実施形態によれば、被覆はインクジェットプロセスにより施されている。

接合組立体の実施形態によれば、被覆は被覆プロセスにより施されている。

接合組立体の実施形態によれば、被覆は印刷プロセスにより施されている。

接合組立体の実施形態によれば、被覆は光吸収材料から形成されている。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品は銅材料から形成されている。

接合組立体の実施形態によれば、第２の部品は銅材料から形成されている。

接合組立体の実施形態によれば、接合組立体は、電池内の導電性材料を接続するように構成されている。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品はフラットケーブルの銅芯である。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品と第２の部品との間に１つまたは複数の溶接接合点が形成されている。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品と第２の部品との間の溶接接合跡が直線状である。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品と被覆とは共に、被覆された第１の部品を形成し、被覆された第１の部品は８５％以下のレーザ反射率を有する。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品と被覆とは共に、被覆された第１の部品を形成し、被覆された第１の部品は８３％以下のレーザ反射率を有する。

接合組立体の実施形態によれば、被覆はインクから形成されている。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品が第２の部品に溶接され接合される前に、被覆は均一の厚みを有する。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品が第２の部品に溶接され接合される前に、被覆は第１の部品の上面で連続的に広がるように施される。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品が第２の部品に溶接され接合される前に、被覆は第１の部品の上面に完全に付着する。

接合組立体の実施形態によれば、第１の部品が第２の部品に溶接され接合された後に、被覆の少なくとも一部が第１の部品の上面に非連続的に設けられる。

本出願により提供される解決策により、銅材料から形成された部品間の溶接品質を低コストで向上させる。

本出願の被覆された第１の部品の底面図である。 本出願の被覆された第１の部品の上面図である。 図２の被覆された第１の部品の側面図である。 本出願の第２の部品の上面図である。 本出願の被覆された第１の部品および第２の部品の側面図である。 本出願の溶接方法のフローチャートである。

以下で、本明細書の一部をなす添付図面を参照しながら、本出願の様々な特定の実施形態について説明する。本明細書において「前」、「後」、「上」、「下」、「左」、「右」などの方向を示す用語を使用して、本出願の様々な構造部分および要素の例を説明するが、本明細書で使用されるこれらの用語は、説明の便宜上のものに過ぎず、図に示す向きの例に基づいて決定されていると理解されたい。本明細書に開示された実施形態は異なる向きで提示されることがあるため、これらの方向を示す用語を限定ではなく単なる例示とみなすべきである。

図１は、第１の部品１０１の下面を示す、本出願の被覆された第１の部品の底面図である。第１の部品１０１は第１の溶接領域１０３を有し、第１の部品１０１の第１の溶接領域１０３により画定された範囲をレーザビームに晒すことによって、第１の部品１０１は第２の部品に溶接される。第１の部品１０１の下面は、第１の部品１０１の本体と同じ材料を有する。

図２は、本出願の被覆された第１の部品の上面図であり、図３は、図２の被覆された第１の部品の側面図である。図２および図３に示すように、第１の部品１０１の上面に被覆２０２が設けられて、被覆された第１の部品２０１を形成する。溶接すべき部品としての被覆された第１の部品２０１は、第２の部品に溶接されるように構成されている。被覆２０２は第１の部品１０１上に位置し、被覆２０２の面積は第１の溶接領域１０３の面積と略等しい。すなわち、レーザと被覆された第１の部品２０１との接触点が、被覆２０２により画定された範囲内に入るように、被覆２０２を第１の溶接領域に位置合わせすることができる。被覆２０２は、光吸収材料から形成され、第１の部品１０１の上面より低いレーザ反射率を有する。レーザは、被覆２０２に照射されると、被覆２０２により部分的に吸収され、被覆された第１の部品２０１の表面のレーザ反射率が低下する。これにより、レーザの利用率が上昇するため、溶接品質を向上させることができる。本出願の実施形態において、被覆２０２は矩形である。他の実施形態において、レーザと被覆された第１の部品２０１との接触点が被覆２０２の範囲内にあるように被覆２０２が第１の部品１０１の溶接すべき領域を覆うことができれば、被覆２０２は任意の形状であってよい。被覆２０２は均一な厚みを有し、第１の部品１０１に完全に付着するため、溶接前に被覆２０２が第１の部品１０１から容易に剥がれ落ちることはない。すなわち、作業者が被覆された第１の部品２０１を定期的に移動させひっくり返す間、被覆２０２は常に第１の部品１０１に取り付けられている。被覆２０２は、第１の部品１０１の上面で連続的に広がるように配置される。すなわち、被覆２０２は、第１の部品１０１の上面に均一に分布され、第１の溶接領域１０３を覆うことができる。被覆された第１の部品２０１のレーザ反射率は、８５％以下、より好ましくは８３％以下とする必要がある。本明細書で使用されるとき、反射率とは、被覆された第１の部品２０１の、被覆を含む領域のレーザ反射率を指す。一実施形態において、被覆２０２は黒色または暗色インクから形成される。一実施形態において、被覆２０２は、第１の部品１０１の上面にインクドットを密集して噴霧することにより被覆を形成するインクジェットプリンタからのインクジェットにより施される。別の実施形態において、被覆２０２は被覆プロセスにより施され、この被覆プロセス中、作業者または自動化装置が、被覆工具を使用して第１の部品１０１の表面にインクをつけて覆うことにより、被覆２０２を形成する。さらに別の実施形態において、被覆２０２は印刷プロセスにより施され、この印刷プロセス中、印刷デバイスにより黒色インクが第１の部品１０１の上面に印刷される。

図１および図２に示すように、本出願において、被覆２０２は第１の部品１０１の上面に設けることのみが必要とされており、第１の部品１０１の下面に設けることは必要とされていない。

図４は、本出願の第２の部品の上面図である。図４に示すように、第２の部品３０１は第２の溶接領域３０３を有し、第１の部品１０１と第２の部品３０１の間の溶接接合点が第１の溶接領域１０３および第２の溶接領域３０３の双方により画定された範囲内、つまり、被覆２０２で画定された範囲内となるように、第２の溶接領域３０３を第１の溶接領域１０３と位置合わせすることができる。

図５は、本出願の被覆された第１の部品および第２の部品の側面図である。図５に示すように、第１の部品１０１と第２の部品３０１とは共に接合組立体を構成し、第１の部品１０１と第２の部品３０１とは別々に独立して成形される。被覆された第１の部品２０１を第２の部品３０１に溶接したいときには、被覆された第１の部品２０１を第２の部品３０１に重ね合わせる。すなわち、第１の部品１０１の第１の溶接領域１０３が第２の部品の第２の溶接領域３０３に位置合わせされ、第１の部品１０１の下面が第２の部品３０１の上面に接触する。被覆された第１の部品２０１の上方から、レーザビームを矢印５０５で示す方向に下方へ照射することにより、レーザビームは被覆２０２に接触し、部分的に吸収される。第１の部品１０１および第２の部品３０１はレーザビームの方向のエネルギーを吸収することによって溶融するため、第１の部品１０１の上面と第２の部品３０１の下面との間に接合部が形成され、第１の部品１０１は第２の部品３０１に溶接される。溶接作業は、１つの溶接接合点を形成するための１回の溶接であっても、複数の溶接接合点を形成するための複数回の溶接であってもよい。１回の溶接の完了後、レーザビームの位置を移動させ、レーザ溶接作業を繰り返すことにより、第１の部品１０１と第２の部品３０１との間に複数の溶接接合点が形成される。すべての溶接接合点は、第１の溶接領域１０３および第２の溶接領域３０３の両方により画定される範囲内に位置する。溶接作業は連続溶接であってよい。すなわち、第１の部品１０１と第２の部品３０１との間の溶接接合跡が直線状になるような速度でレーザビームを移動させる。溶接の完了後、被覆２０２の一部が第１の部品１０１の上面から剥がれ落ち、または消失し、別の部分が第１の部品１０１の上面に残る。すなわち、レーザビームの照射箇所に近い被覆２０２の部分は、レーザエネルギーの影響を受けるため、溶接後に第１の部品１０１の上面から剥がれ落ちる、または消失するが、レーザビームの照射箇所から離れた被覆２０２の部分は、溶接後に第１の部品１０１の上面に残る。

以下の表１は、本出願の被覆された部品のレーザ溶接と被覆されていない銅部品間のレーザ溶接とに関する試験データを示す。

上記の表に示すように、本出願では、部品は被覆された後に溶接される。被覆されていない銅を直接溶接する場合と比較して、部品の被覆処理後に溶接された部品間の引張強度が高く、すなわち、溶接が強力である。さらに、部品の被覆後に溶接された部品の工程能力指数（ＣＰＫ）が高い、すなわち工程能力が高いため、品質および信頼性の高い製品を安定して製造することができる。被覆されていない銅部品を直接溶接する場合と比較して、本出願のレーザ溶接方法は顕著な利点を有する。

本出願の実施形態において、第１の部品１０１は可撓性フラットケーブルの銅芯であり、第２の部品３０１はブスバーである。可撓性フラットケーブルは、電池内で導電性部品を接続するために使用され、可撓性フラットケーブルの銅芯をブスバーに溶接して、可撓性フラットケーブルがブスバーと電気通信できるようにする必要がある。銅芯は、より小さい面積と薄い厚みを有する銅板であり、レーザ溶接プロセスをより小さい部品に適応させることができる。銅材料から形成された部品間の溶接にレーザ溶接プロセスを使用するときに、溶接品質が影響を受けやすく、例えば、溶接点が深くまたは浅くなりすぎる。これは、被覆されていない銅の表面のレーザ反射率が高いからである。この問題を解決するために、解決策の１つは、銅材料の部品の表面にニッケルめっきなどのめっきを加えることにより、溶接品質を向上させることである。しかしながら、銅材料の部品の表面におけるめっきプロセスは複雑でコストが高い。本出願では、第１の部品１０１の表面に被覆を加えることにより、簡単なプロセスおよび低コストでレーザ溶接に関連する問題を改善して、実際の適用の要件を満たす。

本実施形態において、第１の部品１０１および第２の部品３０１の両方が、被覆されていない銅から形成されており、溶接の完了後、第１の部品１０１と第２の部品３０１との接合点の材料は、第１の部品１０１および第２の部品３０１の材料と同じであり、他の材料を導入することはない。すなわち、第１の部品１０１と第２の部品３０１との間の電気伝導が、より電気伝導性能の高い銅材料により達成される。しかしながら、第１の部品１０１にめっきを加えることにより溶接を向上させる解決策では、第１の部品１０１のめっきが第２の部品３０１に接触するため、溶接の完了後、第１の部品１０１と第２の部品３０１との接合部におけるめっきを含む材料が、第１の部品１０１と第２の部品３０１との間の電気伝導性および溶接安定性に影響を与えることがある。

図６は、本出願の溶接方法のフローチャートである。溶接方法は以下のステップを含む。

第１の部品１０１の上面に被覆２０２を形成することにより、被覆された第１の部品２０１を形成するステップ６０１。

被覆２０２を有する第１の部品２０１の下面を第２の部品３０１の上面に密着させ、被覆２０２を溶接すべき位置に位置合わせするステップ６０２。

第１の部品１０１の被覆２０２から第２の部品３０１へ向かう方向にレーザビームを照射することにより、第１の部品１０１と第２の部品３０１とを溶接するステップ６０３。

ステップ６０３において、第１の部品１０１と第２の部品３０１との間に１つまたは複数の溶接接合部を形成することができるように、レーザビームを一度、または異なる位置に複数回照射してもよく、あるいは、第１の部品１０１と第２の部品３０１との間に連続した直線状の溶接接合跡を形成することができるような速度でレーザビームを移動させてもよい。

本明細書において本開示のいくつかの特徴のみを図示し説明したが、当業者は多くの修正および変更を行うことができる。したがって、添付の実用新案登録請求の範囲は、本開示の本質的な趣旨に含まれるそのような修正および変更のすべてを包含するものであることを理解されたい。

Claims (18)

1. 上面に被覆（２０２）を備える第１の部品（１０１）であって、前記被覆（２０２）の反射率が前記第１の部品（１０１）の前記上面の反射率より低い第１の部品（１０１）と、
   第２の部品（３０１）とを備え、
   前記第２の部品（３０１）と前記第１の部品（１０１）とは別々に成形されて溶接により接合されている、接合組立体。
2. 前記被覆（２０２）はインクジェットプロセスにより施されている、請求項１に記載の接合組立体。
3. 前記被覆（２０２）は被覆プロセスにより施されている、請求項１に記載の接合組立体。
4. 前記被覆（２０２）は印刷プロセスにより施されている、請求項１に記載の接合組立体。
5. 前記被覆（２０２）は光吸収材料から形成されている、請求項１に記載の接合組立体。
6. 前記第１の部品（１０１）は銅材料から形成されている、請求項１に記載の接合組立体。
7. 前記第２の部品（３０１）は銅材料から形成されている、請求項１に記載の接合組立体。
8. 前記接合組立体は、電池内の導電性材料を接続するように構成されている、請求項１に記載の接合組立体。
9. 前記第１の部品（１０１）はフラットケーブルの銅芯である、請求項１に記載の接合組立体。
10. 前記第１の部品（１０１）と前記第２の部品（３０１）との間に１つまたは複数の溶接接合点が形成されている、請求項１に記載の接合組立体。
11. 前記第１の部品（１０１）と前記第２の部品（３０１）との間の溶接接合跡が直線状である、請求項１に記載の接合組立体。
12. 前記第１の部品（１０１）と前記被覆（２０２）とは共に、被覆された第１の部品（２０１）を形成し、前記被覆された第１の部品（２０１）は８５％以下のレーザ反射率を有する、請求項１に記載の接合組立体。
13. 前記第１の部品（１０１）と前記被覆（２０２）とは共に、被覆された第１の部品（２０１）を形成し、前記被覆された第１の部品（２０１）は８３％以下のレーザ反射率を有する、請求項１に記載の接合組立体。
14. 前記被覆（２０２）はインクから形成されている、請求項１に記載の接合組立体。
15. 前記第１の部品（１０１）が前記第２の部品（３０１）に溶接され接合される前に、前記被覆（２０２）は均一の厚みを有する、請求項１に記載の接合組立体。
16. 前記第１の部品（１０１）が前記第２の部品（３０１）に溶接され接合される前に、前記被覆（２０２）は前記第１の部品（１０１）の前記上面で連続的に広がるように施される、請求項１に記載の接合組立体。
17. 前記第１の部品（１０１）が前記第２の部品（３０１）に溶接され接合される前に、前記被覆（２０２）は前記第１の部品（１０１）の前記上面に完全に付着する、請求項１に記載の接合組立体。
18. 前記第１の部品（１０１）が前記第２の部品（３０１）に溶接され接合された後に、前記被覆（２０２）の少なくとも一部が前記第１の部品（１０１）の前記上面に非連続的に設けられる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の接合組立体。

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