JP4272985B2 - 溶接するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の上位概念部に記載したような、溶接するための方法から出発する。

溶接エネルギをレーザによって供給する、構成部材を溶接するための方法が、既に公知である。この場合、レーザ光線を、透過性の構成部材を透過するように、レーザ光線を吸収する第２の構成部材に向ける、いわゆる透過放射・溶接方法も公知である。吸収によってこの領域は、材料が溶融されるまで強く加熱される。溶融物が、透過性の構成部材の材料に接触すると、この材料も溶融され、したがって両構成部材が溶接される。吸収性の材料の溶融物と透過性の材料との接触を保証するために、両構成部材は溶接に際して押し合わされる。間隔は、溶接距離の測定と供給されるエネルギの調整とによって調節されるか、または溶接開始後の、この場合に使用される力に依存して調節される。

発明の利点
これに対して、独立請求項の特徴部に記載したように構成された本発明による方法は、溶接中の両構成エレメントの間隔がストッパによって予め規定されているという利点を有している。したがって、溶接された状態の両構成部材の間隔は、両構成部材を溶接中に押し合わせた力には依存していない。溶融領域において両構成部材が互いに所定の角度を有している場合、余分な溶融された材料が、規定されて溶融領域の片側へ案内され得る。こうして、溶接箇所の品質が高められる。

ストッパは、選択的に溶接シームの片側だけにまたは溶接シームの両側に形成されていてよい。本発明による方法は、ケーシング、特に電子的な構成素子のためのケーシングを形成している構成部材を互いに溶接するのに特別に適している。

図面
本発明の実施例が図面に示されていて、以下の実施例の説明で詳しく説明される。図１および図２には本発明による方法の第１実施例が、図３および図４には本発明による方法の第２実施例が、図５および図６には本発明による方法の第３実施例が、図７および図８には本発明による方法の第４実施例が示されている。

実施例の説明
図１には、構成部材を溶接するための、本発明による方法の第１実施例が、構成部材の横断面図によって示される。図１には溶接前の状態が示され、図２には溶接後の状態が示される。

図１の横断面図には、第１の構成部材１および第２の構成部材２が示される。第１の構成部材１については、特にケーシング蓋部が想定され、第２の構成部材２については、特にケーシング底部が想定される。第１の構成部材１は、力矢印３によって示されるように、第２の構成部材２に押し付けられる。次いで、互いに押し合わされた状態で、レーザ光線４が、構成部材１を透過するように構成部材２に向けられる。構成部材１は、レーザ光線に対して透過性の材料から成っている。すなわち、構成部材１の材料における、レーザ光線４からのエネルギの吸収は、小さいかまたは僅かにすぎないに等しい。構成部材２は、レーザ光線４を強く吸収する材料から成っている。この吸収によって強く加熱される。なぜならば、レーザ光線のエネルギは、構成部材２の僅かな体積に吸収されるからである。構成部材１，２はそれぞれ溶融領域５を有している。この溶融領域５は、本来の溶接部のために溶解される領域であり、すなわち、材料が溶解によって互いに混合され、かつこれにより本来の溶接結合部を形成する、構成部材１，２の領域である。これらの領域は、本来の溶接の前か後かにはかかわりなく、溶融領域５と呼ばれる。

構成部材１および構成部材２のための材料として、特にプラスチックが考慮の対象になる。このようなプラスチックの場合、適宜な添加剤によって、特に赤外線領域のレーザ光線に対して、次のことが達成され得る。すなわち、一方のプラスチック材料が赤外線レーザ光線のエネルギをほとんど吸収しないのとは対照的に、他方の材料が赤外線レーザのエネルギを強く吸収することが、達成され得る。

強く吸収する構成部材２の溶融領域５にレーザ光線が入射する際、多量の熱量がこの溶融領域５にもたらされる。したがって、下側の構成部材２の材料が溶融し始める。この液状の溶融物が、上側の構成部材１の溶融領域５に接触すると、上側の構成部材１も前記溶融領域５において溶解される。このことは、構成部材１，２が溶接プロセス中に互いに押し合わされ、ひいては下側の構成部材２の溶融された材料が上側の構成部材１に接触することによって、達成される。場合によってはまだ存在している僅かなギャップは、毛管力によって橋絡される。溶融領域５における構成部材１，２の材料の溶解によって、完全混合が起こり、最終的には本来の溶接結合部が形成される。この溶接結合部７は、図２には横断面が示される。このように形成された溶接結合部７によって、構成部材１と構成部材２とが互いに堅固に結合される。溶接結合部７が環状の溶接シームとして形成される場合、構成部材１，２の、ハーメチックシール作用を有する結合部が形成される。特に、ここではケーシング底部として形成されている構成部材２は、大きい切欠１１を有していてよく、この切欠１１内に、溶接前に実装すべき構成エレメント、特に電子的な切換回路が配置され得る。

溶接に際して構成部材１，２が、十分に大きい力で互いに押し合わされる場合、溶融された材料は、溶接領域５から側方へ押し出される。したがって力３に依存して、溶接結合部７の幾何学的な形状と、ひいては溶接された状態の両構成部材１，２の相互間隔とが、変化させられる。したがって本発明によれば、溶接中の両構成部材１，２の、力３の方向における移動を制限するストッパ６を設けることが、提案される。図１および図２では、ストッパ６は、第１の構成部材１と第２の構成部材２との、対応する段状の構成によって形成される。この場合、段状の突出部は、溶接前に構成部材１，２がまず溶融領域５において重なり合うように寸法設計されている。次いで、レーザエネルギが溶融領域５に放射されると、溶解された材料の少量が側方へ押し退けられ、段状のストッパが重なり合う。次いで冷却後、構成部材１，２は、溶接結合部７の隣に位置するストッパ６に当て付けられている。このストッパ６は、レーザ入射によってストッパ６の軟化とひいては場合によってはこの領域の変形可能性とが生じないことを保証するために、幾何学的に溶融領域５の隣に配置されている。

本発明による方法の別の実施例が、図３および図４において説明される。参照符号１，２，３，４，５，７および１１によって、図１および図２における対象物と同じ対象物が再び示され、これらの対象物も同じ機能を引き受けている。しかしながら図１および図２とは異なって、図３および図４では、多数のストッパ６が設けられている。この場合特に、ストッパ６は溶融領域５の片側にしか配置されていないのではなく、溶融領域５の両側に配置されている。外側の領域にストッパ６が設けられており、これらのストッパは溶接領域５のすぐ隣に配置されている。構成部材１，２の中心領域には、さらなる中央のストッパ６が設けられており、このストッパ６は、溶接領域５から比較的遠くに配置されている。前記中央のストッパ６によって、特に、溶接過程中の構成部材１の変形が制限される。これは特に、構成部材１，２がケーシングを形成しており、かつこのケーシング内に含まれている中空室１１が、横方向の大きい長さを有している場合、重要である。この事例では、第１の構成部材１は、やはり横方向の大きい長さを有している蓋部として形成されている。蓋部を形成しているこの構成部材１は、横方向の長さに比較して、その厚さが比較的に薄く形成されている。したがって、溶接過程中の力３の導入によって、蓋部を形成している前記構成部材１の変形が起こり得る。さらにこの構成部材１は溶接後、力３がもはや構成部材１に作用しない時に、再びもとの形をとろうとするであろう。この場合、構成部材１，２において、溶接結合部７を負荷する機械的応力が生ぜしめられるであろう。中心領域におけるストッパ６によって溶接中の構成部材１の変形が制限されるので、この手段によって、完成されたケーシングにおける機械的応力も減少される。

図５および図６には、本発明による方法のさらに別の実施例が示される。参照符号１，２，３，４，７および１１によって、上記の図における対象物と同じ対象物が再び示され、これらの対象物も、同じ機能を引き受けている。しかしながら、ここでも再び１つの相違点が、溶融領域５とストッパ６との構成によって得られる。図５に示されているように、構成部材１は単純に、構造化されていないプレート表面を備えたプレート状の構成エレメントとして形成されている。第２の構成部材２は溶融領域５を有しており、この溶融領域５は、溶融領域５のすぐ近くにこの溶融領域５の両側で配置されているストッパに比較して、所定の隆起部を形成している。この隆起部の高さは、図５には誇張して示されていて、現実には、どのような深さまでレーザ光線４が第２の材料を溶解するかによって実質的に左右される。図６には、完全に溶接された構成エレメントの横断面が示される。この場合、第１の構成部材１が、図５において構成部材２のストッパ６によって形成された平面にほぼぴったりと当て付けられていることがわかる。溶接結合部７は前記平面を起点として、僅かに構成部材１，２に食い込むように延在している。図５および図６に示した方法における利点は、第１の構成部材１の単純な構成にあり、この第１の構成部材１は、特に、単一のプレートとして形成されていてよい。

図７および図８には、本発明による方法のさらに別の実施例が示される。参照符号１，２，３，４，５，６，７，１１によって、図１および図２における対象物と同じ対象物が再び示され、これらの対象物も同じ機能を果たす。しかしながら図１とは異なって、構成部材２の溶融領域５は、構成部材１の溶融領域５に対して平行には形成されておらず、所定の角度を有している。この角度によって、下側の構成部材２と上側の構成部材１との溶融された材料が、構成部材１，２の押し合わせによって規定されて側方へ外側に移動させられることが達成される。これは図８では溶接材料滴１２によって示され、この溶接材料滴１２は溶接中に側方へ溶接結合部７から押し出されたものである。構成部材２の溶融領域５の斜め面取り部によって、余分な溶融された材料の有利な流出が側方に生ぜしめられたのである。

もちろん、両溶融領域５、すなわち構成部材１と構成部材２とにおける両溶融領域５を斜め面取りして形成することも、特に両溶融領域５が力３の方向に対して直角を成さないように形成することも、可能である。このことによって、溶融された材料の側方への追出しがさらに強化される。さらに、溶融領域５の構成の前記形状は、技術的に、ストッパ６が形成されなくても有利である。なぜならば、まだ溶接されていない構成部材１，２の、斜めに面取りされた溶融領域によって、いかなる場合でも、余分な溶融された材料の側方への流出が保証されるからである。しかも両手段、すなわちストッパ６と溶融領域５の斜めに面取りされた構成とは、構成部材１，２の溶接部の品質改善に寄与する。このことは特に、電子的な構成素子の実装の分野で所望される。なぜならばこの分野では、電子的な構成素子用のケーシングのための溶接結合部の品質に、極めて高度の要求が課せられるからである。

本発明による方法の第１実施例の、溶接前の状態を示す図である 本発明による方法の第１実施例の、溶接後の状態を示す図である 本発明による方法の第２実施例の、溶接前の状態を示す図である 本発明による方法の第２実施例の、溶接後の状態を示す図である 本発明による方法の第３実施例の、溶接前の状態を示す図である 本発明による方法の第３実施例の、溶接後の状態を示す図である 本発明による方法の第４実施例の、溶接前の状態を示す図である 本発明による方法の第４実施例の、溶接後の状態を示す図である

Claims (5)

1. 第１の構成部材（１）を第２の構成部材（２）に溶接するための方法であって、第１および第２の構成部材（１，２）の溶融領域（５）を溶融するためのエネルギを、レーザ光線によって提供し、レーザ光線（４）を、第１の構成部材（１）を透過するように第２の構成部材（２）に向け、両構成部材（１，２）を、溶接開始から互いに押し合わせ、この場合、第１の構成部材（１）が、レーザ光線（４）のエネルギを弱くしか吸収しない材料から成っており、かつ第２の構成部材（２）が、レーザ光線（４）のエネルギを強く吸収する材料から成っている方式のものにおいて、両構成部材（１，２）が、溶接前の溶接領域（５）において、互いに所定の角度を成しているようにし、該角度によって、溶接に際して、溶融された材料の有利な流出を溶接領域（５）の片側で生ぜしめることを特徴とする、溶接するための方法。
2. 溶接された状態の第１および第２の構成部材（１，２）によって、ケーシングを形成する、請求項１記載の方法。
3. 前記ケーシングが、電子的な構成素子のためのケーシングである、請求項１記載の方法。
4. 両構成部材（１，２）のための材料としてプラスチックを使用し、かつさらなる材料をプラスチックに添加することによって、異なる吸収特性を調節する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 溶融領域（５）の外側に、少なくとも１つのストッパ（６）を設け、該ストッパ（６）によって、両構成部材（１，２）の互いに向かっての移動を制限する、請求項１記載の方法。

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