JP5191629B2

JP5191629B2 - 溶接方法

Info

Publication number: JP5191629B2
Application number: JP2005130105A
Authority: JP
Inventors: 秀政長嶺
Original assignee: NAG SYSTEM CO., LTD.
Current assignee: NAG SYSTEM CO., LTD.
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: JP2006305591A

Description

本発明は、溶接方法に係り、より詳しくは、絶縁板を間として両面に重ね合わせた第１金属部材と第２金属部材とを電気的に接続する際の溶接方法に関する。

従来、電子部品において、絶縁板を間として銅箔等の第１金属部材と第２金属部材とを両面に重ね合わせたものが存在する。このような電子部品では、第１金属部材と第２金属部材とを電気的に接続する場合があるが、これらを溶接により直接的に接続するのは非常に困難であった。そこで、従来、絶縁板の両面の第１金属部材と第２金属部材とを電気的に接続するには、絶縁板に貫通孔を形成し、その貫通孔に金属製の接合部材を挿通して、かしめる方法がとられていた。また、他の方法として、半田付けによる方法や、絶縁板に形成した貫通孔に導電性ペーストを充填し、この導電性ペーストを経由して絶縁板の両面に重ね合わせた第１金属部材と第２金属部材とを電気的に接続する方法も行なわれていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２０９１４８号公報

しかしながら、絶縁板の貫通孔に金属製の接合部材を挿通してかしめる従来の接続方法では、接合不良が多かった。また、インピーダンスや抵抗のばらつきも大きく、品質が安定しなかった。また、従来では、絶縁板に貫通孔を形成する工程と、貫通孔に金属製の接合部材を挿通してかしめる工程とは、極めて短時間に連続的に行なうことが困難であった。これにより、製造時の作業時間の短縮を図ることが困難であった。また、上記特許文献１のような導電性ペーストを用いる方法でも、同様に、絶縁板に貫通孔を形成する工程や、貫通孔に導電性ペーストを充填する工程等を、極めて短時間に連続的に行なうことが困難であった。
そこで、本発明は、絶縁板の両面に重ね合わせた第１金属部材と第２金属部材とを電気的に接続した部品の品質を安定かつ向上させると共に、製造時の作業時間を短縮し得る溶接方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る溶接方法は、熱可塑性の樹脂絶縁板を間として両面に第１金属部材・第２金属部材を重ね合わせた状態であって未溶接の積層平板状部品を、断面倒立略Ｕ字型であって先端球面状である下方の第１電極と、断面略Ｕ字型であって先端球面状である上方の第２電極との間に搬送し、加熱用交流電源にて上記第１電極と上記第２電極の夫々に加熱用電流を流して、加熱状態とした上記第１電極を下方から、及び、加熱状態とした上記第２電極を上方から、上記積層平板状部品の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極と上記先端球面状の第２電極の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第１接合予定部位において上記第１金属部材に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材の小円形状低突隆部と上記第２金属部材の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第１接合予定部位にて微小面積をもって点接触状態として、その直後、上記加熱用交流電源とは異なる別の電源部から上記第１電極と上記第２電極に抵抗溶接用の電流を流し、該第１金属部材と該第２金属部材の上記第１接合予定部位を微小面積の点接触状態で抵抗溶接し、次に、上記第１電極と上記第２電極を上記第１接合予定部位から分離して移動させ、上記加熱用交流電源にて上記第１電極と上記第２電極の夫々に加熱用電流を流して、加熱状態とした上記第１電極を下方から、及び、加熱状態とした上記第２電極を上方から、上記積層平板状部品の他の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極と上記先端球面状の第２電極の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第２接合予定部位において上記第１金属部材に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材の小円形状低突隆部と上記第２金属部材の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第２接合予定部位にて微小面積をもって点接触状態として、その直後、上記電源部から上記第１電極と上記第２電極に抵抗溶接用の電流を流し、該第１金属部材と該第２金属部材の上記第２接合予定部位を微小面積の点接触状態で抵抗溶接する方法である。
また、断面倒立略Ｕ字型であって先端球面状である下方の第１電極と、断面略Ｕ字型であって先端球面状である上方の第２電極の各々に電気ヒータを付設し、熱可塑性の樹脂絶縁板を間として両面に第１金属部材・第２金属部材を重ね合わせた状態であって未溶接の積層平板状部品を、上記第１電極と上記第２電極との間に搬送し、上記電気ヒータにて加熱状態とした上記第１電極を下方から、及び、上記電気ヒータにて加熱状態とした上記第２電極を上方から、上記積層平板状部品の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極と上記先端球面状の第２電極の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第１接合予定部位において上記第１金属部材に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材の小円形状低突隆部と上記第２金属部材の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第１接合予定部位にて微小面積をもって点接触状態として、電源部から上記第１電極と上記第２電極に抵抗溶接用の電流を流し、該第１金属部材と該第２金属部材の上記第１接合予定部位を微小面積の点接触状態で抵抗溶接し、次に、上記第１電極と上記第２電極を上記第１接合予定部位から分離して移動させ、上記電気ヒータにて加熱状態とした上記第１電極を下方から、及び、上記電気ヒータにて加熱状態とした上記第２電極を上方から、上記積層平板状部品の他の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極と上記先端球面状の第２電極の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第２接合予定部位において上記第１金属部材に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材の小円形状低突隆部と上記第２金属部材の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第２接合予定部位にて微小面積をもって点接触状態として、上記電源部から上記第１電極と上記第２電極に抵抗溶接用の電流を流し、該第１金属部材と該第２金属部材の上記第２接合予定部位を微小面積の点接触状態で抵抗溶接する方法である。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る溶接方法は、インピーダンスや抵抗のばらつきを小さくすることができ、品質を安定かつ向上させることができる。
また、樹脂絶縁板を軟化しつつ周囲へ追いやる工程と、第１金属部材と第２金属部材とを抵抗溶接する工程との２工程を、極めて短時間に連続して行なうことができ、製造時の作業時間を短縮することができる。また、作業に必要な装置が複雑になることもない。また、第１電極と第２電極とを加熱状態にするための構造を簡単にすることができる。

また、第１電極と第２電極とを加熱状態にするための電気回路と、第１電極と第２電極に電流を流して抵抗溶接するための電気回路とを完全に独立させることができ、安全性の高い溶接方法とすることができる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１に於て、本発明の実施の一形態に係る溶接方法は、熱可塑性の樹脂絶縁板１を間として両面に第１金属部材２・第２金属部材３を重ね合わせた部品10について、抵抗溶接により、第１金属部材２と第２金属部材３とを電気的に接続する方法である。
具体的には、本実施形態に係る溶接方法は、図２に於て示すように、例えばクレジットカード用のＩＣにアンテナがついた部品10を製造する際に用いられる。ここで、部品10の一方面側に配設される第１金属部材２，２は、アンテナとなる部材であり、帯状の銅箔にて形成されている。また、第１金属部材２，２の端部であると共に他方面側の第２金属部材３と電気的に接続する接合予定部位Ａ₁, Ａ₂では、第１金属部材２の形状は略丸型となっている。
また、部品10の他方面側に配設される第２金属部材３は、例えば厚さ20μm 〜40μm の銅箔にて形成されている。また、部品10の熱可塑性の樹脂絶縁板１は、例えば、ＰＥＴ材（ポリエチレンテレフタレート）により形成されている。

20は、図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る溶接方法を行なうための溶接装置を示す。この溶接装置20は、倒立略Ｕ字型の第１電極５と略Ｕ字型の第２電極６とを備えている。第１電極５と第２電極６は、部品10を間とするように上下に対向配置され、相互に接近離間自在（図１の矢印Ｂ方向）に構成されている。また、第１電極５と第２電極６とは、電気抵抗が大きな金属にて形成されている。また、第１電極５と第２電極６は、抵抗溶接するための電流Ｉ₀を流す電源となると共に制御を行なう電源部８と、電気的に接続されている。また、第１電極５と第２電極６は、夫々、交流の電源７と電気的に接続されている。これにより、第１電極５・第２電極６に、夫々、抵抗溶接とは異なる別の電源７，７からの電流Ｉ₁，Ｉ₂を流して第１電極５・第２電極６を加熱状態とすることができるように構成されている。

次に、図１，図３〜図８を参照して、上述した溶接装置20を用いた溶接方法について具体的に説明する。
まず、図１及び図３に於て示すように、熱可塑性の樹脂絶縁板１を間として両面に第１金属部材２・第２金属部材３を重ね合わせた状態でかつ未溶接の部品10を、図示省略の搬送手段にて溶接装置20の第１電極５と第２電極６との間に搬送する。
次に、電源７，７にて第１電極５と第２電極６に電流Ｉ₁，Ｉ₂を流して加熱状態とする。そして、図４に於て示すように、加熱状態の第１電極５と第２電極６とを押圧して（図４の矢印Ｆ方向）、接合予定部位Ａ₁において樹脂絶縁板１を軟化しつつ周囲へ追いやる（図４の矢印Ｄ方向）。

そして、第１金属部材２と第２金属部材３とを接合予定部位Ａ₁にて接触状態として、その直後に、図１及び図５に於て示すように、電源部８から電流Ｉ₀を流し（図５の矢印Ｉ₀方向）、第１金属部材２と第２金属部材３とを抵抗溶接する。
なお、上述のように、樹脂絶縁板１を軟化しつつ周囲へ追いやる工程と、第１金属部材２と第２金属部材３とを抵抗溶接する２つの工程は、同じ第１電極５と第２電極６を用いて行なわれる。また、第１電極５と第２電極６が樹脂絶縁板１に接近し、離れる動作を１回行なう間に、上記２工程が行なわれる。従って、この２工程は、極めて短時間に連続して行なわれる。

次に、図６及び図７に於て示すように、第１電極５と第２電極６とを、もう一方の接合予定部位Ａ₂側に移動させ、上述した作業を再び行なう。即ち、加熱状態の第１電極５と第２電極６とを押圧して（図６の矢印Ｆ方向）、接合予定部位Ａ₂において樹脂絶縁板１を軟化しつつ周囲へ追いやり（図６の矢印Ｄ方向）、第１金属部材２と第２金属部材３とを接合予定部位Ａ₂にて接触状態として電流Ｉ₀を流し（図７の矢印Ｉ₀方向）、第１金属部材２と第２金属部材３とを抵抗溶接する。
こうして、図８に於て示すように、熱可塑性の樹脂絶縁板１の両面の第１金属部材２と第２金属部材３とは、電気的に接続される。

次に、図９に於て、第１電極及び第２電極の他の加熱方法を説明するための全体概略正面図を示す。この図９に於ける溶接装置21では、図１の溶接装置20のように電源７，７にて第１電極５と第２電極６に電流Ｉ₁，Ｉ₂を流して加熱状態とするのではなく、電気ヒータ４にて加熱状態とする場合を例示している。より具体的には、溶接装置21は、第１電極５・第２電極６に付設した棒状の電気ヒータ４にて、第１電極５と第２電極６とを加熱状態とするように構成されている。その他の構成は、図１に示した溶接装置20と同様である。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、本実施形態では、樹脂絶縁板１は、ＰＥＴ材（ポリエチレンテレフタレート）により形成されている場合を例示したが、本発明はこれに限らず、他の種類の熱可塑性樹脂から形成されていてもよい。
また、第１電極５及び第２電極６の形状は、略Ｕ字型（倒立略Ｕ字型）に形成するものに限るのではなく、例えば略Ｖ字型（倒立略Ｖ字型）等の形状に形成してもよい。
また、電気ヒータ４の形状は、棒状に限るのではなく、コイル状としてもよい。
また、第１金属部材２と第２金属部材３とは、銅箔に限らず、他の種類の金属であってもよい。

以上のように本発明に係る溶接方法は、熱可塑性の樹脂絶縁板１を間として両面に第１金属部材２・第２金属部材３を重ね合わせて、加熱状態の第１電極５と第２電極６とを押圧して、接合予定部位Ａ₁，Ａ₂において樹脂絶縁板１を軟化しつつ周囲へ追いやり、第１金属部材２と第２金属部材３とを接合予定部位Ａ₁，Ａ₂にて接触状態として電流Ｉ₀を流し、第１金属部材２と第２金属部材３とを抵抗溶接するので、他の部材を介することなく直接的に第１金属部材２と第２金属部材３とを接触させて、第１金属部材２と第２金属部材３とを電気的に接続することができる。これにより、接合部材や導電性ペースト等の他の部材を介して電気的に接続していた従来と比較して、インピーダンスや抵抗のばらつきを小さくすることができる。その結果、樹脂絶縁板１の両面に重ね合わせた第１金属部材２と第２金属部材３とを電気的に接続した部品の品質を、安定かつ向上させることができる。

また、第１電極５と第２電極６にて、樹脂絶縁板１を軟化しつつ周囲へ追いやる工程と、第１金属部材２と第２金属部材３とを抵抗溶接する工程との２工程を、極めて短時間に連続して行なうことができる。これにより、絶縁板に貫通孔を形成する工程と、接合部材や導電性ペーストにて絶縁板の両面の第１金属部材と第２金属部材とを電気的に接続する工程と、を極めて短時間に連続的に行なうのが困難であった従来と比較して、製造時の作業時間を短縮することができる。また、作業に必要な溶接装置20, 21の構造が複雑になることもない。

また、第１電極５・第２電極６に、夫々、抵抗溶接とは異なる別の電源７，７からの電流Ｉ₁，Ｉ₂を流して加熱状態とすることによって、第１電極５・第２電極６にヒータ４を付設してそのヒータ４にて加熱状態とする場合と比較して、第１電極５と第２電極６とを加熱状態にするための構造を簡単にすることができる。また、第１電極５と第２電極６とを直接的に加熱するので、適温に加熱するまでの時間を短くすることができる。

また、第１電極５・第２電極６に付設した電気ヒータ４にて加熱状態とすることによって、第１電極５と第２電極６には、電気ヒータ４の電流が流れないようにすることができる。即ち、第１電極５と第２電極６とを加熱状態にするための電気回路と、第１電極５と第２電極６に電流Ｉ₀を流して抵抗溶接するための電気回路とを完全に独立させることができるので、電気ヒータ４の電流と抵抗溶接の電流Ｉ₀とが同時に第１電極５・第２電極６に流れるトラブルを防止することができる。その結果、安全性の高い溶接方法とすることができる。

本発明の実施の一形態に係る溶接方法を説明するための全体概略正面図である。樹脂絶縁板の両面に第１金属部材と第２金属部材とを重ね合わせた部品を示す底面図である。溶接方法を説明するための要部拡大正面断面図である。溶接方法を説明するための要部拡大正面断面図である。溶接方法を説明するための要部拡大正面断面図である。溶接方法を説明するための要部拡大正面断面図である。溶接方法を説明するための要部拡大正面断面図である。溶接方法を説明するための要部拡大正面断面図である。第１電極及び第２電極の他の加熱方法を説明するための全体概略正面図である。

１樹脂絶縁板
２第１金属部材
３第２金属部材
４ヒータ
５第１電極
６第２電極
７電源
８電源部
10 部品
Ａ₁，Ａ₂ 接合予定部位
Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂ 電流

Claims

熱可塑性の樹脂絶縁板（１）を間として両面に第１金属部材（２）・第２金属部材（３）を重ね合わせた状態であって未溶接の積層平板状部品（10）を、断面倒立略Ｕ字型であって先端球面状である下方の第１電極（５）と、断面略Ｕ字型であって先端球面状である上方の第２電極（６）との間に搬送し、加熱用交流電源 (７)(７)にて上記第１電極（５）と上記第２電極（６）の夫々に加熱用電流 (Ｉ₁)(Ｉ₂) を流して、加熱状態とした上記第１電極（５）を下方から、及び、加熱状態とした上記第２電極（６）を上方から、上記積層平板状部品（10）の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極（５）と上記先端球面状の第２電極（６）の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第１接合予定部位 (Ａ₁ )において上記第１金属部材（２）に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材（３）に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板（１）を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材（２）の小円形状低突隆部と上記第２金属部材（３）の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第１接合予定部位 (Ａ₁ )にて微小面積をもって点接触状態として、その直後、上記加熱用交流電源 (７)(７) とは異なる別の電源部（８）から上記第１電極（５）と上記第２電極（６）に抵抗溶接用の電流（Ｉ₀）を流し、該第１金属部材（２）と該第２金属部材（３）の上記第１接合予定部位 (Ａ ₁ )を微小面積の点接触状態で抵抗溶接し、
次に、上記第１電極（５）と上記第２電極（６）を上記第１接合予定部位(Ａ ₁ )から分離して移動させ、上記加熱用交流電源 (７)(７)にて上記第１電極（５）と上記第２電極（６）の夫々に加熱用電流 (Ｉ ₁ )(Ｉ ₂ ) を流して、加熱状態とした上記第１電極（５）を下方から、及び、加熱状態とした上記第２電極（６）を上方から、上記積層平板状部品（10）の他の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極（５）と上記先端球面状の第２電極（６）の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第２接合予定部位 (Ａ _２ )において上記第１金属部材（２）に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材（３）に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板（１）を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材（２）の小円形状低突隆部と上記第２金属部材（３）の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第２接合予定部位 (Ａ _２ )にて微小面積をもって点接触状態として、その直後、上記電源部（８）から上記第１電極（５）と上記第２電極（６）に抵抗溶接用の電流（Ｉ ₀ ）を流し、該第１金属部材（２）と該第２金属部材（３）の上記第２接合予定部位 (Ａ _２ )を微小面積の点接触状態で抵抗溶接することを特徴とする溶接方法。
断面倒立略Ｕ字型であって先端球面状である下方の第１電極（５）と、断面略Ｕ字型であって先端球面状である上方の第２電極（６）の各々に電気ヒータ（４）を付設し、熱可塑性の樹脂絶縁板（１）を間として両面に第１金属部材（２）・第２金属部材（３）を重ね合わせた状態であって未溶接の積層平板状部品（10）を、上記第１電極（５）と上記第２電極（６）との間に搬送し、上記電気ヒータ（４）にて加熱状態とした上記第１電極（５）を下方から、及び、上記電気ヒータ（４）にて加熱状態とした上記第２電極（６）を上方から、上記積層平板状部品（10）の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極（５）と上記先端球面状の第２電極（６）の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第１接合予定部位 (Ａ₁ )において上記第１金属部材（２）に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材（３）に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板（１）を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材（２）の小円形状低突隆部と上記第２金属部材（３）の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第１接合予定部位 (Ａ₁ )にて微小面積をもって点接触状態として、電源部（８）から上記第１電極（５）と上記第２電極（６）に抵抗溶接用の電流（Ｉ₀）を流し、該第１金属部材（２）と該第２金属部材（３）の上記第１接合予定部位 (Ａ ₁ )を微小面積の点接触状態で抵抗溶接し、
次に、上記第１電極（５）と上記第２電極（６）を上記第１接合予定部位(Ａ ₁ )から分離して移動させ、上記電気ヒータ（４）にて加熱状態とした上記第１電極（５）を下方から、及び、上記電気ヒータ（４）にて加熱状態とした上記第２電極（６）を上方から、上記積層平板状部品（10）の他の１箇所に対向状に押圧して、上記先端球面状の第１電極（５）と上記先端球面状の第２電極（６）の先端相互間に挟圧される平面視丸型の第２接合予定部位 (Ａ _２ )において上記第１金属部材（２）に上方凸状の小円形状低突隆部を形成し、かつ、上記第２金属部材（３）に小円形状浅凹窪部を形成すると共に上記樹脂絶縁板（１）を軟化しつつ周囲へ追いやり、上記第１金属部材（２）の小円形状低突隆部と上記第２金属部材（３）の小円形状浅凹窪部とを上記丸型の第２接合予定部位 (Ａ _２ )にて微小面積をもって点接触状態として、上記電源部（８）から上記第１電極（５）と上記第２電極（６）に抵抗溶接用の電流（Ｉ ₀ ）を流し、該第１金属部材（２）と該第２金属部材（３）の上記第２接合予定部位 (Ａ _２ )を微小面積の点接触状態で抵抗溶接することを特徴とする溶接方法。