JP5406608B2 - Resistance welding machine and resistance welding method - Google Patents
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Description
本発明は、線材の抵抗溶接に用いられる抵抗溶接機および抵抗溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a resistance welder and a resistance welding method used for resistance welding of a wire.
従来から、電子部品の電極と、配線基板上に形成された電極ランドと、を金属ワイヤなどの線材で電気的に接続するワイヤボンディングが行われている。このようなワイヤボンディングは、線材を接続させる電極や電極ランドの位置によらず各種の接続パターンに容易に対応できる汎用性を備えていることから種々の電気的接続に利用されている。ワイヤボンディング方法の一種として、配線基板上の電極ランドに置かれた金属ワイヤに、一対の溶接用電極を押圧させると共に金属ワイヤを介して一対の溶接用電極間に通電させ、通電により生じる抵抗加熱によって配線基板上の電極ランドと金属ワイヤの一部とを溶接する抵抗溶接機の抵抗溶接方法が知られている(たとえば、特許文献1や特許文献2)。
Conventionally, wire bonding has been performed in which an electrode of an electronic component and an electrode land formed on a wiring board are electrically connected by a wire such as a metal wire. Such wire bonding is used for various electrical connections because it has versatility that can easily cope with various connection patterns regardless of the position of the electrode or electrode land to which the wire is connected. As one type of wire bonding method, a pair of welding electrodes are pressed against a metal wire placed on an electrode land on a wiring board and energized between the pair of welding electrodes via the metal wire, and resistance heating caused by energization is performed. There is known a resistance welding method of a resistance welding machine that welds an electrode land on a wiring board and a part of a metal wire (for example,
ここで、抵抗溶接機の参考例として図7に示す抵抗溶接機1’を用いて動作例を説明する。抵抗溶接機1’は、一対の溶接用電極2a,2bと、該溶接用電極2a,2bに並設され線材たるワイヤ14を供給する線材供給ユニット3’と、一対の溶接用電極2a,2bのうちの一方の溶接用電極2bと線材供給ユニット3’との間に設けられワイヤ14を切断する切断刃12と、を備えている。以下、抵抗溶接機1’を用いて隣接する基材たる配線基板5a,5aの電極ランド5b,5b間をワイヤ14で結線させる例を挙げる。
Here, an operation example will be described using a resistance welder 1 'shown in FIG. 7 as a reference example of the resistance welder. The
抵抗溶接機1’は、溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbを、図7(a)に示す白抜きの矢印の向きに沿って、一方の配線基板5aの電極ランド5b上に供給されたワイヤ14に押圧させると共に、溶接用電極2a,2b間に外部の電源から給電させることによりワイヤ14に通電させる。これにより抵抗溶接機1’は、ワイヤ14を配線基板5aの電極ランド5b上に抵抗溶接する(図7(a))。
The
次に、抵抗溶接機1’は、溶接用電極2a,2bを図7(b)に示す白抜きの矢印の向きに他方の配線基板5aの電極ランド5b側へ移動させると共に、線材供給ユニット3’に内装された口ーラ9,9を駆動させて、所定長さのワイヤ14を線材供給ユニット3’から供給する(図7(b))。
Next, the
続いて、抵抗溶接機1’は、再び溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbを、図7(c)に示す白抜きの矢印に沿って前記他方の配線基板5aに設けられた電極ランド5b上のワイヤ14に押圧および通電させて、ワイヤ14の一部を配線基板5aの電極ランド5b上に抵抗溶接する。抵抗溶接機1’は、ワイヤ14の抵抗溶接が完了すると、切断刃12によってワイヤ14を切断する(図7(c))。これにより、抵抗溶接機1’は、隣接する配線基板5a,5aの電極ランド5b,5b間をワイヤ14によって結線することができる。
Subsequently, the
しかしながら、抵抗溶接機1’において、たとえば、銅リボン材などのようなアルミニウム線と比較して比較的硬質なワイヤ14や線径が太いワイヤ14を用いた場合、抵抗溶接機1’は、切断刃12によるワイヤ14の切断が困難な場合がある。また、このようなワイヤ14を切断するため、抵抗溶接機1’は、強度の高い切断刃12や、切断刃12に強い力を付与する大型の駆動部が必要になる。しかし、強度の高い切断刃12や大型の駆動部を溶接用電極2a,2bに並設させると、抵抗溶接機1’における溶接用電極2a,2bの周りが大きくなってしまうので、微細な溶接に適した小型化可能な抵抗溶接機1’を実現することができない。
However, in the
また、上述のワイヤボンディングに用いられるものとは異なるが、抵抗溶接機1’において、切断刃12によるワイヤ14の切断に代えて、溶接用電極2a,2bとは別個に設けられた熱切断用電極を用いてワイヤ14を切断する抵抗溶接機1’も知られている(たとえば、特許文献3を参照)。
Moreover, although it is different from what is used for the above-mentioned wire bonding, it replaces with the cutting | disconnection of the
この抵抗溶接機1’は、溶接用の固定式電極と可動式電極でワイヤ14を挟んで抵抗溶接を行うと共に、前記固定式電極および前記可動式電極とは別体に設けられた前記熱切断用電極および前記固定式電極でワイヤ14を挟むことにより、ワイヤ14を熱切断している。
The
しかしながら、特許文献3に示された抵抗溶接機1’も、溶接用の前記可動式電極および前記固定式電極がワイヤ14を挟んで離れているため、また、前記可動式電極および前記熱切断用電極の夫々を個別に動作させるための駆動部を要するので、抵抗溶接機1’における溶接用電極2a,2bの周りが大きくなり、より微細な溶接に適した小型化可能な抵抗溶接機1’とはならない。
However, the
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、切断刃を用いることなく、線材を切断することができ、溶接用電極の周りが小型化可能な抵抗溶接機および抵抗溶接方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and the object thereof is a resistance welding machine and a resistance welding method that can cut a wire without using a cutting blade and can reduce the size of the periphery of a welding electrode. Is to provide.
請求項1の発明は、線材供給ユニットから供給された線材を介して基材にそれぞれ圧接する一対の溶接用電極を備え、電源部から前記一対の溶接用電極間に給電することにより前記線材に通電させて前記線材の一部を前記基材に抵抗溶接する抵抗溶接機であって、前記線材を前記溶接用電極の少なくとも一方と挟持し前記線材に通電することにより該線材を熱切断する熱切断用電極と、前記熱切断に際し前記線材の長手方向に沿って該線材に張力を付与する張力付与手段と、を有することを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、一対の溶接用電極の少なくとも一方と熱切断用電極とで線材を挟み込んで抵抗加熱により前記線材を熱切断するので、たとえば、切断刃では切断し難いような材料の前記線材でも容易に切断することができる。また、抵抗溶接機における前記溶接用電極の周りが、切断刃を用いることなく小型化可能な構成とすることができる。 According to this invention, since the wire is sandwiched between at least one of the pair of welding electrodes and the thermal cutting electrode and the wire is thermally cut by resistance heating, for example, the wire made of a material that is difficult to cut with a cutting blade But it can be easily cut. Moreover, it can be set as the structure which can be reduced in size around the said electrode for welding in a resistance welding machine, without using a cutting blade.
さらに、この発明によれば、前記一対の溶接用電極の少なくとも一方と、前記熱切断用電極と、で挟み込んだ前記線材との接触抵抗が、張力付与手段によって前記線材に付加された張力によって安定し、前記線材の熱切断の際に前記熱切断用電極などに生ずるスパークの発生を抑制することができる。そのため、前記線材の熱切断にともなう前記溶接用電極や前記熱切断用電極の劣化を抑制することが可能となる。また、前記線材の熱切断にともなう前記溶接用電極の少なくとも一方と、前記熱切断用電極と、の間に給電する電圧を低減させることもできる。 Further, according to this invention, the contact resistance between the wire rod sandwiched between at least one of the pair of welding electrodes and the thermal cutting electrode is stabilized by the tension applied to the wire rod by the tension applying means. And generation | occurrence | production of the spark which arises in the said electrode for thermal cutting etc. in the case of the thermal cutting of the said wire can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the welding electrode and the thermal cutting electrode accompanying the thermal cutting of the wire. In addition, it is possible to reduce the voltage supplied between at least one of the welding electrodes accompanying the thermal cutting of the wire and the thermal cutting electrode.
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記線材供給ユニットは、前記一対の溶接用電極に並設される前記熱切断用電極と、前記線材を前記基材に供給するために前記線材を搬送する搬送部と、を備え、該搬送部が前記張力付与手段を兼ねていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the wire supply unit supplies the thermal cutting electrode arranged in parallel with the pair of welding electrodes and the wire to the base material. And a conveying section that conveys the wire, and the conveying section also serves as the tension applying means.
この発明によれば、前記線材供給ユニットに前記線材を搬送する搬送部を備えたことにより、前記線材の搬送を精度よく制御することが可能となる。また、前記線材の熱切断に際し、前記溶接用電極および前記熱切断用電極から前記線材への通電と、前記線材に張力を付与するための前記搬送部の搬送と、を制御性よく行うことが可能となる。 According to this invention, it becomes possible to control the conveyance of the said wire with high precision by providing the conveyance part which conveys the said wire in the said wire supply unit. Further, when the wire is thermally cut, the energization from the welding electrode and the thermal cutting electrode to the wire and the conveyance of the conveyance unit for applying tension to the wire are performed with good controllability. It becomes possible.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記熱切断用電極は、前記線材よりも融点および靭性が高い板状体であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the thermal cutting electrode is a plate-like body having a melting point and toughness higher than those of the wire.
この発明によれば、前記熱切断用電極が、前記線材よりも融点および靭性が高い材料であることにより、前記線材の熱切断に際し前記熱切断用電極の割れ、欠けや折れを抑制することが可能となる。また、前記線材の熱切断の際に生ずる抵抗加熱の熱により、前記熱切断用電極が溶融することを防止することが可能となる。さらに、前記熱切断用電極が厚みの薄い板状体であることにより、前記熱切断用電極が厚みの厚いものと比較して前記線材の熱切断にともなう前記一対の溶接用電極の少なくとも一方と、前記熱切断用電極と、の間の電圧を低減させることが可能となる。 According to this invention, when the electrode for thermal cutting is a material having a melting point and toughness higher than those of the wire, it is possible to suppress cracking, chipping and breakage of the electrode for thermal cutting during the thermal cutting of the wire. It becomes possible. In addition, it is possible to prevent the thermal cutting electrode from being melted by the heat of resistance heating generated during the thermal cutting of the wire. Further, since the thermal cutting electrode is a thin plate-like body, the thermal cutting electrode is at least one of the pair of welding electrodes accompanying thermal cutting of the wire as compared with a thicker one. It is possible to reduce the voltage between the thermal cutting electrode.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記溶接用電極は、リボン形状の前記線材を前記熱切断用電極と挟持するエッジ部を備えてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the welding electrode includes an edge portion that sandwiches the ribbon-shaped wire rod with the thermal cutting electrode. It is characterized by becoming.
この発明によれば、前記溶接用電極および前記熱切断用電極が、リボン形状の前記線材への電流経路を線状の接触とすることにより、電流経路が面状の接触となるものと比較して、電流密度を大きくさせ局部的に前記線材を加熱溶融することが可能となる。そのため、前記線材の熱切断に際する電圧を低減することが可能となる。 According to this invention, the electrode for welding and the electrode for thermal cutting have a current path to the ribbon-shaped wire as a linear contact, so that the current path becomes a planar contact. Thus, the current density can be increased and the wire can be locally heated and melted. Therefore, it is possible to reduce the voltage at the time of thermal cutting of the wire.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記溶接用電極は、前記線材を前記熱切断用電極と挟持する突出部を備えており、前記突出部はリボン形状の前記線材の線幅に沿って前記線材に線状に接触可能な形状であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects of the present invention, the welding electrode includes a protrusion that sandwiches the wire rod with the thermal cutting electrode, The projecting portion has a shape that can be brought into contact with the wire in a line shape along the line width of the ribbon-shaped wire.
この発明によれば、前記溶接用電極の突出部により、リボン形状の前記線材への電流経路を線状の接触とすることができ、電流経路が面接触となるものと比較して、電流密度を大きくさせ局部的に前記線材を加熱溶融することが可能となる。そのため、前記線材の熱切断に際する電圧をより低減することが可能となる。 According to the present invention, the current path to the ribbon-shaped wire can be a linear contact by the protruding portion of the welding electrode, and the current density is compared with that in which the current path is a surface contact. It is possible to heat and melt the wire locally. Therefore, it is possible to further reduce the voltage at the time of thermal cutting of the wire.
請求項6の発明は、請求項4または請求項5に記載の発明において、前記熱切断用電極が、前記線材を前記溶接用電極と挟持する突出部を備えており、前記突出部はリボン形状の前記線材の線幅に沿って前記線材に線状に接触可能な形状であることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、前記熱切断用電極の突出部により、リボン形状の前記線材への電流経路を線状の接触とすることができ、電流経路が面接触となるものと比較して、電流密度を大きくさせ局部的に前記線材を加熱溶融することが可能となる。そのため、前記線材の熱切断に際する電圧をより低減することが可能となる。 According to this invention, the current path to the ribbon-shaped wire can be a linear contact by the protruding portion of the thermal cutting electrode. The density can be increased and the wire can be locally heated and melted. Therefore, it is possible to further reduce the voltage at the time of thermal cutting of the wire.
請求項7の発明は、請求項5または請求項6に記載の発明において、前記突出部が、リボン形状の前記線材の線幅方向と垂直な軸に対して回転可能な回転軸に備えられてなることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the invention according to
この発明によれば、前記突出部がリボン形状の前記線材の線幅方向と垂直な軸に対して回転可能な回転軸に備えられてなることにより、前記線材にかかる張力に応じて前記突出部が回転するから前記線材の姿勢が安定化する。そのため、前記突出部上に安定して前記線材が接触することができ、熱切断がより容易になる。 According to this invention, the protrusion is provided on the rotating shaft that is rotatable with respect to an axis perpendicular to the line width direction of the ribbon-shaped wire, so that the protrusion corresponds to the tension applied to the wire. Since the wire rotates, the posture of the wire is stabilized. Therefore, the said wire can contact stably on the said protrusion part, and thermal cutting becomes easier.
請求項8の発明は、抵抗溶接方法において、一対の溶接用電極と、基材との間で線材を挟持し前記一対の溶接用電極間に前記線材を介して通電することによって前記線材の一部を前記基材に抵抗溶接する抵抗溶接工程と、前記抵抗溶接工程後に、前記一対の溶接用電極を前記基材から離して前記線材を該溶接用電極の一方と熱切断用電極とで挟持すると共に、前記線材の長手方向に沿って該線材に張力を付与しながら前記熱切断用電極と前記溶接用電極との間に前記線材を介して通電して前記線材を熱切断する熱切断工程と、を有することを特徴とする。 The invention of claim 8, in the resistance welding process, the wire by passing through the welding electrodes of a pair, the wire between the pair of welding electrodes a wire is sandwiched between the substrate A resistance welding process in which a part of the welding electrode is resistance-welded to the base material, and after the resistance welding process, the pair of welding electrodes are separated from the base material so that the wire is one of the welding electrodes and a thermal cutting electrode And heat-cutting the wire by energizing the wire between the thermal cutting electrode and the welding electrode while applying tension to the wire along the longitudinal direction of the wire. And a cutting step.
この発明によれば、熱切断工程において、前記一対の溶接用電極および前記熱切断用電極と、前記線材と、の接触抵抗が安定するため、前記溶接用電極や前記熱切断用電極などに生ずるスパークの発生が抑制され、前記熱切断用電極や前記溶接用電極の劣化を防止することができる。また、前記線材の熱切断に際し電圧の低減を図ることが可能となる。 According to the present invention, in the thermal cutting step, contact resistance between the pair of welding electrodes and the thermal cutting electrode and the wire is stabilized, and thus occurs in the welding electrode and the thermal cutting electrode. Generation | occurrence | production of a spark is suppressed and deterioration of the said electrode for thermal cutting and the said electrode for welding can be prevented. Further, it is possible to reduce the voltage when the wire is thermally cut.
請求項1の発明は、一対の溶接用電極の少なくとも一方と熱切断用電極とで線材を挟み込んで抵抗加熱により前記線材を熱切断するので、切断刃を用いることなく前記線材を切断することができ溶接用電極の周りが小型化可能な抵抗溶接機を提供できるという効果を奏する。さらに、張力付与手段によって前記線材に付加された張力によって前記線材との接触抵抗が安定するため、スパークの発生を抑制し、前記溶接用電極や前記熱切断用電極の劣化を抑制することが可能となる。また、前記線材の熱切断に際し前記一対の溶接用電極の少なくとも一方と、前記熱切断用電極と、の間に給電する電圧を低減させることもできる抵抗溶接機を提供できるという顕著な効果を奏する。 According to the first aspect of the present invention, the wire is sandwiched between at least one of the pair of welding electrodes and the thermal cutting electrode, and the wire is thermally cut by resistance heating. Therefore, the wire can be cut without using a cutting blade. Thus, there is an effect that it is possible to provide a resistance welding machine that can be downsized around the welding electrode. Furthermore, since the contact resistance with the wire is stabilized by the tension applied to the wire by the tension applying means, it is possible to suppress the occurrence of sparks and the deterioration of the welding electrode and the thermal cutting electrode. It becomes. In addition, there is a remarkable effect that it is possible to provide a resistance welding machine that can reduce the voltage supplied between at least one of the pair of welding electrodes and the thermal cutting electrode during the thermal cutting of the wire. .
請求項8の発明は、抵抗溶接方法において、抵抗溶接工程後に、前記一対の溶接用電極を前記基材から離して前記線材を該溶接用電極の一方と熱切断用電極とで挟持すると共に、前記線材の長手方向に沿って該線材に張力を付与しながら前記熱切断用電極と前記溶接用電極との間に前記線材を介して通電して前記線材を熱切断する熱切断工程を有することにより、前記一対の溶接用電極の一方および前記熱切断用電極と、前記線材と、の接触抵抗が安定するため、スパークの発生が抑制され、前記熱切断用電極や前記溶接用電極の劣化を防止することができる。また、前記線材の熱切断に際し電圧の低減を図ることが可能な抵抗溶接方法を提供することができるという顕著な効果を奏する。 The invention of claim 8 is the resistance welding method, wherein after the resistance welding step, the pair of welding electrodes are separated from the base material, and the wire is sandwiched between one of the welding electrodes and the thermal cutting electrode, Having a thermal cutting step of thermally cutting the wire by energizing the wire between the thermal cutting electrode and the welding electrode while applying tension to the wire along the longitudinal direction of the wire. This stabilizes the contact resistance between one of the pair of welding electrodes, the thermal cutting electrode, and the wire, thereby suppressing the occurrence of sparks and reducing the degradation of the thermal cutting electrode and the welding electrode. Can be prevented. In addition, there is a remarkable effect that it is possible to provide a resistance welding method capable of reducing a voltage when the wire is thermally cut.
(実施形態1)
本実施形態の抵抗溶接機を図1で説明し、図1で示す抵抗溶接機1を用いてリボン形状の線材たる銅リボン線4を基材たる配線基板5aの電極ランド5b上に圧接する抵抗溶接方法を図2に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
The resistance welding machine of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1, and the resistance that presses the
本実施形態の抵抗溶接機1は、線材供給ユニット3から供給されたリボン形状の線材たる銅リボン線4を前記基材たる配線基板5aの電極ランド5b上に圧接する一対の溶接用電極2a,2bを備えている。抵抗溶接機1は、一対の溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbで銅リボン線4を配線基板5aの電極ランド5b上に押圧することができる。抵抗溶接機1は、銅リボン線4を配線基板5aの電極ランド5b上に押圧した状態で、電源部7(図2(b),(d)を参照)から一対の溶接用電極2a,2b間に給電することにより銅リボン線4に通電し、抵抗加熱による熱を生じさせ銅リボン線4の一部を配線基板5aの電極ランド5bに抵抗溶接する。
The
本実施形態の抵抗溶接機1では、銅リボン線4を一対の溶接用電極2a,2bの少なくとも一方(図1では、溶接用電極2b)と挟持し、銅リボン線4に通電し抵抗加熱によるジュール熱を生じさせ銅リボン線4を熱切断する熱切断用電極2cと、前記熱切断に際し銅リボン線4の長手方向に沿って銅リボン線4に張力を付与する張力付与手段6と、を有している。
In the
また、抵抗溶接機1は、線材たる銅リボン線4を複数個の配線基板5aの電極ランド5b上などに連続的に抵抗溶接させるため、一対の溶接用電極2a,2bと、該溶接用電極2a,2bと並設される熱切断用電極2cと、を装着する電極ホルダ(図示せず)を備え、該電極ホルダを配線基板5a,5aが配置される基台10上の任意の位置に移動可能なアーム(図示せず)と、該アームの移動および一対の溶接用電極2a,2bおよび熱切断用電極2cそれぞれへの電源部7からの給電を制御するマイクロコンピュータなどからなる制御部(図示せず)と、を有している。
Further, the
また、前記電極ホルダには、前記一方の溶接用電極2bと熱切断用電極2cとの相対距離を可変とし、前記一方の溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで銅リボンを挟持するモータなどからなる駆動部(図示せず)を備えている。前記駆動部は、前記アームなどと同様に、抵抗溶接機1に備えられた前記制御部により制御することができる。
Further, the electrode holder has a variable relative distance between the one
なお、前記電極ホルダを備えた前記アームを基台10上の任意の位置に移動させる代わりに、基台10を縦横自由に移動可能なXYステージ上に固定して、XYステージに対して垂直方向に移動する前記電極ホルダによって順次線材たる銅リボン線4を前記基材たる配線基板5aの電極ランド5bに抵抗溶接してもよい。
Instead of moving the arm provided with the electrode holder to an arbitrary position on the
以下、本実施形態の抵抗溶接機1における各構成について詳述する。
Hereinafter, each structure in the
本実施形態の一対の溶接用電極2a,2bは、溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbで線材供給ユニット3から供給された銅リボン線4の一部を前記基材たる配線基板5aの電極ランド5bに密着させ、熱および圧力を加える圧接を行うものであって、一対の溶接用電極2a,2b間に給電することにより銅リボン線4の一部に通電させ抵抗溶接させるものである。そのため、一対の溶接用電極2a,2bは、たとえば、銅リボン線4を押圧して通電しやすいように略直方体形状や銅リボン線4と接する先端部2ab,2bbに電流が集中し易いように前記電極ホルダに接続される基端部よりも銅リボン線4と接する先端部2ab,2bbの方が先細りとなる形状などに形成することができる。一対の溶接用電極2a,2bに用いられる材料としては、抵抗溶接時の抵抗加熱により生ずる熱による溶接用電極2a,2bの劣化や給電時に溶接用電極2a,2bなど生ずるスパークにより溶接用電極2a,2bの損傷が少ないものが好ましい。一対の溶接用電極2a,2bの具体的材料としては、たとえば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)などの金属や酸化セシウム(CeO2)を分散させたモリブデン合金、銀タングステン合金などの合金が挙げられる。
The pair of
一対の溶接用電極2a,2bは、直流電源からなる電源部7からの給電を受けて一対の溶接用電極2a,2b間で電位差を有しており、一対の溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbが配線基板5aの電極ランド5bと銅リボン線4を挟持することにより、銅リボン線4に通電することができる。また、本実施形態の抵抗溶接機1における一方の溶接用電極2bには、リボン形状の線材たる銅リボン線4を熱切断用電極2cと挟持するエッジ部8aを設けている。溶接用電極2bのエッジ部8aは、図3(a)に示すようにリボン形状の線材たる銅リボン線4と線幅方向に沿って線状の接触をさせると、銅リボン線4の線状に接触した部位に電流が集中する。そのため、溶接用電極2bがリボン形状の線材たる銅リボン線4と図3(b)に示すように面接触する溶接用電極2bと比較して、効率的な抵抗加熱によるリボン形状の線材たる銅リボン線4の熱切断が可能になる。いいかえれば、抵抗溶接機1は、溶接用電極2bのエッジ部8aによって電源部7から給電される電流の経路を小さくすることにより、銅リボン線4に流れる電流密度を大きくさせ、銅リボン線4における局部な抵抗加熱により銅リボン線4の熱切断を行う。そのため、抵抗溶接機1は、リボン形状の線材たる銅リボン線4の熱切断に際し、溶接用電極2bと熱切断用電極2cに給電する電圧を低減することができる。
The pair of
抵抗溶接機1は、溶接用電極2bにエッジ部8aを設ける代わりに、図4や図5に示す溶接用電極2a,2bや熱切断用電極2cのごとく、突出部8b,8cを設けても良い。より具体的には、溶接用電極2bは、図4(a)に示すようにリボン形状の線材たる銅リボン線4を板状体の熱切断用電極2cと挟持する突出部8bを備えている。また、溶接用電極2bの突出部8bは、リボン形状の線材たる銅リボン線4の線幅に沿って銅リボン線4に線状に接触可能な形状としている。
Instead of providing the
同様に、熱切断用電極2cは、図4(b)に示すようにリボン形状の線材たる銅リボン線4を溶接用電極2bのエッジ部8aと挟持する突出部8cを備えている。ここで、熱切断用電極2cの突出部8cは、リボン形状の線材たる銅リボン線4の線幅に沿って銅リボン線4に線状に接触可能な形状としている。なお、突出部8b,8cの線形状とは、リボン形状の線材たる銅リボン線4に電流が集中できる限り必ずしも連続した一直線とする必要もなく、波線状や破線形状でもよい。
Similarly, as shown in FIG. 4B, the
いずれにしろ溶接用電極2bや熱切断用電極2cの突出部8b,8cがリボン形状の線材たる銅リボン線4と線状に接触させると、銅リボン線4との線状に接触した部位に電流が集中するので、効率的な抵抗加熱によるリボン形状の線材たる銅リボン線4の熱切断が可能になる。また、リボン形状の線材たる銅リボン線4は、溶接用電極2bと熱切断用電極2cによって挟持され圧力も集中するので、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとを挟持させる圧力が小さくても、銅リボン線4を比較的容易に熱切断することができる。
In any case, if the protruding
ここで、突出部8b,8cの変形例について説明する。突出部8b,8cは、溶接用電極2bや熱切断用電極2cの一方に設けてもよいし、溶接用電極2bおよび熱切断用電極2cの両方に突出部8b,8cを設けてもよい。
Here, a modified example of the
さらに、溶接用電極2bにおける突出部8bの形状は、リボン形状の線材たる銅リボン線4の線幅に沿って銅リボン線4に線状に接触可能な形状であればよく、図5に示す突出部8bの断面が半円形(図5(a)を参照)であるものに限らず、たとえば、突出部8bの断面が四角形(図5(b)を参照)または突出部8bの断面が三角形(図5(c),(d)を参照)などの多角形であってもよい。突出部8bは、線材たる銅リボン線4の形状や材質特性などに応じて効果的に通電することが可能となる。なお、溶接用電極2bの突出部8bの変形例のみを図5で示しているが、熱切断用電極2cの突出部8cについても同様に、半円形、四角形や三角形などの多角形に形成させてもよい。また、溶接用電極2bにおける突出部8bの設置位置や熱切断用電極2cにおける突出部8cの設置位置は、リボン形状の線材たる銅リボン線4との線状に接触した部位に電流が集中できる限り、図5(d)に示すごとく溶接用電極2bの最先端部に突出部8bを設ける必要もなく図5(a)に示すごとく溶接用電極2bの最先端部より前記基端部側に設けても良い。
Furthermore, the shape of the protruding
次に、本実施形態の熱切断用電極2cは、銅リボン線4よりも融点および靭性が高い略直方体形状の板状体に形成している。熱切断用電極2cは、熱切断に際し、厚みの薄い板状体に形成していることにより厚みの厚い熱切断用電極2cと比較して印加電圧の低減に寄与する。熱切断用電極2cの前記線材よりも融点および靭性が高い材料としては、前記線材の材料にもよるが、たとえば、前記線材を銅リボン線4とした場合、モリブデン(Mo)、タングステン(W)などの金属や酸化セシウム(CeO2)を分散させたモリブデン合金、銀タングステン合金などの合金を用いることができる。このような材料を用いることで、熱切断用電極2cは、銅リボン線4を狭持することで発生する応力による熱切断用電極2cの割れ、欠けや折れを防止することができる。また、このような材料を用いることで、熱切断用電極2cは、銅リボン線4の熱切断の際に抵抗加熱により生ずる熱で熱切断用電極2cが溶融することを防止することが可能となる。
Next, the
本実施形態の線材供給ユニット3は、配線基板5aの電極ランド5bに圧接する銅リボン線4を供給可能なものであって、内部に上述の制御部からの制御信号に基づいて銅リボン線4の供給を行うための搬送部9を構成するモータ(図示せず)と、該モータの軸に固定させたローラを備えている。線材供給ユニット3は、搬送部9の前記ローラを回転させることにより、前記ローラと接する銅リボン線4を線材供給ユニット3のノズル端部3aから搬出する。線材供給ユニット3は、搬送部9の前記モータの回転を前記制御部からの制御信号により制御することで銅リボン線4の搬出量を制御することができる。なお、搬送部9の前記ローラは、1つだけに限らず複数個設けてもよい。また、線材供給ユニット3には、余分な銅リボン線4が不要に搬出などされないように、あるいは、一度、線材供給ユニット3のノズル端部3aから搬出した銅リボン線4が線材供給ユニット3の内部に戻らないように銅リボン線4を挟み込んで締め付けることで固定可能なワイヤクランプなど(図示せず)を備えてもよい。また、線材供給ユニット3は、銅リボン線4を収納するワイヤホルダ(図示せず)を備えてもよい。
The
また、線材供給ユニット3は、線材供給ユニット3のノズル端部3aに沿って突出した熱切断用電極2cを備えており、熱切断用電極2cは、電源部7からの給電を受けて溶接用電極2bのエッジ部8aとで銅リボン線4を挟持して銅リボン線4に通電することができる。線材供給ユニット3の内部には、銅リボン線4が搬出できるように貫通孔が構成され、少なくとも銅リボン線4と接触する前記貫通孔の内側面には絶縁部材が好適に用いられる。線材供給ユニット3の前記貫通孔に形成される前記絶縁部材としては、たとえば、銅リボン線4の搬送に伴う前記貫通孔の摩耗を抑制するために酸化アルミニウム材料からなるセラミックスの溶射皮膜などが挙げられる。
The
本実施形態において前記線材は、線材供給ユニット3のノズル端部3aから搬送部9によって搬出され配線基板5aの電極ランド5b上へ圧接されるものである。前記線材は、電子部品と配線基板5aの電極ランド5bや隣接する配線基板5a,5aの電極ランド5b,5b間の電気的接続などに用いることができる。
In the present embodiment, the wire is unloaded from the nozzle end 3a of the
前記線材としては、たとえば、金線、アルミニウム線、表面を金(Au)や錫(Sn)などでめっきした銅線などを用いることができる。抵抗溶接機1で配線基板5aの電極ランド5bと圧接される前記線材は、断面形状が矩形のリボン形状だけでなく、円形や楕円形の線材など用途に応じて種々のものを用いることができる。
As the wire, for example, a gold wire, an aluminum wire, a copper wire whose surface is plated with gold (Au), tin (Sn), or the like can be used. The wire rod that is press-contacted to the
前記基材としては、銅リボン線4と抵抗溶接により圧接されるものであり、たとえば、銅箔の電極ランド5bが一表面に形成されたガラスエポキシ基板など汎用の配線基板5a、半導体装置などの電子部品やセラミック基板などが挙げられる。前記基材は、銅リボン線4が抵抗溶接をすることができる限り特に限定されるものでもない。そのため、前記基材は、表面に金(Au)めっきした前記基材や配線基板5aの電極ランド5b上に表面の保護や電子部品の実装時の濡れ性を高めることを目的として半田レベラー処理などがされた半田コートした前記基材を用いてよい。
The base material is pressed against the
抵抗溶接機1に好適に設けられる基台10は、基台10の一表面側に前記基材たる配線基板5a,5aの電極ランド5b,5bを積置し、安定的に固定保持が可能なものである。前記アームに設けられた溶接用電極2a,2bおよび熱切断用電極2cは、基台10上の任意の位置に配置された配線基板5a,5aの電極ランド5b,5bに銅リボン線4を抵抗溶接および銅リボン線4の熱切断ができるように、3次元的に移動可能なように構成している。なお、基台10上の配線基板5a,5aの電極ランド5b,5bは、複数個配置して順次、抵抗溶接を行ってもよいし、1個の配線基板5a上の複数個の電極ランド5b,5b間を抵抗溶接させてもよい。基台10に固定配置した配線基板5a,5aの電極ランド5b,5b間を銅リボン線4によって結線する場合、抵抗溶接機1は、たとえば、配線基板5a,5aの電極ランド5b,5bの三次元CADデータなどから予め作成された配線基板5a,5aの電極ランド5b,5bの結線経路に基づいて前記アームを移動させればよい。
The base 10 suitably provided in the
次に、本実施形態の抵抗溶接機1を用いた抵抗溶接方法ついて、図2(a)〜(f)に基づいて説明する。本実施形態の抵抗溶接方法においては、隣接する配線基板5a,5aの電極ランド5b,5bを銅リボン線4で結線させる例を挙げる。なお、図1における抵抗溶接機1の基台10は、省略してある。
Next, a resistance welding method using the
抵抗溶接機1は、線材供給ユニット3に内蔵した搬送部9の前記モータによって、前記ローラを回転させることにより、前記ローラと接する銅リボン線4を線材供給ユニット3のノズル端部3aから搬出する。線材供給ユニット3は、搬送部9の前記モータの回転を前記制御部の制御信号に基づく電流量により制御することで銅リボン線4の搬出量を制御し、銅リボン線4を圧接する配線基板5aの一表面側に設けられた電極ランド5b上に供給する(図2(a))。なお、線材供給ユニット3は、銅リボン線4を必要量搬出した後、ワイヤクランプ(図示せず)などによって挟み込こんで締め付けることで固定している。
The
次に、抵抗溶接機1は、一方の配線基板5aの電極ランド5b上に供給された銅リボン線4を、抵抗溶接機1の一対の溶接用電極2a,2bを図2(b)の白抜きの矢印の向きに沿って移動させて、前記一対の溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbと、前記一方の配線基板5aの電極ランド5bと、で狭持させる。この状態で、抵抗溶接機1は、電源部7から一対の溶接用電極2a,2b間に電圧を印加して給電することにより銅リボン線4を介して一対の溶接用電極2a,2b間に電流を流す。これによって、抵抗溶接機1は、銅リボン線4の通電による抵抗加熱で生じたジュール熱により銅リボン線4を前記一方の配線基板5aの電極ランド5bに抵抗溶接する抵抗溶接工程を行うことができる(図2(b))。
Next, the
なお、図2(b)において、電源部7から給電するために溶接用電極2aを+(プラス)、溶接用電極2bを−(マイナス)として接続する例を示しているが、銅リボン線4を介して電気的に接続される溶接用電極2a,2b間に電位差が生じれば抵抗溶接は可能である。そのため、電源部7から給電するために溶接用電極2aをマイナス、溶接用電極2bをプラスとして、電源部7と接続させてもよい。また、電源部7は、直流電源だけでなく交流電源を用いてもよい。電源部7は、商用電源を用いてもよいし電池電源を用いてもよい。抵抗溶接機1は、前記線材の材料が熱伝導性のよい材料の場合、電源部7を交流として溶接用電極2a,2b間に電位差を設ける方がより好ましい。
2B shows an example in which the
上述の抵抗溶接工程後に、抵抗溶接機1は、一対の溶接用電極2a,2bを銅リボン線4の一部が抵抗溶接された前記一方の配線基板5aの電極ランド5bの上方に移動させて離し、最終的に他方の配線基板5aの一表面側に設けられた電極ランド5bの方へ図2(c)の白抜きの矢印の方向に向かって移動させる。この移動と同時に、線材供給ユニット3は、前記ワイヤクランプの締め付けを開放して、搬送部9の前記ローラを黒矢印の向きに回転させることにより、前記ローラと接する銅リボン線4を線材供給ユニット3のノズル端部3aから搬出する。線材供給ユニット3は、搬送部9を制御して溶接用電極2a,2bの移動する距離に応じた長さの銅リボン線4よりも長い銅リボン線4を供給し、銅リボン線4に撓みを持たせるように銅リボン線4の搬出量を制御している(図2(c))。なお、隣接する配線基板5a,5aの電極ランド5b,5b間を銅リボン線4で結線させる場合、銅リボン線4が撓みを持つことで、銅リボン線4などの熱膨張収縮にともなう応力で銅リボン線4が断線することを防ぐことができる。
After the resistance welding process described above, the
続いて、抵抗溶接機1は、前記一方の配線基板5aにおける電極ランド5bへの溶接と同様に、銅リボン線4の一部が抵抗溶接された前記他方の配線基板5aの電極ランド5b上に供給された銅リボン線4を、抵抗溶接機1の一対の溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbと、圧接させる前記他方の配線基板5aの電極ランド5bとで狭持させる。すなわち、抵抗溶接機1の一対の溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbを図2(d)の白抜きの矢印の方向に移動させている。この状態で、抵抗溶接機1は、電源部7から一対の溶接用電極2a,2b間に電圧を印加して給電することにより銅リボン線4を介して一対の溶接用電極2a,2b間に電流を流す。これにより抵抗溶接機1は、抵抗溶接により銅リボン線4をそれぞれ隣接する配線基板5a,5aの電極ランド5b,5b間へ接続させた抵抗溶接工程を行うことができる(図2(d))。
Subsequently, the
引き続き、抵抗溶接機1は、一対の溶接用電極2a,2bを備えた前記アームを配線基板5aの電極ランド5bの前記一表面と垂直方向(図2(e)中の白抜きの矢印の方向)に移動させることにより、一対の溶接用電極2a,2bを銅リボン線4の一部が抵抗溶接された圧接位置よりも僅かに移動させ配線基板5aの電極ランド5bから離す。また、抵抗溶接機1は、一対の溶接用電極2a,2bを配線基板5aの電極ランド5bから離した後、銅リボン線4を、溶接用電極2bのエッジ部8aと、溶接用電極2bに並設され線材供給ユニット3のノズル端部3aから延在している熱切断用電極2cと、で挟時するように黒矢印の向きに線材供給ユニット3を溶接用電極2b側へ移動させる(図2(e))。
Subsequently, the
なお、線材供給ユニット3は、一対の溶接用電極2a,2bおよび線材供給ユニット3の移動と同時に、前記ワイヤクランプの締め付けを開放して、搬送部9の前記ローラを黒矢印の向きに回転させ配線基板5aの電極ランド5bに抵抗溶接した銅リボン線4の一部に不要な応力が掛からないように銅リボン線4を供給している。
The
次に、抵抗溶接機1は、線材供給ユニット3の搬送部9の前記ローラを銅リボン線4の搬出と逆回転させることにより、前記ローラと接する銅リボン線4を線材供給ユニット3のノズル端部3aから潜在供給ユニット3の内部に引き戻すように銅リボン線4の長手方向に沿って銅リボン線4に張力を付与する。ここで、本実施形態の抵抗溶接機1では、搬送部9が張力付与手段6を兼ねることになる。この状態で、抵抗溶接機1は、電源部7から熱切断用電極2cと溶接用電極2bとの間に電圧を印加して給電することにより銅リボン線4を介して通電する。これにより、銅リボン線4は、銅リボン線4のうち溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで挟持された部位に通電されることで抵抗加熱による熱が生じる。また、張力付与手段6が銅リボン線4に張力を付与しながら、熱切断用電極2cが銅リボン線4を溶接用電極2b側へ押圧することにより、銅リボン線4は銅リボン線4の一部が配線基板5aの電極ランド5bに圧接された近傍で熱切断される熱切断工程を行うことができる(図2(f))。
Next, the
前記線材として銅リボン線4を用いた場合、抵抗溶接機1は、たとえば、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで挟持された銅リボン線4が抵抗加熱により軟化(たとえば、軟化温度200℃)し、銅リボン線4の軟化と同時に銅リボン線4の長手方向に張力を付与することにより銅リボン線4の断面積を減少させながら熱切断する形態となる。これにより、抵抗溶接機1は、銅リボン線4の接触抵抗が安定するため、熱切断に伴う熱切断用電極2cなどに生ずるスパークを抑制して熱切断に必要な電圧を低減できる。
When the
なお、抵抗溶接機1は、抵抗溶接するものによって前記線材を一対の溶接用電極2a,2bの先端部2ab,2bbによって配線基板5aの電極ランド5bに押圧した状態で離間させずに、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで圧接された前記線材から延在する前記線材を熱切断することもできる。この場合、抵抗溶接機1は、一対の溶接用電極2a,2b間に給電される電位差よりも、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとの間に給電する電位差が大きくなるように、一対の溶接用電極2a,2bおよび熱切断用電極2c間の電圧を制御すればよい。
The
なお、抵抗溶接機1は、上述の前記アームの移動と電源部7から一対の溶接用電極2a,2bへの給電を連続一体の流れとして行うこともできる。同様に、抵抗溶接機1は、銅リボン線4を溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで挟持するのと、電源部7から溶接用電極2bと熱切断用電極2cとの給電を連続一体の流れとして行うこともできる。
In addition, the
本実施形態の抵抗溶接機1によれば、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで銅リボン線4を挟持して抵抗加熱により熱切断するので、切断刃では切断が難しいような銅リボン線4などでも容易に切断することができる。また、熱切断用電極2cが銅リボン線4を挟持する圧力は、切断刃により銅リボン線4を切断する際に銅リボン線4に掛かる圧力よりも小さくすることができる。すなわち、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとの相対距離を可変とする駆動部には、前記電極ホルダに内装できるような小型モータなどを適用することができる。そのため、溶接用電極2a,2bに熱切断用電極2cを並設し溶接用電極2a,2bの周りが小型化可能な抵抗溶接機1とすることができる。
According to the
(実施形態2)
本実施形態の抵抗溶接機1における基本構成は、実施形態1と略同一であり、図6に示すように溶接用電極2bが、前記電極ホルダに固定される基端部2ba側の溶接用電極部位と、回転軸2bcを介して回転可能に固定され導通可能な先端部2bb側の溶接用電極部位とを有し、突出部8bが先端部2bb側に設けられている点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the
本実施形態の抵抗溶接機1は、銅リボン線4を熱切断用電極2cと挟持する突出部8bを溶接用電極2bの先端部2bb側に備えており、突出部8bはリボン形状の線材たる銅リボン線4の線幅に沿って銅リボン線4に線状に接触可能な形状であって、突出部8bがリボン形状の線材たる銅リボン線4の線幅方向と垂直な軸に対して回転可能な回転軸2bcによって基端部2ba側に備えられている。これにより、溶接用電極2bは、突出部8bが銅リボン線4との接触角度が可変となるように構成されることになる。
The
抵抗溶接機1は、銅リボン線4の熱切断の際に、張力付与手段6によって銅リボン線4の長手方向に張力を付与しながら溶接用電極2bと熱切断用電極2cとで挟持する。銅リボン線4の熱切断の過程で銅リボン線4の形状が変形し、銅リボン線4が完全に熱切断される前に溶接用電極2bと熱切断用電極2cとが接触してしまうことがある。この場合、銅リボン線4は熱切断するのに十分な通電が行われなくなり、抵抗加熱による熱切断が十分でなくなる虞がある。
When the
これに対して、本実施形態の抵抗溶接機1は、突出部8bと銅リボン線4との接触角度が回転軸2bcによって適宜に変わり、抵抗加熱時における銅リボン線4の形状の変化に応じて突出部8bと銅リボン線4との接触が安定して熱切断をすることが可能となる。なお、可動式の突出部8bは、溶接用電極2bだけでなく、溶接用電極2bと熱切断用電極2cとの両方に設けられていてもよい。また、本実施形態の溶接用電極2bに設けられる突出部8bは、図6に示す断面形状が半円形のものだけに限られず、実施形態1と同様に種々の形状とすることができる。
On the other hand, in the
また、溶接用電極2bに備えられ突出部8bを回転させる回転軸2bcは、360度回転する必要はなく、回転軸2bcの回転角は銅リボン線4の形状や厚み、溶接用電極2bと熱切断用電極2cで挟持させる圧力によって適宜設定すればよい。
Further, the rotating shaft 2bc provided on the
1 抵抗溶接機
2a,2b 溶接用電極
2c 熱切断用電極
2bc 回転軸
3 線材供給ユニット
4 銅リボン線(線材)
5a 配線基板
5b 電極ランド
6 張力付与手段
7 電源部
8a エッジ部
8b,8c 突出部
9 搬送部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記線材を前記溶接用電極の少なくとも一方と挟持し前記線材に通電することにより該線材を熱切断する熱切断用電極と、前記熱切断に際し前記線材の長手方向に沿って該線材に張力を付与する張力付与手段と、を有することを特徴とする抵抗溶接機。 A pair of welding electrodes in contact with pressure to the substrate via the supplied wires from wire supply unit, one of the wires by supplying an electric current to the wire by feeding from the power supply unit between the pair of welding electrodes A resistance welding machine for resistance welding a part to the base material,
A thermal cutting electrode for thermally cutting the wire by sandwiching the wire with at least one of the welding electrodes and energizing the wire, and applying tension to the wire along the longitudinal direction of the wire during the thermal cutting And a tension welding means.
前記抵抗溶接工程後に、前記一対の溶接用電極を前記基材から離して前記線材を該溶接用電極の一方と熱切断用電極とで挟持すると共に、前記線材の長手方向に沿って該線材に張力を付与しながら前記熱切断用電極と前記溶接用電極との間に前記線材を介して通電して前記線材を熱切断する熱切断工程と、を有することを特徴とする抵抗溶接方法。 A welding electrode a pair, resistance welding a portion of the wire to the substrate by passing through the wire between clamping and the pair of welding electrodes the wire between the base resistor Welding process;
After the resistance welding step, the pair of welding electrodes are separated from the base material and the wire is sandwiched between one of the welding electrodes and a thermal cutting electrode, and the wire is disposed along the longitudinal direction of the wire. A resistance welding method, comprising: a thermal cutting step of thermally cutting the wire by energizing the wire between the thermal cutting electrode and the welding electrode while applying tension.
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