JP6194265B2 - 溶接用マスク部材及び回路基板の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板上の端子を非接触型の溶接器により溶接する技術に関し、特に、この溶接の際に回路基板上に配置される溶接用マスク部材の改良に関する。

回路基板の表面より突出する端子同士の接合として、例えばＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接のような非接触型の溶接器を用いた溶接が知られている。このような非接触型の溶接の場合、溶接時の輻射熱によって回路基板の一部などが不用意に溶けたり変形することを抑制するように、溶接用マスク部材を用いて溶接を行う技術が特許文献１に開示されている。この溶接用マスク部材は、端子が挿通する複数の開口部が形成された金属板であり、この溶接用マスク部材を回路基板上に配置した上で溶接が行われる。

特開２００９−９９６２号公報

しかしながら、例えば車両の電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ等に用いられる制御ＥＣＵに搭載される回路基板では、近年、小型化やコスト低減などの市場要求により高密度の配線化が要求されており、回路基板上の端子間の距離も短くなりつつある。このために、溶接する際の輻射熱等の影響により、溶接の対象ではない周囲の他の端子にも熱が伝達したり、あるいはアークの誤飛び等に起因して、溶損を招くおそれがある。特に、端子が細い場合には輻射熱だけでも周囲の端子が溶損を招くおそれがある。

また、一部の端子は別の回路基板や電子機器等に接続するため、端子の高さが比較的高くなっている場合があり、この場合、ＴＩＧ溶接などのアーク溶接では、上記高い端子の先端にアークが誤飛びし易い傾向にある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、非接触型の溶接器を用いた溶接の際に、溶接対象の端子の周囲の端子への熱の伝達などを抑制して、周囲の端子の溶損を抑制することを目的としている。

本発明に係る溶接用マスク部材は、回路基板の表面に複数の端子が立設され、近接する一対の上記端子を非接触型の溶接器を用いて溶接する際に、上記回路基板上に配置されるものである。

この溶接用マスク部材は、上記回路基板の表面を覆うベースプレートを有し、このベースプレートには、上記端子が挿通する複数の開口部が形成されており、かつ、上記開口部同士の間に、上記ベースプレートより起立する仕切壁が設けられている。

このように開口部同士の間に仕切壁を設けたことによって、近接する一対の端子を溶接する際に発生する熱が周囲の端子に伝達することを抑制することができ、周囲の端子が誤って溶損することを抑制することができる。

好ましくは、仕切壁の表面に、この仕切壁の素材よりも耐熱温度が高い耐熱素材による保護層が設けられている。この保護層により、溶接時に仕切壁を熱から保護し、溶接用マスク部材の耐久性・信頼性を向上することができる。また、保護層をセラミック素材などの非電導性の素材により形成することによって、例えばアーク溶接によるアークの誤飛びや、レーザー溶接におけるレーザーの反射などによる溶損を更に確実に抑制することができる。これにより、溶接精度を向上し、不良品の発生を抑制して、品質の向上を図ることができる。

典型的には、上記開口部は、溶接が行なわれる上記一対の端子が挿通する第１開口部と、上記一対の端子とは異なる端子が挿通する第２開口部と、を有している。そして、上記仕切壁は、上記第２開口部の周縁部から起立しており、上記保護層は、少なくとも上記仕切壁の第１開口部側を向いた表面に形成されている。

このように第２開口部の周縁部に仕切壁を形成することで、仕切壁を相対的に第２開口部に近づけつつ第１開口部から遠ざけることができる。これにより、第２開口部を挿通する保護対象の端子に仕切壁を十分に近づけて、保護対象の端子を熱や誤飛びから確実に保護しつつ、第１開口部の周辺、つまり溶接が行なわれる一対の端子周辺のスペースを確保して、溶接器と仕切壁との干渉を抑制し、溶接時の作業性を向上することができる。

また、溶接が行われる一対の端子が挿通する第１開口部側を向いた仕切壁の表面に保護層を形成することで、溶接の際に保護層が直接的に受熱する形となり、この保護層により確実に効率良く仕切壁を保護することができる。

更に、開口部の周縁部に仕切壁を形成することで、例えばプレス装置による開口部のプレス加工の際に同時に仕切壁を形成することができる。具体的には、開口部の一辺を残して三辺を打ち抜き、残された一辺の部分を折り曲げることによって、プレス加工と同時に仕切壁を容易に形成することができる。このために、製造が簡素化され、製造コストを低減することができる。

好ましくは、上記保護層は、セラミック素材をコーティング処理して形成されている。このようにコーティング処理によって仕切壁を含む溶接用マスク部材の一部分に保護層を形成することができるため、製造が容易であり、製造コストを低減することができる。また、溶接用マスク部材そのものをセラミック素材などの耐熱素材で成形する場合に比して、製造コストを低減することができる。

なお、溶接用マスク部材の表面全体をコーティング処理することも可能である。この場合であっても、溶接用マスク部材の全体を耐熱素材で成形する場合に比して、製造コストを低減することができる。

更に好ましくは、上記仕切壁は、保護対象となる端子よりも高さが高くなるように形成されている。これによって、保護対象となる端子を、その先端部分を含めて確実に保護することができる。特に、アーク溶接における誤飛びやレーザー溶接によるレーザーの反射からも確実な保護を行うことが可能となる。

本発明に係る回路基板の溶接方法は、回路基板の表面に複数の端子が立設され、近接する一対の上記端子を非接触型の溶接器を用いて溶接する際に、上記回路基板上に溶接用マスク部材を配設するものである。上記溶接用マスク部材は、上記回路基板の表面を覆うベースプレートを有し、このベースプレートには、上記端子が挿通する複数の開口部が形成されるとともに、上記開口部同士の間に、上記ベースプレートより起立する仕切壁が設けられている。そして、この起立部よりも耐熱温度の高い耐熱素材が上記起立部の表面に形成された保護層を、溶接が行われる一対の端子側に向けた状態で、上記溶接用マスク部材を上記回路基板上に設置して溶接を行なうものである。

本発明によれば、非接触型の溶接器を用いた溶接の際に、溶接対象の端子の周囲の端子への輻射熱の伝達やアークの誤飛びなどを抑制して、周囲の端子の溶損を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る回路基板上に配置した溶接用マスク部材を示す斜視図。 上記溶接用マスク部材を単体で示し、仕切壁を設ける前の状態を示す斜視図。 上記溶接用マスク部材を単体で示す斜視図。 溶接直前の図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 溶接後の図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 仕切壁のない比較例の溶接時の状態を示す断面図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。先ず、図１，図４及び図５を参照して、本実施例の要部をなす溶接用マスク部材２０が配設される回路基板１０について説明する。この回路基板１０は、車両の電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などに用いられる制御ＥＣＵに実装されるもので、その周縁部の一側には、他の電子機器との接続用の複数のコネクタ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄが設けられている。図４及び図５に示すように、回路基板１０は、金属製のバスバー１２に合成樹脂材料をモールドして形成されるもので、その実装側の表面には、多数の端子１４，１５が基板表面から略直角に起立するように立設されている。

これら多数の端子１４，１５には、後述するように非接触型の溶接器１３により溶接される溶接端子１４と、溶接器１３では溶接が行われない非溶接端子１５と、が含まれる。溶接端子１４は、図４及び図５に示すように、一対の溶接端子１４Ａ，１４Ｂが実質的に接触する程度に極めて近接した状態で並べて配置され、その上端部分が溶接器１３により溶接される。なお、図１では個々の溶接端子１４が１つしか描かれていないようにみえるが、実際には図４及び図５に示すように一対の溶接端子１４Ａ，１４Ｂが極めて近接して配置されている。一方、非溶接端子１５は、例えば制御用基板やインバータ基板などの別の回路基板や電子機器等に接続されるもので、基板表面からの端子高さが他の溶接端子１４よりも相対的に高くなっている。

次に、本実施例の要部をなす溶接用マスク部材２０について、図１〜図５を参照して説明する。この溶接用マスク部材２０は、金属製の板状をなすベースプレート２１を主体としており、溶接の際に端子１４，１５が立設する回路基板１０の表面を覆うように、この回路基板１０の上に被せるように配置されるものである。ベースプレート２１には、回路基板１０の表面から突出する複数の端子１４，１５等の位置に対応する形で、端子１４，１５等が挿通する複数の開口部２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ）が形成されている。

なお、開口部が過度に小さくなると、溶接用マスク部材２０を回路基板１０上に被せる際の作業性が悪化するために、複数の端子１４，１５が比較的近く配置されている部分では、一つの開口部２２に複数の端子が挿通するようになっている。また、幾つかの開口部２２Ｃは、固定ボルトやビス等の固定具などの位置に対応する形で設けられている。

このように、近接する１つ又は幾つかの端子毎に複数の開口部２２を設けることで、個々の開口部２２の開口面積を比較的小さくすることができる。これによって、回路基板１０が開口部２２から露出する面積を小さくでき、回路基板１０に対する熱保護性能を更に向上することができる。更に、開口部２２の開口面積を小さくすることで、溶接用マスク部材２０の強度を高め、耐久性を向上することができる。

そして、ベースプレート２１には、隣り合う開口部２２同士の間に、このベースプレート２１から略直角に起立する仕切壁２３（２３Ａ，２３Ｂ）が設けられている。詳しくは、開口部２２には、溶接端子１４が挿通する第１開口部２２Ａと、その周囲の端子、特にこの実施例では非溶接端子１５が挿通する第２開口部２２Ｂと、が含まれている。仕切壁２３は、第１開口部２２Ａと第２開口部２２Ｂとの間、より具体的には第２開口部２２Ｂの周縁部より略直角に起立する形で設けられている。

図１に示すように、この実施例では二箇所に仕切壁２３が設けられており、図の右上側の３つの第１仕切壁２３Ａは、第２開口部２２Ｂの周縁部からほぼ直角に折り曲げられたシンプルな板状をなしており、図示せぬプレス装置により開口部２２を打ち抜く際に、同時に形成されるものである。具体的には図２に示すように、開口部２２をプレスにより打ち抜く際に、第１仕切壁２３Ａとなる部分では、第２開口部２２Ｂの周縁部となる一辺２４Ａを残して三辺２４Ｂがスリット状に打ち抜かれ、残された一辺２４Ａの部分で折り曲げることによって、図３に示すように第１仕切壁２３Ａが形成されると同時に第２開口部２２Ｂが形成される。このように第１仕切壁２３Ａは、開口部２２のプレス加工の際に同時に形成することができるために、製造が容易で、製造コストを低減することができる。

一方、図１の左下側に位置する第２仕切壁２３Ｂは、周囲に複数の第１開口部２２Ａが比較的近い位置に配置されていることから、第２開口部２２Ｂから突出する複数の非溶接端子１５の三方を囲うように、板状をなす３つの壁部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを有するチャンネル形状をなしている。具体的には、この第２仕切壁２３Ｂは、相対的に長い主壁部２５Ａの両側に短い一対の補助壁部２５Ｂ，２５Ｃが直角に折曲する形で設けられた構造となっており、第２開口部２２Ｂの周縁部の三辺に溶接等により接合・固定される。

このように第２仕切壁２３Ｂは、第１仕切壁２３Ａに比して、接合を要する分の作業工数が嵩むものの、非溶接端子１５の周囲の三方を囲う形状であるために、非溶接端子１５を輻射熱等からより確実に保護することができる。

図４及び図５を参照して、溶接の際には、上述の溶接用マスク部材２０が回路基板１０上に被せて配置される。ＴＩＧ溶接などのアーク溶接の場合、溶接器１３の一方の電極（図示省略）を溶接対象となる溶接端子１４側に接続し、他方の電極を一対の溶接端子１４の先端部に近づけた状態で、通電によりアークを飛び出させて溶接を行う。図５は溶接後の状態を示しており、一対の溶接端子１４Ａ，１４Ｂの先端部同士が溶着した球状の溶着部２６で接続した状態となる。

図６は、仕切壁のない比較例の溶接時の状態を示している。図中の領域２７は溶接時の輻射熱の影響を受ける範囲を模式的に示しており、溶接端子１４の近くに非溶接端子１５があると、この非溶接端子１５が輻射熱の影響により溶損するおそれがある。また、図中の符号２８に示すように、アーク溶接の際にアークが予期せぬ方向に誤飛びして、本来溶かしてはいけない非溶接端子１５を溶損させてしまうおそれがある。

これに対し、図４及び図５に示す本実施例では、溶接端子１４と非溶接端子１５との間に仕切壁２３を設けたことによって、非溶接端子１５側へ輻射熱が伝達することを抑制するとともに、アークが非溶接端子１５側へ誤飛びすることを抑制して、この非溶接端子１５が誤って溶損することを抑制することができる。

また、溶接対象でない非溶接端子１５が挿通する第２開口部２２Ｂの周縁部に仕切壁２３を形成することで、仕切壁２３を溶接対象でない非溶接端子１５に近づけつつ、溶接対象である溶接端子１４から遠ざけることができる。この結果、非溶接端子１５の溶損を抑制しつつ、溶接端子１４の周辺のスペースを確保して、溶接器１３と仕切壁２３との干渉を抑制し、溶接時の作業性を向上することができる。

更に本実施例では、図４及び図５に示すように、仕切壁２３の両側の表面のうち、溶着端子１４，１５が挿通する第１開口部２２Ａ側に向かう表面に、この仕切壁２３の素材よりも耐熱温度が高い耐熱素材による保護層２９をコーティング処理により形成している。この保護層２９により、溶接時に仕切壁２３を熱から更に確実に保護することができ、仕切壁２３の耐久性を向上することができる。

特に本実施例では、保護層２９を非電導性の素材であるセラミック素材により形成している。これによって、アークの誤飛びをより確実に抑制し、溶接精度を向上することができ、不良品の発生を抑制して、品質の向上を図ることができる。

また、溶接端子１４が挿通する第１開口部２２Ａに向かい合う形で仕切壁２３の表面に保護層２９を形成することによって、溶接の際に保護層２９が直接的に受熱する形となり、確実に効率良く仕切壁２３を保護することができる。

更に、保護層２９をコーティング処理により形成しているために、製造が容易であり、製造コストを低減することができる。また、溶接用マスク部材そのものをセラミック素材などの耐熱素材で成形する場合に比して、製造コストを低減することができる。

なお、溶接用マスク部材の表面全体をコーティング処理することも可能である。この場合であっても、溶接用マスク部材の全体を耐熱素材で成形するよりも製造コストを低減することができる。

加えて、図４及び図５に示すように、仕切壁２３は、回路基板１０上に配置した状態で、保護対象である非溶接端子１５よりも高さが高くなるように形成されている。これによって、溶接器１３の電極と仕切壁２３との干渉を抑制しつつ、非溶接端子１５の受熱や誤飛びを確実に抑制することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、仕切壁による保護の対象となる端子は、非溶接端子に限らず、溶接端子であっても良い。また、非接触の溶接としては、ＴＩＧ溶接に代表されるアーク溶接に限らず、レーザー溶接や電子ビーム溶接であっても良い。レーザー溶接の場合には、仕切壁にセラミック素材のような非電動性の素材を用いることにより、レーザーの反射をも抑制することができる。

１０…回路基板
１４…溶接端子
１５…非溶接端子
２０…溶接用マスク部材
２１…ベースプレート
２２Ａ…第１開口部
２２Ｂ…第２開口部
２３Ａ，２３Ｂ…仕切壁
２９…保護層

Claims (4)

1. 回路基板の表面に複数の端子が立設され、近接する一対の上記端子を非接触型の溶接器を用いて溶接する際に、上記回路基板上に配置される溶接用マスク部材において、
   上記回路基板の表面を覆うベースプレートを有し、このベースプレートには、上記端子が挿通する複数の開口部が形成されており、
   かつ、上記開口部同士の間に、上記ベースプレートより起立する仕切壁が設けられ、
   上記仕切壁の表面には、この仕切壁の素材よりも耐熱温度が高い耐熱素材による保護層が設けられ、
   上記開口部は、溶接が行なわれる上記一対の端子が挿通する第１開口部と、上記一対の端子とは異なる端子が挿通する第２開口部と、を有し、
   上記仕切壁は、上記第２開口部の周縁部から起立し、
   上記保護層は、少なくとも上記仕切壁の第１開口部側を向いた表面に形成されていることを特徴とする溶接用マスク部材。
2. 上記保護層は、セラミック素材をコーティング処理して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用マスク部材。
3. 上記仕切壁は、その近傍に位置し、この仕切壁による保護対象となる端子よりも高さが高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接用マスク部材。
4. 回路基板の表面に複数の端子が立設され、近接する一対の上記端子を非接触型の溶接器を用いて溶接する際に、上記回路基板上に溶接用マスク部材を配設する回路基板の溶接方法において、
   上記溶接用マスク部材は、上記回路基板の表面を覆うベースプレートを有し、このベースプレートには、上記端子が挿通する複数の開口部が形成されるとともに、上記開口部同士の間に、上記ベースプレートより起立する仕切壁が設けられ、
   上記仕切壁は、溶接が行われる上記一対の端子とは異なる端子が挿通する開口部の周縁部から起立するように設けられ、
   この仕切壁よりも耐熱温度の高い耐熱素材が上記仕切壁の表面に形成された保護層を、溶接が行われる一対の端子側に向けた状態で、上記溶接用マスク部材を上記回路基板上に設置して溶接を行なうことを特徴とする回路基板の溶接方法。

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