JP2018144068A - 接合体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凸部以外での金属片同士の接触を抑制するとともに、インダイレクトスポット溶接を可能とする接合体およびその製造方法を提供する。【解決手段】第１の金属片１の表面と第２の金属片２の裏面とが、第１の金属片１の表面に形成された凸部１１によって接合された接合体であって、第１の金属片１の表面に形成され、第１の金属片１と第２の金属片２との間に配置された電気絶縁性のスペーサ４を備え、第１の金属片１および第２の金属片２は、第１の金属片１の表面のうちスペーサ４の外側の部分が第２の金属片２から露出するように、互いに対向するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、接合体およびその製造方法に関するものである。

従来、金属片に電流を流すことにより発生するジュール熱で金属片を溶融させ、溶融した部分において２つの金属片を接合する抵抗溶接が知られている。抵抗溶接においては、金属片に設けられた凸部に電流を集中させ、凸部を溶融させることによって接合を行う。凸部以外で金属片同士が接触していると、電流が分散して溶接不良が生じるおそれがあるため、凸部以外では金属片同士が離されていることが好ましい。

これについて、例えば特許文献１では、２つの金属片のうちの一方を絶縁材料で覆うことにより、凸部以外での金属片同士の接触を抑制する方法が提案されている。具体的には、一方の金属片はコネクタから突出しており、コネクタとは反対側の端部に凸部が形成され、コネクタ側の部分が絶縁材料で覆われている。そして、他方の金属片は、一方の金属片のうち絶縁材料で覆われた部分に端部が重なるように配置されており、他方の金属片の端部が一方の金属片に接触することが抑制されている。

特開２０１５−２１３９３８号公報

特許文献１に記載の方法は、２つの金属片を積層方向の両側から２つの電極で挟むダイレクトスポット溶接では有効である。しかしながら、一方の金属片のうち、他方の金属片と重ならないコネクタ側の部分が絶縁材料で覆われているため、積層方向の片側から各金属片に電極を接触させるインダイレクトスポット溶接では、絶縁材料によって通電が妨げられる。したがって、特許文献１に記載の方法は、インダイレクトスポット溶接には適用することができない。

本発明は上記点に鑑みて、凸部以外での金属片同士の接触を抑制するとともに、インダイレクトスポット溶接を可能とする接合体およびその製造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、請求項１に記載の発明では、第１の金属片（１）の表面と第２の金属片（２）の裏面とが、第１の金属片の表面に形成された凸部（１１）によって接合された接合体であって、第１の金属片の表面に形成され、第１の金属片と第２の金属片との間に配置された電気絶縁性のスペーサ（４）を備え、第１の金属片および第２の金属片は、第１の金属片の表面のうちスペーサの外側の部分が第２の金属片から露出するように、互いに対向するように配置されている。

これによれば、第１の金属片と第２の金属片との間にスペーサが配置されるため、凸部以外での金属片同士の接触を抑制することができる。また、第１の金属片が、スペーサの外側の部分が第２の金属片から露出するように配置されるため、第１の金属片の表面のうち第２の金属片から露出した部分に電極を接触させ、インダイレクトスポット溶接を行うことが可能となる。

また、請求項９に記載の発明では、第１の被溶接部材（１）の表面と第２の被溶接部材（２）の裏面とを抵抗溶接を用いて接合する接合体の製造方法であって、第１の被溶接部材の表面に凸部（１１）を形成することと、第１の被溶接部材の表面に電気絶縁性のスペーサ（４）を形成することと、第２の被溶接部材の裏面が凸部に接触し、第１の被溶接部材と第２の被溶接部材との間にスペーサが配置され、第１の被溶接部材の表面のうちスペーサの外側の部分が第２の被溶接部材から露出するように、第１の被溶接部材と第２の被溶接部材とを重ねて配置することと、第１の被溶接部材および第２の被溶接部材に電流を流して凸部を溶融させ、第１の被溶接部材と第２の被溶接部材とを溶融した凸部によって接合することと、を備える。

これによれば、第１の被溶接部材と第２の被溶接部材との間にスペーサが配置されるため、凸部以外での被溶接部材同士の接触を抑制することができる。また、第１の被溶接部材が、スペーサの外側の部分が第２の被溶接部材から露出するように配置されるため、第１の被溶接部材の表面のうち第２の被溶接部材から露出した部分に電極を接触させ、インダイレクトスポット溶接を行うことが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる接合体の断面図である。 第１実施形態にかかる接合体の平面図である。 第１実施形態にかかる接合体の製造工程を示す断面図である。 第２実施形態にかかる接合体の断面図である。 第３実施形態にかかる接合体の断面図である。 他の実施形態にかかる接合体の平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。ここでは、図１に示す金属片１と金属片２が接合された接合体を製造する場合について説明する。金属片１は、例えば、半導体チップに接続されるコネクタのリードであり、ニッケルでメッキされた銅等で構成されている。金属片２は、例えば、圧力センサ等が形成された半導体チップのリードであり、ニッケル、錫、金でメッキされた銅等で構成されている。

金属片１は、樹脂製のコネクタケース３に固定されており、金属片２は、コネクタケース３の内部で金属片１に接合されている。金属片１は、第１の金属片、第１の被溶接部材に相当し、金属片２は、第２の金属片、第２の被溶接部材に相当する。

コネクタケース３には、２つの開口部が形成されている。一方の開口部３１は、コネクタケース３の内部に固定された金属片１の表面を露出させるように、金属片１の表面に垂直な方向に延設されている。金属片１のうち開口部３１によって露出した部分は矩形板状とされており、金属片１の裏面は、コネクタケース３に支持されている。

他方の開口部３２は、金属片１の表面に平行な方向に延設されており、コネクタケース３の外側の面と、開口部３１の側壁面において開口している。金属片２は、開口部３２から開口部３１の内部に差し込まれている。

金属片１の表面のうち、開口部３１において露出した部分には、凸部１１が形成されている。凸部１１は、抵抗溶接の際に電流が集中してジュール熱により溶融する部分であり、金属片１と金属片２は、凸部１１によって接合されている。

また、金属片１の表面には、電気絶縁性の材料で構成されたスペーサ４が形成されている。スペーサ４は、抵抗溶接の際に金属片１と金属片２が凸部１１以外で接触することを抑制するためのものであり、金属片１と金属片２との間に配置されている。スペーサ４は、例えば樹脂、セラミック接着剤などで構成されている。

スペーサ４の耐熱温度は、凸部１１の周囲、具体的には、金属片１のうちスペーサ４が形成された部分が抵抗溶接の際に到達する温度以上とされている。これにより、抵抗溶接の際にスペーサ４が変形することが抑制される。なお、抵抗溶接の際には、凸部１１の温度は凸部１１の周囲の温度よりも高くなるため、スペーサ４の耐熱温度を例えば凸部１１が溶融する温度以上とすることで、スペーサ４の変形を抑制することができる。

また、金属片１と金属片２との接合がスペーサ４によって妨げられることを抑制するために、スペーサ４の高さ、すなわち、金属片１の厚さ方向の幅は、溶融した凸部１１の高さ以下とされている。

図２に示すように、スペーサ４は、金属片１の表面に点状に形成されている。このようなスペーサ４は、金属片１の表面における円形状の領域にスペーサ４の材料を塗布し、硬化させることで形成される。そして、この領域の径を小さくすることによって、スペーサ４を低くすることができる。なお、図２では、コネクタケース３の図示を省略している。

また、スペーサ４の材料の粘度やチクソ値によって、材料を塗布する領域の径、および、スペーサ４の高さを制御することができる。また、材料の塗布を複数回に分け、材料の塗布および硬化によって形成される層を重ねることでスペーサ４を形成することも可能であり、１つの層の高さおよび層の数によって、スペーサ４の高さを制御することができる。

凸部１１およびスペーサ４は、金属片１のうち開口部３１から露出した部分の長手方向に並んでいる。また、金属片２は、コネクタケース３の内部において金属片１に接合される部分が矩形板状とされており、長手方向が金属片１の長手方向と一致するように配置されている。そして、金属片１と金属片２は、スペーサ４を挟んで互いに対向するように配置されており、金属片２の裏面は凸部１１に接合されている。

なお、本実施形態では、スペーサ４の全体が金属片１と金属片２との間に配置されているが、スペーサ４が形成される領域は、金属片１の表面のうち後述する副電極６が接触する部分の外側であればよく、スペーサ４の一部が金属片２から露出していてもよい。

本実施形態の接合体の製造方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示す工程では、プレス加工によって金属片１の表面に凸部１１を形成する。図３（ｂ）に示す工程では、ジェットディスペンサ等を用いて、金属片１の表面のうち凸部１１の外側の部分に絶縁性樹脂を点状に塗布し、スペーサ４を形成する。このとき、スペーサ４の高さＴａが、後述する図３（ｄ）に示す工程で溶融した後の凸部１１の高さＴｂ以下となるように、スペーサ４を形成する。その後、インサート成形によってコネクタケース３を形成し、金属片１をコネクタケース３に固定する。なお、コネクタケース３を形成し、金属片１をコネクタケース３に固定した後に、開口部３１の内部において金属片１の表面に樹脂を塗布し、スペーサ４を形成してもよい。

図３（ｃ）に示す工程では、コネクタケース３の外側から開口部３２に金属片２を差し込み、金属片１と金属片２とを重ねて配置する。このとき、金属片２の裏面が凸部１１に接触し、金属片１と金属片２との間にスペーサ４が配置され、金属片１の表面のうちスペーサ４の外側の部分が金属片２から露出するようにする。具体的には、金属片１のうち凸部１１およびスペーサ４が形成された長手方向の一部と、金属片２の長手方向の端部とが互いに対向するように配置する。これにより、金属片１の長手方向の他の部分が、金属片２から露出する。

図３（ｄ）に示す工程では、インダイレクトスポット溶接を用いて、金属片１の表面と金属片２の裏面とを溶接する。具体的には、開口部３１の内部において、金属片２の表面、すなわち、金属片２のうち金属片１とは反対側の面に、主電極５を接触させる。また、開口部３１の内部において、金属片１の表面のうち金属片２およびコネクタケース３から露出した部分に、副電極６を接触させる。そして、主電極５と副電極６に電圧を印加し、金属片１および金属片２に電流を流す。すると、電流が凸部１１に集中することで、凸部１１がジュール熱によって溶融し、金属片１と金属片２が溶融した凸部１１によって接合される。

このとき、凸部１１が溶融することにより、凸部１１の高さは溶融する前よりも低くなる。しかしながら、図３（ｂ）に示す工程で、Ｔａ≦Ｔｂとなるようにスペーサ４が形成されているので、凸部１１を介した金属片１と金属片２との接合がスペーサ４によって妨げられることが抑制される。

本実施形態では、開口部３１において、金属片１のうち長手方向の一部が、金属片２およびスペーサ４から露出している。そのため、上記のように金属片１の表面のうち金属片２およびスペーサ４から露出した部分に副電極６を接触させ、インダイレクトスポット溶接を行うことが可能となる。

また、金属片１と金属片２との間にスペーサ４が配置されているため、凸部１１以外での金属片１と金属片２との接触を抑制することができる。これにより、電流の分散による溶接不良を抑制することができる。また、主電極５のうち金属片２に接触する面を大きくすることが可能となり、加圧による主電極５の変形、および、主電極５への電流集中による発熱を抑制することができる。

また、仮に金属片２にスペーサ４を形成すると、スペーサ４が形成された金属片２をコネクタケース３の開口部３２に通すことになるため、スペーサ４に合わせて開口部３２の幅を大きくする必要がある。これに対して、本実施形態では、コネクタケース３の内部に配置された金属片１の表面にスペーサ４を形成しているので、開口部３２の幅を大きくする必要がなく、設計の自由度が高い。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対してスペーサ４の配置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態では、金属片１の表面の面内方向、具体的には、金属片１の長手方向において、凸部１１の両側にそれぞれスペーサ４が形成されている。

凸部１１の両側にスペーサ４が配置された本実施形態では、主電極５のうち金属片２に接触する面が大きい場合にも、金属片２のうち凸部１１付近の部分に安定して荷重を加えることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第２実施形態に対してスペーサ４の形状を変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態では、金属片１の表面において凸部１１を囲むようにスペーサ４が配置されており、凸部１１の側面の一部がスペーサ４によって覆われている。

このようにスペーサ４を形成した本実施形態においても、第２実施形態と同様に、金属片２のうち凸部１１付近の部分に安定して荷重を加えることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１、第２実施形態ではスペーサ４を点状に形成したが、図６に示すように、スペーサ４を金属片１の長手方向に垂直な直線状に形成してもよい。

また、本発明をダイレクトスポット溶接に適用してもよい。すなわち、金属片１の裏面がコネクタケース３から露出するようにコネクタケース３を形成し、金属片２の表面、金属片１の裏面にそれぞれ主電極５、副電極６を接触させて、凸部１１を金属片１の厚さ方向の両側から押圧した状態で抵抗溶接を行ってもよい。

１ 金属片
１１ 凸部
２ 金属片
４ スペーサ

Claims (18)

1. 第１の金属片（１）の表面と第２の金属片（２）の裏面とが、前記第１の金属片の表面に形成された凸部（１１）によって接合された接合体であって、
   前記第１の金属片の表面に形成され、前記第１の金属片と前記第２の金属片との間に配置された電気絶縁性のスペーサ（４）を備え、
   前記第１の金属片および前記第２の金属片は、前記第１の金属片の表面のうち前記スペーサの外側の部分が前記第２の金属片から露出するように、互いに対向するように配置されている接合体。
2. 前記スペーサは、前記第１の金属片の表面に接合されている請求項１に記載の接合体。
3. 前記スペーサの耐熱温度は、前記凸部が溶融する温度以上である請求項１または２に記載の接合体。
4. 前記スペーサの高さは、前記凸部の高さ以下である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の接合体。
5. 前記スペーサは、前記第１の金属片の表面の面内方向において、前記凸部の両側に形成されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の接合体。
6. 前記スペーサは、前記凸部を囲むように形成されている請求項５に記載の接合体。
7. 前記スペーサは、点状に形成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の接合体。
8. 前記スペーサは、直線状に形成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の接合体。
9. 第１の被溶接部材（１）の表面と第２の被溶接部材（２）の裏面とを抵抗溶接を用いて接合する接合体の製造方法であって、
   前記第１の被溶接部材の表面に凸部（１１）を形成することと、
   前記第１の被溶接部材の表面に電気絶縁性のスペーサ（４）を形成することと、
   前記第２の被溶接部材の裏面が前記凸部に接触し、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材との間に前記スペーサが配置され、前記第１の被溶接部材の表面のうち前記スペーサの外側の部分が前記第２の被溶接部材から露出するように、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材とを重ねて配置することと、
   前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材に電流を流して前記凸部を溶融させ、前記第１の被溶接部材と前記第２の被溶接部材とを溶融した前記凸部によって接合することと、を備える接合体の製造方法。
10. 前記スペーサを形成することでは、前記スペーサの材料を前記第１の被溶接部材の表面に塗布することにより前記スペーサを形成する請求項９に記載の接合体の製造方法。
11. 前記接合することでは、前記第１の被溶接部材の表面と前記第２の被溶接部材の表面とに電極（５、６）を接触させて、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材に電流を流す請求項９または１０に記載の接合体の製造方法。
12. 前記スペーサの耐熱温度は、前記第１の被溶接部材のうち前記スペーサが形成された部分が前記接合することにおいて到達する温度以上である請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
13. 前記スペーサの耐熱温度は、前記凸部が溶融する温度以上である請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
14. 前記スペーサの高さは、前記接合することで溶融した前記凸部の高さ以下である請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
15. 前記スペーサを形成することでは、前記第１の被溶接部材の表面の面内方向において、前記凸部の両側に前記スペーサを形成する請求項９ないし１４のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
16. 前記スペーサを形成することでは、前記凸部を囲むように前記スペーサを形成する請求項１５に記載の接合体の製造方法。
17. 前記スペーサを形成することでは、前記スペーサを点状に形成する請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
18. 前記スペーサを形成することでは、前記スペーサを直線状に形成する請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。

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