(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光線を局部的に照射することで、電線と導電性金属板を何れも溶融させた上で凝固させて接合することで形成されるレーザ溶接構造であって、
前記導電性金属板の融点は、前記電線の融点よりも高く、
溶融前において、前記導電性金属板の断面積は、前記電線の断面積よりも大きく、
前記導電性金属板に前記レーザ光線を照射して得られた、
レーザ溶接構造。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶接構造であって、
溶融前において、
前記導電性金属板は、前記レーザ光線の照射方向で見たときに前記電線が前記導電性金属板によって隠れるように幅広に形成されている、
レーザ溶接構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ溶接構造であって、
前記電線は、単線である、
レーザ溶接構造。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のレーザ溶接構造であって、
前記電線は、同軸ケーブルの中心導体である、
レーザ溶接構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のレーザ溶接構造であって、
前記電線は、撚り線である、
レーザ溶接構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載のレーザ溶接構造を有するワイヤーハーネス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光線を局部的に照射することで、電線と導電性金属板を溶融凝固させて接合したレーザ溶接構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、本願の図７に示すように、端子１００と一体形成された導電性金属板１０１に対し溶接モードのレーザ光１０２を照射することで、電線１０３と導電性金属板１０１をレーザ溶接する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、導電性金属板１０１のみならず電線１０３をも確実に溶融させるべく、レーザ光１０２によって導電性金属板１０１に与える総熱エネルギーを、対象物の材料や大きさの組み合わせによってはマージンを見込んで多めに設定する必要があった。
【０００５】
本願発明の目的は、導電性金属板と電線の双方を溶融状態とするのに必要となる総熱エネルギーを抑える技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の観点によれば、レーザ光線を局部的に照射することで、電線と導電性金属板を溶融凝固させて接合することで形成されるレーザ溶接構造は、以下のように構成されている。即ち、前記電線の融点と、前記導電性金属板の融点と、が異なっている。前記レーザ溶接構造は、前記電線又は前記導電性金属板のうち融点が高い方に前記レーザ光線を照射して得られたものである。
好ましくは、前記導電性金属板の融点の方が前記電線の融点よりも高い。
好ましくは、溶融前において、前記導電性金属板は、前記レーザ光線の照射方向で見たときに前記電線が前記導電性金属板によって隠れるように幅広に形成されている。
好ましくは、溶融前において、前記導電性金属板の断面積は、前記電線の断面積よりも大きい。
好ましくは、前記電線は、単線である。
好ましくは、前記電線は、同軸ケーブルの中心導体である。
好ましくは、前記電線は、撚り線である。
また、上記のレーザ溶接構造を有するワイヤーハーネスが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明によれば、前記導電性金属板の融点の方が前記電線の融点よりも高い場合は、前記導電性金属板に前記レーザ光線が照射され、前記導電性金属板が先に溶融する。そして、前記導電性金属板の融点は前記電線の融点よりも高いから、前記導電性金属板さえ溶融していれば、前記電線は前記導電性金属板からの受熱によって確実に溶融することができる。それ故、溶接に必要な伝熱量を抑制できることからレーザ照射量の減少が図れるほか、それに伴ないスパッタの発生も抑制できて生産性向上に寄与できる。なお、前記電線の融点の方が前記導電性金属板の融点よりも高い場合についても同様の効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、ワイヤーハーネスの部分斜視図である。（第１実施形態）
【図２】図２は、レーザ溶接構造の正面図であって、レーザ溶接作業の第１説明図である。（第１実施形態）
【図３】図３は、レーザ溶接構造の正面図であって、レーザ溶接作業の第２説明図である。（第１実施形態）
【図４】図４は、レーザ溶接構造の正面図であって、レーザ溶接作業の第３説明図である。（第１実施形態）
【図５】図５は、レーザ溶接構造の正面図であって、レーザ溶接作業の第４説明図である。（第１実施形態）
【図６】図６は、図５に相当する図であって、比較例を示す図である。
【図７】図７は、特許文献１の図５に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、図１〜６を参照しつつ、本願発明の第１実施形態を説明する。
【００１０】
図１には、作業台１の上に載せられたワイヤーハーネス２が示されている。以下、このワイヤーハーネス２が、昨今著しく小型化されつつある携帯電話機向けのものであるとして説明を行う。なお、図１において、符号W1はレーザ溶接前の様子を示しており、符号W2はレーザ溶接後の様子を示している。
【００１１】
ワイヤーハーネス２は、束ねられた複数の信号線３と、プラグ側コネクタ４とによって構成されている。
【００１２】
信号線３は、銅又は銅合金から成る撚り線５（電線）と、例えばポリエチレンや塩化ビニルなどから成り、撚り線５を被覆する被覆材６とによって構成されている。本実施形態において、信号線３の外径は４００マイクロメートル程度であり、撚り線５の外径は２５０マイクロメートル程度である。
【００１３】
プラグ側コネクタ４は、携帯電話機の基板に表面実装された相手側コネクタとしてのレセプタクル側コネクタ（不図示）に結合されるコネクタである。プラグ側コネクタ４は、プラスチック等の絶縁体であるハウジング７と、複数のコンタクト８とによって構成されている。
【００１４】
ハウジング７は、複数のコンタクト８を保持するものである。
【００１５】
各コンタクト８は、レセプタクル側コネクタが備えるコンタクトと接触することで、各信号線３の撚り線５を携帯電話機の基板に接続するためのものである。各コンタクト８は、各信号線３の撚り線５に沿って延びている。各コンタクト８は、被支持部９と、溶接部１０（導電性金属板）とによって構成されている。各コンタクト８において被支持部９と溶接部１０は一体形成されている。本実施形態において各コンタクト８は、鉄又は鉄合金によって形成されている。
【００１６】
被支持部９は、ハウジング７によって支持されると共に、レセプタクル側コネクタのコンタクトに対する接点を有する部分である。
【００１７】
溶接部１０は、各信号線３の撚り線５に対してレーザ溶接される部分である。図２に示すように、溶接部１０は、信号線３の撚り線５に対して対向する撚り線対向面１１と、その反対の面であるレーザ照射面１２とを有している。そして、本実施形態においてレーザ光線Lは、溶接部１０のレーザ照射面１２に照射される。詳しくは、レーザ光線Lは、溶接部１０のレーザ照射面１２のうち、図１において二点鎖線で示すレーザ光線照射領域LAに照射される。
【００１８】
また、図２に示すように、溶接部１０は、レーザ光線Lの照射方向で見たときに信号線３の撚り線５が溶接部１０によって隠れるように十分幅広に形成されている。即ち、図２において、溶接部１０の幅寸法D1と、信号線３の撚り線５の幅寸法D２との間には、D1>D2の関係が成立している。また、溶接部１０の断面積は、信号線３の撚り線５の断面積よりも大きい。ここで、「信号線３の撚り線５の断面積」とは、信号線３の撚り線５を構成する各銅線ｐの断面積の合計の断面積に相当している。
【００１９】
以上の構成で、信号線３の撚り線５と溶接部１０を密着させた上で、図２に示すようにレーザ光線Lを溶接部１０のレーザ照射面１２のレーザ光線照射領域LA（図１も併せて参照）に局部的に照射することで、信号線３の撚り線５と溶接部１０は、図３〜４に示すように溶融し、図５に示すように凝固することで互いに強固に接合される。図５には、図２〜４に示すようにレーザ光線Lを局部的に照射することで、信号線３の撚り線５と溶接部１０を溶融凝固させて接合することで形成されるレーザ溶接構造Fが示されている。図５に示すように、レーザ溶接構造Fは、信号線３の撚り線５と溶接部１０とが溶融し合った合金構造を成し、溶融時の表面張力によってある程度丸みを帯びた外観を呈している。図１に示すワイヤーハーネス２は、即ち、複数のレーザ溶接構造Fを有することになる。
【００２０】
そして、図１に示すように、本実施形態において、レーザ溶接構造Fは、信号線３の末端に形成される。換言すれば、各コンタクト８には、各信号線３の撚り線５の末端がレーザ溶接により接続されている。
【００２１】
ここで参考までに、純金属としての銅と鉄の物理的性質を紹介する。
（銅）
融点：１０８３℃
比熱：０．００９６J/（g・K）
溶解潜熱：２０５J/g
固有抵抗：１．６９３Ω・ｍ
（鉄）
融点：１５３６℃
比熱：０．４５６J/（g・K）
溶解潜熱：２６８J/g
固有抵抗：９．７１Ω・ｍ
（機械実用便覧改訂第６版、２００５年４月１５日、１０刷、pp.174〜175、社団法人日本機械学会）
上記文献によれば、鉄の方が銅よりも融点が相当高い。従って、本実施形態において、溶接部１０の融点は、信号線３の撚り線５の融点よりも高い、と言うことができる。
【００２２】
以上に本願発明の好適な第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は、要するに、以下の特長を有している。
【００２３】
レーザ光線Lを局部的に照射することで、信号線３の撚り線５（電線）と溶接部１０（導電性金属板）を溶融凝固させて接合することで形成されるレーザ溶接構造Fは、以下のように構成されている。即ち、信号線３の撚り線５の融点と、溶接部１０の融点と、が異なっている。レーザ溶接構造Fは、図２〜５に示すように、信号線３の撚り線５又は溶接部１０のうち融点が高い溶接部１０にレーザ光線Lを照射して得られたものである。以上の構成によれば、溶接部１０にレーザ光線Lが照射され、溶接部１０が先に溶融する。そして、溶接部１０の融点は信号線３の撚り線５の融点よりも高いから、溶接部１０さえ溶融していれば、信号線３の撚り線５は溶接部１０からの受熱によって確実に溶融することができる。それ故、溶接部１０のみならず信号線３の撚り線５をもしっかり溶融させるためにレーザ光線Lの照射時間等にマージンを見込む必要がなくなる。従って、溶接部１０と信号線３の撚り線５の双方を溶融状態とするのに必要となる総熱エネルギーを抑えることができる。なお、信号線３の撚り線５の融点の方が溶接部１０の融点よりも高い場合は、信号線３の撚り線５にレーザ光線Lを照射することになるが、この場合も同様の効果が発揮される。
【００２４】
また、図２に示すように、溶融前において、溶接部１０は、レーザ光線Lの照射方向で見たときに信号線３の撚り線５が溶接部１０によって隠れるように幅広に形成されている。以上の構成によれば、溶接部１０は、図３〜５に示すように、信号線３の撚り線５を包み込むように溶融するので、溶接部１０から信号線３の撚り線５への熱の移動がスムーズに行われる。従って、信号線３の撚り線５が多少解れていても、レーザ溶接構造Fは、問題なく信号線３の撚り線５を包含することができる。この点、コンタクト８と信号線３の撚り線５との接続品質は向上され、この結果、歩留まりも良好となる。
【００２５】
また、図２に示すように、溶融前において、溶接部１０の断面積は、信号線３の撚り線５の断面積よりも大きい。以上の構成によれば、溶接部１０の溶融量が十分に確保されるので、溶接部１０は、信号線３の撚り線５を一層包み込むように溶融することができる。従って、信号線３の撚り線５が多少解れていても、レーザ溶接構造Fは、一層問題なく信号線３の撚り線５を包含することができる。
【００２６】
ここでは、上記の技術的意義を補足すべく、図６の比較例を紹介する。図６の比較例では、溶接部１０の融点が信号線３の撚り線５の融点よりも低いにも拘らず、溶接部１０にレーザ光線Lを照射し、その上、レーザ光線Lによって溶接部１０に供給された総熱エネルギーが過小であった場合が示されている。この場合、溶接部１０が溶融し、溶融状態となった溶接部１０の温度が信号線３の撚り線５の融点を超えていたとしても、撚り線５を構成する多数の銅線ｐのうち一部が溶融し切れない場合が生じ得ると考えられる。
【００２７】
さて、上記のレーザ溶接構造の技術背景を更に若干補足する。即ち、信号線３の撚り線５や溶接部１０の素材は、導電率やコストなどを総合的に勘案して決定される。その際、一般的には、信号線３の撚り線５の素材と溶接部１０の素材は、同一の素材が採用される。なぜなら、異種金属同士をレーザ溶接するとそのレーザ溶接箇所が予期せぬ脆性を呈する場合があり、そのような脆性を最終製品から排除すべく新たな耐久試験が要求されることになって煩わしいからである。とりわけ上記のレーザ溶接構造を例えば携帯電話機に代表される携帯端末に採用する場合には、携帯端末には落下衝撃が不可避に生じ得るので、なおさらのことである。この意味で、信号線３の撚り線５と溶接部１０を異種金属によって形成したことを前提とした上記のレーザ溶接構造は、本願出願時における技術常識と相容れない技術思想によって成り立っていると言うことができる。
【００２８】
以上に、第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は以下のように変更できる。
【００２９】
即ち、上記第１実施形態において溶接部１０は、信号線３の撚り線５の末端にレーザ溶接することとした。しかし、これに代えて、溶接部１０を信号線３の撚り線５の中途部分にレーザ溶接してもよい。
【００３０】
（第２実施形態）
上記第１実施形態において信号線３は、撚り線５と被覆材６によって構成されているとした。しかし、撚り線５に代えて単線（電線）とすることができる。
【００３１】
（第３実施形態）
上記第１実施形態において信号線３は、撚り線５と被覆材６によって構成されているとした。しかし、これに代えて、信号線３は、中心導体と、その外周側に配置される誘導体と、その外周側に配置される外部導体と、更にその外周側に配置される保護被覆と、から成る同軸ケーブルであってもよい。この場合、信号線３の中心導体（電線）が溶接部１０とレーザ溶接されることになる。
【符号の説明】
【００３２】
１  作業台
２  ワイヤーハーネス
３  信号線
４  プラグ側コネクタ
５  撚り線（電線）
６  被覆材
７  ハウジング
８  コンタクト
９  被支持部
１０  溶接部（導電性金属板）
１１  撚り線対向面
１２  レーザ照射面
F  レーザ溶接構造
L  レーザ光線
LA  レーザ光線照射領域
D1  幅寸法
D2  幅寸法
ｐ  銅線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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