(57)【要約】      （修正有）【課題】接合しようとする部材の材質が異なる場合や従来のパラレルギャップ溶接では接合が困難な微細な部材の場合でも安定した品質で接合が可能な接合方法を提供する。【解決手段】接合しようとする２つの部材２、３の少なくとも一方の部材の表面に、あらかじめ該部材の材料の融点よりも低い融点を有する金属材料のメッキ層を形成し、該２つの部材をメッキ層６を間に介在させて重ね合わせ、所定の間隔を置いて平行にセットされた２本の電極１ａ、１ｂを該部材に押し当て、電極間に通電して部材の抵抗発熱により前記メッキ層を溶融させて２つの部材を接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合しようとする２つの部材の少なくとも一方の部材の表面に、あらかじめ該部材の材料の融点よりも低い融点を有する金属材料のメッキ層を形成し、該２つの部材をメッキ層を間に介在させて重ね合わせ、所定の間隔を置いて平行にセットされた２本の電極を該部材に押し当て、電極間に通電して部材の抵抗発熱により前記メッキ層を溶融させて２つの部材を接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記２つの部材の材質が異なっており、導電性の高い方の部材に前記メッキ層を形成して、その部材を電極側に配置したことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項３】
接合しようとする一方の部材が銅または銅合金よりなり、該部材の表面に銀または銀合金よりなるメッキ層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
メッキ層を前記２つの部材のそれぞれの表面に形成することを特徴とする請求項１〜３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記電極間に冷却部材を配置し、冷却部材に接する部材の温度を低下させて、それぞれの電極と冷却部材の間でメッキ層を溶融させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記電極間に補助電極を配置し、補助電極からそれぞれの電極に向けて電流を供給して、それぞれの電極と補助電極の間で前記メッキ層を溶融させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小物部品やさらには微細な部品の接合に関し、特に、線径または幅１．０ｍｍ以下のリードワイヤを回路基板のランドやターミナル等に接合を行う接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上のパターンやランド部に端子やリードワイヤ等を接合する方法として、ハンダ付けが一般的に用いられているが、ハンダ付けは、工程の時間短縮に限界があり、また、１５０℃以上の高温の環境にさらされる部位には使用できない問題がある。
これに対し、短時間で接合でき、かつ高温にさらされる部材の接合に利用できる方法として、特許文献１に示されるようなパラレルギャップ溶接方法が知られている。
この溶接方法は、溶接ヘッドに、互いに絶縁された２本の電極を狭い間隔で平行に取り付け、これら電極で重ね合わせて配置された被溶接部材を加圧しつつ、電極間に溶接電流を流すことにより発生する抵抗発熱を利用して溶接する方法である。
【０００３】
このパラレルギャップ溶接により、導電性の異なる２つの部材を溶接するような場合、例えば、基板上のステンレス鋼製のターミナルに銅製のリードを溶接する場合、溶接電流を供給する側の電極を、導電性の低い方の部材に押し当てる方法と高い方の部材に当てる方法のいずれかによって溶接が行われる。
【０００４】
図６（ａ）は、溶接電流を供給する側の電極１ａを、導電性の低い方のターミナル３に押し当てる場合を示す。
基板４上のターミナル３の上にリード２を重ね合わせ、電極１ａでターミナル３を加圧力ａで加圧するとともに、溶接部を形成する側の電極１ｂによって、リード２を加圧力ｂで加圧する。この場合、電極１ｂの下部に溶融部５を形成してターミナル３とリード２を溶接するために、電極１ａの加圧力ａを電極１ｂの加圧力ｂよりも高めに設定しするとともに、ターミナル３とリード２の合わせ面にプロジェクション（突起）を形成して両者の接触抵抗を高め、なおかつ、電極１ａに導電性の良いクロム銅（ＣｒＣｕ）を用いるのに対して、電極１ｂをモリブデンまたはタングステンなどの電気抵抗が高く熱伝導の悪い材質にして、溶接部で発生した熱が電極を通して逃げないようして工夫して溶接する。
【０００５】
また、図６（ｂ）は、電極１ａと電極１ｂをともに導電性の高い方のリード２に押し当てる場合を示す。
ターミナル３上へのリード２の重ね合わせ部分を長くし、電極１ａと溶接側の電極１ｂによって、リード２をターミナル３に加圧する。この場合も、各電極の材質や加圧力の設定は、（ａ）の場合と同様にする。溶接電流を電気抵抗の低いリード２から供給するため、溶接電流はリード２に多く流れ、ターミナル３に流れる電流は少ない。このため、（ａ）と同様、溶接側の電極１ｂにモリブデン又はタングステンを用い、かつ加圧力ｂを加圧力ａより低く設定して、電極１ｂとリード２の接触抵抗で発熱させ、その熱を溶接部に伝えて溶接をする。
【０００６】
以上のような従来のパラレルギャップ溶接方法では下記のような問題がある。
（１）２つの電極の加圧力の設定などにおいて、溶接品質が確保できる条件範囲が狭く、安定した溶接を行うことが困難である。
（２）溶接側の電極は高温にさらされるため電極の寿命も短く、かつその熱によって溶接部以外の部分が不必要に加熱される。
（３）所要の抵抗発熱を行うためにはある程度の電極間隔Ｌが必要であり、微細な部材の溶接が出来ない。
（４）溶接側の電極と被溶接部材の接触部分も高温に加熱されるため、溶接後に被溶接部材の電極への張り付きが発生し、電極の定期的な研磨が必要となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−４８０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、パラレルギャップ溶接技術を用いた接合方法において、上記のような問題点を解決し、接合しようとする部材の材質が異なる場合や従来のパラレルギャップ溶接では接合が困難な微細な部材の場合でも安定した品質で接合が可能な接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は次のようにしたことを特徴とする。
請求項１の発明は、接合しようとする２つの部材の少なくとも一方の部材の表面に、あらかじめ該部材の材料の融点よりも低い融点を有する金属材料のメッキ層を形成し、該２つの部材をメッキ層を間に介在させて重ね合わせ、所定の間隔を置いて平行にセットされた２本の電極を該部材に押し当て、電極間に通電して部材の抵抗発熱により前記メッキ層を溶融させて２つの部材を接合することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、融点の低いメッキ層を溶融させて接合するため、従来のパラレルギャップ溶接方法よりも溶融に必要な発熱量を小さくできる。そのため、（イ）電極間隔を狭く設定でき、製品の接合部の寸法を小さく設計できるので、部品の小型化、高密度化が可能となり、（ロ）発熱部分を小さくできるために他部品への熱影響を最小限にでき、（ハ）電極温度が比較的低いため電極寿命が長くできる、という効果が得られる。さらに、この発明によれば、（ニ）主としてメッキ層の溶融による接合のため、接合部の形状変化が少なくきれいな仕上がりが可能であり、（ホ）接合しようとする部材の材質が異なっていても、加圧力は左右の電極で同一でよく、しかも、加圧力の変動による接合品質への影響は小さいのでその設定が容易である、という効果が得られる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、さらに、接合しようとする２つの部材の材質が異なっており、導電性の高い方の部材に前記メッキ層を形成して、その部材を電極側に配置したことを特徴とする。
この発明によれば、接合しようとする２つの部材の材質が異なる場合においても、上記従来のような問題もなく確実に接合することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１、２の発明において、さらに、接合しようとする一方の部材が銅または銅合金よりなり、該部材の表面に銀または銀合金よりなるメッキ層が形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、基板上のランド部などにリードワイヤを接合する場合など、最適な条件で接合することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、さらに、メッキ層をそれぞれ母部材の表面に形成することをことを特徴とする。
この発明によれば、接合しにくい部材に対しても確実に接合することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜４の発明において、さらに、電極間に冷却部材を配置し、それぞれの電極から加熱部材に向けて電流を供給して、それぞれの電極と冷却部材の間で、メッキ層を溶融させることを特徴とし、請求項６の発明は、同じく、電極間に補助電極を配置し、補助電極からそれぞれの電極に向けて電流を供給して、それぞれの電極と補助電極の間で、前記メッキ層を溶融させることを特徴とする。
これらの発明によれば、部材を複数箇所で接合することができ、より強固に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、パラレルギャップ溶接技術を用い、図６を用いて説明したように従来の方法では種々問題のある、２つの被接合部材が導電率の異なる材質よりなる場合、あるいは、被接合部材が微細で重ね合せ部が長く取れないような場合でも、低い発熱温度で短い電極間距離で接合が行えるようにするとともに、左右の電極の加圧力を同じにして、容易に接合が行えるようにした。
そのために本発明では、接合しようとする２つの部材の少なくとも一方の部材の表面に、あらかじめ該部材の材料の融点よりも低い融点を有する金属材料のメッキ層を形成しておき、そのメッキ層を溶融させて２つの部材を接合するようにした。
【００１６】
以下、基板４上の導電性の低いターミナル３（ステンレス鋼製）と導電性の高いリードワイヤ２（銅製）との接合を例に、図１を用いて本発明の態様を詳細に説明する。
【００１７】
本発明では、リードワイヤ２の接合しようとする表面を、銅よりも融点の低い材料、例えば銀でメッキしておき、それをターミナル３の表面に重ね合わせる。このときメッキ層６がリードワイヤ２とターミナル３の間に介在されるようにする。
【００１８】
次いで所定の間隔を置いて平行にセットされた左右の電極１ａ、１ｂをリードワイヤ２の表面に押し当てて加圧する。このときの加圧力ａ、ｂは左右の電極で同じでよい。加圧力が所定の値に到達したらすぐに電極間に通電する。このとき、電流は破線で示すように電極１ａから導電性の高いリードワイヤ２を通って電極１ｂに流れる。この電流によって電極間ではさまれたリードワイヤの部分が抵抗発熱する。その発熱によってリードワイヤ表面のメッキ層が溶融し、さらに、電極の加圧力によって下側にあるターミナル３に熱の伝導とともにメッキの金属が流れ、両者の隙間を埋めるとともに、両者の材料内に拡散しする。
メッキ層が溶融後、通電を終了させると、発生した熱は電極により急速に冷却され、溶融したメッキの金属が凝固し、リードワイヤ２とターミナル３は接合部７で接合される。
【００１９】
このとき、リードワイヤ２の電極１ａ、１ｂに接している部分は、電極１ａへの伝熱で冷却されるので、接合部以外の熱影響を最小にすることができる。また、メッキ層をろう材のように溶融して接合するので接合部の形状変化が少なく、接合部をきれいな状態で仕上げることができる。
【００２０】
以上のように本発明では、従来のパラレルギャップ溶接のようにリードワイヤとターミナルの加圧接触部を溶融するのではなく、電極間のメッキ層を溶融させて接合する。メッキ層の材料の融点は接合しようとする部材の融点より低いため（銅の融点が１０８３℃で、銀の融点が９６２℃）、メッキ層を溶融させるために必要な発熱量は、従来の方法よりも小さくてよく、電極間距離Ｌを、０．０５〜１．０ｍｍの短い範囲で設定できる。また、電極間で溶融させるため、左右電極の加圧力ａ、ｂも同じにできる。
【００２１】
また、本発明では、電極間のメッキ層をろう材のように用いてそれを溶融させて接合するため、メッキに用いられる金属材料としては、接合しようとする部材の材料よりも融点の低い材料を用いる。銅製のリードワイヤの場合は上記のように銀が好適である。
他方の部材の材料がメッキ金属と接合性の悪い場合には、接合しようとする部材のそれぞれにメッキ層を形成するのが好ましい。その際、メッキ金属との付着性が悪い場合には、メッキする部材の金属とメッキ金属の両方になじみのよい金属で下地メッキを施し、その上に所定のメッキ金属でメッキするのがよい。図１の例で、ステンレス鋼のターミナルにも銀のメッキ層を形成する場合は、直接銀メッキをするよりは、Ｎｉの下地メッキの上に銀メッキをするとより付着性を高めることができる。
【００２２】
本発明は、基本的に従来のパラレルギャップ溶接装置を用いて実施できる。電極としては、狭い間隔をおいて平行に配置され、電極間が電気的に絶縁された左右一対の電極が用いられる。この電極の素材は、導電性、熱伝導性のよい銅またはクロム銅のような銅合金が好適である。
【００２３】
電極の先端部は、接合しようとする部材の径や幅の１．３倍以上の長さを一辺とする四角形が好ましい。そうすることにより、多少の位置ズレでも吸収することができ、電極と部材の接触部の発熱を電極の熱容量と伝熱でより効果的に冷却することができる。
また、左右の電極の先端面は、部材に対して接触抵抗を一様にして押し当てることができるように、例えば電極を垂直に設置した場合、最下端が水平方向に対し同一レベルになるように配置させる。
【００２４】
電極は、線径１．０ｍｍ以下のリードワイヤの場合、接触面に１ｍｍ2あたり４０から８０００ｇ程度の加圧力で押し付ける。その際の加圧力は、接合部材間が適度な接触圧で接触し、リードワイヤなどの接合部材に電流を安定して供給できるように、また、電極と接合部材との接触面での発熱を抑制し、かつ接合後に接合部材の冷却を助けることができるように設定される。加圧力は、加圧によって生じる変形が許容範囲に収まる範囲とするが、そのような変形を考慮してあらかじめ接合部に元の径（幅）の４０％以下の範囲で潰し加工をしたものを用いてもよい。
【００２５】
電極の通電条件は、メッキ層を溶融させるのに必要な発熱量が得られるように設定する。必要な発熱量は、メッキ金属の融点や接合使用とする部材の形状、寸法、熱容量などに応じて決まるので、それに必要な電流、電圧、通電時間を設定する。
【００２６】
以上では１点で接合する方法を説明したが、より接合強度を有する製品の接合においては、複数の点で接合する必要が生じる。図２、３に示す例は、そのような場合に適用できる本発明の他の実施の態様を示す。
【００２７】
図２は、電極１ａ、１ｂ間に、銅などの熱伝導率の高い材料でできた冷却部材８を配置した例を示す。この場合は、ターミナル３とリードワイヤ２の接合部を長く取る以外は、図１の場合と同様にリードワイヤ２の表面にメッキ層６を形成して両者を重ね合わせ、左右の電極１ａ、１ｂと冷却部材８とで、リードワイヤ２を加圧する。このとき、冷却部材の加圧力は、電極の加圧力と同じかそれ以下の加圧力とする。次いで、図の破線で示すように電極１ａから電極１ｂに電流を供給するが、リードワイヤ２の冷却部材８に接している部分は、該部材によって冷却されて温度が低下するので、その部分に隣接するメッキ層６は溶融せず、電極１ａと冷却部材８の間及び電極１ｂと冷却部材８の間で溶融が起こり、ターミナル３とリードワイヤ２は、その溶融部分７、７の２点で接合される。この方法では、冷却部材の数を増加させれば２点以上での接合も可能であるが、電極間隔は大きくなるという不利が生じる。
【００２８】
図３は、前記電極間に補助電極９を配置した例を示す。この場合も図２の場合と同様に、ターミナル３とリードワイヤ２をセットし、左右の電極１ａ、１ｂと補助電極９とで、リードワイヤ２を加圧する。このとき、補助電極の加圧力は、左右の電極の加圧力と同じかそれ以下の加圧力とする。そして、図の破線で示すようにそれぞれの電極１ａ、１ｂから補助電極に向けて電流を供給して、それぞれの電極と補助電極の間で、前記メッキ層を溶融させる。ターミナル３とリードワイヤ２は、その溶融部分７、７の２点で接合される。
【００２９】
以上のような本発明は、図４に示すパラレルギャップ溶接装置を用いて実施される。
装置の接合ヘッド１１には、電極１ａ、ｂがそれぞれホルダ１２ａ、ｂを介して取り付けられている。平行する二本の電極の間は電気的に絶縁されており、各電極は、二次導体１３ａ、ｂにより電源１０と接続されている。一対の電極の形状は同一であり、材質はいずれも導電性、伝熱性のよい銅または銅合金が用いられる。また接合ヘッド１１に装備される電極ホルダ１２ａ、ｂは、電極１ａ、ｂの交換と手入れが容易な構造となっており、また、熱伝導と電気的導通のよい材料で造られ電極の冷却作用も持つようにする。
【００３０】
接合に当たっては、まず、接合ヘッド１１は設定加圧に達するまで電極１ａ、ｂによってリードワイヤ２をターミナル３に押し付ける。一対の電極の加圧力が予め設定された加圧値に達すると、接合ヘッド１１に搭載されたリミットスイッチが作動し、検出信号を直ちに信号線１４を通して電源１０に送り、電源１０から一対の電極に対し、１〜２ｍｓの短時間に、およそ５Ｖ未満で２０〜３０００Ａ程度の電力が供給される。
【００３１】
接合のための電流は、電極１ａからリードワイヤ２に供給され電極１ｂを通り電源１０に流れる。電流が流れるとリードワイヤの固有抵抗によって急速に内部発熱し、通電中にリードワイヤ２のメッキ層（図示せず）を瞬時に溶融させ、押し付けられたターミナル７と溶融接合される。
このとき、リードワイヤ２の電極１ａ、ｂに接している部分は、電極への伝熱で冷却され、発熱は抑制された状態となっている。
【００３２】
電源１０は、フィードバック機能（電極間電圧を一定にし、通電電流をセンシングして定電力となるよう電流を制御する機能）を持っており、通電中は常に安定した電力の供給がなされる。
通電終了後、溶融したリードワイヤ２のメッキ金属はターミナル３に押し付けられた状態で凝固する。
その後、接合ヘッド１１を操作し、接合ヘッド１１を原点位置に復帰させる。この時、電極先端はリードワイヤ２と容易に分離し次の工程に影響を与えないで移動できる。
【００３３】
図５に、本発明の接合に用いる電極形状の一例を示す。電極は中央の絶縁層１５を挟んで左右対称に配置され、かつ上下にスライドするように取り付けられる。絶縁層の厚さである電極間隔Ｌは約０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍである。また、図５（ｂ）に示すように、電極の下端側から見た接触面１６の形状も絶縁層１５を挟み左右対象となっている。電極下端の接触面１６は平滑に仕上げられている。絶縁層１５の下端は電極の下端より内側に設定されており、その距離Ｈは０.５〜５．０ｍｍである。電極の端部の幅Ｔは、１．０〜４．０ｍｍである。また左右の電極全体は円柱状でおよそ８ｍｍの直径で、全体の長さは３０ｍｍ程度の大きさである。
【００３４】
以上、ターミナルとリードワイヤを接合する場合を例に本発明の実施の形態を説明したが、接合される部材や部材の材料はその例に限定されるものではない。本発明は、少なくとも一方が通電により発熱する金属材料でできた部材であればよい。
以上説明した実施の形態は本発明の一例であって、本発明は、特許請求の範囲の請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の接合方法を説明するための図である。
【図２】本発明の接合方法の別の態様を説明するための図である。
【図３】本発明の接合方法のさらに別の態様を説明するための図である。
【図４】本発明を実施するための装置の概略図である。
【図５】本発明で用いる電極の一例を説明する図である。
【図６】従来のパラレルギャップ溶接方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ、１ｂ    接合用の電極
２    リードワイヤ（接合しようとする部材）
３    基板上に配置されたターミナル（接合しようとする部材）
４    基板
６    メッキ層
７    メッキ層の溶融部
８    冷却部材
９    補助電極
１０    電源
１１    接合ヘッド
１２ａ、１２ｂ    電極ホルダ
１３ａ、１３ｂ    二次導体
１４    信号線
１５    絶縁層
１６    電極の下端面
【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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