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1. (WO2018159310) BONDED BODY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
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明 細 書

発明の名称 接合体およびその製造方法 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

0006   0007   0008   0009   0010   0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18  

図面

1   2   3A   3B   3C   3D   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 接合体およびその製造方法

関連出願への相互参照

[0001]
 本出願は、2017年3月3日に出願された日本特許出願番号2017-40671号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

技術分野

[0002]
 本開示は、接合体およびその製造方法に関するものである。

背景技術

[0003]
 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。
[0004]
 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。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2015-213938号公報

発明の概要

[0006]
 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。
[0007]
 本開示は上記点に鑑みて、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。
[0008]
 上記目的を達成するため、本開示の1つの観点によれば、第1の金属片の表面と第2の金属片の裏面とが、第1の金属片の表面に形成された凸部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。
[0009]
 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。
[0010]
 また、別の観点によれば、第1の被溶接部材の表面と第2の被溶接部材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。
[0011]
 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。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 第1実施形態にかかる接合体の断面図である。
[図2] 第1実施形態にかかる接合体の平面図である。
[図3A] 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。
[図3B] 図3Aに続く接合体の製造工程を示す断面図である。
[図3C] 図3Bに続く接合体の製造工程を示す断面図である。
[図3D] 図3Cに続く接合体の製造工程を示す断面図である。
[図4] 第2実施形態にかかる接合体の断面図である。
[図5] 第3実施形態にかかる接合体の断面図である。
[図6] 他の実施形態にかかる接合体の平面図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下、本開示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。
[0014]
 (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。
[0015]
 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。
[0016]
 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。
[0017]
 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。
[0018]
 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。
[0019]
 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。
[0020]
 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。
[0021]
 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。
[0022]
 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。
[0023]
 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。
[0024]
 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。
[0025]
 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。
[0026]
 本実施形態の接合体の製造方法について、図3A~図3Dを用いて説明する。図3A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3B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3D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。
[0027]
 図3C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。
[0028]
 図3D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。
[0029]
 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3B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。
[0030]
 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。
[0031]
 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。
[0032]
 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。
[0033]
 (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。
[0034]
 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。
[0035]
 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。
[0036]
 (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。
[0037]
 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。
[0038]
 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。
[0039]
 (他の実施形態)
 なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
[0040]
 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。
[0041]
 また、本開示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。

請求の範囲

[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 3C]

[ 図 3D]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]