JP2010075967A

JP2010075967A - 異種金属の溶接方法

Info

Publication number: JP2010075967A
Application number: JP2008247078A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yanase; 啓史矢那瀬
Original assignee: NEC Embedded Products Ltd
Current assignee: NEC Embedded Products Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】薄い板状の異種金属で、かつ融点の異なる金属を接合することを実現することである。
【解決手段】異種金属の接合方法は、第１の金属材料と、第１の金属材料とは融点の異なる第２の金属材料とを重ね合わせて、レーザー光を照射し、第１の金属材料と第２の金属材料とを溶接する異種金属の接合方法であって、レーザー光が照射される照射面側に、第１の金属材料および第２金属材料とは異なる第３の金属材料を重ねて、レーザー光を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種金属で、かつ融点の異なる金属の接合方法に関するものである。

最近、金属の接合方法として、レーザー溶接が用いられるようになった。

レーザー溶接は、レーザー光が金属表面に照射されると、レーザー光の吸収が起こり、局部的に温度が上昇し、溶融や沸騰が発生する。この変化をレーザー光の出力と照射時間によりコントロールし、溶融→合金→凝固させることにより、金属を接合するのが、レーザー溶接である。

一方、従来から、異種金属で、かつ融点の異なる金属を溶接するニーズに対して、上記のようなレーザー溶接を用いることが試みられた。しかし、これまで、安定した溶接状態を得ることができなかった。

例えば、アルミと銅をＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）で溶接した場合、両金属とも、照射部の表面温度を融点まで上昇させるためには、高いレーザー出力と長い照射時間が必要となる。

しかし一方で、一度溶融状態となった金属は、レーザー光の吸収率が高くなるので、もともと高出力でレーザー光があたっていた照射部は、溶融が開始された瞬間から急激に発熱、急速に溶融が進み、沸点を超える温度まで瞬間的に上昇する。その結果、図２に示すように、溶接対象の金属は、レーザー光の照射部分が穴あき状態（図２ｂ）になってしまい、溶接状態が得られない。

そこで、異種金属で、かつ融点の異なる金属を溶接するニーズに対して、特許文献１では、以下の解決策が開示されている。

特許文献１に記載された発明は、融点の異なる金属の接合面近傍にレーザー光を照射して、異種金属を溶接する異種金属の接合方法であって、接合面を挟んで両金属間にレーザー光をウィービングし、両金属を低融点金属より低い温度までに加熱した後、レーザー光を高融点金属側が溶融するまで過熱することが開示されている。

特開２００２−３３６９８３号公報

ところが、特許文献１に記載された発明では、レーザー溶接の対象となる金属を、肉厚１〜２ｍｍ以上のものとしている。もし、これが０．１ｍｍ程度の薄い板状になると、上記のような問題が発生する。即ち、レーザー光があたっていた照射部は、薄い板状という形状のため、溶融が開始された瞬間から急激に発熱、急速に溶融が進み、沸点を超える温度まで瞬間的に上昇し、その溶融・沸騰した金属が、その場に留まっていることができず周辺に飛び散ってしまい、結果的に穴あきの状態になってしまうという問題が生じる。

そこで、本願発明は、０．１ｍｍという薄い板状の異種金属で、かつ融点の異なる金属を溶接する異種金属の接合方法を提供することを目的とする。

本願発明の異種金属の接合方法は、第１の金属材料と、第１の金属材料とは融点の異なる第２の金属材料とを重ね合わせて、レーザー光を照射し、第１の金属材料と第２の金属材料とを溶接する異種金属の接合方法であって、レーザー光が照射される照射面側に、第１の金属材料および第２金属材料とは異なる第３の金属材料を重ねて、レーザー光を照射することを特徴とする。

本願発明によれば、０．１ｍｍという薄い板状の異種金属で、かつ融点の異なる金属を溶接する異種金属の接合方法において、レーザー光を照射する照射面側に、レーザー光を吸収しやすい金属を重ねてレーザー照射するので、少ないレーザー出力で溶接を行うことができ、溶融開始後の溶融進行も制御できることができる。よって、急速な溶融・沸騰を抑えることができ、安定した接合品質を得ることができるという効果を奏する。

また、本願発明によれば、非接触型の接合であるレーザー溶接を用いることで、アルミ箔と銅端子との接合歩留まりを改善できるとともに、加工時間が短くできるため、生産性の向上も達成できるという効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１に、本発明の一実施形態である異種金属の接合の断面図を示す。同図に示すように、アルミ電解コンデンサ等に使用されるアルミ箔１と、リード端子に用いられる銅端子２とをレーザー溶接するにあたり、レーザー光４が照射される照射面側にステンレス板３を更に重ね合わせて密着させ、レーザー光４をそのステンレス板に照射することで溶接を行う。なお、本実施形態で使用するレーザーは、ＹＡＧレーザーとする。

アルミ電解コンデンサ等に使用されるアルミ箔１は、１ｍｍ×３ｍｍの大きさで、厚さが０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍである。また、リード端子に用いられる銅端子２は、１ｍｍ×３ｍｍの大きさで、厚さが０．１である。アルミ箔１と銅端子２は、重ね合わせた状態で溶接を行うが、その重ね合う部分が１ｍｍ×１ｍｍとなる。また、ステンレス板３は、１ｍｍ×１ｍｍ角の大きさで、厚さが０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。

ステンレス材は、溶融までに必要なレーザー光の出力（パワー密度）が、アルミや銅に比べて小さい。具体的には、照射時間４ｍｓｅｃ時に、６×１００メガＷ／平方ｍの出力である。更にＹＡＧレーザーの吸収率も約４０％で、金属の中では、最も吸収率が高いレベルである。よって、ステンレス材を追加して、レーザー光を照射することは、少ないレーザー出力で溶接を行うことができ、かつ溶融開始後の溶融進行も、レーザーの出力および照射時間により制御を行うことができる。

このステンレス材をレーザー光が照射される照射面側に追加することにより、上述した問題で記したような現象を防止することができ、また、アルミ箔や銅端子には、ステンレス材との物理的な接触により、ステンレス溶融の熱が直接伝搬されるので、アルミや銅に対するレーザーの吸収率に関係なく加熱の制御ができるようになる。

また、ステンレス材の板厚を０．２ｍｍ以上として十分な体積を確保することにより、レーザーの出力や照射時間に対する溶融量をコントロールしやすく、良好な接合品質を有する合金化した部分５を得られるようになる。

また、アルミ電解コンデンサ用アルミ箔は、エッチングにより無数にあけられた微小な孔の表面に酸化被膜を形成したもので、その酸化被膜は強度が弱く、衝撃や変形で破壊されやすい。よって、銅端子との接合に、抵抗溶接や超音波接合などの接触式加工を使うと酸化被膜を破壊し、歩留まりを悪化させる要因になる。これに対して、非接触であるレーザー溶接は、上記のような不具合を避け、歩留まりを改善できるとともに、加工時間が短くできるため、生産性の向上も達成できる。

本発明の実施例を示す断面図。従来の実施例を示す断面図。

符号の説明

１アルミ箔
２銅端子
３ステンレス板
４レーザー光
５合金化した部分

Claims

第１の金属材料と、該第１の金属材料とは融点の異なる第２の金属材料とを重ね合わせて、レーザー光を照射し、前記第１の金属材料と前記第２の金属材料とを溶接する異種金属の接合方法において、
前記レーザー光が照射される照射面側に、前記第１の金属材料および前記第２金属材料とは異なる第３の金属材料を重ねて、レーザー光を照射する
ことを特徴とする異種金属の接合方法。
請求項１記載の異種金属の接合方法であって、
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、板厚が０．１０ｍｍ〜０．１５ｍｍの薄板形状であり、
前記第３の金属材料は、板厚が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの薄板形状である
ことを特徴とする異種金属の接合方法。
請求項１または2記載の異種金属の接合方法であって、
前記第３の金属材料は、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料に比べ、溶融までに必要な前記レーザー光の出力が少なくて済む金属材料である
ことを特徴とする異種金属の接合方法。