JP2019147184A - 接合構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来に比べ、小型軽量化を実現可能な接合構造体、また、その製造方法を提供する。【解決手段】接合構造体1は、第1金属より構成される第1金属母材11と、第2金属より構成される第2金属母材12と、第1金属母材11と第2金属母材12とを繋ぐ溶接金属部13とを有している。溶接金属部13は、第1金属と、第2金属と、第1金属および第2金属より融点の低い第3金属と、の合金より構成されている。第1金属母材11と第2金属母材12とは、溶接金属部13のみを介して繋がっている。第1金属および第2金属より融点の低い第3金属より構成される溶接材料2に対して局所的に直接入熱し、溶接材料2を溶融させつつ、第1金属および第2金属の一部を溶融させ、第3金属、第1金属および第2金属を含む溶融部5を形成し、入熱を止めて溶融部5を凝固させ、第1金属母材11と第2金属母材12とを繋ぐ溶接金属部13を形成する。【選択図】図2
Description
本発明は、接合構造体およびその製造方法に関する。
従来、特許文献1には、接合部を有する導体と、導体より融点の低い接合部材と、を備え、接合部の先端部は、導体と接合部材との合金で構成された合金層をなし、接合部の根本部は、接合部材のろう付けにより電気的に接合されている接合構造体が記載されている。また、同文献には、接合部材と導体とをガスアークにて溶融させて、上記接合構造体を得る点が記載されている。
上述した従来技術は、合金層とろう付け層の両方を形成する技術である。この従来技術によると、互いに接合すべき金属母材の間にろう付け層を形成するためのろう付け材料を挟み込む必要が生じる。そのため、従来の接合構造体は、合金層以外にもろう付け層を有する分、小型軽量化が実現し難いという課題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、小型軽量化を実現可能な接合構造体、また、その製造方法を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、第1金属より構成される第1金属母材(11)と、第2金属より構成される第2金属母材(12)と、上記第1金属母材と上記第2金属母材とを繋ぐ溶接金属部(13)と、を有しており、
上記溶接金属部は、上記第1金属と、上記第2金属と、上記第1金属および上記第2金属より融点の低い第3金属と、の合金より構成されており、
上記第1金属母材と上記第2金属母材とは、上記溶接金属部のみを介して繋がっている、接合構造体(1)にある。
上記溶接金属部は、上記第1金属と、上記第2金属と、上記第1金属および上記第2金属より融点の低い第3金属と、の合金より構成されており、
上記第1金属母材と上記第2金属母材とは、上記溶接金属部のみを介して繋がっている、接合構造体(1)にある。
本発明の他の態様は、第1金属より構成される第1金属母材(11)と第2金属より構成される第2金属母材(12)との間に配置された、上記第1金属および上記第2金属より融点の低い第3金属より構成される溶接材料(2)に対して局所的に直接入熱し、
上記入熱による加熱によって上記溶接材料を溶融させつつ、さらに上記第1金属および上記第2金属の一部を溶融させて、上記第3金属、上記第1金属および上記第2金属を含む溶融部(5)を形成し、
上記入熱を止めて上記溶融部を凝固させ、上記第1金属母材と上記第2金属母材とを繋ぐ溶接金属部(13)を形成する、接合構造体の製造方法にある。
上記入熱による加熱によって上記溶接材料を溶融させつつ、さらに上記第1金属および上記第2金属の一部を溶融させて、上記第3金属、上記第1金属および上記第2金属を含む溶融部(5)を形成し、
上記入熱を止めて上記溶融部を凝固させ、上記第1金属母材と上記第2金属母材とを繋ぐ溶接金属部(13)を形成する、接合構造体の製造方法にある。
上記接合構造体は、上記構成を有している。特に、第1金属母材と第2金属母材とは、溶接金属部のみを介して繋がっており、その溶接金属部は、第1金属と、第2金属と、第1金属および第2金属より融点の低い第3金属と、の合金より構成されている。上記接合構造体によれば、溶接時に、第1金属母材と第2金属母材との間にろう付け層を形成するためのろう付け材料を挟み込む必要がない。また、上記接合構造体は、従来の接合構造体のように合金層およびろう付け層の両方を合わせ持つ構造ではなく、溶接金属部のみで、第1金属母材と第2金属母材とが一体化されている。そのため、上記接合構造体によれば、ろう付け層を省略できる分、省スペース化が図られ、小型軽量化が実現可能となる。また、上記接合構造体は、ろう付け部分からの熱影響を受け難いため、強度を確保しやすい利点もある。
上記接合構造体の製造方法は、上記構成を有している。そのため、上記接合構造体の製造方法では、低融点の溶接材料に対して局所的に直接入熱することで、第1金属母材および第2金属母材への熱伝導が阻害され、昇温速度を加速させることができる。そして、入熱による加熱により、第1金属および第2金属の融点よりも低い第3金属の融点に達すると、溶接材料の溶融が始まる。また、上記入熱による加熱により、第1金属母材の第1金属および第2金属母材の第2金属の融点に達すると、さらに、第1金属および第2金属の溶融が始まる。その結果、第3金属、第1金属および第2金属を含む溶融部が形成される。その後、上記入熱を止めて溶融部を凝固させることで、第1金属母材と第2金属母材とを繋ぐ溶接金属部が形成される。
上記接合構造体の製造方法によれば、比較的少ない総入熱量かつ短時間で、上記接合構造体を製造することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
(実施形態1)
実施形態1の接合構造体について、図1および図2を用いて説明する。図1および図2に例示されるように、本実施形態の接合構造体1は、第1金属母材11と、第2金属母材12と、溶接金属部13と、を有している。以下、これを詳説する。
実施形態1の接合構造体について、図1および図2を用いて説明する。図1および図2に例示されるように、本実施形態の接合構造体1は、第1金属母材11と、第2金属母材12と、溶接金属部13と、を有している。以下、これを詳説する。
第1金属母材11は、第1金属より構成される。第1金属としては、具体的には、銅、アルミニウム、鉄、これらの合金などを例示することができる。同様に、第2金属母材12は、第2金属より構成される。第2金属としては、具体的には、銅、アルミニウム、鉄、これらの合金などを例示することができる。
第1金属および第2金属は、接合構造体1の強度、導通性等の観点から、融点や特性等が互いに似たもの同士となるように選択されることが好ましい。具体的には、接合構造体1において、第1金属と第2金属とは、同種の金属であるとよい。この構成によれば、小型軽量化を図りつつ、必要な強度、導通性を確保しやすい接合構造体1が得られる。なお、同種とは、第1金属、第2金属の化学組成(質量%)を見たときに、最も含有量の多い金属成分が互いに同一である場合をいう。本実施形態では、接合構造体の強度および導電性などの観点から、第1金属、第2金属としては、いずれも、銅または銅合金を用いることができる。
溶接金属部13は、第1金属母材11と第2金属母材12とを繋ぐ部位である。なお、溶接金属部13は、溶接中に溶融凝固した金属部分であり、熱影響部を含まない。第1金属母材11と第2金属母材12とは、溶接金属部13のみを介して繋がっている。つまり、第1金属母材11と第2金属母材12とは、上述した従来技術のようにろう付け層を有しておらず、溶接金属部13だけで接合されている。
溶接金属部13は、第1金属と、第2金属と、第3金属と、の合金より構成されている。第1金属は、第1金属母材11に由来する金属であり、第2金属は、第2金属母材12に由来する金属である。第3金属は、第1金属および第2金属より融点の低い金属である。
第1金属、第2金属が、例えば、いずれも銅または銅合金である場合、第3金属としては、具体的には、これらよりも融点の低い銅合金などを例示することができる。この場合、第3金属としては、より具体的には、P、または、PおよびAgを含有する銅合金などを例示することができる。P、または、PおよびAgを含有する銅合金としては、質量%で、P:4.8〜5.3%、残部がCuおよび不可避不純物(Pb、Sn、Fe:合計で0.2%以下)からなる銅合金(JIS Z3264に規定されるBCuP−1)、質量%で、P:6.8〜7.5%、残部がCuおよび不可避不純物(Pb、Sn、Fe:合計で0.2%以下)からなる銅合金(JIS Z3264に規定されるBCuP−2)、質量%で、P:5.8〜6.7%、Ag:4.8〜5.2%、残部がCuおよび不可避不純物(Pb、Sn、Fe:合計で0.2%以下)からなる銅合金(JIS Z3264に規定されるBCuP−3)、質量%で、P:6.8〜7.7%、Ag:5.8〜6.2%、残部がCuおよび不可避不純物(Pb、Sn、Fe:合計で0.2%以下)からなる銅合金(JIS Z3264に規定されるBCuP−4)、質量%で、P:4.8〜5.3%、Ag:14.5〜15.5%、残部がCuおよび不可避不純物(Pb、Sn、Fe:合計で0.2%以下)からなる銅合金(JIS Z3264に規定されるBCuP−5)、質量%で、P:6.8〜5.3%、Ag:1.8〜2.2%、残部がCuおよび不可避不純物(Pb、Sn、Fe:合計で0.2%以下)からなる銅合金(JIS Z3264に規定されるBCuP−6)などを例示することができる。
第1金属、第2金属が、例えば、いずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合、第3金属としては、具体的には、これらよりも融点の低いアルミニウム合金などを例示することができる。この場合、第3金属としては、より具体的には、JIS Z3263:2002に規定される各種のアルミニウム合金ろうなどを例示することができる。
第1金属、第2金属が、例えば、いずれも鉄または鉄合金である場合、第3金属としては、具体的には、これらよりも融点の低い銅系合金、鉄系合金、Ni基金属などを例示することができる。
本実施形態の接合構造体1は、上記構成を有している。特に、第1金属母材11と第2金属母材12とは、溶接金属部13のみを介して繋がっており、その溶接金属部13は、第1金属と、第2金属と、第1金属および第2金属より融点の低い第3金属と、の合金より構成されている。本実施形態の接合構造体1によれば、溶接時に、第1金属母材11と第2金属母材12との間にろう付け層を形成するためのろう付け材料を挟み込む必要がない。また、本実施形態の接合構造体1は、従来の接合構造体のように合金層およびろう付け層の両方を合わせ持つ構造ではなく、溶接金属部13のみで、第1金属母材11と第2金属母材12とが一体化されている。そのため、本実施形態の接合構造体1によれば、ろう付け層を省略できる分、省スペース化が図られ、小型軽量化が実現可能となる。また、本実施形態の接合構造体1は、ろう付け部分からの熱影響を受け難いため、強度を確保しやすい利点もある。
接合構造体1において、溶接金属部13は、図2に例示されるように、第1金属母材11および第2金属母材12の両母材表面以上の高さに盛り上がった頭部131と、頭部131の底面より溶接深さ方向に延びる胴部132と、を有する構成とすることができる。この構成によれば、上述した従来技術のようにろう付け層を形成することなく、溶接金属部13のみで強度を確保しつつ、第1金属母材11と第2金属母材12とを一体化することができる。そのため、上記構成によれば、上述した作用効果を得やすい接合構造体1が得られる。また、溶接金属部13が両母材表面以上に盛り上がることで、アンダーカットがなく、溶接金属部13に作用する応力集中部が少なくなるため、接合構造体1の耐久性を向上させることが可能になる。
図2に例示されるように、溶接金属部13は、具体的には、第1金属母材11の側面と第2金属母材12の側面とが当接された状態とされることができる。また、第1金属母材11および第2金属母材12は、各母材表面がほぼ面一となるように配置されることができる。第1金属母材11および第2金属母材12の両母材表面の位置を基準面BPとし、基準面BPから第1金属母材11および第2金属母材12の外部側に、頭部131の高さ方向をとる。また、基準面BPから第1金属母材11および第2金属母材12の内部側に、溶接深さ方向をとる。この場合、接合構造体1の強度向上などの観点から、溶接金属部13の表面全てにおいて、溶接金属部13の頭部131の高さHは、0以上であることが好ましく、より好ましくは0超であるとよい。なお、図2では、頭部131の高さHが最も高い位置における場合を一例として示したものである。
図2に例示されるように、溶接深さ方向に沿う断面視で、溶接金属部13の胴部132は、溶接深さ方向に先端が先細り状となるように形成されることができる。また、胴部132の基端における幅をW1、胴部132の基端から先端までの深さをDとしたき、胴部132は、D/W1≧1の関係を満たす構成とすることができる。この構成によれば、第1金属母材11と第2金属母材12との接合強度を確保しやすくなる。また、凝固、収縮時に作用する応力も低減することができ、溶接金属部13の信頼性が向上するなどの利点もある。D/W1は、好ましくは、1超、より好ましくは、1.2以上とすることができる。
また、頭部131の幅をW2としたき、胴部132は、W1≦W2の関係を満たす構成とすることができる。この構成によれば、第1金属母材11および第2金属母材12の外表面に頭部131の底面が接するので、溶接金属部13の頭部131の高さHが0以上となる構成を得やすくなり、接合構造体1の強度向上を図りやすくなる。
溶接金属部13は、溶接深さ方向で見て、その合金成分が均一化されていることが好ましい。この構成によれば、融点の異なる異種金属同士の均一な溶融凝固による溶接金属部13が形成されていることによって、溶融させることによる欠陥(歪、割れ、熱影響等)が抑制された接合構造体1を得ることができる。
ここで、図3に例示されるように、溶接深さ方向で、胴部132の各溶接深さ位置での溶接幅方向の中央位置における胴部132の合金元素を測定する。この際、測定対象は、第一に、第1金属、第2金属には含まれず、第3金属にのみ含有される元素とすることができる。もし、このような元素がない場合には、溶接金属部13を構成する合金元素のうち、第1金属、第2金属よりも含有量(質量%)が多い元素を、測定対象とすることができる。当該測定において、各溶接深さ位置での測定領域は、0.1mm×0.1mmの矩形領域とする。また、測定は、基準面BP、および、基準面BPから0.2mmピッチで、胴部132の外にある第1金属母材11、第2金属母材12を含むまで実施する。基準面BP側から各溶接深さ位置での測定対象元素の含有量(%)を、順にA1(基準面BP)、A2、A3、・・・Anとする。但し、Anは、胴部132の外に出る一つ手前の胴部132内における最後の測定対象元素の含有量(質量%)とする。そして、A1〜Anまでの平均値をAaveとしたとき、各溶接深さ位置における胴部132の合金元素の含有量(質量%)は、好ましくは、0.6×Aave以上1.4×Aave以下、より好ましくは、0.7×Aave以上1.3×Aave以下、さらに好ましくは、0.8×Aave以上1.2×Aave以下とすることができる。この構成によれば、溶接金属部13における合金成分の均一化を確実なものとすることができる。
また、上記胴部の合金元素の測定と同様にして、溶接深さ方向で、胴部132の各溶接深さ位置での溶接幅方向の中央位置における胴部132のビッカース硬さを測定する。当該測定において、各溶接深さ位置での測定領域は、0.1mm×0.1mmの矩形領域とする。また、測定は、基準面BP、および、基準面BPから0.2mmピッチで、胴部132の外にある第1金属母材11、第2金属母材12を含むまで実施する。基準面BP側から各溶接深さ位置でのビッカース硬さ(Hv)を、順にB1(基準面BP)、B2、B3、・・・Bnとする。但し、Bnは、胴部132の外に出る一つ手前の胴部132内における最後のビッカース硬さとする。そして、B1〜Bnまでの平均値をBaveとしたとき、各溶接深さ位置における胴部132のビッカース硬さ(Hv)は、好ましくは、0.6×Bave以上1.4×Bave以下、より好ましくは、0.7×Bave以上1.3×Bave以下、さらに好ましくは、0.8×Bave以上1.2×Bave以下とすることができる。この構成によれば、溶接金属部13における合金成分の均一化を確実なものとすることができる。
接合構造体1において、第1金属母材11および第2金属母材12は、図1に例示されるように、いずれも、母材表面に絶縁被膜14を有しており、各絶縁被膜14が剥離されて露出した第1金属母材11と第2金属母材12とが、溶接金属部13のみを介して繋がっている構成とすることができる。この構成によれば、合金層およびろう付け層の両方を合わせ持った従来の接合構造体に比べ、絶縁被膜14の剥離長さを短くすることができ、接合構造体1の省スペース化、小型化に有利である。
接合構造体1の具体的な用途としては、例えば、発電機等における導通を必要とする接合部や、強度や気密性を必要とする構造部材の接合部などを例示することができる。より具体的には、接合構造体1は、例えば、回転電機の固定子巻線において、隣り合う導体同士の接合部を構成するために用いることができる。この場合には、接合構造体1の小型軽量化による回転電機の小型軽量化に有利である。
(実施形態2)
実施形態2の接合構造体の製造方法について、図4〜図6を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。また、実施形態1の接合構造体の説明は、適宜参照することができる。
実施形態2の接合構造体の製造方法について、図4〜図6を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。また、実施形態1の接合構造体の説明は、適宜参照することができる。
本実施形態の接合構造体の製造方法では、図4(a)に例示されるように、第1金属より構成される第1金属母材11と第2金属より構成される第2金属母材12との間に配置された溶接材料2に対して局所的に直接入熱が行われる。
溶接材料2は、第1金属および第2金属より融点の低い第3金属より構成される。溶接材料2は、例えば、ワイヤ等の形状で供給されてもよいし、粉体等の形状で供給されてもよい。
溶接材料2は、具体的には、第1金属母材11と第2金属母材12との間に設けられた溝(グルーブ)よりなる開先部3に配置されることができる。この構成によれば、開先部3に溶接材料2を供給することが可能となり、溶接深さ方向で均一な溶融を実施しやすくなる。図4では、具体的には、第1金属母材11の側面と第2金属母材12の側面とが当接された状態にある第1金属母材11と第2金属母材12との間に開先部3が設けられている例が示されている。また、図4(a)では、開先部3として、V形開先部31が例示されている。その他にも、開先部は、図5(a)に例示されるレ形開先部32、図5(b)に例示されるJ形開先部、図5(c)に例示されるH形開先部等であってもよい。なお、開先部3の断面形状は、JIS Z3001−1:2013に規定されるものを適宜選択することが可能である。
溶接材料2への入熱には、レーザー光4を用いることが好ましい。この構成によれば、プラズマ等による場合に比べ、溶接材料2を選択的に加熱しやすい。そのため、第1金属母材11および第2金属母材12への熱伝導が阻害されやすくなり、昇温速度を加速させやすくなる。さらに、溶接材料2が溶融するにつれて、レーザー光4の吸収効率が向上するため、さらに昇温速度を加速させやすくなる。それ故、この構成によれば、接合構造体1の製造時間の短時間化をより図りやすくなる。また、この構成によれば、溶接材料2へ局所的に直接入熱しやすくなるので、熱影響や割れ等の溶接欠陥の少ない接合構造体1を得やすくなる。なお、図5(a)〜図5(c)では、溶接材料2への入熱にレーザー光4を利用する例が記載されている。
本実施形態の接合構造体の製造方法では、図4(b)および図4(c)に例示されるように、上記入熱による加熱によって溶接材料2を溶融させつつ、さらに第1金属および第2金属の一部を溶融させることで、第3金属、第1金属および第2金属を含む溶融部5が形成される。
ここで、第1金属および第2金属を溶融させる際に、第1金属母材11および第2金属母材12の表面に還元作用を作用させることが好ましい。この構成によれば、第1金属母材11および第2金属母材12の表面(本実施形態では、具体的には、開先部3における第1金属母材11および第2金属母材12の表面)に形成されうる酸化層を除去しながら、第1金属および第2金属を溶融させることが可能となる。そのため、この構成によれば、熱影響や割れ等の溶接欠陥の少ない接合構造体1を得やすくなる。
還元作用を作用させる方法としては、具体的には、例えば、溶接材料2を、第1金属表面および第2金属表面を還元させる元素を含む第3金属より構成する方法、第1金属表面および第2金属表面を還元させることができるフラックスを外部から供給する方法などが挙げられる。前者の方法によれば、後者の方法に比べ、簡易な設備構成で接合構造体を製造することができる利点がある。なお、第1金属、第2金属がいずれも銅または銅合金、第3金属がPまたはPおよびAgを含有する銅合金である場合には、PによってCuを還元させることができる。
本実施形態の接合構造体の製造方法では、図4(d)に例示されるように、上記入熱を止めて溶融部5を凝固させることで、第1金属母材11と第2金属母材12とを繋ぐ溶接金属部13が形成される。溶融部5の凝固は、自然冷却、強制冷却のいずれによってもよい。
次に、図6を用いて、本実施形態の接合構造体の製造方法の作用効果を説明する。
図6(a)において、符合CLの線は、第3金属より構成される溶接材料を使わずに第1金属母材および第2金属母材へ直接入熱して溶接する製法についての、時間と接合部温度との関係を模式的に示したものである。これに対し、符合Lの線は、本実施形態の接合構造体の製造方法についての、時間と接合部温度との関係を模式的に示したものである。なお、ここでは、説明を簡略化するため、第1金属と第2金属とが同一材料より構成されており、第1金属および第2金属の融点が同一のTmであるとする。また、本実施形態では、熱源には、レーザー光4を用いるものとする。
図6(a)に示されるように、本実施形態の接合構造体の製造方法では、低融点の溶接材料2に対して局所的に直接入熱することで、第1金属母材11および第2金属母材12への熱伝導が阻害され、昇温速度を加速させることができる(符合L1)。そして、入熱による加熱により、第1金属および第2金属の融点よりも低い第3金属の融点Tm3に達すると、溶接材料2の溶融が始まる。溶接材料2が溶融するにつれて、レーザー光4の吸収効率が向上し、さらに昇温速度を加速させることができる(符合L2)。入熱による加熱により、第1金属母材11の第1金属および第2金属母材12の第2金属の融点Tmに達すると、さらに、第1金属および第2金属の溶融が始まる。なお、その結果、第3金属、第1金属および第2金属を含む溶融部5が形成される。その後、上記入熱を止め(符合L3)、溶融部5を凝固させることで、第1金属母材11と第2金属母材12とを繋ぐ溶接金属部13が形成される(符合L4)。
本実施形態の接合構造体の製造方法によれば、図6(b)に示されるように、第3金属より構成される溶接材料2を使わずに第1金属母材11および第2金属母材12へ直接入熱して溶接する製法に比べ、比較的少ない総入熱量(総熱量E1<総入熱量E2)かつ短時間で、接合構造体1を製造することができる。
(実験例)
<実験例1>
絶縁被膜14で覆われた平角形の導体線10を2本準備した。導体線10を構成する母材は、無酸素銅(C1020)である。次いで、2本の導体線10の端末部分の絶縁被膜14をそれぞれ剥離した。次いで、図7(a)に示されるように各導体線10の側面同士を当接させたときに、図7(b)に示されるV形開先部31が構成されるように、各導体線10を溝加工した。なお、V形開先部31の幅wは、0.8mm、V形開先部31の深さdは、0.8mmとした。次いで、図7(a)および図7(b)に示されるように、2本の導体線10間に設けられたV形開先部31に、溶接材料2を配置した。溶接材料2は、直径1.2mm×長さ2.5mmの略円柱状に形成されたBCuP−2材を用いた。次いで、図7(a)および図7(b)に示されるように、溶接材料2に対してレーザー光4を照射し、入熱した。この際、レーザー光4の走査軌跡40は、図7(a)に示す矢印の通りとした。レーザー光4の走査軌跡40は、図7(a)に限定されるものではなく、直線、円弧、矩形等の走査軌跡に変更することも可能である。また、レーザー光4の照射条件は、周波数:100Hz、ワブリング径:0.5mm、照射長さs:3mm、走査送り速度:40mm/s、レーザー出力P:2kW(ピーク)とした。なお、レーザー出力Pは、具体的には、図7(c)に示す通りとした。そして、上記入熱による加熱によって溶接材料2を溶融させつつ、さらに両導体線10の母材の一部を溶融させて溶融部5を形成した後、入熱を止めて溶融部5を凝固させた。これにより、無酸素銅とBCuP−2との合金よりなる溶接金属部13のみを介して両導体線10の母材間が一体的に繋がった試料1の接合構造体1を得た。
<実験例1>
絶縁被膜14で覆われた平角形の導体線10を2本準備した。導体線10を構成する母材は、無酸素銅(C1020)である。次いで、2本の導体線10の端末部分の絶縁被膜14をそれぞれ剥離した。次いで、図7(a)に示されるように各導体線10の側面同士を当接させたときに、図7(b)に示されるV形開先部31が構成されるように、各導体線10を溝加工した。なお、V形開先部31の幅wは、0.8mm、V形開先部31の深さdは、0.8mmとした。次いで、図7(a)および図7(b)に示されるように、2本の導体線10間に設けられたV形開先部31に、溶接材料2を配置した。溶接材料2は、直径1.2mm×長さ2.5mmの略円柱状に形成されたBCuP−2材を用いた。次いで、図7(a)および図7(b)に示されるように、溶接材料2に対してレーザー光4を照射し、入熱した。この際、レーザー光4の走査軌跡40は、図7(a)に示す矢印の通りとした。レーザー光4の走査軌跡40は、図7(a)に限定されるものではなく、直線、円弧、矩形等の走査軌跡に変更することも可能である。また、レーザー光4の照射条件は、周波数:100Hz、ワブリング径:0.5mm、照射長さs:3mm、走査送り速度:40mm/s、レーザー出力P:2kW(ピーク)とした。なお、レーザー出力Pは、具体的には、図7(c)に示す通りとした。そして、上記入熱による加熱によって溶接材料2を溶融させつつ、さらに両導体線10の母材の一部を溶融させて溶融部5を形成した後、入熱を止めて溶融部5を凝固させた。これにより、無酸素銅とBCuP−2との合金よりなる溶接金属部13のみを介して両導体線10の母材間が一体的に繋がった試料1の接合構造体1を得た。
図8および図9に示されるように、試料1の接合構造体1において、溶接金属部13は、導体線10を構成する母材表面以上の高さに盛り上がった頭部131と、頭部131の底面より溶接深さ方向に延びる胴部132と、を有していることが分かる。また、図9に示されるように、溶接深さ方向に沿う断面視で、胴部132の基端における幅をW1、胴部132の基端から先端までの深さをDとしたき、胴部132は、D/W1≧1の関係を満たしていることが分かる。また、頭部131の幅をW2としたき、頭部131および胴部132は、W1≦W2の関係を満たしていることも分かる。
<実験例2>
実験例1の試料1の接合構造体の作製方法において、レーザー出力P:1.8kW(ピーク)とした点以外は、試料1の接合構造体の作製方法と同様にして、試料2の接合構造体を作製した。
実験例1の試料1の接合構造体の作製方法において、レーザー出力P:1.8kW(ピーク)とした点以外は、試料1の接合構造体の作製方法と同様にして、試料2の接合構造体を作製した。
図10に示される試料2の接合構造体1の溶接金属部13について、隣り合う各導体線10の面一な母材表面を基準面BP(溶接深さ0)とし、溶接金属部13の胴部132の溶接深さ方向のビッカース硬度を測定した。その結果を、図11に示す。図11によれば、各溶接深さ位置における胴部のビッカース硬さ(Hv)が、0.8×Bave以上1.2×Bave以下を満たしているため、合金成分が均一化されていると判断することができる。
本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。
1 接合構造体
11 第1金属母材
12 第2金属母材
13 溶接金属部
2 溶接材料
3 開先部
5 溶融部
11 第1金属母材
12 第2金属母材
13 溶接金属部
2 溶接材料
3 開先部
5 溶融部
Claims (10)
- 第1金属より構成される第1金属母材(11)と、第2金属より構成される第2金属母材(12)と、上記第1金属母材と上記第2金属母材とを繋ぐ溶接金属部(13)と、を有しており、
上記溶接金属部は、上記第1金属と、上記第2金属と、上記第1金属および上記第2金属より融点の低い第3金属と、の合金より構成されており、
上記第1金属母材と上記第2金属母材とは、上記溶接金属部のみを介して繋がっている、接合構造体(1)。 - 上記溶接金属部は、上記第1金属母材および上記第2金属母材の両母材表面以上の高さに盛り上がった頭部(131)と、上記頭部の底面より溶接深さ方向に延びる胴部(132)と、を有している、請求項1に記載の接合構造体。
- 上記溶接深さ方向に沿う断面視で、上記胴部の基端における幅をW1、上記胴部の基端から先端までの深さをDとしたき、上記胴部は、D/W1≧1の関係を満たす、請求項2に記載の接合構造体。
- 上記頭部の幅をW2としたき、上記頭部および上記胴部は、W1≦W2の関係を満たす、請求項3に記載の接合構造体。
- 上記第1金属と上記第2金属とが同種の金属である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の接合構造体。
- 上記溶接金属部は、溶接深さ方向で見て、その合金成分が均一化されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の接合構造体。
- 上記第1金属母材および上記第2金属母材は、いずれも、母材表面に絶縁被膜(14)を有しており、
各上記絶縁被膜が剥離されて露出した上記第1金属母材と上記第2金属母材とが、上記溶接金属部のみを介して繋がっている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の接合構造体。 - 第1金属より構成される第1金属母材(11)と第2金属より構成される第2金属母材(12)との間に配置された、上記第1金属および上記第2金属より融点の低い第3金属より構成される溶接材料(2)に対して局所的に直接入熱し、
上記入熱による加熱によって上記溶接材料を溶融させつつ、さらに上記第1金属および上記第2金属の一部を溶融させて、上記第3金属、上記第1金属および上記第2金属を含む溶融部(5)を形成し、
上記入熱を止めて上記溶融部を凝固させ、上記第1金属母材と上記第2金属母材とを繋ぐ溶接金属部(13)を形成する、接合構造体の製造方法。 - 上記溶接材料は、上記第1金属母材と上記第2金属母材との間に設けられた溝よりなる開先部(3)に配置される、請求項8に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記第1金属および上記第2金属を溶融させる際に、上記第1金属母材および上記第2金属母材の表面に還元作用を作用させる、請求項8または9に記載の接合構造体の製造方法。
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