JP2022062347A - 接合構造体及び接合方法 - Google Patents
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【課題】異種金属を適正に接合することができる接合構造体提供する。【解決手段】接合構造体1は、アルミ板10と、銅板20と、液相接合部30とを備える。アルミ板10は、第1接合面11を有する。銅板20は、アルミ板10とは異なる金属部材であり第2接合面21を有する。液相接合部30は、対向方向Zに沿って対向した第1接合面11と第2接合面21とを液相接合した部位である。銅板20の第2接合面21は、窪み部21aと、接合主面21bとを有する。窪み部21aは、対向方向Zに沿って窪んで形成された部位である。接合主面21bは、短辺方向X及び長辺方向Yに沿って延在し、窪み部21aの周囲を囲う部位である。窪み部21aは、対向方向Zにおいて、当該窪み部21aと第1接合面11及び第2接合面21の他方との間隔H1が、接合主面21bと他方との間隔H2よりも長く、液相接合により生じた金属間化合物Cが貯留されている。【選択図】図1
Description
本発明は、接合構造体及び接合方法に関する。
従来、接合構造体として、例えば、特許文献1には、鉄系金属部材とアルミニウム系金属部材とを溶融層を介して接合した溶接接合体が記載されている。この溶接接合体は、溶融層に含まれる金属間化合物の体積率や大きさを規定することにより接合強度の低下を抑制している。
ところで、上述の特許文献1に記載の接合構造体は、例えば、溶融層の端部から露出した金属間化合物において接合強度が低下するおそれがあり、この点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異種金属を適正に接合することができる接合構造体及び接合方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接合構造体は、第1接合面を有する第1金属部材と、前記第1金属部材とは異なる金属部材であり第2接合面を有する第2金属部材と、対向方向に沿って対向した前記第1接合面と前記第2接合面とを液相接合した液相接合部と、を備え、前記第1接合面及び前記第2接合面の少なくとも一方は、前記対向方向に沿って窪んで形成された窪み部と、前記対向方向に交差する交差方向に沿って延在し前記窪み部の周囲を囲う接合主面とを有し、前記窪み部は、前記対向方向において、当該窪み部と前記第1接合面及び前記第2接合面の他方との間隔が、前記接合主面と前記他方との間隔よりも長く、前記液相接合により生じた金属間化合物が貯留されていることを特徴とする。
本発明に係る接合方法は、第1金属部材の第1接合面と、前記第1金属部材とは異なる金属部材である第2金属部材の第2接合面とを押圧した状態で前記第1金属部材及び前記第2金属部材に電圧を印加して液相接合を行う接合工程を含み、前記第1接合面及び前記第2接合面の少なくとも一方は、対向方向に沿って窪んで形成された窪み部と、前記対向方向に交差する交差方向に沿って延在し前記窪み部の周囲を囲う接合主面とを有し、前記窪み部は、前記対向方向において、当該窪み部と前記第1接合面及び前記第2接合面の他方との間隔が、前記接合主面と前記他方との間隔よりも長く、前記液相接合により生じた金属間化合物を貯留することを特徴とする。
本発明に係る接合構造体及び接合方法は、液相接合される接合面が、窪み部及び当該窪み部の周囲を囲う接合主面を有するので、金属間化合物の露出端面の面積を小さくすることができ、この結果、異種金属を適正に接合することができる。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
図面を参照しながら実施形態に係る接合構造体1及び接合方法について説明する。接合構造体1は、接合方法により異種金属を液相接合したものである。ここで、液相接合とは、接合対象の金属を互いに組み合わせた状態で接合部に電圧を印加し、当該接合部の金属を溶融することにより接合することである。接合構造体1は、図1及び図2に示すように、第1金属部材としてのアルミ板10と、第2金属部材としての銅板20と、液相接合部30とを備える。この例では、アルミ板10及び銅板20は、それぞれ矩形状に形成されている。
図面を参照しながら実施形態に係る接合構造体1及び接合方法について説明する。接合構造体1は、接合方法により異種金属を液相接合したものである。ここで、液相接合とは、接合対象の金属を互いに組み合わせた状態で接合部に電圧を印加し、当該接合部の金属を溶融することにより接合することである。接合構造体1は、図1及び図2に示すように、第1金属部材としてのアルミ板10と、第2金属部材としての銅板20と、液相接合部30とを備える。この例では、アルミ板10及び銅板20は、それぞれ矩形状に形成されている。
ここで、以下の説明では、アルミ板10及び銅板20の短辺に沿った方向を短辺方向(交差方向)Xと称し、アルミ板10及び銅板20の長辺に沿った方向を長辺方向(交差方向)Yと称し、アルミ板10と銅板20とが対向する方向を対向方向Zと称する。短辺方向X、長辺方向Y、及び、対向方向Zは、互いに交差し、典型的には直交する。
アルミ板10は、アルミニウムを材料とし、矩形の板状に形成されている(図2参照)。アルミ板10は、第1接合面11を有する。第1接合面11は、平面状に形成され、対向方向Zに対して直交している。言い換えれば、第1接合面11は、短辺方向X及び長辺方向Yに対して平行である。第1接合面11は、対向方向Zにおいて銅板20と対向し、後述する銅板20の第2接合面21と液相接合される部位である。この例では、第1接合面11は、アルミ板10の長辺方向Yの一方側に所定の範囲で設けられている。
銅板20は、アルミ板10とは異なる金属部材であり、銅を材料としている。銅板20は、矩形の板状に形成され(図2参照)、この例では、アルミ板10と同じ形状に形成されているが、これに限定されない。銅板20は、第2接合面21を有する。第2接合面21は、対向方向Zにおいてアルミ板10と対向し、アルミ板10の第1接合面11と液相接合される部位である。この例では、第2接合面21は、銅板20の長辺方向Yの一方側に所定の範囲で設けられている。第2接合面21は、窪み部21aと、接合主面21bとを有する。
窪み部21aは、対向方向Zに沿ってアルミ板10側とは反対側に窪んで形成された部位であり、1つ設けられている。窪み部21aは、例えば、金型を用いたプレス加工により形成され、この例では、図2に示すように、湾曲面形状(例えば、球面形状)に形成されている。窪み部21aは、対向方向Zに沿って一定の深さがある。つまり、窪み部21aは、図1に示すように、対向方向Zにおいて、当該窪み部21aと第1接合面11との間隔H1が、接合主面21bと第1接合面11との間隔H2よりも長い。窪み部21aは、この一定の深さを有する空間部を含み、当該空間部には、液相接合により生じた金属間化合物Cが凝固された状態で貯留されている。そして、窪み部21aは、アルミ板10の第1接合面11と対向し、金属間化合物Cが貯留された状態で第1接合面11と液相接合されている。なお、金属間化合物Cは、相対的に硬くて脆い材質の化合物である。
接合主面21bは、窪み部21aの周囲を囲う部位である。言い換えれば、接合主面21bは、窪み部21aの縁から短辺方向X及び長辺方向Yに沿って窪み部21aの外側に延在した部位である。つまり、接合主面21bは、対向方向Zに直交する仮想的な平面を仮想平面とした場合、窪み部21aの縁から仮想平面に沿って窪み部21aの外側に延在している。接合主面21bは、アルミ板10の第1接合面11と対向し、当該第1接合面11と液相接合されている。
接合主面21bは、テーパー部21cを有する。テーパー部21cは、短辺方向X及び長辺方向Yに対して外側から窪み部21a側に向けて傾斜している。つまり、テーパー部21cは、上記仮想平面に対して外側から窪み部21a側に向けて下降傾斜している。言い換えれば、テーパー部21cは、当該テーパー部21cと仮想平面との間隔が、外側から窪み部21a側に向けて徐々に広くなっている。テーパー部21cは、例えば、長辺方向Yから視て、第2接合面21の短辺方向Xの端部から窪み部21aの縁まで形成されている。
液相接合部30は、第1接合面11と第2接合面21とを液相接合した部位である。つまり、液相接合部30は、第1接合面11と第2接合面21との間の部位である。言い換えれば、液相接合部30は、接合主面21bと第1接合面11との間の部位、及び、窪み部21aの内面と第1接合面11との間の部位である。液相接合部30は、液相接合により生じた金属間化合物Cを含んで構成されている。液相接合部30は、外部に露出する金属間化合物Cの露出端面31の対向方向Zの厚みを相対的に薄くするように形成されている。液相接合部30は、例えば、この露出端面31の厚みを3μm以下とするように形成されており、好ましくは、この露出端面31の厚みを1μm以下とするように形成されている。
次に、抵抗溶接を行う溶接機100によりアルミ板10と銅板20とを接合する接合方法について説明する。溶接機100は、正極の電極101と、負極の電極102と、正極の電極101及び負極の電極102に電線103を介して接続され電力を供給する電源104とを備える。接合方法は、図6に示すように、条件設定工程(ステップS1)と、接合工程(ステップS2)とを含む。
条件設定工程(ステップS1)は、電源104から供給する電力、電力を供給する時間等の加工条件を溶接機100に設定する。条件設定工程(ステップS1)の後、接合工程(ステップS2)に移行する。
接合工程(ステップS2)は、アルミ板10の第1接合面11と、銅板20の第2接合面21とを押圧した状態でアルミ板10及び銅板20に電圧を印加して液相接合を行う。例えば、接合工程は、アルミ板10の第1接合面11と銅板20の第2接合面21とが対向方向Zに沿って対向した状態で、溶接機100の正極の電極101と負極の電極102との間にアルミ板10及び銅板20をセットする(図4参照)。そして、接合工程は、接機100により対向方向Zに沿って押圧力F(図3参照)が作用した状態で、正極の電極101から電圧を印加する。これにより、接合工程は、抵抗により発生する熱により第1接合面11及び第2接合面21の一部を溶融して液相接合する。このとき、接合工程において、金属間化合物Cが生成される。接合工程は、図5に示すように、生成された金属間化合物Cを接合主面21bのテーパー部21cに沿って外側から窪み部21a側に流し込み、当該窪み部21aに貯留する。接合工程は、正極の電極101からの電圧の印加を停止して、窪み部21aに貯留された金属間化合物Cを凝固させると共に、第1接合面11及び第2接合面21を接合し、接合構造体1を形成する。
以上のように、実施形態に係る接合構造体1は、アルミ板10と、銅板20と、液相接合部30とを備える。アルミ板10は、第1接合面11を有する。銅板20は、アルミ板10とは異なる金属部材であり第2接合面21を有する。液相接合部30は、対向方向Zに沿って対向した第1接合面11と第2接合面21とを液相接合した部位である。銅板20の第2接合面21は、窪み部21aと、接合主面21bとを有する。窪み部21aは、対向方向Zに沿って窪んで形成された部位である。接合主面21bは、短辺方向X及び長辺方向Yに沿って延在し、窪み部21aの周囲を囲う部位である。窪み部21aは、対向方向Zにおいて、当該窪み部21aと第1接合面11及び第2接合面21の他方との間隔H1が、接合主面21bと他方との間隔H2よりも長く、液相接合により生じた金属間化合物Cが貯留されている。
この構成により、接合構造体1は、金属間化合物Cを窪み部21aに貯留することで、銅板20の接合主面21bとアルミ板10の第1接合面11との間に介在する金属間化合物Cの厚みを相対的に薄くすることができる。このとき、接合構造体1は、窪み部21aが接合主面21bにより囲われているので外部に露出していない。そしてこれにより、接合構造体1は、銅板20の接合主面21bとアルミ板10の第1接合面11との間から外部に露出する金属間化合物Cの露出端面31の面積を小さくすることができる。従って、接合構造体1は、硬くて脆い材質である金属間化合物Cを小さくできるので、当該金属間化合物Cの露出端面31において接合強度が低下することを抑制することができ、この結果、異種金属を適正に接合することができる。
上記接合構造体1において、接合主面21bは、短辺方向X及び長辺方向Yに対して外側から窪み部21a側に向けて傾斜しているテーパー部21cを有する。この構成により、接合構造体1は、外側から窪み部21a側に向けた金属間化合物Cの流れを、テーパー部21cにより促進することができるので、外部に露出する金属間化合物Cの露出端面31の面積を小さくすることができる。
実施形態に係る接合方法は、アルミ板10の第1接合面11と銅板20の第2接合面21とを押圧した状態でアルミ板10及び銅板20に電圧を印加して液相接合を行う接合工程を含む。これにより、接合方法は、外部に露出する金属間化合物Cの露出端面31の面積を小さくした接合構造体1を形成することができるので、異種金属を適正に接合することができる。
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。なお、変形例では、実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施形態の変形例に係る接合構造体1Aは、窪み部21dが複数設けられる点で実施形態に係る接合構造体1とは異なる。
次に、実施形態の変形例について説明する。なお、変形例では、実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施形態の変形例に係る接合構造体1Aは、窪み部21dが複数設けられる点で実施形態に係る接合構造体1とは異なる。
接合構造体1Aは、図7及び図8に示すように、アルミ板10と、銅板20Aと、液相接合部30とを備える。銅板20Aは、第2接合面21Aを有する。第2接合面21Aは、複数の窪み部21dと、接合主面21eとを有する。
複数の窪み部21dは、例えば、金型を用いたプレス加工により形成され、この例では、図7及び図8に示すように、細かい凹部が複数形成されたローレット加工が施されている。つまり、複数の窪み部21dは、短辺方向X及び長辺方向Yに沿って細かい凹部が複数形成されている。複数の窪み部21dは、対向方向Zに沿って一定の深さがある。つまり、複数の窪み部21dは、図7に示すように、対向方向Zにおいて、当該複数の窪み部21dと第1接合面11との間隔H3が、接合主面21eと第1接合面11との間隔H4よりも長い。複数の窪み部21dは、この一定の深さを有する空間部を含み、当該空間部には、液相接合により生じた金属間化合物Cが凝固された状態で貯留されている。そして、複数の窪み部21dは、アルミ板10の第1接合面11と対向し、金属間化合物Cが貯留された状態で第1接合面11と液相接合されている。
接合主面21eは、複数の窪み部21dの周囲を囲う部位である。つまり、接合主面21eは、複数の窪み部21dが形成された領域を窪み部領域Tとした場合、この窪み部領域Tの周囲を囲う部位である。接合主面21eは、アルミ板10の第1接合面11と対向し、当該第1接合面11と液相接合されている。
接合主面21eは、テーパー部21fを有する。テーパー部21fは、短辺方向X及び長辺方向Yに対して外側から複数の窪み部21d側に向けて傾斜している。つまり、テーパー部21fは、仮想平面に対して外側から窪み部21a側に向けて下降傾斜している。言い換えれば、テーパー部21fは、当該テーパー部21fと仮想平面との間隔が、外側から複数の窪み部21d側に向けて徐々に広くなっている。テーパー部21fは、例えば、長辺方向Yから視て、第2接合面21Aの短辺方向Xの端部から複数の窪み部21dの縁まで形成されている。
このように複数の窪み部21dが形成された銅板20Aにおいて、接合工程は、アルミ板10の第1接合面11と、銅板20Aの第2接合面21Aとを押圧した状態でアルミ板10及び銅板20Aに電圧を印加して液相接合を行う。例えば、接合工程は、第1接合面11と第2接合面21Aとが対向方向Zに沿って対向した状態で、溶接機100の正極の電極101と負極の電極102との間にアルミ板10及び銅板20Aをセットする(図9参照)。そして、接合工程は、溶接機100により対向方向Zに沿って押圧力F(図3差参照)を作用させた状態で、正極の電極101から電圧を印加される。これにより、接合工程は、抵抗により発生する熱により第1接合面11及び第2接合面21Aの一部が溶融して液相接合する。このとき、接合工程において、第1接合面11Aと第2接合面21との間に金属間化合物Cが生成される。接合工程は、図10に示すように、接合主面21eのテーパー部21fに沿って外側から複数の窪み部21d側に金属間化合物Cを流し込み、当該複数の窪み部21dに金属間化合物Cを貯留する。接合工程は、正極の電極101からの電圧の印加を停止すると、複数の窪み部21dに貯留された金属間化合物Cを凝固させると共に、第1接合面11及び第2接合面21A接合し、接合構造体1Aを形成する。
以上のように、実施形態の変形例に係る接合構造体1Aは、金属間化合物Cを複数の窪み部21dに貯留することで、銅板20Aの接合主面21eとアルミ板10の第1接合面11との間に介在する金属間化合物Cの厚みを相対的に薄くすることができる。このとき、接合構造体1Aは、複数の窪み部21dが接合主面21eにより囲われているので外部に露出していない。そしてこれにより、接合構造体1Aは、銅板20Aの接合主面21eとアルミ板10の第1接合面11との間から外部に露出する金属間化合物Cの露出端面31の面積を小さくすることができる。従って、接合構造体1Aは、硬くて脆い材質である金属間化合物Cを小さくできるので、当該金属間化合物Cの露出端面31において接合強度が低下することを抑制することができ、この結果、異種金属を適正に接合することができる。
なお、上記説明では、接合主面21bは、短辺方向X及び長辺方向Yに対して外側から窪み部21a側に向けて傾斜しているテーパー部21cを有する例について説明したが、これに限定されず、テーパー部21cを有していなくてもよい。
接合主面21eは、短辺方向X及び長辺方向Yに対して外側から複数の窪み部21d側に向けて傾斜しているテーパー部21fを有する例について説明したが、これに限定されず、テーパー部21fを有していなくてもよい。
第1金属部材は、アルミニウムを材料とする例について説明したが、これに限定されず、第2金属部材と異なる金属であれば、その他の金属であってもよい。
第2金属部材は、銅を材料とする例について説明したが、これに限定されず、第1金属部材と異なる金属であれば、その他の金属であってもよい。
窪み部21a及び接合主面21bは、第2接合面21に設けられる例について説明したが、これに限定されず、第1接合面11に設けてもよい。また、窪み部21a及び接合主面21bは、第1接合面11又は第2接合面21のいずれか一方に設ける例に限定されず、第1接合面11及び第2接合面21の両方に設けてもよい。
テーパー部21cは、長辺方向から視て、第2接合面21の短辺方向Xの端部から窪み部21aの縁まで形成される例について説明したが、これに限定されない。テーパー部21cは、例えば、長辺方向Yから視て、第2接合面21の短辺方向Xの端部よりも窪み部21a側(例えば、第2接合面21の端部と窪み部21aの縁との中間位置)から、窪み部21aの縁まで形成されてもよい。
テーパー部21fは、長辺方向から視て、第2接合面21Aの短辺方向Xの端部から複数の窪み部21dの縁まで形成される例について説明したが、これに限定されない。テーパー部21fは、例えば、長辺方向Yから視て、第2接合面21Aの短辺方向Xの端部よりも複数の窪み部21d側(例えば、第2接合面21Aの端部と複数の窪み部21dの縁との中間位置)から、複数の窪み部21dの縁まで形成されてもよい。
複数の窪み部21dは、細かい凹部が複数形成されたローレット加工が施されている例について説明したが、これに限定されず、例えば、複数のドット(点状の凹部)により構成してもよい。
1、1A 接合構造体
10 アルミ板(第1金属部材)
11 第1接合面
20、20A 銅板(第2金属部材)
21、21A 第2接合面
21a、21d 窪み部
21b、21e 接合主面
21c、21f テーパー部
30 液相接合部
H1~H4 間隔
X 短辺方向(交差方向)
Y 長辺方向(交差方向)
Z 対向方向
10 アルミ板(第1金属部材)
11 第1接合面
20、20A 銅板(第2金属部材)
21、21A 第2接合面
21a、21d 窪み部
21b、21e 接合主面
21c、21f テーパー部
30 液相接合部
H1~H4 間隔
X 短辺方向(交差方向)
Y 長辺方向(交差方向)
Z 対向方向
Claims (3)
- 第1接合面を有する第1金属部材と、
前記第1金属部材とは異なる金属部材であり第2接合面を有する第2金属部材と、
対向方向に沿って対向した前記第1接合面と前記第2接合面とを液相接合した液相接合部と、を備え、
前記第1接合面及び前記第2接合面の少なくとも一方は、前記対向方向に沿って窪んで形成された窪み部と、前記対向方向に交差する交差方向に沿って延在し前記窪み部の周囲を囲う接合主面とを有し、
前記窪み部は、前記対向方向において、当該窪み部と前記第1接合面及び前記第2接合面の他方との間隔が、前記接合主面と前記他方との間隔よりも長く、前記液相接合により生じた金属間化合物が貯留されていることを特徴とする接合構造体。 - 前記接合主面は、前記交差方向に対して外側から前記窪み部側に向けて傾斜しているテーパー部を有する請求項1に記載の接合構造体。
- 第1金属部材の第1接合面と、前記第1金属部材とは異なる金属部材である第2金属部材の第2接合面とを押圧した状態で前記第1金属部材及び前記第2金属部材に電圧を印加して液相接合を行う接合工程を含み、
前記第1接合面及び前記第2接合面の少なくとも一方は、対向方向に沿って窪んで形成された窪み部と、前記対向方向に交差する交差方向に沿って延在し前記窪み部の周囲を囲う接合主面とを有し、
前記窪み部は、前記対向方向において、当該窪み部と前記第1接合面及び前記第2接合面の他方との間隔が、前記接合主面と前記他方との間隔よりも長く、前記液相接合により生じた金属間化合物を貯留することを特徴とする接合方法。
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- 2020-10-08 JP JP2020170292A patent/JP2022062347A/ja active Pending
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DE102023202944A1 (de) | 2022-04-04 | 2023-10-05 | Sintokogio, Ltd. | Gusssystem und Gussteil |
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