JP2023139940A - Method of joining dissimilar metals - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、異種金属の接合方法に関する。 The present disclosure relates to a method for joining dissimilar metals.
近年、異種金属を溶接する方法が知られている。例えば、車両に用いられるステータ等には銅が用いられているが、銅の価格高騰の懸念から、アルミニウムなどの代替物への置換が考えられる。 In recent years, methods of welding dissimilar metals have become known. For example, copper is used in stators and the like used in vehicles, but due to concerns about the rising price of copper, it is conceivable to replace it with alternatives such as aluminum.
ここで、アルミニウムは銅よりも電気抵抗が大きいため、動力線などの高電流電圧部位は純銅で形成し、低電流部位であるバスバーなどはアルミニウムで形成するというように、最適な材料を選択すべきである。 Since aluminum has a higher electrical resistance than copper, it is important to select the most suitable material, such as forming high current and voltage parts such as power lines with pure copper, and forming low current parts such as bus bars with aluminum. Should.
特許文献1には、銅とアルミニウムを突き合わせ、レーザ溶接するバスバー等の異種電動部材について開示されている。
特許文献1に開示されたレーザ溶接による異種電動部材の生成において、銅とアルミニウムを同時に溶接しようとすると銅とアルミニウムの合金が生成される。この合金は、銅とアルミニウムを同体積で形成されていれば強度としては理想的であるが、アルミニウムが多く含まれる合金であっても、銅が多い合金であっても脆いものとなる。特に、銅とアルミニウムでは融点が異なるため、同時に溶接しようとした場合にはアルミニウムが先に溶け出してしまい、そのまま溶接すると融点が低いアルミニウムを多く含む合金ができてしまう。したがって、接合を行う際の条件を厳しく設定しなければ同体積の合金は生成できず、銅とアルミニウムを十分な強度で接合できないことが多いという問題がある。
In the generation of dissimilar electrically powered members by laser welding disclosed in
本開示は、上記に示す課題を鑑みてなされたものであり、金属同士を十分な強度で接合する異種金属の接合方法を提供するものである。 The present disclosure has been made in view of the problems described above, and provides a method for joining dissimilar metals by joining metals with sufficient strength.
本開示にかかる異種金属の接合方法は、下側金属材と、上下に貫通する孔部が形成されているとともに前記下側金属材より融点が高い上側金属材と、を重ねて接合させる異種金属の接合方法であって、前記下側金属材と前記上側金属材を上下に重ねる工程と、前記下側金属材と同じ金属を含む合金部材を溶融させて、前記孔部に充填させる工程と、前記孔部に充填した合金部材を硬化させて、前記下側金属材と前記上側金属材を接合させる工程と、を備える。
これにより、溶接による脆い合金を発生させずに接合することができる。
A method for joining dissimilar metals according to the present disclosure includes stacking and joining a lower metal material and an upper metal material having a vertically penetrating hole and having a higher melting point than the lower metal material. The joining method includes a step of stacking the lower metal material and the upper metal material vertically, and a step of melting an alloy member containing the same metal as the lower metal material and filling the hole. The method includes a step of hardening the alloy member filled in the hole to join the lower metal material and the upper metal material.
This allows joining without producing brittle alloys due to welding.
本開示によれば、金属同士を十分な強度で接合する異種金属の接合方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for joining dissimilar metals that joins metals with sufficient strength.
実施の形態1
以下、図面を参照して本実施の形態に係る異種金属の接合方法について説明する。図1は、接合する異種金属を上下に重ね合わせた状態を示す斜視図である。
Hereinafter, a method for joining dissimilar metals according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a state in which dissimilar metals to be joined are stacked one above the other.
図1に示すように、金属接合体1は、下側金属材11と、上側金属材12と、を備える。ここで、下側金属材11はアルミニウムであり、上側金属材12は銅であるものとして説明する。ここで、以下の説明に用いられる「上」および「下」などの用語は、説明の便宜上用いられるものであり、金属接合体1の向きを限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the metal joined
また、下側金属材11及び上側金属材12は、いずれも板状であり、いずれも上面及び下面が広く形成された形状であって、水平面に対して板面が平行に配されているものとする。なお、下側金属材11の上面及び下面について、上面11a及び下面11bとし、上側金属材12の上面及び下面について、上面12a及び下面12bとする。
In addition, both the
下側金属材11の上面11aには、上側金属材12の下面12bが当接した状態で、上下に重ね合わせられている。
The
図2は、図1に示した一点鎖線で示した箇所における金属接合体1の断面図の一例である。図2に示すように、上側金属材12には、上面12aから下面12bにかけて貫通する複数の孔部12cが形成されている。例えば、孔部12cは、上面12aから下面12bにかけて径がほぼ一定に形成されている。また、上側金属材12の内部において、孔部12cが延びる方向は、上下方向とする。
FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of the metal bonded
なお、複数の孔部12cは、上側金属材12において円柱状に切り欠いた形状とすることができるが、これに限られない。また、複数の孔部12cのそれぞれの径方向の長さは異なる長さで形成されていてもよい。
Note that the plurality of
次に、下側金属材11と、上側金属材12を接合するフローについて、図3に示すフローチャートを参照して説明する。また図4(a)~図4(c)は、金属接合体1を形成する各過程の状態を示した断面図である。
Next, a flow for joining the
まず事前準備として、上側金属材12に複数の孔部12cを設ける(ステップS1)。
First, as a preliminary preparation, a plurality of
図4(a)に示すように、下側金属材11に上側金属材12を重ねた状態とする(ステップS2)。すなわち、下側金属材11の上面11aに、上側金属材12の下面12bが対向して搭載された状態となる。
As shown in FIG. 4(a), the
図4(b)に示すように、上側金属材12の孔部12cに対して、下側金属材11と同じ金属を含む合金部材13を溶融させて充填する(ステップS3)。すなわち、ここでは合金部材13とは、アルミニウムを主成分として含まれるアルミニウム合金である。具体的には、合金部材13をレーザ14の照射により溶融させながら、上側金属材12の孔部12cに流し込むレーザ肉盛りを行う。
As shown in FIG. 4(b), the
なお典型的には、レーザ14は、合金部材13は溶融するが、上側金属材12を溶融しない温度となるように、合金部材13の加熱を行う。
Typically, the
図4(c)に示すように、溶融させた合金部材13が上側金属材12の孔部12cに十分に充填され、合金部材13の一部が上面12aより上に配され、上面12aの一部を覆う状態となったら、合金部材13の充填を終了する。
As shown in FIG. 4(c), the
その後、溶融させた合金部材13を硬化させることで、下側金属材11と上側金属材12を接合させる(ステップS4)。言い換えると、図4(c)に示すように、合金部材13であるアルミニウム合金の冷却収縮の力により、上側金属材12である銅を上下方向にカシメる。
Thereafter, the
これにより、下側金属材11であるアルミニウムと、上側金属材12である銅をそれぞれ溶融させないことから、脆い合金を発生させずに互いに接合することができる。
As a result, aluminum, which is the
ここで、合金部材13と下側金属材11は互いにアルミニウム同士の接合となることから、良好な接合となる。さらに、強度のある合金部材13を用いて下側金属材11と上側金属材12を接合することから、下側金属材11と上側金属材12を十分な強度で接合することができる。
Here, since the
このように形成した金属接合体1は、車両のモータ等において、上側金属材12を比較的高電流が流れる電気抵抗の小さい銅製の動力線として用い、下側金属材11を比較的低電流が流れるアルミニウムのバスバーとして用いることができるが、これに限られない。例えば、金属接合体1は、電池に利用することも可能である。
The metal bonded
以下に、本開示の変形例について説明する。例えば、孔部12cは、例えば金属接合体1の使用目的等に応じて、形状を変更することができる。
Modifications of the present disclosure will be described below. For example, the shape of the
図5は、孔部12cの形状を変更した孔部12dとした一例を示した断面図である。図5に示すように、孔部12dの形状は、上面12a側が広く、下面12b側が狭く形成されたくさび型であってもよい。
FIG. 5 is a sectional view showing an example of a
さらに図6は、孔部12cの延びる方向を変更した孔部12eとした一例を示した断面図である。図6に示すように、金属接合体1を、遠心力などの力が加わる環境で利用する場合には、接合が抜けにくい方向となるように、孔部12eの延在方向を、上下方向から傾斜させた状態で形成することができる。
Furthermore, FIG. 6 is a sectional view showing an example of a
このように、上側金属材12に形成されている孔部の形状を、くさび型にすることや、孔部の延在方向を傾斜させた形状とすることにより、合金部材13が上側金属材12の上面12aを覆った状態になっていなくても、下側金属材11と上側金属材12の上下方向の移動を制限し、接合状態とすることが可能となる。
In this way, by making the shape of the hole formed in the
なお、上側金属材12に形成されている孔部に充填される合金部材13は、孔部の形状に関わらず上側金属材12の上面12aを十分に覆う量となるように、量を増加させて充填することができる。
Note that the amount of the
また、下側金属材11にはアルミニウムを用い、上側金属材12には銅を用いるものとして説明したが、これに限られず、母材として下側金属材11及び上側金属材12に用いられる金属は任意に変更することができる。
Further, although the explanation has been made assuming that aluminum is used for the
さらに、合金部材13については、下側金属材11に積層できる材質であって、上側金属材12の融点より低い材質のものであればよく材質は問わない。すなわち、上側金属材12が溶融せずに、合金部材13と下側金属材11が溶融して固まることによって、接合できるものであれば良い。
Further, the
また、合金部材13は、粉やワイヤー状で供給されたものをレーザ14により溶融させることにより孔部12cに充填させることができる。すなわち、上側金属材12の孔部12cへの合金部材13の供給方法は、任意に変更可能である。
Further, the
また、合金部材13を溶融させる方法は、レーザ14に限られず、バーナー等による加熱であってもよく、加熱方法は任意に変更可能である。
Further, the method for melting the
上側金属材12に設けられる複数の孔部12cは、互いに所定の間隔をあけて形成することができる。すなわち点付け溶接により、下側金属材11と上側金属材12を接合することができる。
The plurality of
また、合金部材13を溶融させる際には、温度モニタリングを行いながら溶融を実行することができる。この温度モニタリングには、対象物から放射される赤外線等を計測する放射温度計を用いることができるが、これに限られず、任意の温度計測方法に変更し、溶接条件を管理することができる。
Further, when melting the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the spirit. That is, the above description has been omitted and simplified as appropriate for clarity of explanation, and those skilled in the art can easily change, add, or convert each element of the embodiments within the scope of the present invention. Is possible.
例えば、下側金属材11や上側金属材12には、無酸素銅(合金番号:C1020、化学記号:OFCu)、タフピッチ銅(C1100、TCu)、りん脱酸銅(C1220、DCu)、黄銅2種(C2700、Bs2)、黄銅(C2801、Bs3)快削黄銅(C2604、BsBM)、クローム銅(C3234、CrCu)、りん青銅(C5191、PB)、アルミニウム青銅(C6191、ABB2)、ベリリウム銅25合金(C1720相当、BeCu25)、ベリリウム銅50合金(Z3234相当、BeCu50)、洋白(C7521、NS)、ばね用洋白(C7521、NSS)、快削洋白(C7941、PbNS)、砲金(化学記号:BC6)を用いることができるが、これに限られない。
For example, the
1 金属接合体
11 下側金属材
11a 上面
11b 下面
12 上側金属材
12a 上面
12b 下面
12c 孔部
12d 孔部
12e 孔部
13 合金部材
14 レーザ
1 Metal joined
Claims (1)
前記下側金属材と前記上側金属材を上下に重ねる工程と、
前記下側金属材と同じ金属を含む合金部材を溶融させて、前記孔部に充填させる工程と、
前記孔部に充填した合金部材を硬化させて、前記下側金属材と前記上側金属材を接合させる工程と、を備える、
異種金属の接合方法。 A method for joining dissimilar metals, in which a lower metal material and an upper metal material having a vertically penetrating hole formed therein and having a higher melting point than the lower metal material are stacked and joined together,
stacking the lower metal material and the upper metal material vertically;
melting an alloy member containing the same metal as the lower metal material and filling the hole;
a step of hardening the alloy member filled in the hole to join the lower metal material and the upper metal material;
A method for joining dissimilar metals.
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