JP3126946B2 - アルミニウム部材と異種金属部材との接合方法 - Google Patents

アルミニウム部材と異種金属部材との接合方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム部材
と異種金属部材とをはんだにより接合する方法に関する
ものである。
【0002】
【従来技術及びその課題】アルミニウム部材と異種金属
部材とをはんだにより接合する方法としては、本件出願
人による特開平5−185217号公報記載の方法が知
られている。この方法は、異種金属部材に銅等の金属め
っきを施し、そのめっき部分を溶融はんだ中に浸漬して
超音波を印加し、これにより異種金属部材にはんだめっ
きを施し、このはんだめっきを利用して異種金属部材と
アルミニウム部材とを超音波を印加しながら接合するも
のである。しかし、上記方法では、異種金属部材に対し
て、準備段階即ちはんだにより接合する前の段階で超音
波印加作業が必要であるため、作業が繁雑であるという
不具合があった。
【0003】本発明は、アルミニウム部材と異種金属部
材とを、簡単な作業で且つ満足できる強度で、はんだに
より接合することができる方法を提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
アルミニウム部材と異種金属部材とをはんだにより接合
する方法であって、異種金属部材にフラックスを付着さ
せ、それを亜鉛基溶融めっきに浸漬することにより、異
種金属部材に亜鉛基めっきを形成する準備工程と、異種
金属部材の亜鉛基めっきと、アルミニウム部材とを、当
接させ、当接部分を加熱して上記亜鉛基めっきを溶かし
ながら、当接部分に超音波を印加することにより、両部
材を接合する接合工程と、を有することを特徴としてい
る。
【0005】異種金属部材としては、鉄、ステンレス、
チタン等を用いることができる。
【0006】フラックスを付着させるには、例えば飽和
塩化アンモニウム水溶液に浸漬する。亜鉛基めっきで用
いる金属材料としては、Zn−1%Al、Zn−5%A
l等のはんだを用いることができる。
【0007】請求項1記載の発明においては、異種金属
部材に形成されている亜鉛基めっきが、超音波印加の下
で再溶融することにより、アルミニウム部材にも接合す
る。即ち、両部材は亜鉛基めっきにより接合される。し
かも、超音波印加作業は、両部材の接合工程において行
うだけであり、準備工程においては不要であるので、作
業が簡素化される。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、準備工程において、異種金属部材にニッケ
ルめっきを施し、そのめっき部分にフラックスを付着さ
せ、それを亜鉛基溶融めっきに浸漬することにより、そ
のめっき部分に亜鉛基めっきを形成するものである。
【0009】ニッケルめっきは、電解ニッケルめっき又
は無電解ニッケルめっきにより行う。電解ニッケルめっ
きは、アセトン超音波洗浄による脱脂、更に17.5%
塩酸,室温,30秒の条件でエッチングし、その後、硫
酸ニッケル(300g/l),塩化ニッケル(50g/
l),及びホウ酸(40g/l)からなるワット浴(標
準浴I)を用いて5A/dm2の定電流密度電解を3分
行う。無電解ニッケルめっきは、できるだけ低リンタイ
プの処理液で行う。
【0010】請求項2記載の発明においては、ニッケル
めっきによって防食処理が施された鉄等の異種金属部材
や、亜鉛基めっきを直接施すことができないステンレ
ス、チタン等の異種金属部材であっても、亜鉛基めっき
によりアルミニウム部材と接合される。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、接合工程において、アルミニウム部材の当
接部分に、予め亜鉛基めっきを形成しておくものであ
る。
【0012】アルミニウム部材への亜鉛基めっきは、次
のように施す。即ち、アルミニウム部材を亜鉛基溶融め
っきに浸漬して超音波を印加する、又は、アルミニウム
部材にフラックスを付着させ、それを亜鉛基溶融めっき
に浸漬して引き上げる。
【0013】請求項3記載の発明においては、両部材の
亜鉛基めっき同士が再溶融して融合するので、両部材は
亜鉛基めっきにより容易に接合される。
【0014】
【発明の実施の形態】(実施形態1)本実施形態は、図
1に示すように、鉄パイプ1とアルミニウムパイプ2と
を接合面11と接合面21とにおいて接合する方法に関
するものであり、この方法は、次のように行う。なお、
鉄パイプ1の外径R1は31.8mm、肉厚は1.2m
m、材質はSTKM11A、アルミニウムパイプ2の外
径R2は38mm、肉厚は5mm、材質はA5052−
H112である。寸法Xはラップしろを示す。
【0015】まず、鉄パイプ1の接合面11にエッチン
グ処理を施す。即ち、鉄パイプ1の接合面11を常温の
17.5%塩酸に30秒間浸漬して引き上げる。次に、
図2に示すように、接合面11にフラックス3を付着さ
せる。即ち、接合面11を約45℃の飽和塩化アンモニ
ウム水溶液に約30秒間浸漬して引き上げる。
【0016】次に、フラックス3の付着した接合面11
を、図3に示すように、450℃のZn−1%Alであ
る亜鉛基溶融めっき41に30秒間浸漬して引き上げ
る。これにより、図4に示すように、接合面11に亜鉛
基めっき42が形成される。こうして、準備工程が終了
する。
【0017】一方、アルミニウムパイプ2の面21を、
450℃で2時間予熱した後、図5に示すように、42
0℃のZn−5%Alである亜鉛基溶融めっき43に浸
漬し、その状態で超音波を5秒間印加し、引き上げる。
これにより、図6に示すように、接合面21に亜鉛基め
っき44が形成される。
【0018】そして、図7に示すように、鉄パイプ1を
アルミニウムパイプ2に内嵌させ、即ち、鉄パイプ1の
接合面11の亜鉛基めっき42とアルミニウムパイプ2
の接合面21の亜鉛基めっき44とを当接させ、加圧し
ながら且つ周囲4ケ所からバーナー5により両めっき4
2,44が再溶融するまで加熱しながら、ホーン6によ
り鉄パイプ1及びアルミニウムパイプ2に出力500W
の超音波を5秒間印加する。
【0019】これにより、鉄パイプ1とアルミニウムパ
イプ2とは、図1に示すように、接合面11と接合面2
1とにおいて、亜鉛基めっきにより接合される。こうし
て、接合工程が終了する。
【0020】(実施形態2)本実施形態は、図1に示す
ように、ステンレスパイプ7とアルミニウムパイプ2と
を接合面71と接合面21とにおいて接合する方法に関
するものであり、この方法は、次のように行う。なお、
ステンレスパイプ7の外径及び肉厚は鉄パイプ1と同じ
である。
【0021】まず、ステンレスパイプ7の接合面71
に、図8に示すように、ニッケルめっき8を施す。この
めっき処理は、電解ニッケルめっき又は無電解ニッケル
めっきにより行う。電解ニッケルめっきは、アセトン超
音波洗浄による脱脂、更に17.5%塩酸,室温,30
秒の条件でエッチングし、その後、硫酸ニッケル(30
0g/l),塩化ニッケル(50g/l),及びホウ酸
(40g/l)からなるワット浴(標準浴I)を用いて
5A/dm2の定電流密度電解を3分行う。無電解ニッ
ケルめっきは、できるだけ低リンタイプの処理液で行
う。次に、ニッケルめっき8表面にエッチング処理を施
す。即ち、ニッケルめっき8が形成された接合面71を
常温の17.5%塩酸に30秒間浸漬して引き上げる。
次に、ニッケルめっき8表面にフラックス3を付着させ
る。即ち、ニッケルめっき8が形成された接合面71を
約45℃の飽和塩化アンモニウム水溶液に約30秒間浸
漬して引き上げる。
【0022】次に、フラックス3の付着したニッケルめ
っき8を、図9に示すように、450℃のZn−1%A
lである亜鉛基溶融めっき41に30秒間浸漬して引き
上げる。これにより、図10に示すように、接合面71
のニッケルめっき8表面に亜鉛基めっき42が形成され
る。
【0023】一方、アルミニウムパイプ2の接合面21
に、実施形態1と同様にして、亜鉛基めっき44を形成
する。
【0024】そして、図7に示すように、ステンレスパ
イプ7をアルミニウムパイプ2に内嵌させ、即ち、ステ
ンレスパイプ7の接合面71の亜鉛基めっき42とアル
ミニウムパイプ2の接合面21の亜鉛基めっき44とを
当接させ、加圧しながら且つバーナー5により両めっき
42,44が再溶融するまで加熱しながら、ホーン6に
よりステンレスパイプ7又はアルミニウムパイプ2に出
力500Wの超音波を5秒間印加する。
【0025】これにより、ステンレスパイプ7とアルミ
ニウムパイプ2とは、図1に示すように、接合面71と
接合面21とにおいて、亜鉛基めっきにより接合され
る。
【0026】(実施形態3)実施形態2において、ステ
ンレスパイプ7に代えて鉄パイプを用い、その他は実施
形態2と同様に行った。これによっても、鉄パイプとア
ルミニウムパイプとが、図1に示すように、接合され
た。
【0027】
【実施例】(実施例1)実施形態1で接合された鉄パイ
プ1とアルミニウムパイプ2とを、図11に示すよう
に、2分割し、更に、接合部分の幅Wを25mmに加工
して、試験片10を作製した。なお、ラップしろXが3
mm、6mm、9mmの3種類を作製した。この試験片
10について、せん断試験を行い、せん断応力を求め
た。その結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】(実施例2)実施形態2で接合されたステ
ンレスパイプ7とアルミニウムパイプ2とを、実施例1
と同様に加工して、試験片10を作製した。なお、接合
深さXが3mm、6mm、9mmの3種類を作製した。
この試験片10について、せん断試験を行い、せん断応
力を求めた。その結果を表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】(実施例3)実施形態3で接合された鉄パ
イプとアルミニウムパイプとを、実施例1と同様に加工
して、試験片10を作製した。なお、ラップしろXが3
mm、6mm、9mmの3種類を作製した。この試験片
10について、せん断試験を行い、せん断応力を求め
た。その結果を表3に示す。
【0032】
【表3】
【0033】(比較例)実施形態1と同じ鉄パイプとア
ルミニウムパイプとを、特開平5−185217号記載
の方法により接合した。即ち、まず、鉄パイプの接合面
に銅めっきを施す。このめっき処理は、通常の方法、即
ち、脱脂、水洗、電解、水洗、乾燥という工程を経て行
う。その際の電解条件は表4に示す通りとする。次に、
鉄パイプの銅めっきが形成された接合面を、430℃の
Zn−5%Alである亜鉛基溶融めっきに浸漬し、その
状態で超音波を5秒間印加し、引き上げる。これによ
り、鉄パイプの接合面に亜鉛基めっきが形成される。亜
鉛基めっきが形成された鉄パイプを、実施形態1と同様
に処理して、アルミニウムパイプと接合する。
【0034】
【表4】
【0035】こうして接合された鉄パイプとアルミニウ
ムパイプとを、実施例1と同様に加工して、試験片10
を作製した。なお、ラップしろXが3mm、6mm、9
mmの3種類を作製した。この試験片10について、せ
ん断試験を行い、せん断応力を求めた。その結果を表5
に示す。
【0036】
【表5】
【0037】これらの表に示す結果からわかるように、
実施例1〜3における実施形態1〜3の方法による接合
は、比較例に示す方法による接合と、同程度のせん断応
力即ち接合強度を有している。
【0038】
【発明の効果】請求項1記載の接合方法によれば、アル
ミニウム部材と異種金属部材とを、簡単な作業で且つ満
足できる強度で、はんだにより接合することができる。
【0039】請求項2記載の接合方法によれば、ニッケ
ルめっきによって防食処理が施された鉄等の異種金属部
材や、亜鉛基めっきを直接施すことができないステンレ
ス、チタン等の異種金属部材であっても、亜鉛基めっき
によりアルミニウム部材と接合することができる。
【0040】請求項3記載の接合方法によれば、アルミ
ニウム部材と異種金属部材とを、容易に接合することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1におけるアルミニウム部材と異種
金属部材との接合状態を示す一部破断正面図である。
【図2】 実施形態1において異種金属部材の接合面に
フラックスを付着させた状態を示す縦断面図である。
【図3】 実施形態1において異種金属部材の接合面に
亜鉛基溶融めっきを施す工程を示す縦断面図である。
【図4】 実施形態1において異種金属部材の接合面に
亜鉛基めっきが形成された状態を示す縦断面図である。
【図5】 実施形態1においてアルミニウム部材の接合
面に亜鉛基溶融めっきを施す工程を示す縦断面図であ
る。
【図6】 実施形態1においてアルミニウム部材の接合
面に亜鉛基めっきが形成された状態を示す縦断面図であ
る。
【図7】 実施形態1においてアルミニウム部材と異種
金属部材とを接合する工程を示す縦断面図である。
【図8】 実施形態2において異種金属部材の接合面に
ニッケルめっきが形成された状態を示す縦断面図であ
る。
【図9】 実施形態2において異種金属部材のニッケル
めっき表面に亜鉛基溶融めっきを施す工程を示す縦断面
図である。
【図10】 実施形態2において異種金属部材の接合面
にニッケルめっき及び亜鉛基めっきが形成された状態を
示す縦断面図である。
【図11】 実施例1〜3及び比較例1における試験片
を示す正面図である。
【符号の説明】
1 鉄パイプ 2 アルミニウムパイプ 3 フラックス 41,43 亜鉛基溶融めっき 42,44 亜鉛基めっき 7 ステンレスパイプ 8 ニッケルめっき 11,21,71 接合面
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−239531(JP,A) 特開 平7−96364(JP,A) 特開 昭60−133971(JP,A) 特開 平9−225631(JP,A) 特開 平7−328764(JP,A) 特開 平10−52753(JP,A) 特開 平10−34377(JP,A) 特公 平2−51710(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 1/20 B23K 1/06 B23K 101:06 B23K 103:18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム部材と異種金属部材とをは
    んだにより接合する方法であって、 異種金属部材にフラックスを付着させ、それを亜鉛基溶
    融めっきに浸漬することにより、異種金属部材に亜鉛基
    めっきを形成する準備工程と、 異種金属部材の亜鉛基めっきと、アルミニウム部材と
    を、当接させ、当接部分を加熱して上記亜鉛基めっきを
    溶かしながら、当接部分に超音波を印加することによ
    り、両部材を接合する接合工程と、を有することを特徴
    とするアルミニウム部材と異種金属部材との接合方法。
  2. 【請求項2】 準備工程において、異種金属部材にニッ
    ケルめっきを施し、そのめっき部分にフラックスを付着
    させ、それを亜鉛基溶融めっきに浸漬することにより、
    そのめっき部分に亜鉛基めっきを形成する請求項1記載
    のアルミニウム部材と異種金属部材との接合方法。
  3. 【請求項3】 接合工程において、アルミニウム部材の
    当接部分に、予め亜鉛基めっきを形成しておく請求項1
    記載のアルミニウム部材と異種金属部材との接合方法。
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