JP3823780B2

JP3823780B2 - 摩擦攪拌接合方法

Info

Publication number: JP3823780B2
Application number: JP2001262642A
Authority: JP
Inventors: 久宣岡村; 征彦坂本; 欣也青田; 一佳寺門
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003071576A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の金属線または金属箔同士または金属線または金属箔と板材とを摩擦攪拌接合方法する方法に関し、複数の金属線同士または金属線と板材とを高品質かつ効率的に接合する接合方法の発明に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の金属線または金属箔同士または金属線または金属箔と板材とを金属的に接合する方法としては、(１）はんだ材あるいはろう材による方法、(２）拡散接合方法、(３）アーク，レーザ，電子ビームの熱源による溶接方法、(４）かしめなどの機械的な接合方法などが公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の接合方法において、（１）のはんだ付の場合は耐熱性の点で問題がある。さらに、はんだ付け，ろう付けの場合は腐食に悪影響があるフラックスなどを用いるため、長期的な信頼性の点で問題がある。また、ろう付けの場合は接合部のみならず接合部に付随する全体を加熱する必要があるため生産性に問題がある。
【０００４】
一方、（２）は接合の際に接合体全体を高い温度に加熱する必要があるため生産性に問題がある。（３）は接合する金属線または箔が数mm以下の細い場合は接合前に溶解が生じるため、安定に溶接することは困難である。さらに、（１）〜（３）とも前記金属線の表面に絶縁皮膜など非金属皮膜が形成された状態での接合は困難である。このため、接合前に前記絶縁皮膜を剥離後、接合している。なお、特に絶縁皮膜の耐熱性が高い場合は剥離も困難であるため、剥離作業などが必要となり生産性の点で問題がある。
【０００５】
（４）は長期的な信頼性の点で問題がある。
【０００６】
一方、従来の摩擦攪拌接合方法においては接合材を強固に固定する必要がある。しかし、細い金属線や箔は単独では固定が困難である。さらに、金属線や箔を前記摩擦攪拌接合で接合した場合、接合過程で金属線の破断が生じて安定に接合できない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
複数の金属線または金属箔同士の接合の場合は、予め、前記金属線または金属箔を固定材の中に埋め込むなどの方法で固定して一体化する。前記方法で一体化された金属線または箔を固定材とともに摩擦攪拌接合することにより達成できる。
【０００８】
一方、金属線または金属箔と板材との接合の場合も金属線または金属箔を予め前記板材の中に埋め込むなどの方法で一体化する。前記方法で一体化された金属線または箔を板材とともに摩擦攪拌接合することにより達成できる。
【０００９】
さらに、金属線または金属箔の表面が非金属性の物質で皮膜されている場合も摩擦攪拌接合の過程で前記皮膜は機械的に破壊，分散され、かつ熱的に分解されるため、接合が可能となる。
【００１０】
前記摩擦攪拌接合方法は、接合材をその融点以下の温度で接合できるため、接合後の歪が少ないなど多くの特徴がある。しかし、金属線または箔の場合、特に細い金属線同士または金属線と板材との接合の場合は固定が困難であるなど実用的には多くの問題がある。
【００１１】
そこで、本発明では複数の金属線または金属箔同士を接合する場合、固定材など第２の部材の中に予め前記金属線を埋め込みなどの方法で固定して一体化する。つまり、前記固定材の中に強固に固定した状態で前記固定材とともに摩擦攪拌接合する。この場合、前記固定材も同時に接合されることが本発明の特徴である。
【００１２】
一方、金属線または金属箔と板材との接合も同様で前記金属線を板材の中に予め固定した状態で摩擦攪拌接合する。
【００１３】
前記金属線または金属箔の表面に非金属性の物質で皮膜が形成されている状態でも摩擦攪拌作用で前記皮膜は前記接合の過程で機械的に破壊と粉砕され、かつ、熱的にも分解されるため接合が可能となる。さらに、前記皮膜は加熱によって分解されるため、電気的特性には問題がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１は複数の金属線同士を摩擦攪拌接合方法によって接合する本発明の実施例を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ方向の断面図である。摩擦攪拌接合用の回転ツール１は、ピン部２と前記ピン部２よりも太いショルダ部３からなっている。前記回転ツール１は、回転軸を通じて回転駆動モータに連結されている。
【００１５】
図１，図２に示すように複数の金属線４ａ，４ｂ，４ｃは固定材５の中に埋め込まれて固定されている。本実施例で用いた金属線は直径が１mmの銅線である。前記銅線の表面には電気絶縁性のエナメル絶縁皮膜が形成されている。前記エナメル皮膜はポリアミド系でこの耐熱温度は７００℃である。一方、前記固定材５には予め前記金属線と同じ形状の孔６ａ，６ｂ，６ｃが複数加工され、前記孔の中に前記金属線を挿入して固定する。前記固定材５は接合方向の長さが１０mm，幅６mm，厚さ２mmである。
【００１６】
前記固定材５に銅線が固定された状態で前記固定材の表面から前記回転ツール１を矢印７方向に回転した状態で挿入する。次に前記回転ツール１を矢印８方向に移動する。
【００１７】
本実施例における前記回転ツール１のピン部２の長さは１mm，直径２mm、ショルダ部の直径は４mmである。ツールの回転数は１０００rpm 、移動速度は１００mm／minである。
【００１８】
図３は本発明の摩擦攪拌接合によって接合した摩擦攪拌接合部の断面を示す。複数の金属線は固定材５を介して摩擦攪拌接合部９によって金属的に接合される。前記方法によって接合された前記複数の金属線同士の接合部の電気抵抗は、銅の電気抵抗と同じである。前記方法によって接合された複数の銅線は自動車用の制御機器に使用するのに適する。
【００１９】
実施例２
図４は複数の銅線と端子板とを摩擦攪拌接合方法によって接合する本発明の実施例を示す斜視図である。図５は図４のＢ−Ｂ方向の断面図である。図４，図５に示すように複数の金属線（銅線）４ａ，４ｂは端子板１０の中に固定され、端子板１０を介して同時に摩擦攪拌接合される。前記ツールのピン部の長さは0.8mm、直径は１.５mm、ショルダ部の直径は３mmである。一方、銅線は直径が０.５mmで、表面には電気絶縁性のエナメル絶縁皮膜が形成されている。前記エナメル皮膜はポリアミド系でこの耐熱温度は７００℃である。
【００２０】
一方、前記銅線を固定する端子板１０は黄銅で接合方向の長さは１０mm，幅５mm，厚さ２mmである。なお、前記端子板の表面には前記と同様のエナメル絶縁皮膜が形成されている。この端子板は接合部が予め銅線の外形に応じて孔状に加工され、前記孔６ａ，６ｂに前記銅線を挿入して固定する。
【００２１】
前記のごとく、銅線が端子板１０に固定された状態で前記端子板１０の表面から前記回転ツール１を回転した状態で挿入後、前記ツールを移動して接合する。回転ツールの回転数は１０００rpm 、移動速度は１００mm／minである。
【００２２】
図６は本発明の接合方法によって接合した接合部の断面を示す。複数の銅線は端子板１０に金属的に接合されている。前記方法によって接合された接合部の電気抵抗は銅の電気抵抗と同じであり、自動車用の制御機器に適する。
【００２３】
実施例３
図７は複数のアルミニウム箔とアルミニウム端子板とを摩擦攪拌接合方法によって接合する本発明の実施例を示す斜視図を示し、図８は図７のＣ−Ｃ方向の断面図である。図７，図８に示すように複数のアルミニウム箔１４ａ，１４ｂは端子板１０の中に固定され、端子板１０とともに摩擦攪拌接合される。
【００２４】
前記アルミニウム箔１４ａ，１４ｂは厚さ０.２mm ，幅３mmである。一方、前記アルミニウム箔を固定する端子板１０はアルミニウム合金で、厚さが２mm，幅が６mmである。この端子板は接合部が予めアルミニウム線の形状に応じて孔状に加工され、前記孔１６ａ，１６ｂにアルミニウム箔を挿入して固定する。前記端子板１０の裏面には前記アルミニウム箔を保持する保持板１１が配置されている。ただし、前記保持板１１は鋼板からなり、接合後、除去される。
【００２５】
前記のごとく、アルミニウム箔が端子板１０に固定された状態で前記端子板
１０の表面から前記回転ツール１を回転した状態で挿入後、前記ツールを移動して接合する。前記ツールのピン部の長さは０.５mm 、直径は１mm、ショルダ部の直径は３mm、回転数は１０００rpm 、移動速度は１００mm／minである。
【００２６】
図９は本発明の接合方法によって摩擦攪拌接合した接合部１９近傍の断面を示す。複数のアルミニウム箔１４ａ，１４ｂは端子板１０と金属的に接合されている。前記方法によって接合された接合部１９の電気特性はアルミニウムの電気特性と同じである。このため、工業用の電気機器に使用するのに適する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、金属線または金属箔同士または金属線と端子板との摩擦攪拌接合が安定かつ高い品質で効率的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す摩擦攪拌接合前の斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す図１の断面図である。
【図３】本発明の実施例を示す摩擦攪拌接合後の断面図である。
【図４】本発明の実施例を示す摩擦攪拌接合前の斜視図である。
【図５】本発明の実施例を示す図４の断面図である。
【図６】本発明の実施例を示す摩擦攪拌接合後の断面図である。
【図７】本発明の実施例を示す摩擦攪拌接合前の斜視図である。
【図８】本発明の実施例を示す図７の断面図である。
【図９】本発明の実施例を示す摩擦攪拌接合後の断面図である。
【符号の説明】
１…回転ツール、２…ピン部、３…ショルダ部、４ａ，４ｂ，４ｃ…金属線、５…固定材、６ａ，６ｂ，６ｃ…孔、９…摩擦攪拌接合部、１０…端子板、１１…保持板。

Claims

ピン部と前記ピン部より太いショルダ部からなる回転ツールの回転作用と接合材との相対移動によって複数の金属線同士または金属箔同士を摩擦攪拌接合する接合方法において、前記複数の金属線または金属箔を予め固定材の中に固定して一体化し、前記固定材を介して金属線または金属箔同士を接合することを特徴とする金属線又は箔の摩擦攪拌接合方法。
ピン部と前記ピン部より太いショルダ部からなる回転ツールの回転作用と接合材との相対移動によって金属線または金属箔と板材とを接合する方法において、前記金属線または金属箔を予め前記板材の中に固定して一体化し、前記板材を介して金属線または金属箔と前記板材とを接合することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項１又は２において、前記金属線または金属箔は銅，黄銅，アルミニウムまたはニッケルまたは前記各金属を主体とする合金であることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項１又は２において、前記固定材または板材は銅，黄銅，アルミニウムまたはニッケルまたは前記各金属を主体とする合金であることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項１又は２において、前記固定材または板材は、電気的導通の接続端子の機能を有することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項１または２において、前記金属線または金属箔の表面に非金属皮膜が形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項１又は２において、前記固定材または板材の表面に非金属皮膜が形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項６又は７において、前記非金属皮膜はエナメル絶縁皮膜であることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
請求項１〜８のいずれか１つに記載の接合方法によって接合されていることを特徴とする工業用機器。