JP7356220B2 - 金属部材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属材料でなる接合部材と被接合部材とを密着性が高くなるように一体に接合してなる金属部材の接合方法、特に一体に接合された両部材を加熱して当該両部材の各接合面に拡散層を生成し、拡散接合により固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造する金属部材の接合方法に関するものである。

従来、金属材料でなる接合部材と被接合部材とを接合して複合部材を製造する場合には、当該複合部材の用途によってはその接合個所に高度な密着性が要望されている。例えば、リチウム電池にあっては、電極端子に溶接等によりリード線等を取付けることから、電極端子には導電率の高い銅部材と耐食性の高いアルミ部材とを電気抵抗が高くならないように密着性を高めて接合した複合部材が要望されている。この種の要望に応じた金属部材の接合方法としては、特公昭５９－５２０３１号公報（以下、０３１号特許という）、特公昭６４－４５８１号公報（以下、５８１号特許という）等に記載の拡散接合方法が最適な方法として知られているが、いずれも両部材が薄い板材であったり、一方の部材が他方の部材に被覆されるめっき被膜であったりする場合に限られている。

例えば、これら接合方法中の０３１号特許の拡散接合方法にあっては、薄い板材接合に限られるものであって、両部材を圧造する際に両部材の接合部に付着する酸化膜や不純物が除去されて新生面が得られる。これにより、両部材の接合部分の新生面同士が接触して、拡散接合が得られるものである。また、５８１号特許に記載の拡散接合方法は、金属材料とその外周に被覆されるめっき被膜との接合に限定されるもので、めっき被膜の被覆時には事前に金属材料から酸化膜や不純物が洗浄される。そのため、当該拡散接合方法にあっては、両部材を所定温度に加熱することにより、密着性の高い拡散接合が得られている。すなわち、これら接合方法では、両部材の接合部に酸化膜、不純物のないことが要件となっている。そのため、接合される両部材が棒状であって、両部材を一体に接合する場合や、一方の部材が棒状部材で他方が肉厚のある部材であってこれら部材を一体に接合する場合には、一般的な一体接合方法では当該両部材に付着する酸化膜、不純物を除去できないことから、当該接合部では拡散接合ができないという問題があった。また、これら部材の一方に拡散接合の困難な金属のめっき被膜が被覆されている場合も同様に、一般的な一体接合方法では、両部材の接合部にめっき被膜が剥がされずに残ることから、拡散接合ができないという問題があった。

これら問題を解決するため、両部材の一体接合にあっては、前工程で各部材に付着する酸化膜や不純物を除去し、その後に両部材を一体に接合する方法もあるが、両部材の一体接合を大気炉で行うと、即座に両部材に新たに酸化膜や不純物が付着する。そのため、これらが両部材の接合部付近には酸化膜や不純物が残ることとなる。この状態で、複合部材が加熱されてもこれらの接合部には十分な拡散接合が得られず、固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造することができないという第１の問題があった。

また、一体接合される部材の一方が拡散接合の困難な金属のめっき被膜が被覆された部材である場合には、当該めっき被膜のない状態で一体接合し、その後に一体接合された複合部材の一方に当該めっき被膜を被覆する以外に方法がなく、これが大変面倒な作業となって、複合部材の製造コストが高くなるとい第２の問題があった。

特公昭５９－５２０３１号公報 特公昭６４－４５８１号公報 特公昭５９－４８７１４号公報

前述の第１の問題を解決する接合方法としては、図１０に示すように真空炉１０７内に加圧装置１０７ａと加熱装置１０７ｂとを配置し、当該加圧装置１０７ａに接合部材１０１と被接合部材１０２とを当接させて一定加圧下で加熱装置１０７ｂにより所定温度で所定時間保持する接合方法が利用されている。この接合方法では、前工程で両部材の接合面の酸化膜（図示せず）、不純物（図示せず）を取り除いておけば、真空炉１０７内では酸化膜や不純物が両部材に付着することがなく、両部材の接合部には十分な拡散接合が得られる。しかしながら、当該真空炉１０７には、内部に加熱装置１０７ｂのほかに加圧装置１０７ａが必要となるもので、当該真空炉１０７が高価となるばかりか、真空炉１０７内の加圧装置１０７ａにセットできる両部材の数に限りがあり、大量の複合部材の製造には適さないという新たな問題が生じている。

また、前述の第２の問題を解決する接合方法としては、特公昭５９－４８７１４号公報に記載された接合方法がある。この接合方法は、両部材間に共晶合金を介在させて、これを一定加圧下で溶融させて両部材を接合するもので、共晶合金を両部材間の所定位置に挿入するための面倒な挿入工程が必要となり、製造コストが高くなるという新たな問題が生じている。

本発明は、上記問題をすべて解決するために発明されたもので、接合部材に被接合部材を嵌合させた状態で両部材を加圧して両部材の少なくとも一方を塑性変形させて当該両部材を一体に接合して複合部材を成形する工程と、当該複合部材を加熱炉内に投入して所定温度で所定時間加熱して複合部材中の大きな延びを持つ部材と他の部材との接合部に拡散層を生成する加熱工程とを有することを特徴としている。

前述の構成によれば、接合部材と被接合部材とを一体に接合して複合部材を成形すると、これらの接合部付近、すなわち両部材間の加圧により塑性変形して一方の部材にオーバハング部が形成される場合にはそのオーバハング部付近で、また両部材間の加圧時に胴膨れする被接合部材と嵌合する接合部材に引張強度を高める突条等があらかじめ形成されている場合にはその周囲で被接合部材が十分に押し延ばされる。そのため、両部材の接合部付近では両部材が押し延ばされて位置するので、これらに付着する酸化膜、不純物または被覆されためっき被膜が破壊される。これにより、当該酸化膜、不純物またはめっき被膜は両部材の接合部から除去、または分離され、両部材に新生面が生成される。その後、両部材が一体接合されてなる複合部材が加熱工程において所定温度で所定時間加熱されると、両部材の新生面の接触個所に拡散層が生成される。しかも、両部材は接合部付近では十分押し延ばされているので、当該接合部付近には密着性が低くなるような空気層が形成されない。また、当該接合部に大気が回り込むこともないので、複合部材の加熱が大気炉で行われても、両部材の接合部の新生面が新たな酸化膜に覆われるようなこともない。これにより、複合部材の接合部には十分な厚さの拡散層が生成され、固溶強化されて密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造することができる。

また、本発明は加熱工程に要する時間を効率よく使用し、複合部材の加熱に要する単価を低減するため、複数の金属部材が接合されてなる複合部材を複数個加熱炉内に投入することが望ましい。

さらに、本発明の接合部材は被接合部材を嵌合させた状態をなす突部を有し、加圧される被接合部材は前記突部に外周から当接する壁面が形成された穴部を有し、当該穴部の壁面により前記突部は加圧方向と交差する方向に押し延ばされて曲面形状となるように塑性変形される構成であることが望ましい。この構成によれば、塑性変形した突部の曲面形状に沿って被接合部材が加圧方向と交差する方向に押し延ばされるのが助長される。そのため、被接合部材が接合部材に対して円滑に押し延ばされることとなり、両部材に付着する酸化膜、不純物、同部材に被覆されるめっき被膜が破壊されて除去または分離され、両部材の接合部に十分な新生面が生成される。また、当該複合部材を加熱工程で加熱することで、両部材が押し延ばされたことにより生成される新生面に十分な拡散層を生成することができ、固溶強化されて密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造することができる。

また、本発明に係る接合部材は、被接合部材と嵌合させた状態をなす突部と当該突部に連なるセレーション部とを有し、加圧される被接合部材は前記突部に外周から当接する壁面が形成された穴部を有し、当該穴部の壁面により前記突部は外周に突出るオーバハング部となって加圧方向と交差する方向に延びる曲面形状とセレーション部に向かって延びる凹曲面形状とを持つように塑性変形され、当該被接合部材が前記突部の曲面形状に沿って加圧方向と交差する方向に押し延ばされるとともに、オーバハング部の凹曲面形状によってもセレーション部側に押し延ばされるのを助長する構成であることが望ましい。

上記構成によれば、被接合部材は接合部材の突部の端面に形成された曲面形状に沿って円滑に押し延ばされるばかりか、オーバハング部の凹曲面形状に沿ってもセレーション部の歯部間にも押し延ばされる。すなわち、当該被接合部材はセレーション溝の底部付近では複雑な塑性変形を起こしながら、またセレーション溝の底部から離れる部分では円滑にセレーション溝内へ押し延ばされる。これにより、被接合部材の突部の周囲はもとよりセレーション部のセレーション溝付近では酸化膜や不純物が破壊されて除去または分離され、当該部分に十分な新生面を生成することができる。また、当該複合部材は加熱工程で加熱されることにより被接合部材の突部の周囲はもとより、特に接合部材にめっき被膜がない場合や拡散接合可能な金属のめっき被膜を有する場合には、セレーション部のセレーション溝付近の新生面にも十分な拡散層を生成することができ、回転方向の強度も十分でかつ拡散接合による固溶強化されて密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造することができる。

さらに、本発明に係る接合部材は、被接合部材と嵌合させた状態をなす頭部を有し、当該頭部は凹溝を有し、加圧される被接合部材は前記頭部の端面に外周側から当接する壁面が形成された穴部を有し、当該穴部の壁面は接合部材の頭部の端面に外周から当接して当該頭部の凹溝の壁面を曲面形状に塑性変形させる構成であることが望ましい。この構成によれば、両部材が一体に接合されて複合部材が成形される際に、被接合部材の頭部の先端に形成された凹溝により、当該頭部の先端が外方に容易に押し開かれ、加圧方向と交差する方向に延びる曲面形状に塑性変形する。この時、頭部の先端の凹溝も押し開かれること
となり、その壁面の上部に加圧方向に延びる曲面形状が形成される。そのため、当該両曲面形状に沿って被接合部材のそれぞれの方向の延びが助長され、被接合部材の当該部分に新生面が生成される。これにより、複合部材が加熱工程で加熱されると、固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材が得られる。

本発明に係る接合部材は金属めっき被膜を有し、加熱工程に係る温度は接合部材、被接合部材および金属めっき被膜の各融点のうちで最も低い融点の７割程度の温度とすることが望ましい。これら構成によれば、両部材の接合部に異種金属の拡散による脆弱な金属間化合物が発生するのを防ぐことができるので、固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材が得られる。

しかも、本発明は圧延工程で接合部材の突部または頭部を押し延ばして大きなオーバハング部を形成し、加熱工程での加熱温度を低くして両部材の接合部に生成される拡散層の接合強度を大きくするとともに、酸化膜が付着した被接合部材と拡散接合の困難なめっき被膜を備えた接合部材との間にも拡散層を生成して固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造するために、接合部材はニッケルめっき被膜を有する銅材料でなり、被接合部材はアルミ合金材料でなることが望ましい。

本発明のもう一つは、突条が形成された係合突部を先端に有する接合部材または当該係合突部に加えて拡散接合の可能な金属のめっき被膜を有する接合部材を受け型内に配置するとともに、前記係合突部に嵌合する穴部を有する被接合部材を押し型により加圧可能にかつ被接合部材が加圧方向と交差する方向に延びるのを拘束しないように配置し、さらに当該押し型の加圧に支障のない位置に割型を配置し、押し型により被接合部材を胴膨れさせるとともに、受け型内で接合部材の係合突部と嵌合する部分を圧縮して前記係合突部の突条間に押し延ばすように充満させて接合部材と被接合部材とを一体に接合し、その後被接合部材の同膨れを割型により所定形状に修整して複合部材を製造する工程と、当該複合部材を加熱炉内に投入して所定温度で所定時間加熱して接合部材の突条に沿って押し延ばされた被接合部材と接合部材との接合部に拡散層を生成する加熱工程とを有することを特徴としている。

上記構成によれば、接合部材と被接合部材を同軸上に一体に接合することができる。また、一旦被接合部材を胴膨れさせて接合部付近の被接合部材を加圧しているので、接合部材の係合突部の周囲には当該係合突部に形成された突条と接合部材外周を拘束する受け型との間隙から被接合部材の余肉が押し延ばされて充満される。そのため、接合部材の係合突部の周囲の被接合部材には、十分な新生面が生成されるので、当該新生面には加熱工程で加熱されて十分な拡散層が生成される。これにより、同一軸線上に配置された接合部材と被接合部材とが固溶強化された密着性に高い接合部で接合される複合部材を製造することができる。

また、本発明のさらにもう一つは、接合部材に被接合部材を嵌合させた状態で両部材を加圧して両部材の少なくとも一方を塑性変形させて当該両部材を一体に接合して複合部材を成形する工程を備え、当該工程は両部材の接合部に押し延ばされる被接合部材の塑性変形部分に新生面を生成しながら両部材を密着させることを特徴としている。この構成によれば、前記工程で押し延ばされる両部材または一方の部材には新生面が生成されるが、これが直ちにそれぞれの部材で覆われるので、当該新生面に酸化膜が生じることがない。これにより、当該新生面を接合部に持つ複合部材を大気中で加熱することが可能となり、複合部材を成形する工程と加熱工程とを分離して構成することができる。

以上説明した本発明によれば、接合部材と被接合部材とを十分に押し延ばして一体に接合してなる複合部材を加熱することにより、両部材に付着する酸化膜、不純物等の影響を受けることなく、拡散接合により固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材を製造する金属部材の接合方法を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る金属部材の接合方法の圧延工程図（ａ）および加熱工程図（ｂ）。 本発明の第１の実施形態に係る金属部材の接合方法の圧延工程を工程順に示す説明図。 本発明の第１の実施形態に係る複合部材の拡大縦断面図。 図３のＡ部を一部切り欠いて拡大した模式断面図。 図３の複合部材に係る接合部断面の拡大写真（ａ）と同写真（ニッケルメッキを被覆した接合部材の使用時）の要部拡大写真（ｂ）。 本発明の第１の実施形態に係る複合部材の変形例を示す断面図。 図６のＢ部を一部切り欠いた拡大模式断面図（ａ）と、同部分のセレーション部をセレーション溝の底面を通る直線で切断した拡大模式断面図（ｂ）。 本発明の第２の実施形態に係る圧延工程の工程順を示す説明図。 本発明の第３の実施形態に係る圧延工程の工程順を示す説明図。 従来の拡散接合を利用した金属部材の接合方法を説明する概略説明図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る金属部材の接合方法（以下、第１接合方法という）を図面に基づき説明する。第１接合方法は、図１（ａ）および図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す圧延工程と、図１（ｂ）に示す加熱工程とからなっている。前記圧延工程は、軸部１ａとつば部１ｂと突部１ｃとを有する銅材料でなる接合部材１と、前記つば部１ｂに当接しながら突部１ｃに嵌合する穴部２ａが形成された柱状のアルミ合金材料でなる被接合部材２と、これら両部材を加圧可能に配置された受け型３および押し型４とを有し、押し型４の加圧により被接合部材２を接合部材１に一体に接合させて複合部材ＣＣを成形するように構成されている。前記受け型３は、被接合部材２の一部を案内する拡開穴３ａとこれに連通して接合部材１の軸部１ａを位置決めする位置決め穴３ｂとを有している。当該位置決め穴３ｂには、その同心軸上に延びるノックアウトピン５が突出可能に配置されており、このノックアウトピン５の端面は位置決め穴３ｂの底部を塞ぐように構成されている。また、このノックアウトピン５は位置決め穴３ｂ内の接合部材１のつば部１ｂを受け型３の拡開穴３ａに位置させるとともに、接合部材１の突部１ｃを受け型３から露出させるように構成されている。さらに、このノックアウトピン５は前記押し型４の後退後に位置決め穴３ｂ内に突出する時には位置決め穴３ｂに位置する接合部材１の軸部１ａが一体に接合された被接合部材２とともに受け型３から取出されるように構成されている。

前記圧延工程は、好ましくは図２（ａ），（ｂ）に示すように予備成形穴６ａを有する予備成形型６を有している。当該予備成形型６は、接合部材１の突部１ｃに嵌合する被接合部材２をなべ頭様成形部２ｂに予備成形するように構成されている。この予備成形型６の予備成形穴６ａは被接合部材２の余肉がその加圧方向と交差する方向に延びるのを可能にしている。また、前記予備成形型６は被接合部材２の予備成形時には、接合部材１の突部１ｃに嵌合する被接合部材２の一部を受け型３の拡開穴３ａに沿った形状に成形するとともに接合部材１のつば部１ｂに密着させるように構成されている。さらに、前記予備成形型６は被接合部材２を予備成形する時に硬度の低い被接合部材２を加工硬化させてその硬度を増しながらその穴部２ａの内壁を介して硬度の高い接合部材１の突部１ｃをその外周側から順に押圧するように構成されている。これにより、接合部材１の突部１ｃは胴膨れせずに、その端面が曲面形状に塑性変形される。この曲面形状の端面は、被接合部材２が突部１ｃの端面付近で円滑に押し延ばされるのを助長することができる。

前記押し型４は、図２（ｃ）に示すように被接合部材２の予備成形後に、予備成形されたなべ頭様成形部２ｂを所定厚さの平板様頭部２ｄに塑性変形させて両部材を一体に接合するように構成されている。また、この押し型４は予備成形型６と同様に、被接合部材２の成形時に硬度の低い被接合部材２を加工硬化させながらその硬度を増してその穴部２ａの内壁を介して硬度の高い接合部材１の突部１ｃを押圧する構成となっている。これにより、接合部材１の突部１ｃは胴膨れせずに、その端面を曲面形状にする塑性変形するのが助長される。この曲面形状の突部１ｃの端面は、被接合部材２が前記押し型４に加圧されるにともなって、突部１ｃの端面付近で円滑に押し延ばされるのも助長することができる。

なお、接合部材１は銅材料でなっているが、鉄材料等のより硬度の高い金属材料であってもよく、この場合には被接合部材２のみが塑性変形されて、複合部材ＣＣが成形されることとなるので、接合部材１の突部１ｃの端面を予め曲面形状としておく必要がある。また、前述の圧延工程は予備成形型６を使用しているが、予備成形型６を使用せずに、押し型４のみで直接柱状の被接合部材２を平板様頭部２ｄに成形する構成であってもよい。この場合、押し型４が接合部材１の突部１ｃの端面をその外周側から順に押圧する構成を持つようにするのが好適である。

前記加熱工程の加熱炉７は、図１（ｂ）に示すように、炉内に投入される複合部材ＣＣを加熱する構造があればよく、これを大気雰囲気で４００～５００℃で２時間以上、好ましくは４時間程度加熱して複合部材ＣＣの接合部に生成された新生面に拡散層を生成するように構成されている。この加熱炉７に投入される複合部材は加熱されるだけで、拡散接合が可能であるため、当該加熱炉７には多数個の複合部材ＣＣを投入することができる。また、当該加熱炉７では前述の温度、時間は銅材料とアルミ合金材料が接合される場合に最適な設定値であり、接合部材１や被接合部材２が別の金属材料に変更されると、これら金属材料およびこれら金属材料に金属めっき皮膜が被覆される時にはこれら金属材料の各融点のうちで、最も低い側の融点の７割程度の温度が、またこれに応じて好適な時間が最適値として選定される。これにより、両部材の接合部には異種金属の拡散により脆弱な金属間化合物が発生するのを防ぐことができる。

上記第１接合方法によれば、図２（ａ）に示すように受け型３内で接合部材１の軸部１ａがノックアウトピン５により位置決めされ、同時にそのつば部１ｂが受け型３の拡開穴３ａの上面で保持される。その後、予備成形型６が受け型３に対して前進して被接合部材２を接合部材１のつば部１ｂに当接させながらその穴部２ａが接合部材１の突部１ｃに嵌合するように前進する。この予備成形型６が所定ストローク前進すると、被接合部材２の上部を圧縮してなべ頭様成形部２ｂ（図２（ｂ）参照）が予備成形される。この時、硬度の低い被接合部材２が加工硬化しながらその硬度を増してその穴部２ａの内壁を介して成形開始前に硬度が高い接合部材１の突部１ｃをその外周側から順に加圧する。そのため、接合部材１の突部１ｃの端面、すなわち上端が加圧方向と交差する方向に延びる曲面形状に塑性変形しながら、その上端外周がわずかに外方に扁平して下側周囲に凹曲面形状を持つオーバハング部１ｃａ（図２（ｂ）参照）が形成され始める。この時、銅材料でなる接合部材１が持つ硬度と、アルミ合金材料でなる被接合部材２が加工硬化により徐々に増す硬度とから、前記突部１ｃに形成されるオーバハング部１ｃａの上面は被接合部材２を加圧方向と交差する方向に案内するに十分な大きさの曲面形状となる。また、同様にオーバハング部１ｃａの下側周囲は被接合部材２を加圧方向に案内するに十分な大きさの凹曲面形状となる。

前記被接合部材２の下端は、前述のなべ頭様成形部２ｂの予備成形と同時に、接合部材１のつば部１ｂと金型３の拡開穴３ａの壁面との間隙に押し延ばされて充満される。これにより、接合部材１のつば部１ｂの周面付近の被接合部材２は大きく塑性変形し、被接合部材２に付着する酸化膜や不純物（図示せず）を破壊して除去または分離することができる。そのため、当該つば部１ｂ付近の被接合部材２には新生面が生成されることとなる。

前記被接合部材２を予備成形後、予備成形型６を後退させた後に、図２（ｂ），（ｃ）に示すように押し型４が受け型３に対して所定位置まで前進する。この押し型４の前進にともなって、被接合部材２のなべ頭様成形部２ｂが圧縮されて接合部材１の突部１ｃが露出しない所定厚さの平板様頭部２ｄに成形され、所定形状の複合部材ＣＣ（図３参照）が成形される。この時、予備成形の際に曲面形状に塑性変形した突部１ｃの上端が加圧方向と交差する方向にさらに押し延ばされる。これにより、図４に示すように当該突部１ｃの上端にはさらに大きな曲面形状が得られるように外方に扁平して十分な引張強度が得られる大きさのオーバハング部１ｃａが形成される。この時、接合部材１のつば部１ｂとオーバハング部１ｃａとの間にはオーバハング部１ｃａの下側周辺の凹曲面形状に沿ってなべ頭様成形部２ｂの余肉が押し延ばされて回り込む。この回り込んだ余肉がオーバハング部１ｃａによりわずかながらも加圧され、接合部材１の上面はもとより突部１ｃの周囲、当該突部１ｃに成形されるオーバハング部１ｃａの周辺も被接合部材２と密着することができる。しかも、この密着する接合部材１と被接合部材２とは異種金属であるので、加圧の際の残留応力の大きさの相違によりこれらの密着性が向上することとなり、両部材の接合を高めることができる。

前記複合部材ＣＣの接合部では、図４に示すように接合部材１、被接合部材２の両部材とも、大きく押し延ばされて塑性変形しているので、当該塑性変形部分では、これらに付着する酸化膜２ｃや不純物、または被接合部材２を被覆するめっき被膜１ｄは破壊されて除去、または分離されて、新生面が生成される。しかも、当該塑性変形部分に生成される新生面同士が密着しながら両部材が一体に接合するので、当該新生面は直ちにそれぞれの部材で覆われ、当該新生面に酸化膜が生じることがない。これにより、当該新生面を接合部に持つ複合部材ＣＣを大気中で加熱することが可能となり、圧延工程と加熱工程とを分離して構成することが可能となっている。

その後、前記圧延工程で成形された複合部材ＣＣが加熱工程の加熱炉７に投入される（図１（ｂ）参照）。この時、当該複合部材ＣＣを大気中で構成される加熱工程、例えば大気炉（図示せず）で加熱しても、当該複合部材ＣＣにあっては接合部材１の突部１ｃ付近の被接合部材２との接合部では接合部材１と被接合部材２とは密着していて、両部材の接合部に空気層がなく、また当該接合部に大気が回り込むこともない。そのため、当該接合部を構成する両部材に生成された新生面を新たな酸化膜が覆うようなことがなく、両部材の密着性は図５（ａ）に示すように高くなっており、当該新生面には図５（ｂ）に示すように十分な厚さの拡散層が生成される。これにより、固溶強化されて密着性の高い接合部で接合される複合部材ＣＣを製造することができる。

同様に、当該複合部材ＣＣの加熱の際には、接合部材１のつば部１ｂ周辺には新生面が生成された被接合部材２が充満しているので、当該つば部１ｂの周辺接合部では十分な厚さの拡散層が生成される。これにより、当該つば部１ｂの周辺においても、固溶強化されて密着性の高い接合部で接合される複合部材ＣＣであって、電気特性も良好な複合部材ＣＣを製造することができる。

また、前記加熱工程にあっては、加熱炉７は一体に接合される複合部材ＣＣを所定温度に加熱するだけであるので、加熱炉７の構造が簡単となってそのコストを低減できる。また、この加熱炉７内には複数個の複合部材ＣＣを投入することができるので、加熱工程に要する時間を効率よく使用することとなり、加熱炉７のコストの低減と相まって複合部材の加熱に要する単価を低減することができる。

なお、前記複合部材ＣＣに係る接合部材１は突部１ｃに連なるつば部１ｂを有する構造であるが、つば部１ｂのない構造であってもよい。また、図６に示すように外周に歯部１ｅａを備えたセレーション部１ｅが突部１ｃに連なる構造としてもよい。この場合、被接合部材２は図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように平板様頭部２ｄに成形される際には、前記セレーション部１ｅの歯部１ｅａ．１ｅａ間に押し延ばされる。すなわち、前述の接合部材１に係るオーバハング部１ｃａの下側周辺の凹曲面形状に沿って押し延ばされたなべ頭様成形部２ｂの余肉はセレーション溝１ｅｂの底部付近では複雑な塑性変形を起こしながら、またセレーション溝１ｅｂの底部から離れた部分では円滑に押し延ばされ、当該複合部材ＣＣには十分な回転方向の強度が得られる。その上に、前記セレーション部１ｅのセレーション溝１ｅｂ付近でも、両部材に付着する酸化膜２ｃ、不純物（図示せず）、めっき被膜１ｄが破壊されて除去、または分離されて新生面が生成される。これにより、当該複合部材ＣＣを前述の加熱炉７に投入して、同様に所定温度で所定時間加熱すると、複合部材ＣＣのオーバハング部１ｃａの上面に加え、オーバハング部１ｃａの凹曲面形状付近にも十分な拡散層を生成することができる。また、接合部材１にめっき被膜がなかったり、拡散接合が容易な金属のめっき被膜（図示せず）が被覆されていたりすると、セレーション部１ｅのセレーション溝１ｅｂ付近の新生面にも十分な拡散層を生成することができる。そのため、引張強度も十分でかつ拡散接合により固溶強化された密着性の高い接合部で接合される複合部材ＣＣを製造することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る金属部材の接合方法（以下、第２接合方法という）を説明する。第２接合方法は、前述の第１接合方法とは圧延工程のみを異にし、加熱工程は同一であるので、加熱工程の説明を省略し、圧延工程（以下、第２圧延工程という）について説明する。この第２圧延工程は、図８（ａ）に示すように軸部２１ａと凹溝の一例の非円形穴２１ｆａを有する頭部２１ｆとを有する銅材料でなる接合部材２１と、前記頭部２１ｆに嵌合する穴部２２ａが形成されたアルミ合金材料でなる柱状の被接合部材２２とを備えている。また、この第２圧延工程は前述の両部材を加圧可能に配置された受け型２３と被接合部材２２を平板様頭部２２ｄに成形する押し型２４とを有し、押し型２４の加圧により接合部材２１に被接合部材２２を一体に接合して複合部材ＣＣを成形するように構成されている。前記被接合部材２２の穴部２２ａの壁面は前記押し型２４により加圧される際に、接合部材２１の頭部２１ｆの端部に外周側から当接するように構成されている。これにより、前記被接合部材２２はその穴部２２ａの壁面により接合部材２１の頭部２１ｆに形成された非円形穴２１ｆａの壁面を曲面形状に塑性変形させながら、当該頭部２１ｆを外周方向に押し延ばすように構成されている。また、当該頭部２１ｆの非円形穴２１ｆａの壁面に形成される曲面形状は、被接合部材２２が加圧方向にも押し延ばされるのを助長することができる。

前記受け型２３は、図８（ａ）に示すように前記接合部材２１の頭部２１ｆを保持しながら加圧方向と交差する方向を拘束しない上面と当該接合部材２１の軸部２１ａを位置決めする位置決め穴２３ｂとを有している。また、前記位置決め穴２３ｂにはその同心軸上に延びるノックアウトピン２５が突出可能に配置されており、このノックアウトピン２５の端面は位置決め穴２３ｂの底部を塞ぐように位置している。さらに、このノックアウトピン２５は位置決め穴２３ｂ内に突出する時には位置決め穴２３ｂに位置する軸部２１ａを持つ複合部材ＣＣが受け型２３から取出されるように構成されている。

前記押し型２４は、被接合部材２２および接合部材２１の頭部２１ｆを成形する際には、両部材が加圧方向と交差する方向に延びるのを拘束しない形状をしている。また、前記押し型２４は前述の両部材を塑性変形させて当該両部材を一体に接合して複合部材ＣＣを成形するように構成されているが、接合部材２１の頭部２１ｆの塑性変形は非円形穴２１ｆａの上端を拡開し、当該非円形穴２１ｆａの壁面の上部に加圧方向と交差する方向に延びる曲面形状を成形する程度となっている。すなわち、被接合部材２２が所定厚さの平板様頭部２２ｄに成形される際には、接合部材２１の頭部２１ｆに形成された非円形穴２１ｆａの壁面上部には加圧方向に延びる曲面形状が形成される。当該曲面形状は、被接合部材２２が非円形穴２１ｆａ内に押し延ばされるのを助長する形状となっている。

上記第２接合方法によれば、図８（ａ）に示すように受け型２３内で接合部材２１の軸部２１ａがノックアウトピン２５により位置決めされ、同時にその頭部２１ｆが受け型２３の上面で保持される。その後、被接合部材２２がその穴部２２ａを接合部材２１の頭部２１ｆに嵌合するように前進した後に、図８（ｂ）に示すように押し型２４が受け型２３に対して前進し、被接合部材２２の上部が圧縮されて所定厚さの平板様頭部２２ｄが成形される。この時、押し型２４が接合部材２１よりも柔らかい金属材料でなる被接合部材２２を加工硬化させながらその硬度を増してその穴部２２ａの壁面を介して接合部材２１の頭部２１ｆを上端外周側から順に塑性変形させる。これにより、接合部材２２の上端外周がわずかに外方に扁平してオーバハング部２１ｃａが形成される。その際、接合部材２１の頭部２１ｆの上端は非円形穴２１ｆａを有するため、外方に簡単に塑性変形するばかりか、非円形穴２１ｆａの壁面上部には曲面形状が形成される。この頭部２１ｆのオーバハング部２１ｃａの上面および周辺付近の被接合部材２２は第１接合方法と同様に円滑に押し延ばされているので、これに付着する酸化膜や不純物は破壊されて除去、または分離され、当該被接合部材２２には新生面が生成される。その上に、当該頭部２１ｆに形成された非円形穴２１ｆａの上部の曲面形状により、被接合部材２２が押し延ばされて非円形穴２１ｆａ内に円滑に充満されるので、当該非円形穴２１ｆａの壁面付近の被接合部材２２にも新生面が生成される。そのため、被接合部材２２が接合部材２１に対して回転方向に十分な強度を有するばかりか、頭部２１ｆの周辺のほか当該頭部２１ｆの非円形穴２１ｆａ内にも新生面が生成された被接合部材２２を持つ複合部材ＣＣを成形することができる。

当該複合部材ＣＣを第１接合方法で説明した加熱炉７（図２参照）に投入して、所定温度で所定時間加熱すると、接合部材２１の頭部２１ｆの上面およびその周辺付近および当該付近に位置する被接合部材２２には十分な拡散層が生成される。また、当該接合部材２１の頭部２１ｆに形成された非円形穴２１ｆａの壁面上部の曲面形状付近に被接合部材２２にも拡散層が生成され、頭部２１ｆ付近はもとより頭部２１ｆの非円形穴２１ｆａの壁面付近にも固溶強化された接合部で接合される複合部材ＣＣを製造することができる。

なお、前記接合部２１の頭部２１ｆは軸部２１ａよりも小径の突部（図示せず）であってもよい。また、接合部材２１、被接合部材２２に融点の高い金属材料が使用され、両部材の接合部に十分な拡散層が得られないような場合には、前記接合部材２１の非円形穴２１ｆａ内に両部材よりも融点の低い金属材料でなるインサート部材（図示せず）を配置してもよい。この場合、両部材の固相接合に加え、固液相接合によっても、両部材が接合されるので、密着性の高い複合部材ＣＣを製造することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る金属部材の接合方法（以下、第３接合方法という）を説明する。第３接合方法は、前述の第１接合方法とは圧延工程のみを異にし、加熱工程は同一であるので、加熱工程の説明を省略し、圧延工程（以下、第３圧延工程という）について説明する。この第３圧延工程は、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように軸部３１ａとつば部３１ｂと係合突部３１ｃとを有する銅材料でなる接合部材３１と、前記係合突部３１ｃに嵌合する穴部３２ａが形成されたアルミ合金材料でなる柱状の被接合部材３２と、これら両部材を軸線方向に加圧可能に配置された受け型３３および押し型３４ならびに一対の割型３８，３８を有している。

前記接合部材３１の係合突部３１ｃの外周には突条の一例のねじ山３１ｃａが形成され、このねじ山３１ｃａは全周にわたって所定間隔でその頂部を削り取られている。このねじ山３１ｃａの頂部の削り取り部分は被接合部材３２が隣接するねじ山３１ｃａ，３１ｃａ間に押し延ばされて充満されるのを補足する開口となっている。なお、前記係合突部３１ｃはねじ山３１ｃａを有しているが、これに代えリング様突条（図示せず）、その他引張強度を高めるために有効な突起（図示せず）のいずれでもよく、またこれら突条を有さない構造であってもよい。また、前記接合部材３１は、めっき被膜が被覆されてない部材であるのが望ましいが、拡散接合が可能な金属のめっき被膜が被覆された部材であってもよい。

前記押し型３４は、受け型３３に向かって移動して被接合部材３２を加圧するように構成されている、この押し型３４は、被接合部材３２の加圧時に被接合部材３２が加圧方向と交差する方向に延びるのを拘束しない形状をなし、被接合部材３２の胴膨れ（図９（ｂ）参照）を可能にしている。また、この押し型３４は被接合部材３２の胴膨れと同時に、後記する拡開穴３３ａに位置する被接合部材３２の一部を接合部材３１のつば部３１ｂと同径となるように膨らませるように構成されている。さらに、この押し型３４は接合部材３１の係合突部３１ｃに形成されたねじ山３１ｃａの頂部と被接合部材３２の外周を拘束する受け型３３との間隙から被接合部材３２の余肉を当該係合突部３１ｃの外周の隣接するねじ山３１ｃａ，３１ｃａ間に押し延ばすように構成されている。これにより、被接合部材３２の余肉が隣接するねじ山間に充満することとなり、両部材が一体に接合される。

前記受け型３３は被接合部材３２の一部を案内する拡開穴３３ａとこれに連通して接合部材３１の軸部３１ａを位置決めする位置決め穴３３ｂとを有している。当該位置決め穴３３ｂには、その同心軸上に延びるノックアウトピン３５が突出可能に配置されており、このノックアウトピン３５の端面は位置決め穴３３ｂの底部を塞ぐように位置している。また、このノックアウトピン３５は前記接合部材３１のつば部３１ｂを受け型３３の拡開穴３３ａに位置させるとともに、接合部材３１の係合突部３１ｃを受け型３３から露出するように保持するように構成されている。さらに、このノックアウトピン３５は位置決め穴３３ｂ内に突出する時には位置決め穴３３ｂに位置する接合部材３１の軸部３１ａを一体に接合された被接合部材３２とともに受け型３３から取出すように構成されている。

前記割型３８，３８は、図９（ｃ）に示すように前記押し型３４の後退後に胴膨れした被接合部材３２の周囲に位置するように配置されており、被接合部材３２の周面に向かって前進可能に配置されている（図９（ｃ）中の一点鎖線矢印参照）。また、この割型３８，３８は前記被接合部材３２の周面に当接するにともなって、当該被接合部材３２を受け型３３の拡開穴３３ａ内に保持される接合部材３１のつば部３１ｂと同径に修整するように構成されている。

上記第３接合方法によれば、図９（ａ）に示すように受け型３３内で接合部材３１の軸部３１ａがノックアウトピン３５により位置決めされ、同時にそのつば部３１ｂが受け型３３の拡開穴３３ａで保持される。その後、押し型３４が受け型３３に向かって前進し、被接合部材３２の穴部３２ａが接合部材３１の係合突部３１ｃに嵌合するとともに、その一端が受け型３３の拡開穴３３ａ内に保持されたつば部３１ｂに当接する。この状態から、図９（ｂ）に示すように前記押し型３４がさらに前進すると、受け型３３から露出している被接合部材３２が胴膨れするとともに、受け型３３の拡開穴３３ａに位置する被接合部材３２の一部が接合部材３１のつば部３１ｂと同径となるように膨らむ。この時、当該被接合部材３２の胴膨れにより、両部材の接合部にあって受け型３３の上面付近でも被接合部材３２は加圧されている。そのため、被接合部材３２の余肉が接合部材３１の係合突部３１ｃに形成されたねじ山３１ｃａの頂部と接合部材３１の外周を拘束する受け型３３との間隙から、押し延ばされて前記係合突部３１ｃの外周の隣接するねじ山３１ｃａ，３１ｃａ間に充満し、該両部材が一体に接合される。

その後、押し型３４が後退し、図９（ｃ）に示すように被接合部材３２の胴膨れ部分を挟むように一対の割型３８，３８が配置され、当該割型３８，３８が被接合部材３２の胴膨れ部分の周面に向かって前進するにともない、被接合部材３２が所定径の棒状に修整される。当該被接合部材３２の修整後には、割型３８，３８が後退すると、受け型３３内のノックアウトピン３５が作動し、接合部材３１に被接合部材３２を一体に接合した複合部材ＣＣが受け型３３から取出される。

当該複合部材ＣＣを第１接合方法で説明した加熱炉７に投入して、所定温度で所定時間加熱すると、接合部材３１の係合突部３１ｃのねじ山３１ｃａ，３１ｃａ間に押し延ばされて充満している被接合部材３２には新生面が生成されているので、当該部分に拡散層が生成され、固溶強化された接合部で接合される複合部材ＣＣを製造することができる。

なお、前述の第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態に記載の発明による成果物である複合部材ＣＣを、金属接合物としてもよい。この場合、当該金属接合物は圧延工程中に被接合部材２，１２．２２、接合部材１，１１．２１の両部材または被接合部材２，１２．２２が押し延ばされてなる接合部を備えていることから、当該押し延ばされた部分に生成される新生面には加熱工程で所定厚さの拡散層が生成されることとなる。そのため、当該金属接合物は拡散接合により固溶強化されて密着性の高い接合部を備えているので、当該拡散接合のみでも、接合部を形成する両部材間には十分な回転方向の強度を得ることができる。また、当該金属接合物の接合部に形成する両部材が異種金属の場合には、用途に応じて好適な金属が使用される金属接合物を提供することができる。さらに、前述の両部材が同種の金属でなる接合にも利用でき、この場合、切削加工時の材料ロスを考慮した２部材とすることにより、これらが接合される金属接合物の製造コストを材料ロスのない分低減することができる。さらに、前述の第１、第２、第３の実施形態に記載の発明は金属部材の接合方法として記載されているが、前述したように複合部材ＣＣを金属接合物として金属接合物の製造方法としてもよい。その他、本発明の各部の具体的な構成は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

ＣＣ…複合部材
１…接合部材、
１ａ…軸部、
１ｂ…つば部、
１ｃ…突部、
２…被接合部材、
２ａ…穴部、
２ｄ…平板様頭部、
３…受け型、
３ａ…拡開穴、
３ｂ…位置決め穴、
４…押し型、
５…ノックアウトピン、
７…加熱炉、

Claims (9)

1. 接合部材に被接合部材を嵌合させた状態で両部材を加圧して両部材の少なくとも一方を塑性変形させて当該両部材を一体に接合して複合部材を成形する工程と、当該複合部材を加熱炉内に投入して所定温度で所定時間加熱して複合部材中の大きな延びを持つ部材と他の部材との接合部に拡散層を生成する加熱工程とを有することを特徴とする金属部材の接合方法。
2. 複数の金属部材が接合されてなる複合部材は複数個加熱炉内に投入されることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の接合方法。
3. 接合部材は被接合部材を嵌合させた状態をなす突部を有し、加圧される被接合部材は前記突部に外周から当接する壁面が形成された穴部を有し、当該穴部の壁面により前記突部は加圧方向と交差する方向に押し延ばされて曲面形状となるように塑性変形されることを特徴とする請求項１または２に記載の金属部材の接合方法。
4. 接合部材は被接合部材と嵌合させた状態をなす突部と当該突部に連なるセレーション部とを有し、加圧される被接合部材は前記突部に外周から当接する壁面が形成された穴部を有し、当該穴部の壁面により前記突部は外周に突出るオーバハング部となって加圧方向と交差する方向に延びる曲面形状とセレーション部に向かって延びる凹曲面形状とを持つように塑性変形され、当該被接合部材が前記突部の曲面形状に沿って加圧方向と交差する方向に押し延ばされるとともに、オーバハング部の凹曲面形状によってもセレーション部側に押し延ばされるのを助長することを特徴とする請求項１または２に記載の金属部材の接合方法。
5. 接合部材は被接合部材と嵌合させた状態をなす頭部を有し、当該頭部は凹溝を有し、加圧される被接合部材は前記頭部の端面に外周側から当接する壁面が形成された穴部を有し、当該穴部の壁面は接合部材の頭部の端面に外周から当接して当該頭部の凹溝の壁面を曲面形状に塑性変形させることを特徴とする請求項１または２に記載の金属部材の接合方法。
6. 接合部材は金属めっき被膜を有し、加熱工程の温度は接合部材、被接合部材および金属めっき被膜の各融点のうちで最も低い融点の７割程度の温度とすることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の金属部材の接合方法。
7. 接合部材はニッケルめっき被膜を有する銅材料でなり、被接合部材はアルミ合金材料でなることを特徴とする請求項１～６の何れかに記載の金属部材の接合方法。
8. 突条が形成された係合突部を先端に有する接合部材または当該係合突部に加えて拡散接合の可能な金属のめっき被膜を有する接合部材を受け型内に配置するとともに、前記係合突部に嵌合する穴部を有する被接合部材を押し型により加圧可能にかつ被接合部材が加圧方向と交差する方向に延びるのを拘束しないように配置し、さらに当該押し型の加圧に支障のない位置に割型を配置し、押し型により被接合部材を胴膨れさせるとともに、受け型内で接合部材の係合突部と嵌合する部分を圧縮して前記係合突部の突条間に押し延ばすように充満させて接合部材と被接合部材とを一体に接合し、その後被接合部材の胴膨れを割型により所定形状に修整して複合部材を製造する工程と、当該複合部材を加熱炉内に投入して所定温度で所定時間加熱して接合部材の突条に沿って押し延ばされた被接合部材と接合部材との接合部に拡散層を生成する加熱工程とを有することを特徴とする金属部材の接合方法。
9. 接合部材に被接合部材を嵌合させた状態で両部材を加圧して両部材の少なくとも一方を塑性変形させて当該両部材を一体に接合して複合部材を成形する工程を備え、当該工程は両部材の接合部に押し延ばされる被接合部材の塑性変形部分に新生面を生成しながら両部材を密着させることを特徴とする金属部材の接合方法。

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