JP7426179B2 - 金属部材のハイブリッド接合方法および接合構造 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の接合法で金属部材同士を接合する技術に関し、特に機械的接合と拡散接合とを組み合わせた金属部材のハイブリッド接合方法および接合構造に関する。
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（特許文献１）、特公昭６４－４５８１号公報（特許文献２）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。
しかしながら、拡散接合では接合界面に酸化膜、不純物が付着している場合、これらを除去できないことから、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。
本発明は、上記問題を解決するために発明されたものであり、めっき被膜が施された金属部材を安定して接合可能な金属部材のハイブリッド接合方法および接合構造を提供することを目的とする。
上記課題は、金属製の接合部材の凸部に金属製の被接合部材の凹部を嵌め合わせた状態で両部材を圧縮する方向に加圧することにより、接合部材の凸部の端面外周を外方に扁平させてアンダーカット部を成形し、両部材を一体に接合する機械的接合工程と、機械的接合工程により接合された両部材を、加熱炉内に投入して所定温度で所定時間加熱することにより、両部材の接合部に拡散層を生成する拡散接合工程とを有する金属部材のハイブリッド接合方法によって解決できる。
なお、機械的接合工程では、接合部材の凸部の端面上のめっき被膜が裂けるまで、当該凸部の端面外周を外方に扁平させることにより露出した新生面を拡散接合することが好ましい。
なお、拡散接合工程は、液相拡散接合であることが好ましい。
また、上記課題は、凸部を有する金属製の接合部材と、前記接合部材の凸部を挿入可能な凹部を有する金属製の被接合部材と、前記接合部材の凸部を被接合部材の凹部に挿入した状態で被接合部材を圧縮することにより、接合部材の凸部の端面に塑性加工されるとともに被締結部材の余肉を回り込ませて両部材同士を抜脱不能に接合するアンダーカット部と、前記接合部材の凸部と被接合部材の凹部との接合界面に生成される拡散層とを有する金属部材のハイブリッド接合構造によって解決できる。
なお、前記拡散層は、アンダーカット部の上面に生成され、当該アンダーカット部の背面には生成されていないことが好ましい。
以上説明した本発明によれば、両部材が酸化膜、拡散接合が困難な金属めっき被膜等に覆われていても、これら両部材を機械的接合工程によって押し延ばすことにより、酸化膜、めっき被膜等を破壊、または分離してから拡散接合するので、接合界面に十分な拡散層を生成し、固溶強化された密着性の高い複合部材を提供することができる。
以下、本発明である金属部材のハイブリッド接合方法および接合構造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）に示す機械的接合工程と、図１（ｂ）に示す拡散接合工程とからなっている。
前記機械的接合工程は、軸部１ａとつば部１ｂと凸部１ｃとを有する銅材料でなる接合部材１と、前記つば部１ｂに当接しながら凸部１ｃに嵌合する凹部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の凸部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。
前記機械的接合工程は、好ましくは、図２（ａ）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の凸部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の凸部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。
前記押し型４は、図２（ｂ）,（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凹部２ａの内壁を介して硬度の高い接合部材１の凸部１ｃを押圧する構成となっている。
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い。
前記拡散接合工程の加熱炉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、銅とアルミの共晶点である５５０℃で２時間以上、好ましくは４時間程度加熱する。これにより、複合部材ＣＣの接合部に共晶反応を生じさせて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。
なお、拡散接合方法としては、上述した液相拡散接合に限定されることなく、固相拡散接合であってもよい。また、接合部材および被接合部材の材質に応じた共晶点および加熱時間で加熱することが好ましい。
上記ハイブリッド接合方法により成形されたハイブリッド接合構造ＣＣは、図３に示すように、機械的接合工程において、図３に示すように、接合部材１の凸部１ｃの端面、すなわち上端面１０が加圧方向と交差する方向に延びるように塑性変形しながら、その上端外周が外方に扁平してアンダーカット部１ｃａが形成される。これに伴い、被接合部材２も塑性変形することにより、その余肉がアンダーカット部１ｃａの背面１１に回り込み、アンダーカット部１ｃａの全面に渡って被接合部材２が密着するようにして、接合部材１と被接合部材２が機械的に接合されて複合部材ＣＣが生産される。このとき、接合部材１を被覆するめっき被膜については、アンダーカット部１ｃａの上面のめっき被膜は、外方に扁平されるため破壊されて除去される。一方、アンダーカット部１ｃａの背面では、めっき被膜が圧縮されて厚みを増す。
その後、拡散接合工程では、機械的接合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、所定の温度で加熱される。このとき、接合部材１のアンダーカット部１ｃａの上端面１０は、めっき被膜が除去されており、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、両部材の密着性は非常に高くなっており、当該新生面には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。
一方、接合部材１と被接合部材２との接合界面は、アンダーカット部１ｃａの上面１０を除いて、機械的接合工程の過程でめっき被膜が圧縮されて厚みを増しているので、これが障壁となり共晶反応が生じない。拡散層は、耐久性に劣るため、接合界面が外部環境と接している部分Ｐに拡散層が生成されないことは、品質の向上につながる。
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 凸部
１ｃａ アンダーカット部
２ 被接合部材、
２ａ 凹部
３ 受け型
４ 押し型
１ 接合部材
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１ｃａ アンダーカット部
２ 被接合部材、
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Claims (2)
- 金属製の接合部材の凸部に金属製の被接合部材の凹部を嵌め合わせた状態で両部材を圧縮する方向に加圧することにより、接合部材の凸部の端面外周を外方に扁平させてアンダーカット部を成形し、両部材を一体に接合する機械的接合工程と、
機械的接合工程により接合された両部材を、加熱炉内に投入して所定温度で所定時間加熱することにより、両部材の接合部に拡散層を生成する拡散接合工程と、を順次実行する金属部材のハイブリッド接合方法において、
前記機械的接合工程では、接合部材の凸部の端面上のめっき被膜あるいは酸化膜が裂けるまで、当該凸部の端面外周を外方に扁平させることにより露出した新生面を拡散接合することを特徴とする金属部材のハイブリッド接合方法。 - 拡散接合工程は、液相拡散接合であることを特徴とする請求項１に記載された金属部材のハイブリッド接合方法。
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