JP7500026B2 - 異種金属接合体及び異種金属接合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種金属接合体及び異種金属接合体の製造方法に関するものである。

例えばリチウムイオン電池のマイナス端子は、電解液に溶けることのない銅製であり、この銅端子を溶接するためにバスバーも銅製とされている。このため多くの材料コストがかかっているが、電解液に浸る部分の材質を銅とし、電池の外に出る部分をアルミニウム等の別金属とすると、大幅なコスト削減が期待できる。このように電気電子分野では異種金属接合体が求められているが、降伏強度や融点などの材質の異なる金属を接合一体化することは容易ではない。

例えば特許文献１には、モータの通電部品として用いられる異種金属接合体の製造方法が開示されている。特許文献１ではアルミニウム製の円筒の内部に銅製の丸棒を圧入しており、アルミニウムの表面に形成される酸化膜を圧入時に銅製の丸棒によって削り落とし、接合面の電気抵抗を低減させると記載されている。

しかしこの特許文献１の方法によってもなお接合面に酸化膜が残存するおそれがあり、導電性の悪化、熱伝導係数の差による発熱、熱膨張係数の差による剥離強度の低下などが懸念される。異種金属であるため、これらの問題を完全に解消することは困難である。

特開２０１４－２００８９７号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、降伏強度の異なる異種金属を、電気抵抗の増加を抑制した状態で強固に接合した異種金属接合体とその製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の異種金属接合体は、降伏強度の大きい金属製の筒状体に、降伏強度の小さい金属製の棒状体を圧入して一体化した異種金属接合体であって、前記筒状体の内部周面には入口側から出口側に向かって突出量を増加させた突起が複数形成されており、降伏強度の小さい金属は、前記突起の入口側から出口側に向かって突出量が増加する入口に面する側の表面に密着しているとともに、降伏強度の小さい金属は前記突起の出口側の面にも密着していることを特徴とするものである。

なお好ましい実施形態においては、前記突起は軸方向の断面が三角形のセレーションであり、降伏強度の大きい金属が銅又はその合金であり、降伏強度の小さい金属がアルミニウム又はその合金である。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の異種金属接合体の製造方法は、降伏強度の異なる２種類の金属からなる異種金属接合体の製造方法であって、降伏強度の大きい金属製の筒状体の内周面に、入口側から出口側に向かって突出量を増加させた突起を複数形成しておき、降伏強度の小さい金属製の棒状体を、その先端が出口側から突出するまで前記筒状体の入口側から圧入して前記突起に食い込ませたうえ、この突出部を反対方向から前記筒状体の内部に圧入し、降伏強度の小さい金属を突起の出口側の面に密着させることを特徴とするものである。

本発明によれば、降伏強度の大きい金属製の筒状体の内部に降伏強度の小さい金属製の棒状体を圧入する際に、金属製の棒状体の外周面は筒状体の内周面に形成された突起に喰いこむように塑性変形する。その結果、降伏強度の大きい金属と降伏強度の小さい金属とは強固に密着する。さらに降伏強度の小さい金属製の棒状体を、その先端が出口側から突出するまで前記筒状体の入口側から圧入して前記突起に食い込ませたうえ、この突出部を反対方向から前記筒状体の内部に圧入するため、降伏強度の小さい金属を突起の出口側の面に密着し、広い接触面積を確保できるとともに、筒状体から棒状体が脱落することもなくなる。このように本発明の異種金属接合体は両金属の接触面積を拡大できるため、接合面に酸化膜が残存していたとしても電気抵抗の増加を抑制することができる。

圧入前の状態を示す断面図である。 圧入状態を示す断面図である。 反対方向からの圧入を行った状態を示す断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。この実施形態では、降伏強度の大きい金属が導電性に優れる銅合金であり、降伏強度の小さい金属が導電性に優れるアルミニウム合金である。しかし金属の材質はこれらに限定されるものではない。周知のように、大気中ではアルミニウム合金の表面に酸化膜が形成されることは避けられない。

図１に示すように、本発明では降伏強度の大きい金属により形成された筒状体１０の内部に、降伏強度の小さい金属により形成された棒状体２０を入口側から圧入する。棒状体２０の外径は筒状体１０の内径とほぼ等しいか、僅かに小さくしておくものとする。

筒状体１０の内部周面には、入口側から出口側に向かって突出量を増加させた突起１１が複数形成されている。実施形態では突起１１は筒状体１０の軸方向の断面が略直角三角形であり、軸線に垂直方向の断面形状が二等辺三角形であり、筒状体１０の内周面に全周にわたり等間隔で配置され、全体としてセレーションを形成している。これらの突起１１は筒状体１０の略中央部に形成することが好ましい。すなわち、突起１１の始端部１２と筒状体１０の入口側端面１３との間には距離Ｓ１があり、突起１１の後端部１４と筒状体１０の出口側端面１５との間にも距離Ｓ２があるようにしておく。距離Ｓ１は筒状体１０に棒状体２０を圧入するときのガイド面として機能する。距離Ｓ２については後述する。

この実施形態では周方向に１２個の突起１１が配置されているが、その数は適宜増減することができる。少なくとも２個の突起１１を軸対象に配置すればよいが、突起１１は降伏強度の大きい金属と降伏強度の小さい金属との接触面積を増加させる機能を持つため、好ましくは４個以上とする。一方、個数を増加させると個々の突起１１を小型化、もしくは薄肉化せざるを得なくなるので、１６個以上とすることは好ましくない。最も好ましいのは６個から１２個の範囲である。なお、個数は偶数とする必要はないが、例えば３個の場合には１２０度間隔とするなど、圧入された棒状体２０を偏らせない配置とすることが好ましい。

突起１１の始端部１２は筒状体１０の内面と同一面としておくことが好ましい。圧入された棒状体２０に滑らかに食い込ませるためである。突起１１の後端部１４は筒状体１０の内面に対して垂直に近い角度としておくことが好ましい。その高さはこの実施形態では筒状体の内径の約１０％である。後端部１４の高さが低すぎると本発明の効果が低下し、後端部１４の高さが高すぎると棒状体２０の圧入がスムーズに行なわれなくなるため、筒状体の内径の５～１５％程度とすることが好ましい。

実施形態では突起１１は筒状体１０の軸軸線に垂直方向の断面形状が二等辺三角形であり、中央に稜線となるエッジ１６が形成されている。しかし突起１１は必ずしもこのような三角形状である必要はなく、断面を四角形としたり半円形とすることもできる。エッジ１６があれば棒状体２０に喰い込み易いが、十分な荷重で圧入すればエッジ１６のない形状としても差し支えない。圧入時に棒状体２０の表面は突起１１に対して強く押し込まれ、突起１１の入口側から出口側に向かって突出量が増加する入口に面する側の表面に接触するため、棒状体２０の表面に形成されていた酸化膜は破壊され、突起１１と棒状体２０は広い面積で密着する。これにより両金属の接合面の電気抵抗の増加は抑制される。

棒状体２０は筒状体１０の入口側から圧入されるが、この圧入は図２に示すように棒状体２０の先端２１が筒状体１０の出口側端面１５よりもやや突出するまで行われる。その後、この突出部を反対方向から筒状体１０の内部に圧入する。図３に示したように、棒状体２０の先端２１が筒状体１０の出口側端面１５と同一面となるように圧入することが好ましい。この逆方向からの圧入を行わせるために、前記の距離Ｓ２が必要となる。

図２に示すように、棒状体２０を筒状体１０の内部に圧入しただけでは、突起１１の後端部１４に降伏強度の小さい金属が流入しない空隙１７が残る。しかし棒状体２０の突出部を反対方向から筒状体１０の内部に圧入することにより、降伏強度の小さい金属は塑性流動し、突起１１の後端部１４である出口側の面に密着する。このため、両金属間に広い接触面積を確保できるとともに、筒状体１０から棒状体２０が脱落することもなくなる。

以上に説明したように、本発明によれば、降伏強度の異なる異種金属を、電気抵抗の増加を抑制した状態で強固に接合することができる。突起１１を食い込ませることによって接触面積を拡大できるのみならず、回り止め効果を得ることもできるので、本発明の異種金属接合体は、回転モーメントを受ける部材として使用することもできる。本発明の異種金属接合体は電気電子分野で用いられる通電部材として用いるに適したものであるが、その用途はこれに限定されるものではない。

なお、上記の実施形態では筒状体１０を円筒とし、棒状体２０を丸棒としたが、断面を多角形としてもよく、筒状体１０を角型筒体とし、棒状体２０を多角柱とすることも可能である。

１０ 筒状体
１１ 突起
１２ 突起の始端部
１３ 筒状体の入口側端面
１４ 突起の後端部
１５ 筒状体の出口側端面
１６ エッジ
１７ 空隙
２０ 棒状体
２１ 棒状体の先端

Claims (4)

1. 降伏強度の大きい金属製の筒状体に、降伏強度の小さい金属製の棒状体を圧入して一体化した異種金属接合体であって、
   前記筒状体の内部周面には入口側から出口側に向かって突出量を増加させた突起が複数形成されており、
   降伏強度の小さい金属は、前記突起の入口側から出口側に向かって突出量が増加する入口に面する側の表面に密着しているとともに、降伏強度の小さい金属は前記突起の出口側の面にも密着していることを特徴とする異種金属接合体。
2. 前記突起は軸方向の断面が三角形のセレーションであることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合体。
3. 降伏強度の大きい金属が銅又はその合金であり、降伏強度の小さい金属がアルミニウム又はその合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属接合体。
4. 降伏強度の異なる2種類の金属からなる異種金属接合体の製造方法であって、
   降伏強度の大きい金属製の筒状体の内周面に、入口側から出口側に向かって突出量を増加させた突起を複数形成しておき、
   降伏強度の小さい金属製の棒状体を、その先端が出口側から突出するまで前記筒状体の入口側から圧入して前記突起に食い込ませたうえ、
   この突出部を反対方向から前記筒状体の内部に圧入し、降伏強度の小さい金属を突起の出口側の面に密着させることを特徴とする異種金属接合体の製造方法。