JPH1177337A - 金属薄板の接合方法 - Google Patents
金属薄板の接合方法Info
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- JPH1177337A JPH1177337A JP25760597A JP25760597A JPH1177337A JP H1177337 A JPH1177337 A JP H1177337A JP 25760597 A JP25760597 A JP 25760597A JP 25760597 A JP25760597 A JP 25760597A JP H1177337 A JPH1177337 A JP H1177337A
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- Japan
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- thin sheet
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定で強固な表面酸化膜を有する金属薄板
を、熱的履歴を最小限にして、従来よりも厚さの厚い金
属薄板を超音波接合により、接合部に気密性があり導電
性を損なわない接合を行う新規な方法の提供。 【解決手段】 表面酸化膜が安定でかつ強硬な金属薄板
の超音波接合において、接合面に加圧と同時に超音波振
動を与え接合面の酸化膜を除去し、ついで超音波振動を
与えることなく、前記加圧より高い圧力が、金属薄板の
耐力値：σ0.2 （ｋｇｆ／ｍｍ2 ）、接合部の長さＬ
（ｍｍ）、接合部の幅ｗ（ｍｍ）とした時、下式（１）
で得られるｘｋｇｆの０．０５〜１．０倍の範囲である
金属薄板の接合方法。 σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘｋｇｆ ・・・・・・
（１）
を、熱的履歴を最小限にして、従来よりも厚さの厚い金
属薄板を超音波接合により、接合部に気密性があり導電
性を損なわない接合を行う新規な方法の提供。 【解決手段】 表面酸化膜が安定でかつ強硬な金属薄板
の超音波接合において、接合面に加圧と同時に超音波振
動を与え接合面の酸化膜を除去し、ついで超音波振動を
与えることなく、前記加圧より高い圧力が、金属薄板の
耐力値：σ0.2 （ｋｇｆ／ｍｍ2 ）、接合部の長さＬ
（ｍｍ）、接合部の幅ｗ（ｍｍ）とした時、下式（１）
で得られるｘｋｇｆの０．０５〜１．０倍の範囲である
金属薄板の接合方法。 σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘｋｇｆ ・・・・・・
（１）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品、自動
車、熱交換機、ＮＲＴなどの部品、化学品の容器などに
おいて必要とされる金属薄板同士の接合方法において、
安定で強固な表面酸化膜を有する金属薄板同士を熱履歴
を与えることなく、質の良い金属接合部を得るに有利な
方法に関する。
車、熱交換機、ＮＲＴなどの部品、化学品の容器などに
おいて必要とされる金属薄板同士の接合方法において、
安定で強固な表面酸化膜を有する金属薄板同士を熱履歴
を与えることなく、質の良い金属接合部を得るに有利な
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来金属板同士の接合においては、アセ
チレンフレーム溶接、ＴＩＧまたはＭＩＧなどのアーク
溶接、抵抗スポット溶接、ろう付けなどの方法がある。
特に表面酸化膜が安定で強固なアルミニウムまたはアル
ミニウム合金（以下両者を「アルミニウム等という。）
等においてはアーク溶接、抵抗スポット溶接、ろう付け
などが行われている。製品に熱履歴を与えることができ
ない場合にはこれらの熱的な溶接方法を用いることがで
きず、接合部に熱を与えないまたは熱的影響の小さくて
接合する、機械的な接合（例えば巻き締め）、接着、超
音波接合などを採用することが必要とされている。これ
らの方法のうち、気密性を必要とする場合には、機械的
接合は不都合が多く、接着法を採用する時は接着剤を必
要とするため接合部に導電性を欠くことになり、接合部
に気密性を必要とし、かつ導電性を必要とする場合には
これらの方法は問題がある。
チレンフレーム溶接、ＴＩＧまたはＭＩＧなどのアーク
溶接、抵抗スポット溶接、ろう付けなどの方法がある。
特に表面酸化膜が安定で強固なアルミニウムまたはアル
ミニウム合金（以下両者を「アルミニウム等という。）
等においてはアーク溶接、抵抗スポット溶接、ろう付け
などが行われている。製品に熱履歴を与えることができ
ない場合にはこれらの熱的な溶接方法を用いることがで
きず、接合部に熱を与えないまたは熱的影響の小さくて
接合する、機械的な接合（例えば巻き締め）、接着、超
音波接合などを採用することが必要とされている。これ
らの方法のうち、気密性を必要とする場合には、機械的
接合は不都合が多く、接着法を採用する時は接着剤を必
要とするため接合部に導電性を欠くことになり、接合部
に気密性を必要とし、かつ導電性を必要とする場合には
これらの方法は問題がある。
【０００３】また超音波接合においては、金属薄板の厚
さが１ｍｍ以上と厚かったり、あるいは表面酸化膜が安
定で強固なアルミニウム等のような金属薄板の場合には
接合部に超音波振動をうまく伝えられなかったり、全体
としては加圧されて超音波接合されても、表面酸化膜に
妨害されて接合ができない箇所の発生が避けられず、更
に接合できない箇所をなくそうと加圧力を高めると薄い
方の金属材料がちぎれる箇所、穴が明く箇所ができる等
の問題があり、また超音波接合においては厚板（１ｍｍ
以上）の場合には不向きであり、超音波ホーン及びアン
ビルの形状を変えてこれを克服したとしても高強度の接
合には不適当であった。
さが１ｍｍ以上と厚かったり、あるいは表面酸化膜が安
定で強固なアルミニウム等のような金属薄板の場合には
接合部に超音波振動をうまく伝えられなかったり、全体
としては加圧されて超音波接合されても、表面酸化膜に
妨害されて接合ができない箇所の発生が避けられず、更
に接合できない箇所をなくそうと加圧力を高めると薄い
方の金属材料がちぎれる箇所、穴が明く箇所ができる等
の問題があり、また超音波接合においては厚板（１ｍｍ
以上）の場合には不向きであり、超音波ホーン及びアン
ビルの形状を変えてこれを克服したとしても高強度の接
合には不適当であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、安定で強固
な表面酸化膜を有する金属薄板を、熱的履歴を最小限に
して、従来の超音波接合におけるよりも厚さの厚い金属
薄板を、超音波接合方法により接合部に気密性があり、
導電性を損なわない接合を行う新規な方法の開発を目的
とする。
な表面酸化膜を有する金属薄板を、熱的履歴を最小限に
して、従来の超音波接合におけるよりも厚さの厚い金属
薄板を、超音波接合方法により接合部に気密性があり、
導電性を損なわない接合を行う新規な方法の開発を目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 表面
酸化膜が安定でかつ強硬な金属薄板の超音波接合におい
て、接合面に加圧と同時に超音波振動を与え接合面の酸
化膜を除去し、ついで超音波振動を与えることなく前記
圧力より高い圧力を加える金属薄板の接合方法、（２）
接合する金属薄板の、耐力値：σ0.2 （ｋｇｆ／ｍｍ
2 ）、接合部の長さＬ（ｍｍ）、接合部の幅ｗ（ｍｍ）
とした時、上記高い圧力が下式（１）で得られるｘｋｇ
ｆの０．０５〜１．１倍の範囲である前記（１）記載の
金属薄板の接合方法、及び σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘｋｇｆ ・・・・・・（１） （３） 金属薄板が、アルミニウムまたはアルミニウム
合金である前記（１）または（２）記載の金属薄板の接
合方法を開発することにより上記の課題を解決した。
酸化膜が安定でかつ強硬な金属薄板の超音波接合におい
て、接合面に加圧と同時に超音波振動を与え接合面の酸
化膜を除去し、ついで超音波振動を与えることなく前記
圧力より高い圧力を加える金属薄板の接合方法、（２）
接合する金属薄板の、耐力値：σ0.2 （ｋｇｆ／ｍｍ
2 ）、接合部の長さＬ（ｍｍ）、接合部の幅ｗ（ｍｍ）
とした時、上記高い圧力が下式（１）で得られるｘｋｇ
ｆの０．０５〜１．１倍の範囲である前記（１）記載の
金属薄板の接合方法、及び σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘｋｇｆ ・・・・・・（１） （３） 金属薄板が、アルミニウムまたはアルミニウム
合金である前記（１）または（２）記載の金属薄板の接
合方法を開発することにより上記の課題を解決した。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の対象とする金属薄板とし
ては、表面に安定でかつ強固な酸化皮膜を有する金属、
例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板であ
り、厚さとしては５０ミクロン〜３ｍｍくらいの薄板同
士の超音波接合ができる。これは従来の超音波接合が１
ｍｍくらいの薄板同士の接合が限界とされていたのを大
幅に改善したものである。
ては、表面に安定でかつ強固な酸化皮膜を有する金属、
例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板であ
り、厚さとしては５０ミクロン〜３ｍｍくらいの薄板同
士の超音波接合ができる。これは従来の超音波接合が１
ｍｍくらいの薄板同士の接合が限界とされていたのを大
幅に改善したものである。
【０００７】酸化膜除去のためには、まず金属薄板の接
合すべき面の酸化皮膜を除去することが必要である。こ
のためには接合する金属薄板同士の接合部分を超音波ホ
ーン及びアンビルの間に挟み、金属の種類、酸化膜の種
類、サイズ、超音波振動のエネルギー力などにより変わ
るが、一般に低い圧力、例えば５〜２０ｋｇ／ｃｍ2程
度、好ましくは８〜１５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力下で、
短時間、例えば０．０１〜２秒くらい、好ましくは０．
５〜１．５秒くらいの範囲で超音波振動を与えること
で、接合面の酸化皮膜を除去することができる。この圧
力の範囲以上の圧力を加える時は酸化膜の除去だけでな
く接合まで進むことがあるのでこれ以上の圧力は不必要
である。また５ｋｇ／ｃｍ2 以下の圧力では酸化膜の除
去が不十分になり、その後の加圧によっても接合ができ
ない部分ことがあるので避けることが良い。この場合の
超音波は、接合面積にもよるが通常の超音波接合機のも
ので十分であって、出力０．５ＫＷ〜３ＫＷ、周波数２
０〜６０ＫＨｚ、振幅５〜４０μｍ位のものであれば特
別な場合を除き汎用性がある。
合すべき面の酸化皮膜を除去することが必要である。こ
のためには接合する金属薄板同士の接合部分を超音波ホ
ーン及びアンビルの間に挟み、金属の種類、酸化膜の種
類、サイズ、超音波振動のエネルギー力などにより変わ
るが、一般に低い圧力、例えば５〜２０ｋｇ／ｃｍ2程
度、好ましくは８〜１５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力下で、
短時間、例えば０．０１〜２秒くらい、好ましくは０．
５〜１．５秒くらいの範囲で超音波振動を与えること
で、接合面の酸化皮膜を除去することができる。この圧
力の範囲以上の圧力を加える時は酸化膜の除去だけでな
く接合まで進むことがあるのでこれ以上の圧力は不必要
である。また５ｋｇ／ｃｍ2 以下の圧力では酸化膜の除
去が不十分になり、その後の加圧によっても接合ができ
ない部分ことがあるので避けることが良い。この場合の
超音波は、接合面積にもよるが通常の超音波接合機のも
ので十分であって、出力０．５ＫＷ〜３ＫＷ、周波数２
０〜６０ＫＨｚ、振幅５〜４０μｍ位のものであれば特
別な場合を除き汎用性がある。
【０００８】上記の条件で超音波振動を付与した時は接
合部分の酸化膜は除去できる。接合部分の酸化膜が十分
に除去できた時は、そのままの状態で、連続的に超音波
振動をかけることなく圧力を高める。この場合の高い圧
力は、（１）式で求められるＸ（ｋｇｆ）の０．０５〜
１．１倍の圧力とする。 σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘ（ｋｇｆ） ・・・・・・（１） σ0.2 （ｋｇｆ／ｍｍ2 ）：接合する金属の耐力値、Ｌ
（ｍｍ）：接合部の長さ、ｗ（ｍｍ）：接合部の幅であ
り、上記高い圧力上記式（１）で得られるｘｋｇｆの
０．０５〜１．１倍の範囲、好ましくは０．１〜１．０
倍、より好ましくは０．３〜１．０倍の圧力で接合面を
加圧することにより金属薄板を接合することである。
合部分の酸化膜は除去できる。接合部分の酸化膜が十分
に除去できた時は、そのままの状態で、連続的に超音波
振動をかけることなく圧力を高める。この場合の高い圧
力は、（１）式で求められるＸ（ｋｇｆ）の０．０５〜
１．１倍の圧力とする。 σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘ（ｋｇｆ） ・・・・・・（１） σ0.2 （ｋｇｆ／ｍｍ2 ）：接合する金属の耐力値、Ｌ
（ｍｍ）：接合部の長さ、ｗ（ｍｍ）：接合部の幅であ
り、上記高い圧力上記式（１）で得られるｘｋｇｆの
０．０５〜１．１倍の範囲、好ましくは０．１〜１．０
倍、より好ましくは０．３〜１．０倍の圧力で接合面を
加圧することにより金属薄板を接合することである。
【０００９】この高い圧力を付加する時間は、金属の種
類、形状などにより変わるが、一般的には０．０１〜
２．０秒、好ましくは０．３〜１．５秒、より好ましく
は０．５〜１．０秒であり、この間静的に振動などを与
えることなく加圧するだけで良い。この結果接合面から
酸化膜が除去された金属薄板同士は、強い加圧力により
超音波振動で得られた新生面の金属分子同士が相互拡散
することにより、強固に接合されるものと推定してい
る。
類、形状などにより変わるが、一般的には０．０１〜
２．０秒、好ましくは０．３〜１．５秒、より好ましく
は０．５〜１．０秒であり、この間静的に振動などを与
えることなく加圧するだけで良い。この結果接合面から
酸化膜が除去された金属薄板同士は、強い加圧力により
超音波振動で得られた新生面の金属分子同士が相互拡散
することにより、強固に接合されるものと推定してい
る。
【００１０】
【実施例】アルミニウム−マンガン系合金の焼きなまし
材（３００３−Ｏ）の幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍで、
厚さ０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ
の薄板同士を図１に示すように超音波ホーンとアンビル
の間にセットし、３ｍｍ×２０ｍｍの幅を接合した。接
合は図２に示したように、まず１０ｋｇｆの加圧下で金
属薄板の面に平行な超音波振動［出力：１ｋｗ、周波
数：４０ＫＨｚ、振幅：１０μｍ］をかけて接合面の表
面酸化膜を除去し、引き続き超音波振動を加えることな
く連続的に高い圧力［一般式（１）から導出された圧力
（Ｘｋｇ／ｃｍ2 ）の０．１〜１．０倍］を加えること
により接合を行った。表面酸化膜が除去された新生面は
この高い圧力により金属分子の相互拡散により接合され
るものと考えられる。なお比較のために従来の超音波接
合を加圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で行った。また気密性の
試験のために、幅ａ：４０ｍｍ、長さｂ：１００ｍｍ、
深さｃ：１０ｍｍ、板厚さｄ：３ｍｍ（接合部の幅）の
容器本体Ａに、蓋材Ｂ：として厚さＣが０．１〜２．０
ｍｍの上記板材を上記と同条件で接合した図３に示す箱
型容器を作成し、蓋にガス送入孔を設けてヘリウムガス
を５ｋｇ／ｃｍ2 充填して気密性のテストを行った。こ
れらの両者の結果を表１に示す。
材（３００３−Ｏ）の幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍで、
厚さ０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ
の薄板同士を図１に示すように超音波ホーンとアンビル
の間にセットし、３ｍｍ×２０ｍｍの幅を接合した。接
合は図２に示したように、まず１０ｋｇｆの加圧下で金
属薄板の面に平行な超音波振動［出力：１ｋｗ、周波
数：４０ＫＨｚ、振幅：１０μｍ］をかけて接合面の表
面酸化膜を除去し、引き続き超音波振動を加えることな
く連続的に高い圧力［一般式（１）から導出された圧力
（Ｘｋｇ／ｃｍ2 ）の０．１〜１．０倍］を加えること
により接合を行った。表面酸化膜が除去された新生面は
この高い圧力により金属分子の相互拡散により接合され
るものと考えられる。なお比較のために従来の超音波接
合を加圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で行った。また気密性の
試験のために、幅ａ：４０ｍｍ、長さｂ：１００ｍｍ、
深さｃ：１０ｍｍ、板厚さｄ：３ｍｍ（接合部の幅）の
容器本体Ａに、蓋材Ｂ：として厚さＣが０．１〜２．０
ｍｍの上記板材を上記と同条件で接合した図３に示す箱
型容器を作成し、蓋にガス送入孔を設けてヘリウムガス
を５ｋｇ／ｃｍ2 充填して気密性のテストを行った。こ
れらの両者の結果を表１に示す。
【００１１】
【表１】 ただし、σ0.2 は、４．０ｋｇ／ｍｍ2 のものである。
【００１２】
【発明の効果】本発明方法による、表面に安定で強固な
酸化膜を有する金属薄板、特にアルミニウム等の薄板の
接合方法は、従来の超音波接合方法に比較して金属薄板
が厚くとも、超音波により金属接合を行うわけではな
く、単に金属薄板の新生面が得られれば良いので小さい
出力の超音波接合でも可能であり、接合はその後の高い
圧力を付加することにより行われるので気密性、導電性
の良い接合を得ることができた。特に本発明の金属薄板
の接合方法において加熱、溶融等の熱的な接合がないの
で、熱的な履歴を嫌う電子部品、化学薬品等の容器の接
合においては有効であり、パソコン、携帯電話等の二次
蓄電池のケースの接合等に有効な接合方法として使用で
きる。
酸化膜を有する金属薄板、特にアルミニウム等の薄板の
接合方法は、従来の超音波接合方法に比較して金属薄板
が厚くとも、超音波により金属接合を行うわけではな
く、単に金属薄板の新生面が得られれば良いので小さい
出力の超音波接合でも可能であり、接合はその後の高い
圧力を付加することにより行われるので気密性、導電性
の良い接合を得ることができた。特に本発明の金属薄板
の接合方法において加熱、溶融等の熱的な接合がないの
で、熱的な履歴を嫌う電子部品、化学薬品等の容器の接
合においては有効であり、パソコン、携帯電話等の二次
蓄電池のケースの接合等に有効な接合方法として使用で
きる。
【図１】本発明の接合方法の模式図。
【図２】本発明の接合方法の加圧力と加圧時間の関係の
１例。
１例。
【図３】気密テストのために使用した容器の斜視図。
１ 超音波ホーン ３ アンビル ５ 金属薄板 Ａ 容器本体 Ｂ 蓋体 Ｃ 蓋材の厚さ ａ 容器の幅 ｂ 容器の長さ ｃ 容器の深さ ｄ 接合部の幅
Claims (3)
- 【請求項１】 表面酸化膜が安定でかつ強硬な金属薄板
の超音波接合において、接合面に加圧と同時に超音波振
動を与え接合面の酸化膜を除去し、ついで超音波振動を
与えることなく前記圧力より高い圧力を加えることを特
徴とする金属薄板の接合方法。 - 【請求項２】 接合する金属薄板の耐力値：σ0.2 （ｋ
ｇｆ／ｍｍ2 ）、接合部の長さＬ（ｍｍ）、接合部の幅
ｗ（ｍｍ）とした時、上記高い圧力が下式（１）で得ら
れるｘｋｇｆの０．０５〜１．１倍の範囲である請求項
１記載の金属薄板の接合方法。 σ0.2 ×Ｌ×ｗ＝ｘｋｇｆ ・・・・・・（１） - 【請求項３】 金属薄板が、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金である請求項１または２記載の金属薄板の接
合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25760597A JPH1177337A (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 金属薄板の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25760597A JPH1177337A (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 金属薄板の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1177337A true JPH1177337A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=17308597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25760597A Pending JPH1177337A (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 金属薄板の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1177337A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1447166A1 (fr) * | 2003-02-17 | 2004-08-18 | Carl Freudenberg KG | Procédé et dispositif de liaison par soudage d'au moins deux feuilles métalliques et joints obtenus |
| JP2006147738A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Gunma Univ | 固体電解コンデンサの電極接合方法およびその方法を使用して製造した固体電解コンデンサ |
| JP2006239698A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Calsonic Kansei Corp | アルミニウム製の熱交換器 |
| US7445140B2 (en) | 2004-08-06 | 2008-11-04 | Denso Corporation | Production method of ultrasonic weld assembly |
| JP2011515222A (ja) * | 2008-03-14 | 2011-05-19 | フラウンホーファーゲゼルシャフト ツール フォルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシユング エー．フアー． | 超音波を利用した摩擦攪拌接合 |
| JP2011187199A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Panasonic Corp | 誘導加熱コイル |
| US9505082B2 (en) | 2012-08-28 | 2016-11-29 | Gs Yuasa International, Ltd. | Manufacturing method of electric storage apparatus and electric storage apparatus |
| CN112638567A (zh) * | 2018-10-29 | 2021-04-09 | 宝马股份公司 | 用于制造在由不同金属制成的两个构件之间的至少一个限定的连接层的方法 |
-
1997
- 1997-09-05 JP JP25760597A patent/JPH1177337A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2851186A1 (fr) * | 2003-02-17 | 2004-08-20 | Meillor Sa | Procede et dispositif de liaison par soudage d'au moins deux feuilles metalliques et joints obtenus |
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| JP4697934B2 (ja) * | 2004-11-18 | 2011-06-08 | 国立大学法人群馬大学 | 固体電解コンデンサの電極接合方法およびその方法を使用して製造した固体電解コンデンサ |
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| CN112638567A (zh) * | 2018-10-29 | 2021-04-09 | 宝马股份公司 | 用于制造在由不同金属制成的两个构件之间的至少一个限定的连接层的方法 |
| US11951559B2 (en) | 2018-10-29 | 2024-04-09 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for producing at least one defined connecting layer between two components of different metals |
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