冷間圧接工法および冷間圧接装置
【課題】加圧による被接合材の反り上がりの発生を防止するとともに、重ね合わせた被接合材の接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することができる冷間圧接工法および冷間圧接装置を提供する。
【解決手段】この冷間圧接工法では、まず、ダイ６上に重ね合わせた被接合材７ａ、７ｂをポンチ１０の凸部１１によって加圧して押し込む。次いで、凸部によって被接合材の一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を凸部の基部からその進退方向と直交する方向の外方へと張り出したポンチの肩部１２によって押えている。ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａと上側の被接合材７ａとで囲まれた領域に空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みを完了する。
【解決手段】この冷間圧接工法では、まず、ダイ６上に重ね合わせた被接合材７ａ、７ｂをポンチ１０の凸部１１によって加圧して押し込む。次いで、凸部によって被接合材の一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を凸部の基部からその進退方向と直交する方向の外方へと張り出したポンチの肩部１２によって押えている。ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａと上側の被接合材７ａとで囲まれた領域に空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みを完了する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間圧接工法および冷間圧接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧接工法は、被接合材の再結晶温度未満の温度において、重ね合わせた被接合材を両端面から加圧して塑性変形させ、これら被接合材の接合界面の酸化物層や表面処理層（めっき層等）を分断して、生じた新生面同士を金属接合（拡散接合）する工法である。
【０００３】
冷間圧接工法は、アルミニウムや銅などの軟質金属の接合に適している。例えば、自動車のラミネート型バッテリーの端子の接合においては、ダイ上に複数枚の端子材を重ね合わせて配置し、ポンチと呼ばれる圧縮工具にて加圧することによって端子材の接合界面の塑性変形を促して接合を行っている。
【０００４】
従来のバッテリー端子材の圧接においては、ポンチによって加圧する際に端子材の加圧部の周囲が反り上がって、接合界面に隙間が生じることがある。この加圧による反り上がりの発生を防止するために、予めポンチ加圧部の周囲を別の拘束治具によって強制的に押さえ込む方策が採られている。
【０００５】
拘束治具を用いる冷間圧接工法として、上部治具および下部治具のキャビティ内にバスバーおよび端子金具の接合部を収容し、ガイド孔からキャビティ内へダイスを進入させて両接合部を押圧して変形させることにより接合する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６７１５号公報（図３，４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の冷間圧接工法では、予めポンチ加圧部の周囲を拘束治具によって押さえ込む方式が採られていたため、拘束治具と端子材との間における摩擦抵抗が増大し、重ね合わせた端子材の接合界面の塑性変形が阻害され、接合強度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、加圧による被接合材の反り上がりの発生を防止するとともに、重ね合わせた被接合材の接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することができる冷間圧接工法および冷間圧接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的を達成する冷間圧接工法では、まず、ダイ上に重ね合わせた被接合材をポンチの凸部によって加圧して押し込む。次いで、前記凸部によって前記被接合材の一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を前記凸部の基部からその進退方向と直交する方向の外方へと張り出した前記ポンチの肩部によって押えている。
【００１０】
また、本発明の上記目的を達成する冷間圧接装置は、重ね合わせた被接合材を支持するダイと、前記被接合材に対して前進して圧縮荷重を付与するポンチと、を有している。前記ポンチは、前記ダイへ向けて前進して前記被接合材の一部を押込んで塑性変形させる凸部と、前記凸部の基部から前記ポンチの進退方向と直交する方向の外方へと張り出して前記凸部によって加圧した部分の周囲を押える肩部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る冷間圧接工法および冷間圧接装置によれば、重ね合わせた被接合材をポンチの凸部によって加圧して押し込んだ後に、その押込み量の増加により凸部の基部から張り出した肩部が凸部によって加圧した部分の周囲を押さえ込むことになる。したがって、ポンチで加圧部の周囲を押さえ込む拘束治具が不要になるだけでなく、ポンチの凸部によって重ね合わせた被接合材を加圧しはじめてから押込み量を増加させるまでは、肩部が被接合材を押さえ込んでいないため、肩部が被接合材の接合界面の塑性変形（素材の流動）を阻害しないので、重ね合わせた被接合材の接合界面の塑性変形を促進することになる。そして、ポンチの凸部によって加圧した部分の周囲を肩部によって押さえ込むことによって、被接合材の反り上がりの発生を防止するとともに、当該周囲部の界面における接合を促進させ、接合強度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図である。
【図２】実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチを示す概略図である。
【図３】実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す拡大図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の冷間圧接工法の手順を示す説明図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、拘束治具を用いず、従来形状のポンチのみによって加圧する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、従来形状のポンチと拘束治具とを併用する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図である。
【図８】実施形態１の実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図である。
【図１０】実施形態２の冷間圧接装置に備えられたポンチおよびダイの要部を示す拡大図である。
【図１１】実施形態２の実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図である。
【図１２】対比例のポンチおよびダイの要部を示す拡大図である。
【図１３】実施形態２の実施例の被接合材の接合界面を示す断面図である。
【図１４】対比例の被接合材の接合界面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
【００１４】
図１は本発明の実施形態１に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図、図２は実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチを示す概略図、図３は実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す斜視図、図４の（ａ），（ｂ）は実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す拡大図である。
【００１５】
まず、図１〜図４を参照して実施形態１の冷間圧接装置１の構成について説明する。図１に示すように、実施形態１の冷間圧接装置１は、水平方向に延びる上部テーブル２と下部テーブル３とが上下に間隔を隔てて対向配置されている。上部テーブル２と下部テーブル３との間には、油圧シリンダやカムロッド等の左右一対の圧縮駆動装置４ａ，４ｂが配置されている。圧縮駆動装置４ａ，４ｂの作動によって、上部テーブル２が昇降移動する。
【００１６】
下部テーブル３上にはダイ取付台５が設けられている。ダイ取付台５上には後述するポンチ１０からの圧縮荷重を受けるダイ６が設けられている。実施形態１のダイ６は平板形状を有している。ダイ６の上に被接合材７ａ，７ｂが重ね合わせて配置される。
【００１７】
実施形態１では、被接合材７ａ，７ｂとして例えば２枚の電池端子、さらに詳しくは自動車のラミネート型バッテリーの端子材を適用している。ここでは、例えば上側の被接合材７ａをアルミニウム板とするならば、下側の被接合材７ｂはアルミニウム板よりも硬質の銅板とする。但し、実施形態１の冷間圧接装置１によって接合可能な金属板材はバッテリー端子材に限定されないことは言うまでもない。また、図１においては２枚の被接合材７ａ，７ｂ同士を接合する場合について例示しているが、３枚以上の被接合材の接合にも適用可能である。
【００１８】
ダイ６の直上には、上部テーブル２に接続されたポンチ１０が該上部テーブル２から垂下されるように設けられている。圧縮駆動装置４ａ，４ｂの下降作動により、ポンチ１０には上部テーブル２を介して圧縮荷重が付与される。
【００１９】
図２にも示すように、ポンチ１０は、その下部に、被接合材７ａ，７ｂを塑性変形させる凸部１１と、被接合材７ａ，７ｂの反り上がりを抑制する肩部（ショルダー部）１２とを有し、ポンチ１０および凸部１１は一体形成されている。具体的には、ポンチ１０の肩部１２は平板状の部材であって、肩部１２の下面中央部から切頭円錐状の凸部１１が頭部を下方へ臨ませて設けられている。ポンチ１０の加圧時における被接合材７ａ，７ｂの損傷を防止するため、凸部１１の角部は面取り加工されている。ポンチ１０の肩部１２は、凸部１１の基部から該凸部１１の進退方向（上下方向）と直交する方向（実施形態１では水平方向）の外方へと張り出している。なお、図３に示すように、ポンチ１０の加圧面として機能する凸部先端面１３を含む凸部１１の水平断面形状は例えば長円形または小判状のものである。
【００２０】
また、ポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈは、ダイ６上に積層した被接合材７ａ，７ｂの厚さの和Ｄに対して６５〜９５％の範囲において設定することが好ましい（後述の図５（ａ）参照）。
【００２１】
図４の（ａ），（ｂ）に示すように、ポンチ１０の凸部１１の加圧時における被接合材７ａ，７ｂが延びる方向（実施形態１では水平方向）の塑性変形を促すため、凸部１１と肩部１２との内隅部１１ａの形状はテーパ形状Ｔもしくは曲率形状Ｒに加工されていることが好ましい。
【００２２】
次に、図５を参照して、上記構造のポンチ１０を備えた冷間圧接装置１を用いて実施する実施形態１の冷間圧接工法について説明する。図５の（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の冷間圧接工法の手順を示す説明図である。
【００２３】
冷間圧接装置１の初期状態においては、圧縮駆動装置４ａ，４ｂの作動により、ポンチ１０が上部テーブル２とともに上昇している。被接合材７ａ，７ｂの再結晶温度未満の温度（通常は常温）において、先ず、図５の（ａ）に示すように、ダイ６上に被接合材７ａ，７ｂを重ね合わせて配置する。
【００２４】
次に、図５の（ｂ）に示すように、圧縮駆動装置４ａ，４ｂを作動させて上部テーブル２を下降させ、ポンチ１０に圧縮荷重を付与する。すると、ポンチ１０の凸部１１が被接合材７ａ，７ｂに食い込み始めるが、ポンチ１０による加圧初期においては、Ａ部に示すように、上側の被接合材７ａはポンチ１０の肩部１２の一部にしか当たらない。
【００２５】
そのまま、ポンチ１０の押込み量を増加させてゆくと、図５の（ｃ）に示すように、押込み量の増加により、Ｂ部に示すように、上側の被接合材７ａの上面とポンチ１０の肩部１２との接触面積が増加していく。
【００２６】
そして、図５の（ｄ）に示すように、肩部１２の大部分が上側の被接合材７ａの上面に接触するとともに、上下の被接合材７ａ，７ｂの接合界面が密着した状態で押込みが完了する。すなわち、同図のように、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａが上側の被接合材７ａと接触しない状態、言い換えるならば、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２と上側の被接合材７ａとで囲まれた略三角形の領域、またはポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａと上側の被接合材７ａとで囲まれた領域に、空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みが完了する。このようにポンチ１０とダイ６とによって被接合材７ａ，７ｂが板厚方向の両端面から加圧されることにより、加圧による塑性変形によって接合界面の酸化物層等が分断され、生じた新生面同士が金属接合（拡散接合）されることになる。
【００２７】
ポンチ１０の押込みが完了すると、設定荷重を不図示のロードセルが検知して、圧縮駆動装置４ａ，４ｂが上部テーブル２と共にポンチ１０を上昇させて、全ての圧接工程が完了する。
【００２８】
以上説明したように、実施形態１の冷間圧接工法および冷間圧接装置によれば、ポンチ１０の凸部１１によって、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの一部を加圧して押し込んだ後に、その押込み量の増加に伴って凸部１１の根元の肩部１２が凸部１１によって加圧した部分（加圧部）の周囲を押さえ込むことになる。
【００２９】
すなわち、ポンチ１０の凸部１１によって被接合材７ａ，７ｂを加圧し始めてから押込み量を増加させるまでは、肩部１２が被接合材７ａ，７ｂを押さえ込んでいないため、肩部１２と被接合材７ａとの接触範囲が小さい。したがって、肩部１２が被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形（素材の流動）を阻害しないので、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進して、接合界面の接合強度が向上する。
【００３０】
そして、ポンチ１０の凸部１１によって生じる加圧部（接合部凹み）の周囲を肩部１２によってさらに加圧することによって、当該周囲部の界面における接合を促進させ、接合強度の向上、およびばらつきの低減を図ることができる。この際、先にも述べたように、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａと上側の被接合材７ａとで囲まれた領域に空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みが完了するので、当該押込み完了状態に至る過程でも被接合材７ａの水平方向への塑性流動が許容され、結果として塑性流動量の増大により接合強度の一層の向上に寄与できることになる。さらに、上記のように空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みを完了することで、ポンチ１０の押込みによる板厚減少を抑制することができ、これによってもまた接合強度が向上することになる。
【００３１】
また、図４に示したように、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とを繋ぐ隅肉部がテーパ形状Ｔもしくは曲率形状Ｒに設定されている。したがって、ポンチ１０の加圧により反り上がる複数枚の被接合材を全て同様に材料が延びる方向（実施形態１では水平方向）へ導くことができ、加圧時の界面の塑性変形を一様に材料が延びる方向（実施形態１では水平方向）へと促して拡散接合の範囲を増加させ、接合強度の向上、およびばらつきの低減を図ることができる。
【００３２】
以下、実施形態１に係る実施例および対比例を挙げて、本発明に係る冷間圧接工法および冷間圧接装置をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例）
再び図１〜３および図５を参照して、実施形態１に係る冷間圧接工法および冷間圧接装置の実施例を説明する。本実施例では、図１および図２に示した冷間圧接装置１を用いて、図５に示した冷間圧接工法の手順により被接合材７ａ，７ｂの圧接を行なった。
【００３４】
上述したように、冷間圧接装置１のポンチ１０は、被接合材７ａ，７ｂを塑性変形させる凸部１１と、該凸部１１による加圧部の周囲の反り上がりを抑制する肩部１２とを備えている。
【００３５】
本実施例では、ダイ６上に２枚の被接合材７ａ，７ｂを積層している。これら２枚の被接合材７ａ，７ｂの厚みの和Ｄを例えば１．４ｍｍとした場合に、ポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈが１．１ｍｍとなるように設定した。
【００３６】
そして、常温において、図５に示した手順によって被接合材７ａ，７ｂの冷間圧接工法を実施したところ、ポンチ１０の凸部１１による加圧部の周囲に反り上がりの発生は観察されなかった（図５の（ｄ）参照）。
【００３７】
また、被接合材７ａと７ｂの接合界面が密着しており、界面間に隙間が形成されないため、接合強度の高い圧接を行なうことができた。なお、本実施例の冷間圧接工法による接合強度については、下記対比例との比較において後述する。
【００３８】
（対比例）
次に、図６および図７を参照して、対比例の冷間圧接工法について説明する。
【００３９】
図６の（ａ），（ｂ）は、拘束治具を用いず、従来形状のポンチのみによって加圧する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図、図７の（ａ），（ｂ）は、従来形状のポンチと拘束治具とを併用する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図である。
【００４０】
図６の（ａ）に示すように、冷間圧接装置に備えられた従来形状のポンチ２０は凸部２１のみを有しており、上記実施例のように肩部１２が存在しないだけでなく、図５のような空隙Ｇも設定していない。このような肩部１２が存在しないポンチ２０によって冷間圧接を行なうと、図６の（ｂ）に示すように、ポンチ２０の凸部２１による加圧部の周囲に反り上がりが発生する。
【００４１】
そこで、図７の（ａ）に示すように、従来形状のポンチ２０と拘束治具３０とを併用した対比例に係る冷間圧接工法を行なった。拘束治具３０は、従来形状のポンチ２０の凸部２１による加圧部の周囲を押える治具であり、ポンチ２０とは別体のものである。また、図５のような空隙Ｇも設定していない。このような拘束治具３０を用いて強制的に加圧部の周囲を押えると、図７の（ｂ）に示すように、加圧部の周囲の反り上がりは生じないが、拘束治具と端子材との間において摩擦抵抗が増大するため、重ね合わせた端子材の接合界面の塑性変形が阻害され、接合強度が低下することになる。
【００４２】
（実施形態１に係る実施例と対比例との検討）
図８を参照して、本実施例と対比例との冷間圧接工法の接合強度を比較検討する。図８は、本実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図である。
【００４３】
図８に示すように、対比例の冷間圧接工法では、ポンチ２０の凸部２１の先端に掛かる負荷が降伏応力の８０％になるまで圧縮荷重を掛けても、目標強度の３０％程度しか満たすことができなかった。
【００４４】
これに対し、肩部１２を有するポンチ１０を用い、且つ空隙Ｇを設定した本実施例の冷間圧接工法では、ポンチ１０の凸部１１の先端に掛かる負荷が降伏応力の７０％の圧縮荷重であっても、目標強度を十分に達成することができた。図８のグラフの縦軸は従来工法の接合強度を１とした場合の値であり、本実施例の冷間圧接工法による接合強度は従来工法に対して４倍の非常に高い強度を示した。
【００４５】
このように本実施例の冷間圧接工法によれば、加圧による被接合材７ａ，７ｂの反り上がりの発生を防止できるとともに、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することができた。
【００４６】
以上のように、実施形態１においては、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂをポンチ１０の凸部１１によって加圧して押し込んだ後に、その押込み量の増加により凸部１１の基部から張り出した肩部１２が凸部１１によって加圧した部分の周囲を押さえ込むことになる。したがって、加圧による被接合材７ａ，７ｂの反り上がりの発生を防止するとともに、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形が阻害されることなく、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することが可能となる。
【００４７】
加圧した部分の周囲は、前記ポンチ１０の肩部１２によってさらに加圧されるため、周囲の界面での接合を促し、接合強度の向上およびばらつきの低減を図ることができる。
【００４８】
ポンチ１０における凸部１１と肩部１２との内隅部１１ａが、テーパ形状もしくは曲率形状に形成される場合、ポンチ１０の加圧により反り上がる複数枚の被接合材７ａ，７ｂを、全て同様に材料が延びる方向へ導くことができ、加圧時の界面の塑性変形を一様に材料が延びる方向へと促すことで、拡散接合の範囲を増加させ、接合強度の向上、およびばらつきの低減を図ることができる。
【００４９】
被接合材が２枚の電池端子である場合、電池端子の良好な接合強度を確保することが可能である。
【００５０】
次に、本発明の実施形態２を説明する。なお、実施形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５１】
図９は、本発明の実施形態２に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図、図１０は、実施形態２の冷間圧接装置に備えられたポンチおよびダイの要部を示す拡大図である。
【００５２】
実施形態２は、冷間圧接装置１Ａのダイ６が凸部１６を有する点で、実施形態１と概して異なる。凸部１６は、ポンチ１０の凸部１１に相対するように配置され、被接合材７ａ，７ｂを支持するように構成されている。したがって、ポンチ１０の凸部１１によって被接合材７ａ，７ｂの一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を、凸部１１の根元の肩部１２によって押える際、ダイ６の凸部１６は、被接合材７ａ，７ｂを加圧することにより、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進することが可能である。
【００５３】
つまり、被接合材７ａ，７ｂの支持側においても凸部１６を有しており、ポンチ１０の凸部１１および肩部１２と連携し、被接合材７ａ，７ｂの支持側からも積極的に加圧し、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進することが可能であり、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形をポンチ１０の進退方向と直交する方向の外方へ導き、接合界面の酸化皮膜等をより多く分断させることで、接合界面の金属結合範囲を増加させ、接合強度の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、ポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈ1と、ダイ６の凸部先端面１７から平板形状部１８までの高さ（凸部１６の高さ）ｈ2との合計は、凸部１６を有しない場合（実施形態１）おけるポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈ（図２参照）を超えないように設定される。
【００５５】
図１１は、実施形態２の実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図、図１２は、対比例のポンチおよびダイの要部を示す拡大図、図１３は、実施形態２の実施例の被接合材の接合界面を示す断面図、図１４は、対比例の被接合材の接合界面を示す断面図である。
【００５６】
実施形態２の実施例および対比例に適用された被接合材７ａ，７ｂの厚みの和Ｄは、１．４ｍｍとなるように設定し、圧縮荷重は同一とした。実施形態２の実施例におけるポンチ１０の高さｈ1およびダイ６の凸部１６の高さｈ2は、それぞれ０．９ｍｍおよび０．２ｍｍとなるように設定し、冷間圧接した（図１３参照）。
【００５７】
対比例は、図１２に示されるように、肩部１２を有するポンチ１０と平板形状の（凸部１６を有しない）ダイ６とを用いて冷間圧接されており（図１４参照）、実施形態１の実施例に対応している。なお、対比例のポンチ１０の高さｈ1は、１．１ｍｍとなるように設定した。つまり、実施形態２の実施例における高さｈ1および高さｈ2の和が、対比例における高さｈ1を超えないものとした。
【００５８】
実施形態２の実施例は、図１１に示すように、対比例（実施形態１の実施例）の接合強度に比べて、約７０％向上することが確認できた。
【００５９】
以上のように、実施形態２においては、被接合材７ａ，７ｂの支持側においても凸部１６を有しており、被接合材７ａ，７ｂの支持側からも積極的に加圧することで、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形をさらに促進すること可能である。つまり、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形をポンチ１０の進退方向と直交する方向の外方へ導き、接合界面の酸化皮膜等をより多く分断させ、接合界面の金属結合範囲を増加させことが可能であるため、実施形態１に比較し、接合強度のさらなる向上を図ることができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【００６１】
例えば、実施形態１および実施形態２に係る冷間圧接法および冷間圧接装置は、自動車のラミネート型バッテリーの端子同士の接合のみならず、広く電池端子の接合や軟質金属板の接合に適用し得る。また、実施形態１では、ポンチから付与される圧縮荷重を受けるダイが平板状に形成されているが、ダイの上面にポンチの凸部に対応する凹部を形成してもよい。さらに、ポンチおよびダイを使用して被接合材を加圧する機構は、自動および手動を問わず被接合材に対して鉛直に加圧できる手段を有しておれば、特に限定されず、例えば、油圧方式やクランク方式等の一般的なプレス機あるいはバイス等を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ…冷間圧接装置
２…上部テーブル
３…下部テーブル
４ａ，４ｂ…圧縮駆動装置
５…ダイ取付台
６…ダイ
７ａ…被接合材
７ｂ…被接合材
１０…ポンチ
１１…凸部
１１ａ…内隅部
１２…肩部
１３…凸部先端面
１６…凸部
１７…凸部先端面
１８…平板形状部
Ｄ…被接合材の厚みの和
Ｇ…空隙部
ｈ，ｈ1…ポンチの高さ
ｈ2…ダイにおける凸部の高さ
Ｔ…テーパ形状
Ｒ…曲率形状
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間圧接工法および冷間圧接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧接工法は、被接合材の再結晶温度未満の温度において、重ね合わせた被接合材を両端面から加圧して塑性変形させ、これら被接合材の接合界面の酸化物層や表面処理層（めっき層等）を分断して、生じた新生面同士を金属接合（拡散接合）する工法である。
【０００３】
冷間圧接工法は、アルミニウムや銅などの軟質金属の接合に適している。例えば、自動車のラミネート型バッテリーの端子の接合においては、ダイ上に複数枚の端子材を重ね合わせて配置し、ポンチと呼ばれる圧縮工具にて加圧することによって端子材の接合界面の塑性変形を促して接合を行っている。
【０００４】
従来のバッテリー端子材の圧接においては、ポンチによって加圧する際に端子材の加圧部の周囲が反り上がって、接合界面に隙間が生じることがある。この加圧による反り上がりの発生を防止するために、予めポンチ加圧部の周囲を別の拘束治具によって強制的に押さえ込む方策が採られている。
【０００５】
拘束治具を用いる冷間圧接工法として、上部治具および下部治具のキャビティ内にバスバーおよび端子金具の接合部を収容し、ガイド孔からキャビティ内へダイスを進入させて両接合部を押圧して変形させることにより接合する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６７１５号公報（図３，４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の冷間圧接工法では、予めポンチ加圧部の周囲を拘束治具によって押さえ込む方式が採られていたため、拘束治具と端子材との間における摩擦抵抗が増大し、重ね合わせた端子材の接合界面の塑性変形が阻害され、接合強度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、加圧による被接合材の反り上がりの発生を防止するとともに、重ね合わせた被接合材の接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することができる冷間圧接工法および冷間圧接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的を達成する冷間圧接工法では、まず、ダイ上に重ね合わせた被接合材をポンチの凸部によって加圧して押し込む。次いで、前記凸部によって前記被接合材の一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を前記凸部の基部からその進退方向と直交する方向の外方へと張り出した前記ポンチの肩部によって押えている。
【００１０】
また、本発明の上記目的を達成する冷間圧接装置は、重ね合わせた被接合材を支持するダイと、前記被接合材に対して前進して圧縮荷重を付与するポンチと、を有している。前記ポンチは、前記ダイへ向けて前進して前記被接合材の一部を押込んで塑性変形させる凸部と、前記凸部の基部から前記ポンチの進退方向と直交する方向の外方へと張り出して前記凸部によって加圧した部分の周囲を押える肩部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る冷間圧接工法および冷間圧接装置によれば、重ね合わせた被接合材をポンチの凸部によって加圧して押し込んだ後に、その押込み量の増加により凸部の基部から張り出した肩部が凸部によって加圧した部分の周囲を押さえ込むことになる。したがって、ポンチで加圧部の周囲を押さえ込む拘束治具が不要になるだけでなく、ポンチの凸部によって重ね合わせた被接合材を加圧しはじめてから押込み量を増加させるまでは、肩部が被接合材を押さえ込んでいないため、肩部が被接合材の接合界面の塑性変形（素材の流動）を阻害しないので、重ね合わせた被接合材の接合界面の塑性変形を促進することになる。そして、ポンチの凸部によって加圧した部分の周囲を肩部によって押さえ込むことによって、被接合材の反り上がりの発生を防止するとともに、当該周囲部の界面における接合を促進させ、接合強度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図である。
【図２】実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチを示す概略図である。
【図３】実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す拡大図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の冷間圧接工法の手順を示す説明図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、拘束治具を用いず、従来形状のポンチのみによって加圧する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、従来形状のポンチと拘束治具とを併用する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図である。
【図８】実施形態１の実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図である。
【図１０】実施形態２の冷間圧接装置に備えられたポンチおよびダイの要部を示す拡大図である。
【図１１】実施形態２の実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図である。
【図１２】対比例のポンチおよびダイの要部を示す拡大図である。
【図１３】実施形態２の実施例の被接合材の接合界面を示す断面図である。
【図１４】対比例の被接合材の接合界面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
【００１４】
図１は本発明の実施形態１に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図、図２は実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチを示す概略図、図３は実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す斜視図、図４の（ａ），（ｂ）は実施形態１の冷間圧接装置に備えられたポンチの要部を示す拡大図である。
【００１５】
まず、図１〜図４を参照して実施形態１の冷間圧接装置１の構成について説明する。図１に示すように、実施形態１の冷間圧接装置１は、水平方向に延びる上部テーブル２と下部テーブル３とが上下に間隔を隔てて対向配置されている。上部テーブル２と下部テーブル３との間には、油圧シリンダやカムロッド等の左右一対の圧縮駆動装置４ａ，４ｂが配置されている。圧縮駆動装置４ａ，４ｂの作動によって、上部テーブル２が昇降移動する。
【００１６】
下部テーブル３上にはダイ取付台５が設けられている。ダイ取付台５上には後述するポンチ１０からの圧縮荷重を受けるダイ６が設けられている。実施形態１のダイ６は平板形状を有している。ダイ６の上に被接合材７ａ，７ｂが重ね合わせて配置される。
【００１７】
実施形態１では、被接合材７ａ，７ｂとして例えば２枚の電池端子、さらに詳しくは自動車のラミネート型バッテリーの端子材を適用している。ここでは、例えば上側の被接合材７ａをアルミニウム板とするならば、下側の被接合材７ｂはアルミニウム板よりも硬質の銅板とする。但し、実施形態１の冷間圧接装置１によって接合可能な金属板材はバッテリー端子材に限定されないことは言うまでもない。また、図１においては２枚の被接合材７ａ，７ｂ同士を接合する場合について例示しているが、３枚以上の被接合材の接合にも適用可能である。
【００１８】
ダイ６の直上には、上部テーブル２に接続されたポンチ１０が該上部テーブル２から垂下されるように設けられている。圧縮駆動装置４ａ，４ｂの下降作動により、ポンチ１０には上部テーブル２を介して圧縮荷重が付与される。
【００１９】
図２にも示すように、ポンチ１０は、その下部に、被接合材７ａ，７ｂを塑性変形させる凸部１１と、被接合材７ａ，７ｂの反り上がりを抑制する肩部（ショルダー部）１２とを有し、ポンチ１０および凸部１１は一体形成されている。具体的には、ポンチ１０の肩部１２は平板状の部材であって、肩部１２の下面中央部から切頭円錐状の凸部１１が頭部を下方へ臨ませて設けられている。ポンチ１０の加圧時における被接合材７ａ，７ｂの損傷を防止するため、凸部１１の角部は面取り加工されている。ポンチ１０の肩部１２は、凸部１１の基部から該凸部１１の進退方向（上下方向）と直交する方向（実施形態１では水平方向）の外方へと張り出している。なお、図３に示すように、ポンチ１０の加圧面として機能する凸部先端面１３を含む凸部１１の水平断面形状は例えば長円形または小判状のものである。
【００２０】
また、ポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈは、ダイ６上に積層した被接合材７ａ，７ｂの厚さの和Ｄに対して６５〜９５％の範囲において設定することが好ましい（後述の図５（ａ）参照）。
【００２１】
図４の（ａ），（ｂ）に示すように、ポンチ１０の凸部１１の加圧時における被接合材７ａ，７ｂが延びる方向（実施形態１では水平方向）の塑性変形を促すため、凸部１１と肩部１２との内隅部１１ａの形状はテーパ形状Ｔもしくは曲率形状Ｒに加工されていることが好ましい。
【００２２】
次に、図５を参照して、上記構造のポンチ１０を備えた冷間圧接装置１を用いて実施する実施形態１の冷間圧接工法について説明する。図５の（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の冷間圧接工法の手順を示す説明図である。
【００２３】
冷間圧接装置１の初期状態においては、圧縮駆動装置４ａ，４ｂの作動により、ポンチ１０が上部テーブル２とともに上昇している。被接合材７ａ，７ｂの再結晶温度未満の温度（通常は常温）において、先ず、図５の（ａ）に示すように、ダイ６上に被接合材７ａ，７ｂを重ね合わせて配置する。
【００２４】
次に、図５の（ｂ）に示すように、圧縮駆動装置４ａ，４ｂを作動させて上部テーブル２を下降させ、ポンチ１０に圧縮荷重を付与する。すると、ポンチ１０の凸部１１が被接合材７ａ，７ｂに食い込み始めるが、ポンチ１０による加圧初期においては、Ａ部に示すように、上側の被接合材７ａはポンチ１０の肩部１２の一部にしか当たらない。
【００２５】
そのまま、ポンチ１０の押込み量を増加させてゆくと、図５の（ｃ）に示すように、押込み量の増加により、Ｂ部に示すように、上側の被接合材７ａの上面とポンチ１０の肩部１２との接触面積が増加していく。
【００２６】
そして、図５の（ｄ）に示すように、肩部１２の大部分が上側の被接合材７ａの上面に接触するとともに、上下の被接合材７ａ，７ｂの接合界面が密着した状態で押込みが完了する。すなわち、同図のように、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａが上側の被接合材７ａと接触しない状態、言い換えるならば、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２と上側の被接合材７ａとで囲まれた略三角形の領域、またはポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａと上側の被接合材７ａとで囲まれた領域に、空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みが完了する。このようにポンチ１０とダイ６とによって被接合材７ａ，７ｂが板厚方向の両端面から加圧されることにより、加圧による塑性変形によって接合界面の酸化物層等が分断され、生じた新生面同士が金属接合（拡散接合）されることになる。
【００２７】
ポンチ１０の押込みが完了すると、設定荷重を不図示のロードセルが検知して、圧縮駆動装置４ａ，４ｂが上部テーブル２と共にポンチ１０を上昇させて、全ての圧接工程が完了する。
【００２８】
以上説明したように、実施形態１の冷間圧接工法および冷間圧接装置によれば、ポンチ１０の凸部１１によって、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの一部を加圧して押し込んだ後に、その押込み量の増加に伴って凸部１１の根元の肩部１２が凸部１１によって加圧した部分（加圧部）の周囲を押さえ込むことになる。
【００２９】
すなわち、ポンチ１０の凸部１１によって被接合材７ａ，７ｂを加圧し始めてから押込み量を増加させるまでは、肩部１２が被接合材７ａ，７ｂを押さえ込んでいないため、肩部１２と被接合材７ａとの接触範囲が小さい。したがって、肩部１２が被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形（素材の流動）を阻害しないので、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進して、接合界面の接合強度が向上する。
【００３０】
そして、ポンチ１０の凸部１１によって生じる加圧部（接合部凹み）の周囲を肩部１２によってさらに加圧することによって、当該周囲部の界面における接合を促進させ、接合強度の向上、およびばらつきの低減を図ることができる。この際、先にも述べたように、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とのなす内隅部１１ａと上側の被接合材７ａとで囲まれた領域に空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みが完了するので、当該押込み完了状態に至る過程でも被接合材７ａの水平方向への塑性流動が許容され、結果として塑性流動量の増大により接合強度の一層の向上に寄与できることになる。さらに、上記のように空隙部Ｇを残した状態でポンチ１０による押込みを完了することで、ポンチ１０の押込みによる板厚減少を抑制することができ、これによってもまた接合強度が向上することになる。
【００３１】
また、図４に示したように、ポンチ１０の凸部１１と肩部１２とを繋ぐ隅肉部がテーパ形状Ｔもしくは曲率形状Ｒに設定されている。したがって、ポンチ１０の加圧により反り上がる複数枚の被接合材を全て同様に材料が延びる方向（実施形態１では水平方向）へ導くことができ、加圧時の界面の塑性変形を一様に材料が延びる方向（実施形態１では水平方向）へと促して拡散接合の範囲を増加させ、接合強度の向上、およびばらつきの低減を図ることができる。
【００３２】
以下、実施形態１に係る実施例および対比例を挙げて、本発明に係る冷間圧接工法および冷間圧接装置をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例）
再び図１〜３および図５を参照して、実施形態１に係る冷間圧接工法および冷間圧接装置の実施例を説明する。本実施例では、図１および図２に示した冷間圧接装置１を用いて、図５に示した冷間圧接工法の手順により被接合材７ａ，７ｂの圧接を行なった。
【００３４】
上述したように、冷間圧接装置１のポンチ１０は、被接合材７ａ，７ｂを塑性変形させる凸部１１と、該凸部１１による加圧部の周囲の反り上がりを抑制する肩部１２とを備えている。
【００３５】
本実施例では、ダイ６上に２枚の被接合材７ａ，７ｂを積層している。これら２枚の被接合材７ａ，７ｂの厚みの和Ｄを例えば１．４ｍｍとした場合に、ポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈが１．１ｍｍとなるように設定した。
【００３６】
そして、常温において、図５に示した手順によって被接合材７ａ，７ｂの冷間圧接工法を実施したところ、ポンチ１０の凸部１１による加圧部の周囲に反り上がりの発生は観察されなかった（図５の（ｄ）参照）。
【００３７】
また、被接合材７ａと７ｂの接合界面が密着しており、界面間に隙間が形成されないため、接合強度の高い圧接を行なうことができた。なお、本実施例の冷間圧接工法による接合強度については、下記対比例との比較において後述する。
【００３８】
（対比例）
次に、図６および図７を参照して、対比例の冷間圧接工法について説明する。
【００３９】
図６の（ａ），（ｂ）は、拘束治具を用いず、従来形状のポンチのみによって加圧する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図、図７の（ａ），（ｂ）は、従来形状のポンチと拘束治具とを併用する対比例に係る冷間圧接工法を説明する概略図である。
【００４０】
図６の（ａ）に示すように、冷間圧接装置に備えられた従来形状のポンチ２０は凸部２１のみを有しており、上記実施例のように肩部１２が存在しないだけでなく、図５のような空隙Ｇも設定していない。このような肩部１２が存在しないポンチ２０によって冷間圧接を行なうと、図６の（ｂ）に示すように、ポンチ２０の凸部２１による加圧部の周囲に反り上がりが発生する。
【００４１】
そこで、図７の（ａ）に示すように、従来形状のポンチ２０と拘束治具３０とを併用した対比例に係る冷間圧接工法を行なった。拘束治具３０は、従来形状のポンチ２０の凸部２１による加圧部の周囲を押える治具であり、ポンチ２０とは別体のものである。また、図５のような空隙Ｇも設定していない。このような拘束治具３０を用いて強制的に加圧部の周囲を押えると、図７の（ｂ）に示すように、加圧部の周囲の反り上がりは生じないが、拘束治具と端子材との間において摩擦抵抗が増大するため、重ね合わせた端子材の接合界面の塑性変形が阻害され、接合強度が低下することになる。
【００４２】
（実施形態１に係る実施例と対比例との検討）
図８を参照して、本実施例と対比例との冷間圧接工法の接合強度を比較検討する。図８は、本実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図である。
【００４３】
図８に示すように、対比例の冷間圧接工法では、ポンチ２０の凸部２１の先端に掛かる負荷が降伏応力の８０％になるまで圧縮荷重を掛けても、目標強度の３０％程度しか満たすことができなかった。
【００４４】
これに対し、肩部１２を有するポンチ１０を用い、且つ空隙Ｇを設定した本実施例の冷間圧接工法では、ポンチ１０の凸部１１の先端に掛かる負荷が降伏応力の７０％の圧縮荷重であっても、目標強度を十分に達成することができた。図８のグラフの縦軸は従来工法の接合強度を１とした場合の値であり、本実施例の冷間圧接工法による接合強度は従来工法に対して４倍の非常に高い強度を示した。
【００４５】
このように本実施例の冷間圧接工法によれば、加圧による被接合材７ａ，７ｂの反り上がりの発生を防止できるとともに、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することができた。
【００４６】
以上のように、実施形態１においては、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂをポンチ１０の凸部１１によって加圧して押し込んだ後に、その押込み量の増加により凸部１１の基部から張り出した肩部１２が凸部１１によって加圧した部分の周囲を押さえ込むことになる。したがって、加圧による被接合材７ａ，７ｂの反り上がりの発生を防止するとともに、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形が阻害されることなく、重ね合わせた被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進して高い接合強度を確保することが可能となる。
【００４７】
加圧した部分の周囲は、前記ポンチ１０の肩部１２によってさらに加圧されるため、周囲の界面での接合を促し、接合強度の向上およびばらつきの低減を図ることができる。
【００４８】
ポンチ１０における凸部１１と肩部１２との内隅部１１ａが、テーパ形状もしくは曲率形状に形成される場合、ポンチ１０の加圧により反り上がる複数枚の被接合材７ａ，７ｂを、全て同様に材料が延びる方向へ導くことができ、加圧時の界面の塑性変形を一様に材料が延びる方向へと促すことで、拡散接合の範囲を増加させ、接合強度の向上、およびばらつきの低減を図ることができる。
【００４９】
被接合材が２枚の電池端子である場合、電池端子の良好な接合強度を確保することが可能である。
【００５０】
次に、本発明の実施形態２を説明する。なお、実施形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５１】
図９は、本発明の実施形態２に係る冷間圧接装置を模式的に示す概略図、図１０は、実施形態２の冷間圧接装置に備えられたポンチおよびダイの要部を示す拡大図である。
【００５２】
実施形態２は、冷間圧接装置１Ａのダイ６が凸部１６を有する点で、実施形態１と概して異なる。凸部１６は、ポンチ１０の凸部１１に相対するように配置され、被接合材７ａ，７ｂを支持するように構成されている。したがって、ポンチ１０の凸部１１によって被接合材７ａ，７ｂの一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を、凸部１１の根元の肩部１２によって押える際、ダイ６の凸部１６は、被接合材７ａ，７ｂを加圧することにより、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進することが可能である。
【００５３】
つまり、被接合材７ａ，７ｂの支持側においても凸部１６を有しており、ポンチ１０の凸部１１および肩部１２と連携し、被接合材７ａ，７ｂの支持側からも積極的に加圧し、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形を促進することが可能であり、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形をポンチ１０の進退方向と直交する方向の外方へ導き、接合界面の酸化皮膜等をより多く分断させることで、接合界面の金属結合範囲を増加させ、接合強度の向上を図ることができる。
【００５４】
なお、ポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈ1と、ダイ６の凸部先端面１７から平板形状部１８までの高さ（凸部１６の高さ）ｈ2との合計は、凸部１６を有しない場合（実施形態１）おけるポンチ１０の凸部先端面１３から肩部１２までの高さｈ（図２参照）を超えないように設定される。
【００５５】
図１１は、実施形態２の実施例と対比例との強度試験結果を示す説明図、図１２は、対比例のポンチおよびダイの要部を示す拡大図、図１３は、実施形態２の実施例の被接合材の接合界面を示す断面図、図１４は、対比例の被接合材の接合界面を示す断面図である。
【００５６】
実施形態２の実施例および対比例に適用された被接合材７ａ，７ｂの厚みの和Ｄは、１．４ｍｍとなるように設定し、圧縮荷重は同一とした。実施形態２の実施例におけるポンチ１０の高さｈ1およびダイ６の凸部１６の高さｈ2は、それぞれ０．９ｍｍおよび０．２ｍｍとなるように設定し、冷間圧接した（図１３参照）。
【００５７】
対比例は、図１２に示されるように、肩部１２を有するポンチ１０と平板形状の（凸部１６を有しない）ダイ６とを用いて冷間圧接されており（図１４参照）、実施形態１の実施例に対応している。なお、対比例のポンチ１０の高さｈ1は、１．１ｍｍとなるように設定した。つまり、実施形態２の実施例における高さｈ1および高さｈ2の和が、対比例における高さｈ1を超えないものとした。
【００５８】
実施形態２の実施例は、図１１に示すように、対比例（実施形態１の実施例）の接合強度に比べて、約７０％向上することが確認できた。
【００５９】
以上のように、実施形態２においては、被接合材７ａ，７ｂの支持側においても凸部１６を有しており、被接合材７ａ，７ｂの支持側からも積極的に加圧することで、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形をさらに促進すること可能である。つまり、被接合材７ａ，７ｂの接合界面の塑性変形をポンチ１０の進退方向と直交する方向の外方へ導き、接合界面の酸化皮膜等をより多く分断させ、接合界面の金属結合範囲を増加させことが可能であるため、実施形態１に比較し、接合強度のさらなる向上を図ることができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【００６１】
例えば、実施形態１および実施形態２に係る冷間圧接法および冷間圧接装置は、自動車のラミネート型バッテリーの端子同士の接合のみならず、広く電池端子の接合や軟質金属板の接合に適用し得る。また、実施形態１では、ポンチから付与される圧縮荷重を受けるダイが平板状に形成されているが、ダイの上面にポンチの凸部に対応する凹部を形成してもよい。さらに、ポンチおよびダイを使用して被接合材を加圧する機構は、自動および手動を問わず被接合材に対して鉛直に加圧できる手段を有しておれば、特に限定されず、例えば、油圧方式やクランク方式等の一般的なプレス機あるいはバイス等を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ…冷間圧接装置
２…上部テーブル
３…下部テーブル
４ａ，４ｂ…圧縮駆動装置
５…ダイ取付台
６…ダイ
７ａ…被接合材
７ｂ…被接合材
１０…ポンチ
１１…凸部
１１ａ…内隅部
１２…肩部
１３…凸部先端面
１６…凸部
１７…凸部先端面
１８…平板形状部
Ｄ…被接合材の厚みの和
Ｇ…空隙部
ｈ，ｈ1…ポンチの高さ
ｈ2…ダイにおける凸部の高さ
Ｔ…テーパ形状
Ｒ…曲率形状
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイ上に重ね合わせた被接合材をポンチの凸部によって加圧して押し込む第１工程と、
前記凸部によって前記被接合材の一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を前記凸部の基部から前記ポンチの進退方向と直交する方向の外方へと張り出した前記ポンチの肩部によって押える第２工程と、
を含むことを特徴とする冷間圧接工法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記加圧した部分の周囲は、前記ポンチの肩部によってさらに加圧されることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧接工法。
【請求項３】
前記第２工程において、前記ポンチの凸部と肩部とのなす内隅部が被接合材と接触しない状態で当該第２の工程を終えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷間圧接工法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記ポンチの凸部と肩部とのなす内隅部と被接合材とで囲まれた領域に空隙部を残した状態で当該第２の工程を終えることを特徴とする請求項３に記載の冷間圧接工法。
【請求項５】
前記第１工程において、前記被接合材は、前記ポンチの前記凸部に相対するように配置されている前記ダイの凸部に支持されおり、
前記第２工程において、前記ダイの前記凸部は、前記被接合材を加圧することにより、前記被接合材の接合界面の塑性変形を促進することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の冷間圧接工法。
【請求項６】
重ね合わせた被接合材を支持するダイと、
前記被接合材に対して前進して圧縮荷重を付与するポンチと、を有し、
前記ポンチは、前記ダイへ向けて前進して前記被接合材の一部を押込んで塑性変形させる凸部と、前記凸部の基部から前記ポンチの進退方向と直交する方向の外方へと張り出して前記凸部によって加圧した部分の周囲を押える肩部と、を有することを特徴とする冷間圧接装置。
【請求項７】
前記ポンチにおける前記凸部と前記肩部との隅肉部が、テーパ形状もしくは曲率形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の冷間圧接装置。
【請求項８】
前記ダイは、前記被接合材を支持する凸部を有し、
前記凸部は、前記ポンチの前記凸部に相対するように配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の冷間圧接装置。
【請求項９】
前記被接合材は、２枚の電池端子であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の冷間圧接装置。
【請求項１】
ダイ上に重ね合わせた被接合材をポンチの凸部によって加圧して押し込む第１工程と、
前記凸部によって前記被接合材の一部を押し込んだ後に、加圧した部分の周囲を前記凸部の基部から前記ポンチの進退方向と直交する方向の外方へと張り出した前記ポンチの肩部によって押える第２工程と、
を含むことを特徴とする冷間圧接工法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記加圧した部分の周囲は、前記ポンチの肩部によってさらに加圧されることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧接工法。
【請求項３】
前記第２工程において、前記ポンチの凸部と肩部とのなす内隅部が被接合材と接触しない状態で当該第２の工程を終えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷間圧接工法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記ポンチの凸部と肩部とのなす内隅部と被接合材とで囲まれた領域に空隙部を残した状態で当該第２の工程を終えることを特徴とする請求項３に記載の冷間圧接工法。
【請求項５】
前記第１工程において、前記被接合材は、前記ポンチの前記凸部に相対するように配置されている前記ダイの凸部に支持されおり、
前記第２工程において、前記ダイの前記凸部は、前記被接合材を加圧することにより、前記被接合材の接合界面の塑性変形を促進することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の冷間圧接工法。
【請求項６】
重ね合わせた被接合材を支持するダイと、
前記被接合材に対して前進して圧縮荷重を付与するポンチと、を有し、
前記ポンチは、前記ダイへ向けて前進して前記被接合材の一部を押込んで塑性変形させる凸部と、前記凸部の基部から前記ポンチの進退方向と直交する方向の外方へと張り出して前記凸部によって加圧した部分の周囲を押える肩部と、を有することを特徴とする冷間圧接装置。
【請求項７】
前記ポンチにおける前記凸部と前記肩部との隅肉部が、テーパ形状もしくは曲率形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の冷間圧接装置。
【請求項８】
前記ダイは、前記被接合材を支持する凸部を有し、
前記凸部は、前記ポンチの前記凸部に相対するように配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の冷間圧接装置。
【請求項９】
前記被接合材は、２枚の電池端子であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の冷間圧接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９９７７６（Ｐ２０１３−９９７７６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０４３１４（Ｐ２０１２−１０４３１４）
【出願日】平成２４年５月１日（２０１２．５．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１日（２０１２．５．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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