金属接続方法

【課題】コストダウンが容易であり安定した品質を保証できる金属接続方法を提供する。
【解決手段】接続する第１金属部材１０の接続部１１と第２金属部材２０の接続部２１を向かい合わせて保持する工程と、それぞれの接続部１１，２１を突き合わせるように加圧することで、接続部１１，２１を変形させて酸化皮膜を除去する工程と、酸化皮膜を除去した接続部１１，２１同士が拡散接続により接続する工程とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接続方法に関し、特に、加熱をすることなく導線と金属板材、金属板材と金属板材、又は導線と導線を接続する金属接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導線と金属板材の接続等の金属同士を接続する技術としては、圧着接続、抵抗溶接、超音波接続、はんだ付け（ろう接）等がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
圧着接続は、銅撚線と銅板材を接続する技術として主流である。しかし、圧着接続は、部品費が高くなってしまったり、品質保証にコストがかかってしまう等の問題がある。抵抗溶接は、銅撚線と銅板材等の金属を接続する技術として用いられている。しかし、抵抗溶接は、加工費が高くなってしまったり、アルミ接続対応が困難であったり、接続品質が安定しなかったり、品質保証が困難である等の問題がある。超音波接続は、設備費等が高くなってしまうので加工費が高くなったり、適応電線断面積の適応範囲が狭い等の問題がある。はんだ付けは、インサート金属が必要になり部品費が高くなってしまったり、接続強度が弱かったり、品質保証が困難であったり等の問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１１０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、コストダウンが容易であり安定した品質を保証できる金属接続方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、接続する第１金属部材の接続部と第２金属部材の接続部を向かい合わせて保持する工程と、それぞれの接続部を突き合わせるように加圧することで、接続部を変形させて酸化皮膜を除去する工程と、酸化皮膜を除去した接続部同士が拡散接続により接続する工程とを含む金属接続方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コストダウンが容易であり安定した品質を保証できる金属接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属接続方法を示す模式的工程図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る金属接続方法で接続した金属接続部材の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証するための金属接続部材の模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証結果を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証結果を示す表である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る金属接続方法を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証するための金属接続部材の模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証結果を示す表である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る金属接続方法を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証するための金属接続部材の模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度を検証結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る金属接続方法（アプセット接続方法）は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、接続する第１金属部材１０の接続部１１と第２金属部材２０の接続部２１を向かい合わせて保持する工程（図１（ａ））と、それぞれの接続部１１，２１を突き合わせるように加圧することで、接続部１１，２１を変形させて酸化皮膜を除去する工程と（図１（ｂ））、酸化皮膜を除去した接続部１１，２１同士が拡散接続により接続する工程（図１（ｃ））とを含む。
【００１１】
拡散接続とは、融点以下の温度条件で、露出した酸化していない金属同士を原子間力が働く距離にまで近接させ、接続面に生じる原子の拡散を利用して接続する方法である。第１の実施の形態に係る金属接続方法において、第１金属部材１０及び第２金属部材２０は、保持部３０，４０によって保持され、加圧される。第１の実施の形態に係る金属接続方法においては、加熱および加振動は行わない。
【００１２】
第１金属部材１０及び第２金属部材２０は、細い導線を撚り合わせた芯線を持つケーブルである撚線、アルミや銅等の金属板材、アルミや銅等の単線・箔・板材等により形成された回路体等である。第１金属部材１０及び第２金属部材２０は、例えば、図２に示すように、第１金属部材１０が金属板材等により形成された端子であり、第２金属部材２０が銅の撚線である導線である。
【００１３】
第１の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度の検証を示す。検証に用いた第１金属部材１０及び第２金属部材２０は、銅で形成された金属板端子のキャリアである。検証方法としては、接続のための加圧による銅板の変位量と、第１金属部材１０及び第２金属部材２０をそれぞれ引っ張ることで求められる固着力との関係を検証する。検証結果を図４のグラフに示す。また、第１の実施の形態に係る金属接続方法で求められる接続強度（引っ張り強度）の目標値は、単体強度の６５％以上の値となる１４０Ｎとする。接続のための加圧による銅板の変位量が１．８０ｍｍ以上となるように加圧した５つのサンプル結果を図５に示す。図４及び図５より、接続のための加圧による銅板の変位量が１．８０ｍｍ以上となるように加圧した場合には、目標強度である１４０Ｎ以上となり、接続強度が規格以上となることが分かる。
【００１４】
第１の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加圧することにより拡散接続をするので同種金属及び異種金属間の接続が可能となり、部品材質の制約が減ることにより部品費のコストダウンを図ることができる。
【００１５】
また、第１の実施の形態に係る金属接続方法によれば、工程が単純であり、設備内製化及び加工費を抑えられることにより、コストダウンを図ることができる。
【００１６】
また、第１の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加熱及び通電等のエネルギー負荷がないため、加工時間が短く経済的である。
【００１７】
また、第１の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加圧力、変形量等を管理することにより品質を保証することができる。
【００１８】
また、第１の実施の形態に係る金属接続方法によれば、管理値（引っ張り強度等）を監視することにより品質を保証することができる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る金属接続方法（回転接続方法）は、図６に示すように、第１の実施の形態に係る金属接続方法と比して、酸化皮膜を除去する工程において、第１金属部材１０を保持して、第２金属部材２０を回転させる点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。
【００２０】
酸化皮膜を除去する工程において、第１金属部材１０を保持して、第２金属部材２０を回転させることにより、回転部（接続部）で材料の変形が発生し、酸化皮膜が除去されて拡散接続が行われる。
【００２１】
第２の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度の検証を示す。検証に用いた第１金属部材１０は、図７に示すように、アルミニウムで形成された金属板であり、第２金属部材２０は、銅で形成された撚線である。検証方法としては、接続時の回転数と、第１金属部材１０及び第２金属部材２０の保持力との関係を検証する。検証結果を図８のグラフに示す。また、第２の実施の形態に係る金属接続方法で求められる接続強度（保持力）の目標値は、基板のはんだ接続強度以上となる１０．９５Ｎとする。接続時の回転数が７７０ｒｐｍ以上である５つのサンプル結果を図９に示す。図８及び図９より、接続時の回転数が７７０ｒｐｍ以上とした場合には、目標強度である１０．９５Ｎを大幅に上回り、接続強度が規格以上となることが分かる。
【００２２】
第２の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加圧及び回転することにより拡散接続をするので同種金属及び異種金属間の接続が可能となり、部品材質の制約が減ることにより部品費のコストダウンを図ることができる。
【００２３】
また、第２の実施の形態に係る金属接続方法によれば、工程が単純であり、設備内製化及び加工費を抑えられることにより、コストダウンを図ることができる。
【００２４】
また、第２の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加熱及び通電等のエネルギー負荷がないため、加工時間が短く経済的である。
【００２５】
また、第２の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加圧力、変形量、回転数等を管理することにより品質を保証することができる。
【００２６】
また、第２の実施の形態に係る金属接続方法によれば、管理値（保持力等）を監視することにより品質を保証することができる。
【００２７】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る金属接続方法（振動接続方法）は、図１０に示すように、第１の実施の形態に係る金属接続方法と比して、酸化皮膜を除去する工程において、第２金属部材２０を保持して、第１金属部材１０を加圧方向に対して垂直に振動させる点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。
【００２８】
酸化皮膜を除去する工程において、第２金属部材２０を保持して、第１金属部材１０を振動させることにより、振動部（接続部）で材料の変形が発生し、酸化皮膜が除去されて拡散接続が行われる。
【００２９】
第３の実施の形態に係る金属接続方法の接続強度の検証を示す。検証に用いた第１金属部材１０及び第２金属部材２０は、図１１に示すように、銅で形成された金属板である。検証方法としては、接続時の振動量と、図１１に示すように、第１金属部材１０及び第２金属部材２０をそれぞれ引っ張ることで求められる引っ張り強度との関係を検証する。検証結果を図１２のグラフに示す。また、第３の実施の形態に係る金属接続方法で求められる接続強度（引っ張り強度）の目標値は、単体強度の６５％以上の値以上となる２１５Ｎとする。接続時の振動量が５０ｍｍ以上である６つのサンプル結果を図１３に示す。図１２及び図１３より、接続時の回転数が９９０ｍｍ以上とした場合には、目標強度である２１５Ｎ以上となり、接続強度が規格以上となることが分かる。
【００３０】
第３の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加圧及び振動することにより拡散接続をするので同種金属及び異種金属間の接続が可能となり、部品材質の制約が減ることにより部品費のコストダウンを図ることができる。
【００３１】
また、第３の実施の形態に係る金属接続方法によれば、工程が単純であり、設備内製化及び加工費を抑えられることにより、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
また、第３の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加熱及び通電等のエネルギー負荷がないため、加工時間が短く経済的である。
【００３３】
また、第３の実施の形態に係る金属接続方法によれば、加圧力、変形量、振動量等を管理することにより品質を保証することができる。
【００３４】
また、第３の実施の形態に係る金属接続方法によれば、管理値（引っ張り強度等）を監視することにより品質を保証することができる。
【００３５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００３６】
例えば、実施の形態で示した第１金属部材１０及び第２金属部材２０としての金属材料は一例であり、その他、種々の導線及び回路等に用いられる金属材料であっても構わない。
【００３７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１０…第１金属部材
２０…第２金属部材
１１，２１…接続部
３０，４０…保持部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続する第１金属部材の接続部と第２金属部材の接続部を向かい合わせて保持する工程と、
それぞれの前記接続部を突き合わせるように加圧することで、前記接続部を変形させて酸化皮膜を除去する工程と、
酸化皮膜を除去した前記接続部同士が拡散接続により接続する工程
とを含むことを特徴とする金属接続方法。
【請求項２】
前記酸化皮膜を除去する工程において、前記第１金属部材を保持して、前記第２金属部材を回転させることを特徴とする請求項１に記載の金属接続方法。
【請求項３】
前記酸化皮膜を除去する工程において、前記第２金属部材を保持して、前記第１金属部材を加圧方向に対して垂直に振動させることを特徴とする請求項１に記載の金属接続方法。

【図１】