特開 2023-33979 金属板材接合方法、金属接合体ならびに金属板材接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023033979

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】金属板材接合方法、金属接合体ならびに金属板材接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

B23K20/00 340

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021139997

(22)【出願日】2021-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】000102500

【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100140501

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 栄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(72)【発明者】

【氏名】高田 一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 光宏

(72)【発明者】

【氏名】谷口 正幸

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA06

4E167AA08

4E167BB04

4E167CA04

(57)【要約】

【課題】複数枚の金属板材同士を接合する際に、金属板材間の接合強度を確保するとともに、接合した金属板材間における有効な導電性を確保する。
【解決手段】本発明に係る金属板材接合方法は、複数枚の金属板材１１、１２同士を接合するための金属板材接合方法であって、複数枚の金属板材１１、１２のそれぞれの貼合面を研磨する研磨ステップと、複数枚の金属板材１１、１２の貼合面同士を貼り合わせる貼合ステップと、複数枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度に加熱する加熱ステップ１１、１２と、複数枚の金属板材１１、１２の外方から、複数枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけピン２０を押し込んで複数枚の金属板材１１、１２を変形させるピン押込ステップと、複数枚の金属板材１１、１２からピン２０を抜き取るピン抜取ステップと、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚の金属板材同士を接合するための金属板材接合方法であって、
前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨する研磨ステップと、
前記複数枚の金属板材の貼合面同士を貼り合わせて固定する貼合ステップと、
前記複数枚の金属板材を所定の加熱温度に加熱する加熱ステップと、
前記複数枚の金属板材の外方から、前記複数枚の金属板材の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけピンを押し込んで前記複数枚の金属板材を変形させるピン押込ステップと、
前記複数枚の金属板材から前記ピンを抜き取るピン抜取ステップと、
を有することを特徴とする金属板材接合方法。

【請求項2】

前記研磨ステップにおいて、前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面に揮発性溶剤を塗布しながら研磨を行うことを特徴とする請求項１に記載の金属板材接合方法。

【請求項3】

前記貼合ステップにおいて、前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面が前記揮発性溶剤により被覆された状態で、前記複数枚の金属板材の貼合面同士を貼り合わせることを特徴とする請求項２に記載の金属板材接合方法。

【請求項4】

前記所定の加熱温度が、１６０℃以上かつ前記複数枚の金属板材の材料である金属の溶融温度未満の範囲内であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の金属板材接合方法。

【請求項5】

前記所定の加熱温度が２２０℃であることを特徴とする請求項４に記載の金属板材接合方法。

【請求項6】

前記ピン押込ステップにおいて、貼り合わせた前記複数枚の金属板材の一方の表面に前記ピンの先端を当接させるとともに、貼り合わせた前記複数枚の金属板材の他方の表面に平板状の裏抑え部材を面接触させた状態で、前記ピンを押し込むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の金属板材接合方法。

【請求項7】

前記ピンの押し込み側に位置する金属板材の硬度が、他の金属板材の硬度よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の金属板材接合方法。

【請求項8】

前記ピンの押し込み側に位置する前記金属板材が銅からなり、前記他の金属板材がアルミニウムからなることを特徴とする請求項７に記載の金属板材接合方法。

【請求項9】

前記ピンの押し込み側に位置する金属板材の厚さＬに対して、前記ピンの押込量がＬ以上かつＬ×５／３以下の範囲内であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の金属板材接合方法。

【請求項10】

前記ピン押込ステップにおいて、貼り合わせた前記複数枚の金属板材の一方の表面および他方の表面の対向する位置のそれぞれに第１ピンの先端及び第２ピンの先端を当接させた状態で、前記第１ピンおよび前記第２ピンの両方を押し込むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の金属板材接合方法。

【請求項11】

前記複数枚の金属板材の総厚さＤに対して、前記第１ピンおよび前記第２ピンのそれぞれの押込量がＤ×１／４以上かつＤ×５／１２以下の範囲内であることを特徴とする請求項１０に記載の金属板材接合方法。

【請求項12】

前記ピンの径が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の金属板材接合方法。

【請求項13】

前記ピンが鋼からなることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の金属板材接合方法。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１項に記載の金属板材接合方法により前記複数枚の金属板材が接合された金属接合体。

【請求項15】

複数枚の金属板材同士を接合するための金属板材接合装置であって、
前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨した後に前記複数枚の金属板材の貼合面同士を貼り合わせた状態を固定するための金属板材固定装置と、
前記金属板材固定装置で固定された前記複数枚の金属板材を所定の加熱温度に加熱するための加熱装置と、
押し込み用のピンを有しており、前記加熱装置で加熱した後、前記金属板材固定装置で固定された前記複数枚の金属板材の外方から、前記複数枚の金属板材の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけ前記ピンを押し込んで前記複数枚の金属板材を変形させ、その後、前記複数枚の金属板材から前記ピンを抜き取るためのピン進退装置と、を備えたことを特徴とする金属板材接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同種または異種の金属板材同士を接合するための金属板材接合方法、当該金属板材接合方法により製造された金属接合体、ならびに同種または異種の金属板材同士を接合するための金属板材接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車載のリチウムイオンバッテリーの接続端子には、正極側にアルミニウム（Ａｌ）からなる板材、負極側に銅（Ｃｕ）からなる板材が用いられており、例えばこれらの端子が電気接続用導体である可撓端子により電気的に接続された構成を有している。例えばアルミニウムからなる可撓端子を用いた場合には、正極側では同種金属（Ａｌ－Ａｌ）を接合し、負極側では異種金属（Ａｌ－Ｃｕ）を接合する必要がある。

【0003】

現状、上記接続端子と可撓端子とを接合した箇所においては、電気抵抗がｍΩオーダーになってしまっているが、この電気抵抗はなるべく小さいことが好ましく、例えばμΩオーダー程度まで低減できることが好ましい。このため、接合した金属間において有効な導電性を確保可能とする金属板材接合方法の開発が求められている。

【0004】

同種または異種の金属板材を接合するための金属板材接合方法として、例えば下記の特許文献１～３の開示技術が知られている。

【0005】

特許文献１には、金属板の冷間圧接方法が開示されている。特許文献１の開示技術によれば、一対の金属板を重ねて重複箇所を形成し、一対のダイスで押圧して両金属板を接合する。一対のダイスの少なくとも一方は突部を有し、この突部の高さを金属板の合計厚さの５０～９５％とする。

【0006】

特許文献２には、冷間圧接方法及び金属接合体が開示されている。特許文献２の開示技術によれば、硬度の小さい第２金属板材の上面に硬度の大きい第１金属板材を重ねた状態で、ダイスの下端の押圧面により第１金属板材の上面を上から押圧する。ダイスの押圧面が第１金属板材の上面を凹ませ、さらにダイスが下降することで、第１金属板材の変形部が第２金属部材の上面を押圧して凹ませる。このように第１および第２金属板材がダイスによって変形させられると、第１金属板材の変形部の下面と第２金属板材の変形部の上面とが、互いに強固に接合（固着）する。

【0007】

特許文献３には、アルミニウム部材と銅部材と拡散接合する異種金属の接合法が開示されている。特許文献３の開示技術によれば、接合すべき金属の接触面を共晶温度以上かつアルミニウムの融点以下の温度に高周波誘導加熱（通電加熱）して接触面に共晶反応による融液相を形成した後、接触面から融液を排出するために接合すべき金属の接触面を加圧して急速に冷却する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５－１５２９１６号公報

【特許文献2】特開２００６－３５２４４号公報

【特許文献3】特公昭６２－５５４７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１および特許文献２には、金属板を冷間圧接する方法である旨が記載されているが、温度に関する条件は何ら規定されていない。また、その他の様々な条件についても、接合した金属間における導電性の確保を考慮したものではない。すなわち、特許文献１および特許文献２には、金属の接合強度を確保するとともに、接合した金属間において有効な導電性を確保する方法が開示されているとは言い難い。

【0010】

また、特許文献３の開示技術では、接合すべき金属の接触面を通電加熱するための高周波誘導加熱装置が必要となるとともに、金属の接触面から融液を排出した後に急速に冷却するための急速冷却装置が必要となり、当該接合方法を実現するための構成が煩雑化および高コスト化する懸念がある。また、接合すべき金属の接触面を通電加熱するため、金属の接触面に酸化物が発生して電気抵抗の増加を招く懸念がある。さらに、通電加熱には大きな電力が必要となり、加熱温度を所望の温度にコントロールすることが難しくなる懸念がある。またさらに、接触面を対象として高周波誘導加熱を行う工程や、金属の接触面から融液を排出した後に急速に冷却する工程等を行う必要があり、当該接合法が複雑になる懸念もある。

【0011】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複数枚の金属板材同士を接合する際に、金属板材間の接合強度を確保するとともに、接合した金属板材間における有効な導電性を確保することが可能な金属板材接合方法、および当該金属板材接合方法により製造された金属接合体、ならびに金属板材同士を接合するための金属板材接合装置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】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明に係る金属板材接合方法は、複数枚の金属板材同士を接合するための金属板材接合方法であって、
前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨する研磨ステップと、
前記複数枚の金属板材の貼合面同士を貼り合わせて固定する貼合ステップと、
前記複数枚の金属板材を所定の加熱温度に加熱する加熱ステップと、
前記複数枚の金属板材の外方から、前記複数枚の金属板材の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけピンを押し込んで前記複数枚の金属板材を変形させるピン押込ステップと、
前記複数枚の金属板材から前記ピンを抜き取るピン抜取ステップと、
を有することを特徴とする。

【0013】

上記の工程によれば、ピンの押込力により複数枚の金属板材を変形させながら当該複数枚の金属板材同士を接合させることができるようになり、金属板材間の接合強度を確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性を確保できるようになる。特に、所定の加熱温度下でピンによる押圧により金属板材同士を接合させることで、接合面に酸化物が発生することを防ぎ、接合部の電気抵抗を極めて低く抑えることができる。その結果、金属板材同士の接合により電気回路を形成する場合に、接合部の接触抵抗を考慮せずに回路設計を行うことができるようになる。

【0014】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記研磨ステップにおいて、前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面に揮発性溶剤を塗布しながら研磨を行ってもよい。

【0015】

上記の工程によれば、研磨によって貼合面上に存在する酸化膜を除去するとともに、揮発性溶剤の塗布によって貼合面を保護し、貼合面に新たな酸化膜が生じることを防げるようになる。

【0016】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記貼合ステップにおいて、前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面が前記揮発性溶剤により被覆された状態で、前記複数枚の金属板材の貼合面同士を貼り合わせてもよい。

【0017】

上記の工程によれば、複数枚の金属板材の貼合面を揮発性溶剤により保護して貼合面に酸化膜が生じないようにした状態で、貼合面同士を貼り合わせることができるようになる。また、揮発性溶剤を用いることにより、貼り合わせた貼合面間に介在する揮発性溶剤を容易に揮発させて、貼合面間における不純物の介在を防ぐことができるようになる。

【0018】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記所定の加熱温度が、１６０℃以上かつ前記複数枚の金属板材の材料である金属の溶融温度未満の範囲内であってもよい。

【0019】

上記の工程によれば、接合後の複数枚の金属板材間の接合強度を十分に確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性を十分に確保できるようになる。

【0020】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記所定の加熱温度が２２０℃であってもよい。

【0021】

上記の工程によれば、接合後の複数枚の金属板材間の接合強度をより好適に確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性をより好適に確保できるようになる。

【0022】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピン押込ステップにおいて、貼り合わせた前記複数枚の金属板材の一方の表面に前記ピンの先端を当接させるとともに、貼り合わせた前記複数枚の金属板材の他方の表面に平板状の裏抑え部材を面接触させた状態で、前記ピンを押し込んでもよい。

【0023】

上記の工程によれば、貼り合わせた複数枚の金属板材の裏側を平板状の裏抑え部材で抑えて膨出することを防ぎながら、表側からピンを押し込むことで複数枚の金属板材同士を接合させることができるようになる。

【0024】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピンの押し込み側に位置する金属板材の硬度が、他の金属板材の硬度よりも高くてもよい。

【0025】

上記の工程によれば、硬度の高い金属板材側から押し込まれたピンの押込力が硬度の低い金属板材に伝達されて硬度の低い金属板材を変形させることができるようになるため、複数枚の金属板材同士をより確実に接合させることができるようになる。

【0026】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピンの押し込み側に位置する前記金属板材が銅からなり、前記他の金属板材がアルミニウムからなってもよい。

【0027】

上記の工程によれば、銅からなる金属板材側から押し込まれたピンの押込力がアルミニウムからなる金属板材に伝達されてアルミニウムからなる金属板材を変形させることができるようになるため、複数枚の金属板材同士をより確実に接合させることができるようになる。

【0028】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピンの押し込み側に位置する金属板材の厚さＬに対して、前記ピンの押込量がＬ以上かつＬ×５／３以下の範囲内であってもよい。

【0029】

上記の工程によれば、ピンの押し込み側に位置する金属板材の厚さＬを基準としてピンの押込量が所定量となるようにして、複数枚の金属板材の変形の程度を調整することで、金属板材間の接合強度を確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性を確保できるようになる。

【0030】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピン押込ステップにおいて、貼り合わせた前記複数枚の金属板材の一方の表面および他方の表面の対向する位置のそれぞれに第１ピンの先端及び第２ピンの先端を当接させた状態で、前記第１ピンおよび前記第２ピンの両方を押し込んでもよい。

【0031】

上記の工程によれば、貼り合わせた複数枚の金属板材の表側および裏側のそれぞれから第１ピンおよび第２ピンを押し込むことで複数枚の金属板材同士を接合させることができるようになる。

【0032】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記複数枚の金属板材の総厚さＤに対して、前記第１ピンおよび前記第２ピンのそれぞれの押込量がＤ×１／４以上かつＤ×５／１２以下の範囲内であってもよい。

【0033】

上記の工程によれば、複数枚の金属板材の厚さＤを基準として第１ピンおよび第２ピンの押込量が所定量となるようにして、複数枚の金属板材の変形の程度を調整することで、金属板材間の接合強度を確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性を確保できるようになる。

【0034】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピンの径が２ｍｍ以上であってもよい。

【0035】

上記の工程によれば、金属板材間の接合強度を十分に確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性を確保できるようになる。

【0036】

本発明に係る金属板材接合方法は、前記ピンが鋼からなってもよい。

【0037】

上記の工程によれば、硬度の高い鋼からなるピンを用いることで、複数枚の金属板材を確実に変形させて接合させることができるようになる。

【0038】

また、本発明によれば、上記の金属板材接合方法により前記複数枚の金属板材が接合された金属接合体が提供される。

【0039】

本発明に係る金属板材接合方法を用いることで、金属板材間の接合強度が十分に確保され、かつ接合した金属板材間において有効な導電性が確保された金属接合体を製造できるようになる。

【0040】

また、上記目的を達成するため、本発明に係る金属板材接合装置は、複数枚の金属板材同士を接合するための金属板材接合装置であって、
前記複数枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨した後に前記複数枚の金属板材の貼合面同士を貼り合わせた状態を固定するための金属板材固定装置と、
前記金属板材固定装置で固定された前記複数枚の金属板材を所定の加熱温度に加熱するための加熱装置と、
押し込み用のピンを有しており、前記加熱装置で加熱した後、前記金属板材固定装置で固定された前記複数枚の金属板材の外方から、前記複数枚の金属板材の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけ前記ピンを押し込んで前記複数枚の金属板材を変形させ、その後、前記複数枚の金属板材から前記ピンを抜き取るためのピン進退装置と、を備えたことを特徴とする。

【0041】

上記の構成によれば、ピンの押込力により複数枚の金属板材を変形させながら当該複数枚の金属板材同士を接合させることができるようになり、金属板材間の接合強度を確保できるとともに、接合した金属板材間において有効な導電性を確保できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本発明の実施形態におけるピン押込パターン１を説明するための斜視図であり、（ａ）は貼り合わせた２枚の金属板材の上方にピンが配置された状態を示す斜視図、（ｂ）は貼り合わせた２枚の金属板材にピンを押し込んだ状態を示す斜視図である。

【図2】図１（ｂ）のＡ－Ａ断面において、ピンの中心軸の片側を示す片側断面図である。

【図3】本発明の実施形態におけるピン押込パターン２を説明するための斜視図であり、貼り合わせた２枚の金属板材にピンを押し込んだ状態を示す斜視図である。

【図4】図３のＢ－Ｂ断面において、ピンの中心軸の片側を示す片側断面図である。

【図5】本発明の実施形態におけるピン押込パターン３を説明するための斜視図であり、貼り合わせた２枚の金属板材にピンを押し込んだ状態を示す斜視図である。

【図6】図５のＣ－Ｃ断面において、ピンの中心軸の片側を示す片側断面図である。

【図7】本発明の実施形態における金属板材の接合工程の一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の実施形態における金属板材接合装置の構成の一例を示す図である。

【図9】（ａ）は実施例４における試験品１３の接合部近傍の断面拡大写真、（ｂ）は実施例４における試験品１４の接合部近傍の断面拡大写真である。

【図10】（ａ）は実施例５における試験品１４の接合部近傍のＳＥＭ写真、（ｂ）はＡｌ（アルミニウム）成分分析画像、（ｃ）はＣｕ（銅）成分分析画像、（ｄ）はＯ（酸素）成分分析画像である。

【図11】実施例６における加熱温度と引き剥がし強度との相関を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0043】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の実施形態に対する理解を容易にするため、便宜上、図示されている各構成要素の寸法や縮尺は実際の寸法や縮尺とは異なる場合がある。

【0044】

＜本発明の概要＞
本発明は、ピン（押し込み用のピン）の押圧によって同種または異種の複数枚の金属板材同士を接合するものである。以下では、２枚の金属板材を接合する場合について説明するが、本発明によれば、３枚以上の金属板材を接合することも可能である。

【0045】

本発明の実施形態におけるピン押し込み方法として、例えば下記のピン押込パターン１～３を用いることができる。

【0046】

（ピン押込パターン１）
図１（ａ）、（ｂ）および図２を参照しながら、本発明の実施形態におけるピン押込パターン１について説明する。図１（ａ）は、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２の上方にピン２０が配置された状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２にピン２０を押し込んだ状態を示す斜視図である。また、図２は、図１（ｂ）のＡ－Ａ断面において、ピン２０の中心軸の片側を示す片側断面図である。図２には、ピン２０の中心軸に対して図面右側のみ図示されているが、左右対称であり図面左側も同様の構成となっている。

【0047】

なお、説明を明瞭にするため、ピン２０の先端２０ａを当接させてピン２０を直接押し込む側の金属板材を第１金属板材１１と記載し、ピン２０に対して第１金属板材１１の下層に配置され、ピン２０の先端２０ａを当接させない側の金属板材を第２金属板材１２と記載することがある。また、第１金属板材１１において、ピン２０の押し込み時にピン２０の先端２０ａを当接させる面を第１金属板材１１の上面１１ａと記載し、当該上面１１ａと対向する裏側の面を第１金属板材１１の下面１１ｂと記載することがある。さらに、第１金属板材１１の下面１１ａと接触する面を第２金属板材１２の上面１２ａと記載し、第２金属板材１２の上面１２ａと対向する裏側の面を第２金属板材１２の下面１２ｂと記載することがある。

【0048】

図１（ａ）に示すように、２枚の金属板材１１、１２を準備し、これらの金属板材１１、１２を貼り合わせた状態とする。ここでは一例として、２枚の金属板材１１、１２を接合する場合について説明するが、３枚以上の金属板材を同様に貼り合わせて接合することも可能である。本明細書における「貼り合わせ」とは、２枚の金属板材１１、１２を重ね合わせて面接触させることを意味する。

【0049】

２枚の金属板材１１、１２は、同種金属（例えば、両方ともアルミニウム製）からなるものであってもよく、異種金属（例えば、一方がアルミニウム製、他方が銅製）かなるものであってもよい。２枚の金属板材１１、１２が異種金属からなるものである場合には、相対的に硬度の高い金属板材を第１金属板材１１とし、相対的に硬度の低い金属板材を第２金属板材１２として、第１金属板材１１の硬度が第２金属板材１２の硬度よりも高くなるように配置することが好ましい。すなわち、ピン２０を押し込む際に高硬度の第１金属板材１１側からピン２０を押し込むことが好ましく、これにより、第１金属板材１１が第２金属板材１２を適切に変形させることができるようになる。

【0050】

２枚の金属板材１１、１２は、貼り合わせる前に、貼合面（第１金属板材１１の下面１１ａと第２金属板材１２の上面１２ａ）同士が隙間なく面接触するように加工され、貼合面上に形成されている酸化膜が除去される。第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１２の上面１２ａは、例えば研磨によって、滑らかで平坦な面に加工されるとともに酸化膜が除去されてもよく、さらに、無水アルコール等の揮発性溶剤により被覆された状態で貼り合わされてもよい。

【0051】

図１（ｂ）に示すように、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせた状態とした後、２枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向（ピン押込方向Ｐ）からピン２０を押し込み、２枚の金属板材１１、１２を変形させることで２枚の金属板材１１、１２を接合する。ピン２０は、例えば鋼（ハイス鋼）等の硬度の高い金属からなる細径長尺部材である。ピン２０の直胴部の直径は、２ｍｍ以上であることが好ましい。また、ピン２０の先端２０ａは、第１金属板材１１の内部にピン２０が穿入しやすいようにテーパ状に加工されていてもよい。

【0052】

２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０を押し込む際に、２枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度となるように加熱しておくことが好ましい。所定の加熱温度は、１６０℃以上かつ２枚の金属板材１１、１２の材料である金属の溶融温度（融点）未満の範囲内であることが好ましく、２２０℃であることが特に好ましい。

【0053】

２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０を押し込んだ際には、まずピン２０の先端２０ａが第１金属板材１１に当接し、ピン２０を押し込むことでピン２０の押圧により第１金属板材１１が変形する。

【0054】

さらにピン２０を押し込むと、ピン２０の押圧により、第１金属板材１１はピン押込方向Ｐに膨らむように変形する。このピン２０の押圧は第１金属板材１１を通じて第２金属板材１２に伝達され、第２金属板材１２もピン押込方向Ｐに膨らむように変形する。ピン２０の押込量は、２枚の金属板材１１、１２をピン２０が貫通せずに、かつ、２枚の金属板材１１、１２を接合することが可能な適切な量に制御されることが好ましい。ピン２０の押込量は、例えば、第１金属板材１１の厚さＬに対して、Ｌ以上かつＬ×５／３以下の範囲内であることが好ましい。

【0055】

図２の片側断面図には、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０を十分に押し込んだ状態が模式的に示されている。図２に示すように、ピン２０を押し込んだ場合には、第１金属板材１１はピン２０の押圧によってピン押込方向Ｐに膨らむように変形する。また、ピン２０の押圧は第１金属板材１１を介して第２金属板材１２に伝達され、第２金属板材１２も同様にピン押込方向Ｐに膨らむように変形する。

【0056】

第１金属板材１１の下面１１ｂにおいてピン２０の押圧が掛かった領域では下面１１ｂが広がり、第１金属板材１１の内部から新たな面が下面１１ｂに露出する。同様に、第２金属板材１１の上面１２ａにおいてピン２０の押圧が掛かった領域では上面１２ａが広がり、第２金属板材１２の内部から新たな面が上面１２ａに露出する。第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１１の上面１２ａには、ピン２０の押圧により加圧された領域がÅオーダーで近接して金属結合（原子間結合）し、接合面１５が形成される。接合面１５は、十分な接合強度を有しており、さらに、電気を通す部分のみを接合させることができるものである。また、この接合面１５には酸化物が発生せず、接合面１５における電気抵抗を極めて低く抑えることができる。

【0057】

ピン２０を抜き取ると、２枚の金属板材１１、１２が接合面１５で接合された金属接合体が得られる。金属接合体は、接合面１５において物理的及び電気的に接続されており、これにより、２枚の金属板材１１、１２の物理的な接合強度と有効な導電性が確保されている。ピン押込パターン１で得られる金属接合体は、第１金属板材１１の上面１１ａにピン２０の押し込みによる凹陥状痕が形成され、第２金属板材１２の下面１２ｂが下方に膨出した状態となる。

【0058】

（ピン押込パターン２）
図３および図４を参照しながら、本発明の実施形態におけるピン押込パターン２について説明する。図３は、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２にピン２０を押し込んだ状態を示す斜視図である。また、図４は、図３のＢ－Ｂ断面において、ピン２０の中心軸の片側を示す片側断面図である。図４には、ピン２０の中心軸に対して図面右側のみ図示されているが、左右対称であり図面左側も同様の構成となっている。

【0059】

ピン押込パターン２は、上述したピン押込パターン１と比較して、第２金属板材１２の下方に裏抑え板材３０を設ける点で異なっている。裏抑え板材３０は、例えば鋼（ハイス鋼）等の硬度の高い金属からなる平板部材であり、裏抑え板材３０の上面３０ａは、第２金属板材１２の下面１２ｂと隙間なく面接触できるように加工されている。裏抑え板材３０は、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせた状態としたときに、第２金属板材１２の下面１２ｂに裏抑え板材３０の上面３０ａを面接触させるように配置される。なお、３枚以上の金属板材を貼り合わせた場合には、最下層に位置する金属板材の下面に裏抑え板材３０の上面３０ａを面接触させるように配置すればよい。

【0060】

図３に示すように、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせ、さらに、第２金属板材１２の下面に裏抑え板材３０の上面３０ａを面接触させた状態とした後、２枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向（ピン押込方向Ｐ）からピン２０を押し込み、２枚の金属板材１１、１２を変形させることで２枚の金属板材１１、１２を接合する。このとき、上述したピン押込パターン１と同様に、２枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度となるように加熱しておくことが好ましい。

【0061】

２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０を押し込んだ際には、まずピン２０の先端２０ａが第１金属板材１１に当接し、ピン２０を押し込むことでピン２０の押圧により第１金属板材１１が変形する。

【0062】

さらにピン２０を押し込むと、ピン２０の押圧により、第１金属板材１１はピン押込方向Ｐに膨らむように変形する。このピン２０の押圧は第１金属板材１１を通じて第２金属板材１２に伝達され、第２金属板材１２も変形する。ピン２０の押込量は、上述したピン押込パターン１と同様に、２枚の金属板材１１、１２をピン２０が貫通せずに、かつ、２枚の金属板材１１、１２を接合することが可能な適切な量に制御されることが好ましい。

【0063】

上述のピン押込パターン１では、第２金属板材１２はピン押込方向Ｐに膨らむように変形し、第２金属板材１２の下面１２ｂは下方に膨出する。これに対して、ピン押込パターン２では、裏抑え板材３０により第２金属板材１２の下面１２ｂが下方に膨出しないようになっている。

【0064】

図４の片側断面図には、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０を十分に押し込んだ状態が模式的に示されている。図４に示すように、ピン２０を押し込んだ場合には、第１金属板材１１はピン２０の押圧によってピン押込方向Ｐに膨らむように変形する。また、ピン２０の押圧は第１金属板材１１を介して第２金属板材１２に伝達され、第２金属板材１２も変形する。第２金属板材１２には下面１２ｂが下方に膨出する力が働くが、裏抑え板材３０が存在することで、裏抑え板材３０から第２金属板材１２に押し戻す力（反作用力）が生じる。その結果、第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１１の上面１２ａは、上述したピン押込パターン１よりも強い力で加圧されるようになる。第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１１の上面１２ａには、ピン２０の押圧により加圧された領域がÅオーダーで近接して金属結合（原子間結合）し、接合面１５が形成される。

【0065】

ピン２０を抜き取ると、２枚の金属板材１１、１２が接合面１５で接合された金属接合体が得られる。金属接合体は、接合面１５において物理的及び電気的に接続されており、これにより、２枚の金属板材１１、１２の物理的な接合強度と有効な導電性が確保されている。ピン押込パターン２で得られる金属接合体は、第１金属板材１１の上面１１ａにピン２０の押し込みによる凹陥状痕が形成された状態となるが、上述したピン押込パターン１とは異なり、第２金属板材１２の下面１２ｂは平坦な面のままである。

【0066】

（ピン押込パターン３）
図５および図６を参照しながら、本発明の実施形態におけるピン押込パターン３について説明する。図５は、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２にピン２０、２１を押し込んだ状態を示す斜視図である。また、図６は、図５のＢ－Ｂ断面において、ピン２０、２１の中心軸の片側を示す片側断面図である。図６には、ピン２０、２１の中心軸に対して図面右側のみ図示されているが、左右対称であり図面左側も同様の構成となっている。

【0067】

ピン押込パターン３は、上述したピン押込パターン１と比較して、さらに第２金属板材１２の下面１２ｂ側からピン２１を押し込む点で異なっている。なお、説明を明瞭にするため、２本のピン２０、２１について、第１金属板材１１の上面１１ａ側から押し込むピンを第１ピン２０と記載し、第２金属板材１２の下面１２ｂ側から押し込むピンを第２ピン２１と記載することがある。

【0068】

第２ピン２１は、第１ピン２０と同様の寸法、形状および材質のものを用いることができる。第２ピン２１は、第１ピン２０と軸線が一致し、第２ピン２１の先端２１ａが第２金属板材１２の下面１２ｂに向かうように配置される。すなわち、第２ピン２１は、２枚の金属板材１１、１２を挟んで第１ピン２０と対称な位置に配置される。

【0069】

図５に示すように、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせた状態とした後、２枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向（ピン押込方向Ｐ、Ｑ）からピン２０、２１を同時に押し込み、２枚の金属板材１１、１２を変形させることで２枚の金属板材１１、１２を接合する。このとき、上述したピン押込パターン１と同様に、２枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度となるように加熱しておくことが好ましい。

【0070】

第１ピン２０に関しては、まずピン２０の先端２０ａが第１金属板材１１に当接し、第１ピン２０を押し込むことで第１ピン２０の押圧により第１金属板材１１が変形する。第２ピン２１に関しては、まず第２ピン２１の先端２１ａが第２金属板材１２に当接し、第２ピン２１を押し込むことで第２ピン２１の押圧により第２金属板材１２が変形する。

【0071】

さらにピン２０、２１を押し込むと、第１金属板材１１にはピン押込方向Ｐに膨らむように変形する力が働き、第２金属板材１２にはピン押込方向Ｑに膨らむように変形する力が働くが、第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１１の上面１２ａからなる貼合面には、ピン押込方向Ｐ、Ｑから上下対称の力が掛かる。その結果、第１金属板材１１および第２金属板材１２は、貼合面の位置がほとんど変わらない状態で変形する。ピン２０、２１の押込量は、２枚の金属板材１１、１２内で、第１ピン２０の先端２０ａと第２ピン２１の先端２１ａが接触せずに、かつ、２枚の金属板材１１、１２を接合することが可能な適切な量に制御されることが好ましい。ピン２０、２１のそれぞれの押込量は、ピン押込パターン１におけるピン２０の押込量の半分程度とし、例えば、２枚の金属板材の総厚さ（２枚の金属板材全体の厚さ）Ｄに対して、Ｄ／４以上かつＤ×５／１２以下の範囲内であることが好ましい。

【0072】

図６の片側断面図には、貼り合わせた２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０、２１を十分に押し込んだ状態が模式的に示されている。図６に示すように、ピン２０、２１を押し込んだ場合には、２枚の金属板材１１、１２の貼合面に向かって、上方から第１ピン２０が押し込まれ、下方から第２ピン２１が押し込まれる。その結果、第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１１の上面１２ａは、上述したピン押込パターン１よりも強い力で加圧されるようになる。第１金属板材１１の下面１１ｂおよび第２金属板材１１の上面１２ａには、ピン２０、２１の押圧により加圧された領域がÅオーダーで近接して金属結合（原子間結合）し、接合面１５が形成される。

【0073】

ピン２０、２１を抜き取ると、２枚の金属板材１１、１２が接合面１５で接合された金属接合体が得られる。金属接合体は、接合面１５において物理的及び電気的に接続されており、これにより、２枚の金属板材１１、１２の物理的な接合強度と有効な導電性が確保されている。ピン押込パターン３で得られる金属接合体は、第１金属板材１１の上面１１ａに第１ピン２０の押し込みによる凹陥状痕が形成され、第２金属板材１２の下面１２ｂに第２ピン２１の押し込みによる凹陥状痕が形成された状態となる。

【0074】

＜金属板材接合方法の工程例＞
次に、図７を参照しながら、本実施形態における金属板材の接合工程の一例について説明する。図７は、本実施形態における金属板材の接合工程の一例を示すフローチャートである。

【0075】

まず、接合対象となる２枚の金属板材１１、１２を準備する（ステップＳ１０１：２枚の金属板材の準備工程）。２枚の金属板材１１、１２は、一例として、リチウムイオンバッテリーの接続端子であり、同種金属（例えば、両方ともアルミニウム）からなるものであってもよく、異種金属（例えば、一方がアルミニウム、他方が銅）からなるものであってもよい。２枚の金属板材１１、１２のそれぞれの厚さ（板厚）は特に限定されるものではない。

【0076】

次いで、２枚の金属板材１１、１２のそれぞれの貼合面を研磨する（ステップＳ１０２：貼合面の研磨工程）。研磨方法は、貼合面同士が隙間なく面接触し、かつ、貼合面上に形成されている酸化膜を除去できる方法であれば特に限定されるものではない。一例として、紙やすり等を用いてそれぞれの貼合面を所定時間研磨してもよい。

【0077】

また、２枚の金属板材１１、１２のそれぞれの貼合面を研磨する際には、それぞれの貼合面に揮発性溶剤を塗布しながら研磨してもよい。揮発性溶剤を塗布しながら研磨することで、研磨により新たに現れる面を揮発性溶剤で保護して外気に曝さないようにすることができ、貼合面上における新たな酸化膜の生成を防ぐことができる。揮発性溶剤は、容易に気化することが可能な有機溶剤等であれば特に限定されるものではないが、例えば無水アルコール、アセトン、エーテル等を用いることができ、特に取り扱い性に優れる無水アルコールを用いることが好ましい。

【0078】

研磨が完了した後、２枚の金属板材１１、１２のそれぞれの貼合面を密着させるように貼り合わせて固定する（ステップＳ１０３：貼合面の貼合工程）。

【0079】

揮発性溶剤を塗布して貼合面を保護しながら研磨した場合には、それぞれの貼合面が揮発性溶剤により被覆された状態（すなわち、貼合面が揮発性溶剤により濡れた状態）を維持しながら２枚の金属板材を貼り合わせることが好ましい。これにより、貼合面が外気に曝されず、貼合面上における新たな酸化膜の生成を防ぎながら貼合面同士を面接触させることができる。

【0080】

次いで、２枚の金属板材１１、１２の貼合面同士を密着させた状態で、２枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度に加熱する（ステップＳ１０４：加熱工程）。２枚の金属板材１１、１２の加熱温度は、１６０℃以上かつ２枚の金属板材１１、１２の材料である金属の溶融温度未満の範囲内であることが好ましく、２２０℃であることが特に好ましい。２枚の金属板材１１、１２が異種金属からなる場合には、溶融温度の低いほうの金属の溶融温度が上限となる。

【0081】

２枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度に加熱した後、２枚の金属板材１１、１２に対してピン２０を押し込んで、２枚の金属板材１１、１２を変形させる（ステップＳ１０５：ピンの押込工程）。具体的には、ステップS１０５のピンの押込工程においては、２枚の金属板材１１、１２の外方から、２枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけピンを押し込んで２枚の金属板材１１、１２を変形させる。

【0082】

ピン２０を押し込む方法としては、上述したピン押込パターン１～３のいずれであってもよい。ピン押込パターン１の場合には、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせた状態で、第１金属板材１１の上面１１ａにピン２０の先端２０ａを当接させ、第１金属板材１１側からピン２０を所定の押込量だけ押し込む。ピン押込パターン２の場合には、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせた状態にするとともに第２金属板材１２の下側に裏抑え板材３０を面接触させた状態で、第１金属板材１１の上面１１ａにピン２０の先端２０ａを当接させ、第１金属板材１１側からピン２０を所定の押込量だけ押し込む。ピン押込パターン３の場合には、２枚の金属板材１１、１２を貼り合わせた状態で、第１金属板材１１の上面１１ａに第１ピン２０の先端２０ａを当接させるとともに、第２金属板材１２の下面１２ｂの第１ピン２０と対向する位置に第２ピン２１の先端２１ａを当接させて、第１金属板材１１側から第１ピン２０を所定の押込量だけ押し込むとともに、第２金属板材１２側から第２ピン２１を所定の押込量だけ押し込む。

【0083】

次いで、２枚の金属板材１１、１２からピン２０（ピン押込パターン３の場合に２本のピン２０、２１）を抜き取る（ステップＳ１０６：ピンの抜取工程）。これにより、２枚の金属板材１１、１２が接合面１５で接合された金属接合体が得られる。ピン２０（または２本のピン２０、２１）を所定の押込量だけ押し込んでから抜き取るまでの時間は、特に限定されるものではない。

【0084】

上記の金属板材接合方法によれば、２枚の金属板材１１、１２の物理的な接合強度と有効な導電性が確保された金属接合体を得ることができる。特に、接合面１５において酸化膜の発生を防ぐことができ、接合面１５における抵抗値を極めて低く抑えて、２枚の金属板材１１、１２間の導電性が極めて高い金属接合体を得ることができる。その結果、金属板材同士の接合により電気回路を形成する場合に、接合部の接触抵抗を考慮せずに回路設計を行うことができるようになる。また、極めて高い導電性を実現できるため、電流が流れる際に発生する発熱を抑えることもできるようになる。

【0085】

＜金属板材接合装置の構成例＞
次に、図８を参照しながら、本実施形態における金属板材接合装置１００の構成例について説明する。図８は、本実施形態における金属板材接合装置１００の構成の一例を模式的に示す図である。

【0086】

図８に示す金属板材接合装置１００は、金属板材固定装置１１０、ピン進退装置１２０、加熱装置１３０により構成されている。

【0087】

金属板材固定装置１１０は、２枚の金属板材１１、１２のそれぞれの貼合面を研磨した後に２枚の金属板材１１、１２の貼合面同士を貼り合わせた状態を固定する機能を有している。

【0088】

金属板材固定装置１１０は、一例として、２枚の金属板材１１、１２を挟み込んで固定することが可能なクランプであってもよい。図８に示す金属板材固定装置１１０は、２枚の金属板材１１、１２を載置可能な下部クランプ部材１１１と、下部クランプ部材１１１に対して昇降可能な上部クランプ部材１１２とにより構成されており、下部クランプ部材１１１と上部クランプ部材１１２との間に２枚の金属板材１１、１２を挟みこんで固定できるようになっている。なお、ピン押込パターン２の場合には、金属板材固定装置１１０は、２枚の金属板材１１、１２に加えて、第２金属板材１２の下側に配置された裏抑え板材３０を一緒に挟み込んで固定できるように構成されていてもよい。

【0089】

ピン進退装置１２０は、押し込み用のピン２０を有しており、当該ピン２０を２枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向に進退させる機能を有している。具体的には、ピン進退装置１２０は、金属板材固定装置１１０で固定された２枚の金属板材１１、１２の外方から、２枚の金属板材１１、１２の貼合面に対して略垂直方向に所定の押込量だけピン２０を押し込んで２枚の金属板材１１、１２を変形させることが可能なように構成されている。また、ピン進退装置１２０は、２枚の金属板材１１、１２にピン２０を押し込んだ後、２枚の金属板材１１、１２からピン２０を抜き取ることが可能なように構成されている。

【0090】

図８に示すピン進退装置１２０は、一例として、スクリュー部材１２１により構成されている。スクリュー部材１２１は、金属板材固定装置１１０の上部クランプ部材１１２に貫通螺合する部材であり、旋回することで上部クランプ部材１１２に対して相対的に進退可能なように構成されている。また、スクリュー部材１２１の先端には、下部クランプ部材１１１に載置された２枚の金属板材１１、１２に対して略垂直方向に配向された押し込み用のピン２０が設けられている。この構成により、ピン進退装置１２０は、下部クランプ部材１１１と上部クランプ部材１１２により挟んで固定した２枚の金属板材１１、１２に対して、ピン２０を押し込んだり抜き取ったりすることができるようになっている。なお、ピン押込パターン３の場合には、ピン進退装置１２０は、第２金属板材１２の下面１２ｂ側から第２ピン２１を押し込むことが可能な第２ピン２１の進退機構を備えている。第２ピン２１の進退機構は、第１ピン２０の進退機構と同様の構成とすればよい。

【0091】

加熱装置１３０は、金属板材固定装置１１０で固定された２枚の金属板材１１、１２を所定の加熱温度に加熱する機能を有している。なお、図示を明瞭にするため、図８では加熱装置１３０を点線で表している。

【0092】

加熱装置１３０は、一例として、２枚の金属板材１１、１２を固定した金属板材固定装置１１０およびピン進退装置１２０全体を収納して加熱することが可能な加熱炉であってもよく、これにより、他方式に比べて大きな電力を必要とせずに加熱を行うことが可能となる。２枚の金属板材１１、１２を含む金属板材固定装置１１０およびピン進退装置１２０全体を加熱炉に入れて加熱することで、２枚の金属板材１１、１２を同一温度に均一に加熱することができ、２枚の金属板材１１、１２の加熱温度を容易かつ正確にコントロールすることができる。なお、ピン押込パターン２の場合には、加熱装置１３０は、２枚の金属板材１１、１２に加えて、第２金属板材１２の下側に配置された裏抑え板材３０を一緒に加熱してもよい。

【実施例0093】

以下、本発明に関する実施例に基づいて具体的な説明を行うが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない

【0094】

（実施例１：Ａｌ－Ａｌ接合試験）
実施例１のＡｌ－Ａｌ接合試験では、試験用部材として、下記の複数の金属板材を準備した。
各金属板材の材質：Ａｌ（Ａ１１００）
各金属板材のサイズ：横６０ｍｍ×縦３０ｍｍ×板厚３ｍｍ

【0095】

また、押し込み用のピンとして、下記の複数のピンを準備した。
各ピンの直径：φ３．０ｍｍ、φ４．０ｍｍ
各ピンの長さ：４ｍｍ
各ピンの材質：鋼

【0096】

実施例１のＡｌ－Ａｌ接合試験では、同種金属からなる２枚の金属板材（両方ともＡｌ製）について、上述した金属板材接合方法（図７参照）に基づいて、研磨、加熱温度、ピン径、ピン押込量、ピン押込パターンの各条件を変えて２枚の金属板材を接合し、試験品（金属接合体）を得た。

【0097】

実施例１のＡｌ－Ａｌ接合試験では、貼合面の研磨を行う場合には、貼合面（研磨面）に無水アルコールを塗布しながら研磨を行い、貼合面が外気に曝されないようにしながら貼合面を貼り付けた。また、加熱を行う場合には、所定の加熱温度に設定した加熱炉を用いて加熱を行い、貼り合わせた２枚の金属板材および裏抑え板材全体を加熱炉内に収容して、全体が均一に加熱温度となるように加熱した。また、ピン押込パターンについては、上述したピン押込パターン１～３を採用し、ピン押込パターン３の場合には、下層の金属板材の下面側に鋼製の裏抑え板材を配置した。

【0098】

各試験品について、２枚の金属板材が剥がれずに接合できているもの（十分な接合強度）を「○」、２枚の金属板材が剥がれてしまい接合できていないもの（不十分な接合強度）を「×」と評価した。また、接合した試験品について、接合面の断面横方向の距離である接合部距離を測定した。各試験品１～６に係る条件、接合部距離および評価結果を下記の表１に示す。

【0099】

【表1】

【0100】

表１より、試験品１～４は、２枚の金属板材間で金属結合が確実に行われて接合状態が良好であるが、試験品５、６は、２枚の金属板材間の金属結合が十分に行われず接合状態が不良であることがわかる。

【0101】

研磨条件について、試験品３、６が研磨の有無を除いて同一条件で得られたものである。試験品３、６を比較した場合、研磨を行うと良好な接合状態の試験品３が得られ、一方、研磨を行わないと不良な接合状態の試験品６が得られることがわかる。このことから、２枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨しないと接合状態が良好とならず、２枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨することで接合状態が良好となることがわかる。

【0102】

加熱温度について、試験品２、５が加熱温度の差異を除いて同一条件で得られたものである。試験品２、５を比較した場合、加熱温度２２０℃で加熱を行うと良好な接合状態の試験品２が得られ、一方、加熱を行わない（常温にて処理）と不良な接合状態の試験品５が得られることがわかる。このことから、加熱を行わないと接合状態が不良となり、加熱温度２２０℃とすることで接合状態が良好となることがわかる。

【0103】

ピンの直径について、試験品１、２がピンの直径の差異を除いて同一条件で得られたものである。ピンの直径２．０ｍｍ、３．０ｍｍのいずれの場合においても、接合状態が良好な試験品１および試験品２が得られることがわかる。このことから、少なくともピンの直径が２．０ｍｍ～３．０ｍｍの範囲である場合に、接合状態が良好となることがわかる。

【0104】

ピンの押し込み方向について、試験品２～４がピン押込パターンの差異を除いて同一条件で得られたものである。ピン押込パターン１～３のいずれの場合においても、接合状態が良好な試験品２～４が得られることがわかる。このことから、ピン押込パターン１～３のいずれの方法も有効であり、接合状態が良好となることがわかる。

【0105】

また、接合状態が良好な試験品２～４の接合部距離を比較した場合、ピン押込パターン２により作成した試験品３の接合部距離が最も長く、最も大きな接合面を有していることがわかる。このことから、ピン押込パターン１～３の中からピン押込パターン２を採用した場合に、接合状態が最も良好となることがわかる。

【0106】

（実施例２：加熱伸張接合試験）
実施例２の加熱伸張接合試験では、試験用部材として、下記の複数の金属板材を準備した。
各金属板材の材質：Ａｌ（Ａ１１００）、Ｃｕ（Ｃ１０２０）
各金属板材のサイズ：横６０ｍｍ×縦３０ｍｍ×板厚３ｍｍ

【0107】

また、押し込み用のピンとして、下記の複数のピンを準備した。
各ピンの直径：φ２．０ｍｍ、φ３．０ｍｍ、φ４．０ｍｍ、φ５．０ｍｍ
各ピンの長さ：４ｍｍ
各ピンの材質：鋼

【0108】

実施例２の加熱伸張接合試験では、異種金属からなる２枚の金属板材（一方がＡｌ製、他方がＣｕ製）について、上述した金属板材接合方法（図７参照）に基づいて、研磨、加熱温度、ピン径、ピン押込量、ピンの押し込み方向の各条件を変えて２枚の金属板材を接合し、試験品（金属接合体）を得た。

【0109】

実施例２の加熱伸張接合試験では、上述したピン押込パターン２を採用し、下層の金属板材の下面側に鋼製の裏抑え板材を配置した。また、貼合面の研磨を行う場合には、貼合面（研磨面）に無水アルコールを塗布しながら研磨を行い、貼合面が外気に曝されないようにしながら貼合面を貼り付けた。また、所定の加熱温度に設定した加熱炉を用いて加熱を行い、貼り合わせた２枚の金属板材および裏抑え板材全体を加熱炉内に収容して、全体が均一に加熱温度となるように加熱した。

【0110】

各試験品について、２枚の金属板材が剥がれずに接合できているもの（十分な接合強度）を「○」、２枚の金属板材が剥がれてしまい接合できていないもの（不十分な接合強度）を「×」と評価した。各試験品１１～２０に係る条件、ピン押し込み荷重（シミュレーション値）および評価結果を下記の表２に示す。

【0111】

【表2】

【0112】

表２より、試験品１３～１６、１８、１９は、２枚の金属板材間で金属結合が確実に行われて接合状態が良好であるが、試験品１１、１２、１７、２０は、２枚の金属板材間の金属結合が十分に行われず接合状態が不良であることがわかる。

【0113】

研磨条件について、試験品１６、１７が研磨の有無を除いて同一条件で得られたものである。試験品１６、１７を比較した場合、研磨を行うと良好な接合状態の試験品１６が得られ、一方、研磨を行わないと不良な接合状態の試験品１７が得られることがわかる。このことから、２枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨しないと接合状態が良好とならず、２枚の金属板材のそれぞれの貼合面を研磨することで接合状態が良好となることがわかる。

【0114】

加熱温度について、試験品１４、２０が加熱温度の差異を除いて同一条件で得られたものである。試験品１４、２０を比較した場合、加熱温度２２０℃で加熱を行うと良好な接合状態の試験品１４が得られ、一方、加熱温度１１０℃で加熱を行うと不良な接合状態の試験品２０が得られることがわかる。このことから、加熱温度１１０℃の加熱では接合状態が不良となり、加熱温度２２０℃とすることで接合状態が良好となることがわかる。

【0115】

ピンの直径について、ピンの直径２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍのいずれの場合においても、接合状態が良好な試験品１３～１６、１８、１９が得られることがわかる。このことから、少なくともピンの直径が２．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲である場合に、接合状態が良好となることがわかる。

【0116】

ピンの押込量について、ピンの押込量３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍのいずれの場合においても、接合状態が良好な試験品１３～１６、１８、１９が得られることがわかる。このことから、少なくともピンの押込量が３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲（金属板材の板厚Ｌ＝３．０ｍｍに対して、Ｌ～Ｌ×５／３の範囲）である場合に、接合状態が良好となることがわかる。

【0117】

ピンの押し込み方向について、試験品１１、１３はピンの押し込み方向の差異を除いて同一条件で得られたものであり、試験品１２、１４がピンの押し込み方向の差異を除いて同一条件で得られたものである。試験品１１、１３を比較した場合、および、試験品１２、１４を比較した場合、Ｃｕ製の金属板材側からピンの押し込みを行うと良好な接合状態の試験品１３、１４が得られ、一方、Ａｌ製の金属板材側からピンの押し込みを行うと不良な接合状態の試験品１１、１２が得られることがわかる。このことから、ピンを押し込む際には、高硬度のＣｕ製の金属板材側からピンを押し込むことで、接合状態が良好となることがわかる。

【0118】

（実施例３：引き剥がし強度測定試験）
実施例３の引き剥がし強度測定試験では、上述した加熱伸張接合試験で作成された試験品１３、１４、１８を試験対象品として準備した。接合された２枚の金属板材のそれぞれを挟持して接合面に対して略垂直方向に引っ張り、２枚の金属板材が剥がれた時点での引き剥がし強度を測定することが可能な引き剥がし強度測定装置を用いて、試験品１３、１４、１８の引き剥がし強度を測定した。２枚の金属板材が剥がれた面を目視して、引き剥がし面の状態を観察した。

【0119】

さらに、単位面積当たりの純アルミニウムの引き剥がし強度を参考にして、各試験品１３、１４、１８の引き剥がし強度および引き剥がし面の状態から、各試験品１３、１４、１８の接合面の面積（接合面積）を計算により求めた。具体的には、各試験品１３、１４、１８の接合面積は、引き剥がし強度を単位面積当たりの純アルミニウムの引き剥がし強度で除した値として計算した。各試験品１３、１４、１８の引き剥がし強度、引き剥がし面の状態、接合面積を下記の表３に示す。

【0120】

【表3】

【0121】

表３より、試験品１４の引き剥がし強度が最も高く、次いで、試験品１８の引き剥がし強度が高く、試験品１３の引き剥がし強度が最も低いことがわかる。すなわち、２枚の金属板材の接合強度に関して、試験品１４の接合強度が最も高く、次いで、試験品１８の接合強度が高く、試験品１３の接合強度が最も低いことがわかる。

【0122】

試験品１３、１４を比較した場合、ピンの押込量が大きい試験品１４のほうが、ピンの押込量が小さい試験品１３よりも接合強度が高いことがわかる。また、試験品１４、１８を比較した場合、ピンの直径が大きい試験品１４のほうが、ピンの直径が小さい試験品１８よりも接合強度が高いことがわかる。

【0123】

接合面積について試験品１３、１４、１８を比較した場合、試験品１４の接合面積が最も高く、次いで、試験品１８の接合面積が高く、試験品１３の接合面積が最も低いことがわかる。接合面積は、貼合面において金属板材の内部から露出した新たな面が多いほど大きくなり、接合面における接合強度だけではなく、接合面における導電性に寄与するものである。試験品１３、１４、１８の中では、接合面積の最も大きい試験品１４が、最も接合強度が高く、かつ、最も導電性が高いものであると考えられる。このことから、押し込み時に用いられるピンの直径がより大きく、かつ、ピンの押込量がより大きい場合のほうが、得られる金属接合体の接合強度および導電性を確保できることが推定できる。

【0124】

また、接合面においてしっかりと接合している領域が多い場合には、接合面間の接合強度が高くなることから、引き剥がした際に接合面が剥離せずに接合したままの状態となる。銅製の金属板材側の全面にアルミニウムが付着した試験品１４やアルミニウム製の金属板材側の全面に銅が付着した試験品１８は、接合面が剥離せずに接合したまま残っており、銅製の金属板材側にアルミニウムがまばらに付着した試験品１３に比べて、接合面が強固に接合されていると推定できる。さらに、接合面においてしっかりと接合している領域が多い場合には、接合面における抵抗値が低くなり、金属板材間の導電性が高くなると推定できる。

【0125】

（実施例４：接合部の伸張率に係る検討）
実施例４の接合部の伸張率に係る検討では、上述した加熱伸張接合試験で作成された試験品１３、１４について、接合部の伸張率を観察して評価した。

【0126】

図９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ試験品１３、１４の接合部近傍の断面拡大写真である。接合面はピンの押圧により下方に膨出して円弧状に湾曲しており、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、湾曲した接合面の湾曲部寸法ＡＲと、接合面の端部間を結ぶ接合部距離ＣＨ（円弧状に湾曲した接合面の弦の寸法）を計測することができる。接合部の伸張率は、湾曲部寸法ＡＲを接合部距離ＣＨで除した値として定義する。なお、接合部の伸張率は、必ずしも接合面の端部間を接合部距離ＣＨとする必要はなく、接合面の曲率を表すように定義されればよい。各試験品１３、１４の接合部距離ＣＨ、湾曲部寸法ＡＲ、ＡＲ／ＣＨ、伸張率を下記の表４に示す。

【0127】

【表4】

【0128】

表４より、直径３．０ｍｍのピンを押込量３．０ｍｍだけ押し込んだ試験品１３の接合部の伸張率は１１６％、直径３．０ｍｍのピンを押込量４．０ｍｍだけ押し込んだ試験品１４の接合部の伸張率は１４４％であることがわかる。すなわち、最も接合強度が高く、かつ、最も導電性が高いと考えられる試験品１４のほうが、試験品１３と比較して接合部の伸張率が大きいことがわかる。この結果は、実施例３の引き剥がし強度測定試験において計算した試験品１３、１４の接合面積の大小関係と相関している。以上より、接合部の伸張率は、例えば目安として１１６％以上となることが好ましく、１４４％以上となれば極めて高い接合性が得られると言える。

【0129】

（実施例５：接合部成分分析）
実施例５の接合部成分分析では、上述の各実施例から最も高い接合性を有していると考えられる試験品１４について、その接合面近傍を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察し、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）により成分分析を行った。図１０にＳＥＭおよび成分分析画像を示す。

【0130】

図１０に示すＳＥＭおよび成分分析画像より、試験品１４の接合面に酸素（Ｏ）の層は確認されず、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）の酸化物の発生は無いと考えられる。したがって、接合面において、酸化物による電気抵抗の増加は発生しないことが推定できる。

【0131】

（実施例６：温度依存性検査）
実施例６の温度依存性検査では、試験用部材として、下記の複数の金属板材を準備した。
各金属板材の材質：Ａｌ（Ａ１１００）、Ｃｕ（Ｃ１０２０）
各金属板材のサイズ：横６０ｍｍ×縦３０ｍｍ×板厚３ｍｍ

【0132】

また、押し込み用のピンとして、下記の複数のピンを準備した。
各ピンの直径：φ３．０ｍｍ
各ピンの長さ：４ｍｍ
各ピンの材質：鋼

【0133】

実施例６の温度依存性検査では、異種金属からなる２枚の金属板材（一方がＡｌ製、他方がＣｕ製）について、上述した金属板材接合方法（図７参照）に基づいて、加熱温度を変えて２枚の金属板材を接合し、試験品（金属接合体）を得た。なお、いずれの試験品においても、貼合面（研磨面）に無水アルコールを塗布しながら研磨を行い、貼合面が外気に曝されないようにしながら貼合面を貼り付け、加熱炉にて加熱を行った。また、いずれの試験品においても、ピン押込パターン２（裏抑え板材有り）により、ピン押込量（４ｍｍ）および押し込み方向（Ｃｕ側より）について同一の条件として、２枚の金属板材の接合を行った。

【0134】

次いで、引き剥がし強度測定装置を用いて、得られた各試験品の引き剥がし強度を測定した。２枚の金属板材が剥がれた面を目視して、引き剥がし面の状態を観察した。さらに、単位面積当たりの純アルミニウムの引き剥がし強度を参考にして、各試験品の引き剥がし強度から、各試験品の接合面の面積（接合面積）を計算により求めた。具体的には、各試験品の接合面積は、引き剥がし強度を単位面積当たりの純アルミニウムの引き剥がし強度で除した値として計算した。各試験品３１～３５に係る条件、引き剥がし強度、接合面積、引き剥がし面の状態を下記の表５に示す。

【0135】

【表5】

【0136】

表５より、試験品２１～２５は、特定値以上の引き剥がし強度を加えないと２枚の金属板材を引き剥がすことができないものであり、８０℃、１１０℃、１３０℃、１６０℃、１９０℃のいずれの加熱温度であっても、２枚の金属板材を接合できることがわかる。

【0137】

加熱温度と引き剥がし強度との相関については、図１１のグラフに示すように、加熱温度が高くなればなるほど、引き剥がし強度（すなわち接合強度）が高くなる傾向にあることがわかる。

【0138】

引き剥がし面の状態については、試験品２１～２３では銅製の金属板材側にアルミニウムがまばらに付着した状態であるのに対し、試験品２４、２５ではアルミニウム製の金属板材側の全面に銅が付着した状態である。このことから、試験品２４、２５は、試験品２１～２３に比べて、接合面が強固に接合されていると推定できる。

【0139】

なお、上述した実施例２では、本実施例６の試験品２２と同一の条件（加熱温度１１０℃）で試験品２０を作成しているが、この試験品２０の接合状態は不良であった。このことからも、加熱温度を１１０℃にした場合には十分な接合強度を得ることができない可能性があることがわかる。

【0140】

以上のように、加熱温度が高くなるにつれて接合強度が高くなる点、１３０℃以下の加熱温度の場合には、引き剥がし時に銅製の金属板材側にアルミニウムがまばらに付着した状態となる点、１６０℃以上の加熱温度の場合には、アルミニウム製の金属板材側の全面に銅が付着し接合面の剥離が見られなかった点から、１６０℃以上の加熱温度が好ましいことがわかる。

【0141】

なお、上述した実施形態および実施例は、本発明の一側面を具現化したものにすぎず、本発明は、上述した実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、上述した実施形態および実施例における条件、各構成要素の形状、個数、位置、寸法等は適宜変更されてもよく、一部の構成要素は適宜省略または追加されてもよい。

【0142】

以上説明したように、本発明は、複数枚の金属板材同士を接合する際に、金属板材間の接合強度を確保するとともに、接合した金属板材間における有効な導電性を確保するという効果を有し、金属接合技術全般に有用である。

【符号の説明】

【0143】

１１ 金属板材（第１金属板材）
１１ａ 第１金属板材の上面
１１ｂ 第１金属板材の下面
１２ 金属板材（第２金属板材）
１２ａ 第２金属板材の上面
１２ｂ 第１金属板材の下面
１５ 接合面
２０ ピン（第１ピン）
２０ａ 第１ピンの先端
２１ ピン（第２ピン）
２１ａ 第２ピンの先端
３０ 裏抑え板材
３０ａ 裏抑え板材の上面
１００ 金属板材接合装置
１１０ 金属板材固定装置
１１１ 下部クランプ部材
１１２ 上部クランプ部材
１２０ ピン進退装置
１２１ スクリュー部材
１３０ 加熱装置
Ｐ、Ｑ ピン押込方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】