特開2024-3316異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法
(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】P2024003316
(43)【公開日】2024-01-15
(54)【発明の名称】異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法
(51)【国際特許分類】
B23K 20/00 20060101AFI20240105BHJP
B23K 11/02 20060101ALI20240105BHJP
【ＦＩ】
B23K20/00 340
B23K11/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022102370
(22)【出願日】2022-06-27
(71)【出願人】
【識別番号】000153720
【氏名又は名称】株式会社白山
(74)【代理人】
【識別番号】110000844
【氏名又は名称】弁理士法人クレイア特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮▲崎▼ 博志
(72)【発明者】
【氏名】山下 英樹
(72)【発明者】
【氏名】稲川 康二
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167AA06
4E167AA08
4E167AA29
4E167BA09
4E167BA12
4E167CC03
(57)【要約】
【課題】機械的強度を有する異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法を提供することである。
【解決手段】本発明の異種金属接合板１００は、所定の厚みの銅板３００と、所定の厚みと同等のアルミニウム板２００とを接合した異種金属接合板１００であって、銅板３００とアルミニウム板２００とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、銅板３００とアルミニウム板２００との間に金属間化合物（合金層）の発生を抑制したものである。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の異種金属接合板１００は、所定の厚みの銅板３００と、所定の厚みと同等のアルミニウム板２００とを接合した異種金属接合板１００であって、銅板３００とアルミニウム板２００とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、銅板３００とアルミニウム板２００との間に金属間化合物（合金層）の発生を抑制したものである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の厚みの銅板と、前記所定の厚みと同等のアルミニウム板とを接合した異種金属接合板であって、
前記銅板と前記アルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、前記銅板と前記アルミニウム板との間に金属間化合物（合金層）の発生を抑制した、異種金属接合板。
前記銅板と前記アルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、前記銅板と前記アルミニウム板との間に金属間化合物（合金層）の発生を抑制した、異種金属接合板。
【請求項2】
前記２段アプセットによる加熱圧接で接合した前記銅板と前記アルミニウム板とを前記所定の厚みの６０％以下の厚みになるまで、圧延された、請求項１記載の異種金属接合板。
【請求項3】
銅板とアルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、前記銅板と前記アルミニウム板との間に金属間化合物の発生を抑制し、前記２段アプセットによる加熱圧接で接合した前記銅板と前記アルミニウム板とを厚みの６０％以下の厚みになるまで、圧延した、異種金属接合導体。
【請求項4】
所定の厚みの銅板と、前記所定の厚みと同等のアルミニウム板とを接合するための異種金属接合方法であって、
前記銅板の端部と前記アルミニウム板の端部とを突き合わせて所定時間および第１の所定圧力で加圧するスクイズ工程と、
前記スクイズ工程後、所定時間で前記第１の所定圧力を、加圧しつつ、通電によるジュール熱を利用して接合面を溶融させる抵抗溶接工程と、
前記通電を継続した状態で所定時間、前記第１の所定圧力に加えて、前記第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力を加える強加圧工程と、
前記通電を停止した後、所定時間、前記第１の所定圧力および前記第２の所定圧力を加えるホールド工程と、を含む異種金属接合方法。
前記銅板の端部と前記アルミニウム板の端部とを突き合わせて所定時間および第１の所定圧力で加圧するスクイズ工程と、
前記スクイズ工程後、所定時間で前記第１の所定圧力を、加圧しつつ、通電によるジュール熱を利用して接合面を溶融させる抵抗溶接工程と、
前記通電を継続した状態で所定時間、前記第１の所定圧力に加えて、前記第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力を加える強加圧工程と、
前記通電を停止した後、所定時間、前記第１の所定圧力および前記第２の所定圧力を加えるホールド工程と、を含む異種金属接合方法。
【請求項5】
台形錐先端部を有する上下一対の治具で前記銅板を挟持する銅板挟持工程と、
前記台形錐先端部に対向し、突き合わせた他の台形錐先端部を有する上下一対の治具で前記アルミニウム板を挟持するアルミニウム板挟持工程と、をさらに含む、請求項４記載の異種金属接合方法。
前記台形錐先端部に対向し、突き合わせた他の台形錐先端部を有する上下一対の治具で前記アルミニウム板を挟持するアルミニウム板挟持工程と、をさらに含む、請求項４記載の異種金属接合方法。
【請求項6】
前記抵抗溶接工程の通電は、オンオフ制御および／または位相制御を用いた、請求項４記載の異種金属接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１（特開昭６３－１０４７９０号公報）には、アルミニウム鋳物合金またはアルミダイカスト合金と鋼材の接合に於いて高い接合強度が得られる接合方法が開示されている。
【0003】
特許文献１に記載のアルミニウムと銅との接合方法は、アルミニウムと鋼との接合方法に於いて、アルミダイカスト又はアルミ鋳物よりなるアルミニウム材の内径を鋼材のパイプ丸棒の外径よりも小さくし、前記アルミニウム材を固定して前記鋼材のパイプ丸棒を回転させて接合面を接触させて圧力を加えて挿入後、鋼材の回転を停止後更に加圧して接合するものである。
【0004】
特許文献２（特開平１－１３３６８９号公報）には、小加圧圧延で異種金属材料、もしくは金属材料と非金属材料の強固な接合を容易にし得るクラッド材の製造方法が開示されている。
【0005】
特許文献２に記載のクラッド材の製造方法は、重ね合せた異種金属板を、真空中もしくは調整雰囲気中で室温～１４００℃の任意の温度に加熱した後、真空中もしくは調整雰囲気中の加圧ロールで連続的に押圧し接合するものである。
【0006】
特許文献３（特開平４－２７００７８号公報）には、接合面積の大きいアルミニウム材と銅材との接合に際して、大きな設備を必要としないアルミニウム材と銅材との接合構造が開示されている。
【0007】
特許文献３に記載のアルミニウム材と銅材との接合構造は、接合面が複数の突片によって分割された銅材と、上記突片の端部に一端が圧接された複数のアルミニウム接続材と、これらのアルミニウム接続材の他端が接合されたアルミニウム材とからなるアルミニウム材と銅材との接合構造である。
【0008】
特許文献４（特開平４－２８８９８３号公報）には、アルミニウム材と銅材との接合部に生じる脆性合金層を、簡単な方法で生じないようにして、接合部の強度を向上させるアルミニウム材と銅材との圧接方法が開示されている。
【0009】
特許文献４に記載のアルミニウム材と銅材との圧接方法は、アルミニウム材と鋼材とを加熱圧接する工程と、この加熱圧接によって得られた接合部をこの加熱圧接直後に急冷して脆成合金層の発生を抑える工程と、を有する。
ものである。
ものである。
【0010】
特許文献５（特開平５－６９１５５号公報）には、アルミニウムの抵抗溶接において、小電流で健全な継手を得るアルミニウムの抵抗溶接方法が開示されている。
【0011】
特許文献５に記載のアルミニウムの抵抗溶接方法は、アルミニウムの２倍以上の比抵抗を有する抵抗体をアルミニウムで挟み、かつ、そのアルミニウムの厚みを抵抗体の厚みの１／４以上６倍以下としたクラッド材を、溶接すべきアルミニウム材の間に介在させて、該アルミニウム材を抵抗溶接する。
【0012】
特許文献６（特開平５－１１１７７８号公報）には、クラッド材３をインサート材として使用したアルミニウム１と非アルミ金属２との抵抗溶接において、少ない溶接電流で十分かつ安定な継手強度を得る異種金属の抵抗溶接方法が開示されている。
【0013】
特許文献６に記載の異種金属の抵抗溶接方法は、比抵抗がアルミニウムの２倍以上の非アルミ金属とアルミニウムとの間に、それぞれの異種金属を主成分とするクラッド材を同種金属が接するように挟んで、前記非アルミ金属とアルミニウムとを抵抗溶接するにあたり、下記条件（１）～（４）ｔＡ，ｔＭ，ｔ≦2.０ ……（１）0.２５≦Ｙ／Ｘ≦７ ……（２）Ｉ≦１８ ……（３）ＩＯ－２≦Ｉ≦ＩＯ＋２ ……（４）ここで、ｔＡ：被接合材であるアルミニウムの厚み（ｍｍ）ｔＭ：アルミニウムに接合される非アルミ金属の厚み（ｍｍ）ｔ：クラッド材の全厚（ｍｍ）Ｘ：クラッド材における非アルミ金属の厚み（ｍｍ）Ｙ：クラッド材におけるアルミニウムの厚み（ｍｍ）ＲＡ：アルミニウムの比抵抗値（μΩ・ｃｍ）ＲＭ：非アルミ金属の比抵抗値（μΩ・ｃｍ）Ｉ：溶接電流（ｋＡ）を満足させるものである。
【0014】
特許文献７（特公昭６０－３９４７６号公報）には、２つ以上の母材の被接合面を多量のＯ２を含む雰囲気中で共晶温度以上に加熱して，母材の接触面に融液相及び酸化物相を生成させることにより，ボイドの発生のない接合部を得る共晶反応を利用した接合方法が開示されている。
【0015】
特許文献７記載の共晶反応を利用した接合方法は、アルミニウムと銅よりなる２つの母材の被接合面を大気よりも酸素量の多い雰囲気中において接触させる段階と、前記被接合面を共晶反応が生じる温度範囲に加熱して、接触面に共晶反応による融液相及び前記母材の成分と前記接触面の空隙に存在する酸素との反応による酸化物相を生成させる段階と、を有する。
【0016】
特許文献８（特公昭６２－５５４７７号公報）には、種類の異なつた金属を接合する方法に係り、具体的にはアルミニウムと銅とをアルミニウムの融点以下の低温度で接合する異種金属の接合法が開示されている。
【0017】
特許文献８に記載の異種金属の接合法は、アルミニウム部材と銅部材の接触面を共晶温度以上且つアルミニウム部材の融点以下の温度に高周波誘導加熱して該接触面に共晶反応による融液相を形成すること、上記接触面に圧力を加えて該融液相を接合面の外部へ排出することおよび上記融液相を排除後の接合部を直ちに急速冷却することを特徴とする。
【0018】
特許文献９（特開昭５６－０６２６８５号公報）には、異種又は同種の金属母材を共晶反応を利用して圧接する方法に関し、特にアルミニウムと銅の母材を共晶反応を利用して圧接する方法について開示されている。
【0019】
特許文献９記載の方法は、圧接すべき２つの金属母材を該母材の塑性変形応力以下の所定の接触圧力Ｐ１で接触させ、該接触圧力Ｐ１がかけられた状態で接触部を母材の融点以下且つ共晶温度以上の温度に加熱して接合面に共晶反応による共晶融液を生成させる段階と、次に前記接合面に上記圧力Ｐ１より高いアプセット圧力Ｐ２を加えて前記共晶融液を接合面から排除する段階と、を包含する共晶反応を利用して金属母材を圧接するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0020】
【特許文献1】特開昭６３－１０４７９０号公報
【特許文献2】特開平１－１３３６８９号公報
【特許文献3】特開平４－２７００７８号公報
【特許文献4】特開平４－２８８９８３号公報
【特許文献5】特開平５－６９１５５号公報
【特許文献6】特開平５－１１１７７８号公報
【特許文献7】特公昭６０－３９４７６号公報
【特許文献8】特公昭６２－５５４７７号公報
【特許文献9】特開昭５６－０６２６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
異種金属接合については、特許文献１から特許文献９に示すように、種々の研究開発が行われている。特にインサート材またはロウ付け等も採用されている。また、共晶現象を利用したり、亜鉛を介在させたりと種々の開発が行われている。
【0022】
しかしながら、近年、機械的強度を有する異種金属接合部材が求められている。ただし、共晶現象等を利用すると、異種金属の結合部分に金属間化合物が多く生成されてしまい、硬度が高く機械的強度的に弱くなり問題となる。特に圧延工程等においては、結合部分の割れまたは破損が問題となる。
【0023】
本発明の目的は、機械的強度を有する異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法を提供することである。
本発明の他の目的は、銅板とアルミニウム板との界面の電気抵抗を抑制することができ、機械的強度を有する異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法を提供することである。
本発明の他の目的は、銅板とアルミニウム板との界面の電気抵抗を抑制することができ、機械的強度を有する異種金属接合板、異種金属接合導体、および異種金属接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0024】
（１）
一局面に従う異種金属接合板は、所定の厚みの銅板と、所定の厚みと同等のアルミニウム板とを接合した異種金属接合板であって、銅板とアルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、銅板とアルミニウム板との間に金属間化合物（合金層）の発生を抑制したものである。
一局面に従う異種金属接合板は、所定の厚みの銅板と、所定の厚みと同等のアルミニウム板とを接合した異種金属接合板であって、銅板とアルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、銅板とアルミニウム板との間に金属間化合物（合金層）の発生を抑制したものである。
【0025】
この場合、銅板とアルミニウム板とを２段アプセットによる加熱圧接で接合することにより金属化合物の発生を抑制できるため、銅板とアルミニウム板との結合強度を高めることができる。その結果、機械的強度を有する異種金属接合板を得ることができる。
また、本発明においては、金属間化合物（合金層ともいわれる）を３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下にまで発生を抑制したものである。
また、本発明においては、金属間化合物（合金層ともいわれる）を３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下にまで発生を抑制したものである。
【0026】
（２）
第２の発明にかかる異種金属接合板は、一局面に従う異種金属接合板において、２段アプセットによる加熱圧接で接合した銅板とアルミニウム板とを所定の厚みの６０％以下の厚みになるまで、圧延されてもよい。
第２の発明にかかる異種金属接合板は、一局面に従う異種金属接合板において、２段アプセットによる加熱圧接で接合した銅板とアルミニウム板とを所定の厚みの６０％以下の厚みになるまで、圧延されてもよい。
【0027】
この場合、銅板とアルミニウム板との結合強度を高めることができるので、当初の厚みから６０％以下まで圧延した場合でも、銅板とアルミニウム板との結合の破壊を防止することができる。
【0028】
（３）
他の局面にかかる異種金属接合導体は、銅板とアルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、銅板とアルミニウム板との間に金属間化合物の発生を抑制し、２段アプセットによる加熱圧接で接合した銅板とアルミニウム板とを厚みの６０％以下の厚みになるまで、圧延したものである。
他の局面にかかる異種金属接合導体は、銅板とアルミニウム板とを、２段アプセットによる加熱圧接で接合し、銅板とアルミニウム板との間に金属間化合物の発生を抑制し、２段アプセットによる加熱圧接で接合した銅板とアルミニウム板とを厚みの６０％以下の厚みになるまで、圧延したものである。
【0029】
この場合、銅板とアルミニウム板とを２段アプセットによる加熱圧接で接合することにより金属化合物の発生を抑制できるため、銅板とアルミニウム板との結合強度を高めることができる。さらに、銅板とアルミニウム板との結合強度を高めることができるので、当初の厚みから圧延した場合でも、銅板とアルミニウム板との結合の破壊を防止することができる。
また、金属間化合物が３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下であるため、接合境界部に存在する反応層が少なく、銅板とアルミニウム板との界面の電気抵抗を無視することができ、さらに、金属間化合物の発生が抑制されているため、電蝕の進行を抑制することができる。その結果、アルミニウム板を利用でき、軽量化を実現することができる。この異種金属接合導体は、バスバー（ブスバーとも呼ばれる）等に利用することができる。
また、金属間化合物が３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下であるため、接合境界部に存在する反応層が少なく、銅板とアルミニウム板との界面の電気抵抗を無視することができ、さらに、金属間化合物の発生が抑制されているため、電蝕の進行を抑制することができる。その結果、アルミニウム板を利用でき、軽量化を実現することができる。この異種金属接合導体は、バスバー（ブスバーとも呼ばれる）等に利用することができる。
【0030】
（４）
さらに他の局面にかかる異種金属接合方法は、所定の厚みの銅板と、所定の厚みと同等のアルミニウム板とを接合するための異種金属接合方法であって、銅板の端部とアルミニウム板の端部とを突き合わせて所定時間および第１の所定圧力で加圧するスクイズ工程と、スクイズ工程後、所定時間で第１の所定圧力を、加圧しつつ、通電によるジュール熱を利用して接合面を溶融させる抵抗溶接工程と、通電を継続した状態で所定時間、第１の所定圧力に加えて、第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力を加える強加圧工程と、通電を停止した後、所定時間、第１の所定圧力および第２の所定圧力を加えるホールド工程と、を含むものである。
さらに他の局面にかかる異種金属接合方法は、所定の厚みの銅板と、所定の厚みと同等のアルミニウム板とを接合するための異種金属接合方法であって、銅板の端部とアルミニウム板の端部とを突き合わせて所定時間および第１の所定圧力で加圧するスクイズ工程と、スクイズ工程後、所定時間で第１の所定圧力を、加圧しつつ、通電によるジュール熱を利用して接合面を溶融させる抵抗溶接工程と、通電を継続した状態で所定時間、第１の所定圧力に加えて、第１の所定圧力よりも大きい第２の所定圧力を加える強加圧工程と、通電を停止した後、所定時間、第１の所定圧力および第２の所定圧力を加えるホールド工程と、を含むものである。
【0031】
この場合、抵抗溶接工程と、強加圧工程とを含むので、２段アプセットによる加熱圧接で、金属間化合物の発生を抑止することができる。その結果、強度の高い異種金属接合板を得ることができる。
さらに、本発明においては、当該異種金属接合方法の後に、冷間圧接（常温圧接とも呼ばれる）によりさらに金属間化合物の発生を抑止、すなわちアルミニウム板および銅板の結合面から金属間化合物を排出させるように工程を追加してもよい。
なお、強加圧工程において接合面の温度はアルミニウムが溶出する温度以上であると推定される。
さらに、本発明においては、当該異種金属接合方法の後に、冷間圧接（常温圧接とも呼ばれる）によりさらに金属間化合物の発生を抑止、すなわちアルミニウム板および銅板の結合面から金属間化合物を排出させるように工程を追加してもよい。
なお、強加圧工程において接合面の温度はアルミニウムが溶出する温度以上であると推定される。
【0032】
（５）
第５の発明にかかる異種金属接合方法は、さらに他の局面にかかる異種金属接合方法において、台形錐先端部を有する上下一対の治具で銅板を挟持する銅板挟持工程と、台形錐先端部に対向し、突き合わせた他の台形錐先端部を有する上下一対の治具でアルミニウム板を挟持するアルミニウム板挟持工程と、をさらに含んでもよい。
第５の発明にかかる異種金属接合方法は、さらに他の局面にかかる異種金属接合方法において、台形錐先端部を有する上下一対の治具で銅板を挟持する銅板挟持工程と、台形錐先端部に対向し、突き合わせた他の台形錐先端部を有する上下一対の治具でアルミニウム板を挟持するアルミニウム板挟持工程と、をさらに含んでもよい。
【0033】
この場合、銅板挟持工程と、アルミニウム板挟持工程とを有するので、数ミリから数十ミリまでの範囲内の厚みからなる異種金属接合板を接合することができる。
【0034】
（６）
第６の発明にかかる異種金属接合方法は、さらに他の局面にかかる異種金属接合方法において、抵抗溶接工程の通電は、オンオフ制御および／または位相制御を用いてもよい。
第６の発明にかかる異種金属接合方法は、さらに他の局面にかかる異種金属接合方法において、抵抗溶接工程の通電は、オンオフ制御および／または位相制御を用いてもよい。
【0035】
この場合、抵抗溶接工程の通電が、オンオフ制御および／または位相制御を用いているので、消費電力を抑制しつつ、金属間化合物の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本実施の形態に係る異種金属接合板の一例を示す模式的外観図である。
【図2】本実施の形態に係る異種金属接合板の接合部の光学顕微鏡の一例の模式図である。
【図3】本実施の形態に係る異種金属接合方法の主な工程の一例を示すフロー図である。
【図4】本実施の形態に係る異種金属接合のためのチップ治具一例を示す模式図である。
【図5】異種金属接合板の製造装置の一例を示す模式図である。
【図6】本実施の形態に係る異種金属接合方法の一例を示す模式的説明図である。
【図7】本実施の形態に係る異種金属接合方法の通電の一例を示す制御図である。
【図8】本実施の形態に係る異種金属接合導体の製造方法の一例を示す模式図である。
【図9】本実施の形態に係る異種金属接合導体の製造方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図10】製造装置の条件の一例を示す図である。
【図11】（ａ）は、最弱加熱を実施した接合部の拡大図であり、（ｂ）は、過剰加熱を実施した接合部の模式的拡大図である。
【図12】２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部の光学顕微鏡の一例の模式図である。
【図13】２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部のＳＥＭ像（×１０００）の一例を示す模式図である。
【図14】２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部のＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）の一例を示す模式図である。
【図15】本実施形態の２段アプセットによる加熱圧接で接合した銅板とアルミニウム板とに、冷間圧接工程をさらに実施したものを、ＪＩＳ Ｚ２３７１に準拠して２４０時間の塩水噴霧試験を行った場合の塩水噴霧前後の接合面の状態を観察した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明においては、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【0038】
（異種金属接合板１００）
図１は、本実施の形態に係る異種金属接合板１００の一例を示す模式的外観図であり、図２は、本実施の形態に係る異種金属接合板１００の接合部（界面）２５０の光学顕微鏡の一例の模式図である。
図１は、本実施の形態に係る異種金属接合板１００の一例を示す模式的外観図であり、図２は、本実施の形態に係る異種金属接合板１００の接合部（界面）２５０の光学顕微鏡の一例の模式図である。
【0039】
図１に示すように、異種金属接合板１００は、アルミニウム板２００および銅板３００が接合部２５０において異種金属接合されている。図１においては、後述するバリ加工を実施する前のものであるため、アルミニウム板２００および銅板３００の界面の接合部２５０においてバリが残存している。
図１に示す異種金属接合板１００は、アルミニウム板２００が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍ、銅板が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍの両者を異種結合したものである。
本実施の形態における異種金属接合板１００の引張試験（ＪＩＳ Ｚ２２４１）の機械的強度は、１．７６ｋＮ以上１．７７ｋＮ以下の範囲である。当該数値はＮ数が３個で計測したものである。
図１に示す異種金属接合板１００は、アルミニウム板２００が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍ、銅板が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍの両者を異種結合したものである。
本実施の形態における異種金属接合板１００の引張試験（ＪＩＳ Ｚ２２４１）の機械的強度は、１．７６ｋＮ以上１．７７ｋＮ以下の範囲である。当該数値はＮ数が３個で計測したものである。
【0040】
この場合、図２に示すように、異種金属接合板１００は、アルミニウム板２００および銅板３００が接合部２５０において金属間化合物が抑制されているのがわかる。図２に示す金属間化合物は、３μｍ以下の幅が好ましく、図２においては、約１μｍである。図２に示した異種金属接合方法については、後述する。
なお、図２は、光学顕微鏡を用いて倍率２００倍で撮像したものである。
なお、図２は、光学顕微鏡を用いて倍率２００倍で撮像したものである。
【0041】
（異種金属接合方法）
次いで、異種金属接合方法について説明を行う。
図３は、本実施の形態に係る異種金属接合方法の主な工程の一例を示すフロー図であり、図４は、本実施の形態に係る異種金属接合のためのチップ治具２２１、２２２、３２１、３２２の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、平面視した場合の一例図であり、図４（ｂ）は、上面視した場合の一例図である。また、図５は、異種金属接合板１００の製造装置８００の一例を示す模式図であり、図６は、本実施の形態に係る異種金属接合方法の一例を示す模式的説明図である。
次いで、異種金属接合方法について説明を行う。
図３は、本実施の形態に係る異種金属接合方法の主な工程の一例を示すフロー図であり、図４は、本実施の形態に係る異種金属接合のためのチップ治具２２１、２２２、３２１、３２２の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、平面視した場合の一例図であり、図４（ｂ）は、上面視した場合の一例図である。また、図５は、異種金属接合板１００の製造装置８００の一例を示す模式図であり、図６は、本実施の形態に係る異種金属接合方法の一例を示す模式的説明図である。
【0042】
図３、図４および図５に示すように、異種金属接合方法において、製造装置８００のチップ治具２２１、２２２でアルミニウム板２００を挟持する（治具固定工程：ステップＳ１）。同様に、製造装置８００のチップ治具３２１、３２２で銅板３００を挟持する（治具固定工程：ステップＳ１）。この場合、図４に示すように、下側のチップ治具２２２およびチップ治具３２２には、断面凹形状が形成されており、アルミニウム板２００および銅板３００を抱え込む形状で形成されている。
図４に示すように、チップ治具２２１、２２２およびチップ治具３２１、３２２とは、台形錐先端部ＤＳを有する。そして、ステップＳ１の治具固定工程においては、台形錐先端部ＤＳが互いに対向し、突き合うように配置される。
図４に示すように、チップ治具２２１、２２２およびチップ治具３２１、３２２とは、台形錐先端部ＤＳを有する。そして、ステップＳ１の治具固定工程においては、台形錐先端部ＤＳが互いに対向し、突き合うように配置される。
【0043】
次に、突き合わせ工程（ステップＳ２）において、アルミニウム板２００および銅板３００の端部が接触される。そして、図３および図６に示すように、製造装置８００の加圧装置８２０により所定の圧力（Ｐ１）で所定の時間加圧が開始される（スクイズ工程：ステップＳ３）。例えば、この所定の圧力（Ｐ１）は、摩擦抵抗を考慮しない状態で、アルミニウム板２００および銅板３００との接合面の単位面積当たり、４．７Ｎ／ｍｍ２ 以上１１.０Ｎ／ｍｍ２ 以下の範囲であることが望ましい。
【0044】
ステップＳ３の処理であるスクイズ工程は、本実施の形態において、チップ治具２２１、２２２、チップ治具３２１、３２２を加圧してから、隣接して配置された電極に溶接電流を流し始めるまでの時間を意味しており、具体的には、１ｓｅｃ以上２ｓｅｃ以下の範囲であることが望ましい。
【0045】
次いで、図３、図５および図６に示すように、抵抗溶接工程を開始する（ステップＳ４）。ここで、製造装置８００の加熱用電源８４０によりチップ治具２２１、２２２、３２１、３２２間に通電が開始され、溶接電流が流れ、ジュール熱で、アルミニウム板２００および銅板３００との接合面を加熱する。なお、当該通電の制御詳細については、後述する。
ステップＳ４の処理である抵抗溶接工程では、接合面において溶融したアルミニウムがバリとして生じる。抵抗溶接工程は、チップ間隔ＴＤ（製造装置８００において、銅板３００とアルミニウム板２００とをそれぞれ固定する２つのチップ治具２２１、２２２、３２１、３２２間の距離）が溶接前より溶接距離Ｌ１まで短くなったら終了し、次の強加圧工程に移行する。
ステップＳ４の処理である抵抗溶接工程では、接合面において溶融したアルミニウムがバリとして生じる。抵抗溶接工程は、チップ間隔ＴＤ（製造装置８００において、銅板３００とアルミニウム板２００とをそれぞれ固定する２つのチップ治具２２１、２２２、３２１、３２２間の距離）が溶接前より溶接距離Ｌ１まで短くなったら終了し、次の強加圧工程に移行する。
【0046】
続いて、抵抗溶接工程と重ねた状態で、強加圧工程を開始する（ステップＳ５）。
強加圧工程は、製造装置８００の加熱用電源８４０により電流を流したままの状態で、強加圧装置８３０で一次圧力Ｐ１より強い二次圧力Ｐ２で所定の時間の間加圧する。この２次圧力（Ｐ２）は、摩擦抵抗を考慮しない状態で、アルミニウム板２００および銅板３００との接合面の単位面積当たり、９３．５Ｎ／ｍｍ２ 以上であることが望ましい。
本実施の形態における製造装置８００の強加圧装置８３０は、リンク機構８３１を有しており、少ない力で大きな力を発生することができる。なお、加圧装置８２０および強加圧装置８３０は、空気による加圧装置であってもよく、油圧による加圧装置であってもよい。空気による加圧装置であれば、コストおよびメンテナンス面でメリットがある。
また、ステップＳ５の処理である強加圧工程は、抵抗溶接工程の終盤において実施され、抵抗溶接工程と重複する時間は、０．０５ｓｅｃ以上１．００ｓｅｃ以下であることが望ましい。
強加圧工程は、製造装置８００の加熱用電源８４０により電流を流したままの状態で、強加圧装置８３０で一次圧力Ｐ１より強い二次圧力Ｐ２で所定の時間の間加圧する。この２次圧力（Ｐ２）は、摩擦抵抗を考慮しない状態で、アルミニウム板２００および銅板３００との接合面の単位面積当たり、９３．５Ｎ／ｍｍ２ 以上であることが望ましい。
本実施の形態における製造装置８００の強加圧装置８３０は、リンク機構８３１を有しており、少ない力で大きな力を発生することができる。なお、加圧装置８２０および強加圧装置８３０は、空気による加圧装置であってもよく、油圧による加圧装置であってもよい。空気による加圧装置であれば、コストおよびメンテナンス面でメリットがある。
また、ステップＳ５の処理である強加圧工程は、抵抗溶接工程の終盤において実施され、抵抗溶接工程と重複する時間は、０．０５ｓｅｃ以上１．００ｓｅｃ以下であることが望ましい。
【0047】
続いて、図３、図５および図６に示すように、強加圧工程のみを実施するホールド工程を開始する（ステップＳ６）。ステップＳ６の処理であるホールド工程においては、通電切Ｌ２まで短くなったら、圧力（Ｐ１＋Ｐ２）で加圧したまま、加熱用電源８４０をオフした状態である。なお、本実施の形態においては、ホールド工程という工程を追加しているが、ホールド工程を強加圧工程に含めてもよい。すなわち、強加圧工程において通電切後をホールド工程と称しているのみで、圧力Ｐ１＋Ｐ２で加圧した状態であるからである。ホールド工程の時間Ｔ２は、１ｓｅｃ以上５ｓｅｃ以下であることが望ましい。
最後に、チップ治具２２１、２２２およびチップ治具３２１、３２２を取り外し、異種金属接合板１００の接合部２５０のバリを除去する（ステップＳ７）。当該バリ除去工程においては、やすり、グラインダー、スチールワイヤブラシ、ステンレスワイヤーブラシ、バレル研磨、磁気研磨、ショットブラスト等、任意の手法においてバリを除去することが望ましい。
最後に、チップ治具２２１、２２２およびチップ治具３２１、３２２を取り外し、異種金属接合板１００の接合部２５０のバリを除去する（ステップＳ７）。当該バリ除去工程においては、やすり、グラインダー、スチールワイヤブラシ、ステンレスワイヤーブラシ、バレル研磨、磁気研磨、ショットブラスト等、任意の手法においてバリを除去することが望ましい。
【0048】
（通電における抵抗溶接電流の制御方法）
次に、通電処理について説明を行う。図７は、本実施の形態に係る異種金属接合方法の通電の一例を示す制御図である。
次に、通電処理について説明を行う。図７は、本実施の形態に係る異種金属接合方法の通電の一例を示す制御図である。
【0049】
本実施の形態において、異種金属接合方法の通電は、図７に示すように、位相制御を採用した。なお、位相制御のみならず、スロープ制御、オンオフ制御、位相制御の１つまたは複数を組み合わせて使用してもよい。
【0050】
（異種金属接合導体１１０）
次に、異種金属接合導体１１０の製造方法について説明を行う。図８は、本実施の形態に係る異種金属接合導体１１０の製造方法の一例を示す模式図であり、図９は、本実施の形態に係る異種金属接合導体１１０の製造方法の工程の一例を示すフロー図である。
次に、異種金属接合導体１１０の製造方法について説明を行う。図８は、本実施の形態に係る異種金属接合導体１１０の製造方法の一例を示す模式図であり、図９は、本実施の形態に係る異種金属接合導体１１０の製造方法の工程の一例を示すフロー図である。
【0051】
図８および図９に示すように、異種金属接合導体１１０は、異種金属接合板１００の製造方法に、圧延工程を追加したものである（ステップＳ８）。
図８に示すように、圧延工程は、一対の圧延ロール９１０、９２０に異種金属接合板１００を複数回圧延することにより実施される。本実施の形態においては、異種金属接合板１００の厚みｔに対して、異種金属接合導体１１０の厚みが、０．６ｔ以下にする。
なお、異種金属接合導体１１０の好ましい厚みは、０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。それにより、電気的メリットを得た薄型の導体を得ることができるため、バスバー（ブスバーとも呼ばれる）、または蓄電池等の電極導体等に利用することができる。
図８に示すように、圧延工程は、一対の圧延ロール９１０、９２０に異種金属接合板１００を複数回圧延することにより実施される。本実施の形態においては、異種金属接合板１００の厚みｔに対して、異種金属接合導体１１０の厚みが、０．６ｔ以下にする。
なお、異種金属接合導体１１０の好ましい厚みは、０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。それにより、電気的メリットを得た薄型の導体を得ることができるため、バスバー（ブスバーとも呼ばれる）、または蓄電池等の電極導体等に利用することができる。
【0052】
（実施例：異種金属接合板１００）
図３で示したように、異種金属接合板１００の製造を行った。
異種金属接合板１００は、アルミニウム板２００が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍ、銅板３００が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍの両者を異種結合させた。
図３で示したように、異種金属接合板１００の製造を行った。
異種金属接合板１００は、アルミニウム板２００が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍ、銅板３００が厚みｔ＝１ｍｍで幅Ｈ＝２０ｍｍの両者を異種結合させた。
【0053】
異種金属の接合のための製造装置８００として株式会社白山製のＢＳ－１３を用いた。図１０は、製造装置８００の条件の一例を示す図である。
図１０に示すように、圧接ストロークＬ＝１３．５ｍｍとし、アルミニウム板２００および銅板３００の両者ともチップ間隔ＴＤ＝３．０（アルミニウム板２００突き出し量１．５ｍｍ、銅板３００突き出し量１．５ｍｍ）とした。ここで、圧接ストロークＬは、アルミニウム板２００と銅板３００とを接合する場合に圧接して互いの距離を移動させる、すなわち押し付け合う距離であり、チップ間隔ＴＤは、向かい合った台形錐先端部ＤＳ同士の距離を意味する。
図１０に示すように、圧接ストロークＬ＝１３．５ｍｍとし、アルミニウム板２００および銅板３００の両者ともチップ間隔ＴＤ＝３．０（アルミニウム板２００突き出し量１．５ｍｍ、銅板３００突き出し量１．５ｍｍ）とした。ここで、圧接ストロークＬは、アルミニウム板２００と銅板３００とを接合する場合に圧接して互いの距離を移動させる、すなわち押し付け合う距離であり、チップ間隔ＴＤは、向かい合った台形錐先端部ＤＳ同士の距離を意味する。
【0054】
溶接距離Ｌ１は、１．０ｍｍとし、通電切Ｌ２＝１．５ｍｍとした。溶接距離Ｌ１とは、チップ間隔ＴＤ＝３ｍｍとした状態を原点として、二次圧力Ｐ２が入るまでの距離（約１ｍｍ移動）のことを示し、通電切Ｌ２とは、原点から１．５ｍｍ移動した位置を示す。
【0055】
抵抗溶接工程である加圧装置８２０の一次圧力Ｐ１は、０．０５ＭＰａ（１５６Ｎ）とし、強加圧工程である強加圧装置８３０の二次圧力Ｐ２は、０．２０ＭＰａ（１８７５Ｎ）とした。一次圧力Ｐ１によりアルミニウム板２００および銅板３００の端部に加わる力は、７．８Ｎ／ｍｍ２ であり、二次圧力Ｐ２によりアルミニウム板２００および銅板３００の端部に加わる力は、９３．８Ｎ／ｍｍ２ であった。
【0056】
また、クランプ圧力Ｐ３＝０．６ＭＰａ（５９．８ｋＮ）とし、タップ位置Ｔ＝３７％とし、二次電圧Ｖ２＝２．９６Ｖに設定した。クランプ圧力Ｐ３とは、チップ治具２２１，２２２，チップ治具３２１、３２２の挟持圧力を示し、タップ位置Ｔとは、株式会社白山製のＢＳ－１３の持つ出力（二次電圧Ｖ２）の最大を１００％とした場合の表示であり、二次電圧Ｖ２とは、株式会社白山製のＢＳ－１３の出力を示す。なお、一次電圧は商用電源であるＡＣ２００Ｖである。
【0057】
この実施例において複数製造した異種金属接合板１００の抵抗率を測定した結果、２．８０Ｅ－０．８（Ω・ｍ）以上２．８５Ｅ－０．８（Ω・ｍ）以下の範囲内であった。
異種金属接合前のアルミニウム板２００単体では、２．６５Ｅ－０．８（Ω・ｍ）であり、銅板３００単体では、１．６８Ｅ－０．８（Ω・ｍ）である。
この結果、電気的抵抗が大きく低減されるため、電化製品等の部品として利用できることが判明した。
異種金属接合前のアルミニウム板２００単体では、２．６５Ｅ－０．８（Ω・ｍ）であり、銅板３００単体では、１．６８Ｅ－０．８（Ω・ｍ）である。
この結果、電気的抵抗が大きく低減されるため、電化製品等の部品として利用できることが判明した。
【0058】
【0059】
図１１（ａ）に示すように、タップ位置Ｔが３１％であり、二次電圧Ｖ２が２．７１Ｖの場合においても、機械的強度が高く電気的抵抗が低減された異種金属接合板１００を得ることができた。
また、図１１（ｂ）に示すように、タップ位置Ｔが４３％であり、二次電圧Ｖ２が３．２Ｖの場合においても、機械的強度が高く電気的抵抗が低減された異種金属接合板１００を得ることができた。
以上のことから、タップ位置Ｔは、（二次電圧Ｖ２）は、３１％（２．７Ｖ）以上４３％（３．２Ｖ）以下の範囲であることが好ましい。
また、図１１（ｂ）に示すように、タップ位置Ｔが４３％であり、二次電圧Ｖ２が３．２Ｖの場合においても、機械的強度が高く電気的抵抗が低減された異種金属接合板１００を得ることができた。
以上のことから、タップ位置Ｔは、（二次電圧Ｖ２）は、３１％（２．７Ｖ）以上４３％（３．２Ｖ）以下の範囲であることが好ましい。
【0060】
（実施例：異種金属接合導体１１０）
続いて、上記の実施例において製造した異種金属接合板１００を用いて圧延工程を実施し、異種金属接合導体１１０を作成した。
アルミニウム板２００の厚みが０．９６ｍｍ、幅２０ｍｍであり、銅板３００の厚みが０．９９ｍｍ、幅２０ｍｍである異種金属接合板１００を用いた。圧延工程前の異種金属接合板１００は、全長１４７ｍｍのものを使用した。
続いて、上記の実施例において製造した異種金属接合板１００を用いて圧延工程を実施し、異種金属接合導体１１０を作成した。
アルミニウム板２００の厚みが０．９６ｍｍ、幅２０ｍｍであり、銅板３００の厚みが０．９９ｍｍ、幅２０ｍｍである異種金属接合板１００を用いた。圧延工程前の異種金属接合板１００は、全長１４７ｍｍのものを使用した。
【0061】
圧延条件は、ローラー径φ２２０のものを使用した。圧延回数は、複数回、具体的には、７回にわたり少しずつ圧延処理を実施した。この場合の圧延結果として、アルミニウム板２００の厚みが０．４９ｍｍ、幅２０．２ｍｍであり、銅板３００の厚みが０．５３ｍｍ、幅２０．２ｍｍである異種金属接合導体１１０を得ることができた。また、異種金属接合導体１１０の全長は、５６４ｍｍとなった。
【0062】
（２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理）
図１２は、２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部の光学顕微鏡の一例の模式図であり、図１３は、２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部のＳＥＭ像（×１０００）の一例を示す模式図であり、図１４は、２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部のＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）の一例を示す模式図である。
図１２は、２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部の光学顕微鏡の一例の模式図であり、図１３は、２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部のＳＥＭ像（×１０００）の一例を示す模式図であり、図１４は、２段アプセットによる加熱圧接後の冷間（常温）圧接処理を行った異種金属接合板の接合部のＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）の一例を示す模式図である。
【0063】
図１２から図１４に示すように、１，０００倍のＳＥＭ像でも銅板３００とアルミニウム板２００との接合部２５０の金属間化合物の層は観察できなかった。また、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）結果では、酸素のピークが現れておらず、溶接前の銅板３００とアルミニウム板２００との表面に存在していた金属間化合物が接合部２５０から除去されていることが分かった。
【0064】
図１５は、本実施形態の２段アプセットによる加熱圧接で接合した銅板３００とアルミニウム板２００とに冷間圧接工程をさらに実施したものを、ＪＩＳ Ｚ２３７１に準拠して２４０時間の塩水噴霧試験を行った場合の塩水噴霧前後の接合面の状態を観察した模式図である。
【0065】
塩水噴霧試験では接合された銅板３００とアルミニウム板２００との間にケーブルを付け、ループを作った状態で塩水を噴霧した。試験後の写真からわかるように２４０時間の塩水噴霧によっても接合界面内部には、腐食は進んでおらず、本実施形態の異種金属接合板１００は、電気的にもメリットがあることが分かった。
【0066】
以上のように、本発明に係る異種金属接合板１００、異種金属接合導体１１０、それらの製造方法においては、圧延工程を実施しても破断しないという機械的強度を得ることができた。
また、銅板３００とアルミニウム板２００との接合部２５０に金属間化合物の生成が抑制されているので、界面の電気抵抗を抑制することができ、腐食等に対する電気的メリットを得ることができる。
また、銅板３００とアルミニウム板２００との接合部２５０に金属間化合物の生成が抑制されているので、界面の電気抵抗を抑制することができ、腐食等に対する電気的メリットを得ることができる。
【0067】
本発明においては、異種金属接合板１００が「異種金属接合板」に相当し、異種金属接合導体１１０が「異種金属接合導体」に相当し、アルミニウム板２００が「アルミニウム板」に相当し、銅板３００が「銅板」に相当し、２段アプセットによる加熱圧接が「抵抗溶接工程および強加圧工程」に相当する。
【0068】
本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【0069】
１００ 異種金属接合板
１１０ 異種金属接合導体
２００ アルミニウム板
３００ 銅板
１１０ 異種金属接合導体
２００ アルミニウム板
３００ 銅板
【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15】
