JPH07116868A - 金属材料の接合方法及び装置 - Google Patents
金属材料の接合方法及び装置Info
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- JPH07116868A JPH07116868A JP26483593A JP26483593A JPH07116868A JP H07116868 A JPH07116868 A JP H07116868A JP 26483593 A JP26483593 A JP 26483593A JP 26483593 A JP26483593 A JP 26483593A JP H07116868 A JPH07116868 A JP H07116868A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のものよりも高い静圧力や高い周波数を
用いたり、或は熟練工の長年の経験や勘に頼らなくと
も、さらには弱真空の状態を作り出さなくとも、容易に
導電性の金属材料同志を接合できる接合方法及び装置を
提供する。 【構成】 互いに接合される被接合金属材料の接合面を
対向させ、前記被接合金属材料に電流を流して抵抗加熱
をすることにより接合面に硫黄濃化層を形成させ、次い
で前記被接合金属材料の接合面方向に静圧力を加えなが
ら振動を与える。また、装置としては一方の電極を兼ね
る振動子を有する振動発振手段と、前記振動子に対向し
て設置されたもう一方の電極と、前記振動子ともう一方
の電極との間に挟んだ互いに接合される被接合金属材料
の接合面に静圧力を加える加圧手段とを含ましめて構成
する。
用いたり、或は熟練工の長年の経験や勘に頼らなくと
も、さらには弱真空の状態を作り出さなくとも、容易に
導電性の金属材料同志を接合できる接合方法及び装置を
提供する。 【構成】 互いに接合される被接合金属材料の接合面を
対向させ、前記被接合金属材料に電流を流して抵抗加熱
をすることにより接合面に硫黄濃化層を形成させ、次い
で前記被接合金属材料の接合面方向に静圧力を加えなが
ら振動を与える。また、装置としては一方の電極を兼ね
る振動子を有する振動発振手段と、前記振動子に対向し
て設置されたもう一方の電極と、前記振動子ともう一方
の電極との間に挟んだ互いに接合される被接合金属材料
の接合面に静圧力を加える加圧手段とを含ましめて構成
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は導電性の金属材料の接
合方法及び装置に係り、とくに固相接合方法及びその接
合装置に関する。
合方法及び装置に係り、とくに固相接合方法及びその接
合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、比較的に薄い金属材料の接合方法
として、被接合金属材料の接合面方向に静圧力を加えつ
つ超音波振動エネルギーを接合面に与えて接合する超音
波接合方法及びそのための種々の装置が公知である。
として、被接合金属材料の接合面方向に静圧力を加えつ
つ超音波振動エネルギーを接合面に与えて接合する超音
波接合方法及びそのための種々の装置が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この従来公知の超音波
接合は、接合面を清浄化してから該接合面を制御するこ
となく過大な静圧力を加えて振動振幅を印加して拡散接
合を行うので、母材や被接合材料の劣化が激しく、とく
に材料が線状のものの場合には、つぶれ変形を起した
り、切れたり、剥離したり或はその他の検出不能な潜在
的欠陥が生じたりするという問題があった。
接合は、接合面を清浄化してから該接合面を制御するこ
となく過大な静圧力を加えて振動振幅を印加して拡散接
合を行うので、母材や被接合材料の劣化が激しく、とく
に材料が線状のものの場合には、つぶれ変形を起した
り、切れたり、剥離したり或はその他の検出不能な潜在
的欠陥が生じたりするという問題があった。
【０００４】また、従来の超音波接合は、接合加圧力、
振動時間、ホーン、アンビルのナール加工等の再現性が
難しく、経験と勘に頼るところが多かった。
振動時間、ホーン、アンビルのナール加工等の再現性が
難しく、経験と勘に頼るところが多かった。
【０００５】超音波接合は基本的には拡散接合と考えら
れ、接合部を破断させて顕微鏡でみると、酸化物層が消
失している。このことから接合部での酸化物層の消失が
即ち接合であると考えられる。金属材料表面の酸化物層
の消失は該金属材料を弱真空中で加熱することによって
得られるが、同時に金属材料に不純物として包合されて
いた硫黄が加熱によって表面に偏折して硫黄濃化層を形
成する。したがってこの状態で接合を行えば、大きなエ
ネルギーを要せずとも接合が可能となるが、製品の量産
時において弱真空状態の中で被接合金属材料の接合を行
うことはかなりの無理をともなうものである。
れ、接合部を破断させて顕微鏡でみると、酸化物層が消
失している。このことから接合部での酸化物層の消失が
即ち接合であると考えられる。金属材料表面の酸化物層
の消失は該金属材料を弱真空中で加熱することによって
得られるが、同時に金属材料に不純物として包合されて
いた硫黄が加熱によって表面に偏折して硫黄濃化層を形
成する。したがってこの状態で接合を行えば、大きなエ
ネルギーを要せずとも接合が可能となるが、製品の量産
時において弱真空状態の中で被接合金属材料の接合を行
うことはかなりの無理をともなうものである。
【０００６】この発明の目的は、従来のものよりも高い
静圧力や高い周波数を用いたり、或は長年の経験と勘に
頼らなくとも、さらには弱真空の状態を作り出さなくと
も、容易に導電性の金属材料同志を接合できる接合方法
及び装置を提供せんとするにある。
静圧力や高い周波数を用いたり、或は長年の経験と勘に
頼らなくとも、さらには弱真空の状態を作り出さなくと
も、容易に導電性の金属材料同志を接合できる接合方法
及び装置を提供せんとするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ためにこの発明は、金属材料の接合方法として、互いに
接合される被接合金属材料の接合面を対向させ、被接合
金属材料に電流を流して抵抗加熱により接合面に硫黄濃
化層を形成させ、次いで前記被接合金属材料の接合面方
向に静圧力を加えながら振動を与えるものである。
ためにこの発明は、金属材料の接合方法として、互いに
接合される被接合金属材料の接合面を対向させ、被接合
金属材料に電流を流して抵抗加熱により接合面に硫黄濃
化層を形成させ、次いで前記被接合金属材料の接合面方
向に静圧力を加えながら振動を与えるものである。
【０００８】この発明はまた、装置としては、一方の電
極を兼ねる振動子を有する振動発振手段と、前記振動子
に対向して設置されたもう一方の電極と、前記振動子と
もう一方の電極との間に挟んだところの互いに接合され
る被接合金属材料の接合面に静圧力を加える加圧手段と
を含ましめて構成するものである。
極を兼ねる振動子を有する振動発振手段と、前記振動子
に対向して設置されたもう一方の電極と、前記振動子と
もう一方の電極との間に挟んだところの互いに接合され
る被接合金属材料の接合面に静圧力を加える加圧手段と
を含ましめて構成するものである。
【０００９】尚、上記いずれの場合にも振動を起こす手
段は、超音波振動によるもの、電磁式振動によるもの、
さらにカム式振動によるもの等が考えられる。
段は、超音波振動によるもの、電磁式振動によるもの、
さらにカム式振動によるもの等が考えられる。
【００１０】
【作用】請求項１のように構成すると、被接合金属材料
がジュール熱によって加熱され、その接合面での酸化物
層が消失して硫黄濃化層が形成される結果、低い接合温
度と加圧力及び振動周波数を用いても被接合金属材料は
容易に接合される。
がジュール熱によって加熱され、その接合面での酸化物
層が消失して硫黄濃化層が形成される結果、低い接合温
度と加圧力及び振動周波数を用いても被接合金属材料は
容易に接合される。
【００１１】請求項２のように構成すると、一方の電極
を兼ねる振動子と、もう一方の電極板の間に挟まれた被
接合金属材料は、通電にともなうジュール熱によって加
熱され、加圧手段による接合方向からの圧力を受けつつ
超音波発生装置の振動子によって振動を印加される。
を兼ねる振動子と、もう一方の電極板の間に挟まれた被
接合金属材料は、通電にともなうジュール熱によって加
熱され、加圧手段による接合方向からの圧力を受けつつ
超音波発生装置の振動子によって振動を印加される。
【００１２】
【実施例】図面はこの発明の一実施例を説明するための
説明図であり、１は超音波発生装置２、ブースター３、
例えば耐熱衝撃性に優れた窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）製の
ダイヤフラム４、一方の電極を兼ねるホーン５で構成さ
れた振動発振手段であり、ホーン５はダイヤフラム４と
同じく窒化ケイ素製のスタッドボルト６を介してブース
ター３へ接続されている。尚、ホーンに代えて振動子の
みを用いる場合もあることからこのこの明細書において
振動子とした場合にはホーンを含めた意味で用いてい
る。７は反射極台であり、この反射極台７上には同じく
窒化ケイ素製の絶縁板８を介して、もう一方の電極プレ
ート９が載置されている。１０は電源トランスであり、
この電源トランス１０からはケーブル１１、１２がホー
ン５と電極プレート９に接続されている。ホーン５の先
端に設けたチップ５ａと電極プレート９との間には一対
の被接合金属材料１３、１４が互いに接合面を対向接触
させて設置されている。ホーン５の先端の上部に設けた
受圧プレート５ｂの上方には押圧体１５が載置当接して
おり、この押圧体１５と反射極台７には接合面方向より
加圧手段１６により静圧力が加えられるようになってい
る。
説明図であり、１は超音波発生装置２、ブースター３、
例えば耐熱衝撃性に優れた窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）製の
ダイヤフラム４、一方の電極を兼ねるホーン５で構成さ
れた振動発振手段であり、ホーン５はダイヤフラム４と
同じく窒化ケイ素製のスタッドボルト６を介してブース
ター３へ接続されている。尚、ホーンに代えて振動子の
みを用いる場合もあることからこのこの明細書において
振動子とした場合にはホーンを含めた意味で用いてい
る。７は反射極台であり、この反射極台７上には同じく
窒化ケイ素製の絶縁板８を介して、もう一方の電極プレ
ート９が載置されている。１０は電源トランスであり、
この電源トランス１０からはケーブル１１、１２がホー
ン５と電極プレート９に接続されている。ホーン５の先
端に設けたチップ５ａと電極プレート９との間には一対
の被接合金属材料１３、１４が互いに接合面を対向接触
させて設置されている。ホーン５の先端の上部に設けた
受圧プレート５ｂの上方には押圧体１５が載置当接して
おり、この押圧体１５と反射極台７には接合面方向より
加圧手段１６により静圧力が加えられるようになってい
る。
【００１３】次に、上述した装置を用いて実際に金属材
料を接合した場合について説明する。
料を接合した場合について説明する。
【００１４】
【実施例１】チタニウム同志を被接合金属材料に選び、
これを電極プレート９とホーン５のチップ５ａとの間に
挟み、加圧手段１６による予備静圧力を加えつつ電極プ
レート９とホーン５を介して被接合金属材料１３、１４
に電流を流し、約７５０℃まで抵抗発熱させた。その
後、６００℃まで温度を下げて硫黄濃化層が形成された
のを確認して加圧手段１６により２０ＫｇＦの静圧力を
加えつつ０．４ｓｅｃの間ホーン５を介して２０ＫＨｚ
５０μの振動振幅を加えたところ接合し、その接合強度
は母材強度と同程度となった。
これを電極プレート９とホーン５のチップ５ａとの間に
挟み、加圧手段１６による予備静圧力を加えつつ電極プ
レート９とホーン５を介して被接合金属材料１３、１４
に電流を流し、約７５０℃まで抵抗発熱させた。その
後、６００℃まで温度を下げて硫黄濃化層が形成された
のを確認して加圧手段１６により２０ＫｇＦの静圧力を
加えつつ０．４ｓｅｃの間ホーン５を介して２０ＫＨｚ
５０μの振動振幅を加えたところ接合し、その接合強度
は母材強度と同程度となった。
【００１５】これはチタニウムの表面の硫黄温度が４０
０℃から上昇して約７００℃で飽和し、接合面に硫黄濃
化層が析出されると、当然にその拡散接合温度は酸化層
の場合の拡散接合温度よりも低くなることを利用したも
ので、抵抗加熱をともなわない従来の超音波接合では、
同一の接合材料で７５０℃の拡散接合温度を必要とし、
５０ＫｇＦの静圧力と２０ＫＨｚ６０μの振動振幅を
０．８ｓｅｃ加えることを必要とした。
０℃から上昇して約７００℃で飽和し、接合面に硫黄濃
化層が析出されると、当然にその拡散接合温度は酸化層
の場合の拡散接合温度よりも低くなることを利用したも
ので、抵抗加熱をともなわない従来の超音波接合では、
同一の接合材料で７５０℃の拡散接合温度を必要とし、
５０ＫｇＦの静圧力と２０ＫＨｚ６０μの振動振幅を
０．８ｓｅｃ加えることを必要とした。
【００１６】両者を対比してみれば明らかなように、本
願発明を実施した場合には、従来の単なる超音波接合の
ものに比して拡散接合温度、被接合金属材料へ加える静
圧力、振動周波数、及び振動振幅等は共に低く、また、
振動を加える時間も短くて済むことから接合に要するエ
ネルギーが少なくて済むことが解った。
願発明を実施した場合には、従来の単なる超音波接合の
ものに比して拡散接合温度、被接合金属材料へ加える静
圧力、振動周波数、及び振動振幅等は共に低く、また、
振動を加える時間も短くて済むことから接合に要するエ
ネルギーが少なくて済むことが解った。
【００１７】
【実施例２】アルミニウムと銅の異種の被接合金属材料
１３、１４を電極プレート９とホーン５のチップ５ａと
の間に挟み、加圧手段１６による予備静圧力を加えつ
つ、電流を流して約５００℃まで抵抗発熱させた。しか
る後、接合面の温度を４００℃まで下げ、硫黄濃化層が
形成されたのを確認して加圧手段を用いて１０ＫｇＦの
静圧力を加えつつ２０ＫＨｚ６０μの振動振幅を０．３
ｓｅｃ与えたところ、接合して母材強度と同程度になっ
た。
１３、１４を電極プレート９とホーン５のチップ５ａと
の間に挟み、加圧手段１６による予備静圧力を加えつ
つ、電流を流して約５００℃まで抵抗発熱させた。しか
る後、接合面の温度を４００℃まで下げ、硫黄濃化層が
形成されたのを確認して加圧手段を用いて１０ＫｇＦの
静圧力を加えつつ２０ＫＨｚ６０μの振動振幅を０．３
ｓｅｃ与えたところ、接合して母材強度と同程度になっ
た。
【００１８】同一の接合材料を従来の超音波接合によっ
て接合しようとすると、拡散接合温度は５００℃であ
り、静圧力は２０ＫｇＦを要し、２０ＫＨｚ７０μの振
動振幅を０．８ｓｅｃ必要としたので、この場合にも、
本願発明のものが接合に要するエネルギーを必要とせず
優れていることが解った。
て接合しようとすると、拡散接合温度は５００℃であ
り、静圧力は２０ＫｇＦを要し、２０ＫＨｚ７０μの振
動振幅を０．８ｓｅｃ必要としたので、この場合にも、
本願発明のものが接合に要するエネルギーを必要とせず
優れていることが解った。
【００１９】そして、上述した実施例１と２の両者にお
いて、接合された被接合金属材料のつぶれ変形はなく、
いずれも原型を保っていた。
いて、接合された被接合金属材料のつぶれ変形はなく、
いずれも原型を保っていた。
【００２０】この発明者はさらに、上述した本願発明を
さまざまな材料、及び態様で実施した結果、本願発明を
実施すれば従来の超音波接合では不可能とされていた大
型の被接合材料でも静圧力を３０％〜５０％高めれば接
合が可能であること、周波数の高い共振振動（定常振
動）を用いなくとも、電磁式又はカム式等を用いた振動
発振手段による振動の低い周波数振動でも同じように接
合できることが解った。
さまざまな材料、及び態様で実施した結果、本願発明を
実施すれば従来の超音波接合では不可能とされていた大
型の被接合材料でも静圧力を３０％〜５０％高めれば接
合が可能であること、周波数の高い共振振動（定常振
動）を用いなくとも、電磁式又はカム式等を用いた振動
発振手段による振動の低い周波数振動でも同じように接
合できることが解った。
【００２１】
【発明の効果】請求項１のように構成すると、従来の超
音波接合の場合よりも弱い静圧力と振動振幅及び振動時
間で被接合金属材料を接合できるので、従来のもののよ
うなつぶれ変形、切れ、剥離等が発生するのを防止で
き、その他の検出不能な潜在欠陥を排除できる上により
接合し易くなるので、従来のように熟練工の勘や長年の
経験に頼らなくとも誰でもが容易に接合作業を行うこと
ができるという効果を奏し得る。
音波接合の場合よりも弱い静圧力と振動振幅及び振動時
間で被接合金属材料を接合できるので、従来のもののよ
うなつぶれ変形、切れ、剥離等が発生するのを防止で
き、その他の検出不能な潜在欠陥を排除できる上により
接合し易くなるので、従来のように熟練工の勘や長年の
経験に頼らなくとも誰でもが容易に接合作業を行うこと
ができるという効果を奏し得る。
【００２２】請求項２のように構成すると、従来の装置
を大幅に改良することなく、より性能のアップした金属
材料の接合装置を提供することができるものである。
を大幅に改良することなく、より性能のアップした金属
材料の接合装置を提供することができるものである。
【図１】この発明を説明するための説明図である。
１ 振動発振手段 ２ 超音波発生装置 ３ ブースター ４ ダイヤフラム ５ ホーン（振動子） ７ 反射極台 ９ 電極プレート １０ 電源トランス １３ 被接合金属材料 １４ 被接合金属材料 １５ 押圧体 １６ 加圧手段
Claims (8)
- 【請求項１】 互いに接合される被接合金属材料の接合
面を対向させ、前記被接合金属材料に電流を流して抵抗
加熱をすることにより接合面に硫黄濃化層を形成させ、
次いで前記被接合金属材料の接合面方向に静圧力を加え
ながら振動を与えることを特徴とする、金属材料の接合
方法。 - 【請求項２】 振動が超音波振動である、請求項１記載
の金属材料の接合装置。 - 【請求項３】 振動が電磁式振動である、請求項１記載
の金属材料の接合装置。 - 【請求項４】 振動がカム式振動である、請求項１記載
の金属材料の接合装置。 - 【請求項５】 一方の電極を兼ねる振動子を有する振動
発振手段と、前記振動子に対向して設置されたもう一方
の電極と、前記振動子ともう一方の電極との間に挟んだ
ところの互いに接合される被接合金属材料の接合面に静
圧力を加える加圧手段とを含むことを特徴とする、金属
材料の接合装置。 - 【請求項６】 振動発振手段が超音波発振手段である、
請求項５記載の金属材料の接合装置。 - 【請求項７】 振動発振手段が電子式の振動発振手段で
ある、請求項５記載の金属材料の接合装置。 - 【請求項８】 振動発振手段がカム式発振手段である、
請求項５記載の金属材料の接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26483593A JPH07116868A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 金属材料の接合方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26483593A JPH07116868A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 金属材料の接合方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07116868A true JPH07116868A (ja) | 1995-05-09 |
Family
ID=17408874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26483593A Pending JPH07116868A (ja) | 1993-10-22 | 1993-10-22 | 金属材料の接合方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07116868A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011162345A1 (ja) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | 日産自動車株式会社 | 接合方法および接合装置 |
| JP2012086268A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | 接合方法および接合装置 |
| WO2012081521A1 (ja) * | 2010-12-15 | 2012-06-21 | 日産自動車株式会社 | 接合方法および被接合部材 |
| WO2012081440A1 (ja) * | 2010-12-14 | 2012-06-21 | 日産自動車株式会社 | 導電材料の接合体 |
| JP2012125806A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Nissan Motor Co Ltd | 接合方法および接合装置 |
| JP2012125809A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Nissan Motor Co Ltd | 接合方法および接合装置 |
| JP2012125804A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Nissan Motor Co Ltd | 接合方法および被接合部材 |
-
1993
- 1993-10-22 JP JP26483593A patent/JPH07116868A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011162345A1 (ja) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | 日産自動車株式会社 | 接合方法および接合装置 |
| JP2012024840A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-02-09 | Nissan Motor Co Ltd | 接合方法および接合装置 |
| JP2012086268A (ja) * | 2010-09-22 | 2012-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | 接合方法および接合装置 |
| WO2012081440A1 (ja) * | 2010-12-14 | 2012-06-21 | 日産自動車株式会社 | 導電材料の接合体 |
| JP5786866B2 (ja) * | 2010-12-14 | 2015-09-30 | 日産自動車株式会社 | 導電材料の接合体 |
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