JP2006035244A - 冷間圧接方法及び金属接合体 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合強度の向上を図る。
【解決手段】 硬度が高い方の金属板材１１をダイス２３で押圧するようにしたので、硬度の高い金属板材１１が伸展するように変形すると、それに追従して、硬度の小さい金属板材も伸展するように変形する。したがって、硬度の高い金属板材１１の伸展量と硬度の低い金属板材１２の伸展量がほぼ同じ量となり、両金属板材１１，１２の接合面において過大な滑りが発生しないため、両金属板材１１，１２の接合強度が高い。
【選択図】 図４

Description

本発明は、冷間圧接方法及び金属接合体に関する。

従来、複数の金属板材を重ね合わせて一体化させことで金属接合体を製造する方法として、図６及び図７に示すように、重ね合わせた２枚の金属板材１００，１０１を、その板面と交差する方向にダイス１０２で押圧することで、表面側に凹部１０３が形成されるように変形させつつ接合して金属接合体１０４を製造することが行われている。この冷間圧接方法によれば、ダイス１０２が金属板材１００，１０１を押圧すると、金属板材１００，１０１が凹まされるように変形しつつ、金属板材１００，１０１の板面のうちダイス１０２で押圧される領域１００ａ，１０１ａ同士が密着して接合される。
尚、金属同士を接合する手段については、特許文献１に開示されている。
特開平２−２８０９７９号公報

金属板材１００，１０１をダイス１０２で押圧して凹ませるように変形させると、金属板材１００，１０１のうちダイス１０２で押圧される領域は中心から外周側へ変位しつつ伸展変形するのであるが、従来は、硬度の異なる２つの金属板材のうち硬度が低い方の金属板材１００を表面側、即ちダイス１０２が直接接触して押圧する側に配置していた。

このように、ダイス１０２が硬度の低い金属板材１００を直接押圧した場合には、ダイス１０２の侵入に伴なう伸展量の多くの部分を変形し易い金属板材１００が受け持つこととなり、金属板材１００，１０１同士の接触界面において過大な滑りが生じ、その結果、両金属板材１００，１０１の接合強度が低下することが懸念される。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、接合強度の向上を図ることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、重ね合わせた硬度の異なる複数の金属板材を、その板面と交差する方向にダイスで押圧することで、表面側に凹部が形成されるように変形させつつ接合して金属接合体を製造する冷間圧接方法であって、硬度が異なる前記複数の金属板材のうち、硬度が高い方の金属板材を前記ダイスで押圧される表面側に配置する構成としたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、重ね合わせた硬度の異なる複数の金属板材を、その板面と交差する方向にダイスで押圧し、表面側に凹部が形成されるように変形させつつ接合することによって製造される金属接合体であって、硬度が異なる前記複数の金属板材のうち、硬度が高い方の金属板材を前記ダイスで押圧される表面側に配置したところに特徴を有する。

＜請求項１及び請求項２の発明＞
金属板材をダイスで押圧して凹ませるように変形させると、金属板材のうちダイスで押圧される領域は中心から外周側へ変位しつつ伸展変形する。ここで、ダイスが硬度の低い金属板材を直接押圧した場合には、ダイスの侵入に伴なう伸展量の多くの部分を変形し易い金属板材が受け持つこととなり、金属板材同士の接触界面において過大な滑りが生じ、その結果、両金属板材の接合強度が低下することが懸念される。
これに対し、本発明では、硬度が高い方の金属板材がダイスで直接押圧されるようにしたので、硬度の高い金属板材が凹まされるように変形して中心から外周側へ伸展するように変形すると、これに追従して、硬度の小さい金属板材も中心から外周側へ伸展するように変形する。したがって、硬度の高い金属板材の伸展量と硬度の低い金属板材の伸展量がほぼ同じ量となり、両金属板材の接合面において過大な滑りが発生せず、上述したような剥離が発生しないため、両金属板材の接合強度は高い。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図５を参照して説明する。本実施形態の金属接合体１０は、第１金属板材１１と第２金属板材１２とを接合して製造される。第１金属板材１１と第２金属板材１２は、いずれも、板厚寸法が全域に亘って一定であり、前後方向に長く且つ幅寸法が全長（前後方向）に亘って一定の方形をなす。第１金属板材１１の全長と幅寸法は、夫々、第２金属板材１２と同じ寸法となっている。また、両金属板材１１，１２の板厚も同じ寸法となっている。

第１金属板材１１は、銅合金製であり、その硬度は、ＨＶ１１５である。一方の第２金属板材１２は、銅製であり、その硬度は、ＨＶ９０である。つまり、第１金属板材１１の方が第２金属板材１２よりも硬度が高く、第１金属板材１１の方が変形し難い。

この第１金属板材１１と第２金属板材１２は、板面同士が水平な姿勢で面接触状態となるように上下に重ね合わせた状態で、ダイス２３を用いた冷間圧接方法によって電気的導通可能に接合される。ここで、硬度の高い第１金属板材１１が第２金属板材１２上面（表面）側に重ねられるが、これは、接合手段であるダイス２３が上から下向き（即ち、金属板材１１，１２の板面と略直角な方向）に両金属板材１１，１２を押圧することを考慮した配置である。尚、両金属板材１１，１２を重ね合わせた状態では、双方の前端面同士、後端面同士、及び左右両側面同士が互いに面一状に連続するようになる。そして、この重ね合わせた２枚の金属板材１１，１２は、上下両金型２１，２２によって重ね合わせ状態に固定される。

上部金型２１は、全体としてブロック状をなし、下面には第１金属板材１１を収容するための溝部２１ａが形成されている。溝部２１ａは上部金型２１の前後両端面に開口され、第１金属板材１１を左右方向（金属板材１１の板面と平行な方向）へのガタ付き（変位）なく位置決めして収容する。溝部２１ａに第１金属板材１１をセットした状態では、第１金属板材１１の前後両端部が上部金型２１の外部へ突出し、第１金属板材１１の上面が溝部２１ａの天井面（上面）に面接触状態で当接し、第１金属板材１１の下面が上部金型２１の下面に対して面一状に連続する。

また、上部金型２１には、その上面から溝部２１ａの天井面（内面）に至る上下方向（金属板材１１，１２の板面と直角方向）の円形をなすガイド孔２１ｂが形成されている。ガイド孔２１ｂは幅方向（左右方向）及び前後方向において溝部２１ａのほぼ中央に位置する。このガイド孔２１ｂにより接合時にダイス２３が案内されるようになっている。ダイス２３は、軸線を上下方向に向けた円柱形をなし、上部金型２１の上方からガイド孔２１ｂ内に前後左右方向へのガタ付きなく嵌入されるようになっている。ダイス２３の外径は、その下端から接合完了時にガイド孔２１ｂに収容される領域に亘って一定の寸法となっている。また、ダイス２３の下面は、ダイス２３と同心で且つダイス２３の外径よりも小径の円形をなす押圧面２３ａとなっている。この押圧面２３ａは、ダイス２３により金属板材１１，１２を押圧する方向と直角な平坦面である。

下部金型２２は、全体としてブロック状をなし、上面には第２金属板材１２を収容するための溝部２２ａが形成されている。溝部２２ａは下部金型２２の前後両端面に開口され、第２金属板材１２を左右方向（金属板材１２の板面と平行な方向）へのガタ付き（変位）なく位置決めして収容する。溝部２２ａに第２金属板材１２をセットした状態では、第２金属板材１２の前後両端部が下部金型２２の外部へ突出するとともに、第２金属板材１２の下面が溝部２２ａの下面に面接触状態で当接し、第２金属板材１２の上面が下部金型２２の上面に対して面一状に連続する。

尚、上部金型２１、下部金型２２及びダイス２３は、いずれも、合金工具鋼（ＳＫＤ１１）であり、その硬度は、ＨＶ７００〜７５０である。つまり、上下両金型２１，２２とダイス２３は、いずれも第１金属板材１１より硬度が高い。

次に、本実施形態の作用を説明する。
第１金属板材１１と第２金属板材１２を接合して金属接合体１０を製造する際には、下部金型２２の溝部２２ａに第２金属板材１２を嵌合（セット）し、その第２金属板材１２の上面に第１金属板材１１を重ね、その上から上部金型２１を被せてその溝部２１ａを第１金属板材１１に嵌合し、上部金型２１の下面と下部金型２２の上面とを面接触状態で当接させることにより、両金型２１，２２を合体させる。この状態では、上下に重ね合わせた両金属板材１１，１２が、下部金型２２の溝部２２ａの下面と上部金型２１の溝部２１ａの天井面との間で挟みつけられることにより、両金属板材１１，１２が上下両金型２１，２２に対して上下左右へのガタ付きなく保持される。尚、両金属板材１１，１２の前後方向への変形は許容されている。

この状態からダイス２３をガイド孔２１ｂ内に進入（下降）させると、ダイス２３の下端の押圧面２３ａが第１金属板材１１の上面（表面）を上から押圧し、その第１金属板材１１の上面を凹ませる。この後、さらにダイス２３の下降が進むと、第１金属板材１１がダイス２３に押圧されて下方へ沈むように（凹むように）変形する。この変形部は有底筒状をなす。この第１金属板材１１の有底筒状の変形部のうちダイス２３の押圧面２３ａと対応（直接接触）する水平な円形板状部１１ａが、第２金属板材１２の上面を押圧して凹ませる。

そして、ダイス２３が接合完了位置まで下降すると、図４に示すように、第１金属板材１１の上面には、円形の凹部１３が形成されるとともに、両金属板材１１，１２のうちダイス２３の押圧面２３ａと対応する円形板状部１１ａ，１２ａの板厚が薄くなる。第２金属板材１２の板厚の薄くなった円形板状部１２ａは、第１金属板材１１の円形板状部１１ａの上面に重ね合わされ、その両金属板材１１，１２の円形板状部１１ａ，１２ａは、ダイス２３の押圧面２３ａと下部金型２２の溝部２２ａの下面との間で上下に挟みつけられた状態となる。

このように、両金属板材１１，１２がダイス２３によって変形させられると、第１金属板材１１の円形板状部１１ａ（ダイス２３の押圧面２３ａと対応する略円形領域）の下面と第２金属板材１２の円形板状部１２ａ（ダイス２３の押圧面２３ａと対応する略円形領域）の上面が、互いに強固に接合（固着）し、もって、第１金属板材１１と第２金属板材１２が一体化されて金属接合体１０が製造される。

さて、接合工程において、第１金属板材１１をダイス２３で押圧して凹ませるように変形させると、第１金属板材１１のうちダイス２３で押圧される円形板状部１１ａはダイス２３の中心から外周側へ変位しつつ伸展変形する。ここで、もしダイス２３が硬度の低い第２金属板材１２を直接押圧した場合には、ダイス２３の侵入に伴なう伸展量の多くの部分を変形し易い第２金属板材１２が受け持つこととなり、金属板材１１，１２同士の接触界面（接合面）において過大な滑りが生じ、その結果、両金属板材１１，１２の接合強度が低下することが懸念される。
これに対し本実施形態では、硬度の高い第１金属板材１１がダイス２３で直接押圧されるようにしたので、硬度の高い第１金属板材１１が凹まされてその円形板状部１１ａが中心から外周側へ伸展するように変形すると、硬度の小さい第２金属板材１２が凹まされつつ、その円形板状部１２ａが第１金属板材１１の円形板状部１１ａに追従して中心から外周側へ伸展するように変形する。したがって、第１金属板材１１の円形板状部１１ａの伸展量と第２金属板材１２の円形板状部１２ａの伸展量がほぼ同じ量となり、第１金属板材１１と第２金属板材１２との接合面（界面）において過大な滑りが発生せず、前述のような剥離が生じないため、第１金属板材１１と第２金属板材１２の接合強度が高い。
なお、実験の結果によれば、硬度の低い第２金属板材１２をダイスで直接押圧した場合の接合強度が８３０Ｎ（１０個のサンプルの平均値）であったのに対し、硬度が高い第１金属板材１１をダイス２３で直接押圧する本実施形態の場合の接合強度は１２４０Ｎ（１０個のサンプルの平均値）、即ち第２金属板材１２を直接押圧した場合の約１．４９倍の強さとなることが判った。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では２枚の金属板材を重ねた場合について説明したが、本発明は、硬度の異なる３枚以上の金属板材を重ね合わせる場合にも適用することができる。

実施形態１の斜視図 接合済みの金属接合体の斜視図 接合前の状態をあらわす断面図 接合が完了した状態をあらわす断面図 図３のＸ−Ｘ断面図 従来例の接合前の状態をあらわす断面図 従来例の接合が完了した状態をあらわす断面図

符号の説明

１０…金属接合体
１１…硬度の高い金属板材
１２…硬度の低い金属板材
１３…凹部
２３…ダイス

Claims (2)

1. 重ね合わせた硬度の異なる複数の金属板材を、その板面と交差する方向にダイスで押圧することで、表面側に凹部が形成されるように変形させつつ接合して金属接合体を製造する冷間圧接方法であって、
   硬度が異なる前記複数の金属板材のうち、硬度が高い方の金属板材を前記ダイスで押圧される表面側に配置することを特徴とする冷間圧接方法。
2. 重ね合わせた硬度の異なる複数の金属板材を、その板面と交差する方向にダイスで押圧し、表面側に凹部が形成されるように変形させつつ接合することによって製造される金属接合体であって、
   硬度が異なる前記複数の金属板材のうち、硬度が高い方の金属板材を前記ダイスで押圧される表面側に配置したことを特徴とする金属接合体。

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