JP2015089560A

JP2015089560A - 金属接合板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2015089560A
Application number: JP2013229970A
Authority: JP
Inventors: 啓悟岡川; Keigo Okagawa; 正基石橋; Masaki Ishibashi
Original assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Current assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-05-11
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: JP6210489B2

Abstract

【課題】金属板及び金属箔を多数積層させて接合した場合にも、十分な接合強度を得ると共に、全幅に亘り良好な導通性が得られる金属接合板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、少なくとも前記各金属箔に、該金属箔を連続して貫通する貫通細孔を形成し、外部磁界を変化させることで前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、この両金属板間に生じる電位差に基づき、前記貫通細孔に大電流を流入させて該貫通細孔内及び／又はその近傍に溶融溶接を施すことで、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合してなる1つ以上の点状接合部により一体化されている金属接合板、及びその金属接合板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層した金属板と金属箔とを接合して一体化した金属接合板及びその製造方法に関する。

電気自動車の電源、工場やビルのバックアップ用電源などには、充放電可能な直流電源として、例えば、ラミネートフィルムを用いた外装体の中に内部電極対と電解液とを封入したシート状の二次電池セルが広く知られている。このような二次電池セルを重ね合わせて並列接続し、かつ、これらを多段に直列接続することにより、最終段に流れる電流が４０Aから５００A程度の大容量直流電源を構成することもできる。
このような二次電池セルの接続端子部は金属性の薄板や箔などで形成されており、このような二次電池セルを並列接続する場合には、接続端子部を構成する金属板を積層させて確実に接合する技術が必要となる。例えば特許文献１には、重ねた金属薄板を一巻きコイル内に配設し、この一巻きコイルに電流を流して金属薄板に渦電流を生じさせ、発生した電磁力によって金属薄板同士を圧接する電磁圧接の技術が開示されている。

特許第３７５１１５３号

このような電磁力を利用した圧接によって、積層させた金属薄板同士を接合した場合には、積層する金属薄板の枚数が数枚程度の少ない場合には良好に接合されるが、積層枚数が増加するほど、圧接した金属薄板同士の接合界面の一部に部分的に接合不良となる箇所が出現する傾向にある。このような接合不良は、接合界面の電気抵抗のばらつきを生じ、また接合強度を低下させる原因にもなり得る。
そして近年、直流電源の大容量化の要請が一段と高まり、大電流の取り出しが可能となるように、接続端子部としてもより幅広の金属薄板が採用されつつある。従って、幅広の金属薄板を多数積層させて接合した場合にも、十分な接合強度を得ると共に、全幅に亘り電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることがより一層重要な課題となっている。
本発明はこのような課題を解決すべく成されたものであり、その目的は、金属板及び金属箔を多数積層させて接合した場合にも、十分な接合強度を得ると共に、全幅に亘り良好な導通性が得られる金属接合板及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、金属板を多数積層させて接合するに際して電磁圧接を応用して電磁圧接と同時に溶融溶接を生じさせる接合方法により、多数の金属板と金属箔とを接合した場合にも十分な接合強度を得ると共に、接合部位の全幅に亘り良好な導通性が得られることを知見し、かかる知見に基づきさらに検討して本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
１．上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、
少なくとも前記各金属箔に、該金属箔を連続して貫通する貫通細孔を形成し、外部磁界を変化させることで前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、この両金属板間に生じる電位差に基づき、前記貫通細孔に大電流を流入させて該貫通細孔内及び／又はその近傍に溶融溶接を施すことで、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合してなる1つ以上の点状接合部により一体化されている金属接合板。
２．前記貫通細孔内に金属細線を挿入した後、前記の溶融溶接を施すことを特徴とする１記載の金属接合板。
３．前記貫通細孔から所定距離離隔させた部位において、前記両金属板に、互いに逆向きの渦電流によって、前記両金属板が互いに接近する方向に電磁力を作用させ、一対の前記金属板と前記各金属箔とを圧接する電磁圧接により形成された前記点状接合部より広い範囲で線状に接合されてなる線状接合部を具備する１又は２記載の金属接合板。
４．前記線状接合部は、互いに離間されて、ほぼ平行に2カ所に形成されており、
前記点状接合部は、この２つの線状接合部の間に配置され、かつ、この線状接合部の長さ方向に沿って、複数箇所に形成されている３記載の金属接合板。
５．上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、
前記各金属板及び各金属箔の全てを連続して貫通する貫通細孔を形成し、
前記貫通細孔内に金属細線を挿入し、該金属細線に大電流を供給して溶融気化させる溶融溶接によって、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合して形成された１つ以上の点状接合部により一体化されている金属接合板。
６．上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に位置する複数の金属箔とを、一つ以上の点状接合部と線状接合部とによって接合して一体化する金属接合板の製造方法であって、
前記上下一対の各金属板の間に、空隙を設けた状態で、複数の前記金属箔を重ねて配設して積層体を形成する積層工程と、
前記積層工程と同時或いは前後いずれかに、少なくとも前記複数の金属箔を厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する細孔形成工程と、
上下一対の電流通過部を有するコの字型コイルにおける両電流通過部間に前記貫通細孔が位置するように前記積層体を配設する配設工程と、
前記コの字型コイルにパルス状の大電流を供給し前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、前記両金属板が互いに接近する方向に電磁力を作用させて電磁圧接を施すと共に、前記両金属板間に生じた電位差によって前記貫通細孔に大電流を供給して溶融溶接を施し、これらによって、前記線状接合部と点状接合部との双方を同一工程内で形成する電磁溶接工程と、
を備える金属接合板の製造方法。
７．前記細孔形成工程の後に、形成された前記貫通細孔内に金属細線を挿入する挿入工程をさらに備える６記載の金属接合板の製造方法。
８．上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に位置する複数の金属箔とを、一つ以上の点状接合部において接合して一体化する金属接合板の製造方法であって、
前記上下一対の各金属板の間に複数の前記金属箔を重ねて配設して積層体を形成する積層工程と、
前記点状接合部を形成する位置に対応して、前記上下一対の金属板及び複数の前記金属箔に、その厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する細孔形成工程と、
形成した前記各貫通細孔内に金属細線を挿入し、この金属細線の両端が前記上下一対の金属板から外側に突出する状態に配設する細線配設工程と、
突出した前記各金属細線の両端に対してパルス状の大電流を供給して、前記金属細線を溶融気化させる溶融溶接を施し、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合する溶融溶接工程と、
を備える金属接合板の製造方法。

請求項１にかかる金属接合板は、積層された金属箔を連続して貫通する貫通細孔を形成し、外部磁界を変化させて上下一対の金属板に逆向きの渦電流を生じさせると、この両金属板間に電位差が生じる。上下の金属板によって挟まれた各金属箔では、この電位差により、貫通細孔を通じてアーク放電が生じ、貫通細孔内及び／又はその近傍で溶融溶接が施され、これにより上下の金属板と各金属箔とが溶融溶接される。従って、この金属接合板が、例えば幅広の電極端子部として構成された場合にも、貫通細孔を形成する部位や個数を適宜選択することで、全幅に亘って十分な接合強度が得られると共に、全幅に亘って電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることが可能となる。

請求項５にかかる金属接合板は、一対の金属板と金属箔とを積層させ、各金属板及び各金属箔の全てを連続して貫通する貫通細孔を形成し、この中に金属細線を挿入して溶融気化させる溶融溶接を施すことにより、１つ以上の点状接合部により一体化して構成したので、積層させた各金属板と各金属箔とを貫通細孔を介して確実に接合することできる。これによりこの金属接合板が、例えば幅広の電極端子部として構成された場合にも、貫通細孔を形成する部位や個数を適宜選択することで、全幅に亘って十分な接合強度が得られると共に、全幅に亘って電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることが可能となる。

請求項６にかかる金属接合板の製造方法によれば、積層工程によって一対の金属板と複数の金属箔との積層体を形成し、細孔形成工程によって少なくとも前記複数の金属箔を厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する。この貫通細孔を形成する工程は、積層工程と同時に、又は積層工程の前の工程或いは後の工程のいずれであっても良い。そして続く配設工程によって、コの字型コイルにおける両電流通過部間にこの貫通細孔が位置するように積層体を配設し、電磁溶接工程を実施する。電磁溶接工程では、コの字型コイルにパルス状の大電流を供給し、電磁誘導によって両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせる。この渦電流によって両金属板には互いに接近する方向に電磁力が作用し、この電磁力により線状に電磁圧接が施される。またこの際、互いに逆向きの渦電流によって、向かい合う両金属板の間には電位差が形成されており、電磁圧接によって、積層体を構成する両金属板と複数の金属箔とが接触する状態となって、この電位差に基づいて貫通細孔を介して大電流が供給され、点状としての、貫通細孔内及び／又はその近傍で、溶融溶接が施され、この部位においても上下の金属板と各金属箔とが溶融溶接される。このように電磁溶接工程では、同一の工程において線状接合部と点状接合部との双方を形成することができる。
従って、金属箔の積層枚数が増加し、線状接合部を形成する電磁圧接で部分的に接合状態が低下する部位が発生した場合にも、局所的に溶接を施す点状接合部でこれを補うことが可能となり、この金属接合板が、例えば幅広の電極端子部として構成された場合にも、全幅に亘って十分な接合強度が得られると共に、全幅に亘って電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることが可能となる。さらに電磁溶接工程では、線状接合部を形成する圧接と点状接合部を形成する溶接とに対して、別々に電力を供給する必要はなく、コの字型コイルによって供給される電磁エネルギーのみによって、線状接合部と点状接合部とを一緒に形成することができるため、効率的に金属接合板を製造することが可能となる。

請求項８にかかる金属接合板の製造方法によれば、積層工程によって一対の金属板の間に金属箔を重ねて積層体を形成し、細孔形成工程によって積層体をその厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成し、細線配設工程によって貫通細孔に金属細線を挿入し、金属細線の両端が各金属板から外側に突出するよう配設する。そして、溶融溶接工程において金属細線に大電流を供給して溶融溶接を施す工程を備えて構成する。これにより、積層させた各金属板と各金属箔とを貫通細孔を介して確実に接合することができ、金属箔の積層枚数が増大した場合や、この金属接合板が例えば幅広の電極端子部として構成された場合にも、貫通細孔を形成する部位や個数を好適に設定することで、全幅に亘って十分な接合強度が得られると共に、全幅に亘って電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることが可能となる。

金属接合板の製造方法に用いる一巻きコイル及び放電回路を概略的に示す斜視図である。銅薄板と銅箔との積層状態を示す斜視図である。放電回路を模式的に示すと共に、コの字に沿ったコイルの断面をとって示す端面図である。一巻きコイル、銅薄板及び銅箔の断面をとって、磁束・渦電流の発生状態を示す説明図である。本発明の金属接合板の接合部位を中心に摸式的に示す断面図（図7の幅方向断面相当図）である。（a）は圧接前に、上下の銅薄板に流れる渦電流の向きを矢印で示す説明図、（ｂ）圧接後に、上下の銅薄板に流れる渦電流の向きと貫通細孔を流れる電流の向きを矢印で示す説明図である。本発明の金属接合板の平面図であって、銅薄板と銅箔との接合部位を摸式的に示す平面図である。貫通細孔内に銅細線を配した積層体と、放電回路とを模式的に示す説明図である。

１０：電磁溶接装置、２０：一巻きコイル（コの字型コイル）、２０a：上側電流通過部材、２０ｂ：下側電流通過部材、２０e：スペーサ部材、６２：銅箔（金属箔）、６４：貫通細孔、７２：銅薄板（金属板）、７４：銅薄板（金属板）、８０：積層体、８２：間隙、１０２：渦電流、１０４：渦電流、１６４：貫通細孔、１６８：銅細線（金属細線）、２００：線状接合部、２１０：点状接合部。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
＜電磁溶接装置＞
まず、本発明の製造方法に用いられる装置について説明する。
図1に本実施形態にかかる金属接合板の製造方法に用いる電磁溶接装置を示す。この電磁溶接装置１０は、細径のコの字型を呈する一巻きコイル２０を備えている。この一巻きコイル２０は、細幅の長い角柱形状の上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとを上下に平行となるように配しており、クロム銅材によって一対の同じ形状に形成されている。また、この互いの一端側には、同一のクロム銅材によって形成された短い角柱形状のスペーサ部材２０eを配しており、スペーサ部材２０eの上面が上側電流通過部２０aに当接し、下面が下側電流通過部材２０ｂに当接している。これら上側電流通過部材２０a、下側電流通過部材２０ｂ及びスペーサ部材２０eは、それぞれ別体として形成しており、図示しない保持部材によって、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとの間にスペーサ部材２０eを強固に挟み込むことにより、コの字型の一巻きコイル２０を構成している。
また、上側電流通過部材２０a及び下側電流通過部材２０ｂの他端側は、長方形型に幅広の上側平板部２０ｃ及び下側平板部２０ｄがそれぞれ一体的に形成されおり、上側平板部２０ｃと下側平板部２０ｄとの間隙にも、スペーサ部材２２が介在している。スペーサ部材２２は、長辺側を上側平板部２０ｃ等と同じ長さに、短辺側は上側平板部２０ｃ等よりも短い長方形型を呈している。なお、スペーサ部材２２も同一のクロム銅材によって形成されているが、スペーサ部材２２の上面と下面には、膜厚０．１ｍｍ程度のポリイミドフィルムを絶縁シート（図示せず）として設けており、この絶縁シートによって、スペーサ部材２２と、その上下に位置する上側電流通過部材２０a及び下側電流通過部材２０ｂとの間の絶縁性を確保している。このように、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとは、両端側をスペーサ部材２０e、２２によって一定の間隔を保つようにして平行に配設している。
本実施例で示したように一巻きコイル２０の構造として、分離可能なスペーサ部材２０eを設ける構成を採用することで、接合対象となる金属板や金属箔の厚みや枚数が増減した場合にも、好適な高さを有する２つのスペーサ部材２０e、２２に交換することで、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとの間隔を最適に調整し、かつ、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとの平行状態を確保することが可能となる。
なお、一巻きコイル２０の構造としては、上側電流通過部材２０a、下側電流通過部材２０ｂ及びスペーサ部材２０eの各部材をこのように組み合わせて構成する以外にも、これらの部材を予め一体的に形成することも可能である。

上側電流通過部材２０a及び下側電流通過部材２０ｂの寸法としては、コイルの長さa＝７０ｍｍ、幅（コイル幅）ｂ＝５ｍｍ、厚さｃ＝１０ｍｍである。また上側平板部２０ｃ及び下側平板部２０ｄは短辺側＝７０ｍｍ、長辺側＝１４５ｍｍで、厚さ＝１０ｍｍである。一巻きコイル２０を構成する材質としては、導電性を有する材質であって、後述する電磁圧接の際にも変形しない程度の極めて高い剛性が要求され、導電率や耐久性、強度などを考慮すると、鋼鉄製、銅合金製等が望ましい。なお、接合対象となる金属接合板の幅等に応じて各部の寸法は適宜変更可能であり、例えば、図示したコイルの長さaは５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度、コイルの幅ｂは３ｍｍ〜７ｍｍ程度、コイルの厚さｃは５ｍｍ〜１５ｍｍ程度の範囲で設定される。また、上側平板部２０ｃ及び下側平板部２０ｄの長辺側の長さも、接合対象となる金属接合板の幅に依存し、特に限定するものではないが５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の範囲で形成される。

また上側平板部２０ｃと下側平板部２０ｄとの間は、配線部材３０を介して、コンデンサ電源４０とギャップスイッチ５０が直列に接続されており、これらコンデンサ電源４０、ギャップスイッチ５０及び一巻きコイル２０によって放電回路を構成しており、コンデンサ電源４０の電源容量は１００μＦ、放電エネルギーは３．０ｋＪである。この放電回路によって供給される電流値は、後述する各実施例においても、金属板間に多数枚の金属箔を接合する上で、３００ｋＡ程度の大きな電流が供給される。
なお、流れている時間は、放電エネルギーに関係なく電源容量の影響を受け、たとえば100μFで約50μs、25μFで約25μs、400μF約100μsとなり、およそ電源容量比の平方根に比例する時間流れることとなる。

次に金属接合板の製造方法について工程順に説明する。
本発明の金属接合板の製造方法は、
上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に位置する複数の金属箔とを、一つ以上の点状接合部と線状接合部とによって接合して一体化する金属接合板の製造方法であって、
前記上下一対の各金属板の間に、空隙を設けた状態で、複数の前記金属箔を重ねて配設して積層体を形成する積層工程と、
前記積層工程と同時或いは前後いずれかに、少なくとも前記複数の金属箔を厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する細孔形成工程と、
上下一対の電流通過部を有するコの字型コイルにおける両電流通過部間に前記貫通細孔が位置するように前記積層体を配設する配設工程と、
前記コの字型コイルにパルス状の大電流を供給し前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、前記両金属板が互いに接近する方向に電磁力を作用させて電磁圧接を施すと共に、前記両金属板間に生じた電位差によって前記貫通細孔に大電流を供給して溶融溶接を施し、これらによって、前記線状接合部と点状接合部との双方を同一工程内で形成する電磁溶接工程と、を行うことにより実施できる。
以下、詳述する。

（積層工程）
図2に示すように、金属箔としての銅箔６２を複数枚重ねて配設する。一例として銅箔６２の箔厚は０．０５ｍｍであり、重ね合わせた枚数は１０枚である。なお、積層工程は、次に説明する細孔形成工程の終了後に積層を行うことで完成となる。
（細孔形成工程）
次に、重ねた10枚の銅箔６２を厚さ方向に連続して貫通するように、貫通細孔６４を形成する。貫通細孔の形成方法は特に制限されないが、各種旋盤加工法、レーザーによる加工法等公知の手法を特に制限なく用いることができる。
図示の例では、貫通細孔６４は、重ねた銅箔６２に対して５カ所に等間隔で一列に形成している。貫通細孔６４を形成する位置は、後の工程で一巻きコイル２０内に挿入固定した際に、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとの間に位置するような配置となっており、これら上側・下側電流通過部２０ａ・２０ｂの形状に沿う位置に形成している状態である。なお、貫通細孔６４の孔径は特に限定するものではなく、おおよそ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲である。
このような細孔形成工程としては、一枚の銅箔６２に対して、後に貫通細孔６４となる細孔を形成しておき、このように予め細孔を形成した銅箔６２を積層させることで貫通細孔６４を形成することも可能である。また、銅箔６２を一枚ずつ重ねながら細孔を形成することも可能であり、具体的には一枚の銅箔６２に対して細孔を形成し、さらにこの上に銅箔６２を重ね、重ねた銅箔６２に対して細孔を形成し、以下順に重ねた銅箔６２に対してのみ細孔を形成し、最終的に積層された状態で貫通細孔６４を形成する工程を採用することも可能である。
このようにして複数の銅箔６２を重ねて配設し、さらにこの上側には厚さ０．３ｍｍの金属板として銅薄板７２を配し、下側にも厚さ０．３ｍｍの金属板として銅薄板７４を配し、これら上下一対の銅薄板７２、７４の間に複数の銅箔６２を重ねて配設して、積層体８０を形成する、これにより積層工程が完了する。

（配設工程）
次に図３に示すように一巻きコイル２０内に積層体８０を配設する。一巻きコイル２０は図示しない支持部材によってインシュレータ９０を介して支持固定されており、同じ支持部材に対して積層体８０も位置決めされた状態で固定されている。この際、積層体８０における貫通細孔６４が形成された部位は、一巻きコイル２０における上側電流通過部材２０aの直下、下側電流通過部材２０ｂの直上となるように、この間に挟まれる位置に配設されている。
なお、図中に示したインシュレータ９０は板状の絶縁部材であり、上側電流通過部材２０aと銅薄板７２との間、及び、下側電流通過部材２０ｂと銅薄板７４との間に、それぞれ介在するように配設しており、一巻きコイル２０と銅薄板７２、７４とを電気的に絶縁している。また、図３では説明の便宜上、スペーサ部材２２の図示を省略して示す。

また、上側電流通過部材２０aの直下に位置する、銅薄板７２と積層させた銅箔６２との間、及び、下側電流通過部材２０ｂの直上に位置する、銅薄板７４と積層させた銅箔６２との間には、それぞれギャップ長が１．０ｍｍの間隙８２を設けている。この間隙８２は、図４に示すように、厚さ１．０ｍｍの絶縁板としてのガラスエポキシ板９２を利用して形成しており、銅薄板７２と積層させた銅箔６２の間にあって、上側電流通過部材２０aの直下を避けるようにして、上側電流通過部材２０aの長さ方向両側に沿うように、２つのガラスエポキシ板９２を配している。また下側電流通過部材２０ｂ側の間隙８２も同様に、銅薄板７４と積層させた銅箔６２の間にあって、下側電流通過部材２０ｂの直上を避けるようにして、下側電流通過部材２０ｂの長さ方向両側に沿うように、２つのガラスエポキシ板９２を配することで形成している。このような積層構造を採用することで、上側電流通過部材２０a側と下側電流通過部材２０ｂ側とにおける、上下２つの間隙８２を、同一のギャップ長１．０ｍｍに設定している。なお、図４では説明の便宜上、インシュレータ９０の図示を省略している。

（電磁溶接工程）
このようにして一巻きコイル２０の内側に積層体８０を配設した状態で電磁溶接を施す。
コンデンサ電源４０には１００μＦの電荷が蓄えられており、ギャップスイッチ５０を閉じると、図３に電流Ｉとして示すように、最大３００ｋＡ程度のパルス状の大電流が、５０μｓ程度の極く短時間、一巻きコイル２０に流れる。一巻きコイル２０側では、向かい合う上下一対の上側電流通過部材２０a及び下側電流通過部材２０ｂに互いに逆向きにパルス状の大電流が急激に流れる状態となる。
上側電流通過部材２０aに注目すると、その周囲には、図４に示すように電流Ｉの向きに応じた高密度な磁束が発生し、相対する銅薄板７２と交差する。これにより銅薄板７２では同時に電流Ｉと逆方向に誘導電圧が生じ、銅薄板７２の抵抗値が小さいため大きな渦電流１０２が銅薄板７２に流れて磁束の浸透を妨げる。一方、相対する下側電流通過部材２０ｂにおいても同じ作用によって、銅薄板７４に渦電流１０４が流れるが、銅薄板７２の渦電流１０２とは逆向きとなる。
渦電流１０２，１０４が生じることで銅薄板７２，７４には電磁力が作用するが、その方向は銅薄板７２，７４が互いに接近する方向となる。この電磁力によって、上側・下側電流通過部材２０a、２０ｂの直下・直上に位置する銅薄板７２、７４の領域は、ジュール加熱されながら高速に変形する。上側電流通過部材２０a及び下側電流通過部材２０ｂに流れる電流Ｉの大きさが同じであり、銅薄板７２，７４が同質・同厚であるので、銅薄板７２，７４の変形速度は大きさが等しく反対方向となる。前述したように空隙８２のギャップ長を上下で同じ長さに設定しているため、原理上、銅薄板７２、７４が積層した銅箔６２に対して同時に衝突し、衝突後の速度は零となる。この状態を図５に示す。銅薄板７２，７４は、上側電流通過部材２０a・下側電流通過部材２０ｂにそれぞれ対向する領域で、互いが凹形状に接近するように変形して衝突し、この間に、積層された銅箔６２が圧接される。
このようにして電磁圧接を施すことにより、接合部位には、上側電流通過部材２０a・下側電流通過部材２０ｂの形状に沿うようなほぼ長方形状の凹部接合面２３０が形成される（図７）。このような電磁溶接では、凹部接合面２３０の全面が溶接される状態ではなく、長方形状を呈する凹部接合面２３０の長辺の内側に沿うように、２本の線状にシーム溶接され、積層された銅箔６２と銅薄板７２、７４とを一体的に接合する線状接合部２００が形成される。
なお、上記電荷は、金属薄板の板厚や材質によって異なり、金属薄板の板厚と表皮の深さがおよそ等しいように、コンデンサ電源の電源容量を選択すると効率的に溶接を行うことができる。たとえば、表皮の深さは金属薄板の材質（導電率の相違）、板厚および電磁圧接回路のパルス状大電流（放電電流、コイル電流）の周期（電源容量と回路インダクタンス（コイルインダクタンスを含む））などに依存するため、諸条件に応じて25μFから400μF 程度とすることができる。また、放電エネルギーについても、諸条件に応じては2.0kJから5.0kJ（金属薄板の板厚および金属箔の枚数、材質などによって変更するのが好ましい）とすることができる。

配設工程において既に説明したように、積層体８０は、貫通細孔６４が形成された部位が、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとの間に位置するように位置決めされているために、貫通細孔６４は、この形成された２本の線状接合部２００の間にあって、この線状に沿うように配列される状態となっている。なお、この２本の線状接合部２００の間隔は、コイル幅５ｍｍよりも僅かに狭い４ｍｍ程度となる。
さらにこの電磁溶接工程では、ほぼ同じタイミングで貫通細孔６４に対しても溶融溶接が施される。以下に詳細に説明すると、銅薄板７２と銅薄板７４には互いに逆向きの大きな渦電流が流れるが、換言すれば、図６（a）に示すように、銅薄板７２と銅薄板７４には、上側電流通過部材２０aと下側電流通過部材２０ｂとの間に位置する領域で、誘導電圧によって、それぞれ逆向きの大きな電位勾配が形成されており、この領域において、銅薄板７２と銅薄板７４との間には大きな電位差が形成されることとなる。圧接前では、積み重ねた銅箔６２の上下に空隙８２を設けて銅薄板７２，７４が配設されおり、この状態で互いに逆向きの電位勾配が形成される。そしてこの状態から圧接が始まると、図６（ｂ）に示すように、銅薄板７２と銅薄板７４とが積層状態の銅箔６２に当接して圧接を始め、積層した銅箔６２の細孔同士もより一層近づく。この変化の過程において、銅薄板７２，７４間の貫通細孔６４を介してアーク放電を生じ、同図に矢印で示す方向に大きな放電電流が貫通細孔６４を流れ、この部位を含む銅箔６２の周辺に溶融溶接が施される。これによって、重ねた銅箔６２と銅薄板７２、７４とを一体的に接合する点状接合部２１０が形成される。

（挿入工程）
なお、貫通細孔６４を形成する細孔形成工程の後に、貫通細孔６４内に細径の銅細線を挿入する挿入工程を追加しても良い。この場合、積み重ねた銅箔６２の貫通細孔６４内に銅細線を挿入した状態で、その上下を銅薄板７２，７４で挟み込み、積層体８０を構成する。
そして、銅細線が挿入された積層体８０に対して前述と同様に電磁溶接工程を実施する。このとき、同様に電磁圧接が施されるが、この圧接に伴って凹形状に変形した銅薄板７２と銅薄板７４とがこの銅細線の両端に接触する状態となり、銅薄板７２、７４間に生じている電位差に基づいて、この銅細線に過大電流が流れる。これにより導爆線としての銅細線が瞬間的に溶融・気化するため、貫通細孔６４の内側及びその周辺に溶融溶接が施される。このように貫通細孔６４に銅細線を配設した場合にも、重ねた銅箔６２と銅薄板７２、７４とを一体的に接合する点状接合部２１０を形成することができる。なお、銅細線は全ての貫通細孔６４に挿入しても良いが、銅細線を挿入する貫通細孔６４と挿入しない貫通細孔６４とを適宜混在させてもよい。

（得られる本発明の金属接合板）
上記の製造方法により得られる金属接合板は、図７及び図５に示すように、
上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、
少なくとも前記各金属箔に、該金属箔を連続して貫通する貫通細孔を形成し、外部磁界を変化させることで前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、この両金属板間に生じる電位差に基づき、前記貫通細孔に大電流を流入させて該貫通細孔内及び／又はその近傍に溶融溶接を施すことで、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合してなる1つ以上の点状接合部２１０により一体化されており、且つ貫通細孔６４内に金属細線を挿入した後、前記の溶融溶接を施されてなる。
また、貫通細孔６４から所定距離離隔させた部位において、両金属板７２に、互いに逆向きの渦電流によって、両金属板７２、７２が互いに接近する方向に電磁力を作用させ、一対の金属板７２と各金属箔６２とを圧接する電磁圧接により形成された点状接合部２１０より広い範囲で線状に接合されてなる線状接合部２００を具備する。
そして、線状接合部２００は、互いに離間されて、ほぼ平行に2カ所に形成されており、点状接合部２１０は、この２つの線状接合部の間に配置され、かつ、この線状接合部の長さ方向に沿って、複数箇所、本実施形態においては５か所に形成されている。
＜効果＞
このように本実施形態では、電磁溶接工程により、共通の電磁エネルギー源を利用した同一の工程において、線状接合部２００と点状接合部２１０との双方を効率的に形成することができる。また、銅箔６２の積層枚数が増加した場合に、線状接合部２００を形成する電磁圧接で部分的に接合状態が低下する部位が発生した場合にも、局所的に溶接を施す点状接合部２１０でこれを補うことが可能となる。従って、この金属接合板が、例えば幅広の電極端子部として構成された場合にも、全幅に亘って十分な接合強度が得られると共に、全幅に亘って電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることが可能となる。

＜他の製造方法＞
ここで他の実施形態を、図８に基づき工程順に説明する。なお、先に説明した構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付して示す。
この実施形態の製造方法は、上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に位置する複数の金属箔とを、一つ以上の点状接合部において接合して一体化する金属接合板の製造方法であって、
前記上下一対の各金属板の間に複数の前記金属箔を重ねて配設して積層体を形成する積層工程と、
前記積層工程と同時或いは前後いずれかに、前記点状接合部を形成する位置に対応して、前記上下一対の金属板及び複数の前記金属箔に個別に又は前記積層体に細孔を形成し、前記積層工程により形成される積層体を、その厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する細孔形成工程と、
形成した前記各貫通細孔内に金属細線を挿入し、この金属細線の両端が前記上下一対の金属板から外側に突出する状態に配設する細線配設工程と、
突出した前記各金属細線の両端に対してパルス状の大電流を供給して、前記金属細線を溶融気化させる溶融溶接を施し、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合する溶融溶接工程と、を行うことにより実施できる。
以下、詳述する。
（積層工程）
まず、銅箔６２を１０枚重ねて積層させ、上下一対の銅薄板７２、７４によって空隙を設けることなく挟み込み、銅薄板７２、７４及び銅箔６２による積層体１８０を構成する。
（細孔形成工程）
次に、締め付け具等を用いて、積層体１８０の周囲を挟み込み、圧接状態で位置決めした後、積層体１８０の全体を厚さ方向に貫通する貫通細孔１６４を複数箇所に形成する。
貫通細孔１６４を形成する位置は、後の工程において点状接合部が形成される位置となる。なお、この貫通細孔１６４を形成する工程としては、銅薄板７２、７４及び銅箔６２に対して、厚さ方向に貫通する細孔を個別に形成しておき、積層体１８０を構成すべく積層させた際に各細孔によって貫通細孔１６４が形成される手法を採用しても良く、積層体１８０として構成した状態で、積層体１８０を厚さ方向に貫通する貫通細孔１６４が形成されれば、特に限定するものではない。
（細線配設工程）
続いて、形成された各貫通細孔１６４内に、金属細線としての銅細線１６８を挿入する。この際、銅細線１６８の長さは積層体１８０の厚さよりも長く形成しており、貫通細孔１６４内に銅細線１６８を挿入した状態では、その両端部が銅薄板７２、７４から外側に突出した状態に配設される。
（溶融溶接工程）
次に、各銅細線１６８に対して放電回路から放電電流を供給する。放電回路の両端には電極板１７０が接続されており、２つの電極板１７０をそれぞれ銅細線１６８の端部に接触させ、ギャップスイッチ５０を閉じる。これによりコンデンサ電源４０からパルス状の大電流が各銅細線１６８に供給され、各銅細線１６８は瞬間的に溶融・気化する状態となる。これにより各貫通細孔１６４の内側及びその周辺に溶融溶接が施され、重ねた銅箔６２と銅薄板７２、７４とを一体的に接合する点状接合部を形成することができる。
このようにして点状接合部を形成することにより、銅箔６２の積層枚数が増大した場合にも、或いは、銅薄板７２、７４及び銅箔６２の接合幅がより長大となっても、貫通細孔１６４の形成位置、個数を好適に設定することで、接合面の全幅に亘って十分な接合強度が得られると共に、全幅に亘って電気抵抗のばらつきを抑え、良好な導通性を得ることが可能となる。
また図８に示した例では、配設した全ての銅細線１６８に対して電極板１７０を接続して、各貫通細孔１６４を同時に溶融溶接する場合を例示したが、この例に限定するものではなく、個々の銅細線１６８に対して個別に電極板１６８を接続し、貫通細孔１６４の１つずつを順番に溶融溶接することも可能である。

＜得られる金属接合板＞
上述の製造方法により得られる金属接合板は、上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、
前記各金属板及び各金属箔の全てを連続して貫通する貫通細孔を形成し、
前記貫通細孔内に金属細線を挿入し、該金属細線に大電流を供給して溶融気化させる溶融溶接によって、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合して形成された１つ以上の点状接合部により一体化されている金属接合板である。上述の図７及び５に示す金属接合板と異なるのは、線状接合部がなく、点状接合部のみにより接合構造が構成されている点である。

以上説明した各実施形態では、金属板として銅薄板７２を、金属箔として銅箔７４を、金属細線として銅細線１６８を例示したが、銅の代わりの金属としてアルミニウム板、アルミニウム箔及びアルミニウム細線を用いて、同様にして金属接合板を形成することもできる。また、同一の金属材料を用いる場合に限定するものではなく、例えば一対の銅薄板、多数のアルミニウム箔及びアルミニウム細線を用いて金属接合板を構成することも可能であり、金属板、金属箔及び金属細線の各部材において、銅とアルミニウムの組み合わせを適宜選択することができる。なお、金属板の材質としてはアルミニウム及び銅が好ましく、金属箔の材質としてはアルミニウム、銅及びステンレスが好ましい。
また、各実施形態において銅箔６２として例示した金属箔は、厚さがおおよそ１０μｍ〜０．２ｍｍ程度の範囲のものが用いられ、銅薄板７２、７４として例示した金属板は、厚さがおおよそ０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲のものが用いられる。

Claims

上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、
少なくとも前記各金属箔に、該金属箔を連続して貫通する貫通細孔を形成し、外部磁界を変化させることで前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、この両金属板間に生じる電位差に基づき、前記貫通細孔に大電流を流入させて該貫通細孔内及び／又はその近傍に溶融溶接を施すことで、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合してなる1つ以上の点状接合部により一体化されている金属接合板。
前記貫通細孔内に金属細線を挿入した後、前記の溶融溶接を施すことを特徴とする請求項１記載の金属接合板。
前記貫通細孔から所定距離離隔させた部位において、前記両金属板に、互いに逆向きの渦電流によって、前記両金属板が互いに接近する方向に電磁力を作用させ、一対の前記金属板と前記各金属箔とを圧接する電磁圧接により形成された前記点状接合部より広い範囲で線状に接合されてなる線状接合部を具備する請求項１又は２記載の金属接合板。
前記線状接合部は、互いに離間されて、ほぼ平行に2カ所に形成されており、
前記点状接合部は、この２つの線状接合部の間に配置され、かつ、この線状接合部の長さ方向に沿って、複数箇所に形成されている請求項３記載の金属接合板。
上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に積層された複数の金属箔とを、接合して一体化した金属接合板であって、
前記各金属板及び各金属箔の全てを連続して貫通する貫通細孔を形成し、
前記貫通細孔内に金属細線を挿入し、該金属細線に大電流を供給して溶融気化させる溶融溶接によって、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合して形成された１つ以上の点状接合部により一体化されている金属接合板。
上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に位置する複数の金属箔とを、一つ以上の点状接合部と線状接合部とによって接合して一体化する金属接合板の製造方法であって、
前記上下一対の各金属板の間に、空隙を設けた状態で、複数の前記金属箔を重ねて配設して積層体を形成する積層工程と、
前記積層工程と同時或いは前後いずれかに、少なくとも前記複数の金属箔を厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する細孔形成工程と、
上下一対の電流通過部を有するコの字型コイルにおける両電流通過部間に前記貫通細孔が位置するように前記積層体を配設する配設工程と、
前記コの字型コイルにパルス状の大電流を供給し前記両金属板に互いに逆向きの渦電流を生じさせ、前記両金属板が互いに接近する方向に電磁力を作用させて電磁圧接を施すと共に、前記両金属板間に生じた電位差によって前記貫通細孔に大電流を供給して溶融溶接を施し、これらによって、前記線状接合部と点状接合部との双方を同一工程内で形成する電磁溶接工程と、
を備える金属接合板の製造方法。
前記細孔形成工程の後に、形成された前記貫通細孔内に金属細線を挿入する挿入工程をさらに備える請求項６記載の金属接合板の製造方法。
上下一対の金属板と、この２つの金属板の間に位置する複数の金属箔とを、一つ以上の点状接合部において接合して一体化する金属接合板の製造方法であって、
前記上下一対の各金属板の間に複数の前記金属箔を重ねて配設して積層体を形成する積層工程と、
前記点状接合部を形成する位置に対応して、前記上下一対の金属板及び複数の前記金属箔に、その厚さ方向に連続して貫通する貫通細孔を形成する細孔形成工程と、
形成した前記各貫通細孔内に金属細線を挿入し、この金属細線の両端が前記上下一対の金属板から外側に突出する状態に配設する細線配設工程と、
突出した前記各金属細線の両端に対してパルス状の大電流を供給して、前記金属細線を溶融気化させる溶融溶接を施し、前記各金属板と各金属箔とを互いに接合する溶融溶接工程と、
を備える金属接合板の製造方法。