JP4724841B2 - 摩擦撹拌溶接方法および該摩擦撹拌溶接方法を用いた接続構造 - Google Patents
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前記集束体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、前記集束体の集束側面の少なくとも一部に隣接するように配置するとともに、前記溶接基材と同種の金属から成り、前記金属箔の厚みまたは前記金属線の径よりも大きな厚み或いは径を有する補強基材を前記集束体に当接配置し、該補強基材の一部とともに、前記溶接基材と前記集束体の境界の少なくとも一部を、前記プローブにより撹拌して溶接部を形成することを特徴としている。
この特徴によれば、集束体に集束されている各金属箔または金属線が、溶接基材とともに摩擦撹拌溶接により溶接されることで、溶接基材が攪拌されて集束体内に良好に供給され、結果として、前記集束体へのプローブの圧入量を減らして、各金属箔又は金属線どうし並びに各金属箔又は金属線とこれら溶接基材とが該金属箔又は金属線が溶接部近傍にて過度の変形や破壊などにより損傷することなく電気的、機械的に接続されるようになり、また、金属箔又は金属線が皮膜を有する場合であっても、溶接基材が撹拌されて集束体内に良好に供給され、皮膜の量が相対的に少なくなり、特には、電解コンデンサ等のように耐電圧特性を向上させるために、これら硬くかつ融点の高い酸化皮膜が化成処理によって厚く形成されている場合には、これらプローブの回転によっても溶融することなくチップ状に分断された状態で残存しやすい酸化皮膜等による欠陥部の発生等の悪影響を大幅に低減することができ、よって、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。また、硬い酸化皮膜を有する金属箔又は金属線であっても、また金属箔又は金属線自体が硬質の場合であっても、プローブの圧入量が少なくて済むため、プローブ先端の摩耗を低減でき、よって、摩耗によるプローブの交換に伴って、工程が複雑化するとともに、製造コストが上昇してしまうことも抑制することもできる。更に補強基材が溶接基材と同種の金属から成りるので個別に溶接する必要がなく、工程を簡素化することができるばかりか、摩擦撹拌溶接時に集束体の表面を保護し、金属箔又は金属線の損傷等を防ぐことができる。
前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされていることを特徴としている。
この特徴によれば、溶接基材と補強基材とを一体とすることで、これら溶接基材と補強基材との位置合わせや保持の必要が無くなり、摩擦撹拌溶接の施工性をより一層高めることができる。
前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされた補強溶接基材の形状が、断面視略L字状或いは、少なくとも一端が開放された断面視略コ字状であることを特徴としている。
この特徴によれば、補強溶接基材が少なくとも1方向に開放されていることから、該補強溶接基材の集束体への配置を容易に実施することができるとともに、配置後においても集束体の集束状況を確認することもできる。
前記プローブを、前記溶接基材と前記集束体との境界または該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように圧入したことを特徴としている。
この特徴によれば、円柱状のプローブはその回転により、回転方向への撹拌力が効率よく伝わるため、プローブを前記溶接基材と集束体との境界又は該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように圧入することで、プローブを介して前記溶接基材と集束体とが隣接した位置となるため、円柱状のプローブの回転により撹拌されて溶融された酸化皮膜を有しない十分な量の溶接基材が集束体内に良好に供給されるため、欠陥部の発生などの悪影響を大幅に低減することができるとともに強固な接続となり、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。
前記集束体における金属箔または金属線の積層方向とほぼ同一方向に前記プローブを圧入することを特徴としている。
この特徴によれば、例えば前記集束体に積層される金属箔の数が少ないときには、プローブを圧入することのみで、集束体(積層体)と溶接基材側とを溶接にて一体化できる。
前記集束体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、前記集束体の集束側面の少なくとも一部に隣接するように配置し、該溶接基材と前記集束体の境界の少なくとも一部を、前記プローブを、前記溶接基材と前記集束体との境界または該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように、かつ前記集束体における金属箔または金属線の積層方向とほぼ直角方向に圧入することにより撹拌して溶接部を形成することを特徴としている。
この特徴によれば、溶接範囲が広く安定した溶接部を形成できるプローブの根元付近にて摩擦撹拌溶接を実施できるようになるとともに、このプローブの根元付近での溶接を、集束体に積層された各金属箔にほぼ同様に実施でき、かつプローブの圧入位置が、集束体の各金属箔でほぼ同様の相対位置にて摩擦撹拌溶接が実施されるようにでき、溶接されるプローブの位置の違いによる溶接品位(溶接状態)の違いにより、集束体に積層された各金属箔の溶接品位(溶接状態)にばらつきを生じることを回避して、集束体に積層された各金属箔の溶接品位(溶接状態)をほぼ均等にできるばかりか、プローブの圧入長さおよびプローブ径を剛性を維持する最小限に留めて溶接面積を小形化することができ、且つ、集束体の厚みが変更してもプローブ長さを変更する必要がなく工程も簡素化できる。
前記溶接基材が、少なくとも金属箔または金属線から成るほぼ均質のブロック体を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、溶接基材をブロック体とすることで、ブロック体は集束体の全方向に均質であって熱伝導性が良好であるために、摩擦撹拌溶接においてプローブとの摩擦によって生じた摩擦熱が溶接部の下方側まで良好に伝熱されるようになるため、伝熱不足による溶接品質のばらつきを抑止できるとともに、溶接部に隣接して均質な未溶接のブロック体が残存することで、これら未溶接のブロック体を介して良好な伝熱性や電気伝導性を得ることができる。
前記溶接基材が、少なくとも表面に化成処理による酸化皮膜を有しない金属箔または金属線から成る溶接用積層体を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、集束される金属箔や金属線の数を調節することで、集束体の高さに合致した溶接基材を簡便に得ることができる。
前記溶接基材が、前記集束体の外周面に形成された切欠部、或いは前記集束体に集束された各金属箔のほぼ全てを貫通するように積層方向に穿設された孔部の内側面に隣接するように配置されていることを特徴としている。
この特徴によれば、切欠部、或いは孔部の内側面に溶接基材が隣接することで、プローブの圧入時においても、溶接基材と集束体との固定性・密着性がよく、これら溶接基材と集束体との位置ズレを防止できるようになるため、摩擦撹拌溶接の施工性を高めることができるとともに、前記溶接基材に金属箔の切欠部を合わせて金属箔を順次積層したり、金属線を配列することで、金属箔や金属線の積層ズレや配列ズレも低減できるばかりか、例え、金属箔に積層ズレや金属線に配列ズレが生じても、溶接基材の対向する面のどちらかには、金属箔または金属線がほぼ当接するようにできるので、より確実な溶接を実施でき、よって積層工程や配列工程における金属箔の積層ズレや金属線の配列ズレも許容でき、これら積層ズレは配列ズレによる不良を低減できる。
前記プローブの形状を、前記切欠部又は孔部の内側面に隣接するように配置された溶接基材と前記集束体との境界のうち、対向する境界の少なくとも一部を、該プローブの回転により同時に溶接可能な形状としたことを特徴としている。
この特徴によれば、プローブの圧入にて対向する境界を同時に溶接できるようになるため、溶接に要する時間を短縮でき、溶接方法を簡略化できるばかりか、対向する複数面が溶接されることにより、接続強度を向上でき、よって得られる製品の小形化を達成できるとともに、溶接部における電気的抵抗の低減も可能となる。
前記集束体が、前記溶接基材に設けられた切欠部の内側面に隣接して配置されていることを特徴としている。
この特徴によれば、プローブの圧入時においても、溶接基材と集束体との固定性・密着性がよく、これら溶接基材と集束体との位置ズレを防止できるようになるため、摩擦撹拌溶接の施工性を高めることができるとともに、前記溶接基材の切欠部に合わせて金属箔を順次積層或いは金属線を順次配列することで、金属箔の積層ズレや金属線の配列ズレも低減できるばかりか、例え、金属箔に積層ズレやや金属線に配列ズレが生じても、溶接基材に設けられた切欠部の対向する面のどちらかには、金属箔または金属線がほぼ当接するようにできるので、より確実な溶接を実施でき、よって積層工程や配列工程における金属箔の積層ズレや金属線の配列ズレも許容でき、これら積層ズレや配列ズレによる不良を低減できる。更には、前記集束体の外周面に形成された切欠部を併用することで、より一層、溶接基材と集束体との固定性・密着性を向上できる。
前記プローブにより溶接される溶接部が、溶接基材側に多く偏在するように前記プローブを圧入することを特徴としている。
この特徴によれば、集束体へのプローブの圧入面積が少なくなるため、プローブの摩耗が低減でき、溶接時に集束体にかかる機械的ストレスも低減でき、これら機械的なストレスによる溶接不良の発生も低減できる。さらには、表面に皮膜を有する場合であっても、溶接部内における皮膜の絶対量をより低減でき、欠陥の生成をより低減できる。
前記溶接基材を、前記集束体に集束された金属箔または金属線と同等の融点、又はより低い融点の金属としたことを特徴としている。
この特徴によれば、溶接基材を溶融させる温度が集束体の金属箔又は金属線よりも低くなるため、プローブの圧入時に集束体への機械的ストレスを低減して、かつ溶接基材側より撹拌されて集束体内に溶接基材が良好に供給され、安定した電気的、機械的接続を達成できる。なお、アルミニウムなどの金属材料として融点が低い場合は、溶接基材としてアルミニウムを用いることもでき、また異種の材料からなる集束体では、異種の金属のうちで融点が低い金属と同等又はより低い金属を用いると好ましい。
前記溶接基材を、前記集束体に集束された金属箔または金属線と同等の塑性変形能、又はより塑性変形し易い金属としたことを特徴としている。
この特徴によれば、溶接基材として集束体の金属箔又は金属線よりも塑性変形しやすい金属を用いることで、プローブの圧入時に集束体への機械的ストレスを低減して、かつ溶接基材側より撹拌されて集束体内に溶接基材が良好に供給され、安定した電気的、機械的接続を達成できる。なお、アルミニウムなどの塑性変形しやすい金属材料を用いた場合は、溶接基材としてアルミニウムを用いることもでき、また異種の材料からなる集束体では、異種の金属のうちで塑性変形しやすい金属と同等又はより低い金属を用いると好ましい。
前記集束体に集束されている一部の金属箔または金属線の間に、前記金属箔または金属線の厚み或いは径よりも大きな厚み或いは径を有する補強基材を介在させることを特徴としている。
この特徴によれば、これら補強基材からも酸化皮膜を有しない金属が供給されて溶接部における欠陥の生成が低減できるようになるばかりか、プローブの摩耗も低減できる。更には、前記集束体に集束されている金属箔の積層状況や金属線の配列状況が、溶接によって崩れることを抑止できるようになり、摩擦撹拌溶接の施工性をより一層高めることができる。
前記集束体に集束されている金属箔または金属線は、異種金属から成ることを特徴としている。
この特徴によれば、硬度が異なり、溶接が難しい異種金属であっても、溶接基材を用いることで、十分な量の溶接基材の地金が異種金属に対して良好に供給されるようになることで容易に溶接を実施できる。
この特徴によれば、集束体に集束されている各金属箔または金属線が、溶接基材とともに摩擦撹拌溶接により溶接されることで、溶接基材が攪拌されて集束体内に良好に供給され、結果として、前記集束体へのプローブの圧入量を減らして、各金属箔又は金属線どうし並びに各金属箔又は金属線とこれら溶接基材とが該金属箔又は金属線が溶接部近傍にて過度の変形や破壊などにより損傷することなく電気的、機械的に接続されるようになり、また、金属箔又は金属線が皮膜を有する場合であっても、溶接基材が撹拌されて集束体内に良好に供給され、皮膜の量が相対的に少なくなり、特には、電解コンデンサ等のように耐電圧特性を向上させるために、これら硬くかつ融点の高い酸化皮膜が化成処理によって厚く形成されている場合には、これらプローブの回転によっても溶融することなくチップ状に分断された状態で残存しやすい酸化皮膜等による欠陥部の発生等の悪影響を大幅に低減することができ、よって、より安定した電気的、機械的な接続を得ることができる。また、硬い酸化皮膜を有する金属箔又は金属線であっても、また金属箔又は金属線自体が硬質の場合であっても、プローブの圧入量が少なくて済むため、プローブ先端の摩耗を低減でき、よって、摩耗によるプローブの交換に伴って、工程が複雑化するとともに、製造コストが上昇してしまうことも抑制することもできる。
2 外装ケース
3 封口部材
4 外部端子
5 コンデンサ素子
7 陽極箔
8 陰極箔
9 電気絶縁性スペーサ
12a リードタブ(陽極)
12b リードタブ(陰極)
13a 内部電極(陽極)
13b 内部電極(陰極)
14 接続部
15 補強板
15’ 補強板
15L 補強板
16 加工盤
20 スターロッド
21 プローブ
26 溶接用積層体
27 溶接用積層体
28 積層体(集束体)
28’ 積層体(集束体)
28” 積層体(集束体)
29 ブロック体
29’ ブロック体
30 ブロック部
31 補強溶接基材
31’ ブロック部
32 補強板
33 ブロック体
35 溶接基材
36 凸部
37 溶接基材
38 補強板
40 切欠部
41 切欠部
42 金属線
43 保持枠
44 金属箔
45 金属線
46 ブロック体
50 補強基材
Claims (17)
- 金属箔または金属線を束ねた集束体に回転するプローブを圧入することにより加熱、撹拌して、該集束体に集束されている各金属箔または各金属線同士を電気的、機械的に接続する摩擦撹拌溶接方法であって、
前記集束体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、前記集束体の集束側面の少なくとも一部に隣接するように配置するとともに、前記溶接基材と同種の金属から成り、前記金属箔の厚みまたは前記金属線の径よりも大きな厚み或いは径を有する補強基材を前記集束体に当接配置し、該補強基材の一部とともに、前記溶接基材と前記集束体の境界の少なくとも一部を、前記プローブにより撹拌して溶接部を形成することを特徴とする摩擦撹拌溶接方法。 - 前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記溶接基材と前記補強基材とが一体とされた補強溶接基材の形状が、断面視略L字状或いは、少なくとも一端が開放された断面視略コ字状であることを特徴とする請求項2に記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記プローブを、前記溶接基材と前記集束体との境界または該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように圧入したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦攪拌溶接方法。
- 前記集束体における金属箔または金属線の積層方向とほぼ同一方向に前記プローブを圧入することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 金属箔または金属線を束ねた集束体に回転するプローブを圧入することにより加熱、撹拌して、該集束体に集束されている各金属箔または各金属線同士を電気的、機械的に接続する摩擦撹拌溶接方法であって、
前記集束体の厚みとほぼ等しいか或いは大きな厚みを有する溶接基材を、前記集束体の集束側面の少なくとも一部に隣接するように配置し、該溶接基材と前記集束体の境界の少なくとも一部を、前記プローブを、前記溶接基材と前記集束体との境界または該境界の近傍位置に、該境界面に沿うように、かつ前記集束体における金属箔または金属線の積層方向とほぼ直角方向に圧入することにより撹拌して溶接部を形成することを特徴とする摩擦撹拌溶接方法。 - 前記溶接基材が、少なくとも金属箔または金属線から成るほぼ均質のブロック体を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記溶接基材が、少なくとも表面に化成処理による酸化皮膜を有しない金属箔または金属線から成る溶接用積層体を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記溶接基材が、前記集束体の外周面に形成された切欠部、或いは前記集束体に集束された各金属箔のほぼ全てを貫通するように積層方向に穿設された孔部の内側面に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記プローブの形状を、前記切欠部又は孔部の内側面に隣接するように配置された溶接基材と前記集束体との境界のうち、対向する境界の少なくとも一部を、該プローブの回転により同時に溶接可能な形状としたことを特徴とする請求項9に記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記集束体が、前記溶接基材に設けられた切欠部の内側面に隣接して配置されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記プローブにより溶接される溶接部が、溶接基材側に多く偏在するように前記プローブを圧入することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記溶接基材を、前記集束体に集束された金属箔または金属線と同等の融点、又はより低い融点の金属としたことを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記溶接基材を、前記集束体に集束された金属箔または金属線と同等の塑性変形能、又はより塑性変形し易い金属としたことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記集束体に集束されている一部の金属箔または金属線の間に、前記金属箔または金属線の厚み或いは径よりも大きな厚み或いは径を有する補強基材を介在させることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 前記集束体に集束されている金属箔または金属線は、異種金属から成ることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法。
- 請求項1〜16のいずれかに記載の摩擦撹拌溶接方法を用いて形成されたことを特徴とする接続構造。
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