(57)【要約】【課題】  熱を加える必要なく２つの部材どうしを接合することが可能な部材の接合構造の製造方法を提供する。【解決手段】  導電体１、２の一方にＧａ−Ｉｎ合金層７を設けると共に、他方にＡｕメッキ８を設け、これらを圧接して反応させることで、高い電気伝導性と熱伝導性を有するＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９を形成する。このような方法によれば、熱を加える必要なく導電体同士の間の電気的および熱的な接触抵抗を低減することが可能となる。また、最終的に構成されるＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９が常温個体のものであるため、接合構造中に液状の部分が残らず、取り扱い易いものとすることが可能である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの部材（１、２）間を接合する方法において、常温で液体である第１の合金（７）と、常温で固体である第２の金属（８）とを用い、前記２つの部材（１、２）の間において、前記第１の合金（７）と前記第２の金属（８）とを介在させた状態にて該第１の合金（２）と該第２の金属（８）とを反応させ生じた反応形成物により、前記２つの部材（１、２）を接合させることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記２つの部材（１、２）が何れも導電体により構成されていることを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項３】
前記第１の合金（７）がＧａ−Ｉｎ合金であり、前記第２の金属（８）がＡｕであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記一方の部材（１）の表面に前記第１の合金（７）が成膜されており、前記他方の部材（２）の表面に前記第２の金属（８）が成膜されており、前記２つの部材（１、２）を圧接することにより、前記１の合金（７）と前記第２の金属（８）とを反応させて両者の合金層を構成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の接合方法。
【請求項５】
前記一方の部材（１）の表面に前記第２の金属（８）を、前記他方の部材（２）の表面に前記第２の金属（８）をぞれぞれ成膜し、両第２の金属（８）を対面させた状態にてその間に前記第１の合金（７）を介在させ、前記２つの部材（１、２）を圧接することにより、前記１の合金（７）と前記第２の金属（８）とを反応させて両者の合金層を構成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば導電体同士の間での電気的な接合を行うに際し、その接合箇所における電気的および熱的な接触抵抗を低減できるようにした部材の接合構造の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、導電体同士の間での電気的な接合を行うに際し、その間に電気的および熱的な接触抵抗が発生するため、この接触抵抗の低減を図る手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような導電体同士の間での電気的な接合を行う一手法として、ハンダ付けがある。このハンダ付けは、良好な導電性と導熱性を持つというメリットがあるが、ハンダを溶融させる際に熱を加える必要があり、導電体と接触する部品もしくは導電体の近傍に配置される部品が熱に弱い材質で構成されている場合には、使用できない。
【０００４】
一方、ハンダ付けを用いない導電体の接合手法として、導電性のシートなどを導電体間に挟み込み、導電体間の接触面積をできるだけ広く取ることで、その間の接触抵抗値を低くする手法がある。しかしながら、導電性のシートを用いる手法では、ハンダ付けほど接触抵抗値の低減効果や熱伝導率の向上を図ることができない。
【０００５】
また、水銀（Ｈｇ）やＧａ−Ｉｎといった常温液体の金属を使用すれば電気的および熱的な接触抵抗を低減させることが可能であるが、接合構造中に液状の部分が残ることになって取り扱いが難しいという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−１２４２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、導電体と接触する部品もしくは導電体の近傍に配置される部品が熱に弱い材質で構成されていたとしても適用でき、また、電気的および熱的な接触抵抗の低減効果や熱伝導率の向上を図れ、さらに取り扱い易い導電体の電気的接合を行う手法がなかった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、熱を加える必要がなく、また、電気的および熱的な接触抵抗の低減効果や熱伝導率の向上を図ることができる部材の接合構造の製造方法を提供することを目的とする。また、接合構造中に液状の部分が残らず、取り扱い易い部材の接合構造の製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、２つの部材（１、２）間を接合する方法において、常温で液体である第１の合金（７）と、常温で固体である第２の金属（８）とを用い、前記２つの部材（１，２）の間において、前記第１の合金（７）と前記第２の金属（８）とを介在させた状態にて該第１の合金（７）と該第２の金属（８）とを反応させた反応形成物により、前記２つの部材（１、２）を接合させることを特徴としている。
【０００９】
このような方法によれば、熱を加える必要なく２つの部材どうしの接合が可能となる。
【００１０】
この場合、請求項２に示されるように、２つの部材（１、２）が導電体により構成されている場合には、両者の間を熱を加えることなく電気的に接合することが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、第１の合金（７）がＧａ−Ｉｎ合金であり、第２の金属（８）がＡｕであることを特徴としている。
【００１２】
このような材料の組合せによれば、Ｇａ−Ｉｎ合金とＡｕとが反応し、高い電気伝導性と熱伝導性とを有するＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層（９）が形成されることになる。このため、２つの部材を導電体より構成した場合には、熱を加えることなく導電体どうしの間の電気的な接触抵抗を低減することが可能となる。また、最終的に構成されるＧａ−Ｉｎ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層が常温で固体であるため、接合構造中に液状の部分が残らず、取り扱い易いものとすることが可能となる。
【００１３】
この場合、請求項４、５のような接合仕方を適用することができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態に示される導電体の電気的接合構造の製造方法は、例えば、燃料電池における導電性セパレータの電気的接続に適用される。
【００１７】
図１は、本実施形態における導電体の電気的接合の様子を示した模式図であり、図１（ａ）は導電体の電気的接合が行われる前の状態、図１（ｂ）は導電体の電気的接合が行われた後の状態を示している。
【００１８】
図１（ａ）に示されるように、２つの導電体１、２が備えられている。これら２つの導電体１、２は、例えば、ステンレスやカーボン、ニッケルなどによって構成され、Ｇａ−Ｉｎ合金と活発に反応しない導電材料によって構成されている。これら２つの導電体１、２は、それぞれ、絶縁部材３、４を介して板状部材５、６に支持された構造となっている。
【００１９】
２つの導電体１、２のうちの一方（本実施形態の場合には導電体１）の表面には、Ｇａ−Ｉｎ合金層７が形成されている。このＧａ−Ｉｎ合金層７は、導電体１の表面全面に形成されており、例えば０．１ｍｍ程度の膜厚で塗布されることで形成されている。
【００２０】
２つの導電体１、２のうちの他方（本実施形態の場合には導電体２）の表面は、Ａｕメッキ８が施されている。このＡｕメッキ８も、導電体２の表面全面に形成されており、例えば１〜５０μｍ、好ましくは４〜３０μｍ程度の膜厚で形成されている。
【００２１】
このように構成された２つの導電体１、２を図１（ａ）中の矢印で示したように、互いの表面に形成されたＧａ−Ｉｎ合金層７とＡｕメッキ８とが接触するように配置し、各板状部材５、６で支持しつつ圧接接合する。
【００２２】
これにより、一定時間が経過すると、Ａｕメッキ８とＧａ−Ｉｎ合金７とが反応して、図１（ａ）に示されるように、Ｇａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９が形成される。このＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９は、高い電気伝導性と熱伝導性を示し、また常温で固体であるため、接合構造中に液状の部分が残らない。このため、Ｇａ−Ｉｎ合金を用いて接触抵抗の低減を図る手法のように、接合構造中に液状の部分が残る場合と比べて適用箇所の自由度が大きくなる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、導電体１、２の一方にＧａ−Ｉｎ合金層７を設けると共に、他方にＡｕメッキ８を設け、これらを圧接して反応させることで、高い電気伝導性と熱伝導性を有するＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９を形成している。
【００２４】
このような方法によれば、熱を加える必要なく導電体同士の間の電気的および熱的な接触抵抗を低減することが可能となる。また、最終的に構成されるＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９が常温個体のものであるため、接合構造中に液状の部分が残らず、取り扱い易いものとすることが可能である。
【００２５】
また、ここでは、導電体１、２の材料として、ステンレス、カーボン、ニッケルなどを例に挙げて説明したが、本実施形態のような接触抵抗の低減手法は、特に、カーボンの表面のようにミクロ的に見ると凹凸が存在してラフネスが高いような材質に適用されると有効である。
【００２６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、導電体１、２の一方にＧａ−Ｉｎ合金層７を設けると共に、他方にＡｕメッキ８を設け、これらを圧接して反応形成物を形成させるようにしている。しかしながら、反応形成物の形成は瞬時に完了する訳ではないので、Ｇａ−Ｉｎ合金層７がすべてＡｕメッキ８と反応してＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９になるまでには時間がかかる。本実施形態は、その問題を解決するものである。
【００２７】
図２は、本実施形態における導電体の電気的接合の様子を示した模式図であり、図２（ａ）は導電体の電気的接合が行われる前の状態、図２（ｂ）は導電体の電気的接合が行われた後の状態を示している。
【００２８】
図２（ａ）に示されるように、本実施形態では、導電体１、２の双方に表面にＡｕメッキ８を施し、これらＡｕメッキ８の間にＧａ−Ｉｎ合金層７を配置する。そして、導電体１、２の表面に形成されたＡｕメッキ８の間にＧａ−Ｉｎ合金層７が配置されるような状態でこれらを圧接接合させる。
【００２９】
このようにすれば、Ｇａ−Ｉｎ合金層７が両側のＡｕメッキ８と反応し、それぞれのＡｕメッキ８の間にＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９が形成されたものとなる。
【００３０】
これにより、第１実施形態と同様の効果を得つつ、より早くＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９を形成することが可能となる。
【００３１】
（第３実施形態）
本第３実施形態では導電体１、２の表面のそれぞれに直接、Ｇａ−Ｉｎ合金層７、Ａｕメッキ８を形成したものである。
【００３２】
これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００３３】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、図１（ｂ）、図２（ｂ）中において、Ａｕメッキ８を記載していないが、これは必ずしもＡｕメッキ８が完全になくなったことを意味しているわけでなく、反応によって形成されたＧａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層９がＡｕメッキ８と一体的なものであることを示したものであり、Ａｕメッキ８の一部が反応せずに残っていても構わない。
【００３４】
また、第１実施形態では、導電体１にＧａ−Ｉｎ合金層７を予め配置していたが、導電体１と導電体２とを接合する直前に、導電体２側のＡｕメッキ８の表面にＧａ−Ｉｎ合金層７を配置するようにしても構わない。
【００３５】
また、第２実施形態において、図２（ａ）では、Ｇａ−Ｉｎ合金層７がＡｕメッキ８の間にフィルム状に配置されるようなものとして図示してあるが、これは、Ｇａ−Ｉｎ合金層７が２つのＡｕメッキ８に挟まれるように存在することを概念的に示したものであり、例えば、一方のＡｕメッキ８の表面に塗布されるように配置されていても構わない。
【００３６】
もっとも、Ｇａ−Ｉｎ合金は常温液体であるが、その凝固点が十数℃（Ｇａ：Ｉｎ ＝ ７５．５：２４．５の場合１５．７℃）であることから、低温下では固体として取り扱うことが可能であるため、図２（ｂ）のようにフィルム状の形態のＧａ−Ｉｎ合金層７を２つのＡｕメッキ８の間に挟み込むことも可能である。
【００３７】
また、本発明では、常温で液体である第１の合金（７）として、Ｇａ−Ｉｎ合金を採用したが、これ限定されるものではないし、また同様に第２の金属（８）としてＡｕを採用したが、これに限定されるものではない。
【００３８】
さらに、２つの部材として導電体を用いたが、導電体でなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態における導電体の電気的接続の様子を示した模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態における導電体の電気的接続の様子を示した模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態における導電体の電気的接続の様子を示した模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、２…導電体（第１、第２導電体）、３、４…板状部材、５、６…絶縁材料、
７…Ｇａ−Ｉｎ合金層、８…Ａｕメッキ（Ａｕ層）、
９…Ｇａ−Ａｕ合金とＩｎ−Ａｕ合金の合金層。
【図１】
2006202522.tif 000003
【図２】
2006202522.tif 000004
【図３】
2006202522.tif 000005