(57)【要約】【課題】材料の延びを改善することにより、割れや切れのない良好な接合品質が得られる、積層金属箔と金属板との接合方法を提供すること。【解決手段】第１金属板と第２金属板との間に、２枚以上の金属箔が積層した積層金属箔を挟み、前記金属板と前記積層金属箔とをかしめによって接合する方法であって、ポンチとダイによるかしめを行う前に、ポンチ側に配置される第２金属板のかしめ予定位置付近にレーザ光を照射することにより、前記第２金属板が溶融せず、且つ、かしめを行う際に前記第２金属板の塑性流動が促進される温度に加熱する、レーザ光照射工程と、前記第２金属板が加熱された状態でかしめを行う工程とを有する、接合方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属板と第２金属板との間に、２枚以上の金属箔が積層した積層金属箔を挟み、前記金属板と前記積層金属箔とをかしめによって接合する方法であって、
ポンチとダイによるかしめを行う前に、ポンチ側に配置される第２金属板のかしめ予定位置付近にレーザ光を照射することにより、前記第２金属板が溶融せず、且つ、かしめを行う際に前記第２金属板の塑性流動が促進される温度に加熱する、レーザ光照射工程と、
前記第２金属板が加熱された状態でかしめを行う工程とを有する、接合方法。
【請求項２】
前記レーザ光照射工程において、
レーザ光が照射された前記第２金属板からの熱放射光をモニタリングし、レーザ出力をフィードバック制御する、請求項１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、接合方法に関するものであり、特に、積層金属箔と金属板との接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板等を機械的手段で接合する方法として、例えば、かしめ接合が知られている。
特許文献１には、異種金属板の接合方法であって、相対的に標準電極電位が高い第一の金属板（下板）に絶縁性皮膜を形成し、当該絶縁皮膜が形成された面に第二の金属板（上板）を重ね合わせ、かしめ接合等により機械的に接合する工程を含む特定の接合方法が開示されている。特許文献１には、下板の上に上板を重ねた状態で、パンチとダイの間に挿入し、次いでパンチをダイのキャビティ内に押し込み、第一の金属板と第二の金属板を塑性変形することでかしめ接合することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７８７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の接合方法においては、かしめ接合の際に上板が最も大きく変形する。そのため、上板の延びが足りずに、所望の形状が得られない場合や、上板に割れや切れが発生する場合があった。
上板に切れが発生した場合、ポンチが切れた上板を押し、切断部が箔へ押し付けられることによって、箔に傷が生じることがある。また、上板に切れが発生した場合、上板からの押し付けの圧力が低下するため、かしめ力が弱くなり、機械的接合が得られないことがある。
【０００５】
上板が硬い場合には、ポンチ圧を高くする必要があるため、設備が大型化することがあり、また、ポンチの摩耗が激しくなりポンチ交換の頻度が高まるという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、材料の延びを改善することにより、割れや切れのない良好な接合品質が得られる、積層金属箔と金属板との接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、第１金属板と第２金属板との間に、２枚以上の金属箔が積層した積層金属箔を挟み、前記金属板と前記積層金属箔とをかしめによって接合する方法であって、
ポンチとダイによるかしめを行う前に、ポンチ側に配置される第２金属板のかしめ予定位置付近にレーザ光を照射することにより、前記第２金属板が溶融せず、且つ、かしめを行う際に前記第２金属板の塑性流動が促進される温度に加熱する、レーザ光照射工程と、
前記第２金属板が加熱された状態でかしめを行う工程とを有する。
【０００８】
本発明の一実施形態は、更に、前記レーザ光照射工程において、
レーザ光が照射された前記第２金属板からの熱放射光をモニタリングし、レーザ出力をフィードバック制御してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、材料の延びを改善することにより、割れや切れのない良好な接合品質が得られる、積層金属箔と金属板との接合方法を提供することができる。また、本発明によれば、当該上板の硬度を下げた状態での加工を実現することにより、設備の小型化を実現しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、接合方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】図２は、接合方法の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図３は、接合方法の別の一実施形態を示す概略図である。
【図４】図４は、図３の例で用いられる設備の一例を示す概略図である。
【図５】図５は、接合方法の別の一実施形態を示す概略図である。
【図６】図６は、レーザ光照射工程におけるレーザ出力のフィードバック制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、図６の例に示すフィードバック制御を実現する接合装置の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、Ａｌ（Ａ１１００）の温度特性の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、図１と図２を参照して、本発明に係る接合方法の一実施形態を説明する。図１は本発明の接合方法の一実施形態を示すフローチャートであり、図２は当該接合方法の一実施形態を示す概略図である。図２の（ａ）は、レーザ光照射により上板２を加熱し、加熱部４が形成された概略図である。図２の（ｂ）はかしめ実施時の概略図である。また、図２の（ｃ）は、かしめ実施後、加熱部４が冷却されて、機械的な接合が完了した状態の概略図である。なお、本実施形態の説明においては、第１金属板１を下板、第２金属板２を上板ということがある。
【００１２】
本実施形態の接合方法は、第１金属板（下板）１と第２金属板（上板）２との間に、２枚以上の金属箔が積層した積層金属箔３を挟んだ積層体をポンチ５とダイ６によりかしめを行って、下板１と積層金属箔３と上板２とを機械的に接合する方法であり、かしめを行う前にポンチ側に配置される上板２にレーザ光を照射すること（Ｓ１）によって、上板２のカシメ予定位置付近を後述する適切な温度に加熱し、上板が加熱された状態でかしめを行う（Ｓ２）。
【００１３】
上記の接合方法によれば、ポンチ側に配置されて、かしめ接合の際に最も大きく変形する上板２が、溶融せず、且つ、かしめを行う際に塑性流動が促進される温度に加熱されている状態でかしめを行うため、上板２の割れや切れが発生を抑制することができる。そのため、上板２に割れ等が発生した際に生じる箔の傷が抑制され、また、かしめが弱くなり機械的接合が不十分となることも抑制される。また、加熱された状態でかしめを行うため、かしめ時にダイ６により急冷されることによる焼入れ効果を得ることができる。更に、上板２が軟化した状態でかしめを行うため、ポンチ圧を低く設定することができ、本接合方法を実施する設備の小型化を図ることが可能となるとともに、ポンチの交換頻度も抑制できる。
【００１４】
第１金属板１及び第２金属板の材質は特に限定されず、接合後の用途に応じて適宜選択することができる。材質は金属であり、当該金属としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム等が挙げられる。第１部材と第２部材の材質は、同一であってもよく、異なるものであってもよい。
【００１５】
第２金属板が溶融せず、且つ、かしめを行う際に前記第２金属板の塑性流動が促進される温度は、第２金属板の材質ごとに設定されるものであり、予め金属板の物性を測定して決定すればよい。一例としてアルミニウムについて、図８を参照して説明する。図８は、Ａｌ（Ａ１１００）の温度特性の一例を示すグラフである。図８に示されるとおり、Ａｌ（Ａ１１００）は、２００℃〜２５０℃付近で、引っ張り強さ、耐力、延びの物性が大きく変化しており、２５０℃以上であれば、塑性流動しやすくなることが認められる。第２金属板が溶融しないことも考慮すると、図８の例では、２５０℃〜３００℃がかしめを行う最適な温度域であると認められるため、この範囲内で目標加熱温度を設定すればよい。
【００１６】
レーザ光照射による加熱範囲は、上板のかしめ予定位置付近であり、少なくともかしめを行う際に変形する部分が加熱すればよい。レーザ光照射手段は特に限定されない。例えば、図３及び図４の例に示されるように、ポンチ５の台座部１１上に加熱用レーザ１３を有する部材８を配置して、スリーブ（ストリッパー７）内部でレーザ光照射を行ってもよく、図５の例に示されるように、スリーブの外部に配置した加熱用レーザ１３によりレーザ光照射を行ってもよい。
【００１７】
２枚以上の金属箔が積層した積層金属箔は、接合後の用途に応じて適宜選択されるものであり、任意の構成とすることができる。２枚以上の金属箔は、１種の金属のみを用いた構成であってもよく、任意の２種以上の金属を組み合わせたものであってもよい。また、積層する金属箔の枚数は、用途に応じて任意の枚数とすることができる。
【００１８】
次いで、第２金属板が加熱された状態でかしめを行う。かしめは、ポンチ５とダイ６により行うものであり、公知の方法を適宜選択することができる。
【００１９】
本実施形態の接合方法は、更に、前記レーザ光照射工程において、レーザ光が照射された前記第２金属板からの熱放射光をモニタリングし、レーザ出力をフィードバック制御してもよい。
レーザ出力をフィードバック制御することにより、かしめ実施時における第２金属板の温度をより確実に目標加熱温度に調整することができる。その結果、より良好な接合品質が得られる接合方法とすることができる。
【００２０】
レーザ出力のフィードバック制御について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、レーザ光照射工程におけるレーザ出力のフィードバック制御の一例を示すフローチャートである。図７は、図６の例に示すフィードバック制御を実現する接合装置の一例を示す模式図である。
【００２１】
図６の例では、まず、レーザ加熱開始時に、加熱条件を入力する（Ｓ１１）。目標加熱温度Ｔ０℃は、前述のとおり第２金属板の材料物性から設定すればよい。また、加熱速度はレーザ出力により制御することができる。図６の例では、初期のレーザ出力が１００Ｗに設定されている。
レーザ照射を開始したら、前記第２金属板からの熱放射光を継続的に測定（モニタリング）し、受光強度から計測時の温度（Ｔａ）を算出する（Ｓ１２）。熱放射光の測定は、公知の熱放射測定用のセンサ１４を用いることができ、当該センサ１４は、例えば、図３及び図４の例に示されるように、ポンチ５の台座部１１上に配置されていてもよく、図５の例に示されるように、スリーブの外部に配置されていてもよい。いずれの場合も、図７の例に示されるように、熱放射光の測定結果が熱放射光用信号線を通じ、必要に応じてアンプを介して、演算処理装置に送られる。演算処理装置において、熱放射光の測定結果から計測時の温度計測時の温度（Ｔａ）が算出されるとともに、前記目標加熱温度（Ｔ０）と比較される（Ｓ１３）。Ｔ０＞Ｔａであればレーザ光照射が継続され、Ｔ０≦Ｔａとなった時点で、レーザ出力が停止される（Ｓ１６）。
【００２２】
図６の例では、Ｔ０＞Ｔａの場合に、更に単位時間当たりの温度勾配ΔＴを計算する（Ｓ１４）。ΔＴは前記Ｔａの継続的な測定結果から計算される。上板が溶融しない最大加熱速度をΔＴｍａｘとして、ΔＴｍａｘとΔＴとを比較する（Ｓ１５）。ΔＴｍａｘ＞ΔＴであればレーザ出力を上げることができる（Ｓ１６）。この場合、加熱時間を短縮することが可能となる。一方、ΔＴｍａｘ≦ΔＴであれば、レーザ出力を下げる必要がある（Ｓ１７）。この場合、上板の溶解を未然に防ぎ、接合品質を向上するとともに、ポンチへの溶融金属のカジリを防止することもできる。レーサ出力は、レーザ発信器に接続された制御装置が、演算処理装置からの信号を元に制御することができる。
【００２３】
また、図６の例では、Ｔ０≦Ｔａとなってレーザ出力が停止された後に、レーザ出力時間Ｔと、予め実験的に求められた目標温度に到達するための最大加熱時間Ｔｍａｘ及び最小加熱時間Ｔｍｉｎとの比較を行う（Ｓ１９）。Ｔｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔｍａｘを満たさない場合には、加熱時間が通常の範囲外となるため、点検等のため、表示機等にアラームを表示し、設備を停止することができる（Ｓ２１）。一方、Ｔｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔｍａｘであれば、設備は正常であり、そのままポンチを下降してかしめを行い（Ｓ２０）、締結が完了する。
【符号の説明】
【００２４】
１    第１金属板（下板）
２    第２金属板（上板）
３    積層金属箔
４    加熱部
５    ポンチ
６    ダイ
７    ストリッパー
８    部材
１１  台座部
１２  加工部
１３  加熱用レーザ
１４  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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