(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの構造体間に冶金結合を形成する方法であって、
ａ）第１材料の第１構造体、及び第２材料の第２構造体を供給し、ここで、前記第１材料及び第２材料は溶接に適しておらず、
ｂ）第２プロファイルを持つ前記第２構造体の第１端部に隣接して、第１プロファイルを持つ前記第１構造体の第１端部を位置決めし、ここで、前記第１プロファイルと前記第２プロファイルが相補的であり、前記第１及び第２構造体が一つに合致して第１複合構造体を形成し、前記第１及び第２プロファイルが前記第１及び第２構造体の端面に各々形成される、
ｃ）前記第１複合構造体を固相接合及び焼結し、前記第１及び第２構造体間に冶金結合を形成する、ステップを含み、
前記第１及び第２構造体の少なくとも一方が、複数のセクションにて提供される、方法。
【請求項２】
前記第１及び第２プロファイルは、相補的な前記第１複合構造体が複数の非垂直面を第１相補領域に含むように、複数の角度を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の前記セクションは、層として各々の上に配置可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、
ｄ）第３材料の第３構造体を供給し、ここで、前記第２及び第３材料は、溶接に適さないものであり、
ｅ）第４プロファイルを持つ前記第２構造体の第２端部に隣接して、第３プロファイルを持つ第３構造体の第１端部を位置決めし、ここで、前記第３及び第４プロファイルは、相補的であり、これにより、前記第３及び第４プロファイルが一つに合致して第２複合構造体が形成され、前記第３及び第４プロファイルが前記第３及び第２構造体の端面に各々形成される、
ｆ）相補的な前記第２複合構造体を固相接合及び焼結し、前記第２及び第３構造体間に冶金結合を形成するステップを更に含む。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記第１及び第３材料は、実質的に同一である。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の方法であって、第２相補領域において前記第２及び第３構造体を一緒に位置付ける前、前記第３構造体の前記第１端部を輪郭出しして前記第３プロファイルを形成し、前記第２構造体の前記第２端部を輪郭出しして前記第４プロファイルを形成するステップを更に含む。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の方法であって、前記第３及び第４プロファイルは、相補的な第２複合構造体が複数の非垂直面を第２相補領域に含むように、複数の角度を備える。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記第１プロファイルと前記第３プロファイルは、実質的に同一である。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか一項に記載の方法であって、前記第３構造体を複数のセクションにて提供するステップを更に含む。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、複数の前記セクションは、層として各々の上に配置可能である。
【請求項１１】
請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の方法であって、ステップｃ）及びステップｆ）は、実質的に同時に生じる。
【請求項１２】
請求項４乃至１１のいずれか一項に記載の方法であって、冶金結合を形成した後、前記第１複合構造体及び前記第２複合構造体を分割するステップを更に含む。
【請求項１３】
請求項４乃至１２のいずれか一項に記載の方法であって、前記第１、第２及び第３構造体夫々は、金属製のワイヤー、ロッド、スラグ、スラブ、及びブロックから成る群から選択される。
【請求項１４】
少なくとも２つの構造体間に冶金結合を形成する方法であって、
ａ）第１材料の第１構造体、及び第２材料の第２構造体を供給し、ここで、前記第１材料及び第２材料は溶接に適しておらず、
ｂ）第１構造体の端面に幾何プロファイルを設け、
ｃ）第２構造体の端面に反対の幾何プロファイルを設け、
ｄ）相補領域において前記第２構造体のプロファイル端に隣接して前記第１構造体のプロファイル端を位置決めし、これにより、これらが連結し、複合構造体が形成され、
ｅ）前記複合構造体を固相接合及び焼結し、前記第１及び第２構造体間に冶金結合を形成するステップを含み、
前記第１及び第２構造体の少なくとも一方が、複数のセクションにて提供される、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記幾何プロファイルらは、相補的な前記複合構造体が複数の非垂直面を前記相補領域に含むように、複数の角度を備える。
【請求項１６】
２つの異なる材料により各端が形成された電気インターコネクタとしての使用に適する複合構造体であって、
第１材料の第１構造体、及び第２材料の第２構造体を備え、前記第１材料及び第２材料が溶接には適しておらず、
当該複合構造体は、前記第１及び第２構造体間の焼結された冶金結合の固相の接合領域を持ち、前記接合領域は、端面から形成された複数の非垂直面を含む幾何プロファイルを有し、前記複合構造体内に接合領域を形成し、
前記第１及び第２構造体の少なくとも一方が、複数のセクションにて提供される、複合構造体。
【請求項１７】
請求項１６に記載の複合構造体であって、前記第１材料は、アルミニウムであり、前記第２材料は、銅である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年２月２５日に出願された米国仮出願番号NO.61/339,019に基づく優先権を主張する。この出願の全内容は、この参照により此処に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、金属製複合材料に関する。より端的には、本発明は、固相接合を用いて、異種材料から成る２つの異なる構造体間に横並び態様の冶金結合を生成する方法、及びこれにより製造された複合物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日の電子及び電気コネクタ／コンポーネント用途において要求されるパフォーマンス特性の範囲が単一の金属によって満たされることは稀である。真に競争力があり、高信頼性の最終製品の要望を満たすために、相補的かつ異なる技術特性を持つ２以上の材料を組み合わせることが設計者には頻繁に要求される。これに加えて、異種材料の端部同士を結合する必要性が著しい。
【０００４】
溶接及びクラッディングは、異種の材料から成る異なる金属構造体間に結合を生じさせ得る２つの典型的方法である。溶接は、接合部において液相が形成されるように材料を加熱することにより、大抵は金属又は熱可塑性プラスチックである材料を接合する製造プロセスである。これは、典型的には、ワーク品を加熱し、溶融材溜りを形成し、冷却して強接合とすることにより達成される。基本的には、溶接プロセスにおいては、時として圧力と一緒に、又は熱自体によって結合が形成されるように熱が利用される。図１Ａ及び１Ｂには、２つの従来のアルミニウム銅溶接体が開示されている。
【０００５】
様々な種類の溶接が、米国特許番号4,798,932に開示されており、この全開示は、この参照により此処に組み込まれる。溶接方法の１つの不利益は、融合した２つの金属の合金及び合金の両側隣の熱影響された領域から成る、小さいが認識可能な溶接部が形成されてしまうことである。溶接部は、典型的には、弱い結合であり、このため、溶接に対して垂直な引っ張り荷重がかかると、複合物は、通常、親金属の一方ではなく、溶接部において破損する。更に、溶接部は、親金属のものとは異なる特性を持つ。これらの不同性により、設計技術者は、この領域を避けることが強いられ、これにより、金属消費の増加に伴うコスト増が招かれてしまう。追加的問題としては、溶接部におけるスパッター又は衝撃穴、アンダーカット（つまり、複合物の厚みを貫く溶接の溶け込みの欠如）、キャンバー、及び、フィニッシュゲージ近くにて通常金属が溶接されるため、製造コストが相対的に高いことが含まれる。加えて、溶接部での結合を弱める脆性合金が、溶接に含まれる熱処理により溶接部に生成されるため、溶接プロセスは、銅及びアルミニウムといった特定材料間に結合を形成することには適さないことが本技術分野においては周知となっている。
【０００６】
金属を連結する方法として、クラッディング又は固相接合は、溶接から区別される。クラッディングは、溶接における溶融プロセスとは異なり、高圧を利用して冶金的に異種金属を一つに接合することを意味する。クラッディングは、典型的には、ダイによって２つの金属構造体を押し出し成形し、高圧下においてシートらを一緒にプレス又ローリングすることにより為される。通常、オーバーレイクラッディングプロセスが使用され、ここで、アルミニウム及び銅といった２つの材料構造体は、図２Ａに示すように、他方の上に一方があるように一緒に接合される。ある状況においては、図２Ｂに示されたインレイ構成が使用される。クラッディングプロセスにより、非常に厳密な電気、熱、及び／又は機械的なエンドユーズ要求を満足するように、焼結され、ロールされ、及び分割され得る複合材料の連続帯が生産可能である。従来のクラッディングインレイプロセスの主な欠点は、２つの構造体間の連結部において、水平結合と比較して、接合力が弱く、かつ引っ張り力が低い垂直結合が生成されることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許番号第４，７９８，９３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
概して同類材料の接合により適する既知の方法の不利益を考慮すれば、バスバー、ターミナル、バッテリーセル等の多数の用途のために横並び結合される、高いパフォーマンス及びコスト効果を持つ金属製複合物品を提供する方法及び製品が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複合物品の製造方法に関する。より端的には、本発明は、横並び配置の２つの異なる構造体間に固相接合を用いて冶金結合を生成する方法及びこれにより製造される複合物品に関する。本方法及び製品は、溶接、従来のクラッディング、及びホットボンディングプロセスをしても横並び最終製品を製造するには適さなかったアルミニウム及び銅といった材料の結合に特に有効である。ここではアルミニウム銅結合の製造について説明するが、本発明の方法及びシステムは、従来の溶接プロセスをしては脆性合金相が形成されていたアルミニウム−銅合金、ニッケル、又は他の材料を含む材料の数多くの組み合わせの追加的な冶金結合を生成することにも用いられ得る。以降、「複合物品」という用語は、固相接合された複合構造体を意味するように用いられる。
【００１０】
本発明は、２以上の異種の材料から成る２以上の異なる構造体間に冶金結合を生成するための方法を提供し、端的には、エッジ間又は横並び態様にて、２つの部材を結合することに関する。本発明は、少なくとも２つの構造体間に冶金結合を生成する方法を提供し、当該方法は、ａ）第１材料の第１構造体、及び第２材料の第２構造体を供給し、ここで、前記第１材料及び第２材料は溶接に適しておらず、ｂ）第２プロファイルを持つ第２構造体の第１端に隣接して第１プロファイルを持つ第１構造体の第１端を位置決めし、ここで、第１及び第２プロファイルは相補的であり、これにより、第１及び第２プロファイルは、一つに合致して、第１複合構造体を形成し、ｃ）第１複合構造体を固相接合及び焼結し、第１及び第２構造体間に冶金結合を形成するステップを含む。
【００１１】
本方法は、第１相補領域に第１及び第２構造体を一緒に位置付ける前、第１構造体の第１端部を輪郭出しして第１プロファイルを形成し、第２構造体の第１端部を輪郭出しして第２プロファイルを形成するステップを更に含むことができる。第１及び第２プロファイルは、第１複合構造体が複数の非垂直面を第１相補領域に含むように、複数の角度を備えることができる。この方法は、第１及び第２構造体の少なくとも一方を複数のセクションにて提供するステップを更に含むことができる。複数のセクションは、層として各々の上に配置することができる。
【００１２】
本発明は、更に、ｄ）第３材料の第３構造体を供給し、ここで、前記第２及び第３材料は、溶接に適さず、ｅ）第４プロファイルを持つ第２構造体の第２端部に隣接して第３プロファイルを持つ第３構造体の第１端部を位置決めし、ここで、前記第３及び第４プロファイルは、相補的であり、これにより、第３及び第４プロファイルは、第２複合構造体を形成し、ｆ）相補的な第２複合構造体を固相接合及び焼結し、第２及び第３構造体間に冶金結合を形成するステップを含むことができる。ある実施形態においては、ステップｃ）及びｆ）は、実質的に同時に生じる。第１及び第３材料は、実質的に同一であっても良い。
【００１３】
本発明は、第２相補領域に第２及び第３構造体を一緒に位置付ける前、第３構造体の第１端部を輪郭出しして第３プロファイルを形成し、第２構造体の第２端部を輪郭出しして第４プロファイルを形成するステップを更に含むことができる。第３及び第４プロファイルは、相補的な第２複合構造体が複数の非垂直面を第２相補領域に含むように、複数の角度を備えることができる。第１プロファイルと第３プロファイルは、実質的に同一でもあっても良い。
【００１４】
第３構造体を複数のセクションにて提供することができる。複数のセクションは、層として各々の上に配置することができ、又は横並びに配置することができる。別の実施形態においては、本方法は、冶金結合を形成した後、第１複合構造体及び第２複合構造体を分割するステップを更に含むことができる。第１、第２及び第３構造体を、金属製のワイヤー、ロッド、スラグ、スラブ、及びブロックといった数多くの構造体から選択することができる。
【００１５】
本発明は、また、ａ）第１材料の第１構造体、及び第２材料の第２構造体を供給し、ここで、第１材料及び第２材料は溶接に適しておらず、ｂ）第１構造体の端部に幾何プロファイルを設け、ｃ）第２構造体の端部に反対の幾何プロファイルを設け、ｄ）相補領域において第２構造体のプロファイルが設けられた端部に隣接して第１構造体のプロファイルが設けられた端部を位置決めし、これにより、これらが合致して複合構造体が形成され、ｅ）複合構造体を固相接合及び焼結して第１及び第２構造体間に冶金結合を形成するステップによって、少なくとも２つの構造体間に冶金結合を生成することを提供する。ここに開示の他の例示的方法と同様、幾何プロファイルも、複合構造体が複数の非垂直面を相補領域に含むように、複数の角度を備えることができる。本方法は、更に、第１及び第２構造体の少なくとも一方を複数のセクションにて提供するステップを含むことができる。
【００１６】
本発明は、数多くの用途に適用される製品にも関連する。本発明は、２つの異なる材料から各端が形成された電気インターコネクタとしての用途に適する複合構造体を形成することができる。複合構造体は、第１材料の第１構造体と第２材料の第２構造体とを備え、ここで、前記第１材料及び第２材料は、溶接に適しておらず、複合構造体は、第１及び第２構造体間に固相の焼結された冶金結合の形態にある接合領域を持ち、ここで、この接合領域は、複数の非垂直面を含む幾何プロファイルを有する。例えば、複合構造体の第１材料は、アルミニウムであり、第２材料は、銅であることができる。
【００１７】
本発明に係る方法及び製品は、対向端において電気的に接続される２つの異種の材料から成るブリッジ接続が必要であるバスバー、リチウム電池セルのためのストラップ、及びその他の用途を含む他の用途に好適である。本発明のこれら及び他の観点及び利益は、図面と共に考慮し、好適な実施形態の次説明から直ちに明らかになるであろう。
【００１８】
本発明が属する技術分野における当業者により、過剰説明することなく、本発明の方法及び装置の製造及び使用が即時に理解されるように、これらの好適な実施形態は、幾つかの図を参照しつつ、次のように此処に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１Ａは、従来の溶接プロセスを使用したアルミニウムと銅の金属結合の断面図を示す。図１Ｂは、従来の溶接プロセスを使用したアルミニウムと銅の金属結合の別の形態の断面図を示す。
【図２】図２Ａは、従来のクラッディングにより製造されたアルミニウムと銅のオーバーレイ製品の断面図を示す。図２Ｂは、従来のクラッディングにより製造されたアルミニウムと銅のインレイ製品の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に係るアルミニウムと銅材料間に冶金結合を生成する詳細な製造方法のフローチャートである。
【図４】図４は、図３の輪郭出しステップにより生じる例示的な幾何プロファイルを示す。
【図５】図５は、図３に開示の方法により製造された例示的な複合構造体の断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、傾斜勾配プロファイルを有する固相接合前の例示的な複合構造体の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、固相接合後の図６Ａの複合構造体の断面顕微写真である。
【図７Ａ】図７Ａは、横Ｖ字状プロファイルを有する固相接合前の例示的な複合構造体の断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、固相接合後の図７Ａの複合構造体の断面顕微写真である。
【図８Ａ】図８Ａは、蟻継ぎ形状プロファイルを有する固相接合前の例示的な複合構造体を形成するべく相補的に輪郭出しされた端部に沿って第１及び第２構造体が一緒に位置付けられた断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、固相接合後の図８Ａの複合構造体の断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、横Ｗ字状プロファイルを有する固相接合前の例示的な複合構造体の断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、固相接合後の図９Ａの複合構造体の断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、固相接合前、例示的な複合構造体を形成するべく、かつ噛み合うべく位置付けられた第１、第２及び第３構造体の断面図であり、ここで、第２構造体は、各々が蟻継ぎ形状プロファイルを有する２層として設けられている。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図８Ｂにて形成された複合構造体と略同じ幾何プロファイルを相補領域において各々が有する２つの別部材を形成するべく線Ｍ’−Ｍ’に沿って切断される前の、及び固相接合後の図１０Ａの複合構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好適な実施形態は、添付図面を参照して以下に説明され、ここで、同一番号により同一又は類似要素が示される。図面は、縮尺目的で描かれていない。
【００２１】
一般的に、本発明による金属製複合物品を形成することに用いられる構造の材料は、次の特性を有する：ボンディングプロセス過程において十分な延性を有する；切断又はミル加工され得る；同様の耐力強度、延性、及び押出挙動を有する。所望用途に基づいて特定の金属が選択されるが、本発明は、例示的にアルミニウムと銅の結合の形成という観点から説明される。しかしながら、本発明は、アルミニウムと銅のみに関わる冶金結合に限定されるものでもなければ、ここに開示される例示的な製造パラメーター及び材料寸法に限定されるものでもない。本発明は、溶接状態下にて脆性合金を形成する材料を利用しつつ、横並び態様の金属結合を達成するために、従来の溶接及びクラッディングプロセスの問題を克服する。本発明のこれら及び他の利点及び利益は、ここに開示される。
【００２２】
図３を参照すると、本発明に係るアルミニウムと銅材間に冶金結合を形成する例示的方法のフローチャートが開示されている。本発明の利点及び利益を達成するためには、ここに開示された各ステップＳ１−Ｓ８を実行することが好ましいが、幾つかの観点は選択的であり、専ら例示目的のために詳細に開示されている。
【００２３】
図３に開示のプロセスのスタートにおいて、アルミニウムと銅構造体は、厚み、テンパー、及び硬さにおいて、必要に応じて、例えば、機械加工によって、Ｓ１にて整合又はロールされる。例示的説明目的で此処に開示された構造は、アルミニウムと銅の帯状体である。しかしながら、これらの構造体を、金属製のワイヤー、ロッド、スラグ、スラブ、及びブロックを含む数多くの構造種から選択することができる。開始材料の寸法及び特性、及び最終製品の所望の寸法に基づいて、必要に応じて、ステップＳ１は個別調整され得る。アルミニウムと銅の双方は、次に、所望の幅を達成するべく、Ｓ２にて細長にされ、又は、回転刃により機械切断され、必要に応じて、端部研磨される。ロール処理Ｓ１及びスリット処理Ｓ２は、選択的ステップであり、必要に応じて製造の簡便化のため実行され得る。製造において、２つの構造体の厚み及びテンパーを均一にすることが、その２つの材料の耐性強度を整合させるうえで有効である。別の選択的な端部研磨ステップは、角状端部を形成するべく、アルミニウムと銅の端部をサイドミルすることに用いられ得る。所望のように本ステップを遂行するために、既知の任意の端部研磨装置を用いることができる。加えて、双方の構造体を力的に平坦化するべく、平坦化ステップを適用することができる。選択的な平坦化ステップの過程では、構造体がローラーを通過するに応じて、平坦かつ真っ直ぐに外に出て、大よそ厚みが減じられて整合する。使用される商用ローラー装置の種類に基づいて、適切なプロセス調整が実行され得る。
【００２４】
アルミニウムおよび銅構造体は、次に、逆の場合も然りではあるが、Ｓ５にて輪郭出しされ、アルミニウム構造の一端において幾何プロファイルが生成され、対応する鏡像の幾何プロファイルが対応する銅構造の端部に生成される。輪郭出しステップＳ５は、例えば、ロール形成、端部研磨、又は切削を含む多数の方法により実行され得る。ある実施形態においては、幾多の輪郭出しステップにおいて金属を除去するべく回転切削刃が用いられ、アルミニウム及び銅構造の隣接する端部において幾何プロファイルを形成することができる。例えば、図４に示されたプロファイルを参照のこと。アルミニウム及び銅間の金属結合の垂直面は、水平面と比較すると、引っ張り強さが低いため、幾何プロファイルの角度テーパーリングを実行することが、複合構造体の結合特性を高める上で有益である。従って、１以上の非垂直面が結合領域に形成されるように、角度を有する幾何プロファイルを持つことが望ましい。
【００２５】
好ましくは、結合の逆引っ張り強度を高め、構造体間の気泡及び間隙により生じる欠陥を減じるために、隣接する２つの構造体の端部間において機械的なスナップフィットが実質的に達成される。隣接する輪郭出しされた端部は、また、一緒に位置付けられた時、噛み合わされ得る。しかしながら、本発明の利益及び利点を達成するためには、輪郭出しされた端部を相補的態様にて一緒に位置付けるのみでも良い。
【００２６】
相補領域における結合箇所の所望の強度に基づいて、特有の幾何プロファイルが選択される。図５乃至１０Ｂに開示されたように第１構造体の形状が第２構造体の形状に鏡像である限りにおいて、図４に開示された例示以外にも多数のプロファイルが使用され得る。幾何プロファイルを相補性とすることにより、相補領域における結合箇所での間隙及び他の欠陥を少なくすることができ、これにより、生成される複合物品の結合強度を向上させることができる。輪郭出しステップＳ３において使用され得る潤滑油由来の油を除くために、双方の金属は、Ｓ４において、水又は他の水溶液により洗浄され、及び／又はブラシされ得る。希望により、選択的なブラシングにより、構造の表面が機械的に荒くされる。
【００２７】
アルミニウム及び銅構造のプロファイルは、次に、Ｓ５にて一つに合致され、これにより、これらは、複合構造体を形成するべく相補領域において互いに隣接配置される。複合構造体は、次に、Ｓ６にて固相接合される。固相接合ステップＳ６を実行するために、強化ローラーを使用したローラー装置が使用され得る。ローリング過程で、複合構造体は、溶接プロセスのように液相へと推移することは決してない。むしろ、ローラー力により生じる圧力とこれに伴う熱のみによって、隣接する複合構造体の輪郭出しされた端部の結合が促進される。温度上昇により結合形成領域において脆性合金相が形成され得、引っ張り強度及び結合強さが干渉され得るため、この特徴は特に重要である。この問題を解決するために、本発明は、固相接合を使用し、結合領域における脆性合金の生成を低減する。結合処理ステップＳ６の過程において、厚みを約３分の２に減じ、これに応じて長さを増加させることが可能となる。
【００２８】
機械的に連結した構造が固相接合Ｓ６されると、焼結ステップＳ７の使用により、結合が不変のものとなる。焼結は、結合面において追加的な固相原子拡散を生ぜしめる熱処理である。焼結ステップＳ７の過程では、脆性合金の生成を避けるべく、溶融が生じない十分に低い温度、及び短い時間に限定して熱処理することが重要である。典型的には、焼結ステップＳ７は、５分未満であり、好適には、１〜２分である。例えば、複合構造体は、アルミニウム構成材の低い融点の溶融温度未満の約３００度Ｆにおいて短時間焼結され得る。未実行の選択的なローリング、及びスリッティング、レべリングステップＳ８は、所定最終用途のため複合物品を所望の寸法とするために実行される。
【００２９】
図５は、本発明により製造された例示的な複合物品５０の断面図を示す。複合構造体５０は、第１構造体５２及び第２構造体５４から形成され、これらは、多数の非垂直端面を有する幾何プロファイルにて輪郭出しされ、相補領域５６において連結されている。第１及び第２構造体５２、５４は、一緒に位置付けられて噛み合う。所定用途における所望寸法に基づいて、当業者は、ゲージ又は複合構造体５０の厚みｔ、幅ｗといった機械的パラメーターを適切に調整することを理解するだろう。
【００３０】
図６Ａは、本発明により製造された他の例示的な複合構造体６０の断面図である。ここで、複合構造体６０ａは、固相接合前、開示の第１構造体６２及び第２構造体６４から構成される。第１構造体６２と第２構造体６４の第１及び第２プロファイルは相補的であり、複合構造体６０を形成するように一つに適合する。第１構造体６２と第２構造体６４は、相補領域６６において連結する。図６Ｂは、ステップｃ）において複合構造体６０が固相接合された後の物品の断面顕微写真である。図６Ａ〜６Ｂに示された相補領域６６における幾何プロファイルは、垂直端面を有せず、実質的に水平な端面を中間に有し、約同じスロープの２つの端面を持つ「グレードスロープ」プロファイルとして説明され得る。
【００３１】
図７Ａは、固相接合前の別の例示的な複合構造体７０の断面図である。第１構造体７２と第２構造体７４の第１及び第２プロファイルは、相補領域７６において複合構造体７０を形成するように一つに適合する。図７Ｂは、複合構造体７０が固相接合された後の物品の対応する断面顕微写真を示す。図７Ａ〜７Ｂに示された相補領域７６における幾何プロファイルは、垂直端面を有しない「横Ｖ字状」プロファイルとして説明され得る。
【００３２】
図８Ａは、固相接合前の別の例示的な複合構造体８０の断面図である。第１構造体８２と第２構造体８４の第１及び第２プロファイルは相補的であり、相補領域８６において複合構造体８０を形成するように一緒に位置付けられるように開示されている。図８Ｂは、複合構造体８０が固相接合された後の物品の対応する断面図を示す。図８Ａ〜８Ｂに示された相補領域８６における幾何プロファイルは、唯一つの実質的に垂直な端面を有する「蟻継ぎ形状」プロファイルとして説明され得る。本構成では、相対的に弱い垂直接合は、中心線位置に限定され、これにより、表面層の結合力が最大化され、曲げに対する高い特性が生じ、用途が形成される。
【００３３】
図９Ａは、固相接合前の別の例示的な複合構造体９０の断面図である。第１構造体９２と第２構造体９４の第１及び第２プロファイルは相補的であり、複合構造体９０を形成するように一緒に位置付けられるように開示されている。第１構造体９２と第２構造体９４は、相補領域９６において連結する。図９Ｂは、複合構造体９０が固相接合された後の物品の対応する断面図を示す。図９Ａ〜９Ｂに示された相補領域９６における幾何プロファイルは、「横Ｗ字状」プロファイルとして説明され得る。
【００３４】
図１０Ａは、固相接合前の別の例示的な複合構造体１００の断面図である。一緒に位置付けられた第１構造体１２０、第２構造体１４０、及び第３構造体１７０により、複合構造体１００が実際に形成される。第２構造体１４０だけが、互いの上に積まれた複数の層１４０ａ及び１４０ｂとして設けられ、開示されている。しかしながら、各構造体は、複数層にて設けられ、第１及び第２幾何プロファイルを形成することができる。
【００３５】
図１０Ｂは、複合構造体１００が固相接合された後の複合物品の対応する断面図を示す。図１０Ａは、第１構造体１２０、層１４０ａ及び１４０ｂを有する第２構造体１４０が位置決めされ、相補領域１６０ａ及び１６０ｂにおいて互いに結合された後の複合構造体１００を示す。ただ２つの層１４０ａ及び１４０ｂが此処に開示されるが、本発明によれば、複数の層が各々上に積層され得る。代替的、又は複数の層の組み合わせとして、構造体は、セクションとして提供され、対応する複合構造体（不図示）及び所望の幾何プロファイルを得るために一つに継ぎ合わされ得る。
【００３６】
結合プロセスの過程では、層１４０ａ及び１４０ｂは、継ぎ目なく一つに連結され、これにより、これらは完全に一体化され、層１４０ａ及び１４０ｂの間には分離が検出不可能となる。図１０Ａ−１０Ｂに開示の相補領域１６０ａ及び１６０ｂでの幾何プロファイルは、図８Ｂの複合構造体と同様、「蟻継ぎ形状」プロファイルとして説明され得る。図１０Ｂにおいて幾何プロファイルらは同一なものとして描かれているが、第２幾何プロファイル１６０ｂが第１幾何プロファイル１６０ａとは異なるように、第２及び第３構造体の各々の端部が異なる態様にて機械処理され得ることも本発明の思想の範囲内である。
【００３７】
本実施形態は、２つの異なる製品が同時に固相接合され、線Ｍ’−Ｍ’に沿って２つの異なる部分に切断されて２つの別々の製品が形成され得る点において有益である。典型的には、第１構造体１２０と第３構造体１７０は、同一材料から成る。図１０Ａ−１０Ｂでは、第１及び第３構造体１２０及び１７０は、両方とも銅構造として此処に開示されている。結果として、第１及び第２構造体１２０及び１４０間と、第２及び第３構造体１４０及び１７０間の結合ステップは、実質的に同時刻に生じ得る。しかしながら、第３構造体１７０を第１構造体１２０とは異ならせることも可能である。従って、これに応じて、ローリング及び焼結パラメーターを調整する必要がある。同様に、第２及び第３構造体１４０及び１７０の結合ステップは同時に生じ得、又は、複合構造体１００が段階的に形成されるように、ステップが繰り返される。これらのステップは、任意の数の複合構造体を形成するべく繰り返されることができ、必要に応じて、別々の製品を製造するために切断される。例えば、電気コネクタの各エンドにおいて異なる抵抗値が必要な用途用に、多数の並行ストラップが形成され得る。
【００３８】
本発明の方法及び製品は、バスバー、ターミナル、バッテリーセル、及び同種のものを非限定的に含む多数の用途に適する。例えば、リチウムイオンバッテリーでは、セルのパックは互いに結合される。大抵の場合、バッテリーのカソードはアルミニウムであり、アノードは銅又は他の銅合金である。リチウムイオンバッテリーセルのアノードとカソードとを電気的に接続するとき、本発明の製品及び方法を活用した２つの異種の材料から成るバスバー又はストラップは有利である。それ故、本発明により、高品質、低コストである、結合部において引っ張り強度が増加された最終製品及び方法が提供される。例えば、アルミニウム及び銅ストラップは、バッテリーセル及び同種のものに使用することができる本発明に係る方法及び製品により達成され得る。
【００３９】
本発明の方法及び製品は、自動車産業においても、例えば、利用価値があり得る。現在、より多くの車は、アルミニウム筐体から製造される。車の筐体を接地することに使用される電気配線は、慣例的には銅製である。従って、車体を電気的に接地するために、車体の筐体に接続されるアルミニウム端と銅からなる対向端とを備えるターミナルを提供することにより多くの要望がある。従って、本発明は、アルミニウム及び銅といった２つの異種の材料が電気的に接続される必要がある用途に用いられるストラップ、又はターミナル接続において特に好適である。
【００４０】
好適な実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者は、添付請求項により規定された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、説明された手順における変化又は変更、又はそれに対する修正が為され得ることを即時に理解するだろう。
【符号の説明】
【００４１】
５０、６０、７０、８０、９０              複合構造体
５２、６２、７２、８２、９２              第１構造体
５４、６４、７４、８４、９４              第２構造体
５６、６６、７６、８６、９６              相補領域
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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