(57)【要約】【課題】金属箔同士を一対の電極で加圧、通電して接合する際に、被接合部材からの電極分離時に発生し易い被接合部材である金属箔のせん断破壊を防ぐことができる金属箔の接合方法を提供する。【解決手段】被接合金属部材が金属箔である金属部材同士を一対の電極で加圧、通電して接合する際、被接合金属箔と当該金属箔に当接する電極との間にＺｒＢ２質等の導電性セラミックスを介在させて通電する。  この方法により５０μｍ以下の厚さの金属箔も電極分離時にせん断破壊を起こすことなく接合できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合金属部材が金属箔である金属部材同士を一対の電極で加圧、通電して接合する際、被接合金属箔と当該金属箔に当接する電極との間に導電性セラミックスを介在させて通電することを特徴とする金属箔の接合方法。
【請求項２】
導電性セラミックスとしてホウ化ジルコニウム質のセラミックスを用いる請求項１に記載の金属箔の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属箔同士を拡散接合する接合方法であって、金属箔と電極間に導電性セラミックスを介在させた接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨近、例えば、電池ケースにおける安全弁の接合、電池電極とリード線の接合等、金属箔を他の金属部材に接合した構造が多用されるようになった。
金属箔を他の金属部材に接合させる方法としては、電極にて通電させて接合させる拡散接合法や抵抗溶接法、レーザ光を用いるレーザ溶接法、摩擦による拡散を利用した超音波接合法などが用いられている。
金属箔と他の金属材との接合法としては、例えば特許文献１に、耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属箔と金属薄板を重ね合わせて設置し、前記金属薄板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて前記金属薄板を加圧した状態で通電を行うことで金属箔と金属薄板を接合することが提案されている。
【０００３】
抵抗溶接法や拡散接合法は、レーザ溶接法や超音波接合法による接合と比較して、設備が簡易であり低コストで接合できるメリットがある。また、電極で圧下して接合するため、接合前の状態で被接合部同士に隙間があっても、確実に接合が可能であり、しかも、被接合部材の接合面を、溶融もしくは高い温度での拡散で接合させるため、高い接合強度が得られるという利点がある。
このように、抵抗溶接法や拡散接合法は電極を圧下させて接合させるため、被接合部材同士だけでなく、電極と被接合部材間でも発熱による拡散が起こり、弱い強度ではあるが接合されることになる（図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４２７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記したように、抵抗溶接法や拡散接合法では、被接合部材同士だけでなく、電極と被接合部材が接合されることがある。しかし、厚さが５０μｍを超える被接合部材を接合した場合、適正な接合条件下においては被接合部材の強度の方が遥かに高いため、電極と被接合部材は容易に分離することができる。
ところが、厚さが５０μｍ以下の金属箔同士を電極で加圧しながら接合した場合、被接合部材である金属箔の強度が小さいこと、また厚さが薄いため電極と被接合部材との反応性が高まることから、適正な接合条件下であっても、電極と被接合部材の拡散による接合部分の強度が、被接合部材の強度以上となってしまうことがある。その場合、被接合部材から電極を分離しようとすると、図２に見られるように被接合部材である金属箔がせん断破壊してしまう状況が発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、金属箔同士を一対の電極で加圧、通電して接合する際に、被接合部材からの電極分離時に発生し易い被接合部材である金属箔のせん断破壊を防ぐことができる金属箔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】
本発明の金属箔の接合方法は、その目的を達成するため、金属箔である金属部材同士を一対の電極で加圧、通電して接合する際、被接合金属箔と当該金属箔に当接する電極との間に導電性セラミックスを介在させて通電することを特徴とする。
導電性セラミックスとしてホウ化ジルコニウム質のものを用いることが好ましい。
この方法により被接合金属部材が５０μｍ以下の厚さの金属箔であっても健全に接合できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明法では、融点が被接合部材より高い導電性セラミックスを通電時に電極と被接合部材に間に挟むことにより、通電時の発熱による電極と被接合部材との接合を防止することができ、健全な接合部を形成することができる。
このため、被溶接金属材として金属箔を用いた場合にあっても、被接合部材である金属箔から電極を分離するときに金属箔のせん断破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】板材同士を接合する際の接合部の状況を説明する概念図
【図２】電極と被接合部材の接合強度が被接合部材の接合強度よりも大きいときに発生し易い不具合の発生状況を説明する概念図
【図３】本発明法により、金属箔同士を接合する態様を説明する図
【図４】本発明法による、金属箔同士を接合する条件および接合状態を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者らは、金属箔同士を一対の電極で加圧して通電しながら接合する際に、被接合部材からの電極分離時に被接合部材である金属箔のせん断破壊が発生する機構とその対策について鋭意検討を重ねる過程で、金属箔のせん断破壊を防ぐことができる本発明の接合方法を見出した。
以下にその詳細を説明する。
【００１１】
抵抗溶接法や拡散接合法では、通電することにより被接合部材同時の接触面だけではなく被接合部材自身および被接合部材と電極の接触面も発熱する。一方、電極には一般的に銅もしくはクロム合金銅が使用されているが、銅やクロム合金銅の融点は約1000℃である。それに対し、鉄やステンレス鋼が被接合部材の場合の融点は1500℃前後であり、拡散温度も電極の方が低くなる。
【００１２】
例えば、融点の高い鉄やステンレス鋼を拡散接合する際、通電による発熱で被接合部材同士が拡散する温度まで高められたとき、被溶接部材同士で合金層が形成されて両者が接合されることになるのであるが、この際に電極である銅もしくはクロム合金銅も同時に発熱して電極と被溶接部材とが部分的に拡散接合状態となって、前記したような不具合を発生することになると推測される。特に被接合部材が金属箔である場合に金属箔のせん断破壊が顕著になるのである。
そこで、通電による接合時の電極と被接合部材間の拡散を抑えるために、電極と被接合部材が直接接しないように、被接合部材である金属箔と電極との間に導電性セラミックスを介在させることにした。
【００１３】
図３に、金属箔と電極との間に導電性セラミックスを介在させて金属箔同士を接合する態様を示す。
導電性セラミックスは、電極として用いる銅ほどに高い導電性は有していないが、銅や鉄に比べて格段に高い融点を有している。このため、導電性セラミックスと電極の間、及び導電性セラミックスと金属箔の間で発熱があったとしても、金属箔構成元素が導電性セラミックス中に部分拡散して両者が接合することはない。
【００１４】
用いるセラミックスとしては、鉄なみの導電性を有しているものを用いるのが望ましい。例えばホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）は、表１に見られるように、鉄なみの導電性と極めて高い融点を有しているので、本発明方法において電極と金属箔の間に挟む材料として好適である。ホウ化物（ボライド）のホウ化ジルコニウムに限らず、その他として炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの炭化物（カーバイド）、窒化物（ナイトライド）など、金属なみの導電性を有する非酸化物セラミックスであってもよい。
【００１５】
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【実施例】
【００１６】
1％Cr銅合金電極によって、10μmステンレス箔同士および20μmステンレス箔同士を接合した事例（比較例）：
板厚が10μmのステンレス箔同士および20μmのステンレス箔同士を1％Cr銅合金の電極を用い、ステンレス箔と電極の間に何ら介在させることなく、表２に示す条件で電極を加圧し通電させた。
その結果、何れの条件においても電極が被接合材であるステンレス箔に拡散による凝着が生じ、電極を分離した際にステンレス箔がせん断破壊を起こした。また、何れの条件においても表２の条件よりも入熱を下げるとステンレス箔同士が接合されず、適切な接合状態を得ることができなかった。
【００１７】
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【００１８】
導電性セラミックスを挟んで10μmのステンレス箔同士および20μmステンレス箔同士を接合した事例（本発明例）：
板厚が10μmのステンレス箔同士および20μmのステンレス箔同士を、1％Cr銅合金の電極と被接合部材の間にホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）製のφ30mm厚み5mmの導電性セラミックスを挟み、表３および図４に示す条件で電極を加圧し通電させた。
その結果、図４に示すように引張試験において母材破断となる拡散接合を行うことができ、かつ、電極と導電性セラミックスの当接面およびステンレス箔と導電性セラミックスの当接面ともに凝着が生じることなく何らの損傷も見られなかった。
【００１９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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