電磁圧接(短小部分の溶接)には以下の特徴がある.間隙を設けて高速衝突させる場合について示す.
@導電率κ の高いアルミ,銅製端子板,電線の圧接に適している(図6.1〜図6.6).
A接合部分は楕円形状に閉じて圧接(溶接)される(図6.2).
B重ねた端子板どうしを横に多数並べて,同時に圧接できる(図6.3).
C重ねた端子板と電線をも,同様に圧接できる(図6.4,図6.5).
D圧接できるアルミ平角線,端子板などの最小幅は1mmである(図6.6).
E各種金属箔を圧接できる(図6.7〜図6.10,図6.15〜図6.22).
Fアモルファス合金箔,金属ガラス箔を圧接できる(図6.8,図6.9,図6.18,図6.21).
G各種プリント配線板の銅箔どうしを圧接できる(図6.11).
H絶縁フィルムの穴を介したスポット溶接およびマルチスポット溶接ができる(図6.35).
I圧接部分の周囲に絶縁シート(ポリイミドなど)があっても,シートは溶融しない.
J接合界面には,爆発圧接と同様の波状模様が見られる(図6.13,図6.19 など).
K箔を圧接する場合,通常,アルミ板のドライバーが使われる(図2.4).
L通常,央部分が比較的に短く,幅の狭い平板状コイルが使われる(図10.20など).
M圧接する薄板の厚さは1mm以下がよい(固相溶接法の摩擦かくはん接合の場合,板厚は数mm以上必要).
●電磁圧接した短小部分,箔などの外観写真例を図6.1〜図6.3(端子板),図6.4〜図6.6(端子板/電線),図6.7〜図6.10(箔), 図6.11(各種プリント配線板銅箔)に示す.アルミ端子板/より電線を圧接する場合(図6.5),電線の被覆は溶融しなかった. 圧接したアモルファス金属箔は,結晶化しなかった(図6.8).フレキシブルリント配線板銅箔を圧接する場合(図6.11), 銅箔部分を両面露出することなく,片面だけ露出させて圧接できる.絶縁被覆(ポリイミド)は溶融しない. 接合界面の観察例を図6.12〜図6.22に,継手の引張試験結果例を図6.23〜図6.25に示す. 低倍率で観察された接合界面には,図6.12および図6.15のように2箇所の圧接(接合)部分が見られる.
以上の箔,フレキシブルプリント配線板銅箔を圧接する場合,加圧用アルミ板(ドライバー)を図2.4のように使用する.
●加圧用アルミ板(ドライバー)なしで,銅箔を直接圧接した結果を図6.26〜図6.31に示す. 図10.20に示す中央部分の幅1mmのコイルを使用した.図6.26(上)の外観写真には,中央縦方向に 薄板のシーム溶接(図5.1など)と同様の変形が見られる.接合界面には,図6.27のように2箇所の圧接部分が見られる. 圧接部分の拡大写真(図6.28)に溶融凝固した部分は見られない.この写真の一部(図6.29)には,波状模様が観測されている. 中央部分の幅が3mmおよび5mmのコイルを使用した場合の外観写真を図6.30および図6.31に示す.圧接部分に熱変色や 部分的な溶融が見られる.これらは,電源の充電エネルギーを下げて圧接すると無くなるが,接合が困難となる.
●加圧用アルミ板(ドライバー)なしで,銅箔を直接圧接した場合の電流波形および衝突時間信号例を図6.32に示す. 電流が流れてから銅箔が衝突するまでの時間(衝突時間)は 図6.32の場合,1.8μsである. このとき,銅箔間に設けた間隙は0.5mmである.この間隙0.5mmを衝突時間で除して求めた平均衝突速度 (大きさ)はコイル中央部分の幅により表6.1のように変化した.実際に衝突したときの衝突速度は平均速度の約2倍である.
●加圧用アルミ板(ドライバー)なしで,フレキシブルプリント配線板銅箔を,直接圧接した結果を図6.34に示す. 図10.20(中右)に示す中央部分の幅1mmのコイルを使用して圧接した.銅箔の厚さは50μm,幅は10mmであり, 配線板端の銅箔片面露出部分3ヶ所(図6.33)が縦に圧接されている.この部分には,幅6〜8mmの 範囲に圧接に伴う楕円状の変形が見られる.銅箔およびこれを覆う絶縁材(ポリイミド)は破損または溶融していない.
●絶縁フィルムの穴を介したスポットおよびマルチスポット溶接例(外観写真)を図6.35以下に示す.図2.7に示す方法で溶接された. 金属薄板は穴の部分で圧接される.この場合も,絶縁フィルムは溶融しない.
図6.1 端子板の圧接例 (左:アルミ/銅板および大きさ比較用1円硬貨,右:アルミ/アルミ板(端子幅約 5mm),
図6.1.1 コイル電流波形および衝突時間信号例 (電源容量12μF,コイル中央部分の幅2.5mm,充電エネルギー0.8kJ,
電流最大値約180kA,衝突速度約500m/s,アルミ/アルミ板 端子幅約 5mm (図6.1右))
図6.2 溶接後,はく離させたアルミ端子板/銅端子板の接合面(左:アルミ板,右:銅板)
図6.3 端子板の多数同時圧接例(上:5並列(表裏),下:12並列(表裏),写真提供:矢崎総業(株))
図6.4 アルミ端子板/アルミ電線の圧接例(左:5組同時圧接,右:1組の圧接,写真提供:矢崎総業(株))
図6.5 アルミ端子板/より電線の圧接例(左:3組同時圧接,右:1組の圧接,写真提供:矢崎総業(株))
図6.6 アルミ端子板/アルミ平角線の5組(左),アルミ平角線/アルミ平角線の3組(右) 圧接例
(アルミ端子板幅5mm,平角線幅 1mm)
図6.7 箔の電磁圧接例 (上左:アルミ/アルミ箔,上右:アルミ/銅箔,中左:銅/銅箔,中右:銅/ステンレス鋼箔,
下左:樹脂付き銅/樹脂付き銅箔,下右:ステンレス鋼/ステンレス鋼箔)
図6.8 アモルファス金属箔の電磁圧接およびX線回折パターン例 (上左:アモルファス金属/インバー箔,
上中:アモルファス金属/銅箔,上右:アモルファス金属/アルミ箔,下:電気炉で加熱,冷却した
アモルファス金属箔および電磁圧接後にはく離させたアモルファス金属箔のX線回折パターン例)
図6.9 金属ガラス箔(アモルファス金属の一種,上側)/アルミ板(下側)の電磁圧接例
( 左:圧接前,右:圧接後(金属ガラスの一部溶融), 写真提供:東京工業大学熊井研究室)
図6.9.2 金属ガラス箔/アルミ板の電磁圧接例(金属ガラスに溶融なし)
( 上:圧接後の表裏外観,下:引張試験後の表裏外観)
図6.10 積層アルミ箔の電磁圧接例 (上左:端部圧接直後の状態,電源エネルギー適切,上中:同,エネルギーやや大,
上右:同,エネルギー多大,中:端部または中央部分圧接後に広げた状態,エネルギー適切,
下左中:端部へシート状端子板を同時圧接した状態,下右:中央部分圧接後の状態)
図6.11 各種プリント配線板銅箔どうしの圧接例 (上左:フレキシブル配線板の銅箔部分(2箇所)どうしの圧接,
上右:フレキシブル配線板の銅箔部分(20箇所)どうしの圧接,中左::リジッド配線板の銅箔部分(下側,4箇所)と
フレキシブル配線板の銅箔部分(上側,4箇所)の圧接, 中右:リジッド配線板の銅箔部分(下側,20箇所)と
フレキシブル配線板の銅箔部分(上側,20箇所)の圧接, 下左:圧接前のフレキシブル配線板銅箔部分(左側露出),
下右:圧接前のリジッド配線板銅箔部分(端から端まで露出),圧接前の両配線板裏側には絶縁材が貼ってある)
図6.12 接合界面の観察位置および光学顕微鏡写真例(アルミ端子板/アルミ端子板,写真提供:矢崎総業(株))
図6.13 接合界面の光学顕微鏡写真例(アルミ端子板/アルミ端子板,写真提供:鋼管計測(株))
図6.14 接合界面の光学顕微鏡写真例(アルミ端子板(下側)/より電線(上側),写真提供:矢崎総業(株))
図6.15 接合界面の写真例 (銅/ニッケル箔 0.1mm,上:圧接部分(2箇所)の光学顕微鏡写真,
下:圧接部分(1箇所)の電子顕微鏡拡大写真,写真提供:石川島播磨重工業(株))
図6.16 接合界面の光学顕微鏡写真例(最上:銅箔/ステンレス箔 10μm,上:アルミ/アルミ箔 6.5μm,
下:アルミ/銅箔 10μm,最下:ステンレス箔10μm/アルミ箔 6.5μm,写真提供:住友軽金属工業(株))
図6.17 接合界面の電子顕微鏡写真例(銅/銅箔,下図に界面を表示,写真提供:K社)
図6.18 接合界面の電子顕微鏡写真例(上:アモルファス金属箔(上側)/インバー箔(下側),
中:インバー箔/インバー箔 ,下:アモルファス金属箔/アモルファス金属箔 ,
写真提供:石川島播磨重工業(株),東京工業大学熊井研究室)
図6.19 接合界面の光学顕微鏡写真例(上:ステンレス箔100μm(上側)/ニッケル箔25μm(下側),
下:洋白箔100μm(上側)/黄銅箔100μm(下側),写真提供:(株)中央製作所)
図6.20 接合界面の電子顕微鏡写真例(ニッケル/ニッケル箔,写真提供:石川島播磨重工業(株))
図6.21 金属ガラス箔/アルミ薄板接合界面の電子顕微鏡写真例(写真提供:東京工業大学熊井研究室)
図6.22 積層アルミ箔(10枚)接合界面の光学顕微鏡による接合部分拡大写真例
図6.23 アルミ/アルミ端子板(端子板幅5mm,板厚0.3mm)の引張試験結果例(○:母材破断,●:接合面はく離)
図6.24 アルミ端子板/アルミ電線(5組同時圧接)の引張試験結果例(○:母材破断,●:接合面はく離)
図6.24-1 コイル電流波形および衝突時間信号例 (電源容量12μF,コイル中央部分の幅2.5mm,充放電エネルギー1kJ,
電流最大値約200kA,衝突速度約500m/s,アルミ端子板/アルミ電線(図6.24))
図6.25 銅/ステンレス箔(圧接片幅20mm,箔厚10μm)の引張試験結果例(○:母材破断,●:接合面はく離)
図6.26 銅箔の直接電磁圧接外観例 (銅箔厚50μm,コイル中央部分の幅:1mm,上:コイル側,下:固定具側)
図6.27 前記写真(図6.26)銅箔接合界面の光学顕微鏡写真例 (銅箔厚50μm,写真提供:矢崎総業(株))
図6.28 前記写真(図6.27)圧接部分の拡大写真 (銅箔厚50μm,写真提供:矢崎総業(株))
図6.2 9 前記写真(図6.28)の一部拡大写真 (銅箔厚50μm,写真提供:矢崎総業(株))
図6.30 銅箔の直接電磁圧接外観例 (銅箔厚50μm,コイル中央部分の幅:3mm,コイル側)
図6.31 銅箔の直接電磁圧接外観例 (銅箔厚50μm,コイル中央部分の幅:5mm,コイル側)
図6.32 コイル電流波形および衝突時間信号例 (電源容量12μF,コイル中央幅1mm,充放電エネルギー1.3kJ,
電流最大値約200kA,衝突速度約560m/s,銅箔厚50μm,銅箔間の間隙0.5mm,図6.26)
表6.1 コイル中央部分の幅と衝突時間,平均衝突速度(大きさ)の関係
(初速度零から加速されて衝突したときの衝突速度は平均衝突速度の約2倍である)
コイル中央部分の幅 (mm) |
銅箔外観写真 |
衝突時間 (μs) |
平均衝突速度 (m/s) |
1 3 5 |
図6.26 図6.30 図6.31 |
1.8 1.4 1.2 |
約 280 約 350 約 400 |
図6.33 フレキシブルプリント配線板(1枚)の外観(圧接前,銅箔露出側)
図6.34 圧接されたフレキシブルプリント配線板(2枚)の外観(コイル側)
図6.35 絶縁フィルムの穴を介したスポットおよびマルチスポット溶接例(銅板厚0.2mm,穴径3mm)
図6.36 絶縁フィルムの穴を介したマルチスポット溶接例
(左:アルミ板どうし,中:アルミ/銅板,右:アルミ板どうし6穴同時溶接,穴径3mm)
図6.37 絶縁フィルムの穴を介したマルチスポット溶接部分の拡大(アルミ板どうし,穴径3mm)
図6.38 絶縁フィルムの穴を介したスポット溶接部分をはく離させた接合面(アルミ板どうし,穴径3mm)
図6.39 絶縁フィルムの穴を介したマルチスポット溶接例(銅箔厚0.05mm,穴径1mm)
図6.40 絶縁フィルムの穴を介したマルチスポット多層溶接例
(穴径3mm,左:アルミ板3枚,右:銅板3枚)