超音波金属接合機とは
超音波金属接合機とは金属素材同士を接合するための装置です。
金属を接合する方法には他にも溶接などがありますが、溶接は高温で金属を融解させる必要があるため、熱の影響が懸念されるような接合には向いていません。一方で、超音波金属接合は金属表面を超音波で処理した後、金属同士を密着させるので熱による影響の少ない接合法の一つです。
溶接は金属の溶解を伴うため溶融接合に分類するのに対し、超音波金属接合のように固相状態でで接合を行うことを固相接合と分類します。
超音波金属接合機の使用用途
超音波金属接合機は熱の発生が少ない固相接合を行えるため、異なる種類の金属を接合させるために使用されます。
異なる種類の金属を溶接で接合させると、溶けて混じり合った合金層が接合界面に発生するため、電気的あるいは機械的な性質が変わってしまいます。超音波接合では不純物となる合金層の発生が殆どないため、電気的接点を構築する場合などに使用されます。特にバッテリーの製造においてアルミニウムと銅を接合させるために使用されています。
超音波金属接合機の原理
超音波金属接合機を用いた金属同士の接合は、金属結合を新たに作らせることで行います。
金属結合とは、金属に見られる化学結合のことで、金属結晶を構成するものです。金属結晶中に規則正しく並んだ原子核の間を自由電子が動き回っていることによって発生するクーロン力が、この金属結合の力の元になります。すなわち、2つの金属を接合させるには、界面で新たに自由電子を介した金属結合を作らせる必要があります。
しかし、一般に金属の表面は酸化皮膜などの不純物でコーティングされているため、2つの金属を単純に密着させただけでは二種の原子核と自由電子は共有されません。
超音波金属接合機は、2つの金属を密着させた後に超音波を印加します。すると、金属表面が擦り合わされ、摩擦や塑性流動によって表面の酸化皮膜や不純物を除去し、金属の本来の界面を露出させます。これによって原子核と自由電子が共有され、新たに金属結合が形成されるので接合を行うことができます。