(57)【要約】  導電材料からなる１対の被接合部材（１０，２０）が面接合されている接合界面構造を有する導電材料の接合体である。前記接合界面構造は、導電材料が相互に拡散している拡散接合領域と、導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する塑性流動接合領域と、を少なくとも有する。
2012081440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料からなる１対の被接合部材が面接合されている接合界面構造を有し、
前記接合界面構造は、
前記導電材料が相互に拡散している拡散接合領域と、
前記導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する塑性流動接合領域と、を少なくとも有する導電材料の接合体。
【請求項２】
前記１対の被接合部材の少なくとも一方を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる中間部材が、前記１対の被接合部材の間に介在しており、
前記拡散接合領域には、排出あるいは拡散された前記中間部材が存在しており、
前記接合界面構造は、
前記中間部材と、前記中間部材を構成する導電材料が前記１対の被接合部材を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域と、を含んでいる中間材介在接合領域を、さらに有する請求項１に記載の導電材料の接合体。
【請求項３】
前記低融点の導電材料は、液相を形成する導電材料からなる請求項２に記載の導電材料の接合体。
【請求項４】
前記液相を形成する導電材料は、前記１対の被接合部材の少なくとも一方を構成する導電材料と低温共晶を形成する共晶反応材料からなる請求項３に記載の導電材料の接合体。
【請求項５】
前記液相を形成する導電材料は、ろう材あるいは低温はんだ材からなる請求項３に記載の導電材料の接合体。
【請求項６】
前記１対の被接合部材の少なくとも一方は、鋳物である請求項２に記載の導電材料の接合体。
【請求項７】
前記鋳物は、アルミニウム高圧ダイカスト鋳物からなる請求項６に記載の導電材料の接合体。
【請求項８】
前記１対の被接合部材は、アルミニウムからなり、
前記中間部材は、アルミニウムと低温共晶を形成する共晶反応材料からなり、
前記共晶反応材料は、亜鉛、銅、錫あるいは銀である請求項７に記載の導電材料の接合体。
【請求項９】
前記１対の被接合部材の一方は、アルミニウムからなり、
前記１対の被接合部材の他方は、鉄系材料あるいはマグネシウム系材料からなる請求項７に記載の導電材料の接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料の接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接における被接合部材形状の自由度を高め、溶接条件設定を容易化し、電流効率を向上させるため、１対の被接合部材を接触させた状態で摺動させ、表面の絶縁被覆を剥離した後に摺動を停止させ、抵抗加熱により溶融接合している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１―１３８２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、抵抗加熱を引き起こす電流は、被接合部材間の接触面（接合面）における高面圧部に電流が集中し、接触面全体に均等に流れないため、加熱が不均等となり、限定された面積および形状しか接合できない。つまり、良好な接合強度および水密性を有する接合界面構造を得ることが困難である問題を有している。【０００５】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な接合強度および水密性を有する接合界面構造を備える導電材料の接合体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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、導電材料からなる１対の被接合部材が面接合されている接合界面構造を備える導電材料の接合体である。前記接合界面構造は、前記導電材料が相互に拡散している拡散接合領域と、前記導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する塑性流動接合領域と、を少なくとも有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、接合界面が、拡散接合領域に加えて塑性流動接合領域によって物理的に接合されているため、被接合部材の母材特性に近い強度を備えており、接合面の全体に渡って良好な接合強度を確保することが可能である。つまり、良好な接合強度および水密性を有する接合界面構造を備える導電材料の接合体を提供することが可能である。【０００８】
本発明のさらに他の目的、特徴および特質は、以後の説明および添付図面に例示される好ましい実施の形態を参照することによって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る接合体の接合界面構造を説明するための断面写真である。
【図２】図１に示される拡散接合領域を説明するための拡大写真である。
【図３】図１に示される塑性流動接合領域を説明するための拡大写真である。
【図４】図１に示される中間材介在接合領域を説明するための拡大写真である。
【図５】比較例に係る接合界面構造を説明するための断面写真である。
【図６】比較例に係る拡散接合領域を説明するための拡大写真である。
【図７】図５に示される中間材介在接合領域を説明するための拡大写真である。
【図８】実施の形態１に係る接合装置の一例を説明するための概略図である。
【図９】実施の形態１に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る接合体の接合界面構造を説明するための断面写真である。
【図１１】図１０に示される拡散接合領域を説明するための拡大写真である。
【図１２】図１０に示される塑性流動接合領域を説明するための拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、実施の形態１に係る接合体の接合界面構造を説明するための断面写真、図２、図３および図４は、図１に示される拡散接合領域、塑性流動接合領域および中間材介在接合領域を説明するための拡大写真、図５は、比較例に係る接合界面構造を説明するための断面写真、図６は、比較例に係る拡散接合領域を説明するための拡大写真、図７は、図５に示される中間材介在接合領域を説明するための拡大写真である。
【００１２】
実施の形態１に係る接合体の接合界面構造は、例えば、抵抗加熱および摩擦熱（塑性流動）を利用して形成されており、導電材料からなる１対の被接合部材１０，２０が、中間部材３０を介在させて面接合されて構成されており、拡散接合領域、塑性流動接合領域および中間材介在接合領域を有する。中間部材３０は、被接合部材１０，２０の少なくとも一方を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる。
【００１３】
拡散接合領域は、図２に示されるように、被接合部材１０，２０が相互に直接的に拡散している領域であり、本実施の形態においては、排出あるいは拡散された中間部材３０が存在している。塑性流動接合領域は、図３に示されるように、導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する領域である。中間材介在接合領域は、図４に示されるように、中間部材３０と、中間部材３０を構成する導電材料が被接合部材１０，２０を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域と、を含んでいる領域である。
【００１４】
実施の形態１に係る接合界面は、図１〜４に示されるように、拡散接合領域および中間材介在接合領域に加えて塑性流動接合領域によって物理的に接合されているため、被接合部材１０，２０の母材特性に近い強度を備えており、接合面の全体に渡って良好な接合強度を確保することが可能である。つまり、良好な接合強度および水密性を有する接合界面構造を備える導電材料の接合体を提供することが可能である。
【００１５】
被接合部材１０，２０の間に介在する中間部材３０は、被接合部材１０，２０の少なくとも一方を構成する導電材料より低融点であり、低温での接合が可能となっている。これにより、実施の形態１に係る接合界面構造を形成する際において、被接合部材１０，２０への熱影響が低減され、かつ、接合が容易となっている。
【００１６】
一方、図５に示される比較例に係る接合界面構造は、抵抗加熱のみを利用して形成されており、導電材料からなる１対の被接合部材１１０，１２０が、中間部材１３０を介在させて面接合されて構成されており、拡散接合領域および中間材介在接合領域を有するが、塑性流動接合領域が存在していない。
【００１７】
拡散接合領域は、図６に示されるように、排出あるいは拡散された中間部材１３０が含まれるが、極めて限定的である。中間材介在接合領域は、図６に示されるように、中間部材１３０と、中間部材１３０を構成する導電材料が被接合部材１１０，１２０を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域が見られるが、酸化皮膜が分散し、ほとんどは間隙となっている。つまり、比較例に係る接合界面構造においては、接合が局部的となり、空隙発生による強度や水密性が低下するため、良好な接合強度および水密性を発揮させることが困難である。
【００１８】
なお、被接合部材１０，２０は、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）鋳物であり、アルミニウム鋳物素材（ＡＤＣ１２）が適用されている。中間部材３０は、アルミニウムと低温共晶を形成する共晶反応材料である亜鉛（Ｚｎ）からなり、厚さ１０μｍの箔が適用されている。被接合部材１１０，１２０は、アルミニウム圧延材（Ａ５０５２）である。中間部材１３０は、亜鉛からなり、厚さ１０μｍの箔が適用されている。
【００１９】
共晶反応材料は、液相を形成し、被接合部材同士および共晶反応材料と被接合部材との間における相互拡散を促進するため、良好な接合強度を確保することが可能であり、かつ、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。したがって、実施の形態１に係る接合界面構造は、高度な水密性が要求される部位や、２次元的な曲面や大面積部位に、特に有効である。共晶反応材料の厚みは、例えば、１０〜１００μｍであるが、特にこれに限定されず、また、厚さを部位に応じ適宜変化させることも可能である。
【００２０】
中間部材３０の共晶反応により低融点で液相化し、酸素を遮断して再酸化を抑制する役割を果たすため、真空雰囲気と長時間が必要であった真空ろう付けに対し、大気中における短時間、低入熱での接合が可能となり、量産化が容易となる点でも好ましい。アルミニウムと低温共晶を形成する共晶反応材料は、亜鉛に限定されず、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）あるいは銀（Ａｇ）を適用することが可能である。
【００２１】
被接合部材１０，２０は、同材（同種金属）からなる形態に限定されない。実施の形態１に係る接合界面は、拡散接合領域および中間材介在接合領域に加えて塑性流動接合領域によって物理的に接合されており、異材接合が可能であるため、被接合部材１０，２０の一方を、アルミニウムから構成し、被接合部材１０，２０の他方を、鉄系材料あるいはマグネシウム系材料から構成することが可能である。この場合、Ａｌ−ＦｅやＡｌ−Ｍｇの異材接合体が得られるため、エキゾーストマニホールド等の自動車用部品として適用することが容易である。
【００２２】
被接合部材１０，２０は、特に、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）鋳物に限定されないが、実施の形態１に係る接合界面構造は、融点以下で形成され、内包ガスの影響が抑制されるため、鋳造素材の選択の自由度が大きい（材料の選択範囲が広い）。また、アルミニウム高圧ダイカスト鋳物は安価な構造材であるため、接合体の製造コストを低減することができる。
【００２３】
中間部材３０は、共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料から構成することも可能である。この場合は、中間部材の選択の自由度が大きく（材料の選択範囲が広い）、また、中間部材３０によって液相が形成され、被接合部材１０，２０同士および中間部材３０と被接合部材１０，２０との間における相互拡散が促進されるため、良好な接合強度が確保される。そして、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。
【００２４】
共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料としては、共晶反応材料に比較して安価で一般的なろう材や低温はんだが挙げられる。
【００２５】
次に、実施の形態１に係る接合体の接合界面構造を得るための接合装置を説明する。
【００２６】
図８は、実施の形態１に係る接合装置の一例を説明するための概略図である。
【００２７】
実施の形態１に係る接合装置４０は、抵抗加熱および摩擦熱（塑性流動）を利用する接合手段であり、第１電極４２、第２電極４４、電流供給装置５０、保持装置６０、摺動装置（摺動手段）７０、加圧装置８０および制御装置９０を有する。
【００２８】
接合されるワークは、上方に位置する被接合部材１０と、下方に位置する被接合部材２０と、被接合部材１０，２０の間に配置される被接合部材である中間部材３０とからなる。被接合部材１０，２０および中間部材３０は、後述される振動の方向に対して一様形状を有し、接触面の延長方向は、水平方向Ｈとなっている。中間部材３０は、別体からなる形態に限定されず、被接合部材１０，２０の一方と一体化された被覆層から構成することも可能である。この場合、中間部材３０を局所的に配置することが可能である。被覆は、めっき、クラッド材、塗布等により形成することが可能である。
【００２９】
第１および第２電極４２，４４は、抵抗加熱によって被接合部材１０，２０および中間部材３０（中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接触面）を昇温し軟化させるための加熱手段であり、第１電極４２は、上方に位置する被接合部材１０に電気的に接続され、第２電極４４は、下方に位置する被接合部材２０に電気的に接続される。第１および第２電極４２，４４は、被接合部材１０，２０に直接接触する形態に限定されず、例えば、導電性を有する他の部材を介して間接的に接触させることも可能である。第１および第２電極４２，４４は、それぞれ複数の電極によって構成することも可能である。
【００３０】
電流供給装置５０は、電流を、第１電極４２から、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を経由して第２電極４４に流すための電流供給手段であり、例えば、電流値および電圧値が調整自在に構成されている。
【００３１】
保持装置６０は、上方に位置する可動保持部６２と下方に位置する固定保持部６４とを有する。可動保持部６２は、被接合部材１０を水平方向Ｈに往復動自在に保持するために使用される。固定保持部６４は、被接合部材２０の水平方向Ｈへの移動を規制し、被接合部材１０に対し被接合部材２０を相対的に静止した状態で維持するために使用される。
【００３２】
摺動装置７０は、被接合部材１０を被接合部材２０に対して相対的に摺動させ、中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接触面に摩擦熱（塑性流動）を発生させるために使用される加振手段からなり、可動保持部６２に保持された被接合部材１０を、接触面の延長方向に対して平行である水平方向Ｈに振動（加振）させるシャフト７２と、シャフト７２の駆動源であるモータ７４と、を有する。例えば、加振振幅は１００〜１０００μｍの範囲、加振周波数は１０〜１００Ｈｚの範囲で調整可能に構成されている。加振機構は、特に限定されず、例えば、超音波振動、電磁式振動、油圧式加振、カム式振動を適用することが可能である。
【００３３】
加振方向は、接触面の延長方向に沿う１方向への往復運動であるため、接触面の形状の自由度が向上することとなる。すなわち、１方向にさえ変位可能であれば加振できるため、接触面の形状が平面である必要はなく、例えば、一方向に延びる溝に凸部が嵌合する形態とすることも可能である。また、摺動装置７０は、振動（加振機構）を利用する形態に限定されず、回転運動や、自転せずに円軌道を描くように振れ回る公転運動を適宜適用することも可能である。なお、公転運動の場合、振動と異なり、接触面同士の相対的な運動が停止しないことから、動摩擦係数のみが作用して摩擦係数が安定し、接触面を均一に磨耗させることが可能である。
【００３４】
加圧装置８０は、上方に位置する加圧部８２と下方に位置する支持構造体８４とを有する。加圧部８２は、第１電極４２に連結され、かつ、上下方向（接触面と直交する押圧方向）Ｌに進退動可能となっており、第１電極４２を介して被接合部材１０に押圧力を付与可能であり、被接合部材２０に対する被接合部材１０の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段である。加圧部８２は、例えば、油圧シリンダが組み込まれており、押圧力を調整自在に構成されている。押圧力は、例えば、２〜１０ＭＰａである。支持構造体８４は、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を介して加圧装置８０の押圧力が伝達される第２電極４４を、支持するために使用される。
【００３５】
加圧部８２による押圧力は、第１電極４２を介することなく、被接合部材１０に直接付与する形態を適用することも可能である。加圧部８２と支持構造体８４とを逆に配置することも可能である。この場合、下方に配置される加圧部８２によって第２電極４４が押圧され、上方に配置される支持構造体８４よって第１電極４２が支持されることになる。また、支持構造体８４の代わりに、第２の加圧部を設けることによって、面圧調整の自由度を向上さることも可能である。
【００３６】
制御装置９０は、演算部、記憶部、入力部および出力部を有するコンピュータからなる制御手段であり、電流供給装置５０、摺動装置７０および加圧装置８０を統括的に制御するために使用される。制御装置９０の各機能は、記憶装置に格納されているプログラムを演算部が実行することにより発揮される。
【００３７】
プログラムは、例えば、加圧装置８０によって被接合部材１０の押し付け面圧を調整した状態で、摺動装置７０によって被接合部材１０を水平方向Ｈに振動させることによって、中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接触面を摺動させつつ、電流供給装置５０から供給される電流を、第１電極４２から、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を経由して、第２電極４４へ流して抵抗加熱することによって、中間部材３０を介在させて被接合部材１０，２０を接合するための手順を、制御装置９０に実行させるためものである。
【００３８】
次に、実施の形態１に係る接合体の接合界面構造を得るための接合方法を説明する。
【００３９】
図９は、実施の形態１に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。図９に示されるフローチャートにより示されるアルゴリズムは、制御装置９０の記憶部にプログラムとして記憶されており、制御装置９０の演算部によって実行される。
【００４０】
本接合方法は、加圧下で、中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接触面を摺動させつつ、電流を、第１電極４２から、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を経由して、第２電極４４へ流して抵抗加熱することによって、中間部材３０を介在させて被接合部材１０，２０を接合するための接合工程を有する。
【００４１】
前記接合工程は、概して、接触抵抗のばらつきを低減するための予備摺動ステップ（Ｓ１１）、抵抗加熱および摩擦熱（塑性流動）を利用し、中間部材３０が介在する被接合部材１０，２０の接合界面の形成を開始する第１接合ステップ（Ｓ１２）、接合界面の一体化を促進する第２接合ステップ（Ｓ１３）、接合体（中間部材３０が介在して接合された被接合部材１０，２０）を冷却する冷却ステップ（Ｓ１４）を有する。
【００４２】
詳述すると、予備摺動ステップ（Ｓ１１）においては、中間部材３０が被接合部材１０と被接合部材２０との間に配置されてなるワークが投入され、加圧装置８０の加圧部８２が稼働され、第１電極４２を介して、被接合部材１０，中間部材３０および被接合部材２０に押圧力が付与される。
【００４３】
その後、摺動装置７０が駆動され、これにより、被接合部材１０の水平方向Ｈの摺動（振動）が引き起こされる。このとき、被接合部材２０は、保持装置６０の固定保持部６４によって水平方向への移動が規制され、かつ、被接合部材１０，中間部材３０および被接合部材２０は、加圧下にあるため、中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接触面に摩擦が生じ、接触面表面のアルミニウム酸化皮膜が除去される。
【００４４】
第１接合ステップ（Ｓ１２）においては、電流供給装置５０が稼働され、電流供給装置５０から供給される電流が、第１電極４２から、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を経由して、第２電極４４へ流され、抵抗加熱が生じる。これにより、これにより、接触面は、摩擦熱および抵抗加熱の両方の併用によって、摩耗，塑性流動および材料拡散が生じ、中間部材３０が介在する被接合部材１０，２０の接合界面の形成が開始される。
【００４５】
第２接合ステップ（Ｓ１３）においては、電流供給装置５０による電流の供給を減少させることよって抵抗加熱による発熱量が低下させられる一方、加圧装置８０による押圧力を増加させることによって摩擦熱が増加させられる。これにより、抵抗加熱による発熱量が減少し、軟化された材料を摺動によって掻き混ぜるようにして一体化を促進する過程へ移行することになる。摩擦熱の増加は、摺動装置７０を制御することによっても達成することが可能である。
【００４６】
電流供給装置５０による電流の供給は、最終的には停止される。そして、冷却工程（Ｓ１４）に入る直前において、摺動装置７０の稼動が停止され、被接合部材１０が所定の静止位置（最終的な接合位置）に位置決めされる。この際、位置決め精度を向上させ、かつ、位置決めを容易にするため、加圧装置８０による押圧力を低下させることも可能である。
【００４７】
第１接合ステップ（Ｓ１２）および第２接合ステップ（Ｓ１３）の結果、被接合部材１０，２０が相互に直接的に拡散し、かつ、排出あるいは拡散された中間部材３０が存在している拡散接合領域（図２）、導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する塑性流動接合領域（図３）、および、中間部材３０と、中間部材３０を構成する導電材料が被接合部材１０，２０を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域と、を含んでいる中間材介在接合領域（図４）を有する接合界面構造が形成されることとなる。
【００４８】
冷却工程（Ｓ１４）においては、加圧装置８０による押圧力が上昇させられ、所定の時間が経過すると、冷却が終了したと判断され、加圧が停止される。そして、加圧装置８０の加圧部８２（第１電極４２）が、被接合部材１０から離間させられる。冷却の終了は、温度を検出することによって直接的に判断することも可能である。
【００４９】
その後、中間部材３０が介在して接合された被接合部材１０，２０が取り外される。
【００５０】
なお、予備摺動ステップ（Ｓ１１）においては、接触面表面のアルミニウム酸化皮膜が除去され、皮膜厚さの違いによる接触抵抗のばらつきが低減されるため、後続の第１接合ステップ（Ｓ１２）における発熱量のばらつきが抑制される。また、予備摺動ステップ（Ｓ１１）の前において、脱脂や、ワイヤブラシによるブラッシングによってアルミニウム酸化皮膜を除去する等の前処理が不要となるため、作業性が向上する。なお、必要に応じて、前処理を実施することも可能である。
【００５１】
予備摺動ステップ（Ｓ１１）の前あるいは予備摺動ステップ（Ｓ１１）の代わりとして、摺動装置７０を停止させた状態で電流供給装置５０を稼働させることによって、接触面を抵抗加熱により軟化させる予備加熱ステップを設けることも可能である。また、予備摺動ステップ（Ｓ１１）は、適宜省略することも可能である。
【００５２】
電流の供給を減少させず、かつ、加圧力を増加させないことにより、第２接合ステップ（Ｓ１３）を第１接合ステップ（Ｓ１２）に一体化させることも可能である。また、冷却工程（Ｓ１４）は、適宜省略することも可能である。
【００５３】
また、摩擦熱および抵抗加熱の両方を併用するため、一方のみを利用する接合に比較し、高い面圧を付与する必要がないため、接触面の面積が、大きい場合でも容易に接合することが可能である。つまり、接触面に高い押圧力（面圧）を付与せずとも電流集中箇所が変化して均一に加熱されるため、接触面が大面積の場合や複雑な形状の場合であっても接合することができ、かつ低歪みの面接合が可能である。
【００５４】
接触面の表層のみが塑性流動（溶融）して接合するため、加熱時間を短縮でき、更に、材料内に気体を含有している鋳造品であっても、加熱により材料内の気体が膨張、噴出し難く、良好な接合を実現することが可能である。
【００５５】
なお、接触面の面積を、略同一に設定する場合、接触面の一方に電流が集中することが抑制され、均一に加熱することが容易である。また、接触面に電流が集中する高面圧領域が存在する場合であっても、当該領域においては、抵抗加熱が大きく作用して加熱され酸化膜が強制的に剥離され、押圧力（面圧）と加振が作用して塑性流動が生じて磨耗することで、刻々と電流集中箇所が変化するため、電流の流れが分散し、接触面は、均一に加熱される。
【００５６】
また、塑性流動接合領域は、断面の内部に比べて外周部に多く形成される傾向にある。これは、外周部の方が、塑性流動に対する拘束度が相対的に低いこと、エッジで擦ることで塑性流動を促進させる効果があることによると考えられる。一方、中間材介在接合領域は、断面の外周部に比べて内部側に多く生成される傾向がある。これは、中間材介在接合領域および共晶生成物が外周から距離的に遠いため排出されにくいこと、外周部が塑性流動により接合されるため、排出ができなくなること等が理由と考えられる。
【００５７】
以上のように、実施の形態１に係る接合体の接合界面構造は、拡散接合領域（導電材料が相互に拡散している領域）と、塑性流動接合領域（導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する領域）と、中間材介在接合領域（中間部材と、中間部材を構成する導電材料が１対の被接合部材を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域と、を含んでいる領域）と、を有している。つまり、接合界面が、拡散接合領域に加えて塑性流動接合領域によって物理的に接合されているため、被接合部材の母材特性に近い強度を備えており、接合面の全体に渡って良好な接合強度を確保することが可能である。したがって、良好な接合強度および水密性を有する接合界面構造を備える導電材料の接合体を提供することが可能である。また、中間部材は低融点の導電材料からなり、低温での接合が可能となるため、被接合部材への熱影響が低減され、かつ、接合が容易となる。
【００５８】
低融点の導電材料が液相を形成する導電材料からなる場合、中間部材の選択の自由度が大きく（材料の選択範囲が広く）、また、中間部材によって液相が形成され、被接合部材同士および中間部材と被接合部材との間における相互拡散が促進されるため、良好な接合強度が確保される。また、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。
【００５９】
液相を形成する導電材料が、１対の被接合部材の少なくとも一方を構成する導電材料と低温共晶を形成する共晶反応材料からなる場合、より低温での接合が可能となるため、被接合部材への熱影響がさらに低減され、かつ、接合がより容易となる。
【００６０】
共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料として、共晶反応材料に比較して安価で一般的なろう材や低温はんだを適用することが可能である。
【００６１】
被接合部材として鋳物の適用においては、融点以下での接合であり、内包ガスの影響が抑制されるため、鋳造素材の選択の自由度が大きい（材料の選択範囲が広い）。
【００６２】
アルミニウム高圧ダイカスト鋳物は、安価な構造材であるため、アルミニウム高圧ダイカスト鋳物の適用は好ましい。
【００６３】
被接合部材としてアルミニウムが適用される場合、中間部材として、亜鉛、銅、錫あるいは銀からなる共晶反応材料を適用する場合、より低温での接合が可能となるため、アルミニウムからなる被接合部材への熱影響がさらに低減され、かつ、接合がより容易となる。
【００６４】
被接合部材の一方を、アルミニウムから構成し、被接合部材の他方を、鉄系材料あるいはマグネシウム系材料から構成する場合、Ａｌ−ＦｅやＡｌ−Ｍｇの異材接合体が得られるため、自動車用部品として適用することが容易である。
【００６５】
次に、実施の形態２を説明する。
【００６６】
図１０は、実施の形態２に係る接合体の接合界面構造を説明するための断面写真、図１１および図１２は、図１０に示される拡散接合領域および塑性流動接合領域を説明するための拡大写真である。
【００６７】
実施の形態２に係る接合体は、１対の被接合部材１０，２０の間に中間部材が介在していない点で、実施の形態１に係る接合体と概して異なり、その接合界面構造は、図１０に示されるように、導電材料からなる１対の被接合部材１０，２０が直接面接合されて構成されており、拡散接合領域および塑性流動接合領域を有する。なお、被接合部材１０，２０は、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）鋳物であり、アルミニウム鋳物素材（ＡＤＣ１２）が適用されている。
【００６８】
拡散接合領域においては、図１１に示されるように、被接合部材１０，２０が相互に直接的に拡散しており、実施の形態１の場合と異なり、排出あるいは拡散された中間部材は存在していない。塑性流動接合領域には、図１２に示されるように、導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有している。
【００６９】
実施の形態２に係る接合界面は、図１０〜１３に示されるように、拡散接合領域に加えて塑性流動接合領域によって物理的に接合されているため、被接合部材１０，２０の母材特性に近い強度を備えており、接合面の全体に渡って良好な接合強度を確保することが可能である。つまり、良好な接合強度および水密性を有する接合界面構造を備える導電材料の接合体を提供することが可能である。
【００７０】
また、共晶反応材料からなる中間部材を有しておらず、中間材介在接合領域が存在しないため、被接合部材１０，２０の母材特性により近い強度を備えるようにすることが容易である。つまり、実施の形態２に係る接合界面構造は、実施の形態１に係る接合界面構造に比較し、高度な水密性が不要である部位や平面的な小面積部位において高強度が要求される用途に、特に有効である。
【００７１】
なお、実施の形態２に係る接合装置および接合方法は、被接合部材１０，２０の間に中間部材が配置されていないこと以外に関し、実施の形態１に係る接合装置および接合方法と略一致しており、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００７２】
以上のように、実施の形態２においては、共晶反応材料からなる中間部材を有しておらず、中間材介在接合領域が存在しないため、高度な水密性が不要である部位や平面的な小面積部位において高強度が要求される用途に、特に有効に適用することが可能である。
【００７３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。
【００７４】
例えば、被接合部材（および中間部材）を昇温し軟化させるための加熱手段は、電極による抵抗加熱に限定されず、高周波誘導加熱や赤外線加熱、レーザビームを用いた加熱など、適宜選択して適用することも可能である。
【００７５】
本出願は、２０１０年１２月１４日に出願された日本特許出願番号２０１０−２７８２６４号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
【符号の説明】
【００７６】
１０，２０  被接合部材、
３０  中間部材、
４０  接合装置、
４２  第１電極、
４４  第２電極、
５０  電流供給装置、
６０  保持装置、
６２  可動保持部、
６４  固定保持部、
７０  摺動装置、
７２  シャフト、
７４  モータ、
８０  加圧装置、
８２  加圧部、
８４  支持構造体、
９０  制御装置、
Ｈ  水平方向、
Ｌ  上下方向。
【図８】
2012081440.tif 000003
【図９】
2012081440.tif 000004
【図１】
2012081440.tif 000005
【図２】
2012081440.tif 000006
【図３】
2012081440.tif 000007
【図４】
2012081440.tif 000008
【図５】
2012081440.tif 000009
【図６】
2012081440.tif 000010
【図７】
2012081440.tif 000011
【図１０】
2012081440.tif 000012
【図１１】
2012081440.tif 000013
【図１２】
2012081440.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月14日(2012.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料からなる１対の被接合部材が接触面の全域において面接合されている接合界面構造を有し、
前記接合界面構造は、
前記導電材料が相互に拡散している拡散接合領域と、
前記導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する塑性流動接合領域と、を少なくとも有する導電材料の接合体。
【請求項２】
前記面接合された接触面は、所定の方向に延長している請求項１に記載の導電材料の接合体。
【請求項３】
前記１対の被接合部材の少なくとも一方を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる中間部材が、前記１対の被接合部材の間に介在しており、
前記拡散接合領域には、排出あるいは拡散された前記中間部材が存在しており、
前記接合界面構造は、
前記中間部材と、前記中間部材を構成する導電材料が前記１対の被接合部材を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域と、を含んでいる中間材介在接合領域を、さらに有する請求項１又は請求項２に記載の導電材料の接合体。
【請求項４】
前記低融点の導電材料は、液相を形成する導電材料からなる請求項３に記載の導電材料の接合体。
【請求項５】
前記液相を形成する導電材料は、前記１対の被接合部材の少なくとも一方を構成する導電材料と低温共晶を形成する共晶反応材料からなる請求項４に記載の導電材料の接合体。
【請求項６】
前記液相を形成する導電材料は、ろう材あるいは低温はんだ材からなる請求項４に記載の導電材料の接合体。
【請求項７】
前記１対の被接合部材の少なくとも一方は、鋳物である請求項３に記載の導電材料の接合体。
【請求項８】
前記鋳物は、アルミニウム高圧ダイカスト鋳物からなる請求項７に記載の導電材料の接合体。
【請求項９】
前記１対の被接合部材は、アルミニウムからなり、
前記中間部材は、アルミニウムと低温共晶を形成する共晶反応材料からなり、
前記共晶反応材料は、亜鉛、銅、錫あるいは銀である請求項８に記載の導電材料の接合体。
【請求項１０】
前記１対の被接合部材の一方は、アルミニウムからなり、
前記１対の被接合部材の他方は、鉄系材料あるいはマグネシウム系材料からなる請求項８に記載の導電材料の接合体。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月11日(2013.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
導電材料からなる１対の被接合部材が面接合されている接合界面構造を有し、
前記接合界面構造は、
前記導電材料が相互に拡散している拡散接合領域と、
前記導電材料の塑性流動による圧接と再結晶組織とを有する塑性流動接合領域と、を少なくとも有し、
前記塑性流動接合領域は、前記拡散接合領域の外方に形成される導電材料の接合体。
【国際調査報告】
2012081440.tif 000015
2012081440.tif 000016
2012081440.tif 000017
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