(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間にインサート材を介在させた状態に重ね合わせた被接合材を相対的に加圧しつつ加熱して、被接合材とインサート材の間で共晶反応を生じさせ、当該共晶反応溶融物を被接合材の酸化皮膜と共に接合面から排出して上記被接合材を接合するに際して、  上記酸化皮膜を含む共晶反応溶融物を排出するための凹部を接合面内に設けることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
上記インサート材が箔状の材料であることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
上記凹部が被接合材の接合面の一方に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合方法。
【請求項４】
上記凹部が被接合材の接合面の両方に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合方法。
【請求項５】
上記凹部が複数個設けてあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の接合方法。
【請求項６】
上記凹部の接合面内の容積が接合時に発生する共晶反応溶融物の体積以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の接合方法。
【請求項７】
上記凹部が溝状をなし、接合面内から接合面の外側にまで延出していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の接合方法。
【請求項８】
上記凹部が溝状をなし、接合面の中央部を通過していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の接合方法。
【請求項９】
上記凹部が溝状をなし、接合時に発生する共晶反応溶融物の排出方向に略平行に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の接合方法。
【請求項１０】
上記凹部が塑性加工によって形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の接合方法。
【請求項１１】
被接合材の新生面が接合された接合部品であって、接合面内に酸化皮膜を含む共晶反応溶融物の固化物を有することを特徴とする接合部品。
【請求項１２】
上記インサート材に由来する成分が被接合材の接合面近傍に拡散していることを特徴とする請求項１１に記載の接合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の接合方法と、当該方法を用いた接合部品に係り、例えばアルミニウム系金属材料のように、表面に安定な酸化膜が形成されている材料についても、大気中、低温度で接合することができ、母材や周辺への熱影響を最小限に抑えることができる低コストの接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アルミニウム系金属から成る材料の表面には、緻密で強固な酸化皮膜が生成されており、その存在が障害となるため、これらアルミニウム系金属材料については、冶金的な接合が難しい。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルミニウム同士、あるいはアルミニウムとアルミナを接合するに際して、被接合面間に母材と共晶反応を生ずる元素を含むインサート材を介在させ、酸素雰囲気中で接触させた後、上記被接合面を共晶反応が生じる温度範囲に加熱し、接触面に共晶反応による融液相と、母材成分と接触面の空隙に存在する酸素との反応による酸化物相を生成させることが記載されている（特許請求の範囲１参照）。これによって、母材表面の酸化皮膜が破壊され、融液中の成分と酸素の反応による酸化物と共に、融液相中に混入されるとされている（第３頁左欄中央参照）。
【０００４】
なお、アルミニウム系金属の接合技術としては、Ａｌ−Ｓｉ系合金から成るろう材を用いたろう付けも知られているが、この場合には、例えばフッ化物系のフラックスを用いることによって、酸化皮膜を除去する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−６６０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法においては、接合表面に生成されている酸化膜を除去するために共晶反応を生じさせることが必要であるが、共晶反応によって発生した溶融物を接合面から十分に排出することができず、接合完了後も接合面内に残存するため、接合強度を向上させることができない。
また、酸素雰囲気で接合を行うことが必要となるため、特殊なチャンバーが必要となり、設備コストが増加する点にも問題があった。
【０００７】
本発明は、アルミニウム系金属材料のように、常温で安定な酸化膜を表面に有する部材を含む接合における上記課題に鑑みてなされたものである。
そして、その目的とするところは、このような部材を含んだ接合を大気中で、しかもフラックスを用いることなく、低コストで強度に優れた接合が可能な接合方法を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、このような接合方法を適用した各種の接合部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、被接合材の間にインサート材を介在させ、母材とインサート材の間に生じた共晶反応溶融物を酸化皮膜と共に排出して被接合材を接合するに際して、接合面内に微細な凹部を設けておくことによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の接合方法においては、重ね合わせた被接合材の間にインサート材を介在させた状態で、当該被接合材を相対的に加圧しつつ加熱して、被接合材とインサート材の間で共晶反応を生じさせ、共晶反応溶融物を被接合材の酸化皮膜と共に接合面から排出して上記被接合材を接合するに際して、上記酸化皮膜を含む共晶反応溶融物を排出するための凹部を接合面内に設けるようにしている。
【００１０】
また、本発明の接合部品は、上記方法によって接合されたものであって、被接合材の新生面が接合されると共に、接合面内に形成された凹部内に酸化皮膜を含む共晶反応溶融物が流入して固化していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被接合材の接合面に凹部を設けるようにしたため、母材とインサート材との間で生じた共晶反応溶融物を母材表面の酸化皮膜と共に円滑に排出することができ、接合面内の残留物を大幅に低減することができ、接合強度の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の接合方法による接合過程を概略的に示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の接合方法において接合面に形成する凹部の形状及び配置例を示す説明図である。
【図３】本発明の接合方法における共晶反応溶融物の排出方向を示す概略図（ａ）及び排出方向に沿って形成した凹部の形状例を示す説明図（ｂ）である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の接合方法における加圧による変形量と凹部の深さの関係を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の接合方法により接合された部品の一例として半導体チップの実装構造を示す概略図である。
【図６】本発明の接合方法により接合された部品の他の例として燃料電池用のセパレータの構造を示す概略図である。
【図７】本発明の接合方法により接合された部品の別の例として分割鋳造タイプのエンジンヘッドブロックの構造を示す概略図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例における丸棒の突き合わせ接合の要領を示す概略図である。
【図９】本発明による突き合わせ継手の強度を凹部を形成しない比較例による突き合わせ継手の強度と比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の接合方法について、これによって得られる接合部品の構造などと共に、さらに詳細、かつ具体的に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り、質量百分率を意味するものとする。
【００１４】
本発明の接合方法は、共晶反応を利用した接合であって、接合面に強固な酸化皮膜が生じていたとしても、被接合材とその間に介在させたインサート材との間で共晶反応を生じさせることによって上記酸化皮膜を接合面から除去し、新生面による強固な接合を可能にする。
【００１５】
すなわち、本発明の接合方法においては、被接合材の接合面に、予め共晶反応溶融物を酸化皮膜と共に排出するための凹部を形成しておく。
次いで、このような凹部を備えた接合面の間に、被接合部材と共晶反応を生じる元素を含むインサート材を介在させる。
【００１６】
接合に際しては、両被接合材に相対的な荷重を付与し、加圧することによって、接合表面の酸化皮膜が局所的に破壊される。続いて、インサート材が溶融する温度に加熱すると、酸化膜が局所破壊された部位からインサート材の溶融物が侵入して母材中の元素と共晶反応をおこし、両被接合材の接合界面に母材中の元素とインサート材に含まれる元素との共晶反応による溶融物を生成させる。
【００１７】
被接合材への加圧が続くことによって、生じた共晶反応溶融物と共に母材表面の酸化皮膜が接合界面から排出され、被接合材の接合面が直接接合されることになる。
このとき、被接合材の接合面に凹部が形成されていることによって、接合面内に残存している酸化皮膜由来の酸化物や共晶反応溶融物を効果的に除去することができ、実際の接触面積、すなわち接合面積が増加し、より強固な接合が可能となる。また、半導体部品や、板厚が薄い部材（例えば、１ｍｍ以下）であっても、比較的低温度、低加圧で接合することができ、被接合材や周辺への影響を最小限に抑えることができる。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｅ）は、アルミニウム系金属材料同士の接合を例として、本発明の接合方法による接合プロセスを示す概略図である。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示すように、被接合材としてアルミニウム系金属材料であるアルミニウム合金材１、１の間に、Ａｌと共晶反応を生じる材料として、Ｚｎ（亜鉛）を含有する材料、例えば亜鉛箔から成るインサート材２を挟んだ状態に重ねる。
このとき、アルミニウム合金材１、１の一方、又は両方の表面には（図では、下側の接合面）、Ｖ字形断面をなす凹部１ｃが形成されている。そして、これらアルミニウム合金材１、１の表面にはＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化皮膜１ａが生成している。
【００２０】
なお、インサート材としては、必ずしも箔状の材料に限定されないが、取り扱いや入手が容易であり、成分組成や形状の調製が容易であることから、箔状のものを用いることが望ましい。
また、上記凹部１ｃは、切削加工、研削加工、塑性加工、レーザ加工、放電加工、エッチング加工、リソグラフィーなどによって形成することができる。凹部１ｃの形成方法としては特に限定されるものではないが、非常に低コストで形成が可能である点では、塑性加工を採用することが望ましい。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように両合金材１、１を加圧して、これらをインサート材２を介して密着させ、さらに荷重を付加しながら、加熱を開始する。すると、合金材１、１が機械的に変形することによって、図１（ｃ）に示すように、酸化皮膜１ａが部分的に破壊され亀裂Ｃが入る。
この状態で、接合面の温度がインサート材２の融点に達すると、インサート材２の溶融物が亀裂Ｃに浸入し、合金材１、１中のＡｌとの間に共晶反応を起こし、共晶溶融相が発生する。そして、図１（ｄ）に示すように、共晶溶融範囲が拡がり、破壊された酸化皮膜１ａの欠片が共晶溶融相中に分散する。
【００２２】
続く加圧によって、図１（ｅ）に示すように、共晶反応溶融物が接合界面から排出され、この液相中に分散されていた酸化皮膜１ａの欠片も共晶溶融物と共に排出物Ｄとなって、同時に接合界面から押し出される。
これによって、両合金材１、１の新生面同士が互いに接合される。なお、接合条件によっては、インサート材に由来する混合物、この場合にはＺｎや、Ｚｎ−Ａｌ合金などを含む微量の混合物が接合界面に、局所的に残存することもあり得る。
【００２３】
このとき、接合面に形成された凹部１ｃが上記酸化皮膜１ａを含む共晶反応溶融物の排出を促進し、接合面内への共晶溶融物の残留を低減し、アルミニウム合金同士の直接接合面を増加させ、結果として接合強度を向上させる。 
【００２４】
ここで、共晶反応溶融物や酸化皮膜を排出するための凹部１ｃについては、例えば、図２（ａ）に示すように、Ｖ字状断面の溝を接合面内に複数（図においては２本）形成したものとすることができる。
【００２５】
凹部の形状としては、例えば、穴状の窪みを１個だけ形成したり、Ｕ字状や半円状断面の溝としたりするなど、その形状や個数、位置などに限定はないが、溶融物の接合面からの排出機能をより向上させるためには、複数個の凹部を設けることが望ましい。
また、凹部形成の手間やコストを考慮すると、接合面の一方にのみ凹部を形成するだけでもよいが、接合面の双方に形成することによって、溶融物の接合面からの排出機能をさらに向上させることができる。
【００２６】
また、溶融物を溜めるだけではなく、排出経路としての機能を発揮させるためには、図２（ｂ）に示すように、溝状の凹部１ｃを接合面内から、接合面の外側にまで延出させることが望ましく、これによって圧力損失が少なくなり、排出性をさらに向上させることができる。
さらには、図２（ｃ）に示すように、溶融物の残留が最も多くなる接合面の中心部を通るように溝状の凹部１ｃが形成することによって、さらに排出性が向上する。
【００２７】
共晶反応溶融物は、接合面が加圧されることによって、基本的には図３（ａ）に示すように、中央部から放射方向に排出されることになる。したがって、図３（ｂ）に示すように、溝状の凹部１ｃをこの排出方向に対してほぼ平行になるように、放射状に形成することによって、さらに排出効果を高めることが可能である。
【００２８】
なお、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、接合時の加圧によって、母材であるアルミニウム合金材が変形することが考えられる。この時、凹部１ｃの深さをこの変形量よりも大きくすることによって、溶融物の排出性を確保することができる。
また、接合面内における上記凹部１ｃの容積としては、接合時に発生する共晶反応溶融物を接合面に残存させることなく排出させる観点から、溶融物の体積以上であることが望ましい。
【００２９】
以上、亜鉛箔から成るインサート材を用いて、アルミニウム系金属材料を接合する例について説明したが、本発明の接合方法は、このような組み合わせのみに限定されることはない。
【００３０】
すなわち、アルミニウム系金属材料の接合に用いるインサート材としては、Ａｌとの間に共晶反応を生じる金属材料であればよく、亜鉛箔の他には、マグネシウム（Ｍｇ）箔、錫（Ｓｎ）箔や、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、あるいはこれらを主成分とする合金、さらにはこれら金属とＡｌとの合金を用いることも可能である。ここで、「主成分」とは上記金属の含有量が８０％以上のものを言うものとする。具体的には、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｚｎ＋Ｍｇ，Ｚｎ＋Ｓｎ，Ｍｇ＋Ｓｎ，Ｚｎ＋Ｍｇ＋Ｓｎ，Ｚｎ＋Ａｌ，Ｍｇ＋Ａｌ，Ｓｎ＋Ａｌ，Ｚｎ＋Ｍｇ＋Ａｌ，Ｚｎ＋Ｓｎ＋Ａｌ，Ｍｇ＋Ｓｎ＋Ａｌ，Ｚｎ＋Ｍｇ＋Ｓｎ＋Ａｌを８０％以上含有する金属（純金属又は合金）を意味する。
【００３１】
また、Ａｌとの間に共晶反応を生じる金属として、Ｃｕ（銅）を用いることもできるが、Ｃｕの融点はＡｌの融点よりも高いことから、インサート材としては、予めＡｌを合金化することによって、その融点をアルミニウム合金母材の融点より低くなるように成分調整したＣｕ−Ａｌ合金を用いる必要がある。
【００３２】
さらに、被接合材としてもアルミニウム系金属材料に限定されることはなく、例えば銅及び銅合金、マグネシウム及びマグネシウム合金、ニッケル及びニッケル基合金、鉄系材料の接合に適用することができる。
なお、被接合材の双方がアルミニウムやマグネシウム系金属材料のように、強固な酸化皮膜を形成するものでない限り、異材間の接合にも適用することができる。
【００３３】
銅や銅系合金の接合におけるインサート材としては、例えばＡｌ、Ａｇ（銀）、Ｓｎや、これらの合金を上記した要領で用いることができる。
なお、Ｃｕとの間に共晶反応を生じる金属としては、上記の他に、Ｔｉ（チタン）を挙げることができるが、Ｔｉの融点はＣｕの融点よりも高いことから、上記同様に、Ｔｉに予めＣｕを合金化したＣｕよりも低融点の合金をインサート材として使用することが必要となる。
【００３４】
また、マグネシウムやマグネシウム系合金の接合に用いるインサート材としては、例えばＡｌ、Ｚｎや、これらの合金を上記同様の要領で使用することができる。
なお、Ｓｉ（ケイ素）もＭｇとの間に共晶反応を生じる元素であるが、Ｓｉの融点はＭｇの融点よりも高いため、上記同様に、予めＭｇを合金化したＭｇよりも低融点の合金をインサート材として使用することが必要となる。また、上記Ａｌについても、Ｍｇの融点に近いことから、同様にＭｇを合金化したインサート材を用いることが望ましい。
【００３５】
さらに、ニッケルやニッケル基合金の接合に使用するインサート材としては、例えばＣｕや、これらの合金を同様の要領で用いることができる。
また、Ｃｕの他に、Ｎｉとの間に共晶反応を生じる金属として、Ｔｉ，Ｎｂ（ニオブ），Ｃｒ（クロム）を挙げることができるが、これら金属の融点は何れもＮｉの融点よりも高いため、予めＮｉを合金化することによって、上記同様にＮｉよりも低融点化した合金をインサート材として使用する必要がある。
【００３６】
そして、鉄系材料の接合には、ＦｅにＣ、ＮあるいはＣｒを合金化することによって、母材よりも低融点化した材料をインサート材として用いることができる。
【００３７】
このようなインサート材の形状や両被接合材の間に介在させる方法としては、組成や形状（厚さ）などに関する選択の自由度が高いことから、箔の形態で両材料の間に挟み込むことが望ましい。
また、めっきやパウダーデポジション法によって、両材料の一方あるいは両方の接合面に予め被覆しておくことも可能であり、この場合には、被覆によって酸化皮膜の生成を防止できることから、特に異材接合に適用した場合に有効なものとなる。
【００３８】
本発明の接合方法は、不活性ガス雰囲気で行うこともできるが、大気中でも何ら支障はなく行うことができる。もちろん、真空中で行うことも可能であるが、真空設備が必要となるばかりでなく、インサート材の溶融により真空計やゲートバルブを損傷する可能性があるので、大気中で行うことがコスト的にも有利である。
【００３９】
上記接合温度への昇温速度については、遅い場合には、界面が酸化されて溶融物の排出性が低下して、強度が低下する原因となることがあるため、速い方が望ましい。特に大気中の接合の場合には、この傾向がある。具体的には、３℃／秒以上、１０℃／秒以上がより望ましく、２５℃／秒以上であることがさらに望ましい。
【００４０】
本発明の接合方法において、接合部を上記温度範囲に加熱し、維持するための手段としては、特に限定されることはなく、例えば、抵抗加熱や高周波加熱、赤外線加熱、あるいはこれらを組み合わせた方法を採用することができる。
また、接合温度については、高過ぎると、母材が溶け込むために液相が過剰に発生し、液相が過多になると接合界面に残存し、強度が得られなくなる傾向がある。具体的には、インサート材の融点以上、融点＋１００℃までの温度範囲が好ましい。
【００４１】
本発明の接合方法による接合構造、言い換えると、上記接合方法によって接合された部品の構造は、共晶反応溶融物と酸化皮膜などの混合物が接合面から排出されて、両被接合材が直接接合される一方、接合面には、上記混合物が流入して固化した凹部が残存していることになる。但し、接合条件によっては、混合物が完全に排出できるとは限らず、このような場合には、直接接合された部分の間に、混合物が介在する部分が散在することもないとは言えない。
また、被接合材（上記した例ではアルミニウム合金材）の接合面の近傍に、インサート材に由来する成分（上記した例ではＺｎ）の拡散現象が認められる。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態として、半導体チップを上記接合方法により接合して成る半導体部品の構造を示す概略断面図である。
すなわち、図５（ａ）に示す半導体部品は、ヒートシンク１１上に固定された絶縁基板１２を備え、当該基板１２の表面上に配置された配線金属１３にシリコンチップ１４が接合された構造を備えている。
【００４３】
上記配線金属１３はアルミニウム合金から成るものであり、シリコンチップ１４の接合面には、予めアルミニウムによるコーティングが施してあり、これらアルミニウム系金属同士が本発明方法によって接合されている。
これら配線金属１３とシリコンチップ１４の接合に際しては、これらの間に、厚さ２５μｍのＡｌ−Ｓｎ−Ｚｎ合金の急冷箔帯をインサート材として配置し、治具を用いて、常時１５ＭＰａ程度の加圧力が掛かるように固定される。
【００４４】
そして、例えばろう付け炉内にこの状態で収納し、４００℃に１分間保持することによって、配線金属１３とシリコンチップ１４を接合することができる。
この方法によれば、低温度、短時間で接合が完了することから、半導体チップへの熱影響を最小限のものとすることができ、部品の歪みや性能劣化を防止することができる。また、複数のチップを同時に接合することができる。なお、半導体チップとしては、上記したシリコンチップ以外にも、種々のもの、例えばＳｉＣやＧａＮなどを用いることができる。
【００４５】
接合に際して、共晶反応溶融物と酸化皮膜などの混合物から成る排出物Ｄは、図５（ｂ）配線金属１３に予め形成されたＶ字状断面の溝状をなす凹部１３ｃに流入すると共に、配線金属１３に接合されたシリコンチップ１４の周囲、接合面の外部側に排出されることになる。
このとき、上記凹部１３ｃの容積を上記排出物Ｄの体積に対して十分に大きなもの、具体的には排出物Ｄの体積以上とし、凹部１３ｃへの排出を積極的に促進させることによって、図５（ｃ）に示すように、接合面外部への排出物Ｄの量を低減することができ、半導体チップ上下面の短絡を防止することができる。
【００４６】
図６は、本発明の他の実施形態として、上記接合方法により接合された燃料電池用のアルミニウム合金製セパレータの構造を示す断面図である。
図において、燃料電池用セパレータは、アルミニウム合金板材（例えば、５０００系、６０００系）をプレス成形して成る２枚の波板材２１、２２を図示するように重ね、当接部分を本発明方法により接合することによって、燃料ガス又は酸化性ガスの通路２３を形成した構造を有するものである。このとき、波板材２２の接合面には、塑性加工にて、深さ２２０μｍ、幅２５０μｍ、長さ２５０ｍｍのＶ字状断面をなす溝状凹部を１．６ｍｍ間隔に形成した。
【００４７】
接合に際しては、厚さ１００μｍのテープ状亜鉛箔から成るインサート材を接合部分に配置した状態に両波板材２１、２２を重ね、治具を用いて加圧状態に固定した上で、高周波誘導加熱炉内に収納する。
そして、例えば、同様に４５０℃に昇温、保持することによって、両板材２１、２２が接合され、アルミニウム合金製の燃料電池用セパレータが完成することになる。
【００４８】
このように製造されたセパレータにおいては、上記同様にシール性に優れ、歪みが少なく、ガス漏れの危険性のない、高精度の燃料電池スタックを得ることができる。
また、この方法によれば、多数のセパレータを大型炉内に収納し、多くの接合箇所を同時に接合することもでき、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接による製造に較べて高能率な製造が可能となる。
【００４９】
図７は、本発明の一実施形態として、上記接合方法により接合された分割鋳造タイプのエンジンヘッドブロックの構造を示す概略図である。
図に示すエンジンヘッドブロックは、ダイカスト用アルミニウム合金、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＡＣ４Ｄ）から４つに分割鋳造されたピース３１、３２、３３、３４から構成されている。各分割ピースの接合面には、塑性加工にて、深さ２２０μｍ、幅２５０μｍのＶ字状断面をなす溝状凹部が接合面全面に亘って貫通するように、１．６ｍｍ間隔に形成されている。
【００５０】
これら４つの分割ピース３１、３２、３３及び３４は、図に示すように、それぞれの間に、シリンダボアに相当する位置にそれぞれ円形孔を形成して成る厚さ３００μｍの純亜鉛箔製インサート材３５、３６，３７を挟んだ状態に重ねられる。
そして、所定の治具によって互いに加圧状態に固定されたのち、高周波誘導加熱炉中において、ＡｌとＺｎの共晶反応が生じる３８２〜４８２℃程度の温度範囲、例えば４５０℃に昇温、保持することによって、各分割ピースがそれぞれ接合され、エンジンヘッドブロックが完成する。
【００５１】
このようにして製造されたエンジンヘッドブロックは、シール性に優れ、歪みが少ないものとなる。また、鋳造時に際して、ボア形成用の中子が不要となるので、設計の自由度が向上することになる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００５３】
〔１−１〕供試材料
図８（ａ）に示すように、アルミニウム合金Ａ６０６１（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）から成る長さ１５ｍｍ、径５ｍｍの丸棒３と長さ２５ｍｍ、径１０ｍｍの丸棒４を用意した。
このとき、図中下側に位置する径１０ｍｍの丸棒４の接合端面には、切削加工によって、図８（ｂ）に示すように、接合面の全面に亘って貫通する深さ２２０μｍ、幅２５０μのＶ字状断面の溝状凹部４ｃを２本、１６００μｍの間隔を隔てて形成した。一方、比較のために、このような凹部を形成しないものも用意し、接合試験に供した。
【００５４】
インサート材としては、径８ｍｍの純亜鉛（９９．９９％Ｚｎ）から成る圧延箔（板厚：１００μｍ）を準備した。
【００５５】
〔１−２〕接合要領
図８（ｃ）に示すように、丸棒３、４の接合端面間に、上記のインサート材５を配置し、大気中においてアンヴィルＡ、Ａにより加圧した状態で、接合部の周囲に配置した高周波加熱コイルＳによって４００〜５００℃に加熱し、目的の接合温度に到達後１分間保持して接合を行った。このときの昇温速度は１０℃／秒とした。また、接合温度は、丸棒４の接合端面近傍の側面に溶接したＲ式熱電対Ｔによって測定した。なお、アンヴィルＡ、Ａによる加圧力は２５ＭＰａとし、加圧は常温から開始し、接合終了後に除荷することとした。
また、上記したように、別途用意した凹部を形成しない丸棒についても、同様の要領によって接合し、比較例とした。
【００５６】
〔１−３〕評価方法
接合された試験片の断面状態の観察を行った結果、酸化皮膜を含む共晶反応溶融物を排出するために、接合面に凹部４ｃを形成することによって、このような凹部がない比較例に対して、接合面中央に残留する溶融物の量が大幅に少なくなることが確認された。
そして、得られた試験片の接合強度を万能試験器による引張試験によって評価した。このときの試験速度は１ｍｍ／分とした。この結果を図９に示す。
図９に示すように、凹部４ｃを形成することによって、凹部のない比較例に対して約２倍となる接合強度向上効果が確認できた。
【符号の説明】
【００５７】
１、３、４  被接合材
１ａ  酸化皮膜
１ｃ、４ｃ、１３ｃ  凹部  
２、５、３５、３６，３７  インサート材
【図１】
0005892306.tif 000002
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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