(57)【要約】【課題】物性値が大きく異なる２つの基材の組み合わせであっても、基材の材料の組み合わせや、基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、安価な原料を用い、簡単な処理によって、２つの基材を強固に接合する接合方法を見出す。【解決策】異なる材料からなる２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、２つの基材の嵌合部を金属結合した金属微粒子の集まりで覆い、この後、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部に形成された金属微粒子同士が摩擦し、摩擦熱で金属微粒子の粗大化が急激に進み、金属粒子の粒界が消滅した金属の皮膜が、嵌合部の隙間を埋めて形成され、該金属皮膜によって嵌合部同士が強固に接合される。【選択図】図１
2019217535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、熱分解で金属を析出する金属化合物を、アルコールに分散してアルコール分散液を作成し、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度が前記アルコールの粘度より高い第二の性質と、沸点が前記金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する、この後、異なる材料からなる２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、前記押し込む基材の嵌合部を前記混合液に浸漬し、前記押し込まれる基材の嵌合部に前記混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の嵌合部に形成する、この後、前記押し込む基材からの反発力が急激に増えるまで、前記押し込む基材を前記押し込まれる基材に押し込む、これによって、前記２つの基材の嵌合部が、前記嵌合部を埋める金属の皮膜を介して接合されるとともに、前記２つの基材の非嵌合部の表面同士が、金属微粒子の集まりによって接合される、異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなる基材であって、該２つ基材を接合する接合方法は、円筒基材の嵌合部の長さが、他の基材の嵌合部の長さより短い嵌合部として形成し、さらに、前記円筒基材の嵌合部を請求項１に記載した混合液に浸漬し、前記他の基材の嵌合部に請求項１に記載した混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の嵌合部に形成する、この後、前記円筒基材からの反発力が急激に増えるまで、該円筒基材を回転させながら前記他の基材に押し込む、これによって、前記２つの基材の嵌合部が、前記嵌合部を埋める金属の皮膜を介して接合されるとともに、前記２つの基材の非嵌合部の表面同士が、金属微粒子の集まりによって接合される、請求項１に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記２つの基材の少なくとも一つが合成樹脂からなる基材であり、該合成樹脂からなる基材の嵌合部に、前記混合液を浸漬ないしは塗布し、該合成樹脂からなる基材を、還元雰囲気で昇温して前記金属化合物を熱分解する、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項４】
請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記混合液を作成する際に用いる第一の原料は、前記金属化合物が、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の第一の原料として用い、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項５】
請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記混合液を作成する際に用いる第二の原料は、前記金属化合物がオクチル酸金属化合物であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の第二の原料として用い、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の基材の接合方法は、異なる材料からなる２つの基材の双方に、従来の隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、２つの基材の嵌合部を金属結合した金属微粒子の集まりで覆い、この後、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部に形成された金属微粒子同士が摩擦し、摩擦熱で金属微粒子の粗大化が急激に進み、金属粒子の粒界が消滅した金属からなる厚みが薄い皮膜が、嵌合部の隙間を埋めて形成され、該金属皮膜によって嵌合部同士が接合される接合方法である。このため、従来の締まりバメに近い接合強度が得られる。また、２つの基材の材料の組み合わせや、大きさや形状の組み合わせに拘わらず、２つの基材を強固に接合できる。
【背景技術】
【０００２】
異なる材料からなる２つの基材を接合することが困難である事例として、鉄とアルミニウムとを、溶接で接合することが知られている。この理由は、両者の物性が次のように乖離しているためである。すなわち、アルミニウムの融点が６６０℃であるのに対し、軟鋼の融点は１５４０℃で、アルミニウムより８８０℃も高い。また、アルミニウムの熱伝導度が２４７Ｗ／ｍＫであるのに対し、軟鋼の熱伝導度は８１．５Ｗ／ｍＫで、アルミニウムの１／３に過ぎない。さらに、熱膨張係数は、アルミニウムが２４×１０−６／℃であるのに対し、軟鋼の熱膨張係数は１２×１０−６／℃であり、アルミニウムの１／２である。また、ヤング率は、アルミニウムが７０．３ＧＰａであるのに対し、軟鋼は２０５．９ＧＰａであり、アルミニウムの３倍に近い。このように、物性値が大きく異なる基材同士を接合することは、溶接による接合に限らず困難な場合が多い。なお、アルミニウムは酸化されやすく、酸化膜の酸化アルミニウムによって優れた耐食性を持つが、溶接の場合のように、酸化膜が接合の障害になる。
【０００３】
いっぽう、最近、摩擦攪拌接合ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇの略で、１９９１年にイギリスの溶接研究所が考案した技術）によって、異なる材料からなる２つの基材を接合する試みが多くなされている。ＦＳＷは、ショルダーとプローブとからなる円筒状の回転ツールを、高速回転させながら接合部にプローブを挿入し、さらに、回転ツールを突き合わせ面に沿って移動させ、その際に発生する摩擦熱と材料の攪拌とを利用し、元々の界面を完全に焼失させて接合する。従って、材料を溶かさずに接合する、固相接合の一種である。ＦＳＷは、欠陥や割れが発生しにくく、接合前の処理が不要で、シールドガスが不要で、ヒュームやスパッタなどが発生しない利点はあるが、接合時に基材を強固に拘束する必要があり、また、複雑な形状の接合には、回転ツールの位置制御が困難になり、基材の形状の制約がある。さらに、鉄鋼材料や高融点金属の接合には、回転ツールに、高い高温強度、耐摩耗性、被反応性が求められ、現在までに実用化された構造物の接合は、アルミニウム合金に留まる。なお、我国においては、２０１１年以降ＦＳＷに関する多数の特許が出願されている。例えば、最近の特許として特許文献１−３がある。しかしながら、ＦＳＷの接合原理が、高速回転させた回転ツールによって発生する摩擦熱と、摩擦熱による材料の攪拌であるため、接合できる材料は金属と合金に制約される。    
【０００４】
いっぽう、異なる材料からなる円筒基材の接合については、特許文献４に、異なる材料からなる合成樹脂の２つの円筒基材を、接着剤で接合する方法が記載されている。また、特許文献５に、異なる材料からなる金属の板材に金属の円筒基材を挿入した後に、挿入した円筒基材の先端の内径を塑性変形して拡大させ、金属の板材の一方の表面に金属の円筒基材の先端を密着させ、さらに、金属の板材のもう一方の表面が、円筒基材の外周面と接触する部位を、ロウ付けによって接合する方法が記載されている。しかし、特許文献４における接着剤による合成樹脂同士の円筒基材の接合では、接合強度を得るためには、接着剤と合成樹脂の材質との組み合せが制限される。また、特許文献５の金属の円筒基材同士の接合では、挿入した円筒基材の先端を塑性変形するため、円筒基材の金属の材質が制限される。また、ロウ付けで２つの金属基材を接合させるため、ロウと２つの金属の材質の組み合わせが制限される。従って、特許文献４及び５の接合方法は、同じ種類の材料からなる２つの基材を接合させる事例であるが、接合方法に汎用性がない。
【０００５】
これに対し、物性値が大きく異なる２つの基材を接合する技術は、鉄とアルミニウムとの同種の材料からなる基材の接合のみならず、例えば、金属と合成樹脂との接合、金属とガラスとの接合、金属とセラミックスとの接合、合成樹脂とガラスとの接合、合成樹脂とセラミックスとの接合、ガラスとセラミックスとの接合のように、異なる種類の材料からなる基材を接合する技術は、自動車のみならず電気製品においても、製品の軽量化や多機能化や低価格化のため、強く求められている。
しかし、物性値が大きく異なる２つの基材を接合する際に様々な困難が伴うため、２つの基材を接合する試みは少ない。いっぽう、異なる材料からなる２つの基材を、接着によって接合する接合方法があるが、一方の材料に対しては接着力を持つが、他方の材料に対しは接着力が劣る問題点を持つ。また、基材が大型になるほど接着力は小さい。さらに、異なる材料からなる２つの基材を、嵌め合いによって接合する接合方法があるが、接合強度が大きい締まりバメは、双方の嵌合部の弾性変形に依る接合であるため、セラミックス、ガラス、合成樹脂などの弾性変形しにくい材料は、嵌合時に破壊するため、締まりバメができない。これに対し、隙間バメと中間バメでは、溝の寸法から軸の寸法を引いた隙間が存在するため、接合強度は小さい。このため、２つの基材の材料の組み合わせに拘わらず、また、大きさや形状の組み合わせに拘わらず、異なる材料からなる２つの基材を強固に接合できる汎用的な技術が強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−０８３２１７号公報
【特許文献２】特開２０１８−０７９７７９号公報
【特許文献３】特許６３０９１８３
【特許文献４】特許６２１１１５３号公報
【特許文献５】特開２０１７−１３０３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、異なる材料からなる２つの基材を接合することであり、鉄とアルミニウムのように、同じ種類の材料からなる基材の接合のみならず、例えば、金属と合成樹脂との接合、金属とガラスとの接合、金属とセラミックスとの接合、合成樹脂とガラスとの接合、合成樹脂とセラミックスとの接合、ガラスとセラミックスとの接合のように、異なる種類の材料からなる基材の組み合わせであっても、２つの基材の材料の組み合わせや、２つの基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、安価な原料を用い、簡単な処理によって、２つの基材を強固に接合する接合方法を見出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、熱分解で金属を析出する金属化合物を、アルコールに分散してアルコール分散液を作成し、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度が前記アルコールの粘度より高い第二の性質と、沸点が前記金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する、この後、異なる材料からなる２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、前記押し込む基材の嵌合部を前記混合液に浸漬し、前記押し込まれる基材の嵌合部に前記混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の嵌合部に形成する、この後、前記押し込む基材からの反発力が急激に増えるまで、前記押し込む基材を前記押し込まれる基材に押し込むことによって、前記２つの基材の嵌合部が、前記嵌合部を埋める金属の皮膜を介して接合されるとともに、前記２つの基材の非嵌合部の表面同士が、金属微粒子の集まりによって接合される、異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【０００９】
最初に、熱分解で金属を析出する金属化合物をアルコールに分散する。これによって、金属化合物が分子状態でアルコールに分散し、金属微粒子の原料が液相化される。次に、有機化合物をアルコール分散液に混合する。有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和するため、有機化合物がアルコール分散液と均一に混ざり合った混合液になる。この後、異なる材料からなる２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成する。さらに、押し込む基材の嵌合部を前記混合液に浸漬し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。また、押し込まれる基材の嵌合部に前記混合液を塗布し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。この際、隙間バメで嵌合する基材では、中間バメで嵌合する基材より、粘度が高い混合液を用い、嵌合部に付着する混合液の厚みを増やす。さらに、前記２つの基材を、金属化合物が熱分解する温度に昇温する。この際、双方の嵌合部に、混合液の粘度に応じて、４０−６０ｎｍの大きさの粒状の金属微粒子の集まりが一斉に析出し、析出した金属微粒子が不純物を持たない活性状態にあるため、互いに接触する部位で金属微粒子同士が金属結合し、金属結合した金属微粒子の集まりが嵌合部に積層し、嵌合部を金属微粒子の集まりが覆う。従って、隙間バメで嵌合する基材では、中間バメで嵌合する基材より、より多くの金属微粒子が析出し、より多くの金属微粒子が積層して嵌合部を覆う。このため、隙間バメで嵌合する基材であっても、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部の間隙が金属微粒子で埋め尽くされる。この後、前記押し込む基材からの反発力が急激に増えるまで、前記押し込む基材を前記押し込まれる基材に圧縮荷重を加えて押し込み、嵌合部同士を金属からなる厚みが薄い皮膜を介して接合させる。
ここで、一方の基材に圧縮荷重を加え、一方の基材を他方に基材に押し込む際に、嵌合部で起こる現象を時系列的に説明する。一方の基材を他方の基材に押し込むと、金属微粒子同士が接触し、金属微粒子同士の結合部の体積が小さいため、金属微粒子同士の結合力より加えられた応力が大きくなると、金属結合した金属微粒子の集まりから一部の金属微粒子が剥離し、押し込む方向と反対の方向に、金属微粒子が嵌合部を移動する。また、金属微粒子の大きさが、基材の嵌合部の表面粗さより１桁以上小さいため、応力を受けた金属微粒子のうち、基材の嵌合部の表面と接触する金属微粒子は、金属微粒子の集まりが変形して、この金属微粒子が嵌合部の表面の凹部を埋める。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、金属微粒子の集まりから剥離した金属微粒子が、押し込む方向とは反対の方向に向けて移動するが、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、押し込む方向とは反対の方向に向けて移動する金属微粒子の量は徐々に減る。これに対し、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、剥離した金属微粒子は、押し込む方向に向けて移動する金属微粒子の量が増え、押し込まれる基材の嵌合部の空隙を金属微粒子が徐々に埋める。また、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。また、押し込まれる基材の空隙は、移動した金属微粒子で埋め尽くされる。これによって、剥離した金属微粒子は、双方の方向に移動しにくくなる。この結果、剥離した金属微粒子が、嵌合部に累積して増加する。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、剥離した金属微粒子の移動が停止し、金属微粒子同士の摩擦が急激に進む。また、押し込む基材からの反発力が増える。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、金属微粒子同士の摩擦が金属微粒子の集まり全体に広がり、増大する摩擦熱によって金属微粒子の粗大化が急激に進む。金属微粒子が粗大化すると、金属粒子の集まりに僅かな空隙が形成され、空隙を埋めるように金属粒子が粗大化する。また、嵌合部に空隙が残存すれば、この空隙を埋めるように金属粒子が粗大化する。さらに、摩擦熱が加わり、金属粒子の界面が消滅した金属の皮膜が、嵌合部が形成する空間と嵌合部の表面の凹部を埋め尽くす。従って、隙間バメないしは中間バメの如何に拘わらず、嵌合部が形成する空間と嵌合部の表面の凹部を、金属皮膜が埋め尽くす。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込もうとすると、嵌合部に空隙が残存していないため、押し込む基材からの反発力が著しく増大する。この時点で基材同士の嵌合を終了させる。ところで、嵌合部に形成された金属皮膜は、嵌合部の表面の凹部と嵌合部の隙間を埋め尽くすため、金属皮膜は平面ではなく、嵌合部同士が形成する隙間の形状を反映した多数の凹凸を持つ。このため、金属皮膜の形状効果で、金属皮膜は嵌合部から剥離されにくい。いっぽう、嵌合方向とは反対の２つの基材の非嵌合部である表面の方向に移動した金属微粒子は、基材の表面の凹部と表面同士の間隙を埋めるが、嵌合が終了する直前に基材の表面の間隙が最も狭くなり、金属微粒子は過大な圧縮応力を受け、金属微粒子同士が摩擦熱で接合するとともに、基材の表面の凹部に金属微粒子が摩擦熱で接合し、２つの基材の表面は、金属微粒子の集まりを介して接合される。
以上に説明したように、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部に形成された金属微粒子同士が接触し、金属微粒子の集まりから金属微粒子が剥離される。いっぽう、嵌合が進むほど、剥離された金属微粒子の量が累積して増えるが、剥離された金属微粒子は嵌合部の隙間を移動しにくくなり、移動できなくなると、金属微粒子同士の摩擦が急激に進み、摩擦による摩擦熱で金属微粒子の集まり全体が昇温され、金属粒子が粗大化した後に、金属粒子の粒界が消滅した金属からなる厚みが薄い皮膜となって、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、金属皮膜が基材の嵌合部同士を強固に接合する。つまり、隙間バメないしは中間バメの嵌合状態に応じて、予め、嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くすのに十分な量の金属微粒子の集まりを、基材の嵌合部の双方に金属結合した金属微粒子の集まりとして形成する。このため、基材の嵌合が終了すると、金属の皮膜が嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くす。
本発明の接合方法は、新しい接合のメカニズムで、異なる材料からなる２つの基材の嵌合部を接合する。すなわち、２つの基材の接合力は、従来の隙間バメないしは中間バメによる接合力に、嵌合部の金属皮膜の接合力と基材の表面同士の接合力とが加わるため、接合力が著しく増大し、締まりバメに準ずる接合強度が得られる。つまり、締まりバメによる接合は、基材の嵌合部の弾性変形に依るため、セラミックス、ガラス、合成樹脂などの弾性変形しにくい材料は、嵌合時に破壊し、締まりバメができなかった。しかしながら、本発明の接合方法に依れば、セラミックス、ガラス、合成樹脂からなる基材は勿論のこと、２つの基材の材料の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材の各々に溝と軸とからなる嵌合部が形成できるため、２つの基材を締まりバメに準ずる接合強度で接合できる画期的な接合方法である。
本発明の接合方法は次の作用効果をもたらす。すなわち、隙間バメないしは中間バメで２つの基材を接合するため、２つの基材の材料の組み合わせと、２つの基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、２つの基材に溝と軸とからなる嵌合部が形成でき、２つの基材を嵌合できる。さらに、物性値が大きく異なる基材の組み合わせ、例えば、一方の基材が高い脆性を持つ金属で、他方の基材が脆性の低いガラスやセラミックスでも、また、一方の基材が高い引張強度を持つ金属で、他方の基材が引張り強度の低い合成樹脂でも、隙間バメないしは中間バメの寸法公差で２つの基材を嵌合するため、溝の寸法から軸の寸法を引いた隙間が嵌合部に存在し、相対的に強度が低い、あるいは、弾性変形しにくい、ガラスやセラミックスや合成樹脂が嵌合時に破壊しない。また、基材を嵌合する際に、嵌合部に金属微粒子の集まりが存在するため、嵌合の際に発生する応力は金属微粒子が直接受ける。このため、基材の嵌合部同士が直接接触せず、基材は過大な応力を直接受けず、相対的に強度が低い、あるいは、弾性変形しにくい基材は破壊しない。これによって、２つの基材の材料の組み合わせの如何に拘わらず、締まりバメに準ずる接合強度で、２つの基材が接合される。また、金属化合物の熱分解温度が、合成樹脂の熱分解の開始温度より低く、耐熱性が低い合成樹脂の基材でも、基材の材料の組み合わせに拘わらず接合できる。なお、厚みが薄い基材は押し込みにくいが、基材の側面を冶具によって保持し、この基材を鉛直方向に押し込めば、厚みが１ｍｍ程度の基材でも、中間バメで押し込むことができる。この結果、２つの基材の材料の組み合わせや、基材の大きさや形状の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材を接合できる。また、基材の材質や大きさや形状に拘わらず、基材の嵌合部に混合液を付着できる。さらに、原料となるアルコール、有機化合物、金属化合物はいずれも汎用的な工業用薬品であり、２つの基材を接合する処理もいずれも簡単な処理からなる。このため、本接合方法は７段落に記載した課題を解決する。
【００１０】
８段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなる基材であって、該２つ基材を接合する接合方法は、円筒基材の嵌合部の長さが、他の基材の嵌合部の長さより短い嵌合部として形成し、さらに、前記円筒基材の嵌合部を８段落に記載した混合液に浸漬し、前記他の基材の嵌合部に８段落に記載した混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の嵌合部に形成する、この後、前記円筒基材からの反発力が急激に増えるまで、該円筒基材を回転させながら前記他の基材に押し込むことによって、前記２つの基材の嵌合部が、前記嵌合部を埋める金属の皮膜を介して接合されるとともに、前記２つの基材の非嵌合部の表面同士が、金属微粒子の集まりによって接合される、８段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１１】
本接合方法は、８段落に記載した異なる材料からなる２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなり、該２つの基材を接合する接合方法である。従って、該２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、円筒基材の嵌合部の長さが、他の基材の嵌合部の長さより短い嵌合部として形成する。さらに、円筒基材の嵌合部を８段落に記載した混合液に浸漬し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。また、他の基材の嵌合部に８段落に記載した混合液を塗布し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。さらに、２つの基材を金属化合物が熱分解する温度に昇温する。この際、双方の嵌合部に、４０−６０ｎｍの大きさの粒状の金属微粒子の集まりが、混合液の粘度に応じた量として一斉に析出し、析出した金属微粒子が不純物を持たない活性状態にあるため、互いに接触する部位で金属微粒子同士が金属結合し、金属結合した金属微粒子の集まりが嵌合部に積層し、嵌合部を金属微粒子の集まりが覆う。この後、円筒基材からの反発力が急激に増えるまで、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む。これによって、嵌合部同士が金属からなる厚みが薄い皮膜を介して接合される。なお、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込むため、円筒基材を他の基材に鉛直方向に押し込む場合より、嵌合部において金属微粒子同士が接触する時間がより長くなり、これによって、金属微粒子同士の摩擦による摩擦熱がより多く発生し、嵌合部の長さがより短くても、摩擦熱によって金属粒子の粒界が消滅した金属の皮膜が、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、嵌合部が金属皮膜によって接合される。
ここで、圧縮荷重を加えた円筒基材を、回転させながら他の基材に押し込む際に、嵌合部で起こる現象を時系列的に説明する。円筒基材を回転させながら、他の基材に押し込む嵌合が始まると、金属微粒子同士が接触し、金属微粒子同士の結合部の体積が小さいため、金属微粒子の結合力より金属微粒子に加えられた応力が大きくなると、金属結合した金属微粒子の集まりから一部の金属微粒子が剥離し、円筒基材の回転方向とは反対方向に、金属微粒子が移動する。また、金属微粒子の大きさが、基材の嵌合部の表面粗さより１桁以上小さいため、応力を受けた金属微粒子のうち、基材の嵌合部の表面と接触する金属微粒子は、金属微粒子の集まりが変形し、この金属微粒子が嵌合部の表面の凹部を埋める。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、金属微粒子の集まりから剥離した金属微粒子が、円筒基材の回転方向と反対方向に移動するが、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、円筒基材の回転方向と反対の方向に移動する金属微粒子の量は徐々に減る。これに対し、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、剥離した金属微粒子は、円筒基材の回転方向に移動する金属微粒子の量が増え、押し込まれる基材の嵌合部の空隙を金属微粒子が徐々に埋める。また、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。また、押し込まれる基材の空隙は、移動した金属微粒子で埋め尽くされる。これによって、剥離した金属微粒子は、双方の方向に移動しにくくなる。この結果、剥離した金属微粒子が、嵌合部に累積して増加する。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、剥離した金属微粒子の移動が停止し、金属微粒子同士の摩擦が急激に進む。また、円筒基材からの反発力が増え、円筒基材が押し込みにくくなる。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、金属微粒子同士の摩擦が金属微粒子の集まり全体に広がり、増大する摩擦熱で金属微粒子の粗大化が急激に進む。金属微粒子が粗大化すると、金属粒子の集まりに僅かな空隙が形成され、空隙を埋めるように金属粒子がさらに粗大化する。また、嵌合部に空隙が残存すれば、この空隙を埋めるように金属粒子がさらに粗大化する。さらに摩擦熱が加わると、金属粒子の界面が消滅した金属皮膜となり、この金属皮膜が、嵌合部が形成する空間と表面の凹部とを埋め尽くす。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込もうとすると、嵌合部に空隙が残存していないため、円筒基材からの反発力が著しく増大する。この時点で基材同士の嵌合を終了させる。ところで、嵌合部に形成された金属皮膜は、嵌合部の表面の凹部と嵌合部の隙間を埋め尽くすため、金属皮膜は平面ではなく、嵌合部同士が形成する隙間の形状を反映した多数の凹凸を持つ。このため、金属皮膜の形状効果で、金属皮膜は嵌合部から剥離されにくい。いっぽう、円筒基材の回転方向と反対方向に移動した金属微粒子は、非嵌合部である２つの基材の表面同士の間隙と表面の凹部とを埋めるが、嵌合が終了する直前に２つの基材の表面の間隙が最も狭くなり、金属微粒子は過大な圧縮応力を受け、金属微粒子同士が摩擦熱で接合し、また、２つの基材の表面の凹部に金属微粒子が摩擦熱で接合し、２つの基材の表面は、金属微粒子の集まりを介して接合される。
以上に説明したように、圧縮荷重を加えた円筒基材を、回転させながら他の基材に押し込む嵌合を進めると、金属微粒子の集まりから金属微粒子が剥離される。いっぽう、嵌合が進むほど、剥離された金属微粒子の量が累積して増えるが、剥離された金属微粒子は嵌合部の隙間を移動しにくくなり、移動できなくなると、金属微粒子同士の摩擦が急激に進み、摩擦熱で金属微粒子の集まりが昇温され、金属粒子が粗大化した後に、金属粒子の粒界が消滅した金属からなる厚みが薄い皮膜となって、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、この金属皮膜が基材の嵌合部同士を強固に接合する。つまり、予め、嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くすのに十分な量の金属微粒子の集まりを、基材の嵌合部の双方に金属結合した金属微粒子の集まりとして形成する。このため、基材の嵌合が終了すると、金属の皮膜が嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くす。
本接合方法は、９段落に説明した新しい接合のメカニズムで、２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなる基材が他の基材に接合する。すなわち、２つの基材の接合力は、従来の隙間バメないしは中間バメによる接合力に、嵌合部における金属皮膜の接合力と基材の表面同士の金属微粒子の接合力とが加わり、接合力が著しく増大し、締まりバメに準ずる接合強度が得られる。つまり、締まりバメによる接合は、基材の嵌合部の弾性変形に依るため、セラミックス、ガラス、合成樹脂などの弾性変形しにくい材料は、締まりバメができなかった。しかしながら、本発明の接合方法に依れば、セラミックス、ガラス、合成樹脂からなる基材は勿論のこと、２つの基材の材料の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材の各々に溝と軸とからなる嵌合部が形成できるため、２つの基材を締まりバメに準ずる接合強度で接合できる画期的な接合方法である。
また、本発明の接合方法は、９段落に説明した作用効果と同様の作用効果をもたらす。なお、外径が小さい円筒基材は押し込みにくいが、円筒基材の側面を冶具によって保持し、圧縮荷重を加えた円筒基材を回転させながら押し込めば、外径が５ｍｍ程度の基材でも、隙間バメはもちろんのこと、中間バメでも押し込むことができる。このため、２つの基材の材料の組み合わせや、基材の大きさや形状の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材を接合できる。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合を行うため、円筒基材を他の基材に鉛直方向に押し込む場合より、嵌合部において金属微粒子同士が接触する時間がより長くなり、これによって、金属微粒子同士の摩擦による摩擦熱がより多く発生し、嵌合部の長さがより短くても、摩擦熱によって金属粒子の粒界が消滅した金属の皮膜が、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、嵌合部が金属皮膜によって接合される。また、基材の材質や大きさや形状に拘わらず、基材の嵌合部に混合液を付着できる。さらに、原料となるアルコール、有機化合物、金属化合物はいずれも汎用的な工業用薬品であり、２つの基材を接合する処理もいずれも簡単な処理からなる。このため、本接合方法は７段落に記載した課題を解決する。
【００１２】
８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記２つの基材の少なくとも一つの基材が合成樹脂からなる基材であり、該合成樹脂からなる基材の嵌合部に、８段落および１０段落に記載した混合液を浸漬ないしは塗布し、該合成樹脂からなる基材を、還元雰囲気で昇温して金属化合物を熱分解する、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１３】
つまり、合成樹脂からなる基材は、他の材料からなる基材に比べて耐熱性が低い。いっぽう、８段落および１０段落に記載した２つの基材を接合する接合方法において、混合液を付着させた基材を昇温し、混合液を構成する金属化合物を熱分解させる処理において、基材が昇温される。ところで、合成樹脂が昇温され、合成樹脂の熱分解反応が開始する温度は、還元雰囲気と大気雰囲気とでは大きく異なり、還元雰囲気では合成樹脂の酸化反応が起こらず吸熱反応が起こるため、熱分解が開始する温度は、大気雰囲気に比べて、大きく高温側にシフトする。従って、混合液を付着させた合成樹脂からなる基材を還元雰囲気で昇温すると、合成樹脂の熱分解反応が発生せず、合成樹脂の性質は不可逆変化しない。
ここで、耐熱性が低く安価な合成樹脂の熱分解について説明する。合成樹脂を昇温すると、所定の温度から合成樹脂の熱分解が開始し、高分子材料である合成樹脂の分子が徐々に断ち切られ、次第に低分子量となって重量が軽減する熱分解反応が進む。従って、合成樹脂の熱分解が始まると分子構造が変わるため、合成樹脂の性質は不可逆変化する。この合成樹脂の分子構造に変化が始まる温度は、重量変化が始まる温度であり、熱重量分析（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｏｒｙ略してＴＧ）で測定される。従って、金属化合物を熱分解させても、合成樹脂の熱分解が始まらなければ、合成樹脂の性質は変わらない。これによって、合成樹脂の性質を変えることなく、合成樹脂の基材が接合できる。
ところで、合成樹脂の熱分解反応は、酸素ガスが存在する雰囲気と、還元雰囲気とでは大きく異なる。つまり、酸素ガスが存在する雰囲気での熱分解は、酸化反応による熱分解が初期に起こり、燃焼であるため発熱を伴う。この発熱現象が酸化されやすい、つまり、燃えやすい有機物質からなる合成樹脂の熱分解を促進させる。これに対し、還元雰囲気での初期の熱分解は吸熱反応による熱分解であり、酸化反応による発熱現象が生じない。このため、合成樹脂が熱分解を開始する温度は、酸素ガスが存在する雰囲気に比べて大幅に遅れて高温側にシフトする。例えば、高密度ポリエチレン樹脂の熱分解は、大気雰囲気では２５０℃で開始するが、窒素雰囲気では４００℃と１５０℃も高温側にシフトする。従って、還元雰囲気で合成樹脂の基材を昇温し、金属化合物を熱分解すれば、合成樹脂が熱分解されず、合成樹脂の性質は変わらない。
以上に説明したように、合成樹脂からなる基材は、還元雰囲気で基材を昇温し、金属化合物を熱分解させると、合成樹脂の熱分解が起こらず、合成樹脂の性質は変わらない。このため、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、２つの基材の少なくとも一つの基材が合成樹脂からなる基材である場合は、還元雰囲気で合成樹脂の基材を昇温し、金属化合物を熱分解させると、合成樹脂の性質が変わることなく、合成樹脂からなる基材が接合できる。
【００１４】
８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記混合液を作成する際に用いる第一の原料は、前記金属化合物が、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の第一の原料として用い、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１５】
つまり、無機金属化合物からなる錯体は、還元雰囲気の１８０−２２０℃の比較的低い温度で熱分解が完了して金属を析出する。また、最も汎用的なアルコールであるメタノールに、１０重量％に近い割合で分散する。このため、無機金属化合物からなる錯体とメタノールとは、８段落および１０段落に記載した混合液を製造する際の第一の原料になる。また、１３段落で説明したように、錯体が還元雰囲気で熱分解する温度では、合成樹脂の熱分解が始まらないため、合成樹脂の性質は変わらない。
すなわち、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体を、還元雰囲気で熱処理すると、配位結合部が最初に分断され、無機物と金属とに分解される。さらに昇温すると、無機物が気化熱を奪って気化し、すべての無機物の気化が完了した後に金属が析出する。つまり、錯体を構成するイオンの中で、分子の中央に位置する金属イオンが最も大きい。このため、金属イオンと配位子との距離が最も長い。従って、錯体を還元雰囲気で熱処理すると、金属イオンが配位子と結合する配位結合部が最初に分断され、金属と無機物とに分解する。さらに温度が上がると、無機物が気化熱を奪って気化し、気化が完了した後に、金属が析出する。この際、無機物が低分子量であるため、無機物の分子量に応じた１８０−２２０℃の低い温度で無機物の気化が完了する。このような錯体として、アンモニアＮＨ３が配位子となって金属イオンに配位結合するアンミン金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、塩素イオンＣｌ−が、ないしは塩素イオンＣｌ−とアンモニアＮＨ３とが配位子となって金属イオンに配位結合するクロロ金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、シアノ基ＣＮ−が配位子イオンとなって金属イオンに配位結合するシアノ金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、臭素イオンＢｒ−が配位子イオンとなって金属イオンに配位結合するブロモ金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、沃素イオンＩ−が配位子イオンとなって金属イオンに配位結合するヨード金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体などがある。このような分子量が小さい無機金属化合物からなる錯体は、合成が容易で最も安価な金属錯イオンを有する金属錯体である。
また、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物に、メタ―ノールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度がメタ―ノールの粘度より高い第二の性質と、沸点が無機金属化合物からなる錯体の熱分解温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物が存在する。このような有機化合物は、いずれも汎用的な工業用薬品である。このような有機化合物は、混合液を製造する際の安価な第一の原料になる。
従って、無機金属化合物からなる錯体のメタノール分散液に、前記した有機化合物のいずれか一種類を混合すると、錯体と有機化合物とが分子状態で均一に混ざり合った混合液が大量に製造される。このため、安価な工業用薬品である無機金属化合物からなる錯体と、最も汎用的なアルコールであるメタノールと、汎用的な工業用薬品である有機化合物とを原料として用いると、７段落に記載した混合液が安価な費用で大量に製造される。このため、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、８段落および１０段落に記載した混合液が安価に製造できる。
【００１６】
８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記混合液を作成する際に用いる第二の原料は、前記金属化合物がオクチル酸金属化合物であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか1種類の有機化合物に属する有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の第二の原料として用い、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１７】
つまり、オクチル酸金属化合物は、還元雰囲気の３４０℃で熱分解が完了し金属を析出する。また、最も汎用的なアルコールであるメタノールに対し、１０重量％に近い濃度で分散する。このため、オクチル酸金属化合物は、８段落に記載した混合液を製造する際の原料になる。なお、１３段落で説明したように、多くの合成樹脂が窒素雰囲気の３４０℃では熱分解せず、窒素雰囲気で熱処理すると、合成樹脂の性質は変わらない。いっぽう、オクチル酸金属化合物は、大気雰囲気の２９０℃で熱分解が完了し金属を析出する。このため、大気雰囲気の２９０℃で合成樹脂が熱分解しなければ、こうした合成樹脂からなる基材を用いることができる。
すなわち、オクチル酸Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯＨのカルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンに共有結合するオクチル酸金属化合物は、金属イオンが最も大きいイオンであるため、カルボキシル基を構成する酸素イオンと金属イオンとの距離が、他のイオン同士の距離より長い。こうした分子構造上の特徴を持つオクチル酸金属化合物を還元雰囲気で熱処理すると、オクチル酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンと金属イオンとの結合部が最初に分断され、オクチル酸と金属とに分離する。さらに、オクチル酸が気化熱を奪って気化し、気化が完了すると金属が析出する。このようなオクチル酸金属化合物として、ニッケルを析出するオクチル酸ニッケルＮｉ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）２、銅を析出するオクチル酸銅Ｃｕ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）２、アルミニウムを析出するオクチル酸アルミニウムＡｌ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）３など、オクチル酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンと共有結合した様々なオクチル酸金属化合物が存在する。
さらに、オクチル酸金属化合物は、容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、最も汎用的な有機酸であるオクチル酸を、強アルカリと反応させるとオクチル酸アルカリ金属化合物が生成され、オクチル酸アルカリ金属化合物を無機金属化合物と反応させると、様々な金属との化合物であるオクチル酸金属化合物が合成される。従って、有機金属化合物の中で最も安価な有機金属化合物である。このため、１２段落で説明した無機金属化合物からなる錯体より熱分解温度が高いが、錯体より安価な金属化合物である。
また、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか1種類の有機化合物に、メタノールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度がメタ―ノールの粘度より高い第二の性質と、沸点がオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物が存在する。このような有機化合物は、汎用的な工業用薬品である。このような有機化合物は、混合液を製造する際の安価な第二の原料になる。
従って、オクチル酸金属化合物のメタノール分散液に、有機化合物のいずれか一種類を混合すると、オクチル酸金属化合物と有機化合物とが分子状態で均一に混ざり合った混合液が大量に製造される。これによって、安価な工業用薬品であるオクチル酸金属化合物と、最も汎用的なアルコールであるメタノールと、汎用的な工業用薬品である有機化合物とを原料として用いると、８段落および１０段落に記載した混合液が安価な費用で大量に製造される。このため、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、８段落および１０段落に記載した混合液が安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】銅の板材とフェノール樹脂の板材との嵌合部における接合状態を断面の一部によって模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施形態１
本実施形態は、相対的に低い温度で金属化合物が熱分解して金属を析出する金属化合物の実施形態であり、このような金属化合物として、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる金属錯体が適切であることを説明する。すなわち、金属錯体は無機物の分子量が小さいため、還元雰囲気での熱処理温度が相対的に低い温度で熱分解する。従って、１５段落で説明したように合成樹脂の熱分解が開始されず、合成樹脂の性質は変わらない。ここでは、金属を銅とし、銅化合物について説明する。
最初に、アルコールに分散する銅化合物を説明する。硫酸銅と塩化銅は水に溶け、銅イオンが溶解し、多くの銅イオンが銅の析出に参加できない。また、水酸化銅と酸化銅はアルコールに分散しない。このため、こうした分子量が低い無機銅化合物は、銅を析出する原料として適切でない。
次に、熱分解で銅を析出する銅化合物を説明する。銅化合物から銅が生成される化学反応の中で、最も簡単な処理による化学反応に熱分解反応がある。つまり、銅化合物を昇温するだけで、銅化合物が熱分解して銅が析出する。さらに、銅化合物の熱分解温度が低ければ、耐熱性が低い合成樹脂を金属微粒子の集まりで接合できる。無機物からなる分子ないしはイオンが配位子となって、分子構造の中央に位置する銅イオンに配位結合した銅錯イオンを有する銅錯体は、無機物の分子量が小さければ、還元雰囲気で熱分解する温度は、分子量がより大きい有機物が配位子を形成する有機銅錯体が大気雰囲気で熱分解する温度より低い。このため、このような無機銅錯体は、有機銅錯体より相対的に高価な物質ではあるが、より低い温度で銅を析出するため、廉価な合成樹脂を銅微粒子の集まりで覆うことができる。なお、安価な有機銅錯体として、カルボン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが、金属イオンに配位結合したカルボン酸金属化合物がある。
すなわち、無機銅錯体を構成する分子の中で銅イオンが最も大きい。ちなみに、銅原子の単結合の共有結合半径は１１２ｐｍであり、一方、窒素原子の三重結合の共有結合半径の５４ｐｍであり、酸素原子の三重結合の共有結合半径は５３ｐｍである。このため、無機銅錯体の分子構造においては、配位子が銅イオンに配位結合する配位結合部の距離が最も長い。従って、還元雰囲気の熱処理で、最初に配位結合部が分断され、銅と無機物とに分解し、無機物の気化が完了した後に銅が析出する。
このような無機銅錯体の中で、アンモニアＮＨ３が配位子となって銅イオンに配位結合するアンミン錯体は、他の無機銅錯体に比べて相対的に合成が容易であるため、相対的に安価な費用で製造できる。こうした無機銅錯体は、アンモニアガスや水素ガスなどの還元性雰囲気で熱処理すると、配位子の分子量が小さいため、２００℃より低い温度で配位結合部位が最初に分断され、この後、２００℃前後の温度で無機物が気化し、銅が析出する。さらに、メタノールに１０重量％近くまで分散する。このような銅錯イオンとして、例えば、テトラアンミン銅イオン［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋があり、無機銅錯体として、例えば、テトラアンミン銅硝酸塩［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２がある。
【００２０】
実施形態２
本実施形態は、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二にアルコールより粘度が高く、第三に金属錯体とオクチル酸金属化合物との少なくともどちらか一方の熱分解温度より沸点が低い、これら３つの性質を兼備する液体の有機化合物である。
つまり、有機化合物の沸点が、金属錯体が熱分解する２００℃前後より低ければ、有機化合物は金属錯体のアルコール分散液と共に混合液を構成する。有機化合物の沸点が、オクチル酸金属化合物が熱分解する３４０℃より低ければ、オクチル酸金属化合物のアルコール分散液と共に混合液を構成する。従って、有機化合物はこれら混合液の粘度を調整する調整剤になる。こうした３つの性質を持つ有機化合物は、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか1種類の有機化合物に存在する。
【００２１】
カルボン酸ビニルエステル類は、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピパリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、クロトン酸ビニル、安息香酸ビニルなど様々なカルボン酸ビニルがある。
例えば、酢酸ビニルは化学式がＣＨ３ＣＯＯ−ＣＨ＝ＣＨ２で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、沸点がメタノールの沸点より高い７２．７℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液に酢酸ビニルを添加して撹拌すると、添加した酢酸ビニルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、酢酸ビニルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、酢酸ビニルは、酢酸とビニルアルコールとを反応させたエステルで、ポリ酢酸ビニルの合成に用いる原料で、安価な有機化合物である。なお、溶剤として用いる酢酸ビニルは、酢酸ビニルの重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルを昇温しても重合反応は起こらない。
また、モノクロロ酢酸ビニルは化学式がＣｌ−ＣＨ２ＣＯＯ−ＣＨ＝ＣＨ２で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１３６℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にモノクロロ酢酸ビニルを添加して撹拌すると、添加したモノクロロ酢酸ビニルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、モノクロロ酢酸ビニルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、モノクロロ酢酸ビニルは、アクリルゴムの架橋サイトとして用いられている安価な有機化合物である。また、溶剤として用いるモノクロロ酢酸ビニルも、重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルと同様に、昇温しても重合反応は起こらない。
【００２２】
アクリル酸エステル類は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２エチルヘキシルなどの様々なアクリル酸エステルがある。
例えば、アクリル酸メチルは化学式がＣＨ２＝ＣＨ−ＣＯＯＣＨ３で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い８０℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にアクリル酸メチルを添加して撹拌すると、添加したアクリル酸メチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、アクリル酸メチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、アクリル酸メチルはアクリル樹脂の原料であって、安価な有機化合物である。また、溶剤として用いるアクリル酸メチルも、重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルと同様に、昇温しても重合反応は起こらない。
また、アクリル酸ブチルは化学式がＣＨ２＝ＣＨ−ＣＯＯＣ４Ｈ９で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１４８℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にアクリル酸ブチルを添加して撹拌すると、添加したアクリル酸ブチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、アクリル酸ブチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、アクリル酸ブチルは、アクリル酸とメタノールを反応させたエステルで、繊維処理剤、粘接着剤、塗料、合成樹脂、アクリルゴム、エマルションの原料として使用されている安価な有機化合物である。
【００２３】
メタクリル酸エステル類は、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸アルキル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなど様々なメタクリル酸エステルがある。
例えば、メタクリル酸エチルは、化学式がＨ２Ｃ＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＣ２Ｈ５で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１１７℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にメタクリル酸エチルを添加して撹拌すると、添加したメタクリル酸エチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、メタクリル酸エチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なおメタクリル酸エチルは、顔料、塗料、接着剤、繊維処理剤、成形材料、歯科用材料の原料として用いられている安価な有機化合物である。
さらに、メタクリル酸ｎブチルは、化学式がＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯ（ＣＨ２）３ＣＨ３で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、沸点がメタノールより高い１６３．５℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にメタクリル酸ｎブチルを添加して撹拌すると、添加したメタクリル酸ｎ−ブチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、メタクリル酸ｎブチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、メタクリル酸ｎ−ブチルは、塗料、分散剤、繊維処理剤の原料として用いられている安価な有機化合物である。
【００２４】
スチレンモノマーは化学式がＣ６Ｈ５ＣＨ＝ＣＨ２で示され、メタノールと混和し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１４５℃の液状モノマーで、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にスチレンモノマーを添加して撹拌すると、添加したスチレンモノマーの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、スチレンモノマーは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、スチレンモノマーは、ポリスチレンを始めとして、発泡ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、不飽和ポリエステルなどの合成樹脂材料の原料となる安価な有機化合物である。また、溶剤として用いるスチレンモノマーも、重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルと同様に、昇温しても重合反応は起こらない。
【００２５】
グリコール類にエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールがある。
エチレングリコールは、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの３６倍と高く、沸点が１９７℃の液状モノマーである。ジエチレングリコールは、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの６１倍と高く、沸点が２４４℃の液状モノマーである。プロピレングリコールは、メタノールと混和し、粘度がメタノールの８２倍と高く、沸点が１８８℃の液状モノマーである。ジプロピレングリコールは、メタノールと混和し、粘度がメタノールの１２７倍と高く、沸点が２３２℃の液状モノマーである。トリプロピレングリコールは、メタノールと混和し、粘度がメタノールの９７倍と高く、沸点が２６５℃の液状モノマーである。
【００２６】
グリコールエーテル類は、エチレングリコール系エーテルと、プロピレングリコール系エーテルと、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールの末端の水素をアルキル基で置換したジアルキルグリコールエーテルがある。
エチレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、銅錯体の熱分解温度より沸点が低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの３倍で沸点が１２５℃のメチルグリコール、粘度がメタノールの５倍で沸点が１４２℃のイソプロピルグリコール、粘度がメタノールの６倍で沸点が１７１℃のブチルグリコール、粘度がメタノールの５倍で沸点が１６１℃のイソブチルグリコール、粘度がメタノールの４倍で沸点が１５９℃のアリルグリコール、粘度がメタノールの７倍で沸点が１９４℃のメチルジグリコール、粘度がメタノールの９倍で沸点が２０８℃のヘキシルグリコールが存在する。
エチレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、沸点が３４０℃より低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの１３倍で沸点が２４９℃のメチルトリグリコール、粘度がメタノールの８倍で沸点が２０７℃のイソプロピルジグリコール、粘度がメタノールの１１倍で沸点が２３１℃のブチルジグリコール、粘度がメタノールの１４倍で沸点が２７１℃のブチルトリグリコール、粘度がメタノールの９倍で沸点が２２０℃のイソブチルジグリコール、粘度がメタノールの１５倍で沸点が２５９℃ヘキシルジグリコール、粘度がメタノールの１３倍で沸点が２２９℃の２−エチルヘキシルグリコール、粘度がメタノールの１８倍で沸点が２７２℃の２−エチルヘキシルジグリコール、粘度がメタノールの５２倍で沸点が２４５℃のフェニルグリコール、粘度がメタノールの２０倍で沸点が２５６℃のベンジルグリコール、粘度がメタノールの３３倍で沸点が３０２℃のベンジルジグリコールが存在する。
次に、プロピレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、銅錯体の熱分解温度より沸点が低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの３倍で沸点が１２１℃のメチルプロピレングリコール、粘度がメタノールの２倍で沸点が１４６℃のメチルプロピレングリコールアセテート、粘度がメタノールの５倍で沸点が１５０℃のプロピルプロピレングリコール、粘度がメタノールの６倍で沸点が１７０℃のブチルプロピレンジグリコール、粘度がメタノールの７倍で沸点が１８７℃のメチルプロピレンジグリコールが存在する。
プロピレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、沸点が３４０℃より低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの１８倍で沸点が２１２℃のプロピルプロピレンジグリコール、粘度がメタノールの１３倍で沸点が２３１℃のブチルプロピレンジグリコール、粘度がメタノールの３９倍で沸点が２４３℃のフェニルプロピレングリコール、粘度がメタノールの１４倍で沸点が２７４℃のブチルプロピレントリグリコールが存在する。
最後に、ジアルキルグリコールエーテルの中で、メタノールに溶解し、銅錯体の熱分解温度より沸点が低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの２倍で沸点が８５℃のジメチルグリコール、粘度がメタノールの３倍で沸点が１６２℃のジメチルジグリコール、粘度がメタノールの２倍で沸点が１７１℃のジメチルポロピレンジグリコール、粘度がメタノールの２１倍で沸点が１７６℃のメチルエチルジグリコール、粘度がメタノールの２倍で沸点が１８９℃のジエチルジグリコールが存在する。
以上に説明したように、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類の中に１７段落に説明した３つの性質を兼備する有機化合物が多く存在する。また、スチレンモノマーは、３つの性質を兼備する有機化合物である。
【００２７】
実施例１
本実施例は、銅の板材とフェノール樹脂の板材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、銅の板材にフェノール樹脂の板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、銅の板材の嵌合部は、Ｈ６の寸法公差で加工し、フェノール樹脂の嵌合部は、ｈ６の寸法公差で加工する。銅の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍの溝を嵌合部として加工した。フェノール樹脂の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が４ｍｍで、長さが４ｍｍからなる突起を嵌合部として加工した。また、テトラアンミン銅硝酸塩［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２（例えば、三津和化学薬品株式会社の製品）を銅微粒子の原料に用いた。さらに、イソプロピルグリコール（化学名はエチレングリコールイソプロピルエーテル）（ＣＨ３）２ＣＨＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）−Ｈ（例えば、日本乳化剤株式会社の製品）を有機化合物に用いた。
最初に、テトラアンミン銅硝酸塩を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを３０重量％の割合で混合した。さらに、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、銅の嵌合部に混合液を塗布した。この後、フェノール樹脂の板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、銅の嵌合部にフェノール樹脂の嵌合部を、フェノール樹脂からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その切断面の観察と分析を電子顕微鏡によって行なった。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は、１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を持つ。最初に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行った。厚みが不均一の皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。次に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって材質の違いを観察した。濃淡が認められなかったので、同一の物質から形成されている。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、微粒子を構成する元素を分析した。銅原子のみが存在した。
嵌合部における接合状態を、嵌合部の断面の一部によって図１に模式的に示す。１は銅の板材で、２はフェノール樹脂の板材で、３は嵌合部の間隙を埋める銅の皮膜である。
また、電子顕微鏡による嵌合部の表面の観察結果では、銅の板材とフェノール樹脂の板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、銅の板材とフェノール樹脂の板材とが銅微粒子の集まりを介して接合され。この結果、一定の接合強度を持って銅の板材とフェノール樹脂の板材とが接合された。
【００２８】
実施例２
本実施例は、フロート強化ガラスの板材と銅の板材とを、隙間バメの転合公差で双方の嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、ガラスの板材に銅の板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、フロート強化ガラスは、厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍからなる溝を持つ板ガラスとして、溶融した原料を型に流し込んで成形し、この後、溝部を超音波スピンドルによってＨ６の公差で加工した。いっぽう、銅の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が４ｍｍで、深さが４ｍｍからなる突起をｆ６の寸法公差で加工した。なお混合液は、テトラアンミン銅硝酸塩を、メタノールに１０重量％の割合で分散させ、この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、銅の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、ガラスの嵌合部に銅の嵌合部を、銅の板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は２−２．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１．５μｍに近い厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、銅の板材とガラスの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、ガラスの板材と銅の板材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合された。
【００２９】
実施例３
本実施例は、実施例２で用いたフロート強化ガラスの板材に、実施例1で用いたフェノール樹脂の板材を、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、フロート強化ガラスの板材にフェノール樹脂の板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、実施例1と同様の寸法の突起をフェノール樹脂の板材に形成し、実施例２と同様の寸法の溝をフロート強化ガラスの板材に形成した。また、実施例１の混合液を用いた。
次に、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材とフェノール樹脂の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、ガラスの嵌合部に銅の嵌合部を、銅の板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、銅の板材と石英ガラスの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を接合し、また、嵌合部の表面で、ガラスの板材とフェノール樹脂の板材とが銅微粒子の集まりを介して接合されたため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合されたと考えられる。
【００３０】
実施例４
本実施例は、アルミナの板材とアルミニウムの板材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、アルミナの板材にアルミニウムの板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、アルミナは、厚みが５ｍｍであり、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍからなる溝を持つ形状としてグリーンシートを製作し、グリーンシートを焼結した後に、溝を超音波スピンドルによってＨ６の公差で加工した。いっぽう、アルミニウムの板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が４ｍｍで、長さが４ｍｍからなる突起をｈ６の寸法公差で加工した。また、実施例１の混合液を用いた。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、アルミナの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、アルミナの嵌合部にアルミニウムの嵌合部を、アルミニウムの板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、アルミニウムの板材とアルミナの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、アルミニウムの板材とアルミナの板材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合された。
【００３１】
実施例５
本実施例は、鉄の板材とアルミニウムの板材とを、中間バメの転合公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に鉄微粒子の集まりを析出させ、鉄の板材にアルミニウムの板材を押し込み、鉄の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、鉄の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍの溝を、Ｈ６の寸法公差で加工した。また、アルミニウムの板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５ｃｍで、縦幅が４ｍｍで、長さが４ｍｍからなる突起を、ｈ６の寸法公差で加工した。なお、鉄微粒子の原料は、オクチル酸鉄Ｆｅ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）３（ＣＡＳ番号７３２１−５３−１の輸入品）を用いた。また、有機化合物として、実施例１のイソプロピルグリコールを用いた。
最初に、オクチル酸鉄を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、鉄の嵌合部に混合液を塗布した。この後、鉄の板材とアルミニウムの板材とを、大気雰囲気の２９０℃で１分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、鉄の嵌合部にアルミニウムの嵌合部を、アルミニウムの板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の鉄からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ近い厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、鉄の板材とアルミナの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、鉄微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、鉄粒子の粒界が消滅し、連続した鉄の皮膜が嵌合部に形成され、鉄の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、鉄の板材とアルミニウムの板材とが鉄微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持って鉄の板材とアルミニウムの板材とが接合されたと考えられる。
【００３２】
実施例６
本実施例は、銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、銅の板材にフェノール樹脂の円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなる銅の板材に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を、Ｈ６の寸法公差で加工した。いっぽう、外径が５０ｍｍで内径が４０ｍｍで長さが１０ｃｍからなるフェノール樹脂の円筒基材の先端部に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、長さが３．８ｍｍからなる円筒形状の突起を、ｈ６の寸法公差で加工した。また、テトラアンミン銅硝酸塩［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２（例えば、三津和化学薬品株式会社の製品）を銅微粒子の原料に用い、有機化合物としてイソプロピルグリコール（化学名はエチレングリコールイソプロピルエーテル）（ＣＨ３）２ＣＨＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）−Ｈ（例えば、日本乳化剤株式会社の製品）を用いた。
最初に、テトラアンミン銅硝酸塩を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、銅の嵌合部に混合液を塗布した。この後、フェノール樹脂の板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、フェノール樹脂の円筒基材に３ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、フェノール樹脂の円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、フェノール樹脂の円筒基材を銅の板材に押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その切断面の観察と分析を電子顕微鏡によって行なった。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は、１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を持つ。最初に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行った。厚みが不均一の皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。次に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって材質の違いを観察した。濃淡が認められなかったので、同一の物質から形成されている。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、微粒子を構成する元素を分析した。銅原子のみが存在した。
両者の嵌合部における接合状態を、嵌合部の切断面によって図１に模式的に示す。１は銅の板材で、２はフェノール樹脂の円筒基材で、３は銅の皮膜である。
また、銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合され。この結果、一定の接合強度を持って銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材とが接合された。
【００３３】
実施例７
本実施例は、フロート強化ガラスの板材と銅の円筒基材とを、隙間バメの押し込み公差で双方の嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、ガラスの板材に銅の円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなるフロート強化ガラスに、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を、超音波スピンドルによってＨ６の公差として加工した。いっぽう、外径が５０ｍｍで内径が４０ｍｍで長さが１０ｃｍからなる銅の円筒基材の先端部に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、長さが３．８ｍｍからなる円筒形状の突起を、ｆ６の寸法公差で加工した。また、実施例１の混合液を用いた。さらに、銅の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、銅の円筒基材に２ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、銅の円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、銅の円筒基材をガラスの板材に押し込んだ。この後、実施例１と同様に、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた。引張強度は２−２．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その断面を電子顕微鏡で観察した。実施例1と同様に、厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１．５μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、ガラスの板材と銅の円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、フロート強化ガラスの板材と銅の円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合された。
【００３４】
実施例８
本実施例は、実施例２で製作したフロート強化ガラスの板材に、実施例1で製作したフェノール樹脂の円筒基材を、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、フロート強化ガラスの板材にフェノール樹脂の円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、実施例1と同じ寸法のフェノール樹脂の円筒基材に、同じ寸法の突起を形成し、実施例２と同じ寸法のフロート強化ガラスの板材に、同じ寸法の溝を形成した。また、実施例１の混合液を用いた。
次に、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材とフェノール樹脂の円筒基材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、フェノール樹脂の円筒基材に３ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、フェノール樹脂の円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、フェノール樹脂の円筒基材を、ガラスの嵌合部に押し込んだ。この後、実施例1と同様に、インストロン社の引張試験機で、接合面の引張強度を調べた。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、ガラスの板材とフェノール樹脂の円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を接合し、また、嵌合部の表面で、ガラスの板材とフェノール樹脂の円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合されたため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合されたと考えられる。
【００３５】
実施例９
本実施例は、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とを、隙間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、アルミナの板材にアルミニウムの円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなる板材に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を持つ、アルミナのグリーンシートを製作し、グリーンシートを焼結した後に、溝を超音波スピンドルによってＨ６の公差で加工した。いっぽう、外径が５０ｍｍで内径が４０ｍｍで長さが１０ｃｍからなるアルミニウムの円筒基材の先端に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、長さが３．８ｍｍからなる円筒形状の突起を、ｆ６の寸法公差で加工した。また、実施例１の混合液を用いた。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、アルミナの嵌合部に混合液を塗布した。この後、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。メタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、アルミニウムの円筒基材に２ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、アルミニウムの円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、アルミナの嵌合部に押し込んだ。この後、実施例１と同様に、引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１．５μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材との４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってアルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とが接合された。
【００３６】
実施例１０
本実施例は、鉄の板材と実施例４で製作したアルミニウムの円筒基材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に鉄微粒子の集まりを析出させ、鉄の板材にアルミニウムの円筒基材を押し込み、鉄の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなる鉄板に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を、Ｈ６の寸法公差で加工した。また、実施例４と同じ寸法のアルミニウムの板材に、同じ寸法の突起をｈ６の寸法公差で加工した。なお、鉄微粒子の原料は、オクチル酸鉄Ｆｅ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）３（ＣＡＳ番号７３２１−５３−１の輸入品）を用いた。また、有機化合物として、実施例１のイソプロピルグリコールを用いた。
最初に、オクチル酸鉄を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、鉄の嵌合部に混合液を塗布した。この後、鉄の板材とアルミニウムの板材とを、大気雰囲気の２９０℃で１分間熱処理した。気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、アルミニウムの円筒基材に３ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、アルミニウムの円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、鉄板にアルミニウムの円筒基材を押し込んだ。この後、実施例１と同様に、インストロン社の引張試験機で、接合面の引張強度を調べた。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。実施例１−４の銅の皮膜が鉄の皮膜に変わり、この鉄の皮膜が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、鉄の板材とアルミニウムの円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる鉄微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、鉄微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、鉄粒子の粒界が消滅し、連続した鉄の皮膜が嵌合部に形成され、鉄の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、鉄の板材とアルミニウムの円筒基材との嵌合部の表面同士が、鉄微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持って鉄の板材とアルミニウムの円筒基材とが接合されたと考えられる。
【００３７】
１０の実施例で、異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法を具体的に説明したが、本発明の接合方法に依る接合事例は、１０の実施例に限らない。つまり、隙間バメないしは中間バメで２つの基材を接合するため、２つの基材の材料の組み合わせと、２つの基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、２つの基材に嵌合のための溝と軸とが形成できるため、本発明の接合方法に依る接合事例は、１０の実施例に限らない。また、隙間バメないしは中間バメで２つの基材を嵌合する際に、嵌合部に隙間が形成され、相対的に強度が低い基材は嵌合時に破壊しない。また、２つの基材を嵌合する際に、金属微粒子の集まりが嵌合部に存在するため、金属微粒子が直接嵌合時の応力を受ける。このため、基材の嵌合部同士が直接接触せず、相対的に強度が低い基材は、過大な応力を受けることがなく破壊しない。また、隙間バメないしは中間バメの寸法公差に応じて、予め２つの基材の嵌合部に析出させる金属微粒子の量を変えるため、２つの基材の嵌合状態の如何にかかわらず、連続した金属皮膜が嵌合部に形成され、金属皮膜は嵌合部の間隙と表面の凹部とを埋め尽くし、２つの基材を締まりバメに準ずる接合強度で接合する。いっぽう、厚みが薄い板材ないしは外径が小さい円筒基材は押し込みにくいが、基材の側面を冶具によって保持すれば、厚みが１ｍｍ程度の板材であっても、また、外径が５ｍｍ程度の円筒基材であっても、隙間バメはもちろんのこと中間バメで、他の基材に押し込むことができる。この結果、１０の実施例に限らず、異なる材料からなる２つの基材を強固に接合できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  銅の板材    ２  フェノール樹脂の板材    ３  銅の皮膜
【図１】
2019217535.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月16日(2019.2.16)
【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】
異種材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、熱分解で金属を析出する金属化合物を、アルコールに分散し、該金属化合物が分子状態でアルコールに分散したアルコール分散液を作成し、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度が前記アルコールの粘度より高い第二の性質と、沸点が前記金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合し、該有機化合物が前記アルコール分散液と均一に混ざり合った混合液を作成する、この後、異種材料からなる２つの基材の双方の篏合部に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、前記押し込む基材の嵌合部を前記混合液に浸漬し、前記押し込まれる基材の嵌合部に前記混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の双方の嵌合部に形成する、この後、前記押し込む基材からの反発力が急激に増えるまで、該押し込む基材を前記押し込まれる基材に押し込む、これによって、前記２つの基材の双方の篏合部に形成された前記金属微粒子同士の接触が継続し、該金属微粒子に摩擦熱が継続して発生し、該摩擦熱によって前記金属微粒子の粗大化が進み、前記金属粒子の界面が消滅した金属の皮膜が、前記双方の嵌合部が形成する空間と、該双方の嵌合部の表面の凹部とを埋め尽くし、該双方の嵌合部同士が、前記金属の皮膜を介して接合される、また、前記２つの基材の前記篏合部から非篏合部に異動した金属微粒子が、該双方の非篏合部の表面の凹部と該表面同士の間隙を埋め、該双方の非篏合部の表面同士の間隙が狭くなることで、前記非篏合部に異動した金属微粒子が圧縮応力を受け、該金属微粒子同士が摩擦熱で接合するとともに、前記双方の非篏合部の表面の凹部に前記金属微粒子が摩擦熱で接合し、該双方の非篏合部の表面同士が、金属微粒子の接合によって接合される、異種材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載した異種材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、２つの基材の少なくとも一つの基材が、円筒基材からなる基材であり、該２つの基材を接合する接合方法は、隙間バメないしは中間バメで嵌合する双方の嵌合部を、円筒基材の嵌合部の長さが、他の基材の嵌合部の長さより短い嵌合部として形成し、さらに、前記円筒基材の嵌合部を請求項１に記載した混合液に浸漬し、前記他の基材の嵌合部に請求項１に記載した混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して請求項１に記載した金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記双方の嵌合部に形成する、この後、前記円筒基材からの反発力が急激に増えるまで、該円筒基材を回転させながら前記他の基材に押し込む、これによって、前記双方の篏合部に形成された前記金属微粒子同士の接触が継続し、該金属微粒子に摩擦熱が継続して発生し、該摩擦熱によって前記金属微粒子の粗大化が進み、前記金属粒子の界面が消滅した金属の皮膜が、前記双方の嵌合部が形成する空間と、該双方の嵌合部の表面の凹部とを埋め尽くし、該双方の嵌合部同士が、前記金属の皮膜を介して接合される、また、前記双方の篏合部から非篏合部に異動した金属微粒子が、該双方の非篏合部の表面の凹部と該表面同士の間隙を埋め、該双方の非篏合部の表面同士の間隙が狭くなることで、前記非篏合部に異動した金属微粒子が圧縮応力を受け、該金属微粒子同士が摩擦熱で接合するとともに、前記双方の非篏合部の表面の凹部に前記金属微粒子が摩擦熱で接合し、該双方の非篏合部の表面同士が、金属微粒子の接合によって接合される、２つの基材を接合する接合方法。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記２つの基材の一方が合成樹脂からなる基材であり、該２つの基材を接合する接合方法は、請求項１および請求項２に記載した２つの基材を接合する接合方法において、該２つの基材を還元雰囲気で昇温し、前記金属化合物を熱分解することを特徴とし、請求項１および請求項２に記載した２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、２つの基材の一方が合成樹脂からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項４】
請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、前記金属化合物が、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の原料として用い、請求項１および請求項２に記載した２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【請求項５】
請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、前記金属化合物がオクチル酸金属化合物であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の原料として用い、請求項１および請求項２に記載した２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、請求項１および請求項２に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の基材の接合方法は、異なる材料からなる２つの基材の双方に、従来の隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、２つの基材の嵌合部を金属結合した金属微粒子の集まりで覆い、この後、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部に形成された金属微粒子同士が摩擦し、摩擦熱で金属微粒子の粗大化が急激に進み、金属粒子の粒界が消滅した金属からなる厚みが薄い皮膜が、嵌合部の隙間を埋めて形成され、該金属皮膜によって嵌合部同士が接合される、また、非篏合部の表面同士が、金属微粒子の接合によって接合される接合方法である。このため、従来の締まりバメに近い接合強度が得られる。また、２つの基材の材料の組み合わせや、大きさや形状の組み合わせに拘わらず、２つの基材を強固に接合できる。
【背景技術】
【０００２】
異なる材料からなる２つの基材を接合することが困難である事例として、鉄とアルミニウムとを、溶接で接合することが知られている。この理由は、両者の物性が次のように乖離しているためである。すなわち、アルミニウムの融点が６６０℃であるのに対し、軟鋼の融点は１５４０℃で、アルミニウムより８８０℃も高い。また、アルミニウムの熱伝導度が２４７Ｗ／ｍＫであるのに対し、軟鋼の熱伝導度は８１．５Ｗ／ｍＫで、アルミニウムの１／３に過ぎない。さらに、熱膨張係数は、アルミニウムが２４×１０−６／℃であるのに対し、軟鋼の熱膨張係数は１２×１０−６／℃であり、アルミニウムの１／２である。また、ヤング率は、アルミニウムが７０．３ＧＰａであるのに対し、軟鋼は２０５．９ＧＰａであり、アルミニウムの３倍に近い。このように、物性値が大きく異なる基材同士を接合することは、溶接による接合に限らず困難な場合が多い。なお、アルミニウムは酸化されやすく、酸化膜の酸化アルミニウムによって優れた耐食性を持つが、溶接の場合のように、酸化膜が接合の障害になる。
【０００３】
いっぽう、最近、摩擦攪拌接合ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇの略で、１９９１年にイギリスの溶接研究所が考案した技術）によって、異なる材料からなる２つの基材を接合する試みが多くなされている。ＦＳＷは、ショルダーとプローブとからなる円筒状の回転ツールを、高速回転させながら接合部にプローブを挿入し、さらに、回転ツールを突き合わせ面に沿って移動させ、その際に発生する摩擦熱と材料の攪拌とを利用し、元々の界面を完全に焼失させて接合する。従って、材料を溶かさずに接合する、固相接合の一種である。ＦＳＷは、欠陥や割れが発生しにくく、接合前の処理が不要で、シールドガスが不要で、ヒュームやスパッタなどが発生しない利点はあるが、接合時に基材を強固に拘束する必要があり、また、複雑な形状の接合には、回転ツールの位置制御が困難になり、基材の形状の制約がある。さらに、鉄鋼材料や高融点金属の接合には、回転ツールに、高い高温強度、耐摩耗性、被反応性が求められ、現在までに実用化された構造物の接合は、アルミニウム合金に留まる。なお、我国においては、２０１１年以降ＦＳＷに関する多数の特許が出願されている。例えば、最近の特許として特許文献１−３がある。しかしながら、ＦＳＷの接合原理が、高速回転させた回転ツールによって発生する摩擦熱と、摩擦熱による材料の攪拌であるため、接合できる材料は金属と合金に制約される。    
【０００４】
いっぽう、異なる材料からなる円筒基材の接合については、特許文献４に、異なる材料からなる合成樹脂の２つの円筒基材を、接着剤で接合する方法が記載されている。また、特許文献５に、異なる材料からなる金属の板材に金属の円筒基材を挿入した後に、挿入した円筒基材の先端の内径を塑性変形して拡大させ、金属の板材の一方の表面に金属の円筒基材の先端を密着させ、さらに、金属の板材のもう一方の表面が、円筒基材の外周面と接触する部位を、ロウ付けによって接合する方法が記載されている。しかし、特許文献４における接着剤による合成樹脂同士の円筒基材の接合では、接合強度を得るためには、接着剤と合成樹脂の材質との組み合せが制限される。また、特許文献５の金属の円筒基材同士の接合では、挿入した円筒基材の先端を塑性変形するため、円筒基材の金属の材質が制限される。また、ロウ付けで２つの金属基材を接合させるため、ロウと２つの金属の材質の組み合わせが制限される。従って、特許文献４及び５の接合方法は、同じ種類の材料からなる２つの基材を接合させる事例であるが、接合方法に汎用性がない。
【０００５】
これに対し、物性値が大きく異なる２つの基材を接合する技術は、鉄とアルミニウムとの同種の材料からなる基材の接合のみならず、例えば、金属と合成樹脂との接合、金属とガラスとの接合、金属とセラミックスとの接合、合成樹脂とガラスとの接合、合成樹脂とセラミックスとの接合、ガラスとセラミックスとの接合のように、異なる種類の材料からなる基材を接合する技術は、自動車のみならず電気製品においても、製品の軽量化や多機能化や低価格化のため、強く求められている。
しかし、物性値が大きく異なる２つの基材を接合する際に様々な困難が伴うため、２つの基材を接合する試みは少ない。いっぽう、異なる材料からなる２つの基材を、接着によって接合する接合方法があるが、一方の材料に対しては接着力を持つが、他方の材料に対しは接着力が劣る問題点を持つ。また、基材が大型になるほど接着力は小さい。さらに、異なる材料からなる２つの基材を、嵌め合いによって接合する接合方法があるが、接合強度が大きい締まりバメは、双方の嵌合部の弾性変形に依る接合であるため、セラミックス、ガラス、合成樹脂などの弾性変形しにくい材料は、嵌合時に破壊するため、締まりバメができない。これに対し、隙間バメと中間バメでは、溝の寸法から軸の寸法を引いた隙間が存在するため、接合強度は小さい。このため、２つの基材の材料の組み合わせに拘わらず、また、大きさや形状の組み合わせに拘わらず、異なる材料からなる２つの基材を強固に接合できる汎用的な技術が強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−０８３２１７号公報
【特許文献２】特開２０１８−０７９７７９号公報
【特許文献３】特許６３０９１８３
【特許文献４】特許６２１１１５３号公報
【特許文献５】特開２０１７−１３０３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、異なる材料からなる２つの基材を接合することであり、鉄とアルミニウムのように、同じ種類の材料からなる基材の接合のみならず、例えば、金属と合成樹脂との接合、金属とガラスとの接合、金属とセラミックスとの接合、合成樹脂とガラスとの接合、合成樹脂とセラミックスとの接合、ガラスとセラミックスとの接合のように、異なる種類の材料からなる基材の組み合わせであっても、２つの基材の材料の組み合わせや、２つの基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、安価な原料を用い、簡単な処理によって、２つの基材を強固に接合する接合方法を見出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、熱分解で金属を析出する金属化合物を、アルコールに分散し、該金属化合物が分子状態でアルコールに分散したアルコール分散液を作成し、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度が前記アルコールの粘度より高い第二の性質と、沸点が前記金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合し、該有機化合物が前記アルコール分散液と均一に混ざり合った混合液を作成する、この後、異なる材料からなる２つの基材の双方の篏合部に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成し、さらに、前記押し込む基材の嵌合部を前記混合液に浸漬し、前記押し込まれる基材の嵌合部に前記混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の双方の嵌合部に形成する、この後、前記押し込む基材からの反発力が急激に増えるまで、該押し込む基材を前記押し込まれる基材に押し込むことによって、前記２つの基材の双方の篏合部に形成された前記金属微粒子同士の接触が継続し、該金属微粒子に摩擦熱が継続して発生し、該摩擦熱によって前記金属微粒子の粗大化が進み、前記金属粒子の界面が消滅した金属の皮膜が、前記双方の嵌合部が形成する空間と、該双方の嵌合部の表面の凹部とを埋め尽くし、該双方の嵌合部同士が、前記金属の皮膜を介して接合される、また、前記２つの基材の前記篏合部から非篏合部に異動した金属微粒子が、該双方の非篏合部の表面の凹部と該表面同士の間隙を埋め、該双方の非篏合部の表面同士の間隙が狭くなることで、前記非篏合部に異動した金属微粒子が圧縮応力を受け、該金属微粒子同士が摩擦熱で接合するとともに、前記双方の非篏合部の表面の凹部に前記金属微粒子が摩擦熱で接合し、該双方の非篏合部の表面同士が、金属微粒子の接合によって接合される、異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【０００９】
最初に、熱分解で金属を析出する金属化合物をアルコールに分散する。これによって、金属化合物が分子状態でアルコールに分散し、金属微粒子の原料が液相化される。次に、有機化合物をアルコール分散液に混合する。有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和するため、有機化合物がアルコール分散液と均一に混ざり合った混合液になる。この後、異なる材料からなる２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、押し込まれる基材の嵌合部の長さが、押し込む基材の嵌合部の長さより長い嵌合部として形成する。さらに、押し込む基材の嵌合部を前記混合液に浸漬し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。また、押し込まれる基材の嵌合部に前記混合液を塗布し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。この際、隙間バメで嵌合する基材では、中間バメで嵌合する基材より、粘度が高い混合液を用い、嵌合部に付着する混合液の厚みを増やす。さらに、前記２つの基材を、金属化合物が熱分解する温度に昇温する。この際、双方の嵌合部に、混合液の粘度に応じて、４０−６０ｎｍの大きさの粒状の金属微粒子の集まりが一斉に析出し、析出した金属微粒子が不純物を持たない活性状態にあるため、互いに接触する部位で金属微粒子同士が金属結合し、金属結合した金属微粒子の集まりが嵌合部に積層し、嵌合部を金属微粒子の集まりが覆う。従って、隙間バメで嵌合する基材では、中間バメで嵌合する基材より、より多くの金属微粒子が析出し、より多くの金属微粒子が積層して嵌合部を覆う。このため、隙間バメで嵌合する基材であっても、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部の間隙が金属微粒子で埋め尽くされる。この後、前記押し込む基材からの反発力が急激に増えるまで、前記押し込む基材を前記押し込まれる基材に圧縮荷重を加えて押し込み、嵌合部同士を金属からなる厚みが薄い皮膜を介して接合させる。
ここで、一方の基材に圧縮荷重を加え、一方の基材を他方に基材に押し込む際に、嵌合部で起こる現象を時系列的に説明する。一方の基材を他方の基材に押し込むと、金属微粒子同士が接触し、金属微粒子同士の結合部の体積が小さいため、金属微粒子同士の結合力より加えられた応力が大きくなると、金属結合した金属微粒子の集まりから一部の金属微粒子が剥離し、押し込む方向と反対の方向に、金属微粒子が嵌合部を移動する。また、金属微粒子の大きさが、基材の嵌合部の表面粗さより１桁以上小さいため、応力を受けた金属微粒子のうち、基材の嵌合部の表面と接触する金属微粒子は、金属微粒子の集まりが変形して、この金属微粒子が嵌合部の表面の凹部を埋める。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、金属微粒子の集まりから剥離した金属微粒子が、押し込む方向とは反対の方向に向けて移動するが、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、押し込む方向とは反対の方向に向けて移動する金属微粒子の量は徐々に減る。これに対し、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、剥離した金属微粒子は、押し込む方向に向けて移動する金属微粒子の量が増え、押し込まれる基材の嵌合部の空隙を金属微粒子が徐々に埋める。また、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。また、押し込まれる基材の空隙は、移動した金属微粒子で埋め尽くされる。これによって、剥離した金属微粒子は、双方の方向に移動しにくくなる。この結果、剥離した金属微粒子が、嵌合部に累積して増加する。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、剥離した金属微粒子の移動が停止し、金属微粒子同士の摩擦が急激に進む。また、押し込む基材からの反発力が増える。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込むと、金属微粒子同士の摩擦が金属微粒子の集まり全体に広がり、増大する摩擦熱によって金属微粒子の粗大化が急激に進む。金属微粒子が粗大化すると、金属粒子の集まりに僅かな空隙が形成され、空隙を埋めるように金属粒子が粗大化する。また、嵌合部に空隙が残存すれば、この空隙を埋めるように金属粒子が粗大化する。さらに、摩擦熱が加わり、金属粒子の界面が消滅した金属の皮膜が、嵌合部が形成する空間と嵌合部の表面の凹部を埋め尽くす。従って、隙間バメないしは中間バメの如何に拘わらず、嵌合部が形成する空間と嵌合部の表面の凹部を、金属皮膜が埋め尽くす。さらに、一方の基材を他方の基材に押し込もうとすると、嵌合部に空隙が残存していないため、押し込む基材からの反発力が著しく増大する。この時点で基材同士の嵌合を終了させる。ところで、嵌合部に形成された金属皮膜は、嵌合部の表面の凹部と嵌合部の隙間を埋め尽くすため、金属皮膜は平面ではなく、嵌合部同士が形成する隙間の形状を反映した多数の凹凸を持つ。このため、金属皮膜の形状効果で、金属皮膜は嵌合部から剥離されにくい。いっぽう、嵌合方向とは反対の２つの基材の非嵌合部である表面の方向に移動した金属微粒子は、基材の表面の凹部と表面同士の間隙を埋めるが、嵌合が終了する直前に基材の表面の間隙が最も狭くなり、金属微粒子は過大な圧縮応力を受け、金属微粒子同士が摩擦熱で接合するとともに、基材の表面の凹部に金属微粒子が摩擦熱で接合し、２つの基材の表面は、金属微粒子の集まりを介して接合される。
以上に説明したように、一方の基材を他方の基材に押し込むと、嵌合部に形成された金属微粒子同士が接触し、金属微粒子の集まりから金属微粒子が剥離される。いっぽう、嵌合が進むほど、剥離された金属微粒子の量が累積して増えるが、剥離された金属微粒子は嵌合部の隙間を移動しにくくなり、移動できなくなると、金属微粒子同士の摩擦が急激に進み、摩擦による摩擦熱で金属微粒子の集まり全体が昇温され、金属粒子が粗大化した後に、金属粒子の粒界が消滅した金属からなる厚みが薄い皮膜となって、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、金属皮膜が基材の嵌合部同士を強固に接合する。つまり、隙間バメないしは中間バメの嵌合状態に応じて、予め、嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くすのに十分な量の金属微粒子の集まりを、基材の嵌合部の双方に金属結合した金属微粒子の集まりとして形成する。このため、基材の嵌合が終了すると、金属の皮膜が嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くす。
本発明の接合方法は、新しい接合のメカニズムで、異なる材料からなる２つの基材の嵌合部を接合する。すなわち、２つの基材の接合力は、従来の隙間バメないしは中間バメによる接合力に、嵌合部の金属皮膜の接合力と基材の表面同士の接合力とが加わるため、接合力が著しく増大し、締まりバメに準ずる接合強度が得られる。つまり、締まりバメによる接合は、基材の嵌合部の弾性変形に依るため、セラミックス、ガラス、合成樹脂などの弾性変形しにくい材料は、嵌合時に破壊し、締まりバメができなかった。しかしながら、本発明の接合方法に依れば、セラミックス、ガラス、合成樹脂からなる基材は勿論のこと、２つの基材の材料の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材の各々に溝と軸とからなる嵌合部が形成できるため、２つの基材を締まりバメに準ずる接合強度で接合できる画期的な接合方法である。
本発明の接合方法は次の作用効果をもたらす。すなわち、隙間バメないしは中間バメで２つの基材を接合するため、２つの基材の材料の組み合わせと、２つの基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、２つの基材に溝と軸とからなる嵌合部が形成でき、２つの基材を嵌合できる。さらに、物性値が大きく異なる基材の組み合わせ、例えば、一方の基材が高い脆性を持つ金属で、他方の基材が脆性の低いガラスやセラミックスでも、また、一方の基材が高い引張強度を持つ金属で、他方の基材が引張り強度の低い合成樹脂でも、隙間バメないしは中間バメの寸法公差で２つの基材を嵌合するため、溝の寸法から軸の寸法を引いた隙間が嵌合部に存在し、相対的に強度が低い、あるいは、弾性変形しにくい、ガラスやセラミックスや合成樹脂が嵌合時に破壊しない。また、基材を嵌合する際に、嵌合部に金属微粒子の集まりが存在するため、嵌合の際に発生する応力は金属微粒子が直接受ける。このため、基材の嵌合部同士が直接接触せず、基材は過大な応力を直接受けず、相対的に強度が低い、あるいは、弾性変形しにくい基材は破壊しない。これによって、２つの基材の材料の組み合わせの如何に拘わらず、締まりバメに準ずる接合強度で、２つの基材が接合される。また、金属化合物の熱分解温度が、合成樹脂の熱分解の開始温度より低く、耐熱性が低い合成樹脂の基材でも、基材の材料の組み合わせに拘わらず接合できる。なお、厚みが薄い基材は押し込みにくいが、基材の側面を冶具によって保持し、この基材を鉛直方向に押し込めば、厚みが１ｍｍ程度の基材でも、中間バメで押し込むことができる。この結果、２つの基材の材料の組み合わせや、基材の大きさや形状の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材を接合できる。また、基材の材質や大きさや形状に拘わらず、基材の嵌合部に混合液を付着できる。さらに、原料となるアルコール、有機化合物、金属化合物はいずれも汎用的な工業用薬品であり、２つの基材を接合する処理もいずれも簡単な処理からなる。このため、本接合方法は７段落に記載した課題を解決する。
【００１０】
８段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなる基材であって、該２つ基材を接合する接合方法は、隙間バメないしは中間バメで嵌合する双方の嵌合部を、円筒基材の嵌合部の長さが、他の基材の嵌合部の長さより短い嵌合部として形成し、さらに、前記円筒基材の嵌合部を８段落に記載した混合液に浸漬し、前記他の基材の嵌合部に８段落に記載した混合液を塗布する、さらに、前記２つの基材を昇温して前記金属化合物を熱分解し、金属結合した金属微粒子の集まりを前記２つの基材の嵌合部に形成する、この後、前記円筒基材からの反発力が急激に増えるまで、該円筒基材を回転させながら前記他の基材に押し込むことによって、前記双方の篏合部に形成された前記金属微粒子同士の接触が継続し、該金属微粒子に摩擦熱が継続して発生し、該摩擦熱によって前記金属微粒子の粗大化が進み、前記金属粒子の界面が消滅した金属の皮膜が、前記双方の嵌合部が形成する空間と、該双方の嵌合部の表面の凹部とを埋め尽くし、該双方の嵌合部同士が、前記金属の皮膜を介して接合される、また、前記双方の篏合部から非篏合部に異動した金属微粒子が、該双方の非篏合部の表面の凹部と該表面同士の間隙を埋め、該双方の非篏合部の表面同士の間隙が狭くなることで、前記非篏合部に異動した金属微粒子が圧縮応力を受け、該金属微粒子同士が摩擦熱で接合するとともに、前記双方の非篏合部の表面の凹部に前記金属微粒子が摩擦熱で接合し、該双方の非篏合部の表面同士が、金属微粒子の接合によって接合される、２つの基材を接合する接合方法である。
【００１１】
本接合方法は、８段落に記載した異なる材料からなる２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなり、該２つの基材を接合する接合方法である。従って、該２つの基材の双方に、隙間バメないしは中間バメで嵌合する嵌合部を、円筒基材の嵌合部の長さが、他の基材の嵌合部の長さより短い嵌合部として形成する。さらに、円筒基材の嵌合部を８段落に記載した混合液に浸漬し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。また、他の基材の嵌合部に８段落に記載した混合液を塗布し、混合液の粘度に応じた厚みで、混合液を嵌合部の表面に付着させる。さらに、２つの基材を金属化合物が熱分解する温度に昇温する。この際、双方の嵌合部に、４０−６０ｎｍの大きさの粒状の金属微粒子の集まりが、混合液の粘度に応じた量として一斉に析出し、析出した金属微粒子が不純物を持たない活性状態にあるため、互いに接触する部位で金属微粒子同士が金属結合し、金属結合した金属微粒子の集まりが嵌合部に積層し、嵌合部を金属微粒子の集まりが覆う。この後、円筒基材からの反発力が急激に増えるまで、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む。これによって、嵌合部同士が金属からなる厚みが薄い皮膜を介して接合される。なお、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込むため、円筒基材を他の基材に鉛直方向に押し込む場合より、嵌合部において金属微粒子同士が接触する時間がより長くなり、これによって、金属微粒子同士の摩擦による摩擦熱がより多く発生し、嵌合部の長さがより短くても、摩擦熱によって金属粒子の粒界が消滅した金属の皮膜が、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、嵌合部が金属皮膜によって接合される。
ここで、圧縮荷重を加えた円筒基材を、回転させながら他の基材に押し込む際に、嵌合部で起こる現象を時系列的に説明する。円筒基材を回転させながら、他の基材に押し込む嵌合が始まると、金属微粒子同士が接触し、金属微粒子同士の結合部の体積が小さいため、金属微粒子の結合力より金属微粒子に加えられた応力が大きくなると、金属結合した金属微粒子の集まりから一部の金属微粒子が剥離し、円筒基材の回転方向とは反対方向に、金属微粒子が移動する。また、金属微粒子の大きさが、基材の嵌合部の表面粗さより１桁以上小さいため、応力を受けた金属微粒子のうち、基材の嵌合部の表面と接触する金属微粒子は、金属微粒子の集まりが変形し、この金属微粒子が嵌合部の表面の凹部を埋める。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、金属微粒子の集まりから剥離した金属微粒子が、円筒基材の回転方向と反対方向に移動するが、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、円筒基材の回転方向と反対の方向に移動する金属微粒子の量は徐々に減る。これに対し、基材同士が嵌合する嵌合部の長さが長くなるにつれ、剥離した金属微粒子は、円筒基材の回転方向に移動する金属微粒子の量が増え、押し込まれる基材の嵌合部の空隙を金属微粒子が徐々に埋める。また、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、嵌合部の表面の新たな凹部を金属微粒子が埋める。また、押し込まれる基材の空隙は、移動した金属微粒子で埋め尽くされる。これによって、剥離した金属微粒子は、双方の方向に移動しにくくなる。この結果、剥離した金属微粒子が、嵌合部に累積して増加する。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、剥離した金属微粒子の移動が停止し、金属微粒子同士の摩擦が急激に進む。また、円筒基材からの反発力が増え、円筒基材が押し込みにくくなる。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合が進むと、金属微粒子同士の摩擦が金属微粒子の集まり全体に広がり、増大する摩擦熱で金属微粒子の粗大化が急激に進む。金属微粒子が粗大化すると、金属粒子の集まりに僅かな空隙が形成され、空隙を埋めるように金属粒子がさらに粗大化する。また、嵌合部に空隙が残存すれば、この空隙を埋めるように金属粒子がさらに粗大化する。さらに摩擦熱が加わると、金属粒子の界面が消滅した金属皮膜となり、この金属皮膜が、嵌合部が形成する空間と表面の凹部とを埋め尽くす。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込もうとすると、嵌合部に空隙が残存していないため、円筒基材からの反発力が著しく増大する。この時点で基材同士の嵌合を終了させる。ところで、嵌合部に形成された金属皮膜は、嵌合部の表面の凹部と嵌合部の隙間を埋め尽くすため、金属皮膜は平面ではなく、嵌合部同士が形成する隙間の形状を反映した多数の凹凸を持つ。このため、金属皮膜の形状効果で、金属皮膜は嵌合部から剥離されにくい。いっぽう、円筒基材の回転方向と反対方向に移動した金属微粒子は、非嵌合部である２つの基材の表面同士の間隙と表面の凹部とを埋めるが、嵌合が終了する直前に２つの基材の表面の間隙が最も狭くなり、金属微粒子は過大な圧縮応力を受け、金属微粒子同士が摩擦熱で接合し、また、２つの基材の表面の凹部に金属微粒子が摩擦熱で接合し、２つの基材の表面は、金属微粒子の集まりを介して接合される。
以上に説明したように、圧縮荷重を加えた円筒基材を、回転させながら他の基材に押し込む嵌合を進めると、金属微粒子の集まりから金属微粒子が剥離される。いっぽう、嵌合が進むほど、剥離された金属微粒子の量が累積して増えるが、剥離された金属微粒子は嵌合部の隙間を移動しにくくなり、移動できなくなると、金属微粒子同士の摩擦が急激に進み、摩擦熱で金属微粒子の集まりが昇温され、金属粒子が粗大化した後に、金属粒子の粒界が消滅した金属からなる厚みが薄い皮膜となって、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、この金属皮膜が基材の嵌合部同士を強固に接合する。つまり、予め、嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くすのに十分な量の金属微粒子の集まりを、基材の嵌合部の双方に金属結合した金属微粒子の集まりとして形成する。このため、基材の嵌合が終了すると、金属の皮膜が嵌合部の表面の凹部と隙間とを埋め尽くす。
本接合方法は、９段落に説明した新しい接合のメカニズムで、２つの基材の少なくとも一つが円筒基材からなる基材が他の基材に接合する。すなわち、２つの基材の接合力は、従来の隙間バメないしは中間バメによる接合力に、嵌合部における金属皮膜の接合力と基材の表面同士の金属微粒子の接合力とが加わり、接合力が著しく増大し、締まりバメに準ずる接合強度が得られる。つまり、締まりバメによる接合は、基材の嵌合部の弾性変形に依るため、セラミックス、ガラス、合成樹脂などの弾性変形しにくい材料は、締まりバメができなかった。しかしながら、本発明の接合方法に依れば、セラミックス、ガラス、合成樹脂からなる基材は勿論のこと、２つの基材の材料の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材の各々に溝と軸とからなる嵌合部が形成できるため、２つの基材を締まりバメに準ずる接合強度で接合できる画期的な接合方法である。
また、本発明の接合方法は、９段落に説明した作用効果と同様の作用効果をもたらす。なお、外径が小さい円筒基材は押し込みにくいが、円筒基材の側面を冶具によって保持し、圧縮荷重を加えた円筒基材を回転させながら押し込めば、外径が５ｍｍ程度の基材でも、隙間バメはもちろんのこと、中間バメでも押し込むことができる。このため、２つの基材の材料の組み合わせや、基材の大きさや形状の組み合わせの如何に拘わらず、２つの基材を接合できる。さらに、円筒基材を回転させながら他の基材に押し込む嵌合を行うため、円筒基材を他の基材に鉛直方向に押し込む場合より、嵌合部において金属微粒子同士が接触する時間がより長くなり、これによって、金属微粒子同士の摩擦による摩擦熱がより多く発生し、嵌合部の長さがより短くても、摩擦熱によって金属粒子の粒界が消滅した金属の皮膜が、嵌合部の隙間と表面の凹部とを埋め尽くし、嵌合部が金属皮膜によって接合される。また、基材の材質や大きさや形状に拘わらず、基材の嵌合部に混合液を付着できる。さらに、原料となるアルコール、有機化合物、金属化合物はいずれも汎用的な工業用薬品であり、２つの基材を接合する処理もいずれも簡単な処理からなる。このため、本接合方法は７段落に記載した課題を解決する。
【００１２】
８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、前記２つの基材の少なくとも一つの基材が合成樹脂からなる基材であり、該２つの基材を接合する接合方法は、８段落および１０段落に記載した２つの基材を接合する接合方法において、該２つの基材を、還元雰囲気で昇温して８段落および１０段落に記載した金属化合物を熱分解することを特徴とし、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、２つの基材の一方が合成樹脂からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１３】
つまり、合成樹脂からなる基材は、他の材料からなる基材に比べて耐熱性が低い。いっぽう、８段落および１０段落に記載した２つの基材を接合する接合方法において、混合液を付着させた基材を昇温し、混合液を構成する金属化合物を熱分解させる処理において、基材が昇温される。ところで、合成樹脂が昇温され、合成樹脂の熱分解反応が開始する温度は、還元雰囲気と大気雰囲気とでは大きく異なり、還元雰囲気では合成樹脂の酸化反応が起こらず吸熱反応が起こるため、熱分解が開始する温度は、大気雰囲気に比べて、大きく高温側にシフトする。従って、混合液を付着させた合成樹脂からなる基材を還元雰囲気で昇温すると、合成樹脂の熱分解反応が発生せず、合成樹脂の性質は不可逆変化しない。
ここで、耐熱性が低く安価な合成樹脂の熱分解について説明する。合成樹脂を昇温すると、所定の温度から合成樹脂の熱分解が開始し、高分子材料である合成樹脂の分子が徐々に断ち切られ、次第に低分子量となって重量が軽減する熱分解反応が進む。従って、合成樹脂の熱分解が始まると分子構造が変わるため、合成樹脂の性質は不可逆変化する。この合成樹脂の分子構造に変化が始まる温度は、重量変化が始まる温度であり、熱重量分析（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｏｒｙ略してＴＧ）で測定される。従って、金属化合物を熱分解させても、合成樹脂の熱分解が始まらなければ、合成樹脂の性質は変わらない。これによって、合成樹脂の性質を変えることなく、合成樹脂の基材が接合できる。
ところで、合成樹脂の熱分解反応は、酸素ガスが存在する雰囲気と、還元雰囲気とでは大きく異なる。つまり、酸素ガスが存在する雰囲気での熱分解は、酸化反応による熱分解が初期に起こり、燃焼であるため発熱を伴う。この発熱現象が酸化されやすい、つまり、燃えやすい有機物質からなる合成樹脂の熱分解を促進させる。これに対し、還元雰囲気での初期の熱分解は吸熱反応による熱分解であり、酸化反応による発熱現象が生じない。このため、合成樹脂が熱分解を開始する温度は、酸素ガスが存在する雰囲気に比べて大幅に遅れて高温側にシフトする。例えば、高密度ポリエチレン樹脂の熱分解は、大気雰囲気では２５０℃で開始するが、窒素雰囲気では４００℃と１５０℃も高温側にシフトする。従って、還元雰囲気で合成樹脂の基材を昇温し、金属化合物を熱分解すれば、合成樹脂が熱分解されず、合成樹脂の性質は変わらない。
以上に説明したように、合成樹脂からなる基材は、還元雰囲気で基材を昇温し、金属化合物を熱分解させると、合成樹脂の熱分解が起こらず、合成樹脂の性質は変わらない。このため、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、２つの基材の少なくとも一つの基材が合成樹脂からなる基材である場合は、還元雰囲気で合成樹脂の基材を昇温し、金属化合物を熱分解させると、合成樹脂の性質が変わることなく、合成樹脂からなる基材が接合できる。
【００１４】
８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、前記金属化合物が、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の第一原料として用い、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１５】
つまり、無機金属化合物からなる錯体は、還元雰囲気の１８０−２２０℃の比較的低い温度で熱分解が完了して金属を析出する。また、最も汎用的なアルコールであるメタノールに、１０重量％に近い割合で分散する。このため、無機金属化合物からなる錯体とメタノールとは、８段落および１０段落に記載した混合液を製造する際の第一の原料になる。また、１３段落で説明したように、錯体が還元雰囲気で熱分解する温度では、合成樹脂の熱分解が始まらないため、合成樹脂の性質は変わらない。
すなわち、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体を、還元雰囲気で熱処理すると、配位結合部が最初に分断され、無機物と金属とに分解される。さらに昇温すると、無機物が気化熱を奪って気化し、すべての無機物の気化が完了した後に金属が析出する。つまり、錯体を構成するイオンの中で、分子の中央に位置する金属イオンが最も大きい。このため、金属イオンと配位子との距離が最も長い。従って、錯体を還元雰囲気で熱処理すると、金属イオンが配位子と結合する配位結合部が最初に分断され、金属と無機物とに分解する。さらに温度が上がると、無機物が気化熱を奪って気化し、気化が完了した後に、金属が析出する。この際、無機物が低分子量であるため、無機物の分子量に応じた１８０−２２０℃の低い温度で無機物の気化が完了する。このような錯体として、アンモニアＮＨ３が配位子となって金属イオンに配位結合するアンミン金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、塩素イオンＣｌ−が、ないしは塩素イオンＣｌ−とアンモニアＮＨ３とが配位子となって金属イオンに配位結合するクロロ金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、シアノ基ＣＮ−が配位子イオンとなって金属イオンに配位結合するシアノ金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、臭素イオンＢｒ−が配位子イオンとなって金属イオンに配位結合するブロモ金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体、沃素イオンＩ−が配位子イオンとなって金属イオンに配位結合するヨード金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる錯体などがある。このような分子量が小さい無機金属化合物からなる錯体は、合成が容易で最も安価な金属錯イオンを有する金属錯体である。
また、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか１種類の有機化合物に、メタ―ノールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度がメタ―ノールの粘度より高い第二の性質と、沸点が無機金属化合物からなる錯体の熱分解温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物が存在する。このような有機化合物は、いずれも汎用的な工業用薬品である。このような有機化合物は、混合液を製造する際の安価な第一の原料になる。
従って、無機金属化合物からなる錯体のメタノール分散液に、前記した有機化合物のいずれか一種類を混合すると、錯体と有機化合物とが分子状態で均一に混ざり合った混合液が大量に製造される。このため、安価な工業用薬品である無機金属化合物からなる錯体と、最も汎用的なアルコールであるメタノールと、汎用的な工業用薬品である有機化合物とを原料として用いると、７段落に記載した混合液が安価な費用で大量に製造される。このため、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、８段落および１０段落に記載した混合液が安価に製造できる。
【００１６】
８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法は、前記金属化合物がオクチル酸金属化合物であり、前記アルコールがメタノールであり、前記有機化合物が、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか1種類の有機化合物に属する有機化合物であり、これら３種類の物質を、前記混合液を作成する際の第二の原料として用い、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法に従って２つの基材を接合する、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法である。
【００１７】
つまり、オクチル酸金属化合物は、還元雰囲気の３４０℃で熱分解が完了し金属を析出する。また、最も汎用的なアルコールであるメタノールに対し、１０重量％に近い濃度で分散する。このため、オクチル酸金属化合物は、８段落に記載した混合液を製造する際の原料になる。なお、１３段落で説明したように、多くの合成樹脂が窒素雰囲気の３４０℃では熱分解せず、窒素雰囲気で熱処理すると、合成樹脂の性質は変わらない。いっぽう、オクチル酸金属化合物は、大気雰囲気の２９０℃で熱分解が完了し金属を析出する。このため、大気雰囲気の２９０℃で合成樹脂が熱分解しなければ、こうした合成樹脂からなる基材を用いることができる。
すなわち、オクチル酸Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯＨのカルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンに共有結合するオクチル酸金属化合物は、金属イオンが最も大きいイオンであるため、カルボキシル基を構成する酸素イオンと金属イオンとの距離が、他のイオン同士の距離より長い。こうした分子構造上の特徴を持つオクチル酸金属化合物を還元雰囲気で熱処理すると、オクチル酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンと金属イオンとの結合部が最初に分断され、オクチル酸と金属とに分離する。さらに、オクチル酸が気化熱を奪って気化し、気化が完了すると金属が析出する。このようなオクチル酸金属化合物として、ニッケルを析出するオクチル酸ニッケルＮｉ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）２、銅を析出するオクチル酸銅Ｃｕ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）２、アルミニウムを析出するオクチル酸アルミニウムＡｌ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）３など、オクチル酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンと共有結合した様々なオクチル酸金属化合物が存在する。
さらに、オクチル酸金属化合物は、容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、最も汎用的な有機酸であるオクチル酸を、強アルカリと反応させるとオクチル酸アルカリ金属化合物が生成され、オクチル酸アルカリ金属化合物を無機金属化合物と反応させると、様々な金属との化合物であるオクチル酸金属化合物が合成される。従って、有機金属化合物の中で最も安価な有機金属化合物である。このため、１２段落で説明した無機金属化合物からなる錯体より熱分解温度が高いが、錯体より安価な金属化合物である。
また、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか1種類の有機化合物に、メタノールに溶解ないしは混和する第一の性質と、粘度がメタ―ノールの粘度より高い第二の性質と、沸点がオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物が存在する。このような有機化合物は、汎用的な工業用薬品である。このような有機化合物は、混合液を製造する際の安価な第二の原料になる。
従って、オクチル酸金属化合物のメタノール分散液に、有機化合物のいずれか一種類を混合すると、オクチル酸金属化合物と有機化合物とが分子状態で均一に混ざり合った混合液が大量に製造される。これによって、安価な工業用薬品であるオクチル酸金属化合物と、最も汎用的なアルコールであるメタノールと、汎用的な工業用薬品である有機化合物とを原料として用いると、８段落および１０段落に記載した混合液が安価な費用で大量に製造される。このため、８段落および１０段落に記載した異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法において、８段落および１０段落に記載した混合液が安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】銅の板材とフェノール樹脂の板材との嵌合部における接合状態を断面の一部によって模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施形態１
本実施形態は、相対的に低い温度で金属化合物が熱分解して金属を析出する金属化合物の実施形態であり、このような金属化合物として、無機物の分子ないしはイオンからなる配位子が、金属イオンに配位結合した金属錯イオンを有する無機金属化合物からなる金属錯体が適切であることを説明する。すなわち、金属錯体は無機物の分子量が小さいため、還元雰囲気での熱処理温度が相対的に低い温度で熱分解する。従って、１５段落で説明したように合成樹脂の熱分解が開始されず、合成樹脂の性質は変わらない。ここでは、金属を銅とし、銅化合物について説明する。
最初に、アルコールに分散する銅化合物を説明する。硫酸銅と塩化銅は水に溶け、銅イオンが溶解し、多くの銅イオンが銅の析出に参加できない。また、水酸化銅と酸化銅はアルコールに分散しない。このため、こうした分子量が低い無機銅化合物は、銅を析出する原料として適切でない。
次に、熱分解で銅を析出する銅化合物を説明する。銅化合物から銅が生成される化学反応の中で、最も簡単な処理による化学反応に熱分解反応がある。つまり、銅化合物を昇温するだけで、銅化合物が熱分解して銅が析出する。さらに、銅化合物の熱分解温度が低ければ、耐熱性が低い合成樹脂を金属微粒子の集まりで接合できる。無機物からなる分子ないしはイオンが配位子となって、分子構造の中央に位置する銅イオンに配位結合した銅錯イオンを有する銅錯体は、無機物の分子量が小さければ、還元雰囲気で熱分解する温度は、分子量がより大きい有機物が配位子を形成する有機銅錯体が大気雰囲気で熱分解する温度より低い。このため、このような無機銅錯体は、有機銅錯体より相対的に高価な物質ではあるが、より低い温度で銅を析出するため、廉価な合成樹脂を銅微粒子の集まりで覆うことができる。なお、安価な有機銅錯体として、カルボン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが、金属イオンに配位結合したカルボン酸金属化合物がある。
すなわち、無機銅錯体を構成する分子の中で銅イオンが最も大きい。ちなみに、銅原子の単結合の共有結合半径は１１２ｐｍであり、一方、窒素原子の三重結合の共有結合半径の５４ｐｍであり、酸素原子の三重結合の共有結合半径は５３ｐｍである。このため、無機銅錯体の分子構造においては、配位子が銅イオンに配位結合する配位結合部の距離が最も長い。従って、還元雰囲気の熱処理で、最初に配位結合部が分断され、銅と無機物とに分解し、無機物の気化が完了した後に銅が析出する。
このような無機銅錯体の中で、アンモニアＮＨ３が配位子となって銅イオンに配位結合するアンミン錯体は、他の無機銅錯体に比べて相対的に合成が容易であるため、相対的に安価な費用で製造できる。こうした無機銅錯体は、アンモニアガスや水素ガスなどの還元性雰囲気で熱処理すると、配位子の分子量が小さいため、２００℃より低い温度で配位結合部位が最初に分断され、この後、２００℃前後の温度で無機物が気化し、銅が析出する。さらに、メタノールに１０重量％近くまで分散する。このような銅錯イオンとして、例えば、テトラアンミン銅イオン［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋があり、無機銅錯体として、例えば、テトラアンミン銅硝酸塩［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２がある。
【００２０】
実施形態２
本実施形態は、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二にアルコールより粘度が高く、第三に金属錯体とオクチル酸金属化合物との少なくともどちらか一方の熱分解温度より沸点が低い、これら３つの性質を兼備する液体の有機化合物である。
つまり、有機化合物の沸点が、金属錯体が熱分解する２００℃前後より低ければ、有機化合物は金属錯体のアルコール分散液と共に混合液を構成する。有機化合物の沸点が、オクチル酸金属化合物が熱分解する３４０℃より低ければ、オクチル酸金属化合物のアルコール分散液と共に混合液を構成する。従って、有機化合物はこれら混合液の粘度を調整する調整剤になる。こうした３つの性質を持つ有機化合物は、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類、ないしはスチレンモノマーからなるいずれか1種類の有機化合物に存在する。
【００２１】
カルボン酸ビニルエステル類は、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピパリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、クロトン酸ビニル、安息香酸ビニルなど様々なカルボン酸ビニルがある。
例えば、酢酸ビニルは化学式がＣＨ３ＣＯＯ−ＣＨ＝ＣＨ２で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、沸点がメタノールの沸点より高い７２．７℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液に酢酸ビニルを添加して撹拌すると、添加した酢酸ビニルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、酢酸ビニルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、酢酸ビニルは、酢酸とビニルアルコールとを反応させたエステルで、ポリ酢酸ビニルの合成に用いる原料で、安価な有機化合物である。なお、溶剤として用いる酢酸ビニルは、酢酸ビニルの重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルを昇温しても重合反応は起こらない。
また、モノクロロ酢酸ビニルは化学式がＣｌ−ＣＨ２ＣＯＯ−ＣＨ＝ＣＨ２で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１３６℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にモノクロロ酢酸ビニルを添加して撹拌すると、添加したモノクロロ酢酸ビニルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、モノクロロ酢酸ビニルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、モノクロロ酢酸ビニルは、アクリルゴムの架橋サイトとして用いられている安価な有機化合物である。また、溶剤として用いるモノクロロ酢酸ビニルも、重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルと同様に、昇温しても重合反応は起こらない。
【００２２】
アクリル酸エステル類は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２エチルヘキシルなどの様々なアクリル酸エステルがある。
例えば、アクリル酸メチルは化学式がＣＨ２＝ＣＨ−ＣＯＯＣＨ３で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い８０℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にアクリル酸メチルを添加して撹拌すると、添加したアクリル酸メチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、アクリル酸メチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、アクリル酸メチルはアクリル樹脂の原料であって、安価な有機化合物である。また、溶剤として用いるアクリル酸メチルも、重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルと同様に、昇温しても重合反応は起こらない。
また、アクリル酸ブチルは化学式がＣＨ２＝ＣＨ−ＣＯＯＣ４Ｈ９で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１４８℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にアクリル酸ブチルを添加して撹拌すると、添加したアクリル酸ブチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、アクリル酸ブチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、アクリル酸ブチルは、アクリル酸とメタノールを反応させたエステルで、繊維処理剤、粘接着剤、塗料、合成樹脂、アクリルゴム、エマルションの原料として使用されている安価な有機化合物である。
【００２３】
メタクリル酸エステル類は、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸アルキル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなど様々なメタクリル酸エステルがある。
例えば、メタクリル酸エチルは、化学式がＨ２Ｃ＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＣ２Ｈ５で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１１７℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にメタクリル酸エチルを添加して撹拌すると、添加したメタクリル酸エチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、メタクリル酸エチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なおメタクリル酸エチルは、顔料、塗料、接着剤、繊維処理剤、成形材料、歯科用材料の原料として用いられている安価な有機化合物である。
さらに、メタクリル酸ｎブチルは、化学式がＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯ（ＣＨ２）３ＣＨ３で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、沸点がメタノールより高い１６３．５℃で、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にメタクリル酸ｎブチルを添加して撹拌すると、添加したメタクリル酸ｎ−ブチルの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、メタクリル酸ｎブチルは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、メタクリル酸ｎ−ブチルは、塗料、分散剤、繊維処理剤の原料として用いられている安価な有機化合物である。
【００２４】
スチレンモノマーは化学式がＣ６Ｈ５ＣＨ＝ＣＨ２で示され、メタノールと混和し、メタノールより高い粘性を持ち、さらに、沸点がメタノールの沸点より高い１４５℃の液状モノマーで、１５段落で説明した金属錯体、１７段落で説明したオクチル酸金属化合物の熱分解温度より低い。従って、金属錯体ないしはオクチル酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にスチレンモノマーを添加して撹拌すると、添加したスチレンモノマーの量に応じて分散液の粘度が増大する。このため、スチレンモノマーは前記した３つの性質を兼備する有機化合物である。なお、スチレンモノマーは、ポリスチレンを始めとして、発泡ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、不飽和ポリエステルなどの合成樹脂材料の原料となる安価な有機化合物である。また、溶剤として用いるスチレンモノマーも、重合反応を起こさせない禁止剤ないしは防止剤が添加されているため、酢酸ビニルと同様に、昇温しても重合反応は起こらない。
【００２５】
グリコール類にエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールがある。
エチレングリコールは、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの３６倍と高く、沸点が１９７℃の液状モノマーである。ジエチレングリコールは、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの６１倍と高く、沸点が２４４℃の液状モノマーである。プロピレングリコールは、メタノールと混和し、粘度がメタノールの８２倍と高く、沸点が１８８℃の液状モノマーである。ジプロピレングリコールは、メタノールと混和し、粘度がメタノールの１２７倍と高く、沸点が２３２℃の液状モノマーである。トリプロピレングリコールは、メタノールと混和し、粘度がメタノールの９７倍と高く、沸点が２６５℃の液状モノマーである。
【００２６】
グリコールエーテル類は、エチレングリコール系エーテルと、プロピレングリコール系エーテルと、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールの末端の水素をアルキル基で置換したジアルキルグリコールエーテルがある。
エチレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、銅錯体の熱分解温度より沸点が低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの３倍で沸点が１２５℃のメチルグリコール、粘度がメタノールの５倍で沸点が１４２℃のイソプロピルグリコール、粘度がメタノールの６倍で沸点が１７１℃のブチルグリコール、粘度がメタノールの５倍で沸点が１６１℃のイソブチルグリコール、粘度がメタノールの４倍で沸点が１５９℃のアリルグリコール、粘度がメタノールの７倍で沸点が１９４℃のメチルジグリコール、粘度がメタノールの９倍で沸点が２０８℃のヘキシルグリコールが存在する。
エチレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、沸点が３４０℃より低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの１３倍で沸点が２４９℃のメチルトリグリコール、粘度がメタノールの８倍で沸点が２０７℃のイソプロピルジグリコール、粘度がメタノールの１１倍で沸点が２３１℃のブチルジグリコール、粘度がメタノールの１４倍で沸点が２７１℃のブチルトリグリコール、粘度がメタノールの９倍で沸点が２２０℃のイソブチルジグリコール、粘度がメタノールの１５倍で沸点が２５９℃ヘキシルジグリコール、粘度がメタノールの１３倍で沸点が２２９℃の２−エチルヘキシルグリコール、粘度がメタノールの１８倍で沸点が２７２℃の２−エチルヘキシルジグリコール、粘度がメタノールの５２倍で沸点が２４５℃のフェニルグリコール、粘度がメタノールの２０倍で沸点が２５６℃のベンジルグリコール、粘度がメタノールの３３倍で沸点が３０２℃のベンジルジグリコールが存在する。
次に、プロピレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、銅錯体の熱分解温度より沸点が低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの３倍で沸点が１２１℃のメチルプロピレングリコール、粘度がメタノールの２倍で沸点が１４６℃のメチルプロピレングリコールアセテート、粘度がメタノールの５倍で沸点が１５０℃のプロピルプロピレングリコール、粘度がメタノールの６倍で沸点が１７０℃のブチルプロピレンジグリコール、粘度がメタノールの７倍で沸点が１８７℃のメチルプロピレンジグリコールが存在する。
プロピレングリコール系エーテルの中で、メタノールに溶解し、沸点が３４０℃より低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの１８倍で沸点が２１２℃のプロピルプロピレンジグリコール、粘度がメタノールの１３倍で沸点が２３１℃のブチルプロピレンジグリコール、粘度がメタノールの３９倍で沸点が２４３℃のフェニルプロピレングリコール、粘度がメタノールの１４倍で沸点が２７４℃のブチルプロピレントリグリコールが存在する。
最後に、ジアルキルグリコールエーテルの中で、メタノールに溶解し、銅錯体の熱分解温度より沸点が低い液体のグリコールエーテル類に、粘度がメタノールの２倍で沸点が８５℃のジメチルグリコール、粘度がメタノールの３倍で沸点が１６２℃のジメチルジグリコール、粘度がメタノールの２倍で沸点が１７１℃のジメチルポロピレンジグリコール、粘度がメタノールの２１倍で沸点が１７６℃のメチルエチルジグリコール、粘度がメタノールの２倍で沸点が１８９℃のジエチルジグリコールが存在する。
以上に説明したように、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、グリコール類、グリコールエーテル類の中に１７段落に説明した３つの性質を兼備する有機化合物が多く存在する。また、スチレンモノマーは、３つの性質を兼備する有機化合物である。
【００２７】
実施例１
本実施例は、銅の板材とフェノール樹脂の板材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、銅の板材にフェノール樹脂の板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、銅の板材の嵌合部は、Ｈ６の寸法公差で加工し、フェノール樹脂の嵌合部は、ｈ６の寸法公差で加工する。銅の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍの溝を嵌合部として加工した。フェノール樹脂の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が４ｍｍで、長さが４ｍｍからなる突起を嵌合部として加工した。また、テトラアンミン銅硝酸塩［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２（例えば、三津和化学薬品株式会社の製品）を銅微粒子の原料に用いた。さらに、イソプロピルグリコール（化学名はエチレングリコールイソプロピルエーテル）（ＣＨ３）２ＣＨＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）−Ｈ（例えば、日本乳化剤株式会社の製品）を有機化合物に用いた。
最初に、テトラアンミン銅硝酸塩を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを３０重量％の割合で混合した。さらに、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、銅の嵌合部に混合液を塗布した。この後、フェノール樹脂の板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、銅の嵌合部にフェノール樹脂の嵌合部を、フェノール樹脂からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その切断面の観察と分析を電子顕微鏡によって行なった。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は、１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を持つ。最初に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行った。厚みが不均一の皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。次に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって材質の違いを観察した。濃淡が認められなかったので、同一の物質から形成されている。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、微粒子を構成する元素を分析した。銅原子のみが存在した。
嵌合部における接合状態を、嵌合部の断面の一部によって図１に模式的に示す。１は銅の板材で、２はフェノール樹脂の板材で、３は嵌合部の間隙を埋める銅の皮膜である。
また、電子顕微鏡による嵌合部の表面の観察結果では、銅の板材とフェノール樹脂の板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、銅の板材とフェノール樹脂の板材とが銅微粒子の集まりを介して接合され。この結果、一定の接合強度を持って銅の板材とフェノール樹脂の板材とが接合された。
【００２８】
実施例２
本実施例は、フロート強化ガラスの板材と銅の板材とを、隙間バメの転合公差で双方の嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、ガラスの板材に銅の板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、フロート強化ガラスは、厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍからなる溝を持つ板ガラスとして、溶融した原料を型に流し込んで成形し、この後、溝部を超音波スピンドルによってＨ６の公差で加工した。いっぽう、銅の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が４ｍｍで、深さが４ｍｍからなる突起をｆ６の寸法公差で加工した。なお混合液は、テトラアンミン銅硝酸塩を、メタノールに１０重量％の割合で分散させ、この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、銅の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、ガラスの嵌合部に銅の嵌合部を、銅の板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は２−２．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１．５μｍに近い厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、銅の板材とガラスの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、ガラスの板材と銅の板材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合された。
【００２９】
実施例３
本実施例は、実施例２で用いたフロート強化ガラスの板材に、実施例1で用いたフェノール樹脂の板材を、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、フロート強化ガラスの板材にフェノール樹脂の板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、実施例1と同様の寸法の突起をフェノール樹脂の板材に形成し、実施例２と同様の寸法の溝をフロート強化ガラスの板材に形成した。また、実施例１の混合液を用いた。
次に、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材とフェノール樹脂の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、ガラスの嵌合部に銅の嵌合部を、銅の板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、銅の板材と石英ガラスの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を接合し、また、嵌合部の表面で、ガラスの板材とフェノール樹脂の板材とが銅微粒子の集まりを介して接合されたため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合されたと考えられる。
【００３０】
実施例４
本実施例は、アルミナの板材とアルミニウムの板材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、アルミナの板材にアルミニウムの板材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、アルミナは、厚みが５ｍｍであり、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍからなる溝を持つ形状としてグリーンシートを製作し、グリーンシートを焼結した後に、溝を超音波スピンドルによってＨ６の公差で加工した。いっぽう、アルミニウムの板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が４ｍｍで、長さが４ｍｍからなる突起をｈ６の寸法公差で加工した。また、実施例１の混合液を用いた。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、アルミナの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、アルミナの嵌合部にアルミニウムの嵌合部を、アルミニウムの板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、アルミニウムの板材とアルミナの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、アルミニウムの板材とアルミナの板材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合された。
【００３１】
実施例５
本実施例は、鉄の板材とアルミニウムの板材とを、中間バメの転合公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に鉄微粒子の集まりを析出させ、鉄の板材にアルミニウムの板材を押し込み、鉄の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、鉄の板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５０ｍｍで、縦幅が３ｍｍで、深さが４．５ｍｍの溝を、Ｈ６の寸法公差で加工した。また、アルミニウムの板材は厚みが５ｍｍで、横幅が５ｃｍで、縦幅が４ｍｍで、長さが４ｍｍからなる突起を、ｈ６の寸法公差で加工した。なお、鉄微粒子の原料は、オクチル酸鉄Ｆｅ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）３（ＣＡＳ番号７３２１−５３−１の輸入品）を用いた。また、有機化合物として、実施例１のイソプロピルグリコールを用いた。
最初に、オクチル酸鉄を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、鉄の嵌合部に混合液を塗布した。この後、鉄の板材とアルミニウムの板材とを、大気雰囲気の２９０℃で１分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、鉄の嵌合部にアルミニウムの嵌合部を、アルミニウムの板材からの反発力が急激に増えるまで押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の鉄からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ近い厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、嵌合部の表面で、鉄の板材とアルミナの板材とが近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、鉄微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、鉄粒子の粒界が消滅し、連続した鉄の皮膜が嵌合部に形成され、鉄の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、鉄の板材とアルミニウムの板材とが鉄微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持って鉄の板材とアルミニウムの板材とが接合されたと考えられる。
【００３２】
実施例６
本実施例は、銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、銅の板材にフェノール樹脂の円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなる銅の板材に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を、Ｈ６の寸法公差で加工した。いっぽう、外径が５０ｍｍで内径が４０ｍｍで長さが１０ｃｍからなるフェノール樹脂の円筒基材の先端部に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、長さが３．８ｍｍからなる円筒形状の突起を、ｈ６の寸法公差で加工した。また、テトラアンミン銅硝酸塩［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＮＯ３）２（例えば、三津和化学薬品株式会社の製品）を銅微粒子の原料に用い、有機化合物としてイソプロピルグリコール（化学名はエチレングリコールイソプロピルエーテル）（ＣＨ３）２ＣＨＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）−Ｈ（例えば、日本乳化剤株式会社の製品）を用いた。
最初に、テトラアンミン銅硝酸塩を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、銅の嵌合部に混合液を塗布した。この後、フェノール樹脂の板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは沸点が異なるため、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、フェノール樹脂の円筒基材に３ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、フェノール樹脂の円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、フェノール樹脂の円筒基材を銅の板材に押し込んだ。この後、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた（引張接着強さ試験ＪＩＳ  Ｋ６８４９に基づく）。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その切断面の観察と分析を電子顕微鏡によって行なった。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は、１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を持つ。最初に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行った。厚みが不均一の皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。
次に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって材質の違いを観察した。濃淡が認められなかったので、同一の物質から形成されている。さらに、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、微粒子を構成する元素を分析した。銅原子のみが存在した。
また、銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合され。この結果、一定の接合強度を持って銅の板材とフェノール樹脂の円筒基材とが接合された。
【００３３】
実施例７
本実施例は、フロート強化ガラスの板材と銅の円筒基材とを、隙間バメの押し込み公差で双方の嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、ガラスの板材に銅の円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなるフロート強化ガラスに、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を、超音波スピンドルによってＨ６の公差として加工した。いっぽう、外径が５０ｍｍで内径が４０ｍｍで長さが１０ｃｍからなる銅の円筒基材の先端部に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、長さが３．８ｍｍからなる円筒形状の突起を、ｆ６の寸法公差で加工した。また、実施例１の混合液を用いた。さらに、銅の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材と銅の板材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。熱処理時に気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、銅の円筒基材に２ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、銅の円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、銅の円筒基材をガラスの板材に押し込んだ。この後、実施例１と同様に、インストロン社の引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた。引張強度は２−２．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の嵌合部の中央を横に切断し、その断面を電子顕微鏡で観察した。実施例1と同様に、厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１．５μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、ガラスの板材と銅の円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、フロート強化ガラスの板材と銅の円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合された。
【００３４】
実施例８
本実施例は、実施例２で製作したフロート強化ガラスの板材に、実施例６で製作したフェノール樹脂の円筒基材を、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、フロート強化ガラスの板材にフェノール樹脂の円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、実施例６と同じ寸法のフェノール樹脂の円筒基材に、同じ寸法の突起を形成し、実施例２と同じ寸法のフロート強化ガラスの板材に、同じ寸法の溝を形成した。また、実施例１の混合液を用いた。
次に、フェノール樹脂の嵌合部を混合液に浸漬した。また、ガラスの嵌合部に混合液を塗布した。この後、ガラスの板材とフェノール樹脂の円筒基材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、フェノール樹脂の円筒基材に３ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、フェノール樹脂の円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、フェノール樹脂の円筒基材を、ガラスの嵌合部に押し込んだ。この後、実施例1と同様に、インストロン社の引張試験機で、接合面の引張強度を調べた。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、ガラスの板材とフェノール樹脂の円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を接合し、また、嵌合部の表面で、ガラスの板材とフェノール樹脂の円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合されたため、一定の接合強度を持ってガラスの板材と銅の板材とが接合されたと考えられる。
【００３５】
実施例９
本実施例は、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とを、隙間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に銅微粒子の集まりを析出させ、アルミナの板材にアルミニウムの円筒基材を嵌合させ、銅の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなる板材に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を持つ、アルミナのグリーンシートを製作し、グリーンシートを焼結した後に、溝を超音波スピンドルによってＨ６の公差で加工した。いっぽう、外径が５０ｍｍで内径が４０ｍｍで長さが１０ｃｍからなるアルミニウムの円筒基材の先端に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、長さが３．８ｍｍからなる円筒形状の突起を、ｆ６の寸法公差で加工した。また、実施例１の混合液を用いた。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、アルミナの嵌合部に混合液を塗布した。この後、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とを、水素雰囲気の２００℃で２分間熱処理した。メタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、アルミニウムの円筒基材に２ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、アルミニウムの円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、アルミナの嵌合部に押し込んだ。この後、実施例１と同様に、引張試験機によって、接合面の引張強度を調べた。引張強度は２．５−３ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。厚みが不均一の銅からなる皮膜状の物質が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１．５μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材との４０−６０ｎｍからなる銅微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、嵌合部の表面同士が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、銅微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、銅粒子の粒界が消滅し、連続した銅の皮膜が嵌合部に形成され、銅の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、嵌合部の表面で、アルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とが銅微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持ってアルミナの板材とアルミニウムの円筒基材とが接合された。
【００３６】
実施例１０
本実施例は、鉄の板材と実施例９で製作したアルミニウムの円筒基材とを、中間バメの押し込み公差で嵌合部を加工し、この後、双方の嵌合部に鉄微粒子の集まりを析出させ、鉄の板材にアルミニウムの円筒基材を押し込み、鉄の皮膜で嵌合部同士を接合する。このため、厚みが５ｍｍからなる鉄板に、外径が４６ｍｍで、内径が４０ｍｍで、深さが４ｍｍの円筒形状の溝を、Ｈ６の寸法公差で加工した。また、実施例９と同じ寸法のアルミニウムの円筒基材に、同じ寸法の突起をｈ６の寸法公差で加工した。なお、鉄微粒子の原料は、オクチル酸鉄Ｆｅ（Ｃ７Ｈ１５ＣＯＯ）３（ＣＡＳ番号７３２１−５３−１の輸入品）を用いた。また、有機化合物として、実施例１のイソプロピルグリコールを用いた。
最初に、オクチル酸鉄を、メタノールに１０重量％の割合で分散させる。この分散液に、イソプロピルグリコールを５０重量％の割合で混合した。さらに、アルミニウムの嵌合部を混合液に浸漬した。また、鉄の嵌合部に混合液を塗布した。この後、鉄の板材とアルミニウムの板材とを、大気雰囲気の２９０℃で１分間熱処理した。気化したメタノールとイソプロピルグリコールとは、個別に回収機で回収した。この試料を５個製作した。
次に、アルミニウムの円筒基材に３ｋｇ重の圧縮荷重を加えた状態で、６０ｒｐｍの速度で回転させ、アルミニウムの円筒基材が押し込まれる速度が急激に低下するまで、鉄板にアルミニウムの円筒基材を押し込んだ。この後、実施例１と同様に、インストロン社の引張試験機で、接合面の引張強度を調べた。引張強度は３−３．５ｋｇｆ／ｍｍ２の値を持った。
さらに、実施例１と同様に、試料の断面を電子顕微鏡で観察した。実施例１−４の銅の皮膜が鉄の皮膜に変わり、この鉄の皮膜が、嵌合部表面の凹部にも食い込んで嵌合部が１μｍ前後の厚みで埋め尽くされていた。嵌合部における接合状態は、実施例１の図１に類似しているため図示しない。また、鉄の板材とアルミニウムの円筒基材との嵌合部の表面同士が近接する部位は、４０−６０ｎｍからなる鉄微粒子の集まりが、３０層前後で積層し、両者が近接する部位を埋めていた。
以上の分析結果から、鉄微粒子が摩擦熱によって成長して粗大化が進み、鉄粒子の粒界が消滅し、連続した鉄の皮膜が嵌合部に形成され、鉄の皮膜は嵌合部表面の凹部と嵌合部とを埋め尽くして、嵌合部同士を強固に接合した。また、鉄の板材とアルミニウムの円筒基材との嵌合部の表面同士が、鉄微粒子の集まりを介して接合された。このため、一定の接合強度を持って鉄の板材とアルミニウムの円筒基材とが接合されたと考えられる。
【００３７】
１０の実施例で、異なる材料からなる２つの基材を接合する接合方法を具体的に説明したが、本発明の接合方法に依る接合事例は、１０の実施例に限らない。つまり、隙間バメないしは中間バメで２つの基材を接合するため、２つの基材の材料の組み合わせと、２つの基材の大きさや形状の組み合わせに拘わらず、２つの基材に嵌合のための溝と軸とが形成できるため、本発明の接合方法に依る接合事例は、１０の実施例に限らない。また、隙間バメないしは中間バメで２つの基材を嵌合する際に、嵌合部に隙間が形成され、相対的に強度が低い基材は嵌合時に破壊しない。また、２つの基材を嵌合する際に、金属微粒子の集まりが嵌合部に存在するため、金属微粒子が直接嵌合時の応力を受ける。このため、基材の嵌合部同士が直接接触せず、相対的に強度が低い基材は、過大な応力を受けることがなく破壊しない。また、隙間バメないしは中間バメの寸法公差に応じて、予め２つの基材の嵌合部に析出させる金属微粒子の量を変えるため、２つの基材の嵌合状態の如何にかかわらず、連続した金属皮膜が嵌合部に形成され、金属皮膜は嵌合部の間隙と表面の凹部とを埋め尽くし、２つの基材を締まりバメに準ずる接合強度で接合する。いっぽう、厚みが薄い板材ないしは外径が小さい円筒基材は押し込みにくいが、基材の側面を冶具によって保持すれば、厚みが１ｍｍ程度の板材であっても、また、外径が５ｍｍ程度の円筒基材であっても、隙間バメはもちろんのこと中間バメで、他の基材に押し込むことができる。この結果、１０の実施例に限らず、異なる材料からなる２つの基材を強固に接合できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  銅の板材    ２  フェノール樹脂の板材    ３  銅の皮膜