(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料からなり、同一平面上にない複数の接合領域を有する第１および第２被接合部材を接合するための接合方法であって、
前記第１および第２被接合部材の前記接合領域を当接させ、前記第１および第２被接合部材を相対的に摺動させつつ、電流を、前記第１被接合部材から前記第２被接合部材へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２被接合部材を接合する接合工程を有しており、
前記接合工程においては、前記接合領域が均一に接合するように、前記接合領域毎に当接させる優先順位が設定されており、
前記摺動は、一方向の振動によって発生され、
前記第１および第２被接合部材の前記接合領域は、前記一方向の振動を許容する形状を有し、
前記第１被接合部材は、前記接合領域に含まれる凸状部位を有し、
前記第２被接合部材は、前記凸状部位に対応し、かつ前記接合領域に含まれる凹状部位を有し、
前記接合工程においては、前記第１被接合部材の前記凸状部位と、前記第２被接合部材の前記凹状部位とが接合される
ことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
導電材料からなり、同一平面上にない複数の接合領域を有する第１および第２被接合部材を接合するための接合方法であって、
前記第１および第２被接合部材の前記接合領域を当接させ、前記第１および第２被接合部材を相対的に摺動させつつ、電流を、前記第１被接合部材から前記第２被接合部材へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２被接合部材を接合する接合工程を有しており、
前記接合工程においては、前記接合領域が均一に接合するように、前記接合領域毎に当接させる優先順位が設定されており、
前記摺動は、一方向の振動によって発生され、
前記第１および第２被接合部材の前記接合領域は、前記一方向の振動を許容する形状を有し、
前記第１被接合部材は、第１の段差面である基部面と、第２の段差面である先端面と、前記基部面と前記先端面とを連結する壁部と、を有する段状部位を備えており、前記第１被接合部材の前記接合領域は、前記基部面の一部および前記先端面を含んでおり、
前記第２被接合部材は、第１の段差面である基部面と、第２の段差面である先端面と、前記基部面と前記先端面とを連結する壁部と、を有する段状部位を備えており、前記第２被接合部材の前記接合領域は、前記基部面の一部および前記先端面を含んでおり、
前記接合工程においては、前記第１被接合部材の前記基部面の一部と前記第２被接合部材の前記先端面とが接合され、また、前記第１被接合部材の前記先端面と前記第２被接合部材の前記第１基部面の一部とが接合される
ことを特徴とする接合方法。
【請求項３】
前記第１被接合部材の前記凸状部位は、前記振動の方向に関して断面がテーパ状であり、１対の傾斜面と、前記傾斜面を連結する角部と、を有し、
前記第２被接合部材の前記凹状部位は、前記振動の方向に関して断面がテーパ状の窪みからなり、前記傾斜面および前記角部に対応する１対の傾斜面および角部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
前記凸状部位あるいは前記凹状部位の少なくとも一方における前記角部に、膨出部位が形成されており、
前記接合工程において、前記凸状部位の前記角部と前記凹状部位の前記角部との当接は、前記凸状部位の前記傾斜面と前記凹状部位の前記傾斜面との当接より、前である
ことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記凸状部位のテーパ角は、前記凹状部位のテーパ角より小さく、
前記接合工程において、前記凸状部位の前記角部と前記凹状部位の前記角部との当接は、前記凸状部位の前記傾斜面と前記凹状部位の前記傾斜面との当接より、前である
ことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項６】
前記第１および第２被接合部材の間には、前記第１および第２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配置されており、
前記中間部材は、前記第１被接合部材の前記凸状部位の前記傾斜面および前記角部に対応する１対の傾斜面および角部を有し、
前記中間部材の前記角部における肉厚は、前記中間部材の前記傾斜面における肉厚より大きく、
前記接合工程において、前記中間部材の前記角部を介する前記凸状部位の前記角部と前記凹状部位の前記角部と当接は、前記中間部材の前記傾斜面を介する前記凸状部位の前記傾斜面と前記凹状部位の前記傾斜面との当接より、前である
ことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１被接合部材は、押圧手段により前記第２被接合部材に対して押圧され、
前記凸状部位の前記角部は、前記第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置している
ことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項８】
前記第１および第２被接合部材の間には、前記第１および第２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配置されており、
前記中間部材は、前記凸状部位の前記傾斜面および前記角部に対応する１対の傾斜面および角部を有し、前記第２被接合部材に対して重力方向に関し上方に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項９】
前記第１被接合部材は、押圧手段により前記第２被接合部材に対して押圧され、
前記第１被接合部材の前記先端面が、前記第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置している場合、前記接合工程において、前記押圧面から離間している前記第１被接合部材の前記基部面の一部と前記第２被接合部材の前記先端面との当接は、前記第１被接合部材の前記先端面と前記第２被接合部材の前記基部面の一部との当接より、前であり、
前記第１被接合部材の前記基部面の一部が、前記第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置している場合、前記接合工程において、前記押圧面から離間している前記第１被接合部材の前記先端面と前記第２被接合部材の前記基部面の一部との当接は、前記第１被接合部材の前記基部面の一部と前記第２被接合部材の前記先端面との当接より、前である
ことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第１被接合部材は、押圧手段により前記第２被接合部材に対して押圧され、
前記第１被接合部材の前記壁部の剛性と、前記第２被接合部の前記壁部の剛性とは異なっており、
前記第１被接合部材の前記壁部の剛性が、前記第２被接合部の前記壁部の剛性より小さい場合、前記第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に、前記第１被接合部材の前記先端面が配置され、
前記第１被接合部材の前記壁部の剛性が、前記第２被接合部の前記壁部の剛性より大きい場合、前記第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に、前記第１被接合部材の前記基部面の一部が配置される
ことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材料の接合方法に関する。
【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、被接合部材間の接合領域における高面圧部に集中し、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。特に、被接合部材の接合領域が、同一平面上にない場合、全ての接合領域を均一に接合し、安定した接合強度を得ることが困難である問題を有する。
【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、同一平面上にない複数の接合領域においても安定した接合強度を得ることが可能な導電材料の接合方法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の一様相は、導電材料からなり、同一平面上にない複数の接合領域を有する第１および第２被接合部材を接合するための接合方法であって、前記第１および第２被接合部材の前記接合領域を当接させ、前記第１および第２被接合部材を相対的に摺動させつつ、電流を、前記第１被接合部材から前記第２被接合部材へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２被接合部材を接合する接合工程を有している。前記接合工程においては、前記接合領域が均一に接合するように、前記接合領域毎に当接させる優先順位が設定されている。また、前記摺動は、一方向の振動によって発生され、前記第１および第２被接合部材の前記接合領域は、前記一方向の振動を許容する形状を有し、前記第１被接合部材は、前記接合領域に含まれる凸状部位を有し、前記第２被接合部材は、前記凸状部位に対応し、かつ前記接合領域に含まれる凹状部位を有する。そして、前記接合工程においては、前記第１被接合部材の前記凸状部位と、前記第２被接合部材の前記凹状部位とが接合される。
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、前記第１被接合部材は、第１の段差面である基部面と、第２の段差面である先端面と、前記基部面と前記先端面とを連結する壁部と、を有する段状部位を備えており、前記第１被接合部材の前記接合領域は、前記基部面の一部および前記先端面を含んでおり、前記第２被接合部材は、第１の段差面である基部面と、第２の段差面である先端面と、前記基部面と前記先端面とを連結する壁部と、を有する段状部位を備えており、前記第２被接合部材の前記接合領域は、前記基部面の一部および前記先端面を含んでいる。そして、前記接合工程においては、前記第１被接合部材の前記基部面の一部と前記第２被接合部材の前記先端面とが接合され、また、前記第１被接合部材の前記先端面と前記第２被接合部材の前記第１基部面の一部とが接合される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、摺動が一方向の振動によって発生され、第１および第２被接合部材の接合領域が、一方向の振動を許容する形状を有しており、第１被接合部材が、接合領域に含まれる凸状部位を有し、かつ第２被接合部材が、凸状部位に対応し、かつ接合領域に含まれる凹状部位を有する場合において、あるいは、第１被接合部材が、第１の段差面である基部面と、第２の段差面である先端面と、基部面と先端面とを連結する壁部と、を有する段状部位を備えており、第１被接合部材の接合領域が、基部面の一部および先端面を含んでおり、かつ第２被接合部材が、第１の段差面である基部面と、第２の段差面である先端面と、基部面と先端面とを連結する壁部と、を有する段状部位を備えており、第２被接合部材の接合領域が、基部面の一部および先端面を含んでいる場合において、接合領域が均一に接合するように、接合領域毎に当接させる優先順位が設定されているため、安定した接合強度を得ることができる。つまり、同一平面上にない複数の接合領域においても安定した接合強度を得ることが可能な導電材料の接合方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る導電材料の接合方法に適用される接合装置を説明するための概略図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに関する断面図である。
【図３】実施の形態１に係る導電材料の接合方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る変形例１を説明するための断面図である。
【図５】実施の形態１に係る変形例２を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態１に係る変形例３を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態２に係る導電材料の接合方法を説明するための断面図である。
【図８】実施の形態２に係る変形例１を説明するための断面図である。
【図９】実施の形態２に係る変形例２を説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る変形例３を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１に係る導電材料の接合方法に適用される接合装置を説明するための概略図、図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに関する断面図である。
【００１１】
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）を利用し、同一平面上にない複数の接合領域を有する被接合部材を接合するために使用され、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。
【００１２】
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とからなり、後述される一方向の振動を許容する一様形状を有し、接触面の延長方向は、水平方向Ｈとなっており、被接合部材１０，２０を振動によって容易に接合することが可能である。
【００１３】
被接合部材１０は、振動の方向に関して断面がテーパ状の凸状部位を備えている第１被接合部材であり、１対の傾斜面１２，１４と、傾斜面を連結する角部１６と、を有し、また、角部１６には、膨出部位１８（図２参照）が形成されている。被接合部材２０は、振動の方向に関して断面がテーパ状の窪みからなる凹状部位を備えている第２被接合部材であり、窪んでいる１対の傾斜面２２，２４と、傾斜面２２，２４を連結する角部２６と、を有し、また、被接合部材１０に対して重力方向（上下方向）Ｌに関し下側に配置されている。
【００１４】
被接合部材１０の傾斜面１２，１４および角部１６は、被接合部材２０の傾斜面２２，２４および角部２６と対応しており、被接合部材１０の凸状部位と、被接合部材２０の凹状部位とは、接合可能に構成されている。つまり、傾斜面１２，２２と、傾斜面１４，２４と、角部１６，２６とは、同一平面上にない接合領域であり、被接合部材１０の凸状部位と被接合部材２０の凹状部位とが嵌合した中実の接合部を形成することが可能である。なお、膨出部位１８は、被接合部材２０の角部２６に設けたり、角部１６，２６の両方に設けることも可能である。必要に応じて、膨出部位１８を、角部１６，２６ではなく、傾斜面１２，１４および傾斜面２２，２４の一方あるいは両方に設けることも可能である。
【００１５】
中間部材３０は、被接合部材１０，２０の傾斜面１２，１４，２２，２４および角部１６，２６に対応する傾斜面および角部を有する板状部材であり、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。これにより、被接合部材１０，２０の低温での接合が可能となり、被接合部材１０，２０への熱影響が低減され、かつ、接合が容易となる。
【００１６】
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、その厚みは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００１７】
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。
【００１８】
第１および第２電極４２，４４は、弾性的に保持されており、加圧装置８０からの押圧力が、直接付加されないように構成されている。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。また、摺動を回動によって発生させる場合、接触面（接合領域）は、前記回動を許容する形状を有することが必要である。
【００２３】
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、被接合部材１０の両側に配置され（図２参照）、上下方向（接触面と直交する押圧方向Ｐ）Ｌに進退動可能となっており、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として機能する。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、加圧装置８０の押圧力が伝達される被接合部材２０を保持する固定保持部６４を、支持するために使用される。
【００２４】
加圧部８２による押圧力は、第１電極４２を介して被接合部材１０に間接的に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によって被接合部材２０が押圧され、上方に配置される支持構造体８４よって被接合部材１０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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、被接合部材１０，２０は、特に、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）鋳物に限定されず、例えば、圧延材を適用することも可能である。しかし、実施の形態１に係る接合は、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。
【００２７】
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。例えば、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。
【００２８】
中間部材３０を構成する共晶反応材料は、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、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。
【００２９】
中間部材３０は、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比較し、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。
【００３０】
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り、この場合は、中間部材の選択の自由度が大きい（材料の選択範囲が広い）。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。
【００３１】
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、塗布等により形成することが可能である。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る接合方法を説明する。
【００３３】
図３は、実施の形態１に係る導電材料の接合方法を説明するためのフローチャートである。図３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。
【００３４】
本接合方法は、同一平面上にない複数の接合領域を有する被接合部材を接合するための接合方法であって、被接合部材１０，２０の接合領域（傾斜面１２，１４，２２，２４および角部１６，２６）を当接させ、被接合部材１０，２０を相対的に摺動させつつ、電流を、被接合部材１０から被接合部材２０へ流して抵抗加熱することによって、被接合部材１０，２０を接合する接合工程を有しており、当該接合工程においては、接合領域が均一に接合するように、接合領域毎に当接させる優先順位が設定されている。つまり、接合領域が均一に接合するように、接合領域毎に当接させる優先順位が設定されているため、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
その後、摺動装置７０が駆動され、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。
【００３８】
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、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。
【００３９】
この際、被接合部材１０の角部１６には膨出部位１８が形成されているため、被接合部材１０の角部１６と被接合部材２０の角部２６とが、中間部材３０を介して最初に当接する。また、中間部材３０は、被接合部材２０の上方に位置し、溶融した中間部材３０が、被接合部材２０の凹状部位における応力集中しがちな角部２６に留まる。
【００４０】
その後、被接合部材１０の傾斜面１２，１４と被接合部材２０の傾斜面２２，２４とが、中間部材３０を介して当接することになる。
【００４１】
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。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。
【００４２】
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。
【００４３】
第１接合ステップ（Ｓ１２）および第２接合ステップ（Ｓ１３）の結果、傾斜面１２，１４，２２，２４および角部１６，２６の接合界面には、拡散接合領域、塑性流動接合領域および中間部材介在接合領域を有する構造が形成される。塑性流動接合領域は、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が存在している領域である。塑性流動接合領域は、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。中間部材介在接合領域は、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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（被接合部材１０の凸状部位と被接合部材２０の凹状部位とが嵌合した中実の接合部が形成された）が取り外される。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
第１接合ステップ（Ｓ１２）においては、被接合部材１０の角部１６と被接合部材２０の角部２６とが、中間部材３０を介して最初に当接するため、膨出部位１８のバリにより、応力集中しがちな角部１６，２６の初期面圧が増加し、隙間の発生が抑制され、接合強度が向上するため、安定した接合強度を得ることが可能となる。
【００４９】
中間部材３０は、被接合部材２０の上方に位置し、溶融した中間部材３０が、被接合部材２０の凹状部位における応力集中しがちな角部２６に留まるため、接合強度を向上させ、安定した接合強度を得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。
【００５０】
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。
【００５１】
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部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、接合領域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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、均一に加熱されることになる。
【００５５】
次に、実施の形態１に係る変形例１〜３を順次説明する。
【００５６】
図４は、実施の形態１に係る変形例１を説明するための断面図である。
【００５７】
変形例１においては、被接合部材１０Ａの凸状部位の傾斜面１２，１４のテーパ角θ１０が、被接合部材２０の凹状部位の傾斜面２２，２４のテーパ角θ２０より小さくなるように設定されている。したがって、被接合部材１０の角部１６に膨出部位１８が形成されている場合と同様に、被接合部材１０の角部１６と被接合部材２０の角部２６とが、中間部材３０を介して最初（被接合部材１０Ａの傾斜面１２，１４と被接合部材２０の傾斜面２２，２４との当接より前）に当接することになるため、角部１６の先端部位のバリにより、応力集中しがちな角部１６，２６の初期面圧が増加し、隙間の発生が抑制され、接合強度が向上するため、安定した接合強度を得ることが可能となる。
【００５８】
図５は、実施の形態１に係る変形例２を説明するための断面図である。
【００５９】
変形例２においては、中間部材３０Ａの角部３６における肉厚は、中間部材３０Ａの傾斜面３２，３４における肉厚より大きく、設定されている。したがって、被接合部材１０の角部１６に膨出部位１８が形成されている場合と同様に、被接合部材１０の角部１６と被接合部材２０の角部２６とが、中間部材３０の角部３６を介して最初（中間部材３０Ａの傾斜面３２，３４を介する被接合部材１０の傾斜面１２，１４と被接合部材２０の傾斜面２２，２４との当接より前）に当接することになるため、中間部材３０の角部３６の増肉のバリにより、応力集中しがちな角部１６，２６の初期面圧が増加し、隙間の発生が抑制され、接合強度が向上するため、安定した接合強度を得ることが可能である。特に、予備摺動ステップ（Ｓ１１）における初期（一番初めの摩擦）における摩耗が促進することになる。
【００６０】
図６は、実施の形態１に係る変形例３を説明するための断面図である。なお、第１電極４２を省略している。
【００６１】
変形例３においては、加圧装置の加圧部８２によって押圧されている被接合部材１０における押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上に、被接合部材１０の凸状部位の角部１６が位置している。この場合、応力集中しがちな角部１６，２６に面圧を効果的に付加することができるため、接合強度を向上させ、安定した接合強度を得ることが可能である。なお、傾斜面１２，１４および傾斜面２２，２４の少なくとも一方に膨出部位を形成し、接合工程において、傾斜面１２，１４と傾斜面２２，２４とが最初（被接合部材１０の角部１６と被接合部材２０の角部２６との当接より前）に接合するように、設定する場合、バリを生成する摩耗粉（コンタミネイション）の発生を抑制することも可能である。
【００６２】
以上のように、実施の形態１においては、接合領域が均一に接合するように、接合領域毎に当接させる優先順位が設定されているため、同一平面上にない複数の接合領域においても安定した接合強度を得ることが可能である。
【００６３】
また、摺動を一方向の振動によって発生させ、第１および第２被接合部材の接合領域を、前記一方向の振動を許容する一様形状を有するように構成する場合、第１および第２被接合部材を振動によって容易に接合することが可能である。なお、摺動を回動によって発生させる場合、第１および第２被接合部材の前記接合領域は、前記回動を許容する形状を有することが必要である。
【００６４】
第１被接合部材の凸状部位と、第２被接合部材の凹状部位とが接合されるため、第１被接合部材の凸状部位と第２被接合部材の凹状部位とが嵌合した中実の接合部を形成することが可能である。
【００６５】
凸状部位あるいは凹状部位の一方における角部に、膨出部位を形成する場合、接合工程においては、凸状部位の角部と凹状部位の角部とが、最初に当接し、膨出部位のバリにより、応力集中しがちな角部の初期面圧が増加し、隙間の発生が抑制され、接合強度が向上するため、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００６６】
凸状部位の傾斜面のテーパ角を、凹状部位の傾斜面のテーパ角より小さく設定する場合も、凸状部位の角部と凹状部位の角部とが、最初に当接し、角部の先端部位のバリにより、応力集中しがちな角部の初期面圧が増加し、隙間の発生が抑制され、接合強度が向上するため、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００６７】
中間部材の角部における肉厚を、中間部材の傾斜面における肉厚より大きく、設定する場合も、凸状部位の角部と凹状部位の角部とが、中間部材の角部を介して、最初に当接するため、中間部材の角部の増肉のバリにより、応力集中しがちな角部の初期面圧が増加し、隙間の発生が抑制され、接合強度が向上するため、安定した接合強度を得ることが可能である。特に、予備摺動ステップの摺動初期におけるなじみ時（一番初めの摩擦）における摩耗を促進させることができる。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。
【００６８】
第１被接合部材の角部が、押圧手段によって押圧される第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置している場合、応力集中しがちな角部に面圧を効果的に付加することができるので、接合強度を向上させ、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００６９】
中間部材が、凹状部位を有する第２被接合部材に対して重力方向に関し上方に配置される場合、溶融した中間部材が、第２被接合部材の凹状部位における応力集中しがちな角部に留まるため、接合強度を向上させ、安定した接合強度を得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。
【００７０】
次に、実施の形態２を説明する。
【００７１】
図７は、実施の形態２に係る導電材料の接合方法を説明するための断面図である。なお、以下において、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００７２】
実施の形態２は、中空の接合部を形成する点で、中実の接合部を形成する実施の形態１と概して異なり、実施の形態２に係るワークは、上方に位置する被接合部材１１０と、下方に位置する被接合部材１２０と、からなり、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。
【００７３】
被接合部材１１０は、第１の段差面である基部面１１２と、第２の段差面である先端面１１４と、基部面１１２と先端面１１４とを連結する壁部１１６と、を有する断面Ｌ字状の段状部位を備えている第１被接合部材である。被接合部材１２０は、被接合部材１１０と同様に、第１の段差面である基部面１２２と、第２の段差面である先端面１２４と、基部面１２２と先端面１２４とを連結する壁部１２６と、を有する断面Ｌ字状の段状部位を備えている第２被接合部材である。
【００７４】
基部面１１２，１２２の一部１１２Ａ，１２２Ａと先端面１１４，１２４とは、同一平面上にない接合領域であり、被接合部材１１０の基部面１１２の一部１１２Ａと、被接合部材１２０の先端面１２４とが接合され、また、被接合部材１１０の先端面１１４と被接合部材１２０の基部面１２２の一部１２２Ａとが接合可能に構成されている。つまり、被接合部材１１０の段状部位と被接合部材１２０の段状部位とを組み合わせて、中空の接合部を形成することが可能である。また、被接合部材１１０の先端面１１４は、加圧装置の加圧部１８２によって押圧されている被接合部材１１０における押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上に、位置している。
【００７５】
被接合部材１１０，１２０の壁部１１６，１２６の剛性（肉厚）は略同一であり、また、被接合部材１１０の壁部１１６の長さは、被接合部材１２０の壁部１２６の長さより小さく設定されている。したがって、接合工程においては、押圧面から離間している被接合部材１１０の基部面１１２の一部１１２Ａと被接合部材１２０の先端面１２４とが、最初（被接合部材１１０の先端面１１４と被接合部材１２０の基部面１２２の一部１２２Ａとの当接より前）に当接する。これにより、加重がかかりづらい（押圧面から離間している）基部面の一部を先に摩耗させることで、接触面積を増加させ、なじみ効果を向上させることにより、安定した接合強度を得ることが可能である。なお、被接合部材１１０，１２０が異種材からなる場合、剛性が略同一であっても、肉厚が異なる場合もあり得る。
【００７６】
次に、変形例１〜３を順次説明する。
【００７７】
図８は、実施の形態２に係る変形例１を説明するための断面図である。
【００７８】
変形例１においては、加圧装置の加圧部１８２は、被接合部材１１０Ａの基部面１１２の一部１１２Ａの側に配置されており、加圧部１８２によって押圧されている被接合部材１１０における押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上には、被接合部材１１０Ａの基部面１１２の一部１１２Ａが位置している。また、被接合部材１１０Ａの壁部１１６の長さは、被接合部材１２０の壁部１２６の長さより大きく設定されている。
【００７９】
したがって、接合工程においては、押圧面から離間している被接合部材１１０Ａの先端面１１４と被接合部材１２０の基部面１２２の一部１２２Ａとが、最初（被接合部材１１０Ａの基部面１１２の一部１１２Ａと被接合部材１２０の先端面１２４との当接より前）に当接する。これにより、加重がかかりづらい（押圧面から離間している）先端面を先に摩耗させることで、接触面積を増加させ、なじみ効果を向上させることにより、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００８０】
図９は、実施の形態２に係る変形例２を説明するための断面図である。
【００８１】
変形例２においては、被接合部材１１０Ｂの壁部１１６の剛性と、被接合部材１２０の壁部１２６の剛性とは異なっており、被接合部材１１０Ｂの壁部１１６の剛性が、被接合部材１２０の壁部１２６の剛性より小さく設定されている。
【００８２】
この場合、加圧装置の加圧部１８２は、被接合部材１１０Ｂの壁部１１６側に配置され、被接合部材１１０Ｂにおける押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上に、先端面１１４が位置するように設定される。これにより、被接合部材１２０の壁部１２６に比較し、剛性が小さい被接合部材１１０Ｂの壁部１１６が、押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上に位置するため、電流の偏在を抑制することができるため、均一に接合し、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００８３】
図１０は、実施の形態２に係る変形例３を説明するための断面図である。
【００８４】
変形例３においては、被接合部材１２０Ａの壁部１２６の剛性が、被接合部材１１０の壁部１１６の剛性より小さく設定されている。この場合、加圧装置の加圧部１８２は、被接合部材１１０Ｂの基部面１１２の一部１１２Ａ側に配置され、被接合部材１１０Ｂにおける押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上に、基部面１１２の一部１１２Ａが位置するように設定される。これにより、被接合部材１１０の壁部１１６に比較し、剛性が小さい被接合部材１２０Ａの壁部１２６が、押圧面から押圧方向Ｐに伸ばした線上に位置するため、電流の偏在を抑制することができるため、均一に接合し、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００８５】
以上のように、実施の形態２においては、第１被接合部材の段状部位と第２被接合部材の段状部位とを組み合わせて、中空の接合部を形成することが可能である。
【００８６】
また、第１被接合部材の先端面が、第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置している場合、接合工程においては、押圧面から離間している第１被接合部材の基部面の一部と、第２被接合部材の先端面とが、最初に当接するように設定し、一方、第１被接合部材の基部面の一部が、第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置している場合、接合工程においては、押圧面から離間している第１被接合部材の先端面と、第２被接合部材の基部面の一部とが、最初に当接するように設定することにより、加重がかかりづらい（押圧面から離間している）方を先に摩耗させることで、接触面積を増加させ、なじみ効果を向上させることにより、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００８７】
第１被接合部材の壁部の剛性が、第２被接合部の壁部の剛性より小さい場合、第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に、第１被接合部材の先端面が配置され、第１被接合部材の壁部の剛性が、第２被接合部の壁部の剛性より大きい場合、第１被接合部材における押圧面から押圧方向に伸ばした線上に、第１被接合部材の基部面の一部が配置されるように設定することにより、第１および第２被接合部材の壁部における剛性が小さい方が、押圧面から押圧方向に伸ばした線上に位置することとなり、電流の偏在が抑制されるため、均一に接合し、安定した接合強度を得ることが可能である。
【００８８】
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。例えば、実施の形態１、実施の形態１の変形例１および３において、中間部材を適宜省略することも可能である。また、実施の形態２、実施の形態２の変形例１〜３において、中間部材を、被接合部材の間に適宜配置することも可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０，１０Ａ  被接合部材（第１被接合部材）、
１２，１４  傾斜面（接合領域）、
１６  角部（接合領域）、
１８  膨出部位（接合領域）、
２０  被接合部材（第１被接合部材）、
２２，２４  傾斜面（接合領域）、
２６  角部（接合領域）、
３０，３０Ａ  中間部材、
３２，３４  傾斜面（接合領域）、
３６  角部（接合領域）、
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、
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ  被接合部材（第１被接合部材）、
１１２  基部面、
１１２Ａ  基部面の一部（接合領域）、
１１４  先端面（接合領域）、
１１６  壁部、
１２０，１２０Ａ  被接合部材（第２被接合部材）、
１２２  基部面、
１２２Ａ  基部面の一部（接合領域）、
１２４  先端面（接合領域）、
１２６  壁部、
１８２  加圧部、
Ｈ  水平方向、
Ｌ  上下方向、
Ｐ  押圧方向、
θ１０  テーパ角、
θ２０  テーパ角。
【図１】
0005786328.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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【図１０】
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