(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材の接合面にハンダ層を形成し，ハンダ層を形成した接合面同士を接合することによる接合部材の製造方法において，
接合面に凹んだ非接合領域が形成されるとともに残部が接合領域とされており，
ハンダ層の形成を，
接合面の非接合領域に対応する形状の孔または溝を有する振動部材を用い，
溶融ハンダ内で被接合部材の接合面と振動部材とを，接合面の非接合領域と振動部材の孔または溝とが向き合うように対面させ，
振動部材を振動させることにより行うことを特徴とする接合部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合部材の製造方法において，
一方の被接合部材の接合面の接合領域に，深さが溶融ハンダ中のキャビテーションが接合面に届く範囲内の凹部をあらかじめ形成しておくとともに，
他方の被接合部材の接合面の接合領域における前記一方の被接合部材の凹部に対応する位置に，高さが溶融ハンダ中のキャビテーションが接合面に届く範囲内の凸部をあらかじめ形成しておき，
前記非接合領域は前記凹部より深く凹んでおり，
前記一方および他方の被接合部材の接合面同士を重ね合わせることにより，前記一方の被接合部材の凹部と前記他方の被接合部材の凸部とを噛み合わせ，
その状態で接合面同士を接合することを特徴とする接合部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合部材の製造方法において，
前記接合面同士を重ね合わせる際に，前記凹部が形成されている接合面を上向きにし，そこへ，前記凸部が形成されている接合面を下向きにして重ね合わせることを特徴とする接合部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の接合部材の製造方法において，
前記被接合部材が，表面に不動態皮膜が形成される種類の金属部材であることを特徴とする接合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，金属部材同士をハンダ付けあるいはロウ付けによって接合することによる接合部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミ合金製の金属部材では，その表面に酸化アルミニウムの強固な不動態皮膜が形成されるため，そのままでは一般的なハンダ付けは難しい。それに対して従来より，超音波振動を利用したハンダ塗布方法が考案されている。この超音波ソルダリングでは，溶融ハンダ中に浅く振動板を浸漬させるか，振動板で溶融ハンダをすくうかして，振動板上に薄く溶融ハンダが載った状態とする。そして，その上にアルミ合金部材の接合面を載せて，振動板を超音波ホーン等によって振動させるのである。このようにすれば，振動板の振動により溶融ハンダ中にキャビテーションを起こして接合面の酸化皮膜を破壊し，接合面にハンダ材を塗布することができる。なお，本明細書では，特に必要がない限り，ハンダとロウ（鑞）とを区別せず両者を含めてハンダと称する。
【０００３】
このような，アルミ合金部材の接合方法では，より適切なハンダ層を接合面に形成するための種々の考案がなされている（例えば，特許文献１参照。）。この文献に記載の方法では，振動板のうち接合面の中央部に当接する位置に突起を形成している。これによって，接合面の中央部が他の部分より侵食されるので，その部分にハンダを溜めることができ，接合強度が向上されているというものである。
【０００４】
近年，部材の内部に水路を形成する必要を避けるため，部材を分割して，その接合面内に水路を形成することが提案されている（例えば，特許文献２参照。）。このような部材同士をハンダ接合する場合，接合面の確実な接合と，水路の閉塞防止が望まれる。そのため，この超音波ソルダリングによって接合面にハンダを塗布した後，水路中のハンダを接合前に除去することが行われている。
【特許文献１】特開２００１−２２５１６３号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，前記した特許文献１に記載のハンダ塗布方法では，接合される部材の接合面の中央部に侵食による窪みができる。従って，確実にハンダ材を溜めることができる一方で，接合面同士の間に隙間ができることとなる。そのため，その部分では接合荷重を与えても高い面圧が得られないおそれがあった。またその場合には，十分な接合強度を得られないという問題点があった。
【０００６】
また，特許文献２に記載の技術のように，接合面内に水路等の非接合領域が形成される部材では，非接合領域のハンダ除去工程が必要となるため，製造工程が煩雑となりがちであった。特に鋳肌の場合には，一般に酸化層が厚く，ハンダが均一に載りにくいうえ，接合面の平滑性がさほど高くない。そのため，接合後の気密性の確保が困難であり，洩れ経路が形成されやすいという問題点があった。
【０００７】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，鋳肌であっても接合面の高い接合強度および気密性を得ることができるとともに，非接合領域にハンダが塗布されることを防止することができる接合部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の接合部材の製造方法では，被接合部材の接合面にハンダ層を形成し，ハンダ層を形成した接合面同士を接合することにより接合部材を製造するに際して，接合面に凹んだ非接合領域が形成されるとともに残部が接合領域とされており，ハンダ層の形成を，接合面の非接合領域に対応する形状の孔または溝を有する振動部材を用い，溶融ハンダ内で被接合部材の接合面と振動部材とを，接合面の非接合領域と振動部材の孔または溝とが向き合うように対面させ，振動部材を振動させることにより行う。
【０００９】
本発明の接合部材の製造方法によれば，振動部材に接合面の非接合領域に対応する形状の孔または溝を有しているので，その部分を接合面の非接合領域と向き合うように対面させることにより接合面の非接合領域には振動が伝達されない。従って，接合面の非接合領域にハンダが塗布されることを防止することができる接合部材の製造方法となっている。
【００１０】
さらに本発明の方法では，一方の被接合部材の接合面の接合領域に，深さが溶融ハンダ中のキャビテーションが接合面に届く範囲内の，非接合領域よりは浅い凹部をあらかじめ形成しておくとともに，他方の被接合部材の接合面の接合領域における一方の被接合部材の凹部に対応する位置に，高さが溶融ハンダ中のキャビテーションが接合面に届く範囲内の凸部をあらかじめ形成しておき，一方および他方の被接合部材の接合面同士を重ね合わせることにより，一方の被接合部材の凹部と他方の被接合部材の凸部とを噛み合わせ，その状態で接合面同士を接合することが望ましい。このようにすれば，この微小な凹部または凸部間にハンダが付着されるので，これらの凹部または凸部が無い接合面に比較してより多くのハンダが塗布される。従って，鋳肌であっても接合面の高い接合強度および気密性を得ることができる。なおここで，「あらかじめ」とはハンダ塗布工程以前にという意味である。
【００１４】
さらに本発明の方法では，接合面同士を重ね合わせる際に，凹部が形成されている接合面を上向きにし，そこへ，凸部が形成されている接合面を下向きにして重ね合わせることが望ましい。また，本発明の方法は，被接合部材が，表面に不動態皮膜が形成される種類の金属部材である場合に特に意義が大きい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の接合部材の製造方法によれば，鋳肌であっても接合面の高い接合強度および気密性を得ることができるとともに，非接合領域にハンダが塗布されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，アルミ合金等の金属部材を接合して接合部材とする方法に本発明を適用したものである。なお，本発明は，アルミ合金製の接合部材に好適であるが，同様の原理で他の金属にも適用可能である。
【００１９】
本形態で用いるハンダ塗布装置１は，図１に示すように，ハンダ溶融槽１１と，そのハンダ溶融槽１１内を高温に保つためのヒータ１２とを備えている。ハンダ溶融槽１１の槽内には，ハンダ１３が収容される。また，振動板１４は，階段状に曲げられたＳＵＳ等の金属板であり，その下段部がハンダ１３のごく浅い位置に浸漬される。振動板１４の上段部には，超音波発振器１５に接続された超音波ホーン１６が取り付けられている。
【００２０】
このハンダ塗布装置１によってハンダを塗布される接合部材であるワーク２１，２２は，アルミ合金部材等の金属部材であり，それらの接合面がともに鋳肌面であるものを特に対象としている。ハンダ塗布時には，ワーク２１，２２はそれぞれ，図１に示すように，ロボットハンド２３によって把持され，ハンダを塗布する接合面を下側に向けて振動板１４上に載置される。そして，接合面がハンダ１３中にごく浅く浸漬した状態で水平に保持される。ワーク２１，２２がアルミ合金部材である場合には，ハンダ１３としては亜鉛アルミ系または亜鉛アルミ銅系のハンダを用いることが好ましい。
【００２１】
ここで本形態では，互いに接合される２種類のワーク２１，２２として，その接合面３１，３２に図２と図３に示すように，多数の微小な凹凸が形成されているものを対象とする。例えば，図２に示すように，ワーク２１の接合面３１には多数の半球状の凸部３１ａが形成されている。また，図３に示すように，ワーク２２の接合面３２には多数の半球状の凹部３２ａが形成されている。
【００２２】
これらの凸部３１ａと凹部３２ａとは，いずれも接合面３１，３２からピークまでの高さが例えば１．５ｍｍ以下であり，振動板１４の表面で発生したキャビテーションが届く範囲内の高さおよび深さとされている。望ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ程度までの範囲内がよい。また，接合面３１，３２同士を重ね合わせたときに，互いにかみ合うように対称の位置に配置されている。良好にかみ合うためには，凸部３１ａは凹部３２ａよりやや小さく形成されている方が好ましい。
【００２３】
さらに，このワーク２１，２２の接合面３１，３２には，水路用凹部３１ｂ，３２ｂも形成されている。これは，接合後に接合面を横切る水路３３（図６（ｂ）参照）が形成されるためのものであり，凹部３２ａに比較してかなり深いくぼみとなっている。この水路用凹部３１ｂ，３２ｂは，非接合領域である。これらの凸部３１ａと凹部３２ａや，水路用凹部３１ｂ，３２ｂの形成方法としては，あらかじめこれらに相当する形状を鋳型に形成しておき，その鋳型を用いてワーク２１，２２を成形すればよい。このようにすれば，形成後のワーク２１，２２を切削する等の工程は不要である。ただし，切削によって形成することを排除するわけではない。
【００２４】
本形態のハンダ塗布装置１では，ハンダ塗布する対象のワークに形成されている非接合領域の形状に対応して振動板１４を変更して使用する。すなわち，振動板１４として，ワークの接合面に形成されている非接合領域の形状に合致した貫通孔が形成されているものを用いる。例えば，ワーク２１の接合面３１にハンダ塗布するための振動板４１は，図４に示すように，非接合領域である水路用凹部３１ｂに対応する位置に貫通孔４１ａが形成されている。この貫通孔４１ａの外形形状は，ワーク２１の接合面３１を下にしたときの，水路用凹部３１ｂの形に合致している。同様に，非接合領域の形状が異なるワークでは，それぞれ対応する貫通孔が形成された振動板を使用する。
【００２５】
振動板１４に設けられた貫通孔に対面する部分では，超音波ホーン１６からの振動がワークに伝達されず，キャビテーションが発生しない。従って，振動板１４の貫通孔に対面しているワークの非接合領域は酸化膜が破壊されないため，ハンダは塗布されない。すなわち，図５に示すように，貫通孔４１ａが形成された振動板４１を使用してワーク２１の接合面３１にハンダ塗布を行うことにより，水路用凹部３１ｂにはハンダが付着しない。一方，微小な凸部３１ａに関しては，振動板４１に特別な形状は形成されていない。
【００２６】
同様に，ワーク２２にも，水路用凹部３２ｂに対応する貫通孔が設けられた振動板を使用することにより，水路用凹部３２ｂの内部にハンダが付着しないようにできる。水路用凹部３１ｂと３２ｂとは一般的には対称の形状であり，振動板４１もそれぞれに合わせたものが必要である。しかし，もし水路用凹部３１ｂと３２ｂとが同一形状であれば，同じ振動板４１を使用することもできる。このようにすれば，非接合領域であるワーク２１，２２の水路用凹部３１ｂ，３２ｂにはハンダが塗布されないので，ハンダ除去工程は不要である。
【００２７】
次に，このハンダ塗布装置１を用いた接合方法について説明する。このハンダ塗布装置１では，図１に示すように，ハンダ溶融槽１１にハンダ１３を入れ，ヒータ１２によって加熱する。そして，ハンダ溶融槽１１内をハンダ１３の融点＋２０℃程度に保つ。一般に，このハンダ１３の融点が高いものをロウ付け，低いものをハンダ付けと呼んで区別することがあるが，このハンダ塗布装置１は，そのいずれにも適用可能である。
【００２８】
また，ワークの非接合領域に合わせて適切な貫通孔を有する振動板１４を選択して取り付けておく。そして，ロボットハンド２３等を使用して，図５に示すように，振動板１４の貫通孔とワークの非接合領域との位置を合わせて，ワークを振動板１４上に保持する。その状態で，超音波発振器１５を作動させることにより，超音波ホーン１６から振動板１４へと超音波振動が伝達される。これにより，ワークの接合面のうち，非接合領域を除いた部分にキャビテーションが発生し，酸化層が破壊されてハンダが塗布される。
【００２９】
なお，上記のワーク２１，２２では，非接合領域を除く接合面に微小な凸部３１ａや凹部３２ａが形成されている。これらは，ピークまでの高さが例えば１．５ｍｍ以下であり，振動板１４によるキャビテーションが届く。したがって，凸部３１ａや凹部３２ａの表面にもハンダは塗布される。このとき，ワーク２２のようにその接合面３２に微小な凹部３２ａが形成されているものでは，その凹部３２ａの中にハンダがやや溜まった状態となる。一方，水路用凹部３１ｂ，３２ｂは，振動板４１の貫通孔４１ａに対面されて振動が伝達されないので，ハンダは塗布されない。
【００３０】
互いに接合される２つのワーク２１，２２のそれぞれの接合面３１，３２にいずれもハンダが塗布されたら，図６に示すように，接合面３１，３２を合わせて加熱加圧することにより接合される。ここでは，ワーク２１を図２におけるＡ−Ａ断面図で，ワーク２２を図３におけるＢ−Ｂ断面図でそれぞれ示している。この際，図６（ａ）に示すように，ワーク２１の接合面３１を下向きにし，ワーク２２の接合面３２を上向きにして重ね合わせれば，ワーク２２の微小な凹部３２ａに溜まったハンダがこぼれないように接合できる。
【００３１】
これにより，図６（ｂ）に示すように，ワーク２１の接合面３１の凸部３１ａとワーク２２の接合面３２の凹部３２ａとが，互いにかみ合って隙間無く接合される。なお，このように重ね合わせて圧接されると，図７に拡大して示すように，ワーク２２の凹部３２ａに溜まったハンダがワーク２１の凸部３１ａによって押し出され，周囲の平面部に広がる。従って，鋳物部材のように，表面の平滑性が低く，ハンダが均一に載りにくいワークであっても，気密性を保持して適切に接合される。さらに，接合面積の広さとワーク同士の噛み合いにより，接合強度も大きいものとなる。
【００３２】
また，水路用凹部３１ｂと水路用凹部３２ｂとは互いに向き合って，図６（ｂ）に示すように，水路３３が形成される。このとき，水路用凹部３１ｂ，３２ｂにはもともとハンダが塗布されていないので，水路３３がハンダで埋まることはない。従って，ハンダ除去工程は不要である。また，非接合領域の形状に合わせて，振動板１４に貫通孔を設ければよいので，複雑な形状の水路等であっても，容易に形成できる。
【００３３】
このようにして形成された接合部材は，図６（ｂ）に示すように，ワーク２１の凸部３１ａとワーク２２の凹部３２ａとが互いに噛み合い，これらの間にハンダが充填されている。従って，接合面が強力に接合され，また高い気密性が得られている。また，水路３３にはハンダが付着されておらず，良好な開口が得られている。
【００３４】
次に，ワークの接合面に形成される微小な凸部と凹部との形状の例を図８に示す。Ａのディンプルは，ワーク２１，２２と同様の半球型である。φ１ｍｍ程度の半球をピッチ１，５ｍｍ程度の間隔で並べたものである。Ｂのディンプル小は，φ０．５ｍｍ程度の小さい半球をピッチ０．７５ｍｍ程度の間隔で並べたものである。Ｃのダイヤは，対角線１．０ｍｍで高さ０．５ｍｍ程度の四角柱をピッチ２．０ｍｍ程度で並べたものである。Ｄの山谷は，山谷間１．０ｍｍ程度，ピーク−ピークの高さ０．５ｍｍ程度の山谷を形成したものである。また，Ｅのピラミッドは，１辺１．０ｍｍで高さ０．５ｍｍ程度のピラミッド型をピッチ１．５ｍｍ程度で並べたものである。これらの形状の凸部と凹部を形成したワーク同士を接合すれば，強力な接合状態の接合部材が得られる。
【００３５】
以上詳細に説明したように本形態のハンダ塗布装置１によれば，振動板１４が超音波ホーン１６によって振動され，ワーク２１，２２の接合面３１，３２にキャビテーションを発生させる。このとき，ワーク２１，２２の接合面３１，３２にそれぞれ凸部３１ａと凹部３２ａが形成されているので，凹部３２ａにハンダが溜まる。これらを圧接させると凸部３１ａが凹部３２ａがかみ合うことにより，凹部３２ａに溜まっていたハンダがはみ出て広がる。従って，鋳物のような酸化層が厚いワークであっても，効果的にハンダを塗布させることができる。
【００３６】
さらに，ワークに非接合領域がある場合は，振動板にその領域に相当する貫通孔が設けられているので，非接合領域にはハンダが付着されない。これらから，鋳肌であっても接合面の高い接合強度および気密性を得ることができるとともに，非接合領域にハンダが塗布されることを防止することができるハンダ塗布装置１となっている。さらに，振動板に貫通孔が形成されていれば，その貫通孔を介して振動板の上下にあるハンダが適切に混合される。これにより，ハンダ成分の局所的な変化が防止されるという効果も発揮する。
【００３７】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，ワークの接合面に設けられる微小な凸部，凹部の形状は図８の例に限らない。接合面同士が互いにかみ合い，ピークまでの高さが振動板１４のキャビテーションが届く範囲内であれば，どのようなものでも良い。例えば，片方の接合面に凹部と凸部とが両方形成されているものでも良い。また，微小な凸部を有するワークと微小な凹部を有するワークとの接合時の上下はいずれでもかまわない。また，ごく小さいものとすれば，片側のワークに凸部または凹部を設けるのみでも有効である。また，微小な凸部と凹部とがかみ合うために，凸部が凹部よりやや小さいとしたが，同じでも良いし，逆に凸部の方がやや大きくてもかまわない。この場合には，加熱加圧時に凸部や凹部がやや変形して押し込まれる。
【００３８】
また，上記の形態では振動板のうち，ワークの非接合領域に相当する部分に貫通孔を設けるとしたが，貫通孔に替えて溝を設けることによっても良い。この場合，溝は当然ワーク側の面に配置される。溝の深さは，少なくとも０．５ｍｍ以上であり，溝内で発生するキャビテーションが接合面に届かない範囲の深さとする。また，溝の形成方法としては，その部分の振動板を薄肉化することによっても良いし，プレス加工等で振動板を湾曲させることによっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本形態のハンダ塗布装置を示す概略構成図である。
【図２】ワークを示す平面図である。
【図３】ワークを示す平面図である。
【図４】振動板の例を示す斜視図である。
【図５】振動板の例を示す断面図である。
【図６】ワーク同士を重ねた断面図である。
【図７】ワーク同士を接合させる様子を示す説明図である。
【図８】ワークに形成される凸部と凹部との形状の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ハンダ塗布装置
１１  ハンダ溶融槽
１２  ヒータ
１３  ハンダ
１４，４１  振動板
１５  超音波発振器
２１，２２  ワーク
３１，３２  接合面
３１ａ  凸部
３２ａ  凹部
３１ｂ，３２ｂ  水路用凹部
４１ａ  貫通孔
【図１】
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【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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