(57)【要約】      （修正有）【課題】チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材とを強固に接合する方法を提供する。【解決手段】チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材３と、鉄系金属からなる他方の部材２との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材２に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板１を介在させた状態で、パルス通電により接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、パルス通電により接合することを特徴とする異種金属部材の接合方法。
【請求項２】
前記略メッシュ状の薄板を鉄系金属からなる他方の部材の接合面にパルス通電により１段階目のパルス通電による接合を行った後に、このようにして接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより両部材の間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、２段階目のパルス通電による接合を行うことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
１段階目のパルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板と鉄系金属からなる他方の部材とを互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行った後に、２段階目のパルス通電による接合として、このようにして前記他方の部材に接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより前記他方の部材と前記一方の部材との間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、次に突き合わせられた接合面を前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
パルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材と前記略メッシュ状の薄板のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う、請求項４記載の方法。
【請求項６】
接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
接合する部材の少なくとも一方の接合面が、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質が施されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、前記他方の部材の接合面側に、略メッシュ状となる複数の穴又は溝を形成した状態で、接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合することを特徴とする異種金属部材の接合方法。
【請求項９】
パルス通電による接合として、接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態で、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることを特徴とする、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
接合する部材の少なくとも一方の接合面が、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質が施されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種金属部材の接合方法に関し、詳しくはチタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材とを強固に接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタンやチタン合金は軽くて強度があり、航空、宇宙、原子力、医療機器材料等に使用されている。
そのようなチタンやチタン合金からなる部材について、性能向上やさらに新たな用途等を開発すべく、他の異種金属部材を接合することが要望されている。
しかしながら、例えば他の金属部材が鉄系金属の場合、両部材の接合は、溶接や蝋付けに代わる新たな接合法として注目を浴びているパルス通電法（例えば、特許文献１参照）による接合方法においても、完全接合は難しい。また、両部材の熱膨張応力の違い（チタン：８．４；鉄：１１．７）から、仮に接合できたとしても、温度変化による接合強度の劣化や変形が生じてしまう。
このような状況は、チタンやチタン合金からなる部材と鉄系金属からなる部材との間だけでなく、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金からなる部材と鉄系金属からなる部材との間においても同様であり、さらに、これらの部材の間ではこれまで以上の接合強度が得られる接合法が要望されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７９４５９公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような要望に応えたものであって、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材とを強固に接合する方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、前記両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させることによって、接合面積の増大と機械的構造（アンカー構造）を施し、これをパルス通電により接合することによって、強固な接合が得られることを見出した。
さらに、本発明者は、同様の接合面積の増大と機械的構造（アンカー構造）が、他方の部材の接合面側に、略メッシュ状とみなしうる複数の穴又は溝を形成することによっても達成できることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る本発明は、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、パルス通電により接合することを特徴とする異種金属部材の接合方法を提供するものである。
【０００７】
請求項２に係る本発明は、前記略メッシュ状の薄板を鉄系金属からなる他方の部材の接合面にパルス通電により１段階目のパルス通電による接合を行った後に、このようにして接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより両部材の間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、２段階目のパルス通電による接合を行うことを特徴とする、請求項１記載の方法を提供するものである。
【０００８】
請求項３に係る本発明は、１段階目のパルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板と鉄系金属からなる他方の部材とを互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行った後に、２段階目のパルス通電による接合として、このようにして前記他方の部材に接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより前記他方の部材と前記一方の部材との間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う、請求項２記載の方法を提供するものである。
【０００９】
請求項４に係る本発明は、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、次に突き合わせられた接合面を前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合することを特徴とする、請求項１記載の方法を提供するものである。
【００１０】
請求項５に係る本発明は、パルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材と前記略メッシュ状の薄板のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う、請求項４記載の方法を提供するものである。
【００１１】
請求項６に係る本発明は、接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の方法を提供するものである。
【００１２】
請求項７に係る本発明は、接合する部材の少なくとも一方の接合面が、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質が施されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の方法を提供するものである。
【００１３】
請求項８に係る本発明は、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、前記他方の部材の接合面側に、略メッシュ状となる複数の穴又は溝を形成した状態で、接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合することを特徴とする異種金属部材の接合方法を提供するものである。
【００１４】
請求項９に係る本発明は、パルス通電による接合として、接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態で、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことを特徴とする、請求項８記載の方法を提供するものである。
【００１５】
請求項１０に係る本発明は、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることを特徴とする、請求項８又は９記載の方法を提供するものである。
【００１６】
請求項１１に係る本発明は、接合する部材の少なくとも一方の接合面が、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質が施されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法を提供するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す。
請求項１に係る本発明は、異種金属部材の接合方法に関し、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、パルス通電により接合することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１に係る発明においては、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、パルス通電により接合する。
【００１９】
一方の部材は、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれたものからなる。
ここでチタン合金とは、チタン（溶融点１６８０℃）を主成分とする合金類を総称するものである。
チタン合金には幅広い用途があるため、種々の成分を含有したチタン合金が開発されており、チタンの他に例えばバナジウム、クロム、アルミニウムなどの成分を含有するものがある。
代表的なものとしては、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（Ｖが４％、Ａｌが６％、Ｆｅ、Ｏ、Ｎ、Ｈが微量、残りはＴｉであり、溶融点は、１５４０〜１６５０℃）が挙げられる。
また、例えばバナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、さらにアルミニウム（Ａｌ）が各々３〜１５％含有されているチタン合金が挙げられ、代表的にはＴｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ合金（Ｖが１３％、Ｃｒが１１％であり、さらにＡｌが３％、Ｆｅ、Ｏ、Ｎ、Ｈが微量、残りはＴｉ）が挙げられる。例えば、このＴｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ合金は１１７２Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有しており、少なくともチタンとバナジウムとクロムとを含有するチタン合金は純チタン（引張強度約４９０Ｎ／ｍｍ２）と比べて著しく引張強度に優れている。
【００２０】
また、アルミニウム合金とは、アルミニウム（溶融点６６０℃）を主成分とする合金類を総称するものである。具体的には、ＪＩＳ呼称で示すと、１０５０（純アルミニウム材料），２０２４（超ジュラルミン），３００３（Ｍｎ添加），４０３２（Ｓｉ添加），５０５２（Ｍｇ添加），６０６１，７００３（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金）等が挙げられる。
【００２１】
さらに、銅合金とは、銅（溶融点１０８３℃）を主成分とする合金類を総称するものである。具体的には、黄銅、ベリリウム銅、リン青銅、白銅等が挙げられる。
【００２２】
一方、前記一方の部材と接合される他方の部材は、鉄系金属からなるものである。
ここで鉄系金属には、鉄の他、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ダイス鋼（ＳＫＤ）、ハイス鋼（高速度工具鋼）、一般鋼などが含まれる。
【００２３】
請求項１に係る本発明においては、このようなチタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、パルス通電により接合する。
【００２４】
ここで接合すべき部材は２本に限られず、３本以上の部材を同時に或いは連続的に接合することもできる。棒状の部材の場合には、直列に複数本突き合わせた状態で加圧すれば、同時に複数の接合面を接合することができる。また、このように直列に接合した部材を複数組平行に配列して、これらを同時に加圧・通電すれば、より多数の接合を同時に行うことができる。
【００２５】
接合すべき部材の形状は特に制限はなく、例えばバルク状（固体）でも良いし、１ｍｍ以下程度の薄膜状でも良いし、さらには必要に応じてパイプ状、波板状などであっても良い。本発明は、これら各種形状の部材について、同一形状のもの同士、或いは異なる形状のもの同士の相互の接合に利用することができる。
なお、接合面は、平坦であっても良いし、両接合面間に隙間が形成されないようにすれば曲面であっても良い。
さらに接合面を、一方の部材の接合面と他方の部材の接合面が相互に密着するように、相補的な接合面形状に加工しておくこともできる。例えば、一方の接合部材の接合面が凸曲面の場合には、これと密着するような凹曲面を他方の接合部材の接合面形状として採用することもできる。
【００２６】
なお、接合面の面粗度は鏡面に近い方が変形も少なく、圧力も少なくてよいが、コストと時間を要するため、接合温度（一般に９００〜９８０℃）での両母材の持つ固有の降伏点圧力に近づけ、かつ変形させない圧力範囲で、接合をより完全にすることもできる。この場合、圧力はいずれか低い降伏点圧力を有する方の圧力に合わせることが好ましい。
接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施す方法としては、研磨、バフ仕上げ等公知の方法が挙げられる。例えば、接合部材が鉄系金属の場合には、研磨処理により接合面の面粗度をＲａ＝０．３以上の鏡面に仕上げておくことが望ましい。
【００２７】
請求項１に係る本発明においては、このようなチタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、パルス通電により接合する。
【００２８】
両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態でパルス通電により接合する方法には、大別して２つの方法がある。
【００２９】
一つは、請求項２に記載したように、連続的な２段階の接合により接合する方法であって、前記略メッシュ状の薄板を鉄系金属からなる他方の部材の接合面にパルス通電により１段階目のパルス通電による接合を行った後に、このようにして接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより両部材の間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、２段階目のパルス通電による接合を行う方法である。
【００３０】
もう一つは、請求項４に記載したように、１回（１段階）の接合により接合する方法であって、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、次に突き合わせられた接合面を前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合する方法である。
【００３１】
いずれの方法も前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を用い、これを一方の部材と他方の部材との間に介在させる点では同様であるが、介在させるための方法が異なる。
【００３２】
まず前者の方法について述べる。
請求項２に係る本発明においては、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を鉄系金属からなる他方の部材の接合面にパルス通電により１段階目のパルス通電による接合を行った後に、このようにして接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより両部材の間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、２段階目のパルス通電による接合を行う。連続的な２段階の接合により接合する。
この請求項２に係る本発明の方法（２段階での接合方法）は、例えば前記他方の部材がステンレス鋼（ＳＵＳ）であり、前記一方の部材がアルミニウムなどであるといったように、接合すべき二つの部材の融点が著しく異なっている部材同士の接合に特に有効である。
【００３３】
即ち、この場合、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる略メッシュ状の薄板と前記他方の部材であるステンレス鋼（ＳＵＳ）との接合温度と、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる略メッシュ状の薄板と前記一方の部材であるアルミニウムとの接合温度とが著しく異なっていることから、同時には接合することが困難であるが、請求項２に係る本発明の方法（２段階での接合方法）は、このような同時には接合することが困難な部材同士の接合に特に有効である。このようなものは、例えば電磁調理器の調理板などの製造に適用することができる。
請求項２に係る本発明においては、このパルス通電の通電衝撃による加熱と加圧力により、前記一方の部材の表層を塑性流動させ、略メッシュ状の薄板の空洞を埋めて接合面積を増大させて、より強固に接合するものである。
【００３４】
略メッシュ状の薄板は、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなるものである。
例えば、前記他方の部材としてステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いた場合には、この略メッシュ状の薄板の材料としても、これと同じくステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いる必要がある。
また、この薄板は、略メッシュ状であることが必要である。ここで略メッシュ状とは、略網目状であることを指している。
略メッシュ状の薄板とは、任意の方法により開けられたメッシュ穴（メッシュ状の貫通孔）を有する薄板ということができる。
この薄板の厚さは、特に制限はないが、後述するパルス通電時の温度、圧力による前記一方の部材（例えば、アルミ、アルミ合金、チタン合金など）の塑性流動により、メッシュの穴の奥の方まで充分に前記一方の部材が充填される厚さで良い。通常、０．１〜１．０ｍｍ程度であり、０．１〜０．５ｍｍ程度が良い。薄板の厚さが薄過ぎると、アンカー効果が薄れる。メッシュの目の大きさは特に制限はないが、直径で言うと０．１〜１．０ｍｍの範囲がよい。
この薄板におけるメッシュ穴（メッシュ状の貫通孔）は、プレス加工によるパンチ穴（円形状、四角形状）でも格子状（四角形状）の溝でも良いし、或いはエッチング加工等による穴（円形状、四角形状）、溝でも良い。
【００３５】
図１は、本発明で用いる略メッシュ状の薄板におけるメッシュ穴（メッシュ状の貫通孔）をパンチ穴で形成した場合のパンチ方向を示す断面説明図である。
メッシュ穴（メッシュ状の貫通孔）をパンチ穴で形成した場合、図１に示すパンチ方向（パンチした側）と逆の側に前記一方の部材（例えば、チタン合金）側が来るようにすると、よりアンカー効果が発揮され好ましい。これは微細にパンチ穴を観察すると、パンチ方向が僅かに広く、パンチした側と逆の側からみてパンチ下側に向けて僅かに拡開した状態となっていることから、パンチした側に、この略メッシュ状の薄板と同じ材料からなる他方の部材がくると、よりアンカー効果が発揮され強固に接合されるからである。
【００３６】
請求項２に係る本発明においては、このような略メッシュ状の薄板を鉄系金属からなる他方の部材の接合面にパルス通電により１段階目のパルス通電による接合を行った後に、このようにして接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより両部材の間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、２段階目のパルス通電による接合を行う。
パルス通電による接合方法は、常法により行うこともできるが、以下の如き方法で行うことにより効率よく接合することができる。そのような方法を提供するのが請求項３に係る本発明である。
パルス通電による２段階の接合は、請求項３に記載したように、いずれも同様にして行うことができ、また、共に後述する通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融と相互拡散接合処理とを行うことが好ましい。
【００３７】
請求項３記載の本発明は、１段階目のパルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板と鉄系金属からなる他方の部材とを互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行った後に、２段階目のパルス通電による接合として、このようにして前記他方の部材に接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより前記他方の部材と前記一方の部材との間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う、請求項２記載の方法である。
【００３８】
次に、後者の方法について述べる。
請求項４に係る本発明においては、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させた状態で接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、次に突き合わせられた接合面を前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合する。
この請求項４に係る本発明は、１回（１段階）の接合により接合する方法である。１回（１段階）の接合により接合すること以外は、基本的には上記した請求項２に係る本発明と同様にして行うことができる。
【００３９】
パルス通電による接合方法は、常法により行うこともできるが、以下の如き方法で行うことにより効率よく接合することができる。そのような方法を提供するのが請求項５に係る本発明である。
【００４０】
即ち、請求項５に係る本発明は、パルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材と前記略メッシュ状の薄板のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う、請求項４記載の方法である。
【００４１】
上記したように、請求項２と請求項４、これをそれぞれさらにより具体化した請求項３と請求項５とは、いずれも接合を２段階で行うか、或いは１回のみで行うかという点で異なること以外は、パルス通電の条件は基本的に同様である。
以下、パルス通電の条件等について述べる。
前記したように、請求項３に係る本発明においては、請求項２記載の方法において、１段階目のパルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板と鉄系金属からなる他方の部材とを互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行った後に、２段階目のパルス通電による接合として、このようにして前記他方の部材に接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより前記他方の部材と前記一方の部材との間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。
また、請求項５に係る本発明においては、請求項４に係る本発明において、パルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材と前記略メッシュ状の薄板のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。
【００４２】
請求項３に係る本発明においては、１段階目のパルス通電による接合として、前記略メッシュ状の薄板と鉄系金属からなる他方の部材とを互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材のみに通電させ、次いで２段階目のパルス通電による接合として、このようにして前記他方の部材に接合された略メッシュ状の薄板と前記一方の部材の接合面とを互いに突き合わせることにより前記他方の部材と前記一方の部材との間に前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材との任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材のみに通電させる。
また、請求項５に係る本発明においては、前記略メッシュ状の薄板を介在させた状態で突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材と前記略メッシュ状の薄板のみに通電させる。
【００４３】
接合面などに対する加圧力は、二つの部材の持つ固有の硬度、耐圧力等により様々に異なるが、一般には１〜７００ＭＰａの範囲内、好ましくは１０〜２００ＭＰａの範囲内とすれば良い。例えば、チタン又はチタン合金とステンレス鋼との接合の場合には、加圧力は１０〜３０ＭＰａ程度とすれば良い。加圧方向は１軸方向のみでなく、直交する方向や斜め方向など、多軸方向から加えることもできる。
【００４４】
この加圧した状態で、一対の電極をあて、請求項３に係る本発明においては、１段階目のパルス通電による接合として、接合すべき前記略メッシュ状の薄板と前記他方の部材のみに通電させ、２段階目のパルス通電による接合として、接合すべき前記他方の部材と前記略メッシュ状の薄板と前記一方の部材のみに通電させる。また、請求項５に係る本発明においては、接合すべき二つの部材と前記略メッシュ状の薄板のみに通電させる。
電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。
接合部材等と接する電極の形状は、接合部材等の形状に合わせ、円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだものであっても良い。接合部材を挟む電極は、カーボン材でも、モリブデン材でも良い。
【００４５】
ここで「のみに通電させる。」とは、例えば「接合すべき部材のみに通電させる。」場合を例にとると、この場合には接合すべき部材以外に通電するようなものを使用しないということであり、換言すると放電プラズマ焼結法で一般に用いられている、接合部材を取り囲むカーボン型を使用しないということである。
電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大した。
【００４６】
このとき請求項２〜５に係る本発明においては、特に大型の部材を接合するときには、請求項６に記載したように、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることが好ましい。これにより大型の部材を短時間に効率良く接合することができる。
このような外部から強制的に加熱する手段としては特に制限はないが、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これらの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。
外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、接合部材の熱容量により異なるが、一般的には６０分以下とすれば良い。
【００４７】
請求項３、５に係る本発明においては、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合すべき部材等のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による液相での接合界面の原子間微小溶融をさせる。
【００４８】
ここで請求項３、５に係る本発明においては、デューティー比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が３３．３〜３．２％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：２〜１：３０）、好ましくは３３．３〜６．３％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：２〜１：１５）、より好ましくは１６．７〜７．７％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：５〜１：１２）のパルス大電流、又はデューティー比が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９％、より好ましくは９０〜９９％のパルス大電流を流すことが必要である。この範囲外のパルス電流であると、短時間に通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせることができない。
【００４９】
前者のように、パルスのＯＮ時間の比率の低いパルス電流を流すことにより、短時間に通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせることができる。この前者のようなデューティー比のパルス電流はこれまでプラズマ焼結接合において用いられていないものと認められる。
なお、この前者のようなデューティー比のパルス電流を流す場合には、これを補うために、電流の波高値（ピーク値）を上げることが望ましい。
一方、接合部材によっては、後者のようにパルスのＯＮ時間の比率の高いパルス電流を流し、全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させる方が良い部材があるので、部材によりどちらか一方を選択する。
いずれの方法でも、接合界面近くでは微小溶融が行われており、部材の持つ固有の拡散の容易な部材とそうでないものとの差であると考えられる。
【００５０】
また、接合部材の質量、材質により異なるが、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ましくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
【００５１】
このようなパルス大電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させると、温度が上昇し、接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上（好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より好ましくは溶融点の６５％以上、９０％未満）からなる固溶化温度帯域まで達する。接合部材の質量、熱容量により異なるが、この固溶化温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）、例えば鉄鋼材料などでは８７０℃、特に１０００℃を超えた温度を、０．５〜６０分間程度保持することにより、パルス大電流の通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせ、第一段階での接合を行う。このような液相状態での原子間微小溶融は、これまで全く行われていない。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、接合すべき部材によっては大気中でも可能である。或いは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス下において行っても良い。
【００５２】
請求項３、５に係る本発明においては、このようにして通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。特に接合部材の材質によっては、１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことが好ましい。
これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきたが、これと請求項３、５に係る本発明で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。請求項３、５に係る本発明のようなパルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。
【００５３】
このような相互拡散接合処理は、鉄鋼材料においては固溶化温度以上の固溶化温度帯域で行うことができ、それ以外の材料については溶融点の４０％以上、好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より好ましくは溶融点の６５％以上、９０％未満からなる固溶化温度帯域で行うことができる。接合すべき材料により異なるが、一般的には、８７０℃より高い温度帯域で、好ましくは１０００℃を超えた温度であり、また前記原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。
【００５４】
なお、この固溶化温度帯域でいう温度とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。
固溶化温度帯域でいう温度は、異材質の場合には、いずれか低い方の固溶化温度或いは溶融点を基準としている。
【００５５】
この相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前工程からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。相互拡散接合処理を行う際には、固溶化温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を３０〜１２０分間程度、好ましくは４５〜９０分間程度保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。
【００５６】
請求項３、５に係る本発明では、上記したように通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて相互拡散接合処理すること、つまり一旦液相状態として原子間微小溶融をさせた後に、相互拡散接合処理すること、が必要である。
このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。
【００５７】
このようなパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理によれば、ねじり試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合すべき部材を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。
【００５８】
なお、本発明においては、請求項７に記載したように、接合する部材の少なくとも一方の接合面に、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質を施して接合することが好ましい。
このようなアルゴン雰囲気下でのプラズマ処理による界面改質を施すことにより、界面の酸化被膜等を除去し、拡散接合を容易ならしめることができる。
それ故、このようなアルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質の代わりに、接合面の両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良い。
【００５９】
なお、接合時の圧力と温度と面粗度は密接な関係があり、トライアングルな関係にある。パルス通電接合温度は、母材の溶融点の４０％以上であって溶融点未満で、圧力は接合母材固有の降伏点圧力の４０％以上であって降伏点圧力未満の間で、好ましくは接合母材固有の降伏点圧力の４０％〜９０％の範囲で圧力調整すると良い結果が得られる。
例えば、母材がＳ４５Ｃ（炭素鋼）同士で接合時温度１０００℃（接合部側面温度）とした場合、Ｓ４５Ｃの１０００℃において歪み変形が起こる降伏点圧力は約２５ＭＰａである。
また、ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）においては、１０００℃において歪み変形が起こる降伏点圧力は約３９ＭＰａである。
このように金属、非鉄金属、単結晶材料、各種合金、セラミック等、接合母材によって様々に降伏点圧力値が異なる。この降伏点圧力を超えると、母材は圧力に負けて変形（歪み）を起こし始める。
従って、この降伏点圧力未満の圧力で、面粗度が粗い場合には、できる限り、この降伏点圧力に近い範囲で接合すると、接合面が粗くても、接合強度は強固になる。
一方、面粗度が非常に良い鏡面の接合面であれば、それより少ない圧力で接合できる。勿論、これは他の条件を同一とした場合である。母材の溶融点に近い温度で接合を行えば、降伏点圧力は下がる。
【００６０】
接合界面が母材全体の温度を超えて、原子間微小溶融を繰り返し、徐々に接合部表面の先端微小局部が塑性流動変形を起こし、両母材間の空洞を埋めて行き、両母材は隙間なく接合の状態になるのであるが、空洞を埋める分だけ寸法変化が起こるため、精度を高めるためには、接合面はできるだけ鏡面に近い方が精度的に有利である。しかし、接合面を限りなく鏡面にすることは、実際には限界があり、かつ大変なコストがかかり、実用面で問題がある。よって、通常の工作機械など切削加工面で同じ強度を持つ接合ができれば、産業界にとっても非常に有効な接合方法となることは明らかである。
なお、本発明のように異種材料同士の接合の場合には、どちらか降伏点圧力の低い値に合わせる。
いずれの場合でも、拡散接合処理をすると、完全に接合状態となる。
【００６１】
なお、パルス通電接合中に、接合材料が昇温し、降伏点圧力が減衰するのに伴い、加圧力を徐々に下げることが望ましい。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力を増大させることができる。
即ち、接合材料が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こるということは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合材料が昇温し、降伏点圧力が減衰するのに伴い、加圧力をそれ以下の範囲で徐々に下げることが望ましい。つまり、降伏点圧力と加圧力の最も適切な応答性のある接合加圧力に調節することが良い。この加圧力の調節は、降伏点圧力がより低い部材について、その降伏点圧力の４０〜９０％の範囲で行うことが望ましい。
この加圧力の調節は、相互拡散接合処理時においても行うことが望ましい。
【００６２】
このように同じ材料同士の場合には、パルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理により、ねじり試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合すべき部材を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。
しかしながら、本発明のように異種材料同士の接合の場合、前記したように、例えば、チタン又はチタン合金と鉄系金属との接合は、パルス通電法による接合方法においても、完全接合は難しい材料同士である。また、両部材の熱膨張応力の違い（チタン：８．４；鉄：１１．７）から、仮に接合できたとしても、温度変化による接合強度の劣化や変形が生じてしまう。このような状況は、チタンやチタン合金からなる部材と鉄系金属からなる部材との間だけでなく、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金からなる部材と鉄系金属からなる部材との間においても同様である。
請求項１〜７に係る本発明においては、この接合の際に、接合すべき両部材の間に、他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させることによって、接合面積の増大と機械的構造（アンカー構造）を施し、これをパルス通電により接合することによって、接合強度を飛躍的に向上させることができる。
【００６３】
この点について、例えばチタン合金と鉄系金属（ステンレス鋼）との接合を例にとって説明すると、パルス通電による加熱と加圧力により、チタン合金が塑性流動をして、メッシュ状のステンレス鋼薄板の貫通穴中に押し出され（流れ込み）、チタン合金とメッシュ状のステンレス鋼薄板との接合面で接合される。この際に、接合面積が増える。つまり、チタン合金とステンレス鋼との接合面積を全体として増大させて接合される。また、図２に示すようなアンカー効果による機械的強度も付加され、接合強度をより一層向上させることができる。
【００６４】
ここでステンレス鋼（融点：１５３５℃）より融点の高いチタン合金（融点：１６６８℃）が、ステンレス鋼より早く塑性流動するのは、チタン合金の方がステンレス鋼より電気抵抗が大きい（チタン合金の電気抵抗率は５５と、ステンレス鋼の電気抵抗率１０．７の約５倍である。）ため、先に表面部に近い部分が軟化塑性流動するからである。パルス通電による、通電加熱と加圧力でチタン合金の表層部が軟化塑性流動し、メッシュ状のステンレス鋼薄板の貫通穴中に押し出される（入り込む）。充分に押し出された時点で、加圧力を１５〜１０ＭＰａに徐々に下げると良い。
一方、例えばステンレス鋼とメッシュ状のステンレス鋼薄板との接合は、同一材料であり、通常のパルス通電法により強固に接合される。
なお、この場合、例えばメッシュ状のステンレス鋼薄板は、チタン合金とステンレス鋼との熱膨張の差による変形を和らげる緩衝効果もあり、接合強度を維持させるのに大きな効果がある。従って、接合後の変形防止に有効であり、特に大きな面積の部材を変形なく接合することができる。
【００６５】
上記した如き特定の略メッシュ状の薄板を介在させることによる、接合面積の増大と機械的構造（アンカー構造）と同様の接合面積の増大と機械的構造（アンカー構造）は、他方の部材の接合面側に、略メッシュ状とみなしうる複数の穴又は溝を形成することによっても達成することができる。このような異種金属部材の接合方法を提供するのが、請求項８に係る本発明である。
即ち、請求項８に係る本発明は、異種金属部材の接合方法に関し、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、前記他方の部材の接合面側に、略メッシュ状となる複数の穴又は溝を形成した状態で、接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた面を密着させるように加圧しつつ、パルス通電により接合することを特徴とするものであり、請求項１〜７に係る本発明における略メッシュ状の薄板の代わりに、鉄系金属からなる他方の部材の接合面側に、メッシュ状とみなしうる複数の穴又は溝を形成したこと以外は、請求項１〜７に係る本発明と同様である。
【００６６】
このような略メッシュ状となる複数の穴又は溝は、鉄系金属からなる他方の部材の接合面側に、エッチング、機械加工等により形成することができる。ここでいう穴又は溝としては、貫通孔以外であれば特に制限はない。
例えば、請求項１〜７に係る本発明におけるようにステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる略メッシュ状の薄板を挟む代わりに、他方の部材であるステンレス鋼（ＳＵＳ）の接合面側にエッチング、機械加工等により穴、溝を形成したものであっても良い。
なお、必要に応じて、鉄系金属からなる他方の部材の接合面側ではなく、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材の接合面側に、エッチング、機械加工等により略メッシュ状となる穴、溝を形成することもできる。
この略メッシュ状となる穴、溝の深さや大きさ等は、前記した略メッシュ状の薄板におけるメッシュの深さ（つまり、この場合は貫通孔であるから薄板の厚さと同じである）やメッシュの目の大きさと同様で良い。
この略メッシュ状となる穴、溝においても、前記した略メッシュ状の薄板のメッシュ穴（貫通孔）と同様にその穴、溝がアンカー効果を発揮できる形状であることが望ましい。
【００６７】
なお、この請求項８に係る本発明においても、請求項９に記載したように、前記した請求項１〜７に係る本発明と同様に、パルス通電による接合として、接合すべき二つの部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態で、接合すべき二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき二つの部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が３３．３〜３．２％又は８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことが望ましい。
また、請求項１０に記載したように、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることが望ましい。
さらに、請求項１１に記載したように、接合する部材の少なくとも一方の接合面が、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質が施されていることが望ましい。
これらについては、請求項１〜７に係る本発明において述べた通りである。
【００６８】
本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、極めて強固かつ短時間に接合することができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
【００６９】
【実施例】
次に、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
【００７０】
実施例１（１段階での接合；デューティー比１０％；ねじり破壊試験実施）
（１）接合界面の液相での原子間微小溶融
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの直方体状の試験片Ａを用意し、その接合面側を♯１５００研磨しておいた。
一方、チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなる縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの直方体状の試験片Ｂを用意し、その接合面側を♯１５００研磨しておいた。
さらに、略メッシュ状の薄板として、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）薄板に、プレスにより直径０．５ｍｍのパンチ穴を４００〜５００個／ｃｍ２  開けたものを用いた。
このようにして得られた略メッシュ状の薄板を、そのパンチ方向を逆（裏返し）にして、前記ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる試験片Ａの接合面側の上に載せ、さらにこの略メッシュ状の薄板の上に、前記チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなる試験片Ｂをその接合面側が略メッシュ状の薄板と接するように載せた。図１でいうと、図中の「パンチ方向」側（拡開している側）にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる試験片Ａが位置するように配置した。
次いで、真空炉において、接合面を密着させるように２０ＭＰａの圧力で加圧した状態で、接合すべき試験片の両端に一対の電極をあて、接合すべき試験片のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が１０％（パルス比１：９）のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は９８０℃であり、保持時間は３分間であり、ピーク電流は３００Ａであった。
なお、加圧力は、昇温に伴い、２０ＭＰａ−１５ＭＰａ−１０ＭＰａと可変にした。この加圧力の調節は、次の相互拡散接合処理においても同様に行った。
【００７１】
（２）液相での原子間微小溶融後の相互拡散接合処理
上記（１）において、液相での原子間微小溶融させた後の試験片について、この試験片を９５０℃の温度で６０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。
【００７２】
なお、この場合、接合界面の液相での原子間微小溶融においても、液相での原子間微小溶融後の相互拡散接合処理においても、デューティー比は１０％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：９）とした。
【００７３】
（３）ねじり破壊試験
このようにして得られた接合試験片について、図３に示すようにして接合面をねじるようにレンチを用いてねじり破壊試験を行った。
その結果、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部から剥離破断しなかった。
なお、この接合試験片における接合面積を計算してみると、次の数式に示すように、メッシュ穴が５００個の場合、接合面積は略メッシュ状の薄板を用いなかった場合と比べて約２倍になることが分かる。
【００７４】
［数式１］
・この接合試験片における接合面積
＝（１０×１０）＋（０．５×３．１４×０．１×５００）＋（アンカー下部面積：若干）÷（１０×１０）≒２
【００７５】
実施例２（１段階での接合；デューティー比９８％；ねじり破壊試験実施）
実施例１において、接合界面の液相での原子間微小溶融及び液相での原子間微小溶融後の相互拡散接合処理におけるデューティー比を９８％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝９８：２）としたこと以外は、実施例１と同様にして接合を行い、接合試験片を作成し、ねじり破壊試験を行った。
その結果、実施例１と同様に、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部から剥離破断しなかった。
【００７６】
実施例３（１段階での接合；デューティー比１０％；引張試験実施）
実施例１において、試験片Ａとして、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる直径１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒状の試験片を用い、試験片Ｂとして、チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなる直径１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒状の試験片を用い、かつ、略メッシュ状の薄板として、直径１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）薄板に、プレスにより直径０．５ｍｍのパンチ穴（パンチ方向の穴径０．５ｍｍ、これと反対側の穴径０．３ｍｍ）をピッチ０．５ｍｍにて開けたものを用いたこと以外は、実際例１と同様にして図４に示す如き接合試験片を作成した。
このようにして得られた接合試験片を切削加工して図５に示す如き引張試験用接合試験片を作成し、引張強度を測定したところ１５９ＭＰａであった。
また、この引張試験用接合試験片の接合部断面の写真像図を図６に示す。図６は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）＋略メッシュ状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）＋チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなる引張試験用接合試験片の接合部断面の写真像図である。
【００７７】
比較例１（１段階での接合；デューティー比１０％；引張試験実施）
実施例３において、略メッシュ状の薄板を用いなかったこと以外は、実施例３と同様にして引張試験用接合試験片を作成し、引張強度を測定した。その結果、引張強度は４０ＭＰａであった。
【００７８】
実施例４（２段階での接合；デューティー比１０％；ねじり破壊試験実施）
［第１段階目の接合］
ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円盤状の試験片Ａを用意し、その接合面側を♯１５００研磨しておいた。
さらに、略メッシュ状の薄板として、直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円盤状のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）薄板に、プレスにより直径１．０ｍｍのパンチ穴を４００〜５００個／ｃｍ２  開けたものを用いた。この場合、パンチ方向の穴径は１．０ｍｍであり、反対側の穴径は０．５ｍｍであった。
このようにして得られた略メッシュ状の薄板を、そのパンチ方向が前記ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる試験片Ａと接するように配置した。
このものを実施例１と同様にして接合し、第１段階目の接合試験片（直径１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの円盤状接合試験片）を作成した。
【００７９】
［第２段階目の接合］
一方、アルミ合金（５０５２）からなる直径１００ｍｍ、厚さ１０．０ｍｍの円盤状の試験片Ｂを用意し、その接合面側を♯１５００研磨しておいた。
この試験片Ｂの上に、第１段階目の接合で得られた接合試験片を、その略メッシュ状の薄板側がくるように配置し、これを実施例１と同様にして接合し、第２段階目の接合試験片（直径１００ｍｍ、厚さ１１．０ｍｍの円盤状接合試験片）を作成した。
このような２段階での接合の模様を図７に示す。
【００８０】
このようにして得られた２段階目の接合試験片について、図３に示すようにして接合面をねじるようにレンチを用いてねじり破壊試験を行った。
その結果、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部から剥離破断しなかった。
【００８１】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明の方法によれば、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金よりなる群から選ばれた一方の部材と、鉄系金属からなる他方の部材との二つの部材を接合するにあたり、前記両部材の間に、前記他方の部材に用いた鉄系金属と同じ材料からなる略メッシュ状の薄板を介在させ、これをパルス通電により接合することによって、一方の部材を塑性流動させ、略メッシュ状の穴の空洞を埋めて接合面積を増大させると共に、機械的構造（アンカー構造）を施すことができ、その結果強固な接合が得られる。
また、請求項８に係る本発明の方法によれば、同様の接合面積の増大と機械的構造（アンカー構造）が、他方の部材の接合面側に、略メッシュ状とみなしうる複数の穴又は溝を形成することによっても得られる。
さらに、請求項１〜１１に係る本発明の方法によれば、接合すべき部材を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。
【００８２】
このように請求項１〜１１に係る本発明の方法によれば、強固な接合が得られることから、各種部材の接合に広く利用することができる。特に、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工溝を施しておきさえすれば、本発明の方法による接合によって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリット、溜まり場等の複雑な形状を有する機械部品を容易に形成することができる。
【００８３】
従って、本発明の接合技術は、例えばゴルフクラブのヘッド部分や、医療用の形状記憶チタン合金とステンレス鋼との接合機器、原子力発電機器用途、電磁調理器の調理板をはじめとして、各種用途に幅広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる略メッシュ状の薄板におけるメッシュ穴（メッシュ状の貫通孔）をパンチ穴で形成した場合のパンチ方向を示す断面説明図である。
【図２】本発明の方法により得られる接合体の接合状態の１例を示す説明図である。
【図３】実施例で行ったねじり破壊試験の模様を示す説明図である。
【図４】実施例３における接合試験片を示す説明図である。
【図５】実施例３における引張試験用接合試験片を示す説明図である。
【図６】実施例３におけるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）＋略メッシュ状のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）＋チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなる引張試験用接合試験片の接合部断面の写真像図である。
【図７】実施例４における２段階での接合の模様を示す説明図である。
【符号の説明】
１  略メッシュ状の薄板
２  他方の部材
３  一方の部材
４  接合試験片
５  レンチ
【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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