(57)【要約】【課題】本発明は、歪や欠陥が少なく高い接合強度を有する健全な接合部を効率的に形成可能な異種金属の接合方法、および歪や欠陥が少なく高い接合強度を備えた健全な接合部を有する接合物を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の異種金属の接合方法の一態様は、接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第２の部材とを介在物を介することなく直接、所定の継手でレーザ接合する接合方法であって、前記レーザに対するレーザ吸収率および融点が第２の部材よりも低い第１の部材の被接合面と第２の部材の被接合面と密着させて密着面を形成し、当該密着面を挟む双方の表面の隣合う領域に同時にレーザを照射することを特徴とする異種金属の接合方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第２の部材とを介在物を介することなく直接、所定の継手でレーザ接合する接合方法であって、前記レーザに対するレーザ吸収率および融点が第２の部材よりも低い第１の部材の被接合面と第２の部材の被接合面と密着させて密着面を形成し、当該密着面を挟む双方の表面の隣合う領域に同時にレーザを照射することを特徴とする異種金属の接合方法。
【請求項２】
前記第１の部材のレーザ吸収率が２０％以下であり、前記第２の部材のレーザ吸収率が２７％以上である請求項１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項３】
前記第１の部材の熱伝導率は前記第２の部材よりも高い請求項１または２のいずれかに記載の異種金属の接合方法。
【請求項４】
前記密着面を挟み第１の部材および第２の部材の表面に照射される一条のレーザの当該表面における照射円が、第１の部材と第２の部材との密着面を挟む双方の表面の隣合う領域を同時に含むようにレーザを照射する請求項１乃至３のいずれかに記載の異種金属の接合方法。
【請求項５】
前記継手が突合せ継手である請求項１乃至４のいずれかに記載の異種金属の接合方法。
【請求項６】
前記密着面を挟み第１の部材および第２の部材の表面に照射されるレーザの当該表面における照射円の中心が、当該密着面と直交する方向において密着面を基準として第１の部材側に、照射円の直径との比が１０〜５０％となるよう偏位している請求項４または５のいずれかに記載の異種金属の接合方法。
【請求項７】
前記密着面を挟み第１の部材の表面に第１のレーザを、第２の部材の表面に第２のレーザを照射する請求項１乃至３のいずれかに記載の異種金属の接合方法。
【請求項８】
第１の部材の表面における第１のレーザの照射円と第２の部材の表面における第２のレーザの照射円とが有するエネルギー密度が相違する請求項７に記載の異種金属の接合方法。
【請求項９】
接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第２の部材とが介在物を介することなく直接、所定の継手で接合された接合物であって、前記第１の部材と前記第２の部材の被接合面が互いに密着されてなる密着面を挟む双方の表面の隣合う領域に照射されたレーザで形成されてなる接合部を有し、前記第１の部材は、前記第２の部材よりも融点が低くかつ前記レーザに対するレーザ吸収率が低いことを特徴とする異種金属からなる接合物。
【請求項１０】
前記第１の部材のレーザ吸収率が２０％以下であり、前記第２の部材のレーザ吸収率が２７％以上である請求項９に記載の異種金属からなる接合物。
【請求項１１】
前記第１の部材の熱伝導率は前記第２の部材よりも高い請求項９または１０のいずれかに記載の異種金属からなる接合物。
【請求項１２】
前記密着面と直行する方向の前記密着面を基準とした接合部の前記第１の部材側の割合が、６０％以上である請求項９乃至１１のいずれかに記載の異種金属からなる接合物。
【請求項１３】
前記接合部の組織は、前記第１の部材を構成する金属を主体とした渦状組織を有する請求項１２に記載の異種金属からなる接合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融点の異なる異種金属同士を接合する接合方法および融点の異なる異種金属が接合されてなる接合物に係わる技術分野に属する発明であり、より詳細には、接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第１の部材より融点の高い第２の部材とを介在物を介することなく直接、所定の継手でレーザ接合する接合方法および接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第１の部材より融点の高い第２の部材とが介在物を介することなく直接、所定の継手で接合された接合物に関する技術分野に属する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子部品、輸送機械または一般産業機器などの分野において融点の異なる異種金属が接合されてなる接合物が利用されてきたが、近年の例えば情報処理機器や情報通信機器の小型化・低背化、あるいは地球環境保全の観点からの製品の軽量化、長寿命化など各種の目的を達成するため、歪や欠陥が少なく高い接合強度を備えた健全な接合部を有する接合物を効率的に形成可能な異種金属の接合技術の確立への要請が高まっている。ここで、異種金属とは、被接合物を構成する主たる組成が異なるものを言い、例えば主たる組成が鉄と銅であるそれぞれの合金としてのステンレス鋼と黄銅は異種であり、主たる組成が鉄として共通するその合金としてのステンレス鋼と工具鋼は同種である。
【０００３】
ここで、異種金属を接合する技術としては、固相接合である拡散接合や超音波接合、液相接合である溶接やロウ接合などがあるが、いずれの接合技術も接合部の品質面および効率面から一長一短があり、上記要請を満足するレベルにないのが実情である。一方で、高エネルギー密度を有するレーザは、大気中において、ごく微小な領域を瞬時に加熱し溶融して効率的に接合部を形成できるとともに、レーザが照射された領域以外の部分には熱影響が及び難く歪や欠陥が少ない良質な接合部を形成できる接合技術として従来から注目されている。そして、近年、ＣＯ２レーザに比べ波長が短いため金属表面における反射が少なく、レーザスポット径の小さなＹＡＧレーザやＬＤレーザの高出力化に伴い異種金属の接合技術として当該レーザを利用するための研究開発が展開されており、その技術の一例が下記特許文献１〜３に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された異種金属の接合技術は、人体の血管管路に挿入されるニッケルチタン合金からなる円管状のステントの外周面に、ニッケルチタン合金より融点が低い金からなる放射線不透過性のマーカーをレーザで接合する接合方法であって、ステントの外周面にマーカーを接触させる工程と、ニッケルチタン合金および金のレーザに対する反射率が本質的に重なるレーザの最適波長範囲から選択された波長を有するレーザを、ステントの外周面およびマーカーの表面に照射し、接合部を形成する工程を含む異種金属の接合方法である。かかる接合方法によれば、例えばニッケルチタン合金と金とを接合する場合には、０．４０〜０．５５μｍの波長を有する倍周波数化されたＮｄ：ＹＡＧレーザを選択することにより、当該レーザに対する両者のレーザ反射率が近接し、レーザが照射された両者の表面の溶融状態がほぼ同一となるので金のみが一方的に融解・気化することがなく、マーカーがステントから剥離することのない信頼性の高い接合部を形成することができると記載されている。
【０００５】
下記特許文献２に開示された異種金属の接合技術は、ステンレスとステンレスより融点が低い黄銅系金属との接合面近傍にビームを照射して接合する接合方法であって、前記接合面を挟んで両者の間にビームをウィービングし、黄銅系金属を融点より低い温度までに加熱した後、ビームをステンレス側に照射し、ステンレスが溶融するまで加熱する異種金属の接合方法である。この接合方法によれば、黄銅系金属を直接加熱せず、ステンレスの溶融に伴う輻射熱や伝熱により間接的に加熱して接合面近傍の黄銅系金属を溶融せしめ、相互の金属が混在した溶融池を形成するので強固な接合部を得ることができる、と記載されている。また、ウィービングによる加熱は、伝熱等の間接的な黄銅系金属の溶融までの加熱速度の遅さを考慮して、黄銅系金属を加熱し、ステンレスの溶融と溶融時期を近似させている、と記載されている。
【０００６】
下記特許文献３に開示された異種金属の接合技術は、銅系材料からなる第１の部材と第１の部材より溶融温度の高いステンレス鋼材からなる第２の部材をレーザで接合する異種金属の接合方法であって、第１の部材の接合端と第２の部材の接合端とを対向配置する工程と、第１の部材の接合端と第２の部材の接合端とが合わされる接合部に対し該接合部における溶融部のビード幅が１．５ｍｍ以下となるようにレーザを照射する工程と、を含む異種金属の接合方法である。かかる接合方法によれば、接合部における溶融部のビード幅が１．５ｍｍ以下となるようにレーザを照射するので、接合部への入熱量を小とし比較的短期間とし、入熱部を小さく局部的とし、銅成分が鉄の結晶粒界へ移動しても粒界を割る為の熱エネルギーがなく、溶融部における割れの発生を回避できる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５１７８７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６９８３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザによる異種金属の接合技術に関する従来の技術水準を示した特許文献１〜３に開示された技術は、融点が異なる異種金属の接合において上記した作用効果を有するものの、欠陥が少なく高い接合強度を有する良質な接合部を効率的に形成するという点では不充分である。すなわち、特許文献１の接合方法では、異種金属において両者のレーザ反射率が重複するようにレーザの波長を選択する必要がある。そのため選択可能なレーザの波長範囲が非常に狭く、接合部に要求される品質や工業生産上要求される製造効率を満足する適切な波長のレーザを選択できない恐れがある。また、特許文献１の接合技術で選択されるレーザは、発振器で生成されてなるレーザの原波を適宜調波して所要の波長に制御する必要があるため設備が複雑化し、当該接合方法で接合されてなる接合物が高コスト化する恐れがある。
【０００９】
特許文献２の接合方法では、ビームをステンレス側に照射してステンレスを溶融させる工程の前段において黄銅系金属を融点より低い温度まで加熱して予熱するが、その両者の接合面を挟んでビームをウィービングする予熱工程は、接合部を形成するためのステンレスの溶融工程とは別工程で行われる。そのため、図８に示すように、異種金属の一方の金属が熱伝導率の高い黄銅、銅、金、銀またはアルミニウムその他高熱伝導性の金属の場合には、照射領域にレーザから予熱工程において入熱された熱が当該領域の外に即座に拡散してしまい当該領域が充分に予熱されないため、予熱工程後のステンレスの溶融工程で充分に溶融したステンレスと混合せず、良好な接合部を形成できない恐れがある。
【００１０】
特許文献３の接合方法は、上記のとおり第１の部材の接合端と第２の部材の接合端とが合わされる接合部における溶融部のビード幅が１．５ｍｍ以下となるようにレーザを照射する接合方法であるが、そのような幅の溶融部を形成する具体的な条件は記載されていない。
【００１１】
本発明は、従来技術の問題点を鑑みて本願発明者らが鋭意検討の上なされたものであり、接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第１の部材より融点の高い第２の部材とを介在物を介することなく直接、所定の継手でレーザ接合する接合方法において、レーザの照射による第１の部材の予熱処理と第２の部材の溶融処理とを同時に進行せしめるという技術的課題を解決し、歪や欠陥が少なく高い接合強度を有する健全な接合部を効率的に形成可能な異種金属の接合方法を提供することを目的としている。また、本発明は、接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第１の部材より融点の高い第２の部材とが介在物を介することなく直接、所定の継手で接合された接合物において、上記課題を解決することにより、歪や欠陥が少なく高い接合強度を備えた健全な接合部を有する接合物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の課題を解決する、本発明の異種金属の接合方法の一態様は、接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第２の部材とを介在物を介することなく直接、所定の継手でレーザ接合する接合方法であって、前記レーザに対するレーザ吸収率および融点が第２の部材よりも低い第１の部材の被接合面と第２の部材の被接合面と密着させて密着面を形成し、当該密着面を挟む双方の表面の隣合う領域に同時にレーザを照射することを特徴とする異種金属の接合方法である。
【００１３】
かかる接合方法によれば以下の作用効果を奏することができる。すなわち、所定の継手で接合されるように、第２の部材よりも低い融点を有する第１の部材と第２の部材とを相互の被接合面を密着させて密着面を形成する（密着工程）。なお、第１の部材および第２の部材は、突合せ継手、重ね継手、Ｔ継手、角継手その他各種の継手様式で接合させることができる。また、相互の被接合面は全ての面で密着している必要はなく、密着面を形成するように両者の少なくとも一部が密着していればよい。したがって、一部が密着した被接合面の間に、例えばＶ型、Ｘ型、Ｕ型の開先が形成される面を被接合面は有していてもよい。
【００１４】
上記密着工程の後、密着面を挟む第１の部材および第２の部材双方の表面の隣合う領域に同時にレーザを照射する（接合工程）。この接合工程において、密着面を境界として第１の部材および第２の部材の隣接する表面は所定の領域においてレーザを受光する。なお、言うまでもないが、第２の部材に照射されその表面が受光するレーザは、融点の高い第２の部材が溶融するに足る充分なエネルギー密度を有しており、さらに第２の部材のレーザ吸収率は第１の部材より高い。したがって、レーザを受光した表面の所定領域において第２の部材はレーザを吸収し、加熱し、溶融状態となる（第２の部材の溶融処理）。
【００１５】
一方で、第１の部材は第２の部材よりもレーザ吸収率が低いので、例えば第２の部材に照射されたレーザと同一レベルのエネルギー密度を有するレーザを第１の部材に照射した場合でも、当該レーザを受光した第１の部材の表面は第２の部材ほどにはレーザを吸収しない。そのため、レーザを受光した表面の所定領域において第１の部材はレーザを吸収するものの、第２の部材に比べ入熱量が低いために加熱が抑制され、第１の部材は溶融せずに予熱状態となる（第１の部材の予熱処理）。
【００１６】
ここで、本発明においては、密着面を挟む双方の表面の隣合う位置に、しかも同時にレーザを照射するので、第１の部材の予熱処理と第２の部材の溶融処理は同時に行われることとなる。したがって、第２の部材の溶融処理と同時に予熱処理されている第１の部材の第２の部材の溶融部に接する部分は、当該第２の部材の溶融部から熱伝達や熱輻射で供給される熱により、間接的に加熱され速やかに溶融する。このように第１の部材の予熱処理と第２の部材の溶融処理とを同時に行わせしめることで両部材が溶融する時期が一致し、第１の部材と第２の部材の各々の溶融物が円滑に混合し、欠陥が少なく健全な接合部が形成され、当該接合部を介して第１の部材と第２の部材は高い接合強度で接合される。加えて、第１の部材の予熱処理と第２の部材の溶融処理は同時並行して行われるので、効率も極めて高い。
【００１７】
また、本発明に係わる異種金属からなる接合物は、上記接合方法を用いて好適に実現される接合物であって、接合されるべき被接合面を互いに有する金属からなる第１の部材と第２の部材とが介在物を介することなく直接、所定の継手で接合された接合物において、前記第１の部材と前記第２の部材の被接合面が互いに密着されてなる密着面を挟む双方の表面に隣合う領域に照射されたレーザで形成されてなる接合部を有し、前記第１の部材は、前記第２の部材よりも融点が低くかつ前記レーザに対するレーザ吸収率が低いことを特徴とする異種金属からなる接合物である。かかる接合物によれば、その接合部は、欠陥が少なく健全で、高い接合強度を有するので、当該接合物が部品として組み込まれる電子部品、輸送機器、一般産業機器その他各種機器の小型・低背化、軽量化、長寿命化などの要請に応じることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係わる異種金属の接合方法および異種金属からなる接合物は上記説明のとおり構成したので、本発明の課題を解決し、歪や欠陥が少なく高い接合強度を有する接合部を効率的に形成可能な異種金属の接合方法を提供するという本発明の目的を達成することができる。なお、本発明の好ましい実施態様の構成およびその奏する作用効果については、下記で詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係わる第１態様の接合物を示す斜視図である。
【図２】図１の接合物を形成する接合装置の概略構成を示す図である。
【図３】図１の接合物の形成する本発明に係わる第１態様の接合方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係わる第２態様の接合物およびその接合物を形成するための接合方法を示す図である。
【図５】本発明に係わる第３態様の接合物およびその接合物を形成するための接合方法を示す図である。
【図６】図１の接合物の形成する本発明に係わる第４態様の接合方法を説明するための図である。
【図７】レーザの波長と金属のレーザ吸収率との関係を示す図である。
【図８】各種金属の熱的な諸特性を示す図である。
【図９】実験例１の接合物の破断強度とレーザ照射位置との関係を示す図である。
【図１０】実験例１の接合物の破断後の表面および破断面を示す図である。
【図１１】実験例１の接合部の表面および裏面および断面を示す図である。
【図１２】図１０の接合部の断面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１３】実験例１において照射円の直径を４００μｍにした場合の接合部の表面および断面を示す図である。
【図１４】実験例２の接合部の表面を示す図である。
【図１５】実験例２の接合部の断面を示す図である。
【図１６】実験例２の接合物の破断強度とレーザ吸収率との関係を示す接合部の図である。
【図１７】実験例１の接合部のＥＰＭＡによる分析結果を示す図である。
【図１８】図１７の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係わる異種金属の接合方法および異種金属からなる接合物について、その第１〜第４実施態様ならびに実験例１及び２に基づき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下、本発明について、異種金属として第１の部材を銅、第２の部材をステンレス鋼で構成した実施態様および実験例で代表させて説明するが、本発明はかかる実施態様に限定されることはない。すなわち、本発明は、第１の部材を黄銅、アルミニウム、金または銀またはそれらの合金で構成し、第２の部材を鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金で構成した、図８に示す熱的特性を有する各種金属からなる第１の部材と第２の部材との組合せ、すなわち第１の部材を構成する金属が第２の部材を構成する金属よりも融点が低い異種金属の組合せにおいて適用することができる。
【００２１】
［第１実施態様］
図１は、本発明に係わる第１実施態様の接合物１０を示す斜視図である。全体が平板状の接合物１０は、表面における酸化膜の生成が少ない無酸素銅（融点：１０８３度）からなる第１の部材１１とステンレス鋼（融点：１４５０度）からなる第２の部材１２とが接合部１３を介して接合されている。図示するように、一対の被接合物である第１の部材１１と第２の部材１２は、厚みｔ１・ｔ２が同一で、縦横の寸法ｗ１×ｖ１・ｗ２・ｖ２も同一である矩形板状体であり、下記詳述する接合方法により形成された接合部１３による継手形式は、第１の部材１１と第２の部材１２の各々の一側面である平坦な被接合面１１ａと１２ａを相互に突合せて接合した平突合せ継手である。なお、第１の部材１１および第２の部材１１は全て金属で構成されている必要はなく、少なくとも接合部１３を形成すべき部分が銅およびステンレス鋼で構成されていれば足り、他の部分は例えば樹脂・セラミックスなど他の材料で構成されていてもよい。
【００２２】
図において符号１１ｂ・１２ｂは、各々第１の部材１１と第２の部材１２の平坦な表面であり、接合部１３を形成する際に照射されるレーザを受光する受光面である。なお、図１において、第１の部材１１と第２の部材１２との被接合面１１ａ・１２ａは、実際の接合物１０では溶融により消滅しているため接合物１０の表面では確認することは出来ないが、被接合面１１ａ・１２ａが密着され形成される密着面１４が理解できるように各々破線で示している（図４〜６において同様。）
【００２３】
第１の部材１１と第２の部材１２とを接合して上記被接合物１０を形成する接合装置の一例の概略構成を図２に示す。図２に示す接合装置１において、符号１ａは、第１の部材１１と第２の部材１２を所定の姿勢で載置し、固定する固定部である。固定部１ａは、受光面（表面）１１ｂ・１２ｂが上方に向いた水平な姿勢で、被接合面１１ａと１２ａとを密着させた第１の部材１１と第２の部材１２が載置される載置面１ｄと、載置面１ｄに載置された第２の部材１２の被接合面１２ａと反対側の一側面が当接し、紙面において水平な方向（以下、この方向をＸ軸方向と言い、紙面において上下方向をＺ軸方向、両軸に直交する紙面に対し垂直な方向をＹ軸方向と言う。）に第１の部材１１および第２の部材１２を位置決めする位置決め基準面１ｂと、Ｘ軸方向に自在に水平移動するとともに載置面１ｄに載置された第１の部材１１の被接合面１１ａと反対側の一側面に当接し、第１の部材１１および第２の部材１２をともに位置決め基準面１１ｂの方向へ押圧し、それらを固定する可動固定片１ｃとを有している。この固定部１ａに、第１の部材１１と第２の部材１２を上記姿勢で載置して固定すれば、双方の被接合面１１ａと１２ａが互いに密着して形成された密着面１４は、Ｘ軸方向に対し直交し、紙面に垂直なＹ軸方向に沿い延びた状態で配置されることとなる。
【００２４】
図２において符号１ｅは、固定部１ａに固定された第１の部材１１と第２の部材１２を、位置および速度制御しつつＸ軸およびＹ軸方向に移動させる、ボールネジやパルスモータなどの駆動要素で構成された周知のＸ−Ｙテーブルからなる水平移動部である。この水平移動部１ｅは電気通信回線を介して制御部１ｉに接続されており、下記説明するレーザ照射部１ｆからのレーザＬの照射と同期し、制御部１ｉで制御されつつＸ軸およびＹ軸方向に移動する。
【００２５】
図２において符号１ｆは、レーザ照射部である。レーザ照射部１ｆは、光ファイバー線を介してレーザ発振器１ｈと接続されており、レーザ発振器１ｈで発生した波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザは、光ファイバー線を通じてレーザ照射部１ｆに供給され、図示しないミラー・レンズなどの光学系を経てレーザ照射部１ｆの下方端から１条のレーザＬとして第１の部材１１および第２の部材１２に向かい照射される。レーザ発振器１ｈは、前記制御部１ｉに電気通信回線を介して接続されており、レーザ出力、パルス幅その他のレーザ出力条件は制御部１ｈで制御されている。
【００２６】
図において符号１ｇはレーザ照射部１ｆが取り付けられた昇降部であり、電気通信回線を介して接続された制御部１ｉに制御されてＺ軸方向に昇降し、当該方向において所定の位置でレーザ照射部１ｆを位置決め固定する。なお、接合中における接合部１３の酸化を抑制するため、部材１１・１２においてレーザＬが照射される領域に、不活性ガスであるアルゴンガス・窒素ガスなどのアシストガスが供給されるようにガス供給ノズルを設け、当該領域を非酸化雰囲気にしてもよい。
【００２７】
かかる接合装置１によれば、１条のレーザＬの軸線ｃが、第１の部材１１と第２の部材１２との密着面１４を基準としてＸ軸方向において所定の位置に位置するように、部材１１・１２を水平移動部１ｅでＸ軸方向に位置決めする。この状態において、レーザ照射部１ｆよりレーザＬを照射すれば、密着面１４を挟む受光面１１ｂ・１２ｂの隣合い隣接する領域１１ｅ・１２ｅを同時に含むように照射円Ｓが形成され（図３（ｃ）参照）、部材１１・１２は当該領域１１ｅ・１２ｅにおいて各々レーザＬを吸収し、加熱する。このようにＸ軸方向におけるレーザＬの照射位置を調整した後、部材１１・１２を水平移動部１ｅでＹ軸方向に移動すれば、Ｙ軸方向に平行に延びた密着面１４に沿ってレーザＬが照射されるので、Ｘ軸方向におけるレーザＬの照射位置を維持しつつ密着面１４の全長に渡りレーザＬを照射することが可能となる。また、Ｚ軸方向におけるレーザ照射部１ｆの位置を昇降部１ｇで調整し、レーザスポットの位置をディフォーカスすることにより、照射円の直径を所望の径に設定することができる。
【００２８】
以下、上記接合装置１による第１の部材１１と第２の部材１２の接合方法について説明する前に、まず、本発明に係わる異種金属の接合方法の原理について説明する。融点の異なる第１の部材１１と第２の部材１２とをレーザで接合するため、密着面１４を挟む受光面１１ｂ・１２ｂの隣合う領域を含むようにレーザを照射する場合、融点の高い第２の部材１２を溶融させるに足るエネルギー密度を有するレーザを照射すると、融点の低い第１の部材１１が優先して溶融するため接合部１３に欠陥が生じ、健全な接合部１３を形成することができない。一方で、言うまでもないが、融点の低い第１の部材１１を溶融させるに足るエネルギー密度を有するレーザを照射しても、融点の高い第２の部材１２は溶融しないため、接合部１３を形成することができない。そのため、上記従来の技術水準を説明した特許文献１〜３の接合技術においては、融点の高い第２の部材１２が溶融するに足るエネルギー密度のレーザを照射することを前提としつつ、第１の部材１１と第２の部材１２のレーザが照射された領域における各々の溶融状態を近似せしめ、互いの溶融物を充分に混合して健全な接合部１３を得るため、上述した構成が採られている。
【００２９】
この従来の異種金属の接合方法に対し、本発明に係わる異種金属の接合方法は、レーザの照射による第１の部材の予熱処理と第２の部材の溶融処理とを同時に進行せしめるという課題を解決するため、融点の高い第２の部材１２が溶融するに足るレベルのエネルギー密度のレーザを照射することを前提としつつ、いずれの実施態様においても、当該レーザの波長に対する第１の部材１１のレーザ吸収率を第２の部材１２よりも低くするという原理で共通しており、第２の部材１２を溶融させるレベルのレーザが照射されても第１の部材１１への入熱量を制限するという作用を奏するように構成されている。
【００３０】
すなわち、清浄で平滑な表面を有する所定の金属のレーザ吸収率とレーザの波長の常温における関係である図７に示すように、低融点金属である銅２ｂ・銀２ｃ・アルミニウム２ｅは、高融点金属である鉄２ａ・ニッケル２ｄに対し、波長が０．６μｍ以上の領域では概ね低いレーザ吸収率を有するが、波長が０．６μｍ未満の領域では高融点金属のレーザ吸収率に近似するようになり、特定の波長では高融点金属のレーザ吸収率を越える場合もある。ここで、本発明では、上記原理を具現するにあたり、例えば本態様のように第１の部材１１を構成する低融点金属が銅、第２の部材１２を構成する高融点金属が鉄系のステンレス鋼である場合には、図７に示すように、概ね０．６μｍ以上の波長域のレーザ、好ましくは図において符号２ｉで示すＹＡＧレーザ２ｆおよびＬＤレーザ２ｈの波長を含む０．６μｍ〜１．６μｍの波長域のレーザを選択し、第１の部材１１のレーザ吸収率を第２の部材１２よりも低くする。したがって、第１〜４態様の接合方法では、波長が１０６４ｎｍであるＹＡＧレーザを照射して異種金属を接合する場合を例として説明しているが、レーザの波長はこれに限定されることなく、異種金属の各々の融点・熱伝導率・比熱・質量などを考慮し、上記原理を満足しつつ各々が適切なレーザ吸収率を有するよう設定すればよい。なお、上記原理は融点が相違する異種金属の接合のみならず、同種金属でも適用可能な原理であり、本発明は、融点の異なる金属の接合において広く適用可能な接合技術である。
【００３１】
上記金属のレーザ吸収率は、レーザが照射される表面の粗さ・酸化膜の有無・温度その他当該表面の状態とも相関するので、上記のように所定の波長域からの特定波長を有するレーザの選択によることなく、例えば波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザなど所定波長のレーザに対し、第１の部材１１の受光面１１ｂの表面状態を調整することにより当該受光面１１ｂにおけるレーザ吸収率を調整することもできる。また、上記好ましい波長域には、図７に示すように、金属におけるレーザ吸収率がＣＯ２レーザ２ｇよりも高く、金属の接合において常用されるＹＡＧレーザ２ｆやＬＤレーザ２ｈが含まれており、レーザ発振器で生成された原波の波長を調整せずそのまま利用できる点は、本発明が工業生産上優れる理由の一つになっている。
【００３２】
以下、上記原理に基づく本態様の接合方法について図２および３を参照しつつ詳細に説明する。まず、第１の部材１１と第２の部材１２の密着工程である。図３（ａ）に示すように、作業者は、準備した第１の部材１１および第２の部材１２の互いの被接合面１１ａと１２ａとを密着し、各々の受光面１１ｂ・１２ｂが上方を向いた姿勢で載置部１ａの載置面１ｄに載置する。その後、可動固定片１ｃで、部材１１・１２を位置決め基準面１ｂに向かい押し付けてＸ軸方向における位置決めするとともに、部材１１・１２を固定部１ａに固定する。このとき、被接合面１１ａと１２ａの密着により密着面１４が形成されている。
【００３３】
次に、レーザＬの位置合わせ工程である。作業者は、まず、昇降部１ｇでＺ軸方向にレーザ照射部１ｆを手動運転で位置合わせし、図３（ｂ）およびその平面図である（ｃ）に示すレーザＬの照射円Ｓが所望の直径Φｓとなるように調整する。ここで、受光面１１ｂ・１２ｂに照射されたレーザＬが当該受光面１１ｂ・１２ｂにおいて形成する照射円Ｓの直径Φｓは、「ＪＩＳ  Ｃ６１８０  レーザ出力測定方法」において定義される直径、すなわち「ビームの断面で、光パワー密度がビーム内の最大値に対してｅ−２になる点間の最大距離」である。この照射円Ｓの直径Φｓは、ビームプロファイラー（例えばオフィール株式会社製、型式：ＢＡ−１００）を用いてＺ軸方向の調整を行いつつ求めることができる。なお、Ｚ軸方向のレーザＬの位置合わせは、上記密着工程の前に接合物１０と同寸法のダミー材を固定部１ａに固定して行ってもよい。
【００３４】
上記Ｚ軸方向における位置合わせが完了した後、作業者は、Ｘ軸方向のレーザの位置合わせを手動運転で行う。Ｘ軸方向の位置合わせは、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向における密着面１４の位置を原点（基準）として、照射円Ｓの中心ｃであるレーザＬの中心を通る軸線ｃと密着面１４との間が所望の距離ｄとなるよう、水平移動部１ｅで調整することにより行う。具体的には、まず、水平移動部１ｅで部材１１・１２のＸ軸方向の位置を調整し、レーザＬの軸線ｃと密着面１４とを一致させ、その後、銅である受光面１１ｂまたはステンレス鋼である受光面１２ｂのいずれかの側（図の場合は受光面１１ｂの側）に所望の距離ｄだけ部材１１・１２を移動させて、レーザＬの軸線ｃを位置決めする。
【００３５】
ここで、上記説明した本発明の原理を具現するためには、受光面１１ｂおよび１２ｂに形成されたレーザＬの照射円Ｓが、密着面１４を挟む受光面１１ｂ・１２ｂの隣合い隣接する領域１１ｅ・１２ｅを同時に含むように、これを言い換えると図３（ｃ）に示すように平面視で見たとき照射円Ｓの中に密着面１４が含まれるように、Ｘ軸方向における照射円Ｓの中心ｃを位置決めする必要がある。したがって、受光面１１ｂまたは１２ｂのいずれか一方の面のみに１個の照射円Ｓが形成される態様は本発明の範囲外であり、距離ｄの最大値は、照射円Ｓの半径であるΦｓ／２とほぼ同値である。
【００３６】
なお、レーザＬの位置合わせ工程は、Ｘ軸方向の調整を先に行い、その後Ｚ軸方向の調整を行っても構わない。また、作業者が、受光面１１ｂ・１２ｂ、密着面１４、レーザＬの軸線ｃの位置を確認しながら水平移動部１ｅおよび昇降部１ｆを手動運転で操作してレーザＬの位置決めを行うのはなく、例えば制御部１ｉのＲＯＭに記憶した画像処理・位置決め処理その他の処理プログラムを、ＲＡＭに記憶した位置決め情報を読み込みつつコンピュータで実行して、両軸の位置決めを自動運転で行うよう接合装置１を構成してもよい。
【００３７】
レーザＬの位置合わせ工程が完了した後、第１の部材１１と第２の部材１２の接合工程を行うため、作業者は、接合装置１の自動運転を開始する。接合装置１は、位置合わせ工程で位置決めされたレーザＬの位置を維持しつつ、水平移動部１ｅで部材１１・１２をＹ軸方向に所定の速度で移動させ、密着面１４の全長に渡りレーザＬを照射する。レーザＬが照射された密着面１４の近傍の部材１１・１２は溶融し、部材１１・１２を構成する銅およびステンレス鋼が混合した接合部１３が形成され、接合部１３を介して第１の部材１１と第２の部材１２は接合される。
【００３８】
ここで、本発明の接合方法を適用した場合の接合部１３の形成プロセスは明らかではないが、以下、想定される接合部１３の形成プロセスについて説明する。なお、以下では、理解のために形成プロセスを初期・中期・終期と時期を分けて説明しているが、レーザ照射による急熱急冷サイクルにより接合部１３は数μ秒の時間で形成されていると想定され、各時期のプロセスは順次進むのではなく、時間差なく一瞬で行われている可能性がある。
【００３９】
図３（ｄ）は、形成プロセスの初期であるレーザＬが照射された直後の部材１１・１２における加熱状態を示す概念図である。レーザＬが照射された直後において、その照射円Ｓに含まれるステンレス鋼である受光面１２ｂの領域（以下加熱領域と言う場合がある。）１２ｅは、レーザ吸収率が高いためレーザＬを多量に吸収する。加熱領域１２ｅで吸収されたレーザＬの多量のエネルギーは、急激な温度上昇を伴い熱として加熱領域１２ｅの周囲に伝導し、ステンレス鋼が溶融した溶融池１２ｃを形成する。一方で、照射円Ｓに含まれる銅である受光面１１ｂの加熱領域１１ｅは、レーザ吸収率が低いためレーザＬを吸収しがたい。したがって、レーザ照射直後の段階では、加熱領域１１ｅから周囲へ伝導する熱量も少ないため、第１の部材１１は溶融せず、加熱領域１１ｅの下方に予熱領域１１ｃが形成される。また、この段階では、図において矢印Ａで示すように、未溶解の被接合面１１ａを介して予熱領域１１ｃへ、伝達または輻射により幾分かの熱が溶融池１２ｃから供給されている状態である。
【００４０】
図３（ｅ）は、形成プロセスの初期に引き続く中期における部材１１・１２における加熱状態を示す概念図である。形成プロセスの中期においては、第２の部材１２の溶融池１２ｃは、加熱領域１２ｅから入熱する熱により更に拡大する。一方で、予熱されている第１の部材１１の予熱領域１１ｃは、図において矢印Ｂで示すように溶融池１２ｃから多量の熱の供給を受け、溶融池１２ｃに接する部分が速やかに溶解し、銅の溶融池１１ｄを形成する。そして、溶融した銅のレーザ吸収率は高まるので、照射されたレーザＬは、銅の溶融池１１ｄで効率よく吸収され、予熱領域１１ｄの未溶解の銅の溶解を加速せしめる。そして、溶融池１１ｄに含まれる溶融銅と溶融池１２に含まれる溶融ステンレス鋼は、レーザＬによる急激な加熱溶融により攪拌され、混合される。
【００４１】
図３（ｆ）は、形成プロセスの中期に引き続く終期における部材１１・１２における加熱状態を示す概念図である。形成プロセスの終期においては、上記中期のプロセスが引き続き進み、第１の部材１１の厚み方向において、第２の部材１２の溶融池１２ｃに接する予熱領域１１ｃの部分は全て溶融し、部材１１・１２の間に銅とステンレス鋼が混合してなる溶融池１３ａが形成される。その後、部材１１・１２の移動にともない照射円Ｓが次の加熱領域に移動すると、レーザＬによる入熱が断たれるため溶融池１３ａは急速に冷却固化し、接合部１３が形成される。
【００４２】
なお、第１の部材１１を構成する金属として、第２の部材１２を構成する金属よりも熱伝導率の高い金属を選択すれば、加熱領域１１ｅから入熱した熱は周囲に伝導しやすく、これが第１の部材１１のレーザ吸収率の低さと相乗し、あるいは第１の部材１１のレーザ吸収率の高さを補うように作用して、第１の部材１１の予熱領域１１ｄの予熱温度を適宜なレベルに制御することができる。
【００４３】
［第２実施態様］
第１態様の接合方法は、互いに平坦な被接合面１１ａ・１２ａを有する第１の部材１１と第２の部材１２とを平突合せ継手で接合する場合における実施態様であるが、当該接合方法は、重ね継手、Ｔ継手など他の形式の継手で異種金属を接合する場合、または被接合面の間に開先がある場合でも適用することができる。以下、そのような継手および開先を有する第２態様の接合物の接合部を形成する接合方法について説明する。なお、以下参照する図面において、上記第１態様の接合物および接合装置を構成する要素と同一の要素については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する（以下の第３および第４態様の場合について同じ。）。
【００４４】
まず、重ね継手の場合について、図４（ａ）および同図においてレーザＬの軸線ｃに沿って接合部２３を見た場合の投影図である同図（ｂ）参照して説明する。図４（ａ）（ｂ）に示す、銅からなる第１の部材１１とステンレス鋼からなる第２の部材１２を重ね継手で接合した接合物２０は、次の手順で形成することができる。まず、第１の部材１１の下面である被接合面２１ａと、第２の部材１２の上面である被接合面２２ａを密着させ密着面２４を形成する（密着工程）。次いで、下記詳述するレーザＬの位置合わせ工程を行った後に、第１の部材２１の一側面である受光面２１ｂと、当該受光面２１ｂに対向する第２の部材１２の上面である受光面２２ｂに対し、密着面２４を挟む受光面２１ｂ・２２ｂの隣接する加熱領域２１ｅ・２２ｅを照射円Ｓが同時に含むようにレーザＬを照射する（接合工程）。すると、第１態様の突合せ継手の場合と同様なプロセスで接合部２３が形成され、第１の部材１１と第２の部材１２は重ね継手で接合される。
【００４５】
重ね継手で接合された接合物２０を形成する場合の、レーザＬの位置合わせ工程について説明する。上記密着工程において被接合面２１ａ・２２ａが密着されてなる密着面２４の露出した前縁辺２５を含み受光面２２ｂに対して４５度の角度で交わる仮想平面ｋを設定する。そして、その仮想平面ｋに対し軸線ｃが直交する状態でレーザＬが照射されるように部材１１・１２を配置し、さらに仮想平面ｋの面上において前縁辺２５を原点として軸線ｃの位置を調整する。これにより、第１態様の位置合わせ工程の中のＸ軸方向の位置合わせに相当するレーザＬの位置合わせをすることができる。なお、Ｚ軸方向におけるレーザの位置合わせは、第１態様の場合と基本的に同様であり、当該仮想平面ｋの面上において照射円Ｓが所望の直径Φｓとなるよう調整すればよい。
【００４６】
次に、Ｔ継手の場合について図４（ｃ）を参照して説明する。この継手を有する接合物３０の場合には形成すべき接合部３３が図示するように２ヶ所あるという点以外は、Ｔ字型となるよう組合せた第１の部材１１と第２の部材１２の直交する受光面３１ｂと３２ｂにレーザＬを照射して接合部３３を形成するという点で重ね継手の接合物２０の接合方法と共通している。すなわち、Ｔ継手の接合部３３は、重ね継手の接合部２３と同様に以下の手順で形成することができる。
【００４７】
Ｔ字型となるよう、第１の部材１１の下面である被接合面３１ａと、第２の部材１２の上面である被接合面３２ａを密着させて密着面２４を形成する（密着工程）。次いで、重ね継手の場合と同様に仮想平面ｋを利用してレーザＬの位置合わせ工程を行った後に、第１の部材１１の一側面である受光面３１ｂと、当該受光面３１ｂに対向する第２の部材１２の上面である受光面３２ｂに対し、密着面３４を挟む受光面３１ｂ・３２ｂの隣接する領域に同時にレーザＬを照射する（接合工程）。すると、第１態様の突合せ継手の場合と同様なプロセスで、一方の接合部３３が形成される。そして、他方の接合部３３を同一の手順で形成することにより、第１の部材１１と第２の部材１２とはＴ継手で接合される。
【００４８】
次に、開先を有する接合物を接合する場合について図４（ｄ）を参照して説明する。図４（ｄ）に示す接合物４０の部材１１・１２において、被接合面１１ａ、１２ａは厚み方向において底面の一方端辺から中央まで垂直に延びており、符号４１ｆ・４２ｆで示す傾斜面は、その被接合面１１ａ、１２ａの上端縁辺から所定の角度で傾斜して上面１１ｂ・１２ｂまで延びている。この傾斜面４１ｆ・４２ｆは、受光面１１ｂ・１２ｂの一部をなす。そして、被接合面１１ａ・１２ａを密着して密着面１４を形成すると、傾斜面４１ｆと４２ｆとの間にＶ開先４６が形成される。なお、傾斜面４１ｆ・４２ｆは、密着面１４を通る軸に対してＸ軸方向の断面が軸対称となるよう４５度の傾斜角度で形成されている。
【００４９】
このＶ開先４６を有する接合物４０は、第１態様の突合せ継手および上記重ね継手で接合された各々の接合物の接合方法を組み合わせて形成することができる。すなわち、第１の部材１１および第２の部材１２の互いの被接合面１１ａと１２ａとを密着させ、密着面１４を形成する（密着工程）。
【００５０】
次いで、重ね継手の場合と同様に、仮想平面ｋを利用してレーザＬの位置合わせ工程を行う。ここで、Ｖ開先の場合の仮想平面ｋは、密着面１４の上方で露出した上縁辺４５を含むよう受光面１１ｂ・１２ｂに対して平行に設定する。この位置合わせ工程の後、受光面１１ｂの一部である第１の部材１１の傾斜面４１ｆと、受光面１２ｂの一部である第２の部材１２の傾斜面４２ｆを含むように、密着面１４を挟む傾斜面４１ｆ・４２ｆの隣接する領域に同時にレーザＬを照射する（接合工程）。すると、第１態様の突合せ継手の場合と同様なプロセスで、接合部４３が形成される。
【００５１】
［第３実施態様］
第１態様および第２態様では、異種金属からなる２枚の矩形平板状の部材を接合した接合部を有する接合物およびその接合部の形成方法について説明したが、本発明は、図５に示すように２個の円筒状部材５１・５２からなる接合物５０の接合部５３を形成する場合にも、適用することができる。
【００５２】
接合物５０は、双方ともに略円筒形状をなす無酸素銅からなる第１の部材５１およびステンレス鋼からなる第２の部材５２と、部材５１・５２を接合する接合部５３を有しており、部材５１・５２のそれぞれの表面である外周面５１ｂ・５２ｂがレーザを受光する受光面、各々の一方端面５１ａ・５２ａが略円環状の平坦な被接合面を構成している。ここで、第１の部材５１は、右端部に形成された被接合面５１ａから更に右方に延びる小径部５１ｃを有しており、第２の部材５２の左端部には、被接合面５１ａ・５２ａが密着可能なように、小径部５１ｃが嵌め入れされる円柱状の嵌入凹部５２ｃが形成されている。なお、小径部５１ｃおよび嵌入凹部５２ｃは必ずしも必要ではないが、第１の部材５１と第２の部材５２を接合するために組み合わせた際の組合状態の保持、および接合部５３を形成するためレーザＬから入熱された熱が外部に伝達することを防止できる点で有利である。
【００５３】
この接合物５０も、基本的に、第１態様および第２態様と同様な接合方法で形成することができる。すなわち、小径部５１ｃを嵌入凹部５２ｃに挿入し第１の部材５１と第２の部材５２とを組み合わせ、第１の部材５１および第２の部材５２の被接合面５１ａと５２ａとを密着させて密着面５４を形成する（密着工程）。
【００５４】
次いで、レーザＬの位置合わせ工程を行う。部材５１・５２の受光面５１ｂ・５２ｂは一定の曲率を有する円筒形状をなしているので、曲率が大きく平面と同視できる場合には、第１態様の場合と同様な手順で位置合わせ工程を行えばよい。一方で、曲率が大きな場合は、密着面５４の露出した外周縁５５に対する接線を含むように仮想平面を設定して、上記第２態様と同様に位置合わせ工程を行えばよい。
【００５５】
位置合わせ工程の後、組み合わされた部材５１・５２の軸心Ｊの回りに当該部材５１・５２を所定の速度で回転させつつ、第１の部材５１の受光面５１ｂと第２の部材５２の受光面５２ｂに対し、レーザＬを照射する（接合工程）。すると、レーザＬは、密着面５４を挟む受光面５１ｂ・５２ｂの隣接する領域を同時に含むように照射されるので、第１態様の突合せ継手の場合と同様なプロセスで、接合部５３が形成され、第１の部材５１と第２の部材５２は接合される。
【００５６】
［第４実施態様］
第１〜第３態様の接合方法では、第１の部材と第２の部材を接合して接合物を形成するにあたり、第１の部材と第２の部材との密着面に対し一条のレーザを照射して接合部を形成する例について説明したが、本発明では、図６に示すように２条のレーザＬ１・Ｌ２を照射して接合部を形成することも可能である。
【００５７】
本態様において接合の対象となる接合物は第１態様と同じ接合物１１であり、接合部１３を介して接合された銅からなる第１の部材１１とステンレス鋼からなる第２の部材１２とを有し、部材１１・１２は、密着面１４を形成する被接合面１１ａ・１２ａ、レーザＬ１・Ｌ２が照射される受光面１１ｂ・１２ｂを有している。以下、波長が１０６４ｎｍの２条のＹＡＧレーザＬ１・Ｌ２を用いて接合物１１を形成する手順について説明する。
【００５８】
まず、第１態様の密着工程と同様な手順で、被接合面１１ａと１２ａを密着させて密着面１４を形成し、次いで、２条のレーザＬ１・Ｌ２の位置合わせ工程を行う。
【００５９】
レーザＬ１・Ｌ２の位置合わせ工程において、第１態様の手順と同様にレーザＬ１・Ｌ２のＺ軸方向の位置合わせを行い、図６（ａ）およびその平面図である同図（ｂ）に示す各々の照射円Ｓ１・Ｓ２の直径を設定する。また、Ｘ軸方向の位置合わせも、各々密着面１４を含まず、レーザＬ１の照射円Ｓ１が受光面１１ｂに、レーザＬ２の照射円Ｓ２が受光面１２ｂに位置するよう、レーザＬ１・Ｌ２ごとに第１態様の手順と同様に行えばよい。なお、上記本発明の原理を具現するためには、本態様における加熱領域である照射円Ｓ１・Ｓ２は、Ｘ軸方向において密着面１４を挟むように受光面１１ｂ・１２ｂの隣合う位置に配置されている必要がある。そのため、レーザＬ１・Ｌ２は、図６（ｂ）に示すように、照射円Ｓ１・Ｓ２の各々の中心ｃ１・ｃ２がＹ軸方向においてほぼ同じ位置になるよう位置決めされている。また、照射円Ｓ１・Ｓ２の直径は図示するように同径である必要はなく、予熱または溶融すべき領域のサイズに応じて各々異なった直径にすることができる。
【００６０】
位置合わせ工程の後、第１の部材１１の受光面１１ｂと第２の部材１２の受光面１２ｂに、同一のエネルギー密度を有するレーザＬ１とＬ２を同時に照射しつつ部材１１・１２をＹ軸方向に移動させる（接合工程）。ここで、レーザＬ１の形成する照射円Ｓ１は、レーザ吸収率の低い受光面１１ｂに配置されているので、照射円Ｓ１から第１の部材１１に伝導する熱により、第１態様の場合と同様に照射円Ｓ１の近傍は予熱状態となる。一方で、レーザＬ１と同時に照射されるレーザＬ２の形成する照射円Ｓ２は、レーザ吸収率の高い受光面１２ｂに配置されているので、照射円Ｓ２から多量の熱が第２の部材１２に伝導し、照射円Ｓ２の近傍は溶融状態となる。このように、第１態様の１条のレーザを用いた接合方法の場合と全く同様に、第１の部材１１の予熱処理と第２の部材１２の溶融処理を同時に進行せしめることにより、第１態様と同様なプロセスで接合部１３が形成され、第１の部材１１と第２の部材１２は接合される。
【００６１】
なお、第１の部材１１と第２の部材１２を構成する金属の融点・熱伝導率・比熱・質量・レーザ吸収率を考慮し、第１の部材１１と第２の部材１２への総入熱量や単位面積当たりの入熱量を制御したい場合には、照射円Ｓ１・Ｓ２におけるエネルギー密度が相違するよう、例えば出力が異なるレーザＬ１・Ｌ２を照射したり、ディフォーカス量を変えて照射円Ｓ１・Ｓ２の直径が異なるようレーザＬ１・Ｌ２を照射してもよい。
【００６２】
［実験例１］
以下、適切な接合条件を選定するため、第１の部材１１と第２の部材１２を第１態様の接合方法で接合した場合の実験例１および２について説明する。実験例１では、健全な接合部１３を形成するための、Ｘ軸方向における適切なレーザの照射位置を確認し、実験例２では、第１の部材と第２の部材とのレーザ吸収率の適切な組合せについて確認した。
【００６３】
以下、実験例１および２に共通する基本的な実験条件について説明する。実験例１・２ともに、使用した第１の部材１１および第２の部材１２は同じ大きさであり、図１に示す厚みｔ１・ｔ２が１．５ｍｍ、幅ｗ１・ｗ２が５０ｍｍ、奥行ｖ１・ｖ２が２５ｍｍである。また、第１の部材１１を構成する銅は融点１０８３℃、熱伝導率３９８．５Ｗ／ＫｍのＪＩＳ規格材であるＣ１０２０の無酸素銅を使用し、第２の部材１２を構成するステンレス鋼は融点１４５０℃、熱伝導率１６．３Ｗ／ＫｍのＪＩＳ規格材であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼を使用した。使用したレーザは波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザであり、真空パッケージされた収納容器から取り出した直後の表面に酸化膜の少ない状態で常温にて測定したＹＡＧレーザに対するレーザ吸収率は、第１の部材１１が７％、第２の部材１２が４５％であった。なお、レーザ吸収率は、各々の部材の表面にエネルギー量が既知のレーザを照射し、表面から反射されたレーザのエネルギー量を測定し、入力したエネルギー量と反射されたレーザのエネルギー量の差を入力したエネルギー量で除することにより求めた。
【００６４】
接合装置１において使用した発振器１ｈはディスクレーザ（トルンプ株式会社製、型式ＨＬＤ１００１．５）、レーザの発振形態は連続発振、またレーザ照射部１ｆに組み込まれた集光レンズはｆ２００ｍｍで、集光点におけるビーム径は１８０μｍである。そして、基本的な接合条件は、レーザ出力７５０Ｗ、Ｙ軸方向における溶接速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、照射円Ｓの直径Φｓを３００μｍとするためレーザＬのディフォーカス量は上方へ０．５ｍｍ、とした。
【００６５】
実験例１では、図２に示すＸ軸方向に沿いレーザＬの照射位置を５０μｍピッチで数水準変化させ、第１態様の接合方法の手順に従い第１の部材１１と第２の部材１２とを上記基本条件で接合して各水準毎に複数個の接合物１０を得た。そして、得られた接合物１０を引張試験に付し、破断強度を確認した。その結果得られた、Ｘ軸方向におけるレーザＬの照射位置と接合物１０の破断強度の関係を図９に示す。図９において、横軸に示す「レーザ照射位置」とは、図３（ｂ）（ｃ）を参照して説明したように、Ｘ軸方向において、密着面１４を原点とした場合のレーザＬの軸線ｃの位置である。つまり、レーザＬの軸線ｃは、照射位置が０未満の数値の場合には第１の部材１１の側に、０の場合には密着面１４と同位置に、０を超える場合には第２の部材１２の側に位置している。また、図において「○」と「×」はどの部位で破断が生じたかを示し、「○」は第１の部材１１を構成する銅の母材で破断が生じた母材破断の場合、「×」は接合部１３で破断が生じた接合部破断の場合を示している。なお、図中示し、かつ下記の説明において記載される「本発明の範囲」は、「本発明に係わる第１態様の接合方法におけるレーザの照射範囲」を略して表示したものであり、本発明を限定するものではない。
【００６６】
まず、破断部位について検討すると、図９に示すように、レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側、すなわち銅側に位置するときは、照射位置が−１００μｍの場合の破断写真である図１０（ａ）（ｂ）で例示するように、全て第１の部材１１において母材破断しており、接合部１３での破断は確認されなかった。母材破断は、全て強度の低い銅からなる第１の部材１１側の母材で生じていた。なお、本発明の範囲外である照射円Ｓが密着面１４から離れる照射位置−２００μｍでは、接合部１３が形成されなかった。これは、レーザ吸収率の低い第１の部材１１の受光面１１ｂのみにレーザＬが照射されるため、第２の部材１２が溶融しないためである。
【００６７】
さらに、本発明の範囲の限界位置である照射円Ｓの外周縁と密着面１４とが重複する照射位置−１５０μｍでも母材破断しており、良好な接合部１３が形成されていることが確認された。これは、照射円Ｓの直径Φｓの上記した定義と関係する。すなわち、本発明において、照射円Ｓの直径Φｓは、ＪＩＳＣ６１８０で規定される直径と定義しているが、この定義した照射円Ｓ外の所定範囲でもエネルギー密度は低いがレーザＬが照射されている。このため、照射位置が−１５０μｍの場合でも、照射円Ｓ外のレーザＬの一部が、第２の部材１２の受光面１２ｂに照射されて加熱領域１２ｅを形成し、第２の部材１２が溶融され、良好な接合部１３が形成されたものと考えられる。
【００６８】
レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側に位置する場合の接合状態について、照射位置が−１００μｍの場合の、接合部１３の表面および裏面ならびにＸ軸方向に沿う断面である図１１（ａ）〜（ｃ）で例示する。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側にある場合、接合部１３は、Ｙ軸方向に沿い一定ピッチの凹凸を有するように一定幅で均一に形成された特徴的な形態のビード１３０を有している。このビード１３０は、下記で述べるように、レーザＬによる急激な加熱溶融により、銅とステンレス鋼の溶融物が激しく攪拌され、接合部１３の組織中に多量に銅が混入したため形成されたものと考えられる。
【００６９】
上記ビード１３０を有する接合部１３の断面写真である図１１（ｃ）に示すように、第１の部材１１と接合部１３との接合界面１３ｂには凹凸が多く乱れていることが判る。これは、レーザＬによる急激な加熱溶融により急激に攪拌された溶融物が第１の部材１１を洗い、その結果接合部１３が第１の部材１１へ溶け込んでいるためであると考えられる。また、レーザ照射位置が−１００μｍである別の接合物１０の電子顕微鏡による断面写真である図１２（ａ）およびそのＩ部の拡大写真である同図（ｃ）に示すように、接合部１３の組織には、銅とステンレスが渦状に絡んだ形態で存在する渦状組織が確認された。なお、銅とステンレスは金属間化合物を形成しないと一般的に言われており、この渦状組織は単相の銅およびステンレスで構成されていると考えられる。この渦状組織は、次のようなプロセスで形成されたものと推定される。すなわち、レーザＬの照射位置が第１の部材１１側へシフトしている場合には、第１の部材１１の予熱効果が高いために、第２の部材１２側へシフトしている場合よりも、相対的に多量の溶融銅が生成する。そして、この多量の溶融銅が、レーザＬによる急激な加熱溶融により溶融ステンレス鋼とともに攪拌され、両溶融物が充分に混合された結果、上記渦状組織が形成されたものと考えられる。
【００７０】
図１２（ａ）に示したレーザ照射位置が−１００μｍの場合の接合部１３の断面について、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ：電子線マイクロアナライザー）によりＣｕおよびＦｅの各元素の分布を確認した。その結果を図１７（ａ）・（ｂ）および図１８に示す。なお、ＥＰＭＡは、株式会社島津製作所製の型式ＥＰＭＡ−１６１０を使用し、下記の条件により分析を実施した。また、図１７および１８は実際の観察画像であるカラー画像を変換したグレースケール画像であり、図１７の各図の右側のスケールで示すように、各図においては、その明るい部分にＣｕまたはＦｅがより多く含まれていることを表している。
（１）加速電圧：１５Ｋｖ
（２）ビーム電流：５０ｎＡ
（３）ビーム径：Φ５μｍ
（４）ステップ幅：５μｍ
（５）ビーム照射時間：１０ｍｓｅｃ／ｐｏｉｎｔ
【００７１】
Ｃｕの分布状態である図１７（ａ）およびそのＪ部の拡大図である図１８（ａ）、ならびに、Ｆｅの分布状態である図１７（ｂ）およびそのＫ部の拡大図である図１８（ｂ）に示すように、渦状組織の領域を含め接合部１３では、高い濃度でＣｕが分布している部分ではＦｅの濃度は低く、高い濃度でＦｅが分布している部分ではＣｕの濃度は低い。さらに、電子顕微鏡による画像である図１２（ａ）・（ｃ）では観察されなかったが、ＥＰＭＡ分析では、接合部１３においてステンレス鋼のマトリックスの中に銅が点状に分布している組織も確認された。この結果からも、第１の部材１１が溶融されてなる溶融銅と、第２の部材１２が溶融されてなる溶融ステンレス鋼とは、レーザＬによる急激な加熱溶融により攪拌され、両者は充分に混合されつつも、各々単相で接合部１３に存在しているものと推察される。
【００７２】
以上のように、本発明に係わる第１態様の接合方法によれば、レーザＬによる急激な加熱溶融により、接合部１３の全長に渡り、銅とステンレス鋼の溶融物が充分に攪拌混合され、もって接合境界よる溶け込みと渦状組織により強固に接合された高い接合強度を有する欠陥の少ない接合部１３が形成され、引張試験において母材破断するに至ったものと考えられる。しかるに、接合部１３は、第１の部材１１を構成する銅からなる渦状組織を有していることが望ましいことが確認された。
【００７３】
レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側に位置する場合に対し、第２の部材１２側に位置する場合には、図９に例示するように、一部の接合物１０で接合部破断が確認された。ここで、本発明の範囲である照射位置が１５０μｍ以下の場合には、母材破断が８割であり、接合部破断が２割であった。一方で、本発明の範囲外である照射位置が１５０μｍを超える場合には、照射位置が２００μｍの場合の破断写真である図１０（ｃ）（ｄ）で例示するような接合部破断の割合が５割まで高まった。なお、母材破断は、全て第１の部材１１の側で生じていた。ここで、接合部破断した接合物１０の破断面を見ると、図１０（ｄ）に示すように、比較的滑らかな破断面の中に一定方向に伸びる複数の筋が観察され、接合過程で接合部１３に生成した微小な欠陥が起点となり接合部破断したものと考えられる。
【００７４】
照射位置が１００μｍおよび３００μｍ各々の場合の、接合部１３の表面および裏面ならびにＸ軸方向に沿う断面を図１１（ｄ）〜（ｉ）に示す。図１１（ｄ）（ｅ）に示すように、照射位置が１００μｍの場合には、レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側に位置する場合に対し（図１１（ａ）（ｂ）参照）、接合部１３のビード１３１の凹凸が小さくなった。さらに図１１（ｇ）（ｈ）に示すように、照射位置が本発明の範囲外である３００μｍの場合には、ビード１３２の凹凸のピッチおよびビード幅が不均一となるとともにその凹凸の大きさも非常に小さくなる。下記説明するように、レーザＬの照射位置が第２の部材１２側へシフトするにつれ、特に本発明の範囲外となると、接合部１３の組織中における銅の含有量が少なくなるためであると推定される。
【００７５】
照射位置が１００μｍの場合には、その接合部１３の断面である図１１（ｆ）および図１１（ｆ）の電子顕微鏡による明画像である図１２（ｂ）に示すように、接合部１３に欠陥は確認されないものの、照射位置が−１００μｍの場合に比べ、第１の部材１１に対する接合部１３の溶け込みが少なく接合界面１３ｂが比較的滑らかであり、かつ接合部１３の組織はステンレスが主体であり銅の渦状組織は殆ど確認されなかった。レーザＬの照射位置が第２の部材１２側に設定された場合には、主に接合境界１３ｂにおける溶け込みにより接合物１０の接合強度が確保されていると考えられる。また、本発明の範囲外である照射位置が３００μｍの場合には、その接合部１３の断面を示す図１１（ｉ）に示すように、接合部１３に切り込むように鋭角に生じた欠陥１３ｃが確認され、第１の部材１１に対する接合部１３の溶け込みも更に少なく、接合界面１３ｂは非常に平滑であり、銅の渦状組織は確認されなかった。上記したように、レーザＬの照射位置が第２の部材１２側へシフトするにつれ、第１の部材１１の予熱効果が低下し、相対的に銅の溶融量が減少し、接合部１３への銅の混入量が減少するためであると考えられる。
【００７６】
図１２（ｂ）に示したレーザ照射位置が１００μｍの場合の接合部１３の断面について、ＥＰＭＡによりＣｕおよびＦｅの各元素の分布を確認した。その結果を、図１７（ｃ）・（ｄ）に示す。Ｃｕの分布状態である図１７（ｃ）、Ｆｅの分布状態である同図（ｄ）に示すように、レーザ照射位置が１００μｍの場合、すなわちレーザＬの中心ｃが第２の部材１２側にシフトしている場合には、接合部１３において、銅とステンレス鋼が渦状に混合した渦状組織は確認されず、銅とステンレス鋼とは別離して存在しており、第１の部材１１と第２の部材１２とは接合境界でのみ接合していることが確認された。
【００７７】
上記基本条件のうち照射円Ｓの直径Φｓを４００μｍとするためレーザＬのディフォーカス量を調整した以外は同一の条件で、第１態様の接合方法の手順に従い、Ｘ軸方向のレーザＬの照射位置を変化させて、第１の部材１１と第２の部材１２とを接合して接合物１０を形成した結果を図１３に示す。
【００７８】
レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側に位置する場合の接合状態について、照射位置が−２００μｍの場合の、接合部１３の表面およびＸ軸方向に沿う断面である図１３（ａ）（ｂ）で例示する。図１３（ａ）（ｂ）に示すように、軸線ｃが第１の部材１１側である場合、上記照射円Ｓの直径Φｓが３００μｍの場合（図１１（ａ）〜（ｃ）参照）と同様に、接合部１３は、Ｙ軸方向に沿い一定ピッチの凹凸を有するように一定幅で均一に形成された特徴的な形態のビード１３３を有しており、欠陥の少ない接合部１３を形成することができた。
【００７９】
レーザＬの軸線ｃが第２の部材１２側に位置する場合の接合状態について、照射位置が２００μｍおよび３００μｍの場合の、接合部１３の表面およびＸ軸方向に沿う断面である図１３（ｃ）〜（ｆ）で例示する。図１３（ｃ）に示すように、照射位置が２００μｍの場合には、接合部１３のビード１３４の凹凸が小さくなり、図１３（ｄ）に示すように、第１の部材１１と接合部１３の接合界面１３ｂに沿い微小な欠陥１３ｃが断面において確認された。また、第１の部材１１に対する接合部１３の溶け込みも少なく、接合界面１３ｂの凹凸が少なかった。
【００８０】
さらに、照射位置が本発明の範囲外である３００μｍの場合には、図１３（ｅ）に示すように、ビード１３５の凹凸のピッチおよびビード幅が不均一となり、図１３（ｆ）に示すように、接合部１３に切り込むように鋭角に生じた欠陥１３ｃが確認され、第１の部材１１に対する接合部１３の溶け込みも少なく、接合界面１３ｂは平滑であることが確認された。
【００８１】
以上、第１態様の接合方法、具体的には、第１の部材１１の受光面１１ｂと第２の部材１２の受光面１２ｂに形成されたレーザＬの照射円Ｓが、密着面１４を挟む受光面１１ｂおよび１２ｂの隣合う領域１１ｅ・１２ｅを同時に含むように、Ｘ軸方向におけるレーザＬの位置決めし、レーザＬを照射して部材１１・１２を接合する接合部１３を形成する接合方法が、破断強度が高く健全な接合部１３を有する接合物１０を形成するのに有効であることが確認された。なお、この第１態様の接合方法の奏する効果は、原理的に同一である第２〜第４態様の接合方法およびその接合方法で形成された接合物においても同様である。
【００８２】
次に、図９を参照し、母材破断時の破断強度について検討する。一般的に、レーザで金属を加熱溶融して接合すると溶融部から伝導した熱により母材は焼鈍し熱処理に相当する熱履歴を受けるため、接合前より母材の破断強度が低下すると言われている。図９には、上記熱履歴を考慮し、２５０℃で３０分間保持した後に空冷するという熱処理条件で、第１の部材１１のみを焼鈍し熱処理した場合の第１の部材の破断強度（２３０Ｍｐａ）を符号Ｇで示す直線で、熱処理しない第１の部材１１の破断強度（２６０Ｍｐａ）を符号Ｈで示す直線で、表している。
【００８３】
図９に示すように、レーザＬの軸線ｃが第１の部材１１側に位置する場合の母材破断した接合物１０の破断強度は、全て焼鈍し熱処理時の破断強度Ｇ以上であり、一部の接合物１０の破断強度は未熱処理の破断強度Ｈと同等であった。一方で、レーザＬの軸線ｃが第２の部材１２側に位置する場合で母材破断した接合物１０の破断強度は、焼鈍し熱処理の破断強度Ｇを下回るものが複数片確認された。これは、レーザＬの照射位置が第２の部材１２側にシフトするにつれ、レーザ吸収率の高い第２の部材１２の受光面１２ｂにおけるレーザＬからの入熱量が増加し、第２の部材１２の溶融量が増え、溶融部から第１の部材１１へ伝導する熱が増加するためであると考えられる。
【００８４】
レーザＬで接合されてなる接合物１０では、接合部１３の接合強度が高いばかりでなく、第１の部材１１と第２の部材１２とを接合した後の母材の強度も極度に低下しないことが望ましい。母材の強度が低下すると、強度を回復するため接合工程後に別途熱処理が必要になり、工業生産上不利であるからである。したがって、レーザ接合後の第１の部材１１側の母材の破断強度は、図９に示す第１の部材１１の焼鈍し熱処理後の破断強度Ｇと、未熱処理の場合の破断強度Ｈの間に維持されていることが好ましい。
【００８５】
ここで、図９において符号Ｅで示す直線は、レーザＬの照射位置を、−５０・−１００・−１５０μｍと３水準変化させて接合した場合の、複数片の接合物１０の破断強度の平均値とレーザ照射位置との関係について最小二乗法で求めた関係式である。この関係式Ｅが、焼鈍し熱処理後の破断強度Ｇと交わるレーザＬの照射位置、つまり照射位置の下限値は、図において矢印Ｆで示す約３０μｍである。この下限値を、照射円Ｓの直径３００μｍとの比で表すと１０％となる。また、図９に示すように、照射円Ｓは、密着面１４を挟む受光面１１ｂ・１２ｂの隣合う領域を同時に含む必要があるので、Ｘ軸方向におけるレーザＬの照射位置の上限値は１５０μｍである。この上限値を、上記と同様に照射円Ｓの直径３００μｍとの比で表すと５０％となる。すなわち、接合後の母材の強度を維持する観点からは、第１態様の接合方法の手順に従って照射されたレーザＬにより形成された照射円Ｓの中心ｃは、密着面１４と直交する方向であるＸ軸方向において密着面１４を基準として第１の部材１１側に、照射円Ｓの直径Φｓとの比が１０〜５０％となるよう偏位していることが望ましい。これにより、接合部１３の中で、Ｘ軸方向において密着面１４を基準とし当該密着面１４より第１の部材１１側の部分が占める割合は６０％以上となる。
【００８６】
［実験例２］
実験例２では、第１の部材１と第２の部材１２のレーザ吸収率の組合せの最適値を確認した。以下説明するように、第１の部材１１および第２の部材１２の各々のレーザ吸収率を数水準変更し、上記基本条件で、第１態様の接合方法の手順に従い、第１の部材１１と第２の部材１２を接合して接合物１０を形成した。なお、レーザＬの照射位置は、その軸線ｃを、密着面１４を基準として第１の部材１１側に１００μｍシフトした位置である。
【００８７】
図１４（ｄ）は、図１０（ａ）で示した、銅からなるレーザ吸収率が７％の第１の部材１１とステンレス鋼からなるレーザ吸収率が４５％の第２の部材１２とを接合し、良好なビード１３０が形成された接合部１３を表面から観察した写真である。この実験例２では、レーザ吸収率の組合せの最適値を確認するため、この第１の部材１と第２の部材１２のレーザ吸収率の組合せを基準とし、部材１１・１２のレーザ吸収率の組合せを変化させた。そのため、第１の部材１１および第２の部材１２の各々の表面（受光面１１ｂ・１２ｂ）を粗面化または鏡面化し、ＹＡＧレーザに対するレーザ吸収率を１％、２０％に調整した第１の部材１１、２７％、４５％、５５％に調整した第２の部材１２を準備し、それぞれを組み合わせて第１態様の接合方法で接合した。
【００８８】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、レーザ吸収率が１％の第１の部材１１と上記３水準のレーザ吸収率の第２の部材１２とを組合せて接合した場合の接合部１３を表面から観察した写真である。いずれの組合せにおいても、基準となるレーザ吸収率を組合せた場合に得られた接合部のビード１３０と同様に、一定のピッチの凹凸およびビード幅を有する均一なビード６１〜６３が形成されていた。また、図１４（ｃ）に示す接合部１３の断面写真である図１５（ａ）に示すように、接合界面１３ｂには凹凸が多く、第１の部材１１に接合部１３が充分に溶け込んでおり、かつ接合部１３には銅とステンレス鋼の渦状組織が確認された。
【００８９】
図１４（ｅ）〜（ｇ）は、レーザ吸収率が２０％の第１の部材１１と上記３水準のレーザ吸収率の第２の部材１２とを組合せて接合した場合の接合部１３を表面から観察した写真である。この組合せにおいても、一定のピッチの凹凸およびビード幅を有する均一なビード６４〜６６が形成されていた。また、図１４（ｅ）に示す接合部１３の断面写真である図１５（ｃ）に示すように、接合界面１３ｂには凹凸が多く、第１の部材１１に接合部１３が充分に溶け込んでおり、かつ接合部１３には銅とステンレス鋼の渦状組織が確認された。
【００９０】
図１４に示す各種のレーザ吸収率の組合せで得られた複数の接合物１０を引張試験に付し、得られた破断強度の平均値とレーザ吸収率の組合せの関係を図１６に示す。図において吸収率の組合せを示す横軸に示された数値において、「：」の前の数値は第１の部材１１のレーザ吸収率であり、後の数値は第２の部材１２のレーザ吸収率である。いずれのレーザ吸収率の組合せにおいても、各接合物１１は全て母材破断しており、その破断強度は、銅である第１の部材１１の焼鈍し熱処理時の破断強度Ｇ以上であった。
【００９１】
融点の異なる異種金属の接合において、レーザ吸収率の観点から厳しい組合せとなるのは、第１の部材１１と第２の部材１２とのレーザ吸収率の差が小さく近似する組合せである。すなわち、レーザ吸収率の差が小さい第１の部材１１と第２の部材１２とを第１態様の接合方法で接合する場合、融点の高い第２の部材１２を溶融させるに足るエネルギー密度を有するレーザを照射すると、融点の低い第１の部材１１が優先して溶融するため接合部１３に欠陥が生じ、健全な接合部１３を形成することができない。一方で、融点の低い第１の部材１１を溶融させるに足るエネルギー密度を有するレーザを照射しても、融点の高い第２の部材１２は溶融し難いので、接合部１３を形成することができない。
【００９２】
ここで、上記図１４〜１６で示した結果によれば、２０％のレーザ吸収率を有する第１の部材１１と、２７％のレーザ吸収率を有する第２の部材１２の組合せが、条件の厳しいレーザ吸収率の差が最も小さな組合せであり、この組合せでも健全な接合部１３を有する接合物１０を形成することが可能であった。しかるに、接合物１０を構成する、第１の部材１１のレーザ吸収率の上限値は２０％以下、第２の部材１２のレーザ吸収率の下限値は２７％以上であることが望ましいことが確認された。
【符号の説明】
【００９３】
１    接合装置
１ａ  固定部
１ｅ  水平移動部
１ｆ  レーザ照射部
１ｇ  昇降部
１ｈ  レーザ発振器
１０（２０、３０、４０、５０）  接合物
１１（５１）  第１の部材
１２（５２）  第２の部材
１３（２３、３３、４３、５３）  接合部
１４（２４、３４、５４）  密着面
Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）  レーザ
Ｓ（Ｓ１、Ｓ２）  照射円
【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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【図９】
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【図１６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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