(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点金属材（２１）（２２）の間に高融点金属材（３）が挟まれた少なくとも３層積層構造の異種金属接合部材（１）を製造するに際し、一方の低融点金属材（２２）、中間の高融点金属材（３）、及び、他方の低融点金属材（２１）に、同時に、高速で回転するプローブ（４１）を接触させて、低融点金属材（２１）（２２）を摩擦熱によって軟化させ、前記高融点金属材（３）のプローブ（４１）との接触による破断部を介して両側の低融点金属材（２１）（２２）をプローブ（４１）によって融合することで、低融点金属材（２１）（２２）を接合することを特徴とする異種金属接合部材の製造方法。
【請求項２】
高速で回転するプローブ（４１）を接触させて高融点金属材（３）を破断し、低融点金属材（２１）（２２）を摩擦熱によって軟化させ、前記高融点金属材（３）の破断部を介して両側の低融点金属材（２１）（２２）をプローブ（４１）によって攪拌接合することで、低融点金属材（２１）（２２）を接合するとともに、前記高融点金属材（３）を低融点金属材（２１）（２２）の間に接合する請求項１に記載の異種金属接合部材の製造方法。
【請求項３】
低融点金属材（２１）（２２）がアルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項１または請求項２に記載の異種金属接合部材の製造方法。
【請求項４】
高融点金属材（３）が鉄または鉄合金または銅である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の異種金属接合部材の製造方法。
【請求項５】
プローブ（４１）は一方の低融点金属材（２２）及び中間の高融点金属材（３）を通過して他方の低融点金属材（２１）に到達する長さを有しており、その先端部は先端に向かって縮径されるテーパー形状となされている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の異種金属接合部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された異種金属接合部材。
【請求項７】
異種金属接合部材が電磁調理器用器物である請求項６に記載の異種金属接合部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低融点金属材の間に高融点金属材が挟まれた異種金属接合部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の異種金属材が積層されたような異種金属接合部材は、板状の金属材を数枚積層した状態で圧延し、各金属材を圧着接合することによって一般的に製造されていた。
【０００３】
しかしながら、前記圧延法では、金属材の一部に他の金属材を接合したり、複雑形状をした金属材に他の金属材を接合することが困難であり、例えば器物形状となされた金属材の底部外面にのみ複数の金属材が層状に接合されたような異種金属接合部材を製造することはできなかった。
【０００４】
そこで昨今では、異種金属接合部材を製造する方法として摩擦攪拌接合法が注目されている。
【０００５】
この摩擦攪拌接合法とは、例えば図３に示すように、厚さ方向に重ね合わされた金属材（５１）（５２）の接合部位周辺に、高速で回転したプローブ（４１）を接触させることによって摩擦熱を発生させ、該摩擦熱によって両金属材（５１）（５２）を軟化させ、さらに、プローブ（４１）を移動させることで金属材（５１）（５２）を連続的に軟化しつつ攪拌し、プローブ（４１）から遠ざかった軟化部分が冷却固化することによって接合部（２４）を形成し、重ね合わされた金属材（５１）（５２）が厚さ方向に接合されるという方法である。
【０００６】
この摩擦攪拌接合法を用いれば、金属材の一部に他の金属材を接合したり、板形状以外の複雑形状をした金属材に他の金属材を接合して異種金属接合部材を容易に製造することができるようになった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記摩擦攪拌接合法は、接合する金属材のいずれかに高融点の金属材が含まれている場合、プローブとの摩擦熱によっては前記高融点金属材を軟化することが不可能であるため、中間層に高融点金属材を含むような異種金属接合部材を製造することができなかった。
【０００８】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複雑な形状や金属材の一部に異種の金属材が層状に接合された異種金属接合部材を容易に製造でき、かつ、中間層に高融点金属材が含まれる場合でも異種金属接合部材を製造することのできる方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる異種金属接合部材の製造方法は、低融点金属材の間に高融点金属材が挟まれた少なくとも３層積層構造の異種金属接合部材を製造するに際し、一方の低融点金属材、中間の高融点金属材、及び、他方の低融点金属材に、同時に、高速で回転するプローブを接触させて高融点金属材を破断する一方、低融点金属材を摩擦熱によって軟化させ、前記高融点金属材の破断部を介して両側の低融点金属材をプローブによって攪拌融合することで、低融点金属材を接合するとともに、前記高融点金属材を低融点金属材の間に接合することを要旨とするものである。
【００１０】
上記方法を採用すれば、プローブによって破断された高融点金属材の両側面に存在する低融点金属材が前記プローブとの摩擦によって軟化され、軟化された低融点金属材は高融点金属材の破断部を介して互いに攪拌され接合される。また、高融点金属材の破断されたエッジの部分は低融点金属の軟化部に複雑に食い込みそのままの状態で軟化部が冷却固化されるため、高融点金属材はアンカー効果によって、接合された低融点金属材の間に接合することができる。
【００１１】
したがって、前記方法により、摩擦攪拌接合法を用いて低融点金属材の間に高融点金属材が挟まれた少なくとも３層積層構造の異種金属接合部材を製造することができ、さらに、例えば器物形状の低融点金属材の底部外面にのみ高融点金属材と低融点金属材が順に接合されたような複雑形状の異種金属接合部材を製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、この発明を異種金属接合部材（１）として電磁調理用器物を製造する場合に適用した実施形態について説明する。
【００１３】
図２に示す電磁調理用器物（１）は、板状の低融点金属材を器物形状に成形した器物本体（２１）と、該器物本体（２１）の底部外面（２３）に、板状の高融点金属材からなる発熱体（３）、及び、該発熱体（３）をカバーする低融点金属材よりなるカバー部材（２２）が接合されたものである。
【００１４】
前記電磁調理用器物（１）を製造するにあたり、まず準備すべき各構成部材を説明する。
【００１５】
器物本体（２１）は、電磁調理用器物（１）の本体をなすものであるため、その材質は、熱伝導性や耐食性及び軽量性を考慮してアルミニウム（その合金を含む、以下同じ）を採用するのが好ましい。また低融点金属材を器物本体（２１）に成形する方法としては、前記アルミニウムよりなる板を深絞り加工等で加工する方法等が例示できる。
【００１６】
発熱体（３）は、電磁調理用器物（１）において、誘導加熱によって発熱する部分であるため、その材料は磁性材料が好適である。具体的には鉄やその合金を例示できる。また、その形状は器物本体（２１）の底部外面（２３）にほぼ一致する円板形状とする。
【００１７】
カバー部材（２２）は、前記発熱体（３）を覆い、水や空気との接触を遮断して発熱体（３）の発錆や腐食を防止するものである。したがって、その材質としては耐食性の高い低融点金属が好ましい。この実施形態の場合、器物本体（２１）と同じアルミニウムを採用する。またその形状は、発熱体（３）と同様円板形状とする。
【００１８】
次に、前記各部材を接合する接合装置（４）について説明する。
【００１９】
接合装置（４）は、径大の円筒状の支持体（４２）と該支持体（４２）の長さ方向の一端面（４３）に軸線が一致するように延設された径小のプローブ（４１）で構成される。
【００２０】
前記プローブ（４１）は、前記カバー部材（２２）及び発熱体（３）を通過して器物本体（２１）に到達する長さを有しており、その先端部は先端に向かって縮径されるテーパー形状となされている。
【００２１】
支持体（４２）の他端は、駆動系（４４）に固定されており、プローブ（４１）とともに高速で回転し、軸方向に移動可能となされている。
【００２２】
而して、前記各構成部材を以下のように接合し、電磁調理用器物（１）を製造する。
【００２３】
接合にあたっては、図２に示すように、器物本体（２１）を逆様に載置し、上を向いた底部外面（２３）に、発熱体（３１）及びカバー部材（２２）を順に載置する。
【００２４】
次に、図１に示すように、高速で回転させたプローブ（４１）をカバー部材  （２２）表面に垂直に突き立て、摩擦熱によってカバー部材（２２）を軟化しつつプローブ（４１）を積層方向にゆっくりと進入させて行く。プローブ（４１）の先端が発熱体（３）に到達しても進入速度を維持し、発熱体（３）を突き破りながらプローブ（４１）をさらに進入させ、プローブ（４１）の先端を器物本体（２１）に進入させる。この状態で支持体（４２）の端面（４３）がカバー部材（２２）の表面に当接するため、プローブ（４１）の進入を停止する。
【００２５】
次に、前記プローブ（４１）をカバー部材（２２）の周縁に沿ってゆっくりと移動させる。
【００２６】
前記プローブ（４１）を挿入したまま接合面に平行に移動させることで、器物本体（２１）及びカバー部材（２２）が連続的に軟化され、また、発熱体（３）が破断されていく。そして、プローブ（４１）の移動方向前方にある器物本体  （２１）及びカバー部材（２２）の軟化部分が移動方向後方に追いやられつつ攪拌され、破断された発熱体（３）を介して互いに融合される一方、破断された発熱体（３）のエッジ（３２）は前記融合された軟化部に複雑に食い込む。そして、プローブ（４１）が遠ざかるにつれて融合された軟化部は冷却固化して接合部（２４）を形成し、器物本体（２１）とカバー部材（２２）が接合される。一方、破断された発熱体（３）のエッジ（３２）は接合部（２４）に食い込んだ状態となされるため、アンカー効果により器物本体（２１）とカバー部材（２２）の間に発熱体（３）が接合される。
【００２７】
ここで、カバー部材（２２）の表面に当接されている支持体（４２）の端面  （４３）は、重ねられた各部材を押圧して接合を容易にするとともに、軟化したカバー部材（２２）等がプローブ（４１）の挿入部分から飛散するのを防止する働きを担っている。
【００２８】
なお、この発明の実施形態として電磁調理用器物（１）を製造する場合を示したが、これに限定されるわけではなく特許請求の範囲に記載された範囲内で任意に変更できる。例えば、アルミニウム材の間に高融点金属材として銅板が挟まれたような異種金属接合部材（１）を製造することも可能である。
【００２９】
また、この実施形態では、プローブ（４１）をカバー部材（２２）に接触させ摩擦熱によって加熱軟化しつつ挿入したが、低融点金属材と高融点金属材の端縁から接合するような場合には、該端縁にプローブ（４１）の回転周面を押しつけることにより、両側の低融点金属材を軟化しつつ中間の高融点金属材を破断し、該破断部を介して低融点金属材どうしを接合し、もってこれら低融点金属材と高融点金属材とを接合するものとしても良い。また、事前にドリル等でカバー部材（２２）などに下穴を開けた後、該下穴に沿ってプローブ（４１）を挿入したのち、した穴の内周面にプローブ（４１）の回転周面を押しつけるものとしても構わない。
【００３０】
また、プローブ（４１）をカバー部材（２２）等に挿入したまま移動させて連続的に接合するのではなく、異種金属接合部材（１）の異なる部位でプローブ  （４１）の挿入、抜き取りを繰り返し、断続的に各部材を接合接合することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は、上述の次第であるから、高速で回転するプローブが高融点金属材を破断しその両側面に存在する低融点金属材をプローブとの摩擦熱によって軟化し、低融点金属材どうしを高融点金属材の破断部を介して互いに接合するとともに、高融点金属材の破断されたエッジが接合部分に食い込んでアンカー効果が発揮されることにより、それぞれを強固に接合することができる。
【００３２】
したがって、低融点金属材の間に高融点金属材が挟まれた少なくとも３層積層構造の異種金属接合部材を製造することができ、さらに、板形状ばかりでなく複雑な形状の異種金属接合部材や、ある金属部材の一部に層状の金属材が接合されたような異種金属接合部材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  異種金属接合部材を製造するための接合方法を示す断面図であり、（Ａ）はプローブ挿入開始直後の状態、（Ｂ）はプローブが完全に挿入された状態、（Ｃ）は軟化部分が完全に冷却固化された状態をそれぞれ示している。
【図２】  この発明の実施形態を示す図であり、（Ａ）は電磁調理用器物の断面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は接合部分を説明するための拡大断面図である。
【図３】  一般的な摩擦攪拌接合法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…異種金属接合部材（電磁調理用器物）
21…低融点金属材（器物本体）
22…低融点金属材（カバ−部材）
３…高融点金属材（発熱体）
41…プローブ
【図１】
0003797714.tif 000002
【図２】
0003797714.tif 000003
【図３】
0003797714.tif 000004