特許 6574691 異種金属接合体及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574691

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】異種金属接合体及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20190902BHJP

   B23K 103/20 20060101ALN20190902BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/12 364

   B23K20/12 310

   B23K103:20

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-235917(P2015-235917)

(22)【出願日】2015年12月2日

(65)【公開番号】特開2017-100160(P2017-100160A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年11月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】畑山 智信

(72)【発明者】

【氏名】小村 章吾

(72)【発明者】

【氏名】藤井 英俊

(72)【発明者】

【氏名】森貞 好昭

【審査官】 岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−５０９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３１８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１４００２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１８６０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５１５９２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２３Ｋ １０３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料により構成される高融点部材と、該高融点部材の金属材料よりも低い融点の金属材料により構成される低融点部材とを備え、前記高融点及び低融点部材を重ねた状態で、前記高融点及び低融点部材の重なり領域が、それらの一部分を溶融させることによって接合されている、異種金属接合体の製造方法において、
前記高融点及び低融点部材を重ねて配置するステップと、
接合工具を所定の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）にて回転させ、かつ前記接合工具を、前記高融点及び低融点部材の重なり方向における前記高融点部材の重なり領域の外面から所定の挿入量Ｓ分挿入しながら、前記接合工具を、前記高融点部材の重なり領域の外面に沿って所定の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）にて移動させることによって、前記高融点及び低融点部材の重なり領域を接合するステップであって、前記所定の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する前記所定の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８以上かつ３．０以下とし、前記高融点部材の重なり領域における前記重なり方向の厚さＴｈに対する前記接合工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下とするステップと
を含む異種金属接合体の製造方法。

【請求項2】

前記接合するステップにて、少なくとも前記高融点及び低融点部材の溶融した金属材料から成る反応層が、前記高融点及び低融点部材の重なり領域間に形成され、前記低融点部材の重なり領域が、前記高融点部材の重なり領域に食い込む突起部を有すると共に前記高融点部材の重なり領域の外面から露出しないように形成される、請求項１に記載の異種金属接合体の製造方法。

【請求項3】

前記接合するステップにて、前記低融点部材の重なり領域に溶融部が生じ、前記低融点部材の重なり領域における前記重なり方向の厚さＴｌに対する前記低融点部材の重なり領域の溶融部における前記重なり方向の溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌが２．５％以上かつ３７．５％以下となる、請求項１又は２に記載の異種金属接合体の製造方法。

【請求項4】

金属材料により構成される高融点部材と、
該高融点部材の金属材料よりも低い融点の金属材料により構成される低融点部材と
を備え、
前記高融点及び低融点部材を重ねた状態で、前記高融点及び低融点部材の重なり領域が、それらの一部分を溶融させることによって接合されている、異種金属接合体において、
前記高融点及び低融点部材の重なり領域間に、少なくとも前記高融点及び低融点部材の溶融した金属材料から成る反応層が設けられており、
前記低融点部材の重なり領域が、前記高融点部材の重なり領域に食い込む突起部を有すると共に前記高融点部材の重なり領域の外面から露出しないように形成されている、異種金属接合体。

【請求項5】

前記高融点部材の金属材料が鉄系又は鋼系材料となっており、かつ前記低融点部材の金属材料がアルミニウム系材料となっている、請求項４に記載の異種金属接合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属材料により構成される高融点部材と、該高融点部材の金属材料よりも低い融点の金属材料により構成される低融点部材とを有し、これらの高融点及び低融点部材を接合している異種金属接合体及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

異なる種類の金属材料から成る部材、特に、融点の異なる金属材料から成る高融点及び低融点部材を接合した異種金属接合体を作製するために、様々な接合方法が用いられている。このような接合方法として、高融点及び低融点部材への入熱によって高融点及び低融点部材の一部分を溶融させて、高融点及び低融点部材の溶融材料から成る反応層によって高融点及び低融点部材を接合する方法が用いられることがある。かかる接合方法のうち、例えば、摩擦撹拌接合法においては、高融点及び低融点部材を重ねて配置し、回転する接合工具を高融点部材の外面から挿入し、かかる挿入時に生ずる摩擦熱を用いて異種金属部材を流動させ、さらに、回転する接合工具によって、高融点及び低融点部材の金属材料を塑性流動させると共に練り混ぜて、高融点及び低融点部材を接合している。（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−１３７９５２号公報

【特許文献2】特開２０１２−５０９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の接合方法においては、高融点及び低融点部材の溶融領域が、高融点及び低融点部材への少ない入熱のために縮小すると、高融点及び低融点部材が反応層のみによって接合されるか、又は反応層が安定的に形成されないおそれがある。その一方で、上述の接合方法において、高融点及び低融点部材の流動領域が、高融点及び低融点部材への過剰な入熱のために拡大すると、特に高融点部材が破れることによって高融点及び低融点部材の接合界面が高融点部材の破れた部分から露出するおそれがあり、かつ低融点部材の溶融した金属材料が流出するおそれがある。この場合、異種金属接触腐食が発生して、高融点及び低融点部材の接合強度が低下するおそれがある。すなわち、上述の接合方法においては、高融点及び低融点部材の接合強度が安定しないという問題がある。

【0005】

本発明は、このような課題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、融点の異なる異種金属材料から成る部材の接合強度を安定化できる異種金属接合体及びそ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】

【0006】

課題を解決するために、本発明の一態様に係る異種金属接合体の製造方法によれば、金属材料により構成される高融点部材と、該高融点部材の金属材料よりも低い融点の金属材料により構成される低融点部材とを備え、前記高融点及び低融点部材を重ねた状態で、前記高融点及び低融点部材の重なり領域が、それらの一部分を溶融させることによって接合されている、異種金属接合体の製造方法において、前記高融点及び低融点部材を重ねて配置するステップと、接合工具を所定の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）にて回転させ、かつ前記接合工具を、前記高融点及び低融点部材の重なり方向における前記高融点部材の重なり領域の外面から所定の挿入量Ｓ分挿入しながら、前記接合工具を、前記高融点部材の重なり領域の外面に沿って所定の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）にて移動させることによって、前記高融点及び低融点部材の重なり領域を接合するステップであって、前記所定の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する前記所定の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８以上かつ３．０以下とし、前記高融点部材の重なり領域における前記重なり方向の厚さＴｈに対する前記接合工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下とするステップとを含む。さらには、前記接合するステップにて、少なくとも前記高融点及び低融点部材の溶融した金属材料から成る反応層が、前記高融点及び低融点部材の重なり領域間に形成され、前記低融点部材の重なり領域が、前記高融点部材の重なり領域に食い込む突起部を有すると共に前記高融点部材の重なり領域の外面から露出しないように形成される。そのため、接合工具の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する接合工具の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８以上とし、かつ高融点部材の重なり領域の厚さＴｈに対する接合工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上とすることによって、低融点部材に十分な入熱が成されて、低融点部材の一部分の金属材料が確実に溶融し、かつ高融点及び低融点部材の溶融した金属材料が混ざり、その結果、反応層を確実に形成できる。その一方で、上記比率Ｒ／Ｖを３．０以下し、かつ上記比率Ｓ／Ｔｈを９５％以下とすることによって、低融点部材の重なり領域を、高融点部材の重なり領域に食い込む突起部を確実に有するように形成できる。また、上記比率Ｒ／Ｖを３．０以下し、かつ上記比率Ｓ／Ｔｈを９５％以下とすることによって、接合工具の挿入側に位置する高融点部材が破れると共に高融点及び低融点部材の接合界面が高融点部材の破れた部分から露出することを防止できるので、異種金属接触腐食が発生することを防止できる。その結果、高融点及び低融点部材の接合強度が低下することを防止できる。よって、融点の異なる異種金属材料から成る部材の接合強度を安定化できる。

【0007】

本発明の一態様に係る異種金属接合体の製造方法によれば、前記接合するステップにて、前記低融点部材の重なり領域に溶融部が生じ、前記低融点部材の重なり領域における前記重なり方向の厚さＴｌに対する前記低融点部材の重なり領域の溶融部における前記重なり方向の溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌが２．５％以上かつ３７．５％以下となる。そのため、低融点部材の重なり領域における厚さＴｌに対する低融点部材の重なり領域の溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌが２．５％以上となる条件では、反応層を確実に形成することができる。その一方で、上記比率Ｐ／Ｔｌが３７．５％以下となる条件では、低融点部材の重なり領域を、高融点部材の重なり領域に食い込む突起部を確実に有するように形成することができる。また、上記比率Ｐ／Ｔｌが３７．５％以下となる条件では、低融点部材の溶融した金属材料が流出することを確実に防止できるので、異種金属接触腐食が発生することを防止することができる。その結果、高融点及び低融点部材の接合強度が低下することを防止できる。

【0008】

課題を解決するために、本発明の一態様に係る異種金属接合体によれば、金属材料により構成される高融点部材と、該高融点部材の金属材料よりも低い融点の金属材料により構成される低融点部材とを備え、前記高融点及び低融点部材を重ねた状態で、前記高融点及び低融点部材の重なり領域が、それらの一部分を溶融させることによって接合されている、異種金属接合体において、前記高融点及び低融点部材の重なり領域間に、少なくとも前記高融点及び低融点部材の溶融した金属材料から成る反応層が設けられており、前記低融点部材の重なり領域が、前記高融点部材の重なり領域に食い込む突起部を有すると共に前記高融点部材の重なり領域の外面から露出しないように形成されている。そのため、反応層と高融点部材の重なり領域に食い込むように形成される低融点部材の重なり領域の突起部とによって、高融点及び低融点部材を確実に接合できる。また、低融点部材の重なり領域が高融点部材の重なり領域の外面から露出しないように形成されるので、高融点及び低融点部材の接合界面が露出することを防止できる。その結果、異種金属接触腐食が発生することを防止できるので、高融点及び低融点部材の接合強度が低下することを防止できる。よって、融点の異なる異種金属材料から成る部材の接合強度を安定化できる。

【0009】

本発明の一態様に係る異種金属接合体によれば、前記高融点部材の金属材料が鉄系又は鋼系材料となっており、かつ前記低融点部材の金属材料がアルミニウム系材料となっている。そのため、高融点及び低融点部材が、それぞれ、接合、特に摩擦撹拌接合に適した鉄系又は鋼系材料及びアルミニウム系材料により構成されるので、接合体の接合強度を安定化できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様に係る異種金属接合体及びその製造方法によれば、融点の異なる異種金属材料から成る部材の接合強度を安定化できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る異種金属接合体を模式的に示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る異種金属接合体の製造方法を説明するための模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係る異種金属接合体の製造方法に用いられる接合工具を模式的に示す正面図である。

【図4】実施例１及び比較例１の測定結果として、接合工具の移動速度Ｖに対する接合工具の回転速度Ｒの比率Ｒ／Ｖと高融点及び低融点部材の接合強度Ｆとの関係を示す散布図である。

【図5】実施例２において高融点部材の厚さＴｈに対する接合工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下とした場合に作製された異種金属接合体の断面を写真により示す図である。

【図6】図５のＡ部を拡大写真により示す図である。

【図7】比較例２において高融点部材の厚さＴｈに対する接合工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７０％とした場合に作製された異種金属接合体の断面を写真により示す図である。

【図8】比較例２において高融点部材の厚さＴｈに対する接合工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを１００％とした場合に作製された異種金属接合体の断面を写真により示す図である。

【図9】実施例３及び比較例３の測定結果として、低融点部材における厚さＴｌに対する低融点部材の溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌと高融点及び低融点部材の接合強度Ｆとの関係を示す散布図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態に係る異種金属接合体及びその製造方法を以下に説明する。

【0013】

本実施形態に係る異種金属接合体（以下、単に「接合体」という）について説明する。図１及び図２に示すように、接合体は、互いに重なって配置された高融点及び低融点部材１，２を有している。高融点及び低融点部材１，２は、それぞれ、互いに融点の異なる異種金属材料によって構成されており、高融点部材１の金属材料の融点は低融点部材２の金属材料の融点よりも高くなっている。

【0014】

特に、高融点部材１の金属材料は鉄系又は鋼系材料であると好ましく、かつ低融点部材２の金属材料はアルミニウム系材料であると好ましい。あくまでも一例であるが、鉄系材料は、鋳鉄等であるとよく、鋼系材料は、普通鋼、特殊鋼、鋳鋼、鍛鋼等であるとよく、アルミニウム系材料は、アルミニウム又はその合金等であるとよい。しかしながら、本発明の高融点及び低融点部材の金属材料は、これに限定されず、高融点部材の金属材料の融点が低融点部材の金属材料の融点よりも高くなっていれば、高融点及び低融点部材の金属材料は、各別に、銅又はその合金、マグネシウム又はその合金、チタン又はその合金、鉄系材料、鋼系材料、アルミニウム系材料等から選択可能である。

【0015】

このような高融点及び低融点部材１，２は、それぞれ、互いに重なって配置された重なり領域３，４を有している。高融点部材１の重なり領域（以下、「高融点側重なり領域」という）３及び低融点部材２の重なり領域（以下、「低融点側重なり領域」という）４は、略板状に形成されており、高融点及び低融点部材１，２の重なり方向（以下、単に「重なり方向」という）は、それらの厚さ方向に略一致している。

【0016】

高融点側重なり領域３は、低融点側重なり領域４を向く重なり面３ａと、該重なり面３ａに対向する外面３ｂとを有しており、重なり面３ａ及び外面３ｂは互いに対して略平行になっている。しかしながら、本発明の高融点側重なり領域は、これに限定されず、高融点側重なり領域の重なり面及び外面は互いに対して非平行であってもよい。このような高融点側重なり領域３は厚さＴｈを有しており、かかる厚さＴｈは、接合開始前の高融点側重なり領域における後述する接合工具（以下、単に「工具」という）Ｗの挿入予定箇所の厚さとして定義されるとよい。

【0017】

また、低融点側重なり領域４もまた、高融点側重なり領域３を向く重なり面４ａと、該重なり面４ａに対向する外面４ｂとを有しており、重なり面４ａ及び外面４ｂは互いに対して略平行になっている。しかしながら、本発明の低融点側重なり領域は、これに限定されず、低融点側重なり領域の重なり面及び外面は互いに対して非平行であってもよい。このような低融点側重なり領域４は厚さＴｌを有しており、かかる厚さＴｌは、接合開始前の低融点側重なり領域における工具Ｗの挿入予定箇所の厚さとして定義されるとよい。

【0018】

図１に示すように、高融点側及び低融点側重なり領域３，４は、それらの一部分を溶融させることによって接合されている。高融点側及び低融点側重なり領域３，４が接合された状態（以下、「接合状態」という）では、高融点側重なり領域３が、その重なり面３ａにて突出する凸部（以下、「反応凸部」という）３ｃを有するように変形し、低融点側重なり領域４は、このような反応凸部３ｃに対応して窪んだ凹部（以下、「反応凹部」という）４ｃを有するように変形している。また、高融点側及び低融点側重なり領域３，４が接合される過程では、低融点側重なり領域の少なくとも一部（以下、「溶融部」という）Ｍが溶融する。なお、図１では、低融点側重なり領域４における溶融部Ｍとそれ以外の部分との境界を二点破線によって示す。低融点側重なり領域４の溶融部Ｍは重なり方向の最大深さ（以下、「溶融深さ」という）Ｐを有しており、低融点側重なり領域４の厚さＴｌに対する溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌは２．５％以上かつ３７．５％であると好ましい。

【0019】

さらに、接合状態では、高融点側重なり領域３の反応凸部３ｃと低融点側重なり領域４の反応凹部４ｃとの間に、少なくとも高融点側及び低融点側領域３，４の溶融した金属材料から成る反応層５が形成されている。高融点側重なり領域３の反応凸部３ｃと低融点側重なり領域４の反応凹部４ｃとは、かかる反応層５を介して接合されている。なお、反応層５は、高融点側及び低融点側領域３，４の溶融した金属材料から成ると好ましいが、反応層５は、高融点側及び低融点側領域３，４の溶融した金属材料、並びにその他の不純物から構成されてもよい。

【0020】

接合状態では、低融点側重なり領域４は、高融点側重なり領域３に食い込む突起部４ｄを有すると共に高融点側重なり領域３の外面３ｂから露出しないように形成されている。具体的には、突起部４ｄは、低融点側重なり領域４の重なり面４ａから高融点側重なり領域３に向かって突出するように形成されている。かかる突起部４ｄは、接合体の断面視にて、低融点側重なり領域４の反応凹部４ｃに対して反応凹部４ｃの幅方向両側にそれぞれ隣接するように位置している。高融点側重なり領域３には、このような突起部４ｄに対応して食い込み部分３ｄが形成されている。高融点側及び低融点側重なり領域３，４はまた、食い込み部分３ｄ及び突起部４ｄの係合によって機械的に接合されている。あくまでも一例であるが、高融点側及び低融点側重なり領域３，４の接合強度Ｆは、約５．０ｋＮ以上であると好ましく、約５．５ｋＮ以上であるとより好ましく、さらには、約６．０ｋＮ以上であるとより好ましい。

【0021】

本実施形態に係る接合体の製造方法について説明する。最初に、かかる製造方法に用いられる工具について説明する。図３に示すように、工具Ｗは、その先端側に位置すると共に略円柱形状に形成されるプローブ部ｗ１を有しており、プローブｗ１は直径Ｄ１を有している。また、工具Ｗは、その基端側に位置すると共に略円柱形状に形成されるショルダー部ｗ２を有しており、ショルダー部ｗ２は直径Ｄ２を有しており、かかるショルダー部ｗ２の直径Ｄ２はプローブ部ｗ１の直径Ｄ１よりも大きくなっている。プローブ部ｗ１は、ショルダー部ｗ２の先端から突出しており、プローブ部ｗ１は、その基端から先端までの長さＬを有している。なお、プローブ部ｗ１の長さＬと高融点側重なり領域３の厚さＴｈとの関係について、Ｔｈ−０．６（ｍｍ）≦Ｌ≦Ｔｈ−０．０５（ｍｍ）であると好ましい。かかる長さＬの上限値は、後述する工具Ｗの挿入量Ｓをプローブ部ｗ１の長さＬに近付けるように工具Ｗを高融点側重なり領域３に挿入した際に、高融点側重なり領域３の外面３ｂに対する工具Ｗの挿入角度が浅い状態にて、高融点側重なり領域３が工具Ｗによって破れることを防止するように定められている。長さＬの下限値は、工具Ｗによって接合界面を撹拌することを可能にするように定められている。Ｌ＜Ｔｈ−０．６（ｍｍ）である場合、工具Ｗによって接合界面を十分に撹拌できなくなるためである。また、工具Ｗの長手方向に延びる軸線ｗ３は、プローブ部ｗ１及びショルダー部ｗ２の中心軸線と略一致しており、工具Ｗは、かかる軸線ｗ３を中心に回転可能に構成されている。このような工具Ｗは、以下に述べる方法によって接合体を製造するために十分な耐熱性、強度、靱性、耐摩耗性等を有する材料を用いて作製されるとよい。あくまでも一例であるが、工具Ｗに用いられる材料は、工具鋼、セラミックス、ＰＣＢＮ（多結晶の立方晶窒化ホウ素）、Ｗ−Ｒｅ合金、Ｃｏ合金、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金）、ＰＣＢＮ／Ｗ−Ｒｅ複合材料、Ｉｒ合金等から選択可能である。

【0022】

次に、接合体の製造方法を具体的に説明する。図２に示すように、高融点及び低融点部材１，２を、高融点側及び低融点側重なり領域３，４を重ねるように配置する。工具Ｗを軸線ｗ３中心に所定の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）にて回転させ、かつ工具Ｗを、高融点側重なり領域３の外面３ｂから挿入量（すなわち、重なり方向の深さ）Ｓ分挿入しながら、工具Ｗを、高融点側重なり領域３の外面３ｂに沿って所定の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）にて移動させる。このような工具Ｗの操作によって、高融点側及び低融点側重なり領域３，４が接合されることとなる。工具Ｗの操作条件については、移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８以上かつ３．０以下とし、かつ高融点側重なり領域３の厚さＴｈに対する挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下とする。

【0023】

このような工具Ｗの操作条件においては、高融点側重なり領域３の反応凸部３ｃと低融点側重なり領域４の反応凹部４ｃとの間に反応層５を確実に形成することができ、かつ低融点側重なり領域４を、高融点側重なり領域３に食い込む突起部４ｄを有すると共に高融点側重なり領域３の外面３ｂから露出しないように確実に形成することができる。なお、反応層５は、工具Ｗのプローブ部ｗ１の挿入位置に対応して位置することとなる。さらに工具Ｗの操作条件においては、低融点側重なり領域４の厚さＴｌに対する溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌを２．５％以上かつ３７．５％とすることができる。

【0024】

以上、本実施形態に係る接合体によれば、反応層５と高融点側重なり領域３に食い込むように形成される低融点側重なり領域４の突起部４ｄとによって、高融点及び低融点部材を確実に接合できる。また、低融点側重なり領域４が高融点側重なり領域３の外面３ｂから露出しないように形成されるので、高融点及び低融点部材１，２の接合界面が露出することを防止できる。その結果、異種金属接触腐食が発生することを防止できるので、高融点及び低融点部材１，２の接合強度Ｆが低下することを防止できる。よって、融点の異なる異種金属材料から成る部材１，２の接合強度Ｆを安定化できる。

【0025】

本実施形態に係る接合体によれば、高融点及び低融点部材１，２が、それぞれ、接合、特に、摩擦撹拌接合に適した鉄系又は鋼系材料及びアルミニウム系材料により構成される場合には、接合体の接合強度Ｆを安定化できる。

【0026】

また、本実施形態に係る接合体の製造方法によれば、工具Ｗの移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具Ｗの回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８以上とし、かつ高融点側重なり領域３の厚さＴｈに対する工具Ｗの挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上とすることによって、低融点部材２の一部分の金属材料が確実に溶融し、かつ高融点及び低融点部材１，２の溶融した金属材料が混ざり、その結果、反応層５を確実に形成できる。その一方で、上記比率Ｒ／Ｖを３．０以下とし、かつ上記比率Ｓ／Ｔｈを９５％以下とすることによって、低融点側重なり領域４を、高融点側重なり領域３に食い込む突起部４ｄを確実に有するように形成できる。また、上記比率Ｒ／Ｖを３．０以下とし、かつ上記比率Ｓ／Ｔｈを９５％以下とすることによって、工具Ｗの挿入側に位置する高融点部材１が破れると共に高融点及び低融点部材１，２の接合界面が高融点部材１の破れた部分から露出することを防止できるので、異種金属接触腐食が発生することを防止できる。その結果、高融点及び低融点部材１，２の接合強度Ｆが低下することを防止できる。よって、融点の異なる異種金属材料から成る部材１，２の接合強度Ｆを安定化できる。

【0027】

本実施形態に係る接合体の製造方法によれば、低融点側重なり領域４における厚さＴｌに対する低融点側重なり領域４の溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌが２．５％以上となる条件では、反応層５を確実に形成することができる。その一方で、上記比率Ｐ／Ｔｌが３７．５％以下となる条件では、低融点側重なり領域４を、高融点側重なり領域３に食い込む突起部４ｄを確実に有するように形成することができる。また、上記比率Ｐ／Ｔｌが３７．５％以下となる条件では、低融点部材２の溶融した金属材料が流出することを確実に防止できるので、異種金属接触腐食が発生することを防止することができる。その結果、高融点及び低融点部材１，２の接合強度Ｆが低下することを防止できる。

【0028】

ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。

【0029】

さらに、実施例１〜実施例３と比較例１〜比較例３とについて説明する。最初に、実施例１、比較例１、並びに実施例１及び比較例１の対比について述べる。

【0030】

［実施例１］
実施例１においては、本発明の実施形態と同様に接合体を製造した。具体的には、高融点部材１を、特殊鋼の一種である高張力鋼板から作製し、高融点側重ね領域３の厚さＴｈを２．０ｍｍとした。低融点部材２をアルミニウム合金から作製し、低融点側重ね領域４の厚さＴｌを４．０ｍｍとした。工具Ｗは超硬合金製のものを用い、工具Ｗのプローブ部ｗ１の直径Ｄ１を６ｍｍとし、かかるプローブ部ｗ１の長さＬを１．４ｍｍとし、工具Ｗのショルダー部ｗ２の直径Ｄ２を１２ｍｍとした。表１に示すように、工具Ｗの移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具Ｗの回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８０、２．１０、２．２５、２．５０、２．７５、及び３．００とした複数の条件にて、高融点側及び低融点側重なり領域３，４を接合した。各条件においては、工具Ｗの挿入量Ｓを１．６ｍｍとした。すなわち、高融点側重なり領域３の厚さＴｈに対する工具Ｗの挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを８０％とした。なお、複数の条件のそれぞれにおいて、２つの接合体を製造した。このように製造された各接合体において、低融点側重なり領域４の溶融深さＰ（ｍｍ）と、接合強度Ｆ（ｋＮ）とを測定した。

【0031】

【表1】

【0032】

［比較例１］
比較例１においては、次の条件を除いて、実施例１と同様の条件にて接合体を製造した。すなわち、実施例１と異なる条件として、表２に示すように、工具の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．３０、１．４０、１．５０、１．６０、１．７０、３．３０、３．５０、３．７０、及び４．２０とした複数の条件にて、高融点側及び低融点側重なり領域を接合した。このように製造された各接合体において、低融点側重なり領域の溶融深さＰ（ｍｍ）と、接合強度Ｆ（ｋＮ）とを測定した。

【0033】

【表2】

【0034】

［実施例１と比較例１との対比］
表１、表２、及び図４を参照して、実施例１及び比較例１の測定結果を対比する。なお、図４においては、横軸は、工具の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを示し、かつ縦軸は、接合体の接合強度Ｆ（ｋＮ）を示す。また、実施例１の測定値は十字印により示し、比較例１の測定値はＸ印により示す。

【0035】

表１及び図４を参照すると、実施例１のように、上記比率Ｒ／Ｖを１．８０以上かつ３．００以下とした場合、接合強度Ｆが５．２ｋＮ以上となった。さらに、各比率Ｒ／Ｖの最大及び最小接合強度Ｆの差が０．８ｋＮ以内となった。その一方で、表２及び図４を参照すると、比較例１において、上記比率Ｒ／Ｖを１．８０未満とした場合、高融点側及び低融点側重なり領域が接合されていないか、又は接合強度Ｆが４．５ｋＮ以下となった。さらに、各比率Ｒ／Ｖの最大及び最小接合強度Ｆの差が２．０ｋＮ以上となった。比較例１において、上記比率Ｒ／Ｖを、３．００を超えるようにした場合、接合強度Ｆが３．８ｋＮ以下となった。さらに、各比率Ｒ／Ｖの最大及び最小接合強度Ｆの差が１．０ｋＮ以上となった。

【0036】

そのため、実施例１の接合体の接合強度Ｆが比較例１の接合体の接合強度よりも安定することが確認できた。また、表１に示すように、実施例１の接合体においては、上記比率Ｒ／Ｖを１．８０以上かつ３．００以下とした場合、低融点側重なり領域４の溶融深さＰが０．１ｍｍ以上かつ１．５ｍｍ以下となることが確認できた。

【0037】

実施例２、比較例２、並びに実施例２及び比較例２の対比について述べる。

【0038】

［実施例２］
実施例２においては、次の条件を除いて、実施例１と同様の条件にて接合体を製造した。すなわち、実施例１と異なる条件として、表３に示すように、高融点側重なり領域３の厚さＴｈに対する工具Ｗの挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下の範囲内で変化させた。なお、工具Ｗの移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具Ｗの回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８０以上かつ３．００以下の範囲内とした。このように製造された各接合体において、接合状態を確認した。

【0039】

【表3】

【0040】

［比較例２］
比較例２においては、次の条件を除いて、実施例２と同様の条件にて接合体を製造した。すなわち、実施例２と異なる条件として、表４に示すように、高融点側重なり領域１０３の厚さＴｈに対する工具の挿入量Ｓの比率Ｓ／Ｔｈを７０％以下の範囲で変化させ、さらに、上記比率Ｓ／Ｔｈを１００％以上の範囲で変化させた。このように製造された各接合体において、接合状態を確認した。

【0041】

【表4】

【0042】

［実施例２と比較例２との対比］
表３、表４、及び図５〜図８を参照して、実施例２及び比較例２の測定結果を対比する。表３を参照すると、実施例２のように、上記比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下とした場合、高融点側及び低融点側重なり領域３，４が確実に接合されることができた。また、図５に示すように、実施例２においては、低融点側重なり領域４に、高融点側重なり領域３に食い込む突起部４ｄが確実に形成され、高融点側重なり領域３が破れず、低融点側重なり領域４が高融点側重なり領域３の外面３ｂから露出しないことが確認できた。図６に示すように、実施例２においては、高融点側重なり領域３の突出部分３ｄと低融点側重なり領域４の反応凹部４ｃとの間に反応層５が確実に形成されることが確認できた。その一方で、表４及び図７を参照すると、比較例２のように、上記比率Ｓ／Ｔｈを７５％未満とした場合、高融点側及び低融点側重なり領域１０３，１０４が接合できないことが確認できた。また、表４及び図８を参照すると、比較例２のように、上記比率Ｓ／Ｔｈを、９５％を超えるようにした場合、高融点側重なり領域１０３が破れて、低融点側重なり領域１０４が高融点側重なり領域１０３の外面１０３ｂから露出することが確認できた。そのため、実施例２のように、上記比率Ｓ／Ｔｈを７５％以上かつ９５％以下とした場合に、高融点側及び低融点側重なり領域３，４が確実に接合されることが確認できた。

【0043】

実施例３、比較例３、並びに実施例３及び比較例３の対比について述べる。

【0044】

［実施例３］
実施例３においては、次の条件を除いて、実施例１と同様の条件にて接合体を製造した。すなわち、実施例１と異なる条件として、表５に示すように、工具Ｗの移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具Ｗの回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８０以上かつ３．００以下の範囲内で変化させ、このような変化によって、低融点側重なり領域４の厚さＴｌに対する溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌを２．５％、７．５％、１０．０％、１５．０％、１７．５％、２０．０％、２５．０％、３０．０％、３２．５％、３５．０％、及び３７．５％とする接合体を製造した。このように製造された各接合体において、接合強度Ｆ（ｋＮ）を測定した。

【0045】

【表5】

【0046】

［比較例３］
比較例３においては、次の条件を除いて、実施例３と同様の条件にて接合体を製造した。すなわち、実施例３と異なる条件として、表５に示すように、工具の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）に対する工具の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）の比率Ｒ／Ｖを１．８０未満の範囲で変化させ、このような変化によって、低融点側重なり領域の厚さＴｌに対する溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌを２．５％未満とする接合体を製造した。また、表５に示すように、上記比率Ｒ／Ｖを、３．０を超える範囲で変化させ、このような変化によって、低融点側重なり領域の厚さＴｌに対する溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌを４０．０％、４２．５％、４５．０％、５０．０％、５２．５％、６２．５％、及び６５．０％とする接合体を製造した。このように製造された各接合体において、接合強度Ｆ（ｋＮ）を測定した。

【0047】

【表6】

【0048】

［実施例３と比較例３との対比］
表５、表６、及び図９を参照して、実施例３及び比較例３の測定結果を対比する。なお、図９においては、横軸は、低融点側重なり領域の厚さＴｌに対する溶融深さＰの比率Ｐ／Ｔｌを示し、かつ縦軸は、接合体の接合強度Ｆ（ｋＮ）を示す。また、実施例３の測定値は十字印により示し、比較例３の測定値はＸ印により示す。

【0049】

表５及び図９を参照すると、実施例３のように、上記比率Ｐ／Ｔｌが２．５％以上かつ３７．５％以下である場合、接合強度Ｆが５．２ｋＮ以上となった。その一方で、表６及び図９を参照すると、比較例３のように、上記比率Ｐ／Ｔｌが２．５％未満である場合、接合強度Ｆが４．５ｋＮ以下となった。また、比較例３のように、上記比率Ｐ／Ｔｌが３７．５％を超える場合、接合強度Ｆが３．８ｋＮ以下となった。そのため、実施例３の接合体は比較例３の接合体と比較して十分な接合強度Ｆが得られることが確認できた。

【符号の説明】

【0050】

１ 高融点部材
２ 低融点部材
３ 重なり領域（高融点側重なり領域）
３ｂ 外面
４ 重なり領域（低融点側重なり領域）
４ｄ 突起部
５ 反応層
Ｍ 溶融部
Ｗ 接合工具（工具）
ｗ１ プローブ部
ｗ２ ショルダー部
ｗ３ 軸線
Ｔｈ，Ｔｌ 厚さ
Ｐ 溶融部の最大深さ（溶融深さ）
Ｄ１，Ｄ２ 直径
Ｌ 長さ
Ｒ 回転速度
Ｖ 移動速度
Ｓ 挿入量
Ｆ 接合強度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】