特開 2022-182510 金属材料接合物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182510

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】金属材料接合物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/323 20140101AFI20221201BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20221201BHJP

   B23K 26/342 20140101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

B23K26/323

B23K26/21 G

B23K26/342

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021090107

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】000121202

【氏名又は名称】エンシュウ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136674

【弁理士】

【氏名又は名称】居藤 洋之

(72)【発明者】

【氏名】原田 裕文

(72)【発明者】

【氏名】高林 真宏

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 利夫

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA02

4E168BA31

4E168BA86

4E168BA87

4E168BA89

4E168DA23

4E168DA24

4E168DA26

4E168EA17

4E168FB03

(57)【要約】

【課題】接合対象物の種類の制約を小さくしてより広範な接合対象物、特に、狭小空間での接合作業も行うことができる金属材料接合物の製造方法を提供する。
【解決手段】金属材料接合物の製造方法は、アルミニウム材からなるベース体１０１に対してステンレス材からなる接合体１０４を接合するものであり、主として、レーザ皮膜形成工程およびレーザ接合工程をそれぞれ含んでいる。レーザ皮膜形成工程は、軟鋼で構成されて皮膜１０３の原料Ｇをレーザ光Ｌ１を用いて溶融した溶融物Ｙをベース体１０１の表面に積層して皮膜１０３を形成する。レーザ接合工程は、皮膜１０３に宛がわれた接合体１０４に対してレーザ光Ｌ２を照射することで皮膜１０３および接合体１０４の各一部を溶融させて固化させた溶接部Ｂを形成することでベース体１０１と接合体１０４とを皮膜１０３を介して接合する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

同種または異種の２つの金属材料のうちの一方の金属材料からなるベース体に他方の金属材料からなる接合体を接合した金属材料接合物の製造方法であって、
前記ベース体の表面に前記接合体と同種の金属材料をレーザ光を用いて溶融させて皮膜を形成するレーザ皮膜形成工程と、
前記皮膜上に前記接合体を配置してこの接合体側からレーザ光を照射することで前記皮膜と前記接合体とを互いにレーザ溶接するレーザ接合工程とを有することを特徴とする金属材料接合物の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載した金属材料接合物の製造方法において、さらに、
前記ベース体の表面に微細な凹凸部を形成する凹凸部形成工程を含み、
前記レーザ皮膜形成工程は、
前記凹凸部上に前記皮膜を形成することを特徴とする金属材料接合物の製造方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載した金属材料接合物の製造方法において、さらに、
前記ベース体に形成された前記皮膜の表面を前記接合体における接合部分の表面形状に対応する形状に形成する皮膜表面調整工程を含むことを特徴とする金属材料接合物の製造方法。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに形成した金属材料接合物の製造方法において、
前記ベース体と前記接合体とは、互いに異種材料であることを特徴とする金属材料接合物の製造方法。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに形成した金属材料接合物の製造方法において、
前記ベース体は、軽金属であり、
前記接合体は、重金属であることを特徴とする金属材料接合物の製造方法。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに形成した金属材料接合物の製造方法において、
前記レーザ皮膜形成工程および前記レーザ接合工程は、
前記ベース体における前記皮膜を形成する部分の近傍に同部分に面して物体が存在する狭小空間内で行われることを特徴とする金属材料接合物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、同種または異種の２つの金属材料のうちの一方の金属材料からなるベース体に他方の金属材料からなる接合体を接合した金属材料接合物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、異種の２つの金属材料のうちの一方の金属材料に他方の金属材料を接合した金属材料接合物の製造方法が知られている。例えば、下記特許文献１には、アルミニウム材に対して鋼材を低温溶射（所謂コールドスプレー法）することで皮膜を形成した後、この皮膜に鋼材を接合する異材接合構造体の製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０２０／０１７４２０号公報

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に示された異材接合構造体の製造方法においては、金属粉末を高速で吹き付けるコールドスプレー法を用いているため、金属粉末を飛翔させるために長尺に延びたノズルが必要であり、狭小空間での接合加工が極めて困難で接合対象物の種類が制約されるという問題があった。

【0005】

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、接合対象物の種類の制約を小さくしてより広範な接合対象物、特に、狭小空間での接合作業も行うことができる金属材料接合物の製造方法を提供することにある。

【発明の概要】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、同種または異種の２つの金属材料のうちの一方の金属材料からなるベース体に他方の金属材料からなる接合体を接合した金属材料接合物の製造方法であって、ベース体の表面に接合体と同種の金属材料をレーザ光を用いて溶融させて皮膜を形成するレーザ皮膜形成工程と、皮膜上に接合体を配置してこの接合体側からレーザ光を照射することで皮膜と接合体とを互いにレーザ溶接するレーザ接合工程とを有することにある。

【0007】

このように構成した本発明の特徴によれば、金属材料接合物の製造方法は、金属材料をレーザ光を用いて溶融させて皮膜を形成するレーザ皮膜形成工程によってベース体に接近して皮膜を形成することができるため、接合対象物の種類の制約を小さくしてより広範な接合対象物、特に、狭小空間での接合作業も行うことができる。

【0008】

ここで、接合体と同種の金属材料とは、比較する２つの金属材料において主成分（最も含有量が多い元素）が同じ材料である。例えば、純鉄と炭素鋼とは鉄（Ｆｅ）を主成分としている点で同種の金属材料である。

【0009】

また、本発明の他の特徴は、前記金属材料接合物の製造方法において、さらに、ベース体の表面に微細な凹凸部を形成する凹凸部形成工程を含み、レーザ皮膜形成工程は、凹凸部上に皮膜を形成することにある。

【0010】

このように構成した本発明の他の特徴によれば、金属材料接合物の製造方法は、ベース体の表面に形成した微細な凹凸部上に皮膜を形成するため、ベース体上に皮膜を強固に固着させることができる。この場合、微細な凹凸部は、算術平均粗さＲａが１．６以下、好ましくは０．２以下、より好ましくは０．０１２以下がよい。

【0011】

また、本発明の他の特徴は、前記金属材料接合物の製造方法において、さらに、ベース体に形成された皮膜の表面を接合体における接合部分の表面形状に対応する形状に形成する皮膜表面調整工程を含むことにある。

【0012】

このように構成した本発明の他の特徴によれば、金属材料接合物の製造方法は、ベース体に形成された皮膜の表面を接合体における接合部分の表面形状に対応する形状に形成しているため、皮膜と接合体との密着度を高めてベース体上に皮膜を強固に固着させることができる。この場合、接合体における接合部分の表面形状に対応する形状とは、接合体における接合部分に皮膜の表面が密着するように皮膜の表面を接合体における接合部分の形状に添う形状、換言すれば、接合体における接合部分の形状を反転させた対称の形状である。したがって、皮膜の表面は、例えば、接合体における接合部分の形状が平面であれば平面に形成され、凸状の曲面であればこの凸状の曲面に嵌合する凹状の曲面に形成されるものである。

【0013】

また、皮膜の表面を平面に形成する場合には、この表面の平面度を５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下に形成するとよい。ここで、平面度とは、平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさであり、測定対象となる表面を２つの平行な仮想平面で挟んだときに、これら２つの仮想平面の間隔が最小となる場合の２平面の間隔で表されるものである。この平面度は、ダイヤルゲージ、オプティカルフラット（平面ゲージ）またはレーザ光を用いた測定器などで測定することができる。

【0014】

また、本発明の他の特徴は、前記金属材料接合物の製造方法において、ベース体と接合体とは、互いに異種材料であることにある。

【0015】

このように構成した本発明の他の特徴によれば、金属材料接合物の製造方法は、ベース体と接合体とが互いに異種材料であるため、接合の適用対象物をより広範に採用することができる。ここで、ベース体と接合体とが異種材料とは、比較する２つの金属材料において主成分が異なっている材料である。例えば、炭素鋼に対してアルミニウム材は鉄（Ｆｅ）を主成分としていない点で異種の金属材料である。

【0016】

また、本発明の他の特徴は、前記金属材料接合物の製造方法において、ベース体は、軽金属であり、接合体は、重金属であることにある。

【0017】

このように構成した本発明の他の特徴によれば、金属材料接合物の製造方法は、ベース体が軽金属であり、接合体が重金属であるため、接合の適用対象物をより広範に採用することができる。ここで、軽金属としては、比重が４以下の金属であり、例えば、アルミニウム材、マグネシウム材、チタン材またはこれらの合金がある。また、重金属としては、比重が４以上の金属であり、例えは、鉄材、鉛材、金材またはこれらの合金がある。

【0018】

また、本発明の他の特徴は、前記金属材料接合物の製造方法において、レーザ皮膜形成工程およびレーザ接合工程は、ベース体における皮膜を形成する部分の近傍に同部分に面して物体が存在する狭小空間内で行われることにある。

【0019】

このように構成した本発明の他の特徴によれば、金属材料接合物の製造方法は、レーザ皮膜形成工程およびレーザ接合工程がベース体における皮膜を形成する部分の近傍に同部分に面して物体が存在する狭小空間内で行われるため、接合の適用対象物をより広範に採用することができる。ここで、狭小空間とは、ベース体における皮膜を形成する部分の周囲に他の物体が接近して存在していることで接合のための作業スペースが狭い空間であって、例えば、建物または乗り物の内部、機械装置の内部または配管の内部などがある。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る金属材料接合物の製造方法の主要な工程の流れを示すフローチャートである。

【図2】本発明に係る金属材料接合物の製造方法によって製造される金属材料接合物の構成の概略を模式的に示す断面図である。

【図3】本発明に係る金属材料接合物の製造方法における第１工程および第２工程を説明するために図２に示す金属材料接合物におけるベース体の状態を模式的に示す断面図である。

【図4】本発明に係る金属材料接合物の製造方法における第３工程を説明するために図２に示す金属材料接合物におけるベース体に皮膜を形成する様子を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明に係る金属材料接合物の製造方法における第４工程を説明するために図４に示す皮膜の表面を加工する様子を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明に係る金属材料接合物の製造方法における第５工程および第６工程を説明するために図５に示す皮膜の表面に接合体を配置してレーザ溶接加工を行う様子を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係る金属材料接合物の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る金属材料接合物１００の製造方法の主要な工程の流れを示すフローチャートである。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。

【0022】

金属材料接合物１００は、図２に示すように、同種または異種の２つの金属材料であるベース体１０１と接合体１０４とを皮膜１０３を介して互いの表面同士で接合した部品である。この金属材料接合物１００は、四輪自動車または二輪自動車などの自走式車両、船舶または航空機などの乗り物を構成する部品として使用される。

【0023】

まず、作業者は、図３に示すように、第１工程として、ベース体１０１を用意する。ベース体１０１は、後述する接合体１０４とともに金属材料接合物１００を構成する部品であり、接合体１０４と同種または異種の金属材料で構成することができる。本実施形態においては、ベース体１０１は、厚さが３ｍｍのアルミニウム製の板材で構成されている。

【0024】

このベース体１０１は、後述する皮膜１０３を形成する部分である皮膜形成部Ｐの近傍に同皮膜形成部Ｐに面して周囲物体Ｗが存在する狭小空間Ｓを形成するように配置されている。ここで周囲物体Ｗは、ベース体１０１における皮膜形成部Ｐの近傍に狭小空間Ｓを介して対向される物体であり、ベース体１０１に対して一体的に構成されている場合のほか、ベース体１０１とは別体で構成されている場合もある。すなわち、周囲物体Ｗは、ベース体１０１が建物または乗り物の内部、機械装置の内部または配管の内部などの狭小空間Ｓに存在する場合に、このベース体１０１の周囲に存在する物体である。

【0025】

次に、作業者は、図３に示すように、第２工程として、ベース体１０１の表面に凹凸部１０２を形成する。ここで、凹凸部１０２は、皮膜１０３の密着度を向上させるための部分であり、ベース体１０１の表面に微小な凹凸を複数形成して構成されている。この凹凸部１０２は、グラインダーなどからなる切削工具Ｔ１を用いた切削加工によって形成される。この場合、凹凸部１０２は、算術平均粗さＲａが１．６以下、好ましくは０．２以下、より好ましくは０．０１２以下がよい。なお、この凹凸部１０２は、グラインダーまたはサンドペーパによる磨き加工またはショットブラストによる微小粒子の吹き付けによる塑性加工などの各種機械加工のほか、短パルスレーザなどのレーザ光を用いたレーザ加工、さらには、薬品による腐食加工などの各種加工方法を用いて形成することができる。

【0026】

この凹凸部１０２は、ベース体１０１の表面における皮膜１０３が形成される位置に皮膜１０３が形成される範囲で形成される。この場合、凹凸部１０２は、ベース体１０１の表面における皮膜１０３が形成される範囲よりも大きな範囲で皮膜１０３を形成することができるが、皮膜１０３が形成される範囲よりも小さい範囲で部分的に皮膜１０３を形成することもできる。この第２工程における凹凸部１０２を形成する工程が、本発明に係る微細凹凸形成工程に相当する。なお、凹凸部１０２は、各図において特に誇張して示している。

【0027】

次に、作業者は、図４に示すように、第３工程として、ベース体１０１の表面に皮膜１０３を形成する。ここで、皮膜１０３は、ベース体１０１に対して接合体１０４を接合するための部分であり、接合体１０４と同種の金属材料によって形成されている。この場合、接合体１０４と同種の金属材料とは、接合体１０４に含まれる元素のうち最も含有量が多い元素である主成分が同じ材料である。本実施形態においては、皮膜１０３は、軟鋼材によって構成されている。この皮膜１０３は、皮膜形成装置２００によって形成される。なお、皮膜１０３は、各図において特に誇張して示している。

【0028】

（皮膜形成装置２００）
皮膜形成装置２００は、金属材料で構成された皮膜１０３の原料Ｇをレーザ光Ｌ１を用いて溶融するとともにこの溶融による溶融物Ｙをベース体１０１に向けて飛翔させることでベース体１０１の表面に皮膜１０３を形成する機械装置である。ここで、原料Ｇは、本実施形態においては、皮膜１０３を構成する軟鋼材をワイヤ状に形成して構成されている。この皮膜形成装置２００は、本体２０１を備えている。本体２０１は、溶融物Ｙをベース体１０１に向けて飛翔させるための部品であり、金属材料を円筒形に形成して構成されている。

【0029】

本体２０１は、原料導入部２０２、ガス導入部２０４ａ，２０４ｂ、溶融部２０６、噴射部２０７、光学素子ホルダ２０８およびレーザ光受け２０９をそれぞれ備えて構成されている。原料導入部２０２は、皮膜１０３の原料となる原料Ｇを導入するための部分であり、本体２０１の外表面から内部に貫通する貫通孔によって構成されている。この場合、原料導入部２０２は、溶融部２０６に開口するように形成されている。また、原料導入部２０２には、本体２０１の外側から原料供給管２０３が接続されている。

【0030】

原料供給管２０３は、ワイヤ状の原料Ｇを本体２０１に導くための部品であり、金属製の管体で構成されている。この原料供給管２０３は、一方の端部が本体２０１の原料導入部２０２に接続されているとともに、他方の端部が原料供給装置（図示せず）に接続されている。原料供給装置は、ワイヤ状の原料Ｇを連続的に供給する公知の機械装置である。なお、原料供給管２０３は、剛体のほか、可撓性を有するチューブで構成することもできる。

【0031】

ガス導入部２０４ａ，２０４ｂは、本体２０１内に溶融物Ｙを噴出させるためのガスを導入するための空洞の部分であり、前記原料導入部２０２に対して本体２０１の軸線方向の両側（図示上側および下側）にそれぞれ形成されている。この場合、ガス導入部２０４ａ，２０４ｂ内にそれぞれ導入されるガスは、アルゴンガス、ヘリウムガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスを用いることができる。これらのガス導入部２０４ａ，２０４ｂには、本体２０１の外側から原料供給管２０３が接続されている。

【0032】

なお、ガス導入部２０４ａは、溶融物Ｙが後述する光学素子ホルダ２０８側に飛来することを防止する役目も持っている。また、ガス導入部２０４ｂは、溶融物Ｙが後述するレーザ光受け２０９側に飛来することを防止する役目も持っている。また、図４においては、ガス導入部２０４ａ，２０４ｂから本体２０１内に供給されるガスを破線矢印で示している。

【0033】

ガス供給管２０５は、溶融物Ｙを噴出させるためのガスを本体２０１に導くための部品であり、金属製の管体で構成されている。このガス供給管２０５は、一方の端部が本体２０１のガス導入部２０４ａ，２０４ｂにそれぞれ接続されているとともに、他方の端部がガス供給装置（図示せず）に接続されている。ガス料供給装置は、溶融物Ｙを噴出させるためのガスを連続的に供給する公知の機械装置である。なお、ガス供給管２０５は、剛体のほか、可撓性を有するチューブで構成することもできる。

【0034】

溶融部２０６は、原料導入部２０２から導入された原料Ｇを溶融させるとともに、この溶融した溶融物Ｙを噴射部２０７に導く空洞の部分であり、ガス導入部２０４ａとガス導入部２０４ｂとの間に括れた形状に形成されている。噴射部２０７は、溶融部２０６内で原料Ｇが溶融した溶融物Ｙを本体２０１の外部に導いて噴射させるための空洞の部分であり、溶融部２０６から外側に向かって断面形状が拡大する円錐状に形成されている。

【0035】

この本体２０１の両端部には、光学素子ホルダ２０８およびレーザ光受け２０９がそれぞれ設けられている。光学素子ホルダ２０８は、原料Ｇを溶融させるためのレーザ光Ｌ１を溶融部２０６内に導入された原料Ｇに集光するためのレンズなどの光学素子を保持する円筒状の部品である。この光学素子ホルダ２０８は、一方の端部が本体２０１に接続されているとともに他方の端部が光伝送ケーブル２０８ａ（例えば、光ファイバ）を介してレーザ光源（図示せず）に接続されている。レーザ光源は、原料Ｇを溶融させるためのレーザ光Ｌ１を出射する機械装置であり、半導体レーザ（例えば、レーザダイオードなど）、固体レーザ（例えば、ＹＡＧレーザなど）、ガスレーザ（例えば、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなど）または液体レーザなどの各種レーザ光源によって構成されている。

【0036】

レーザ光受け２０９は、溶融部２０６を通過したレーザ光Ｌ１の一部を吸収するとともに他の一部を溶融部２０６とは異なる方向に反射させる部品であり、金属材または樹脂材を黒色などの濃色に形成された有底円筒状に形成されている。この場合、レーザ光受け２０９は、ガス導入部２０４ｂ内に張り出す部分が円錐または角錐などの錐状に形成されている。

【0037】

作業者は、皮膜形成装置２００における本体２０１をベース体１０１における皮膜形成部Ｐに対して対向配置した状態で皮膜形成装置２００の作動を開始させる。この場合、作業者は、本体２０１を手作業で位置決めを行ってもよいし、位置決め装置などの機械装置を介して位置決めを行ってもよい。これにより、皮膜形成装置２００は、噴射部２０７から原料Ｇの溶融物Ｙの滴が大量に噴射されて皮膜形成部Ｐ上に付着する。この場合、作業者は、溶融物Ｙが流動性を有する液状、ジェル状または半固体状で皮膜形成部Ｐ上に付着するように噴射部２０７とベース体１０１の表面との距離を調整する。

【0038】

この場合、噴射部２０７とベース体１０１の表面との距離は、溶融物Ｙが流動性を有する液状、ジェル状または半固体状で皮膜形成部Ｐ上に付着できれば特に限定されるものではないが、本発明者らによる実験によれば、１００ｍｍ以上かつ２００ｍｍ以下が好適である。また、皮膜形成部Ｐ上に付着する溶融物Ｙは、ベース体１０１への衝突による物理的なダメージを考慮すると、流動性が低い半固体状よりも流動性が高い液状またはジェル状が好ましい。また、皮膜形成部Ｐ上に付着する溶融物Ｙは、流動性が高い液状またはジェル状であることにより皮膜１０３が一体物として形成されて皮膜１０３自体の剛性を高めることができる。

【0039】

これにより、ベース体１０１の表面上には、溶融物Ｙが堆積して固化することで皮膜１０３が形成される。作業者は、本体２０１をベース体１０１に対して平行移動させることでベース体１０１の表面に平行な方向に皮膜１０３の形成領域を広げることができる。すなわち、作業者は、皮膜形成部Ｐの全領域に対して皮膜１０３を形成することができる。この場合、作業者は、皮膜１０３の厚さが少なくとも０．５ｍｍ以上に形成するとよい。また、この場合、ベース体１０１の表面に形成される皮膜１０３は、中央部分が外縁部よりも凸状に盛り上がって外縁部よりも肉厚に形成される。

【0040】

そして、作業者は、皮膜１０３を形成し終えた場合には、ベース体１０１に対向する皮膜形成装置２００を退避させて狭小空間Ｓ内から撤去する。なお、この皮膜１０３の形成工程においては、ベース体１０１の表面が溶融することはない。この第３工程における皮膜１０３を形成する工程が、本発明に係るレーザ皮膜形成工程に相当する。なお、溶融物Ｙは、各図において特に誇張して示している。また、皮膜形成装置２００は、原料Ｇをレーザ光を用いて溶融させてベース体１０１上に飛翔させることで皮膜１０３を形成させることができればよいため、本実施形態の構成以外の構成であってもよいことは当然である。

【0041】

次に、作業者は、図５に示すように、第４工程として、皮膜１０３の表面を調整する皮膜表面調整工程を行う。この皮膜表面調整工程は、皮膜１０３の表面を接合体１０４における接合部分の表面が密着するようにこの接合部分の表面形状に対応する形状に成形する加工を行うものである。本実施形態においては、作業者は、接合体１０４における接合部分の表面が平坦面であるため、皮膜１０３の表面の形状を平坦面に成形する。具体的には、作業者は、グラインダーなどからなる研磨工具Ｔ２を用いた切削加工によって皮膜１０３の表面を平坦面に形成する。なお、作業者は、サンドペーパによる磨き加工を用いて皮膜１０３の表面を平坦面に形成することもできる。

【0042】

この場合、皮膜１０３の表面は、平面度を５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下に形成するとよい。ここで、平面度とは、平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさであり、測定対象となる表面を２つの平行な仮想平面で挟んだときに、これら２つの仮想平面の間隔が最小となる場合の２平面の間隔で表されるものである。この平面度は、ダイヤルゲージ、オプティカルフラット（平面ゲージ）またはレーザ光を用いた測定器などで測定することができる。この第４工程における皮膜１０３の表面を調整する工程が、本発明に係る皮膜表面調整工程に相当する。

【0043】

次に、作業者は、図６に示すように、第５工程として、接合体１０４を用意してベース体１０１に配置する。ここで、接合体１０４は、ベース体１０１とともに金属材料接合物１００を構成する部品であり、ベース体１０１と同種または異種の金属材料で構成することができる。本実施形態においては、接合体１０４は、厚さが３ｍｍのステンレス製の板材で構成されている。

【0044】

次に、作業者は、ベース体１０１の表面に形成した皮膜１０３に対して接合体１０４を密着させる。この場合、接合体１０４は、皮膜１０３の表面が接合体１０４の接合部分と同じ平面状に形成されているため、安定的に皮膜１０３の表面に密着することができる。

【0045】

次に、作業者は、図６に示すように、第６工程として、接合体１０４と皮膜１０３とをレーザ光を用いて接合するレーザ接合工程を行う。この第６工程におけるレーザ接合工程は、接合体１０４にレーザ光Ｌ２を照射することで接合体１０４および皮膜１０３の各一部をそれぞれ溶融させた後固化させることで両部材を互いに接合する所謂レーザ溶接である。

【0046】

このレーザ溶接作業においては、接合体１０４および皮膜１０３の各一部をそれぞれ溶融させることができるレーザ光Ｌ２を出射するレーザ光源（図示せず）と、このレーザ光源から出射されたレーザ光Ｌ２を接合体１０４上で集光するレーザ溶接ヘッドＹＨとを用いて行う。この場合、レーザ光Ｌ２を出射するレーザ光源は、半導体レーザ（例えば、レーザダイオードなど）、固体レーザ（例えば、ＹＡＧレーザなど）、ガスレーザ（例えば、炭酸ガスレーザやエキシマレーザなど）または液体レーザなどの各種レーザ光源によって構成することができる。

【0047】

作業者は、狭小空間Ｓ内においてレーザ溶接ヘッドＹＨを接合体１０４に対向配置してレーザ溶接ヘッドＹＨから接合体１０４に向けてレーザ光Ｌ２を照射する。この場合、作業者は、接合体１０４を貫通して皮膜１０３の厚さの半分程度まで溶融させるようにレーザ光Ｌ２の強度および焦点深度をそれぞれ調整する。そして、作業者は、レーザ溶接ヘッドＹＨを接合体１０４の面方向に平行に移動させながらレーザ光Ｌ２を断続的または連続的に照射することで接合体１０４と皮膜１０３とを断続的または連続的に接合することができる。

【0048】

すなわち、接合体１０４と皮膜１０３とは、互いの溶融部分が混ざり合った後固化した柱状の溶接部Ｂによって互いに接合される。この場合、接合体１０４と皮膜１０３とは、隙間なく互いに面接触で密着しているため、精度良く接合される。これにより、ベース体１０１と接合体１０４とは、皮膜１０３を介して互いに接合される。

【0049】

そして、作業者は、接合体１０４と皮膜１０３との接合作業を終えた場合には、ベース体１０１に対向するレーザ溶接ヘッドＹＨを退避させて狭小空間Ｓ内から撤去する。なお、この接合体１０４と皮膜１０３との接合工程においては、ベース体１０１の表面が溶融することはない。この第６工程におけるレーザ接合工程が、本発明に係るレーザ接合工程に相当する。なお、溶接部Ｂは、各図において特に誇張して示している。

【0050】

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、金属材料接合物の製造方法は、金属材料をレーザ光Ｌ１を用いて溶融させて皮膜１０３を形成するレーザ皮膜形成工程によってベース体１０１に接近して皮膜１０３を形成することができるため、接合対象物の種類の制約を小さくしてより広範な接合対象物、特に、狭小空間Ｓでの接合作業を行うことができる。

【0051】

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0052】

例えば、上記実施形態においては、金属材料接合物１００を構成するベース体１０１と接合体１０４を互いに異なる材料で構成した。具体的には、ベース体１０１を軽金属であるアルミニウム製の板材で構成するとともに接合体１０４を重金属であるステンレス製の板材で構成した。しかし、ベース体１０１は、アルミニウム材以外の他の軽金属（比重が４以下の金属）、例えば、マグネシウム材、チタン材またはこれらの合金で構成することができる。また、接合体１０４は、ステンレス材以外の他の重金属（比重が４以上の金属）、例えは、他の炭素鋼を含む鉄材、鉛材、金材またはこれらの合金で構成することができる。また、金属材料接合物１００は、ベース体１０１を重金属で構成するとともに接合体１０４を軽金属で構成することもできる。

【0053】

また、金属材料接合物１００は、金属材料接合物１００を構成するベース体１０１と接合体１０４を互いに同じ材料で構成することもできる。また、ベース体１０１および接合体１０４は、板材以外のブロック材で構成することもできる。

【0054】

また、上記実施形態においては、金属材料接合物１００の製造方法は、第２工程として微細凹凸形成工程を実施した。しかし、金属材料接合物１００の製造方法は、ベース体１０１の表面に凹凸部１０２に相当する凹凸が形成されている場合、または凹凸部１０２を形成する必要がない場合には微細凹凸形成工程を省略して構成することもできる。

【0055】

また、上記実施形態においては、金属材料接合物１００の製造方法は、第４工程として皮膜表面調整工程を実施した。これにより、金属材料接合物１００の製造方法は、皮膜１０３と接合体１０４とを密着させることができる。この場合、金属材料接合物１００の製造方法は、第６工程におけるレーザ接合工程を容易に高精度に加工を行うこともできる。すなわち、皮膜１０３の表面が球面のような曲面または凹凸面に形成されており、かつ接合体１０４の接合部分が平坦面であった場合、皮膜１０３と接合体１０４との接触面には必ず隙間が生じる。

【0056】

この場合、第６工程におけるレーザ接合工程において作業者は、皮膜１０３と接合体１０４との接触面における隙間が生じていない部分にレーザ光Ｌ２を照射することは難しい。また、皮膜１０３の表面が球面のような曲面に形成されている場合、接合体１０４を所望する角度に接合することは困難である。しかし、皮膜１０３の表面が接合体１０４における接合部分に対応する形状に形成されていることで皮膜１０３の表面と接合体１０４の接合部分とが互いに密着するため上記した不都合を回避することができる。しかし、金属材料接合物１００の製造方法は、上記不都合が無視できる場合には、皮膜表面調整工程を省略して構成することもできる。

【0057】

また、上記実施形態においては、第４工程の皮膜表面調整工程は、皮膜１０３の表面を平面に形成した。しかし、皮膜表面調整工程は、皮膜１０３の表面を接合体１０４における接合部分の形状に対応する形状に形成すればよい。したがって、皮膜表面調整工程は、接合体１０４における接合部分の形状が曲面または斜面である場合には、これらの曲面または斜面を反転させた曲面または斜面に皮膜１０３の表面を形成すればよい。

【0058】

また、上記実施形態においては、皮膜１０３の原料Ｇをワイヤ状に形成した。しかし、原料Ｇは、接合体１０４と同種の金属材料であればよい。ここで、接合体１０４と同種の金属材料とは、接合体１０４と主成分（最も含有量が多い元素）が同じ材料である。したがって、原料Ｇは、ワイヤ以外の形態、例えば、可撓性を有さない棒材、粉体または粒体であってもよい。

【0059】

また、上記実施形態においては、金属材料接合物１００の製造方法は、狭小空間Ｓ内に設けられるベース体１０１と接合体１０４とを互いに接合した。しかし、金属材料接合物１００の製造方法は、狭小空間Ｓ内に限られず、十分な作業スペースが確保できる空間に設けられるベース体１０１と接合体１０４とを互いに接合することもできる。

【符号の説明】

【0060】

Ｌ１…皮膜形成用のレーザ光、Ｌ２…レーザ溶接用のレーザ光、Ｐ…皮膜形成部、Ｓ…狭小空間、Ｇ…皮膜の原料、Ｙ…溶融物、Ｗ…周囲物体、ＹＨ…レーザ溶接ヘッド、Ｂ…溶接部、Ｔ１…切削工具、Ｔ２…研磨工具、
１００…金属材料接合物、
１０１…ベース体、１０２…凹凸部、１０３…皮膜、１０４…接合体、
２００…皮膜形成装置、２０１…本体、２０２…原料導入部、２０３…原料供給管、２０４ａ，２０４ｂ…ガス導入部、２０５…ガス供給管、２０６…溶融部、２０７…噴射部、２０８…光学素子ホルダ、２０８ａ…光伝送ケーブル、２０９…レーザ光受け。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】