JP2003230968A - 金属部材接合方法並びに放熱部材及びその製造方法 - Google Patents
金属部材接合方法並びに放熱部材及びその製造方法Info
- Publication number
- JP2003230968A JP2003230968A JP2002030663A JP2002030663A JP2003230968A JP 2003230968 A JP2003230968 A JP 2003230968A JP 2002030663 A JP2002030663 A JP 2002030663A JP 2002030663 A JP2002030663 A JP 2002030663A JP 2003230968 A JP2003230968 A JP 2003230968A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- welding
- copper
- joining
- welding tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融点の異なる二の金属部材を互いに重ね合
わせて接合する場合において、安定した接合部品質を得
ることができ、大型で複雑な形状の金属部材同士の接合
も可能な接合方法を提案する。 【解決手段】 複数の金属部材（アルミニウム部材１、
銅部材２）を、溶融点の高い順に互いに重ね合わせて配
置し、円周方向に回転する円板状の接合ツール３のツー
ル本体３ａの周面を、重ね合わせ部において前記金属部
材のうち最も溶融点の高い金属部材（銅部材２）の表面
２ａに押し込みつつ該金属部材（銅部材２）の表面２ａ
に沿って移動させることにより、前記複数の金属部材
（アルミニウム部材１、銅部材２）を互いに接合するこ
とを特徴とする金属部材接合方法。
わせて接合する場合において、安定した接合部品質を得
ることができ、大型で複雑な形状の金属部材同士の接合
も可能な接合方法を提案する。 【解決手段】 複数の金属部材（アルミニウム部材１、
銅部材２）を、溶融点の高い順に互いに重ね合わせて配
置し、円周方向に回転する円板状の接合ツール３のツー
ル本体３ａの周面を、重ね合わせ部において前記金属部
材のうち最も溶融点の高い金属部材（銅部材２）の表面
２ａに押し込みつつ該金属部材（銅部材２）の表面２ａ
に沿って移動させることにより、前記複数の金属部材
（アルミニウム部材１、銅部材２）を互いに接合するこ
とを特徴とする金属部材接合方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融点の異なる金
属部材同士を互いに重ね合わせて接合する方法に関す
る。また、接合強度や放熱性能に優れた放熱部材及び接
合効率に優れた放熱部材の製造方法に関する。
属部材同士を互いに重ね合わせて接合する方法に関す
る。また、接合強度や放熱性能に優れた放熱部材及び接
合効率に優れた放熱部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融点の異なる二の金属部材を互いに重
ね合わせて接合する方法としては、通常、ろう接や爆発
圧接が用いられる。ろう接とは、溶融したろう材を接合
部の間隙に流入させ、母材との「ぬれ」及び「流れ」を
利用して接合する方法であって、ろうの溶融あるいは反
応拡散によってできた液相が毛細現象等によって界面間
隙を埋め、やがて冷却に伴い凝固するという過程をたど
って接合が完了するものである。また、爆発圧接とは、
火薬の爆発時に生じる極短時間での高エネルギーを金属
間の接合に利用する方法であって、金属部材同士を適当
な間隔をあけて設置し、一方の金属部材の上に載せた火
薬の一端を雷管によって起爆させて両金属部材を高速度
で衝突させ、その衝突点での金属の著しい流動現象（メ
タルジェット）によって、金属表面の汚染層を排除し、
同時に高圧で密着・接合するものである。
ね合わせて接合する方法としては、通常、ろう接や爆発
圧接が用いられる。ろう接とは、溶融したろう材を接合
部の間隙に流入させ、母材との「ぬれ」及び「流れ」を
利用して接合する方法であって、ろうの溶融あるいは反
応拡散によってできた液相が毛細現象等によって界面間
隙を埋め、やがて冷却に伴い凝固するという過程をたど
って接合が完了するものである。また、爆発圧接とは、
火薬の爆発時に生じる極短時間での高エネルギーを金属
間の接合に利用する方法であって、金属部材同士を適当
な間隔をあけて設置し、一方の金属部材の上に載せた火
薬の一端を雷管によって起爆させて両金属部材を高速度
で衝突させ、その衝突点での金属の著しい流動現象（メ
タルジェット）によって、金属表面の汚染層を排除し、
同時に高圧で密着・接合するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ろう接
は、接合部の品質が安定せず、接合可能な金属の種類が
限定されるという欠点がある。また、爆発圧接は、コス
トが高く、大きな金属部材や複雑な形状の金属部材を接
合できないという欠点がある。
は、接合部の品質が安定せず、接合可能な金属の種類が
限定されるという欠点がある。また、爆発圧接は、コス
トが高く、大きな金属部材や複雑な形状の金属部材を接
合できないという欠点がある。
【０００４】本発明はこのような事情に鑑み、溶融点の
異なる二の金属部材を互いに重ね合わせて接合する場合
において、安定した接合部品質を得ることができ、大型
で複雑な形状の金属部材同士の接合も可能な接合方法を
提案するものである。また、本発明は、このような方法
を用いて製造される放熱部材及びその製造方法を提案す
るものである。
異なる二の金属部材を互いに重ね合わせて接合する場合
において、安定した接合部品質を得ることができ、大型
で複雑な形状の金属部材同士の接合も可能な接合方法を
提案するものである。また、本発明は、このような方法
を用いて製造される放熱部材及びその製造方法を提案す
るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
複数の金属部材を、溶融点の高い順に互いに重ね合わせ
て配置し、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周
面を、重ね合わせ部において前記金属部材のうち最も溶
融点の高い金属部材の表面に押し込みつつ該金属部材の
表面に沿って移動させることにより、前記複数の金属部
材を互いに接合することを特徴とする金属部材接合方法
である。また、請求項２に係る発明は、溶融点の異なる
二の金属部材を互いに重ね合わせて配置し、円周方向に
回転する円板状の接合ツールの周面を、重ね合わせ部に
おいて前記金属部材のうち溶融点の高い一方の金属部材
の表面に押し込みつつ該一方の金属部材の表面に沿って
移動させることにより、前記両金属部材同士を接合する
ことを特徴とする金属部材接合方法である。
複数の金属部材を、溶融点の高い順に互いに重ね合わせ
て配置し、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周
面を、重ね合わせ部において前記金属部材のうち最も溶
融点の高い金属部材の表面に押し込みつつ該金属部材の
表面に沿って移動させることにより、前記複数の金属部
材を互いに接合することを特徴とする金属部材接合方法
である。また、請求項２に係る発明は、溶融点の異なる
二の金属部材を互いに重ね合わせて配置し、円周方向に
回転する円板状の接合ツールの周面を、重ね合わせ部に
おいて前記金属部材のうち溶融点の高い一方の金属部材
の表面に押し込みつつ該一方の金属部材の表面に沿って
移動させることにより、前記両金属部材同士を接合する
ことを特徴とする金属部材接合方法である。
【０００６】かかる金属部材接合方法は、接合ツールの
押圧力によって金属部材の重ね合わせ部における隙間を
なくしつつ、回転する接合ツールと金属部材との接触に
より生ずる振動によって金属部材の重ね合わせ面に存在
する酸化皮膜を分断破壊するとともに、摩擦熱によって
重ね合わせ部を高温化して塑性変形させることにより、
金属部材同士の接触面積と拡散速度を増大させながら重
ね合わせ部を接合する方法であって、ここでは摩擦振動
接合と称する。そして特に、複数の金属部材を、溶融点
の高い順に互いに重ね合わせて配置しておき、最も溶融
点の高い金属部材側から接合ツールを押し込みつつ接合
するようにすれば、金属部材同士の重ね合わせ部が接合
に必要な温度まで上昇したときに、接合ツールに近い側
の金属部材ほどその変形抵抗を高く保って接合ツールの
押圧力を重ね合わせ面に対して効率よく伝達できるの
で、金属部材間に隙間のない高強度の接合が可能とな
る。
押圧力によって金属部材の重ね合わせ部における隙間を
なくしつつ、回転する接合ツールと金属部材との接触に
より生ずる振動によって金属部材の重ね合わせ面に存在
する酸化皮膜を分断破壊するとともに、摩擦熱によって
重ね合わせ部を高温化して塑性変形させることにより、
金属部材同士の接触面積と拡散速度を増大させながら重
ね合わせ部を接合する方法であって、ここでは摩擦振動
接合と称する。そして特に、複数の金属部材を、溶融点
の高い順に互いに重ね合わせて配置しておき、最も溶融
点の高い金属部材側から接合ツールを押し込みつつ接合
するようにすれば、金属部材同士の重ね合わせ部が接合
に必要な温度まで上昇したときに、接合ツールに近い側
の金属部材ほどその変形抵抗を高く保って接合ツールの
押圧力を重ね合わせ面に対して効率よく伝達できるの
で、金属部材間に隙間のない高強度の接合が可能とな
る。
【０００７】請求項３に係る発明は、アルミニウム部材
と銅部材とを重ね合わせて配置し、円周方向に回転する
円板状の接合ツールの周面を、重ね合わせ部において前
記銅部材の表面に押し込みつつ該銅部材の表面に沿って
移動させることにより、前記アルミニウム部材と前記銅
部材とを接合することを特徴とする金属部材接合方法で
ある。
と銅部材とを重ね合わせて配置し、円周方向に回転する
円板状の接合ツールの周面を、重ね合わせ部において前
記銅部材の表面に押し込みつつ該銅部材の表面に沿って
移動させることにより、前記アルミニウム部材と前記銅
部材とを接合することを特徴とする金属部材接合方法で
ある。
【０００８】アルミニウム部材と銅部材とはＣｕＡｌ2
層を介して摩擦振動接合されるが、このような接合を実
現するには、両部材の重ね合わせ面を共晶温度（５４８
℃）以上とする必要がある。しかし、銅部材よりも溶融
温度の低いアルミニウム部材側から接合ツールを押し込
んで摩擦振動接合すると、両部材の重ね合わせ部が共晶
温度以上に達したときにアルミニウム部材の変形抵抗が
小さくなってしまうので、接合ツールによる押圧力を重
ね合わせ面に対して充分に伝達できず、接合不良が生じ
やすい。そこで、アルミニウム部材よりも溶融温度の高
い銅部材側から接合ツールを押し込んで摩擦振動接合す
ることにすれば、両部材の重ね合わせ部が共晶温度以上
に達したときであっても銅部材の変形抵抗が比較的大き
いので、充分な押圧力を重ね合わせ面に伝達しながら確
実な接合を行うことができるのである。
層を介して摩擦振動接合されるが、このような接合を実
現するには、両部材の重ね合わせ面を共晶温度（５４８
℃）以上とする必要がある。しかし、銅部材よりも溶融
温度の低いアルミニウム部材側から接合ツールを押し込
んで摩擦振動接合すると、両部材の重ね合わせ部が共晶
温度以上に達したときにアルミニウム部材の変形抵抗が
小さくなってしまうので、接合ツールによる押圧力を重
ね合わせ面に対して充分に伝達できず、接合不良が生じ
やすい。そこで、アルミニウム部材よりも溶融温度の高
い銅部材側から接合ツールを押し込んで摩擦振動接合す
ることにすれば、両部材の重ね合わせ部が共晶温度以上
に達したときであっても銅部材の変形抵抗が比較的大き
いので、充分な押圧力を重ね合わせ面に伝達しながら確
実な接合を行うことができるのである。
【０００９】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
金属部材接合方法において、接合時の接合ツールを、次
式（Ａ）で求められる周速度Ｒ（ｍ／min）で回転させ
ることを特徴とする。 ２５０≦Ｒ≦２０００ … （Ａ）
金属部材接合方法において、接合時の接合ツールを、次
式（Ａ）で求められる周速度Ｒ（ｍ／min）で回転させ
ることを特徴とする。 ２５０≦Ｒ≦２０００ … （Ａ）
【００１０】接合時の接合ツールの周速度が２５０ｍ／
minより小さいと、接合ツールと銅部材との摩擦接触に
よって発生する熱量が小さすぎて、銅部材とアルミニウ
ム部材との重ね合わせ面の温度が低く、接合不良となっ
てしまう。一方、接合時の接合ツールの周速度が２００
０ｍ／minより大きいと、接合ツールと銅部材との摩擦
接触によって発生する熱量が必要以上に大きくなって、
接合ツールの駆動エネルギーロスが大きいだけでなく、
接合ツールと接触している銅部材の温度が局所的に大き
くなりすぎて当該部分が塑性変形してしまい、接合ツー
ルの押圧力が重ね合わせ面に充分に伝達されず、両部材
間に隙間が生じてしまうおそれがある。したがって、接
合時の接合ツールを周速度２５０〜２０００ｍ／minで
回転させれば、接合ツールと銅部材との摩擦接触によっ
て発生する熱量が適正な値となって、良好な接合を行う
ことができる。
minより小さいと、接合ツールと銅部材との摩擦接触に
よって発生する熱量が小さすぎて、銅部材とアルミニウ
ム部材との重ね合わせ面の温度が低く、接合不良となっ
てしまう。一方、接合時の接合ツールの周速度が２００
０ｍ／minより大きいと、接合ツールと銅部材との摩擦
接触によって発生する熱量が必要以上に大きくなって、
接合ツールの駆動エネルギーロスが大きいだけでなく、
接合ツールと接触している銅部材の温度が局所的に大き
くなりすぎて当該部分が塑性変形してしまい、接合ツー
ルの押圧力が重ね合わせ面に充分に伝達されず、両部材
間に隙間が生じてしまうおそれがある。したがって、接
合時の接合ツールを周速度２５０〜２０００ｍ／minで
回転させれば、接合ツールと銅部材との摩擦接触によっ
て発生する熱量が適正な値となって、良好な接合を行う
ことができる。
【００１１】請求項５に係る発明は、請求項３又は請求
項４に記載の金属部材接合方法において、接合時の接合
ツールを、次式（Ｂ）で求められる押込量α（ｍ）だけ
銅部材の表面に押し込むことを特徴とする。 ０．１×ｔ≦α≦０．３×ｔ … （Ｂ） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ）
項４に記載の金属部材接合方法において、接合時の接合
ツールを、次式（Ｂ）で求められる押込量α（ｍ）だけ
銅部材の表面に押し込むことを特徴とする。 ０．１×ｔ≦α≦０．３×ｔ … （Ｂ） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ）
【００１２】接合時の接合ツールの銅部材表面への押込
量αが０．１ｔよりも小さいと、銅部材とアルミニウム
部材との重ね合わせ面に隙間が残って接合不良となり、
一方、押込量αが０．３ｔよりも大きいと、銅部材とア
ルミニウム部材との重ね合わせ面に隙間は残らないが、
接合ツールの押し込み過大によって銅部材表面に凹みが
顕著に残ってしまい、部材ロスが発生する。したがっ
て、接合時の接合ツールの銅部材表面への押込量αを
０．１ｔ以上０．３ｔ以下とすれば、接合ツールの押圧
力が適正な値となって、銅部材とアルミニウム部材との
重ね合わせ面に隙間を発生させずに接合することがで
き、銅部材表面の凹みも小さくできる。
量αが０．１ｔよりも小さいと、銅部材とアルミニウム
部材との重ね合わせ面に隙間が残って接合不良となり、
一方、押込量αが０．３ｔよりも大きいと、銅部材とア
ルミニウム部材との重ね合わせ面に隙間は残らないが、
接合ツールの押し込み過大によって銅部材表面に凹みが
顕著に残ってしまい、部材ロスが発生する。したがっ
て、接合時の接合ツールの銅部材表面への押込量αを
０．１ｔ以上０．３ｔ以下とすれば、接合ツールの押圧
力が適正な値となって、銅部材とアルミニウム部材との
重ね合わせ面に隙間を発生させずに接合することがで
き、銅部材表面の凹みも小さくできる。
【００１３】請求項６に係る発明は、請求項３乃至請求
項５のいずれか一項に記載の金属部材接合方法におい
て、接合時の接合ツールを、次式（Ｃ）によって求めら
れる送り速度Ｖ（ｍ／min）で銅部材の表面に沿って移
動させることを特徴とする。 ０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2） … （Ｃ） Ｒ：接合時の接合ツールの周速度（ｍ／min） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ）
項５のいずれか一項に記載の金属部材接合方法におい
て、接合時の接合ツールを、次式（Ｃ）によって求めら
れる送り速度Ｖ（ｍ／min）で銅部材の表面に沿って移
動させることを特徴とする。 ０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2） … （Ｃ） Ｒ：接合時の接合ツールの周速度（ｍ／min） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ）
【００１４】接合時の接合ツールの周速度が大きくなれ
ば、接合ツールと銅部材との摩擦接触によって発生する
熱量が大きくなるので、接合ツールの送り速度Ｖを大き
くしても、重ね合わせ部の温度を一定以上に保つことが
できる。しかし、銅部材の厚みが大きくなると、重ね合
わせ面が一定温度以上に達するまでの時間がかかるの
で、接合ツールの送り速度を大きくしすぎると、重ね合
わせ部が一定温度以上に達する前に接合ツールが通過し
てしまい、接合不良となってしまう。つまり、良好な摩
擦振動接合を行うには、接合ツールの送り速度Ｖ、周速
度Ｒ、銅部材の厚みｔを相互に調節する必要があり、発
明者らは実験の結果、Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2）
を満足するときに良好な接合が可能であることを確認し
た。また、接合ツールの周速度Ｖが小さすぎると、接合
効率が低下するという観点から、発明者らは、０．１≦
Ｖを満足するときに接合効率がよいことを実験によって
確認した。
ば、接合ツールと銅部材との摩擦接触によって発生する
熱量が大きくなるので、接合ツールの送り速度Ｖを大き
くしても、重ね合わせ部の温度を一定以上に保つことが
できる。しかし、銅部材の厚みが大きくなると、重ね合
わせ面が一定温度以上に達するまでの時間がかかるの
で、接合ツールの送り速度を大きくしすぎると、重ね合
わせ部が一定温度以上に達する前に接合ツールが通過し
てしまい、接合不良となってしまう。つまり、良好な摩
擦振動接合を行うには、接合ツールの送り速度Ｖ、周速
度Ｒ、銅部材の厚みｔを相互に調節する必要があり、発
明者らは実験の結果、Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2）
を満足するときに良好な接合が可能であることを確認し
た。また、接合ツールの周速度Ｖが小さすぎると、接合
効率が低下するという観点から、発明者らは、０．１≦
Ｖを満足するときに接合効率がよいことを実験によって
確認した。
【００１５】請求項７に係る発明は、ベース板とこのベ
ース板の一方の面から立設する放熱フィンとを有するア
ルミニウム部材からなるヒートシンク材と、請求項３乃
至請求項６のいずれか一項に記載の金属部材接合方法に
よって前記ベース板の他方の面に対して重ね合わせて接
合された銅部材からなる伝熱板と、を備えることを特徴
とする放熱部材である。
ース板の一方の面から立設する放熱フィンとを有するア
ルミニウム部材からなるヒートシンク材と、請求項３乃
至請求項６のいずれか一項に記載の金属部材接合方法に
よって前記ベース板の他方の面に対して重ね合わせて接
合された銅部材からなる伝熱板と、を備えることを特徴
とする放熱部材である。
【００１６】かかる放熱部材は、アルミニウム部材より
も溶融点の高い銅部材からなる伝熱板側から接合ツール
を押し込みつつ摩擦振動接合したものであるので、ベー
ス板と伝熱板との重ね合わせ面に隙間がなく、より高強
度で接合された放熱部材となる。
も溶融点の高い銅部材からなる伝熱板側から接合ツール
を押し込みつつ摩擦振動接合したものであるので、ベー
ス板と伝熱板との重ね合わせ面に隙間がなく、より高強
度で接合された放熱部材となる。
【００１７】請求項８に係る発明は、請求項７に記載の
放熱部材において、ヒートシンク材がアルミニウムの押
出成形により成形されたことを特徴とする。
放熱部材において、ヒートシンク材がアルミニウムの押
出成形により成形されたことを特徴とする。
【００１８】かかる放熱部材は、ヒートシンク材がアル
ミニウムの押出成形により成形されているので、ヒート
シンク材の加工精度が高い。
ミニウムの押出成形により成形されているので、ヒート
シンク材の加工精度が高い。
【００１９】請求項９に係る発明は、ベース板とこのベ
ース板の一方の面から立設する放熱フィンとを有するア
ルミニウム部材からなるヒートシンク材の前記ベース板
の他方の面に、銅部材からなる伝熱板を重ね合わせて配
置し、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の金
属部材接合方法によって前記ベース板と前記伝熱板とを
接合することを特徴とする放熱部材の製造方法である。
ース板の一方の面から立設する放熱フィンとを有するア
ルミニウム部材からなるヒートシンク材の前記ベース板
の他方の面に、銅部材からなる伝熱板を重ね合わせて配
置し、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の金
属部材接合方法によって前記ベース板と前記伝熱板とを
接合することを特徴とする放熱部材の製造方法である。
【００２０】かかる放熱部材の製造方法は、アルミニウ
ム部材よりも溶融点の高い銅部材からなる伝熱板側から
接合ツールを押し込みつつ摩擦振動接合するので、接合
ツールに接触する銅部材が溶融しにくく高温での変形抵
抗を高く保つことができる。したがって、接合条件（接
合ツールの回転数、送り速度等）の許容範囲が大きく、
接合効率がよい。また、重ね合わせ面を局所的に高温化
でき、爆発圧接のように放熱部材に過度の負荷を与える
こともないので、放熱フィンの変形を防止でき、放熱効
率の良好な放熱部材を提供することができる。
ム部材よりも溶融点の高い銅部材からなる伝熱板側から
接合ツールを押し込みつつ摩擦振動接合するので、接合
ツールに接触する銅部材が溶融しにくく高温での変形抵
抗を高く保つことができる。したがって、接合条件（接
合ツールの回転数、送り速度等）の許容範囲が大きく、
接合効率がよい。また、重ね合わせ面を局所的に高温化
でき、爆発圧接のように放熱部材に過度の負荷を与える
こともないので、放熱フィンの変形を防止でき、放熱効
率の良好な放熱部材を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明におい
て、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省
略するものとする。
発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明におい
て、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省
略するものとする。
【００２２】図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る金属
部材接合方法の一実施形態の各工程を表す正面断面図で
あり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の側面図である。本金属
部材接合方法では、まず、図１（ａ）に示すようにアル
ミニウム部材１と銅部材２とが面接触するように互いに
重ね合わせて配置し、図示しない冶具で固定する。
部材接合方法の一実施形態の各工程を表す正面断面図で
あり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の側面図である。本金属
部材接合方法では、まず、図１（ａ）に示すようにアル
ミニウム部材１と銅部材２とが面接触するように互いに
重ね合わせて配置し、図示しない冶具で固定する。
【００２３】次に、図１（ｂ）に示すように、回転軸３
ｂを中心として円周方向に周速度Ｒ（ｍ／min）で高速
回転する接合ツール３のツール本体３ａの周面を銅部材
２の表面２ａに垂直に押し込みつつ、図１（ｃ）に示す
ように接合ツール３を銅部材２の表面２ａに沿って送り
速度Ｖ（ｍ／min）で移動させることによって、アルミ
ニウム部材１と銅部材２とを重ね合わせて接合する。接
合ツール３は回転軸３ｂの先端部に円板状のツール本体
３ａを固定してなるものであり、ツール本体３ａはＪＩ
Ｓ：ＳＫＤ６１などの工具鋼からなる。ツール本体３ａ
は、銅部材２の表面２ａを押さえ込みつつ進行方向後方
に送り込むような向きで回転軸３ｂのまわりに回転す
る。
ｂを中心として円周方向に周速度Ｒ（ｍ／min）で高速
回転する接合ツール３のツール本体３ａの周面を銅部材
２の表面２ａに垂直に押し込みつつ、図１（ｃ）に示す
ように接合ツール３を銅部材２の表面２ａに沿って送り
速度Ｖ（ｍ／min）で移動させることによって、アルミ
ニウム部材１と銅部材２とを重ね合わせて接合する。接
合ツール３は回転軸３ｂの先端部に円板状のツール本体
３ａを固定してなるものであり、ツール本体３ａはＪＩ
Ｓ：ＳＫＤ６１などの工具鋼からなる。ツール本体３ａ
は、銅部材２の表面２ａを押さえ込みつつ進行方向後方
に送り込むような向きで回転軸３ｂのまわりに回転す
る。
【００２４】ツール本体３ａは、図２（ａ）に示すよう
に、その周面が銅部材２の表面２ａに一定量α（ｍ）だ
け押し込まれた状態で円周方向に高速回転しつつ、銅部
材２の表面２ａに沿って移動する。そして、このような
ツール本体３ａの銅部材２への押し込みによってアルミ
ニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面の隙間をなくし
つつ、高速回転するツール本体３ａと銅部材２との接触
により生ずる振動によってアルミニウム部材１と銅部材
２の重ね合わせ面の酸化皮膜を分断破壊するとともに、
図２（ｂ）に示すように、ツール本体３ａと接触する銅
部材２の所定領域及びその近傍領域と、これらの領域に
隣接するアルミニウム合金１の所定領域とを、ツール本
体３ａと銅部材２との摩擦接触により発生した熱で高温
化し、それぞれ固相状態のまま可塑化（流動化）させ
る。その結果、銅部材２とアルミニウム部材１は、互い
の境界面においても流動拡散し、それぞれ当初の表面か
ら塑性変形する。
に、その周面が銅部材２の表面２ａに一定量α（ｍ）だ
け押し込まれた状態で円周方向に高速回転しつつ、銅部
材２の表面２ａに沿って移動する。そして、このような
ツール本体３ａの銅部材２への押し込みによってアルミ
ニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面の隙間をなくし
つつ、高速回転するツール本体３ａと銅部材２との接触
により生ずる振動によってアルミニウム部材１と銅部材
２の重ね合わせ面の酸化皮膜を分断破壊するとともに、
図２（ｂ）に示すように、ツール本体３ａと接触する銅
部材２の所定領域及びその近傍領域と、これらの領域に
隣接するアルミニウム合金１の所定領域とを、ツール本
体３ａと銅部材２との摩擦接触により発生した熱で高温
化し、それぞれ固相状態のまま可塑化（流動化）させ
る。その結果、銅部材２とアルミニウム部材１は、互い
の境界面においても流動拡散し、それぞれ当初の表面か
ら塑性変形する。
【００２５】接合ツール３のツール本体３ａが通過した
跡は、図２（ｃ）に示すように、ツール本体３ａの押圧
力によって銅部材２の表面２ａに一対の浅い段部２ｂ，
２ｂが形成される。また、アルミニウム部材１と銅部材
２の重ね合わせ面は、塑性変形したアルミニウム部材１
及び銅部材２が互いに噛み合うように断面凹凸形で固化
した接合面Ｓとなり、この接合面Ｓを介して銅部材２と
アルミニウム部材１とが確実に接合される。
跡は、図２（ｃ）に示すように、ツール本体３ａの押圧
力によって銅部材２の表面２ａに一対の浅い段部２ｂ，
２ｂが形成される。また、アルミニウム部材１と銅部材
２の重ね合わせ面は、塑性変形したアルミニウム部材１
及び銅部材２が互いに噛み合うように断面凹凸形で固化
した接合面Ｓとなり、この接合面Ｓを介して銅部材２と
アルミニウム部材１とが確実に接合される。
【００２６】ここで、接合ツール３をアルミニウム部材
１側から押し込むことも考えられるが、アルミニウム部
材１の溶融点は銅部材２の溶融点よりも低く、アルミニ
ウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面が接合に必要な共
晶温度（５４８℃）以上に達したときにアルミニウム部
材１の変形抵抗が比較的小さくなってしまうので、接合
ツール３による押圧力がアルミニウム部材１と銅部材２
の重ね合わせ面に充分に伝達されず、接合不良となりや
すい。一方、接合ツール３をアルミニウム部材１よりも
溶融点の高い銅部材２側から押し込むようにすれば、ア
ルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面が接合に必
要な共晶温度以上に達したときに銅部材２の変形抵抗を
比較的大きく保持して、接合ツール３の押圧力をアルミ
ニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面に充分に伝達で
きるので、両部材間の隙間をなくした高強度の接合を行
うことができる。
１側から押し込むことも考えられるが、アルミニウム部
材１の溶融点は銅部材２の溶融点よりも低く、アルミニ
ウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面が接合に必要な共
晶温度（５４８℃）以上に達したときにアルミニウム部
材１の変形抵抗が比較的小さくなってしまうので、接合
ツール３による押圧力がアルミニウム部材１と銅部材２
の重ね合わせ面に充分に伝達されず、接合不良となりや
すい。一方、接合ツール３をアルミニウム部材１よりも
溶融点の高い銅部材２側から押し込むようにすれば、ア
ルミニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面が接合に必
要な共晶温度以上に達したときに銅部材２の変形抵抗を
比較的大きく保持して、接合ツール３の押圧力をアルミ
ニウム部材１と銅部材２の重ね合わせ面に充分に伝達で
きるので、両部材間の隙間をなくした高強度の接合を行
うことができる。
【００２７】なお、本金属部材接合方法は、アルミニウ
ム部材と銅部材との重ね合わせ接合に限定されるわけで
はなく、金属部材同士の重ね合わせ接合に広く適用する
ことができる。そして、そのような金属部材の形状は、
互いに重ね合わせて接合ツールを押し込むことができる
ものであればよい。さらに、金属部材の重ね合わせ数も
二つに限定されるわけではなく、三つ以上としてもよ
い。たとえば、図３に他の実施形態として示した金属部
材接合方法は、三つの金属部材（５０００系アルミニウ
ム部材１、１０００系アルミニウム部材１’、銅部材
２）を互いに重ね合わせて配置し、三つの金属部材のう
ち最も溶融点の高い銅部材２側から接合ツール３のツー
ル本体３ａを押し込んで摩擦振動接合するものである。
ここで、接合時に金属部材同士の重ね合わせ部が共晶温
度以上になることと、そのときの各金属部材の変形抵抗
が金属部材同士の重ね合わせ面への接合ツールによる押
圧力の伝達効率に影響することを考慮すると、三つの金
属部材を溶融点の高い順（ここでは銅部材２、１０００
系アルミニウム部材１’、５０００系アルミニウム部材
１の順）に重ね合わせて配置し、最も溶融点の高い金属
部材（ここでは銅部材２）の表面から接合ツール３を押
し込んで摩擦振動接合することが望ましい。この他、三
つの金属部材を銅、アルミニウム、マグネシウムとした
場合には、銅部材、アルミニウム部材、マグネシウム部
材の順に重ね合わせ、銅部材側から接合ツールを押し込
んで摩擦振動接合すればよい。
ム部材と銅部材との重ね合わせ接合に限定されるわけで
はなく、金属部材同士の重ね合わせ接合に広く適用する
ことができる。そして、そのような金属部材の形状は、
互いに重ね合わせて接合ツールを押し込むことができる
ものであればよい。さらに、金属部材の重ね合わせ数も
二つに限定されるわけではなく、三つ以上としてもよ
い。たとえば、図３に他の実施形態として示した金属部
材接合方法は、三つの金属部材（５０００系アルミニウ
ム部材１、１０００系アルミニウム部材１’、銅部材
２）を互いに重ね合わせて配置し、三つの金属部材のう
ち最も溶融点の高い銅部材２側から接合ツール３のツー
ル本体３ａを押し込んで摩擦振動接合するものである。
ここで、接合時に金属部材同士の重ね合わせ部が共晶温
度以上になることと、そのときの各金属部材の変形抵抗
が金属部材同士の重ね合わせ面への接合ツールによる押
圧力の伝達効率に影響することを考慮すると、三つの金
属部材を溶融点の高い順（ここでは銅部材２、１０００
系アルミニウム部材１’、５０００系アルミニウム部材
１の順）に重ね合わせて配置し、最も溶融点の高い金属
部材（ここでは銅部材２）の表面から接合ツール３を押
し込んで摩擦振動接合することが望ましい。この他、三
つの金属部材を銅、アルミニウム、マグネシウムとした
場合には、銅部材、アルミニウム部材、マグネシウム部
材の順に重ね合わせ、銅部材側から接合ツールを押し込
んで摩擦振動接合すればよい。
【００２８】図４は、本発明に係る放熱部材の一実施形
態を表す斜視図である。同図に示す放熱部材４は、アル
ミニウム部材からなるヒートシンク材５と、銅部材から
なる伝熱板６とで構成されている。ヒートシンク材５
は、ベース板５ａと、ベース板５ａの一方の面（同図で
は下面）から立設する複数の放熱フィン５ｂ，５ｂ，…
とで構成されている。そして、ベース板５ａの他方の面
（同図では上面）に伝熱板６が重ね合わせられ、上記の
摩擦振動接合方法によってヒートシンク材５と伝熱板６
とが接合されている。つまり、この放熱部材４は、アル
ミニウム部材よりも溶融点の高い銅部材からなる伝熱板
６側から接合ツールを押し込みつつ摩擦振動接合したも
のであるので、ベース板５ａと伝熱板６との重ね合わせ
面に隙間がなく、高強度で接合されたものとなってい
る。なお、ベース板５ａと伝熱板６との重ね合わせ面は
全面で摩擦振動接合されていてもよいし、一部で摩擦振
動接合されていてもよいが、全面で摩擦振動接合されて
いたほうが接合強度や放熱性能の高いものとなる。
態を表す斜視図である。同図に示す放熱部材４は、アル
ミニウム部材からなるヒートシンク材５と、銅部材から
なる伝熱板６とで構成されている。ヒートシンク材５
は、ベース板５ａと、ベース板５ａの一方の面（同図で
は下面）から立設する複数の放熱フィン５ｂ，５ｂ，…
とで構成されている。そして、ベース板５ａの他方の面
（同図では上面）に伝熱板６が重ね合わせられ、上記の
摩擦振動接合方法によってヒートシンク材５と伝熱板６
とが接合されている。つまり、この放熱部材４は、アル
ミニウム部材よりも溶融点の高い銅部材からなる伝熱板
６側から接合ツールを押し込みつつ摩擦振動接合したも
のであるので、ベース板５ａと伝熱板６との重ね合わせ
面に隙間がなく、高強度で接合されたものとなってい
る。なお、ベース板５ａと伝熱板６との重ね合わせ面は
全面で摩擦振動接合されていてもよいし、一部で摩擦振
動接合されていてもよいが、全面で摩擦振動接合されて
いたほうが接合強度や放熱性能の高いものとなる。
【００２９】なお、本発明に係る放熱部材はこれに限定
されるものではなく、ベース板５ａとこのベース板５ａ
の一方の面から立設する放熱フィン５ｂ，５ｂ，…とを
有するアルミニウム部材からなるヒートシンク材５と、
上記の摩擦振動接合に係る金属部材接合方法によってベ
ース板５ａの他方の面に対して重ね合わせて接合された
銅部材からなる伝熱板６と、を備えるものであれば、そ
の他の点については自由に変更できる。たとえば、図５
に示す放熱部材４は、いずれも放熱性能を高めるために
放熱フィン５ｂ，５ｂ，…の表面積を大きくしたもので
あって、図５（ａ）は、放熱フィン５ｂ，５ｂ，…が長
さ方向に波状に走る形状となったもの、図５（ｂ）は、
放熱フィン５ｂ，５ｂ，…が伝熱板６に対して傾斜して
立設されたもの、図５（ｃ）は、放熱フィン５ｂ，５
ｂ，…が高さ方向に屈曲しているもの（伝熱板６の幅方
向に対して左右対称断面形でも左右非対称断面形でもよ
い。）を示している。
されるものではなく、ベース板５ａとこのベース板５ａ
の一方の面から立設する放熱フィン５ｂ，５ｂ，…とを
有するアルミニウム部材からなるヒートシンク材５と、
上記の摩擦振動接合に係る金属部材接合方法によってベ
ース板５ａの他方の面に対して重ね合わせて接合された
銅部材からなる伝熱板６と、を備えるものであれば、そ
の他の点については自由に変更できる。たとえば、図５
に示す放熱部材４は、いずれも放熱性能を高めるために
放熱フィン５ｂ，５ｂ，…の表面積を大きくしたもので
あって、図５（ａ）は、放熱フィン５ｂ，５ｂ，…が長
さ方向に波状に走る形状となったもの、図５（ｂ）は、
放熱フィン５ｂ，５ｂ，…が伝熱板６に対して傾斜して
立設されたもの、図５（ｃ）は、放熱フィン５ｂ，５
ｂ，…が高さ方向に屈曲しているもの（伝熱板６の幅方
向に対して左右対称断面形でも左右非対称断面形でもよ
い。）を示している。
【００３０】図６（ａ），（ｂ）は、本発明に係る放熱
部材の製造方法の一実施形態として、図４に示した放熱
部材４を製造する方法の各工程を表す正面断面図であ
り、図６（ｃ）は図６（ｂ）の断面図である。まず、図
６（ａ）に示すように、放熱フィン５ｂ，５ｂ，…を下
向きにしてアルミニウム部材からなるヒートシンク材５
を、接合テーブル７上に固定する。そして、ヒートシン
ク材５のベース板５ａの上面に、銅部材からなる伝熱板
６を互いに面接触するように重ね合わせて配置し、図示
しない冶具で固定する。
部材の製造方法の一実施形態として、図４に示した放熱
部材４を製造する方法の各工程を表す正面断面図であ
り、図６（ｃ）は図６（ｂ）の断面図である。まず、図
６（ａ）に示すように、放熱フィン５ｂ，５ｂ，…を下
向きにしてアルミニウム部材からなるヒートシンク材５
を、接合テーブル７上に固定する。そして、ヒートシン
ク材５のベース板５ａの上面に、銅部材からなる伝熱板
６を互いに面接触するように重ね合わせて配置し、図示
しない冶具で固定する。
【００３１】次に、図６（ｂ）に示すように、回転軸３
ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール３の
ツール本体３ａの周面を伝熱板６の表面６ａに垂直に押
し込みつつ、図６（ｃ）に示すように接合ツール３を伝
熱板６の表面６ａに沿って移動させることによって、ヒ
ートシンク材５のベース板５ａと伝熱板６とを重ね合わ
せ接合する。ツール本体３ａは、伝熱板６の表面６ａを
押さえ込みつつ進行方向後方に送り込むような向きで回
転軸３ｂのまわりに回転させる。接合ツール３の移動領
域は、伝熱板６の全面でも一部の面でもよいが、伝熱板
６の全面領域を移動させることによって伝熱板６とベー
ス板５ａの重ね合わせ面を全面接合したほうが、接合強
度や放熱性能の高い放熱部材４を製造することができ
る。また、ツール本体３の押込力によって伝熱板６の表
面６ａに残った凹みが大きい場合には、伝熱板６の表面
６ａを一定厚みで切削することによって、外観美麗な放
熱部材４を得ることができる。
ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール３の
ツール本体３ａの周面を伝熱板６の表面６ａに垂直に押
し込みつつ、図６（ｃ）に示すように接合ツール３を伝
熱板６の表面６ａに沿って移動させることによって、ヒ
ートシンク材５のベース板５ａと伝熱板６とを重ね合わ
せ接合する。ツール本体３ａは、伝熱板６の表面６ａを
押さえ込みつつ進行方向後方に送り込むような向きで回
転軸３ｂのまわりに回転させる。接合ツール３の移動領
域は、伝熱板６の全面でも一部の面でもよいが、伝熱板
６の全面領域を移動させることによって伝熱板６とベー
ス板５ａの重ね合わせ面を全面接合したほうが、接合強
度や放熱性能の高い放熱部材４を製造することができ
る。また、ツール本体３の押込力によって伝熱板６の表
面６ａに残った凹みが大きい場合には、伝熱板６の表面
６ａを一定厚みで切削することによって、外観美麗な放
熱部材４を得ることができる。
【００３２】また、放熱フィン５ｂの幅が小さい場合に
は、図７（ａ）に示すように、放熱フィン５ｂ，５ｂ，
…の間に嵌まりこむ断面形状の放熱フィン支持具８を接
合テーブル７上に固定し、次に図７（ｂ）に示すよう
に、放熱フィン支持具８に放熱フィン５ｂ，５ｂ，…を
嵌めこんで摩擦振動接合するようにすれば、接合ツール
３の押込力による放熱フィン５ｂの変形を確実に防止す
ることができる。さらに、接合ツール３に代えて、図７
（ｃ）に示すように、回転軸３ｂのまわりに所定間隔で
ツール本体３ａ，３ａ，…が固定された接合ツール３’
を用いることもできる。この場合、一度に多数箇所を摩
擦振動接合できるので、接合に要する時間を短縮でき、
より接合効率が向上する。
は、図７（ａ）に示すように、放熱フィン５ｂ，５ｂ，
…の間に嵌まりこむ断面形状の放熱フィン支持具８を接
合テーブル７上に固定し、次に図７（ｂ）に示すよう
に、放熱フィン支持具８に放熱フィン５ｂ，５ｂ，…を
嵌めこんで摩擦振動接合するようにすれば、接合ツール
３の押込力による放熱フィン５ｂの変形を確実に防止す
ることができる。さらに、接合ツール３に代えて、図７
（ｃ）に示すように、回転軸３ｂのまわりに所定間隔で
ツール本体３ａ，３ａ，…が固定された接合ツール３’
を用いることもできる。この場合、一度に多数箇所を摩
擦振動接合できるので、接合に要する時間を短縮でき、
より接合効率が向上する。
【００３３】以上、本発明の好適な実施形態を説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣
旨に応じた適宜の変更を加えて実施されるべきものであ
ることは言うまでもない。
が、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣
旨に応じた適宜の変更を加えて実施されるべきものであ
ることは言うまでもない。
【００３４】
【実施例】＜実験１＞図１、図２に示したように、アル
ミニウム部材と銅部材とを重ね合わせて銅部材側から摩
擦振動接合する場合において、接合ツールのツール本体
の周速度Ｒの適正範囲を検証すべく、以下の実験を行っ
た。供試材として、厚み０．００１ｍの銅部材と、厚み
０．００１ｍのアルミニウム部材（１０５０−Ｏ）を用
いた。また、接合ツールとして、ツール本体の直径が
０．０８ｍ、板厚が０．００５ｍのものを用いた。接合
ツールのツール本体の銅部材表面への押込量αは０．０
０３ｍに設定した。結果を表１に示す。ここで、材料剥
離とは、重ね合わせ面で両部材が剥がれた（剥離した）
ものを指し、やや不完全ながら接合がなされたことを示
す。また、材料接合部破断とは、接合部の重ね合わせ面
以外で部材が破断したものを指し、接合が完全であった
ことを示す。
ミニウム部材と銅部材とを重ね合わせて銅部材側から摩
擦振動接合する場合において、接合ツールのツール本体
の周速度Ｒの適正範囲を検証すべく、以下の実験を行っ
た。供試材として、厚み０．００１ｍの銅部材と、厚み
０．００１ｍのアルミニウム部材（１０５０−Ｏ）を用
いた。また、接合ツールとして、ツール本体の直径が
０．０８ｍ、板厚が０．００５ｍのものを用いた。接合
ツールのツール本体の銅部材表面への押込量αは０．０
０３ｍに設定した。結果を表１に示す。ここで、材料剥
離とは、重ね合わせ面で両部材が剥がれた（剥離した）
ものを指し、やや不完全ながら接合がなされたことを示
す。また、材料接合部破断とは、接合部の重ね合わせ面
以外で部材が破断したものを指し、接合が完全であった
ことを示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】表１から、接合時の接合ツールを周速度２
５０〜２０００ｍ／minで回転させれば、接合ツールと
銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が適正な値と
なって、良好な接合を行うことができることが分かっ
た。また、接合時の接合ツールを周速度５００〜２００
０ｍ／minで回転させれば、より良好な接合を行うこと
ができることが分かった。
５０〜２０００ｍ／minで回転させれば、接合ツールと
銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が適正な値と
なって、良好な接合を行うことができることが分かっ
た。また、接合時の接合ツールを周速度５００〜２００
０ｍ／minで回転させれば、より良好な接合を行うこと
ができることが分かった。
【００３７】＜実験２＞実験１における銅部材の厚みｔ
（ｍ）と接合ツールのツール本体の銅部材への押込量α
（ｍ）とを変化させ、実験１と同様の実験を行った。結
果を表２に示す。
（ｍ）と接合ツールのツール本体の銅部材への押込量α
（ｍ）とを変化させ、実験１と同様の実験を行った。結
果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】表２に示すように、接合時の接合ツールの
周速度を２５０ｍ／minより小さくしたときには、接合
ツールと銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が小
さすぎて、銅部材とアルミニウム部材との重ね合わせ面
の温度が低く、接合不良となってしまった（比−１〜比
−４）。一方、表２には示していないが、接合時の接合
ツールの周速度を２０００ｍ／minより大きくしたとき
には、接合ツールと銅部材との摩擦接触によって発生す
る熱量が必要以上に大きく、接合ツールと接触している
銅部材の温度が局所的に大きくなりすぎて当該部分が塑
性変形してしまい、接合ツールの押圧力が重ね合わせ面
に充分に伝達されず、両部材間に隙間が生じてしまっ
た。また、この場合には、接合ツールの駆動エネルギー
ロスが大きく、接合効率が悪かった。したがって、接合
時の接合ツールを周速度２５０〜２０００ｍ／minで回
転させれば、接合ツールと銅部材との摩擦接触によって
発生する熱量が適正な値となって、良好な接合を行うこ
とができることが分かった（２−１〜２−17）。
周速度を２５０ｍ／minより小さくしたときには、接合
ツールと銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が小
さすぎて、銅部材とアルミニウム部材との重ね合わせ面
の温度が低く、接合不良となってしまった（比−１〜比
−４）。一方、表２には示していないが、接合時の接合
ツールの周速度を２０００ｍ／minより大きくしたとき
には、接合ツールと銅部材との摩擦接触によって発生す
る熱量が必要以上に大きく、接合ツールと接触している
銅部材の温度が局所的に大きくなりすぎて当該部分が塑
性変形してしまい、接合ツールの押圧力が重ね合わせ面
に充分に伝達されず、両部材間に隙間が生じてしまっ
た。また、この場合には、接合ツールの駆動エネルギー
ロスが大きく、接合効率が悪かった。したがって、接合
時の接合ツールを周速度２５０〜２０００ｍ／minで回
転させれば、接合ツールと銅部材との摩擦接触によって
発生する熱量が適正な値となって、良好な接合を行うこ
とができることが分かった（２−１〜２−17）。
【００４０】＜実験３＞実験３として、実験２と同様の
実験を行い、接合ツールのツール本体の銅部材への押込
量α（ｍ）と銅部材の厚みｔ（ｍ）との関係を検証し
た。結果を表３に示す。
実験を行い、接合ツールのツール本体の銅部材への押込
量α（ｍ）と銅部材の厚みｔ（ｍ）との関係を検証し
た。結果を表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】表３に示すように、接合時の接合ツールの
銅部材表面への押込量αが０．１ｔよりも小さいときに
は、銅部材とアルミニウム部材の重ね合わせ面に隙間が
残って接合不良となってしまった（比−５〜比−８）。
一方、表３には示していないが、押込量αが０．３ｔよ
りも大きいときには、銅部材とアルミニウム部材との重
ね合わせ面に隙間は残らなかったが、接合ツールの押し
込み過大によって銅部材表面に凹みが顕著に残ってしま
い、部材ロスが発生した。したがって、接合時の接合ツ
ールの銅部材表面への押込量αを０．１ｔ以上０．３ｔ
以下とすれば、接合ツールの押圧力が適正な値となっ
て、銅部材とアルミニウム部材の重ね合わせ面に隙間を
発生させずに接合することができ、銅部材表面の凹みも
小さくできることが分かった。
銅部材表面への押込量αが０．１ｔよりも小さいときに
は、銅部材とアルミニウム部材の重ね合わせ面に隙間が
残って接合不良となってしまった（比−５〜比−８）。
一方、表３には示していないが、押込量αが０．３ｔよ
りも大きいときには、銅部材とアルミニウム部材との重
ね合わせ面に隙間は残らなかったが、接合ツールの押し
込み過大によって銅部材表面に凹みが顕著に残ってしま
い、部材ロスが発生した。したがって、接合時の接合ツ
ールの銅部材表面への押込量αを０．１ｔ以上０．３ｔ
以下とすれば、接合ツールの押圧力が適正な値となっ
て、銅部材とアルミニウム部材の重ね合わせ面に隙間を
発生させずに接合することができ、銅部材表面の凹みも
小さくできることが分かった。
【００４３】＜実験４＞実験４として、実験２と同様の
実験を行い、接合ツールのツール本体の送り速度Ｖ（ｍ
／min）の適正範囲を検証した。なお、銅部材の厚みｔ
を０．００５ｍ、接合ツールのツール本体の板厚を０．
０１ｍに設定した。結果を表４に示す。
実験を行い、接合ツールのツール本体の送り速度Ｖ（ｍ
／min）の適正範囲を検証した。なお、銅部材の厚みｔ
を０．００５ｍ、接合ツールのツール本体の板厚を０．
０１ｍに設定した。結果を表４に示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】表４から分かるように、接合時の接合ツー
ルのツール本体の送り速度Ｖは、接合時の接合ツールの
周速度をＲ（ｍ／min）、重ね合わせ部における銅部材
の厚みをｔ（ｍ）とすれば、Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7
×ｔ2）の範囲にあることが望ましい。その理由とし
て、接合時の接合ツールの周速度が大きくなれば、接合
ツールと銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が大
きくなるので、接合ツールの送り速度Ｖを大きくして
も、重ね合わせ部の温度を一定以上に保つことができる
が、銅部材の厚みｔが大きくなると、重ね合わせ部が一
定温度以上に達するまでの時間がかかるので、接合ツー
ルの送り速度を大きくしすぎると、重ね合わせ部が一定
温度以上に達する前に接合ツールが通過してしまい、接
合不良となってしまうということが挙げられる。つま
り、良好な摩擦振動接合を行うには、接合ツールの送り
速度Ｖ、周速度Ｒ、銅部材の厚みｔを相互に調節する必
要があり、発明者らは実験の結果、Ｖ≦Ｒ／（５．０×
１０7×ｔ2）を満足するときに良好な接合が可能である
ことを確認した。また、表４には示していないが、接合
ツールの周速度Ｖが小さすぎると、接合に時間を要し接
合効率が低下するという観点から、１００≦Ｖを満足す
るときに接合効率がよいことも確認した。したがって、
接合時の接合ツールを、次式（Ｃ）によって求められる
送り速度Ｖ（ｍ／min）で銅部材の表面に沿って移動さ
せれば、良好な摩擦振動接合が可能であることが分かっ
た。 ０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2） … （Ｃ） Ｒ：接合時の接合ツールの周速度（ｍ／min） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ）
ルのツール本体の送り速度Ｖは、接合時の接合ツールの
周速度をＲ（ｍ／min）、重ね合わせ部における銅部材
の厚みをｔ（ｍ）とすれば、Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7
×ｔ2）の範囲にあることが望ましい。その理由とし
て、接合時の接合ツールの周速度が大きくなれば、接合
ツールと銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が大
きくなるので、接合ツールの送り速度Ｖを大きくして
も、重ね合わせ部の温度を一定以上に保つことができる
が、銅部材の厚みｔが大きくなると、重ね合わせ部が一
定温度以上に達するまでの時間がかかるので、接合ツー
ルの送り速度を大きくしすぎると、重ね合わせ部が一定
温度以上に達する前に接合ツールが通過してしまい、接
合不良となってしまうということが挙げられる。つま
り、良好な摩擦振動接合を行うには、接合ツールの送り
速度Ｖ、周速度Ｒ、銅部材の厚みｔを相互に調節する必
要があり、発明者らは実験の結果、Ｖ≦Ｒ／（５．０×
１０7×ｔ2）を満足するときに良好な接合が可能である
ことを確認した。また、表４には示していないが、接合
ツールの周速度Ｖが小さすぎると、接合に時間を要し接
合効率が低下するという観点から、１００≦Ｖを満足す
るときに接合効率がよいことも確認した。したがって、
接合時の接合ツールを、次式（Ｃ）によって求められる
送り速度Ｖ（ｍ／min）で銅部材の表面に沿って移動さ
せれば、良好な摩擦振動接合が可能であることが分かっ
た。 ０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2） … （Ｃ） Ｒ：接合時の接合ツールの周速度（ｍ／min） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ）
【００４６】＜実験５＞図６に示した方法を用いて図４
に示した形状の放熱部材を実際に製作した。ヒートシン
ク材はアルミニウムの押出形材とし、ベース板の厚みを
０．００５ｍ、幅を０．０６ｍ、長さを０．２ｍ、放熱
フィンの幅を０．０００５ｍ、配置間隔を０．００２
ｍ、高さを０．０１５ｍとした。伝熱板の厚みは０．０
０５ｍ、幅及び長さはヒートシンク材のベース板と同じ
にした。摩擦振動接合に用いた接合ツールは、ツール本
体の直径を０．０８ｍ、厚みを０．０１ｍとし、接合条
件として、ツール本体の回転数を３０００rpm、送り速
度を０．２５ｍ／min、伝熱板への押込量を０．０００
５ｍに設定した。また、摩擦振動接合後に、伝熱板の表
面に０．００１ｍの深さで機械加工による切削を行っ
た。このようにして、熱伝導性に優れた放熱部材を、効
率よく製造することができた。
に示した形状の放熱部材を実際に製作した。ヒートシン
ク材はアルミニウムの押出形材とし、ベース板の厚みを
０．００５ｍ、幅を０．０６ｍ、長さを０．２ｍ、放熱
フィンの幅を０．０００５ｍ、配置間隔を０．００２
ｍ、高さを０．０１５ｍとした。伝熱板の厚みは０．０
０５ｍ、幅及び長さはヒートシンク材のベース板と同じ
にした。摩擦振動接合に用いた接合ツールは、ツール本
体の直径を０．０８ｍ、厚みを０．０１ｍとし、接合条
件として、ツール本体の回転数を３０００rpm、送り速
度を０．２５ｍ／min、伝熱板への押込量を０．０００
５ｍに設定した。また、摩擦振動接合後に、伝熱板の表
面に０．００１ｍの深さで機械加工による切削を行っ
た。このようにして、熱伝導性に優れた放熱部材を、効
率よく製造することができた。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、請求項１、請求項２に係
る発明によれば、金属部材同士の重ね合わせ部が接合に
必要な温度まで上昇したときに、接合ツールに近い側の
金属部材ほどその変形抵抗を高く保って接合ツールの押
圧力を重ね合わせ面に対して効率よく伝達できるので、
金属部材間に隙間のない高強度の摩擦振動接合を行うこ
とができる。
る発明によれば、金属部材同士の重ね合わせ部が接合に
必要な温度まで上昇したときに、接合ツールに近い側の
金属部材ほどその変形抵抗を高く保って接合ツールの押
圧力を重ね合わせ面に対して効率よく伝達できるので、
金属部材間に隙間のない高強度の摩擦振動接合を行うこ
とができる。
【００４８】請求項３に係る発明によれば、アルミニウ
ム部材よりも溶融温度の高い銅部材側から接合ツールを
押し込んで摩擦振動接合するので、両部材の重ね合わせ
部が共晶温度以上に達したときであっても銅部材の変形
抵抗が比較的大きく、充分な押圧力を重ね合わせ面に伝
達しながら確実な接合を行うことができる。
ム部材よりも溶融温度の高い銅部材側から接合ツールを
押し込んで摩擦振動接合するので、両部材の重ね合わせ
部が共晶温度以上に達したときであっても銅部材の変形
抵抗が比較的大きく、充分な押圧力を重ね合わせ面に伝
達しながら確実な接合を行うことができる。
【００４９】請求項４に係る発明によれば、接合ツール
と銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が適正な値
となって、良好な接合を行うことができる。
と銅部材との摩擦接触によって発生する熱量が適正な値
となって、良好な接合を行うことができる。
【００５０】請求項５に係る発明によれば、接合ツール
の押圧力が適正な値となって、銅部材とアルミニウム部
材との重ね合わせ面に隙間を発生させずに接合すること
ができ、銅部材表面の凹みも小さくできる。
の押圧力が適正な値となって、銅部材とアルミニウム部
材との重ね合わせ面に隙間を発生させずに接合すること
ができ、銅部材表面の凹みも小さくできる。
【００５１】請求項６に係る発明によれば、接合ツール
の送り速度、周速度、銅部材の厚みが適正な関係となっ
て、接合強度の高い摩擦振動接合を効率的に行うことが
できる。
の送り速度、周速度、銅部材の厚みが適正な関係となっ
て、接合強度の高い摩擦振動接合を効率的に行うことが
できる。
【００５２】請求項７に係る発明によれば、ベース板と
伝熱板との重ね合わせ面に隙間がなく、より高強度で接
合された放熱部材とすることができる。
伝熱板との重ね合わせ面に隙間がなく、より高強度で接
合された放熱部材とすることができる。
【００５３】請求項８に係る発明によれば、ヒートシン
ク材がアルミニウムの押出成形により成形されているの
で、ヒートシンク材の加工精度が高い。
ク材がアルミニウムの押出成形により成形されているの
で、ヒートシンク材の加工精度が高い。
【００５４】請求項９に係る発明によれば、接合ツール
に接触する銅部材が溶融しにくく高温での変形抵抗を高
く保つことができるので、接合条件（接合ツールの回転
数、送り速度等）の許容範囲が大きく、接合効率がよ
い。
に接触する銅部材が溶融しにくく高温での変形抵抗を高
く保つことができるので、接合条件（接合ツールの回転
数、送り速度等）の許容範囲が大きく、接合効率がよ
い。
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る金属部材接合方
法の一実施形態の各工程を表す正面断面図であり、
（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
法の一実施形態の各工程を表す正面断面図であり、
（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
【図２】図１におけるアルミニウム部材と銅部材との重
ね合わせ面の塑性変形の様子を時系列的に表す断面図で
ある。
ね合わせ面の塑性変形の様子を時系列的に表す断面図で
ある。
【図３】本発明に係る金属部材接合方法の他の実施形態
を表す正面断面図である。
を表す正面断面図である。
【図４】本発明に係る放熱部材の一実施形態を表す斜視
図である。
図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る放熱部材の他の実施形態
を表す底面図であり、（ｂ），（ｃ）は同横断面図であ
る。
を表す底面図であり、（ｂ），（ｃ）は同横断面図であ
る。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明に係る放熱部材の製造
方法の一実施形態の各工程を表す正面断面図であり、
（ｃ）は（ｂ）の断面図である。
方法の一実施形態の各工程を表す正面断面図であり、
（ｃ）は（ｂ）の断面図である。
【図７】本発明に係る放熱部材の製造方法の他の実施形
態を表す正面断面図である。
態を表す正面断面図である。
１ … アルミニウム部材
２ … 銅部材
２ａ … 表面
２ｂ … 段部
３ … 接合ツール
３ａ … ツール本体
３ｂ … 回転軸
４ … 放熱部材
５ … ヒートシンク材
５ａ … ベース板
５ｂ … 放熱フィン
６ … 伝熱板
７ … 接合テーブル
８ … 放熱フィン支持具
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 南田 剛
静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号
日本軽金属株式会社グループ技術センター
内
(72)発明者 堀田 元司
静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号
日本軽金属株式会社グループ技術センター
内
Ｆターム(参考） 2F078 GB03 GB16
4E067 AA05 AA07 BB02 BF00 BG00
CA02 DA17 DC07 EB00 EC03
Claims (9)
- 【請求項１】 複数の金属部材を、溶融点の高い順に互
いに重ね合わせて配置し、円周方向に回転する円板状の
接合ツールの周面を、重ね合わせ部において前記金属部
材のうち最も溶融点の高い金属部材の表面に押し込みつ
つ該金属部材の表面に沿って移動させることにより、前
記複数の金属部材を互いに接合することを特徴とする金
属部材接合方法。 - 【請求項２】 溶融点の異なる二の金属部材を互いに重
ね合わせて配置し、円周方向に回転する円板状の接合ツ
ールの周面を、重ね合わせ部において前記金属部材のう
ち溶融点の高い一方の金属部材の表面に押し込みつつ該
一方の金属部材の表面に沿って移動させることにより、
前記両金属部材同士を接合することを特徴とする金属部
材接合方法。 - 【請求項３】 アルミニウム部材と銅部材とを重ね合わ
せて配置し、円周方向に回転する円板状の接合ツールの
周面を、重ね合わせ部において前記銅部材の表面に押し
込みつつ該銅部材の表面に沿って移動させることによ
り、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを接合するこ
とを特徴とする金属部材接合方法。 - 【請求項４】 接合時の前記接合ツールを、次式（Ａ）
で求められる周速度Ｒ（ｍ／min）で回転させることを
特徴とする請求項３に記載の金属部材接合方法。 ２５０≦Ｒ≦２０００ … （Ａ） - 【請求項５】 接合時の前記接合ツールを、次式（Ｂ）
で求められる押込量α（ｍ）だけ前記銅部材の表面に押
し込むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の
金属部材接合方法。 ０．１×ｔ≦α≦０．３×ｔ … （Ｂ） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ） - 【請求項６】 接合時の前記接合ツールを、次式（Ｃ）
によって求められる送り速度Ｖ（ｍ／min）で前記銅部
材の表面に沿って移動させることを特徴とする請求項３
乃至請求項５のいずれか一項に記載の金属部材接合方
法。 ０．１≦Ｖ≦Ｒ／（５．０×１０7×ｔ2） … （Ｃ） Ｒ：接合時の接合ツールの周速度（ｍ／min） ｔ：重ね合わせ部における銅部材の厚み（ｍ） - 【請求項７】 ベース板とこのベース板の一方の面から
立設する放熱フィンとを有するアルミニウム部材からな
るヒートシンク材と、請求項３乃至請求項６のいずれか
一項に記載の金属部材接合方法によって前記ベース板の
他方の面に対して重ね合わせて接合された銅部材からな
る伝熱板と、を備えることを特徴とする放熱部材。 - 【請求項８】 前記ヒートシンク材がアルミニウムの押
出成形により成形されたことを特徴とする請求項７に記
載の放熱部材。 - 【請求項９】 ベース板とこのベース板の一方の面から
立設する放熱フィンとを有するアルミニウム部材からな
るヒートシンク材の前記ベース板の他方の面に、銅部材
からなる伝熱板を重ね合わせて配置し、請求項３乃至請
求項６のいずれか一項に記載の金属部材接合方法によっ
て前記ベース板と前記伝熱板とを接合することを特徴と
する放熱部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002030663A JP4134569B2 (ja) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | 放熱部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002030663A JP4134569B2 (ja) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | 放熱部材及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007258281A Division JP4535111B2 (ja) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | 金属部材接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003230968A true JP2003230968A (ja) | 2003-08-19 |
| JP4134569B2 JP4134569B2 (ja) | 2008-08-20 |
Family
ID=27774332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002030663A Expired - Fee Related JP4134569B2 (ja) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | 放熱部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4134569B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004020138A1 (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-11 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | 部材接合方法、金属部材接合方法並びに放熱部材及びその製造方法、その製造用冶具並びにヒートシンク |
| JP2007163073A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Denso Corp | 熱交換器用チューブの製造方法および熱交換器 |
| JP2007319877A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 積層した金属板体の端面部接合方法と、該端面部接合方法を使用した端面部接合装置 |
| JP2008012593A (ja) * | 2007-10-02 | 2008-01-24 | Nippon Light Metal Co Ltd | 金属部材接合方法 |
| CN111230284A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-05 | 镇江市东亚电子散热器有限公司 | 一种片式散热器焊接方法及工装 |
-
2002
- 2002-02-07 JP JP2002030663A patent/JP4134569B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004020138A1 (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-11 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | 部材接合方法、金属部材接合方法並びに放熱部材及びその製造方法、その製造用冶具並びにヒートシンク |
| JP2007163073A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Denso Corp | 熱交換器用チューブの製造方法および熱交換器 |
| JP2007319877A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 積層した金属板体の端面部接合方法と、該端面部接合方法を使用した端面部接合装置 |
| JP2008012593A (ja) * | 2007-10-02 | 2008-01-24 | Nippon Light Metal Co Ltd | 金属部材接合方法 |
| JP4535111B2 (ja) * | 2007-10-02 | 2010-09-01 | 日本軽金属株式会社 | 金属部材接合方法 |
| CN111230284A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-05 | 镇江市东亚电子散热器有限公司 | 一种片式散热器焊接方法及工装 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4134569B2 (ja) | 2008-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4325260B2 (ja) | 伝熱素子の製造方法 | |
| EP1029627B1 (en) | Friction agitation jointing method of metal workpieces | |
| US9233438B2 (en) | Heat sink and method for manufacturing | |
| JP2002514512A (ja) | 摩擦回転溶接工具 | |
| JP2007163073A (ja) | 熱交換器用チューブの製造方法および熱交換器 | |
| WO2013042434A1 (ja) | 接合方法及び接合部品 | |
| JP6016095B2 (ja) | 接合方法及び接合部品 | |
| WO2006062241A1 (ja) | 溶接方法及び溶接整形装置 | |
| JP2003230968A (ja) | 金属部材接合方法並びに放熱部材及びその製造方法 | |
| JP6358126B2 (ja) | 摩擦攪拌接合用ツールを用いた三層以上の積層構造接合体の製造方法とその方法により製造された積層構造接合体 | |
| JP2000150738A (ja) | ヒートシンク及びその製造方法 | |
| JP4211499B2 (ja) | 金属部材接合方法 | |
| JP6344261B2 (ja) | 摩擦攪拌接合用ツールを用いた三層以上の積層構造接合体の製造方法とその方法により製造された積層構造接合体 | |
| JP6458539B2 (ja) | 摩擦攪拌接合用ツールを用いた三層以上の積層構造接合体の製造方法とその方法により製造された積層構造接合体 | |
| JP3314028B2 (ja) | アルミニウム製放熱装置及びその製造方法 | |
| WO2004020138A1 (ja) | 部材接合方法、金属部材接合方法並びに放熱部材及びその製造方法、その製造用冶具並びにヒートシンク | |
| JP4134580B2 (ja) | 部材接合方法、放熱器の製造方法及び放熱器製造用冶具 | |
| JP7124131B2 (ja) | ２つの構成部材を結合する方法および構成部材アセンブリ | |
| JP4618327B2 (ja) | 金属部材接合方法及び放熱器の製造方法 | |
| JP2003266182A (ja) | 異種金属材料の摩擦攪拌接合方法 | |
| JP4535111B2 (ja) | 金属部材接合方法 | |
| JP2004088014A (ja) | ヒートシンク | |
| JPWO2002058880A1 (ja) | 摩擦接合方法および摩擦接合体 | |
| JP4222108B2 (ja) | 金属部材接合方法 | |
| JP2005015915A (ja) | スパッタリングターゲットおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040906 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070720 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070815 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071002 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Effective date: 20080507 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Effective date: 20080520 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |