JP2003334664A

JP2003334664A - パルス通電による部材の接合方法

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Publication number: JP2003334664A
Application number: JP2002142273A
Authority: JP
Inventors: Masao Hondo; 昌雄本藤
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Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-25
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Also published as: JP3737989B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等
の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得
られる、パルス通電による部材の接合方法を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】パルス通電により部材を接合するにあた
り、接合すべき部材の接合面を互いに突き合わせ、突き
合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態
で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極をあて、
接合すべき部材のみに通電させることにより電流密度を
上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％
のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接
合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合す
べき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上
からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相
互拡散接合処理を行うことを特徴とするパルス通電によ
る部材の接合方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス通電による
部材の接合方法に関し、詳しくは衝撃試験、疲労試験等
において、母材と同等の特性を有するものと認められる
ほどの強固な接合が得られる、パルス通電による部材の
接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接や蝋付けなどの接合法に代わ
り、パルス通電により部材の接合を行う方法が開発され
ている。例えば、特開２００１−１７９４５９号公報は
低放射化フェライト鋼の放電プラズマ焼結接合方法に関
し、該公報には、接合しようとする低放射化フェライト
鋼の接合面を、バフ研磨等により、表面粗さを０．２μ
ｍ以下程度に仕上げ、放電プラズマ焼結装置を用い、真
空下、加圧力：２００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２、接合
温度７６０〜１０００℃、接合保持時間：２０〜７０ｍ
ｉｎ、の条件で接合を行い、放電プラズマ焼結接合の
後、接合材を７４０〜８５０℃で２０〜６０ｍｉｎ程度
の焼き戻し処理を施すことによる、低放射化フェライト
鋼の放電プラズマ焼結低温接合方法が開示されている。
この方法によれば、低放射化フェライト鋼接合近傍の金
属組織を粗粒化させることなく、母材の持つ機械的強度
等の保持が可能であるとされている。

【０００３】しかし、この方法においては、放電プラズ
マ焼結接合の後の焼き戻し温度は、歪み取りを目的とし
た母材の変態点近くの低い温度の「焼き戻し」低温領域
であり、成分組織の安定化に寄与はするものの、変態点
近くでは接合界面において強固な接合のための相互拡散
は充分には行われず、短時間で強固な接合結果は得られ
ない。

【０００４】この方法では、母材の持つ機械的強度等の
保持が可能であるとしているが、該公報には単なる静的
引張試験結果が示されているに過ぎず、このような単な
る静的引張試験結果のみでは母材と同等の特性と認定す
ることは不可能である。最新の強化接着剤接合法や、接
合面が粗面の場合の放電プラズマ焼結のみによる接合法
でも、静的引張試験においてはほぼ母材と同等の特性が
得られるからである。従って、接合強度試験において
は、衝撃試験、疲労試験等が満足されて初めて母材の特
性と同等であると言える。そこで、本発明者は、この方
法について衝撃引張試験（落錘試験）を行ってみたとこ
ろ、母材と同等であるものとは到底認められるものでは
なかった。さらに、接合界面に微小の隙間が認められ
た。

【０００５】また、放電プラズマ焼結法は、粉体の焼結
のための手法であるため、部材の接合のように固体接合
に使用する場合には、接合部材に密着させ、周囲を囲む
カーボン型を使用することにより、電流が接合部材とカ
ーボン型の双方に流れるため、電流密度が低下し、接合
促進を阻害するばかりでなく、接合部材の形状に大きな
制約があるという実用面で最も大きな問題点がある。さ
らに、接合部材の温度測定は、接合部材ではなく、接合
部材を取り巻くカーボン型を間接的に測定しているた
め、接合温度数値は実際の接合部材温度と大きく異な
り、使用できない。

【０００６】また、特開２００２−５９２７０号公報に
は、接合対象の部材の接合面を相互に突き合わせ、この
状態で接合面に所定の押圧力を加えながら当該接合面に
パルス電流を流して、接合面を熱処理することにより、
強固に接合された接合面を形成している。

【０００７】この方法によれば、固体同士を強固に接合
可能であるが、接合後における接合界面には組織の不連
続性が残っているなどの改善すべき点があり、依然とし
て、より強固、かつ確実に固体同士を接合しうる新たな
接合方法が要望されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
の問題点を解決して、衝撃試験、疲労試験等において、
母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固
な接合が得られる、パルス通電による部材の接合方法を
提供することを目的とするものである。さらに、本発明
は、接合すべき部材を極めて強固かつ確実に短時間で接
合することのできるパルス通電による部材の接合方法を
提供することを目的とするものである。

【０００９】本発明者は、上記従来の問題点を解決すべ
く鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者は、接合部材
を取り囲むカーボン型を使用せず、接合すべき部材のみ
に通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間に
デューティー比が８６〜９９．９％のパルス大電流を流
すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原
子間微小溶融をさせた後に、接合すべき部材の固溶化温
度以上、或いは溶融点の６０％以上からなる固溶化温度
帯域にて相互拡散接合処理することにより、接合部材の
接合界面間組織成分を充分に拡散させて、目的を達成し
うることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成
するに到った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る本発明は、パルス通電により部材を接合するにあた
り、接合すべき部材の接合面を互いに突き合わせ、突き
合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態
で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極をあて、
接合すべき部材のみに通電させることにより電流密度を
上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％
のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接
合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合す
べき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上
からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相
互拡散接合処理を行うことを特徴とする、パルス通電に
よる部材の接合方法を提供するものである。

【００１１】請求項２に係る本発明は、接合すべき部材
の接合面に予め薄膜を形成させておくことを特徴とす
る、請求項１記載の方法を提供するものである。

【００１２】請求項３に係る本発明は、突き合わせられ
た接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させ
ることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法を提供
するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示
す。請求項１に係る本発明は、パルス通電による部材の
接合方法に関し、パルス通電により部材を接合するにあ
たり、接合すべき部材の接合面を互いに突き合わせ、突
き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態
で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極をあて、
接合すべき部材のみに通電させることにより電流密度を
上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％
のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接
合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合す
べき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上
からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相
互拡散接合処理を行うことを特徴とするものである。

【００１４】請求項１に係る発明においては、パルス通
電により部材を接合するにあたり、接合すべき部材の接
合面を互いに突き合わせ、次に、このようにして互いに
突き合わせられた接合面を密着させるように加圧し、こ
の加圧した状態で、接合すべき部材の任意な方向に一対
の電極をあて、接合すべき部材のみに通電させる。

【００１５】ここで接合すべき部材は２本に限られず、
３本以上の部材を同時に接合することもできる。棒状の
部材の場合には、直列に複数本突き合わせた状態で加圧
すれば、同時に複数の接合面を接合することができる。
また、このように直列に接合した部材を複数組平行に配
列して、これらを同時に加圧・通電すれば、より多数の
接合を同時に行うことができる。

【００１６】接合すべき部材としては、例えば、高速度
工具鋼（ハイス鋼）、ダイス鋼（ＳＫＤ）、ステンレス
鋼（ＳＵＳ）などの鉄鋼材料；銅、アルミニウム、亜
鉛、非鉄合金などの非鉄金属；ニッケル基耐熱合金、形
状記憶合金、耐熱合金、防振合金、防音合金、シールド
材などの特殊合金；放電プラズマ焼結体、ホットプレス
焼結体などの焼結金属；高温になると導電性を呈するセ
ラミックなどの部材；半導体；単結晶材料などが挙げら
れる。

【００１７】本発明においては、上記した如き各種接合
部材について、２種以上複数の部材を同時に接合するこ
とができ、同種部材同士で、或いは異種部材同士を組み
合わせて接合することができる。具体的には、鉄鋼材料
同士の接合、鉄鋼材料と非鉄金属や特殊合金との接合、
非鉄金属同士（アルミニウム同士、銅同士など）の接
合、特殊合金同士の接合等を行うことができる。また、
形状記憶合金、磁性材、非磁性材などの組み合わせのよ
うに異なった特性を有する部材同士の接合にも用いるこ
とができる。さらに、接合面の両面又は片面に任意な形
状の加工溝を施し、接合によって、直線、曲線を含む流
体の通路、細穴、スリット、溜まり場等を形成すること
ができる。

【００１８】本発明は、熱交換流路内蔵各種金型・液体
気体材料の曲線通路内蔵マニホールド、タービンブレー
ド、エンジンバルブ、ピストンヘッド、燃料電池冷却
板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノズル、半導体発熱
部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴スリットを有した
極細パンチ型、光ファイバーコネクター及びターミナル
部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パイプ接合、磁性材
非磁性材接合によるセンサー電磁弁などへ応用すること
ができる。

【００１９】接合すべき部材の形状は特に制限はなく、
例えばバルク状（固体）でも良いし、１ｍｍ以下程度の
薄膜状でも良いし、パイプ状、波板状などであっても良
い。本発明は、これら各種形状の部材について、同一形
状のもの同士、或いは異なる形状のもの同士の相互の接
合に利用することができる。なお、接合面は、平坦であ
っても良いし、両接合面間に隙間が形成されないように
すれば曲面であっても良い。さらに接合面を、第１の部
材の接合面と第２の部材の接合面が相互に密着するよう
に、相補的な接合面形状に加工しておくこともできる。
例えば、一方の接合部材の接合面が凸曲面の場合には、
これと密着するような凹曲面を他方の接合部材の接合面
形状として採用することもできる。

【００２０】接合面は粗面でも良いが、接合面の平滑度
が高いほど良好な結果が得られる。従って、接合面の両
面又は片面には、研磨、バフ仕上げ等公知の方法により
平滑化処理を施しておくことが好ましい。例えば、接合
部材が鉄系の場合には、研磨処理により接合面の面粗度
をＲａ＝０．３以上の鏡面に仕上げておくことが望まし
い。銅やアルミニウムなど、前記鉄系の接合部材に比べ
て硬度の低い部材の場合には、これよりも粗い面粗度で
あっても差し支えない。

【００２１】さらに強固に接合するために、請求項２に
記載したように、接合すべき部材の接合面の両面又は片
面に、予め薄膜を形成させておくことが好ましい。薄膜
の厚さは、一般的には０．１〜５μｍの範囲内である。
０．１μｍ未満であると、薄膜形成による効果を期待す
ることができない。一方、５μｍを超えると、薄膜が接
合面に残存するおそれがある。

【００２２】薄膜の形成方法としては、スパッタ蒸着
法、プラズマ溶射法、メッキ法など特に制限されない
が、膜厚制御が容易であり、均一な薄膜を形成すること
のできるスパッタ蒸着法によることが最も望ましい。例
えば、単結晶材の接合は、接合面に極薄の薄膜をスパッ
タ蒸着をして接合すると良い結果が得られる。

【００２３】薄膜としては、少なくとも接合過程におい
て接合部材の母材組織内に拡散して消滅する成分である
ことが必要であり、その成分の少なくとも一部が、当該
薄膜が形成される接合面の材質と同一のものであること
が望ましい。とりわけ接合面と同一の材質の薄膜を形成
させておくことが好ましい。このような薄膜は、接合過
程において接合部材の母材組織内に拡散して消滅し、強
固で確実に接合された接合面が形成される。なお、薄膜
は、還元性のある成分を含むものであっても良い。

【００２４】例えば、図１（ａ）に模式的に示すよう
に、接合対象の第１の部材１と第２の部材２が同材質Ａ
である場合には、それらの接合面１ａ、２ａにそれぞれ
同一素材からなる薄膜３、４を形成し、これら薄膜の接
合面を接合界面５とする。この場合には、図１（ｂ）に
模式的に示すように、これらの薄膜３、４が処理過程で
各部材１、２内に拡散して消滅して、強固、かつ確実に
接合された接合界面５ａが形成される。

【００２５】また、図２（ａ）に模式的に示すように、
接合対象の第１の部材１と第２の部材２が異材質Ａ、Ｂ
の場合には、それらの接合面１ａ、２ａにはそれぞれの
部材と同一素材からなる薄膜６、７を形成し、これら薄
膜の接合面を接合界面８とする。この場合においても、
図２（ｂ）に模式的に示すように、これらの薄膜６、７
が処理過程でそれぞれの部材１、２内に拡散して消滅し
て、強固、かつ確実に接合された接合界面８ａが形成さ
れる。

【００２６】なお、上記薄膜の形成の代わりに、接合面
の両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を
施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去し
て接合を行っても良い。また、細穴、スリット、溜まり
場等を内蔵させる接合部材の接合面や加工溝などに浸硫
窒化、窒化処理、コーティング等の表面処理又は表面改
質を行った後、接合し、接合部材の硬度、防錆効果を上
げても良い。接合の後からの窒化処理では、極細穴、ス
リットの内部まで硬度を上げることができない。

【００２７】本発明においては、上記のようにして接合
面の両面又は片面を処理しておいた後、該接合面を互い
に突き合わせる。次に、このようにして互いに突き合わ
せられた接合面を密着させるように加圧し、この加圧し
た状態で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極を
あて、接合すべき部材のみに通電させる。

【００２８】接合面に対する加圧力は、部材の持つ固有
の硬度、耐圧力等により様々に異なるが、一般には１〜
７００ＭＰａの範囲内、好ましくは１０〜２００ＭＰａ
の範囲内とすれば良い。加圧方向は１軸方向のみでな
く、直交する方向や斜め方向など、多軸方向から加える
こともできる。

【００２９】この加圧した状態で、接合すべき部材の任
意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材のみに通
電させる。電極方向と接合界面加圧方向とは、異なって
いても良いし、同じであっても良い。接合部材と接する
電極の形状は、接合部材の形状に合わせ、円盤状でも、
通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだ
ものであっても良い。接合部材を挟む電極は、カーボン
材でも、モリブデン材でも良い。

【００３０】ここで「接合すべき部材のみに通電させ
る。」とは、接合すべき部材以外に通電するようなもの
を使用しないということであり、換言すると放電プラズ
マ焼結法で一般に用いられている、接合部材を取り囲む
カーボン型を使用しないということである。電極間に接
合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型
を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使
用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部
材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合を
し、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状
のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、
任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡
大した。

【００３１】このとき本発明においては、特に大型の部
材を接合するときには、請求項３に記載したように、突
き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しな
がら通電させることが好ましい。これにより大型の部材
を短時間に効率良く接合することができる。また、セラ
ミック等の接合は、外部加熱をして一定の温度に達する
と導電し、接合が可能である。但し、質量、熱容量の小
さな接合材の場合には、外部からの強制加熱は行わなく
とも良い。このような外部から強制的に加熱する手段と
しては特に制限はないが、マイクロ波誘導加熱、ミリ波
誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最
も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これら
の１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いる
ことができる。外部から強制的に加熱する際の加熱時間
は、接合部材の熱容量により異なるが、一般的には６０
分以下とすれば良い。

【００３２】本発明においては、上記したように接合部
材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合すべき部材の
みに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面
間にデューティー比が８６〜９９．９％のパルス大電流
を流すことによって、通電衝撃による液相での接合界面
の原子間微小溶融をさせる。

【００３３】ここで本発明においては、デューティー
比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋Ｏ
ＦＦ）が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９
％、より好ましくは９０〜９９％のパルス大電流を流す
ことが必要である。この範囲外のパルス電流であると、
短時間に通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小
溶融をさせることができない。このようなデューティー
比のパルス電流はこれまでプラズマ焼結接合において用
いられていないものと認められる。

【００３４】また、接合部材の質量、材質により異なる
が、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ま
しくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、
電圧は１００Ｖ以下である。

【００３５】このようなパルス大電流を流し、必要に応
じて外部から強制的に加熱しながら通電させると、温度
が上昇し、接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶
融点の６０％以上（好ましくは溶融点の６５％以上、９
０％未満）からなる固溶化温度帯域まで達する。接合部
材の質量、熱容量により異なるが、この固溶化温度帯域
に達したときの温度（ピーク温度）、例えば鉄鋼材料な
どでは８７０℃、特に１０００℃を超えた温度を、０．
５〜６０分間程度保持することにより、パルス大電流の
通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさ
せ、第一段階での接合を行う。このような液相状態での
原子間微小溶融は、これまで全く行われていない。な
お、この際には真空雰囲気としておくことが望ましい
が、接合すべき部材によっては大気中でも可能である。
或いは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス下におい
て行っても良い。

【００３６】本発明においては、このようにして通電衝
撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後
に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或い
は溶融点の６０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１
乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。このよう
な相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時
間で接合することができる。特に接合部材の材質によっ
ては、１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場
合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の
複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことが好まし
い。これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行
うことにより、固相状態で接合することは行われてきた
が、これと本発明で行う相互拡散接合処理とは全く異な
る。本発明のようなパルス通電における相互拡散接合処
理はこれまで他に見られない。

【００３７】このような相互拡散接合処理は、鉄鋼材料
においては固溶化温度以上の固溶化温度帯域で行うこと
ができ、それ以外の材料については溶融点の６０％以
上、好ましくは６５％以上、９０％未満からなる固溶化
温度帯域で行うことができる。接合すべき材料により異
なるが、一般的には、８７０℃より高い温度帯域で、好
ましくは１０００℃を超えた温度であり、また前記原子
間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い
温度である。

【００３８】なお、この固溶化温度帯域でいう温度と
は、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面
を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対
等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の
温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界
面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に
溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料
成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促して
いると推測される。固溶化温度帯域でいう温度は、異材
質の場合には、いずれか低い方の固溶化温度或いは溶融
点を基準としている。

【００３９】この相互拡散接合処理を行う際には、パル
ス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前工
程からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。相互
拡散接合処理を行う際には、固溶化温度帯域に達したと
きの温度（ピーク温度）を３０〜１２０分間程度、好ま
しくは４５〜９０分間程度保持することが望ましい。こ
れにより極めて強固かつ短時間に接合することができ
る。

【００４０】本発明では、上記したように通電衝撃によ
る接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引
き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融
点の６０％以上からなる固溶化温度帯域にて相互拡散接
合処理すること、つまり一旦液相状態として原子間微小
溶融をさせた後に、相互拡散接合処理すること、が必要
である。このような液相状態とした後の相互拡散接合処
理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の
相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接
合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合
面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現
象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後
の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液
相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分
かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合
処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させ
る点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固
相拡散」とは明確に異なる。

【００４１】本発明は以上の如きものである。このよう
にして本発明によれば、極めて強固かつ短時間に接合す
ることができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱
処理を施すこともできる。

【００４２】

【実施例】次に、本発明を実施例により詳しく説明する
が、本発明はこれらによって何ら制限されるものではな
い。

【００４３】試験例１（パルス電流のデューティー比の
差による接合強度試験Ｉ）（１）接合界面の液相での原子間微小溶融縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであって、図
３（ａ）に示されるような形状の試験片（ＳＵＳ３０
４）２個を用意した。この試験片の各接合面をスパッタ
洗浄した後、図３（ｂ）に示される向きにて互いに突き
合わせ、該接合面を密着させるように１０ＭＰａの圧力
で加圧した状態で、接合すべき試験片の両端に一対の電
極をあて、接合すべき試験片のみに通電させることによ
り電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が９８
％（パルス比９８：２）のパルス大電流を流すことによ
って、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶
融をさせた。このときの接合部温度（接合側帯部表面温
度）は１０３０℃であり、保持時間は３分間であり、ピ
ーク電流は３００Ａであった。このようにして得られた
接合試験片について、放冷後、図３（ｃ）に示される方
向への剥離を行う剥離試験を行い、このときの剥離強度
と剥離界面を観察した。その結果、この接合試験片は、
容易には剥離せず、１５０Ｎ／ｍｍ^２にて剥離した。こ
の接合試験片は、図４（電子顕微鏡写真像図）に示すよ
うに、全面に接合状態になる界面組織となっていた。

【００４４】（２）液相での原子間微小溶融後の相互拡
散接合処理上記（１）において、液相での原子間微小溶融させた後
の試験片について、この試験片を１０１０℃の温度で６
０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。こ
のようにして得られた接合試験片について、放冷後、図
３（ｃ）に示される方向への剥離を行う剥離試験を行
い、このときの剥離強度と剥離界面を観察した。その結
果、この接合試験片は剥離せず、引張部（折り曲げ部）
より破断してしまった。参考値（ＪＩＳ）として、５２
０Ｎ／ｍｍ^２以上であると認められた。

【００４５】試験例２（パルス電流のデューティー比の
差による接合強度試験ＩＩ）（１）接合界面の液相での原子間微小溶融上記試験例１（１）において、デューティー比が８５％
（パルス比１２：２）のパルス電流を流したこと以外
は、上記試験例１（１）と同様にして行った。この接合
試験片は、接合していない箇所が多く、簡単に剥離し
た。参考値（ＪＩＳ）として、１５０Ｎ／ｍｍ^２以下で
あると認められた。この接合試験片の剥離界面は図５
（電子顕微鏡写真像図）に示す通りであった。

【００４６】（２）液相での原子間微小溶融後の相互拡
散接合処理上記（１）において、液相での原子間微小溶融させた後
の試験片について、上記試験例１（２）と同様にして、
１０１０℃の温度で６０分間保持することにより、相互
拡散接合処理し、剥離試験を行った。その結果、この接
合試験片は、上記（１）より強い剥離強度を持っていた
ものの、全面剥離した。

【００４７】以上の試験例１と試験例２の結果によれ
ば、パルス電流のデューティー比が高い試験例１の方
が、接合に優位であることが分かる。

【００４８】試験例３（パルス電流のデューティー比の
差による接合状態の観察Ｉ）最大直径２０ｍｍ、長さ９０ｍｍであり、そのうち接合
部の直径が１５ｍｍ、その長さが２５ｍｍであって、図
６に示されるような形状の試験片（ＳＵＳ３０４）４個
を用意した。うち２個は以下に示す引張試験用に使用
し、残りの２個は切断面状態観察用に使用した。この試
験片の各接合面をスパッタ洗浄した後、接合面同士を互
いに突き合わせ、該接合面を密着させるように１０Ｍｐ
ａの圧力で加圧した状態で、接合すべき試験片の両端に
一対の電極をあて、接合すべき試験片のみに通電させる
ことにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー
比が９８％（パルス比９８：２）のパルス大電流を流す
ことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子
間微小溶融をさせた。このときの接合部温度（接合側帯
部表面温度）は１０３０℃であり、保持時間は３分間で
あり、ピーク電流は５００Ａであった。引き続いて、こ
の試験片を１０１０℃の温度で６０分間保持することに
より、相互拡散接合処理した。このようにして得られた
接合試験片について、放冷後、ＪＩＳＺ２２０１に基
づいて引張試験を行い、このときの引張強度を測定し
た。その結果、この接合試験片の引張強度は５５０ＭＰ
aと優れていた。また、このようにして得られた接合試
験片について、接合したままの状態で接合界面に対して
垂直に切断したときの切断面の状態を電子顕微鏡により
観察した。その結果、この接合試験片の接合界面付近の
切断面には、図７（電子顕微鏡写真像図）に示すよう
に、接合部における隙間がほとんど見られなかった。

【００４９】試験例４（パルス電流のデューティー比の
差による接合状態の観察ＩＩ）上記試験例３において、デューティー比が８５％（パル
ス比１２：２）のパルス電流を流したこと以外は、上記
試験例３と同様にして行った。その結果、この接合試験
片の引張強度は４９５ＭＰaであった。また、この接合
試験片の接合界面付近の切断面には、図８（電子顕微鏡
写真像図）に示すように、接合部に隙間が見られた。

【００５０】以上の試験例３と試験例４の結果によれ
ば、パルス電流のデューティー比が高い試験例３の方
が、試験例４に比べて引張強度並びに接合状態に優れる
ことが分かる。

【００５１】試験例５（液相での原子間微小溶融後の相
互拡散接合処理温度による接合強度の相違Ｉ）（１）衝撃（動的）引張試験直径９ｍｍ、長さ２５ｍｍの丸棒状の試験片（Ｓ４５
Ｃ）２個を用意した。この試験片の各接合面をスパッタ
洗浄した後、接合面同士を互いに突き合わせ、該接合面
を密着させるように１０Ｍｐａの圧力で加圧した状態
で、接合すべき試験片の両端に一対の電極をあて、接合
すべき試験片のみに通電させることにより電流密度を上
げ、接合界面間にデューティー比が９８％（パルス比９
８：２）のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃
による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた。こ
のときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は１０３０
℃であり、保持時間は３分間であり、ピーク電流は５０
０Ａ（電圧２Ｖ）であった。引き続いて、この試験片を
１０１０℃の温度で６０分間保持することにより、相互
拡散接合処理した。このようにして得られた接合試験片
について、放冷後、中央の接合面付近を長さ１０ｍｍに
わたり直径３．６ｍｍとなるように切削加工すると共
に、それ以外の部分を丸棒の面に沿って螺旋状にねじを
切って、図９に示す如き形状の試験片を作成した。この
ようにして得られた加工試験片について、衝撃（動的）
引張試験（落錘試験）を行った。結果を図１０に示す。
図中Ａ（１０１０℃）で示されるものが、この試験例５
による衝撃（動的）引張試験（落錘試験）の結果であ
る。

【００５２】（２）回転曲げ疲労試験直径１２ｍｍ、長さ４５ｍｍの丸棒状の試験片（Ｓ４５
Ｃ）２個を用意した。この試験片の各接合面をスパッタ
洗浄した後、接合面同士を互いに突き合わせ、該接合面
を密着させるように１０Ｍｐａの圧力で加圧した状態
で、接合すべき試験片の両端に一対の電極をあて、接合
すべき試験片のみに通電させることにより電流密度を上
げ、接合界面間にデューティー比が９８％（パルス比９
８：２）のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃
による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた。こ
のときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は１０３０
℃であり、保持時間は３分間であり、ピーク電流は５０
０Ａ（電圧２Ｖ）であった。引き続いて、この試験片を
１０１０℃の温度で６０分間保持することにより、相互
拡散接合処理した。このようにして得られた接合試験片
について、放冷後、中央の接合面付近の最小直径が６ｍ
ｍとなるように段階状に切削加工して、図１１に示す如
き形状の試験片を作成した。このようにして得られた加
工試験片について、小野式回転曲げ疲労試験を行った。
結果を図１２に示す。図中Ａ（１０１０℃）で示される
ものが、この試験例５による回転曲げ疲労試験の結果で
ある。

【００５３】試験例６（液相での原子間微小溶融後の相
互拡散接合処理温度による接合強度の相違ＩＩ）（１）衝撃（動的）引張試験上記試験例５の（１）において、８５０℃の温度で６０
分間相互拡散接合処理を行ったこと以外は、上記試験例
５の（１）と同様にして行った。結果を図１０に示す。
図中Ｂ（８５０℃）で示されるものが、この試験例６に
よる衝撃（動的）引張試験（落錘試験）の結果である。
なお、接合を全く行わないで作成した加工試験片の結果
を図１０にＣ（接合なし母材）として示す。

【００５４】（２）回転曲げ疲労試験上記試験例５の（２）において、８５０℃の温度で６０
分間相互拡散接合処理を行ったこと以外は、上記試験例
５の（２）と同様にして行った。結果を図１２に示す。
図中Ｂ（８５０℃）で示されるものが、この試験例６に
よる回転曲げ疲労試験の結果である。なお、接合を全く
行わないで作成した加工試験片の結果を図１２にＣ（接
合なし母材）として示す。

【００５５】図１０と図１２によれば、衝撃（動的）引
張試験（落錘試験）並びに回転曲げ疲労試験のいずれに
おいても、試験例５で示されるように液相での原子間微
小溶融後の相互拡散接合処理したもの（Ａ）が、試験例
６によるもの（Ｂ）よりも断然優れており、接合なし母
材のＣと同等であることが分かる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１に係る本発明の方法によれば、
衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有
するものと認められるほどの強固な接合が得られる、パ
ルス通電による部材の接合方法が提供される。さらに、
請求項１に係る本発明の方法によれば、接合すべき部材
を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接
合することができる。

【００５７】このように請求項１に係る本発明の方法に
よれば、衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の
特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得ら
れることから、各種部材の接合に広く利用することがで
きる。特に、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工
溝を施しておきさえすれば、本発明の方法による接合に
よって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリッ
ト、溜まり場等の複雑な形状を有する機械部品を容易に
形成することができる。

【００５８】従って、本発明の接合技術は、熱交換流路
内蔵各種金型・液体気体材料の曲線通路内蔵マニホール
ド、タービンブレード、エンジンバルブ、ピストンヘッ
ド、燃料電池冷却板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノ
ズル、半導体発熱部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴
スリットを有した極細パンチ型、光ファイバーコネクタ
ー及びターミナル部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パ
イプ接合、磁性材非磁性材接合によるセンサー電磁弁な
どへ幅広く応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルス通電による部材の接合方法に
おける接合面に形成した同材質の薄膜の状態遷移を模式
的に示す説明図である。

【図２】本発明のパルス通電による部材の接合方法に
おける接合面に形成した異材質の薄膜の状態遷移を模式
的に示す説明図である。

【図３】試験例１、２で使用した試験片を示す説明図
である。（ａ）は接合前の試験片を示す説明図であり、
（ｂ）は接合時の向きを示す説明図であり、（ｃ）は剥
離方向を示す説明図である。

【図４】試験例１で得られた接合試験片の電子顕微鏡
写真像図である。

【図５】試験例２で得られた接合試験片の電子顕微鏡
写真像図である。

【図６】試験例３、４で使用した試験片を示す説明図
である。

【図７】試験例３で得られた接合試験片の電子顕微鏡
写真像図である。

【図８】試験例４で得られた接合試験片の電子顕微鏡
写真像図である。

【図９】試験例５、６における衝撃（動的）引張試験
において使用した接合試験片を示す説明図である。

【図１０】試験例５、６における衝撃（動的）引張試
験の結果を示すグラフである。

【図１１】試験例５、６における回転曲げ疲労試験お
いて使用した接合試験片を示す説明図である。

【図１２】試験例５、６における回転曲げ疲労試験の
結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１第１の部材２第２の部材１ａ接合面２ａ接合面３薄膜４薄膜５接合界面５ａ接合界面６薄膜７薄膜８接合界面８ａ接合界面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス通電により部材を接合するにあた
り、接合すべき部材の接合面を互いに突き合わせ、突き
合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態
で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極をあて、
接合すべき部材のみに通電させることにより電流密度を
上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％
のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接
合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合す
べき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上
からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相
互拡散接合処理を行うことを特徴とする、パルス通電に
よる部材の接合方法。
【請求項２】接合すべき部材の接合面に予め薄膜を形
成させておくことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】突き合わせられた接合面近傍を外部から
強制的に加熱しながら通電させることを特徴とする、請
求項１又は２記載の方法。