JP5740958B2 - 接合方法および被接合部材 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗加熱および加振摩擦を用いた接合方法、およびその方法に適用される被接合部材に関する。

従来より、導電性の金属材料同士を互いに接合する方法として、抵抗溶接が使用されている。抵抗溶接は、導電性金属材料同士を接触させた状態で電極により挟み、電極から電流を与えることで、接合面の接触抵抗により生じる抵抗加熱により、導電性金属材料同士を溶融接合する方法である。例えば特許文献１には、接合する対の導電性金属材料を接触させた状態で加振し、表面の絶縁被覆を剥がした後に加振を停止させ、抵抗加熱により溶融接合する方法が記載されている。

特開平１１―１３８２７５号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の方法では、電流を供給した際に、接合面における高面圧部に電流が集中するため、接合面における電流のあまり流れない部位は加熱されず、限定された面積および形状しか接合できない。また、生産性を向上し、ひいては生産コストを低減するために、接合によって生じる不要物に対する後処理の簡素化を図ることも要請されている。接合によって生じる不要物には、被接合部材の磨耗粉や、接合体の外部にまで流動固化してバリを生じさせる余剰な溶融材料などが含まれる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、接合面の全体を均一に接合でき、さらに接合によって生じる不要物に対する後処理の簡素化を図り得る接合方法および被接合部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る接合方法は、導電性を備えた一対の被接合部材を接合するための接合方法である。当該接合方法は、互いに接合される前記被接合部材の接合面を対向させ、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させつつ、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することによって、前記接合面同士を接合する接合工程を有している。そして、前記接合工程において、接合によって生じる不要物を前記接合面に隣接して設けた収納凹所に溜めつつ前記接合面同士を接合している。前記収納凹所は、前記接合面の外周部に沿って伸びる溝から構成され、前記溝の底部から立ち上がった肩部は、他方の接合面から離れて、他方の接合面との間にクリアランスを備えている。

上記目的を達成する本発明に係る被接合部材は、上記の接合方法に適用される被接合部材である。当該被接合部材は、前記接合面に隣接して設けられ接合によって生じる不要物を溜める収納凹所を有している。前記収納凹所は、前記接合面の外周部に沿って伸びる溝から構成され、前記溝の底部から立ち上がった肩部は、他方の接合面から離れて、他方の接合面との間にクリアランスを備えている。

上記のように構成した接合方法によれば、被接合部材を摺動させつつ抵抗加熱を行って接合するため、抵抗加熱により加熱された高面圧部に摺動が作用して摩耗、塑性流動が生じ、高面圧部の面圧が低下することにより時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、接合面を均一に加熱し、接合面の全体を均一に接合できる。そして、接合工程においては、接合によって生じる不要物を接合面に隣接して設けた収納凹所に溜めつつ接合面同士を接合しているので、一対の被接合部材を接合してなる接合体の外部に不要物が現れることが少なくなり、後処理の簡素化を図り得る。

また、上記のように構成した被接合部材は、上記の接合方法に適用して好適な被接合部材であり、一対の被接合部材を接合してなる接合体の外部に不要物が現れることが少なくなり、後処理の簡素化を図ることが可能となる。

実施の形態に係る接合装置の一例を説明するための概略図である。 実施の形態に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。 図３（Ａ）（Ｂ）は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材を示す断面図、下方側の被接合部材を示す平面図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に破線によって囲まれた部分３Ｃを拡大して示す断面図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材を示す断面図、下方側の被接合部材を示す平面図、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に破線によって囲まれた部分４Ｃを拡大して示す断面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、収納凹所としての溝を備える他の被接合部材の例を示す断面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材を示す断面図、下方側の被接合部材を示す平面図である。 図７（Ａ）は、接合によって生じる不要物の説明に供する断面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に破線によって囲まれた部分７Ｂを拡大して示す断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。

図１は、実施の形態に係る接合装置の一例を説明するための概略図である。

実施の形態に係る接合装置４０は、導電性を備えた一対の被接合部材１０，２０を接合するための接合装置である。接合装置４０は、概説すれば、互いに接合される被接合部材１０，２０の接合面１０ａ，２０ａを対向させ、一対の被接合部材１０，２０を相対的に摺動させつつ、被接合部材１０，２０の一方から他方へ第１と第２の電極４２，４４を経由して電流を流して抵抗加熱することによって、接合面１０ａ，２０ａ同士を接合する接合手段を有している。抵抗加熱および摩擦熱（塑性流動）を利用する接合手段は、被接合部材１０，２０同士を相対的に押し付ける加圧装置８０と、被接合部材１０，２０を相対的に摺動させる摺動装置７０と、被接合部材１０，２０の一方から他方へ電極４２，４４を経由して電流を流すための電流供給装置５０と、制御装置９０とを有する。制御装置９０は、加圧装置８０、摺動装置７０、および電流供給装置５０のそれぞれの作動を制御する。以下、詳述する。

接合されるワークは、上方に位置する被接合部材１０と、下方に位置する被接合部材２０と、被接合部材１０，２０の間に配置される被接合部材である中間部材３０とからなる。被接合部材１０，２０および中間部材３０は、後述される振動の方向に対して一様形状を有し、接合面１０ａ，２０ａの延長方向は、水平方向Ｈとなっている。

被接合部材１０，２０は、本実施の形態においては、アルミニウム（Ａｌ）が適用される。アルミニウムは、圧延材（例えば、Ａ５０５２）や鋳造材（例えば、ＡＤＣ１２）を利用することが可能である。被接合部材１０，２０は、導電材料であれば特に限定されず、鉄（Ｆｅ）やマグネシュウム（Ｍｇ）を適用することが可能である。また、Ａｌ−Ａｌの同材同士の接合、Ａｌ−ＦｅやＡｌ−Ｍｇの異材接合に適用することも可能である。Ａｌ−ＦｅやＡｌ−Ｍｇの異材接合体を得ることができるため、シリンダヘッド等の自動車用部品として適用することが容易である。

中間部材３０は、被接合部材１０，２０と共晶反応する共晶反応材料からなる。被接合部材１０，２０がアルミニウムの場合、アルミニウムと低温共晶を形成する共晶反応材料は、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等を適用することが可能である。

共晶反応材料は、液相を形成し、被接合部材１０，２０同士および共晶反応材料と被接合部材１０，２０との間における相互拡散を促進するため、良好な接合強度を確保することが可能であり、かつ、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。したがって、高度な水密性が要求される部位や、２次元的な曲面や大面積部位に、特に有効である。共晶反応材料の厚みは、例えば、１０〜１００μｍであるが、特にこれに限定されず、また、厚さを部位に応じ適宜変化させることも可能である。

中間部材３０の共晶反応により低融点で液層化し、酸素を遮断して再酸化を抑制する役割を果たすため、真空雰囲気と長時間が必要であった真空ろう付けに対し、大気中における短時間、低入熱での接合が可能となり、量産化が容易となる点でも好ましい。

中間部材３０は、共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料から構成することも可能である。この場合は、中間部材の選択の自由度が大きく（材料の選択範囲が広い）、また、中間部材３０によって液相が形成され、被接合部材１０，２０同士および中間部材３０と被接合部材１０，２０との間における相互拡散が促進されるため、良好な接合強度が確保される。そして、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。共晶反応材料以外の液相を形成する導電材料としては、共晶反応材料に比較して安価で一般的なろう材や低温はんだが挙げられる。

中間部材３０は、別体からなる形態に限定されず、被接合部材１０，２０の一方と一体化された被覆層から構成することも可能である。この場合、中間部材３０を局所的に配置することが可能である。被覆は、めっき、クラッド材、塗布等により形成することが可能である。また、中間部材３０は、かならずしも設けられなくてもよい。

第１および第２電極４２，４４は、抵抗加熱によって被接合部材１０，２０および中間部材３０（中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接合面１０ａ，２０ａ）を昇温し軟化させるための加熱手段であり、第１電極４２は、上方に位置する被接合部材１０に電気的に接続され、第２電極４４は、下方に位置する被接合部材２０に電気的に接続される。第１および第２電極４２，４４は、被接合部材１０，２０に直接接触する形態に限定されず、例えば、導電性を有する他の部材を介して間接的に接触させることも可能である。第１および第２電極４２，４４は、それぞれ複数の電極によって構成することも可能である。

電流供給装置５０は、直流電流または交流電流を、第１電極４２から、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を経由して第２電極４４に流すための電流供給手段であり、例えば、電流値および電圧値が調整自在に構成されている。

保持装置６０は、上方に位置する可動保持部６２と下方に位置する固定保持部６４とを有する。可動保持部６２は、被接合部材１０を水平方向Ｈに往復動自在に保持するために使用される。固定保持部６４は、被接合部材２０の水平方向Ｈへの移動を規制し、被接合部材１０に対し被接合部材２０を相対的に静止した状態で維持するために使用される。

摺動装置７０は、被接合部材１０を被接合部材２０に対して相対的に摺動させ、中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接合面１０ａ，２０ａに摩擦熱（塑性流動）を発生させるために使用される加振手段からなる。加振手段は、可動保持部６２に保持された被接合部材１０を、接合面１０ａ，２０ａの延長方向に対して平行である水平方向Ｈに振動（加振）させるシャフト７２と、シャフト７２の駆動源であるモータ７４と、を有する。加振手段は、加振周波数、加振振幅および加振力等を任意に制御可能となっている。例えば、加振振幅は１００〜１０００μｍの範囲、加振周波数は１０〜１００Ｈｚの範囲で調整可能に構成されている。加振機構は、特に限定されず、例えば、超音波振動、電磁式振動、油圧式加振、カム式振動を適用することが可能である。

加振方向は、接合面１０ａ，２０ａの延長方向に沿う１方向への往復運動であるため、接合面１０ａ，２０ａの形状の自由度が向上することとなる。すなわち、１方向にさえ変位可能であれば加振できるため、接合面１０ａ，２０ａの形状が平面である必要はなく、例えば、一方向に延びる溝に凸部が嵌合する形態とすることも可能である。

また、摺動装置７０は、振動（加振機構）を利用する形態に限定されず、回転運動や、自転せずに円軌道を描くように振れ回る公転運動を適宜適用することも可能である。なお、公転運動の場合、振動と異なり、接合面１０ａ，２０ａ同士の相対的な運動が停止しないことから、動摩擦係数のみが作用して摩擦係数が安定し、接合面１０ａ，２０ａを均一に磨耗させることが可能である。

加圧装置８０は、上方に位置する加圧部８２と下方に位置する支持構造体８４とを有する。加圧部８２は、第１電極４２に連結され、かつ、上下方向（接合面１０ａ，２０ａと直交する押圧方向）Ｌに進退動可能となっている。加圧部８２は、第１電極４２を介して被接合部材１０に加圧力Ｐ１を付与可能であり、被接合部材２０に対する被接合部材１０の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段である。加圧部８２は、例えば、油圧シリンダが組み込まれており、加圧力を調整自在に構成されている。加圧力は、例えば、２〜１０ＭＰａである。支持構造体８４は、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を介して加圧装置８０の加圧力が伝達される第２電極４４を、支持するために使用される。

加圧部８２による加圧力は、第１電極４２を介することなく、被接合部材１０に直接付与する形態を適用することも可能である。加圧部８２と支持構造体８４とを逆に配置することも可能である。この場合、下方に配置される加圧部８２によって第２電極４４が押圧され、上方に配置される支持構造体８４よって第１電極４２が支持されることになる。また、支持構造体８４の代わりに、第２の加圧部を設けることによって、面圧調整の自由度を向上さることも可能である。

制御装置９０は、演算部、記憶部、入力部および出力部を有するコンピュータからなる制御手段であり、加圧装置８０、摺動装置７０、および電流供給装置５０を統括的に制御するために使用される。制御装置９０の各機能は、記憶装置に格納されているプログラムを演算部が実行することにより発揮される。

プログラムは、例えば、加圧装置８０の加圧力Ｐ１を調整した状態で、摺動装置７０によって被接合部材１０を水平方向Ｈに振動させることによって、中間部材３０が介在している被接合部材１０，２０の接合面１０ａ，２０ａを摺動させつつ、電流供給装置５０から供給される電流を、第１電極４２から、被接合部材１０、中間部材３０および被接合部材２０を経由して、第２電極４４へ流して抵抗加熱することによって、中間部材３０を介在させて被接合部材１０，２０を接合するための手順を、制御装置９０に実行させるためものである。

次に、実施の形態に係る接合方法を説明する。

図２は、実施の形態に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。図２に示されるフローチャートにより示されるアルゴリズムは、制御装置９０の記憶部にプログラムとして記憶されており、制御装置９０の演算部によって実行される。接合装置４０を用いて被接合部材１０，２０を接合する方法を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。

初めに、図１に示すように、互いに接合する被接合部材１０，２０の間に中間部材３０を挟み、電極４２，４４の間に被接合部材１０，２０を保持する。被接合部材２０は固定保持部６４に固定され、被接合部材１０は可動保持部６２に振動可能に保持される。

続いて、加圧装置８０によって、被接合部材１０，２０同士を予め設定された加圧力で加圧する。加圧装置８０による加圧力は、制御装置９０で調節され、例えば２〜１０ＭＰａ程度が好ましいが、これに限定されない。

次に、制御装置９０により摺動装置７０を駆動させて、被接合部材１０を、接合面１０ａ，２０ａに沿う方向へ加振して摺動させる（予備摺動工程Ｓ１１）。加振周波数および加振振幅は、特に限定されないが、一例として、加振振幅は１００〜１０００μｍ程度が好ましく、加振周波数は１０〜１００Ｈｚ程度が好ましい。

上記のように加圧しながら摺動させる予備摺動工程Ｓ１１が行われると、接合面１０ａ，２０ａが摺動するとともに摩擦熱が発生して材料が軟化され、接合面１０ａ，２０ａが磨耗しつつ塑性流動し、接合面１０ａ，２０ａの間の面圧がある程度均一化される。更に、予備摺動工程Ｓ１１は、アルミニウムの表面の酸化皮膜を除去して皮膜厚さの違いによる接触抵抗のばらつきを低減させ、後の工程で抵抗加熱した際の発熱量のばらつきを抑える効果を発揮する。したがって、接合する前に、アルミニウムである被接合部材１０，２０の表面を脱脂し、更にワイヤブラシによりブラッシングして表面の酸化膜を除去する等の処置が不要となり、作業性が向上する。なお、当然、予備摺動工程Ｓ１１の前にブラッシング等の処置を行ってもよい。

予備摺動工程Ｓ１１の後には、第１接合工程Ｓ１２を行う。第１接合工程Ｓ１２では、第１電極４２および第２電極４４を被接合部材１０，２０に接触させ、摺動装置７０による摺動を維持しつつ、第１電極４２と第２電極４４の間に電流供給装置５０によって電流を供給する。このようにして、摩擦加熱および抵抗加熱の両方を併用して被接合部材１０，２０を加熱する。第１接合工程Ｓ１２では、接合面１０ａ，２０ａにおける電流が集中する高面圧部において抵抗加熱が大きく作用して加熱され、接合面１０ａ，２０ａの酸化膜が強制的に剥離される。更に、抵抗加熱により加熱された高面圧部に加圧力と摺動が作用して塑性流動および材料拡散が生じ、かつ高面圧部が磨耗して時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、電流の流れが分散し、接合面１０ａ，２０ａが均一に加熱される。

第１接合工程Ｓ１２の後には、第２接合工程Ｓ１３が行われる。第２接合工程Ｓ１３では、電流供給装置５０による電流の供給を減少させる一方、加圧装置８０による加圧力を増加させることによって摩擦熱が増加させられる。これにより、抵抗加熱による発熱量が減少し、軟化された材料を摺動によって掻き混ぜるようにして一体化を促進する過程へ移行することになる。なお、電流供給装置５０による電流の供給は、最終的には停止される。また、摩擦熱の増加は、摺動装置７０を制御することによっても達成することが可能である。

本実施形態の第１接合工程Ｓ１２、第２接合工程Ｓ１３においては、後述するが、接合によって生じる不要物（図７を参照）を接合面２０ａに隣接して設けた収納凹所に溜めつつ接合面１０ａ，２０ａ同士を接合している（図３を参照）。このように接合によって生じる不要物を収納凹所に溜めることによって、一対の被接合部材１０，２０を接合してなる接合体の外部に不要物が現れることが少なくなり、後処理の簡素化を図ることができる。上記の接合方法に適用して好適な被接合部材については、後に詳述する。

第２接合工程Ｓ１３を終了する直前には、摺動装置７０を停止させるが、被接合部材１０，２０を望ましい相対的位置で接合するために、最終的に摺動装置７０によって被接合部材１０，２０を望ましい位置に位置決めする。なお、加圧装置８０の加圧力が大きいと位置決め精度が低下するため、摺動装置７０を停止させる前に、加圧装置８０による加圧力を低下させてもよい。加圧装置８０による加圧力を低下させると、被接合部材１０，２０の位置決め精度が向上し、被接合部材１０，２０が望ましい相対的位置となった状態で摺動装置７０を停止させることができる。なお、被接合部材１０，２０を位置決めするための他の構成を別途設けてもよい。

第２接合工程Ｓ１３の後には、冷却工程Ｓ１４を行う。冷却工程Ｓ１４では、制御装置９０が、摺動装置７０および電流供給装置５０を停止させ、加圧装置８０による加圧力を上昇させる。そして、予め設定した時間が経過した際に、冷却が終了したと判断し、加圧装置８０による加圧を終了させる。または、被接合部材１０，２０の温度を計測する温度計（不図示）から制御装置９０へ入力される信号が所定値以下となった後、冷却が終了したと判断し、加圧装置８０による加圧を終了させることもできる。この後、電極４２，４４を後退させて、接合された被接合部材１０，２０が装置から取り外される。これにより、被接合部材１０，２０の接合が完了する。

本実施形態の接合方法によって接合された被接合部材１０，２０の接合界面には、被接合部材１０，２０の材料が拡散することで接合される拡散接合面、被接合部材１０，２０の材料が塑性流動することで接合される塑性流動接合面、および中間部材３０を介在して接合される中間層介在接合面が混在して形成される。

中間部材３０は、第１接合工程Ｓ１２および第２接合工程１３において、共晶反応により低融点で液相化し、被接合部材１０，２０同士、または中間部材３０の被接合部材１０，２０への相互拡散を促進させる。さらに、中間部材３０は、酸素を遮断して接合面１０ａ，２０ａの再酸化を抑制する役割を果たすため、大気中における短時間、低入熱での接合が可能となり、量産化が容易となる。

本接合方法では、摺動および抵抗加熱を併用して接合するため、接合面１０ａ，２０ａに高い加圧力を付与せずとも、電流集中箇所が変化して均一な加熱が可能となり、接合面１０ａ，２０ａが大面積の場合や複雑な形状の場合であっても接合することができ、かつ低歪みで均一な面接合が可能である。また、接合面１０ａ，２０ａの表層のみを溶融して接合するため、加熱時間を短縮でき、更に、材料内に気体を含有している鋳造品であっても、加熱により材料内の気体が膨張、噴出し難く、良好な接合を実現できる。

なお、被接合部材１０は、接合面１０ａ，２０ａに沿う１方向に加振されるが、相対的に摺動するのであればこれに限定されず、例えば公転運動等のように、接合面１０ａ，２０ａに沿う２方向へ加振することもできる。

また、予備摺動工程Ｓ１１は、かならずしも設けずに省略することができる。また、予備摺動工程Ｓ１１の替わり若しくは予備摺動工程Ｓ１１の前に、摺動装置７０により摺動させるのではなしに、電流供給装置５０により電極４２，４４へ電流を供給することで、接合面１０ａ，２０ａを抵抗加熱により軟化させてもよい。また、第１接合工程Ｓ１２と第２接合工程Ｓ１３の間で、電流の供給を減少させつつ加圧力を増加させることなしに、第１接合工程Ｓ１２および第２接合工程Ｓ１３を１つの接合工程として実施することもできる。また、冷却工程Ｓ１４も、かならずしも設けずに省略することができる。

次に、本実施形態の接合方法に適用して好適な被接合部材１０，２０について詳述する。

図３（Ａ）（Ｂ）は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材１０，２０を示す断面図、下方側の被接合部材２０を示す平面図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に破線によって囲まれた部分３Ｃを拡大して示す断面図である。図７（Ａ）は、接合によって生じる不要物２００の説明に供する断面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に破線によって囲まれた部分７Ｂを拡大して示す断面図である。

まず、図７（Ａ）（Ｂ）を参照して、接合によって生じる不要物２００には、被接合部材１０，２０や中間部材３０の摺動に伴って生じる磨耗粉２０１、接合体１１０の外部にまで流動固化してバリを生じさせる余剰な溶融材料２０２などが含まれる。

図３（Ａ）（Ｂ）を参照して、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材１０，２０のそれぞれは、中央部分に窪みを備え、その周りに接合面１０ａ，２０ａが形成された形状を有している。被接合部材２０は、接合面２０ａに隣接して設けられ接合によって生じる不要物２００を溜める収納凹所１００を有している。接合によって生じる不要物２００を収納凹所１００に溜めることによって、一対の被接合部材１０，２０を接合してなる接合体１１０の外部に不要物２００が現れることが少なくなり、後処理の簡素化を図ることができる。より具体的には、不要物２００としての磨耗粉２０１が接合体１１０の外部に付着したり、接合装置４０に堆積したりすることが少なくなり、エアーブローの量や回数を減じることができ、これによって後処理の簡素化を図ることができる。さらに、不要物２００としての余剰な溶融材料２０２が接合体１１０の外部にまで流動固化してバリを生じさせることが少なくなり、バリ除去のための研磨作業を減じることができ、これによって後処理の簡素化を図ることができる。接合体１１０は、その内部に窪みが重なった空洞部１１１が形成されている。

なお、収納凹所１００は接合面２０ａに窪んで設けられることから、収納凹所１００自体は接合面２０ａとはなり得ない。「収納凹所１００は接合面２０ａに隣接して設けられている」としたのは、収納凹所１００自体が接合面２０ａの一部を構成していないことを明確にしたものである。

収納凹所１００は、接合面２０ａの外周部に沿って伸びる溝１０１，１０２から構成されている。図示例では、第１と第２の２本の溝１０１，１０２を設けている。第１の溝１０１は、接合面２０ａの外周縁に近接して設けられ、第２の溝１０２は、接合面２０ａの内周縁に近接して設けられている。第１の溝１０１によって、接合体１１０の外部に不要物２００が出ることを抑え、第２の溝１０２によって、接合体１１０の内部の空洞部１１１に不要物２００が出ることを抑えている。接合体１１０の内部の空洞部１１１に不要物２００が出ると後処理が実質的に不可能であることから、このような部位に収納凹所１００を適用することが特に好ましい。

図３（Ｃ）を参照して、溝１０１は、断面Ｖ字形状を有している。溝１０１の底部１０１ａから立ち上がった肩部１０３は、他方の接合面１０ａに接触している。溝１０１の肩部１０３を接触させることによって、磨耗粉２０１等の細かい粒子を収納凹所１００に捕集することができる。

溝１０１の開口１０１ｂは、相対的に摺動する他方の接合面１０ａの外周縁によって形成される軌跡よりも内側位置に配置されている。このようにすることによって、被接合部材１０，２０の相対的な摺動によって図中水平方向にずれても、溝１０１の開口１０１ｂは、外部に対して開放されない位置となる。これにより、溝１０１に、不要物２００を溜めておくことができる。また、溜めた不要物２００を外部に放出する虞もない。溝１０２の開口についても同様である。

図４（Ａ）（Ｂ）は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材１０，２０を示す断面図、下方側の被接合部材２０を示す平面図、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に破線によって囲まれた部分４Ｃを拡大して示す断面図である。

図４（Ａ）（Ｂ）を参照して、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材１０，２０のうち、上方側の被接合部材１０はブロック状であり、下方側の被接合部材２０は中央部分に窪みを備え、その周りに接合面２０ａが形成された形状を有している。被接合部材２０は、接合面２０ａに隣接して設けられ接合によって生じる不要物２００を溜める収納凹所１００を有している。接合体１１０は、空洞部１１１が形成されている。

収納凹所１００は、接合面２０ａの外周部に沿って伸びる溝１０１，１０２から構成されている。図示例では、第１と第２の２本の溝１０１，１０２を設けている。第１の溝１０１は、接合面２０ａの外周縁に近接して設けられ、第２の溝１０２は、接合面２０ａの内周縁に近接して設けられている。

図４（Ｃ）を参照して、溝１０１は、断面Ｖ字形状を有している。溝１０１の底部１０１ａから立ち上がった肩部１０３は、他方の接合面１０ａから離れて、他方の接合面１０ａとの間にクリアランスｃを備えている。溝１０１の肩部１０３を他方の接合面１０ａに接触させないことによって、クリアランスｃの部分で不要物２００を保持し、肩部１０３から不要物２００が排出されることを防止している。

さらに、クリアランスｃは、一の周方向位置における寸法ｃ１と、他の周方向位置における寸法ｃ２とが異なっている。このようにクリアランスの寸法ｃ１、ｃ２を周方向位置によって異ならせることによって、肩部１０３から排出される不要物２００の排出方向ないし位置を制御することが可能となる。つまり、クリアランスの寸法ｃ１が大きいほど通路抵抗が減るので、不要物２００はクリアランスの寸法ｃ１が大きい箇所から接合体１１０の外部に流出することになる。このように、不要物２００の排出方向ないし位置を制御することによって、不要物２００を後処理が必要のない箇所に導いたり、後処理の作業を行い易い箇所に導いたりすることができる。より具体的には、余剰な溶融材料２０２を接合体１１０の外部にまで流動固化させて意図的にバリを生じさせるのであるが、余剰な溶融材料２０２を、バリ除去のための研磨作業が必要のない箇所に導いたり、バリ除去のための研磨作業を行い易い箇所に導いたりすることができる。また、磨耗粉２０１を接合体１１０の外部に排出させるのであるが、磨耗粉２０１を、集塵作業を行い易い箇所に導くことができる。このような観点から、不要物２００に対する後処理の簡素化を一層図ることができる。

図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、収納凹所１００としての溝１０１を備える他の被接合部材１０，２０の例を示す断面図である。

図５（Ａ）を参照して、溝１０１は、上方側の接合面１０ａの角部および下方側の接合面２０ａの角部を面取りすることによって形成されている。このような溝１０１によっても、接合によって生じる不要物２００を溜めることによって、後処理の簡素化を図ることができる。

図５（Ｂ）を参照して、溝１０１は、接合面２０ａの内周縁に近接して設けてある。接合面２０ａの外周縁の側には溝を設けていない。このような溝１０１によっても、接合によって生じる不要物２００を溜めることによって、後処理の簡素化を図ることができる。

図５（Ｃ）を参照して、被接合部材１０，２０のそれぞれはブロック状であり、接合体１１０の内部には空洞部が存在していない。このため、接合面２０ａの外周縁に近接して、１個の溝１０１のみを設けている。

図６（Ａ）（Ｂ）は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材１０，２０を示す断面図、下方側の被接合部材２０を示す平面図である。

図６（Ａ）を参照して、収納凹所１００は、接合面の表面粗さにおける谷の部分１２０から構成することもできる。接合時における被接合部材１０，２０の摺動によって接合面２０ａは磨耗するが、この後においても、表面粗さにおける谷の部分１２０が残るように表面粗さを予め設定してある。このような表面粗さにおける谷の部分１２０にも、不要物２００を溜めておくことができ、不要物２００に対する後処理の簡素化を図ることが可能となる。

図６（Ｂ）をも参照して、表面粗さの方向は摺動方向（矢印にて示される）と同一であることが好ましい。表面粗さにおける谷の部分１２０に、不要物２００を溜め易いからである。

溝１０１，１０２や表面粗さにおける谷の部分１２０などから構成される収納凹所１００は、上下方向に重ねて配置される一対の被接合部材１０，２０のうち、下方側の被接合部材２０に設けることが好ましい。接合が進行するにつれて、収納凹所１００に、不要物２００や磨耗粉等を溜めておくことができるからである。

さらに、収納凹所１００は、接合によって生じる不要物２００の容積以上の収納容積を有することが好ましい。接合時に削り取られる不要物２００を収納凹所１００に十分に溜めておくことができ、後処理の簡素化が確実なものになるからである。

以上説明したように、本実施形態の接合方法は、導電性を備えた一対の被接合部材１０，２０を接合するための接合方法であって、互いに接合される被接合部材１０，２０の接合面１０ａ，２０ａを対向させ、一対の被接合部材１０，２０を相対的に摺動させつつ、被接合部材１０，２０の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することによって、接合面１０ａ，２０ａ同士を接合する接合工程を有している。そして、その接合工程においては、接合によって生じる不要物２００を接合面２０ａに隣接して設けた収納凹所１００に溜めつつ接合面１０ａ，２０ａ同士を接合している。かかる接合方法によれば、被接合部材１０，２０を摺動させつつ抵抗加熱を行って接合するため、抵抗加熱により加熱された高面圧部に摺動が作用して摩耗、塑性流動が生じ、高面圧部の面圧が低下することにより時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、接合面１０ａ，２０ａを均一に加熱し、接合面１０ａ，２０ａの全体を均一に接合できる。さらに、接合によって生じる不要物２００を接合面２０ａに隣接して設けた収納凹所１００に溜めつつ接合面１０ａ，２０ａ同士を接合しているため、一対の被接合部材１０，２０を接合してなる接合体１１０の外部に不要物２００が現れることが少なくなり、後処理の簡素化を図り得る。

また、被接合部材１０，２０は、上記の接合方法に適用して好適な被接合部材であり、一対の被接合部材１０，２０を接合してなる接合体１１０の外部に不要物２００が現れることが少なくなり、後処理の簡素化を図ることが可能となる。

１０，２０ 被接合部材、
１０ａ，２０ａ 接合面、
３０ 中間部材、
４０ 接合装置、
４２ 第１電極、
４４ 第２電極、
５０ 電流供給装置、
６０ 保持装置、
７０ 摺動装置、
８０ 加圧装置、
８２ 加圧部、
８４ 支持構造体、
９０ 制御装置、
１００ 収納凹所、
１０１ 溝、
１０１ａ 溝の底部、
１０１ｂ 溝の開口、
１０２ 溝、
１０３ 肩部、
１１０ 接合体、
１２０ 表面粗さにおける谷の部分、
２００ 不要物、
２０１ 磨耗粉、
２０２ 余剰な溶融材料、
ｃ クリアランス。

Claims (5)

1. 導電性を備えた一対の被接合部材を接合するための接合方法であって、
   互いに接合される前記被接合部材の接合面を対向させ、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させつつ、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することによって、前記接合面同士を接合する接合工程を有し、
   前記接合工程において、接合によって生じる不要物を前記接合面に隣接して設けた収納凹所に溜めつつ前記接合面同士を接合してなり、
   前記収納凹所は、前記接合面の外周部に沿って伸びる溝から構成され、
   前記溝の底部から立ち上がった肩部は、他方の接合面から離れて、他方の接合面との間にクリアランスを備えてなる接合方法。
2. 請求項１に記載の接合方法に適用される被接合部材であって、前記接合面に隣接して設けられ接合によって生じる不要物を溜める収納凹所を有し、
   前記収納凹所は、前記接合面の外周部に沿って伸びる溝から構成され、
   前記溝の底部から立ち上がった肩部は、他方の接合面から離れて、他方の接合面との間にクリアランスを備えている被接合部材。
3. 前記クリアランスは、一の周方向位置における寸法と、他の周方向位置における寸法とが異なっている請求項２に記載の被接合部材。
4. 前記収納凹所は、上下方向に重ねて配置される一対の前記被接合部材のうち、下方側の前記被接合部材に設けられている請求項２または請求項３に記載の被接合部材。
5. 前記収納凹所は、接合によって生じる不要物の容積以上の収納容積を有する、請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の被接合部材。

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