JP6465125B2 - 異種金属部材の接合装置及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種金属部材の接合装置及び接合方法に関し、特にレーザー光を用いたロウ付け（Ｌａｓｅｒ Ｂｒａｚｉｎｇ）による異種金属部材の接合技術に関する。

互いに融点が異なる異種金属同士の接合には、ロウ付けが用いられている。ロウ付けによる金属同士の接合は、熱源からの熱により被接合部材を加熱するとともに、ワイヤ状のロウ材を金属部材同士の接合予定箇所（突合せ箇所）に沿って供給して、ロウ材を溶融させた後に固化させることにより行われる。

被接合部材の加熱及びロウ材の溶融に用いる熱源として、レーザー光が用いられる場合がある（特許文献１，２）。レーザー光を用いたロウ付け（Ｌａｓｅｒ Ｂｒａｚｉｎｇ）は、金属部材同士の接合予定箇所（突合せ箇所）にレーザー光を照射することにより、被接合部材の加熱及び溶融とロウ材の溶融を行う。

特開２０１４−１６１９０４号公報 特表２００８−５００９０３号公報

しかしながら、上記特許文献１，２を含む従来技術では、スパッタやブローホールの発生が回避しきれず、高い接合強度を得ることが困難である。即ち、従来技術では、レーザー光の照射により、スパッタやブローホールが発生したり、融点の高い側の金属部材とロウ材とにより金属間化合物が生成され、接合強度の低下を招くおそれがある。

本発明は、レーザー光を用いたロウ付けによる異種金属の接合において、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる異種金属部材の接合装置及び接合方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る異種金属部材の接合装置は、互いに融点の異なる金属材料からなる第１金属部材と第２金属部材とを、ロウ付けにより接合する接合装置であって、レーザー光発振手段と、レーザー光走査手段と、ロウ材供給手段と、コントローラと、を備える。

前記レーザー光発振手段は、レーザー光を発振する。

前記レーザー光走査手段は、前記レーザー光発振手段から発振された前記レーザー光の照射位置を走査する。

前記ロウ材供給手段は、前記第１金属部材と前記第２金属部材との接合予定線に沿ってロウ材を供給する。

前記コントローラは、前記レーザー光走査手段を制御する。

そして、本態様において、前記第１金属部材を構成する第１金属材料の融点は、前記第２金属部材を構成する第２金属材料の融点よりも高く、前記接合予定線が延伸する方向を第１方向、前記第２金属部材における前記接合予定線を含む主面内において、前記第１方向に交差する方向を第２方向、前記第１方向及び前記第２方向の双方に対して交差する方向を第３方向とするとき、以下の特徴を有する。

前記レーザー光は、前記第３方向の一方側から前記照射位置に対して照射される。

前記コントローラは、前記レーザー光走査手段に対して、前記レーザー光の照射位置を、前記第１方向及び前記第２方向に走査させるとともに、前記第２方向には往復動させ、且つ、前記第２方向の走査における前記往復動に係る中心を前記第２金属部材の側にオフセットした状態で走査させる。

上記態様では、前記レーザー光の照射位置を、前記第２方向の走査における往復動に係る中心を前記第２金属部材の側にオフセットした状態で走査させるので、融点が高い第１金属材料からなる第１金属部材の側へのレーザー光の照射が抑えられる。このため、第１金属部材と第２金属部材との接合予定線に沿ってロウ材を供給してロウ付けした際にも、スパッタやブローホールの発生を抑えることができる。

また、上記のようにレーザー光の照射位置の前記中心を第２金属部材側にオフセットすることにより、第１金属部材に対するレーザー光からのエネルギ密度を低くし、第１金属部材が溶融してロウ材との間で金属間化合物が生成されるのを抑制することができる。このため、高い接合強度を確保することができる。

従って、上記態様に係る異種金属部材の接合装置では、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置は、上記構成において、前記コントローラは、前記レーザー光走査手段に対して、前記第２方向における前記レーザー光の照射位置を、前記第２金属部材の側に限定して走査させる。

上記態様では、第２方向におけるレーザー光の照射位置を第２金属部材の側に限定、換言すると、レーザー光を融点が高い第１金属部材には照射しないこととしているので、第１金属部材が溶融してロウ材との間で金属間化合物が生成されるのをより確実に抑制することができる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置は、上記構成において、前記レーザー光走査手段は、テーブルと、レーザー光偏向部と、を有する。

前記テーブルは、前記第１金属部材及び前記第２金属部材が載置され、前記第１方向に移動自在である。

前記レーザー光偏光部は、前記レーザー光の光路中に介設された揺動ミラーを有し、当該揺動ミラーの揺動により、前記レーザー光の照射位置を前記第２方向に偏向する。

上記態様では、テーブルによる第１方向への移動と、揺動ミラーの揺動による第２方向へのレーザー光の偏向とにより、レーザー光の照射位置を第１方向及び第２方向に走査することができる。このような構成を有する接合装置では、簡易な構成を以って、レーザー光の走査を２次元的に実施することができ、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得るのに優位である。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置は、上記構成において、前記コントローラは、前記レーザー光走査手段に対して、前記レーザー光の照射位置を前記第１方向及び前記第２方向を含む仮想面内で旋回するよう走査させる。

上記態様では、レーザー光の照射位置を旋回させるようにしているので、局所的にレーザー光からのエネルギ密度が高くなる箇所が生じるのを抑制することができる。このため、第２金属部材及びロウ材の溶融について、より安定したものとすることができ、高い接合強度を得るのに優位である。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置では、接合対象の一方である前記第１金属材料が鉄又は鉄を含む合金であり、接合対象の他方である前記第２金属材料がアルミニウム又はアルミニウムを含む合金である。

上記態様では、第１金属部材が鉄又は鉄を含む合金からなる部材であり、第２金属部材がアルミニウム又はアルミニウムを含む合金からなる部材である場合でも、上記のような走査を以ってレーザー光の照射を行うことにより、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置は、上記構成において、前記ロウ材は、フラックス入りのロウ材である。

上記態様では、フラックス入りのロウ材を用いることにより、濡れ性の向上と、酸化の抑制とを実現することができる。また、上記態様では、フラックス入りのロウ材を用いながら、上記のような走査を以ってレーザー光の照射を行うことにより、フラックスのガス化を抑制することができ、スパッタやブローホールの発生を抑制することができる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置は、上記構成において、前記第１金属部材と前記第２金属部材とは突合せられ、当該突合せ部が前記接合予定線を構成し、前記第２金属部材は、前記第１金属部材との突合せ側の第２端面が、前記第３方向における前記レーザー光の入射側が斜面状にテーパーカットされている。

上記態様では、第２端面がテーパーカットされているので、照射されたレーザー光を高効率に受光することができ、素早く第２金属部材の温度上昇を図ることができる。このため、第１金属部材の温度が過度に上昇しない間に、第２金属部材の温度上昇を図り、ロウ材を介した接合が良好なものとなる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合装置は、上記構成において、前記第１金属部材は、前記第２金属部材との突合せ側の第１端面が、前記第２端面よりも切り立っている。

上記態様では、第１端面が第２端面より切り立った構成としているので、レーザー光が第１金属部材の第１端面に照射され難くすることができる。よって、第１金属部材の溶融を避けることができ、ロウ材と第１金属部材との金属間化合物の生成を抑制することができる。よって、上記態様では、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得るのに更に優位である。

本発明の一態様に係る異種金属部材の接合方法は、互いに融点の異なる金属材料からなる第１金属部材と第２金属部材とを、ロウ付けにより接合する接合方法であって、レーザー光発振ステップと、レーザー光走査ステップと、ロウ材供給ステップと、を備える。

前記レーザー光発振ステップでは、レーザー光を発振する。

前記レーザー光走査ステップでは、前記レーザー光発振ステップにおいて発振された前記レーザー光の照射位置を走査する。

前記ロウ材供給ステップでは、前記第１金属部材と前記第２金属部材との接合予定線に沿ってロウ材を供給する。

そして、本態様において、前記第１金属部材を構成する第１金属材料の融点は、前記第２金属部材を構成する第２金属材料の融点よりも高く、前記接合予定線が延伸する方向を第１方向、前記第２金属部材における前記接合予定線を含む主面内において、前記第１方向に交差する方向を第２方向、前記第１方向及び前記第２方向の双方に対して交差する方向を第３方向とするとき、以下の特徴を有する。

前記レーザー光は、前記第３方向の一方側から前記照射位置に対して照射される。

前記レーザー光走査ステップでは、前記レーザー光の照射位置を、前記第１方向及び前記第２方向に走査するとともに、前記第２方向には往復動させ、且つ、前記第２方向の走査における前記往復動に係る中心を前記第２金属部材の側にオフセットした状態で走査する。

上記態様では、レーザー光走査ステップにおいて、前記第２方向の走査における前記往復動に係る中心を前記第２金属部材の側にオフセットした状態で走査させることとしているので、融点が高い第１金属材料からなる第１金属部材の側へのレーザー光の照射が抑えられる。このため、ロウ材供給ステップにおいて、第１金属部材と第２金属部材との突合せ位置にロウ材を供給してロウ付けした際にも、スパッタやブローホールの発生を抑えることができる。

また、上記のようにレーザー光の照射位置の前記中心を第２金属部材側にオフセットすることにより、第１金属部材に対するレーザー光からのエネルギ密度を低くし、第１金属部材が溶融してロウ材との間で金属間化合物が生成されるのを抑制することができる。このため、高い接合強度を確保することができる。

従って、上記態様に係る異種金属部材の接合方法では、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合方法は、上記方法において、前記レーザー光走査ステップでは、前記第２方向における前記レーザー光の照射位置を、前記第２金属部材の側に限定して走査する。

上記態様では、レーザー光走査ステップの実行により、レーザー光を融点が高い第１金属部材には照射しないこととしているので、第１金属部材の溶融を抑制し、当該第１金属部材とロウ材との金属間化合物が生成されるのをより確実に抑制することができる。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合方法は、上記方法において、前記レーザー光走査ステップは、テーブル移動サブステップと、レーザー光偏向サブステップと、を有する。

前記テーブル移動サブステップでは、前記第１金属部材及び前記第２金属部材が載置されるテーブルを、前記第１方向に移動する。

前記レーザー光偏向サブステップでは、前記レーザー光の光路中に介設された揺動ミラーを揺動させ、当該揺動により前記レーザー光の照射位置を前記第２方向に偏向する。

上記態様では、テーブル移動サブステップでの第１方向へのテーブルの移動と、レーザー光偏向サブステップでの揺動ミラーの揺動による第２方向へのレーザー光の偏向とにより、レーザー光の照射位置を第１方向及び第２方向に走査することができる。このような構成を有する接合方法では、簡易にレーザー光の走査を２次元的に実施することができ、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得るのに優位である。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合方法は、上記方法において、前記レーザー光走査ステップでは、前記レーザー光の照射位置を前記第１方向及び前記第２方向を含む仮想面内で旋回するよう走査する。

上記態様では、レーザー光走査ステップにおいて、レーザー光の照射位置を旋回させるようにしているので、局所的にレーザー光からのエネルギ密度が高くなる箇所が生じるのを抑制することができる。このため、第２金属部材及びロウ材の溶融について、より安定したものとすることができ、高い接合強度を得るのに優位である。

本発明の別態様に係る異種金属部材の接合方法は、上記方法において、前記ロウ材供給ステップでは、フラックス入りのロウ材を供給する。

上記態様では、ロウ材供給ステップにおいて、フラックス入りのロウ材を供給することにより、第１金属部材及び第２金属部材に対する濡れ性の向上と、酸化の抑制とを実現することができる。また、上記態様では、ロウ材供給ステップでフラックス入りのロウ材を用いながら、上記のようなレーザー光の照射を行うことにより、フラックスのガス化を抑制することができ、スパッタやブローホールの発生を抑制することができる。

上記の各態様では、レーザー光を用いたロウ付けによる異種金属の接合において、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる。

第１実施形態に係る接合装置１の構成を示す模式図である。 接合装置１を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を示す模式平面図である。 接合装置１におけるレーザー光偏向部１２の構成を示す模式図である。 第１金属部材８０及び第２金属部材８１の突合せ部分の構成を示す模式斜視図である。 ロウ材８２の構成を示す模式断面図である。 第２実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光の照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２を示す模式平面図である。 第３実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光の照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３を示す模式平面図である。 第４実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光の照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４を示す模式平面図である。 第５実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光の照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ５を示す模式平面図である。 第６実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８３と第２金属部材８４との接合において、レーザー光の照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ６を示す模式平面図である。

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

［第１実施形態］
１．接合装置１の概略構成
本実施形態に係る接合装置１の概略構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、接合装置１は、レーザー光発振手段であるレーザー光発振器１０と、発振されたレーザー光を導光する導光部１１と、導光部１１により導光されたレーザー光の照射位置をＸ方向に偏向するレーザー光偏光部１２と、ロウ材８２を供給するロウ材供給部１３と、接合対象である第１金属部材８０及び第２金属部材８１を載置するテーブル１４と、レーザー光発振器１０及びレーザー光偏光部１２及びロウ材供給部１３及びテーブル１４の駆動制御を行うコントローラ１５と、を備える。

接合装置１で採用されるレーザー光ＬＢは、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、ＬＤ励起固体レーザー、ファイバーレーザーから選択されるレーザー光である。

導光部１１は、例えば、光ファイバーを有し構成されており、レーザー光発振器１０で発振されたレーザー光をレーザー光偏光部１２に導光する。レーザー光偏光部１２の構成については、後述する。

ロウ材供給部１３は、ワイヤ状のロウ材８２を巻回するロール部１３０と、ロウ材８２を第１金属部材８０と第２金属部材８１との突合せ部分に設けられた溝部ＧＲに供給するフィーダー部１３１と、を有する。換言すると、ロウ材供給部１３から繰り出されたロウ材８２は、第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合予定線（溝部ＧＲ）に供給される。

テーブル１４は、位置が固定されたベース１４０と、当該ベース１４０上において紙面に垂直な方向に移動自在の可動部１４１と、を有する。第１金属部材８０及び第２金属部材８１は、互いに突合わされた状態で可動部１４１の＋Ｚ側上面に載置されている。第１金属部材８０及び第２金属部材８１は、互いの突合せ状態が維持されたまま、可動部１４１の移動に伴い、紙面に垂直な方向に移動自在となっている。

レーザー光ＬＢは、レーザー光偏光部１２から−Ｚ側に向けて出射され、溝部ＧＲ及びその近傍に対して照射される。

２．レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１
接合装置１におけるレーザー光ＬＢの走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１について、図２を用い説明する。図２は、接合装置１を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を示す模式平面図である。

図２に示すように、接合装置１においては、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１は、旋回しながら−Ｙ側に向けて延びる。これは、レーザー光偏光部１２によるＸ方向への走査と、テーブル１４の可動部１４１のＹ方向への移動（矢印Ｖ）に伴う走査との合成により構成される。換言すると、本実施形態では、テーブル１４とレーザー光偏光部１２とにより、レーザー光走査手段が構成されている。そして、コントローラ１５は、テーブル１４とレーザー光偏光部１２とからなるレーザー光走査手段に対して指令を発し、図２に示すような走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を採るようレーザー光の照射位置を走査させる。

レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１は、その旋回中心Ｌ_Ｃ１が、溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_１だけオフセットされている。換言すると、レーザー光ＬＢの照射位置は、Ｘ方向には往復動されており、当該往復動に係る中心（旋回中心Ｌ_Ｃ１）が第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_１だけオフセットされている。

ここで、本実施形態において、第１金属部材８０は鉄を含む合金材料（例えば、炭素鋼）であり、第２金属部材８１はアルミニウムを含む合金（アルミニウム合金）である。第１金属部材８０を構成する金属材料は、第２金属部材８１を構成する金属材料よりも融点が高い。

また、レーザー光ＬＢは、第１金属部材８０に照射されないようになっており、照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１は、−Ｘ側の旋回端Ｌ_Ｅ１が溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_２だけ離れた位置となっている。

なお、ロウ材８２は、第１金属部材８０と第２金属部材８１との突合せ部分（接合予定部分）に設けられた溝部ＧＲに嵌まり込むように供給され、レーザー光ＬＢの熱により溶融し、冷えることにより固化する。

３．レーザー光偏光部１２の構成
接合装置１におけるレーザー光偏光部１２の構成について、図３を用い説明する。図３は、レーザー光偏光部１２の構成を示す模式図である。

図３に示すように、レーザー光偏光部１２は、コリメータ部１２０と、ミラー１２１と、揺動ミラー１２２と、集光部１２３と、ノズル１２４と、を有する。コリメータ部１２０は、コリメータレンズを含み構成されており、導光部１１の端部から出射されたレーザー光ＬＢを平行光とする部分である。

ミラー１２１は、コリメータ部１２０の通過により平行光とされたレーザー光ＬＢを、揺動ミラー１２２に向けて反射する。揺動ミラー１２２は、コントローラ１５からの指令に従って、矢印で示すように揺動する。これにより、レーザー光ＬＢは、Ｘ方向に往復動するように走査される。

集光部１２３は、集光レンズを有する。そして、揺動ミラー１２２の揺動に従って走査されたレーザー光ＬＢは、集光部１２３で集光され、ノズル１２４内を通過して−Ｚ側に出射される。

ここで、集光部１２３で集光されたレーザー光ＬＢは、その光軸Ｃ_ＬＢがＸ方向に走査される。当該光軸Ｃ_ＬＢの走査は、コントローラ１５からの指令に従うものであり、テーブル１４の移動と連動するものである。これにより、レーザー光ＬＢは、図２に示すような走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を描くように照射位置が規定される。

４．第１金属部材８０及び第２金属部材８１の突合せ部分
第１金属部材８０及び第２金属部材８１の突合せ部分の構成について、図４を用い説明する。図４は、第１金属部材８０及び第２金属部材８１の突合せ部分を拡大して示す模式斜視図である。

図４に示すように、第１金属部材８０は、第２金属部材８１との突合せ部分において、＋Ｚ側の上端部８０ａがＲ加工されている（矢印Ｒで指し示す部分）。また、第１金属部材８０では、上端部８０ａよりも−Ｚ側の端面８０ｂがＺ方向に略沿うように切り立っている。

一方、第２金属部材８１は、第１金属部材８０との突合せ部分において、＋Ｚ側の部分がテーパーカットされており、斜面８１ａが形成されている。斜面８１ａのテーパー角θは、２０°〜６０°程度であり、本実施形態では、一例として、θ＝４０°としている。

上記のような構成により、第１金属部材８０と第２金属部材８１との突合せ部分には、開口幅がＷ_ＧＲの溝部ＧＲが形成される。そして、＋Ｚ側から照射されるレーザー光ＬＢを、図２に示すような走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を採るのに加え、第１金属部材８０の端面８０ｂを、図４に示すような切り立った形状としているので、レーザー光ＬＢは、第２金属部材８１にだけ照射され、第１金属部材８０に照射されないようになっている。

よって、本実施形態では、第１金属部材８０は溶融することがなく、第２金属部材８１及びロウ材８２（図１，２を参照。）が溶融することになる。ただし、第１金属部材８０についても、第２金属部材８１の溶融温度以上であって、該第１金属部材８０の溶融温度未満の温度まで温度上昇させることができるので、溶融したロウ材８２により強固な接合がなされる。

５．ロウ材８２の構成
本実施形態に係る接合装置１で用いるロウ材８２の構成について、図５を用い説明する。図５は、ロウ材８２の構成を示す模式断面図である。

図５に示すように、ロウ材８２は、アルミニウム系の材料からなる合金部８２０と、合金部８２０に内包されたフラックス部８２１とから構成されている。そして、ロウ材８２の径Ｄ_ＢＭは、第１金属部材８０と第２金属部材８１との突合せ部分に設けられた溝部ＧＲの断面積に応じて規定されているとともに、溝部ＧＲの開口幅Ｗ_ＧＲ以下で規定されている。

本実施形態において、合金部８２０は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系の合金から形成されている。また、フラックス部８２１は、例えば、ＫＡｌＦ_４、Ｋ_２ＡｌＦ_５、Ｈ_２Ｏ等を含む材料から形成されている。

なお、本実施形態では、フラックス入りのロウ材８２を用いることにより、高い濡れ性を得ることができ、高い接合強度を得るのに優位である。

６．効果
本実施形態に係る接合装置１を用いた異種金属部材の接合では、レーザー光ＬＢの照射位置を、Ｘ方向における往復動に係る中心（旋回中心Ｌ_Ｃ１）を第２金属部材８１の側（＋Ｘ側）にオフセットした状態で走査させるので、融点が高い第１金属材料からなる第１金属部材８０の側へレーザー光ＬＢが直接照射されるのが抑えられる。このため、第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合予定線である突合せ位置（溝部ＧＲ）にロウ材８２を供給してロウ付けした際にも、スパッタやブローホールの発生を抑えることができる。

また、上記のようにレーザー光ＬＢの照射位置を第２金属部材８１の側（＋Ｘ側）にオフセットすることにより、第１金属部材８０に対するレーザー光からのエネルギ密度を低くし、第１金属部材８０が溶融してロウ材８２との間で金属間化合物が生成されるのを抑制することができる。このため、高い接合強度を確保することができる。

従って、本実施形態に係る接合装置１を用いた異種金属部材の接合においては、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる。

さらに、本実施形態では、レーザー光ＬＢの照射位置を、第１金属部材８０への照射を防止し、第２金属部材８１の側に限定するように、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を設定しているので（図２を参照）、第１金属部材８０が溶融してロウ材８２との間で金属間化合物が生成されるのをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、テーブル１４によるＹ方向への移動と、レーザー光偏光部１２における揺動ミラー１２２の揺動によりＸ方向へのレーザー光ＬＢの偏向とにより、レーザー光ＬＢの照射位置をＸ−Ｙ面で旋回するように走査することができる（走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１）。このような構成を採用することにより、接合装置１を用いた異種金属部材の接合では、簡易な構成を以って、レーザー光ＬＢの走査を２次元的（Ｘ−Ｙ面）に実施することができ、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得るのに優位である。

また、本実施形態では、レーザー光ＬＢの照射位置を図２に示すように旋回させるようにしているので、局所的にレーザー光ＬＢからのエネルギ密度が高くなる箇所が生じるのを抑制することができる。このため、第２金属部材８１及びロウ材８２の溶融について、より安定したものとすることができ、高い接合強度を得るのに優位である。

また、本実施形態では、第１金属部材８０が鉄又は鉄を含む合金からなる部材（本実施形態では、一例として炭素鋼）であり、第２金属部材８１がアルミニウム又はアルミニウムを含む合金からなる部材（本実施形態では、一例としてアルミニウム合金）である場合でも、上記のような走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１でのレーザー光ＬＢの照射を行うことにより、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得ることができる。

また、本実施形態では、フラックス部８２１を含むロウ材８２を用いることにより、濡れ性の向上と、酸化の抑制とを実現することができる。また、本実施形態では、フラックス入りのロウ材８２を用いながら、上記のような走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１を以ってレーザー光ＬＢの照射を行うことにより、フラックスのガス化を抑制することができ、スパッタやブローホールの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、第２金属部材８１における突合せ端面がテーパーカットされてなる斜面８１ａとされているので、照射されたレーザー光ＬＢを高効率に受光することができ、素早く第２金属部材８１の温度上昇を図ることができる。このため、第１金属部材８０の温度が過度に上昇しない間に、第２金属部材８１の温度上昇を図り、ロウ材８２を介した接合が良好なものとなる。

また、本実施形態では、第１金属部材８０の端面８０ｂが第２金属部材８１の斜面８１ａより切り立った構成としている（本実施形態では、垂直に切り立った構成としている）ので、レーザー光ＬＢが第１金属部材８０の端面８０ｂに照射され難くすることができる。よって、第１金属部材８０の溶融を避けることができ、ロウ材８２と第１金属部材８０との金属間化合物の生成を抑制することができる。よって、本実施形態では、スパッタやブローホールの発生を回避しながら、高い接合強度を得るのに更に優位である。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る接合装置及び接合方法について、図６を用い説明する。図６は、第２実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２を示す模式平面図である。

なお、本実施形態において、上記第１実施形態との差異点は、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２にあり、他の構成並びに方法についての重ねての説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態に係る接合装置においても、レーザー光ＬＢの走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２は、旋回しながら−Ｙ側に向けて延びる。ただし、本実施形態では、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２が、平面視において、上記第１実施形態のレーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１とは逆回りの左回りとなっている。

そして、本実施形態においても、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２は、Ｘ方向における往復動に係る中心（旋回中心Ｌ_Ｃ２）が、溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_３だけオフセットされている。また、本実施形態においても、レーザー光ＬＢは、第１金属部材８０に照射されないようになっており、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ２は、−Ｘ側の旋回端Ｌ_Ｅ２が溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_４だけ離れた位置となっている。

本実施形態においては、上記第１実施形態とはレーザー光ＬＢの照射位置の旋回方向は逆であるが、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態では、旋回方向を左回りとすることにより、第１金属部材８０に近い側でのレーザー光ＬＢの走査速度を相対的に速くし、第１金属部材８０から離れた領域でのレーザー光ＬＢの走査速度を相対的に遅くしている。これより、第１金属部材８０の過度の温度上昇が抑制され、ロウ付け時におけるスパッタやブローホールの発生をより効果的に回避することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る接合装置及び接合方法について、図７を用い説明する。図７は、第３実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３を示す模式平面図である。

なお、本実施形態においても、上記第１実施形態及び上記第２実施形態との差異点は、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３にあり、他の構成並びに方法についての重ねての説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態に係る接合装置においては、レーザー光ＬＢの走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３が、−Ｙ側に向けて鋭角な折り返しでジグザグ状に延びる。このため、本実施形態に係るレーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３では、交差する箇所が存在しない。

そして、本実施形態においても、レーザー光ＬＢの走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３は、Ｘ方向における往復動に係る中心Ｌ_Ｃ３が、溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_５だけオフセットされている。また、本実施形態においても、レーザー光ＬＢは、第１金属部材８０に照射されないようになっており、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３は、−Ｘ側の折り返し端Ｌ_Ｅ３が溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_６だけ離れた位置となっている。

本実施形態においては、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３の差異はあるものの、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態では、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３を図７に示すようなジグザグ状としているので、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３における互いの交差部分ができるのを防止することができる。これより、第２金属部材８１に対するレーザー光ＬＢからのエネルギ密度のバラツキを抑制することができ、第２金属部材８１におけるより均一な温度上昇を図ることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る接合装置及び接合方法について、図８を用い説明する。図８は、第４実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４を示す模式平面図である。

なお、本実施形態においても、上記第１実施形態から上記第３実施形態との差異点は、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４にあり、他の構成並びに方法についての重ねての説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る接合装置においては、レーザー光ＬＢの走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４が、連続したクランク状に−Ｙ側に向けて延びる。このため、本実施形態に係るレーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３では、交差する箇所が存在しない。

そして、本実施形態においても、レーザー光ＬＢにおける照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４は、Ｘ方向における往復動に係る中心Ｌ_Ｃ４が、溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_７だけオフセットされている。また、本実施形態においても、レーザー光ＬＢは、第１金属部材８０に照射されないようになっており、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４は、−Ｘ側の折り返し端Ｌ_Ｅ３が溝部ＧＲの−Ｘ側端部Ｌ_ＧＲに対して、第２金属部材８１側（＋Ｘ側）に距離Ｗ_８だけ離れた位置となっている。

本実施形態においては、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４が連続したクランク状であるが、上記第１実施形態等と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ３を旋回とせず、連続したクランク状としているので、上記第３実施形態と同様に、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４における互いの交差部分ができるのを防止することができ、第２金属部材８１に対するレーザー光ＬＢからのエネルギ密度のバラツキを抑制することができ、より均一な温度上昇を図ることができる。

さらに、本実施形態では、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ４を連続したクランク状としているので、上記第３実施形態に比べて、Ｘ方向に延びる部分同士の間隔が等間隔であり、レーザー光ＬＢからのエネルギ密度の分布がより均一である。よって、本実施形態では、第２金属部材８１に対して、より均一な温度上昇を図ることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態に係る接合装置及び接合方法について、図９を用い説明する。図９は、第５実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８０と第２金属部材８１との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ５の一部を抜き出して示す模式平面図である。

なお、本実施形態においては、上記第４実施形態との差異点は、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ５における走査速度にあり、他の構成並びに方法についての重ねての説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態に係る接合装置を用いた異種金属部材８０，８１の接合においても、上記第４実施形態と同様に、連続したクランク状の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ５を以ってレーザー光ＬＢの照射位置を走査する。

本実施形態においては、走査の向きがＹ方向である場合において、溝部ＧＲ内を走査する場合（ポイントＰ_２１からポイントＰ_２２に至る区間での走査）と、溝部ＧＲから離れた領域を走査する場合（ポイントＰ_１１からポイントＰ_１２に至る区間での走査）と、で走査速度Ｖ_１，Ｖ_２を変更している。具体的には、ポイントＰ_１１からポイントＰ_１２に至る走査に係る速度をＶ_１とし、ポイントＰ_１１からポイントＰ_１２に至る走査に係る速度をＶ_２とするとき、次の関係を満たすようにしている。
［数１］Ｖ_１＜Ｖ_２
（数１）の関係は、コントローラ１５がレーザー光ＬＢの照射位置に対応して、テーブル１４における可動部１４１の移動速度Ｖ_Ｘを可変することにより実現できる。

本実施形態に係る接合装置を用いた異種金属部材８０，８１の接合では、レーザー光ＬＢの走査速度をＶ_１とＶ_２というように、照射領域に応じてテーブル１４の移動速度Ｖ_Ｘを可変とすることにより、融点が高い第１金属部材８０に近い領域でのエネルギ密度を低くし、当該第１金属部材８０の過度の温度上昇を更に確実に抑制することが可能となる。

［第６実施形態］
第６実施形態に係る接合装置及び接合方法について、図１０を用い説明する。図１０は、第６実施形態に係る接合装置を用いた第１金属部材８３と第２金属部材８４との接合において、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ６を示す模式平面図である。

なお、本実施形態においても、上記第１実施形態等と同様の構成並びに方法についての重ねての説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態では、角丸矩形であって、内方に楕円形の孔部が設けられた第２金属部材８４と、第２金属部材８４に設けられた孔部に合致する形状を有する第１金属部材８３との接合を行うものである。

図１０に拡大部分に示すように、本実施形態においても、第１金属部材８３と第２金属部材８４との突合せ部分に溝部ＧＲが設けられている。溝部ＧＲは、平面視で楕円形状をしている。

第２金属部材８４では、溝部ＧＲに面する部分が斜面状にテーパーカットされており、第１金属部材８３では、溝部ＧＲに面する端面が切り立っている。これらについては、上記第１実施形態等と同じである。

図１０に示すように、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ６は、第１金属部材８３と第２金属部材８４との突合せ面に沿うように、楕円形状を描いている。そして、本実施形態においても、走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ６は、溝部ＧＲを内縁として旋回するものであり、第１金属部材８３にはレーザー光ＬＢが直接照射されないようになっている。

本実施形態においても、レーザー光ＬＢの照射位置の走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ６を、図１０に示すような軌跡とすることにより、上記第１実施形態等と同様の効果を得ることができる。

［変形例］
上記第１実施形態から上記第６実施形態では、レーザー光偏向部１２によるレーザー光ＬＢの偏向と、テーブル１４の可動部１４１の可動とを連動することにより、各走査軌跡Ｌ_ＳＣＮ１〜Ｌ_ＳＣＮ６でのレーザー光ＬＢの照射を行うこととしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、接合対象である金属部材を載置するテーブルを固定しておき、レーザー光偏向部でＸ−Ｙの２次元的に操作することができるようにもできる。また、逆に、レーザー光ＬＢの照射位置を固定しておき、テーブルをＸ−Ｙの２次元移動させることとしてもよい。

また、レーザー光ＬＢの照射位置の走査には、マイクロミラーアレイなどを用いることも可能である。この場合、コントローラからマイクロミラーアレイの各ミラー素子に対して指令を送るようにすれば所望の軌跡でレーザー光ＬＢの照射位置を走査させることができる。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、第１金属部材８１，８３における溝部ＧＲを臨む端面８０ｂについて、Ｚ方向に沿って切り立った面としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。多少のテーパー角を持った斜面とすることができる。ただし、第２金属部材８１，８４の斜面８１ａよりも切り立った状態としておくことがレーザー光ＬＢの照射における差異を設ける上で望ましい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、融点が高い第１金属材料からなる第１金属部材８０，８３に対してはレーザー光ＬＢを照射しないこととしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。第２金属部材８１，８４に対するレーザー光ＬＢの照射に対して、相対的に低いエネルギ密度となるように、第１金属部材８０，８３に対してレーザー光ＬＢを照射することとしてもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、融点が高い第１金属材料の一例として炭素鋼を採用し、融点が低い第２金属材料の一例としてアルミニウム合金を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。本発明では、相対的に融点が高い第１金属材料からなる第１金属部材と、相対的に融点が低い第２金属材料からなる第２金属部材と、の接合に上記構成の接合装置１を用い接合を行うこととすれば、上記同様の効果を得ることができる。

例えば、マグネシウム（Ｍｇ）を含む材料（例えば、Ｍｇ合金）からなる部材とアルミニウム（Ａｌ）を含む材料（例えば、Ａｌ合金）からなる部材との接合や、Ｍｇを含む材料（Ｍｇ合金）からなる部材と、鉄を含む材料（例えば、炭素鋼）からなる部材との接合や、チタン（Ｔｉ）を含む材料（例えば、Ｔｉ合金）からなる材料とＡｌを含む材料（例えば、Ａｌ合金）からなる部材との接合などについても、上記接合装置１を用いた接合により上記同様の効果を得ることができる。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、ロウ材８２としてフラックス入りのロウ材を用いることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、フラックスレスでの接合でも、上記効果の内の少なくとも一部を得ることができるし、ロウ材とは別にフラックスを接合部分に供給するようにしてもよい。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、揺動ミラー１２２の揺動によりレーザー光ＬＢをＸ方向に走査することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、２つのプリズムの組み合わせによってレーザー光ＬＢを偏向させることもできる。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、第１金属部材８０，８３と第２金属部材８１，８４との突合せ面、即ち、接合予定線がＸ−Ｙ面方向に２次元的に延びることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、接合予定線がＸ−Ｙ−Ｚの３次元的に延びる場合にも、上記構成の採用が可能であり、上記同様の効果を得ることができる。

上記第１実施形態から上記第６実施形態では、第１金属部材８０，８３と第２金属部材８１，８４との端面同士を突合せ、当該突合せ部分を接合する（接合予定線とする）こととしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、第１金属部材の主面上に第２金属部材を重ね合わせ、当該重ね合わせにより形成される境界部分を接合予定線とすることができる。この場合においても、上記構成を有する接合装置１を用いて接合することにより、上記同様の効果を得ることができる。

１ 接合装置
１０ レーザー光発振器
１２ レーザー光偏向部
１３ ロウ材供給部
１４ テーブル
１５ コントローラ
８０，８３ 第１金属部材
８１，８４ 第２金属部材
８２ ロウ材
１２２ 揺動ミラー
１４１ 可動部
８２１ フラックス部

Claims (13)

1. 互いに融点の異なる金属材料からなる第１金属部材と第２金属部材とを、ロウ付けにより接合する接合装置において、
   レーザー光を発振するレーザー光発振手段と、
   前記レーザー光発振手段から発振された前記レーザー光の照射位置を走査するレーザー光走査手段と、
   前記第１金属部材と前記第２金属部材との接合予定線に沿ってロウ材を供給するロウ材供給手段と、
   前記レーザー光走査手段を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記第１金属部材を構成する第１金属材料の融点は、前記第２金属部材を構成する第２金属材料の融点よりも高く、
   前記接合予定線が延伸する方向を第１方向、前記第２金属部材における前記接合予定線を含む主面内において、前記第１方向に交差する方向を第２方向、前記第１方向及び前記第２方向の双方に対して交差する方向を第３方向とするとき、
   前記レーザー光は、前記第３方向の一方側から前記照射位置に対して照射され、
   前記コントローラは、前記レーザー光走査手段に対して、前記レーザー光の照射位置を、前記第１方向及び前記第２方向に走査させるとともに、前記第２方向には往復動させ、且つ、前記第２方向の走査における前記往復動に係る中心を前記第２金属部材の側にオフセットした状態で走査させる、
   異種金属部材の接合装置。
2. 請求項１記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記コントローラは、前記レーザー光走査手段に対して、前記第２方向における前記レーザー光の照射位置を、前記第２金属部材の側に限定して走査させる、
   異種金属部材の接合装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記レーザー光走査手段は、
   前記第１金属部材及び前記第２金属部材が載置され、前記第１方向に移動自在のテーブルと、
   前記レーザー光の光路中に介設された揺動ミラーを有し、当該揺動ミラーの揺動により、前記レーザー光の照射位置を前記第２方向に偏向するレーザー光偏向部と、
   を有する、
   異種金属部材の接合装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記コントローラは、前記レーザー光走査手段に対して、前記レーザー光の照射位置を前記第１方向及び前記第２方向を含む仮想面内で旋回するよう走査させる、
   異種金属部材の接合装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記第１金属材料は、鉄又は鉄を含む合金であり、
   前記第２金属材料は、アルミニウム又はアルミニウムを含む合金である、
   異種金属部材の接合装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記ロウ材は、フラックス入りのロウ材である、
   異種金属部材の接合装置。
7. 請求項１から請求項６の何れか記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記第１金属部材と前記第２金属部材とは突合せられ、当該突合せ部が前記接合予定線を構成し、
   前記第２金属部材は、前記第１金属部材との突合せ側の第２端面が、前記第３方向における前記レーザー光の入射側が斜面状にテーパーカットされている、
   異種金属部材の接合装置。
8. 請求項７記載の異種金属部材の接合装置であって、
   前記第１金属部材は、前記第２金属部材との突合せ側の第１端面が、前記第２端面よりも切り立っている、
   異種金属部材の接合装置。
9. 互いに融点の異なる金属材料からなる第１金属部材と第２金属部材とを、ロウ付けにより接合する接合方法において、
   レーザー光を発振するレーザー光発振ステップと、
   前記レーザー光発振ステップにおいて発振された前記レーザー光の照射位置を走査するレーザー光走査ステップと、
   前記第１金属部材と前記第２金属部材との接合予定線に沿ってロウ材を供給するロウ材供給ステップと、
   を備え、
   前記第１金属部材を構成する第１金属材料の融点は、前記第２金属部材を構成する第２金属材料の融点よりも高く、
   前記接合予定線が延伸する方向を第１方向、前記第２金属部材における前記接合予定線を含む主面内において、前記第１方向に交差する方向を第２方向、前記第１方向及び前記第２方向の双方に対して交差する方向を第３方向とするとき、
   前記レーザー光は、前記第３方向の一方側から前記照射位置に対して照射され、
   前記レーザー光走査ステップでは、前記レーザー光の照射位置を、前記第１方向及び前記第２方向に走査するとともに、前記第２方向には往復動させ、且つ、前記第２方向の走査における前記往復動に係る中心を前記第２金属部材の側にオフセットした状態で走査する、
   異種金属部材の接合方法。
10. 請求項９記載の異種金属部材の接合方法であって、
    前記レーザー光走査ステップでは、前記第２方向における前記レーザー光の照射位置を、前記第２金属部材の側に限定して走査する、
    異種金属部材の接合方法。
11. 請求項９又は請求項１０記載の異種金属部材の接合方法であって、
    前記レーザー光走査ステップは、
    前記第１金属部材及び前記第２金属部材が載置されるテーブルを、前記第１方向に移動するテーブル移動サブステップと、
    前記レーザー光の光路中に介設された揺動ミラーを揺動させ、当該揺動により前記レーザー光の照射位置を前記第２方向に偏向するレーザー光偏向サブステップと、
    を有する、
    異種金属部材の接合方法。
12. 請求項９から請求項１１の何れか記載の異種金属部材の接合方法であって、
    前記レーザー光走査ステップでは、前記レーザー光の照射位置を前記第１方向及び前記第２方向を含む仮想面内で旋回するよう走査する、
    異種金属部材の接合方法。
13. 請求項９から請求項１２の何れか記載の異種金属部材の接合方法であって、
    前記ロウ材供給ステップでは、フラックス入りのロウ材を供給する、
    異種金属部材の接合方法。

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