JP7049917B2 - 異種金属材料の接合構造、および異種金属材料の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種金属材料の接合構造、および異種金属材料の接合方法に関する。

従来、二つの部材を接合する技術として、レーザー光を照射して溶融固化させるレーザー溶接が知られている。レーザー溶接において、種類が異なる金属（以下、異種金属ともいう）同士を溶接する際、溶融によって金属間化合物が生成する金属の組み合わせは溶接することが困難であることが知られている。例えば、鉄鋼材料とチタン基合金とを重ね合わせて、一般的な方法で溶接すると、脆い金属間化合物が生成し、溶接部分に割れが発生しやすくなってしまう。このような現象によって溶接部に割れが発生した場合、溶接部分の機械的強度が低下してしまう。

そこで、金属間化合物の生成が予想される異種金属を溶接する際には、溶接部分における金属間化合物の生成量を少なくすることが望まれる。この要望に対し、金属間化合物の生成量を少なくする構造や方法が提案されている（特許文献１、２を参照）。

特許文献１には、異種金属の重ね合わせ溶接構造において、金属同士を突き合わせた突合せ部と、金属同士が重なり合う重ね部とを有し、突合せ部および重ね部には、一方の金属のみが溶融した溶接部がそれぞれ形成された構造が記載されている。

また、特許文献２には、異種金属のレーザー重ね合わせ接合方法について記載されている。特許文献２では、レーザーを照射する側の金属の表面よりも手前（光源側）にレーザー光の焦点が位置するようにしてレーザー光を金属に照射して厚さ方向に完全溶融させるとともに、その融液と重ね合わせた下側の金属との界面において固液拡散による層を形成させるようにして、脆い化合物層を生成することなく異種金属を接合している。

特開２００１－４７２４４号公報 特開２００１－２５２７７号公報

しかしながら、特許文献１は、二つの金属に突合せ部と重ね部との両方の溶接部を設けた場合は強度特性に優れるが、突合せ部および重ね部の一方にのみ溶接部を設ける構成では、接合強度が低いという問題があった。具体的には、突合せ部および重ね部の一方にのみ溶接部を設けた場合、せん断強度に対しては比較的強度は高いが、引き剥がし方向に対する強度は弱い。

また、特許文献２のレーザー重ね合わせ接合方法では、板状をなす二つの金属同士であれば、レーザー照射前に重ね合わせた際に金属同士の接触面積が大きく強固に接合できるが、板状の金属と断面が円の金属とを接合する場合、重ね合わせた際の接触面積が小さく十分な接合強度を得られないことがある。接触面積が小さいと、十分な接合強度が得られないことは、特許文献１でも同様である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる異種金属材料の接合構造、および異種金属材料の接合方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る異種金属材料の接合構造は、互いに組成が異なる金属からなる第一部材および第二部材を接合した接合構造であって、前記第二部材が曲面を有する接合構造において、前記第一部材の一部が溶融固化してなり、該溶融した部分が前記第二部材の曲面に密接する溶接部を有し、前記溶接部において、前記第一部材と前記第二部材とが密接した密接部分の少なくとも一部は、固液拡散してなることを特徴とする。

本発明に係る異種金属材料の接合構造は、上記発明において、前記密接部分には、前記第二部材と接する側に固液拡散層が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る異種金属材料の接合構造は、上記発明において、前記第一部材と前記第二部材とは、各部材の組成が、互いに溶融した際に金属間化合物を生成する金属の組み合わせであることを特徴とする。

本発明に係る異種金属材料の接合構造は、上記発明において、前記溶接部は、所定の方向において、前記第一部材の主面に前記第二部材を投影した投影領域よりも広く形成されることを特徴とする。

本発明に係る異種金属材料の接合方法は、互いに組成が異なる金属からなる第一部材および第二部材を接合する接合方法であって、前記第二部材が曲面を有する接合方法において、前記第一部材と前記第二部材とを当接し、前記第一部材側からレーザー光を照射して前記第一部材を溶融させ、溶融物を前記第二部材の前記曲面に広げて前記第二部材に密接させ、前記第二部材側の密接部分の少なくとも一部が固液拡散して接合することを特徴とする。

本発明によれば、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接構造を有する接合体の構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すＡ－Ａ線断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。 図６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。 図８は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る溶接構造を有する接合体の構成を示す斜視図である。 図１０は、図９の矢視Ｂ方向からみた接合体の平面図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。 図１２は、本発明の実施の形態２の変形例に係る溶接構造を有する接合体の構成を示す斜視図である。 図１３は、図１２の矢視Ｃ方向からみた接合体の平面図である。 図１４は、本発明の実施の形態２の変形例に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部の寸法の関係や比率は、現実と異なる。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接構造を有する接合体の構成を示す斜視図である。図１に示すＡ－Ａ線断面図である。図１および図２に示す接合体１は、板状をなす第一部材２と、棒状の第二部材３とを備え、第一部材２と第二部材３とが重なり合って接続した構成をなす。接合体１には、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２と第二部材３とを接合する溶接部４が形成されている。ここで、本明細書では、部材の表面を構成する表面のうち、最も面積の大きい表面を「主面」と呼ぶ。また、その主面間の厚さを板厚といい、板厚方向、および部材の長手方向と直交する方向の長さを幅という。接合体１は、第一部材２および第二部材３の長手方向が揃っている。以下の説明においては、部材（接合体１）の長手方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸方向、板厚方向をＺ軸方向として説明する。

第一部材２は、溶接時にレーザー光の照射側に面して配置される板状の部材である。第一部材２は、例えば、ステンレス等の金属製の材料を用いて構成される。

第二部材３は、溶接時に、第一部材２のレーザー光の照射側と反対側に接する棒状の部材である。第二部材３は、板状の第一部材２と比して、表面のなす曲率半径が小さい。第二部材３は、例えば、チタン基合金（例えばニッケル－チタン合金、Ti6AL‐4V）や、純チタン等の金属製の材料（ワイヤ）を用いて構成される。なお、本実施の形態１では、第二部材３は円柱状をなすものとして説明するが、パイプ状をなすものであってもよい。

第一部材２および第二部材３は、互いに組成の異なる金属であって、互いに溶融した際に、金属間化合物を生成する組み合わせの金属からなる。

第一部材２と第二部材３とは、レーザー光によるスポット溶接によって接続される。具体的に、接合体１には、図１および図２に示すように、第一部材２と第二部材３とを接続する溶接部４が形成されている。溶接部４は、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接ビードは、スポット溶接によって第一部材２の一部が溶融した後に固化してなる。

溶接部４は、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２に連なっている。具体的には、非溶融部分が第一部材２に相当し、溶融部分が溶接部４に相当する。溶接部４は、幅方向において、第一部材２の主面に第二部材３を投影した投影領域よりも広く形成されている。例えば、図２において、溶接部４の幅（図２中の左右方向の長さ）は、第二部材３の直径よりも大きい。

また、溶接部４は、レーザー溶接によって第一部材２の一部が溶融した溶融物が第二部材３の表面に密接する密接部４１を有する。密接部４１は、第二部材３の表面の一部を覆っている。密接部４１の第二部材３側には、固液拡散層４２が形成されている。固液拡散層４２は、液相状態の第一部材２と、固相状態の第二部材３とが接触し、第一部材２と第二部材３との構成元素の両方が存在している領域において互いに拡散し、その後固化してなる。

また、溶接部４は、第一部材２から凸状に突出している。ここでいう「凸状」とは、第一部材２の主面と平行な直線と、溶接部４の第一部材２側から突出する基端面における接線とのなす角度θ₁が鈍角となる形状である。

次に、上述した接合体１の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。図３は、レーザー溶接前の第一部材２および第二部材３を板厚方向に重ねた状態を示しており、図１に示すＡ－Ａ線断面に対応している。

まず、第一部材２と第二部材３とを当接させる（図３参照）。この際、第二部材３は、第一部材２の主面に対し、線接触した状態となっている。また、この際、第二部材３は、第一部材２に対して、重力方向（図３の矢印Ｇ）の下側に配置される。

第一部材２と第二部材３とを重ね合わせ（図３参照）、その後、第一部材２の第二部材３と接触する側と反対側の主面に向けてレーザー光を照射して溶接する。レーザー光は、発振周期をナノ秒から数秒単位で制御可能である。レーザー光の照射範囲は、幅方向において第二部材３の直径よりも大きい範囲Ｒ_Iに設定される。ここで、第二部材３の直径は、長手方向と直交する断面（円）の直径である。レーザー光を照射すると、溶接ビードが形成される。この際、第一部材２の溶融物は、重力によって第二部材３側に垂れ、第二部材３の表面に広がった後、溶接部４が形成される。また、溶接部４の形成段階では、溶融物が第二部材３に密接するとともに、その密接部分において液相状態の第一部材２と、固相状態の第二部材３とが固液拡散して固液拡散層４２を形成する。溶接部４は、熱伝導によって、レーザー光の照射範囲Ｒ_Iよりも幅方向に広い範囲Ｒ_Mに形成される。溶接部４と第二部材３との接触面積は、レーザー溶接前の第一部材２と第二部材３との接触面積より大きい。このようにして、図１および図２に示す溶接部４が形成された接合体１が完成する。

例えば、板厚が０．０４ｍｍのステンレス製の第一部材２と、φ０．１ｍｍのニッケル－チタン合金製の第二部材３とを用いてレーザー溶接を行った。この第一部材２と第二部材３とを重ね合わせ、レーザー溶接した。レーザー溶接には、スポット径がφ０．３ｍｍ、レーザー出力が２４０Ｗ、パルス幅が１．５ミリ秒のレーザー光を用いた。照射範囲（スポット径）には、幅方向で第二部材３をすべて含んでいる。レーザー溶接によって、ステンレス（第１部材２）の一部が溶融して、ニッケル－チタン合金（第二部材３）の表面に広がり、その後固化して溶接部４が形成された。これにより、図１に示す接合体１が得られた。この溶接部４には、第二部材３との密接部分（密接部４１）において固液拡散層４２が形成されている。
また、比較例として、上述した第一部材２と第二部材３とをレーザー溶接して接合した接合体であって、固液拡散層４２を有しない接合体を作製した。比較例に係る接合体は、第一部材２の一部と第二部材３の一部とが溶融することによって溶接部が形成される。
その後、得られた接合体１と、比較例の接合体について、Ｘ軸方向（図１参照）の引張強度を測定した。接合体１の引張強度は、約７Ｎであった。これに対し、比較例の接合体の引張強度は、３Ｎであった。このことから、固液拡散層４２を設けることによって、強度を向上した接合体が得られることがわかる。

以上説明した本発明の実施の形態１では、第一部材２と、第一部材２よりも曲率半径の小さい第二部材３とをレーザー溶接して形成した溶接部４において、第二部材３と密接する密接部４１に固液拡散層４２を設けるようにした。本実施の形態１によれば、固液拡散層４２を有し、第二部材２の表面に広がる溶接部４の形成によって、レーザー溶接時の溶融によって生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

なお、上述した実施の形態１では、発振周期をナノ秒から数秒単位で制御可能なレーザー光を照射するものとして説明したが、第一部材２および第二部材３を溶融して固化させることができれば、これに限らず、連続波のレーザー光の照射を行ってもよい。

また、上述した実施の形態１において、溶接部４は、一箇所にレーザー光を照射して形成してもよいし、複数箇所にレーザー光を照射し、一部で繋がる複数の溶接ビードを形成して、これを溶接部としてもよい。

また、上述した実施の形態１では、溶接部４において、密接部４１の第二部材３側に固液拡散層４２が形成されているものとして説明したが、第二部材３と密接する部分の一部において固液拡散層が形成されていればよく、密接部４１全体が固液拡散されてなるものであってもよい。

また、上述した実施の形態１において、溶接部４は、幅方向において、第一部材２の主面に第二部材３を投影した投影領域よりも大きいものとして説明したが、溶接部４が第二部材３の表面に広がっていれば、第一部材２における溶接部４の形成領域は、上述した投影領域よりも小さいものであってもよい。

（実施の形態１の変形例１）
図４は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。変形例１に係る接合体１Ａは、板状をなす第一部材２と、棒状の第二部材３とを備え、第一部材２と第二部材３とが重なり合って接続した構成をなす。接合体１Ａには、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２と第二部材３とを接合する溶接部４Ａが形成されている。以下、上述した実施の形態１とは異なる溶接部４Ａについて説明する。

溶接部４Ａは、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接部４Ａは、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２に連なっている。具体的には、非溶融部分が第一部材２に相当し、溶融部分が溶接部４Ａに相当する。

また、溶接部４Ａは、第二部材３の表面の一部を覆って第二部材３の表面に密接する密接部４１Ａを有する。密接部４１Ａの第二部材３側には、固液拡散層４２Ａが形成されている。固液拡散層４２Ａは、液相状態の第一部材２と、固相状態の第二部材３とが互いに拡散し、その後固化してなる。

また、溶接部４Ａは、第一部材２から凹状に突出している。ここでいう「凹状」とは、第一部材２の主面と平行な直線と、溶接部４Ａの第一部材２側から突出する基端面における接線とのなす角度θ₂が鋭角となる形状である。溶接部４Ａは、第一部材２から突出した後、第二部材３の表面にならって放射状に広がっている。

本変形例１においても、上述した実施の形態１と同様に、固液拡散層４２Ａを有し、第二部材３の表面に広がる溶接部４Ａの形成によって、レーザー溶接時の溶融によって生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

（実施の形態１の変形例２）
図５は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。変形例２に係る接合体１Ｂは、板状をなす第一部材２と、棒状の第二部材３とを備え、第一部材２と第二部材３とが重なり合って接続した構成をなす。接合体１Ｂには、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２と第二部材３とを接合する溶接部４Ｂが形成されている。以下、上述した実施の形態１とは異なる溶接部４Ｂについて説明する。

溶接部４Ｂは、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接部４Ｂは、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２に連なっている。溶接部４Ｂは、第一部材２から凸状に突出している。

溶接部４Ｂは、幅方向に光軸の位置を変えて複数回（本変形例２では３回）レーザー光を照射して形成される。図６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。溶接部４Ｂは、まず、第二部材３を通過する光軸Ｎ_L1のレーザー光Ｌ₁を照射して第１溶接部４１を形成する。その後、第二部材３から外れた位置を通過する光軸Ｎ_L2のレーザー光Ｌ₂を照射して第２溶接部４２を形成する。さらに、第二部材３から外れた位置であり、光軸Ｎ_L1に対して光軸Ｎ_L2とは反対側を通過する光軸Ｎ_L3のレーザー光Ｌ₃を照射して第３溶接部４３を形成する。ここで、溶接時の第一部材２と第二部材３とは、上述した実施の形態１と同様に、第二部材３が、第一部材２に対して重力方向（矢印Ｇ）の下側に配置される。なお、レーザー光Ｌ₁によって形成される第１溶接部４１は、例えば、上述した実施の形態１の溶接部４に相当する。また、レーザー光Ｌ₂、Ｌ₃の照射範囲は、レーザー光Ｌ₁の照射範囲よりも狭い。

また、溶接部４Ｂは、第１溶接部４１、第２溶接部４２および第３溶接部４３にわたり形成され、第二部材３の表面の一部を覆って第二部材３の表面に密接する密接部４１Ｂを有する。密接部４１Ｂの第二部材３側には、固液拡散層４２Ｂが形成されている。固液拡散層４２Ｂは、第１溶接部４１、第２溶接部４２および第３溶接部４３を形成する段階において、液相状態の第一部材２と、固相状態の第二部材２とが互いに拡散し、その後固化してなる。

本変形例２においても、上述した実施の形態１と同様に、固液拡散層４２Ｂを有し、第二部材２の表面に広がる溶接部４Ｂの形成によって、レーザー溶接時の溶融により生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

また、本変形例２では、複数の溶接部（第１溶接部４１、第２溶接部４２および第３溶接部４３）を形成することによって、第二部材３に対して一層広範囲に溶接部４Ｂを密着させ、第一部材２と第二部材３とを一段と強固に接合することができる。

なお、上述した実施の形態１および変形例１、２では、溶接部４、４Ａ、４Ｂが、長手方向と平行かつ幅方向と直交する平面であって、第二部材３の中心軸を通過する平面（例えば図２に示す平面Ｐ₁）に対して対称性を有するものを例に説明したが、対称性を有しない構成、例えば、図２に示す断面において、上述した平面Ｐ₁に対し、左右の形状が異なるものであってもよい。

（実施の形態１の変形例３）
図７は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。変形例３に係る接合体１Ｃは、断面がアーチ状をなして延びる第一部材２Ａと、棒状の第二部材３とを備え、第一部材２Ａと第二部材３とが重なり合って接続した構成をなす。第一部材２Ａの第二部材３に接する側の曲率半径は、第二部材３の曲率半径よりも大きい。接合体１Ｃには、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２Ａと第二部材３とを接合する溶接部４Ｃが形成されている。第二部材３は、上述した実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。

第一部材２Ａは、溶接時にレーザー光の照射側に面して配置される部材である。第一部材２Ａは、上述したように、断面がアーチ状をなして延びる半円筒形状をなす。第一部材２Ａは、例えば、ステンレス等の金属製の材料を用いて構成される。

接合体１Ｃは、第一部材２Ａの主面が幅方向で互いに向き合う側に第二部材３が配置され、溶接部４Ｃによって第一部材２Ａと第二部材３とが接続される。

溶接部４Ｃは、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接部４Ｃは、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２Ａに連なっている。溶接部４Ｃは、第一部材２Ａから凹状に突出している。

また、溶接部４Ｃは、第二部材３の表面の一部を覆って第二部材３の表面に密接する密接部４１Ｃを有する。密接部４１Ｃの第二部材３側には、固液拡散層４２Ｃが形成されている。固液拡散層４２Ｃは、液相状態の第一部材２Ａと、固相状態の第二部材３とが互いに拡散し、その後固化してなる。

以上説明した変形例３のように、第二部材３よりも曲率半径の大きい第一部材２Ａと、第二部材３とを溶接して接続する場合であっても、上述した実施の形態１と同様に、固液拡散層４２Ｃを有し、第二部材２Ａの表面に広がる溶接部４Ｃの形成によって、レーザー溶接時の溶融によって生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

（実施の形態１の変形例４）
図８は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る溶接構造を有する接合体を示す断面図である。変形例４に係る接合体１Ｄは、断面がアーチ状をなして延びる第一部材２Ｂと、棒状の第二部材３とを備え、第一部材２Ｂと第二部材３とが重なり合って接続した構成をなす。第一部材２Ｂの第二部材３に接する側の曲率半径は、第二部材３の曲率半径よりも大きい。接合体１Ｄには、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２Ｂと第二部材３とを接合する溶接部４Ｄが形成されている。

第一部材２Ｂは、溶接時にレーザー光の照射側に面して配置される部材である。第一部材２Ｂは、上述したように、断面がアーチ状をなして延びる半円筒形状をなす。第一部材２Ａは、例えば、ステンレス等の金属製の材料を用いて構成される。

接合体１Ｄは、第一部材２Ｂの主面が幅方向で互いに向き合う側と反対側に第二部材３が配置され、溶接部４Ｄによって第一部材２Ｂと第二部材３とが接続される。すなわち、本変形例４にかかる接合体１Ｄは、上述した変形例３にかかる接合体１Ｃにおいて、第一部材２Ｂを反対向きにして、溶接部４Ｄによって接続した構造をなしている。

溶接部４Ｄは、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接部４Ｄは、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２Ｂに連なっている。溶接部４Ｄは、第一部材２Ｂから凹状に突出している。

また、溶接部４Ｄは、第二部材３の表面の一部を覆って第二部材３の表面に密接する密接部４１Ｄを有する。密接部４１Ｄの第二部材３側には、固液拡散層４２Ｄが形成されている。固液拡散層４２Ｄは、液相状態の第一部材２Ｂと、固相状態の第二部材３とが互いに拡散し、その後固化してなる。

以上説明した変形例４のように、第二部材３よりも曲率半径の大きい第一部材２Ｂと、第二部材３とを溶接して接続する場合であっても、上述した実施の形態１と同様に、固液拡散層４２Ｄを有し、第二部材２Ｂの表面に広がる溶接部４Ｄの形成によって、レーザー溶接時の溶融によって生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図９～図１１を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態１に係る溶接構造を有する接合体の構成を示す斜視図である。図１０は、図９の矢視Ｂ方向からみた接合体の平面図である。本実施の形態２に係る接合体１Ｅは、円筒状の第一部材２Ｃと、円柱状の第二部材３Ａを備える。接合体１Ｅには、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２Ｃと第二部材３Ａとを接合する溶接部４Ｅが形成されている。本実施の形態２では、Ｙ軸方向が、筒の中心軸方向に相当する。また、Ｘ軸方向およびＺ軸方向は、それぞれ筒の径方向であり、厚さ方向に相当する。

第一部材２Ｃは、溶接時にレーザー光の照射側に面して配置される円筒状の部材である。第一部材２Ｃは、例えば、ステンレス等の金属製の材料を用いて構成される。

第二部材３Ａは、溶接時に、第一部材２Ｃのレーザー光の照射側と反対側に接する円柱状の部材である。第二部材３Ａは、板状の第一部材２Ｃと比して、表面のなす曲率半径が小さい。第二部材３Ａは、例えば、ニッケル－チタン合金や純チタン等の金属製の材料を用いて構成される。

第一部材２Ｃおよび第二部材３Ａは、互いに組成の異なる金属であって、互いに溶融した際に、金属間化合物を生成する組み合わせの金属からなる。

溶接部４Ｅは、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接部４Ｅは、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２Ｃに連なっている。溶接部４Ｅは、第一部材２Ｃの外周側から第二部材３Ａの表面に広がっている。

また、溶接部４Ｅは、第二部材３Ａの表面の一部を覆って第二部材３Ａの表面に密接する密接部４１Ｅを有する。密接部４１Ｅの第二部材３Ａ側には、固液拡散層４２Ｅが形成されている。固液拡散層４２Ｅは、液相状態の第一部材２Ｃと、固相状態の第二部材３Ａとが互いに拡散し、その後固化してなる。

次に、上述した接合体１Ｅの製造方法について説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。まず、第一部材２Ｃと第二部材３Ａとを当接させる（図１１参照）。この際、第二部材３Ａは、第一部材２Ｃの主面に対し、線接触した状態となっている。また、この際、第二部材３Ａは、第一部材２Ｃに対して、重力方向（矢印Ｇ）の下側に配置される。

第一部材２Ｃと第二部材３Ａとを重ね合わせた後、第一部材２Ｃの第二部材３Ａと接触する側と反対側の面であり、第一部材２Ｃの内周面に向けてレーザー光Ｌを照射して溶接する（図１１参照）。レーザー光Ｌは、第一部材２Ｃの外側から内部に向けて出射される。レーザー光Ｌの光軸Ｎ_Lは、上述した中心軸方向および厚さ方向に対して傾斜している。レーザー光Ｌを照射すると、溶接ビードが形成される。この際、第一部材２Ｃの溶融物は、重力によって第二部材３Ａ側に垂れ、第二部材３Ａの表面に広がった後、溶接部４Ｅが形成される。溶接部４Ｅには、上述した密接部４２Ｅが形成される。溶接部４Ｅと第二部材３Ａとの接触面積は、レーザー溶接前の第一部材２Ｃと第二部材３Ａとの接触面積より大きい。このようにして、図９および図１０に示す溶接部４Ｅが形成された接合体１Ｅが完成する。

以上説明した本発明の実施の形態２では、第一部材２Ｃと、第一部材２Ｃよりも曲率半径の小さい第二部材３Ａとをレーザー溶接して形成した溶接部４Ｅにおいて、第二部材３Ａと密接する密接部４１Ｅに固液拡散層４２Ｅを設けるようにした。本実施の形態２によれば、固液拡散層４２Ｅを有し、第二部材２Ｃの表面に広がる溶接部４Ｅの形成によって、レーザー溶接時の溶融によって生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

（実施の形態２の変形例）
次に、本発明の実施の形態２について、図１２～図１４を参照して説明する。図１２は、本発明の実施の形態２の変形例に係る溶接構造を有する接合体の構成を示す斜視図である。図１３は、図１２の矢視Ｃ方向からみた接合体の平面図である。本変形例に係る接合体１Ｆは、円柱状の第一部材２Ｄと、円筒状の第二部材３Ｂを備える。接合体１Ｆには、レーザー溶接によって一部が溶融固化してなり、第一部材２Ｄと第二部材３Ｂとを接合する溶接部４Ｆが形成されている。

第一部材２Ｄは、溶接時にレーザー光の照射側に面して配置される円柱状の部材である。第一部材２Ｄは、例えば、ステンレス等の金属製の材料を用いて構成される。

第二部材３Ｂは、溶接時に、第一部材２Ｄのレーザー光の照射側と反対側に接する円柱状の部材である。第二部材３Ｂは、板状の第一部材２Ｄと比して、表面のなす曲率半径が大きい。第二部材３Ｂは、例えば、ニッケル－チタン合金や純チタン等の金属製の材料を用いて構成される。

第一部材２Ｄおよび第二部材３Ｂは、互いに組成の異なる金属であって、互いに溶融した際に、金属間化合物を生成する組み合わせの金属からなる。

溶接部４Ｆは、スポット溶接によって形成される溶接ビードである。溶接部４Ｆは、溶融部分と非溶融部分とを境界として第一部材２Ｄに連なっている。溶接部４Ｆは、第一部材２Ｄの外周側から第二部材３Ｂの外表面に広がっている。

また、溶接部４Ｆは、第二部材３Ｂの表面の一部を覆って第二部材３Ｂの表面に密接する密接部４１Ｆを有する。密接部４１Ｆの第二部材３Ｂ側には、固液拡散層４２Ｆが形成されている。固液拡散層４２Ｆは、液相状態の第一部材２Ｄと、固相状態の第二部材３Ｂとが互いに拡散し、その後固化してなる。

次に、上述した接合体１Ｆの製造方法について説明する。図１４は、本発明の実施の形態２の変形例に係る接合体の溶接部の生成を説明する図である。まず、第一部材２Ｄと第二部材３Ｂとを当接させる（図１４参照）。この際、第二部材３Ｂは、第一部材２Ｄの主面に対し、線接触した状態となっている。また、この際、第二部材３Ｂは、第一部材２Ｄに対して、重力方向（矢印Ｇ）の下側に配置される。

第一部材２Ｄと第二部材３Ｂとを重ね合わせた後、第一部材２Ｄの第二部材３Ｂと接触する側と反対側の面であり、第一部材２Ｄの表面に向けてレーザー光Ｌを照射して溶接する（図１４参照）。レーザー光Ｌの光軸Ｎ_Lは、例えば、第一部材２Ｄの中心軸と、第二部材３Ｂの中心軸とを通過する。レーザー光Ｌを照射すると、溶接ビードが形成される。この際、第一部材２Ｄの溶融物は、重力によって第二部材３Ｂ側に垂れ、第二部材３Ｂの表面に広がった後、溶接部４Ｆが形成される。溶接部４Ｆには、上述した密接部４２Ｆが形成される。溶接部４Ｆと第二部材３Ｂとの接触面積は、レーザー溶接前の第一部材２Ｄと第二部材３Ｂとの接触面積より大きい。このようにして、図１２および図１３に示す溶接部４Ｆが形成された接合体１Ｆが完成する。

本変形例においても、上述した実施の形態２と同様に、固液拡散層４２Ｆを有し、第二部材２Ｄの表面に広がる溶接部４Ｆの形成によって、レーザー溶接時の溶融によって生じる金属間化合物の生成が抑制されるため、重ね合わせた際の接触面積が小さい部材同士を強固に接合することができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみに限定されるべきものではない。

このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ 接合体
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 第一部材
３、３Ａ、３Ｂ 第二部材
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ 溶接部
４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ 密接部
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ、４２Ｆ 固液拡散層

Claims (5)

1. 互いに組成が異なる金属であって、互いに溶融した際に、金属間化合物を生成する組み合わせの金属からなる第一部材および第二部材を接合した接合構造であって、前記第二部材が曲面を有する接合構造において、
   前記第一部材の一部が溶融固化してなり、該溶融した部分が前記第二部材の曲面に密接する溶接部を有し、
   前記溶接部において、前記第一部材と前記第二部材とが密接した密接部分の少なくとも一部は、固液拡散することによって溶融によって生じる前記金属間化合物の生成が抑制されてなる
   ことを特徴とする異種金属材料の接合構造。
2. 前記密接部分には、前記第二部材と接する側に固液拡散層が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の異種金属材料の接合構造。
3. 前記第一部材と前記第二部材とは、各部材の組成が、互いに溶融した際に金属間化合物を生成する金属の組み合わせである
   ことを特徴とする請求項１に記載の異種金属材料の接合構造。
4. 前記溶接部は、所定の方向において、前記第一部材の主面に前記第二部材を投影した投影領域よりも広く形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の異種金属材料の接合構造。
5. 互いに組成が異なる金属であって、互いに溶融した際に、金属間化合物を生成する組み合わせの金属からなる第一部材および第二部材を接合する接合方法であって、前記第二部材が曲面を有する接合方法において、
   前記第一部材と前記第二部材とを当接し、
   前記第一部材側からレーザー光を照射して前記第一部材を溶融させ、溶融物を前記第二部材の前記曲面に広げて前記第二部材に密接させ、前記第二部材側の密接部分の少なくとも一部が固液拡散して溶融によって生じる前記金属間化合物の生成が抑制された状態で接合する
   ことを特徴とする異種金属材料の接合方法。

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