WO2009131124A1

WO2009131124A1 - 金属部材の接合方法、接合構造、および、ろう材

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Publication number: WO2009131124A1
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Inventors: 泰成脇坂; 徳二奥村; 孝典鈴木
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Abstract

　Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材とをＺｎ系ろう材で接合する際に、Ｆｅ系金属部材の被接合部をＦｅ系材料の融点以上の温度で加熱する。

Description

金属部材の接合方法、接合構造、および、ろう材

　本発明は、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との間にろう材を介在して、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材とを接合する金属部材の接合方法および接合構造、および、ろう材に関する。

　各種継手等の金属部材の接合構造は、異種金属部材の接合により製造されている。異種金属部材の接合では、それら金属部材の間に介在させたろう材に、レーザビームを照射して加熱してブレージング（ろう付）を行っている。これにより、異種金属部材の間に接合層を形成することにより、金属部材の接合構造を製造している。

　たとえば、異種金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材およびＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材を用いる場合、ＡｌとＺｎは化合物層を形成せず、広い範囲で共晶組織となるから、ろう材としてＺｎ系ろう材を用いている。これにより、Ａｌ系金属部材と接合層との間の強度を確保することができる。

　ここで、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部に形成される反応層（たとえば金属間化合物層）の成長を抑制するために、反応温度を低下させ、反応時間を短縮することが有効であるから、Ｚｎ系ろう材の添加元素として、Ｚｎとの共晶によりろう材の融点を低下させるＡｌが用いられている（たとえば特許文献１参照）。

　しかしながら、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部に形成される金属間化合物層が脆弱である場合には、そこで破断が生じる虞があった。その結果、異種金属部材の接合構造の強度は、同種金属部材の接合構造のものより非常に低下していた。

　また、レーザ照射による接合を低温で行うと、異種金属部材の被接合部への入熱は、ろう材表面からの熱伝導で行われるため、被接合部の境界部では、部位毎に熱履歴が異なる。このため、被接合部の境界部では、反応層が不均一に成長し、部分的に未反応層が形成されたり、反応層が厚くなったりし、その結果、接合強度が低下していた。特に、異種金属部材の接合では、良好な接合を得るためには、同種金属部材の場合とは異なり、接合温度の領域が所定領域に限定されるから、上記熱履歴による問題は深刻であった。

特許第３７４０８５８号公報

　本発明の一以上の実施例は、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部分の接合強度を高めることにより、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合強度の向上を図ることができる金属部材の接合方法および接合構造を提供する。

　本発明者は、Ｚｎ系ろう材を用いたＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合時の加熱技術について鋭意研究を重ねた。Ｚｎ系ろう材を用いた従来の接合では、Ｆｅ系金属部材を溶かさないようにＺｎ系ろう材のみを加熱していた。これに対して、本発明者は、研究の結果、Ｆｅ系金属部材の被接合部を、Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱して溶かすことにより、Ｆｅ系金属部材とＺｎ系ろう材からなる接合層との接合強度を高めることができることを見出した。

　本発明の一以上の実施例によれば、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との間にＺｎ系ろう材を介在して、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材とを接合する接合方法において、接合時に、Ｆｅ系金属部材の被接合部を、Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱する。

　上記実施例の金属部材の接合方法では、接合時に、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材の被接合部を、Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱するので、Ｆｅ系金属部材とＺｎ系ろう材からなる接合層との境界部に、Ａｌを主成分とするＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層を形成することができる。その金属間化合物層は、高延性を有するので、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合強度を高めることができる。したがって、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材の接合強度の向上を図ることができる。また、上記のようにＦｅ系金属部材の被接合部を、Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱するので、Ｚｎ系材料およびＦｅ－Ｚｎ系材料は蒸気化する。これにより、ＧＡメッキ、ＧＩメッキなどのメッキの種類に関係なく、Ｆｅ系材料に施されたメッキ部分が蒸気化するから、メッキの種類に関係なく、良好な接合部を得ることができる。さらに、Ｆｅ系材料表面の酸化被膜を過熱による溶融および蒸気化の際の蒸気圧で除去するから、フラックスを用いなくても、良好な異材接合を行うことができる。なお、被接合部とは、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との間の接合予定部のことを表し、接合部とは、接合後の接合予定部のことを表している。

　また、上記実施例の金属部材の接合方法に、種々の構成を用いることができる。たとえば、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材とで開先形状を形成し、その開先形状にＺｎ系ろう材を配置し、接合では、レーザビームの中心線を開先形状の中心線よりもＦｅ系金属部材側に位置させることができる。この態様では、Ｆｅ系金属部材のＦｅ系材料を重点的に溶融させることができるので、Ｆｅ系金属部材と接合層の境界部の全てで金属間化合物層を安定した層状に形成することができる。また、Ａｌ系金属部材のＡｌ系材料が過度に加熱されないので、Ａｌ系材料が溶け落ちることを防止することができる。したがって、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材の接合強度の向上をさらに図ることができる。

　また、接合時にＦｅ系金属部材にキーホールを形成するようにして、Ｆｅ系金属部材の被接合部を加熱することができる。なお、キーホールとは、金属部材が溶融することにより形成される空洞部のことである。この態様では、接合時にＦｅ系金属部材の溶融部にＺｎ系ろう材が流入するので、接合層がＦｅ系金属部材に嵌合した形状を得ることができる。また、キーホール内ではレーザが多重反射するから、エネルギー密度が高く、かつキーホール内表面の温度が均一に保たれる。これにより、Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属化合物層が接合部の上部、中央部、下部にわたって均一に形成することができる。したがって、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合部の強度をさらに高めることができるので、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材の接合強度の向上をさらに図ることができる。

　また、本発明の一以上の実施例によれば、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材とがＺｎを主成分とする接合層を間にして接合された接合構造において、接合層はＡｌを含み、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部に、Ａｌを主成分とするＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されている。なお、上記実施例のの金属部材の接合構造体に、種々の構成を用いることができる、たとえば接合層がＦｅ系金属部材に嵌合されている形状を有することができる。

　上記実施例の金属部材の接合方法または接合構造によれば、Ｆｅ系金属部材とＺｎ系ろう材からなる接合層との境界部に、Ａｌを主成分とするＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層を形成することができる。そして、その金属間化合物層は、高延性を有するので、Ｆｅ系金属部材と接合層の接合強度を高めることができる等の効果を得ることができる。

　また、本発明の一以上の実施例は、異種金属部材の接合構造において同種金属部材の接合構造と略同程度の強度を得ることができるろう材およびそれを用いた金属部材の接合方法を提供する。

　また、本発明者は、金属部材としてＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材を用いた異種金属接合に適用されるろう材について鋭意研究を重ねた。従来では、ＺｎにＳｉを添加した場合、図１８（Ａ）に示すように、その材料の融点が、Ｓｉの添加に従い上昇して６００～９００℃程度と高くなるため、ＳｉはＺｎ系ろう材の添加元素として検討されていなかった。Ｚｎ系ろう材の添加元素として通常用いられているのは、図１８（Ｂ）に示すように、Ｚｎとの共晶によりろう材の融点を低下させるＡｌである。なお、図１８（Ａ）はＺｎＳｉの２元平衡状態図、図１８（Ｂ）はＺｎＡｌの２元平衡状態図である（出典：BinaryAlloyPhaseDiagrams、ASMInternational,MaterialsPark）。

　これに対して、本発明者は、添加元素としてＳｉを含有させたＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いることにより、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部に金属間化合物層が形成されないことを見出した。

　本発明の一以上の実施例によれば、のろう材は、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との接合に用いられるろう材であって、Ｚｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなる。

　添加元素としてＳｉを含有させたＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いることにより、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との異種金属部材接合を行うので、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部に金属間化合物層が形成されない。Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部の金属間化合物層が脆弱である場合、接合構造体の強度低下を招いていたが、Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材を用いることによりそのような金属間化合物層が形成されないから、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部の強度を図ることができる。その結果、同種金属部材接合と略同等の接合強度を得ることができる。

　上記実施例のろう材には、種々の構成を用いることができる。たとえば、Ｓｉ：０．２５～２．５重量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなることができる。この態様では、接合強度（特にピール強度）をさらに向上させることができる。

　また、本発明の一以上の実施例によれば、金属部材の接合方法は、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との間にろう材を介在して、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材とを接合する接合方法であって、ろう材は、Ｚｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなる。

　また、本発明の一以上の実施例によれば、金属部材の接合方法に種々の構成を用いることができる。たとえば、被接合部のＦｅ系金属部材をＦｅ系材料の融点以上の温度で加熱を行うことができる。この態様では、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材の被接合部をＦｅ系材料の融点以上の温度で加熱するので、接合時にＦｅ系金属部材の被接合部にキーホールを形成することができる。なお、キーホールとは、金属部材が溶融することにより形成される空洞部のことである。また、被接合部とは、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合予定部のことを表し、接合部とは、接合後の接合予定部のことを表している。

　レーザ照射による加熱では、キーホール内でレーザビームが多重反射するから、キーホール内でエネルギー密度が高くなり、キーホール内の上側から下側までの全表面が略均一に加熱される。これにより、被溶接部の加熱後、キーホール内に入り込んだ溶融Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材は、キーホール内の全表面と一様に反応することができる。したがって、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部の強度をさらに高めることができるので、接合構造体の接合強度の向上をさらに図ることができる。

　また、Ｚｎ系材料およびＦｅ－Ｚｎ系材料は蒸気化する。これにより、ＧＡメッキ、ＧＩメッキなどのメッキの種類に関係なく、Ｆｅ系材料に施されたメッキ部分が蒸気化するから、メッキの種類に関係なく、良好な接合部を得ることができる。さらに、Ｆｅ系材料表面の酸化被膜を過熱による溶融および蒸気化の際の蒸気圧で除去するから、フラックスを用いなくても、異材金属部材接合を良好に行うことができる。

　本発明の一以上の実施例に係るろう材あるいはそれを用いた金属部材の接合方法によれば、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部に脆弱な金属間化合物層が形成されないから、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部の強度を図ることができ、その結果、接合構造体は、同種金属部材接合と略同等の接合強度を得ることができる等の効果を得ることができる。

　また、本発明の一以上の実施例は、異種金属部材の被接合部の境界部での部位毎の熱履歴の発生を防止することにより、接合強度を向上させることができる金属部材の接合方法を提供する。

　本発明の一以上の実施例によれば、レーザビームを熱源として用いて複数の金属部材をろう材により接合する接合方法において、金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材を用い、ろう材として、Ｚｎ系ろう材を用い、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材の接合では、レーザビームの照射によりろう材を蒸発させるとともに、金属部材の被溶接部を溶融してキーホールを形成し、キーホール内でレーザビームを多重反射させる。なお、キーホールとは、金属部材が溶融することにより形成される空洞部のことである。また、下記被接合部とは、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合予定部のことを表し、接合部とは、接合後の接合予定部のことを表している。

　上記実施例の接合方法では、レーザビームの照射によりろう材を蒸発させ、金属部材の被溶接部を溶融してキーホールを形成している。このような被溶接部の加熱中、蒸発したろう材は、キーホール内に充満し、それ以外のろう材は、キーホールの上端部周辺に、溶融金属とともに存在する。それら溶融材料は、被溶接部の加熱後、キーホール内に入り込んで反応層を形成する。

　ここで、被溶接部の加熱中、レーザビームは、キーホール内で多重反射するから、キーホール内ではエネルギー密度が高くなり、キーホールの上側から下側までの全表面が略均一に加熱される。これにより、被溶接部の加熱後、キーホール内に入り込む上記溶融材料は、キーホール内の全表面と一様に反応することができる。また、低温での接合が可能となるから、キーホール内に入り込む上記溶融材料は瞬間的に凝固することができるので、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部を均一に冷却することができる。

　したがって、Ｆｅ系金属部材と接合層との間に反応層が形成される場合には、その反応層は均一な層状となるから、接合強度を向上させることができる。また、Ｆｅ系金属部材と接合層との間に反応層が形成されない場合には、そのような脆弱層が存在しない上に、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部の強度分布にムラが生じないから、接合強度を大幅に向上させることができる。

　また、キーホールを形成すると、その分、接合面積が増加するので、上記効果をより良く得ることができる。さらに、Ｚｎ系メッキおよび合金化したＦｅ－Ｚｎ系メッキは蒸気化し、この場合、ＧＡメッキ、ＧＩメッキなどのメッキの種類に関係なく、Ｆｅ系材料に施されたメッキ部分が蒸気化するから、メッキの種類に関係なく、良好な接合部を得ることができる。さらに、Ｆｅ系材料表面の酸化被膜を過熱による溶融および蒸気化の際の蒸気圧で除去するから、フラックスを用いなくても、異材金属部材接合を良好に行うことができる。

　異種金属部材の接合では、同種金属部材の場合とは異なり、接合温度の領域が所定領域に限定されるから、キーホールの上側から下側までの全表面を略均一に加熱することができる上記実施例の金属部材の接合方法は、接合温度の領域が所定領域に限定される異種金属部材の接合にとって特に有効であり、それによる上記効果は、従来の異種金属部材の接合と比較して、顕著なものとなる。

　また、本発明の一以上の実施例によれば、レーザビームを熱源として用いて複数の金属部材をろう材により接合する接合方法において、金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材を用い、ろう材として、Ｚｎ系ろう材を用い、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材とで開先形状を形成し、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材の接合では、レーザビームの照射によりろう材を蒸発させるとともに、開先形状の表面でレーザビームを多重反射させる。

　上記実施例の金属部材の接合方法では、金属部材の被溶接部を溶融して形成したキーホール内でレーザビームの多重反射を行う代わりに、金属部材の被溶接部を溶融しないで、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材で形成した開先形状内でレーザビームの多重反射を行っている。Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材で形成した開先形状の表面でレーザビームの多重反射を行うことにより、開先形状の全表面を略均一に加熱することができるので、上述の多重反射による効果を得ることができる。

　上記実施例の金属部材の接合方法接合方法によれば、キーホール内あるいは開先形状の表面でレーザビームを多重反射させることにより、その全表面を略均一に加熱することができる結果、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部の接合強度を向上させることができる等の効果を得ることができる。

　その他の特徴および効果は、実施例の記載および添付のクレームより明白である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、第１実施形態の金属部材の接合方法により接合構造体を製造する状態を表し、図１（Ａ）は概略斜視図、図１（Ｂ）は被接合部の側面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１（Ａ）、１（Ｂ）での金属部材の被接合部へのレーザビームの照射状態の例を表し、図２（Ａ）はレーザビームの中心線が金属部材の開先形状の中心線と一致している場合の拡大正面図、図２（Ｂ）はレーザビームの中心線が金属部材の開先形状の中心線からＦｅ系金属部材側にオフセットしている場合の拡大正面図である。図３は、第１実施形態の金属部材の接合構造体を表す構成図である。図４（Ａ）～４（Ｄ）は、第１実施形態の実施例１の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図４（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図４（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図４（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図４（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図５（Ａ）～５（Ｄ）は、第１実施形態の実施例２の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図５（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図５（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図５（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図５（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図６（Ａ）～６（Ｄ）は、第１実施形態の実施例３の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図６（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図６（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図６（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図６（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図７（Ａ）～７（Ｄ）は、比較例１の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図７（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図７（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図７（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図７（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図８（Ａ）～８（Ｄ）は、比較例２の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図８（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図８（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図８（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図８（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図９（Ａ）～９（Ｄ）は、比較例３の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図９（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図９（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図９（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図９（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図１０（Ａ）、１０（Ｂ）は、第２実施形態の金属部材の接合方法により接合構造体を製造する状態の概略構成を表し、図１０（Ａ）は斜視図、図１０（Ｂ）は側面図である。図１１は、第２実施形態の金属部材の接合時にキーホールが形成された被接合部の構成を表す断面図である。図１２は、第２実施形態の金属部材の接合方法により得られた接合構造体の一例を表す断面構成図である。図１３（Ａ）は、接合構造体の接合部のＳＥＭ写真（左側写真）およびその写真におけるＦｅ系金属部材と接合層との界面の拡大ＳＥＭ写真（右側写真）であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の拡大写真で示された界面のＥＰＭＡマップ分析写真である。図１４（Ａ）、１４（Ｂ）は、Ｆｅ系金属部材と接合層との界面のＳＥＭ写真であり、図１４（Ａ）は３０００倍のＳＥＭ写真、図１４（Ｂ）は１５０００倍のＳＥＭ写真である。図１５（Ａ），１５（Ｂ）は、フレア引張強度試験およびピール強度試験の手法を説明するための接合構造体の概略断面構成図である。図１６は、フレア引張強度試験で得られた各試料の強度を表すグラフである。図１７は、ピール強度試験で得られた各試料の強度を表すグラフである。図１８（Ａ）はＺｎＳｉの２元平衡状態図、図１８（Ｂ）はＺｎＡｌの２元平衡状態図である。図１９（Ａ）および１９（Ｂ）は、第３実施形態の金属部材の接合方法により接合構造体を製造する状態の概略構成を表し、図１９（Ａ）は斜視図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）においてＡｌ系金属部材から見た図である。図２０（Ａ）～２０（Ｄ）は、第３実施形態の金属部材の接合方法の概略構成を表し、図２０（Ａ）～２０（Ｄ）は、各工程について図１９（Ｂ）と同方向から見た概略図である。図２１（Ａ）～２１（Ｄ）は、第３実施形態の金属部材の接合方法の概略構成を表し、図２１（Ａ）～２１（Ｄ）は、各工程について図１９（Ａ）の正面から見た概略図である。図２２（Ａ），２２（Ｂ）は、第３実施形態の金属部材の接合方法により得られた接合構造体の一例を表す断面構成図である。図２３（Ａ）～２３（Ｄ）は、第４実施形態の金属部材の接合方法の概略構成を表し、図２３（Ａ）～２３（Ｄ）は、各工程について図１９（Ａ）の正面から見た概略図である。図２４（Ａ），２４（Ｂ）は、第４実施形態の金属部材の接合方法により得られた接合構造体の例を表す断面構成図である。図２５（Ａ）～２５（Ｄ）は、実施例１の試料の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図２５（Ａ）は接合部およびその近傍の全体写真、図２５（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図２５（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図２５（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図２６（Ａ）～２５（Ｄ）は、実施例１の比較試料の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図２６（Ａ）は、接合部およびその近傍の全体写真、図２６（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図２６（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図２６（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図２７（Ａ）～２５（Ｄ）は、実施例１の比較試料の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、図２７（Ａ）は、接合部およびその近傍の全体写真、図２７（Ｂ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部の写真、図２７（Ｃ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部の写真、図２７（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部の写真である。図２８（Ａ）は、実施例２の接合構造体の接合部のＳＥＭ写真（左側写真）およびその写真におけるＦｅ系金属部材と接合層との界面の拡大ＳＥＭ写真（右側写真）であり、図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）の拡大写真で示された界面のＥＰＭＡマップ分析写真である。図２９（Ａ）、２９（Ｂ）は、実施例２のＦｅ系金属部材と接合層との界面のＳＥＭ写真であり、図２９（Ａ）は３０００倍のＳＥＭ写真、図２９（Ｂ）は１５０００倍のＳＥＭ写真である。図３０（Ａ），３０（Ｂ）は、実施例２でのフレア引張強度試験およびピール強度試験の手法を説明するための接合構造体の概略断面構成図である。実施例２のフレア引張強度試験で得られた各試料の強度を表すグラフである。実施例２のピール強度試験で得られた各試料の強度を表すグラフである。

＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、第１実施形態の金属部材の接合方法を用いて接合を行っている状態を表し、図１（Ａ）は概略斜視図、図１（Ｂ）は概略正面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１（Ａ）、１（Ｂ）での金属部材の被接合部へのレーザビームの照射状態の例を表し、図２（Ａ）はレーザビームの中心線が金属部材の開先形状の中心線と一致している場合の拡大正面図、図２（Ｂ）はレーザビームの中心線が金属部材の開先形状の中心線からＦｅ系金属部材側にオフセットしている場合の拡大正面図である。

　金属部材の接合方法は、たとえばフレア継手を製造する配置を用いている。金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材１およびＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材２を用いている。Ｆｅ系金属部材１，Ａｌ系金属部材２は湾曲部１１，１２を有している。Ｆｅ系金属部材１およびＡｌ系金属部材２の配置では、湾曲部１１，１２どうしが対向し、それら湾曲部１１，１２により開先形状１３を形成している。この場合、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２との対向部に段差を設けている。

　第１実施形態の金属部材の接合方法では、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２の湾曲部１１，１２により形成された開先形状１３の中心部に、ワイヤ状のＺｎ系ろう材３をワイヤガイド１０１を通じて送出しながら、Ｚｎ系ろう材３の先端部にレーザビーム１０２を照射する。Ｚｎ系ろう材３は、Ｚｎを主成分とするものであればよく、Ａｌを含有していてもよいし、含有していなくてもよい。レーザビーム１０２の照射では、Ｆｅ系金属部材１の被接合部を、その構成材料であるＦｅ系材料の融点以上の温度で加熱する。

　この場合、図２（Ａ）に示すように、レーザビーム１０２の中心線ｌが開先形状１３の中心線と一致させてもよいが、図２（Ｂ）に示すように、レーザビーム１０２の中心線ｌ’を開先形状１３の中心線よりもＦｅ系金属部材１側に位置させることが好適である。なお、図２（Ｂ）中のｌは、図２（Ａ）中のレーザビーム１０２の中心線を示している。また、Ｆｅ系金属部材１にキーホールを形成するようにして、Ｆｅ系金属部材１の被接合部を加熱する。この場合、シールドガスを被接合部に供給することにより、被接合部を大気から遮断する。

　このようなレーザビーム１０２の照射による加熱を開先形状１３の延在方向に沿って図１の手前側から奥側に行うことにより、図３に示すように、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２との接合構造体１０を製造することができる。なお、図中には、接合時に照射するレーザビーム１０２の経路を示している。

　接合構造体１０は、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２とを備え、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２の間には、Ｚｎを主成分としＡｌを含むＺｎ－Ａｌ系材料からなる接合層４が形成されている。Ｆｅ系金属部材１と接合層４との境界部には、Ａｌを主成分とするＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層５が形成されている。Ａｌ系金属部材のＡｌは、溶接により接合層４へ流入するから、Ｚｎ系ろう材３がＡｌを含有しない場合でも、接合層４および金属間化合物層５はＡｌを含有する。この場合、金属間化合物層５は、Ｆｅ系金属部材１と接合層４との境界部の全界面に沿って形成されていることが好適である。また、金属間化合物層５が安定した層状とするためには、その組成比が、Ａｌ：４０～６０％、Ｆｅ：３０～４０％、Ｚｎ：１０～２５％であること好適である。金属間化合物層５は、次のような作用・効果を有すると考えられる。すなわち、金属間化合物層５は、ＦｅとＡｌとの反応を抑制する作用を有し、その作用によって、ＡｌのＦｅ系金属部材１への流入およびＦｅのＡｌ系金属部材２への流入が防止されているものと推察される。

　第１実施形態では、接合時に、Ｆｅ系金属部材１の被接合部を、Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱するので、Ｆｅ系金属部材１とＺｎ系ろう材３からなる接合層４との境界部に、Ａｌを主成分とするＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層５を形成することができる。その金属間化合物層５は、高延性を有するので、Ｆｅ系金属部材１と接合層４との接合強度を高めることができる。したがって、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２の接合強度の向上を図ることができる。また、上記のようにＦｅ系材料の融点以上の温度で加熱するので、Ｚｎ系材料およびＦｅ－Ｚｎ系材料は蒸気化する。これにより、ＧＡメッキ、ＧＩメッキなどのメッキの種類に関係なく、Ｆｅ系材料に施されたメッキ部分が蒸気化するから、メッキの種類に関係なく、良好な接合部を得ることができる。さらに、Ｆｅ系材料表面の酸化被膜を過熱による溶融および蒸気化の際の蒸気圧で除去するから、フラックスを用いなくても、良好な異材接合を行うことができる。

　特に、接合では、レーザビーム１０２の中心線ｌ’を開先形状１３の中心よりもＦｅ系金属部材１側に位置させることにより、Ｆｅ系金属部材１のＦｅ系材料を重点的に溶融させることができるので、Ｆｅ系金属部材１と接合層４の境界部の全てで金属間化合物層５を安定した層状に形成することができる。また、Ａｌ系金属部材２のＡｌ系材料が過度に加熱されないので、Ａｌ系材料が溶け落ちることを防止することができる。したがって、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２の接合強度の向上をさらに図ることができる。

　また、接合時にＦｅ系金属部材１にキーホールを形成するようにして、Ｆｅ系金属部材１の被接合部を加熱するので、接合時にＦｅ系金属部材１の溶融部にＺｎ系ろう材３が流入する。これにより、接合層４がＦｅ系金属部材１に嵌合した形状を得ることができる。また、キーホール内ではレーザが多重反射するから、エネルギー密度が高く、かつキーホール内表面の温度が均一に保たれる。これにより、金属化合物層５が接合部の上部、中央部、下部にわたって均一に形成することができる。したがって、Ｆｅ系金属部材１と接合層４との接合強度をさらに高めることができるので、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２の接合強度の向上をさらに図ることができる。

　以下、具体的な実施例を参照して第１実施例をさらに詳細に説明する。

　実施例１～３，比較例１～３では、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す配置形態と同様に２つの金属部材を配置し、それら金属部材の湾曲部により開先形状を形成した。そして、その開先形状の中心部に、ワイヤ状のＺｎ系ろう材をワイヤガイドを通じて送出しながら、Ｚｎ系ろう材の先端部にレーザビームを照射した。これにより金属部材の接合構造体を製造した。

　実施例１，２，比較例１～３の各接合条件は表１に示す条件とした。なお、金属部材について、Ｆｅ／Ａｌとの表記は、２つの金属部材としてＦｅ系金属部材である鋼板とＡｌ系金属部材であるＡｌ合金板を用いたことを示し、Ｆｅ／Ｆｅとの表記は、２つの金属部材として両方ともＦｅ系金属部材である鋼板を用いたことを示している。ろう材の材質について、ＺｎＡｌは、Ｚｎ：Ａｌが９６：４である組成比（wt%）ＺｎＡｌ系ろう材（不可避不純物を含む）を用いたことを示し、Ｚｎは、Ａｌを含まなくＺｎが１００wt%であるＺｎ系ろう材（不可避不純物を含む）のＺｎ系ろう材を用いたことを示している。ビーム照射位置について、中心との表記は、レーザビームの中心線が２つの金属部材の開先形状の中心線と一致していること（図２（Ａ）の配置）を示し、Ｆｅ系金属部材側との表記は、レーザビームの中心線が開先形状の中心線からＦｅ系金属部材側に０．６ｍｍオフセットしていること（図２（Ｂ）の配置）を示している。

　実施例１～３，比較例１～３のその他の共通の接合条件について、２つの金属部材の大きさは、図１での横方向長さを８２mm、図１での縦方向長さを２００mmとし、２つの金属部材の被接合部での段差を５mmとした。シールドガスとしてＡｒガスを用い、その供給量を２５l/minとした。レーザビームの照射角度は４０°とした。

　以上のようにして得られた実施例１～３、比較例１～３の金属部材の接合構造体について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて接合部およびその近傍の状態を観察し、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ分析装置）を用いて接合部およびその近傍の組成比（atm%）を得た。そして、実施例１～３，比較例１～３の金属部材の接合構造体の継手強度を得た。その結果を図４～９および表２に示す。

　図４～９は、実施例１～３、比較例１～３の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真である。各図の（Ａ）は、接合部およびその近傍の全体写真、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐの写真、（Ｃ）は、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部Ｑの写真、（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部Ｒの写真である。表２では、強度判定について、実施例および比較例で用いたＡ１系金属部材自体の強度は２４０N/m、Ａ１系金属部材どうしの接合強度は１４０N/mm程度であるから、各実施例および比較例での継手強度が１４０N/mm程度かそれ以上であれば、その強度が良好：Ａと表記した。なお、評価のマークＡは「良好」、Ｂは「問題あり」、Ｃは「不良」を意味する。

　実施例１の接合では、表１に示すように、２つの金属部材としてＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材を用い、Ｆｅ系金属部材の被接合部が加熱により適度に溶融する適正入熱条件とし、レーザビーム照射では、レーザビームの中心線を２つの金属部材の開先形状の中心線からＦｅ系金属部材側に０．６ｍｍオフセットさせた。このような接合条件で得られる実施例１の接合構造体では、図４および表２に示すように、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ、中央部Ｑ、下部Ｒのいずれにも、安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成され、そこでは、Ａｌ：Ｆｅ：Ｚｎが５２：２９：１９（約５：３：２）である組成比を有するものが大半を占めていた。なお、ＳＥＭ解析により得られた組成比は、Ａｌ：Ｆｅ：Ｚｎが５７：３０：１３であった。そして、実施例１の接合構造体の接合強度は、１５４N/mmであった。

　実施例２の接合では、表１に示すように、２つの金属部材としてＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材を用い、Ｆｅ系金属部材の被接合部が加熱により適度に溶融する適正入熱条件とし、レーザビーム照射では、レーザビームの中心線を２つの金属部材の開先形状の中心線と一致させた。このような接合条件で得られる実施例２の接合構造体では、図５および表２に示すように、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐおよび下部Ｒにおいて、実施例１の接合構造体と比較して、Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層と接合層との境界面が不明瞭であったものの、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部Ｑにおいて安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されていた。そこでは、Ａｌ：Ｆｅ：Ｚｎが４１：４０：１９である組成比を有するものが大半を占めていた。そして、実施例２の接合構造体の接合強度は、９６N/mmであった。

　実施例３の接合では、表１に示すように、ろう材として、Ａｌを含有しないＺｎ系ろう材を用いた以外は、実施例１と同様な接合条件に設定し、レーザビーム照射を行った。このような接合条件で得られる実施例１の接合構造体では、図６および表２に示すように、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ、中央部Ｑ、下部Ｒのいずれにも、安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成され、そこでは、Ａｌ：Ｆｅ：Ｚｎが５８：２３：１９である組成比を有するものが大半を占めていた。そして、実施例３の接合構造体の接合強度は、１４９N/mmであった。

　比較例１の接合では、表１に示すように、２つの金属部材としてＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材を用い、Ｆｅ系金属部材の被接合部が加熱により溶融しない入熱不足条件とし、レーザビーム照射ではレーザビームの中心線を２つの金属部材の開先形状の中心線と一致させた。このような接合条件で得られる比較例１の接合構造体では、図７および表２に示すように、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐにおいて安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されていた。しかしながら、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部ＱにおいてＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層と接合層との境界面が不明瞭であり、接合界面部の下部Ｒにおいて金属間化合物層が形成されていなかった。そして、比較例１の接合構造体の接合強度は、３７N/mmであった。

　比較例２の接合では、表１に示すように、２つの金属部材としてＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材を用い、Ｆｅ系金属部材の被接合部が過度な加熱により溶融する過剰入熱条件とし、レーザビーム照射ではレーザビームの中心線を２つの金属部材の開先形状の中心線と一致させた。このような接合条件で得られる比較例２の接合構造体では、図８および表２に示すように、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ、中央部Ｑ、および下部Ｒにおいて、Ａｌ，Ｆｅ，Ｚｎを含む金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されていた。金属間化合物層は、上部Ｐにおいてデンドライト状（境界面なし）、中央部Ｑ４および下部Ｒにおいてまだら状（接合層側に境界面なし）であった。そして、比較例２の接合構造体の接合強度は、３０N/mmであった。

　比較例３の接合では、表１に示すように、２つの金属部材として両方ともＦｅ系金属部材を用い、Ｆｅ系金属部材の被接合部が適度に加熱されて溶融する適正入熱条件とし、レーザビーム照射ではレーザビームの中心線を２つの金属部材の開先形状の中心線からＦｅ系金属部材側に０．６ｍｍオフセットさせた。このような接合条件で得られる比較例３の接合構造体では、図９および表２に示すように、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ、中央部Ｑ、および下部Ｒにおいて、Ａｌ，Ｆｅ，Ｚｎを含む金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されていた。金属間化合物層は、上部Ｐおよび中央部Ｑにおいてまだら状（接合層側に境界面なし）、下部Ｒにおいて蛇行状であった。そして、比較例３の接合構造体の接合強度は、５６N/mmであった。

　以上のように実施例１～３の接合構造体では、金属部材としてＦｅ系金属部材およびＡｌ系金属部材を用い、かつＦｅを適度に溶融させる加熱条件を用いることにより、比較例１～３の接合構造体と比較して、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ～下部Ｒの全てにおいてＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層を形成することができ、かつ継手強度を向上させることができることを確認した。また、Ｚｎ系ろう材でのＡｌの含有の有無に関係なく、金属間化合物層が安定した層状となることを確認した。金属間化合物層が安定した層状となる場合、その組成比は、Ａｌ：４０～６０％、Ｆｅ：３０～４０％、Ｚｎ：１０～２５％を満足していることを確認した。

　特に、実施例１，３の接合構造体では、レーザビームの照射位置を開先形状の中心からＦｅ系金属部材側にオフセットさせることにより、実施例２の接合構造体と比較して、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面の上部～下部の全てにおいて安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物を形成することができ、かつ継手強度を向上させることができることを確認した。また、その金属間化合物層が安定した層状となる程、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界およびＡｌ系金属部材と接合層との境界が明瞭となることを確認し、これにより、金属間化合物層は、ＦｅとＡｌとの反応を抑制する作用を有し、その作用によって、ＡｌのＦｅ系金属部材への流入およびＦｅのＡｌ系金属部材への流入を防止することができることが判った。
＜第２実施形態＞

　以下、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図１０（Ａ）および１０（Ｂ）は、第２実施形態の金属部材の接合方法を用いて接合を行っている状態の概略構成を表し、図１０（Ａ）は概略斜視図、図１０（Ｂ）は正面図である。

　金属部材の接合方法は、たとえばフレア継手を製造する配置を用いている。金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材１００１およびＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材１００２を用いている。Ｆｅ系金属部材１，Ａｌ系金属部材２は湾曲部１０１１，１０１２を有している。Ｆｅ系金属部材１００１およびＡｌ系金属部材１００２の配置では、湾曲部１０１１，１０１２どうしが対向し、それら湾曲部１０１１，１０１２により開先形状１０１３を形成している。この場合、Ｆｅ系金属部材１００１とＡｌ系金属部材１００２との対向部に段差を設けている。

　本実施形態の金属部材の接合方法では、開先形状１３の中心部に、ワイヤガイド１１０１を通じてワイヤ状のＺｎ－Ｓｉ系ろう材１００３を送出しながら、Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材１００３の先端部にレーザビーム１１０２を照射する。Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材１００３は、Ｚｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなる。この場合、Ｓｉが０．２５～２．５重量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなることが好適である。

　レーザビーム１１０２の照射では、Ｆｅ系金属部材１００１およびＡｌ系金属部材１００２の被接合部をＦｅ系材料の融点以上の温度で加熱することが好適である。図１１は、Ｆｅ系金属部材１００１とＡｌ系金属部材１００２との接合時にキーホール１００５が形成された被接合部の概略構成を表す断面図である。被接合部では、加熱により材料の溶融・蒸発が起こり、蒸発した材料による蒸発反力（図中の矢印）によってキーホール１００５が形成される。この場合、溶融しているＺｎ－Ｓｉ系ろう材は、レーザ照射部の周囲に存在している。このようなキーホール１００５内ではレーザビーム１１０２が、図中の点線で示すように多重反射するから、キーホール１００５内ではエネルギー密度が高くなり、キーホール１００５内の上側から下側までの全表面が略均一に加熱される。これにより、レーザビーム１１０２の通過後、キーホール１００５内に入り込む溶融Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材は、キーホール１００５内の全表面と一様に反応することができる。

　このようなレーザビーム１１０２の照射による加熱を開先形状１０１３の延在方向に沿って図１０の手前側から奥側に行うことにより、図１２に示すように、Ｆｅ系金属部材１００１とＡｌ系金属部材１００２との接合構造体１０１０を製造することができる。

　接合構造体１０１０は、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材１００２とを備え、Ｆｅ系金属部材１００１とＡｌ系金属部材１００２の間には、Ｚｎ－Ｓｉ系材料からなる接合層１００４が形成されている。第２実施形態では、Ｆｅ系金属部材１００１と接合層１００２との境界部には、金属間化合物層が存在しない。この場合、接合層１００４では、Ｓｉ粒がマトリックス中に散在し、その粒径が小さい方が好適である。具体的には、Ｓｉの粒径は、Ｚｎの有する機械的伸びを阻害しないサイズ（たとえば１０μｍ以下）が好適である。Ｓｉ粒の微粒化は、ろう材の製造における押し出し工程時の結晶粒の切断により行われるものと推察される。

　第２実施形態では、Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材１００３を用いて、Ｆｅ系金属部材１００１とＡｌ系金属部材１００２との異種金属部材接合を行うので、Ｆｅ系金属部材１００１と接合層１００４との境界部に脆弱な金属間化合物層が形成されない。したがって、Ｆｅ系金属部材１００１と接合層１００４との境界部の強度向上を図ることができるので、接合構造体１０１０は、同種金属部材接合と略同等の接合強度を得ることができる。特に、Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材１００３として、Ｓｉ：０．２５～２．５重量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなるろう材を用いているので、（特にピール強度）をさらに向上させることができる。

　また、Ｆｅ系金属部材１００１の被接合部に形成されたキーホール１００５内へ加熱後に入り込んだ溶融Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材は、キーホール５内の全表面と一様に反応することができるので、Ｆｅ系金属部材１００１と接合層１００４との境界部の強度をさらに高めることができる。その結果、接合構造体１０１０の接合強度の向上をさらに図ることができる。

　以下、具体的な実施例を参照して第２実施形態をさらに詳細に説明する。

　実施例では、図１０に示す配置形態と同様にＦｅ系金属部材およびＡｌ系金属部材を配置し、それら金属部材の湾曲部により開先形状を形成した。そして、その開先形状の中心部に、ワイヤ状のＺｎ－Ｓｉ系ろう材をワイヤガイドを通じて送出しながら、Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材の先端部にレーザビームを照射した。これによりフレア継手形状の金属部材の接合構造体を製造した。

　接合条件については、レーザビームの集光径を１．８ｍｍ、レーザ出力を１．４ｋＷ、接合速度を１ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ速度を３．２ｍ／ｍｉｎとした。Ｆｅ系金属部材として、鋼板（JAC２７０、板厚１．０mm、図１での縦方向長さ２００mm、横方向長さ８０mm）を用い、Ａｌ系金属部材として、Ａｌ板（A６K２１-T１４、板厚が１．０mm、図１での縦方向長さを２００mm、横方向長さを８０mm）を用いた。

　以上のような金属部材の接合では、Ｓｉの含有量の異なる（Ｓｉ含有量が０．２５wt%、１．０wt%、２．５wt%）Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材を用意し、各Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材を用いて金属部材の接合を行い、各Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材に対応する金属部材の接合構造体を得た。そして、接合方向に直交する方向で各接合構造体を短冊状に切断し、複数のテストピースを得た。なお、全てのＺｎ－Ｓｉ系ろう材のワイヤ径を１．２mmとした。以上のような接合構造体のテストピースを用いて、各種評価を行った。

［Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部のＥＰＭＡ元素マップ分析およびＳＥＭ観察］
　Ｓｉ含有量が１．０wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いて得られた接合構造体のテストピースについて、電子線マイクロプローブアナライザ（ＥＰＭＡ）により元素分析を行った。その結果を図１３（Ａ）および１３（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）は、接合構造体の接合部のＳＥＭ写真（左側写真）およびその写真におけるＦｅ系金属部材と接合層との界面の拡大ＳＥＭ写真（右側写真）であり図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の拡大ＳＥＭ写真で示された界面のＥＰＭＡマップ分析写真（Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ）である。

　また、同一の接合構造体のテストピースについて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりＦｅ系金属部材と接合層との界面の観察を行った。その結果を図１４（Ａ）および１４（Ｂ）に示す。図１４（Ａ）および１４（Ｂ）は、Ｆｅ系金属部材と接合層との界面のＳＥＭ写真であり、図１４（Ａ）は３０００倍のＳＥＭ写真、図１４（Ｂ）は１５０００倍のＳＥＭ写真である。

　図１３（Ａ）に示すように、本実施例のＦｅ系金属部材と接合層との界面には、従来の接合構造体で形成されていた金属間化合物層が観察されず、図１３（Ｂ）に示すＥＰＭＡ元素マップ分析では、Ｓｉが一様に散在するとともに、ＦｅとＺｎの界面（すなわち、Ｆｅ系金属部材と接合層との界面）が明瞭に観察された。Ａｌは、Ａｌ系金属部材のＡｌが溶接により接合層に固溶したものである。また、図１４（Ａ）の３０００倍のＳＥＭ写真、図１４（Ｂ）の１５０００倍のＳＥＭ写真に示すように、ＳＥＭ観察での倍率を高くしても、本実施例のＦｅ系金属部材と接合層との界面には、従来の接合構造体で形成されていた金属間化合物層が観察されなかった。

　以上のようなＥＰＭＡ元素マップ分析およびＳＥＭ観察の結果、本発明の実施例のＦｅ系金属部材と接合層との界面には、Ｚｎ－Ａｌ系ろう材により接合された接合構造体で形成されていた脆弱な金属間化合物層が存在しないことを確認した。

［金属接合構造体の接合強度評価］
　Ｓｉ含有量が０．２５wt%、１．０wt%、２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いて得られた各接合構造体のテストピースについて、フレア引張強度試験およびピール強度試験を行った。テストピースとしては、接合構造体の中央部側の２ピースおよび両端部側の４ピースを用い、それらを各強度試験用に配分し、フレア引張強度試験およびピール強度試験のそれぞれで中央部側の１ピースおよび両端部側の２ピース（計３ピース）を用いた。

　フレア引張強度試験では、図１５（Ａ）に示すように、接合層２３が形成された面側でＴ字状をなすＦｅ系金属部材２１およびＡｌ系金属部材２２の横方向延在部に対して、互いに反対方向の力を加えた。フレア引張強度試験では、矢印Ａ，Ｂが指示する部分で応力が最もかけられる。

　その結果（フレア引張強度値および破断箇所）を表３および図１６に示す。表３では、Ｓｉ含有量が０．２５wt%、１．０wt%、２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材に対応する接合構造体のテストピースの試験結果を試料１１～１３としている。表３には比較試料１１，１２の結果を併記している。比較試料１１は、ろう材として、Ａｌの添加量が６wt%のＺｎ－Ａｌ系ろう材を用いて得られたＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合構造体のテストピースである。比較試料１２は、ろう材として、市販のろう材を用いて得られたＡｌ系金属部材どうしの接合構造体のテストピースである。比較試料１１，１２のテストピースは、得られた接合構造体を試料１１～１３と同様に短冊状に切断したものである。図１６では、各試料のフレア引張強度の平均値および破断箇所を併記している。

　フレア引張強度試験の強度基準値（図１６の一点鎖線）は、次のように設定している。スポット溶接の１打点と等価の連続溶接の継手長を２０mmに設定し、JISZ３１４０のなかのＡｌどうしのスポット溶接を基準とした。これにより、Ａｌの板厚が１．２mmであるスポット溶接の引張強度基準は１．８６kN/２０mmとなる。

　表３および図１６に示すように、異種金属部材の接合構造体である第２実施形態の試料１１～１３の引張強度が、その強度基準値を上回った。しかも、第２実施形態の試料１１～１３の引張強度は、異種金属部材の接合構造体である比較試料１１の引張強度よりも高いのはもちろんのこと、同種金属部材の接合構造体である比較試料１２の引張強度よりも高かった。そして、少量のＳｉ含有量（０．２５wt%）で引張強度が大幅に向上したことを確認した。また、第２実施形態の試料１１～１３では、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断した比較試料１１と異なり、Ａｌ系金属部材で破断したことを確認した。

　ピール強度試験では、図１５（Ｂ）に示すように、接合層１０２３が形成された面とは反対側の面でＴ字状をなすＦｅ系金属部材１０２１およびＡｌ系金属部材１０２２の横方向延在部に対して互いに反対方向の力を加えた。このようなピール強度試験では、接合界面（矢印Ｃで指示される箇所）に高い応力を集中させることにより、接合界面の強度を測定することができる。

　その結果（ピール引張強度値および破断形態）を表４および図１７に示す。表４では、Ｓｉ含有量が０．２５wt%、１．０wt%、２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材に対応する接合構造体のテストピースの試験結果を試料２１～２３としている。表４には比較試料２１，２２の結果を併記している。比較試料２１は、ろう材としてＡｌの含有量が６wt%のＺｎ－Ａｌ系ろう材を用いて得られたＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合構造体のテストピースである。比較試料２２は、ろう材として市販のろう材を用いて得られたＡｌ系金属部材どうしの接合構造体のテストピースである。比較試料２１，２２のテストピースは、得られた接合構造体を試料２１～２３と同様に短冊状に切断したものである。図１７では、各試料のピール強度の平均値および破断箇所を併記している。

　ピール強度試験の強度基準値（図１７の一点鎖線）は、市販のろう材を用いて得られた同種金属部材の接合構造体である比較試料２２（Ａｌ系金属部材の接合構造体）のテストピースのピール強度値の８割としている。

　表４および図１７に示すように、異種金属部材の接合構造体である第２実施形態の試料２１～２３では、ピール強度が強度基準を上回った。しかも、第２実施形態の試料２１～２３のピール強度は、異種金属部材の接合構造体である比較試料２１との比較により、少量のＳｉ含有量（０．２５wt%）でピール強度が大幅に向上したことを確認した。また、第２実施形態の試料２１，２２では、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断した比較試料２１と異なり、同種金属部材の接合構造体である比較試料２２と同様、Ａｌ系金属部材で破断したことを確認した。なお、第２実施形態の試料２３では、ぬれ性に低下による接合界面幅の減少のため、第２実施形態の試料２１，２２と比較してピール強度が若干低下し、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断したものと推察される。

　以上のようにＳｉ含有量が０．２５wt%～２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた異種金属部材の接合構造体である本発明の試料では、その強度が強度基準値を上回った。しかも、第２実施形態の試料の強度は、同じ異種金属部材の接合構造体である比較試料との比較により、少量のＳｉ含有量（０．２５wt%）で強度が大幅に向上することが判った。特に、Ｓｉ含有量が０．２５wt%～１．０wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた異種金属部材の接合構造体である本発明の試料では、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断せず、Ａｌ系金属部材で破断したことから、同種金属部材の接合構造体のような強固な接合構造体を得ることができることが判った。

　なお、今回の実施例のろう付け方法では、レーザを用いているが、これに限定されるものではなく、種々の手段を用いることができる。具体的には、プラズマ、ＴＩＧ、ＭＩＧを熱源としたアークブレーズや、炉中ろう付け（加熱炉内で置きろう（シート状や棒状の置きろう）を使用した接合）、高周波ろう付け（高周波誘導加熱（ＩＨ）による母材加熱）等を用いることができる。

＜第３実施形態＞
　本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。図１９（Ａ）, １９（Ｂ）は、第３実施形態の金属部材の接合方法を用いて接合を行っている状態の概略構成を表し、図１９（Ａ）は概略斜視図、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）においてＡｌ系金属部材２００２から見た図である。

　金属部材の接合方法は、たとえばフレア継手を製造する配置を用いている。金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材２００１およびＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材２００２を用いている。Ｆｅ系金属部材２００１およびＡｌ系金属部材２００２は湾曲部２０１１，２０１２を有している。Ｆｅ系金属部材２００１およびＡｌ系金属部材２００２の配置では、湾曲部２０１１，２０１２どうしが対向し、それら湾曲部２０１１，２０１２により開先形状２０１３を形成している。この場合、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２との対向部に段差を設けている。

　第３実施形態の金属部材の接合方法では、開先形状２０１３の中心部に、ワイヤガイド２１０１を通じてワイヤ状のＺｎ系ろう材２００３を送出しながら、その先端部にレーザビーム２１０２を照射する。Ｚｎ系ろう材２００３は、Ｓｎ系ろう材よりも十分な接合強度が得られるから、好適である。Ｚｎ系ろう材２００３は、添加元素としてＡｌやＳｉを含有していてもよいし、含有していなくてもよい。添加元素としてＳｉを用いる場合、Ｓｉが０．２５～２．５重量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなることが好適である。

　このようなレーザビーム２１０２の照射による加熱を開先形状２０１３の延在方向に沿って図１９（Ａ）の手前側から奥側に行う。図２０（Ａ）～２０（Ｄ），および図３（Ａ）～(Ｄ)は、第３実施形態の金属部材の接合方法の概略構成を表し、図２０（Ａ）～２０（Ｄ）は、各工程について図１９（Ｂ）と同方向から見た概略図、図２１（Ａ）～２１（Ｄ）は、各工程について図１９（Ａ）の正面から見た概略図である。図２０（Ａ）～２０（Ｄ）では、その工程順に従って、レーザビーム２１０２を図の右側に移動させている。図２０（Ａ）～２０（Ｄ）では、Ｆｅ系金属部材１の図示を省略している。レーザビーム２１０２の照射による加熱では、Ｆｅ系金属部材２００１およびＡｌ系金属部材２００２の被接合部をＦｅ系材料の融点以上の温度に設定することが好適である。

　まず、図１９（Ａ），２０（Ａ）に示すように、レーザビーム２１０２の照射によりＺｎ系ろう材２００３を溶融させると、図１９（Ｂ），２０（Ｂ）に示すように、溶融Ｚｎ系ろう材２００３は、開先形状２０１３上に滴下し、そこで拡がる。次いで、図１９（Ｃ），２０（Ｃ）に示すように、レーザビーム２１０２が移動して溶融Ｚｎ系ろう材２００３上に位置すると、溶融Ｚｎ系ろう材２００３が、レーザビーム２１０２による直接照射で蒸発するとともに、Ｆｅ系金属部材２００１およびＡｌ系金属部材２００２の被接合部の溶融が開始され、図１９（Ｄ），２０（Ｄ）に示すように、Ｆｅ系金属部材２００１およびＡｌ系金属部材２００２の被接合部には、キーホール２００５が形成される。

　この場合、キーホール２００５の形成は、蒸発したＺｎ系ろう材２００３がキーホール２００５内に充満するように行う。蒸発部分以外のＺｎ系ろう材２００３は、キーホール２００５の上端部周辺に、溶融したＦｅ系金属部材２００１およびＡｌ系金属部材２００２（溶融金属）とともに溶融材料２００６として存在する。このようなキーホール２００５内ではレーザビーム２１０２が、図中の点線で示すように多重反射するから、キーホール２００５内ではエネルギー密度が高くなり、キーホール５内の上側から下側までの全表面が略均一に加熱される。これにより、レーザビーム２１０２の通過後、キーホール２００５内に入り込む溶融材料２００６は、キーホール２００５内の全表面と一様に反応することができる。

　このようなレーザビーム２１０２の照射による加熱を開先形状２０１３の延在方向に沿って図１９（Ａ）の手前側から奥側に行うことにより、図２２（Ａ），２２（Ｂ）に示すように、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２との接合構造体２０１０Ａ，２０１０Ｂを製造することができる。接合構造体２０１０は、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２とを備え、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２の間には、Ｚｎ系材料からなる接合層２００４が形成されている。

　Ｚｎ系ろう材２００３への添加元素としてＳｉを用いない場合、図２２（Ａ）に示すように、Ｆｅ系金属部材２００１と接合層２００４との境界部には、均一な層状の金属間化合物層２００７が形成されている。金属間化合物層２００７は、ＦｅとＡｌとの反応を抑制する作用を有し、その作用によって、ＡｌのＦｅ系金属部材２００１への流入およびＦｅのＡｌ系金属部材２００２への流入が防止されているものと推察される。

　Ｚｎ系ろう材２００３への添加元素としてＳｉを用いる場合、図２２（Ｂ）に示すように、Ｆｅ系金属部材１と接合層２との境界部には、金属間化合物層（反応層）が存在しない。この場合、接合層２００４では、Ｓｉ粒がマトリックス中に散在し、その粒径が小さい方が好適である。具体的には、Ｓｉの粒径は、Ｚｎの有する機械的伸びを阻害しないサイズ（たとえば１０μｍ以下）が好適である。

　以上のように第３実施形態では、被溶接部の加熱中、キーホール２００５内でのレーザビーム２１０２の多重反射によって、キーホール２００５の上側から下側までの全表面が略均一に加熱されるから、被溶接部の加熱後、キーホール２００５内に入り込む溶融材料２００６は、キーホール２００５内の全表面と一様に反応することができる。また、低温での接合が可能となるから、キーホール２００５内に入り込む溶融材料２００６は瞬間的に凝固することができるので、Ｆｅ系金属部材２００１と接合層２００４との境界部を均一に冷却することができる。

　したがって、Ｆｅ系金属部材２００１と接合層２００４との間に金属間化合物層２００７が形成される場合には、金属間化合物層２００７は均一な層状となるから、接合強度を向上させることができる。また、Ｆｅ系金属部材２００１と接合層２００４との間に金属間化合物層が形成されない場合には、そのような脆弱層が存在しない上に、Ｆｅ系金属部材２００１と接合層２００４との境界部の強度分布にムラが生じないから、接合強度を大幅に向上させることができる。

　また、キーホール２００５を形成すると、その分、接合面積が増加するので、上記効果をより良く得ることができる。さらに、Ｚｎ系メッキおよび合金化したＦｅ－Ｚｎ系メッキは蒸気化し、この場合、ＧＡメッキ、ＧＩメッキなどのメッキの種類に関係なく、Ｆｅ系材料に施されたメッキ部分が蒸気化するから、メッキの種類に関係なく、良好な接合部を得ることができる。さらに、Ｆｅ系材料表面の酸化被膜を過熱による溶融および蒸気化の際の蒸気圧で除去するから、フラックスを用いなくても、異材金属部材接合を良好に行うことができる。

＜第４実施形態＞
　第４実施形態では、第３実施形態のようにＦｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２００２の被溶接部を溶融して形成したキーホール２００５内でレーザビーム２１０２の多重反射を行う代わりに、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２の被溶接部を溶融しないで、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２とで形成した開先形状２０１３内でレーザビーム２１０２の多重反射を行っている。それ以外は、第４実施形態は第３実施形態の金属部材の接合方法と同様である。第４実施形態では、第３実施形態と同様な構成要素には同符号を付し、第３実施形態と同様な作用を有する構成要素の説明は省略している。

　図２３（Ａ）～２３（Ｄ）は、第４実施形態の金属部材の接合方法の概略構成を表し、図２３（Ａ）～２３（Ｄ）は、各工程について図１９（Ｂ）と同方向から見た概略図である。図２３（Ａ）～２３（Ｄ）では、その工程順に従って、レーザビーム２１０２を図の右側に移動させている。

　まず、図２３（Ａ）に示すように、レーザビーム２１０２の照射によりＺｎ系ろう材２００３を溶融させると、図２３（Ｂ）に示すように、溶融Ｚｎ系ろう材２００３は、開先形状２０１３上に滴下し、そこで拡がる。次いで、図２３（Ｃ）に示すように、レーザビーム２１０２が移動して溶融Ｚｎ系ろう材２００３上に位置すると、溶融Ｚｎ系ろう材２００３が、レーザビーム２１０２による直接照射で蒸発する。

　この場合、蒸発したＺｎ系ろう材２００３が開先形状２０１３内に充満するように行う。蒸発部分以外のＺｎ系ろう材２００３は、開先形状２０１３の上端部周辺に存在する。このような開先形状２０１３内の表面ではレーザビーム２１０２が、図中の点線で示すように多重反射するから、キーホール２００５内ではエネルギー密度が高くなり、開先形状２０１３内の上側から下側までの全表面が略均一に加熱される。これにより、レーザビーム２１０２の通過後、キーホール２００５内に入り込む溶融材料２００６は、キーホール２００５内の全表面と一様に反応することができる。

　このようなレーザビーム２１０２の照射による加熱を開先形状２０１３の延在方向に沿って図１９（Ａ）の手前側から奥側に行うことにより、図２４（Ａ），２４（Ｂ）に示すように、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２との接合構造体２０２０を製造することができる。接合構造体２０２０は、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２とを備え、Ｆｅ系金属部材２００１とＡｌ系金属部材２００２の間には、Ｚｎ系材料からなる接合層２０１４が形成されている。

　Ｚｎ系ろう材２００３への添加元素としてＳｉを用いない場合、図２４（Ａ）に示すように、第３実施形態と同様、Ｆｅ系金属部材２００１と接合層２０１４との境界部には、均一な層状の金属間化合物層２０１７が形成されている。Ｚｎ系ろう材２０３への添加元素としてＳｉを用いる場合、図２４（Ｂ）に示すように、Ｆｅ系金属部材１と接合層２との境界部には、金属間化合物層（反応層）が存在しない。

　第４実施形態では、Ｆｅ系金属部材１とＡｌ系金属部材２００２で形成した開先形状２０１３の表面でレーザビーム２１０２の多重反射を行うことにより、開先形状２０１３内の全表面を略均一に加熱することができるので、第３実施形態と同様な多重反射による効果を得ることができる

　以下、具体的な実施例を参照して第３実施形態および第４実施形態をさらに詳細に説明する。

（１）実施例１（Ｚｎ－Ａｌ系ろう材を用いた場合）
　実施例１では、図１９（Ａ）に示す配置形態と同様にＦｅ系金属部材およびＡｌ系金属部材を配置し、それら金属部材の湾曲部により開先形状を形成した。そして、その開先形状の中心部に、ワイヤ状のＺｎ－Ａｌ系ろう材をワイヤガイドを通じて送出しながら、Ｚｎ－Ａｌ系ろう材の先端部にレーザビームを照射した。これによりフレア継手形状の金属部材の接合構造体を製造した。

　接合条件について、２つの金属部材の大きさは、図１９（Ａ）での横方向長さを８２mm、図１９（Ａ）での縦方向長さを２００mmとし、２つの金属部材の被接合部での段差を５mmとした。Ｚｎ－Ａｌ系ろう材として、Ｚｎ：Ａｌが９６：４である組成比（wt%）のろう材を用いた。シールドガスとしてＡｒガスを用い、その供給量を２５l/min、レーザビームの照射角度を４０°、接合速度を１ｍ／minとした。

　以上のような金属部材の接合では、試料毎にレーザ出力およびワイヤ速度を変更して、キーホールの形成状態を異なる状態として、金属部材の接合構造体（試料１１１，比較試料１１１，１１２）を得た。試料１１１では、レーザ出力を１．２ｋＷ、ワイヤ送速度を２．５ｍ／minに設定することにより、キーホールの形成においてＦｅ系金属部材の被接合部が適度な加熱により溶融する適正入熱条件とした。比較試料１１１では、レーザ出力を１ｋＷ、ワイヤ送速度を２ｍ／minに設定することにより、キーホールの形成においてＦｅ系金属部材の被接合部が加熱により溶融しない入熱不足条件とした。比較試料１１２では、レーザ出力を１．６ｋＷ、ワイヤ送速度を２ｍ／minに設定し、キーホールの形成においてＦｅ系金属部材の被接合部が過度な加熱により溶融する過剰入熱条件とした。

　以上のようにして得られた試料１１１，比較試料１１１，１１２の金属部材の接合構造体について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて接合部およびその近傍の状態を観察した。図２５～２７は、試料１１１，比較試料１１１，１１２の金属部材の接合構造体のＳＥＭ写真であり、各図の（Ａ）は、接合部およびその近傍の全体写真、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐの写真、（Ｃ）は、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部Ｑの写真、（Ｄ）はＦｅ系金属部材と接合層との接合界面部の下部Ｒの写真である。

　図２５に示すように、キーホールの形成で適正入熱条件とした試料１１１の接合構造体では、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ、中央部Ｑ、下部Ｒのいずれにおいても、安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成され、しかも、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界およびＡｌ系金属部材と接合層との境界が明瞭となった。そして、試料１１の接合構造体の接合強度は、１５４N/mmであった。

　図２６に示すように、キーホールの形成で入熱不足条件とした比較試料１１１の接合構造体では、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐにおいて安定した層状のＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されていた。しかしながら、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の中央部ＱにおいてＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層と接合層との境界面が不明瞭であり、接合界面部の下部Ｒにおいて金属間化合物層が形成されていなかった。そして、比較試料１１１の接合構造体の接合強度は、３７N/mmであった。

　図２７に示すように、キーホールの形成で過剰入熱条件とした比較試料１１２の接合構造体では、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ、中央部Ｑ、および下部Ｒにおいて、Ａｌ，Ｆｅ，Ｚｎを含む金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されていた。しかしながら、金属間化合物層は、上部Ｐにおいてデンドライト状（境界面なし）、中央部Ｑ４および下部Ｒにおいてまだら状（接合層側に境界面なし）であった。そして、比較試料１２の接合構造体の接合強度は、３０N/mmであった。

　以上のように試料１１１の接合構造体では、キーホールの形成において適正入熱条件下でレーザビームを多重反射させることにより、比較試料１１１，１１２の接合構造体と比較して、Ｆｅ系金属部材と接合層との接合界面部の上部Ｐ～下部Ｒの全てにおいて均一な層状の金属間化合物層を形成することができ、かつ継手強度を向上させることができることを確認した。特に、金属間化合物層が安定した層状となる程、Ｆｅ系金属部材と接合層との境界およびＡｌ系金属部材と接合層との境界が明瞭となることを確認し、これにより、金属間化合物層は、ＦｅとＡｌとの反応を抑制する作用を有し、その作用によって、ＡｌのＦｅ系金属部材への流入およびＦｅのＡｌ系金属部材への流入を防止することができることが判った。

（２）実施例２（Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた場合）
　実施例２では、Ｚｎ系ろう材としてＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた以外は、実施例１と同様な手法でフレア継手形状の金属部材の接合構造体を製造した。接合条件については、レーザビームの集光径を１．８mm、レーザ出力を１．４ｋＷ、接合速度を１ｍ／min、ワイヤ速度を３．２ｍ／minとし、キーホールの形成においてＦｅ系金属部材の被接合部が適度な加熱により溶融する適正入熱条件とした。Ｆｅ系金属部材として、鋼板（JAC２７０、板厚１．０mm、図１９（Ａ）での縦方向長さ２００mm、横方向長さ８０mm）を用い、Ａｌ系金属部材として、Ａｌ板（A６K２１-T１４、板厚が１．０mm、図１での縦方向長さを２００mm、横方向長さを８０mm）を用いた。

［Ｆｅ系金属部材と接合層との境界部のＥＰＭＡ元素マップ分析およびＳＥＭ観察］
　Ｓｉ含有量が１．０wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いて得られた接合構造体のテストピースについて、電子線マイクロプローブアナライザ（ＥＰＭＡ）により元素分析を行った。その結果を図２８（Ａ），２８（Ｂ）に示す。図２８（Ａ）は、接合構造体の接合部のＳＥＭ写真（左側写真）およびその写真におけるＦｅ系金属部材と接合層との界面の拡大ＳＥＭ写真（右側写真）であり、図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）の拡大ＳＥＭ写真で示された界面のＥＰＭＡマップ分析写真（Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ）である。

　また、同一の接合構造体のテストピースについて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりＦｅ系金属部材と接合層との界面の観察を行った。その結果を図２９（Ａ）、２９（Ｂ）に示す。図２９（Ａ），２９（Ｂ）は、Ｆｅ系金属部材と接合層との界面のＳＥＭ写真であり、図２９（Ａ）は３０００倍のＳＥＭ写真、図２９（Ｂ）は１５０００倍のＳＥＭ写真である。

　図２８（Ａ）に示すように、実施例２のＦｅ系金属部材と接合層との界面には、金属間化合物層が観察されず、図２８（Ｂ）に示すＥＰＭＡ元素マップ分析では、Ｓｉが一様に散在するとともに、ＦｅとＺｎの界面（すなわち、Ｆｅ系金属部材と接合層との界面）が明瞭に観察された。Ａｌは、Ａｌ系金属部材のＡｌが溶接により接合層に固溶したものである。また、図２９（Ａ）の３０００倍のＳＥＭ写真、図２９（Ｂ）の１５０００倍のＳＥＭ写真に示すように、ＳＥＭ観察での倍率を高くしても、本実施例のＦｅ系金属部材と接合層との界面には、金属間化合物層が観察されなかった。

　以上のようなＥＰＭＡ元素マップ分析およびＳＥＭ観察の結果から判るように、Ｚｎ系ろう材としてＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた以外は実施例１と同様な手法により、キーホールの形成において適正入熱条件下でレーザビームを多重反射させると、Ｆｅ系金属部材と接合層との界面には、従来の接合構造体（Ｚｎ－Ａｌ系ろう材により接合された接合構造体）で形成されていた脆弱な金属間化合物層が存在しないことを確認した。

　フレア引張強度試験では、図３０（Ａ）に示すように、接合層２０２３が形成された面側でＴ字状をなすＦｅ系金属部材２０２１およびＡｌ系金属部材２０２２の横方向延在部に対して、互いに反対方向の力を加えた。フレア引張強度試験では、矢印Ａ，Ｂが指示する部分で応力が最もかけられる。

　その結果（フレア引張強度値および破断箇所）を表５および図３１に示す。表５では、Ｓｉ含有量が０．２５wt%、１．０wt%、２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材に対応する接合構造体のテストピースの試験結果を試料２１～２３としている。表５には試料２４および比較試料２１の結果を併記している。試料２４は、ろう材として、Ａｌの添加量が６wt%のＺｎ－Ａｌ系ろう材を用いて得られたＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合構造体のテストピースであり、実施例１の試料１１１の接合構造体に対応するものである。比較試料２１は、ろう材として、市販のろう材を用いて得られたＡｌ系金属部材どうしの接合構造体のテストピースである。試料２４および比較試料２１のテストピースは、得られた接合構造体を試料２１～２３と同様に短冊状に切断したものである。図３１では、各試料のフレア引張強度の平均値および破断箇所を併記している。

　フレア引張強度試験の強度基準値（図３１の一点鎖線）は、次のように設定している。スポット溶接の１打点と等価の連続溶接の継手長を２０mmに設定し、JISZ３１４０のなかのＡｌどうしのスポット溶接を基準とした。これにより、Ａｌの板厚が１．２mmであるスポット溶接の引張強度基準は１．８６kN/２０mmとなる。

　表５および図３１に示すように、異種金属部材の接合構造体である本発明の試料２１～２３の引張強度が、その強度基準値を上回った。しかも、試料２１～２３の引張強度は、異種金属部材の接合構造体である試料２４の引張強度よりも高いのはもちろんのこと、同種金属部材の接合構造体である比較試料２１の引張強度よりも高かった。そして、少量のＳｉ含有量（０．２５wt%）で引張強度が大幅に向上したことを確認した。また、試料２１～２３では、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断した試料２４と異なり、Ａｌ系金属部材で破断したことを確認した。

　ピール強度試験では、図３０（Ｂ）に示すように、接合層２０２３が形成された面とは反対側の面でＴ字状をなすＦｅ系金属部材２０２１およびＡｌ系金属部材２０２２の横方向延在部に対して互いに反対方向の力を加えた。このようなピール強度試験では、接合界面（矢印Ｃで指示される箇所）に高い応力を集中させることにより、接合界面の強度を測定することができる。

　その結果（ピール引張強度値および破断形態）を表６および図３２に示す。表６では、Ｓｉ含有量が０．２５wt%、１．０wt%、２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材に対応する接合構造体のテストピースの試験結果を試料３１～３３としている。表６には試料３４および比較試料３１の結果を併記している。試料３４は、ろう材としてＡｌの含有量が６wt%のＺｎ－Ａｌ系ろう材を用いて得られたＦｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との接合構造体のテストピースであり、実施例１の試料１１１の接合構造体に対応するものである。比較試料３１は、ろう材として市販のろう材を用いて得られたＡｌ系金属部材どうしの接合構造体のテストピースである。試料３４および比較試料３１のテストピースは、得られた接合構造体を試料３１～３３と同様に短冊状に切断したものである。図３２では、各試料のピール強度の平均値および破断箇所を併記している。

　ピール強度試験の強度基準値（図３２の一点鎖線）は、市販のろう材を用いて得られた同種金属部材の接合構造体である比較試料３１（Ａｌ系金属部材の接合構造体）のテストピースのピール強度値の８割としている。

　表５および図３２に示すように、異種金属部材の接合構造体である試料３１～３３では、ピール強度が強度基準を上回った。しかも、試料３１～３３のピール強度は、異種金属部材の接合構造体である試料３４との比較により、少量のＳｉ含有量（０．２５wt%）でピール強度が大幅に向上したことを確認した。また、試料３１，３２では、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断した試料３４と異なり、同種金属部材の接合構造体である比較試料３１と同様、Ａｌ系金属部材で破断したことを確認した。なお、試料３３では、ぬれ性に低下による接合界面幅の減少のため、試料３１，３２と比較してピール強度が若干低下し、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断したものと推察される。

　以上のようにＳｉ含有量が０．２５wt%～２．５wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた異種金属部材の接合構造体である試料では、その強度が強度基準値を上回った。しかも、試料の強度は、同じ異種金属部材の接合構造体である試料との比較により、少量のＳｉ含有量（０．２５wt%）で強度が大幅に向上することが判った。特に、Ｓｉ含有量が０．２５wt%～１．０wt%のＺｎ－Ｓｉ系ろう材を用いた異種金属部材の接合構造体である試料では、Ｆｅ系金属部材と接合層の界面で破断せず、Ａｌ系金属部材で破断したことから、同種金属部材の接合構造体のような強固な接合構造体を得ることができることが判った。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

　本発明は、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材との間にろう材を介在して、Ｆｅ系金属部材とＡｌ系金属部材とを接合する金属部材の接合方法および接合構造、および、ろう材に利用可能である。

　１…Ｆｅ系金属部材、２…Ａｌ系金属部材、３…Ｚｎ系ろう材、４…接合層、５…金属間化合物層
　１００１…Ｆｅ系金属部材、１００２…Ａｌ系金属部材、１００３…Ｚｎ－Ｓｉ系ろう材、１００４…接合層、１００５…キーホール
　２００１…Ｆｅ系金属部材、２００２…Ａｌ系金属部材、２００３…Ｚｎ系ろう材，溶融Ｚｎ系ろう材、２００４，２０１４…接合層、２００５…キーホール、２００６…溶融材料、２００７，２０１７…金属間化合物層、２０１０，２０２０…接合構造体、２０１３…開先形状、２１０２…レーザビーム

Claims

　Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との間にＺｎ系ろう材を介在して、前記Ｆｅ系金属部材と前記Ａｌ系金属部材とを接合する接合方法であって、
　接合時に、前記Ｆｅ系金属部材の被接合部を、前記Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱する、
　金属部材の接合方法。
　前記Ｆｅ系金属部材と前記Ａｌ系金属部材とで開先形状を形成し、
　前記開先形状に前記Ｚｎ系ろう材を配置し、
　前記接合時に、レーザビームの中心線を前記開先形状の中心線よりも前記Ｆｅ系金属部材側に位置させる、
　請求項１に記載の金属部材の接合方法。
　Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材とが、Ｚｎを主成分とする接合層を間にして接合された接合構造であって、
　前記接合層はＡｌを含み、
　前記Ｆｅ系金属部材と前記接合層との境界部に、Ａｌを主成分とするＡｌ－Ｆｅ－Ｚｎ系金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されている、
　金属部材の接合構造。
　前記接合層が前記Ｆｅ系金属部材に嵌合されている形状を有している、請求項３に記載の金属部材の接合構造。
　Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との接合に用いられるろう材において、Ｚｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなるろう材。
　Ｓｉ：０．２５～２．５重量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる請求項５に記載のろう材。
　Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材との間にろう材を介在して、前記Ｆｅ系金属部材と前記Ａｌ系金属部材とを接合する接合方法であって、
　前記ろう材は、Ｚｎ、Ｓｉ、および、不可避不純物からなる、
　金属部材の接合方法。
　Ｓｉ：０．２５～２．５重量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避不純物からなる請求項７に記載の金属部材の接合方法。
　前記Ｆｅ系金属部材の被接合部を前記Ｆｅ系材料の融点以上の温度で加熱を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の金属部材の接合方法。
　レーザビームを熱源として用いて複数の金属部材をろう材により接合する金属部材の接合方法であって、
　前記金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材を用い、
　前記ろう材として、Ｚｎ系ろう材を用い、
　前記レーザビームの照射により前記ろう材を蒸発させ、
　前記金属部材の被溶接部を溶融してキーホールを形成し、
　前記キーホール内で前記レーザビームを多重反射させる、
　金属部材の接合方法。
　レーザビームを熱源として用いて複数の金属部材をろう材により接合する金属部材の接合方法であって、
　前記金属部材として、Ｆｅ系材料からなるＦｅ系金属部材とＡｌ系材料からなるＡｌ系金属部材を用い、
　前記ろう材として、Ｚｎ系ろう材を用い、
　前記Ｆｅ系金属部材と前記Ａｌ系金属部材とで開先形状を形成し、
　前記レーザビームの照射により前記ろう材を蒸発させ、
　前記開先形状の表面で前記レーザビームを多重反射させる、
　金属部材の接合方法。