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審決分類 審判 査定不服 2項進歩性 特許、登録しない(前置又は当審拒絶理由) B23K
管理番号 1335006
審判番号 不服2016-8012  
総通号数 217 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2018-01-26 
種別 拒絶査定不服の審決 
審判請求日 2016-06-01 
確定日 2017-11-30 
事件の表示 特願2013-19354「伝熱板の製造方法及び摩擦攪拌接合方法」拒絶査定不服審判事件〔平成26年5月22日出願公開,特開2014-94409〕について,次のとおり審決する。 
結論 本件審判の請求は,成り立たない。 
理由 1 手続の経緯・本願発明

本願は,平成25年2月4日(優先権主張平成24年10月10日)の出願であって,平成28年3月9日付けで拒絶査定(謄本送達日平成28年3月15日)がなされ,それに対して,平成28年6月1日に拒絶査定不服審判が請求されると同時に手続補正書が提出されたものである。
そして,当審において,平成29年7月5日付けで拒絶理由(発送日平成29年7月11日)を通知し,応答期間内である平成29年9月1日に意見書及び手続補正書が提出されたところである。

ここで,この出願の請求項8に係る発明(以下「本願発明」という。)は,平成29年9月1日にされた手続補正により補正された特許請求の範囲の請求項8に記載された次のとおりのものと認める。

「攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結された回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって、
一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程と、
他方の前記金属部材の表面から回転した前記回転ツールを挿入し、一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面との前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程と、
前記本接合工程の終了後、前記本接合工程における前記回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除して他方の前記金属部材の表面を平滑にするバリ切除工程と、を含み、
前記金属部材は、アルミニウム合金で形成されており、
前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており、前記攪拌ピンは基端から先端に向かうにつれて連続的に先細りになっており、
前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成する場合は、前記回転ツールを右回転させ、
前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成する場合は、前記回転ツールを左回転させ、
前記本接合工程では、前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方、又は、他方の前記金属部材のみに接触させた状態で前記重合部に沿って摩擦攪拌を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。」

2 引用例の記載
(1)引用例1
ア 当審において通知した拒絶の理由に引用され,本願の優先日前に頒布された刊行物である,米国特許出願公開第2006/0086775号(2006年(平成18年)4月27日発行。以下,「引用例1」という。)には,図面とともに次の記載がある。なお,丸括弧内は参考のために当審で付した和訳である。

(ア)“[0002] The present invention relates to the field of friction stir welding; particularly, to a single piece non-consumable shoulderless friction stir welding tool and methods that can perform variable penetration welds, variable width welds, weld workpieces of differing thicknesses, weld workpieces having complex curvature, retract from the weld during welding without producing an exit hole, and improve the quality of friction stir welds. ”(本発明は,摩擦攪拌接合の分野,特に,単一部材非消耗ショルダーレス摩擦攪拌接合工具及び方法に関するものであって,それは,可変の工具挿入深さでの溶接,可変幅での溶接を行え,異なる厚さのワークピースを溶接できたり,複合曲面を有するワークピースを溶接したり,溶接終了時の孔を生じることなく溶接時の溶接部から引き抜くことができ,そして,摩擦攪拌接合部の品質を向上することができるというものである。)

(イ)“[0003] Those in the wide ranging materials joining industries have recognized the benefits of friction stir welding (FSW) since its invention, only to be precluded from widespread application due to a number of factors. FSW is a relatively simple method of solid phase welding developed by The Welding Institute in the early 1990's. The conventional process utilizes a specially shaped nonconsumable cylindrical tool with a profiled pin, often threaded, extending from a shoulder of the tool, that is rotated and plunged into a joint formed by abutting edges of the workpieces that are to be joined until a surface of the shoulder contacts the surface of the workpieces. The rotating tool plasticizes a region of the workpieces around the pin and beneath the shoulder. The tool is then advanced along the joint. The rotation of the tool develops frictional heating of the workpieces, from both shoulder friction and pin friction, as well as adiabatic heating, and the tool forces plasticized workpiece material from the leading edge of the tool to the rear of the tool where it consolidates and cools to form a high quality weld.”(広範囲にわたる材料の接合分野における当業者は,摩擦攪拌接合(FSW)の利点を,その発明以来,認識してきたが,多くの要因のために幅広い応用には用いられずにいた。FSWは,1990年代初頭に,溶接研究所により開発された固相溶接という比較的簡単な方法である。従来のプロセスは,工具のショルダー部から延び,多くはねじが付けられた,断面ピン状に特別に形成された非消耗の円筒工具を利用しており,それは回転させられ,ワークピースの表面にショルダー部表面が当接するまで,接合予定のワークの隣接する縁が形成する接合部に押し込まれる。回転工具は,前記ピンの周りであってショルダー部の下にあるワークピースの領域を可塑化させる。工具は,接合部に沿って進められる。工具の回転は,断熱加熱だけではなく,ショルダー部の摩擦とピンの摩擦の両方からも,ワークピースの摩擦加熱を発生させ,そして,この工具は工具の前側の縁から工具の後側の縁までのワークピース材料を強制的に可塑化させ,その後端では,可塑化された材料は固まって冷却し,高品質な溶接部を形成する。)

(ウ)“[0008] Another problem with both conventional shouldered FSW tools 90 and retractable pin tools 95 is the overheating caused by the shoulder 91 , 96 . During FSW with conventional shouldered FSW tools 90 , 95 the weld 40 is repeatedly subjected to the pressure and rotation of the tool shoulder 91 , 96 . As a conventional FSW tool 90 , 95 traverses a joint 35 the material is first exposed to the leading edge of the shoulder 91 , 96 that is generally exerting a downward force on the workpieces 10 , 20 of several hundred pounds, often several thousand pounds, and is rotating at RPM's ranging from under 100 rpm to over 1000 rpm, while traversing the joint 35 rather slowly, generally less than ten inches per minute (IPM), depending on the materials being joined and their thickness. Taking for example a simple illustrative case of a conventional tool 90 , 95 traversing a joint 35 at 6 IPM and 800 RPM, it takes 10 seconds to traverse a one inch section of the joint 35 during which 80 revolutions of the tool 90 , 95 are made, resulting in 160 exposures of weld 40 to the shoulder 91 , 96 (an exposure at the leading edge and the trailing edge for each revolution). Such repeated exposure to the shoulder 91 , 96 results in the overheating of the weld 40 and the associated drawbacks. Prior methods and apparatus have indicated that such top surface friction heating and weld material containment contributed by the shoulder were essential to FSW. In fact, the definition of friction stir welding in most welding references includes the mention of a tool having a pin and a shoulder, thus a tool lacking a shoulder, or a shoulderless tool, as in the present invention is a completely new concept.”(従来のショルダー付きFSW工具90及び引込み可能ピン工具95の両方にある別の問題は,ショルダー部91,96によって引き起こされる過熱である。従来のショルダー付きFSW工具90,95によるFSW中に,溶接部40は,工具のショルダー部91,96の圧力と回転とを繰り返し受ける。従来の摩擦攪拌接合工具90,95が接合部35を進行すると,その材料は,まず,ショルダー部91,96の前側の縁にさらされ,ショルダー部は,ワークピース10,20に,通常数百ポンド,多くの場合には数千ポンドの下向きの力を作用させ,そして,接合される材料やその厚さによるが,ショルダー部は,通常は毎分10インチ(IPM)未満で,比較的ゆっくり接合部35を進行しながら,毎分の回転速度が100未満から1000を超えるまでの範囲の回転数で回転する。例として,毎分800回転しながら,接合部35を毎分6インチで横切る,従来の工具90,95の単純な実例を考えると,従来の工具90,95は接合部35の1インチ長さを進行するのに10秒かかり,その間に工具90,95は80回転するから,溶接部40はショルダー部91,96に160回さらされる(各回転において,先端側の縁と後続の縁との両方にさらされる)こととなる。そのように繰り返しショルダー部91,96にさらされる結果,溶接部40は過熱し,関連する不都合が生じる。従来の方法及び装置は,ショルダー部によるそのような表面の摩擦加熱と溶接材料の抑え込みは,FSWに必要不可欠であるということを示唆してきた。実際,ほとんどの溶接文献における摩擦攪拌接合の定義には,ピンとショルダー部とを有する工具という言及が含まれており,それゆえ,本発明におけるような,ショルダー部がない工具,すなわち,ショルダーレス工具は,全く新しい概念である。)

(エ)“[0009] Further, conventional shouldered FSW tools 90 and retractable pin tools 95 are generally ineffective at joining workpieces 10 , 20 of different thickness, as seen in FIG. 6 . This is due in large part to the fact that such tools 90 , 95 are designed for a specific pin 92 , 97 length for a particular material thickness. Such designs necessitate a unique tool for each thickness of material to be joined. The retractable pin tool 95 may reduce the number of tools needed to make welds in materials having differing thicknesses, but it too is limited in that each retractable pin tool 95 has a limited useful range established by the diameter of the shoulder. For instance, if the material is too thick or thin then under-heating or over-heating will occur. Additionally, one can easily appreciate that the pin 97 of a retractable pin tool 95 designed for use in joining 1/8" thick sheets will be ineffective and will fail if it is simply further extended from the shoulder 96 in trying to join 1/2" thick plates.”(さらに,従来のショルダー付きFSW工具90及び引き込み可能ピン工具95は,一般に,第6図に示されるような,厚さの異なるワークピース10,20の接合で有効でなかった。これは,そのような工具90,95は,特定の材料厚さ用の長さを持つピン92,97に合わせて設計されたことに多くの部分が起因する。このような設計は,接合すべき材料の厚さごとに固有の工具を必要とする。引き込み可能なピン工具95は,異なる厚さの材料の溶接を行うために必要な工具の数を減少させることができるが,そのような引き込み可能なピン工具95はそれぞれ,ショルダー部の径のために有効範囲に限りがあるため,工具数の減少に限りがありすぎる。例えば,材料が厚すぎたり,薄すぎたりすると,加熱不足や加熱しすぎが生じる。加えて,1/8インチ厚の薄板の接合に用いられるよう設計された引き込み可能なピン工具95のピン97は,1/2インチ厚の板を接合するためにショルダー部96から単純にさらに突出させたとしても,有効でなく,失敗するであろうことは,容易に認識できる。)

(オ)“[0012] A friction stir weld 40 created with conventional shouldered FSW tools 90 , 95 have several distinct regions, as seen in FIG. 3 , where the direction of travel of the tool 90 is into the paper. First, the metal away from the immediate vicinity of the weld 40 that is not affected by the weld is known as the base metal 50 . Closer to the actual weld 40 is the heat affected zone (HAZ) 60 where the material has experienced a thermal cycle that has modified the microstructure and/or mechanical properties, yet has no plastic deformation. Next, closer to the tool 90 , 95 is the thermomechanically affected zone (TMAZ) 70 where the material has seen limited plastic deformation by the tool 90 , 95 , and the heat from the process has also exerted some influence on the material. With the exception of aluminum, most materials exhibit recrystallization throughout the TMAZ 70 . Aluminum often exhibits recrystallization in only a portion of the TMAZ, often referred to as the nugget. Within the TMAZ 70 is the stir zone 75 , seen in FIG. 4 , having non-uniform grain structure from the violent deformation that materials in this region undergo while hot. The stir zone 75 has a shoulder region 76 and a pin region 77 . The pin region 77 is that region that has been directly exposed to the pin 92 , whereas the shoulder region 76 is the region just outside of the pin region 77 and below the shoulder 91 , 96 of the tool 90 , 95 . The shoulder region 76 flares out further away from the pin 92 , 97 near the surface of the workpiece nearest the shoulder 91 , 96 , due to the effects of the shoulder 91 , 96 . This flared-out portion of the shoulder region 76 , or re-stir area, near the surface of the weld 40 is the area most commonly exposed to overheating and the associated annealing and overageing effects that reduce the weld properties.”(従来のショルダーFSW工具90,95で形成された摩擦攪拌接合部40は,幾つかの異なる領域を有するものであり,図3に示すように,工具90の進行方向は紙面に垂直な方向にする。まず,溶接部40の直近からは離れた部分の溶接によって影響を受けない金属は,金属母材50として知られている。実際の溶接部40により近い部分は,微細構造や機械的特性は変更するが塑性変形は生じないような熱サイクルを受けた熱影響領域(HAZ)60である。次に,工具90,95により近い部分は,工具90,95による限られた塑性変形が材料にみられ,かつ,プロセスからの熱により材料に何らかの影響も受ける熱機械的影響領域(TMAZ)70である。アルミニウムを除いて,ほとんどの物質は,TMAZ70の全体にわたって再結晶化を示す。アルミニウムはしばしばTMAZの一部分のみで,しばしばナゲットと呼ばれる再結晶化を示す。TMAZ70の中には,図4に示すように,熱いうちにこの領域の材料が受けた激しい変形による非均一な粒子構造を有する攪拌領域75がある。攪拌領域75は,ショルダー領域76とピン領域77を有している。ピン領域77はピン92に直接さらされる領域であり,一方,ショルダー領域76は,ピン領域77のちょうど外側であって,工具90,95のショルダー部91,96の下方である領域である。ショルダー領域76は,ショルダー部91,96の影響のために,ショルダー部91,96に最も近いワーク表面近傍ではピン92,97から離れてさらに張り出している。溶接部40の表面近傍で,ショルダー領域76のこの張り出し部分や,再攪拌領域は,最も一般的に過熱や,溶接性を低下させるアニールや過時効に関連する影響にさらされる領域である。)

(カ)“[0014] Accordingly, the art has needed a tool, and associated methods, that eliminate the need for a shoulder and thereby eliminate the multitude of problems associated with the shoulder. An ideal tool would be simple in design and construction; inexpensive; allow for retractability during welding thereby eliminating the exit hole; accommodate joining materials of differing thicknesses; facilitate variable penetration depth; improve weld quality by reducing internal voids and lack of fusion; and eliminate the re-stir area of the stir region. While some of the prior art devices attempted to improve the state of the art, none has achieved the unique and novel configurations and capabilities of the present invention. With these capabilities taken into consideration, the instant invention addresses many of the shortcomings of the prior art and offers significant benefits heretofore unavailable. Further, none of the above inventions and patents, taken either singly or in combination, is seen to describe the instant invention as claimed.”(したがって,この技術は,ショルダー部の必要性をなくし,それによって,ショルダー部に関連する多くの問題をなくした,工具とそれに関連する方法を必要としている。理想的な工具は,設計や製造が簡単であり,安価で,溶接中の引き抜きを可能とすることで溶接終了時の穴をなくすものであり,異なる厚さの材料の接合に適合するものであり,可変の工具挿入深さを容易に実現し,内部ボイドや溶融不足を減少させることで溶接品質を向上させ,攪拌領域における再攪拌領域をなくすものである。従来技術の装置のいくつかはこの技術水準を向上させることを試みたが,いずれも本発明の独特で新規の構成及び性能を達成できたものではない。これらの能力を考慮することで,本発明は従来技術の多くの欠点を改善し,これまで不可能だった重要な利点を提供する。さらに,上記の発明や特許はいずれも,単独または組み合わせたとしても,特許請求の範囲に記載された本発明を説明するようなものではない。)

(キ)“[0017] The head portion has a base with a diameter substantially equal to the diameter of the body portion, thereby forming a transition between the body portion and the head portion. The head portion includes a face that converges to the tip section. The transition from the body portion to the head portion is smooth in that it is uninterrupted by a shoulder or other projection. This lack of a shoulder has numerous advantages that have long been overlooked by those in the FSW industry. Prior methods and apparatus have indicated that top surface friction heating and weld material containment were essential to FSW.”(ヘッド部は本体部の直径にほぼ等しい直径を備えたベースを有しており,これにより,本体部からヘッド部との間の遷移部を形成する。ヘッド部は,先端部に収束する面を有している。本体部分からヘッド部への遷移部は,ショルダー部や他の突出部で中断されることがないため滑らかである。このショルダー部の欠如は,FSW分野の当業者によって見落とされてきた多くの利点を有する。従来の方法及び装置は,上面の摩擦加熱と溶接材料の抑え込みは,FSWに必要不可欠であったことを示してきた。)

(ク)“[0036] FIG. 16 shows a front elevation view of an embodiment of the tool of FIG. 7 , not to scale;”(図16は,図7の工具の1つの実施形態の正面図を示しているが,原寸に比例していない。)

(ケ)“[0054] The present invention includes several methods of friction stir welding (FSW) and a non-consumable retractable shoulderless variable penetration friction stir welding tool 100 for performing the methods. The non-consumable retractable shoulderless variable penetration friction stir welding tool 100 is used in joining a first workpiece 10 and a second workpiece 20 with a friction stir weld 40 . The tool 100 includes a substantially cylindrical body portion 200 , a head portion 400 , and a tip section 500 , each integral to the tool 100 , as seen in FIG. 7 . The body portion 200 has a longitudinal axis 210 about which it is rotable, a diameter 220 , a sidewall 230 substantially parallel to the longitudinal axis 210 , a proximal end 240 , and a distal end 250 .”(本発明は摩擦攪拌接合(FSW)のいくつかの方法と,これらの方法を実行するための非消耗式で引き込み可能,ショルダーレスで,挿入深さが可変な,摩擦攪拌接合工具100を備えている。この非消耗式で引き込み可能,ショルダーレスで,挿入深さが可変な,摩擦攪拌接合工具100は,第1のワークピース10と第2のワークピース20とを摩擦攪拌接合部40で接合するのに使用される。図7にみられるように,工具100は,実質的に円筒形の本体部200,ヘッド部400,及び先端部500を有し,それぞれは工具100に必要不可欠なものである。本体部分200は,この軸に関して本願部分が回転可能である長手方向の軸210,直径220,実質的にこの長手方向の軸210に平行である側壁230,基端部240及び先端部250を有している。)

(コ)“[0055] The first workpiece 10 has a first thickness 12 and a top surface 14 . Similarly, the second workpiece 20 has a second thickness 22 and a top surface 24 , as seen in FIG. 8 . The tool 100 and methods of the present invention work equally as well on butt joints, as seen in FIG. 5 ; lap joints, as seen in FIG. 9 ; combination butt and lap joints, as seen in FIG. 10 ; tee joints, as seen in FIG. 22 ; corner joints, not illustrated but understood by one with skill in the art; as well as bead on plate welds to alter the local characteristics of a plate due to friction stir processing of the material with the tool.”(第1のワークピース10は第1の厚さ12及び上面14を有する。第2のワークピース20は,図8に示されるように,第2の厚さ22及び上面24を有する。本発明の工具100及び方法は,図5に示すような突合せ継手にも,図9に示すような重ね継手にも,図10に示すような突合せ継手と重ね継手との組合せにも,図22に示すようなT継手にも,また,図示しないが当業者にとって理解されるかど継手にも工具で材料の摩擦攪拌処理を行うことにより,板の局所的な特性を変更するために板溶接におけるビードにも,同様に機能する。)

(サ)“[0066] Still further, another advantage of the present tool 100 is that it produces wider welds 40 than those produced by conventional shouldered friction stir welding tools 90 , 95 of the same exterior diameter. FIGS. 20 and 21 illustrate that the lap joint weld width 42 , being the width of the weld 40 at the interface between the first and second workpieces 10 , 20 , is much greater when using a tool 100 of the present invention, as seen in FIG. 21 , than when using a conventional tool, as seen in FIG. 20 . The improved weld width 42 is a result of the relatively flat head portion 400 , when compared to prior art shouldered tools 90 , 95 , and results in more bonded area between the first and second workpieces 10 , 20 , and thus a higher load capacity.”(さらに,本工具100のほかの利点は,同じ外径の従来のショルダー付き摩擦攪拌接合工具90,95によって製造されたものよりも広い溶接部40を生成することである。 図20及び図21は,第1及び第2のワークピース10,20の間の境界における溶接部40の幅である,重ね継手の溶接幅42は,図21に示す本発明の工具100を用いた場合には,図20に示す従来の工具を示した場合よりも,はるかに大きい。改善された溶接幅42は,比較的平坦なヘッド部400の結果であり,従来技術のショルダー付き工具90,95と比較して,第1及び第2のワークピース10,20の間により広い接合領域がもたらされ,それによって,より高い耐荷重となる。)

(シ)“[0068] Further, the design of the present invention, namely the shoulderless transition 300 from the head portion 400 to the body portion 200 , allows the weld penetration depth to change on the fly. For instance, the tool 100 may first be plunged into the workpiece(s) 10 , 20 to a first penetration depth 82 and travel for a particular distance (left to right) before further extending, or retracting, into the workpiece(s) 10 , 20 to a second penetration depth 84 , as seen in FIG. 12 . It is important to note that the present tool 100 is capable of entering the joint 35 as it is moving along the joint 35 , and need not be first plunged to a particular depth and then traversed, as with prior tools. For instance, the far left tool 100 of FIG. 12 could have started its descent to the second position from the top surface rather than an initial depth. This can be particularly advantageous in welding lap joints, as seen in FIG. 9 , and combination butt and lap joints, as seen in FIG. 10 . It is significant to note that the tool 100 of the present invention is capable of plunging into the joint 35 as it is moving along the joint 35 , it need not be first plunged into a joint 35 and then moved along the joint 35 . Therefore, when joining the elements of FIG. 10 the tool 100 would first enter the joint 35 between the first and second workpieces 10 , 20 to a first depth and then penetrate to a deeper depth in the vicinity of the third workpiece 30 so as to not only join the first workpiece 10 to the second workpiece 20 but to also join each of them to the third workpiece 30 . Such adaptability is not found in the prior art tools. ”(さらに,本発明の形状,すなわち,ヘッド部400から本体部200へのショルダーレス遷移部300は,工具挿入深さを急に変更することを可能とする。例えば,図12に示すように,工具100はまず,第1の挿入深さ82でワークピース10,20に突っ込まれ,第2の挿入深さ84になるようにさらに伸張させたり,引き込まれたりするまで,特定の距離を(左から右に)移動する。ここで,工具100は,接合部35に沿って移動するにつれて,接合部35に入っていくことができるものであって,従来の工具のように最初に特定の深さまで突っ込まれてから移動するという必要がないことに留意することが重要である。例えば,図12の左端の工具100は初期深さからではなく,上面から第2の位置に下降を開始することも可能であった。このことは,図9に示すような重ね接合や図10に示すような突合せ接合と重ね接合との組合せの溶接で特に有利である。本発明の工具100は,接合部35に沿って移動するにつれて接合部35に突っ込まれていくことができ,接合部35に最初に突っ込まれた後に接合部35に沿って移動する必要がない,ということに留意することが重要なことである。したがって,図10の構成要素を接合する際に工具100は,第1のワークピース10が第2のワークピース20に接合されるだけでなく,それぞれが第3のワークピースにも接合されるように,第1および第2のワークピース10,20の間の接合部35に第1の深さまで入り,次に,第3のワークピース付近のより深い位置まで侵入する。このような適合性は,従来技術のツールにはみらなかったものである。)

(ス)“[0071] The face 440 of the head portion 400 and the sidewall 230 of the body portion 230 may be substantially smooth or contain friction and/or plunge control features. For instance, in one embodiment the face 440 of the head portion 400 is formed with at least one recess 450 , as seen in FIG. 16 , to aid in heat generation; stirring of the weld 40 ; reduction of surface flash formation; and improved stability of the tool 100 during the plunge. Alternatively, the face 440 may include projections extending from the face 440 such as threads or stipples, as disclosed in the prior art.”(ヘッド部300の面440と本体部230の側壁230は,実質的に滑らかであってもよく,または摩擦および/または突っ込み制御機能を含むことができる。例えば,一実施形態において,ヘッド部400の面440は,図16にみられるように,熱の生成,溶接部40の攪拌,表面のバリ生成の低減,突っ込み時の工具100の安定性の向上を助けるために,少なくとも1条の凹部450が形成されている。代わりに,その面440は,従来技術で開示されているような,ねじ又は点描等といった,面440から延びる突出部を含むことができる。)

(セ)“[0073] FIGS. 25-29 illustrate welds made using the tool and methods of the present invention on 0.125" thick 7075 aluminum. The direction of travel of the tool when performing the illustrated welds was from right to left. First, FIG. 25 illustrates a variable-depth variable-width weld having a reduced depth and width near the middle of the weld traverse and a weld produced having no exit hole. Next, FIG. 26 illustrates a weld where the tool was gradually tapered out of the joint during the last one-third of the traverse leaving no exit hole. The section line labeled section A-A in FIG. 26 is shown in FIG. 27 and illustrates the changing depth of the weld. Further, FIG. 28 is a cross-section taken along section line B-B in FIG. 26 showing no internal voids or lack of fusion, as other leaders in the field would expect from such a tool and method. Further, FIG. 29 illustrates a weld produced with the tool gradually entering into the joint as it traverses the joint, rather than the conventional approach of first plunging the tool to the desired depth and then traversing the joint. Lastly, FIGS. 30-32 illustrate a constant penetration constant width weld traversing from left to right in FIG. 30 . The weld was produced with the tool rotating at 135 rpm, traversing the joint at 2.2 inches per minute, and having a penetration depth of 0.170 inches. A cross-section taken along the one inch marker line in FIG. 30 is shown in FIG. 31 and one taken along nine inch marker line is shown in FIG. 32 , both cross-sections being free of internal voids and lack of fusion. Cross-sections in FIGS. 28, 31 , and 32 show no evidence of re-stir, discussed above, near the surface of the weld 40 commonly characterized by overheating and the associated annealing and overageing effects that reduce weld properties.”(図25-29は,0.125インチ厚7075アルミニウムに本発明のツール及び方法を用いて作られた溶接部を示している。図示された溶接がされた時の工具の進行方向は,右から左であった。まず,図25は,深さ及び幅が可変の溶接部であって,溶接の進行経路の中央付近で深さと幅とが減少し,溶接終了時の穴が形成されていない溶接部を示している。次に,図26は,経路の最後の1/3の間で工具が徐々に接合部から引き抜かれて細くなり,溶接終了時の穴を形成していない溶接部を示している。図26のA-A線の部分は図27であり,溶接部の深さが変化していることを示している。また,図28は,図26のB-B線に沿う断面であり,この技術分野における当業者らがこのような工具や方法から予測し得たように,内部ボイドや溶融不足は生じていないことを示す。さらに図29は,工具を最初に所望の深さに突っ込んでから接合部を進行させるという従来の方法とは違って,接合部を進行させていくにつれて工具を徐々に接合部に入れていくことで形成された溶接部を示している。最後に,図30-32は,図30の左から右へと進行させた,一定の溶込みで一定の幅の溶接部を示している。この溶接は,工具を毎分135回で回転させ,毎分2.2インチで接合部を進行させ,挿入深さを0.170インチとすることで形成された。図30の1インチ目印線に沿った断面図を図31に示し,9インチ目印線に沿った断面図を図32に示すが,どちらの断面も,内部ボイドや溶融不足は生じていない。図28,31,32の断面図は,上記で言及した,過熱や,溶接性を低下させるアニール及び過時効に関連する影響によって一般的に特徴づけられる溶接部40表面近傍では,再攪拌の証拠がないことを示している。)

(ソ)第7図
第7図は,摩擦攪拌接合に用いられる工具の図であって,ショルダー部を有さない工具であって,先端部は連続的に先細りになっている工具が看取される。


(タ)第9図
第9図には,摩擦攪拌接合の対象となる第1及び第2のワークピース10,20が重ね合わされている事項が看取される。


(チ)第16図
第16図には,摩擦攪拌接合に用いられる工具の先細りの先端部の面440に螺旋溝450が設けられている事項が看取される。


(ツ)第21図
第21図には摩擦攪拌接合がなされる際に,第1のワークピース10の上に第2のワークピース20が重合され,重合部に第2のワークピース20側から挿入された摩擦攪拌接合工具100において先細りになっているヘッド部のみが第1のワークピース10が存在する高さまで挿入されている事項が看取される。


イ 上記記載から,引用例1には,次の技術的事項が記載されている。

(ア)引用例1に記載された技術は,摩擦攪拌接合の分野,特に,ショルダーレス摩擦攪拌接合工具及び方法に関するものである(上記摘記事項ア(ア))。

(イ)引用例1に記載された摩擦攪拌接合工具は,金属の接合に用いられるもの(上記摘記事項ア(オ)及び(カ))であり,第1のワークピースと第2のワークピースとを摩擦攪拌接合部で接合するのに使用され,重ね継手の摩擦攪拌接合にも用いることができ(上記摘記事項ア(コ)及び(タ)),摩擦攪拌接合工具は,実質的に円筒形の本体部,ヘッド部及び先端部を有し(上記摘記事項ア(ケ)及び(ソ)),ヘッド部の面には少なくとも1条の凹部450が形成されており(上記摘記事項ア(ス)及び(チ)),摩擦攪拌接合工具は本体部の長手方向軸に沿って回転させられ(上記摘記事項ア(ケ)),また,摩擦攪拌接合工具は接合部に沿って進行して摩擦攪拌接合を行う(上記摘記事項ア(シ))。

(ウ)引用例1に記載された摩擦攪拌接合工具はヘッド部を,第1のワークピースが存在する高さまで挿入されている状態で摩擦攪拌接合がなされ,一例として摩擦攪拌接合工具は第2のワークピース側から挿入される(上記摘記事項ア(サ)及び(ツ))。

(エ)引用例1に記載された摩擦攪拌接合工具は,材料が7075アルミニウムである部材の接合に対して用いることができる(上記摘記事項ア(セ))。

ウ 上記イ(ア)ないし(ウ)のことから,引用例1には,次の発明(以下,「引用発明」という。)が記載されていると認められる。

「ヘッド部を備え,回転している摩擦攪拌接合工具を用いて,金属部材である第1及び第2のワークピースを接合する摩擦攪拌接合を行う方法であって,前記第1及び第2のワークピースは重ね合わされ,前記摩擦攪拌接合工具は前記第2のワークピース側から挿入されて,前記第1及び第2のワークピースの重合部に沿って進行して摩擦攪拌接合が行われ,前記ヘッド部の面には螺旋状の凹部が設けられており,前記ヘッド部は基端部から先端部にかけて連続的に先細りになっており,摩擦攪拌接合では,前記ヘッド部のみを第1のワークピースが存在する高さまで挿入されている状態で摩擦攪拌接合を行う方法。」

(2)引用例2
ア 当審において通知した拒絶の理由に引用され,本願の優先日前に頒布された刊行物である,特開2010-264467号公報(平成22年11月25日公開。以下,「引用例2」という。)には,図面とともに次の記載がある。

(ア)【0007】
「このような課題を解決する本発明に係る伝熱板の製造方法は、ベース部材の表面側に開口する蓋溝の底面に形成された凹溝に、熱媒体用管を挿入する挿入工程と、前記蓋溝に挿入される本体部と前記凹溝に挿入される凸部とを有する蓋板を、前記蓋溝に挿入する蓋溝閉塞工程と、前記蓋溝の側壁と前記蓋板の側面との突合部に沿って回転ツールを相対移動させて摩擦攪拌接合を行う本接合工程と、前記ベース部材の裏面に対して回転ツールを移動させて摩擦攪拌を行う矯正工程と、を含むことを特徴とする。」

(イ)【0017】
「また、前記矯正工程の後に、前記伝熱板の裏面側を面削加工する面削工程を含み、前記面削工程の深さは、前記矯正工程で用いる回転ツールの攪拌ピンの長さよりも大きいことが好ましい。かかる製造方法によれば、伝熱板の裏面を平滑に形成することができる。」

(ウ)【0066】
「(面削工程)
面削工程では、公知のエンドミル等を用いてベース部材32の裏面32bを面削する。図12の(b)に示すように、ベース部材32の裏面32bには、矯正用回転ツールGの抜き穴(図示省略)や、各回転ツールを押し込むことによって発生する溝(図示省略)、バリ等が発生する。したがって、面削工程を行うことにより、ベース部材32の裏面32bを平滑に形成することができる。本実施形態では、図13に示すように、面削加工の厚みMaは、裏面塑性化領域W42の厚みWaよりも大きく設定する。これにより、ベース部材32の裏面32bに形成される裏面塑性化領域W41?W44が除去されるため、ベース部材32の性質の均一性を図ることができる。また、裏面32bに裏面塑性化領域W42が露出しないため、意匠性等にも好適である。

(エ)【0067】
「なお、本実施形態では、面削加工の厚みは、裏面塑性化領域の厚みよりも大きく設定したが、これに限定されるものではない。面削加工の厚みは、例えば、矯正用回転ツールGの攪拌ピンG2の長さよりも大きく設定してもよい。
また、本実施形態では、攪拌ピンG2を備えた矯正用回転ツールGを用いて矯正工程を行ったが、攪拌ピンG2を備えない矯正用回転ツールGを用いて矯正工程を行っても構わない。かかる回転ツールによれば、裏面塑性化領域の深さを浅くすることができるため、面削する厚みを小さくすることができる。これにより、面削部分が少ないためベース部材32のロスを小さくすることができ、コストを低減することができる。」

イ 上記記載から,引用例2には,次の技術的事項が記載されていると認められる。

「摩擦攪拌接合によって発生したバリ等をとるために,面削工程を行って摩擦攪拌接合で形成された塑性化領域を平滑にする技術。」

(3)引用例3
ア 当審において通知した拒絶の理由に引用され,本願の優先日前に頒布された刊行物である特開2007-160370号公報(平成19年6月28日公開。以下,「引用例3」という。)には,図面とともに次の記載がある。

(ア)【0001】
「本発明は重ね合わせ接合に適した摩擦撹拌接合ツールに関するものである。」

(イ)【0012】
「また、複数のピン部のうちの少なくとも一つを、ツール先端へ向けて外径が漸減するテーパ状に形成した構成を採り、当該ピン部の周速分布を相違させる。」

(ウ)【0013】
「あるいは、ピン部にその外周面に沿ってツール軸線を中心として螺旋状に延びるねじ溝を形成した構成を採り、当該ピン部による撹拌性を向上させる。」

(エ)【0024】
「大外径のピン部2と小外径のピン部3ではねじ溝の周速が相違し、当該ねじ溝はツール本体4の回転方向に対して逆向きであるので、上側の被接合部材7に由来する材料と下側の被接合部材7に由来する材料とが効果的に混ざり合う。」

(オ)【0047】
「ピン部22はツール先端へ向けて外径が漸減するテーパ状で、その外周面には、ツール本体23の回転方向に対して逆向きのねじ溝(ツール本体23の回転方向がその基端側から先端側に見て右回りであれば、左回り前進の螺旋)が形成されている。」

(カ)【0050】
「ピン部24はツール先端へ向けて外径が漸減するテーパ状で、その外周面には、ツール本体25の回転方向に対して逆向きのねじ溝(ツール本体25の回転方向がその基端側から先端側に見て右回りであれば、左回り前進の螺旋)が形成されている。」

イ 上記記載から,引用例3には,次の技術的事項が記載されていると認められる。

「摩擦攪拌接合のピン部外周面に螺旋状に延びるねじ溝をツールの回転方向と逆向きに形成する技術。」

(4)引用例4
ア 本願の優先日前に頒布された刊行物である特表2004-522591号公報(平成16年7月29日公表。以下,「引用例4」という。)には,図面とともに次の記載がある。

(ア)【0001】
「本発明は摩擦攪拌溶接(friction stir welding)に関し、特に改良したプローブ(probe)に関する。」

(イ)【0032】
「深部での突き合わせ溶接用の既知のプローブ204を図2aに示す。プローブのほぼ先端部にて狭くなるテーパーを有する形状をしている。プローブ204は波状の形状を有しており、突出部212のような深い螺旋を形成している。突出部212はプローブ長さの中でほぼ一周し、突出部212の間には始点が異なる3本の隆起部213が形成されて、3本の溝或いは縦溝212となっている。縦溝の間に形成された隆起部或いはランド213は相当の幅を有する。隆起部とプローブ軸のなす螺旋角度は45°以下である。このプローブは、加工材周辺に対して作用するだけではなく、可塑化した材料をショルダー207から下に動かす。」

(ウ)【図2a】
図2aは従来のらせん状の溝を有する摩擦攪拌溶接工具の図であり,基端から先端方向へ見た時に,210と付された矢印と逆方向となるように形成された螺旋溝212が看取される。

(エ)【図5a】
図5aは摩擦攪拌溶接プローブの図であり,基端から先端方向へ見た時に,507と付された軸の周りの矢印と逆方向となるように形成された螺旋状の突起513が看取される。

イ 上記記載から,引用例4には,次の技術的事項が記載されていると認められる。

「摩擦攪拌接合のピン部外周面に螺旋状に延びるねじ溝をツールの回転方向と逆向きに形成する技術。」

3 対比

本願発明と引用発明とを対比する。
引用発明における「ヘッド部」,「摩擦攪拌接合工具」,「ヘッド部の面」及び「螺旋状の凹部」はそれぞれ,本願発明における「攪拌ピン」,「回転ツール」,「攪拌ピンの外周面」及び「螺旋溝」に相当する。また,引用発明の「摩擦攪拌接合工具」を回転させるために回転軸を有する回転装置があることは当業者にとって明らかであるから,引用発明の「回転している摩擦攪拌接合工具を用い」るという事項は,本願発明の「摩擦攪拌装置の回転軸に連結された回転ツールを用い」る事項に相当する。

引用発明の「金属部材である第1及び第2のワークピース」は,本願発明の「二つの金属部材」に相当するから,引用発明における「第2のワークピース」と「第1のワークピース」のそれぞれは,本願発明における「一方の前記金属部材」,「他方の前記金属部材」に相当する。

引用発明の「前記第1及び第2のワークピースは重ね合わされ」る事項は,本願発明の「一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程」に相当する。また,引用発明において「前記第1及び第2のワークピースの重合部に沿って進行して摩擦攪拌接合」を行う事項は,本願発明において「一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面との前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程」に相当する。

本願発明の「前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方に接触させた状態」とは,攪拌ピンの挿入深さが,攪拌ピンが挿入された側の金属部材を超え,他方の金属部材に達している事項を意味するから,引用発明の「摩擦攪拌接合では,前記ヘッド部のみを第1のワークピースが存在する高さまで侵入されている状態で摩擦攪拌接合を行う」という事項は,本願発明の「前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方,又は,他方の前記金属部材のみに接触させた状態で前記重合部に沿って摩擦攪拌を行う」という事項と対比して,「前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って摩擦攪拌を行う」という点で一致する。

したがって,本願発明と引用発明との一致点及び相違点は次のとおりである。
<一致点>
攪拌ピンを備えるとともに摩擦攪拌装置の回転軸に連結された回転ツールを用いて二つの金属部材を接合する摩擦攪拌接合方法であって,
一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面とを重ね合わせて重合部を形成する重合部形成工程と,
他方の前記金属部材の表面から回転した前記回転ツールを挿入し,一方の前記金属部材の表面と他方の前記金属部材の裏面との前記重合部に沿って前記回転ツールを相対移動させる本接合工程を含み,
前記攪拌ピンの外周面には螺旋溝が刻設されており,前記攪拌ピンは基端から先端に向かうにつれて連続的に先細りになっており,
前記本接合工程では,前記攪拌ピンのみを一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方に接触させた状態で前記重合部に沿って摩擦攪拌を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。

<相違点1>
本願発明は「前記本接合工程の終了後,前記本接合工程における前記回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除して他方の前記金属部材の表面を平滑にするバリ切除工程」を含むのに対し,引用発明は摩擦攪拌接合の後にバリを切除するバリ切除工程を有するかどうかが明らかでない点。

<相違点2>
本願発明は「前記金属部材は,アルミニウム合金で形成されて」いるのに対し,引用発明では「第1及び第2のワークピース」の材質がアルミニウム合金であるかどうかが特定されていない点。

<相違点3>
本願発明は「前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて左回りに形成する場合は,前記回転ツールを右回転させ,前記螺旋溝を基端から先端に向かうにつれて右回りに形成する場合は,前記回転ツールを左回転させ」るものであるのに対し,引用発明は螺旋溝の螺旋の方向と回転ツールの回転方向との関係が明らかでない点。

4 判断

以下,相違点について検討する。
<相違点1について>
金属加工においてワーク表面をきれいにする仕上げ加工を行うことは当業者が一般的に行っている事項であって,例えば,引用例2には「摩擦攪拌接合によって発生したバリ等をとるために,面削工程を行って摩擦攪拌接合で形成された塑性化領域を平滑にする技術」が記載されており,このような平滑にする加工も仕上げ加工の一種である。
そうすると,引用発明においても,仕上げ加工である摩擦攪拌接合部分のバリを切削するバリ切除工程を設け,上記相違点1に係る事項を備えたものとすることは,当業者にとって容易になし得た事項である。

<相違点2について>
摩擦攪拌接合において,アルミニウム合金は慣用されている金属材料であり,上記2(1)イ(エ)のとおり,引用例1には摩擦攪拌接合を7075アルミニウム,すなわちアルミニウム合金の接合に用いる技術的事項も開示されている。
そうすると,引用発明の金属材料として,アルミニウム合金を用いることで,引用発明が上記相違点2に係る事項を備えたものとすることは,当業者にとって容易になし得た事項である。

<相違点3について>
螺旋溝の基端側から先端に向かうにつれての螺旋の回転方向と,摩擦攪拌接合工具の回転方向との関係を考えると,互いに同方向である場合と互いに逆方向である場合との2種類が存在し,引用発明を具現化するにあたっては,このいずれかが用いられることとなる。
そして,この方向を互いに逆方向とする事項は,引用例3,4に例示されるように,当業者にとって従来から周知の技術的事項にすぎない。
そうすると,引用発明を具現化するにあたり,引用発明において不明とされた回転方向として,従来から周知の技術的事項を採用し,上記相違点3に係る事項を備えたものとすることは,当業者が容易になし得た事項である。

<請求人の意見書における主張について>
請求人は,平成29年9月1日に提出した意見書の「【意見の内容】第4.4-12.」において,相違点15-17を挙げ,引用発明との違いを説明している。

そして,相違点15について実質的に説明がなされた「4-5-2.相違点2」の(4)において請求人は「引用文献2には、『したがって、面削工程を行うことにより、ベース部材32の裏面32bを平滑に形成することができる。』(引用文献2・明細書段落0066)という記載はあるものの、この面削工程は、ベース部材の矯正工程における矯正用回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリを切除して『 裏面』を平滑にするものである。引用発明2は、『 ショルダ部の下端面は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位である』というものである。引用発明1と引用発明2とは、技術思想が異なるため組み合わせることはできない。」と主張している。
しかしながら,上記相違点1で検討したとおり,バリを切除するような仕上げ加工は,摩擦攪拌接合のみで必要となるものではなく,金属加工一般で行われている事項である。そして,引用例2は摩擦攪拌接合においても,他の金属加工一般と同様にバリ切削加工が行われているという例示にすぎず,引用例2は「ショルダ部の下端面は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止する役割を担う部位である」という点があるからバリが生じるが,他の摩擦攪拌接合の場合にはバリが生じない,というものでもないし,引用例2に記載された「面削工程」が引用例2の「矯正用回転ツールの摩擦攪拌によって生じたバリ」のみ平滑化が可能であって他のバリでは平滑化できない,というものでもない。
そうすると,「引用発明1と引用発明2とは、技術思想が異なるため組み合わせることはできない。」という請求人の主張は前提を欠き,採用の限りではない。

また,相違点16について実質的に説明がなされた「4-5-3.相違点3」の(4)において請求人は「引用文献3に記載された発明(以下、『引用発明3』という。)は、『 接合すべき部材を重ねた被接合物に回転しながら押し付けられる摩擦撹拌接合ツールであって、円柱状のショルダ部と、当該ショルダ部に同軸に連なり且つツール先端へ向けて段階的に外径を小さくした複数の短円柱状のピン部とを備えてなることを特徴とする摩擦撹拌接合ツール』(引用文献3・請求項1)というものである。つまり、引用発明3は、『 ツール先端へ向けて段階的に外径を小さくした複数の短円柱状のピン部を備えてなる』というものである。したがって、引用発明3に基づいて、相違点3に係る構成に想到することは容易ではない。」と主張している。
確かに,引用例3には,上記2(3)ア(エ)で摘記したとおり「大外径のピン部2と小外径のピン部3ではねじ溝の周速が相違し、当該ねじ溝はツール本体4の回転方向に対して逆向きであるので、上側の被接合部材7に由来する材料と下側の被接合部材7に由来する材料とが効果的に混ざり合う。」との記載があって,材料の効果的な攪拌を行うためのは,外径の違いによる周速の相違も要素の一つである。しかしながら,上記2(3)ア(エ)の記載からも当業者であれば明らかなように,ねじ溝とツール本体の回転方向との関係も材料の効果的な攪拌の要素の一つであって,これは,大径部と小径部とがなければ発揮できないものではないから,当該事項は摩擦攪拌接合一般に適用可能な事項である。
そして,引用発明において不明であるねじ溝とツール本体の回転方向との関係は,同方向か逆方向の2通りしか存在しない。ここで,ねじ溝とツール本体の回転方向との関係は,引用例3に限らず,引用例4にも示されるとおり,従来から周知の技術的事項であるから,引用発明で考えられる二者択一の選択肢のうち,従来から用いられていた周知の技術的事項を採用することに,何ら困難性はみられない。
そうすると,請求人の相違点16に関する主張は採用の限りではない。

加えて,請求人は,「4-12.対比」<相違点17>において「本願発明8は、『 金属部材は、アルミニウム合金で形成されており、・・・本接合工程では、攪拌ピン・・・を一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方、又は、他方の前記金属部材のみに接触させた状態で重合部に沿って摩擦攪拌を行う』のに対して、引用発明1は、そのような『本接合工程』を備えるものではない点。」を相違点として挙げているが,一方の金属部材と他方の金属部材とを重ね合わせた重合部を摩擦攪拌接合によって接合するにあたり,攪拌ピンは「一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方」又は「他方の前記金属部材のみに接触させた状態」のいずれかになることは明らかである。そして,引用発明はこの前者しか明記されていなかったために当審が通知した拒絶理由通知では相違点としたものの,当該拒絶理由通知でも明記したとおり,引用発明は少なくとも「一方の前記金属部材と他方の前記金属部材の両方」に接するという事項を有しているから,請求人のいうように「引用発明1は、そのような『本接合工程』を備えるものではない」とはいえない。
そうすると,請求人の相違点17に関する主張は,その前提を欠き,一致点を看過して相違点として論じられたものであるから,当該主張は採用の限りではない。

したがって,請求人の上記主張はいずれも採用の限りではない。

よって,本願発明は,引用発明及び上記従来から周知の技術的事項に基づいて,当業者が容易に想到し得たものである。

5 むすび

以上のとおり,本願発明は,特許法29条2項の規定により特許を受けることができないから,他の請求項に係る発明について検討するまでもなく,本願は拒絶されるべきものである。
よって,結論のとおり審決する。
 
審理終結日 2017-09-29 
結審通知日 2017-10-03 
審決日 2017-10-16 
出願番号 特願2013-19354(P2013-19354)
審決分類 P 1 8・ 121- WZ (B23K)
最終処分 不成立  
前審関与審査官 青木 正博  
特許庁審判長 西村 泰英
特許庁審判官 栗田 雅弘
長清 吉範
発明の名称 伝熱板の製造方法及び摩擦攪拌接合方法  
代理人 特許業務法人磯野国際特許商標事務所  
復代理人 多田 悦夫  
復代理人 町田 能章  
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