【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細穴及び／又はスリットを有する金属体の製造方法に関し、詳しくは従来の加工法とは異なり、パルス通電により二つの部材を接合させることによって、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成することを特徴とする、細穴及び／又はスリットを有する金属体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年各種分野において微細な細穴の加工技術が要求されてきており、微細加工分野においては、例えばＬ／Ｄ（深さ／直径）が数百以上という微細な細穴を加工する技術が要求されている。
【０００３】
しかしながら、現状は、ドリルを使用する場合には、直径０．０５ｍｍ、深さ１ｍｍ程度が限界であり、Ｌ／Ｄは２０程度である。
また、最新形状の電極を用いて放電加工する場合には、直径０．２ｍｍ、深さ３ｍｍ程度が限界であり、Ｌ／Ｄは１５程度に過ぎない。
この他、ワイヤー加工（例えば、特許文献１参照）、エッチング加工、レーザー加工等があるが、いずれもこれ以下であり、最新の微細加工分野の要求に充分に応えられないのが現状である。
また、外側からの加工ができないような複雑な流体の通路を内蔵した構造体などの製造方法は無いに等しく、また、あったとしてもロウ付け等は強度的に弱く、ロウ材が流れ出すなど、実用面で問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３１３４４８号公報（第１頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような要望に応え、確実かつ容易に、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が数百以上という微細な細穴及び／又は微細なスリットを有する金属体を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、従来の加工法とは異なり、少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を、前記溝加工が施された面を内側にして互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態でパルス通電により二つの部材を接合させることによって、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成し、これにより、確実かつ容易に、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が数百以上という微細な細穴及び／又は微細なスリットを有する金属体を容易に製造することができることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに到った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る本発明は、細穴及び／又はスリットを有する金属体を製造するにあたり、少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を、前記溝加工が施された面を内側にして互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態で、前記二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、パルス通電によって前記二つの部材を接合させることにより、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成することを特徴とする、細穴及び／又はスリットを有する金属体の製造方法を提供するものである。
【０００８】
請求項２に係る本発明は、接合すべき二つの部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことを特徴とする、請求項１記載の方法を提供するものである。
【０００９】
請求項３に係る本発明は、接合すべき二つの部材の接合面の両面又は片面に予め薄膜を形成させておくことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法を提供するものである。
【００１０】
請求項４に係る本発明は、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す。
請求項１に係る本発明は、細穴及び／又はスリットを有する金属体の製造方法に関し、細穴及び／又はスリットを有する金属体を製造するにあたり、少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を、前記溝加工が施された面を内側にして互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態で、前記二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、パルス通電によって前記二つの部材を接合させることにより、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１に係る発明においては、細穴及び／又はスリットを有する金属体を製造するにあたり、少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を、前記溝加工が施された面を内側にして互いに突き合わせ、次に、このようにして突き合わせられた接合面を密着させるように加圧した状態で、前記二つの部材の任意な方向に一対の電極をあて、パルス通電によって前記二つの部材を接合させる。これにより、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成する。
【００１３】
ここで細穴及び／又はスリットを有する金属体として具体的には例えば、インク充填ノズル、燃料噴射ノズル、微細紡糸ノズル、成形用ノズル、その他の各種ノズル構造体をはじめ、微細パンチ型、パンチガイド、光ファイバーケーブル接続ターミナル、そのコネクター部、微細な液体、気体等の流体の流路内蔵構造体、熱交換流路内蔵成形型、冷却板、マニホールド、その他、微細穴、スリット部構造体等を挙げることができる。
【００１４】
ここで溝加工を施した後接合する部材の材質としては、例えば、高速度工具鋼（ハイス鋼）、ダイス鋼（ＳＫＤ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの鉄鋼材料；銅、アルミニウム、亜鉛、非鉄合金などの非鉄金属；ニッケル基耐熱合金、形状記憶合金、耐熱合金、防振合金、防音合金、シールド材などの特殊合金；放電プラズマ焼結体、ホットプレス焼結体などの焼結金属；高温になると導電性を呈するセラミックなどの部材；半導体；単結晶材料などが挙げられる。
【００１５】
本発明においては、上記した如き各種部材について、２種以上複数の部材を同時に用いて溝加工を施し接合することができ、同種部材同士で、或いは異種部材同士を組み合わせて溝加工を施し接合することができる。
具体的には、鉄鋼材料同士の接合、鉄鋼材料と非鉄金属や特殊合金との接合、非鉄金属同士（アルミニウム同士、銅同士など）の接合、特殊合金同士の接合等を行うことができる。
また、形状記憶合金、磁性材、非磁性材などの組み合わせのように異なった特性を有する部材同士の接合にも用いることができる。
【００１６】
接合すべき部材の形状は特に制限はない。本発明は、各種形状の部材について、同一形状のもの同士、或いは異なる形状のもの同士を相互に接合させることができる。
なお、接合面は、平坦であっても良いし、両接合面間に隙間が形成されないようにすれば曲面であっても良い。
さらに接合面を、一方の部材の接合面と他方の部材の接合面が相互に密着するように、相補的な接合面形状に加工しておくこともできる。例えば、一方の接合部材の接合面が凸曲面の場合には、これと密着するような凹曲面を他方の接合部材の接合面形状として採用することもできる。
【００１７】
接合面は粗面でも良いが、接合面の平滑度が高いほど良好な結果が得られる。従って、接合面の両面又は片面には、研磨、バフ仕上げ等公知の方法により平滑化処理を施しておくことが好ましい。例えば、接合部材が鉄系の場合には、研磨処理により接合面の面粗度をＲａ＝０．３以上の鏡面に仕上げておくことが望ましい。銅やアルミニウムなど、前記鉄系の接合部材に比べて硬度の低い部材の場合には、これよりも粗い面粗度であっても差し支えない。
【００１８】
請求項１に係る発明においては、少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を用いる。
即ち、二つの部材のうち、少なくとも一方の部材としては、その表面に溝加工が施された部材を用いる。つまり、一方の部材として、その表面に溝加工が施された部材を用い、他方の部材として、前記一方の部材と同様の溝加工が施された部材、或いは溝加工が施されていない部材とのいずれかを用いる。なお、二つの部材のいずれにも溝加工を施す場合には、通常は接合面で対称となるような形の溝加工を施すが、場合によってはこれに限られず、異なる溝加工であってもよい。
【００１９】
請求項１に係る発明においては、必要に応じて、三つ以上の部材を用いることもできる。例えば、二つの部材を用いて金属体を製造した後、同じ構造の金属体を複数段組み合わせ接合して、特殊形状の金属体を製造することもできるし、３重構造以上の金属体を製造することもできる。
この場合、三つ以上の部材を同時に組み合わせることもできる。例えば、棒状の部材の場合には、直列に複数本突き合わせた状態で加圧することにより、同時に複数の接合面を接合して、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成し、細穴及び／又はスリットを有する金属体を製造することができる。また、このように直列に接合した部材を複数組平行に配列して、これらを同時に加圧・通電することにより、より多数の接合を同時に行うことができる。
【００２０】
次に、溝加工は、必要とする細穴及び／又はスリットの形状を考慮して行われる。
溝加工を施す方法には特に制限はなく、公知の各種加工法を適用することができる。例えば、切削機械加工、ダイヤモンドバイト等による微細加工、精密プレス、精密転造法、精密塑性加工、ワイヤー加工、放電加工、精密鋳造などの微細加工法により行うことができる。
このような溝加工法により、上記部材の表面に、直線、曲線、更にはこれらの組み合わせによる溝加工を施せばよい。溝加工で済むため、複雑な流体の通路のようなものでも、容易に製造することが可能である。
【００２１】
請求項１に係る本発明においては、上記のように少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を、前記溝加工が施された面を内側にして互いに突き合わせる。
【００２２】
次に、このようにして突き合わせられた接合面を密着させるように加圧し、この加圧した状態で、接合すべき部材（通常は二つの部材）の任意な方向に一対の電極をあて、パルス通電を行う。
【００２３】
接合面に対する加圧力は、部材の持つ固有の硬度、耐圧力等により様々に異なるが、一般には１〜７００ＭＰａの範囲内、好ましくは１０〜２００ＭＰａの範囲内とすれば良い。加圧方向は１軸方向のみでなく、直交する方向や斜め方向など、多軸方向から加えることもできる。
【００２４】
この加圧した状態で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極をあて、パルス通電を行う。
電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。
接合すべき部材と接する電極の形状は、接合すべき部材の形状に合わせ、円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだものであっても良い。接合すべき部材を挟む電極は、カーボン材でも、モリブデン材でも良い。
【００２５】
パルス通電を行うにあたり、請求項２に記載したように、接合すべき二つの部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、接合すべき二つの部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。これにより、より強固に接合することができる。
【００２６】
ここで「接合すべき部材のみに通電させる。」とは、接合すべき部材以外に通電するようなものを使用しないということであり、換言すると放電プラズマ焼結法で一般に用いられている、接合部材を取り囲むカーボン型を使用しないということである。
電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大することができる。
【００２７】
請求項２に係る本発明においては、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合すべき部材のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が８６〜９９．９％のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による液相での接合界面の原子間微小溶融をさせる。
【００２８】
ここで請求項２に係る本発明においては、デューティー比、つまりパルスのＯＮとＯＦＦの比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が８６〜９９．９％、好ましくは９０〜９９．９％、より好ましくは９０〜９９％のパルス大電流を流すことが必要である。この範囲外のパルス電流であると、短時間に通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせることができない。このようなデューティー比のパルス電流は、これまでプラズマ焼結接合において用いられていないものと認められる。
【００２９】
また、接合部材の質量、材質により異なるが、パルス電流としては、１００〜５００００Ａ、好ましくは３００〜３００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下である。
【００３０】
このようなパルス大電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させると、温度が上昇し、接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上（好ましくは溶融点の６５％以上、９０％未満）からなる固溶化温度帯域まで達する。接合部材の質量、熱容量により異なるが、この固溶化温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）、例えば鉄鋼材料などでは８７０℃、特に１０００℃を超えた温度を、０．５〜６０分間程度保持することにより、パルス大電流の通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせ、第一段階での接合を行う。このような液相状態での原子間微小溶融は、これまで全く行われていない。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、接合すべき部材によっては大気中でも可能である。或いは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス下において行っても良い。
【００３１】
請求項２に係る本発明においては、このようにして通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。特に接合部材の材質によっては、１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことが好ましい。
これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきたが、これと請求項２に係る本発明で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。請求項２に係る本発明のようなパルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。
【００３２】
このような相互拡散接合処理は、鉄鋼材料においては固溶化温度以上の固溶化温度帯域で行うことができ、それ以外の材料については溶融点の６０％以上、好ましくは６５％以上、９０％未満からなる固溶化温度帯域で行うことができる。接合すべき材料により異なるが、一般的には、８７０℃より高い温度帯域で、好ましくは１０００℃を超えた温度であり、また前記原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。
【００３３】
なお、この固溶化温度帯域でいう温度とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。
固溶化温度帯域でいう温度は、異材質の場合には、いずれか低い方の固溶化温度或いは溶融点を基準としている。
【００３４】
この相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前工程からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。相互拡散接合処理を行う際には、固溶化温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を３０〜１２０分間程度、好ましくは４５〜９０分間程度保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。
【００３５】
請求項２に係る本発明では、上記したように通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の６０％以上からなる固溶化温度帯域にて相互拡散接合処理すること、つまり一旦液相状態として原子間微小溶融をさせた後に、相互拡散接合処理すること、が必要である。
【００３６】
このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。
【００３７】
このようなパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理によれば、衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合すべき部材を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合することができる。
【００３８】
本発明においては、さらに強固に接合するために、請求項３に記載したように、接合すべき部材の接合面の両面又は片面に、予め薄膜を形成させておくことが好ましい。
薄膜の厚さは、一般的には０．１〜５μｍの範囲内であるが、場合によっては１ｍｍ程度の厚さのものを用いることもできる。０．１μｍ未満であると、薄膜形成による効果を期待することができない。一方、５μｍを超えると、薄膜が接合面に残存するおそれがある。
【００３９】
薄膜の形成方法としては、スパッタ蒸着法、プラズマ溶射法、メッキ法など特に制限されないが、膜厚制御が容易であり、均一な薄膜を形成することのできるスパッタ蒸着法によることが最も望ましい。例えば、単結晶材の接合は、接合面に極薄の薄膜をスパッタ蒸着をして接合すると良い結果が得られる。
【００４０】
薄膜としては、少なくとも接合過程において接合すべき部材の母材組織内に拡散して消滅する成分であることが必要であり、その成分の少なくとも一部が、当該薄膜が形成される接合面の材質と同一のものであることが望ましい。とりわけ接合面と同一の材質の薄膜を形成させておくことが好ましい。このような薄膜は、接合過程において接合すべき部材の母材組織内に拡散して消滅し、強固で確実に接合された接合面が形成される。なお、薄膜は、還元性のある成分を含むものであっても良いし、母材に対し、親和性のある成分（例えば、タングステンとチタンなど）であっても良い。
【００４１】
例えば、図１（ａ）に模式的に示すように、接合対象の第１の部材１と第２の部材２が同材質Ａである場合には、それらの接合面１ａ、２ａにそれぞれ同一素材からなる薄膜３、４を形成し、これら薄膜の接合面を接合界面５とする。この場合には、図１（ｂ）に模式的に示すように、これらの薄膜３、４が処理過程で各部材（第１の部材１と第２の部材２）内に拡散して消滅して、強固、かつ確実に接合された接合界面５ａが形成される。
【００４２】
また、図２（ａ）に模式的に示すように、接合対象の第１の部材１と第２の部材２が異材質Ａ、Ｂの場合には、それらの接合面１ａ、２ａにはそれぞれの部材と同一素材からなる薄膜６、７を形成し、これら薄膜の接合面を接合界面８とする。この場合においても、図２（ｂ）に模式的に示すように、これらの薄膜６、７が処理過程でそれぞれの部材（第１の部材１と第２の部材２）内に拡散して消滅して、強固、かつ確実に接合された接合界面８ａが形成される。
【００４３】
なお、上記薄膜の形成の代わりに、接合面の両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良い。
また、接合部材の接合すべき面や加工溝などに、浸硫窒化、窒化処理、コーティング等の表面処理又は表面改質を行った後、接合し、接合部材や形成される細穴やスリットの内部の硬度、防錆効果を上げても良い。例えば、接合部材の接合すべき面や加工溝などに硬質クロームメッキを施した後にパルス通電による接合を行うことにより、細穴の内部に硬質クロームメッキが入り、摩耗に強い細穴とすることができる。また、硬質クロームメッキの他に、窒化チタンコーティング等もさらに硬く、良い結果が得られる。この場合、穴部に相当する加工溝のみにクロームメッキを施し、接合部分は再研磨してメッキを除去し、接合してもよい。スリットの場合も同様である。接合の後からの窒化処理では、細穴やスリットの内部まで硬度を上げることができない。従来の細穴加工では、細穴やスリットの内部まで、浸硫窒化、窒化処理、コーティング等の表面処理又は表面改質を行うことは実質上不可能であるが、本発明によれば、細穴やスリットの内部まで表面処理又は表面改質を行うことができる。
接合後において、超微細ワイヤー加工等でさらに仕上げ加工を施しても良い。
【００４４】
なお、本発明においては、上記のようにして接合面の両面又は片面を処理しておいた後、該接合面を互いに突き合わせるが、特に大型の部材を接合するときには、請求項４に記載したように、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることが好ましい。特に大型の部材を接合する場合などに、急加熱を行うと、部材全体が不均一に加熱され、熱の不均一による部材の歪みが起こり、接合が不完全となったりする場合があるが、このように突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることにより、接合面全体が昇温時に均熱化されると共に、冷却時には均冷化され、大型の部材などを短時間に効率良く接合することができる。さらに、この外部強制加熱は、原子間微小溶融を促進させることにも役立つ。また、セラミック等の接合は、外部加熱をして一定の温度に達すると導電し、接合が可能である。但し、質量、熱容量の小さな導電性を有する接合材の場合には、外部からの強制加熱は行わなくとも良い。
【００４５】
このような外部から強制的に加熱する手段としては特に制限はないが、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これらの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、熱が外部に漏れたりしないように、反射板などを取り付けることも有効である。
外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、接合部材の熱容量により異なるが、一般的には６０分以下とすれば良い。
【００４６】
本発明は以上の如きものである。接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
このようにして、目的とする細穴及び／又はスリットを有する金属体を製造することができる。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明を、細穴を有する金属体についての実施例により詳しく説明するが、本発明はこれによって何ら制限されるものではない。
【００４８】
実施例１（Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴を有する金属体の製造）
本実施例１は、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴を３本有する金属体を製造するものである。
この場合、図３に示すように、長さ５０ｍｍ、高さ１０ｍｍの直方体の金属部材１０の表面に、Ｒが０．０５ｍｍの半円状の溝加工１１を３本施す。図３は、本実施例１において用いる（すなわち、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴を３本有する金属体を製造する場合に用いる）、溝加工１１が施された金属部材１０の一態様を示す斜視図である。このような金属部材１０をもう一つ用意し、二つの部材を、それぞれ溝加工１１が施された面を内側にして互いに突き合わせる。これをパルス通電により接合することによって、確実かつ容易に、図４に示すような、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が５００という微細な細穴１２を３本有する金属体が製造される。図４は、本実施例１で製造された、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴１２を有する金属体の一態様を示す斜視図である。なお、必要に応じて、溝加工は一方の部材のみに施してもよい。さらに、外形状は、必要に応じて、所望の形状に外加工すればよい。
【００４９】
パルス通電による接合の条件は、以下の通りであり、実施例１〜８は全て同じ条件とした。
金属部材（この場合には、市販のＳＫＤ１１）の各接合面をスパッタ洗浄した後、互いに突き合わせ、該接合面を密着させるように１０ＭＰａの圧力で加圧した状態で、接合すべき金属部材の両端に一対の電極をあて、接合すべき金属部材のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にデューティー比が９８％（９８：２）のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は１０３０℃であり、保持時間は３分間であり、ピーク電流は３００Ａであった。
次に、液相での原子間微小溶融をさせた後の金属部材について、この金属部材を１０１０℃の温度で６０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。なお、このときパルス電流は流さなかった。
【００５０】
実施例２（交叉状にＬ／Ｄが５００の微細な細穴を有する金属体の製造）
本実施例２は、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴を２本ずつ交叉状に有する金属体を製造するものである。
この場合、図５に示すように、長さ５０ｍｍ、高さ１０ｍｍの直方体の金属部材１３の表面に、Ｒが０．０５ｍｍの半円状の溝加工１４を２本ずつ交叉状に施す。図５は、本実施例２において用いる（すなわち、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴を２本ずつ交叉状に有する金属体を製造する場合に用いる）、溝加工１４が施された金属部材１３の一態様を示す斜視図である。このような金属部材１３をもう一つ用意し、二つの部材を、それぞれ溝加工１４が施された面を内側にして互いに突き合わせる。これをパルス通電により接合することによって、確実かつ容易に、図６に示すような、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が５００という微細な細穴１５を有し、しかも内部でこれと交叉する微細穴１５を有する金属体が製造される。図６は、本実施例２で製造された、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴１５を２本ずつ交叉状に有する金属体の一態様を示す斜視図である。なお、この場合も、必要に応じて、溝加工は一方の部材のみに施してもよいし、外形状は、必要に応じて、所望の形状に外加工すればよい。
【００５１】
なお、所望の細穴及び／又はスリットの形状に合わせて、これに対応する形状の溝加工を一方の部材又は両方の部材の表面に施すことにより、様々な形状の細穴及び／又はスリットを有する金属体が製造される。
溝加工の形状の例としては例えば、半円状、三角形状、四角形状、細長四角形状など様々な形状のものが挙げられる。前述したように、このような形状の溝加工は容易に行うことができる。
【００５２】
実施例３（微細紡糸ノズルの製造）
本実施例３は、微細紡糸ノズルを製造するものである。
この場合、まず直径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱状の部材１６を用意し、この周囲に図７に示すように、所定間隔でＲが０．０５ｍｍの略半円状の溝加工１７を６本施しておく。図７は、本実施例３において用いる、周囲に溝加工１７の施された円柱状部材１６の一態様を示す斜視図である。
一方、図８に示すような、この円柱状部材１６の周囲を隙間無く覆う（ぴったりと当接する）中空筒状部材１８を用意し、図９に示すように、両者を接合によって組み合わせる。図８は、図７に示される円柱状部材１６の周囲にぴったりと当接する中空筒状部材１８の一態様を示す斜視図である。なお、この場合の接合面のクリアランスは、２〜５０μｍとしておくことが好ましい。その結果、図１０に示すような略半円状の細穴１９を有するノズルが製造される。さらに、例えば、図１１に断面形状を示すように、その内部の一部を後加工により切除することにより、紡糸ノズルなどとして好適なものとすることができる。この場合、形成された細穴が繊維の吹き出し口となる。
【００５３】
上記場合において、溝加工は中空筒状部材の内面側に施すこともできる。さらに、これらの両面の対応する位置にそれぞれ十字形や花形の半割り形状に相当する溝加工を施すことにより、最終的に十字形や花形など、様々な形状の細穴を有する金属体が製造される。
【００５４】
さらに、これまで述べたような比較的単純な形状の細穴及やスリットではなく、溝加工の仕方や組み合わせる部材の形状などを工夫することによって、種々の形状の細穴及やスリットを有する様々な金属体が製造される。
例えば、ノズルを例にとって以下説明する。
【００５５】
実施例４（インクの充填ノズルの製造）
本実施例４は、インクカートリッジにインクを入れる為のインクの充填ノズルを製造するものである。
この場合、外形を切削して仕上げを行う前の形状を前後に２分割した形状の分割片を用意する。図１２は、切削加工前のインクの充填ノズルの前方部分に相当する円柱状の前方分割片２０（直径７ｍｍ、長さ７ｍｍ）の一態様を示すものであり、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその正面図である。前方分割片２０には、予め所定の溝加工２１を施しておく。
また、図１３は、切削加工前のインクの充填ノズルの後方部分に相当する円柱状の後方分割片２２（直径７ｍｍ、長さ１０ｍｍ）の一態様を示すものであり、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその正面図である。後方分割片２２には、予め所定の溝加工２３を施しておく。
【００５６】
次に、これら前方分割片２０、後方分割片２２をパルス通電により接合した後、外形を所望の形状に切削加工仕上げする。図１４は接合したときの状態を示すものであり、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその正面図である。
このようにして、目的とする図１５に示す如きインクの充填ノズル２４が製造される。このような構造のインクの充填ノズルは、外から加工することは不可能であるが、本発明の方法によれば容易に製造することができる。
【００５７】
実施例５（燃料噴射ノズルの製造・その１）
本実施例５は、燃料噴射ノズルを製造するものである。
この場合、外形を左右に２分割した形状の分割片を用意する。
図１６は、燃料噴射ノズルを左右に２分割した形状の分割片の一態様を示すものであり、（Ａ）は左側の分割片２５の斜視図、（Ｂ）は右側の分割片２６の斜視図である。
これら分割片２５、２６には、それぞれ予め所定の溝加工２７、２８を施しておく。溝加工であるため、細穴加工などに比べて加工は極めて容易である。これら分割片２５、２６をパルス通電により接合することによって、目的とする燃料噴射ノズルが製造される。図１７は、このようにして得られる燃料噴射ノズル２９（直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ）の断面説明図である。この燃料噴射ノズルにおいて、図１７で上方のノズルは燃料供給調節用のノズルであり、下方のノズルは燃料用のノズルである。また、どちらか一方を空気の通路として、両方のノズルの合流点より以降の流路に、均一に混合するための加工、例えば螺旋溝等の加工を施しておくこともできる。なお、外形は、必要に応じて任意に加工を施せばよい。また、燃料噴射ノズルだけでなく、成形用ノズルにも適用することができる。「螺旋溝等の加工」以降の説明は、以下に示す別の態様でも同様である。
【００５８】
実施例６（燃料噴射ノズルの製造・その２）
本実施例６は、別のタイプの燃料噴射ノズルを製造するものである。
この場合、外形を左右に２分割した形状の分割片を用意する。
図１８は、燃料噴射ノズルを左右に２分割した形状の分割片の他の態様を示すものであり、（Ａ）は左側の分割片３０の斜視図、（Ｂ）は右側の分割片３１の斜視図である。実施例５と同様に分割片３０、３１には、それぞれ予め所定の溝加工３２、３３を施しておく。これら分割片３０、３１をパルス通電により接合することによって、目的とする燃料噴射ノズルが製造される。図１９は、このような分割片を接合することによって得られる燃料噴射ノズル３４（直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ）の断面説明図である。この燃料噴射ノズル３４において、図で上方のノズルは、開閉用鉄芯軸の穴としても使用することができる。
【００５９】
実施例７（燃料噴射ノズルの製造・その３）
本実施例７は、さらに別のタイプの燃料噴射ノズルを製造するものである。
この場合、外形を前後に２分割した形状の分割片を用意する。
図２０は、燃料噴射ノズルを前後に２分割した形状の分割片の一態様を示すものであり、（Ａ）は前方の分割片３５の斜視図、（Ｂ）は後方の分割片３６の斜視図である。実施例６と同様に分割片３５、３６には、それぞれ予め所定の細穴加工３７、３８を施しておく。前後に２分割してあることから、Ｌ／Ｄの小さい細穴加工となるため、細穴加工は極めて容易である。これら分割片をパルス通電により接合することによって、目的とする燃料噴射ノズルが製造される。図２１は、このような分割片を接合することによって得られる燃料噴射ノズル３９（直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ）の断面説明図である。
【００６０】
実施例８（冷却用流路を有する燃料噴射ノズルの製造）
本実施例８は、冷却用流路を有する燃料噴射ノズルを製造するものである。
この場合、実施例５と同様にして、分割片を接合することによって燃料噴射ノズルのノズル部分４０（直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ）を製造する（図２２参照）。
次に、図２３に示すような燃料噴射ノズルのノズル部分４０の外形に密着する円筒４１（内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ２０ｍｍ）を用意し、円筒４１の内周面に、螺旋溝加工の方法により、冷却用流路となるべき１〜２条の溝加工４２を施す。溝加工であるため、細穴加工などに比べて加工は極めて容易である。この溝加工は、円筒４１の内周面にではなく、燃料噴射ノズルのノズル部分４０の外周面に行ってもよい。
なお、図２２で上方のノズルは燃料供給調節用のノズルとなるものであり、下方のノズルは燃料用のノズルとなるものである。また、どちらか一方を空気の通路として、両方のノズルの合流点より以降の流路に、均一に混合するため、実施例６と同様に螺旋溝等の加工を施しておくこともできる。
【００６１】
しかる後、円筒４１の内部に燃料噴射ノズルのノズル部分４０を入れ、さらにリング４３を組み合わせ、次いでこれらをパルス通電による接合によって組み合わせればよい。図２４は、このようなノズル部分４０と円筒４１とリング４３とを接合することによって得られる、冷却用流路を有する燃料噴射ノズル４４の断面説明図である。この場合のノズル部分４０と円筒４１との接合面のクリアランスは、２〜５０μｍとしておくことが好ましい。外形は、必要に応じて任意に加工を施せばよい。
なお、本実施例では燃料噴射ノズルについて述べたが、成形用ノズルに適用することもできる。この場合、ノズル型温の制御用の加熱、冷却用流路を有する成形用ノズルを製造することができる。
【００６２】
実施例９（薄膜を形成させた例）
本実施例９は、直径０．１ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが２００の微細な細穴を１本有する金属体を製造するものであって、接合前に予め接合面に薄膜を形成させた例を示している。
図２５に示すように、縦、横、高さがそれぞれ２０ｍｍの立方体の金属部材（タングステン製）４５の表面に、Ｒが０．０５ｍｍの半円状の溝加工４６を１本施す。図２５は、本実施例９において用いる、溝加工４６が施された金属部材４５の一態様を示す斜視図である。
このような金属部材４５をもう一つ用意し、一方（図２５では上方）の金属部材４５の接合面に、チタンの薄膜４７（厚さ５μｍ）をスパッタ蒸着法により形成させた。しかる後、これら二つの金属部材を、それぞれ溝加工４６が施された面を内側にして互いに突き合わせた。
これをパルス通電により接合した。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は１０５０℃であり、保持時間は５分間であり、ピーク電流は３００Ａであった。次に、液相での原子間微小溶融をさせた後の金属部材について、この金属部材（タングステン材）を１０００℃の温度で６０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。なお、このときパルス電流は流さなかった。
この結果、確実かつ容易に、図２６に示すような、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が２００という微細な細穴４８を１本有する金属体が製造された。図２６は、本実施例９で製造された、直径０．１ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが２００の微細な細穴４８を有する金属体の一態様を示す斜視図である。
得られた金属体について引張試験及び曲げ試験を行ったところ、タングステン材の持つ強度以上であった。
【００６３】
実施例１０（硬質クロームメッキを施した例）
本実施例１０は、直径０．２ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが１００の微細な細穴を１本有する金属体を製造するものであって、接合前に予め接合面に硬質クロームメッキを施した例を示している。
図２７に示すように、縦、横がそれぞれ２０ｍｍ、高さが１０ｍｍの直方体の金属部材（ＳＵＳ４２０Ｔ２）４９の表面に、Ｒが０．１ｍｍの半円状の溝加工５０を１本施す。図２７は、本実施例１０において用いる、溝加工５０が施された金属部材４９の一態様を示す斜視図である。
このような金属部材４９をもう一つ用意し、両方の金属部材４９の接合面に、硬質クロームメッキ５１（厚さ３μｍ）を施した。しかる後、これら二つの金属部材を、それぞれ溝加工５０が施された面を内側にして互いに突き合わせた。
これをパルス通電により接合した。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は１０００℃であり、保持時間は３分間であり、ピーク電流は３００Ａであった。次に、液相での原子間微小溶融をさせた後の金属部材について、この金属部材（ＳＵＳ４２０Ｔ２）を１０１０℃の温度で６０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。なお、このときパルス電流は流さなかった。
この結果、確実かつ容易に、図２８に示すような、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が１００という微細な細穴５２を１本有する金属体が製造された。図２８は、本実施例１０で製造された、直径０．２ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが１００の微細な細穴５２を有する金属体の一態様を示す斜視図である。
得られた金属体は、細穴の中まで硬質クロームメッキが入り、摩耗に強い細穴となった。また、硬質クロームメッキに代えて、窒化チタンコーティングを施した場合には、さらに硬く、良い結果が得られた。
【００６４】
実施例１１（外部から強制的に加熱した例）
本実施例１１は、直径１ｍｍ、深さ１００ｍｍであり、Ｌ／Ｄが１００の微細な細穴を１本有する金属体を製造するものであって、接合前に予め接合面に硬質クロームメッキを施した例を示している。
図２９に示すように、縦が１００ｍｍ、横が２０ｍｍ、奥行きが１００ｍｍの直方体の金属部材（ＳＵＳ４２０Ｔ２）５３の表面に、Ｒが０．５ｍｍの半円状の溝加工５４を１本施す。図２９は、本実施例１１において用いる、溝加工５４が施された金属部材５３の一態様を示す斜視図である。
このような金属部材５３をもう一つ用意し、これら二つの金属部材を、それぞれ溝加工５４が施された面を内側にして互いに突き合わせた。
これをパルス通電により接合した。このときの接合部温度（接合側帯部表面温度）は１０００℃であり、保持時間は５分間であり、ピーク電流は３００Ａであった。次に、液相での原子間微小溶融をさせた後の金属部材について、この金属部材（ＳＵＳ４２０Ｔ２）を１０１０℃の温度で６０分間保持することにより、相互拡散接合処理した。なお、このときパルス電流は流さなかった。接合処理する際に、突合せられた接合面近傍をヒーター２台を用いて外部から強制的に加熱した。
この結果、接合面全体が昇温時に均熱化されると共に、冷却時には均冷化され、確実かつ容易に、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が１００という微細な細穴を１本有する金属体が製造された。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明によれば、少なくとも一方の部材の表面に溝加工が施された二つの部材を、前記溝加工が施された面を内側にして互いに突き合わせ、突き合わせられた面（接合面）を密着させるように加圧した状態でパルス通電により二つの部材を接合させることによって、接合面間に細穴及び／又はスリットを形成し、これにより、確実かつ容易に、Ｌ／Ｄ（深さ／直径）が数百以上という微細な細穴及び／又は微細なスリットを有する金属体を容易に製造することができる。
【００６６】
請求項１に係る本発明の方法によれば、従来の加工方法の限界を遥かに超えて、低コストで飛躍的な超微細加工分野領域に拡大することができる。
例えば、穴径０．０３ｍｍ、若しくは０．０３ｍｍスリット幅であり、深さは５０ｍｍでも、或いは１００ｍｍ以上でも可能である。従って、Ｌ／Ｄ計算値で１６６０〜３３００となり、従来の方法に比べ、約１００倍〜２００倍の微細穴、若しくは微細スリットが実現し、今後、超微細加工の各分野での要求に応えることができる。
また、複雑な流体の通路等、外形からの加工が不可能に近い、細穴及び／又はスリットを有する金属体も低コストで効率よく実現可能となる。
【００６７】
請求項２に係る本発明の方法によれば、衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られることから、特に、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工溝を施しておきさえすれば、本発明の方法による接合によって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリット、溜まり場等の複雑な形状を有する機械部品を容易に、しかも強固かつ確実に短時間で製造することができる。
【００６８】
従って、本発明は、例えば、インク充填ノズル、燃料噴射ノズル、微細紡糸ノズル、成形用ノズル、その他の各種ノズル構造体をはじめ、微細パンチ型、パンチガイド、光ファイバーケーブル接続ターミナル、そのコネクター部、微細な液体、気体等の流体の流路内蔵構造体、熱交換流路内蔵成形型、冷却板、マニホールド、その他、微細穴、スリット部構造体等の細穴及び／又はスリットを有する金属体の製造に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法における接合面に形成した同材質の薄膜の状態遷移を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の方法における接合面に形成した異材質の薄膜の状態遷移を模式的に示す説明図である。
【図３】実施例１において用いる、溝加工１１が施された金属部材１０の一態様を示す斜視図である。
【図４】実施例１で製造された、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴１２を有する金属体の一態様を示す斜視図である。
【図５】実施例２において用いる、溝加工１４が施された部材１３の一態様を示す斜視図である。
【図６】実施例２で製造された、直径０．１ｍｍ、深さ５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが５００の微細な細穴１５を２本ずつ交叉状に有する金属体の一態様を示す斜視図である。
【図７】実施例３において用いる、周囲に溝加工１７の施された円柱状部材１６の一態様を示す斜視図である。
【図８】図７に示される円柱状部材１６の周囲に当接する中空筒状部材１８の一態様を示す斜視図である。
【図９】図７に示される円柱状部材１６と、図８に示される中空筒状部材１８と、を組み合わせたときの模様を示す斜視図である。
【図１０】図７に示される円柱状部材１６と、図８に示される中空筒状部材１８とから、実施例３で製造された微細紡糸ノズルを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示される微細紡糸ノズルの内部の一部を後加工により切除したときの一態様を示す断面図である。
【図１２】実施例４で用いる、インクの充填ノズルの前方部分に相当する前方分割片２０の一態様を示すものであり、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその正面図である。
【図１３】実施例４で用いる、インクの充填ノズルの後方部分に相当する後方分割片２２の一態様を示すものであり、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその正面図である。
【図１４】図１２に示されるインクの充填ノズルの前方部分に相当する前方分割片２０と、図１３に示されるインクの充填ノズルの後方部分に相当する後方分割片２２とから、実施例４で製造されたインクの充填ノズルを示すものであり、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその正面図である。
【図１５】図１４に示されるインクの充填ノズルの外形を切削加工仕上げしたときの一態様を示す断面説明図である。
【図１６】実施例５で用いる、分割片の一態様を示すものであり、（Ａ）は左側の分割片２５の斜視図、（Ｂ）は右側の分割片２６の斜視図である。
【図１７】図１６に示される分割片から、実施例５で製造された燃料噴射ノズルの断面説明図である。
【図１８】実施例６で用いる、分割片の他の態様を示すものであり、（Ａ）は左側の分割片３０の斜視図、（Ｂ）は右側の分割片３１の斜視図である。
【図１９】図１８に示される分割片から、実施例６で製造された燃料噴射ノズルの断面説明図である。
【図２０】実施例７で用いる、分割片の別の態様を示すものであり、（Ａ）は前方の分割片３５の斜視図、（Ｂ）は後方の分割片３６の斜視図である。
【図２１】図２０に示される分割片から、実施例７で製造された燃料噴射ノズルの断面説明図である。
【図２２】実施例８で、冷却用流路を有する燃料噴射ノズルを製造する場合に用いる、ノズル部分４０の正面図である。
【図２３】実施例８で、冷却用流路を有する燃料噴射ノズルを製造する場合に用いる、冷却用流路となるべき１〜２条の溝加工が施された円筒４１の正面図である。
【図２４】図２２に示されるノズル部分と、図２３に示される冷却用流路となるべき１〜２条の溝加工が施された円筒とから、実施例８で製造された、冷却用流路を有する燃料噴射ノズル４３の断面説明図である。
【図２５】実施例９において用いる、溝加工４６が施された金属部材４５の一態様を示す斜視図である。
【図２６】実施例９で製造された、直径０．１ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが２００の微細な細穴４８を有する金属体の一態様を示す斜視図である。
【図２７】実施例１０において用いる、溝加工５０が施された金属部材４９の一態様を示す斜視図である。
【図２８】実施例１０で製造された、直径０．２ｍｍ、深さ２０ｍｍであり、Ｌ／Ｄが１００の微細な細穴５２を有する金属体の一態様を示す斜視図である。
【図２９】実施例１１において用いる、溝加工５４が施された金属部材５３の一態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１の部材
２ 第２の部材
１ａ、２ａ 接合面
３、４ 薄膜
５、５ａ 接合界面
６、７ 薄膜
８、８ａ 接合界面
１０ 金属部材
１１ 溝加工
１２ 微細な細穴
１３ 金属部材
１４ 溝加工
１５ 微細な細穴
１６ 円柱状部材
１７ 溝加工
１８ 中空筒状部材
１９ 細穴
２０ 前方分割片
２１ 溝加工
２２ 後方分割片
２３ 溝加工２３
２４ インクの充填ノズル
２５ 左側の分割片
２６ 右側の分割片
２７、２８ 溝加工
２９ 燃料噴射ノズル
３０ 左側の分割片
３１ 右側の分割片
３２、３３ 溝加工
３４ 燃料噴射ノズル
３５ 前方の分割片
３６ 後方の分割片
３７、３８ 細穴加工
３９ 燃料噴射ノズル
４０ ノズル部分
４１ 円筒
４２ 溝加工
４３ リング
４４ 冷却用流路を有する燃料噴射ノズル
４５ 金属部材
４６ 溝加工
４７ 薄膜
４８ 微細な細穴
４９ 金属部材
５０ 溝加工
５１ 硬質クロームメッキ
５２ 微細な細穴
５３ 金属部材
５４ 溝加工[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a metal body having a fine hole and / or a slit. More specifically, unlike a conventional processing method, by joining two members by pulse current, a fine hole and / or a slit is formed between bonding surfaces. The present invention relates to a method for producing a metal body having a small hole and / or a slit, wherein a slit is formed.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for a technique for processing fine small holes in various fields. In the field of fine processing, for example, a technique for processing fine small holes having an L / D (depth / diameter) of several hundred or more is required. ing.
[0003]
However, at present, when a drill is used, the limit is about 0.05 mm in diameter and about 1 mm in depth, and the L / D is about 20.
In the case where electric discharge machining is performed using an electrode having the latest shape, the limit is a diameter of about 0.2 mm and a depth of about 3 mm, and the L / D is only about 15.
In addition, there are wire processing (for example, refer to Patent Document 1), etching processing, laser processing, and the like, all of which are less than these, and currently cannot sufficiently meet the demands of the latest fine processing field.
Also, there is no manufacturing method for a structure or the like that incorporates a complicated fluid passage that cannot be machined from the outside, and even if there is, brazing etc. is weak in strength, brazing material flows out, etc. There was a problem in practical terms.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-313448 (page 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a method for responding to such a demand and reliably and easily manufacturing a metal body having fine holes and / or slits having an L / D (depth / diameter) of several hundred or more. It is intended to do so.
[0006]
The present inventor has made intensive studies to achieve the above object.
As a result, the present inventor, unlike the conventional processing method, abuts two members having at least one member having a grooved surface on the surface with the grooved surface inside, and abuts each other. The two members are joined by pulse current in a state in which the joined surfaces are pressed so as to be in close contact with each other, thereby forming a fine hole and / or a slit between the joined surfaces, whereby the L / L can be reliably and easily formed. It has been found that a metal body having fine fine holes and / or fine slits having a D (depth / diameter) of several hundred or more can be easily manufactured, and the present invention has been completed based on such findings. Was.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the first aspect of the present invention, when manufacturing a metal body having a fine hole and / or a slit, at least one member is subjected to the groove processing on the surface of at least one member, and the groove processing is performed. The two surfaces are butted against each other, and a pair of electrodes are applied in an arbitrary direction of the two members in a state of being pressed so that the joined surfaces are brought into close contact with each other, and the two members are joined by pulsed electric current. This provides a method for manufacturing a metal body having a fine hole and / or slit, wherein a fine hole and / or slit is formed between the joining surfaces.
[0008]
The present invention according to claim 2 increases the current density by energizing only the two members to be joined, and applies a large pulse current having a duty ratio of 86 to 99.9% between the joining interfaces, so that the energizing impact is reduced. After inter-atomic melting in the liquid phase at the bonding interface by the above, one or more times at a solution temperature of two or more members to be joined or in a solution temperature range of 60% or more of the melting point. 2. The method according to claim 1, wherein an interdiffusion bonding process is performed.
[0009]
The present invention according to claim 3 provides the method according to claim 1 or 2, wherein a thin film is formed in advance on both surfaces or one surface of a joining surface of two members to be joined. .
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method according to the first or second aspect, characterized in that the vicinity of the butted joint surface is energized while being forcibly heated from the outside.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The present invention according to claim 1 relates to a method of manufacturing a metal body having a fine hole and / or a slit. In manufacturing a metal body having a fine hole and / or a slit, at least one of the members is subjected to groove processing. The two members are butted against each other with the surface subjected to the groove processing inside, and a pair of electrodes are pressed in any direction of the two members in a state where the two surfaces are pressed so as to bring the joined surfaces into close contact with each other. In this method, a narrow hole and / or a slit is formed between the joining surfaces by joining the two members by pulse current.
[0012]
In the invention according to claim 1, in manufacturing a metal body having a fine hole and / or a slit, at least one member is provided with two grooves having a groove formed on a surface thereof, and the grooved surface is formed on the two members. Abutting each other, and then applying a pair of electrodes in an arbitrary direction of the two members while applying pressure so that the joined surfaces abutted in this manner are brought into close contact with each other. Join the two members. Thereby, a fine hole and / or a slit are formed between the joining surfaces.
[0013]
Here, as the metal body having a fine hole and / or a slit, specifically, for example, an ink filling nozzle, a fuel injection nozzle, a fine spinning nozzle, a forming nozzle, various other nozzle structures, a fine punch die, a punch guide , Optical fiber cable connection terminal, its connector part, structure with built-in flow path for fluid such as fine liquid and gas, mold with built-in heat exchange flow path, cooling plate, manifold, etc. be able to.
[0014]
Here, as the material of the members to be joined after the groove processing, for example, steel materials such as high-speed tool steel (high-speed steel), die steel (SKD), and stainless steel (SUS); copper, aluminum, zinc, and non-ferrous steel Non-ferrous metals such as alloys; Nickel-base heat-resistant alloys, shape memory alloys, heat-resistant alloys, special alloys such as vibration-proof alloys, sound-proof alloys, and shield materials; sintered metals such as discharge plasma sintered bodies and hot pressed sintered bodies; In such a case, a member such as a ceramic exhibiting conductivity; a semiconductor;
[0015]
In the present invention, for various members as described above, two or more types of plural members can be used at the same time to perform grooving and bonding, and to perform grooving with the same type of members or a combination of different types of members to perform bonding. be able to.
Specifically, joining of steel materials, joining of steel materials and non-ferrous metals or special alloys, joining of non-ferrous metals (such as aluminum or copper), joining of special alloys, and the like can be performed.
Further, it can be used for joining members having different characteristics such as a combination of a shape memory alloy, a magnetic material, a non-magnetic material, and the like.
[0016]
The shape of the members to be joined is not particularly limited. According to the present invention, members having the same shape or members having different shapes can be joined to each other.
The joining surface may be flat, or may be a curved surface as long as no gap is formed between the joining surfaces.
Further, the joining surface may be processed into a complementary joining surface shape so that the joining surface of one member and the joining surface of the other member are in close contact with each other. For example, when the joining surface of one joining member is a convex curved surface, a concave curved surface that comes into close contact with the joining surface can be adopted as the joining surface shape of the other joining member.
[0017]
The joining surface may be rough, but the higher the smoothness of the joining surface, the better the result. Therefore, it is preferable that both surfaces or one surface of the joining surface be subjected to a smoothing treatment by a known method such as polishing and buffing. For example, when the joining member is an iron-based material, it is desirable to finish the surface of the joining surface to a mirror surface with Ra = 0.3 or more by polishing. In the case of a member having a lower hardness than the iron-based joining member, such as copper or aluminum, the surface roughness may be higher than this.
[0018]
In the invention according to the first aspect, two members having grooves formed on the surface of at least one member are used.
That is, as at least one of the two members, a member whose surface is grooved is used. That is, as one member, a member whose surface is subjected to groove processing is used, and as the other member, a member subjected to the same groove processing as the one member or a member not subjected to the groove processing. Use any of In addition, when grooving is performed on both of the two members, grooving is usually performed so as to be symmetrical at the joint surface, but is not limited to this, and even if different grooving is performed. Good.
[0019]
In the invention according to claim 1, three or more members can be used as necessary. For example, after a metal body is manufactured using two members, a metal body having the same structure can be combined and joined in multiple stages to manufacture a metal body having a special shape, or a metal body having a triple structure or more can be manufactured. You can also.
In this case, three or more members can be combined at the same time. For example, in the case of a rod-shaped member, a plurality of joining surfaces are simultaneously joined by applying pressure while a plurality of the joining surfaces are abutted in series, and a fine hole and / or a slit are formed between the joining surfaces. And / or a metal body having a slit can be manufactured. Further, by arranging a plurality of sets of members joined in series in parallel in such a manner and applying pressure and current to these members at the same time, a larger number of members can be joined at the same time.
[0020]
Next, the groove processing is performed in consideration of the shape of the required fine hole and / or slit.
There is no particular limitation on the method of performing the groove processing, and various known processing methods can be applied. For example, it can be performed by a fine processing method such as cutting mechanical processing, fine processing using a diamond tool or the like, precision press, precision rolling method, precision plastic processing, wire processing, electric discharge machining, precision casting, or the like.
By such a groove processing method, a groove may be formed on the surface of the member by a straight line, a curve, or a combination thereof. Since the groove processing is sufficient, even a complicated fluid passage can be easily manufactured.
[0021]
In the present invention according to claim 1, the two members having the grooves formed on the surface of at least one member as described above are abutted against each other with the grooved surface inside.
[0022]
Next, a pressure is applied so that the joint surfaces abutted in this manner are brought into close contact with each other, and in this pressurized state, a pair of electrodes is applied to a member to be joined (usually two members) in any direction, and a pulse is applied. Energize.
[0023]
The pressure applied to the joint surface varies depending on the inherent hardness, withstand pressure and the like of the member, but is generally in the range of 1 to 700 MPa, preferably in the range of 10 to 200 MPa. The pressing direction can be applied not only in one axial direction but also in multiple axial directions such as a perpendicular direction and an oblique direction.
[0024]
In this pressurized state, a pair of electrodes is applied in an arbitrary direction of a member to be joined, and pulse current is applied.
The electrode direction and the bonding interface pressing direction may be different or the same.
The shape of the electrode in contact with the member to be joined may be a disk, an energized roller, or an engraved shape according to the shape of the member to be joined. The electrode sandwiching the members to be joined may be a carbon material or a molybdenum material.
[0025]
In performing the pulse energization, as described in claim 2, the current density is increased by energizing only the two members to be joined, and a large pulse current having a duty ratio of 86 to 99.9% is applied between the joint interfaces. After flowing, the inter-atomic melting in the liquid phase of the joining interface due to the electric shock is carried out, and then the solution temperature is equal to or higher than the solution temperature of the two members to be joined or 60% or more of the melting point. Performing one or more interdiffusion bonding processes; Thereby, it is possible to join more firmly.
[0026]
Here, “to supply current only to the members to be joined” means not to use anything that conducts electricity to members other than the members to be joined. In other words, the joining is generally used in the discharge plasma sintering method. That is, a carbon mold surrounding the member is not used.
By not using an energizable carbon mold surrounding the joining members other than the joining member between the electrodes, the current density is prevented from lowering due to the use of the energizable carbon mold, and direct temperature control of the joining member side band is prevented. Enables efficient joining, and eliminates the restriction on the shape of joining members that could only be made in the form of a disk or a column in a carbon mold. Therefore, the joining range can be expanded.
[0027]
In the present invention according to claim 2, the current density is increased by energizing only the members to be joined without using the carbon mold surrounding the joining members as described above, and the duty ratio between the joining interfaces is 86 to By passing a large pulse current of 99.9%, the interatomic fine melting of the bonding interface in the liquid phase due to the impact of energization is caused.
[0028]
Here, in the present invention according to claim 2, the duty ratio, that is, the ON / OFF ratio (ON / ON + OFF) of the pulse is 86 to 99.9%, preferably 90 to 99.9%, more preferably 90 to 99.9%. It is necessary to pass a large pulse current of 99%. If the pulse current is out of this range, it is not possible to cause the interatomic micromelting in the liquid phase at the bonding interface due to the electric shock in a short time. It is recognized that the pulse current having such a duty ratio has not been used in the plasma sintering bonding.
[0029]
Although the pulse current varies depending on the mass and material of the joining member, a pulse current in the range of 100 to 50000 A, preferably 300 to 30000 A is used, and the voltage is 100 V or less.
[0030]
When such a pulsed large current is passed and energized while being forcibly heated from the outside as necessary, the temperature rises and is higher than the solution temperature of the members to be joined or 60% or more of the melting point (preferably (65% or more and less than 90% of the melting point). Although it depends on the mass and heat capacity of the joining member, the temperature (peak temperature) at which the solution temperature reaches this solution temperature range, for example, 870 ° C. for a steel material or the like, especially 1000 ° C., is raised for about 0.5 to 60 minutes. By holding, the inter-atomic micro-melting in the liquid phase of the bonding interface due to the impact of a large pulsed electric current is applied, and the first-stage bonding is performed. Such interatomic micromelting in the liquid phase has not been performed at all. In this case, it is desirable to set a vacuum atmosphere, but depending on the members to be joined, it can be set in the air. Alternatively, it may be performed under an inert gas such as a nitrogen gas and an argon gas.
[0031]
In the present invention according to claim 2, after the interatomic fine melting in the liquid phase at the joining interface due to the electric shock as described above, the solid solution temperature of the member to be subsequently joined or the melting point of 60% or more is obtained. % Or more in one or more solid solution temperature zones. By performing such an interdiffusion bonding process, bonding can be completed completely in a short time. In particular, depending on the material of the joining member, it is conceivable that the joining may not be completed completely by one interdiffusion bonding process. Therefore, it is preferable to perform the interdiffusion bonding process not only once but more than once.
Until now, bonding in a solid state has been performed by performing a so-called tempering treatment or the like after sintering, but this is completely different from the mutual diffusion bonding processing performed in the present invention according to claim 2. The interdiffusion bonding process in the pulsed current as in the second aspect of the present invention has not been found so far.
[0032]
Such an interdiffusion bonding treatment can be performed in a solution temperature range above the solution temperature for steel materials, and for other materials, 60% or more, preferably 65% or more and less than 90% of the melting point. Can be carried out in a solution temperature zone consisting of Although it differs depending on the material to be joined, it is generally in a temperature range higher than 870 ° C., preferably higher than 1000 ° C., and approximately the same as or slightly higher than the temperature at the time of the interatomic fine melting. Temperature.
[0033]
Note that the temperature in the solution temperature zone refers to the temperature when the surface near the bonding surface, that is, the side surface of the bonding surface is measured using, for example, an infrared pyroscope, a radiation thermometer, or a thermocouple. At present, the temperature of the bonding interface cannot be actually measured. It is presumed that the bonding interface actually has a very small range, and repeats a temperature higher than the melting point in a very short time, and in a small local portion, the state of high-temperature and high-pressure steam of the material component is repeated to promote plastic flow.
In the case of dissimilar materials, the temperature in the solution temperature zone is based on the lower solution temperature or melting point.
[0034]
When performing this interdiffusion bonding process, no pulse current is passed. In addition, pressurization is not particularly required, but pressurization from the previous step may be performed continuously. When performing the interdiffusion bonding treatment, it is desirable to maintain the temperature (peak temperature) when the temperature reaches the solution temperature zone for about 30 to 120 minutes, preferably about 45 to 90 minutes. Thereby, the bonding can be made extremely strong and in a short time.
[0035]
According to the second aspect of the present invention, as described above, after the interatomic fine melting in the liquid phase at the joining interface due to the electric shock, the solid solution temperature of the member to be joined subsequently is equal to or higher than 60% of the melting point. It is necessary to perform the mutual diffusion bonding treatment in the solid solution temperature zone constituted as described above, that is, to perform the interdiffusion bonding treatment after the interatomic fine melting in the liquid phase state.
[0036]
The mutual diffusion bonding process after the liquid phase state is just the mutual diffusion bonding process after the liquid phase state in the pulse current is applied, and is different from the conventionally known liquid phase diffusion bonding. Conventionally known liquid phase diffusion bonding refers to a phenomenon that occurs when a low melting point member is inserted between bonding surfaces, and is clearly different from the mutual diffusion bonding process after the liquid phase state described herein. However, it has been found that such diffusion in the liquid phase state also occurs in pulsed current. In addition, this “interdiffusion bonding treatment after being in a liquid phase state” is referred to as “solid phase diffusion” in which the solid phase is diffused in a solid state without being melted in that it is melted and then diffused in a liquid state. Are distinctly different.
[0037]
According to the interdiffusion bonding process after the liquid phase state in such a pulsed current, in a shock test, a fatigue test, etc., a strong bond can be obtained that can be recognized as having the same properties as the base material, The members to be joined can be joined very firmly and reliably in a short time and at low cost.
[0038]
In the present invention, it is preferable to form a thin film on both sides or one side of the joining surface of the members to be joined in advance in order to further firmly join the members.
The thickness of the thin film is generally in the range of 0.1 to 5 μm, but in some cases, a thin film having a thickness of about 1 mm can be used. If it is less than 0.1 μm, the effect of forming a thin film cannot be expected. On the other hand, if it exceeds 5 μm, the thin film may remain on the bonding surface.
[0039]
The method for forming the thin film is not particularly limited, such as a sputter deposition method, a plasma spraying method, and a plating method. However, it is most preferable to use a sputter deposition method that can easily control the film thickness and can form a uniform thin film. For example, when bonding single crystal materials, a good result can be obtained by bonding an ultra-thin thin film on the bonding surface by sputtering deposition.
[0040]
As the thin film, it is necessary that at least a component that is diffused and disappears in the base material structure of the member to be joined in the joining process, and at least a part of the component is a material of the joining surface on which the thin film is formed. It is desirable that they be the same as In particular, it is preferable to form a thin film of the same material as the joining surface. Such a thin film is diffused and disappears in the base material structure of the member to be joined in the joining process, and a strong and surely joined joint surface is formed. Note that the thin film may include a component having a reducing property, or may have a component having an affinity for the base material (for example, tungsten and titanium).
[0041]
For example, as shown schematically in FIG. 1A, when the first member 1 and the second member 2 to be joined are made of the same material A, the joining surfaces 1a and 2a are made of the same material, respectively. Are formed, and the bonding surface of these thin films is referred to as a bonding interface 5. In this case, as schematically shown in FIG. 1B, these thin films 3 and 4 diffuse into the respective members (the first member 1 and the second member 2) and disappear in the course of processing. Thus, the bonding interface 5a that is firmly and reliably bonded is formed.
[0042]
Further, as schematically shown in FIG. 2A, when the first member 1 and the second member 2 to be joined are made of different materials A and B, their joining surfaces 1a and 2a respectively have The thin films 6 and 7 made of the same material as the above member are formed, and the bonding surfaces of these thin films are referred to as bonding interfaces 8. Also in this case, as schematically shown in FIG. 2B, these thin films 6 and 7 diffuse into respective members (the first member 1 and the second member 2) and disappear in the process. Thus, a bonding interface 8a that is firmly and securely bonded is formed.
[0043]
Instead of forming the above-mentioned thin film, bonding may be performed by performing cleaning by sputtering, a cleaning solution, or the like on both surfaces or one surface of the bonding surface to remove foreign substances, oxide films, passive films, and the like at the bonding interface. .
In addition, after performing surface treatment or surface modification such as nitrosulphurizing, nitriding, coating, etc. on the surface to be joined or the processing groove of the joining member, the joining is performed, and the joining member and the formed fine holes and slits are formed. Internal hardness and rust prevention effect may be increased. For example, by applying hard chromium plating to the surface to be joined or the processing groove of the joining member and then joining by pulse current, hard chrome plating enters the inside of the small hole, making it a fine hole resistant to wear it can. In addition to hard chrome plating, titanium nitride coating and the like are even harder, and good results can be obtained. In this case, chrome plating may be applied only to the processing grooves corresponding to the holes, and the joining portion may be polished again to remove the plating and joined. The same is true for slits. In the nitriding treatment after the joining, the hardness cannot be increased to the inside of the small hole or the slit. In conventional thin hole processing, it is practically impossible to perform surface treatment or surface modification such as sulphonitriding, nitriding, coating, etc., even inside the small holes and slits. Surface treatment or surface modification can be performed up to the inside of the hole or slit.
After joining, a finishing process may be further performed by ultra-fine wire processing or the like.
[0044]
In the present invention, after treating both surfaces or one surface of the joining surface as described above, the joining surfaces are butted against each other. As described above, it is preferable to conduct electricity while forcibly heating the vicinity of the butted joint surface from the outside. Especially when joining large members, if rapid heating is performed, the entire member is heated unevenly, the member is distorted due to uneven heat, and the joining may be incomplete, By energizing while heating the vicinity of the butted surface in such a manner from the outside, the whole of the joined surface is soaked at the time of temperature rise and is soaked at the time of cooling. Joining can be performed efficiently in time. Further, this external forced heating also helps to promote interatomic micromelting. Further, the joining of ceramics or the like conducts when external heating reaches a certain temperature, and joining is possible. However, in the case of a conductive bonding material having a small mass and a small heat capacity, external forced heating need not be performed.
[0045]
The means for forcibly heating from the outside is not particularly limited, but an induction heating method such as microwave induction heating, millimeter wave induction heating, or submillimeter wave induction heating is most preferable. In addition, high-frequency heating and the like can be mentioned, and one of these can be used alone or in combination of two or more. It is also effective to attach a reflector or the like so that heat does not leak outside.
The heating time for forcibly heating from the outside varies depending on the heat capacity of the joining member, but is generally set to 60 minutes or less.
[0046]
The present invention is as described above. After the joining is completed, various known heat treatments can be performed.
In this way, a metal body having a target narrow hole and / or slit can be manufactured.
[0047]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples of a metal body having a fine hole, but the present invention is not limited thereto.
[0048]
Example 1 (Production of metal body having fine holes with L / D of 500)
Example 1 Example 1 is for manufacturing a metal body having a diameter of 0.1 mm, a depth of 50 mm, and three fine holes with an L / D of 500.
In this case, as shown in FIG. 3, three semicircular grooves 11 having a radius of 0.05 mm are formed on the surface of a rectangular parallelepiped metal member 10 having a length of 50 mm and a height of 10 mm. FIG. 3 shows a groove processing used in the first embodiment (that is, used for manufacturing a metal body having a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm and three fine holes having an L / D of 500). It is a perspective view showing one mode of metal member 10 to which 11 was given. Another such metal member 10 is prepared, and the two members are butted against each other with the surface on which the groove processing 11 has been performed inside. By joining them by pulse current supply, a metal body having three fine holes 12 having an L / D (depth / diameter) of 500 as shown in FIG. 4 is reliably and easily manufactured. FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of a metal body having a fine hole 12 with a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm and an L / D of 500 manufactured in the first embodiment. If necessary, the groove processing may be performed on only one of the members. Further, the outer shape may be externally processed to a desired shape as necessary.
[0049]
The conditions for the joining by the pulse current are as follows, and the same conditions were used in all of Examples 1 to 8.
After bonding surfaces of a metal member (in this case, commercially available SKD11) are sputter-cleaned, butted against each other, and pressed at a pressure of 10 MPa so that the bonding surfaces are brought into close contact with each other, both ends of the metal member to be bonded are A pair of electrodes is applied to the metal member to be joined, and the current density is increased by energizing only the metal member to be joined. By applying a large pulse current having a duty ratio of 98% (98: 2) between the joining interfaces, the joining by energizing impact is performed. Interatomic micromelting was performed in the liquid phase at the interface. At this time, the junction temperature (joining side band surface temperature) was 1030 ° C., the holding time was 3 minutes, and the peak current was 300 A.
Next, the metal member after the inter-atomic fine melting in the liquid phase was subjected to an interdiffusion bonding treatment by holding the metal member at a temperature of 1010 ° C. for 60 minutes. At this time, no pulse current was passed.
[0050]
Example 2 (Production of a metal body having fine fine holes with an L / D of 500 in a cross shape)
Example 2 Example 2 is for manufacturing a metal body having a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm, and having two small fine holes having an L / D of 500 in a crossing manner.
In this case, as shown in FIG. 5, two semi-circular grooves 14 each having a radius of 0.05 mm are formed on the surface of a rectangular parallelepiped metal member 13 having a length of 50 mm and a height of 10 mm. FIG. 5 is used in Example 2 (that is, used to manufacture a metal body having a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm, and having two fine holes each having an L / D of 500 in an intersecting manner. FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a metal member 13 on which a groove processing 14 has been performed. Another such metal member 13 is prepared, and the two members are abutted against each other with the surface on which the groove processing 14 has been performed inside. By joining them by pulse current application, a small hole 15 having an L / D (depth / diameter) of 500 as shown in FIG. A metal body having the fine holes 15 is manufactured. FIG. 6 shows an embodiment of a metal body manufactured in the second embodiment and having two fine holes 15 each having a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm, and having an L / D of 500 and having an L / D of 500. It is a perspective view. Also in this case, if necessary, the groove processing may be performed on only one member, and the external shape may be externally processed into a desired shape as necessary.
[0051]
In addition, according to the shape of a desired fine hole and / or slit, by performing groove processing of a shape corresponding to the shape on the surface of one member or both members, fine holes and / or slits of various shapes can be formed. Is produced.
Examples of the shape of the groove processing include various shapes such as a semicircular shape, a triangular shape, a square shape, and an elongated rectangular shape. As described above, the groove processing of such a shape can be easily performed.
[0052]
Example 3 (production of fine spinning nozzle)
Example 3 Example 3 manufactures a fine spinning nozzle.
In this case, first, a columnar member 16 having a diameter of 10 mm and a length of 30 mm is prepared, and six substantially semicircular grooves 17 each having a radius of 0.05 mm are formed at predetermined intervals around the member 16 as shown in FIG. I will give it. FIG. 7 is a perspective view illustrating one embodiment of a columnar member 16 used in the third embodiment and having a groove 17 formed around it.
On the other hand, as shown in FIG. 8, a hollow cylindrical member 18 which covers the periphery of the columnar member 16 without any gap (contacts tightly) is prepared, and as shown in FIG. FIG. 8 is a perspective view showing one embodiment of the hollow cylindrical member 18 which comes into close contact with the periphery of the columnar member 16 shown in FIG. In this case, the clearance of the bonding surface is preferably set to 2 to 50 μm. As a result, a nozzle having a substantially semicircular small hole 19 as shown in FIG. 10 is manufactured. Further, for example, as shown in a cross-sectional shape in FIG. 11, a part of the inside is cut off by post-processing, so that it can be suitably used as a spinning nozzle or the like. In this case, the formed small hole becomes a fiber outlet.
[0053]
In the above case, the groove processing may be performed on the inner surface side of the hollow cylindrical member. Furthermore, by forming grooves corresponding to the half-shape of a cross or a flower on the corresponding positions on these two sides, respectively, a metal body having various shapes of fine holes such as a cross or a flower is finally manufactured. Is done.
[0054]
Furthermore, instead of the relatively simple small holes and slits described above, by devising the groove processing method and the shape of the members to be combined, various types of small holes and slits having various shapes are provided. Metal body is manufactured.
For example, a nozzle will be described below as an example.
[0055]
Example 4 (manufacture of ink filling nozzle)
In the fourth embodiment, an ink filling nozzle for filling the ink into the ink cartridge is manufactured.
In this case, a divided piece is prepared by dividing the shape before finishing by cutting the outer shape into two parts. FIG. 12 shows an embodiment of a cylindrical front divided piece 20 (diameter 7 mm, length 7 mm) corresponding to the front part of the ink filling nozzle before cutting, (A) is a perspective view thereof, (B) is a front view thereof. A predetermined groove 21 is formed on the front split piece 20 in advance.
FIG. 13 shows one embodiment of a cylindrical rear split piece 22 (diameter 7 mm, length 10 mm) corresponding to the rear part of the ink filling nozzle before cutting, and FIG. FIG. 2B is a front view thereof. A predetermined groove processing 23 is previously performed on the rear split piece 22.
[0056]
Next, after joining the front split piece 20 and the rear split piece 22 by pulse current, the outer shape is cut and finished to a desired shape. 14A and 14B show a state at the time of joining, FIG. 14A is a perspective view thereof, and FIG. 14B is a front view thereof.
In this way, the intended ink filling nozzle 24 as shown in FIG. 15 is manufactured. Although the ink filling nozzle having such a structure cannot be processed from the outside, it can be easily manufactured according to the method of the present invention.
[0057]
Example 5 (manufacture of fuel injection nozzle, part 1)
In the fifth embodiment, a fuel injection nozzle is manufactured.
In this case, a divided piece having a shape obtained by dividing the outer shape into two right and left parts is prepared.
FIGS. 16A and 16B show an embodiment of a divided piece having a shape obtained by dividing the fuel injection nozzle into two right and left parts. FIG. 16A is a perspective view of a left divided piece 25, and FIG. FIG.
These divided pieces 25 and 26 are previously subjected to predetermined groove processing 27 and 28, respectively. Since the groove processing is used, the processing is extremely easy as compared with the fine hole processing or the like. The target fuel injection nozzle is manufactured by joining these divided pieces 25 and 26 by pulse current supply. FIG. 17 is an explanatory sectional view of the fuel injection nozzle 29 (diameter 10 mm, length 20 mm) obtained in this manner. In this fuel injection nozzle, the upper nozzle in FIG. 17 is a fuel supply adjusting nozzle, and the lower nozzle is a fuel nozzle. In addition, a process for uniformly mixing, for example, a process of a spiral groove or the like may be performed on a flow path after the confluence of both nozzles by using either one as an air passage. The outer shape may be arbitrarily processed as needed. Further, the present invention can be applied not only to the fuel injection nozzle but also to a molding nozzle. The description after "machining of helical grooves and the like" is the same for other embodiments described below.
[0058]
Example 6 (manufacture of fuel injection nozzle, part 2)
In the sixth embodiment, another type of fuel injection nozzle is manufactured.
In this case, a divided piece having a shape obtained by dividing the outer shape into two right and left parts is prepared.
FIGS. 18A and 18B show another aspect of the divided piece having a shape obtained by dividing the fuel injection nozzle into two right and left parts. FIG. 18A is a perspective view of the left divided piece 30, and FIG. It is a perspective view. As in the fifth embodiment, the divided pieces 30 and 31 are previously subjected to predetermined groove processing 32 and 33, respectively. The target fuel injection nozzle is manufactured by joining these divided pieces 30 and 31 by pulse current supply. FIG. 19 is a sectional explanatory view of a fuel injection nozzle 34 (diameter 10 mm, length 20 mm) obtained by joining such divided pieces. In this fuel injection nozzle 34, the upper nozzle in the figure can also be used as a hole of the iron core shaft for opening and closing.
[0059]
Example 7 (manufacture of fuel injection nozzle, part 3)
In the seventh embodiment, still another type of fuel injection nozzle is manufactured.
In this case, a divided piece having a shape obtained by dividing the outer shape into front and rear portions is prepared.
FIGS. 20A and 20B show one aspect of a divided piece having a shape obtained by dividing the fuel injection nozzle into two in the front and rear directions. FIG. 20A is a perspective view of a front divided piece 35, and FIG. FIG. As in the sixth embodiment, predetermined fine holes 37 and 38 are formed on the divided pieces 35 and 36 in advance. Since the hole is divided into two parts before and after, a small hole with a small L / D is formed, so that the small hole processing is extremely easy. The target fuel injection nozzle is manufactured by joining these divided pieces by pulse current supply. FIG. 21 is an explanatory sectional view of a fuel injection nozzle 39 (diameter 10 mm, length 20 mm) obtained by joining such divided pieces.
[0060]
Example 8 (Production of a fuel injection nozzle having a cooling channel)
In the eighth embodiment, a fuel injection nozzle having a cooling passage is manufactured.
In this case, the nozzle pieces 40 (diameter 10 mm, length 20 mm) of the fuel injection nozzle are manufactured by joining the divided pieces in the same manner as in the fifth embodiment (see FIG. 22).
Next, a cylinder 41 (inner diameter 10 mm, outer diameter 14 mm, length 20 mm) closely contacting the outer shape of the nozzle portion 40 of the fuel injection nozzle as shown in FIG. 23 is prepared, and a spiral groove is formed on the inner peripheral surface of the cylinder 41. According to the above method, one or two grooves 42 to be used as cooling channels are formed. Since the groove processing is used, the processing is extremely easy as compared with the fine hole processing or the like. This groove processing may be performed not on the inner peripheral surface of the cylinder 41 but on the outer peripheral surface of the nozzle portion 40 of the fuel injection nozzle.
In FIG. 22, the upper nozzle serves as a fuel supply adjusting nozzle, and the lower nozzle serves as a fuel nozzle. In addition, in order to uniformly mix the flow path after the confluence of both nozzles with one of them as an air passage, a spiral groove or the like may be formed as in the sixth embodiment.
[0061]
Thereafter, the nozzle portion 40 of the fuel injection nozzle is placed inside the cylinder 41, the ring 43 is combined, and these may be combined by joining by pulse current application. FIG. 24 is an explanatory cross-sectional view of a fuel injection nozzle 44 having a cooling channel obtained by joining such a nozzle portion 40, a cylinder 41, and a ring 43. In this case, the clearance between the joining surface of the nozzle portion 40 and the cylinder 41 is preferably set to 2 to 50 μm. The outer shape may be arbitrarily processed as needed.
In this embodiment, the fuel injection nozzle has been described, but the invention can be applied to a molding nozzle. In this case, a molding nozzle having a heating / cooling flow path for controlling the nozzle mold temperature can be manufactured.
[0062]
Example 9 (Example of forming a thin film)
Example 9 Example 9 is for manufacturing a metal body having a diameter of 0.1 mm and a depth of 20 mm, and having one fine hole having an L / D of 200. The example which formed is shown.
As shown in FIG. 25, one semicircular groove 46 having an R of 0.05 mm is formed on the surface of a cubic metal member (made of tungsten) 45 having a length, width, and height of 20 mm. FIG. 25 is a perspective view showing one embodiment of a metal member 45 having a groove 46 used in the ninth embodiment.
Another such metal member 45 was prepared, and a titanium thin film 47 (thickness: 5 μm) was formed on the joining surface of one (upper in FIG. 25) metal member 45 by a sputter deposition method. Thereafter, the two metal members were butted against each other, with the surface on which the groove processing 46 was provided being inside.
This was joined by pulse current. At this time, the junction temperature (joint side band surface temperature) was 1050 ° C., the holding time was 5 minutes, and the peak current was 300 A. Next, with respect to the metal member after the interatomic fine melting in the liquid phase, the metal member (tungsten material) was held at a temperature of 1000 ° C. for 60 minutes to perform an interdiffusion bonding treatment. At this time, no pulse current was passed.
As a result, a metal body having one fine small hole 48 having an L / D (depth / diameter) of 200 as shown in FIG. 26 was reliably and easily manufactured. FIG. 26 is a perspective view showing one embodiment of a metal body manufactured in the ninth embodiment having a diameter of 0.1 mm, a depth of 20 mm, and a fine hole 48 having an L / D of 200.
When a tensile test and a bending test were performed on the obtained metal body, the strength was higher than that of the tungsten material.
[0063]
Example 10 (example in which hard chrome plating is applied)
Example 10 Example 10 is for manufacturing a metal body having a diameter of 0.2 mm and a depth of 20 mm, and having one fine hole having an L / D of 100. The example which performed plating is shown.
As shown in FIG. 27, one semicircular groove processing 50 having a radius of 0.1 mm is performed on the surface of a rectangular parallelepiped metal member (SUS420T2) 49 having a length and width of 20 mm and a height of 10 mm. FIG. 27 is a perspective view showing one mode of the metal member 49 having the groove processing 50 used in the tenth embodiment.
Another such metal member 49 was prepared, and hard chrome plating 51 (thickness: 3 μm) was applied to the joint surface of both metal members 49. Thereafter, the two metal members were butted against each other, with the surface on which the groove processing 50 was performed being on the inside.
This was joined by pulse current. At this time, the joining temperature (joining side band surface temperature) was 1000 ° C., the holding time was 3 minutes, and the peak current was 300 A. Next, the metal member (SUS420T2) after the inter-atomic fine melting in the liquid phase was held at a temperature of 1010 ° C. for 60 minutes to perform an interdiffusion bonding treatment. At this time, no pulse current was passed.
As a result, a metal body having one fine small hole 52 having an L / D (depth / diameter) of 100 as shown in FIG. 28 was reliably and easily manufactured. FIG. 28 is a perspective view showing one embodiment of a metal body having a fine hole 52 with a diameter of 0.2 mm and a depth of 20 mm and an L / D of 100 manufactured in Example 10.
The obtained metal body was hard chrome-plated into the small holes, and became fine holes resistant to wear. Further, when a titanium nitride coating was applied instead of the hard chrome plating, it was harder and good results were obtained.
[0064]
Example 11 (Example of forcibly heating from the outside)
Example 11 Example 11 is for manufacturing a metal body having a diameter of 1 mm and a depth of 100 mm, and having one fine hole having an L / D of 100. Hard chrome plating was previously applied to the joining surface before joining. An example is shown.
As shown in FIG. 29, one semicircular groove 54 having a radius of 0.5 mm is formed on the surface of a rectangular parallelepiped metal member (SUS420T2) 53 having a length of 100 mm, a width of 20 mm, and a depth of 100 mm. FIG. 29 is a perspective view illustrating one embodiment of a metal member 53 having a groove 54 used in the eleventh embodiment.
Another such metal member 53 was prepared, and these two metal members were butted against each other, with the surface on which the groove processing 54 was performed being inside.
This was joined by pulse current. At this time, the junction temperature (joint side band surface temperature) was 1000 ° C., the holding time was 5 minutes, and the peak current was 300 A. Next, the metal member (SUS420T2) after the inter-atomic fine melting in the liquid phase was held at a temperature of 1010 ° C. for 60 minutes to perform an interdiffusion bonding treatment. At this time, no pulse current was passed. During the joining process, the vicinity of the joined surfaces was forcibly heated from the outside using two heaters.
As a result, the entire joint surface is soaked at the time of temperature rise and is soaked at the time of cooling, so that a metal having one fine hole with L / D (depth / diameter) of 100 can be reliably and easily formed. The body was manufactured.
[0065]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, two members having at least one member whose surface is grooved are abutted to each other with the surface subjected to the groove processing inside, and the butted surfaces (joined) The two members are joined by pulse current in a state where the surfaces are pressed so as to be in close contact with each other, thereby forming a fine hole and / or a slit between the joining surfaces, whereby the L / D ( A metal body having fine holes and / or fine slits having a depth / diameter of several hundred or more can be easily manufactured.
[0066]
According to the method of the present invention according to the first aspect, it is possible to greatly expand the field of ultrafine processing at a low cost and far beyond the limit of the conventional processing method.
For example, the hole diameter may be 0.03 mm or 0.03 mm slit width, and the depth may be 50 mm or 100 mm or more. Therefore, the L / D calculation value is 1660 to 3300, and a micro hole or a slit that is about 100 to 200 times as large as that of the conventional method is realized. Can be.
Further, a metal body having small holes and / or slits, such as a complicated fluid passage, which is almost impossible to process from the outer shape, can be efficiently realized at low cost.
[0067]
According to the method of the present invention according to claim 2, in a shock test, a fatigue test, and the like, a strong bond can be obtained so as to be recognized as having the same characteristics as the base material. Alternatively, as long as a machining groove of an arbitrary shape is provided on one side, a machine part having a complicated shape such as a fluid passage including a straight line, a curve, a fine hole, a slit, a pool, etc. can be formed by joining according to the method of the present invention. It can be easily, firmly and reliably manufactured in a short time.
[0068]
Accordingly, the present invention provides, for example, an ink filling nozzle, a fuel injection nozzle, a fine spinning nozzle, a molding nozzle, various other nozzle structures, a fine punch die, a punch guide, an optical fiber cable connection terminal, a connector portion thereof, Of metal bodies having fine holes and / or slits, such as structures with built-in flow paths for fluids such as liquids and gases, heat-exchange flow path built-in dies, cooling plates, manifolds, etc. Can be used effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a state transition of a thin film of the same material formed on a bonding surface in a method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a state transition of a thin film of a different material formed on a bonding surface in the method of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view illustrating one embodiment of a metal member 10 having a groove 11 used in the first embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of a metal body having a fine hole 12 with a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm and an L / D of 500 manufactured in Example 1.
FIG. 5 is a perspective view showing one embodiment of a member 13 having a groove 14 used in Example 2.
FIG. 6 is a perspective view showing one embodiment of a metal body having a diameter of 0.1 mm and a depth of 50 mm and an L / D of 500 and having two fine holes 15 in an intersecting manner manufactured in Example 2. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing one embodiment of a columnar member 16 having a groove 17 formed around it, which is used in a third embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing one embodiment of a hollow cylindrical member 18 abutting around the columnar member 16 shown in FIG.
9 is a perspective view showing a pattern when the columnar member 16 shown in FIG. 7 and the hollow cylindrical member 18 shown in FIG. 8 are combined.
FIG. 10 is a perspective view showing a fine spinning nozzle manufactured in Example 3 from the cylindrical member 16 shown in FIG. 7 and the hollow cylindrical member 18 shown in FIG.
11 is a cross-sectional view showing one mode when a part of the inside of the fine spinning nozzle shown in FIG. 10 is cut off by post-processing.
FIGS. 12A and 12B show one mode of a front divided piece 20 corresponding to a front portion of an ink filling nozzle used in Example 4, (A) is a perspective view, and (B) is a front view thereof. .
FIGS. 13A and 13B show an embodiment of a rear split piece 22 corresponding to a rear portion of an ink filling nozzle used in Embodiment 4, wherein FIG. 13A is a perspective view thereof and FIG. 13B is a front view thereof. .
FIG. 14 is a diagram illustrating a fourth embodiment including a front split piece 20 corresponding to a front portion of the ink filling nozzle illustrated in FIG. 12 and a rear split piece 22 corresponding to a rear portion of the ink filling nozzle illustrated in FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a front view of the nozzle.
FIG. 15 is an explanatory sectional view showing one mode when the outer shape of the ink filling nozzle shown in FIG. 14 is cut and finished;
FIGS. 16A and 16B show one mode of a divided piece used in the fifth embodiment. FIG. 16A is a perspective view of a left divided piece 25, and FIG. 16B is a perspective view of a right divided piece 26.
FIG. 17 is an explanatory sectional view of a fuel injection nozzle manufactured in Example 5 from the divided pieces shown in FIG.
FIGS. 18A and 18B show another aspect of the divided pieces used in the sixth embodiment. FIG. 18A is a perspective view of the left divided piece 30 and FIG. 18B is a perspective view of the right divided piece 31.
FIG. 19 is an explanatory cross-sectional view of a fuel injection nozzle manufactured in Example 6 from the divided pieces shown in FIG.
20A and 20B show another aspect of the divided pieces used in the seventh embodiment. FIG. 20A is a perspective view of a front divided piece 35, and FIG. 20B is a perspective view of a rear divided piece 36.
FIG. 21 is an explanatory cross-sectional view of a fuel injection nozzle manufactured in Example 7 from the divided pieces shown in FIG. 20;
FIG. 22 is a front view of a nozzle portion 40 used in the case of manufacturing a fuel injection nozzle having a cooling passage in the eighth embodiment.
FIG. 23 is a front view of a cylinder 41 having one or two grooves to be used as a cooling flow channel, which is used when manufacturing a fuel injection nozzle having a cooling flow channel in Example 8. .
24 shows a cooling part manufactured in Example 8 from the nozzle part shown in FIG. 22 and a cylinder provided with one or two grooves to be a cooling passage shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory sectional view of a fuel injection nozzle 43 having a flow path.
FIG. 25 is a perspective view showing one embodiment of a metal member 45 having a groove processing 46 used in Example 9;
26 is a perspective view showing one embodiment of a metal body manufactured in Example 9 having a diameter of 0.1 mm, a depth of 20 mm, and a fine hole 48 having an L / D of 200. FIG.
FIG. 27 is a perspective view showing one embodiment of a metal member 49 having a groove processing 50 used in Example 10.
FIG. 28 is a perspective view showing one embodiment of a metal body having a fine hole 52 with a diameter of 0.2 mm and a depth of 20 mm and an L / D of 100 manufactured in Example 10.
FIG. 29 is a perspective view showing one embodiment of a metal member 53 having a groove 54 used in Example 11.
[Explanation of symbols]
1 First member
2 Second member
1a, 2a joining surface
3, 4 thin film
5, 5a bonding interface
6, 7 thin film
8, 8a bonding interface
10 Metal members
11 Groove processing
12 Fine holes
13 Metal members
14 Groove processing
15 Fine holes
16 cylindrical member
17 Groove processing
18 Hollow tubular member
19 Small Hole
20 Front split piece
21 Grooving
22 Rear split piece
23 Grooving 23
24 Ink filling nozzle
25 Left split piece
26 Right split
27, 28 Groove processing
29 Fuel injection nozzle
30 Left split piece
31 Right split
32, 33 Groove processing
34 fuel injection nozzle
35 Forward split
36 Rear split
37, 38 Fine hole processing
39 fuel injection nozzle
40 nozzle part
41 cylinder
42 Grooving
43 ring
44 Fuel injection nozzle having cooling passage
45 metal members
46 Grooving
47 thin film
48 small holes
49 metal parts
50 Groove processing
51 Hard chrome plating
52 Fine holes
53 metal members
54 Groove processing
