JP2004315884A - ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる、パルス通電による部材の接合装置と接合方法を提供すること。
【解決手段】加熱手段３により複数の部材（接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段５を新たに設けたことを特徴とするホットプレス装置；並びに複数の部材を接合するにあたり、加熱手段３により複数の部材（接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成を有し、かつ加熱のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を押圧手段４により押圧すると共に加熱手段３により接合面近傍を加熱しながら、接合面に通電手段５によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法。
【選択図】 図１
【解決手段】加熱手段３により複数の部材（接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段５を新たに設けたことを特徴とするホットプレス装置；並びに複数の部材を接合するにあたり、加熱手段３により複数の部材（接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成を有し、かつ加熱のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を押圧手段４により押圧すると共に加熱手段３により接合面近傍を加熱しながら、接合面に通電手段５によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法に関し、詳しくは衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる、ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンド工具、砥石などのようなセラミック材料や金属材料或いはこれらの複合材料を焼結接合する方法として、ホットプレス法が従来から行われており、そのためのホットプレス装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このホットプレス法やホットプレス装置は、取扱いが容易であるという利点を有するものの、接合に時間がかかるという欠点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７３１０５号公報（従来の技術欄）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決して、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極めて短時間で得られる、ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法とを提供することを目的とするものである。
【０００５】
本発明者は、上記従来の問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することにより、強固な接合が短時間で得られることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに到った。
【０００６】
【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、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段を新たに設けたことを特徴とするホットプレス装置を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、通電手段の電源を常時オフ状態にできるようにしたホットプレス装置を提供するものである。
請求項３に係る本発明は、複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法を提供するものである。
請求項４に係る本発明は、接合すべき部材として、電気伝導性の良好な材料を用い、接合すべき部材を外部加熱する請求項３記載の方法を提供するものである。
請求項５に係る本発明は、接合すべき部材が、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材同士、或いは前記非鉄金属からなる部材と異種金属からなる部材とである請求項３記載の方法を提供するものである。請求項６に係る本発明は、接合すべき部材が、鉄系金属からなる部材同士である請求項３記載の方法を提供するものである。
請求項７に係る本発明は、仮接合を行った後、そのまま同一装置内において相互拡散接合処理を行う請求項３〜６のいずれかに記載の方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は、請求項１に係る本発明のホットプレス装置の一態様を示す概略説明図である。図中、符号Ａは、ホットプレス装置であり、符号１、２は接合部材、符号３は加熱手段、符号４は押圧手段、符号５は通電手段である。
請求項１に係る本発明のホットプレス装置Ａは、加熱手段３により複数の部材（例えば、接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段５を新たに設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
ここで加熱手段３や押圧手段４は一般にホットプレス装置に使用されているもので良く、特別なものである必要はない。
例えば、加熱手段３としては、一般にホットプレス装置に使用されている抵抗加熱式のヒーター、誘導加熱式のヒーター、通電加熱式のヒーターなどのいずれであってもよい。
また、押圧手段４としても、一般にホットプレス装置に使用されている加圧装置でよい。
【０００９】
請求項１に係る本発明のホットプレス装置Ａは、このような加熱手段３により複数の部材（例えば、接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成の通常のホットプレス装置において、パルス通電接合のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けたことを特徴とするものである。
ここで通電手段５は、一対の電極と電源部とから構成されており、その電源は常時オフ（ＯＦＦ）状態にできるようにされている。これにより、パルス通電による仮接合を行った後に行われる、パルス電流を流さない相互拡散接合処理に対応すると共に、パルス通電による接合装置から、従来のホットプレス装置へと切り換えることができる。
【００１０】
このような請求項１に係る本発明のホットプレス装置によれば、従来のホットプレス装置に、パルス通電接合のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けるという比較的簡単な構成であるにもかかわらず、従来のホットプレス装置によって接合したときと比べて、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる。
【００１１】
上記した如き請求項１に係る本発明のホットプレス装置を用いたパルス通電による部材の接合方法を提供するのが、請求項３に係る本発明である。
即ち、請求項３に係る本発明は、複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法である。
【００１２】
上記したように、請求項３に係る本発明は、請求項１に係る本発明のホットプレス装置を用いたパルス通電による部材の接合方法を提供するものである。
従って、ホットプレス装置については、請求項１に係る本発明について記載したとおりである。
請求項３に係る本発明においては、複数の部材を接合するにあたり、このような請求項１に係る本発明のホットプレス装置を用い、接合すべき部材（接合部材１、２）の接合面を押圧手段４により押圧すると共に加熱手段４により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段５によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る本発明においては、パルス通電法により部材を接合するにあたり、まず接合すべき部材（接合部材１、２）の接合面を互いに突き合わせ、次に、このようにして互いに突き合わせられた接合面を、押圧手段４により密着させるように加圧し、この加圧した状態で、加熱手段４により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段５によりパルス電流を流す。このとき接合すべき部材（接合部材１、２）の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材（接合部材１、２）のみに通電させる。
【００１４】
ここで接合すべき部材（接合部材）は２本に限られず、３本以上の部材を同時に接合することもできる。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れば、同時に複数の接合面を接合することができる。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・通電すれば、より多数の接合を同時に行うことができる。
【００１５】
接合すべき部材としては、特に制限されるものではなく、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）などの鉄系金属（鉄鋼材料）；銅、アルミニウム、亜鉛、チタン、非鉄合金（黄銅など）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。
これらの中でも、請求項４に記載したように、接合すべき部材として、電気伝導性の良好な部材、例えば黄銅、アルミニウム、銅などの非鉄金属からなる部材を用いる場合には、接合すべき部材を加熱手段３により外部加熱することが必要不可欠である。これは、電気伝導性の良好な材料は、加熱が悪いためである。
【００１６】
本発明においては、上記した如き各種接合部材について、２種以上複数の部材を同時に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接合することができる。
具体的には、請求項５に記載したように、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材同士の接合、或いは前記非鉄金属からなる部材と異種金属（例えば、鉄系金属、特殊合金など）からなる部材との接合を行うことができる。特に、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材と異種金属（例えば、鉄系金属、特殊合金など）からなる部材との接合に好適に利用される。
また、請求項６に記載したように、鉄系金属からなる部材同士の接合を行うことができる。さらに、鉄系金属からなる部材と異種金属（例えば、特殊合金など）からなる部材との接合を行うことができる。
このように本発明は、鉄系金属（鉄鋼材料）同士の接合、鉄系金属（鉄鋼材料）と非鉄金属や特殊合金との接合、非鉄金属同士（銅同士、チタン同士、アルミニウム同士など）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。
さらに、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工溝を施し、接合によって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリット、溜まり場等を形成することができる。
【００１７】
本発明は、熱交換流路内蔵各種金型・液体気体材料の曲線通路内蔵マニホールド、タービンブレード、エンジンバルブ、ピストンヘッド、燃料電池冷却板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノズル、半導体発熱部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴スリットを有した極細パンチ型、光ファイバーコネクター及びターミナル部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パイプ接合、磁性材非磁性材接合によるセンサー電磁弁などへ応用することができる。
【００１８】
接合すべき部材の形状は特に制限はなく、例えばバルク状（固体）でも良いし、１ｍｍ以下程度の薄膜状でも良いし、パイプ状、波板状などであっても良い。本発明は、これら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の相互の接合に利用することができる。
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、第１の部材の接合面と第２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。
【００１９】
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。
【００２０】
さらに強固に接合するために、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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
薄膜としては、少なくとも接合過程において接合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。
このような薄膜は、それぞれの部材と同一素材からなるものとしておくことにより、処理過程で各接合部材１、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が形成される。
【００２３】
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、細穴、スリット、溜まり場等を内蔵させる接合部材の接合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、接合部材の硬度、防錆効果を上げても良い。接合の後からの窒化処理では、極細穴、スリットの内部まで硬度を上げることができない。
【００２４】
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。
次に、このようにして互いに突き合わせられた接合面を、押圧手段４により密着させるように加圧し、この加圧した状態で、加熱手段４により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段５によりパルス電流を流す。このとき接合すべき部材（接合部材１、２）の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材（接合部材１、２）のみに通電させる。
【００２５】
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。
【００２６】
この加圧した状態で、接合すべき部材（接合部材１、２）の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材（接合部材１、２）のみに通電させる。
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。
接合部材と接する電極の形状は、接合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。
【００２７】
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した。
【００２８】
このとき本発明においては、特に大型の部材を接合するときには、加熱手段３により、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。これにより大型の部材を短時間に効率良く接合することができる。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。
【００２９】
このような外部から強制的に加熱する加熱手段３としては、前述したように、一般にホットプレス装置に使用されている抵抗加熱式のヒーター、誘導加熱式のヒーター、通電加熱式のヒーターなどのいずれであってもよい。また、押圧手段４としても、一般にホットプレス装置に使用されている加圧装置でよい。
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。
【００３０】
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、接合界面間に各種デューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）、一般的にはデューティー比が９９〜３．２％（パルスのＯＮ：ＯＦＦの比＝９９：１〜１：３０）の範囲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。
【００３１】
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、直流パルス電流でも交流パルス電流のどちらでも可能である。いずれも周波数は３０〜１０００ｋＨｚ程度である。電流は、１００〜１０００００Ａ、好ましくは３００〜８００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下から１ｖ程度が実用範囲であるが、これに制限されるものではない。
【００３２】
このようなパルス大電流を流し、必要に応じて加熱手段３により外部から強制的に加熱しながら通電させると、温度が速やかに上昇し、接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上（好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より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（仮接合）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。
【００３３】
なお、パルス通電接合中に、接合材料が昇温し、降伏点応力が減衰するのに伴い、加圧力を徐々に下げることが望ましい。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力をより増大させることができる。
即ち、接合材料が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こると言うことは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合材料が昇温し、降伏点応力が減衰するのに伴い、加圧力を徐々に下げることが望ましい。この加圧力の調節は、降伏点応力がより低い部材について、その降伏点応力の１〜９０％の範囲で行うことが望ましい。
この加圧力の調節は、次に述べる相互拡散接合処理時においても行うことが望ましい。
【００３４】
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仮接合を行った後に、好ましくは請求項７に記載したように、そのまま同一装置内において相互拡散接合処理を行う。
即ち、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仮接合を行った後に、引き続いて同一装置内において接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％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が特に望ましい。
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、これと本発明で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。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。
【００３５】
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４０％以上、好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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て仮接合を行った後に、引き続いて同一装置内において接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％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て仮接合を行った後に、相互拡散接合処理すること、が特に望ましい。
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。
【００３９】
本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、極めて強固かつ短時間に接合することができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
さらに、本発明の装置では、通電手段の電源は常時オフ（ＯＦＦ）状態にできるようにされていることから、パルス通電による接合装置から、従来のホットプレス装置へと切り換えることができ、必要に応じてホットプレスによる接合を行うこともできる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明のホットプレス装置によれば、従来のホットプレス装置に、パルス通電接合のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けるという比較的簡単な構成であるにもかかわらず、従来のホットプレス装置によって接合したときと比べて、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる。
また、請求項３に係る本発明の方法によれば、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる、パルス通電による部材の接合方法が提供される。
【００４１】
このように本発明の装置と方法によれば、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間で得られることから、各種部材の接合に広く利用することができる。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形成することができる。
【００４２】
従って、本発明の接合技術は、熱交換流路内蔵各種金型・液体気体材料の曲線通路内蔵マニホールド、タービンブレード、エンジンバルブ、ピストンヘッド、燃料電池冷却板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノズル、半導体発熱部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴スリットを有した極細パンチ型、光ファイバーコネクター及びターミナル部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パイプ接合、磁性材非磁性材接合によるセンサー電磁弁などへ幅広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る本発明のホットプレス装置の一態様を示す概略説明図である。
【符号の説明】
Ａ ホットプレス装置
１、２ 接合部材
３ 加熱手段
４ 押圧手段
５ 通電手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法に関し、詳しくは衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる、ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンド工具、砥石などのようなセラミック材料や金属材料或いはこれらの複合材料を焼結接合する方法として、ホットプレス法が従来から行われており、そのためのホットプレス装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このホットプレス法やホットプレス装置は、取扱いが容易であるという利点を有するものの、接合に時間がかかるという欠点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７３１０５号公報（従来の技術欄）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決して、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極めて短時間で得られる、ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法とを提供することを目的とするものである。
【０００５】
本発明者は、上記従来の問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者は、複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することにより、強固な接合が短時間で得られることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに到った。
【０００６】
【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、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段を新たに設けたことを特徴とするホットプレス装置を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、通電手段の電源を常時オフ状態にできるようにしたホットプレス装置を提供するものである。
請求項３に係る本発明は、複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法を提供するものである。
請求項４に係る本発明は、接合すべき部材として、電気伝導性の良好な材料を用い、接合すべき部材を外部加熱する請求項３記載の方法を提供するものである。
請求項５に係る本発明は、接合すべき部材が、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材同士、或いは前記非鉄金属からなる部材と異種金属からなる部材とである請求項３記載の方法を提供するものである。請求項６に係る本発明は、接合すべき部材が、鉄系金属からなる部材同士である請求項３記載の方法を提供するものである。
請求項７に係る本発明は、仮接合を行った後、そのまま同一装置内において相互拡散接合処理を行う請求項３〜６のいずれかに記載の方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は、請求項１に係る本発明のホットプレス装置の一態様を示す概略説明図である。図中、符号Ａは、ホットプレス装置であり、符号１、２は接合部材、符号３は加熱手段、符号４は押圧手段、符号５は通電手段である。
請求項１に係る本発明のホットプレス装置Ａは、加熱手段３により複数の部材（例えば、接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段５を新たに設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
ここで加熱手段３や押圧手段４は一般にホットプレス装置に使用されているもので良く、特別なものである必要はない。
例えば、加熱手段３としては、一般にホットプレス装置に使用されている抵抗加熱式のヒーター、誘導加熱式のヒーター、通電加熱式のヒーターなどのいずれであってもよい。
また、押圧手段４としても、一般にホットプレス装置に使用されている加圧装置でよい。
【０００９】
請求項１に係る本発明のホットプレス装置Ａは、このような加熱手段３により複数の部材（例えば、接合部材１、２）を加熱すると共に押圧手段４により押圧して接合する構成の通常のホットプレス装置において、パルス通電接合のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けたことを特徴とするものである。
ここで通電手段５は、一対の電極と電源部とから構成されており、その電源は常時オフ（ＯＦＦ）状態にできるようにされている。これにより、パルス通電による仮接合を行った後に行われる、パルス電流を流さない相互拡散接合処理に対応すると共に、パルス通電による接合装置から、従来のホットプレス装置へと切り換えることができる。
【００１０】
このような請求項１に係る本発明のホットプレス装置によれば、従来のホットプレス装置に、パルス通電接合のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けるという比較的簡単な構成であるにもかかわらず、従来のホットプレス装置によって接合したときと比べて、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる。
【００１１】
上記した如き請求項１に係る本発明のホットプレス装置を用いたパルス通電による部材の接合方法を提供するのが、請求項３に係る本発明である。
即ち、請求項３に係る本発明は、複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法である。
【００１２】
上記したように、請求項３に係る本発明は、請求項１に係る本発明のホットプレス装置を用いたパルス通電による部材の接合方法を提供するものである。
従って、ホットプレス装置については、請求項１に係る本発明について記載したとおりである。
請求項３に係る本発明においては、複数の部材を接合するにあたり、このような請求項１に係る本発明のホットプレス装置を用い、接合すべき部材（接合部材１、２）の接合面を押圧手段４により押圧すると共に加熱手段４により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段５によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る本発明においては、パルス通電法により部材を接合するにあたり、まず接合すべき部材（接合部材１、２）の接合面を互いに突き合わせ、次に、このようにして互いに突き合わせられた接合面を、押圧手段４により密着させるように加圧し、この加圧した状態で、加熱手段４により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段５によりパルス電流を流す。このとき接合すべき部材（接合部材１、２）の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材（接合部材１、２）のみに通電させる。
【００１４】
ここで接合すべき部材（接合部材）は２本に限られず、３本以上の部材を同時に接合することもできる。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れば、同時に複数の接合面を接合することができる。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・通電すれば、より多数の接合を同時に行うことができる。
【００１５】
接合すべき部材としては、特に制限されるものではなく、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）などの鉄系金属（鉄鋼材料）；銅、アルミニウム、亜鉛、チタン、非鉄合金（黄銅など）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。
これらの中でも、請求項４に記載したように、接合すべき部材として、電気伝導性の良好な部材、例えば黄銅、アルミニウム、銅などの非鉄金属からなる部材を用いる場合には、接合すべき部材を加熱手段３により外部加熱することが必要不可欠である。これは、電気伝導性の良好な材料は、加熱が悪いためである。
【００１６】
本発明においては、上記した如き各種接合部材について、２種以上複数の部材を同時に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接合することができる。
具体的には、請求項５に記載したように、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材同士の接合、或いは前記非鉄金属からなる部材と異種金属（例えば、鉄系金属、特殊合金など）からなる部材との接合を行うことができる。特に、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材と異種金属（例えば、鉄系金属、特殊合金など）からなる部材との接合に好適に利用される。
また、請求項６に記載したように、鉄系金属からなる部材同士の接合を行うことができる。さらに、鉄系金属からなる部材と異種金属（例えば、特殊合金など）からなる部材との接合を行うことができる。
このように本発明は、鉄系金属（鉄鋼材料）同士の接合、鉄系金属（鉄鋼材料）と非鉄金属や特殊合金との接合、非鉄金属同士（銅同士、チタン同士、アルミニウム同士など）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。
さらに、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工溝を施し、接合によって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリット、溜まり場等を形成することができる。
【００１７】
本発明は、熱交換流路内蔵各種金型・液体気体材料の曲線通路内蔵マニホールド、タービンブレード、エンジンバルブ、ピストンヘッド、燃料電池冷却板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノズル、半導体発熱部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴スリットを有した極細パンチ型、光ファイバーコネクター及びターミナル部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パイプ接合、磁性材非磁性材接合によるセンサー電磁弁などへ応用することができる。
【００１８】
接合すべき部材の形状は特に制限はなく、例えばバルク状（固体）でも良いし、１ｍｍ以下程度の薄膜状でも良いし、パイプ状、波板状などであっても良い。本発明は、これら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の相互の接合に利用することができる。
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、第１の部材の接合面と第２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。
【００１９】
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。
【００２０】
さらに強固に接合するために、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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
薄膜としては、少なくとも接合過程において接合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。
このような薄膜は、それぞれの部材と同一素材からなるものとしておくことにより、処理過程で各接合部材１、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が形成される。
【００２３】
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、細穴、スリット、溜まり場等を内蔵させる接合部材の接合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、接合部材の硬度、防錆効果を上げても良い。接合の後からの窒化処理では、極細穴、スリットの内部まで硬度を上げることができない。
【００２４】
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。
次に、このようにして互いに突き合わせられた接合面を、押圧手段４により密着させるように加圧し、この加圧した状態で、加熱手段４により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段５によりパルス電流を流す。このとき接合すべき部材（接合部材１、２）の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材（接合部材１、２）のみに通電させる。
【００２５】
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。
【００２６】
この加圧した状態で、接合すべき部材（接合部材１、２）の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材（接合部材１、２）のみに通電させる。
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。
接合部材と接する電極の形状は、接合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。
【００２７】
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した。
【００２８】
このとき本発明においては、特に大型の部材を接合するときには、加熱手段３により、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。これにより大型の部材を短時間に効率良く接合することができる。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。
【００２９】
このような外部から強制的に加熱する加熱手段３としては、前述したように、一般にホットプレス装置に使用されている抵抗加熱式のヒーター、誘導加熱式のヒーター、通電加熱式のヒーターなどのいずれであってもよい。また、押圧手段４としても、一般にホットプレス装置に使用されている加圧装置でよい。
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。
【００３０】
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、接合界面間に各種デューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）、一般的にはデューティー比が９９〜３．２％（パルスのＯＮ：ＯＦＦの比＝９９：１〜１：３０）の範囲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。
【００３１】
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、直流パルス電流でも交流パルス電流のどちらでも可能である。いずれも周波数は３０〜１０００ｋＨｚ程度である。電流は、１００〜１０００００Ａ、好ましくは３００〜８００００Ａの範囲のものが用いられ、電圧は１００Ｖ以下から１ｖ程度が実用範囲であるが、これに制限されるものではない。
【００３２】
このようなパルス大電流を流し、必要に応じて加熱手段３により外部から強制的に加熱しながら通電させると、温度が速やかに上昇し、接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上（好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より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（仮接合）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。
【００３３】
なお、パルス通電接合中に、接合材料が昇温し、降伏点応力が減衰するのに伴い、加圧力を徐々に下げることが望ましい。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力をより増大させることができる。
即ち、接合材料が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こると言うことは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合材料が昇温し、降伏点応力が減衰するのに伴い、加圧力を徐々に下げることが望ましい。この加圧力の調節は、降伏点応力がより低い部材について、その降伏点応力の１〜９０％の範囲で行うことが望ましい。
この加圧力の調節は、次に述べる相互拡散接合処理時においても行うことが望ましい。
【００３４】
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仮接合を行った後に、好ましくは請求項７に記載したように、そのまま同一装置内において相互拡散接合処理を行う。
即ち、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仮接合を行った後に、引き続いて同一装置内において接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％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が特に望ましい。
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、これと本発明で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。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。
【００３５】
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４０％以上、好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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て仮接合を行った後に、引き続いて同一装置内において接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％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て仮接合を行った後に、相互拡散接合処理すること、が特に望ましい。
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。
【００３９】
本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、極めて強固かつ短時間に接合することができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
さらに、本発明の装置では、通電手段の電源は常時オフ（ＯＦＦ）状態にできるようにされていることから、パルス通電による接合装置から、従来のホットプレス装置へと切り換えることができ、必要に応じてホットプレスによる接合を行うこともできる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明のホットプレス装置によれば、従来のホットプレス装置に、パルス通電接合のためのパルス電流を流す通電手段５を新たに設けるという比較的簡単な構成であるにもかかわらず、従来のホットプレス装置によって接合したときと比べて、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる。
また、請求項３に係る本発明の方法によれば、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間に得られる、パルス通電による部材の接合方法が提供される。
【００４１】
このように本発明の装置と方法によれば、衝撃試験、引張試験、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極めて短時間で得られることから、各種部材の接合に広く利用することができる。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形成することができる。
【００４２】
従って、本発明の接合技術は、熱交換流路内蔵各種金型・液体気体材料の曲線通路内蔵マニホールド、タービンブレード、エンジンバルブ、ピストンヘッド、燃料電池冷却板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノズル、半導体発熱部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴スリットを有した極細パンチ型、光ファイバーコネクター及びターミナル部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パイプ接合、磁性材非磁性材接合によるセンサー電磁弁などへ幅広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る本発明のホットプレス装置の一態様を示す概略説明図である。
【符号の説明】
Ａ ホットプレス装置
１、２ 接合部材
３ 加熱手段
４ 押圧手段
５ 通電手段
Claims (7)
- 加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成のホットプレス装置において、パルス電流を流す通電手段を新たに設けたことを特徴とするホットプレス装置。
- 通電手段の電源を常時オフ状態にできるようにしたホットプレス装置。
- 複数の部材を接合するにあたり、加熱手段により複数の部材を加熱すると共に押圧手段により押圧して接合する構成を有し、かつ、加熱のためのパルス電流を流す通電手段を新たに設けたホットプレス装置を用い、接合すべき部材の接合面を前記押圧手段により押圧すると共に前記加熱手段により前記接合面近傍を加熱しながら、前記接合面に通電手段によりパルス電流を流し仮接合することを特徴とするホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法。
- 接合すべき部材として、電気伝導性の良好な材料を用い、接合すべき部材を外部加熱する請求項３記載の方法。
- 接合すべき部材が、黄銅、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた非鉄金属からなる部材同士、或いは前記非鉄金属からなる部材と異種金属からなる部材とである請求項３記載の方法。
- 接合すべき部材が、鉄系金属からなる部材同士である請求項３記載の方法。
- 仮接合を行った後、そのまま同一装置内において相互拡散接合処理を行う請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
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| JP2003111184A JP2004315884A (ja) | 2003-04-16 | 2003-04-16 | ホットプレス装置と該ホットプレス装置を用いたパルス通電法による部材の接合方法 |
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|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-04-16 JP JP2003111184A patent/JP2004315884A/ja active Pending
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