JP3414790B2

JP3414790B2 - ろう付け方法

Info

Publication number: JP3414790B2
Application number: JP14260193A
Authority: JP
Inventors: 主税林
Original assignee: 真空冶金株式会社
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH06328243A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同種又は異種の材料を
使用した部品同士を接合するためのろう付け方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、金属と金属、或は金属とセラミ
ックスなどの材料を使用した部品同士をろう付けするに
は、そのろう材として箔状若しくは線状の形状のろう材
が用いられている。箔状のろう材を用いた場合は、ろう
付けする部品間に箔状のろう材をはさみ込みろう材の溶
融点より少し高い温度に加熱すると、ろう材が溶けて部
品と反応することにより部品間は接合される。線状のろ
う材を用いた場合は、ろう付けする部品のうちの一方の
部品をろう材の溶融点より少し高い温度に加熱し、線状
のろう材の先端を加熱した部品のろう付けする面に軽く
押しつけると線状のろう材は溶融し、必要とする面にろ
う材が溶けた後、他方の部品のろう付けする面と接触さ
せると、溶けたろう材と反応して部品間は接合される。

【０００３】以上のように、ろう付けされる部品間のろ
う付け前とろう付け後の組成の変化について図６を用い
て説明すると、図６のＡはろう付けする前の状態を示し
ており、部品４０ａ、４０ｂの間に箔状のろう材４１が
挟み込まれている。このろう材４１は、例えば、第１の
元素、第２の元素及び第３の元素の３つの元素で構成さ
れ、今、例えば、部品４０ａに対しては第１の元素が、
部品４０ｂに対しては第２の元素がそれぞれ固溶体若し
くは金属化合物を形成し易いということが判明している
場合、それらが反応する温度に加熱し、その温度を保持
すると、部品４０ａ、４０ｂとその間のろう材４１との
組成の変化は図６のＢで示されるように、部品４０ａ側
では主に第１の元素が反応して形成された層４２ａと、
部品４０ｂ側では主に第２の元素が反応して形成された
層４２ｂが溶融、拡散層として形成される。しかしなが
ら、ほとんどの場合未反応のろう材が中間層４２ｃとし
て残っている。

【０００４】例えば、ＴｉやＴｉ合金（その組成は例え
ば、９０％Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ、又は、９２．５％
Ｔｉ− ５％Ａｌ−２．５％Ｓｎ）をろう付けする場
合、テイクニ（Ｔｉｃｕｎｉ、組成は７０％Ｔｉ−１５
％Ｃｕ−１５％Ｎｉ、溶融点は９６０℃）と呼ばれるろ
う材で箔状のものが一般的に使用されるが、そのろう材
を箔状に加工する圧延限界は５０μｍであり、この５０
μｍの箔状のろう材を使用した場合、上述した未反応と
して残る中間層４２ｃの層厚は５０μｍに近い。又、低
温のろう材として代表的なＡｇ系のろう材（４５０ ℃
以下の温度でろう付け）を使用してろう付けした場合で
も、テイクニを使用した場合と同様にろう材の厚さに近
い中間層が存在することになるが、Ａｇ系のろう材の中
間層の強度は小さく、ろう材部における破断が問題とな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】箔状のろう材は圧延限
界が最小でも５０μｍで、圧延の難しい組成のろう材で
はその厚さが１００〜２００μｍとなることもあり、
箔状のろう材を使用してろう付けすると上述したように
ろう材の厚さに近い中間層が存在する。この中間層の存
在は、精密加工品のろう付けでは寸法誤差の原因となる
ためろう材の厚さをできるかぎり薄くすることが望まれ
ている。

【０００６】線状のろう材はこれを溶融させるために一
方の部品を加熱するのであるが、ろう材の溶融点より数
１０度程度高い温度ではろう材の流動性は低く、溶けた
ろう材は数１０μｍ程度であり、更に高い温度で加熱し
てろう材を溶融すると加熱している部品にも影響を及ぼ
すこととなり好ましくない。又、溶けたろう材の厚さを
一定にすることは難しく、その作業は煩雑である。

【０００７】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、機械
部品として使用することができ、寸法誤差のない精密加
工品を得ることが可能な薄いろう材によるろう付け方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的は、同種又は
異種の材料を使用した部品同士をろう材によって接合す
るろう付け方法において、不活性ガス雰囲気の超微粒子
生成室内で、接合されるべき前記部品と共晶合金を形成
する元素及び金属化合物を形成する元素のうち少なくと
もひとつの元素で組成されるろう材を加熱蒸発させて超
微粒子を生成し、該ろう材の超微粒子を前記不活性ガス
に同伴させて搬送管により真空下にある膜形成室内に搬
送し、該膜形成室内に配置された接合されるべき前記部
品の少なくとも一方の加熱された部品のろう付け部へ、
前記搬送管の先端の細いノズルから前記ろう材の超微粒
子を前記不活性ガスと共に差圧によって噴き付けて前記
ろう材の超微粒子の堆積膜を形成させた後、該ろう材の
超微粒子の堆積膜を介して前記接合されるべき部品のろ
う付け部を重ね合わせ、真空中または不活性ガス雰囲気
中で加熱してろう付けすることを特徴とするろう付け方
法によって達成される。

【０００９】又以上の目的は、同種又は異種の材料を使
用した部品同士をろう材によって接合するろう付け方法
において、不活性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接
合されるべき前記部品と共晶合金を形成する元素及び金
属化合物を形成する元素のうち少なくともひとつの元素
で組成されるろう材を加熱蒸発させて超微粒子を生成
し、該ろう材の超微粒子を前記不活性ガスと共に所定の
濃度で貯蔵させるための貯蔵室内に導入し、該貯蔵室内
から真空下の膜形成室内への流量を調節することによ
り、該膜形成室内の加熱された前記部品上に形成する前
記ろう材の超微粒子堆積膜の厚さを制御するようにした
ことを特徴とするろう付け方法によって達成される。

【００１０】又以上の目的は、同種又は異種の材料を使
用した部品同士をろう材によって接合するろう付け方法
において、不活性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接
合されるべき前記部品と共晶合金を形成する元素及び金
属化合物を形成する元素のうち少なくとも一つの元素で
組成されるろう材を加熱、蒸発させて超微粒子を生成
し、該ろう材の超微粒子を前記不活性ガスと共に所定の
濃度で貯蔵させるための貯蔵室内に導入し、該貯蔵室内
で前記ろう材の超微粒子が重力作用で下方に沈降するこ
とによる前記ろう材の超微粒子の濃度分布の相違を利用
して、前記貯蔵室内から真空下の膜形成室内に前記不活
性ガスと共に一定量の前記ろう材の超微粒子を搬入し、
前記膜形成室内の加熱された前記部品上に形成する前記
超微粒子堆積膜の厚さを制御するようにしたことを特徴
とするろう付け方法によって達成される。

【００１１】又以上の目的は、同種又は異種の材料を使
用した部品同士をろう材によって接合するろう付け方法
において、不活性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接
合されるべき前記部品と共晶合金を形成する元素及び金
属化合物を形成する元素のうち少なくとも一つの元素で
組成されるろう材を加熱蒸発させて超微粒子を生成し、
該ろう材の超微粒子を前記不活性ガスと共に所定の濃度
で貯蔵させるための貯蔵室内に導入し、該貯蔵室内の圧
力低下に応じて、該貯蔵室から真空下の膜形成室内へ前
記超微粒子を前記不活性ガスと共に搬送する前記貯蔵室
内の搬送管の下端部を低下させることにより、前記貯蔵
室内から前記膜形成室内への前記ろう材の超微粒子の流
量を制御して、該膜形成室内の加熱された前記部品上に
形成する前記超微粒子堆積膜の厚さを制御するようにし
たことを特徴とするろう付け方法によって達成される。

【００１２】

【作用】同種又は異種の材料を使用した部品同士をろう
付けするに当り、これらの部品間を接合するろう材とし
て部品と共晶合金を形成する元素及び金属化合物を形成
する元素のうち１種類以上で組成されるろう材を加熱し
て超微粒子状に生成し、ろう付けする部品の片側若しく
は両側の部品のろう付け部に不活性ガスと共に噴きつけ
て、このろう材の超微粒子堆積膜を形成させ、部品同士
を当接して加熱し、ろう付けするようにしたので、従来
の箔状又は線状のろう材に比べてろう材の組成の選択巾
が広がり、又、ろう材の厚さを薄くすることができ、同
種材料同士、又は異種材料同士の部品のろう付けの適用
分野を拡大することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例によるろう付け方
法について図面を参照して説明する。

【００１４】本実施例では、一般構造材のステンレス鋼
と形状記憶や超弾性の特性を有するＮｉＴｉとのろう付
けについて説明する。尚、これらの部品はそれぞれの材
料の試験片とし、図１に示されるように、その形状は短
冊状で寸法は幅８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ１２０ｍ
ｍのものを使用する。

【００１５】図２は本発明のろう付け方法によるろう材
の超微粒子堆積膜を形成する装置全体を示しており、Ｕ
ＦＰ（超微粒子）生成室１（ステンレス鋼製で、内径３
００ｍｍ、高さ３５０ｍｍ）と膜形成室２（ステンレ
ス鋼製で、内径４００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）とは搬送
管３で連結されている。ＵＦＰ生成室１内には蒸発原料
４がアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）で被覆されているヒータで
バスケット状のタングステン（Ｗ）製フィラメント５内
に収容され、フィラメント５の両端は一対の電極６によ
り固定され、これはＵＦＰ生成室１外に配設されている
電源７と接続されている。ＵＦＰ生成室１の真空排気系
としては、真空ポンプ９が真空バルブ８を介して接続さ
れている。真空ポンプ９はメカニカルブースタとロータ
リポンプを組み合わせて用いられる。ガス導入系として
は、ガスボンベ１０がガス流量調節弁１１及びガス流量
計１２を介してＵＦＰ生成室１内に接続さている。又、
ＵＦＰ生成室１には室内Ａの圧力を測定するための真空
計１３及び圧力計１４が取り付けられている。

【００１６】膜形成室２内には試料テーブル１８が配設
されており、この試料テーブル１８上には図１に示され
るような試験片１７が固定されて載置される。試料テー
ブル１８は図３に示されるようにＸ−Ｙ方向に移動可能
であると共に、この上に載置された試験片１７を所定の
温度に昇温することができ、そのための加熱ヒータ１９
が試料テーブル１８に内蔵され、膜形成室２外に配設さ
れている電源２０と接続されている。この加熱ヒータ１
９を設けるのは、Ｎｉのような融点（［００２１］に後
述するように１４５３℃）が高い金属の超微粒子堆積膜
を形成させてろう材とする場合には、ろう付けされるべ
き部品を［００２０］に後述するようにあらかじめ２０
０℃程度の温度に加熱しておくことにより、表面が平滑
で緻密な構造の超微粒子堆積膜が得られると共に、超微
粒子堆積膜と部品との間で高い付着性が得られるように
なるからである。膜形成室２の真空排気系としては、真
空ポンプ２２が真空バルブ２１を介して接続されてい
る。真空ポンプ２２はメカニカルブースタとロータリポ
ンプを組み合わせて用いられる。又、膜形成室２には室
内Ｃの圧力を測定するための真空計２３が取り付けられ
ている。

【００１７】搬送管３の上流側の一端はＵＦＰ生成室１
内に貫通して取り付けられており、その先端にはエアロ
ゾルの吸入口１５が開口している。又、搬送管３の下流
側は膜形成室２内に貫通して取り付けられており、その
先端には内径１ｍｍ、長さ５０ｍｍのステンレス鋼製
の細いノズル１６が取り付けられている。細いノズル１
６の下方には上述した移動可能な試料テーブル１８が配
設されているので、試料テーブル１８を移動させなが
ら、試験片１７上に細いノズル１６から噴きつけられる
超微粒子を堆積させる。

【００１８】以上、本発明の第１実施例におけるＵＦＰ
生成室１及び膜形成室２について説明したが、次にその
作用とろう付け方法について説明する。

【００１９】本実施例では、金属と合金のろう付けとし
てステンレス鋼とＮｉＴｉのろう付けを行い、そのろう
材としてはＮｉを使用し、図１に示されるように片側の
ステンレス鋼試験片１７上に超微粒子堆積膜３０を形成
させた後、ＮｉＴｉとのろう付けを行う。

【００２０】図２で示されるＵＦＰ生成室１内に配設さ
れるフィラメント５は、アルミナで被覆され、その開口
部の内径が１５ｍｍのヒータでバスケット状のタングス
テン（Ｗ）製容器であり、そのフィラメント５内に蒸発
原料４を収容する。本実施例では、蒸発原料４として２
１．５ｇのショット状のＮｉを収容する。ＵＦＰ生成室
１内はメカニカルブースタとロータリポンプを組み合わ
せた真空ポンプ９により排気され、０．１５Ｐａ以下の
圧力に到達したことを確認して真空バルブ８を閉じた
後、ガスボンベ１０からＨｅガスを導入して、ＵＦＰ生
成室１内の圧力を０．１２ＭＰａまで加圧する。その後
は、ＵＦＰ生成室１内を０．１２ＭＰａの圧力を保持す
るのに必要なガスを流量計１２により流量調整弁１１を
調節しながら導入する。この場合のＨｅガスの流量は１
６．５ＳＬＭである。一方の膜形成室２内は、メカニカ
ルブースタとロータリポンプを組み合わせた真空ポンプ
２２により真空排気しているが、膜形成室２とＵＦＰ生
成室１は搬送管３で連結されているので、搬送管３の細
いノズル１６からは常時１６．５ＳＬＭのＨｅガスが膜
形成室２内に流入している。試料テーブル１８上にはス
テンレス鋼の試験片１７が固定されて載置され、試料テ
ーブル１８に内蔵されている加熱ヒータ１９により２０
０℃に加熱されている。

【００２１】以上の状態で、ＵＦＰ生成室１内のフィラ
メント５に電源７より電流を流して、蒸発原料４のＮｉ
を加熱し、溶融、蒸発させ、１６３０℃（Ｎｉの融点は
１４５３℃）まで昇温させる。この時、フィラメント５
には９．２Ｖ、８７Ａの電力が与えられている。蒸発原
料４は高温のＮｉ溶湯面からＮｉ原子が蒸発し、平均粒
径が約４０ｎｍのＮｉ超微粒子が生成される。生成され
たＮｉ超微粒子はＨｅガス中に混合されてエアロゾル状
となり、吸入口１５に吸い込まれ搬送管３を搬送されて
膜形成室２内に配設された細いノズル１６から高速でそ
の下方の試料テーブル１８上に載置されているステンレ
ス鋼試験片１７上に噴射される。尚、細いノズル１６の
先端部とステンレス鋼試験片１７の表面との間隔は約 1
ｍｍである。又、試料テーブル１８は図３で示されるよ
うにＸ−Ｙ方向に移動させることができるので、その上
に載置されたステンレス鋼試験片１７をその長手方向に
直角に、即ち、図３のＹ方向に試料テーブル１８を３ｍ
ｍ／ｍｉｎの速度で移動させると、上述したようにステ
ンレス鋼試験片１７の幅は８ｍｍであるので約３ｍｉｎ
で図１に示されるようにステンレス鋼試験片１７上には
超微粒子堆積膜３０が形成される。この時の超微粒子堆
積膜３０の膜幅は細いノズル１６の内径より若干大きい
１．１ｍｍであり、細いノズル１６はその断面が円形で
あるので超微粒子堆積膜３０の中央部の膜厚（５〜６μ
ｍ）が厚くなって、山脈状となっているが、その表面は
平滑及び緻密な構造で試験片との付着性も良好である。

【００２２】以上のようにして、ステンレス鋼とＮｉＴ
ｉとをろう付けする場合、そのろう材としてＮｉを使用
し、ろう付けする部品の一方の部品であるステンレス鋼
試験片１７上にろう材であるＮｉを超微粒子状にして超
微粒子堆積膜３０を形成させるのであるが、膜形成室２
内でステンレス鋼試験片１７上に超微粒子堆積膜３０を
形成させた後、このステンレス鋼試験片１７を膜形成室
２から取り出し、他方のＮｉＴｉ試験片と重ね合わせ、
抵抗加熱源からの輻射、高周波誘導加熱、アーク加熱等
の間接加熱方法により真空中又は不活性ガス（主にＡｒ
ガス）雰囲気中で１０５０℃に加熱する。或は、ステン
レス鋼試験片１７とＮｉＴｉ試験片を重ね合わせた後、
一対の電極で直接押えて加熱するスポット加熱により加
熱する。尚、スポット加熱では、この場合、３５０Ｗ・
Ｓ（Ｗａｔｔ・Ｓｅｃ）の入熱量が測定されている。

【００２３】ステンレス鋼とＮｉＴｉのろう付けは上述
した加熱方法のうちのいずれかの方法を用いて１０５０
℃の温度を０．５ｍｉｎ保持すれば充分である。Ｎｉ超
微粒子堆積膜のＮｉはステンレス鋼表面で金属化合物を
形成し、他方のＮｉＴｉ表面で共晶合金を形成し、その
反応は短時間で起こる。

【００２４】ろう付けしたステンレス鋼とＮｉＴｉを引
張り試験でその破断強度を調べたところ２１３ｋｇの破
断強度が得られた。使用した試験片１７の幅サイズは上
述したように８ｍｍで、ステンレス鋼試験片１７上に形
成された超微粒子堆積膜３０はステンレス鋼試験片１７
の幅方向に膜幅１．１ｍｍで形成されるので、超微粒子
堆積膜３０の面積、即ち、ろう付けの面積は８．８ｍｍ
² （８ｍｍ×１．１ｍｍ）となり、１ｍｍ² 当たりの強
度は２４．２ｋｇ／ｍｍ² （２１３ｋｇ／８．８ｍｍ
² ）である。このことは本実施例におけるろう付け方法
を機械部品に利用したとしても充分な強度であるという
ことを示している。

【００２５】又、本実施例でろう付けされた両試験片間
の隙間はほとんどなく、これはステンレス鋼試験片１７
上に形成された超微粒子堆積膜３０の膜厚が５〜６μｍ
で、これは従来のろう材の膜厚の約１／１０と非常に薄
く、従来では図６のＢに示されるようにろう付けした
後、ろう材の厚さに近い中間層が残っていたのが本実施
例では金属化合物若しくは共晶合金が形成されることに
より未反応の中間層がほとんど残らないのが原因である
と考えられ、精密部品のろう付けでも寸法精度を保つこ
とができる。

【００２６】一方、本実施例の超微粒子状のＮｉをろう
材として使用したステンレス鋼とＮｉＴｉのろう付けを
従来の方法を用いてろう付けすると、Ｎｉは超微粒子状
ではなく箔状で、Ｎｉ箔をステンレス鋼とＮｉＴｉとの
間にはさみ込み加熱するのであるが、Ｎｉ箔を使用して
ろう付けするには１３００℃以上に加熱する必要があ
り、ＮｉＴｉの融点の１２４０℃をはるかに越える温度
に加熱しなければならないこととなりＮｉ箔をろう材と
して使用することができない。そのため、Ａｇ系（組成
は、７６％Ａｇ−２０％Ｃｕ−４％Ｚｎ）のろう材を使
用し、８５０〜９００℃に加熱してろう付けしている
が、ろう付けの加熱保持時間は１０ｍｉｎを必要とし、
ろう付け後、その強度は１０．５ｋｇ／ｍｍ² で、本実
施例における超微粒子状のＮｉをろう材として使用した
場合のろう付け部の強度（２４．２ｋｇ／ｍｍ² ）に比
べ４３％の強度となる。又、中間層としては４０μｍの
Ｎｉ箔を用いた場合、約２５μｍの中間層が存在する
が、超微粒子状のＮｉを使用した場合はほとんど中間層
が存在しない。

【００２７】次に本発明の第２実施例によるろう付け方
法について図面を参照して説明する。

【００２８】本実施例では、活性金属であるＴｉとセラ
ミックスであるＡｌ₂Ｏ₃ とのろう付けについて説明す
る。尚、これらは、第１実施例と同様、それぞれの材料
の試験片とし、図１に示されるようにその形状は短冊状
で幅８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ１２０ｍｍのものを
使用する。又、装置についても第１実施例と同一の装置
を用いるので同一の符号を付し、その詳細な説明は省略
する。以下、本実施例におけるろう付け方法について説
明する。

【００２９】本実施例では、ＴｉとＡｌ₂Ｏ₃ のろう付
けを行うのであるが、そのろう材である蒸発原料４とし
ては第１実施例と同様にＮｉを使用し、接合する試験片
の片側のＡｌ₂Ｏ₃ 試験片上に超微粒子堆積膜を形成さ
せた後、Ｔｉとのろう付けを行う。

【００３０】Ａｌ₂Ｏ₃ 試験片上に超微粒子堆積膜を形
成させるのは、第１実施例と同様にろう材であるＮｉを
ＵＦＰ生成室１内で超微粒子にした後、不活性ガスと共
に搬送管３を搬送されその先端の細いノズル１６（内径
１ｍｍ）から膜形成室２内のＡｌ₂Ｏ₃ 試験片上に不活
性ガスと共にＮｉの超微粒子を噴きつけ、膜厚が１５〜
２０μｍの線状膜を形成させる。この膜厚は第１実施例
のステンレス鋼試験片１７上に形成した超微粒子堆積膜
３０の膜厚５〜６μｍより厚いが、従来におけるＡｌ₂
Ｏ₃ のろう付けではろう付けを行う前にＡｌ₂Ｏ₃ の表
面上にＮｉ、Ｃｒ、Ａｇ等の金属を蒸着し、その表面へ
のぬれ性を良くするようにしていたが、本実施例でも同
様にぬれ性を良くし、かつろう材としての役割をかねる
ものであるので第１実施例で形成した超微粒子堆積膜よ
り厚くしている。Ａｌ₂Ｏ₃ 試験片上に超微粒子堆積膜
を形成させた後、Ａｌ₂Ｏ₃ 試験片にＴｉ試験片を重ね
合わせて真空中若しくは不活性ガス（主にＡｒガス）雰
囲気中で１１００℃に加熱し、その温度を５〜１０ｍｉ
ｎ間保持する。

【００３１】以上のようにしてろう付けしたＡｌ₂Ｏ₃
とＴｉの強度は、引張り試験を行ったところ１６３ｋｇ
で破断し、破断したのはＡｌ₂Ｏ₃ 試験片側であった。
又、1ｍｍ² 当たりの強度は、ろう付けの面積が８．８
ｍｍ² であるので１８．５ｋｇ／ｍｍ² （１６３ｋｇ／
８．８ｍｍ² ）となり、良好な接着強度が示されてい
る。

【００３２】一方、本実施例におけるＡｌ₂Ｏ₃ とＴｉ
を従来法によりろう付けを行うと、従来ではろう材とし
て７０％Ｔｉ−１５％Ｎｉ−１５％Ａｇの組成で、厚さ
が１００μｍの箔状のろう材を使用し、これをＡｌ₂Ｏ₃
とＴｉとの間にはさみ込んで真空中若しくは不活性ガ
ス（主にＡｒガス）雰囲気中で１２００℃に加熱し、２
５〜３０ｍｉｎ保持してろう付けする。ろう付け後の引
張り試験では１２３ｋｇで破断したので、１ｍｍ² 当た
りの強度は１４．０ｋｇ／ｍｍ²（１２３ｋｇ／８．
８ｍｍ² ）となり本実施例によりろう付けした場合の強
度１８．５ｋｇ／ｍｍ² に比べてその強度は低い。これ
はろう材を箔状に加工する時の圧延性の向上及びろう材
の融点の低下のために１５％のＡｇをろう材中に添加し
ているためである。又、ろう付け後の寸法は、従来法で
ろう付けした場合に比べ、本実施例でろう付けした方が
０．１５〜０．２μｍ薄く、ろう付け後の寸法精度が保
たれていることは第１実施例と同様である。

【００３３】次に、本発明の第３実施例によるろう付け
方法について図面を参照して説明する。尚、第１実施例
及び第２実施例と同一の部分については同一の符号を付
し、その詳細な説明は省略する。

【００３４】本実施例における装置は図４にその構成が
示されており、ＵＦＰ生成室１とエアロゾルの貯蔵室５
０と膜形成室２とからなっている。これらのうちＵＦＰ
生成室１と貯蔵室５０とが、各々の上壁部を貫通して搬
送管５１により接続されている。搬送管５１には停止弁
５３が取り付けられ、これらの開閉によりＵＦＰ生成室
１内と貯蔵室５０内とが連通されたり、気密に遮断され
る。又、貯蔵室５０と膜形成室２とは各々の上壁部を貫
通して搬送管５２により接続されている。搬送管５２に
は同様に停止弁５４が取り付けられ、この開閉により貯
蔵室５０内と膜形成室２内とが連通されたり、気密に遮
断される。

【００３５】ＵＦＰ生成室１と膜形成室２の構成につい
ては第１実施例及び第２実施例と同様であるので、その
詳細な説明は省略し、以下、貯蔵室５０の構成について
説明すると、貯蔵室５０の側壁部のほぼ中央部には覗窓
５７、５８が配設され、一方の覗窓５７側にはＨｅ−Ｎ
ｅレーザ発射体５９が配設され、他方の覗窓５８側には
デテクター６１が配設され、これらはレーザビーム集光
レンズ６０を介在させて、同一光軸上に対向させて設け
られている。貯蔵室５０はその底壁部に室内Ｂを排気す
るための真空ポンプ６３が真空バルブ６２を介在させて
接続され、又室内Ｂの圧力を計測するための圧力計５５
が取り付けられている。貯蔵室５０に取り付けられてい
る搬送管５２の先端部５６ａは搬送管先端移動装置５６
により図５で示される矢印方向に移動可能である。

【００３６】以上本実施例による構成について説明した
が、次にその作用について説明する。

【００３７】本実施例では、第１実施例と同様にろう材
としてＮｉを使用してステンレス鋼とＮｉＴｉをろう付
けする場合について説明する。ろう材であるＮｉをＵＦ
Ｐ生成室１内のフィラメント５に蒸発原料４として収容
し、室内Ａを真空ポンプ９により排気した後、ガス流量
調節弁１１によりガスの流量を調節しながらガスボンベ
１０よりＨｅガスを導入する。電源７により電極６に電
流を流してフィラメント５を加熱することにより蒸発原
料４であるＮｉを加熱し、溶融、蒸発させて超微粒子を
生成させる。

【００３８】他方、貯蔵室５０は真空ポンプ６３により
室内Ｂを排気した後、停止弁５３を開き、ＵＦＰ生成室
１内では引き続き超微粒子を生成させながら、ガスボン
ベ１０からＵＦＰ生成室１へＨｅガスを流し込むと、Ｎ
ｉの超微粒子とＨｅガスが混合してエアロゾルとなり、
このエアロゾルは搬送管５１を介して搬送され、貯蔵室
５０内へ搬送される。貯蔵室５０内の圧力が所定の圧力
になったとき停止弁５３を閉じる。

【００３９】貯蔵室５０の室内Ｂに充填されたＮｉ超微
粒子の濃度は覗窓５７、５８を介してＨｅ−Ｎｅレーザ
発射体５９による回折でデテクター６１により検出され
る。膜形成室２内では真空ポンプ２２により室内Ｃが排
気されており、停止弁５４を開くとエアロゾルは搬送管
５２に吸い込まれ、室内Ｂから室内Ｃに搬送される。室
内Ｃでは搬送管５２の先端の細いノズル４６からその下
方の試料テーブル１８に載置され加熱ヒータ１９によっ
て加熱されたステンレス鋼試験片１７上にはエアロゾル
が高速噴射されＮｉの超微粒子堆積膜３０が形成され
る。

【００４０】エアロゾルの貯蔵室５０ではその高さ方向
でＮｉ超微粒子の濃度分布があり、時間の経過と共に重
力作用により室内Ｂにおいて、上部より下部の方がＮｉ
超微粒子の濃度が高くなる。又、貯蔵室５０の室内Ｂか
ら膜形成室２の室内ＣへＮｉ超微粒子が搬送されると、
時間の経過と共にエアロゾル中の超微粒子の搬送流量が
小さくなり、かつ室内ＢのＮｉ超微粒子の濃度が小さく
なる。この室内Ｂで時間が経過すると共にエアロゾル中
のＮｉ超微粒子の搬送流量が小さくなる割合と、室内Ｂ
において下方に向かうほどＮｉ超微粒子の濃度が高くな
る割合を考慮すると、時間の経過と共に搬送管５２の先
端部５６ａを下方に移動すると、一定濃度のＮｉ超微粒
子が搬送管５２の先端部５６ａに吸い込まれ、膜形成室
２へ搬送される。従って、図５に示されるように、この
エアロゾルの使用の経過（エアロゾルの貯蔵室５０の室
内Ｂの圧力の低下）と共に、搬送管５２の先端部５６ａ
を搬送管先端移動機構５６により直下方に移動させる。

【００４１】膜形成室２内のステンレス鋼試験片１７は
試料テーブル１８上に載置されているが、ステンレス鋼
試験片１７上にエアロゾルを噴きつけながら、試料テー
ブル１８を３ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動させることによ
りＮｉ超微粒子の堆積膜を形成させるが、貯蔵室５０で
Ｎｉ超微粒子の濃度を一定にして搬送するように制御し
ているので、ステンレス鋼試験片１７上に形成された超
微粒子堆積膜３０の膜厚はほぼ全体に渡って一定であ
り、又、その膜厚を０．１〜１００μｍの範囲で選択し
て堆積させるように制御することができるがろう材とし
ては１〜数μｍでよい。

【００４２】以上のように、本実施例では使用時間の経
過と共に、エアロゾル貯蔵室５０の圧力の低下にともな
う膜形成室２への超微粒子の搬送量の低下を、貯蔵室５
０の室内Ｂのエアロゾル中の超微粒子が下方へ向かうほ
ど、超微粒子の濃度が高くなることで補い、ステンレス
鋼試験片１７上に形成される超微粒子堆積膜３０の膜厚
がほぼ一定になるように保たれている。

【００４３】以上のようにステンレス鋼試験片１７上に
超微粒子堆積膜３０を形成させた後、ＮｉＴｉ試験片を
重ね合わせて真空中若しくは不活性ガス（主にＡｒガ
ス）雰囲気中で加熱するか、又はスポット加熱により加
熱して、昇温までの時間を考慮し１０５０℃で２〜３ｍ
ｉｎ間保持してろう付けするのは第１実施例と同様であ
る。

【００４４】以上述べたように、金属やセラミックス等
の各種材料の部品をろう付けするのにそのろう材を超微
粒子状にして使用した場合、ろう材の組成は従来の箔状
又は線状のろう材に比べて選択の幅が広く、又、ろう材
の厚さを薄くしてろう付けする部品の片側若しくは両側
に付着させる。このようにしてろう付けした結果、従来
のろう付けより小さい入熱量で、又、その保持時間を短
縮することができる。これは、ろう材の使用量が少な
く、ろう材を構成している超微粒子自身は非常に熱容量
が小さいので、外部からの熱により急速に昇温して部品
片と反応するためである。一般に、金属は融点の６０〜
７０％の温度（通常１０００℃前後）で結晶粒の粗大化
の傾向があり、その粒成長は部品に対して悪影響を及ぼ
すので、ろう付け時の温度は１０００℃近辺で、できる
限り低く、又、その保持時間を短くすることが望まれて
おり、本発明で小さい入熱量で保持時間を短縮したこと
により、部品の結晶粒粗大を防止することができ、必要
以上の化合物層の生成、雰囲気ガス中の有害ガス（例え
ば、Ｏ₂ 、Ｈ₂ ガス）との反応等による部品の劣化を防
止することができる。又、保持時間を短縮したと共に入
熱量が小さいので、ろう材の超微粒子は低温で燒結が進
行し、緻密な膜が形成される。例えば、平均粒径が２０
ｎｍのＮｉ超微粒子のペレットは、６８０℃の無加圧下
では相対密度が９９〜１００％とほぼ完全に緻密化する
ことができる。

【００４５】又、従来の箔状又は線状のろう材に比べ、
本発明の方法で超微粒子状のろう材を用いることによ
り、ろう材として選定した元素の超微粒子を部品上の任
意の位置に所望する形状で緻密な膜を形成することがで
きる。膜と部品との付着性は良好であり、ろう材の厚さ
が薄いので、ろう付け後の寸法精度が保たれ、強度が向
上する。

【００４６】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論本発明はこれらに限定されることなく本発明の
技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００４７】以上の第１実施例、第２実施例及び第３実
施例において、いずれもＵＦＰ生成室で超微粒子を生成
しながら膜形成室で超微粒子の堆積膜を形成するように
しているが、ＵＦＰ生成室を用いないで、予め作製した
超微粒子を用いるようにしてもよい。また、いずれも１
種類の元素のろう材を用いたが、２種類以上の元素の超
微粒子の混合粉、若しくは多元合金超微粒子を堆積させ
るようにしてもよい。更に、２種類以上の元素が混合す
るろう材は、そのうちのひとつの元素が接合する部品の
片側と反応し易いということが予め判明している場合、
その部品側に、反応し易い元素を多く含むように超微粒
子を堆積するようにした傾斜組成も可能である。

【００４８】又、本発明の実施例ではステンレス鋼とＮ
ｉＴｉ又はＴｉとＡｌ₂ Ｏ₃ をろう付けする場合につい
て説明したが、ろう付けする部品の材質としては、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、
Ａｌ、Ｃｕ等の金属、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｚｒ
Ｏ₂ 、ＭｇＯ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の酸化物、炭化物、窒化物
のセラミックス、合金、金属化合物及び複合材料等の組
み合わせについて、ろう付けする部品に溶融・拡散し易
い、又は、部品との間に共晶合金を形成してろう付けの
温度が低下するような元素を自由に選択してそれをろう
材とすることでろう付けすることができる。

【００４９】以上により、例えば、電子・電気機器とし
ては電算機構成部品、家電用機器の部品、電池部品等、
精密機械としては時計の部品、ミシンの部品等、医療機
器としては各種検査機器の部品、生体用材料等、スポー
ツ・レジャー用品としてはゴルフ・海洋の用品、高性能
自転車の部品等、日用品としてはメガネ、住宅関係の物
品等、その他として装飾品全般等の機器を構成する部品
や単品のろう付けに広い分野で利用でき、又、従来のろ
う付け方法では達成できなかった材料同士のろう付けが
可能となり適用の分野を更に拡大することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明のろう付け方法によれば、同種又
は異種同士の材料を使用した部品ろう付けするのに、ろ
う付けする部品と共晶合金を形成する元素、金属化合物
を形成する元素のうち１種類以上の元素で組成されるろ
う材を超微粒子状にして用いることによりろう材の厚さ
を薄くでき、ろう付け後には未反応のろう材がほとんど
存在しないので、ろう付け後の寸法精度が保たれ、強度
を向上させることができる。又、ろう付けする部品の材
質の組み合わせは、ろう材を選択することによりその範
囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における試験片の斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例及び第２実施例におけるろ
う材膜形成装置の側断面図である。

【図３】図２における［３］−［３］線方向断面図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例におけるろう材膜形成装置
の側断面図である。

【図５】本発明の第３実施例におけるろう材膜形成装置
の貯蔵室の側断面図である。

【図６】Ａは従来における部品とその間のろう材のろう
付け前の状態を示す図であり、Ｂは部品とその間のろう
材のろう付け後の状態を示す図である。

【符号の説明】

３０超微粒子堆積膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同種又は異種の材料を使用した部品同士
をろう材によって接合するろう付け方法において、不活
性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接合されるべき前
記部品と共晶合金を形成する元素及び金属化合物を形成
する元素のうち少なくともひとつの元素で組成されるろ
う材を加熱蒸発させて超微粒子を生成し、該ろう材の超
微粒子を前記不活性ガスに同伴させて搬送管により真空
下にある膜形成室内に搬送し、該膜形成室内に配置され
た接合されるべき前記部品の少なくとも一方の加熱され
た部品のろう付け部へ、前記搬送管の先端の細いノズル
から前記ろう材の超微粒子を前記不活性ガスと共に差圧
によって噴きつけて前記ろう材の超微粒子の堆積膜を形
成させた後、前記ろう材の超微粒子の堆積膜を介して前
記接合されるべき部品のろう付け部を重ね合わせ、真空
中または不活性ガス雰囲気中で加熱してろう付けするこ
とを特徴とするろう付け方法。
【請求項２】前記超微粒子堆積膜を０．１〜１００μ
ｍの膜厚に形成させる請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項３】前記部品同士がステンレス鋼を使用した
部品とＮｉＴｉを使用した部品であり、Ｎｉの超微粒子
堆積膜を前記ろう材としてろう付けする請求項１に記載
のろう付け方法。
【請求項４】前記部品同士がＴｉを使用した部品とＡ
ｌ₂Ｏ₃を使用した部品であり、Ｎｉの超微粒子堆積膜
を前記ろう材としてろう付けする請求項１に記載のろう
付け方法。
【請求項５】同種又は異種の材料を使用した部品同士
をろう材によって接合するろう付け方法において、不活
性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接合されるべき前
記部品と共晶合金を形成する元素及び金属化合物を形成
する元素のうち少なくともひとつの元素で組成されるろ
う材を加熱蒸発させて超微粒子を生成し、該ろう材の超
微粒子を前記不活性ガスと共に所定の濃度で貯蔵させる
ための貯蔵室内に導入し、該貯蔵室内から真空下の膜形
成室内への流量を調節することにより、該膜形成室内の
加熱された前記部品上に形成する前記ろう材の超微粒子
堆積膜の厚さを制御するようにしたことを特徴とするろ
う付け方法。
【請求項６】同種又は異種の材料を使用した部品同士
をろう材によって接合するろう付け方法において、不活
性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接合されるべき前
記部品と共晶合金を形成する元素及び金属化合物を形成
する元素のうち少なくともひとつの元素で組成されるろ
う材を加熱蒸発させて超微粒子を生成し、該ろう材の超
微粒子を前記不活性ガスと共に所定の濃度で貯蔵させる
ための貯蔵室内に導入し、該貯蔵室内で前記ろう材の超
微粒子が重力作用で下方に沈降することによる前記ろう
材の超微粒子の濃度分布の相違を利用して、前記貯蔵室
内から真空下の膜形成室内に前記不活性ガスと共に一定
量の前記ろう材の超微粒子を搬入し、該膜形成室内の加
熱された前記部品上に形成する前記ろう材の超微粒子堆
積膜の厚さを制御するようにしたことを特徴とするろう
付け方法。
【請求項７】同種又は異種の材料を使用した部品同士
をろう材によって接合するろう付け方法において、不活
性ガス雰囲気の超微粒子生成室内で、接合されるべき前
記部品と共晶合金を形成する元素及び金属化合物を形成
する元素のうち少なくともひとつの元素で組成されるろ
う材を加熱蒸発させて超微粒子を生成し、該ろう材の超
微粒子を前記不活性ガスと共に所定の濃度で貯蔵させる
ための貯蔵室内に導入し、該貯蔵室内の圧力低下に応じ
て、該貯蔵室から真空下の膜形成室内へ前記ろう材の超
微粒子を前記不活性ガスと共に搬送する前記貯蔵室内の
搬送管の下端部を低下させることにより、前記貯蔵室内
から前記膜形成室内への前記ろう材の超微粒子の流量を
制御して、該膜形成室内の加熱された前記部品上に形成
する前記ろう材の超微粒子堆積膜の厚さを制御するよう
にしたことを特徴とするろう付け方法。