JP4102349B2 - 多層金属接合ブロックの製造方法及び該製造方法により製造された装飾部材 - Google Patents

Description

本発明は多層金属接合ブロックの製造方法及び該製造方法により製造された装飾部材に係わり、特に所定の強度を有する金属接合が簡単な構成で容易に行える多層金属接合ブロックの製造方法及び該製造方法により製造された装飾部材に関する。

従来、２種類以上の板状の金属を重ねて多層金属接合ブロックを製造するにあたっては、低温ではハンダ付け、高温ではロウ付けによる方法が幅広く行われてきた。どちらの方法もそれぞれの層の間にハンダあるいはロウを挟み込み、このハンダあるいはロウの融点まで加熱することで金属材料が接合される。

しかしながら、ハンダ付けで接合する場合には、ハンダをぬることができる金属しか接合することができなかった。また、接合できる場合でも接合面に残存するハンダ層の強度が低いため接合の強度は低かった。
また、ロウ付けの場合においても、ハンダ付けと同様に使用するロウをぬることができる金属同士しか接合することはできなかった。更にどちらの方法を用いても層の間に不純物の層ができるという問題が存在していた。

更に、他の接合方法として加熱圧接という方法もある。これは、相互の接合面を溶融させて、外部から強制的に圧力をかけて接合面を圧着させるという方法である。この場合、溶融させないと接合面が酸化して、接合が不可能となる問題点がある。従来技術では、この酸化を防止するため、多層金属接合ブロックを無酸化ガス雰囲気中や真空中等の特殊な環境に置いて接合を行っている。また、この際には、加圧装置や外気を遮断できる加熱炉が必用で、装置も大がかりとなる欠点がある。
更に、他の接合方法として、金属板を接着液により互いに接着して積層させる方法などが知られている。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、所定の強度を有する金属接合が簡単な構成で容易に行える多層金属接合ブロックの製造方法及び該製造方法により製造された装飾部材を提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）は、多層金属接合ブロックの製造方法の発明であって、複数種類の第１の金属板を複数段積層し、該第１の金属板の重ね方向の金属板同士の間の密着性を確保するため常温において前記積層された第１の金属板の上端面及び下端面間を固定し、該第１の金属板の各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる所定温度にまで加熱し、所定時間該加熱状態を継続させることで、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させた積層金属接合ブロックを複数個製造し、該製造されたそれぞれの積層金属接合ブロック同士を互いに異なる積層方向となるように組み合わせて該積層金属接合ブロック同士の間の密着性を確保するため常温において前記組み合わされた積層金属接合ブロックの上端面及び下端面間を固定し、前記第１の金属板の各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる所定温度にまで加熱し、所定時間該加熱状態を継続させることで、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させることを特徴とする。

加熱のための所定温度は、各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる温度であり、金属板全体を溶融させる温度ではない。この温度は、金属板の種類や使用される電気炉の容積や電気容量等の大きさによっても異なるので、実験的に試行される等されることが望ましい。また、加熱の時間も同様である。このことにより、所定の強度を有する金属接合が簡単な構成で容易に行える。そして、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させることができるので、経済的かつ便利である。
多層金属接合ブロック同士を互いに異なる積層方向となるように組み合わせることで、複雑な形態の多層金属接合ブロックを簡単に製造できる。

また、本発明（請求項２）は、多層金属接合ブロックの製造方法の発明であって、前記加熱は大気中で行われることを特徴とする。

大気中で行うことが可能なので、真空設備や特定のガス設備等が不要である。このため、経済的でかつ簡単である。

更に、本発明（請求項３）は、多層金属接合ブロックの製造方法の発明であって、前記第１の金属板の接合過程においては前記加熱に伴う該金属板自身の熱膨張により発生する内圧に起因して前記金属板間が接合されることを特徴とする。

外部からの加圧がされないので、特定の加圧装置が不要である。このため、経済的でかつ簡単である。

更に、本発明（請求項４）は、多層金属接合ブロックの製造方法の発明であって、前記積層金属接合ブロック同士の間に第２の金属板が介在され、該積層金属接合ブロック同士は該第２の金属板を介して連設されたことを特徴とする。

多層金属接合ブロック同士の接合を確実にすることができる。また、一層複雑な形態の多層金属接合ブロックを製造することができる。

更に、本発明（請求項５）は、多層金属接合ブロックの製造方法の発明であって、前記第１の金属板の内の一種類がチタンあるいはチタン合金であることを特徴とする。

チタンあるいはチタン合金は、安価で軽いが金属接合を行うのは比較的困難なものであるが、本発明を使用することで簡単に接合させることができ、経済的かつ便利である。

更に、本発明（請求項６）は、装飾部材の発明であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層金属接合ブロックの製造方法により製造された多層金属接合ブロックから削り出しによって、製造されたことを特徴とする。

多層金属接合ブロックの製造方法により製造された多層金属接合ブロックから削り出しによって、装飾部材を製造することで、様々な模様を有する装飾部材が簡単に製造可能である。装飾部材は例えば指輪や宝石、ネックレス、時計等の装身具の他、筆記用具等の事務用品、スプーン等のテーブルウェア、携帯電話やパソコン等の家電用品の装飾部分等であるが、主に金属面が模様としてあるいは美的若しくは機能的な装飾等として使用される装飾部材一般に対し広く適用可能である。

更に、本発明（請求項７）は、装飾部材の発明であって、少なくとも一種類以上の第１の金属板が陽極酸化処理により着色されたことを特徴とする。

このことにより、一層複雑な模様の美しい装飾部材を提供できる。
更に、本発明（請求項８）は、装飾部材の発明であって、複数種類の第１の金属板を複数段積層し、該第１の金属板の重ね方向の金属板同士の間の密着性を確保するため常温において前記積層された第１の金属板の上端面及び下端面間を固定し、該第１の金属板の各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる所定温度にまで加熱し、所定時間該加熱状態を継続させることで、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させる多層金属接合ブロックの製造方法により製造された多層金属接合ブロックから削り出しによって製造され、少なくとも一種類以上の第１の金属板が陽極酸化処理により着色されたことを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、所定の強度を有する金属接合が簡単な構成で容易に行える。そして、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させることができるので、経済的かつ便利である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の第１実施形態である多層金属接合ブロックの構成図を図１に示す。図１において、多層金属接合ブロック１はチタン板２とアルミ板３とが交互に積み重ねられた積層構造になっている。
このチタン板２とアルミ板３との界面は拡散接合法により強固に接合されている。拡散接合法とは性質の異なる二つの金属を接触させ、加圧し、加熱すると、接触している部分で金属原子の相互拡散が起こり比較的強固に接合させることができる方法である。

次に、図２を用いて図１で説明した多層金属接合ブロックの製造方法を説明する。まず下固定板１２の上に良く洗浄したチタン板２とアルミ板３を交互に積み重ねていく。その後、このチタン板２とアルミ板３からなる積層体６の上に上固定板１１を載せる。そして、上固定板１１と下固定板１２の四隅に貫通された四箇所の穴各々にそれぞれクロムモリブデン鋼製のボルト１３を差し込み、図２のようにボルト１３の両端をナット１４で締めて、上固定板１１と下固定板１２で挟んである積層体６が動かない程度に固定する。但し、この際に上固定板１１と下固定板１２の材質は電気抵抗炉で加熱したときにチタン板２やアルミ板３と接合しないような材質を用いる。本実施形態では固定冶具１０の素材はステンレスを使用している。

次に、この積層体６を固定している固定冶具１０ごと、電気抵抗炉で加熱する。このときの加熱条件は大気圧中で炉内温度を６５０℃に設定して、３０分間加熱することとする。電気抵抗炉の大きさは２０ｃｍ×２０ｃｍ×１５ｃｍ程度で１１００度程度まで加熱可能なものを使用した。このとき、チタン板２とアルミ板３は固定冶具１０によって固定されているため、固定されている面の垂直方向への熱膨張は抑えられる。なお、ここで言う固定とは積層体６が手で押しても動かない程度で十分である。

加熱されることで接合されるチタン板２とアルミ板３が加圧されることになり、その加圧力は拡散接合が起こるために必要な強さまで到達する。この際の加圧力は外部からの機械的な押圧によるものではなく、チタン板２とアルミ板３が加熱により膨張する一方で、固定冶具１０によってこの膨張が規制されているためにその結果として金属内部で生ずるものである。
また、金属面は通常加熱の際に酸化されるが、本製造方法によればチタン板２とアルミ板３の各金属間同士が膨張の際に熱膨張率の違いから摩擦することになる。このため、接触面間に適当な応力を生じ、この酸化面が自動的に取り除かれることになる。従って、酸化面の存在しないきれいな面同士が接合されることになる。

更に、この方法によれば、加熱中に電気抵抗炉の外部から油圧などで加圧し続ける方法をとるより遙かに容易に加圧力を得ることができる。油圧等による加圧のための特殊な装置も不要である。また、大気中で加熱を行っても酸化面の存在しない金属接合が得られるため、電気抵抗炉内を真空ポンプなどで真空にしたり、アルゴンなどの不活性ガスで充満させたりといった、保護雰囲気を作る必要がない。このため、大がかりな設備が必要ないという利点がある。

加熱後、電気抵抗炉から加熱した積層体６を取り出す。このとき、チタン板２とアルミ板３の接している面それぞれが面全体で拡散接合した多層金属接合ブロック１が得られる。なお、多層金属接合ブロック１を構成する金属はチタンとアルミに限らず、他の銀などの金属やその他の合金などでも良い。また多層金属接合ブロック１を構成する金属は２種類の組み合わせに限らず、３種類以上の金属の組み合わせでも良い。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は二つの多層金属接合ブロックを用いた異なる積層方向を持つ、多層金属接合ブロックの製造方法についてである。図３に第２実施形態の製造の様子を示す。
まず最初に第１実施形態で製造した多層金属接合ブロック１を積層面に対し任意の角度で切断する。次にその切断面を十分平滑になるまで研磨する。そして、また別の多層金属接合ブロック１も同様に積層面に対し任意の角度で切断し、断面を十分平滑になるまで研磨する。

次に、図３のように１枚のチタン板２を先ほど切断した二つの多層金属接合ブロック１の断面の間に挟み込むようにしてから、固定冶具１０で固定するものとする。その後、第１実施形態と同様に電気抵抗炉に入れて加熱する。こうすることで、図４のようにチタン板２を介して接合面が異なる向きを持つ多層金属接合ブロック１を製造することができる。

なお、この第２実施形態で使用する２個の多層金属接合ブロック１はそれぞれ異なる組み合わせからなる多層金属接合ブロック１でもかまわないものとする。例えばチタンとアルミの多層金属接合ブロックとチタンと銀の多層金属接合ブロックなどである。こうすることによって製造される多層金属接合ブロック１は応力に対する強度の特性を変化させることができる。

更に、第１実施形態や第２実施形態により得られる多層金属接合ブロック１の利用方法について説明する。製造された多層金属接合ブロック１をＮＣ旋盤やマシニングセンターなどの工作機械を用いた、「削り出し」という技法を使って、図５や図６のような甲丸指輪２０や平打指輪２２のような形状に切削する。このようにして指輪の形状に切削した後、陽極酸化処理により指輪のチタン部分の酸化被膜を青などの素材色以外の色に着色することも可能である。なお、図５は第１実施形態で製造された多層金属接合ブロック１より製造された甲丸指輪２０の製造例である。また、図６は第２実施形態で製造された多層金属接合ブロック１から製造された平打指輪２２の製造例である。

図５で示された甲丸指輪２０は、多層金属接合ブロック１の積層面の垂直方向が指輪の指なじみの方向と一致するように製造したものである。また、図６で示された平打指輪２２は、第２実施形態で製造した多層金属接合ブロック１に挟まれたチタン板２の部分が平打指輪２２の表面に水平に現れるように製造した例である。

以上の例で示したような、甲丸指輪２０や平打指輪２２は削り出しを行うときの角度を任意に変えることによって指輪の表面に現れる模様を適宜変更することができる。また指輪の形状は甲丸や平打に限らず、他の形態であっても良い。
更に、各実施形態では、指輪を例として説明したが、加工される製品はこれに限定されるものではなく、主に金属面が模様としてあるいは美的若しくは機能的な装飾等として使用される装飾部材一般に対し広く適用可能なものである。

本発明の第１実施形態である多層金属接合ブロックの構成図 本発明の第１実施形態である多層金属接合ブロックの製造方法を説明する図 本発明の第２実施形態である多層金属接合ブロックの製造方法を説明する図 チタン板を介して接合面が異なる向きを持つ多層金属接合ブロック 甲丸指輪の形状例 平打指輪の形状例

符号の説明

１ 多層金属接合ブロック
２ チタン板
３ アルミ板
６ 積層体
１０ 固定冶具
１１ 上固定板
１２ 下固定板
１３ ボルト
１４ ナット
２０ 甲丸指輪
２２ 平打指輪

Claims (8)

1. 複数種類の第１の金属板を複数段積層し、該第１の金属板の重ね方向の金属板同士の間の密着性を確保するため常温において前記積層された第１の金属板の上端面及び下端面間を固定し、該第１の金属板の各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる所定温度にまで加熱し、所定時間該加熱状態を継続させることで、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させた積層金属接合ブロックを複数個製造し、
   該製造されたそれぞれの積層金属接合ブロック同士を互いに異なる積層方向となるように組み合わせて該積層金属接合ブロック同士の間の密着性を確保するため常温において前記組み合わされた積層金属接合ブロックの上端面及び下端面間を固定し、前記第１の金属板の各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる所定温度にまで加熱し、所定時間該加熱状態を継続させることで、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させることを特徴とする多層金属接合ブロックの製造方法。
2. 前記加熱は大気中で行われることを特徴とする請求項１記載の多層金属接合ブロックの製造方法。
3. 前記第１の金属板の接合過程においては前記加熱に伴う該金属板自身の熱膨張により発生する内圧に起因して前記金属板間が接合されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多層金属接合ブロックの製造方法。
4. 前記積層金属接合ブロック同士の間に第２の金属板が介在され、該積層金属接合ブロック同士は該第２の金属板を介して連設されたことを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の多層金属接合ブロックの製造方法。
5. 前記第１の金属板の内の一種類がチタンあるいはチタン合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層金属接合ブロックの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層金属接合ブロックの製造方法により製造された多層金属接合ブロックから削り出しによって、製造されたことを特徴とする装飾部材。
7. 少なくとも一種類以上の第１の金属板が陽極酸化処理により着色されたことを特徴とする請求項６記載の装飾部材。
8. 複数種類の第１の金属板を複数段積層し、該第１の金属板の重ね方向の金属板同士の間の密着性を確保するため常温において前記積層された第１の金属板の上端面及び下端面間を固定し、該第１の金属板の各接触部位間で金属原子の拡散の生ずる所定温度にまで加熱し、所定時間該加熱状態を継続させることで、各々の金属板間をロウ材等の接着のための物質を用いることなく接合させる多層金属接合ブロックの製造方法により製造された多層金属接合ブロックから削り出しによって製造され、少なくとも一種類以上の第１の金属板が陽極酸化処理により着色されたことを特徴とする装飾部材。

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