JP4230047B2

JP4230047B2 - 部材の接合構造及び該接合構造を備えた複合部材

Info

Publication number: JP4230047B2
Application number: JP11854999A
Authority: JP
Inventors: 光貢小野田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JP2000310211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばセラミック、樹脂、軽金属、木材、石等の様に、直接にネジ加工が困難な部材に対して、容易なネジ加工を実現する部材の接合構造及び該接合構造を備えた複合部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばセラミックの様に、直接にネジ加工が困難な材質からなる本体部材や、ネジ山強度が十分でない材質からなる本体部材に、ネジ加工する必要がある場合には、本体部材に直接にネジ加工を行うのではなく、ネジ加工が容易なブッシュ材を利用してネジ加工を行っていた。
【０００３】
具体的には、例えば図７に示す様に、セラミック製の本体部材Ｐ１に、ドリル等でザクリ加工を行ってザグリ穴Ｐ２をあけ、このザグリ穴Ｐ２に接着剤Ｐ４を注入し、次にザクリ穴Ｐ２に金属製のブッシュ材Ｐ３を嵌め込んで接着剤Ｐ４で接合し、次にブッシュ材Ｐ３の軸中心（ブッシュ芯）にネジ加工を行ってネジ穴Ｐ５を形成していた。
【０００４】
この場合、ドリル等でザクリ穴Ｐ２をあけると、穴明け作業が容易であるので、ザグリ穴Ｐ２及びそれに嵌め込まれるブッシュ材Ｐ３の形状は、通常は円柱の形状である。
特に、本体部材Ｐ１がセラミックの場合には、焼成の際に収縮するので、焼成前に精密にネジ加工を行っても十分な精度が得られず、また、焼成後には非常に難くなってネジ加工が容易ではないので、これらの点からも、従来は、単純な円柱の形状にザグリ穴Ｐ２を形成し、そのザグリ穴Ｐ２に同形状のブッシュ材Ｐ３を嵌め込む手法が採用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、本体部材Ｐ１に嵌め込んだブッシュ材Ｐ３のネジ穴にネジを螺合させ、そのネジを締め付けた場合やネジを緩めた場合に、接着強度以上の回転トルクが加わったときには、本体部材Ｐ１とブッシュ材Ｐ３との間にある接着剤Ｐ４に切れが発生し、本体部材Ｐ１からブッシュ材Ｐ３が剥がれてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、大きな回転トルクが加わった場合でも、本体部材からブッシュ材が剥がれ難い部材の接合構造及び該接合構造を備えた複合部材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）前記目的を達成するための請求項１の発明は、
本体部材の凹部に、円柱状のブッシュ材を嵌め込んで接合した部材の接合構造において、前記ブッシュ材の軸方向にネジ穴を設けるとともに、該ネジ穴のネジ芯を前記ブッシュ材の軸中心からずらしたことを特徴とする部材の接合構造を要旨とする。
【０００８】
本発明では、図１に例示する様に、ネジ穴のネジ芯はブッシュ材の軸中心（ブッシュ芯）からずれている。即ちブッシュ材のネジ芯からブッシュ材の外周までの距離は場所によって異なっている。よって、ネジを締め付ける時や緩める時に大きな回転トルクが加わった場合でも、ブッシュ材の側面が本体部材の凹部（例えばザグリ穴）の側面に当たるので、ブッシュ材の回転が抑制される。そのため、ブッシュ材は本体部材から剥がれ難くなる。従って、そのずらす量（芯ずれ量）をブッシュ材の回転が不可能な程度まで大きくすれば、ブッシュ材は本体部材から全く剥がれることがない。
【０００９】
ここで、円柱状のブッシュ材としては、図２に例示する様に、円柱、円錐台、円錐等が挙げられるが、製造の容易さ及び脱落のし難さの点から、円柱が好適である。尚、円柱等の側面に多少の凹凸、すじ、メッシュ等が設けられていてもよい。また、本体の凹部の形状は、ブッシュ材の外形と対応した例えば円柱形状が望ましいが、その凹部の側面に、多少の凹凸や、すじ、メッシュ等が設けられていてもよい。
【００１０】
（２）請求項２の発明は、
前記本体部材と前記ブッシュ材とは、接着、ろう付け、又は圧入により接合されていることを特徴とする前記請求項１に記載の部材の接合構造を要旨とする。本発明は、接合の仕方を例示したものである。ここでは、例えばエポキシ樹脂等を用いた接着や、ろう材による接合、又は圧入による接合を採用できる。
【００１１】
（３）請求項３の発明は、
前記本体部材は、セラミックからなることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の部材の接合構造を要旨とする。
本発明では、本体部材の材質として、例えばアルミナや窒化珪素等のセラミックを採用できる。この種のセラミックは、例えば鉄等の金属に比べて、ネジ加工がし難いので、上述した本体部材とは異なるブッシュ材を用い、このブッシュ材にネジ加工する構成が好適である。
【００１２】
尚、本体部材がセラミックの場合には、セラミックの焼成前又は焼成後に凹部を形成することができる。
（４）請求項４の発明は、
前記ブッシュ材は、ネジ穴の形成が容易な金属からなることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の部材の接合構造を要旨とする。
【００１３】
ブッシュ材の材質としては、例えばステンレス等の様に、（セラミック等の本体部材に比べて）ネジ加工が容易な金属を用いることが好ましい。これは、ブッシュ材を本体部材の凹部に嵌め込んだ後にネジ加工をする際に、（本体部材に過大な力を加えることなく）適度な力で好適にネジ加工を行うことができるからである。
【００１４】
（５）請求項５の発明は、
前記ネジ穴のネジ芯と前記ブッシュ材の軸中心とのずれは、前記ブッシュ材の直径の３％以上であることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の部材の接合構造を要旨とする。
【００１５】
本発明は、ネジ穴のネジ芯とブッシュ材の軸中心とのずれ（偏芯差＝芯ずれ量）の好適な範囲を示したものである。この偏心差以上であれば、確実にブッシュ材の剥離を防止できる。
（６）請求項６の発明は、
前記請求項１〜５のいずれかに記載の部材の接合構造により、前記本体部材と前記ブッシュ材とが接合されたことを特徴とする複合部材を要旨とする。
【００１６】
上述した接合構造を有する複合部材の場合には、ネジを締め付けたり緩めたりして場合に過大な回転トルクがかかっても、ブッシュ材が本体部材から剥離し難くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の部材の接合構造及び該接合構造を備えた複合部材の実施の形態の例（実施例）を、図面を参照して説明する。
（実施例）
ここでは、複合部材として、半導体ウエハを吸引して搬送する真空チャックに用いられる複合部材を例に挙げる。
【００１８】
ａ）まず、本実施例の複合部材の構成について説明する。
本実施例の複合部材は、板状であり、図３に示す様に、主として、主成分がアルミナからなるセラミック製の本体部材１と、その本体部材１の凹部３に嵌め込まれたステンレス（ＪＩＳＳＵＳ３０４）製のブッシュ材５とから構成されている。
【００１９】
本体部材１は、円板形状品で外径２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍであり、その一方の表面に明けられた凹部３は、内径（ザクリ径）１０．２ｍｍ×深さ１０ｍｍの円柱状のザグリ穴である。
一方、ブッシュ材５は、外径（直径）８ｍｍ×高さ１０ｍｍの円柱状の部材であり、ブッシュ材５の軸方向（図３（ａ）の上下方向）には、ＪＩＳＢ０１２３の規定によるＭ４のネジ（図示せず）が螺合可能なネジ穴７、即ち内径３．０１ｍｍ×ネジ山の高さ０．４９ｍｍ×深さ７ｍｍのネジ穴７が明けられている。
【００２０】
このネジ穴７のネジ芯は、ブッシュ材５の軸中心（ブッシュ芯）から１ｍｍの芯ずれ量（偏芯差）だけずれている。即ち、ネジ芯は、ブッシュ芯からブッシュ材５の直径の１２．５％だけずれている。
また、本体部材１の凹部３の内側表面の全体（即ち本体部材１とブッシュ材５との隙間）には、エポキシ樹脂の接着剤９が充填されて層状に広がっており、この接着剤９により、本体部材１とブッシュ材５とが強固に接合されている。
【００２１】
つまり、本実施例の複合部材は、上述した構造のブッシュ材５が本体部材１の凹部３にて接合された部材の接合構造を有している。
上述した本実施例の複合部材は、例えば図４に示す様に、半導体ウエハ１１を吸引して搬送するいわゆるＣＭＰ装置１３の真空チャック１５として用いられるものである。
【００２２】
つまり、複合部材である真空チャック１５の中央部分には、吸引用の多数の連通孔１７が設けられ、真空チャック１５の上部のブッシュ材５には、真空引するための金属筒１９がネジ２１により取り付けられている。
よって、このＣＭＰ装置１３では、金属筒１９内の気圧を下げることにより、連通孔１７の気圧を下げ、それにより、真空チャック１５の下側にて、半導体ウエハ１１を吸引して搬送することができる。
【００２３】
ｂ）次に、本実施例の複合部材の製造方法を説明する。
まず、セラミック材料を焼成して本体部材１を作製した後に、本体部材１の上側に、ドリルで穴（ザグリ穴）を明けて、必要な数だけ円柱状の凹部３を形成する。尚、凹部３の底部は、ドリルの先端の形状に応じて円錐となっているが、ブッシュ材５の接合には支障はない。
【００２４】
次に、凹部３内にエポキシ樹脂の接着剤９を注入する。
次に、凹部３内に、円柱状のブッシュ材５を嵌め込んで、ブッシュ材５の周囲に接着剤９を広げ、この接着剤９を凝固させて、ブッシュ材５を凹部３内にて接合固定する。
【００２５】
次に、ブッシュ芯とネジ芯とを前記芯ずれ量の分だけずらして、ザグリ穴を明ける位置を決めて、ドリルにてブッシュ材５の上部表面からブッシュ材５の軸方向に下穴を明ける。
次に、例えばネジ切り用のタップを使用して、この下穴の内周面にネジ山を形成して、前記Ｍ４の規格に対応したネジ穴７を作成する。これにより、本実施例の複合部材を完成する。
【００２６】
この様に、本実施例の複合部材は、上述した部材の接合構造を有しているので、即ち、ブッシュ芯とネジ芯とがずれているので、このネジ穴７にネジを締め付ける場合やネジを緩める場合に、大きな回転トルクが加わったときにでも、ブッシュ材５は本体部材１から剥がれることがない。
【００２７】
また、本体部材１の凹部３は、従来と同様にドリル等で穴をあけることができるような単純な円柱形状であり、また、ブッシュ材５の外形も凹部３に対応した同様な円柱形状であるので、その製造が容易であるという利点がある。
ｃ）次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００２８】
この実験例（接着回転トルク試験）では、下記の実験条件で、図５に示す実験装置を用いて実験を行った。
＜実験条件＞
本体部材；アルミナ製セラミック
ブッシュ材；ＪＩＳＳＵＳ３０４、外径φ８ｍｍ×高さ１０ｍｍ
ネジ径；Ｍ４タップ、深さ７ｍｍ
接着剤；２液タイプエポキシ系接着剤
ここでは、芯ずれ量の異なる試料を作成し、各試料のネジ穴にＭ４ボルトを螺合させ、トルクレンチにて締め付け、その際の回転トルクを測定した。その結果を、下記表１及び図６に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
尚、芯ずれ量が１ｍｍ以上の試料（No.７〜９）は、表１の回転トルクにてボルト破損が生じたので、そのときの回転トルクを記載した。
この表１及び図６から明かな様に、本発明例（試料No.２〜９）の様に、芯ずれ量を持たせた複合部材の場合には、大きな回転トルクに耐えることができ、好適であった。特に、芯ずれ量が０．３ｍｍ以上の試料No.４〜９は、大きな回転トルクが加わっても、ブッシュ材の剥離は見られず、一層好適である。
【００３１】
それに対して、芯ずれ量がない従来例（試料No.１）の場合には、回転トルクが２５ｋｇｆ／ｃｍでブッシュ材の剥離が生じたので好ましくない。
尚、芯ずれ量が０．２ｍｍ以下の場合（試料No.２，３）には、ブッシュ材の剥離が発生したものの、回転トルクは２６〜３４．２ｋｇｆ／ｃｍと芯ずれ量がない場合と比べて大きかった。
【００３２】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば前記実施例では、焼成後のセラミック製の本体部材に穴を明けて凹部を形成したが、それとは別に、焼成前のセラミック成形体に、焼成の際の収縮率を見込んで穴を明けて凹部を形成してもよい。
【００３３】
（２）ネジ穴としては、前記ＪＩＳＢ０１２３の規定によるＭ４のネジ以外に、Ｍ６等の各種の締め付け用ネジに対応したものが挙げられる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述した様に、本発明の部材の接合構造及び該接合構造を備えた複合部材では、ブッシュ材の軸方向にネジ穴を設けるとともに、ネジ穴のネジ芯をブッシュ材の軸中心からずらしている。そのため、ネジを締め付ける時や緩める時に大きな回転トルクが加わった場合でも、ブッシュ材の回転及びそれによる本体部材からの剥離を抑制でき、特に、芯ずれ量を適度に設定すれば、ブッシュ材の本体部材からの剥離を完全に防止することができる。
【００３５】
また、本体部材やブッシュ材の形状は、従来と同様に、例えばドリルにて穴あけできる形状であるので、穴明け作業が容易であり、また、ブッシュ材の製造作業が容易であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を例示する説明図である。
【図２】ブッシュ材の形状を例示した説明図である。
【図３】実施例の複合部材を示し、（ａ）はその一部の断面図、（ｂ）はその一部を示す平面図である。
【図４】実施例の複合部材が用いられる装置を示す断面図である。
【図５】実験装置を示す説明図である。
【図６】実験結果を示すグラフである。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１…本体部材
３…凹部
５…ブッシュ材
７…ネジ穴
９…接着剤

Claims

本体部材の凹部に、円柱状のブッシュ材を嵌め込んで接合した部材の接合構造において、
前記ブッシュ材の軸方向にネジ穴を設けるとともに、該ネジ穴のネジ芯を前記ブッシュ材の軸中心からずらしたことを特徴とする部材の接合構造。
前記本体部材と前記ブッシュ材とは、接着、ろう付け、又は圧入により接合されていることを特徴とする前記請求項１に記載の部材の接合構造。
前記本体部材は、セラミックからなることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の部材の接合構造。
前記ブッシュ材は、ネジ穴の形成が容易な金属からなることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の部材の接合構造。
前記ネジ穴のネジ芯と前記ブッシュ材の軸中心とのずれは、前記ブッシュ材の直径の３％以上であることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の部材の接合構造。
前記請求項１〜５のいずれかに記載の部材の接合構造により、前記本体部材と前記ブッシュ材とが接合されたことを特徴とする複合部材。