JP5965534B1 - Jig for producing a hot-pressure joined body, a set of jigs for producing a hot-pressure joined body, a device for producing a hot-pressure joined body, and a method for producing a hot-pressure joined body - Google Patents
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Abstract
【課題】熱圧接合体の生産に要する時間を短くする。【解決手段】ワークは、軸の周りを周る外周面を有する。熱圧接合体を生産するための治具は、ワークの軸と平行をなす方向にワークを押す力をワークに伝える第1の構造と、管状でありワークの外周面に対向し貫通孔が形成された第2の構造と、を備える。【選択図】図5[PROBLEMS] To shorten the time required for production of a hot-pressure bonded body. A work has an outer peripheral surface that surrounds an axis. A jig for producing a hot-pressure bonded body has a first structure that transmits to a workpiece a force that pushes the workpiece in a direction parallel to the axis of the workpiece, and is tubular and has a through-hole facing the outer peripheral surface of the workpiece. And a second structure. [Selection] Figure 5
Description
本発明は、熱圧接合体の生産に関する。 The present invention relates to the production of a hot-pressure bonded body.
一の部材と他の部材とが熱圧接合される場合は、一の部材と他の部材との間にろう材が挟まれたワークが準備される。また、準備されたワークが加熱され、ワークが加熱された状態においてろう材が一の部材および他の部材に押し挟まれる。これにより、ろう材と一の部材との界面に界面層が形成され、ろう材と他の部材との界面に界面層が形成され、一の部材がろう材を介して他の部材に熱圧接合される。 When one member and another member are hot-pressure bonded, a workpiece in which a brazing material is sandwiched between the one member and another member is prepared. In addition, the prepared workpiece is heated, and the brazing material is pressed between one member and the other member in a state where the workpiece is heated. As a result, an interface layer is formed at the interface between the brazing material and the one member, an interface layer is formed at the interface between the brazing material and the other member, and the one member is thermally pressed to the other member via the brazing material. Be joined.
熱圧接合体の生産においては、一の部材を他の部材に均一に熱圧接合することなどを目的として、治具が用いられることが多い。特許文献1に記載された熱圧接合用治具は、その一例である。 In the production of a hot-press bonded body, a jig is often used for the purpose of uniformly hot-pressing one member to another member. The hot-pressure joining jig described in Patent Document 1 is an example.
特許文献1に記載された熱圧接合用治具に代表される従来の熱圧接合体を生産するための治具においては、治具がワークの加熱を妨げ、ワークの加熱に要する時間が長くなり、熱圧接合体の生産に要する時間が長くなるという問題があった。 In a jig for producing a conventional hot-pressure bonded body represented by the hot-pressure bonding jig described in Patent Document 1, the jig prevents the work from being heated, and the time required for heating the work becomes longer. There has been a problem that the time required for production of the hot-pressure bonded body becomes long.
本発明は、この問題を解決することを目的とする。本発明が解決しようとする課題は、熱圧接合体の生産に要する時間を短くすることである。 The present invention aims to solve this problem. The problem to be solved by the present invention is to shorten the time required for production of a hot-pressed bonded body.
ワークは、軸の周りを周る外周面を有する。熱圧接合体を生産するための治具は、ワークの軸と平行をなす方向にワークを押す力をワークに伝える第1の構造と、管状でありワークの外周面に対向し貫通孔が形成された第2の構造と、を備える。第1の構造は、第2の構造の上端に結合される。第2の構造に形成される貫通孔は、ワークの外周面に対向する部分に形成される。
The workpiece has an outer peripheral surface that surrounds the axis. A jig for producing a hot-pressure bonded body has a first structure that transmits to a workpiece a force that pushes the workpiece in a direction parallel to the axis of the workpiece, and is tubular and has a through-hole facing the outer peripheral surface of the workpiece. And a second structure. The first structure is coupled to the upper end of the second structure. The through hole formed in the second structure is formed in a portion facing the outer peripheral surface of the workpiece.
電磁波が貫通孔を経由してワークの外周面まで伝搬するため、放射伝熱によりワークを短時間で加熱できる。ワークの加熱に要する時間が短くなり、熱圧接合体の生産に要する時間が短くなる。 Since the electromagnetic wave propagates through the through hole to the outer peripheral surface of the workpiece, the workpiece can be heated in a short time by radiant heat transfer. The time required for heating the workpiece is shortened, and the time required for producing the hot-press bonded body is shortened.
1 ナトリウム−硫黄電池
図1の模式図は、ナトリウム−硫黄電池の断面を示す。
1 Sodium-sulfur battery The schematic diagram of FIG. 1 shows a cross section of a sodium-sulfur battery.
ナトリウム−硫黄電池1000は、図1に示されるように、収容容器1020、安全管1021、固体電解質管1022、正極容器1023、さや管1024、負極活物質1025、正極活物質1026、絶縁リング1027、接合材1028、負極金具1029、接合材1030、正極金具1031、接合材1032、バックアップリング1033、負極蓋1034および正極端子1035を備える。ナトリウム−硫黄電池1000がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。これらの構成物以外の一部がナトリウム−硫黄電池1000から省略される場合もある。
As shown in FIG. 1, the sodium-
収容容器1020は、安全管1021に収容される。安全管1021は、固体電解質管1022に収容される。固体電解質管1022は、正極容器1023に収容される。正極容器1023は、さや管1024に収容される。
The
負極活物質1025は、収容容器1020に収容され、収容容器1020から安全管1021と固体電解質管1022との間隙1040に供給される。正極活物質1026は、固体電解質管1022と正極容器1023との間隙1060に収容される。固体電解質管1022は、負極活物質1025及び正極活物質1026に接触し、負極活物質1025と正極活物質1026とを隔てる。これにより、固体電解質管1022を介して負極活物質1025と正極活物質1026との間で電気化学反応が起こり、起電力が発生する。
The negative electrode
固体電解質管1022は、ナトリウムイオン伝導体からなり、望ましくはβ−アルミナのセラミックスからなる。負極活物質1025は、ナトリウムを含む。正極活物質1026は、ナトリウム硫化物を含む。
The
負極蓋1034は、負極端子を兼ね、負極金具1029に電気的に接続される。これにより、負極金具1029および負極蓋1034を備える導電経路1220が形成される。正極端子1035は、正極金具1031に電気的に接続される。これにより、正極金具1031および正極端子1035を備える導電経路1240が形成される。
The
2 熱圧接合体
図2の模式図は、ナトリウム−硫黄電池に備えられる熱圧接合体を拡大して示す。
2 Hot-Pressure Bonded Body The schematic diagram of FIG. 2 shows an enlarged view of the hot-pressure bonded body provided in the sodium-sulfur battery.
熱圧接合体1070は、図2に示されるように、固体電解質管1022、絶縁リング1027、接合材1028、負極金具1029、接合材1030、正極金具1031、接合材1032およびバックアップリング1033を備える。熱圧接合体1070においては、負極金具1029が接合材1028を介して絶縁リング1027に熱圧接合され、正極金具1031が接合材1030を介して絶縁リング1027に熱圧接合され、バックアップリング1033が接合材1032を介して負極金具1029に熱圧接合される。熱圧接合体1070がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。これらの構成物の一部が熱圧接合体1070から省略されてもよい。
As shown in FIG. 2, the hot-pressure bonded
負極金具1029は、フランジ1080を備える。フランジ1080の下面1100は、接合材1028を介して絶縁リング1027の上面1120に熱圧接合される。正極金具1031は、フランジ1140を備える。フランジ1140の上面1170は、接合材1030を介して絶縁リング1027の下面1121に熱圧接合される。絶縁リング1027により、負極金具1029と正極金具1031とは互いに絶縁される。絶縁リング1027は、望ましくはα−アルミナのセラミックスからなる。
The
バックアップリング1033の下面1160は、接合材1032を介してフランジ1080の上面1101に熱圧接合される。バックアップリング1033は、絶縁リング1027と同じ材質からなる。これにより、同じ材質からなる絶縁リング1027およびバックアップリング1033にフランジ1080が挟まれ、負極金具1029の材質が絶縁リング1027の材質と異なることにより生じる応力が抑制される。
The
絶縁リング1027の内周面1180は、固体電解質管1022の開放端1200の付近にガラス接合される。
The inner
接合材1028,1030および1032の各々は、リング状であり、アルミニウムろう材からなる。
Each of the
3 熱圧接合体を生産する装置
図3の模式図および図4の模式図の各々は、熱圧接合体を生産する装置の断面を示す。
3 Apparatus for producing a hot-pressure bonded body Each of the schematic view of FIG. 3 and the schematic view of FIG. 4 shows a cross section of an apparatus for producing a hot-pressure bonded body.
図3および図4の各々に示される熱圧接合体を生産する装置1300は、ナトリウム−硫黄電池1000の一部である熱圧接合体1070の生産に使用される。熱圧接合体を生産する装置1300が熱圧接合体1070以外の熱圧接合体を生産する場合に使用されてもよい。生産される熱圧接合体は、ナトリウム−硫黄電池1000の部品に限られない。
The
熱圧接合体を生産する装置1300は、図3および図4の各々に示されるように、熱圧接合体を生産するための治具の組1340、支持管1341、押圧機構1342および1343、排気機構1344ならびに加熱炉1345を備える。加熱炉1345は、本体1360ならびにヒーター1361および1362を備える。本体1360には、加熱室1380が形成される。
As shown in each of FIGS. 3 and 4, an
4 熱圧接合体を生産するための治具の組
図5の模式図は、治具の組、支持管およびワークの断面を示す。
4 Jig set for producing a hot-pressure bonded body The schematic diagram of FIG. 5 shows a cross section of a set of jig, a support tube, and a workpiece.
ワーク1400は、図5に示されるように、熱圧接合体1070を構成する固体電解質管1022、絶縁リング1027、接合材1028、負極金具1029、接合材1030、正極金具1031、接合材1032およびバックアップリング1033を仮組み立てしたものである。
As shown in FIG. 5, the
治具の組1340は、治具1420,1421,1422および1423を備える。
The jig set 1340 includes
熱圧接合体1070が生産される場合は、治具の組1340および支持管1341がワーク1400に取り付けられる。治具の組1340および支持管1341がワーク1400に取り付けられた状態においては、治具1421が支持管1341の上に載せられ、ワーク1400が治具1421の上に載せられ、ワーク1400の上に治具1422が載せられ、治具1420が治具1422の上に載せられ、ワーク1400が治具1420および支持管1341に覆われる。ワーク1400が治具1420および支持管1341に覆われことにより、伝熱が抑制される。
When the hot-pressure bonded
治具1420は、板状の構造1440を備える。治具1420が治具1422の上に載せられる場合は、板状の構造1440が治具1422の上に載せられる。板状の構造1440は、ワーク1400を鉛直方向下方1460に押す力を受ける。板状の構造1440および治具1422は、ワーク1400を鉛直方向下方1460へ押す力をワーク1400に伝える。支持管1341は、ワーク1400を鉛直方向上方1461へ押す力を受ける。支持管1341および治具1421は、ワーク1400を鉛直方向上方1461へ押す力をワーク1400に伝える。これにより、ワーク1400は、上方からワーク1400の軸1480と平行をなす鉛直方向下方1460に押され、下方からワーク1400の軸1480と平行をなす鉛直方向上方1461に押され、押し挟まれる。ワーク1400の軸1480が鉛直方向と平行をなす方向から傾けられる場合は、ワーク1400を押す方向も鉛直方向下方1460および鉛直方向上方1461から傾けられる。より一般的には、ワーク1400は、一方からワーク1400の軸1480と平行をなす第1の方向に押され、他方からワーク1400の軸1480と平行をなし第1の方向と反対の第2の方向に押される。板状の構造1440以外の構造がワーク1400を鉛直方向下方1460に押す力を受けてもよい。支持管1341以外の構成物がワーク1400を鉛直方向上方1461に押す力を受けてもよい。
The
治具1420は、管状の構造1441を備える。板状の構造1440は、管状の構造1441の上端に結合される。ワーク1400の外周面1500は、ワーク1400の軸1480の周りを周る。治具の組1340および支持管1341がワーク1400に取り付けられた状態においては、管状の構造1441および支持管1341がワーク1400の外周面1500に対向する。管状の構造1441は、ワーク1400の熱圧接合を含む上端部の外周面に対向する。支持管1341は、ワーク1400の熱圧接合を含まない残余部の外周面に対向する。
The
板状の構造1440には、貫通孔1510が形成される。管状の構造1441には、貫通孔1520,1521,1522および1523が形成される。形成される貫通孔の数が増減されてもよい。貫通孔1510,1520,1521,1522および1523が形成された治具1420によれば、赤外線などの電磁波が貫通孔1510,1520,1521,1522および1523を経由してワーク1400の表面まで伝搬するため、放射伝熱によりワーク1400を加熱できる。特に、貫通孔1520,1521,1522および1523が形成された管状の構造1441によれば、赤外線などの電磁波が貫通孔1520,1521,1522および1523を経由してワーク1400の表面の広い範囲を占めるワーク1400の外周面1500まで伝搬するため、放射伝熱によりワーク1400を短時間で加熱できる。このことは、ワーク1400の加熱に要する時間を短くし、熱圧接合体1070の生産に要する時間を短くすることに寄与する。
A through-
管状の治具1421の外周面1540の形状は、管状の構造1441の内周面1560の形状に適合する。このため、管状の構造1441に形成された円筒状の空間1580に治具1421を収容することにより治具1420を治具1421に嵌め合わせることができる。治具の組1340および支持管1341がワーク1400に取り付けられた状態においては、治具1420が治具1421に嵌め合わされる。治具1420が治具1421に嵌め合わされた場合は、治具1421の外周面1540が管状の構造1441の内周面1560に周方向の全体にわたって接し、ワーク1400、治具1420および治具1421が同軸配置され、治具1420が動く方向がワーク1400の軸1480と平行をなす方向のみに規制される。これにより、ワーク1400を押す方向がワーク1400の軸1480と平行をなす方向から傾きにくくなり、熱圧接合が均一に行われる。
The shape of the outer
治具1420は、望ましくはセラミックスからなり、さらに望ましくは窒化ケイ素セラミックスからなる。これにより、治具1420を押す押圧機構1342が金属または合金からなる場合でも、治具1420が押圧機構1342に焼きつきにくくなる。治具1422は、板状の構造1440およびワーク1400に挟まれる。治具1422は、望ましくは金属または合金からなり、さらに望ましくはステンレス鋼からなる。これにより、治具1422の靱性が高くなり、治具1422が割れにくくなる。このように治具1422を治具1420と一体化せず治具1422の材質を治具1420の材質と異ならせることには利点があるが、治具1422を治具1420と一体化することも許される。
治具1421は、望ましくはセラミックスからなる。治具1423は、望ましくはSUS304からなる。
The
負極金具1029は、管状の構造1081を備える。管状の治具1423の外周面1600の形状は、管状の構造1081の内周面1620の形状に適合する。このため、管状の構造1081に形成された円筒状の空間に治具1423を収容することにより負極金具1029に治具1423を装着できる。治具の組1340および支持管1341がワーク1400に取り付けられた状態においては、治具1423が負極金具1029に装着される。治具1423が負極金具1029に装着された場合は、治具1423の外周面1600が管状の構造1081の内周面1620に周方向の全体にわたって接し、負極金具1029がワーク1400の軸1480と垂直をなす径方向内側に変形することが規制される。径方向内側への変形を規制する治具が負極金具1029以外のワーク1400の構成物に装着されてもよい。径方向外側への変形を規制する治具がワーク1400の構成物に装着されてもよい。
The
5 熱圧接合体の生産
図6のフローチャートは、熱圧接合体を生産する手順を示す。
5 Production of Hot-Pressure Bonded Body The flowchart of FIG.
熱圧接合体1070が生産される場合は、図6に示されるように、工程1800において加熱炉1345が準備され、工程1801においてワーク1400が準備される。準備された加熱炉1345においては、排気機構1344により加熱室1380が高真空にされており、ヒーター1361および1362により加熱室1380が加熱されている。
When the hot-pressure bonded
続いて、工程1802において、治具の組1340および支持管1341がワーク1400に取り付けられる。
Subsequently, in
続いて、工程1803において、治具の組1340および支持管1341が取り付けられたワーク1400が加熱室1380に搬入される。これにより、ヒーター1361および1362の各々が管状の構造1441を挟んでワーク1400の外周面1500と対向し、ヒーター1361および1362によりワーク1400の軸1480と垂直をなす方向からワーク1400が加熱される。このとき、加熱室1380は高真空にされているため、熱圧接合が行われる箇所への空気の巻き込みは起こりにくく、空気の巻き込みにより熱圧接合が阻害されることは起こりにくい。また、加熱室1380が高真空にされた場合はワーク1400の加熱が専ら放射伝熱により行われるが、貫通孔1520,1521,1522および1523が形成された管状の構造1441によれば、赤外線などの電磁波が貫通孔1520,1521,1522および1523を経由してワーク1400の外周面1500まで到達するため、放射伝熱によりワーク1400が短時間で加熱される。
Subsequently, in
続いて、工程1804において、ワーク1400が加熱された状態において、押圧機構1342により板状の構造1440が鉛直方向下方1460に押され、押圧機構1343により支持管1341が鉛直方向上方1461に押される。押圧機構1342が発生した力は、板状の構造1440および治具1422によりバックアップリング1033の上面1161に伝えられ、ワーク1400を鉛直方向下方1460に押す力になる。押圧機構1343が発生した力は、支持管1341および治具1421によりフランジ1140の下面1171に伝えられ、ワーク1400を鉛直方向上方1461に押す力になる。押圧機構1342および1343の各々は、図2に示されるフランジ1080の下面1100、絶縁リング1027の上面1120、フランジ1140の上面1170、絶縁リング1027の下面1121、バックアップリング1033の下面1160およびフランジ1080の上面1101と垂直をなす方向にワーク1400を押す。このため、押圧機構1342および1343の各々がワーク1400を押すことにより、接合材1028がフランジ1080および絶縁リング1027に押し挟まれ、接合材1030がフランジ1140および絶縁リング1027に押し挟まれ、接合材1032がバックアップリング1033およびフランジ1080に押し挟まれる。これにより、負極金具1029が接合材1028を介して絶縁リング1027に熱圧接合され、正極金具1031が接合材1030を介して絶縁リング1027に熱圧接合され、バックアップリング1033が接合材1032を介して負極金具1029に熱圧接合され、熱圧接合体1070が得られる。
Subsequently, in
続いて、工程1805において、押圧機構1342および1343による押圧が終了し、治具の組1340および支持管1341が取り付けられたワーク1400が加熱室1380から搬出される。
Subsequently, in
続いて、工程1806において、治具の組1340および支持管1341がワーク1400から取り外される。
Subsequently, in
貫通孔1520,1521,1522および1523を通過する赤外線などの電磁波によりワーク1400の外周面1500が加熱された場合は、ワーク1400の外周面1500に相対的に近い高温部分1640の温度がワーク1400の外周面1500から相対的に遠い低温部分1641の温度より高くなる傾向が強くなり、高温部分1640が低温部分1641より熱膨張しやすくなり、ガラス接合界面1660などの脆弱部分の損傷が懸念されるが、実験の結果懸念された損傷は起こらなかった。
When the outer
1000 ナトリウム−硫黄電池
1022 固体電解質管
1027 絶縁リング
1028 接合材
1029 負極金具
1030 接合材
1031 正極金具
1032 接合材
1033 バックアップリング
1070 熱圧接合体
1300 熱圧接合体を生産する装置
1340 治具の組
1342 押圧機構
1343 押圧機構
1361 ヒーター
1362 ヒーター
1400 ワーク
1420 治具
1421 治具
1422 治具
1423 治具
1000 Sodium-
Claims (7)
前記第1の構造が結合される上端を有し管状であり前記外周面に対向し貫通孔が前記外周面に対向する部分に形成された第2の構造と、
を備える熱圧接合体を生産するための治具。 A first structure for transmitting to the workpiece a force that pushes a workpiece having an outer circumferential surface around an axis in a direction parallel to the axis;
A second structure having an upper end to which the first structure is coupled and having a tubular shape and facing the outer peripheral surface and having a through hole facing the outer peripheral surface ;
A jig for producing a hot-pressure bonded body.
前記軸と平行をなし前記第1の方向と反対の第2の方向に前記ワークを押す力を前記ワークに伝える第2の治具と、
を備える熱圧接合体を生産するための治具の組。 A jig according to claim 1, wherein the direction is a first direction;
A second jig that transmits a force that pushes the workpiece in a second direction that is parallel to the axis and opposite to the first direction to the workpiece;
A set of jigs for producing a hot-pressure bonded body.
請求項2の熱圧接合体を生産するための治具の組。 The said 1st jig | tool is fitted by the said 2nd jig | tool, and the direction in which the said 1st jig | tool moves is controlled in the direction which makes a parallel with the said axis | shaft. A set of jigs.
前記第1の構造および前記ワークに挟まれ金属または合金からなり前記ワークに前記力を伝える第3の治具
をさらに備える請求項2または3の熱圧接合体を生産するための治具の組。 The first jig is made of ceramics;
The set of jigs for producing the hot-pressed assembly according to claim 2 or 3, further comprising a third jig made of a metal or an alloy sandwiched between the first structure and the work and transmitting the force to the work.
をさらに備える請求項2から4までのいずれかの熱圧接合体を生産するための治具の組。 The set of jigs for producing a hot-pressure bonded body according to any one of claims 2 to 4, further comprising a fourth jig for restricting deformation of the workpiece in a direction perpendicular to the axis.
前記軸と垂直をなす方向から前記ワークを加熱するヒーターと、
前記ワークが加熱された状態において前記治具を前記方向に押す押圧機構と、
を備える熱圧接合体を生産する装置。 A jig according to claim 1;
A heater for heating the workpiece from a direction perpendicular to the axis;
A pressing mechanism that pushes the jig in the direction in a state in which the workpiece is heated;
For producing a hot-pressure bonded body comprising:
請求項6の熱圧接合体を生産する装置を用いて準備されたワークに熱圧接合を形成することにより熱圧接合体を得る工程と、
を備える熱圧接合体を生産する方法。 Preparing the workpiece,
A step of obtaining a hot-pressure bonded body by forming a hot-pressure bonded to a workpiece prepared using the apparatus for producing the hot-pressure bonded body of claim 6;
A method for producing a hot-pressure bonded body comprising:
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