JP6110072B2 - ろう付方法 - Google Patents

Description

本発明は、ろう付方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法に関する。

特許文献１に開示されたロケットエンジン燃焼室の製造方法を説明する。このロケットエンジン燃焼室の製造方法においてろう付けが用いられている。ロケットエンジン燃焼室の製造方法は、以下のステップを含む。冷却流体ライナーを形成する。冷却流体ライナーは銅合金製である。冷却流体ライナーの外側表面に複数の冷却流体流路を形成する。少なくとも二つのスロートサポートを形成する。マニホールドを備えた構造ジャケットを形成する。スロートサポート及び構造ジャケットはステンレス鋼製である。冷却流体ライナーを金でめっきする。スロートサポート及び構造ジャケットをニッケルでめっきする。スロートサポートを冷却流体ライナーの外側表面のまわりに組立て、スロートサポート及び冷却流体ライナーを構造ジャケットに挿入して燃焼室組立体を形成する。ここで、冷却流体ライナー、スロートサポート、及び構造ジャケットの間にろう付け合金箔を挿入する。冷却流体ライナーと構造ジャケットの間に封止接合部（不図示）を形成して冷却流体流路を封止する。燃焼室組立体を圧力炉（不図示）に挿入する。圧力炉を加圧して冷却流体ライナー、スロートサポート、及び構造ジャケットを互いに接触させる。圧力炉を加圧しながら燃焼室組立体を加熱して冷却流体ライナー、スロートサポート、及び構造ジャケットを結合する。構造ジャケットのマニホールドと冷却流体流路とが接続される。

特許文献２は、ロケットエンジン燃焼室の製造方法を開示している。この方法において、熱間等方圧加圧処理によるろう付け（ＨＩＰろう付け）が行われる。

米国特許第５７０１６７０号明細書 特開２００４−１６９７０２号公報

本発明の目的は、母材と箔ろう材との間に拡散バリア層を設けるためのコストが低減されるろう付方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の第１の観点によるろう付方法は、めっきされていない第１表面（１１、２１）を有する第１母材（１０、２０）、拡散バリア層として機能する金属層（３２、３８）、箔ろう材（３１、３７）、及び第２表面（１６、２６）を有する第２母材（１５、２５）の順番に並ぶように且つ前記第１表面及び前記第２表面が互いに向かい合うように、前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材を配置するステップと、前記第１母材及び前記第２母材を前記箔ろう材を用いてろう付けするステップとを具備する。

拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより第１母材に形成する必要がないため、第１母材をめっきするための大型のめっき浴が不要である。したがって、拡散バリア層を設けるためのコストが低減される。

前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材を配置する前記ステップにおいて、前記第１母材及び前記第２母材の間に積層体（３０、３５）を配置する。前記積層体は、前記箔ろう材と、前記箔ろう材に結合した前記金属層とを備える。

前記積層体は複数であり、前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材を配置する前記ステップにおいて、前記複数の積層体が前記第１表面及び前記第２表面に沿って並べられる。

複数の積層体を用いることで、積層体のサイズを小さくすることができる。したがって、積層体の製造が容易である。

上記ろう付方法は、前記箔ろう材の表面（３１ａ）に前記金属層を電気めっきにより形成して前記積層体を製造するステップを更に具備する。

上記ろう付方法は、前記箔ろう材の表面（３１ａ）に前記金属層をスパッタリングにより形成して前記積層体を製造するステップを更に具備する。

上記ろう付方法は、前記金属層となるべき金属箔と前記箔ろう材とを圧着して前記積層体を製造するステップを更に具備する。

前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材を配置する前記ステップにおいて、前記金属層は金属箔（３８）である。

金属層が金属箔であるため、箔ろう材に対するめっき作業、スパッタリング作業、及び圧着作業が不要である。

前記第２表面はめっきされていない。前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材を配置する前記ステップにおいて、他の拡散バリア層として機能する他の金属箔（３９）を前記箔ろう材及び前記第２母材の間に配置する。前記他の金属箔は前記金属箔と成分が異なる。

箔ろう材の両側に互いに異なる成分の金属箔を配置することは、箔ろう材の両側に互いに異なる成分の金属層をめっき等により形成することよりも容易である。

本発明の第２の観点によるロケットエンジン燃焼室の製造方法は、めっきされていない第１表面（１１、２１）を有する第１母材（１０、２０）、拡散バリア層として機能する金属層（３２、３８）、箔ろう材（３１、３７）、及び第２表面（１６、２６）を有する第２母材（１５、２６）の順番に並ぶように且つ前記第１表面及び前記第２表面が互いに向かい合うように、前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材を配置するステップと、前記第１母材及び前記第２母材を前記箔ろう材を用いてろう付けするステップとを具備する。

拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより第１母材に形成する必要がないため、第１母材をめっきするための大型のめっき浴が不要である。したがって、拡散バリア層を設けるためのコストが低減される。

冷却流体が流れる流路となるべき溝部（２２）が前記第１表面に形成されている。

拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより第１母材に形成する必要がないため、流路がめっき材料の塊で塞がれることを防止するために溝部をマスキングすることが不要である。

本発明によれば、母材と箔ろう材との間に拡散バリア層を設けるためのコストが削減されるろう付方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法が提供される。

図１は、本発明の比較例に係るろう付方法による接合部の断面図である。 図２は、本発明の比較例に係るろう付方法による他の接合部の断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係るろう付方法による接合部の断面図である。 図４は、第１の実施形態に係るろう付方法による他の接合部の断面図である。 図５は、第１の実施形態に係るろう付方法で使用される積層体の製造方法を示す概略図である。 図６は、第１の実施形態に係るろう付方法で使用される積層体の他の製造方法を示す概略図である。 図７は、第１の実施形態に係るろう付方法で使用される積層体の更に他の製造方法を示す概略図である。 図８は、第１の実施形態の第１変形例に係るろう付方法による接合部の断面図である。 図９は、第１の実施形態の第２変形例に係るろう付方法による接合部の断面図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係るろう付方法による接合部の断面図である。 図１１は、第２の実施形態の第１変形例に係るろう付方法による接合部の断面図である。 図１２Ａは、第１及び第２の実施形態に係るロケットエンジン燃焼室の組立図である。 図１２Ｂは、第１及び第２の実施形態に係るロケットエンジン燃焼室の断面図である。 図１３は、比較例に係る接合部の断面写真（ａ）と第１の実施形態に係る接合部の断面写真（ｂ）を示す。 図１４は、比較例に係る接合部と第１の実施形態に係る接合部の引張試験の結果を示す。

本発明によるろう付方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法による効果を理解しやすくするため、はじめに本発明の比較例に係るろう付方法を説明する。

（比較例）
図１は、本発明の比較例に係るろう付方法による接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図１に示すように、ろう付けされるべき母材１０及び１５の間に箔ろう材２３１を配置する。ここで、母材１０の表面１１と母材１５の表面１６とが互いに向かい合わされる。母材１０の形状及び母材１５の形状は任意である。表面１１及び表面１６は、平面であっても曲面であってもよい。表面１１にめっき層としての金属層２３２が形成されている。母材１０は、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金、鉄合金、コバルト合金、ニッケル合金、銅合金、純マグネシウム、純アルミニウム、純チタン、純鉄、純コバルト、純ニッケル、又は、純銅により形成されている。箔ろう材２３１は、コバルト系ろう材、ニッケル系ろう材、銅系ろう材、パラジウム系ろう材、銀系ろう材、又は、金系ろう材により形成されている。金属層２３２は、ニッケル、銅、金、ニッケルを主成分とする合金、銅を主成分とする合金、又は、金を主成分とする合金により形成されている。母材１５の材料は母材１０の材料と異なる。箔ろう材２３１の厚さは１０〜２００μｍであり、金属層２３２の厚さは５〜２０μｍである。

母材１０の表面１１の金属層２３２と箔ろう材２３１とが接触し、且つ、箔ろう材２３１と母材１５の表面１６とが接触した状態で加熱することで、母材１０及び母材１５を箔ろう材２３１を用いてろう付けする。ろう付け時に、母材１０の成分、金属層２３２の成分、及び箔ろう材２３１の成分が拡散することにより、母材１０と金属層２３２の境界が不鮮明になり、金属層２３２と箔ろう材２３１の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材２３１の成分及び母材１５の成分が拡散することにより、箔ろう材２３１と母材１５の境界が不鮮明になる。尚、箔ろう材２３１の成分と母材１０の成分の反応温度が低い、又は、母材１０中での箔ろう材２３１の成分の拡散が速い場合、ろう付け時の母材１０と箔ろう材２３１の反応をある程度抑制しないと、接合部の機械的強度の低下につながる欠陥又は脆化層が生じるおそれがある。金属層２３２は、ろう付け時の母材１０と箔ろう材２３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層２３２の材料は、母材１０の材料及び箔ろう材２３１の材料に応じて選択される。

図２は、比較例に係るろう付方法による他の接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図２に示すように、ろう付けされるべき母材２０及び２５の間に箔ろう材２３１を配置する。ここで、母材２０の表面２１と母材２５の表面２６とが互いに向かい合わされる。母材２０の形状及び母材２５の形状は任意である。表面２１及び表面２６は、平面であっても曲面であってもよい。表面２１に複数の溝部２２が形成されている。表面２１の複数の溝部２２以外の部分にめっき層としての金属層２３２が形成されている。母材２０は、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金、鉄合金、コバルト合金、ニッケル合金、銅合金、純マグネシウム、純アルミニウム、純チタン、純鉄、純コバルト、純ニッケル、又は、純銅により形成されている。箔ろう材２３１は、コバルト系ろう材、ニッケル系ろう材、銅系ろう材、パラジウム系ろう材、銀系ろう材、又は、金系ろう材により形成されている。金属層２３２は、ニッケル、銅、金、ニッケルを主成分とする合金、銅を主成分とする合金、又は、金を主成分とする合金により形成されている。母材２５の材料は母材２０の材料と異なる。

母材２０の表面２１の金属層２３２と箔ろう材２３１とが接触し、且つ、箔ろう材２３１と母材２５の表面２６とが接触した状態で加熱することで、母材２０及び母材２５を箔ろう材２３１を用いてろう付けする。ろう付け時に、母材２０の成分、金属層２３２の成分、及び箔ろう材２３１の成分が拡散することにより、母材２０と金属層２３２の境界が不鮮明になり、金属層２３２と箔ろう材２３１の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材２３１の成分及び母材２５の成分が拡散することにより、箔ろう材２３１と母材２５の境界が不鮮明になる。尚、箔ろう材２３１の成分と母材２０の成分の反応温度が低い、又は、母材２０中での箔ろう材２３１の成分の拡散が速い場合、ろう付け時の母材２０と箔ろう材２３１の反応をある程度抑制しないと、接合部の機械的強度の低下につながる欠陥又は脆化層が生じるおそれがある。金属層２３２は、ろう付け時の母材２０と箔ろう材２３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層２３２の材料は、母材２０の材料及び箔ろう材２３１の材料に応じて選択される。

比較例に係るろう付方法の問題点を説明する。表面１１及び２１が円筒面のような曲面である場合や、表面１１及び２１の面積が大きい場合、めっきにより金属層２３２を形成する際の膜厚コントロールが困難である。母材１０及び２０のサイズが大きい場合、大型のめっき浴及び大量の浴液が必要であり、設備コスト及びめっきのランニングコストが高い。溝部２２をマスキングしないで電気めっきにより母材２０に金属層２３２を形成すると、溝部２２のコーナー部にめっき材料の塊が形成されるおそれがある。母材２０に母材２５をろう付けすることにより溝部２２に対応する流路を形成する場合、めっき材料の塊が流路を少なくとも部分的に塞いでしまう。このように溝部２２がめっきされてはいけない場合、めっきにより母材２０の表面２１に金属層２３２を形成する前に溝部２２にマスキング材を充填する工程、及び、金属層２３２の形成後にマスキング材を除去する工程が必要になる。

次に、添付図面を参照して、本発明によるろう付方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法を実施するための形態を説明する。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係るろう付方法による接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図３を参照して、第１の実施形態に係るろう付方法を説明する。図３に示すように、ろう付けされるべき母材１０及び１５の間に積層体３０を配置する。積層体３０は、箔ろう材３１と、箔ろう材３１に結合した金属層３２とを備える。ここで、母材１０、金属層３２、箔ろう材３１、及び母材１５の順番に並べ、且つ、母材１０の表面１１と母材１５の表面１６とを互いに向かい合わせる。表面１１はめっきされていない。箔ろう材３１は、コバルト系ろう材、ニッケル系ろう材、銅系ろう材、パラジウム系ろう材、銀系ろう材、又は、金系ろう材により形成されている。金属層３２は、ニッケル、銅、金、ニッケルを主成分とする合金、銅を主成分とする合金、又は、金を主成分とする合金により形成されている。箔ろう材３１の厚さは１０〜２００μｍであり、金属層３２の厚さは５〜２０μｍである。例えば、箔ろう材３１の厚さは５０μｍであり、金属層３２の厚さは１０μｍである。

母材１０の表面１１と金属層３２とが接触し、且つ、箔ろう材３１と母材１５の表面１６とが接触した状態で加熱することで、母材１０及び母材１５を箔ろう材３１を用いてろう付けする。ここで、ＨＩＰろう付けが適用されてもよく、他のろう付けが適用されてもよい。ろう付け時に、母材１０の成分、金属層３２の成分、及び箔ろう材３１の成分が拡散することにより、母材１０と金属層３２の境界が不鮮明になり、金属層３２と箔ろう材３１の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材３１の成分及び母材１５の成分が拡散することにより、箔ろう材３１と母材１５の境界が不鮮明になる。尚、箔ろう材３１の成分と母材１０の成分の反応温度が低い、又は、母材１０中での箔ろう材３１の成分の拡散が速い場合、ろう付け時の母材１０と箔ろう材３１の反応をある程度抑制しないと、接合部の機械的強度の低下につながる欠陥又は脆化層が生じるおそれがある。金属層３２は、ろう付け時の母材１０と箔ろう材３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層３２の材料は、母材１０の材料及び箔ろう材３１の材料に応じて選択される。

図４は、第１の実施形態に係るろう付方法による他の接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図４を参照して、第１の実施形態に係るろう付方法を説明する。図４に示すように、ろう付けされるべき母材２０及び２５の間に積層体３０を配置する。ここで、母材２０、金属層３２、箔ろう材３１、及び母材２５の順番に並べ、且つ、母材２０の表面２１と母材２５の表面２６とを互いに向かい合わせる。表面２１はめっきされていない。

母材２０の表面２１と金属層３２とが接触し、且つ、箔ろう材３１と母材２５の表面２６とが接触した状態で加熱することで、母材２０及び母材２５を箔ろう材３１を用いてろう付けする。ここで、ＨＩＰろう付けが適用されてもよく、他のろう付けが適用されてもよい。ろう付け時に、母材２０の成分、金属層３２の成分、及び箔ろう材３１の成分が拡散することにより、母材２０と金属層３２の境界が不鮮明になり、金属層３２と箔ろう材３１の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材３１の成分及び母材２５の成分が拡散することにより、箔ろう材３１と母材２５の境界が不鮮明になる。尚、箔ろう材３１の成分と母材２０の成分の反応温度が低い、又は、母材２０中での箔ろう材３１の成分の拡散が速い場合、ろう付け時の母材２０と箔ろう材３１の反応をある程度抑制しないと、接合部の機械的強度の低下につながる欠陥又は脆化層が生じるおそれがある。金属層３２は、ろう付け時の母材２０と箔ろう材３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層３２の材料は、母材２０の材料及び箔ろう材３１の材料に応じて選択される。

図５を参照して、積層体３０の製造方法を説明する。金属層３２は電気めっきにより形成される。箔ろう材３１は、表面３１ａと、表面３１ａの反対側の表面３１ｂとを備える。表面３１ｂをめっき防止剤４５で覆う。めっき浴４１内の浴液４２にを浸漬した箔ろう材３１及び電極４４に直流電源４３を接続して、金属層３２を表面３１ａに形成する。母材１０又は２０をめっきする場合に比べて、めっき浴４１が小さくてよく、浴液４２の量が少なくてよい。

図６を参照して、積層体３０の他の製造方法を説明する。金属層３２はスパッタリングにより形成される。スパッタリング装置４６を箔ろう材３１の表面３１ａに沿って移動させながら、スパッタリング装置４６からの粒子を箔ろう材３１の表面３１ａに付着させて金属層３２を形成する。

図７を参照して、積層体３０の更に他の製造方法を説明する。金属層３２となるべき金属箔と箔ろう材３１とをローラー４７及び４８を用いて圧着して積層体３０を製造する。金属箔は箔ろう材３１の表面３１ａに圧着される。

尚、積層体３０の製造方法は上記例に限定されない。

本実施形態に係るろう付方法は、拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより母材１０及び２０に形成しないため、母材１０及び２０の形状やサイズに依存せずに実施可能である。本実施形態に係るろう付方法は、拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより母材１０及び２０に形成しないため、母材１０及び２０をめっきするための大型のめっき浴が不要である。したがって、拡散バリア層を設けるためのコスト（設備コスト及びランニングコスト）が低減される。特に、金の拡散バリア層を設ける場合にコスト低減効果が大きい。拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより母材２０に形成しないため、母材２０の表面２１に形成された溝部２２にマスキング材を充填する工程、及び、マスキング材を除去する工程が不要である。金属層３２が箔ろう材３１上に形成されるため、金属層３２の膜厚コントロールが容易であり、電気めっき、スパッタリング、圧着等の様々な方法を金属層３２の形成に適用可能である。

図８は、第１の実施形態の第１変形例に係るろう付方法による接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図８を参照して、第１の実施形態の第１変形例に係るろう付方法を説明する。図８に示されるように、ろう付けされるべき母材１０及び１５の間に積層体３５を配置する。積層体３５は、箔ろう材３１と、箔ろう材３１の表面３１ａに結合した金属層３２と、箔ろう材３１の表面３１ｂに結合した金属層３３とを備える。ここで、母材１０、金属層３２、箔ろう材３１、金属層３３、及び母材１５の順番に並べ、且つ、母材１０の表面１１と母材１５の表面１６とを互いに向かい合わせる。表面１１及び１６はめっきされていない。母材１５は、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金、鉄合金、コバルト合金、ニッケル合金、銅合金、純マグネシウム、純アルミニウム、純チタン、純鉄、純コバルト、純ニッケル、又は、純銅により形成されている。金属層３３は、ニッケル、銅、金、ニッケルを主成分とする合金、銅を主成分とする合金、又は、金を主成分とする合金により形成されている。金属層３３の厚さは５〜２０μｍである。例えば、金属層３３の厚さは１０μｍである。ここで、箔ろう材３１の成分と母材１５の成分の反応温度が低い、又は、母材１５の中での箔ろう材３１の成分の拡散が速い。

母材１０の表面１１と金属層３２とが接触し、且つ、金属層３３と母材１５の表面１６とが接触した状態で加熱することで、母材１０及び母材１５を箔ろう材３１を用いてろう付けする。ここで、ＨＩＰろう付けが適用されてもよく、他のろう付けが適用されてもよい。ろう付け時に、母材１０の成分、金属層３２の成分、及び箔ろう材３１の成分が拡散することにより、母材１０と金属層３２の境界が不鮮明になり、金属層３２と箔ろう材３１の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材３１の成分、金属層３３の成分、及び母材１５の成分が拡散することにより、箔ろう材３１と金属層３３の境界が不鮮明になり、金属層３３と母材１５の境界が不鮮明になる。上述のように、金属層３２は、ろう付け時の母材１０と箔ろう材３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。金属層３３は、ろう付け時の母材１５と箔ろう材３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層３３の材料は、母材１５の材料及び箔ろう材３１の材料に応じて選択される。母材１５の材料は母材１０の材料と異なっていてもよく、同一でもよい。母材１５の材料と母材１０の材料が同一の場合、金属層３３の材料と金属層３２の材料とが同一であることが好ましい。尚、箔ろう材３１の表面３１ａに電気めっきにより金属層３２を形成し、箔ろう材３１の表面３１ｂに電気めっきにより金属層３３を形成することで積層体３５を製造してもよく、箔ろう材３１の表面３１ａにスパッタリングにより金属層３２を形成し、箔ろう材３１の表面３１ｂにスパッタリングにより金属層３３を形成することで積層体３５を製造してもよく、箔ろう材３１の表面３１ａに金属層３２となるべき金属箔を圧着し、箔ろう材３１の表面３１ｂに金属層３３となるべき金属箔を圧着して積層体３５を製造してもよい。

箔ろう材３１の成分と母材２５の成分の反応温度が低い、又は、母材２５の中での箔ろう材３１の成分の拡散が速い場合、母材２０及び２５をろう付けする際に積層体３０のかわりに積層体３５が用いられる。母材２５は、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金、鉄合金、コバルト合金、ニッケル合金、銅合金、純マグネシウム、純アルミニウム、純チタン、純鉄、純コバルト、純ニッケル、又は、純銅により形成されている。上述のように、金属層３２は、ろう付け時の母材２０と箔ろう材３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。金属層３３は、ろう付け時の母材２５と箔ろう材３１の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層３３の材料は、母材２５の材料及び箔ろう材３１の材料に応じて選択される。母材２５の材料は母材２０の材料と異なっていてもよく、同一でもよい。母材２５の材料と母材２０の材料が同一の場合、金属層３３の材料と金属層３２の材料とが同一であることが好ましい。

図９は、第１の実施形態の第２変形例に係るろう付方法による接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図９を参照して、第１の実施形態の第２変形例に係るろう付方法を説明する。本変形例では、図９に示すように、ろう付けされるべき母材１０及び１５の間に複数の積層体３０を配置してろう付けする。複数の積層体３０は、表面１１及び１６に沿って並べられる。本変形例によれば、積層体３０のサイズを小さくすることができるため、積層体３０の製造が容易になる。例えば、電気めっきにより積層体３０を製造する場合、めっき浴４１が小型でよく、浴液４２が少量でよいため、積層体３０を製造するための設備コスト及びランニングコストが低減できる。尚、表面１１及び１６に沿って並ぶように母材１０及び１５の間に複数の積層体３５を配置してろう付けを行ってもよく、表面２１及び２６に沿って並ぶように母材２０及び２５の間に複数の積層体３０を配置してろう付けを行ってもよく、表面２１及び２６に沿って並ぶように母材２０及び２５の間に複数の積層体３５を配置してろう付けを行ってもよい。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るろう付方法による接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図１０を参照して、第２の実施形態に係るろう付方法を説明する。図１０に示すように、ろう付けされるべき母材１０及び１５の間に、箔ろう材３７及び金属層３８を配置する。金属層３８は、金属箔であり、箔ろう材３７に結合されていない。ここで、母材１０、金属層３８、箔ろう材３７、及び母材１５の順番に並べ、且つ、母材１０の表面１１と母材１５の表面１６とを互いに向かい合わせる。表面１１はめっきされていない。箔ろう材３７の材料は箔ろう材３１の材料と同一である。金属層３８の材料は金属層３２の材料と同一である。箔ろう材３７の厚さは１０〜２００μｍであり、金属層３８の厚さは５〜２０μｍである。例えば、箔ろう材３７の厚さは５０μｍであり、金属層３８の厚さは１０μｍである。

母材１０の表面１１と金属層３８とが接触し、金属層３８と箔ろう材３７が接触し、且つ、箔ろう材３７と母材１５の表面１６とが接触した状態で加熱することで、母材１０及び母材１５を箔ろう材３１を用いてろう付けする。ここで、ＨＩＰろう付けが適用されてもよく、他のろう付けが適用されてもよい。ろう付け時に、母材１０の成分、金属層３８の成分、及び箔ろう材３７の成分が拡散することにより、母材１０と金属層３８の境界が不鮮明になり、金属層３８と箔ろう材３７の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材３７の成分及び母材１５の成分が拡散することにより、箔ろう材３７と母材１５の境界が不鮮明になる。尚、箔ろう材３７の成分と母材１０の成分の反応温度が低い、又は、母材１０中での箔ろう材３７の成分の拡散が速い場合、ろう付け時の母材１０と箔ろう材３７の反応をある程度抑制しないと、接合部の機械的強度の低下につながる欠陥又は脆化層が生じるおそれがある。金属層３８は、ろう付け時の母材１０と箔ろう材３７の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層３８の材料は、母材１０の材料及び箔ろう材３７の材料に応じて選択される。

尚、本実施形態に係るろう付方法を母材２０及び２５のろう付けに適用してもよい。

本実施形態に係るろう付方法は、拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより母材１０及び２０に形成しないため、母材１０及び２０の形状やサイズに依存せずに実施可能である。本実施形態に係るろう付方法は、拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより母材１０及び２０に形成しないため、母材１０及び２０をめっきするための大型のめっき浴や大量の浴液のコストが不要である。したがって、拡散バリア層を設けるためのコスト（設備コスト及びランニングコスト）が低減される。拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより母材２０に形成しないため、母材２０の表面２１に形成された溝部２２にマスキング材を充填する工程、及び、マスキング材を除去する工程が不要である。金属層３８が金属箔であるため、金属層３８の膜厚コントロールが容易である。本実施形態によれば、箔ろう材３７に対するめっき作業、スパッタリング作業、及び圧着作業が不要である。箔ろう材３７に対するめっき作業が不要であるため、めっき時のマスキングも不要である。

図１１は、第２の実施形態の第１変形例に係るろう付方法による他の接合部（ろう付け部）のろう付け前の状態を示す。図１１を参照して、第２の実施形態の第１変形例に係るろう付方法を説明する。図１１に示すように、ろう付けされるべき母材２０及び２５の間に、金属層３８、箔ろう材３７、及び金属層３９を配置する。金属層３９は、金属箔であり、箔ろう材３７に結合されていない。ここで、母材２０、金属層３８、箔ろう材３７、金属層３９、及び母材２５の順番に並べ、且つ、母材２０の表面２１と母材２５の表面２６とを互いに向かい合わせる。表面２１及び２６はめっきされていない。母材２５は、マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金、鉄合金、コバルト合金、ニッケル合金、銅合金、純マグネシウム、純アルミニウム、純チタン、純鉄、純コバルト、純ニッケル、又は、純銅により形成されている。金属層３９は、ニッケル、銅、金、ニッケルを主成分とする合金、銅を主成分とする合金、又は、金を主成分とする合金により形成されている。金属層３９の厚さは５〜２０μｍである。例えば、金属層３９の厚さは１０μｍである。ここで、箔ろう材３７の成分と母材２５の成分の反応温度が低い、又は、母材２５の中での箔ろう材３７の成分の拡散が速い。

母材２０の表面２１と金属層３８とが接触し、金属層３８と箔ろう材３７とが接触し、箔ろう材３７と金属層３９とが接触し、且つ、金属層３９と母材２５の表面２６とが接触した状態で加熱することで、母材２０及び母材２５を箔ろう材３７を用いてろう付けする。ここで、ＨＩＰろう付けが適用されてもよく、他のろう付けが適用されてもよい。ろう付け時に、母材２０の成分、金属層３８の成分、及び箔ろう材３７の成分が拡散することにより、母材２０と金属層３８の境界が不鮮明になり、金属層３８と箔ろう材３７の境界が不鮮明になる。ろう付け時に、箔ろう材３７の成分、金属層３９の成分、及び母材２５の成分が拡散することにより、箔ろう材３７と金属層３８の境界が不鮮明になり、金属層３８と母材２５の境界が不鮮明になる。金属層３８は、ろう付け時の母材２０と箔ろう材３７の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。金属層３９は、ろう付け時の母材２５と箔ろう材３７の反応をある程度抑制する拡散バリア層として機能する。すなわち、金属層３９の材料は、母材２５の材料及び箔ろう材３７の材料に応じて選択される。母材２５の材料は母材２０の材料と異なっていてもよく、同一でもよい。母材２５の材料と母材２０の材料が同一の場合、金属層３９の材料と金属層３８の材料とが同一であることが好ましい。

尚、本実施形態に係るろう付方法を母材１０及び１５のろう付けに適用してもよい。

本変形例に係るろう付方法は、金属層３８の材料（成分）と金属層３９の材料（成分）が異なる場合であっても、箔ろう材３７の両側に互いに異なる材料（成分）の金属箔を配置すればよい。したがって、本変形例に係るろう付方法は、金属層３２の材料（成分）と金属層３３の材料（成分）が異なる積層体３５を用いてろう付けする場合に比べて容易である。本変形例に係るろう付方法は、金属層３２の材料（成分）と金属層３３の材料（成分）が異なる積層体３５を電気めっき又はスパッタリングにより製造する場合に比べて非常に容易である。

上記実施形態に係るろう付方法は、ロケットエンジン燃焼室の製造に適用することが可能である。例えば、図１２Ａを参照して、上記実施形態に係るろう付方法を用いて二つのスロートサポート１０５をろう付けしたり、スロートサポート１０５と冷却流体ライナー１０３をろう付けしたり、構造ジャケット１０１と冷却流体ライナー１０３をろう付けしたりすることが可能である。図１２Ｂは、ロケットエンジン燃焼室の断面図である。母材２０が冷却流体ライナー１０３である場合、母材２０に母材２５をろう付けすることにより、溝部２２は冷却流体が流れる流路となる。ロケットエンジン燃焼室の部品はサイズが大きいため、上記実施形態に係るろう付方法を適用すれば、その部品に拡散バリア層として機能する金属層をめっきにより形成する場合に較べてコストが大幅に低減される。

（比較例に係る接合部と第１の実施形態に係る接合部の品質比較結果）
次に、比較例に係る接合部と第１の実施形態に係る接合部の品質比較結果を説明する。図１に示すろう付方法で比較例に係る接合部を形成した。ここで、表面１１に拡散バリア層として機能する金めっき層２３２を形成し、表面１６に母材１５のぬれ性改善のためのニッケルめっき層を形成した。図３に示すろう付方法で第１の実施形態に係る接合部を形成した。ここで、金めっき層３２が形成された箔ろう材３１を用い、表面１６に母材１５のぬれ性改善のためのニッケルめっき層を形成した。比較例に係る接合部及び第１の実施形態に係る接合部の断面写真を撮影した。比較例に係る接合部と第１の実施形態に係る接合部の引張試験を行った。

図１３に示された比較例に係る接合部の断面写真（ａ）及び第１の実施形態に係る接合部の断面写真（ｂ）を参照して、比較例に係る接合部及び第１の実施形態に係る接合部のいずれにも欠陥は見られなかった。

図１４を参照して、比較例に係る接合部と第１の実施形態に係る接合部の引張試験の結果を説明する。引張試験温度が２３℃及び３７７℃のいずれにおいても、比較例に係る接合部の引張強度と第１の実施形態に係る接合部の引張強度は同等であった。

したがって、比較例に係る接合部と第１の実施形態に係る接合部の品質に違いは見られなかった。

以上、実施の形態を参照して本発明によるろう付け方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法を説明したが、本発明によるろう付け方法及びロケットエンジン燃焼室の製造方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に変更を加えたり上記実施形態どうしを組み合わせたりすることが可能である。本発明によるろう付け方法をロケットエンジン燃焼室以外の製品の製造に適用してもよい。

１０、１５、２０、２５…母材
１１、１６、２１、２６…表面
２２…溝部
３０、３５…積層体
３１、３７…箔ろう材
３１ａ、３１ｂ…表面
３２、３３、３８、３９…金属層
４１…めっき浴
４２…浴液
４３…直流電源
４４…電極
４５…めっき防止材
４６…スパッタリング装置
４７、４８…ローラー
１０１…構造ジャケット
１０３…冷却流体ライナー
１０５…スロートサポート
２３１…箔ろう材
２３２…金属層

Claims (12)

1. めっきされていない第１表面を有する第１母材、拡散バリア層として機能する金属層と箔ろう材との積層体、及び第２表面を有する第２母材をそれぞれ別体として準備するステップと、
   前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材の順番に並ぶように、且つ前記第１表面及び前記第２表面が互いに向かい合うように、前記第１母材、前記積層体、及び前記第２母材を配置するステップと、
   前記第１母材及び前記第２母材を前記箔ろう材を用いてろう付けするステップと
   を具備し、
   前記配置するステップは、前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材をこの順番に接触させるステップを備え、
   前記ろう付けするステップは、前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材が接触した状態で加熱するステップを備え、
   前記ろう付けするステップにおいて、前記箔ろう材の成分は、前記第１母材中および前記金属層中に拡散する
   ろう付方法。
2. 請求項１に記載のろう付方法であって、
   前記積層体は複数であり、
   前記配置するステップは、前記複数の積層体を前記第１表面及び前記第２表面に沿って並べるステップを備える
   ろう付方法。
3. 請求項１又は２に記載のろう付方法であって、
   前記準備するステップは、
   前記箔ろう材の表面に前記金属層を電気めっきにより形成して前記積層体を製造するステップを更に具備する
   ろう付方法。
4. 請求項１又は２に記載のろう付方法であって、
   前記準備するステップは、
   前記箔ろう材の表面に前記金属層をスパッタリングにより形成して前記積層体を製造するステップを更に具備する
   ろう付方法。
5. 請求項１又は２に記載のろう付方法であって、
   前記準備するステップは、
   前記金属層となるべき金属箔と前記箔ろう材とを圧着して前記積層体を製造するステップを更に具備する
   ろう付方法。
6. 請求項１に記載のろう付方法であって、
   前記金属層は金属箔である
   ろう付方法。
7. めっきされていない第１表面を有する第１母材、拡散バリア層として機能する金属層と、箔ろう材と、及び拡散バリア層として機能する他の金属層との積層体、及びめっきされていない第２表面を有する第２母材をそれぞれ別体として準備するステップと、
   前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、前記他の金属層、及び前記第２母材の順番に並ぶように、且つ前記第１表面及び前記第２表面が互いに向かい合うように、前記第１母材、前記積層体及び前記第２母材を配置するステップと、
   前記第１母材及び前記第２母材を前記箔ろう材を用いてろう付けするステップと
   を具備し、
   前記配置するステップは、前記第１母材、前記積層体及び前記第２母材を前記順番に接触させるステップを備え、
   前記ろう付けするステップは、前記第１母材、前記積層体及び前記第２母材が接触した状態で加熱するステップを備え、
   前記金属層は、前記他の金属層と成分が異なり、
   前記ろう付けするステップにおいて、前記箔ろう材の成分は、前記第１母材中および前記金属層中に拡散する
   ろう付方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のろう付方法であって、
   前記ろう付けするステップの前に、前記金属層は、前記第１母材に接合されない
   ろう付方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のろう付方法であって、
   前記金属層の厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下である
   ろう付方法。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のろう付方法であって、
    前記ろう付けするステップにおいて、前記第１母材の成分は、前記箔ろう材中に拡散する
    ろう付方法。
11. めっきされていない第１表面を有する第１母材、拡散バリア層として機能する金属層と箔ろう材との積層体、及び第２表面を有する第２母材をそれぞれ別体として準備するステップと、
    前記第１母材、前記金属層、前記箔ろう材、及び前記第２母材の順番に並ぶように、且つ前記第１表面及び前記第２表面が互いに向かい合うように、前記第１母材、前記積層体、及び前記第２母材を配置するステップと、
    前記第１母材及び前記第２母材を前記箔ろう材を用いてろう付けするステップと
    を具備し、
    前記ろう付けするステップにおいて、前記箔ろう材の成分は、前記第１母材中および前記金属層中に拡散する
    ロケットエンジン燃焼室の製造方法。
12. 請求項１１に記載のロケットエンジン燃焼室の製造方法であって、
    前記準備するステップは、
    冷却流体が流れる流路となるべき溝部を前記第１母材の前記第１表面に形成するステップを更に備える
    ロケットエンジン燃焼室の製造方法。