JP6180043B2

JP6180043B2 - 金属の接合方法

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Publication number: JP6180043B2
Application number: JP2015219359A
Authority: JP
Inventors: 康平谷
Original assignee: 康平谷
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: JP2017087255A

Description

本発明は、ロウ付けによって金属製本体に金属製部材を接合する金属の接合方法に関する。

従来、金属の接合方法としては、金属の表面に電子ビームを照射することで、前記金属の表面形状を加工し、前記金属を、前記電子ビームが照射された領域であるビーム照射領域でロウ付け又ははんだ付けにすることにより他の金属と接合することが知られている。

また、アルミニウム又はその合金と異種金属とを接合する方法であって、異種金属の接合面に岩塩型構造の窒化物または炭化物からなるコーティング層を形成し、該コーティング層を介して、６２０℃以下で接合が可能なアルミニウムを主成分とするロウ材により、アルミニウム又はその合金と異種金属とを接合する方法も知られている。

この他、活性合金ロウ付け法によって接合する黒鉛と金属の接合方法において、前記黒鉛の表面に金属炭化物層を形成する工程と、前記黒鉛と前記金属とを活性合金ロウ材でロウ付け接合する工程とを含む接合技術が知られており、前記金属炭化物層は、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣのうちのいずれか一種の炭化物によって構成されていた。

また、中間接合層として金層を介在させてセラミックスと金属材料を接合する方法であって、前記セラミックスの表面に予め酸化チタンと酸化亜鉛の複合膜を形成し、さらに塩化パラジウム溶液中に浸漬した後、無電解メッキによって前記金層を形成した方法も知られている。

特開２０１０−２６４４７３号公報特開平８−２５７７４３号公報特開平７−０５３２７７号公報特開平９−３２８３７２号公報

従来、基本的にロウ付けによって金属を接合する方法は、前述した金属とセラミックスを接合するものが多く、またいずれの接合方法においても接合強度の向上や密着性、気密性といった点に主眼がおかれ、接合の精度や接合する部材の細かな成形精度の向上が図られておらず、且つ製造の面でも十分な効率化が確保されていなかった。

本発明の目的は、焼結成形した金属製部材に細かな成形を施し、該金属製部材を、最終的に金属製本体に正確且つ強固に接合するでき、且つ製造コスト面についても大幅な低減が可能となる金属の接合方法を提供することにある。

請求項１記載の本発明は、金属製本体に金属製部材を接合する方法であって、金属製部材を焼結成形する第一工程と、焼結成形した金属製部材を成形研磨する第二工程と、成形研磨した金属製部材の表面に成膜コーティングを施す第三工程と、成膜コーティング後の金属製部材を、予め金属製本体に形成された嵌合部に嵌める第四工程と、前記嵌合部にロウ付け用熱源コイルを配して金属製部材を金属製本体にロウ付けする第五工程とからなり、該第五工程でロウ付けを行なう際に、前記金属製本体側については金属製本体と前記ロウ付け用熱源コイルを直接的に隣接させる一方、前記金属製部材側については、金属製部材と前記ロウ付け用熱源コイル間に冷却媒体を介在させることを特徴とする金属の接合方法である。

請求項２記載の本発明は、前記請求項１記載の金属の接合方法について、成膜コーティングが物理的蒸着または化学的蒸着によって行われるものである。

なお、本発明において、金属製本体や金属部材として使用される金属は種々考えられるが、例えば金属製本体としてチタンまたはチタン合金、金属製部材としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いたり、金属製本体として黒鉛、金属製部材としてモリブデンや金属炭化物を用いたり、金属製本体として銅または銅合金、金属製部材としてアルミニウムやアルミニウム合金を用いる。またこの他、金属製本体が炭素工具鋼または合金工具鋼で構成され、金属製部材が超硬合金、サーメットまたは高速度工具鋼で構成される場合もある。更に、金属製本体と金属製部材を共に純銅で構成する場合もある。

請求項１記載の本発明によれば、先ず第一工程で焼結成形を行なうことで十分な耐久性を備えた金属製部材を作製し、次に第二工程で前記金属製部材に成形研磨を行なうことで種々の用途に対応した細かな形状の金属製部材とすることができ、更に第三工程で前記成形研磨した金属製部材に成膜コーティングを施すことで金属製部材の表面の平滑性や耐摩耗性といった表面特性を向上させることができ、更にその後、第四工程で金属製本体の嵌合部に前記金属製部材を嵌めることで該金属製部材を金属製本体に安定的に保持せしめ、そして、最終的に前記金属製部材を前記金属製本体にロウ付けすることで、その濡れ性が最大限発揮される状態で金属製部材を金属製本体に強固且つ高精度に接合することができるという格別の効果が得られる。

すなわち、前記本発明の金属接合方法によれば、十分な耐久性・靭性を備え且つ高い精度の形状とされ、しかも表面特性にも優れた金属製部材と金属製本体との接合が可能になるという格別の利点がある。

また、前述した通り、本発明では、金属製部材について、第二工程で成形研磨、第三工程で成膜コーティングを行なった後に該金属製部材を第三工程および第四工程で金属製本体に接合するものであるため、前記第二工程の成形研磨や第三工程の成膜コーティングは、多数の金属製部材について、まとめて一度に行うことができるため、作業の大幅な効率化を図ることも可能となる。

更に、前述した通り、本発明においては、金属製本体と金属製部材を互いに異なる種々の金属で構成しても良いし、同種の金属で構成しても良いが、例えば金属製本体をニッケル―クロム―モリブデン系鋼で構成し、金属製部材をニッケル―チタン系鋼で構成したり、或いは金属製本体が炭素工具鋼または合金工具鋼で構成され、金属製部材が超硬合金、サーメットまたは高速度工具鋼で構成されている場合等においては、金属製本体を構成する部材に比べて、硬度が高く、加工が難しい金属製部材だけを単体で前述した高精度の加工に供することができ、全体として耐久性、強度、靭性等に優れた金属接合体を得ることが可能となる。

この他、請求項３記載の本発明では、第五工程で金属製部材と金属製本体の嵌合部をロウ付けする際に、嵌合部における温度を上昇させる一方、その他の部分の温度上昇を抑制するように、ロウ付け用熱源コイルと金属製部材との間に冷却媒体を介在させることにより、ロウ付け時の余分な温度上昇を抑制して前記成膜コーティングへの悪影響を防止することができるという利点を有する。

本発明の実施形態１に係る金属製部材と金属製本体との接合の一例を示す正面図であって、接合前の状態を表している。実施形態１において、金属製部材を金属製本体に接合した状態を示す正面図である。本発明に係る接合方法の工程を示すフローチャートである。実施形態１における他の嵌合例を示す正面図であって、金属製部材が金属製本体に接合される前の状態を表している。同実施形態において、前記金属製部材が金属製本体に接合された状態の正面図である。実施形態２に係る、金属製部材と金属製本体との接合状態を示す正面図である。本発明の第五工程における金属製部材の金属製本体へのロウ付けの要領を示す正面図である。同じく第五工程における金属製部材の金属製本体へのロウ付けの要領を示す平面図である。

次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。

（実施形態１）

図１〜図３に示すように、本実施形態は、チタンまたはチタン合金、或いは炭素工具鋼または合金工具鋼製等の金属製本体１に、アルミニウムまたはアルミニウム合金、或いは超硬合金、サーメットまたは高速度工具鋼等で構成された金属製部材２を接合する方法であって、金属製部材２を焼結成形する第一工程（Ｓ３００１）と、焼結成形した金属製部材２を成形研磨する第二工程（Ｓ３００２）と、成形研磨した金属製部材２の表面に成膜コーティングを施す第三工程（Ｓ３００３）と、成膜コーティング後の金属製部材２を、予め金属製本体１に形成された嵌合部３に嵌める第四工程（Ｓ３００４）と、嵌め入れた金属製部材２を金属製本体１にロウ付けする第五工程（Ｓ３００５）によって、金属製本体１の嵌合部３に金属製部材２を一体に接合する。

本実施形態では、金属製本体１における嵌合部３は、金属製本体１の上角部に形成された段状となされ、垂直面３ａと水平面３ｂとで構成されている。そして、前述した通り、第四工程（Ｓ３００４）で嵌合部３に金属製部材２を嵌め入れ、第五工程（Ｓ３００５）でロウ付けを行なうことにより、金属製部材２と金属製本体１との境界面Ｂ１・Ｂ２においてロウ材の濡れ性が最大限発揮されて金属製部材２が金属製本体１に接合される。

また、本実施形態１では、金属製本体１の嵌合部３は、前述した通り、垂直面３ａと水平面３ｂとで構成された段状としたが、本発明ではこれに限定されず、例えば、図４および図５に示すように、金属製本体１１において、凹形の嵌合部１３を形成する一方、これに対応する形状とした金属製部材１２を前記嵌合部１３内に嵌め入れて接合することもある。

（実施形態２）

図６に示すように、本実施形態は、チタンまたはチタン合金、或いは炭素工具鋼または合金工具鋼製の金属製本体２１に、アルミニウムまたはアルミニウム合金、或いは超硬合金、サーメットまたは高速度工具鋼で構成された金属製部材２２を接合する方法であって、金属製本体２１は、ベース部２１ａの外縁に所定間隔をあけて凸部２１ｂが複数設けられたものであり、各凸部２１ｂにはそれぞれ凹弧形状の嵌合部２３が形成されている。

金属製部材２２は、前記金属製本体２１の凸部２１ｂにおける嵌合部２３の凹弧形状に対応する凸弧面を有する扇形となされている。

本実施形態においても、前記実施形態１と同様、各金属製部材２２を焼結成形する第一工程（Ｓ３００１）と、焼結成形した各金属製部材２２を成形研磨する第二工程（Ｓ３００２）と、成形研磨した各金属製部材２２の表面に成膜コーティングを施す第三工程（Ｓ３００３）と、成膜コーティング後にそれぞれの金属製部材２２を、予め金属製本体２１の各凸部２１ｂに形成された嵌合部２３に嵌める第四工程（Ｓ３００４）と、嵌め入れた各金属製部材２２を金属製本体２１の凸部２１ｂにロウ付けする第五工程（Ｓ３００５）によって、金属製本体２１のベース部２１ｂにおける各凸部２１ｂにそれぞれ金属製部材２２を一体に接合する。

図７および図８に示すように、前記実施形態１および実施形態２において、第五工程で金属製本体１・２１に金属製部材２・２２をロウ付けする際に、
図７の通り、ロウ付け用熱源コイルＨの先端側を略楕円形リング状として、金属製本体１・２１側については金属製本体１・２１と前記ロウ付け用熱源コイルＨを直接的に隣接させる一方、前記金属製部材２・２２側については、金属製部材２・２２とロウ付け用熱源コイルＨ間に冷却媒体Ｃを介在させる。その結果、前記冷却媒体Ｃが介在された金属製部材２・２２側については温度上昇を抑制する。

本発明に係る金属の接合方法によれば、金属製本体に金属製部材を効率的且つ強固に接合することができ、また正確な接合が行えるため、金属同士の接合を行なう種々の技術分野において幅広い利用が期待できる。

１・１１・２１金属製本体
２・１２・２２金属製部材
３・１３・２３嵌合部

Claims

金属製本体に金属製部材を接合する方法であって、金属製部材を焼結成形する第一工程と、焼結成形した金属製部材を成形研磨する第二工程と、成形研磨した金属製部材の表面に成膜コーティングを施す第三工程と、成膜コーティング後の金属製部材を、予め金属製本体に形成された嵌合部に嵌める第四工程と、前記嵌合部にロウ付け用熱源コイルを配して金属製部材を金属製本体にロウ付けする第五工程とからなり、該第五工程でロウ付けを行なう際に、前記金属製本体側については金属製本体と前記ロウ付け用熱源コイルを直接的に隣接させる一方、前記金属製部材側については、金属製部材と前記ロウ付け用熱源コイル間に冷却媒体を介在させることを特徴とする、金属の接合方法。
成膜コーティングが物理的蒸着または化学的蒸着によって行われる、請求項１記載の金属の接合方法。