JPH0220659A

JPH0220659A - 高温接合用装置

Info

Publication number: JPH0220659A
Application number: JP16761388A
Authority: JP
Inventors: Ryusuke Adachi; 隆介安達; Takashi Kayamoto; 隆司茅本; Shigemi Sato; 繁美佐藤; Toyoyuki Tono; 東野　豊之; Yuichi Nagase; 長瀬　悠一
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1990-01-24
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2589776B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、異種材料間での拡散接合やろう付は等を行な
う際に使用される高温接合用装置に関する。

［従来の技術］拡散接合、ろう付は等において、接合強度の向上および
接合面の均質化を図るには、接合面に均一な面圧を負荷
することが肝要である。荷重を負荷する手段としては、
第２３図および第２４図に示されるような高温接合用装
置が提案されている。

この従来装置は、ホルダ１と、耐熱金属製の板ばね２と
、ばね受は部材３と、ボルト４等を備えて構成され、ボ
ルト４のねじ込み量に応じて板ばね２を撓ませ、ばね受
は部材３を介して被接合材Ａの接合面に所望の荷重を負
荷するようになっている。この場合、ボルト４をねじ込
む際の締付はトルクを測定することによって、板ばね２
の反力すなわち被接合材Ａに加わる荷重の大きさを間接
的に知ることができる。上記ホルダ１とばね受は部材３
．ボルト４等にもセラミックスが使われる。

［発明が解決しようとする課題］上記従来装置のように、ボルト４の締付はトルクに基づ
いて荷重を予測する場合、ボルト４と雌ねじ山５との間
の摩擦力の大小によって荷重がばらつきやすい。しかも
セラミックス製のボルト４はねじ山の加工が難しく、し
かも強度面での信頼性に問題がある。

また、ばね受は部材３の被接合材支持面６と、ばね受は
部分７．７との平行度が正確に規制されていないと、設
計通りの面圧を負荷できないとともに、面圧が偏って負
荷されるおそれがある。

従って本発明の目的は、ボルトを用いることなく所望の
面圧を被接合材に均等に負荷できるような高温接合用装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を果たすために本発明の高温接合用装置は、被
接合材の一面側を支える第１支持部およびこの支持部と
対をなす第２支持部をもつホルダと、このホルダの第１
支持部と第２支持部との間に移動可能に配置されていて
第１支持部との間で上記被接合材を挟み込む荷重伝達ブ
ロックと、この荷重伝達ブロックと上記第２支持部との
間に配置されかつ両端部が第２支持部または荷重伝達ブ
ロックのいずれか一方に支持されるセラミックス製の板
ばねと、このセラミックス板ばねの中央部にこの板ばね
を撓ませた状態で挿入されていて板ばねの弾力を荷重伝
達ブロックに負荷する押圧子とを具備している。

上記ホルダと荷重伝達ブロックは、被接合材を接合する
際の高温に耐える材料として、例えばセラミックス（カ
ーボンも含む）によって作られる。

押圧子の形状は、少なくとも上記板ばねと接する側が、
例えば球形や円柱状などのように板ばねと実質的に点接
触ないし線接触できるような形状のものが望ましい。押
圧子の材質としては、接合温度が比較的低い場合には例
えばステンレス、インコネル、超硬合金、モリブデンや
タングステン等のような耐熱金属が適し、接合温度が高
い場合にはセラミックスが望ましい。

［作用］上記構成の本発明装置は、押圧子の寸法に応じてセラミ
ックス板ばねが規定量だけ撓み、この板ばねの弾力が荷
重伝達ブロックを介して被接合材の接合面に負荷される
。そしてこの装置は被接合材と共に接合温度まで加熱さ
れる。セラミックス製の板ばねは、高温に熱せられても
へたることなく所定の荷重を接合面に負荷し続ける。

［実施例］以下に本発明の第１実施例につき、第１図ないし第３図
を参照して説明する。

本実施例の高温接合用装置１０は、互いに重合された複
数項の被接合材Ａを接合させる際に被接合材Ａをクラン
プするために使われる。、この装置１０の基体としての
ホルダ１１は、側面視において略コ字状をなしている。

すなわちこのホルダ１１は、被接合材Ａの一面側を支え
る第１支持部１２と、この支持部１２に離間対向する第
２支持部１３．１４とを一体に備え、第１支持部１２と
第２支持部１３．１４との間にブロック収容凹部１５が
設けられている。また、第１支持部１２と第２支持部１
３．１４間に互いに平行な一対のガイドピン１６．１７
がかけ渡されている。

そして第１支持部１２と第２支持部１３．１４との間に
荷重伝達ブロック２０が設けられている。

このブロック２０は、ガイドビン１６．１７が挿通する
貫通孔２１．２２を有している。なお、貫通孔２１．２
２の代りにホルダ１１または荷重伝違ブロック２０の側
面に開口する溝であってもよい。ブロック２０はガイド
ピン１６．１７に沿って摺動目在である。すなわちホル
ダ１１とブロック２０がばらばらにならなければどのよ
うな構造であってもよい。ブロック２０と第１支持部１
２との対向面間に被接合材Ａが挟み付けられるようにな
っている。ブロック２０とホルダ１１は、いずれもＡｌ
２Ｏ３等のセラミックスからなる。

荷重伝達ブロック２０と第２支持部１３．１４との間に
セラミックス板ばね２５が配置されている。この板ばね
２５は自由状態でストレートな形状となるように成形さ
れている。板ばね２５の両端部２６．２７は第２支持部
１３．１４のばね受は部分２８．２９によって支持され
る。

そして板ばね２５と荷重伝達ブロック２０との間に押圧
子３０が設けられている。本実施例の押圧子３０は球形
である。この押圧子３０は、ブロック２０の中央部に設
けられた半球凹状の保持部３１に嵌合保持させられてい
て、板ばね２５の長さ方向中央および板幅方向中央に当
接するようになっている。

次に、上記装置１０を用いて被接合材ＡとしてのＡ１□
０．とＰ　ｅ　−Ｎ、　ｉ合金のろう付けを行なう場合
について述べる。ろう材は安価に入手可能な純アルミニ
ウム箔を使用する。板ばね２５はＳｉ３Ｎ４製であり、
長さＬ＝４０ｕ。

板幅Ｂ−６Ｗｍ＋板厚ｔ＝１．０８ｕ、縦弾性係数−２
８，０００Ｋｇｆ　／　ｍ２．支持点間距離５−３０ｍ
とした。被接合材Ａの寸法は８．０ｍ　Ｘ　８．Ｏｍで
ある。

板ばね２５と押圧子３０をブロック２０と第２支持部１
３．１４との間にセットしたのち、図示しないシリンダ
装置等を用いてブロック２０を板ばね２５側に相対移動
させる。ブロック２０が移動すると押圧子３０も同じ方
向に移動するため、板ばね２５が撓む。こうして、第１
支持部１２とブロック２０との対向面間に被接合材Ａを
挿入できる広さの隙間が確保されるから、この隙間の所
定位置に被接合材Ａを挿入する。この時、被接合材Ａが
ブロック２０の幅方向と長手方向中央、すなわち荷重負
荷の中心に位置するように注意する。

上記のようにして被接合材Ａをセットしたのち、上記シ
リンダ装置等によるブロック２０の拘束を解除すると、
板ばね２５の弾性復元力によって押圧子３０を介して荷
重伝達ブロック２０が被接合材Ａ側に押圧され、板ばね
２５の撓みに応じた面圧が被接合材Ａに負荷される。本
実施例の場合、板ばね２５に与える撓みが０．２０ｉｕ
＋荷重がＱ／７ｆとなるように、高温での各部材の熱膨
張を考慮して押圧子３０の寸法を定めた。

上記条件で、真空中で７００℃ないし９００℃。

２時間のろう付けを行なったところ、均質で強度の高い
接合部をもつ複合材が得られた。

この第１実施例によれば、板ばね２５と押圧子３０が実
質的に点接触となり、この接触箇所を中心にブロック２
０を押すようになるから、ブロック２０の一面側２０ａ
と他面側２０ｂの平行度が悪くても板ばね２５の弾力を
被接合材Ａの接合面に均等に作用させることができる。

そして、板ばね２５が理想に近い３点接触で支持される
から、設計が容易でありかつ設計通りの荷重を被接合材
Ａに与えることができる。

本実施例で使用される純アルミニウム箔製のろう材は、
Ｆｅ−ＮＬとの間で脆い金属間化合物層を生成するため
極力薄（する必要があり、しかもＡｌ２Ｏ３とのぬれ性
が悪いため均一な荷重を負荷した状態で接合を行なう必
要がある。従って本実施例の装置１０のように高温度下
においても一定の面圧を均等に負荷できるものは、良質
な接合を行なわせる上できわめて有効である。

なお、第４図および第５図に示された第２実施例のよう
に、円柱状の押圧子３０を採用してもよい。本実施例の
円柱状押圧子３０は、その軸線が板ばね２５の長手方向
と直交する方向に向くように配置され、かつブロック２
０に設けられた溝状の保持部３１によって動き止めがな
されている。

この円柱状押圧子３０は板ばね２５に対して実質的に線
接触するため、被接合材Ａの接合面に所定の荷重を均等
に負荷する上で都合がよい。

この第２実施例装置１０を用いて、被接合材Ａとしての
ＣｕとＳ　Ｕ　Ｓ　３０４の固相拡散接合を行なう場合
について述べる。板ばね２５の材質と寸法は前述した第
１実施例と同様であるが、被接合材Ａの寸法はｌｏｗＩ
Ｘ　２．５　ｙａｒｎ、板ばね２５に与える撓みは０．
１７ｍ、荷重は５　Ｋ９　ｆである。板ばね２５の撓み
の与え方は第１実施例と同様である。これらの条件で、
真空中で９５０℃、２時間の固相拡散接合を行なったと
ころ、良好な接合面と優れた接合強度が得られた。

第６図および第７図に示された本発明の第３実施例にお
ける押圧子３０は、板ばね２５と接する側に尖った稜線
部３３をもつ多角柱状をなし、この稜線部３３が板ばね
２５と線接触するようになっている。

この第３実施例の装置１０を用いて、超硬合金とＳ　Ｕ
　Ｓ　３０４のＮｉろう付けを行なう場合について述べ
る。ろう材はＢＮｉ２を使用する。このろ＼う材を使用した場合、荷重を負荷しない状態ではろう材
の液相線を越える温度、すなわち約１０５０℃でろう付
けが行なわれる。しかし、ろう材層を薄く均一に接合し
、しかも接合強度と接合面の信頼性を向上させるために
は、本装置１０を用いることによって接合面に荷重を均
等に負荷し、液相線と固相線との間、すなわち９７０　
’Ｃ〜１０００℃で接合を行なうと好結果が得られる。

板ばね２５やホルダ１１．ブロック２０等の材質は前述
した第１および第２実施例と同様である。板ばね２５は
Ｓｉ３Ｎ４製であって、長さＬ−４０ｍ。

板幅Ｂ＝５ＩＩｊＩ、板厚ｔ−０，８２Ｍ１１．縦弾性
係数−２８，０００ＫｓＩｆ　／ｘｒｘ２．支持点間距
離５−３０Ｍとした。被接合材Ａの寸法は２０２１１　
Ｘ　５．Ｏｒｕ、板ばね２５に与える撓みはＯ，１８ｍ
ｍ、荷重が２　Ｋ９　ｆである。

これらの条件で、真空中で９９０℃、２時間のろう付け
を行なったのちに１℃／１ｎの冷却速度で冷却したとこ
ろ、均質で接合強度の高い接合部をもつ複合材が得られ
た。

第８図および第９図に示された第４実施例は、押圧子３
０が荷重伝達ブロック２０と一体に成形されている。こ
の押圧子３０の先端すなわち板ばね２５と接する側は、
半円凸状あるいは半楕円形等に成形され、その先端稜線
部が板ばね２５にほぼ線接触できるようになっている。

次に、本発明の第５実施例につき第１０図ないし第１２
図を参照して説明する。

この装置１０のホルダ１１も第１支持部１２と第２支持
部１３とを一体に備え、第１支持部１２と第２支持部１
３との間にブロック収容四部１５が設けられている。ま
た、第１支持部１２と第２支持部１３間に一対のガイド
ピン１６．１７がかけ渡されている。そして第１支持部
１２と第２支持部１３との間に荷重伝達ブロック２０が
設けられている。このブロック２０は、ガイドピン１６
゜１７が通る貫通孔２１．２２を有している。なお、貫
通孔２１．２２の代りにホルダ１１または荷重伝達ブロ
ック２０の側面に開口する溝であってもよい。ブロック
２０はガイドピン１６．１７に沿って摺動自在である。

すなわちホルダ１１とブロック２０と受は部材３５とが
ばらばらにならなければどのような構造であってもよい
。ブロック２０と受は部材３５との間で被接合材Ａを挟
み付けるようになっている。ホルダ１１とブロック２０
および受は部材３５は、いずれもＡｌ２Ｏ３等のセラミ
ックス製である。

荷重伝達ブロック２０と第２支持部１３との間にセラミ
ックス板ばね２５が配置されている。この板ばね２５は
自由状態（無荷重時）にストレトな形状となるように成
形されている。板ばね２５の両端部２６．２７はブロッ
ク２０のばね受は部分３６．３７によって支持される。

セラミックス板ばね２５と第２支持部１３との間に、ピ
ン状の押圧子３０が挿入されるようになっている。本実
施例の押圧子３０は円柱状である。

この押圧子３０は、ホルダ２０の底壁部３８に設けられ
た孔４０に嵌合保持される。この孔４０は、押圧子３０
が板ばね２５の長さ方向中央に正しく配置されるように
押圧子３０の位置を規制する機能と、押圧子３０が斜め
に差込まれることを防止する機能を有しているが、押圧
子３０が所定の位置に正確に挿入できるようであればこ
の孔４０は必ずしも必要としない。押圧子３０の先端部
には、板ばね２５と第２支持部１３との間に挿入しやす
くするために、テーパ状ガイド部４１が設けられている
。

次に、上記第５実施例装置１０を用いて被接合材Ａとし
てのＡｌ２Ｏ３とＦｅ−Ｎｉ合金のろう付けを行なう場
合について述べる。ろう材は純アルミニウム箔である。

板ばね２５はＳｉ３Ｎ４製であって、長さＬ−３５ｊｌ
ＪＩｌｔ板幅Ｂ−６ｉｕ＋板厚ｔ＝１．０６Ｊｌ１１．
縦弾性係数−２８，０００〜ｆ／ａｗ２．支持点間距＠
ｓ−５−３Ｏとした。第２支持部１３とばね受は部分３
６．３７との間の距離ａ（第１１図参照）は５ｍ、押圧
子３０の外径寸法ｈｓｍ５．２ｍ。

被接合材Ａの寸法は８．０ｗＩＸ　３．Ｏｍである。な
お、図面上では板ばね２５の撓みを誇張して描いである
。

上記板ばね２５をブロック２０のばね受は部分３６．３
７にセットしかつ被接合材Ａを受は部材３５とブロック
２０との間にセットしたのち、押圧子３０を板ばね２５
と第２支持部１３との間に挿入する。

あるいは、被接合材Ａをセットする前に、板ばね２５と
押圧子３０を前述した所定の位置にセットし、図示しな
いシリンダ装置等を用いてブロック２０を第２支持部１
３側に移動させる。こうして受は部材３５とブロック２
０との対向面間に被接合材Ａを挿入できる広さの隙間が
確保されるから、この隙間に被接合材Ａを挿入する。そ
ののち、上記シリンダ装置等によるブロック２０の拘束
を解除する。

以上の工程によって板ばね２５が所定量だけ撓み、板ば
ね２５の撓み量に応じた面圧が荷重伝達ブロック２０を
介して被接合材Ａに負荷される。

本実施例の場合、板ばね２５に与える撓みが０．２０Ｂ
、荷重がＢＱｆとなるように、押圧子３０の寸法りを定
めた。そして真空中で７００℃ないし９００℃、２時間
のろう付けを行なったところ、均質で接合強度の高い接
合部をもつ複合材を得ることができた。

この第５実施例の装置１０を用いてＣｕとＳ　Ｕ　Ｓ　
３０４の固相拡散接合を行なう場合について述べる。被
接合材への寸法は１０ｍ　Ｘ　２．５　ｙ、押圧子３０
の外径りは５．１７１１１．板ばね２５に与える撓みは
０．１７ａ、荷重は５υｆである。この条件下において
、真空中で９５０℃、２時間の固相拡散接合を行なった
ところ、良好な接合面と優れた接合強度が得られた。な
お、第１３図に示された押圧子３０のように、挿入を案
内するためのテーパ状ガイド部４１が設けられている側
に平坦に面取りされた部分４２を設け、この平坦部分４
２を第２支持部１３側に向けるようにしてもよい。この
場合も、押圧子３０の寸法りの大きさに応じて板ばね２
５の撓み量、すなわち被接合材Ａに負荷する荷重を調整
することができる。

また、第１４図ないし第１６図に示された第６実施例の
ように、ホルダ１１の底壁部３８に、−部が半円形ある
いは半楕円形をなす異形孔４０を設け、この孔４０に対
応した断面形状の押圧子３０（第１６図）を挿入するよ
うにしてもよい。

この押圧子３０の場合も、寸法りの大きさに応じて接合
面に負荷する荷重を調整することができる。

更には第１７図に示された第７実施例のような多角形の
孔４０を設け、この孔４０に対応した多角柱状の押圧子
３０（第１８図）を挿入するようにしてもよい。この押
圧子３０も、先が尖った稜線部３３をもっており、寸法
りの大きさに応じて接合面に負荷する荷重を調整するこ
とができる。

第１９図ないし第２２図に示された本発明の第８実施例
の装置１０は、第２支持部１３に押圧子３０を挿入する
ための孔４０をあけるとともに、この孔４０と直交する
方向にビン挿入孔４５を設け、この孔４５に挿入された
ロックビン４６によって押圧子３０を所定の位置に固定
するようにしている。押圧子３０の側面部には、ロック
ビン４６が嵌合するキー溝４７が設けられている。押圧
子３０の先端すなわち板ばね２５と接する箇所には尖っ
た形状の稜線部３３が設けられていて、この稜線部３３
において板ばね２５と線接触するようになっている。

この実施例装置１０を用いて、超硬合金とＳ　Ｕ　Ｓ　
３０４のＮｉろう付けを行なう場合について述べる。ろ
う材はＢＮｉ２である。板ばね２５やホルダ１１．ブロ
ック２０等の材質は前述した各実施例と同様である。板
ばね２５は、長さし＝３５１１！Ｊ、板幅Ｂ−５ｍ、板
厚ｔ−０，８２ｍ、縦弾性係数−２８，０００Ｋｇｆ　
／ｒｕ２．支持点間距離ｓ５−３０ｒとした。被接合材
Ａの寸法は２０ｍ　Ｘ　５．Ｏｍｌ、押圧子３０のｈ寸
法は１０．１８１１１．　　ピン挿入孔４６の中心から
ばね受は部分３６．３７までの距離（ａ＋ｂ）は１０１
ｍであり、板ばね２５に与える撓みは０．１８Ｂ＋荷重
を２紹ｆとした。

上記条件で、真空中で９９０℃すなわちＢＮｉ２ろう材
の液相線と固相線間の温度で２時間のろう付けを行なっ
たのち、１℃／ｗｉｎの冷却速度で冷却したところ、き
わめて良質の接合部をもつ複合材が得られた。

［発明の効果］本発明によれば、ボルトを用いて板ばねを撓ませるよう
にした従来装置に比較して簡易な押圧子を使用するため
低コスト化が図れ、しかも破損しにくく小形であり、高
温の接合温度まで加熱されても一定でかつ均一の面圧を
接合部に負荷することができる。このため、高温ろう付
けや拡散接合等による良質な接合部をもつ複合材が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す接合用装置の斜視図
、第２図は第１図に示された装置の平面図、第３図は第
２図中の■−■線に沿う断面図、第４図は本発明の第２
実施例を示す装置の平面図、第５図は第４図に示された
装置の断面図、第６図は本発明の第３実施例を示す平面
図、第７図は第６図に示された装置の断面図、第８図は
本発明の第４実施例を示す平面図、第９図は第８図に示
された装置の断面図、第１０図は本発明の第５実施例を
示す接合用装置の斜視図、第１１図は第１０図に示され
た装置の平面図、第１２図は第１０図に示された装置の
断面図、第１３図は押圧子の変形例を示す平面図、第１
４図は本発明の第６実施例を示す装置のホルダの平面図
、第１５図は第１４図に示されたホルダの断面図、第１
６図は第６実施例の押圧子の斜視図、第１７図は本発明
の第７実施例を示す装置のホルダの平面図、第１８図は
押圧子の斜視図、第１９図は本発明の第８実施例を示す
平面図、第２０図は第１９図に示された装置の断面図、
第２１図は押圧子の平面図、第２２図は第２１図に示さ
れた押圧子の断面図、第２３図は従来の接合用装置の平
面図、第２４図は従来の接合用装置の断面図である。Ａ・・・被接合材、１０・・・高温接合用装置、１１・
・・ホルダ、１２・・・第１支持部、１３．１４・・・
第２支持部、２０・・・荷重伝達ブロック、２５・・・
セラミックス板ばね、２８．２９・・・ばね受は部分、
３０・・・押圧子、３６．３７・・・ばね受は部分、４
０・・・孔、４１・・・テーバ状ガイド部、４６・・・
ロックピン。第１２出願人代理人　弁理士　鈴江武彦ｖＥ２′Ｘ！１Ｆ、３　　図第１４図落１５図謬ｇ　１６図お第１７図第２０図茎１８図＄２２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに重合された複数層の被接合材をクランプす
るための高温接合用装置であって、上記被接合材の一面
側を支える第１支持部およびこの支持部と対をなす第２
支持部をもつホルダと、このホルダの第１支持部と第２
支持部との間に移動可能に配置されていて第１支持部と
の間で上記被接合材を挟み込む荷重伝達ブロックと、こ
の荷重伝達ブロックと上記第２支持部との間に配置され
かつ両端部が第２支持部または荷重伝達ブロックのいず
れか一方に支持されるセラミックス製の板ばねと、この
セラミックス板ばねの中央部にこの板ばねを撓ませた状
態で挿入されていて板ばねの弾力を荷重伝達ブロックに
負荷する押圧子と、を具備したことを特徴とする高温接
合用装置。
（２）上記セラミックス板ばねの両端部が上記ホルダの
第２支持部によって支持され、かつセラミックス板ばね
の中央部と荷重伝達ブロックとの間に上記押圧子が設け
られている請求項１記載の高温接合用装置。
（３）上記セラミックス板ばねの両端部が上記荷重伝達
ブロックによって支持され、かつセラミックス板ばねの
中央部と上記ホルダの第２支持部との間に上記押圧子が
挿入されている請求項１記載の高温接合用装置。
（４）上記ホルダと荷重伝達ブロックがセラミックス製
である請求項１、２または３項記載の高温接合用装置。