JPH04198069A - セラミックス・金属結合体の結合方法 - Google Patents

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、金属製部材の凹部にセラミック製部材の凸部
をロウ材を介して結合するセラミックス・金属結合体の
結合方法に関するものである。

（従来の技術） 従来から、金属製部材の凹部にセラミック製部材の凸部
をロウ材を介して結合するがん台構造のセラミックス・
金属結合体は種々のものが知られており、その−例とし
て特開昭５９−７８９８２号公報および特開昭５９−７
８９８３号公報に結合体が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したロウ材を介して結合するセラミックス・金属結
合体では、結合に当たって、多くの場合、金属軸凹部の
底面にロウ材を置くとともにセラミックス体の軸部を挿
入して位置決め用の治具に配置し、その後加熱溶融する
か又は、凹部の底面にロウ材を置いた金属軸を加熱炉に
置きロウ材を加熱溶融した後、セラミック体を挿入する
ことによりロウ材による結合体を作製していたが、量産
時には、大型の加熱炉を必要とするので設備費が高くか
つ広い設置場所を必要とし製造コストを上げる原因とな
っていた。

特にロウ材が銀ロウの場合、溶融温度が６００°Ｃ以上
と高いため所定温度に昇温させるのに時間がかかり金属
軸の表面に酸化膜を形成するので加熱炉の雰囲気を不活
性ガス雰囲気にする必要があること及び金属軸に焼が入
り特性が変化するので結合の後再加熱する必要がある等
の不具合があった。

本発明の目的は上述した課題を解消して、従来の結合体
を不活性ガス雰囲気中で加熱することなく、簡単な設備
で、短時間のうちに接合でき、金属軸の再加熱をする必
要のないセラミックス・金属結合体の結合方法を提供し
ようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のセラミックス・金属結合体の結合方法は、セラ
ミック製部材の凸部を金属製部材の凹部にロウ材を介し
て結合するセラミックス・金属結合体の結合方法におい
て、金属製部材の凹部底面にロウ材を配した後、セラミ
ック製部材を回転させながらセラミック製部材の凸部を
ロウ材に押し付けてロウ材を溶融させることにより、セ
ラミック製部材の凸部を金属製部材の凹部にロウ材を介
して結合したことを特徴とするものである。

（作　用） 上述した構成において、ロウ材を金属製部材の凹部底面
に配し、このロウ材にセラミ・ンク製部材の凸部を回転
しながら押し付けて、摩擦熱を利用してロウ材を溶融し
て接合しているため、結合体全体を加熱炉等の中で加熱
してロウ材を溶融する必要がない。

そのため、セラミックス・金属結合体の製造にあたって
の工程数を減らして生産性を向上することができるとと
もに、金属製部材の特性改善のための再加熱処理を実施
する必要がない。

本発明で用いるロウ材の材質としては、従来から公知の
いずれのものでも使用することができるが、その中でも
Ａｇロウ、Ａｕロウ、Ｃｕロウ、Ａｌロウの使用が好ま
しい。

また、Ｔｉ、　Ｎｉ、　Ｂａ、　Ｎｂ、　Ｌａ等の上記
ロウ材と反応して接合界面金属の融点を向上して接合部
の高温特性の改善が可能な物質を接合に先立って、上記
ロウ材にメツキ、蒸着により設けるか薄膜として配置す
るか、金属製部材の凹部内周面にメツキ、蒸着により設
けるか、セラミック製部材の凸部外周面に蒸着により設
けると好ましい。

さらに、本発明の結合方法においては、セラミック製部
材の凸部を金属部材の凹部内で回転させる必要があるた
め、凹部内径を凸部外径と比較して若干大きく設計する
と好ましい。

なお、本発明の結合方法では、セラミック製部材の凸部
外周面と、金属製部材の凹部内周面と、その間のロウ材
との三者間の焼ばめ構造によって接合力が生じている。

すなわち、ロウ材が溶融したとき金属製部材の凹部内径
はセラミック製部材の凸部外径よりも膨張が大きく、室
温時のクリアランスよりかなり大きくなり、この空間に
溶けたロウ材が浸透圧により充填され、冷却時にロウ材
が固体化し、増加したクリアランスのまま収縮冷却する
。このとき、セラミック製部材を保持する面圧が発生す
る。高温時の保持力は、ロウ材の軟化、焼ばめ代の変化
に依存する。従って、保持力の改善には、ロウ材の高融
点化および低熱膨張金属の採用が有効である。

（実施例） 第１図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ本発明のセラミ・
ノクス・金属結合体の結合方法の一例の工程を示す部分
断面図である。まず、第１図（ａ）に示すように、金属
製部材ｌの凹部２内に所定のロウ材３を配置し、セラミ
ック製部材４の凸部５を凹部２内のロウ材３に向かって
回転しながら押し付けて結合する。すなわち、ロウ材３
とセラミック製部材４の凸部５先端との間の摩擦により
、ロウ材３が溶融する。溶融したロウ材３は、通常のロ
ウ材による接合と同様金属製部材１の凹部２とセラミッ
ク製部材４の凸部５との間隙を浸透圧により上昇して、
その後冷却することにより、第１図（ｂ）に示すような
状態で結合が完了する。このとき、凹部２の内径を凸部
５の外径より若干大きく設計するとともに、上記作用の
項に記載したロウ材およびＴｉ等の金属等を併用すると
、接合部の高温特性を改善できるため好ましい。

第２図は本発明の結合方法により結合した結合体の他の
例を示す断面図である。第２図において、第１図（ａ）
　、　（ｂ）に示す部材と同一の部材には同一の符号を
付し、その説明を省略する。本実施例で第１図（ａ）　
、　（ｂ）に示す例と異なる点は、金属製部材１の凹部
２の底部に突起部６を設けている点である。この底部に
設けた突起部６は、摩擦圧接時の温度を急速に上昇させ
るのに役立っている。すなわち、摩擦圧接時の所定面圧
は、セラミック製部材４の凸部５の先端の面積から換算
している。

従って、本実施例における圧接開始時には、セラミック
製部材４の凸部５先端の突起部６に対応する部分にのみ
力が加わることになるため、その際の面圧は設定面圧の
数倍にも達し、ロウ材３の溶融を急速にすることができ
る。

以下、実際の例について説明する。

実施■ 金属製部材の凹部内に、円板状のロウ材を挿入し、さら
にセラミック製部材の凸部も挿入して回転しながら押し
付ける結合を実施した。

結合時の条件は、加圧５　Ｋｇｆｌｏｈｍ”　　（ロウ
材：銀ロウ系）、回転数２００Ｏｒｐｍで行った。

本実験では、クリアランスが小さい場合金属製部材とセ
ラミック製部材との軸合せがかなり困難であったが、セ
ラミック製部材の凸部が金属製部材の凹部中に挿入さえ
できれば、予じめ接合時の回転数より低い回転を接合開
始時点前に加え、セラミック製部材の凸部先端とロウ材
との間の摩擦による発熱により、金属製部材の凸部とセ
ラミック製部材の凸部との間のクリアランスが増加し、
結合をスムーズに実施することができた。

本発明の結合方法の有効性を確認するため、凸部外径９
．８ｍｍのＳｉＪ、製のセラミック製部材と、凸部内径
１０．Ｏｍｍ　ｌＮＣ０ＬＬＯＹ　９０３製の金属製部
材とを準備し、ロウ材としてＢＡｇ−８を用いて、加熱
炉によりロウ付けを実施した従来例と、本発明例とにつ
いて、５００°Ｃにおけるねじりトルクを測定した。結
果を第１表に示す。

】−」ニー表 第１表の結果から、工程の簡単な本発明法は、従来法と
同等のねじりトルクを有することができ、充分に実用に
供することができることがわかった。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明のセラミックス
・金属結合体の結合方法によれば、ロウ材にセラミック
製部材の凸部を回転しながら押し付けることによる摩擦
熱によりロウ材を溶融しているため、結合体全体を加熱
炉中で加熱する必要がなく、生産性を向上することが可
能であるとともに、金属製部材の再加熱処理を不用にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ本発明のセラミッ
クス・金属結合体の結合方法の一例の工程を示す部分断
面図、 第２図は本発明の結合方法により結合した結合体の他の
例を示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミック製部材の凸部を金属製部材の凹部にロウ
   材を介して結合するセラミックス・金属結合体の結合方
   法において、金属製部材の凹部底面にロウ材を配した後
   、セラミック製部材を回転させながらセラミック製部材
   の凸部をロウ材に押し付けてロウ材を溶融させることに
   より、セラミック製部材の凸部を金属製部材の凹部にロ
   ウ材を介して結合したことを特徴とするセラミックス・
   金属結合体の結合方法。