JPH0761868A - 接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えばセラミックスと金属との接合体等、平
面同士で接合した接合体に関し、特定の方向から剪断応
力が作用する状態で使用されるものにおいて、その使用
状態における接合強度を高く維持しつつ、個々の強度の
ばらつきを少なくして、接合強度の均一化を図る。 【構成】 セラミックスと金属との接合体として、ロッ
カアーム１０を取り上げれば、金属製アーム本体１１
に、セラミックス摺動部品１２が平面同士でロー付によ
り接合されている。セラミックス摺動部品１２の接合面
１２ａは、バルブ駆動カム１３との摺動に基づき生じる
剪断応力方向に対し直角方向または直角に対し±３０°
以内の角度方向に、かつ、表面粗さがＲａ＝０．０５〜
０．１μｍの範囲内で平面研削されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、平面同士で接合され
た接合体に関し、特に接合されるものの少なくとも一方
がセラミックス部材であるセラミックス接合体に好適な
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックス部材が接合対象部材
と接合される際、そのセラミックス部材の平面状の接合
面を研削砥石等で一定の方向に沿って研磨仕上げする場
合がある。そして、接合対象部材と接合されてセラミッ
クス接合体とされた後、その用途においてセラミックス
接合体の接合面に特定の方向から剪断応力が作用する状
態で使用に供される場合がある。

【０００３】例えば、セラミックスと金属の接合体を用
いる構造用部品として、図１０に示すようなロッカアー
ム１０を例にとれば、金属製のアーム本体１１にセラミ
ックス摺動部品１２がロー付により接合され、このセラ
ミックス摺動部品１２を介してロッカアーム１０がバル
ブ駆動カム１３と接触し、バルブ１４を駆動する。そし
て、セラミックス摺動部品１２の接合面１２ａには、カ
ム１３との摺動により矢印方向の剪断応力を常時受ける
こととなるが、セラミックス接合面１２ａの研磨方向は
カム１３からの応力方向に対して製品ごとにバラバラで
ある。

【０００４】このように従来では、セラミックス部材の
接合面の研磨方向と、接合後のセラミックス接合体の接
合面に作用する剪断応力方向とは、全く無関係に接合さ
れて製品となる。したがって、製品としてのセラミック
ス接合体において、接合面の研摩方向（研磨傷）は、剪
断応力方向に対して個々に千差万別である。これに関し
本出願人は、研磨方向と剪断応力方向とが平行に近いほ
ど接合面の破壊強度が小さく、直角に近いほど接合面の
破壊強度が大きい傾向にあるとの知見を得た。このよう
な状況の下では、同様な条件で接合されたセラミックス
接合体であるにも拘らず、使用状態下において個々の製
品の接合強度にバラツキが生じることとなり、これは品
質管理、強度管理等において好ましいことはでない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、主に
セラミックス接合体等、平面同士で接合された接合体の
剪断応力に対する破壊強度をできるだけ均一にすること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、接合面の研磨
方向と、接合後においてその接合面に作用する剪断応力
方向とを、予め定められた角度関係に設定した接合体と
することにより、接合面の剪断応力に対する破壊強度を
高め、かつ、個々の接合体の破壊強度の均一化を図った
ものである。

【０００７】すなわち本発明は、セラミックス等をはじ
めとする被接合部材の平面状の接合面同士で接合された
接合体において、それら被接合部材の少なくとも一方の
接合面は、接合後においてその接合面に付加される主な
剪断応力方向と直角な方向を基準にして±３０°以内の
角度方向に沿って研磨されていることを特徴とする。ま
た、被接合部材の一方がセラミックス部材である場合、
その接合面の研磨方向を上述のように定めるとともに、
表面粗さがＲａ＝０．０５〜１μｍの範囲内で研磨加工
しておくことが望ましい。ここで、表面粗さ：Ｒａは、
ＪＩＳ Ｂ ０６０１で、微細な凹凸の振幅に対する中心
線平均粗さとして定義されているものである。

【０００８】また、本発明は、例えばセラミックスと金
属との直接接合、セラミックスと金属との緩衝板入りの
接合、セラミックス同士、セラミックスと樹脂の接合
等、各種のセラミックス接合体に好適に適用される。ま
た、そのセラミックスとしては、例えばＳｉ₃Ｎ₄，Ｓｉ
Ｃ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂、ＡｌＮ、ムライト等、様々な
セラミックスが含まれる。ただし、本発明は必ずしもセ
ラミックス部材を含む接合体に限られるものではなく、
例えば金属同士、金属と炭化物、金属と樹脂、樹脂同士
等の接合体にも適用し得る。

【０００９】さらに、接合方法については、ロー付、メ
タライズ、拡散接合、蒸着法等の各種の接合方法が含ま
れ、要するに接合面が平面状の接合であればよい。ま
た、セラミックス等の接合面の研磨方法については、ダ
イヤモンド砥石を用いた平面研削、両刃研削等、研磨傷
がほぼ同一方向になるような研磨方法が適用される。そ
れには直線研磨はもちろん、円弧に沿った一定方向の研
磨も含まれる。なお、本明細書にいう「研磨」とは、広
く研削や磨き加工の総称である。

【００１０】その研磨方向は、接合体において接合面に
作用する剪断応力方向に対し直角に近づけることが望ま
しく、かつ直角方向を基準にして±３０°以内の角度範
囲に設定する。±３０°の角度範囲を外れると、剪断応
力に対する接合強度が低下するとともに、個々の接合強
度を均一化する効果が得にくくなるからである。なかで
もこの角度範囲は±２０°以下、特に±１０°以下が最
適である。なお、接合面に作用する剪断応力方向が複数
ある場合には、そのうちの最大応力方向を基準とすれば
よい。

【００１１】ところで、セラミックスの接合面にほぼ同
一方向に研磨傷を付ける場合、表面粗さが細か過ぎる
と、研磨傷がほとんど無いのと同じこととなって、本発
明が予定する効果が得られにくく、他方、表面粗さが大
き過ぎると、言い換えれば研磨傷が深過ぎると、剪断応
力に対し脆さが生じ、かえって破壊強度を低下させるた
め、セラミックスの接合面に付けられる研磨傷は、表面
粗さがＲａ＝０．０５〜１μｍの範囲内に設定する。

【００１２】

【作用】本発明に従い、接合面の研磨方向を外部からの
剪断応力方向に対して一定の角度範囲、すなわちその応
力方向と直角方向を基準にして±３０°以内の角度方向
に設定することにより、接合部強度のばらつきが少なく
なり、全体として高強度で安定な品質が得られるように
なる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に示すように、ステンレス鋼金属軸１（直径
１０mm、長さ５０mm）と、Ｓｉ₃Ｎ₄製のセラミックス軸
２（直径１０mm、長さ２０mm）を、応力緩衝板３を介し
て、Ａｇ（銀）−Ｃｕ（銅）−Ｔｉ（チタン）系ロー材
７（図３）を用いてロー付することにより、テストピー
スを作製した。応力緩衝板３は、図２に示すようにセラ
ミックス軸２側からＮｉ：ニッケル（厚さ０．２５mm）
−Ｗ：タングステン（厚さ１．５mm）−Ｎｉ：ニッケル
（厚さ０．２５mm）の三層構造のものである。そこで、
セラミックス接合面４に対し、＃１７０ダイヤモンド砥
石を用いて一直線に沿った一定方向に、かつ表面粗さが
Ｒａ＝０．１３〜０．１８μｍ程度になるように平面研
削を行った。その平面研削方向はロー付するとわからな
くなるため、平面研削を行った後、接合面４とは反対側
のセラミックス軸２の端面５に表示した。

【００１４】そして、図３に示すように、上記ロー材
７、７による接合で得られたテストピース６を、セラミ
ックス軸２を除く部分においてチャック８でクランプ
し、その状態で、セラミックス軸２の接合面４の近傍に
その中心線と直角な方向から荷重を加え、その接合面４
に一定方向の剪断応力が生じるようにした。さらに、平
面研削（研磨）方向がこの剪断応力方向と平行な状態を
０°として、時計回りに１０°ごとに、その接合面４に
生じる応力方向を変えて破壊強度（破壊に至る荷重）を
測定し、その結果を図４に示した。なお、１８０°〜３
５０°については、０°〜１７０°と同様の応力方向と
なるため、測定は省略した。また、その破壊強度試験に
おいて、応力付加方向と研磨方向とが直角（９０°）の
場合の破壊面の写真を図８に、他方、それらが平行（０
°）の場合の破壊面の写真を図９に示した。

【００１５】図４から明らかなように、研磨方向に対す
る応力付加角度が９０°を中心として±３０°（６０°
〜１２０°）の範囲内では、破壊強度が高く維持される
が、この角度範囲から外れるほど、つまり接合面の研磨
方向と応力付加方向とが平行に近づくほど接合強度は低
下することがわかる。言い換えれば、図４の結果は、研
磨方向と応力付加方向とが直角を基準に±３０°の範囲
であれば、高い接合強度が得られるとともに、個々の接
合強度にばらつきの少ない、ほぼ均一な品質の接合体が
得られることを物語っている。

【００１６】このような構成を、例えば図１０に示した
ロッカアーム１０、すなわちセラミックス（１２）と金
属（１１）との接合体に適用すれば、図６に示すよう
に、セラミックス摺動部品１２の平面状接合面１２ａの
研磨方向を応力方向と直角に設定すること、あるいは図
５に示すように直角に対し±３０°以内の角度範囲に研
摩方向を設定することが有効となる。なお、セラミック
スを含む接合体としては、このようなロッカアームの他
に、例えば切削用バイトにおいて、セラミックスのチッ
プと金属製バイト本体との接合体についても同様に適用
できる。

【００１７】なお、以上の説明では、研磨方向がすべて
一直線に沿って設定されていたが、これを図７に示すよ
うに、Ｏを中心とする円弧に沿って一定方向に設定する
こともできる。また、突き合わされる接合面同士の一方
に限らず、双方に前述のように応力付加方向と直角また
は±３０°の範囲でそれぞれ研磨傷を付け、これらを接
合することも可能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックス等の接合
体の接合面に、主な剪断応力付加方向に対して直角、ま
たは直角から±３０°以内の角度方向に研磨加工を施す
ことにより、接合強度が高く、かつ個々にばらつきの少
ない安定した接合強度の接合体とすることができ、それ
により各種の接合体における品質管理等が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である接合体テストピースの
分解図。

【図２】その応力緩衝板の断面図。

【図３】上記テストピースの破壊試験の説明図。

【図４】その試験結果を示すグラフ。

【図５】応力付加方向に対する接合面研磨方向の範囲を
説明する図。

【図６】セラミックスと金属との接合体であるロッカア
ームに本発明を適用した一例を示す説明図。

【図７】一定方向の円弧に沿った接合面研磨の一例を示
す説明図。

【図８】接合面の研摩方向に対し直角方向から荷重を加
えて接合面を破壊した破壊面写真。

【図９】接合面の研摩方向に対し平行方向から荷重を加
えて接合面を破壊した破壊面写真。

【図１０】セラミックス接合体の一例であるロッカアー
ムの説明図。

【符号の説明】

１ ステンレス鋼金属軸 ２ セラミックス軸 ３ 応力緩衝板 ４ 接合面 １０ ロッカアーム １２ セラミックス摺動部品 １２ａ 接合面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被接合部材の平面状の接合面同士が接合
   されてなる接合体において、 それら被接合部材の少なくとも一方の接合面は、接合後
   においてその接合面に付加される主な剪断応力方向と直
   角な方向を基準として±３０°以内の角度方向に沿って
   研磨されていることを特徴とする接合体。
2. 【請求項２】 前記被接合部材の一方がセラミックス部
   材であり、その接合面は、前記剪断応力方向と直角な方
   向を基準として±３０°以内の角度方向に沿って、か
   つ、表面粗さがＲａ＝０．０５〜１μｍの範囲内で研磨
   されている請求項１に記載の接合体。