JPH08132281A

JPH08132281A - Ｔｉ基ろう及びＴｉ基ろうを用いたろう付け構造

Info

Publication number: JPH08132281A
Application number: JP29604194A
Authority: JP
Inventors: Kiyoko Saka; 清子坂; Hirohiko Omura; 博彦大村; Koji Kawajiri; 鉱二川▲尻▼; Toru Yoshida; 亨吉田
Original assignee: KASUPU DENTARU SUPPLY KK
Current assignee: KASUPU DENTARU SUPPLY KK
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-28
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JP3682885B2

Abstract

(57)【要約】【目的】接合強度が高くぬれ性の良いＴｉ基ろうを提供
し、また、歯科、外科等の生体用ろうとして好適なＴｉ
基ろうを提供する。【構成】Ｔｉ及びＰｄを主成分とし、Ｔｉに対するＰｄ
の重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4残部本質上Ｔｉからなる
Ｔｉ基ろう、又は、Ｔｉ、Ｐｄ、及びＣｕ、Ｃｏの一種
以上を主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ及びＣｏの１
種以上0.01〜30wt％であるＴｉ基ろうである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｔｉ、Ｔｉ合金、超硬
合金、ダイヤモンド、カーボンコンポジット、グラファ
イト及びセラミックス等の接合に用いられるＴｉ基ろう
及びそのＴｉ基ろうを用いたろう付け構造、並びにより
一般的にはろう付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｔｉ及びＴｉ合金は、鉄鋼、アルミニウ
ム、銅に次ぐ実用金属材料で、比強度と耐食性に優れた
材料として知られ、宇宙機器、航空機から化学、原子力
プラントに至る幅広い分野で使用されている。また、眼
鏡、自転車、スポーツ用具や装飾品など民生品等に用途
が広がり、さらに、最近では生体に対する適合性が良好
なことから歯科用、外科用等の生体用（医療用）インプ
ラント材としても注目を集めている。

【０００３】チタンは極めて活性な金属であり、多くの
元素と反応し、特に高温で酸素、窒素と反応して機械的
性質が劣化する。そのため、チタン及びチタン合金の接
合は、鉄鋼等のろう付けとは異なった配慮が必要であ
る。

【０００４】ろう付け法は、母材に熱影響等を与えにく
く、広い面積の接合や異種材料との接合が可能であり、
複雑かつ精密な構造の接合に適しており、チタンに関す
る接合方法として注目されている。

【０００５】また、チタン合金の他、超硬合金、ダイヤ
モンド、カーボンコンポジット、グラファイト、セラミ
ックス、セラミックス複合材料等を同種異種接合する適
当な接合材料が求められている。

【０００６】「溶接技術1992年7月号「チタン・チタン
合金のろう付け」渡部健彦」には、チタンろう付け用ろ
う材の種類として、Ａｇ基ろう、Ａｌ基ろう、及びＴｉ
基ろうが紹介されている。

【０００７】Ａｇ基ろうはろう材自体が延性に富み、Ａ
ｇ−Ｃｕ系、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系、Ａｇ−Ａｌ系が記載
されている。

【０００８】Ａｌ基ろうは安価で融点が低く、純Ａｌ、
Ａｌ−Ｍｎ系が記載されている。

【０００９】Ｔｉ基ろうは耐食性に優れており、Ｔｉ−
Ｎｉ−Ｃｕ系、これにＺｒを添加して融点を低下させた
Ｔｉ−Ｚｒ−Ｎｉ−Ｃｕ系が記載されている。Ｎｉは、
ぬれ性の向上及びチタン酸化物の形成阻止のために必須
の構成元素とされている。また、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系は
加工性が悪く積層ろうとして使用されており、これらの
系ではＣｕはＴｉと脆い金属間化合物を形成する性質が
強かった。

【００１０】また、恩沢らによって上記低融点Ｔｉ−Ｚ
ｒ−Ｃｕ−Ｎｉろう材が開発されており、この系のろう
材は、引張強度においては最高1000MPaに達するが、Ｔ
ｉ_39. ₈Ｚｒ_20.6Ｃｕ_19.7Ｎｉ_19.9（wt％）ろうで、Ｔｉ
母材（被ろう付け材）をろう付けしたＪＩＳ３号試験片
を用いたシャルピー衝撃試験によれば衝撃強さは0.75J/
cm²と低いものであった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ろう材には、以下のような問題点があった。

【００１２】即ち、いずれの系のろうにおいても、接合
強度が十分ではなく、特に実際の使用で問題となる衝撃
強度が低いという問題があり、各ろう付け温度によって
ぬれ性の良さと接合強度を両立させることが困難であっ
た。

【００１３】さらに、従来のＴｉ基ろうにおいては、ろ
うの融点を下げるためにＮｉを構成元素とするが、Ｎｉ
を含有するろう材を生体に用いる場合、Ｎｉの微量溶出
による金属アレルギが懸念される。

【００１４】また、上記Ｎｉ成分の代わりにＡｕ、Ａ
ｇ、Ｐｄ、及びＰｔ等の貴金属を含有する例えばＡｇ基
ろうは、生体に金属アレルギ等の悪影響を及ぼさない
が、高価であり、Ａｇ等は、それ自体強度があまり高く
ないという欠点を有しているので、Ａｇを主成分とする
ろうは接合強度面で特に不十分であった。

【００１５】また、Ａｌ基ろうは、Ａｌが被ろう付け材
と脆い金属間化合物を形成し易く、Ａｌの融点が660℃
と低いため、例えばろう付け後にセラミックスを焼結な
いし焼き付けする場合などには、セラミックスの焼結温
度（例えば歯冠用セラミックスの場合約850℃）よりろ
う材の融点が低く使用できないという重大な欠点を有し
ていた。

【００１６】ところで、被ろう付け材がＴｉの場合、Ｔ
ｉ自体の衝撃強度はＪＩＳ３号試験片によるＶノッチ衝
撃強度試験（シャルピー衝撃試験）によれば、室温で13
8.6(J/cm²)、アルゴン雰囲気中1100℃×４分の熱処理後
259.6(J/cm²)、アルゴン雰囲気中1160℃×４分の熱処理
後266.3(J/cm²)という高い強度を有しているが、従来の
ろう材では上記のようにろう材部の衝撃強度が低いため
に、ろう材部から破断し易くＴｉ自体の高強度を十分に
発揮させた複雑な形状を有する構造部品等を製作するこ
とが困難であった。

【００１７】そこで、本発明は前記問題点を解消し、接
合強度の高いＴｉ基ろうを提供することを目的とする。

【００１８】さらに、使用態様によって変わる各ろう付
け温度で、良好なぬれ性を有するＴｉ基ろうを提供する
ことを目的とする。

【００１９】また、歯科、外科等の医療用ろうとして好
適なＴｉ基ろうを提供することを目的とする。

【００２０】また、Ｔｉ、Ｔｉ合金の他、超硬合金、ダ
イヤモンド、カーボンコンポジット、グラファイト、セ
ラミックス、セラミックス複合材料等を同種異種接合す
るのに好適なＴｉ基ろうを提供することを目的とする。

【００２１】その上、本発明のＴｉ基ろうを用いてろう
付けした接合強度の高いろう付け構造を提供することを
目的とする。

【００２２】さらに、ろう付け後の均質化熱処理等のろ
う付け後工程を不要にすることを目的とする。

【００２３】なお、本発明は上記課題のうち少なくとも
１つを達成することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のＴｉ基ろうに係る手段は、第１の視点にお
いて、Ｔｉ及びＰｄを主成分とし、Ｔｉに対するＰｄの
重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4である。

【００２５】第２の視点において、Ｔｉ、Ｐｄ及びＣｕ
を主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ0.01〜30wt％、残
部本質上Ｔｉからなる。

【００２６】第３の視点において、Ｔｉ、Ｐｄ及びＣｏ
を主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｏ0.01〜30wt％、残
部本質上Ｔｉからなる。

【００２７】第４の視点において、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、
Ｃｏを主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ及びＣｏの２
種以上0.01〜30wt％、残部本質上Ｔｉからなる。

【００２８】また、本発明のＴｉ基ろうを用いたろう付
け構造に係る手段は、第１〜４の視点におけるＴｉ基ろ
うを用いて、被ろう付け材同士のろう付け間隔が150μ
ｍ以下である。

【００２９】

【好適な手段】また、第１の視点において好ましくは、
Ｔｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.66〜1.5であ
る。

【００３０】第２の視点において好ましくは、Ｃｕ２〜
10wt％である。

【００３１】第３の視点において好ましくは、Ｃｏ２〜
10wt％である。

【００３２】第４の視点において好ましくは、Ｃｕ及び
Ｃｏの２種以上が２〜10wt％である。

【００３３】第２〜４の視点において好ましくは、Ｔｉ
に対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4であり、さ
らに好ましくはＰｄ／Ｔｉが0.66〜1.5であるＴｉ基ろ
うである。

【００３４】第１〜４の視点において好ましくは、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚ
ｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｇａの一種以上を合量
10wt％以下含む（０％より多く、有意量）。

【００３５】第１〜４の視点において好ましくは、生体
用（例医療用）インプラント材に用いられるＴｉ基ろう
材である。

【００３６】さらに、生体親和性元素であるＡｇ、Ａ
ｕ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓ
ｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｗ、Ｇａの一種以
上を合量10wt％以下含む生体用（例医療用）インプラン
ト材に用いられるＴｉ基ろう材である。

【００３７】第１〜４の視点において好ましくは、Ｔ
ｉ、Ｔｉ合金、超硬合金、セラミックス、ダイヤモン
ド、カーボンコンポジット、グラファイトの一種以上を
互いにろう付けするＴｉ基ろうないしＴｉ基ろう付けす
る構造が得られる。

【００３８】なお、いずれの視点においても工業上不可
避の不純物を微量含むことがある。

【００３９】

【作用】上記構成のもと、本発明のＴｉ基ろうおいて
は、被ろう付け材であるＴｉ及びＴｉ合金等の接合強度
を高くすることが可能であり、ぬれ性も良く、ろう材と
して非常に優れている。また、Ｔｉ、Ｔｉ合金、超硬合
金、セラミックス、ダイヤモンド、カーボンコンポジッ
ト、グラファイトの一種以上を互いにろう付けするろう
材としても優れている。

【００４０】特に、Ｔｉ及びＰｄを主成分とし、Ｔｉに
対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4であるＴｉ基
ろうは接合強度に優れており、工業上の利用価値が高
い。さらにＰｄ／Ｔｉが0.66〜1.5であれば一層接合強
度に優れる。

【００４１】また、特にＴｉ、Ｐｄ及びＣｕを主成分と
し、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ３〜30wt％、残部本質上Ｔｉ
からなるＴｉ基ろうは、比較的低温でぬれ性が良い。さ
らにＣｕ２〜10wt％であれば一層接合強度に優れる。

【００４２】また、特にＴｉ、Ｐｄ及びＣｏを主成分と
し、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｏ３〜30wt％、残部本質上Ｔｉ
からなるＴｉ基ろうも、比較的低温でぬれ性が良い。Ｔ
ｉを含む母材（被ろう付け材）とＣｏを含むろうは接合
し易い。さらにＣｏ２〜10wt％であれば一層接合強度に
優れる。

【００４３】また、特にＴｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｏを主成
分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ及びＣｏの２種以上３〜
30wt％、残部本質上ＴｉからなるＴｉ基ろうも、比較的
低温でぬれ性が良く、Ｔｉ及びＴｉ合金の他に、その他
超硬合金、ダイヤモンド、カーボンコンポジット、セラ
ミックス、セラミックス複合材料等を同種異種接合する
ことができる。さらにＣｕ＋Ｃｏ２〜10wt％であれば一
層接合強度に優れる。

【００４４】その上、上記Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｃ
ｏ−Ｐｄ、Ｔｉ−（Ｃｕ，Ｃｏ）−Ｐｄ３系ろうにおい
て、Ｔｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4で
あり、さらに好ましくはＰｄ／Ｔｉが0.66〜1.5であれ
ば一層接合強度に優れ、ぬれ性との両立が実現できる。

【００４５】また、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｓ
ｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｇ
ａの一種以上を合量10wt％以下含むことで融点を下げる
ことができる。

【００４６】また、Ｎｉを含まない本発明のＴｉ基ろう
は、生体に用いた場合にアレルギの原因となる成分が含
まれていないので、歯科用、外科用インプラント材のろ
う付けに非常に適している。

【００４７】また、上記生体用に好適なＴｉ基ろうに生
体親和性の高い元素（Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｓｎ、
Ｉｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｂｉ、Ｗ、Ｇａ等）を加えて融点を降下させること
が可能であり、取扱い性等が向上する。

【００４８】さらに、本発明のＴｉ基ろう用いてろう付
けを行なう場合、ろう付け構造即ち被ろう付け材同士の
接合間隙を150μｍ以下、更に好ましくは100μｍ以下
（特に高い接合強度が求められる場合）とすることで、
ろう付け組織からの破断が発生しにくくなり接合強度が
上昇する。更に50μｍ以下であれば最も好ましい。

【００４９】さらに、本発明のＴｉ基ろうを用いてろう
付けする場合に、従来接合強度を得るために必要であっ
たろう付け後の均質化熱処理が不要であり、従来５分以
上必要であったろう付け時間を短縮可能である。そのた
め被ろう付け材を劣化させることがほとんどない。ま
た、フラックスを必要としない利点があり、フラックス
による汚染を生じないため、特に生体用ろう付け材とし
て好適である。

【００５０】

【発明の概説】本発明のＴｉ基ろうは、被ろう付け材で
あるＴｉ及びＴｉ合金等の接合強度、特に衝撃強度高く
することが可能であり、ぬれ性も良く、ろう材として非
常に優れている。そしてＴｉを主成分とするため耐食性
も優れ、特に、Ｔｉ、Ｔｉ合金、超硬合金、セラミック
ス、ダイヤモンド、カーボンコンポジット、グラファイ
トの一種以上を互いにろう付けするろう材としても優れ
ている。その上、アレルギーの原因となるＮｉ無添加の
ろう材ができるので生体用インプラント材のろう付け用
として好適である。以下に、一般的にろう材に求められ
る特性・評価方法及び本発明のろう材の組成限定理由に
ついて詳細に説明する。

【００５１】ろう材の接合強度試験としては、引張試
験、せん断試験及び衝撃試験があるが、後者２つ、中で
も衝撃試験が、現実の使用環境でのモードの最も近く、
ろう付けの接合強度（継手強度）の評価方法として適当
であり、特に、歯科用インプラントの接合強度試験とし
て最適である。

【００５２】この衝撃強度は、ＪＩＳ３号衝撃試験片の
室温でのシャルピー衝撃試験機によれば、少なくとも、
おおよそ１Ｊ／cm²以上あることが好ましい。さらに好
ましくは２、４、６、７、８各Ｊ／cm²、特に衝撃強度
の必要な用途では10、20各Ｊ／cm²以上あることが好ま
しい。

【００５３】また、ろう付けをする際に、被ろう付け材
間の接合間隔が重要である。接合間隔によって、ろう材
の組織、ろう材と母材（被ろう付け材）の界面組織が変
化する。ろう材部の組織は、母材に比べて機械的強度が
落ちるので、ろう材部の強度が低過ぎると低衝撃で破断
することになる。

【００５４】また、ろう材には被ろう材の使用態様によ
って高い耐食性が要求されるが、本発明のＴｉ基ろうの
必須構成元素であるＴｉ、Ｐｄは、とも耐食性に優れて
おり、苛酷（高温多湿等）な環境下でも、ろう付け部が
破壊の発生箇所となることがまず有り得ない。

【００５５】また、ろう材のぬれ性は、ある程度に融点
に関係し融点の低いものが比較的ぬれ性が良い。医療用
（歯科用、外科用等）には、融点の低いものが好まし
い。

【００５６】但し、被ろう付け材（母材及びチップ）の
種類によっては比較的高融点のろう材が求められる場合
がある。例えば、セラミックス同士をろう付けしてから
再度セラミックスの焼結を行なう場合、ろう材の融点が
セラミックスの焼結温度より低ければろう材が流れてし
まうので、ろう材の融点はセラミツクスの焼結温度以上
でなければならない。また、工業上用いるには、ろう付
け設備や安全が十分に確保できるので、ろう材の接合強
度が高ければ融点が高くてもよい場合がある。

【００５７】また、本発明のＴｉ基ろうは、純Ｔｉの接
合を行なう場合、熱間加工により高強度を得るα＋β型
のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金と異なり、Ｔｉのβ変態は、
前記純Ｔｉの長時間加熱による結晶粒粗大化のみに留意
すれば、大きな問題にはならない。なお、熱処理後もＴ
ｉ母材（Ｔｉ自体）のシャルピー衝撃試験によるＶノッ
チ衝撃強度は約260J/cm²もの値が得られている。

【００５８】また、本発明のろう材はＴｉを含んでいる
ので、金属及びセラミックスの双方のろう接において高
い接合強度を発揮することができる。Ｔｉは金属であ
り、さらに炭化チタン又は窒化チタン（ＴｉＣ、Ｔｉ
Ｎ、Ｔｉ₃Ｎ₄等）のようなセラミックスにもなることか
ら分かるように、多種の元素と親和性が高いからであ
る。

【００５９】以上の観点から、以下、本発明の組成限定
理由について述べる。

【００６０】本発明のＴｉ基ろうの成分は、第１の視点
においてはＴｉ、Ｐｄを主成分とする。Ｔｉ−Ｐｄろう
は融点が高くぬれ性がやや劣るが、接合強度が高い。そ
のため、比較的高温でろう付けが可能である工業上での
利用価値が高い。なお、Ｔｉ−Ｐｄ系は全率固溶体を形
成する。

【００６１】Ｐｄは、量が多ければ接合強度を高める
が、融点が高くなりぬれ性が悪くなる。また、Ｔｉ多で
融点低下する。従ってＴｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／
Ｔｉはおおよそ１対１を中心として0.25〜4である。上
記範囲を外れれば融点が上がり過ぎ、偏析、また脆い金
属間化合物が析出し易くなる。より好ましくは、0.66〜
1.5であり一層接合強度が高い。なお、Ｐｄ以外の貴金
属以外を多量に添加すると接合強度が低下する。なお、
ろう付け温度はＴｉ₅₀−Ｐｄ₅₀（Pd/Ti=1）で約1165℃
（固相−液相変態点は1118〜1140℃の間）がおおよそ好
ましい。

【００６２】本発明のＴｉ基ろうの成分は、またＴｉ、
Ｐｄ、Ｃｕを主成分とする。Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系ろうは
Ｔｉ−Ｐｄ系に比べて融点が低く比較的ぬれ性に優れて
いる。なお、融点はＴｉ₇₀〜₄₅−Ｃｕ₁₀−Ｐｄ₂₀〜₄₅系
ろうで約925〜980℃、Ｔｉ₂₀〜₄₅−Ｃｕ₁₀−Ｐｄ₄₅〜₇₀
系ろうで約925〜980℃である。

【００６３】Ｃｕは、量が多ければろうの融点を下げ、
ぬれ性を向上させるが、ろう付け部中心付近に偏析等を
生じ、接合強度を低下させる。よってＰｄ20〜80wt％、
Ｃｕ0.01〜30wt％、残部本質上Ｔｉからなるものとす
る。より好ましくは、Ｃｕ２〜10wt％である。また、特
に接合間隙が広くＣｕ成分が多い場合、ろう付け部の中
心部にＣｕの強度の低い偏析組織を生じやすくなる。

【００６４】Ｃｏは、Ｃｕとほぼ同種の添加効果を示
し、量が多ければろうの融点を下げ、ぬれ性を向上させ
るが、接合強度を低下させる。よってＰｄ20〜80wt％、
Ｃｕ0.01〜30wt％、残部本質上Ｔｉからなるものとす
る。より好ましくは、Ｃｕ２〜10wt％である。また、Ｃ
ｏとＴｉは合金化し易く、Ｔｉを含む母材（被ろう付け
材）とＣｏを含むろうは接合し易い。

【００６５】本発明のＴｉ基ろう、特にＣｕ＋Ｃｏの複
合添加したろうは、グラファイト、カーボンコンポジッ
ト、ダイヤモンド、鋼、超硬合金（ＷＣ等）、Ｍｏ、セ
ラミックス（炭化珪素、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄等））、Ｚ
ｒＯ₂焼結体、アルミナ、その他酸化物系、窒化物系及
びホウ化物系セラミックス等のこれら同種間又は異種間
のろう付けに優れている。Ｃｕ＋Ｃｏの複合添加量は、
0.01〜30wt％が好ましい。より好ましくは、２〜10wt％
である。

【００６６】また、上記基本系に下記の元素の１種以上
を添加物として合量10wt％以下含むことも好ましい。そ
れらの元素は、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｉｎ、
Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｍ
ｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、及びＢｅである。その効果として共通
にはろう材の融点の降下である。但し、歯科用等生体親
和性のためには、有害元素（上記元素中でＮｉ、Ｚｎ、
Ｃｒ、Ｌｉ、Ｂｅ）を含まないことが好ましい。

【００６７】また、本発明のＴｉ基ろうのろう付け方法
においては、被ろう付け材間の接合間隔、例えばＴｉか
らなる母材及びチップのろう付け間隔は150μｍ以下、
高接合強度が求められる用途では100μｍ以下が好まし
い。さらに好ましくは75μｍ以下である。そして、接合
間隙50μｍ、Ｔｉ−Ｔｉ₅₀Ｐｄ₅₀−Ｔｉで60J/cm²を超
える衝撃強度が得られている。他の本発明に係るろうに
ついても、接合間隙50μｍで極めて高い衝撃強度が得ら
れている。

【００６８】また、本発明のＴｉ基ろうにおいて、衝撃
強度は、ＪＩＳ３号衝撃試験片の室温でのシャルピー衝
撃試験機によれば、少なくとも、おおよそ１Ｊ/cm²以上
あることが好ましい。さらに好ましくは２、４、６、
７、８各Ｊ/cm²以上あることでろう材の用途が一層拡大
し、特に大きな耐衝撃強度の必要な用途では10、20各Ｊ
/cm²以上あることが好ましい。また、接合間隙を狭くし
て耐衝撃力を重視して組成を選定すれば、60J/cm²以上
の極めて優れた特性が得られる。

【００６９】そして、ろう付けする場合にも、特にアル
ゴン雰囲気や真空の場合には、フラックスは通常不要で
あるため、フラックスの蒸発成分による汚染のおそれも
なく、フラックスを使用しない分安価になる。なお、Ｔ
ｉろう付け用フラックスとしては、ＡｇＣｌ−ＫＦ−Ｌ
ｉＦ−ＬｉＣｌ系等がある。

【００７０】さらに、本発明のＴｉ基ろうを用いた場
合、Ｂ等の融点降下元素を含まず、衝撃破断（シャルピ
ー衝撃試験による）がろう材側で起こっていることから
も、通常はろう付け後の均質化熱処理が不要であるとい
う利点もあり、被ろう付け材に対する加熱による悪影響
を生じるおそれが極めて低くなる。なお、熱処理はＴｉ
母材とろう材界面付近の針状組織の改善（消失）に特に
効果的であるが、衝撃破断がほとんどろう材側で起こっ
ているので、均質化熱処理の意味は比較的薄いと考えら
れる。

【００７１】本発明のＴｉ基ろうを実際に使用する場合
の形態は、粉末、箔状、線状、板状、棒状、あるいは特
別に積層ろう等、通常用いられるろう材と同様の形態で
用いることができる。Ｔｉ基ろうは一般のろう材に比べ
ると硬く脆いため、クラッド化することによりろうの形
状を箔にすることができる（ろう付け製品の組立が大変
容易になる）。アモルファス化も箔にする有効な手段
で、この場合、クラッドろうに比べ溶け別れしにくいと
いう利点もある。

【００７２】また、ろう付け機としては、高周波ろう付
け機、抵抗ろう付け機、赤外線ろう付け機等、通常工業
上あるいは医療上使用されているろう付け機を用いるこ
とができる。

【００７３】用途としては、医療分野では、歯科用及び
外科用インプラント材（差歯、人工関接等）のろう付
け、民生品では眼鏡フレームのろう付け、及び工業分野
では、切削・研削工具におけるダイヤモンド、サーメッ
ト及び超硬工具等のペレットへの取り付け、航空宇宙分
野ではカーボンコンポジット製品のろう付け、さらに耐
食性・耐衝撃性を活かし原子力を含む発電所等の配管設
備のろう付けに使用することが可能である。

【００７４】

【実施例】

<実施例１>(ろう材の製造方法及びぬれ性試験) また、ろう材の製造はボタンステム溶解炉を用いて行っ
た。溶解は総量約３ｇの各金属を中央の銅の窪みに乗
せ、タングステン電極によるアーク熱にて、アルゴンガ
ス雰囲気中で溶解し作製した。

【００７５】このろう材を、Ｔｉ基板上に載せアルゴン
雰囲気中で各温度（1000〜1165℃）で、ろう材のぬれ性
を観察した。なお、各ろう材の融点は、Ｔｉ₅₀−Ｐｄ₅₀
（Pd/Ti=1）で約1118〜1140℃（好ましいろう付け温度
は1165℃）、Ｔｉ₇₀〜₄₅−Ｃｕ₁₀−Ｐｄ₂₀〜₄₅系ろう
（Pd/Ti=1）で約925〜980℃、Ｔｉ₂₀〜₄₅−Ｃｕ₁₀−Ｐ
ｄ₄₅〜₇₀系ろう（Pd/Ti=1）で約925〜980℃であり（表
５参照）、ぬれ性試験の試験温度としては、これらの融
点より５〜100℃程度高いことを基準とした。但し、合
金の融点であるから厳密に測定することは非常に困難で
ある。

【００７６】表１ないし表４に、各種ろう材の各温度に
おけるＴｉ基板に対するぬれ性の良否を示す。○はぬれ
性の特に良いもの、△はそのろう付け温度でぬれ性が普
通のもの、×はぬれ性の劣るもの、−はデータなしを夫
々示す。*は参考例である。さらに、図１及び図２に表
１〜３に記載のろうの内、幾つかのろう材のぬれ性試験
結果示す金属組織のマクロ写真を示す。なお、ぬれ性が
良いとは、図１及び図２の示す通りろうの流れ・広がり
が良く、液体（ろう）と固体（被ろう付け材、母材）と
の接触角が鋭角であることをいう。

【００７７】表１に、Ｔｉ₈₀−Ｃｕ₂₀−（貴金属元素）
₂₀系の1000〜1150℃でのろう材のぬれ性の試験結果を示
す。

【００７８】

【表１】

【００７９】Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系ろう材が、1100℃及び
1150℃で良好なぬれ性を示し、Ａｕ、Ｐｔ、及びＡｇを
含む系は上記温度ではぬれ性が劣っていた。

【００８０】そこで、比較的低温（1100℃）でぬれ性の
高いＴｉ−Ｐｄ−Ｃｕ系の組成を変え、特にＣｕ含有量
を20wt%から５又は10wt%に減量し、あるいは添加元素を
加えたろう材をさらに試験した。

【００８１】表２に、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系ろう材、及び
上系にＡｇ、Ａｕ、及びＺｒを単独又は複合添加したろ
う材の1100℃におけるぬれ性の試験結果を示す。

【００８２】

【表２】

【００８３】これより、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系ではぬれは
良いが、ＣｕにＡｕ，Ｐｔ，Ａｇが入るとぬれが悪く、
Ｚｒが入るとぬれが改善されることが分かった。このよ
うに、貴金属元素でもＰｄ以外は、低温でのぬれ性が劣
っていた。

【００８４】表３に、Ｔｉ−Ｐｄ系、Ｔｉ−Ｐｄ−Ｃｕ
系、及びＣｕをＣｏで一部又は全部置換したろう材の11
00、1165℃でのぬれ性の試験結果を示す。

【００８５】

【表３】

【００８６】Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系ろう材のみが、1100℃
及び1150℃で良好なぬれ性を示した。

【００８７】表４に、試料No.５〜17（表２）の追加実
験として、1075〜1175℃でのぬれ性の試験結果を示す。

【００８８】

【表４】

【００８９】低温（表２）でぬれ性の比較的劣るろう材
も、高温（表４）ではぬれ性が向上していることが分か
る。

【００９０】以上より、表１〜４の結果よりＴｉ−Ｃｕ
−Ｐｄ系において、Ｃｕ又はＰｄ含有量が多い程低温で
のぬれ性が良く、Ｔｉ−Ｃｏ−Ｐｄ系及びＴｉ−Ｃｕ−
Ｃｏ−Ｐｄ系もぬれ性が良いことが分かった。

【００９１】表５に、各種Ｔｉ基ろうの融点及びろうの
酸化について示す。

【００９２】

【表５】

【００９３】本実施例のＴｉ基ろうは合金組成であるの
で、正確に融点を測定するのが困難であるが、固相〜液
相への相変態温度から、各ろうの特性に応じてぬれ性の
良好なろう付け温度を推定することが可能であり、ろう
付け温度の最適化に貢献する。

【００９４】次に、図１及び図２に表１〜３に記載のろ
うの内、幾つかのろう材のぬれ性試験結果示す金属組織
のマクロ写真を示す。

【００９５】図１に、図中上から、Ｔｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ｐ
ｄ₂₀（ぬれ性良）、以下ぬれ性の劣るＴｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−
Ａｕ₂₀、Ｔｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ｐｔ₂₀、Ｔｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ａ
ｇ₂₀各ろうを示す。ぬれ性の良いＴｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ｐｄ
₂₀ろうは基板上に密着して広がっている。

【００９６】図２に、いずれもぬれ性の良い、図中上か
らＴｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ｐｄ₂₀、Ｔｉ₄₀−Ｃｕ₂₀−Ｐｄ₄₀、
Ｔｉ₄₅−Ｃｕ₁₀−Ｐｄ₄₅、Ｔｉ_47.5−Ｃｕ₅−Ｐｄ_47.5
各ろうを示す。

【００９７】<実施例２>（Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうの組
織観察）

【００９８】次に、実施例１でぬれ性の良かったＴｉ₆₀
Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうの組織観察を行なった。母材（ベー
ス）とチップ（被ろう付け材）には純チタン（ＪＩＳ３
種）を使用し、ベ−スは３×１１×２２mm、チップは３
×４×６mmに切断し、ろう付面をエメリ−紙で１０００
番まで研磨した後、アセトンで洗浄した。ろう材には、
表１〜表３に示す各種ろう材の中でぬれ性の良好なＴｉ
₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうを用いた。ベースとチップの間に、
５０，１００，又は１５０μｍのタングステンワイヤー
のスペーサーを挟みベース−チップ間の所定の間隔を確
保した。そして、チツプのまわりにろう材を置き、観察
試料を作成した。

【００９９】次に、この試料に熱電対を付け、既に電気
炉内で所定の温度まで昇温してあるシリカチューブ内に
挿入した。また、チタンは極めて活性な金属であるため
高温では窒素、酸素、水素などを吸収し硬化するととも
に、靱性が低下するため、高純度のアルゴンガス雰囲気
中でろう付を行った。ろう付温度は、１１００℃で２４
０ｓ保持した後、シリカチューブ出口付近で冷却してか
ら取り出した。この時、ろう付出来たものだけを後のせ
ん断試験と組織観察に使用した。

【０１００】図３に試作ろうＴｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀のろう
付部の金属組織の顕微鏡組織写真を示す。ろう付け条件
は、上述のようにろう付温度は１１００℃、保持時間は
２４０ｓ、ベースとチップの接合間隙は５０，１００，
１５０μｍで行なった。組織観察をする為に使用した腐
食液は、チタクリーン腐食液（弗酸１％，硝酸１３％）
で、試料を２秒ほど浸した後、水洗して観察を行った。

【０１０１】図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、夫々ベ
ースとチップの接合間隔が、５０，１００，１５０μｍ
である。

【０１０２】図３（ａ）及び（ｂ）より５０，１００μ
ｍの接合間隙では、接合部に細かい針状組織が現れ、母
材組織の境界は明瞭に観察されない。そして、１００μ
ｍ，１５０μｍと接合間隙が広くなるにしたがい、中央
部に白いＣｕの相が認められた。

【０１０３】次に、ろう付部の組成を詳しく調べるため
に、上記接合間隙１００μｍの試料について、高分解能
電子顕微鏡で組織観察及び組成の元素分析を行った。

【０１０４】図４に図３（ｂ）（接合間隙100μｍ）と
おなじ部分の電子顕微鏡写真（倍率1000倍）を、表６〜
９に組成像に示す各組成分析点（１，２，３，４）での
元素分析結果を示す。点１を中央灰色部、点２を中央白
色部、点３を端部黒色部、点４を端部灰色部とする。

【０１０５】

【表６】

【０１０６】

【表７】

【０１０７】

【表８】

【０１０８】

【表９】

【０１０９】元素分析結果から、表６に示すcenter-gra
y部（中央の灰色部点１）では、Ｔｉ：５６.９％，Ｃ
ｕ：２９.４％，Ｐｄ：１３.７％，表７に示すceuter-w
hite部（中央の白色部点２）では、Ｔｉ：４３.１％，
Ｃｕ：４５.８％，Ｐｄ：１１.２％，表８に示すside-
brack部（端部の黒色部点３）では、Ｔｉ：８２.７％，
Ｃｕ：４.３％，Ｐｄ：１３.０％、表９に示すside-gra
y部（端部の灰色部点４）では、Ｔｉ：５８.４％，Ｃ
ｕ：２５.９％，Ｐｄ：１５.７％という組成であっ
た。これらの結果よりろう付中心部にはＣｕが比較的多
く含まれていることがわかった。

【０１１０】<実施例３>（Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうのせ
ん断試験）

【０１１１】次に、実施例２で用いたろう材と同組成の
Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうの組織観察を行なった。試験材
料及びろう付け方法は実施例２と同様であり、せん断試
験はろう付後フィレット部をヤスリで除去した後、最大
荷重４.９×１０⁴（Ｎ）のアムスラー試験機を用いて行
った。

【０１１２】図５に、せん断試験方法の模式図を示す。
所定間隔でベース１０にろう付けされたチップ９からな
る試料を固定し、ろう付け面１１にせん断力が働くよう
に図中矢印の方向にベース１０側面に応力を加える。

【０１１３】図６に、Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうで、ろう
付した時の夫々５０μｍ、１００μｍ、及び１５０μｍ
の接合間隙におけるせん断試験結果を示す。

【０１１４】Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうのせん断力の値
は、５０μｍで４６７MPa，１００μｍで５８５MPa，１
５０μｍで５０３MPa と接合間隙の広さによらずほぼ一
定であり、全体の平均値で５１８.３MPaと非常に高い値
が得られた。破断の大部分が母材から生じていて、ろう
材部からの破断は極一部だけであるためだと考えられ
る。

【０１１５】せん断試験の結果から、Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ
₂₀ろうは、せん断力（静的荷重）に関して、かなり強度
があることがわかった。

【０１１６】<実施例４>（Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうの衝
撃試験）

【０１１７】特に歯科用ろう材の場合、せん断力（静的
荷重）よりも衝撃力（動的荷重）の強度の値が高いこと
が重要であるため、前掲表２及び表３のろう材について
は衝撃力（動的荷重）についてのみ試験を行った。な
お、本実施例では実施例２及び３で用いたろう材と同組
成のＴｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうについての結果を特に示
す。試験材料及びろう付け方法は実施例２と同様であ
り、せん断試験はまた、歯科材料を接合する場合、接合
隙間を均等に保つことは困難である為、それらのろう材
は接合間隙を１００μｍとし実験を行い、その中でも強
度のあるろう材については５０，１５０μｍの間隙での
接合も行った。

【０１１８】一辺１０mm角、長さ２７.５mmに切断したチ
タン角材を、加熱時にろう材が母材表面を流れ落ち難く
する為にろう付面の一辺を面取りし、その後ろう付面を
エメリ−紙で１０００番まで研磨し、アセトン洗浄し
た。そして、接合面同士の研磨傷が垂直に交わる様にし
てセットした。

【０１１９】ろう材は母合金を適度な大きさに砕き、ア
セトン洗浄したものを用いた。この時、治具とチタンの
端とが直接当たるのをさける為に、１５０μｍのタング
ステン細線をゆるやかなＶ字に曲げ、カーボン部とチタ
ンの間に挟んだ。また、接合間隙を一定に保つためにろ
う付面の間にスペーサーとして、５０，１００，１５０
μｍのタングステン細線を挿入した。ろう材は面取りし
た部分に乗せた。

【０１２０】以上のように組み立てた試料をカーボン・
プレートの上に乗せ、熱電対をカーボン部に付けた。そ
れを、所定の温度に温められた炉の中のシリカチューブ
内に入れてろう付を行った。ここで、シリカチューブ内
は、高純度アルゴンガス雰囲気であり、ろう付温度は１
１００℃である。２４０ｓ保持してから試料をシリカチ
ューブ出口付近まで動かし、冷却後取り出し試験片とし
た。

【０１２１】ろう付後、試験片からはみ出したろう材を
エンドレス・ペーパーで取り除き、さらに、４面ともろ
う付による段差がなくなるように仕上げた。その後、窒
化ボロン製カッターを用いてＵノッチ加工し、ＪＩＳ３
号衝撃試験片に仕上げ、シャルピー衝撃試験機を用いて
接合部の室温での衝撃強度を調べた。

【０１２２】図７に、Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうでろう付
した試料の常温における衝撃試験結果を示す。

【０１２３】図８（ａ）〜（ｃ）に、Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ
₂₀ろうでろう付けした試料の衝撃試験後のろう付け面に
おける破断面の金属組織の写真を示す。

【０１２４】図７より、このろう材の衝撃強度は５０μ
ｍの接合間隙において平均値で１１.１Ｊ／cm²と高い値
を示したが、１００，１５０μｍと接合間隙を広くとる
と衝撃強度は低下する傾向がある。これは図８の破面観
察より、５０μｍの接合間隙では結晶粒は非常に細か
い。１００，１５０μｍの接合間隙になると結晶粒は５
０μｍの結晶粒よりは粗くなっていること、及び、図８
の断面組織からもわかるように接合間隙が広くなると、
破断はろう付中心部で生じるようになる。このことは実
施例２における図３、図４及び表６〜９の結果より、接
合間隙が広くなると、ろう付中心部に強度の低いＣｕが
多く含まれる相が存在するようになるため、接合部の強
度が低下し、衝撃強度が比較的低くなるものと考えられ
る。

【０１２５】これらのことから、Ｃｕを多く含むろう材
はろう付け部中心付近に強度のひくいＣｕの組織が偏在
して衝撃強度が低くなるので、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系ろう
において、Ｃｕの含有量はおおよそ30wt％以下が好まし
く、さらに好ましくは20wt％以下であることが分かっ
た。そこで、上述のようにろうの成分量を変え、さらに
他の元素を加えた、各種ろう材（表２、表３）の内、ぬ
れ性の良かったものを再度試作し、次の実施例において
衝撃試験を行うことにした。

【０１２６】<実施例５>（他のろう材の衝撃試験）

【０１２７】図９〜１２に各種Ｔｉ基ろうのろう付組織
の金属組織写真（倍率100倍）を示す。なお、図中下部
の白色の円部はろう付け間隙を維持するためのタングス
テン線の断面である。ろう付温度は1100℃（Ｔｉ₅₀Ｐｄ
₅₀のみ1165℃）、保持時間は240ｓ、母材の接合間隙は
５０，１００，１５０μｍである。ここで、組織観察を
する為に使用した腐食液は、チタクリーン腐食液で、試
料を２秒ほど浸した後、水洗して観察を行った。

【０１２８】図９はＴｉ_47.5Ｃｕ₅Ｐｄ_47.5ろう、図１
０はＴｉ₄₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろう、図１１はＴｉ₅₀Ｐｄ₅₀ろ
う、図１２はＴｉ_47.5Ｃｏ₅Ｐｄ_47.5ろうである。

【０１２９】ろう付け組織を観察すると、Ｃｕを含むろ
う材（図９及び１０）はろう付け部に細かい針状組織が
現れ、かなり広い範囲において針状組織が形成されてい
る。Ｔｉ_47.5Ｃｕ₅Ｐｄ_47.5ろう（図９）はＴｉ₄₀Ｃｕ
₂₀Ｐｄ₄₀ろう（図１０）と比べて、より細かい針状組織
であることがわかる。それに比べ、Ｔｉ₅₀Ｐｄ₅₀ろう
（図１１）やＣｏを含むろう材（図１２）には、針状組
織は観察されない。またＣｏの量を変えても組織に大き
な変化は認められず、成分にＣｕを含むものと、含まな
いものでは違う組織になっていた。

【０１３０】以下に、図１３〜１６に夫々グループ１，
グループ２，グループ３，グループ４に各種ろう材によ
るＴｉろう付の常温における衝撃試験結果を示す。

【０１３１】＜グループ１（Ti-Cu₁₀-Pd-M（添加元素）
及びTi-Pd系＞

【０１３２】本実施例により、Ｃｕが多くなると強度が
低下することが分かった。従って、強度をあげるため、
ＴｉＣｕ₁₀ＰｄろうをベースにＺｒ、Ａｕ又はＺｒ＋Ａ
ｕをろう材に添加することにより強度の向上を計った。

【０１３３】図１３に、各種Ti-Cu₁₀-Pd-M（Ｚｒ、Ａ
ｕ、Ａｕ＋Ｚｒ）ろうでＴｉ母材をろう付けした、各種
Ｔｉ基ろうに対するろうの衝撃強さを示す。なお、Ｔｉ
₅₀Ｃｕ₁₀Ｐｄ₂₀Ａｕ₁₀Ｚｒ₁₀は比較材である。ろう付け
条件は、アルゴン雰囲気、1100℃−240ｓ保持。接合間
隙は100μｍである。なお、比較のためにＭ元素無添加
のＴｉ₄₅Ｃｕ₁₀Ｔｉ₄₅ろうの衝撃強さも図中左端に示
す。

【０１３４】その結果、図１３に示すようにＴｉ₄₅Ｃｕ
₁₀Ｔｉ₄₅ろう以外の衝撃強度は１００μｍの接合間隙に
おいて１Ｊ／cm²前後であった。破断組織の観察の結
果、いずれの場合もろう付中心部より破断が生じ、その
上ろう材自身の強度も比較的低いためと考えられる。従
ってＰｄの添加による衝撃強度向上効果が大きいことが
分かる。

【０１３５】図１４に示すように、一方Ｔｉ₅₀−Ｐｄ₅₀
ろう(1165℃-240s保持)によるろう付けにより、衝撃強
度は50μｍの接合間隙において平均値で67.6Ｊ／cm²、1
00μｍにおいて平均値で３６.９１Ｊ／cm²、１５０μｍ
の接合間隙において平均値で１３.１Ｊ／cm²と非常に高
い１０Ｊ／cm²をかなり超える継手強度が得られた。こ
れは、Ｔｉ₅₀Ｐｄ₅₀ろうではろう材部の組織が強く、破
断がろう/母材界面付近で生ずるためと考えられる。ろ
う付温度が１１６５℃で多少高く、ぬれ性はあまり良く
なかった。しかし、衝撃強度が非常に高く、特に工業上
使用するのに好ましいろう組成である。

【０１３６】また、Pd/Ti=1であるＴｉ₅₀Ｐｄ₅₀ろうはP
d/Ti=0.33（Ｔｉ₆₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろう（実施例４参
照））のろうよりも、衝撃強さが高い傾向にあった。

【０１３７】＜グループ２＞:Ti-Cu-Pd系ここではグループ１でＴｉ₅₀Ｐｄ₅₀ろう(Pd/Ti=1)が非
常に高い継手強度を示したので、このろう材をベースに
ＴｉとＰｄを同比率にしその中に成分としてＣｕを入れ
て、融点を下げることにした。ろう付け条件は、アルゴ
ン雰囲気、1100℃−240ｓ保持。接合間隙は100μｍであ
る。

【０１３８】図１５は、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系(Pd/Ti=1)
のろう材による衝撃試験結果である。この中でＣｕ量の
最も少ないＴｉ_47.5Ｃｕ₅Ｐｄ_47.5ろうが、１００μｍ
の接合間隙において衝撃強度が平均値で１９.７Ｊ／cm²
と非常に高い値を示した。さらに全体に衝撃強度の高い
ものは、ろう/母材界面付近で破断し、衝撃強度の低い
もの、または接合間隙の広いものは、ろう付中心部で破
断が生じた。破断面も接合間隙が広くなるほど破面が粗
くなっていた。従って、ぬれ性等を向上させるためのＣ
ｕを添加しないＴｉ−Ｐｄ系ろうは衝撃強度が非常に高
いことから（図１４参照）、Ｃｕを多量に添加し過ぎる
ことは、ろう材の衝撃強度を低下させる傾向があること
が分かる。

【０１３９】また図１５には、各ろう付け接合間隙（50
μｍ、100μｍ、150μｍ）おける、各ろう材の衝撃強度
を整理して示されている。

【０１４０】図示のように、接合間隙が狭い方が衝撃強
度が高く、おおよそ150μｍ以下、好ましくは100μｍ以
下程度が好ましい。なお、ぬれ性が特によい場合やろう
付けの目的によって、例えば衝撃強度は余り必要として
いない場合などで150μｍを超えてもよい場合もある。

【０１４１】＜グループ３＞:Ti-Co-Pd系グループ２では強度、ぬれ性ともに好ましいろう材が出
来たが、成分としてＣｕの代わりにＣｏ入れてＴｉ−Ｃ
ｏ−Ｐｄ系のろう材を作製し、衝撃強さを計測した。ろ
う付け条件は、アルゴン雰囲気、1100℃−240ｓ保持。
接合間隙は100μｍである。

【０１４２】図１６は、Ｔｉ−Ｃｏ−Ｐｄ系のろう材に
よる衝撃試験結果である。これより、最も衝撃強度が高
かったものが、Ｔｉ_47.5Ｃｏ₅Ｐｄ_47.5ろうで、100μｍ
の接合間隙において平均値が１１.８J/cm²であった。し
かし、Ｔｉ_47.5Ｃｕ₅Ｐｄ_47.5ろうに比べれば低い値で
あった。これは、接合間隙が狭くても、破断がろう/母
材界面付近ではなく、ろう付中心部で生じているためで
ある。

【０１４３】＜グループ４＞:Ti-Cu-Co-Pd系

【０１４４】図１７に、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐｄ系ろう
による衝撃試験結果を示す。ろう付け条件は、アルゴン
雰囲気、1100℃−240ｓ保持。接合間隙は50、100及び15
0μｍである。この結果、Ｔｉ_47.5Ｃｕ_2.5Ｃｏ_2.5Ｐｄ
_47.5ろうによるろう付けは、50μｍの接合間隙において
衝撃強さが平均値で60.1J/cm²もの非常に高い値を示
し、100μｍにおいても平均値で5.3J/cm²を示した。ま
た、150μｍでも2.6J/cm²を上回っている。そして、ぬ
れ性は今までのろう材の中で最も良好であった。

【０１４５】上述の実験を通じて、接合間隙が広くなる
に従い、あるいはＣｕないしＣｏの含有量が多くなるの
に従いぬれ性は向上するが、衝撃強さが低下していくこ
とが分かった。また、衝撃試験結果より結晶粒の細かい
ものは衝撃強さが高い値を示し、粗いものは低い値を示
している。さらに、衝撃試験による破断形態は、衝撃強
さの高いろう材がろう/母材界面付近から破断している
のに対し、衝撃強さの低いろう材は、ろう付部の中心か
ら破断している。

【０１４６】<実施例６>（Ｔｉ以外のろう付け）

【０１４７】Ｔｉ_47.5Ｐｄ_47.5Ｃｕ_2.5Ｃｏ_2.5ろうにつ
いて、Ｇｒ（グラファイト）−Ｇｒ、ＳＳ４１−Ｓi
Ｃ、ＳＳ４１−Borts ダイヤモンド、Ｗ−Borts ダイヤ
モンド、ＷＣ焼結超硬合金−Borts ダイヤモンドのろう
付実験を行った。なお、Bortsダイヤモンドとは工業用
ダイヤモンドの一般的名称である。

【０１４８】図１８〜２２に、Ｔｉ_47.5Ｐｄ_47.5Ｃｕ
_2.5Ｃｏ_2.5ろうを用いたろう付け実験の結果を表わす金
属組織の写真を示す。

【０１４９】図１８は、グラファイト同士をＴｉ_47.5−
Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付けした金属組
織のマクロ写真（倍率４倍）である。ろう付け条件は、
1100℃−240ｓ保持。接合間隙は100μｍである。

【０１５０】図１９は、ＳＳ４１−ＳｉＣをＴｉ_47.5−
Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付けした金属組
織のマクロ写真（倍率４倍）である。ろう付け条件は、
1100℃−240ｓ保持。接合間隙は50μｍである。

【０１５１】図２０は、ＳＳ４１−Borts ダイヤモンド
をＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付
けした金属組織のマクロ写真（倍率４倍）である。ろう
付け条件は、1100℃−240ｓ保持。接合間隙は50μｍで
ある。

【０１５２】図２１は、Ｗ−Borts ダイヤモンドをＴｉ
_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付けした
金属組織のマクロ写真（倍率４倍）である。ろう付け条
件は、1100℃−240ｓ保持。接合間隙は50μｍである。

【０１５３】図２２は、ＷＣ焼結合金−Borts ダイヤモ
ンドをＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2. ₅−Ｃｏ_2.5ろうでろ
う付けした金属組織のマクロ写真（倍率４倍）である。
ろう付け条件は、1100℃−240ｓ保持。接合間隙は50μ
ｍである。

【０１５４】夫々被ろう付け材（母材及びチップ）に対
して、ぬれ性は良く、ろう付状態も良好であった。

【０１５５】このように、Ｔｉ−Ｐｄ系、Ｔｉ−Ｃｕ−
Ｐｄ系、Ｔｉ−Ｃｏ−Ｐｄ系、特にＴｉ−Ｃｕ−Ｃｏ−
Ｐｄは、金属とセラミックスのような異種材料の接合に
適している。その理由としては、Ｔｉ基ろうであるため
Ｔｉとセラミックスの接合性が良いことが考えられる。

【０１５６】上記系のろう材がＮｉ等の生体に有害な元
素を含んでいなければ、特に歯科用分野では、複雑な形
状のＴｉ合金からなる歯冠及びＴｉ合金からなる歯根部
の製作に用いるろう材として好適であり、また、Ｔｉ合
金からなる歯根部とセラミックスからなる歯本体をろう
接することも、ろう材の衝撃強度の高さにより可能であ
る。

【０１５７】また、医療用としては、人工骨の心材とし
て用いられるＴｉ合金のろう接、および心材外周部に設
けられるセラミックス質とのろう接も可能である。

【０１５８】このように、複雑な構造を有し、かつ生体
親和性が求められるＴｉ合金からなる生体用インプラン
ト材のろう接に、本発明のＴｉ基ろう材は好適である
（但し、融点効果等の目的でＮｉ等の生体に有害な元素
は無添加の場合）。

【０１５９】以上本発明を実施例に即して説明したが、
本発明は上記態様のみ限定されるものではなく、本発明
の原理に基づいた各種態様を含むものである。

【０１６０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明のＴｉ基
ろうはいずれも、接合強度、特に衝撃強度を高くしてＴ
ｉ及びＴｉ合金、その他超硬合金、ダイヤモンド、グラ
ファイト、カーボンコンポジット、セラミックス、セラ
ミックス複合材料等を同種異種接合することができる。

【０１６１】特に、Ｔｉ及びＰｄを主成分とし、Ｔｉに
対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4であるＴｉ基
ろうは接合強度に優れており、工業上の利用価値が高
い。さらにＰｄ／Ｔｉが0.66〜1.5であれば一層接合強
度に優れる。

【０１６２】また、特にＴｉ、Ｐｄ及びＣｕを主成分と
し、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ0.01〜30wt％、残部本質上Ｔ
ｉからなるＴｉ基ろうは、比較的低温でぬれ性が良い。
さらにＣｕ２〜10wt％であれば一層接合強度に優れる。

【０１６３】また、特にＴｉ、Ｐｄ及びＣｏを主成分と
し、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｏ0.01〜30wt％、残部本質上Ｔ
ｉからなるＴｉ基ろうも、比較的低温でぬれ性が良い。
Ｔｉを含む母材（被ろう付け材）とＣｏを含むろう材は
接合し易い。さらにＣｏ２〜10wt％であれば一層接合強
度に優れる。

【０１６４】また、特にＴｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、及びＣｏを
主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ及びＣｏの２種以上
0.01〜30wt％、残部本質上ＴｉからなるＴｉ基ろうも、
比較的低温でぬれ性が良く、Ｔｉ及びＴｉ合金の他に、
その他超硬合金、ダイヤモンド、カーボンコンポジッ
ト、セラミックス、セラミックス複合材料等を同種異種
接合することができる。さらに（Ｃｕ＋Ｃｏ）２〜10wt
％であれば一層接合強度に優れる。

【０１６５】その上、上記Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｃ
ｏ−Ｐｄ、及びＴｉ−（Ｃｕ，Ｃｏ）−Ｐｄ系ろうにお
いて、Ｔｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4
であり、さらに好ましくはＰｄ／Ｔｉが0.66〜1.5であ
れば一層接合強度に優れる。

【０１６６】また、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｓ
ｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｇ
ａの一種以上を合量10wt％以下含むことで融点を下げる
ことができる。

【０１６７】また、Ｎｉを含まない本発明のＴｉ基ろう
は、生体に用いた場合にアレルギの原因となる成分が含
まれていないので、歯科用、外科用インプラント材のろ
う付けに非常に適している。歯科用としては、本発明の
Ｔｉ基ろうでろう接したＴｉ合金歯根を用いて、そこに
セラミックスを充填または塗布して、ろう付け温度より
低温で焼結あるいは焼き付けしセラミックス人工歯を製
作することができ、歯根部のろう部が流動することがな
い。なお、セラミックスにはアパタイト等が使用され
る。

【０１６８】さらに、上記生体用に好適なＴｉ基ろうに
生体親和性の高い元素（Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｗ、Ｇａの一種以上を合量10wt％以
下）を加えて融点を降下させることが可能であり、取扱
い性等が向上する。

【０１６９】さらに、本発明のＴｉ基ろう用いてろう付
けを行なう場合、ろう付け構造即ち被ろう付け材同士の
接合間隙を150μｍ以下、用途によってより好ましくは1
00μｍとすることで、ろう付け組織からの破断が発生し
にくくなり接合強度が上昇する。

【０１７０】さらに、本発明のＴｉ基ろうを用いてろう
付けする場合に、従来接合強度を得るために必要であっ
たろう付け後の均質化熱処理が不要であり、従来５分以
上必要であったろう付け時間を短縮可能である。そのた
め被ろう付け材を劣化させることがほとんどない。ま
た、フラックスを必要としない利点があり、フラックス
による汚染を生じないため、特に生体用ろう付け材とし
て好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係り、各種ろう材のＴｉ母
材上でのぬれ性試験結果を示す、金属組織のマクロ写真
（倍率４倍）である。ろう付け条件は、1100℃−420ｓ
保持。

【図２】本発明の実施例１に係り、各種ろう材のＴｉ母
材上でのぬれ性試験結果を示す、金属組織のマクロ写真
（倍率４倍）である。ろう付け条件は、1100℃−420ｓ
保持。

【図３】本発明の実施例２に係り、各接合間隙（μｍ）
でＴｉ母材をＴｉ60−Ｐｄ20−Ｃｕ20ろうでろう付けし
た、ろうとろう付け界面付近の金属組織を示す顕微鏡写
真（倍率100倍）である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲
気、1100℃−240ｓ保持。接合間隙は（ａ）は50μｍ、
（ｂ）は100μｍ、（ｃ）は150μｍ。

【図４】本発明の実施例２に係り、Ｔｉ母材をＴｉ₆₀−
Ｃｕ₂₀−Ｐｄ₂₀ろうでろう付けした、ろうとろう付け界
面付近の金属組織を示す電子顕微鏡写真（倍率1000倍）
である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ
保持、接合間隙は100μｍ。各点（１〜４）は元素分析
点である。

【図５】本発明の実施例３に係り、Ｔｉから成る母材及
びチップを各種Ｔｉ基ろうでろう付けした試料のせん断
試験方法を示す模式図である。

【図６】本発明の実施例３に係り、各接合間隙（50、10
0、及び150μｍ）でＴｉ母材をＴｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ｐｄ₂₀
ろうでろう付けした、接合間隙（μｍ）に対するろうの
せん断強さ（MPa）を示す。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲
気、1100℃−240ｓ保持。

【図７】本発明の実施例４に係り、各接合間隙（50、10
0、及び150μｍ）でＴｉ母材をＴｉ₆₀−Ｃｕ₂₀−Ｐｄ₂₀
ろうでろう付けした、各接合間隙（μｍ）に対するろう
の衝撃強さ（J/cm²）を示す。ろう付け条件は、Ａｒ雰
囲気、1100℃−240ｓ保持。

【図８】本発明の実施例４に係り、各接合間隙（50、10
0、及び150μｍ）でＴｉ母材をＴｉ₆₀−Ｐｄ₂₀−Ｃｕ₂₀
ろうでろう付けし衝撃試験を行なって破断させた、ろう
付け面における破断面の金属組織を示す写真である。ろ
う付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ保持。接合
間隙は（ａ）は50μｍ、（ｂ）は100μｍ、（ｃ）は150
μｍ。

【図９】本発明の実施例４に係り、接合間隙100μｍで
Ｔｉ母材をＴｉ_47.5Ｃｕ₅Ｐｄ₄₇ _.5ろうでろう付けし
た、ろうとろう付け界面付近の金属組織を示す顕微鏡写
真（倍率100倍）である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲
気、1100℃−240ｓ保持。

【図１０】本発明の実施例４に係り、接合間隙100μｍ
でＴｉ母材をＴｉ₄₀Ｃｕ₂₀Ｐｄ₂₀ろうでろう付けした、
ろうとろう付け界面付近の金属組織を示す顕微鏡写真
（倍率100倍）である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1
100℃−240ｓ保持。

【図１１】本発明の実施例４に係り、接合間隙100μｍ
でＴｉ母材をＴｉ₅₀Ｐｄ₅₀ろうでろう付けした、ろうと
ろう付け界面付近の金属組織を示す顕微鏡写真（倍率10
0倍）である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1165℃−2
40ｓ保持。

【図１２】本発明の実施例４に係り、接合間隙100μｍ
でＴｉ母材をＴｉ_47.5Ｃｏ₅Ｐｄ₄₇ _.5ろうでろう付けし
た、ろうとろう付け界面付近の金属組織を示す顕微鏡写
真（倍率100倍）である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲
気、1100℃−240ｓ保持。

【図１３】本発明の実施例５に係り、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｐｄ
−Ｍ（Ｚｒ、Ａｕ、Ａｕ＋Ｚｒ）系ろうでＴｉ母材をろ
う付けした、各種Ｔｉ基ろうに対するろうの衝撃強さ
（J/cm²）を示す。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100
℃−240ｓ保持。接合間隙は100μｍ。

【図１４】本発明の実施例５に係り、各接合間隙でＴｉ
母材をＴｉ₅₀−Ｐｄ₅₀ろうでろう付けした、各接合間隙
（μｍ）に対するろうの衝撃強さを示す。ろう付け条件
は、Ａｒ雰囲気、1165℃−240ｓ保持。接合間隙は
（ａ）は50μｍ、（ｂ）は100μｍ、（ｃ）は150μｍ。

【図１５】本発明の実施例５に係り、各接合間隙（50、
100、及び150μｍ）でＴｉ母材をＴｉ−Ｃｕ−Ｐｄ系
（Ｐｄ／Ｔｉ＝１）各種ろうでろう付けした、接合間隙
（μｍ）に対する各種ろうの衝撃強さ（J/cm²）を示
す。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ保
持。

【図１６】本発明の実施例５に係り、Ｔｉ母材をＴｉ−
Ｃｏ−Ｐｄ系各種ろうでろう付けした、各種ろうの衝撃
強さ（J/cm²）を示す。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1
100℃−240ｓ保持、接合間隙100μｍ。

【図１７】本発明の実施例５に係り、各接合間隙（50、
100、及び150μｍ）でＴｉ母材をＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−
Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付けした、接合間隙（μ
ｍ）に対するろうの衝撃強さ（J/cm²）を示す。ろう付
け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ保持。

【図１８】本発明の実施例６に係り、グラファイト同士
をＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付
けした金属組織のマクロ写真（倍率４倍）である。ろう
付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ保持。接合間
隙は100μｍ。

【図１９】本発明の実施例６に係り、ＳＳ４１−ＳｉＣ
をＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうでろう付
けした金属組織のマクロ写真（倍率４倍）である。ろう
付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ保持。接合間
隙は50μｍ。

【図２０】本発明の実施例６に係り、ＳＳ４１−Borts
ダイヤモンドをＴｉ_47.5−Ｐｄ₄₇ _.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5
ろうでろう付けした金属組織のマクロ写真（倍率４倍）
である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ
保持。接合間隙は50μｍ。

【図２１】本発明の実施例６に係り、Ｗ−Borts ダイヤ
モンドをＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃｏ_2.5ろうで
ろう付けした金属組織のマクロ写真（倍率４倍）であ
る。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−240ｓ保
持。接合間隙は50μｍ。

【図２２】本発明の実施例６に係り、ＷＣ焼結合金−Bo
rts ダイヤモンドをＴｉ_47.5−Ｐｄ_47.5−Ｃｕ_2.5−Ｃ
ｏ_2.5ろうでろう付けした金属組織のマクロ写真（倍率
４倍）である。ろう付け条件は、Ａｒ雰囲気、1100℃−
240ｓ保持。接合間隙は50μｍ。

【符号の説明】

１組成分析点（中央灰色部）２組成分析点（中央白色部）３組成分析点（端部黒色部）４組成分析点（端部灰色部）９チップ１０ベース１１ろう付け部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594196082 吉田亨愛知県名古屋市北区大曽根一丁目６−13 (72)発明者坂清子愛知県愛知郡日進町大字梅森字北田面701 番地の１梅森コーポラス305号 (72)発明者大村博彦愛知県名古屋市守山区上志段味字東谷2109 番地の234 (72)発明者川▲尻▼ 鉱二岐阜県各務原市鵜沼朝日町５丁目２番地７ (72)発明者吉田亨愛知県名古屋市北区大曽根一丁目６−13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｔｉ及びＰｄを主成分とし、Ｔｉに対する
Ｐｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.25〜4であることを特徴と
するＴｉ基ろう。
【請求項２】Ｔｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.
66〜1.5であることを特徴とする請求項１記載のＴｉ基
ろう。
【請求項３】Ｔｉ、Ｐｄ及びＣｕを主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ0.01〜30wt％、残部本質上Ｔｉからなることを特徴とするＴｉ基ろう。
【請求項４】Ｃｕ２〜10wt％であることを特徴とする請
求項３に記載のＴｉ基ろう。
【請求項５】Ｔｉ、Ｐｄ及びＣｏを主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｏ0.01〜30wt％、残部本質上Ｔｉからなることを特徴とするＴｉ基ろう。
【請求項６】Ｃｏ２〜10wt％であることを特徴とする請
求項５に記載のＴｉ基ろう。
【請求項７】Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｏを主成分とし、Ｐｄ20〜80wt％、Ｃｕ及びＣｏの１種以上0.01〜30wt％、残部本質上Ｔｉからなることを特徴とするＴｉ基ろう。
【請求項８】Ｃｕ及びＣｏの１種以上が２〜10wt％であ
ることを特徴とする請求項７に記載のＴｉ基ろう。
【請求項９】Ｔｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが0.
25〜4であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか
に記載のＴｉ基ろう。
【請求項１０】Ｔｉに対するＰｄの重量比Ｐｄ／Ｔｉが
0.66〜1.5であることを特徴とする請求項３〜９のいず
れかに記載のＴｉ基ろう。
【請求項１１】Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｐｔ、Ｉｎ、
Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｍ
ｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｇａの一
種以上を合量10wt％以下含むことを特徴とする請求項１
〜１０のいずれかに記載のＴｉ基ろう。
【請求項１２】生体用インプラント材料のろう付けに用
いられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに
記載のＴｉ基ろう。
【請求項１３】生体親和性元素であるＡｇ、Ａｕ、Ｚ
ｒ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｍ
ｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｗ、Ｇａの一種以上を合
量10wt％以下含むことを特徴とする請求項１２に記載の
Ｔｉ基ろう。
【請求項１４】Ｔｉ、Ｔｉ合金、超硬合金、セラミック
ス、ダイヤモンド、カーボンコンポジット、及びグラフ
ァイトの一種以上を互いにろう付けするための請求項１
〜１３のいずれかに記載のＴｉ基ろう。
【請求項１５】被ろう付け材間のろう付け間隔が150μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれ
かに記載のＴｉ基ろうを用いたろう付け構造。