JPH11128836A - Ultrasonic horn - Google Patents

Ultrasonic horn

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JPH11128836A
JPH11128836A JP31657897A JP31657897A JPH11128836A JP H11128836 A JPH11128836 A JP H11128836A JP 31657897 A JP31657897 A JP 31657897A JP 31657897 A JP31657897 A JP 31657897A JP H11128836 A JPH11128836 A JP H11128836A
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metal
ceramic
ultrasonic horn
ceramic part
main body
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JP31657897A
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Tomoo Tanaka
智雄 田中
Nobuyuki Hotta
信行 堀田
Masaya Ito
正也 伊藤
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic horn having a joined structure of a metal main body and a ceramic part and having high reliability. SOLUTION: The ultrasonic horn 1 consists of a metal main body 2 and a ceramic part 3 joined on the vibration emitting end of the metal main body 2. A joining metal layer essentially comprising a metal having a different compsn. form that of the metal main body 2 is formed on the metal body 2 between the metal main body 2 and the ceramic part 3, while a joining reaction layer having a different compsn. from that of the ceramic part and essentially comprising one or more inorg. compds. of Ti, Nb, Zr, Al, Cr and V is formed on the ceramic part 3. The thickness t2 of the joining reaction layer is controlled to 0.2 to 7 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超音波ホーンに関
し、例えば超音波圧搾機、超音波かしめ機、超音波ハン
ダ付け機、超音波切断機、超音波熔接機などの超音波加
工機や、超音波洗浄器、超音波撹拌機等の、各種超音波
デバイスに使用される超音波ホーンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic horn, for example, an ultrasonic working machine such as an ultrasonic pressing machine, an ultrasonic caulking machine, an ultrasonic soldering machine, an ultrasonic cutting machine, an ultrasonic welding machine, and the like. The present invention relates to an ultrasonic horn used for various ultrasonic devices such as an ultrasonic cleaner and an ultrasonic stirrer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の超音波ホーンとしては、
鋼、チタン合金あるいはアルミニウム合金等の金属性の
ものが使用されていた。しかしながら、金属製の超音波
ホーンは、被処理物と接触する超音波放射面が摩耗を起
こしやすい欠点があり、例えば超音波による液状被処理
物(例えばスラリーやコロイドなどの懸濁物)の混合、
分散あるいは乳化など、液体中で使用された場合には、
超音波放射面にエロージョンと呼ばれる摩耗が発生しや
すい問題があった。そこで、超音波放射面の耐摩耗性を
向上させるために、金属製の本体部先端にセラミック部
を接合したものが、例えば実開平5−80569号公報
等に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of ultrasonic horn,
Metallic materials such as steel, titanium alloys or aluminum alloys have been used. However, the ultrasonic horn made of metal has a drawback that the ultrasonic radiation surface which comes into contact with the object to be processed is liable to be worn. ,
When used in liquids such as dispersion or emulsification,
There has been a problem that wear called erosion is likely to occur on the ultrasonic wave emitting surface. In order to improve the wear resistance of the ultrasonic radiation surface, a ceramic body joined to the tip of a metal main body is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-80569.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ここで、金属製の本体
部先端にセラミック部を接合した構造の超音波ホーンに
おいては、その金属本体部とセラミック部との接合強度
を確保することが、その信頼性向上のために重要であ
る。例えば、超音波加工機用の超音波ホーンの場合は、
一般に周波数20〜40KHz、振幅30〜60μmと
いう高負荷条件で作動するため、金属本体部とセラミッ
ク部との接合には特に高い信頼性が求められている。
Here, in an ultrasonic horn having a structure in which a ceramic portion is joined to the tip of a metal body portion, it is necessary to secure the joining strength between the metal body portion and the ceramic portion. This is important for improving reliability. For example, in the case of an ultrasonic horn for an ultrasonic machine,
In general, since the device operates under a high load condition of a frequency of 20 to 40 KHz and an amplitude of 30 to 60 μm, particularly high reliability is required for joining the metal body portion and the ceramic portion.

【0004】本発明の課題は、金属本体部とセラミック
部とが接合された構造を有して、しかも信頼性が高い超
音波ホーンを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly reliable ultrasonic horn having a structure in which a metal main body portion and a ceramic portion are joined to each other and having high reliability.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項に記載し
た超音波ホーンの構成は以下の通りである。
The construction of the ultrasonic horn according to the present invention is as follows.

【0006】(請求項1)金属本体部と、その金属本体
部の振動放射側端部に接合されたセラミック部とを有
し、金属本体部と前記セラミック部との間には、金属本
体部とは組成の異なる金属を主体に構成される接合金属
層が金属本体部側に、活性金属成分としてのTi、N
b、Zr、Al、Cr及びVの1種又は2種以上の無機
化合物を主体に構成されてセラミック部とは異なる組成
を有する接合反応層がセラミック部側に形成され、その
接合反応層の厚さt2が0.2〜7μmの範囲で調整さ
れる。
[0006] (Claim 1) A metal body portion and a ceramic portion joined to an end of the metal body portion on the vibration radiation side, and a metal body portion is provided between the metal body portion and the ceramic portion. And a bonding metal layer mainly composed of a metal having a different composition is provided on the metal main body side with Ti and N as active metal components.
A bonding reaction layer mainly composed of one or more inorganic compounds of b, Zr, Al, Cr and V and having a composition different from that of the ceramic portion is formed on the ceramic portion side, and the thickness of the bonding reaction layer is T2 is adjusted in the range of 0.2 to 7 μm.

【0007】(請求項2)請求項1で、金属本体部とセ
ラミック部とはろう付け接合されたものであり、接合反
応層は、該ろう付けに使用されたろう材中の活性金属成
分と、セラミック部の構成成分とが反応して形成された
ものである。
(Claim 2) In claim 1, the metal body portion and the ceramic portion are joined by brazing, and the joining reaction layer comprises: an active metal component in the brazing material used for the brazing; It is formed by reacting with the constituent components of the ceramic part.

【0008】(請求項3)請求項1又は2で、セラミッ
ク部は、Si34、ZrO2及びAl23のいずれかを
主成分とするセラミックにより構成されている。
(Claim 3) In claim 1 or 2, the ceramic portion is made of a ceramic containing Si 3 N 4 , ZrO 2 or Al 2 O 3 as a main component.

【0009】(請求項4)請求項1〜3のいずれかにお
いて、金属本体部は、Fe又はTiを主成分とする金属
により構成されている。
(Claim 4) In any one of claims 1 to 3, the metal body is made of a metal containing Fe or Ti as a main component.

【0010】(請求項5)請求項1〜4のいずれかにお
いて、セラミック部は、ZrO2又はAl23を主成分
とするセラミックにより構成されている。
(Claim 5) In any one of claims 1 to 4, the ceramic portion is made of a ceramic mainly composed of ZrO 2 or Al 2 O 3 .

【0011】(請求項6)請求項1〜5のいずれかにお
いて、金属本体部とセラミック部との接合強度が60M
Pa以上である。
(Claim 6) In any one of claims 1 to 5, the joint strength between the metal body and the ceramic part is 60M.
Pa or more.

【0012】[0012]

【発明の作用及び効果】本発明の超音波ホーンにおいて
は、金属本体部とセラミック部との間に形成される接合
反応層の厚さt2を0.2〜7μmの範囲で調整するこ
とにより、金属本体部とセラミック部との接合強度が高
められ、その信頼性を向上させることができる。これに
より、例えば超音波加工機用の超音波ホーンなど、高負
荷条件で作動するものであっても、その長寿命化を図る
ことができる。
According to the ultrasonic horn of the present invention, the thickness t2 of the bonding reaction layer formed between the metal body and the ceramic portion is adjusted in the range of 0.2 to 7 μm. The bonding strength between the metal body and the ceramic portion is increased, and the reliability can be improved. This makes it possible to extend the life of a device that operates under high load conditions, such as an ultrasonic horn for an ultrasonic processing machine.

【0013】接合反応層の厚さt2が0.2μm未満に
なると接合強度が低下し、超音波ホーンの信頼性を十分
に確保できなかったり、あるいは寿命低下につながる場
合がある。一方、接合反応層の厚さt2が7μmを超え
ると、該接合反応層が強度は高いが脆い性質を有する無
機化合物を主体に構成されているため、却って接合強度
が損なわれ、同様に超音波ホーンの信頼性を確保できな
かったり、あるいは寿命低下といった問題を招く場合が
ある。なお、接合反応層の厚さt2は、より望ましくは
0.5〜5μmとなるように調整するのがよい。
When the thickness t2 of the bonding reaction layer is less than 0.2 μm, the bonding strength is reduced, and the reliability of the ultrasonic horn may not be sufficiently secured, or the life of the ultrasonic horn may be shortened. On the other hand, if the thickness t2 of the bonding reaction layer exceeds 7 μm, the bonding reaction layer is mainly composed of an inorganic compound having high strength but brittleness, so that the bonding strength is rather deteriorated, and the ultrasonic In some cases, the reliability of the horn cannot be ensured, or the life of the horn may be shortened. The thickness t2 of the bonding reaction layer is more preferably adjusted to be 0.5 to 5 [mu] m.

【0014】なお、接合反応層の厚さt2は、接合の条
件、具体的には接合温度とその接合温度での保持時間に
より調整することができる。従って、使用するセラミッ
ク部形成部材、金属本体部形成部材及びろう材に応じ
て、接合反応層の厚さt2が上記条件を満足するよう
に、接合温度とその接合温度での保持時間を適宜調整す
ればよい。
The thickness t2 of the bonding reaction layer can be adjusted by the bonding conditions, specifically, the bonding temperature and the holding time at the bonding temperature. Therefore, the joining temperature and the holding time at the joining temperature are appropriately adjusted so that the thickness t2 of the joining reaction layer satisfies the above-mentioned conditions according to the ceramic part forming member, the metal body part forming member, and the brazing material used. do it.

【0015】金属本体部の材質としては、強度及び信頼
性確保の観点から、炭素鋼、合金鋼あるいはステンレス
鋼等のFeを主体とする金属、あるいは軽量かつ高強度
であり耐食性に優れたTiを主成分とする金属が本発明
には特に好適である。また、セラミック部の具体的な材
質としては、耐摩耗性及び強度に優れていることから、
Si34、Al23及びZrO2のいずれかを主成分と
するセラミックを使用することができる。
As the material of the metal body, from the viewpoint of securing strength and reliability, a metal mainly composed of Fe, such as carbon steel, alloy steel or stainless steel, or Ti which is lightweight, has high strength and is excellent in corrosion resistance. Metals as main components are particularly suitable for the present invention. In addition, as a specific material of the ceramic portion, since it has excellent wear resistance and strength,
A ceramic containing any one of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 and ZrO 2 as a main component can be used.

【0016】次に、金属本体部とセラミック部との接合
構造は、具体的には図1(a)に示すように、金属本体
部となるべき金属本体部形成部材と、セラミック部とな
るべきセラミック部形成部材との間にろう材を介挿し、
この状態で所定温度に加熱して両部材をろう付けするこ
とにより得ることができる(なお、図1は模式的なもの
であって、ろう材、接合金属層及び接合反応層は、便宜
的に厚さを誇張して描いている)。この場合、ろう材と
しては、活性金属成分としてのTi、Nb、Zr、A
l、Cr及びVの1種又は2種以上を含有する活性ろう
材を、板状あるいは箔状に形成したものを使用できる。
具体的には、Ag−Cu−Ti系、Ag−Cu−In−
Ti系、Ag−Cu−Ti−Sn系、Cu−Ti系ある
いはAg−Ti等の各種組成のろう材の中から、金属本
体部とセラミック部との材質の組み合わせに応じて適宜
選択して使用する。
Next, specifically, as shown in FIG. 1 (a), the joining structure between the metal main body and the ceramic part should be a metal main body forming member to be a metal main body, and a ceramic part to be a ceramic part. Insert a brazing material between the ceramic part forming member,
In this state, it can be obtained by heating to a predetermined temperature and brazing both members (FIG. 1 is a schematic diagram, and the brazing material, the joining metal layer and the joining reaction layer The thickness is exaggerated.) In this case, as the brazing material, Ti, Nb, Zr, and A as active metal components are used.
A plate-shaped or foil-shaped active brazing material containing one or more of l, Cr and V can be used.
Specifically, Ag-Cu-Ti-based, Ag-Cu-In-
A brazing material having various compositions such as Ti-based, Ag-Cu-Ti-Sn-based, Cu-Ti-based or Ag-Ti is appropriately selected and used according to the combination of the materials of the metal body and the ceramic portion. I do.

【0017】上述のようなろう付けの結果として得られ
る接合構造は、例えば図1(b)に示すようなものであ
る。すなわち、金属本体部とセラミック部との間におい
て、接合金属層が金属本体部側に、接合反応層がセラミ
ック部側に形成される。金属本体部及びセラミック部
は、出発素材である金属本体部形成部材及びセラミック
部形成部材の組成をほぼ維持している部分である。
The joint structure obtained as a result of the above-mentioned brazing is, for example, as shown in FIG. That is, between the metal body and the ceramic part, the joining metal layer is formed on the metal body side, and the joining reaction layer is formed on the ceramic part side. The metal body portion and the ceramic portion are portions that substantially maintain the compositions of the metal body portion forming member and the ceramic portion forming member that are the starting materials.

【0018】次に、接合反応層は、主にろう材中の活性
金属成分とセラミック部の構成成分との反応に基づいて
形成されるものであり、活性金属成分としてのTi、N
b、Zr、Al、Cr及びVの1種又は2種以上の無機
化合物を主体に構成され、かつセラミック部とは異なる
組成を有するものとなる。例えばろう材中の活性金属成
分がTiであり、セラミック部がZrO2やAl23
主体とする場合は、接合反応層は酸化チタン(TiOあ
るいはTiO2)を主体とするものとなる。また、活性
金属成分が同様にTiで、セラミック部が窒化珪素であ
ると、接合反応層は主に窒化チタンあるいは珪化チタン
を主体とするものとなる。
Next, the bonding reaction layer is formed mainly based on the reaction between the active metal component in the brazing material and the constituent components of the ceramic part.
It is mainly composed of one or more inorganic compounds of b, Zr, Al, Cr and V, and has a composition different from that of the ceramic part. For example, when the active metal component in the brazing material is Ti and the ceramic portion is mainly composed of ZrO 2 or Al 2 O 3 , the bonding reaction layer is mainly composed of titanium oxide (TiO or TiO 2 ). If the active metal component is Ti and the ceramic portion is silicon nitride, the bonding reaction layer is mainly composed of titanium nitride or titanium silicide.

【0019】なお、接合反応層を形成する活性金属成分
は、金属本体部が活性金属成分を含んで構成されている
場合(例えば、TiないしTi合金で構成されている場
合)には、接合に際して該金属本体部側からろう材層を
経てセラミック部側に拡散してくる活性金属成分や、あ
るいは接合に先立ってセラミック部形成部材の接合面に
施されるメタライズ層に含まれている活性金属成分な
ど、ろう材以外のものに由来するものであってもよい。
また、セラミック部形成部材の接合面にメタライズ層を
形成する場合、使用するろう材は、Ag−Cu系、Ag
−Cu−In系、あるいはAl−Si系、Al−Si−
Cu等、活性金属成分を含有しないものを使用してもよ
い。
The active metal component forming the bonding reaction layer is not required when the metal main body is configured to contain the active metal component (for example, when the metal main body is formed of Ti or a Ti alloy). An active metal component that diffuses from the metal body portion side to the ceramic portion side via the brazing material layer, or an active metal component contained in the metallized layer applied to the joining surface of the ceramic portion forming member prior to joining. For example, it may be derived from something other than brazing material.
When a metallized layer is formed on the joint surface of the ceramic part forming member, the brazing material used is an Ag-Cu-based, Ag-based
-Cu-In system, Al-Si system, Al-Si-
A material that does not contain an active metal component such as Cu may be used.

【0020】また、接合金属層は、ろう材に対応して形
成される部分であるが、金属本体部形成部材との間で成
分拡散し、さらに上記接合反応層形成のため、セラミッ
ク部形成部材との間でも成分拡散を起こすので、ろう材
成分は部分的に引き継ぎつつも、全体としての組成はも
とのろう材の組成とは一般には異なるものとなる。いず
れにしても、該接合金属層は、金属本体部とは組成の異
なる金属を主体に構成される部分となる。
The joining metal layer is a portion formed corresponding to the brazing material. The component diffuses between the joining metal layer and the metal main body forming member, and further, the ceramic reaction forming layer is formed to form the joining reaction layer. Since the diffusion of the components occurs between the brazing material and the brazing material, the composition of the brazing material generally differs from that of the original brazing material while the brazing material component is partially inherited. In any case, the joining metal layer is a portion mainly composed of a metal having a different composition from the metal main body.

【0021】なお、接合金属層、接合反応層及びセラミ
ック部の各境界は、成分拡散等のため一般には不明瞭と
なることが多い。本明細書においては、金属本体部とセ
ラミック部との接合方向において、セラミック部を構成
する金属イオンあるいは珪素イオン等のカチオン成分の
含有量をセラミック部側から接合反応層側に向けて分析
した場合に、該カチオン成分の少なくともいずれかの含
有量分析値レベルが、その最大値の80%となる位置
を、セラミック部と接合反応層との境界として定めるも
のとする。また、同様に接合反応層側から接合金属層側
に向けて活性金属成分の含有量を分析した場合に、その
活性金属成分の少なくともいずれかの含有量分析値レベ
ルが、その最大値の80%となる位置を、接合反応層と
接合金属層との境界として定めるものとする。そして、
両境界間の距離を、接合反応層の厚さとして定義する。
The boundaries between the bonding metal layer, the bonding reaction layer, and the ceramic portion are generally unclear due to component diffusion and the like. In this specification, in the joining direction between the metal body and the ceramic portion, when the content of a cation component such as metal ions or silicon ions constituting the ceramic portion is analyzed from the ceramic portion side to the joining reaction layer side In addition, a position where at least one of the contents of the cation component is 80% of its maximum value is determined as a boundary between the ceramic portion and the bonding reaction layer. Similarly, when the content of the active metal component is analyzed from the bonding reaction layer side toward the bonding metal layer side, at least one of the active metal component analysis value levels is 80% of the maximum value. Is determined as the boundary between the bonding reaction layer and the bonding metal layer. And
The distance between the two boundaries is defined as the thickness of the bonding reaction layer.

【0022】上記分析は、電子プローブ・マイクロ・ア
ナライザ(EPMA)、EDS(エネルギー分散型X線
分光)及びWDS(波長分散型X線分光)、オージェ電
子分光法(AES)等の公知の方法により実施すること
ができる。具体例を挙げれば、図2に示すように、セラ
ミック部(例えばカチオン成分Qの酸化物とする)と金
属本体部との境界部を走査電子顕微鏡(SEM)により
観察し、さらにそれら両部の接合方向において、上記カ
チオン成分Qと、活性金属成分Aとについて、該SEM
付属のEPMAにより線分析を行なったとする。この場
合、成分Q及び成分Aの各含有量は、それぞれ対応する
蛍光X線の検出強度に比例すると考えられる。このと
き、成分Qに基づく蛍光X線強度の最大値がIQmaxであ
り、成分Aに基づく蛍光X線強度の最大値がIAmaxであ
ったとすれば、0.8IQmaxとなる位置を、セラミック
部と接合反応層との境界BC-Rとして定めることができ
る。また、同様に、0.8IAmaxとなる位置を、接合反
応層と接合金属層との境界BR-Wとして定めることがで
きる。そして、両境界BC-RとBR-Wとの間の距離TR
を、接合反応層の厚さとして決定できる。
The above analysis is performed by a known method such as an electron probe microanalyzer (EPMA), EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy), WDS (wavelength dispersive X-ray spectroscopy), Auger electron spectroscopy (AES), or the like. Can be implemented. As a specific example, as shown in FIG. 2, a boundary portion between a ceramic portion (for example, an oxide of a cation component Q) and a metal main portion is observed with a scanning electron microscope (SEM). In the joining direction, the SEM is applied to the cation component Q and the active metal component A.
Suppose that a line analysis was performed by the attached EPMA. In this case, it is considered that each content of the component Q and the component A is proportional to the detection intensity of the corresponding fluorescent X-ray. At this time, assuming that the maximum value of the fluorescent X-ray intensity based on the component Q is IQmax and the maximum value of the fluorescent X-ray intensity based on the component A is IAmax, the position where 0.8 IQmax is obtained is joined to the ceramic part. It can be defined as the boundary BC-R with the reaction layer. Similarly, the position at which 0.8 IAmax is reached can be determined as the boundary BR-W between the bonding reaction layer and the bonding metal layer. Then, the distance TR between the two boundaries BC-R and BR-W
Can be determined as the thickness of the bonding reaction layer.

【0023】なお、接合熱処理時等における金属本体部
とセラミック部との間の熱膨張差に起因した残留応力
(あるいは熱応力)を緩和するために、両者の間に中間
層(あるいは緩衝板)を介挿することもできる。この中
間層は、例えばCuやNi等の軟質金属を主体とするも
ので構成でき、自身の塑性変形により上記残留応力を緩
和する働きをなす。また、W合金やコバール等、セラミ
ック部と金属本体部との中間の線膨張係数を有する材質
で中間層を構成してもよい。なお、中間層は、上記材質
の薄板を金属本体部側にろう付け等により接合する一
方、セラミック部側には前述のろう材等を介して同様に
ろう付け接合することができる。この場合、前述の接合
反応層は上記中間層とセラミック部との間に形成される
こととなる。そして、接合により一体化した金属本体部
と中間層との全体をあらためて金属本体部と見直せば、
当該構造も本発明の請求項に記載した超音波ホーンの構
成を有していると見ることができる。
In order to alleviate the residual stress (or thermal stress) caused by the difference in thermal expansion between the metal body and the ceramic portion during the heat treatment for bonding, an intermediate layer (or a buffer plate) is provided between the two. Can also be inserted. The intermediate layer can be composed mainly of a soft metal such as Cu or Ni, for example, and has a function of relaxing the residual stress by its own plastic deformation. Further, the intermediate layer may be made of a material having an intermediate linear expansion coefficient between the ceramic portion and the metal main portion, such as W alloy or Kovar. The intermediate layer can be formed by joining a thin plate made of the above-mentioned material to the metal body by brazing or the like, and can be similarly joined by brazing to the ceramic portion via the above-mentioned brazing material or the like. In this case, the above-described bonding reaction layer is formed between the intermediate layer and the ceramic portion. And if the whole of the metal main body and the intermediate layer integrated by joining are re-examined as a metal main body,
It can be seen that the structure also has the configuration of the ultrasonic horn described in the claims of the present invention.

【0024】また、金属本体部とセラミック部との接合
強度は、具体的には60MPa以上であることが望まし
い。接合強度が60MPa未満になると、超音波ホーン
の信頼性を十分に確保できなかったり、あるいは寿命低
下を引き起こす場合がある。なお、接合強度は、より望
ましくは100MPa以上であるのがよい。なお、本明
細書において接合強度とは、以下のようにして測定した
剪断強度を意味する。すなわち、セラミック部と金属本
体部とが接合された超音波ホーンに切断及び切削加工等
を施すことにより、図5(a)に示すように、両部の界
面を含んでそれら接合方向と軸方向とが一致するととも
に、軸断面径が15mm、セラミック部の長さが4m
m、 金属本体部側の長さが20mmとなる円柱状試験
片を作製する。そして、同図(b)に示すように、その
試験片の金属本体部側を挾圧治具により挾圧保持しなが
らセラミック部に対し、金属製の加圧板の端面を、板面
と試験片の軸線とほぼ直角となるように上方から当てが
う。なお、加圧板と試験片との当接部には、試験片の外
周面形状に対応する半円形の切欠を形成する。そして、
この状態で加圧試験機によりクロスヘッド速度0.5m
m/分で上記加圧板を試験片に向けて加圧するととも
に、セラミック部と金属本体部とが破断するときの最大
荷重を接合面の面積で割り、これをその剪断強度の測定
値とする。
Further, it is desirable that the bonding strength between the metal body and the ceramic part is specifically 60 MPa or more. If the bonding strength is less than 60 MPa, the reliability of the ultrasonic horn may not be sufficiently secured, or the life of the ultrasonic horn may be shortened. The bonding strength is more desirably 100 MPa or more. In addition, in this specification, joining strength means the shear strength measured as follows. That is, by cutting and cutting the ultrasonic horn in which the ceramic part and the metal body part are joined, as shown in FIG. 5A, the joining direction and the axial direction including the interface between the two parts are performed. And the shaft section diameter is 15 mm and the length of the ceramic part is 4 m
m, A columnar test piece having a length of 20 mm on the metal main body side is prepared. Then, as shown in FIG. 2B, the metal body side of the test piece is clamped and held by a clamping jig. From above so as to be substantially perpendicular to the axis of. A semicircular notch corresponding to the shape of the outer peripheral surface of the test piece is formed at the contact portion between the pressure plate and the test piece. And
In this state, the crosshead speed was 0.5 m using a pressure tester.
The pressure plate is pressed against the test piece at m / min, and the maximum load when the ceramic part and the metal body part break is divided by the area of the joint surface, and this is defined as the measured value of the shear strength.

【0025】なお、液体の混合、分散あるいは乳化など
を行なうための超音波デバイス等に使用される超音波ホ
ーンなどにおいては、セラミック部は、その色彩がなる
べく白に近いものを使用することが望ましい。特に、化
粧品(ファンデーションなど)や食品(マヨネーズ)等
の製造分野では、超音波ホーンのセラミック部が例えば
エロージョン等により溶出した場合に、被処理物の色調
等に影響が生じないよう、特に白色系のものが好まれる
傾向にある。
In the case of an ultrasonic horn used for an ultrasonic device for mixing, dispersing or emulsifying liquids, it is desirable to use a ceramic part having a color as white as possible. . In particular, in the field of manufacturing cosmetics (foundation, etc.) and foods (mayonnaise), when the ceramic part of the ultrasonic horn is eluted by, for example, erosion or the like, a white color is used so as not to affect the color tone of the object to be processed. Tend to be preferred.

【0026】従って上述のような用途の場合、セラミッ
ク部の材質としては、白色系のZrO2あるいはAl2
3を主体とするものを使用することが特に望ましいとい
える。ここで、Al23やZrO2の色彩は本来的には
白色であり、これら材質を使用する限り、最終的に得ら
れるセラミック部の色彩も白色に近いものとなること
は、一見自明であるように思われる。しかしながら、本
発明者らが鋭意検討した結果、上記セラミック部には接
合反応層と隣接する形で変色領域がほぼ不可避的に形成
され、しかもこの変色領域の厚さは、前述の接合反応層
の形成厚さが大きくなるほど顕著に増大することを見い
出したのである。従って、金属本体部とセラミック部と
の接合状態、具体的には接合反応層の厚さ制御に考慮を
払わなければ上記変色領域の厚さが増大し、セラミック
部には範囲を超えた着色が生じる場合がある。
Therefore, in the case of the above-mentioned application, the material of the ceramic part is white ZrO 2 or Al 2 O.
It can be said that it is particularly desirable to use one mainly composed of three . Here, it is obvious at first glance that the color of Al 2 O 3 and ZrO 2 is originally white, and as long as these materials are used, the color of the finally obtained ceramic part is also close to white. It seems there is. However, as a result of diligent studies by the present inventors, a discolored region is almost inevitably formed in the ceramic portion adjacent to the joining reaction layer, and the thickness of the discoloring region is the same as that of the aforementioned joining reaction layer. It has been found that the larger the formed thickness is, the more significantly it increases. Therefore, the thickness of the discolored area increases if the bonding state between the metal body and the ceramic part, specifically, the thickness control of the bonding reaction layer is not taken into account, and the ceramic part is colored beyond the range. May occur.

【0027】変色領域が形成される原因としては、次の
ようなことが考えられる。すなわち、接合反応層が形成
されるには、ろう材中の活性金属成分と反応するべきア
ニオン成分(例えば酸化物であれば酸素)が、セラミッ
ク部側から供給されなければならない。その結果、セラ
ミック部には接合反応層と隣接する形で、上記アニオン
が欠損した領域が形成されることとなる。該アニオン欠
損により生じた空孔は、多くの場合、電荷が残留して色
中心を形成しやすいので、セラミック部の着色(変
色)、すなわち変色領域を形成するものと考えられる。
従って、接合反応層の厚さが増大すると上記アニオン欠
損の量も増大し、変色領域の厚さも増大すると考えられ
る。また、ろう材(特に活性金属成分)あるいは金属本
体部の酸化を防止するため、ろう付け処理は一般には真
空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気中で行なわれるが、
セラミック部が酸化物系の材料で構成されている場合
は、雰囲気中への酸素成分の逃散により酸素欠損が生
じ、これも変色領域形成の一因となりうる。
The following are conceivable causes of the formation of the discolored area. That is, in order to form a bonding reaction layer, an anionic component (for example, oxygen in the case of an oxide) to react with the active metal component in the brazing material must be supplied from the ceramic part side. As a result, a region in which the anion is lost is formed in the ceramic portion adjacent to the bonding reaction layer. In many cases, the vacancies generated by the anion deficiency are likely to form a color center (color change), that is, a color change region of the ceramic portion, since the charge remains easily and a color center is easily formed.
Therefore, it is considered that when the thickness of the bonding reaction layer increases, the amount of the anion deficiency also increases, and the thickness of the discolored region also increases. In order to prevent the brazing material (particularly the active metal component) or the metal body from being oxidized, the brazing process is generally performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.
When the ceramic portion is made of an oxide-based material, oxygen deficiency is generated due to escape of the oxygen component into the atmosphere, which may also contribute to the formation of a discolored region.

【0028】そして、図1(c)に示すように、接合反
応層の厚さが一定以上に大きくなると、それに伴い厚さ
が増大した変色領域の影響がセラミック部の先端面に及
び、セラミック部が酸化物系の材料で構成されている場
合は、雰囲気中への酸素成分の逃散による酸素欠損の影
響も重なって、セラミック部の着色が一層生じやすくな
ってしまうのである。
Then, as shown in FIG. 1 (c), when the thickness of the bonding reaction layer becomes larger than a certain value, the discolored region having the increased thickness affects the front end face of the ceramic portion and the ceramic portion. Is composed of an oxide-based material, the effect of oxygen deficiency due to escape of oxygen components into the atmosphere is also superimposed, and coloring of the ceramic portion is more likely to occur.

【0029】例えば、金属本体部への接合方向を厚さ方
向として、金属本体部への接合側から厚さ方向において
セラミック部に、JISZ8721の1.3に規定され
た「明度スケール」においてN8.0未満であるか、又
は該先端面の外観明度及び彩度が、JISZ8721の
1.4に規定された「各色相における明度と彩度との関
係」において明度Vが8より大きいか、もしくは彩度C
が2未満である変色領域が形成される場合、その変色領
域の厚さをt3、セラミック部の厚さをt1、金属本体部
とセラミック部との接合方向における超音波ホーンの全
長をLとして、t1−t3>0.01Lとすることが望ま
しい。
For example, assuming that the joining direction to the metal main body is the thickness direction, the ceramic part is arranged in the thickness direction from the joining side to the metal main body, and the N8. Is less than 0, or the lightness V is greater than 8 in the “relationship between lightness and saturation in each hue” defined in 1.4 of JISZ8721, Degree C
Is less than 2, the thickness of the discolored area is t3, the thickness of the ceramic part is t1, the total length of the ultrasonic horn in the joining direction of the metal body and the ceramic part is L, It is desirable that t1−t3> 0.01L.

【0030】超音波ホーンは、例えば超音波加工機や超
音波撹拌機に適用する場合、超音波放射面が形成される
先端部分が摩耗して上記長さLが一定以上に変化すると
共振点がずれ、加工効率が極端に低下する。そして、使
用条件によっては全長Lの1%程度が摩耗等により短く
なった場合、超音波ホーンの交換が必要となる場合もあ
る。この場合、該Lの1%が摩耗するまでに、すなわち
超音波ホーンの交換前に変色領域がセラミック部の先端
面に露出すると、その変色部の溶け出しによって被処理
物の色調等に影響が生ずることも考えられる。そこで、
t1−t3>0.01Lとすることで、超音波ホーンは変
色領域が露出する前に交換されることになり、上記問題
を回避することが可能となる。なお、より望ましくはt
1−t3>0.015Lとするのがよく、さらに望ましく
はt1−t3>0.02Lとするのがよい。
When the ultrasonic horn is applied to, for example, an ultrasonic machine or an ultrasonic stirrer, the resonance point is changed when the length of the ultrasonic radiating surface is worn and the above-mentioned length L changes more than a certain value. Misalignment, processing efficiency is extremely reduced. Then, if about 1% of the total length L is shortened due to abrasion or the like depending on the use conditions, the ultrasonic horn may need to be replaced. In this case, if the discolored area is exposed on the front end face of the ceramic portion before 1% of the L is worn, that is, before the ultrasonic horn is replaced, the discolored portion melts and affects the color tone of the workpiece. It is possible that this will occur. Therefore,
By setting t1−t3> 0.01 L, the ultrasonic horn is replaced before the discolored area is exposed, and the above problem can be avoided. It is more desirable that t
It is preferable that 1−t3> 0.015 L, and more preferably t1−t3> 0.02 L.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例により説明する。図3は、本発明の一実
施例としての超音波ホーンを示している。該超音波ホー
ン1は、金属本体部2の超音波放射側の端面にセラミッ
ク部3が接合された構造を有する。そして、金属本体部
2の他方の端面2a側が超音波発生源に接続され、超音
波を該金属本体部2を経てセラミック部3の先端面3a
側から放射させる。金属本体部2は、超音波を放射面側
に集中させるため、一方の端部(この場合、端面2a
側)が太く、他方の端部(この場合、セラミック部3の
接合側)が細く形成されている。本実施例では、金属本
体部2は、軸断面がほぼ円形で、一定のアール2bが付
与された段部が軸方向中間に形成された丸棒状の形態を
有している。また、セラミック部3は、金属本体部2の
端面形状に対応する円板状に形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 3 shows an ultrasonic horn as one embodiment of the present invention. The ultrasonic horn 1 has a structure in which a ceramic portion 3 is joined to an end surface on the ultrasonic wave radiation side of a metal main body 2. The other end surface 2a side of the metal main body 2 is connected to an ultrasonic wave generating source, and ultrasonic waves are transmitted through the metal main body 2 to the front end surface 3a of the ceramic portion 3.
Radiate from side. The metal body 2 has one end (in this case, the end face 2a) in order to concentrate the ultrasonic wave on the radiation surface side.
Side), and the other end (in this case, the joining side of the ceramic portion 3) is formed thin. In this embodiment, the metal main body 2 has a round bar shape in which an axial cross section is substantially circular and a step portion provided with a constant radius 2b is formed in the middle in the axial direction. The ceramic portion 3 is formed in a disk shape corresponding to the shape of the end surface of the metal main body 2.

【0032】金属本体部2は、本実施例ではチタンない
しチタン合金で構成されているものとするが、炭素鋼、
合金鋼あるいはステンレス鋼等の鉄系材料で構成しても
よい。また、セラミック部3は、Si34、Al23
いしZrO2など、耐摩耗性及び強度に優れたセラミッ
クを主体に構成される。
In this embodiment, the metal body 2 is made of titanium or a titanium alloy.
It may be made of an iron-based material such as alloy steel or stainless steel. The ceramic portion 3 is mainly composed of a ceramic having excellent wear resistance and strength, such as Si 3 N 4 , Al 2 O 3 or ZrO 2 .

【0033】該超音波ホーン1は、図4に示すように、
金属本体部2となるべき丸棒状の金属本体形成部材4の
小径側の端面4aに、セラミック部3となるべき円板状
のセラミック部形成部材5をろう材箔6を挟んで重ね合
わせ、軸方向に加圧しながら真空あるいは不活性ガス雰
囲気中で、温度700〜950℃で5〜120分加熱す
ることによりろう付け接合される。ここで、ろう材とし
ては、活性金属成分としてのTi、Nb、Zr、Al、
Cr及びVの1種又は2種以上を含有する活性ろう材、
例えばAg−Cu−Ti系、Ag−Cu−In−Ti
系、Ag−Cu−Ti−Sn系、Cu−Ti系、Ag−
Ti系等の活性ろう材が使用される。なお、真空蒸着、
スパッタリング、イオンプレーティング等の気相成膜法
により、セラミック部形成部材5の接合面にTi等の活
性金属のメタライズ処理を行なうこともできるが、この
場合はAg−Cu系、Ag−Cu−In系あるいはAl
−Si系、Al−Si−Cu等の活性金属を含有しない
ろう材を用いることも可能である。また、ろう材層を経
た金属本体部2からのTi成分の拡散が期待できる場合
も同様である。
The ultrasonic horn 1 is, as shown in FIG.
A disk-shaped ceramic part forming member 5 to be a ceramic part 3 is overlapped on a small diameter side end surface 4a of a round rod-shaped metal main body forming member 4 to be a metal main part 2 with a brazing material foil 6 interposed therebetween. The brazing is performed by heating at a temperature of 700 to 950 ° C. for 5 to 120 minutes in a vacuum or an inert gas atmosphere while pressing in the direction. Here, Ti, Nb, Zr, Al as active metal components are used as brazing materials.
An active brazing filler metal containing one or more of Cr and V,
For example, Ag-Cu-Ti, Ag-Cu-In-Ti
System, Ag-Cu-Ti-Sn system, Cu-Ti system, Ag-
An active brazing material such as Ti-based is used. In addition, vacuum evaporation,
A metallizing treatment of an active metal such as Ti can be performed on the bonding surface of the ceramic portion forming member 5 by a vapor phase film forming method such as sputtering or ion plating. In this case, an Ag-Cu-based or Ag-Cu- In-based or Al
It is also possible to use a brazing material that does not contain an active metal such as -Si or Al-Si-Cu. The same applies to the case where the diffusion of the Ti component from the metal body 2 via the brazing material layer can be expected.

【0034】金属本体部2とセラミック部3との間に
は、図1に模式的に示すような接合金属層と接合反応層
とが形成される。これらの詳細については、図1を用い
て既に説明済みである。そして、本発明では、接合反応
層の厚さt2が0.2〜7μmの範囲で調整される。ま
た、金属本体部2とセラミック部3との間の前述の接合
強度は、60MPa以上、望ましくは100MPa以上
とされる。これにより、金属本体部2とセラミック部3
との接合強度が高められ、その信頼性が向上する。
A bonding metal layer and a bonding reaction layer as schematically shown in FIG. 1 are formed between the metal body 2 and the ceramic part 3. These details have already been described with reference to FIG. In the present invention, the thickness t2 of the bonding reaction layer is adjusted in the range of 0.2 to 7 [mu] m. Further, the above-mentioned bonding strength between the metal main body 2 and the ceramic part 3 is set to 60 MPa or more, preferably 100 MPa or more. Thereby, the metal body 2 and the ceramic part 3
And the reliability of the bonding is improved.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の実施例を実験データによりさ
らに詳しく説明する。まず、図3に示す超音波ホーン
を、図4に示す金属本体部形成部材4、ろう材箔6、セ
ラミック部形成部材5を用いて作製した。金属本体部形
成部材4はTi−6重量%Al−4重量%Vの組成を有
するTi合金により作製した。各部の寸法は、全長L1
を123mm、太軸部の長さL2を64mm、同じく外
径D1を43mm、細径側の外径D2を36mm、アール
2bの半径を15mmとした。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below in more detail with reference to experimental data. First, the ultrasonic horn shown in FIG. 3 was manufactured using the metal body forming member 4, the brazing material foil 6, and the ceramic forming member 5 shown in FIG. The metal main body forming member 4 was made of a Ti alloy having a composition of Ti-6% by weight Al-4% by weight V. The dimensions of each part are L1
Was 123 mm, the length L2 of the thick shaft portion was 64 mm, the outside diameter D1 was 43 mm, the outside diameter D2 on the small diameter side was 36 mm, and the radius of the radius 2b was 15 mm.

【0036】また、ろう材箔6は、次の活性ろう材、す
なわち、 Ag−Cu−In−Ti系 組成:Ag−27重量%Cu−12.5重量%In−
1.25重量%Ti; Ag−Cu−Ti系 組成:Ag−35重量%Cu−1.75重量%Ti; のいずれかにより、外径36mm、厚さ0.05mmの
円板状とした。
The brazing material foil 6 is made of the following active brazing material: Ag-Cu-In-Ti-based composition: Ag-27% by weight Cu-12.5% by weight In-
Ag-Cu-Ti-based composition: Ag-35% by weight Cu-1.75% by weight Ti;

【0037】セラミック部形成部材5は、次の材質、す
なわち、 ZrO2系 組成:ZrO2−11重量%Y23 Al23系 組成:Al23−1重量%SiO2−3重量%CaO−
1重量%MgO のいずれかにより、外径36mm、厚さ4mmの円板状
とした。
The ceramic-forming member 5, the following materials, i.e., ZrO 2 based composition: ZrO 2 -11 wt% Y 2 O 3 Al 2 O 3 based composition: Al 2 O 3 -1 wt% SiO 2 -3 Wt% CaO-
A disk having an outer diameter of 36 mm and a thickness of 4 mm was formed using one of 1 wt% MgO 2.

【0038】そして、上記金属本体部形成部材4、ろう
材箔6、セラミック部形成部材5を各種組み合わせによ
り、図4に示すように重ね合わせて所定の治具にセット
し、軸方向に100gの荷重をかけながら、真空熱処理
炉にて、真空度10-4torr、温度720〜900
℃、保持時間5〜90分の各種条件にて接合処理後、1
50℃まで炉冷したのち接合体を取り出した。こうして
得られた接合体の、金属本体部2の細径部とこれに接合
されたセラミック部3との外周面を、外径が35mmと
なるように研磨することにより、超音波ホーンの各種試
験品を得た。各試験品の材質と接合条件を表1に示す。
Then, the metal body forming member 4, the brazing material foil 6, and the ceramic portion forming member 5 are superposed and set in a predetermined jig as shown in FIG. While applying a load, in a vacuum heat treatment furnace, the degree of vacuum is 10 -4 torr, and the temperature is 720 to 900.
After the joining process under various conditions of 5 ° C.
After furnace cooling to 50 ° C., the joined body was taken out. Various tests of the ultrasonic horn were carried out by polishing the outer peripheral surface of the small diameter portion of the metal main body 2 and the ceramic portion 3 joined thereto to the outer diameter of 35 mm of the joined body thus obtained. Product was obtained. Table 1 shows the materials and joining conditions of each test sample.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】まず、各試験品のセラミック部3の先端面
の色彩を、JISZ8721の1.3に規定された「明
度スケール」、及びJISZ8721の1.4に規定さ
れた「各色相における明度と彩度との関係」に示された
色見本のいずれかと目視により参照・比較し、JISZ
8721の1.3を参照した場合はその明度を、JIS
Z8721の1.4を参照した場合は、その色相、明度
及び彩度をそれぞれ決定した。
First, the color of the tip surface of the ceramic part 3 of each test product was measured using the “brightness scale” specified in 1.3 of JISZ8721 and the “brightness and color in each hue” specified in 1.4 of JISZ8721. Reference and comparison with one of the color samples shown in "Relationship with degree"
When referring to 1.3 of 8721, the lightness is referred to JIS
When 1.4 of Z8721 was referred to, its hue, lightness, and saturation were determined.

【0041】また、上記研磨されたセラミック部3の外
周面を光学顕微鏡で拡大観察し、上記JISの明度スケ
ールないし色見本を参照して、本発明の色彩条件を満足
しない領域を目視判別しながら、金属本体部2とセラミ
ック部3との接合方向における当該領域の厚さを、変色
領域の厚さt3として測定した(なお、t3が周方向にば
らついている場合は、その平均値として算出した)。
Further, the outer peripheral surface of the polished ceramic part 3 is enlarged and observed with an optical microscope, and a region which does not satisfy the color conditions of the present invention is visually determined by referring to the lightness scale or color sample of JIS. The thickness of the region in the joining direction between the metal body 2 and the ceramic portion 3 was measured as the thickness t3 of the discolored region (when t3 varied in the circumferential direction, the average was calculated as the average value). ).

【0042】次に、各試験品から、金属本体部2とセラ
ミック部3との境界にまたがるように試験片を切り出し
て表面を研磨後、EPMAにより金属本体部2とセラミ
ック部3との境界部を走査電子顕微鏡(SEM)により
観察し、さらにそれら両部の接合方向において、セラミ
ック部のカチオン成分(ZrO2系の場合はZr、Al2
3系の場合はAl)と、活性金属成分(Ti)とにつ
いて、該SEM付属のEPMAにより線分析を行ない、
前述の方法により接合反応層の厚さt2を決定した。
Next, a test piece was cut out from each test piece so as to straddle the boundary between the metal body 2 and the ceramic part 3 and the surface was polished, and then the boundary between the metal body 2 and the ceramic part 3 was subjected to EPMA. Is observed with a scanning electron microscope (SEM), and further, in the joining direction of both parts, the cation component (Zr, Al 2 in case of ZrO 2 system) of the ceramic part
A line analysis is performed for the O 3 -based Al) and the active metal component (Ti) using the EPMA attached to the SEM.
The thickness t2 of the bonding reaction layer was determined by the method described above.

【0043】また、各試験品の金属本体部2とセラミッ
ク部3との接合強度を、図5に示す前述の方法により測
定した。以上の結果を表2に示す。
The bonding strength between the metal body 2 and the ceramic part 3 of each test sample was measured by the above-described method shown in FIG. Table 2 shows the above results.

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】これらの結果から、セラミック部3と金属
本体部2との接合強度は、接合反応層の厚さt2が本発
明の範囲に属する試験品において良好であり、t2を
1.5〜1.6μmとすればさらに強度が向上している
ことがわかる。また、接合反応層の厚さt2が本発明の
範囲に属する試験品は、セラミック部先端面の明度も高
い。
From these results, the bonding strength between the ceramic part 3 and the metal main body part 2 is good in the test specimen whose thickness t2 of the bonding reaction layer falls within the range of the present invention, and t2 is 1.5 to 1 It can be seen that the strength is further improved when the thickness is set to 0.6 μm. Further, in the test specimen in which the thickness t2 of the bonding reaction layer falls within the range of the present invention, the brightness of the tip surface of the ceramic portion is high.

【0046】また、試験品番号4及び5の超音波ホーン
については、下記の試験を行なった。まず、平均粒径1
μmのAl23粒子200g、平均粒径2μmのSiO
2粒子200g及び1000ccの水をビーカー中に投
じてこれを被処理物とした。そして、上記超音波ホーン
を所定の超音波発生装置(出力300W)に接続し、次
のステップ及びからなる処理サイクルを100回繰
り返した。 超音波ホーンのセラミック部3を被処理物に没入させ
た状態で、ホーン先端の振幅50μmの超音波を発生さ
せることにより該被処理物の混合を10分行なう。 超音波発生(すなわち混合)を停止し、停止状態を1
分維持する。 なお、この試験は、上記使用の超音波ホーンを用いる一
般的な攪拌装置よりも振幅が相当大きく粉体量も多いた
め、加速試験としての意味を持つ。
The following tests were conducted on the ultrasonic horns of Test Item Nos. 4 and 5. First, average particle size 1
200 μm Al 2 O 3 particles, SiO 2 average particle size 2 μm
Two particles (200 g) and water (1000 cc) were poured into a beaker, which was used as a treatment object. Then, the ultrasonic horn was connected to a predetermined ultrasonic generator (output: 300 W), and a processing cycle including the following steps was repeated 100 times. While the ceramic part 3 of the ultrasonic horn is immersed in the object to be processed, the object to be processed is mixed for 10 minutes by generating ultrasonic waves having an amplitude of 50 μm at the tip of the horn. Stops ultrasonic generation (ie, mixing) and sets the stopped state to 1
Keep for a minute. Note that this test has a considerably larger amplitude and a larger amount of powder than a general stirring device using the above-described ultrasonic horn, and thus has a meaning as an accelerated test.

【0047】そして、上記処理終了後、JISZ872
1の1.3を参照して、被処理物の明度を判定したとこ
ろN9.0以上と良好であった。なお、試験終了後にお
いて、番号5の試験品は、セラミック部3の先端面の一
部にN8.0程度の領域が形成されていた。これは、該
試験品では変色層(変色領域)の厚さがやや大きく、セ
ラミック部3のエロージョン摩耗によりこれが部分的に
露出したためであると考えられる。一方、番号4の試験
品は試験終了後もその先端面は明度N9.0以上を維持
していた。なお、該試験品は変色層の厚さをt3、セラ
ミック部3の厚さをt1、金属本体部2とセラミック部
3との接合方向における超音波ホーンの全長をLとし
て、t1−t3>0.01Lを満足している。
After the above processing is completed, JISZ872
The lightness of the object to be processed was determined to be N9.0 or higher, referring to 1.3 of 1. After the test was completed, the test sample of No. 5 had a region of about N8.0 formed on a part of the front end face of the ceramic portion 3. It is considered that this is because the thickness of the discoloration layer (discoloration area) was slightly large in the test sample, and this was partially exposed due to erosion wear of the ceramic portion 3. On the other hand, the test piece of No. 4 maintained its lightness N9.0 or more even after the end of the test. In the test sample, t1−t3> 0, where t3 is the thickness of the color changing layer, t1 is the thickness of the ceramic portion 3, and L is the total length of the ultrasonic horn in the joining direction of the metal body portion 2 and the ceramic portion 3. .01L.

【0048】一方、本発明色の彩条件を満足しなかった
試験品番号7についても同様の試験を行なったところ、
被処理物の明度はN8.5に低下していた。
On the other hand, the same test was performed on the test sample No. 7 which did not satisfy the color conditions of the color of the present invention.
The lightness of the object to be processed was reduced to N8.5.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の超音波ホーンの金属本体部とセラミッ
ク部との接合構造を模式的に示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a joint structure between a metal body and a ceramic part of an ultrasonic horn according to the present invention.

【図2】接合反応層の厚さ決定方法の一例を説明するた
めの図。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a method for determining the thickness of a bonding reaction layer.

【図3】本発明の超音波ホーンの一例を示す側面図。FIG. 3 is a side view showing an example of the ultrasonic horn of the present invention.

【図4】その製造方法を示す側面図。FIG. 4 is a side view showing the manufacturing method.

【図5】金属本体部とセラミック部との接合強度の評価
方法の説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for evaluating the bonding strength between a metal main body and a ceramic part.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超音波ホーン 2 金属本体部 3 セラミック部 4 金属本体部形成部材 5 セラミック部形成部材 6 ろう材箔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic horn 2 Metal main body 3 Ceramic part 4 Metal main body forming member 5 Ceramic part forming member 6 Brazing material foil

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属本体部と、その金属本体部の振動放
射側端部に接合されたセラミック部とを有し、 前記金属本体部と前記セラミック部との間には、前記金
属本体部とは組成の異なる金属を主体に構成される接合
金属層が前記金属本体部側に、活性金属成分としてのT
i、Nb、Zr、Al、Cr及びVの1種又は2種以上
の無機化合物を主体に構成されて前記セラミック部とは
異なる組成を有する接合反応層が前記セラミック部側に
形成され、 その接合反応層の厚さt2が0.2〜7μmの範囲で調
整されたことを特徴とする超音波ホーン。
A metal body portion; and a ceramic portion joined to an end of the metal body portion on a vibration radiation side, wherein the metal body portion is provided between the metal body portion and the ceramic portion. Indicates that a bonding metal layer mainly composed of metals having different compositions is provided on the metal body side with T as an active metal component.
a bonding reaction layer mainly composed of one or more inorganic compounds of i, Nb, Zr, Al, Cr and V and having a composition different from that of the ceramic part is formed on the ceramic part side; An ultrasonic horn, wherein the thickness t2 of the reaction layer is adjusted in the range of 0.2 to 7 µm.
【請求項2】 前記金属本体部と前記セラミック部とは
ろう付け接合されたものであり、前記接合反応層は、該
ろう付けに使用されたろう材中の前記活性金属成分、前
記金属本体部に含まれる活性金属成分、及び前記セラミ
ック部の前記金属本体部への接合面にメタライズ層が予
め形成される場合にはそのメタライズ層に含まれる活性
金属成分の少なくともいずれかと、前記セラミック部の
構成成分との反応に基づいて形成されたものである請求
項1記載の超音波ホーン。
2. The method according to claim 1, wherein the metal body and the ceramic part are joined by brazing, and the joining reaction layer is formed between the active metal component in the brazing material used for the brazing and the metal body. The active metal component included, and at least one of the active metal component included in the metallized layer when a metallized layer is formed in advance on a bonding surface of the ceramic portion to the metal main body, and a component of the ceramic portion The ultrasonic horn according to claim 1, wherein the ultrasonic horn is formed based on a reaction with the ultrasonic horn.
【請求項3】 前記セラミック部は、Si34、ZrO
2及びAl23のいずれかを主成分とするセラミックに
より構成されている請求項1又は2に記載の超音波ホー
ン。
3. The ceramic part is made of Si 3 N 4 , ZrO.
The ultrasonic horn according to claim 1, wherein the ultrasonic horn is made of a ceramic containing any one of 2 and Al 2 O 3 as a main component.
【請求項4】 前記金属本体部は、Fe又はTiを主成
分とする金属により構成されている請求項1ないし3の
いずれかに記載の超音波ホーン。
4. The ultrasonic horn according to claim 1, wherein the metal main body is made of a metal containing Fe or Ti as a main component.
【請求項5】 前記金属本体部と前記セラミック部との
接合強度が60MPa以上である請求項1ないし4のい
ずれかに記載の超音波ホーン。
5. The ultrasonic horn according to claim 1, wherein a bonding strength between the metal main body and the ceramic part is 60 MPa or more.
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WO2018168288A1 (en) * 2017-03-17 2018-09-20 三井電気精機株式会社 Vibration tip tool for ultrasonic homogenizers
CN115283812A (en) * 2022-09-27 2022-11-04 江苏时代新能源科技有限公司 Welding seat, welding unit and ultrasonic welding machine

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