JPS6077180A - 接合体 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は例えばセラミック部材と金属部材とを接合して
なる接合体に関すする。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にセラミック部材と金属部材とを接合する接合体に
おいて、第１図で示すように例えば棒状をなすセラミッ
ク部材１と棒状をなす金属部材２とを接合する場合に、
セラミック部材Ｉの接合面１ａを凸状とし且つ金属部材
２の接合面２ａを接合面Ｉｎの外側に接する凹状にして
、両接合面１ｇ、２＊を嵌合して接合する構成が作業性
の良さと高い接合強度を得られることが広く採用されて
いる。

このようなセラミック部材１と金属部材２との接合体に
おける接合部の接合方法は、接合部の構成および各部材
１，２の熱膨張率の差を利用して焼ばめにより接合する
方法が多く行なわれておシ、またろう材を用いたろう付
けにょ多接合する方法も行なわれている。

しかしながら、焼ばめやろう付けのように加熱を伴う方
法によ多接合する場合には、セラミック部材１の接合面
７ｍの傾面と金属部材２の接合面２ａの底面との間にお
ける接合部内空間３に残存するわずかな空気が、接合作
業時の熱により加熱されて膨張する。そして、この膨張
した空気は密閉された接合部内空間３から外部へ逃げる
ことができないために、膨張した空気が接合面１ａと接
合面２ａとの接触部に侵入して気泡を形成して接合面積
を減少させ、あるいは接合部材間の軸ズレ、はめ合い寸
法不良などの現象を生じ、接合面Ｚａ、２ａが確実に接
合できず、セラミック部材と金属部材との接合不良の原
因になるという問題がある。

しかして最近は自動車のエンジンの分野にセラミック部
品を用いることが実用化されつつある。例えば、ター？
エンジンにおけるターボチャージャをセラミックで形成
し、このターボチャージャの軸部５を金属製の回転軸に
接合することが考えられる。この場合、ターボチャージ
ャは回転体であるから、回転軸との接合部には接合強度
を高めるために前記の構成が適している。そこで、前記
の構成をなす接合部における接合を確実に行なうことが
必袂である。

〔発明の目的〕 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、一方の部材
と他方の部材との接合部の内部空間に残存する空気の熱
膨張に伴う接合不良ケ防止し、部材を確実に接合できる
接合体全提供するものである。

〔発明の概要」 本発明の接合体は、接合面を有する一方の部の部材とを
、各接合面を嵌合させて接合し、且つこの接合部に接合
部内空間と絨合部の外部とを連通ずる空気孔を設けてな
るものである。

すなわち、各部材の接合面を嵌合でせてなる接合部の内
部空間に残存する空気が、接合作業の熱によシ膨張した
時に、膨張空気全位気孔金通して外部へ逃がすことによ
りｚｒ気が接合面の接触部に侵入して気泡を形成したシ
、接合部材間の軸ズレ、はめあい寸法不良などの接合不
良の原因となる現象の発生を防止できるものである。

本発明はセラミック、部材と金属部材とを接合してなる
接合体に接合できる。すなわち、一方の部材をセラミッ
ク部材とし、一方の部材よシ熱膨張率が犬なる他方の部
材を金属部材とする。

セラミック部材としては、窒化けい素、窒化アルミニウ
ムなどの菫化物、炭化けい累などの炭化物またはホウ化
物などの非酸化物系セラミックおよびアルミナなどの酸
化物系があげられる。

金属部材としては、銅、鉄、クロム、ニッケルなどの単
体、合金あるいは混合物があげられる。

本発明の接合体における接合部の形態は、第２図および
第３図で示すようにセラミック部材１の接合面Ｊａｍ突
状とし、金属部材２の接合面２ａを接合７１　ａに適合
する形状の凹状として、両接会面Ｚａ、２＊を嵌合した
ものである。

接合面１ｈ、２ｈの形状は第２図で示すテーパ状のもの
、第３図で示すストレート状のものあるいはその他の形
状のものであっても良い０セラミック部材１と金属部材
２の形状は、第２図および第３図で示すような棒状のも
のに限らず、板状のものなど種々の形状に適用できる。

接合体の接合部に設ける空気孔は、第２図および第３図
で示すようにセラミック部材１と金属部材２との接合部
における内部空間３とその外部とを連通ずるもので、図
示するように金属部材２の方に空気孔４を形成すること
が望ましい。これは金属部材２の方が空気孔４の機械加
工が容易であるからである。また、空気孔４の数、形成
位置、寸法などは、接合部の形状、接合体の用途などに
よシ適当なものを選択する。

例えば、第２図で示すように空気孔４を金属部材２の軸
方向に沿って形成し、接合部内壁間３よシ離れた箇所で
外部に開口する。第３図で示すように金属部材２の空間
３に近接した丙所に形成する。また、セラミック部材１
にを気孔を形成する、あるいはセラミック部材１の接合
面１ａと金属部材２の接合部２ａとの接触部に空気孔を
形成するということもｂ］能である。なお、接合部の内
部空間とは接合面Ｚａ、２ａ（１）間でで形成される密
閉空間のことを対象にしている。

セラミック部材と金属部材とを接合する接合方法として
は、両部材の接合面間にチタン、ジルコニウムまたはそ
れらの合金からなる活性金属を介在して加熱することに
より、（両部材間に加圧する場合もある）直接拡散接合
する方法、セラミック部材の接合面會メタライズ処理し
てろう付けによ多金属部材と接合する方法、焼きばめに
よシ接合する方法、さらにはセラミック部材と金属部材
とを接触して接合する方法などがある。

なかでも次の方法によシ両部材を直接接合する方法が望
ましい。すなわち金属部材を酸素等の結合剤で表面処理
するかあるいは霊属部材に結合剤を含有させて、これを
セラミック部材に接触配置させ、窒素ガス等の不活性ガ
ス中で加熱する方法、または結合剤を含有しないあるい
は結合剤で処理されていない金Ｍ部材全使用する場合は
、金属部材をセラミック部材と接触配置して結合剤を含
むガス雰囲気中で加熱する方法が望ましい。結合剤は、
金属との間に共晶合金を生成するものであり、ハ累、イ
オウ、リン、ケイ素等があげられる。これらはセラミッ
ク部材と金属のそれぞれの種類および組合せに応じて適
宜選択する。例えば金属が銅、鉄、りａムの場合は、結
合剤としては成葉、イオウが適しており、アルミニウム
の場合はケイ素が適している。

またセラミック部材と金属部材とを接触させて加熱する
温度は金属の融点以下でかつ金属と結合剤との共晶合金
の共晶温度以上が適している。またセラミック部材が窒
化けい素等の非酸化物系セラミックの場合は、セラミッ
ク部材をあらかじめ結合剤で表面処理あるいは結合剤を
含有させてから金属部材と接触させて加熱することが望
ましい。すなわち結合剤が酸素の場合、セラミック部材
を酸化処理するかあるいはセラミック部材に酸化物を含
有させる。この直接接触させる方法が好ましい理由は、
前述したろう付は方法の場合では、セラミック部材の追
随、移動によりろう材の分布が変化して不均一になシ、
接合状態が部分劣化する欠点があり、またこのろう付は
方法では少なくとも２回の熱処理が必賛でらるのに対し
、直接接合させる場合は１回の熱処理で済むことによる
。

上記の方法でセラミックに接合しやすい金属部材を接合
した上、更にロウ材にて目的の金属を一体化し、接合体
とすることもよい。

またいずれの接合法においても、セラミックと金属の間
の熱膨張率差に基因する残留歪を解消するための中間緩
衝層を設けることは接合強度を高めるために好ましい。

なお、本発明の接合体は静止状態で用いられる部品に用
いるだけでなく、回転部品などの機械的運動を行なう部
品に用いると有効である。

また、本発明はセラミック部材と金属部材との接合体に
限らず、金属部材同士を接合したものやセラミック部材
同士＋ｃ接合したものなどにも適用できる。

〔発明の実施例〕

第４図は本発明の一実施例を示し、これは目動車エンジ
ンに用いられるセラミックで形成されたターボチャージ
ャの軸と金属で形成された回転軸とを接合したもので必
る。第５図はチャージャ軸上回転軸との接合部を拡大し
て示している。ターボチャージャ５とチャージャ’１ｉ
ｌｌｌ　６は望化けい素（ｓｉ３Ｎ４）で一体に形成さ
れ、チャージャ軸６の端部はテーパ状の接合ＵＭ６　ａ
を有している。回転軸７はクロム−モリブデン鋼で形成
され、端部にはチー・ぐ孔状をなす接合部７ａを有し、
この接合面７ａの紙部と軸外表面との間を貫通して空気
孔８が形成されている。チャージャ１１１１１６の接合
面６ａと回転軸７の接合面７ａは嵌合して次に述べる方
法で接合されている。

チャージャ軸６の接合面６ａに離化処理（温度１２９０
℃、１０時間）によシば化膜９を形成し、酸化膜９に厚
さ約０．３朋の銅膜１０を接して不活性雰囲気中で約１
０７５０に刀口熱して接合させる。軸７の接合面７ａの
表面にはメッキ処理によりニッケルメッキ％ｘｚを形成
する。

そして、チャージャ軸６の接合面６ａと回転軸７の接合
面７ａとを嵌合し、銀ろう１２を用いてろう付けによシ
接合する。ここで、接合面６ａの頂面と接合面７ａの底
面との間に生じた内部空間１３は、回転軸７に形成した
空気孔８によシ外部と連通する。このため、ろう付けを
行なう時にその熱によシ内部空間１３に残存する空気が
加熱されて膨張しても、この膨張した空気が空気孔８を
介して外部へ逃げる。従って、膨張した空気が接合部６
ａと接合面７ａとの接触部（ろう付は部）に侵入したシ
、接合部材６゜７の回転軸がズしたシすることがなく、
接合面６ａと接合面７ａのろう付けによる接合及び回転
体のバランシングが確実となる。また、空気孔７はろう
付けに用いたろう材の余剰分が溜まる空間として有用で
おる。しかして、チャージャ軸６と回転軸７はターがチ
ャージャ５によって回転される。このため、両軸６，７
の接合部には大なる接合強度が要求されるが、前記のよ
うに両軸６，７の接合部は確実に接合されているので回
転に充分耐え得る接合強度を有している。

〔発明の効果〕

本発明の接合体は以上説明したように、接合部の内部空
間に残存する空気の熱膨張による接合不良を防止し、接
合すべき部材同士を確実に接合できる。

特にセラミック部材と金属部材とを接合して構成される
回転部品に、本発明を適用すると有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の接合体を示す断面図、第２図および第３
図は夫々本発明の接合体を示す断面図、第４図は本発明
の接合体の一実施例？示す一部切欠正面図、第５図は同
接合体の接合部を示す拡大断面図である。 １・・・セラミック部材、Ｉａ・・・接合面、２・・・
金属部材、２ａ・・・接合面、３・・・接合部内部空間
、４・・・空気孔、５・・・ターボチャージャ、６・・
・チャージャ軸、２・・・回転軸、８・・・壁気孔。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第４図 第５Ｎ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　接合面を有する一片の部材と、この部材の接合
   面の外側に接する接合面を有する前記部材よシ熱膨張率
   が大なる他方の部材とを、前記各接合面を嵌合させて接
   合し、且つこの接合部に接合部内空間と接合部の外部と
   を連通ずる空気孔を設けてなる接合体。
2. （２）一方の部材はセラミック部材、他方の部材は金属
   部材である特許請求の範囲第１項に記載の接合体。 （初　一方の部材と他方の部材との接合体は回転体であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の接合体。