JPS6222712B2 - - Google Patents
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- JPS6222712B2 JPS6222712B2 JP53032416A JP3241678A JPS6222712B2 JP S6222712 B2 JPS6222712 B2 JP S6222712B2 JP 53032416 A JP53032416 A JP 53032416A JP 3241678 A JP3241678 A JP 3241678A JP S6222712 B2 JPS6222712 B2 JP S6222712B2
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に精密機械部品の接合に有用な金
属の微少歪圧接方法及びその装置に関する。
属の微少歪圧接方法及びその装置に関する。
金属と金属との圧接は、その圧接面を原子間引
力が作用する距離まで近づけることにより可能と
なることが知られている。
力が作用する距離まで近づけることにより可能と
なることが知られている。
しかし、通常は金属表面に配化膜や窒化膜等の
表面被膜が存在するため、金属間の圧接は困難で
ある。
表面被膜が存在するため、金属間の圧接は困難で
ある。
そこで、圧接面を高温に保ち、その拡散現象を
利用することによつて、強固な化学結合を持たな
い表面被膜を有する材料を圧接拡散する方法が提
案されている。この方法は、圧接材料をその再結
晶温度付近に加熱するため、接合部の金属組織の
変化及び熱歪を生ずる欠点があり、高精度を必要
とする精密機械部品の接合には不適当である。
利用することによつて、強固な化学結合を持たな
い表面被膜を有する材料を圧接拡散する方法が提
案されている。この方法は、圧接材料をその再結
晶温度付近に加熱するため、接合部の金属組織の
変化及び熱歪を生ずる欠点があり、高精度を必要
とする精密機械部品の接合には不適当である。
一方、圧接面の高温加熱処理に代え、圧接面間
の摩擦或は金属ブラシで圧接面をブラツシングす
ることにより表面被膜層を除去し、再び表面被膜
生成が生ずる前に、速かに圧接接合する方法も提
案されている。
の摩擦或は金属ブラシで圧接面をブラツシングす
ることにより表面被膜層を除去し、再び表面被膜
生成が生ずる前に、速かに圧接接合する方法も提
案されている。
しかし、この方法によつても、圧接面に多大な
歪及び熱の誘発を伴うため、圧接部の寸法変化が
避られないという欠点があつた。
歪及び熱の誘発を伴うため、圧接部の寸法変化が
避られないという欠点があつた。
このように圧接は、金属の表面状態に非常に影
響されるため、表面被膜層が存在する場合には殆
ど不可能である。従つてもし表面被膜層が存在し
ないような清浄な表面にすることができれば、圧
接が可能となる。しかし、表面に何らかの歪を加
えずに被膜を除去することは極めて困難であり、
逆に表面被膜層除去に際し、表面歪を極めて微少
にすることも困難である。
響されるため、表面被膜層が存在する場合には殆
ど不可能である。従つてもし表面被膜層が存在し
ないような清浄な表面にすることができれば、圧
接が可能となる。しかし、表面に何らかの歪を加
えずに被膜を除去することは極めて困難であり、
逆に表面被膜層除去に際し、表面歪を極めて微少
にすることも困難である。
本発明者は叙上の点に鑑みて種々研究の結果、
金属表面被膜を不活性ガスイオンでスパツターリ
ングにより除去した後、常温で圧接することによ
つて、圧接材料の金属組織の変化や熱歪及び圧接
部の寸法変化がなく、しかも従前のような特殊な
加熱処理等の手段を要することなく、容易に接合
できることを見い出し、本発明を完成した。
金属表面被膜を不活性ガスイオンでスパツターリ
ングにより除去した後、常温で圧接することによ
つて、圧接材料の金属組織の変化や熱歪及び圧接
部の寸法変化がなく、しかも従前のような特殊な
加熱処理等の手段を要することなく、容易に接合
できることを見い出し、本発明を完成した。
次に本発明方法を更に詳細に説明する。
超高真空槽内を５×10-5Torr.Ar雰囲気にした
後、イオン衝撃装置により発生したArイオン
を、引出電圧の印加及び電気的なレンズを用いる
ことにより加速する。この加速されたArイオン
で圧接試料表面をイオンスパツターリングするこ
とによつて表面被膜を除去する。そして、同装置
内を放冷超高真空にした後、圧接することによ
り、接合が常温付近で、しかも微少歪で可能とな
る。
後、イオン衝撃装置により発生したArイオン
を、引出電圧の印加及び電気的なレンズを用いる
ことにより加速する。この加速されたArイオン
で圧接試料表面をイオンスパツターリングするこ
とによつて表面被膜を除去する。そして、同装置
内を放冷超高真空にした後、圧接することによ
り、接合が常温付近で、しかも微少歪で可能とな
る。
前述した様に、圧接は圧接試料間の間隙を原子
単位（数Å）の至近距離に近づけた時可能となる
が、実際の金属表面は如何に平滑に研磨しても
又、如何に清浄にした場合に於いても、原子単位
の凹凸が存在するであろうと一般に考えられてい
る。第１図は金属材料の表面状態を示す模式図で
あり、圧接試片を電解研摩し、Arイオンシヤワ
ーでイオンスパツターリングすることにより、表
面被膜を除去した後の圧接試験における初期状態
を示す。
単位（数Å）の至近距離に近づけた時可能となる
が、実際の金属表面は如何に平滑に研磨しても
又、如何に清浄にした場合に於いても、原子単位
の凹凸が存在するであろうと一般に考えられてい
る。第１図は金属材料の表面状態を示す模式図で
あり、圧接試片を電解研摩し、Arイオンシヤワ
ーでイオンスパツターリングすることにより、表
面被膜を除去した後の圧接試験における初期状態
を示す。
また、前述の理由により、圧接は圧接試片の間
隙を原子単位の距離にするため、歪を加えないで
行なうことは出来ない。一方、金属は変形が進行
して塑性域に入ると、辷り線が表面上に現われ
る。この現象により圧接に於いて、圧接試片の間
隙が原子単位（数Å）の距離まで近づくことが可
能となると考えられる。第２図は圧接試片表面に
辷り線が現われた状態の模式図であり、圧接試験
に於て塑性域に達した点で生ずる辷り線によつ
て、圧接試片間の間隙が原子単位の距離に近づく
状態を示す。
隙を原子単位の距離にするため、歪を加えないで
行なうことは出来ない。一方、金属は変形が進行
して塑性域に入ると、辷り線が表面上に現われ
る。この現象により圧接に於いて、圧接試片の間
隙が原子単位（数Å）の距離まで近づくことが可
能となると考えられる。第２図は圧接試片表面に
辷り線が現われた状態の模式図であり、圧接試験
に於て塑性域に達した点で生ずる辷り線によつ
て、圧接試片間の間隙が原子単位の距離に近づく
状態を示す。
即ち、金属の圧接は、清浄表面にした後微少な
塑性歪を加えて生じた辷り線により、圧接試片の
間隙を原子間引力の生ずる距離にまで近づけるこ
とによつて可能となる。
塑性歪を加えて生じた辷り線により、圧接試片の
間隙を原子間引力の生ずる距離にまで近づけるこ
とによつて可能となる。
本発明によれば、化学的に強固な酸化被膜を有
するAlに於いても、微少歪を加えるだけで圧接
接合ができる。このAl酸化被膜は、他の金属表
面被膜よりも硬度が高いのであるが、不活性ガス
イオンシヤワーでイオンスパツターリングするこ
とによつて表面被膜除去後、常温付近で容易に圧
接が可能となり、他の金属の圧接にも広汎に適用
できる。
するAlに於いても、微少歪を加えるだけで圧接
接合ができる。このAl酸化被膜は、他の金属表
面被膜よりも硬度が高いのであるが、不活性ガス
イオンシヤワーでイオンスパツターリングするこ
とによつて表面被膜除去後、常温付近で容易に圧
接が可能となり、他の金属の圧接にも広汎に適用
できる。
次に、本発明方法を実施するための圧接装置を
図面と共に説明すると、第３図及び第４図に於い
て、１は一端に圧接材料を出し入れするための開
口１ａを有する有底筒状の超高真空槽でありその
周壁に、Ar等の不活性ガスを給排気するための
パルプ３を有する導管２及び超高真空槽１の内外
を電気的に結合するための電極端子４が設けられ
ている。
図面と共に説明すると、第３図及び第４図に於い
て、１は一端に圧接材料を出し入れするための開
口１ａを有する有底筒状の超高真空槽でありその
周壁に、Ar等の不活性ガスを給排気するための
パルプ３を有する導管２及び超高真空槽１の内外
を電気的に結合するための電極端子４が設けられ
ている。
５は後述する圧接治具７を取付ける有底筒状の
受座であり、受座５は超高真空槽１の下部周壁に
直交して設ける。
受座であり、受座５は超高真空槽１の下部周壁に
直交して設ける。
６は受座５の底部５ａに植設した２本の支柱６
ｂ，６ｂによつて支持された通孔６ａを有する基
台であり、該基台６上に圧接治具７を設ける。
ｂ，６ｂによつて支持された通孔６ａを有する基
台であり、該基台６上に圧接治具７を設ける。
即ち、圧接治具７は、基台６上に立設した２本
の支柱７ａ，７ａの上端をフレーム７ｂによつて
固定すると共に、該フレーム７ｂ側に適宜間隔を
存して金属圧接材料Ａを載置する固定板７ｃを固
着し、更に該固定板７ｃに対応して近接離反する
移動板７ｄを設ける。移動板７ｄは、２個のスリ
ーブ７ｅ，７ｅを介して、前記支柱７ａ，７ａに
摺動自在に装着する。
の支柱７ａ，７ａの上端をフレーム７ｂによつて
固定すると共に、該フレーム７ｂ側に適宜間隔を
存して金属圧接材料Ａを載置する固定板７ｃを固
着し、更に該固定板７ｃに対応して近接離反する
移動板７ｄを設ける。移動板７ｄは、２個のスリ
ーブ７ｅ，７ｅを介して、前記支柱７ａ，７ａに
摺動自在に装着する。
８は受座５の底部５ａに固着されたベローで、
ベローの鍔８ａを前記支柱６ｂ，６ｂに上下摺動
自在に挿着すると共に、受座５の底部通孔５ｂを
貫通するベロー軸８ｂの上端に支軸８ｃを突設
し、その先端は基台６の通孔６ａを貫通せしめ
て、前記圧接治具７の移動板７ｃに固着する。
ベローの鍔８ａを前記支柱６ｂ，６ｂに上下摺動
自在に挿着すると共に、受座５の底部通孔５ｂを
貫通するベロー軸８ｂの上端に支軸８ｃを突設
し、その先端は基台６の通孔６ａを貫通せしめ
て、前記圧接治具７の移動板７ｃに固着する。
従つて、ベロー軸８ｂを図示しない公知の油圧
シリンダー等に接続することにより、移動板７ｄ
を自在に昇降して、固定板７ｃ及び移動板７ｄに
載置された金属圧接材料を圧接することができ
る。この移動板７ｄの昇降に際しては、ベロー８
により超高真空槽１内は気密状態を保たれるの
で、槽内の真空度に影響を与えるおそれはない。
シリンダー等に接続することにより、移動板７ｄ
を自在に昇降して、固定板７ｃ及び移動板７ｄに
載置された金属圧接材料を圧接することができ
る。この移動板７ｄの昇降に際しては、ベロー８
により超高真空槽１内は気密状態を保たれるの
で、槽内の真空度に影響を与えるおそれはない。
９，９は金属圧接材料の表面をイオンスパツタ
ーリングするためのイオン銃を内蔵したイオン衝
撃装置であり、該装置９，９の先端に装着された
電気的レンズ９ａが、前記圧接治具７の固定板７
ｃ及び移動板７ｄをそれぞれ指向して照射できる
ように、超高真空槽１の周壁部に図示しない手段
により回動自在に支持されている。
ーリングするためのイオン銃を内蔵したイオン衝
撃装置であり、該装置９，９の先端に装着された
電気的レンズ９ａが、前記圧接治具７の固定板７
ｃ及び移動板７ｄをそれぞれ指向して照射できる
ように、超高真空槽１の周壁部に図示しない手段
により回動自在に支持されている。
１０はロードセルで、圧縮荷重を高精度で測定
するためのものであり、圧接治具７のフレーム７
ｂと固定板７ｃ間に設けられている。また、１１
は容量型歪計であり、固定板７ｃ及び移動板７ｄ
の対向面にそれぞれ設けられ、金属圧接材料を圧
接するときに生ずる歪を高精度で測定することが
できる。なおロードセル１０及び容量型歪計１１
は前記電極端子４を介して超高真空槽１外の計器
に電気的に接続され、自動的に記録できるように
なつている。
するためのものであり、圧接治具７のフレーム７
ｂと固定板７ｃ間に設けられている。また、１１
は容量型歪計であり、固定板７ｃ及び移動板７ｄ
の対向面にそれぞれ設けられ、金属圧接材料を圧
接するときに生ずる歪を高精度で測定することが
できる。なおロードセル１０及び容量型歪計１１
は前記電極端子４を介して超高真空槽１外の計器
に電気的に接続され、自動的に記録できるように
なつている。
次に本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例
99.99％Al単結晶を放電加工後、電解研磨し、
さらに600℃×48hr.で歪取り真空焼鈍を行ない、
さらに電解研磨した試料を圧接用試験片として用
いた。この圧接試片を超高真空槽１内の圧接治具
７に取り付け後、以下の順序で圧接試料表面の表
面処理を行つた。
さらに600℃×48hr.で歪取り真空焼鈍を行ない、
さらに電解研磨した試料を圧接用試験片として用
いた。この圧接試片を超高真空槽１内の圧接治具
７に取り付け後、以下の順序で圧接試料表面の表
面処理を行つた。
１ ロータリーオイルポンプにより超高真空槽内
を１×10-2Torr.にする。
を１×10-2Torr.にする。
２ ソープシヨンポンプにより同槽内を５×
10-4Torr.にする。
10-4Torr.にする。
３ Tiポンプにより同槽内を１×10-5Torr.にす
る。
る。
４ イオンポンプにより同槽内を５×10-8Torr.
にする。
にする。
５ 超高真空装置をベイキングした後、同槽内
を、Ti、イオン両ポンプを用いて５×
10-10Torr.にする。
を、Ti、イオン両ポンプを用いて５×
10-10Torr.にする。
６ 同槽内に超高純度Ar（99.999％）を５×
10-5Torr.になる迄注入する。
10-5Torr.になる迄注入する。
７ Arイオンシヤワーにより、圧接試片表面の
イオンスパツターリングを行なう。
イオンスパツターリングを行なう。
８ ソープシヨンポンプにより同槽内を２×
10-7Torr.にする。
10-7Torr.にする。
９ イオンポンプにより同槽内を超高真空にす
る。
る。
10 以下、６〜９を数回行ない、試片表面の清浄
を行なう。
を行なう。
11 同槽内で圧接試験を行なう。
Al単結晶（110）と（110）の圧接試験の結
果、圧接応力；1.0Kg／mm2、温度；常温、時間；
3minに於いて圧接を行つた。そして圧接した
後、同試片のセン断試験に於いて、その破断セン
断応力は0.65Kg／mm2であつた。
果、圧接応力；1.0Kg／mm2、温度；常温、時間；
3minに於いて圧接を行つた。そして圧接した
後、同試片のセン断試験に於いて、その破断セン
断応力は0.65Kg／mm2であつた。
なお、前述と同様な実験に於いて、Arイオン
スパツターリングを行なわなかつた試片の圧接は
可能でなかつた。
スパツターリングを行なわなかつた試片の圧接は
可能でなかつた。
以上は不活性ガスイオンとしてArイオンを用
いた場合について説明したが、Ne、Kr、Ｎ等の
不活性ガスイオンを使用することができる。
いた場合について説明したが、Ne、Kr、Ｎ等の
不活性ガスイオンを使用することができる。
本発明は以上説明したように、Ar等の不活性
ガス雰囲気とした超高真空槽内で、対向する金属
材料の表面被膜を不活性ガスイオンでスパツター
リングにより除去した後、常温で圧接するという
簡素な構成により、両金属材料を圧接接合できる
ものであり、本発明の利点を列挙すれば次のよう
である。
ガス雰囲気とした超高真空槽内で、対向する金属
材料の表面被膜を不活性ガスイオンでスパツター
リングにより除去した後、常温で圧接するという
簡素な構成により、両金属材料を圧接接合できる
ものであり、本発明の利点を列挙すれば次のよう
である。
１ 表面被膜除法に於いて、表面歪を非常に微少
にすることができる。この様なことから、単結
晶金属の圧接も又可能である。
にすることができる。この様なことから、単結
晶金属の圧接も又可能である。
２ Ar等の不活性ガス雰囲気中で表面被膜を除
去し、そして、超高真空中で圧接をする為、表
面被膜除去後、圧接作業を速やかに行なう必要
性がない。
去し、そして、超高真空中で圧接をする為、表
面被膜除去後、圧接作業を速やかに行なう必要
性がない。
３ 圧接試片を加熱する事なく、常温に於いて圧
接が可能である。
接が可能である。
４ イオンスパツターリングで表面被膜を除去す
る為、表面被膜除去に於いて、寸法変化が殆ん
どない。
る為、表面被膜除去に於いて、寸法変化が殆ん
どない。
５ 異種金属の圧接が可能である。
６ 寸法の微小な金属部品の圧接が可能である。
第１図は金属材料の表面被膜を除去した後の表
面状態を示す模式図、第２図はその表面に辷り線
が現われた状態の模式図、第３図は本発明装置の
一実施例を示す側面図、第４図は同第３図の−
線に沿う一部断面図である。 １……超高真空槽、７……圧接治具、７ｃ……
固定板、７ｄ……移動板、８……ベロー、９……
イオンガン、１０……ロードセル、１１……容量
型歪計。
面状態を示す模式図、第２図はその表面に辷り線
が現われた状態の模式図、第３図は本発明装置の
一実施例を示す側面図、第４図は同第３図の−
線に沿う一部断面図である。 １……超高真空槽、７……圧接治具、７ｃ……
固定板、７ｄ……移動板、８……ベロー、９……
イオンガン、１０……ロードセル、１１……容量
型歪計。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ar等の不活性ガス雰囲気とした10-5Torr以
下の超高真空槽内で、対向する金属材料の表面被
膜を活性ガスイオンでスパツターリングにより除
去し、次いで常温にて圧接して、金属材料を接合
することを特徴とする金属の微少歪圧接方法。 ２ Ar等の不活性ガスの雰囲気が10-5Torr以下
に設定される超高真空槽の周壁一部に受座を設
け、該受座に固定板及び該固定板に近接離反する
移動板より成る圧接治具を設けると共に、該固定
板及び移動板の対向面に取付られた金属材料に向
けたイオン銃を内蔵したイオン衝撃装置を設けた
ことを特徴とする金属の微少歪圧接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3241678A JPS54124853A (en) | 1978-03-23 | 1978-03-23 | Press contacting method and apparatus of minute metal strain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3241678A JPS54124853A (en) | 1978-03-23 | 1978-03-23 | Press contacting method and apparatus of minute metal strain |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54124853A JPS54124853A (en) | 1979-09-28 |
| JPS6222712B2 true JPS6222712B2 (ja) | 1987-05-19 |
Family
ID=12358337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3241678A Granted JPS54124853A (en) | 1978-03-23 | 1978-03-23 | Press contacting method and apparatus of minute metal strain |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54124853A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2248625A1 (en) | 2006-09-06 | 2010-11-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Room-temperature bonding method and room-temperature bonding apparatus |
| US10112376B2 (en) | 2006-05-30 | 2018-10-30 | Mitsubishi Heavy Industries Machine Tool, Co., Ltd. | Device manufactured by room-temperature bonding, device manufacturing method, and room-temperature bonding apparatus |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2159753B (en) * | 1984-03-06 | 1988-09-07 | Asm Fico Tooling | Method and apparatus for cleaning lead pins before soldering operations |
| JPS62282790A (ja) * | 1986-05-29 | 1987-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 固相接合装置 |
| JPH02224882A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 常温固相接合法 |
| JP3161362B2 (ja) | 1997-05-01 | 2001-04-25 | 富士ゼロックス株式会社 | 微小構造体、その製造方法、その製造装置、基板および成形型 |
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