WO2005077588A1

WO2005077588A1 - パルス通電による接合装置と接合方法

Info

Publication number: WO2005077588A1
Application number: PCT/JP2005/001192
Authority: WO
Inventors: Yoshito Miyasaka; Hitoshi Karasawa; Takayuki Fujimori; Masayuki Ishikawa
Original assignee: Suwa Netsu Kogyo Co., Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2005-08-25
Also published as: JP2005230823A

Description

明細書

パルス通電による接合装置と接合方法

技術分野

[0001] 本発明は、パルス通電による接合装置と接合方法に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、パルス通電による接合方法が様々な部材の接合に用いられている。

このパルス通電による接合方法にぉレ、ては、接合部材を加圧しつつパルス通電している。

接合時に接合部材に力かる圧力は、圧力センサーを使い、コントロールしている（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] し力しながら、精度の厳しい接合部材や、温度がかかるとつぶれやすい接合部材などにおいては、精度よく接合することが困難であった。これは、圧力センサーからの信号に即時に応答するだけの圧力制御機構が実現できないためである。

特許文献 1記載の発明では、ボールねじを電動モータで駆動することで圧力制御を行おうとしているが、接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを弓 Iき起こすとレ、う問題があった。

[0004] 特許文献 1 :特開 2003— 112264号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明は、このような従来の問題点を解消し、接合時の昇温で接合部材が熱膨張しても接合部材に力、かる圧力をタイムラグを起こさないで軽減し、精度を損なうこと無く接合体を得ることのできるパルス通電による接合装置と接合方法を提供することを目的とするものである。

[0006] 接合時にかける圧力をできるだけ少なくすると、昇温による熱膨張での接合部材のつぶれが少なくなるものの、初期圧力が異常に低いと、電極と接合部材間に僅かな隙間が発生し、異常発熱が発生することが分かった。この場合、接合部材はこの異常発熱で溶けるような不具合となる。一方、この異常発熱を避けるために、初期圧力を高くすると、接合部材が昇温で熱膨張し、圧力が更に高くなつて接合部材のつぶれが発生する。

そこで本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた。

その結果、本発明者は、接合部材にパルス電流を供給する電極構造に弾力性を持たせることで初期に設定した圧力が昇温で熱膨張しても該圧力を維持し、接合部材のつぶれを回避できることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至つた。

さらに、本発明者は、接合部材に接する電極構造にカーボンを用いることで、 1000 °cを超える高温まで電極構造の劣化無く使用可能となることを知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

課題を解決するための手段

[0007] 請求項 1に係る本発明は、通電可能な接合部材にパルス電流を供給する 1対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたノ^レス通電による接合装置において、前記電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置を提供するものである。

請求項 2に係る本発明は、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンが使用されていることを特徴とする、請求項 1記載の接合装置を提供するものである請求項 3に係る本発明は、通電可能な接合部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、前記接合部材の任意な方向に一対の電極をあて、前記接合部材のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合法にぉレ、て、前記接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするパルス通電による接合方法を提供するものである。

請求項 4に係る本発明は、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンを使用することを特徴とする、請求項 3記載の接合方法を提供するものである。

発明の効果

[0008] 請求項 1、 2に係る本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに接合部材のつぶれを回避することのできるパルス通電による接合装置が提供される。

また、請求項 3、 4に係る本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに接合部材のつぶれを回避することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]請求項 1に係る本発明のパルス通電による接合装置の一態様を示す説明図である。

[図 2]電極 2として、バネ 6の上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材 7 (上側パネ部材 7Aと下側パネ部材 7B)を配置したものを示す断面説明図である。

[図 3]電極 2として、バネ 6の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材 7 (上側バネ部材 7A と下側パネ部材 7B)を配置したものを示す断面説明図である。

[図 4]電極 2として、バネ 6を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8を力一ボンブロックの平板からなる上側パネ部材 7Aと下側パネ部材 7Bの間に充填したものを示す断面説明図である。

[図 5]図 3に示される電極において、カーボンブロックの平板などからなるバネ部材 7 ( 上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7B)、バネ 6、カーボンチップ又はカーボンファイバ一 8の外周にカーボンシート 9を卷レ、た状態を示す説明図である。

[図 6]図 2に示される電極において、下側バネ部材 7Bとしてカーボンブロックの平板の代わりに、カーボンブロックをくりぬいた如き形状のものを用いた例を示す断面説明図である。

[図 7]図 2に示される電極において、下側バネ部材 7Bとして、カーボンブロックの平板 7の代わりに、カーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものを用いた例を示す断面説明図である。

[図 8]図 7において、パネ 6を 1本用いた例を示す断面説明図である。

[図 9]図 2に示される電極において、下側パネ部材 7Bだけでなぐ上側パネ部材 7A も、カーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものを用いた例を示す断面説明図である。

[図 10]図 9において、バネ 6を 1本用いた例を示す断面説明図である。

[図 11]実施例 1における、 10段のリング状セル接合物より切り出した試験片について

、ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。

[図 12]実施例 1における各部位の寸法変化の測定部位 (A, B, C, D)を示す説明図である。

[図 13]実施例 1における各部位の寸法変化の測定結果を示すグラフである。

[図 14]比較例 1における各部位の寸法変化の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

[0010] 1 接合部材

2 電極

2A 上ラム電極

2B 下ラム電極

3 ノ^レス電流発生機

4 加圧手段

5 真空チャンバ一

6 バネ

7 パネ部材

7A 上側バネ部材

7B 下側パネ部材

8 カーボンチップ又はカーボンファイバー

9 カーボンシート

10 突起

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

請求項 1に係る本発明は、通電可能な接合部材 (以下、単に「接合部材」と称することがある。）にパルス電流を供給する 1対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置において、前記電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置である。

図 1は、請求項 1に係る本発明のノ^レス通電による接合装置の一態様を示す説明図である。

図 1において、符号 1は接合部材を示し、符号 2は電極を示している。また、符号 3 は、パルス電流発生機を示し、符号 4は、電極を加圧するための加圧手段（例えば、エアーシリンダーや油圧シリンダー）を示している。

なお、図 1において、符号 2Aは上ラム電極を示し、符号 2Bは下ラム電極を示している。但し、これら上下のラム電極は、それぞれ上下の電極 2と一体となったものでも良レ、。また、符号 5は、チャンバ一内を真空状態にしうる真空チャンバ一を示している。この真空チャンバ一は、真空雰囲気だけでなぐ必要に応じて不活性ガス雰囲気とすることもできるようにされてレ、る。

[0012] 図 1において、接合部材 1は弾性電極 2、 2で挟まれ、該弹性電極 2、 2はそれぞれ上下ラム電極 2A、 2Bに接している。

下ラム電極 2Bは、その下部に設けられている、電極を加圧するための加圧手段により接合部材 1を持ち上げ加圧するように構成されている。電極を加圧するための加圧手段としては、例えば、エアーシリンダーや油圧シリンダーが挙げられる。

なお、図 1では、電極が上下一対設けられているものを示している力これに限定されるものではない。例えば、並列的に上下一対ずつ設けられている電極間に、本発明で特色とする弾性電極を使用することにより、一度に多数個の接合体を得ることができる。

[0013] 請求項 1に係る発明においては、接合部材にパルス電流を供給する電極として、弾性力を有する電極 2を用いることが必要である。

パルス通電接合装置としては、本発明の方法で特色とする「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられている、接合部材にパルス電流を供給する 1対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置を用いることができる。必ずしも図 1に示されるようなパルス通電接合装置に限定されるものではない。 [0014] 弾性力を有する電極 2としては、例えば、つるまきパネのようなパネを用いたものが挙げられる。バネ材としては、ステンレス製でも良いが、耐熱性が高ぐし力も素材自体にも若干の弾力性があることから、カーボン製が好ましい。なお、 1回限りの使用の場合には、カーボンシートを積み重ねることによつても弾性力を有する電極 2とすることができる。

即ち、請求項 1に係る発明における弾性力を有する電極 2としては、請求項 2に記載したように、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンが使用されてレ、ることが好ましい。接合部材に接する電極構造にカーボンを用いることで、 1000°C を超える高温まで電極構造の劣化無く使用可能となる。

以下、「弾性力を有する電極」を単に「弾性電極」と称することがある。また、「弾性力を有するカーボン製の電極」は単に「弾性カーボン電極」と称することがある。

[0015] 通常、このようなパネの上下に、カーボンブロックの平板などからなるバネ部材 7 (上側パネ部材 7Aと下側パネ部材 7B)を配置したものを、弾性力を有する電極 2として用いる。図 2は、電極 2として、そのようなバネ 6の上下にカーボンブロックの平板からなるパネ部材 7 (上側パネ部材 7Aと下側パネ部材 7B)を配置したものを示す断面説明図である。

また、バネ 6単独の他に、バネ 6の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8を充填したものを、弾性力を有する電極 2として用いることもできる。図 3は、電極 2として、そのようなバネ 6の周囲に、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板からなるバネ部材 7 (上側バネ部材 7Aと下側パネ部材 7B)を配置したものを示す断面説明図である。

[0016] さらには、バネを用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバーをカーボンブロックの平板などからなる上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7Bとの間に充填したものを弾性力を有する電極 2として用いることもできる。図 4は、電極 2として、バネ 6を用いずに、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8をカーボンブロックの平板からなる上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7Bの間に充填したものを示す断面説明図である。カーボンチップ又はカーボンファイバー 8は、塊となると弾性を有し、接合時のパルス電流の通り道となるので、接合部材 1へパルス電流をより効率的に供給することができる。

また、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8は、パルス電流で発熱することから、接合部材 1への熱供給が可能となる。

[0017] 通常、カーボンブロックの平板などからなるバネ部材 7 (上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7B)、バネ 6、カーボンチップ又はカーボンファイバー 8の外周は、図 5に示すように、厚さ 0. 2mm程度のカーボンシート 9で 2重に巻かれている。

カーボンブロックの平板などからなるバネ部材 7 (上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7B)のうち、一方のバネ部材を SUS製等の針金で縛るなどして固定し、他方のバネ部材は自由に上下動できるようにしておぐことが好ましい。

[0018] なお、電極 2としては、上記したようにバネ 6の上下にカーボンブロックの平板 7からなるバネ部材 7 (上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7B)を配置したものだけでなぐ図 6に示すように、下側バネ部材 7Bとしてカーボンブロックの平板の代わりに、カーボンブロックをくりぬいた如き形状のものを用いることができる。この場合、外周に卷くカーボンシート 9は省略することができる。

[0019] また、図 7— 10に示すように、上下のパネ部材 7 (上側パネ部材 7Aと下側パネ部材

7B)のいずれか一方又は両方をカーボンブロックの平板でなぐカーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものとすることができる。

図 6— 10において、上下のバネ部材 7 (上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7B)のいずれか一方が、上下動できるようになつている。

図 7は、下側バネ部材 7Bとして、カーボンブロックの平板 7の代わりに、カーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものを用いた例を示している。図 7の場合、バネ 6は 2本用いられている。

図 8は、図 7においてバネ 6を 1本用いた例を示している。

図 9は、図 7の例において、下側バネ部材 7Bだけでなぐ上側バネ部材 7Aも、カーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものを用いた例を示している図 10は、図 9において、バネ 6を 1本用いた例を示す断面説明図である。つまり、図 10は、図 8の例において、下側バネ部材 7Bだけでなぐ上側バネ部材 7Aも、カーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものを用いた例を示している。即ち、内蔵するバネ 6は、突起 10を取り囲んで 1本でもいいし、突起 10を挟んで 2本以上使用してもよい。

[0020] 図 7— 10に示すように、上下のバネ部材 7 (上側バネ部材 7Aと下側バネ部材 7B) のいずれか一方又は両方をカーボンブロックの平板でなぐカーボンブロックの平板の中央部に突起 10を設けた形状のものとした場合には、いわゆる戸当りの如く機能し、パネ 6が完全に押し縮められる前に、この突起 10で相手側のパネ部材 7を押す構造となっている。このため、初期加重を大きくする必要がある場合に有効である。

[0021] 請求項 1、 2に係る本発明においては、上記した如き「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられているパルス通電接合装置をそのまま用いることができる。

[0022] 次に、請求項 3に係る本発明は、パルス通電による接合工法において、接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするパノレス通電による接合方法を提供するものであり、請求項 4に係る本発明は、弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンを使用することを特徴とする、請求項

3記載の接合方法を提供するものである。

請求項 3、 4に係る本発明においても、上記した如き「弾性力を有する電極」以外は、基本的には一般に用いられているパルス通電接合方法をそのまま用いることができる。パルス通電接合の条件も、基本的には一般に用いられているパルス通電接合方法における条件を採用することができる。

パルス通電接合法は、基本的にはパルス通電による自己発熱を利用した接合法である。

「弾性力を有する電極」としては、上記請求項 1、 2に係る本発明において記載したとおりである。

[0023] パルス通電接合は、通常、真空又は不活性ガス雰囲気中において行われる。即ち、パルス通電接合を行う際には、真空雰囲気としておくことが望ましいが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行っても良い。

[0024] 接合部材としては、通電可能なものであれば特に制限されないが、極めて高精度の寸法力卩ェが施されたものを用いることが好ましい。また、接合部材の両面又は片面は、予め洗浄し、汚れや付着物などを取り除いておくことが望ましい。具体的には例えば、超音波等を用い、イソプロパノールなどの有機溶剤を用いて接合部材の両面又は片面を洗浄しておくことが望ましい。或いは、接合部材の両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良レ、。さらには、接合部材の両面又は片面に、アルゴン雰囲気下でのプラズマ処理もしくは大気圧下でのプラズマ照射処理による界面改質を施しておいても良い。このようなアルゴン雰囲気下でのプラズマ処理による界面改質を施すことにより、界面の酸化被膜等を除去し、接合を容易ならしめることができる。

[0025] さらに、接合部材としては、接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施されたものが好ましい。接合面の両面又は片面に鏡面乃至平滑化処理を施す方法としては、研磨、パフ仕上げ等公知の方法が挙げられる。この処理により接合面の表面粗度を 0. 5 / m以下の鏡面乃至平滑面に仕上げておくことが望ましい。

なお、ノ^レス通電による接合を行うにあたっては、接合部材は、必要に応じて、 Vブロックなどを用レ、て正確な位置決めを行つてもよい。

[0026] 本発明において、接合部材 1にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用いる理由は次のとおりである。

即ち、ノ^レス通電接合中に、接合部材 1が昇温し、ある一定温度以上になると接合部材 1が軟化し、降伏応力が減衰する。接合部材 1が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こるということは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合部材 1が昇温し、降伏応力が減衰するのに伴い、加圧力をそれ以下の範囲で徐々に下げることが望ましい。つまり、降伏応力と加圧力の最も適切な応答性のある接合加圧力に調節することが良い。

しかも、パルス通電時における加熱により接合部材 1が発熱し、膨張することから、加熱膨張による加圧力の上昇をも考慮しなければならない。

このため、ノ^レス通電接合の初期と比べて、その後の段階では、加圧力を下げている。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力を増大させることができる。

し力しながら、接合部材 1の加熱による膨張分を適宜測定し、或いは降伏応力の減衰を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱めるためには、圧力センサーゃフイードバック装置等の高価な装置を必要とする。また、接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題もめる。

本発明では、弾性力を有する電極 2を用いることにより、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせず、しかも接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題を生ずることなぐパルス通電時における加熱膨張による加圧力の上昇を適宜抑えることができる。この結果、寸法精度が良好な製品に仕上げることができる。

即ち、パルス通電接合の初期より後の段階では、自己発熱により接合部材 1がかなり高温となり膨張することから、膨張した分だけ加圧力を弱めることが必要となる。この場合、通常の弾性力のない電極であると、加熱による膨張分を適宜測定し、これに合わせて加圧力を逐一弱める必要がある。そのためには圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とする。また、接合時の昇温に伴う接合部材の熱膨張で圧力制御にタイムラグを生じ、接合部材のつぶれを引き起こすという問題もある。

し力しながら、このような弾性力を有する電極（弾性カーボン電極） 2を用いると、カロ熱による膨張分を吸収し、パルス通電時における加熱膨張による加圧力のいわば必然的に起こる上昇をある程度自動的に抑えることができる。また、接合部材 1にかかる偏圧を防ぎ、より寸法精度の高い仕上がりとすることができる。

通常のカーボン電極を使用すると、接合部材 1の各部位の寸法にバラツキが発生し、精度を確保することができなレ、が、このような弾性カーボン電極 2を使用することにより、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とすることなぐ接合部材 1の各部位の寸法の偏差をなくし、寸法精度の良い仕上がりとすることができる。また、このような弾性力を有する電極を使用することで、真空チャンバ一内の負圧による電極間の圧力変化も吸収することができる。 [0028] なお、本発明においては、接合部材 1の熱の発散を防止し、温度ムラを防ぐために、接合部材 1外周に、 1重乃至多重の反射板を設置することができる。

[0029] 以下、ノ^レス通電の条件等について、請求項 3、 4に係る本発明を参照しつつ述べる。

請求項 3、 4に係る本発明は、通電可能な接合部材 1の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、前記接合部材の任意な方向に一対の電極 2をあて、前記接合部材 1のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合方法に関するものである。

請求項 3、 4に係る本発明は、このようなノ^レス通電による接合方法において、接合部材 1にパルス電流を供給する電極 2として弾性力を有する電極を用いることを特徴とするものである。

ここで接合部材 1にパルス電流を供給する電極 2として弾性力を有する電極としては、請求項 1、 2に係る本発明において記載したものを用いることができる。

[0030] 請求項 3、 4に係る本発明において、パルス通電接合方法としては、基本的には一般に用いられてレ、るパルス通電接合方法を用いることができる。

即ち、接合部材 1の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、接合部材の任意な方向に一対の電極 2をあて、接合部材 1のみにパルス通電させる。

図 1では、電極方向と接合界面加圧方向とが同じものを示している力電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。

接合部材 1と接する電極 2の形状は、接合部材 1の形状に合わせ、円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、さらには彫り込んだものであっても良い。

[0031] ここで「のみに通電させる。」とは、接合部材以外に通電するようなものを使用しないということであり、換言すると放電プラズマ焼結法で一般に用レ、られている、接合部材を取り囲むようなカーボン型を使用しないとレ、うことである。

電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しなレ、ことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大した。

[0032] このとき、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させること力 Sできる。これにより長尺の部材などを短時間に効率良く接合することができるこのような外部から強制的に加熱する手段としては特に制限はなレ、が、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式が最も好ましい。この他に高周波加熱等が挙げられ、これらの 1種を単独で、或いは 2種以上を組み合わせて用いることができる。

外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、一般的には 60分以下とすれば良い

[0033] パルス電流としては通常直流が用いられ、請求項 3、 4に係る本発明においては、デューティー比、つまりパルスの ONと OFFの比（ON/ON + OFF)が 86— 99· 9

%、好ましくは 90— 99. 9%のパルス電流を流すことが好ましい。

このようなノ^レスの ON時間の比率の高いパルス電流を流し、自己発熱により全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させることが好ましい。

[0034] また、パルス電流としては、 100— 50000A、好ましくは 300— 30000Aの範囲のものが用いられ、電圧は 100V以下である。本発明においては、このようなパルス電流による通電処理を 2段階に分けて行うことができる。

[0035] 請求項 3、 4に係る本発明においては、パルス通電による接合を行った後、所定温度で熱処理することが好ましい。

パルス通電による接合時には、自己発熱により温度を上げ所定温度としているが、上記熱処理はノ^レス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げ所定温度とする必要がある。

[0036] 請求項 3、 4に係る本発明においては、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合部材 1のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間にノ^レス電流を流すことによって、パルス通電による接合処理を行う。

パルス通電による接合時には、上記したようなパルス電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させ、接合部材、例えば銅製のリング状セルの溶融点（1083°C)の 65%以上、 90%未満まで自己発熱により温度を上昇させる。より具体的には、前記したように 700°C以上 1000°C以下の温度まで自己発熱により温度を上昇させる。この温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を、 0. 5 60分間程度保持することにより、パルス通電による接合処理を行う。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において行っても良い。

[0037] 請求項 1に係る本発明においては、このようにしてパルス通電による接合処理を行つた後に、所定の条件で熱処理する。この熱処理により、相互拡散されることから、この熱処理を「相互拡散接合処理」とレ、うこともできる。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。 1回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、 1回だけでなぐそれ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行つてもよい。

これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきた力これとこの相互拡散接合処理とは全く異なる。パルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。

[0038] このような相互拡散接合処理は、接合部材、例えば銅製のリング状セルの溶融点（ 1083°C)の 70%以上、 90%未満で行うことができる。より具体的には、前記したように 800°C以上 1000°C以下の温度で行う。この温度は、前記原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。前記したように、この熱処理はパノレス通電によるものではないことから、外部加熱により温度を上げる必要がある。

[0039] なお、本発明でいう「温度」とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部にぉレ、ては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。

[0040] この相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さなレ、。また、加圧は特に必要ないが、前段階からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。この相互拡散接合処理を行う際には、 800°C以上 1000°C以下の温度に達したときの温度（ピーク温度）を 0· 5— 3時間、好ましくは 0· 5—1 · 5時間保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。

[0041] 請求項 3、 4に係る本発明では、上記したようにパルス通電による接合処理を行った後に、引き続いて所定条件にて熱処理する相互拡散接合処理を行うこと、つまりパルス通電による接合処理を行い液相状態とした後に、相互拡散接合処理すること、が好ましい。

このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでレ、う液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっている力そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。

[0042] このようなノ^レス通電におレ、て液相状態とした後の熱処理 (相互拡散接合処理）によれば、ねじり試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られ、接合部材 1を極めて強固かつ確実に短時間で、しかも低コストで接合すること力できる。

[0043] 本発明は以上の如きものである。このようにして本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに接合部材のつぶれを回避することができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。

実施例

[0044] 次に、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。

実施例 1 (1)接合

図 1に示すようなパルス通電接合装置、即ち接合部材 1にノ^レス電流を供給する 1 対の電極 2と、前記電極 2にパルス電流を通電するパルス電流発生機 3と、前記電極 2を加圧するための加圧手段 4とを備え、さらに真空チャンバ一 5を備えたパルス通電による接合装置を用いてパルス通電による接合を行った。

電極 2としては、上側電極として、図 3、図 5に示すような、バネ 6の周囲に、カーボンチップ 8を充填し、さらにその上下にカーボンブロックの平板 7を配置した構造を有する弾性カーボン電極（直径 100mm X厚さ 93mm)を用いた。また、下側電極として、図 4に示すような、バネ 6を用いずに、カーボンチップ 8をカーボンブロックの平板 7の間に充填した構造を有する弾性カーボン電極（直径 lOOmm X厚さ 67mm)を用いた。

[0045] また、接合部材 1として、表面粗度が 0. 5 z m以下であり、直径 61mm、厚さ 8. 74 mmの円板の中央部に直径 20mmの空洞を有する無酸素銅製のリング状セル 10枚を用いた。なお、接合面積は 25cm²である。

このリング状セル 1をまず超音波を用レ、、イソプロパノールで洗浄した。次いで、このリング状セル 1を 10段重ね、 100kgのカロ重を力けてパノレス通電による接合 (第 1段階接合)を行った。ノレス比は 98 : 2とした。このとき温度は最大 310°Cまで上昇した。パルス電流は 400Aであった。

以上の操作の間、雰囲気は lOPa以下の真空に保った。

その後、 100kgの荷重をかけて加圧した状態で、接合部材 1の両端に一対の電極をあて、接合部材 1のみに通電させることにより電流密度を上げ、接合界面間にパルス比が 98： 2のパルス電流（600A)を流すことによって、パルス通電による接合 (第 2 段階接合)処理を行った。このときの接合部温度 (接合側帯部表面温度）は 800°Cであり、保持時間は 3分間であった。

なお、このとき接合部材 1の周囲に反射板を 1重に巻き付け覆った。

[0046] しかる後、パルス通電を止め、外部加熱により 850°Cの温度において熱処理を行つた。

以上の操作の間、雰囲気は 5Pa以下の真空に保った。即ち、前記液相での原子間微小溶融させた後の 10段の接合部材 1について、この 10段の接合部材 1を 850°Cの温度で 110分間保持することにより、相互拡散接合処理した。

このようにして、 10段のリング状セル接合物を製造した。

[0047] (2)ねじり破壊試験

このようにして得られた 10段のリング状セル接合物より切り出した試験片について、接合面をねじるようにレンチを用いてねじり破壊試験を行った。図 11は、 10段のリング状セル接合物より切り出した試験片について、ねじり破壊試験を行った後における状態を示す写真像図である。この図 11には、併せて試験片を切り出した後の 10段のリング状セル接合物も示されてレ、る。

その結果、図 11に示すように、レンチで両接合片が大変形してねじれても接合部力、ら剥離破断しなかった。

[0048] (3)寸法変化の測定結果

次に、このようにして得られた 10段のリング状セル接合物について、図 12に示す 4 箇所の測定部位 (A， B， C, D)における寸法変化を調べた。結果を図 13に示す。図 13によれば、本発明のように弾性カーボン電極を用いることにより、著しく寸法変化が小さいことが分かる。即ち、偏差は僅か 8 / m以内（寸法比 0. 009%以下）に収まっており、非常に寸法精度の高い仕上がりとすることができることが分かる。

[0049] 比較例 1

実施例 1におレ、て、弾性カーボン電極の代わりに通常のカーボン電極を用いたこと以外は、実施例 1 (1)と同様にして接合し、実施例 1 (3)と同様にして寸法変化を測定した。結果を図 14に示す。

図 14によれば、通常のカーボン電極を用いた場合、寸法変化が大きいことが分かる。即ち、偏差が大きぐ寸法精度にバラツキが出ることが分かる。

また、このときの電流値をみると、 2800Aも必要であった。

[0050] 以上の結果からみると、本発明のように弾性カーボン電極を用いることにより、著しく寸法変化が小さぐ非常に寸法精度の高い仕上がりとすることができることが分かる。また、このときの電流値をみると、通常のカーボン電極を用いた場合には、 2800A も必要であつたのに対して、本発明のように弾性カーボン電極を用いた場合には、 6 00Aで接合することができ、著しく低い電流値でよいことが分かる。

これは本発明の弾性カーボン電極がパネ構造の故に電流密度が上力 Sり発熱したため、接合部材へ熱供給を容易ならしめたためであると推察される。

産業上の利用可能性

本発明によれば、寸法精度の厳しい接合部材の接合が容易となり、圧力センサーやフィードバック装置等の高価な装置を必要とせずに、接合部材のつぶれを回避すること力 Sできる。

従って、本発明は、特に寸法精度の厳しい接合部材の接合に極めて有効に利用すること力 Sできる。また、例えば並列的に上下一対ずつ設けられている電極間に、当該弾性電極を使用することにより、一度に多数個の接合体を得ることもでき、著しく生産性を高めることが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 通電可能な接合部材にパルス電流を供給する 1対の電極と、前記電極にパルス電流を通電するパルス電流発生機と、前記電極を加圧するための加圧手段とを備えたパルス通電による接合装置において、前記電極が弾性力を有する電極であるパルス通電による接合装置。

[2] 弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンが使用されていることを特徴とする、請求項 1記載の接合装置。

[3] 通電可能な接合部材の接合面を互いに突き合わせ、突き合わせられた接合面を密着させるように所定の圧力で加圧しつつ、前記接合部材の任意な方向に一対の電極をあて、前記接合部材のみにパルス通電させ接合するパルス通電による接合法において、前記接合部材にパルス電流を供給する電極として弾性力を有する電極を用レ、ることを特徴とするパルス通電による接合方法。

[4] 弾性力を有する電極の材質の少なくとも一部にカーボンを使用することを特徴とする、請求項 3記載の接合方法。