JPH0543664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミツ
クスと金属部材とを嵌合しロウ付により接合する
方法に関する。

（従来技術） 従来、セラミツクスと金属部材とを接合する場
合は、先ず、セラミツクスに金属メツキもしくは
メタライジングを施してから、該セラミツクスと
金属部材とをロウ付にて接合する方法が多く採用
されている。とりわけ、セラミツクスと金属部材
とを軸継手する場合は、一般にセラミツクスと金
属部材との同軸度が厳しく要求されることが多い
が、セラミツクスの金属部材と接合すべき部分が
焼成面のままであると、該両者の同軸度が確保し
難いことから、セラミツクスの金属部材と接合す
べき部分は、ダイヤモンド砥石で研磨仕上げする
のが普通である。

すなわち、第１図は、金属部材と接合すべき外
周部分１ａがダイヤモンド砥石にて研磨仕上げさ
れた状態のセラミツクス軸１を示し、第２図は、
セラミツクス軸１の外周部分１ａに金属メツキ２
を施した状態のものを示し、さらに、第３図は、
金属メツキ２が施されたセラミツクス軸１に金属
部材３を嵌合し、該両者１，３をロウ材４にて接
合させたときの状態を示す。なお、第３図におい
て５はガス抜き孔である。

上記のようにして接合した場合、セラミツクス
と金属部材との同軸度については、比較的高精度
なものが得られるが、反面、セラミツクスと金属
部材の接合強度は充分なものではなく不安定であ
る。すなわち、セラミツクスに金属メツキを施す
場合、セラミツクスと金属メツキとの密着強度
は、セラミツクスの表面性状および表面粗度によ
つて影響され、とりわけ、セラミツクスの表面性
状によつて大きく左右される。より詳しく言え
ば、表面性状は研磨面よりも焼成面のほうが良
く、また、表面粗度も粗いほうが良いが、セラミ
ツクスと金属メツキとの密着強度に対する寄与率
は表面性状のほうがはるかに大きい。

例えば、焼成した窒化ケイ素セラミツクスをダ
イヤモンド砥石で研磨して１〜3μRzにした後、
ニツケル無電解メツキを施すと、セラミツクスと
メツキ層との密着強度は0.5〜1.0Kgｆ／mm²程度し
かなく、さらに研磨して5μRz以上に仕上げても、
セラミツクスとメツキ層との密着強度は、数パー
セントしか向上させることができない。

これに対し、セラミツクスの表面性状を焼成面
のままの状態で、ニツケル無電解メツキを施した
ときの密着強度は、２〜３Kgｆ／mm²程度に向上す
る。この焼成面による密着強度の向上は、射出形
成後、すなわちグリーンボデーで旋削を施した
後、脱脂・焼成した面であつても、あるいは、グ
リーンボデーで加工を加えず脱脂・焼成した面で
あつても、いずれの場合でも同様の効果を奏す
る。

かようなことから、研磨加工されたセラミツク
スに金属メツキもしくはメタライジングを施した
後、ロウ材にてセラミツクスと金属部材との接合
を行うと、セラミツクスと金属層との密着強度が
低いので、セラミツクス、金属層が有するそれぞ
れの熱膨張率の相違により、金属層が剥離し易
く、セラミツクスと金属部材との接合強度が小さ
くて安定しないという問題がある。たとえ、セラ
ミツクスの表面を５〜10μRzまで研磨仕上げした
としても、金属層との密着強度は僅かしかアツプ
しないので、やはり金属層は剥離し易く、セラミ
ツクスと金属部材との接合強度は十分なものが得
られず不安定である。

逆に、セラミツクスと金属部材との接合強度を
確保するために、セラミツクスを研磨せずに焼成
面のままの状態で、該セラミツクスと金属部材と
をロウ付を介して軸継手を構成した場合は、軸
径、直角度、真円度等のバラツキが大となり、そ
の結果、接合すべき金属部材側の穴径を大きく形
成しなければならず、したがつて、金属部材とセ
ラミツクス間のクリアランスのバラツキが大きく
なつて、ロウ付強度が低く不安定なものとなる。

（発明の目的） 本発明は、この点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、セラミツクスと金属部材
との軸継手において、該両者の同軸度、セラミツ
クスの軸径、直角度、真円度等の精度を確保し、
かつ、セラミツクスと金属部材との充分な接合強
度が安定して得られるようにしたセラミツクスと
金属部材の接合方法を提供することにある。

（発明の構成） 上記の目的を達成するため、本発明の構成は、
セラミツクスの金属部材と接合すべき部分に、研
磨されてないままの焼成面を有する溝を設け、こ
のセラミツクスの溝を含む接合部分に金属層を形
成するとともに、金属部材側にはセラミツクス嵌
合用穴を形成して、該金属部材の穴にセラミツク
スを嵌合させた後、その嵌合部分にロウ付を施す
ことによつて、セラミツクスと金属部材とを接合
することを特徴とするものである。

セラミツクスに形成される溝は、必要に応じて
１個もしくは２個以上設ければよい。該セラミツ
クスの溝を含む接合部分に、金属層を形成する方
法としては、金属無電解メツキあるいはメタライ
ジングによる方法が挙げられる。セラミツクスと
金属部材間のクリアランスは、０〜0.2mmの間の
所望する値に設定するのが好ましい。また、セラ
ミツクスの溝の深さは、0.05〜0.50mmの間の所望
する値に設定することが好ましい。セラミツクス
と金属部材との嵌合部分にはロウ付を施すことに
よつて、軸継手として充分な接合強度が安定して
確保されることとなる。本発明における「ロウ
付」とは、最も広く定義してハンダ付をも含める
ものとする。

（実施例） 以下に、本発明の一実施例を図について説明す
る。第４図および第５図に示すように、窒化ケイ
素系あるいはアルミナ系のセラミツクス６の金属
部材（後述）１２と接合すべき軸部分に、軸方向
に延びる深さ0.1mmの溝７，８，９を周方向に三
等配して形成する。この溝７，８，９は、窒化ケ
イ素あるいはアルミナを焼成した後、研磨等の機
械加工が施されないよう、焼成時における収縮率
をあらかじめ計算して製作する。

ここでは、窒化ケイ素あるいはアルミナを円柱
状に射出成形した後、いわゆるグリーンボデー状
態の時点において旋削で加工し、そののち脱脂・
焼成したものであつて、溝７，８，９の製作方法
としては、従来のように射出成形時において成形
してもよく、要は、溝７，８，９の内面が、研磨
加工されない焼成のままの面性状となるように形
成すればよい。

上記溝７，８，９を有するセラミツクス６の最
外径周面１０は、ダイヤモンド砥石によつて研磨
加工し、該研磨部の外径は、金属部材（後述）１
２との嵌合時において、該金属部材１２に対する
クリアランスが0.05mmとなるように寸法設定し、
嵌合精度が得られるように構成するものとする。

次いで、上記セラミツクス６の接合部分の溝
７，８，９を含む外周面には、第６図および第７
図に示すように、金属層としてのニツケル無電解
メツキ１１を均一に施す。このセラミツクス６と
ニツケル無電解メツキ１１との密着強度は、セラ
ミツクス６の最外径周面１０のように研磨面であ
る部分ではせん断強度が0.5〜1.0Kgｆ／mm²である
が、溝７，８，９の内面のように焼成面である部
分ではせん断強度が2.0〜3.0Kgｆ／mm²を格段に向
上している。すなわち、セラミツク６の軸径、直
角度および真円度のみならず、金属層としてのニ
ツケル無電解メツキ１１の密着強度も充分確保さ
れている。

一方、第８図および第９図に示すように、セラ
ミツクス６に接合される金属部材１２、例えばク
ロムモリブデン鋼SCM20には、セラミツクス６
の外径に見合つた穴径を有する嵌合用穴１３を形
成し、この穴１３に、前記ニツケル無電解メツキ
１１が施されたセラミツクス６を嵌合する。その
後、セラミツクス６と金属部材１２との溝７，
８，９を含めた嵌合部分に、高周波誘導加熱等に
より高温ハンダ付を行うことによつて、セラミツ
クス６と金属部材１２とを高温ハンダ１４により
接合する。実際には、高温ハンダ付は、セラミツ
クス６に形成した溝７，８，９内にも十分充填さ
れて、良好な高温ハンダ付状態となることが確認
された。なお、高温ハンダ付の代わりに銀ロウ付
を行つても、高温ハンダ付と同様に良好な銀ロウ
付状態となることが確認された。なお、第８図に
おいて５′はガス抜き孔である。

このようにして軸継手を行つたセラミツクス６
と金属部材１２との接合は、該両者６，１２の同
軸度が高精度に確保されるだけでなく、引張り試
験およびネジリ試験においては、接合部で破壊す
ることなく接合部以外のセラミツクス６の母材で
破壊し、極めて良好で安定した接合状態であるこ
とが確認された。

また、従来の接合方法によれば、ハンダ付もし
くはロウ付等による加熱冷却で金属メツキもしく
はメタライジング層がセラミツクスの表面から剥
れ易く、たとえ剥れないにしても、繰り返し応力
および熱疲労により充分な接合強度を得ることは
困難である。これに対し、本実施例によれば、セ
ラミツクス６とニツケル無電解メツキ１１との密
着強度が全体として格段に増大し、セラミツクス
６の外周に溝７，８，９を形成したことによる形
状効果とも相俟つて、繰り返し応力および熱疲労
に対しても充分な接合強度が確保された。

実施例では、セラミツクスの溝を含む接合部分
には、金属無電解メツキによつて金属層を形成さ
せたが、メタライジングによつて金属層を形成さ
せてもよい。

また、実施例ではセラミツクスには、軸方向に
延びる溝を周方向に三等配して形成したが、接合
部に加わる負荷等に応じて、軸方向に延びる溝を
周方向に二等配して形成してもよく、さらに、必
要に応じて第１０図ないし第１５図に形成するこ
ともできる。

すなわち、第１０図および第１５図は、軸状セ
ラミツクス６の軸方向に延びる溝１５，１６，１
７を周方向に三等配して設け、該溝１５，１６，
１７を、第４図および第５図に図示した溝７，
８，９よりも幅広にかつ底浅に形成したものを示
す。第１１図は、軸状セラミツクス６の周方向に
延びる幅狭の溝１８と１９を、軸方向に比較的大
きな間隔をあけて形成したものを示す。第１２図
は、軸状セラミツクス６の周方向に延びる幅広の
溝２０と２１を、軸方向に第１１図の溝１８，１
９よりも間隔を小さくして形成したものを示す。
第１３図は、軸状セラミツクス６の周方向に延び
る幅狭の溝２２と２３を、軸方向に第１１図の溝
１８，１９よりも間隔を大きくし、さらに、セラ
ミツクス６の溝２２と２３の間部分に、軸方向に
延びる溝２４を適宜数個形成したものを示す。第
１４図は、軸状セラミツクス６に螺旋状に延びる
溝２５を一個だけ形成したものを示し、この螺旋
状溝２５は必要により複数個形成してもよい。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明方法は、
セラミツクスの接合すべき部分に、焼成面を有す
る溝を設け、この溝を含む接合部分に金属層を形
成すると共に、セラミツクスと金属部材とを嵌合
してロウ付を介して接合するようにしたので、セ
ラミツクスと金属部材との同軸度、セラミツクス
の軸径、直角度および真円度の精度が確保され、
特に、同軸度の精度が確保されることに伴い、ロ
ウ付を施したのち後加工を不要もしくは簡易にす
ることができる。

また、本発明方法によれば、セラミツクスに対
する金属層の密着強度が向上するため、セラミツ
クスに形成した溝による形状効果と相まつて、セ
ラミツクスと金属部材との接合強度が増大し、繰
り返し応力および熱疲労に対しても充分な接合強
度を安定して確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセラミツクスを焼成後において
研磨させたときの状態を示す正面図、第２図は第
１図のセラミツクスに金属メツキを施したときの
状態を示す部分断面正面図、第３図は第２図のセ
ラミツクスに金属部材を接合させたときの状態を
示す部分断面正面図、第４図は本発明の一実施例
を示すもので、本発明に係るセラミツクスを焼成
後において研磨させたときの状態を示す正面図、
第５図は第４図の平面図、第６図は第４図のセラ
ミツクスにニツケル無電解メツキを施したときの
状態を示す部分断面正面図、第７図は第６図のＡ
−A′線に沿つた断面図、第８図は第６図のセラ
ミツクスに金属部材を接合させたときの状態を示
す部分断面正面図、第９図は第８図のＢ−B′線
に沿つた断面図、第１０図ないし第１４図はそれ
ぞれ本発明に係る溝の変形例を示す正面図、第１
５図は第１０図の平面図である。 ６……セラミツクス、７，８，９……溝、１０
……最外径周面、１１……ニツケル無電解メツ
キ、１２……金属部材、１３……嵌合用穴、１４
……高温ハンダ、１５〜２５……溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セラミツクスの金属部材と接合すべき部分
   に、研磨加工が施されてないままの焼成面を有す
   る溝を設け、前記セラミツクスの前記溝を含む接
   合部分に金属層を形成するとともに、前記金属部
   材には前記セラミツクスが嵌合される穴を形成
   し、該セラミツクスと前記金属部材とを嵌合し、
   この後、該両者の嵌合部分をロウ付けすることに
   より、前記セラミツクスと金属部材とを接合する
   ことを特徴とするセラミツクスと金属部材の接合
   方法。