JPH0733545A - セラミックス部材と金属部材の接合構造およびセラミックス・金属接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックス部材と金属部材を嵌合させるだ
けで堅固な接合が可能となり、また高温時でもセラミッ
クス部材が割れることがなく、低温時でも両部材の接合
が不十分となることのないセラミックス部材と金属部材
の接合構造を提供する。 【構成】 セラミックス部材１に内径が入口から奥に向
かって漸次大きくなるテーパ穴11を形成し、金属部材２
に外径が下端部から先端部に向かって漸次大きくなるよ
うに形成されると共に中心軸方向にスリ割り22が形成さ
れた凸部21を形成し、前記セラミックス部材１のテーパ
穴11に前記金属部材２の凸部21を嵌合することにより、
セラミックス部材１と金属部材２が一体化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス部材と金
属部材の接合構造に関する。さらに詳しくは、熱膨張率
の異なるセラミックス部材と金属部材を一体化させるた
めの接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セラミックス部材と金属部材
の接合方法としては、たとえば嫌気性接着剤や瞬間接着
剤等を使用して２つの部材を直接接合する方法、２つの
部材のうち一方の部材に凹部を他方の部材に凸部をそれ
ぞれ形成し両部材を嵌合する方法、または圧接しようと
する２つの部材を接触させ加圧しつつ接触面に相対運動
を起こさせ発生する摩擦熱で接合面付近を加熱して圧接
する摩擦圧接による方法等がある。近年、セラミックス
の用途拡大に伴ないセラミックス部材と金属部材の堅固
かつ信頼性の高い接合構造の出現が要望されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来例
の嫌気性接着剤や瞬間接着剤を使用して２つの部材を直
接接合する方法により接合された部材は、高温時におい
ては接着剤の接着力低下により両部材が剥離したり、接
合部に大きな力が作用すると接着力不足のため両部材が
剥離するおそれがある。また、２つの部材のうち一方の
部材に凹部を他方の部材に凸部をそれぞれ形成し両部材
を嵌合する方法をセラミックス部材と金属部材の接合に
使用し、セラミックス部材に形成された凹部に金属部材
に形成された凸部を嵌合すると、セラミックスは熱膨張
率が小さく、金属は一般にセラミックスに比べて熱膨張
率が大きいため、常温時においては十分に両部材が嵌合
していても、高温時には金属がセラミックスに比べて大
きく膨脹するのでセラミックスが割れるおそれがあり、
低温時には金属がセラミックスに比べて大きく収縮する
ので両部材の嵌合が不十分になり金属部材の凸部がセラ
ミックス部材の凹部から抜けやすくなる。さらに、摩擦
圧接による方法は、異種金属間の圧接には適している
が、セラミックス部材と金属部材の接合においてはセラ
ミックス部材は硬度が大きいため摩擦熱で両部材の接合
面付近を加熱圧接して両部材を接合させることは困難で
あるという問題がある。

【０００４】本発明は、かかる事情に鑑み、熱膨張率が
大きく異なるセラミックス部材と金属部材を嵌合させる
だけで堅固な接合が可能となり、また高温時でもセラミ
ックス部材が割れることがなく、低温時でも両部材の接
合が不十分となることのないセラミックス部材と金属部
材の接合構造を提供することを目的とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明のセラミックス
部材と金属部材の接合構造は、熱膨張率の異なるセラミ
ックス部材と金属部材の接合構造であって、セラミック
ス部材に内径が入口から奥に向かって漸次大きくなるテ
ーパ穴を形成し、金属部材に外径が下端部から先端部に
向かって漸次大きくなるように形成されると共に中心軸
方向にスリ割りが形成された凸部を形成し、前記セラミ
ックス部材のテーパ穴に前記金属部材の凸部を嵌合する
ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明のセラミックス部材と金属部材の接合構
造は、セラミックス部材に形成された内径が入口から奥
に向かって漸次大きくなるテーパ穴に、金属部材に形成
された外径が下端部から先端部に向かって順次大きくな
ると共に中心軸方向にスリ割りを有する凸部を嵌合する
構造であるので、常温においてセラミックス部材のテー
パ穴に金属部材の凸部を嵌合させておくと、高温時には
金属部材の熱膨張率がセラミックス部材の熱膨張率に比
べて大きいため、金属部材の凸部がセラミックス部材の
テーパ穴内で膨脹したとしても、その膨脹分は金属部材
の凸部の中心軸方向に形成されたスリ割りに吸収される
ので、高温時での熱膨張の差異によりセラミックス部材
が割れるおそれはなく、また、低温時には金属部材の凸
部がセラミックス部材のテーパ穴内で収縮するが、金属
部材の凸部はセラミックス部材のテーパ穴のテーパのく
さび作用によってセラミックス部材のテーパ穴に係止す
るので、金属部材の凸部がセラミックス部材のテーパ穴
から抜け落ちることはなく、強固に結合された状態が維
持される。

【０００７】

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面に基づき説明
する。図１は、本発明の一実施例であるセラミックス部
材１と金属部材２の接合構造を示している。この接合構
造は、セラミックス部材１に形成されたテーパ穴11に、
金属部材２に形成されたスリ割り22を有する凸部21を嵌
合させたものである。

【０００８】前記セラミックス部材１は、図２に示すよ
うに、円柱体状の部材であって、該円柱体の下端部に内
径が入口から奥に向かって漸次大きくなるテーパ穴11が
形成されている。そして、該テーパ穴11に後述する金属
部材２の凸部21（図４参照）を嵌合させた場合、テーパ
（ａ−ｂ）／ｌ（ａ；テーパ穴11のテーパ終端部の内
径、ｂ；テーパ穴11の入口の内径、ｌ；テーパ穴11の入
口からテーパ終端部までの長さ）が大きいほど金属部材
２の凸部21がセラミックス部材１のテーパ穴11から抜け
にくくなるが、テーパを大きくするため、テーパ穴11の
入口からテーパ終端部までの長さｌを一定にしておいて
テーパ穴11の入口の内径ｂに比べてテーパ穴11のテーパ
終端部の内径ａを大きくしたり、テーパ穴11のテーパ終
端部の内径ａおよびテーパ穴11の入口の内径ｂを一定に
しておいてテーパ穴11の入口からテーパ終端部までの長
さｌを長くすると、金属部材２の凸部21の形状、寸法等
との関係で不適当な場合も生ずる。したがって、セラミ
ックス部材１に形成されるテーパ穴11のテーパは金属部
材２の凸部21の形状、寸法等との関係で最も適当な値に
設定されなければならない。なお、本実施例ではセラミ
ックス部材１の先端部は円錐体状に形成したが、使用目
的に応じて任意の形状とすればよい。

【０００９】前記金属部材２は、図４に示すように、円
柱体状の部材であって、該円柱体の上端部に外径が下端
部から先端部に向かって漸次大きくなるように形成され
た凸部21が形成されている。そして、図３および図４に
示すように、凸部21の中心軸方向に十字形のスリ割り22
が形成されている。なお、本実施例では強度等を考慮し
てスリ割り22の形状を十字形としたが任意の形状にする
ことが可能である。

【００１０】また、凸部21の下端部の周側部にはスリ割
り22の機能を十分発揮させるために環状の凹部23が形成
されており、該環状の凹部23の底部を前記スリ割り22の
中心軸方向の下端部にほぼ一致させている。なお、本実
施例では、円柱体の下端部は、他の部材（図示省略）と
連結させるため凹状の切欠き24を形成し、かつ両端の脚
部25にはボルト穴26を形成しているが、円柱体の下端部
に連結する部材に応じた形状とすることが可能である。

【００１１】つぎに、セラミックス部材１に形成された
テーパ穴11に金属部材２に形成された凸部21を嵌合させ
る方法について説明する。まず、常温において、金属部
材２の凸部21の先端部をセラミックス部材１のテーパ穴
11の入口付近に当接する。つぎに、セラミックス部材１
のテーパ穴11の入口に当接した金属部材２の凸部21の先
端部を強く押圧し、金属部材２の凸部21に形成されたス
リ割り22の間隔が小さくなり、金属部材２の凸部21の先
端部の外径がセラミックス部材１のテーパ穴11の入口の
内径よりやや小さくなったとき金属部材２の凸部21の先
端部をセラミックス部材１のテーパ穴11の入口から奥に
向かって差し込む。そうすると、セラミックス部材１に
形成されたテーパ穴11に金属部材２に形成された凸部21
が嵌合し、セラミックス部材１と金属部材２が一体化さ
れる。

【００１２】このように、常温において、セラミックス
部材１に形成された内径が入口から奥に向かって漸次大
きくなるテーパ穴11に、金属部材２に形成された外径が
下端部から先端部に向かって順次大きくなると共に中心
軸方向にスリ割り22を有する凸部21を嵌合させておく
と、高温時には金属部材２の熱膨張率がセラミックス部
材１の熱膨張率に比べて大きいため、金属部材２の凸部
21がセラミックス部材１のテーパ穴11内で膨脹するが、
その膨脹分は金属部材２の凸部21の中心軸方向に形成さ
れたスリ割り22に吸収されるので、高温時での熱膨張の
差異によってセラミックス部材１が割れるおそれはな
い。また、低温時には金属部材２の凸部21がセラミック
ス部材１のテーパ穴11内で収縮するが、金属部材２の凸
部21はセラミックス部材１のテーパ穴11のテーパのくさ
び作用によってセラミックス部材１のテーパ穴11に係止
するので、金属部材２の凸部21がセラミックス部材１の
テーパ穴11から抜け落ちることはない。したがって、セ
ラミックス部材１と金属部材２の堅固かつ信頼性の高い
接合構造をうることができる。

【００１３】なお、セラミックス部材１のテーパ穴11に
嵌合した金属部材２の凸部21を取り外すには、金属部材
２をセラミックス部材１の反対側に引っ張ればよい。す
なわち、金属部材２をセラミックス部材１の反対側に引
っ張ることにより金属部材２の凸部21に形成されたスリ
割り22の間隔が小さくなり、金属部材２の凸部21の先端
部の外径がセラミックス部材１のテーパ穴11の入口の内
径よりやや小さくなったとき、金属部材２の凸部21の先
端部がセラミックス部材１のテーパ穴11の入口から外れ
るのである。

【００１４】つぎに、本実施例におけるセラミックス・
金属接合体Ａを実際に使用する場合について説明する。
車体を組み上げるにあたっては、それぞれのパネル部品
を高精度で位置決めして溶接しなければならないが、こ
のために使用される組立治具には、相当高い熱が加えら
れる。一般に車体の組立治具は、図５に示すように、パ
ネル４その他の各部品にそれぞれ１〜２個のロケートピ
ン３と、両端およびその中間に適当なピッチでクランプ
５等を設けているが、本実施例におけるセラミックス・
金属接合体Ａを前記ロケートピン３に使用すると非常に
好適である。

【００１５】すなわち、ロケートピン３は、図６に示す
ように、円柱体状の部材であって、その先端部31は円錐
体状に成形され、下端部には鍔32が形成され、該鍔32の
中心軸方向に取付部33が形成されている。そして、該取
付部33によってロケートピン３はポスト６に固定される
こととなる。ところで、このロケートピン３の材料とし
ては、耐熱性・断熱性等の観点からセラミックスが好適
であるが、セラミックス部材のみを使用して図６に示す
ような取付部33を有するロケートピン３を一体成形する
と、鍔32の外径に比べて取付部33の幅が急に小さくなっ
ているので、ロケートピン３を組立治具に使用した場合
に該ロケートピン３に大きな力が作用すると、鍔32と取
付部33との境界部に応力集中が生じて該境界部でロケー
トピン３が破損するおそれがある。そこで、耐熱性・断
熱性等の優れたセラミックス部材を使用しつつ、鍔32と
取付部33との境界部に応力集中が生じても該境界部でロ
ケートピン３が破損しないセラミックス・金属接合構造
のロケートピン３を使用することが考えられる。

【００１６】具体的には、先端部31が円錐体状に成形さ
れ、下端部には鍔32が形成された円柱体状の部材として
セラミックス部材を使用し、鍔32の中心軸方向に形成さ
れる取付部33に金属部材を使用し、両部材の接合構造を
上記のセラミックス部材と金属部材の接合構造とすれば
よい。すなわち、溶接時の熱に対してはセラミックス部
材が耐熱性を発揮し、鍔32と取付部33との境界部に作用
する大きな応力集中に対しては金属部材が高い強度で対
抗するので、ロケートピン３に大きな力が作用し、鍔32
と取付部33との境界部に応力集中が生じても該境界部で
ロケートピン３が破損することはない。

【００１７】以上のように、車体の組立治具のロケート
ピン３に本実施例のセラミックス部材と金属部材の接合
構造により一体化されたセラミックス・金属接合体を使
用すれば、位置決めピンとしては最適なピンを得ること
ができる。なお、本発明のセラミックス・金属接合構造
は、セラミックス部材と金属部材の接合であれば、とく
に制限なく、どのような部品、製品などにも適用できる
が、代表的な適用例としては、プロジェクションナット
電極などがある。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、高温時においてはセラ
ミックス部材が割れるおそれはなく、また、低温時にお
いては金属部材がセラミックス部材のテーパ穴から抜け
落ちることはないため、セラミックス部材と金属部材の
堅固かつ信頼性の高い接合構造をうることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかわるセラミックス部材
と金属部材の接合体の断面図である。

【図２】図１におけるセラミックス部材と金属部材の接
合体のセラミックス部材の拡大断面図である。

【図３】図１におけるセラミックス部材と金属部材の接
合体の金属部材の凸部に形成されたスリ割りの平面図で
ある。

【図４】図１におけるセラミックス部材と金属部材の接
合体の金属部材の拡大断面図である。

【図５】車体の組立治具の使用状態説明図である。

【図６】車体の組立治具に使用するロケートピンの正面
図である。

【符号の説明】

Ａ セラミックス・金属接合体 １ セラミッ
クス部材 ２ 金属部材 11 テーパ穴 21 凸部 22 スリ割り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱膨張率の異なるセラミックス部材と金属
   部材の接合構造であって、セラミックス部材に内径が入
   口から奥に向かって漸次大きくなるテーパ穴を形成し、
   金属部材に外径が下端部から先端部に向かって漸次大き
   くなるように形成されると共に中心軸方向にスリ割りが
   形成された凸部を形成し、前記セラミックス部材のテー
   パ穴に前記金属部材の凸部を嵌合することを特徴とする
   セラミックス部材と金属部材の接合構造。
2. 【請求項２】請求項１記載の接合構造によりセラミック
   ス部材に形成されたテーパ穴に金属部材に形成された凸
   部を嵌合して両部材が一体化されたことを特徴とするセ
   ラミックス・金属接合体。