JPH084226Y2 - 常温固相接合装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、常温（材料変質させない温度）で固相状態
のまま接合できるようにした常温固相接合装置に関し、
金属、非金属、超電導材料などを材質の変化や変形を生
じさせることなく高い接合強度を得ることができるよう
にしたものである。

［従来の技術］ 固相接合法は、接合部を溶融させないで、固相のまま
接合するものであり、一般に溶接部が広範囲に溶融する
融接や溶融金属を添加して接合するろう付と比べて、接
合部に凝固組織や熱影響部など材質的に劣化した部位が
少なく、特に融接では弱い接合となりやすい異種材料の
接合に適している。

このような固相接合法として現在行われている主なも
のに圧接法と拡散接合法がある。

このうち圧接法は、接合部に機械的圧力を加え、塑性
変形を起こして接合する方法であり、装置が安価で操作
も簡単であるという特徴を有している。

また、拡散接合法は、平滑な面を接触させ、高温に保
持して原子の相互拡散によって接合する方法であり、接
合部はほとんど変形せず、このため精密な接合ができる
という特徴を有している。

ところが、圧接法では、接合部に塑性変形が生じるよ
うな大きな力を加える必要があるため、材料の変形を嫌
う被接合材の接合に適さないという問題がある。

一方、拡散接合法では、接合面を接触させ若干の圧力
を加えるだけであり、大きな変形が生じることはない
が、接合部を800〜1200℃（融点の７〜９割）程度の高
温状態にするとともに、原子の相互拡散を行わせるため
に長時間保持しなければならず、熱影響による材料の変
質を招いてしまうという問題がある。

このため、近年常温固相接合法が提案されている。

常温固相接合法は、常温（材料を変質させない温度、
例えば350℃以下）において、高又は超高真空状態（10
^-4Pa以下）、又は不活性ガスもしくは10ppm以下の酸素
を含む不活性の雰囲気で、接合材料の接合面どうしを回
転させながらこすり合せる回転摩擦等の機械的活性化
法、又は接合面間に放電を行う等の物性的活性化法によ
り清浄化及び活性化を行わせて、接合面どうしを当接さ
せることにより接合する方法である。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、前記回転摩擦等の機械的活性化法、又は放電
などによる物性的活性化法を利用した常温固相接合装置
を製造した場合、回転摩擦等の機械的活性化法を利用し
た常温固相接合装置では、接合面が円形に限られるとい
う問題及び接合面を大きくするに従って接合面に均一な
回転摩擦を与えるのが困難になって行くという問題があ
り、又、放電などによる物性的活性化法を利用した常温
固相接合装置では、接合面を大きくすると接合面に局所
的な放電が起こりやすいので接合面が均一に活性化され
ないという問題があって、任意の形状の大きな接合面を
安定且つ均一に活性化するには適さない。

本考案は、上述の実情に鑑み、任意の形状の大きな接
合面を安定且つ均一に活性化し得るようにした常温固相
接合装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 請求項１の考案は、常温で、高又は超高真空状態、又
は不活性ガスもしくは10ppm以下の酸素を含む不活性ガ
スの雰囲気にした気密容器の内部に、接合しようとする
一対の材料を接合面を対向させて近接離反可能に配設す
ると共に、前記一対の材料間に、回転軸にシート状研磨
材を放射状に植設してなる活性化装置を設け、且つ、シ
ート状研磨材としてテフロンペーパーを使用したことを
特徴とする常温固相接合装置にかかるものである。

請求項２の考案は、常温で、高又は超高真空状態、又
は不活性ガスもしくは10ppm以下の酸素を含む不活性ガ
スの雰囲気にした気密容器の内部に、接合しようとする
一対の材料を接合面を対向させて近接離反可能に配設す
ると共に、前記一対の材料間に、少なくとも一方が回転
駆動されると共に前記接合面に対して平行で且つ互に平
行な一対のローラと該一対のローラ間に掛け渡されたル
ープ状のシート状研磨材とからなる活性化装置を設け、
且つ、シート状研磨材としてテフロンペーパーを使用し
たことを特徴とする常温固相接合装置にかかるものであ
る。

請求項３の考案は、常温で、高又は超高真空状態、又
は不活性ガスもしくは10ppm以下の酸素を含む不活性ガ
スの雰囲気にした気密容器の内部に、接合しようとする
一対の材料を接合面を対向させて近接離反可能に配設す
ると共に、前記一対の材料間に、接合補助用金属片を収
容可能で且つ発熱可能な容器状の活性化装置を設け、且
つ、該活性化装置を容器状に巻いたヒータ線で構成した
ことを特徴とする常温固相接合装置にかかるものであ
る。

［作用］ 常温で、高又は超高真空状態、又は不活性ガスもしく
は10ppm以下の酸素を含む不活性の雰囲気を保持できる
気密容器内において、接合面を対向させて材料を支持
し、活性化装置を用いて前記材料の接合面を活性化す
る。その後、上記雰囲気内において前記材料を近接させ
て接合面どうしを圧接すれば、材料の高い接合強度の接
合が可能となる。

そして、請求項１の考案によれば、活性化装置の回転
軸を回転することによって、回転軸に放射状に植設され
たテフロンペーパー製のシート状研磨材によって材料の
接合面が活性化される。

請求項２の考案によれば、一対のローラのうち少なく
とも一方を回転駆動することにより活性化装置のループ
状をしたテフロンペーパー製のシート状研磨材が変位
し、該ループ状のシート状研磨材によって材料の接合面
が活性化される。

請求項３の考案によれば、材料が同種である場合に
は、ヒータ線を容器状に巻いて成る活性化装置のみを発
熱することによって、材料の接合面が低温加熱により活
性化され、材料が同種である場合には、接合補助用金属
片を収容させた容器状の活性化装置を発熱することによ
って、材料の接合面が低温加熱により活性化されると同
時に、接合面に溶融蒸発された接合補助用金属片の粒子
が蒸着して接合面に活性化した接合補助用金属層が形成
される。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図〜第３図は本考案の第一の実施例である。

図中１は気密容器であり、該気密容器１の内底部には
固定台２及び固定側材料ホルダ３を介して一方の材料４
が支持されている。

又、気密容器１内における前記固定台２の上方には、
気密容器１外部に設けられた油圧ラム等の圧下装置５及
び昇降体６並びに移動側材料ホルダ７を介して他方の材
料８が前記一方の材料４と対向するよう支持されてい
る。

前記材料4,8の形状は任意で良く、互に等しい大きさ
及び形状の接合面9,10（本実施例では長方形状をしてい
る）を同一位相で対向配置されている。

材料4,8の長手方向11に位置する気密容器１の一側部
外方に固定フレーム12を設け、該固定フレーム12に前記
長手方向11と平行なガイドロッド13の両端を支持固定す
ると共に、ガイドロッド13と平行なスクリューロッド14
の両端を回転自在に支持し、スクリューロッド14の反気
密容器１側の端部を延長してその延長部15に傘歯車16,1
7を介してハンドル18を接続し、又、ガイドロッド13に
沿って移動可能なガイド部19とスクリューロッド14に螺
合するナット部20を有する移動台21を設けて、活性化装
置横行機構22を構成する。

一方、前記長手方向11へ延びる回転軸23先端外周にテ
フロンペーパー製のシート状研磨材24を多数放射状に植
設して直径25が前記材料4,8の幅寸法26よりも大きな活
性化装置27を形成し、該活性化装置27を気密容器１内部
の材料4,8間の位置に配設すると共に、前記移動台21と
気密容器１の一側部に形成した貫通孔28との間に伸縮自
在なベローズ29を備えたシール筒30を設け、前記活性化
装置27の回転軸23後端と前記移動台21に取り付けられた
モータ等の活性化装置回転機構31とを連結スリーブ32を
介して接続する。

尚、33は気密容器１に接続された内部雰囲気調整口で
あって、気密容器１内部を真空状態とする場合には図示
しない真空吸引装置を接続し、気密容器１内部を不活性
ガス雰囲気とする場合には図示しない不活性ガス供給源
を接続するようになっている。又、34は内部雰囲気調整
口33に設けられた弁である。

次に、作動について説明する。

接合に当っては、気密容器１内を大気に開放した状態
にしておいて、圧下装置５により昇降体６を上昇させ固
定台２から離し、固定側材料ホルダ３及び移動側材料ホ
ルダ７の夫々に接合面9,10が例えば長方形状をした材料
4,8を材料4,8の長手方向11が活性化装置27の回転軸23と
平行になるように取付ける。

続いて、活性化装置横行機構22のハンドル18を作業員
が手で回し傘歯車17,16を介してスクリューロッド14を
回転することにより、該スクリューロッド14に螺合する
ナット部20を有する移動台21をガイドロッド13に沿って
移動し、該移動台21と一体の活性化装置回転機構31、連
結スリーブ32を介して、活性化装置27が下側の材料４上
部に接触するように移動させた後、圧下装置５により昇
降体６を下降させて上側の材料８を活性化装置27に接触
させる。

この状態で、内部雰囲気調整口33に図示しない真空吸
引装置を接続して該真空吸引装置により気密容器１内部
を吸引して、所要の真空度に保持するか、或いは、内部
雰囲気調整口33に図示しない不活性ガス供給源等を接続
して、該不活性ガス供給源等により気密容器１内部を不
活性ガス又は10ppm以下の酸素を含む不活性ガスの雰囲
気とする。

続いて、活性化装置回転機構31により連結スリーブ32
を介して活性化装置27を回転する。

すると、活性化装置27は、回転軸23先端外周に多数の
シート状研磨材24（研磨材）を放射状に植設され、前記
材料4,8の幅寸法26よりも大きな直径25を有するよう構
成されているので、シート状研磨材24の一枚一枚が接合
面9,10に追随するよう変形することにより、材料4,8の
活性化装置27が接触している接合面9,10は幅方向全体が
均一に活性化されることになる。

そして、作業員が活性化装置横行機構22のハンドル18
を手で回すことにより、前記したように活性化装置27を
材料4,8の長手方向11へ移動させ、材料4,8の接合面9,10
全面を活性化する。

しかる後に、圧下装置５により昇降体６を下降させて
材料4,8を接触させ所要の力で押し付ける。

これにより材料4,8は、接合面9,10どうしの圧着のみ
により、常温（材料を変質させない温度、例えば350℃
以下）において、接合面9,10の原子どうしの結合が生じ
て一体に接合される。上記圧接時の圧着力は材料4,8の
降伏点ｙの1/3〜１倍の範囲で良い。

尚、活性化装置27のシート状研磨材24としてテフロン
ペーパーを用いることにより、接合面9,10の活性化時
に、テフロンペーパーから粉塵等が発生して気密容器１
内部の真空状態或いは雰囲気が低下するようなことが防
止される。

又、シート状研磨材24を植設した活性化装置27を用い
たので、第３図に示すように凹凸を有する接合面9,10の
活性化を行うことが可能になる。

第４図・第５図は本考案の第二の実施例であり、移動
台21に対して、活性化装置回転機構31及び連結スリーブ
32に接続された駆動ローラ35と、連結スリーブ32に平行
な支持軸36に回転自在に支持された従動ローラ37とを設
け、駆動ローラ35及び従動ローラ37間にテフロンペーパ
ーをループ状にしたシート状研磨材38を掛け渡すことに
より活性化装置39を構成した他は、前記実施例と同様の
構成を備えており、接合面9,10が平坦である場合に、前
記実施例に比べてより大きな接合面9,10の活性化を均一
且つ安定して行うことができるという作用効果を得るこ
とができる。

第６図〜第８図は本考案の第三の実施例であり、移動
台21に対し、材料4,8の長手方向11へ延びる活性化装置
ホルダ40を介して、ヒータ線を容器状に巻くことにより
接合補助用金属片41を収容可能で且つ発熱可能な活性化
装置42を取り付けた他は、前記各実施例と同様の構成を
備えている。

尚、43は活性化装置42へ電流を供給する配線である。

本実施例によれば、材料4,8が同種である場合には、
接合補助用金属片41を収容しないで活性化装置42のみを
発熱させることにより、活性化装置42の熱で接合面9,10
を低温加熱して、接合面9,10を活性化することができ
る。

又、材料4,8が異種である場合には、接合補助用金属
片41を収容した活性化装置42を発熱させることにより、
活性化装置42の熱で接合面9,10を低温加熱して接合面9,
10を活性化すると共に、活性化装置42の熱で溶融蒸発し
た接合補助用金属片41の粒子を接合面9,10に蒸着させ
て、接合面9,10に活性化した接合補助層を形成すること
ができる。

これにより、前記各実施例と同様、大きな接合面9,10
の活性化を均一且つ安定して行うことができるという作
用効果を得ることができると共に、異種の材料4,8どう
しを接合することが可能となる。

尚、本考案は上述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、材料の接合面が円形である場合には接合面に回転
摩擦を与えるようにした常温固相接合装置に適用しても
良いこと、同様に接合面に超音波振動を与えるようにし
た常温固相接合装置に適用しても良いこと、その他、本
考案の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得る
ことは勿論である。

［考案の効果］ 以上説明したように、請求項1,2,3の考案によれば、
任意の形状の大きな接合面を安定且つ均一に活性化する
ことができ、又、請求項１の考案によれば、凹凸のある
接合面に対する活性化が可能であり、請求項２の考案に
よれば、特に大きな接合面に対する活性化が可能であ
り、しかも、請求項1,2では、共にシート状研磨材とし
てテフロンペーパーを用いているので、接合面の活性化
時に、シート状研磨材から粉塵等が発生して気密容器内
部の真空状態或いは雰囲気が低下するようなことを防止
することが可能であり、請求項３の考案によれば、容器
状に巻いたヒータ線から成る活性化装置により、簡単に
接合補助用金属片をセットして異種材料の接合面に活性
化した接合補助層を形成させることが可能であるという
優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第一の実施例の全体概略正面図、第２
図は第１図をII-II矢視方向から見た平面図、第３図は
第１図の装置を用いて凹凸のある接合面を活性化する場
合の概略正面図、第４図は本考案の第二の実施例の概略
正面図、第５図は第４図をＶ−Ｖ矢視方向から見た平面
図、第６図は本考案の第三の実施例の概略正面図、第７
図は第６図をVII-VII矢視方向から見た側面図、第８図
は第７図の活性化装置部分の拡大平面図である。 図中１は気密容器、4,8は材料、9,10は接合面、23は回
転軸、24,38はシート状研磨材、27,39,42は活性化装
置、35は駆動ローラ、37は従動ローラ、41は接合補助用
金属片を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−224882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−286288（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−11136（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】常温で、高又は超高真空状態、又は不活性
   ガスもしくは10ppm以下の酸素を含む不活性ガスの雰囲
   気にした気密容器の内部に、接合しようとする一対の材
   料を接合面を対向させて近接離反可能に配設すると共
   に、前記一対の材料間に、回転軸にシート状研磨材を放
   射状に植設してなる活性化装置を設け、且つ、シート状
   研磨材としてテフロンペーパーを使用したことを特徴と
   する常温固相接合装置。
2. 【請求項２】常温で、高又は超高真空状態、又は不活性
   ガスもしくは10ppm以下の酸素を含む不活性ガスの雰囲
   気にした気密容器の内部に、接合しようとする一対の材
   料を接合面を対向させて近接離反可能に配設すると共
   に、前記一対の材料間に、少なくとも一方が回転駆動さ
   れると共に前記接合面に対して平行で且つ互に平行な一
   対のローラと該一対のローラ間に掛け渡されたループ状
   のシート状研磨材とからなる活性化装置を設け、且つ、
   シート状研磨材としてテフロンペーパーを使用したこと
   を特徴とする常温固相接合装置。
3. 【請求項３】常温で、高又は超高真空状態、又は不活性
   ガスもしくは10ppm以下の酸素を含む不活性ガスの雰囲
   気にした気密容器の内部に、接合しようとする一対の材
   料を接合面を対向させて近接離反可能に配設すると共
   に、前記一対の材料間に、接合補助用金属片を収容可能
   で且つ発熱可能な容器状の活性化装置を設け、且つ、該
   活性化装置を容器状に巻いたヒータ線で構成したことを
   特徴とする常温固相接合装置。