JP2540775B2

JP2540775B2 - 拡散接合方法及び接合用圧着装置

Info

Publication number: JP2540775B2
Application number: JP5322866A
Authority: JP
Inventors: 和裕津野; 晃西村
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Current assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1996-10-09
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JPH07178570A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラジカル反応式精密切
断装置に用いられるガス供給ノズル等の薄肉製品を拡散
接合によって製造するような場合に適用して好適な拡散
接合方法及び接合用圧着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラジカル反応式精密切断装置に用いるガ
ス供給ノズルとして、本発明の出願人は、先に、図４に
示すように、接合周縁Ｗａの内側にガス流通凹部Ｗｂを
多数の接合突起Ｗｃを残してエッチング加工するととも
に、ガス流通凹部Ｗｂの外側にガス導入口Ｗｄを形成し
た鏡面対称の一対のノズル半体（被接合物）Ｗ，Ｗを、
互いの接合周縁Ｗａ，Ｗａ、及び互いの接合突起Ｗｃ，
Ｗｃを接触させ、向き合わされた互いのガス流通凹部Ｗ
ｂ，Ｗｂで一対のノズル半体Ｗ，Ｗの間にガス通路Ｔと
ガス噴出口Ｆを形成して一体に拡散接合した極薄のノズ
ルを開発した（特願平５−９９８７５号）。

【０００３】なお、ノズル半体Ｗは、ステンレス等の金
属板から成り、例えば、厚さは０．１〜１．０ｍｍ、長
さは４５０ｍｍ以下、幅は６０ｍｍ以下、ガス流通凹部
Ｗｂのエッチング深さは、ノズル半体Ｗの板厚の１／４
〜１／２、接合突起Ｗｃの直径は０．５〜１ｍｍ程度で
ある。

【０００４】ところで、拡散接合は、被接合物どうしの
間の物質移動によってなされ、物質移動は接触面を通し
て行われる原子やイオン等の固体内の拡散による。拡散
接合の技術的なキーポイントは、接合表面の清浄化、処
理温度・時間、処理雰囲気（真空度）等多々あるが、最
終的に接合面どうしの接触が悪ければ、接合が良好に行
われず、不良製品となる。

【０００５】上記のような薄肉製品を拡散接合する場
合、従来においては、図５に示すように、被接合物Ｗ，
Ｗを、酸化クロム皮膜で接合防止処理した一対の当て板
２１，２１で挟んで基板２２と押し板２３との間に装入
し、重り２４で加圧して拡散接合している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上に述べたガ
ス供給ノズルを、従来の方法で加圧して拡散接合して見
ると、ノズル半体Ｗ，Ｗどうしの拡散接合が不完全で、
ガス噴出口Ｆ以外の部分からガス漏れを生じる傾向があ
った。このため、接合不良を生じる原因について考究し
たところ、ノズル半体Ｗ，Ｗどうしの接合表面の清浄
化、処理温度・時間、処理雰囲気等に問題はなく、次の
理由でノズル半体Ｗ，Ｗの接合面どうしが接触不良を起
こすことに起因することが判明した。

【０００７】（１）ノズル半体Ｗ，Ｗを加圧する場
合、基板２２、当て板２１、ノズル半体Ｗ，Ｗ、当て板
２１、押し板２３、重り２４の順で積み上げているが、
ノズル半体Ｗ，Ｗと重り２４との間に明確な位置の基準
がなく、重り２４の重心位置が拡散接合のたびに微妙に
変化する。

【０００８】（２）ガス供給ノズルは縦横比が大き
く、一組みのノズル半体だけを重り２４で加圧すると座
りが悪化して不安定になるため、図５のように二組以上
のノズル半体Ｗ，Ｗを横に並べる必要がある。しかし、
そのようにすると、加圧面積が広くなり、全加圧面積に
わたって面圧分布を均一にすることが難しくなる。

【０００９】（３）図５のように二組のノズル半体
Ｗ，Ｗを横に並べた場合、５０ｋｇ以上の重り２４を必
要とする。このため、炉内作業を考慮して重り２４を幾
つかに分割しているが、重り２４の積み方により面圧分
布が変化し、均一性が損なわれる。

【００１０】（４）ノズル半体Ｗに対する当て板２１
の拡散接合を防ぐ酸化クロム皮膜は、当て板２１に、薬
剤を刷毛或いはどぶ漬けで塗布した後、熱処理して形成
しているため、当て板２１の各部において皮膜の厚さが
一定とならず、面圧分布を不均一にする。しかも熱処理
後は機械加工できないので、上記を修正する手立がな
い。

【００１１】本発明の一つの目的は、被接合物どうしの
全接合面の面圧分布を均一にして的確に拡散接合するこ
とができる拡散接合方法及び接合用圧着装置を提供する
ことである。また本発明の他の目的は、重りが不要で拡
散接合炉の炉内作業を円滑に行うことができる拡散接合
方法及び接合用圧着装置を提供することである。更に本
発明の別の目的は、反覆使用によって当て板が平面度を
低下させない接合用圧着装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の拡散接合方法は、被接合物どうしを一対
の当て板の間に、被接合物と当て板の少なくとも一方に
窒化硼素の粉末を塗布して挟み、これを基板と押し板の
間に装入して窒化珪素製のばねにより押し板を基板に向
けて押し付けることにより上記被接合物どうしを当て板
を介してそれらの重なり方向に加圧して拡散接合する構
成とした。上記で、窒化硼素の粉末はこれを有機溶剤に
溶かして被接合物と当て板の少なくとも一方に塗布し、
その窒化硼素を乾燥させてから、付き過ぎた窒化硼素の
粉末を除去することが好ましい。

【００１３】また、本発明の接合用圧着装置は、透孔を
有する基板及びばね受け板と、該基板とばね受け板の透
孔に挿通されてナットを螺合され、該ナットの締付けに
よってばね受け板を基板に向けて押し動かす複数のねじ
棒と、上記基板とばね受け板との間に設けられた押し板
と、上記ばね受け板と押し板との間に設けられ、上記押
し板を基板に向けて押し付けることにより一対の当て板
の間に挟まれて押し板と基板との間に装入された被接合
物どうしを加圧する窒化珪素製のばねとを具備した構成
とした。当て板は被接合物と同材質とし、かつ焼鈍し処
理することが好ましい。

【００１４】

【作用】窒化珪素製のばねは、拡散接合で高温に加熱さ
れると弾性率が急速に低下する普通のばねと違って、１
３００Ｋ付近まで弾性率をほとんど低下させないので、
重りを用いずに被接合物どうしを所定の圧力で加圧して
拡散接合することができる。また窒化硼素の粉末は、接
合防止層として働いて被接合物に対する当て板の拡散接
合を防止するが、被接合物や当て板に付き過ぎた粉末を
それらから自由に除去して塗布厚を一定にすることがで
き、したがって面圧分布を均一にして被接合物どうしの
接触を良好にすることができる。その上、被接合物と同
材質の当て板を焼鈍し処理した場合は、被接合物と当て
板との間に熱膨張・収縮の差が出ないとともに、当て板
に歪みが残留せず、形状を変化させずに所定の面精度を
保つので、当て板を繰り返えして使用することができ
る。

【００１５】

【実施例】図１ないし図３は本発明に係る接合用圧着装
置の一実施例を示す。これらの図において符号１は基
板、２はばね受け板である。基板１とばね受け板２とは
平面形状をほぼ等しくされ、同一位置に各６個の透孔１
ａ，２ａがそれぞれ穿設されている。基板１とばね受け
板２とは互いに向き合わされ、同一位置の透孔１ａ，２
ａに挿通されたねじ棒３と、そのねじ棒３の両端に螺着
されたナット４，５によって互いに結合されている。

【００１６】基板１の上面とばね受け板２の下面には１
個の凹み１ｂと６個の凹み２ｂがそれぞれ個々に形成さ
れ、基板１の凹み１ｂにはスペーサ６が嵌め付けられ、
またばね受け板２の各凹み２ｂにはばね座７がそれぞれ
嵌め付けられている。凹み２ｂは図１でねじ棒３の左右
に対称に形成されている。凹み１ｂは基板１の一端から
他端まで連ねて長形状に形成され、また他の凹み２ｂは
円形である。

【００１７】また符号９は押し板である。押し板９はば
ね受け板２の下に配設される。押し板９の上面には、６
個の円形の凹み９ａが形成され、各凹み９ａには位置決
めリング１０が嵌め付けられている。ばね座７と位置決
めリング１０とは共に円形で、上下に正しく向き合って
いる。ばね座７の中心には円形の案内孔７ａが穿設さ
れ、その案内孔７ａに向き合う押し板９の部分には円形
の凹み９ｂが形成されている。

【００１８】ばね受け板２と押し板９との間には、各６
個の中心軸１１と小径コイルばね１２及び大径コイルば
ね１３が中心軸１１を中心に同心状に設けられている。
中心軸１１は両端に突起１１ａ，１１ｂを持ち、上端の
突起１１ａをばね座７の案内孔７ａに、また下端の突起
１１ｂを押し板９の凹み９ｂにそれぞれ挿入させてい
る。また小径コイルばね１２は、上端をばね座７に、下
端を押し板９の凹み９ａの底にそれぞれ当接させてお
り、更に大径コイルばね１３は、上端をばね座７に、下
端を位置決めリング１０にそれぞれ当接させている。そ
して大径コイルばね１３の上端と下端は、ばね座７と位
置決めリング１０に設けられた係止部７ｂ，１０ａに係
止されている。

【００１９】各コイルばね１２，１３は、押し板９を下
に押し、押し板９の下面に設けられたスペーサ１４と基
板１上のスペーサ６との間に、上下一対の当て板１５，
１５で挟まれて装入された前記ノズル半体等の被接合物
Ｗ，Ｗどうしを加圧するものである。

【００２０】ここで、各部材の材質について説明する
と、基板１、ばね受け板２、ねじ棒３、ナット４，５、
ばね座７、押し板９、位置決めリング１０、中心軸１１
は耐熱性などに優れた黒鉛であり、スペーサ６，１４は
耐熱性、耐薬品性、強度などに優れたアルミナ、コイル
ばね１２，１３は耐熱性、強度等に優れた窒化珪素製で
ある。コイルばね１２，１３は、弾性率が９００Ｋ付近
から急速に低下する耐熱合金製の普通のコイルばねと違
って、１３００Ｋ付近まで弾性率がほとんど低下しない
ものである。因みに、図のコイルばね１２，１３はいず
れも最大荷重が１４ｋｇｆとされており、被接合物Ｗに
最大１６８ｋｇｆ（＝１４×１２）の荷重をかけること
ができる。

【００２１】当て板１５は被接合物Ｗと同材質とされ、
焼鈍し処理されている。被接合物Ｗが前に述べたステン
レス製のノズル半体である場合、厚さ５〜８ｍｍ、平行
度１／１００以下に機械加工して製作する。なお、当て
板１５の素材は、機械加工に先立ち、１０００〜１１０
０℃で焼き鈍す。この処理によって残留歪がなくなり、
当て板１５は、繰り返して使用しても形状変化を生ぜ
ず、所定の状態に面精度を保つ。当て板１５を被接合物
Ｗと同材質とする理由は、熱膨張及び収縮の差をなくし
て、加熱・冷却工程で被接合物Ｗに大きな熱歪を残さな
いためである。

【００２２】当て板１５の表面には六方晶窒化硼素（ｈ
−ＢＮ）の粉末が塗布される。この粉末は、被接合物Ｗ
に対する当て板１５の拡散接合を防止する。窒化硼素の
粉末は、これを有機溶剤に溶かし、霧状にして当て板１
５に吹き付け、乾燥器で乾燥させるとよい。窒化硼素の
粒径は１／１００００ｍｍ程度であるため、上記のよう
にすれば、１／１００ｍｍ位の厚さに均一に塗布するこ
とができ、接合防止膜として十分に機能する。付き過ぎ
た粉末は刷毛等で自由に除去することができるので、当
て板１５の実質的な平面度が粉末によって損なわれるこ
とがない。六方晶窒化硼素の粉末は、被接合物Ｗ、或い
は被接合物Ｗと当て板１５の両方に塗布してもよい。

【００２３】次に、本発明に係る拡散接合方法の一実施
例を上記の構成とされた接合用圧着装置の作用と共に説
明する。まず、各ナット５を十分に緩めてスペーサ６，
１４の間隔を広げ、それらの間に、被接合物Ｗ，Ｗどう
しを当て板１５，１５で挟んで装入する。なお、各当て
板１５の表面に、予め窒化硼素の粉末が塗布されている
ことは言うまでもない。図の被接合物Ｗ，Ｗの装入段数
は「１０」となっているが、これは任意である。

【００２４】被接合物を装入し終わったら、各ナット５
を一定のトルクで一様に締め付ける。この操作によって
ばね受け板２が押し下げられるため、各コイルばね１
２，１３は圧縮され、押し板９とスペーサ１４及び当て
板１５を介して各被接合物Ｗ，Ｗどうしを加圧する。コ
イルばね１２，１３の加圧力と、各ナット５の締付けト
ルク或いはばね受け板２と押し板９等の圧縮間隔との間
には相関関係があるので、再現性がすこぶる良く、しか
も被接合物Ｗ，Ｗどうしの各部位が均一に加圧されて良
好な接触状態が得られる。

【００２５】なお、実際には、万能材料試験機（例え
ば、試験機容量１０ｔｏｎ、ロードセル５００ｋｇｆ）
を用いて、被接合物Ｗを接合用圧着装置に装入し圧着す
る。すなわち、この場合は、まずばね受け板２の上面に
長さがばね受け板２の長さで、凹の幅のヨーカン状の鉄
製治具を置き、その中心を材料試験機で押して（圧縮し
て）コイルばね１２，１３を縮める。

【００２６】コイルばね１２，１３の自由長が微妙に異
なること、複数回使用して万一コイルばね１２，１３の
ばね定数が変化した場合等を考慮して圧縮荷重負荷の管
理は、材料試験機のロードセルの示す圧縮荷重で行う。
したがって、ナット４，５の操作は、次のようになる。

【００２７】ねじ棒３が下に突き出さないようにナット
４をセットする。次に材料試験機で所定荷重に圧縮負荷
する。ナット５をばね受け板２の上面に触れる程度にセ
ットする。締めすぎると、６〜８本あるねじ棒３の各ね
じ棒の負荷する荷重が異なり、ねじ棒３の破損原因とな
る。締めすぎた場合は、ロードセルの荷重指示値が低下
するのですぐに分かる。最後に材料試験機を除荷する。

【００２８】被接合物Ｗは圧着装置で加圧した状態で拡
散接合炉に入れて周知のように拡散接合する。拡散接合
の終了後、被接合物の冷却を待ってそのまま炉から取り
出し、ナット５を緩めて圧着装置から外す。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る拡散
接合方法は、被接合物どうしを一対の当て板の間に、被
接合物と当て板の少なくとも一方に窒化硼素の粉末を塗
布して挟み、これを基板と押し板の間に装入して窒化珪
素製のばねにより押し板を基板に向けて押し付けること
により上記被接合物どうしを当て板を介してそれらの重
なり方向に加圧して拡散接合する構成とされているの
で、被接合物どうしの全接合面の面圧分布を均一にして
良好な接触状態を保ち、適確に拡散接合することができ
る。しかも重りを使用しないので炉内作業を円滑に行う
ことができる。

【００３０】また、接合防止層として働く窒化硼素の粉
末は、当て板等に塗布後、付き過ぎた粉末を簡単に除去
して塗布厚を一定にすることができ、この点でも被接合
物どうしの接触を良好にすることができる。窒化硼素の
粉末を溶剤に溶かして当て板等に塗布する場合は、霧状
にして吹き付けることができ、塗布を均一かつ容易に行
うことができる。

【００３１】本発明に係る接合用圧着装置は、透孔を有
する基板及びばね受け板と、該基板とばね受け板の透孔
に挿通されてナットを螺合され、該ナットの締付けによ
ってばね受け板を基板に向けて押し動かす複数のねじ棒
と、上記基板とばね受け板との間に設けられた押し板
と、上記ばね受け板と押し板との間に設けられ、上記押
し板を基板に向けて押し付けることにより、一対の当て
板の間に挟まれて押し板と基板との間に装入された被接
合物どうしを加圧する窒化硅素製のばねとを具備した構
成とされているので、この場合も、被接合物どうしの全
接合面の面圧分布を均一にして良好な接触状態を保ち、
適確に拡散接合することができる。しかも重りを使用し
ないので炉内作業を円滑に行うことができる。

【００３２】また、再現性が良いため、接合の信頼性が
高く、品質が良好かつ一定な製品を得ることができる。
当て板を被接合物と同材質とし、焼鈍し処理した場合
は、当て板に熱歪が残留せず、したがつて再現性を損な
うことなく反復使用が可能になる。なお、本接合用圧着
装置を用いて前述のノズル半体どうしを拡散接合したと
ころ、ガス漏れのない良好なガス供給ノズルを得ること
ができた。被接合物の形状や種類等によっては図５のよ
うに横に並べて拡散接合することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接合用圧着装置の一実施例を示
す一部破断の正面図である。

【図２】同じく側面図である。

【図３】コイルばねの取付け状態を示す断面図であ
る。

【図４】被接合物の一例を示す正面図である。

【図５】従来の接合用圧着装置の正面図である。

【符号の説明】

１基板１ａ透孔２ばね受け板２ａ透孔３ねじ棒４ナット５ナット９押し板１２小径コイルばね１３大径コイルばね１５当て板Ｗ被接合物（ノズル半体）

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−33783（ＪＰ，Ａ) 特開平５−104258（ＪＰ，Ａ) 特公昭27−2767（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭60−90639（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被接合物どうしを一対の当て板の間に、
被接合物と当て板の少なくとも一方に窒化硼素の粉末を
塗布して挟み、これを基板と押し板の間に装入して窒化
珪素製のばねにより押し板を基板に向けて押し付けるこ
とにより上記被接合物どうしを当て板を介してそれらの
重なり方向に加圧して拡散接合することを特徴とする拡
散接合方法。
【請求項２】窒化硼素の粉末を有機溶剤に溶かして被
接合物と当て板の少なくとも一方に塗布し、その窒化硼
素を乾燥させてから、付き過ぎた窒化硼素の粉末を除去
することを特徴とする請求項１記載の拡散接合方法。
【請求項３】透孔を有する基板及びばね受け板と、該
基板とばね受け板の透孔に挿通されてナットを螺合さ
れ、該ナットの締付けによってばね受け板を基板に向け
て押し動かす複数のねじ棒と、上記基板とばね受け板と
の間に設けられた押し板と、上記ばね受け板と押し板と
の間に設けられ、上記押し板を基板に向けて押し付ける
ことにより一対の当て板の間に挟まれて押し板と基板と
の間に装入された被接合物どうしを加圧する窒化珪素製
のばねとを具備したことを特徴とする接合用圧着装置。
【請求項４】当て板は被接合物と同材質とされ、かつ
焼鈍し処理されたことを特徴とする請求項３記載の接合
用圧着装置。