特許 6013268 アルミニウム用接合材およびアルミニウム接合部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6013268

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】アルミニウム用接合材およびアルミニウム接合部品

(51)【国際特許分類】

   C03C 8/24 20060101AFI20161011BHJP

   C03C 3/14 20060101ALI20161011BHJP

   C03C 29/00 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   C03C8/24

   C03C3/14

   C03C29/00

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-101989(P2013-101989)

(22)【出願日】2013年5月14日

(65)【公開番号】特開2014-221697(P2014-221697A)

(43)【公開日】2014年11月27日

【審査請求日】2016年1月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】株式会社ノリタケカンパニーリミテド

(74)【代理人】

【識別番号】100085361

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 治幸

(74)【代理人】

【識別番号】100147669

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 光治郎

(72)【発明者】

【氏名】山田 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】高橋 洋祐

【審査官】 吉野 涼

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１６２４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−７４５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４２２４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ １／００−２９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアルミニウム部材の間に介在させられて該複数のアルミニウム部材を絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合するためのアルミニウム用接合材であって、
第１ガラスと、該第１ガラスの表面に一体的に設けられて前記アルミニウム部材に接合される第２ガラスとを有し、
前記第１ガラスは前記第２ガラスよりも熱膨張係数が高いとともに、
前記第２ガラスは６００℃以下の低温度で前記アルミニウム部材と接合する
ことを特徴とするアルミニウム用接合材。

【請求項2】

前記第１ガラスの熱膨張係数は１７〜２５×１０^-6／Ｋの範囲内で、前記第２ガラスの熱膨張係数は９〜１６×１０^-6／Ｋの範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム用接合材。

【請求項3】

前記第１ガラスはリューサイト結晶を２０〜６０ｗｔ％の範囲内で含有している
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム用接合材。

【請求項4】

前記第１ガラスおよび前記第２ガラスは、何れもＲ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）を０〜２３ｍｏｌ％、ＺｎＯを２３〜３０ｍｏｌ％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１３〜１８ｍｏｌ％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を４０〜５３ｍｏｌ％含有しているビスマスホウ酸系ガラスである
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアルミニウム用接合材。

【請求項5】

前記第２ガラスを構成する前記ビスマスホウ酸系ガラスは、前記Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）としてＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの少なくとも一つを含む場合に、Ｌｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まないものは除外される
ことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム用接合材。

【請求項6】

８０℃の温水に２４時間浸漬した後の重量減少率が１％以下の耐水性を有する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアルミニウム用接合材。

【請求項7】

前記第２ガラスの厚さは３０〜３００μｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のアルミニウム用接合材。

【請求項8】

複数のアルミニウム部材が請求項１〜７の何れか１項に記載のアルミニウム用接合材を用いて接合されている
ことを特徴とするアルミニウム接合部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はアルミニウム用接合材に係り、特に、複数のアルミニウム部材を絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合することができるアルミニウム用接合材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、車載用部品の高性能化や軽量化、低コスト化等のため、例えばステンレス鋼に代えてアルミニウムやアルミニウム合金から成るアルミニウム部材の適用が進んでいる。しかし、アルミニウムは低融点（約６６０℃）であり、アルミニウム部材を接合するためには、例えば６００℃以下の低温で接合する必要がある。また、車載用の電子部品等に用いられるアルミニウム部材の接合には絶縁性が要求されるだけでなく、７０〜９０℃程度の高温環境下での耐水性が要求される場合がある。また、アルミニウムの熱膨張係数が２３〜２５×１０^-6／Ｋであり、応力をなるべく低減するためには同程度或いはやや低い熱膨張係数を持つ接合材を選択することが望ましい（非特許文献１参照）。

【0003】

従来、車載用のアルミニウム部材を接合するガラスについては報告が少ないが、低温接合、絶縁性、耐水性という観点から、鉛系ガラス、ビスマスホウ酸系ガラス（特許文献１参照）、リン酸亜鉛系ガラスなどが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２５４９７４号公報

【特許文献2】特開２００８−３０８３９３号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】セラミックス ４６（２０１１）No１１「ガラスフリットによる封着と線膨張係数」藤峰哲

【非特許文献2】産総研プレスリリース：耐水性、耐変色性を向上させた鉛を含まない工芸ガラスの開発（２００６年１１月２１日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、鉛系はＲｏＨＳ指令にもあるように環境汚染の影響が高く、現在は使用することが難しい。ビスマスホウ酸系ガラスは耐水性が高いものの、概して熱膨張係数がアルミニウムよりも大幅に低い（１０×１０^-6／Ｋ前後）。また、リン酸亜鉛系のガラスは、車載用としては耐水性が十分でない場合がある（特許文献２参照）。ガラスの軟化温度を下げ、熱膨張係数を上げるにはアルカリ成分添加などがあるが、多くの場合、これにより耐水性が悪くなる（非特許文献２参照）。ガラスの熱膨張係数を上げる別の方法としてリューサイト結晶〔 leucite（白榴石）：ＫＡｌＳｉ₂ Ｏ₆ 〕を添加することが考えられるが、軟化点も高くなり、アルミニウム接合に必要な６００℃以下での接合は難しい。

【0007】

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、環境に易しく熱膨張差の影響が少ないとともに所定の絶縁性、耐水性を確保しつつ６００℃以下の低温度でアルミニウム部材を接合できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

かかる目的を達成するために、第１発明は、複数のアルミニウム部材の間に介在させられてその複数のアルミニウム部材を絶縁状態で気密性および耐水性を確保しつつ接合するためのアルミニウム用接合材であって、(a) 第１ガラスと、その第１ガラスの表面に一体的に設けられて前記アルミニウム部材に接合される第２ガラスとを有し、(b) 前記第１ガラスは前記第２ガラスよりも熱膨張係数が高いとともに、(c) 前記第２ガラスは６００℃以下の低温度で前記アルミニウム部材と接合することを特徴とする。

【0009】

第２発明は、第１発明のアルミニウム用接合材において、前記第１ガラスの熱膨張係数は１７〜２５×１０^-6／Ｋの範囲内で、前記第２ガラスの熱膨張係数は９〜１６×１０^-6／Ｋの範囲内であることを特徴とする。

【0010】

第３発明は、第１発明または第２発明のアルミニウム用接合材において、前記第１ガラスはリューサイト結晶を２０〜６０ｗｔ％の範囲内で含有していることを特徴とする。なお、ｗｔ％は重量％の意味である。

【0011】

第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかのアルミニウム用接合材において、前記第１ガラスおよび前記第２ガラスは、何れもＲ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）を０〜２３ｍｏｌ％、ＺｎＯを２３〜３０ｍｏｌ％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１３〜１８ｍｏｌ％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を４０〜５３ｍｏｌ％含有しているビスマスホウ酸系ガラスであることを特徴とする。

【0012】

第５発明は、第４発明のアルミニウム用接合材において、前記第２ガラスを構成する前記ビスマスホウ酸系ガラスは、前記Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）としてＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの少なくとも一つを含む場合に、Ｌｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まないものは除外されることを特徴とする。

【0013】

第６発明は、第１発明〜第５発明の何れかのアルミニウム用接合材において、８０℃の温水に２４時間浸漬した後の重量減少率が１％以下の耐水性を有することを特徴とする。

【0014】

第７発明は、第１発明〜第６発明の何れかのアルミニウム用接合材において、前記第２ガラスの厚さは３０〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする。

【0015】

第８発明はアルミニウム接合部品に関するもので、複数のアルミニウム部材が第１発明〜第７発明の何れかのアルミニウム用接合材を用いて接合されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

このようなアルミニウム用接合材においては、第１ガラスと第２ガラスとを有し、第１ガラスは第２ガラスよりも熱膨張係数が高いとともに、第２ガラスは６００℃以下の低温度でアルミニウム部材と接合するため、環境に易しく熱膨張差の影響が少ないとともに所定の絶縁性、耐水性を確保しつつ低温度でアルミニウム部材を適切に接合することができる。すなわち、第１ガラスと第２ガラスとを有し、第１ガラスの熱膨張係数が高いことからアルミニウムとの熱膨張差による応力等の影響を抑制でき、低融点の第２ガラスを採用することにより６００℃以下の低温度で適切にアルミニウムに接合されるようになり、優れた接合強度や密着性、気密性が得られる。低融点の第２ガラスの熱膨張係数が低くても、第２ガラスは低温接合性を確保できれば良いため、例えば第７発明のように数十〜数百μｍ程度の薄膜とすることで熱膨張差の影響を緩和できる。また、このような第１ガラスおよび第２ガラスのガラス材料としては、例えば第４発明のようにビスマスホウ酸系ガラス等を採用することが可能で、環境汚染の原因となる鉛系ガラスを用いる必要がないとともに、優れた絶縁性、耐水性を確保することができる。

【0017】

第２発明は、第１ガラスの熱膨張係数が１７〜２５×１０^-6／Ｋの範囲内であるため、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）と同程度かやや低い値となり、アルミニウム部材との熱膨張差による応力等の影響を適切に抑制でき、優れた接合強度や密着性、気密性を確保することができる。第２ガラスの熱膨張係数は９〜１６×１０^-6／Ｋの範囲内であるため、ビスマスホウ酸系ガラス等の従来から知られている低融点のガラス材料を採用することが可能で、低温接合性を適切に確保できる。

【0018】

第３発明は、第１ガラスがリューサイト結晶を２０〜６０ｗｔ％の範囲内で含有している場合で、その第１ガラスの熱膨張係数を１７〜２５×１０^-6／Ｋ程度とすることが可能で、アルミニウム部材との熱膨張差の影響を適切に抑制でき、優れた接合強度や密着性、気密性を確保することができる。リューサイト結晶の含有量が２０ｗｔ％よりも低いと、熱膨張係数が低くて熱膨張差の影響を抑制する効果が適切に得られない一方、６０ｗｔ％を超えると熱膨張係数がアルミニウムよりも高くなり、接合強度や密着性、気密性が損なわれる。ガラスは一般に圧縮応力よりも引張応力に対して弱いため、熱膨張係数がアルミニウムよりも高くなると、接合した後の冷却収縮の際の熱膨張差によってガラスには引張応力が作用するようになり、剥離やクラック等が生じ易くなる。

【0019】

第４発明は、第１ガラスおよび第２ガラスが何れもビスマスホウ酸系ガラスの場合で、両者の接合強度を適切に確保できるとともに、低温接合性に優れた第２ガラスによってアルミニウム部材に適切に接合できる。また、第１ガラスについては、例えばリューサイト結晶を含有させることで熱膨張係数を１７〜２５×１０^-6／Ｋ程度とすることが可能で、アルミニウム部材との熱膨張差の影響を適切に抑制できる。

【0020】

第５発明は、第２ガラスを構成するビスマスホウ酸系ガラスが、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）としてＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの少なくとも一つを含む場合に、Ｌｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まないものは除外されるため、第２ガラスの低温接合性を適切に確保することができる。すなわち、本発明者等の実験によれば、Ｒ₂ ＯとしてＬｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まない場合には、融点が高くて６００℃以下でアルミニウム部材に接合することができなかった。

【0021】

第６発明のアルミニウム用接合材は、８０℃の温水に２４時間浸漬した後の重量減少率が１％以下の耐水性を有するため、高い高温耐水性が要求される車載用の電子部品等に用いられるアルミニウム部材の接合に対しても好適に用いられる。

【0022】

第７発明は、第２ガラスの厚さが３０〜３００μｍの範囲内であるため、低温接合性を確保しつつ熱膨張差の影響を緩和して適切にアルミニウム部材に接合できる。すなわち、第２ガラスの厚さが３０μｍよりも薄いと、接合に必要なガラスが不足してアルミニウム部材との接合強度が十分に得られない一方、３００μｍを超えるとアルミニウム部材との熱膨張差の影響で剥離やクラック等が生じ易くなる。また、このような薄膜の第２ガラスは、例えばディップコート等により簡単且つ安価に第１ガラスの表面に設けることができる。

【0023】

第８発明は、複数のアルミニウム部材が第１発明〜第７発明の何れかのアルミニウム用接合材を用いて接合されているアルミニウム接合部品に関するもので、実質的に第１発明〜第７発明と同様の作用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明のアルミニウム用接合材を用いて複数のアルミニウム部材が接合されたアルミニウム接合部品の一例を示す斜視図である。

【図2】図１のアルミニウム用接合材の構造を説明する図で、図１におけるII−II矢視部分の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明のアルミニウム用接合材は、優れた電気絶縁性および気密性を有するため、車両に搭載される電子部品に用いられるアルミニウム部材同士の接合に好適に用いられるが、他の車載用部品、或いはその他の種々のアルミニウム部材同士の接合に用いることができる。アルミニウム用接合材の形状は、接合すべきアルミニウム部材の接合形態に応じて適宜定められ、平板状や棒状、リング状、筒状など種々の態様が可能である。第１ガラス、第２ガラスとしては、第４発明のようにビスマスホウ酸系ガラスが好適に用いられるが、例えば耐水性に対する要求が比較的低い場合にはリン酸亜鉛系ガラスを用いることもできるなど、接合材に対する要求性能に応じて適宜選定される。

【0026】

第３発明では、第１ガラスがリューサイト結晶を２０〜６０ｗｔ％の範囲内で含有しているが、このリューサイト結晶の含有量はガラスの組成や接合材に対する要求性能等に応じて適宜定められる。リューサイト結晶を用いることなく、例えばアルカリ成分の添加等で熱膨張係数を上げることも可能である。第１ガラスとして、熱膨張係数が高いリン酸亜鉛系ガラスを用いる場合も、リューサイト結晶は必ずしも必要ない。第４発明では、第１ガラスおよび第２ガラスが何れもビスマスホウ酸系ガラスで、例えば同一の組成のガラスで構成されるが、異なる組成のビスマスホウ酸系ガラスを用いることもできる。他の発明の実施に際しては、例えば第１ガラスはリン酸亜鉛系ガラスで第２ガラスはビスマスホウ酸系ガラスとするなど、異なるガラス材料を用いることも可能である。また、要求性能によっては第４発明に規定する組成範囲から外れたビスマスホウ酸系ガラスを用いることも可能である。

【0027】

第６発明では、高温でも高い耐水性が得られるが、アルミニウム部材の使用環境に応じて所定の耐水性が得られれば良い。第７発明では、第２ガラスの厚さが３０〜３００μｍの範囲内であるが、この第２ガラスの厚さはガラスの材質や組成等に応じて適宜定められる。このような第２ガラスは、例えばディップコート等により第１ガラスの全表面を完全に被覆するように設けられるが、アルミニウム部材と接する面にだけ設けても良いなど、種々の態様が可能である。

【実施例】

【0028】

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示すアルミニウム接合部品１０は、本発明の一実施例であるアルミニウム用接合材１２（以下、単に接合材１２という）を用いてアルミニウム製の板材１４にアルミニウム製のピン１６を一体的に接合したもので、７０〜９０℃程度の高温雰囲気に晒される車載用の電子部品に用いられるものである。図２は、図１におけるII−II矢視部分の拡大断面図で、アルミニウム用接合材１２は、内側ガラス２０と、その内側ガラス２０の表面を被覆するように一体的に設けられた外側ガラス２２とから構成されている。この外側ガラス２２は、例えば所定のガラスペーストを内側ガラス２０の総ての外周面にディップコートして乾燥させたもので、その内側ガラス２０の表面に３０〜３００μｍの範囲内の所定の膜厚さで一体的に固着されている。そして、この接合材１２を板材１４とピン１６との間に配置し、それ等の板材１４、ピン１６の溶融温度よりも十分に低い６００℃以下の所定温度（例えば５５０℃程度）まで加熱すると、外側ガラス２２が軟化して板材１４およびピン１６に一体的に固着されるとともに、内側ガラス２０に対しても強固に固着される。これにより、接合材１２を介して板材１４とピン１６とが強固に一体的に接合され、図１に示すアルミニウム接合部品１０が得られる。板材１４およびピン１６は、複数のアルミニウム部材に相当する。また、内側ガラス２０は第１ガラスで、外側ガラス２２は第２ガラスである。

【0029】

上記外側ガラス２２は、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）を０〜２３ｍｏｌ％、ＺｎＯを２３〜３０ｍｏｌ％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１３〜１８ｍｏｌ％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を４０〜５３ｍｏｌ％含有しているビスマスホウ酸系ガラスで構成されている。但し、上記Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）としてＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの少なくとも一つを含む場合に、Ｌｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まないものは除外される。このようなビスマスホウ酸系ガラスは軟化点が低く、６００℃以下の低温度でアルミニウムと接合する。一方、内側ガラス２０は、上記外側ガラス２２と同じＲ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）を０〜２３ｍｏｌ％、ＺｎＯを２３〜３０ｍｏｌ％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１３〜１８ｍｏｌ％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を４０〜５３ｍｏｌ％含有しているビスマスホウ酸系ガラスに、リューサイト結晶を２０〜６０ｗｔ％の範囲内で含有したものである。このリューサイト結晶の添加で、内側ガラス２０の熱膨張係数は、外側ガラス２２の熱膨張係数（９〜１６×１０^-6／Ｋの範囲内）よりも高くなり、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）と同程度かやや低い１７〜２５×１０^-6／Ｋの範囲内とされる。内側ガラス２０および外側ガラス２２のビスマスホウ酸系ガラスは、例えば互いに同じ組成とされるが、異なる組成であっても差し支えない。

【0030】

上記内側ガラス２０、外側ガラス２２は、何れも優れた耐水性を備えているが、リューサイト結晶が添加された内側ガラス２０は耐水性が若干低下する。この内側ガラス２０でも、本実施例では８０℃の温水に２４時間浸漬した後の重量減少率が１％以下の耐水性が確保される。リューサイト結晶の含有量は、このような高温耐水性が得られるように、ガラス組成等を考慮して２０〜６０ｗｔ％の範囲内で適宜定められる。内側ガラス２０の全表面を覆蓋するように外側ガラス２２がコーティングされているが、外側ガラス２２は３０〜３００μｍの薄膜であるため、内側ガラス２０についても耐水性が要求される。

【0031】

このように、本実施例の接合材１２は、内側ガラス２０と外側ガラス２２とから成る２層複合構造で、内側ガラス２０は外側ガラス２２よりも熱膨張係数が高いとともに、外側ガラス２２は６００℃以下の低温度でアルミニウムと接合するため、環境に易しく熱膨張差の影響が少ないとともに所定の絶縁性、耐水性を確保しつつ低温度で板材１４とピン１６とを適切に接合することができる。すなわち、内側ガラス２０と外側ガラス２２とを有し、内側ガラス２０の熱膨張係数が高いことから板材１４やピン１６との熱膨張差による応力等の影響を抑制でき、低融点の外側ガラス２２を採用することにより６００℃以下の低温度で適切に板材１４およびピン１６にそれぞれ接合されるようになり、優れた接合強度や密着性、気密性が得られる。低融点の外側ガラス２２の熱膨張係数が低くても、外側ガラス２２は低温接合性を確保できれば良く、本実施例では３０〜３００μｍの範囲内の薄膜であるため、熱膨張差の影響が緩和され、巨視的に見れば接合材１２全体の熱膨張係数がアルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）と同程度かやや低い値と見做すことができるのである。また、本実施例では内側ガラス２０および外側ガラス２２のガラス材料としてビスマスホウ酸系ガラスが用いられているため、鉛系ガラスのように環境汚染の原因になる恐れがないとともに、優れた絶縁性、耐水性が得られる。

【0032】

また、内側ガラス２０の熱膨張係数が１７〜２５×１０^-6／Ｋの範囲内で、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）と同程度かやや低いだけであるため、アルミニウム製の板材１４およびピン１６との熱膨張差による応力等の影響を適切に抑制でき、優れた接合強度、密着性、気密性を確保することができる。

【0033】

また、外側ガラス２２の熱膨張係数は９〜１６×１０^-6／Ｋの範囲内で、従来から知られている低融点のビスマスホウ酸系ガラスを用いることができるため、低温接合性や耐水性を適切に確保できる。

【0034】

また、内側ガラス２０は、リューサイト結晶を２０〜６０ｗｔ％の範囲内で含有しているため、その内側ガラス２０の熱膨張係数を１７〜２５×１０^-6／Ｋ程度とすることが可能で、アルミニウム製の板材１４やピン１６との熱膨張差の影響を適切に抑制でき、優れた接合強度、密着性、気密性を確保することができる。リューサイト結晶の含有量が２０ｗｔ％よりも低いと、熱膨張係数が低くて熱膨張差の影響を抑制する効果が適切に得られない一方、６０ｗｔ％を超えると熱膨張係数がアルミニウムよりも高くなり、剥離やクラック等が生じ易くなって接合強度や密着性、気密性が損なわれる。

【0035】

また、内側ガラス２０および外側ガラス２２が何れもビスマスホウ酸系ガラスであるため、両者の接合強度を適切に確保できるとともに、低温接合性に優れた外側ガラス２２によってアルミニウム製の板材１４およびピン１６に適切に接合できる。

【0036】

また、外側ガラス２２を構成するビスマスホウ酸系ガラスが、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）としてＬｉ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの少なくとも一つを含む場合に、Ｌｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まないものは除外されるため、外側ガラス２２の低温接合性を適切に確保することができる。

【0037】

また、リューサイト結晶が添加されて耐水性が若干低下する内側ガラス２０においても、８０℃の温水に２４時間浸漬した後の重量減少率が１％以下の耐水性を有するため、高い高温耐水性が要求される車載用の電子部品に用いられるアルミニウム接合部品１０の接合にも好適に用いられる。

【0038】

また、外側ガラス２２の厚さが３０〜３００μｍの範囲内で、内側ガラス２０の全表面を被覆するように設けられているため、低温接合性を確保しつつ熱膨張差の影響を緩和して適切に板材１４およびピン１６に接合できる。すなわち、外側ガラス２２の厚さが３０μｍよりも薄いと、接合に必要なガラスが不足して板材１４やピン１６との接合強度が十分に得られない一方、３００μｍを超えると板材１４、ピン１６との熱膨張差を緩和できなくなり、剥離やクラック等が生じ易くなる。また、この外側ガラス２２はディップコートによって内側ガラス２０の全表面を被覆するように設けられており、接合材１２を簡単且つ安価に作製できる。

【0039】

次に、上記内側ガラス２０のマトリックスおよび外側ガラス２２として用いられるビスマスホウ酸系ガラスに関し、表１に示すNo１〜No１４の各組成について熱膨張係数、接合温度、および耐水性の各試験を本発明者等が行った結果を説明する。

【0040】

【表1】

【0041】

表２は、上記各組成No１〜No１４に関する熱膨張係数、接合温度、および耐水性の試験結果である。熱膨張係数は、各ガラス粉をプレス成形して２０ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍの棒状試料を作製し、試料の角が丸くならない程度の温度で仮焼を行った後、ＴＭＡ（熱機械分析；thermomechanical analysis ）で測定した。接合温度および耐水性については、各組成No１〜No１４のビスマスホウ酸系ガラスフリットをφ８ｍｍの金型内に充填してプレス成形した後、７００℃で１０分間真空焼成を行うことでビスマスホウ酸系ガラス試料を作製し、そのガラス試料を用いて試験を行った。接合温度は、そのガラス試料をアルミニウム基板上に載置して、空気中各種温度で２０分間焼成し、接合が可能な最低温度を接合温度として求めた。耐水性は、作製したガラス試料を８０℃の温水に浸漬し、２４時間後の重量変化を測定して重量の減少率（％）を求めた。

【0042】

【表2】

【0043】

この表２の結果から、熱膨張係数は何れも９〜１６×１０^-6／Ｋの範囲内で、外側ガラス２２として使用できる。また、この熱膨張係数はリューサイト結晶の添加で１７〜２５×１０^-6／Ｋ程度に調整できる範囲で、内側ガラス２０のマトリックスとしても使用できる。接合温度については、組成No１３を除いて何れも６００℃以下であり、内側ガラス２０、外側ガラス２２として好適に使用できる。組成No１３は、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）としてＬｉ₂ ＯおよびＫ₂ Ｏを含むがＮａ₂ Ｏを含まない場合で、このようなビスマスホウ酸系ガラスは６５０℃以下では軟化せず、特に外側ガラス２２として用いることはできない。耐水性については、組成No５を除いて何れも重量減少率が１％以下であり、特に組成No１〜No３、No６、No７、No９、およびNo１０は重量変化を測定できず、高い耐水性が得られた。組成No５については、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）の含有量が２８．５５ｍｏｌ％と高い一方、ＺｎＯ、Ｂ₂ Ｏ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ の各含有量が比較的低く、このようなビスマスホウ酸系ガラスは内側ガラス２０および外側ガラス２２の何れにも使用できない。これ等の結果から、内側ガラス２０のマトリックスおよび外側ガラス２２として用いるビスマスホウ酸系ガラスとしては、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）を０〜２３ｍｏｌ％、ＺｎＯを２３〜３０ｍｏｌ％、Ｂ₂ Ｏ₃ を１３〜１８ｍｏｌ％、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を４０〜５３ｍｏｌ％含有しているものが適当と考えられる。なお、Ｒ₂ Ｏ（Ｒはアルカリ成分）については、２３ｍｏｌ％を超えていても２４ｍｏｌ％以下であれば、重量減少率が１％以下であり、内側ガラス２０のマトリックスおよび外側ガラス２２として用いることが十分に可能である。

【0044】

次に、前記表１の組成No１のビスマスホウ酸系ガラスにリューサイト結晶を添加し、その添加量すなわち調合割合について検討した結果を説明する。表３は、ビスマスホウ酸系ガラスとリューサイト結晶との調合割合（ｗｔ％）を示したもので、調合割合が異なる６種類の試料No１〜No６を用意した。これ等の試料No１〜No６は、組成No１のビスマスホウ酸系ガラスフリットおよびリューサイト結晶を各調合割合で調合、混合し、その混合粉１．５ｇをφ８ｍｍの金型内に充填してプレス成形した後、７００℃で１０分間真空焼成を行うことで、リューサイト添加ビスマスホウ酸系ガラスの成型体を得た。

【0045】

【表3】

【0046】

そして、上記試料No１〜No６の成型体を前記内側ガラス２０として用いて、その表面に前記表１の組成No１から成る外側ガラス２２をコーティングした。具体的には、先ず組成No１のビスマスホウ酸系ガラスフリットを、ベヒクルおよび分散剤を用いてペースト化する。その後、そのガラスペーストを試料No１〜No６の成型体にディップコートし、８０℃で３時間乾燥することで２層複合構造の接合材１２を得た。なお、試料No４については、実質的に内側ガラス２０および外側ガラス２２の組成が同一であるため、外側ガラス２２のコーティングを省略した。

【0047】

また、比較例としてリン酸亜鉛系ガラスの試料No７を用意した。この試料No７は、表４の組成となるように原料を調合して混合し、９００℃で３０分溶融した後、急冷することでガラス化させた。その後、スタンプミルにて１０ｇ当たり１５分間粉砕を行い、３５５μｍの目開きの篩にて分級を行い、前記接合材１２として用いるガラス試料を作製した。

【0048】

【表4】

【0049】

表５は、上記各試料No１〜No７に関する熱膨張係数、接合温度、および耐水性の試験結果である。熱膨張係数は、前記表２の場合と同様にしてＴＭＡで測定した。試料No１〜No３、No５、No６については、内側ガラス２０として用いるリューサイト添加ビスマスホウ酸系ガラスについて測定を行った。接合温度および耐水性については、試料No４およびNo７を除いて、２層複合構造の接合材１２を用いて、前記表２の場合と同様にして試験を行った。

【0050】

【表5】

【0051】

この表５の結果から、試料No１〜No３については、耐水性に関する重量減少率が何れも１％以下で優れた耐水性が得られるとともに、接合温度が５２０℃とアルミニウムの融点よりも十分に低く、アルミニウムとの接合が可能である。熱膨張係数は内側ガラス２０、すなわちリューサイト添加ビスマスホウ酸系ガラスに関するものであるが、１７〜２５×１０^-6／Ｋの範囲内で、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）と同程度かやや低いだけであり、熱膨張差による応力等の影響が抑制されて優れた接合強度、密着性、気密性で接合できる。ディップコートされた外側ガラス２２の膜厚は薄いため、巨視的に見ると接合材１２の大半を占める内側ガラス２０が熱膨張係数に大きく影響し、アルミニウムとマッチングが取れた接合材１２が得られる。また、リューサイト結晶の含有量が比較的少ない試料No１およびNo２に関しては、重量減少率が０．５％以下で、特に優れた耐水性が得られる。リューサイト結晶の含有量が比較的多い試料No３に関しては、熱膨張係数がアルミニウムと同程度で、熱膨張差による影響が略皆無となる。なお、上記接合温度は実質的に外側ガラス２２によって定まり、耐水性の重量減少率は実質的に内側ガラス２０によって定まると考えられる。

【0052】

一方、リューサイト結晶を含有していないビスマスホウ酸系ガラスだけで構成されている試料No４に関しては、優れた低温接合性や耐水性が得られるものの、熱膨張係数が１０．８×１０^-6／Ｋで、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）に比較して大幅に低い。このため、アルミニウムとの熱膨張差による応力等の影響で剥離やクラック等が生じ易く、接合強度や密着性、気密性が損なわれる。

【0053】

リューサイト結晶の含有量が１０ｗｔ％のリューサイト添加ビスマスホウ酸系ガラスで内側ガラス２０が構成されている試料No５に関しても、優れた低温接合性や耐水性が得られるものの、熱膨張係数が１２．８×１０^-6／Ｋで、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）に比較して低い。このため、上記試料No４と同様に、アルミニウムとの熱膨張差による応力等の影響で剥離やクラック等が生じ易く、接合強度や密着性、気密性が損なわれる。一方、リューサイト結晶の含有量が７０ｗｔ％のリューサイト添加ビスマスホウ酸系ガラスで内側ガラス２０が構成されている試料No６に関しては、優れた低温接合性が得られるものの、熱膨張係数が２６×１０^-6／Ｋで、アルミニウムの熱膨張係数（２３〜２５×１０^-6／Ｋ）よりも高くなる。このため、接合した後の冷却収縮の際の熱膨張差によって接合材１２に引張応力が作用するようになり、剥離やクラック等が生じ易くなる。また、リューサイト結晶の含有量が高いことで、耐水性も損なわれる。したがって、内側ガラス２０として用いるリューサイト添加ビスマスホウ酸系ガラスのリューサイト結晶の含有量は、１５〜６５ｗｔ％の範囲内が適当で、２０〜６０ｗｔ％の範囲内が望ましい。

【0054】

リン酸亜鉛系ガラスを用いて構成されている試料No７に関しては、接合温度が４３０℃で熱膨張係数が１７．６×１０^-6／Ｋであり、アルミニウム部材の接合に好適に用いることができる。しかし、耐水性に関する重量減少率が３．３％と大きく、高い高温耐水性が要求される車両搭載部品などの接合に用いることはできない。

【0055】

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

【符号の説明】

【0056】

１０：アルミニウム接合部品 １２：アルミニウム用接合材 １４：板材（アルミニウム部材） １６：ピン（アルミニウム部材） ２０：内側ガラス（第１ガラス） ２２：外側ガラス（第２ガラス）

【図1】

【図2】