特開 2022-43566 拡散接合治具、及び拡散接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022043566

(43)【公開日】2022-03-16

(54)【発明の名称】拡散接合治具、及び拡散接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20220309BHJP

【ＦＩ】

B23K20/00 310Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020148897

(22)【出願日】2020-09-04

(71)【出願人】

【識別番号】519231201

【氏名又は名称】株式会社Ｕ・Ｍ・Ｒ

(71)【出願人】

【識別番号】303004532

【氏名又は名称】ナカヤマ精密株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】上村 誠

(72)【発明者】

【氏名】安宅 榮治

(72)【発明者】

【氏名】中山 愼一

(72)【発明者】

【氏名】前田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】中村 佳佑

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167BA02

4E167BA05

4E167BA17

(57)【要約】

【課題】板材の拡散接合に必要な加圧力を材料の熱膨張を利用して確保することにより、板材の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易になる拡散接合治具、及び拡散接合方法を提供する。
【解決手段】拡散接合治具１は、複数枚積層した板材１０を両面から挟み込む固定部材２と、固定部材２における板材１０に対向する部位とは反対側の部位に装着される熱膨張板３と、熱膨張板３を両側からさらに挟み込む枠状の保持部材４と、を備える。熱膨張板３の熱膨張率は、固定部材２及び保持部材４の熱膨張率よりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚積層した板材を両面から挟み込む固定部材と、
前記固定部材における前記板材に対向する部位とは反対側の部位に装着される熱膨張板と、
前記熱膨張板を両側からさらに挟み込む枠状の保持部材と、を備え、
前記熱膨張板の熱膨張率は、前記固定部材及び前記保持部材の熱膨張率よりも大きい、拡散接合治具。

【請求項2】

前記保持部材は、前記熱膨張板を両側から挟み込む一対の第一枠部と、前記一対の第一枠部同士を接続する第二枠部とを有して枠状に形成される、請求項１に記載の拡散接合治具。

【請求項3】

前記保持部材は、前記固定部材及び前記熱膨張板への装着方向に対して複数に分割して形成される、請求項１又は２に記載の拡散接合治具。

【請求項4】

前記板材と固定部材との間に配置されるスペーサーを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の拡散接合治具。

【請求項5】

複数枚積層した板材を両面から固定部材により挟み込み、前記固定部材における前記板材に対向する部位とは反対側の部位に熱膨張板を装着し、前記熱膨張板を両側から枠状の保持部材によりさらに挟み込むステップと、
前記板材を前記熱膨張板と共に加熱するステップと、を含み、
前記熱膨張板の熱膨張率は、前記固定部材及び前記保持部材の熱膨張率よりも大きい、拡散接合方法。

【請求項6】

前記保持部材は、前記熱膨張板を両側から挟み込む一対の第一枠部と、前記一対の第一枠部同士を接続する第二枠部とを有して枠状に形成される、請求項５に記載の拡散接合方法。

【請求項7】

前記保持部材は、前記固定部材及び前記熱膨張板への装着方向に対して複数に分割して形成される、請求項５又は６に記載の拡散接合方法。

【請求項8】

前記板材を加熱する前に、前記板材と前記固定部材との間にスペーサーを配置するステップを含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の拡散接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拡散接合治具、及び拡散接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、接合する材料同士を密着させて加圧、加熱して、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する、拡散接合と称される技術が公知である（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１において、２以上の被接合物を重ね、この重ねられた複合体の両側から加圧して被接合物同士を接合する。特許文献１においては、加圧と同時に加熱を行なう。また、特許文献１においては、加圧、加熱の同時作業を接合治具と複合体との熱膨張量差にて行なう。さらに、特許文献１においては、接合治具は複合体を挟む上下の押え板と、各押え板の複数箇所の穴を通す複数の拘束ボルトと、拘束ボルトの両端に螺合されるナットとを備えてなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６３－２１００７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の拡散接合の技術においては、板材の拡散接合に必要な加圧力（圧力分布）の制御が比較的困難であり、この点につき改良の余地があった。

【0006】

そこで、本発明は、板材の拡散接合に必要な加圧力を材料の熱膨張を利用して確保することにより、板材の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易になる拡散接合治具、及び拡散接合方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る拡散接合治具は、複数枚積層した板材を両面から挟み込む固定部材と、固定部材における板材に対向する部位とは反対側の部位に装着される熱膨張板と、熱膨張板を両側からさらに挟み込む枠状の保持部材と、を備える。熱膨張板の熱膨張率は、固定部材及び保持部材の熱膨張率よりも大きい。

【0008】

本発明の一態様に係る拡散接合方法は、複数枚積層した板材を両面から固定部材により挟み込み、固定部材における板材に対向する部位とは反対側の部位に熱膨張板を装着し、熱膨張板を両側から枠状の保持部材によりさらに挟み込むステップを含む。また、拡散接合方法は、板材を熱膨張板と共に加熱するステップを含む。熱膨張板の熱膨張率は、固定部材及び保持部材の熱膨張率よりも大きい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、板材の拡散接合に必要な加圧力を材料の熱膨張を利用して確保することにより、板材の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易になる拡散接合治具、及び拡散接合方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る拡散接合治具の概略的な斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る拡散接合治具の概略的な一部破断斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る拡散接合治具の概略的な正面図である。

【図4】拡散接合治具の要部を示す概略的な分解斜視図である。

【図5】拡散接合治具の要部を示す概略的な正面図である。

【図6】図５のＡ部の拡大図である。

【図7】複数の拡散接合治具を配置したセット台の概略的な斜視図である。

【図8】本発明の他の実施形態に係る拡散接合治具の概略的な斜視図である。

【図9】本発明の他の実施形態に係る拡散接合治具の概略的な一部破断斜視図である。

【図10】本発明の他の実施形態に係る拡散接合治具の概略的な正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

【0012】

［拡散接合治具］
図１から図３に示すように、拡散接合治具１は、固定部材２と、熱膨張板３と、保持部材４と、スペーサー５と、を備える。

【0013】

なお、図において、矢印Ｗは拡散接合治具１の幅方向（左右方向）を表し、矢印Ｄは拡散接合治具１の奥行き方向（前後方向）を表し、矢印Ｈは拡散接合治具１の高さ方向（上下方向）を表し、そして、矢印Ｘは保持部材４の装着方向を表す。

【0014】

固定部材２は、複数枚積層した板材１０を両面から挟み込むためのものである。

【0015】

固定部材２は、耐熱性に優れると共に、熱膨張率が比較的小さい材料（例えば、アルミナ等のセラミクス）から構成されている。このため、固定部材２の熱膨張率は、熱膨張板３の熱膨張率よりも小さい。よって、固定部材２は、加熱炉を用いて加熱した際に膨張し難い（伸び難い）。

【0016】

図４及び図５に示すように、固定部材２は、高さ方向Ｈに一対の固定部１１，１１を有している。

【0017】

下側の固定部１１は、上面１１ａと下面１１ｂとを有して矩形板状に形成されている。下側の固定部１１における板材１０に対向する部位である上面１１ａに、幅方向Ｗに一対の突起部１２，１２が形成され、下側の固定部１１における板材１０に対向する部位とは反対側の部位である下面１１ｂには、熱膨張板３が収容される収容部１３が凹設される。

【0018】

突起部１２は、断面四角形状に形成されている。また、突起部１２は、奥行き方向Ｄの全体にわたって下側の固定部１１の上面１１ａに形成されている。

【0019】

これらの一対の突起部１２，１２の間に、複数枚積層した板材１０と、高さ方向Ｈに一対の入れ子板１４，１４とが配置される。この入れ子板１４は、板材１０を保持するための保持具であり、入れ子板１４に形成された突起部を板材１０に形成された穴部に挿通することにより、板材１０を保持するようになっている。

【0020】

また、下側の固定部１１の上面１１ａと突起部１２の基部との間の角部には、応力集中防止のために角逃がし部１５が形成されている。この角逃がし部１５は、奥行き方向Ｄの全体にわたって下側の固定部１１の上面１１ａと突起部１２の基部との間の角部に形成されている。

【0021】

上側の固定部１１は、上面１１ａと下面１１ｂとを有して矩形板状に形成されている。上側の固定部１１における板材１０に対向する部位である下面１１ｂに、幅方向Ｗに一対の溝部１６，１６が形成され、上側の固定部１１における板材１０に対向する部位とは反対側の部位である上面１１ａには、熱膨張板３が収容される収容部１３が凹設される。

【0022】

溝部１６は、断面四角形状に形成されている。また、溝部１６は、奥行き方向Ｄの全体にわたって上側の固定部１１の下面１１ｂに形成されている。

【0023】

また、溝部１６の側壁部と底壁部との間の角部には、応力集中防止のために角逃がし部１７が形成されている（図６参照）。この角逃がし部１７は、奥行き方向Ｄの全体にわたって溝部１６の側壁部と底壁部との間の角部に形成されている。

【0024】

熱膨張板３は、固定部材２における板材１０に対向する部位とは反対側の部位に装着されるものである。

【0025】

熱膨張板３は、熱膨張率が比較的大きい材料（例えば、銅合金、アルミニウム合金）から構成されている。このため、熱膨張板３の熱膨張率は、固定部材２及び保持部材４の熱膨張率よりも大きい。よって、熱膨張板３は、加熱炉を用いて加熱した際に比較的大きく膨張し易い。

【0026】

具体的には、熱膨張板３は、下側の固定部１１の下面１１ｂに形成された収容部１３と、上側の固定部１１の上面１１ａに形成された収容部１３とにそれぞれ配置されている。

【0027】

なお、熱膨張板３の膨張により板材１０等に作用する圧力が過度になること（オーバープレッシャー）を防止するために、固定部材２（固定部１１）の収容部１３には、圧力調整板（図示せず）が熱膨張板３と共に収容されていてもよい。

【0028】

この圧力調整板は、耐熱性に優れると共に、熱膨張率が比較的小さい材料（例えば、アルミナ等のセラミクス）から構成されている。このため、圧力調整板の熱膨張率は、熱膨張板３の熱膨張率よりも小さい。よって、圧力調整板は、加熱炉を用いて加熱した際に膨張し難い（伸び難い）。

【0029】

図１から図３に示す保持部材４は、熱膨張板３を両側からさらに挟み込むためのものである。

【0030】

保持部材４は、耐熱性に優れると共に、熱膨張率が比較的小さい材料（例えば、アルミナ等のセラミクス）から構成されている。このため、保持部材４の熱膨張率は、熱膨張板３の熱膨張率よりも小さい。よって、保持部材４は、加熱炉を用いて加熱した際に膨張し難い（伸び難い）。

【0031】

保持部材４は、熱膨張板３を両側から挟み込む一対の第一枠部１８，１８と、一対の第一枠部１８，１８同士を接続する第二枠部１９とを有して枠状に形成される。この第二枠部１９は、幅方向Ｗに一対に配置されている。

【0032】

本実施形態では、保持部材４の第一枠部１８と第二枠部１９とは、別体的に形成されている。

【0033】

下側の第一枠部１８は、上面１８ａと下面１８ｂとを有して矩形板状に形成されている。下側の第一枠部１８における板材１０側の部位とは反対側の部位である下面１８ｂには、幅方向Ｗに一対の係止突起２０，２０が形成されている。

【0034】

係止突起２０は、断面半円形状に形成されている。また、係止突起２０は、奥行き方向Ｄの全体にわたって下側の第一枠部１８の下面１８ｂに形成されている。

【0035】

上側の第一枠部１８は、上面１８ａと下面１８ｂとを有して矩形板状に形成されている。上側の第一枠部１８における板材１０側の部位とは反対側の部位である上面１８ａには、幅方向Ｗに一対の係止突起２０が形成されている。

【0036】

係止突起２０は、断面半円形状に形成されている。また、係止突起２０は、奥行き方向Ｄの全体にわたって上側の第一枠部１８の下面１８ｂに形成されている。

【0037】

第二枠部１９は、高さ方向Ｈに沿って延びるように形成されており、各第二枠部１９の高さ方向Ｈの両端部には、幅方向Ｗの内側に延びる突出片２１が形成されている。

【0038】

第二枠部１９の高さ方向Ｈの上端部に形成された突出片２１には、第一枠部１８の係止突起２０と係合して第一枠部１８を係止するための係止溝２２が形成されている。この係止溝２２は、断面半円形状に形成されている。また、係止溝２２は、第二枠部１９の高さ方向Ｈの上端部に形成された突出片２１に奥行き方向Ｄの全体にわたって形成されている。

【0039】

第二枠部１９の高さ方向Ｈの下端部に形成された突出片２１には、第一枠部１８の係止突起２０と係合して第一枠部１８を係止するための係止溝２２が形成されている。この係止溝２２は、断面半円形状に形成されている。また、係止溝２２は、第二枠部１９の高さ方向Ｈの下端部に形成された突出片２１に奥行き方向Ｄの全体にわたって形成されている。

【0040】

また、保持部材４は、固定部材２及び熱膨張板３への装着方向Ｘに対して複数に分割して形成される。

【0041】

本実施形態では、保持部材４の第二枠部１９が、装着方向Ｘに対して複数に分割して形成された分割体１９ａ，１９ｂ，１９ｃを有して構成されている。

【0042】

スペーサー５は、板材１０と固定部材２との間に配置されるものである。

【0043】

スペーサー５は、耐熱性に優れると共に、熱膨張率が比較的小さい材料（例えば、アルミナ等のセラミクス）から構成されている。このため、スペーサー５の熱膨張率は、熱膨張板３の熱膨張率よりも小さい。よって、スペーサー５は、加熱炉を用いて加熱した際に膨張し難い（伸び難い）。

【0044】

図７に、複数の拡散接合治具１を配置することができるセット台２３が示される。

【0045】

セット台２３は、耐熱性に優れると共に、熱膨張率が比較的小さい材料（例えば、グラファイト）から構成されている。このため、セット台２３の熱膨張率は、熱膨張板３の熱膨張率よりも小さい。よって、セット台２３は、加熱炉を用いて加熱した際に膨張し難い（伸び難い）。

【0046】

セット台２３の上面には、複数の拡散接合治具１を配置するための載置部２４が形成されており、この載置部２４は、拡散接合治具１を斜めに傾けた状態で配置することができるように鋸歯状に形成されている。

【0047】

［拡散接合方法］
次に、本実施形態に係る拡散接合方法について説明する。

【0048】

先ず、複数枚積層した板材１０を両面から固定部材２により挟み込み、固定部材２における板材１０に対向する部位とは反対側の部位に熱膨張板３を装着し、熱膨張板３を両側から枠状の保持部材４によりさらに挟み込む。

【0049】

この際、板材１０を加熱する前に、板材１０と固定部材２との間にスペーサー５を配置する。

【0050】

つまり、本実施形態では、板材１０を拡散接合治具１に対して取り付ける。

【0051】

次に、板材１０を熱膨張板３と共に加熱する。

【0052】

具体的には、複数の拡散接合治具１を、図７に示したセット台２３に対して配置し、このセット台２３を加熱炉の中に入れて、板材１０を拡散接合治具１と共に加熱する。

【0053】

熱膨張板３が銅合金から構成されている場合、板材１０及び拡散接合治具１は、銅合金の融点よりも低い温度（例えば、８５０℃～９００℃）で加熱炉を用いて加熱される。

【0054】

また、熱膨張板３がアルミニウム合金から構成されている場合、板材１０及び拡散接合治具１は、アルミニウム合金の融点よりも低い温度（例えば、３５０℃～４００℃）で加熱炉を用いて加熱する。

【0055】

加熱炉を用いて板材１０を拡散接合治具１と共に加熱することにより、拡散接合治具１を構成する部材（固定部材２、熱膨張板３、保持部材４及びスペーサー５）の内、熱膨張板３だけが比較的大きく膨張する。このため、拡散接合治具１に対して取り付けられた板材１０が加圧、加熱されることになり、複数枚積層した板材１０が拡散接合される。

【0056】

そして、セット台２３を加熱炉の中から取り出し、板材１０から拡散接合治具１を取り外すことにより、複数枚積層して拡散接合した板材１０を得ることができる。

【0057】

本実施形態に係る拡散接合方法によれば、板材１０の拡散接合に必要な加圧力を熱膨張板３の熱膨張を利用して確保することにより、板材１０の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易になる。

【0058】

また、拡散接合の温度域に適した圧力を熱膨張板３の材料の種類で任意に選択することができる。

【0059】

また、板材１０の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易であるので、板材１０の大きさ（ワークサイズ）の大小に柔軟に対応することができる。

【0060】

さらに、板材１０の材料が同じであれば加熱条件は同じであるため、板材１０の大きさ（ワークサイズ）が異なる場合も同時に同じ加熱炉にて加圧、加熱の処理をすることが可能である。

【0061】

以下、本実施形態による作用効果を説明する。

【0062】

（１）拡散接合治具１は、複数枚積層した板材１０を両面から挟み込む固定部材２と、固定部材２における板材１０に対向する部位とは反対側の部位に装着される熱膨張板３と、熱膨張板３を両側からさらに挟み込む枠状の保持部材４と、を備える。熱膨張板３の熱膨張率は、固定部材２及び保持部材４の熱膨張率よりも大きい。

【0063】

本実施形態に係る拡散接合治具１によれば、板材１０の拡散接合に必要な加圧力を熱膨張板３の熱膨張を利用して確保することにより、板材１０の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易になる。

【0064】

また、拡散接合の温度域に適した圧力を熱膨張板３の材料の種類で任意に選択することができる。

【0065】

また、板材１０の拡散接合に必要な加圧力の制御が比較的容易であるので、板材１０の大きさ（ワークサイズ）の大小に柔軟に対応することができる。

【0066】

さらに、板材１０の材料が同じであれば加熱条件は同じであるため、板材１０の大きさ（ワークサイズ）が異なる場合も同時に同じ加熱炉にて加圧、加熱の処理をすることが可能である。

【0067】

（２）保持部材４は、熱膨張板３を両側から挟み込む一対の第一枠部１８，１８と、一対の第一枠部１８，１８同士を接続する第二枠部１９とを有して枠状に形成される。

【0068】

このように保持部材４を枠状に形成することにより、ボルト及びナット等の固定具を別途用意する必要がなく、保持部材４により熱膨張板３を両側からさらに挟み込む作業を比較的容易にすることが可能になる。

【0069】

（３）保持部材４は、固定部材２及び熱膨張板３への装着方向に対して複数に分割して形成される。

【0070】

保持部材４全体を一体物として形成した場合と比較して、保持部材４の製作上の精度管理が比較的容易であり、結果として、保持部材４を比較的低コストで製作することが可能になる。

【0071】

（４）拡散接合治具１は、板材１０と固定部材２との間に配置されるスペーサー５を備える。

【0072】

拡散接合治具１がスペーサー５を備えることにより、板材１０の厚さ（板厚）の大小に柔軟に対応することができる。

【0073】

［本発明の他の実施形態］
本発明の他の実施形態に係る拡散接合治具１Ａを図８から図１０に基づいて説明する。

【0074】

図８から図１０に示す実施形態では、保持部材４の第一枠部１８と第二枠部１９とが、一体的に形成されている。

【0075】

また、図８から図１０に示す実施形態では、保持部材４全体が、装着方向Ｘに対して複数に分割して形成された分割体４ａ，４ｂ，４ｃを有して構成されている。

【0076】

さらに、保持部材４の第一枠部１８と第二枠部１９との間の角部内側には、応力集中防止のために角逃がし部２５が形成されている。この角逃がし部２５は、奥行き方向Ｄの全体にわたって第一枠部１８と第二枠部１９との間の角部内側に形成されている。

【0077】

図８から図１０に示す実施形態に係る拡散接合治具１Ａによれば、図１から図７に示した拡散接合治具１と同様の作用効果を得ることが可能である。

【0078】

ところで、本発明の拡散接合治具、及び拡散接合方法は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

【符号の説明】

【0079】

１，１Ａ 拡散接合治具
２ 固定部材
３ 熱膨張板
４ 保持部材
５ スペーサー
１０ 板材
１８ 第一枠部
１９ 第二枠部
Ｘ 装着方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】