異種材料接合体の製造方法
【課題】接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ精密な異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法を提供する。
【解決手段】一方の板状部材２は、側面から接合面に沿った複数の溝部が設けられ、側面に複数の開口部１１と、接合面上に溝部に対応した形状の間隙となる非接合領域と、非接合領域で区画され、二つの板状部材２、３間を接合する複数の接合領域と、が形成されてなり、一対の押型５で板状部材積層体４をシート状の離型材８を介して挟持した状態で、開口部１１に近い離型材８のシート状の縁部分を押型５に設けられた固定部６に固定しながら、ろう材が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力をろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、非接合領域で余剰となるろう材を開口部１１より蒸気として排出する。
【解決手段】一方の板状部材２は、側面から接合面に沿った複数の溝部が設けられ、側面に複数の開口部１１と、接合面上に溝部に対応した形状の間隙となる非接合領域と、非接合領域で区画され、二つの板状部材２、３間を接合する複数の接合領域と、が形成されてなり、一対の押型５で板状部材積層体４をシート状の離型材８を介して挟持した状態で、開口部１１に近い離型材８のシート状の縁部分を押型５に設けられた固定部６に固定しながら、ろう材が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力をろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、非接合領域で余剰となるろう材を開口部１１より蒸気として排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種材料接合体の製造方法に関する。更に詳しくは、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体、例えば、セラミックスハニカム構造体成形用金型に用いられる高度な成形性が要求される口金等のような接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ精密な異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アルミニウム（Ａｌ）又はＡｌを主成分とする金属からなるＡｌ金属部材と、該Ａｌ金属部材とは異なる材料からなる異種部材とを接合したＡｌ金属接合体において、前記Ａｌ金属部材と前記異種部材との接合界面に、Ｈｖ硬さ２０〜８０（マイクロビッカース；荷重１００ｇｆ）で且つ厚さ０．１〜３ｍｍの軟質金属層を備えたＡｌ金属接合体が開示されている。
【０００３】
このような異種材料接合体を製造する際には、例えば、異種材料からなる二つの板状部材を積層した後、積層した板状部材を一対の押型によって挟持した状態で加熱することにより、積層した二つの板状部材を接合させる方法を用いることがある。
【０００４】
セラミック質のハニカム構造体の製造方法としては、従来から、成形原料（坏土）を導入する裏孔と、この裏孔に連通する格子状等のスリットとが形成された口金基体を備えたハニカム構造体成形用口金を用いて押出成形する方法が広く行われている。この口金は、通常、口金基体の一方の面に、ハニカム構造体の隔壁厚さに対応する幅のスリットが格子状等に設けられており、その反対側の面（他方の面）に、スリットと連通する裏孔が大きな面積で開口して設けられている。そして、この裏孔は、通常、格子状等のスリットが交差する位置に対応して設けられ、両者は、口金基体内部で連通している。従って、裏孔から導入されたセラミック原料等の成形原料は、比較的内径の大きな裏孔から、幅の狭いスリットへと移行して、このスリットの開口部からハニカム構造の成形体（ハニカム成形体）として押出される。
【０００５】
このようなハニカム構造体成形用口金を構成する口金基体としては、例えば、ステンレス合金や超硬合金等の一種類の合金から構成された板状の部材や、例えば、スリットを形成するための部材と裏孔を形成するための部材とのように、異なる二種類の板状の部材を接合して形成された板状の部材が用いられている（例えば、特許文献２または３参照）。
【０００６】
従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、このような口金基体に、上記したスリットと裏孔とを機械加工して形成している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−５９９２号公報
【特許文献２】特開２０００−３２６３１８号公報
【特許文献３】特開２００３−２８５３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体としての従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法において、異なる二種類の板状部材を接合させて口金基体を得る際に、それらの板状部材の間にろう材を配し加熱して二種類の板状部材を接合させることがあるが、例えば、一方の板状部材に予め裏孔とこの裏孔と連通して側面から接合面に沿って設けられた溝部とを形成し、この板状部材と他の板状部材とを接合させる場合は、予め形成した裏孔および溝部内にろう材が侵入し、侵入したろう材が裏孔および溝部内に残留してしまう。このため、スリットの加工時において、裏孔および溝部内のろう材が抵抗となり、スリット加工用の砥石等の工具が破損してしまうことや、形成したスリットに歪みが生じてしまうという問題があった。また、このように裏孔および溝部内にろう材が残留すると、ハニカム構造体を成形する際に、裏孔および溝部からスリットへと連通する流路が、ろう材によって塞がれてしまうことや狭められてしまうことがあり、成形品の品質に悪影響を与えるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、本発明によれば、以下の異種材料接合体の製造方法が提供される。
【００１１】
［１］異種材料からなる二つの板状部材の間の接合面にろう材を配した状態で積層して板状部材積層体を得、前記板状部材積層体を加熱することにより、前記二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造する異種材料接合体の製造方法であって、前記二つの板状部材の一方の板状部材は、側面から前記接合面に沿った複数の溝部が設けられるとともに、前記側面においては前記溝部と連通しつつ開口した複数の開口部と、前記接合面上においては前記溝部で形成された非接合領域と、前記非接合領域で区画され、前記二つの板状部材間を接合する複数の接合領域と、が形成されてなり、一対の押型で前記板状部材積層体をシート状の離型材を介して挟持した状態で、前記開口部に近い前記離型材のシート状の縁部分を前記押型に設けた固定部で固定しながら、前記ろう材が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力を前記ろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、前記非接合領域の間隙で余剰となる前記ろう材を前記開口部より蒸気として排出する異種材料接合体の製造方法。
【００１２】
［２］前記離型材として、ケイ素、炭素、窒化アルミ、酸化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料からなるシート状のものを用いる前記［１］に記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１３】
［３］前記ろう材として、銅、銀、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも一つを含む金属又は合金のろう材を用いる前記［１］または［２］に記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１４】
［４］前記板状部材積層体を、前記押型によって０．１〜１００ＭＰａの圧力をかけて挟持する前記［１］〜［３］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１５】
［５］前記二つの板状部材の一方の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１６】
［６］前記二つの板状部材の他方の板状部材として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いる前記［１］〜［５］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１７】
［７］前記溝部の幅を５０〜１０００μｍとした前記［１］〜［６］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１８】
［８］前記接合領域の面積の最小値を０．１〜１００ｍｍ２とした前記［１］〜［７］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１９】
［９］前記異種材料接合体を構成する一方の板状部材に、成形原料を導入するための裏孔を前記溝部と連通するように形成するとともに、前記異種材料接合体を構成する他方の板状部材に、前記成形原料を格子状に成形するためのスリットを前記溝部と連通するように形成して、ハニカム構造体を成形するための口金を前記異種材料接合体として製造する前記［１］〜［８］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の異種材料接合体の製造方法は、二つの板状部材を接合させた接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体、例えば、セラミックスハニカム構造体成形用金型に用いられる口金等の異種材料接合体の製造方法であって、この異種材料接合体の製造方法で得られた口金をセラミックスハニカム構造体用金型として用いれば、高度な成形性を実現することが可能である。
【００２１】
特に本発明の異種材料接合体の製造方法は、非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ接合面を有した異種材料接合体の製造時に、非接合領域を流路としてろう材の蒸気が排出されるための開口部を確保することでろう材蒸気の残留を防ぐことが可能である。即ち、開口部に近い位置に配置されたシート状の離型材が熱あるいは押し圧によって反り返って開口部を塞がないように押圧部に設けられた固定部で離型材の縁部を押えることで開口部を確保してろう材の蒸気を排出し、ろう材の蒸気の残留を防ぐ。このため、大口径かつセル密度の高いセラミックスハニカム構造体の成形用金型に用いられる口金等の異種材料接合体を非常に高い精度で得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の異種材料接合体の製造方法の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２３】
図１は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における板状部材積層体を製造する工程を模式的に示す断面図であり、図２は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法によって得られた異種材料接合体を模式的に示す断面図である。更に、図３は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における異種材料接合体をハニカム構造体を成形するための口金として製造したものを模式的に示す断面図である。また、図４は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における、板状部材積層体を押型の間で挟持した状態で加熱する工程を模式的に示す説明図である。図５は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における、板状部材積層体を真空容器中の断熱容器中において押型の間で挟持した状態で加熱する工程を模式的に示す説明図である。
【００２４】
なお、図１〜図３においては、板状部材積層体又は異種材料接合体を側方から見た断面図である。図４、図５においては、板状部材積層体又は異種材料接合体を側方から見た模式的説明図である。図９、図１０においてはそれぞれ図２中に示す模式的なＸ−Ｘ’断面図、模式的なＹ−Ｙ’断面図を示す。図１１においては図３中の模式的なＺ−Ｚ’断面図を示す。
【００２５】
本実施の形態の異種材料接合体の製造方法は、図１に示すように、異種材料からなる二つの板状部材２、３の間の接合面２８にろう材２７を配した状態で積層して板状部材積層体４を得、図５に示すように、前記板状部材積層体４を、例えば、ヒータ７の輻射熱１０によって加熱することにより、二つの板状部材２、３が接合された異種材料接合体１を製造する異種材料接合体の製造方法である。
【００２６】
そして更に本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、図１に示すように二つの板状部材２、３の一方の板状部材２に側面から接合面２８に沿った複数の溝部３７が設けられるとともに、側面においては図４に示すような溝部３７と連通しつつ開口した複数の開口部１１と、接合面２８上においては図１０にしめすような溝部３７で形成された非接合領域３１と、非接合領域３１で区画され、二つの板状部材２、３間を接合する複数の接合領域３２と、を形成されてなるものである。
【００２７】
また更に本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、図４に示すような一対の押型５で板状部材積層体４をシート状の離型材８を介して挟持した状態で、開口部１１に近い離型材８のシート状の縁部分を押型５に設けられた固定部６に固定しながら、ろう材２７が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、非接合領域３１で余剰となるろう材２７を開口部１１より蒸気として排出するものである。開口部１１においては図１０の矢印で示すようにろう材の蒸気が外部へ排出する役割も果たしている。
【００２８】
板状部材積層体４を一対の押型５の間で挟持した状態で加熱する際には、図５に示すように、加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧することが可能な真空容器１９内部の断熱容器１６中において板状部材積層体４を挟持した押型５の周囲に配設したヒータ７等によって加熱することができる。
【００２９】
また、押型５は加熱する工程において用いられるため、押型５として、その融点が５００℃以上であり、且つ、板状部材積層体４を構成する板状部材２，３の接合温度の１．５倍以上の融点を有する材料からなるものを用いることが好ましい。このような押型５を用いることにより、押型５の板状部材積層体４への加圧を十分に行うことができ、異種材料接合体を製造した後に、押型５を容易に取り外すことができ、繰り返し使用することができる。更に、加熱する工程における押型５の熱変形を緩和することができる。
【００３０】
なお、上記接合温度とは、接合のために加熱される温度のことであり、具体的には、加熱した時に到達する最高温度である。
【００３１】
なお、特に限定されることはないが、押型５の融点は、１０００℃以上であることが更に好ましく、１５００℃以上であることがより好ましい。このような材料を用いることにより、加熱する工程において板状部材積層体を強固に挟持することができる。また、押型５は、上記した接合温度の２倍以上であることが更に好ましい。
【００３２】
押型５を構成する具体的な材料としては、板状部材積層体４を構成する板状部材２，３の少なくとも一方の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）の１．５倍以上の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）を有する材料であれば特に制限はないが、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、黄銅、タングステン、ベリリウム、イリジウム、モリブデン、ケイ素、炭素、窒化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料を好適例として挙げることができる。
【００３３】
また、上記した材料のうち、タングステン、モリブデン、炭素、窒化アルミ等をより好適に用いることができ、更に、材料がより安価なものであるとともに、加工性も良好であることから、炭素を特に好適に用いることができる。
【００３４】
なお、上記した炭素、例えば、等方性グラファイトカーボンは、その密度によって大きく熱伝達率が変化するため、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法において押型の材料として炭素を用いる場合には、その密度が１．５Ｍｇ／ｍ３以上であることが好ましく、１．７Ｍｇ／ｍ３以上であることが更に好ましい。
【００３５】
このような密度の炭素は、従来の押型に用いられている材料と比較して高い熱伝達性を有するとともに、融点についても極めて高いことから、さまざまな材質の板状部材を用いた異種材料接合体の製造方法に利用することができる。
【００３６】
このように構成された押型５は、極めて良好な熱伝達であり、図５に示すように断熱容器１６中でヒータ７等の輻射熱１０によって素早く加熱することができる。
【００３７】
また、一対の押型５によって板状部材積層体４を挟持する際には、図４に示すように、一対の押型５と板状部材積層体４との間に、予めシート状の離型材８を配した状態で、板状部材積層体４を挟持し、押型５の挟持面１５から板状部材積層体４により均等に熱を伝達させることができるように、押型５と板状部材積層体４との間に隙間を作らないようにすることが好ましい。
【００３８】
このように構成することによって、板状部材積層体４（又は、得られる異種材料接合体１（図２参照））と、押型５の挟持面１５との融着を有効に防止することができるとともに、板状部材積層体４と押型５との密着性を向上させることができる。
【００３９】
なお、シート状の離型材８として弾性率が十分に小さいことが好ましい。具体的な弾性率としては、１００ＧＰａ以下であることが好ましく、１０ＧＰａ以下であることが更に好ましい。このように構成することによって、押型と板状部材との隙間を埋めて、密着を向上させ熱伝達を向上させることができるとともに、面圧分布を均一にすることができる。
【００４０】
なお、この離型材８の材料については特に制限はないが、熱伝達の優れた材料からなるものであることが好ましく、例えば、ケイ素、炭素、窒化アルミ、酸化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料からなるシート状のものを好適に用いることができる。なお、シート状の離型材８は、その厚さが十分に薄いことが好ましく、具体的には、厚さが１ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００４１】
通常、板状部材積層体とシート状の離型材８とは、熱膨張係数が大きく異なることが多い。一般に板状部材積層体の方が熱膨張係数が大きく、更にその熱膨張の違いから昇温中に位置ずれを生じる恐れがある。このため、シート状の離型材８のサイズを板状部材積層体のサイズに合うようにあらかじめカットして使うということが困難である。最低でも、シート状の離型材のサイズを板状部材積層体のサイズよりも５ｍｍ程度は大きめにカットして用いないと、板状部材積層体が離型材よりもはみ出てしまい、離型材としての役割をはたさないことがある。
【００４２】
このような離型材８を用いることにより、板状部材積層体４と押型５との密着性をより向上させることができ、押型５の挟持面１５からの熱を、板状部材積層体４の表面に、より均等に伝達することが可能になる。
【００４３】
また、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法において押型５によって板状部材積層体４を挟持する際には、積層した板状部材２，３の種類や構造によっても異なるが、例えば、押型５によって０．１〜１００ＭＰａの圧力をかけて挟持することが好ましい。このように構成することによって、二つの板状部材２，３の接合後に生じる反りを矯正して、歪みのない異種材料接合体１（図２参照）を得ることができる。
【００４４】
また、図１に示すように、板状部材積層体４を構成する二つの板状部材２，３は、その二つの板状部材２，３の材質に特に制限はないが、例えば、二つの板状部材２，３の一方の板状部材（例えば、板状部材２）として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いることができる。
【００４５】
更に、二つの板状部材２，３のうちの一方の板状部材２として上記した金属又は合金から構成されたものを用いた場合には、他方の板状部材３として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを好適に用いることができる。
【００４６】
このような二つの板状部材２，３を用いることにより、例えば、押出成形等に用いられる口金のように、特に、その一部分にのみ優れた耐摩耗性が求められる異種材料接合体１（図２参照）を製造することができる。
【００４７】
また、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法において、異種材料からなる二つの板状部材２，３を積層して板状部材積層体４を得る際には、図１に示すように、二つの板状部材２，３の間にろう材２７を配した状態で積層し、二つの板状部材２，３の間にろう材２７を配した板状部材積層体４を得る。このように構成することによって、二つの板状部材２，３の接合が容易となって、二つの板状部材２，３の接合面２８における接合強度が向上する。
【００４８】
なお、特に限定されることはないが、ろう材２７としては、二つの板状部材２，３のうちの少なくとも一方の内部に浸透し得る材料からなるものであることが好ましい。このような材料からなるろう材２７を用いることにより、二つの板状部材２，３の接合面にろう材２７が板状部材積層体の層のままの状態で存在することがなく、機械的強度の低下を有効に防止することができる。
【００４９】
本実施の形態の異種材料接合体の製造方法に用いられるろう材２７としては、銅、銀、金、ニッケル、及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むろう材を好適例として挙げることができる。
【００５０】
また、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、例えば、異種材料接合体を構成する一方の板状部材２に、成形原料を導入するための裏孔２６を形成するとともに、異種材料接合体を構成する他方の板状部材３に、図３に示すように成形原料を格子状に成形するためのスリットを形成して、異種材料接合体として、図１２に示すような、ハニカム構造体を成形するための口金２１を製造することもできる。図１３は、図１２中の平面αでの断面図である。隣接する裏孔２６から導入される成形材料が溝部３７で合流し、流速が整えられ、接合面２８においてろう材２７によって接合された他方の板状部材３には溝部３７と対応する位置にスリット２５が設けられている。このスリットから所望のハニカム形状の成形体を成形することができる。
【００５１】
図９、図１０においてはそれぞれ図２中に示す模式的なＸ−Ｘ’断面図、模式的なＹ−Ｙ’断面図を示す。図９に示すように規則的に配置された裏孔２６が成型材料の導入孔となって溝部３７において隣接する裏孔どうしが連通し、成形材料の流速が均等化される。また図１０に示すような接合面２８においては異種材料接合体の側面となる外周の全周に渡って溝部３７が形成されることで開口部１１が設けられ、この開口部１１を通じて加熱時にろう材の蒸気が図中の矢印のように排出されるものである。本実施の形態の異種材料接合体の製造方法によれば図１０に示すような接合面２８において、接合領域３２の面積の最小値を０．１〜１００ｍｍ２とすることが好ましい。本実施の形態の異種材料接合体の製造方法によれば、接合領域３２の面積の最小値が０．１〜１００ｍｍ２の範囲であって図１０に示すような複雑な形状であっても高い精度で充分な強度で異種材料の接合を行うことができる。
【００５２】
従来の異種材料接合体の製造方法においては、この開口部１１は、従来の異種材料接合体の製造方法においては図６に示すような異種材料積層体４の模式的断面図のように、シート状の離型材８が上カーボン板１７と下カーボン板１８を備えた押し型５と、異種材料積層体４との間に直接設けられていたため、図７に示すように異種材料積層体４の加熱時において離型材８の縁部に反り返りを生じて、側面に設けられた開口部１１を覆ってしまう問題も生じていた。
【００５３】
このため、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、図８に示すように異種材料積層体４の加熱する工程における加熱時に離型材８の縁部に反り返しを生じさせないために下カーボン板１８を備えた押し型５に固定部６を設け、この固定部６で離型材８の縁部を固定するものとした。このとき、接合面２８に沿って設けられた溝部３７が開口部１１と連通しているので、この開口部１１からろう材２７の蒸気が排出される。ただし、一対の押し型５に設ける固定部６は開口部１１が近い側の一方であれば良く、開口部が上カーボン板１７を備えた押し型５に近い場合には、この上カーボン板１７に固定部を設け、カーボン板１７と異種材料積層体４との間に設けられた離型材（図示せず）の縁部を固定する。
【００５４】
この固定部６は、シート状の離型材８の縁部が開口部１１に覆うのを防ぐものであればよく、押型５の狭持面１５に溝形状を設け、この溝形状の内部に縁部を収容して固定部６とすることもできる。固定部６の形状や構造については特に限定するものではない。固定部６の一例として図８に示すように、板状部材積層体４の縁部分からの距離が０〜１００ｍｍの位置に設けた溝状の隙間を下カーボン板１８（押型５）の表面に設けて、シート状の離型材８を固定部６としての溝状の隙間の中に折り曲げて固定することが好ましく、この距離を５〜５０ｍｍとすることがより好ましい。
【００５５】
図１０に示すように接合面２８においては裏孔２６および溝部３７と対応するそれぞれの非接合領域３８、３９とが開口部１１とともに連通している。溝部３７によって区画される複数の精密かつ複雑な形状の接合領域３２はろう材の浸透作用によって充分な強度で接合される。接合面２８における複数の接合領域３２で接合される他方の板状部材３に設けられるスリット２５を図３中のＺ−Ｚ’断面図として図１１に示す。このスリット２５は溝部３７と対応した位置に設け、スリット２５の幅を成形する用途に応じて所望の幅に調節することで、成形用口金２１として用いることができる。
【００５６】
従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、一方の板状部材２と他方の板状部材３とを、ろう材（例えば、純銅）の融解する温度以上に加熱して接合させる際には、ろう材（純銅）の融解し、且つ加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧することより、接合時に裏孔２６内に侵入するろう材２７を気化して取り除いていたが、一方の板状部材に形成した裏孔２６および溝部３７内にろう材２７の一部が侵入し、裏孔２６および溝部３７内に残留してしまう。
【００５７】
裏孔２６および溝部３７内にろう材２７が残留すると、他方の板状部材３を貫通するようにスリット２５（図３参照）を形成する際に、このろう材２７が抵抗となり、形成したスリット２５（図６参照）に歪みを生じさせたり、スリット２５（図６参照）を形成するための砥石等の工具を破損させることがある。また、裏孔２６内にろう材２７が残留すると、ハニカム構造体成形用口金１の裏孔２６からスリット２５まで連通する流路が塞がってしまったり、狭まったりするため、成形品の品質に悪影響を与えるという問題もあった。また近年のハニカム構造体の口径の増大や薄壁の高密度化に伴って、接合面の接合領域と非接合領域とがともに緻密になり要求される精度が高くなり、ろう材の蒸気が接合面内部のこの非接合領域から充分に排出されずに残留した場合、わずかな量であっても影響が無視できなくなった。
【００５８】
本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、ろう材（銅）の融解し、且つ加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧し、更に溝部３７と連通した開口部１１を側面に設けて離型材８の縁部がこの開口部１１をふさがないように押し型５に設けられた固定部６で固定することで接合時に裏孔２６および溝部３７内に侵入するろう材２７を気化して開口部１１から取り除くことができる。このため、口金基体２２の一部を構成する他方の板状部材３にスリット２５を形成する際に、裏孔２６内に侵入したろう材２７が抵抗になることがなく、歪み等のないスリット２５を正確で簡便に形成することができる。また、より高品質な製品を得ることができるようになる。
【００５９】
このような口金２１は、成形原料を導入するための裏孔２６が形成された板状部材２と、この成形原料を格子状に成形するためのスリット２５が形成された板状部材３とが接合された異種材料接合体１からなる口金２１である。図３中の口金２１のＺ−Ｚ’断面を図１１に示す。図１１に示すように口金２１にスリット２５が格子状に形成され、このようなスリット２５を形成することで図２２に示すような多孔質の隔壁１３によって区画形成された流体の流路となる複数のセル１４を有したハニカム構造体１２の押出成形用に用いることができる。
【００６０】
なお、図２２に示すようなハニカム構造体１２は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排気ガス中の微粒子捕集フィルター等に好適に用いることができる。
【００６１】
図８に示すような口金２１を製造する際には、例えば、まず、図１に示すように、二つの板状部材２，３のうちの一方の板状部材２に裏孔２６を形成し、この裏孔２６を形成した板状部材２と、他の板状部材３とを積層して板状部材積層体４を得る。
【００６２】
上記した裏孔２６は、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等による従来公知の方法によって形成することができる。
【００６３】
裏孔２６の開口径の大きさは、製造するハニカム構造体成形用口金１の大きさや、押出成形するハニカム構造体１２（図２２参照）の形状等によって適宜決定することができるが、例えば、裏孔２６の開口径の大きさは、１０〜０．１ｍｍであることが好ましく、３〜０．５ｍｍであることが更に好ましい。このような裏孔２６を形成する方法については特に制限はないが、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等による従来公知の方法を好適に用いることができる。ただし、この裏孔は上述のように一方の板状部材２あらかじめ設けておいても良いし、異種材料接合体１を形成してから設けるものであっても良い。
【００６４】
また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、図１に示すように、一方の板状部材に裏孔２６を形成する前又は裏孔２６を形成した後に、一方の板状部材の一方の表面に、スリットの形状に対応した格子状の溝部３７を形成する。この格子状の溝部３７は、裏孔２６から導入された成形材料の緩衝部として機能するため、得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔から導入した成形原料を支障なく滑らかに移動させることができ、高度な成形性を実現するとともに、高精度にハニカム構造体を成形することができる。
【００６５】
また、このような格子状の溝部３７を接合面に沿って形成しておくことにより、口金基体の一部を構成する他方の板状部材に研削加工等によりスリットを形成する場合に、この格子状の溝部３７まで連通した時点でスリットの形成を停止することができ、一方の板状部材を余分に加工する必要がない。このため、加工に用いる砥石等の劣化を有効に防止することができる。さらに、このように裏孔と溝部とを予め形成することにより、熱膨張係数の差による熱応力が小さくなるので、一方の板状部材と他方の板状部材とを接合させた際に、接合面２８における剥れを少なくすることができる。
【００６６】
このような格子状の溝部３７を形成する方法としては、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また、溝部３７の深さは０．１〜３．０ｍｍで、幅が０．１〜１．０ｍｍとすることが好ましい。
【００６７】
次に、図５に示すように、得られた板状部材積層体４を、真空容器１９の断熱容器１６内部で炭素を主成分とする材料からなる押型５（上カーボン板１７、下カーボン板１８）の間で挟持した状態で加熱して、ろう材（銅）の融解し、且つ加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧し、更に溝部３７と連通した開口部１１を側面に設けて離型材８の縁部がこの開口部１１をふさがないように押し型５に設けられた固定部６で固定することで接合時に裏孔２６および溝部３７内に侵入するろう材２７を気化して開口部１１から取り除くことができる。板状部材積層４を構成する二つの板状部材２，３を接合させる。
【００６８】
次に、図３に示すように、他方の板状部材３に成形原料を格子状に成形するためのスリット２５を形成して、ハニカム構造体を成形するための口金２１（異種材料接合体１）を製造する。
【００６９】
上記したスリット２５、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等による従来公知の方法によって形成することができる。
【００７０】
特に、このような口金２１を製造する場合には、一方の板状部材２として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用い、更に、他方の板状部材３として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いることにより、耐摩耗性に優れた口金２１を製造することができる。
【００７１】
なお、本発明の異種材料接合体の製造方法は、異種材料からなる二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造するための製造方法であるが、勿論、同種の材料からなる二つの板状部材を接合して板状部材接合体を製造する製造方法としても好適に用いることができる。なお、このような同種材料からなる板状部材接合体を製造する際には、使用する材料として、同種の材料からなる二つの板状部材を用いること以外は、これまでに説明した異種材料接合体の製造方法と同様の方法によって板状部材接合体を製造することができる。
【実施例】
【００７２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
（実施例）
一方の板状部材に成形原料を導入するための裏孔と、一方の板状部材の接合面とする表面に、スリットの形状に対応した格子状の溝部を窒化ボロン砥石による研削加工で形成し、この接合面にはろう材を配して、一方の板状部材と他方の板状部材とを積層して板状部材積層体を得る。次にこの板状部材積層体を離型材を介して押型で狭持した状態で真空容器内で加熱して口金基体を得、得られた口金基体の一部を構成する他方の板状部材に、一方の板状部材の溝部と連通するスリットを形成してハニカム構造体成形用口金を製造した。
【００７４】
実施例においては、ＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ；１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部（単位は質量％））から構成された一方の板状部材と、ＷＣ−１６質量％Ｃｏの炭化タングステン基超硬合金から構成された他方の板状部材と、銅から構成されたろう材と、を用いてハニカム構造体成形用口金の製造を行った。
【００７５】
一方の板状部材は、その面の大きさが直径２１５ｍｍの円形で、厚さが１５ｍｍであり、他方の板状部材は、その面の大きさが直径２１０ｍｍの正方形で、厚さ２．５ｍｍであり、ろう材は、その面の大きさが直径２１０ｍｍの円形で、厚さが０．０１０ｍｍである。シート状の離型材は、その面の大きさが２２０ｍｍ×２２０ｍｍの正方形で厚さが０．２ｍｍである。
【００７６】
まず、一方の板状部材に、後の工程で形成する格子状のスリットの交点に相当する位置に、開口径１．１４ｍｍの裏孔を電解加工（ＥＣＭ加工）によって形成した。更に、接合面となる表面のスリットに相当する位置に格子状の溝部を縦横ともに同じ幅で０．３ｍｍとし、深さ０．５ｍｍで間隔を０．８ｍｍあけて設けることにより、裏孔と側面の開口部とを連通させた。
【００７７】
次に、一方の板状部材と他方の板状部材とを、その間にろう材を配して積層し一対の押型で離型材を介して狭持し、押型に設けられた固定部によって離型材の縁部が開口部を塞がないように固定した。次いでろう材（銅）が融解し、且つこのろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで加熱減圧して、一方の板状部材と他方の板状部材とを接合させて口金基体を得た。具体的な加熱条件は、加熱温度１１２０℃とし、圧力０．１３３Ｐａ以下とした。
【００７８】
得られた口金基体を常温まで降温した後、他方の板状部材に、一方の板状部材の裏孔と連通するスリットを形成してハニカム構造体成形用口金を得た。スリットは、ダイヤモンド砥石によって四角形の格子状に形成した。スリットの幅は約１００μｍ、深さは約２．５ｍｍとし、隣接するスリット相互の間隔は約１０００μｍとした。
【００７９】
本実施例のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、開口部が離型材で覆われることがないため、裏孔内に侵入したろう材が加熱時に気化してこの開口部を通じて除去されていた。このため、他方の板状部材にスリットを形成する際に、ろう材が抵抗になることがなく、歪みのないスリットを正確且つ簡便に形成することができた。また、得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔内にろう材が残留しておらず、且つスリットの幅が均一に形成されていることから、高品質なハニカム構造体を形成することができた。さらに、得られたハニカム構造体成形用口金は、格子状の溝部が緩衝部となるため、裏孔から導入した成形原料を支障なく滑らかに移動させることができ、高度な成形性を実現するとともに、高精度にハニカム構造体を成形することができた。
【００８０】
なお、一方の板状部材の裏孔および溝部内に侵入したろう材の除去についての確認は、超音波探傷検査によって行った。図１４に実施例の解析結果を示す。また、図１４中の領域Ａ’を図１６に示す。
【００８１】
（比較例）
実施例と同様の材料を用い、加熱する工程において、離型材の縁部を固定部で固定しないで加熱し、接合させて口金基体を得た以外は、実施例と同様の方法にてハニカム構造体成形用口金を製造した。
【００８２】
本比較例のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、加熱終了後に、一方の板状部材の裏孔および溝部内にろう材が残留していたため、スリットの加工時における抵抗が大きく、均一の幅のスリットを形成することができなかった。また、得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔からスリットへと連通する流路がろう材によって塞がれている箇所があり、成形品に欠陥等を生じさせることがあった。一方の板状部材の裏孔および溝部内に侵入したろう材の除去についての確認は、実施例と同様に超音波探傷検査によって行った。図１５に比較例の解析結果を示す。また、図１５中の領域Ａを図１７に示す。
【００８３】
実施例の領域Ａ’中の領域Ｂ’領域Ｃ’、領域Ｄ’とそれぞれ対応する位置の比較例の領域Ａ中の領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄとを比較した解析結果を比較写真としてそれぞれ、図１９、図２０、図１８に示す。各図において接合領域は黒く、非接合領域は灰色に表示される。実施例においては非接合領域がろう材によって塞がれることがなく、比較例においてはろう材によって非接合領域が塞がれている（各比較写真の黒い部分）ことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の異種材料接合体の製造方法は、異種材料からなる二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造する方法、特に、セラミックスハニカム構造体成形用金型等に用いられる口金のように、その一部分にのみ優れた耐摩耗性が求められ、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ精密な異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、板状部材積層体を製造する工程を模式的に示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た模式的断面図である。
【図２】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態によって得られた異種材料接合体を側方から見た模式的断面図である。
【図３】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態の他の例における、他方の板状部材にスリットを形成する工程を模式的に示す説明図であり、板状部材積層体の表面に垂直な断面図である。
【図４】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、押型で板状部材積層体を挟持する状態を模式的に示す模式的説明図である。
【図５】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、真空容器中で板状部材積層体を押型の間で挟持した状態で加熱する工程を模式的に示す模式的説明図である。
【図６】従来の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、加熱前の離型材の状態を示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た側面図である。
【図７】従来の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、加熱時の離型材の状態を示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た側面図である。
【図８】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、加熱前および加熱時の離型材の状態を示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た側面図である。
【図９】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態によって得られた異種材料接合体の図２中のＸ−Ｘ’断面図である。
【図１０】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態によって得られた異種材料接合体の接合面を示す図２中のＹ−Ｙ’断面図である。
【図１１】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、他方の板状部材にスリットを形成する工程を模式的に示す説明図であり、図３中のＺ−Ｚ’断面図である。
【図１２】ハニカム構造体を成形するための口金を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１２に示すハニカム構造体成形用口金を平面αで切断した断面を示す模式的断面図である。
【図１４】実施例におけるハニカム構造体を成形するための口金の接合面の接合良否を示す超音波探傷検査の解析写真である。
【図１５】比較例におけるハニカム構造体を成形するための口金の接合面の接合良否を示す超音波探傷検査の解析写真である。
【図１６】図１４中の実施例の領域Ａ’を示す一部拡大写真である。
【図１７】図１４中の比較例の領域Ａを示す一部拡大写真である。
【図１８】領域Ｄ’および領域Ｄを比較する一部拡大比較写真である。
【図１９】領域Ｂ’および領域Ｂを比較する一部拡大比較写真である。
【図２０】領域Ｃ’および領域Ｃを比較する一部拡大比較写真である。
【図２１】従来の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、押型で板状部材積層体を挟持する状態を模式的に示す模式的説明図である。
【図２２】図８に示す口金によって押出成形されたハニカム構造体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１：異種材料接合体、２：板状部材（一方の板状部材）、３：板状部材（他方の板状部材）、４：板状部材積層体、５：押型、６：固定部、７：ヒータ、８：離型材、１０：輻射熱、１１：開口部、１２：ハニカム構造体、１３：隔壁、１４：セル、１５：挟持面、１６：断熱容器、１７：上カーボン板、１８：下カーボン板、１９：真空容器、２１：口金、２５：スリット、２６：裏孔、２７：ろう材、２８：接合面、３１：非接合領域、３２：接合領域、３７：溝部、３８：非接合領域、３９：非接合領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種材料接合体の製造方法に関する。更に詳しくは、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体、例えば、セラミックスハニカム構造体成形用金型に用いられる高度な成形性が要求される口金等のような接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ精密な異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アルミニウム（Ａｌ）又はＡｌを主成分とする金属からなるＡｌ金属部材と、該Ａｌ金属部材とは異なる材料からなる異種部材とを接合したＡｌ金属接合体において、前記Ａｌ金属部材と前記異種部材との接合界面に、Ｈｖ硬さ２０〜８０（マイクロビッカース；荷重１００ｇｆ）で且つ厚さ０．１〜３ｍｍの軟質金属層を備えたＡｌ金属接合体が開示されている。
【０００３】
このような異種材料接合体を製造する際には、例えば、異種材料からなる二つの板状部材を積層した後、積層した板状部材を一対の押型によって挟持した状態で加熱することにより、積層した二つの板状部材を接合させる方法を用いることがある。
【０００４】
セラミック質のハニカム構造体の製造方法としては、従来から、成形原料（坏土）を導入する裏孔と、この裏孔に連通する格子状等のスリットとが形成された口金基体を備えたハニカム構造体成形用口金を用いて押出成形する方法が広く行われている。この口金は、通常、口金基体の一方の面に、ハニカム構造体の隔壁厚さに対応する幅のスリットが格子状等に設けられており、その反対側の面（他方の面）に、スリットと連通する裏孔が大きな面積で開口して設けられている。そして、この裏孔は、通常、格子状等のスリットが交差する位置に対応して設けられ、両者は、口金基体内部で連通している。従って、裏孔から導入されたセラミック原料等の成形原料は、比較的内径の大きな裏孔から、幅の狭いスリットへと移行して、このスリットの開口部からハニカム構造の成形体（ハニカム成形体）として押出される。
【０００５】
このようなハニカム構造体成形用口金を構成する口金基体としては、例えば、ステンレス合金や超硬合金等の一種類の合金から構成された板状の部材や、例えば、スリットを形成するための部材と裏孔を形成するための部材とのように、異なる二種類の板状の部材を接合して形成された板状の部材が用いられている（例えば、特許文献２または３参照）。
【０００６】
従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、このような口金基体に、上記したスリットと裏孔とを機械加工して形成している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−５９９２号公報
【特許文献２】特開２０００−３２６３１８号公報
【特許文献３】特開２００３−２８５３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体としての従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法において、異なる二種類の板状部材を接合させて口金基体を得る際に、それらの板状部材の間にろう材を配し加熱して二種類の板状部材を接合させることがあるが、例えば、一方の板状部材に予め裏孔とこの裏孔と連通して側面から接合面に沿って設けられた溝部とを形成し、この板状部材と他の板状部材とを接合させる場合は、予め形成した裏孔および溝部内にろう材が侵入し、侵入したろう材が裏孔および溝部内に残留してしまう。このため、スリットの加工時において、裏孔および溝部内のろう材が抵抗となり、スリット加工用の砥石等の工具が破損してしまうことや、形成したスリットに歪みが生じてしまうという問題があった。また、このように裏孔および溝部内にろう材が残留すると、ハニカム構造体を成形する際に、裏孔および溝部からスリットへと連通する流路が、ろう材によって塞がれてしまうことや狭められてしまうことがあり、成形品の品質に悪影響を与えるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、本発明によれば、以下の異種材料接合体の製造方法が提供される。
【００１１】
［１］異種材料からなる二つの板状部材の間の接合面にろう材を配した状態で積層して板状部材積層体を得、前記板状部材積層体を加熱することにより、前記二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造する異種材料接合体の製造方法であって、前記二つの板状部材の一方の板状部材は、側面から前記接合面に沿った複数の溝部が設けられるとともに、前記側面においては前記溝部と連通しつつ開口した複数の開口部と、前記接合面上においては前記溝部で形成された非接合領域と、前記非接合領域で区画され、前記二つの板状部材間を接合する複数の接合領域と、が形成されてなり、一対の押型で前記板状部材積層体をシート状の離型材を介して挟持した状態で、前記開口部に近い前記離型材のシート状の縁部分を前記押型に設けた固定部で固定しながら、前記ろう材が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力を前記ろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、前記非接合領域の間隙で余剰となる前記ろう材を前記開口部より蒸気として排出する異種材料接合体の製造方法。
【００１２】
［２］前記離型材として、ケイ素、炭素、窒化アルミ、酸化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料からなるシート状のものを用いる前記［１］に記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１３】
［３］前記ろう材として、銅、銀、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも一つを含む金属又は合金のろう材を用いる前記［１］または［２］に記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１４】
［４］前記板状部材積層体を、前記押型によって０．１〜１００ＭＰａの圧力をかけて挟持する前記［１］〜［３］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１５】
［５］前記二つの板状部材の一方の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１６】
［６］前記二つの板状部材の他方の板状部材として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いる前記［１］〜［５］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１７】
［７］前記溝部の幅を５０〜１０００μｍとした前記［１］〜［６］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１８】
［８］前記接合領域の面積の最小値を０．１〜１００ｍｍ２とした前記［１］〜［７］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【００１９】
［９］前記異種材料接合体を構成する一方の板状部材に、成形原料を導入するための裏孔を前記溝部と連通するように形成するとともに、前記異種材料接合体を構成する他方の板状部材に、前記成形原料を格子状に成形するためのスリットを前記溝部と連通するように形成して、ハニカム構造体を成形するための口金を前記異種材料接合体として製造する前記［１］〜［８］のいずれかに記載の異種材料接合体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の異種材料接合体の製造方法は、二つの板状部材を接合させた接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ異種材料接合体、例えば、セラミックスハニカム構造体成形用金型に用いられる口金等の異種材料接合体の製造方法であって、この異種材料接合体の製造方法で得られた口金をセラミックスハニカム構造体用金型として用いれば、高度な成形性を実現することが可能である。
【００２１】
特に本発明の異種材料接合体の製造方法は、非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ接合面を有した異種材料接合体の製造時に、非接合領域を流路としてろう材の蒸気が排出されるための開口部を確保することでろう材蒸気の残留を防ぐことが可能である。即ち、開口部に近い位置に配置されたシート状の離型材が熱あるいは押し圧によって反り返って開口部を塞がないように押圧部に設けられた固定部で離型材の縁部を押えることで開口部を確保してろう材の蒸気を排出し、ろう材の蒸気の残留を防ぐ。このため、大口径かつセル密度の高いセラミックスハニカム構造体の成形用金型に用いられる口金等の異種材料接合体を非常に高い精度で得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の異種材料接合体の製造方法の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２３】
図１は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における板状部材積層体を製造する工程を模式的に示す断面図であり、図２は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法によって得られた異種材料接合体を模式的に示す断面図である。更に、図３は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における異種材料接合体をハニカム構造体を成形するための口金として製造したものを模式的に示す断面図である。また、図４は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における、板状部材積層体を押型の間で挟持した状態で加熱する工程を模式的に示す説明図である。図５は、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法における、板状部材積層体を真空容器中の断熱容器中において押型の間で挟持した状態で加熱する工程を模式的に示す説明図である。
【００２４】
なお、図１〜図３においては、板状部材積層体又は異種材料接合体を側方から見た断面図である。図４、図５においては、板状部材積層体又は異種材料接合体を側方から見た模式的説明図である。図９、図１０においてはそれぞれ図２中に示す模式的なＸ−Ｘ’断面図、模式的なＹ−Ｙ’断面図を示す。図１１においては図３中の模式的なＺ−Ｚ’断面図を示す。
【００２５】
本実施の形態の異種材料接合体の製造方法は、図１に示すように、異種材料からなる二つの板状部材２、３の間の接合面２８にろう材２７を配した状態で積層して板状部材積層体４を得、図５に示すように、前記板状部材積層体４を、例えば、ヒータ７の輻射熱１０によって加熱することにより、二つの板状部材２、３が接合された異種材料接合体１を製造する異種材料接合体の製造方法である。
【００２６】
そして更に本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、図１に示すように二つの板状部材２、３の一方の板状部材２に側面から接合面２８に沿った複数の溝部３７が設けられるとともに、側面においては図４に示すような溝部３７と連通しつつ開口した複数の開口部１１と、接合面２８上においては図１０にしめすような溝部３７で形成された非接合領域３１と、非接合領域３１で区画され、二つの板状部材２、３間を接合する複数の接合領域３２と、を形成されてなるものである。
【００２７】
また更に本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、図４に示すような一対の押型５で板状部材積層体４をシート状の離型材８を介して挟持した状態で、開口部１１に近い離型材８のシート状の縁部分を押型５に設けられた固定部６に固定しながら、ろう材２７が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、非接合領域３１で余剰となるろう材２７を開口部１１より蒸気として排出するものである。開口部１１においては図１０の矢印で示すようにろう材の蒸気が外部へ排出する役割も果たしている。
【００２８】
板状部材積層体４を一対の押型５の間で挟持した状態で加熱する際には、図５に示すように、加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧することが可能な真空容器１９内部の断熱容器１６中において板状部材積層体４を挟持した押型５の周囲に配設したヒータ７等によって加熱することができる。
【００２９】
また、押型５は加熱する工程において用いられるため、押型５として、その融点が５００℃以上であり、且つ、板状部材積層体４を構成する板状部材２，３の接合温度の１．５倍以上の融点を有する材料からなるものを用いることが好ましい。このような押型５を用いることにより、押型５の板状部材積層体４への加圧を十分に行うことができ、異種材料接合体を製造した後に、押型５を容易に取り外すことができ、繰り返し使用することができる。更に、加熱する工程における押型５の熱変形を緩和することができる。
【００３０】
なお、上記接合温度とは、接合のために加熱される温度のことであり、具体的には、加熱した時に到達する最高温度である。
【００３１】
なお、特に限定されることはないが、押型５の融点は、１０００℃以上であることが更に好ましく、１５００℃以上であることがより好ましい。このような材料を用いることにより、加熱する工程において板状部材積層体を強固に挟持することができる。また、押型５は、上記した接合温度の２倍以上であることが更に好ましい。
【００３２】
押型５を構成する具体的な材料としては、板状部材積層体４を構成する板状部材２，３の少なくとも一方の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）の１．５倍以上の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）を有する材料であれば特に制限はないが、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、黄銅、タングステン、ベリリウム、イリジウム、モリブデン、ケイ素、炭素、窒化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料を好適例として挙げることができる。
【００３３】
また、上記した材料のうち、タングステン、モリブデン、炭素、窒化アルミ等をより好適に用いることができ、更に、材料がより安価なものであるとともに、加工性も良好であることから、炭素を特に好適に用いることができる。
【００３４】
なお、上記した炭素、例えば、等方性グラファイトカーボンは、その密度によって大きく熱伝達率が変化するため、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法において押型の材料として炭素を用いる場合には、その密度が１．５Ｍｇ／ｍ３以上であることが好ましく、１．７Ｍｇ／ｍ３以上であることが更に好ましい。
【００３５】
このような密度の炭素は、従来の押型に用いられている材料と比較して高い熱伝達性を有するとともに、融点についても極めて高いことから、さまざまな材質の板状部材を用いた異種材料接合体の製造方法に利用することができる。
【００３６】
このように構成された押型５は、極めて良好な熱伝達であり、図５に示すように断熱容器１６中でヒータ７等の輻射熱１０によって素早く加熱することができる。
【００３７】
また、一対の押型５によって板状部材積層体４を挟持する際には、図４に示すように、一対の押型５と板状部材積層体４との間に、予めシート状の離型材８を配した状態で、板状部材積層体４を挟持し、押型５の挟持面１５から板状部材積層体４により均等に熱を伝達させることができるように、押型５と板状部材積層体４との間に隙間を作らないようにすることが好ましい。
【００３８】
このように構成することによって、板状部材積層体４（又は、得られる異種材料接合体１（図２参照））と、押型５の挟持面１５との融着を有効に防止することができるとともに、板状部材積層体４と押型５との密着性を向上させることができる。
【００３９】
なお、シート状の離型材８として弾性率が十分に小さいことが好ましい。具体的な弾性率としては、１００ＧＰａ以下であることが好ましく、１０ＧＰａ以下であることが更に好ましい。このように構成することによって、押型と板状部材との隙間を埋めて、密着を向上させ熱伝達を向上させることができるとともに、面圧分布を均一にすることができる。
【００４０】
なお、この離型材８の材料については特に制限はないが、熱伝達の優れた材料からなるものであることが好ましく、例えば、ケイ素、炭素、窒化アルミ、酸化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料からなるシート状のものを好適に用いることができる。なお、シート状の離型材８は、その厚さが十分に薄いことが好ましく、具体的には、厚さが１ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００４１】
通常、板状部材積層体とシート状の離型材８とは、熱膨張係数が大きく異なることが多い。一般に板状部材積層体の方が熱膨張係数が大きく、更にその熱膨張の違いから昇温中に位置ずれを生じる恐れがある。このため、シート状の離型材８のサイズを板状部材積層体のサイズに合うようにあらかじめカットして使うということが困難である。最低でも、シート状の離型材のサイズを板状部材積層体のサイズよりも５ｍｍ程度は大きめにカットして用いないと、板状部材積層体が離型材よりもはみ出てしまい、離型材としての役割をはたさないことがある。
【００４２】
このような離型材８を用いることにより、板状部材積層体４と押型５との密着性をより向上させることができ、押型５の挟持面１５からの熱を、板状部材積層体４の表面に、より均等に伝達することが可能になる。
【００４３】
また、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法において押型５によって板状部材積層体４を挟持する際には、積層した板状部材２，３の種類や構造によっても異なるが、例えば、押型５によって０．１〜１００ＭＰａの圧力をかけて挟持することが好ましい。このように構成することによって、二つの板状部材２，３の接合後に生じる反りを矯正して、歪みのない異種材料接合体１（図２参照）を得ることができる。
【００４４】
また、図１に示すように、板状部材積層体４を構成する二つの板状部材２，３は、その二つの板状部材２，３の材質に特に制限はないが、例えば、二つの板状部材２，３の一方の板状部材（例えば、板状部材２）として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いることができる。
【００４５】
更に、二つの板状部材２，３のうちの一方の板状部材２として上記した金属又は合金から構成されたものを用いた場合には、他方の板状部材３として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを好適に用いることができる。
【００４６】
このような二つの板状部材２，３を用いることにより、例えば、押出成形等に用いられる口金のように、特に、その一部分にのみ優れた耐摩耗性が求められる異種材料接合体１（図２参照）を製造することができる。
【００４７】
また、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法において、異種材料からなる二つの板状部材２，３を積層して板状部材積層体４を得る際には、図１に示すように、二つの板状部材２，３の間にろう材２７を配した状態で積層し、二つの板状部材２，３の間にろう材２７を配した板状部材積層体４を得る。このように構成することによって、二つの板状部材２，３の接合が容易となって、二つの板状部材２，３の接合面２８における接合強度が向上する。
【００４８】
なお、特に限定されることはないが、ろう材２７としては、二つの板状部材２，３のうちの少なくとも一方の内部に浸透し得る材料からなるものであることが好ましい。このような材料からなるろう材２７を用いることにより、二つの板状部材２，３の接合面にろう材２７が板状部材積層体の層のままの状態で存在することがなく、機械的強度の低下を有効に防止することができる。
【００４９】
本実施の形態の異種材料接合体の製造方法に用いられるろう材２７としては、銅、銀、金、ニッケル、及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むろう材を好適例として挙げることができる。
【００５０】
また、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、例えば、異種材料接合体を構成する一方の板状部材２に、成形原料を導入するための裏孔２６を形成するとともに、異種材料接合体を構成する他方の板状部材３に、図３に示すように成形原料を格子状に成形するためのスリットを形成して、異種材料接合体として、図１２に示すような、ハニカム構造体を成形するための口金２１を製造することもできる。図１３は、図１２中の平面αでの断面図である。隣接する裏孔２６から導入される成形材料が溝部３７で合流し、流速が整えられ、接合面２８においてろう材２７によって接合された他方の板状部材３には溝部３７と対応する位置にスリット２５が設けられている。このスリットから所望のハニカム形状の成形体を成形することができる。
【００５１】
図９、図１０においてはそれぞれ図２中に示す模式的なＸ−Ｘ’断面図、模式的なＹ−Ｙ’断面図を示す。図９に示すように規則的に配置された裏孔２６が成型材料の導入孔となって溝部３７において隣接する裏孔どうしが連通し、成形材料の流速が均等化される。また図１０に示すような接合面２８においては異種材料接合体の側面となる外周の全周に渡って溝部３７が形成されることで開口部１１が設けられ、この開口部１１を通じて加熱時にろう材の蒸気が図中の矢印のように排出されるものである。本実施の形態の異種材料接合体の製造方法によれば図１０に示すような接合面２８において、接合領域３２の面積の最小値を０．１〜１００ｍｍ２とすることが好ましい。本実施の形態の異種材料接合体の製造方法によれば、接合領域３２の面積の最小値が０．１〜１００ｍｍ２の範囲であって図１０に示すような複雑な形状であっても高い精度で充分な強度で異種材料の接合を行うことができる。
【００５２】
従来の異種材料接合体の製造方法においては、この開口部１１は、従来の異種材料接合体の製造方法においては図６に示すような異種材料積層体４の模式的断面図のように、シート状の離型材８が上カーボン板１７と下カーボン板１８を備えた押し型５と、異種材料積層体４との間に直接設けられていたため、図７に示すように異種材料積層体４の加熱時において離型材８の縁部に反り返りを生じて、側面に設けられた開口部１１を覆ってしまう問題も生じていた。
【００５３】
このため、本実施の形態の異種材料接合体の製造方法においては、図８に示すように異種材料積層体４の加熱する工程における加熱時に離型材８の縁部に反り返しを生じさせないために下カーボン板１８を備えた押し型５に固定部６を設け、この固定部６で離型材８の縁部を固定するものとした。このとき、接合面２８に沿って設けられた溝部３７が開口部１１と連通しているので、この開口部１１からろう材２７の蒸気が排出される。ただし、一対の押し型５に設ける固定部６は開口部１１が近い側の一方であれば良く、開口部が上カーボン板１７を備えた押し型５に近い場合には、この上カーボン板１７に固定部を設け、カーボン板１７と異種材料積層体４との間に設けられた離型材（図示せず）の縁部を固定する。
【００５４】
この固定部６は、シート状の離型材８の縁部が開口部１１に覆うのを防ぐものであればよく、押型５の狭持面１５に溝形状を設け、この溝形状の内部に縁部を収容して固定部６とすることもできる。固定部６の形状や構造については特に限定するものではない。固定部６の一例として図８に示すように、板状部材積層体４の縁部分からの距離が０〜１００ｍｍの位置に設けた溝状の隙間を下カーボン板１８（押型５）の表面に設けて、シート状の離型材８を固定部６としての溝状の隙間の中に折り曲げて固定することが好ましく、この距離を５〜５０ｍｍとすることがより好ましい。
【００５５】
図１０に示すように接合面２８においては裏孔２６および溝部３７と対応するそれぞれの非接合領域３８、３９とが開口部１１とともに連通している。溝部３７によって区画される複数の精密かつ複雑な形状の接合領域３２はろう材の浸透作用によって充分な強度で接合される。接合面２８における複数の接合領域３２で接合される他方の板状部材３に設けられるスリット２５を図３中のＺ−Ｚ’断面図として図１１に示す。このスリット２５は溝部３７と対応した位置に設け、スリット２５の幅を成形する用途に応じて所望の幅に調節することで、成形用口金２１として用いることができる。
【００５６】
従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、一方の板状部材２と他方の板状部材３とを、ろう材（例えば、純銅）の融解する温度以上に加熱して接合させる際には、ろう材（純銅）の融解し、且つ加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧することより、接合時に裏孔２６内に侵入するろう材２７を気化して取り除いていたが、一方の板状部材に形成した裏孔２６および溝部３７内にろう材２７の一部が侵入し、裏孔２６および溝部３７内に残留してしまう。
【００５７】
裏孔２６および溝部３７内にろう材２７が残留すると、他方の板状部材３を貫通するようにスリット２５（図３参照）を形成する際に、このろう材２７が抵抗となり、形成したスリット２５（図６参照）に歪みを生じさせたり、スリット２５（図６参照）を形成するための砥石等の工具を破損させることがある。また、裏孔２６内にろう材２７が残留すると、ハニカム構造体成形用口金１の裏孔２６からスリット２５まで連通する流路が塞がってしまったり、狭まったりするため、成形品の品質に悪影響を与えるという問題もあった。また近年のハニカム構造体の口径の増大や薄壁の高密度化に伴って、接合面の接合領域と非接合領域とがともに緻密になり要求される精度が高くなり、ろう材の蒸気が接合面内部のこの非接合領域から充分に排出されずに残留した場合、わずかな量であっても影響が無視できなくなった。
【００５８】
本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、ろう材（銅）の融解し、且つ加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧し、更に溝部３７と連通した開口部１１を側面に設けて離型材８の縁部がこの開口部１１をふさがないように押し型５に設けられた固定部６で固定することで接合時に裏孔２６および溝部３７内に侵入するろう材２７を気化して開口部１１から取り除くことができる。このため、口金基体２２の一部を構成する他方の板状部材３にスリット２５を形成する際に、裏孔２６内に侵入したろう材２７が抵抗になることがなく、歪み等のないスリット２５を正確で簡便に形成することができる。また、より高品質な製品を得ることができるようになる。
【００５９】
このような口金２１は、成形原料を導入するための裏孔２６が形成された板状部材２と、この成形原料を格子状に成形するためのスリット２５が形成された板状部材３とが接合された異種材料接合体１からなる口金２１である。図３中の口金２１のＺ−Ｚ’断面を図１１に示す。図１１に示すように口金２１にスリット２５が格子状に形成され、このようなスリット２５を形成することで図２２に示すような多孔質の隔壁１３によって区画形成された流体の流路となる複数のセル１４を有したハニカム構造体１２の押出成形用に用いることができる。
【００６０】
なお、図２２に示すようなハニカム構造体１２は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排気ガス中の微粒子捕集フィルター等に好適に用いることができる。
【００６１】
図８に示すような口金２１を製造する際には、例えば、まず、図１に示すように、二つの板状部材２，３のうちの一方の板状部材２に裏孔２６を形成し、この裏孔２６を形成した板状部材２と、他の板状部材３とを積層して板状部材積層体４を得る。
【００６２】
上記した裏孔２６は、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等による従来公知の方法によって形成することができる。
【００６３】
裏孔２６の開口径の大きさは、製造するハニカム構造体成形用口金１の大きさや、押出成形するハニカム構造体１２（図２２参照）の形状等によって適宜決定することができるが、例えば、裏孔２６の開口径の大きさは、１０〜０．１ｍｍであることが好ましく、３〜０．５ｍｍであることが更に好ましい。このような裏孔２６を形成する方法については特に制限はないが、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等による従来公知の方法を好適に用いることができる。ただし、この裏孔は上述のように一方の板状部材２あらかじめ設けておいても良いし、異種材料接合体１を形成してから設けるものであっても良い。
【００６４】
また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、図１に示すように、一方の板状部材に裏孔２６を形成する前又は裏孔２６を形成した後に、一方の板状部材の一方の表面に、スリットの形状に対応した格子状の溝部３７を形成する。この格子状の溝部３７は、裏孔２６から導入された成形材料の緩衝部として機能するため、得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔から導入した成形原料を支障なく滑らかに移動させることができ、高度な成形性を実現するとともに、高精度にハニカム構造体を成形することができる。
【００６５】
また、このような格子状の溝部３７を接合面に沿って形成しておくことにより、口金基体の一部を構成する他方の板状部材に研削加工等によりスリットを形成する場合に、この格子状の溝部３７まで連通した時点でスリットの形成を停止することができ、一方の板状部材を余分に加工する必要がない。このため、加工に用いる砥石等の劣化を有効に防止することができる。さらに、このように裏孔と溝部とを予め形成することにより、熱膨張係数の差による熱応力が小さくなるので、一方の板状部材と他方の板状部材とを接合させた際に、接合面２８における剥れを少なくすることができる。
【００６６】
このような格子状の溝部３７を形成する方法としては、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また、溝部３７の深さは０．１〜３．０ｍｍで、幅が０．１〜１．０ｍｍとすることが好ましい。
【００６７】
次に、図５に示すように、得られた板状部材積層体４を、真空容器１９の断熱容器１６内部で炭素を主成分とする材料からなる押型５（上カーボン板１７、下カーボン板１８）の間で挟持した状態で加熱して、ろう材（銅）の融解し、且つ加熱雰囲気の圧力をろう材２７の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧し、更に溝部３７と連通した開口部１１を側面に設けて離型材８の縁部がこの開口部１１をふさがないように押し型５に設けられた固定部６で固定することで接合時に裏孔２６および溝部３７内に侵入するろう材２７を気化して開口部１１から取り除くことができる。板状部材積層４を構成する二つの板状部材２，３を接合させる。
【００６８】
次に、図３に示すように、他方の板状部材３に成形原料を格子状に成形するためのスリット２５を形成して、ハニカム構造体を成形するための口金２１（異種材料接合体１）を製造する。
【００６９】
上記したスリット２５、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等による従来公知の方法によって形成することができる。
【００７０】
特に、このような口金２１を製造する場合には、一方の板状部材２として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用い、更に、他方の板状部材３として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いることにより、耐摩耗性に優れた口金２１を製造することができる。
【００７１】
なお、本発明の異種材料接合体の製造方法は、異種材料からなる二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造するための製造方法であるが、勿論、同種の材料からなる二つの板状部材を接合して板状部材接合体を製造する製造方法としても好適に用いることができる。なお、このような同種材料からなる板状部材接合体を製造する際には、使用する材料として、同種の材料からなる二つの板状部材を用いること以外は、これまでに説明した異種材料接合体の製造方法と同様の方法によって板状部材接合体を製造することができる。
【実施例】
【００７２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
（実施例）
一方の板状部材に成形原料を導入するための裏孔と、一方の板状部材の接合面とする表面に、スリットの形状に対応した格子状の溝部を窒化ボロン砥石による研削加工で形成し、この接合面にはろう材を配して、一方の板状部材と他方の板状部材とを積層して板状部材積層体を得る。次にこの板状部材積層体を離型材を介して押型で狭持した状態で真空容器内で加熱して口金基体を得、得られた口金基体の一部を構成する他方の板状部材に、一方の板状部材の溝部と連通するスリットを形成してハニカム構造体成形用口金を製造した。
【００７４】
実施例においては、ＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ；１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部（単位は質量％））から構成された一方の板状部材と、ＷＣ−１６質量％Ｃｏの炭化タングステン基超硬合金から構成された他方の板状部材と、銅から構成されたろう材と、を用いてハニカム構造体成形用口金の製造を行った。
【００７５】
一方の板状部材は、その面の大きさが直径２１５ｍｍの円形で、厚さが１５ｍｍであり、他方の板状部材は、その面の大きさが直径２１０ｍｍの正方形で、厚さ２．５ｍｍであり、ろう材は、その面の大きさが直径２１０ｍｍの円形で、厚さが０．０１０ｍｍである。シート状の離型材は、その面の大きさが２２０ｍｍ×２２０ｍｍの正方形で厚さが０．２ｍｍである。
【００７６】
まず、一方の板状部材に、後の工程で形成する格子状のスリットの交点に相当する位置に、開口径１．１４ｍｍの裏孔を電解加工（ＥＣＭ加工）によって形成した。更に、接合面となる表面のスリットに相当する位置に格子状の溝部を縦横ともに同じ幅で０．３ｍｍとし、深さ０．５ｍｍで間隔を０．８ｍｍあけて設けることにより、裏孔と側面の開口部とを連通させた。
【００７７】
次に、一方の板状部材と他方の板状部材とを、その間にろう材を配して積層し一対の押型で離型材を介して狭持し、押型に設けられた固定部によって離型材の縁部が開口部を塞がないように固定した。次いでろう材（銅）が融解し、且つこのろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで加熱減圧して、一方の板状部材と他方の板状部材とを接合させて口金基体を得た。具体的な加熱条件は、加熱温度１１２０℃とし、圧力０．１３３Ｐａ以下とした。
【００７８】
得られた口金基体を常温まで降温した後、他方の板状部材に、一方の板状部材の裏孔と連通するスリットを形成してハニカム構造体成形用口金を得た。スリットは、ダイヤモンド砥石によって四角形の格子状に形成した。スリットの幅は約１００μｍ、深さは約２．５ｍｍとし、隣接するスリット相互の間隔は約１０００μｍとした。
【００７９】
本実施例のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、開口部が離型材で覆われることがないため、裏孔内に侵入したろう材が加熱時に気化してこの開口部を通じて除去されていた。このため、他方の板状部材にスリットを形成する際に、ろう材が抵抗になることがなく、歪みのないスリットを正確且つ簡便に形成することができた。また、得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔内にろう材が残留しておらず、且つスリットの幅が均一に形成されていることから、高品質なハニカム構造体を形成することができた。さらに、得られたハニカム構造体成形用口金は、格子状の溝部が緩衝部となるため、裏孔から導入した成形原料を支障なく滑らかに移動させることができ、高度な成形性を実現するとともに、高精度にハニカム構造体を成形することができた。
【００８０】
なお、一方の板状部材の裏孔および溝部内に侵入したろう材の除去についての確認は、超音波探傷検査によって行った。図１４に実施例の解析結果を示す。また、図１４中の領域Ａ’を図１６に示す。
【００８１】
（比較例）
実施例と同様の材料を用い、加熱する工程において、離型材の縁部を固定部で固定しないで加熱し、接合させて口金基体を得た以外は、実施例と同様の方法にてハニカム構造体成形用口金を製造した。
【００８２】
本比較例のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、加熱終了後に、一方の板状部材の裏孔および溝部内にろう材が残留していたため、スリットの加工時における抵抗が大きく、均一の幅のスリットを形成することができなかった。また、得られたハニカム構造体成形用口金は、裏孔からスリットへと連通する流路がろう材によって塞がれている箇所があり、成形品に欠陥等を生じさせることがあった。一方の板状部材の裏孔および溝部内に侵入したろう材の除去についての確認は、実施例と同様に超音波探傷検査によって行った。図１５に比較例の解析結果を示す。また、図１５中の領域Ａを図１７に示す。
【００８３】
実施例の領域Ａ’中の領域Ｂ’領域Ｃ’、領域Ｄ’とそれぞれ対応する位置の比較例の領域Ａ中の領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄとを比較した解析結果を比較写真としてそれぞれ、図１９、図２０、図１８に示す。各図において接合領域は黒く、非接合領域は灰色に表示される。実施例においては非接合領域がろう材によって塞がれることがなく、比較例においてはろう材によって非接合領域が塞がれている（各比較写真の黒い部分）ことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の異種材料接合体の製造方法は、異種材料からなる二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造する方法、特に、セラミックスハニカム構造体成形用金型等に用いられる口金のように、その一部分にのみ優れた耐摩耗性が求められ、接合面における非接合領域と接合領域とが複雑に入り組んだ精密な異種材料接合体を高い精度で得ることが可能な異種材料接合体の製造方法として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、板状部材積層体を製造する工程を模式的に示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た模式的断面図である。
【図２】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態によって得られた異種材料接合体を側方から見た模式的断面図である。
【図３】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態の他の例における、他方の板状部材にスリットを形成する工程を模式的に示す説明図であり、板状部材積層体の表面に垂直な断面図である。
【図４】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、押型で板状部材積層体を挟持する状態を模式的に示す模式的説明図である。
【図５】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、真空容器中で板状部材積層体を押型の間で挟持した状態で加熱する工程を模式的に示す模式的説明図である。
【図６】従来の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、加熱前の離型材の状態を示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た側面図である。
【図７】従来の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、加熱時の離型材の状態を示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た側面図である。
【図８】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、加熱前および加熱時の離型材の状態を示す説明図であり、板状部材積層体を側方から見た側面図である。
【図９】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態によって得られた異種材料接合体の図２中のＸ−Ｘ’断面図である。
【図１０】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態によって得られた異種材料接合体の接合面を示す図２中のＹ−Ｙ’断面図である。
【図１１】本発明の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、他方の板状部材にスリットを形成する工程を模式的に示す説明図であり、図３中のＺ−Ｚ’断面図である。
【図１２】ハニカム構造体を成形するための口金を模式的に示す斜視図である。
【図１３】図１２に示すハニカム構造体成形用口金を平面αで切断した断面を示す模式的断面図である。
【図１４】実施例におけるハニカム構造体を成形するための口金の接合面の接合良否を示す超音波探傷検査の解析写真である。
【図１５】比較例におけるハニカム構造体を成形するための口金の接合面の接合良否を示す超音波探傷検査の解析写真である。
【図１６】図１４中の実施例の領域Ａ’を示す一部拡大写真である。
【図１７】図１４中の比較例の領域Ａを示す一部拡大写真である。
【図１８】領域Ｄ’および領域Ｄを比較する一部拡大比較写真である。
【図１９】領域Ｂ’および領域Ｂを比較する一部拡大比較写真である。
【図２０】領域Ｃ’および領域Ｃを比較する一部拡大比較写真である。
【図２１】従来の異種材料接合体の製造方法の一の実施の形態における、押型で板状部材積層体を挟持する状態を模式的に示す模式的説明図である。
【図２２】図８に示す口金によって押出成形されたハニカム構造体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１：異種材料接合体、２：板状部材（一方の板状部材）、３：板状部材（他方の板状部材）、４：板状部材積層体、５：押型、６：固定部、７：ヒータ、８：離型材、１０：輻射熱、１１：開口部、１２：ハニカム構造体、１３：隔壁、１４：セル、１５：挟持面、１６：断熱容器、１７：上カーボン板、１８：下カーボン板、１９：真空容器、２１：口金、２５：スリット、２６：裏孔、２７：ろう材、２８：接合面、３１：非接合領域、３２：接合領域、３７：溝部、３８：非接合領域、３９：非接合領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種材料からなる二つの板状部材の間の接合面にろう材を配した状態で積層して板状部材積層体を得、前記板状部材積層体を加熱することにより、前記二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造する異種材料接合体の製造方法であって、
前記二つの板状部材の一方の板状部材は、側面から前記接合面に沿った複数の溝部が設けられるとともに、前記側面においては前記溝部と連通しつつ開口した複数の開口部と、前記接合面上においては前記溝部で形成された非接合領域と、前記非接合領域で区画され、前記二つの板状部材間を接合する複数の接合領域と、が形成されてなり、
一対の押型で前記板状部材積層体をシート状の離型材を介して挟持した状態で、前記開口部に近い前記離型材のシート状の縁部分を前記押型に設けた固定部で固定しながら、前記ろう材が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力を前記ろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、前記非接合領域の間隙で余剰となる前記ろう材を前記開口部より蒸気として排出する異種材料接合体の製造方法。
【請求項２】
前記離型材として、ケイ素、炭素、窒化アルミ、酸化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料からなるシート状のものを用いる請求項１に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項３】
前記ろう材として、銅、銀、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも一つを含む金属又は合金のろう材を用いる請求項１または２に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項４】
前記板状部材積層体を、前記押型によって０．１〜１００ＭＰａの圧力をかけて挟持する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項５】
前記二つの板状部材の一方の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いる請求項１〜４のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項６】
前記二つの板状部材の他方の板状部材として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いる請求項１〜５のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項７】
前記溝部の幅を５０〜１０００μｍとした請求項１〜６のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項８】
前記接合領域の面積の最小値を０．１〜１００ｍｍ２とした請求項１〜７のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項９】
前記異種材料接合体を構成する一方の板状部材に、成形原料を導入するための裏孔を前記溝部と連通するように形成するとともに、前記異種材料接合体を構成する他方の板状部材に、前記成形原料を格子状に成形するためのスリットを前記溝部と連通するように形成して、前記異種材料接合体としてハニカム構造体を成形するための口金を製造する請求項１〜８のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項１】
異種材料からなる二つの板状部材の間の接合面にろう材を配した状態で積層して板状部材積層体を得、前記板状部材積層体を加熱することにより、前記二つの板状部材が接合された異種材料接合体を製造する異種材料接合体の製造方法であって、
前記二つの板状部材の一方の板状部材は、側面から前記接合面に沿った複数の溝部が設けられるとともに、前記側面においては前記溝部と連通しつつ開口した複数の開口部と、前記接合面上においては前記溝部で形成された非接合領域と、前記非接合領域で区画され、前記二つの板状部材間を接合する複数の接合領域と、が形成されてなり、
一対の押型で前記板状部材積層体をシート状の離型材を介して挟持した状態で、前記開口部に近い前記離型材のシート状の縁部分を前記押型に設けた固定部で固定しながら、前記ろう材が融解する温度以上に加熱するとともに、加熱雰囲気の圧力を前記ろう材の蒸気圧よりも低い圧力まで減圧して、前記非接合領域の間隙で余剰となる前記ろう材を前記開口部より蒸気として排出する異種材料接合体の製造方法。
【請求項２】
前記離型材として、ケイ素、炭素、窒化アルミ、酸化アルミ、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含む材料からなるシート状のものを用いる請求項１に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項３】
前記ろう材として、銅、銀、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも一つを含む金属又は合金のろう材を用いる請求項１または２に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項４】
前記板状部材積層体を、前記押型によって０．１〜１００ＭＰａの圧力をかけて挟持する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項５】
前記二つの板状部材の一方の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いる請求項１〜４のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項６】
前記二つの板状部材の他方の板状部材として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いる請求項１〜５のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項７】
前記溝部の幅を５０〜１０００μｍとした請求項１〜６のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項８】
前記接合領域の面積の最小値を０．１〜１００ｍｍ２とした請求項１〜７のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【請求項９】
前記異種材料接合体を構成する一方の板状部材に、成形原料を導入するための裏孔を前記溝部と連通するように形成するとともに、前記異種材料接合体を構成する他方の板状部材に、前記成形原料を格子状に成形するためのスリットを前記溝部と連通するように形成して、前記異種材料接合体としてハニカム構造体を成形するための口金を製造する請求項１〜８のいずれか１項に記載の異種材料接合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２１】
【図２２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２１】
【図２２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２２０１２０（Ｐ２００９−２２０１２０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６４３１０（Ｐ２００８−６４３１０）
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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