金属の接合方法
【課題】ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を、金属部材の表面形状を制御することで実現する。
【解決手段】金属１０１の表面に電子ビーム１１１を照射することで、金属１０１の表面形状を加工し、ビーム照射領域１２３で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属と接合する。上記加工では、例えば、金属１０１の表面粗さの値を減少させる、または、金属１０１の表面に、直径及び深さが５００μｍ以下の複数のディンプルを形成する、または、上記金属の表面に、幅及び深さが５００μｍ以下の互いに平行な複数の溝を形成する。
【解決手段】金属１０１の表面に電子ビーム１１１を照射することで、金属１０１の表面形状を加工し、ビーム照射領域１２３で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属と接合する。上記加工では、例えば、金属１０１の表面粗さの値を減少させる、または、金属１０１の表面に、直径及び深さが５００μｍ以下の複数のディンプルを形成する、または、上記金属の表面に、幅及び深さが５００μｍ以下の互いに平行な複数の溝を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の接合方法に関し、例えば、ロウ付けやはんだ付けによる金属の接合に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
ロウ材やはんだ等の接合材料を用いた金属の接合は、タービン発電機のコイルの接続や超伝導機器の超伝導線の接続等に広く利用されている。
【０００３】
ロウ付けの一般的な処理手順では、金属基材の表面を酸洗して、汚れや酸化膜等を除去した後、表面の酸化防止やロウ材の濡れ性の向上のために、フラックスと呼ばれる薬品を接合面に塗布する。続いて、ロウ材を接合面に置いて接合面を加熱する、又は、基材を加熱してから接合面にロウ材を押し当てることにより、接合面全体にロウ材を溶かす。最後に、接合面全体を冷却して、ロウ材を再び固相状態に戻し、接合を完了する。
【０００４】
一方、はんだ付けでは、接合面の油分等を除去し、フラックスを接合面に塗布した後、加熱した接合部にはんだを流し込むのが通常である。
【０００５】
ロウ付けやはんだ付けのように、接合時に溶融する接合材料を用いた接合では、基材表面と接合材料との濡れ性が、接合強度等の信頼性に著しく影響を及ぼす。基材表面と接合材料との濡れ性は、基材表面と接合材料との組合せによって異なる。一般には、濡れ性が高く、濡れ広がりやすい組合せの方が、勘合部に浸透しやすく、良好な接合を得られることが知られている。
【０００６】
濡れ性は、接合材料を構成する原子と基材を構成する原子との間の本質的な親和性や、表面の酸化の程度や、表面粗さ等により変化する。従来のロウ付けやはんだ付けでは、この濡れ性を積極的に制御することは困難であった。
【０００７】
また、近年の環境問題や、フラックスの残渣による接合部の電気的特性の低下の問題等から、フラックスを用いない接合へのニーズが高まりつつある。例えば、プラズマを利用する方法（特許文献１，２を参照）や、接合面に金メッキを施しておく方法（特許文献３を参照）等が提案されているが、広範な適用には至っていないのが現状である。
【０００８】
ところで近年、パルス電子ビームを用いた金属表面の処理に関する技術が進展しつつある（非特許文献１，２を参照）。この処理では、パルス幅１ｍｓ以下のパルス電子ビームを発生させ、この電子ビームでパルス的に金属表面を照射することで、金属の表面形状を任意の形状に加工する。これまで、この処理は、金型の表面仕上げ用の鏡面処理を中心に用いられてきた。しかしながら、この技術の積極的な用途展開は、他には特に検討されていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−５０００２６号公報
【特許文献２】特開平９−２３５６８６号公報
【特許文献３】特開２００６−６８７７２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】宇野義幸、外４名「大面積パルス電子ビームによる金型の仕上げと表面改質」電気加工技術、社団法人電気加工学会、平成１５年６月、第２７巻、第８６号、ｐ．１２−１７
【非特許文献２】藪下法康、外４名「大面積電子ビームによる金型加工面仕上げに関する研究（第２報）」−傾斜面平滑化特性と表面改質効果−電気加工学会全国大会（２００３）講演論文集、社団法人電気加工学会、平成１５年１２月、ｐ．４７−５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えば、タービン発電機のロータやステータのコイルは、その端部がロウ付けによって接合される。この際、ロウ材が狭隘部まで入り込まないと、電気抵抗が大きくなるだけでなく、良好な接合強度を得ることができない。また、コイルを水冷する場合には、水漏れが生じるなど、発電機の信頼性に大きな影響が及ぶ。
【００１２】
また例えば、超伝導機器における超伝導線の接合などは、一般には、はんだ付けによってなされている。よって、はんだの濡れ性が悪いと、やはり超伝導線の導電性やはんだの接合強度等に問題が生じる。
【００１３】
更に、ロウ材やはんだが溶融後に広がる領域や方向を制御することができれば、ロウ材やはんだに起因する基材の電気的、機械的特性の劣化を抑制することができるため、より信頼性の高い接合処理が可能となる。
【００１４】
本発明は、以上の問題を踏まえ、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を、金属部材の表面形状を制御することで実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の態様は、例えば、金属の表面に電子ビームを照射することで、前記金属の表面形状を加工し、前記金属を、前記電子ビームが照射された領域であるビーム照射領域で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属と接合する金属の接合方法である。前記加工では、例えば、前記金属の表面粗さの値を減少させる、または、前記金属の表面に、直径及び深さが５００μｍ以下の複数のディンプルを形成する、または、前記金属の表面に、幅及び深さが５００μｍ以下の互いに平行な複数の溝を形成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を、金属部材の表面形状を制御することで実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における金属の表面形状の加工方法の例（表面粗さを減少させた場合）について説明するための平面図である。
【図２】第１実施形態における金属の表面形状の加工方法の例（ディンプルを形成した場合）について説明するための平面図である。
【図３】第１実施形態における金属の表面形状の加工方法の例（溝を形成した場合）について説明するための平面図である。
【図４】例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり面積の比を示したグラフである。
【図５】例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり部分の短径／長径の値の比を示したグラフである。
【図６】ビーム照射領域を帯状に形成した試験片の平面図である。
【図７】継ぎ手の作製手順を説明するための斜視図である。
【図８】例１〜例３及び比較例１に相当する試験片から作製した継ぎ手の引っ張り強度の比を示したグラフである。
【図９】例２、例４、及び比較例１に相当する試験片から作製した継ぎ手の引っ張り強度の比を示したグラフである。
【図１０】例５、比較例１、及び比較例２に相当する試験片から作製した継ぎ手の引っ張り強度の比を示したグラフである。
【図１１】第１実施形態の金属の接合方法のフローを示したフローチャート図である。
【図１２】第２実施形態におけるタービン発電機のコイルの接続方法の例について説明するための斜視図である。
【図１３】図１２に示すコイルの拡大断面図である。
【図１４】第３実施形態における超伝導線の接続方法の例について説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ロウ付けやはんだ付け等の接合処理と、その前処理とを含む本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の実施形態では、ロウ付け処理について説明するが、以下の説明は、はんだ付け処理にも適用可能である。ロウ付け処理とはんだ付け処理は、接合材料を溶かして接合するという観点では、溶融温度の違いはあるものの、実質的には同様のプロセスである。従って、以下に示す前処理の方法や前処理用の装置は、はんだ付けにもそのまま利用可能である。
【００１９】
（第１実施形態）
図１から図３は、第１実施形態における金属１０１の表面形状の加工方法の例について説明するための平面図である。
【００２０】
金属１０１は、金属基材であり、詳細には、面積が３０×３０ｍｍ２で厚さが５ｍｍの純銅基材である。本実施形態では、金属１０１の表面に、パルス幅が１ｍｓ以下のパルス電子ビーム１１１を照射することで、金属１０１の表面形状を加工した。更には、JIS Z 3191の硬ろうの広がり試験方法に準じた方法で、金属１０１の濡れ性を評価した。なお、電子ビーム１１１の周波数及びビーム出力は、０．５ｋＨｚ及び１０ｍＡとした。
【００２１】
図１から図３には、電子ビーム１１１の１パルス当たりの照射範囲１２１と、電子ビーム１１１の走査軌跡１２２が示されている。図１から図３には更に、電子ビーム１１１が照射された領域であるビーム照射領域１２３が示されている。
【００２２】
図１に示す例１では、ビーム照射領域１２３のほぼ全面を走査するビーム照射により、ビーム照射領域１２３における金属１０１の表面粗さの値（Ｒｙ）が、３μｍから１μｍに減少している。例１の処理は、金属１０１の表面を鏡面化する鏡面処理に相当する。
【００２３】
また、図２に示す例２では、ランダムなビーム照射により、金属１０１の表面に、直径約１０μｍ、深さ約５μｍのディンプルが複数形成されている。例２では、ディンプルの密度は、約２５０個／ｍｍ２となっている。
【００２４】
また、図３に示す例３では、照射範囲１２１の重なりを大きく取りつつビーム照射領域１２３を一方向に走査するビーム照射により、幅約１０μｍ、深さ約５μｍの互いに平行な溝が複数形成されている。例３では、各溝の長さは、５０ｍｍとなっている。
【００２５】
図４は、例１から例３における金属１０１の濡れ性の評価結果を示したグラフである。図４では更に、機械加工のままの純銅基材の濡れ性の評価結果が、比較例１として示されている。
【００２６】
図４の評価結果を得る際にはまず、例１〜例３及び比較例１に相当する４種類の試験片を用意し、これら試験片を酸洗した。次に、５０ｇのロウ材ＢＡｇ−８（JIS Z 3261）を各試験片に乗せ、各試験片にフラックスを塗布し、１０℃／秒の速度で加熱した。次に、各試験片をロウ付け温度８３０℃で３０秒間保持し、その後冷却し、ロウ材の濡れ広がり面積を測定した。この濡れ広がり面積の大きさが、濡れ性に相当する。
【００２７】
図４は、例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり面積の比を示している。ただし、図４では、比較例１における濡れ広がり面積を１としている。
【００２８】
図４によれば、例１〜例３では、比較例１に比べ、広がり面積が拡大しており、濡れ性が向上していることが解る。特に、ランダムにディンプルを形成した例２が優れた効果を持っているが、この傾向は、ロウ材と基材との組合せによって異なるものと考えられる。例１〜例３のうちのどれか最も優れているかは、ロウ材と基材との組合せによって異なるものと考えられる。
【００２９】
次に、ロウ材が濡れ広がった部分を楕円とみなし、短い方向の直径（短径）を長い方向の直径（短径）で割った値を算出した。図５は、例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり方向の異方性を示したグラフである。図５は、ロウ材の濡れ広がり部分における短径／長径の値の比を示している。ただし、図５では、比較例１における短径／長径の値を１としている。
【００３０】
図５によれば、短径／長径の値は、例３と比較例との間で、特に大きな差異が生じることが解る。例３に相当する試験片上のロウ材を観察したところ、当該試験片上では、溝に沿ってロウ材が広がっていた。
【００３１】
そこで、図６に示すように、ビーム照射領域１２３を帯状に形成した試験片を用意し、この試験片について濡れ性の評価を行った。なお、このビーム照射領域１２３には、例２と同様に、多数のディンプルを形成した。
【００３２】
図６に示す試験片について、ロウ材の濡れ広がり部分における短径／長径の値を算出したところ、例３と同様に、濡れ広がり方向に異方性が認められた。このことから、本実施形態における前処理、即ち、電子ビーム１１１の照射により金属１０１の表面形状を加工する処理によれば、濡れ広がり方向を制御できることが理解される。
【００３３】
続いて、前処理を行った金属１０１から継ぎ手を作製する処理について説明する。図７は、継ぎ手の作製手順を説明するための斜視図である。
【００３４】
図７(Ａ)に示す金属１０１は、ビーム照射領域１２３が形成されている。本実施形態ではまず、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を置く。次に、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を介して、他の金属１０２を置く。金属１０２は例えば、金属１０１と同一組成の金属基材である。次に、金属１０１と金属１０２の接合面を加熱して、ロウ材１３１を溶かし、その後、接合面を冷却して、ロウ材１３１を再び固相状態に戻す。これにより、図７(Ｂ)のように、金属１０１と金属１０２とが、ビーム照射領域１２３で、ロウ付けにより接合される。これにより、継ぎ手が完成する。
【００３５】
なお、金属１０２側の接合面は、ビーム照射領域が形成されていても、ビーム照射領域が形成されていなくても構わない。即ち、本実施形態では、２つの金属を接合する場合、両方の金属の接合面がビーム照射領域となっていてもよいし、片方の金属の接合面のみがビーム照射領域となっていてもよい。
【００３６】
次に、例１〜例３及び比較例１に相当する４種類の試験片から、４種類の継ぎ手を作製した。次に、これら４種類の継ぎ手について、引っ張り試験を行った。図８は、この引っ張り試験の試験結果を示したグラフである。図８は、純銅及び上記４種類の継ぎ手の引っ張り強度の比を示している。ただし、図８では、純銅の引っ張り強度を１としている。
【００３７】
基材材料である純銅の引張強度を１とした場合、比較例１の継ぎ手はその約７割の強度を有している。一方、例１〜例３の継ぎ手は、ほぼ純銅に近い強度を有しており、特に、例２では、破断は基材内部で生じている。このことから、本実施形態の前処理が、接合強度を高めるのに効果的であることが解る。
【００３８】
次に、非連続的な電子ビーム（パルス電子ビーム）により前処理を行う例２と、連続的な電子ビームにより前処理を行う例４と、比較例１との比較を行った。この比較に際し、例２、例４、及び比較例１に相当する３種類の試験片から、３種類の継ぎ手を作製した。次に、これら３種類の継ぎ手について、引っ張り試験を行った。なお、例２及び例４では共に、試験片の表面に、直径約１０μｍ、深さ約５μｍのディンプルを複数形成した。
【００３９】
図９は、この引っ張り試験の試験結果を示したグラフで、純銅及び上記３種類の継ぎ手の引っ張り強度の比を示している。ただし、純銅の引っ張り強度を１としている。
【００４０】
図９によれば、例２の継ぎ手の方が、例４の継ぎ手よりも接合強度が高いことが解る。これは、パルス電子ビームの方が基材への熱影響が少ないことや、表面の不純物が基材内部に取り込まれることなく瞬間的に蒸発、消滅することに起因すると考えられる。
【００４１】
また、図９によれば、例２の継ぎ手と例４の継ぎ手は、いずれも比較例１の継ぎ手よりも接合強度が高いことが解る。よって、本実施形態では、電子ビームはパルス状でも連続的でもよい。しかしながら、例２の継ぎ手の方が例４の継ぎ手よりも接合強度が高いことを鑑みれば、本実施形態では、電子ビームはパルス状とする方がより望ましい。
【００４２】
続いて、接合処理と真空チャンバとの関係について説明する。
【００４３】
本実施形態では、電子ビームによる前処理を、真空チャンバ内で行う。そして、本実施形態では、ロウ付けによる接合処理を、前処理後を行った後、金属１０１を大気中に取り出さずに、当該真空チャンバ内で行う。理由は、前処理済みの金属１０１を大気中に取り出すと、ビーム照射領域１２３の酸化や汚染が生じる可能性があるからである。本実施形態によれば、このような酸化や汚染を回避することができる。
【００４４】
次に、前処理済みの試験片を、真空チャンバから取り出さずに、フラックスを用いずにロウ付け接合を行った例５を、前処理済みの試験片を、真空チャンバから取り出して、フラックスを用いずにロウ付け接合を行った比較例２と比較した。更には、前処理なしの試験片を、フラックスを用いてロウ付け接合を行った比較例１を、例５及び比較例２と比較した。
【００４５】
この比較に際し、例５、比較例１、及び比較例２に相当する３種類の試験片から、３種類の継ぎ手を作製した。次に、これら３種類の継ぎ手について、引っ張り試験を行った。なお、例５、比較例１、及び比較例２では共に、試験片の表面に、直径約１０μｍ、深さ約５μｍのディンプルを複数形成した。
【００４６】
図１０は、この引っ張り試験の試験結果を示したグラフで、上記３種類の継ぎ手の引っ張り強度の比を示している。ただし、比較例１の引っ張り強度を１としている。
【００４７】
図１０によれば、例５の継ぎ手は、比較例１の継ぎ手とほぼ同等の接合強度を有していることが解る。このことから、前処理とロウ付け処理とを同一真空チャンバ内で行うプロセスは、フラックスレスのロウ付けプロセスとして好適であることが理解される。
【００４８】
なお、前処理とロウ付け処理は、互いに連結された別々の真空チャンバ内で行っても構わない。これによっても、前処理済みの金属１０１を大気中に取り出さないことで、ビーム照射領域１２３の酸化や汚染を回避することができるからである。
【００４９】
ここで、図７に戻り説明を続ける。
【００５０】
図７では、金属１０１と金属１０２を１箇所（即ちビーム照射領域１２３のみ）で接合している。しかしながら、本実施形態では、金属１０１と金属１０２を、ビーム照射領域１２３を含む複数箇所で接合してもよい。本実施形態では、金属１０１をロウ付けにより金属１０２と接合する接合処理を複数回行って、金属１０１と金属１０２とを複数箇所で接合する。
【００５１】
通常、近接した複数箇所のロウ付けを行なう際には、１箇所目は、ロウ付け温度の高いロウ材を用いて接合を行い、２箇所目以降は、ロウ付け温度の低いロウ材を用いて接合を行う。即ち、２回目以降の接合処理の際には、１回目の接合処理の際に比べ、ロウ付け温度の低いロウ材を使用する。このようなロウ付け処理では、後工程となる低温側のロウ材の接合強度が特に問題となることが多い。
【００５２】
そこで、本実施形態では、低温側のロウ付け処理にのみ、上述の前処理プロセスを採用する。即ち、２回目以降の一部又は全ての接合処理において、金属１０１と金属１０２をビーム照射領域１２３で接合する。これにより、本実施形態では、低温側のロウ材の接合強度や信頼性を向上することができる。その結果、本実施形態によれば、ロウ付け処理を複数箇所で行う場合に、より裕度のあるロウ付けプロセスを実現することが可能となる。
【００５３】
以下、本実施形態の金属の接合方法のフローについて説明する。図１１は、該接合方法のフローを示したフローチャート図である。図１１の説明では、図１〜図３や図７に記載した符号を適宜使用する。
【００５４】
該接合方法でまず、金属１０１の表面に電子ビーム１１１を照射して、金属１０１の表面形状を加工する（ステップＳ１）。次に、ビーム照射領域１２３の酸洗と、ビーム照射領域１２３へのフラックスの塗布を行う（ステップＳ２，Ｓ３）。ただし、Ｓ１の処理の済んだ金属１０１を真空チャンバから大気中に取り出さない場合や、酸化が生じにくい金属を用いた場合などには、Ｓ２，Ｓ３の処理は不要である。
【００５５】
次に、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を置く（ステップＳ４）。次に、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を介して、他の金属１０２を置く（ステップＳ５）。次に、金属１０１と金属１０２の接合面を加熱し、その後、接合面を冷却する（ステップＳ６）。これにより、金属１０１と金属１０２が、ビーム照射領域１２３で、ロウ付けにより接合される。
【００５６】
以上のように、本実施形態では、金属１０１の表面に電子ビーム１１１を照射することで、金属１０１の表面形状を加工し、金属１０１を、電子ビーム１１１が照射された領域であるビーム照射領域１２３で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属１０２と接合する。これにより、本実施形態では、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を実現することができる。本実施形態によれば、通常は接合材料が入り込まないような勘合部の深部まで接合材料を入り込ませることや、接合材料の広がり方に異方性を持たせることや、接合面の部位によって接合材料の広がり方の温度特性を変えることが可能となる。
【００５７】
なお、金属１０１及び１０２は、純銅基材以外の金属であっても構わない。
【００５８】
また、例２（図２）において、各ディンプルの直径及び深さはそれぞれ、１０μｍ及び５μｍ以外でも構わない。本実施形態では、各ディンプルの直径及び深さは、５００μｍ以下とすることが望ましい。これにより、本実施形態では、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を図ることができる。なお、各ディンプルの直径や深さが５００μｍよりも大きいと、ロウ材やはんだ材がディンプルを充填しきれず、接合後にディンプル内部に欠陥が残存する可能性がある。
【００５９】
また、例３（図３）において、各溝の幅及び深さはそれぞれ、１０μｍ及び５μｍ以外でも構わない。本実施形態では、各溝の幅及び深さは、５００μｍ以下とすることが望ましい。これにより、本実施形態では、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を図ることができる。なお、各溝の幅や深さが５００μｍよりも大きいと、前述したディンプルと同様、ロウ材やはんだ材が溝を充填しきれず、接合後に溝内部に欠陥が残存する可能性がある。
【００６０】
以下、本発明の第２及び第３実施形態について説明する。これらの実施形態は、第１実施形態の変形例であり、これらの実施形態については、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態におけるタービン発電機のコイルの接続方法の例について説明するための斜視図である。図１３は、図１２に示すコイルの拡大断面図である。
【００６１】
図１２には、複数のコイル素線２０１と、個々のコイル素線２０１に囲まれた冷却水路２０２が示されている。本実施形態では、図１３に示すように、コイル素線２０１の側面２０３やＲ部２０４にパルス電子ビームを照射し、これらの領域にビーム照射領域２０５を形成する。本実施形態では、ビーム照射領域２０５に複数のディンプルを形成する。
【００６２】
図１２には更に、クロップ部を構成するクリップ２１１と、クリップカバー２１２が示されている。本実施形態では、コイル素線２０１同士や、コイル素線２０１とクリップ２１１や、コイル素線２１１とクリップカバー２１２が、ビーム照射領域２０５で、ロウ材２２１により接合される。
【００６３】
本実施形態によれば、素線同士や素線とクリップ部を良好に接合できると共に、素線の電気的な特性を損なうことなく、素線内を流れる冷却水の水漏れを抑制できる。よって、本実施形態の前処理を、タービン発電機のコイル素線の接続に用いることは効果的であると言える。
【００６４】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態における超伝導線の接続方法の例について説明するための斜視図である。
【００６５】
図１４には、金属導体３０１及び３０２の表面に超伝導薄膜３０３及び３０４が形成された超伝導線の接続方法が示されている。本実施形態では、図１４に示すように、金属導体３０１の側面にパルス電子ビームを照射し、この領域にビーム照射領域３０５を形成する。そして、本実施形態では、図１４に示すように、金属導体３０１と金属導体３０２が、ビーム照射領域３０５で、はんだ材３１１により接合される。
【００６６】
本実施形態によれば、超伝導線の性能を低下させることなく、良好な接続が実現される。
【００６７】
以上、本発明の具体的な態様の例を、第１から第３実施形態により説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１０１ 金属
１０２ 他の金属
１１１ パルス電子ビーム
１２１ 照射範囲
１２２ 走査軌跡
１２３ ビーム照射領域
１３１ ロウ材
２０１ コイル素線
２０２ 冷却水路
２０３ 側面
２０４ Ｒ部
２０５ ビーム照射領域
２１１ クリップ
２１２ クリップカバー
２２１ ロウ材
３０１ 金属導体
３０２ 金属導体
３０３ 超伝導薄膜
３０４ 超伝導薄膜
３０５ ビーム照射領域
３１１ はんだ材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の接合方法に関し、例えば、ロウ付けやはんだ付けによる金属の接合に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
ロウ材やはんだ等の接合材料を用いた金属の接合は、タービン発電機のコイルの接続や超伝導機器の超伝導線の接続等に広く利用されている。
【０００３】
ロウ付けの一般的な処理手順では、金属基材の表面を酸洗して、汚れや酸化膜等を除去した後、表面の酸化防止やロウ材の濡れ性の向上のために、フラックスと呼ばれる薬品を接合面に塗布する。続いて、ロウ材を接合面に置いて接合面を加熱する、又は、基材を加熱してから接合面にロウ材を押し当てることにより、接合面全体にロウ材を溶かす。最後に、接合面全体を冷却して、ロウ材を再び固相状態に戻し、接合を完了する。
【０００４】
一方、はんだ付けでは、接合面の油分等を除去し、フラックスを接合面に塗布した後、加熱した接合部にはんだを流し込むのが通常である。
【０００５】
ロウ付けやはんだ付けのように、接合時に溶融する接合材料を用いた接合では、基材表面と接合材料との濡れ性が、接合強度等の信頼性に著しく影響を及ぼす。基材表面と接合材料との濡れ性は、基材表面と接合材料との組合せによって異なる。一般には、濡れ性が高く、濡れ広がりやすい組合せの方が、勘合部に浸透しやすく、良好な接合を得られることが知られている。
【０００６】
濡れ性は、接合材料を構成する原子と基材を構成する原子との間の本質的な親和性や、表面の酸化の程度や、表面粗さ等により変化する。従来のロウ付けやはんだ付けでは、この濡れ性を積極的に制御することは困難であった。
【０００７】
また、近年の環境問題や、フラックスの残渣による接合部の電気的特性の低下の問題等から、フラックスを用いない接合へのニーズが高まりつつある。例えば、プラズマを利用する方法（特許文献１，２を参照）や、接合面に金メッキを施しておく方法（特許文献３を参照）等が提案されているが、広範な適用には至っていないのが現状である。
【０００８】
ところで近年、パルス電子ビームを用いた金属表面の処理に関する技術が進展しつつある（非特許文献１，２を参照）。この処理では、パルス幅１ｍｓ以下のパルス電子ビームを発生させ、この電子ビームでパルス的に金属表面を照射することで、金属の表面形状を任意の形状に加工する。これまで、この処理は、金型の表面仕上げ用の鏡面処理を中心に用いられてきた。しかしながら、この技術の積極的な用途展開は、他には特に検討されていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−５０００２６号公報
【特許文献２】特開平９−２３５６８６号公報
【特許文献３】特開２００６−６８７７２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】宇野義幸、外４名「大面積パルス電子ビームによる金型の仕上げと表面改質」電気加工技術、社団法人電気加工学会、平成１５年６月、第２７巻、第８６号、ｐ．１２−１７
【非特許文献２】藪下法康、外４名「大面積電子ビームによる金型加工面仕上げに関する研究（第２報）」−傾斜面平滑化特性と表面改質効果−電気加工学会全国大会（２００３）講演論文集、社団法人電気加工学会、平成１５年１２月、ｐ．４７−５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えば、タービン発電機のロータやステータのコイルは、その端部がロウ付けによって接合される。この際、ロウ材が狭隘部まで入り込まないと、電気抵抗が大きくなるだけでなく、良好な接合強度を得ることができない。また、コイルを水冷する場合には、水漏れが生じるなど、発電機の信頼性に大きな影響が及ぶ。
【００１２】
また例えば、超伝導機器における超伝導線の接合などは、一般には、はんだ付けによってなされている。よって、はんだの濡れ性が悪いと、やはり超伝導線の導電性やはんだの接合強度等に問題が生じる。
【００１３】
更に、ロウ材やはんだが溶融後に広がる領域や方向を制御することができれば、ロウ材やはんだに起因する基材の電気的、機械的特性の劣化を抑制することができるため、より信頼性の高い接合処理が可能となる。
【００１４】
本発明は、以上の問題を踏まえ、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を、金属部材の表面形状を制御することで実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の態様は、例えば、金属の表面に電子ビームを照射することで、前記金属の表面形状を加工し、前記金属を、前記電子ビームが照射された領域であるビーム照射領域で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属と接合する金属の接合方法である。前記加工では、例えば、前記金属の表面粗さの値を減少させる、または、前記金属の表面に、直径及び深さが５００μｍ以下の複数のディンプルを形成する、または、前記金属の表面に、幅及び深さが５００μｍ以下の互いに平行な複数の溝を形成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を、金属部材の表面形状を制御することで実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における金属の表面形状の加工方法の例（表面粗さを減少させた場合）について説明するための平面図である。
【図２】第１実施形態における金属の表面形状の加工方法の例（ディンプルを形成した場合）について説明するための平面図である。
【図３】第１実施形態における金属の表面形状の加工方法の例（溝を形成した場合）について説明するための平面図である。
【図４】例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり面積の比を示したグラフである。
【図５】例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり部分の短径／長径の値の比を示したグラフである。
【図６】ビーム照射領域を帯状に形成した試験片の平面図である。
【図７】継ぎ手の作製手順を説明するための斜視図である。
【図８】例１〜例３及び比較例１に相当する試験片から作製した継ぎ手の引っ張り強度の比を示したグラフである。
【図９】例２、例４、及び比較例１に相当する試験片から作製した継ぎ手の引っ張り強度の比を示したグラフである。
【図１０】例５、比較例１、及び比較例２に相当する試験片から作製した継ぎ手の引っ張り強度の比を示したグラフである。
【図１１】第１実施形態の金属の接合方法のフローを示したフローチャート図である。
【図１２】第２実施形態におけるタービン発電機のコイルの接続方法の例について説明するための斜視図である。
【図１３】図１２に示すコイルの拡大断面図である。
【図１４】第３実施形態における超伝導線の接続方法の例について説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ロウ付けやはんだ付け等の接合処理と、その前処理とを含む本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の実施形態では、ロウ付け処理について説明するが、以下の説明は、はんだ付け処理にも適用可能である。ロウ付け処理とはんだ付け処理は、接合材料を溶かして接合するという観点では、溶融温度の違いはあるものの、実質的には同様のプロセスである。従って、以下に示す前処理の方法や前処理用の装置は、はんだ付けにもそのまま利用可能である。
【００１９】
（第１実施形態）
図１から図３は、第１実施形態における金属１０１の表面形状の加工方法の例について説明するための平面図である。
【００２０】
金属１０１は、金属基材であり、詳細には、面積が３０×３０ｍｍ２で厚さが５ｍｍの純銅基材である。本実施形態では、金属１０１の表面に、パルス幅が１ｍｓ以下のパルス電子ビーム１１１を照射することで、金属１０１の表面形状を加工した。更には、JIS Z 3191の硬ろうの広がり試験方法に準じた方法で、金属１０１の濡れ性を評価した。なお、電子ビーム１１１の周波数及びビーム出力は、０．５ｋＨｚ及び１０ｍＡとした。
【００２１】
図１から図３には、電子ビーム１１１の１パルス当たりの照射範囲１２１と、電子ビーム１１１の走査軌跡１２２が示されている。図１から図３には更に、電子ビーム１１１が照射された領域であるビーム照射領域１２３が示されている。
【００２２】
図１に示す例１では、ビーム照射領域１２３のほぼ全面を走査するビーム照射により、ビーム照射領域１２３における金属１０１の表面粗さの値（Ｒｙ）が、３μｍから１μｍに減少している。例１の処理は、金属１０１の表面を鏡面化する鏡面処理に相当する。
【００２３】
また、図２に示す例２では、ランダムなビーム照射により、金属１０１の表面に、直径約１０μｍ、深さ約５μｍのディンプルが複数形成されている。例２では、ディンプルの密度は、約２５０個／ｍｍ２となっている。
【００２４】
また、図３に示す例３では、照射範囲１２１の重なりを大きく取りつつビーム照射領域１２３を一方向に走査するビーム照射により、幅約１０μｍ、深さ約５μｍの互いに平行な溝が複数形成されている。例３では、各溝の長さは、５０ｍｍとなっている。
【００２５】
図４は、例１から例３における金属１０１の濡れ性の評価結果を示したグラフである。図４では更に、機械加工のままの純銅基材の濡れ性の評価結果が、比較例１として示されている。
【００２６】
図４の評価結果を得る際にはまず、例１〜例３及び比較例１に相当する４種類の試験片を用意し、これら試験片を酸洗した。次に、５０ｇのロウ材ＢＡｇ−８（JIS Z 3261）を各試験片に乗せ、各試験片にフラックスを塗布し、１０℃／秒の速度で加熱した。次に、各試験片をロウ付け温度８３０℃で３０秒間保持し、その後冷却し、ロウ材の濡れ広がり面積を測定した。この濡れ広がり面積の大きさが、濡れ性に相当する。
【００２７】
図４は、例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり面積の比を示している。ただし、図４では、比較例１における濡れ広がり面積を１としている。
【００２８】
図４によれば、例１〜例３では、比較例１に比べ、広がり面積が拡大しており、濡れ性が向上していることが解る。特に、ランダムにディンプルを形成した例２が優れた効果を持っているが、この傾向は、ロウ材と基材との組合せによって異なるものと考えられる。例１〜例３のうちのどれか最も優れているかは、ロウ材と基材との組合せによって異なるものと考えられる。
【００２９】
次に、ロウ材が濡れ広がった部分を楕円とみなし、短い方向の直径（短径）を長い方向の直径（短径）で割った値を算出した。図５は、例１〜例３及び比較例１におけるロウ材の濡れ広がり方向の異方性を示したグラフである。図５は、ロウ材の濡れ広がり部分における短径／長径の値の比を示している。ただし、図５では、比較例１における短径／長径の値を１としている。
【００３０】
図５によれば、短径／長径の値は、例３と比較例との間で、特に大きな差異が生じることが解る。例３に相当する試験片上のロウ材を観察したところ、当該試験片上では、溝に沿ってロウ材が広がっていた。
【００３１】
そこで、図６に示すように、ビーム照射領域１２３を帯状に形成した試験片を用意し、この試験片について濡れ性の評価を行った。なお、このビーム照射領域１２３には、例２と同様に、多数のディンプルを形成した。
【００３２】
図６に示す試験片について、ロウ材の濡れ広がり部分における短径／長径の値を算出したところ、例３と同様に、濡れ広がり方向に異方性が認められた。このことから、本実施形態における前処理、即ち、電子ビーム１１１の照射により金属１０１の表面形状を加工する処理によれば、濡れ広がり方向を制御できることが理解される。
【００３３】
続いて、前処理を行った金属１０１から継ぎ手を作製する処理について説明する。図７は、継ぎ手の作製手順を説明するための斜視図である。
【００３４】
図７(Ａ)に示す金属１０１は、ビーム照射領域１２３が形成されている。本実施形態ではまず、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を置く。次に、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を介して、他の金属１０２を置く。金属１０２は例えば、金属１０１と同一組成の金属基材である。次に、金属１０１と金属１０２の接合面を加熱して、ロウ材１３１を溶かし、その後、接合面を冷却して、ロウ材１３１を再び固相状態に戻す。これにより、図７(Ｂ)のように、金属１０１と金属１０２とが、ビーム照射領域１２３で、ロウ付けにより接合される。これにより、継ぎ手が完成する。
【００３５】
なお、金属１０２側の接合面は、ビーム照射領域が形成されていても、ビーム照射領域が形成されていなくても構わない。即ち、本実施形態では、２つの金属を接合する場合、両方の金属の接合面がビーム照射領域となっていてもよいし、片方の金属の接合面のみがビーム照射領域となっていてもよい。
【００３６】
次に、例１〜例３及び比較例１に相当する４種類の試験片から、４種類の継ぎ手を作製した。次に、これら４種類の継ぎ手について、引っ張り試験を行った。図８は、この引っ張り試験の試験結果を示したグラフである。図８は、純銅及び上記４種類の継ぎ手の引っ張り強度の比を示している。ただし、図８では、純銅の引っ張り強度を１としている。
【００３７】
基材材料である純銅の引張強度を１とした場合、比較例１の継ぎ手はその約７割の強度を有している。一方、例１〜例３の継ぎ手は、ほぼ純銅に近い強度を有しており、特に、例２では、破断は基材内部で生じている。このことから、本実施形態の前処理が、接合強度を高めるのに効果的であることが解る。
【００３８】
次に、非連続的な電子ビーム（パルス電子ビーム）により前処理を行う例２と、連続的な電子ビームにより前処理を行う例４と、比較例１との比較を行った。この比較に際し、例２、例４、及び比較例１に相当する３種類の試験片から、３種類の継ぎ手を作製した。次に、これら３種類の継ぎ手について、引っ張り試験を行った。なお、例２及び例４では共に、試験片の表面に、直径約１０μｍ、深さ約５μｍのディンプルを複数形成した。
【００３９】
図９は、この引っ張り試験の試験結果を示したグラフで、純銅及び上記３種類の継ぎ手の引っ張り強度の比を示している。ただし、純銅の引っ張り強度を１としている。
【００４０】
図９によれば、例２の継ぎ手の方が、例４の継ぎ手よりも接合強度が高いことが解る。これは、パルス電子ビームの方が基材への熱影響が少ないことや、表面の不純物が基材内部に取り込まれることなく瞬間的に蒸発、消滅することに起因すると考えられる。
【００４１】
また、図９によれば、例２の継ぎ手と例４の継ぎ手は、いずれも比較例１の継ぎ手よりも接合強度が高いことが解る。よって、本実施形態では、電子ビームはパルス状でも連続的でもよい。しかしながら、例２の継ぎ手の方が例４の継ぎ手よりも接合強度が高いことを鑑みれば、本実施形態では、電子ビームはパルス状とする方がより望ましい。
【００４２】
続いて、接合処理と真空チャンバとの関係について説明する。
【００４３】
本実施形態では、電子ビームによる前処理を、真空チャンバ内で行う。そして、本実施形態では、ロウ付けによる接合処理を、前処理後を行った後、金属１０１を大気中に取り出さずに、当該真空チャンバ内で行う。理由は、前処理済みの金属１０１を大気中に取り出すと、ビーム照射領域１２３の酸化や汚染が生じる可能性があるからである。本実施形態によれば、このような酸化や汚染を回避することができる。
【００４４】
次に、前処理済みの試験片を、真空チャンバから取り出さずに、フラックスを用いずにロウ付け接合を行った例５を、前処理済みの試験片を、真空チャンバから取り出して、フラックスを用いずにロウ付け接合を行った比較例２と比較した。更には、前処理なしの試験片を、フラックスを用いてロウ付け接合を行った比較例１を、例５及び比較例２と比較した。
【００４５】
この比較に際し、例５、比較例１、及び比較例２に相当する３種類の試験片から、３種類の継ぎ手を作製した。次に、これら３種類の継ぎ手について、引っ張り試験を行った。なお、例５、比較例１、及び比較例２では共に、試験片の表面に、直径約１０μｍ、深さ約５μｍのディンプルを複数形成した。
【００４６】
図１０は、この引っ張り試験の試験結果を示したグラフで、上記３種類の継ぎ手の引っ張り強度の比を示している。ただし、比較例１の引っ張り強度を１としている。
【００４７】
図１０によれば、例５の継ぎ手は、比較例１の継ぎ手とほぼ同等の接合強度を有していることが解る。このことから、前処理とロウ付け処理とを同一真空チャンバ内で行うプロセスは、フラックスレスのロウ付けプロセスとして好適であることが理解される。
【００４８】
なお、前処理とロウ付け処理は、互いに連結された別々の真空チャンバ内で行っても構わない。これによっても、前処理済みの金属１０１を大気中に取り出さないことで、ビーム照射領域１２３の酸化や汚染を回避することができるからである。
【００４９】
ここで、図７に戻り説明を続ける。
【００５０】
図７では、金属１０１と金属１０２を１箇所（即ちビーム照射領域１２３のみ）で接合している。しかしながら、本実施形態では、金属１０１と金属１０２を、ビーム照射領域１２３を含む複数箇所で接合してもよい。本実施形態では、金属１０１をロウ付けにより金属１０２と接合する接合処理を複数回行って、金属１０１と金属１０２とを複数箇所で接合する。
【００５１】
通常、近接した複数箇所のロウ付けを行なう際には、１箇所目は、ロウ付け温度の高いロウ材を用いて接合を行い、２箇所目以降は、ロウ付け温度の低いロウ材を用いて接合を行う。即ち、２回目以降の接合処理の際には、１回目の接合処理の際に比べ、ロウ付け温度の低いロウ材を使用する。このようなロウ付け処理では、後工程となる低温側のロウ材の接合強度が特に問題となることが多い。
【００５２】
そこで、本実施形態では、低温側のロウ付け処理にのみ、上述の前処理プロセスを採用する。即ち、２回目以降の一部又は全ての接合処理において、金属１０１と金属１０２をビーム照射領域１２３で接合する。これにより、本実施形態では、低温側のロウ材の接合強度や信頼性を向上することができる。その結果、本実施形態によれば、ロウ付け処理を複数箇所で行う場合に、より裕度のあるロウ付けプロセスを実現することが可能となる。
【００５３】
以下、本実施形態の金属の接合方法のフローについて説明する。図１１は、該接合方法のフローを示したフローチャート図である。図１１の説明では、図１〜図３や図７に記載した符号を適宜使用する。
【００５４】
該接合方法でまず、金属１０１の表面に電子ビーム１１１を照射して、金属１０１の表面形状を加工する（ステップＳ１）。次に、ビーム照射領域１２３の酸洗と、ビーム照射領域１２３へのフラックスの塗布を行う（ステップＳ２，Ｓ３）。ただし、Ｓ１の処理の済んだ金属１０１を真空チャンバから大気中に取り出さない場合や、酸化が生じにくい金属を用いた場合などには、Ｓ２，Ｓ３の処理は不要である。
【００５５】
次に、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を置く（ステップＳ４）。次に、金属１０１のビーム照射領域１２３上に、ロウ材１３１を介して、他の金属１０２を置く（ステップＳ５）。次に、金属１０１と金属１０２の接合面を加熱し、その後、接合面を冷却する（ステップＳ６）。これにより、金属１０１と金属１０２が、ビーム照射領域１２３で、ロウ付けにより接合される。
【００５６】
以上のように、本実施形態では、金属１０１の表面に電子ビーム１１１を照射することで、金属１０１の表面形状を加工し、金属１０１を、電子ビーム１１１が照射された領域であるビーム照射領域１２３で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属１０２と接合する。これにより、本実施形態では、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を実現することができる。本実施形態によれば、通常は接合材料が入り込まないような勘合部の深部まで接合材料を入り込ませることや、接合材料の広がり方に異方性を持たせることや、接合面の部位によって接合材料の広がり方の温度特性を変えることが可能となる。
【００５７】
なお、金属１０１及び１０２は、純銅基材以外の金属であっても構わない。
【００５８】
また、例２（図２）において、各ディンプルの直径及び深さはそれぞれ、１０μｍ及び５μｍ以外でも構わない。本実施形態では、各ディンプルの直径及び深さは、５００μｍ以下とすることが望ましい。これにより、本実施形態では、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を図ることができる。なお、各ディンプルの直径や深さが５００μｍよりも大きいと、ロウ材やはんだ材がディンプルを充填しきれず、接合後にディンプル内部に欠陥が残存する可能性がある。
【００５９】
また、例３（図３）において、各溝の幅及び深さはそれぞれ、１０μｍ及び５μｍ以外でも構わない。本実施形態では、各溝の幅及び深さは、５００μｍ以下とすることが望ましい。これにより、本実施形態では、ロウ付けやはんだ付けの接合強度や信頼性の向上を図ることができる。なお、各溝の幅や深さが５００μｍよりも大きいと、前述したディンプルと同様、ロウ材やはんだ材が溝を充填しきれず、接合後に溝内部に欠陥が残存する可能性がある。
【００６０】
以下、本発明の第２及び第３実施形態について説明する。これらの実施形態は、第１実施形態の変形例であり、これらの実施形態については、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態におけるタービン発電機のコイルの接続方法の例について説明するための斜視図である。図１３は、図１２に示すコイルの拡大断面図である。
【００６１】
図１２には、複数のコイル素線２０１と、個々のコイル素線２０１に囲まれた冷却水路２０２が示されている。本実施形態では、図１３に示すように、コイル素線２０１の側面２０３やＲ部２０４にパルス電子ビームを照射し、これらの領域にビーム照射領域２０５を形成する。本実施形態では、ビーム照射領域２０５に複数のディンプルを形成する。
【００６２】
図１２には更に、クロップ部を構成するクリップ２１１と、クリップカバー２１２が示されている。本実施形態では、コイル素線２０１同士や、コイル素線２０１とクリップ２１１や、コイル素線２１１とクリップカバー２１２が、ビーム照射領域２０５で、ロウ材２２１により接合される。
【００６３】
本実施形態によれば、素線同士や素線とクリップ部を良好に接合できると共に、素線の電気的な特性を損なうことなく、素線内を流れる冷却水の水漏れを抑制できる。よって、本実施形態の前処理を、タービン発電機のコイル素線の接続に用いることは効果的であると言える。
【００６４】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態における超伝導線の接続方法の例について説明するための斜視図である。
【００６５】
図１４には、金属導体３０１及び３０２の表面に超伝導薄膜３０３及び３０４が形成された超伝導線の接続方法が示されている。本実施形態では、図１４に示すように、金属導体３０１の側面にパルス電子ビームを照射し、この領域にビーム照射領域３０５を形成する。そして、本実施形態では、図１４に示すように、金属導体３０１と金属導体３０２が、ビーム照射領域３０５で、はんだ材３１１により接合される。
【００６６】
本実施形態によれば、超伝導線の性能を低下させることなく、良好な接続が実現される。
【００６７】
以上、本発明の具体的な態様の例を、第１から第３実施形態により説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１０１ 金属
１０２ 他の金属
１１１ パルス電子ビーム
１２１ 照射範囲
１２２ 走査軌跡
１２３ ビーム照射領域
１３１ ロウ材
２０１ コイル素線
２０２ 冷却水路
２０３ 側面
２０４ Ｒ部
２０５ ビーム照射領域
２１１ クリップ
２１２ クリップカバー
２２１ ロウ材
３０１ 金属導体
３０２ 金属導体
３０３ 超伝導薄膜
３０４ 超伝導薄膜
３０５ ビーム照射領域
３１１ はんだ材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の表面に電子ビームを照射することで、前記金属の表面形状を加工し、
前記金属を、前記電子ビームが照射された領域であるビーム照射領域で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属と接合する、
ことを特徴とする金属の接合方法。
【請求項２】
前記加工では、前記金属の表面粗さの値を減少させることを特徴とする請求項１に記載の金属の接合方法。
【請求項３】
前記加工では、前記金属の表面に、直径及び深さが５００μｍ以下の複数のディンプルを形成することを特徴とする請求項１に記載の金属の接合方法。
【請求項４】
前記加工では、前記金属の表面に、幅及び深さが５００μｍ以下の互いに平行な複数の溝を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属の接合方法。
【請求項５】
前記電子ビームは、パルス状の電子ビームであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金属の接合方法。
【請求項６】
前記電子ビームは、パルス幅が１ｍｓ以下の電子ビームであることを特徴とする請求項５に記載の金属の接合方法。
【請求項７】
前記金属をロウ付け又ははんだ付けにより前記他の金属と接合する接合処理、を複数回行って、前記金属と前記他の金属とを複数箇所で接合する場合、
２回目以降の前記接合処理の際に、前記金属と前記他の金属とを、前記ビーム照射領域にて接合することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の金属の接合方法。
【請求項８】
２回目以降の前記接合処理の際には、１回目の前記接合処理の際に比べ、ロウ付け温度の低いロウ材、又ははんだ付け温度の低いはんだを使用することを特徴とする請求項７に記載の金属の接合方法。
【請求項９】
前記電子ビームの照射及び前記ロウ付け又ははんだ付けは、同一の真空チャンバ内で行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の金属の接合方法。
【請求項１０】
前記電子ビームの照射及び前記ロウ付け又ははんだ付けは、互いに連結された別々の真空チャンバ内でそれぞれ行うことを特徴とする請求項９に記載の金属の接合方法。
【請求項１】
金属の表面に電子ビームを照射することで、前記金属の表面形状を加工し、
前記金属を、前記電子ビームが照射された領域であるビーム照射領域で、ロウ付け又ははんだ付けにより他の金属と接合する、
ことを特徴とする金属の接合方法。
【請求項２】
前記加工では、前記金属の表面粗さの値を減少させることを特徴とする請求項１に記載の金属の接合方法。
【請求項３】
前記加工では、前記金属の表面に、直径及び深さが５００μｍ以下の複数のディンプルを形成することを特徴とする請求項１に記載の金属の接合方法。
【請求項４】
前記加工では、前記金属の表面に、幅及び深さが５００μｍ以下の互いに平行な複数の溝を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属の接合方法。
【請求項５】
前記電子ビームは、パルス状の電子ビームであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金属の接合方法。
【請求項６】
前記電子ビームは、パルス幅が１ｍｓ以下の電子ビームであることを特徴とする請求項５に記載の金属の接合方法。
【請求項７】
前記金属をロウ付け又ははんだ付けにより前記他の金属と接合する接合処理、を複数回行って、前記金属と前記他の金属とを複数箇所で接合する場合、
２回目以降の前記接合処理の際に、前記金属と前記他の金属とを、前記ビーム照射領域にて接合することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の金属の接合方法。
【請求項８】
２回目以降の前記接合処理の際には、１回目の前記接合処理の際に比べ、ロウ付け温度の低いロウ材、又ははんだ付け温度の低いはんだを使用することを特徴とする請求項７に記載の金属の接合方法。
【請求項９】
前記電子ビームの照射及び前記ロウ付け又ははんだ付けは、同一の真空チャンバ内で行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の金属の接合方法。
【請求項１０】
前記電子ビームの照射及び前記ロウ付け又ははんだ付けは、互いに連結された別々の真空チャンバ内でそれぞれ行うことを特徴とする請求項９に記載の金属の接合方法。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１０−２６４４７３（Ｐ２０１０−２６４４７３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７２２９（Ｐ２００９−１１７２２９）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００９９３８）東芝アイテック株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００９９３８）東芝アイテック株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
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