(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向下側に配置され、１又は複数の被接合部材を直接又は間接的に載置可能な底板部材と、
前記底板部材に固定される複数の荷重増幅治具と、を備え、
前記複数の荷重増幅治具それぞれは、
垂直方向下部において前記底板部材に固定される第１支柱と、
第１位置において前記第１支柱に回動可能に連結される第１アーム部材であって、
第２位置において外部からの第１荷重が付与されると共に、
前記第１位置と前記第２位置との間の第３位置において、前記第１荷重をてこの原理により増幅した第２荷重を被接合部材に付与する第１アーム部材と、を備え、
前記第２位置から前記第１位置までの距離と、前記第１位置から第３位置までの距離との比により、前記第２荷重の前記第１荷重に対する増幅度を調整可能な炉中拡散接合用てこ式治具。
【請求項２】
前記複数の荷重増幅治具のうち、所定の２以上の荷重増幅治具は、１の被接合部材に対して前記第２荷重を付与する請求項１に記載の炉中拡散接合用てこ式治具。
【請求項３】
前記荷重増幅治具は、
垂直方向下部において前記底板部材に固定される第２支柱と、
第４位置において前記第２支柱に回動可能に連結される第２アーム部材であって、
第５位置において外部から第３荷重が付与されると共に、
前記第４位置と前記第５位置との間であって前記第１アーム部材における前記第２位置に対応する第６位置において、前記第３荷重よりも大きな荷重を第１荷重として前記第１アーム部材の前記第２位置に直接又は間接的に付与する第２アーム部材と、を更に備える請求項１又は２に記載の炉中拡散接合用てこ式治具。
【請求項４】
前記底板部材及び前記複数の荷重増幅治具は、全部又は一部がＣ／Ｃコンポジット又は金属モリブデンにより構成される請求項１から３のいずれかに記載の炉中拡散接合用てこ式治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉中拡散接合において被接合部材に荷重を付与する炉中拡散接合用てこ式治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、拡散接合は、鋼材、アルミニウムやチタン等の様々な材料を接合する際に用いられている。例えば、接合拡散は、タービンブレードや積層金型等の複雑な形状や中空形状の部品の製造において用いられている。
【０００３】
拡散接合は、高温圧力下で材料同士の接合界面に生じる母材原子の相互拡散を利用した接合方法である。接合性は、接合温度、加圧力、真空度、素材の化学成分、組織、表面粗度等の影響を受ける。特に加圧力（荷重の大きさ）は、高温下における接触面積に影響を及ぼし、加圧力が大きくなるとクリープ変形量が増大して接触面積が拡大することで、拡散接合が促進される。
【０００４】
拡散接合は、一般的に、雰囲気炉中で行われる。炉中での拡散接合は、例えば、材質の異なる複数の部材が上下方向に重ねられた被接合部材の上方に錘を載置して行われる。被接合部材に対して荷重を付与することで、異なる材質の部材同士が接合される。
【０００５】
また、外部に油圧シリンダーを搭載した拡散接合用の雰囲気炉も存在する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７２４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、被接合部材の上方に錘を載置する方法において、雰囲気炉の寸法や錘を移動させるレールの耐荷重性等の制約により、錘の寸法及び重量には制限がある。また、錘が大きくなるほど錘の落下等の不具合が発生する可能性が高くなる。
【０００８】
また、外部に油圧シリンダーを搭載した拡散接合用の雰囲気炉を利用する場合、シリンダーが一つでは複数の被接合部材それぞれに加重を付与することが困難であり、複数の被接合部材を拡散接合させることは困難である。ここで、複数の被接合部材に対応するために雰囲気炉に複数個のシリンダーを搭載させることもできるが、この場合、雰囲気炉の操作が煩雑になると共に、装置が高額になるという課題がある。
【０００９】
本発明は、被接合部材に荷重を付与するために用いられる錘が小型化された炉中拡散接合用てこ式治具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】
【００１０】
本発明は、垂直方向下側に配置され、１又は複数の被接合部材を直接又は間接的に載置可能な底板部材と、前記底板部材に固定される複数の荷重増幅治具と、を備え、前記複数の荷重増幅治具それぞれは、垂直方向下部において前記底板部材に固定される第１支柱と、第１位置において前記第１支柱に回動可能に連結される第１アーム部材であって、第２位置において外部からの第１荷重が付与されると共に、前記第１位置と前記第２位置との間の第３位置において前記第１荷重よりも大きな第２荷重を被接合部材に付与する第１アーム部材と、を備える炉中拡散接合用てこ式治具に関する。
【００１１】
また、前記複数の荷重増幅治具のうち、所定の２以上の荷重増幅治具は、１の被接合部材に対して前記第２荷重を付与することが好ましい。
【００１２】
また、前記荷重増幅治具は、垂直方向下部において前記底板部材に固定される第２支柱と、第４位置において前記第２支柱に回動可能に連結される第２アーム部材であって、第５位置において外部から第３荷重が付与されると共に、前記第４位置と前記第５位置との間であって前記第１アーム部材における前記第２位置に対応する第６位置において、前記第３荷重よりも大きな荷重を第１荷重として前記第１アーム部材の前記第２位置に直接又は間接的に付与する第２アーム部材と、を更に備える請求項１又は２に記載の炉中拡散接合用てこ式治具。
【００１３】
また、前記底板部材及び前記複数の荷重増幅治具は、全部又は一部がＣ／Ｃコンポジット又は金属モリブデンにより構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被接合部材に荷重を付与するために用いられる錘が小型化された炉中拡散接合用てこ式治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具の正面図である。
【図２】第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具の平面図である。
【図３】第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具を構成する荷重増幅治具の正面図である。
【図４】荷重が付与された状態の被接合部材セットを説明する図である。
【図５】第１実施形態における荷重増幅治具の作用を説明する図である。
【図６】第１実施形態の荷重増幅治具における変形形態を説明する図である。
【図７】第１実施形態の荷重増幅治具における他の変形形態を説明する図である。
【図８】第２実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具の正面図である。
【図９】第２実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具の平面図である。
【図１０】第３実施形態の炉中拡散接合用てこ式治具を構成する荷重増幅治具の正面図である。
【図１１】第３実施形態における荷重増幅治具の作用を説明する図である。
【図１２】比較例１、実施例１〜３における錘の重量及び荷重を示す表である。
【図１３】接合条件を示す表である。
【図１４】錘の重量及び負荷面圧の条件を示す表及びグラフである。
【図１５】炉の加熱及び真空条件を示す表である。
【図１６】比較例２〜４及び実施例４〜６の接合性の評価結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図１６により、本発明の炉中拡散接合用てこ式治具について説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
まず、図１から図７により、本発明の第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具について説明する。図１は、第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具の正面図である。図１において、荷重増幅治具の構成をみやすくするため荷重増幅治具２０Ａを実線で示すと共に、荷重増幅治具２０Ｂは破線で示している。図２は、第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具の平面図である。図３は、第１実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具を構成する荷重増幅治具の正面図である。図４は、荷重が付与された状態の被接合部材セットを説明する図である。図５は、第１実施形態における荷重増幅治具の作用を説明する図である。図６は、第１実施形態の荷重増幅治具における変形形態を説明する図である。図７は、第１実施形態の荷重増幅治具における他の変形形態を説明する図である。
【００１８】
図１及び図２により、炉中拡散接合用てこ式治具１の概要について説明する。
図１及び図２に示すように、炉中拡散接合用てこ式治具１は、不図示の炉Ａの内部空間Ｂに収容配置される。炉Ａは、内部空間Ｂの温度及び真空度を調整可能に構成される。炉中拡散接合用てこ式治具１は、例えば、真空高温に調整された内部空間Ｂにおいて、被接合部材セットに荷重を付与する治具である。
【００１９】
図１から図３により、炉中拡散接合用てこ式治具１の構成について説明する。
図１から図３に示すように、炉中拡散接合用てこ式治具１は、底板部材１０と、底板部材１０に固定される複数の荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、を備える。ここで、炉中拡散接合用てこ式治具１は、後述の通り、真空高温に調整された内部空間Ｂに配置されるため、底板部材１０及び荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、全部又は一部がＣ／Ｃコンポジット又は金属モリブデンにより構成されることが好ましく、全部がＣ／Ｃコンポジット又は金属モリブデンにより構成されることがより好ましい。
【００２０】
底板部材１０は、炉Ａの内部空間Ｂにおいて垂直方向下側に配置される。底板部材１０は、１又は複数の被接合部材セットを直接又は間接的に載置可能に構成される。本実施形態においては、底板部材１０には、複数の被接合部材セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄがコンポジット部材７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄを介して間接的に載置される。また、底板部材１０には、後述の通り、荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが固定される。
【００２１】
荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、底板部材１０に固定される。荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、複数の被接合部材セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄそれぞれに荷重を付与する治具である。荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、複数の被接合部材セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄそれぞれを構成する部材同士を拡散接合させるために荷重を付与する。荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、てこの原理を利用して外部から加えられた荷重を増幅して複数の被接合部材セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄそれぞれに増幅された荷重を付与する。
【００２２】
図３により、荷重増幅治具２０Ａについて説明する。尚、本実施形態において、荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、同様の構成であるので、荷重増幅治具２０Ａの構成のみについて説明し、他の荷重増幅治具２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの説明は省略する。
【００２３】
図３に示すように、荷重増幅治具２０Ａは、支柱２１Ａ（第１支柱）と、アーム部材２２Ａ（第１アーム部材）と、アーム部材２２Ａを支柱２１Ａに回動可能に連結させる連結部材２３Ａと、アーム部材２２Ａにおける自由端側に載置される錘４０Ａと、を備える。
【００２４】
支柱２１Ａは、垂直方向下部において底板部材１０に固定される。支柱２１Ａには、連結部材２３Ａを介して、アーム部材２２Ａが回動可能に連結される。
支柱２１Ａには、てこの原理により増幅された荷重を被接合部材セット５０Ａに付与する際に生じる反力等が加えられる。そのため、反力等によって破損や変形が生じないよう所定の強度を有するよう形成されると共に、底板部材１０から脱離しないよう所定の強度で固定される。
【００２５】
アーム部材２２Ａは、一端側の第１位置Ｐ１において、連結部材２３Ａにより支柱２１Ａに回動可能に連結される。
アーム部材２２Ａは、連結部材２３Ａにより支柱２１Ａに連結される側と反対側の自由端側に、錘４０Ａを載置可能に構成される。具体的には、アーム部材２２Ａは、自由端側の第２位置Ｐ２に形成される錘取付け部３０Ａを有する。
【００２６】
錘取付け部３０Ａは、アーム部材２２Ａの第２位置Ｐ２においてアーム部材２２Ａに対して垂直方向上方に突出して形成される棒状の部材である。ここで、錘４０Ａは、複数の板状の錘部材４０ａにより構成される。複数の錘部材４０ａそれぞれには、中央部に挿通孔（不図示）が形成される。そして、複数の錘部材４０ａは、挿通孔が錘取付け部３０Ａに挿通されることで、アーム部材２２Ａに載置される。アーム部材２２Ａに載置される錘４０Ａの重さは、錘部材４０ａの個数等により調整される。アーム部材２２Ａの第２位置Ｐ２には、被接合部材セット５０Ａに付与する荷重の大きさに応じた重さに調整された錘４０Ａが載置される。
アーム部材２２Ａの第２位置Ｐ２には、錘４０Ａから第１荷重Ｆ１が付与される（図５参照）。
【００２７】
アーム部材２２Ａは、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の第３位置Ｐ３において、被接合部材セット５０Ａに第２荷重Ｆ２を付与する（図５参照）。
第３位置Ｐ３は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の位置である。アーム部材２２Ａは、第３位置Ｐ３において後述する第１コンポジット部材６０Ａを介して被接合部材セット５０Ａを押圧する。アーム部材２２Ａは、第３位置Ｐ３において第１コンポジット部材６０Ａを介して被接合部材セット５０Ａに第２荷重Ｆ２を付与する。
【００２８】
第３位置Ｐ３には、第２荷重Ｆ２を鉛直方向下方に伝え、被接合部材セット５０Ａを均等に押圧するための伝達部材２４が配置される。伝達部材は、例えば、アーム部材２２Ａの延びる方向に直交する方向に延びる棒状部材（図１では、一の角部がアーム部材２２Ａに接するように配置されると共にこの一の角部の対角線上に配置される角部が第１コンポジット部材６０Ａに接するように配置された四角柱の棒状部材）により構成される。
【００２９】
第２荷重Ｆ２は、第１荷重Ｆ１よりも大きな荷重である。第２荷重Ｆ２は、第１荷重Ｆ１をてこの原理により増幅した荷重である。ここで、第２荷重Ｆ２の増幅度は、第３位置Ｐ３の位置により調整可能である。具体的には、第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１までの距離Ｘと、第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３までの距離Ｙとの比により増幅度が調整される（図５参照）。第２荷重Ｆ２は、距離Ｙの距離Ｘに対する比が大きいほど、増幅度が大きくなる。つまり、距離Ｙの距離Ｘに対する比を大きくすることで、錘４０Ａの重量を小さくできる。
そして、第２荷重Ｆ２は、被接合部材セット５０Ａに付与される。
【００３０】
図４により、被接合部材セット５０Ａについて説明する。
図４に示すように、被接合部材セット５０Ａは、アーム部材２２Ａ側に配置された第１コンポジット部材６０Ａと、底板部材１０側に配置された第２コンポジット部材７０Ａとの間に挟まれて配置される。
コンポジット部材（第１コンポジット部材６０Ａ及び第２コンポジット部材７０Ａ）は、アーム部材２２Ａからの荷重を受けて、被接合部材セット５０Ａを加重する「押し材」の役割を果たす。
【００３１】
第１コンポジット部材６０Ａは、本実施形態において、第１コンポジットシート６１Ａと、第２コンポジットシート６２Ａと、第３コンポジットシート６３Ａと、を有する。
アーム部材２２Ａ側に配置される第１コンポジットシート６１Ａは、アーム部材２２Ａに当接して配置される。アーム部材２２Ａ側に配置される第１コンポジットシート６１Ａ及び第２コンポジットシート６２Ａは、水平方向のサイズが第３コンポジットシート６３Ａよりも大きくなるよう形成される。
被接合部材セット５０Ａ側に配置される第３コンポジットシート６３Ａは、被接合部材セット５０Ａに直接当接して配置される。第３コンポジットシート６３Ａは、水平方向のサイズが被接合部材セット５０Ａの水平方向のサイズと同じとなるよう形成される。
【００３２】
第２コンポジット部材７０Ａは、本実施形態において、第４コンポジットシート７１Ａと、第５コンポジットシート７２Ａと、第６コンポジットシート７３Ａと、を有する。
底板部材１０側に配置される第４コンポジットシート７１Ａは、底板部材１０に当接して配置される。底板部材１０側に配置される第４コンポジットシート７１Ａ及び第５コンポジットシート７２Ａは、水平方向のサイズが第６コンポジットシート７３よりも大きくなるよう形成される。
被接合部材セット５０Ａ側に配置される第６コンポジットシート７３Ａは、被接合部材セット５０Ａに直接当接して配置される。第６コンポジットシート７３Ａは、水平方向のサイズが被接合部材セット５０Ａの水平方向のサイズと同じとなるよう形成される。
【００３３】
被接合部材セット５０Ａは、本実施形態において、２つの被接合部材５５Ａを有する。本実施形態において、被接合部材５５Ａは２つであるが、これに限定されず、一つでもよく、３つ以上でもよい。
【００３４】
２つの被接合部材５５Ａの間には、セラミックシート５１Ａが配置される。セラミックシート５１Ａは、２つの被接合部材５５Ａ同士が接合することを防ぐ。
【００３５】
被接合部材セット５０Ａは、複数のセラミックシート５１Ａやダミーシート５２Ａを有して構成される。ダミーシート５２Ａは、被接合部材５５Ａに平坦性を付与する役割を果たす。複数のセラミックシート５１Ａやダミーシート５２Ａは、不要な接合の抑制や、被接合部材セット５０Ａの垂直方向の長さの調整等を目的として、任意の数だけ被接合部材５５Ａと共に積層配置される。
尚、コンポジット部材（第１コンポジット部材６０Ａ及び第２コンポジット部材７０Ａ）、セラミックシート５１Ａ及びダミーシート５２Ａは、高温で溶融や変形しにくいセラミックシートやモリブデン板により構成される。
【００３６】
被接合部材５５Ａは、第１部材５３Ａと、第２部材５４Ａとを有して構成される。第１部材５３Ａと、第２部材５４Ａとは、互いに拡散接合される部材である。本実施形態において、第１部材５３Ａ及び第２部材５４Ａは、シート状の部材であり、互いに積層配置される。
第１部材５３Ａと、第２部材５４Ａとは、例えば、真空高温状態、かつ、アーム部材２２Ａより第２荷重Ｆ２が付与された状態で所定時間保持されることで、互いに拡散接合される。加熱条件及び真空条件は、通常の条件を参考に設定できる。加熱条件及び真空条件の一例として、後述する実施例を参考にすることができる。
【００３７】
本実施形態において、被接合部材５５Ａは、２つの部材により構成されているが、これに限定されず、３以上の部材で構成されていてもよい。
また、本実施形態において、被接合部材５５Ａは、２つのシート状の部材により構成されているが、これに限定されない。
【００３８】
続けて、図５により、荷重増幅治具２０Ａの作用について説明する。
図５に示すように、アーム部材２２Ａにおける第２位置Ｐ２には、錘４０Ａが載置される。アーム部材２２Ａにおける第２位置Ｐ２には、錘４０Ａにより第１荷重Ｆ１が付与される。これにより、荷重増幅治具２０Ａは、アーム部材２２Ａによって第１荷重Ｆ１よりも大きな第２荷重Ｆ２を被接合部材セット５０Ａに付与する。
【００３９】
詳細には、荷重増幅治具２０Ａは、アーム部材２２Ａの第１位置Ｐ１において付与された第１荷重Ｆ１を、てこの原理により第３位置Ｐ３においては第２荷重Ｆ２に増幅して被接合部材セット５０Ａに付与する。
【００４０】
荷重増幅治具２０Ａにおいて、第１位置Ｐ１（支点）から第３位置Ｐ３（作用点）までの距離Ｘが、第１位置Ｐ１（支点）から第２位置Ｐ２（力点）までの距離Ｙよりも短くなるよう構成される。これにより、外部から錘４０Ａにより加えられた第１荷重Ｆ１は、該第１荷重Ｆ１よりも大きな第２荷重Ｆ２に増幅される。
【００４１】
ここで、図５において、距離Ｘ，距離Ｙ、第１荷重Ｆ１（錘４０Ａの重量）、第２荷重Ｆ２の一例を示す。この例において、距離Ｙの距離Ｘに対する比が３４（倍）であるので、第１荷重Ｆ１は、第３位置Ｐ３においては３４倍に増幅され、第２荷重Ｆ２に増幅されている。
【００４２】
上述より、荷重増幅治具２０Ａは、第２位置Ｐ２において付与された第１荷重Ｆ１を、第３位置Ｐ３において第２荷重Ｆ２に増幅して被接合部材セット５０Ａに付与することができる。荷重増幅治具２０Ａは、距離Ｘと距離Ｙとの比を調整することで、上述の増幅度（率）を調整することができる。例えば、錘４０Ａが載置される位置の変更や、被接合部材セット５０Ａの位置の変更により、増幅度を調整できる。
荷重増幅治具２０Ａは、被接合部材セット５０Ａにおいて拡散接合に必要とされる荷重（面圧）に対して、錘４０Ａの重さ（及びサイズ）を小さくすることができる。
【００４３】
ここで、本実施形態において、炉中拡散接合用てこ式治具１は、荷重増幅治具２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃ、２０Ｄにより被接合部材セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄに対して同じ大きさの荷重を付与するように構成されるが、これに限定されず、それぞれ異なる大きさの荷重を付与するように構成されていてもよい。
【００４４】
本実施形態によれば、炉中拡散接合用てこ式治具１（荷重増幅治具２０Ａ）は、第１荷重Ｆ１をてこの原理により第２荷重Ｆ２に増幅して被接合部材セット５０Ａに付与する。
これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１（荷重増幅治具２０Ａ）は、錘４０Ａの重量を小さくできる。また、これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１（荷重増幅治具２０Ａ）は、底板部材１０や錘４０Ａを移動させる部材（例えば、レール部材）にかかる負荷を低減できる。
また、これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１（荷重増幅治具２０Ａ）は、簡易な構成で大きな荷重を被接合部材セット５０Ａに付与できる。例えば、炉中拡散接合用てこ式治具１（荷重増幅治具２０Ａ）は、従来の油圧シリンダー等を有する装置に比べて簡易な構成で大きな荷重を被接合部材セット５０Ａに付与できる。これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１（荷重増幅治具２０Ａ）は、低コストで被接合部材を拡散接合できる。
また、本実施形態によれば、炉中拡散接合用てこ式治具１は、複数の荷重増幅治具２０Ａ〜２０Ｄを、並列に配置して構成しているので、限られた容積の炉Ａの内部空間Ｂを有効に利用できる。
【００４５】
（第１実施形態の変形形態）
続けて、図６により、第１実施形態の荷重増幅治具における変形形態について説明する。図６に示すように、荷重増幅治具８０は、錘９２がアーム部材２２Ａに載置されるのではなく、アーム部材２２Ａにぶら下がるように取り付けられる。
具体的には、荷重増幅治具８０は、アーム部材２２Ａに固定又は移動可能に取り付けられた錘取付け部材９１と、錘取付け部材９１に取り付け可能な錘９２と、を有する。
錘取付け部材９１は、アーム部材２２Ａにおける垂直方向下方側に配置される。錘取付け部材９１には、被接合部材セット５０Ａに付与すべき荷重の大きさに応じた重量の錘９２が取り付けられる。
荷重増幅治具８０における作用は、上述の第１実施形態と同様である。
【００４６】
本変形形態によれば、錘９２はアーム部材２２Ａに載置されず、ぶら下がるように取り付けられるので、錘９２の重心やバランスによる影響が抑制される。これにより、荷重増幅治具８０において、錘９２の形状や大きさの制限が少ない。
また、荷重増幅治具８０において、錘９２の荷重は、錘取付け部材９１を介して、アーム部材２２Ａにおける第２位置Ｐ２に高い精度で付与される。これにより、荷重増幅治具８０は、被接合部材セット５０Ａに付与する荷重の大きさを高い精度で調整することができる。
【００４７】
続けて、図７により、第１実施形態の荷重増幅治具における他の変形形態について説明する。図７においては、外部から荷重が付与される第２位置Ｐ２近傍のみ図示している。
図７に示すように、荷重増幅治具８１は、錘９２ではなく、圧縮荷重が付与された留治具９５によりアーム部材２２Ａに荷重を付与している。
【００４８】
具体的には、荷重増幅治具８１は、圧縮荷重が付与された留治具９５と、アーム部材２２Ａと留治具９５とを連結する連結部材９６と、連結部材９６を留治具９５に固定する止め具９７と、を有する。
留治具９５には、被接合部材セット５０Ａに付与すべき荷重の大きさに応じた圧縮荷重が付与される。
荷重増幅治具８１において、アーム部材２２Ａの第２位置Ｐ２には、留治具９５から第１荷重Ｆ１が付与される。荷重増幅治具８１における他の作用は、上述の第１実施形態と同様である。
【００４９】
本変形形態によれば、第１荷重Ｆ１は、留治具９５により付与される。これにより、荷重増幅治具８１は、錘が不要である。また、これにより、荷重増幅治具８１は、錘を移動させるレール部材等が不要である。また、これにより、荷重増幅治具８１は、底板部材等に対する負荷を軽減できる。
【００５０】
（第２実施形態）
続けて、図８及び図９により、第２実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具１００について説明する。尚、第２実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具１００は、２つの荷重増幅治具により一つの被接合部材セットに荷重を付与している点で、第１実施形態の炉中拡散接合用てこ式治具１と相違する。以下、相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００５１】
図８及び図９に示すように、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、複数の荷重増幅治具のうち所定の２つの荷重増幅治具が一の被複合部材セットに対して第２荷重を付与する点で第１実施形態と相違する。具体的には、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、底板部材１１０と、底板部材１１０に固定される複数の荷重増幅治具１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄと、を備える。
【００５２】
本実施形態において、底板部材１１０には、２つの被接合部材セット１５０Ａ、１５０Ｂが載置される。また、底板部材１１０は、被接合部材セット１５０Ａ、１５０Ｂそれぞれを囲むように配置され、後述するアーム部材１２２Ａ、１２２Ｂの下方への移動を制限する規制部材１８０Ａを有する。
【００５３】
本実施形態において、荷重増幅治具１２０Ａ及び荷重増幅治具１２０Ｂは、コンポジット部材１６０Ａ，１６０Ｂ，１７０Ａを介して、一の被接合部材セット１５０Ａを押圧する。詳細には、荷重増幅治具１２０Ａは、コンポジット部材１６０Ａ，１７０Ａを介して、第２荷重Ｆ２Ａを被接合部材セット１５０Ａに付与する。また、荷重増幅治具１２０Ｂは、コンポジット部材１６０Ｂ，１７０Ａを介して、第２荷重Ｆ２Ｂを被接合部材セット１５０Ａに付与する。つまり、荷重増幅治具１２０Ａ及び荷重増幅治具１２０Ｂは、コンポジット部材１７０Ａを介して、第２荷重Ｆ２Ａ及び第２荷重Ｆ２Ｂを一つの被接合部材セット１５０Ａに付与する。
ここで、荷重増幅治具１２０Ｃ及び荷重増幅治具１２０Ｄも同様に、コンポジット部材１６０Ａ，１６０Ｂ，１７０Ｂを介して、一の被接合部材セット１５０Ｂを押圧する。
【００５４】
本実施形態によれば、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、２つの荷重増幅治具により一つの被接合部材セットに荷重を付与している。これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、被接合部材に対してより大きな荷重を付与することができる。
また、これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、荷重増幅治具それぞれに載置された錘の重量を小さくできる。これにより、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、底板部材１１０等への負担を軽減できる。また、炉中拡散接合用てこ式治具１００は、更なる小型化が可能である。
【００５５】
ここで、本実施形態においては、２つの荷重増幅治具により１の被接合部材セットに荷重を付与しているが、これに限定されず、炉中拡散接合用てこ式治具は、３つ以上の荷重増幅治具により一つの被接合部材セットに荷重を付与するように構成されていてもよい。
また、本実施形態では、コンポジット部材１７０Ａにより被接合部材セット１５０Ａを押圧し、コンポジット部材１７０Ｂにより被接合部材セット１５０Ｂを押圧したが、これに限らない。即ち、一枚のコンポジット部材により被接合部材セット１５０Ａ及び被接合部材セット１５０Ｂの両方を押圧してもよい。これにより、４つの荷重増幅治具により２つの被接合部材セットに均一に荷重を付与できる。
【００５６】
（第３実施形態）
続けて、図１０及び図１１により、第３実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具２００について説明する。尚、第３実施形態における炉中拡散接合用てこ式治具２００は、荷重増幅治具の構成が相違する点で第１実施形態の炉中拡散接合用てこ式治具１と相違する。以下、相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については説明を省略する。以下、本実施形態における荷重増幅治具２２０について説明する。
【００５７】
図１０に示すように、本実施形態における荷重増幅治具２２０は、２つのアーム部材により２つのてこを形成し、これらを組み合わせることで、外部から付与された荷重に対する増幅度を更に大きくするよう構成されている。
具体的には、荷重増幅治具２２０は、支柱２２１（第１支柱）と、アーム部材２２２（第１アーム部材）と、アーム部材２２２を支柱２１５に回動可能に連結させる連結部材２２３と、支柱２２５（第２支柱）と、アーム部材２２７（第２アーム部材）と、アーム部材２２７を支柱２１５に回動可能に連結させる連結部材２２６と、アーム部材２２７の自由端側に載置される錘２４０と、アーム部材２２２とアーム部材２２７との間に配置される荷重伝導部材２５０と、を備える。以下、第１実施形態の荷重増幅治具２０Ａと相違する点を中心に説明する。
【００５８】
図１０に示すように、アーム部材２２２は、第１実施形態におけるアーム部材２２Ａと同様の構成であるが、自由端側に錘が載置されない点で相違する。また、アーム部材２２２は、第１荷重Ｆ１がアーム部材２２７により付与される点で第１実施形態と相違する。
【００５９】
本実施形態において、錘２４０はアーム部材２２７（第２アーム部材）の自由端側に載置される。そして、錘２４０によりアーム部材２２７に付与された第３荷重Ｆ３がてこの原理により増幅され、アーム部材２２２における自由端側の第２位置Ｐ２に付与される。
【００６０】
支柱２２５は、垂直方向下部において底板部材２１０に固定される。支柱２２５には、連結部材２２６を介して、アーム部材２２７が回動可能に連結される。
【００６１】
アーム部材２２７（第２アーム部材）は、一端側の第４位置Ｐ４において、連結部材２２６により支柱２２５に回動可能に連結される。
アーム部材２２７は、連結部材２２６により支柱２２５に連結される側と反対側の自由端側に、錘２４０を載置可能に構成される。具体的には、アーム部材２２７は、自由端側の第５位置Ｐ５に形成される錘取付け部２３０を有する。アーム部材２２７の第５位置Ｐ５には、被接合部材セット５０Ａに付与する荷重の大きさに応じた重さに調整された錘２４０が載置される。アーム部材２２７の第５位置Ｐ５には、錘２４０から第３荷重Ｆ３が付与される（図１１参照）。
【００６２】
アーム部材２２７は、第６位置Ｐ６において、アーム部材２２２にてこの原理で増幅された荷重を第１荷重Ｆ１として付与する。第６位置Ｐ６は、第４位置Ｐ４と第５位置Ｐ５との間であって、アーム部材２２２における第２位置Ｐ２に対応する位置である。アーム部材２２７は、荷重伝導部材２５０を介して間接的に、アーム部材２２２の第２位置Ｐ２に対して第１荷重Ｆ１を付与する（図１１参照）。第１荷重Ｆ１は、第３荷重Ｆ３がてこの原理により増幅された荷重であり、第３荷重Ｆ３より大きな荷重である。
ここで、本実施形態において、第１荷重Ｆ１は、アーム部材２２７とアーム部材２２２との間に配置された荷重伝導部材２５０により伝導されるが、これに限定されず、アーム部材２２７又はアーム部材２２２に形成された荷重伝導部（例えば、凸状部）により伝導されるように構成してもよい。
【００６３】
アーム部材２２７からアーム部材２２２に付与された第１荷重Ｆ１は、第１実施形態と同様、更に増幅され、第３荷重Ｆ３として被接合部材セット５０Ａに付与される。
【００６４】
続けて、図１１により、荷重増幅治具２２０の作用について説明する。
図１１に示すように、アーム部材２２７における第５位置Ｐ５には、錘２４０が載置される。アーム部材２２７における第５位置Ｐ５には、錘２４０により第３荷重Ｆ３が付与される。
【００６５】
続けて、アーム部材２２７は、第６位置Ｐ６において、第３荷重Ｆ３をてこの原理で増幅し、荷重伝導部材２５０を介して、アーム部材２２２の第２位置Ｐ２に該増幅された荷重である第１荷重Ｆ１を付与する。
【００６６】
続けて、第２位置Ｐ２において第１荷重Ｆ１を付与されたアーム部材２２２は、更にてこの原理により第１荷重Ｆ１を増幅し、該増幅された荷重である第２荷重Ｆ２を被接合部材セット５０Ａに付与する。
【００６７】
ここで、てこの原理を利用した増幅や増幅度に関する説明は、第１実施形態における説明を援用する。第３荷重Ｆ３から第１荷重Ｆ１への増幅度は、第６位置Ｐ６の位置により調整可能である。また、第１荷重Ｆ１から第２荷重Ｆ２への増幅度は、第６位置Ｐ６及び第３位置Ｐ３により調整可能である。
【００６８】
本実施形態によれば、炉中拡散接合用てこ式治具２００の荷重増幅治具２２０は、２つのアーム部材により２つのてこを形成し、これらを組み合わせることで、外部から付与された荷重に対する増幅度を更に大きくするよう構成されている。
炉中拡散接合用てこ式治具２００の荷重増幅治具２２０は、錘２４０から付与された第３荷重Ｆ３を増幅して第１荷重Ｆ１としてアーム部材２２２に付与すると共に、第１荷重Ｆ１を更に増幅して第２荷重Ｆ２として被接合部材セット５０Ａに付与する。
これにより、炉中拡散接合用てこ式治具２００は、より大きな荷重を被接合部材に付与することができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、炉中拡散接合用てこ式治具２００の荷重増幅治具２２０は、錘２３０の重量を更に小さくできる。また、これにより、炉中拡散接合用てこ式治具２００は、底板部材２１０や錘２３０を移動させる部材（例えば、レール部材）にかかる負荷を更に低減できる。
【００７０】
また、図１０、図１１では、２つのアーム部材により２つのてこを形成し、これらを組み合わせた荷重増幅治具２２０を用いているが、外部から付与された荷重に対する増幅度を更に大きくするため、３以上のアーム部材により３以上のてこを形成し、これらを組み合わせて荷重増幅治具２２０を構成してもよい。
また、本実施形態においては、炉中拡散接合用てこ式治具２００は、図１０、図１１に示したような上記の荷重増幅治具２２０を底板上に複数配置することができる。拡散接合炉のスペースや被接合部材の大きさ等によっては、当該荷重増幅治具２２０を一つ配置して構成してもよい。
【実施例】
【００７１】
続けて、本発明の実施例について以下に説明する。適宜、図１２から図１６を参照する。まず、比較例１、実施例１、実施例２及び実施例３について、錘の重量（第１荷重Ｆ１）と被接合部材セットに付与される第２荷重Ｆ２との関係について確認した。比較例１、実施例１及び実施例２の概要は、以下の通りである。
【００７２】
比較例１は、錘を被接合部材セットに直接載置した例である。
実施例１は、第１実施形態の炉中拡散接合用てこ式治具（荷重増幅治具）を利用した例である。
実施例２は、第２実施形態の炉中拡散接合用てこ式治具（荷重増幅治具）を利用した例である。実施例１の荷重増幅治具を２つ利用して、一つの被接合部材セットに荷重を付与する例である。
実施例３は、第３施形態の炉中拡散接合用てこ式治具（荷重増幅治具）を利用した例である。
【００７３】
距離Ｘ、距離Ｙ、錘の重量（第１荷重Ｆ１）、被接合部材に付与される面圧の条件は、図１２の表１に示す通りである。
ここで、被接合部材セットの水平方向のサイズは２０ｍｍ×２０ｍｍである。また、被接合部材セットにかかる面圧（σ）は１．１ＭＰａとした。つまり、第２荷重Ｆ２を４５ｋｇｆとした。
そして、比較例１、実施例１、実施例２及び実施例３について、第２荷重Ｆ２が４５ｋｇｆとなる錘の重量を確認した。
【００７４】
結果は図１２の表１に示す通りであり、比較例１における錘の重量は４５ｋｇｆであり、実施例１における錘の重量は１．３３ｋｇｆであり、実施例２における錘の重量は０．６６ｋｇｆであり、実施例３における錘の重量は０．０４ｋｇｆであった。
【００７５】
上述の結果より、実施例１から３のいずれもが、錘を直接載置する比較例１に比べて、錘の重量が小さくなることがわかった。
また、荷重増幅治具が一つである実施例１よりも、荷重増幅治具が２つである実施例２の方が、錘の重量が小さくなることがわかった。複数の荷重増幅治具で一つの被接合部材セットを押圧することで、各荷重増幅治具における錘の重量を小さくできることがわかった。
また、実施例３における錘の重量が最も小さいことがわかった。アーム部材を２つにしててこを組み合わせることで、錘の重量を大幅に小さくできることがわかった。
【００７６】
続けて、実施例１の炉中拡散接合用てこ式治具（荷重増幅治具）を用いて以下の拡散接合を行った。各条件は、図１３から図１５に示す通りである。
図１３に示すように、横型真空炉により、拡散接合試験を行った。真空条件及び加熱条件は表４に示す通りであり、後に詳述する。接合温度は、（１）９００℃、（２）１０００℃、（３）１１００℃、（４）１２００℃の４パターンである。被接合部材の寸法は、２０ｍｍ×２０ｍｍで厚さが１ｍｍである。被接合部材の材料はＳＵＳ４３０である。
【００７７】
図１４に示す負荷面圧及び錘の重量で拡散接合試験を行った。負荷面圧及び錘の重量は以下の通りである。
比較例２及び実施例４における被接合部材に付与される負荷面圧を０．１４ＭＰａとした。この場合における比較例２の錘の重量は５．７ｋｇｆであり、実施例４の錘の重量は０．１７ｋｇｆである。
比較例３及び実施例５における被接合部材に付与される負荷面圧を０．２８ＭＰａとした。この場合における比較例３の錘の重量は１１．３ｋｇｆであり、実施例５の錘の重量は０．３４ｋｇｆである。
比較例４及び実施例６における被接合部材に付与される負荷面圧を０．５５ＭＰａとした。この場合における比較例４の錘の重量は２２．５ｋｇｆであり、実施例６の錘の重量は０．６７ｋｇｆである。
【００７８】
また、真空条件及び加熱条件は図１５の表４及びグラフに示す通りであり、以下の通りである。
まず、炉内の温度を予備加熱として４００℃になるまで昇温する。予備加熱時の真空度は１．０×１０−２Ｐａである。時間及び昇温度は、図１５のグラフに示す通りである。
続けて、炉内の温度を接合温度（１）（２）（３）（４）に昇温する。当該加熱時の真空度は１．０×１０−４から１．０×１０−２Ｐａである。昇温・保温時間及び昇温度は、図１５のグラフに示す通りである。
続けて、炉内の温度を所定時間（本試験においては２時間）保持した後、拡散温度が（１）又は（２）の場合には９００℃に降温した後に、また、拡散温度が（３）（４）の場合には１０００℃に降温した後に、Ａｒガスを吹き入れて炉内を冷却する。降温時間及び降温度は、図１５のグラフに示す通りである。
【００７９】
各比較例及び実施例の拡散接合の評価について説明する。拡散接合性の評価は、接合部分の酸化状態を目視により評価することで行った。具体的には、拡散接合性の評価は、以下のようにして行った。
炉中拡散接合用側面押し治具により拡散接合された各被接合部材について、大気中８００℃において２４時間の加熱試験を行った後、加熱した各被接合部材を切断し、切断面の酸化状態を目視で確認した。
被接合部材が拡散接合されていれば、被接合部材の内部は真空が保たれているため酸化せず、切断面は金属光沢を維持している。一方、被接合部材が拡散接合されていない場合には、被接合部材の接合部分が酸化され、当該接合部分において金属光沢が失われる。
そこで、拡散接合の評価においては、被接合部材の切断面において、当初の金属光沢を維持していることが確認されたものを○とし、切断面において当初の金属光沢が失われている部分があることが確認されたものを×とした。
【００８０】
結果は図１６の表５に示す通りである。
拡散温度でみた場合、９００℃では全ての比較例及び実施例が×の評価であった。１０００℃では比較例２及び実施例４が×の評価であり、比較例３、４及び実施例５、６は〇の評価であった。１１００℃及び１２００℃では全ての比較例及び実施例が〇の評価であった。
【００８１】
ここで、主に１０００℃の結果について検討する。
接合評価が×であった比較例２における錘の重量は５．７ｋｇｆである。これに対して、接合評価が〇であった実施例５、６における錘の重量は、それぞれ０．３３ｋｇｆ、０．６６ｋｇｆである。つまり、実施例５，６においては、比較例２よりも重量の小さい錘を使用しているにも関わらず、拡散接合の評価が〇になっていることが分かる。
【００８２】
上述の結果より、実施例における炉中拡散接合用てこ式治具（荷重増幅治具）によれば、錘を直接載置する場合に比べて重量の小さな錘で拡散接合できることが分かった。つまり、実施例における炉中拡散接合用てこ式治具（荷重増幅治具）によれば、拡散接合における錘の重量を小さくできることが分かった。
【符号の説明】
【００８３】
１      炉中拡散接合用てこ式治具
１０    底板部材
２０Ａ  荷重増幅治具
２１Ａ  支柱
２２Ａ  アーム部材
２３Ａ  連結部材
３０Ａ  錘取付け部
４０Ａ  錘
５０Ａ  被接合部材セット
Ａ      炉
Ｂ      内部空間
Ｆ１    第１荷重
Ｆ２    第２荷重
Ｐ１    第１位置
Ｐ２    第２位置
Ｐ３    第３位置
【図１】
0006501590.tif 000002
【図２】
0006501590.tif 000003
【図３】
0006501590.tif 000004
【図４】
0006501590.tif 000005
【図５】
0006501590.tif 000006
【図６】
0006501590.tif 000007
【図７】
0006501590.tif 000008
【図８】
0006501590.tif 000009
【図９】
0006501590.tif 000010
【図１０】
0006501590.tif 000011
【図１１】
0006501590.tif 000012
【図１２】
0006501590.tif 000013
【図１３】
0006501590.tif 000014
【図１４】
0006501590.tif 000015
【図１５】
0006501590.tif 000016
【図１６】
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