(57)【要約】【課題】応力の発生ないし部分的集中が抑制された、各部材の接合強度が高い接合構造体の提供する。【解決手段】第１部材と、第２部材と、この第１部材と第２部材との間に介在した中間部材とからなり、これらの各部材が接合材によって接合された接合構造体であって、前記中間部材が空間を形成する複数の孔もしくは溝を有することを特徴とする、接合構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、第２部材と、この第１部材と第２部材との間に介在した中間部材とからなり、これらの各部材が接合材によって接合された接合構造体であって、前記中間部材が空間を形成する複数の孔もしくは溝を有することを特徴とする、接合構造体。
【請求項２】
前記第１部材および（または）前記第２部材が、金属材料、セラミックス材料若しくはガラス材料からなる、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記中間部材が、金属材料、セラミックス材料またはガラス材料からなる、請求項１または２に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記中間部材が、前記空間を形成し得る複数の部材から構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記中間部材が、前記第１部材または前記第２部材との接合界面の垂直方向に貫通孔を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記貫通孔が、前記中間部材の前記第１部材または前記第２部材との接合界面の垂直方向の直線状断面において、前記中間部材の連続性を分断するように配置された、請求項５に記載の接合構造体。
【請求項７】
前記中間部材が、鉄系、銅系、Ｎｉ系またはＣｏ系金属材料、あるいはＮｉ、Ｃｏ被膜を形成した鉄系金属材料からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項８】
前記接合材が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂｉから選ばれた少なくとも１種を含有するＳｎ系低融点金属材料からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項９】
前記接合材が、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｄから選ばれた少なくとも１種をさらに含有するＳｎ系低融点金属材料からなる、請求項８に記載の接合構造体。
【請求項１０】
前記第１部材、前記第２部材および前記中間部材がそれぞれガラス材料からなり、これらの各部材の前記接合材との少なくとも接触部位にメタライズ層が形成された、請求項１〜９のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項１１】
前記メタライズ層が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種とＣｏ酸化物を含有し、残部はガラスからなる、請求項１０に記載の接合構造体。
【請求項１２】
前記メタライズ層が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量が各々１〜８０重量％であり、かつこれらの合計含有量が９０重量％を越えず、かつ、Ｃｏ酸化物の含有量が１〜５０重量％であり、残部はガラスからなる、請求項１１に記載の接合構造体。
【請求項１３】
前記第１部材と前記中間部材との間および前記中間部材と前記第２部材との間に配置された前記接合材を、この接合材の融点以上の温度に加熱して、前記第１部材と前記中間部材と前記第２部材とを接合させることを特徴とする、接合構造体の製造法。
【請求項１４】
前記接着材が、前記第１部材、前記第２部材および前記中間部材のいずれかに予め形成されたものである、請求項１３に記載の接合構造体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合構造体に関するものである。更に詳しくは、本発明は、第１部材と、第２部材と、この第１部材と第２部材との間に介在した中間部材とからなり、これらの各部材が接合された接合構造体およびその製造法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の部材が接合された接合構造体においては、各部材の材質や形状に基づく物理的性質の相違や、接合界面における熱膨張係数の差による残留応力、それに伴う反りや変形、剥離などの種々の課題を起こし、十分な接合強度ならびに信頼性を得ることが困難であった。
【０００３】
板ガラスの接合構造は、特開平２００２−２６６８１９号公報（特許文献１）に記載されている。しかし、この技術は、主として、ボルト等の締め付け手段の締め付け力のバラツキによって接着剤の接着強度にバラツキが生じるのを防止する技術に関するものであっって、熱膨張係数の差による残留応力、それに伴う反りや変形、応力の発生防止に関しては詳述されていない。
【０００４】
また、特開平１０−２９２５６号公報（特許文献２）には、複合材料およびその製造方法が開示されている。しかし、この文献には、複合材料の表面に垂直方向の引張応力に抗力を示す構造が示されるものの、複合材料の水平方向の応力ならびにその緩和構造については具体的に示されていない。また、複合材料の孔部には異種材料が充填されていることから、この孔は応力の緩和には直接的には寄与しないものと思われる。
【特許文献１】特開平２００２−２６６８１９号公報
【特許文献２】特開平１０−２９２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の通りに、複数の部材が接合された接合構造体においては、十分な接合強度ならびに信頼性を得ることが困難であった。特に、異種材料からなる接合構造体や大型の接合構造体では、応力の増大や部分的集中によって、反りや剥離などが生じやすい傾向がある。
【０００６】
このことから、各部材の接合強度が高く、かつ応力の発生ないし部分的集中が抑制された接合構造体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。
【０００８】
したがって、本発明による接合構造体は、第１部材と、第２部材と、この第１部材と第２部材との間に介在した中間部材とからなり、これらの各部材が接合材によって接合された接合構造体であって、前記中間部材が空間を形成する複数の孔もしくは溝を有することを特徴とするもの、である。
【０００９】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記第１部材および（または）前記第２部材が、金属材料、セラミックス材料若しくはガラス材料からなるもの、を包含する。
【００１０】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、金属材料、セラミックス材料またはガラス材料からなるもの、を包含する。
【００１１】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、前記空間を形成し得る複数の部材から構成されたもの、を包含する。
【００１２】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、前記第１部材または前記第２部材との接合界面の垂直方向に貫通孔を有するもの、を包含する。
【００１３】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記貫通孔が、前記中間部材の前記第１部材または前記第２部材との接合界面の垂直方向の直線状断面において、前記中間部材の連続性を分断するように配置されたもの、を包含する。
【００１４】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記中間部材が、鉄系、銅系、Ｎｉ系またはＣｏ系金属材料、あるいはＮｉ、Ｃｏ被膜を形成した鉄系金属材料からなるもの、を包含する。
【００１５】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記接合材が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂｉから選ばれた少なくとも１種を含有するＳｎ系低融点金属材料からなるもの、を包含する。
【００１６】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記接合材が、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｄから選ばれた少なくとも１種をさらに含有するＳｎ系低融点金属材料からなるもの、を包含する。
【００１７】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記第１部材、前記第２部材および前記中間部材がそれぞれガラス材料からなり、これらの各部材の前記接合材との少なくとも接触部位にメタライズ層が形成されたもの、を包含する。
【００１８】
このような本発明による接合構造体は、好ましい態様として、前記メタライズ層が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種とＣｏ酸化物を含有し、残部はガラスからなるもの、を包含する。
【００１９】
このような本発明による接合構造体は、さらに好ましい態様として、前記メタライズ層が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量が各々１〜８０重量％であり、かつこれらの合計含有量が９０重量％を越えず、かつ、Ｃｏ酸化物の含有量が１〜５０重量％であり、残部はガラスからなるもの、を包含する。
【００２０】
また、本発明による接合構造体の製造法は、前記第１部材と前記中間部材との間および前記中間部材と前記第２部材との間に配置された前記接合材を、この接合材の融点以上の温度に加熱して、前記第１部材と前記中間部材と前記第２部材とを接合させることを特徴とするもの、である。
【００２１】
このような本発明による接合構造体の製造法は、好ましい態様として、前記接着材が、前記第１部材、前記第２部材および前記中間部材のいずれかに予め形成されたもの、を包含する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、応力の発生ないし部分的集中が抑制された、各部材の接合強度が高い接合構造体を得ることができる。よって、本発明は、例えば、異種材料からなる接合構造体、大型の接合構造体、加熱、冷却などに繰り返し付される接合構造体、特に高精度であることが求められる接合構造体、高度の耐久性が求められる接合構造体として、特に有用なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を必要に応じて図面を参照して説明する。
【００２４】
＜接合構造体＞
図１は、本発明による好ましい接合構造体の上面図であり、図２は、図１の接合構造体のＡ−Ａ断面を示すものである。
【００２５】
この図１および図２に示される本発明による接合構造体は、第１部材１と、第２部材２と、この第１部材１と第２部材２との間に介在した中間部材３とからなり、これらの各部材（即ち、第１部材１、第２部材２および中間部材３）が接合材４ａおよび４ｂによって接合された接合構造体であって、前記中間部材３が空間を形成する複数の孔６を有するものである。
【００２６】
第１部材１、第２部材２および中間部材３の大きさおよび形状は、例えば接合構造体の使用目的等に応じてそれぞれ適宜定めることができる。
【００２７】
本発明では、図１および図２に示されにように、第１部材１と第２部材２とが実質的に同じ大きさで、中間部材３がそれより小さいことが好ましいが、第１部材１と第２部材２とは異なる大きさであってもよく、場合によっては、第１部材１および第２部材２は中間部材３より小さくてもよい。
【００２８】
また、一対の第１部材１および第２部材２に対する中間部材３の数およびその位置は任意である。例えば、図１に示されるように、一対の第１部材１および第２部材２のその中央部付近に中間部材３を１箇所設けることもできるし、例えば第１部材１および第２部材２の外周部に沿って、１ないし複数個の中間部材を連続してあるいは間隔をあけて設けることができる。
【００２９】
第１部材１および第２部材２は、金属材料、セラミックス材料若しくはガラス材料からなるものが好ましい。また、中間部材３は、金属材料、セラミックス材料またはガラス材料からなるものが好ましい。そして、第１部材１、第２部材２および中間部材３は、熱膨張特性が同一もしくは近似したものが好ましい。
【００３０】
ここで、図１および図２に示される好ましい接合構造体における中間部材３は、第１部材１および第２部材２の接合界面の垂直方向に貫通した孔６を有するものである。なお、孔６は、第１部材１側の開口径と第２部材２側の開口径とが同一であることが普通であるが、異なっていてもよい。そして、孔６は、図２に示されるように、中間部材３を貫通していることが普通であるが、第１部材１または第２部材２のどちらか一方のみに開口していてもよい。即ち、孔は、第１部材１側あるいは第２部材２側のどちらか一方のみに開口した非貫通の孔であってもよい。また、孔６は、それが貫通している場合には、第１部材１または第２部材２との接合界面に対し垂直方向でなくてもよい。
【００３１】
そして、図１および図２に示される好ましい接合構造体は、孔６が、中間部材３の第１部材１および第２部材２との接合界面の垂直方向の直線状断面（即ち、Ａ−Ａ断面）において、中間部材３の連続性を分断するように配置されたものである。そして、孔６の直線状断面（Ａ−Ａ断面）上の開口径（開口長さ）が同一であり、かつ孔６が直線状断面（Ａ−Ａ断面）上に等間隔に形成されたものである。
【００３２】
なお、直線状断面（Ａ−Ａ断面）上に存在する複数の貫通口の開口径（開口長さ）は同一でなくてもよく、また各貫通口の間隔は異なっていてもよい。
【００３３】
そして、本発明による接合構造体は、中間部材３が空間を形成する複数の溝を有するものも好ましい。溝は、中間部材３の片方の面あるいは両方の面に、図１のＡ−Ａ断面に平行に、あるいは直角に、あるいは任意の角度をもって、１本または複数本設けることができる。また、複数の溝が一つの方向に平行に配列したものであってもよく、平行に配列した溝が二方向以上あって任意の角度で交差しているものであってもよい
そして、本発明による接合構造体は、中間部材３が、鉄系、銅系、Ｎｉ系またはＣｏ系金属材料、あるいはＮｉ、Ｃｏ被膜を形成した鉄系金属材料からなるものが好ましい。このことによって、第１部材１および第２部材２との接合強度の向上を図ることが容易になる。
【００３４】
そして、本発明による接合構造体において、接合材４ａおよび４ｂとしては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂｉから選ばれた少なくとも１種を含有するＳｎ系低融点金属材料からなるのが好ましい。特に、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｄから選ばれた少なくとも１種をさらに含有するＳｎ系低融点金属材料からなるものが好ましい。Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ含有量が、各々０．１〜７０重量％、かつ、前記合計量が８０重量％を超えず、かつ、Ｃｏ酸化物含有量が０．１〜１０重量％であるものが適当である。Ａｇは高価のため、Ｃｕ、ＮｉやＣｏと共に用いることができるが、前記合計量が２０〜６０重量％が望ましい。Ｃｏ酸化物含有量も特に限定はないが１〜５％重量で十分な界面反応制御を発揮できる。
【００３５】
第１部材１側の結合材４ａおよび第２部材２側の結合材４ｂは、第１部材１または第２部材２の材質や、それとの接合強度や応力等を考慮して、それぞれ適宜定めることができる。
【００３６】
第１部材１、第２部材２および中間部材３がそれぞれガラス材料からなる場合、これらの各部材の接合材４ａ、４ｂとの少なくとも接触部位にはメタライズ層５ａ、５ｂが形成されていることが好ましい。好ましいメタライズ層としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種とＣｏ酸化物を含有し、残部はガラスからなるものを例示することができる。特に好ましいメタライズ層としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量が各々１〜８０重量％であり、かつこれらの合計含有量が９０重量％を越えず、かつ、Ｃｏ酸化物の含有量が１〜５０重量％であるものを例示することができる。
【００３７】
＜接合構造体の製造法＞
図１および図２に示される好ましい接合構造体は、例えば、第１部材１と中間部材３との間および中間部材３と第２部材２との間に配置された接合材４ａおよび４ｂを、この接合材の融点以上の温度に加熱して、第１部材１と中間部材３と第２部材２とを接合させることによって製造することができる。第１部材１と中間部材３との接合と、中間部材３と第２部材２との接合を、同時に行うことが効率上最も好ましいが、第１部材１と中間部材３との接合と、中間部材３と第２部材２との接合を、別々に行うこともできる。
【００３８】
結合材４ａ、４ｂは、第１部材１、第２部材２または中間部材のずれかに予め形成しておくことが好ましい。結合材は、リボン状、線状や棒状で用いることができる。
【００３９】
下地層としてメタライズ層５ａ、５ｂを接合構造体に必要に応じて設ける場合、このメタライズ層５ａ、５ｂは、結合材４ａ、４ｂを形成する前に、第１部材１、第２部材２に形成することが好ましい。
【実施例】
【００４０】
＜実施例１＞
厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍのガラス基板からなる第１部材１と厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍのガラス基板からなる第２部材２の表面にそれぞれ厚さ１０μｍ、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍのガラスフリットからなる下地層（メタライズ層）５ａ、５ｂを形成した。次に、Ｆｅ−４２重量％Ｎｉからなる中間部材３となる厚さ１ｍｍの鉄板２の両側に厚さ５０μｍのＳｎ−０．７重量％Ｃｕ−０．１５重量％Ｃｏ−０．０５重量％Ｔｉからなる接合部材４ａ、４ｂをクラッド圧延し、一体化した後、孔径２．５ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、４５°配列のパンチング孔を加工した後、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍの中間部材３と接合部材４ａ、４ｂの結合体を作製した。
【００４１】
次に、上記の下地層を形成した第１部材１の上部に、図１に示すように、中間部材３と接合部材４ａ、４ｂの結合体を挿置し、その上部に下地層（メタライズ層）を形成した第２部材２を挿置した後、１０−５Ｔｏｒｒの真空中で、２５０℃、３分間加熱して接合した。得られた接合構造をＸ線探傷試験法で内部欠陥を観測した結果、上記の下地層（メタライズ層）を形成した第１部材１と接合部材４ａ、接合部材５ａと中間部材３、中間部材３と接合材４ｂ、接合材４ｂと下地層を形成した第２部材２の接合界面には、ボイド欠陥が見られず、健全な接合構造が得られた。
【００４２】
＜実施例２＞
厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍのガラス基板からなる第１部材１と厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍのガラス基板からなる第２部材２の表面にそれぞれ厚さ１０μｍ、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍのガラスフリットからなる下地層（メタライズ層）５ａ、５ｂを形成した。次に、Ｓ４５Ｃ鉄板ｉからなる中間部材３となる厚さ１ｍｍの鉄板２の両側に厚さ５０μｍのＳｎ−３重量％Ａｇ−０．５重量％Ｃｕ−０．１５重量％Ｃｏ−０．０５重量％Ｔｉの接合部材４ａ、４ｂをクラッド圧延し、一体化した後、孔径２．５ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、４５°配列のパンチング孔を加工した後、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍの中間部材３と接合部材４ａ、４ｂの結合体を作製した。
【００４３】
次に、上記の下地層を形成した第１部材１の上部に、図１に示すように、中間部材３と接合部材４ａ、４ｂの結合体を挿置し、その上部に下地層（メタライズ層）を形成した第２部材２を挿置した後、１０−５Ｔｏｒｒの真空中で、２５０℃、３分間加熱して接合した。得られた接合構造をＸ線探傷試験法で内部欠陥を観測した結果、上記の下地層を形成した第１部材１と接合部材４ａ、接合部材５ａと中間部材３、中間部材３と接合材４ｂ、接合材４ｂと下地層を形成した第２部材２の接合界面には、ボイド欠陥が見られず、健全な接合構造が得られた。
【００４４】
＜実施例３＞
厚さ５ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳｉＮ基板からなる第１部材１と厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍのガラス基板からなる第２部材２の表面にそれぞれ厚さ１０μｍ、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍのガラスフリットからなる下地層（メタライズ層）５ａ、５ｂを形成した。
【００４５】
次に、Ｓ４５Ｃ鉄板ｉからなる中間部材３となる厚さ１ｍｍの鉄板２の両側に厚さ５０μｍのＳｎ−３重量％Ａｇ−０．５重量％Ｃｕの接合部材４ａ、４ｂをクラッド圧延し、一体化した後、孔径２．５ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、４５°配列のパンチング孔を加工した後、幅５ｍｍ、長さ３５ｍｍの中間部材３と接合部材４ａ、４ｂの結合体を作製した。次に、上記の下地層を形成した第１部材１の上部に、図１に示すように、中間部材３と接合材４ａ、４ｂの結合体を挿置し、その上部に下地層（メタライズ層）を形成した第２部材２を挿置した後、１０−５Ｔｏｒｒの真空中で、２５０℃、３分間加熱して接合した。得られた接合構造をＸ線探傷試験法で内部欠陥を観測した結果、上記の下地層を形成した第１部材１と接合材４ａ、接合材５ａと中間部材３、中間部材３と接合材４ｂ、接合材４ｂと下地層を形成した第２部材２の接合界面には、ボイド欠陥が見られず、健全な接合構造が得られた。
【表１】
2008169889.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による好ましい接合構造体の上面図
【図２】図１の接合構造体のＡ−Ａ断面
【符号の説明】
【００４７】
１  第１部材
２  第２部材
３  中間部材
４ａ、４ｂ  結合材
５ａ、５ｂ  下地層（メタライズ層）
６  孔
【図１】
2008169889.tif 000004
【図２】
2008169889.tif 000005