(57)【要約】【課題】接合強度が高く、接合部材による流路の断面積の減少の少ないセラミック接合体を提供する。【解決手段】本開示のセラミック接合体は、第１の溝を有する第１面を備えた第１のセラミック部材と、前記第１面と対向する第２面を備え、前記第２面に前記第１の溝から離間して前記第１の溝を挟んで相対する第２の溝を有する第２のセラミック部材と、前記第１面と前記第２面とを接合する接合部材とを備え、前記第１の溝が流路として、前記第２の溝が接合部材溜りとして機能する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溝を有する第１面を備えた第１のセラミック部材と、
前記第１面と対向する第２面を備え、前記第２面に前記第１の溝から離間して前記第１の溝を挟んで相対する第２の溝を有する第２のセラミック部材と、
前記第１面と前記第２面とを接合する接合部材とを備え、
前記第１の溝が流路として、前記第２の溝が接合部材溜りとして機能する、セラミック接合体。
【請求項２】
第１の溝を有する第１面を備えた第１のセラミック部材と、
前記第１面と対向する第２面を備え、前記第２面に前記第１の溝から離間して前記第１の溝を挟んで相対する第２の溝を有する第２のセラミック部材と、
前記第１面と前記第２面とを接合する接合部材とを備え、
前記接合部材は、前記第２の溝の内側の開口縁近傍における前記第１面からの高さが、前記第１の溝の内側の開口縁近傍における前記第２面からの高さよりも高い、セラミック接合体。
【請求項３】
前記第１の面に複数の前記第１の溝を有する、請求項１または２に記載のセラミック接合体。
【請求項４】
前記第２の溝の幅が、前記第１の溝と前記第２の溝の離間距離よりも大きい、請求項１から３のいずれかに記載のセラミック接合体。
【請求項５】
前記第１面と垂直な断面視で、前記第１の溝の内側における前記第２面と前記第１の溝の内壁とのなす角度が９０°以内であり、前記第２の溝の内側における前記第１面と前記第２の溝の内壁とのなす角が９０°以内である、請求項１から４のいずれかに記載のセラミック接合体。
【請求項６】
前記接合部材は、凹状のメニスカスを有する、請求項１から５のいずれかに記載のセラミック接合体。
【請求項７】
前記第１の溝の内壁面に、前記第１の溝の延伸方向とは非平行に延伸する凹凸形状を有する、請求項１から６のいずれかに記載のセラミック接合体。
【請求項８】
請求項１〜７に記載のセラミック接合体の製造方法であって、
前記第１面を前記第２面の鉛直方向上方に配置して、前記接合部材で接合する工程を備えるセラミック接合体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の溝と前記第２の溝はセラミック焼結体の表面をレーザ加工して形成する、請求項８に記載のセラミック接合体の製造方法。
【請求項１０】
前記接合部材は、前記接合部材の粉末を含むペーストを塗布、焼成して形成する、請求項８または９に記載のセラミック接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合面に流路を有するセラミック接合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流路を内部に有するセラミック製品として、表面に流路となる溝を形成したセラミック部材をガラス等の接合部材で接合したセラミック接合体が用いられている（例えば、特許文献１）。このようなセラミック接合体では、接合工程において、接合面から流路溝への接合部材の流れ込みによって流路の断面積が縮小するという課題がある。流路断面積の減少は製品の機能に影響を与え、場合によっては流路が閉塞して機能しなくなるという恐れもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、接合強度が高く、接合部材による流路の断面積の減少の少ないセラミック接合体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のセラミック接合体は、第１の溝を有する第１面を備えた第１のセラミック部材と、前記第１面と対向する第２面を備え、前記第２面に前記第１の溝から離間して前記第１の溝を挟んで相対する第２の溝を有する第２のセラミック部材と、前記第１面と前記第２面とを接合する接合部材とを備え、下記手段１、手段２の少なくともいずれかを備える。手段１：前記第１の溝が流路として、前記第２の溝が接合部材溜りとして機能する。手段２：前記接合部材は、前記第２の溝の内側の開口縁近傍における前記第１面からの高さが、前記第１の溝の内側の開口縁近傍における前記第２面からの高さよりも高い。
【０００６】
また、本開示のセラミック接合体の製造方法は、前記セラミック接合体の製造方法であって、前記第１面を前記第２面の鉛直方向上方に配置して接合部材で接合する工程を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、接合強度が高く、接合部材による流路の断面積の減少の少ないセラミック接合体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示のセラミック接合体の一例を示す概略断面図である。
【図２】本開示のセラミック接合体の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本開示のセラミック接合体の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜セラミック接合体＞
本開示のセラミック接合体１０について、図を参照しながら説明する。
【００１０】
図１に、本開示のセラミック接合体１０の概略断面図を示す。セラミック接合体１０は
、第１の溝１ｂを有する第１面１ａを備えた第１のセラミック部材１と、第１面１ａと対向する第２面２ａを備え、第２面２ａに第１の溝１ｂから離間して第１の溝１ｂを挟んで相対する第２の溝２ｂを有する第２のセラミック部材２と、第１面１ａと第２面２ａとを接合する接合部材３とを備える。そして、第１の溝１ｂが流路として、第２の溝２ｂが接合部材溜りとして機能する。また、接合部材３は、第２の溝２ｂの内側の開口縁近傍における第１面１ａからの高さＬ２が、第１の溝１ｂの内側の開口縁近傍における第２面２ａからの高さＬ１よりも高い。また、第２の溝２ｂの内部に存在する接合部材３の体積（断面視における面積）が、第１の溝１ｂの内部に存在する接合部材３の体積（断面視における面積）よりも多い。
【００１１】
上記構成により、接合面からはみ出した余分な接合部材３は、主に接合部材溜り溝となる第２の溝２ｂに流れ込むので、流路となる第１の溝１ｂへの接合部材３の流れ込みが少なくなるので、接合部材３による流路の断面積の減少が少ない。また、接合部材３と第２の溝２ｂとの接触面積が大きくなり、接合強度が高まる。
【００１２】
セラミック接合体１０は、機械的強度、耐熱性、耐食性に優れ、熱交換器、半導体製造装置などの用途に好適である。第１の溝１ｂは、熱交換用の流体、セラミック接合体１０の温度を一定に保つための恒温液体等の各種気体、液体を供給、排出するための流路、基板等を吸着するための真空排気溝などに使用される。
【００１３】
第１のセラミック部材１と第２のセラミック部材２の材質に特に制限はなく、アルミナ、サファイア（単結晶アルミナ）、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、コージライト等の各種セラミック材料に適用できる。特に、炭化珪素は、熱伝導性、比剛性、耐食性に優れ、基板加工装置、露光装置などの各種半導体製造装置用の部材に好適である。
【００１４】
接合部材３の材質に特に制限はないが、接合部材３がガラスであれば、比較的高強度にセラミック部材１とセラミック部材２とを接合可能である。セラミック部材１とセラミック部材２が、固相焼結型の炭化珪素セラミックであれば、接合部材３として、アルミナ・イットリア・シリカ系ガラスを用いると、ガラスと炭化珪素セラミックの反応生成物の固相拡散も生じるので、比較的低い温度で高強度な接合が得られる。また、接合部材３がセラミック部材１とセラミック部材２と同種の材料であれば、熱膨張率の差が殆どないので、温度変化よる熱変形の小さいセラミック接合体１０が得られる。
【００１５】
本開示は、特に、第１面１ａに断面積の小さい複数の第１の溝１ｂを狭ピッチで備えたセラミック接合体１０に有効である。また、第２の溝２ｂの幅が、接合部の幅、すなわち第１の溝１ｂと第２の溝２ｂの離間距離よりも大きいと、第２の溝２ｂへの接合部材３の流れ込みが促進され、比較的高い接合強度で、接合部材３による第１の溝１ｂの断面積減少が小さい、セラミック接合体１０が得られる。第２の溝２ｂの幅が、接合部の幅の２倍以上であれば、さらによい。
【００１６】
第１の溝１ｂと第２の溝２ｂへの接合部材３への流れ込みは、接合時の重力方向、第１の溝１ｂと第２の溝２ｂの形状などに依存する。第１の溝１ｂと第２の溝２ｂの形状は、図３に示すように、第１面１ａと垂直な断面視で、第１面１ａから離れるにつれて幅が狭くなる形状であってもよい。このような形状であれば、接合時に第１のセラミック部材１を上方に配置、すなわち、接合部に対し、第１の溝１ｂが上方、第２の溝が下方となるように配置することで、第１の溝１ｂへの接合部材３の流れ込みを抑制するとともに、第２の溝２ｂへの接合部材３の流れ込みがさらに促進できる。
【００１７】
なお、図３は本開示のセラミック接合体１０の他の実施形態の概略断面図である。また、図３の点線で囲んだ部位の拡大図は、第１の溝１ｂおよび第２の溝２ｂの内壁の状態を見やすくするため、接合部材３を省略している。
【００１８】
図３において、第１の溝１ｂの内側における第２面２ａと第１の溝１ｂの内壁とのなす角θ１（すなわち、第１の溝１ｂの内壁と、この第１の溝１ｂを塞いでいる第２面２ａとのなす角θ１）が９０°以内であってもよい。特に、θ１が６０°以上であれば、第１の溝１ｂの断面積が大きくなるとともに、濡れ性による、接合部材３の第１溝への流れ込が小さくなる。また、θ１が８０°以下であれば、重力により、接合部材３が第１の溝１ｂに入り込みにくくなる。
【００１９】
また、第２の溝２ｂの内側における第１面１ａと第２の溝２ｂの内壁とのなす角θ２（すなわち、第２の溝２ｂの内壁と、この第２の溝２ｂを塞いでいる第１面１ａとのなす角θ２）が９０°以内であってもよい。特に、θ２が６０°以上であれば、重力により、接合部材３の第２の溝２ｂへの流れ込みが大きくなる。また、θ２が８０°以下であれば、濡れ性により、接合部材３の第２の溝２ｂへの流れ込が大きくなる。
【００２０】
θ１またはθ２が９０°以内の溝の断面形状は、例えば、矩形状、または接合面から離れるにつれて狭くなるテーパー状、半円状などである。
【００２１】
第１の溝１ｂの内壁面に、第１の溝１ｂの延伸方向（図１における紙面に垂直な方向）とは非平行な方向（例えば、第１面１ａに垂直な方向）に延伸する凹凸形状を有していると、流体が内壁から離れやすいので、流体がスムーズに流れやすい。
【００２２】
図２に、本開示のセラミック接合体１０の他の実施形態の概略断面図を示す。図１と図２では、接合部材３の形状と、第１の溝１ｂおよび第２の溝２ｂへの流れ込み方が異なる。図１に示す接合部材３は凹状のメニスカスを有し、図２に示す接合部材３は凸状のメニスカスを有する。このような接合部材３の形状は、接合部材３を形成時の、接合部材３の粘度と、第１のセラミック部材１および第２のセラミック部材２との濡れ性に依存する。凹状のメニスカスを有するような、濡れ性が良好な接合部材３は、第２の溝２ｂへの流れ込みが大きくなるので、接合部材３として好適である。例えば、セラミック部材１とセラミック部材２が固相焼結型の炭化珪素部材の場合、接合部材３の材質は、アルミナ・イットリア・シリカ系ガラスが好適である。
【００２３】
第２のセラミック部材２の材質として、第１のセラミック部材１よりも接合部材３との濡れ性が良い材質を選択することで、第２の溝２ｂへの接合部材３の流れ込みを促進してもよい。また、同様の理由で、酸化処理などにより、第２の溝２ｂに接合部材３との濡れ性を向上させた層を形成してもよいし、還元処理などにより、第１の溝１ｂに接合部材３との濡れ性を低下させた層を形成してもよい。
【００２４】
＜セラミック接合体の製造方法＞
本開示のセラミック接合体の製造方法について説明する。セラミック接合体１０は、第１の溝１ｂを有する第１面１ａを備えた第１のセラミック部材１と、第２の溝２ｂを有する第２のセラミック部材２とを準備する工程と、第１面１ａを第２面２ａの鉛直方向上方に配置して、接合部材３で接合する工程とを備える。接合の際、第２の溝２ｂは、第１の溝１ｂから離間して第１の溝１ｂを挟んで相対するように配置される。
【００２５】
上記構成により、接合面からはみ出した余分な接合部材３は、重力によって、主に第１の溝１ｂの両側に形成された第２の溝２ｂに流れ込み、第１の溝１ｂへの流れ込みが少なくなるので、接合部材３の、第２の溝２ｂの内側の開口縁近傍における第１面１ａからの高さＬ２が、第１の溝１ｂの内側の開口縁近傍における第２面２ａからの高さＬ１よりも高くなる。
【００２６】
第１の溝１ｂと第２の溝２ｂは、例えばレーザ加工などの方法で形成される。セラミック成形体に第１の溝１ｂと第２の溝２ｂを形成した後にセラミック成形体を焼成してもよいが、セラミック焼結体に、第１の溝１ｂと第２の溝２ｂを形成すると、第１の溝１ｂと第２の溝２ｂの加工精度が、セラミック成形体の焼成時の収縮、変形の影響を受けないので、高精度に第１の溝１ｂと第２の溝２ｂを形成することができる。また、第１の溝１ｂの延伸方向（図１における紙面に垂直な方向）とは非平行な方向（例えば、第１面１ａに垂直な方向）からレーザを照射して第１の溝１ｂを形成すると、第１の溝１ｂの内壁面に、第１の溝１ｂの延伸方向とは非平行に延伸する凹凸形状を形成することができる。
【００２７】
接合部材３は、ガラス粉末とビヒクルを含むガラスペーストを、第１面１ａ、第２面２ａの少なくともいずれか一方に、スクリーン印刷等の方法を用いて塗布し、ガラスペーストを挟んで第１面１ａと第２面２ａとに垂直な方向から適当な圧力（接合体１０の自重であってもよい）を加えて密着させた状態で焼成して形成する。特に、ガラスペーストを第２面２ａに塗布すると、第２の溝２ｂに接合部材３が移動しやすくなる。また、第２面２ａの第１の溝１ｂと相対する領域に接合部材３が存在すると、それぞれの第１の溝１ｂへの、接合部材３の流入量の変動、すなわち、第１の溝１ｂの断面積の変動が小さくなる。ガラスペーストの塗布厚みは、例えば、１μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは２μｍ〜２０μｍである。
【００２８】
接合部材３の形状と、第１の溝１ｂおよび第２の溝２ｂへの流れ込みは、接合部材３の粘度、濡れ性にも依存する。粘度と濡れ性が良好な接合部材３は、第２の溝２ｂへの流れ込みが大きくなるので、接合部材３として好適である。例えば、セラミック部材１とセラミック部材２が固相焼結型の炭化珪素部材の場合、融点が１４００℃〜１５００℃程度のアルミナ・イットリア・シリカ系ガラス粉末を含むガラスペーストを用いて、窒素雰囲気中で、１５００℃〜１６００℃程度の焼成温度で接合部材３を形成するとよい。
【００２９】
接合部材３の焼成は、セラミック部材１およびセラミック部材２の焼成と同時に実施してもよい（同時焼成）が、セラミック成形体を焼成したセラミック焼結体に、ガラスペーストを塗布、焼成すると、接合時に、セラミック成形体の焼成時の収縮、変形の影響を受けないので、高精度な第１の溝１ｂを備えたセラミック接合体１０を形成することができる。
【００３０】
セラミック成形体同士を接合する場合は、接合部材３としてセラミック部材１とセラミック部材２と同じ成分のセラミック粉末を含むスラリーを塗布、焼成して焼結と接合を同時に行ってもよい。これにより、セラミック部材１とセラミック部材２と接合部材３とが同種の材料からなるセラミック接合体１０が得られるので、温度変化よる熱変形の小さい、セラミック接合体１０を作製することができる。
【００３１】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ：第１のセラミック部材
１ａ：第１面
１ｂ：第１の溝
２  ：第２のセラミック部材
２ａ：第２面
２ｂ：第２の溝
３  ：接合部材
１０：セラミック接合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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