(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなり、一主面に穴を有する基体と、接着剤を介して前記穴内に、外周部に溝や凹凸が設けられていない円筒形状のブッシュとを備えるセラミック部材であって、前記穴の開口形状が、第１の円と、該第１の円内に中心を有するとともに、該第１の円と中心の異なる第２の円とが、前記第１の円の円周から前記第２の円の円周の一部がはみ出すように重なり合った形状であることを特徴とするセラミック部材。
【請求項２】
前記穴の内壁に凹部を有していることを特徴とする請求項１に記載のセラミック部材。
【請求項３】
前記穴の内壁に、前記ブッシュから遠ざかる方向に高さ寸法が小さくなる窪み部を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミック部材。
【請求項４】
前記ブッシュがネジブッシュであり、前記ブッシュの底面との対向面に、前記ネジブッシュのネジ締め方向と逆巻きの渦巻き状突起または渦巻き状溝を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック部材。
【請求項５】
前記穴の底部側に、前記ブッシュの底面との対向面を有する凸部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック部材。
【請求項６】
前記穴の底部に、最大径部を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミック部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他部材との連結が可能なセラミック部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品等の作製過程品の載置部材を含め、半導体製造装置や液晶製造装置等の構造部材には、機械的強度に優れたセラミックスが用いられており、部材同士による大型化や複雑化、また、載置部材の固定には、ネジ等の連結部材を用いた連結が行なわれている。そのため、セラミックスからなる部材（以下、セラミック部材と記載する。）としては、連結が可能なように穴が設けられ、この穴に接着剤により接合されたブッシュを備える構造が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７７５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構造において、ブッシュは、接着剤により接合されているものであるが、このブッシュに連結部材であるネジを嵌め、締め付けたり、緩めたりするときに、大きな回転トルクが加わったときには、穴の内壁から接着剤が剥がれ、連結が解かれてしまうという問題があった。そのため、接着剤により接合されたブッシュを備える構造のセラミック部材には、大きな回転トルクが加わった場合でも、連結が解けにくいことが求められている。
【０００５】
本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、大きな回転トルクが加わった場合でも、連結が解けにくいセラミック部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセラミック部材は、セラミックスからなり、一主面に穴を有する基体と、接着剤を介して、外周部に溝や凹凸が設けられていない円筒形状のブッシュとを備えるセラミック部材であって、前記穴の開口形状が、第１の円と、該第１の円内に中心を有するとともに、該第１の円と中心の異なる第２の円とが、前記第１の円の円周から前記第２の円の円周の一部がはみ出すように重なり合った形状であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセラミック部材は、大きな回転トルクが加わった場合でも、連結が解けにくいものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のセラミック部材の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部においてブッシュを備えていないときの模式図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＡ部を拡大した正面図であり、（ｄ）は（ｃ）におけるＢ−Ｂ線での縦断面図である。
【図２】第２実施形態のセラミック部材の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ’部を拡大した正面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ’−Ｂ’線での縦断面図である。
【図３】第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。
【図４】第１および第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。
【図５】第１および第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。
【図６】第１および第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のセラミック部材の実施の形態の例を説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態のセラミック部材の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部においてブッシュを備えていないときの模式図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＡ部を拡大した正面図であり、（ｄ）は（ｃ）におけるＢ−Ｂ線での縦断面図である。
【００１２】
図１（ａ）、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、第１実施形態のセラミック部材１は、セラミックスからなり、一主面に穴２を有する基体と、接着剤３を介して穴２内にブッシュ４を備えている。なお、図１（ｃ）においてブッシュ４は、識別のため着色して示している。
【００１３】
次に、図１（ａ）におけるＡ部においてブッシュ４を備えていないときの模式図である図１（ｂ）を用いて、ブッシュ４が挿入される穴２の開口形状について説明する。ブッシュ４が挿入される穴２の開口形状は、第１の円２ａと、第１の円２ａ内に中心２ｂ１を有するとともに、第１の円２ａと中心の異なる第２の円２ｂとが、第１の円２ａの円周から第２の円２ｂの円周の一部がはみ出すように重なり合った形状である。なお、図１（ｂ）において、第１の円２ａの中心には、符号２ａ１を付して示している。
【００１４】
そして、このような開口形状の穴２にブッシュ４が挿入され、接着剤３を介して穴２内においてブッシュ４が接合されていることから、第１実施形態のセラミック部材１は、締結部材（不図示）として例えばネジを嵌め、大きな回転トルクによってネジを締め付けたり緩めたりしたとしても、ブッシュ４の周囲に存在する接着剤３の厚みが異なるものであるため、穴２の内壁から接着剤３は剥がれにくく、連結した部材との連結が解けにくい。また、単なる円からなる開口形状の穴、例えば、第１の円２ａのみのときよりも、接着面積が広くなるため、接着強度が高くなる。
【００１５】
なお、上述した効果を得ることができるとともに、接着剤３の使用量を抑えるには、第１の円の中心２ａ１と第２の円の中心２ｂ１との距離ｔは、５０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好適である。
【００１６】
次に、図２は、第２実施形態のセラミック部材の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ’部を拡大した正面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ’−Ｂ’線での縦断面図である。
【００１７】
図２に示すように、第２実施形態のセラミック部材１’は、穴２の内壁に凹部５を有している。このように、穴２の内壁に凹部５を有しているときには、大きな回転トルクに耐えることができるとともに、接着剤３が凹部５に入り込んでおり、抜けにくくなっている
ことから、連結した部材との連結を解けにくいものとすることができる。
【００１８】
次に、図３を用いて、凹部５について詳細に説明する。凹部５とは、図３に示すような断面において、直上の内壁よりもブッシュ４から遠ざかる方向に凹んでいるものである。また、図３示すような断面において、上述した効果を得ることができるとともに、接着剤３の使用量を抑えるには、高さ（Ｈ）が２００μｍ以上１５００μｍ以下であり、深さ（Ｄ）が５０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好適である。なお、深さ（Ｄ）とは、ブッシュ４側に最も近い内壁の垂直な接線（Ｃ）から、ブッシュ４から最も遠い凹部５の内壁の垂直な接線（Ｅ）間の距離のことである。
【００１９】
なお、第１実施形態において、穴２の内壁に凹部５を有しているときには、大きな回転トルクに耐えることができるとともに、接着剤３が凹部５に入り込んでおり、抜けにくくなっていることから、連結した部材との連結をさらに解けにくいものとすることができる。
【００２０】
次に、図４は、第１および第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。なお、以降の図面においてセラミック部材には、「１」の符号を付すものとする。
【００２１】
図４に示すように、穴２の内壁に、ブッシュ４から遠ざかる方向に高さ寸法が小さくなる窪み部６を有しているときには、接着剤３が窪み部６に入り込むこととなり、アンカー効果により接合強度が高まり、大きな回転トルクに耐えることができるとともに、抜けにくくなっていることから、連結した部材との連結を解けにくいものとすることができる。
【００２２】
そして、窪み部６とは、図４に示すような断面において、その高さは１００μｍ以下であり、深さは、１０μｍ以上３０００μｍ以下である。
【００２３】
なお、凹部５および窪み部６の確認については、図３や図４に示すような断面が得られるように、セラミック部材１を切断し、公知の顕微鏡（金属顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ））を用いて、１００倍以上２０００倍以下の倍率で観察すればよい。
【００２４】
そして、ブッシュ４がネジブッシュであるときには、ブッシュ４の底面との対向面に、ネジブッシュのネジ締め方向と逆巻きの渦巻き状突起または渦巻き状溝を有していることが好適である。このような構成を満たしているときには、ネジブッシュのネジ締め方向と逆巻きの渦巻き状突起または渦巻き状溝と、これらの周囲に存在する接着剤３とによって、ネジの締め付けやネジを緩めたりするときに掛かる大きな回転トルクに耐えることができる。
【００２５】
次に、図５は、第１および第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。図５に示すように、穴２の底部側に、ブッシュ４との対向面を有する凸部７を備えていることが好適である。
【００２６】
このような構成を満たしているときには、接合時におけるブッシュ４の安定性が高まるとともに、穴２の底部における接着剤３との接触面積が大きくなることから、接着剤３が剥がれにくく、連結した部材との連結が解けにくくなる。また、穴２の底面を平坦にする加工が必要であるとき、平坦にする面積が少なくて済む。
【００２７】
次に、図６は、第１および第２実施形態のセラミック部材の変形例を示す、縦断面図である。図６に示すように、穴２の底部に、最大径部８を有していることが好適である。
【００２８】
このような構成を満たしているときには、図５に示す構成と比較して、穴２の底部にお
ける接着剤３との接触面積が大きくなることから、接着剤３が剥がれにくく、連結した部材との連結が解けにくくなる。また、穴２の内壁の仕上げを含む追加工等が行なわれるとき、最大径部８の上部の内壁は、加工時に底面と接触することが無いため、加工ツールに対する負荷が少なくて済む。
【００２９】
また、図５や図６に示す構成においては、ブッシュ４やブッシュ４に嵌め込まれたネジ（ボルト）に掛かる振動外力や、ネジの軸に対して斜めに掛かる外力を緩和することができる。
【００３０】
次に、基体の材質としては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化硼素、コージェライト、ムライトまたはこれらの複合物を主成分とするセラミックスを用いることができる。なお、材質の選定にあたっては、特性やコスト等の要求に応じて選定すればよい。具体的には、コストの観点によれば、アルミナを主成分とするアルミナ質セラミックスとすればよく、機械的特性および熱的特性の観点によれば、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質セラミックスとすればよい。ここで、主成分とは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％を超える成分のことである。
【００３１】
また、ブッシュ４の材質としては、金属、樹脂、セラミックスなどから特性やコスト等の要求に応じて選定すればよく、耐食性や強度の観点によれば、ステンレスが好適である。なお、ブッシュ４の外周部には、必要に応じて溝や凹凸を設けて、接着剤３とブッシュ４の接合性を高めてもよい。
【００３２】
また、接着剤３の材質としては、有機系接着剤、無機系接着剤およびロウ材などから基体１とブッシュ４の材質を考慮して選択すればよい。例えば、ブッシュ４の材質を金属とするならば、エポキシ樹脂を選択すればよい。
【００３３】
なお、図１〜図６においては、穴２として有底のものを示したが、貫通しているものであってもよい。そして、本実施形態のセラミック部材１は、内部に流路を設けて、ブッシュ４を備えていない面を製品の載置面とし、冷媒を流せば、熱交換器として用いることができる。
【００３４】
以下、本実施形態のセラミック部材の作製方法の一例を説明する。なお、基体については、炭化珪素質セラミックスからなる基体の作製方法について説明する。
【００３５】
まず、純度が９０％以上であり、平均粒径が０．５μｍ以上２μｍ以下である炭化珪素の粉末と、焼結助剤として、炭化硼素およびカルボン酸塩の粉末とを準備する。そして、各粉末を、例えば、炭化珪素の粉末１００質量％に対して、炭化硼素の粉末を０．１２質量％以上１．４質量％以下、カルボン酸塩の粉末を１質量％以上３．４質量％以下となるように秤量して混合する。
【００３６】
次に、この混合粉末とともに、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アクリル樹脂またはブチラール樹脂等のバインダと、水と、分散剤とを、ボールミル、回転ミル、振動ミルまたはビーズミル等に入れて混合する。ここで、バインダの添加量としては、成形体の強度や可撓性が良好で、また、焼成時にバインダの脱脂が不十分とならないようにすればよい。そして、得られたスラリーを噴霧乾燥して造粒し、顆粒原料とする。
【００３７】
次に、噴霧乾燥して造粒した顆粒原料を所定形状のゴム型内へ投入する。そして、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、ゴム型から取り外す。その後、切削加工することにより、所望の外形状の成形体とする。
【００３８】
次に、この成形体に対し、第１実施形態のセラミック部材であれば、フライス盤などを用いて一主面において第１の円が確認されるようにドリル加工を施す。続けて、穴の開口形状が、第１の円の円周から前記第２の円の円周の一部がはみ出すように重なり合った形状となるように、ドリル加工を施す。また、第２実施形態のセラミック部材であれば、フライス盤などを用いてドリル加工を施した後に、内壁に、凹部を形成する加工を施す。
【００３９】
また、必要に応じて、図４に示すような窪み部、図５に示すような凸部、図６に示すような最大径部８を有するものとなるように加工すればよい。また、ドリル加工において、ネジブッシュのネジ締め方向と逆巻き方向に回転させて加工して、突起や溝を形成すれば、ネジブッシュのネジ締め方向と逆巻きの渦巻き状突起または渦巻き状溝を形成することができる。
【００４０】
その後、１８００℃以上２２００℃以下の温度で１０分〜１０時間保持し、さらに２２００℃以上２３５０℃以下の温度で１０分〜２０時間保持して焼成することにより、基体を得ることができる。
【００４１】
次に、基体となる成形体を積層によって作製する例について説明する。
【００４２】
まず、上述した顆粒原料を準備する。そして、顆粒原料を用いて、セラミックスの一般的な成形法である乾式加圧成形法または粉末圧延法などによってグリーンシートを形成する。または、上述したスラリーを用いてドクターブレード法でグリーンシートを形成する。
【００４３】
次に、得られたグリーンシートに対し、レーザー加工、若しくは金型による打ち抜きによって、第１の円（孔）をまず形成し、続けて、第１の円内において、第１の円と中心の異なる第２の円（孔）を形成する。
【００４４】
そして、得られたグリーンシートを積層する。なお、積層するグリーンシートには、グリーンシートの作製において用いたスラリーなどを接合剤として塗布する。
【００４５】
次に、グリーンシート積層体に、例えば、平板状の加圧冶具を用いて０．５ＭＰａ程度の圧力を加え、その後、約５０〜７０℃の室温で約１０〜１５時間乾燥させることによって積層成形体を得ることができる。
【００４６】
なお、グリーンシートに、レーザー加工、若しくは金型による打ち抜きによって、第１の円および第２の円を形成する場合に、第２の円の中心を異ならせたグリーンシートを用意し、第２の円がずれるように積層すれば、穴の内壁に凹部を形成することができる。また、第１の円と第２の円とが重なり合った形状の穴の縁の部分に、Ｒ面加工やＣ面加工を施せば、窪み部を形成することができる。さらに、積層の際、穴の縁の所望の位置に、接合剤であるスラリーを塗布しない場合も、窪み部を形成することができる。
【００４７】
また、穴の底部側にあたるグリーンシートにおいて、環状となる打ち抜きを行なえば、図５に示す凸部を形成することができる。さらに、穴の底部側にあたるグリーンシートにおいて、他のグリーンシートよりも、径が大きくなるように打ち抜きを行なえば、図６に示す最大径部を形成することができる。
【００４８】
さらに、他の方法について説明する。
【００４９】
まず、上述した顆粒原料を準備する。そして、顆粒原料を用いて、セラミックスの一般的な成形法である乾式加圧成形法または粉末圧延法などによってグリーンシートを形成す
る。または、上述したスラリーを用いてドクターブレード法でグリーンシートを形成する。
【００５０】
次に、得られたグリーンシートに対し、レーザー加工、若しくは金型による打ち抜きによって、第１の円（孔）を形成する。
【００５１】
そして、得られたグリーンシートを積層する。なお、積層するグリーンシートには、グリーンシートの作製において用いたスラリーなどを接合剤として塗布する。
【００５２】
次に、グリーンシート積層体に、例えば、平板状の加圧冶具を用いて０．５ＭＰａ程度の圧力を加え、その後、約５０〜７０℃の室温で約１０〜１５時間乾燥させることによって積層成形体を得る。そして、上述した方法で焼成を行なった後に、穴の開口形状が、第１の円と、第１の円内に中心を有するとともに、第１の円と中心の異なる第２の円とが、第１の円の円周から第２の円の円周の一部がはみ出すように重なり合った形状となるように、ドリルを用いて追加工を行なってもよい。
【００５３】
そして、得られた基体の穴に接着剤を流し込むとともに、ブッシュの側面に接着剤を付着させてから、穴にブッシュを挿入し、その後固着するまで放置することによって、セラミック部材を得することができる。
【００５４】
このようにして得られた本実施形態のセラミック部材は、大きな回転トルクがブッシュに加わった場合でも、連結が解けにくいものとなる。
【符号の説明】
【００５５】
１、１’：セラミック部材
２：穴
２ａ：第１の円
２ｂ：第２の円
３：接着剤
４：ブッシュ
５：凹部
６：窪み部
７：凸部
８：最大径部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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