(57)【要約】【課題】大型化した接合金属上に所定数のセラミックス部材が接合された金属−セラミックス複合部材において、大型化した接合金属の表面にうねりや引け巣がなく、且つ寸法精度の高い金属−セラミックス複合部材を製造できる鋳型を提供する。【解決手段】鋳型１を構成する鋳型本体１１に、所定数の金属−セラミックス接合基板３０のセラミックス基板３１側が上方を向くように設置し、次に、鋳型１の内部および外部の雰囲気を大気から窒素ガス等の不活性ガスへ置換し、鋳型本体１１、上側容器１３で形作られ、金属原料保持部側引け巣誘導部１６およびエアー抜き穴側引け巣誘導部１８が設けられた第１の接合部１４へ、金属溶湯４２を注湯充填し、冷却して本実施の形態に係る金属−セラミックス複合部材３を製造した。【選択図】図１
2004122150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック部材に金属溶湯を接触させて金属−セラミックス複合部材を製造する鋳型であって、
前記鋳型内に、前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面を、上方に向けて設置させる支持部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面と前記鋳型内壁との間に、所定の容積を有し、前記金属溶湯が注湯充填される接合部が設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型。
【請求項２】
セラミック部材に金属溶湯を接触させて金属−セラミックス複合部材を製造する鋳型であって、
前記鋳型内に、前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面を、上方および下方に向けて設置させる支持部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する上方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第１の接合部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属用湯と接触する下方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第２の接合部が設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型であって、
前記接合部に隣接して引け巣誘導部が設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型。
【請求項４】
請求項３に記載の鋳型内へ前記金属溶湯を所定量注湯した後、前記金属溶湯を鋳型下方より冷却固化させ、前記引け巣誘導部に引け巣を発生させることを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造方法。
【請求項５】
セラミック部材に金属溶湯を接触させて金属−セラミックス複合部材を製造する製造方法であって、
鋳型内に、前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面を、上方および下方に向けて設置させる支持部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する上方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第１の接合部が設けられ、
前記セラミックス部材の金属用湯と接触する下方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第２の接合部が設けられた、鋳型を用い、
前記第１および第２の接合部に前記金属溶湯を注湯充填する際、まず前記第１の接合部から注湯充填することを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスと金属とが互いの界面での直接の接合力により強固に接合された、金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスの化学安定性、高融点、絶縁性、高硬度、比較的に高い熱伝導性等の特性と、金属の高強度、高靭性、易加工性、導電性等の特性とを生かした金属−セラミックス複合部材は、自動車、電子装置等に広く用いられ、その代表的な例として、自動車ターボチャージャー用のローター、大電力電子素子実装用の金属−セラミックス複合部材、およびそのパッケージが挙げられる。
【０００３】
前記金属−セラミックス複合部材の主な製造方法としては、接着、メッキ、メタライズ、溶射、鋳ぐるみ、ろう接法、ＤＢＣ法が公知であるが、近年は、コスト上の問題から、アルミナ基板を用いるＤＢＣ法や窒化アルミニウム基板を用いる金属活性ろう接合法により、大部分の金属−セラミックス複合部材が製造されている。
【０００４】
本出願人は先に、セラミック基板等のセラミックス部材に金属板としてのアルミニウムを直接接合する方法、装置並びに鋳型として、特許文献１において「金属−セラミックス複合部材の製造方法、製造装置、及び製造用鋳型」を提案した。
【０００５】
この提案に係る製造装置は、鋳型中にセラミックス部材を縦の状態で保持し、この鋳型内の雰囲気を置換して酸素濃度を所定値以下にする雰囲気置換部と、鋳型を予熱する予熱部、鋳型内の温度を注湯温度に維持し鋳型内に金属溶湯注入する注湯部と、鋳型内の温度を金属溶湯が固化し始める接合温度まで下げてセラミックス部材の表面に金属を接合させる冷却接合部と、鋳型を徐冷する徐冷部とを備えている。この結果、この製造装置、及び製造用鋳型を用いれば金属−セラミックスの接合力を強固にすることができると伴に、両面に互いに厚みの異なる金属板を接合する場合にも、鋳型の精度を適切なものにすることによって、容易に高精度で均一な厚さの金属板を接合することができるものである。
【０００６】
この後、金属−セラミックス複合部材の市場の拡大と伴に、多様な形状を有する金属−セラミックス複合部材を低コストで供給して欲しいという要請が強まってきた。特に、金属−セラミックス複合部材の扱う電力量が増加し、これに伴い発生する熱を処理する等のため、前記金属板の大型化、厚化および形状の複雑化が新たに要請されるようになった。ところが、そのような要請に対して、前記提案では必ずしも十分に対応できない場合が現れてきた。
【０００７】
例えば、大型の接合金属上に複数のセラミックス基板が接合された形の金属−セラミックス複合部材を特許文献１係る鋳型にて製造しようとすると、注湯された金属溶湯の浮力ために、鋳型中のセラミックス基板が支えを失い、製造される金属セラミックス複合部材の形状安定性が保てなくなってしまうのである。
【０００８】
そこで本発明者らは、セラミックス基板の金属溶湯と接触する面を上方に向け、その自重によりルツボ内に設置し、上方より金属溶湯を注湯するという提案を特許文献２にて行った。この結果、大型の接合金属上に複数のセラミックス基板が接合された形の金属−セラミックス複合部材の製造が可能となった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２２６７１７号公報
【特許文献２】
特開２００２−７６５５１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、金属−セラミックス複合部材のさらなる用途拡大と共に、セラミックス基板に接合される金属の更なる大型化が求められる一方、寸法精度が求められる場合が増加してきた。ところが特許文献２の提案では、大型化した接合金属の固化後自由表面には、多数のうねりが発生してしまうことに加え、大型化した接合金属の寸法制御が困難なため、ここまで説明した、接合金属とセラミックス基板との接合工程の後に接合金属の研削工程を設け、うねりの除去および寸法制御を行わざるを得ず、生産性の低下およびコストアップの要因となっていた。そこで、本発明が解決しようとする課題は、上述した接合工程において、うねりがなく且つ寸法精度の高い大型の接合金属を有する金属−セラミックス複合部材を製造できる鋳型を提供することである。
また、特許文献２の提案では、セラミックス基板が横置きであり、片面にのみに金属を接合する構造になっており、両面に同時に接合することができない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための第１の手段は、セラミック部材に金属溶湯を接触させて金属−セラミックス複合部材を製造する鋳型であって、
前記鋳型内に、前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面を、上方に向けて設置させる支持部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面と前記鋳型内壁との間に、所定の容積を有し、前記金属溶湯が注湯充填される接合部が設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型である。
【００１２】
上述の構成を有する金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型において、セラミックス部材は、その自重等により鋳型内に設置されているので、その上方に金属溶湯が注湯されても鋳型内で支えを失うことが無い。さらに接合部に注湯充填された金属溶湯は自由表面を有しないので、さらに接合部に注湯充填された金属溶湯は自由表面を有しないので、金属溶湯が固化して生成した接合金属の寸法精度は、接合部の寸法精度とほぼ一致することから高い精度を持たせることができる上に、その表面にうねりを生じない。
【００１３】
第２の手段は、セラミック部材に金属溶湯を接触させて金属−セラミックス複合部材を製造する鋳型であって、
前記鋳型内に、前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面を、上方および下方に向けて設置させる支持部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する上方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第１の接合部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属用湯と接触する下方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第２の接合部が設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型である。
【００１４】
上述の構成を有する金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型において、セラミックス基板は、その自重等により鋳型内に設置されており、その第１および第２の接合部へ金属溶湯を注湯充填して、金属をセラミックスの両面に同時に接合することができ、さらに接合部に注湯充填された金属溶湯は自由表面を有しないので、その寸法精度は、接合部の寸法精度とほぼ一致することから高い精度を持たせることができる上に、金属溶湯が固化して生成した接合金属の表面にうねりを生じない。
【００１５】
第３の手段は、第１または第２の手段に記載の金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型であって、
前記接合部に隣接して引け巣誘導部が設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型である。
【００１６】
上述の構成を有する金属−セラミックス複合部材製造用の鋳型は、金属溶湯の注湯充填の際、引け巣誘導部にも所定量の金属溶湯を注湯充填しておくことで、金属溶湯固化の際、ここを金属の引け巣の発生箇所とすることができ、製品への引け巣の発生を回避することができる。
【００１７】
第４の手段は、　第３の手段に記載の鋳型内へ前記金属溶湯を所定量注湯した後、前記金属溶湯を鋳型下方より冷却固化させ、前記引け巣誘導部に引け巣を発生させることを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造方法である。
【００１８】
上述の構成を採り、鋳型内の金属溶湯の固化を下方から上方に制御し、引け巣の発生を引け巣誘導部に誘導することで、製品への引け巣の発生を回避することができる。
【００１９】
第５の手段は、セラミック部材に金属溶湯を接触させて金属−セラミックス複合部材を製造する製造方法であって、
鋳型内に、前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する面を、上方および下方に向けて設置させる支持部が設けられ、
前記セラミックス部材の前記金属溶湯と接触する上方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第１の接合部が設けられ、
前記セラミックス部材の金属用湯と接触する下方に向けた面と前記鋳型内壁との間に、所定の空隙を有し前記金属溶湯が注湯充填される第２の接合部が設けられた鋳型を用い、
前記第１および第２の接合部に前記金属溶湯を注湯充填する際、まず前記第１の接合部から注湯充填することを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造方法である。
【００２０】
セラミックス部材の、上方および下方に設けられた接合部へ金属溶湯を注湯充填する際、まず上方の第１の接合部へ金属溶湯を注湯充填して、その重量でセラミックス部材を押さえ、その後に下方の第２の接合部へ金属溶湯を注湯充填することで、セラミックス部材を、鋳型内に安定的に設置したまま金属溶湯を注湯充填することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を、図１〜５を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る金属−セラミックス複合部材の製造用の鋳型１（以下、鋳型１と記載する）を用いて、金属−セラミックス複合部材を製造する工程を示した断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程における状態を示している。図２は、図１の工程で製造された金属−セラミックス複合部材の一例を示す断面図であり、図３は、図１の工程で用いられた、金属−セラミックス接合基板を製造する工程を示した断面図である。さらに図４は、本実施の異なる形態に係る金属−セラミックス複合部材の製造用の鋳型２（以下、鋳型２と記載する）を用いて、金属−セラミックス複合部材を製造する工程を示した断面図であり、（ａ）〜（ｅ）は各工程における状態を示している。図５は、図４の工程で製造された金属−セラミックス複合部材の一例を示す断面図である。
【００２２】
まず、図１（ａ）を用いて鋳型１について説明する。
鋳型１は、鋳型本体１１と、鋳型本体１１を上から覆う上側容器１３と、鋳型本体１１と上側容器１３とを下支えする下側容器１２とを有している。これら３つの材質としてはカーボンが好適に用いられる。
鋳型本体１１の上面には、金属溶湯が注湯充填される第１の凹部である第１の接合部１４が設けられ、第１の接合部１４の底部には、セラミックス部材の一例である金属−セラミックス接合基板３０（詳細は図３を用いて後述するが、セラミックス基板３１上にろう材３２により接合された金属板３３が設けられた構造を有するセラミックス部材。）を設置するための支持部として第２の凹部である金属−セラミックス接合基板支持部２１が設けられている。
尚、図１においては、金属−セラミックス接合基板支持部２１に、金属−セラミックス接合基板３０が設置された状態を示している。
【００２３】
一方、上側容器１３の上面には金属原料保持部１５が設けられ、金属溶湯の原料となる金属原料４１が充填され、充填された金属原料４１の上にピストン２０が設けられる。金属原料保持部１５の下方は狭隘部１９を介して金属原料保持部側引け巣誘導部１６に連なり、さらに上述した第１の接合部１４に連なる。上側容器１３の上面の金属原料保持部１５が設けられた側と反対側にはエアー抜き穴１７が設けられ、このエアー抜き穴１７はエアー抜き穴側引け巣誘導部１８を介して上述した第１の接合部１４に連なる。
【００２４】
下側容器１２は、上述した鋳型本体１１と上側容器１３とを噛み込む形で下支えし、これらは一体の鋳型１となる。このとき鋳型本体１１内に、第１の接合部１４と、金属−セラミックス接合基板３０の上面と、上側容器１３の内壁とにより所定の空隙が形成される。
【００２５】
次に、鋳型１を用いた金属−セラミックス複合部材の製造工程例について、図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。尚、この製造において、鋳型内の雰囲気置換、鋳型の予熱、金属溶湯の接合部への注湯充填、鋳型の冷却、の各工程の実施には、特許文献１に記載した接合炉等が好適に使用できる。
【００２６】
まず、図１（ａ）に示すように、下側容器１２上に鋳型本体１１を設置し、この鋳型本体１１上に設けられた金属−セラミックス接合基板支持部２１へ、金属−セラミックス接合基板３０を設置する。この時、金属−セラミックス接合基板３０は、第２の凹部である金属−セラミックス接合基板支持部２１へガタツキなく収まり、且つそのセラミックス基板３１は、上方を向き、第１の凹部である接合部１４の底部と面一になるように設置する。鋳型本体１１への金属−セラミックス接合基板３０の設置が完了したら、鋳型本体１１上へ上側容器１３を被せ、下側容器１２と噛み込ませて、これら３つを一体化し鋳型１とする。鋳型１の一体化が完了したら上側容器１３の金属原料保持部１５に必要十分量の金属原料４１を充填する。この金属原料としてはアルミニウム、またはアルミニウム合金が好適に用いられ、また原料形状としては作業性の観点より狭隘部１９の径より大きな径を有するショットまたは粒が好ましい。
【００２７】
次に鋳型１の内部および外部の雰囲気を大気から窒素ガス等の不活性ガスへ置換し、雰囲気のガス置換が完了したら、鋳型１を所定の温度まで予熱し、図１（ｂ）に示すように金属原料４１を融解し金属溶湯４２とする。次に、図１（ｃ）に示すように金属溶湯４２を、ピストン２０を押圧することで第１の接合部１４からエアー抜き側引け巣誘導部１８まで所定量を注湯充填する。
【００２８】
この時、金属溶湯４２の表面に金属酸化物の被膜が発生している場合があるが、金属−セラミックス接合基板３０のセラミック基板へ供給される金属溶湯４２が新鮮な表面を有するものであると、金属−セラミックス間の接合力を高めることができ好ましい。そして、金属保持部１５中の金属溶湯４２が狭隘部１９を通過する際に、この金属被膜は破れるので、第１の接合部１４へは新鮮な表面を有する金属溶湯４２が供給される。ここでさらに、第１の接合部１４へ供給される金属溶湯４２を、セラミック基板上へ直接落下させず、一旦、第１の接合部１４中の鋳型本体上へ落下させ、そこから接合部１４中を流動させてセラミック基板へ接触する構成を採ることが好ましい。この構成を採ることで、たとえ、狭隘部１９にて破りきれなかった金属酸化物の被膜が存在しても、この流動中に金属溶湯表面から内部へ巻き込まれるので、セラミック基板へは、さらに新鮮な金属溶湯４２が供給される。
【００２９】
尚、用いる接合炉が金属溶湯を注湯する設備、構造を有している場合は、予め鋳型１中の金属原料保持部１５へ金属原料４１を設置するのではなく、鋳型１の予熱が完了した時点で、ここへ金属溶湯を注湯する構成としても良い。
【００３０】
注湯充填が完了したら下方より鋳型１を冷却するが、この時、冷却が鋳型１の下方より上方へと一方向に進むように冷却することが好ましい。鋳型１の冷却を下方より上方へと一方向に進めることで、鋳型内の金属溶湯の固化を下方より上方へ進め前記引け巣誘導部を最後に固化する部分とすることで、引け巣の発生を引け巣誘導部に誘導することができる。
【００３１】
鋳型１の冷却が進み、金属溶湯４２の固化が完了した状態を図１（ｄ）に示す。金属溶湯４２の冷却固化に伴い体積が減少し、引け巣４３が発生するが、この引け巣４３は、金属溶湯４２の冷却固化が最後に進行する部分、すなわち金属原料保持部側引け巣誘導部１６およびエアー抜き穴側引け巣誘導部１８に誘導される。鋳型１の冷却が完了したら、鋳型本体１１、下側容器１２および上側容器１３を分離し、誘導された引け巣部分を除去して本実施の形態に係る金属−セラミックス複合部材を得た。
【００３２】
ここで図２を用い、得られた本実施の形態に係る金属−セラミックス複合部材について説明する。
本実施の形態に係る金属−セラミックス複合部材３は、大型接合金属４４の上に所定数の金属−セラミックス接合基板３０が接合されたものである。尚、上述したように本実施の形態例において、セラミックス接合基板３０は、セラミックス基板３１上に金属板３０がろう材３２により接合されたものある。
ここで大型接合金属４４は、上述した上側容器を加工することで、所望に応じ平型の板状、櫛形のフィン形状等の形状を採ることができる。そして大型接合金属４４は、金属溶湯４２が第１の接合部１４内で、自由表面を有することなく冷却固化して生成したものなので、その寸法精度は第１の接合部１４の寸法精度とほぼ一致し、且つ表面にうねりは観察されなかった。そして、引け巣も上述した引け巣誘導部に誘導された結果、誘導された引け巣部分を除去するという簡単な後加工を行うだけで、大型接合金属４４上に引け巣は観察されなかった。
【００３３】
ここで、図３（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施の形態にて使用した、金属−セラミックス接合基板の製造について簡単に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、金属−セラミックス接合基板３０は、セラミックス基板３１上へろう材３２を用いて金属板３３を接合したものである。
【００３４】
この金属−セラミックス接合基板３０の製造工程を、図３（ｂ）〜（ｄ）により説明する。
まず、図３（ｂ）に示すように、セラミックス基板３１上へＴｉ、Ｚｒ等の活性金属を含むペースト状のろう材３２を印刷する。印刷の膜厚はセラミックス基板３１、金属板３３およびろう材３２の材質により、適宜定めればよいが、例えばセラミックス基板として窒化アルミ、金属板として銅を用いるなら２０μｍ程度が好ましい。
【００３５】
そして、図３（ｃ）に示すように、ろう材３２上に金属板３３を設け真空雰囲気で８５０℃程度に加熱して、セラミックス基板３１上に金属板３３を接合する。金属板３３としては銅が好ましく用いられる。またセラミックス基板３１としては、窒化アルミ、アルミナ等の基板が好ましく用いられる。
【００３６】
さらに、図３（ｄ）に示すように、このセラミックス基板３１上に接合された金属板３３上へエッチングレジスト３４を所望のパターンにて印刷した後、エッチングを行い、パターン外の金属板３３、およびろう材３２を除去する。
【００３７】
こうして、図３（ａ）に示す、セラミックス基板３１上にパターンがエッチングされた金属板３３とろう材３２とを有する金属−セラミックス接合基板３０を得る。
【００３８】
次に、図４（ａ）を用いて鋳型２について説明する。
鋳型２は、上述した鋳型１と同様に、鋳型本体１１と、鋳型本体１１を上から覆う上側容器１３と、鋳型本体１１と上側容器１３とを下支えする下側容器１２とを有している。これら３つの材質としてはカーボンが好適に用いられる。
【００３９】
鋳型本体１１の上面には、金属溶湯が注湯充填される第１の凹部である第１の接合部１４が設けられ、この第１の接合部１４の底部には、所定数のセラミックス部材が配設される支持部として第２の凹部であるセラミックス部材支持部２５が設けられ、さらに各セラミックス部材支持部２５の下部に、金属溶湯が注湯充填される第３の凹部である第２の接合部２２が設けられ、第１の接合部１４における一方の側より第２の接合部２２へ向けて溶湯通路２３が設けられている。この溶湯通路２３は各第２の接合部２２を結んだ後、鋳型本体エアー抜き穴２４につながる。
この鋳型本体エアー抜き穴２４は溶湯通路２３より太い径を有して、鋳型本体１１の上面に開口し、後述するエアー抜き側引け巣誘導部１８に連なる。
【００４０】
一方、上側容器１３は、上述した鋳型１とほぼ同様の構造を有し、金属原料保持部１５が設けられ、金属溶湯の原料となる金属原料４１が充填され、充填された金属原料４１の上にピストン２０が設けられる。金属原料保持部１５の下方は狭隘部１９を介して金属原料保持部側引け巣誘導部１６に連なり、さらに上述した第１の接合部１４に連なる。上側容器１３の上面の金属原料保持部１５が設けられた側と反対側にはエアー抜き穴１７が設けられ、このエアー抜き穴１７はエアー抜き穴側引け巣誘導部１８を介して上述した鋳型本体エアー抜き穴２４に連なる。
尚、図４においては、セラミックス部材支持部２５にセラミック基板３１が設置された状態を示している。
【００４１】
下側容器１２も上述した鋳型１のものとほぼ同様の構造を有し、上述した鋳型本体１１と上側容器１３とを噛み込む形で下支えし、これらは一体の鋳型２となる。このとき鋳型本体１１内に、第１の接合部１４と、金属−セラミックス接合基板３０の上面と、上側容器１３の内壁とにより第１の所定の空隙が形成され、第２の接合部２２と金属−セラミックス接合基板３０の下面とにより第２の所定の空隙が形成される。
【００４２】
次に、鋳型２を用いた金属−セラミックス複合部材の製造工程例について、図４（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。尚、この製造においても、鋳型内の雰囲気置換、鋳型の予熱、金属溶湯の接合部への注湯充填、鋳型の冷却、の各工程の実施には、特許文献１に記載した接合炉等が好適に使用できる。
【００４３】
まず、図４（ａ）に示すように、下側容器１２上に鋳型本体１１を設置し、この鋳型本体１１上に設けられたセラミックス部材支持部２５へ、セラミックス部材としてセラミックス基板３１を設置する。この時、セラミックス基板３１における第１の表面および第２の表面が上方および下方を向くように設置する。鋳型本体１１へのセラミックス基板３１の設置が完了したら、上述した鋳型１と同様に、鋳型本体１１上へ上側容器１３を被せ、下側容器１２と噛み込ませて、これら３つを一体化し鋳型２とする。鋳型２の一体化が完了したら、上側容器１３の金属原料保持部１５に必要十分量の金属原料４１を充填する。
【００４４】
次に、上述した鋳型１と同様に、鋳型２の内部および外部の雰囲気を大気から窒素ガス等の不活性ガスへ置換し、雰囲気のガス置換が完了したら、鋳型２を所定の温度まで予熱し、図４（ｂ）に示すように金属原料４１を融解し金属溶湯４２とする。
【００４５】
金属原料４１が融解し金属溶湯４２となったら、図４（ｃ）に示すように、ピストン２０を押圧することで、金属溶湯４２は、まず第１の接合部１４に注湯充填される。
この時、鋳型１にて説明したのと同様に、セラミック基板３１へ供給される金属溶湯４２が新鮮な表面を有するものであると、金属−セラミックス間の接合力を高めることができ好ましい。そこで、金属原料保持部１５中の金属溶湯を４２は狭隘部１９を通過させた後に、第１の接合部１４へ供給し、そこから流動させてセラミック基板３１に接触させる構成とすることが好ましい。さらに、鋳型２において第１の接合部１４の底部には、上述した溶湯通路２３が開口しているが、この開口部の直上に金属溶湯４２を供給すると、第１の接合部１４へ金属溶湯４２が充分に注湯充填される前に、第２の接合部２２への注湯充填が始まってしまうことが考えられる。以上のことより、第１の接合部１４への金属溶湯４２の充填は、セラミック基板３１および溶湯通路２３の開口を避けることが好ましい。
【００４６】
ここで、さらにピストン２０を押圧すると、図４（ｄ）に示すように、金属溶湯４２は溶湯通路２３を経て各第２の接合部２２に注湯充填され、さらに所定量が鋳型本体エアー抜き穴２４からエアー抜き穴側引け巣誘導部１８に至る。この金属溶湯４２が第２の接合部２２に注湯充填される際、セラミックス基板３１は第１の接合部１４に注湯充填された金属溶湯４２の重量によりセラミックス部材支持部２５へ押さえられているので、セラミックス基板３１を機械的に安定させたまま金属溶湯４２を注湯充填することができる。
【００４７】
尚、上述した鋳型１と同様、鋳型２においても、用いる接合炉が金属溶湯を注湯する設備、構造を有している場合は、予め金属原料保持部１５に金属原料４１を設置するのではなく、鋳型２の予熱が完了した時点で、ここへ金属溶湯を注湯する構成としても良い。
注湯充填が完了したら下方より鋳型２を冷却するが、この時、冷却が鋳型２の下方より上方へと一方向に進むように冷却すると、前記引け巣誘導部が最後に固化する部分になる。
【００４８】
鋳型２の冷却が進み、金属溶湯４２の固化が完了した状態を図４（ｅ）に示す。金属溶湯４２の冷却固化に伴い体積が減少し、引け巣４３が発生するが、この引け巣４３は、金属溶湯４２の冷却固化が最後に進行する部分、すなわち金属原料保持部側引け巣誘導部１６およびエアー抜き穴側引け巣誘導部１８に誘導される。特に、第２の接合部２２内における金属溶湯４２の冷却固化に伴う体積減少に対しては、鋳型本体エアー抜き穴２４内の金属溶湯４２もこれを補う。鋳型２の冷却が完了したら、鋳型本体１１、下側容器１２および上側容器１３を分離し、誘導された引け巣部分を除去して本実施の異なる形態に係る金属−セラミックス複合部材を得た。
【００４９】
ここで図５を用い得られた、本実施の異なる形態に係る金属−セラミックス複合部材について説明する。
本実施の異なる形態に係る金属−セラミックス複合部材４は、大型接合金属４４の上に所定数のセラミックス基板３１が接合され、この各々のセラミックス基板３１上にさらに薄型接合金属４５が接合されたものである。ここで大型接合金属４４は、上述した鋳型１と同様、上側容器を加工することで、所望に応じ平型の板状、櫛形のフィン形状等の形状を採ることができる。一方、薄型接合金属４５は、例えばこれを所望のパターンにエッチングすることで、所定の配線材とすることができる。そして大型接合金属４４および薄型接合金属４５とも、上述した、第１および第２の接合部内で自由表面を有することなく冷却固化して生成したものなので、その寸法精度は、第１の接合部１４および第２の接合部２２における寸法精度とほぼ一致し、且つ表面にうねりは観察されなかった。そして引け巣も上述した引け巣誘導部に誘導された結果、誘導された引け巣部分を除去するという簡単な後加工を行うだけで、大型接合金属４４および薄型接合金属４５上に引け巣は観察されなかった。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明に係る鋳型は、セラミックス部材の金属溶湯と接触する面を、上方に向けて設置させる支持部が設けられ、セラミックス部材の金属溶湯と接触する面と前記鋳型内壁との間に、所定の容積を有し、前記金属溶湯が注湯充填される接合部が設けられているので、その自重により鋳型内に設置されたセラミックス部材は、その上方に金属溶湯が注湯されても鋳型内で支えを失うことが無く、さらに接合部に注湯充填された金属溶湯は自由表面を有しないので、金属溶湯が固化して生成した接合金属の寸法精度は、接合部の寸法精度とほぼ一致することから高い精度を持たせることができる上に、その表面にうねりを生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る鋳型を用いて、金属−セラミックス複合部材を製造する工程を示した断面図である。
【図２】図１の工程で製造された金属−セラミックス複合部材の一例を示す断面図である。
【図３】金属−セラミックス接合基板を製造する工程を示した断面図である。
【図４】本実施の異なる形態に係る鋳型を用いて、金属−セラミックス複合部材を製造する工程を示した断面図である。
【図５】図４の工程で製造された金属−セラミックス複合部材の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１．（本実施の形態に係る）鋳型
２．（本実施の異なる形態に係る）鋳型
１４．第１の接合部
１６．金属原料保持部側引け巣誘導部
１８．エアー抜き穴側引け巣誘導部
２２．第２の接合部
３０．金属−セラミックス接合基板
３１．セラミックス基板
４２．金属溶湯
【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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