(57)【要約】【課題】従来の穴加工方法では、超音波下穴加工後のマシニングセンタによる研削加工の場合は穴加工の工程が煩雑になり時間がかかり、またドリルサイクル加工では砥石径の穴しか加工できず、さらに砥石寿命が短いという問題があった。【解決手段】内部にカーボンピンを埋設したセラミック生成形体を焼成することで焼結体を形成するとともに、該焼結体を研削または切断により前記カーボンピンの端部を露出させ、該研削または切断後の焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することによりで前記カーボンピンを除去して穴加工を行うものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にカーボンピンを埋設したセラミック生成形体を焼成することで焼結体を形成した後、該焼結体から前記カーボンピンの一部を露出させ、該焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することにより前記カーボンピンを除去して穴加工を行うことを特徴とするセラミックス焼結体の穴加工方法。
【請求項２】
一端が露出したカーボンピンを有するセラミック生成形体を不活性ガス雰囲気中もしくは還元雰囲気中で焼成することで焼結体を形成するとともに、該焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することにより前記カーボンピンを除去して穴加工を行うことを特徴とするセラミックス焼結体の穴加工方法。
【請求項３】
前記カーボンピンの密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックス焼結体の穴加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用部品、半導体装置・部品や電子部品等に使用されるセラミックス焼結体の穴加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックス焼結体は硬いため穴開け加工などの後加工が困難であることから、その穴加工を行う場合、図４（ａ）に示すように、不図示の超音波加工機にセットした工具４１を超音波により振動させ、遊離砥粒４２により超音波加工を行い下穴４４を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、自転可能な砥石４５を下穴４４内にセットし、セットした砥石４５の全体を少しずつ回転させて、所定の直径の穴４６とすることで一段の穴加工を行い、この穴加工を下穴４４の底まで連続して行うというマシニングセンタによる研削加工を行うことで、所定の穴加工を実施していた。
【０００３】
また、その他、従来の穴加工例としては、図５に示すように、砥石５１を回転させながらセラミックス５２に対して上下させることで加工するドリルサイクル加工を行い、所定の穴加工を施すことが特許文献１に示されている。
【特許文献１】
特開平１１−２１６７２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、下穴を超音波加工で形成した後さらにマシニングセンタによる研削加工を施したり、回転する砥石を上下させるドリルサイクル加工を施したりするのは、セラミックスが高硬度脆性材料であるためである。
しかしながら、上述した従来の穴加工方法では、超音波下穴加工後のマシニングセンタによる研削加工の場合は穴加工の工程が煩雑になり時間がかかるという問題があり、またドリルサイクル加工では、砥石径の穴しか加工できずさらに砥石寿命が短いという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１においては、セラミックスに砥石を用いて穴加工を行うセラミックスの穴加工方法に関して、砥石を回転させるとともに回転した砥石を螺旋状に押し込む加工が提案されているが、処理数量が１台の加工機で１個と少なく加工コストが高いためセラミックス製品の量産工法としては採用できないなどの問題があった。
【０００６】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、任意の形状の穴をセラミックス焼結体中に形成することを簡単な方法で可能にするとともに、一度に大量の処理が可能な量産性に優れたセラミックスの穴加工方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、内部にカーボンピンを埋設したセラミック生成形体を焼成することで焼結体を形成した後、該焼結体から前記カーボンピンの一部を露出させ、該焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することにより前記カーボンピンを除去して穴加工を行うことを特徴とするセラミックス焼結体の穴加工方法を提供する。
【０００８】
また、一端が露出したカーボンピンを有するセラミック生成形体を不活性ガス雰囲気中もしくは還元雰囲気中で焼成することで焼結体を形成するとともに、該焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することにより前記カーボンピンを除去して穴加工を行うことを特徴とするセラミックス焼結体の穴加工方法を提供する。
【０００９】
上述の穴加工方法で用いるカーボンピンの密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックス焼結体の穴加工方法について図１を用いて説明する。
第１の実施の形態におけるセラミックス焼結体の穴加工方法について説明する。
【００１１】
図１（ａ）に示すカーボンピン１１をセラミック生成形体１２内に埋設して図１（ｂ）に示すようにセラミックスの焼結体１３を得る。セラミック生成形体１２の成形については、例えば、メカプレス等を用いてプレス成形する場合、金型（不図示）内に半分ほどの原料粉末を１回加圧して仮成形し、その上にカーボンピン１１を設置した後さらに原料粉末を充填し、これら全体を再度加圧成形してセラミック成形体１２を加工しても良い。
【００１２】
また、ホットプレス焼成する場合は、図２に示すようにセラミック生成形体１２を２個組み以上形成し、この合わせ面にカーボンピン１１を配置する凹部１２ａを設けカーボンピン１１を埋設し、セラミック生成形体１２同士を合わせることで形成される。
【００１３】
なお、この生成形体１２の成形方法として、成形型により成形するものは勿論のこと、セラミックグリーンシートを積層する手法を用いても構わない。
【００１４】
また、本発明の穴加工方法は、成形体を射出成形機等で成形し、その際にカーボンピン１１を成形体中に埋設するようにしても良い。複数個の穴加工を行う場合は、埋設するカーボンピン１１をその必要数埋設すればよい。
【００１５】
このセラミック生成形体１２に用いられるセラミック粉末としては、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ムライト、酸化ジルコニウム、フェライト材料などが用いられる。
【００１６】
また、カーボンピン１１は断面丸形状、角形状または穴加工にあわせた任意の形状で良く、そのカーボンの密度は１．５ｇ／ｃｍ３以上とすれば良い。１．５ｇ／ｃｍ３よりも低い場合にはホットプレス焼成のように加圧焼成した場合にカーボンピン１１が変形し、所望の形状の穴加工ができなくなるので好ましくない。特に、３０ＭＰａ以上の圧力を掛けながら焼成する場合は、焼成時の変形を避けるため１．６ｇ／ｃｍ３以上とすることがより好ましい。
【００１７】
本発明の生成形体１２をＮ２ガスやＨｅガス等の不活性ガス雰囲気中もしくは還元雰囲気中で焼成することにより、カーボンピン１１を残した状態で焼結体１３を形成することができる。ホットプレス焼成やガス加圧焼成すれば、焼結時の焼結体１３の粒界滑りによる緻密化を利用して、生成形体１２を焼結時にクラックを発生させることなく焼結させることができる。その後、カーボンピン１１の一部を露出させ、酸化させながら除去する。
【００１８】
さらに、焼結体１３について、図１（ｃ）に示すように、研削、切断、レーザ加工、サンドブラスト加工、超音波加工、ウォータージェット加工等によりカーボンピン１１の一部を露出させた焼結体１３を形成する。例えば、平研研削盤等で研削処理しカーボンピン１１を露出させた焼結体１３を形成させるようにしても良い。
【００１９】
その後、この焼結体１３を酸化雰囲気中で熱処理される。即ち、酸化雰囲気中にカーボンピン１１が曝されると、炭素と酸素が結合した二酸化炭素となって気化してしまい、焼結体１３に埋設したカーボンピンが除去される。従って、切削により穴を形成しなくても穴加工が可能となる。
【００２０】
この熱処理温度はセラミック材料によるが８００℃以上とすることが好ましく、処理時間は、除去するカーボンピン１１の大きさにより異なるが、直径１ｍｍ長さ５ｍｍのカーボンピン１１の場合、１０００℃で約３時間保持すれば燃焼除去することができる。
このようにして、カーボンピン１１が存在したところが穴となり、穴加工を行うことができる。
なお、図１（ｂ）に示したような形状の焼結体１３に貫通穴を形成する場合、カーボンピン１１の両端面がセラミック表面に露出するように両側面を露出させ、同様の処理を行うと良い。更に、必要に応じて穴内部をサンドブラスト、ウォータージェット等で洗浄処理し、カーボン燃焼後の灰分を除去することも可能である。
【００２１】
次に第２の実施の形態におけるセラミックス焼結体１３の穴加工方法について説明する。第１の実施の形態では生成形体１２にカーボンピン１１が完全に内部に埋設されたものであったが、カーボンピン１１の一部が生成形体１２の表面に露出された状態で焼成される。
【００２２】
従って、この状態では不活性雰囲気中もしくは還元雰囲気中で焼成することにより、カーボンピン１１を焼却させずにそのままの状態で生成形体を焼結させる。その後、焼結体１３の表面に機械加工を施さずに穴を形成でき、上記のように、最初からカーボンピン１１が生成形体１２の表面に露出した状態で生成形体１２を焼結させることができる。
【００２３】
この場合の焼成温度、その他の条件としては、第１の実施形態に示したものと同様の条件で可能である。
【００２４】
このようにして形成した焼結体１３を酸化雰囲気中で熱処理することにより、上述と同様のカーボンピン１１を除去させる。
【００２５】
かくして、本発明の穴加工方法によれば、酸化熱処理において穴形成が行われるために、大量のワークを一括で処理できるため、従来の超音波のよる下穴加工後のマシニングセンタによる研削加工、またはドリルサイクル加工等に比べ、簡単かつ大量に加工することができ、処理時間コストともに大幅に削減することができる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
主成分として９０〜９２モル％の窒化珪素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、酸化アルミニウム、酸化珪素を窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０重量％と１〜５重量％添加混合して原料粉末を調整した後、プレス成形により平板状の窒化珪素による生成形体１２を準備する。
【００２７】
生成形体１２の片面には断面半円状の溝１２ａが形成されており、この溝部１２ａに長さ１０ｍｍのカーボンピン１１を配置し、さらに同様の生成形体１２を重ね合わせ１組みとし、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成することにより、焼結体１３を得た。カーボンピン１１は直径が０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍでそれぞれの密度が１．４ｇ／ｃｍ３、１．５ｇ／ｃｍ３、１．６ｇ／ｃｍ３である円柱状のカーボンピン１１を配置して各々の焼結体１３を作製した。
【００２８】
さらに得られた焼結体１３をカーボンピン１１の一端が焼結体１３表面から露出するよう平研研削盤にて研削処理し、酸化炉にて１０００℃で熱処理しカーボンピン１１を燃焼除去したのちそれぞれの試料の穴の状態を確認した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から判るように、カーボンピン１１の密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上である試料番号２、３、５、６、８、９は図３（ａ）に示したように断面丸形状の良好な穴が得られるが、密度１．４ｇ／ｃｍ３である試料番号１、５、７においては図３（ｂ）や（ｃ）に示したように断面形状が変形した。また、ピン径が１〜２ｍｍと太い試料番号４、７においては、焼成後のカーボンピン１１にワレが発生した。
【００３１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、内部にカーボンピンを埋設したセラミック生成形体を焼成することで焼結体を形成した後、該焼結体から前記カーボンピンの一部を露出させ、該焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することによりで前記カーボンピンを除去して穴加工を行う方法や、また、一端が露出したカーボンピンを有するセラミック生成形体を不活性雰囲気中や還元雰囲気中で焼成することで焼結体を形成するとともに、該焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することによりカーボンピンを除去して穴加工を行う方法であるために、簡単かつ作業時間が短く、一度に大量の処理が可能な量産性に優れ加工精度の高い穴加工が可能となるセラミックス焼結体の穴加工方法を提供することができる。
【００３２】
また、カーボンピンの密度が１．５ｇ／ｃｍ３以上であるためにホットプレス焼成等のように、生成形体を加圧しながら焼成する場合、加圧によりカーボンピンが変形して所望の穴形状が得られないといった問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明のセラミックス焼結体の穴加工方法による加工方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明のセラミックス焼結体の穴加工方法による加工方法を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明のセラミックス焼結体の穴加工方法により形成した穴を説明するための図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は従来のセラミックスの加工方法を説明するための図である。
【図５】従来のセラミックスの加工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１１：カーボンピン
１２：生成形体
１３：焼結体
２２：ピン入れ溝
【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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