(57)【要約】【課題】  本発明は、耐剥離性、耐熱性、耐久性に優れ、さらには、加工性にも優れた絶縁体被覆基材を提供することを目的とする。【解決手段】  耐熱性に優れた基材の少なくとも片方の表面にAl2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体から構成される被覆層を有し、前記基材と前記被覆層の間に、前記基材を構成する少なくとも1種類の元素とAl、Si又はCrの少なくとも1つの元素が合金相を形成してなることを特徴とする耐剥離性に優れた絶縁体被覆基材である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性に優れた基材の少なくとも片方の表面にAl2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体から構成される被覆層を有し、前記基材と前記被覆層の間に、前記基材を構成する少なくとも1種類の元素とAl、Si又はCrの少なくとも1つの元素が合金相を形成してなることを特徴とする耐剥離性に優れた絶縁体被覆基材。
【請求項２】
前記基材の厚みが10μm以上1000μm以下である請求項1記載の絶縁体被覆基材。
【請求項３】
前記基材が金属箔である請求項1又は2に記載の絶縁体被覆基材。
【請求項４】
前記被覆層の厚みが3μm以上50μm以下である請求項1記載の絶縁体被覆基材。
【請求項５】
前記合金相の厚みが2μm以上10μm以下である請求項1記載の絶縁体被覆基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温-低温サイクルの繰返しにおける耐剥離性に優れた絶縁体被覆基材に関するものであって、精密部品用絶縁体、あるいは、ヒーター、各種電極等の電気伝導体、等の種々の用途に適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
高温で使用される部材であって、さらに、その部材に接する他の物質に電流が流れる場合、あるいはその部材に電流を流す場合には、その部材と他の物質間あるいはその部材間の絶縁を保つために、例えば、ガラス系素材、あるいは、セラミックス系素材を使用して必要な個所の絶縁を保持している。これらの絶縁体は主部材とは別々に製造されるため、両者を用いて最終製品を製造する際には、両者の組み合わせの選択範囲は広くなる利点はあるものの、組み合わせて一体化する工程が煩雑になる欠点がある。さらに、一体化する際にはどうしても不要な空間が生じてしまうために小型化する場合には不利となってしまう。
【０００３】
従来、基板となる部材に絶縁体を塗布したもの(特許文献1)、また、セラミックス基板上に絶縁体をスクリーン印刷によって形成させたもの(特許文献2)がある。特許文献1では、揮発性の溶媒中に電気絶縁性粉末を超音波振動で均一に分散させて金属表面に塗布した後、溶媒を蒸発させる方法であって、電気絶縁性粉末と金属との密着性に優れるものではない。また、特許文献2は、緻密性と表面平滑性に優れる絶縁ペーストの形成方法であって、高温で使用できるものではない。さらに、特許文献1においても、高温での使用状態と室温レベルの未使用状態との冷熱サイクルによって基板と絶縁体との剥離が生じてしまうと言う問題がある。さらに、これらの従来から使われているものは、決して加工性に優れたものとは言い難かった。
【０００４】
【特許文献１】特開平2-254173号公報
【特許文献２】特開平4-104980号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、精密部品などに使用される絶縁体、あるいは、基板に電流を流して使用されるヒーターや各種電極の用途に適用する場合、基材と絶縁体が一体化したものであって、耐剥離性、耐熱性、加工性に優れた基材は無いのも同然であった。
【０００６】
そこで、本発明は、基材と絶縁体で構成される絶縁体被覆基材であって、耐剥離性、耐熱性、耐久性に優れ、さらには、加工性にも優れた絶縁体被覆基材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基材と絶縁体から構成される絶縁体被覆基材を高温状態と低温状態で繰り返し使用する場合を想定して、種々の検討を重ねた結果、完成したものである。
【０００８】
本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)  耐熱性に優れた基材の少なくとも片方の表面にAl2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体から構成される被覆層を有し、前記基材と前記被覆層の間に、前記基材を構成する少なくとも1種類の元素とAl、Si又はCrの少なくとも1つの元素が合金相を形成してなることを特徴とする耐剥離性に優れた絶縁体被覆基材。
(2)  前記基板の厚みが10μm以上1000μm以下である(1)記載の耐熱性に優れた絶縁体被覆基材。
(3)  前記基材が金属箔である(1)又は(2)に記載の絶縁体被覆基材。
(4)  前記被覆層の厚みが3μm以上50μm以下である(1)記載の絶縁体被覆基材。
(5)  前記合金相の厚みが2μm以上10μm以下である(1)記載の絶縁体被覆基材。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、耐剥離性、耐熱性、耐久性に優れており、基材に絶縁体が被覆されて一体化した絶縁体被覆基材を提供することが可能になる。さらに、本発明の絶縁体被覆基材は、加工性に優れているため、直径の小さな円筒への成型等も容易に実施できる。また、打ち抜き加工によっても、基材と絶縁体の剥離が生じないため、任意の形状に加工可能である。
【００１０】
このような本発明による耐剥離性に優れた絶縁被覆基材を用いることによって、精密部品用絶縁体、あるいはヒーター、電極等の電気伝導体へ適用する場合には、絶縁体の使用量を最小限にできるため、小型化が可能になる。さらに、耐久性が優れているため、絶縁破壊等が起こり難くなる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の特徴は、基材となる素材、例えば、金属板の少なくとも片方の表面にAl2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体から構成される被覆層が形成されており、さらに、基材とそれらの被覆層の間に中間相として、基材を構成する少なくとも1種類の元素とAl、Si又はCrの少なくとも1つの元素が合金相を形成していることを特徴としている。この合金相は、基材と被覆層との密着性を良くする効果のみならず、室温から約1100℃程度の間で温度が上下することによって基材と被覆層の間に生じる応力を緩和する効果があるため、両者間の剥離を抑制することができる。
【００１２】
被覆層としては、絶縁体であれば特に限定はされないが、本願発明で基材を構成している少なくとも1種類の元素と結びついて合金化可能なものでなければならない。耐熱性に優れた基材として使用可能な素材には、通常の耐熱材として使用されている各種ステンレスを用いることができるが、それらの基材には、Al、Cr、Si等が含有されている。これらの元素と合金化し易い絶縁体で被覆することによって、密着性、耐剥離性を向上させる前記合金相を形成させることが可能になる。ステンレスを基材に使用する場合には、Al2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体を被覆することによって、密着性、耐剥離性を向上させる前記合金相を形成させることが可能になる。
【００１３】
基材の厚みは、10μm以上1000μm以下が好ましい。10μm未満では、基材自体の強度、剛性が低くなるため、製品を構成する部材に使用する際に問題が生じる虞れが高まり、1000μm超では、種々の形状への加工性が劣る可能性が高まるためである。基材の厚みが20μm以上500μm以下であれば、強度、剛性、さらには加工性にも優れるため、より好ましい。
【００１４】
また、基材は、加工性を確保するためには、インコネル、オーステナイト系ステンレス、あるいはフェライト系ステンレス等の金属箔が好ましい。
【００１５】
合金相の厚みは、2μm以上10μmであれば、密着性、耐剥離性に優れた効果がある。2μm未満ではこれらの効果が不足し易く、10μm超であっても効果が飽和するからである。この合金相は、基板と被覆層の間を全て埋め尽くす必要は無く、少なくとも70%以上の面積率があれば良い。ステンレス系基材を用いる場合には、合金相は、例えば、Fe-Al、Fe-Cr、Fe-Si、Cr-Al、Cr-Si、Ni-Al、Ni-Cr、Ni-Si等の固溶体、あるいは、これらの金属間化合物であれば良い。
【００１６】
Al2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体からなる被覆層の厚みは、3μm以上50μm以下が好ましい。3μm未満では、密着性が弱くなると共に、引っ掻き傷による局部剥離が生じ易くなって、絶縁層としての信頼性が低下する虞れが高まり、50μm超では、被覆層自体の剛性が大きくなって、剥離し易くなる可能性が高まるからである。被覆層の厚みが10μm以上30μm以下であれば、絶縁層としての信頼性、及び、耐密着性にも優れるようになるため、より好ましい。
【００１７】
耐熱性に優れた基材にステンレス箔を用いることによって、Al2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体からなる被覆層と基材との密着性、耐剥離性を向上させることができる。例えば、主成分として、Alが3%以上15%以下、Crが10%以上30%以下、Siが0.1%以上1.0%以下、Mnが0.5%以下、残部Fe及び不可避不純物からなる基材が優れている。加工性をより重視する場合には、Alを3%以上8%以下に低めにすればよい。本発明の基材には、前記組成に限らず、被覆層を構成する少なくとも1つの元素と合金相を形成できる元素が含まれていれば良い。
【００１８】
本発明の絶縁被覆基材を各種電極に用いる場合には、電流を通す部分の絶縁層を除去するか、最初からその部位には絶縁層を被覆しなければ良い。電流を取り出す部位の導通を確実に確保するために、例えば、電気抵抗が低いCu、Au等を電着、スパッタで付けても良い。その際、Ni、W等を下地処理として付けておけば、Cu、Auが安定化する。
【００１９】
本発明の絶縁被覆層を形成させる方法には、予め基材にAl、Cr、Si又はそれらの複合体を被覆させた後に、酸素含有雰囲気中でこれらの被覆層を酸化させてAl2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体からなる被覆体とすることができる。本発明の特徴は、この酸化処理中に基材を構成する少なくとも1種類の元素とAl、Si、Crの少なくとも1つの元素を使って合金相を形成させることにある。基材がステンレスである場合には、基板のFe原子とこれらの被覆層を構成する少なくとも1つの元素が合金相を形成する。合金相を確実に形成させるためには、酸素含有雰囲気中で300℃以下の比較的低温から500℃〜900℃までの温度範囲を徐々に上げて行く必要がある。酸素含有雰囲気中で一気に高温に暴露されてしまうと、予め被覆したAl、Cr、Si等が、基材を構成する元素と結びついて、十分な厚みの合金相を形成する前に酸化して、酸化層となってしまうため、所定の合金相を形成できなくなってしまう。昇温速度が遅い方がより厚い合金相が形成される。前記熱処理で十分な合金相を形成させた後は、1000℃以上で十分な酸化処理を施して、Al2O3、Cr2O3、SiO2又はこれらの複合体にすれば良い。ただし、Alの場合には、融点が低いために、融点以下の温度においてAl2O3までは至らなくても、ある程度の量のAl酸化物にしてから、高温で酸化処理させる。
【００２０】
基材に予めAl、Cr、Si又はそれらの複合体を被覆させる方法としては、溶融めっき法、電解めっき法、スパッタ法、イオンプレーティング法、クラッド圧延法、等の種々の方法を適用することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
(実施例1)
基材の含有成分が、質量%で、Al;4.7％、Cr;19.7％、Si;0.3％、Mn;0.3％、P;0.03％、C;0.008％、S;0.001％、Ti;0.03％、Nb;0.03％、La;0.05％、Ce;0.05％、N;0.007％、である厚みが400μmのステンレス箔を用いて、この両面に溶融めっき法によって、Alめっき層を片側20μmづつつけた。このめっき板を、合金相形成熱処理として、20%酸素を含有させたAr雰囲気中で、室温から600℃までを約5℃/分で昇温させた後、一旦、室温まで冷却した。その後、同じ雰囲気中で約50℃/分で650℃まで昇温し、その温度で2時間保持して、めっきしたAlをある程度酸化させた後、1100℃まで昇温し、3時間保持して十分に酸化させた。また、合金相形成熱処理を省略した処理を実施し、比較材を作製した。比較材作製の際には1100℃まで5〜6分程度で昇温した。
【００２３】
それぞれ得られた被覆箔の表面をX線回折法によって調べた結果、どちらの場合にもAl2O3が形成されていることを確認した。また、箔の断面を走査電子顕微鏡による観察、EPMA元素分析によって調べた結果、合金相形成熱処理を施した箔には、厚みが約4μmの合金相が形成されていることを確認できた。この合金相はFeとAlの固溶体が主体であった。これに対して、比較材には、明瞭な合金相が存在していなかった。両者の箔ともにAl2O3の厚みは約18μmであった。
【００２４】
それぞれの箔を1辺が100mmの正方形にそれぞれ5枚づつカットして、剥離性評価試料とした。大気中800℃で10分保持後、室温まで空冷する熱処理を200サイクル実施して、被覆の剥がれ等を目視で検査した。
【００２５】
結果を表1に示す。
【００２６】
【表１】
2005254688.tif 000002
【００２７】
以上の結果から、明らかなように、本願発明の絶縁体被覆基材は、耐熱性、耐久性に優れていることがわかる。
【００２８】
(実施例2)
実施例1と同じ組成のステンレス箔を基材に使って、イオンプレーティング法を用いて基材の片面に、Si又はCrを被覆させた。この際に、イオンプレーティングの時間を変えて、被覆層の厚みを変化させた。合金相形成熱処理として、20%酸素を含有させたAr雰囲気中で室温から800℃までを約1〜3℃/分で昇温させた後、一旦、室温まで冷却した。昇温速度を変えて合金相の厚みを変えた。その後、同じ雰囲気で1200℃まで5〜6分で昇温し、その温度で4時間保持して、Si又はCrを十分に酸化させた。実施例1と同様に、被覆層の同定、及び合金相の有無を調べた後、耐久性試験を実施した。Siを被覆された場合の合金相は、Fe-Si固溶体が主体であり、部分的に僅かではあるがFe3Si金属間化合物が形成されていた。
【００２９】
結果を表2に示す。
【００３０】
【表２】
2005254688.tif 000003
【００３１】
以上の結果から、本発明の絶縁体被覆基材は、合金相を有するため、耐剥離性に優れることが判る。特に、被覆層の厚みが3μm以上50μm以下にする場合には、密着性、耐剥離性に優れた絶縁被覆薄帯が得られ、被覆層の厚みが10μm以上30μm以下の場合には、密着性、耐剥離性がさらに優れることが判る。
【００３２】
(実施例3)
基材の含有成分が、質量%で、Al;7.5%、Cr;20.7%、Si;0.35%、Mn;0.35%、P;0.02%、C;0.007%、S;0.002%、Ti;0.025%、Nb;0.03%、La;0.055%、Ce;0.06%、N;0.007%であって、厚みが7〜1200μmのステンレス箔を準備した。基材の酸化性を向上させるために、実施例1及び2よりもAl含有量を高めた組成とした。Al量が増えると冷間延性が低下するために、温間圧延によって製造した。ただし、600μm以下の厚みにする場合には、研削によって板厚を調整した。
【００３３】
各基材の片面にイオンプレーティング法によって、Alを片面に約10〜20μmづつ付けた。その後、合金相形成熱処理として、20%酸素を含有させたAr雰囲気中で室温から600℃までを約3〜8℃/分で昇温させた後、一旦、室温まで冷却した。その後、同じ雰囲気で約50℃/分の昇温速度で650℃まで昇温し、その温度で2時間保持して、片面に付与したAlをある程度酸化させた後、1100℃まで昇温し、3時間保持して十分に酸化させた。実施例1と同様に、被覆層の同定、及び合金相の有無を調べた後、耐久性試験を実施した。合金相は、Fe-Al固溶体を主体とするものであった。
【００３４】
結果を表3に示す。
【００３５】
【表３】
2005254688.tif 000004
【００３６】
ただし、試料No.35、36では、それぞれ5回の打ち抜き加工を試した際に、全ての試料においてエッジ部付近の被覆層にクラックが入ってしまった。また、試料No.30〜34では、同様な打ち抜き加工試験において、それぞれ5回中1〜2回程度エッジ部付近の被覆層に部分的にクラックが入った。試料No.21〜29においては、全くクラックは入らなかった。
【００３７】
以上の結果から、本発明にしたがって、基板の厚みを10μm以上1000μm以下にする場合には、強度、剛性、さらには加工性に優れた絶縁体被覆基材が得られ、基材の厚みが20μm以上500μm以下の場合には、強度、剛性、加工性がさらに優れることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明による絶縁体被覆基材は、耐熱性、耐久性に優れており、さらに、加工性にも優れているため、直径の小さな円筒への成型等も容易に実施できる。また、打ち抜き加工によっても、基材と絶縁体の剥離が生じ難いため、任意の形状に加工可能である。したがって、本発明による耐熱性に優れた絶縁体被覆基材は、精密部品用絶縁体、あるいはヒーター、電極等の電気伝導体へ適用することができる。