(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス部材本体と、このセラミックス部材本体から突出して形成されて導液材を保持する保持部と、このセラミックス部材本体と保持部とを接続する接続部とを備え、この接続部は、セラミックス部材本体から保持部に向かう方向に垂直な断面において、セラミックス部材本体と接続する部分よりも小さい断面積である部分を有することを特徴とするセラミックス部材。
【請求項２】
前記接続部は、セラミックス部材本体と接続する角部及び保持部と接続する角部のうち、少なくともにセラミックス部材本体と接続する角部に、面取り部を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミックス部材。
【請求項３】
前記面取り部が、平面形状及び曲面形状のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のセラミックス部材。
【請求項４】
前記セラミックス部材が、炭化ケイ素よりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
【請求項５】
セラミックス部材本体と保持部とが接続部により接続されてなる接続構造であって、
前記接続部は、セラミックス部材本体から保持部に向かう方向に垂直な断面において、セラミックス部材本体と接続する部分よりも小さい断面積である部分を有することを特徴とするセラミックス部材の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セラミックス部材及びセラミックス部材の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスのうち、炭化ケイ素は、高温強度に優れ、耐熱性や耐酸化性を有し、熱伝導率、電気伝導性が良好であるという特性を有している。そのため、炭化ケイ素よりなる部材は、ヒータや各種治具などに用いられている。
【０００３】
炭化ケイ素部材が用いられるヒータや各種治具は、必要な構造に応じて複数の炭化ケイ素部材が組み合わされた構造物となっている。例えば、炭化ケイ素ヒータと、炭化ケイ素電極とが接合されて一体となった構造物がある。このような炭化ケイ素の構造物を作製するための炭化ケイ素部材の接合方法に関して、接合する一方の部材と他方の部材との間隙に炭化ケイ素粉末を含有する接合剤のペーストを充填した後、金属ケイ素を含浸させる焼結を行う方法がある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１２４３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の炭化ケイ素部材を上記方法により接合する際には、これらの部材の接合部となる領域に接合剤のペーストを予め形成しておき、各部材を組み立ててから、その接合部に、液体の金属ケイ素を導いて焼結する。この液体の金属ケイ素を接合部に導くために、カーボン紐などの紐状の導液材を用意し、この紐状の導液材の一方の端部を、加熱容器内で溶融させた液体の金属ケイ素中に浸漬させ、他方の端部を、炭化ケイ素部材の接合部に接着した後、紐状の導液材の毛細管現象により金属ケイ素を加熱容器から炭化ケイ素部材の接合部に導いている。しかしながら、紐状の導液材の端部を炭化ケイ素部材の接合部に接着する作業は手間と時間を要していた。また、焼結工程の後は、不要となった紐状の導液材を切削工具を用いて切断除去するのであるが、この切削工具により炭化ケイ素部材の接合部近傍に疵が生じる場合があり、外観が損なわれる可能性があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を有利に解決するものであり、セラミックスよりなる接合構造用部材を接合剤で接合する際に、接合に資する部材、器具等を当該接合構造用部材の接合部近傍に容易かつ確実に取り付けることができ、かつ、接合作業の後は、それらの部材、器具等を容易に除去することのできるセラミックス部材及びセラミックス部材の接続構造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】
【０００６】
本発明のセラミックス部材は、セラミックス部材本体と、このセラミックス部材本体から突出して形成されて導液材を保持する保持部と、このセラミックス部材本体と保持部とを接続する接続部とを備え、この接続部は、セラミックス部材本体から保持部に向かう方向に垂直な断面において、セラミックス部材本体と接続する部分よりも小さい断面積である部分を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明のセラミックス部材の接続部は、セラミックス部材本体と接続する角部及び保持部と接続する角部のうち、少なくともにセラミックス部材本体と接続する角部に、面取り部を有することができる。また、この前記面取り部が、曲面形状及び平面形状のいずれかであることは好ましい。更に、本発明のセラミックス部材が、炭化ケイ素よりなることは、好ましい。
【０００８】
本発明のセラミックス部材の接続構造は、セラミックス部材本体と保持部とが接続部により接続されてなる接続構造であって、前記接続部は、セラミックス部材本体から保持部に向かう方向に垂直な断面において、セラミックス部材本体と接続する部分よりも小さい断面積である部分を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセラミックス部材及びにセラミックス部材の接合構造よれば、複数のセラミックス部材の接合の際に、紐状の導液材等の接合に資する部材、器具等を当該接合部近傍に容易にかつ確実に取り付けることができ、よって作業性が向上する。また、接合後における紐状の導液材等の部材、器具等の切断除去も容易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態のセラミックス部材及びセラミックス部材の接合構造を説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係るセラミックス部材を用いたセラミックス接合構造物の一例の平面図である。もっとも、本発明のセラミックス部材は、接合構造用部材として図１に示したセラミックス接合構造物に用いるものに限定されるものではない。
【００１２】
図１に示したセラミックス接合構造物は、セラミックスが炭化ケイ素であるヒータ構造物であって、円環部分を有する炭化ケイ素ヒータ部材１１と、この炭化ケイ素ヒータ部材１１と接合される炭化ケイ素電極部材１２と、これら炭化ケイ素ヒータ部材１１及び炭化ケイ素電極部材１２を固定するための炭化ケイ素よりなるナット１３により構成されている。図２に、図１のII−II線視の断面図を示す。図２において、炭化ケイ素ヒータ部材１１は、炭化ケイ素電極部材１２と接合する端子部１１ａを有し、この端子部１１ａに形成された溝を通して炭化ケイ素電極部材１２の上端部が突出するように組み合わされ、炭化ケイ素電極部材１２の上端部に形成されたネジにナット１３がネジ結合することにより、炭化ケイ素ヒータ部材１１と炭化ケイ素電極部材１２とが固定されている。更に、この炭化ケイ素ヒータ部材１１及び炭化ケイ素電極部材１２の接合部に、炭化ケイ素を含む接合剤１４が形成され、この接合剤に金属ケイ素を導いて焼結することにより、接合された構造となっている。
【００１３】
図１及び図２に示したヒータ構造物を組み立てるに当たって、あらかじめ用意されるセラミックス部材としての炭化ケイ素ヒータ部材１１は、図３に端子部１１ａ近傍の拡大図を示すように、炭化ケイ素電極部材１２との接合部の近傍に、紐状の導液材２１を保持するための保持部１１ｂを有している。図３に示した本実施形態の炭化ケイ素ヒータ部材１１においては、この保持部１１ｂは、紐状の導液材２１を挟持するために紐状の導液材２１の直径に応じた適切な大きさの開口を有するコの字形状を有している。また、保持部１１ｂは炭化ケイ素よりなり、炭化ケイ素ヒータ部材１１本体と一体的に形成されている。更に保持部１１ｂは炭化ケイ素ヒータ部材１１の端子部１１ａから突出して形成され、この保持部１１ｂと炭化ケイ素ヒータ部材１１との間に、保持部１１ｂの幅よりも狭幅の接続部１１ｃを備えている。
【００１４】
保持部１１ｂに紐状の導液材２１を挟持させたところを図４に斜視図で示す。図４に示すように、紐状の導液材２１としての例えばカーボン製の紐の先端部を、保持部１１ｂのコの字の内側で挟持されるようにする。
【００１５】
本実施形態の炭化ケイ素ヒータ部材１１は、保持部１１ｂを具備することから、紐状の導液材２１を単に保持部１１ｂに挟み込むだけで、この紐状の導液材２１を炭化ケイ素ヒータ部材１１と炭化ケイ素電極部材１２との接合部近傍に確実に固定することができる。したがって、従来技術のように紐状の導液材２１を固定するために接着する作業が不要であり、紐状の導液材２１を容易に取り付けることができる。
【００１６】
また、保持部１１ｂは、端子部１１ａから突出して形成されていて、焼結処理による接合後に紐状の導液材２１を除去する際には、切削工具を用いて接続部１１ｃから切断することにより、その紐状の導液材２１を保持部１１ｂと共に除去することができることから、炭化ケイ素部材の接合部近傍に疵が生じることを回避することができる。
【００１７】
保持部１１ｂの形状は、紐状の導液材２１を固定することが可能な形状であれば、特に限定されない。図３に示したコの字の平面形状を有するものは、簡便な形状である。コの字形状の保持部１１ｂの開口の向きは、図３に示したものは一例であって、別の向きのものであっても良い。また、保持部１１ｂによる紐状の導液材２１の固定手段も、図３に示したコの字の形状による挟持に限定されず、紐状の導液材２１を確実に固定できる手段であれば、その手段を問わない。
【００１８】
保持部１１ｂは、炭化ケイ素ヒータ部材１１とは個別に作成し、炭化ケイ素ヒータ部材１１に対し接合等によって固着しても良いが、炭化ケイ素ヒータ部材１１と一体的に形成するほうが生産性が向上する。そのため保持部１１ｂは、炭化ケイ素ヒータ部材１１と同じ材料である炭化ケイ素よりなるものが好ましい。
【００１９】
保持部１１ｂと炭化ケイ素ヒータ部材１１との間に、保持部１１ｂよりも狭幅の接続部１１ｃを備えることは、焼結処理後の紐状の導液材２１の除去時に、切削工具の刃をこの接続部１１ｃに当てて切削することから、切削工具の刃を確実に接続部１１ｃに案内することができ、よって切削工具の不用意な操作により炭化ケイ素ヒータ部材１１の表面に疵をつけることを回避することができるので好ましい。また、接続部１１ｃが狭幅であることは、切削工具による切削領域が小さくことを意味するので、接続部１１ｃが保持部１１ｂと同等の幅又は広幅である場合と比較して、切削作業時間を短縮することができ、作業能率を向上させることができる点でも好ましい。この接続部１１ｃの幅は、加工時やハンドリング時に割れ等が生じない程度の強度を少なくとも有するように、適宜定めることができる。この接続部１１ｃは、炭化ケイ素ヒータ部材１１の素材から放電加工等により炭化ケイ素ヒータ部材１１本体及び保持部１１ｂと一体的に形成することができる。
【００２０】
接続部１１ｃは、炭化ケイ素ヒータ部材１１本体の端子部１１ａから保持部１１ｂに向かう方向に垂直な断面において、炭化ケイ素ヒータ部材１１本体と接続する部分よりも小さい断面積である部分を有していることが、本発明のセラミックス部材及び接合構造の特徴の一つである。図５は、接続部１１ｃの例を示す平面図である。図５（ａ）は接続部１１ｃが炭化ケイ素ヒータ部材１１本体の端子部１１ａと接続する角部に平面的な面取り部１１ｄを有している例である。図５（ｂ）は、接続部１１ｃが炭化ケイ素ヒータ部材１１本体の端子部１１ａと接続する角部及び接続部１１ｃが保持部１１ｂと接続する角部のそれぞれに平面的な面取り部１１ｄを有している例である。図５（ｃ）は接続部１１ｃが炭化ケイ素ヒータ部材１１本体の端子部１１ａと接続する角部に曲面的な面取り部１１ｅを有している例である。図５（ｄ）は、接続部１１ｃが炭化ケイ素ヒータ部材１１本体の端子部１１ａと接続する角部及び接続部１１ｃが保持部１１ｂと接続する角部のそれぞれに曲面的な面取り部１１ｅを有している例である。
【００２１】
図５（ａ）〜（ｄ）に示されるように、少なくとも炭化ケイ素ヒータ部材１１本体と接続する角部に、面取り部１１ｄ、１１ｅを有することにより、接続部１１ｃは、炭化ケイ素ヒータ部材１１本体から保持部１１ｃに向かう方向に垂直な断面において、炭化ケイ素ヒータ部材１１本体と接続する部分よりも小さい断面積である部分を有している。このことにより、焼結処理後に切削工具を用いて紐状の導液材２１を除去する際に、切削工具刃を、接続部１１ｃにおけるセラミックス部材本体と接続する部分から離れて位置している部分であるところの、接続部１１ｃにおける最小断面積となる部分に案内して切削することが容易となる。そして、接続部１１における炭化ケイ素ヒータ部材１１本体と接続する角部は、面取り部１１ｄ、１１ｅにより、切り欠き効果が抑制される。そのため、焼結後の接続部１１ｃの切断作業時に、炭化ケイ素ヒータ部材１１本体に割れや欠け（チッピング）が生じることを防止することができる。また、切削工具刃を、接続部１１ｃにおける最小断面積となる部分に当てて切削することにより切削工具の刃を確実に接続部１１ｃに案内することができ、作業効率を向上させることができる。
【００２２】
炭化ケイ素ヒータ部材１１本体に割れや欠け（チッピング）が生じることを防止するには、面取り部は、少なくとも接続部１１ｃにおけるセラミックス部材本体と接続する角部に有することが好ましい。図５（ｂ）や図５（ｄ）に示すように、接続部１１ｃが保持部１１ｃと接続する角部にも面取り部を有していても良いことはもちろんである。
【００２３】
また、面取り部は、炭化ケイ素ヒータ部材１１の素材から放電加工等により接続部１１ｃを炭化ケイ素ヒータ部材１１本体及び保持部１１ｂと共に一体的に形成する時の加工によって形成することができる。もっとも、放電加工に限定されることはない。この面取り部は、Ｃ面取り加工による平面形状であってもよいし、Ｒ面取り加工により曲面形状であってもよい。
【００２４】
このような接続部１１ｃ及び保持部１１ｃを一体的に有する炭化ケイ素ヒータ部材１１は、炭化ケイ素よりなるものである場合に、特に効果が大きい。炭化ケイ素よりなるセラミックス部材は、前述のように焼結により他の部材と接合することができ、この焼結の際に用いられる部材としての紐状の導液材を、接合しようとする部分の近傍に取り付けるために保持部を設けることが有利であるためである。もっとも、本発明のセラミックス部材は、炭化ケイ素よりなるものに限定されず、他のセラミックスよりなるものであってもよく、セラミックス部材本体と保持部とが接続部により接続されてなる接続構造を有しているものであれば本発明を適用することができる。
【００２５】
本実施形態に係る炭化ケイ素接合構造用部材を用いた接合方法の一例を、図１〜５に示した炭化ケイ素ヒータ部材１１と、炭化ケイ素電極部材１２との接合の場合を例にして説明する。
【００２６】
図６は、本発明の実施形態に係る炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法のフロー図である。図６のフロー図に従って接合方法を説明すると、まず、接合しようとする炭化ケイ素接合構造用部材を作成する（ステップＳ１１）。炭化ケイ素接合構造用部材の作成は、特開平１０−６７５６５号公報や特開平１１−７９８４０号公報に記載されているような、炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤との混合物を焼結する方法により行うことができる。この方法によれば高純度の炭化ケイ素焼結体を得ることができる。
【００２７】
本実施形態では、第１の炭化ケイ素接合構造用部材としての炭化ケイ素ヒータ部材１１及び第２の炭化ケイ素接合構造用部材としての炭化ケイ素電極部材１２のうち、前者の炭化ケイ素ヒータ部材１１に、保持部１１ｂを備えるものを作成する。この保持部１１ｂは、炭化ケイ素ヒータ部材１１と一体的に形成するように、放電加工等により形成することができる。
【００２８】
次に、作成された炭化ケイ素ヒータ部材１１と炭化ケイ素電極部材１２の接合部となる領域に、接合剤１４としての接合ペーストを塗布する（ステップＳ１２）。次いで、炭化ケイ素ヒータ部材１１と炭化ケイ素電極部材１２とを組み立てて、両者をナット１３にて締結固定する。次いで、ナット１３と炭化ケイ素ヒータ部材１１との接合部の周囲及び、この接合部の周囲から保持部１１ｂまでにわたって、接合剤１４としての接合スラリーを塗布する。接合スラリーの塗布領域は、図４において、接合剤１４として示されている。
【００２９】
この接合スラリーの塗布は、刷毛塗りでもよいが、接合スラリーの塗布領域以外の領域にマスクを形成して塗布した後、このマスクを除去することが、塗布の確実さと製品美観の観点から好ましい。
【００３０】
また、接合剤１４としての接合スラリー及び接合ペーストは、いずれも炭化ケイ素粉末を含有し、かつ、必要に応じて炭素成分を含むものであり、特開２００２−１２４３６４号公報に開示されているような、公知のものを用いることができる。
【００３１】
次いで、炭化ケイ素ヒータ部材１１の保持部１１ｂに、紐状の導液材２１の一方の端部を取り付ける（ステップＳ１３）。この取り付けは、単に紐状の導液材２１を保持部１１ｂに挟持させるのみで足りる。紐状の導液材２１は、例えばカーボン紐である。
【００３２】
次に、紐状の導液材２１の他方の端部を、るつぼ内で溶融させた金属ケイ素の液中に浸漬させる。すると、この金属ケイ素は、紐状の導液材２１の毛細管現象によって、るつぼ内に浸漬された一方の端部から保持部１１ｂに挟持された他方の端部へと導かれ、さらに保持部１１ｂから接合ペーストを伝って炭化ケイ素ヒータ部材１１、炭化ケイ素電極部材１２及びナット１３の接合部に導かれる。
【００３３】
これらの接合部に金属ケイ素が導かれて含浸させることにより、溶融金属ケイ素が接合剤内の気孔に吸い上げられ、接合剤に含まれる炭素、又は金属ケイ素の含浸に先立って行う炭素源の含浸によって接合剤内に存在する炭素と反応焼結して炭化ケイ素が生成する焼結処理を行う（ステップＳ１４）。この炭化ケイ素が接合部に生成することにより炭化ケイ素ヒータ部材１１、炭化ケイ素電極部材１２及びナット１３の接合部の空隙は埋められこれらの部材が接合される。このような接合方法については、特開２０００−１２４３６４号公報に記載されていて、当該公報の記載に従って接合することができる。
【００３４】
接合後は、炭化ケイ素ヒータ部材１１の接続部１１ｃの最小断面積となる部分に、切削工具の刃を当てて、保持部１１ｂを紐状の導液材２１と共に切削除去する（ステップＳ１５）。この除去の際に、切削工具は炭化ケイ素ヒータ部材１１の端子部１１ａに刃を当たる必要がないので、この端子部１１ａに切削工具による疵が生じないことは、既に述べたとおりである。また、接続部１１ｃのセラミックス部材本体と接続する角部に面取り部を有するので、この除去の際に、チッピングや割れが炭化ケイ素ヒータ部材１１本体に生じないことも既に述べたとおりである。
【００３５】
以上述べた本実施形態の接合方法と比較するために、従来の接合方法について述べる。図７は、従来の接合方法を説明するための炭化ケイ素接合構造用部材の接合部及びその近傍の要部の斜視図であり、図１〜図５と同一部材には同一符号を付している。炭化ケイ素ヒータ部材１０１は、本発明の実施形態に係る炭化ケイ素ヒータ部材１１と対比すると保持部１１ｂを具備しない点で相違するものである。この炭化ケイ素ヒータ部材１０１と炭化ケイ素電極部材１２とを、ナット１３に締結固定したうえで、さらに炭化ケイ素を含む接合剤を用いた焼結処理により接合する。
【００３６】
そのために、接合前においては、るつぼ２２内で溶融された金属ケイ素２３を、炭化ケイ素ヒータ部材１０１と炭化ケイ素電極部材１２との接合部に導くための紐状の導液材２１の一方の端部を、この炭化ケイ素ヒータ部材１０１と炭化ケイ素電極部材１２との接続部近傍に接着する作業を行っていた。
【００３７】
また、接合後においては、図８に接合部近傍の要部の斜視図を示すように、紐状の導液材２１を、切削工具３０を用いて炭化ケイ素ヒータ部材１０１の表面近傍で切除していた。そのため、切除作業中に誤って切削工具３０の刃が炭化ケイ素ヒータ部材１０１の表面に接して、図９に接合部近傍の要部の斜視図を示すように、疵Ｓが生じることがあった。
【００３８】
以上述べた従来の接合方法と比べて、本実施形態に係る接合方法は、接合前の紐状の導液材２１の取り付け時間及び接合後の紐状の導液材２１の除去時間を大幅に短縮することができ、トータルの接合作業の時間を、従来の接合方法と比べて２８％削減することができた。
【００３９】
また、本実施形態に係る接合方法により接合された接合構造物は、切削工具３０による疵が発生しておらず、美麗な外観が得られた。また、接合部の除去後にもチッピングや割れが発生していなかった。
【００４０】
以上、本実施形態に係るセラミックス部材及びセラミックス部材の接続構造を図面に従って説明したが、本発明のセラミックス部材及びセラミックス部材の接続構造は、図面及び実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば、図１〜４に示した接合構造物では、炭化ケイ素ヒータ部材１１が保持部１１ｂを有しているが、別の態様の接合構造物においては、複数の炭化ケイ素接合構造用部材のそれぞれが保持部を具備するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る炭化ケイ素接合構造用部材を用いた炭化ケイ素接合構造物の一例の平面図である。
【図２】図１のII−II線視の断面図である。
【図３】端子部１１ａ近傍の拡大図である。
【図４】保持部に紐状の導液材を挟持させたところを説明する図である。
【図５】接続部近傍を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法のフロー図である。
【図７】従来の炭化ケイ素接合構造用部材の接合部及びその近傍の要部の斜視図である。
【図８】接合部近傍の要部の斜視図である。
【図９】接合部近傍の要部の斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  炭化ケイ素ヒータ部材１１
１１ａ  端子部
１１ｂ  保持部
１１ｃ  接続部
１２  炭化ケイ素電極部材１２
１３  ナット１３
１４  接合剤
２１  紐状の導液材
【図１】
0005033689.tif 000002
【図２】
0005033689.tif 000003
【図３】
0005033689.tif 000004
【図４】
0005033689.tif 000005
【図５】
0005033689.tif 000006
【図６】
0005033689.tif 000007
【図７】
0005033689.tif 000008
【図８】
0005033689.tif 000009
【図９】
0005033689.tif 000010