炭化ケイ素接合構造用部材及び炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法
【課題】炭化ケイ素よりなる接合構造用部材を、炭化ケイ素を含む接合剤で接合する際に、紐状導液部材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、接合作業の後は紐状導液部材を容易に切除することのできる炭化ケイ素接合構造用部材及び炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法を提供する。
【解決手段】炭化ケイ素接合構造用部材１１は、炭化ケイ素を含む接合剤１４を用いた焼結処理により他の炭化ケイ素接合構造用部材１２と接合される接合部の近傍に、この焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材２１を保持する保持部材１１ｂを備える。
【解決手段】炭化ケイ素接合構造用部材１１は、炭化ケイ素を含む接合剤１４を用いた焼結処理により他の炭化ケイ素接合構造用部材１２と接合される接合部の近傍に、この焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材２１を保持する保持部材１１ｂを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化ケイ素接合構造用部材及び炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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導液部材を用意し、この紐状導液部材の一方の端部を、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、紐状導液部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、紐状導液部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、不要となった紐状導液部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、炭化ケイ素よりなる接合構造用部材を、炭化ケイ素を含む接合剤で接合する際に、紐状導液部材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、接合作業の後は紐状導液部材を容易に切除することのできる炭化ケイ素接合構造用部材及び炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法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】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材は、炭化ケイ素よりなる炭化ケイ素接合構造用部材であって、炭化ケイ素を含む接合剤を用いた焼結処理により他の炭化ケイ素接合構造用部材と接合される接合部の近傍に、この焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材の保持部材は、紐状導液部材を挟持するコの字形状を有することができる。また、この保持部材が炭化ケイ素よりなり、前記炭化ケイ素接合構造用部材と一体的に形成されていることが好ましい。さらに、保持部材は前記炭化ケイ素接合構造用部材から外側に突出して形成され、この保持部材と炭化ケイ素接合構造用部材との間に、保持部材よりも狭幅の接続部を備えることが好ましい。
【０００８】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法は、第１の炭化ケイ素接合構造用部材と、第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを、両者の接合部の焼結処理により接合する方法であって、第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材との少なくとも一方には、その接合部の近傍に、焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えるものを用い、これらの炭化ケイ素接合構造用部材の接合部に炭化ケイ素を含む接合剤を形成し、保持部材に紐状導液部材を保持させた後、金属ケイ素を紐状導液部材を通して接合部に導く焼結処理により第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを接合し、その後に炭化ケイ素接合構造用部材の保持部材を切除することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材によれば、複数の炭化ケイ素接合構造用部材の接合の際に、金属ケイ素を接合部に導く紐状導液部材を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導液部材の切断除去も容易に行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法によれば、炭化ケイ素よりなる接合構造物を短い接合作業時間で接合することができ、また、接合後の接合構造物の表面に疵を生じることを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、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。もっとも、本発明の炭化ケイ素接合構造用部材は、図１に示した炭化ケイ素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に示した炭化ケイ素接合構造物は、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、紐状導液部材２１を保持するための保持部材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、この保持部材１１ｂは、紐状導液部材２１を挟持するために紐状導液部材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、保持部材１１ｂは炭化ケイ素よりなり、炭化ケイ素ヒータ部材１１と一体的に形成されている。更に保持部材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、この保持部材１１ｂと炭化ケイ素ヒータ部材１１との間に、保持部材１１ｂの幅よりも狭幅の接続部１１ｃを備えている。
【００１４】
保持部材１１ｂに紐状導液部材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、紐状導液部材２１としての例えばカーボン製の紐の先端部を、保持部材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、保持部材１１ｂを具備することから、紐状導液部材２１を単に保持部材１１ｂに挟み込むだけで、この紐状導液部材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導液部材２１を固定するために接着する作業が不要であり、紐状導液部材２１を容易に取り付けることができる。
【００１６】
また、保持部材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導液部材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、その紐状導液部材２１を保持部材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】
保持部材１１ｂの形状は、紐状導液部材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材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、保持部材１１ｂによる紐状導液部材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、紐状導液部材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】
保持部材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。そのため保持部材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】
保持部材１１ｂと炭化ケイ素ヒータ部材１１との間に、保持部材１１ｂよりも狭幅の接続部１１ｃを備えることは、焼結処理後の紐状導液部材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が保持部材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。
【００２０】
本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一例を、図１〜４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。
【００２１】
図５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５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。
【００２２】
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、保持部材１１ｂを備えるものを作成する。この保持部材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。
【００２３】
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材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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次いで、炭化ケイ素ヒータ部材１１の保持部材１１ｂに、紐状導液部材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、単に紐状導液部材２１を保持部材１１ｂに挟持させるのみで足りる。紐状導液部材２１は、例えばカーボン紐である。
【００２７】
次に、紐状導液部材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、紐状導液部材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材１１ｂに挟持された他方の端部へと導かれ、さらに保持部材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。
【００２８】
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。
【００２９】
接合後は、炭化ケイ素ヒータ部材１１の接続部１１ｃに、切削工具の刃を当てて、保持部材１１ｂを紐状導液部材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。
【００３０】
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６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４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材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。
【００３１】
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導液部材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。
【００３２】
また、接合後においては、図７に接合部近傍の要部の斜視図を示すように、紐状導液部材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８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。
【００３３】
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、接合前の紐状導液部材２１の取り付け時間及び接合後の紐状導液部材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。
【００３４】
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。
【００３５】
以上、本実施形態に係る炭化ケイ素接合構造用部材及びその接合方法を図面に従って説明したが、本発明の炭化ケイ素接合構造用部材及びその接合方法は、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が保持部材１１ｂを有していが、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材を具備するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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】保持部材に紐状導液部材を挟持させたところを説明する図である。
【図５】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】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７】接合部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。
【符号の説明】
【００３７】
１１ 炭化ケイ素ヒータ部材１１
１１ａ 端子部
１１ｂ 保持部材
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 紐状導液部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化ケイ素接合構造用部材及び炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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導液部材を用意し、この紐状導液部材の一方の端部を、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、紐状導液部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、紐状導液部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、不要となった紐状導液部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、炭化ケイ素よりなる接合構造用部材を、炭化ケイ素を含む接合剤で接合する際に、紐状導液部材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、接合作業の後は紐状導液部材を容易に切除することのできる炭化ケイ素接合構造用部材及び炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法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】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材は、炭化ケイ素よりなる炭化ケイ素接合構造用部材であって、炭化ケイ素を含む接合剤を用いた焼結処理により他の炭化ケイ素接合構造用部材と接合される接合部の近傍に、この焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材の保持部材は、紐状導液部材を挟持するコの字形状を有することができる。また、この保持部材が炭化ケイ素よりなり、前記炭化ケイ素接合構造用部材と一体的に形成されていることが好ましい。さらに、保持部材は前記炭化ケイ素接合構造用部材から外側に突出して形成され、この保持部材と炭化ケイ素接合構造用部材との間に、保持部材よりも狭幅の接続部を備えることが好ましい。
【０００８】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法は、第１の炭化ケイ素接合構造用部材と、第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを、両者の接合部の焼結処理により接合する方法であって、第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材との少なくとも一方には、その接合部の近傍に、焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えるものを用い、これらの炭化ケイ素接合構造用部材の接合部に炭化ケイ素を含む接合剤を形成し、保持部材に紐状導液部材を保持させた後、金属ケイ素を紐状導液部材を通して接合部に導く焼結処理により第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを接合し、その後に炭化ケイ素接合構造用部材の保持部材を切除することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材によれば、複数の炭化ケイ素接合構造用部材の接合の際に、金属ケイ素を接合部に導く紐状導液部材を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導液部材の切断除去も容易に行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法によれば、炭化ケイ素よりなる接合構造物を短い接合作業時間で接合することができ、また、接合後の接合構造物の表面に疵を生じることを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、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。もっとも、本発明の炭化ケイ素接合構造用部材は、図１に示した炭化ケイ素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に示した炭化ケイ素接合構造物は、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、紐状導液部材２１を保持するための保持部材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、この保持部材１１ｂは、紐状導液部材２１を挟持するために紐状導液部材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、保持部材１１ｂは炭化ケイ素よりなり、炭化ケイ素ヒータ部材１１と一体的に形成されている。更に保持部材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、この保持部材１１ｂと炭化ケイ素ヒータ部材１１との間に、保持部材１１ｂの幅よりも狭幅の接続部１１ｃを備えている。
【００１４】
保持部材１１ｂに紐状導液部材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、紐状導液部材２１としての例えばカーボン製の紐の先端部を、保持部材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、保持部材１１ｂを具備することから、紐状導液部材２１を単に保持部材１１ｂに挟み込むだけで、この紐状導液部材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導液部材２１を固定するために接着する作業が不要であり、紐状導液部材２１を容易に取り付けることができる。
【００１６】
また、保持部材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導液部材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、その紐状導液部材２１を保持部材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】
保持部材１１ｂの形状は、紐状導液部材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材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、保持部材１１ｂによる紐状導液部材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、紐状導液部材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】
保持部材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。そのため保持部材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】
保持部材１１ｂと炭化ケイ素ヒータ部材１１との間に、保持部材１１ｂよりも狭幅の接続部１１ｃを備えることは、焼結処理後の紐状導液部材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が保持部材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。
【００２０】
本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一例を、図１〜４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。
【００２１】
図５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５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。
【００２２】
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、保持部材１１ｂを備えるものを作成する。この保持部材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。
【００２３】
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材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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次いで、炭化ケイ素ヒータ部材１１の保持部材１１ｂに、紐状導液部材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、単に紐状導液部材２１を保持部材１１ｂに挟持させるのみで足りる。紐状導液部材２１は、例えばカーボン紐である。
【００２７】
次に、紐状導液部材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、紐状導液部材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材１１ｂに挟持された他方の端部へと導かれ、さらに保持部材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。
【００２８】
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。
【００２９】
接合後は、炭化ケイ素ヒータ部材１１の接続部１１ｃに、切削工具の刃を当てて、保持部材１１ｂを紐状導液部材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。
【００３０】
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６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４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材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。
【００３１】
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導液部材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。
【００３２】
また、接合後においては、図７に接合部近傍の要部の斜視図を示すように、紐状導液部材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８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。
【００３３】
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、接合前の紐状導液部材２１の取り付け時間及び接合後の紐状導液部材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。
【００３４】
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。
【００３５】
以上、本実施形態に係る炭化ケイ素接合構造用部材及びその接合方法を図面に従って説明したが、本発明の炭化ケイ素接合構造用部材及びその接合方法は、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が保持部材１１ｂを有していが、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材を具備するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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】保持部材に紐状導液部材を挟持させたところを説明する図である。
【図５】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】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７】接合部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。
【符号の説明】
【００３７】
１１ 炭化ケイ素ヒータ部材１１
１１ａ 端子部
１１ｂ 保持部材
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 紐状導液部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素よりなる炭化ケイ素接合構造用部材であって、炭化ケイ素を含む接合剤を用いた焼結処理により他の炭化ケイ素接合構造用部材と接合される接合部の近傍に、この焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えることを特徴とする炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項２】
前記保持部材は、紐状導液部材を挟持するコの字形状を有することを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項３】
前記保持部材は炭化ケイ素よりなり、前記炭化ケイ素接合構造用部材と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項４】
前記保持部材は前記炭化ケイ素接合構造用部材から外側に突出して形成され、この保持部材と炭化ケイ素接合構造用部材との間に、保持部材よりも狭幅の接続部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項５】
第１の炭化ケイ素接合構造用部材と、第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを、両者の接合部の焼結処理により接合する方法であって、
第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材との少なくとも一方には、その接合部の近傍に、焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えるものを用い、
これらの炭化ケイ素接合構造用部材の接合部に炭化ケイ素を含む接合剤を形成し、保持部材に紐状導液部材を保持させた後、金属ケイ素を紐状導液部材を通して接合部に導く焼結処理により第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを接合し、
その後に炭化ケイ素接合構造用部材の保持部材を切除する
ことを特徴とする炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法。
【請求項１】
炭化ケイ素よりなる炭化ケイ素接合構造用部材であって、炭化ケイ素を含む接合剤を用いた焼結処理により他の炭化ケイ素接合構造用部材と接合される接合部の近傍に、この焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えることを特徴とする炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項２】
前記保持部材は、紐状導液部材を挟持するコの字形状を有することを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項３】
前記保持部材は炭化ケイ素よりなり、前記炭化ケイ素接合構造用部材と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項４】
前記保持部材は前記炭化ケイ素接合構造用部材から外側に突出して形成され、この保持部材と炭化ケイ素接合構造用部材との間に、保持部材よりも狭幅の接続部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素接合構造用部材。
【請求項５】
第１の炭化ケイ素接合構造用部材と、第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを、両者の接合部の焼結処理により接合する方法であって、
第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材との少なくとも一方には、その接合部の近傍に、焼結処理用の金属ケイ素を当該接合部に導くための紐状導液部材を保持する保持部材を備えるものを用い、
これらの炭化ケイ素接合構造用部材の接合部に炭化ケイ素を含む接合剤を形成し、保持部材に紐状導液部材を保持させた後、金属ケイ素を紐状導液部材を通して接合部に導く焼結処理により第１の炭化ケイ素接合構造用部材と第２の炭化ケイ素接合構造用部材とを接合し、
その後に炭化ケイ素接合構造用部材の保持部材を切除する
ことを特徴とする炭化ケイ素接合構造用部材の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２６７２４（Ｐ２００９−１２６７２４Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３００５１５（Ｐ２００７−３００５１５）
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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