JPH0280549A - 金属箔へのセラミックの溶射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） （従来の技術） セラミック溶射は、セラミックコーディングの一手法と
して広く知られている。特にプラズマ溶射法の出現以来
その量産性にすぐれることから、主に金親製品の耐摩耗
性、耐熱性、表面硬度、電気絶縁性、断熱性等の改良、
すなわち表面改質に広く用いられている。

ところが、このセラミック溶射を利用し゛Ｃ肉厚の薄い
金属箔にセラミック層を形成しようとすると大きな問題
点かある。それは、セラミックの溶射の原理が酸素−ア
セチレンガスの燃焼炎あるいはアルコンガス、窒素ガス
、ヘリウムガス等のプラズマ炎などの超高温雰囲気中に
溶射材料であるセラミックを供給してこれを溶融させ、
溶融物を被溶射面に衝突させ、冷却、固化させるもので
あるためである。

すなわち、−船釣な被溶射体である金属板、金属ロール
等に溶射する条件で金属箔にセラミックを溶射すると、
溶射時に金属箔に溶融状態で固着したセラミックの熱が
金属箔に蓄積し、その熱によって金属箔が酸化したり、
あるいは金属箔が溶融して破断したりして満足な製品は
得られない。

これを改善するためには、セラミック溶射において一般
にｂわれている溶射カンの両わきにエアノズルを設け、
被溶射面に冷却エアを吹き付けながら溶射する方法が考
えられるが、この方法を用いても溶射時の金凱箔の変色
あるいは破断を防止することはできない。

従来の技術を用いて欠陥のないセラミック溶射金病箔を
得る方法は、種々検討した結果溶射条件を金属箔への熱
影響を少なくする方向で行うしかないことがわかった。

すなわち、溶射ガンの出力を低くし、しかもセラミック
の単位時間当たりの溶射量を極めて少なくしなければな
らない。

（発明が解決しようとする課題） 上記の方法によれば良好なセラミック溶射金属箔を得る
ことができるが、この方法には大きな問題点がある。

つまり、金属箔への熱影響を低くするために溶射カンの
出力を低くし、しかもセラミックの単位時間当たりの溶
射量を極めて少なくしているために極めて生産性が低い
点である。

さらに説明するとセラミックの単位時間当たりの溶射量
はセラミック層の成膜速度にほぼ正比例する。したがっ
て、溶射量を極めて少なくするということは生産性を極
めて低くすることになる。また、溶射ガンの出力を但く
するとセラミックを溶融させる炎の温度が低くなるため
にセラミックは溶融しにく（なる。そのために溶射ガン
へのセラミック供給量が同量であっても溶射ガンの出力
が低いとセラミックの溶融が不完全であり、また溶融し
たものも温度が低いために被溶射体に付着しにく（付着
効率が低（なる。

これらのために従来の技術では、金属箔にセラミックを
溶射してセラミック層を形成するのは極めて生産性が低
いものであり、金属板など肉厚の厚いものへ溶射する場
合と比較するとその溶射時間は１０倍から２０倍程度を
要し、とても量産化は望めない。

本発明は上記の欠点を改良し、高生産性なセラミック溶
射金施箔の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、金属箔へのセラミック溶射におい
て、被溶射体である金属箔を水槽の開口面に開口面をふ
さぐように固定し、該水槽に水を充填して水圧をかける
ことによって金属箔に張力を与えるとともに、冷却しな
がら溶射することを特徴とするものである。

また、本発明は、被溶射体である金属箔の被溶射面の裏
側に水スプレーノズルを複数個設けて水を噴出させ、金
属箔の被溶射面の裏面に水を接触させることによって冷
却しながら溶射することを特徴とするものである。

従来の技術では、被溶射体の冷却は溶射ガンに取付けた
エアノズルから圧縮エアを被溶射面に吹きつける方法が
もっばら用いられていた。

ところが、この方法では肉厚の薄い金属箔への溶射にお
いては金属箔は肉厚が薄く熱容ｉが小さいために溶射時
に金鶴箔に与えられた熱は金属箔に与えられた熱は金属
箔に蓄積しやすい。

そのために金属箔には熱により変色あるいは溶鵬等が発
生する。これは、冷却不足のためである。したがって、
金属箔に効率良く、しかも金属箔に変色、溶断等の欠陥
を発生させずにセラミックを溶射するには従来のエアに
よる冷却法に代わりより冷却能力の高い冷却方法の適用
が必要である。

そこで、本発明者らは効果的な冷却法を柚々検討した結
果、被溶射体である金属箔を水槽の開口面上に固定して
水槽に水を充填して、さらに水圧をかけながらセラミッ
クを溶射する方法が顕著な効果をもつことを見出した。

このようにすると、金属箔の被溶射面の裏面には水槽内
の水が接触しているために常に冷却されており、溶射時
に金属箔に伝えられた熱は瞬時に金属箔のに面に接触し
ている水に伝えられ、溶射時の金属箔の過熱を防ぐこと
ができるのである。また、溶射時に水槽に水を充填して
さらに水圧をかけるのは、金属箔の裏面と水槽内の水と
の接触を十分に行うためと、もう一つは金属箔に張力を
付与する目的がある。金属箔に張力を付与すると、溶射
時の金属箔のしわの発生防止に効果がある。つまり、金
属箔にセラミックを一度に大量に溶射すると金属箔と溶
射したセラミックでは熱膨張係数も異なり、しかも溶射
したセラミックはセラミックの融点付近の高温で金属箔
上に付着し、瞬時に常温まで冷却され急激に収縮する。

したかって、金属箔に張力を付与しないでセラミックを
大量に溶射すると金属箔にしわが発生しやすい。ところ
か、溶射時に金属箔に張力を付与してお（と、溶射した
セラミックの急激な収縮による応力を吸収することがで
き、しわの発生を防止することができる。

また、本発明者らは荊記他の効果的な冷却法を祉々検討
した結果、金属箔の裏面にその下に設けた水スプレーノ
ズルから冷却水をシャワー状に噴出接触させて、冷却し
ながら溶射する方法が効果的であることも見い出した。

このようにすると、水スプレーノズルからシャワー状に
噴出した水は金属箔の裏面に当たり、溶射時に金属箔に
伝えられた熱をすばやく奪い取ってくれる。それによっ
て、溶射時の金属箔の過熱を防止することができる。

なお、金属箔の裏面を水で冷却する方法は種種考えられ
るが、本発明において水スプレーノズルを用いるのは次
のような利点がある。すなわち、水スプレーノズルから
噴出した水はシャワー状であり、小さな水滴となって四
方へ広がり金属箔の裏面を少ない水量でむらなく漏らす
ことができる。また、金属箔の裏面には常に新しい冷た
い水が当たるために猟に一定の冷却能力を保つことがで
きるのである。

金属箔の被溶射面の裏面をもれなく、むらなく冷却する
ことは非常に１要であり、たとえば水の接触していない
部分があるとその部分にはとたんに溶射時に変色等の欠
陥が発生してしまう。したがって、溶射を効率良く行う
にはスプレーノズルは複数個必要であり、広い面積を冷
却することが必要である。

なお、本発明に用いられる金属箔は銅箔、ニッケル箔、
アルミニウム箔、亜鉛箔、銀箔、ステンレス箔、インバ
ー箔などの一般に用いられる金属箔、あるいはこれらの
合金、クラツド材などが挙げられる。その中でも銅箔は
、プリント配線板の回路として広く用いられており、こ
れにセラミックを添付したセラミック溶射銅箔は、プリ
ント配線板に用いられる基板に適用することができて非
常に有用である。

また、溶射するセラミックは、アルミナ、チタニア、ジ
ルコニア、カルシア、マグネシア、チタン酸バリウム、
クロミア、ムライト、スピネル、コージェライト等の溶
射可能なセラミックが用いられる。その中でも電気絶縁
性などを要求されるプリント配線板に適用するにはセラ
ミック基板として一般に用いられているアルミナ、ある
いはムライトを用いるのか好適である。

（作用） 従来の技術では溶射時の熱影譬により金属箔に変色、溶
断などの欠陥が発生しやす（、これを防止するためには
溶射ガンの出力を極力低くし、しかも単位時間当たりの
溶射ｉを極めて少なくする必要があった。そのために量
産性は極めて低く、歩留りすなわち金属箔へのセラミッ
りの付着効率も低いものであった。

ところが、本発明の方法によれば、金属箔の被溶射面の
裏面は水が接触し絶えず冷却しているので溶射時に金属
箔に伝えられた熱はすばやく水に伝わるので、溶射時の
金属箔の過熱を防止することができる。それによって従
来は不可能であった、−船釣なバルク材への溶射と同様
な高出力、大量溶射が可能となり著しく量産性、歩留り
を向上することができるのである。

（実施例） 本発明の実施例を第１図〜第３図に基づき以下説明する
。

第１図及び第２図は、本発明の水槽を用いて冷却する実
施例の断面図である。

第１図に示すように、厚さ１８μｍの銅箔１を枠２、ボ
ルト３を用いて水槽４の開口面に開口面をふさぐように
取り付けた。このとき枠２及び水槽４の銅箔１と接触す
る部分には、水槽４に水を充填した時に水漏れを防ぐた
めに、ゴム糸のシール材５を貼り付けた。

そして、第２図に示すように水槽４の水注入口６から水
７を注入し水槽４に水を充填し、さらに水槽中の水圧が
０．４　ｋｇ　ｐ／ｃｎｌになるまで注入を続けた。

次に、この水７を充填した水槽４に取り付けた銅箔１に
対しプラズマ溶射ガン８を用いて７′ルミナを溶射し、
銅箔１上に厚み１００μｍのアルミナ溶射層９を形成し
た。このときの溶射ガン出力は、バルク材、厚い金属板
等へ溶射する場合の溶射ガン出力と同等以上である溶射
電流９００Ａ、アルミナ供給量３５１＋／ｍＩｎとした
。

このとき、アルミナ溶射層９を形成した銅箔１ニハ、酸
化による変色や破りまたは、アルミナと銅箔の熱膨張差
によるしわは全く発生しながった。このときの厚さ１ｏ
ｏｌ１ｍのアルミナＩ９ｊの形成時間は５００　ｒｍｔ
ｒ角当たり５　ｍｉｎであった。

一方、比較のため水槽に水を充填せずに、先に述べた水
を充填したときの溶射カン出力で溶射を行ったところ、
溶射開始後ただちに変色を発生し、まもな（銅箔の溶融
によって破断を生じた。水槽に水を充填しない場合でも
溶射カン出力を小さくすることで銅箔の酸化、破断、し
わを防ぐことができたが、このとき、厚さ１゜０μｍの
アルミナ層の形成時間は５００ｍｍ角当たり５　Ｑ　ｍ
ｉｎ以上であり非児に生産性が低いものであった。

第３図は、本発明のスプレーノズルを用いて冷却する実
施例の断面図である。

厚み１８μｍ、大きさ５００ｍｍ角の銅箔１を固定枠１
０を用いて固定した。この銅箔ｌの下面の下方にスプレ
ーノズル１１を５０ｍｍ間隔で、縦、横それぞれ１０個
づつ計１００個設置し、それぞれのスプレーノズル１１
からシャワー状の水１２を噴射し銅箔１の下面にすきま
なく、且つ均一に当て、銅箔全体をくまなく冷却した。

このように、銅箔下面に水をあて銅箔を冷却しつつ、銅
箔の上方ではプラズマ溶射ガン１３を用いて銅箔の上ｍ
」にアルミナを溶射し、厚さ１００μｍのアルミナ溶射
層１４を形成した。このときのプラズマ溶射ガンの出力
は、従来、金属箔への溶射へは適用できなかった一般の
バルク材へ溶射する時の条件と同等かそれ以上である溶
射電流９００Ａ、アルミナ供給ｊｔ５０ｇ／ｍｉｎ　と
した。

このようにして、アルミナ溶射層を形成した銅箔には、
従来問題であった銅箔の過熱による変色や破断は全（発
生しなかった。すなわち銅箔の裏面をスプレーノズルか
ら噴出した水で冷却することにより、変色や破め１のな
い良好なアルミナ溶射銅箔か、一般のバルク材へ溶射す
る時のプラズマ溶射ガンの出力と同等以上の出力で形成
できた。その結果大きさ５００ｏｎ角の銅箔へ厚さ１０
０μｍのアルミナ溶射層を形成するのに要する時間は、
従来の変色を防止するために溶射出力を絞って溶射する
方法で５０　ｍｉｎ以上であったのにくらべ、本発明の
方法では、その１７１０以下の５　ｍｉｎであり著しく
ｊｉｓ性を高めることができた。

（発明の効果） 本発明の方法により被溶射物である金属箔の被溶射面の
裏面には水が接触しているために常に冷却されており、
溶射時に金挑箔に伝えられた熱は瞬時に金属箔の裏面に
接触している水に伝えられ、溶射時の金属箔の過熱によ
る酸化、変色、変形、破断を防ぐことができる。

また、溶射時に水槽に水を充填して水圧をかけることに
より金属箔へ張力を付与することか可能であり、この強
力の作用で溶射時のセラミックの急激な熱収縮による応
力を吸収することができ、しわの発生も防止することが
できる。

よって、本発明の方法によれば、従来不可能であった金
属箔への高出力溶射か可能となり名しく量産性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は水槽を用いた実施例を示す断面図、
第３図はスプレーノズルを用いた実施例を示す断面図で
ある。 符号の説明 １・・・銅箔　　　　　　　２・・・枠３・・ホルト　
　　　　　　４・・・水槽・・・シ、−ル材 ・・・水 ・・・アルミナ溶射層 １・・・スプレーノズル ３・・・プラズマ溶射カン ６・・・水注入口 ８・・・溶射ガン １０・・固定枠 １２・・・シャワー状の水 １４・・・アルミナ溶射層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属箔の被溶射面の裏面を水と接触させて冷却しな
   がらセラミック溶射をすることを特徴とする金属箔への
   セラミックの溶射方法。 ２、金属箔へのセラミック溶射において、水槽の開口面
   に開口面をふさぐように金属箔を固定し、水槽に水を充
   填して水圧をかけることによって金属箔に張力を付与す
   ると同時に、金属箔の裏面を冷却しながら該金属箔にセ
   ラミックを溶射することを特徴とする金属箔へのセラミ
   ック溶射方法。 ３、金属箔へのセラミック溶射において、金属箔の被溶
   射面の裏側に水スプレーノズルを複数個設けて水を噴出
   させ、金属箔の被溶射面の裏面に水を接触させて冷却し
   ながら溶射することを特徴とする金属箔へのセラミック
   の溶射方法。 ４、金属箔が、銅箔である請求項１、２又は３記載の金
   属箔へのセラミックの溶射方法。５、溶射するセラミッ
   クが、アルミナを主成とするものである請求項１、２又
   は３記載の金属箔へのセラミックの溶射方法。 ６、溶射するセラミックが、ムライトを主成分とするも
   のである請求項１、２又は３記載の金属箔へのセラミッ
   クの溶射方法。