JPH0624853A - セラミックス製閉ループ構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】接合部の接合強度を低下させることなく、しか
も高い精度でセラミックス製閉ループ構造体を製造す
る。 【構成】各セラミックス素子１ａ〜１ｄの膨張及び収縮
が原因で生じる変形を許容するようにクランプ装置３〜
６を用いて各セラミックス素子を閉ループ状態に保持す
る。各セラミックス素子１ａ〜１ｄの突合せ部の温度が
適正接合温度に達した際に、各セラミックス素子１ａ〜
１ｄの温度上昇による伸び率が実質的に等しくなるよう
に各セラミックス素子を加熱装置７，８，９を用いて加
熱して接合を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２以上のセラミックス
素子を閉ループを成すように接合してセラミックス製閉
ループ構造体を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来提案されているセラミックスの接合
技術は、２つの被接合セラミックスを接合するものが大
部分であった。そのため例えば図８（Ａ）に示すような
４個のセラミックス素子１０１ａ〜１０１ｄを閉ループ
をなすように接合してセラミックス製閉ループ構造体を
製造することに関しては殆ど開発がなされていなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】発明者は、既存の種々
の技術を用いて図８（Ａ）に示すような閉ループ構造体
を製造してみたが、満足いく結果が得られなかった。例
えば、図８（Ｂ）に示す例は、セラミックス素子１０１
ａの両端に１個づつ順番に２個のセラミックス素子１０
１ｂ及び１０１ｄを電気接合法等の公知の接合を用いて
接合し、２個のセラミックス素子１０１ｂ及び１０１ｄ
の端部にセラミックス素子１０１ｃを接合しようとした
例である。図中１０２は接合済の接合完了部である。セ
ラミックス素子１０１ｃをセラミックス素子１０１ｂに
接合するために、両者の間に接合剤１０３を配置して突
合せ部を構成し、この突合せ部を電気接合法等の公知の
接合法を用いて加熱して接合剤１０３を溶融させた後、
溶融させた接合剤を圧縮するように圧力を加えて接合を
行った。しかしながらこの様にして接合して冷却した後
の状態を見ると、セラミックス素子１０１ｃとセラミッ
クス素子１０１ｄとの間の突合せ部分のギャップｇが狭
くなり過ぎてしまい、このギャップｇに両セラミックス
素子１０１ａ〜１０１ｄを接合するための接合剤または
加熱用インサート材を挿入することができなかった。

【０００４】そこで図８（Ｃ）に示すように、セラミッ
クス素子１０１ｃをセラミックス素子１０１ｂ及び１０
１ｄに同時に接合してみた。ところがこの方法では、接
合中にセラミックス素子１０１ｃに加えられる熱でセラ
ミックス素子１０１ｃが膨張して長手方向の端部がセラ
ミックス素子１０１ｂ及び１０１ｄの端部を越えてはみ
出した状態またはずれた状態で接合が行なわれるため、
接合後の冷却によるセラミックス素子１０１ｃの収縮で
接合完了部１０４に曲げ応力が発生して接合完了部１０
４及びセラミックス素子１０１ｂ〜１０１ｄにクラック
が入ることが判った。仮にクラックが入らない場合で
も、この方法を用いると、はみ出し部分またはずれ部分
ができた状態で接合されるため、接合精度が非常に悪く
なる。

【０００５】そこで４個のセラミックス素子１０１ａ〜
１０１ｄを同時に接合することを考えた。同時接合を可
能にするためには、各セラミックス素子を同時にクラン
プする必要があるため、図８（Ｄ）に示すように鉄鋼の
溶接技術で用いられているクランパ１０５ａ〜１０５ｄ
を用いて各セラミックス素子をクランプして接合を行っ
てみた。ところが鉄鋼の溶接技術で用いるクランパは固
定式であるため、接合時の各セラミックス素子の伸び及
び接合後の各セラミックス素子の収縮に対処することが
できず、また接合剤が溶融した際に接合剤を圧縮するよ
うに各セラミックス素子を移動させることができず、高
い精度と十分な強度を得ることができなかった。

【０００６】本発明の目的は、接合部の接合強度を低下
させることなく、しかも高い精度でセラミックス製閉ル
ープ構造体を製造する方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、温
度上昇による各セラミックス素子の膨張及び温度低下に
よる各セラミックス素子の収縮が原因で生じる変形を許
容し且つ閉ループを構成するように２以上のセラミック
ス素子を保持する。そして隣接するセラミック素子間に
構成される各突合せ部の温度が適正接合温度に達した際
に、２以上のセラミックス素子の温度上昇による伸び率
が実質的に等しくなるように２以上のセラミックス素子
を加熱する。

【０００８】各セラミックス素子の保持は、Ｘ−Ｙ方向
に移動可能なテーブルにクランパを取り付けたクランプ
装置や径方向に移動可能なテーブルにクランパを取り付
けたクランプ装置等の可動式クランプ装置、固定式クラ
ンプ装置及びデーブル駆動装置等を適宜に組合せること
により容易に実現可能である。

【０００９】ここで適正接合温度は、接合剤を用いない
場合には使用するセラミックス素子の溶融温度を基準に
して定まり、接合剤を用いる場合には接合剤の溶融温度
を基準にして定まる。各セラミックス素子の温度上昇に
よる伸び率は、突合せ部が適正接合温度に達した際に実
質的に等しくなっていればよいが、各セラミック素子中
に大きな温度勾配ができると、熱応力が破壊応力よりも
大きくなってセラミックス素子にクラックや割れが入る
ため、突合せ部を適正接合温度まで加熱する途中の段階
では、各セラミックス素子の内部で発生する熱応力を破
壊応力より小さくするように徐々に加熱するのが好まし
い。なおセラミックス素子を加熱する加熱源としては、
バーナの熱や、電気接合法によるジュール熱や、誘導加
熱等を用いることができる。

【００１０】請求項２の発明では、２以上のセラミック
ス素子の接合端部間に適正接合温度まで加熱されると溶
融する接合剤を介在させて突合せ部を構成する。

【００１１】請求項３の発明では、２以上のセラミック
ス素子の接合端部間に適正加熱温度まで加熱されると溶
融する接合剤が導電性セラミックスの両面に設けられて
なる加熱用インサート材を配置して突合せ部を構成す
る。そして本加熱を電気接合法により行う。

【００１２】請求項４の発明では、は突合せ部を加熱す
る主加熱装置と一緒に、セラミックス素子からの距離を
変えることなく突合せ部からセラミックス素子に沿って
離れるに従って放射熱量を減少させることができる補助
加熱装置を用いる。

【００１３】請求項５の発明では、２以上のセラミック
ス素子を全ての対向する一対の辺が平行になる偶数多角
形状閉ループを成すようにセラミックス製閉ループ構造
体を製造する方法を対象とする。本発明では、温度上昇
による各セラミックス素子の膨張及び温度低下による各
セラミックス素子の収縮が原因で生じる変形を許容し且
つ閉ループを構成するように２以上のセラミックス素子
を保持する。そして隣接するセラミック素子間に構成さ
れる各突合せ部の温度が適正接合温度に達した際に閉ル
ープの少なくとも一つの対向する一対の辺の温度上昇に
よる伸び率が実質的に等しくなるように２以上のセラミ
ックス素子を加熱し且つ各突合せ部にずれを生じさせな
いようにして２以上のセラミックス素子間の接合を行
う。

【００１４】

【作用】鉄鋼の溶接技術で用いられている固定式のクラ
ンプ装置だけを用いて各セラミックス素子をクランプす
ると、温度上昇による各セラミックス素子の膨張及び温
度低下による各セラミックス素子の収縮を許容できない
ため、セラミックス素子の端部が閉ループからずれた状
態で接合が行なわれるはみ出し現象またはずれ現象が発
生したり、内部に発生する応力が破壊応力以上になって
セラミックス製のセラミックス素子にクラックが入った
りする。請求項１の発明では、温度上昇による各セラミ
ックス素子の膨張及び温度低下による各セラミックス素
子の収縮を許容するようにして２以上のセラミックス素
子を閉ループ状態に保持するため、破壊応力を越えるよ
うな内部応力の発生を抑制できる。また接合剤が溶融し
た際の接合剤の圧縮作業も簡単に行える。各セラミック
ス素子の保持態様を変えただけでは、ずれ現象を無くす
ことはできない。ずれ現象の発生原因は、接合のために
セラミックス素子が加熱された際の各セラミックス素子
の伸びの量の相違にある。そこで本発明のように、セラ
ミック素子間に構成される各突合せ部の温度が適正接合
温度に達した際に、２以上のセラミックス素子の温度上
昇による伸び率が実質的に等しくなるように２以上のセ
ラミックス素子を加熱すると、接合時点でずれ現象が発
生するのを抑制できる。したがって請求項１の発明によ
れば、高い精度で閉ループ構造体を製造できる。

【００１５】請求項２の発明のように、接合剤を用いる
と、高い精度で閉ループ構造体を製造できる。また請求
項３の発明のように、電気接合法によって本加熱を行う
場合で、加熱用インサート材を用いれば、高温でも導電
性を有しないセラミックス素子を用いて閉ループ構造体
を製造できる。

【００１６】各セラミックス素子の保持には、可動式ク
ランプ装置を用いることになるため、どうしても制御対
象物が増えることになる。その上移動するセラミックス
素子に対して移動式の加熱源を用いると、更に制御対象
物が増えることになり、接合時の制御が面倒になる。そ
こで請求項４の発明のように、突合せ部を加熱する主加
熱装置と一緒に、セラミックス素子からの距離を変える
ことなく突合せ部からセラミックス素子に沿って離れる
に従って放射熱量を減少させることができる補助加熱手
段を用いると、制御対象物の数が減るため、接合時の制
御が容易になる。

【００１７】請求項５の発明のように、全ての対向する
一対の辺が平行になる偶数多角形状閉ループ構造体を製
造する場合に、各突合せ部の温度が適正接合温度に達し
た際に閉ループの少なくとも一つの対向する一対の辺の
温度上昇による伸び率が実質的に等しくなるように２以
上のセラミックス素子を加熱し、しかも各突合せ部にず
れを生じさせないようにして各セラミックス素子の位置
調整を行えば、この一対の辺の温度上昇による伸び率と
他の対の辺の温度上昇による伸び率とが相違しても、ず
れ現象を生じさせずに接合を行える。

【００１８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は、正四角のセラミック
ス製閉ループ構造体を製造する実施例を説明するための
図である。図１（Ａ）は４個のセラミックス素子１ａ〜
１ｄの突合せ部に接合剤２を配置して構成した未接合閉
ループ構造体の閉ループ状態を４台のクランプ装置３〜
６を用いて保持している状態を模式的に示している。セ
ラミックス素子１ａ〜１ｄが同じセラミックス材料で形
成されていれば、接合は最も容易であるが、各セラミッ
クス素子がそれぞれ異なったセラミックス材料で形成さ
れていても良いのは勿論である。本実施例では、セラミ
ックス素子１ａ〜１ｄが同じセラミックス材料から形成
されているものとし、セラミックス素子１ａと１ｃの長
手方向の長さが等しく、セラミックス素子１ｂと１ｄの
長手方向の長さが等しいものとする。

【００１９】図１（Ｂ）は、セラミックス素子１ａ〜１
ｄを想像線で示して、４台のクランプ装置３〜６の構成
を概略的に示している。クランプ装置３は、固定式クラ
ンプ装置であり、ローラブラケット３ａに２つの位置決
め用ローラ３ｂ及び３ｃを所定の間隔をあけて回転自在
に固定して構成されている。このローラ３ｂ及び３ｃ
は、セラミックス素子１ａの一つの側面に軸線方向の端
面が接触する大径筒状部３ｂ1 及び３ｃ1 とセラミック
ス素子１ａの別の側面と外周面で接触する小径筒状部３
ｂ2 及び３ｃ2 とを具備しており、しかも弾性材料で形
成されて、セラミックス素子１ａの幅方向の膨張及び収
縮をある程度許容している。クランプ装置４及び６は、
共に可動式クランプ装置であり、これらのクランプ装置
はＸ−Ｙ方向に動き得るＸ−Ｙテーブル４ａ及び６ａに
３つの位置決め用ローラ４ｂ〜４ｄ及び６ｂ〜６ｄを回
転自在に固定して構成されている。２つのローラ４ｂ，
４ｃ及び６ａ，６ｃはセラミックス素子１ｂの長手方向
に沿って配置されており、これら２つのローラ４ｂ，４
ｃ及び６ａ，６ｃをそれぞれ結ぶ線は、クランプ装置３
の２つのローラ３ａ及び３ｂを結ぶ線と直交するように
なっている。また１つのローラ４ｄ及び６ｄは２つのロ
ーラ４ｂ，４ｃ及び６ａ，６ｃから長手方向に直交する
方向に間隔をあけて配置されて、２つのローラ４ｂ，４
ｃ及び６ａ，６ｃとの間でセラミックス素子１ｂ及び１
ｄを挾持する。この例では、ローラ４ｄ及び６ｄが図示
しないバネやシリンダ等の付勢手段によってセラミック
ス素子１ｂ及び１ｄを２つのローラ４ｂ，４ｃ及び６
ａ，６ｃ側に付勢されて、セラミックス素子１ｂ及び１
ｄが挾持されている。なおローラ４ｂ〜４ｄ及び６ｂ〜
６ｄの構成は、前述のローラ３ａ及び３ｂと同様に構成
されている。Ｘ−Ｙテーブル４ａ及び６ａは、軽い力に
よってＸ−Ｙ方向に移動するようになっており、セラミ
ックス素子が膨張または収縮する際に発生する力でＸ−
Ｙ方向に移動し、溶融した接合剤２を圧縮する際にクラ
ンプ装置５がクランプ装置３に向かって移動した際には
Ｙ方向に移動する。クランプ装置５は、加圧用シリンダ
５ａに球面軸受５ｂを介して連結された可動ローラブラ
ケット５ｃに２つの位置決め用ローラ５ｄ及び５ｅが回
転自在に固定されて構成されている。可動ローラブラケ
ット５ｃを加圧用シリンダ５ａに球面軸受５ｂを介して
連結しているのは、可動ローラブラケット５ｃの動きを
自由にして熱膨張及び収縮に伴うセラミックス素子１ｃ
の変位を拘束しないようにするためである。加圧用シリ
ンダ５ａは、常時は可動ローラブラケット５ｃの変位を
許容する程度に可動ローラブラケット５ｃを付勢してい
るが、接合剤２が溶融した後に接合剤を圧縮する際には
ある程度強い力で可動ローラブラケット５ｃをセラミッ
クス素子１ｃ側に付勢する。

【００２０】図１（Ｃ）は、クランプ装置を図示せず
に、セラミックス素子１ａ，１ｂ，１ｃに対する加熱装
置と通電電極の関係を概略的に示したものである。隣接
するセラミックス素子の間に接合剤を介して形成される
各突合せ部の厚み方向の両側には、一台の加熱通電ユニ
ット装置７と一台の加熱通電ユニット装置８とがそれぞ
れ配置されている。この一台の加熱通電ユニット装置７
と一台の加熱通電ユニット装置８とが組合されて、一つ
の突合せ部に対して設けられる一台の主加熱装置が構成
される。なお図１（Ｃ）に図示していない他の突合せ部
にも、一台の加熱通電ユニット装置７と一台の加熱通電
ユニット装置８とが組合されてなる主加熱装置がそれぞ
れ配置されている。後に詳細に説明するが、９は主加熱
装置と組合されて使用される補助加熱装置である。一台
の主加熱装置を構成する加熱通電ユニット装置７及び８
は、それぞれ通電電極７ａ及び８ａと、該通電電極の周
囲からガス炎を吹出すガスバーナ７ｂ及び８ｂと、通電
電極７ａ及び８ａに通電を行うための通電装置を内蔵し
てしかも該通電電極及びガスバーナを個別に退避位置に
退避させる退避装置７ｃ及び８ｃと、該退避装置に駆動
力を与える駆動源７ｄ及び８ｄとから構成される。なお
退避装置７ｃ及び８ｃに内蔵される通電装置には、図示
しない制御電源から電流が通電される。通電電極７ａ及
び８ａは、突合せ部の幅寸法とほぼ等しい幅寸法を有す
る平板状の電極である。ガスバーナ７ｂ及び８ｂは通電
電極７ａ及び８ａの基部の周囲を同心的に囲むようにガ
ス炎口を有するリング状ガスバーナであり、通電電極７
ａ及び８ａに通電を行って突合せ部の温度を適正接合温
度まで加熱する前に突合せ部を中心にして発生する熱応
力を小さくするためや、高温において導電性を示すセラ
ミックス及び接合剤の導電性を高めるために用いられ
る。退避装置７ｃ及び８ｃは、通電電極７ａ及び８ａの
先端とセラミックス素子の突合せ部との間の距離及びガ
スバーナ７ｂ及び８ｂのガス炎口とセラミックス素子の
突合せ部との間の距離を個別に調整できるように構成さ
れている。駆動源７ｄ及び８ｄには、エアシリンダ、ソ
レノイド、モータ等が用いられる。

【００２１】補助加熱装置９，９は、各セラミックス素
子１ａ〜１ｄに対してそれぞれ２個づつ設けられてお
り、各突合せ部に対して設けた主加熱装置を使用する前
に、独立して使用されて各セラミックス素子を加熱した
後、各主加熱装置と併用されて、突合せ部の温度が適正
接合温度に達した際に各セラミックス素子の温度上昇に
よる伸び率が実質的に等しくなるように各セラミックス
素子を加熱するために用いられる。なおこの補助加熱装
置９，９は、突合せ部の温度が適正接合温度に達して接
合を行った後の冷却工程において、各セラミックス素子
の内部に発生する熱応力が破壊応力より小さくなるよう
にセラミックス素子を加熱する機能を果すものである。
補助加熱装置９，９としては、ガスバーナ、高周波誘導
加熱、赤外線ランプ、小型の電気炉等の加熱手段を用い
ることができる。なおこれらの加熱手段は、主加熱装置
にも用いることができる。

【００２２】ここで突合せ部の温度が適正接合温度に達
した際に、全てのセラミックス素子の温度上昇による伸
び率が実質的に等しくなるように各セラミックス素子を
加熱することの意味を具体的に説明する。図２（Ａ）
は、図１（Ａ）の未接合閉ループ構造体を接合する前の
状態と、接合中の状態と、接合後に冷却を行った状態と
を段階的に示している。接合前の正四角形閉ループの各
辺の長さがそれぞれＬ1であったとすると、接合を行う
ときの各辺の長さがすべてＬ1 ＋λ1 になれば、すなわ
ち各辺の伸び量λ1 が等しくなれば、ずれ現象が発生す
ることはない。このことは言い替えると各セラミックス
素子１ａ〜１ｄの伸び率Ｋが、全てＫ＝λ1 ／Ｌ1 にな
るように加熱すればよいことを意味している。これによ
って接合前→接合中→接合冷却後のいずれの段階におい
ても閉ループは、ほぼ相似関係を維持することになる。

【００２３】次に図１（Ｂ）及び（Ｃ）の装置を用いて
閉ループを接合する場合の具体的方法について説明す
る。ここでセラミックス素子１ａ及び１ｃとしては、１
２×１２×１０００mmの角柱状のＳｉ3 Ｎ4 セラミック
スを用い、セラミックス素子１ｂ及び１ｄとしては、１
２×１２×９７６mmの角柱状のＳｉ3 Ｎ4 セラミックス
を用いた。そして接合剤は高温で導電性を示すＣａＦ2
系の接合剤を用いた。まず補助加熱装置９，９を作動さ
せて各セラミックス素子を全体的に加熱した。そして補
助加熱装置による加熱を維持した状態で、駆動源７ｄ及
び８ｄの駆動力で退避装置７ｃ及び８ｃを駆動して、ガ
スバーナ７ｂ及び８ｂを所定位置まで前進させてガスバ
ーナ７ｂ及び８ｂからガス炎を出した。ガスバーナ７ｂ
及び８ｂは、プロパンガスを燃料とするものを用いた。
急激に火力の強い炎をセラミックスに当てると、セラミ
ックス素子にクラックが発生するため、最初は火力を弱
くして加熱を行い徐々に突合せ部及びその近傍の温度を
上げていった。火力の調整はガスの供給量を調整しても
よいが、退避装置７ｃ及び８ｃによりガスバーナ７ｂ及
び８ｂを徐々に突合せ部に近付けるようにガスバーナの
位置制御を行って火力を調整してもよい。補助加熱装置
９，９による加熱とガスバーナ７ｂ及び８ｂによる加熱
との併用で、突合せ部を８５０〜９００℃まで加熱し
た。突合せ部の温度が８５０〜９００℃まで達したこと
を図示しない放射温度計や熱電対等を用いた温度検知器
で検知すると、予め定めた通性制御パターンに従って通
電電極７ａ及び８ａ間に電流を通電して、突合せ部の温
度が接合剤２が溶融する温度（１０００〜１５００℃）
になるまで加熱した。なお補助加熱装置９，９の温度調
整に関しては、予め実験を行って、ガスバーナ７ｂ及び
８ｂによる加熱の調整パターンとの関係で適切な調整パ
ターンを求めておき、この調整パターンに従って行っ
た。ガスバーナ７ｂ及び８ｂと補助加熱装置９，９とに
よる予備加熱のための調整パターンは、各セラミックス
素子の内部に発生する熱応力が破壊応力より小さくなる
ように各セラミックス素子を加熱するとともに、閉ルー
プが最終的に相似形になるように定めてある。

【００２４】接合剤２の溶融を確認した後に、クランプ
装置５の加圧用シリンダ５ａを駆動して可動ローラブラ
ケット５ｃをクランプ装置３に向かって所定の距離移動
させることにより、溶融した接合剤２の圧縮を行った。
圧縮後は、急激に温度を低下させると熱応力によってセ
ラミックス素子にクラックが入るため、補助加熱装置
９，９とガスバーナ７ｂ及び８ｂとによる加熱温度を徐
々に下げて冷却を行った。

【００２５】通電中並びに冷却中において、各セラミッ
クス素子を保持するクランプ装置４，５，及び６は、各
セラミックス素子の膨張による伸び及び冷却に伴なう収
縮に応じて閉ループの中心から離れたり近付いたりする
ように変位するが、各セラミックス素子どうしの間の角
度や平面度が損なわれることはない。

【００２６】このようにして製造したセラミックス製閉
ループ構造体では、ずれ現象や接合部及びセラミックス
素子におけるクラックの発生はなかった。また接合部の
接合強度も５００Ｍpa以上になることが判った。

【００２７】図１（Ｂ）に示す装置で、長方形状の閉ル
ープ構造体を接合する場合にも、全く同じように全ての
セラミックス素子の温度上昇による伸び率が実質的に等
しくなるように各セラミックス素子を加熱すれば良い。
図２（Ｂ）はこの場合の接合前→接合中→接合冷却後の
経過を図示している。この例では、接合前にＬ1 の長さ
を有する対向する２辺とＬ2 の長さを有する対向する２
辺とを突合せ部が適正接合温度になるまで加熱したとき
に、各辺がそれぞれＬ1 ＋λ1 とＬ2 ＋λ2 になるとし
た場合には、各辺の伸び率ＫがＫ＝（λ1 ／Ｌ1 ）＝
（λ2 ／Ｌ2 ）になるように、各セラミックス素子加熱
することになる。

【００２８】上記考え方はあらゆる多角形閉ループ構造
体に適用することができる。三角形閉ループに適用する
場合には、図２（Ｃ）に示す接合前→接合中→接合冷却
後の経過のようになる。この例では、接合前にＬ1 の長
さを有する辺とＬ2 の長さを有する辺とＬ3 の長さを有
する辺を有しているときに、各セラミックス素子の突合
せ部が適正接合温度になるまで加熱したときに、各辺が
それぞれＬ1 ＋λ1 とＬ2 ＋λ2 とＬ3 ＋λ3 とになっ
たした場合には、各辺の延び率ＫがＫ＝（λ1／Ｌ1 ）
＝（λ2 ／Ｌ2 ）＝（λ3 ／Ｌ3 ）になるように各セラ
ミックス素子を加熱することになる。

【００２９】図３（Ａ）及び（Ｂ）は、正六角形のセラ
ミックス製閉ループ構造体を製造する実施例を説明する
ための図である。図３（Ａ）は６個のセラミックス製の
セラミックス素子１１ａ〜１１ｆの突合せ部に接合剤１
２を配置して構成した閉ループ状態を６台のクランプ装
置１３〜１８を用いて保持している状態を模式的に示し
ている。図３（Ｂ）はセラミックス素子１１ａ〜１１ｆ
を想像線で示して、６台のクランプ装置１３〜１８の構
成を概略的に示している。これらのクランプ装置は、全
て同じ構成であるため、クランプ装置１７を例にして構
造を説明する。クランプ装置１７は、径方向に動き得る
テーブル１７ａに３つの位置決め用ローラ１７ｂ〜１７
ｄが回転自在に固定され、テーブル１７ａに駆動源とし
てエアシンリダ１７ｆのシリンダロッドが固定されて構
成されている。２つのローラ１７ｂ，１７ｃはセラミッ
クス素子１１ｅの長手方向に沿って配置されており、こ
れら２つのローラ１７ｂ，１７ｃをそれぞれ結ぶ線は、
中心点ＣＰを通る放射線と直交するようになっている。
また１つのローラ１７ｄは２つのローラ１７ｂ，１７ｃ
から径方向内側に間隔をあけて配置されて、２つのロー
ラ１７ｂ，１７との間でセラミックス素子１１ｅを挾持
する。この例では、ローラ１７ｄが図示しないバネやシ
リンダ等の付勢手段によってセラミックス素子１１ｅ側
に付勢されて、セラミックス素子１１ｅが挾持されてい
る。なおローラ１７ｂ〜１７ｄの構成は、前述のローラ
３ａ及び３ｂとは異なって単なる円筒状を呈している。
これらのローラ１７ｂ〜１７ｄを前述のローラ３ａ及び
３ｂと同じ構成にしてもよいのは勿論である。

【００３０】この装置を用いる場合には、突合せ部の温
度が適正接合温度になるまでは、各クランプ装置１３〜
１８のエアシリンダ（１７ｅ）をある程度自由に動ける
ような状態にしておく。そして突合せ部の温度が適正接
合温度に達して、溶融した接合剤を圧縮する際には、全
てのクランプ装置１３〜１８のエアシリンダ（１７ｅ）
を駆動してテーブル（１７ａ）を径方向内側に移動させ
る。そして冷却工程では、再度エアシリンダ（１７ｅ）
をある程度自由に動けるような状態に戻す。図３には加
熱通電ユニット装置は図示していないが、図１（Ｃ）に
示した加熱通電ユニット装置７及び８と同じ構成のもの
を各突合せ部に対してそのまま使用することができる。
また図３には補助加熱装置も図示していないが、図１及
び図２を用いて説明した先の実施例と同様の思想に基づ
いて、補助加熱装置を設ければよい。

【００３１】本発明の方法は、上記各実施例におけるよ
うな多角形閉ループの閉ループ構造体を製造する場合に
限定されるものではなく、円形閉ループ及び楕円形閉ル
ープの閉ループ構造体を製造する場合にも適用できる。
図４（Ａ）は、４個のセラミックス製の弧状のセラミッ
クス素子２１ａ〜２１ｄの突合せ部に接合剤２２を配置
して構成した円形閉ループ状態を４台のクランプ装置２
３〜２６を用いて保持している状態を模式的に示してい
る。これらのクランプ装置２３〜２６としては、図３
（Ｂ）に示したクランプ装置１７と同様の構造のものを
用いることができる。なお補助加熱装置及び主加熱装置
は図示していない。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の閉ルー
プを接合する前の状態と、接合中の状態と、接合後に冷
却を行った状態とを段階的に示している。接合前の弧状
のセラミックス素子２１ａ〜２１ｄの弧の長さ（外側ま
たは内側の長さ）がそれぞれＬ1 であり、予備加熱と通
電を行った時の各辺の長さがすべてＬ1 ＋λ1 になれ
ば、ずれ現象が発生することはない。このことは各セラ
ミックス素子の突合せ部の温度が適正接合温度に達した
時点における各セラミックス素子２１ａ〜２１ｄの伸び
率Ｋが、全てＫ＝λ1 ／Ｌ1 になるように予備加熱を行
えばよいことを意味している。これによって接合前→接
合中→接合冷却後のいずれの段階においても閉ループ
は、ほぼ相似関係を維持できる。

【００３２】図５は、８個のセラミックス製の弧状のセ
ラミックス素子３１ａ〜３１ｇの突合せ部に接合剤を配
置して構成した楕円形閉ループ状態を、８台の図示しな
いクランプ装置を用いて保持して接合を行う場合の、閉
ループを接合する前の状態と、接合中の状態と、接合後
に冷却を行った状態とを段階的に示している。閉ループ
の中心を間にして対向する対のセラミックス素子３１ａ
及び３１ｅ並びに３１ｂ及び３１ｆの弧の長さ（外側ま
たは内側の長さ）がそれぞれＬ2 であり、またセラミッ
クス素子３１ｃ及び３１ｇ並びに３１ｄ及び３１ｈの弧
の長さ（外側または内側の長さ）がそれぞれＬ1 であっ
たとする。ずれ現象を防止するためには、各セラミック
ス素子の突合せ部の温度が適正接合温度に達した時点に
おける各セラミックス素子３１ａ〜３１ｈの伸び率を等
しくする。すなわち加熱を行って各素子の長さがＬ1 ＋
λ1 またはＬ2 ＋λ2 になった場合に、各セラミックス
素子の伸び率ＫがＫ＝λ1 ／Ｌ1 ＝λ2 ／Ｌ2 となるよ
うに加熱を行う。これによって接合前→接合中→接合冷
却後のいずれの段階においても閉ループは、ほぼ相似関
係を維持することができる。

【００３３】上記各実施例は、３個以上のセラミックス
素子を用いて任意形状の閉ループ構造体を製造する場合
に、各セラミックス素子の突合せ部の温度が適正接合温
度に達した際に、全てのセラミックス素子の伸び率が実
質的に等しくなるようにして加熱を行うものである。し
かしながら、全ての対向する一対の辺どうしが平行にな
る偶数多角形の閉ループ構造体を接合する場合には、各
セラミックス素子の突合せ部の温度が適正接合温度に達
した際に、少なくとも一つの対向する一対の辺を構成す
るセラミックス素子の伸び率が実質的に等しくなるよう
に加熱を行い、且つ適宜に各セラミックス素子の位置調
整を行うことによっても閉ループを接合できる。例えば
正四角形または長方形の閉ループを接合する、一つの対
向する一対の辺を構成するセラミックス素子の伸び率を
実質的に等しくするように加熱を行えば、また正六角形
の閉ループを接合する場合には、一つの対向する一対の
辺を構成するセラミックス素子の伸び率を、他の二つの
一対の辺を構成するセラミックス素子の伸び率と異なら
せて加熱を行ってもよい。そして各突合せ部に発生する
ずれは、適宜にクランプ装置を駆動させて閉ループ状態
を維持することにより解消できる。

【００３４】また図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように２
個のセラミックス素子を用いて閉ループ構造体を製造す
ることもできる。図６（Ａ）の例では、Ｉ字状のセラミ
ックス素子３３とコ字状のセラミックス素子３４とを接
合する。また図６（Ｂ）の例では、コ字状のセラミック
ス素子３５及び３６を接合する。予備加熱では、これら
のセラミックス素子を組合せて作った未接合閉ループ構
造体を相似形を維持するように加熱し、本加熱では２つ
の突合せ部を同時に加熱する。

【００３５】本発明の方法を実施する場合に用いる補助
加熱装置としては、あらゆるタイプの加熱装置を用いる
ことができるが、設置スペースや制御の簡素化の点か
ら、セラミックス素子からの距離を変えることなく突合
せ部からセラミックス素子に沿って離れるに従って放射
熱量を減少させることができる補助加熱装置を用いるこ
とが好ましい。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の方法
を実施する場合に用いるのに好適な補助加熱装置の概略
構成を示している。図７（Ａ）において４０が補助加熱
装置、５０が主加熱装置、そして６０がセラミックス素
子である。この補助加熱装置４０は、ケース４１内にガ
スバーナ、熱風発生器等の発熱源を備えており、ケース
４１の上蓋には熱放出用の開口部４２が形成されてい
る。この開口部４２は主加熱装置５０からセラミックス
素子６０の長手方向に沿って離れるに従って開口幅が徐
々に狭くなっている。開口幅が狭くなるほどその部分か
ら放射される熱量が小さくなる。従って、このような開
口部４２を設けることにより、補助加熱装置４０とセラ
ミックス素子６０との間の距離を変えることなく、また
複雑な制御を必要することなく、セラミックス素子６０
に沿って徐々に放射熱量を変えることができる。図７
（Ｂ）に示した補助加熱装置４０´は、前述の補助加熱
装置４０と同じ内部構造を有しており、ケース４１´の
上蓋に所定の間隔をあけて複数の開口部４２´…が形成
されている点で相違する。各開口部４２´…の直径は、
主加熱装置５０からセラミックス素子６０の長手方向に
沿って離れるに従って小さくなっている。開口部の直径
が小さくなるほどその開口部から放射される熱量が小さ
くなる。従って、このような開口部４２´…を設けるこ
とによっても、補助加熱装置４０とセラミックス素子６
０との間の距離を変えることなく、また複雑な制御を必
要することなく、セラミックス素子６０に沿って徐々に
放射熱量を変えることができる。

【００３６】主加熱に電気接合法を用いる場合で、絶縁
性のセラミックス素子を接合する場合には、導電性の接
合剤を用いたり、導電性セラミックスの両面に接合剤を
設けてなる加熱用インサート材を用いてもよいのは勿論
である。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、セラミック素
子間に構成される各突合せ部の温度が適正接合温度に達
した際に、２以上のセラミックス素子の温度上昇による
伸び率が実質的に等しくなるように２以上のセラミック
ス素子を加熱するため、接合時点でずれ現象が発生する
のを抑制することができ、高い精度で閉ループ構造体を
製造できる。

【００３８】請求項２及び３の発明によれば、接合剤及
び加熱用インサート材を用いて高い精度で閉ループ構造
体を製造できる。

【００３９】請求項４の発明によれば、セラミックス素
子からの距離を変えることなく突合せ部からセラミック
ス素子に沿って離れるに従って放射熱量を減少させるこ
とができる補助加熱手段を用いるため、制御対象物の数
を減らせることができ、接合時の制御が容易になる利点
がある。

【００４０】請求項５の発明によれば、全ての対向する
一対の辺が平行になる偶数多角形状閉ループ構造体を製
造する場合に、全てのセラミックス素子の伸び率を実質
的に等しくしなくても偶数多角形状閉ループ構造体を製
造することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は正四角形の閉ループ構造体を製造する
場合のセラミックス素子とクランプ装置との関係を模式
的に示す図であり、（Ｂ）はクランプ装置の概略構成図
であり、（Ｃ）はセラミックス素子に対する加熱装置と
通電電極の関係を概略的に示す図である。

【図２】（Ａ）は図１（Ａ）の閉ループを接合する前の
状態と、接合中の状態と、接合後に冷却を行った状態と
を段階的に示す図であり、（Ｂ）は長方形の閉ループを
接合する前の状態と、接合中の状態と、接合後に冷却を
行った状態とを段階的に示す図であり、（Ｃ）は三角形
の閉ループを接合する前の状態と、接合中の状態と、接
合後に冷却を行った状態とを段階的に示す図である。

【図３】（Ａ）は正六角形の閉ループ構造体を製造する
場合のセラミックス素子とクランプ装置との関係を模式
的に示す図であり、（Ｂ）はクランプ装置の概略構成図
である。

【図４】（Ａ）は円形閉ループ構造体を製造する場合の
セラミックス素子とクランプ装置との関係を模式的に示
す図であり、（Ｂ）は円形閉ループを接合する前の状態
と、接合中の状態と、接合後に冷却を行った状態とを段
階的に示す図である。

【図５】楕円形閉ループを接合する前の状態と、接合中
の状態と、接合後に冷却を行った状態とを段階的に示す
図である。

【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は２個のセラミックス素子を
用いて閉ループ構造体を製造する場合の例を説明するた
めの図である。

【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ補助加熱装置の例
を示す図である。

【図８】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ
既存の技術を用いてセラミックス製閉ループ構造体を製
造する場合に生じる問題を説明するための図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ，１１ａ〜１１ｆ，２１ａ〜２１ｄ，３１ａ
〜３１ｈ セラミックス素子 ２，１２，２２ 接合剤 ３〜６，１３〜１８，２３〜２６ クランプ装置 ７，８ 加熱通電ユニット装置 ９ 補助加熱装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２以上のセラミックス素子を閉ループを
   成すように接合してセラミックス製閉ループ構造体を製
   造する方法であって、 温度上昇による各セラミックス素子の膨張及び温度低下
   による各セラミックス素子の収縮が原因で生じる変形を
   許容し且つ閉ループを構成するように前記２以上のセラ
   ミックス素子を保持し、 隣接する前記セラミック素子間に構成される各突合せ部
   の温度が適正接合温度に達した際に前記２以上のセラミ
   ックス素子の温度上昇による伸び率が実質的に等しくな
   るように前記２以上のセラミックス素子を加熱して前記
   ２以上のセラミックス素子間の接合を行うことを特徴と
   するセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記２以上のセラミックス素子の接合端
   部間には前記適正接合温度まで加熱されると溶融する接
   合剤が介在されて前記突合せ部が構成されている請求項
   １に記載のセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記２以上のセラミックス素子の接合端
   部間には前記適正接合温度まで加熱されると溶融する接
   合剤が導電性セラミックスの両面に設けられてなる加熱
   用インサート材が配置されて前記突合せ部が構成され、 前記突合せ部の加熱を電気接合法により行う請求項１に
   記載のセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記加熱には、前記突合せ部を加熱する
   主加熱装置と一緒に、前記セラミックス素子からの距離
   を変えることなく前記突合せ部から前記セラミックス素
   子に沿って離れるに従って放射熱量を減少させることが
   できる補助加熱装置を用いる請求項１，２または３に記
   載のセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。
5. 【請求項５】 ２以上のセラミックス素子を全ての対向
   する一対の辺が平行になる偶数多角形状閉ループを成す
   ようにセラミックス製閉ループ構造体を製造する方法で
   あって、 温度上昇による各セラミックス素子の膨張及び温度低下
   による各セラミックス素子の収縮が原因で生じる変形を
   許容し且つ閉ループを構成するように前記２以上のセラ
   ミックス素子を保持し、 隣接する前記セラミック素子間に構成される各突合せ部
   の温度が適正接合温度に達した際に前記閉ループの少な
   くとも一つの前記対向する一対の辺の温度上昇による伸
   び率が実質的に等しくなるように前記２以上のセラミッ
   クス素子を加熱し且つ前記各突合せ部にずれを生じさせ
   ないようにして前記２以上のセラミックス素子間の接合
   を行うことを特徴とするセラミックス製閉ループ構造体
   の製造方法。
6. 【請求項６】 前記２以上のセラミックス素子の接合端
   部間には前記適正接合温度まで加熱されると溶融する接
   合剤が介在されて前記突合せ部が構成されている請求項
   ５に記載のセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記２以上のセラミックス素子の接合端
   部間には前記適正接合温度まで加熱されると溶融する接
   合剤が導電性セラミックスの両面に設けられてなる加熱
   用インサート材が配置されて前記突合せ部が構成され、 前記突合せ部の加熱を電気接合法により行う請求項５に
   記載のセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記加熱には、前記突合せ部を加熱する
   主加熱装置と一緒に、前記セラミックス素子からの距離
   を変えることなく前記突合せ部から前記セラミックス素
   子に沿って離れるに従って放射熱量を減少させることが
   できる補助加熱装置を用いる請求項５，６または７に記
   載のセラミックス製閉ループ構造体の製造方法。