JPH08217558A - セラミックス接合装置 - Google Patents

セラミックス接合装置

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JPH08217558A
JPH08217558A JP2639295A JP2639295A JPH08217558A JP H08217558 A JPH08217558 A JP H08217558A JP 2639295 A JP2639295 A JP 2639295A JP 2639295 A JP2639295 A JP 2639295A JP H08217558 A JPH08217558 A JP H08217558A
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JP
Japan
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microwave
materials
ceramic
resonator
supply means
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2639295A
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English (en)
Inventor
Masamori Endou
雅守 遠藤
Masaru Ishibashi
勝 石橋
Shinji Matsuyama
信司 松山
Kyoji Hiramatsu
恭二 平松
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率良く短時間に加熱して、セラミックスを
接合できる装置を提供することを目的とする。 【構成】 マイクロ波共振器4内に少なくとも一方がセ
ラミックス材料である二つの被接合材7を挿入すると共
にこれらの被接合材7の接合界面に僅かな隙間を形成す
る一方、該隙間に接合界面と垂直な方向の電界を発生さ
せるマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段1,2,
3を設け、また、プラズマの発生に適する雰囲気ガスを
前記マイクロ波共振器4内へ供給する雰囲気ガス供給手
段6を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス接合装置
に関する。例えば、セラミックスとセラミックスの接合
手段の他、セラミックスとガラス、金属等との接合手段
としても応用できる。
【0002】
【従来の技術】従来のセラミックス接合装置の一例を図
3に示す。同図に示すように、二本の棒状セラミックス
材料07,07を向かい合わせて電気加熱炉011内に
挿入すると共にこれらセラミックス材料07,07の端
面間にガラス等のインサート材010を挟んで、セラミ
ック材料07,07を加圧手段012,012により両
側から加圧している。
【0003】従って、電気加熱炉011により、セラミ
ックス材料07,07の接合部付近を加熱し、インサー
ト材010の軟化点より僅かに高い温度に保った後に冷
却することにより、セラミック材料07,07の接合が
得られる。尚、ガラス等のインサート材010の軟化点
は、セラミックス材料07の融点より低い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した図3に示す従
来のセラミックス接合装置においては、電気加熱炉01
1を加熱手段として利用しているため、セラミックス材
料07の全体或いは相当の部分を加熱していた。
【0005】そのため、本来加熱する必要のない、セラ
ミックス材料07の界面以外の部分も加熱しており、ま
た、電気加熱炉011も大きな熱容量を持つため、材料
の接合に必要な温度まで上昇させるために、時間が長
くかかり、エネルギー効率も悪いという欠点があっ
た。
【0006】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、効率良く短時間に加熱して、セラミックス
を接合できる装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はマイクロ波共振器内に少なくとも一方がセ
ラミックス材料である二つの被接合材を挿入すると共に
これらの被接合材の接合界面に僅かな隙間を形成する一
方、該隙間に接合界面と垂直な方向の磁界を発生させる
マイクロ波を供給するマイクロ波供給手段を設け、ま
た、プラズマの発生に適する雰囲気ガスを前記マイクロ
波共振器内へ供給する雰囲気ガス供給手段を設けたこと
を特徴とする。
【0008】更に、前記接合界面の隙間には、発生する
プラズマにより溶解するインサート材を介装すること、
凹凸を以て形成されること、前記雰囲気ガス供給手段
は、水素、酸素、不活性ガス及びこれら二種類以上の混
合ガスを供給すること、前記マイクロ波供給手段は、少
なくとも2系統以上設けられること、前記マイクロ波供
給手段は、複数の共振モードのマイクロ波を励振するこ
とを特徴とする。
【0009】
【作用】被接合材の接合界面の隙間に電界集中が起こり
高電界となるために、接合界面部分に雰囲気ガスによる
プラズマが点灯し、プラズマはマイクロ波のエネルギー
を効率よく吸収するため、被接合材が容易に接合される
ことになる。
【0010】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図1(a)に本発明の一実施
例を示す。本実施例のセラミックス接合装置は、マイク
ロ波発振器1、導波管2、整合器3、マイクロ波共振器
4、加圧制御手段5、雰囲気ガス供給手段6、共振周波
数同調手段8よりなる。
【0011】同図に示すように、マイクロ波共振器4内
には、雰囲気ガス供給手段6を通じて、水素、酸素、不
活性ガス及びこれら二種類以上の混合ガスが供給され、
マイクロ波共振器4内部の雰囲気はプラズマが点灯し易
い組成、圧力に調整されている。また、マイクロ波共振
器4内には、マイクロ波発振器1から導波管2を通じて
マイクロ波のパワーが伝送されている。導波管2には、
マイクロ波パワーを全てマイクロ波共振器4に投入させ
るように、マイクロ波共振器4の負荷を整合させる整合
器3が介装されている。
【0012】マイクロ波共器4としては、本実施例では
円筒型のマイクロ波共振器を用いた。マイクロ波共振器
4の共振モードは、電界が接合界面に垂直であるものと
する。マイクロ波共振器4内には、内部の電磁界エネル
ギーが外部に漏れ出すのを防ぐ金属円筒9が設けられて
いる。
【0013】マイクロ波共振器4には、二本の棒状のセ
ラミックス材料7が挿入され、中心部で突き合わされて
いる。図1(a)中において二点鎖線で囲むA部の拡大
図を同図(b)に示すように、セラミックス材料7の表
面にはインサート材10が凹凸をもって施工されてい
る。そのため、接合前の状態では、セラミックス材料7
の接合界面には僅かな隙間が存在する。マイクロ波共振
器4の共振周波数は、セラミックス材料7を挿入した状
態でマイクロ波共振器4が共振状態となるように調整さ
れている。共振周波数の調整は、マイクロ波発振器1の
発振周波数を変化させても良く、共振周波数同調手段8
を用いても良い。
【0014】ここで、マイクロ波の周波数がマイクロ波
共振器4のTM010に同調しているとすると、セラミッ
クス材料7近辺の電界分布はセラミックス材料7に並
行、即ち、接合界面に垂直である。このとき、接合界面
の電解強度と周囲の電解強度の比率は以下の式で近似的
に表すことができる。 Ea(X−D)+E0D=V …(1)
【0015】但し、Xは共振器の高さ、Eaはセラミッ
クス材料7の内部電解強度、Dは隙間の間隔、E0は隙
間部分の電解強度、Vはマイクロ波共振器4中心近くの
上下壁面の電位差である。
【0016】また、マイクロ波共振器4中心近くの電解
をEとすると、E=V/Xで定義される。更に、セラミ
ックス材料7の誘電率がεaのとき、電束密度の法線成
分が連続であることから、εaa=ε00(ε0は真空
の誘電率)の関係が成立する。この式を利用して(1)
式を変形し、X≫Dの近似を行うと、次式の関係返られ
る。 E0≒E(εa/ε0) …(2)
【0017】この関係式は、隙間の電解強度が周囲に比
べて、(εa/ε0)倍に増幅されることを意味してい
る。一般に、セラミックス材料7の比誘電率は、1より
相当に大きいので、セラミックス材料7の隙間の部分に
電界集中現象が表れ、容易に高電界が得られる。
【0018】このため、接合界面部分に雰囲気ガスによ
るプラズマが点灯し、プラズマはマイクロ波のエネルギ
ーを効率良く吸収するので、投入されたエネルギーは殆
どプラズマに吸収されることになる。このように接合界
面部分に発生したプラズマはインサート材10を溶解さ
せ、その後に加圧制御手段5によって二本のセラミック
ス材料7を加圧すればセラミックス材料7は接合する。
【0019】尚、本実施例では円筒型のマイクロ波共振
器4を用いたが、必ずしも円筒形である必要はない。ま
た、インサート材10としては凹凸を施したものに限ら
ず、粉末の材料を使用しても同様の効果を得られる。
【0020】本発明の他の実施例を図2(a)に示す。
本実施例は、板状のセラミックス材料7に適するよう
に、2系統のマイクロ波供給手段110,110′を設
けたものである。即ち、マイクロ波共振器4には、その
左方からマイクロ波発生器1、導波管2及び整合器3か
らなるのマイクロ波供給手段110が接続すると共にそ
の右方からマイクロ波供給手段110′が接続してい
る。
【0021】マイクロ波供給手段110は、TM010
ードのマイクロ波をマイクロ波共振器4へ供給する一
方、マイクロ波供給手段110′は、TM020モードの
マイクロ波をマイクロ波共振器4へ供給する。TM010
モードの電界強度は、図2(b)に示すように、共振器
の中央ほど強く、周辺部へ行くに従って減衰するのに対
し、TM020モードの電界強度は、図2(c)に示すよ
うに三つのピークを持つ波形を持つ。
【0022】従って、二つのモードの重畳により、マイ
クロ波共振器4内の周辺部の電界強度を増強できるた
め、セラミック材料8がマイクロ波共振器4の相当広い
部分を占めるときにも、セラミック材料8の全面に渡り
均一で充分な電界強度を得ることができる。また、本実
施例では加圧制御手段5は金属製であるため、マイクロ
波共振器4の上下の間隔が狭くなったと同様な効果を与
えるため、一層の高電界が得られ、一層容易にプラズマ
を点灯させることががきる。
【0023】尚、マイクロ波はいずれのモードにおいて
も電界の方向は接合界面に対して垂直であるため、前述
した実施例と同様に接合界面を選択的に加熱し、接合す
ることが可能である。また、マイクロ波供給手段11
0′により励振するモードは、TM020モードに限らな
い。
【0024】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、電界集中により接合界面近傍に
プラズマを点灯させるため、セラミックス材料等ををよ
り高速に、少ないエネルギーで接合することができる。
また、セラミックス材料よりも軟化点の低いインサート
材を接合界面に介装することにより、一層効率的に接合
することが可能となる。特に、複数の共振モードをマイ
クロ波共振器に印加することにより、電界強度を均一に
増強することができるため、平面状のセラミックス材料
等の接合にも適する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るセラミックス接合装置
の構成図である。
【図2】本発明の他の実施例に係るセラミックス接合装
置の構成図である。
【図3】従来のセラミックス接合装置の構成図である。
【符号の説明】
1 マイクロ波発振器 2 導波管 3 整合器 4 マイクロ波共振器 5 加圧制御手段 6 雰囲気ガス供給手段 7 セラミックス材料 8 共振周波数同調手段 9 金属円筒 10 インサート材 110,110′ マイクロ波供給手段
【手続補正書】
【提出日】平成7年4月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はマイクロ波共振器内に少なくとも一方がセ
ラミックス材料である二つの被接合材を挿入すると共に
これらの被接合材の接合界面に僅かな隙間を形成する一
方、該隙間に接合界面と垂直な方向の電界を発生させる
マイクロ波を供給するマイクロ波供給手段を設け、ま
た、プラズマの発生に適する雰囲気ガスを前記マイクロ
波共振器内へ供給する雰囲気ガス供給手段を設けたこと
を特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】また、マイクロ波共振器4中心近くの電解
をEとすると、E=V/Xで定義される。更に、セラミ
ックス材料7の誘電率がεaのとき、電束密度の法線成
分が連続であることから、εaa=ε00(ε0は真空
の誘電率)の関係が成立する。この式を利用して(1)
式を変形し、X≫Dの近似を行うと、次式の関係が得
れる。 E0≒E(εa/ε0) …(2)
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、電界集中により接合界面近傍に
プラズマを点灯させるため、セラミックス材料等より
高速に、少ないエネルギーで接合することができる。ま
た、セラミックス材料よりも軟化点の低いインサート材
を接合界面に介装することにより、一層効率的に接合す
ることが可能となる。特に、複数の共振モードをマイク
ロ波共振器に印加することにより、電界強度を均一に増
強することができるため、平面状のセラミックス材料等
の接合にも適する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 恭二 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波共振器内に少なくとも一方が
    セラミックス材料である二つの被接合材を挿入すると共
    にこれらの被接合材の接合界面に僅かな隙間を形成する
    一方、該隙間に接合界面と垂直な方向の磁界を発生させ
    るマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段を設け、ま
    た、プラズマの発生に適する雰囲気ガスを前記マイクロ
    波共振器内へ供給する雰囲気ガス供給手段を設けたこと
    を特徴とするセラミックス接合装置。
  2. 【請求項2】 前記接合界面の隙間には、発生するプラ
    ズマにより溶解するインサート材を介装することを特徴
    とする請求項1記載のセラミックス接合装置。
  3. 【請求項3】 前記インサート材は、凹凸を以て形成さ
    れることを特徴とする請求項2記載のセラミックス接合
    装置。
  4. 【請求項4】 前記雰囲気ガス供給手段は、水素、酸
    素、不活性ガス及びこれら二種類以上の混合ガスを供給
    することを特徴とする請求項1〜3記載のセラミックス
    接合装置。
  5. 【請求項5】 前記マイクロ波供給手段は、少なくとも
    2系統以上設けられることを特徴とする請求項1〜4記
    載のセラミックス接合装置。
  6. 【請求項6】 前記マイクロ波供給手段は、複数の共振
    モードのマイクロ波を励振することを特徴とする請求項
    5記載のセラミックス接合装置。
JP2639295A 1995-02-15 1995-02-15 セラミックス接合装置 Withdrawn JPH08217558A (ja)

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