JPH0891968A - 表面に銅合金層を形成したセラミックス構造部材 - Google Patents
表面に銅合金層を形成したセラミックス構造部材Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、軽量、低熱膨張性、高剛性が要求
される精密機械用部材用に、易加工性金属層を形成した
セラミックス部材を提供すること。 【構成】 加工液なしで機械加工を可能とする銅合金
を、セラミックス表面に１０〜５００μｍの厚さで形成
させ、高精度の機械加工が施せ、且つセラミックス本来
の低熱膨張性、高剛性そして軽量等の特性を維持してい
る精密機械用セラミックス部材である。特に、銅合金と
して黄銅層を、セラミックス表面に厚さ約１５０μｍ形
成させた部材の特性は、従来の黄銅バルク材に比べ、精
密機械部材に好適であり、さらに、黄銅層表面を加工液
なしで精密加工することができる。
される精密機械用部材用に、易加工性金属層を形成した
セラミックス部材を提供すること。 【構成】 加工液なしで機械加工を可能とする銅合金
を、セラミックス表面に１０〜５００μｍの厚さで形成
させ、高精度の機械加工が施せ、且つセラミックス本来
の低熱膨張性、高剛性そして軽量等の特性を維持してい
る精密機械用セラミックス部材である。特に、銅合金と
して黄銅層を、セラミックス表面に厚さ約１５０μｍ形
成させた部材の特性は、従来の黄銅バルク材に比べ、精
密機械部材に好適であり、さらに、黄銅層表面を加工液
なしで精密加工することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】軽量、低熱膨張性、高剛性が要求
される精密機械用セラミックス部材に関するものであ
る。
される精密機械用セラミックス部材に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属材料が精密機械部材等に適用
されている。だが、温度変化や弾塑性変形による機械・
装置性能の劣化が問題となるため、金属材料よりも低熱
膨張性、耐熱性、高剛性に優れたセラミックス材料の使
用が試みられている。
されている。だが、温度変化や弾塑性変形による機械・
装置性能の劣化が問題となるため、金属材料よりも低熱
膨張性、耐熱性、高剛性に優れたセラミックス材料の使
用が試みられている。
【０００３】これらの精密機械部材の形状は多岐に渡
り、さらに寸法も高精度が要求される。
り、さらに寸法も高精度が要求される。
【０００４】セラミックスは、難加工性材料のため、こ
れらの要求を満すことは技術的に難しく、そのため加工
コストも高くなってしまう問題がある。
れらの要求を満すことは技術的に難しく、そのため加工
コストも高くなってしまう問題がある。
【０００５】セラミックス部材の加工を容易にする一方
策として、セラミックス表面に金属層を形成する試みが
なされている。
策として、セラミックス表面に金属層を形成する試みが
なされている。
【０００６】ただし、金属層の材種として、特に易加工
性に注目して選定したものはなく、例えばセラミックス
の密着性のみに主眼をおいたＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ等の純金
属の皮膜形成が主であった。
性に注目して選定したものはなく、例えばセラミックス
の密着性のみに主眼をおいたＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ等の純金
属の皮膜形成が主であった。
【０００７】そのため加工時、セラミックスより加工が
優れるものの、加工液を使用しなければならず、金属層
の錆、部材の汚染等を嫌うクリーン度が要求される精密
部材としては不適当であった。
優れるものの、加工液を使用しなければならず、金属層
の錆、部材の汚染等を嫌うクリーン度が要求される精密
部材としては不適当であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、
（１）高精度寸法で加工が出来、（２）セラミックスの
有する特性（低熱膨張性、高剛性、軽量等）を損なわ
ず、且つ（３）加工容易で加工に伴う汚染が少ないセラ
ミックス構造部材を提供することである。
（１）高精度寸法で加工が出来、（２）セラミックスの
有する特性（低熱膨張性、高剛性、軽量等）を損なわ
ず、且つ（３）加工容易で加工に伴う汚染が少ないセラ
ミックス構造部材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
表面に銅合金層を１０〜５００μｍ厚さで形成させた高
精度加工性に優れたセラミックス構造部材、あるいはセ
ラミックス表面にメタライズ層を５〜２０μｍ厚さで形
成し、該メタライズ層上に銅合金層を１０〜５００μｍ
厚さで形成させた高精度加工性に優れたセラミックス構
造部材を提供することである。
表面に銅合金層を１０〜５００μｍ厚さで形成させた高
精度加工性に優れたセラミックス構造部材、あるいはセ
ラミックス表面にメタライズ層を５〜２０μｍ厚さで形
成し、該メタライズ層上に銅合金層を１０〜５００μｍ
厚さで形成させた高精度加工性に優れたセラミックス構
造部材を提供することである。
【００１０】セラミックス表面に形成させる銅合金層と
しては、黄銅あるいは青銅が望ましい。
しては、黄銅あるいは青銅が望ましい。
【００１１】これらの合金は、切削あるいは研削等の加
工性に優れた性質を有しており、そのため合金層の微修
正加工ならば水や油等の加工液を使用せずとも切削や研
削工具の焼きつきや目詰まりがなく高精度の加工が可能
である。
工性に優れた性質を有しており、そのため合金層の微修
正加工ならば水や油等の加工液を使用せずとも切削や研
削工具の焼きつきや目詰まりがなく高精度の加工が可能
である。
【００１２】金属層の厚さの範囲を最低１０μｍとした
のは、寸法精度を追求する場合の加工に最低必要な厚さ
であること、また最高５００μｍとしたのは、これ以上
の厚さになると、セラミックス構造体として期待される
セラミックス特性の低熱膨張性あるいは高剛性等の特性
を損ってしまう恐れがあるためである。本発明の製造方
法を次に述べる。
のは、寸法精度を追求する場合の加工に最低必要な厚さ
であること、また最高５００μｍとしたのは、これ以上
の厚さになると、セラミックス構造体として期待される
セラミックス特性の低熱膨張性あるいは高剛性等の特性
を損ってしまう恐れがあるためである。本発明の製造方
法を次に述べる。
【００１３】銅合金層を直接セラミックス表面に形成す
る他に、銅合金層とセラミックスの密着力が特に要求さ
れる部材には、セラミックス表面をメタライズ処理を施
すことが推奨できる。
る他に、銅合金層とセラミックスの密着力が特に要求さ
れる部材には、セラミックス表面をメタライズ処理を施
すことが推奨できる。
【００１４】メタライズ層厚さは、５〜２０μｍが適正
である。５μｍ以下だと銅合金層とセラミックスの密着
力向上効果を発揮せず、２０μｍ以上だと部材の特性
（易加工性、高剛性、低熱膨張性）を低下させるからで
ある。
である。５μｍ以下だと銅合金層とセラミックスの密着
力向上効果を発揮せず、２０μｍ以上だと部材の特性
（易加工性、高剛性、低熱膨張性）を低下させるからで
ある。
【００１５】メタライズ処理としては、例えば、市販さ
れている貴金属系のＡｇ系粉末あるいは活性金属系のＡ
ｇ―Ｃｕ―Ｔｉ系合金粉末と油を混ぜ合わせたペースト
をセラミックス表面に塗布し、Ａｇ系ペーストの場合は
大気中、Ａｇ―Ｃｕ―Ｔｉ系ペーストは真空中（１０-6
ｔｏｒｒ）にてそれぞれ８５０℃の熱処理を施し、メタ
ライズ層を形成させることが適している。
れている貴金属系のＡｇ系粉末あるいは活性金属系のＡ
ｇ―Ｃｕ―Ｔｉ系合金粉末と油を混ぜ合わせたペースト
をセラミックス表面に塗布し、Ａｇ系ペーストの場合は
大気中、Ａｇ―Ｃｕ―Ｔｉ系ペーストは真空中（１０-6
ｔｏｒｒ）にてそれぞれ８５０℃の熱処理を施し、メタ
ライズ層を形成させることが適している。
【００１６】形成したメタライズ層は、セラミックス及
び銅合金を密着し、且つその成分が両材料へ拡散するこ
とにより、強固な密着力を有する銅合金層を形成でき
る。
び銅合金を密着し、且つその成分が両材料へ拡散するこ
とにより、強固な密着力を有する銅合金層を形成でき
る。
【００１７】セラミックス表面あるいはメタライズ層表
面上に銅合金層を形成させる具体的手法として、接合
法、溶射法が挙げられる。
面上に銅合金層を形成させる具体的手法として、接合
法、溶射法が挙げられる。
【００１８】例えば、接合法は予め用意した銅合金の薄
板（厚さ１０〜５００μｍ）を、セラミックス表面ある
いはメタライズ層表面上にのせ、熱処理により接合させ
る。溶射法は、銅合金成分のリード線を組み込んだ溶射
ガンを使用して、大気中にて溶射層（厚さ１０〜５００
μｍ）を形成させる。
板（厚さ１０〜５００μｍ）を、セラミックス表面ある
いはメタライズ層表面上にのせ、熱処理により接合させ
る。溶射法は、銅合金成分のリード線を組み込んだ溶射
ガンを使用して、大気中にて溶射層（厚さ１０〜５００
μｍ）を形成させる。
【００１９】本発明のセラミックス構造部材の特徴は、
易加工性の金属層を表面に形成させるため、修正加工が
容易であること、且つ高精度の寸法を現出することがで
きることである。
易加工性の金属層を表面に形成させるため、修正加工が
容易であること、且つ高精度の寸法を現出することがで
きることである。
【００２０】このことから、本発明部材は寸法精度、複
雑形状及び低熱膨張性、高剛性そして軽量が要求される
精密機械用部材へ適用される。
雑形状及び低熱膨張性、高剛性そして軽量が要求される
精密機械用部材へ適用される。
【００２１】例えば、寸法精度に対しては、セラミック
ス表面の銅合金層を加工液を使わず簡便に機械加工処理
が施せ、難加工性のセラミックス部材を高寸法精度の部
材として低コストで提供できるメリットがあることを意
味する。
ス表面の銅合金層を加工液を使わず簡便に機械加工処理
が施せ、難加工性のセラミックス部材を高寸法精度の部
材として低コストで提供できるメリットがあることを意
味する。
【００２２】また、複雑形状品に対しても、ニアネット
シェイプのセラミックス焼成体を粗加工した後、その表
面に銅合金層を形成し、この合金層を機械加工して複雑
形状に仕上げればよい。
シェイプのセラミックス焼成体を粗加工した後、その表
面に銅合金層を形成し、この合金層を機械加工して複雑
形状に仕上げればよい。
【００２３】いずれの加工要求に対しても、銅合金層は
加工液を使用しなくても表面の機械加工が可能なことか
ら、セラミックス部材を常に清浄な環境下に置くことが
できる。
加工液を使用しなくても表面の機械加工が可能なことか
ら、セラミックス部材を常に清浄な環境下に置くことが
できる。
【００２４】
【実施例】セラミックス１は、今日市場に出回っている
アルミナ、サイアロン、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニ
ア等のファインセラミックスと呼ばれる材料である。
アルミナ、サイアロン、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニ
ア等のファインセラミックスと呼ばれる材料である。
【００２５】形状を□５０×５ｍｍ板とし、表面（５０
×５０の面）に黄銅膜２を形成することとした。
×５０の面）に黄銅膜２を形成することとした。
【００２６】それぞれのセラミックス表面にＡｇ―Ｃｕ
―Ｔｉ系合金粉末と油を混ぜ合わせたペーストを塗布
し、真空中（１０-6ｔｏｒｒ）にて８５０℃の熱処理を
施し、メタライズ層を形成させた。尚、メタライズ層の
厚さは約１０μｍとした。
―Ｔｉ系合金粉末と油を混ぜ合わせたペーストを塗布
し、真空中（１０-6ｔｏｒｒ）にて８５０℃の熱処理を
施し、メタライズ層を形成させた。尚、メタライズ層の
厚さは約１０μｍとした。
【００２７】次に、接合法あるいは溶射法により、黄銅
層（７０ｗｔ％Ｃｕ―３０ｗｔ％Ｚｎ）をメタライズ処
理面上形成させた（図１）。
層（７０ｗｔ％Ｃｕ―３０ｗｔ％Ｚｎ）をメタライズ処
理面上形成させた（図１）。
【００２８】接合法は、１５０μｍの黄銅薄板をメタラ
イズ表面にのせ、無荷重で、真空中（１０-6ｔｏｒｒ）
最高温度９００℃の熱処理を施し、黄銅層をセラミック
ス表面に形成させた。
イズ表面にのせ、無荷重で、真空中（１０-6ｔｏｒｒ）
最高温度９００℃の熱処理を施し、黄銅層をセラミック
ス表面に形成させた。
【００２９】溶射法においては、黄銅成分のリード線を
溶射ガンに組み込み、大気中にてアーク溶射により約１
５０μｍの黄銅溶射層を形成させた。
溶射ガンに組み込み、大気中にてアーク溶射により約１
５０μｍの黄銅溶射層を形成させた。
【００３０】特に、アルミナセラミックスに対しては、
上述した接合法そして溶射法と同じ条件で、メタライズ
処理のないセラミックス表面に直接黄銅層（約１５０μ
ｍ）を形成させた。
上述した接合法そして溶射法と同じ条件で、メタライズ
処理のないセラミックス表面に直接黄銅層（約１５０μ
ｍ）を形成させた。
【００３１】黄銅層を形成したセラミックス部材の密
度、熱膨張率、ヤング率をそれぞれ測定し、セラミック
ス単体あるいは黄銅単体のそれとそれぞれ比較した。そ
の結果を表１に示す。
度、熱膨張率、ヤング率をそれぞれ測定し、セラミック
ス単体あるいは黄銅単体のそれとそれぞれ比較した。そ
の結果を表１に示す。
【００３２】尚、表中のセラミックス部材の各値は、黄
銅層形成に採用した各種方法による部材の平均値とし
た。
銅層形成に採用した各種方法による部材の平均値とし
た。
【００３３】本発明のセラミックス部材の各特性は、黄
銅等の金属だけでできている部材（密度＝８．５５ｇ／
ｃｍ3、熱膨張係数＝１６．０×１０-6／℃、ヤング率
＝１．０３×１０4ｋｇ／ｍｍ2）に比べ、精密機械部材
に好適であることが判明した。
銅等の金属だけでできている部材（密度＝８．５５ｇ／
ｃｍ3、熱膨張係数＝１６．０×１０-6／℃、ヤング率
＝１．０３×１０4ｋｇ／ｍｍ2）に比べ、精密機械部材
に好適であることが判明した。
【００３４】さらに、黄銅層が形成した全てのセラミッ
クス部材に対して、加工液なしで平面研削加工を５０μ
ｍ施したところ、メタライズ層の有無を問わず、いずれ
の部材とも黄銅層の剥離や割れが発生せずに清浄な面が
得られた。
クス部材に対して、加工液なしで平面研削加工を５０μ
ｍ施したところ、メタライズ層の有無を問わず、いずれ
の部材とも黄銅層の剥離や割れが発生せずに清浄な面が
得られた。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【発明の効果】セラミックス表面に形成した被削性に優
れる銅合金層が、加工液なしの加工を可能にすることに
より、セラミックス部材を常に清浄な環境下に置くこと
ができ、錆び・汚染を心配することなく、セラミックス
特性を必要とする精密機械部材に適用できた。
れる銅合金層が、加工液なしの加工を可能にすることに
より、セラミックス部材を常に清浄な環境下に置くこと
ができ、錆び・汚染を心配することなく、セラミックス
特性を必要とする精密機械部材に適用できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】黄銅層を形成したセラミックス部材の断面概略
図。
図。
１ セラミックス ２ メタライズ層 ３ 黄銅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 英彦 東京都千代田区大手町２―６―３ 新日本 製鐵株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックス表面に銅合金層を１０〜５
００μｍ厚さで形成させた高精度加工性に優れたセラミ
ックス構造部材。 - 【請求項２】 セラミックス表面にメタライズ層を５〜
２０μｍ厚さで形成し、該メタライズ層上に銅合金層を
１０〜５００μｍ厚さで形成させた高精度加工性に優れ
たセラミックス構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24679994A JP3553157B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 高精度加工性に優れた精密機械用セラミックス構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24679994A JP3553157B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 高精度加工性に優れた精密機械用セラミックス構造部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0891968A true JPH0891968A (ja) | 1996-04-09 |
| JP3553157B2 JP3553157B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=17153857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24679994A Expired - Fee Related JP3553157B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 高精度加工性に優れた精密機械用セラミックス構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3553157B2 (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6184304A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Kyocera Corp | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
| JPS61183178A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-15 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素セラミツクスと金属の接合方法 |
| JPH0280382A (ja) * | 1988-07-28 | 1990-03-20 | Lilliwyte Sa | 高温電気化学電池の構成に用いられる金属要素及びセラミック要素の結合方法 |
| JPH03137069A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高熱伝導性絶縁基板及びその製造方法 |
| JPH04367575A (ja) * | 1991-04-04 | 1992-12-18 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 銅へのガラスセラミックス接着の改良 |
| JPH06329481A (ja) * | 1993-05-20 | 1994-11-29 | Noritake Co Ltd | セラミックス−金属複合体およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP24679994A patent/JP3553157B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6184304A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Kyocera Corp | セラミツク部材と金属部材との接合方法 |
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| JPH06329481A (ja) * | 1993-05-20 | 1994-11-29 | Noritake Co Ltd | セラミックス−金属複合体およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3553157B2 (ja) | 2004-08-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040106 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040305 |
|
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