JP2715471B2

JP2715471B2 - 金属箔へのセラミックの溶射方法

Info

Publication number: JP2715471B2
Application number: JP63230671A
Authority: JP
Inventors: 徳雄岡野; 光弘井上; 寛士長谷川
Original assignee: 日立化成工業株式会社
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH0280549A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、生産性にすぐれるセラミック溶射金属箔の
溶射方法に関する。

（従来の技術）セラミック溶射は、セラミックコーティングの一手法
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、主に金属製品の耐摩
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て肉厚の薄い
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
点がある。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ゴンガス、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、一般的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
般に行われている溶射ガ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属箔の
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属箔
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、溶射ガンの出力を低
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く付
着効率が低くなる。

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
溶射金属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、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、固定枠に固定した被溶射体である金
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
がもっぱら用いられていた。

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量が小さいために溶射
時に金属箔を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断等が発生
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種々検討した
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裏面に接触
している水に伝えられ、溶射時に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。したがって、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。
ところが、溶射時に金属箔に張力を付与しておくと、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、本発明者らは前記他の効果的な冷却法を種々検
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常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
ることは非常に重要であり、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、クラッ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が好適である。

（作用）従来の技術では溶射時の熱影響により金属箔に変色、
溶断などの欠陥が発生しやすく、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
の溶射量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
ック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、一般的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18μ
ｍ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0.4kg/cm²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を用いてアルミナを溶射し、
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35g/minとした。このとき、
アルミナ溶射層９を形成した銅箔１には、酸化による変
色や破断または、アルミナと銅箔の熱膨張差によるしわ
は全く発生しなかった。このときの厚さ100μｍのアル
ミナ層の形成時間は500mm角当たり5min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ガ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、まもなく銅箔の
溶融によって破断を生じた。水槽に水を充填しない場合
でも溶射ガ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100μ
ｍのアルミナ層の形成時間は500mm角当たり50min以上で
あり非常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10を用
いて固定した。この銅箔１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を用いて銅箔の上面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、アルミナ供給量
50g/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
く発生しなかった。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、変色や破断の
ない良好なアルミナ溶射銅箔が、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500mm角の銅箔へ厚さ100μｍ
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
50min以上であったのにくらべ、本発明の方法では、そ
の1/10以下の5minであり著しく量産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、溶射時に金属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が可能であり、この
張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が可能となり著しく量産性を向上
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……ボルト、４……水槽５……シール材、６……水注入口７……水、８……溶射ガン９……アルミナ溶射層、10……固定枠 11……スプレーノズル、12……シャワー状の水 13……プラズマ溶射ガン、14……アルミナ溶射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−230761（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−231155（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−145970（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−256955（ＪＰ，Ａ) 特開平２−80548（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】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
のセラミックの溶射方法。
【請求項２】金属箔へのセラミック溶射において、固定
枠に固定した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溶射方法。
【請求項３】金属箔が、銅箔である請求項１又は２記載
の金属箔へのセラミックの溶射方法。
【請求項４】溶射するセラミックが、アルミナを主成分
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。
【請求項５】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。