JP6645848B2 - 溶接用エンドタブ - Google Patents

Description

本開示は、溶接用エンドタブに関するものである。

従来、被溶接部材同士を溶接する際は、被溶接部材同士の相対位置を固定するとともに、溶接によって生じる溶融金属の液だれを抑制して途切れのない良好な溶接状態を実現するために、溶接用エンドタブが用いられている。従来はスチール製の溶接用エンドタブが用いられてきたが、スチール製の溶接用エンドタブは、予め溶接によって被溶接部材に仮固定しておかなければならず、この作業が面倒であるとともに、溶接終了後の切断作業に手間や時間がかかっていた。

例えば、特許文献１では、固形フラックスまたは高融点セラミックスからなる溶接用エンドタブが提案されており、コージライト、ステアタイト等のセラミックス、あるいは、ＳｉＯ_２−ＭｎＯ−ＣａＯ系のフラックスを用いていることが記載されている。

特開昭６１−１１９３９８号公報

しかしながら、特許文献１で提案された溶接用エンドタブは、いずれの成分で形成されたものでも、溶融金属に対して濡れ易いので、溶融金属が被接合部と溶接用エンドタブの双方に凝着し易かった。このような凝着が起こると溶接用エンドタブと被接合部とが接合されてしまい、溶接用エンドタブを取り外すために凝着部を切断する工程などの余分な工程が必要となっていた。また、特許文献１記載の溶接用エンドタブは機械的強度も低く、繰り返し使用による形状や強度の変化が大きく、繰り返し使用できる回数が少ない（耐久性が低い）といった問題があった。本発明は、上記課題に鑑みて案出されたものである。

少なくとも被溶接部材に対向して配置される接触部が窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体からなり、前記接触部の前記被溶接部材に対向した対向面に円相当径が１μｍ以上５μｍ以下の白点が存在し、該白点の個数が０．１５ｍｍ ^２ あたり２０００個以下であることを特徴とする溶接用エンドタブを提供する。

本開示の溶接用エンドタブは、溶接後の取外しが容易で、かつ耐久性が高い。

本実施形態の溶接用エンドタブを用いた溶接作業の一例を示す斜視図である。 溶接用エンドタブを用いた溶接作業の他の例を示す斜視図である。 本実施形態の溶接用エンドタブの対向面における開気孔を拡大した顕微鏡写真である。 本実施形態の溶接用エンドタブを構成するセラミック焼結体の構造を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本明細書の
全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。

図１は、本実施形態の溶接用エンドタブを用いた溶接作業の一例を示す斜視図である。図１に示す例の溶接用エンドタブ１０は、被溶接部材である第１金属部材１および第２金属部材２のそれぞれの端面を溶接するために用いられる。図１に示す例において、被溶接部材はいずれも板状であるが、被溶接部材の形状はこれに限るもんではない。

本実施形態の溶接用エンドタブ１０は、溶接の際、被溶接部材の相対位置を固定するとともに、溶融金属の外部への漏洩を防ぐために用いられる。図１に示す例では、溶接用エンドタブ１０が２つ配置されている。２つの溶接用エンドタブ１０は、第１金属部材１の端面と第２金属部材２の端面とが溶接される部分に配置されている。２つの溶接用エンドタブ１０は、第１金属部材１と第２金属部材２それぞれの側面に、クランプ用針金５によって押さえつけられた状態で固定されている。このように、溶接用エンドタブ１０は被溶接部材との接触部を有し、接触部は、第１金属部材１１と第２金属部材２それぞれの側面に対向して接触する対向面１０ａを有している。

また、図２は、本実施形態の溶接用エンドタブ１０を用いた溶接作業の状態の他の例を示す斜視図である。図２に示す例では、溶接用エンドタブ１０は、被溶接部材である第３金属部材３の一方の主面に、被溶接部材である第４金属部材４の端面を溶接するために用いられる。第４金属部材４は、第３金属部材３に仮固定された裏当金６によって支持されている。

溶接用エンドタブ１０は、少なくとも被溶接部材に対向して配置される接触部が窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体（以降、単にセラミック焼結体ともいう）からなる。本実施形態の溶接用エンドタブ１０は接触部がセラミック焼結体からなる。したがって、接触部が有する対向面１０ａもセラミック焼結体からなる。なお、溶接用エンドタブ１０の全体がセラミック焼結体からなるものであってもよい。そして、セラミック焼結体における主成分とは、セラミック焼結体を構成する成分１００質量％のうち、７０質量％以上を占める成分をいい、特に、８０質量％以上であることが好適である。

以下においては、溶接用エンドタブ１０の全体がセラミック焼結体からなるものとして記載する。本実施形態の溶接用エンドタブ１０を構成するセラミック焼結体は、溶融金属に対して濡れ難いので、溶融金属が溶接用エンドタブ１０に凝着し難く、溶接用エンドタブ１０と被接合部とが接合され難い。このため、溶接用エンドタブ１０を取り外すために凝着部を切断する工程などの特別にコストのかかる余分な工程を行うことなく、比較的少ない力で溶接用エンドタブ１０を引き剥がすことができる。また、セラミック焼結体は機械的強度も高く、繰り返し使用による形状や強度の変化が小さい。また、セラミック焼結体からなる溶接用エンドタブ１０は、スチール製の溶接用エンドタブに比べて溶融金属に対する耐食性が高い。セラミック焼結体からなる本実施形態の溶接用エンドタブ１０は、繰り返し使用による形状や強度の変化が小さく、繰り返し使用できる回数が多い（耐久性が高い）。

図３は、本実施形態の溶接用エンドタブ１０の、対向面１０ａの近傍を拡大した顕微鏡写真である。溶接用エンドタブ１０は、接触部の対向面１０ａは開気孔９を有し、開気孔９の内部には、窒化珪素の柱状結晶７が互いに交錯するように複数位置していてもよい。

セラミック焼結体において、窒化珪素の柱状結晶７は粒界相８よりも溶融金属に対して濡れ難いものである。それゆえ、窒化珪素の柱状結晶７が互いに交錯した開気孔９を対向面１０ａに複数有しているときには、開気孔９内部に存在する粒界相８は柱状結晶で覆わ
れることとなるとともに、対向面１０ａにおいて溶融金属に対して濡れ難い領域が多くなることから、さらに溶融金属が溶接用エンドタブ１０に凝着し難くなり、さらに溶接用エンドタブ１０と被接合部とが接合され難くなる。

次に、本実施形態の溶接用エンドタブ１０の接触部を構成するセラミック焼結体の組成の一例を説明する。このセラミック焼結体は、窒化珪素を主成分とするものであり、窒化珪素以外に含まれる成分として、例えば、イットリウム，アルミニウムおよび珪素がある。

セラミック焼結体は、イットリウム，アルミニウムおよび珪素以外に、クロム，マンガン，鉄，銅，タングステン，モリブデン等を含むものであってもよく、特には、クロム，マンガン，鉄および銅のいずれか１種を含む珪化物である第１の珪化物を含むことが好適である。

上述した第１の珪化物を含むときには、セラミック焼結体をより明度の低い色調にすることができるので、溶接による汚れを目立ちにくくすることかできる。第１の珪化物としては、例えば、組成式が、ＣｒＳｉ_２，ＭｎＳｉ_２，ＦｅＳｉ_２およびＣｕＳｉ_２等として表される成分である。なお、第１の珪化物を構成する、クロム，マンガン，鉄または銅の含有量は、セラミック焼結体を構成する全成分１００質量％のうち、０．０２質量％以上２質量％以下であることが好適である。

セラミック焼結体において、タングステンまたはモリブデンの珪化物である第２の珪化物を含むこともまた好適である。第２の珪化物を含有することで、セラミック焼結体をさらに明度の低い色調にすることできるので、溶接による汚れをさらに目立ちにくくすることかできる。タングステンまたはモリブデンの珪化物としては、例えば、組成式が、Ｗ_５Ｓｉ_３（ＪＣＰＤＳ＃81−1916）およびＭｏＳｉ_２等として表される成分である。なお、タングステンまたはモリブデンの含有量は、セラミック焼結体の全質量１００質量％のうち、０．０２質量％以上２質量％以下であることが好適である。

第１の珪化物および第２の珪化物は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）によって同定することができる。また、これら珪化物の各含有量については、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置（ＩＣＰ）によって得られた上記各元素を珪化物に換算すればよい。

また、対向面１０ａは炭素を含み、その含有量が４０原子％以上であることが好適である。この場合、対向面１０ａ内における通電性が高くなり、アークを安定的に発生することができるので、溶接欠陥の発生を抑制することができる。対向面１０ａにおける炭素の含有量は、Ｘ線光電子分光分析装置を用いて測定することができる。また、対向面１０ａが炭素を含む場合、その含有量は７０原子％以下であることが好適である。

溶融金属に対する濡れ性をより低くするには、セラミック焼結体の対向面１０ａの表面粗さはより大きい方が好ましい。溶融金属に対する濡れ性をより低くするには、セラミック焼結体の対向面１０ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を例えば１〜５０μｍ程度とすることが好ましい。

セラミック焼結体からなる溶接用エンドタブ１０の表面粗さを大きくする方法としては、窒化珪素を主成分とする粉末を所望の形状に固める成形を行う際に、金型の押圧加圧面側にいわゆる放電シボ加工を施すことにより、転写面を適切な表面粗さに調整する方法や、セラミック成形体を焼結する際に、比較的粗い敷き粉を棚板に敷くことで適切な表面粗さに調整する方法などを用いればよい。また、比較的粗い研磨砥粒を用いたブラスト加工を施し表面粗さを調整するといった方法を用いてもよく、表面粗さの調整方法等は特に限定されない。

［セラミック焼結体の実施形態１］本実施形態の溶接用エンドタブ１０の接触部を構成するセラミック焼結体は、粒界相８にＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎが存在し、窒化珪素の含有量が８０質量％以上であって、Ｘ線回折チャートにおける２θ＝３２〜３３°のＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎのピーク強度をＸ、２θ＝３３．２〜３４．２°の窒化珪素のピーク強度をＹとしたとき、比率Ｘ／Ｙが０．１以上０．５以下であることも好適である。

上述した構成を満たしている場合には、粒界相８内に窒化珪素の結晶を結合する非晶質相を存在させつつ、Ｙ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎの占有率が高くなり、粒界相８に生じる空隙が少なくなっている。このように粒界相８に生じる空隙が少ない場合、セラミック焼結体の機械的強度は比較的高くなる。セラミック焼結体において粒界相８に生じる空隙が密集している部分は、顕微鏡等で拡大して観察することで確認できるし、この空隙がより高密度に密集している部分については目視でも確認できる。例えば、セラミック焼結体の表面を１００倍に拡大して観察したときには、空隙の密集している部分は白い点（白点）に見える。さらに、円相当径１μｍ以上５μｍ以下の白点であれば、０．１５ｍｍ^２あたりに２２００より多く存在する領域では、目視でも白色に見える。

また、窒化珪素の含有量は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）により求めることができる。具体的には、ＸＲＤによりセラミック焼結体を構成する成分を同定し、同定された成分をリートベルト解析することによって窒化珪素の含有量を求めることができる。また、ＸＲＤにより得られたＸ線回折チャートから比率Ｘ／Ｙを求めることができる。また、窒化珪素およびＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎは、ＸＲＤまたは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて同定することができる。さらに、非晶質相は、ハローパターンの有無により確認することができる。

また、セラミック焼結体の粒界相８には、Ｙ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎ以外に、Ｙ_５（Ｓｉ_４）_３Ｎ（アパタイト），Ｙ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（ダイシリケート）およびＹ_２ＳｉＯ_５（モノシリケート）のうち少なくとも１種が存在していてもよい。

ここで、セラミック焼結体の構造について、図４の模式図を用いて説明する。図４に示すように、セラミック焼結体は、窒化珪素の柱状結晶７が配向することなく複数存在しており、窒化珪素の柱状結晶７の間に粒界相８が存在している。なお、粒界相８には、図示していないが、非晶質相およびＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎが存在する。そして、粒界相８において、Ｙ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎが少ないときには、空隙が生じやすくなる。

特に、対向面１０ａにおける円相当径１μｍ以上５μｍ以下の白点の個数は、０．１５ｍｍ^２あたり２０００個以下であることが好適である。例えば、円相当径１μｍ以上５μｍ以下の白点の個数が、２０００個以下であれば、粒界相８に生じる空隙が少なく、機械的強度を比較的高くすることができる。なお、白点の個数の測定には、セラミック焼結体の対向面１０ａを研磨して得られた鏡面を測定すればよい。

次に、セラミック焼結体の対向面１０ａにおける白点の測定方法を説明する。まず、セラミック焼結体の対向面１０ａを研磨する。そして、研磨によって得られた鏡面を洗浄した後、光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で観察し、面積が０．１５ｍｍ^２（横方向の長さが１０００μｍ、縦方向の長さが１５０μｍ）となる範囲を光学顕微鏡付属のＣＣＤカメラを用いて暗視野で撮影し、画像データを取得する。得られた画像データを用いて、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）による粒子解析を行うことで、白点の円相当径および個数を求めることができる。なお、粒子解析の設
定条件としては、例えば、明度を明に設定し、２値化の方法を手動、小図形除去面積を１μｍ^２、画像の明暗を示す指標であるしきい値を、画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の１．２倍以下とする。

次に、セラミック焼結体の組成の一例を説明する。セラミック焼結体は、窒化珪素を８０質量％以上含むものであり、窒化珪素以外の成分としては、例えば、イットリウム（Ｙ），アルミニウム（Ａｌ），珪素（Ｓｉ）がある。そして、これらの成分の含有量としては、ＹがＹ_２Ｏ_３換算で７質量％以上１４質量％以下，ＡｌがＡｌ_２Ｏ_３換算で２質量％以上５質量％以下，ＳｉがＳｉＯ_２換算で０．５質量％以上２質量％以下である。

次に、セラミック焼結体における各成分の含有量の測定方法の一例を説明する。まず、酸素分析装置（堀場製作所製 ＥＭＧＡ−６５０ＦＡ）を用いた赤外線吸収法によりセラミック焼結体中の酸素の含有量を求める。

次に、ＩＣＰを用いてＹおよびＡｌの定量分析を行う。そして、定量分析によって得られたＹおよびＡｌの定量値をそれぞれＹ_２Ｏ_３およびＡｌ_２Ｏ_３に換算する。これにより、ＹをＹ_２Ｏ_３に、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３に換算したときの含有量を求めることができる。次に、この酸化物換算で必要とした酸素量をセラミック焼結体中の酸素の含有量から差し引き、この差し引いた酸素量からＳｉＯ_２に換算し、この値を、ＳｉをＳｉＯ_２に換算したときの含有量とする。

［セラミック焼結体の実施形態２］また、溶接用エンドタブ１０の接触部を構成するセラミック焼結体は、カルシウム，アルミニウムおよび希土類元素の酸化物を含み、カルシウム，アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の合計１００質量％のうち、カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．３質量％以上１．５質量％以下、アルミニウムを酸化物に換算した含有量が１４．２質量％以上４８．８質量％以下であり、残部が希土類元素の酸化物であるとともに、窒化珪素は、組成式がＳｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ（ｚ＝０．１〜１）で表されるβ−サイアロンであり、平均結晶粒径が２０μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であることも、また好適である。

上述した構成を満たしている場合には、異常に粒成長した結晶粒子が少ないので、結晶粒径のばらつきが小さくなり、かつセラミック焼結体のかさ密度が高く、剛性が高いので、エンドタブの変形を抑制することができる。また、被溶接部材の温度が高くても、異常に成長した結晶粒子が少ないため、機械的強度がほとんど低下せず、また、β−Ｓｉ_３Ｎ_４の結晶対称性がほとんど損なわれていないため熱伝導率が低下しにくく、耐熱衝撃性を維持することができる。

ここで、固溶量ｚは、次のようにして算出することができる。まず、粒度番号が２００のメッシュを通過するまで試料を粉砕し、得られた粉末に粉末Ｘ線回折法における回折角の角度補正用サンプルである高純度α−窒化珪素粉末（宇部興産製Ｅ−１０グレード、アルミニウム含有量は２０質量ｐｐｍ以下）を６０質量％添加して乳鉢にて均一になるように混合し、粉末Ｘ線回折法により解析範囲２θを３３〜３７°とし、走査ステップ幅を０．００２°として、Ｃｕ−Ｋα線（λ＝１．５４０５６Å）にてプロファイル強度を測定する。なお、角度の補正は、角度補正用サンプルより得られるピークの最大値を用いて補正する。そして、２θ＝３４．５６５°付近に現れるα（１０２）の０．００２°毎に得られるピーク強度の上位１０点の平均２θと３４．５６５°との差（Δ２θ_１）、および２θ＝３５．３３３°付近に現れるα（２１０）の０．００２°毎に得られるピーク強度の上位１０点の平均２θと３５．３３３°との差（Δ２θ_２）をそれぞれ求め、その差の平均（Δ２θ_１＋Δ２θ_２）／２を補正Δ２θとする。

次に、２θ＝３６．０５５°付近に現れるβ（２１０）の０．００２°毎に得られるピーク強度の上位１０点の平均２θを補正Δ２θによって補正した角度を試料のβ（２１０）のピーク位置（２θ_β）とする。そして、ピーク位置（２θ_β），λ＝１．５４０５６Å，（ｈｋｌ）＝（２１０），ｃ＝ｃ軸方向の格子定数を以下の数式に代入して格子定数ａ（Å）を算出する。ｓｉｎ^２θ_β＝λ^２（ｈ^２＋ｈｋ＋ｋ^２）／（３ａ^２）＋λ^２ｌ^２／（４ｃ^２） この数式で、算出した格子定数ａ（Å）と、Ｋ．Ｈ．Ｊａｃｋ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．，１１（１９７６）１１３５−１１５８，Ｆｉｇ．１３に記載された格子定数ａ（Å）−固溶量ｚのグラフとから、固溶量ｚを求めることができる。特に、固溶量ｚは０．３５以上０．７０以下であることがより好適である。

また、窒化珪素の平均結晶粒径は、ＪＩＳ Ｒ １６７０−２００６に準拠し、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を例えば２０００倍〜４０００倍として、セラミック焼結体を破断して研磨した面を撮影した画像から求めることができる。

［セラミック焼結体の実施形態３］また、溶接用エンドタブ１０の接触部を構成するセラミック焼結体は、粒界相８にゲーレナイトを含み、Ｘ線回折チャートにおける２θ＝３１°〜３２°におけるゲーレナイトのピーク強度の半値幅が０．５°以下であることもまた好適である。粒界相８にゲーレナイトを含んでいると、粒界相８において酸やアルカリ成分により腐食しやすい非晶質相が相対的に少なくなるため、機械的強度をさらに高く維持することができる。また、粒界相８において非晶質相が相対的により少なくなることから、高温に曝されてもさらに変形しにくくなる。

そして、Ｘ線回折チャートにおける２θ＝３１°〜３２°におけるゲーレナイトのピーク強度の半値幅が０．５°以下であると、ゲーレナイトの結晶の歪みが小さくなり、セラミック焼結体の熱伝導性および剛性ともに高くすることができる。なお、ゲーレナイトの組成式は、例えば、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_７として示されるが、定比組成に限定されるものではない。また、セラミック焼結体は、ゲーレナイトにマグネシウムおよびナトリウムが固溶していることが好適である。ゲーレナイトにマグネシウムおよびナトリウムが固溶しているときには、粒界相８における結晶（ゲーレナイト）の存在割合が高くなり、非晶質相の存在割合が低くなることから、粒界相８の変形が抑制され、セラミック焼結体の剛性を高めることができる。

なお、マグネシウムおよびナトリウムが固溶しているゲーレナイトの組成式は、例えば、（（Ｃａ_{１−（ａ＋ｂ）}，Ｎａ_ａ，Ｍｇ_ｂ）_２（Ａｌ_{１−（ｃ＋ｄ）}，Ｓｉ_ｃ，Ｍｇ_ｄ）_２（Ｓｉ_{１−（ｅ＋ｆ）}，Ａｌ_ｅ，Ｍｇ_ｆ）Ｏ_７）（但し、０＜ａ＋ｂ＜１，０＜ｃ＋ｄ＜１，０＜ｅ＋ｆ＜１）として示すことができる。また、セラミック焼結体の粒界相８におけるゲーレナイトの存在については、ＸＲＤを用いて確認することができる。また、ゲーレナイトにおけるマグネシウムおよびナトリウムの固溶については、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）または波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）を備えた透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて確認することができる。

［セラミック焼結体の実施形態４］また、溶接用エンドタブ１０を構成するセラミック焼結体は、希土類元素、マグネシウムおよびアルミニウムの酸化物を含み、アルミニウムの含有量は、酸化物に換算して０．６質量％以下（但し、０質量％を含まず。）であることが好適である。

セラミック焼結体は、希土類元素、マグネシウムおよびアルミニウムの酸化物を含んでいると、この酸化物が焼結助剤として働いてセラミック焼結体の機械的特性を高めることができるとともに、酸化アルミニウムの含有量が０．６質量％以下（但し、０質量％を含まず。）であることによって、セラミック焼結体の酸に対する耐食性を高めることができ
るため、溶接中、酸性スラグが多く発生する場合には、長期間にわたって好適に使用することができる。

さらに、セラミック焼結体は、希土類元素、マグネシウムおよびアルミニウムの酸化物を含み、マグネシウムおよびアルミニウムの酸化物はアルミン酸マグネシウムであってもよい。このような構成であると、セラミック焼結体の機械的特性を高めることができるとともに、セラミック焼結体のアルカリに対する耐食性を高めることができるため、溶接中、塩基性スラグが多く発生する場合には、長期間にわたって好適に使用することができる。

希土類元素、マグネシウムおよびアルミニウムの酸化物の含有量については、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析装置（ＩＣＰ）によって得られた各元素の含有量から酸化物に換算すればよい。

粒界相８は、ＲＥＳｉＯ_２Ｎ，ＲＥ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４，ＲＥ_４Ｓｉ_２Ｏ_７Ｎ_２およびＲＥ_５Ｓｉ_３Ｏ_１２Ｎ（ＲＥ：希土類元素）の少なくとも１種を含むことが好適である。

これらの珪酸窒化物を粒界相８内に含んでいるときには、変形しやすい金属元素の酸化物で構成される非晶質相の存在割合が粒界相８内において相対的に少なくなり、粒界相８の変形を抑制することができるため、溶湯用エンドタブの剛性を高めることができる。

また、粒界相８が非晶質相および酸化物のみを含む場合よりも耐熱性が向上するので、高温における変形を抑制することができる。

アルミン酸マグネシウムおおび珪酸窒化物については、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）やＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）にて測定することによってその形態を確認することができる。

［セラミック焼結体の実施形態５］また、溶接用エンドタブ１０は、窒化硼素の含有量が３質量％以上２０質量％以下であることが好適である。上述した構成を満たしている場合には、対向面を緻密質な面とすることができるとともに、窒化硼素が有する高い付着防止作用により、溶融金属が付着しにくくなる。また、窒化硼素の結晶構造は菱面体晶であることが好適である。

ここで、窒化硼素は、常圧における結晶構造として、六方晶と菱面体晶とがあり、菱面体晶の窒化硼素は、単位格子におけるｃ軸の格子定数（１．００００ｎｍ）が六方晶の窒化硼素の単位格子のｃ軸における格子定数（０．６６８１３ｎｍ）よりも大きいものである。

そして、窒化硼素の結晶構造が菱面体晶であることにより、焼結時に、窒化珪素の柱状結晶を構成する単位格子の一部が菱面体晶の窒化硼素の単位格子内に侵入して、菱面体晶の窒化硼素と窒化珪素とが強固に結合されるとともに、結合された結晶の形状が複雑な形状となっているため結合力が高くなると考えられる。

ここで、対向面１０ａにおける各成分の含有量は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、対向面１０ａにおける成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算すればよい。または、対向面１０ａから深さ方向に３０μｍ〜５０μｍ程度の深さまで研磨して得られる研磨粉を試料とし、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算してもよい。

また、ＸＲＤを用いて測定した際に、菱面体晶のみの窒化硼素が同定された場合には、上述した方法で求めた窒化硼素の含有量が菱面体晶の窒化硼素の含有量である。なお、六方晶および菱面体晶の窒化硼素が同定された場合には、対向面１０ａから深さ方向に３０μｍ〜５０μｍ程度の深さまで研磨して得られる研磨粉を試料として、ＸＲＤを用いたリートベルト法で、結晶構造毎の質量百分率を求め、窒化硼素の含有量に菱面体晶の質量百分率を掛けて算出すればよい。

次に、本実施形態の溶接用エンドタブの製造方法の一例を説明する。

［セラミック焼結体の第１の実施形態の製造方法］まず、珪素の粉末（平均粒径Ｄ_５０＝０．５〜１００μｍ）および窒化珪素の粉末（α化率５０％以上、平均粒径Ｄ_５０＝０．５〜１０μｍ）と、焼結助剤として、酸化イットリウムの粉末（平均粒径Ｄ_５０＝０．５〜１０μｍ）および酸化アルミニウムの粉末（平均粒径Ｄ_５０＝０．５〜１０μｍ）とを準備する。そして、窒化珪素の粉末および焼結助剤の各粉末を混合して第１の出発原料を得る。なお、珪素の粉末と窒化珪素の粉末との質量比率は、８０：２０〜９０：１０とする。

そして、酸化イットリウム，酸化アルミニウムおよび二酸化珪素の各粉末は、第１の出発原料の合計１００質量％のうち、酸化イットリウムの粉末を１０．２質量％以上２０質量％以下，酸化アルミニウムの粉末を２．９質量％以上７．３質量％以下となるように秤量する。

また、クロム，マンガン，鉄および銅の少なくともいずれか１種を含む珪化物である第１の珪化物を含むセラミック焼結体を得るには、酸化クロム，酸化マンガン，酸化第二鉄および酸化銅のいずれか１種の粉末を適宜秤量して第１の出発原料に添加すればよい。添加された酸化クロム，酸化マンガン，酸化第２鉄および酸化銅の粉末は、焼成時に珪素と反応して、酸素を脱離し、熱力学的に安定した珪化物となり、セラミック焼結体を明度の低い色調とすることができる。

また、タングステンまたはモリブデンの珪化物である第２の珪化物を含むセラミック焼結体を得るには、酸化タングステンまたは酸化モリブデンの粉末を適宜秤量して第１の出発原料に添加すればよい。添加された酸化タングステンまたは酸化モリブデンの粉末は、焼成時に珪素と反応して、酸素を脱離し、珪化物として粒界相に存在する。

そして、第１の出発原料等を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の各種バインダとともに、例えば、バレルミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル，サンドミルまたはアジテーターミル等入れて湿式にて混合・粉砕して、スラリーとする。さらに、増粘安定剤，分散剤，ｐＨ調整剤，消泡剤等を添加してもよい。

次に、噴霧乾燥装置を用いてスラリーを噴霧乾燥して顆粒にする。

そして、顆粒を成形型に充填して、一軸加圧法を用いて加圧することにより、所定形状の成形体を得る。

次に、成形体を、窒素雰囲気中または真空雰囲気中などで、例えば保持時間を１５時間以上４８時間以下で脱脂して脱脂体を得る。なお、このときの脱脂温度は、添加したバインダの種類によって異なるが、９００℃以下がよく、特に、４００℃以上８００℃以下とすることが好適である。

次に、この脱脂体を５０ｋＰａ〜１．１ＭＰａの窒素分圧で、１０００℃以上１４００℃以下の温度で窒化することにより、窒化体を得る。

そして、この窒化体を５０ｋＰａ〜３００ｋＰａの窒素分圧で、温度を１６４０℃以上１８００℃未満として１０〜１５時間保持することによって焼成した後、常温まで放冷することによって、本実施形態の溶接用エンドタブを得ることができる。

また、対向面がクロム，マンガン，鉄および銅の少なくともいずれか１種を含む珪化物を内部よりも多く含む溶接用エンドタブを得るには、酸化クロム，酸化マンガン，酸化第二鉄および酸化銅のいずれか１種の粉末が添加された第１出発原料を用いた窒化体を密閉型の焼成容器内に配置した上で、金属シリコンと二酸化珪素とからなる脱脂体も併せて焼成容器内に配置することによって、雰囲気を制御すればよい。なお、脱脂体における、金属シリコンと二酸化珪素とのモル比は、Ｓｉ：ＳｉＯ_２＝０．６〜１．４：１とする。

また、対向面の炭素の含有量が４０原子％以上である溶接用エンドタブを得るには、窒化体を炭素からなる密閉型の焼成容器内に窒化体を載置し、上述した方法で、焼成すればよい。

また、比率Ｘ／Ｙが０．１以上０．５以下であるセラミック焼結体からなる溶接用エンドタブを得るには、窒化珪素からなる密閉型の焼成容器内に上述した方法で得られた溶接用エンドタブを載置し、窒素雰囲気中、１７５０℃〜１９００℃の温度で熱処理し、最高温度から８００℃までの降温速度を１０℃／分〜１１．２℃／分として冷却した後に常温まで放冷することによって得ることができる。

また、対向面における円相当径１μｍ以上５μｍ以下の白点の個数が、０．１５ｍｍ^２あたり２０００個以下であるセラミック焼結体からなる溶接用エンドタブを得るには、上記焼成容器の単位容積に対する溶接用エンドタブの質量を０．４ｇ／ｃｍ^３以下となるようにすればよい。

［セラミック焼結体の第２の実施形態の製造方法］セラミック焼結体の第２の実施形態を得るには、第１の出発原料に代えて、第２の出発原料を用いればよい。第２の出発原料として、組成式がＳｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚで表される、固溶量ｚが０．５以下である窒化珪素の粉末（α化率５０％以上、平均粒径Ｄ_５０＝０．５〜４μｍ）と、焼結助剤として酸化カルシウム，酸化アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の各粉末を準備する。なお、組成式がＳｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ（ｚ＝０．１〜１）で表されるβ−サイアロンである窒化珪素を得るには、固溶量ｚが０．０５以上０．５以下である窒化珪素の粉末を用いればよい。

ここで、焼結助剤である酸化カルシウム，酸化アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の各粉末の合計は、窒化珪素質粉末とこれら焼結助剤の粉末の合計との総和を１００質量％としたときに、３質量％以上１９．２質量％以下になるようにすればよく、また各焼結助剤の含有量は、酸化カルシウム，酸化アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の合計１００質量％に対して、酸化カルシウムおよび酸化アルミニウムの含有量を０．３質量％以上１．５質量％以下，１４．２質量％以上４８．８質量％以下として、残部を希土類元素の酸化物とすればよい。

これら第２の出発原料等を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の各種バインダとともに、例えば、バレルミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル，サンドミルまたはアジテーターミル等入れて湿式にて混合・粉砕して、スラリーとし、第１の実施形態の製造方法と同様の工程を経て製造することができる。

［セラミック焼結体の第３の実施形態の製造方法］セラミック焼結体の第３の実施形態を得るには、第１の出発原料や第２の出発原料に代えて、第３の出発原料を用いればよい。まず、金属シリコンの粉末と、β化率が２０％以下である窒化珪素の粉末とを準備して、（金属シリコンの粉末）／（窒化珪素の粉末）の質量比が１以上１０以下となるように混合して第１粉末を得る。ここで、金属シリコンの粉末の粒径によっては、窒化不足および焼結不足の原因となるおそれがあるので、金属シリコンの粉末は、粒度分布曲線の累積体積の総和を１００％としたときの累積体積が９０％となる粒径（Ｄ_９０）を１０μｍ以下、好ましくは６μｍ以下のものを用いる。

また、焼結助剤として、アルミン酸マグネシウムの粉末および第１の金属化合物の粉末を秤量した第２粉末を得る。

ここで、第１粉末および第２粉末の合計を１００質量％としたとき、第２粉末が１０質量％以上２３質量％以下となるように秤量した粉末を第３の出発原料とする。なお、第１の金属化合物とは、酸化アルミニウム，二酸化珪素および炭酸カルシウム等である。また、アルミン酸マグネシウムの粉末の代わりに、水酸化マグネシウム，酸化マグネシウムおよび炭酸マグネシウム等の粉末を用いても構わない。これら混合粉末および焼結助剤等の粉末を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の各種バインダとともに、例えば、バレルミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル，サンドミルまたはアジテーターミル等入れて湿式にて混合・粉砕して、スラリーとし、第１の実施形態の製造方法と同様の工程を経て製造することができる。

［セラミック焼結体の第４の実施形態の製造方法］セラミック焼結体の第４の実施形態を得るには、まず、焼結助剤として、第２の金属化合物の粉末を秤量した第３粉末を得る。ここで、第３粉末および第３の実施形態の製造方法で用いた第１粉末の合計を１００質量％としたとき、第３粉末が８．６質量％以上１８．６質量％以下となるように秤量した粉末を第４の出発原料とする。なお、第２の金属化合物とは、希土類酸化物、水酸化マグネシウム，酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウム等のマグネシウム化合物、酸化アルミニウム等である。より具体的には、第１粉末および第３粉末の合計を１００質量％としたとき、希土類酸化物の粉末を７質量％以上１４質量％以下、水酸化マグネシウム，酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウムの粉末を１質量％以上４質量％以下、酸化アルミニウムの粉末を０．６質量％以下（但し、０質量％を含まず。）とすればよい。

第４の出発原料を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の各種バインダとともに、例えば、バレルミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル，サンドミルまたはアジテーターミル等入れて湿式にて混合・粉砕して、スラリーとし、第１の実施形態の製造方法と同様の工程を経て製造することができる。

［セラミック焼結体の第５の実施形態の製造方法］セラミック焼結体の第５の実施形態を得るには、焼成後に対向面となる成形体の表面に、第１の出発原料、第２の出発原料、第３の出発原料または第４の出発原料と、菱面体晶の窒化硼素の粉末とを、バインダーとともにエタノール等の溶媒に添加したペーストをスクリーン印刷法で塗布し、温度を、例えば、６０℃以上１００℃以下として乾燥させる工程を行えばよい。この工程によって、表面に菱面体晶の窒化硼素が存在する窒化珪素質成形体が得られる。なお、菱面体晶の窒化硼素の粉末の添加量は、上記各粉末の合計１００質量％のうち、３質量％以上２０質量％以下とすればよい。

あるいは、上記方法に代えて、窒化珪素質成形体を反応容器内の所定位置に配置し、硼素源ガスとしてＢＣｌ_３、ＢＦ_３、ＢＢｒ_３、Ｂ_２Ｈ_６、Ｂ_３Ｎ_３Ｈ_３、Ｂ_３Ｎ_３Ｈ_３Ｃ₁₃およびＢ（Ｃ_２Ｈ_５）_３のうちの少なくともいずれか１種と、窒素源ガスとしてＨＮ_３
、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_２、ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４Ｂｒ、ＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４Ｈｆ_２およびＮＨ_４Ｉのうちの少なくともいずれか１種と、希釈搬送ガス（キャリヤガス）としてＡｒ、ＨｅおよびＨ_２のうちの少なくともいずれか１種とを反応容器内に導入し、温度を６００〜８００℃、時間を１〜３時間で気相合成してもよい。この気相合成により、窒化珪素の粒子と、窒化硼素の粒子とが表面に混在する窒化珪素質成形体を得ることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

上述の第１の実施形態について説明する。まず、出発原料として、珪素の粉末（平均粒径Ｄ_５０＝１０μｍ）および窒化珪素の粉末（α化率９０％、平均粒径Ｄ_５０＝１μｍ）と、焼結助剤として、酸化イットリウムの粉末（平均粒径Ｄ_５０＝１μｍ），酸化アルミニウムの粉末（平均粒径Ｄ_５０＝１μｍ）および二酸化珪素の粉末（平均粒径Ｄ_５０=１
μｍ）とを準備し、出発原料および焼結助剤の各粉末を混合して混合粉末を作製した。なお、珪素の粉末と窒化珪素の粉末との質量比率は８４：１６とし、酸化イットリウム，酸化アルミニウムおよび二酸化珪素の各粉末は、混合粉末の合計１００質量％のうち、酸化イットリウムの粉末を１３．８質量％，酸化アルミニウムの粉末を３．７質量％となるように秤量した。

さらに、混合粉末１００質量部に対して、酸化第二鉄の粉末を１．４質量部および酸化タングステンの粉末を０．７質量部秤量して添加した。

そして、それぞれの粉末，ＰＶＡ，水および窒化珪素からなる粉砕用メディアをバレルミルに入れて湿式にて混合・粉砕して、スラリーとした。

次に、噴霧乾燥装置を用いてスラリーを噴霧乾燥することにより顆粒にした。

そして、顆粒を成形型に充填して、一軸加圧法を用いて加圧することにより、所定形状の成形体を得た。

次に、６００℃の窒素雰囲気中で２０時間保持して脱脂し、脱脂体を得た。その後、黒鉛抵抗発熱体が設置された焼成炉内に脱脂体を配置し、１２０ｋＰａの窒素分圧で、１３００℃の温度で窒化することにより、窒化体を得た。そして、得られた窒化体を２００ｋＰａの窒素分圧，１７５０℃の焼成温度で１０時間保持した後、常温まで放冷することによって、溶接用エンドタブである試料Ｎｏ．１を得た。

また、上記試料とは別に、比較例として、表１に示す主成分のセラミック焼結体からなる溶接用エンドタブである試料Ｎｏ．２，３を作製した。
ここで、各試料のセラミック焼結体を構成する成分は、ＸＲＤで同定し、同定された成分をリートベルト解析することによって主成分を求め、その主成分を表１に示した。

そして、図２に示すように、第３金属部材３の一方の主面に、厚さが２５ｍｍの第４金属部材４の端面を炭酸ガスアーク溶接法により溶接した。なお、溶接は、溶接用材料として低電流薄板用溶接ワイヤーを用いて、本溶接および仕上げ溶接を順次行った。また、本溶接では、電流を３００Ａ，電圧を３８Ｖとし、仕上げ溶接では、電流を２５０Ａ，電圧を３２Ｖとした。そして、溶接終了後に、溶接用エンドタブを取り外した。

溶接用エンドタブを取り外すに当たり、手で簡単に取り外すことができた試料には１を、手では取り外すことができず、ハンマーでたたくことによって取り外すことができた試料には２をそれぞれ表１の評価欄に記入した。なお、表１の評価欄に１を記入した試料には、被溶接部材に対向する接触部に欠落が観察されず、２を記入した試料には接触部に部分的な欠落が観察された。

表１に示すように、試料Ｎｏ．１は、少なくとも被溶接部材に対向して配置される接触部が窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体からなることから、試料Ｎｏ２，３よりも溶融金属に対する濡れ性が低いため、溶接後に簡単に取り外すことができる。また、窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体は機械的強度が高く、かつ溶融した金属に対する耐食性が高いことから、繰り返し使用による形状や強度の変化が小さく、繰り返し使用できる回数が多い（耐久性が高い）。

実施例１で示した方法と同じ方法で、窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体からなる溶接用エンドタブを作製した。

次に、窒化珪素からなる密閉型の焼成容器内に溶接用エンドタブを載置し、窒素雰囲気中で１７５０℃の温度で熱処理した後、表２に示す降温速度で８００℃まで冷却して、その後、放冷することにより、溶接用エンドタブを得た。なお、焼成容器の容積に対するセラミック焼結体の質量は０．５ｇ／ｃｍ^３となるようにした。

次に、各試料につき、ＸＲＤによりセラミック焼結体を構成する成分を同定し、同定された成分をリートベルト解析することによって窒化珪素の含有量を求めた。その結果、各試料ともに、窒化珪素の含有量は８０質量％以上であり、窒化珪素とＹ_２ＳｉＡｌＯ_５とが確認された。また、ハローパターンが見られることから、非晶質相が存在することを確認した。

また、得られた各試料のＸ線回折チャートから、２θ＝３２〜３３°のＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎのピーク強度Ｘと、２θ＝３３．２〜３４．２°の窒化珪素のピーク強度Ｙとの比率Ｘ／Ｙを算出し、その値を表２に示した。

次に、各試料の対向面を目視で観察し、白色に見える部分の有無を確認した。結果を表３に示す。

また、各試料の対向面を研磨し、研磨によって得られた鏡面を洗浄した後、光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で観察し、面積が０．１５ｍｍ^２（横方向の長さが１０００μｍ、縦方向の長さが１５０μｍ）となる範囲をＣＣＤカメラで撮影した暗視野での画像を取り込み、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）による粒子解析により求められた円相当径１μｍ以上５μｍ以下の白点の個数を表２に示した。ここで、粒子解析の設定条件としては、明度を明に設定し、２値化の方法を手動，小図形除去面積を１μｍ^２，および画像の明暗を示す指標であるしきい値を、画像内の各点（各ピクセル）が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の１．１倍とした。

次に、各試料を作製した方法と同じ方法により、試験片を作製し、ＪＩＳ Ｒ １６０１−２００８に準拠して４点曲げ強度を、また、ＪＩＳ Ｒ １６４８−２００２で規定する相対法に準拠して耐熱衝撃温度をそれぞれ求め、その値を表２に示した。

表２に示すように、試料Ｎｏ．６〜１４は、窒化珪素の含有量が８０質量％以上であり、粒界相にＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎが存在し、比率Ｘ／Ｙが０．１以上０．５以下であることから、白色に見える部分はない。すなわち、試料Ｎｏ．６〜１４は、粒界相に生じる空隙が比較的少なくなっており、優れた機械的強度と高い耐熱衝撃性とを兼ね備えていることがわかった。

１：第１金属部材
２：第２金属部材
３：第３金属部材
４：第４金属部材
５：クランプ用針金
６：裏当金
７：窒化珪素の結晶
８：粒界相
９：開気孔
１０：溶接用エンドタブ

Claims (11)

1. 少なくとも被溶接部材に対向して配置される接触部が窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体からなり、前記接触部の前記被溶接部材に対向して接触する対向面に円相当径が１μｍ以上５μｍ以下の白点が存在し、該白点の個数が０．１５ｍｍ ^２ あたり２０００個以下であることを特徴とする溶接用エンドタブ。
2. 前記対向面は開気孔を有し、
   前記開気孔の内部には、窒化珪素の柱状結晶が互いに交錯するように複数位置していることを特徴とする請求項１に記載の溶接用エンドタブ。
3. 前記対向面は、クロム，マンガン，鉄および銅の少なくともいずれか１種を含む珪化物を前記内部よりも多く含むことを特徴とする請求項２に記載の溶接用タブ。
4. 前記対向面は、炭素の含有量が４０原子％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の溶接用エンドタブ。
5. 前記セラミック焼結体における窒化珪素の含有量が８０質量％以上であり、粒界相にＹ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎが存在し、Ｘ線回折チャートにおける２θ＝３２〜３３°の前記Ｙ_２ＳｉＡｌＯ_５Ｎのピーク強度をＸ、２θ＝３３．２〜３４．２°の前記窒化珪素のピーク強度をＹとしたとき、比率Ｘ／Ｙが０．１以上０．５以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の溶接用エンドタブ。
6. 前記セラミック焼結体は、カルシウム，アルミニウムおよび希土類元素の酸化物を含み、カルシウム，アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の合計１００質量％のうち、カルシウムの含有量は酸化物に換算して０．３質量％以上１．５質量％以下，アルミニウムの含有量は酸化物に換算して１４．２質量％以上４８．８質量％以下であり、残部が希土類元素の酸化物であるとともに、
   窒化珪素は、組成式がＳｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ（ｚ＝０．１〜１）で表されるβ−サイアロンであり、平均結晶粒径が２０μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の溶接用エンドタブ。
7. 前記セラミック焼結体は、ゲーレナイトを含み、Ｘ線回折チャートにおける２θ＝３１°〜３２°のゲーレナイトのピーク強度の半値幅が０．５°以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の溶接用エンドタブ。
8. 前記セラミック焼結体は、希土類元素、マグネシウムおよびアルミニウムの酸化物を含み、アルミニウムの含有量は、酸化物に換算して０．６質量％以下（但し、０質量％を含まず。）であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の溶接用エンドタブ。
9. 前記セラミック焼結体の粒界相は、ＲＥＳｉＯ_２Ｎ，ＲＥ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４，ＲＥ_４Ｓｉ_２Ｏ_７Ｎ_２およびＲＥ_５Ｓｉ_３Ｏ_１２Ｎ（ＲＥ：希土類元素）の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項８に記載の溶接用エンドタブ。
10. 前記対向面は、窒化硼素の含有量が３質量％以上２０質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の溶接用エンドタブ。
11. 窒化硼素の結晶構造が菱面体晶であることを特徴とする請求項１０に記載の溶接用エンドタブ。