JPH10291876A - 金属ーセラミックス複合部材の製造方法及びその装置 - Google Patents
金属ーセラミックス複合部材の製造方法及びその装置Info
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- JPH10291876A JPH10291876A JP10011097A JP10011097A JPH10291876A JP H10291876 A JPH10291876 A JP H10291876A JP 10011097 A JP10011097 A JP 10011097A JP 10011097 A JP10011097 A JP 10011097A JP H10291876 A JPH10291876 A JP H10291876A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた接合特性を有する金属ーセラミックス
複合部材を低コストで製造することを可能にする。 【解決手段】 接合用の金属を溶融させた金属溶湯１０
中を接合用のセラミックス部材５を上方から下方に向け
て通過させて前記セラミックス部材を前記金属で濡らし
た後に該セラミックス部材を上方から下方に移動しなが
ら前記セラミックス部材への前記金属の付着量及び／又
は形状を制御しつつ凝固させる操作を施すようにした。
複合部材を低コストで製造することを可能にする。 【解決手段】 接合用の金属を溶融させた金属溶湯１０
中を接合用のセラミックス部材５を上方から下方に向け
て通過させて前記セラミックス部材を前記金属で濡らし
た後に該セラミックス部材を上方から下方に移動しなが
ら前記セラミックス部材への前記金属の付着量及び／又
は形状を制御しつつ凝固させる操作を施すようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスと金
属との強固な複合部材を製造する金属ーセラミックス複
合部材の製造方法及びその装置に関するものである。
属との強固な複合部材を製造する金属ーセラミックス複
合部材の製造方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスの化学安定性、高融点、絶
縁性、高硬度、比較的に高い熱伝導性等の特性と、金属
の高強度高靭性、易加工性、導電性等の特性を生かした
金属ーセラミックス複合部材は、自動車、電子装置等に
広く用いられ、その代表的な例として、自動車ターボチ
ャージャー用のローター、大電力電子素子実装用の金属
ーセラミックス複合基板及びパッケージが挙げられる。
縁性、高硬度、比較的に高い熱伝導性等の特性と、金属
の高強度高靭性、易加工性、導電性等の特性を生かした
金属ーセラミックス複合部材は、自動車、電子装置等に
広く用いられ、その代表的な例として、自動車ターボチ
ャージャー用のローター、大電力電子素子実装用の金属
ーセラミックス複合基板及びパッケージが挙げられる。
【０００３】上記金属ーセラミックス複合部材の主な製
造方法としては、接着、メッキ、メタライズ、溶射、鋳
ぐるみ、ろう接法、ＤＢＣ法が公知であるが、金属ーセ
ラミックス複合基板に関しては、近年コスト上の問題か
らアルミナ基板を用いるＤＢＣ法や窒化アルミニウム基
板を用いるろう接により大部分の金属ーセラミックス複
合基板が製造されている。
造方法としては、接着、メッキ、メタライズ、溶射、鋳
ぐるみ、ろう接法、ＤＢＣ法が公知であるが、金属ーセ
ラミックス複合基板に関しては、近年コスト上の問題か
らアルミナ基板を用いるＤＢＣ法や窒化アルミニウム基
板を用いるろう接により大部分の金属ーセラミックス複
合基板が製造されている。
【０００４】しかしながら従来法においては、金属をア
ルミナ基板に直接接合する方法としては、銅板を直接接
合するＤＢＣ法が公知であるが、アルミニウムを直接接
合する方法は今まで知られていなかった。
ルミナ基板に直接接合する方法としては、銅板を直接接
合するＤＢＣ法が公知であるが、アルミニウムを直接接
合する方法は今まで知られていなかった。
【０００５】本出願人は先に、セラミックス部材に金属
板としてのアルミニウムを直接に接合する装置として、
特開平８ー１９８６２９号「金属ーセラミックス複合部
材の製造装置」を提案した。
板としてのアルミニウムを直接に接合する装置として、
特開平８ー１９８６２９号「金属ーセラミックス複合部
材の製造装置」を提案した。
【０００６】この装置は、セラミックス部材を連続的に
供給するための搬送手段と、搬送されたセラミックス部
材を予熱する予熱部と、予熱されたセラミックス部材を
坩堝内の金属溶湯中を通過させてセラミックス部材の周
囲面の少なくとも一部分に金属を接合する接合部と、該
接合されたセラミックス部材を徐冷して金属を凝固さ
せ、金属ーセラミックス複合部材となす冷却部とを主要
部と成すものであり、優れた特性を有する金属ーセラミ
ックス複合部材を大量に得ることが可能である。
供給するための搬送手段と、搬送されたセラミックス部
材を予熱する予熱部と、予熱されたセラミックス部材を
坩堝内の金属溶湯中を通過させてセラミックス部材の周
囲面の少なくとも一部分に金属を接合する接合部と、該
接合されたセラミックス部材を徐冷して金属を凝固さ
せ、金属ーセラミックス複合部材となす冷却部とを主要
部と成すものであり、優れた特性を有する金属ーセラミ
ックス複合部材を大量に得ることが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
ス部材に薄板状の金属を接合する場合において、最近、
この薄板の厚さの均一性を極めて厳しく要請される場合
がみられるが、その様な要請に対しては上記装置では必
ずしも十分に対応できない場合もあった。また、金属を
所定の形状に凝固させるためにダイスを使用した場合、
ダイス離れの点で若干の問題があった。
ス部材に薄板状の金属を接合する場合において、最近、
この薄板の厚さの均一性を極めて厳しく要請される場合
がみられるが、その様な要請に対しては上記装置では必
ずしも十分に対応できない場合もあった。また、金属を
所定の形状に凝固させるためにダイスを使用した場合、
ダイス離れの点で若干の問題があった。
【０００８】本発明者等が上述の問題点の原因を究明し
たところ、以下の点が原因であろうとの結論を得ること
ができた。
たところ、以下の点が原因であろうとの結論を得ること
ができた。
【０００９】すなわち、上記従来の装置は、セラミック
ス部材を横状に連続的に供給して坩堝内を通過させる構
造である。したがって、板状のセラミックス部材の表裏
の２面に金属を接合させる場合、セラミックス部材が金
属溶湯中を重力方向と非平行状態で通過させることにな
る。このため、重力の及ぼす影響により金属溶湯からの
蒸気がセラミックス部材の下面にのみ溜まることになり
がちである。それゆえ、接合時において、セラミックス
部材の表裏２面は金属溶湯の蒸気から不均一な作用を受
けることが考えられる。同様に、冷却部においても金属
溶湯からの蒸気がセラミックス部材の下面にのみ溜ま
り、同じ条件で冷却しても表裏２面に不均一な作用を受
けて冷却状態が異なってくることが考えられる。
ス部材を横状に連続的に供給して坩堝内を通過させる構
造である。したがって、板状のセラミックス部材の表裏
の２面に金属を接合させる場合、セラミックス部材が金
属溶湯中を重力方向と非平行状態で通過させることにな
る。このため、重力の及ぼす影響により金属溶湯からの
蒸気がセラミックス部材の下面にのみ溜まることになり
がちである。それゆえ、接合時において、セラミックス
部材の表裏２面は金属溶湯の蒸気から不均一な作用を受
けることが考えられる。同様に、冷却部においても金属
溶湯からの蒸気がセラミックス部材の下面にのみ溜ま
り、同じ条件で冷却しても表裏２面に不均一な作用を受
けて冷却状態が異なってくることが考えられる。
【００１０】本発明は、上述の解明事実に基づいてなさ
れたものであり、優れた接合特性を有する金属ーセラミ
ックス複合部材を低コストで製造できる金属ーセラミッ
クス複合部材の製造方法及びその装置を提供することを
目的とする。
れたものであり、優れた接合特性を有する金属ーセラミ
ックス複合部材を低コストで製造できる金属ーセラミッ
クス複合部材の製造方法及びその装置を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、セラミックス部材に金属が接
合された金属ーセラミックス複合部材を製造する金属ー
セラミックス複合部材の製造方法において、接合用の金
属を溶融させた金属溶湯中を接合用のセラミックス部材
を上方から下方に向けて通過させて前記セラミックス部
材を前記金属で濡らした後に該セラミックス部材を上方
から下方に移動しながら前記セラミックス部材への前記
金属の付着量及び／又は形状を制御しつつ凝固させる操
作を施す工程を有することを特徴とする金属ーセラミッ
クス複合部材の製造方法である。
めに、請求項１の発明は、セラミックス部材に金属が接
合された金属ーセラミックス複合部材を製造する金属ー
セラミックス複合部材の製造方法において、接合用の金
属を溶融させた金属溶湯中を接合用のセラミックス部材
を上方から下方に向けて通過させて前記セラミックス部
材を前記金属で濡らした後に該セラミックス部材を上方
から下方に移動しながら前記セラミックス部材への前記
金属の付着量及び／又は形状を制御しつつ凝固させる操
作を施す工程を有することを特徴とする金属ーセラミッ
クス複合部材の製造方法である。
【００１２】請求項２の発明は、セラミックス部材に金
属が接合された金属ーセラミックス複合部材を製造する
金属ーセラミックス複合部材の製造装置において、接合
用セラミックス部材を上方から下方に搬送する搬送手段
と、前記搬送手段によって搬送されるセラミックス部材
を予熱する予熱手段と、接合用の金属を溶融させた金属
溶湯を保持する金属溶湯保持部を有し、前記予熱手段に
よって予熱されたセラミックス部材を前記金属溶湯中を
上方から下方に向けて通過させて前記セラミックス部材
を前記金属で濡らした後に該セラミックス部材を上方か
ら下方に移動しながら前記セラミックス部材への前記金
属の付着量及び／又は形状を制御しつつ前記金属を前記
セラミックス部材に接合する接合部を有する接合手段
と、前記接合手段の接合部を下方に移動するセラミック
ス部材を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする
金属ーセラミックス複合部材の製造装置である。
属が接合された金属ーセラミックス複合部材を製造する
金属ーセラミックス複合部材の製造装置において、接合
用セラミックス部材を上方から下方に搬送する搬送手段
と、前記搬送手段によって搬送されるセラミックス部材
を予熱する予熱手段と、接合用の金属を溶融させた金属
溶湯を保持する金属溶湯保持部を有し、前記予熱手段に
よって予熱されたセラミックス部材を前記金属溶湯中を
上方から下方に向けて通過させて前記セラミックス部材
を前記金属で濡らした後に該セラミックス部材を上方か
ら下方に移動しながら前記セラミックス部材への前記金
属の付着量及び／又は形状を制御しつつ前記金属を前記
セラミックス部材に接合する接合部を有する接合手段
と、前記接合手段の接合部を下方に移動するセラミック
ス部材を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする
金属ーセラミックス複合部材の製造装置である。
【００１３】請求項３の発明は、前記接合手段の接合部
は、前記金属溶湯保持部内の底部に上端を開口して接続
されているとともに下端部が下方に向けて延長されたガ
イド一体ダイスを有し、前記ガイド一体ダイスは、前記
金属に濡れたセラミックス部材及び前記金属溶湯の一部
を前記上端開口部から導入し、前記セラミックス部材を
ガイドしながら下方に移動させて前記セラミックス部材
への前記金属の付着量及び／又は形状を規制しつつ前記
金属をセラミックス部材に接合する接合通路を有するも
のであることを特徴とする請求項２に記載の金属ーセラ
ミックス複合部材の製造装置である。
は、前記金属溶湯保持部内の底部に上端を開口して接続
されているとともに下端部が下方に向けて延長されたガ
イド一体ダイスを有し、前記ガイド一体ダイスは、前記
金属に濡れたセラミックス部材及び前記金属溶湯の一部
を前記上端開口部から導入し、前記セラミックス部材を
ガイドしながら下方に移動させて前記セラミックス部材
への前記金属の付着量及び／又は形状を規制しつつ前記
金属をセラミックス部材に接合する接合通路を有するも
のであることを特徴とする請求項２に記載の金属ーセラ
ミックス複合部材の製造装置である。
【００１４】請求項４の発明は、前記ガイド一体ダイス
は、前記接合通路が、上方から下方に向かうにしたがっ
て次第にその断面積が増大するテーパ状に形成されてい
るものであることを特徴とする請求項３に記載の金属ー
セラミックス複合部材の製造装置である。
は、前記接合通路が、上方から下方に向かうにしたがっ
て次第にその断面積が増大するテーパ状に形成されてい
るものであることを特徴とする請求項３に記載の金属ー
セラミックス複合部材の製造装置である。
【００１５】請求項５の発明は、前記予熱手段は、前記
セラミックス部材をガイドしつつ下方に移動させる間に
予熱する予熱通路であって前記金属溶湯保持部の金属溶
湯中にその下端が開口して挿入されるとともに上端が開
口されて接合用セラミックス部材の導入口とされる予熱
通路を有するガイド一体ダイスによって構成されている
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の
金属ーセラミックス複合部材の製造装置である。
セラミックス部材をガイドしつつ下方に移動させる間に
予熱する予熱通路であって前記金属溶湯保持部の金属溶
湯中にその下端が開口して挿入されるとともに上端が開
口されて接合用セラミックス部材の導入口とされる予熱
通路を有するガイド一体ダイスによって構成されている
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の
金属ーセラミックス複合部材の製造装置である。
【００１６】請求項６の発明は、前記ガイド一体ダイス
は、一部又は全部が灰分５００ｐｐｍ以下、かさ密度
１．５ｇ／ｃｍ3 以上のカーボンからなることを特徴と
する請求項２ないし５のいずれかに記載の金属ーセラミ
ックス部材の製造装置である。
は、一部又は全部が灰分５００ｐｐｍ以下、かさ密度
１．５ｇ／ｃｍ3 以上のカーボンからなることを特徴と
する請求項２ないし５のいずれかに記載の金属ーセラミ
ックス部材の製造装置である。
【００１７】上述の構成によれば、接合用の金属を溶融
させた金属溶湯中を接合用のセラミックス部材を上方か
ら下方に向けて通過させて前記セラミックス部材を前記
金属で濡らした後に該セラミックス部材を上方から下方
に移動しながら前記セラミックス部材への前記金属の付
着量及び／又は形状を制御しつつ凝固させる操作を施し
てセラミックス部材に金属を接合するようにしたので、
セラミックス部材を横方向に移動させながら金属を接合
する従来の装置の場合のような不都合を生ずるおそれが
ない。すなわち、例えば、板状のセラミックス部材の表
裏の２面に金属を接合させる場合においても、セラミッ
クス部材が金属溶湯中を重力方向と平行状態で通過させ
ることになる。このため、重力が表裏の面に均等に作用
し、接合時において、セラミックス部材の表裏２面は金
属溶湯の蒸気から不均一な作用を受けるようなこともな
い。同様に、冷却部においても金属溶湯からの蒸気が表
裏２面に均一に作用するので、冷却状態が異なるおそれ
もない。
させた金属溶湯中を接合用のセラミックス部材を上方か
ら下方に向けて通過させて前記セラミックス部材を前記
金属で濡らした後に該セラミックス部材を上方から下方
に移動しながら前記セラミックス部材への前記金属の付
着量及び／又は形状を制御しつつ凝固させる操作を施し
てセラミックス部材に金属を接合するようにしたので、
セラミックス部材を横方向に移動させながら金属を接合
する従来の装置の場合のような不都合を生ずるおそれが
ない。すなわち、例えば、板状のセラミックス部材の表
裏の２面に金属を接合させる場合においても、セラミッ
クス部材が金属溶湯中を重力方向と平行状態で通過させ
ることになる。このため、重力が表裏の面に均等に作用
し、接合時において、セラミックス部材の表裏２面は金
属溶湯の蒸気から不均一な作用を受けるようなこともな
い。同様に、冷却部においても金属溶湯からの蒸気が表
裏２面に均一に作用するので、冷却状態が異なるおそれ
もない。
【００１８】また、セラミックス部材を上方から下方に
移動しつつ接合するようにしているので、その製造装置
の配置を、上方より予熱部、接合部、冷却部とする事が
でき、予熱部においては、接合部からの熱を利用するこ
とが容易になるため予熱ヒーターの出力を小さく抑えら
れることから、省エネルギー化が図られる。
移動しつつ接合するようにしているので、その製造装置
の配置を、上方より予熱部、接合部、冷却部とする事が
でき、予熱部においては、接合部からの熱を利用するこ
とが容易になるため予熱ヒーターの出力を小さく抑えら
れることから、省エネルギー化が図られる。
【００１９】さらに、接合部においては、セラミックス
部材と溶融金属の接触界面の金属蒸気による影響をセラ
ミックス部材の進行方向において部材の表裏両面で均一
に受けることができる他、冷却部においては、水冷方式
の場合に冷却ジャケット内で発生する水蒸気による冷却
能のばらつきをセラミックス部材の進行方向において部
材の表裏両面で均一に受けることができる。更に、冷却
部は、溶融、接合ヒーターの下方に設置されるため、従
来のように横向きに各部を並べて設置した場合と比較し
て、ヒーターからの熱を受けにくいため冷却温度勾配を
大きくとれると同時に、溶湯金属自体も坩堝内からガイ
ド一体ダイス内または冷却部までの流れ性が向上する。
部材と溶融金属の接触界面の金属蒸気による影響をセラ
ミックス部材の進行方向において部材の表裏両面で均一
に受けることができる他、冷却部においては、水冷方式
の場合に冷却ジャケット内で発生する水蒸気による冷却
能のばらつきをセラミックス部材の進行方向において部
材の表裏両面で均一に受けることができる。更に、冷却
部は、溶融、接合ヒーターの下方に設置されるため、従
来のように横向きに各部を並べて設置した場合と比較し
て、ヒーターからの熱を受けにくいため冷却温度勾配を
大きくとれると同時に、溶湯金属自体も坩堝内からガイ
ド一体ダイス内または冷却部までの流れ性が向上する。
【００２０】また、本発明において使用するガイド一体
ダイスの材質としては、全部または一部を好ましくは灰
分５００ｐｐｍ以下、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ3 以上、
更に好ましくは灰分２００ｐｐｍ以下、かさ密度１．９
ｇ／ｃｍ3 以上のカーボンとすることが好ましく、これ
により、接合用の溶融金属のダイス離れを良好にし、さ
らには、ガイド一体ダイスと溶湯金属との接触する部分
においてそれらの反応が少なくなりダイス寿命を長くす
る効果を有する。
ダイスの材質としては、全部または一部を好ましくは灰
分５００ｐｐｍ以下、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ3 以上、
更に好ましくは灰分２００ｐｐｍ以下、かさ密度１．９
ｇ／ｃｍ3 以上のカーボンとすることが好ましく、これ
により、接合用の溶融金属のダイス離れを良好にし、さ
らには、ガイド一体ダイスと溶湯金属との接触する部分
においてそれらの反応が少なくなりダイス寿命を長くす
る効果を有する。
【００２１】本発明で使用する金属とガイド一体ダイス
の高温での酸化をふせぐためには必要に応じて装置の内
部をある特定の雰囲気にする必要がある。後述する実施
例においては窒素ガス雰囲気において実施したが、同じ
ような効果はアルゴン、水素ガス等のような不活性ガ
ス、あるいは還元性のガス、またはこれらのガスの混合
物を使っても得られる。
の高温での酸化をふせぐためには必要に応じて装置の内
部をある特定の雰囲気にする必要がある。後述する実施
例においては窒素ガス雰囲気において実施したが、同じ
ような効果はアルゴン、水素ガス等のような不活性ガ
ス、あるいは還元性のガス、またはこれらのガスの混合
物を使っても得られる。
【００２２】なお本発明で使用する好ましい金属は、ア
ルミニウム、またはアルミニウムを主成分とする合金で
あり、一方、セラミックス部材としてはアルミニウム、
珪素等の酸化物、窒化物、炭化物等のセラミックスであ
る。
ルミニウム、またはアルミニウムを主成分とする合金で
あり、一方、セラミックス部材としてはアルミニウム、
珪素等の酸化物、窒化物、炭化物等のセラミックスであ
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例にかかる
金属ーセラミックス複合部材の製造装置の構成を示す図
である。以下、図１を参照にしながら、本発明の一実施
例にかかる金属ーセラミックス複合部材の製造装置を説
明し、あわせて一実施例にかかる金属ーセラミックス複
合部材の製造方法を説明する。なお、この実施例は、縦
１１２ｍｍ、横６２ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状ア
ルミナセラミックス部材の表裏両面に厚さ０．５ｍｍで
幅が５４ｍｍのアルミニウム膜を接合する場合の例であ
る。
金属ーセラミックス複合部材の製造装置の構成を示す図
である。以下、図１を参照にしながら、本発明の一実施
例にかかる金属ーセラミックス複合部材の製造装置を説
明し、あわせて一実施例にかかる金属ーセラミックス複
合部材の製造方法を説明する。なお、この実施例は、縦
１１２ｍｍ、横６２ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状ア
ルミナセラミックス部材の表裏両面に厚さ０．５ｍｍで
幅が５４ｍｍのアルミニウム膜を接合する場合の例であ
る。
【００２４】図１に示されるように、一実施例の金属ー
セラミックス複合部材の製造装置は、上方から下方に向
けて、搬入部１、予熱部２、接合部３及び冷却部４が順
次配置されているものである。
セラミックス複合部材の製造装置は、上方から下方に向
けて、搬入部１、予熱部２、接合部３及び冷却部４が順
次配置されているものである。
【００２５】搬入部１には、上方から供給されるセラミ
ックス部材５を導入して下方に搬送するピンチローラ６
が設けられている。このピンチローラ６は、セラミック
ス部材５を次々と導入して、予熱部２、接合部３及び冷
却部４を通じて外部に搬出する搬送動作を行う搬送手段
として機能する。
ックス部材５を導入して下方に搬送するピンチローラ６
が設けられている。このピンチローラ６は、セラミック
ス部材５を次々と導入して、予熱部２、接合部３及び冷
却部４を通じて外部に搬出する搬送動作を行う搬送手段
として機能する。
【００２６】予熱部２は、予熱用ガイド一体ダイス９ａ
と、このガイド一体ダイス９ａの上端部の周囲を冷却す
る冷却ジャケット１５ａと、これらガイド一体ダイス９
ａの下部を除く大部分及び冷却ジャケット１５ａの周囲
を囲むようにして設けられた断熱材７ａと、後述する熱
処理室１００内の上部に配置されてガイド一体ダイスの
下部を囲むように形成された予熱ヒーター８とによって
構成されている。ガイド一体ダイス９ａは、上端部がピ
ンチローラ６の真下に位置し、下端部が接合部３の後述
する坩堝１１内の溶融金属１０中に挿入されるように縦
に配置された縦長の直方体形状をなしている。また、そ
の長手方向に沿って内部にセラミックス部材５をガイド
しつつ下方に移動させる間に予熱する予熱通路９０ａを
有している。なお、予熱通路９０ａは、セラミックス部
材５が挿入された状態で、セラミックス部材５と予熱通
路９０ａの内壁とのクリアランスが０．２ｍｍ以下にな
るように形成されており、上記溶融金属１０が予熱通路
９０ａ内に侵入しないように構成されている。このガイ
ド一体ダイス９ａは、灰分５００ｐｐｍ以下、かさ密度
１．９ｇ／ｃｍ3 以上の高純度カーボンによって構成さ
れている。
と、このガイド一体ダイス９ａの上端部の周囲を冷却す
る冷却ジャケット１５ａと、これらガイド一体ダイス９
ａの下部を除く大部分及び冷却ジャケット１５ａの周囲
を囲むようにして設けられた断熱材７ａと、後述する熱
処理室１００内の上部に配置されてガイド一体ダイスの
下部を囲むように形成された予熱ヒーター８とによって
構成されている。ガイド一体ダイス９ａは、上端部がピ
ンチローラ６の真下に位置し、下端部が接合部３の後述
する坩堝１１内の溶融金属１０中に挿入されるように縦
に配置された縦長の直方体形状をなしている。また、そ
の長手方向に沿って内部にセラミックス部材５をガイド
しつつ下方に移動させる間に予熱する予熱通路９０ａを
有している。なお、予熱通路９０ａは、セラミックス部
材５が挿入された状態で、セラミックス部材５と予熱通
路９０ａの内壁とのクリアランスが０．２ｍｍ以下にな
るように形成されており、上記溶融金属１０が予熱通路
９０ａ内に侵入しないように構成されている。このガイ
ド一体ダイス９ａは、灰分５００ｐｐｍ以下、かさ密度
１．９ｇ／ｃｍ3 以上の高純度カーボンによって構成さ
れている。
【００２７】接合部３は、上記予熱部２に連続して形成
されている熱処理室１００と、この熱処理室１００の下
部に設けられた徐冷室２００とを有している。これら熱
処理室１００及び徐冷室２００は、断熱材７ｂの内部に
形成されている。熱処理室１００内には、接合用の金属
を溶融した溶融金属１０を保持する坩堝１１と、この坩
堝１１内の底部に上端を開口して接続されているととも
に下部が下方の徐冷室２００内に向けて延長された接合
用ガイド一体ダイス９ｂと、坩堝１１を囲むようにして
配置されていて該坩堝１１を加熱して該坩堝１１に収納
された金属を溶融する溶融ヒーター１２とが設けられて
いる。また、徐冷室２００内には、接合用ガイド一体ダ
イス９ｂの周囲に配置されて該ガイド一体ダイス９ｂを
加熱する接合ヒーター１４が設けられている。
されている熱処理室１００と、この熱処理室１００の下
部に設けられた徐冷室２００とを有している。これら熱
処理室１００及び徐冷室２００は、断熱材７ｂの内部に
形成されている。熱処理室１００内には、接合用の金属
を溶融した溶融金属１０を保持する坩堝１１と、この坩
堝１１内の底部に上端を開口して接続されているととも
に下部が下方の徐冷室２００内に向けて延長された接合
用ガイド一体ダイス９ｂと、坩堝１１を囲むようにして
配置されていて該坩堝１１を加熱して該坩堝１１に収納
された金属を溶融する溶融ヒーター１２とが設けられて
いる。また、徐冷室２００内には、接合用ガイド一体ダ
イス９ｂの周囲に配置されて該ガイド一体ダイス９ｂを
加熱する接合ヒーター１４が設けられている。
【００２８】坩堝１１は、上部が開口された箱型の容器
であり、底部に上記ガイド一体ダイス９ｂの上端部を嵌
合する貫通孔１１ａが設けられている。この貫通孔１１
ａに嵌合されるガイド一体ダイス９ｂは、上述の予熱部
２の一部を構成するガイド一体ダイス９ａと基本的には
ほぼ同じ構成を有するものであるが、上記貫通孔１１ａ
に嵌合する上端部には湯止め部１３が形成されている。
この湯止め部１３は、図１においては、坩堝１１内に突
出する上端の下部に窪みを形成してその窪み部分が上記
貫通孔１１ａに密に嵌合する構造として模式的に示して
ある。実際には、上端部を貫通孔１１ａに嵌合する部分
と同じ厚さもしくは径にしておいて貫通孔１１ａに嵌合
し、坩堝１１内に突出した部分に後から追加部材（ナッ
ト状の部材）を嵌合して接着等によって固定する。な
お、坩堝１１は接合ヒーター１４の上端部に載置された
載置台１２０上に載置・固定されている。
であり、底部に上記ガイド一体ダイス９ｂの上端部を嵌
合する貫通孔１１ａが設けられている。この貫通孔１１
ａに嵌合されるガイド一体ダイス９ｂは、上述の予熱部
２の一部を構成するガイド一体ダイス９ａと基本的には
ほぼ同じ構成を有するものであるが、上記貫通孔１１ａ
に嵌合する上端部には湯止め部１３が形成されている。
この湯止め部１３は、図１においては、坩堝１１内に突
出する上端の下部に窪みを形成してその窪み部分が上記
貫通孔１１ａに密に嵌合する構造として模式的に示して
ある。実際には、上端部を貫通孔１１ａに嵌合する部分
と同じ厚さもしくは径にしておいて貫通孔１１ａに嵌合
し、坩堝１１内に突出した部分に後から追加部材（ナッ
ト状の部材）を嵌合して接着等によって固定する。な
お、坩堝１１は接合ヒーター１４の上端部に載置された
載置台１２０上に載置・固定されている。
【００２９】ガイド一体ダイス９ｂは、上端部が上記坩
堝１１の底部の貫通孔１１ａに嵌合され、下端部が冷却
部４に位置するように縦に配置された縦長の直方体形状
をなしている。図２はガイド一体ダイス９ｂの横断面図
である。図２に示されるように、ガイド一体ダイス９ｂ
は、その長手方向に沿って内部に設けられた断面長方形
状の接合通路９０ｂと、この接合通路９０ｂの両側に設
けられたガイド部９１ｂとを有している。接合通路９０
ｂの上端は、坩堝１１内に開口されているとともに、接
合通路９０ｂの中心軸線と上述の予熱用ガイド一体ダイ
ス９ａの予熱通路９０ａの中心軸線とが一致するように
配置されている。また、接合通路９０ｂの断面形状にお
ける短辺の長さは、セラミックス部材５に接合する金属
膜の厚さに対応して該セラミックス部材５の厚さより適
切な値だけ大きくしてあり、長辺の長さは、接合する金
属膜の幅と等しくしてある。また、ガイド部９１ｂはセ
ラミックス部材５をガイドして移動できるようにセラミ
ックス部材５の両端部が適度に嵌合されるように形成さ
れている。また、図３はガイド一体ダイス９ｂの縦断面
図である。図３に示されるように、接合用ガイド一体ダ
イス９ｂの接合通路９０ｂは、上方から下方に向かうに
したがって次第にその断面積が増大するテーパ状に形成
されている。このテーパの度合いは、接合する金属の種
類や厚さその他の条件に対応して定められるが、この実
施例では、２／１０００の勾配で示されるテーパとして
いる。
堝１１の底部の貫通孔１１ａに嵌合され、下端部が冷却
部４に位置するように縦に配置された縦長の直方体形状
をなしている。図２はガイド一体ダイス９ｂの横断面図
である。図２に示されるように、ガイド一体ダイス９ｂ
は、その長手方向に沿って内部に設けられた断面長方形
状の接合通路９０ｂと、この接合通路９０ｂの両側に設
けられたガイド部９１ｂとを有している。接合通路９０
ｂの上端は、坩堝１１内に開口されているとともに、接
合通路９０ｂの中心軸線と上述の予熱用ガイド一体ダイ
ス９ａの予熱通路９０ａの中心軸線とが一致するように
配置されている。また、接合通路９０ｂの断面形状にお
ける短辺の長さは、セラミックス部材５に接合する金属
膜の厚さに対応して該セラミックス部材５の厚さより適
切な値だけ大きくしてあり、長辺の長さは、接合する金
属膜の幅と等しくしてある。また、ガイド部９１ｂはセ
ラミックス部材５をガイドして移動できるようにセラミ
ックス部材５の両端部が適度に嵌合されるように形成さ
れている。また、図３はガイド一体ダイス９ｂの縦断面
図である。図３に示されるように、接合用ガイド一体ダ
イス９ｂの接合通路９０ｂは、上方から下方に向かうに
したがって次第にその断面積が増大するテーパ状に形成
されている。このテーパの度合いは、接合する金属の種
類や厚さその他の条件に対応して定められるが、この実
施例では、２／１０００の勾配で示されるテーパとして
いる。
【００３０】冷却部４は、徐冷室２００の下部に形成さ
れており、上記接合ヒーター１４の下部と、上記接合用
ガイド一体ダイス９ｂの下端部の周囲を囲むようにして
設けられた冷却ジャケット１５ｂとによって構成されて
いる。
れており、上記接合ヒーター１４の下部と、上記接合用
ガイド一体ダイス９ｂの下端部の周囲を囲むようにして
設けられた冷却ジャケット１５ｂとによって構成されて
いる。
【００３１】なお、熱処理室１００内は窒素ガスによっ
て不活性ガス雰囲気にできるように、雰囲気制御装置が
設けられているが、その図示は省略する。
て不活性ガス雰囲気にできるように、雰囲気制御装置が
設けられているが、その図示は省略する。
【００３２】上述の装置において、まず、ヒーター類に
電力供給せず、また、坩堝１１内をからにした状態で、
セラミックス部材５を予熱用ガイド一体ダイス９ａ内に
必要枚数導入し、最初のセラミックス部材５の先端が接
合用ガイド一体ダイス９ｂの接合通路９０ｂの上部に挿
入された状態で止める。次に、坩堝１１に金属アルミニ
ウムをいれ、熱処理室１００内を窒素ガスによって不活
性ガス雰囲気にしておき、溶融ヒーター１２、予熱ヒー
ター８及び接合ヒーター１４に電力を供給し、各部を所
定の温度にする。この場合、坩堝１１内の温度は６６０
〜１０００℃にしてアルミニウムを溶融する。このと
き、溶融された金属溶湯中に予熱用ガイド一体ダイス９
ａの下端部が埋没される。また、冷却ジャケット１５ａ
と予熱ヒーター８を調整して予熱用ガイド一体ダイス９
ａの縦方向の温度勾配が１０〜３０℃／ｃｍになるよう
にする。この場合、予熱用ガイド一体ダイス９ａは予熱
ヒーター８からの熱伝導によって加熱されるので、冷却
ジャケット１５ａによってその近傍の温度を１００℃以
下にすることが好ましい。さらに、接合ヒーター１４と
冷却ジャケット１５ｂとを調整して接合用ガイド一体ダ
イス９ｂの縦方向の温度勾配が１０〜１５０℃／ｃｍに
なるようにする。この状態で、ピンチローラ６を稼動
し、新たなセラミックス部材５を供給しつつセラミック
ス部材５を１〜１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で搬送しなが
ら接合を行う。
電力供給せず、また、坩堝１１内をからにした状態で、
セラミックス部材５を予熱用ガイド一体ダイス９ａ内に
必要枚数導入し、最初のセラミックス部材５の先端が接
合用ガイド一体ダイス９ｂの接合通路９０ｂの上部に挿
入された状態で止める。次に、坩堝１１に金属アルミニ
ウムをいれ、熱処理室１００内を窒素ガスによって不活
性ガス雰囲気にしておき、溶融ヒーター１２、予熱ヒー
ター８及び接合ヒーター１４に電力を供給し、各部を所
定の温度にする。この場合、坩堝１１内の温度は６６０
〜１０００℃にしてアルミニウムを溶融する。このと
き、溶融された金属溶湯中に予熱用ガイド一体ダイス９
ａの下端部が埋没される。また、冷却ジャケット１５ａ
と予熱ヒーター８を調整して予熱用ガイド一体ダイス９
ａの縦方向の温度勾配が１０〜３０℃／ｃｍになるよう
にする。この場合、予熱用ガイド一体ダイス９ａは予熱
ヒーター８からの熱伝導によって加熱されるので、冷却
ジャケット１５ａによってその近傍の温度を１００℃以
下にすることが好ましい。さらに、接合ヒーター１４と
冷却ジャケット１５ｂとを調整して接合用ガイド一体ダ
イス９ｂの縦方向の温度勾配が１０〜１５０℃／ｃｍに
なるようにする。この状態で、ピンチローラ６を稼動
し、新たなセラミックス部材５を供給しつつセラミック
ス部材５を１〜１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で搬送しなが
ら接合を行う。
【００３３】予熱用ガイド一体ダイス９ａに導入された
セラミックス部材５は、該セラミックス部材５が熱衝撃
で割れないように適度の温度勾配がもたされた予熱用ガ
イド一体ダイス９ａの予熱通路９０ａを通過する間に溶
融金属１０の温度に近い温度まで予熱されて、溶融金属
１０内に挿入される。挿入されたセラミックス部材５
は、溶融金属１０内を下方に向けて通過して接合用ガイ
ド一体ダイス９ｂの接合通路９０ｂ内に挿入されてい
く。この場合、セラミックス部材５が溶融金属１０中を
通過する間にセラミックス部材の両面が清浄化されると
同時に両面が溶融金属１０によって十分に濡れた状態で
接合通路９０ｂ内に挿入される。
セラミックス部材５は、該セラミックス部材５が熱衝撃
で割れないように適度の温度勾配がもたされた予熱用ガ
イド一体ダイス９ａの予熱通路９０ａを通過する間に溶
融金属１０の温度に近い温度まで予熱されて、溶融金属
１０内に挿入される。挿入されたセラミックス部材５
は、溶融金属１０内を下方に向けて通過して接合用ガイ
ド一体ダイス９ｂの接合通路９０ｂ内に挿入されてい
く。この場合、セラミックス部材５が溶融金属１０中を
通過する間にセラミックス部材の両面が清浄化されると
同時に両面が溶融金属１０によって十分に濡れた状態で
接合通路９０ｂ内に挿入される。
【００３４】接合通路９０ｂ内に挿入されたセラミック
ス部材５の溶融金属で濡れた両面には、接合通路９０ｂ
によって規制される量の溶融金属１０がさらに付着しな
がら接合通路９０ｂ中を下方に移動する。接合用ガイド
一体ダイス９ｂには適度な温度勾配が形成されているの
で、セラミックス部材５の両面に付着した溶融金属は次
第に凝固することによって該セラミックス部材５の両面
に接合されていく。この場合、セラミックス部材の両面
が清浄化されると同時に両面が溶融金属１０によって十
分に濡れた状態で接合通路９０ｂ内に挿入されるので、
極めて強固な接合がなされる。そして、セラミックス部
材５が冷却ジャケット１５ａを通過することによって該
セラミックス部材５の両面に接合された金属は完全に凝
固されて接合が完了する。なお、この状態では、個々の
セラミックス部材５が接合された金属膜で繋がれた状態
であるので、これを切断して個々の基板に仕上げる。こ
れによって、縦１１２ｍｍ、横６２ｍｍ、厚さ０．６３
５ｍｍの板状アルミナセラミックス基板の表裏両面に厚
さ０．５ｍｍで幅が５４ｍｍのアルミニウム膜が接合さ
れた金属ーセラミックス複合部材を得ることができた。
こうして得られた金属ーセラミックス複合部材は、金属
膜の接合強度が極めて高く、また、金属膜の膜質及び厚
さが極めて均一であった。
ス部材５の溶融金属で濡れた両面には、接合通路９０ｂ
によって規制される量の溶融金属１０がさらに付着しな
がら接合通路９０ｂ中を下方に移動する。接合用ガイド
一体ダイス９ｂには適度な温度勾配が形成されているの
で、セラミックス部材５の両面に付着した溶融金属は次
第に凝固することによって該セラミックス部材５の両面
に接合されていく。この場合、セラミックス部材の両面
が清浄化されると同時に両面が溶融金属１０によって十
分に濡れた状態で接合通路９０ｂ内に挿入されるので、
極めて強固な接合がなされる。そして、セラミックス部
材５が冷却ジャケット１５ａを通過することによって該
セラミックス部材５の両面に接合された金属は完全に凝
固されて接合が完了する。なお、この状態では、個々の
セラミックス部材５が接合された金属膜で繋がれた状態
であるので、これを切断して個々の基板に仕上げる。こ
れによって、縦１１２ｍｍ、横６２ｍｍ、厚さ０．６３
５ｍｍの板状アルミナセラミックス基板の表裏両面に厚
さ０．５ｍｍで幅が５４ｍｍのアルミニウム膜が接合さ
れた金属ーセラミックス複合部材を得ることができた。
こうして得られた金属ーセラミックス複合部材は、金属
膜の接合強度が極めて高く、また、金属膜の膜質及び厚
さが極めて均一であった。
【００３５】なお、上述の実施例では、アルミナ板にア
ルミニウム膜を接合した例を掲げたが、上記装置によっ
てＡｌＮ基板にアルミニウム膜を接合し、あるいは、窒
化珪素基板にアルミニウムを接合しても同様の結果を得
ることができた。
ルミニウム膜を接合した例を掲げたが、上記装置によっ
てＡｌＮ基板にアルミニウム膜を接合し、あるいは、窒
化珪素基板にアルミニウムを接合しても同様の結果を得
ることができた。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、接合用
の金属を溶融させた金属溶湯中を接合用のセラミックス
部材を上方から下方に向けて通過させて前記セラミック
ス部材を前記金属で濡らした後に該セラミックス部材を
上方から下方に移動しながら前記セラミックス部材への
前記金属の付着量及び／又は形状を制御しつつ凝固させ
る操作を施すようにしたことにより、優れた接合特性を
有する金属ーセラミックス複合部材を低コストで製造す
ることを可能にしているものである。
の金属を溶融させた金属溶湯中を接合用のセラミックス
部材を上方から下方に向けて通過させて前記セラミック
ス部材を前記金属で濡らした後に該セラミックス部材を
上方から下方に移動しながら前記セラミックス部材への
前記金属の付着量及び／又は形状を制御しつつ凝固させ
る操作を施すようにしたことにより、優れた接合特性を
有する金属ーセラミックス複合部材を低コストで製造す
ることを可能にしているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属ーセラッミクス複合基板の製造装
置の主要部の概略断面図である。
置の主要部の概略断面図である。
【図２】接合用ガイド一体ダイスの横断面図である。
【図３】接合用ガイド一体ダイスの縦断面図である。
１…搬入部 ２…予熱部 ３…接合部 ４…冷却部 ５…セラッミクス部材 ６…ピンチローラ ７ａ，７ｂ…断熱材 ８…予熱ヒーター ９ａ…予熱用ガイド一体ダイス ９ｂ…接合用ガイド一体ダイス １０…溶融金属 １１…坩堝 １２…溶融ヒーター １３…湯止め部 １４…接合ヒーター １５ａ，１５ｂ…冷却ジャッケト
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミックス部材に金属が接合された金
属ーセラミックス複合部材を製造する金属ーセラミック
ス複合部材の製造方法において、 接合用の金属を溶融させた金属溶湯中を接合用のセラミ
ックス部材を上方から下方に向けて通過させて前記セラ
ミックス部材を前記金属で濡らした後に該セラミックス
部材を上方から下方に移動しながら前記セラミックス部
材への前記金属の付着量及び／又は形状を制御しつつ凝
固させる操作を施す工程を有することを特徴とする金属
ーセラミックス複合部材の製造方法。 - 【請求項２】 セラミックス部材に金属が接合された金
属ーセラミックス複合部材を製造する金属ーセラミック
ス複合部材の製造装置において、 接合用セラミックス部材を上方から下方に搬送する搬送
手段と、 前記搬送手段によって搬送されるセラミックス部材を予
熱する予熱手段と、 接合用の金属を溶融させた金属溶湯を保持する金属溶湯
保持部を有し、前記予熱手段によって予熱されたセラミ
ックス部材を前記金属溶湯中を上方から下方に向けて通
過させて前記セラミックス部材を前記金属で濡らした後
に該セラミックス部材を上方から下方に移動しながら前
記セラミックス部材への前記金属の付着量及び／又は形
状を制御しつつ前記金属を前記セラミックス部材に接合
する接合部を有する接合手段と、 前記接合手段の接合部を下方に移動するセラミックス部
材を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする金属
ーセラミックス複合部材の製造装置。 - 【請求項３】 前記接合手段の接合部は、前記金属溶湯
保持部内の底部に上端を開口して接続されているととも
に下端部が下方に向けて延長されたガイド一体ダイスを
有し、 前記ガイド一体ダイスは、前記金属に濡れたセラミック
ス部材及び前記金属溶湯の一部を前記上端開口部から導
入し、前記セラミックス部材をガイドしながら下方に移
動させて前記セラミックス部材への前記金属の付着量及
び／又は形状を規制しつつ前記金属をセラミックス部材
に接合する接合通路を有するものであることを特徴とす
る請求項２に記載の金属ーセラミックス複合部材の製造
装置。 - 【請求項４】 前記ガイド一体ダイスは、前記接合通路
が、上方から下方に向かうにしたがって次第にその断面
積が増大するテーパ状に形成されているものであること
を特徴とする請求項３に記載の金属ーセラミックス複合
部材の製造装置。 - 【請求項５】 前記予熱手段は、前記セラミックス部材
をガイドしつつ下方に移動させる間に予熱する予熱通路
であって前記金属溶湯保持部の金属溶湯中にその下端が
開口して挿入されるとともに上端が開口されて接合用セ
ラミックス部材の導入口とされる予熱通路を有するガイ
ド一体ダイスによって構成されていることを特徴とする
請求項２ないし４のいずれかに記載の金属ーセラミック
ス複合部材の製造装置。 - 【請求項６】 前記ガイド一体ダイスは、一部又は全部
が灰分５００ｐｐｍ以下、かさ密度１．５ｇ／ｃｍ3 以
上のカーボンからなることを特徴とする請求項２ないし
５のいずれかに記載の金属ーセラミックス部材の製造装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10011097A JP3814044B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 金属ーセラミックス複合部材の製造方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10011097A JP3814044B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 金属ーセラミックス複合部材の製造方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291876A true JPH10291876A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3814044B2 JP3814044B2 (ja) | 2006-08-23 |
Family
ID=14265242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10011097A Expired - Fee Related JP3814044B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 金属ーセラミックス複合部材の製造方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3814044B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100314357B1 (ko) * | 1999-07-24 | 2001-11-15 | 성경 | 폐기물을 이용한 비료 및 사료 제조방법 |
| JP2010090027A (ja) * | 2009-11-18 | 2010-04-22 | Toyo Tanso Kk | セラミックろう付け用黒鉛治具 |
| EP2426097A1 (en) * | 2009-04-30 | 2012-03-07 | Tsinghua University | Method for metallizing ceramic surface and method for connecting ceramic with aluminum |
-
1997
- 1997-04-17 JP JP10011097A patent/JP3814044B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100314357B1 (ko) * | 1999-07-24 | 2001-11-15 | 성경 | 폐기물을 이용한 비료 및 사료 제조방법 |
| EP2426097A1 (en) * | 2009-04-30 | 2012-03-07 | Tsinghua University | Method for metallizing ceramic surface and method for connecting ceramic with aluminum |
| JP2012525311A (ja) * | 2009-04-30 | 2012-10-22 | ツィンファ ユニバーシティ | セラミック表面の金属被覆方法及びセラミックとアルミニウムとの接合方法 |
| EP2426097A4 (en) * | 2009-04-30 | 2012-11-28 | Univ Tsinghua | METHOD FOR METALIZING A CERAMIC SURFACE AND METHOD FOR CONNECTING CERAMICS WITH ALUMINUM |
| JP2010090027A (ja) * | 2009-11-18 | 2010-04-22 | Toyo Tanso Kk | セラミックろう付け用黒鉛治具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3814044B2 (ja) | 2006-08-23 |
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| A521 | Written amendment |
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