JPS6311580A - セラミツクスの接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波を利用して、セラミックス同士を
接合する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ファインセラミックスは高温構造材料として。

耐熱性、耐食性に優れた特性を持っており、航空用材料
、自動車用材料、電子材料など幅広い分野で開発が続け
られている。しかしながら、セラミックスの加工性は非
常に悪く、そのことが実用化を阻害している一因ともな
っている。その１つの解決法として、接合により小部品
の成型材を複雑形状にしていく技術を開発することが、
セラミックスを高温材料として実用化するために必要に
なってきている。

従来、セラミックスの接合方法として、接着剤やろう剤
を用いる方法がある。しかしながら、これらの方法は複
雑な工程を必要とし、高温での接着強度が不十分である
。また、固相拡散を利用したホットプレスやＨＩＰ　（
ホットアイソスタティックプレス）などを用いてセラミ
ックス同士を直接加圧して接合する方法もある。これら
の方法は高温で高い接合強度が得られるものの装置が大
掛かりで、全体加熱のため効率が悪く生産性に欠けてい
る。

一方、接合部付近を局部的に加熱して接合する方法とし
てレーザや電子ビームを使用した方法がある。しかしな
がら、レーザによる方法は外部から加熱、溶融して接合
するため内部強度が弱く。

接合面の形状が変形しやすい。また酸化物系のセラミッ
クスしか接合することができない。また微細な温度制御
が困難なため接合面に急激な温度差による熱クラツクが
生じ、この熱クランクを防止するために他の方法で予熱
する必要がある。また。

熱クラックが防止できても接合部には気泡の残留や結晶
粒の粗大化という問題が生じ、信頬性に欠いている。

また、電子ビームによる方法は、金属には多く使われて
いるものの、絶縁材料であるセラミックスを電子ビーム
で接合するのは困難である。また。

接合ができたとしてもレーザと同様に熱クランク。

気泡の残留などの問題があり、信頼性に欠ける。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、セラミックスに熱クラツク等の悪影響を与
えることなく、高強度にセラミックス同士を接合するこ
とができる装置を提供することを目的とするものである
。

（発明の構成〕 本発明のセラミックスの接合装置は、被接合物であるセ
ラミックスを配置して誘電加熱により接合するための空
胴共振器と、該空胴共振器にマイクロ波を入射するため
のマイクロ波発生手段と。

上記空胴共振器内に配置したセラミックスを加圧するた
めの加圧手段と、上記セラミックスの接合面の温度が最
大になり、接合面からセラミックスの両端部に向かうに
従い温度が低下する加熱温度分布になるように制御する
ための温度制御手段とから成ることを特徴とするもので
ある。

本発明においては、セラミックスの接合面の温度が最大
になり、該接合面から両端部に向かうに従い温度が低下
する加熱温度分布になるように制御しながらセラミック
スを接合するものである。

ここで２本発明装置の基本構成を第１図に基づいて説明
する。なお、第１図は本発明を説明するためのブロック
図である。

本発明の接合装置は、マイクロ波発生手段Ｉと。

空胴共振器■と、加圧手段■と、温度制御手段■とから
成る。

マイクロ波発生手段Ｉより発生したマイクロ波は空胴共
振器Ｈに入射され、空胴共振器■内に配置されたセラミ
ックス２０を誘電加熱する。このとき、セラミックス試
料２０の両端部２０２の−方または双方を加圧手段■に
より加圧しておく。

更に、温度制御手段■によりセラミックス２０の接合面
２０１の温度が最大で、該接合面２０１から両端部２０
２に向かうに従い温度が低下する温度分布になるように
制御する。これにより、セラミックス２０の接合面２０
１のみを効率よく加熱し、接合する。

〔発明の作用〕

本発明のセラミックスの接合装置は２以下のような作用
を有する。

本発明では、マイクロ波を用いてセラミックスを誘電加
熱するため、セラミ・ノクスを内部より均一に加熱する
。すなわち、セラミックスの接合面の各部位を内部より
均一に加熱するので、接合面全体を一様に加熱すること
ができる。従って、従来のレーザや電子ビームのような
外部からの加熱によって外周部を接合する場合に比べて
、接合面全体を一様に、かつ均質に接合することができ
る。

一方、セラミックスの場合、室温での誘電損率（ε、ｔ
ａｎδ）は非常に小さいが、温度増加と共にその誘電損
率が急激に増加する。いわゆるランナウェイ現象を呈す
る。

すなわち、一般にセラミックスはεｒ　ｔａｎδが小さ
く、誘電加熱がしにくい材料とされてきたが。

本発明者らは第２図に示すように室温でε、ｔａｎδが
小さなセラミックスでも高温で急激にεｒｔａｎδが太
き（なることを見出した。なお、第２図はセラミックス
を加熱した際の温度変化に対するセラミックスの誘電損
率の変化を示す線図である。

また、一般にマイクロ波を利用した誘電加熱で試料に蓄
えられる誘電損率エネルギーＰは。

ｐ　＝＝　−ｔ　。ｇ　、ｔａｎδ（ＩＪＥ”　　（Ｗ
／％）　・−・■（但し、ε。は真空誘電率、ε、ｔａ
ｎδは試料の誘電損率（εド比誘電率、　ｔａｎδ：誘
電正接）、ωは角周波数、Ｅは電界強度である。） で表され、ε、ｔａｎδが大きい方が試料は誘電加熱さ
れやすくなる。

従って、セラミックスをマイクロ波により加熱する場合
、室温でのε＋−ｔａｎδは非常に小さいが、温度上昇
と共にランチウェイ現象によりε、ｔａｎδが急激に増
加するため、誘電加熱されやすくなり。

セラミ・ノクスの温度が急激に上昇する。また、一般に
セラミックスは金属に比べて熱伝導率が小さい（熱伝導
率λ＜　０．１　ｃａｌ／ａｍ　・ｓｅｃ　・”Ｃ）。

本発明は、上記ランナウェイ現象とセラミックスの熱伝
導率が小さいことを利用して、セラミックスの接合面の
温度が最大で、該接合面から両端部に向かうに従い温度
が急激に低下する温度分布を形成させることにある。こ
の温度分布を有効に利用して、セラミックスを効率的か
つ強固に接合するものである。すなわち、第３図に示す
ように。

加熱前には、セラミックス全体にわたって均一な温度で
あったもの（曲線ａ）が１本発明では曲線すのように接
合面の温度が高く、接合面から両端部に向かうに従い温
度が低下する温度分布を形成する。更に、接合面の温度
がある臨界温度を越えるとランナウェイ現象により接合
面の温度が急激に高くなり、かつセラミックスは熱伝導
率が小さいので接合面から両端部に向かうに従い温度が
急激に低下する温度分布（曲線Ｃ）を有効に形成する。

従って、接合面のみを急激に、かつ局部的に加熱するた
め、セラミックスを効率よく加熱することができる。な
お１第３図は接合面を中心としたセラミックス試料長手
方向の温度分布を示す図である。

〔発明の効果〕

本発明の装置は、マイクロ波加熱によりセラミックスの
接合面を一様に加熱するとともにセラミックスの接合面
の温度が最大で、該接合面から両端部に向かうに従い温
度が急激に低下する温度分布を形成することが可能であ
る。従って２局部的にセラミックスの接合面の各部位の
みを一様に。

かつ急激に加熱して接合する。すなわち、セラミックス
を効率よく、かつ強固に接合することができる。

また２本発明の装置では、接合面のみを局部加熱するた
め、接合面以外の母材組織の熱による劣化を防止でき、
しかもマイクロ波電力を接合面に集中させるため高密度
で高能率な接合ができる。

また、焼結助剤等のε、ｔａｎδの大きな成分を優先的
に誘電加熱するため接合温度を低くすることができ、接
合面の組織を劣化させることなく良好な接合が行なえる
。

このように、従来法による接合の場合よりも低温で接合
でき、しかも急速加熱かつ微細な温度制御が可能なため
、接合面には気泡の発生や結晶粒の粗大化といった問題
を生じることはない。

さらに、接合面の内部から均一に加熱するため。

熱クラツクが生じにくく接合面全体を一様にかつ高強度
に接合でき、試料形状を変化させることなく予熱や後加
工が不要な穫めて良好な接合が行なえる。

〔本発明の実施態様〕

本発明のセラミ・ノクスの接合装置は、実施するに当た
り１次のようなり様を採り得る。

まず１本発明の第１の態様としては、第４図に示すよう
に上記温度制御手段■が、セラミ・ノクス２０の軸方向
に垂直に電界を生じさせるとともに上記接合面２０２の
電界強度が最大となるように形成する誘電加熱手段より
成るものである。なお。

第４図は本第１実施態様装置の空胴共振器と温度制御手
段とを示す原理図である。図中、マイクロ波は図面の前
面から背面に向かって入射されており２曲線ｄはマイク
ロ波による電界分布を示し。

矢印は電界の方向と強度を示す（以下の第６．１７．１
８．１９及び２０図においても同様）。

本態様は、棒状２円筒状等の軸方向を有するセラミック
ス試料について適用され、セラミックス２０の接合面２
０１の電界強度が最大となる電界を生じさせることによ
り、接合面２０１を優先的に誘電加熱し、かつセラミッ
クス２０の熱伝導率が小さいことから、第５図に示すよ
うに、接合面２０１の温度が最大で９両端部２０２に向
かうに従い温度が急激に低下する温度分布を形成する。

これにより、セラミックス２０の接合面２０１を局部的
に加熱する。なお、第５図は第４図のセラミックス２０
の軸方向の温度分布を示す図である。

なお、より信頼性の高い接合強度を得るためには、セラ
ミックスの接合面を研摩仕上げ等により平坦にして突き
合わせた際に間隙が生しないようにするのがよい。

本発明の第２のＢ様としては、第６図に示すように上記
温度ｗ制御手段■が、セラミックス２０の接合面２０１
に平行な方向に電界を生じさせるとともに上記接合面２
０１の電界強度が最大となるように形成する誘電加熱手
段より成るものである。

なお、第６図は本第２実施態様装置の空胴共振器と温度
制御手段とを示す原理図である。

本態様は、棒状１円筒状等の軸方向を有するセラミック
ス試料以外にも球形等種々の形状のセラミックス試料に
通用する。

零Ｂ様においては、セラミックス２０の接合面２０１の
電界強度が最大となる上述した電界を生じさせることに
より、前記第１態様と同様に、接合面２０１を優先的に
誘電加熱し、かつセラミックス２０の熱伝導率が小さい
ことから、第７図に示すように接合面２０１の温度が最
大で５両端部２０２に向かうに従い温度が急激に低下す
る温度分布を形成する。これにより、接合面２０１を局
部的に加熱する。なお、第７図は第６図のセラミックス
２０の接合面２０１に垂直な方向の温度分布を示す図で
ある。

また、前記第１態様と同様に、セラミックスの接合面を
平坦にして突き合わせた際に間隙が生じないようにする
のがよい。

木筆１及び第２Ｂ様とも、セラミックスの接合面の電界
強度が最大となるように形成しており。

第１態様においては、軸方向を有するセラミックスの軸
方向を基準にして、一方第２Ｂ様においては、セラミッ
クスの接合面を基準にして電界を生じさせようとするも
のである。

本発明の第３の態様としては、上記温度制御手段がセラ
ミックスにマイクロ波を照射することにより該セラミッ
クスを誘電加熱する誘電加熱手段と、セラミックスの接
合面の温度が両端部の温度よりも高くなる温度差を生じ
させる温度差形成手段より成るものである。

本態様においては、誘電加熱手段によりセラミックスを
加熱するとともに、しかも温度差形成手段によりセラミ
ックスの接合面の温度がその両端部の温度よりも高くな
るような温度差を生じさせるために、結果として接合面
を優先的に誘電加熱し、かつセラミックスの熱伝導率が
小さいことから両端部に向かうに従い温度が急激に低下
する温度分布を形成する。

なお、上述の第１及び第２態様は、空胴共振器内におけ
る誘電加熱による電界分布のみによりセラミックスの接
合面の温度が最大で２両端部に向かうに従い温度が低下
する温度分布を形成するものである。しかし、マイクロ
波照射による誘電加熱が上記温度分布を形成し得ない単
なる加熱である場合、または必ずしも上記必要な温度分
布を十分形成し得ない場合には１本態様により温度分布
を形成することができる。例えば、第１８図に示す例は
、セラミックスの軸方向に平行に電界を生じさせると軸
方向の温度がほぼ同様となり、上記温度分布は形成され
ない。従って２本態様の温度差形成手段により必要な温
度差を形成するものである。

上記セラミックスの接合面と両端部との間に温度差を生
じさせる温度差形成手段として１次の態様がある。

本発明の第４の態様としては、第８図に示すように、上
記温度差形成手段が、該セラミックス２０の両端部２０
２を冷却する手段より成るものである。なお、第８図は
本第４実施態様装置の空胴共振器と温度制御手段とを示
す原理図である。

本態様においては、セラミックス２０の両端部２０２を
冷却することによりセラミックス２０の接合面２０１に
おける温度が周囲に比べて高くなり、そのため接合面２
０１の誘電損率が周囲に比べて大きくなり、接合面２０
１が優先的に加熱される。その結果、第９図に示すよう
に接合面２０１の温度が最大で２両端部２０２に向かう
に従い温度が急激に低下する温度分布を形成し、接合面
２０１を局部的に加熱する。なお、第９図は第８図のセ
ラミックス２０の接合面２０１を中心としたセラミック
ス試料２０長手方向の温度分布を示す図である。

なお、前記第１Ｌｉ様と同様に、セラミ・ンクスの接合
面を平坦にして突き合わせた際に間隙が生じないように
するのがよい。

セラミックスの両端部を冷却する手段としては。

水冷、空冷等いかなるものでもよい。例えば、水冷の場
合、空胴共振器外に熱伝導率の大きい金属材料をセラミ
ックスの端部あるいはチャック部にバイブ状に巻きつけ
、空冷の場合はエアーノズル等を用いノズル先端をセラ
ミックス試料端面に近づけて強制冷却する方法がある。

さらに、セラミックスの熱伝導率が非常に小さな場合（
λ〈０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）にはセラミ・
ノクスの両端を空胴共振器の外に出して空冷してもよい
。

本発明の第５の態様としては、第１０図に示すように、
上記温度差形成手段が、セラミックス２０の接合面に介
在させた誘電損率が上記セラミックス２０よりも大きい
材料の介在物２０３によって構成されるものである。な
お、第１０図は本第５実施態様装置の空胴共振器と温度
制御手段とを示す原理図である。

本態様においては、被接合セラミックス２０よりも、接
合面２０１に介在させた材料（介在物）２０３の誘ｉｉ
ｔ　Ｆｊｋ率が大きいため、この介在物２０３の方がマ
イクロ波による＝を加熱がされやすい。

そのため介在物２０３の温度が優先的に上昇し。

第１１図に示すように、介在物２０３が急激に加熱され
る。従って、それをはさむ接合面２０１の温度が最大と
なり１両端部２０２に向かうに従い温度が急激に低下す
る温度分布を形成し、接合面２０１を局部的に加熱する
。なお、第１１図は第１０図のセラミックス２０の接合
面２０１を中心としたセラミックス試料２０長手方向の
温度分布を示す図である。

また１本態様では、介在物２０３を優先的に加熱するた
め、セラミックス２０の熱伝導率の大小に無関係に接合
が行なえる。また５セラミツクスを直接に接合するので
はないため、接合面の形状に制限はなく、加圧力も本第
１実施態様より小さくてよい。また、介在材料２０３は
、被接合セラミックス２０より誘電損率が大きいもので
あれば。

いかなるものでもよいが、耐熱性の面よりセラミックス
が望ましい。またセラミックスの場合、その主成分は被
接合セラミックス２０と同じ成分であっても異なる成分
であってもよい。しかし、更に高強度な接合を行うため
には、　′４ｔ１．接合セラミックス２０と主成分が同
じで、被接合セラミックス２０よりも誘電損率（ε、　
ｔａｎδ）が０．０　Ｏ５以上大きく、被接合セラミッ
クス２０とのぬれ性が良く、耐熱性の高いセラミックス
を用いるのがよい。

また、介在材料２０３は粉末状でよく、板状にして接合
面に挟んでもよい。セラミックスの場合。

すでに焼結されたものを板状にして用いてもよい。

本発明の第６の態様としては、第１２図に示すように、
上記温度差形成手段が、誘電損率が接合しようとするセ
ラミックス２０よりも小さな材料から成る保持部材５に
より空胴共振器■内において上記セラミックス２０を保
持する保持手段より成るものである。なお、第１２図は
１本第６実施態様装置の空胴共振器と温度制御手段とを
示す原理図である。

本態様においては、誘電損率が大きな被接合セラミック
ス２０の端部で保持する保持部材５に被接合セラミック
ス２０よりも誘電損率が小さい材料を使用しているため
、該保持部材用材料５は被接合セラミックス２０よりも
マイクロ波による誘電加熱がされにくい。そのため、上
記保持部材５と接する被接合セラミックス２０の端部２
０２の温度は接合面２０１よりも急激に低下する。従っ
て、第１３図に示すように、接合しようとするセラミッ
クスの接合面２０１の温度が最大となり。

保持部材の両端部２０２に向かうに従い温度がご激に低
下する温度分布を形成し、セラミックスの接合面２０１
を局部的に加熱する。なお、第１３図は第１２図のセラ
ミックス２０の接合面２０１を中心としたセラミックス
試料２０長手方向の温度分布を示す図である。なお２本
態様では、上記保持部材５と被接合セラミックス２０と
の接触する部分を空胴共振器■内に位置させて誘電加熱
する必要がある。

また、保持部材用材料５としては、被接合セラミックス
２０よりも誘電損率が小さいものであれば、いかなるも
のでもよいが、耐熱性の面からセラミックスが望ましい
。またセラミックスの場合。

その主成分は、被接合セラミックス２０と同じ成分であ
っても異なる成分であってもよい。また被接合セラミッ
クス２０よりも誘電損率（ε、ｔａｎδ）が０．００５
以上小さく耐熱性の高いものを用いるのがよい。

木筆３ないし第６実施態様においては、マイクロ波の照
射による誘電加熱のみでは、前記必要な温度分布が形成
されない場合を例示して説明したが２第１あるいは第２
実施態様と組み合わせて。

誘′屯加熱手段によりセラミックスの軸方向に垂直に、
あるいは接合面に平行に電界を生じさせるとともに接合
面の電界強度が最大となるように必要な温度分布を形成
する電界分布を形成するとともに、温度差形成手段によ
り接合面における温度勾配を一層急激にして理想的な特
性にすることも可能であり、それにより、より効率よく
セラミックスを接合することができる。

更に、セラミックスの熱伝導率が大きい場合。

木筆１あるいは第２実施態様と本第４実施態様とを併用
することにより、一層接合面のみを局部的に加熱して接
合することができる。すなわち、電界強度が接合面で最
大となるようにするとともにセラミックスの両端部を冷
却することにより、熱伝導率の大きなセラミックスでも
接合面の温度が最大で両端部に向かうに従い温度が急激
に低下する温度分布を形成し、接合部を局部的に加熱し
て高強度な接合が行なえる。

本第１．２，４．６実施態様のように直接接合の場合は
セラミックス中の焼結助剤等の成分の方がセラミックス
主成分よりも誘電損率が大きく。

あるいは本第５実施態様のように介在物を介在させる場
合の方が被接合セラミックスよりも誘電損率が大きいた
め、焼結助剤あるいは介在物が優先的に加熱されて接合
が行われる。このため、接合温度を低くすることができ
、接合部の組織を劣化させることなく良好な接合が行な
える。

また１本第１あるいは第２実施態様の接合面の電界強度
を最大にする態様において、第１４図に示すようにセラ
ミックス２０の接合面２０１が■字形の特殊な場合、’
を昇方向がセラミックスの軸方向に垂直で、接合面の中
心面（図中のｅ面）の電界強度が最大となるようにする
ことにより効率よく接合することができる。また、第１
５図のように接合面２０１が段差形状の場合には、接合
面の中間の面２０１１の電界強度が最大となるようにす
るのがよい。第１５図において、第１４図と同様に図中
のｅ面の電界強度が最大となるようにしてもよい。なお
、第１４及び１５図ともセラミックスの側面図である。

〔実施例〕

以下９本発明の詳細な説明する。

第１実施例 本第１実施例では、温度制御手段が、セラミックスの軸
方向に直角な面に形成した接合面に平行な方向に電界を
生じさせる（セラミックスの軸方向に電界を分布させる
）とともに上記接合面の電界強度が最大となるように形
成する誘電加熱手段より成る装置の例を示す。第１６図
に本第１実施例装置のブロック図を、また第１７図に第
１６図の空胴共振器のＸ■−Ｘ■に沿う断面図を示す。

本第１実施例の装置は、マイクロ波を発生させるための
マイクロ波発生手段Ｉと、試料を加熱・接合するための
空胴共振ＷｉＩ＋と、試料を加圧するための加圧手段■
と、温度制御手段■と、試料温度と空胴共振器■の共振
状態を検出するための検出手段６と、空胴共振器■の共
振状態を調整するための共振調整手段７と、試料温度を
調整するための温度調整手段８とから成る。

マイクロ波発生手段Ｉは２周波数６Ｈｚ帯のマイクロ波
発振器１１と最大３ＫＷまで増幅多能なりライストロン
増幅器１２と、空胴共振器■からの反射電力を吸収し２
反射電力から増幅器１２を保護するアイソレータ１３と
から成る。これらは、同軸ケーブル１０１及び導波管１
００により連結されてなる。

空胴共振器■は、共振モードがＴＥ＋０ｉで、断面が２
０Ｘ４０ｍ、長さ約９６０の直方体空胴共振器であり、
結合度を調整するためのマイクロ波導入用の可変アイリ
ス（結合窓）２１と、共振周波数を調整するためのプラ
ンジャ（可変短絡板）２２と、セラミックス試料を挿入
するための試料挿入口２３と温度検出窓２４とから成る
。上記可変アイリス２１は高さが２０龍で２幅が最大４
０龍まで左右対称に変化するものである。空胴共振器■
の内面は２μｍ以下に研摩後銀メンキしてあり、無負荷
Ｑを１００００以上に高めて試料に蓄えられる誘電損率
のエネルギー効率を良くしである。そのため、室温で誘
電損率の小さいセラミックスでも容易に誘電加熱を行う
ことができる。。

また空胴共振器■の外部は水冷して空胴共振器■が加熱
されるのを防止している。

加圧手段■はセラミックス試料２０の両端を保持する左
右対称の同心のとれたチャック３１と。

チャック３１を最大２０　Ｍ　Ｐ　ａまで加圧できるエ
アシリンダ３２と、チャック３１を加圧しながら移動さ
せる移動台３３とから成る。

温度制御手段■は、上記加圧手段■により両端が加圧さ
れ、空胴共振器■内に配置されたセラミックス２０の接
合面２０１に平行な方向に電界を生じさせる（Ｅ面を接
合面２０１に垂直になるようにする）とともに接合面２
０１の電界強度が最大となるように形成するものである
。

なお、空胴共振器におけるＥ面とは、第１７図に示すよ
うに空胴共振器の広い方の面である。

検出手段６は、試料温度を検出するための放射温度計６
１と、空胴共振器■の入射反射電力を検出するための方
向性結合器６２と、入射反射電力を低周波信号に変換す
るための検波器６３とから成る。

共振調整手段７は、検波器６３からの信号を検出するた
めの検波信号モニター回路７１と、可変アイリス２１の
開口面積を変化させるためのパルスモータ７２１と、検
波信号モニター回路７１からの信号により動作してパル
ス信号を出力して上記パルスモータ７２１を駆動させる
ためのアイリスモータ駆動回路７３と、プランジャ２２
を駆動させるためのパルスモータ７２２と、検波信号モ
ニター・回路７１からの信号より動作してパルス信号を
出力して上記パルスモータ７２２を駆動させるためのプ
ランジャモータ駆動回路７４とから成る。

温度調整手段８は放射温度計６１からの信号を検出する
ための温度信号モニター回路８１と、温度信号モニター
回路８１からの信号に基づきマイクロ波の出力を調整す
るための信号を出す出力設定回路８２と、出力設定回路
８２からの信号により動作としてマイクロ波出力を調整
するための出力調整器８３とからなる。

上記構成よりなる本第１実施例装置は以下のような作用
を有する。

マイクロ波発振器１１より発生したマイクロ波電力は、
出力調整器８３で調整され、増幅器１２へ送られる。こ
のマイクロ波出力の制御は増幅器１２の増幅量を一定に
し、出力調整器８３の調整量を制御することにより行わ
れる。空胴共振器■における入射電力と反射電力の一部
は、方向性結合器６２で分離され、さらに各検波器６３
により入射電力と反射電力に比例した低周波信号に変換
され、検波信号モニター回路７１へ送られる。さらに、
検波信号モニター回路７１で一定レベルに変換された信
号はアイリスモータ駆動回路７３およびプランジャモー
タ駆動回路７４へ送られる。

この２種のモータ駆動回路で変換されたアイリス制御信
号およびプランジャ制御信号により、２種のパルスモー
タ７２１，７２２はそれぞれ可変アイリス２１とプラン
ジャ２２とを駆動させる。

また、空胴共振器■内のセラミックス２０の接合面２０
１の温度は温度検出窓２４から放射温度計６１で測定さ
れ、その測定温度の信号は温度信号モニター回路８１へ
送られる。さらに、温度信号モニター回路８１で一定レ
ベルに変換された信号はマイクロ波の出力を調整する出
力設定回路８２へ送られ、出力設定回路８２によりマイ
クロ波出力制御信号に変換された後、出力調整器８３に
送られ、マイクロ波出力を制御する。

ここで、空胴共振器■を共振状態にするには。

方向性結合器６２で検出した反射率（反射電力／入射電
力）が最小になるようにプランジャ２２および可変アイ
リス２１を駆動させることにより行われる。

また、接合面２０１の加熱速度の制御は、予め設定され
た加熱速度に対して加熱中に変化する試料の熱損失と誘
電損率（ε、　ｔａｎδ）と空胴共振器Ｈの反射率に応
じたマイクロ波出力を計算し、さらに放射温度計６１か
ら測定した実際の加熱速度と設定加熱速度を比較し、比
較した値に応じてマイクロ波出力を微細制御することに
より行われる。

上記の装置を用いることにより、セラミックスの加熱・
接合中に変化する空胴共振器■が常時共振し、かつ結合
度を１の状態あるいはそれに近い状態にする。この結果
、加熱中に急激に変化するε、　ｔａｎδの影響を受け
ることなく任意の加熱速度で加熱でき、所望の接合温度
で接合が行なえる。

また、温度制御手段■により、セラミックス試料２０の
接合面２０１の電界強度が最大となるようにしているた
め、該接合面２０１を優先的に誘電加熱し、かつセラミ
ックス試料２０の熱伝導率が小さいことから、接合面２
０１の温度が最大で試料の両端部２０２に向かうに従い
温度が急激に低下する温度分布を形成する。そのため、
接合面２０１を局部的に接合することができる。なお。

本第１実施例は本発明の第２実施態様に属する。

本第１実施例装置を用いて、直径３鶴×長さ１００龍の
純度９２％のアルミナ試料（室温でのｇ、ｔａｎδ＝０
．０１．λ＝　０．０４ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ　・’ｃ
）同士を以下のように接合した。

第１７図に示すように２両端部が加圧され、空胴共振器
■内に配置されたセラミックス２０の接合面２０１に平
行な方向に電界を生じさせて（８面を接合面２０１に垂
直になるようにして）、かつ接合面２０１の電界強度が
最大となるようにした。なお、空胴共振器Ｈの共振モー
ドはＴＥ、。３とした。

また、試料の接合面は間隙が生じないように平坦にし、
約１μｍに研摩仕上げ後２両端を１．５ＭＰａで加圧し
た。また、温度は接合面の表面の温度を検出した。

加熱は大気中、室温から行い、約４０℃／　ｓ　ｅＣの
加熱速度で接合面２０１の温度が約１５５０℃に達する
まで急速に加熱し、３分間この温度に保持した後、約−
１５℃／　ｓ　ｅ　ｃの速度で徐冷して接合した。

その結果、５００℃付近までの低温の場合電界分布の作
用によりアルミナ試料の温度は接合面を中心に幅の広い
分布をしていたが、接合面の温度が７００℃付近になる
と接合面のεｒｔａｎδが急激に大きくなり、ランナウ
ェイ現象により約１０００°Ｃ以上では接合面が急速に
加熱され、かつアルミナ試料の熱伝導率が小さいことか
ら１局部的な接合が行われた。接合温度が約１５５０″
Ｃの場合。

接合面から５１１離れたところで約７００℃になってお
り、接合面のみが局部的に加熱されていた。

そのときの接合面にはレーザなどで見られるような結晶
粒の粗大化や気泡の発生、さらには熱クラツクが全くな
く、母材と同じ一様かつ均質なＭｉ織であり、接合面は
境界が識別できず、試料形状の変化も見られなかった。

接合したセラミックスについて、４点曲げ試験を行った
結果、母材と同一の強度が得られた。また、試料の接合
面の電界強度が最大とならないようにした場合は、接合
面よりも母材の方が高温になるため母材の組織が劣化し
満足のいく接合強度は得られず、また接合できない場合
もあった。

また１本第１実施例で用いたマイクロ波出力は最大６０
Ｗであり、試料を全体に加熱した時に比べ１１５以下の
出力で十分であった。

第２実施例 本第２実施例では、温度制御手段が、セラミックスにマ
イクロ波を照射することにより該セラミックスを誘電加
熱する誘電加熱手段と、セラミックスの両端部を冷却す
る温度差形成手段とから成る装置の例を示す。すなわち
２本第２実施例の装置は、第１６図に示す第１実施例装
置の空胴共振器■内において第１８図に示すようにセラ
ミックス２０の接合面２０１に垂直な方向に電界を生じ
させる（Ｅ面を接合面２０１に平行になるようにする）
とともにその接合面２０１から離れた両端部２０２の表
面に銅パイプ４１を取り付けて冷却する温度制御手段を
設け、その他は第１実施例と同様な装置である。本第２
実施例は本発明の第４実施態様に属する。

上記銅バイブ４１は断面が高さ５龍×幅３１重で。

これを水冷した。これによりセラミックス試料２０の両
端部２０２を強制的に冷却することによって、試料２０
の接合面２０１の温度が周囲に比べて高くなり、そのた
め、接合面２０１の誘電損率が周囲よりも大きくなり、
接合面２０１を優先的に誘電加熱させて局部的に接合す
ることができる。

本第２実施例の装置を用いて第１実施例と同様なアルミ
ナ試料を接合した。なお、試料の接合面の形状、加圧力
、接合温度、接合時間等の条件も第１実施例と同様であ
る。

その結果、第１実施例と同様に約１０００℃以上では、
ランナウェイ効果により接合面が急速に加熱され、かつ
アルミナ試料の熱伝導率が小さいことから２局部的な接
合が行われた。その時の接合面は母材と同じ一様かつ均
質な組織であり、接合面の境界は識別できなかった。

なお、接合したアルミナ試料について４点曲げ試験を行
った結果、母材と同一の強度が得られた。

また、炭化ケイ素等の熱伝導率の大きなセラミックス試
料（λ＞　０．１　ｃａｌ／ｃｆｎ−ｓｅｃ　−”Ｃ）
を接合する場合は１本実施例と第１実施例を併用するこ
とにより、接合面を局部的に加熱して接合することがで
きる。

本実施例は試料端面を水冷却した場合について説明した
が、試料のチャック部を冷却してもよく。

試料の種類によっては空胴共振器の外に出た試料部分を
空冷またはエアーノズルなどによる強制空冷を行っても
よい。

第３実施例 本第３実施例では、温度制御手段が、被接合セラミック
スにマイクロ波を照射することにより該被接合セラミッ
クスを誘電加熱する誘電加熱手段と、被接合セラミック
スの接合面に介在させた誘電損率が上記被接合セラミッ
クスよりも大きい材料の介在物によって構成される温度
差形成手段とから成る装置の例を示す。すなわち２本第
３実施例の装置は、第１６図に示す第１実施例装置の空
胴共振器Ｈにおいて第１９図に示すようにセラミックス
試料２０の接合面２０１に垂直な方向に電界を生じさせ
る（Ｅ面を接合面２０１に平行になるようにする）とと
もに該セラミックス試料２０の接合面２０１にインサー
ト材として被接合セラミックス２０よりも誘電損率が大
きいセラミックス２０３が介在する温度制御手段を設け
、その他は第１実施例と同様な装置である。

上記インサート材２０３の方が被接合セラミックス２０
よりも誘電損率が大きいため優先的に誘電加熱されて、
該インサート材２０３と接する接合面２０１の温度が最
大になり９両端部２０２に向かうに従い温度が急激に低
下する温度分布を形成する。なお１本第３実施例は本発
明の第５実施態様に属する。

本第３実施例の装置を用いて直径３１Ｎ×長さ１００璽
■の純度９９％のアルミナ試料（室温でのεｒｔａｎδ
＝０．００１．　　λ＝　０．０６　ｃａｌ／ｃｍ　−
ｓｅｃ　・℃）同士を接合した。なお、上記インサート
材２０３としては、上記アルミナ試料よりもεｒｔａｎ
δの大きな厚さＱ、　５　＋ｕのアルミナ薄板（室温で
のεｒｔａｎδ＝０．０１）を用い、ＡＩｔｏ、を主成
分とし、Ｃａ０１．５％、ＭｇＯ０，８％、５ｉＯＺ７
％含んだものである。また、アルミナ試料の接合面の形
状は、第１実施例と同様である。

加熱は、アルミナ試料の両端を０．５　Ｍ　Ｐ　ａで加
圧し、大気中、室温から行い、約４０℃／　ｓ　ｅ　ｃ
の加熱速度で接合面２０１の温度が約１５５０℃に達す
るまで急速に加熱し、３分間この温度に保持した後、約
−１５℃／　ｓ　ｅ　ｃの速度で徐冷して接合した。

その結果、インサート材２０３が選択的に加熱されるこ
とによりアルミナ試料２０の接合面２０１が局部的に加
熱され、接合面２０１の形状を変化させることなく良好
な接合が行えた。その時の接合面２０１には熱クランク
や気泡の発生は見られなかった。接合したセラミックス
について４点曲げ試験を行った結果、母材の７０％以上
の強度が得られた。

本実施例は、直接には接合しにくい材料でも接合するこ
とができ、また誘電損率の大きなインサート材が優先的
に加熱されるため本第１．第２実施例より複雑な試料形
状のセラミックス同士の接合ができる。

本実施例では、インサート材にアルミナ薄板を用いたが
、同様の成分を有したアルミナ粉末でもよい。

第４実施例 本第４実施例では、温度制御手段が、被接合セラミック
スにマイクロ波を照射することにより該被接合セラミッ
クスを誘電加熱する誘電加熱手段と、誘電損率が被接合
セラミックスよりも小さな材料から成る保持部材により
空胴共振器内において被接合セラミックスを保持する温
度差形成手段とから成る装置の例を示す。すなわち１本
第４実施例の装置は、第１６図に示す第１実施例装置の
空胴共振器Ｈにおいて第２０図に示すように被接合セラ
ミックス２０の接合面２０１に垂直な方向に電界を生じ
させる（Ｅ面に接合面２０１に平行になるようにする）
とともに該被接合セラミックス２０よりも誘電損率が小
さいセラミックスから成る保持部材５により上記被接合
セラミ、クス２０の両端部を保持する温度制御手段を設
け、その他は第１実施例と同様な装置である。なお保持
部材５は、上記被接合セラミックス２０と接触する部分
が空胴共振器内に配置された形に位置する。

上記保持部材５は、誘電損率が被接合セラミックス２０
より小さいためマイクロ波による誘電加熱がされにくく
２逆に該保持部材５から離れた被接合セラミックス２０
の接合面２０１が誘電加熱されやすくなる。従って、上
記接合面２０１の温度が最大になり、保持部材５出接す
る両端部２０２に向かうに従い温度が急激に低下する温
度分布を形成する。なお９本第４実施例は本発明の第６
実施態様に属する。

本第４実施例の装置を用いて第１実施例と同様なアルミ
ナ試料を接合した。なお、保持部材にはφ３龍のサファ
イア棒（室温でのε、　ｔａｎδ〈０．０００１）を用
い、更に該サファイア棒をチャックで固定した。またア
ルミナ試料とサファイア捧はゴム系接着剤で仮止めした
。またアルミナ試料の接合面の形状、加圧力、接合温度
、接合時間等の条件は第１実施例と同様である。

その結果、アルミナ試料の接合面のみが急速に加熱され
、接合面の形状を変化させることなく母材と同じ組織の
接合面を有した良好な接合が行えた。また、試料とサフ
ァイア棒の仮止めに用いたゴム系接着剤は加熱中蒸発し
、試料接合後、試料とサファイア棒は簡単に取り外せた
。接合したセラミックスについてせん断強度を測定した
結果。

母材と同一の強度が得られた。

本実施例は、セラミックス試料の寸法が小さい場合でも
接合することができ、セラミックスの寸法が小さくε、
ｔａｎδが小さい場合には接合界面にε、ｔａｎδの大
きなインサート材を介在させることにより第３実施例と
同様な接合を行うことができる。

第５実施例 本第５実施例では、窒化ケイ素を窒素ガス雰囲気中で接
合した例を示す。本第５実施例の装置は。

第１６図に示す第１実施例装置の空胴共振器■が。

第２１図に示すようにその手前に気密導波管２５が取り
付けられ、該気密導波管２５から窒素ガスが導入され、
空胴共振器■内を通って試料挿入口２３より流出するよ
うに構成され、その他は第１実施例と同様な装置である
。すなわち１両端が加圧され、空胴共振器■内に配置さ
れたセラミ・７クス試料２０の接合面２０１に平行な方
向に電界を生じさせる（８面を接合面２０１に垂直にな
るようにする）とともに接合面２０１の電界強度が最大
となるように形成され、更に空胴共振器■内は。

窒素ガス雰囲気になっている。なお、空胴共振器Ｈの接
続箇所には気密ガスケットをはさみ、空気の流入を防止
した。本第５実施例は本発明の第２実施態様に属する。

上記セラミックスとして直径３　ｍｍ　Ｘ長さ１００ｍ
１の窒化ケイ素（室温でのεｒｊａｎδ＝０．００５゜
λ＝　０．４　ｃａｌ／ｃｍ　・ｓｅｅ　・”Ｃ）を用
い、接合面の形状は第１実施例と同様である。加熱は窒
化ケイ素試料の両端を６ＭＰａで加圧し、窒素ガス雰囲
気中。

室温から行い、約４０℃／　ｓ　ｅ　ｃの加熱速度で接
合面２０１の温度が約１５００℃に達するまで急速に加
熱し、１０分間この温度に保持した後、約−１５℃／　
ｓ　ｅ　ｃの速度で徐冷して接合した。その結果、第１
実施例と同様に、接合面のみを局部的に加熱でき、接合
面の形状を変化させることなく、母材と同じ組織の接合
面を有した良好な接合が行えた。また、接合したセラミ
ックスについて４点曲げ試験を行った結果、母材の６０
％以上の強度が得られた。

第６実施例 第１実施例装置を用いて、第２２図ないし第２６図に示
すような第１実施例と同様なアルミナ焼結体（純度９２
％）の異形材の接合を行った。なお、加圧力、接合温度
、接合時間等の条件は第１実施例と同様である。

第２２図に示すように外径３　ｍｍ　Ｘ内径６龍のパイ
プ試料２０４同士を接合した。

また、第２３図に示すように上記パイプ試料２０４に板
厚３１１の円板試料２０５を接合した。この場合円板試
料２０５の保持にはφ３Ｈのサファイアを用いた。

また、第２４図に示すように上記パイプ試料２０４内に
直径６龍の棒試料２０６を５　ａｍ挿入して。

挿入面を接合した。

また、第２５図に示すように直径３　ｍｓの丸棒試料２
０７と直径６龍の丸棒試料２０８同士を接合した。

また、第２６図に示すように断面が４　ｍｍ　Ｘ　６　
＊重の角状試料２０９同士を接合した。

また、第２７図に示すようにφ５１鳳の丸棒試料であり
、接合面が断面図において■字形（■字形の角度９０”
）を呈する試料を接合した。なお。

第２７図の１面に平行に電界を生じさせるとともに１面
の電界強度が最大となるようにした。

更に、第２８図に示すように５１璽×５　鰭の角柱状試
料であり、接合面が段差形状を呈する試料を接合した。

なお、第２８図の中間の接合面２０１１に平行に電界を
生じさせるとともに接合面２０１１の電界強度が最大と
なるようにした。

その結果、いずれも母材と同様な接合強度が得られた。

第７実施例 第１実施例装置を用いて、第１実施例と同様なアルミナ
焼結体（純度９２％）の棒状試料と、該アルミナ試料と
同様な大きさで純度が９９％のアルミナ焼結体（室温で
のε、ｔａｎδ−０．００１）とを接合した。また第１
実施例と同様なアルミナ試料と、該アルミナ試料と同様
な大きさの窒化ケイ素焼結体（室温でのε、ｔａｎδ＝
０．００５）との接合も行った。なお、アルミナ試料の
接合面の形状。

加圧力、接合温度、接合時間等の条件は第１実施例と同
様であり、また窒化ケイ素焼結体との接合の場合には、
第５実施例と同様に空胴共振器内を窒素ガス雰囲気とし
た。

その結果、いずれも純度９２％のアルミナ母材の７０％
以上の接合強度が得られた。

以上、第１ないし第４実施例はアルミナ丸棒試料同士の
接合について、第５実施例は窒化ケイ素丸棒試料同士の
接合について、第６．第７実施例は異形材および異種材
の接合について説明したが。

本発明はジルコニア、ムライト炭化ケイ素などのセラミ
ックスについても同様な効果があるのはいうまでもない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するためのブロック図。 第２図はセラミックス試料温度と誘電損率との関係を示
す線図、第３図はセラミックスの温度分布を示す線図、
第４図及び第５図は本発明の第１実施Ｂ様を示すための
図であり、第４図は空胴共振器と温度制御手段とを示す
原理図、第５図はセラミックスの温度分布を示す線図、
第６図及び第７図は本発明の第２実施態様を示すための
図であり。 第６図は空胴共振器と温度制御手段とを示す原理図、第
７図はセラミックスの温度分布を示す線図。 第８図及び第９図は本発明の第４実施態様を示すための
図であり、第８図は空胴共振器と温度制御手段とを示す
原理図、第９図はセラミックスの温度分布を示す線図、
第１０図及び第１１図は本発明の第５実施Ｂ様を示すた
めの図であり、第１０図は空胴共振器と温度制御手段と
を示す原理図。 第１１図はセラミックスの温度分布を示す線図。 第１２図及び第１３図は本発明の第６実施態様を示すた
めの図であり、第１２図は空胴共振器と温度制御手段と
を示す原理図、第１４図及び第１５図はセラミックスの
接合形態を示す側面図、第１６図及び第１７図は第１実
施例を説明するための図であり、第１６図はブロック図
、第１７図は第１６図のＸ■−Ｘ■に沿う断面図、第１
８図は第２実施例装置の空胴共振器の断面図、第１９図
は第３実施例装置の空胴共振器の断面図、第２０図は第
４実施例装置の空胴共振器の断面図、第２１図は第５実
施例装置の空胴共振器の断面図、第２２図ないし第２８
図は第６実施例におけるセラミックス試料の接合形態を
示す図である。 ■・・・マイクロ波発生手段。 ■・・・空胴共振器、　　■・・・加圧手段。 ■・・・温度制御手段、５・・・保持部材。 ６・・・検出手段、　　　７・・・共振調整手段。 ８・・・温度調整手段。 ２０・・・セラミックス試料

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）被接合物であるセラミックスを配置して誘電加熱
   により接合するための空胴共振器と、該空胴共振器にマ
   イクロ波を入射するためのマイクロ波発生手段と、上記
   空胴共振器内に配置したセラミックスの接合面を加圧す
   るための加圧手段と、上記セラミックスの接合面の温度
   が最大になり、接合面からセラミックスの両端部に向か
   うに従い温度が低下する加熱温度分布になるように制御
   するための温度制御手段とから成ることを特徴とするセ
   ラミックスの接合装置。
2. （２）上記温度制御手段は、セラミックスの軸方向に垂
   直に電界を生じさせるとともに上記接合面の電界強度が
   最大となるように形成する誘電加熱手段から成る特許請
   求の範囲第（１）項記載のセラミックスの接合装置。
3. （３）上記温度制御手段は、セラミックスの接合面に平
   行な方向に電界を生じさせるとともに上記接合面の電界
   強度が最大となるように形成する誘電加熱手段から成る
   特許請求の範囲第（１）項記載のセラミックスの接合装
   置。
4. （４）上記温度制御手段は、セラミックスにマイクロ波
   を照射することにより、該セラミックスを誘電加熱する
   誘電加熱手段と、セラミックスの接合面の温度が両端部
   の温度よりも高くなる温度差を生じさせる温度差形成手
   段から成る特許請求の範囲第（１）項記載のセラミック
   スの接合装置。
5. （５）上記温度差形成手段は、セラミックスの両端部を
   冷却する冷却手段から成る特許請求の範囲第（４）項記
   載のセラミックスの接合装置。
6. （６）上記温度差形成手段は、セラミックスの接合面に
   介在させた誘電損率が上記セラミックスよりも大きい材
   料の介在物によって構成される特許請求の範囲第（４）
   項記載のセラミックスの接合装置。
7. （７）上記温度差形成手段は、誘電損率が接合しようと
   するセラミックスよりも小さな材料から成る保持部材に
   より空胴共振器内において上記セラミックスを保持する
   保持手段から成る特許請求の範囲第（４）項記載のセラ
   ミックスの接合装置。