JPWO2020067249A1 - 表面に粗面化構造を有する非磁性セラミックス成形体とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記粗面化構造が凹凸を有しており、前記凹凸の厚さ方向の断面形状が曲面を有しているものであり、
前記非磁性セラミックスが酸化物系の非磁性セラミックスである、表面に粗面化構造を有する非磁性セラミックス成形体を提供する。また本発明は別の実施態様において、表面に粗面化構造を有する非磁性セラミックス成形体の製造方法を提供する。
次に本発明の1つの実施態様による、表面に粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体の第1の製造方法を説明する。本発明の1つの実施態様による非磁性セラミックス成形体は、酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して5,000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射して製造することができる。
本発明の1つの実施態様による、表面に粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体の第2の製造方法は、上記した第1の製造方法とは、レーザー光の照射形態が異なるほかは、同じ方法である。
デューティ比(%)=ON時間/(ON時間+OFF時間)×100
デューティ比は、図5に示すL1とL2(すなわち、L1/[L1+L2])に対応するものであるから、例えば10〜90%の範囲から選択することができる。デューティ比を調整してレーザー光を照射することで、図5に示すような点線状に照射することができる。
本発明の1つの実施態様による、第3の製造方法は、第1の製造方法と第2の製造方法とは異なり、パルス波レーザーを使用する方法である。
酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して本発明の好ましい一態様では15度〜90度の角度、本発明の別の好ましい一態様では45〜90度の角度でレーザー光を照射する。
レーザー光の照射速度は本発明の好ましい一態様では10〜1,000mm/secであり、本発明の別の好ましい一態様では10〜500mm/secであり、本発明の別の好ましい一態様では10〜100mm/secであり、本発明のさらに別の好ましい一態様では10〜80mm/secである。
レーザー光の照射時のエネルギー密度は、レーザー光の1パルスのエネルギー出力(W)と、レーザー光(スポット面積(cm2)(π・〔スポット径/2〕2)から求められる。レーザー光の照射時のエネルギー密度は本発明の好ましい一態様では0.1〜50GW/cm2であり、本発明の別の好ましい一態様では0.1〜20GW/cm2であり、本発明の別の好ましい一態様では0.5〜10GW/cm2であり、本発明のさらに別の好ましい一態様では0.5〜5GW/cm2である。エネルギー密度が大きくなるほど、孔は深くかつ大きくなる。
レーザー光の1パルスのエネルギー出力(W)=(レーザー光の平均出力/周波数)/パルス幅
レーザー光の平均出力は、本発明の好ましい一態様では4〜400Wであり、本発明の別の好ましい一態様では5〜100Wであり、本発明のさらに別の好ましい一態様では10〜100Wである。他のレーザー光の照射条件が同一であれば、出力が大きいほど孔は深くかつ大きくなり、出力が小さいほど孔は浅くかつ小さくなる。周波数(KHz)は、本発明の好ましい一態様では0.001〜1000kHzであり、本発明の別の好ましい一態様では0.01〜500kHzであり、本発明のさらに別の好ましい一態様では0.1〜100kHzである。パルス幅(nsec)は、本発明の好ましい一態様では1〜10,000nsecであり、本発明の別の好ましい一態様では1〜1,000nsecであり、本発明のさらに別の好ましい一態様では1〜100nsecである。
繰り返し回数(一つの孔を形成するための合計のレーザー光の照射回数)は本発明の好ましい一態様では1〜80回であり、本発明の別の好ましい一態様では3〜50回であり、本発明の別の好ましい一態様では5〜30回である。同一のレーザー照射条件であれば、繰り返し回数が多いほど孔が深くかつ大きくなり、繰り返し回数が少ないほど孔が浅くかつ小さくなる。
前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体に対してレーザー光をライン状に照射するとき、隣接するライン同士の間隔を広くしたり、狭くしたりすることで、孔の大きさ、孔の形状、孔の深さを調整することができる。なお、パルス波レーザー光は、点を照射して、前記点を複数繋いでラインを形成するものである。
第1工程では、上記した第1の製造方法、第2の製造方法または第3はの製造方法により表面に粗面化構造を有する非磁性セラミックス成形体を製造する。
第1工程では、第1の製造方法、第2の製造方法または第3の製造方法により表面に粗面化構造を有する非磁性セラミックス成形体を製造する。第2工程では、第1工程において得た酸化物系の非磁性セラミックス成形体とゴム成形体をプレス成形やトランスファー成形などの公知の成形方法を適用して一体化させる。
1つの実施態様によれば、酸化物系の非磁性セラミックス成形体とゴム成形体との複合成形体の製造方法では、酸化物系の非磁性セラミックス成形体とゴム成形体の接合面に接着剤層を介在させることができる。
第1工程では、第1の製造方法、第2の製造方法または第3の製造方法により粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体を製造する。第2工程では、金型内に粗面化した酸化物系の非磁性セラミックス成形体の多孔構造部を含む面が上になるように配置する。その後、例えば周知のダイカスト法を適用して、溶融状態の金属を金型内に流し込んだ後、冷却する。
第1工程と第2工程は、上記した「(2−2)粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体とゴム成形体との複合成形体(接着剤層を含む)の製造方法」と同様に実施して、接着剤層を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体を製造する。
第1工程では、上記した第1の製造方法、第2の製造方法または第3の製造方法により表面に粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体を製造する。
ラジカル重合性化合物としては、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルエーテル基、ビニルアリール基、およびビニルオキシカルボニル基などのラジカル重合性基を一分子内に1つ以上有する化合物などが挙げられる。
カチオン重合性モノマーとしては、エポキシ環(オキシラニル基)、ビニルエーテル基、ビニルアリール基などのオキセタニル基等の以外のカチオン重合性基を一分子内に1つ以上有する化合物などが挙げられる。
粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体同士の複合成形体は、例えば、異なる形状の粗面化構造を有する酸化物系の非磁性セラミックス成形体の複数を使用し、それらの接合面に形成させた接着剤層を介して接合一体化させることで製造することができる。前記接着剤層は、酸化物系の非磁性セラミックス成形体の粗面化構造部分に接着剤を塗布するなどして形成することができる。接着剤としては、上記した他の複合成形体の製造で使用したものと同じものを使用することができる。
熱衝撃温度は、加熱された酸化物系の非磁性セラミックス成形体の試験片(4×35×厚さ3mm)を30℃の水中に浸漬したときに破壊された温度である。急激に冷却されたときに内部と表面で生じる温度差により発生する内部応力が試験片の強度を超えたときに破壊される。
表1に示す種類の非磁性セラミックス成形体(10×50×厚さ2mmの平板)の表面に対して、下記の連続波レーザー装置を使用して、表1に示す条件でレーザー光を連続照射して粗面化した。表1中、アルミナ92は純度92%であること、アルミナ99は純度99.5%であることを示している。
(レーザー装置)
発振器:IPG−Ybファイバー;YLR−300−SM
ガルバノミラー SQUIREEL(ARGES社製)
集光系:fc=80mm/fθ=100mm
クロス(クロス照射):0.05mmの間隔をおいて10本の溝(第1群の溝)が形成されるように連続波レーザー光を照射した後、第1群の溝と直交する方向に0.05mmの間隔をおいて10本の溝(第2群の溝)が形成されるように連続波レーザー光を照射した。
図15に示す複合成形体(ISO19095−2:2015に準拠した試験片)を用い、下記の条件で引張試験を行ってせん断接合強度(S1)を評価した。結果を表1に示す。引張試験は、ISO19095に準拠し、酸化物系の非磁性セラミックス成形体30側の端部を固定した状態で、酸化物系の非磁性セラミックス成形体30と樹脂成形体31が破断するまで図13に示すX方向に引っ張った場合の接合面が破壊されるまでの最大荷重を測定した。結果を表1に示す。
試験機:島津製作所製AUTOGRAPH AG−X plus(50kN)
引張速度:10mm/min
つかみ具間距離:50mm
表2に示す種類の非磁性セラミックス成形体(10×50×厚さ2mmの平板)の表面に対して、表2に示す条件でパルス波レーザー光を照射して粗面化した。図16に粗面化後のSEM写真を示す。
1b:曲線
2:直線
5:突出部
6:窪み部
Claims (20)
- 表面に粗面化構造を有する非磁性セラミックス成形体であって、
前記粗面化構造が凹凸を有しており、前記凹凸の厚さ方向の断面形状が曲面を有しているものであり、
前記非磁性セラミックスが酸化物系の非磁性セラミックスである、非磁性セラミックス成形体。 - 前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体が、熱衝撃温度(JIS R1648:2002)が150〜700℃の範囲で、厚さが0.5mm以上である、請求項1記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体がアルミナを含む、請求項2記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体が、熱衝撃温度(JIS R1648:2002)が1〜10℃の範囲で、厚さが3mm以上である、請求項1記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記酸化物系の非磁性セラミックスがジルコニアを含む、請求項4記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記凹凸の厚さ方向の断面形状が、部分円形状または部分楕円形状である、請求項1〜5のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記凹凸の表面粗さ(Ra)が1〜30μmの範囲であり、前記凹凸の凸部と凹部の高低差(Rz)が10〜200μmの範囲である、請求項1〜6のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記凹凸の算術平均高さ(Sa)が1〜50μmの範囲であり、前記凹凸の凸部の最大高さ(Sz)が30〜280μmの範囲であり、前記凹凸の界面の展開面積比(Sdr)が0.05〜2.00の範囲である、請求項1〜6のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記凹凸の二乗平均平方根傾斜(Sdq)が0.3〜3.0の範囲である、請求項1〜6のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記凹凸が間隔をおいて線状に連続的に形成されているとき、前記凹部の平面形状が楕円形またはそれに類似する形状を含んでいる、請求項1〜9のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体。
- 前記凹凸が分散してランダムに形成されているとき、前記凹部の平面形状が円形、楕円形またはそれらに類似する形状を含んでいる、請求項1〜9のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体。
- 請求項1〜11のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法であって、
酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して5,000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射することで粗面化する、非磁性セラミックス成形体の製造方法。 - 請求項1〜11のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法であって、
酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して5,000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射する工程を有しており、
前記レーザー光の照射工程が、粗面化対象となる酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対してレーザー光を照射するとき、レーザー光の照射部分と非照射部分が交互に生じるように照射する工程である、非磁性セラミックス成形体の製造方法。 - 前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して5,000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、
同一方向または異なる方向に直線、曲線およびこれらの組み合わせからなる複数本の線が形成されるようにレーザー光を連続照射する、請求項12または13記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法。 - 前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して5,000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、
同一方向または異なる方向に直線、曲線およびこれらの組み合わせからなる複数本の線が形成されるようにレーザー光を連続照射し、レーザー光を複数回連続照射して1本の直線または1本の曲線を形成する、請求項12または13記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法。 - 前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して5,000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、
同一方向または異なる方向に直線、曲線およびこれらの組み合わせからなる複数本の線が形成されるようにレーザー光を連続照射し、
前記複数本の直線または前記複数本の曲線が、等間隔または異なる間隔をおいて形成されるようにレーザー光を連続照射する、請求項12または13記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法。 - 請求項1〜11のいずれか1項記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法であって、
酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対して、パルス波レーザーを使用し、下記の要件(i)〜(v)を満たすようにパルス波レーザー光を照射することで粗面化する、非磁性セラミックス成形体の製造方法。
(i)前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対してレーザー光を照射するときの照射角度が15度〜90度
(ii)前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対してレーザー光を照射するときの照射速度が10〜1,000mm/sec
(iii)前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対してレーザー光を照射するときのエネルギー密度が0.1〜50GW/cm2
(iv)前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対してレーザー光を照射するときの繰り返し回数が1〜80回
(v)前記酸化物系の非磁性セラミックス成形体の表面に対してレーザー光を照射するときのライン間隔が0.01〜1mm - 前記要件(i)〜(v)が下記の数値範囲のものである、請求項17記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法。
(i)15度〜90度
(ii)10〜500mm/sec
(iii)0.1〜50GW/cm2
(iv)1〜80回
(v)0.01〜0.5mm - 前記要件(i)〜(v)が下記の数値範囲のものである、請求項17記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法。
(i)15度〜90度
(ii)10〜100mm/sec
(iii)0.1〜20GW/cm2
(iv)3〜50回
(v)0.03〜0.3mm - 前記要件(i)〜(v)が下記の数値範囲のものである、請求項17記載の非磁性セラミックス成形体の製造方法。
(i)45度〜90度
(ii)10〜80mm/sec
(iii)0.5〜5GW/cm2
(iv)5〜30回
(v)0.05〜0.1mm
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