JP2001146463A - セラミックスの焼成用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多量のセラミックスを焼成する場合でも均一な
焼成を行なうことができ、焼成途中で外部から操作力を
加えなくても焼成条件に適した通気面積に自動調整でき
るセラミックスの焼成用治具を提供することにある。 【解決手段】被焼成セラミックスを収容するための上部
が開口した収容室１２を有する治具本体１０と、治具本
体１０の上部開口部１１を閉じるとともに、互いに摺動
自在な下蓋２０，上蓋３０と、熱膨張係数の大きな伸縮
体４０とを有する。下蓋２０と上蓋３０には互いの相対
位置が同じの通気穴２１，３１が形成され、脱バインダ
処理温度では通気穴２１，３１は上下方向に一致してい
るが、本焼成温度まで温度上昇すると、伸縮体４０の伸
びにより上蓋３０が下蓋２０に対してスライドして通気
穴２１，３１が不一致となり、収容室１２が密閉され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミック成形体の
ように揮発成分を含むセラミックスに対し、その脱バイ
ンダ処理と本焼成処理とを連続的に行なうのに適した焼
成用治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化ホ
ウ素などの揮発しやすい成分を含むセラミックス生材料
は、２００℃〜５００℃の低温で含有しているバインダ
を放散させ、６００℃以上の高温で被焼成セラミックス
の周囲をある一定の雰囲気が保てる状態、つまり有用な
組成成分が放散しないような状態で本焼成を行なう。そ
のため、例えば蓋付きの焼成用治具の中に被焼成セラミ
ックスを配置して焼成を行うのが通例である。

【０００３】図１に従来の焼成用治具の一例を示す。こ
の治具は器型の本体１と蓋２とからなり、本体１または
蓋２の部分に本体１と蓋２との間に隙間を設けるための
突起３が設けられている。この突起３により、低温域で
は蓋２と本体１との間に隙間が形成され、この隙間から
バインダ分解ガスが治具の外部へ放出される。また、高
温域では、本体１と蓋２との間に僅かな隙間があるもの
の、有用成分の放散を最小限にしてセラミックスを焼結
させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、量産性を高
めるため大型の焼成用治具を用いた場合、従来の焼成用
治具の構造をそのままにして大型化すると、焼成用治具
の中に配置した被焼成セラミックスの量が増えることに
伴い、バインダ分解ガスの量も増加する。この増加した
分解ガスを効率よく放出させるためには、本体１に設け
た突起３の高さを高くして隙間を広げる方法が考えられ
る。しかし、この方法では高温域において有用な組成成
分が放出されやすくなり、特に治具の周辺部に位置して
いる被焼成セラミックスの有用成分が放散してしまい、
均一な焼成を行なうことが困難になる。

【０００５】そこで、治具本体の上に通気穴を有する中
蓋を載置するとともに、中蓋の上に通気穴を有する外蓋
をスライド自在に載置した焼成用治具が提案されている
（特開平９−１０５５８５号公報の図６，図７参照）。
この場合には、外蓋を中蓋に対してスライドさせること
で、脱バインダ工程では中蓋と外蓋の通気穴を対応させ
て開口面積を大きくとり、本焼成工程では外蓋を中蓋に
対してスライドさせて通気穴を閉じることで、有用成分
を放散させずに均一な焼成を行なうことが可能である。

【０００６】しかしながら、この構造の焼成用治具の場
合、脱バインダ工程と本焼成工程との間で外蓋をスライ
ドさせる必要があるので、バッチ炉のような搬送系のな
い焼成炉で焼成する場合には適用できない。

【０００７】そこで、本発明の目的は、多量のセラミッ
クスを焼成する場合でも均一な焼成を行なうことがで
き、焼成途中で外部から操作力を加えなくても焼成条件
に適した通気面積に自動調整できるセラミックスの焼成
用治具を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、セラミックスの焼成に用
いる焼成用治具において、セラミックスを収容するため
の上部が開口した収容室を有する治具本体と、治具本体
の上部開口部を閉じるとともに、互いに摺動自在な複数
の蓋体とを備え、上記蓋体には互いの相対位置が同じの
通気穴が形成され、脱バインダ処理温度に比べて本焼成
温度での通気穴の開口率が小さくなるように、セラミッ
クスの焼成中の温度変化による熱変形を利用して上記蓋
体を相対変位させることを特徴とする焼成用治具を提供
する。

【０００９】温度上昇に伴って複数の蓋体が相対変位
し、蓋体に設けた通気穴の開口率が自動的に変化する。
特に、蓋体を動かすための動力源として熱変形（熱膨張
を含む）を利用しているので、外部から操作力を全く加
えずに通気穴の開口率を変化させることができる。特
に、脱バインダ処理温度に比べて本焼成温度での通気穴
の開口率が小さいので、通気穴からバインダ分解ガスを
効率よく排気できるとともに、本焼成時の有効成分の揮
発を抑制できる。そのため、大型の焼成用治具を用いて
多量のセラミックスを焼成する場合であっても、ほぼ均
一な条件で焼成できる。

【００１０】請求項２のように、セラミックスの脱バイ
ンダ処理温度では通気穴の開口率が最大であり、セラミ
ックスの本焼成温度では通気穴の開口率がほぼ０となる
ように、複数の蓋体の相対位置を設定するのが望まし
い。すなわち、脱バインダ処理温度では分解ガスを効率
よく放散させるために、通気穴の開口率を最大、つまり
全開状態にし、本焼成時の高温域においては、通気穴の
開口率を０、つまり全閉にすることで、有用な組成成分
が放散するのを阻止できるからである。

【００１１】請求項３では、蓋体は治具本体上に載置さ
れた下蓋と、下蓋の上にスライド可能に載置された上蓋
とからなり、一端部が治具本体または下蓋によって支持
され、他端部が上蓋に当接し、治具本体，下蓋および上
蓋の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する伸縮体を
設け、この伸縮体の熱膨張により上蓋を下蓋に対して平
面方向にスライドさせるものである。例えば、下蓋と上
蓋とを熱膨張係数の大きく異なる材料で形成し、一方の
蓋を他方の蓋より大きく熱膨張させ、通気穴の開口率を
変化させる方法もあるが、これでは何れかの蓋に熱膨張
係数の大きな材料を用いる必要があるので、強度低下を
招いたり、ソリや撓みが発生する可能性がある。これに
対し、請求項３のように治具本体，下蓋および上蓋に比
べて熱膨張係数の大きな伸縮体を使用し、この伸縮体の
熱膨張を利用して上蓋を下蓋に対してスライドさせるよ
うにすれば、蓋の強度低下やソリを防止できるととも
に、伸縮体として最適な材料を用いることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図２，図３は本発明にかかる焼成
用治具の第１実施例を示す。被焼成用セラミックス（図
示せず）を収容した治具本体１０は耐熱性セラミックス
などで形成され、上面に開口部１１を有し、内部に被焼
成用セラミックスを収容するための収容室１２を有する
箱型形状に形成されている。上記開口部１１は、治具本
体１０に対して水平移動不能な下蓋２０と、下蓋２０の
上にスライド自在に載置された上蓋３０とで閉じられて
いる。これら下蓋２０と上蓋３０も治具本体１０と同様
に耐熱性セラミックスなどで形成されている。下蓋２０
と上蓋３０には互いの相対位置が同じの複数の通気穴２
１，３１が形成されている。

【００１３】上蓋３０の両側部には切り込み部３２が形
成されており、これら切り込み部３２に長方形状の一対
の伸縮体４０が配置されている。これら伸縮体４０は下
蓋２０上に載置されており、長さ方向一端面が切り込み
部３２の段差面３２ａに当接し、他端面が治具本体１０
の側壁部に突設された支持体１３によって支持されてい
る。なお、支持体１３は治具本体１０に代えて、下蓋２
０に設けてもよい。伸縮体４０は治具本体１０，下蓋２
０および上蓋３０に比べて熱膨張係数の十分に大きな耐
熱性材料で形成されている。

【００１４】例えば、治具本体１０，下蓋２０および上
蓋３０にコージエライト（線膨張係数１．０ｐｐｍ／
℃）を用いた場合には、伸縮体４０としてマグネシア
（線膨張係数１３．５ｐｐｍ／℃）を用いることができ
る。図３に示すように、４００℃（脱バインダ処理温
度）で下蓋２０と上蓋３０の通気穴２１，３１が一致す
ることとし、この温度での伸縮体４０の長さをＬとす
る。室温（２５℃）での伸縮体４０の長さＬ’は、 Ｌ’＝Ｌ−（４００−２５）（１３．５×１０^-6−１．
０×１０^-6）Ｌ ＝０．９９５３Ｌ となる。例えば、Ｌ＝２００ｍｍとすると、Ｌ’＝１９
９．１ｍｍとなる。一方、１０００℃での伸縮体４０の
長さＬ''は、 Ｌ''＝Ｌ＋（１０００−４００）（１３．５×１０^-6−
１．０×１０^-6）Ｌ ＝１．００７５Ｌ ＝２０１．５ｍｍ となる。

【００１５】従って、１０００℃では、上下の蓋２０，
３０に１．５ｍｍピッチで、かつ伸縮方向に１．５ｍｍ
の穴径の通気穴２１，３１を、互いの通気穴を塞ぐよう
に形成するのが望ましい。このことから、室温での蓋２
０，３０の通気穴２１，３１の位置が求められる。下蓋
２０の通気穴２１の位置は、基準となる固定端からＸｍ
ｍの位置から伸縮方向に穴径１．５ｍｍの通気穴を１．
５ｍｍピッチで形成し、上蓋３０の通気穴３１の位置
は、固定端からＸ−０．９ｍｍの位置から伸縮方向に穴
径１．５ｍｍの通気穴３１を１．５ｍｍピッチで形成す
ればよい。通気穴間のセラミックス部分の熱膨張による
変形δは、 δ＝（１０００−２５）×１．０×１０^-6×１．５ ＝０．００１４６ｍｍ であり、加工精度を考慮すると、無視できると考えられ
る。

【００１６】次に、上記構成よりなる焼成用治具によっ
て被焼成セラミックスを焼成する動作を説明する。室温
（２５℃）においては、図３の（ａ）のように、上蓋３
０が下蓋２０に対して熱膨張方向と逆方向にずれてお
り、通気穴２１，３１は一部で連通しているが、完全に
は一致していない。室温から徐々に昇温すると、被焼成
セラミックスはバインダとして、例えばポリビニルブチ
ラールやアクリルなどを含んでいるので、これらバイン
ダが３００℃〜５００℃の低温度域で分解し、分解ガス
が発生する。このとき、温度上昇に伴って下蓋２０上に
配置した伸縮体４０が伸びるが、治具本体１０に固定さ
れた支持体１３を固定端としているため、上蓋３０の切
り込み部３２と接する方向に伸びることになる。この動
作により、上蓋３０が下蓋２０に対して矢印Ａ方向にス
ライドし、図３の（ｂ）のように上蓋３０に形成された
通気穴３１と下蓋２０に形成された通気穴２１とが上下
方向に一致し、収容室１２で発生したバインダ分解ガス
が通気穴２１，３１を通って焼成用治具の外部へ放散さ
れる。このようにして脱バインダ処理が実施される。さ
らに温度が上昇すると、伸縮体４０はさらに伸び、これ
に伴い上蓋３０もさらにスライドするので、上蓋３０に
形成された通気穴３１と下蓋２０に形成された通気穴２
１との位置が徐々にずれていき、最終的には図３の
（ｃ）のように上下の通気穴２１，３１が互いに塞ぎあ
うことになる。これにより、焼成用治具の内部は密閉さ
れ、セラミックス中の蒸発しやすい有用成分の放散を抑
制し、雰囲気を一定に保つことができ、均一に焼成する
ことができる。このようにして本焼成処理が行なわれ
る。

【００１７】なお、上記実施例では、本焼成温度まで上
昇させて上蓋３０と下蓋２０の通気穴３１，２１を閉じ
た後、降温させた時、上蓋３０と下蓋２０との相対位置
が変化しないので、通気穴３１，２１は閉鎖状態に維持
される。そのため、降温時に外部のガスが治具本体１０
に収容されたセラミックスに当たらず、治具本体１０の
内部が徐冷され、セラミックスが割れるのを防止でき
る。また、長尺な伸縮体４０を用いることにより、熱膨
張量が大きくなり、上蓋３０の移動距離を大きくできる
ので、通気穴２１，３１の大きさも大きくできる。その
ため、脱バインダ時のガスの放散効率が上がる利点があ
る。

【００１８】図４，図５は本発明にかかる焼成用治具の
第２実施例を示す。５０は治具本体、６０は下蓋、７０
は上蓋、８０は伸縮体である。下蓋６０と上蓋７０には
互いに対応する位置に放射状に配列された通気穴６１，
７１が形成されている。通気穴６１，７１は、中心側よ
り外周側の方が順次大径に形成されている。中心部に形
成された穴６２，７２に耐熱性を有するピン９０が挿入
され、下蓋６０と上蓋７０は互いに平面方向に回転自在
である。下蓋６０は治具本体５０に対して移動不能に載
置され、その１つの角部には支持体６３が上方へ突設さ
れている。上蓋７０の一辺には切り込み部７３が形成さ
れており、この切り込み部７３の段差面７３ａと支持体
６３との間に長方形状の伸縮体８０が配置されている。
伸縮体８０は、治具本体５０，下蓋６０および上蓋７０
に比べて熱膨張係数が十分に大きな材料で形成されてい
る。

【００１９】この実施例の場合、治具本体５０の収容室
５１内に被焼成セラミックス（図示せず）を収容し、下
蓋６０，上蓋７０及び伸縮体８０をセットした状態で加
熱すると、３００℃〜５００℃の脱バインダ処理温度で
バインダが分解され、分解ガスが発生する。このとき、
室温からの温度上昇により伸縮体８０が伸びるが、伸縮
体８０の一端は支持体６３で支持され、他端は上蓋７０
の切り込み部７３の段差面７３ａに当接しているので、
上蓋７０が下蓋６０に対して矢印Ｂ方向に回転する。そ
のため、上蓋７０に形成された通気穴７１と下蓋６０に
形成された通気穴６１とが上下方向に一致し、収納室５
１内で発生したバインダ分解ガスが通気穴６１，７１を
通り円滑に排出される。さらに温度上昇して本焼成温度
に到達すると、伸縮体８０はさらに伸び、上蓋７０がさ
らに回転する。これにより、上蓋７０の通気穴７１と下
蓋６０の通気穴６１とが互いに塞ぎあい、収容室５１内
を密閉し、雰囲気を一定に保持できる。そのため、被焼
成セラミックス中の蒸発しやすい有用成分の放散を防
ぎ、均一な品質に焼成できる。この実施例では、上下の
蓋６０，７０の中心部がピン９０で回転自在に支持され
ているので、上蓋７０の移動方向が回転方向にのみ限定
され、このため位置ずれを起こさず、正確な開口率の制
御が可能となる。

【００２０】上記実施例では、熱変形部材として長尺な
伸縮体４０，８０を用い、その長さ方向の熱膨張を利用
して通気穴の開口率を変化させたが、これに限るもので
はなく、例えば、バイメタルのような曲げ変形を生じる
部材を熱変形部材として用いてもよい。この場合には、
温度変化に対する変位量を大きく取れる利点がある。ま
た、熱変形部材としては、形状記憶材料を用いることも
可能である。例えば、マイカ結晶化ガラスをコイル状に
形成したものを５００℃で圧縮し、急冷したものを８０
０℃に加熱すると元に戻る性質を有するので、この性質
を利用することも可能である。

【００２１】上記実施例では、通気穴として円形の穴を
示したが、スリット状の穴であってもよいし、角形の穴
であってもよい。伸縮方向の開口幅の小さい穴の方が、
僅かなストロークで開口率を大きく可変できるので、望
ましい。また、通気穴は蓋の全面にほぼ均等に分散形成
する方が、脱バインダ処理の均質性が得られるので、望
ましい。さらに、上記実施例では２枚の蓋を用いたが、
３枚以上の蓋を用いてもよいことは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、温度変化による熱変形を利用して複数の蓋を相
対変位させることで、蓋に形成された通気穴の相対位置
を変化させ、脱バインダ処理温度では本焼成時に比べて
通気穴を大きく開くようにしたので、バインダ分解ガス
を円滑に放出することができ、焼成用治具内での分解ガ
スの滞留による被焼成セラミックスの汚染や、治具内の
雰囲気の差によるバインダの分解むらを防ぐことができ
る。また、本焼成時には通気穴の開口率を小さくするこ
とで、有用成分の放散を防ぎ、均質な焼成を行なうこと
ができる。また、本発明では熱変形を駆動源としている
ので、外部から全く操作力を与える必要がなく、機構を
簡素化できるとともに、バッチ処理のように密閉空間内
で焼成を行なう場合でも、通気穴の開口率を自動的に調
整できる。そのため、焼成途中で外部から操作力を加え
なくても焼成条件に適した通気面積に自動調整でき、安
定した焼成処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の焼成用治具の斜視図である。

【図２】本発明にかかる焼成用治具の第１実施例の分解
斜視図である。

【図３】図２の焼成用治具の上蓋と下蓋の温度変化によ
る作動を説明する断面図である。

【図４】本発明にかかる焼成用治具の第２実施例の分解
斜視図である。

【図５】図４の焼成用治具の上蓋と下蓋の分解図であ
る。

【符号の説明】

１０，５０ 治具本体 １１ 開口部 １２，５１ 収容室 ２０，６０ 下蓋 ２１，６１ 通気穴 ３０，７０ 上蓋 ３１，７１ 通気穴 ４０，８０ 伸縮体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックスの焼成に用いる焼成用治具に
   おいて、セラミックスを収容するための上部が開口した
   収容室を有する治具本体と、治具本体の上部開口部を閉
   じるとともに、互いに摺動自在な複数の蓋体とを備え、
   上記蓋体には互いの相対位置が同じの通気穴が形成さ
   れ、脱バインダ処理温度に比べて本焼成温度での通気穴
   の開口率が小さくなるように、セラミックスの焼成中の
   温度変化による熱変形を利用して上記蓋体を相対変位さ
   せることを特徴とする焼成用治具。
2. 【請求項２】セラミックスの脱バインダ処理温度では通
   気穴の開口率が最大であり、セラミックスの本焼成温度
   では通気穴の開口率がほぼ０となるように、複数の蓋体
   の相対位置が設定されていることを特徴とする請求項１
   に記載の焼成用治具。
3. 【請求項３】上記蓋体は治具本体上に載置された下蓋
   と、下蓋の上にスライド可能に載置された上蓋とからな
   り、一端部が治具本体または下蓋によって支持され、他
   端部が上蓋に当接し、治具本体，下蓋および上蓋の熱膨
   張係数より大きい熱膨張係数を有する伸縮体を設け、こ
   の伸縮体の熱膨張により上蓋を下蓋に対して平面方向に
   スライドさせることを特徴とする請求項１または２に記
   載のセラミックスの焼成用治具。