JP2001220214A - セラミック部材の焼成方法及びセラミック部材焼成用連続炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック部材を連続炉によって工業的に迅
速焼成する場合、焼成変形の少ない、冷め割れの少な
い、歩留まりの高い焼成方法とそれに適した連続炉を提
供する。 【解決手段】 セラミック成形体５を載置する多数の容
器６が連続炉の入口から出口に縦列状態で移行して焼成
が行われるセラミック部材の焼成方法である。各容器６
に載置されたセラミック成形体５が、容器６と共に炉床
２から噴出する気体によって空中に浮上しかつ回転しな
がら焼成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、セラミック部材
の焼成方法及びセラミック部材焼成用連続炉に関する。
本発明は、半導体製造装置用のヒーター、サセプター、
あるいは自動車用のターボチャージャーローターなどの
部材として用いられる窒化珪素、窒化アルミニウム又は
炭化珪素の部材を不活性ガス中で高温で焼成する際に特
に好適である。

【０００２】

【従来の技術】 セラミック部材の連続炉による高温焼
成は、例えば図１１に示す通り、セラミック成形体を載
置したサヤ２４をＣＣコンポジット又は炭化珪素で構成
されたベルト駆動方式２５によって炉の入口から出口に
搬送し、昇温域、焼成帯、降温域を通過させ焼成が行わ
れる。

【０００３】 炉内の断面構成は電熱ヒータを用いた炉
の場合、図１２に示す通り、ヒーター１１が炉の天井、
側壁、炉床の内壁面に設けられ、サヤ２４を上下左右か
ら加熱する。又、ヒーター１１とサヤ２４の間にはヒー
ター１１から受熱した熱を炉内に均一に放熱する均熱筒
１２が設けられている。ヒーター１１の外壁側には断熱
材１３及び水冷ジャケット１４が設けられ、炉の外壁表
面温度を低くする炉壁構造とされている。また、誘導コ
イルを用いた炉の場合、図１３に示す通り、誘導コイル
２６が炉の天井、側壁、炉床の内壁面に設けられ、サヤ
２４を上下左右から加熱する。又、誘導コイル２６とサ
ヤ２４の間にはコイルから誘導加熱されて炉内に熱を均
一に放熱する均熱筒１２と断熱材１３が設けられてい
る。ヒーター１１の外壁側には水冷ジャケット１４が設
けられ、炉の外壁表面温度を低くする炉壁構造となって
いる。

【０００４】 この様な構成からなる連続炉により、セ
ラミック部材を載置したサヤを炉内に搬送し、昇温域、
焼成帯、降温域を通過させ焼成した場合、焼成変形が発
生しやすい。昇温域に侵入したサヤ及びサヤ内のセラミ
ック部材は、焼成帯側から高い熱を受け、入口側の面よ
りも高温になる。

【０００５】 セラミック部材の進行方向側の面と入口
側の面とで温度差を生じることにより焼成収縮に差を生
じ、その結果、焼成変形を生じる。昇温域で焼成変形し
たセラミック部材は焼成帯域において修正されることな
く焼成収縮が進む。降温域においてはサヤ及びセラミッ
ク部材は出口側が早く冷却されるため、出口側の面と焼
成帯側の面とで温度差を生じる。降温速度が速い場合は
冷め割れを発生する場合もある。さらには、焼成変形し
た焼成体は修正されずに変形したままである。

【０００６】 この様な焼成変形や冷め割れは、昇温・
降温速度が速い場合、焼成温度が高い場合、あるいは非
焼成セラミック部材が棒状部を有する場合、複雑形状の
場合などに特に発生しやすい。半導体製造装置用のヒー
ター、サセプター、あるいは自動車用のターボチャージ
ャーローターなどの部材として用いられる窒化珪素、窒
化アルミニウム、又は炭化珪素部材を不活性ガス中で１
６００℃以上の高温で迅速焼成する際に特に発生しやす
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上述した
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、セラミック部材を連続炉によって工業的に迅速
焼成する場合、焼成変形の少ない、冷め割れの少ない、
歩留まりの高い焼成方法を提供することにある。又、そ
の焼成方法に適した連続炉を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 本発明によれば、セラ
ミック成形体を載置する多数の容器が連続炉の入口から
出口に縦列状態で移行して焼成が行われるセラミック部
材の焼成方法において、各容器に載置されたセラミック
成形体が、該容器と共に炉床から噴出する気体によって
空中に浮上しかつ回転しながら焼成されることを特徴と
するセラミック部材の焼成方法が提供される。

【０００９】 本発明においては、炉床より噴出する気
体が不活性ガスであることが好ましい。

【００１０】 又、本発明においては、セラミック部材
を載置する容器が円形であって、容器の円形寸法に対応
した凹部を有する保持板の凹部内にセラミック部材を載
置した容器を載置し、炉床から噴出する気体が保持板の
底部に設けられた通気孔を通って容器の底面に衝突し、
容器底面に設けられた中心から周囲に向かう渦巻状の溝
に沿って気流が流れることにより容器を回転させること
が好ましい。

【００１１】 さらに、本発明においては、セラミック
部材を載置した容器をのせた円板状の敷板を敷板の円形
寸法に対応した凹部を有する保持板の凹部内に載置し、
炉床から噴出する気体が保持板の底部に設けられた通気
孔を通って敷板の底面に衝突し、敷板底面に設けられた
中心から周囲に向かう渦巻状の溝に沿って気流が流れる
ことにより敷板及び容器を回転させることが好ましい。

【００１２】 本発明においては、保持板が炉床から噴
出する気体によって空中に浮上して炉内を移行させるこ
とが好ましい。

【００１３】 又、本発明においては、容器が側面に突
起物を有し、容器が炉内を進行すると共に突起物が炉内
側壁面に設けられた凸部と接触することにより容器を回
転させることが好ましい。

【００１４】 さらにまた、本発明においては、セラミ
ック成形体が窒化珪素、窒化アルミニウム、又は炭化珪
素を主成分とするセラミック成形体であることが好まし
い。

【００１５】 本発明によれば、セラミック成形体を載
置した容器を炉の入口から出口へ縦列状態で移行させる
押出手段と、炉の内壁面に設けられた電熱ヒーター、誘
導コイル、又はラジアントヒーターによる炉内加熱手段
と、炉の外壁面を低温度に維持する断熱手段と、炉床部
より気体を噴出し、該容器を空中に浮上させる浮上手段
と、浮上状態にある該容器を回転させる回転手段とを備
えたことを特徴とするセラミック部材焼成用連続炉が提
供される。

【００１６】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定され
るものでないことはいうまでもない。図１は本発明のセ
ラミック部材焼成用連続炉１の１例を示すものである。
炉内の断面構造を図２に示す。炉床は断面中空の炉床体
２から構成されており、炉床体２は上面３のみが通気性
を有し、側面２ａ及び底面２ｂはガスタイトである。
又、炉床体の両炉壁側には上面より上方に炉の入口から
出口方向へと伸びるガイド板４が炉床体３と一体的に設
けられている。

【００１７】 セラミック部材５を載置した容器６は円
板状の敷板７の上に乗せ、敷板７の外径に対応する円形
の凹部８ａを有する保持板８の凹部内に敷板と共に載置
する。保持板８は図３に示す通り、敷板７及び容器６を
底面８ｂで受けて保持すると共に、炉床体２の中空部９
に加圧気体を入れ、炉床体の上面３より気体を噴出させ
た場合には、噴出した気体が保持板の底部８ｂに設けら
れた通気孔８ｃを通り、敷板７の底面７ａに衝突し敷板
７を保持板凹部８ａ内にて浮上させる。その状態を図４
及び図５に示す。

【００１８】 図４はセラミック部材５を載置した容器
６と敷板７と保持板８が炉床体２の上部に位置する状態
を示す。図５は炉床体上面３より噴出する気体によって
保持板８、敷板７、容器６が浮上する状態及び敷板７、
容器６が回転する状態を示す。

【００１９】 敷板７の底面７ａには、図６に示す通
り、中心から周囲に伸びる渦巻き状の溝７ｂが設けられ
ており、敷板７の底面７ａに衝突した気体が渦巻き状の
溝７ｂを高速で通過することにより敷板７は容器６と共
に回転する。尚、敷板の底面７ａにはガス溜まり部７ｃ
を設け、一旦気体をガス溜まり部７ｃで受けてから渦巻
き状の溝７ｂに気流を流し、敷板７に回転力を発生させ
ることが好ましい。

【００２０】 図７に示す通り、保持板８は炉床体２の
両サイドに設けられたガイド板４に沿って押出機１０に
よって炉の入口から出口へと連続的又は間歇的に移行さ
れる。その際、保持板８は、炉床体の上面より噴出する
気体によって浮上していることが好ましい。保持板底面
が炉床体の上面と摺動し、両者が損耗、破損することが
防止され、また保持板を押す力も小さくできるとの利点
が得られる。又、気体は不活性ガスが好ましい。窒化珪
素部材や炭化珪素部材等の焼成が可能となり、又、炉床
体などに黒鉛質や炭化珪素などの熱間強度の大きい炉材
を使用することが可能となる。

【００２１】 次に電熱ヒーターを用いた炉を例にして
炉内断面の構成について説明をする。電熱ヒーター１１
が天井、側壁、底面の内壁面に設けられ、炉床体２及び
セラミック部材５を載置した容器６を上下左右より加熱
する。又、ヒーター１１とこれら炉床体２、容器６との
間にはヒーター１１からの熱を炉内に均熱に放熱する均
熱筒１２が挿着されている。ヒーター１１より外壁側に
は断熱材１３、水冷ジャケット１４が設けられ、炉の外
壁表面温度を低温度に維持させている。

【００２２】 かかる炉壁構成の連続炉１を用いて、セ
ラミック部材５を載置した容器６を炉の入口から出口へ
と縦列状態に順次搬入移行させてセラミック部材５を焼
成した場合、保持板８は浮上状態で炉床体２のガイド板
４に沿って進行し、セラミック部材５を載置した容器６
を乗せた敷板７もまた保持板の凹部８ａ内で浮上し、か
つ回転しながら昇温域、焼成帯、降温域を進行する。

【００２３】 この様に、セラミック部材５は昇温域、
焼成帯、降温域で回転しながら出口方向へと移行するた
め、受熱、および冷却において偏熱がなく、セラミック
部材は絶えず全面が均熱に加熱、冷却される。したがっ
て、焼成変形及び冷め割れが阻止され、寸法精度に優れ
たセラミック部材が高歩留まりで得られる。焼成スケジ
ュールが速い場合であっても焼成変形及び冷め割れが阻
止されるから工業的に多量の生産を可能にする。

【００２４】 以上、本発明の実施態様について説明し
たが、他の種々の実施態様も可能である。敷板を使用せ
ず、直接保持板の凹部に円形状の容器をセットし、かつ
容器の底面に中心から周囲に向かう渦巻状の溝を形成さ
せておけば、炉床体の上面より噴出した気体は保持板の
底部の通気孔を通過し、容器の底部に衝突し、渦巻き状
の溝を高速で通過することにより容器を浮上させ、回転
させる。

【００２５】 又、敷板、容器の底面に上述の如き渦巻
状の溝を設けないで、容器の側部に突起物を設け、かつ
炉の内壁にも凸部を設けて、保持板の移行と共に容器の
突起物が炉壁の凸部と接触させれば、浮上状態の容器を
回転させることも可能である。更に、容器の側部に突起
物を設けないで、矩形状の容器とし、炉壁の凸部と容器
の角部を接触させれば、浮上状態の容器を回転させるこ
とも可能である。

【００２６】 さらに、炉床体に一体的に設けられたガ
イド板を別体として両サイドのガイド板の間に炉床体を
止着させることも可能である。又、炉床体の通気性を有
する上面を、無数の細孔を穿孔した板、海綿網目状の連
通孔を有する多孔体、ハニカム等であっても良い。

【００２７】

【実施例】 以下、本発明を実施例及び比較例に基づい
てさらに詳しく説明する。 （実施例、比較例）窒化珪素部材であって、図８に示す
通り、円筒状、矩形筒状、棒状部を有する円盤体の３種
類の形状をした供試体１〜９をサヤに載置し、図１に示
す連続炉を用い、図３〜６に示す本発明の焼成方法によ
って、供試体１〜９及びサヤ、敷板を浮上、回転させな
がら焼成した。

【００２８】 焼成スケジュールは、室温から１０００
℃までは４００〜５００℃／ｈｒ、１０００℃から焼成
帯までは１５００〜１８００℃／ｈｒ、１８００〜２２
００℃の焼成帯で０．５ｈｒ焼成し、焼成帯から室温５
００℃までは１０００〜１５００℃／ｈｒで、５００℃
〜室温は放冷降温した。焼成して得られた供試体１〜９
の焼成変形量を測定し、その結果を表１に示した。供試
体１〜９ともに焼成変形量は０．２ｍｍ以下と極めて小
さく、寸法精度の高い窒化珪素部材が得られた。

【００２９】

【表１】

【００３０】 一方、比較体として、供試体と全く同一
の材質、形状の比較体１〜６を、サヤ、敷板を回転させ
ないで炉内を進行させ、焼成したこと以外は全て供試体
と同一条件で焼成し、その焼成変形量を測定した結果を
表１に示した。いずれの比較体も焼成変形量は０．７ｍ
ｍ以上の大きな焼成変形が発生していた。また、供試体
７〜９は変形は比較的少ないものの冷め割れが発生し
た。尚、供試体１〜９、比較体１〜９の焼成変形量は夫
々の形状にあわせて以下の方法で測定して求めた。

【００３１】 供試体１，２，４，５，７，８及び比較
体１，２，４，５，７，８の焼成変形量の測定方法は、
図９に示した通り、サンプルを定盤上に横方向に置き、
一方を定盤上に押し当てる。押し当てた状態でサンプル
を回転し、定盤とサンプルの他端との隙間をスキマゲー
ジで測定し、最大の測定値を焼成変形量とした。

【００３２】 供試体３，６，９及び比較体３，６，９
の焼成変形量の測定方法は、図１０に示す通り、棒状部
１７ａを第１支持点と第２支持点上に乗せる。第１支持
点の位置は円盤部１７ｂの底面より２０ｍｍ、第２支持
点の位置は、第１支持点より３５ｍｍの位置で夫々棒状
部１７ａを支持している。又、第１支持点及び第２支持
点の形状は巾約５ｍｍの細いＶブロックである。

【００３３】 又、円盤部１７ｂの底面はストッパー２
３と接触しており、ストッパー２３の先端は尖ってお
り、円盤部１７ｂの回転摩擦を小さくし、回転を容易に
している。棒状部１７ａの先端部より５ｍｍの位置に上
部より棒状部１７ａと接触するダイヤゲージが設けられ
ている。ストッパー、第１支持点、第２支持点は同一フ
レーム上に固定されており、供試体、比較体のみが回転
できる構造とされている。この様な状態で、供試体３，
６，９、比較体３，６，９を第１支持点、第２支持点上
で回転させ、棒状部１７ａの１回転中の上下移動量をダ
イヤルゲージで測定する。上下移動量を焼成変形量とし
た。

【００３４】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の焼成方
法によれば、セラミック部材は容器と共に浮上し且つ回
転しながら炉内を進行し焼成されるから全面が均一に加
熱、焼成、冷却され、その結果、焼成変形の極めて小さ
い寸法精度の高いセラミック部材が得られる。又、寸法
精度が極めて厳しい高精密セラミック部材であっても加
工代を極めて小さくできるため製造コストを大幅に低減
できるとの効果が得られる。又、迅速焼成が可能とな
り、高歩留まりで多量に工業的生産が可能となる。更
に、本発明の連続炉によれば、セラミック部材が載置さ
れた容器を浮上、回転させながら均一焼成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のセラミック部材焼成用連続炉の１例
を示す。

【図２】 本発明連続炉の断面構造を示す。

【図３】 容器及び敷板を載置する保持板を示す。

【図４】 セラミック部材を載置した容器と敷板と保持
板が、炉床体の上部に位置する状態を示す。

【図５】 炉床体上面より噴出する気体によって保持
板、敷板、容器が浮上する状態、及び敷板、容器が浮上
状態で回転する状態を示す。

【図６】 底面に中心から周囲に伸びる渦巻き状の溝が
設けられた敷板を示す。

【図７】 保持板が炉床体の両サイドに設けられたガイ
ド板に沿って押出機により炉の入口から出口に移行する
状態の上面図を示す。

【図８】 各種形状のセラミック部材を示す。

【図９】 円筒体の焼成変形量の測定方法を示す。

【図１０】 棒状部のついた円盤状のセラミック部材の
焼成変形量の測定方法を示す。

【図１１】 従来のセラミック部材の焼成用連続炉を示
す。

【図１２】 従来のセラミック部材焼成用連続炉（電熱
ヒーター）の断面構造を示す。

【図１３】 従来のセラミック部材焼成用連続炉（誘導
コイル）の断面構造を示す。

【符号の説明】

１…セラミック部材焼成用連続炉、２…炉床体、２ａ…
炉床体の側面、２ｂ…炉床体の底面、３…炉床体の上
面、４…炉床体上部のガイド板、５…セラミック部材、
６…セラミック部材の容器、７…敷板、７ａ…敷板の底
面、７ｂ…敷板の底面に設けられた渦巻き状の溝、７ｃ
…敷板の底面に設けられたガス溜まり部、８…保持板、
８ａ…保持板の上面側に設けられた凹部、８ｂ…保持板
の底面、８ｃ…保持板の底面に設けられた通気孔、９…
炉床体の中空部、１０…押出し機、１１…ヒーター、１
２…均熱筒、１３…断熱材、１４…水冷ジャケット、１
５…円筒体のセラミック部材、１６…矩形筒体のセラミ
ック部材、１７…棒状部を有する円盤状のセラミック部
材、１７ａ…棒状部、１７ｂ…円盤部、１８…定盤、１
９…焼成変形量、２０…第１支持点、２１…第２支持
点、２２…ダイヤルゲージ、２３…ストッパー、２４…
サヤ、２５…ベルト駆動方式、２６…誘導コイル。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック成形体を載置する多数の容器
   が連続炉の入口から出口に縦列状態で移行して焼成が行
   われるセラミック部材の焼成方法において、 各容器に載置されたセラミック成形体が、該容器と共に
   炉床から噴出する気体によって空中に浮上しかつ回転し
   ながら焼成されることを特徴とするセラミック部材の焼
   成方法。
2. 【請求項２】 該気体が不活性ガスであることを特徴と
   する請求項１に記載のセラミック部材の焼成方法。
3. 【請求項３】 該容器が円形であって、該容器の円形寸
   法に対応した凹部を有する保持板の該凹部内に該容器を
   載置し、炉床から噴出する気体が該保持板の底部に設け
   られた通気孔を通って該容器の底面に衝突し、該容器底
   面に設けられた中心から周囲に向かう渦巻状の溝に沿っ
   て気流が流れることにより該容器が回転することを特徴
   とする請求項１に記載のセラミック部材の焼成方法。
4. 【請求項４】 該容器を載置する円板状の敷板を該敷板
   の円形寸法に対応した凹部を有する保持板の該凹部内に
   載置し、炉床から噴出する気体が該保持板の底部に設け
   られた通気孔を通って該敷板の底面に衝突し、該敷板底
   面に設けられた中心から周囲に向かう渦巻状の溝に沿っ
   て気流が流れることにより該敷板及び該容器が回転する
   ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック部材の焼
   成方法。
5. 【請求項５】 該保持板が炉床から噴出する気体によっ
   て空中に浮上して炉内を移行することを特徴とする請求
   項３又は請求項４に記載のセラミック部材の焼成方法。
6. 【請求項６】 該容器が側面に突起物を有し、該容器が
   炉内を進行すると共に該突起物が炉内側壁面に設けられ
   た凸部と接触することにより該容器が回転することを特
   徴とする請求項１に記載のセラミック部材の焼成方法。
7. 【請求項７】 該セラミック成形体が窒化珪素、窒化ア
   ルミニウム又は炭化珪素を主成分とするセラミック成形
   体であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック
   部材の焼成方法。
8. 【請求項８】 セラミック成形体を載置した容器を炉の
   入口から出口へ縦列状態で移行させる押出手段と、炉の
   内壁面に設けられた電熱ヒーター、誘導コイル又はラジ
   アントヒーターによる炉内加熱手段と、炉の外壁面を低
   温度に維持する断熱手段と、炉床部より気体を噴出し、
   該容器を空中に浮上させる浮上手段と、浮上状態にある
   該容器を回転させる回転手段とを備えたことを特徴とす
   るセラミック部材焼成用連続炉。