JP2002168570A

JP2002168570A - 熱風循環式焼成炉およびそれを用いたセラミックスの製造方法

Info

Publication number: JP2002168570A
Application number: JP2000363692A
Authority: JP
Inventors: Hideji Nakazawa; 秀司中澤; Sentaro Yamamoto; 泉太郎山元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】セラミック回路基板などの被焼成物を焼成用セ
ッターを介して多段に積み重ねた被処理物に対しても、
均一な熱風循環によって温度分布のばらつきを低減でき
る熱風循環式焼成炉と、それを用いることによって段積
みされた成形体を反りや変形を防止しつつ歩留りよく製
造する。【解決手段】雰囲気気体を加熱するための発熱体１３
と、雰囲気気体と外気とを混合するとともに混合気体を
循環させる気体混合器１４を具備する加熱室３と、加熱
された気体によって被焼成物１５を熱処理するための焼
成室２とを仕切壁５を介して炉内に隣接して設けるとと
もに、仕切壁５に炉の上下方向に延びる排気用スリット
９および給気用スリット１０とをそれぞれ設け、この焼
成炉内の焼成室２の中央部に、焼成セッター１６を介し
て、セラミック成形体１５を上方向に多段に積み上げて
焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック製品を
焼成するための焼成炉、特に熱風循環式の焼成炉とそれ
を用いたセラミックスの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、セラミック製品の焼成では、図３に
示すように、焼成室２１内に設けられた電熱ヒータ２２
を加熱してセッター２３上に載置されたセラミック被処
理物２４を焼成するような焼成炉が用いられている。電
熱ヒータの長所は、温度制御を精度よくできることであ
るが、発熱量が小さいため、焼成室の大きさをあまり大
きくできず、また、ヒータの形状や配列によって、焼成
炉内の温度が不均一となる欠点がある。さらに、セラミ
ックスの焼成において、約５００℃までは、有機成分の
脱離（脱バインダ）があり、脱離ガスを効率よく除去す
るため、この温度領域では炉内に対流が必要であるが、
図３に示すような構造の焼成炉では電熱ヒータによる十
分な対流は起こらない。

【０００３】一方、焼成室内の均熱性を確保するため
に、インコネル等の金属板を筒状にして、被焼成物を包
むように配置する方法も用いられている。しかしなが
ら、金属板の変形による均熱性の悪化や、金属板に付着
した脱離ガスがタール状となって製品に付着する等の問
題がある。

【０００４】近年、焼成炉内にファンを設け、このファ
ンにより焼成炉内の雰囲気気体を循環させて、均熱を図
ることが提案されている。例えば、特開平１−２７７１
９２号公報に開示された熱風循環式焼成炉は、循環用フ
ァンと気体を加熱するヒータを備えたものである。ま
た、特開平７−３１３８６１号公報には、図４に示すよ
うに、被処理物３４を熱処理する焼成室３１の上方に仕
切壁３２を介して雰囲気気体を加熱する加熱室３３を配
置し、その加熱室３３内に先端がノズル状になった気体
混合器３４を用いて、圧縮された外気と炉内の雰囲気気
体とを混合して循環させるものである。この装置では、
ファンの代わりに、気体混合器３４と圧縮気体を用いて
雰囲気気体を循環させるため、乱流や騒音が発生せず、
高温焼成に適しているという特徴を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１−２７７１９２号公報に開示された熱風循環式焼成炉
は、ファンによる乱流が起こるため、昇温時や降温時な
ど炉内の温度が変化するときには、均熱が保たれず、ま
た、温度キープ時に一定温度になるまで時間がかかると
いう問題があった。また、セラミックスの焼成温度を考
えると、ファンの軸や軸受けの耐熱性が問題であり、フ
ァンの騒音も問題となる。

【０００６】一方、特開平７−３１３８６１号公報に開
示された焼成炉では、乱流や騒音が発生しない点では有
利であるが、焼成用セッターを用いて鉛直方向に多段に
積み重ねた被処理物に対して、各段によって加熱状態が
異なり、また、１つの焼成セッター内でも温度分布むら
が発生し、焼成されたセラミックスに反りや変形が発生
するなどの問題があった。

【０００７】また、バインダー等の有機成分を多く含む
ようなセラミック製品を焼成する際に、炉内の隙間や炉
壁に、脱離した有機成分が付着し、炉内のコンディショ
ンを不安定にする、あるいは、有機成分がタール状にな
って製品に付着する、あるいは、脱バインダーの不足に
より層間剥離が生じる等の問題があった。

【０００８】従って、本発明は、セラミック回路基板な
どの被焼成物を焼成用セッターを介して多段に積み重ね
た被処理物に対しても、均一な熱風循環によって温度分
布のばらつきを低減できる熱風循環式焼成炉と、それを
用いることによって段積みされた成形体を反りや変形を
防止しつつ歩留りよく製造することのできるセラミック
スの製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の熱風循環式焼成
炉は、雰囲気気体を加熱するための加熱手段と、雰囲気
気体と外気とを混合するとともに該混合気体を循環させ
る気体混合器を具備する加熱室と、加熱された気体によ
って被焼成物を熱処理するための焼成室とを仕切壁を介
して炉内に隣接して設けるとともに、前記仕切壁に炉の
上下方向に延びる排気用スリットおよび給気用スリット
とをそれぞれ設けたことを特徴とするものである。

【００１０】本発明によれば、かかる構成によって、発
熱体による余分な輻射熱が被処理物に付加されるのを抑
制し、被処理物を炉内を循環する熱風によってのみ加熱
することにより、焼成炉内の均熱が容易に得られる。ま
た、給気用スリットおよび排気用スリットの形状をスリ
ット状にすることによって、循環する熱風を整流化する
ことができ、温度バラツキの原因となる乱流の発生等を
抑制することができ、焼成炉内の均熱が容易に得られ
る。

【００１１】特に、排気用スリットおよび給気用スリッ
トを仕切壁の左右端部に形成することによって、雰囲気
気体の循環性を高めることができ、これによって雰囲気
気体の均熱性を高めることができる。

【００１２】また、排気用スリットには、前記気体混合
器が接続されていることが望ましく、焼成室内を循環し
た熱風をロスなく気体混合器に送ることができ、外部か
ら入ってくる低温の圧縮気体と混合することによって、
圧縮気体を加熱することができるので、加熱装置による
加熱を最小限にでき、消費電力を低く抑えることができ
るからである。

【００１３】さらに、前記排気用スリットと隣接して脱
気口を設けることによって、雰囲気気体中にセラミック
成形体から脱離したバインダー等の有機成分を、効率よ
く、かつ、雰囲気気体の循環を乱さないように脱気する
ことができる。

【００１４】また、本発明のセラミックスの製造方法に
よれば、上記の焼成炉内の前記焼成室の中央部に、焼成
セッターを介して、セラミック成形体を上方向に多段に
積み上げて焼成することを特徴とするものである。即
ち、焼成室の中央部は、炉壁の放熱及び輻射等の影響を
受けにくいため均熱性がよく、かつ、雰囲気気体の流れ
に対して、焼成セッター面が平行であるため、流れが乱
されず、焼成セッター全体に均一に熱を与えられるから
である。その結果、多段に積み上げられたセラミック成
形体を均一に焼成することが可能となり、セラミックス
の反りや歪みの発生を防止することができる。

【００１５】なお、セラミック成形体が成形用有機バイ
ンダーを含んでおり、該有機バインダーを除去する時に
は多くの有機成分が、被焼成物から脱離するため、前記
脱気口から雰囲気気体を脱気することによって、脱バイ
ンダー時に脱離ガスを焼成炉外部に脱気することによ
り、さらに効率よく有機成分を除去することができ、短
時間で脱バインダー処理できるからである。また、脱バ
インダー時以外に脱気口を閉じることによって、焼成炉
内の均熱をより安定して確保できる。脱気口には電磁弁
等を設けて、焼成プロファイルに連動した開閉をさせる
こともできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。図１は、本発明に係る熱風循環式焼成炉
の概略断面図を示す。図２は、図１のＡ−Ａ'線での水
平断面図である。図中、１は焼成炉本体であり、２は焼
成室、３は加熱室である。

【００１７】図１、２の焼成炉１においては、焼成室２
と加熱室３とは、互いに隣接して設けられ、仕切壁５に
よって区切られている。仕切壁５の左右には、給気用ス
リット９、および排気用スリット１０が形成されてお
り、焼成室２と加熱室３とは、この給気用スリット９と
排気用スリット１０のみによって空間的につながってい
る。

【００１８】焼成室２は、仕切壁５、上側炉壁４、炉側
壁６、炉床７、および、炉扉８によって囲まれた空間か
らなる。また、加熱室３は、仕切壁５、背面壁１２およ
び炉側壁６に囲まれた空間であり、この加熱室３内に
は、発熱体である電熱ヒータ１３と気体混合器１４が配
置されている。電熱ヒータ１３の形状は、棒状、また
は、Ｕ字状である。

【００１９】また、気体混合器１４は、排気用スリット
１０と直接つながっている。そして、排気用スリット１
０に隣接して、側壁６には脱気口１１が配置されてい
る。脱気口１１の管状の部分には電磁弁１９が設けられ
てあり、被焼成物１５の脱バインダー時に開き、それ以
外の時には閉じるように制御される。

【００２０】脱気口１１の長辺は、排気用スリット１０
の長辺より短く、かつ、脱気口１１の幅は、仕切壁５の
厚みより薄い方が好ましい。なぜなら、炉内を循環する
雰囲気気体の流れを乱しにくいからである。

【００２１】かかる焼成炉による熱風循環の仕組みを説
明する。まず、外部からの圧縮気体が、気体混合器１４
を通って、加熱室３に導入される。導入された気体は、
電熱ヒータ１３によって加熱され、給気用スリット９を
通って焼成室２に入る。この時、電熱ヒータ１３によっ
て熱せられた気体（熱風）は、給気用スリット９によっ
て整流となる。給気用スリット９から焼成室２に入った
熱風は、給気用スリット９側の炉側壁６、炉扉８、さら
に、排気用スリット１０側の炉側壁６に沿うように流
れ、その後、一部は仕切壁５に沿うように焼成室２内を
循環し、一部は排気用スリット１０を通って気体混合器
１４へと入っていく。

【００２２】ここでも、排気用スリット１０により、熱
風は乱流とならず、気体混合器１４へと流れる。一部の
熱風は、炉壁の隙間や、炉壁の微小孔から、焼成炉本体
１の外部へ放出される。気体混合器１４に入った熱風
は、外部から導入される圧縮気体と混合され、再び、気
体混合器１４の先端から噴出され、循環する熱風とな
る。

【００２３】このようにして、焼成室２内では整流とな
った熱風が炉側壁６、扉８に沿って循環するために、そ
の炉側壁６、扉８によって囲まれた焼成室２の中央部は
均熱が保たれる。

【００２４】次に、上記の熱風循環式焼成炉を用いてセ
ラミックスを製造する方法について説明する。ここで
は、セラミックスとして、回路基板などに使用されるセ
ラミック基板を製造する場合を例示して説明する。

【００２５】まず、アルミナ、ムライト、窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、ガラス、ガラスセラミックスなどの周
知のセラミック組成物粉末に対して、アクリル系樹脂等
の有機バインダーと、トルエン等の有機溶剤を加え、必
要に応じて可塑剤、界面活性剤等を添加してスラリーを
得る。このスラリーをドクターブレード法等により薄層
化し、基板用のグリーンシートを作製する。この後、グ
リーンシート上に、銅、銀、タングステン、モリブデン
などの導体を主成分とする導電性ペーストを用いて回路
パターンを形成する。必要に応じて、ガラスペーストや
セラミックペースト等で導体表面を被覆する。

【００２６】このようにして得られた、回路パターンの
形成されたグリーンシートを、ホットプレス等の積層法
によって多層積層し、さらに、必要に応じて個片分割溝
等を形成し、所望の大きさにカットして、セラミック回
路基板の生成形体を得る。

【００２７】次に、焼成炉における焼成室２の中央部に
おいて、上記の成形体１５を多段積み用の焼成セッター
１６上に載置する。そして、各焼成セッター１６の四隅
にスペーサー１７を設置して成形体１５および焼成用セ
ッター１６とを交互に多段に上方向に積み上げる。ま
た、成形体１５と焼成用セッター１６とを焼成室２の空
間的な中央部に配置するため、上記の成形体１５と焼成
用セッター１６とは、インコネル等の耐熱性金属で形成
された焼成用棚台１８の上に載置される。

【００２８】このようにして焼成炉内に配置した後、大
気中、窒素雰囲気中または還元雰囲気中で２００〜４０
０℃で脱バインダー処理をする。このとき、脱バインダ
ーの開始時に電磁弁１９を開き、雰囲気気体を脱気口１
１より脱気し、脱バインダーの終了時に電磁弁１９を閉
じるように制御する。その後、昇温して、各成形体が焼
結するに最適な焼成温度に昇温されて、焼成温度で保持
して焼成することによって、セラミック回路基板を得る
ことができる。

【００２９】本発明のかかる製造方法によれば、従来の
焼成炉のように、図３のように加熱室と焼成室とが仕切
られていない焼成炉で同様に段積みして焼成した場合、
基板の反り変形のない良好な基板を得る歩留りが３０
％、また図４のように、焼成炉の上方に加熱室を設けた
焼成炉では、歩留りが６５％であったが、本発明の焼成
炉を用いることによって歩留りが９５％以上に向上する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、焼
成炉内に熱風の整流を発生させることができるために、
均熱性に優れた焼成炉を提供することができ、かかる焼
成炉を用いることによって、上方向への多段積みの被焼
成物に対して反りや歪みの発生を防止し歩留りの高いセ
ラミックスの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る焼成炉の正面方向断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ'線での水平断面図である。

【図３】従来技術に係る焼成炉の正面方向断面図であ
る。

【図４】従来技術に係る熱風循環式焼成炉の正面方向断
面図である。

【符号の説明】

１焼成炉２焼成室３加熱室５仕切壁９給気用スリット１０排気用スリット１１脱気口１３発熱体１４気体混合器１５被処理物１６焼成用セッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｄ 7/04 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ｚ 17/00 １０１Ｃ０４Ｂ 35/64 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】雰囲気気体を加熱するための発熱体と、雰
囲気気体と外気とを混合するとともに該混合気体を循環
させる気体混合器を具備する加熱室と、加熱された気体
によって被焼成物を熱処理するための焼成室とを仕切壁
を介して炉内に隣接して設けるとともに、前記仕切壁に
炉の上下方向に延びる排気用スリットおよび給気用スリ
ットとをそれぞれ設けたことを特徴とする熱風循環式焼
成炉。
【請求項２】排気用スリットおよび給気用スリットを前
記仕切壁の左右端部に形成してなることを特徴とする請
求項１記載の熱風循環式焼成炉。
【請求項３】前記気体混合器が、前記排気用スリットと
接続されてなることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の熱風循環式焼成炉。
【請求項４】前記脱気口を前記排出用スリットと隣接し
て設けてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
いずれか記載の熱風循環式焼成炉。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のうちいずれか記載
の焼成炉内の前記焼成室の中央部に、焼成セッターを介
して、セラミック成形体を上方向に多段に積み上げて焼
成することを特徴とするセラミックスの製造方法。
【請求項６】前記セラミック成形体が成形用有機バイン
ダーを含んでおり、該有機バインダーを除去する時にの
み、前記脱気口から雰囲気気体を脱気することを特徴と
する請求項５記載のセラミックスの製造方法。