JP2002249384A - 連続焼成炉に用いる焼成用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被焼成物の進行方向の前後で生じる温度差を緩
和し、高品質な焼成品を得ることが可能な連続焼成炉に
用いる焼成用治具を提供する。 【解決手段】被焼成物を収容した焼成用治具を炉内を搬
送しながら、被焼成物の焼成を連続的に行う連続焼成炉
において、治具２０は、上面が開口した箱型の治具本体
２１と、治具本体２１の上面開口部を閉鎖する蓋板２２
とで構成される。蓋板２２の進行方向の前部２２ａが低
熱伝導率材料で構成され、進行方向の後部２２ｂが高熱
伝導率材料で構成されている。治具の前後部で熱の伝わ
り方に差をつけることにより、前後の温度差を小さくす
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部品など
の被焼成物を焼成するのに適した連続焼成炉に用いる焼
成用治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックコンデンサのようなセ
ラミック部品の焼成や外部電極の焼付けを行う場合、メ
ッシュベルト式の連続焼成炉が用いられる。この焼成炉
は、昇降温を繰り返すバッチ炉に比べて、温度、雰囲気
の安定性が良く、しかも連続処理を行うため、大量生産
に向いている。

【０００３】連続焼成炉は、図１〜図３に示すように、
入口部１ａ，加熱部１ｂ，冷却部１ｃ，出口部１ｄを有
するトンネル型の炉本体１を備え、炉本体１の加熱部１
ｂと冷却部１ｃの内部に筒状のマッフル２を配置してあ
る。加熱部１ｂの中には、複数のヒーター８を有する複
数の温度ゾーンが設けられている。マッフル２内にはメ
ッシュベルト３が通され、このメッシュベルト３を駆動
ローラ４によって駆動することにより、ベルト３上に載
置された治具Ｗを連続的に搬送しながら熱処理を行う。
なお、５はモータ、６はテーブルローラ、７はテンショ
ンローラである。

【０００４】図４は従来の焼成用治具Ｗの一例を示す。
この治具Ｗは、アルミナなどの耐火物セラミックス材料
を用い、被焼成物であるセラミック基板を収容する箱型
の本体１０と、セラミック基板の汚染を防止するための
蓋１１とで構成されている。本体１０にセラミック基板
を収容し、蓋１１で閉鎖したものを一組とし、図５のよ
うに十組から数十組をベルト３上に等間隔に載置し、ベ
ルト３を矢印方向へ駆動することで、連続的に焼成を行
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゾーン
毎に温度を設定して、その中を搬送していくという連続
炉の構造上、被焼成物の前後方向に温度差が生じる。例
えば、図３に示すように、進行方向前方のヒータ８の温
度が後方のヒータ８に比べて設定温度が高い場合には、
治具Ｗの前後に温度差を生じ、この温度差により前後方
向でセラミック基板の収縮量に差ができ、これが原因で
割れや反りなどが発生する。このことは、被焼成物が大
型のセラミック基板になるほど顕著になる。また、焼成
後の冷却時にも、セラミック基板内の前後方向に生じた
温度差により、基板に割れが発生する。そのため、急冷
を行うことができず、ゾーン数の限られた連続炉におい
ては、プロファイル上の制限も発生する。

【０００６】そこで、本発明の目的は、被焼成物の進行
方向の前後で生じる温度差を緩和し、高品質な焼成品を
得ることが可能な連続焼成炉に用いる焼成用治具を提供
することにある。

【０００７】

【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、被焼成物を収容した焼成
用治具を炉内を搬送しながら、被焼成物の焼成を連続的
に行う連続焼成炉において、進行方向の前部が低熱伝導
率材料で構成され、進行方向の後部が高熱伝導率材料で
構成されていることを特徴とする連続焼成炉に用いる焼
成用治具を提供する。

【０００８】本発明では、治具そのものが２種類以上の
熱伝導率の異なる材料で構成されている。一般に、焼成
用治具は、被焼成物を収容する治具本体と、治具本体の
開口部を閉じる蓋板とで構成されるが、本発明では治具
本体または蓋板の前後部が異なる材料で構成されてい
る。請求項１の場合、炉内に投入された焼成用治具は、
炉内を連続駆動される搬送手段の上に載置される。搬送
手段としては、例えば搬送ベルトであってもよいし、搬
送方向に複数本並設された搬送ローラであってもよい。
焼成用治具の前端部は先に炉内の高温部に到達するの
で、後部に比べて温度が高くなる。そこで、温度の高い
治具の前部を、後部に比べて低い熱伝導率材料で構成す
ることで、治具に伝わる熱を緩和し、前部の温度上昇を
抑える。これにより、治具の前後の温度差が緩和され、
内部に収容されたセラミック基板が大型部品であって
も、その前後方向で基板収縮量の差が少なくなり、品質
が改善される。逆に、焼成後の冷却時には進行方向前方
が低温となるが、熱伝導率の小さい前部の温度低下が抑
制されるので、前部と後部の温度差が小さくなる。この
場合も、内部に収容されたセラミック基板の急激な温度
低下が防止され、基板割れなどの問題を解消できる。そ
のため、急冷を行うことが可能となり、ゾーン数の限ら
れた連続炉において、プロファイル上の制限も排除でき
る。なお、本発明において、熱伝導率の高低は治具の前
後部の相対的な比較によるものであり、絶対値により規
定されるものではない。

【０００９】請求項２のように、焼成用治具が、上面が
開口した箱型の治具本体と、治具本体の上面開口部を閉
鎖する蓋板とで構成される場合、蓋板の進行方向の前部
が低熱伝導率材料で構成され、進行方向の後部が高熱伝
導率材料で構成されているのが望ましい。蓋板は治具本
体に比べて単純な形状であるため、その前後部が異なる
材料よりなる蓋板を容易に製作できる。また、蓋板は治
具本体に比べて大きな面積を有するので、熱伝導率材料
の違いによる断熱あるいは放熱効果が大きい。さらに、
治具本体は既存のものを使用できるので、安価である。

【００１０】請求項３のように、焼成用治具が、上下面
が開口した筒状の治具本体と、治具本体の上面開口部を
閉鎖する上蓋板と、治具本体の下面開口部を閉鎖する下
蓋板とで構成される場合には、上蓋板および下蓋板の進
行方向の前部が低熱伝導率材料で構成され、進行方向の
後部が高熱伝導率材料で構成されていてもよい。すなわ
ち、治具より下方にヒータが設けられた連続炉の場合に
は、上下の蓋板の前後部に熱伝導率の異なる材料を用い
ることで、温度差の低減効果を得ることができる。

【００１１】請求項４のように、治具本体を、低熱伝導
率材料より熱伝導率が高く、高熱伝導率材料と熱伝導率
が同一またはこれより低い材料で形成してもよい。つま
り、蓋板の前部が低熱伝導率材料、後部が高熱伝導率材
料で構成されている場合に、治具本体の熱伝導率を蓋板
の前部より高くし、後部と同一または低くすることで、
蓋板の熱伝導率の差を温度差の低減効果に強く影響させ
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図６は本発明にかかる焼成用治具
の第１実施例を示す。この実施例の治具２０は、被焼成
物を収容する箱型の本体２１と、その上面開口部を閉じ
る蓋板２２とを備えている。本体２１は図４に示された
治具本体１０と同様の構造を有する。蓋板２２は、熱伝
導率が小さな前部２２ａと、熱伝導率が大きな後部２２
ｂとで構成されている。この実施例では、本体２１とし
てアルミナ（熱伝導率：５Ｗ／ｍ・Ｋ）を用い、蓋板２
２の前部としてアルミナファイバー（熱伝導率：０．２
Ｗ／ｍ・Ｋ）を用い、後部としてＳｉＣ（熱伝導率：１
２０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。なお、蓋板２２を構成する
材料としては、焼成温度以上の耐熱性を有し、前部２２
ａが後部２２ｂより熱伝導率が小さい材料であれば、上
記材料に限定されるものではない。

【００１３】上記治具２０の中に被焼成用のセラミック
基板を収容し、この治具２０を例えば図１に示される連
続焼成炉のベルト上に等間隔で載置する。この時、低熱
伝導率材料よりなる前部２２ａが進行方向前方になるよ
うに、治具２０をベルト上に載置する。ベルトに載置さ
れた治具２０を、加熱ゾーン中を通過させながら連続的
に焼成を行う。連続焼成炉では、ヒータブロックで区切
られたゾーン毎に温度を設定しているが、昇温過程にお
いて、セラミック基板がゾーンにまたがる時にそのゾー
ン間の温度差がセラミック基板に生じる。ところが、上
記治具２０を用いることで、治具２０の先頭は低熱伝導
材料よりなる前部２２ａの断熱効果により、温度上昇が
遅れる。逆に、高熱伝導材料よりなる後部２２ｂの温度
上昇を速めることができる。そのため、治具２０の前後
方向の温度差を減少させることができる。また、焼成後
の冷却時には治具２０の前部の温度低下が低熱伝導材料
よりなる前部２２ａの断熱効果により遅くなるので、前
部の冷却が遅れ、急冷しても前後方向の温度差を小さく
することができる。その結果、大型のセラミック基板を
焼成する場合でも、基板前後の温度差を小さくすること
ができ、基板の割れや反りなどの発生を防止することが
できる。

【００１４】図７に本発明にかかる焼成用治具の第２実
施例を示す。この実施例の治具２０’は、図６とほぼ同
様の構成を有するので、図６と同一部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。この実施例では、連続焼成
炉の搬送スピードや温度プロファイルなどの熱処理条件
に合わせて、蓋板２２の熱伝導率が小さな前部２２ａと
熱伝導率が大きな後部２２ｂとの面積比率を任意に変更
可能としたものである。これにより、熱処理条件に合わ
せた最適な効果を得ることができる。図７では、前部２
２ａの面積を後部２２ｂの面積より大きくしてあるの
で、前部２２ａの断熱効果が高く、ベルトスピードが遅
い場合でも、温度上昇を抑えることができる。

【００１５】図８，図９は本発明にかかる焼成用治具の
第３実施例を示す。この実施例の治具３０は、図９に示
す上下面が開口した筒状の治具本体３１と、治具本体３
１の上面開口部を閉鎖する上蓋板３２と、治具本体３１
の下面開口部を閉鎖する下蓋板３３とで構成される。上
蓋板３２および下蓋板３３の進行方向の前部３２ａ，３
３ａが低熱伝導率材料で構成され、進行方向の後部３２
ｂ，３３ｂが高熱伝導率材料で構成されている。

【００１６】この実施例の治具３０は、治具３０の上方
と下方とにヒータが設けられた連続炉で使用される。こ
の場合には、治具３０の上方に設置されたなヒータの熱
による温度差を、上蓋板３２の前後部３２ａ，３２ｂで
抑制し、治具３０の下方に設置されたなヒータの熱によ
る温度差を、下蓋板３３の前後部３３ａ，３３ｂで抑制
することができる。

【００１７】本発明における焼成とは、単なる焼成に限
らず、脱バインダー処理や電極の焼入れなどの他の熱処
理を含むものである。したがって、被焼成物はセラミッ
ク材料に限らない。本発明の連続焼成炉は、ベルト搬送
式焼成炉に限らず、ローラを用いて搬送するローラ搬送
式焼成炉や、可動テーブルに載せて搬送する焼成炉な
ど、他の形式の焼成炉であってもよい。

【００１８】本発明の治具本体は、低熱伝導率材料より
熱伝導率が高く、高熱伝導率材料と熱伝導率が同一また
はこれより低い材料で形成する必要はなく、低熱伝導率
材料と同等な熱伝導率を有してもよい。また、蓋板を前
後方向に２種類の熱伝導率の異なる材料で構成したが、
３種類以上の熱伝導率の異なる材料で構成することもで
きる。この場合には、前後方向の温度分布を線形的ある
いは段階的に制御することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に係る発明によれば、焼成用治具の進行方向の前部を低
熱伝導率材料で、進行方向の後部を高熱伝導率材料で構
成したので、昇温過程では温度の高いゾーンにある前部
は低熱伝導率材料による断熱効果により温度上昇を遅ら
せることができ、温度の低いゾーンにある後部は高熱伝
導率材料により温度上昇の遅れを少なくすることができ
る。その結果、前後方向の温度差を減少させることがで
き、焼成過程における基板内温度差による基板割れや反
りを防ぐことができ、高品質な焼成品を得ることができ
る。また、冷却過程においては、治具の前部が断熱効果
により冷却が遅れ、後部は放熱効果により冷却が進行す
る。これにより、冷却時の基板の前後方向の温度差を減
少させることができ、熱膨張の差による基板割れを防ぐ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のベルト搬送式焼成炉の概略断面図であ
る。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図２のIII −III 線断面図である。

【図４】従来の焼成用治具の一例の斜視図である。

【図５】ベルト上に治具を載置した状態の斜視図であ
る。

【図６】本発明にかかる焼成用治具の第１実施例の斜視
図である。

【図７】本発明にかかる焼成用治具の第２実施例の斜視
図である。

【図８】本発明にかかる焼成用治具の第３実施例の斜視
図である。

【図９】図８に示す焼成用治具における治具本体の斜視
図である。

【符号の説明】

２０ 焼成用治具 ２１ 治具本体 ２２ 蓋板 ２２ａ 前部（低熱伝導率材料） ２２ｂ 後部（高熱伝導率材料）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被焼成物を収容した焼成用治具を炉内を搬
   送しながら、被焼成物の焼成を連続的に行う連続焼成炉
   において、進行方向の前部が低熱伝導率材料で構成さ
   れ、進行方向の後部が高熱伝導率材料で構成されている
   ことを特徴とする連続焼成炉に用いる焼成用治具。
2. 【請求項２】上記焼成用治具は、上面が開口した箱型の
   治具本体と、治具本体の上面開口部を閉鎖する蓋板とで
   構成され、上記蓋板の進行方向の前部が低熱伝導率材料
   で構成され、進行方向の後部が高熱伝導率材料で構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉
   に用いる焼成用治具。
3. 【請求項３】上記焼成用治具は、上下面が開口した筒状
   の治具本体と、治具本体の上面開口部を閉鎖する上蓋板
   と、治具本体の下面開口部を閉鎖する下蓋板とで構成さ
   れ、上記上蓋板および下蓋板の進行方向の前部が低熱伝
   導率材料で構成され、進行方向の後部が高熱伝導率材料
   で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連
   続焼成炉に用いる焼成用治具。
4. 【請求項４】上記治具本体は、低熱伝導率材料より熱伝
   導率が高く、高熱伝導率材料と熱伝導率が同一またはこ
   れより低い材料で形成されていることを特徴とする請求
   項２または３に記載の連続焼成炉に用いる焼成用治具。