JP2005321161A

JP2005321161A - 焼成用窯道具

Info

Publication number: JP2005321161A
Application number: JP2004140661A
Authority: JP
Inventors: Asao Nagatome; 朝郎永留; Hiroshi Ishida; 寛石田
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】面平滑性及び、高温環境下のたわみ抵抗性を優れたものとすると共に、熱容量を小さくした焼成用窯道具を提供する。
【解決手段】
押出成形により、粒径０．１μｍ以上、１５０μｍ以下の原料を用いてシート状の焼成用窯道具を形成する際に、シート本体の側部に、一側面からこれと対向する他側面まで貫通する複数本の貫通孔２を設けて、シート状の焼成用窯道具１ａを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼成用窯道具に関し、例えばセラミックコンデンサ、圧電体、セラミック基板等の電子部品を焼成する窯道具（台板、支柱、セッター等）として用いることができる。

従来、例えばセラミックコンデンサ、圧電体、セラミック基板等の電子部品を焼成する場合には、アルミナ質、ジルコニア質又はムライト質等の焼成用窯道具、例えばセッターの上に被焼成物を載置して焼成している。

これらの焼成用窯道具としては、例えば、粒径＃６〜＃１８の骨材を含む配合素地をプレス成形等により成形したセッターが使用されている（下記、特許文献１を参照。）。

しかしながら、骨材の粒径が粗いことに起因して、成形体表面の面粗さが粗いため、面平滑性を重視する用途には不向きであった。また、骨材を微粉化することにより、面平滑性の向上を図ろうとした場合には、プレス成形では均一な組成の製品が得られず、製造が不安定となったり品質にばらつきが生じたりといった問題があった。

これに対して、骨材として粒径１０〜１５０μｍの微粉末を使用し、これを含む混合物を押出成形又はロール成形により成形して、シート状の焼成用窯道具を得る技術がある（下記、特許文献２を参照。）。この方法で製造したシート状の焼成用窯道具は、面平滑性の向上が図られる一方、上記プレス成形の焼成用窯道具に比べ原料が微粉であり、薄肉のため、たわみ抵抗性が著しく劣っている。

一方、肉厚の焼成用窯道具とすると、重量が大きくなり、焼成時のエネルギーコストを増大させるという問題が生じる。

特開昭６３−３０３６２号公報特開２００１−２２０２５９号公報

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、焼成用窯道具の表面の面平滑性及び、高温環境下のたわみ抵抗性を優れたものとすると共に、熱容量を小さくして焼成時のエネルギーコストを削減した焼成用窯道具を提供することを目的とする。

上述する課題を解決する本発明にかかる焼成用窯道具は、付加的に形成された孔を有する焼成用窯道具であって、当該孔が焼成用窯道具の全体積に占める割合は２０〜７０％であることを特徴とする焼成用窯道具である。

また、上記焼成用窯道具において、シート形状の焼成用窯道具であり、前記孔はシート側部を貫通する１個又は複数個の孔であることを特徴とする焼成用窯道具である。

また、上記焼成用窯道具において、押出成形又はロール成形により成形されることを特徴とする焼成用窯道具である。

また、上記焼成用窯道具において、粒径０．１μｍ以上、１５０μｍ以下の微粉末により形成されることを特徴とする焼成用窯道具である。

また、上記焼成用窯道具において、面粗さＲａが５μｍ以下であることを特徴とする焼成用窯道具である。

また、上記焼成用窯道具において、アルミナ、ムライト、ジルコニア、炭化珪素又は窒化珪素のうち少なくとも１種類の成分を有することを特徴とする焼成用窯道具である。

本発明によれば、焼成用窯道具本体に付加的に孔を形成する、特に形成された孔が焼成用窯道具の全体積に占める割合（孔占有率）を２０〜７０％とする、更には粒径０．１μｍ以上、１５０μｍ以下の微粉末により焼成用窯道具を形成することにより、焼成用窯道具の表面の面平滑性及び、高温環境下のたわみ抵抗性を優れたものとすると共に、熱容量を小さくして焼成時のエネルギーコストを削減した焼成用窯道具を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明の実施形態に係るシート状の焼成用窯道具の概略斜視外観図である。

図１（ａ）に示すように、シート状の焼成用窯道具１ａは、シート本体の側部に複数本（図面では６本）の貫通孔２を設けてなる。貫通孔２は、シート本体（シート厚：約７ｍｍ）の一側面からこれと対向する他側面まで貫通する孔であり、断面円形となっている。

また、図１（ｂ）に示すように、シート状の焼成用窯道具１ｂは、シート両端部における上面に突起部が形成され、断面コ字形状となったシート本体の側部に、複数本（図面では６本）の貫通孔２を設けてなる。また、図１（ｃ）に示すように、シート状の焼成用窯道具１ｃは、シート両端部における上下面に突起部が形成され、断面Ｈ字形状となったシート本体の側部に、複数本（図面では６本）の貫通孔２を設けてなる。

シート状の焼成用窯道具１ｂ、１ｃにおける貫通孔２についても、シート状本体の一側面からこれと対向する他側面まで貫通する孔であり、断面円形となっている。また、シート厚についても、共に約７ｍｍである。

図２は、本実施形態にかかるシート状の焼成用窯道具の特性評価を示す表である。評価項目としては、焼成用窯道具の表面の面平滑性（面粗さ）、たわみ抵抗性（たわみ量）及び熱容量（エネルギーコストの指標）としている。

本実施形態にかかるシート状の焼成用窯道具として、後述する押出成形（図３を参照。）により、貫通孔２の孔空間の体積がシート状の焼成用窯道具の全体の体積に占める割合（孔占有率）を１０〜８０％（６点）となるように成形したものを特性評価した。また、焼成用窯道具を構成する原料として、粒径０．１〜１５０μｍの微粉末を使用した。

また、比較例として、粒径０．５〜５ｍｍの骨材を使用してプレス成形により製造した肉厚７ｍｍのもの（比較例１）、粒径０．１〜１５０μｍの微粉末を使用して押出成形により製造した肉厚７ｍｍのもの（比較例２）、粒径０．１〜１５０μｍの微粉末を使用して押出成形により製造した肉厚３ｍｍのもの（比較例３）を特性評価した。なお、比較例１，２，３にかかるシート状の焼成用窯道具には貫通孔を設けていない（孔占有率０％）。

たわみ抵抗性の試験方法は以下の通りである。実施形態及び比較例は、シート厚を７ｍｍ（比較例３は３ｍｍ）、２５５ｍｍ（縦）×１３０ｍｍ（横）としたシート状の焼成用窯道具を試験片形状として用意した。この試験片の中央に１Ｋｇの荷重をかけ、電気炉により１６００℃で、７時間保持して、空冷後のたわみ量を調べた。各試験片のたわみ量は、比較例１（プレス成形品）のたわみ量を１としたときの比較値として表示してある。なお、シート縦方向に沿って貫通孔２が設けられている。

熱容量の評価方法については、重量が重いと熱容量が大きくなり、エネルギーコストは大きいと評価とする一方、重量が軽いと熱容量が小さくなり、エネルギーコストは小さいと評価した。各試験片の熱容量は、比較例１（プレス成形品）の熱容量を１としたときの比較値として表示してある。

図２に示すように、比較例１（プレス成形品）は、たわみ抵抗性が優れている一方、面平滑性が悪いことが分かる。また、比較例２（押出成形品、肉厚７ｍｍ）は、面平滑性が優れている一方、熱容量が大きくエネルギーコストが大きいことが分かる。また、比較例３（押出成形品、肉厚３ｍｍ）は、面平滑性は優れているが、たわみ抵抗性が悪いことが分かる。

これに対して、本実施形態にかかる貫通穴を設けたシート状の焼成用窯道具は、面平滑性は優れているが、孔占有率が小さくなるほど熱容量が大きくなり、孔占有率が大きくなるほど熱容量は小さくなるがたわみ抵抗性が劣ることが分かる。このことより、孔占有率の最適な範囲は２０〜７０％であることが分かる。

すなわち、面平滑性については、孔占有率にかかわらず、同性能が優れている比較例２，３と同等に優れた面平滑性を備えている。また、たわみ抵抗性については、孔占有率が１０〜７０％において、同性能が優れている比較例１とほぼ同等のたわみ抵抗性を備えている。また、熱容量については、孔占有率が小さいほど熱容量が大きく、孔占有率が大きいほど熱容量が小さい。

シート状の焼成用窯道具のたわみ抵抗性を向上させるためには、シート厚を厚くすることが一般的な方法である。しかしながら、シート厚を厚くした場合には、焼成用窯道具の重量が重くなるため、電子セラミックス等の被焼成物を焼成する際のエネルギー負荷が大きくなり、焼成工程のコスト面からは不利である。一方、シート厚を薄くした場合には、焼成用窯道具の重量が軽くなるため、エネルギー負荷を減少させる効果はあるが、焼成用窯道具のたわみ抵抗性が劣化するという不具合が生じる。

これに対して、本実施形態では、シート状の焼成用窯道具のシート厚を厚くするとともに、焼成用窯道具を加工して貫通孔を設けることにより、たわみ抵抗性をシート厚が厚いものと同等に優れたものとするとともに、焼成用窯道具の重量を小さく抑えて焼成工程時のエネルギー負荷を抑制することができる。また、使用する原料を粒径０．１〜１５０μｍの微粉末として、面平滑性についても優れたものとしている。

図３は、本実施形態にかかるシート状の焼成用窯道具の製造方法を説明する図である。同図（ａ）は押出成形機の概略断面構造図であり、同図（ｂ）は押出成形機の口金部分の拡大図であり、同図（ｃ）は押出成形機の口金部分の正面拡大図である。

図３に示すように、押出成形機５の成形機本体６の内部に、充填部７から焼成用窯道具の原料を調合した粘土状の原料調合物８を供給するとともに、本体内部の押出スクリュー９により、口金１０から原料調合物８を押し出す。

口金１０は、正面形状が枠形状である外側成形部１０ａと、外側成形部１０ａの枠内に位置するように設けられた複数の貫通孔成形部１０ｂとを有する。粘土状の原料調合物８が口金１０から押し出されることにより、外形を外側成形部１０ａによりシート形状に成形され、かつ貫通孔成形部１０ｂによりシート内部に貫通孔が形成された孔付きのシート状成形体１１が連続して得られる。

シート状成形体１１を乾燥し、１７００℃で５時間焼成した後、所望の長さに分断することにより、本実施形態にかかる側部に貫通孔２が設けられたシート状の焼成用窯道具１ａ〜１ｃを得ることができる。

本実施形態では、焼成用窯道具の形状として平坦なシート形状の例について説明したが、他に断面波形状のシートや、焼成用窯道具の表面に複数の平行凸部が形成されたシートであってもよく、また、シートではなく断面Ｌ字形状や断面筒形状の焼成用窯道具であってもよい。これらの焼成用窯道具の形状は、口金１０の外側成形部１０ａの断面形状を変えることにより実現することができる。また、シート形状の厚さは７ｍｍに限られず、３ｍｍ以上のものも適用することができる。

本実施形態にかかる焼成用窯道具は、例えばセッター等の焼成用窯道具として用いることができる。また、焼成用窯道具の材質については、アルミナ質、ムライト質、ジルコニア質、炭化珪素質又は窒化珪素質及び、これらの組み合わせ等が考えられる。また、焼成用窯道具の表面に他の材質を塗布（コート）してもよい。例えば、基材をアルミナ質として、コートとしてジルコニア質とする。

また、原料の粒径は１５０μｍ以下であればよく、下限としては、０．１μｍ以上がよい。基本的に、粒径の小さい原料を使用することにより、面平滑性を向上させることができる。また、製造方法については、押出成形の例について説明したが、ロール成形であってもよい。

また、貫通孔の断面形状としては、円形だけでなく、三角形、四角形、星型等種々の形状が考えられる。さらに、貫通孔の個数、配置及び貫通孔同士の間隔については、適宜、たわみ抵抗性等を考慮して設定することができる。また、焼成用窯道具に設ける孔は貫通していなくてもよい。

また、貫通孔の長軸方向の形状としては、直線形状だけでなく、焼成用窯道具の内部において波状に変形している形状等が考えられる。例えば波形状とする場合には、外側成形部１０ａと貫通孔成形部１０ｂとの相対的位置を変化させる、すなわち、例えば貫通孔成形部１０ｂの位置を固定するとともに、外側成形部１０ａを左右に振動させながら、口金１０から粘土状の原料調合物８を押し出すことにより、実現することができる。

なお、本明細書において、例えば貫通孔として例示される「孔」は、上記特許文献２に記載されている「気孔」とは異なる。「気孔」とは、焼成用窯道具を製造する際に、焼成用窯道具を構成する粒子により、粒子間に形成される空隙のことを言う。これに対して、「孔」を「気孔」との関係で説明すれば、「孔」とは焼成用窯道具に機械的に形成され、焼成用窯道具の形状を構成する構造体である。

一方、焼成用窯道具に機械的に形成され、焼成用窯道具の形状を構成する構造体といっても、焼成用窯道具本来の形状（焼成用窯道具としての機能により決定される形状）として孔を有する場合には、これは本発明にかかる「孔」ではない。

すなわち、本実施形態のように孔付きシート状焼成用窯道具は、焼成用窯道具本来の有する形状はシート形状であり、当該本来的形状に付加的に形成された貫通孔が本発明にかかる「孔」である。しかしながら、例えば、円筒形状の焼成用窯道具は、焼成用窯道具が本来有する形状は円筒であり、当該円筒自体を構成する孔は本発明にかかる「孔」とは区別される。この場合、本発明にかかる「孔」としては、例えば、円筒自体を構成する孔とは別に、円筒本体に付加的に形成される「孔」となる。

本発明の実施形態に係るシート状の焼成用窯道具の概略斜視外観図である。本実施形態にかかるシート状の焼成用窯道具の特性評価を示す表である。本実施形態にかかるシート状の焼成用窯道具の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１ａ〜１ｃシート状の焼成用窯道具
２貫通孔
５押出成形機
６成形機本体
７充填部
８原料調合物
９押出スクリュー
１０口金
１０ａ外側成形部
１０ｂ貫通孔成形部
１１シート状成形体

Claims

付加的に形成された孔を有する焼成用窯道具であって、当該孔が焼成用窯道具の全体積に占める割合は２０〜７０％であることを特徴とする焼成用窯道具。
請求項１に記載する焼成用窯道具において、シート形状の焼成用窯道具であり、前記孔はシート側部を貫通する１個又は複数個の孔であることを特徴とする焼成用窯道具。
請求項１又は２に記載する焼成用窯道具において、押出成形又はロール成形により成形されることを特徴とする焼成用窯道具。
請求項１ないし３のいずれかに記載する焼成用窯道具において、粒径０．１μｍ以上、１５０μｍ以下の微粉末により形成されることを特徴とする焼成用窯道具。
請求項１ないし４のいずれかに記載する焼成用窯道具において、面粗さＲａが５μｍ以下であることを特徴とする焼成用窯道具。
請求項１ないし５のいずれかに記載する焼成用窯道具において、アルミナ、ムライト、ジルコニア、炭化珪素又は窒化珪素のうち少なくとも１種類の成分を有することを特徴とする焼成用窯道具。