JP2007205696A

JP2007205696A - 焼成用セッター

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Publication number: JP2007205696A
Application number: JP2006028664A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yasunaga; ▲吉▼宏安永
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP5230903B2

Abstract

【課題】外縁領域と中央領域との温度差を低減させるのに有利であり、且つ、反りが抑制され、耐変形性が高い新規な焼成用セッターを提供する。
【解決手段】焼成用セッター１は、複数の平行孔２２を形成する格子壁体２５を備えるセラミックスを基材とする格子構造体２で形成されており、前記格子壁体２５の上端面は、焼成処理が行われる対象物Ｗを載せる載置部２７を形成し、前記セラミックスは、ジルコニア、炭化珪素、ムライト、アルミナ、マグネシア、窒化珪素のうちのいずれかから成る。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミックス系の電子材料部品等の対象物を載せて焼成する際に用いられる焼成用セッターに関する。

圧電セラミックスの焼成を例にとって、従来技術について説明する。ＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ3）等を原料とする圧電セラミックスは、次のように形成されている。即ち、原料粉末を成形して未焼成のセラミックス成形体からなる対象物を形成する。この未焼成の対象物を焼成用セッターの載置面に載置する。そして、対象物を載置した平板形状の焼成用セッターを焼成炉に装入し、焼成温度（例えば８００〜１４００℃）で所定時間加熱保持して焼成することによって、圧電セラミックスは製造されている。上記した焼成用セッターは、対象物を載せるための載置面を有する焼成セラミックス体で形成されている。

焼成用セッターでは、対象物の焼成精度を更に高めることが要請されている。ここで、対象物の焼成を良好に行うためには、対象物を載せるための載置面における温度分布ができるだけ、均一であることが好ましい。しかし平板形状をなしている焼成用セッターでは、焼成用セッターのうち空気に触れやすい外縁領域と、表面以外は空気に触れにくい中央領域とで、温度差が発生するおそれが高い。更に、対象物の焼成中に焼成用セッターに反りが生じたりすることは、好ましくない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、外縁領域と中央領域との温度差を低減させるのに有利であり、且つ、反りが抑制され、耐変形性が高い新規な焼成用セッターを提供することを課題とするにある。

（１）様相１に係る焼成用セッターは、焼成処理が行われる対象物を載せて焼成する焼成用セッターにおいて、複数の平行孔を形成する格子壁体を備えるセラミックスを基材とする格子構造体で形成されており、格子壁体の上端面は、対象物を載せる載置部を形成している。対象物は酸化物系でも、窒化物系でも、炭化物系でもよい。格子構造体は、多数の孔の開口が集合して形成されている構造体をいう。格子構造体であるため多数の平行孔（実質的に平行な孔）を備えている。従って、焼成用セッターの外縁領域および中央領域が空気に触れる。このため焼成用セッターの外縁領域と中央領域との温度差を低減させるのに有利である。

また、格子構造を有する格子壁体は強化されている。故に、焼成用セッターが平板形状である場合に比較して、反り等に対する耐変形性が高い。平行孔の断面形状は特に限定されるものではなく、四角形状、三角形状、六角形状、円形状、楕円形状等が例示される。

（２）様相２に係る焼成用セッターの製造方法は、セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える格子構造体を形成する押出工程とを含む。格子構造体であるため、強化されており、反り等に対する耐変形性が高い。

（３）様相３に係る焼成用セッターの製造方法は、セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える格子構造体を形成する押出工程と、格子構造体を焼成する焼成工程とを含む。

（４）様相４に係る焼成用セッターの製造方法は、セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える押出連続体を形成する押出工程と、押出連続体を長さ方向において切断し、格子構造体を形成する切断工程と、格子構造体を焼成する焼成工程とを含む。

１個の押出連続体から複数の格子構造体を取り出すことができ、コスト低減に有利である。更に押出連続体は未焼成または半焼成であるため、ワイヤーなどの切断要素で押出連続体を輪切り状に切断して、未焼成または半焼成の格子構造体を形成する作業が楽である。

（５）様相５に係る焼成用セッターの製造方法は、セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える押出連続体を形成する押出工程と、押出連続体を焼成する焼成工程と、押出連続体を長さ方向において切断し、格子構造体を形成する切断工程とを含む。１個の押出連続体から複数の格子構造体を取り出すことができ、コスト低減に有利である。

（６）様相６に係る焼成用セッターの製造方法は、焼失物質を含むセラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える未焼成の格子構造体を形成する押出工程と、未焼成の格子構造体を焼成すると共に焼失物質を焼失させる焼成工程とを含む。多孔質の格子構造体を形成するのに有利である。対象物からガスが発生するとき、ガス排出性が確保される。

（実施形態１）本発明に係る実施形態１を図１〜図５を参照して具体的に説明する。焼成用セッター１は、焼成処理が行われる対象物Ｗを載せて焼成するものであり、セラミックスを基材とする格子構造体２で形成されている。格子構造体２は、複数の平行孔２２を形成する格子構造を有する格子壁体２５と、格子壁体２５を保持する外枠として機能する枠体２９とを備える。格子壁体２５および平行孔２２は、格子構造体２の中心線Ｐに対してほぼ平行に沿っている。平行孔２２の断面形状は四角形状とされている。なお、平行孔２２の断面形状を三角形状、円形形状としても良い。

格子壁体２５の上端面２７ｕは、対象物Ｗの底部に対面して当該底部を載せ得る載置部２７を形成している。上端面２７ｕは、平坦面であることが好ましいが、これに限定されるものではない。焼成用セッター１の基材は酸化物系でも、窒化物系でも、炭化物系でもよいが、一般的には、ジルコニア、アルミナ、マグネシア、ムライト、炭化珪素、窒化珪素のうちの少なくとも１種を基材とすることができる。ジルコニアとしては、立方晶のジルコニアで形成された安定化ジルコニア、あるいは、立方晶及び正方晶が混在する部分安定化ジルコニアとすることができる。焼成用セッター１が立方晶のジルコニアを基材とする場合には、立方晶のジルコニアは化学的に極めて安定であるため、未焼成または半焼成の対象物Ｗを焼成する際に、対象物Ｗと焼成用セッター１との反応を極めて少なくできる。このため焼成用セッター１は、長期間にわたり対象物Ｗとの反応が抑えられ、安定して使用できる。ジルコニアの場合には、安定化剤としてＹ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、希土類元素（例えばＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ等）の少なくとも１種を所定量（例えば１〜１３ｍｏｌ％、２〜１０ｍｏｌ％）含む安定化ジルコニア（ＦＳＺ）または部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）で形成されていることが好ましい。ＦＳＺよりもＰＳＺは高強度および高靭性をもつ。ＰＳＺよりもＦＳＺは対象物Ｗとの反応性が抑制されている。なお格子構造体２の高さをＨとし、格子構造体２の径をＤとするとき、Ｈ＝Ｄ、Ｈ≒Ｄ、Ｈ＜Ｄ、Ｈ＞Ｄのいずれでも良い。但し図１に示す実施形態では、Ｈ＜Ｄ、殊にＨ＜１／３・Ｄとされており、格子構造体２は偏平化されている。格子構造体２は偏平化されていると、格子構造体２に占める材料コストが低減される。しかも、格子壁体２５は補強リブ効果をもつ格子構造を有しており、強化されているため、材料コストを低減させつつ高強度および高剛性を有する。更に格子壁体２５の壁厚を低減させるのにも有利である。

使用時には、図２に示すように、格子壁体２５の上端面２７ｕの載置部２７に、未焼成または半焼成の対象物Ｗ（例えば圧電用セラミックス）を載せる。対象物Ｗを載せた格子構造体２を図略の焼成炉内に装入し、対象物Ｗを脱脂温度領域に加熱して脱脂する。次に脱脂した対象物Ｗの焼成温度領域に所定温度（例えば１２５０〜１３５０℃、特に１３００℃）に所定時間（例えば９０〜１５０分、特に１２０分）加熱持することにより、対象物Ｗを焼成する。なお焼成温度および焼成時間はこれに限定されるものではない。

格子構造体２の焼成後においても、格子構造体２は複数の平行孔２２を有する。このため対象物Ｗと格子構造体２との接触面積が小さくされる。故に対象物Ｗからの脱脂性が確保され、脱脂性が向上する。更に、未焼成の対象物Ｗを焼成するとき、対象物Ｗと格子構造体２との化学的反応（拡散）が抑制される。よって、焼成後の対象物Ｗの高品質を維持するのに有利である。更に格子構造体２は複数の平行孔２２を有するため、バルク体に比較して材料体積が低減され、材料コストが低減される。

図１から理解できるように、平行孔２２の内部は空気とされる。従って焼成用セッター１の外縁領域１ｒも空気に触れやすく、中央領域１ｍも空気に触れる。このため焼成用セッターの外縁領域１ｒと中央領域１ｍとにおいて発生する温度差が低減される。このため対象物Ｗの焼成精度を高め得る。更に、対象物Ｗを格子構造体２に載せて多数回焼成するときであっても、格子壁体２５は補強性を有する。このため格子構造体２の反り変形性が抑制され、格子構造体２の耐久性が向上する。

使用回数が増加し、格子壁体２５の上端面である載置部２７が損耗してきたら、載置部２７を研磨したり、切断したりし、新しい載置部２７を再生させることができる。格子構造体２は高さＨを有するため、載置部２７の再生回数を多くでき、コスト低減に有利となる。このように新しい載置部２７を再生させるとき、格子構造体２は複数の平行孔２２を有するため、格子構造体２の格子壁体２５のみを研磨したり切断したりすれば良く、平行孔２２自体は空間であり、研磨、切断されない。故に、格子構造体２の研磨面積自体、切断面積自体を小さくでき、研磨抵抗、切断抵抗を低減させるのに有利となる。

また、図３に示すように、格子構造体２の底部を載せる補助具４を用いても良い。床面として機能するベース８に補助具４を介して格子構造体２が載せられている。格子構造体２の底面である底部２２ｂは、補助具４を介してベース８より上方に位置する。補助具４は、格子構造体２の底部２ｂの下方に空間４０を形成し、平行孔２２の底部２２ｂを空間４０に開放させる。これにより平行孔２２の底部２２ｂが外気に連通する連通性が高められる。従って対象物Ｗを焼成するとき、対象物Ｗからガスが発生するとしても、平行孔２２の底部２２ｂがベース８のベース面８ｃから浮上しているため、そのガスを空間４０を介して格子構造体２の外方に良好に排出できる。

更に、平行孔２２および格子壁体２５が交互に繰り返される格子構造体２がセッター１として採用されているため、平板形状のセッターに対象物Ｗの底面を載せて焼成するときに比較して、対象物Ｗの底面は対象物Ｗの上面および側面と同様に空気に触れることができる。故に対象物Ｗの焼成ムラも一層低減される。

格子構造体２の製造に当たり、図５に示すように、セラミックス系の流動性をもつ原料７と、ダイス６とを用意する。ダイス６は、図５に示すように、多数の供給孔６ａと、供給孔６ａの開口面積よりも小さな開口面積をもつように供給孔６ａに連通する多数のスリット孔６ｃと、供給孔６ａとスリット孔６ｃとの間に形成されているガイド面６ｄとを有する。図５に示すように、原料７をダイス６に矢印ＸＡ方向に連続的に押し出す。これにより原料７を供給孔６ａおよびスリット孔６ｃに透過させ、格子状をなす格子壁体２５を備える未焼成の押出連続体２Ａ（図４参照）を連続的に押出成形する。

次に、未焼成の押出連続体２Ａを長さ方向においてワイヤ等の切断要素により輪切り状に切断し、長さが短くされた未焼成（半焼成も含む）の格子構造体２を形成する。次に、未焼成の格子構造体２を焼成温度領域に所定時間加熱保持して焼成することにより、焼成後の格子構造体２を形成する。長さが長い単一の押出連続体２Ａから複数の格子構造体２を取り出すことができるため、コスト低減に有利である。

製造にあたりパンチの打ち抜きで複数の孔を形成する形態も考えられる。この場合、打ち抜きの際に発生するかえり等の欠陥は、対象物Ｗの焼成を複数回繰り返すとき、亀裂として成長するおそれがある。この点本実施形態によれば、平行孔２２は押出成形により形成されているため、打ち抜きの際に発生するかえり等の欠陥の発生を抑えることができ、ひいては亀裂の成長を抑えるのに有利である。なお、平行孔２２の壁面は押出成形で成形されているため、円滑面となり易い。

安定化剤の含有量等の組成にもよるが、ジルコニアは温度上昇に伴い、体積変化を伴う相変態する場合がある。体積変化を伴う相変態はクラックを発生させ易い。このような場合であっても、格子構造体２は複数の平行孔２２を有するため、体積変化を緩和させることができ、クラックの抑制に有利である。

ところで、セッター１を構成する格子構造体２の壁がジルコニアで形成されている場合には、次の利点を期待できる。即ち、ジルコニア成分は対象物Ｗに含まれる場合がある。炉内で対象物Ｗが焼成されるとき、ジルコニア成分は一般的には熱伝導性が低いので、焼成処理に多少の時間が必要である。この点についてセッター１と対象物Ｗとが共にジルコニア成分を有していれば、セッター１と対象物Ｗとが同じように昇温および／または冷却するので、熱による焼成ムラや品質のバラツキが少なくなることが期待される。

加えて、セッター１の格子構造体２が平行孔集合構造になると、セッターが平板状であるときの温度分布に比べて、平行孔２２と格子壁体２５の壁厚との繰り替し構造となるため、セッター１の格子構造体２が対象物Ｗを受ける部分の温度分布をより小さい範囲に納めることができ、対象物Ｗの焼成品質を安定させるのに有利である。また、ジルコニアは一般的にはアルミナ等の他のセラミックスに比較して強度が高いため、ジルコニアで形成されているセッター１を構成する格子構造体２の格子壁体２５の壁厚を薄くし、平行孔２２の孔数を増加させたとしても、熱が繰り返して加わるセッター１としての耐久性が低下しにくい利点が得られる。

（実施形態２）図６は実施形態２を示す。図１〜図３を準用する。本実施形態によれば、セラミックス系の流動性をもつ原料７Ｂを用意する。原料７Ｂは焼失可能な物質７０を含む。焼失可能な物質７０としては、紙類、パルプ類、木類、糸類、樹脂類を微小サイズに切断したもの、黒鉛粉末、カーボンブラック等の炭素系粉末が例示される。樹脂類は熱可塑性でも、熱硬化性でも良い。図６に示すように、ダイス６に原料７Ｂを連続的に押し出す。これにより、未焼成の押出連続体２Ａを連続的に押出成形する。未焼成の押出連続体２Ａは焼失可能な物質７０を含む。次に、押出成形された未焼成の押出連続体２Ａを所定の長さに切断し、未焼成の格子構造体を形成する。次に、未焼成の格子構造体を焼成温度領域に所定時間および所定時間加熱保持して焼成し、焼成後の格子構造体を形成する。この場合、焼失可能な物質７０が焼成時に焼失する。このため、連続孔となる多数の細孔が格子構造体２に形成される。故に、焼成後の格子構造体は多孔質となる。従って対象物Ｗを焼成するとき、対象物Ｗからガスが発生するとしても、格子構造体の細孔からそのガスを排出させることができる。

（実施形態３）図７および図８は実施形態３を示す。本実施形態によれば、図７に示すように、多数の連続的な細孔１００ｘをもつ平行孔集合状の多孔質体１００を形成する。多孔質体１００は焼失可能な材料（例えば気孔率が高い紙類、発泡スチロール等の発泡体類、多数の粒体を樹脂バインダで結合させた集合体）で形成されている。そして、微小な多数のセラミックス粉末粒子を含む流動性をもつスラリー状の原料７Ｃを、多孔質の平行孔集合多孔質体１００に含浸させる。含浸回数としては複数回にできる。その後、平行孔集合担体１００を乾燥した後に、焼成温度領域に所定時間加熱保持して焼成する。この場合、焼失可能な材料で形勢されている平行孔集合多孔質体１００は、焼失して格子構造体２Ｃ（図８参照）が形成される。焼成後の格子構造体２Ｃは多孔質となる。従って対象物Ｗを格子構造体２Ｃに載せて焼成するとき、対象物Ｗから発生するガス量が多いときであっても、格子構造体２Ｃの細孔２ｘからそのガスを効率良く排出させることができる。

（実施形態４）図９は実施形態４を示す。本実施形態によれば、図９に矢印として示すように、未焼成の押出連続体２Ａをこれの長さ方向においてワイヤ等の切断要素により切断する。これにより、長さが短くされた未焼成の複数の格子構造体２を形成する。この場合、切断方向は、押出連続体２Ａの軸芯Ｐ３に対して角度θぶん（θ＝鈍角）傾斜している。傾斜角度θの調整により、平行孔２２の断面形状のチューニング（調整）を行い得る。軸芯Ｐ３に対して直角方向に切断するとき平行孔２２の断面形状が真円であっても、平行孔２２の断面形状を傾斜角度θの調整により楕円形状にチューニングできる。軸芯Ｐ３に対して直角方向に切断するとき平行孔２２の断面形状が四角形状であっても、傾斜角度θの調整により平行孔２２の断面形状を菱形にチューニングできる。

（その他）なお、格子構造体２の枠体２８の平面形状は円形とされているが、これに限らず、平面形状は四角形状でも六角形状でも八角形状でも良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。

実施形態１に係る焼成セッターを示す斜視図である。焼成セッターに対象物を載せている状態を示す側面図である。補助治具に設置した焼成セッターに対象物を載せている状態を示す側面図である。押出成形した押出連続体を示す斜視図である。押出連続体を押出成形している状態の要部を示す斜視図である。実施形態２に係り、押出連続体を押出成形している状態の要部を示す斜視図である。他の実施形態に係る平行孔集合多孔質体を示す斜視図である。他の実施形態に係る焼成セッターを示す斜視図である。別の他の実施形態に係る焼成セッターの製造過程を示す側面図である。

符号の説明

図中、２２は平行孔、２５は格子壁体、２は格子構造体、Ｗは対象物、２７は載置部、４は補助具を示す。

Claims

焼成処理が行われる対象物を載せて焼成する焼成用セッターにおいて、複数の平行孔を形成する格子壁体を備えるセラミックスを基材とする格子構造体で形成されており、前記格子壁体の上端面は、前記対象物を載せる載置部を形成している焼成用セッター。
請求項１において、セラミックスは、ジルコニア、炭化珪素、ムライト、アルミナ、マグネシア、窒化珪素のうちのいずれかである焼成用セッター。
請求項１または２において、格子構造体を載せる補助具が設けられており、補助具は平行孔の底部を開放させる焼成用セッター。
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記格子壁体は、連続孔となり得る多数の細孔を有する焼成用セッター。
セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える格子構造体を形成する押出工程とを含む焼成用セッターの製造方法。
セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える前記格子構造体を形成する押出工程と、前記格子構造体を焼成する焼成工程とを含む焼成用セッターの製造方法。
セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える押出連続体を形成する押出工程と、前記押出連続体を長さ方向において切断し、格子構造体を形成する切断工程と、前記格子構造体を焼成する焼成工程とを含む焼成用セッターの製造方法。
セラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える押出連続体を形成する押出工程と、押出連続体を焼成する焼成工程と、押出連続体を長さ方向において切断し、格子構造体を形成する切断工程とを含む焼成用セッターの製造方法。
焼失物質を含むセラミックス系の流動性をもつ原料を用意する準備工程と、多数の孔を有するダイスに原料を押し出すことにより、複数の平行孔を形成する格子壁体を備える未焼成の格子構造体を形成する押出工程と、未焼成の格子構造体を焼成すると共に焼失物質を焼失させる焼成工程とを含む焼成用セッターの製造方法。