JP2007285585A - 熱処理炉およびそれを用いたセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被熱処理物や匣などに低い温度のガスが当たることを防止することができ、炉内における温度ばらつきを小さくすることができる熱処理炉を得る。
【解決手段】熱処理炉１０の炉本体１２内に、ガス供給管２２とＵ字状のヒータ２６とを形成する。ガス供給管２２にガスを噴出するためのガス噴出孔を形成し、ガス噴出孔から噴出する雰囲気ガスがヒータ２６に直接当たるように、ガス供給管２２とヒータ２６とを配置する。炉内にセラミック積層体を載置した匣３２を置き、ガス供給管２２から雰囲気ガスを炉内に供給しながら、ヒータ２６で加熱することにより、セラミック積層体を熱処理する。このとき、雰囲気ガスは、ヒータ２６で加熱された状態で炉内に供給される。
【選択図】図２

Description

この発明は、熱処理炉およびそれを用いたセラミック電子部品の製造方法に関し、特にたとえば、セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品を製造するためのセラミック成形体を焼成するために用いられる熱処理炉と、それを用いたセラミック電子部品の製造方法に関する。

従来の熱処理炉として、たとえば図９および図１０に示すように、バッチ式焼成炉がある。バッチ式焼成炉１は、円環状の空洞部を有する炉本体２を含む。炉本体２の空洞部には、複数のＵ字状のヒータ３が配置される。ヒータ３は、たとえば炉本体２の天板部から吊り下げられるようにして取り付けられる。さらに、炉本体２の内周側壁および外周側壁には、ガス供給管４が形成される。ガス供給管４は、Ｕ字状のヒータ３の間隙からガスを噴出する位置に形成される。また、炉本体２の天板部には、被熱処理物を熱処理したときに発生する排ガスを排出するための排出管５が形成される。

炉本体２内の空洞部において、炉床６上に被熱処理物を載置した匣７が置かれる。そして、ガス供給管４から雰囲気ガスを炉本体２内に供給するとともに、ヒータ３に通電することによって、被熱処理物が加熱処理される。このとき、炉床６を回転させることにより、炉内の温度ばらつきが小さくなるとともに、雰囲気ガスの分布も均一化される。それにより、炉内の熱処理条件が均一化され、安定した品質の製品を得ることができる（特許文献１参照）。

特公平５−４３９５４号公報

しかしながら、このような従来の熱処理炉では、ヒータの間隙から雰囲気ガスが噴出する構造であるため、低い温度のままのガスが被熱処理物に当たることになり、炉内において温度ばらつきが生じることによって被熱処理物が均質に焼結されず、不良率の増加の原因となる。また、低い温度のガスが匣に当たることにより、被熱処理物を載せた匣に割れが発生し、コストアップの原因となる。さらに、炉床の回転により炉内の雰囲気が撹拌されて温度ばらつきが小さくなり、雰囲気ガスの分布が均一化されるものの、低い温度のガスが直接供給されることによって、炉内の温度ばらつきを小さくするのにも限界があり、製品の特性ばらつきが発生するなど、品質が不安定となる要因となっている。

それゆえに、この発明の主たる目的は、被熱処理物や匣などに低い温度のガスが当たることを防止することができ、炉内における温度ばらつきを小さくすることができる熱処理炉を提供することである。

この発明は、被熱処理物を熱処理するための熱処理炉であって、炉本体と、炉本体内にガスを供給するために設置されるガス噴出孔を備えたガス供給部と、被熱処理物を加熱するために炉本体内に設置されるヒータとを含み、ガス供給部から噴出したガスが直接ヒータに当たるようにガス供給部とヒータが配置されていることを特徴とする、熱処理炉である。
このような熱処理炉において、ガス供給部のガス噴出孔と、被熱処理物または被熱処理物を載置する匣を直線で結んだ間にヒータを配置することができる。
また、この発明は、内部電極を有する未焼成のセラミック積層体を上述の熱処理炉に収容して熱処理することを特徴とする、セラミック電子部品の製造方法である。

ガス供給部から噴出したガスが直接ヒータに当たることにより、ガスが加熱された状態で炉内に供給される。それにより、被熱処理物やそれを載せる匣などに温度の低いガスが当たらず、炉内において温度ばらつきが発生しにくくなる。それにより、温度ばらつきが小さい炉内において、被熱処理物を熱処理することができる。
ガス供給部のガス噴出孔と、被熱処理物または被熱処理物を載置する匣を直線で結んだ間にヒータを配置することにより、ガス噴出孔から噴出したガスが直接ヒータに当たり、加熱されたガスが炉内に供給される。
このような熱処理炉を用いて、内部電極を有する未焼成のセラミック積層体を熱処理することにより、温度ばらつきが小さい状態で熱処理され、均質な焼結体を得ることができる。

この発明によれば、低い温度のガスが被熱処理物やそれを載せる匣などに直接当たることが防止され、炉内における温度ばらつきが小さくなって均質な焼結体を得ることができるとともに、匣の割れなどの発生率を小さくすることができる。また、低温ガスの供給による炉内の温度ばらつきが発生しにくくなるため、被熱処理物を均一な条件で熱処理することができ、製品の特性ばらつきが少なく、品質の安定したセラミック電子部品を得ることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

図１はこの発明の熱処理炉の一例を示す縦断面図であり、図２はその横断面図である。熱処理炉１０は、炉本体１２を含む。炉本体１２は、たとえば矩形の箱形に形成され、側壁１２ａと天板１２ｂとで構成される。炉本体１２の内部には空洞部１４が形成され、下方には開口１６が形成される。

さらに、熱処理炉１０は、炉床１８を含む。炉床１８は矩形に形成され、その上面には矩形の凸部１８ａが形成される。炉床１８は、たとえば昇降装置（図示せず）に取り付けられる。この昇降装置で炉床１８を上昇させることにより、炉床１８に形成された凸部１８ａが炉本体１２の開口１６に嵌め込まれる。これらの炉本体１２と炉床１８との間には、炉本体１２と炉床１８とで形成される室を外部と遮断するためのシール材２０が形成される。

炉本体１２の内部には、ガス供給部としての複数のガス供給管２２が形成される。ガス供給管２２は、天板１２ｂから空洞部１４内に挿通される。そして、ガス供給管２２には、空洞部１４の内側に向かって、ガスを噴出するための複数のガス噴出孔２４が形成される。さらに、炉本体１２の内部には、複数のヒータ２６が形成される。これらのヒータ２６は、たとえばＵ字状に形成され、天板１２ｂから吊り下げられるようにして取り付けられる。

ヒータ２６は、図３および図４に示すように、ガス供給管２２のガス噴出孔２４の正面に配置される。つまり、ガス供給管２２のガス噴出孔２４から噴出するガスがヒータ２６の発熱部に直接当たるように、ガス供給管２２とヒータ２６とが配置される。ヒータ２６は、ガス供給管２２のガス噴出孔２４と、後述のセラミック積層体３０またはセラミック積層体３０を載置する匣３２を直線で結んだ間に配置される。さらに、炉本体１２の天板１２ｂには、被熱処理物の熱処理を行なったときに発生する排ガスを排出するためのガス排出管２８が形成される。

この熱処理炉１０を用いて、たとえば卑金属の内部電極を備えるチップ型積層コンデンサなどの被熱処理物が熱処理される。チップ型積層コンデンサを形成するために、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層したセラミック積層体３０が準備される。セラミック積層体３０は匣３２に載置されて、空洞部１４内に多段に配置される。そして、セラミック積層体３０を例えば窒素雰囲気において３５０℃で加熱し、バインダを燃焼させた後、Ｎ₂のキャリアガスにＨ₂，Ｈ₂Ｏ，エアーを加えた雰囲気ガスを供給し、１３００℃で２時間焼成することにより、セラミック焼結体が得られる。

このとき、ヒータ２６に通電されることにより、ヒータ２６が発熱して炉内が加熱される。そして、ガス供給管２２のガス噴出孔２４から雰囲気ガスが噴出し、発熱したヒータ２６に直接雰囲気ガスが当てられる。それにより、雰囲気ガスは加熱され、温度の上昇した雰囲気ガスが炉内に供給される。このように、炉本体１２の内部に加熱された雰囲気ガスが供給されるとともに、ヒータ２６によって加熱されることにより、セラミック積層体３０は焼成される。セラミック積層体３０の焼成時に発生する排ガスは、ガス排出管２８から排出される。

このように、この熱処理炉１０では、セラミック積層体３０の焼成時に、雰囲気ガスがヒータ２６で加熱されて炉内に供給されるため、セラミック積層体３０や匣３２に温度の低い雰囲気ガスが直接当たらない。そのため、炉内における温度ばらつきが小さくなり、セラミック積層体３０を均質に焼結させることができ、不良が発生しにくい。また、セラミック積層体３０を載せた匣３２についても、温度の低い雰囲気ガスが直接当たらないため、割れが発生しにくく、匣３２の破損によるコストアップを防止することができる。さらに、ガス供給管２２から供給される雰囲気ガスがヒータ２６で加熱されることにより、炉内の温度ばらつきが発生しにくく、炉内の温度ばらつきが小さい状態でセラミック積層体３０を焼成することができるため、得られた焼結体の特性ばらつきを少なくすることができる。

このように、ガス供給管２２のガス噴出孔２４から噴出する雰囲気ガスが直接ヒータ２６に当たるように、ガス供給管２２とヒータ２６とを配置することにより、低温の雰囲気ガスが炉内に噴出することによる弊害を除去することができる。このようなガス供給管２２とヒータ２６の配置は、図５および図６に示すような炉床が回転する熱処理炉においても適用することができる。

この熱処理炉４０は、内周側壁４２ａ、外周側壁４２ｂおよび天板４２ｃからなる炉本体４２を含む。この炉本体４２の内部には、円環状の空洞部４４が形成され、その下方に円環状の開口４６が形成される。さらに、天板４２ｃには、ガス排出管４８が形成される。また、熱処理炉４０は、円板状の炉床５０を含み、炉床５０には開口４６に対応した円環状の凸部５０ａが形成される。

炉床５０は、昇降装置（図示せず）に取り付けられる。この昇降装置で炉床５０を上昇させることにより、凸部５０ａが炉本体４２の開口４６に嵌め込まれる。これらの炉本体４２と炉床５０との間に、炉本体４２と炉床５０とで形成される室を外部と遮断するためのシール材５２が形成される。

炉本体４２の内部には、内周壁４２ａおよび外周壁４２ｂに沿って、図１に示す熱処理炉１０と同様に、ガス噴出孔２４を有する複数のガス供給管２２が形成される。さらに、炉本体４２の内部には、複数のＵ字状のヒータ２６が天板４２ｃから吊り下げられるようにして取り付けられる。ここで、ヒータ２６は、図３および図４に示すように、ガス供給管２２のガス噴出孔２４の正面に配置される。つまり、ガス供給管２２のガス噴出孔２４から噴出するガスがヒータ２６の発熱部に直接当たるように、ガス供給管２２とヒータ２６とが配置される。ヒータ２６は、ガス供給管２２のガス噴出孔２４と、後述のセラミック積層体３０またはセラミック積層体３０を載置する匣３２を直線で結んだ間に配置される。

このような熱処理炉４０を用いて、チップ型積層コンデンサを作製する場合、セラミック積層体３０が匣３２に載置され、炉床５０の凸部５０ａ上に匣３２が多段に配置される。そして、炉床５０を回転させながら、ヒータ２６による加熱によりセラミック積層体３０が焼成される。このとき、ガス供給管２２から空洞部４４内に雰囲気ガスが供給されるが、ヒータ２６がガス供給管２２のガス噴出孔２４の正面に配置されているため、雰囲気ガスが加熱された状態で空洞部４４内に供給される。そのため、炉本体４２内の温度ばらつきを小さくすることができ、セラミック積層体３０を均質に焼結できるとともに、匣３２の破損を防止することができる。

なお、熱処理炉の形式としては、特定のものに限定されるものではなく、たとえばトンネル型の連続熱処理炉などにも、この発明のガス供給管とヒータとの関係を適用することができる。このように、雰囲気ガスを炉本体内に供給しながら、ヒータによって被熱処理物を熱処理する熱処理炉であれば、この発明を適用することができる。
また、図３では、ヒータは、ガス供給管のガス噴出孔と、セラミック積層体またはセラミック積層体を載置する匣を直線で結んだ間に配置されたが、この位置関係に限定されるものではない。例えば、ガス供給管とヒータは一直線上に配置しても、ガス供給管のガス噴出孔をセラミック積層体または匣に向けずに、ヒータに直接当たるようにガスを噴出させる構成としてもよい。

図１および図２に示す熱処理炉を用いて、チップ型積層コンデンサ用のセラミック積層体を匣に載置し、５段となるようにして炉床上に匣を配置した。そして、ガス供給管から雰囲気ガスを供給しながら、ヒータに通電して、１３２０℃で２時間積層体を焼成した。なお、比較のために、図３，図４に示す本発明のガス供給管とヒータとの配置を採用した場合と、図７，図８に示す比較例のガス供給管とヒータとの配置を採用した場合について、実際の温度を測定した。比較例においては、Ｕ字状のヒータの発熱部の間から空洞部内に直接雰囲気ガスが供給されるように、ガス供給管とヒータとを配置した。温度の測定は、１段、３段、５段の匣の中央部に温度測定リングを置くことにより、それぞれの位置における温度を測定した。そして、その結果と、ばらつき（最高温度と最低温度の差）を表１に示した。

また、先に述べた製造方法により得られた外径寸法がＬ１．６ｍｍ×Ｗ０．８ｍｍ×Ｔ０．８ｍｍのチップ型積層コンデンサについて、特性を測定した。このとき、１段、３段、５段の匣の中央部に置かれたセラミック積層体を各段から２０個ずつ抽出して、特性の測定を行なった。測定する特性としては、焼成温度に強く依存する特性として、静電容量と絶縁抵抗とを測定した。そして、その結果と、ばらつき（最高値と最低値の差）を表２に示した。なお、表２において、絶縁抵抗値ＩＲの対数値ｌｏｇ（ＩＲ／Ω）を示した。

さらに、雰囲気ガスが直接匣に当たる比較例のガス供給方式と、本発明の雰囲気ガスをヒータに当ててから空洞部内に供給するガス供給方式とを比較し、匣の使用回数による匣割れの発生頻度を測定した。測定は、匣の使用回数を変えて、１００個の匣のうちの割れが発生した個数を測定し、その結果を表３に示した。

表１からわかるように、本発明のガス供給管とヒータの配置を採用した熱処理炉では、比較例のガス供給管とヒータの配置を採用した熱処理炉に比べて、温度ばらつきが約１／３になった。また、表２からわかるように、本発明のガス供給管とヒータの配置を採用した熱処理炉では、比較例のガス供給管とヒータの配置を採用した熱処理炉に比べて、チップ型積層コンデンサの特性ばらつきも低減した。さらに、表３からわかるように、本発明のガス供給管とヒータの配置を採用した熱処理炉では、比較例のガス供給管とヒータの配置を採用した熱処理炉に比べて、匣の使用回数が増えても、匣割れ数が減少することが確認された。

この発明の熱処理炉の一例を示す縦断面図である。 図１に示す熱処理炉の横断面図である。 図１に示す熱処理炉におけるガス供給管とヒータの配置を上からみた状態を示す図解図である。 図３に示すガス供給管とヒータの配置を側面からみた状態を示す図解図である。 この発明の熱処理炉の他の例を示す縦断面図である。 図５に示す熱処理炉の横断面図である。 実施例において本発明と比較するために用いたガス供給管とヒータの配置を上からみた状態を示す図解図である。 図７に示すガス供給管とヒータの配置を側面からみた状態を示す図解図である。 従来の熱処理炉の一例を示す縦断面図である。 図９に示す従来の熱処理炉の横断面図である。

符号の説明

１０，４０ 熱処理炉
１２，４２ 炉本体
１４，４４ 空洞部
１８，５０ 炉床
２２ ガス供給管
２４ ガス噴出孔
２６ ヒータ
３０ セラミック積層体
３２ 匣

Claims (3)

1. 被熱処理物を熱処理するための熱処理炉であって、
   炉本体と、
   前記炉本体内にガスを供給するために設置されるガス噴出孔を備えたガス供給部と、
   前記被熱処理物を加熱するために前記炉本体内に設置されるヒータとを含み、
   前記ガス供給部から噴出したガスが直接前記ヒータに当たるように前記ガス供給部と前記ヒータが配置されていることを特徴とする、熱処理炉。
2. 前記ガス供給部の前記ガス噴出孔と、前記被熱処理物または前記被熱処理物を載置する匣を直線で結んだ間に前記ヒータが配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の熱処理炉。
3. 内部電極を有する未焼成のセラミック積層体を請求項１または請求項２に記載の熱処理炉に収容して熱処理することを特徴とする、セラミック電子部品の製造方法。

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