JP2014181840A - ベースセッター - Google Patents

Abstract

【課題】急速焼成を行なった場合にも辺の中央部のスポーリング割れを抑制することができるベースセッターを提供する。
【解決手段】被焼成物を支持するためのベースセッター１であって、その外形状が、辺３を内側に湾曲させた３〜６角形であり、辺３の中央部のくぼみ量ＡＢを辺３の長さＣＤの５〜２５％とした。辺３を内側に湾曲させることによって、大きな熱応力が発生し易い部位を切り欠いてなくした形状となり、急速焼成を行なっても、辺３の中央部におけるスポーリング割れを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種のセラミック部品を焼成するために用いられるベースセッターに関するものである。

セラミック部品の焼成には、従来からセラミック製のセッターが広く使用されている。その多くは特許文献１に示すように四角形の平板である。なお、その四隅に脚部を設けたり、四辺の上側に突起を設けたりして積み重ねができる構造となっているものも多い。

またセラミック部品の焼成には、ベースセッターとその上に置かれる焼成用敷板とからなる分離構造のセッターも用いられている。このような分離構造のセッターは、焼成用敷板のみを交換すれば長期間にわたって使用することができる利点があるとともに、焼成されるセラミック製品の組成に対応させた焼成用敷板を用いることにより、セッターとセラミック製品との間の物質移動を容易に抑制できる利点がある。

ところが四角形のベースセッターの上にこれとほぼ同一サイズの焼成用敷板を載せて焼成を行うと、焼成条件によってはベースセッターの辺の中央部にスポーリング割れが発生することがあった。特に降温速度の大きい急速焼成を行なったときに、スポーリング割れが発生し易かった。

特開２００４−５３１４７号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、急速焼成を行なった場合にも辺の中央部のスポーリング割れを抑制することができるベースセッターを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明者はベースセッターの辺の中央部におけるスポーリング割れの発生原因を検討した結果、降温工程においてベースセッターの辺の中央部分に大きな熱応力が発生し、この熱応力がスポーリング割れの原因であることを究明した。即ち、四角形のベースセッターは降温工程において外周部の温度が先行して下降し、辺の中央部の温度下降は遅れることが避けられない。特に上面が焼成用敷板により覆われているベースセッターは敷板の蓄熱により、ベースセッターの外周部と中心部とでは温度差が大きくなる。このため外周部は内側に向かって熱収縮しようとするが、相対的に高温であるセッターの中心部に拘束されて、辺の中央部に大きな熱応力が発生することとなる。

本発明は上記の知見に基づいて完成されたもので、被焼成物を支持するためのベースセッターであって、その外形状が、辺を内側に湾曲させた多角形であり、辺の中央部のくぼみ量を辺の長さの５〜２５％としたことを特徴とするものである。

なお請求項２のように、多角形が３〜６角形であることが好ましい。また請求項３のように、多角形の内側部分を中抜きした形状とすることが好ましく、請求項４のように、材質がＳｉＣ質、ムライト質、アルミナ質の何れかであることが好ましい。さらに請求項５のように、焼成用敷板を上面に載せて使用することが好ましい。

本発明のベースセッターは、辺の中央部のくぼみ量が辺の長さの５〜２５％となるように辺を内側に湾曲させた多角形としたので、後記する実施形態に示されるように、角部は尖って外側に突き出した形状となる。従って角部の先端部を結ぶ多角形と同一サイズの焼成用敷板を、確実に保持することができる。

また本発明のベースセッターは、辺の中央部を内側に湾曲させることによって、大きな熱応力が発生し易い部位を切り欠いてなくした形状となり、辺の中央部におけるスポーリング割れを防止することができる。辺の中央部を内側に湾曲させると角部は尖って外側に突き出した形状となるため、角部は外側に向かって自由に熱膨張し易くなり、角部に大きな熱応力が発生することはない。

従って本発明のベースセッターは急速焼成を行なっても、辺の中央部のスポーリング割れを抑制することができる。本発明のその他の効果については、実施形態とともに説明する。

第１の実施形態を示す平面図である。 第１の実施形態を示す斜視図である。 図１のＸ-Ｘ拡大断面図である。 第２の実施形態を示す平面図である。 第３の実施形態を示す平面図である。 第４の実施形態を示す平面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す平面図、図２はその斜視図である。

これらの図において１は本発明のベースセッターであり、２はその上に置かれた焼成用敷板である。焼成用敷板２はその上に載せられるセラミックコンデンサ等の被焼成物を直接支持する部材である。しかし焼成用敷板２は本発明の必須要件ではなく、ベースセッター１の上に被焼成物を直接載せて焼成することもできる。なお後記する実施例に示すように、本発明のベースセッター１の材質はＳｉＣ質、アルミナ質、ムライト質などとすることができるが、輻射や熱伝導の面からＳｉＣ質が最も好ましい。焼成用敷板２の厚みは１〜３ｍｍ程度、そのサイズは例えば３００×３００ｍｍの正方形である。

本実施形態のベースセッター１は焼成用敷板２を支持するためのものであり、この実施形態では正方形の辺３を内側に湾曲させ、角部４を突出させた形状である。図示のように、角部４の先端は焼成用敷板２よりもやや外側に延びている。その厚みは焼成用敷板２よりも厚く、例えば４〜１０ｍｍとし、強度と剛性を持たせておくものとする。このような構造とすることにより、焼成用敷板２のみを交換すれば長期間にわたる使用が可能となる。角部４には位置決め用の孔５が形成されている。

辺３の形状は、円弧またはそれに近い曲線となっている。辺３の中心点から辺に向かって引いた垂線の長さＡＢは、辺３の長さＣＤの５〜２５％としておく。図１では辺３の長さとして、焼成用敷板２の端部と辺とがクロスする点Ｃ、Ｄ間の長さを用いた。辺３の湾曲が浅すぎると（５％未満となると）、辺を直線とした従来品に近づくので本発明の効果が得られず、辺３の湾曲が強すぎると（２５％を超えると）、焼成用敷板２の辺の支持位置が内側に寄り過ぎ、焼成用敷板２の辺の垂れ下がりの危険がある。なおベースセッター１の辺３に角部があるとその部位に集中応力が発生するため、なだらかな曲線としておく必要がある。

この実施形態では、ベースセッター１の内側部分に抜き穴６，７が形成され、中抜き形状となっている。これらの抜き穴６，７はベースセッター１を軽量化することによって熱容量を小さくし、焼成エネルギーの削減を図るためである。抜き穴６，７の形状も、応力集中を避けるため、なだらかな曲線形状としておくことが好ましい。しかし図４に示す第２の実施形態のように、抜き穴６，７の配置やサイズは自由変更することができ、また図５に示す第３の実施形態のように、抜き穴のない構造としても差し支えない。

ベースセッター１の全体形状は３〜６角形とすることが好ましい。すなわち上記した正方形のほか、図６に示す第４の実施形態のように３角形としてもよい。しかし、焼成用敷板２を４角形としたままベースセッター１を３角形とすると、焼成用敷板２がベースセッター１によって支持されない部分が増加するので、焼成用敷板２が４角形の場合にはベースセッター１も４角形とすることが望ましい。ベースセッター１の全体形状は５角形や６角形とすることもできる。しかし６角形を超えると次第に円に近付き、辺３の長さも短くなって本発明の効果が薄れるため、３〜６角形とすることが好ましい。

このように構成された本実施形態のベースセッター１はその上に焼成用敷板２を載せて使用されるものであり、焼成炉内における熱輻射及び雰囲気からの熱伝達によって角部４から降温し、上面が焼成用敷板２によって覆われたベースセッター１の中心部は遅れて降温することは避けられない。しかし角部４は尖った形状であるため外側に向かって自由に熱膨張することができ、この部分には大きい熱応力は発生しない。

また従来は辺３の中央部に最大の熱応力が発生してその部分にスポーリング割れが発生し易かったが、本発明のベースセッター１は従来品の辺の中央部に相当する部分が存在しないため、辺３の中央部におけるスポーリング割れを防止することができる。しかも辺３を内側に湾曲させたことによってベースセッター１の中心部の質量も減少するために熱容量が小さくなって降温速度が上昇する。これによっても辺３の中央部と角部４との温度差は小さくなり、熱応力も小さくなるものと考えられる。

本発明のベースセッター１の成形方法としては、流し込み成形法あるいはプレス成形法を採用することができるが、この成形法に限定されるものではない。

以下に本発明の実施例を示す。
種々のセラミック材料により、表１に示した実施例１〜７と、表２に示した比較例１〜８のベースセッターを製作し、耐スポール性、使用時の破損割合、上に載せた焼成用敷板の撓み量等を評価した。ベースセッターのサイズは何れも３１０×３１０ｍｍで厚さは５ｍｍとした。なお上に載せる焼成用敷板は何れも３００×３００ｍｍで厚さ２ｍｍのアルミナ板とした。表１中に示すくぼみ割合は、段落００１８において説明した数値を意味し、その値が０のものは辺が直線である。

実施例１、比較例１のアルミナ質ムライト及び実施例２、比較例２のアルミナ質アルミナのベースセッターは、アルミナとシリカが表１に示したモル比となるように原料を調合し、有機バインダー（メチルセルロース）と水とを加えて坏土を作成し、油圧プレス成形し、乾燥後に１５００℃で焼成する方法で製造した。

実施例３、比較例３の酸化物結合ＳｉＣ質のベースセッターは、ＳｉＣ粉末に少量のベントナイトとＣａＣＯ_３とＶ_２Ｏ_５とを添加して水で混練し、更にアモルファスシリカを添加した混合物をプレス成形し、乾燥後に一次焼成によりＳｉＣ粒子間にクリストバライトを生成させ、更に１４００℃で焼結する方法で製造した。

実施例４〜６、比較例４〜７のＳｉ含浸ＳｉＣ質のベースセッターは、ＳｉＣ粉末に黒鉛粉と有機バインダー（メチルセルロース）と水とを加えて坏土を作成し、油圧プレス成形し、カーボン坩堝中で金属Ｓｉとともに真空条件下で焼成し、ＳｉＣ粒子間にＳｉを含浸させる方法で製造した。最高焼成温度は１６００℃である。

実施例７、比較例８の窒化珪素結合ＳｉＣ質のベースセッターは、ＳｉＣ粉末にＳｉ粉末を添加し、水と混練して石膏型を用いた鋳込み成形を行なったうえ乾燥させ、乾燥成形体を窒素雰囲気中において１４５０℃で焼成し、ＳｉＣ粒子間にＳｉＮを生成させる方法で製造した。

実施例８、比較例９の再結晶ＳｉＣ質のベースセッターは、ＳｉＣ粉末に成形用バインダーを加えてスラリーとし、これを鋳込み成形し、得られた成形体を乾燥後、不活性ガス中で２２００℃まで加熱して再結晶ＳｉＣ質とする方法で製造した。

見掛気孔率と嵩比重の測定は、ＪＩＳ Ｒ ２２０５に準じて行なった。また曲げ強度の測定は、ＪＩＳ Ｒ ２２１３に準じて行なった。耐スポール性の評価は、焼成用敷板とワーク（セラミックコンデンサ）を積載し、炉内の温度水準を５０℃単位で変化させ、急冷して破壊したときの炉内温度で表した。その値が高温であるほど耐スポール性に優れることとなる。

使用時の破損割合は、１３００℃にて通窯１５０回使用時の破損割合である。

上に載せた焼成用敷板の撓み量は、１３００℃の熱負荷と４００ｇの荷重を加えた場合の焼成用敷板の撓み量である。

表１に示されるように、本発明の実施例のベースセッターは耐スポール性に優れ、使用時の破損割合が小さく、焼成用敷板の撓み量も小さい。比較例は辺のくぼみ割合が本発明の範囲を外れており、直線に近い比較例では耐スポール性が低下するとともに使用時の破損割合が大きくなり、くぼみが大きすぎる比較例６，７では使用時の破損割合が大きくなるとともに、焼成用敷板の撓み量が大きくなった。

１ ベースセッター
２ 焼成用敷板
３ 辺
４ 角部
５ 孔
６ 抜き穴
７ 抜き穴

Claims (5)

1. 被焼成物を支持するためのベースセッターであって、その外形状が、辺を内側に湾曲させた多角形であり、辺の中央部のくぼみ量を辺の長さの５〜２５％としたことを特徴とするベースセッター。
2. 多角形が３〜６角形であることを特徴とする請求項１記載のベースセッター。
3. 多角形の内側部分を中抜きした形状であることを特徴とする請求項１記載のベースセッター。
4. 材質がＳｉＣ質、ムライト質、アルミナ質の何れかであることを特徴とする請求項１記載のベースセッター。
5. 焼成用敷板を上面に載せて使用することを特徴とする請求項１記載のベースセッター。

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