JP2773805B2

JP2773805B2 - 焼成用支持板

Info

Publication number: JP2773805B2
Application number: JP2261123A
Authority: JP
Inventors: 恒一小林; 文和戸田; 智彦松永
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH04139070A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は焼成炉内において被焼成品を支持するために
使用される棚板又は匣鉢等の焼成用支持板に関し、特に
フェライト製品の製造に好適の焼成用支持板に関する。

［従来の技術］電子部品に使用されるフェライト等の磁性材料は、粉
末冶金法により製造されている。以下に、フェライトの
場合について、その製造方法を説明する。

先ず、例えばFe₂O₃（酸化鉄）、BaCO₃及びSrCO₃等を
所定の配合比で混合した後、この混合原料を仮焼成す
る。

次に、この仮焼成した混合原料を粉砕して粉末状にし
た後、この粉末状原料（以下、仮焼粉という）を所定の
形状に成形する。この場合に、乾式加圧成形を行なうた
めに、粘結剤及び潤滑剤として、ポリビニルアルコール
（PVA）、カルボキシメチルセルロース（CMC）及びポリ
エチレングリコール等の有機化合物を前記仮焼粉に添加
して団粒を調整する。

次いで、この成形体を焼結炉内で焼結して焼結品を得
る。その後、この焼結品に研磨を施す。特に、フェライ
トの焼成収縮率は10乃至20％になるので、製品の寸法公
差が厳しいものについては、砥粒又はダイヤモンド砥石
による仕上げを行なう。これにより、フェライト製品が
完成する。

焼結炉においては、下記に示す反応が進行する。

BaCO₃＋6Fe₂O₃ →BaO・6Fe₂O₃＋CO₂↑ …（１） SrCO₃＋6Fe₂O₃ →SrO・6Fe₂O₃＋CO₂↑ …（２）なお、第２式に示す反応は、約700℃以上の温度で行
なわれる。

現在、フェライト等の磁性材料は、その要求される性
能に応じて、高純度の微粉末が使用されている。例え
ば、主成分である酸化鉄の粒度は0.5乃至1.0μｍと極め
て細かくなっている。また、フェライト製品の磁性特性
は主成分元素の状態、微量の添加物及び焼成工程中の雰
囲気により著しく変化する。例えば、透磁率の経年変化
特性も、焼成工程中の雰囲気を制御することにより、所
望の特性にすることができる。

焼成工程においては、仮焼粉を成形する際に使用した
結合剤（バインダー）を完全に燃焼させる必要があり、
このため焼結炉内の酸素濃度を管理している。通常、こ
のバインダー抜け（燃焼）の不均一により、焼結品に変
形が発生しやすい。例えば、第３図に示すように、焼結
炉内において、タイル状の被焼成品22を緻密な平板状の
棚板21上に載置した場合に、被焼成品22には上方及び側
方から酸素（O₂）が供給されるものの、下方からは酸素
が供給されないため、破線で示すように、被焼成品22に
その端部が上方に向かう凹型の反りが発生する。

バインダーとして使用される有機化合物は、約400℃
の温度で分解し始め、CO₂、CO及びH₂O等を放出し、その
結果、素地に遊離炭素が残存する。そして、酸素が素地
の気孔内に浸透できる状態になると、この遊離炭素が燃
焼し始める。この場合に、炭素を燃焼させるためには、
素地内に十分な酸素を供給する必要がある。また、炭素
の燃焼は素地の焼結が開始する前に終了している必要が
ある。即ち、被焼成品を取り巻く雰囲気中には、十分に
酸素が存在していることが必要である。特に、フェライ
トのように、その焼成温度での収縮率が大きいものにつ
いては、雰囲気中の酸素濃度が不均一であると、焼結品
に変形が発生する。従来、変形が発生しやすいため、前
述の如く、後工程において研磨等の研削加工を施してい
る。

現在、フェライトの焼成工程に使用される焼結炉とし
ては、単独炉、連続炉及び半連続炉等が使用されてい
る。これらの焼結炉中に所定の形状に成形した被焼成品
を装入して、焼成している。この場合に、フェライトの
被焼成品は、支持板上に載置され、炉内に装入されて、
1000乃至1300℃の高温雰囲気に曝される。このとき、被
焼成品を支持している支持板もこの高温雰囲気に曝され
る。従って、高温においてフェライト成分系に変化を生
じさせたり、強度が低くなりフェライトの被焼成品を支
持することができなくなるような材質からなる支持板は
使用することができない。

一般的に、フェライトの焼成に使用される焼結炉は、
燃焼条件の変更が煩雑であったり、小回りがきかない等
の欠点があるものの、熱経済性が良好であり、生産性が
高く、自動化しやすいことから、トンネル炉が使用され
ることが多い。このトンネル炉には、予熱帯、焼結帯及
び冷却帯が設けられている。そして、フェライトの被焼
成品は、第４図に示すように、棚板21上に載置され、こ
の棚板21は台車23又は焼台といわれる支持体上に載置さ
れてトンネル炉内を移動する。

従来、フェライトの被焼成品を支持する棚板として
は、セラミック板及びセラミックフォーム板がある。

セラミック板は、例えば３乃至28重量％のSiO₂及び残
部のAl₂O₃からなり、平坦な板である。このセラミック
板の特性を下記第１表に示す。

また、第５図に示すように、焼結時に収縮する被焼成
品と棚板との摩擦係数を均一化するために、凸部24を放
射状に設けたセラミック板25が提案されている（特開平
１−192771）。

一方、セラミックフォーム板として、ウレタンフォー
ムを基材とし、この基材の表面にセラミック原料をコー
ティング焼成したものがある。

このセラミックフォーム板の曲げ強さは15Kg/cm²であ
り、熱膨張係数は1.88×10^-4％（約700℃）である。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の棚板には、以下に示す問題点が
ある。

平坦なセラミック板の場合は、構造が比較的緻密なた
め、高温雰囲気における気体の通流が十分でなく、被焼
成品の加工及び表面状態が不均一になる。即ち、棚板側
から酸素が供給されないと共に、熱の伝達が不均一にな
り、焼結品に変形及び割れ等の焼成不良が発生しやす
い。また、機械的強度は十分であるものの、熱衝撃力に
より破壊されやすいという欠点もある。熱衝撃強度を向
上させる成分系としては、所謂低熱膨張セラミックとし
て知られているβ−ユークリプタイト（LiAlSiO₄）、β
−スポデューメン（LiAlSi₂O₆）及びコージェライト（M
g₂Al₄Si₅O₁₈）があるが、これらの素材では高強度のも
のを製造しにくいという欠点がある。通常、高強度材を
得るためには、焼結体を緻密にすればよい。しかし、前
述の素材から緻密な焼結体を得ることは極めて困難であ
る。

第５図に示したセラミック板25の場合は、加工が煩雑
であると共に、凸部24により被焼成品を支持するため、
被焼成品の形状が制約を受けるという欠点がある。即
ち、被焼成品の形状が小さい場合は、凸部上に載置でき
ないことがある。また、台車等によりトンネル炉内を移
動中に被焼成品がずれて凸部から外れてしまうこともあ
る。更に、上述した平坦な板ほどではないものの、気体
の通流が十分ではないという欠点もある。

セラミックフォーム板の場合は、強度が低いため、ト
ンネル炉において使用すると、台車の移動により棚板が
破損することがある。また、棚板としては、被焼成品を
支持する面の面積が比較的大きいことが必要であるが、
支持面の面積を大きくすると、棚板として必要な強度を
得るためにセラミックフォーム板の厚さを厚くする必要
があり、製造コストが上昇する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、気体の通流性が良好であって焼成不良を抑制するこ
とができると共に、高温における強度及び熱衝撃に対す
る耐性が高い焼成用支持板を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本発明に係る焼成用支持板は、セラミックの線状体を
平面上でループ状に成形しつつこのループ中心を相互に
ずらせてループ列を形成し、このループ列を前記平面に
沿う方向及びそれに直交する方向に配置して構成された
骨格構造体を有し、この骨格構造体の気孔率が42乃至60
％であり、骨格を構成する線状体の線径が0.8乃至3.0mm
であることを特徴とする。

なお、前記線状体として、12乃至50重量％のジルコン
（ZrSiO₄）を含有するセラミックを使用してもよい。

［作用］本願発明者等は強度が高く、且つ、通気性が優れた被
焼成物支持板を得るべく、種々実験研究を行なった。そ
の結果、セラミックの線状体を平面上でループ状に成形
しつつこのループ中心を相互にずらせてループ列を形成
し、このループ列を前記平面に沿う方向及びそれに直交
する方向に配置して構成された骨格を有する構造の支持
板は通気性が優れていると共に、高温における強度及び
耐熱衝撃性も十分に高く、焼成用支持板として極めて好
適であることを見出した。また、このような構造の支持
板に使用する素材についても、所望の性能をもたせるべ
く種々検討を行った。本発明はこのような実験結果に基
づいてなされたものである。

本発明においては、棚板がループ状のセラミック線状
体を３次元的に配置して構成されている。この構造のた
め、本発明に係る焼成用支持板は耐熱衝撃性及び高温強
度が優れていると共に、通気性が良好である。これによ
り、被焼成品はその下方を含めた周囲の雰囲気から均一
に酸素が供給されるため、焼成不良の発生を抑制するこ
とができる。

この場合に、骨格構造体の気孔率は42乃至60％である
ことが必要である。骨格構造体の気孔率が42％未満の場
合は、通気性が低く、被焼成品を均一に焼結することが
困難になる。一方、骨格構造体の気孔率が60％を超える
と、強度が低下する。このため、骨格構造体の気孔率
は、42乃至60％とする。

また、骨格を構成するセラミック線状体（以下、素線
という）の線径は0.8乃至3.0mmである。素線の線径が0.
8mm未満の場合は、上述の構造で支持板を製造すること
が困難であると共に、支持板の強度が低く破損しやす
い。一方、素線の線径が3.0mmを超えると、素線の平滑
度が低下する。このため、骨格構造体を構成する素線の
線径は0.8乃至3.0mmとする。

また、より優れた焼成用支持板を得るためには、前記
線状材の材料として、ジルコン（ZrSiO₄）を他のセラミ
ック、特にコージェライト及びチタン酸アルミニウムの
ように低熱膨張特性が優れたセラミックに、12乃至50重
量％の含有量で含有させたものを使用することが好まし
い。

第６図は、横軸にジルコン及びコージェライト中のジ
ルコン含有量をとり、縦軸に常温曲げ強度をとって両者
の関係を示すグラフ図、第７図は、横軸にジルコン及び
コージェライト中のジルコン含有量をとり、縦軸に熱膨
張率をとって両者の関係を示すグラフ図である。なお、
第６図は同一素材による矩形断面の単一棒を使用して曲
げ強度試験を行なった結果をまとめたものである。

実用上、曲げ強度は500kg/cm²以上であることが好ま
しい。また、熱膨張率は、加熱による変形及び破壊を防
止するために、５×10^-6/℃以下であることが好まし
い。従って、第６図及び第７図から明らかなように、ジ
ルコンを他のセラミックに含有させる場合は、ジルコン
の含有量は12乃至50重量％とすることが好ましい。

［実施例］次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して
説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る棚板の骨格構造
体を示す平面図である。

本実施例の棚板12の骨格構造は、以下のようにして製
造される。先ず、混練されたセラミック材料を押出機の
ノズルから線状に押出し、この線状体10をノズルを旋回
させつつ平面上に載置すると共に、ノズルを第１図の矢
印で示す方向に直線的に移動させる。これにより、この
ループ中心が矢印方向に相互にずれた複数個のループが
連鎖した形状のループ列11が得られる。このようにし
て、一平面上に沿って複数個のループ列11をその列方向
を相互に平行にして配置した後、その上に別の複数個の
ループ列11を同様にして積層配置する。この場合に、上
層のループ列は、下層のループ列に対して、その各ルー
プ中心が列方向に直交する方向にループの半径分だけず
れた位置になるように下層のループ列上に載置してい
く。このようにして、ループ列11がその配置平面に沿う
方向及びそれに直交する方向（積層方向）に配置された
所定の骨格形状が成形される。その後、このセラミック
構造体を所定の形状に裁断し、乾燥した後焼成すること
によって、所定の形状の棚板12が得られる。この場合
に、骨格の気孔率は42乃至60％であり、線状体10の線径
は0.8乃至3.0mmである。

本実施例における線状体10の組成を下記第２表に示
す。また、本実施例に係る棚板の特性を下記第３表に示
す。但し、第２表において示す数値の単位は重量％であ
る。

本実施例においては、このようにループ状のセラミッ
ク線状体を平面上に配列すると共に、厚さ方向にも配列
しているため、強度が高い。また、この棚板は通気性が
良好であり、酸素を含む雰囲気中の気体が被焼成品の下
方からも通流するため、焼結品の変形及び割れ等の焼成
不良が抑制でき、優れたフェライト特性を有するフェラ
イト製品を製造することができる。更に、素線がジルコ
ン及びコージェライトからなるセラミックであるため、
高温における強度が高い。例えば、第６図に示した値は
同一素材の矩形柱における特性値であるが、これを成形
体とすると、強度は空隙率に反比例する。更にまた、従
来の板状の棚板に比して、炉内の熱容量を小さくするこ
とができるため、エネルギーを節約できるという効果も
ある。

第２図は本発明を匣鉢に適用した第２の実施例を示す
斜視図である。

本実施例においては、第１の実施例と同様に、セラミ
ックの線状体をループ状に成形しつつこのループ中心を
相互にずらせてループ列を形成し、このループ列を匣鉢
13の底部全体に複数段重ね合わせて配置している。

第１の実施例は、比較的大きい被焼成品を焼成する場
合に適しているが、成形体が比較的小型の場合は、支持
部材としては箱状に形成された本実施例の匣鉢が適して
いる。本実施例においても、第１の実施例と同様の効果
を得ることができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、所定の線径のセ
ラミック線状体を所定の気孔率でループ状に成形した骨
格構造体を有するから、通気性が優れていて焼成不良を
抑制することができると共に、高温強度及び耐熱衝撃性
が高いので破損しにくい。従って、本発明に係る焼成用
支持板は、フェライト製品等の製造に極めて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る棚板の骨格構造を
示す平面図、第２図は本発明を匣鉢に適用した第２の実
施例を示す斜視図、第３図は反りの発生を示す正面図、
第４図は台車上に載置された状態の棚板を示す正面図、
第５図は従来の棚板の１例を示す斜視図、第６図はジル
コン含有量と常温曲げ強度との関係を示すグラフ図、第
７図はジルコン含有量と熱膨張率との関係を示すグラフ
図でである。 10;線状体、11;ループ列、12,21;棚板、13;匣鉢、22;被
焼成品、23;台車

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックの線状体を平面上でループ状に
成形しつつこのループ中心を相互にずらせてループ列を
形成し、このループ列を前記平面に沿う方向及びそれに
直交する方向に配置して構成された骨格構造体を有し、
この骨格構造体の気孔率が42乃至60％であり、骨格構造
体を構成する線状体の線径が0.8乃至3.0mmであることを
特徴とする焼成用支持板。
【請求項２】前記線状体は12乃至50重量％の含有量でジ
ルコンを含有していることを特徴とする請求項１に記載
の焼成用支持板。