JP3139962B2

JP3139962B2 - 焼成治具及びその製造方法

Info

Publication number: JP3139962B2
Application number: JP08148368A
Authority: JP
Inventors: 鉄郎後藤; 和美森; 宗之岩田
Original assignee: Kikusui Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Kikusui Kagaku Kogyo KK
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-05-16
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: JPH09295872A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被焼成物（以下、ワ
ークとも称す。）と反応しにくく、耐久性に優れ、安価
で軽量な焼成治具を得るためのコーティング剤およびこ
のコーティング剤を用いて得られる焼成用治具に関する
発明である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、１０００〜１７００℃程度の
高温零囲気下において、使用される焼成治具には、ムラ
イト質もしくはアルミナ質耐火物が使用されていた。ま
た、近年は焼成炉の運転をより経済的、より生産性を向
上させるため、省エネ運転，高速運転をなすために、焼
成治具の比重を小さくしたり、厚みを薄くすることが行
なわれてきた。一方、焼成されるワークと焼成治具との
反応を防ぎ、焼成治具の寿命を長くするためにイットリ
ア等の安定化剤を含むジルコニア被膜を有する焼成治具
も利用されている。ジルコニア被膜に添加される安定化
剤には、他にカルシア，マグネシア，セリア等がある。
ジルコニア被膜を有する焼成治具に関する関連技術の例
として、基材が繊維質のものが特開平２−８９９８９号
公報に開示されている。安定化剤は、焼成されるワーク
の組成により適宜に選択されている。更に、焼成治具の
基材をムライトあるいは炭化珪素にして、ワークとの反
応防止被膜を高純度アルミナ被膜とする焼成治具の例も
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来におけるワークと
焼成治具との反応防止被膜は、凹凸の無い厚みが略均一
な被膜により形成されていた。この被膜形成に使用され
るコーティング剤は、所定の割合により安定化剤を含有
したジルコニアまたは部分安定化されたジルコニアある
いはアルミナおよび溶媒からなるものであり、他に分散
剤，消泡剤，粘性調整剤を適宜添加したものであるが、
このコーティング剤では、得られる被膜は平坦なものと
なっていた。

【０００４】この発明では、従来より使用されていた平
坦な反応防止被膜に代えて小さな孔を有し、より反応防
止効果に優れ、脱脂工程における脱脂効果に優れた焼成
治具および反応防止被膜を形成するコーティング剤とそ
の使用方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では、前記課題
を解決するため、請求項１の発明は、焼成治具の製造す
る方法にあって、ムライト，アルミナ，炭化珪素，コー
ジェライト，マグネシアスピネル等から選択される焼成
治具基材に対して、イットリア，カルシア等の安定化剤
を含むジルコニアまたは高純度アルミナおよび吸水性ポ
リマーからなる焼失剤を主成分とする焼成治具用コーテ
ィング剤を塗布し、１２００〜１６００℃条件下にて焼
成することを特徴としている。請求項１の発明は、焼失
跡のあるワークとの反応防止層を形成できるコーティン
グ剤を利用して、焼成治具を製造する方法についての発
明である。

【０００６】

【０００７】

【０００８】請求項２の発明は、基材および基材の被覆
層からなる焼成治具において、基材がムライト，アルミ
ナ，炭化珪素，コージェライト，マグネシアスピネル等
から選択されるものであり、被覆層が直径０．５〜２ｍ
ｍにある焼失跡である孔を全面に有し、最低被覆厚５０
〜２５０μｍを確保している、安定化剤を含むジルコニ
アからなるコーティング剤の焼成層または高純度アルミ
ナからなるコーティング剤の焼成層であることを特徴と
している。請求項２の発明は、請求項１の方法により得
られる焼成治具そのものについての発明である。

【０００９】請求項３の発明は、反応防止層であるコー
ティング剤の焼成層が、板状の焼成治具基材の両面に形
成されていることを特徴としている。請求項３の発明
は、請求項１の方法により得られる焼成治具が板状であ
り、反応防止層が両面に形成された焼成治具についての
発明である。この発明における板状とは、表面が概ね平
らであっても、あるいはＶ溝，Ｕ溝または波状の凹凸が
形成されたものも含んでいる。

【００１０】以下、上述したこの発明の各構成要素につ
いて、詳しく説明する。この発明に言う焼成治具とは、
陶磁器あるいは電子セラミック部品（絶縁体，伝導体，
半導体，誘電体，圧電体，磁性体など），碍子，切削・
研磨材料などを焼成する際に用いられる耐熱性のある治
具のことであり、形状により台板，棚板，セッター，さ
や，とち，匣鉢，支柱などと呼ばれる。これらの中で、
直接被焼成物（ワーク）と接する治具としては、棚板，
セッターがある。また、これら焼成治具の基材材質とし
ては、ムライト，アルミナ，炭化珪素，コージェライ
ト，マグネシアスピネル等から選択されるものが使用さ
れる。

【００１１】ワークとの反応を防止できる被覆層形成に
使用されるコーティング剤の主成分の一つは、ジルコニ
ア，高純度アルミナから選択されるセラミック成分であ
り、これらのうちのジルコニアに対して結晶構造を立方
晶にして安定化させるための安定化剤としてイットリ
ア，カルシア，マグネシア，セリア等から任意に選択さ
れるものの一種類以上を２〜２０重量％添加してあるい
は前もって安定化剤を添加仮焼された部分安定化ジルコ
ニアが使用される。高純度アルミナの場合は、安定化剤
とは異った機能である高温時の粒成長を防止するための
マグネシアを添加することもある。

【００１２】ジルコニア，アルミナ等のセラミック成分
および安定化剤は、粒子径０．５μｍから５０μｍに入
る粉末よりコーティング剤となる。この粒子径範囲のう
ち、１０〜２０μｍに入るものを利用するとき、一番問
題ないコーティング剤層となる。この粒子径が０．５μ
ｍ未満にある時は、コーティング剤による被覆層を焼成
する際に、基材中のシリカ成分とジルコニアあるいはア
ルミナが反応してしまい、後日のワーク焼成時にワーク
との反応防止層としての機能に悪影響を与える。一方、
粒子径が５０μｍ以上にあると、反応防止層の表面が粗
面になって、脱脂工程における分解ガスの拡散効果はあ
るものの、粒子自体の固着力が弱くなり、ハンドリング
あるいはワークとの接触によって脱粒が生じることがあ
る。脱粒があると、次第にコーティング剤による被覆層
が薄くなり、焼成治具基材がむき出しになる。また作業
環境が粉っぽくなり、製品に異物が混入する可能性が生
じ良くない。

【００１３】コーティング剤のもう一方の主成分は、焼
失剤である。焼失剤は焼成後の焼失跡の大きさから０．
５〜２ｍｍ迄の大きさから選択される。焼失剤に使用さ
れる物質として、焼成時に熱分解するものであれば使用
できる。焼成時の分解ガスが焼成治具あるいは反応防止
層に対して無害なものから選択するが、吸水性ポリマー
を含む合成樹脂粒，ゴム粒，球状カーボン，木片，籾
殻，植物種子等あるいは溶媒に不溶性の物質例えば油が
利用できる。

【００１４】焼失剤のうち特に優れているのは、吸水性
ポリマー粒である。吸水性ポリマーを焼失剤として利用
した時、優れているのは吸水後の比重が１に近く、コー
ティング剤のスラリーの調整が簡単で、焼失剤の分布が
均一なものが得られ易いためである。さらに、乾燥によ
り吸水分が蒸発して体積が減少し、コーティグ剤の焼成
時に発生する分解ガスが、他の焼失材と比べて少なく、
コーティグ剤焼成時のクラック発生や剥離等のトラブル
がない。吸水性ポリマー粒の粒子径は、吸水前の大きさ
が通常２５０μｍ以下において用いられる。この吸水性
ポリマーの粒子径が２５０μｍを越えるものを使用した
時には、吸水後の吸水性ポリマーが数ｍｍ径にもなり、
コーティング層を形成し、焼成した時の孔が大きなもの
となる傾向がある。逆に、粒子径が２０μｍ以下のもの
ばかり使用した時には、焼成後の孔がワークの大きさに
比べ微小なものとなり、孔を形成した効果が見られない
ものとなる。

【００１５】吸水性ポリマーの組成上の種類としては、
変性デンプン，セルロース系，アクリロニトリルグラフ
ト化デンプン加水分解物系，ポリアクリロニトリル誘導
体系，ポリアクリルアミド系およびポリアクリル酸塩
系，酢酸ビニル／アクリル酸メチルコポリマーけん化物
系，ポリオキシエチレン系であって、いずれも親水基が
ポリオキシエチレン鎖またはカルボン酸側鎖のものであ
る。その他、ポリビニルピロリドン，ポリビニルアルコ
ールなどの非イオン系，ポリスチレンスルホン酸，ポリ
−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸
などのスルホン酸系のポリマーの架橋物もある。

【００１６】コーティング剤中の吸水性ポリマーの量
は、０．１〜２重量％が良い。０．１重量％以下では焼
成治具基材に対して、部分的にしか孔ができず焼成効果
が従来品と変わらない。また２重量％以上では、吸水性
ポリマーが焼成治具基材表面全面に広がり、表面が平坦
にあって孔を有したジルコニア層とならない。このコー
ティング剤中の、吸水性ポリマーの添加量による違いを
模式的に示したのが図１ないし図３である。図では上段
にコーティング剤が湿潤状態にあるものの、下段にコー
ティング剤を乾燥させた時にあるものを示している。図
１では、吸水性ポリマー量が０．１〜２重量％の範囲に
ある時の、焼成治具基材およびコーティング剤層の断面
を示している。図中符号１は焼成治具基材であり、２は
コーティング剤である。また、符号３は吸水状態にある
吸水性ポリマーである。下段にある乾燥状態では、吸水
性ポリマーの体積が著しく減少するので図示を省いてい
る。図２および図３では、吸水性ポリマーの添加量を
０．１重量％未満の時および２重量％を越える時を特徴
的に表している。図４では、従来より存在する表面が平
坦である焼成治具基材に吸水性ポリマーを含まないコー
ティング剤を塗布した時の、乾燥前後における断面図を
示している。

【００１７】この発明において、コーティング剤は上記
非反応性セラミック，安定化剤，吸水性ポリマー以外
に、分散媒としての水，分散剤，湿潤剤，消泡剤，起泡
剤等の界面活性剤，メチルセルロース，ポリビニルアル
コール，ヒドロキシメチルセルロース，ポリアクリル酸
ソーダ，グアーガム等の増粘剤を適宜添加し、粘度１０
００ｃｐｓ〜４０００ｃｐｓのスラリー状にして使用さ
れる。このスラリー状のコーティング剤の不揮発分は、
４０〜８０％程度に調整される。この水分割合が６０％
より大きい時には、基材の吸水率が少ないために、何度
も重ね塗りをしないと、コーティング剤による被覆層の
厚みが５０μｍ以上にならないため効率が悪い。また、
２０％以下では粘性が大きくなり被覆しずらいものとな
り良くない。

【００１８】コーティング剤を焼成治具基材に対して、
塗付するには公知の塗装手段により被覆層を形成するこ
とになる。塗装手段としては、スプレーガン，ナイフコ
ータ，ロールコータによる塗装、ディッピングが例示で
きる。この時、コーティング剤による被覆厚み（量）
は、湿潤状態において７０〜３５０μｍ（０．０２〜
０．２ｇ／ｃｍ^２）とするのが良い。この範囲に被覆厚
み（量）がある時、焼成後の被覆層の厚みが５０〜２５
０μｍとなり、ワークとの反応防止層としての機能が、
得られるものとなる。被覆層の厚みは、５０μｍ未満に
あるときは、被覆層と焼成治具基材の反応層が表面に生
じ、ワークとの反応防止効果に問題が生じる。一方、被
覆層の厚みが２５０μｍを越えるときは、被覆層自身に
焼成時におけるクラックが生じ、基材がむき出しの部分
で反応が見られたり、被覆層の剥離の原因となり良くな
い。コーティング剤による被覆層の焼成は、１４００℃
±２００℃の範囲の中から、セラミック成分の焼結温度
に応じて、適宜選択し行なわれる。この焼成温度は、所
定の焼成温度より低い場合には、焼成治具基材との密着
不足となり、また逆に高すぎる温度により焼成される
と、焼成治具基材との反応が大きく進行したり、基材か
らの反応防止層の剥離が生じるようになる。コーティン
グ剤の被覆層を含めた焼成治具基材の焼成によれば、焼
成治具表面に直径０．５〜２ｍｍにある焼失剤の焼失跡
が形成されたものができあがる。

【００１９】被覆層の形成は、焼成治具基材が板状物で
ある時、その両面に形成させるのが好ましい。これは被
覆層を焼成させた時に、焼成治具基材に応力が生じるた
めであり、応力が生じても変形のない厚みがあったり、
応力に耐える強度を有していれば片面形成でも良い。図
７は、板状の焼成治具にあって、両面に反応防止層が形
成されたものの断面模式図。

【００２０】

【作用】この発明では、コーティング剤中に焼失剤粒子
を配合することにより、被覆層に孔が形成され、ワーク
との接点が少なくなるため反応しにくくなる。またワー
クは焼成時には収縮するため、面で支えるより点で支え
た方がより精度が上がる。ワーク下面に空間を持つこと
ができるようになり、ワークから発生する昇華，蒸発成
分を溜めることができる。さらに、バインダー成分の多
いワークにおいても、上面からの脱脂だけでなく下面か
らも脱脂ができ、脱バインダー工程を長くする必要がな
くなる。

【００２１】

【実施例１】下記の配合組成によりコーティング剤１を
作成した。水３１重量部分散剤１重量部吸水性ポリマー０．４重量部カルシア安定化ジルコニア６６重量部バインダー１．６重量部 ────────────────────────────── １００重量部

【００２２】実施例１では分散剤は、花王（株）製の商
品名ポイズ５２０を使用し、吸水性ポリマーは住友化学
工業（株）の商品名スミカゲルＳ−１００，カルシア安
定化ジルコニアは第一稀元素化学工業（株）の商品名Ｆ
ＳＤ−３５０Ｆ平均粒径３．０μｍ，バインダーは三井
東圧化学（株）の商品名ＷＡ−３１０を使用した。これ
ら割合により混合されたコーティング剤をボールミルで
２４ｈｒ分散し、スプレーガンを用いて、ムライト質の
基板の両面へ２００μｍ（０．１ｇ／ｃｍ^２）塗布し
た。また１３０℃で１ｈｒ乾燥したものを１５００℃
（昇降温度２００℃／ｈｒ）にて焼成した。

【００２３】この被覆層を有するムライト質焼成治具を
用い、バインダーを多量に含有したチタン酸バリウム系
のコンデンサーのワークを焼成した所、吸水性ポリマー
を用いない時と比べ、不良品の占める割合が、全体の１
％から０．０５％へと大巾に減少し、製品歩留りが向上
した。

【００２４】

【実施例２】下記の配合組成によりコーティング剤２を
作成した。水２５重量部分散剤０．５重量部吸水性ポリマー１重量部アルミナ粉７０重量部バインダー３．５重量部 ────────────────────────────── １００重量部

【００２５】実施例２では分散剤は、中京油脂（株）製
のポリアクリル酸アンモニウム塩が主成分である商品名
セルナＤ−３０５を使用し、吸水性ポリマーは三菱化学
（株）の商品名ＩＨ，アルミナ粉は住友化学工業（株）
の商品名ＡＭ−２５，バインダーは昭和高分子（株）の
商品名ＳＵＭ−４１００を使用した。これら割合により
混合されたコーティング剤をボールミルで４８ｈｒ分散
し、ハケを用いて、ムライト質またはマグネシアスピネ
ル質の基板へ３００μｍ（０．１５ｇ／ｃｍ^２）塗布し
た。また１３０℃で１ｈｒ乾燥したものを１６００℃
（昇降温度１００℃／ｈｒ）にて焼成した。

【００２６】この基板により、陶磁器を焼成した所、コ
ーティング剤との融着が従来のものと比べ減少し、これ
にともない再コーティングの必要回数も大巾に減少し
た。

【００２７】

【実施例３】下記の配合組成によりコーティング剤３を
作成した。水３３重量部分散剤１重量部焼失剤４重量部カルシア安定化ジルコニア６０重量部バインダー２重量部 ────────────────────────────── １００重量部

【００２８】実施例３では、実施例１に用いた分散剤，
カルシア安定化ジルコニア，バインダーを用い、焼失剤
に住友精化（株）製の低密度ポリエチレンである商品名
フロービーズＣＬ−１２００７、平均粒径８５０μｍを
使用した。これら割合により混合されたコーティング剤
をボールミルで２４ｈｒ分散し、スプレーガンを用い
て、ムライト質の基板へ２００μｍ（０．１ｇ／ｃ
ｍ^２）塗布した。また１３０℃で１ｈｒ乾燥したものを
１５００℃（昇降温度２００℃／ｈｒ）にて焼成した。

【００２９】実施例３についても、実施例１と同じチタ
ン酸バリウム系のコンデンサーのワークの焼成を行っ
た。この場合も、ワークの不良品の発生が、従来の焼失
剤なしの時に比べ、全体の１％から０．０８％へと大巾
に減少し、製品歩留りが向上した。

【００３０】

【発明の効果】請求項１あるいは請求項２では、焼成治
具表面に微小孔のある、ワークとの反応防止層を形成で
きるコーティング剤であり、焼成治具そのものの耐久性
の向上あるいは、ワークの不良品発生を低減することが
可能となる。請求項３あるいは請求項４では、上記耐久
性の向上した、不良品発生の少ない焼成治具を製造可能
とし、製造された焼成治具は同じく耐久性の良いもので
あり、ワークの不良品発生を少なくすることができる。

【００３１】本願の発明により製造された焼成治具は、
ワーク下面における空間を従来品に比べ大きくしたもの
となり、ワークと反応防止層との接触面積を低減させて
いる。この為ワークと反応防止層との接触面積を小さく
したことにより、焼成治具基材成分とワーク成分との反
応を今まで以上に小さくする効果がある。焼成治具表面
に形成された微小孔は、ワークから昇華，蒸発する諸成
分を溜めることが可能であり、焼成治具を複数回使用し
た時に生じる、前記諸成分の沈着成分とワークとの反
応，融着を防止することが可能となり、焼成治具そのも
のの耐用回数を大巾に向上させる効果がある。

【００３２】図５および図６において、この発明の焼成
治具の作用および効果を模式的に示す。図中、上段にお
いて最初に焼成治具上にワークを載置した時の断面を示
し、下段において焼成治具を繰り返し使用した時の断面
を示している。図中、符号４がワークであり、符号５が
コーティング剤による被覆層を焼成した後に得られる反
応防止層であり、符号６が焼成を繰り返した時にワーク
より昇華，蒸発して発生した成分の沈着物である。図か
ら理解できるように、ワークより発生した沈着物が、焼
成治具を複数回使用した時も、ワークと直接接触する機
会を少なくし、繰り返し使用に対する耐久性を向上させ
ていることが分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例におけるコーティング剤を
塗布した時の、湿潤時および乾燥時の焼成治具断面の模
式図。

【図２】この発明の比較例における焼失剤の少ないコ
ーティング剤を塗布した時の、湿潤時および乾燥時の焼
成治具断面の模式図。

【図３】この発明の比較例における焼失剤の多いコー
ティング剤を塗布した時の、湿潤時および乾燥時の焼成
治具断面の模式図。

【図４】従来より存在するコーティング剤に焼失剤を
含まない場合の、焼成治具基材にコーティング剤を塗布
した時の、湿潤時および乾燥時の焼成治具断面の模式
図。

【図５】この発明の焼成治具を繰り返し使用する前後
における、焼成治具およびワークの模式的な断面図。一
部拡大図にして表している。

【図６】従来例における焼成治具を繰り返し使用する
前後における、焼成治具およびワークの模式的な断面
図。一部拡大図にして表している。

【図７】板状の焼成治具にあって、反応防止層が両面
に形成された実施例における断面の模式図。

【符号の説明】

１焼成治具基材２コーティング剤３吸水性ポリマー４ワーク５反応防止層６沈着物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−69565（ＪＰ，Ａ) 特開平２−311372（ＪＰ，Ａ) 特開平２−260602（ＪＰ，Ａ) 特開平４−273989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/64 F27D 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ムライト，アルミナ，炭化珪素，コージェ
ライト，マグネシアスピネル等から選択される焼成治具
基材に対して、イットリア，カルシア等の安定化剤を含
むジルコニアまたは高純度アルミナおよび吸水性ポリマ
ーからなる焼失剤を主成分とする焼成治具用コーティン
グ剤を塗布し、１２００〜１６００℃条件下にて焼成す
ることを特徴とする焼成治具の製造方法。
【請求項２】基材および基材の被覆層からなる焼成治具
において、基材がムライト，アルミナ，炭化珪素，コー
ジェライト，マグネシアスピネル等から選択されるもの
であり、被覆層が直径０．５〜２ｍｍにある焼失跡であ
る孔を全面に有し、最低被覆厚５０〜２５０μｍを確保
している、安定化剤を含むジルコニアからなるコーティ
ング剤の焼成層または高純度アルミナからなるコーティ
ング剤の焼成層であることを特徴とする焼成治具。
【請求項３】コーティング剤の焼成層が、板状の焼成治
具基材の両面に形成されていることを特徴とする請求項
２記載の焼成治具。