JP4111087B2 - 熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばセラミック成形体の焼成などの熱処理を行う熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック電子部品を製造する過程において、例えばセラミック成形体の焼成などの熱処理は、連続式熱処理炉、あるいは、バッチ式熱処理炉などの熱処理装置によって行われる。
【０００３】
例えば、熱処理によりセラミック成形体の焼成を行う場合、そのセラミック成形体をいわゆる匣といわれる容器に収納した状態で熱処理を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
その容器は、セラミック成形体が載置される載置面を有する平板状に構成され、実際に熱処理に使用される場合、複数個のその容器が上下に所定間隔に隔てた状態で積み上げられたものに構成される。したがって、下側の容器におけるセラミック成形体の載置面とその直上の容器における下面とは互いに平行な状態で対向している。そして、その対向する面間の空間は、熱処理時においてセラミック成形体周りで所望の雰囲気ガスが拡散されているようにするため、その雰囲気ガスが流動していく流路となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７２４６４号公報（全頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の熱風循環式の熱処理装置のように、流路に供給される雰囲気ガスの流入速度が遅い場合、流路の途中までしか雰囲気ガスが到達せず、雰囲気ガスとセラミック成形体との反応が不十分となり、セラミック成形体の焼成にバラツキが生じるという問題があった。
【０００７】
逆に、雰囲気ガスの流入速度が大きすぎると、供給された雰囲気ガスがセラミック成形体との反応に十分寄与することなく、雰囲気ガスが匣内を通過してしまい、セラミック成形体の焼成にバラツキが生じるという問題があった。
【０００８】
以上のように、セラミック成形体の焼成にバラツキが生じると、例えば、セラミック成形体が積層セラミックコンデンサを作成するものである場合、匣の端部や中央部において積層セラミックコンデンサの特性にバラツキが生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、被熱処理物全体をバラツキが生じることなく均一に焼成できることを解決しようとする課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱処理装置のガス供給方法は、被熱処理物を載せる載置面とこの載置面に対向する天井面との間の空間を前記載置面に沿って流れる雰囲気ガスの流路とするとともに、前記流路の一端を前記雰囲気ガスの入口とし、前記被熱処理物の焼成を行う熱処理装置のガス供給方法であって、前記雰囲気ガスを、次式を満たす流速Ｖで前記入口から前記流路に流入制御することを特徴とする。
【００１１】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
ここで、Ｖは流路入口での流速、Ｌは流路長さ、τＴは前記雰囲気ガスの動粘性係数、Ｃは経験則に基づく流路に関する係数（０．０５〜０．１５）、Ｄは前記流路における前記載置面と前記天井面との上下間隔長さから、前記被熱処理物の高さを除いたものである。
【００１２】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、この熱処理装置のガス供給方法を用い、前記熱処理装置の前記載置面に前記被熱処理物を載置する工程と、前記雰囲気ガスを前記入口から前記流路に流入させて前記被熱処理物を焼成する工程とを含むものである。
【００１３】
本発明に係る熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法によると、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とした。この（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とは、流路の一端の入口から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路の他端の出口まで到達したときに当該流速が０ｍ／ｓとなる流入速度を表している。このため、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とすることで、不十分な流入速度Ｖによって、流路の入口から流入された雰囲気ガスが、流路の他端の出口まで到達しないのを防止でき、入口から流入した雰囲気ガスによって被熱処理物全体が均一に焼成される。また、雰囲気ガスの流入速度Ｖの上限を４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）としたので、流入速度が速すぎて、供給された雰囲気ガスが被熱処理物との反応に十分寄与せずに、雰囲気ガスが匣内を通過してしまうのを防止でき、被熱処理物全体の焼成が十分に行える。
【００１４】
また、本発明に係る熱処理装置のガス供給方法は、被熱処理物を載せる載置面とこの載置面に対向する天井面との間の空間を前記載置面に沿って流れる雰囲気ガスの流路とするとともに、前記流路の両端をそれぞれ前記雰囲気ガスの入口とし、前記被熱処理物の焼成を行う熱処理装置のガス供給方法であって、前記雰囲気ガスを、次式を満たす流速Ｖで前記入口から前記流路に流入制御することを特徴とする。
【００１５】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
ここで、Ｖは流路入口での流速、Ｌは流路長さ、τＴは前記雰囲気ガスの動粘性係数、Ｃは経験則に基づく流路に関する係数（０．０５〜０．１５）、Ｄは前記流路における前記載置面と前記天井面との上下間隔長さから、前記被熱処理物の高さを除いたものである。
【００１６】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、この熱処理装置のガス供給方法を用い、前記熱処理装置の前記載置面に前記被熱処理物を載置する工程と、前記雰囲気ガスを前記入口から前記流路に流入させて前記被熱処理物を焼成する工程とを含むものである。
【００１７】
本発明に係る熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法によると、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とした。この（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とは、流路の一端の入口から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路の他端の出口まで到達したときに当該流速が０ｍ／ｓとなる流入速度を表している。このため、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とすることで、不十分な流入速度Ｖによって、流路の入口から流入された雰囲気ガスが、流路の中間まで到達しないのを防止でき、流路の両端入口から各々流入した雰囲気ガスによって被熱処理物全体が均一に焼成される。また、雰囲気ガスの流入速度Ｖの上限を４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）としたので、流入速度が速すぎて、供給された雰囲気ガスが被熱処理物との反応に十分寄与せずに、雰囲気ガスが匣内を通過してしまうのを防止でき、被熱処理物全体の焼成が十分に行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１９】
図１ないし図５は、本発明に係る実施の形態の一例である熱処理装置を示すものであって、図１は熱処理装置の縦断正面図、図２は図１の熱処理装置の横断平面図、図３は図１の匣を示す縦断正面図、図４は匣の流路における長さ寸法と流路の上下幅寸法を示す縦断面図、図５は匣の流路を示す平面図である。
【００２０】
本発明に係る熱処理装置は、連続炉を備えるものでもよいとともに、バッチ式の熱処理炉を備えるものでもよい。ここでは、連続式の熱処理炉を備えるものについて説明する。また、連続式の熱処理炉の搬送方向左右両端から雰囲気ガスを供給するものである。
【００２１】
図１を参照して、例えば積層セラミックコンデンサなどを作成するセラミック成形体を熱処理するための連続式熱処理炉１が、熱処理装置の一例として示されている。
【００２２】
この連続式熱処理炉１は、被熱処理物としてのセラミック成形体Ｗを匣２に搭載した状態で、その匣２を搬送装置３で搬送しながら焼成を行うものである。連続式熱処理炉１は、天井壁部および左右の側壁部４ａ，４ａを断熱材で構成した炉体４内に、炉体４長手方向（被熱処理物の搬送方向）に沿った熱処理空間５が設けられる。この熱処理空間５内には、その長手方向に沿って匣２を所定速度で搬送する搬送装置３が設けられている。搬送装置３は、搬送方向に搬送路を成す状態で多数の搬送用ローラが並設されたローラ式搬送装置である。この搬送装置３上に載置された状態で匣２が搬送される（図２において黒く塗りつぶした矢印で搬送方向を示す）。なお、搬送装置としてはローラ式搬送装置に限定されるものではなく、各種搬送装置を適用可能である。また、ヒータ（図示せず）が熱処理空間５の熱処理を施す所定領域に配備されており、その領域に対応した温度環境が設定されるように構成されている。
【００２３】
図１および図３に示すように、匣２は、アルミナ質の平面視矩形状の板体からなり、その上下間隔を所定高さに隔てた状態で互いに水平かつ平行となるように、上下に複数枚（本実施の形態では３枚）積み上げられた構成となっている。なお、匣２は、アルミナ製に限定されるものでなく、セラミック質のものであれば例えばジルコニア製のものなどを用いることができ、金属質のものであれば、例えばＳＵＳ、インコネルなどを用いることができる。各匣２の積み上げは、例えば前後両端縁に立ち上げ形成したフランジ部分において行われる。匣２における両フランジ部分間の平板部分の上面が、セラミック成形体Ｗの載置面７となっている。これに対してその匣２の直上に積み上げられた匣２の底面が、下側の匣２の載置面７に対して上下に対向する面を成す天井面８となる。したがって、両フランジ部分の高さによって、匣２の載置面７とその直上の天井面８との間隔が設定されている。なお、最上位置の匣２は単にその下側の匣２の天井面８として利用されるものであって、フランジ部分は設けられていなくてもよい。
【００２４】
また、匣２の左右両側にはフランジ部分がないので、匣２を積み上げた状態では、左右両側が開放されている。したがって、各匣２の載置面７とその直上の天井面８との間の空間は、後述する雰囲気ガスが流れて行く流路９となっている。左右方向に沿った流路９の左側端部ならびに右側端部が、それぞれ雰囲気ガスの流入する入口１０，１１となっている。すなわち、匣２の搬送方向左右両端において、各々水平方向ならびに垂直方向に対向する位置に、雰囲気ガスの入口１０，１１が配置されている。
【００２５】
なお、匣２としては、フランジ部分を設けない平板部分のみの構成にして、互いに上下に間隔を置いた積み上げを行うのに、フランジ部分に替えて、上下の匣２，２間にスペーサ部材を介装する構成にしてもよい。
【００２６】
また、熱処理炉１の搬送方向での所定領域においては、その領域に対応して雰囲気ガスが供給されるように、炉体４の左右の壁４ａ，４ａに雰囲気ガスを供給する配管１４が貫通して設けられている。各配管１４，１４の先端は、積み上げられた匣２，２の端面近傍に沿って立ち上がり、その立ち上がり部１４ａ，１４ａに、雰囲気ガスを匣２に向けて吹き出すためのガス供給穴１２が形成されている。
【００２７】
各配管１４は、雰囲気ガス供給用のポンプ１５と接続されている。ポンプ１５は、ガス供給装置として、ガスボンベや外気などの雰囲気ガス供給源１６から雰囲気ガスを熱処理空間５内に供給作動するものであって、制御部１７からの制御信号に従った出力で作動するものとなっている。
【００２８】
ガス供給穴１２から供給される雰囲気ガス（その流れを白抜きの矢印で示す）は、焼成に適した雰囲気ガス、例えばＮ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏ，ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２，空気が供給される。ガス供給穴１２の数や大きさ、設けられる位置は熱処理を行うその炉の形態や、搬送装置３および匣２などとの位置関係、被熱処理物の種類などの各種の諸条件によって適宜設定される。
【００２９】
本実施の形態では、ガス供給穴１２は、上下の匣２間の流路９の左右において、載置面７と天井面８との上下間隔長さから、セラミック成形体Ｗの高さを除いた流路上下幅寸法Ｄの中間にて、それぞれ１箇所ずつ対向して形成されている。
【００３０】
ガス供給穴１２の大きさは、流路上下幅寸法Ｄより小さい直径の穴（形状は特に限定されない）にて形成されている。
【００３１】
制御部１７は、オペレータによって入力される制御情報に基づいてポンプ１５の駆動出力を設定し、その設定された出力でポンプ１５を駆動する。このようにポンプ１５の駆動出力を設定するために制御部１７に入力される情報としては、雰囲気ガスの動粘性係数τＴの具体的数値、流路９における流路上下幅寸法Ｄの具体的数値、所定係数Ｃの具体的数値（経験則より０．０５〜０．１５）、流路長さＬの具体的数値である。
【００３２】
制御部１７に備えられるマイコンなどの演算器でなるガス流速算出部では、これらの情報に基づいて、次式▲１▼に示す臨界流速ＶＴが算出される。
【００３３】
ＶＴ＝（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）…▲１▼
ここで、臨界流速ＶＴとは、流路９の一端の入口から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路９の他端の出口まで到達したとき、当該流速が０ｍ／ｓとなる流入速度を表している。
【００３４】
なお、制御部１７のガス流速算出部では、所定の雰囲気ガスが供給される場合における任意の流路長さＬと、所定の流路上下幅寸法Ｄとに対応する臨界流速ＶＴが簡易に求められる検量線が予め生成および記憶されていてもよく、搬送される匣２の寸法として入力された情報に応じて、雰囲気ガスの臨界流速ＶＴを適宜その検量線から求めるようにしてもよい。
【００３５】
流路９の入口１０，１１に雰囲気ガスがそれぞれ流入する際の流入流速Ｖは、次式▲２▼を満たす値に設定される。
【００３６】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）…▲２▼
流入流速Ｖの下限値は、臨界流速ＶＴの半分に設定されている。すなわち、流路９の両端の入口１０，１１からそれぞれ雰囲気ガスが流入されるので、各入口１０，１１から流入された雰囲気ガスがそれぞれ流路９の中央にまで到達し、セラミック成形体Ｗの全体に雰囲気ガスが行き渡り、セラミック成形体Ｗ全体が均一に焼成される。
【００３７】
流入流速Ｖの上限値は、臨界流速ＶＴの４倍に設定されている。流入速度が速すぎて、供給された雰囲気ガスがセラミック成形体Ｗとの反応に十分寄与せずに、雰囲気ガスが匣２内を通過してしまうのを防止でき、雰囲気ガスが匣２内をゆっくり通過、あるいは滞留するため、セラミック成形体Ｗ全体の焼成が十分に行える。
【００３８】
なお、入口１０，１１に雰囲気ガスが流入する際の流速とその流速を得るためのポンプ１５の駆動出力との関係が、所望の範囲にわたる流速に対応して予め実験などによってデータとして得られている。そのデータは例えば制御部１７に備える記憶手段や、記憶媒体などに記憶されており、当該データに基づいて、流速Ｖに対応した雰囲気ガスのガス供給穴１２からの吹き出しが行われるように、ポンプ１５を駆動制御する。
【００３９】
表１に、図５に示した熱処理装置のガス供給方法において、焼成後の匣２内の積層セラミックコンデンサの特性のバラツキ（例えば、静電容量）を、流入速度Ｖを変化させて評価した結果を示す。
【００４０】
【表１】
本例の場合、流路長さＬ：０．３５［ｍ］、雰囲気ガスの動粘性係数τＴ：２．２８×１０−４［ｍ２／ｓ］、係数Ｃ：０．０５、流路上下幅寸法Ｄ：０．０２［ｍ］である。
【００４１】
この例の場合、セラミック成形体Ｗが匣２の左右両端間のほぼ全体に渡って載置されているので、流路長さＬの値は匣２の左右幅と一致する。
【００４２】
式▲１▼に示す臨界流速ＶＴは、下記のように算出される。
【００４３】
ＶＴ＝（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
＝（０．３５×２．２８×１０−４）／（０．０５×（２０×１０−３）２）
＝４．０［ｍ／ｓ］
流入流速Ｖの違いに応じて、Ｒ（バラツキ）を測定する。Ｒは、匣２の端部１８における積層セラミックコンデンサの静電容量（μＦ）の平均値と、匣２の中央部１９における積層セラミックコンデンサの静電容量（μＦ）の平均値との差と規定した。
【００４４】
表１の評価結果より、流入流速Ｖ［ｍ／ｓ］が２．０，８．０，１６．０であって、Ｖ／ＶＴが０．５，２．０，４．０の場合に、Ｒがそれぞれ０．０２，０．０１，０．０４となり、合格ラインである０．０５より小さくなる。すなわち、バラツキが５％未満となる。
【００４５】
また、流入流速Ｖ［ｍ／ｓ］が０．８，２０．０であって、Ｖ／ＶＴが０．２，５．０の場合に、Ｒがそれぞれ０．１９，０．１６となり、０．０５のより大きくなり、不合格となる。
【００４６】
よって、流入流速Ｖ［ｍ／ｓ］が式▲２▼を満たすときに、バラツキが５％未満の条件を満たすことがわかる。
【００４７】
なお、被熱処理物Ｗを載置する匣２としてアルミナ質の板状のものを用いたが、その他の材料、例えば金属質の板状のものなどの載置部材を用いてもよい。
【００４８】
また、セラミック成形品として積層セラミックコンデンサを示したが、本発明は、セラミック成形品としてこれに限定されるものではなく、その他各種のセラミック成形品に適用できる。
【００４９】
図６および図７に、熱処理装置のガス供給方法の変形例を示す。
【００５０】
図６の例は、匣２の搬送方向左右両端より、各々搬送方向前後に若干ずれた位置において、互いに対向して雰囲気ガスが供給されるものである。
【００５１】
すなわち、搬送方向に若干傾斜した向きに配管の立ち上がり部１４ａ，１４ａのガス供給穴から雰囲気ガスが供給されるものである。なお、雰囲気ガスの流入流速Ｖは、式▲２▼を満たす値に設定される。
【００５２】
図７の例は、匣２の搬送方向左右両端より、各々搬送方向前後に匣２分ずれた位置において、各々搬送方向に直交する向きに雰囲気ガスが供給されるものである。
【００５３】
この例の熱処理装置は、連続式の熱処理炉に限り、雰囲気ガスの流入流速Ｖは、式▲２▼を満たす値に設定される。
【００５４】
図８を用いて、本発明に係る他の実施の形態に係る熱処理装置のガス供給方法について説明する。
【００５５】
この実施の形態は、上下に配置され、黒く塗りつぶした矢印方向に回転可能な複数の環状の載置部材６と、載置部材６の載置面７上に周方向に並んで載置され、被熱処理物となるセラミック成形体がそれぞれ載置される複数の匣２とから構成されている。また、配管の立ち上がり部１４ａ，１４ａが、環状の載置部材６の内周と外周のそれぞれに、周方向にずれた位置に設けられている。
【００５６】
載置部材６を回転させながら内外の立ち上がり部１４ａ，１４ａのガス供給穴から雰囲気ガスが供給され、セラミック成形体の全体が焼成される。
【００５７】
なお、雰囲気ガスの流入流速Ｖは、式▲２▼を満たす値に設定される。また、匣２の内周と外周にそれぞれ設けられる配管の立ち上がり部１４ａの数は、それぞれ１個ずつに限らない。
【００５８】
図９，１０を用いて、本発明に係るさらに他の実施の形態に係る熱処理装置のガス供給方法について説明する。
【００５９】
この実施の形態は、流路９の一端のみから雰囲気ガスが流入される。流路９の入口１０から流入された雰囲気ガスは、他端の出口１３から排出される。
【００６０】
流路９の入口１０に雰囲気ガスがそれぞれ流入する際の流入流速Ｖは、次式▲３▼を満たす値に設定される。
【００６１】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）…▲３▼
このように、流入流速Ｖの下限値が臨界流速ＶＴに設定されており、流路の一端の入口１０から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路の他端の出口１３まで到達し、セラミック成形体Ｗの全体に雰囲気ガスが行き渡り、セラミック成形体Ｗ全体が均一に焼成される。
【００６２】
なお、本実施の形態に係る熱処理装置は、連続式の熱処理炉に限らず、バッチ式の熱処理炉に適用してもよい。例えば、図８に示すような回転式の熱処理装置において、配管の立ち上がり部１４ａを環状の載置部材６の内周あるいは外周のいずれか片側のみに設け、雰囲気ガスの流入流速Ｖを式▲３▼を満たす値に設定して、セラミック成形体Ｗ全体を焼成するものであってもよい。
【００６３】
上記各実施の形態において、流路９に流入される雰囲気ガスは、連続して供給されるものに限らず、間欠的に供給されるものであってもよい。例えば、少なくとも６０秒中１秒の間欠で雰囲気ガスが供給されるものでもよい。
【００６４】
このように、間欠的に雰囲気ガスを供給することで、ガス供給量を削減することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法によれば、被熱処理物全体をバラツキが生じることなく均一に焼成できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る熱処理装置の縦断正面図
【図２】 図１の熱処理装置の横断平面図
【図３】 図１の匣を示す縦断正面図
【図４】 匣の流路における長さ寸法と流路の上下幅寸法を示す縦断正面図
【図５】 匣の流路を示す平面図
【図６】 匣の流路の変形例を示す平面図
【図７】 匣の流路の変形例を示す平面図
【図８】 本発明の他の実施の形態に係る熱処理装置の匣の流路を示す平面図
【図９】 本発明のさらに他の実施の形態に係る熱処理装置の横断平面図
【図１０】 図９の匣を示す縦断正面図
【符号の説明】
１ 熱処理炉（熱処理装置）
７ 載置面
８ 天井面
９ 流路
１０，１１ 入口
Ｗ セラミック成形体（被熱処理物）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばセラミック成形体の焼成などの熱処理を行う熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック電子部品を製造する過程において、例えばセラミック成形体の焼成などの熱処理は、連続式熱処理炉、あるいは、バッチ式熱処理炉などの熱処理装置によって行われる。
【０００３】
例えば、熱処理によりセラミック成形体の焼成を行う場合、そのセラミック成形体をいわゆる匣といわれる容器に収納した状態で熱処理を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
その容器は、セラミック成形体が載置される載置面を有する平板状に構成され、実際に熱処理に使用される場合、複数個のその容器が上下に所定間隔に隔てた状態で積み上げられたものに構成される。したがって、下側の容器におけるセラミック成形体の載置面とその直上の容器における下面とは互いに平行な状態で対向している。そして、その対向する面間の空間は、熱処理時においてセラミック成形体周りで所望の雰囲気ガスが拡散されているようにするため、その雰囲気ガスが流動していく流路となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７２４６４号公報（全頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の熱風循環式の熱処理装置のように、流路に供給される雰囲気ガスの流入速度が遅い場合、流路の途中までしか雰囲気ガスが到達せず、雰囲気ガスとセラミック成形体との反応が不十分となり、セラミック成形体の焼成にバラツキが生じるという問題があった。
【０００７】
逆に、雰囲気ガスの流入速度が大きすぎると、供給された雰囲気ガスがセラミック成形体との反応に十分寄与することなく、雰囲気ガスが匣内を通過してしまい、セラミック成形体の焼成にバラツキが生じるという問題があった。
【０００８】
以上のように、セラミック成形体の焼成にバラツキが生じると、例えば、セラミック成形体が積層セラミックコンデンサを作成するものである場合、匣の端部や中央部において積層セラミックコンデンサの特性にバラツキが生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、被熱処理物全体をバラツキが生じることなく均一に焼成できることを解決しようとする課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱処理装置のガス供給方法は、被熱処理物を載せる載置面とこの載置面に対向する天井面との間の空間を前記載置面に沿って流れる雰囲気ガスの流路とするとともに、前記流路の一端を前記雰囲気ガスの入口とし、前記被熱処理物の焼成を行う熱処理装置のガス供給方法であって、前記雰囲気ガスを、次式を満たす流速Ｖで前記入口から前記流路に流入制御することを特徴とする。
【００１１】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
ここで、Ｖは流路入口での流速、Ｌは流路長さ、τＴは前記雰囲気ガスの動粘性係数、Ｃは経験則に基づく流路に関する係数（０．０５〜０．１５）、Ｄは前記流路における前記載置面と前記天井面との上下間隔長さから、前記被熱処理物の高さを除いたものである。
【００１２】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、この熱処理装置のガス供給方法を用い、前記熱処理装置の前記載置面に前記被熱処理物を載置する工程と、前記雰囲気ガスを前記入口から前記流路に流入させて前記被熱処理物を焼成する工程とを含むものである。
【００１３】
本発明に係る熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法によると、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とした。この（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とは、流路の一端の入口から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路の他端の出口まで到達したときに当該流速が０ｍ／ｓとなる流入速度を表している。このため、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とすることで、不十分な流入速度Ｖによって、流路の入口から流入された雰囲気ガスが、流路の他端の出口まで到達しないのを防止でき、入口から流入した雰囲気ガスによって被熱処理物全体が均一に焼成される。また、雰囲気ガスの流入速度Ｖの上限を４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）としたので、流入速度が速すぎて、供給された雰囲気ガスが被熱処理物との反応に十分寄与せずに、雰囲気ガスが匣内を通過してしまうのを防止でき、被熱処理物全体の焼成が十分に行える。
【００１４】
また、本発明に係る熱処理装置のガス供給方法は、被熱処理物を載せる載置面とこの載置面に対向する天井面との間の空間を前記載置面に沿って流れる雰囲気ガスの流路とするとともに、前記流路の両端をそれぞれ前記雰囲気ガスの入口とし、前記被熱処理物の焼成を行う熱処理装置のガス供給方法であって、前記雰囲気ガスを、次式を満たす流速Ｖで前記入口から前記流路に流入制御することを特徴とする。
【００１５】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
ここで、Ｖは流路入口での流速、Ｌは流路長さ、τＴは前記雰囲気ガスの動粘性係数、Ｃは経験則に基づく流路に関する係数（０．０５〜０．１５）、Ｄは前記流路における前記載置面と前記天井面との上下間隔長さから、前記被熱処理物の高さを除いたものである。
【００１６】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、この熱処理装置のガス供給方法を用い、前記熱処理装置の前記載置面に前記被熱処理物を載置する工程と、前記雰囲気ガスを前記入口から前記流路に流入させて前記被熱処理物を焼成する工程とを含むものである。
【００１７】
本発明に係る熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法によると、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とした。この（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とは、流路の一端の入口から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路の他端の出口まで到達したときに当該流速が０ｍ／ｓとなる流入速度を表している。このため、雰囲気ガスの流入速度Ｖの下限を０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）とすることで、不十分な流入速度Ｖによって、流路の入口から流入された雰囲気ガスが、流路の中間まで到達しないのを防止でき、流路の両端入口から各々流入した雰囲気ガスによって被熱処理物全体が均一に焼成される。また、雰囲気ガスの流入速度Ｖの上限を４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）としたので、流入速度が速すぎて、供給された雰囲気ガスが被熱処理物との反応に十分寄与せずに、雰囲気ガスが匣内を通過してしまうのを防止でき、被熱処理物全体の焼成が十分に行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１９】
図１ないし図５は、本発明に係る実施の形態の一例である熱処理装置を示すものであって、図１は熱処理装置の縦断正面図、図２は図１の熱処理装置の横断平面図、図３は図１の匣を示す縦断正面図、図４は匣の流路における長さ寸法と流路の上下幅寸法を示す縦断面図、図５は匣の流路を示す平面図である。
【００２０】
本発明に係る熱処理装置は、連続炉を備えるものでもよいとともに、バッチ式の熱処理炉を備えるものでもよい。ここでは、連続式の熱処理炉を備えるものについて説明する。また、連続式の熱処理炉の搬送方向左右両端から雰囲気ガスを供給するものである。
【００２１】
図１を参照して、例えば積層セラミックコンデンサなどを作成するセラミック成形体を熱処理するための連続式熱処理炉１が、熱処理装置の一例として示されている。
【００２２】
この連続式熱処理炉１は、被熱処理物としてのセラミック成形体Ｗを匣２に搭載した状態で、その匣２を搬送装置３で搬送しながら焼成を行うものである。連続式熱処理炉１は、天井壁部および左右の側壁部４ａ，４ａを断熱材で構成した炉体４内に、炉体４長手方向（被熱処理物の搬送方向）に沿った熱処理空間５が設けられる。この熱処理空間５内には、その長手方向に沿って匣２を所定速度で搬送する搬送装置３が設けられている。搬送装置３は、搬送方向に搬送路を成す状態で多数の搬送用ローラが並設されたローラ式搬送装置である。この搬送装置３上に載置された状態で匣２が搬送される（図２において黒く塗りつぶした矢印で搬送方向を示す）。なお、搬送装置としてはローラ式搬送装置に限定されるものではなく、各種搬送装置を適用可能である。また、ヒータ（図示せず）が熱処理空間５の熱処理を施す所定領域に配備されており、その領域に対応した温度環境が設定されるように構成されている。
【００２３】
図１および図３に示すように、匣２は、アルミナ質の平面視矩形状の板体からなり、その上下間隔を所定高さに隔てた状態で互いに水平かつ平行となるように、上下に複数枚（本実施の形態では３枚）積み上げられた構成となっている。なお、匣２は、アルミナ製に限定されるものでなく、セラミック質のものであれば例えばジルコニア製のものなどを用いることができ、金属質のものであれば、例えばＳＵＳ、インコネルなどを用いることができる。各匣２の積み上げは、例えば前後両端縁に立ち上げ形成したフランジ部分において行われる。匣２における両フランジ部分間の平板部分の上面が、セラミック成形体Ｗの載置面７となっている。これに対してその匣２の直上に積み上げられた匣２の底面が、下側の匣２の載置面７に対して上下に対向する面を成す天井面８となる。したがって、両フランジ部分の高さによって、匣２の載置面７とその直上の天井面８との間隔が設定されている。なお、最上位置の匣２は単にその下側の匣２の天井面８として利用されるものであって、フランジ部分は設けられていなくてもよい。
【００２４】
また、匣２の左右両側にはフランジ部分がないので、匣２を積み上げた状態では、左右両側が開放されている。したがって、各匣２の載置面７とその直上の天井面８との間の空間は、後述する雰囲気ガスが流れて行く流路９となっている。左右方向に沿った流路９の左側端部ならびに右側端部が、それぞれ雰囲気ガスの流入する入口１０，１１となっている。すなわち、匣２の搬送方向左右両端において、各々水平方向ならびに垂直方向に対向する位置に、雰囲気ガスの入口１０，１１が配置されている。
【００２５】
なお、匣２としては、フランジ部分を設けない平板部分のみの構成にして、互いに上下に間隔を置いた積み上げを行うのに、フランジ部分に替えて、上下の匣２，２間にスペーサ部材を介装する構成にしてもよい。
【００２６】
また、熱処理炉１の搬送方向での所定領域においては、その領域に対応して雰囲気ガスが供給されるように、炉体４の左右の壁４ａ，４ａに雰囲気ガスを供給する配管１４が貫通して設けられている。各配管１４，１４の先端は、積み上げられた匣２，２の端面近傍に沿って立ち上がり、その立ち上がり部１４ａ，１４ａに、雰囲気ガスを匣２に向けて吹き出すためのガス供給穴１２が形成されている。
【００２７】
各配管１４は、雰囲気ガス供給用のポンプ１５と接続されている。ポンプ１５は、ガス供給装置として、ガスボンベや外気などの雰囲気ガス供給源１６から雰囲気ガスを熱処理空間５内に供給作動するものであって、制御部１７からの制御信号に従った出力で作動するものとなっている。
【００２８】
ガス供給穴１２から供給される雰囲気ガス（その流れを白抜きの矢印で示す）は、焼成に適した雰囲気ガス、例えばＮ２，Ｈ２，Ｈ２Ｏ，ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２，空気が供給される。ガス供給穴１２の数や大きさ、設けられる位置は熱処理を行うその炉の形態や、搬送装置３および匣２などとの位置関係、被熱処理物の種類などの各種の諸条件によって適宜設定される。
【００２９】
本実施の形態では、ガス供給穴１２は、上下の匣２間の流路９の左右において、載置面７と天井面８との上下間隔長さから、セラミック成形体Ｗの高さを除いた流路上下幅寸法Ｄの中間にて、それぞれ１箇所ずつ対向して形成されている。
【００３０】
ガス供給穴１２の大きさは、流路上下幅寸法Ｄより小さい直径の穴（形状は特に限定されない）にて形成されている。
【００３１】
制御部１７は、オペレータによって入力される制御情報に基づいてポンプ１５の駆動出力を設定し、その設定された出力でポンプ１５を駆動する。このようにポンプ１５の駆動出力を設定するために制御部１７に入力される情報としては、雰囲気ガスの動粘性係数τＴの具体的数値、流路９における流路上下幅寸法Ｄの具体的数値、所定係数Ｃの具体的数値（経験則より０．０５〜０．１５）、流路長さＬの具体的数値である。
【００３２】
制御部１７に備えられるマイコンなどの演算器でなるガス流速算出部では、これらの情報に基づいて、次式▲１▼に示す臨界流速ＶＴが算出される。
【００３３】
ＶＴ＝（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）…▲１▼
ここで、臨界流速ＶＴとは、流路９の一端の入口から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路９の他端の出口まで到達したとき、当該流速が０ｍ／ｓとなる流入速度を表している。
【００３４】
なお、制御部１７のガス流速算出部では、所定の雰囲気ガスが供給される場合における任意の流路長さＬと、所定の流路上下幅寸法Ｄとに対応する臨界流速ＶＴが簡易に求められる検量線が予め生成および記憶されていてもよく、搬送される匣２の寸法として入力された情報に応じて、雰囲気ガスの臨界流速ＶＴを適宜その検量線から求めるようにしてもよい。
【００３５】
流路９の入口１０，１１に雰囲気ガスがそれぞれ流入する際の流入流速Ｖは、次式▲２▼を満たす値に設定される。
【００３６】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）…▲２▼
流入流速Ｖの下限値は、臨界流速ＶＴの半分に設定されている。すなわち、流路９の両端の入口１０，１１からそれぞれ雰囲気ガスが流入されるので、各入口１０，１１から流入された雰囲気ガスがそれぞれ流路９の中央にまで到達し、セラミック成形体Ｗの全体に雰囲気ガスが行き渡り、セラミック成形体Ｗ全体が均一に焼成される。
【００３７】
流入流速Ｖの上限値は、臨界流速ＶＴの４倍に設定されている。流入速度が速すぎて、供給された雰囲気ガスがセラミック成形体Ｗとの反応に十分寄与せずに、雰囲気ガスが匣２内を通過してしまうのを防止でき、雰囲気ガスが匣２内をゆっくり通過、あるいは滞留するため、セラミック成形体Ｗ全体の焼成が十分に行える。
【００３８】
なお、入口１０，１１に雰囲気ガスが流入する際の流速とその流速を得るためのポンプ１５の駆動出力との関係が、所望の範囲にわたる流速に対応して予め実験などによってデータとして得られている。そのデータは例えば制御部１７に備える記憶手段や、記憶媒体などに記憶されており、当該データに基づいて、流速Ｖに対応した雰囲気ガスのガス供給穴１２からの吹き出しが行われるように、ポンプ１５を駆動制御する。
【００３９】
表１に、図５に示した熱処理装置のガス供給方法において、焼成後の匣２内の積層セラミックコンデンサの特性のバラツキ（例えば、静電容量）を、流入速度Ｖを変化させて評価した結果を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
この例の場合、セラミック成形体Ｗが匣２の左右両端間のほぼ全体に渡って載置されているので、流路長さＬの値は匣２の左右幅と一致する。
【００４２】
式▲１▼に示す臨界流速ＶＴは、下記のように算出される。
【００４３】
ＶＴ＝（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
＝（０．３５×２．２８×１０−４）／（０．０５×（２０×１０−３）２）
＝４．０［ｍ／ｓ］
流入流速Ｖの違いに応じて、Ｒ（バラツキ）を測定する。Ｒは、匣２の端部１８における積層セラミックコンデンサの静電容量（μＦ）の平均値と、匣２の中央部１９における積層セラミックコンデンサの静電容量（μＦ）の平均値との差と規定した。
【００４４】
表１の評価結果より、流入流速Ｖ［ｍ／ｓ］が２．０，８．０，１６．０であって、Ｖ／ＶＴが０．５，２．０，４．０の場合に、Ｒがそれぞれ０．０２，０．０１，０．０４となり、合格ラインである０．０５より小さくなる。すなわち、バラツキが５％未満となる。
【００４５】
また、流入流速Ｖ［ｍ／ｓ］が０．８，２０．０であって、Ｖ／ＶＴが０．２，５．０の場合に、Ｒがそれぞれ０．１９，０．１６となり、０．０５のより大きくなり、不合格となる。
【００４６】
よって、流入流速Ｖ［ｍ／ｓ］が式▲２▼を満たすときに、バラツキが５％未満の条件を満たすことがわかる。
【００４７】
なお、被熱処理物Ｗを載置する匣２としてアルミナ質の板状のものを用いたが、その他の材料、例えば金属質の板状のものなどの載置部材を用いてもよい。
【００４８】
また、セラミック成形品として積層セラミックコンデンサを示したが、本発明は、セラミック成形品としてこれに限定されるものではなく、その他各種のセラミック成形品に適用できる。
【００４９】
図６および図７に、熱処理装置のガス供給方法の変形例を示す。
【００５０】
図６の例は、匣２の搬送方向左右両端より、各々搬送方向前後に若干ずれた位置において、互いに対向して雰囲気ガスが供給されるものである。
【００５１】
すなわち、搬送方向に若干傾斜した向きに配管の立ち上がり部１４ａ，１４ａのガス供給穴から雰囲気ガスが供給されるものである。なお、雰囲気ガスの流入流速Ｖは、式▲２▼を満たす値に設定される。
【００５２】
図７の例は、匣２の搬送方向左右両端より、各々搬送方向前後に匣２分ずれた位置において、各々搬送方向に直交する向きに雰囲気ガスが供給されるものである。
【００５３】
この例の熱処理装置は、連続式の熱処理炉に限り、雰囲気ガスの流入流速Ｖは、式▲２▼を満たす値に設定される。
【００５４】
図８を用いて、本発明に係る他の実施の形態に係る熱処理装置のガス供給方法について説明する。
【００５５】
この実施の形態は、上下に配置され、黒く塗りつぶした矢印方向に回転可能な複数の環状の載置部材６と、載置部材６の載置面７上に周方向に並んで載置され、被熱処理物となるセラミック成形体がそれぞれ載置される複数の匣２とから構成されている。また、配管の立ち上がり部１４ａ，１４ａが、環状の載置部材６の内周と外周のそれぞれに、周方向にずれた位置に設けられている。
【００５６】
載置部材６を回転させながら内外の立ち上がり部１４ａ，１４ａのガス供給穴から雰囲気ガスが供給され、セラミック成形体の全体が焼成される。
【００５７】
なお、雰囲気ガスの流入流速Ｖは、式▲２▼を満たす値に設定される。また、匣２の内周と外周にそれぞれ設けられる配管の立ち上がり部１４ａの数は、それぞれ１個ずつに限らない。
【００５８】
図９，１０を用いて、本発明に係るさらに他の実施の形態に係る熱処理装置のガス供給方法について説明する。
【００５９】
この実施の形態は、流路９の一端のみから雰囲気ガスが流入される。流路９の入口１０から流入された雰囲気ガスは、他端の出口１３から排出される。
【００６０】
流路９の入口１０に雰囲気ガスがそれぞれ流入する際の流入流速Ｖは、次式▲３▼を満たす値に設定される。
【００６１】
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）…▲３▼
このように、流入流速Ｖの下限値が臨界流速ＶＴに設定されており、流路の一端の入口１０から流入された雰囲気ガスが、流路長さＬに相当する流路の他端の出口１３まで到達し、セラミック成形体Ｗの全体に雰囲気ガスが行き渡り、セラミック成形体Ｗ全体が均一に焼成される。
【００６２】
なお、本実施の形態に係る熱処理装置は、連続式の熱処理炉に限らず、バッチ式の熱処理炉に適用してもよい。例えば、図８に示すような回転式の熱処理装置において、配管の立ち上がり部１４ａを環状の載置部材６の内周あるいは外周のいずれか片側のみに設け、雰囲気ガスの流入流速Ｖを式▲３▼を満たす値に設定して、セラミック成形体Ｗ全体を焼成するものであってもよい。
【００６３】
上記各実施の形態において、流路９に流入される雰囲気ガスは、連続して供給されるものに限らず、間欠的に供給されるものであってもよい。例えば、少なくとも６０秒中１秒の間欠で雰囲気ガスが供給されるものでもよい。
【００６４】
このように、間欠的に雰囲気ガスを供給することで、ガス供給量を削減することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の熱処理装置のガス供給方法およびセラミック電子部品の製造方法によれば、被熱処理物全体をバラツキが生じることなく均一に焼成できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る熱処理装置の縦断正面図
【図２】 図１の熱処理装置の横断平面図
【図３】 図１の匣を示す縦断正面図
【図４】 匣の流路における長さ寸法と流路の上下幅寸法を示す縦断正面図
【図５】 匣の流路を示す平面図
【図６】 匣の流路の変形例を示す平面図
【図７】 匣の流路の変形例を示す平面図
【図８】 本発明の他の実施の形態に係る熱処理装置の匣の流路を示す平面図
【図９】 本発明のさらに他の実施の形態に係る熱処理装置の横断平面図
【図１０】 図９の匣を示す縦断正面図
【符号の説明】
１ 熱処理炉（熱処理装置）
７ 載置面
８ 天井面
９ 流路
１０，１１ 入口
Ｗ セラミック成形体（被熱処理物）
Claims (4)
- 被熱処理物を載せる載置面とこの載置面に対向する天井面との間の空間を前記載置面に沿って流れる雰囲気ガスの流路とするとともに、前記流路の一端を前記雰囲気ガスの入口とし、前記被熱処理物の焼成を行う熱処理装置のガス供給方法であって、
前記雰囲気ガスを、次式を満たす流速Ｖで前記入口から前記流路に流入制御することを特徴とする熱処理装置のガス供給方法。
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
ここで、Ｖは流路入口での流速、Ｌは流路長さ、τＴは前記雰囲気ガスの動粘性係数、Ｃは経験則に基づく流路に関する係数（０．０５〜０．１５）、Ｄは前記流路における前記載置面と前記天井面との上下間隔長さから、前記被熱処理物の高さを除いたものである。 - 被熱処理物を載せる載置面とこの載置面に対向する天井面との間の空間を前記載置面に沿って流れる雰囲気ガスの流路とするとともに、前記流路の両端をそれぞれ前記雰囲気ガスの入口とし、前記被熱処理物の焼成を行う熱処理装置のガス供給方法であって、
前記雰囲気ガスを、次式を満たす流速Ｖで前記入口から前記流路に流入制御することを特徴とする熱処理装置のガス供給方法。
４．０×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）≧Ｖ≧０．５×（Ｌ・τＴ）／（Ｃ・Ｄ２）
ここで、Ｖは流路入口での流速、Ｌは流路長さ、τＴは前記雰囲気ガスの動粘性係数、Ｃは経験則に基づく流路に関する係数（０．０５〜０．１５）、Ｄは前記流路における前記載置面と前記天井面との上下間隔長さから、前記被熱処理物の高さを除いたものである。 - 前記雰囲気ガスが前記流路に間欠的に供給される、ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱処理装置のガス供給方法。
- 請求項１ないし請求項３に記載の熱処理装置のガス供給方法を用いたセラミック電子部品の製造方法であって、
前記熱処理装置の前記載置面に前記被熱処理物を載置する工程と、前記雰囲気ガスを前記入口から前記流路に流入させて前記被熱処理物を焼成する工程とを含むセラミック電子部品の製造方法。
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