JP5857358B2 - ラック - Google Patents

Description

本発明は、ラックに関するものである。

積層セラミックコンデンサー等、小型のセラミック電子部品の焼成に際し、金属をメッシュ状に編み上げた網状体を用い、この網状体の上面に被焼成体であるセラミック電子部品を複数、ランダムに載せて焼成を行う技術が開示されている（特許文献１）。

前記の網状体は、耐熱性に優れたムライトーアルミナ基材で構成されたラック形状のベース部材上に保持させた状態で使用されることが通常であるが、焼成炉内の熱によって、網状体に「反り」が発生しやすく、反りあがった端部が焼成炉の天井部に引っ掛るなどして、特に、移動しながら焼成されるローラーハースキルン等では、安定操業の妨げとなる問題があった。

また、近年、ローラーハースキルンによる迅速焼成のニーズがある中、ムライトーアルミナ基材は、急激な温度上昇に対応しきれず、割れが生じやすい問題があった。

更に、ムライトーアルミナ基材は、金属に比べて耐熱性に優れ、高温の焼成炉内での使用に適している一方、金属に比べて熱伝導性に劣るため、セラミック電子部品の焼け具合にムラが生じやすく、製品歩留の観点から好ましくないという問題があった。

特開平８−９７０８０号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、金属をメッシュ状に編み上げた網状体と、この網状体を載せて使用するベース部材で構成されるラックにおいて、網状体の「反り」に起因した操業トラブルを抑制するとともに、ベース部材の割れを防止し、かつ、製品歩留を改善する技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明のラックは、金属をメッシュ状に編み上げた網状体と、この網状体を載せて使用するベース部材で構成されるラックであって、前記ベース部材が、Ｓｉ−ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣ、常圧焼結ＳｉＣ（以下、ＳＳＣ）の何れかからなり、前記ベース部材は、前記網状体を載置するベース部と、該ベース部の対向する２辺の両端部と中央部に対向配置された６個の対向突起部と、これらの対向突起部間に渡すように形成され、前記ベース部に載置された網状体の上面に配置されて、網状体の反り変形を抑える３本の押えバーを備え、前記ベース部の２０〜７５％を開口させて形成した通気孔部を有することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のラックにおいて、前記ベース部を、１枚の板材から構成したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のラックにおいて、前記ベース部を、複数の板を接着して構成したことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のラックにおいて、前記ベース部の表面粗さがＲａ５〜２８μｍであることを特徴とするものである。なお、本発明における「表面粗さ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６３３に従って測定したものを意味する。

本発明に係るラックは、金属をメッシュ状に編み上げた網状体と、この網状体を載せて使用するベース部材で構成されるラックにおいて、前記ベース部材を、従来のムライトーアルミナ基材を用いたものと比べて熱伝導率に優れ、かつ、耐熱衝撃性に優れるＳｉ−ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣ、ＳＳＣの何れかで構成しているため、焼成中、その輻射熱を利用して、セラミック電子部品をより効率よく焼成することができるとともに、急激な温度変化に伴うベース部材の割れを防止することができる。

更に、本発明では、網状体を載置するベース部の２０〜７５％を開口させて形成した通気孔部を有する構成を採用しているため、焼成中の通気性が向上して焼成雰囲気や焼成温度が均一になり、セラミック電子部品をより均一に焼成することができる。

更に、ベース部材の構成として、前記網状体を載置するベース部と、対向する２辺の両端部と中央部に対向配置された６個の対向突起部と、これらの対向突起部間に渡すように形成され、前記ベース部に載置された網状体の上面に配置されて、網状体の反り変形を抑える３本の押えバーを備える構成を採用しているため、焼成中に網状体の「反り」が発生した場合であっても、押えバーより上面への突出が抑制され、網状体の「反り」に起因した操業トラブルを抑制することができる。

ラックの全体斜視図である。 図１のラックを構成する網状体とベース部材の斜視図である。 他の実施形態におけるラックの全体斜視図である。 図３のラックを構成する網状体とベース部材の斜視図である。 他の実施形態におけるラックの全体斜視図である。 図５のラックを構成する網状体とベース部材の斜視図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明のラックは、例えば、積層セラミックコンデンサーなど小型のセラミック電子部品の焼成に用いる治具である。本発明のラックは、図１、図２に示すように、金属をメッシュ状に編み上げた網状体１と、この網状体１を載せて使用するベース部材２で構成される。セラミック電子部品は、網状体１の上面に複数ランダムに置かれて、焼成炉内に入れて焼成される。焼成炉は特に限定されず、ローラーハースキルンやプッシャー炉など、適宜最適なものを用いることができる。

積層セラミックコンデンサーでは、近年、製品の低価格化に伴うコスト削減のため、外部電極として、Ｎｉ、Ｃｕといった卑金属が用いられてきている。しかし、卑金属は酸化し易く、酸化すると導電性が劣化するため、コンデンサとして望ましい電気的特性が得られなくなる。一方、酸素濃度を過度に低下させると、バインダーが十分に分解せず、卑金属の焼結を阻害する問題があるため、卑金属を用いた外部電極の焼成は、Ｎ_２とＨ_２との混合気体からなる焼成雰囲気で酸素濃度を調整しながら行うことが好ましい。焼成温度は、近年低温化の傾向にあり、本実施形態では、１０００〜１３００℃の温度範囲で焼成を行っている。

網状体１は、例えばＮｉでコーティングされた金属をメッシュ状に編み上げ、ジルコニアを溶射したものである。メッシュ構造とすることにより、網状体１上にランダムに置かれた複数の被焼成体の周囲の雰囲気条件を均一にすることができる。また、本発明では、ベース部材２の内、網状体１を載置するベース部３にも、ベース部３の２０〜７５％を開口させて形成した通気孔部４を形成して、通気性の向上を図っているため、ベース部３が前記のメッシュ構造による効果を妨げることなく、網状体１上に置かれた複数の被焼成体を、均一条件で焼成することができ、品質のバラツキを低減することができる。

本実施形態では、ベース部３を、一枚の板材で構成し、この板材に通気孔部４を形成しているが、その他、複数の板を接着してベース部３を構成（具体的には、複数の狭幅板材を用いて、ベース部３の２０〜７５％が開口となるように、隣接する板材間に適宜間隔を取りながら接着して構成）することもできる。

本実施形態では、ベース部材２をＳｉ−ＳｉＣで構成している。Ｓｉ−ＳｉＣは、気孔率をゼロに近づけた高強度ＳｉＣ系耐火物であり、耐酸性、耐久性に優れ高温雰囲気下での長期使用が可能である。

Ｓｉ−ＳｉＣでは、気孔率をゼロに近づけているため、ベース部材２の構成原料としてＳｉ−ＳｉＣを用いた場合、ラックを焼成炉への搬入前にＯ_２が気孔に吸収されて焼成炉内へ持ち込まれて炉内雰囲気を乱す現象を回避し、被焼成物の酸化劣化を防止する効果も得られる。なお、ベース部材２の構成原料としてムライトーアルミナ基材を用いた場合、焼成炉内の高温かつ低酸素雰囲気下で、ムライトやアルミナに含有される酸素が放出され、炉内雰囲気を乱す問題があるが、ベース部材２をＳｉ−ＳｉＣで構成することにより、基材由来の酸素が炉内雰囲気を乱す現象も回避することができる。

ベース部材２の構成原料としては、上記Ｓｉ−ＳｉＣの他、ＳｉＣの粒子同士を高温で焼結させた再結晶ＳｉＣ、ＳｉＣの粒子同士を窒化ケイ素で結合させたＳｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣ、ＳｉＣ粒子同士を焼結させたＳＳＣの何れかを用いることもできる。これらは、何れも、熱伝導率が銅やアルミニウム金属と同程度に高く、遠赤外線放射率が高いという性質を備えているため、ベース部２から伝わる熱とベース部２から発散される輻射熱を利用して、被焼成体をより効率よく焼成することができる。特に、Ｓｉ−ＳｉＣは、網状体１の１０〜１００倍程度の熱伝導率を有するため、被焼成体をより効率よく焼成することができる。更に本実施形態では、輻射率を適切なレベルに制御するため、ベース部材２の表面にサンドブラストや研削加工を施して、表面粗さＲａ５〜２８μｍとなるように、ベース部材２を構成するＳｉＣ粒子の表面に凹凸を形成している。

また、Ｓｉ−ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣ、ＳＳＣは何れも耐熱衝撃性に優れるため、急激な温度変化に伴うベース部材の割れを防止することができる。

前記のように、ベース部材２には、ベース部３の２０〜７５％を開口させて形成した通気孔部４を形成しているが、ベース部３の開口割合が２０％未満の場合、通気性が低下して製品間の品質バラツキが生じてくるため、好ましくない。また、ベース部３の開口割合が７５％超の場合、ベース部２から発散される輻射熱量が小さくなり、焼成が不十分となるケースも散見され、歩留まりが低下するため好ましくない。

ベース部材２や通気孔部４の形状は、特に限定されず、図１、図２に示すように、略正方形状のベース部材２に円形状の通気孔部４を形成したり、図３、図４に示すように、長方形状のベース部材２に円形状の通気孔部４を形成したり、図５、図６に示すように、長方形状のベース部材２に瓢形状の通気孔部４を形成することができるが、ベース部２から発散される輻射熱を、ベース部２の全面で均一に発散させるとともに、通気をバランスよく行わせるために、通気孔部４を所定間隔で複数形成することが好ましい。

なお、金属から構成される網状体１には、焼成中に「反り」が発生することがある。特に、焼成炉として、炉内の高さが２８ｍｍ（ローラーから、炉内の隔壁レンガまでの距離）程度のローラーハースキルンを用い、ラックを２段積載して焼成を行う場合、上段ラックの網状体１に１０ｍｍ以上の「反り」が生じると、網状体１と炉内の隔壁レンガとの接触が起こり、セラミックスコンデンサーの歩留りが大きく低下する問題がある。これに対し、本発明では、ベース部材２を、図面に示されるように、ベース部３の対向する２辺の両端部と中央部に対向配置された６個の対向突起部５と、これらの対向突起部５，５間に渡すように形成され、前記ベース部３に載置された網状体１の上面に配置されて、網状体１の反り変形を抑える３本の押えバー６を備えるものとして構成しているため、網状体１の「反り」変形が抑えられ、最大反り量を６ｍｍ以下とすることができる。

上記のように、本発明のラックは、熱伝導性に優れ、ベース部２から発散される輻射熱を、ベース部の全面で均一に発散させつつ、十分な通気性を確保しながら焼成を行うことができるため、ラックを複数段に重ねて使用した場合であっても品質のバラつきを生じることなく、歩留まりよく焼成を行うことができる。

表１に示すように、ベース部材２の構成原料として、Ｓｉ−ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣ、ＳＳＣ、Ａｌ_２Ｏ_３を用いて、表１に示す各形状のラックを作成した。作成した各治具の網状体１に、セラミックコンデンサーを複数載せて、ローラーハースキルンで焼成（温度条件：１２５０℃、炉内雰囲気条件：Ｎ_２ + Ｈ_２）を行い、被焼成体の製品歩留まりと、網状体１の「反り」の発生を調べた。なお、表１において、「Ｒｅ−ＳｉＣ」は再結晶ＳｉＣを、「ＳＮ−ＳｉＣ」はＳｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣを意味する。また、表１において、ベース部欄の「１枚板」は１枚の板材からベース部を構成したもの、「バー接着」は複数の狭幅板材を接着してベース部を構成したものを意味する。

比較例１〜４に示すように、通気孔部としてベース部に形成した開口が、ベース部の２０％に満たない場合であって、焼成中の通気性が十分確保されていない場合には、製品歩留まりが６５〜７８％に留まることが確認された。また、比較例６に示すように、通気孔部としてベース部に形成した開口が、ベース部の７５％を超えて、ベース部から発散される輻射熱量が小さくなる場合にも、製品歩留まりが６９％に留まることが確認された。これに対し、実施例１〜１０に示すように、ベース部の２０〜７５％を開口させて形成した通気孔部を形成した場合には、通気性と輻射熱量のバランスが最適に保たれ、製品歩留まりが９０〜９８％にまで、大幅に向上することが確認された。

比較例２〜４、比較例５〜６に示すように、ベース部材に押えバーを形成していないものでは、焼成中に網状体に「反り」が発生し、網状体１と炉内の隔壁レンガとの接触が起こることが確認された。

比較例７に示すように、ベース部材２の構成原料として、熱伝導率に劣るアルミナ基材を用いた場合、製品歩留まりが６５％に留まることが確認された。

１ 網状体
２ ベース部材
３ ベース部
４ 通気孔部
５ 対向突起部
６ 押えバー

Claims (4)

1. 金属をメッシュ状に編み上げた網状体と、この網状体を載せて使用するベース部材で構成されるラックであって、
   前記ベース部材が、Ｓｉ−ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４−ＳｉＣ、常圧焼結ＳｉＣの何れかからなり、
   前記ベース部材は、
   前記網状体を載置するベース部と、該ベース部の対向する２辺の両端部と中央部に対向配置された６個の対向突起部と、これらの対向突起部間に渡すように形成され、前記ベース部に載置された網状体の上面に配置されて、網状体の反り変形を抑える３本の押えバーを備え、
   前記ベース部の２０〜７５％を開口させて形成した通気孔部を有することを特徴とするラック。
2. 前記ベース部を、１枚の板材から構成したことを特徴とする請求項１記載のラック。
3. 前記ベース部を、複数の板を接着して構成したことを特徴とする請求項１記載のラック。
4. 前記ベース部の表面粗さがＲａ５〜２８μｍであることを特徴とする請求項１記載のラック。