JP6745588B2 - 焼成装置 - Google Patents
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Description
ここに開示される焼成装置は、上述したように、異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する装置に関するものである。以下、図1を参照しながら、SOFCの燃料極に用いられる酸化ニッケル(NiO)およびイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の混合物(燃料極用グリーンシート)と、SOFCの固体電解質に用いられるYSZ(固体電解質層用グリーンシート)とが積層された積層体50について、各部材間を焼成により接合する手順につき説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。図1は、その焼成を行うための焼成装置100を模式的に示す図である。この焼成装置100は、チャンバ10と、一対のヒータ20、22と、撮像部30と、制御部40とを備えている。
ここで開示される焼成装置100に用いられるチャンバ10は、内部を高温度域に保持可能に構成されている。また、この実施形態では、チャンバ10は、内部を任意のガス雰囲気に調整可能に構成されており、積層体50の焼成条件に合わせて所要のガス雰囲気をチャンバ10内に形成し得るようになっている。チャンバ10内に形成し得るガス雰囲気のガスとしては、大気、酸素ガス、水素ガスもしくは水素ガスやアンモニアガスを含む混合ガスの他にメタン(CH4)ガス、炭酸(CO2)ガスなどの還元性ガスを用いることができる。あるいは、窒素(N2)やアルゴン(Ar)などの不活性ガスであってもよい。これらのガスの1種または2種以上を用いてもよい。2種以上の混合ガスを用いる場合には、2種以上のガスを同一のノズルからチャンバ10内に導入してもよいし、別々のノズルから導入してもよい。また、チャンバ10は、チャンバ内部の圧力を任意に調整可能に構成されている。例えば、チャンバ10は、内部の圧力を100Pa以下(好ましくは0.1Pa以下、より好ましくは10−5Pa以下)に調整可能に構成されている。
一対のヒータ20、22は、チャンバ10内に配置された積層体50を当該積層体50の積層方向の両側からそれぞれ加熱するものとして構成されている。この実施形態では、一対のヒータ20、22は、積層体50を挟んで積層体50の上方と下方にそれぞれ配置されている。以下、便宜上、積層体50の上方に配置されたヒータ20を「上ヒータ」、下方に配置されたヒータ22を「下ヒータ」と称する。
撮像部30は、上記ホルダ18に保持された積層体50をチャンバ10に設けられた窓部12の外部から撮像するものとして構成されている。撮像部30としては、窓部12の外部(典型的にはチャンバ10の外部)から積層体50を高解像度で撮像できるものであれば特に限定することなく使用することができる。例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどを用いた公知の撮像装置(カメラ)を使用することができる。撮像部30は、高温度域において加熱処理されている過程の積層体50の反り変形の状態を撮像データとして取り込み、この撮像データを制御部40に送信する。好ましい一態様では、撮像部30は、積層体50の積層方向に直交する方向から積層体50を撮像するように構成されている。このようにすれば、積層体50の反り変形の状態をより正確に撮像することができる。また、撮像部30は、高温度域において加熱処理されている過程の積層体50を経時的に撮像するように構成されている。撮像部30は、積層体50の反り変形の状態を撮像データとして経時的に取り込み、この撮像データを制御部40に経時的に送信する。なお、ここでいう「継続的に」とは、撮像が途切れることなく行われる態様の他、撮像が一定時間(例えば1分〜100時間)毎に断続的に継続して行われることを包含する。
制御部40は、撮像部30から取りこまれた積層体50の画像を解析して、加熱処理されている過程の積層体50に反り変形が生じているか否かを判断する。そして、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合には、一対のヒータ20、22のうち、当該反り変形が生じた積層体50の凸面側(すなわち凸状に湾曲した面側)に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御を実行するように構成されている。制御部40の典型的な構成には、少なくとも、かかる制御を行うためのプログラムを記憶したROM(Read Only Memory)と、そのプログラムを実行可能なCPU(Central Processing Unit)と、一時的にデータを記憶するRAM(random access memory)と、図示しない入出力ポートとが含まれる。該制御部40には、前述した温度センサ15a、15bなどからの各種信号および撮像部30からの信号(出力)などが入力ポートを介して入力される。また、該制御部40からは、撮像部30や上ヒータ20および下ヒータ22への駆動信号などが出力ポートを介して出力される。
また、必要に応じて、4つのヒータ(上ヒータと下ヒータおよび左ヒータと右ヒータ)を併用してもよい。例えば、被焼成物が上下方向および左右方向にそれぞれ積層された各層からなる積層体を含む場合、被焼成物は上下方向だけでなく左右方向においても焼成収縮率差に起因する反り変形が生じ得る。そのような場合でも、上記4つのヒータを用いて、上下方向および左右方向の双方において、それぞれ焼成収縮が遅い側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または焼成収縮が速い側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を行うことで、反り変形を有効に低減することが可能となる。
以上、本発明の一実施形態にかかる焼成装置100において実行される制御について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかる焼成装置100によって実行可能な制御について説明する。
12 窓部
14 流路
16 水冷ジャケット
18 ホルダ
20 上ヒータ
22 下ヒータ
30 撮像部
32 遮熱板
34 ライト
40 制御部
50 積層体
56 積層体の凸面
58 積層体の凹面
100 焼成装置
Claims (5)
- 異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する焼成装置であって、
前記積層体が配置されるチャンバと、
前記チャンバ内に配置された前記積層体を積層方向の両側からそれぞれ加熱する一対のヒータと、
前記積層体を前記チャンバの外部から撮像する撮像部と、
前記撮像部と前記一対のヒータとに電気的に接続された制御部と
を備え、
前記制御部は、前記撮像部で撮像した加熱処理されている過程の前記積層体の画像を解析して、前記積層体に反り変形が生じているか否かを判断し、
前記積層体に反り変形が生じていると判断した場合には、当該反り変形が小さくなるように、前記一対のヒータのうち、当該反り変形が生じた積層体の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または凹面側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行するように構成されており、
ここで前記制御部は、前記積層体に反り変形が生じていると判断した場合に、前記チャンバ内において当該反り変形が生じた積層体の凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くする制御および/または凹面側のガス雰囲気中の酸素濃度を低くする制御を実行するように構成されている、焼成装置。 - 前記凸面側の酸素濃度を高くする手段として、酸素ガス供給部を備える、請求項1に記載の焼成装置。
- 前記凹面側の酸素濃度を低くする手段として、不活性ガス供給部または還元性ガス供給部を備える、請求項1または2に記載の焼成装置。
- 前記積層体を構成する前記2つ以上の部材は、熱膨張係数または焼成収縮率が相互に異なる、請求項1〜3の何れか一つに記載の焼成装置。
- 前記積層体は、セラミックス、ガラスおよび金属からなる群から選択される2種以上の材料を含む、請求項1〜4の何れか一つに記載の焼成装置。
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