JPH09162017A

JPH09162017A - セラミック電子部品の焼成方法

Info

Publication number: JPH09162017A
Application number: JP7325434A
Authority: JP
Inventors: Iwao Ueno; 巌上野; Yasuo Wakahata; 康男若畑; Hideyuki Okinaka; 秀行沖中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1997-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: JP3003564B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炉内の雰囲気を均一とし焼成後の被焼成素子
の形状、色、特性のバラツキを低減させ、常に均一な被
焼成素子を多量に作製する焼成方法を提供することを目
的とするものである。【解決手段】積層体をアルミナ製のサヤ１３に詰め込
み、そして、このサヤ１３を段積みにし、かつＮｉのメ
ッシュ１４でサヤ１３の側面を覆う状態で、非酸化雰囲
気焼成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非酸化雰囲気中で
焼成するセラミック電子部品の焼成方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の非酸化雰囲気中の焼成方法では、
炉内に被焼成素子よりも酸化しやすい物質や触媒性のあ
る物質を設置せずに、グリーンガスなどの非酸化ガスを
流入させて焼成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記焼成方法では、非
酸化ガス中や炉内に残留する酸素の影響で炉内の雰囲気
が不均一となり、結果として焼成後の被焼成素子の特性
にバラツキが生じやすいという問題点を有していた。

【０００４】そこで本発明は、焼成雰囲気を均一とし、
形状、色、特性のバラツキを低減させ、常に均一なセラ
ミック電子部品を多量に作製するための焼成方法を提供
することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のセラミック電子部品の焼成方法では、セラミ
ック被焼成素子を非酸化雰囲気中で焼成する際、焼成炉
内にこの焼成炉内の酸素濃度を低くすることができる物
質を少なくとも一つ設置するものであり、この方法によ
れば、炉内の酸素濃度が低減し、かつ安定した雰囲気と
なる。

【０００６】従って、このように安定した雰囲気中で焼
成することにより、形状、色、特性のバラツキを小さく
し、その上、常に均一なセラミック電子部品を多量に作
製することが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、セラミック被焼成素子を非酸化雰囲気中で焼成する
際、焼成炉内にこの焼成炉内の酸素濃度を低くすること
ができる物質を少なくとも一つ設置するものであり、炉
内の酸素濃度が低減し、かつ安定した雰囲気となり安定
した特性の被焼成素子を作製することが可能となる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、炉内の酸素濃度
を低くすることができる物質として、セラミック被焼成
素子よりも酸化しやすい物質を用いるものであり、この
物質が非酸化ガス中や炉内に残留する酸素を反応除去す
るため、炉内の酸素濃度が低減し、かつ安定した雰囲気
となり安定した特性の被焼成素子を作製することが可能
となる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、炉内の酸素濃度
を低くすることができる物質として、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ
ｄ，Ａｕ，Ｐｔのうち少なくとも一種類を含有する物質
を用いるものであり、Ｎｉ，Ｃｕの場合は、非酸化ガス
中や炉内に残留する酸素と反応することにより、またＰ
ｄ，Ｐｔ，Ａｕの場合は触媒作用により酸素を除去する
ことができ、炉内の酸素濃度が低減し、かつ安定した雰
囲気となり安定した特性の被焼成素子を作製することが
可能となる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、炉内の酸素濃度
を低くすることができる物質を、セラミック被焼成素子
を収納するサヤに含有させるかまたはこのサヤの表面の
少なくとも一部を炉内の酸素濃度を低くすることができ
る物質で覆うか少なくともどちらか一方を行うものであ
り、請求項５に記載の発明は、炉内の酸素濃度を低くす
ることができる物質を、非酸化ガス流入口と被焼成素子
との間に設置するものであり、この物質が、主に非酸化
ガス流入口から炉内に流入する残留する酸素と反応し、
除去するため、炉内の酸素濃度が低減し、かつ安定した
雰囲気となり安定した特性の被焼成素子を作製すること
が可能となる。

【００１１】請求項６に記載の発明は、炉内の酸素濃度
を低くすることができる物質をさらに被焼成素子の温度
と略同じ温度の場所に設置するものであり、酸素との反
応性がさらに高まり炉内の酸素濃度を低減させることが
できる。

【００１２】請求項７に記載の発明は、被焼成素子を円
筒型のサヤに投入し、管状炉で非酸化雰囲気焼成するも
のであり、雰囲気を制御しやすく均一に焼成することが
できる。

【００１３】請求項８に記載の発明は、円筒型のサヤを
回転させて焼成するものであり、被焼成素子に均一に熱
を伝えることができる。

【００１４】請求項９に記載の発明は、炉内の酸素濃度
を低くすることができる物質を、メッシュあるいはハニ
カム状に加工し、円筒型のサヤの両端を被覆するもので
あり、炉内の酸素濃度が低減し、安定した雰囲気となり
安定した特性の被焼成素子を作製することが可能とな
る。

【００１５】請求項１０に記載の発明は、側面に少なく
とも一つの通気孔を有するサヤを用いて焼成するもの
で、サヤ内の非酸化雰囲気をより均一にすることができ
る。

【００１６】（実施の形態１）以下、本発明の第１の実
施の形態について、図面を用いて説明する。

【００１７】図４において、１は積層バリスタ素子で、
その内部には複数の内部電極２がセラミックシート１ａ
を挟んで互いに相対向するように設けられ、その両端に
は外部電極３が設けられている。積層バリスタ素子１
は、ＳｒＴｉＯ₃を主成分とし、副成分としてＮｂ
₂Ｏ₅，Ｔａ₂Ｏ₅，ＭｎＯ₂，ＳｉＯ₂などを添加して形成
したものである。また、内部電極２は、Ｎｉを主成分と
し、副成分としてＬｉ₂ＣＯ₃を添加して形成したもので
ある。さらに、外部電極３は、下層３ａをＮｉを主成分
とし、副成分としてＬｉ₂ＣＯ₃を添加して形成し、上層
３ｂをＡｇ，Ａｇ−Ｐｄなどで形成したものである。

【００１８】図５は製造工程を示し、（４）に示すごと
く原料の混合、仮焼、粉砕、スラリー化、シート成形に
よりセラミックシート１ａを作製した。

【００１９】次に、セラミックシート１ａと内部電極２
とを積層（５）、切断（６）し積層体を得た。その後、
空気中で脱バイ・仮焼（７）し、さらに面取り（８）を
行った後、積層体の内部電極２の露出した端面にのみ、
下層３ａとなるＮｉ外部電極ペーストを塗布（９）し
た。

【００２０】その後、図１に示すように、外部電極３を
塗布した積層体をアルミナ製のサヤ１３に詰め込み、そ
して、このサヤ１３を段積みにし、かつＮｉメッシュ１
４でサヤの側面を覆う状態で箱型炉にて、１２００〜１
３００℃の温度範囲で非酸化雰囲気焼成（１０）した。

【００２１】焼成後、下層３ａの上に、上層３ｂとなる
Ａｇ外部電極ペーストを塗布（１１）し、空気中でＡｇ
焼き付けと同時に積層バリスタ素子１の再酸化のため７
００〜９００℃の温度範囲で加熱（１２）し、積層バリ
スタ素子１を作製した。

【００２２】なお、本実施の形態では、積層バリスタ素
子１の形状は、幅×長さ×高さ（Ｗ×Ｌ×Ｔ）が１．２
５×２．０×１．０mmの形状で、非酸化雰囲気焼成時
（１０）の処理量を２〜５万個／バッチとした。

【００２３】実施の形態１より得られた積層バリスタ素
子１は積層バリスタ素子１間での寸法や色ムラのバラツ
キ、また、電気特性（バリスタ特性、コンデンサ特性）
のバラツキが非常に小さかった。さらに、焼成ロット間
のバラツキもほとんど無く、常に均一な積層バリスタ素
子１を多量に焼成することが可能となった。

【００２４】従来までの焼成方法では、（１）窒素、水素、不活性ガス等の非酸化雰囲気ガス中
（ガスボンベ中、配管中など）や炉材（炉壁、サヤな
ど）に残留する酸素（２）被焼成素子、この場合では積層バリスタ素子１に
含有される酸素などの影響で、炉内の雰囲気が乱れやす
く、積層バリスタ素子１間やロット間のバラツキが発生
しやすい状況にあった。特に、長期間（およそ７日以
上）使用しなかった焼成炉を使用したり、ガスボンベを
切り替えた直後、また、被焼成素子の処理量を増加（例
えば、約１万個／バッチ以上の積層バリスタ素子１）し
た時など、酸素の影響を受けやすく極端な場合には、焼
成後の積層バリスタ素子１の下層３ａのＮｉ外部電極
が、緑色のＮｉＯに酸化していた。

【００２５】しかし、本実施の形態１に示したように、
段積みしたサヤ１３の側面をＮｉメッシュ１４で覆った
状態で非酸化雰囲気焼成すると、焼成雰囲気の乱れの要
因となっている炉内の残留酸素や被焼成素子の含有酸素
がＮｉメッシュ１４と積極的に反応し、除去されるため
均一な焼成雰囲気となる。

【００２６】従って、本実施の形態１のような焼成方法
を用いた場合では、前述したように出来上がった積層バ
リスタ素子１の形状、色、特性のバラツキが小さく、ま
た、処理量を２〜５万／バッチに増加しても常に均一な
積層バリスタ素子１を作製することが可能となった。

【００２７】また、Ｃｕメッシュを使用した場合でも同
様の効果を確認した。ただ、ここで重要な事項は、Ｎｉ
の融点は１４５５℃、Ｃｕの融点が１０８３℃であり、
焼成条件を設定する場合これらの融点を越えないように
考慮する必要がある。

【００２８】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態について説明する。

【００２９】実施の形態１と同じように図５の（４）〜
（９）に示す工程を経て得られた端面に下層３ａのＮｉ
外部電極が塗布された積層体を図１と同じように、アル
ミナ製のサヤ１３に詰め込み、そして、このサヤ１３を
段積みにし、かつＰｔ製のメッシュ１４でサヤ１３の側
面を覆う状態でを箱型炉にて非酸化雰囲気焼成（１０）
した。以下図４に示す（１１）、（１２）を行い積層バ
リスタ素子１を作製した。

【００３０】実施の形態２より得られた積層バリスタ素
子１では、実施の形態１で示したのと同様に積層バリス
タ素子１間や焼成ロット間において形状、色、特性のバ
ラツキが小さく、また、処理量が増加しても常に均一な
積層バリスタ素子１を多量に焼成することが可能となっ
た。また、本実施の形態２に示したように、段積みした
サヤ１３の側面をＰｔメッシュ１４で覆った状態で非酸
化雰囲気焼成（１０）をすると、焼成雰囲気の乱れの要
因となっている炉内の残留酸素や積層バリスタ素子１の
含有酸素が触媒性のＰｔにより除去されるため均一な雰
囲気となる。

【００３１】従って、本実施の形態２のような焼成方法
を用いた場合では、前述したように出来上がった積層バ
リスタ素子１の形状、色、特性のバラツキが小さく、常
に均一な積層バリスタ素子１を多量作製することが可能
となった。

【００３２】また、Ｐｔ製のメッシュ１４にかえてＰｄ
製のメッシュを使用した場合でも同様の効果を確認し
た。

【００３３】（実施の形態３）次に、本発明の第３の実
施の形態について説明する。

【００３４】実施の形態１，２と同様に図５に示す
（４）〜（９）の工程を経て得られた端面に下層３ａの
Ｎｉ外部電極が塗布された積層体を図１と同様にＮｉ製
のサヤ１３に詰め込み、そしてこのサヤ１３を段積みに
し、かつＮｉ製のメッシュ１４でサヤ１３の側面を覆う
状態で箱型炉にて非酸化雰囲気焼成（１０）した。以下
（１１）、（１２）に示す工程を行い積層バリスタ素子
１を作製した。

【００３５】本実施の形態３より得られた積層バリスタ
素子１では、実施の形態１、２で示したのと同様に積層
バリスタ素子１間や焼成ロット間の形状、色、特性のバ
ラツキが小さく、また、処理量が増加しても常に均一な
積層バリスタ素子１を多量に焼成することが可能となっ
た。

【００３６】なお、本実施の形態３でＮｉ製のメッシュ
１４で覆わない状態で非酸化雰囲気焼成（１０）した場
合でも、Ｎｉ製のサヤ１３を使用しているため前述した
ようなＮｉの効果が得られた。

【００３７】以上、本実施の形態１、２ではＮｉ製のメ
ッシュ１４やＰｔ製のメッシュ１４でサヤ１３の側面を
被覆して使用したが、アルミナ製のサヤ１３の側壁上部
面にＮｉ，Ｃｕ，ＺｎＯ，Ｐｄ，Ｐｔの粉末や固まりを
設置しておいても同様の効果が得られることを確認し
た。

【００３８】また、これらを設置する場所に当たって
は、非酸化雰囲気ガスが流入する側（ガスの通り道）
で、かつ積層バリスタ素子１に非酸化雰囲気ガスが接触
する前のできるだけ温度の高いところ（積層バリスタ素
子１の温度に近いところ）が望ましい。

【００３９】また、箱型炉での使用上重要だと考えられ
る事項について記載すると、 (I)段積みしたサヤ１３の最上、下段では特性が若干変
わるため、その部分のサヤ１３には積層バリスタ素子１
を投入しないほうがよい。

【００４０】(II)どちらかといえば通気性のあるポーラ
スなサヤ１３を使用した方が、緻密なサヤ１３を使用す
るよりも積層バリスタ素子１の特性が安定する。また、
サヤ１３の側面または底面に少なくとも一つの通気孔を
有した方が、より一層雰囲気ガスの流れが良くなり積層
バリスタ素子１の特性が安定する。

【００４１】(III)積層バリスタ素子１の投入量はサヤ
１３の容積の１／５〜１／３ほどが適量でありこれ以上
増加させると積層バリスタ素子１の特性がバラツク傾向
にある。

【００４２】(IV)非酸化雰囲気ガスが直接積層バリスタ
素子１に当たらないほうが特性上安定する。

【００４３】(V)非酸化雰囲気ガスが流入する側にＮ
ｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｐｄのメッシュ１４を複数枚（２〜３
枚）設置することにより、より効果がある。

【００４４】(VI)Ｎｉ製のメッシュ１４は、焼成後Ｎｉ
Ｏに酸化されたり、痩せたりするため、焼成毎に新品と
取り替える必要がある。また、Ｎｉを含んだ金属の粉、
固体を使用した場合でも同様の処置をしたほうがよい。

【００４５】（実施の形態４）次に、本発明の第４の実
施の形態について説明する。

【００４６】実施の形態１〜３と同様に図４に示す
（４）〜（９）の工程を経て得られた端面に下層３ａの
Ｎｉ外部電極が塗布された積層体を図２、図３に示すよ
うに、アルミナ製の円筒型のサヤ１６に投入し、さら
に、Ｎｉ製のメッシュ１４でフタをし、そしてアルミ製
のリング１７で固定した状態で回転可能な管状炉にて、
１２００〜１３００℃の温度範囲で非酸化雰囲気焼成
（１０）した。以下（１１）、（１２）の工程を実施し
積層バリスタ素子１を作製した。

【００４７】実施の形態４により得られた積層バリスタ
素子１では、実施の形態１〜３で示したのと同様に積層
バリスタ素子１間や焼成ロット間において形状、色、特
性のバラツキが小さく、また、処理量が増加しても常に
均一な積層バリスタ素子１を多量に焼成することが可能
となった。

【００４８】また、本実施の形態４では管状炉を回転さ
せた状態で非酸化雰囲気焼成を実施したが回転しない状
態でも、Ｎｉ製のメッシュ１４の効果が確認された。

【００４９】（実施の形態５）次に、本発明の第５の実
施の形態について説明する。

【００５０】実施の形態１〜４と同様に図５に示す
（４）〜（９）の工程を経て得られた端面に下層３ａの
Ｎｉ外部電極が塗布された積層体を図２、図３に示すよ
うな、アルミナ製の円筒型のサヤ１６に投入し、さら
に、Ｐｔ製のメッシュ１４でフタをし、そしてアルミ製
のリング１７で固定した状態で回転可能な管状炉にて、
非酸化雰囲気焼成（１０）した。以下（１１）、（１
２）の工程を実施し積層バリスタ素子１を作製した。

【００５１】実施の形態５により得られた積層バリスタ
素子１では、実施の形態１〜４で示したのと同様に積層
バリスタ素子１間や焼成ロット間において形状、色、特
性のバラツキが小さく、また、処理量が増加しても常に
均一な積層バリスタ素子１を多量に焼成することが可能
となった。

【００５２】（実施の形態６）次に、本発明の第６の実
施の形態について説明する。

【００５３】実施の形態４、５で使用したアルミナ製の
円筒型のサヤ１６の代わりにＮｉ製のサヤ１６を用いて
実施の形態４、５と同様に積層バリスタ素子１を作製し
た。

【００５４】この場合も、実施の形態１〜５と同様な効
果が確認された。（実施の形態７）次に、本発明の第７の実施の形態につ
いて説明する。

【００５５】実施の形態４、５、６で使用した金属製の
メッシュ１４の代わりにハニカム状のＰｔのフタを用い
て同様に積層バリスタ素子１を作製した。

【００５６】この場合も、実施の形態１〜６と同様な効
果が確認された。即ち、Ｐｔが雰囲気の乱れの要因とな
っている炉内の残留酸素や積層バリスタ素子１の含有酸
素がＰｔの触媒作用により除去されるため均一な雰囲気
となる。

【００５７】以上、実施の形態４〜７で示したように回
転した状態で焼成する方法では、実施の形態１〜３の箱
型炉で焼成する場合と比較して、 (i)積層バリスタ素子１にかかる温度が均一となり、回
転していない状態と比較して、より一層バラツキが小さ
くなる。

【００５８】(ii)積層バリスタ素子１のサヤ詰め作業の
簡易化、サヤの段積みの作業の皆無が図れる。

【００５９】(iii)非酸化雰囲気ガスの流れ（ガスの通
り道）が、より単純で制御しやすい。などの利点があっ
た。

【００６０】また、管状炉での使用上重要だと考えられ
る事項について記載すると、（一）回転時での下層３ａのＮｉ外部電極の剥離を防ぐ
ために回転開始を１０００℃以上の高温域から始めるこ
とが望ましい。

【００６１】（二）回転数は１〜４ｒ／ｍｉｎ．がサヤ
１６内での積層バリスタ素子１の回転がスムーズに起こ
りやすい。

【００６２】（三）積層バリスタ素子１の投入量はサヤ
１６の容積の１／３〜１／２ほどが適量でありこれ以上
増加させると、非酸化雰囲気ガスの流れが悪くなった
り、また、積層バリスタ素子１の回転が起こりにくくな
るという傾向にある。

【００６３】（四）箱型炉の場合でも同様であったが非
酸化雰囲気ガスが直接積層バリスタ素子１に当たらない
ほうが特性上安定する。

【００６４】（五）非酸化雰囲気ガスが流入する側のメ
ッシュ１４を複数枚（２〜３枚）設置することにより効
果があがる。

【００６５】（六）Ｎｉ製のメッシュ１４は、焼成後Ｎ
ｉＯに酸化されたり痩せたりするため、焼成毎に新品と
取り替える必要がある。また、本実施の形態３、６では
Ｎｉ製のサヤ１３、１６を用いたが、セラミック製のサ
ヤにＮｉをコーティングしたサヤを用いても同様の効果
がある。

【００６６】なお、本実施の形態１〜７において、積層
バリスタ素子１を例にあげたが、本発明は、ディスク
型、円筒型などにも適用できるものであり、また、コン
デンサ、セラミスタなど非酸化雰囲気焼成を行う電子部
品の焼成方法にも応用できるものである。

【００６７】また、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔの焼
成炉内の酸素濃度を下げることのできる物質は、単体で
もあるいは化合物の形で用いても構わず、、またこれら
の中から２つ以上を組み合わせて用いても構わない。

【００６８】そしてその形状も、サヤ１３、１６、粉
末、固まり、メッシュ等使用状況にあわせて任意するこ
とができるが、表面積を大きくするほどその効果は高
い。

【００６９】さらに図２、図３に示すようにサヤ１６の
側面に、貫通孔２０やスリット２１を設けることによ
り、サヤ１６内の非酸化雰囲気をより均一にすることが
できる。またサヤ１６の内部を仕切って複数の部屋に分
割するときは、分割した部屋ごとに貫通孔２０やスリッ
ト２１を設けることが好ましい。

【００７０】貫通孔２０の大きさやスリット２１の幅、
被焼成素子がサヤ１６から脱落しない大きさにすればど
のような大きさでも構わない。またその数も問わない。

【００７１】

【発明の効果】以上のごとく本発明は、非酸化雰囲気中
で焼成するセラミック電子部品の焼成方法に関するもの
である。

【００７２】そして、この方法によれば、酸素濃度を低
くすることのできる物質を炉内に設置することにより非
酸化ガス中や炉内に残留する酸素を除去するため、炉内
の酸素濃度が低減し、かつ安定した雰囲気となる。従っ
て、このような雰囲気中で焼成された非焼成素子では形
状、色、特性のバラツキが小さく、また、常に均一な被
焼成素子を多量に作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるサヤの斜視図

【図２】本発明の他の実施の形態におけるサヤの分解斜
視図

【図３】本発明の他の実施の形態におけるサヤの分解斜
視図

【図４】本発明の一実施の形態における積層バリスタ素
子の断面図

【図５】本発明の一実施の形態における積層バリスタ素
子の製造工程図

【符号の説明】

１バリスタ素子１３サヤ１４メッシュ１６円筒型のサヤ２０貫通孔２１スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック被焼成素子を非酸化雰囲気中
で焼成する際、焼成炉内にこの焼成炉内の酸素濃度を低
くすることができる物質を少なくとも一つ設置するセラ
ミック電子部品の焼成方法。
【請求項２】炉内の酸素濃度を低くすることができる
物質として、セラミック被焼成素子よりも酸化しやすい
物質を用いることを特徴とする請求項１に記載のセラミ
ック電子部品の焼成方法。
【請求項３】炉内の酸素濃度を低くすることができる
物質として、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｐｔのうち少な
くとも一種類を含有する物質を用いることを特徴とする
請求項１に記載のセラミック電子部品の焼成方法。
【請求項４】炉内の酸素濃度を低くすることができる
物質は、セラミック被焼成素子を収納するサヤに含有さ
れるかまたはこのサヤの表面の少なくとも一部を覆って
いるか少なくともどちらか一方を行っていることを特徴
とする請求項１に記載のセラミック電子部品の焼成方
法。
【請求項５】炉内の酸素濃度を低くすることができる
物質は、非酸化ガス流入口と被焼成素子との間に設置す
ることを特徴とする請求項１に記載のセラミック電子部
品の焼成方法。
【請求項６】炉内の酸素濃度を低くすることができる
物質は、被焼成素子の温度と略同じ温度の場所である請
求項５に記載のセラミック電子部品の焼成方法。
【請求項７】被焼成素子を円筒型のサヤに投入し、管
状炉で焼成することを特徴とする請求項１に記載のセラ
ミック電子部品の焼成方法。
【請求項８】サヤを回転させて焼成することを特徴と
する請求項７に記載のセラミック電子部品の焼成方法。
【請求項９】炉内の酸素濃度を低くすることができる
物質は、メッシュあるいはハニカム状であり、サヤの両
端を被覆していることを特徴とする請求項７に記載のセ
ラミック電子部品の焼成方法。
【請求項１０】側面に少なくとも一つの通気孔を有す
るサヤを用いる請求項７に記載のセラミック電子部品の
焼成方法。