JPH0920566A - 焼成用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直線上に山部と谷部を複数本有するいわゆる波
形焼成用治具において、山部及び谷部の傾斜角度を大き
くし、その搭載効率を上げ、又、山部先端の成形時の欠
け及び焼成体の密度低下のない多孔質焼成用治具を提供
する。 【解決手段】直線上に山部と谷部が複数本形成された焼
成用治具であって、山部及び谷部の傾斜角度が４５〜７
５度であり、且つ、山部先端がＲ１．０以上の丸みであ
ることを特徴とする多孔質焼成用治具、及び、直線上に
山部と谷部が複数本形成された焼成用治具であって、山
部及び谷部の傾斜角度が４５〜７５度であり、且つ、山
部先端に幅１．０ｍｍ以上の平坦面を有することを特徴
とする多孔質焼成用治具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒状のセラミック
ス体の焼成に使用される直線上に山部と谷部が複数本形
成された多孔質焼成用治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】棒状（筒状を含む）のセラミックス体の
焼成は、棒状セラミックスグリーン体の成形時に起因す
る粗密、焼成炉内の温度分布、及び重力によって焼成時
に変形を来しやすい。そこで一般的に、これら棒状物
は、炉内で吊り下げることにより焼成されてきた。しか
しながら、炉内で吊るす方法は、その作業性、窯詰め効
率及び歩留まりにおいて他の焼成方法に比べ芳しくな
い。

【０００３】これらの問題点を克服するため、直線上に
山部と谷部を複数本形成した、棒状セラミックス体焼成
専用の焼成用治具（以下、波形焼成用治具と記載する）
が使用されるようになってきた。この波形焼成用治具
は、溝（谷部）に棒状のセラミックス体を載せ、焼成時
の変形を矯正しようとするものである。又、波形焼成用
治具は、被焼成物である棒状セラミックスの搭載効率及
び焼成時の変形矯正の点から山部及び谷部の傾斜角度
（傾斜面と水平面との角度）は大きい方が好ましいとさ
れている。

【０００４】波形焼成用治具の製造は、一般的に鋳込み
法によって行われているが、その量産性及び寸法安定性
の点からプレス成型法（特に一軸プレス成型法）によっ
ても製造されるようになった。

【０００５】一軸プレス成型法は、一般的には下型と上
型の間にセラミックス原料粉末を充填し、上下方向から
５００〜２０００ｋｇ／ｃｍ² の圧力を印加し、成形す
る方法である。しかしながら、凸凹の激しい成形体を一
軸プレス成型法で製造する場合、成形体で凸の部分、型
から見れば凹の部分はセラミックス原料粉末の圧力伝達
が難しく、その結果、成形体の凸の部分が欠けやすく、
又、その部分は他の部分に比べ低密度であり、強度も低
い。この現象は、波形焼成用治具についてもそのまま当
てはまる。つまり、波形焼成用治具の山部は前述の凸の
部分に相当し、成形時に欠けやすく、又、焼成体におい
てもその部分の密度は小さく、強度も低い。従って、従
来の波形焼成用治具は、山部及び谷部の傾斜角度を緩や
かにし、成型時の山部先端の成形性を維持し、山部先端
の密度低下を防いできた。そのため被焼成物である棒状
セラミックスの搭載効率は悪く、又、被焼成物の焼成に
伴う変形に対する矯正が十分ではなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上記問題
点に鑑み鋭意研究を続けた結果、本発明を完成させたも
のであって、その目的とするところは、直線上に山部と
谷部を複数本有するいわゆる波形焼成用治具において、
山部及び谷部の傾斜角度を大きくし、その搭載効率を上
げ、又、山部先端の成形時の欠け及び焼成体の密度低下
のない焼成用治具を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記の目的は、直線上に山
部と谷部が複数本形成された焼成用治具であって、山部
及び谷部の傾斜角度が４５〜７５度であり、且つ、山部
先端がＲ１．０以上の丸みであることを特徴とする多孔
質焼成用治具、及び、直線上に山部と谷部が複数本形成
された焼成用治具であって、山部及び谷部の傾斜角度が
４５〜７５度であり、且つ、山部先端に幅１．０ｍｍ以
上の平坦面を有することを特徴とする多孔質焼成用治具
によって達成される。

【０００８】すなわち、本発明者らは、上記の目的を達
成する為、山部先端をＲ１．０以上の丸みを形成するこ
と及び山部先端に幅１．０ｍｍ以上の平坦面を形成する
ことにより、山部先端の成形時の欠け及び焼成体の密度
低下を防いだ。又、本発明の焼成用治具は、一軸プレス
成型法によって成形される。

【０００９】本発明の第１の発明は、山部先端をＲ１．
０以上、好ましくはＲ１．２以上のの丸みを形成したこ
とにあり、第２の発明は、山部先端に幅１．０ｍｍ以
上、好ましくは幅１．２ｍｍ以上の平坦面を形成したこ
とにある。尚、本発明において、Ｒ１．０とは、山部先
端が半径１．０ｍｍの丸みをもって形成されることを意
味する。山部先端に、Ｒ１．０以上の丸み若しくは幅
１．０ｍｍ以上の平坦面を形成することにより、一軸プ
レス成型にて焼成用治具を成形する場合、山部先端の圧
力伝達が容易となり、その結果、山部先端部の成形時の
欠け及び焼成体の密度低下を防ぐことができる。山部先
端の丸みがＲ１．０未満の場合、若しくは先端に形成す
る平坦面の幅が１．０ｍｍ未満の場合、山部先端の圧力
伝達は不十分となり、成形時（特に脱型時）に欠けが発
生しやすくなり、又、その焼成体の山部先端の密度は小
さくなり好ましくない。

【００１０】本発明における山部及び谷部の傾斜角度Ｓ
とは、傾斜面と水平面との角度を指す。その傾斜角度
は、４５〜７５度、好ましくは５０〜７０度の範囲内で
ある。尚、傾斜角度Ｓと山部先端角度Ｔとは式（１）に
示す関係がある。尚、これら関係の模式図を図１に記し
た。 Ｔ＝１８０−２×Ｓ ・・・・・・・（１）

【００１１】傾斜角度が４５度に満たない場合、換言す
れば山部先端角度が９０度を越える場合（鈍角の場
合）、山部先端にＲ１．０以上の丸みを形成しなくて
も、又、山部先端に幅１．０ｍｍ以上の平坦面を形成し
なくても山部先端は成形できる。つまり、傾斜角度が小
さくなればなるほどプレス成形時の山部先端の圧力伝達
は容易となり、欠けの発生は抑えられ、焼成体の密度低
下は招来しない。しかしながら、その場合、被焼成物で
ある棒状セラミックスの搭載効率及び焼成時の変形の矯
正は不十分となり好ましくない。

【００１２】一方、傾斜角度が７５度を越える場合、換
言すれば山部先端の角度が３０度未満の場合、山部先端
にＲ１．０以上の丸みを形成しても、或いは、山部先端
に幅１．０ｍｍ以上の平坦面を形成しても、成形体の山
部先端のみならず、山部全体が脆くなり、波形焼成用治
具の製造は困難となり好ましくない。

【００１３】本発明の焼成用治具は多孔質体、好ましく
は、気孔率が３０〜８０％の球状連通気孔を有する多孔
質体である。多孔質とすることによって被焼成物である
棒状セラミックスの脱脂、作業性、熱効率、耐熱スポー
リング性を著しく改善できる。気孔率が３０％未満の場
合、その重量が大きくなるため、作業性及び熱効率の点
からも不利となり好ましくない。一方、気孔率が８０％
を越えると、焼成用治具自体の絶対強度が低下し、好ま
しくない。又、連通気孔でない場合、ガスの流れが制限
されるため、棒状セラミックスの脱脂が不利となり、更
に、基材の耐熱スポーリング性が低下し好ましくない。
又、球状気孔としない場合、機械的強度は低くなる傾向
があり、好ましくない。

【００１４】本発明の多孔質焼成用治具の細孔径は、１
０〜１５０μｍの範囲内であるのが好ましい。細孔径の
大きさは、山部の丸み若しくは山部先端の平坦面の形成
に支障を来さない範囲内で自由に選択できる。細孔径が
１５０μｍを越える場合、山部先端の丸み形成、若しく
は平坦面の形成が困難となり好ましくない。又、細孔径
１０μｍ未満の場合、球状且つ連通の気孔の形成は困難
であり好ましくない。

【００１５】本発明の焼成用治具は、５００ｋｇ／ｃｍ
² 以下の成形圧力で成形でき、且つ、離型性に優れた原
料を用いてプレス成形されるのが好ましい。この５００
ｋｇ／ｃｍ² 以下の成形圧力とは通常実施される成形圧
力より低い値であるが、その低い圧力下においても成形
できる原料であれば、圧力伝達が難しい山部においても
良好に成形できる。又、離型性に優れた原料を用いれ
ば、特に離型し辛い山部の離型を容易にする。尚、本発
明における５００ｋｇ／ｃｍ² 以下の成形圧力で成形で
きる原料とは、凹凸のない平板状の成形体が５００ｋｇ
／ｃｍ² 以下の成形圧力で成形できる原料であることを
意味する。

【００１６】５００ｋｇ／ｃｍ² 以下の成形圧力にて成
形でき、且つ、離型性に優れる原料は、内部潤滑剤を通
常より多めに配合し、結合剤を通常より少なめに配合
し、内部離型剤を少量添加すること等によって得られ
る。内部潤滑剤としては、例えば、水、或いは、アルコ
ール、グリセリン、エチレングリコール等の可溶性油、
ステアリン酸エマルジョン、ワックスエマルジョン等の
パラフィン、微結晶ワックスを乳化剤で処理したもの等
が挙げられる。結合剤としては、例えば、カルボキシメ
チルセルロース、メチルセルロース、メチルエチルセル
ロース、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルアルコール等が挙げられる。内部離型剤として
は、ワックス、パラフィン系溶剤、灯油、軽油等が挙げ
られる。

【００１７】本発明の焼成用治具の材質は、アルミナ、
ジルコニア、部分安定化ジルコニア、安定化ジルコニ
ア、ジルコン、シリカ、マグネシア、カルシア、ムライ
ト、スピネル、コージライト、チタン酸バリウム、チタ
ン酸カルシウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛な
どの酸化物およびこれらの混合物、窒化珪素、炭化珪
素、窒化硼素、窒化アルミニウム、硼化ジルコニウムお
よびサイアロン等の非酸化物およびこれらの混合物があ
げられるが、これらに限定されるものではない。尚、セ
ラミックス粉末の一次粒子径は、焼成用治具製造時の焼
結性を考慮して５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であ
る。

【００１８】本発明の焼成用治具の製造は、例えば、セ
ラミックス顆粒、気孔形成用の樹脂ビーズ、潤滑剤、結
合剤、離型剤を混合し、その混合物を波形焼成用治具成
型用の一軸プレス成型型枠内に充填し、１００〜２００
０ｋｇ／ｃｍ² の圧力でプレス成型し、その後樹脂ビー
ズを脱脂し、その後焼成を経て、製造するのが好まし
い。尚、潤滑剤及び結合剤をセラミックス顆粒製造時に
添加することもできる。

【００１９】セラミックス顆粒を用いて製造する場合、
セラミックス顆粒は、セラミックス粉末を噴霧乾燥機、
転動造粒機、流動層造粒機、高速撹拌式造粒機、押出造
粒機等の公知の造粒機を用いることにより得られるが、
顆粒の生産性、流れ性の観点から噴霧乾燥機を用いて製
造するのが好ましい。セラミックス顆粒に添加できる結
合剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセ
ルロース、エチルセルロース、メチルエチルセルロー
ス、酢酸セルロース、ポリビニルアルコール、ポリカル
ボン酸塩等の有機結合剤や水ガラス、シリカゾル、アル
ミナゾル、ジルコニアゾル、チタニアゾル等の無機結合
剤が挙げられ、潤滑剤としては、ワックスエマルジョ
ン、鉱物油エマルジョン、グリセリン、エチレングリコ
ール等が挙げられる。又、ポリアクリル酸アンモニウム
等の解膠剤等の添加物を適宜添加することもできる。
又、顆粒の形状は特に規定しないが、樹脂ビーズとの形
状差をより少なくする為球状あるいはその類似形状であ
ることが好ましい。

【００２０】本発明において、多孔質焼成用治具の気孔
は、球状の樹脂ビーズを用いて形成するのが好ましい。
球状の樹脂ビーズを使用して気孔を形成する場合、気孔
率及び気孔径の制御が容易であり、更に原料セラミック
ス粉体との混合が容易であるという利点がある。使用さ
れる球状の樹脂ビーズとしては、アクリル酸エステル、
メタクリル酸エステル、スチレン、エチレン、プロピレ
ン、塩化ビニル等の重合体を挙げることができ、又、粒
子の形状は緻密質粒子であっても多孔質状の、例えば中
空状の粒子であっても良いが、その形状は球状であるこ
とが好ましい。

【００２１】本発明の焼成用治具は、型枠内に上記原料
を充填し、次いで一軸プレス成型することによって形成
することができる。型枠には、成形時の離型性を考慮
し、離型材を塗布するのが好ましい。又、圧力は、１０
０〜２０００ｋｇ／ｃｍ² の成形圧力で実施できる。

【００２２】成形した後、樹脂バインダー、気孔形成用
樹脂ビーズの脱脂、及び焼成工程を経て、焼成用治具は
完成される。特に脱脂は、樹脂の分解ガスを効果的に除
去するためガス炉を使用するのが好ましい。又、脱脂
は、樹脂の分解温度で長時間保持し、徐々に分解するの
が好ましい。

【００２３】本発明の焼成用治具は、被焼成物の組成に
応じ、必要ならば、被焼成物との反応をより完全に防止
するために、その表面に酸化ジルコニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム等のセラミックス質のコーテ
ィング層を適宜に設けることが出来る。コーティング層
は通常、焼成用治具の表面にセラミックススラリーをス
プレー法、刷毛塗り法、ローラー塗り法、浸漬法等の方
法で塗布した後、再焼成（焼付け）する事により形成さ
れる。コーティング用セラミックスの粒度や再焼成温度
及び時間を適宜選定する事により、コーティング層の緻
密性は制御される。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の焼成用治具は、
一軸プレス成型法にて波形焼成用治具を作製する際、山
部先端部の圧力伝達を容易にし、成形時の山部先端の欠
け及び強度低下を極力抑えた多孔質焼成用治具を提供で
きた。又、その多孔質焼成用治具は、山部と谷部の傾斜
角度が４５〜７５度と大きく、被焼成物である棒状セラ
ミックスの搭載効率に優れる。次に、実施例について比
較例と併せて説明する。

【００２５】

【実施例】実施例１ 平均粒子径１００μｍのポリメタクリ酸メチルビーズ３
９重量部と噴霧乾燥機により製造された純度９５％、平
均粒子径８０μｍのアルミナ質スプレー顆粒６０重量
部、グリセリン０．５重量部及び灯油０．５重量部を混
合し、多孔質セラミックス体製造用の原料を調製した。
尚、この原料を用いて１５０×１５０×１０ｍｍの平板
は５００ｋｇ／ｃｍ² の成形圧力で成形でき、離型性も
良好であった。次いで図２に示すような１５０×１５０
×１０ｍｍの板状で、６０度の傾斜角度を持ち、表１に
示す各種形状の山部を形成できる波形焼成用治具成型用
の型枠を準備した。次いで各種型枠に上記混合原料を充
填し、１０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で一軸プレス成型し
た。尚、溝（谷部）は２１本、山部は２０本ある。次い
で、空気中４００℃で１０時間脱脂処理し、その後１５
５０℃で２時間焼成した。

【００２６】成型性（成形時の山部の欠けの発生）を以
下に示す基準で評価した。 成型性の評価 ◎ ：脱型時及び作業時何れにおいても山部で欠けは発
生しなかった。 ○ ：脱型時に欠けは発生しなかったが、作業時に小さ
な衝撃で欠けた。 △ ：脱型時に１〜５本の山部に欠けがあった。 × ：脱型時に６〜２０本の山部に欠けが発生した。

【００２７】更に、焼成した焼成用治具の山部を先端か
ら３ｍｍの高さで切り出し、先端部の嵩密度をアルキメ
デス法を用いて測定した。尚、比較のため、山部以外の
部分についても試験片を切り出し嵩密度を測定した。以
上の結果を表１に示す。

【表１】 ※印は比較例

【００２８】表１の結果から、山部先端は、Ｒ１．０以
上の丸み、若しくは幅１ｍｍ以上の平坦面の形成するこ
とが必要である。尚、この焼成用治具は、気孔率５５
％、細孔径３０μｍの球状連通気孔を有する多孔質体で
あった。

【００２９】実施例２ 平均粒子径１２０μｍのスチレンビーズ２９重量部と噴
霧乾燥機にて製造された純度９８％、平均粒子径１００
μｍのアルミナ質スプレー顆粒７０重量部、水０．７重
量部及び流動パラフィン０．３重量部を混合した原料を
調製した。次いで実施例１と同様な大きさで、山部先端
にＲ１．２の丸み若しくは幅１．２ｍｍの平坦面が形成
でき、傾斜角度を表２に示す各種角度で形成できる波形
焼成用治具成型用の型枠を準備した。次いで各種型枠に
上記混合原料を充填し、８００ｋｇ／ｃｍ² の圧力で一
軸プレス成型した。次いで、空気中４００℃で１０時間
脱脂処理し、その後１６００℃で２時間焼成した。

【００３０】成型性及び焼成体の嵩密度を実施例１と同
様に評価した。更に、作製した焼成用治具を用いて、直
径３ｍｍ、長さ１００ｍｍで、樹脂結合剤を５重量％含
有する棒状セラミックスのグリーン体を溝に搭載し、焼
成を試みた。その際の棒状セラミックス体の矯正具合を
以下に示す基準に従って評価した。以上の結果及び形成
できた溝の数を表２に示す。

【００３１】棒状セラミックス体矯正の評価 ◎ ：直線精度０．１％以下で焼成できた。 ○ ：直線精度０．１〜０．５％の範囲内で焼成でき
た。 △ ：直線精度０．５〜１．０％の範囲内で焼成でき
た。 × ：直線精度１％以上であった。

【表２】 ※印は比較例

【００３２】表２の結果から、傾斜角度は４５〜７５
度、好ましくは５０〜７０度の範囲内である。尚、被焼
成物の表面に亀裂はなく、順調に脱脂できた。

【００３３】実施例３ 平均粒子径１００μｍのスチレンビーズと噴霧乾燥機に
て製造した純度９５％、平均粒子径８０μｍのアルミナ
質スプレー顆粒、潤滑剤（水及びグリセリンの５０：５
０混合物）及び離型剤（灯油）を表３に示す各種割合で
混合し、各種気孔率のセラミックス体製造用の原料を調
製した。次いで実施例１と同様な大きさで、傾斜角度６
０度で、山部先端にＲ１．２ｍｍの平坦部が形成できる
波形焼成用治具成型用の型枠を準備した。次いで型枠に
上記各種混合原料を充填し、９００ｋｇ／ｃｍ² の圧力
で一軸プレス成型した。次いで、空気中４００℃で１５
時間脱脂処理し、その後１６００℃で２時間焼成した。

【００３４】成形性を実施例１と同様に評価した。更
に、焼成した焼成用治具から山部及び谷部を含んだ長さ
５０ｍｍ、幅１５ｍｍの試験体切り出し、アルキメデス
法を用いて気孔率を測定した。

【表３】

【００３５】その結果、Ｎｏ１５（気孔率２５％）の焼
成用治具においては、脱脂時に発生したと思われる小さ
な亀裂が存在していた。

【００３６】実施例４ 表４に示す各種平均粒子径を有するポリメタクリ酸メチ
ルビーズ２５重量％と、噴霧乾燥機により製造した平均
粒子径１３０μｍの６モルのカルシウムを固溶させたジ
ルコニア質のスプレー顆粒７５重量％、の割合で混合
し、各種気孔径の多孔質体が製造できる原料を調製し
た。次いで実施例１と同様な大きさで、傾斜角度５５度
で、山部先端にＲ１．３の丸みが形成できる波形焼成用
治具成型用の型枠を準備した。次いで型枠に上記各種混
合原料を充填し、１０００ｋｇ／ｃｍ² のプレス圧で一
軸プレス成型した。次いで、空気中４００℃で１５時間
脱脂処理し、その後１５００℃で１時間焼成した。成型
性及び焼成体の気孔率を実施例３と同様に評価した。
又、細孔径を水銀圧入法により測定した。

【表４】 更に実施例２と同様に棒状セラミックスの矯正具合を評
価した。その結果、何れの焼成用治具を用いても棒状セ
ラミックスの矯正は良好であった。但し、Ｎｏ１９の焼
成用治具は、気孔が連通でないためか、棒状セラミック
ス体の脱脂時に発生したと思われる微細な亀裂があっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における山部及び谷部の傾斜角度Ｓと山
部先端角度Ｔとの説明図。

【符号の説明】

Ｓ・・山部及び谷部の傾斜角度Ｓ Ｔ・・山部先端角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線上に山部と谷部が複数本形成された
   焼成用治具であって、山部及び谷部の傾斜角度が４５〜
   ７５度であり、且つ、山部先端がＲ１．０以上の丸みで
   あることを特徴とする多孔質焼成用治具。
2. 【請求項２】 直線上に山部と谷部が複数本形成された
   焼成用治具であって、山部及び谷部の傾斜角度が４５〜
   ７５度であり、且つ、山部先端に幅１．０ｍｍ以上の平
   坦面を有することを特徴とする多孔質焼成用治具。