JP5431891B2 - 焼成用さやおよびこれを用いたセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品の製造に用いられる焼成用さやおよびこれを用いたセラミック電子部品の製造方法に関する。

積層セラミックコンデンサは、例えば次のようにして製造される。まず、チタン酸バリウムとバインダーを主成分とする誘電体セラミックグリーンシートを作り、その表面に、ニッケルを主成分とする内部電極ペーストを所定のパターンとなるようにスクリーン印刷する。こうして異なるパターンの内部電極を有する２種のセラミックグリーンシートを作製する。そしてこれら２種のセラミックグリーンシートを交互に積層し、加熱、加圧して一体化する。これを所定寸法に切断して積層セラミックコンデンサのグリーンチップを作製する。

次に、上記のグリーンチップと焼成用さやが融着しないように、焼成用さやにジルコニア粉末を付着させ、焼成用さやにグリーンチップを載せて焼成炉中に投入し、脱脂、焼成を行う。

この焼成においては、窒素と水素の混合ガスを含む露点数十度の雰囲気の炉内に、焼成室と再酸化室とを作り、グリーンチップを載せた焼成用さやを焼成室から再酸化室へ連続的に搬送しながら焼成する連続焼成が効率の面から好ましい。
しかしながら、焼成室と再酸化室とは、雰囲気が異なるため、連続焼成は困難であった。

この困難を解消するために、焼成室と再酸化室との中間に間仕切り板を設けるとともに、間仕切り板の前後において、上下にセラミックからなるガスノズルを設け、それらのノズルからガスを噴射してガスカーテンを形成する方式が考案された。

しかし、グリーンチップを載せる焼成用さやは、セラミック製の板であるため、通気性が無く、ガスカーテンのところでは、下から噴射されるガスカーテンは効果を果たさない。
一方、連続焼成用ではないが、焼成用さやとして、ニッケルによりトレイ状に形成され、内外間に多数の通気部を有するさやが知られている（特許文献１）。

特開２０００−１６９２４３号公報

特許文献１の焼成用さやは、連続焼成用ではなく、バッチ式焼成に利用されるものであるため、搬送用ローラに載せるような構成にはなっていない。そのようなさやを搬送用ローラに載せると、ローラ上を直進させるのは難しい。また、グリーンチップが例えば１．６×０．８ｍｍ（１６０８）のような超小型のものでは、メッシュの細かなニッケルの網でさやを構成することとなる。そのようなニッケル網は、１３００℃前後に繰り返し長時間曝されると、腰が弱くなり、初期の形状を維持できなくなる。したがって、そのような焼成用さやは、搬送用ローラ上を安定して移動することができないから、連続焼成には適用できない。特に、焼成中にさやが変形すると、ローラ搬送ができなくなり、製品の歩留まりが著しく低下する。

そこで、本発明は、高温度の焼成炉内を搬送ローラにより安定して搬送できるとともに繰り返し使用に耐える焼成用さやを提供することを目的とする。

本発明の焼成用さやは、ニッケル網からなり、全周に立ち上がり部を有するさや本体、前記さや本体の底面に互いに平行に配置された複数のセラミック製の棒または管、および前記棒または管を覆うとともに前記さや本体の底面に溶接されて前記棒または管をさや本体に支持させるニッケル網を備える。

また、本発明は、第１の炉、第１の炉とは異なる雰囲気の第２の炉、第１の炉と第２の炉との間にあり、焼成用さやの通過する開口を有する隔壁、前記焼成用さやを搬送して第１の炉から第２の炉を通過させる搬送用ローラ、および前記隔壁の前後において前記焼成用さやの上方および下方からガスを吹きつけてガスカーテンを形成するガス噴射装置を備える焼成装置によりセラミック電子部品を焼成する方法であって、上記の焼成用さやにセラミック電子部品のグリーンチップを収容し、前記焼成用さやの前記棒または管の長手方向を進行方向として前記搬送用ローラ上に載せて、前記セラミック電子部品を焼成することを特徴とするセラミック電子部品の製造方法を提供する。

本発明の焼成用さやは、ニッケル網からなるさや本体の底面に、セラミック製の棒または管の複数が互いに平行に、ニッケル網により支持されているから、前記棒または管の長手方向を進行方向として搬送用ローラ上に載せて搬送させることができる。したがって、高温度に繰り返し長時間曝されることにより、ニッケル網からなるさや本体が変形することがあっても、セラミック製の棒または管により、搬送用ローラに載る部分の形状は維持され、搬送用ローラ上を安定して走行することができる。

本発明の焼成用さやを用いると、セラミック電子部品の焼成において、焼成室と再酸化室のように、雰囲気の異なる２つの焼成室ないしは炉間にガスカーテンを形成することにより、連結して、連続焼成が可能となる。したがって、焼成炉を大幅に短縮できるとともに、熱エネルギーおよび雰囲気ガスの量を減少することができる。

本発明の一実施の形態に係る焼成用さやの斜視図である。 さや本体の展開図である。 さや本体の組み立て過程における要部の斜視図である。 本発明の他の実施の形態における焼成用さやの裏面側から見た斜視図である。 セラミック電子部品の焼成装置の概略構成を示す縦断面図である。

本発明の焼成用さやは、ニッケル網からなり、底板とその全周に設けられた立ち上がり部とを有するさや本体、前記さや本体の底面に互いに平行に配置された複数のセラミック製の棒または管、および前記棒または管を覆うとともに前記さや本体の底面に溶接されて前記棒または管をさや本体に支持させるニッケル網を備える。

この焼成用さやは、前記棒または管の長手方向を進行方向として、搬送用ローラ上に載せて使用する。この焼成用さやが高温度に繰り返し長時間曝されてニッケル網からなるさや本体の腰が弱くなっても、セラミック製の棒または管により、搬送用ローラに載る部分の形状は維持される。したがって、搬送用ローラ上を安定して走行させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記立ち上がり部が、前記底板の周縁部と一体に連なる複数の立ち上がり片、および前記立ち上がり片の端部に一体に連なる連結片を有し、１つの立ち上がり片の連結片が隣接する連結片または立ち上がり片の側面に溶接により一体に連結されている。この構成によると、さや本体は、他の材料を用いることなく、ニッケル網の加工により作製することができる。

本発明の好ましい他の実施の形態においては、前記立ち上がり部が、ニッケル網の折り曲げにより二重になっている。この構成によると、立ち上がり部が補強されているので、使用中に腰が弱くなってセラミックグリーンチップがさやから脱落するようなことはない。

本発明の焼成用さやは、第１の炉、第１の炉とは異なる雰囲気の第２の炉、第１の炉と第２の炉との間にあり、焼成用さやの通過する開口を有する隔壁、前記焼成用さやを搬送して第１の炉から第２の炉を通過させる搬送用ローラ、および前記隔壁の前後において前記焼成用さやの上方および下方からガスを吹きつけてガスカーテンを形成するガス噴射装置を備える焼成装置によりセラミック電子部品を焼成する方法に利用して特徴を発揮する。すなわち、本発明の焼成用さやにセラミック電子部品のグリーンチップを収容し、この焼成用さやを、その前記棒または管の長手方向を進行方向として前記搬送用ローラ上に載せて、前記セラミック電子部品を焼成するのである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る焼成用さやの斜視図、図２は焼成用さやの展開図、図３は焼成用さやの組立途中の要部の斜視図、図４は他の実施の形態における焼成用さやの裏面側の斜視図である。

ここに示す焼成用さや１０は、さや本体１１、セラミック製の管１２および管支持体１３から構成されている。さや本体１１は、ニッケル網からなり、長方形の底板部２およびその周縁部に連設された立ち上がり部４を有する。このさや本体１１の裏面には、セラミック製の４本の管１２がニッケル網からなる管支持体１３により支持されている。管支持体１３は、管１２の上からさや本体１１の底板２の裏面に固定されて管１２をさや本体１１に固定している。４本の管１２は、ほぼ等間隔で平行に配列されている。この管１２の長手方向が、焼成用さや１０の搬送方向となる。

管支持体１３は、複数箇所において、さや本体とスポット溶接することによりさや本体に固定されている。１４はその溶接部を示す。管支持体１３は、管１２を覆う部分は、底板２との間に、管１２を出し入れできる程度の略円筒形の筒部を有するように成形されている。そして、その円筒形の筒部は、管１２の長さより若干長くし、その筒部の両端部を筒部の開口を狭くするように変形させることにより、管１２の脱落を防止するようにするのがよい。このような構成によれば、管１２が破損した場合には容易に交換することができる。

さや本体１１は、１枚の長方形のニッケル網１から成形したものである。ニッケル網１は、その中央の長方形の底板部２、その４辺に折り目部３を介して連なっている前面部４ａ、後面部４ｂ、右側面部４ｃ、および左側面部４ｄを有する。ニッケル網１は、さらに、前面部４ａと折り目部７を介して連なり、かつ右側面部４ｃとは切り込み５により分離されている連結片８ａを有する。連結片８ａと同様に、右側面部４ｃ、後面部４ｂ、および左側面部４ｄは、それぞれ連結片８ｃ、８ｂ、および８ｄを有する。

このニッケル網１からさや本体１１を組み立てるには、折り目部３が内側となるように前面部４ａ、後面部４ｂ、右側面部４ｃ、および左側面部４ｄを底板部２から起こすとともに、折り目部６が外側となるように前面部４ａ、後面部４ｂ、右側面部４ｃ、および左側面部４ｄの縁側を外側に折り曲げて各部片を二重にする。次に、連結片８ａ、８ｂ、８ｃ、および８ｄを折り目部７で内側に折り曲げることによりこれら連結片を、それぞれ隣接する右側面部４ｃ、左側面部４ｄ、後面部４ｂ、および前面部４ａの外側に沿わせ、スポット溶接により接続する。９はその溶接部を示す。こうして図１に示すようなさや本体１１が形成される。
さや本体１１に管支持体１３により管１２を取り付けるのは、上記のようにさや本体を組み立てる前の段階で、ニッケル網１の底板部２の裏面に取り付けるのが好ましい。

図４は他の実施の形態における焼成用さや１０Ａを示す。さや本体１１は前記の例と同じであり、管を支持する管支持体を１３Ａと１３Ｂの２つに分け、それぞれの支持体により２本の管１２を支持するように構成している。管支持体は、それぞれ１本ずつ支持するようにしてもよい。その場合は、管支持体に利用するニッケル網の量は、上記に比べて少なくできる利点がある。

ここに用いるニッケル網は、焼成するセラミックグリーンチップのサイズにより適宜選択する。例えば、チップのサイズが１．６×０．８ｍｍ（１６０８）の場合、直径０．９４ｍｍのニッケル線を３０メッシュに編んだ網を用いるのが適当である。また、さらにサイズの小さなチップには、例えば、０．２５ｍｍのニッケル線を４０メッシュに編んだ網や直径０．１２２ｍｍのニッケル線を８０メッシュに編んだ網を用いる。また、網を構成するニッケル線は、ニッケル線として汎用されているものでよく、ニッケルを主体とする合金も用いうる。好ましくは、純ニッケル線である。

上記の実施の形態においては、さや本体は長方形とした。例えば、長さ（進行方向の長さ）が７５ｍｍ、幅１５０ｍｍの長方形である。また、セラミックの管は、例えば、外径４ｍｍ、内径１ｍｍである。さや本体の形状は、長方形に限らず、正方形、台形、正三角形、円形など種々の形状をとりうる。ただし、搬送用ローラの進行方向を向いた中心線に対して左右対称であることが好ましい。

次に、この焼成用さやを使用するセラミックコンデンサの製造工程における焼成工程を図５を参照して説明する。
図５は連続焼成炉を用いた焼成装置の概略構成を示している。この焼成装置２０は、搬入部２１、焼成炉３０、および搬出部４０を有し、これらを貫通するように搬送用ローラが設けられている。搬送用ローラは、搬入部２１に設けられたローラ５１、搬入部２１の末端から搬出部４１の始端にかけて設けられたローラ５２、および搬出部４１に設けられたローラ５３からなる。ローラ５１および５３は間欠的に駆動され、ローラ５２は連続的に低速で駆動される。

搬入部２１には、シャッター２２および２３が設けられている。シャッター２３を閉じ、シャッター２２を開けた状態で、ローラ５１により、焼成すべき脱脂済みグリーンチップを収容した焼成用さや１０を、両シャッターで区画された室２４内に、早送りで導入する。次いで、シャッター２２が閉じる。この室２４内にはガス導入管Ｇ１から窒素ガスが導入され、置換される空気はガス排出管Ｇ０１より排出される。所定時間後に室内が窒素ガスに置換され、シャッター２３が開き、焼成用さや１０は、ローラ５１により早送りで、次の室２５に送られる。このときシャッター２３は閉じる。焼成用さやは、続いてローラ５２へ移動される。ガス導入管Ｇ２は、窒素と水素の混合ガスを導入する。これらローラ５１の駆動、並びにシャッター２２および２３の開閉は、図示しないセンサーおよびタイマーを含む制御装置により制御される。

焼成用さや１０は、ローラ５２に移されると、焼成炉３０内を低速度で移動する。焼成炉３０は、さやを通過させる開口を有する隔壁３３、３４、および３５により４つの室３１ａ、３１ｂ、３２ａ、および３２ｂに区画されている。焼成炉３０内には、搬送用ローラの上下に図示しない電熱ヒータが設置されている。
焼成室３１を構成する室３１ａおよび３１ｂには、ガス導入管Ｇ３およびＧ４により、窒素と水素の混合ガスが供給され、弁付き管Ｇ０２およびＧ０４により外部へ排出される。一方、再酸化室３２を構成する室３２ａおよび３２ｂには、ガス導入管Ｇ５およびＧ６により、窒素ガスが導入され、弁付き管Ｇ０４およびＧ０５により外部へ排出される。

隔壁３４の前後には、さや１０に向けて上方から窒素ガスを吹きつけるノズル３６と、さや１０に向けて下方から窒素ガスを吹きつけるノズル３７とを設けることにより、ガスカーテンを形成するようにしている。同様のノズル３８と３９とを隔壁３５の前後に設けている。このようにガスカーテンを設けることにより、焼成用さやは、異なった雰囲気の室間を、雰囲気を変更させることなく移動することができる。

焼成炉３０を通過した焼成用さや１０は、次に、搬出部４０のシャッター４２の手前に達すると、シャッター４２が開き、ローラ５３が早送りで焼成用さやをシャッター４３の手前まで移動させる。ここでローラ５３が止まり、シャッター４２が閉まる。数秒後シャッター４３が開き、ローラ５３が早送りで焼成用さやを外部へ搬出する。これらシャッターの開閉およびローラ５３の駆動は、図示しないセンサーおよびタイマーを含む制御装置により制御される。Ｇ７およびＧ８は、窒素ガスを導入する管であり、Ｇ０６はガス排出管である。

図５では、焼成用さや１０は、２本の搬送用ローラ上に載るように示されているが、実際にはローラは図より密に配されており、４本程度の搬送用ローラに載るように設計されている。

上記の実施の形態では、焼成炉は、積層セラミックコンデンサのグリーンチップを焼成するための焼成室と再酸化室とを備える装置により説明した。
本発明の焼成用さやを用いると、焼成炉において、下部から炉内へガスを導入することができる。したがって、焼成対象物にガスが直接触れるから、ガスカーテンと相俟って炉内の雰囲気作りが良好となる。従来この種の搬送用ローラに載せていたセラミック製の板をさやに用いると、炉内の雰囲気作りが難しい上に、熱ショックによる破損が生じるため、焼成炉における昇温速度は５〜１０℃／分が限界であった。本発明のさやを用いると、５０℃／分程度の昇温速度が可能であり、焼成時間を大幅に短縮することができる。また、炉内の雰囲気を維持するために導入するガスの量を１／３程度削減することができる。
本発明の焼成用さやは、上記の例に限らず、特にサイズの小さなセラミック電子部品を異なる雰囲気の隣接する２つの炉を連続して通過させるセラミック電子部品の製造に適用できることはいうまでもない。

本発明は、特に、サイズの小さなセラミック電子部品を異なる雰囲気の隣接する２つの炉を連続して通過させるセラミック電子部品の製造に有用である。

２ 底板
４ 立ち上がり部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 連結片
１０ 焼成用さや
１１ さや本体
１２ セラミック製管
１３ 管支持体
３０ 焼成装置
３１ 焼成室
３２ 再酸化室
３３、３４ 、３５、３６ 隔壁
３６、３７ ガスカーテン用ノズル
５１、５２、５３ 搬送用ローラ

Claims (4)

1. ニッケル網からなり、底板とその全周に設けられた立ち上がり部とを有するさや本体、前記さや本体の底面に互いに平行に配置された複数のセラミック製の棒または管、および前記棒または管を覆うとともに前記さや本体の底面に溶接されて前記棒または管をさや本体に支持させるニッケル網を備えることを特徴とする焼成用さや。
2. 前記立ち上がり部が、前記底板の周縁部と一体に連なる複数の立ち上がり片、および前記立ち上がり片の端部に一体に連なる連結片を有し、１つの立ち上がり片の連結片が隣接する連結片または立ち上がり片の側面に溶接により一体に連結されている、請求項１記載の焼成用さや。
3. 前記立ち上がり部が、ニッケル網の折り曲げにより二重になっている請求項１記載の焼成用さや。
4. 第１の炉、第１の炉とは異なる雰囲気の第２の炉、第１の炉と第２の炉との間にあり、焼成用さやの通過する開口を有する隔壁、前記焼成用さやを搬送して第１の炉から第２の炉を通過させる搬送用ローラ、および前記隔壁の前後において前記焼成用さやの上方および下方からガスを吹きつけてガスカーテンを形成するガス噴射装置を備える焼成装置によりセラミック電子部品を焼成する方法であって、請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼成用さやにセラミック電子部品のグリーンチップを収容し、前記焼成用さやの前記棒または管の長手方向を進行方向として前記搬送用ローラ上に載せて、前記セラミック電子部品を焼成することを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。

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