(57)【要約】【課題】焼成中にワークとの反応が起こりづらく、また繰り返し使用してもコーティング層の剥離が生じにくい長寿命の電子部品焼成用治具を提供すること。【解決手段】本発明の電子部品焼成用治具は、炭化珪素系耐火物からなる基材の表面に、ムライト質を溶射して形成された多孔質コーティング層を有し、該多孔質コーティング層は、その気孔率が５〜２５％であり、かつその熱膨張率が４．５〜８×１０-6／℃である。この焼成用治具は、炭化珪素系耐火物からなる基材の表面に、平均粒径が４５〜３００μｍのムライト質粉末を溶射してムライト質の多孔質コーティング層を形成することで好適に製造される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素系耐火物からなる基材の表面に、多孔質コーティング層を有し、該多孔質コーティング層は、その気孔率が５〜２５％であり、かつその熱膨張率が４．５〜８×１０-6／℃であるムライト質からなることを特徴とする電子部品焼成用治具。
【請求項２】
前記多孔質コーティング層に形成されている気孔のうち、長径と短径との比（長径／短径）が２〜３００であり、長径が２〜３００μｍで、かつ短径が１〜１５０μｍである気孔が、全気孔に対して５０体積％以上を占めている請求項１に記載の電子部品焼成用治具。
【請求項３】
前記多孔質コーティング層を構成するムライト質は、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の質量比が６５／３５〜８０／２０である請求項１又は２に記載の電子部品焼成用治具。
【請求項４】
請求項１に記載の電子部品焼成用治具の製造方法であって、
炭化珪素系耐火物からなる基材の表面に、平均粒径が４５〜３００μｍのムライト質粉末を溶射してムライト質の多孔質コーティング層を形成する、ことを特徴とする電子部品焼成用治具の製造方法。
【請求項５】
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の質量比が６５／３５〜８０／２０であるムライト質粉末を溶射する請求項４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼成によって各種の電子部品を製造するときに用いられる治具及び該治具の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックコンデンサ、圧電素子及びサーミスタなどの電子部品の製造工程には、その一つに焼成工程がある。焼成工程においては、焼成されるべきワークが、例えば棚板と呼ばれる板状耐火物の治具上に複数載置され、その状態下に焼成が行われる。棚板としては、ワークの種類や焼成条件等に応じ、ムライト質のものやアルミナ質のものが用いられている。近年、製品である電子部品の品質向上や製造効率の向上だけでなく、製造経費の低減や作業環境の改善が要求されているところ、従来用いられていた棚板では、そのような要求に十分に応えることが容易でなくなってきた。具体的には、以下の（ｉ）ないし（iv）に述べる技術上の問題点がある。
【０００３】
（ｉ）アルミナ質やムライト質などからなる棚板は、これを繰り返し使用すると反りやすいので、それを防止するために棚板を厚くする必要がある。しかし、棚板を厚くすると、棚組み段数が減り、ワークの積載数が減少する。
（ii）炭化珪素からなる棚板はワークと反応することがあるので、ワークを棚板上に直接置くことができない。
（iii）炭化珪素がワークと反応することを防止することを目的として、棚板を、アルミナ質（ムライト質）−炭化珪素−アルミナ質（ムライト質）といった三層構造にすると、その厚みが大きくなるので、各層の熱膨張率の違いに起因して使用中に棚板が反りやすい。
（iv）棚板の反りを防止する目的で、炭化珪素からなる基材に、アルミナ質（ムライト質）の薄いコーティングを施した場合（特許文献１ないし３参照）には、使用中にコーティングが剥離しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７９９７５号公報
【特許文献２】特開平７−１９８２６６号公報
【特許文献３】特開２０００−１４６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る電子部品焼成用治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、炭化珪素系耐火物からなる基材の表面に、多孔質コーティング層を有し、該多孔質コーティング層は、その気孔率が５〜２５％であり、かつその熱膨張率が４．５〜８×１０-6／℃であるムライト質からなることを特徴とする電子部品焼成用治具を提供することにより、前記の課題を解決したものである。
【０００７】
また本発明は、前記の焼成用治具の好ましい製造方法として、
炭化珪素系耐火物からなる基材の表面に、平均粒径が４５〜３００μｍのムライト質粉末を溶射してムライト質の多孔質コーティング層を形成する、ことを特徴とする電子部品焼成用治具の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子部品焼成用治具は、焼成中にワークとの反応が起こりづらく、繰り返し使用してもコーティング層の剥離が生じにくい長寿命のものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の電子部品焼成用治具は、炭化珪素系耐火物を基材とし、該基材の表面に多孔質コーティング層を有するものである。炭化珪素は高温耐熱材料なので、これを基材として用いることで、本発明の焼成用治具は高温下での焼成に適したものとなる。基材は、本発明の焼成用治具の外形をなすものであり、その形状としては、例えば棚板と呼ばれる板状のものや、さやないし匣鉢と呼ばれる三次元の容器形のものが挙げられるが、これらに限られない。
【００１０】
炭化珪素系耐火物からなる基材としては、例えば珪酸塩結合炭化珪素、窒化物結合炭化珪素、シリコン含浸炭化珪素、再結晶炭化珪素、常圧焼結炭化珪素など、当該技術分野において従来用いられている炭化珪素質セラミックスを特に制限なく用いることができる。
【００１１】
コーティング層が形成される前の状態における基材は、その表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１）が５〜５０μｍ、特に８〜３０μｍであることが、基材表面とコーティング層との密着性が高まる点から好ましい。このような表面粗さを達成するためには、例えば基材の製造方法や、炭化珪素の原料粉末の粒径などを適切に選択すればよい。
【００１２】
基材は、その形状に応じて種々の成形方法で製造することができる。例えば、プレス成形、押し出し成形、鋳込み成形等によって成形体を製造し、該成形体を焼成すればよい。
【００１３】
基材の表面に形成されている多孔質コーティング層は、少なくともワークの載置面を被覆している。コーティング層はアルミナ−シリカから構成されるムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を中心としたムライト質から構成されている。コーティング層をムライト質から構成することで、本発明の焼成用治具の使用時に、該焼成用治具とワークとが意図せず反応してしまうことを効果的に抑制できる。
【００１４】
本発明は、多孔質コーティング層の構造に特徴の一つを有している。具体的には、多孔質コーティング層内に形成されている多数の気孔の状態を制御することによって、該コーティング層を基材から剥離しづらくしている。詳細には、多孔質の構造を有するコーティング層は、その気孔率が５〜２５％の範囲に設定されている。この範囲の気孔率に設定することで、意外にも、焼成用治具を繰り返し使用しても、コーティング層が基材から剥離しづらくなることが本発明者の検討の結果判明した。気孔率が過度に低いと、コーティング層が緻密な構造になる傾向にあり、そのことに起因して、焼成用治具の繰り返し使用によってコーティング層が基材から剥離しやすくなる。一方、気孔率が過度に高いと、コーティング層の強度が低下しやすくなり、コーティング層に剥離が生じやすくなる。これらの観点から、気孔率の好ましい範囲は１０〜２５％であり、更に好ましい範囲は、１５〜２０％である。この気孔率は体積％で表される。
【００１５】
焼成用治具における多孔質コーティング層の気孔率は、例えばアルキメデス法で測定することができる。この場合、コーティング層とは熱膨張率の異なる板を用意し、その上にコーティングを行ってコーティング層を形成した後、コーティング層を採取することで、コーティング層の気孔率を測定する。別の気孔率の測定法として、コーティング層の断面を研磨し、該断面を顕微鏡で拡大した状態を画像解析する方法が挙げられる。
【００１６】
上述の範囲の気孔率を達成するためには、多孔質コーティング層を溶射によって形成することが有利であることが、本発明者の検討の結果判明した。また、溶射によってコーティング層を形成すると、他の代表的なコーティング法であるスプレーコート法と異なり、コート後に焼成を行わなくて済むという利点もある。溶射方法としては、プラズマ溶射、アーク溶射ガス溶射などが知られており、本発明においては、これらいずれの溶射方法を採用してもよい。
【００１７】
溶射によってムライト質の多孔質コーティング層を形成する場合には、ムライト質の原料粉末を用いればよい。この原料粉末は溶射時に溶融し、溶融状態で基材の表面に付着・堆積してコーティング層が形成される。したがってコーティング層を形成するムライト質は、原料粉末の粒子形状をもはや維持しておらず、一般に扁平な形状をしている。ムライト質粒子がこのような特異的な形状を有することに起因して、コーティング層に形成される気孔の形状が特異的なものになり、コーティング層が基材から剥離しづらくなったものと考えられる。これに対して、スプレーコート法でコーティング層を形成した場合には、コーティング層内でのムライト粒子は原料粉末での形状がほぼ維持されているので、溶射によってコーティング層を形成した場合と比較すると、コーティング層内でのムライト粒子の形状が大きく相違する。
【００１８】
多孔質コーティング層が基材から剥離しづらくするためには、コーティング層の気孔率を上述の範囲に設定することに加えて、コーティング層の熱膨張率を特定の範囲に設定することも有利であることが、本発明者らの検討の結果判明した。詳細には、本発明においては、コーティング層の熱膨張率を４．５〜８×１０-6／℃の範囲に設定している。コーティング層の熱膨張率がこの範囲より小さくても、あるいは大きくても、コーティング層が基材から剥離しやすくなる。好ましい熱膨張率の範囲は４．５〜７×１０-6 ℃であり、更に好ましい範囲は４．５〜６×１０-6 ℃である。
【００１９】
前記の熱膨張率は線膨張率のことであり、ＪＩＳ  Ｒ２２０７  耐火レンガの熱間線膨張率の試験方法に準じて測定される。基材とは別に多孔質コーティング層のみの熱膨張率を測定するには、該コーティング層とは熱膨張率の異なる板を用意し、その上にコーティングを行ってコーティング層を形成した後、コーティング層を採取すればよい。
【００２０】
熱膨張率は、物質に固有のパラメータである。したがって、多孔質コーティング層の熱膨張率を前記の範囲に設定することは、すなわちムライト質の熱膨張率を前記の範囲に設定することを意味する。ムライト質の熱膨張率は、ムライト質を構成するＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との比率で変化する。そして、多孔質コーティング層を構成するムライト質として、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の質量比が好ましくは６５／３５〜８０／２０、更に好ましくは６５／３５〜７５／２５、一層好ましくは７０／３０〜７５／２５の範囲にあるものを用いると、前記の熱膨張率を容易に達成し得ることを、本発明者は見いだした。
【００２１】
多孔質コーティング層の熱膨張率を調整することに加えて、基材である炭化珪素系耐火物の熱膨張率も調整することが、多孔質コーティング層の剥離を一層防止する観点から有利である。この観点から、基材である炭化珪素系耐火物の熱膨張率を好ましくは４．５〜６×１０-6 ／℃とし、更に好ましくは４．５〜５×１０-6 ／℃とする。この熱膨張率は、多孔質コーティング層の熱膨張率と同様に線膨張率のことである。炭化珪素系耐火物の熱膨張率をこの範囲に設定するためには、例えば具体的に用いる炭化珪素系耐火物の種類（珪酸塩結合炭化珪素、窒化物結合炭化珪素、シリコン含浸炭化珪素、再結晶炭化珪素、常圧焼結炭化珪素など）や、炭化珪素に含まれる各種元素の比率等を適切に設定すればよい。
【００２２】
ムライト質の原料粉末の溶射によって多孔質コーティング層を形成すると、該コーティング層に形成される気孔の形状が、スプレーコート法で形成された気孔の形状と相違することは先に述べたとおりであるところ、この形状について本発明者が検討を推し進めた結果、本発明における多孔質コーティング層の気孔は、長径及びそれに直交する短径を有する形状を有するものであることが判明した。更に検討を推し進めたところ、気孔における長径と短径との比（長径／短径）が好ましくは２〜３００、更に好ましくは１０〜３００、一層好ましくは５０〜３００であると、気孔率が上述の範囲であることと相まって、基材からの多孔質コーティング層の剥離が一層起こりづらくなることが判明した。更に、このような比を有する気孔が、全気孔に対して好ましくは５０体積％以上、更に好ましくは６０体積％以上、一層好ましくは７０体積％以上を占めると、基材からの多孔質コーティング層の剥離が更に一層起こりづらくなることも判明した。
【００２３】
気孔における長径と短径との比は上述の範囲であるところ、長径そのものの値は好ましくは２〜３００μｍ、更に好ましくは１０〜３００μｍ、一層好ましくは５０〜３００μｍである。一方、短径そのものの値は好ましくは１〜１５０μｍ、更に好ましくは１〜１００μｍ、一層好ましくは１〜５０μｍである。長径及び短径の値がこれらの範囲内であると、基材からの多孔質コーティング層の剥離が更に一層起こりづらくなる。
【００２４】
気孔における長径及び短径の値、並びに特定の長径／短径比を有する気孔の全気孔に対する割合は、多孔質コーティング層の断面組織を顕微鏡観察し、観察視野を画像解析することで求められる。具体的には、電子顕微鏡観察で得られる反射電子像を画像解析することで求められる。
【００２５】
多孔質コーティング層における気孔の気孔率や、その長径及び短径の値を上述した範囲にするためには、ムライト質の原料粉末を溶射して多孔質コーティング層を形成するときの該原料粉末の粒径を制御することが有利である。詳細には、ムライト質の原料粉末として、平均粒径が好ましくは４５〜３００μｍ、更に好ましくは８０〜２５０μｍ、一層好ましくは１００〜２００μｍのものを用いると、溶射時にムライト粒子が適度に溶融して、目的とする形状及び大きさの気孔が形成される。このような平均粒径を有するムライトの原料粉末は、例えばＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とからムライトを製造した後、これを適宜粉砕及び分級することで得ることができる。また、ムライト質の原料粉末の平均粒径は、例えばレーザー回折散乱式粒度分布測定器（日機装株式会社製  マイクロトラック  ＭＴ3000II）によって測定される。
【００２６】
多孔質コーティングの気孔率や、気孔の長径及び短径の値を上述した範囲にするためには、ムライト質の原料粉末の溶射条件も重要な要素の一つである。例えば溶射方法としてプラズマ溶射を行う場合には、プラズマの温度を適切に設定することで、ムライト粒子の溶融の程度をコントロールすることができ、それによって、コーティング層内でのムライト質粒子の形状（例えば扁平な形状）や、粒子どうしの堆積状態を好ましいものとすることができる。プラズマ溶射を行うときのプラズマの温度を制御するためには、作動ガスの種類やプラズマの電流値を適切に選択することが有利である。プラズマ溶射に用いられる作動ガスとしては一般にアルゴンが用いられるところ、アルゴンに加えて、窒素、二酸化炭素、酸素及び水素から選ばれる少なくとも１種のガスを用いて溶射を行うことが好ましい。プラズマ溶射を行うときの電流値を高めに設定すると、ムライト質粒子の溶融が進行し、気孔が小さく、かつ気孔率の小さいコーティング層が形成されやすい。一方電流値を低めに設定すると、ムライト質粒子の溶融が進行しづらいので、気孔が大きく、かつ気孔率の大きいコーティング層が形成されやすい。
【００２７】
多孔質コーティング層の厚みも、該コーティング層の剥離と関連している。多孔質コーティング層が過度に厚い場合には剥離が起こりやすくなる。逆にコーティング層が過度に薄い場合には、基材である炭化珪素系耐火物がワークと反応しやすくなる。これらの観点から、多孔質コーティング層の厚みは、５０〜５００μｍであることが好ましく、１００〜３００μｍであることが更に好ましい。多孔質コーティング層の厚みは、ムライト質の原料粉末の溶射条件をコントロールすることで、所望の値とすることができる。多孔質コーティング層の厚みは、本発明の焼成用治具の縦断面を顕微鏡観察することで測定される。
【００２８】
本発明の焼成用治具は、被焼成物である各種の電子部品、例えば誘電体、積層コンデンサ、セラミックコンデンサ、圧電素子、サーミスタ、インダクタ等の製造工程において焼成を行うときに好適に用いられる。そして、そのような電子部品の製造に本発明の焼成用治具を用いることで、被焼成物が、基材である炭化珪素の成分を吸収しづらく、性能にばらつきのない被焼成物を製造することができる。また、多孔質コーティング層が基材から剥離しづらくなり、焼成用治具の繰り返し使用の耐久性が向上する。
【００２９】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されず、当業者の通常の知識の範囲内で適宜改変することが可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。
【００３１】
〔実施例１〕
基材として珪酸塩結合炭化珪素を用いた。この基材は、プレス成形によって成形体を製造し、それを大気下１４００℃で焼成して得られたものである。この基材は板状のものであり、縦及び横の寸法がいずれも１００ｍｍであり、厚さが１０ｍｍであった。この基材の表面粗さＲａは２０μｍであった。また熱膨張率は４．５×１０-6／℃であった。
【００３２】
コーティング層として、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2質量比が６５／３５のムライト質粉末を用いた。このムライト質粉末は、粒子形状が略球状（粒状）であり、その平均粒径は２００μｍであった。プラズマ溶射によってこのムライト質粉末を前記基材の表面にコーティングした。プラズマ溶射の条件としては、作動ガスとしてＡｒを用いた。プラズマ溶射の電流値及び溶射時間をコントロールして、厚みが１００μｍのコーティング層を形成した。
【００３３】
〔実施例２ないし４〕
コーティング層として、表１に示すＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2質量比及び平均粒径を有する略球状（粒状）の粒子からなるムライト質粉末を用いた。そして、プラズマ溶射の時間をコントロールして、表１に示す厚みのコーティング層を形成した。それ以外は実施例１と同様にした。
【００３４】
〔比較例１〕
本比較例は、コーティング層を基材と一体成形した例である。アルミナ、炭化珪素、アルミナの順番で原料を投入し、三層構造の成形品をプレス成形した。この成形品を大気下１４００℃で焼成し、アルミナでコーティングされた板状体を得た。この板状体は縦及び横の寸法がいずれも１００ｍｍであり、厚さが１５ｍｍであった。この板状体におけるアルミナのコーティング層の厚みはそれぞれ５０００μｍであった。
【００３５】
〔比較例２〕
本比較例は、コーティング層をスプレー噴霧によって成形した例である。コーティング層として、表１に示すＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2質量比及び平均粒径を有するムライト質粉末を用い、スラリーを作製した。このスラリーを実施例１で用いた基材と同様の基材の表面にスプレー噴霧し、厚さ２００μｍのコーティング層を形成した。
【００３６】
〔比較例３〕
本比較例は、ムライト質粉末に代えてアルミナ粉末をプラズマ溶射してコーティング層を形成した例である。アルミナ粉末として表１に示す平均粒径を有するものを用いた。このアルミナ粉末を、実施例１で用いた基材と同様の基材の表面にプラズマ溶射した。プラズマ溶射の条件としては、実施例１で用いた条件と同様である。
【００３７】
〔比較例４〕
本比較例は、基材としてムライトを用い、かつコーティング層を形成しなかった例である。Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2質量比が７０／３０であるムライト質粉末を用い、プレス成形によって成形体を製造し、それを大気下１６００℃で焼成して板状の基材を得た。この基材の縦及び横の寸法はいずれも１００ｍｍであり、厚さは１０ｍｍであった。
【００３８】
【表１】
2014006031.tif 000002
【００３９】
〔評価〕
実施例及び比較例で得られた治具について、多孔質コーティング層の気孔率及び熱膨張率を、上述の方法で測定した。また多孔質コーティング層の気孔のサイズを上述の方法で測定した。更に治具について以下の評価を行った。それらの結果を以下の表２に示す。
【００４０】
〔反り（たわみ）抵抗性〕
治具上にワークを載置して、大気雰囲気下１３００℃で１０時間にわたって焼成する操作を３０回繰り返した。その後、直尺及び隙間ゲージを用いて治具の反りの程度を測定した。反りが０．１ｍｍ未満である場合を「○」とし、それ以上である場合を「×」として評価した。ワークとしては、マグネシア系の電子部品を用いた。
【００４１】
〔ワークとの反応性〕
上述の反り（たわみ）抵抗性の評価を行った治具を目視観察して、ワークとの反応性を評価した。ワークとの反応が認められない場合を「○」とし、許容できる範囲で反応が認められた場合を「△」とし、ワークが不良となる程度に反応が認められた場合を「×」として評価した。
【００４２】
〔剥離防止性〕
上述の反り（たわみ）抵抗性の評価を行った治具を目視観察して、基材とコーティング層との間で剥離が認められない場合を「○」とし、剥離が認められた場合を「×」として評価した。
【００４３】
【表２】
2014006031.tif 000003
【００４４】
表２に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた治具は、各比較例で得られた治具に比べて、反り（たわみ）に対する抵抗性が高く、ワークとの反応性が低く、かつ基材とコーティング層とが剥離しづらいものであることが判る。また、表には示していないが、各実施例で得られた治具の多孔質コーティング層においては、ムライト質粒子が扁平な形状となっており、該扁平な粒子が融着した状態になっていた。