(57)【要約】【課題】焼結時における変形が少なく、繰り返し焼成を行っても安定した形状を有する円筒形セラミックス焼結体の製造方法及び円筒形セラミックス焼結体を提供することを目的とする。【解決手段】焼成炉を用いて円筒形セラミックス成形体を焼成する円筒形セラミックス焼結体の製造方法であって、円筒形成形型のキャビティ内に原料粉末を充填し、加圧成形して円筒形セラミックス成形体を得る成形工程Ｓ１と、円筒形セラミックス成形体を焼成炉内に配置する配置工程Ｓ２と、配置した円筒形セラミックス成形体を焼成炉において焼成して円筒形セラミックス焼結体を得る焼成工程Ｓ３とを有し、配置工程Ｓ２では、焼成炉内の炉床あるいは炉床の上に設置した敷板に、複数の支持部材を並べ、該支持部材は１箇所につき３段以上重ねあわせて載置し、該支持部材上に円筒形セラミックス成形体を直立させた状態で載置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成炉を用いて円筒形セラミックス成形体を焼成する円筒形セラミックス焼結体の製造方法であって、
円筒形成形型のキャビティ内に原料粉末を充填し、加圧成形して円筒形セラミックス成形体を得る成形工程と、
前記円筒形セラミックス成形体を前記焼成炉内に配置する配置工程と、
前記配置した円筒形セラミックス成形体を前記焼成炉において焼成して円筒形セラミックス焼結体を得る焼成工程とを有し、
前記配置工程では、前記焼成炉内の炉床あるいは炉床の上に設置した敷板に、複数の支持部材を並べ、該支持部材は１箇所につき３段以上重ねあわせて載置し、該支持部材上に前記円筒形セラミックス成形体を直立させた状態で載置する円筒形セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記支持部材として平板を用いる請求項１に記載の円筒形セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記支持部材の厚さが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記支持部材が、セラミックス焼結体製である請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の円筒形セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記支持部材が、アルミナ製又はジルコニア製である請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の円筒形セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記支持部材の表面粗さを、算術平均粗さＲａで５μｍ以下とする請求項４又は請求項５に記載の円筒形セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項７】
接地面側の端面において、周方向４箇所以上の位置で測定した内径の最大値と最小値の差が１．５ｍｍ以下でかつ焼成時支持部材との接触面の窪みが０．３ｍｍ以下である円筒形セラミックス焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロン型回転カソードスパッタリング装置において、スパッタリングターゲットとして用いられる円筒形セラミックス焼結体の製造方法及び円筒形セラミックス焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパッタリングターゲットとしては、平板状のものが一般的に利用されているが、この平板状ターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリング法によりスパッタリングを行った場合には、その使用効率は１０％〜３０％ にとどまる。これは、マグネトロンスパッタリング法では、磁場によってプラズマを平板状ターゲットの特定箇所に集中して衝突させるため、ターゲット表面の特定箇所にエロージョンが進行する現象が起こり、その最深部がターゲット中のバッキングプレートまで達したところで、ターゲットの寿命となってしまうためである。
【０００３】
この問題に対して、スパッタリングターゲットを円筒形とすることで、ターゲットの使用効率を上げることが提案されている。このスパッタリング法は、円筒形のバッキングチューブとその外周部に形成された円筒形のターゲット材とからなる円筒形スパッタリングターゲットを用い、バッキングチューブの内側に磁場発生設備と冷却設備を設置して、円筒形スパッタリングターゲットを回転させながら、スパッタリングを行うものである。このような円筒形スパッタリングターゲットの使用により、ターゲットの使用効率を６０％〜７０％にまで高めることができる。加えて、このスパッタリング法は冷却効率に優れるため、投入電力を大きくし、高い成膜速度で成膜することができる。
【０００４】
このような円筒形スパッタリングターゲットの材料としては、円筒形状への加工が容易で機械的強度の高い金属材料が広く使用されているものの、セラミックス材料については、機械的強度が低く、脆いという性質から、いまだ普及するに至っていない。
【０００５】
セラミックス製の円筒形スパッタリングターゲットは、円筒形状のバッキングチューブの外周にセラミックス粉末を溶射して付着させる溶射法や、円筒形状のバッキングチューブの外周にセラミックス粉末を充填し、高温高圧の不活性雰囲気下でセラミックス粉末を焼成する、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法などにより製造することが一般的である。しかしながら、溶射法には高密度のターゲットが得られにくいという問題がある。また、ＨＩＰ法には、イニシャルコストやランニングコストが高く、熱膨張差による剥離、さらにはターゲットやバッキングチューブのリサイクルができないといった問題がある。
【０００６】
これに対して、近年、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法により円筒形セラミックス成形体を成形し、これを焼成炉内の敷板上に載置し、焼成することで円筒形セラミックス焼結体とした後、研削加工することにより円筒形ターゲット材を得て、これを円筒形状のバッキングチューブと接合する、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法が研究されている。この方法によれば、工業規模の製造において、比較的低コストで、高密度の円筒形スパッタリングターゲットを容易に得ることができる。また、スパッタリング後に、円筒形ターゲット材からバッキングチューブを容易に取り外して、リサイクルすることが可能であるため、円筒形スパッタリングターゲットの低コスト化を図ることができる。
【０００７】
この方法では、焼成工程において、円筒形セラミックス成形体が収縮する際に、その下端面（焼成時に、敷板と接する面）と敷板との間に作用する摩擦力によって、得られる円筒形セラミックス焼結体が大きく変形するという問題がある。このように変形した円筒形セラミックス焼結体は、引き続き行われる研削加工工程において加工機器への取り付けが困難となるばかりでなく、研削量が増加し、生産性が著しく低下することとなる。また、加工中に微細な亀裂（マイクロクラック）や欠けが生じやすく、バッキングチューブとの接合（ボンディング）時やスパッタリング時における円筒形ターゲット材の割れや欠けなどの原因となる。
【０００８】
この問題に対して、特許文献１では、被焼成物である円筒形セラミックス成形体を、この円筒形セラミックス成形体と同等の焼結収縮率を有する板状のセラミックス成形体からなる敷板の上に載置し、板状のセラミックス成形体と円筒形セラミックス成形体の間に、アルミナ粉末などの敷粉を敷く方法が記載されている。
【０００９】
特許文献２では、平面を有する基体（敷板）と、独立して移動可能な複数の部材からなる成形体支持体と、基体と成形体支持体との間に丸棒または球状のセラッミクス焼結体から構成される摺動層とを備えた焼成治具を用いて、焼成を行う方法を提案している。
【００１０】
しかしながら、これらの方法では、丸棒または球状のセラミックス材から構成される摺動層は安定性が低く、炉床のわずかな傾斜、炉内に供給する雰囲気ガスまたは有機成分が分解することによって生じる気流の影響により、摺動層とともに円筒形セラミックス成形体が炉内を移動し、炉壁や隣接する円筒形セラミックス成形体と接触するという問題がある。また、焼成炉内における円筒形セラミックス成形体の配置は、分解生成ガスや炉内に供給する雰囲気ガスの影響を考慮して、円筒形セラミックス成形体が均一に焼成されるように設定されるものであるが、このような移動により、円筒形セラミックス成形体が均一に焼成されなくなるという問題がある。
【００１１】
これに対して、特許文献３では、通気孔を有する敷板上に、複数の支持部材を、該通気孔を中心として長手方向が円の径方向に一致するように、かつ放射上に配置し、その上に円筒成形体を垂直に載置する方法が提案されている。この方法によれば円筒成形体の炉内水平方向の移動を抑制し、かつ酸化物同士の摩擦係数は小さいため敷板上を支持部材が滑ることによって変形が小さく、均質な焼結体が得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２８１８６２号公報
【特許文献２】特開２００８−１８４３３７号公報
【特許文献３】特開２０１６−８８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
円筒形セラミックス焼結体の製造方法において、焼成炉を繰り返し使用すると、支持体や支持部材の変形又は固着等によって、摺動機能を十分に発揮することができず、支持体や支持部材との引っ掛かりによって円筒形セラミックス成形体に大きな変形が生じてしまうことがある。また、支持部材の形状によっては、成形体重量が重くなると支持部材の成形体へのくい込みが強くなり、その分を除去する加工代を設けなければならないことがある。
【００１４】
本発明は、上記状況を鑑み、マグネトロン型回転カソードスパッタリング装置において、スパッタリングターゲットとして用いられる円筒形セラミックス焼結体において、焼結時における変形が少なく、繰り返し焼成を行っても安定した形状を有する円筒形セラミックス焼結体の製造方法及び円筒形セラミックス焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上述した問題に鑑みて、円筒形セラミックス焼結体の焼結収縮に伴う変形を抑制する方法について鋭意検討を重ね、高温耐久性を備えた支持部材を放射状に配置し、その表面の滑りを利用する焼成方法において、支持部材を平板状にし、複数枚重ねることによって、繰り返し試験においてもより安定的に表面の滑りを使用することができるとの知見を得た。
【００１６】
すなわち、本発明の一態様は、焼成炉を用いて円筒形セラミックス成形体を焼成する円筒形セラミックス焼結体の製造方法であって、円筒形成形型のキャビティ内に原料粉末を充填し、加圧成形して円筒形セラミックス成形体を得る成形工程と、前記円筒形セラミックス成形体を前記焼成炉内に配置する配置工程と、前記配置した円筒形セラミックス成形体を前記焼成炉において焼成して円筒形セラミックス焼結体を得る焼成工程とを有し、前記配置工程では、焼成炉内の炉床あるいは炉床の上に設置した敷板に、複数の支持部材を並べ、該支持部材は１箇所につき３段以上重ねあわせて載置し、該支持部材上に前記円筒形セラミックス成形体を直立させた状態で載置する。
【００１７】
本発明の一態様によれば、複数枚（３段以上）の支持部材間の滑りを利用することで、摩擦力を低減しつつ、円筒形セラミックス成形体を安定して支持することができ、焼結収縮に伴う変形を安定的に抑制することができる。
【００１８】
このとき、本発明の一態様では、支持部材として平板を用いることができる。
【００１９】
平板にすることにより、支持部材の円筒形セラミックス成形体へのくい込みによる窪み量を抑制することができる。
【００２０】
また、このとき、本発明の一態様では、支持部材の厚さを０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
【００２１】
支持部材は積み重ねることや低コストで取り替え可能であることを考慮に入れて０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さにすることが好ましい。
【００２２】
本発明の一態様では、支持部材をセラミックス焼結体製としてもよい。
【００２３】
セラミックス焼結体製は、高温耐久性を備え、その表面状態が容易に変化しないため、支持部材として適している。
【００２４】
また、本発明の一態様では、支持部材をアルミナ製又はジルコニア製としてもよい。
【００２５】
高温耐久性を備え、その表面状態が容易に変化せず、かつ、焼成時に円筒形セラミックス成形体と反応しない点からアルミナ製又はジルコニア製が好適である。
【００２６】
また、本発明の一態様では、支持部材の表面粗さを、算術平均粗さＲａで５μｍ以下としてもよい。
【００２７】
重ねた支持部材間の摩擦力を小さくするためには、支持部材の表面粗さを上記範囲内とすることが好ましい。
【００２８】
本発明の他の態様は、接地面側の端面において、周方向４箇所以上の位置で測定した内径の最大値と最小値の差が１．５ｍｍ以下でかつ焼成時支持部材との接触面の窪みが０．３ｍｍ以下である円筒形セラミックス焼結体である。
【００２９】
本発明の他の態様によれば、寸法精度の優れた円筒形セラミックス焼結体となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、焼結時における変形を抑制可能な円筒形セラミックス焼結体の製造方法を提供することができる。このような製造方法により得られる円筒形セラミックス焼結体は、寸法精度が高く、研削量を低減することができるばかりでなく、バッキングチューブと接合して円筒形スパッタリングターゲットを作製する際に、割れや欠けなどが生じることを効果的に抑制することができる。したがって、本発明により円筒形スパッタリングターゲットを従来よりも収率よく低コストで提供することが可能となるため、その工業的意義は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る円筒形セラミックス焼結体の製造方法におけるプロセスの概略を示す工程図である。
【図２】焼成炉内における円筒形セラミックス成形体の配置を説明するための概略断面図である。
【図３】焼成炉内における円筒形セラミックス成形体の配置を説明するための平面図である。
【図４】焼成工程において、円筒形セラミックス成形体が収縮する際の支持部材の作用を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る円筒形セラミックス焼結体の製造方法及び円筒形セラミックス焼結体について図面を参照しながら以下の順序で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。
１．円筒形セラミックス焼結体の製造方法
１−１．成形工程
１−２．配置工程
１−３．焼成工程
２．円筒形セラミックス焼結体
【００３３】
＜１．円筒形セラミックス焼結体の製造方法＞
図１は、本発明の一実施形態に係る円筒形セラミックス焼結体の製造方法におけるプロセスの概略を示す工程図である。本発明の一実施形態は、焼成炉を用いて円筒形セラミックス成形体を焼成する円筒形セラミックス焼結体の製造方法であって、円筒形成形型のキャビティ内に原料粉末を充填し、加圧成形して円筒形セラミックス成形体を得る成形工程Ｓ１と、円筒形セラミックス成形体を焼成炉内に配置する配置工程Ｓ２と、配置した円筒形セラミックス成形体を焼成炉において焼成して円筒形セラミックス焼結体を得る焼成工程Ｓ３とを有し、配置工程Ｓ２では、焼成炉内の炉床あるいは炉床の上に設置した敷板に、複数の支持部材を並べ、該支持部材は１箇所につき３段以上重ねあわせて載置し、該支持部材上に円筒形セラミックス成形体を直立させた状態で載置する。
【００３４】
このような複数枚の支持部材間の滑りを利用することで、摩擦力を低減しつつ、円筒形セラミックス成形体を安定して支持することができ、繰り返し試験においても支持部材の変形や固着および破損の影響を受けにくい。本発明は、これにより焼結収縮に伴う変形を安定的に抑制することができるとの知見に基づき完成したものである。
【００３５】
以下、各工程について詳細に説明する。なお、本発明の一実施形態に係る円筒形セラミックス焼結体の製造方法は、製造する円筒形セラミックス焼結体のサイズによって制限されることはないが、以下では、主として、外径が８０ｍｍ〜２００ｍｍ、内径が４０ｍｍ〜１９０ｍｍ、全長が５０ｍｍ〜５００ｍｍの円筒形セラミックス焼結体を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００３６】
（１−１．成形工程）
成形工程Ｓ１は、円筒形成形型のキャビティ内に原料粉末を充填し、例えば、ＣＩＰ法により加圧成形し、円筒形セラミックス成形体を得る工程である。
【００３７】
［原料粉末］
本発明において、原料粉末は特に制限されることなく、目的とする円筒形スパッタリングターゲットの組成に応じて適宜選択することができる。例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる円筒形スパッタリングターゲットを得ようとする場合には、原料粉末として、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）粉末と酸化スズ（ＳｎＯ）粉末を用いることができる。また、ＡＺＯ（Aluminium Zinc Oxide）からなる円筒形スパッタリングターゲットを得ようとする場合には、原料粉末として、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末と酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末を用いることができる。
【００３８】
なお、原料粉末を所定の割合で混合した後、そのままの状態で成形することも可能であるが、純水、バインダおよび分散剤などと混合した後、噴霧乾燥し、造粒粉末としてからキャビティ内に充填することが好ましい。造粒粉末は、原料粉末と比べて高い流動性を有しており、充填性に優れている。このため、原料粉末の代わりに、造粒粉末を用いることで、工業規模の製造においても、高密度の円筒形セラミックス成形体を容易に得ることができる。
【００３９】
［成形］
成形はＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing：冷間静水圧プレス）成形が一般的であるが高密度の円筒形成形体が得られるものであればＣＩＰ成形に限らない。ＣＩＰ成形の場合、キャビティ内に原料粉末または造粒粉末を充填した後、円筒形成形型をＣＩＰ装置に投入し、加圧成形する。なお、水などの圧媒が成形型内に侵入することを防ぐために、円筒形成形型を真空包装した上で、ＣＩＰ装置に投入してもよい。ＣＩＰ成形における保持圧力は、９８ＭＰａ〜２９４ＭＰａとすることが好ましい。保持圧力が９８ＭＰａ未満では、得られる円筒形セラミックス成形体の密度を十分に高いものとすることができない場合がある。一方、保持圧力が２９４ＭＰａを超えると、ＣＩＰ装置に対する負荷が過度に大きくなるばかりか、生産コストの上昇を招くこととなる。
【００４０】
なお、保持圧力で保持する時間（保持時間）は、１分〜３０分とすることが好ましく、３分〜１０分とすることがより好ましい。保持時間が１分未満では、得られる円筒形セラミックス成形体の密度を十分に高いものとすることができない場合がある。一方、保持時間が３０分を超えると、生産性が悪化することとなる。
【００４１】
（１−２．配置工程）
配置工程Ｓ２は、成形工程Ｓ１で得られた円筒形セラミックス成形体を支持部材を用いて焼成炉内に配置する工程である。
【００４２】
［配置］
図２は、焼成炉内における円筒形セラミックス成形体の配置を説明するための概略断面図であり、図３は、焼成炉内における円筒形セラミックス成形体の配置を説明するための平面図である。本発明では、焼成炉内の炉床１１あるいは炉床の上に設置した敷板１３に、複数の支持部材１５を並べ、さらに該支持部材１５は１箇所につき３段以上重ねあわせて載置し、該支持部材１５上に円筒形セラミックス成形体１６を直立させた状態で載置し、その後、焼成する。また、炉床１１等に通気口１２を設ける場合は、複数の支持部材１５を炉床の通気口１２を中心として放射上に並べ、さらに該支持部材１５は１箇所につき３段以上重ねあわせて載置し、該支持部材１５上に炉床１１の通気口１２の中心と円筒軸が一致するように円筒形セラミックス成形体１６を直立させた状態で載置し、焼成してもよい。なお、通気口１２の中心と円筒軸の一致については、これらが実質的に一致していれば足り、そのズレ（例えば、円筒形セラミックス成形体の内径に対して１０％〜３０％程度）は、本発明の効果が十分に得られる範囲で許容される。
【００４３】
より具体的には、はじめに、通気口１２を有する炉床１１を用意する。この際、通気口１２は雰囲気ガス供給口を兼ねる。次に支持部材１５を、通気口１２を中心として放射状に配置する。この際、例えば図３に示すように、複数の支持部材１５を周方向に等間隔で配置することが好ましい。そして、この支持部材１５を３枚以上重ねることが好ましい（例えば、図２の支持部材１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）。その上に中心と円筒軸が一致するように円筒形セラミックス成形体１６を直立させた状態で載置し焼成する。なお、焼成炉の大きさに応じて、円筒形セラミックス成形体１６を１つ以上配置することが可能であり、この場合、炉床１１に複数の通気口１２（雰囲気ガス供給口）を設け、それぞれの通気口を中心に支持部材を配置する。この際、通気口は成形体同士が干渉しないだけの間隔があればよい。
【００４４】
なお、形状の違う複数の種類の成形体を焼成する場合は、炉床１１の上に敷板１３を設置してもよい。敷板１３は、高温耐久性を備え、その表面状態が容易に変化せず、かつ、焼成時に円筒形セラミックス成形体１６と反応しないことが必要である。このため、その材質は円筒形セラミックス成形体１６の焼成温度などにより適宜選択されるが、その代表的な材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックス焼結体を用いることができる。また、敷板１３には、通気口１４を設ける。この通気口１４は、敷板１３上面は成形体を配置する位置に形成し、敷板下面は、炉床１１の通気口１２の位置として、雰囲気ガスが敷板１３の通気口１４を通り供給できるように形成する。これにより、成形体の種類により、これに対応した敷板１３を用いることで簡単に通気口１４の中心位置と円筒形セラミックス成形体１６との中心位置を合わせることができる。
【００４５】
図４は、焼成工程において、円筒形セラミックス成形体が収縮する際の支持部材の作用を説明するための概略断面図である。このような方法では、円筒形セラミックス成形体１６と支持部材１５Ａとの間や支持部材１５Ｃと敷板１３（又は炉床１１）との間に作用する摩擦力に比べて、セラミックス焼結体同士である支持部材間（１５Ａと１５Ｂ、及び、１５Ｂと１５Ｃの間）に作用する摩擦力が極めて小さいため、円筒形セラミックス成形体１６の焼結収縮時に支持部材１５が円筒形セラミックス成形体１６を載置したまま、滑り移動することが可能となり、焼結収縮に伴う変形を大幅に抑制することができる。また、支持部材１５を複数重ねることによって、摩擦力の小さい滑り面が複数存在（３枚重ねの場合は２箇所）するため、よりスムーズに滑り移動を行うことができる。さらに、繰り返しの使用や高温での使用において滑り面が、劣化による表面粗さ増大や融着などによってひっかかりを起こしても別の滑り面が滑るため大きな影響を起こさない。滑りが悪くなった支持部材は次回使用時に交換すればよく、全ての滑り面が一度に固着する可能性は極めてまれである。
【００４６】
また、敷板１３を使用する場合、特許文献３に記載があるように、支持部材１５と同じ材質を使用することで上記と同様に摩擦力を小さくすることができる。ただし、敷板１３は滑りを確保するため表面粗さを細かく保つ必要があるが、成形体という重量物を載せて熱をかけるため、繰り返し用いるとどうしてもキズやへこみ、割れ、欠けを生じる。そのような場合、敷板１３を交換する必要があるが、敷板１３は面積が大きく、通気口１４を設ける加工も必要なため、交換頻度が高いとコストが増大する原因となる。本件の場合、上述したように、支持部材１５を複数用いることで、支持部材１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ間にて摩擦係数を小さくすることができるので、敷板１３の表面状態の影響を受けることがない。よって、敷板１３の表面状態を厳しく管理する必要がない。また、コストを考慮し、敷板１３の材質を支持部材１５と違う材質に変更しても良いし、表面粗さを粗くしてもよい。
【００４７】
通気口１２は、雰囲気ガスの供給量を十分に確保することができ、かつ、焼成中に滑り移動してきた支持部材が落下しない程度の大きさであることが必要とされる。このため、通気孔の開口面積を３ｃｍ２〜３０ｃｍ２の範囲で調整することが好ましい。
【００４８】
しかも、支持部材１５の移動方向は、円筒形セラミックス成形体１６の径方向外側から中心に向かう方向（図４の矢印方向）に制限されるため、炉床１１のわずかな傾きや焼成時に生じた気流の影響により、円筒形セラミックス成形体１６が移動し、炉壁や隣接する円筒形セラミックス成形体と接触してしまうことを防止できる。
【００４９】
［支持部材］
支持部材１５は、高温耐久性を備え、その表面状態が容易に変化せず、かつ、焼成時に円筒形セラミックス成形体１６と反応しないことが必要である。このため、その材質は円筒形セラミックス成形体１６の焼成温度などにより適宜選択されるが、その代表的な材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックス焼結体を用いることができる。
【００５０】
支持部材１５として、セラミックス焼結体製のものを用いる場合、これらの表面のうち、少なくとも互いの接触面の表面粗さを、算術平均粗さＲａで５μｍ以下とすることが好ましく、３μｍ以下とすることがより好ましく、２μｍ以下とすることがさらに好ましい。支持部材１５の表面粗さがこのような範囲にあれば、これらの接触面における静止摩擦係数μが、概ね、０．１〜１．５程度、好ましくは０．１〜１．０程度となり、焼成工程中に、支持部材１５の円滑な滑り移動が可能となる。これに対して、これらの接触面の表面粗さが５μｍを超えると、支持部材１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ同士が円滑に滑り移動することができず、円筒形セラミックス成形体１６の焼結収縮に伴う変形を抑制することが困難となる。なお、支持部材１５の表面粗さＲａは、表面粗さ測定装置により測定することができる。
【００５１】
支持部材１５は、その上に、円筒形セラミックス成形体１６を載置し、安定して支持することが必要とされる。このため、支持部材１５は配置３箇所以上であることが必要となる。４箇所以上がさらに好ましく、６箇所以上とすることがより好ましい。ただし、支持部材１５の設置場所があまりに多いと、滑り移動した際に互いに干渉するため１０箇所以下程度に抑えるのが好ましい。
【００５２】
支持部材１５の重ねる枚数は３枚以上重ねることが望ましい。機能上は重ねる枚数に上限はないが、あまりに高く重ねると揺れに対して不安定になるので高さ３０ｍｍ以下に抑えるのが適当である。
【００５３】
支持部材１５の形状は平板状が好ましい。平板の長さ幅方向の形状はあまり制限がないが、焼結収縮にともに円筒径方向に滑り移動したときにずれで落ちないような大きさがあればよい。また円筒周方向には移動しないので、重ねられるだけの幅があればよい。但し、特許文献３にあるように支持部材１５の形状が丸棒状や角棒状である場合、成形体重量が重くなると支持部材が成形体へのくい込みが強くなり、窪み形状のまま焼結体になることがある。その場合、その後の研削工程では、その分を除去する加工代を設けなければならない。よって、丸棒状や角棒状ではなく、平板にすることにより、この支持部材が成形体へのくい込みによる窪み量を０．３ｍｍ以下に抑制することができる。平板状の支持部材の形状は、矩形状のものでよいが、焼結収縮時にずれ落ちないという要件を満たせば、円形状や多角形状であってもよい。また、重ねる支持部材は必ずしも同じ形状でなくてもよい。
【００５４】
例えば、平板の長方形の板であれば幅１５ｍｍ〜３０ｍｍ、長さ２０ｍｍ〜６０ｍｍ程度であることが好ましい。円板状の板であればφ２０ｍｍ〜６０ｍｍ程度が好ましい。くい込みによる窪み量は円筒の材質や高さ、焼結温度にもよるが例として述べたＩＴＯやＡＺＯなどで５００ｍｍ程度の高さのセラミックスであれば１５ｍｍ以上の支持部材の幅があれば十分である。厚みは薄すぎると割れやすく３枚以上重ねたときに３０ｍｍ以下にすることが望ましいので０．５ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。特に、支持部材１５が低コストで容易に取り替え可能とするためには、平板状の支持部材１５は０．５ｍｍ〜５ｍｍの薄さでよい。
【００５５】
（１−３．焼成工程）
焼成工程Ｓ３は、上述のようにして配置した円筒形セラミックス成形体を、焼成炉を用いて焼成し、円筒形セラミックス焼結体を得る工程である。
【００５６】
［焼成条件］
円筒形セラミックス成形体の焼成条件は、その組成や大きさ、焼成炉の特性などに応じて適宜選択すべきものであり、特に制限されることはないが、概ね、以下の条件で焼成することができる。
【００５７】
ａ）脱バインダ段階
焼成工程では、はじめに、室温から特定の温度（脱バインダ温度）まで、一定の時間（脱バインダ時間）をかけて昇温することにより、円筒形セラミックス成形体に含まれる有機成分を除去することが必要となる。
【００５８】
この際の脱バインダ温度は、３００℃〜６００℃とすることが好ましく、４００℃〜５００℃とすることがより好ましい。また、脱バインダ時間は、５０時間〜３００時間とすることが好ましく、１００時間〜３００時間とすることがより好ましい。このような脱バインダ温度および脱バインダ時間であれば、円筒形セラミックス成形体に含まれる有機成分を十分に除去することができる。
【００５９】
なお、脱バインダ段階中は雰囲気ガスを炉内容積１ｍ３あたり１００Ｌ／分〜６００Ｌ／分、好ましくは２００Ｌ／分〜４００Ｌ／分で供給することが必要となる。雰囲気は、大気または酸素またはそれらの任意の混合ガスであればよい。
【００６０】
ｂ）焼結段階
脱バインダ段階後、炉内温度を焼成温度まで昇温し、この温度で一定時間保持することにより、円筒形セラミックス成形体を焼結させる。
【００６１】
焼成温度は、円筒形セラミックス成形体の組成によって異なるが、例えば、酸化インジウムを主成分とする場合には１２００℃〜１６００℃とすることが好ましく、高密度の円筒形セラミックス焼結体を得る観点から、１３００℃〜１６００℃とすることがより好ましい。一方、酸化亜鉛を主成分とする場合には１０００℃〜１４００℃とすることが好ましく、同様の観点から、１２５０℃〜１３５０℃とすることがより好ましい。また、焼成温度での保持時間は、５時間〜４０時間とすることが好ましく、１０時間〜３０時間とすることがより好ましい。
【００６２】
なお、焼結段階における雰囲気は、円筒形セラミックス成形体の組成によって異なるが、組成に応じて大気や酸素、またはこれらの混合ガスを、炉内容積１ｍ３あたり１００Ｌ／分〜６００Ｌ／分、好ましくは２００Ｌ／分〜４００Ｌ／分供給する。
【００６３】
＜２．円筒形セラミック焼結体＞
本発明の一実施形態に係る円筒形セラミックス焼結体は、円筒形セラミックス成形体の変形を抑制しつつ、均一に焼成することによって得られるものである。例えば、上述した製造方法によって得ることができる。このような円筒形セラミックス焼結体は、寸法精度が優れていることを特徴とする。詳細には、支持部材を複数使用することで焼結時、焼結収縮を固定されることなく自由に収縮されるため、円筒形の変形量が１．５ｍｍ以内になる。かつ、円筒形セラミックスと接触する支持部材の形状を平板にすることで、焼成時の成形体重量による支持部材のくい込みを抑制することができ、くい込みによる窪み量は０．３ｍｍ以下に抑制できる。このように本発明の一実施形態に係る円筒形セラミックス焼結体は、寸法精度の優れた焼結体となる。
【００６４】
なお、上記変形量は、以下の測定による。本発明の一実施形態に係る円筒形セラミックス焼結体は、接地側の端面の周方向４箇所以上の位置で測定した内径ｄの最大値ｄmaxと最小値ｄminの差によって定義される、変形量Δｄ（＝ｄmax−ｄmin）が１．５ｍｍ以下である。ここで、周方向４箇所の位置は、円筒形セラミックス焼結体の中心を通る直線で最初の内径を決定し、当該直線を４５°ずつその位相がずれた位置にある直線上の内径を順次測定すればよく、測定箇所を多くする場合には、その位相がずれる角度をその数に応じて決定すればよい。
【００６５】
窪み量は、支持部材が接触していない面を基準として、支持部材が接触した位置の最大の深さを窪み量とした。なお、支持部材が接触した位置が複数ある場合は、その平均値を食い込み量とする。また、測定方法はデプスゲージを用いて測定する。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明について、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００６７】
なお、以下の実施例および比較例では、得られた円筒形セラミックス焼結体の特性について、次の評価項目により評価した。評価方法としては１焼結バッチ８個／バッチ×５回繰り返しで作製し（合計４０個）、１．５ｍｍ以上の変形量の個数を数えた。
【００６８】
（実施例１）
［造粒粉末］
実施例１では、はじめに、酸化亜鉛粉末と酸化アルミニウム粉末を、酸化アルミニウム粉末の割合が２質量％となるように秤量した。これらの原料粉末の濃度が６０質量％となるように純水と、バインダとしてのポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と、分散剤とを加えて、ビーズミル（アシザワ・ファインテック株式会社製）により混合および解砕することで、スラリーを形成した。
【００６９】
次に、このスラリーをスプレードライヤ（大川原化工機株式会社製、ＯＤＬ−２０型）で噴霧乾燥することにより、球状の造粒粉末を得た。この造粒粉末のタップ密度を振とう比重測定器（蔵持科学器械製作所製ＫＲＳ−４０９）を用いて測定したところ、１．５ｇ／ｃｍ３であることが確認された。
【００７０】
［成形工程］
この造粒粉末を円筒形ゴム型に充填した後、冷間静水圧プレス装置に投入し、保持圧力
を２９４ＭＰａ、保持時間を１０分として加圧成形することにより、外径が１８０ｍｍ、内径が１５０ｍｍ、全長が３５０ｍｍの円筒形セラミックス成形体を８個作製した。
【００７１】
［焼成工程］
成形工程で得られた８個の円筒形セラミックス成形体を、内径４０ｍｍ（開口面積：１２．６ｃｍ２）の８個の雰囲気ガス供給口を有する炉内容積が０．５ｍ３の常圧焼成炉（丸祥電器株式会社製）内に載置し、焼成した。
【００７２】
はじめに、円筒形セラミックス成形体のそれぞれに対して、内径３０ｍｍ（開口面積：７．１ｃｍ２）の通気孔を有する、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミナ製の敷板を用意し、この敷板を炉床上に、それぞれ設置した。次に、通気孔の周囲に、支持部材として、幅１５ｍｍ、全長５０ｍｍ、高さ１ｍｍのアルミナ製の平板を３段、８箇所に計２４本を、通気孔を中心として、その長手方向が、通気孔を中心とする円の径方向と一致するように、かつ、放射状に配置した。この際、平板は、周方向に、概ね等間隔となるように配置した。続いて、円筒形セラミックス成形体を、円筒軸が通気孔の中心と一致するように支持部材上に直立させた状態で載置した。なお、本実施例では、支持部材として、表面粗さ測定装置（株式会社ミツトヨ製、サーフテストＳＪ−２１０）による測定で、表面粗さが、算術平均粗さＲａで３μｍのものを用いた。
【００７３】
この状態で、雰囲気ガス供給口を介して、常圧焼成炉内に、炉内容積１ｍ３あたり３００Ｌ／分で空気を流通させながら４５０℃（脱バインダ温度）まで１６０時間かけて昇温することによりバインダを除去した。その後、炉内容積１ｍ３あたり３００Ｌ／分で酸素を流通させながら、１３５０℃まで昇温して、この温度（焼成温度）で２０時間保持し、円筒形セラミックス成形体を焼結させることにより、８個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。これらの円筒形セラミックス焼結体を炉内から取り出し、その変形量を測定した。
【００７４】
上記手順で、５回繰り返し、計４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。この時の１．５ｍｍ以上の変形量の個数を数えた。
【００７５】
（実施例２）
実施例２では、原料粉末を、酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末との混合粉末とし、酸化スズ粉末の割合を１０質量％としたこと、および、原料粉末の濃度を６５質量％としてスラリーを形成した。また、円筒形セラミックス成形体の形状を、外径が２００ｍｍ、内径が１６０ｍｍ、全長が３３０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、球状の造粒粉末を得た。この造粒粉末のタップ密度は、１．５ｇ／ｃｍ３であった。円筒形セラミックス成形体はそれぞれに対して、内径３０ｍｍ（開口面積：７．１ｃｍ２）の通気孔を有する炉床の上にそれぞれ支持部材を介して設置した。また、脱バインダ温度を５００℃としたこと、および、焼成温度を１５５０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。その結果を表１に示す。
【００７６】
（実施例３）
実施例３では、支持部材の段数を５段とした。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００７７】
（実施例４）
実施例４では、支持部材をジルコニア製とした。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００７８】
（実施例５）
実施例５では、支持部材として、表面粗さが、算術平均粗さＲａで５μｍのものを用いた。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００７９】
（実施例６）
実施例６では、支持部材をジルコニア製とし、表面粗さが、算術平均粗さＲａで５μｍのものを用いた。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８０】
（実施例７）
実施例７では、支持部材をジルコニア製とし、支持部材の幅を１０ｍｍとした。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８１】
（比較例１）
比較例１では、支持部材の段数を２段とした。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８２】
（比較例２）
比較例２では、支持部材の段数を１段とした。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８３】
（比較例３）
比較例３では、支持部材として、表面粗さが、算術平均粗さＲａで６μｍのものを用いた。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８４】
（比較例４）
比較例４では、支持部材をジルコニア製とし、支持部材の段数を２段とした。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８５】
（比較例５）
比較例５では、支持部材をジルコニア製とし、表面粗さが、算術平均粗さＲａで６μｍのものを用いた。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８６】
（比較例６）
比較例６では、幅３ｍｍ、全長５０ｍｍの円柱状の支持部材（１段）を用いた。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８７】
（比較例７）
比較例７では、幅３ｍｍ、全長５０ｍｍの角柱状の支持部材（１段）を用いた。その他は実施例１と同様にして、４０個の円筒形セラミックス焼結体を作製した。
【００８８】
なお、比較例６、７では、敷板の支持部材と接触する面は、支持部材と同等の表面粗さとした。また、繰り返し行うときは、そのままの状態で支持部材を設置した。
【００８９】
上記実施例と比較例について、それぞれ４０個の円筒形セラミックス焼結体の変形量を測定し、その時の１．５ｍｍ以上の変形量の個数を数えた。また、窪み量を測定した。その結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
2018095504.tif 000003
【００９１】
表１より、実施例においては変形量が１．５ｍｍを超える個数が０であり焼結体の形状寸法が良好であり、繰り返し５回行っても寸法精度が維持されていることが判る。比較例においては、比較例２にあるように支持部材が１枚で、摩擦抵抗が大きく滑りが発生しない場合、変形量が大きいことが判る。また、支持部材の表面粗さがＲａ５μｍを超えると摩擦抵抗が大きくなり、一部に変形量が１．５ｍｍを超える焼結体が発生する。なお、焼結体の窪み量は、平板の支持部材を使用したため、０．３ｍｍ以上窪みは発生していなかった。
【符号の説明】
【００９２】
１１  炉床、１２  （炉床の）通気口、１３  敷板、１４  （敷板の）通気口、１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）  支持部材、１６  円筒形セラミックス成形体
【図１】
2018095504.tif 000004
【図２】
2018095504.tif 000005
【図３】
2018095504.tif 000006
【図４】
2018095504.tif 000007