(57)【要約】【課題】  歩留りを向上させると共に、製造コストを低減することが可能なセラミック成形体の焼成方法を提供すること。【解決手段】  貫通孔が形成されたセラミック成形体１の焼成方法は、中空状部分を有する棒Ｒと、当該棒Ｒを支持する枠部１１を有するさや１０と、を用意し、セラミック成形体１を棒Ｒに通して、当該棒Ｒにセラミック成形体１を配する工程と、セラミック成形体１が配された棒Ｒを枠部１１に支持して、さや１０にセラミック成形体１を配する工程と、さや１０に配されたセラミック成形体１を焼成する工程と、を備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状部分を有する棒と、当該棒を支持する枠部を有するさやと、を用意し、
貫通孔が形成されたセラミック成形体を前記棒に通して、当該棒に前記セラミック成形体を配する工程と、
前記セラミック成形体が配された前記棒を前記枠部に支持して、前記さやに前記セラミック成形体を配する工程と、
前記さやに配された前記セラミック成形体を焼成する工程と、を備えることを特徴とするセラミック成形体の焼成方法。
【請求項２】
前記中空状部分は、前記棒の一方の端から他方の端まで伸びていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック成形体の焼成方法。
【請求項３】
前記棒は、セラミック材料からなることを特徴とする請求項１に記載のセラミック成形体の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック成形体、特に貫通孔が形成されたセラミック成形体の焼成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
貫通孔が形成されたセラミック成形体（例えば、リング状のセラミック成形体）の焼成方法として、リング状のセラミック成形体を棒に通して、当該棒にセラミック成形体を配する工程と、セラミック成形体が配された棒をさや（匣鉢）に支持して、当該さやにセラミック成形体を配する工程と、さやに配されたセラミック成形体を焼成する工程と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３４３６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、歩留りを向上させると共に、製造コストを低減することが可能なセラミック成形体の焼成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は、焼成不良や特性ばらつきを抑制し得るセラミック成形体の焼成方法について鋭意研究を行った結果、以下のような事実を新たに見出した。
【０００５】
セラミック成形体を焼成するために用いる上記棒は、通常、繰り返し使用され、その都度、高温に晒される。すなわち、棒は、当該棒に配されたセラミック成形体から荷重（応力負荷）を受けた状態で、繰り返し高温に晒される。このため、棒の弾性率あるいは強度が低下して、クリープが生じ、棒が変形する。棒が変形すると、当該棒に配されたセラミック成形体同士が接触し易くなる。隣接するセラミック成形体同士が接触していると、接触した部分は、十分に焼成されず、焼成不良や特性ばらつきが生じてしまう。
【０００６】
ところで、近年では、電子機器に用いられる電子部品の小型、薄型化の要請が強く、電子部品、例えば電圧依存性非直線抵抗体（以下、バリスタと称する）に用いられるセラミック焼結体を得るためのセラミック成形体も小型、薄型化する必要がある。セラミック成形体を小型化した場合、当該セラミック成形体に形成された貫通孔の内径も小さくなるため、当該貫通孔に合わせて棒の外径も小さくする必要がある。例えば、貫通孔の内径を３ｍｍ以下に設定する要求もある。このため、棒が細くなってしまい、より一層変形し易くなる。
【０００７】
クリープが生じる前に棒を新しいものと交換することにより、焼成不良や特性ばらつきの発生を抑制することはできる。しかしながら、棒の交換を頻繁に行うと、製造コストが嵩んでしまう。棒のクリープ変形量を小さくし、棒の長寿命化を図ることができれば、焼成不良や特性ばらつきを抑制して、歩留りを向上させることができると共に、製造コストを低減することができる。
【０００８】
かかる研究結果を踏まえ、本発明に係るセラミック成形体の焼成方法は、中空状部分を有する棒と、当該棒を支持する枠部を有するさやと、を用意し、貫通孔が形成されたセラミック成形体を棒に通して、当該棒にセラミック成形体を配する工程と、セラミック成形体が配された棒を枠部に支持して、さやにセラミック成形体を配する工程と、さやに配されたセラミック成形体を焼成する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るセラミック成形体の焼成方法では、セラミック成形体が配される棒が中空状部分を有するので、同一外径で比べた場合、中実のものに比して質量が小さい。また、中空状部分では、機械的強度が大きくなる。これにより、棒のクリープ変形量が小さくなり、当該棒の長寿命化を図ることができる。この結果、棒の交換頻度を少なくして、製造コストを低減することができる。また、棒が軽いので、棒刺し工程での作業性も良好となる。
【００１０】
本発明によれば、クリープ変形量が小さいことから、隣接するセラミック成形体が接触した状態で焼成されるのを抑制することができる。また、棒が中空状部分を有することから、中実のものに比して熱容量が小さく、焼成温度に対する追従性が良好である。このため、セラミック成形体の外周部分と内周部分とで熱の伝わり方の差が少なくなり、セラミック成形体を均一に焼成することができる。これら結果、焼成不良や特性ばらつきの発生が抑制されることとなり、歩留りを向上させることができる。
【００１１】
また、上記中空状部分は、棒の一方の端から他方の端まで伸びていることが好ましい。この場合、質量をより一層小さくできると共に、棒全体にわたって機械的強度が大きくなり、クリープ変形量を極めて小さくすることができる。棒の熱容量も極めて小さくすることができる。
【００１２】
また、上記棒は、セラミック材料からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、歩留りを向上させると共に、製造コストを低減することが可能なセラミック成形体の焼成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るセラミック成形体の焼成方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
本実施形態は、本発明をバリスタに用いる磁器（以下、バリスタ磁器と称する）の製造方法に適用したものである。図１は、本実施形態に係るバリスタ磁器の製造過程を説明するためのフロー図である。尚、公知の製造過程については、説明を簡略化する。
【００１６】
まず、セラミック成形体１を成型する（成型工程：Ｓ１０１）。成型工程Ｓ１０１では、原料粉末を、混合、仮焼、粉砕、成型、脱バインダの順に処理し、貫通孔３が形成されたセラミック成形体１を得る（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。図２（ａ）はセラミック成形体を示す平面図であり、図２（ｂ）はセラミック成形体を示す側面図である。
【００１７】
原料粉末には、通常、バリスタ磁器を構成する元素それぞれの化合物の粉末を用いる。原料粉末には、酸化物又は焼成によって酸化物となる化合物、例えば、炭酸塩、水酸化物等を用いることができる。原料粉末を、最終組成が所望の組成となるように秤量し、混合（例えば、湿式混合等）する。次いで、脱水処理した後、乾燥し、例えば１０８０〜１２５０℃程度で２〜４時間程度仮焼成する。次いで、仮焼成物を粉砕した後、有機バインダを加え、さらに水、ｐＨ調整剤、保湿剤等を加えて混合する。次いで、混合物をリング状に成型し、脱バインダ処理を施す。セラミック成形体１の外周形状及び貫通孔３の形状は、平面視で円形を呈している。
【００１８】
次に、図３〜図５にも示されるように、セラミック成形体１を棒Ｒに通して、串刺し状に整列させる（棒刺し工程：Ｓ１０３）。棒刺し工程Ｓ１０３では、セラミック成形体１を、一方の端部側から、棒Ｒに通していく。これにより、所定の数のセラミック成形体１が棒Ｒに配されることとなる。図３は、さやを示す平面図である。図４は、さやを示す正断面図である。図５は、さやを示す側断面図である。図３〜図５は、さや１０がセラミック成形体１を配した棒Ｒを支持している状態を描いている。
【００１９】
棒Ｒは、中空状部分を有している。棒Ｒは、図６にも示されるように、その一端から他端まで中空状部分が伸びるパイプ状の部材であり、その中心軸方向に直交する面で切断したときの断面形状がリング形状を呈している。棒Ｒの外径は、セラミック成形体１の貫通孔３の内径よりも小さい。例えば、セラミック成形体１の外径が１０ｍｍであり、内径が７ｍｍである場合、棒Ｒの外径は４ｍｍに、内径は３ｍｍに設定することができる。棒Ｒは、セラミック材料からなり、例えば、アルミナあるいはムライト（３Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２等）からなるパイプ状の部材の表面にジルコニアをディップコーティングして付着させたものを用いることができる。
【００２０】
次に、複数のセラミック成形体１をさや１０に配置する（さや詰め工程：Ｓ１０５）。さや詰め工程Ｓ１０５では、まず、さや１０を用意する（図３〜図５参照）。さや１０は、矩形状の枠部１１を有しており、無底状である。枠部１１は、Ｘ軸方向でみて互いに対向する２つの部分１１ａ，１１ｂ、及びＹ軸方向でみて互いに対向する２つの部分１１ｃ，１１ｄを含む。さや１０は、枠部１１の対向する２つの部分１１ａ，１１ｂでセラミック成形体１が配された棒Ｒの両端を支える。
【００２１】
さや１０の上面には、当該さや１０を積み重ねる際に、上側に位置するさや１０と係合し横ずれを防ぐ隆起部１３が形成されている。さや１０の下面には、隆起部１３に対応する位置に、段下がり部１５が形成されている。段下がり部１５は、さや１０の下面から上面側に引き込むように形成されている。段下がり部１５には、さや１０を積み重ねた際に、下側に位置するさや１０の枠部１１の隆起部１３が係合することとなる。枠部１１（各部分１１ａ〜１１ｄ）により囲まれる内側の領域が、複数のセラミック成形体１が配置される成形体配置領域１７となる。さや１０の材料としては、耐熱性（耐火性）を有する材料、例えば、アルミナ、ムライト、又はジルコニア等が用いられる。
【００２２】
さや１０を用意すると、セラミック成形体１が配された複数本の棒Ｒをさや１０の対向する２つの部分１１ａ，１１ｂに架け渡して棒Ｒの両端が対応する各部分１１ａ，１１ｂでそれぞれ支持される状態とし、略平行に並べる（図３〜図５参照）。これにより、複数のセラミック成形体１がさや詰めされ、さや１０の成形体配置領域１７に配されることとなる。
【００２３】
枠部１１の対向する２つの部分１１ａ，１１ｂには、各棒Ｒが相互に略平行であり且つ当該２つの部分１１ａ，１１ｂに直交する位置に位置決めされるように、複数の凹部１９が等間隔に形成されている。各凹部１９は、縦断面形状が略Ｖ字状の溝である。凹部１９の深さ（凹部１９が形成された位置での枠部１１の上下方向の厚み）は、セラミック成形体１が配された棒Ｒを枠部１１で支持した状態で、棒Ｒに配されたセラミック成形体１がさや１０からはみ出さない、すなわち当該セラミック成形体１がさや１０の上下方向での厚みの範囲内に収まるように設定されている。セラミック成形体１を配した棒Ｒを枠部１１で支持した際に、隣接する棒Ｒに配されたセラミック成形体１が相互に接触しないように、凹部１９の間隔はセラミック成形体１の外径より大きく設定されている。
【００２４】
次に、セラミック成形体１を焼成炉２０で焼成する（焼成工程：Ｓ１０７）。焼成炉２０は、図７に示されるように、一端に入口部２１と、他端に出口部２３とを備え、トンネル形状とされている。焼成炉２０内は、焼成雰囲気が還元雰囲気とされ、当該還元雰囲気を構成するガス（例えば、Ｎ２とＨ２との混合ガス）がさや１０の搬送方向（図７中、矢印Ａ方向）とは反対の方向（図７中、矢印Ｂ方向）に流れている。
【００２５】
焼成工程Ｓ１０７では、図７に示されるように、さや詰め工程Ｓ１０５にて複数のセラミック成形体１がさや詰めされたさや１０を多段（例えば、３段等）に積み重ねて台板２５に載置し、台板２５をプッシャー２７で押すことによりさや１０を焼成炉２０内に搬送する。これにより、セラミック成形体１は、棒Ｒに配された状態で還元焼成され、セラミック焼結体としてのバリスタ磁器が得られることとなる。さや１０は、当該さや１０に配された棒Ｒの中心軸方向が上記搬送方向と略平行となるように、台板２５に載置される。
【００２６】
最上段のさや１０の上には、蓋２９が載置される。蓋２９と最上段のさや１０との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。また、さや１０とさや１０との間にも、所定の間隔の隙間が形成されている。さや１０内には、上記間隙を通して、還元雰囲気を構成するガスが搬送方向前側から流入する。通常、焼成炉２０内においては、積み重ねられたさや１０の上方の空間が広く、この空間でのガスの流量及び流速が大きい。したがって、ガスは、主として、上記空間に近い間隙（例えば、蓋２９と最上段のさや１０との間隙等）からさや１０内に流入する。さや１０は、無底状であることから、さや１０内に流入したガスは、積み重ねられた複数のさや１０により画成される空間内を循環する。そして、セラミック成形体１から発生した燃焼成分を含むガスは、主として、積み重ねられた複数のさや１０の搬送方向後側から排出される。
【００２７】
次に、さや１０から焼成したセラミック成形体１（バリスタ磁器）を取り出す（さやあけ工程：Ｓ１０９）。さやあけ工程Ｓ１０９では、棒Ｒを略水平に保ちながらさや１０から取り外す。棒Ｒには焼成されたセラミック成形体１が配されているが、焼成時に隣接するセラミック成形体１の間で圧迫し合うような力が働かないため、棒Ｒに配されたセラミック成形体１は隣接するもの同士で付着することがない。なお、リング状のバリスタ磁器は棒Ｒに配された状態で次の工程に移送してもよい。
【００２８】
以上のように、本実施形態においては、セラミック成形体１が配される棒Ｒが中空状部分を有するので、同一外径で比べた場合、中実のものに比して質量が小さい。また、中空状部分では、機械的強度が大きくなる。これにより、棒Ｒのクリープ変形量が小さくなり、当該棒Ｒの長寿命化を図ることができる。この結果、棒Ｒの交換頻度を少なくして、バリスタ磁器の製造コストを低減することができる。また、棒Ｒが軽いので、棒刺し工程Ｓ１０３での作業性も良好となる。
【００２９】
本実施形態によれば、クリープ変形量が小さいことから、棒Ｒに配された複数のセラミック成形体１のうち隣接するもの同士が接触した状態で焼成されるのを抑制することができる。また、棒Ｒが中空状部分を有することから、中実のものに比して熱容量が小さく、焼成炉２０内の温度（焼成温度）に対する追従性が良好である。このため、セラミック成形体１の外周部分と内周部分とで熱の伝わり方の差が少なくなり、セラミック成形体１を均一に焼成することができる。これら結果、焼成不良や特性ばらつきの発生が抑制されることとなり、歩留りを向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態において、棒Ｒの中空状部分は、当該棒Ｒの一方の端から他方の端まで伸びている。これにより、棒Ｒの質量をより一層小さくできると共に、棒Ｒの全体にわたって機械的強度が大きくなり、クリープ変形量を極めて小さくすることができる。また、棒の熱容量も極めて小さくすることができ、セラミック成形体１をより一層均一に焼成することができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、棒Ｒの質量が小さいことから、さや１０に与える荷重（応力負荷）が小さくなり、さや１０の長寿命化及び低コスト化も図ることができる。また、棒Ｒやさや１０等の質量が小さく熱容量も小さいことから、所望の焼成温度を得るために必要なエネルギーも少なくてすみ、焼成の際に必要なエネルギーのコストも低減することができる。
【００３２】
以上、本発明者等によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、セラミック成形体１（貫通孔３）、棒Ｒ、さや１０の形状は、上述したものに限られない。例えば、棒Ｒは、少なくともその一部に中空状部分を有していれば、残りの部分が中実であってもよい。
【００３３】
本実施形態においては、さや１０を搬送しながら当該さや１０に配置したセラミック成形体１を焼成しているが、これに限られることなく、さや１０を搬送することなくセラミック成形体１を焼成してもよい。また、さや１０を積み重ねることなく、焼成炉２０内に搬送してもよい。また、焼成炉２０内にて還元雰囲気を構成するガスの流れをさや１０の搬送方向とは反対の方向に生成しているが、焼成炉２０内が還元雰囲気とされているのであれば、必ずしも上記ガスの流れを生成する必要はない。また、さや１０を積み重ねる段数も、上述したものに限られない。
【００３４】
また、本実施形態においては、焼成炉２０内を還元雰囲気としたが、これに限られるものではない。セラミック成形体１に用いられる材料に応じて適宜選択すればよく、大気雰囲気又は不活性ガス雰囲気等であってもよい。
【００３５】
本発明は、上述したバリスタ磁器の製造方法に限らず、誘電体磁器、圧電磁器、又は半導体磁器等の製造方法に適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係るバリスタ磁器の製造過程を説明するためのフロー図である。
【図２】（ａ）はセラミック成形体を示す平面図であり、（ｂ）はセラミック成形体を示す側面図である。
【図３】さやを示す平面図である。
【図４】さやを示す正断面図である。
【図５】さやを示す側断面図である。
【図６】棒を示す縦断面図である。
【図７】焼成炉を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…セラミック成形体、３…貫通孔、１０…さや、１１…枠部、１７…成形体配置領域、２０…焼成炉、Ｒ…棒、Ｓ１０１…成型工程、Ｓ１０３…棒刺し工程、Ｓ１０５…さや詰め工程、Ｓ１０７…焼成工程、Ｓ１０９…さやあけ工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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