(57)【要約】【課題】焼成後に電子部品が焼成治具にくっつくことなく、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良が発生することを防止することができる電子部品用焼成治具を提供する。【解決手段】セラミックからなる基材の表面にコーティング層を有する電子部品用焼成治具である。コーティング層は、基材の表面に形成され、被焼成体から表層を通過し、基材に悪影響を与える成分を吸収する材質を含む層を少なくとも１層以上含む中間層と、表層が中間層の表面に被焼成体との反応性の低い材質から形成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックからなる基材の表面にコーティング層を有する電子部品用焼成治具であって、
前記コーティング層が、前記基材の表面に形成され、被焼成体から表層を通過し、前記基材に悪影響を与える成分を吸収する材質を含む層を少なくとも１層以上含む中間層と、表層が、中間層の表面に被焼成体との反応性の低い材質から形成される電子部品用焼成治具。
【請求項２】
前記中間層に、未安定化ＺｒＯ2が含まれる請求項１に記載の電子部品用焼成治具。
【請求項３】
前記中間層が、未安定化ＺｒＯ2とＡｌ2Ｏ3との混合物である請求項１又は２に記載の電子部品用焼成治具。
【請求項４】
前記中間層が、焼き付け又はプラズマ溶射により形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品用焼成治具。
【請求項５】
前記未安定化ＺｒＯ2の平均粒径が、１〜５０μｍである請求項２〜４のいずれか１項に記載の電子部品用焼成治具。
【請求項６】
前記未安定化ＺｒＯ2の添加量が、５〜８０質量％である請求項２〜５のいずれか１項に記載の電子部品用焼成治具。
【請求項７】
前記表層の主成分が、安定化ＺｒＯ2、ＺｒＣａＯ3、ＴｉＯ2の少なくとも１種から構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子部品用焼成治具。
【請求項８】
前記表層の主成分が、ＺｒＣａＯ3と安定化ＺｒＯ2との混合物から構成される請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子部品用焼成治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用焼成治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックコンデンサ、サーミスタ、フェライト等のセラミックからなる電子部品の焼成には、例えば、アルミナ質の焼成用治具（例えば、匣鉢、プレート等）の上に電子部品を載置して焼成する方法が採用されてきた。しかしながら、上記焼成治具は、電子部品（被焼成体）の特性に悪影響を及ぼす成分（例えば、シリカ（ＳｉＯ2）等）の飛散を防止するため、できるだけアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）含有率を高くする必要があったが、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）含有率が高くなると、熱膨張係数が大きくなり、耐熱衝撃性の低下や短寿命であるという問題点があった。
【０００３】
上記の問題点を解消するため、セラミック材（基材）の表面にジルコニア（ＺｒＯ2）のコーティング層を形成したり、セラミック材（基材）とジルコニア（ＺｒＯ2）のコーティング層との間にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を溶射して中間層を形成した焼成用治具が用いられてきた。
【０００４】
また、セラミック材（基材）の表面に、未安定化ジルコニア及び完全安定化ジルコニアの総量、又は部分安定化ジルコニアの総量に対して２〜１５質量％のアルミナにて構成されたコーティング層を備えた焼成用治具（特許文献１参照）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とジルコニア（ＺｒＯ2）の共晶体を含有する溶射被膜をコーティング層や中間層に用いた焼成治具が開示されている（特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２の焼成治具は、従来の焼成治具と比較して、実使用時における基材からのコーティング層の剥離やコーティング層中でのクラックの発生や成長を防止することができるため、耐熱衝撃性に優れているとともに、長寿命であった。
【０００５】
しかしながら、近年、電子部品の多様化により、様々な成分を含有する電子部品を今までの焼成治具で焼成する機会が多くなり、電子部品の焼成時に電子部品からコーティング層（表層や中間層）を通過し、基材に悪影響を与える成分が浸透することにより、短い使用回数で、焼成後に電子部品が焼成治具にくっついてしまったり、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良が発生するという問題点があった。
【特許文献１】特開平１０−１３６９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２０２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子部品の焼成時に電子部品からコーティング層（表層や中間層）を通過し、基材に悪影響を与える成分を中間層で吸収させることにより、焼成後に電子部品が焼成治具にくっつくことなく、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良が発生することを防止することができる電子部品用焼成治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の電子部品用焼成治具を提供するものである。
【０００８】
［１］  セラミックからなる基材の表面にコーティング層を有する電子部品用焼成治具であって、前記コーティング層が、前記基材の表面に形成され、被焼成体から表層を通過し、前記基材に悪影響を与える成分を吸収する材質を含む層を少なくとも１層以上含む中間層と、表層が、前記中間層の表面に被焼成体との反応性の低い材質から形成される電子部品用焼成治具。
【０００９】
［２］  中間層に、未安定化ＺｒＯ2が含まれる［１］に記載の電子部品用焼成治具。
【００１０】
［３］  中間層が、未安定化ＺｒＯ2とＡｌ2Ｏ3との混合物である［１］又は［２］に記載の電子部品用焼成治具。
【００１１】
［４］  中間層が、焼き付け又はプラズマ溶射により形成される［１］〜［３］のいずれかに記載の電子部品用焼成治具。
【００１２】
［５］  未安定化ＺｒＯ2の平均粒径が、１〜５０μｍである［２］〜［４］のいずれかに記載の電子部品用焼成治具。
【００１３】
［６］  未安定化ＺｒＯ2の添加量が、５〜８０質量％である［２］〜［５］のいずれかに記載の電子部品用焼成治具。
【００１４】
［７］  表層の主成分が、安定化ＺｒＯ2、ＺｒＣａＯ3、ＴｉＯ2の少なくとも１種から構成される［１］〜［６］のいずれかに記載の電子部品用焼成治具。
【００１５】
［８］  表層の主成分が、ＺｒＣａＯ3と安定化ＺｒＯ2との混合物から構成される［１］〜［７］のいずれかに記載の電子部品用焼成治具。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電子部品用焼成治具は、焼成後に電子部品が焼成治具にくっつくことなく、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良が発生することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１８】
本発明に係る電子部品用焼成治具は、セラミックからなる基材の表面にコーティング層を有する電子部品用焼成治具であって、コーティング層が、基材の表面に形成され、被焼成体から表層を通過し、基材に悪影響を与える成分を吸収する材質を含む層を少なくとも１層以上含む中間層と、表層が、中間層の表面に被焼成体との反応性の低い材質から形成されるものである。
【００１９】
ここで、本発明の電子部品用焼成治具の主な特徴は、従来の中間層に所定量の未安定化ＺｒＯ2を添加することで、電子部品の焼成時に、電子部品からコーティング層（表層や中間層）を通過し、基材に悪影響を与える成分を中間層に存在する未安定化ＺｒＯ2で吸収させることで、基材に悪影響を与える成分が基材に浸透することを防止することができることにある。このため、本発明の電子部品用焼成治具を繰り返し使用しても、電子部品の焼成後に電子部品が焼成治具にくっつくことなく、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良が発生することを長期にわたり防止することができる。
【００２０】
また、本発明の電子部品用焼成治具は、中間層で固溶させた基材に悪影響を与える成分が未安定化ＺｒＯ2の安定剤としても作用するため、中間層に未安定化ＺｒＯ2を添加することで発生しやすい中間層の粉化現象を防止することができ、中間層の安定化、更には、表層及び中間層を含めたコーティング層の安定化に寄与することができる。
【００２１】
尚、基材に悪影響を与える成分は、特に限定されないが、例えば、Ｃａ、Ｍｎ、Ｂａ等の成分が、また、基材から拡散する被焼成体に悪影響を与える成分は、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ等の成分が挙げられる。
【００２２】
本発明を構成する中間層の主成分は、未安定化ＺｒＯ2とＡｌ2Ｏ3との混合物であることが好ましい。これは、電子部品（ワーク）からコーティング層（表層や中間層）を通過し、基材に悪影響を与える成分を中間層の未安定化ＺｒＯ2と固溶させ、中間層に吸収させる効果を発現させるために必要不可欠であるとともに、表層を基材に繋ぎ止めるための緩衝材としての役割を担う上で重要であるからである。
【００２３】
一方、中間層がＡｌ2Ｏ3（アルミナ）とジルコニア（ＺｒＯ2）の共晶体（一定の混合比で晶析する結晶）である場合、独立した未安定化ＺｒＯ2が存在していないため、基材に悪影響を与える成分（例えば、Ｃａ、Ｍｎ、Ｂａ等の成分）が未安定化ＺｒＯ2と固溶化することができず、基材に悪影響を与える成分（例えば、Ｃａ、Ｍｎ、Ｂａ等の成分）が基材に浸透・反応してしまうため、電子部品の焼成後に電子部品が焼成治具にくっつきやすく、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良の発生を防止することができない。
【００２４】
尚、本発明を構成する中間層は、焼き付け（焼付）又はプラズマ溶射により形成されることが好ましい。また、本発明を構成する中間層の厚さは、好ましくは、１０００μｍ以下、より好ましくは、５０〜５００μｍ、更に好ましくは、１００〜３００μｍであることが、中間層を施工する時に発生する応力の防止及び治具の重量を軽くする点から好ましい。
【００２５】
このとき、本発明を構成する中間層の未安定化ＺｒＯ2の平均粒径は、１〜５０μｍであることが好ましい、これは、上記未安定化ＺｒＯ2の平均粒径が１μｍ未満である場合、通窯初期の中間層の強度低下が大きく剥離する危険があるからである。一方、上記未安定化ＺｒＯ2の平均粒径が５０μｍを超過する場合、未安定化ＺｒＯ2の粒子が粗くなり、基材に悪影響を与える成分（例えば、Ｃａ、Ｍｎ、Ｂａ等の成分）の固溶化が効率良く行うことができないからである。
【００２６】
また、本発明を構成する中間層の未安定化ＺｒＯ2の添加量は、５〜８０質量％以下、より好ましくは、２０〜７０質量％、更に好ましくは、４０〜６０質量％である。これは、上記未安定化ＺｒＯ2の添加量が５質量％未満である場合、基材に悪影響を与える成分（例えば、Ｃａ、Ｍｎ、Ｂａ等の成分）が基材に浸透することを防止することができないからである。一方、上記未安定化ＺｒＯ2の添加量が８０質量％を超過する場合、未安定化ＺｒＯ2の添加量が多すぎて、中間層の強度を保持することができない。
【００２７】
更に、本発明を構成する表層の主成分は、安定化ＺｒＯ2、ＺｒＣａＯ3、ＴｉＯ2の少なくとも１種から構成されることが好ましい。ここで、本発明で用いる表層は、電子部品材料である被焼成体と反応性が低い材質でなければならないが、被焼成体の種類によりその材質は異なる。
【００２８】
尚、本発明を構成する表層の厚さは、好ましくは、１０００μｍ以下、より好ましくは、３０〜３００μｍ、更に好ましくは、５０〜１５０μｍであることが、被焼成体との反応により発生する残存膨張などの応力を極力少なくする点から好ましい。
【００２９】
尚、本発明で用いる安定化ＺｒＯ2は、特に限定されないが、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3部分安定化、ＣａＯ安定化ＺｒＯ2、ＣａＯ部分安定化ＺｒＯ2の１種又は２種以上であるものを適宜選択して用いることができる。
【００３０】
更に、本発明を構成する基材の主成分は、耐スポール性及び耐ベント性に優れたＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＳｉＣ−Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−ＭｇＯ、Ｓｉ−ＳｉＣ、ＳｉＣからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００３１】
尚、本発明を構成する基材のＡｌ2Ｏ3の含有量としては、７０〜９５質量％であることが好ましい。これは、基材のＡｌ2Ｏ3の含有量が７０％未満であると、基材の熱伝導率が低くなり、焼成治具内の温度のばらつきが出やすくなることから、焼成治具上のワーク特性が均一にならなくなるからである。一方、基材のＡｌ2Ｏ3の含有量が９５％より大きくなると、基材の熱膨張率が増大し、温度差による応力が大きくなるため、クラックが発生しやすくなる。
【００３２】
次に、本発明の焼成治具の製造方法は、まず、焼き付け又はプラズマ溶射で基材に中間層を形成した後、得られた中間層の上に表層をスプレーコート焼き付け又はプラズマ溶射により、コーティング層が基材に形成される。
【００３３】
ここで、溶射とは、金属又はセラミックの微粉末（以下、「溶射材料」という。）を加熱して溶融状態とし、対象物の表面に吹き付けることにより溶射被膜を形成する方法をいう。加熱の方法により燃焼炎を用いるガス溶射、アークを用いるアーク溶射等、種々の方法が存在するが、本発明においてはプラズマジェットを用いるプラズマ溶射により中間層の溶射被膜を形成することが好ましい。
【００３４】
本発明では、プラズマ溶射の中でも水プラズマ溶射（水安定化プラズマ溶射）を用いることが、特に好ましい。ガスプラズマ溶射による溶射被膜は、最大膜厚が３００μｍ程度であるが、水（安定化）プラズマ溶射によれば最大膜厚１０００μｍ程度の厚い被膜を形成することができるからである。また、水（安定化）プラズマ溶射は、比較的ポーラスで表面が荒れた被膜を形成できるため、基材に対する密着性が向上する点においても好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１〜１３、比較例１〜５）
以下に示す方法で、電子部品用焼成治具のテストピースをそれぞれ作製した。
【００３７】
（基材の作製方法）
（１）Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2
最大粒径１５０μｍの電融アルミナ粒子にアルミナ含有量が８５質量％となるように、粘土、仮焼アルミナを添加し混練した坏土を油圧プレスで縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚さ５ｍｍの板状体を１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で成形し成形体を得た。得られた成形体を乾燥させ、１６５０℃、５時間保持で焼成を行い、テストピースを作製した（実施例１〜７、実施例９〜１３、比較例１〜５）。
（２）ＳｉＣ−Ｓｉ3Ｎ4
最大粒径１００μｍのＳｉＣ粒子７０質量％と平均粒径１μｍのＳｉＣを２５質量％、金属Ｓｉを５質量％で調合された原料をスラリー化し、石膏型を用いた流し込み成形を行い、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ８ｍｍの板状体を得た。得られた板状体を乾燥させ、窒素雰囲気炉で、１４００℃、５時間保持で焼成を行い、テストピースを作製した（実施例８）。
【００３８】
（中間層の作製方法）
（１）焼き付け施工Ａ：焼結アルミナ（平均粒径１μｍ）を、溶媒に水を用いて、スラリー化した。得られたスラリーを基材に塗布した後、１４５０℃、５時間保持し、厚さ１００μｍの中間層をそれぞれ焼き付けた（比較例１及び比較例２）。
（２）焼き付け施工Ｂ：表１に示す平均粒径と割合（質量％）の未安定化ＺｒＯ2を加えた焼結アルミナ（平均粒径１μｍ）を、溶媒に水を用いて、スラリー化した。得られたスラリーを基材に塗布した後、１４５０℃、５時間保持し、厚さ１００μｍの中間層をそれぞれ焼き付けた（実施例１〜４、実施例６〜１２、比較例３〜５）。
（３）プラズマ溶射施工：表１に示す平均粒径と割合（質量％）の未安定化ＺｒＯ2を加えた電融アルミナ（平均粒径７０μｍ）を使用し、基材にプラズマ溶射を行うことにより、厚さ１００μｍの中間層を作製した（実施例５）。
（４）中間層の２層施工：平均粒径２０μｍの未安定化ＺｒＯ2を５０質量％加えたＹ2Ｏ3８質量％含有安定化ＺｒＯ2（平均粒径７０μｍ）を使用し、基材にプラズマ溶射を行うことにより、厚さ１００μｍの中間第１層を作製した。次に、スラリー化（溶媒：水）された焼結アルミナ（平均粒径１μｍ）を、中間第１層に塗布した後、１４５０℃、５時間保持し、厚さ５０μｍの中間第２層を焼き付けた。（実施例１３）。
【００３９】
（表層の作製方法：実施例９（５０μｍ）以外は、コート厚１００μｍ）
（１）プラズマ溶射施工Ａ：Ｙ2Ｏ3８質量％含有安定化ＺｒＯ2（平均粒径７０μｍ）を使用（実施例１〜４、実施例６〜８、実施例１３、比較例１、比較例３〜５）。
（２）プラズマ溶射施工Ｂ：平均粒径２０μｍの未安定化ＺｒＯ2を５０質量％加えたＹ2Ｏ3８質量％含有安定化ＺｒＯ2（平均粒径７０μｍ）を使用（比較例２）。
（３）プラズマ溶射施工Ｃ：ＴｉＯ2（平均粒径２０μｍ）を使用（実施例９）。
（４）プラズマ溶射施工Ｄ：ＺｒＣａＯ3（平均粒径７０μｍ）を使用（実施例１０）。
（５）プラズマ溶射施工Ｅ：平均粒径７０μｍのＹ2Ｏ3８質量％含有安定化ＺｒＯ2（５０質量％）＋平均粒径７０μｍのＺｒＣａＯ3（５０質量％）を使用（実施例１１）。
（６）プラズマ溶射施工Ｆ：平均粒径７０μｍのＹ2Ｏ3８質量％含有安定化ＺｒＯ2（７０質量％）＋平均粒径２０μｍのＴｉＯ2（３０質量％）を使用（実施例１２）。
（７）焼き付け施工：Ｙ2Ｏ3８質量％含有安定化ＺｒＯ2（平均粒径５μｍ）を使用（実施例５）。
【００４０】
【表１】
2007015882.tif 000002
【００４１】
上記の作製方法で得られたテストピースを、以下の方法で評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４２】
（テストピースの評価方法１：基材に悪影響を与える成分［対象成分］が基材に到達するまでの通窯回数）
２質量％のＢａＣＯ3、２質量％のＭｎＣＯ3、２６質量％のＢａＴｉＯ3を７０質量％水に分散させた液を作製し、その液（０．８ｇ）をテストピースの表面に塗布後、１３５０℃、１時間保持する焼成を繰り返し行った。焼成回数が５回毎に、ＳＥＭでテストピースの断面観察を行い、ＢａやＭｎ成分（対象成分）が基材に到達した焼成回数に基づいて評価した。
【００４３】
（テストピースの評価方法２：コート強度）
密着力試験（ＪＩＳ  Ｈ８６６６）に従って試験を行い、コート強度を以下のように評価した。
◎：中間層からの表層の剥離が確認されない。
○：中間層からの表層の剥離が一部（全面の５０％程度以下）確認される。
△：中間層からの表層の剥離が大半（全面の５０％程度以上）に確認される。
【００４４】
（テストピースの評価方法３：ワーク（被焼成体）との反応性［ワーク反応度］）
ＢａＴｉＯ3を主成分とする材料からプレート状（サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍ）のワークを作製した。得られたワークをテストピースに載置し、１３００℃、５時間保持する焼成を行った後、ワークの変質状態を外観観察で評価した。
◎：ワークの変質が確認されない。
○：ワークの変質が一部（全面の５０％程度以下）確認される。
△：ワークの変質が大半（全面の５０％程度以上）に確認される。
【００４５】
【表２】
2007015882.tif 000003
【００４６】
（考察：実施例１〜１３、比較例１〜５）
表２の結果から、実施例１〜１３は、中間層に未安定化ＺｒＯ2を添加したアルミナを用いることにより、比較例１〜５と比較して、繰り返し使用しても、電子部品の焼成後に電子部品が焼成治具にくっつくことなく、コーティング層の剥離や電子部品の外観不良が発生することを長期にわたり防止することができた。特に、実施例９〜１２では、その効果が顕著であった。
【００４７】
一方、比較例１では、コート強度が良好であり、ワーク反応性も問題ないが、通窯回数が十分でなかった。比較例２では、表層の未安定化ＺｒＯ2の添加量を増やすことにより、通窯回数を増加させることができたが、ワーク反応度に問題があり、ワークの変質が確認された。比較例３では、中間層に添加する未安定化ＺｒＯ2が少なすぎるため、通窯回数、コート強度及びワーク反応度において十分な効果を得ることができなかった。（比較例１参照）。比較例４では、中間層に添加する未安定化ＺｒＯ2の平均粒径が大きすぎるため、通窯回数、コート強度及びワーク反応度において十分な効果を得ることができなかった。比較例５では、通窯回数を増加させることができたが、中間層に添加する未安定化ＺｒＯ2が多すぎるため、十分なコート強度を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の電子部品用焼成治具は、セラミックコンデンサ、サーミスタ、フェライト等のセラミックからなる電子部品の焼成する際に好適に用いることができる。