図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2017年1月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

積層体反り変形を抑制することができる焼成装置を提供する。

解決手段

本発明に係る装置100は、積層体50が配置されるチャンバ10と、積層体50を積層方向の両側からそれぞれ加熱する一対のヒータ20、22と、積層体50をチャンバ10の外部から撮像する撮像部30と、制御部40とを備える。制御部40は、撮像部30で撮像した加熱処理されている過程の積層体50の画像を解析して、積層体50に反り変形が生じているか否かを判断する。積層体50に反り変形が生じていると判断した場合には、当該反り変形が小さくなるように、一対のヒータ20、22のうち、当該反り変形が生じた積層体50の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または凹面側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行するように構成されている。

概要

背景

近年、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell;SOFC)、酸素分離膜二次電池太陽電池およびパワーエレクトロニクス部材などの分野において、300℃以上の高温域で、セラミックスガラス、金属などの複数の異なる部材を積層焼成して、各部材を接合(典型的には一体焼結)する用途が増えてきている。例えば、SOFCを構成する最小単位セル単セル)は、液状媒体導電性材料(例えば酸化ニッケルおよびYSZ)を分散させたスラリー状組成物を厚み100μm程度のシート状に成形し、これを複数枚積層して乾燥させることでアノード支持層を形成する。そして、このアノード支持層の上に固体電解質(例えばYSZやCe系酸化物)およびカソード層を順に積層し、得られた積層体を焼成(すなわち共焼成)することでSOFCを得ている。この種の積層体の焼成に用いられる焼成装置として、特許文献1が開示されている。

概要

積層体の反り変形を抑制することができる焼成装置を提供する。本発明に係る装置100は、積層体50が配置されるチャンバ10と、積層体50を積層方向の両側からそれぞれ加熱する一対のヒータ20、22と、積層体50をチャンバ10の外部から撮像する撮像部30と、制御部40とを備える。制御部40は、撮像部30で撮像した加熱処理されている過程の積層体50の画像を解析して、積層体50に反り変形が生じているか否かを判断する。積層体50に反り変形が生じていると判断した場合には、当該反り変形が小さくなるように、一対のヒータ20、22のうち、当該反り変形が生じた積層体50の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または凹面側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行するように構成されている。

目的

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する焼成装置において、積層体の反り変形を抑制することができる焼成装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体焼成する焼成装置であって、前記積層体が配置されるチャンバと、前記チャンバ内に配置された前記積層体を積層方向の両側からそれぞれ加熱する一対のヒータと、前記積層体を前記チャンバの外部から撮像する撮像部と、前記撮像部と前記一対のヒータとに電気的に接続された制御部とを備え、前記制御部は、前記撮像部で撮像した加熱処理されている過程の前記積層体の画像を解析して、前記積層体に反り変形が生じているか否かを判断し、前記積層体に反り変形が生じていると判断した場合には、当該反り変形が小さくなるように、前記一対のヒータのうち、当該反り変形が生じた積層体の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または凹面側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行するように構成されている、焼成装置。

請求項2

前記制御部は、前記積層体に反り変形が生じていると判断した場合に、前記チャンバ内において当該反り変形が生じた積層体の凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くする制御および/または凹面側のガス雰囲気中の酸素濃度を低くする制御を実行するように構成されている、請求項1に記載の焼成装置。

請求項3

前記凸面側の酸素濃度を高くする手段として、酸素ガス供給部を備える、請求項2に記載の焼成装置。

請求項4

前記凹面側の酸素濃度を低くする手段として、不活性ガス供給部または還元性ガス供給部を備える、請求項2または3に記載の焼成装置。

請求項5

前記積層体を構成する前記2つ以上の部材は、熱膨張係数または焼成収縮率が相互に異なる、請求項1〜4の何れか一つに記載の焼成装置。

請求項6

前記積層体は、セラミックスガラスおよび金属からなる群から選択される2種以上の材料を含む、請求項1〜5の何れか一つに記載の焼成装置。

技術分野

0001

本発明は、積層体焼成する焼成装置に関する。

背景技術

0002

近年、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell;SOFC)、酸素分離膜二次電池太陽電池およびパワーエレクトロニクス部材などの分野において、300℃以上の高温域で、セラミックスガラス、金属などの複数の異なる部材を積層焼成して、各部材を接合(典型的には一体焼結)する用途が増えてきている。例えば、SOFCを構成する最小単位セル単セル)は、液状媒体導電性材料(例えば酸化ニッケルおよびYSZ)を分散させたスラリー状組成物を厚み100μm程度のシート状に成形し、これを複数枚積層して乾燥させることでアノード支持層を形成する。そして、このアノード支持層の上に固体電解質(例えばYSZやCe系酸化物)およびカソード層を順に積層し、得られた積層体を焼成(すなわち共焼成)することでSOFCを得ている。この種の積層体の焼成に用いられる焼成装置として、特許文献1が開示されている。

先行技術

0003

特開平9−33028号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、近年、SOFC等の積層体の高性能化の一環として各層の薄層化が進められている。一般に、電気抵抗は各層の厚みに比例して増大するため、各層の厚みを薄くすることでより電気的特性に優れた積層体を実現し得る。その反面、各層の厚みをより薄くした積層体については、共焼成時に、各層の熱膨張係数焼成収縮率差によって発生する応力の影響を受けやすく、反り変形が生じやすいという新たな問題が生じていた。

0005

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する焼成装置において、積層体の反り変形を抑制することができる焼成装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明によって提供される焼成装置は、異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する焼成装置である。この焼成装置は、前記積層体が配置されるチャンバと、前記チャンバ内に配置された前記積層体を積層方向の両側からそれぞれ加熱する一対のヒータと、前記積層体を前記チャンバの外部から撮像する撮像部と、前記撮像部と前記一対のヒータとに電気的に接続された制御部とを備える。前記制御部は、前記撮像部で撮像した加熱処理されている過程の前記積層体の画像を解析して、前記積層体に反り変形が生じているか否かを判断する。そして、前記制御部は、前記積層体に反り変形が生じていると判断した場合に、当該反り変形が小さくなるように、前記一対のヒータのうち、当該反り変形が生じた積層体の凸面側(すなわち凸状に湾曲した面側)に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または凹面側(すなわち凹状に湾曲した面側)に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行するように構成されている。

0007

ここで開示される焼成装置は、積層体に反り変形が生じていると判断した場合に、当該反り変形が小さくなるように、反り変形が生じた積層体の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または凹面側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行するように構成されている。そのため、焼成中に積層体の各層の焼成収縮率差に起因して反り変形が発生したとしても、反り変形が生じた積層体の凸面側の温度を上げることで、積層体の凸面側の焼成収縮が速まる。また、反り変形が生じた積層体の凹面側の温度を下げることで、積層体の凹面側の焼成収縮が遅延する。このことにより、積層体の凸面側と凹面側における焼成収縮率差が緩和され、積層体に生じた反り変形が低減される。したがって、本発明によると、従来に比して積層体の反り変形の発生が抑えられた高性能な焼成装置を提供することができる。

0008

ここで開示される焼成装置の他の一態様では、前記制御部は、前記積層体に反り変形が生じていると判断した場合に、前記チャンバ内において、当該反り変形が生じた積層体の凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くする制御および/または凹面側のガス雰囲気中の酸素濃度を低くする制御を実行するように構成されている。このように積層体の凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くすることで、積層体の凸面側の焼成収縮が速まる。また、反り変形が生じた積層体の凹面側のガス雰囲気中の酸素濃度を低くすることで、積層体の凹面側の焼成収縮が遅延する。好ましい一様では、上述したヒータ温度昇降制御することと、上記ガス雰囲気を制御することとを合せて行う。かかる構成によれば、積層体の凸面側と凹面側における焼成収縮率差がより効果的に緩和され、反り変形をより確実に抑制できる。

0009

ここで開示される焼成装置の好ましい一態様では、前記凸面側の酸素濃度を高くする手段として、酸素ガス供給部を備える。積層体の凸面側に酸素ガスを直接供給することで、凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度が効果的に高まる。そのため、反り変形を一層効率よく低減することができる。

0010

ここで開示される焼成装置の好ましい一態様では、前記凹面側の酸素濃度を低くする手段として、不活性ガス供給部または還元性ガス供給部を備える。積層体の凹面側に不活性ガス(例えばアルゴン窒素二酸化炭素)または還元性ガス(例えば水素ヘリウム)を供給することで、凹面側のガス雰囲気中の酸素濃度が効果的に低下するため、反り変形を一層効率よく低減することができる。

0011

ここで開示される焼成装置の好ましい一態様では、前記積層体を構成する前記2つ以上の部材は、熱膨張係数または焼成収縮率が相互に異なる。熱膨張係数または焼成収縮率が相互に異なる2つ以上の部材から構成された積層体において、本発明の適用効果がより好適に発揮され得る。好ましい一態様では、前記積層体は、セラミックス、ガラスおよび金属からなる群から選択される2種以上の材料を含む。このような種々の異なる材料を含む積層体は、各層の熱膨張係数や焼成収縮率差が特に大きく、焼成時に反り変形が生じがちであるが、本態様によれば、そのような各層の熱膨張係数や焼成収縮率差に起因する反り変形を確実に防止し得る。

図面の簡単な説明

0012

本発明の一実施形態に係る焼成装置を模式的に示す図である。
反り変形が生じた積層体を模式的に示す図である。
反り変形が生じた積層体を模式的に示す図である。
本発明の一実施形態に係る焼成装置の制御フローを示す図である。
本発明の他の実施形態に係る焼成装置の要部を模式的に示す図である。
本発明の他の実施形態に係る焼成装置の制御フローを示す図である。

実施例

0013

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さなど)は実際の寸法関係を反映するものではない。

0014

ここで開示される焼成装置は、異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する装置である。本発明の実施にあたって焼成する対象となる積層体は、複数の異なる部材を高温域(例えば300℃以上)で積層焼成して各部材を接合(例えば一体焼結)する用途で使用される積層体であれば特に制限されない。焼成対象となる積層体は、そのような高温域で積層焼成して接合する用途で使用される2つ以上の部材を含むものであればよい。積層体を構成する2つ以上の部材は、例えば、熱膨張係数または焼成収縮率が相互に異なるものであり得る。ここに開示される技術は、熱膨張係数または焼成収縮率が相互に異なる2つ以上の部材から構成された積層体に対して好適に適用され得る。かかる積層体の各層を構成する材料としては、例えば、ガラス材料、セラミックス、半導体材料に代表される無機材料、ならびに各種の金属およびその合金あるいは金属間化合物などに代表される金属材料などが例示される。積層体を構成する各層は、異なる材料で形成されていてもよく、異なる組成混合割合)で形成されていてもよい。また、その積層数は、2つであってもよく3つ以上(例えば3〜10つ)であってもよい。

0015

ここに開示される焼成装置で処理される積層体としては、典型的にはSOFC、太陽電池、リチウム二次電池自動車インバータ素子に代表されるインバータ部材およびパワーエレクトロニクス半導体素子に代表されるパワーエレクトロニクス部材を構成する各種の材料(典型的にはガラス材料、セラミックス材料および金属材料など)からなる積層体が好適である。好適例として、SOFCの燃料極に用いられる酸化ニッケル(NiO、Ni2O3、Ni3O4)、酸化コバルト(CoO、Co2O3、Co3O4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ルテニウム(RuO2)などの金属酸化物材料と、SOFCの固体電解質に用いられるイットリアスカンジアなどがドープされた安定化ジルコニア(YSZ、ScSZなど)などのセラミックス材料とが積層された積層体が挙げられる。ここで開示される焼成装置は、このような2つ以上の異なる材料からなる各層が積層された積層体に対して好適に適用することができる。

0016

<第1実施形態>
ここに開示される焼成装置は、上述したように、異なる2つ以上の部材が積層されてなる積層体を焼成する装置に関するものである。以下、図1を参照しながら、SOFCの燃料極に用いられる酸化ニッケル(NiO)およびイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の混合物燃料極用グリーンシート)と、SOFCの固体電解質に用いられるYSZ(固体電解質層用グリーンシート)とが積層された積層体50について、各部材間を焼成により接合する手順につき説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。図1は、その焼成を行うための焼成装置100を模式的に示す図である。この焼成装置100は、チャンバ10と、一対のヒータ20、22と、撮像部30と、制御部40とを備えている。

0017

<チャンバ10>
ここで開示される焼成装置100に用いられるチャンバ10は、内部を高温度域保持可能に構成されている。また、この実施形態では、チャンバ10は、内部を任意のガス雰囲気に調整可能に構成されており、積層体50の焼成条件に合わせて所要のガス雰囲気をチャンバ10内に形成し得るようになっている。チャンバ10内に形成し得るガス雰囲気のガスとしては、大気、酸素ガス、水素ガスもしくは水素ガスやアンモニアガスを含む混合ガスの他にメタン(CH4)ガス、炭酸(CO2)ガスなどの還元性ガスを用いることができる。あるいは、窒素(N2)やアルゴン(Ar)などの不活性ガスであってもよい。これらのガスの1種または2種以上を用いてもよい。2種以上の混合ガスを用いる場合には、2種以上のガスを同一のノズルからチャンバ10内に導入してもよいし、別々のノズルから導入してもよい。また、チャンバ10は、チャンバ内部の圧力を任意に調整可能に構成されている。例えば、チャンバ10は、内部の圧力を100Pa以下(好ましくは0.1Pa以下、より好ましくは10−5Pa以下)に調整可能に構成されている。

0018

チャンバ10内には、ホルダ18が配置されている。ホルダ18は、チャンバ10内において積層体50を保持するように構成されている。この実施形態では、ホルダ18は、積層体50を保持する台(ステージ)であり、その上面に積層体50を載置し得るようになっている。この実施形態では、積層体50の積層方向が上下方向と一致するように、積層体50がホルダ18の上に載置されている。ホルダ18は、例えば、保持された積層体50の姿勢や向きを変える機能(例えば3方向に移動可能なXYZ軸ステージ)が備えられていてもよい。また、ホルダ18は、積層体50の設置や交換などが容易となるように、チャンバ10内を移動する機能が備えられてもよい。

0019

上記ホルダ18に保持される積層体50の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、シート状、板状、円柱状、円筒状、曲面状、棒状、直方体、管状、ハニカム状段差を有する形状など、様々な形状を有するものが挙げられる。例えば、目的に応じて所望の加工が施されたものを用いてもよい。積層体50を構成する各部材は、表面形状が平滑なものであってもよいし、例えば表面の所定の位置に窪みなどが設けられていてもよい。この実施形態では、積層体50は、シート状の燃料極用グリーンシート51上にシート状の固体電解質層用グリーンシート53が積層されている。燃料極用グリーンシート51および固体電解質層用グリーンシート53は、SOFCの形状に応じてその形状を適宜変更することができる。積層体50を構成する各層の厚みは、特に限定されないが、例えばシート状の場合、1μm〜5000μm(例えば燃料極用グリーンシート51の厚みが100μm〜5000μm、固体電解質層用グリーンシート53の厚みが10μm以下)とすることができ、好ましくは2μm〜1000μm、より好ましくは5μm〜100μmである。

0020

また、チャンバ10は、当該チャンバ10の壁面に窓部12が設けられている。チャンバ10の壁面に設けられた窓部12を通して、チャンバ10内の積層体50を視認できるようになっている。また、チャンバ10の壁面に設けられた窓部12を通して、撮像部30がチャンバ10内の積層体50を撮像し得るようになっている。窓部12は、冷却用媒体を流すための流路14を有している。この実施形態では、窓部12の周囲に水冷ジャケット16が装着され、かかる水冷ジャケット16に上記流路14が形成されている。水冷ジャケット16の流路14に冷却用媒体(ここでは水)を流通させることで、チャンバ10の窓部12を冷却することができる。これにより、チャンバ10内の熱が撮像部30に伝わることを抑制して、撮像部30の熱による損傷を防止し得る。

0021

<一対のヒータ20、22>
一対のヒータ20、22は、チャンバ10内に配置された積層体50を当該積層体50の積層方向の両側からそれぞれ加熱するものとして構成されている。この実施形態では、一対のヒータ20、22は、積層体50を挟んで積層体50の上方と下方にそれぞれ配置されている。以下、便宜上、積層体50の上方に配置されたヒータ20を「上ヒータ」、下方に配置されたヒータ22を「下ヒータ」と称する。

0022

上ヒータ20は、積層体50の上方から積層体50を加熱し、積層体50の上方の温度雰囲気を調整するものとして構成されている。また、下ヒータ22は、積層体50の下方から積層体50を加熱し、積層体50の下方の温度雰囲気を調整するものとして構成されている。上ヒータ20および下ヒータ22としては、この種の焼成炉に常套的に用いられているものを特に制限なく使用することができる。上ヒータ20および下ヒータ22による加熱温度としては、積層体50の焼成したい温度に応じて適宜設定すればよく、例えば300℃以上(典型的には300℃〜1500℃)が適当であり、好ましくは500℃以上(例えば500℃〜1500℃)であり、特に好ましくは700℃以上(例えば800℃〜1500℃)である。ここで開示される焼成装置100は、このような高温環境下で接合する用途で使用される積層体50に対して好適に利用することができる。上ヒータ20および下ヒータ22は、それぞれ制御部40に電気的に接続されている。また、この実施形態では、積層体50の上面の近傍に、温度センサ15aを備えている。また、積層体50の下面の近傍に、温度センサ15bを備えている。温度センサ15a、15bは、例えば熱電対であり得る。

0023

<撮像部30>
撮像部30は、上記ホルダ18に保持された積層体50をチャンバ10に設けられた窓部12の外部から撮像するものとして構成されている。撮像部30としては、窓部12の外部(典型的にはチャンバ10の外部)から積層体50を高解像度で撮像できるものであれば特に限定することなく使用することができる。例えばCCDイメージセンサCMOSイメージセンサなどを用いた公知の撮像装置カメラ)を使用することができる。撮像部30は、高温度域において加熱処理されている過程の積層体50の反り変形の状態を撮像データとして取り込み、この撮像データを制御部40に送信する。好ましい一態様では、撮像部30は、積層体50の積層方向に直交する方向から積層体50を撮像するように構成されている。このようにすれば、積層体50の反り変形の状態をより正確に撮像することができる。また、撮像部30は、高温度域において加熱処理されている過程の積層体50を経時的に撮像するように構成されている。撮像部30は、積層体50の反り変形の状態を撮像データとして経時的に取り込み、この撮像データを制御部40に経時的に送信する。なお、ここでいう「継続的に」とは、撮像が途切れることなく行われる態様の他、撮像が一定時間(例えば1分〜100時間)毎に断続的に継続して行われることを包含する。

0024

好ましい一態様では、チャンバ10の窓部12と撮像部30との間に遮熱板32を備えている。一実施形態として好適な遮熱板32は、結晶化ガラスホウ珪酸ガラスなどで形成されて高い耐熱性を有しており、撮像部30の前方に取り付けられている。遮熱板32は、透光性の観点からは1枚であることが好ましいが、遮熱性能の観点からは2枚以上の遮熱板32を使用してもよい。このように遮熱板32で窓部12と撮像部30との間を隔離することによって、チャンバ10の窓部12から撮像部30に向かう熱を遮ることができる。そのため、チャンバ10内の熱が撮像部30に伝わるのをより効果的に抑制することができる。

0025

また、好ましい一態様では、チャンバ10の窓部12の外部からチャンバ10内を照射するライト34を備えている。この実施形態では、ライト34は、窓部を通してチャンバ10内に向けられ、積層体50を照らすようになっている。このようにすれば、チャンバ10内が薄暗い場合でも、ライト34により積層体50を照射して、撮像部30による撮像を適切に行うことができる。

0026

<制御部40>
制御部40は、撮像部30から取りこまれた積層体50の画像を解析して、加熱処理されている過程の積層体50に反り変形が生じているか否かを判断する。そして、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合には、一対のヒータ20、22のうち、当該反り変形が生じた積層体50の凸面側(すなわち凸状に湾曲した面側)に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御を実行するように構成されている。制御部40の典型的な構成には、少なくとも、かかる制御を行うためのプログラムを記憶したROM(Read Only Memory)と、そのプログラムを実行可能なCPU(Central Processing Unit)と、一時的にデータを記憶するRAM(random access memory)と、図示しない入出力ポートとが含まれる。該制御部40には、前述した温度センサ15a、15bなどからの各種信号および撮像部30からの信号(出力)などが入力ポートを介して入力される。また、該制御部40からは、撮像部30や上ヒータ20および下ヒータ22への駆動信号などが出力ポートを介して出力される。

0027

積層体50に反り変形が生じているか否かの判断は、例えば、積層体50の端部および中央部の任意の位置の変位量反り変形量)に基づいて行うことができる。ここで、図2および図3は、積層体50に反り変形が生じた場合の一例を図示している。図2に示すように、湾曲した積層体50の凸面56が下面かつ凹面58が上面となるように反り変形が生じた場合、積層体50の端部52がホルダ18の表面から浮き上がる。この場合、ホルダ18の表面から浮き上がった端部52は、積層体50の中央部54よりも上方向への位置の変位量が大きくなる。一方、図3に示すように、湾曲した積層体50の凸面56が上面かつ凹面58が下面となるように反り変形が生じた場合、積層体50の中央部54がホルダ18の表面から浮き上がる。この場合、ホルダ18の表面から浮き上がった中央部54は、積層体50の端部52よりも上方向への位置の変位量が大きくなる。この実施形態では、積層体50の端部52および中央部54の任意の位置の上記変位量を測定し、そのうち大きい方を反り変形量として計測する。そして、反り変形量の計測値が所定の閾値を上回った場合に、積層体50に反り変形が生じていると判断し、反り変形量の計測値が所定の閾値以下の場合に、積層体50に反り変形が生じていないと判断する。また、積層体50の端部52の変位量が中央部54の変位量よりも大きい場合、凸面56が下面かつ凹面58が上面となるように反り変形が生じていると判断し、一方、積層体50の中央部54の変位量が端部52の変位量よりも大きい場合、凸面56が上面かつ凹面58が下面となるように反り変形が生じていると判断する。

0028

また、制御部40は、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合に、当該反り変形が小さくなるように、上ヒータ20および下ヒータ22のうち、当該反り変形が生じた積層体50の凸面56側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御を実行するように構成されている。より具体的には、図2に示すように、積層体50の凸面56が下面となるように反り変形が生じている場合には、当該反り変形が低減されるように、積層体50の凸面56側、すなわち下面側に配置された下ヒータ22(図1)の加熱温度を上げる制御を実行するように構成されている。一方、図3に示すように、反り変形が生じた積層体50の凸面56が上面となるように反り変形が生じている場合には、当該反り変形が低減されるように、積層体50の凸面56側、すなわち上面側に配置された上ヒータ20(図1)の加熱温度を上げる制御を実行するように構成されている。

0029

このように構成された焼成装置100の動作について説明する。図4は、本実施形態に係る制御部40のCPUにより実行されるヒータ昇温処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、焼成装置100が稼働した直後から所定時間(例えば1分〜100時間)毎に繰り返し実行される。

0030

図4に示すヒータ昇温処理ルーチンが実行されると、制御部40のCPUは、まず、撮像部30で撮像した加熱処理されている過程の積層体50の画像を取得する(ステップS10)。そして、画像解析して、積層体50のホルダ18表面からの最大高さを反り変形量として計測し、反り変形量の計測値と予め設定された閾値とを比較する(ステップS20)。そして、反り変形量の計測値が所定の閾値以下の場合(ステップS20にてNo)には、積層体50に反り変形が生じていないと判断し、この処理ルーチンを完了する。一方、反り変形量の計測値が所定の閾値を超えた場合(ステップS20にてYes)には、積層体50に反り変形が生じていると判断し、ステップS30に進む。

0031

ステップS30では、積層体50に生じた反り変形が低減されるように、積層体50の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御を実行する。この実施形態では、反り変形量と設定すべきヒータ温度の目標設定値との関係を示すデータがマップの形でROM(記憶手段)に記憶されており、この反り変形量−ヒータ温度目標設定値マップを参照して、前記反り変形量の計測値からヒータ温度の目標設定値を一義的に決定する。そして、その決定されたヒータ温度の目標設定値まで加熱温度が上昇するように、積層体50の凸面56側に配置されたヒータに対して駆動信号(ヒータ温度上昇指令)を出力する。そして、今回のヒータ昇温処理ルーチンを終了する。

0032

上記実施形態によると、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合に、当該反り変形が小さくなるように、反り変形が生じた積層体50の凸面56側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御を実行する。そのため、焼成中に積層体50の各層の焼成収縮率差に起因して反り変形が発生したとしても、反り変形が生じた積層体50の凸面56側の温度を上げることで、凸面56側の焼成収縮が速まる。そのため、積層体50の凸面56側と凹面58側における焼成収縮率差が次第に緩和され、積層体50に生じた反り変形を低減することができる。したがって、上記態様によると、従来に比して積層体50の反り変形が抑えられた、高性能な焼成装置を提供することができる。

0033

なお、上述した実施形態では、積層体50の凸面側の焼成収縮が速まるように、反り変形が生じた積層体50の凸面56側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御を実行した。焼成収縮率差を緩和する制御はこれに限定されない。例えば、凹面(すなわち積層体50の表裏面のうち凹状に湾曲した面)58側の焼成収縮が遅延するように、反り変形が生じた積層体50の凹面58側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を実行してもよい。このように凹面58側の焼成収縮が遅くなるように制御を行った場合でも、凸面56側と凹面58側における焼成収縮率差が緩和されるので、積層体50に生じた反り変形を低減することができる。好ましい一態様では、凸面56側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御と、凹面58側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御とを同時に実行する。これにより、反り変形をより効果的に低減することが可能となる。あるいは、前述した実施形態の如く、凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御のみを実行してもよい。この場合、積層体50の焼成処理をより迅速に完了することができる。

0034

また、上述した実施形態では、積層体50の積層方向が上下方向と一致するように積層体50を配置し、上方と下方の双方から積層体50を加熱する場合を例示した。積層体の向きはこれに限定されない。例えば、積層体50の積層方向が左右方向(撮像装置の画像における左右方向)と一致するように積層体50を配置し、積層体50を挟んで積層方向の両側(すなわち左方に配置された左ヒータと右方に配置された右ヒータの双方)から積層体50を加熱するように構成してもよい。この場合でも、反り変形が生じた積層体の凸面側に配置されたヒータの加熱温度を上げることで、反り変形を低減することができる。
また、必要に応じて、4つのヒータ(上ヒータと下ヒータおよび左ヒータと右ヒータ)を併用してもよい。例えば、被焼成物が上下方向および左右方向にそれぞれ積層された各層からなる積層体を含む場合、被焼成物は上下方向だけでなく左右方向においても焼成収縮率差に起因する反り変形が生じ得る。そのような場合でも、上記4つのヒータを用いて、上下方向および左右方向の双方において、それぞれ焼成収縮が遅い側に配置されたヒータの加熱温度を上げる制御および/または焼成収縮が速い側に配置されたヒータの加熱温度を下げる制御を行うことで、反り変形を有効に低減することが可能となる。

0035

<第2実施形態>
以上、本発明の一実施形態にかかる焼成装置100において実行される制御について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかる焼成装置100によって実行可能な制御について説明する。

0036

この実施形態では、制御部40は、上述したヒータ昇温処理ルーチンに加えて、酸素濃度調整処理ルーチンを実行する点において、上述した実施形態とは相違する。すなわち、制御部40は、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合に、当該反り変形が小さくなるように、チャンバ10内において、当該反り変形が生じた積層体50の凸面56側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くする制御を実行するように構成されている。図5に示すように、焼成装置は、凸面側の酸素濃度を高くする手段として酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dを備えている。酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dは、制御部40(図1)に電気的に接続されている。また、焼成装置は、積層体50の上面の近傍に上酸素センサ17aを備えている。また、積層体50の下面の近傍に下酸素センサ17bを備えている。制御部40には、上酸素センサ17aおよび下酸素センサ17bからの各種信号が入力ポートを介して入力される。また、制御部40からは、酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dへの駆動信号が出力ポートを介して出力される。

0037

制御部40は、撮像部30から取りこまれた積層体50の画像を解析して、加熱処理されている過程の積層体50に反り変形が生じているか否かを判断する。そして、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合には、チャンバ10内において、当該反り変形が生じた積層体50の凸面56側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くする制御を実行するように構成されている。より具体的には、図2に示すように、積層体50の凸面56が下面となるように反り変形が生じている場合には、積層体50の凸面56側、すなわち下面側のガス雰囲気中の酸素濃度が高くなるように、酸素ガス供給部からの酸素ガスの供給を制御するように構成されている。一方、図3に示すように、反り変形が生じた積層体50の凸面56が上面となるように反り変形が生じている場合には、積層体50の凸面56側、すなわち上面側のガス雰囲気中の酸素濃度が高くなるように、酸素ガス供給部からの酸素ガスの供給を制御するように構成されている。なお、その他の形態については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。

0038

このように構成された焼成装置100の動作について説明する。図6は、本実施形態に係る制御部40のCPUにより実行される酸素濃度調整処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

0039

図6に示す酸素濃度調整処理ルーチンが実行されると、制御部40のCPUは、まず、撮像部30で撮像した加熱処理されている過程の積層体50の画像を取得する(ステップS110)。そして、画像解析して、積層体50のホルダ18表面からの最大高さを反り変形量として計測し、反り変形量の計測値と予め設定された閾値とを比較する(ステップS120)。そして、反り変形量の計測値が所定の閾値以下の場合(ステップS120にてNo)には、積層体50に反り変形が生じていないと判断し、この処理ルーチンを完了する。一方、反り変形量の計測値が所定の閾値を超えた場合(ステップS120にてYes)には、積層体50に反り変形が生じていると判断し、ステップS130に進む。

0040

ステップS130では、積層体50に生じた反り変形が低減されるように、積層体50の凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を上げる制御を実行する。この実施形態では、反り変形量と設定すべき酸素濃度の目標設定値との関係を示すデータがマップの形でROM(記憶手段)に記憶されており、この反り変形量−酸素濃度目標設定値マップを参照して、前記反り変形量の計測値から酸素濃度の目標設定値を一義的に決定する。そして、その決定された酸素濃度の目標設定値まで酸素温度が上昇するように、酸素供給部に対して駆動信号(酸素供給指令)を出力する。そして、今回の酸素濃度調整処理を終了する。

0041

上記実施形態によると、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合に、当該反り変形が小さくなるように、反り変形が生じた積層体50の凸面56側のガス雰囲気中の酸素濃度を上げる制御を実行する。このように積層体の凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を高くすることで、積層体の凸面側の焼成収縮が速くなる。そのため、前述したヒータ温度の制御とも相俟って、積層体50の凸面56側と凹面58側における焼成収縮率差がより効果的に緩和され、反り変形が一層低減された焼成物を得ることが可能となる。

0042

ここに開示される技術では、焼成装置100は、凸面56側の酸素濃度を高くする手段として酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dを備えている。この実施形態では、図5に示すように、積層体50の上方において、当該積層体50の左右両側に第1酸素ガス供給部26aおよび第2酸素ガス供給部26bが配置されている。また、積層体50の下方において、当該積層体50の左右両側に第3酸素ガス供給部26cおよび第4酸素ガス供給部26dが配置されている。このように積層体50の上方および下方の左右両側に酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dを設け、積層体50の上方の2箇所および下方の2箇所の計4方向から酸素ガスを吹き付けることにより、積層体50近傍の酸素ガスの濃度ムラを抑制し得、積層体50の反り変形をより効果的に解消することができる。好ましい一態様では、酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dの酸素ガスの吹き付け方向は、積層体50の積層面に対して傾斜した方向である。すなわち、酸素ガス供給部26a、26b、26c、26dから供給された酸素ガスが、斜め方向から積層体50に吹き付けられるようになっている。吹き付け角度θは特に制限されないが、例えば20度〜80度であり、好ましくは30度〜60度であり、より好ましくは40度〜50度(例えば45度)である。このように酸素ガスの吹き付け方向を積層体50に対し傾斜させる(斜めに吹き付ける)ことにより、積層体50近傍の酸素濃度を効率よく制御して、上述した効果がより好適に発揮され得る。

0043

また、この実施形態では、焼成装置100は、積層体50の上面の近傍に上酸素センサ17aを備え、積層体50の下面の近傍に下酸素センサ17bを備えている。上酸素センサ17aおよび下酸素センサ17bは、それぞれ積層体50から一定の距離をあけて配置されている。酸素センサ17a、17bと積層体50との距離(最小距離)は特に制限されないが、通常は1cm〜30cm、好ましくは3cm〜20cmに設定され得る。このように積層体50の直近に酸素センサ17a、17bを配置し、積層体50の反り変形に応じて積層体50近傍の酸素濃度を適切に調整することで、積層体50の反り変形をより効果的に解消することができる。必要に応じて、積層体50の左右にも酸素センサ17c、17dを配置してもよい。

0044

なお、上述した実施形態では、積層体50の凸面側の焼成収縮が速まるように、反り変形が生じた積層体50の凸面56側のガス雰囲気中の酸素濃度を上げる制御を実行した。焼成収縮率差を緩和する制御はこれに限定されない。例えば、凹面58側の焼成収縮が遅延するように、反り変形が生じた積層体50の凹面58側のガス雰囲気中の酸素濃度を下げる制御を実行してもよい。好ましい一態様では、凹面58側の酸素濃度を低くする手段として不活性ガス供給部または還元性ガス供給部を備える。不活性ガスとしては、窒素(N2)やアルゴン(Ar)などが例示される。また、還元性ガスとしては、水素ガスもしくは水素ガスやアンモニアガスを含む混合ガスの他にメタン(CH4)ガス、炭酸(CO2)ガスなどが例示される。このように凹面58側の焼成収縮が遅くなるように制御を行った場合でも、凸面56側と凹面58側における焼成収縮率差が緩和されるので、積層体50に生じた反り変形を低減することができる。好ましい一態様では、凸面56側のガス雰囲気中の酸素濃度を上げる制御と、凹面58側のガス雰囲気中の酸素濃度を下げる制御とを同時に実行する。これにより、反り変形をより効果的に低減することが可能となる。あるいは、前述した実施形態の如く、凸面側のガス雰囲気中の酸素濃度を上げる制御のみを実行してもよい。この場合、積層体50の焼成処理をより迅速に完了できる。

0045

また、上述した実施形態では、ヒータ温度を昇降制御(図4参照)することと、上記ガス雰囲気を制御(図6参照)することとを合せて行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、積層体50に反り変形が生じていると判断した場合に、ガス雰囲気のみを制御するように構成してもよい。この場合でも、積層体50の凸面56側と凹面58側における焼成収縮率差が緩和され、反り変形が低減された焼成物を得ることが可能となる。

0046

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

0047

10チャンバ
12 窓部
14流路
16水冷ジャケット
18ホルダ
20 上ヒータ
22 下ヒータ
30撮像部
32遮熱板
34ライト
40 制御部
50積層体
56 積層体の凸面
58 積層体の凹面
100 焼成装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社アサカ理研の「 加熱炉」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】焼成後の酸化タンタルのフッ素の残留量を十分に少なくすることができる加熱炉の提供。【解決手段】加熱炉1は、フッ素を含有する金属水酸化物の焼成に用いられるものであり、炉内の発熱体を備える壁面4を除... 詳細

  • 住友電気工業株式会社の「 レドックスフロー電池」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題・解決手段】正極電解液を貯留する正極電解液タンクを収納した正極タンクコンテナと、負極電解液を貯留する負極電解液タンクを収納した負極タンクコンテナと、正極電極、負極電極、及び隔膜を有する電池セルと... 詳細

  • 三菱マテリアル株式会社の「 オーバリティ計測センサ及びセメントの製造方法」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】回転炉の変形量を継続して確実に計測できるオーバリティ計測センサ及びセメントの製造方法を提供する。【解決手段】回転炉の円筒状外周面の周方向に間隔をおいて固定可能な一対の第一脚部と、両第一脚部の間... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ