JPH07187704A - ガラスとの離型性に優れた熱分解炭素被覆炭素部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ガラスとの離型性に優れた熱分解
炭素被覆炭素部材に関し、ガラス封着用等に使用するガ
ラスの仮焼成用トレー、ハーメチックシール等のガラス
封着用治具、ビン等のガラス容器やガラスレンズ等の成
形用型、結晶化ガラスの熱処理用下板、ガラスレンズの
搬送用吸着パッド等に代表されるような、ガラスに接触
して使用され、離型性が必要な部材として好適に使用で
きる安価な熱分解炭素被覆炭素部材を提供することを目
的とする。 【構成】 炭素質材料を基体としてその表面に熱分解炭
素を被覆した、熱分解炭素被覆炭素部材において、該熱
分解炭素被覆炭素部材のホウ素濃度が２ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする熱分解炭素被覆炭素部材である。特
に好ましくは、基体となる炭素質材料の灰分が４０ｐｐ
ｍ以下である熱分解炭素被覆炭素部材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスとの離型性に優
れた熱分解炭素被覆炭素部材に関する。更に詳しく言え
ば、ガラス封着用、ＣＲＴ電子銃の電極支持棒用、及び
アルミナとコバール合金の接着用等に使用するガラスの
仮焼成用トレー、ハーメチックシール等のガラス封着用
治具、ビン等のガラス容器やガラスレンズ等の成形用
型、結晶化ガラスの熱処理用下板、ガラスレンズの搬送
用吸着パッド等に代表されるような、ガラスに接触して
使用され、離型性が必要な部材として好適に使用できる
熱分解炭素被覆炭素部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガラスに熱を加えて成形や軟化
を行っているが、その際に用いられる仮焼成用トレー、
成形用型、治具、下板及び吸収パッド等のガラスと直接
接触する部材は、ガラスと濡れないことが必要不可欠な
特性である。

【０００３】金属のようにガラスとの濡れ性を有してい
るものは、その表面に離型剤を塗布して使用していた。
例えば、ガラス仮焼成用トレーの場合、粉末ガラスの圧
粉体中のバインダーを熱分解させるために空気等の酸素
雰囲気中で仮焼成を行っているが、その仮焼成時に使用
されるトレーは、ステンレス鋼、鉄、ニッケル等の金属
製のものであった。この場合、ガラスは金属製トレーと
固着するため、金属製トレー表面に窒化ホウ素等の離型
剤を塗布する必要がある。加えて、仮焼成後、トレー表
面に固着した離型剤をケレン包丁で除去し、その後水洗
いし、更にトレーを乾燥させなければならなず、全仮焼
成工程で４日程度必要であった。このように従来技術で
は、多大な労力と時間を要する繁雑な工程が必要であ
り、能率的でなかった。

【０００４】そこで近年、ガラス仮焼成用トレーとして
ではないが、炭素質材料の持つ優れた耐熱性と、熱分解
炭素の持つ優れたガラス離型性や耐酸化性とを利用し
て、炭素質材料を基体としてその表面に熱分解炭素を被
覆した部材（以下、熱分解炭素被覆炭素部材という）が
使用されている（特開昭６３−３０３４２号、特開平４
−１０８６１９号、特開平４−１０８６２４号、特開平
４−１９３７３５号）。

【０００５】しかしながら、このように使用されていた
熱分解炭素被覆炭素部材は、全灰分値のみを着目して品
質管理されており、例えば灰分を１０ｐｐｍ以下に抑え
た部材も一部に使用されてはいたが、このような部材を
使用しても、時としてガラスとの離型性が悪かったり不
十分であったりして、十分に安心して使用できるもので
はなかった。また、部材の全灰分を１０ｐｐｍ以下にす
るためには、当然のことながら灰分１０ｐｐｍ以下とい
う非常に純度の高い炭素質材料を基体としなければなら
ず、このような純度の高い炭素質材料は非常に高価であ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、ガラ
スとの離型性が悪くなる原因を究明して、安価で離型性
に優れた熱分解炭素被覆炭素部材を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ガラスと
の離型性が悪くなる原因を調査した結果、熱分解炭素被
覆炭素部材中に含まれるホウ素濃度が離型性に関与して
いることを突き止めた。

【０００８】すなわち本発明は、ガラスに接触して使用
され、ガラスとの離型性が必要で、炭素質材料を基体と
してその表面に熱分解炭素を被覆した、熱分解炭素被覆
炭素部材において、該熱分解炭素被覆炭素部材のホウ素
濃度を２ｐｐｍ以下にすることにより、ガラスとの離型
性に優れた部材になることを見い出したのである。

【０００９】さらに本発明は、基体となる炭素質材料の
灰分を４０ｐｐｍ以下にすることにより、ガラスとの離
型性がより優れた部材となることも見出したのである。

【００１０】

【発明の構成】基体となる炭素質材料のホウ素濃度にか
かわらず、熱分解炭素被覆膜だけのホウ素濃度を２ｐｐ
ｍ以下に抑えたものでも離型性を有する。しかしなが
ら、このような部材を使用しているうちに徐々に離型性
が悪くなることがあった。これは、ホウ素は炭素材料中
に置換型及び侵入型で固溶する唯一の元素なので、他の
不純物元素よりも熱拡散し易く、基体中のホウ素が被覆
膜中に熱拡散して、被覆膜中のホウ素濃度が高くなった
からと思われる。そこで、かかる熱分解炭素被覆炭素部
材の全体としてホウ素濃度を２ｐｐｍ以下に規定したの
である。

【００１１】また、部材の基体となる炭素質材料の灰分
は特に制限はなく、通常の炭素質材料の純度、例えば、
灰分約４００ｐｐｍの炭素質材料であれば良い。すなわ
ち、その基体の灰分にかかわらず、基体の表面に熱分解
炭素を被覆した場合でも、該部材のホウ素濃度が２ｐｐ
ｍ以下であれば、離型性を有しているのである。

【００１２】しかしながら、離型性をより向上させるた
め、及び膜の表面から微粒子が脱離してガラスに付着す
るのを防ぐために、よりち密な被覆膜の方が望ましい。
そのために、灰分が４０ｐｐｍ以下である炭素質材料を
基体とすることにより、ち密性が増し、離型性がより向
上するのである。さらには、このように灰分４０ｐｐｍ
以下の基体を使用することによって、基体中の全不純物
元素が熱拡散してガラスを汚染することも防止できる。
当然のことながら、この際にも該部材のホウ素濃度は２
ｐｐｍ以下であることが必要な特性である。

【００１３】熱分解炭素被覆炭素部材のホウ素濃度を２
ｐｐｍ以下にするためには、ホウ素濃度が少ない炭素質
材料を基体とし、高純度のガスを使用して熱分解炭素を
被覆すれば良いが、このようにしても、製造バッチ回数
が増えていくと、ホウ素がチャンバー内に蓄積され、部
材のホウ素濃度が思いも寄らず増えてしまって２ｐｐｍ
を超えてしまうことがあるので、クルクミン法等の手段
で被覆後の部材のホウ素濃度を適宜測定することが好ま
しい。

【００１４】基体となる炭素質材料としては、広く一般
の炭素材料に適用し得るが、特に、２９３〜１２７３に
おける平均熱膨張係数の異方比が１．２以下であるいわ
ゆる等方性黒鉛材、あるいは炭素繊維の織物、不織布類
を骨材とし、炭素をマトリックスとするいわゆる炭素／
炭素複合材などが例示されるが、いずれにしても、被覆
を施す表面方向の平均熱膨張係数が１．５×１０^−６〜
５．５×１０^−６／Ｋ（２９３〜１２７３Ｋ）がより好
ましい。熱膨張係数がこの範囲より外れると基体と被覆
膜の熱膨張率の差によって、はく離又はき裂が発生する
ことがある。

【００１５】熱分解炭素の形成方法は、化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）法等の公知の方法で良く、その一例を示せば、メタ
ン、プロパンなどの炭化水素ガスが用いられ、これら炭
化水素ガスの濃度調整に水素ガスを必要に応じて共存さ
せる。但し、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏの共存は悪影響があるので避
けることが望ましい。蒸着時の温度範囲は８００〜２５
００℃までの広い範囲であるが、好ましくは１０００℃
乃至２０００℃である。また反応室内圧力は全圧（炭化
水素分圧＋水素分圧）として操作されるが、炭化水素分
圧は低い程良質の被覆膜をあたえるが、余りに低すぎる
と、蒸着速度が遅くなる。全圧は３００Ｔｏｒｒ以下、
好ましくは１００Ｔｏｒｒ以下の条件で操作することが
望ましい。

【００１６】熱分解炭素の被覆膜の厚みは、はく離やき
裂が発生しなければ良く、通常１〜５００μｍのもので
あるが、特に５〜１００μｍとするのが好ましい。５μ
ｍ未満ではガラスとの離型性がやや減殺され、１００μ
ｍより厚いと被覆膜のき裂、基材とのはく離が発生する
可能性があるのであまり好ましくない。被覆は基体の全
表面に施しても良いが、ガラスと当接する面にのみ被覆
しても良い。

【００１７】

【作用】ホウ素は、酸素と反応してガラス状の酸化ホウ
素（Ｂ_２Ｏ_３）を形成し、ホウ素濃度が２ｐｐｍを超え
ると、ガラスの主成分である酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）と
酸化ホウ素との固着量が多くなってしまうため、離型性
が悪化するものと思われる。特に、この酸化ホウ素は、
約４５０℃という比較的低温で溶解するので、酸化ケイ
素と固着する他の不純物元素（例えば、鉄、バナジウ
ム、ニッケル、アルミニウム等）の酸化物よりも、離型
性悪化の寄与が大きいと思われる。

【００１８】さらに、離型性がより優れた熱分解炭素被
覆炭素部材にするためには、基体となる炭素質材料の灰
分が４０ｐｐｍ以下であれば良く、この程度の純度の炭
素質材料は、灰分１０ｐｐｍ以下のものと比べて極めて
安価に入手することができる。

【００１９】

【実施例】本発明をガラスの仮焼成用トレーについて使
用した実施例によって具体的に説明する。なお、灰分は
日本工業規格（ＪＩＳ）Ｒ ７２２３により、トレー中
のホウ素濃度は、同一バッチで製造されたものをクルク
ミン法により測定した値である。

【００２０】実施例及び比較例 基体としてホウ素濃度が１ｐｐｍ以下、２ｐｐｍ及び３
ｐｐｍの等方性黒鉛（灰分４００ｐｐｍ、平均熱膨張係
数４．２×１０^−６〜４．５×１０^−６／Ｋ（２９３〜
１２７３Ｋ）、平均熱膨張係数の異方比１．１、かさ密
度１．７３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３）を用い、熱分解炭素
を２０μｍの厚みで全面に被覆したトレーを別バッチで
複数個製造した。その中から再度ホウ素濃度を測定して
１ｐｐｍ以下、２ｐｐｍ及び３ｐｐｍのホウ素濃度のト
レーを選び出し、ガラス封着材料であるホウケイ酸ガラ
スの圧粉体を各種ホウ素濃度のトレー上に置き、空気中
で仮焼成（仮焼成温度６００℃）を行った。ホウ素濃度
が１ｐｐｍ以下と２ｐｐｍのトレーはガラスとの離型性
が良好であったのに対し、ホウ素濃度が３ｐｐｍのトレ
ーを使って仮焼成したガラスは一部変色しており、トレ
ーとの固着も若干みられた。なお、この仮焼成工程は１
日で終了した。

【００２１】また、ホウ素濃度が１ｐｐｍ以下と２ｐｐ
ｍのトレーに比べて、３ｐｐｍのトレーは、使用回数を
増やしていくにつれてガラスの変色度合が増し、トレー
との固着も多くなった。

【００２２】さらに、灰分が４０ｐｐｍ以下の基体に熱
分解炭素を被覆したホウ素濃度２ｐｐｍ以下のトレー
は、ガラスとの離型性が特に良かった。

【００２３】

【発明の効果】以上より、本発明に係る熱分解炭素被覆
炭素部材は、安価で優れた離型性を有しており、上記実
施例のガラス仮焼成用トレーの他に、ガラス封着用治
具、成形用型、熱処理用下板、搬送用吸収パッド等のガ
ラスとの離型姓が必要な部材として十分に本発明の効果
を発揮するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラスに接触して使用され、ガラスとの
   離型性が必要で、炭素質材料を基体としてその表面に熱
   分解炭素を被覆した、熱分解炭素被覆炭素部材におい
   て、該熱分解炭素被覆炭素部材のホウ素濃度が２ｐｐｍ
   以下であることを特徴とする熱分解炭素被覆炭素部材。
2. 【請求項２】 基体となる炭素質材料の灰分が４０ｐｐ
   ｍ以下である請求項１に記載の熱分解炭素被覆炭素部
   材。