JP2008279776A - セラミック薄板、セラミック薄板の生成形体の成形方法及び成形装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大面積で非常に薄い均一な厚さを有し、しかも強度性不足のないセラミック薄板と、これを可能とする生成形体の成形手段とを提供する。
【解決手段】硬化又はゲル化可能なバインダーを含むセラミックスラリーを柔軟な成形袋に収納し、脱気した後、均一な所定厚さのスペーサにより間隔を規定された1対の平坦で大面積の成形板間に導入して薄板状に成形し、この生成形体を熱硬化又はゲル硬化させた後、成形装置より取出す生成形体の成形方法。この方法を行うことのできる成形装置。上記生成形体を焼成してなるセラミック薄板。
【選択図】図1
【解決手段】硬化又はゲル化可能なバインダーを含むセラミックスラリーを柔軟な成形袋に収納し、脱気した後、均一な所定厚さのスペーサにより間隔を規定された1対の平坦で大面積の成形板間に導入して薄板状に成形し、この生成形体を熱硬化又はゲル硬化させた後、成形装置より取出す生成形体の成形方法。この方法を行うことのできる成形装置。上記生成形体を焼成してなるセラミック薄板。
【選択図】図1
Description
本発明はセラミック薄板、セラミック薄板の生成形体の成形方法及び成形装置に関し、更に詳しくは、均一な厚さで非常に薄く大面積に一体焼成され、しかも焼成時の反りがなく優れた強度性を示すセラミック薄板と、このようなセラミック薄板を有効に実現することができる生成形体(グリーンボディと称される未焼成の成形体)の成形方法及び成形装置に関する。
近年、半導体業界や液晶業界等において、薄膜形成やエッチング工程での耐食性や熱伝導性の観点から、大面積で非常に薄いセラミック薄板の提供が要求されている。又、より小面積のセラミック基板等を使用する場合でも、大面積の薄いセラミック薄板を焼成して、これをカッティングすることにより多数枚取りを図ることは、生産性の面で非常に有利である。
従来、上記のようなセラミック薄板又はその生成形体の成形方法として、次のような種々の成形法が行われている。
即ち、いわゆる乾式成形法としては、固定型の凹部キャビティに原料のドライパウダーを収容しておき、該凹部キャビティに強力な加圧を伴ってプレス型を進入させることによりドライパウダーを固結させる金型プレス法がある。他にも、原料のドライパウダーをゴム製の成形袋内に封入した後に加圧水槽内へ投入し、全方向からの強力な水圧を加えてドライパウダーを固結させるラバープレス法等がある。
又、いわゆる湿式成形法としては、スラリー状のセラミック原料をベルトコンベア上で搬送しながらドクターブレードを用いて薄板状に成形して行くドクターブレード成形法や、坏土状のセラミック原料を押出し孔を設けた口金から薄板状に押出す押出し成形法等がある。
しかしながら、上記の金型プレス法やラバープレス法等の乾式成形法では、強力な加圧を要求されるプレス装置や加圧装置が大掛かりなものとなり、著しくコストアップする恐れがある。ラバープレス法では、通常、更に薄板形状への切削加工を要すると言う成形工程上の不具合もある。そして大面積のセラミック薄板を成形しようとすると、これに応じてプレス装置や加圧装置を大型化せねばならないため、コスト面や設備面から現実的には困難である。
一方、上記のドクターブレード成形法や押出し成形法等の湿式成形法では、成形後に焼成工程を要するとは言え、乾式成形法のような強力な加圧を要求されないため、成形コスト面で有利である。
しかし上記した従来の湿式成形法では、セラミックスラリーがドクターブレードとの摩擦下に搬送されながら、あるいは坏土が口金との摩擦下に押出しを受けながら成形されるので、原料密度の不均一を生じ易い。生成形体における原料密度の不均一は、焼成薄板における強度(弾性)の低下の原因となる。
更に、ドクターブレード成形法では非常に薄くかつ均一な厚さに成形することが技術的に困難又は煩雑である。生成形体における厚みの不均一は、焼成薄板における強度(弾性)の低下の一因となる。又、押出し成形法では、非常に薄い押出し孔から押出し得る坏土の調製が困難であると言う不具合もあった。
そこで本発明は以上の不具合を解消し、均一な厚さで非常に薄く大面積に一体焼成され、しかも焼成後に優れた強度(弾性)を示すセラミック薄板と、焼成によってこのようなセラミック薄板を有効に実現することができる生成形体の成形方法及び成形装置とを提供することを、解決すべき課題とする。
(第1発明の構成)
上記課題を解決するための本願第1発明(請求項1に記載の発明)の構成は、以下の(1)及び(2)の条件を併せ備える焼成体である、セラミック薄板である。
(1)3mm以下の均一な厚さと、2000cm2以上の面積とを有する平坦な板状である。
(2)相互間隔を50cmとした2つの支点でセラミック薄板を支持した状態において、前記2支点の中間点を厚さ方向へ3cm撓ませた場合に、折れ又は割れを生じないと言う曲げ弾性を備える。
上記課題を解決するための本願第1発明(請求項1に記載の発明)の構成は、以下の(1)及び(2)の条件を併せ備える焼成体である、セラミック薄板である。
(1)3mm以下の均一な厚さと、2000cm2以上の面積とを有する平坦な板状である。
(2)相互間隔を50cmとした2つの支点でセラミック薄板を支持した状態において、前記2支点の中間点を厚さ方向へ3cm撓ませた場合に、折れ又は割れを生じないと言う曲げ弾性を備える。
(第2発明の構成)
上記課題を解決するための本願第2発明(請求項2に記載の発明)の構成は、前記第1発明に係るセラミック薄板が窒化物系,炭化物系又は酸化物系のセラミックからなる、セラミック薄板である。
上記課題を解決するための本願第2発明(請求項2に記載の発明)の構成は、前記第1発明に係るセラミック薄板が窒化物系,炭化物系又は酸化物系のセラミックからなる、セラミック薄板である。
(第3発明の構成)
上記課題を解決するための本願第3発明(請求項3に記載の発明)の構成は、軟質材からなる成形袋に硬化又はゲル化可能なバインダーを含んだセラミックスラリーの必要量を収納し、前記セラミックスラリーを脱気してから1対の平坦な成形面間で成形袋ごと薄板状に成形し、次いでセラミックスラリーを硬化又はゲル化させる、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
上記課題を解決するための本願第3発明(請求項3に記載の発明)の構成は、軟質材からなる成形袋に硬化又はゲル化可能なバインダーを含んだセラミックスラリーの必要量を収納し、前記セラミックスラリーを脱気してから1対の平坦な成形面間で成形袋ごと薄板状に成形し、次いでセラミックスラリーを硬化又はゲル化させる、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
(第4発明の構成)
上記課題を解決するための本願第4発明(請求項4に記載の発明)の構成は、前記第3発明に係るセラミックスラリーの脱気工程において、セラミックスラリーを成形袋ごと脱気装置へ導入して脱気を行う、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
上記課題を解決するための本願第4発明(請求項4に記載の発明)の構成は、前記第3発明に係るセラミックスラリーの脱気工程において、セラミックスラリーを成形袋ごと脱気装置へ導入して脱気を行う、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
(第5発明の構成)
上記課題を解決するための本願第5発明(請求項5に記載の発明)の構成は、前記第3発明又は第4発明に係る成形袋を構成している軟質材が、PP,PE又はPETである、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
上記課題を解決するための本願第5発明(請求項5に記載の発明)の構成は、前記第3発明又は第4発明に係る成形袋を構成している軟質材が、PP,PE又はPETである、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
(第6発明の構成)
上記課題を解決するための本願第6発明(請求項6に記載の発明)の構成は、硬質材料からなる1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなる成形袋に、硬化又はゲル化可能なバインダーを含んだセラミックスラリーの必要量を収納し、前記セラミックスラリーを脱気してから1対の成形面間で成形袋ごと薄板状に成形し、セラミックスラリーを硬化又はゲル化させた後に成形袋を除去する、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
上記課題を解決するための本願第6発明(請求項6に記載の発明)の構成は、硬質材料からなる1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなる成形袋に、硬化又はゲル化可能なバインダーを含んだセラミックスラリーの必要量を収納し、前記セラミックスラリーを脱気してから1対の成形面間で成形袋ごと薄板状に成形し、セラミックスラリーを硬化又はゲル化させた後に成形袋を除去する、セラミック薄板の生成形体の成形方法である。
(第7発明の構成)
上記課題を解決するための本願第7発明(請求項7に記載の発明)の構成は、1対の略平行で平坦な成形面をそれぞれ有する1対の対向する成形型を備え、これらの成形型の少なくとも一方は他方に対して進退動作可能であり、これらの成形型の少なくとも一方の成形面はその裏面に設けた弾性部材によって傾動可能に支持され、かつ、前記1対の成形面間には成形面間隔調整用の薄板状スペーサを介在させ得る構成とした、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
上記課題を解決するための本願第7発明(請求項7に記載の発明)の構成は、1対の略平行で平坦な成形面をそれぞれ有する1対の対向する成形型を備え、これらの成形型の少なくとも一方は他方に対して進退動作可能であり、これらの成形型の少なくとも一方の成形面はその裏面に設けた弾性部材によって傾動可能に支持され、かつ、前記1対の成形面間には成形面間隔調整用の薄板状スペーサを介在させ得る構成とした、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
(第8発明の構成)
上記課題を解決するための本願第8発明(請求項8に記載の発明)の構成は、前記第7発明に係る1対の成形型には成形面加熱用のヒータを設けた、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
上記課題を解決するための本願第8発明(請求項8に記載の発明)の構成は、前記第7発明に係る1対の成形型には成形面加熱用のヒータを設けた、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
(第9発明の構成)
上記課題を解決するための本願第9発明(請求項9に記載の発明)の構成は、前記第7発明又は第8発明に係る1対の成形型における1対の成形面の構成部分のみを、成形装置に対して一体的に着脱可能とした、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
上記課題を解決するための本願第9発明(請求項9に記載の発明)の構成は、前記第7発明又は第8発明に係る1対の成形型における1対の成形面の構成部分のみを、成形装置に対して一体的に着脱可能とした、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
(第10発明の構成)
上記課題を解決するための本願第10発明(請求項10に記載の発明)の構成は、前記第7発明〜第9発明のいずれかに係る成形装置における対向する成形面の中間上部には、成形袋懸架用のラック装置を備えている、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
上記課題を解決するための本願第10発明(請求項10に記載の発明)の構成は、前記第7発明〜第9発明のいずれかに係る成形装置における対向する成形面の中間上部には、成形袋懸架用のラック装置を備えている、セラミック薄板の生成形体の成形装置である。
(第1発明の作用・効果)
3mm以下と言う非常に薄い均一な厚さと、2000cm2以上と言う極めて大きな面積とを有するセラミック薄板を製造することは、従来の成形方法では、コスト面や設備面から現実的には困難である。又、あえてコスト等を無視して製造したとしても、厚さが不均一であったり、生成形体における原料密度が不均一であったりするために、第1発明の前記(2)の条件を満たす曲げ弾性を備えることは困難であった。
3mm以下と言う非常に薄い均一な厚さと、2000cm2以上と言う極めて大きな面積とを有するセラミック薄板を製造することは、従来の成形方法では、コスト面や設備面から現実的には困難である。又、あえてコスト等を無視して製造したとしても、厚さが不均一であったり、生成形体における原料密度が不均一であったりするために、第1発明の前記(2)の条件を満たす曲げ弾性を備えることは困難であった。
本発明においては、第3発明〜第6発明に係る成形方法、あるいは第7発明〜第10発明に係る成形装置を利用してセラミック薄板の生成形体を成形し、この生成形体を適宜な条件で焼成することにより、第1発明に係るセラミック薄板を製造可能とした。
第1発明のセラミック薄板により、例えば半導体業界や液晶業界等において強く要求されている大面積で非常に薄く曲げ弾性の優れた(即ち、割れや折れの生じ難い)セラミック薄板が提供される。より小面積のセラミック基板等の要求に対しても、第1発明に係る大面積のセラミック薄板をカッティングして多数枚取りを図ることにより、生産性の面で非常に有利である。セラミック薄板は、このようなカッティングの際にも割れ難い。
(第2発明の作用・効果)
上記第1発明に係るセラミック薄板としては、汎用材である窒化物系,炭化物系又は酸化物系のセラミックからなるものが好ましい。
(第2発明の作用・効果)
上記第1発明に係るセラミック薄板としては、汎用材である窒化物系,炭化物系又は酸化物系のセラミックからなるものが好ましい。
(第3発明の作用・効果)
第3発明のセラミック薄板の生成形体の成形方法は、非常に薄い均一な厚みと大きな面積とを持ち、しかも曲げ弾性の優れたセラミック薄板を焼成できる生成形体を成形するにつき、画期的な改善を含んでいる。
第3発明のセラミック薄板の生成形体の成形方法は、非常に薄い均一な厚みと大きな面積とを持ち、しかも曲げ弾性の優れたセラミック薄板を焼成できる生成形体を成形するにつき、画期的な改善を含んでいる。
即ち、第3発明の生成形体の成形方法では、セラミックスラリーを軟質材からなる成形袋に収納し、1対の平坦な成形面間で成形袋ごと薄板状に成形する。
そのため、前記乾式成形法のような高価あるいは大掛かりなプレス装置や加圧装置は不要である。大面積の生成形体を成形するためには、成形袋のサイズ,成形袋へのセラミックスラリーの収容量及び1対の成形面の面積を調整するだけで良い。
生成形体を非常に薄く成形するためには、成形時における1対の成形面の間隔を調整するだけで良い。非常に薄い生成形体の厚みの均一性に関しては、1対の平坦な成形面を用いると言う成形原理上、部分的な凹凸に基づく厚みの不均一を生ずることはあり得ない。厚み勾配に基づく全体的な厚みの不均一を防止するには、成形時における1対の成形面の平行度を調整するだけで良い。上記した1対の成形面の間隔や平行度の調整は技術的に特に困難なものではない。従って、非常に薄い大面積の生成形体を均一な厚みを以て容易に成形することができる。
第3発明の方法は、カテゴリーとしては湿式成形法に属するが、前記従来の湿式成形法に比較すれば、セラミックスラリーが成形袋の中で展延されて薄板形状となるので、焼成後の強度不足の原因となる原料密度の不均一が起きない。又、前記押出し成形法の場合のような坏土調製上の困難がないし、薄い生成形体を均一な厚みで成形する上での、前記ドクターブレード成形法のような技術的な困難又は煩雑さがない。従って、焼成後のセラミック薄板の強度不足を生じない生成形体を容易に成形することができる。
なお、成形前にセラミックスラリーを脱気することにより、生成形体における気泡の混入を有効に防止できる。又、セラミックスラリーの硬化又はゲル化により生成形体を硬化させた後、成形袋は焼成前に除去しても良いし、成形袋ごと焼成して成形袋を焼滅させても良い。
(第4発明の作用・効果)
成形袋に収納したセラミックスラリーを脱気するに当たり、例えば吸気パイプ等を成形袋に挿入して成形袋の内容物のみを脱気する方法と、成形袋ごと脱気装置へ導入して成形袋の内部と外部とを同等に脱気する方法とがあり得る。
成形袋に収納したセラミックスラリーを脱気するに当たり、例えば吸気パイプ等を成形袋に挿入して成形袋の内容物のみを脱気する方法と、成形袋ごと脱気装置へ導入して成形袋の内部と外部とを同等に脱気する方法とがあり得る。
そして前者の方法によると、脱気に伴う袋の収縮により成形袋が褶曲し(シワが寄り)、この褶曲が生成形体の成形に影響する場合もあり得る。従って、第4発明のように、後者の方法によってセラミックスラリーの脱気工程を行うことが特に好ましい。
(第5発明の作用・効果)
成形袋を構成する軟質材の種類は任意であるが、特にプラスチックが好ましく、とりわけ、セラミックスラリー硬化時の加熱に対する耐熱性、袋を構成するフィルムの厚み精度、離型性等の点から、第5発明のようにPP,PE又はPETが好ましい。
成形袋を構成する軟質材の種類は任意であるが、特にプラスチックが好ましく、とりわけ、セラミックスラリー硬化時の加熱に対する耐熱性、袋を構成するフィルムの厚み精度、離型性等の点から、第5発明のようにPP,PE又はPETが好ましい。
(第6発明の作用・効果)
セラミック薄板の生成形体の成形方法としては、第6発明の成形方法も好ましい。この成形方法は、硬質材料からなる1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなる成形袋を用いる点を除いては、基本的に上記第3発明〜第5発明の成形方法と同様である。
セラミック薄板の生成形体の成形方法としては、第6発明の成形方法も好ましい。この成形方法は、硬質材料からなる1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなる成形袋を用いる点を除いては、基本的に上記第3発明〜第5発明の成形方法と同様である。
第6発明の成形方法によれば、成形袋を構成する1対の薄い平坦なプレートが第3発明〜第5発明の成形方法における1対の平坦な成形面と同様に機能する。従って、生成形体における厚みの均一性(局部的な凹凸を生じないこと)は成形袋の1対のプレートによって確保されるので、1対の成形面が必ずしも平坦である必要はない。反面、セラミックスラリーの硬化又はゲル化により生成形体を硬化させた後、成形袋ごと焼成して成形袋を焼滅させることは困難であり、成形袋を焼成前に除去する必要がある。
(第7発明の作用・効果)
第7発明に係るセラミック薄板の生成形体の成形装置を利用することにより、上記各種の成形方法を簡易に実行することができる。
第7発明に係るセラミック薄板の生成形体の成形装置を利用することにより、上記各種の成形方法を簡易に実行することができる。
即ち、セラミックスラリーの必要量を収納し脱気した成形袋を、1対の成形型の成形面間に導入する。そして成形したい生成形体の厚さを考慮して、成形面間の両端部(成形袋と重複しない部位)に必要な厚さの成形面間隔調整用の薄板状スペーサを介在させる。この薄板状スペーサは、各種の厚さのものを予め準備しておいた方が良い。
例えば、前記第3発明〜第5発明の成形方法において、生成形体を2mmの厚さに成形したい場合、成形袋を構成するフィルムの厚さが50μmであるとすると、生成形体の表裏面におけるフィルムの合計厚さ100μmを加算した2.1mmの厚さの薄板状スペーサを介在させれば良い。また例えば、前記第6発明の成形方法において生成形体を2mmの厚さに成形したい場合、成形袋の1対のプレートの厚さが3mmであるとすると、生成形体の表裏面におけるプレートの合計厚さ6mmを加算した8mmの厚さの薄板状スペーサを介在させれば良い。
次いで1対の成形型を薄板状スペーサによって停止するまで接近させる。この時、仮に成形型の1対の成形面が元々は完全に平行ではないとしても、少なくとも一方の成形面はその裏面に設けた弾性部材によって傾動可能に支持されているので、薄板状スペーサの作用により1対の成形面は完全に平行になる。従って生成形体の厚さの均一性が確保される。
(第8発明の作用・効果)
セラミック薄板の生成形体の成形装置には、その1対の成形型に生成形体を硬化又はゲル化させるための成形面加熱用のヒータを設けることが好ましい。但し、このようなヒータが成形型ににビルトインされていなくても任意の手段により生成形体を加熱・硬化させることは可能であるから、上記ヒータを設けることは必須ではない。
セラミック薄板の生成形体の成形装置には、その1対の成形型に生成形体を硬化又はゲル化させるための成形面加熱用のヒータを設けることが好ましい。但し、このようなヒータが成形型ににビルトインされていなくても任意の手段により生成形体を加熱・硬化させることは可能であるから、上記ヒータを設けることは必須ではない。
(第9発明の作用・効果)
第7発明又は第8発明に係る成形装置において、1対の成形型における1対の成形面の構成部分のみを、いわば一種の着脱式キットとして、成形装置に対して一体的に着脱可能とすることも、好ましい。
第7発明又は第8発明に係る成形装置において、1対の成形型における1対の成形面の構成部分のみを、いわば一種の着脱式キットとして、成形装置に対して一体的に着脱可能とすることも、好ましい。
この場合、生成形体の成形完了後、成形袋を中間に挟んだ状態のまま着脱式キットを一体的に取外し、別途に準備しておいた未成形のスラリー入り成形袋を中間に挟んだ着脱式キットを取付けると言う工程設計が可能となる。従って、比較的迅速に行い得る成形工程と、プロセス進行の律速段階となり勝ちな生成形体の硬化又はゲル化工程とを分離できる。その結果、成形工程を迅速に多数回行いつつ、同時に成形完了後の多数の着脱式キットを次々に加熱槽等に投入して生成形体の硬化又はゲル化を行うと言う工程の効率化が可能となる。
(第10発明の作用・効果)
第10発明のように、成形装置における対向する成形面の中間上部に成形袋懸架用のラック装置を設けることにより、生成形体の成形時において成形袋を確実かつ迅速に成形面の中間部に保持することができる。
第10発明のように、成形装置における対向する成形面の中間上部に成形袋懸架用のラック装置を設けることにより、生成形体の成形時において成形袋を確実かつ迅速に成形面の中間部に保持することができる。
次に、第1発明〜第10発明の実施の形態について説明する。以下において単に「本発明」と言うときは、第1発明〜第10発明を一括して呼んでいる。
〔セラミック薄板〕
本発明に係るセラミック薄板は、3mm以下の厚さと、2000cm2以上の面積とを有する焼成された平坦な板状体である。なお、セラミック薄板におけるcm2単位の面積値がmm単位の厚さ値の500倍以上であることも好ましいが、必ずしもこのような基準に限定されない。又、本発明に係るセラミック薄板は均一な厚さを有するが、要求される厚さの均一度はセラミック薄板の用途によって異なる。従って厚さの均一度は必ずしも一律に規定できないが、例えば、セラミック薄板の最大厚部分と最小厚部分との厚さの差が10%以下であることが好ましい。
本発明に係るセラミック薄板は、3mm以下の厚さと、2000cm2以上の面積とを有する焼成された平坦な板状体である。なお、セラミック薄板におけるcm2単位の面積値がmm単位の厚さ値の500倍以上であることも好ましいが、必ずしもこのような基準に限定されない。又、本発明に係るセラミック薄板は均一な厚さを有するが、要求される厚さの均一度はセラミック薄板の用途によって異なる。従って厚さの均一度は必ずしも一律に規定できないが、例えば、セラミック薄板の最大厚部分と最小厚部分との厚さの差が10%以下であることが好ましい。
又、本発明に係るセラミック薄板は、相互間隔を50cmとした2つの支点でセラミック薄板を支持した状態において、2支点の中間点を厚さ方向へ3cm撓ませた場合に折れ又は割れを生じないと言う曲げ弾性を備える。
セラミック薄板を構成するセラミック材の種類は限定されないが、窒化物系,炭化物系又は酸化物系のセラミックからなるものが、特に好ましい。
セラミック薄板の用途は限定されない。1,2の代表的用途例として、半導体業界や液晶業界等に向けた大面積セラミック薄板の用途、カッティングすることにより多数枚取りを図ることを前提とする小面積のセラミック基板の用途、各種焼成治具用の薄板材料の用途等を例示することができる。
〔セラミックスラリー〕
本発明で用いるセラミックスラリーは、少なくとも、主成分たるセラミック粉末と、加熱により硬化又はゲル化するバインダーと、流動性を持たせるための溶媒とを含む。発明の目的を阻害しない限りにおいて、通常のセラミックスラリーに配合されることがある他の任意の成分を含むことができる。焼成後にはバインダーと溶媒は消失している。
本発明で用いるセラミックスラリーは、少なくとも、主成分たるセラミック粉末と、加熱により硬化又はゲル化するバインダーと、流動性を持たせるための溶媒とを含む。発明の目的を阻害しない限りにおいて、通常のセラミックスラリーに配合されることがある他の任意の成分を含むことができる。焼成後にはバインダーと溶媒は消失している。
セラミック粉末の種類は限定されないが、好ましくは窒化物系,炭化物系又は酸化物系セラミックの原料となるセラミック粉末が用いられる。具体的に好ましいセラミック粉末として、窒化物系の窒化ホウ素,窒化アルミニウム,窒化珪素,窒化チタン等が例示される。炭化物系の炭化珪素,炭化チタン,炭化ホウ素,タングステンカーバイド等も例示される。酸化物系の酸化アルミニウム,酸化ジルコニウム,酸化珪素,酸化マグネシウム,酸化イットリウム,酸化バリウム,酸化銅,酸化バナジウム,酸化鉄等も例示される。その他にも、上記各種のセラミック粉末の混合物、固溶物の他、金属粉末等も利用できる。
バインダーの種類も限定されない。好ましくは、熱硬化性のバインダーとしては、エポキシ樹脂,ポリエステル樹脂,フェノール樹脂,メラミン樹脂,ポリイミド樹脂,シアン酸エステル樹脂,ジアリルフタレート樹脂,シリコーン樹脂,イソシアネート樹脂やこれらの変性樹脂又はこれらをエマルション化したもの、熱ゲル化性のバインダーとしては、タンパク質,デンプン等を、それぞれ使用することができる。
溶媒の種類も限定されない。好ましくは、熱硬化性の樹脂には芳香族溶媒,志望族溶媒の混合物を用いれば良く、エステル,ケトン系溶剤を加えても良い。エマルション,タンパク質,デンプン等には水を溶媒とすれば良く、セラミック粉末の湿潤,分散を良くするための界面活性剤を用いることもできる。
〔成形袋〕
成形袋には、軟質材からなるもの(第3発明において用いる)と、1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなるもの(第6発明において用いる)とがある。上記軟質材の種類は限定されないが、透明で柔軟な材料が好ましく、前記した理由から、特にPP,PE又はPETが好ましい。成形袋は上方が開口し、かつ成形型の成形面の面積よりも大きな袋体であることが好ましい。このような成形袋を用いることで、成形が不完全となり易い袋の端部の部分を切除することができる。
成形袋には、軟質材からなるもの(第3発明において用いる)と、1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなるもの(第6発明において用いる)とがある。上記軟質材の種類は限定されないが、透明で柔軟な材料が好ましく、前記した理由から、特にPP,PE又はPETが好ましい。成形袋は上方が開口し、かつ成形型の成形面の面積よりも大きな袋体であることが好ましい。このような成形袋を用いることで、成形が不完全となり易い袋の端部の部分を切除することができる。
第3発明において用いる成形袋の形態は任意であるが、好ましくはフィルムを方形に折返した厚さのない袋形態とされる。フィルムの厚さも任意であるが、例えば100〜500μm程度の厚さとすることができる。第6発明において用いる成形袋を構成する1対の薄い平坦なプレートとしては、例えばステンレス製やアルミニウム製のものを使用できる。
〔生成形体の成形装置〕
生成形体の成形装置は、1対の対向する成形型を備え、成形型の一方又は双方が、対向する成形型に対して進退動作可能となっている。一方又は双方の成形型を進退動作させる機構としては、公知の任意の機構を採用すれば良く、何ら限定されない。
生成形体の成形装置は、1対の対向する成形型を備え、成形型の一方又は双方が、対向する成形型に対して進退動作可能となっている。一方又は双方の成形型を進退動作させる機構としては、公知の任意の機構を採用すれば良く、何ら限定されない。
これらの1対の成形型はそれぞれ平坦な成形面を備えており、該1対の成形面は互いに略平行となるように構成されている。そして1対の成形面の一方又は双方が、その裏面と成形型本体との間に設けた弾性部材によって、弾性的に傾動可能なように支持されている。この弾性部材による支持機構のため、及びスペーサを用いることにより、1対の成形面が成形時において正確に平行な状態となる。スペーサの形態は限定されないが、少なくとも厚さが正確に規定されており、成形時において1対の成形面間に介在させ得る形状を備える。
前記1対の成形型には、その成形面の裏側に成形面加熱用のヒータを設けることが好ましい。ヒータの機構は公知の任意のものを採用できる。又、成形装置には、対向する成形面の中間位置の上部に、成形袋懸架用のラック装置を備えることも好ましい。ラック装置の機構は、成形袋を必要な位置(成形時における1対の成形面の中間位置)に必要な方向(1対の成形面と平行な方向)沿いに懸架できるものであれば、公知の任意の機構のものを採用できる。
又、成形装置における1対の成形面の構成部分のみを、着脱式キットとして成形装置に対し一体的に着脱可能とすることも、好ましい。その着脱式キットの機構は限定されない。例えば、成形面と成形型との着脱機構に関しては、成形面を構成する部材が成形型に対してフックを用いた係止機構により簡単に着脱できる機構、あるいは、成形面を構成する部材の裏面に設けた水平方向のレールを成形型に設けた水平方向のガイド溝に嵌合可能とし、成形面を水平移動させることによりレールとガイド溝とを嵌合させ又はその嵌合を解除して、成形面を成形型から簡単に着脱できる機構、等を例示できる。又、1対の成形面を一体的に着脱可能とする機構に関しては、例えば、成形位置にある1対の成形面をボルト−ナットで互いに締め付けて一体化する機構、等を例示できる。
〔生成形体の成形方法〕
本発明に係る生成形体の成形方法は、以下の第1工程〜第4工程を含むものである。
本発明に係る生成形体の成形方法は、以下の第1工程〜第4工程を含むものである。
第1工程:第3発明又は第6発明に係る成形袋に必要量の前記セラミックスラリーを収納する。この工程では、セラミックスラリーが気泡を巻込んで成形袋に収納されないように注意して収納させることが好ましい。
第2工程:成形袋に収納されたセラミックスラリーを脱気する。この工程は、例えば成形袋の開口部を吸引ブロアー等の任意の吸気手段に連絡させることによっても実行できるが、成形袋におけるシワの発生を防止するためには、成形袋ごと脱気装置へ導入して脱気を行うことが好ましい。
第3工程:脱気した成形袋を成形装置へ導入して、生成形体の成形を行う。この工程では、脱気後の成形袋の開口部を直ちに密封して成形装置へ導入することも好ましい。成形袋の成形装置への導入は、例えば前記した成形袋懸架用のラック装置を利用して行うことができる。成形工程においては、1対の成形面間に前記スペーサを介在させ、1対の成形型を互いに押付けることにより、スペーサによって規定された所定の均一な厚さに生成形体が成形される。
第4工程:成形袋中で成形された生成形体を加熱して、バインダーの硬化又はゲル化により生成形体を硬化又はゲル化させる。この工程は、成形型のヒータを利用して行うこともできるが、1対の成形面の構成部分のみを着脱式キットとして着脱させる場合には、成形袋を中間に挟んだ状態のまま一体的に着脱式キットを取外して、加熱槽に投入しても良い。
〔生成形体の焼成〕
以上の工程により成形された生成形体は、所定の適正な条件で焼成されることにより、非常に薄く大面積で、しかも曲げ弾性の優れたセラミック薄板となる。第3発明に係る成形袋を用いた場合には、焼成によって成形袋が消滅するので、成形袋ごと焼成炉に投入しても良い。第6発明に係る成形袋を用いた場合には、成形袋を除去してから生成形体を焼成炉に投入するのが良い。この成形袋の除去は、例えば成形袋における1対の平坦なプレート間を連結した軟質材をカッター等で切ってプレートを生成形体より剥がすことにより、行える。
以上の工程により成形された生成形体は、所定の適正な条件で焼成されることにより、非常に薄く大面積で、しかも曲げ弾性の優れたセラミック薄板となる。第3発明に係る成形袋を用いた場合には、焼成によって成形袋が消滅するので、成形袋ごと焼成炉に投入しても良い。第6発明に係る成形袋を用いた場合には、成形袋を除去してから生成形体を焼成炉に投入するのが良い。この成形袋の除去は、例えば成形袋における1対の平坦なプレート間を連結した軟質材をカッター等で切ってプレートを生成形体より剥がすことにより、行える。
次に、本発明の一実施例を説明する。本発明の範囲は、下記の実施例によって制約されるものではない。
(実施例1:成形装置)
本実施例に係る生成形体の成形装置1において、機台2上両端部には、1対の平行なレール3が固定されている。1対の対向する成形型4,4’が、その基板部5,5’に設けた車輪6,6’によってレール3上に設置され、従って成形型4,4’はレール3に沿って移動可能である。
本実施例に係る生成形体の成形装置1において、機台2上両端部には、1対の平行なレール3が固定されている。1対の対向する成形型4,4’が、その基板部5,5’に設けた車輪6,6’によってレール3上に設置され、従って成形型4,4’はレール3に沿って移動可能である。
成形型4,4’の基板部5,5’における互いに対向する端部側には、それぞれ成形面支持板7,7’がほぼ垂直に立設され、基板部5と成形面支持板7の間、及び基板部5’と成形面支持板7’の間はリブ8,8’によって補強されている。前記1対の成形面支持板7,7’には、それぞれ平坦な板状の成形面部材9,9’が互いに対向するように、かつ互いに略平行に固定されている。
なお、図示はしないが、成形面部材9,9’を弾性部材を介して成形面支持板7,7’に取付けても良い。例えば、成形面支持板7と成形面部材9とを、それらの上下左右の4隅部においてコイルスプリングを介して取付けた構成とし、成形面支持板7’と成形面部材9’との間も同様に構成することができる。これにより、1対の成形面部材9,9’は、成形時において互いに完全に平行となるように傾動することが許される。
一方、成形型4,4’の前記基板部5,5’の中央部には、前記レール3と平行な単一の軸線方向に沿ってネジ孔10が設けられている。成形型4の基板部5に設けたネジ孔10と、成形型4’の基板部5’に設けたネジ孔10とは、ネジ溝の切削方向が互いに逆である。そしてこれらのネジ孔10には、それぞれのネジ溝方向に対応するネジ山を有する1本の駆動ネジ11が螺合されている。
上記の駆動ネジ11は、機台2上の一端に設けた適宜な機構の駆動部12(その詳細な構成の図示及び説明は省略する)に連結され、該駆動部12のハンドル13を回転させると駆動ネジ11が回転するようになっている。そしてハンドル13は、時計回り方向にも、反時計回り方向にも回転させることができる。従って、ハンドル13を時計回り方向又は反時計回り方向に回転させることにより、1対の成形型4,4’は互いに接近又は離隔する方向へ相対移動する。
前記1対の成形面部材9,9’の中間部上方には、図示省略の適当な支持手段により、ラック装置14が架設されている。ラック装置14は2枚のラック板15,15’を備え、これらのラック板15,15’はネジ16により互いに緊密に締着させることができる。
ラック板15,15’の両端部には環状のアーム17が挿通され、これらの環状のアーム17は開環できる構造となっていて、金属製で均一な所定の厚さを持った細長い板状のスペーサ18の通し孔19に前記アーム17を挿通することにより、アーム17にスペーサ18を吊下げることができる。又、図2及び図3に示すように、生成形体の成形時には、前記2枚のラック板15,15’間にセラミックスラリーを収納した成形袋20の上端開口部を挟着して、成形袋20を1対の成形面部材9,9’間に懸架することができる。
(実施例2:生成形体の成形)
生成形体の成形装置1を用いた場合におけるセラミック薄板の生成形体の成形方法を説明する。
生成形体の成形装置1を用いた場合におけるセラミック薄板の生成形体の成形方法を説明する。
まず、成形袋20に所定のセラミックスラリーを必要量収納し、その脱気工程を行う。次に、図2に示すように、成形袋20の上端開口部をラック装置14のラック板15,15’によって緊密に挟着して1対の成形面部材9,9’間に懸架させる。
同時に、予定される生成形体の成形厚さに応じて選択された所定の厚さのスペーサ18をラック装置14の両端の環状のアーム17に取付け、これらの1対のスペーサ18も1対の成形面部材9,9’間に吊下げる。
次に、ハンドル13を所定方向へ回転させ、1対の成形型4,4’を互いに接近動作させる。この時、1対の成形面部材9,9’はスペーサ18によって停止するまで接近動作し、成形袋20中のセラミックスラリーが所定の均一な厚さと大きな面積を持つ生成形体に成形される。
その後は、前記したように生成形体を硬化させる工程と、これをセラミック薄板に焼成する工程とを行うのである。
本発明によれば、均一な厚さで非常に薄く大面積に一体焼成され、しかも焼成後に優れた強度(弾性)を示すセラミック薄板と、焼成によってこのようなセラミック薄板を有効に実現することができる生成形体の成形方法及び成形装置とが提供される。
1 生成形体の成形装置
3 レール
4,4’ 成形型
7,7’ 成形面支持板
9,9’ 成形面部材
10 ネジ孔
11 駆動ネジ
13 ハンドル
14 ラック装置
15,15’ ラック板
18 スペーサ
20 成形袋
3 レール
4,4’ 成形型
7,7’ 成形面支持板
9,9’ 成形面部材
10 ネジ孔
11 駆動ネジ
13 ハンドル
14 ラック装置
15,15’ ラック板
18 スペーサ
20 成形袋
Claims (10)
- 以下の(1)及び(2)の条件を併せ備える焼成体であることを特徴とするセラミック薄板。
(1)3mm以下の均一な厚さと、2000cm2以上の面積とを有する平坦な板状である。
(2)相互間隔を50cmとした2つの支点でセラミック薄板を支持した状態において、前記2支点の中間点を厚さ方向へ3cm撓ませた場合に、折れ又は割れを生じないと言う曲げ弾性を備える。 - 前記セラミック薄板が窒化物系,炭化物系又は酸化物系のセラミック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薄板。
- 軟質材からなる成形袋に硬化又はゲル化可能なバインダーを含んだセラミックスラリーの必要量を収納し、前記セラミックスラリーを脱気してから1対の平坦な成形面間で成形袋ごと薄板状に成形し、次いでセラミックスラリーを硬化又はゲル化させることを特徴とするセラミック薄板の生成形体の成形方法。
- 前記セラミックスラリーの脱気工程において、セラミックスラリーを成形袋ごと脱気装置へ導入して脱気を行うことを特徴とする請求項3に記載のセラミック薄板の生成形体の成形方法。
- 前記成形袋を構成している軟質材が、PP(ポリプロピレン),PE(ポリエチレン)又はPET(ポリエチレンテレフタレート)であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のセラミック薄板の生成形体の成形方法。
- 硬質材料からなる1対の薄い平坦なプレート間を開口部を除いて軟質材で連結してなる成形袋に、硬化又はゲル化可能なバインダーを含んだセラミックスラリーの必要量を収納し、前記セラミックスラリーを脱気してから1対の成形面間で成形袋ごと薄板状に成形し、セラミックスラリーを硬化又はゲル化させた後に成形袋を除去することを特徴とするセラミック薄板の生成形体の成形方法。
- 1対の略平行で平坦な成形面をそれぞれ有する1対の対向する成形型を備え、これらの成形型の少なくとも一方は他方に対して進退動作可能であり、これらの成形型の少なくとも一方の成形面はその裏面に設けた弾性部材によって傾動可能に支持され、かつ、前記1対の成形面間には成形面間隔調整用の薄板状スペーサを介在させ得る構成としたことを特徴とするセラミック薄板の生成形体の成形装置。
- 前記1対の成形型には成形面加熱用のヒータを設けたことを特徴とする請求項7に記載のセラミック薄板の生成形体の成形装置。
- 前記1対の成形型における1対の成形面の構成部分のみを、成形装置に対して一体的に着脱可能としたことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のセラミック薄板の生成形体の成形装置。
- 前記成形装置における対向する成形面の中間上部には、成形袋懸架用のラック装置を備えていることを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれかに記載のセラミック薄板の生成形体の成形装置。
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JPH0839530A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-02-13 | Kikusui Kagaku Kogyo Kk | セラミック生成形体の製造装置 |
-
2008
- 2008-07-18 JP JP2008186658A patent/JP2008279776A/ja active Pending
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