JP2012179733A - シート成形装置およびシート成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラリーから泡を除去し、均一なシートを成形できるシート成形装置およびシート成形方法を提供する。
【解決手段】ドクターブレード法を用いたシート成形装置１０であって、セラミックスのスラリー９を溜めるスラリーダム２と、スラリーダム２内で、スラリー９の流動方向に対して上り傾斜でメッシュスクリーン７を固定するスクリーン固定部３と、メッシュスクリーン７を透過したスラリーを、キャリアフィルム５上に塗布しグリーンシート６を形成するドクターブレード４と、を備える。これにより、スラリー９の泡がメッシュスクリーン７の表面を上り、スラリー９の表面で破泡する。その結果、スラリー９から泡を除去し、均一なグリーンシート６を成形できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドクターブレード法を用いたシート成形装置およびシート成形方法に関する。

電子部品業界では、セラミックス層を積層した積層セラミックスの電子部品が広く用いられている。このような積層セラミックスは、セラミックス粉末と成形助剤等の樹脂系組成物を混ぜたスラリーを用いてグリーンシートを作製し、グリーンシートの積層体を焼成することで得られている。また、グリーンシートは、一般的にドクターブレード法で作製される。

グリーンシートの作製に用いるスラリーには、溶媒として有機溶剤や水を用いることがあるが、スラリー混合等の工程で多くの泡を噛み、グリーンシートの作製時まで破泡されずにそのまま残留することがある。このような気泡を含んだスラリーをシート化した場合、ピンホール等の不良が多発する。シート化工程の前にはスラリー中の気泡を除去する脱泡工程を通すが、スラリー中の細かい泡を完全に除去できず、グリーンシートの薄膜化を図ると、グリーンシートにピンホールによる不良が発生して歩留まりが低下する。

これに対し、ドクターブレード法によるグリーンシートの成形方法において、シート成形装置のスラリーダムのスラリー溜め部に上端部がスラリー溜め部より突出した邪魔板を設置して、スラリー中の泡を除去する方策が提案されている（たとえば特許文献１参照）。図２は、従来のシート成形装置の模式横断面図である。従来のシート成形装置２０では、スラリー溜め部２７に、上端がスラリー液面より突出した邪魔板２８を設置し、スラリー中の細かい泡を、邪魔板上方に浮きあがらせて除去する。

特開２００３−１１２３０９号公報

しかし、上記の特許文献１記載の方法では板でスラリーの流れを遮るため、溜め部にスラリーの滞留部分が生じ、邪魔板でトラップした泡の破泡が進まずスラリー溜め部上面に泡が溜まる。このように泡の溜まったスラリーでは、スラリー成分の固形化が発生し、生じた固形物は沈殿してしまう。また、沈殿しなかった固形物がドクターブレード部位まで運ばれて、ブレードに引っかかりグリーンシートの厚みムラを形成したり、更にはブレードを通り抜けグリーンシートの突起物になったりすることで、新たな不良を発生させてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スラリーから泡を除去し、均一なグリーンシートを成形できるシート成形装置およびシート成形方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明のシート成形装置は、ドクターブレード法を用いたシート成形装置であって、セラミックスのスラリーを溜めるスラリーダムと、前記スラリーダム内で、スラリーの流動方向に対して上り傾斜で前記メッシュスクリーンを固定するスクリーン固定部と、前記メッシュスクリーンを透過したスラリーを、キャリアフィルム上に塗布しグリーンシートを形成するドクターブレードと、を備えることを特徴としている。

このように、本発明のシート成形装置は、スラリーダム内に傾斜させたメッシュスクリーンを形成して、メッシュスクリーンを透過したスラリーでグリーンシートを成形する。これにより、泡がスクリーンの表面を上り、スラリー表面で破泡する。その結果、スラリーから泡を除去し、均一なグリーンシートを成形できる。

（２）また、本発明のシート成形装置は、前記スクリーン固定部が、メッシュスクリーンを４５°以下の上り傾斜で固定することを特徴としている。このように、緩やかな傾斜のメッシュスクリーンを設置することで、泡がスクリーンの表面を上り、スラリー表面で破泡しやすくなる。

（３）また、本発明のシート成形方法は、ドクターブレード法を用いたシート成形方法であって、スラリーダム内に、スラリーの流動方向に対して上り傾斜でメッシュスクリーンを固定する工程と、セラミックスのスラリーを導入し、前記メッシュスクリーンを透過させる工程と、前記メッシュスクリーンを透過したスラリーを、キャリアフィルム上に塗布しグリーンシートを形成する工程と、を行うことを特徴としている。これにより、スラリーから泡を除去し、均一なグリーンシートを成形できる。

（４）また、本発明のシート成形方法は、前記固定されるメッシュスクリーンが、目開き１５０μｍ以下であることを特徴としている。これにより、スラリーを滞留させることなく、泡を除去することができる。

（５）また、本発明のシート成形方法は、前記導入されるスラリー中のセラミックス粒子径が、１μｍ以下であり、前記導入されるスラリーの粘度は、１０００ｍＰａ／ｓ以上６０００ｍＰａ／ｓ以下であることを特徴としている。このようなグリーンシートの不均一を招きやすいスラリーに対しても、泡を除去し、均一なグリーンシートを成形することができる。

本発明によれば、スラリーから泡を除去し、均一なグリーンシートを成形できる。

本発明のシート成形装置の模式横断面図である。 従来のシート成形装置の模式横断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（シート成形装置の構成）
図１は、シート成形装置１０の模式横断面図である。図１に示すように、シート成形装置１０は、ドクターブレード法を用いた装置であり、スラリー導入部１、スラリーダム２、スクリーン固定部３、ドクターブレード４を備えている。スラリー導入部１は、セラミックスのスラリー９を導入する。導入されるスラリー９はセラミックス粉末に、溶媒、バインダー分散剤、消泡剤等の成形助剤を加えて混合後に真空脱泡することで作製される。

導入されるスラリー中のセラミックス粒子径は、１μｍ以下であり、導入されるスラリー９の粘度は、１０００ｍＰａ／ｓ以上６０００ｍＰａ／ｓ以下であれば効果的である。このようなグリーンシート６の不均一を招きやすいスラリー９に対しても、泡を除去し、均一なグリーンシート６を成形することができる。

なお、溶媒としては、有機溶媒を用いても水を用いてもよい。たとえば、アルコール等のスラリー９でも、脱泡後に混入した泡の除外も可能である。ただし、本発明は、水系スラリーに対して特に有効である。有機溶剤を溶媒として用いたスラリー９に対しては、人体への悪影響を及ぼさないように暴露対策を取り、高い引火性から守るため防爆対策を取ることが求められる。これらを避けるために溶媒として水を用いる水系スラリーが用いられることがあるが、水を溶媒に用いた場合は、有機溶剤系に比べ表面張力が高くなり、スラリー混合等の工程で多くの泡を噛む。また、水系スラリーでは、スラリー９中の気泡が破泡され難い。

スラリーダム２は、導入されたスラリー９を溜める構造を有しており、溜められたスラリー９はドクターブレード４へ供給される。スラリー９の導入とドクターブレード４への供給を調節することでスラリー９の液面の高さを一定に維持できる。

スクリーン固定部３は、スラリーダム２内で、スラリー９の流動方向に対して上り傾斜でメッシュスクリーンを固定する。傾斜して固定するのは、スラリー９内の泡が液面に漂うのを防ぐためである。メッシュスクリーン７を傾斜させることで泡がスクリーン表面を上り、乾燥による破泡を促すことができる。これにより、スラリー９から泡を除去し、均一なグリーンシート６を成形できる。

スクリーン固定部３の具体的な構造には以下のような差し込みスリットが考えられる。まず、金属板の内部をくり貫き、メッシュスクリーン７を貼り付けたメッシュスクリーン板を準備しておく。そして、スラリーダム２内にはスクリーン固定部３として、メッシュスクリーン板をスラリーダム２に斜め方向に差し込む差し込みスリットを設ける。このようにしてメッシュスクリーン板を容易に固定できる。スクリーン固定部３は、メッシュスクリーンを４５°以下の上り傾斜で固定することが好ましい。このように、緩やかな傾斜のメッシュスクリーン７を設置することで、泡がスクリーン表面を上り、スラリー９の表面で破泡しやすくなる。なお、傾斜角度はスラリー９の流速に応じて変えてもよい。

固定されるメッシュスクリーン７は、目開き１５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、スラリー９を滞留させることなく、泡を除去することができる。スラリーダム２内に、メッシュスクリーン７のような気泡除去の手段を設けることで、スラリー９中に細かい泡を含んだままシート化されるのを防止し、ピンホール不良を生じ難くすることができる。

ドクターブレード４は、メッシュスクリーン７を透過したスラリー９を、キャリアフィルム５上に一定の厚さに調整して塗布する。塗布されたスラリー９は、キャリアフィルム５上で乾燥されシート化される。このようにしてグリーンシート６が成形される。

（シート成形装置の使用方法）
まず、スラリーダム２内に、スラリー９の流動方向に対して上り傾斜でメッシュスクリーン７を固定する。メッシュスクリーン７は、スラリーダム２内にスラリー液面から突出しかつ、スラリー９の流動方向に上り傾斜を持たせて設置する。これにより、スラリー９の流れを滞留させることなく、スラリー９中の細かい泡をメッシュスクリーン７によりトラップすることができる。またトラップされた泡は、泡の上方に浮かび上がる力とスラリー９の流れにより、傾斜させたメッシュスクリーン７の上方へ押し出される。こうして液面から離された泡を乾燥により随時破泡するので、スラリーダム２内での固形物の発生を抑制すことができる。

次に、セラミックスのスラリー９を導入し、メッシュスクリーン７を透過させる。そして、メッシュスクリーン７を透過したスラリー９を、キャリアフィルム５上に塗布し、乾燥させてグリーンシート６を形成する。

（実施例）
上記の構成を有するシート成形装置１０を用いて実際にシート成形を行った。メッシュスクリーン７として、５０メッシュ（目開き１０９μｍ）を用い、その傾斜角度を３０°に固定した。スラリー９には、平均粒径０．７μｍ（粒度分布計：ＬＡ９２０，堀場製作所製）のＰＺＴ粉末をセラミックスとして混合した。スラリー配合（重量比）は、粉末１００、水２０、分散剤２、消泡剤０．５、バインダー１０とした。また、フィルム送り速度は、１ｍ／ｍｉｎとした。

表１は、比較例および実施例の各不良率を示す表である。実施例は、傾斜させたメッシュスクリーン７を装着したシート成形装置１０を用いて成形したグリーンシート６である。比較例は、泡対策として従来の邪魔板を装着したシート成形装置を用いて成形したグリーンシートと、泡対策を行わずに同じ条件で成形したグリーンシートである。グリーンシートは、いずれも５０μｍの厚みで成形した。

実施例、泡対策有りの比較例、泡対策無しの比較例の各グリーンシートについて、ピンホール不良率、シート厚みムラ不良率、突起物不良率を検証した。不良率は、所定のサイズにグリーンシートを切断した後、切断シートを検査装置にかけて、不良数および原因を特定して求めた。

表１に示すように、実施例ではピンホール不良が無く、かつグリーンシートの厚みムラや突起物の混入などの不具合が無いセラミックスグリーンシートを成形することができた。一方、比較例については、泡対策の有無で不良率に差は生じたが、いずれの結果も実施例には及ばなかった。特にシート厚みムラ不良率および突起物不良率については、泡対策有りの比較例と比べて顕著に効果があることが分かった。以上、スラリーダム内に傾斜したメッシュスクリーンを設けることで、ピンホールを予防でき、かつグリーンシートの厚みムラや突起物の混入を抑えられることが実証された。

１ スラリー導入部
２ スラリーダム
３ スクリーン固定部
４ ドクターブレード
５ キャリアフィルム
６ グリーンシート
７ メッシュスクリーン
９ スラリー
１０ シート成形装置

Claims (5)

1. ドクターブレード法を用いたシート成形装置であって、
   セラミックスのスラリーを溜めるスラリーダムと、
   前記スラリーダム内で、スラリーの流動方向に対して上り傾斜でメッシュスクリーンを固定するスクリーン固定部と、
   前記メッシュスクリーンを透過したスラリーを、キャリアフィルム上に塗布しグリーンシートを形成するドクターブレードと、を備えることを特徴とするシート成形装置。
2. 前記スクリーン固定部は、メッシュスクリーンを４５°以下の上り傾斜で固定することを特徴とする請求項１記載のシート成形装置。
3. ドクターブレード法を用いたシート成形方法であって、
   スラリーダム内に、スラリーの流動方向に対して上り傾斜でメッシュスクリーンを固定する工程と、
   セラミックスのスラリーを導入し、前記メッシュスクリーンを透過させる工程と、
   前記メッシュスクリーンを透過したスラリーを、キャリアフィルム上に塗布しグリーンシートを形成する工程と、を行うことを特徴とするシート成形方法。
4. 前記固定されるメッシュスクリーンは、目開き１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のシート成形方法。
5. 前記導入されるスラリー中のセラミックス粒子径は、１μｍ以下であり、前記導入されるスラリーの粘度は、１０００ｍＰａ／ｓ以上６０００ｍＰａ／ｓ以下であることを特徴とする請求項３または請求項４記載のシート成形方法。

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