JP3991357B2

JP3991357B2 - セラミックシート成形機

Info

Publication number: JP3991357B2
Application number: JP2002288704A
Authority: JP
Inventors: 光一郎栗原; 和男小田; 馨神内; 義明山本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004125242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層電子部品に使用されるセラミックグリーンシートの成形機に関するもので、特にシート乾燥炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス粉とＰＶＢ(ポリビニルブチラール)などのバインダーとＤＯＰ(ジオクチルフタレート)やＤＢＰ(ジブチルフタレート)などの可塑剤をエタノールなど有機溶剤に溶解・分散させたスラリーを、ドクターブレード法により、所定のギャップを通過させて、乾燥炉内で有機溶剤を蒸発させて、目的とする厚さのグリーンシートを得て、これにＡｇ、Ｃｕ、Ａｐ−Ｐｄ等をペース化した導体ペーストで回路パターンを印刷し、適宜積層して加圧した後、焼成することでコンデンサ、フィルタ、圧電素子などの積層電子部品や、高周波スイッチ、ＶＣＯ、パワーアンプを構成する積層基板を製造することが行われている。
【０００３】
図５に従来のドクターブレード成形機の構造図を示す。例えばポリエチレンやポリエチレンテレフタレート等の表面が平滑なキャリアフィルム５５上にパイプドクター５０を設け、キャリアフィルム５５の下にはバッキングロール５２を設ける。スラリーダム部５３内のスラリー５４はキャリアフィルム５５を移送する事によりパイプドクター５０とキャリアフィルム５５間の隙間で規制された厚みに切り出されて膜状となる。そしてベースプレート５７上を移動させながら外隔壁２１で囲われた乾燥炉１０内で溶剤を飛ばすことで乾燥したグリーンシート５６を形成する。出来上がったグリーンシート５６はキャリアフィルムとともに一定の張力で巻取りモータにより巻き取られる。
前記乾燥炉１０は複数の乾燥室１０ａ、１０ｂ・・・に分かれており、乾燥室のそれぞれには送風口、排気口を有しており、前記送風口から乾燥炉内に室温から１００℃程度に温度制御された外気を供給して、それぞれの乾燥室において温度、風量等の乾燥炉内雰囲気を調整し、スラリー中の溶剤を蒸発させる。そして送風量に合わせ、乾燥室内の溶剤を含んだ空気を排気口より排気することで、スラリー中の溶剤を蒸発させてグリーンシート５６としていた。
なお、ドクターブレード成形機においては、被成形物の状態が前記のように工程の途中でスラリーからグリーンシートに変化するが、本明細書においては乾燥炉内の成形物を便宜上スラリーと呼び、乾燥炉から出炉した成形物をグリーンシートと呼ぶ。
【０００４】
グリーンシート５６にクラックなどの不具合が生じないようにするには、セラミックス粉に対してバインダーや可塑剤の種類・量の適正化や、またドクターブレード成形機においては、乾燥炉内の温度や送風量・排気量の適正化を行い、乾燥炉１０でスラリーの全域に均一に送風を行い、スラリー中の溶剤の蒸発を均一に行うことが好ましい。
しかしながら、溶剤の蒸発はスラリーを保持するキャリアフィルムにより規制されるので、主として自由表面からのみ行われる。特にグリーンシート厚みが１００μｍ以上と厚い場合には、スラリーを保持するキャリアフィルム面側と自由表面近傍とでは、スラリーに含まれる溶剤量の差が大きくなり易く、グリーンシート厚みが薄い場合と比較し、表面でのクラックが発生しやすい問題があった。
【０００５】
また乾燥炉１０は複数の乾燥室１０ａ、１０ｂ・・・に分かれており、各乾燥室はスラリーを通過させるように、各乾燥室を仕切る仕切壁５８に開口部５９を有する。それぞれの乾燥室には所定の温度となるように温度制御された風が送風され溶剤蒸気とともに排気されるが、各乾燥室間で差圧が生じ、前記開口部を介して隣り合う乾燥室間で大気の流動が生じる。そして前記開口部がオリフィスとなり、この部分のスラリーに含まれる溶剤の乾燥速度が他の部分よりも早くなりクラックを発生させる要因となっていた。このようなドクターブレード成形機の構造的な問題から、スラリーの蒸発が早い部分で局所的に収縮して周辺部部分を引っ張り、蒸発の早い部分が互いに引っ張り合って、クラックが発生する問題があった。
【０００６】
スラリーに含まれる溶剤の乾燥速度を遅くすれば、クラックの発生は抑えられるが、そのためには、成形速度を遅くしたり、乾燥炉長を長くすることが必要になり、設備投資が必要で、また生産性も制約されてしまう。
【０００７】
このような問題点を解決するように、例えば、特許文献１には、薄膜化されたスラリーを多数の貫通穴を有する蓋体で覆い、この蓋体内にスラリーから蒸発した溶剤蒸気を充満した状態にして前記貫通穴から溶剤を徐々に排出させ、溶剤の蒸発を抑制して膜を均一に乾燥させるセラミックグリーンシートの成形方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２１７５２５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の成形方法では幾つかの問題が残される。まず、スラリー塗工直後からグリーンシート排出に至るドクターブレード成形機のほぼ全長に渡って蓋体で覆い、蓋体内での溶剤蒸気圧により溶剤蒸発を制御してクラックの発生を抑えているが、スラリー塗工直後から排出に至る間のスラリー中の溶剤濃度は、当然異なることから蓋体内に溶剤蒸気を充満させて蒸気圧をほぼ一定とすると、特に成形の後段（グリーンシート排出側）において、スラリー中の溶剤の蒸発を逆に阻害することとなり、その結果スラリーに含まれる溶剤を十分に蒸発させることが出来ない場合があった。
【００１０】
また、特許文献１には乾燥速度を調節するようにベースプレート５７に設けたヒータ１００によって加温することが開示されているが、乾燥炉内の温度を制御することは記載されていない。従って乾燥炉内の温度は前記ヒータ１００のみによって制御されることとなるが、内蓋が存在することから内蓋内の溶剤蒸気が充満した空間と、排気口を備える外蓋との前記内蓋との間の空間とでは、内蓋内の温度が高くなるように温度差が生じてしまう場合が多い。このため、前記ヒータ１００によって下面側から加温されたスラリーから一旦蒸発した溶剤が内蓋に接触して蓋内側に結露し、再びシート表面に滴下する現象が頻発し、滴下した部分と乾燥が進行した部分との境でクラックが発生する問題があった。
【００１１】
また、前記開口部を介して隣り合う乾燥室間で大気の流動により生じる前記問題点については一切記載されておらず、当然にその解決手段については示唆すらされていない。
そこで本発明は上記問題点を解決し、比較的厚いグリーンシートであってもクラックの発生が無く、また生産性良く、安定に成形できるセラミックシート成形機を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、キャリアフィルムの一方の面に、セラミック材料のスラリーを塗布して膜状となし、所定の温度に調整された乾燥炉内に前記スラリーをキャリアフィルムとともに移送してセラミックシートを形成するセラミックシート成形機において、前記乾燥炉は、前記キャリアフィルムとともに移送するスラリーの一部を、多数の貫通穴を有する内隔壁で所定の間隙をもって覆い、スラリーからの溶剤の蒸発を抑制するとともに、送風口からの温風により内隔壁を加熱することで、内隔壁に溶剤の結露するのを防ぐセラミックシート成形機である。
ここで内隔壁とは、特許文献１に開示された内蓋と機能を同じくし、耐溶剤性を備えた薄い金属板をコの字上に形成し、その天井側に多数の貫通穴を有するものであり、これでスラリーを覆うことにより、溶剤の飽和蒸気圧との関係から急激な溶剤の蒸発を抑制するものである。スラリーと内隔壁との空間の溶剤の蒸気は前記貫通穴から乾燥炉内へと徐々に移動する。
乾燥炉内には、送風口から室温で相対湿度がＲＨ２０％〜５０％に調整された外気が、室温から１００℃程度に加温されて供給されるように構成されており、これにより各乾燥室の温度を一定としている。そして前記溶剤の蒸気は排気口から排出される。
前記内隔壁は、前記送風口から供給される外気により加熱されるが、その温度は、溶剤の蒸気圧が比較的一定に保たれている内隔壁とスラリーとの間の空間の温度と実質的に同じか、それ以上の温度に調整される。これにより、内隔壁のごく近傍で溶剤の蒸気圧が下がることがなく、その結果内隔壁内側に溶剤が結露するのを防ぐことが出来る。
【００１３】
本発明において前記乾燥炉は、開口部を有する仕切壁に仕切られた複数の乾燥室を有し、前記乾燥室のそれぞれには送風口、排気口が設けられており、前記開口部を含み隣り合う乾燥室にわたって、前記内隔壁を配置するのが好ましい。
この様に構成することで、前記開口部を介して隣り合う乾燥室間で大気の流動は従来と同じく生じるものの、内隔壁により開口部での溶剤蒸発速度を適宜制御することができる。
【００１４】
第１又は第２の発明において、前記内隔壁を耐溶剤性に優れたステンレス又は有機高分子繊維で形成するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に本発明の一実施例に係るドクターブレード成形機の構成を示す。
キャリアフィルム５５を挟むように、スラリーの均し具としてのパイプドクター５０とバッキングロール５２が所定の隙間を成すように対向して配設され、パイプドクター５０の上流部には、下面がキャリアフィルム５５の上面に開口し、収納したスラリー５４をキャリアフィルム５５に塗布するスラリーダム５５が配設されている。そしてキャリアフィルム５５はベースプレートに支持され、送りローラと巻取りローラ間に配置された乾燥炉１０を所定の速度と張力をもって走行する。本実施例におけるスラリー塗工幅は４００ｍｍであり、パイプドクター５０とバッキングロール５２の間隔は、乾燥後のグリーンシート５６の厚みが０．１〜０．４ｍｍとなるように設定されている。
【００１６】
図２に乾燥炉の断面図を示すように、乾燥炉は複数の乾燥室を有し、内寸法で幅０．６５ｍ、高さ０．２ｍ、長さ２ｍの乾燥室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆが６つ直列に連続して繋がれる構造である。前記乾燥炉は各乾燥室を仕切る仕切壁５８を有し、それぞれに送風口７０、排気口７１が設けられており、前記送風口７０から乾燥炉内に相対湿度をＲＨ２０％〜５０％に調整した外気を送風するようにした。送風口７０から乾燥室内の供給される外気は、スラリーダム部側から２５℃、３５℃、３５℃、４０℃、４０℃、８０℃なるようにした。
【００１７】
前記仕切壁５８には、スラリーが塗工されたキャリアフィルム５５を通過させるように開口部５９が形成されている。そして図３に示すように前記開口部５９を含み隣り合う乾燥炉にわたって、スラリーを覆う内隔壁２０を配置した。図４は本実施例で用いた内隔壁２０の斜視図である。この内隔壁２０には溶剤により変質しない材質が用いられ、例えばステンレス等の金属材料やポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニルなどの有機高分子繊維を用いる。そして、内隔壁２０には溶剤蒸気を乾燥室空間へ通過させる多数の貫通穴８０を備える。本実施例においては、厚さ０．５ｍｍのステンレスに薄板をコの字状に形成し、天板側にφ１．０ｍｍの丸穴を単位面積当たり２２．６％となるように打ち抜き形成した。これをスラリーを跨ぐように、スラリーから１０ｍｍの高さで、キャリアフィルム５５の幅より両側各１０ｍｍ広く被うように設置した。内隔壁２０には、乾燥用に温度設定された送風口７０からの温風または熱風が直接あたり乾燥室内とほぼ同温度に加温される。
【００１８】
このように構成したドクターブレード成形機を用いて成形を行った。
Ａｌ２Ｏ３５０ｗｔ％、ＳｉＯ２３５ｗｔ％、ＳｒＯ１０ｗｔ％、残部が低温焼成を促進するＢｉ２Ｏ５等の材料組成を持つ高周波用誘電体セラミックス粉（平均粒径１．２μｍ）に、バインダーとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、可塑剤としてＢＰＢＧ(ブチルフタリル酸グリコール酸ブチル)、溶剤としてエタノール／ブタノール混合溶剤（エタノール／ブタノール重量比＝４／１）をそれぞれ、セラミックス粉の重量に対して１２．５％、７．５％、３５％を加えて、ボールミルにて溶解・分散を行い均質なスラリーを得て、前記スラリーを脱泡タンクに移し、減圧下で脱泡を行い、スラリー中の気泡を除去するとともに、６０００〜８０００ｍＰａ・ｓの粘度範囲に入るように溶剤を一部蒸発除去し、脱泡後のスラリーを窒素ガスで加圧して、タンクからホースでシート成形機のスラリー塗工部に送り出し、成形速度（巻き出し・巻き取り速度）３００ｍｍ／分、ドクターブレード部のギャップを乾燥後シート厚さ０．３ｍｍになるように設定し、３００ｍ成形して得られたグリーンシートの目視検査を行ったが、クラックの発生は皆無であった。
【００１９】
（比較例）
前記実施例１のドクターブレード成形機の乾燥炉から内隔壁２０を取り除き、実施例１と同様の条件で成形、目視検査を行ったが、グリーンシート表面に、ある起点から放射状に形成された長さ１００〜２００ｍｍのクラックが、多数発生した。
【００２０】
（実施例２）
実施例１のドクターブレード成形機において、乾燥炉内部の内隔壁２０を、厚さ０．５ｍｍのステンレスに薄板をコの字状に形成し、天板側にφ３．０ｍｍの丸穴を単位面積当たり５０．６％となるように打ち抜き形成したものに変更し、スラリーからの高さを３０ｍｍとなるように配置し、各乾燥室の温度をスラリーダム部側から３５℃、４５℃、４５℃、５０℃、５０℃、８０℃となるように制御して、実施例１と同様のスラリーを用いて、成形速度（巻き出し・巻き取り速度）を上げて４５０ｍｍ／分とし、パイプドクタ部のギャップを乾燥後グリーンシート厚さが０．３ｍｍになるように設定して３００ｍ成形した。成形後グリーンシートの目視検査を行ったが、クラックの発生は皆無であった。
また、成形速度（巻き出し・巻き取り速度）３００ｍｍ／分とし、パイプドクタ部のギャップを乾燥後のグリーンシート厚みを厚くして０．３９ｍｍなるように設定し、３００ｍシート成形した場合も、クラックの発生は皆無であった。
また上記実施例１、２において、成形直後に内隔壁２０を確認したが溶剤の結露は認められなかった。
【００２１】
なお内隔壁の構成については上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、貫通穴の形状や大きさ、単位面積当たりの形成割合、スラリーからの距離等を溶剤の蒸発状態を考慮して適宜設定することが出来る。また、一つの内隔壁において貫通穴の形状や大きさ、単位面積当たりの形成割合を調整することも本発明の範囲内である。ドクターブレード成形機に複数の内隔壁を具備する場合においては、前記内隔壁が配置される部位でのスラリーに含まれる溶剤量を勘案して、貫通穴の形状や大きさ、単位面積当たりの形成割合を調整するのが好ましい。
また内隔壁を、仕切壁を介してスラリー塗工直後からグリーンシート排出に至るドクターブレード成形機のほぼ全長に渡って配置してもよく、その場合には、溶剤蒸気圧を最適に制御するように、乾燥炉内に各部位でのスラリーに含まれる溶剤量を勘案して、貫通穴の形状や大きさ、単位面積当たりの形成割合を調整するのが好ましい。
【００２２】
また、ベースプレートに設けられたヒータによってスラリーを加温することで乾燥速度を調整することも本発明の範囲内である。
【００２３】
上記実施例においては、溶剤をエタノール／ブタノールの混合溶剤としているが、より蒸発しやすいエタノールのみで構成しても、本発明により発揮される効果に変わりはない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的厚いグリーンシートであってもクラックの発生無く、生産性良く、安定に成形できるセラミックシート成形機を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るセラミックシート成形機の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係るセラミックシート成形機の乾燥炉の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係るセラミックシート成形機における内隔壁の配置状態を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係るセラミックシート成形機に用いる内隔壁の外観斜視図である。
【図５】従来のセラミックシート成形機の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ドクターブレード成形機
１０乾燥炉
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ乾燥室
２０内隔壁
２１外隔壁
５４スラリー
５５キャリアフィルム
５６グリーンシート
５７ベースプレート
５８仕切壁
５９開口部
７０送風口
７１排風口

Claims

キャリアフィルムの一方の面に、セラミック材料のスラリーを塗布して膜状となし、所定の温度に調整された乾燥炉内に前記スラリーをキャリアフィルムとともに移送してセラミックシートを形成するセラミックシート成形機において、
前記乾燥炉は、前記キャリアフィルムとともに移送するスラリーの一部を、多数の貫通穴を有する内隔壁で所定の間隙をもって覆い、スラリーからの溶剤の蒸発を抑制するとともに、
送風口からの温風により内隔壁を加熱することで、内隔壁に溶剤の結露するのを防ぐことを特徴とするセラミックシート成形機。
前記乾燥炉は、開口部を有する仕切壁に仕切られた複数の乾燥室を有し、前記乾燥室のそれぞれには送風口、排気口が設けられており、前記開口部を含み隣り合う乾燥室にわたって、前記内隔壁を配置したことを特徴とする請求項１に記載のセラミックシート成形機。
前記内隔壁はステンレス又は有機高分子繊維で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックシート成形機。