JP4999029B1

JP4999029B1 - 裁断焼結セラミックシート及びその製造方法

Info

Publication number: JP4999029B1
Application number: JP2011248110A
Authority: JP
Inventors: 育男西; 誠神戸
Original assignee: Maruwa Co Ltd
Current assignee: Maruwa Co Ltd
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: KR101271563B1; JP2013103855A; WO2013069175A1; KR20130052511A

Abstract

【課題】焼結セラミックシートを迅速に複雑な形状に加工する裁断焼結セラミックシートの製造方法と前記方法で製造した裁断焼結セラミックシートを提供する。
【解決手段】セラミックグリーンシートを成形する第一工程と、成形セラミックグリーンシートを焼成する第二工程と、焼結セラミックシートの少なくとも片面に粘着剤が塗布された可撓性樹脂フィルムを貼着してフィルム貼着セラミックシートを得る第三工程と、前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第四工程と、からなる裁断焼結セラミックシートの製造方法において、前記第四工程は、前記フィルム貼着セラミックシートを上下金型の当接面に対して第一又は第二押圧手段により直接又は間接的に押圧しながら前記上下金型の当接面にあるエッジ間でせん断する操作を含む裁断焼結セラミックシートの製造方法と、前記方法で製造した裁断焼結セラミックシートを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、裁断焼結セラミックシート、特に、セラミックグリーンシートを成形して成形セラミックグリーンシートを得る第一工程及び前記成形セラミックグリーンシートを焼成して焼結セラミックシートを得る第二工程を少なくとも包含する方法を経て焼結セラミックシートを製造する際、その焼結セラミックシートに可撓性樹脂フィルムを貼着してせん断することによって、前記焼結セラミックシートより小さい面積の焼結セラミックシート、すなわち、裁断焼結セラミックシートを得る方法に関するものである。

近年、焼結セラミックシートは、その優れた特性から携帯電話やパソコンなどの電子機器に幅広く利用されている。そして、その特性をさらに有効に活用するために様々な形状に加工した裁断焼結セラミックシートが必要となっている。

従来から周知の焼結セラミックシートの形状加工方法としては、セラミックグリーンシートの段階で所望の形状に加工しておく方法がある。この方法で得られる焼結セラミックシートは、焼成過程において予測されるセラミックグリーンシートの収縮率に基づいた形状加工となる。一般的に、図９のように、セラミックグリーンシート１１を焼成すると、約２０％収縮した焼結セラミックシート１２が得られる。しかし、収縮率を計算した設計サイズと実際得られた焼結セラミックシートのサイズに差が生じるという問題がある。すなわち、セラミックグリーンシートを出発物質として、前記セラミックグリーンシートを裁断した後、焼成する方法によって、最終的に得られた焼結セラミックシートは、意図した寸法にならない。したがって、前記方法では、寸法精度の優れた焼結セラミックシートが得られない。

この問題を解決する手段として、焼成後の焼結セラミックシートを加工する技術がある。例えば、特許文献１に記載されているように、焼結セラミックシートにレーザー加工やダイシング加工を施すことによって、所望の寸法の裁断焼結セラミックシートを得る手法が開示されている。

特開２００２−３５９３１７号公報

しかしながら、ダイシング加工は、回転刃を焼結セラミックシートに直接接触させて切断するため、複雑な形状に加工することができないという問題がある。一方、レーザー加工は、複雑な形状に加工することは可能だが、レーザーを照射した部位に熱が発生するため、裁断焼結セラミックシートの特性が変化するという問題がある。また、所望の形状が複雑になるほど切断するのに時間がかかり生産効率が悪く、加工コストが高くなるという問題がある。

したがって本発明は、焼結セラミックシートを迅速に複雑な形状に加工することができ、しかも非常に高い寸法精度で裁断焼結セラミックシートを得ることが可能な手法を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セラミックグリーンシートを成形して成形セラミックグリーンシートを得る第一工程及び前記成形セラミックグリーンシートを焼成して焼結セラミックシートを得る第二工程を少なくとも包含する方法において、第二工程により得られた焼結セラミックシートに対して特定の切断手段を施せば寸法精度の高い裁断焼結セラミックシートが得られ、さらに好ましくはその切断手段として特定の金型を用いて、焼結セラミックシートに特定の加工を施せば、より寸法精度の高い裁断焼結セラミックシートが得られるという知見に到達した。

したがって、本発明の課題は、セラミックグリーンシートを原資材として、これを焼成して得られた焼結セラミックシートをその平面形状より小さい外形及び／又は内形を有する裁断焼結セラミックシートに迅速かつ高い寸法精度で製造する方法を提供することにある。

前記の課題を解決する手段として、より良い寸法精度の焼結セラミックシートを成形するために、セラミックグリーンシートを成形して成形セラミックグリーンシートを得る第一工程と、前記成形セラミックグリーンシートを焼成して焼結セラミックシートを得る第二工程と、前記焼結セラミックシートの少なくとも片面、好ましくは上下面に粘着剤が塗布された可撓性樹脂フィルムを貼着してフィルム貼着セラミックシートを得る第三工程と、前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第四工程と、からなる裁断焼結セラミックシートの製造方法を提供する。この手段を採用することにより、前記成形セラミックグリーンシートではなく、前記焼結セラミックシートをせん断しているので、寸法変形がない。切断手段を移動させる距離が短いので、焼結セラミックシートを迅速に切断できる。

前記第四工程は、前記フィルム貼着セラミックシートを上下金型のエッジ間でせん断する操作を含む。

前記第四工程は、前記フィルム貼着セラミックシートを上下金型の当接面に対して第一又は第二押圧手段により直接又は間接的に押圧しながら前記上下金型の当接面にあるエッジ間でせん断する操作を含む。

前記第四工程は、前記フィルム貼着セラミックシートを上型と前記第二押圧手段とに挟むとともに、前記第二押圧手段に下型を併置して、前記上下金型が有するエッジ間に所定のクリアランスを設ける第一ステップと、前記上下金型を相対的に上下動させて前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第二ステップと、を含む。

前記第四工程は、前記フィルム貼着セラミックシートを前記下型と前記第一押圧手段とに挟むとともに、前記第一押圧手段に前記上型を併置して、前記上下金型が有するエッジ間に所定のクリアランスを設ける第一ステップと、前記上下金型を相対的に上下動させて前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第二ステップと、を含む。

前記第四工程は、前記フィルム貼着セラミックシートを前記上型と前記第二押圧手段とに挟むとともに、前記上型に前記第一押圧手段を、前記第二押圧手段に前記下型を併置して、前記上下金型が有するエッジ間に所定のクリアランスを設ける第一ステップと、前記上下金型を相対的に上下動させて前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第二ステップと、を含む。

裁断焼結セラミックシートは、可撓性樹脂フィルムが上下面に貼着している裁断焼結セラミックシートであって、前記裁断焼結セラミックシートの側面全面が起伏を有する破断面であることを特徴とする。

裁断焼結セラミックシートは、上下面に被覆されている可撓性樹脂フィルムが、前記裁断焼結セラミックシートの端部まで延展し、該端部に貼着していることを特徴とする。

本発明によると、複雑化してきている焼結セラミックシートの形状の要求に対して、寸法精度の優れた裁断焼結セラミックシートを非常に高い生産効率で製造することが可能となる。

裁断焼結セラミックシートの製造工程を示す。フィルム貼着セラミックシートをセットしたときのせん断装置の部分断面図である。フィルム貼着セラミックシートをせん断する前のせん断装置の部分断面図である。図３のＣ部分の拡大断面図である。フィルム貼着セラミックシートをせん断した後のせん断装置の部分断面図である。図５のＤ部分の拡大断面図である。図２のＢ‐Ｂ矢視図である。フィルム貼着セラミックシートの断面図である。焼結前と焼結後のセラミックシートの収縮状態を示す図である。実施例１の裁断焼結セラミックシートを示す。実施例１における図２のＥ−Ｅ矢視図である。実施例２の裁断焼結セラミックシートを示す。実施例２における図２のＥ−Ｅ矢視図である。実施例３の裁断焼結セラミックシートを示す。実施例４の裁断焼結セラミックシートを示す。実施例４における図２のＥ−Ｅ矢視図である。実施例５の裁断焼結セラミックシートを示す。実施例５における図２のＥ−Ｅ矢視図である。フィルム貼着セラミックシートの破断面のSEM画像である。焼結セラミックシートをせん断する前の部分斜視図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明において、裁断焼結セラミックシートとは、ある面積を有する上下面に可撓性樹脂フィルムが貼着している焼結セラミックシート（フィルム貼着セラミックシート）が、後述するせん断手段により、フィルム貼着セラミックシートより小さい面積に裁ち切られた焼結セラミックシートをいう。具体的には、図１０に示すように、裁断焼結セラミックシート１３は、フィルム貼着セラミックシート６をせん断して得られた、それより小さい面積の焼結セラミックシートである。

次に、焼結セラミックシートの上下面に、可撓性樹脂フィルムを貼着して裁断している前記焼結セラミックシートの製造方法を図面に従って、説明する。
基本的な製造方法は、図１に示すように、次の４つの工程からなる。
（１）セラミックグリーンシート成形工程
セラミックグリーンシートを一般的に知られているドクターブレード法や射出法などにより成形し、その後、適切な大きさに切り取る工程である。
（２）焼成工程
得られたセラミックグリーンシートを焼成炉で適切な温度で焼結し、焼結セラミックシートを得る工程である。
（３）可撓性樹脂フィルム貼着工程
得られた焼結セラミックシートに可撓性樹脂フィルムを貼着する工程である。可撓性樹脂フィルム９を焼結セラミックシート１０に貼着すると、断面は、図８に示すように、焼結セラミックシート１０の上面及び下面に可撓性樹脂フィルムが貼着されたフィルム貼着セラミックシート６が得られる。フィルム貼着セラミックシート６は、焼結セラミックシート１０の少なくとも片面、好ましくは上下面に可撓性樹脂フィルム９を貼着している。このように加工した目的は、後述するせん断工程において、焼結セラミックシートに欠けが発生するのを防ぐためである。すなわち、可撓性樹脂フィルム９を焼結セラミックシート上に貼着することによって、後述する金型が直接焼結セラミックシート１０に衝突することを避けて、焼結セラミックシート１０にかかる金型の集中荷重を分散させ、ひいては、意図しているせん断箇所以外の部位を割れにくくする。
（４）せん断工程
得られたフィルム貼着セラミックシート６を所望の形状にせん断し、裁断焼結セラミックシートを得る工程である。図２０に示すように、せん断方法の原理は、まず、エッジ７ｂのある下型４の上に、フィルム貼着セラミックシート６を乗せて、その上からエッジ７ａのある上型３をフィルム貼着セラミックシートに垂直に、幅方向にわたってかつ同時にＺ方向へ降下させる。つまり、せん断とは、対象物を、上型エッジ７ａと下型エッジ７ｂとの間で、瞬間的にかつ幅方向に同時に切断することをいう。

せん断工程について、次に具体的に装置を説明する。フィルム貼着セラミックシート６をせん断するために、図２のようなせん断装置１を用いる。せん断装置１は、上部の金型２ａと下部の金型２ｂとからなる。図２のように、上部の金型２ａは、上型３と第一押圧手段５ａとを具備している。一方、下部の金型２ｂは、下型４と第二押圧手段５ｂとを具備している。上型３の底面と第二押圧手段５ｂの上面は、フィルム貼着セラミックシート６をせん断したときの所望形状をしている。下型４と第一押圧手段５ａは、それぞれ第二押圧手段５ｂと上型３に併置されている。すなわち、上型３と下型４は対角線上にある。さらに、上型３と下型４は、それぞれ略直角のエッジ７ａ，７ｂを有している。エッジの角度は、直角に近いほど良い。

次に、せん断工程を説明する。図３に示すように、フィルム貼着セラミックシート６を上部の金型２ａと下部の金型２ｂとの間にセットし、上型３の当接面８と第二押圧手段５ｂの当接面８とでフィルム貼着セラミックシート６を直接的に押圧して固定する。当接面とは、フィルム貼着セラミックシート６に上型３、下型４、第一押圧手段５ａ又は第二押圧手段５ｂとが接する面のことである。このように、フィルム貼着セラミックシート６を第二押圧手段５ｂで押圧して固定することによって、フィルム貼着セラミックシート６をせん断するときに、フィルム貼着セラミックシート６の撓みを防ぐので、寸法精度が良くなる。

次に、第二押圧手段５ｂに下型４を併置する。このとき、図４に示すように、上型３と下型４に所定のクリアランスＸを設ける。クリアランスＸはせん断するときに上型３と下型４との間にできる隙間のことである。

そして、図５、図６のように、上型３と下型４とを相対的に上下動すると、フィルム貼着セラミックシート６が上型エッジ７ａと下型エッジ７ｂとの間でせん断されて、所望の形状にすることができる。相対的に上下動するとは、上型３を下げるか、下型４を上げるか又は上型３と下型４を同時に動かしても良い。このとき、図６のように、金型を動かす距離Ａは、少なくともフィルム貼着セラミックシート６の厚み以上の距離でなければならない。また、下型４と第一押圧手段５ａとでフィルム貼着セラミックシート６の所望形状以外の部分６ｂを挟んで固定して、上型３を第一押圧手段５ａに併置した後、上型３と第二押圧手段５ｂを上下に変位させることによって、フィルム貼着セラミックシート６を上型３と下型４とのエッジ間でせん断し、所望形状としても良い。また、上型３と第二押圧手段５ｂとで裁断焼結セラミックシート６ａを、さらに下型４と第一押圧手段５ａとで所望形状以外の部分６ｂを固定してからせん断すると、フィルム貼着セラミックシート６のほぼ全面が固定されるので、最も寸法精度良く切断できる。また、図７のように、図２におけるＢ―Ｂ断面で切断し、矢印方向に見ると、フィルム貼着セラミックシート６は、上下（Ｙ１，Ｙ２）方向に引き裂かれるように、上型３と下型４のエッジ間でせん断されるため、せん断したと同時に所望形状の裁断焼結セラミックシート６ａとなる。

このようなせん断装置１を用い、焼結セラミックシート１０に可撓性樹脂フィルム９を貼着したフィルム貼着セラミックシート６をせん断すると、焼結セラミックシート１０を迅速に、意図しているせん断箇所でせん断することができ、非常に高い寸法精度で裁断焼結セラミックシート６ａを得ることができる。

（実施例１）
次に、実施例１として、図１０は、本発明を利用して得られた裁断焼結セラミックシートの一実施例である。図１１のように、上部の金型２ａを真下から見ると、上型３と押圧手段５ａが隣り合っている。一方、下部の金型２ｂは、真上から見ると、図１１の上型３が第二押圧手段５ｂと、第一押圧手段５ａが下型４と対応するよう同形状をしている。このような上部の金型２ａと下部の金型２ｂを用意し、図１に示した製造工程でフィルム貼着セラミックシート６をせん断すると、２つにせん断した裁断焼結セラミックシート１３が得られる。

（実施例２）
次に、実施例２として、図１２は、本発明を利用して得られた裁断焼結セラミックシートの別の実施例である。図１３に示すように、上部の金型２ａを真下から見ると、上型３と第一押圧手段５ａが隣同士に位置し、かつ上型３同士と第一押圧手段５ａ同士が対角線上に位置している。一方、下部の金型２ｂは、真上から見ると、図１３の上型３が第二押圧手段５ｂと、第一押圧手段５ａが下型４と対応するよう同形状をしている。このような上部の金型２ａと下部の金型２ｂを用意し、図１に示した製造工程でフィルム貼着セラミックシート６をせん断すると、４つにせん断した裁断焼結セラミックシート１４が得られる。

（実施例３）
次に、実施例３として、図１４は、本発明を利用して得られた裁断焼結セラミックシートの別の実施例である。上部の金型２ａを真下から見ると、実施例２同様に、上型３と第一押圧手段５ａが隣同士に位置し、かつ上型３同士と第一押圧手段５ａ同士が対角線上に位置し、さらに、この形状が格子状に繋がっている。下部の金型２ｂは、実施例１同様に、上型３が第二押圧手段５ｂと、第一押圧手段５ａが下型４と対応するよう同形状をしている。このような上部の金型２ａと下部の金型２ｂを用意し、図１に示した製造工程でフィルム貼着セラミックシート６をせん断すると、多数にせん断した裁断焼結セラミックシート１５が得られる。

（実施例４）
次に、実施例４として、図１５は、本発明を利用して得られた複雑な形状の裁断焼結セラミックシートの別の実施例である。図１６に示すように、上部の金型２ａを真下から見ると、上型３は星型の部分、第一押圧手段５ａはそれ以外の部分である。一方、下部の金型２ｂは、真上から見ると、第二押圧手段５ｂが星型の部分、下型４が星型以外の部分となっている。このような上部の金型２ａと下部の金型２ｂを用意し、図１に示した製造工程でフィルム貼着セラミックシート６をせん断すると、星型の裁断焼結セラミックシート１６が得られる。

（実施例５）
次に、実施例５として、図１７は、本発明を利用して得られたより複雑な裁断焼結セラミックシートの別の実施例である。図１８に示すように、上部の金型２ａを真下から見ると、上型３はドーナツ型の部分、第一押圧手段５ａはそれ以外の部分である。一方、下部の金型２ｂは、真上から見ると、第二押圧手段５ｂがドーナツ型の部分、下型４がドーナツ型以外の部分となっている。このような上部の金型２ａと下部の金型２ｂを用意し、図１に示した製造工程でフィルム貼着セラミックシート６をせん断すると、ドーナツ型の裁断焼結セラミックシート１７が得られる。

このように、本発明を用いると、フィルム貼着セラミックシート６を、上部の金型２ａと下部の金型２ｂの形状を変えるだけで様々な形状の裁断焼結セラミックシートにすることができる。

このような方法で得られた裁断焼結セラミックシートの側面は、図１９のように、全面が起伏を有する破断面であることを特徴とする。破断面とは、焼結後に破断され、側面に加工跡がない面のことである。側面を加工していないので、側面は、平坦ではなく、起伏を有する面となるのである。

破断面を加工していないため、破断面の焼結状態が変化せず、特性が変化しない。例えば、レーザー加工すると、熱によって、側面の焼結状態が変化するため、特性が劣化することがある。

裁断焼結セラミックシートは、可撓性樹脂フィルム９を上下面の少なくとも一方の面に貼着してあればよい。その可撓性樹脂フィルム９は、裁断焼結セラミックシートの上下面のいずれか一方の面において、端部まで貼着している。

上記の特徴は、本発明による製造方法によってのみ得られるものである。例えば、フィルム貼着セラミックシート６をレーザー加工すると、加工後の裁断焼結セラミックシートは、熱によって、可撓性樹脂フィルム９の端部が溶融したり、変形したりして可撓性樹脂フィルム９で端部まで完全に覆われない。また、フィルム貼着セラミックシート６をダイシング加工すると、高速で回転する回転刃がセラミックを切断する際に、可撓性樹脂フィルム９を同時に変形させ、レーザー加工と同様に裁断焼結セラミックシートの端部まで可撓性樹脂フィルム９で完全に覆われない。したがって、可撓性樹脂フィルム９が覆われていない部分に外部から圧力が加わると、裁断焼結セラミックシートが割れやすくなる。

本発明を利用すると、可撓性樹脂フィルムを裁断焼結セラミックシートの端部まで貼着することができ、裁断焼結セラミックシートを外部の圧力から保護し、割れにくくすることができる。

以上、本発明は、焼結後の焼結セラミックシートを加工するため寸法精度が非常に良い。また、金型を用いて、焼結セラミックシートに可撓性樹脂フィルムを貼着し、せん断するだけで、焼結セラミックシートを所望形状に成形することができるので、迅速に効率よく裁断焼結セラミックシートを生産できる。

本発明によると、焼結セラミックシートを扱う電子部品などの分野に幅広く利用することができる。

１：せん断装置、２ａ：上部の金型、２ｂ：下部の金型、３：上型、４：下型、５ａ：第一押圧手段、５ｂ：第二押圧手段、６：フィルム貼着セラミックシート、６ａ：裁断焼結セラミックシート、６ｂ：所望形状以外の部分、７ａ：上型エッジ、７ｂ：下型エッジ、８：当接面、９：可撓性樹脂フィルム、１０：焼結セラミックシート、１１：焼結前のセラミックグリーンシート、１２：焼結後の焼結セラミックシート、１３：実施例１で得られた裁断焼結セラミックシートの小片、１４：実施例２で得られた裁断焼結セラミックシートの小片、１５：実施例３で得られた裁断焼結セラミックシートの小片、１６：実施例４で得られた裁断焼結セラミックシート、１７：実施例５で得られた裁断焼結セラミックシート、Ｘ：クリアランス

Claims

セラミックグリーンシートを成形して成形セラミックグリーンシートを得る第一工程と、前記成形セラミックグリーンシートを焼成して焼結セラミックシート（１０）を得る第二工程と、前記焼結セラミックシートの少なくとも片面に粘着剤が塗布された可撓性樹脂フィルム（９）を貼着してフィルム貼着セラミックシート（６）を得る第三工程と、前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第四工程と、からなる裁断焼結セラミックシートの製造方法。
前記第四工程が、前記フィルム貼着セラミックシート（６）を上下金型のエッジ間でせん断する操作を含む請求項１記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
前記第四工程が、前記フィルム貼着セラミックシート（６）を上下金型の当接面に対して第一又は第二押圧手段（５ａ、５ｂ）により直接又は間接的に押圧しながら前記上下金型の当接面にあるエッジ間でせん断する操作を含む請求項１又は２記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
前記第四工程が、前記フィルム貼着セラミックシート（６）を上型（３）と前記第二押圧手段（５ｂ）とに挟むとともに、前記第二押圧手段に下型（４）を併置して、前記上下金型が有するエッジ間に所定のクリアランス（Ｘ）を設ける第一ステップと、前記上下金型を相対的に上下動させて前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第二ステップと、を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
前記第四工程が、前記フィルム貼着セラミックシート（６）を前記下型（４）と前記第一押圧手段（５ａ）とに挟むとともに、前記第一押圧手段に前記上型（３）を併置して、前記上下金型が有するエッジ間に所定のクリアランス（Ｘ）を設ける第一ステップと、前記上下金型を相対的に上下動させて前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第二ステップと、を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
前記第四工程が、前記フィルム貼着セラミックシート（６）を前記上型（３）と前記第二押圧手段（５ｂ）とに挟むとともに、前記上型に前記第一押圧手段（５ａ）を、前記第二押圧手段に前記下型（４）を併置して、前記上下金型が有するエッジ間に所定のクリアランス（Ｘ）を設ける第一ステップと、前記上下金型を相対的に上下動させて前記フィルム貼着セラミックシートをせん断する第二ステップと、を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
可撓性樹脂フィルム（９）が上下面に貼着している裁断焼結セラミックシートであって、前記裁断焼結セラミックシートの側面全面が起伏を有する破断面である裁断焼結セラミックシート。
上下面に被覆されている可撓性樹脂フィルム（９）が、前記裁断焼結セラミックシートの端部まで延展し、該端部に貼着していることを特徴とする請求項７記載の裁断焼結セラミックシート。