WO2010030032A1 - 立体形成部製造方法 - Google Patents

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WO2010030032A1
WO2010030032A1 PCT/JP2009/066056 JP2009066056W WO2010030032A1 WO 2010030032 A1 WO2010030032 A1 WO 2010030032A1 JP 2009066056 W JP2009066056 W JP 2009066056W WO 2010030032 A1 WO2010030032 A1 WO 2010030032A1
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drying
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green sheet
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間瀬 淳
田中 英彦
清水 秀樹
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日本碍子株式会社
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Definitions

  • the present invention uses, for example, a “porous substrate through which gas can pass” such as a ceramic green sheet and a slurry containing main raw material particles, a solvent, and an organic material to form a predetermined shape on the substrate.
  • a “porous substrate through which gas can pass” such as a ceramic green sheet and a slurry containing main raw material particles, a solvent, and an organic material to form a predetermined shape on the substrate.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensionally formed part that forms a three-dimensionally formed part.
  • Ceramic laminate including a hollow portion (space) such as a “flow path and a pressurizing chamber” is known.
  • Such ceramic laminates are used in a wide range of fields as, for example, “fluid ejecting actuators” such as actuators of ink jet printers and fuel injection devices, fuel cells (SOFC), switching elements, sensors, and the like.
  • such a ceramic laminate is manufactured through the following procedure (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-190653 (paragraph 0047, FIG. 5), Japanese Patent Laid-Open No. 2005-285421 (paragraph 0464 to paragraph 0472, FIG. 32) and JP-A-8-155935 (paragraph 0004)).
  • a ceramic green sheet is punched using a “die punch and die” to form a window in the ceramic green sheet.
  • the side surface (fracture surface) of this window part later constitutes the side surface of the cavity part.
  • the punching process using a die punch and die forms a window portion by breakage. Therefore, when punching out the ceramic green sheet, a large force is applied to the ceramic green sheet. As a result, when the punching pitch (distance between the window portion and the window portion adjacent to the window portion) is small, or when the thickness of the ceramic green sheet is large, the vicinity of the window portion and the fracture surface are deformed or broken.
  • the cross section may be rough, or cracks or burrs may occur at the fractured portion. As the hollow portion is miniaturized, these deformations, burrs, cracks, and the like have a great adverse effect on the shape accuracy of the hollow portion.
  • the “die punch and die” need to have a hardness that can withstand punching, they are made of a material having a high hardness. Since it is difficult to manufacture a small “die punch and die” using a material having high hardness, there is a limit to downsizing the “die punch and die”.
  • the laminate in which the “ceramic green sheet having a window” is placed on the “ceramic green sheet serving as the substrate” is placed on the “ceramic green sheet serving as the substrate”. Since it has the same structure as that in which the “three-dimensionally formed part (convex part) having a desired pattern” is formed, a fine three-dimensionally formed part (convex part) is formed on the ceramic green sheet without depending on the punching process. If it was possible, the knowledge that the problem which stamping has had was acquired.
  • one of the objects of the present invention is to provide a “three-dimensionally formed part (convex part) having a desired fine pattern or the like” on one surface side of the porous substrate while utilizing the characteristics of the porous substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a three-dimensionally formed portion that can be formed accurately and easily.
  • the three-dimensionally formed portion manufacturing method according to the present invention for achieving the above object includes a mold preparing step, a slurry preparing step, a substrate preparing step, a three-dimensionally formed portion forming step before drying, and a post-drying step. And a three-dimensional forming part forming step.
  • the execution order of each process described below can be changed within a range where no contradiction occurs.
  • the mold preparation process is a process of preparing a mold having a recess formed on one side of the mold.
  • the recess is formed so as to follow a predetermined shape when the mold is viewed from the front.
  • the slurry preparation step is a step of preparing a “slurry” including “particles of main raw material”, “solvent (solvent) of the particles”, and “organic material”.
  • the substrate preparation step is a step of preparing a porous substrate through which gas can pass.
  • Typical examples of such porous substrates are ceramic green sheets, porous ceramic substrates, porous films, porous metal (for example, sintered metal) substrates, catalyst carriers, paper, and ceramic films formed on substrates. And electrode films. As long as the substrate has air permeability, there is no restriction on the substrate.
  • the three-dimensional formation part forming process before drying is The mold is formed on the one side of the porous substrate so that a “three-dimensional formation portion before drying” made of the slurry and along the predetermined shape is formed by the concave portion of the mold. It is a process of arranging on one surface side.
  • “one surface side of the porous substrate” means “one surface side of both surfaces of the porous substrate”. "Upper (upper side)”.
  • the mold may be disposed on one surface side of the porous substrate in a state where the concave portion of the mold is preliminarily filled with the slurry, and one surface side of the porous substrate.
  • the concave portion of the same mold may be filled with the slurry by pushing the mold into the slurry previously present in the mold. That is, the solid part forming step before drying is “a step of arranging the same mold on one surface side of the porous substrate in a state where the slurry is filled in the concave portion of the mold”.
  • the three-dimensional formation part forming step is In a state where the mold is arranged on one surface side of the porous substrate, the “solvent contained in the slurry” is “soaked in the pores of the porous substrate”, so that the mold is dried. The three-dimensionally formed portion is dried, thereby forming a “three-dimensionally formed portion after drying”.
  • the solvent contained in the “slurry constituting the three-dimensionally formed part before drying” is permeated and absorbed into the pores of the porous substrate and diffuses (evaporates) from the unclosed end surface of the porous substrate.
  • a “dried solid forming part (solid forming part capable of maintaining its own shape)” which has a predetermined shape and is mainly composed of main raw material particles is easy. Can be formed.
  • the porous substrate is not easily deformed because a large load is not applied to the porous substrate unlike punching using a die punch and die.
  • the side surface of the three-dimensionally formed portion is not formed by breaking, the side surface of the three-dimensionally formed portion is not roughened and burrs are not generated.
  • the hardness of the mold can be smaller than the hardness of the “mold used for punching”, a “recess having a fine pattern (shape)” can be easily formed in the mold. As a result, the shape of the three-dimensionally formed portion in front view can be easily miniaturized, and the shape accuracy of the three-dimensionally formed portion after drying can be improved.
  • the porous substrate may be a ceramic green sheet, and the main raw material particles may be ceramic powder.
  • the three-dimensionally formed portion manufacturing method of the present invention is After the post-drying three-dimensionally formed part forming step, the porous substrate and the three-dimensionally formed part after drying (that is, an intermediate structure before firing including at least the porous substrate and the three-dimensionally formed part after drying). It is preferable to include a firing step of firing and integrating the materials.
  • Ceramic green sheet is a “porous substrate through which gas can pass”. Accordingly, if the main raw material particles are “ceramic powder”, a “three-dimensionally formed portion mainly composed of ceramic powder” having a desired “shape in front view” can be easily formed on the ceramic green sheet. Can do. When this “intermediate structure including a ceramic green sheet and a three-dimensionally formed portion” is fired, a “ceramic three-dimensionally formed portion having a shape in a desired front view” is provided on a “dense ceramic substrate”. The “final structure” can be easily manufactured.
  • the ceramic particles forming the ceramic green sheet” and “the particles of the main raw material of the slurry (the ceramic powder)” are the same type of ceramic.
  • the porous substrate is a ceramic green sheet and the main raw material particles are ceramic powder
  • the three-dimensionally formed portion after the drying (the other side of the three-dimensionally formed portion after the drying, that is, the three-dimensionally formed portion after the drying, after the three-dimensionally formed portion after the drying and before the baking step)
  • On the opposite side of the porous substrate further comprising a lamination step of forming a pre-fired structure having a cavity by placing another ceramic green sheet
  • the firing step is preferably a step of firing and integrating the pre-fired structure.
  • the other ceramic green sheet is preferably made of the same type of ceramic as “the ceramic powder constituting the main raw material particles of the slurry”.
  • the porous substrate may be a ceramic green sheet
  • the main raw material particles may be a conductive material, a mixture of ceramic powder and a conductive material, or the like.
  • a conductor pattern, a pattern of a conductor and ceramic powder mixture, and the like can be easily formed on the ceramic substrate. That is, according to the present invention, a paste-like substance containing particles can be easily formed on the ceramic substrate.
  • the three-dimensional formation part forming step before drying includes A step of filling the concave portion of the mold with the slurry, and filling the concave portion with the slurry, and then filling the concave portion with the “surface on which the concave portion is formed (recessed surface)”. It is a step of forming the “three-dimensional formation part before drying” by disposing it so as to face “one surface (one surface side surface)”,
  • the post-drying three-dimensional formation part forming step includes: Including a mold release step for separating the mold from the "three-dimensionally formed portion after drying”. Is preferred.
  • a convex portion (an end surface of the concave portion forming surface) forming the concave portion of the mold may be in contact with one surface of the porous substrate, and the end surface of the concave portion forming surface is one surface of the porous substrate. It may be slightly separated from.
  • the three-dimensional formation part forming step before drying includes After the slurry is formed in a layer on one surface (one surface side) of the porous substrate, “the surface on which the concave portion of the mold is formed” is changed to “one surface of the porous substrate” Including a pressing step of placing the mold facing the porous substrate and pressing the mold toward the porous substrate,
  • the post-drying three-dimensional formation part forming step includes: Including a mold release step of separating the mold from the three-dimensionally formed part after drying, You can also. At this time, the end surface of the recess forming surface may be in contact with one surface of the porous substrate, and the end surface of the recess forming surface may be slightly separated from the one surface of the porous substrate.
  • the three-dimensionally formed portion can be formed simply by forming the “deformable slurry” with the “die having a recess”. Therefore, since it is not necessary to apply a large load to the mold in the pressing step, it is not necessary to increase the strength and durability of the mold. As a result, restrictions on the material of the mold can be reduced, and furthermore, since the mold can be manufactured from a material having a relatively low hardness, a fine pattern can be easily formed on the mold. In addition, the deformation of the porous substrate can be minimized.
  • the three-dimensional formation part forming step before drying includes A slurry filling step in the recess for filling the slurry in the recess of the mold; A slurry layer forming step of forming the slurry in a layer form on one surface of the porous substrate; Including After the concave portion of the mold is filled with the slurry and the slurry is formed in a layer on one surface of the porous substrate, the surface on which the concave portion of the mold is formed faces one surface of the porous substrate.
  • the post-drying three-dimensional formation part forming step includes: Including a mold release step of separating the mold from the three-dimensionally formed part after drying, You can also.
  • the end surface of the recess forming surface may be in contact with one surface of the porous substrate, and the end surface of the recess forming surface may be slightly separated from the one surface of the porous substrate.
  • the slurry can be more reliably filled in the concave portion of the mold.
  • the mold may be pressed toward the porous substrate after the surface on which the concave portion of the mold is formed is disposed to face one surface of the porous substrate.
  • the post-drying three-dimensional formation part forming step includes: It is desirable to include assisting infiltration of the solvent into the pores of the porous substrate by setting the inside of the porous substrate to a pressure lower than atmospheric pressure (that is, vacuuming). .
  • the solvent contained in the slurry since “the solvent contained in the slurry” is sucked into the pores of the porous substrate, the solvent can be immersed in the pores of the porous substrate in a short time. . As a result, the time required for the post-drying three-dimensional formation portion forming step can be shortened. As long as the solvent is absorbed into the pores of the porous substrate, the area occupied by the three-dimensionally formed portion relative to the area of one surface of the porous substrate (the surface on which the three-dimensionally formed portion is formed) (the three-dimensionally formed portion forming area) There is no restriction on the ratio. Therefore, by increasing this ratio, for example, the effective area can be increased and a large number of products can be produced from one substrate. That is, according to the present invention, there is provided a method for producing a three-dimensionally formed part having excellent productivity.
  • the post-drying three-dimensional formation part forming step includes: It is preferable that the method includes evaporating the solvent by heating at least a part of the porous substrate and assisting in drying the three-dimensionally formed portion.
  • contraction amount at the time of drying of the said solid formation part can be made small by adjusting the density
  • the solvent immersed in the pores of the porous substrate can be evaporated in a short time.
  • the time required for the post-drying three-dimensional formation portion forming step can be shortened.
  • the temperature of the ceramic green sheet can be made higher than the glass transition temperature by heating the ceramic green sheet. In that case, since the ceramic green sheet is softened, the adhesion between the ceramic green sheet and the slurry can be increased.
  • FIG. 1A is a front view of a mold used in the three-dimensionally formed part manufacturing method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the mold.
  • Drawing 2 is a figure for explaining the solid formation part formation process before drying in the solid formation part manufacturing method concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the ceramic green sheet shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a pre-drying solid formation part forming process and a post-drying solid formation part forming process in the solid formation part manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • Drawing 5 is a figure for explaining a mold release process of a solid formation part after drying in a solid formation part manufacturing method concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a stacking process in the method for manufacturing a three-dimensionally formed part according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing experimental results for confirming the effects of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a photograph of the surface of the “structure having a columnar convex portion (columnar three-dimensional formation portion)” manufactured by the manufacturing method of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a photograph of the surface of the “structure having a three-dimensionally formed portion forming a cylindrical recess” manufactured by the manufacturing method of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph of the surface of the “structure having a plurality of linear convex portions (three-dimensionally formed portions) that form linear concave portions” manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph of the surface of the “structure having a three-dimensionally forming part that forms a cylindrical recess” manufactured by the manufacturing method of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph of the surface of the “structure having a plurality of linear convex portions (three-dimensionally formed portions) that form linear concave portions” manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph of the surface of the “structure having a three-dimensionally forming part that forms a cylindrical recess” manufactured by the manufacturing method of the first
  • FIG. 12 is a photograph of the surface of “another structure having a plurality of linear convex portions (three-dimensionally forming portions) forming the linear concave portions” manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of a mold for manufacturing a three-dimensionally formed portion having a plurality of columnar convex portions shown in FIG.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view of a mold for manufacturing a three-dimensionally formed portion having a plurality of columnar recesses shown in FIGS. 9 and 11.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining each step in the method of manufacturing a solid forming part according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of a mold for manufacturing a three-dimensionally formed portion having a plurality of columnar convex portions shown in FIG.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view of a mold for manufacturing a three-dimensionally formed portion having a plurality of columnar reces
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of another mold used in the three-dimensionally formed portion manufacturing method according to the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 17 is a photograph of the surface of the structure manufactured by the first embodiment using the mold shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a pre-drying solid formation part forming step and a post-drying solid formation part forming step in a solid formation part manufacturing method according to a modification of each embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining a pre-drying solid formation part forming step and a post-drying solid formation part forming step in a solid formation part manufacturing method according to another modification of each embodiment of the present invention.
  • This manufacturing method is suitable, for example, for manufacturing a “ceramic laminate” having a hollow portion (space) of a fine “channel and pressurizing chamber” inside.
  • a ceramic laminate is used, for example, as an “actuator for fluid injection” such as an actuator of an ink jet printer and a fuel injection device, a solid oxide fuel cell (SOFC), a switching element, and a sensor.
  • the three-dimensionally formed part manufacturing method according to the present invention is also suitable for manufacturing a device including a “three-dimensionally formed part along a predetermined pattern” on a substrate.
  • a device is, for example, a wiring board.
  • the three-dimensional formation part manufacturing method of this invention can be used also when manufacturing ceramic laminated substrates, such as a LTCC board
  • the LTCC substrate and the HTCC substrate are ceramic multilayer substrates used for electronic devices such as dielectric multilayer filters, multilayer dielectric antennas, dielectric couplers, dielectric composite modules, and hybrid ICs, for example.
  • the provided structure can also be easily manufactured.
  • FIG. 1A is a front view of the mold 10.
  • 1B is a cross-sectional view of the mold 10 cut along a plane along line 1-1 in FIG.
  • the mold 10 is made of a dense material such as a metal (for example, a cemented carbide or a normal alloy).
  • the mold 10 includes a plurality of convex portions 12 protruding from the flat base portion 11.
  • the convex part 12 has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the plurality of convex portions 12 are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other.
  • a concave portion 13 is formed between a pair of adjacent convex portions 12 and 12.
  • This concave portion 13 forms a pattern of “a convex portion (described later) which is a three-dimensionally formed portion finally formed on the substrate”. That is, the mold 10 has “a concave portion along a predetermined pattern (predetermined shape) in a front view” on one side (a concave portion forming surface).
  • the surfaces of the convex portion 12 and the concave portion 13 of the mold 10 are preferably covered with a mold release agent.
  • a mold release agent it is desirable to wash the mold 10 before applying the mold release agent to the mold 10 in order to improve the adhesion between the mold 10 and the mold release agent.
  • This cleaning can be performed by ultrasonic cleaning, acid cleaning, ultraviolet ozone cleaning, or the like. It is preferable that the surface (cleaning surface) to which the release agent of the mold 10 is applied is cleaned to the atomic level by this cleaning.
  • An example of the mold release agent is a fluorine type mold release agent such as “OPTOOL DSX” manufactured by Daikin Industries, Ltd.
  • the release agent may be a silicon-based or wax-based release agent.
  • the release agent is applied in the form of a film on the surface of the mold 10 through the steps of drying and washing after being applied by dipping, spraying, brushing, or the like.
  • the surface of the mold may be coated by an inorganic film treatment using a DLC (diamond-like carbon) coating.
  • the width W of the convex portion 12 is 50 ⁇ m
  • the height H is 100 ⁇ m
  • the center line distance P between a pair of adjacent convex portions 12 and 12 is 90 ⁇ m. Therefore, the width D of the recess 13 is 40 ⁇ m.
  • the length L in the longitudinal direction of the convex portion 12 and the concave portion 13 is 870 ⁇ m.
  • the width W is 10 to 80 ⁇ m
  • the height H is 0 to 200 ⁇ m (excluding 0 ⁇ m)
  • P is 60 to 120 ⁇ m.
  • the slurry 20 is composed of ceramic powder as main raw material particles, a solvent of the ceramic powder, an organic material, and a plasticizer.
  • ceramic powder: solvent: organic material: plasticizer 100: 50 to 100: 5 to 10: 2 to 5.
  • the ceramic powder is made of alumina and zirconia, and the solvent is made of toluene and isopropyl alcohol.
  • the organic material is made of polyvinyl butyral.
  • the plasticizer is butyl phthalate. Each material and weight ratio are not limited to these. Further, the viscosity of the slurry is preferably 0.1 to 100 Pa ⁇ sec, for example.
  • the ceramic green sheet 30 shown in FIG. 2 is prepared separately.
  • the ceramic green sheet 30 is produced by a known method.
  • the ceramic green sheet 30 is produced by producing the slurry 20, subjecting the slurry to defoaming treatment, and using a known sheet forming method such as a doctor blade method and a reverse roll coater method.
  • a known sheet forming method such as a doctor blade method and a reverse roll coater method.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the ceramic green sheet 30.
  • the ceramic green sheet 30 has a large number of pores h between the particles fp. That is, the ceramic green sheet 30 is “a porous substrate through which gas (fluid) can pass”.
  • the pore diameter (average pore diameter) of the ceramic green sheet 30 is smaller than the particle diameter (average particle diameter) of the ceramic powder of the slurry described above and naturally larger than the molecular diameter of the solvent.
  • the porosity of the ceramic green sheet 30 is 5 to 30 vol%, preferably 12 to 23 vol%. It is.
  • the thickness of the green sheet 30 is preferably 10 to 500 ⁇ m.
  • the average particle size of the ceramic powder used is preferably 0.2 to 1.0 ⁇ m.
  • the slurry 20 is filled in the concave portion 13 of the mold 10 by coating.
  • This step is also referred to as “slurry filling (application) step or in-recess slurry filling step”.
  • the slurry 20 may be filled in the concave portion 13 by an appropriate method other than coating (for example, dipping, squeegee, brush coating, filling with a dispenser, etc.).
  • ultrasonic vibration may be applied to the mold 10 when the slurry 20 is filled in the recesses 13, or bubbles remaining in the mold 10 may be removed by vacuum degassing. It may be removed.
  • the mold is so arranged that the “surface of the mold 10 on which the recess 13 is formed” faces the “upper surface (one surface) of the ceramic green sheet (porous substrate) 30”. 10 is placed (placed) on the upper part (one surface side) of the ceramic green sheet 30. As a result, a “three-dimensional pre-drying part (pre-drying convex part) 12”, which is a three-dimensional part before the slurry is dried, is formed on the ceramic green sheet 30.
  • the end surface of the convex portion 12 that forms the concave portion 13 of the mold 10 (that is, the “end surface of the concave portion forming surface” that is the end surface of the “surface side on which the concave portion 13 is formed”) P12 of the mold 10 is It contacts the upper surface U30 of the ceramic green sheet 30.
  • the mold 10 may be arranged so that the end surface P12 of the recess forming surface is separated from the “upper surface U30 of the ceramic green sheet 30” by a slight distance (for example, 0 to 0.5 mm).
  • a slight distance for example, 0 to 0.5 mm
  • the solid formation part forming process before drying is made of the slurry 20 on one surface side (in this case, the upper side or the upper surface side) of the ceramic green sheet 30 that is a porous substrate, and the “predetermined pattern of the recess 13”.
  • This is a step of arranging the mold 10 on one surface side of the ceramic green sheet 30 so that the “three-dimensional formation part before drying” along the line is formed by the concave portion 13 of the mold 10.
  • the ceramic green sheet 30 is placed on the upper surface of the porous sintered metal 40 (one surface of both surfaces of the sintered metal 40).
  • the sintered metal 40 is accommodated in a frame 50 made of “a dense and thermally conductive material”. That is, the periphery (side surface and lower surface) of the sintered metal 40 excluding its upper surface is covered with the frame body 50.
  • a suction communication pipe 51 is inserted in a side portion of the frame body 50. The suction communication pipe 51 is connected to a vacuum pump (not shown).
  • the frame 50 is placed on a hot plate (heating device) 60.
  • the hot plate 60 generates heat when energized, and heats the lower surface of the ceramic green sheet 30 (the other surface, that is, a part of the ceramic green sheet 30) through the frame 50 and the sintered metal 40. ing.
  • the solvent contained in “slurry 20 held in the recess 13 of the mold 10” is “ceramics and capillarity”. It penetrates (permeates) into the pores of the green sheet 30.
  • the three-dimensionally formed part forming step after drying is continued for a predetermined time (for example, 5 minutes). That is, in the post-drying three-dimensionally formed portion forming step, the “mold 10 in which the slurry 20 is accommodated in the recessed portion 13” is placed on the “recessed portion 13” on the “porous substrate (ceramic green sheet 30)” that does not move.
  • the substrate is left to stand for a predetermined time in a state where the open portion is placed and fixed so as to face the porous substrate 30.
  • the slurry 20 is dried and solidified.
  • a “three-dimensionally formed portion after drying” is formed in one side (upper side) of the ceramic green sheet 30 in the recess 13.
  • the “porous substrate (ceramic green sheet 30)” is moved while the “mold 10 containing the slurry 20 in the recessed portion 13” is the open portion of the recessed portion 13 is the porous substrate. It may be a step of forming the “three-dimensionally formed portion after drying” by placing it so as to face 30.
  • the gas existing in the ceramic green sheet 30 is discharged by driving the above-described vacuum pump (see white arrows). Therefore, the pressure inside the ceramic green sheet 30 is lower than atmospheric pressure (for example, 80 kPa lower than atmospheric pressure). As a result, the solvent contained in the slurry 20 is efficiently permeated and sucked into (infiltrated into) the pores of the ceramic green sheet 30.
  • the degree of vacuum is preferably 0 to -100 kPa, and more preferably -80 to -100 kPa.
  • the hot plate 60 is energized in the post-drying three-dimensional formation portion forming step. Accordingly, since the temperature of the ceramic green sheet 30 rises, the solvent soaked in the pores easily evaporates (diffuses). Thereby, the slurry 20 is dried and solidified within a shorter time.
  • the solvent contained in the slurry 20 is removed in a state where the mold 10 is disposed on one surface side (in this case, the upper surface) of the ceramic green sheet 30 that is a porous substrate.
  • the “three-dimensional formation part before drying (slurry 20)” in the recess 13 is dried, and the “three-dimensional formation part after drying” is formed in the recess 13. It is a process to do.
  • the pressure reduction in the pores of the ceramic green sheet 30 by a vacuum pump is arbitrary. Therefore, the sintered metal 40 and the frame body 50 may be replaced with a simple base. Furthermore, heating of the ceramic green sheet 30 by the hot plate 60 is also optional. Therefore, the hot plate 60 may be omitted. Further, in this example, the mold 10 filled with the slurry 20 is only placed on the ceramic green sheet 30. That is, no load is applied to the mold 10.
  • the vacuum pump it is preferable to drive the vacuum pump to reduce the pressure inside the sintered metal 40.
  • the ceramic green sheet 30 can be stably held by the sintered metal 40.
  • the ceramic green sheet 30 is prevented from floating, so that deformation of the ceramic green sheet 30 and deformation of the three-dimensional formation part 21 after drying (pattern damage) can be avoided.
  • the temperature of the ceramic green sheet 30 becomes equal to or higher than the glass transition temperature by heating with the hot plate 60.
  • the adhesive force between the ceramic green sheet 30 and the slurry 20 can be increased.
  • deformation (pattern breakage) of the post-drying three-dimensional forming part 21 at the time of mold release can be avoided more reliably.
  • this lamination process is arbitrary. Before the ceramic green sheet 31 is placed, or after the ceramic green sheets 31 are stacked, the three-dimensionally formed portion 21 after drying may be subjected to additional processing such as laser processing and processing using a die punch. Good. Furthermore, a printing process, a cutting / dividing process, and the like may be performed after the ceramic green sheets 31 are stacked.
  • the pre-firing structure 32 is heated and fired. Additional processing may be performed on the structure fired by laser processing or the like after firing. Further, a process for cutting and dividing the fired structure may be provided. As a result, a ceramic structure having the cavity SP is manufactured. As described above, the laminating process is optional. Therefore, in this firing step, the intermediate structure including at least “the ceramic green sheet 30 as the porous substrate and the three-dimensionally formed portion 21 after drying” is fired and integrated after the post-drying three-dimensionally formed portion forming step. It can be said that it is a process.
  • the solvent contained in the “slurry 20 constituting the three-dimensionally formed part before drying” is a porous substrate (ceramic green).
  • the sheet 30 soaks (infiltrates and absorbs) into the pores and diffuses (evaporates) from the non-closed end face of the porous substrate. Therefore, the “dried solid forming portion (which has a predetermined pattern (predetermined shape in front view)) on one surface side (in this case, the upper surface) of the porous substrate and the main raw material particles are the main constituent components ( It is possible to easily form a convex portion 21) whose shape can be maintained by itself.
  • This solid formation part manufacturing method does not use punching using a die punch and a die. Therefore, a large load is not applied to the porous substrate. As a result, the porous substrate is not easily deformed.
  • the side surface of the three-dimensionally formed portion 21 is not formed by breakage, the side surface of the three-dimensionally formed portion 21 is not roughened and burrs are not generated.
  • the hardness of the mold 10 can be smaller than that of the “mold used for punching”, a fine pattern can be easily formed on the mold 10. As a result, the “three-dimensionally formed portion 21 having a fine and desired pattern” can be easily formed on one surface side (in this case, the upper surface) of the porous substrate.
  • the “three-dimensionally formed portion 21 mainly composed of ceramic powder” having a desired pattern can be easily formed on the ceramic green sheet 30. Then, since this “intermediate structure composed of the ceramic green sheet 30 and the three-dimensionally formed portion 21” is fired, the “ceramic of the ceramic” provided with “the dense three-dimensionally formed portion according to a desired pattern” on the “dense ceramic substrate”. The “final structure” can be easily manufactured. Further, in practice, “another ceramic green sheet 31” is placed on the three-dimensionally formed portion of the intermediate structure in the previous stage of the firing step, and then they are fired. Therefore, a “dense ceramic structure having a cavity with a desired shape” can be easily manufactured.
  • the “ceramic green sheet 30 as a porous substrate” and the “three-dimensional forming portion 21 before firing” are formed from the same type of ceramic. Therefore, when both of them are fired and integrated, the degree of shrinkage of both can be made closer. Therefore, deformation of both due to firing can be prevented, and occurrence of cracks and the like can be avoided. As a result, a ceramic structure having a desired shape can be easily manufactured.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of a comparison experiment between the three-dimensionally formed portion manufacturing method (reverse imprint method) and the direct stamping manufacturing method (direct imprint method) according to the first embodiment of the present invention described above. is there.
  • the direct stamping manufacturing method is a method of forming a three-dimensionally formed part by directly pressing only a mold against a ceramic green sheet without using a slurry. Specifically, the direct stamping manufacturing method includes the following steps.
  • Step 1 The mold 10 shown in FIG. 1 (however, its strength is higher than that of the mold 10) is prepared by the mold preparation process.
  • Step 2 The ceramic green sheet 30 is prepared by the substrate preparation process.
  • Step 3 The ceramic green sheet 30 is placed on the hot plate, and the temperature of the ceramic green sheet 30 (the temperature of SG) becomes “the predetermined temperature shown in FIG. 7”. Heat.
  • Step 4 The mold 10 is pressed against the ceramic green sheet 30 with the “predetermined pressing load shown in FIG. 7”.
  • Step 5 Release the mold.
  • a three-dimensionally formed portion having a height of 40 ⁇ m or more is formed at room temperature and without applying a load to the mold 10. Yes.
  • the direct pressing mold manufacturing method for example, if the temperature of the ceramic green sheet 30 is 100 ° C. and the mold 10 is not pressed with a load of about 7 kN (700 kgf), the height is about 40 ⁇ m. The solid formation part which has is not formed. From this, it is understood that the three-dimensionally formed portion manufacturing method according to the present embodiment is an excellent method that does not cause the ceramic green sheet 30 to be deformed and does not require high strength for the mold 10.
  • FIG. 8 to FIG. 10 show a case where “a plurality of dots (a plurality of circles) are formed by the manufacturing method of the first embodiment using a ceramic green sheet made of zirconia, a slurry of zirconia, and a mold made of commercially available silicon.
  • the diameter of a dot is 3.5 ⁇ m
  • the height is 7.8 ⁇ m
  • the distance between the central axis of a dot and the central axis of a dot adjacent to the dot is 7. 8 ⁇ m.
  • the diameter of the hole is 3.5 ⁇ m
  • the height is 7.8 ⁇ m
  • the distance between the center axis of a hole and the center axis of the hole adjacent to the hole is 7.8 ⁇ m. It is.
  • the width and height of the line (straight convex portion) are 3.6 ⁇ m and 8.3 ⁇ m, respectively.
  • FIG. 11 and FIG. 12 respectively show “multiple holes (multiple holes) by a manufacturing method of the first embodiment using a ceramic green sheet made of zirconia, a slurry of zirconia, and another mold made of commercially available silicon. And a plurality of lines and spaces (a plurality of linear protrusions forming a plurality of linear recesses) ”and a fired structure.
  • the width and height of the line (straight convex portion) are 0.8 ⁇ m and 1.4 ⁇ m, respectively.
  • the distance between the center lines in the longitudinal direction of two adjacent lines is 1.4 ⁇ m.
  • the three-dimensionally formed portion having a plurality of cylindrical convex portions shown in FIG. 8 is manufactured by the “mold having a plurality of cylindrical concave portions H” shown in the schematic perspective view of FIG.
  • the three-dimensionally formed portion having a plurality of cylindrical concave portions shown in FIG. 14 is manufactured by a “mold having a plurality of cylindrical convex portions P” shown in a perspective view in FIG.
  • Mold preparation process A mold 10 shown in FIG. 15A is prepared. This mold preparation process is the same as the mold preparation process described above.
  • Board preparation process A ceramic green sheet 30 shown in FIG. 15B is prepared. This substrate preparation process is also the same as the substrate preparation process described above.
  • Slurry preparation process A slurry 20 shown in FIG. 15C is prepared. This slurry preparation step is also the same as the slurry preparation step described above.
  • the ceramic green sheet 30 is placed on the lower plate 71 of the laminating machine.
  • the lower plate 71 of the laminating machine generates heat when energized.
  • the slurry 20 is formed into a layer (a film having a substantially constant thickness) on the upper surface (one surface) U30 of the ceramic green sheet 30.
  • This process is also referred to as a slurry layer forming process.
  • the “surface on which the concave portion 13 of the mold 10 is formed (end surface P12)” is made to face “one surface (upper surface U30) of the ceramic green sheet 30”. Deploy.
  • the upper plate 72 of the laminating machine is placed on the surface of the mold 10 where the recess 13 is not formed (the other surface facing the end surface P12).
  • the upper plate 72 of the laminating machine also generates heat when energized.
  • a load is applied to the upper plate 72 of the laminating machine, and the mold 10 is pressed toward the ceramic green sheet 30.
  • heat is generated from the lower plate 71 and the upper plate 72 of the laminator to heat the ceramic green sheet 30.
  • This process is also referred to as a “pressing process”.
  • the “end surface P12 of the recess forming surface” of the mold 10 is in contact with the upper surface U30 of the ceramic green sheet 30.
  • the mold 10 may be disposed such that the recess forming surface P12 is slightly separated from the “upper surface U30 of the ceramic green sheet 30”.
  • the mold 10 is “ceramic green sheet 30 and It is removed from the “three-dimensionally formed part after drying”. That is, a mold release process is performed.
  • mold 10 in the state by which the slurry 20 was filled in the recessed part 13 is the lower board 71 and upper board of a lamination machine.
  • the ceramic green sheet 30 is pressed while being heated by 72. Therefore, the adhesion between the slurry 20 and the ceramic green sheet 30 can be increased.
  • “deformation of the three-dimensionally formed portion after drying (damage of the pattern)” at the time of mold release can be avoided.
  • a three-dimensionally formed part having a fine pattern can be formed on the porous substrate.
  • a three-dimensionally formed part having a fine pattern shape in front view
  • the slurry 20 of each of the above embodiments uses ceramic powder as the main raw material particles.
  • the main raw material particles may be replaced with “a powder of a conductive material such as a metal”. According to this, an electric circuit pattern or the like can be formed on the substrate.
  • another ceramic green sheet 31 laminated in the above-described lamination step may be a ceramic green sheet in which a three-dimensionally formed portion is separately formed. Furthermore, one or more other ceramic green sheets may be laminated thereon to form a multilayer pre-fired laminate, and the pre-fired laminate may be fired.
  • the mold 10 may have a shape including a plurality of convex portions 12 a having a trapezoidal cross section on the base portion 11.
  • the recess 13a has an inverted trapezoidal shape.
  • the width W1 of the upper base of the convex portion 12a is 50 ⁇ m
  • the width W2 of the lower base of the convex portion 12a is 70 ⁇ m
  • the height H is 100 ⁇ m
  • the distance P is 90 ⁇ m.
  • the minimum width D1 of the recess 13 is 20 ⁇ m.
  • the length in the longitudinal direction of the convex portion 12a and the concave portion 13a is 870 ⁇ m (preferably, W1 is 10 to 80 ⁇ m, H is 0 to 200 ⁇ m, and P is 60 to 120 ⁇ m). These dimensions are examples and are not particularly limited. An enlarged photograph of the structure actually manufactured using this mold is shown in FIG.
  • the mold 10 The end surface (the upper end surface of the convex portion 12) P12 of the concave portion is parallel to the “upper surface U30 of the ceramic green sheet 30” and is separated from the “upper surface U30 of the ceramic green sheet 30” by a slight distance t.
  • the mold 10 may be disposed on the upper surface U30 side (one surface side) of the ceramic green sheet 30. According to this, the “plate-shaped portion 20 a having a thickness t” is formed on the ceramic green sheet 30, and the “three-dimensional forming portion 20 b” along the predetermined pattern is formed on the plate-shaped portion 20 a. .
  • the slurry 20 is filled in the recess 13 of the mold 10, and as shown in FIG. 19B, the upper surface (one surface) of the ceramic green sheet 30 is filled. )
  • the slurry 20 is formed in a layer on U30.
  • the mold 10 filled with the slurry 20 may be pressed against the slurry 20 formed on the upper surface U ⁇ b> 30 of the ceramic green sheet 30. That is, for example, in the pre-drying solid formation portion forming step of the first embodiment, the slurry 20 is formed in a layered manner on the upper surface U30 of the ceramic green sheet 30 as in the pre-drying solid formation portion forming step of the second embodiment.
  • the surface P12 on which the concave portion 13 of the mold 10 is formed may be arranged to face the upper surface of the ceramic green sheet 30. In this case, it is preferable that a load is applied to the mold 10 toward the upper surface U30 of the ceramic green sheet 30.
  • the mold 10 is provided with a “frame portion 14 protruding from the base 11 and having a height higher than the convex portion 12 (for example, see FIG. 1)” on the entire periphery (outer peripheral portion) of the mold 10. Yes. According to this, the slurry 20 can be reliably and easily filled in the recess 13.
  • the mold 10 is placed above the ceramic green sheet 30 in the vertical direction, but the mold 10 may be arranged below the ceramic green sheet 30 in the vertical direction. That is, the mold 10 may be disposed with respect to the ceramic green sheet 30 such that the concave surface P12 of the mold 10 faces the lower surface (the surface opposite to the upper surface U30) of the ceramic green sheet 30.
  • the solvent contained in the slurry 20 penetrates into the ceramic green sheet 30 by capillary action.
  • the internal pressure of the ceramic green sheet 30 is maintained at a pressure lower than the atmospheric pressure by operating the above-described vacuum pump or the like, the solvent contained in the slurry 20 is reduced in the ceramic green sheet 30.

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Abstract

この立体形成部製造方法においては、正面視において所定の形状に沿う凹部13が形成された型10を準備し、その凹部13内にスラリー20を塗布・充填する。次に、多孔質基板であるセラミックグリーンシート30の上面に、スラリー20が充填された型10を配置する。このとき、吸引用連通管51及び焼結金属40を介してセラミックグリーンシート30内が低圧化される。また、セラミックグリーンシート30はホットプレート60により加熱される。これらにより、スラリー20に含まれる溶剤は、セラミックグリーンシート30の細孔内に浸透・吸収され、蒸発する。この結果、乾燥前の立体形成部(スラリー20)は変形することなく乾燥する。

Description

立体形成部製造方法
 本発明は、例えば、セラミックグリーンシート等の「気体が通過可能な多孔質基板」と、主原料の粒子と溶剤と有機材料とを含むスラリーと、を使用して、基板上に所定の形状を有する立体形成部を形成する立体形成部製造方法に関する。
 従来から、「流路及び加圧室等」の空洞部(空間)を内部に備えるセラミックス積層体が知られている。このようなセラミックス積層体は、例えば、インクジェットプリンタのアクチュエータ及び燃料噴射装置等の「流体噴射用アクチュエータ」、燃料電池(SOFC)、スイッチング素子、及び、センサ等として広い分野において使用されている。
 一般に、このようなセラミックス積層体は以下に述べる手順を経て製造される(例えば、特開2004−190653号公報(段落0047、図5)、特許2005−285421号公報(段落0464乃至段落0472、図32)、及び、特開平8−155935号公報(段落0004)を参照。)。
(1)セラミックグリーンシートを「金型パンチ及びダイ」を用いて打ち抜くことにより、セラミックグリーンシートに窓部を形成する。この窓部の側面(破断面)が、後に空洞部の側面を構成する。
(2)窓部を有するセラミックグリーンシートが、窓部を有さない2枚のセラミックグリーンシートにより挟持されるように、これらのセラミックグリーンシートを積層する。
(3)積層された複数のセラミックグリーンシートを焼成・一体化する。
 しかしながら、金型パンチ及びダイを用いた打ち抜き加工は、破断により窓部を形成する。従って、セラミックグリーンシートを打ち抜く際、そのセラミックグリーンシートに大きな力が加わる。この結果、打ち抜きピッチ(窓部とその窓部に隣接する窓部との距離等)が小さい場合やセラミックグリーンシートの厚みが大きい場合等において、窓部近傍及び破断面が変形し、或いは、破断面が荒れ、或いは、破断部にクラックやバリが発生する場合がある。空洞部が微細化するにつれ、これらの変形、バリ及びクラック等は空洞部の形状精度に大きな悪影響を及ぼす。更に、「金型パンチ及びダイ」は打ち抜き加工に耐える硬度を備える必要があるから、それらは高い硬度を有する材質から形成される。高い硬度を有する材質を用いて小型の「金型パンチ及びダイ」を製作することは困難であるから、「金型パンチ及びダイ」の小型化にも限界がある。
 そこで、発明者は種々の検討を重ねた結果、「窓部を有するセラミックグリーンシート」を「基板となるセラミックグリーンシート」に載置した積層体は、その「基板となるセラミックグリーンシート」上に「所望のパターンを有する立体形成部(凸状部)」を形成したものと同じ構造を有するので、微細な立体形成部(凸状部)を打ち抜き加工に依ることなくセラミックグリーンシート上に形成することができれば、打ち抜き加工が有する問題を解決できるとの知見を得た。即ち、本発明の目的の一つは、多孔質基板の一つの面側に「所望の微細パターン等の形状を有する立体形成部(凸状部)」を多孔質基板の特性を利用しながら「精度良く且つ容易に形成する」ことができる立体形成部製造方法を提供することにある。
 より具体的に述べると、上記目的を達成するための本発明による立体形成部製造方法は、型準備工程と、スラリー準備工程と、基板準備工程と、乾燥前立体形成部形成工程と、乾燥後立体形成部形成工程と、を含む。なお、以下に述べる各工程の実施順序は、矛盾が生じない範囲において入れ替えることができる。
 型準備工程は、型の一面側に凹部が形成された型を準備する工程である。この凹部は、型の正面視において所定の形状に沿うように形成される。
 スラリー準備工程は、「主原料の粒子」と「その粒子の溶剤(溶媒)」と「有機材料」とを含む「スラリー」を準備する工程である。
 基板準備工程は、気体が通過可能な多孔質基板を準備する工程である。このような多孔質基板の代表例は、セラミックグリーンシート、多孔質セラミック基板、多孔質フィルム、多孔質金属(例えば、焼結金属)基板、触媒担体、紙、基材上に形成されたセラミック膜、及び、電極膜等である。通気性を有する基板であれば、基板となるものに制約はない。
 これらの準備工程は、どのような順序により実施されてもよい。
 乾燥前立体形成部形成工程は、
 前記多孔質基板の一方の面側に、前記スラリーからなるとともに前記所定の形状に沿う「乾燥前の立体形成部」が前記型の凹部によって形成されるように、前記型を前記多孔質基板の一方の面側に配置する工程である。但し、本明細書及び特許請求の範囲において、「多孔質基板の一方の面側」は、「多孔質基板の両面のうちの一方の面側」の意味であり、例えば、「多孔質基板の上方(上部側)」である。この場合、後述するように、前記型の凹部に前記スラリーを予め充填させた状態にて、その型を多孔質基板の一方の面側に配置してもよく、多孔質基板の一方の面側に予め存在させておいたスラリーに対して前記型を押し込むことによって同型の凹部に前記スラリーを充填させてもよい。即ち、前記乾燥前立体部形成工程は、「前記型の凹部に前記スラリーを充填させた状態にて同型を前記多孔質基板の一方の面側に配置する工程」である。
 乾燥後立体形成部形成工程は、
 前記型を前記多孔質基板の一方の面側に配置させた状態において、「前記スラリーに含まれる前記溶剤」を「前記多孔質基板の細孔内に浸み込ませる」ことにより、前記乾燥前の立体形成部を乾燥させ、それにより「乾燥後の立体形成部」を形成する工程である。
 これによれば、「乾燥前の立体形成部を構成するスラリー」に含まれる溶剤が、多孔質基板の細孔内に浸透・吸収され、多孔質基板の閉鎖されていない端面から拡散(蒸発)する。従って、多孔質基板の一方の面側に、所定の形状を有し且つ主原料の粒子が主たる構成成分である「乾燥した立体形成部(形状を自身で維持可能な立体形成部)」を容易に形成することができる。この場合、金型パンチ及びダイを用いた打ち抜き加工のように多孔質基板に大きな荷重が加わることがないので、多孔質基板が変形し難い。加えて、破断によって立体形成部の側面を形成しないので、立体形成部の側面が荒れず且つバリが発生しない。加えて、型の硬度を「打ち抜き加工に用いる型」の硬度よりも小さくできるので、型に「微細なパターン(形状)を有する凹部」を容易に形成することができる。その結果、立体形成部の正面視における形状を容易に微細化することができ、且つ、乾燥後の立体形成部の形状精度を良好なものとすることができる。
 前記多孔質基板はセラミックグリーンシートであり、前記主原料の粒子はセラミック粉末であってもよい。
 この場合、本発明の立体形成部製造方法は、
 前記乾燥後立体形成部形成工程の後に、前記多孔質基板と前記乾燥後の立体形成部と(即ち、前記多孔質基板と前記乾燥後の立体形成部とを少なくとも含む焼成前の中間構造体)を焼成して一体化する焼成工程を備える、ことが好適である。
 セラミックグリーンシートは「気体が通過可能な多孔質基板」である。従って、前記主原料の粒子を「セラミック粉末」とすれば、セラミックグリーンシート上に、所望の「正面視における形状」を有する「セラミック粉末を主成分とする立体形成部」を容易に形成することができる。この「セラミックグリーンシート及び立体形成部を含む中間構造体」を焼成すれば、「緻密なセラミック基板」の上に「所望の正面視における形状を有する緻密な立体形成部」を備えた「セラミックの最終構造体」を容易に製造することができる。更に、後述するように、この中間構造体の立体形成部に「別のセラミックグリーンシート」を載置し、それらを焼成して一体化すれば、「所望の形状の空洞部を有する緻密なセラミック構造体」を容易に製造することができる。
 更に、この場合、「前記セラミックグリーンシートを形成するセラミック粒子」と「前記スラリーの前記主原料の粒子(前記セラミック粉末)」とは、同一種のセラミックであることが好適である。
 これによれば、焼成工程において「多孔質基板」と「焼成前の立体形成部(乾燥後の立体形成部)」とが焼成される際、両者の収縮の程度を近しくすることができる。従って、焼成に伴う両者の変形を小さくすることができる。その結果、狙い通りの形状を有し且つクラック等を有さない「セラミック構造体」を容易に製造することができる。
 更に、前記多孔質基板がセラミックグリーンシートであり、前記主原料の粒子がセラミック粉末である場合、前記立体形成部製造方法は、
 前記乾燥後立体形成部形成工程の後であり且つ前記焼成工程の前に、前記乾燥後の立体形成部(前記乾燥後の立体形成部の他の一面側、即ち、前記乾燥後の立体形成部の前記多孔質基板とは反対側)に、更に別のセラミックグリーンシートを載置することにより、空洞部を有する焼成前構造体を形成する積層工程を備え、
 前記焼成工程は、前記焼成前構造体を焼成して一体化する工程であることが望ましい。
 これによれば、微細な空洞部(流路及び加圧室等)を有するセラミック構造体を容易に製造することができる。なお、この場合において、上記別のセラミックグリーンシートは、「前記スラリーの主原料の粒子を構成するセラミック粉末」と同一種のセラミックからなっていることが好ましい。
 また、本発明による立体形成部製造方法において、前記多孔質基板はセラミックグリーンシートであり、前記主原料の粒子は導電材料、及び、セラミック粉末と導電材料との混合物等とすることもできる。
 これによれば、導体パターン、及び、導体とセラミック粉末混合物のパターン等をセラミック基板上に容易に形成することができる。即ち、本発明によれば、粒子を含むペースト状物質を用いて、その粒子を主とするパターンをセラミック基板上に容易に形成することができる。
 更に、
 前記乾燥前立体形成部形成工程は、
 前記型の凹部に前記スラリーを充填する凹部内スラリー充填工程を含み、同凹部に同スラリーを充填した後に、「その凹部が形成されている面(凹部形成面)」を「前記多孔質基板の一方の面(一方の面側の面)」に対向するように配置することにより、前記「乾燥前の立体形成部」を形成する工程であり、
 前記乾燥後立体形成部形成工程は、
 前記型を「前記乾燥後の立体形成部」から離脱させる離型工程を含む、
 ことが好適である。
 このとき、前記型の凹部を形成する凸部(前記凹部形成面の端面)は前記多孔質基板の一方の面に接してもよく、前記凹部形成面の端面が前記多孔質基板の一方の面から僅かに離間していてもよい。
 これによれば、セラミックグリーンシート等の多孔質基板に大きな荷重を加えることなく、立体形成部を形成することができる。従って、多孔質基板が変形することを回避することができる。また、大きな荷重を型に加える必要がないので、型の強度及び耐久性を極めて高くする必要がない。その結果、型の材質の制約を少なくすることができ、更に、比較的硬度の小さい材質から型を作製できるので、微細なパターンを型に容易に形成することができる。
 この代替として、
 前記乾燥前立体形成部形成工程は、
 前記多孔質基板の一方の面(一方の面側の面)に前記スラリーを層状に形成した後に、「前記型の凹部が形成されている面」を「前記多孔質基板の一方の面」に対向させて配置するとともに、その型を前記多孔質基板に向けて押圧する押圧工程を含み、
 前記乾燥後立体形成部形成工程は、
 前記型を前記乾燥後の立体形成部から離脱させる離型工程を含む、
 こともできる。
 このとき、前記凹部形成面の端面は前記多孔質基板の一方の面に接してもよく、前記凹部形成面の端面が前記多孔質基板の一方の面から僅かに離間していてもよい。
 この場合、セラミックグリーンシート等の比較的硬度の高い板体を打ち抜く場合とは異なり、「変形容易なスラリー」を「凹部を有する型」によって成形するだけで立体形成部を形成することができる。従って、前記押圧工程において「大きな荷重を型に加える必要がない」ので、型の強度及び耐久性を極めて高くする必要がない。その結果、型の材質の制約を少なくすることができ、更に、比較的硬度の小さい材質から型を作製できるので、微細なパターンを型に容易に形成することができる。加えて、多孔質基板の変形を最小限に留めることができる。
 更に、別の代替として、
 前記乾燥前立体形成部形成工程は、
 前記型の凹部に前記スラリーを充填する凹部内スラリー充填工程と、
 前記多孔質基板の一方の面に前記スラリーを層状に形成するスラリー層形成工程と、
 を含み、
 前記型の凹部に前記スラリーを充填し且つ前記多孔質基板の一方の面に前記スラリーを層状に形成した後に、前記型の凹部が形成されている面を同多孔質基板の一方の面に対向させて配置することにより、前記乾燥前の立体形成部を形成する工程であり、
 前記乾燥後立体形成部形成工程は、
 前記型を前記乾燥後の立体形成部から離脱させる離型工程を含む、
 こともできる。
 このとき、前記凹部形成面の端面は前記多孔質基板の一方の面に接してもよく、前記凹部形成面の端面が前記多孔質基板の一方の面から僅かに離間していてもよい。
 これによれば、前記型の凹部内に前記スラリーをより確実に充填することができる。なお、前記型の凹部が形成されている面を前記多孔質基板の一方の面に対向させて配置した後に、前記型を前記多孔質基板に向けて押圧してもよい。
 本発明の立体形成部製造方法において、
 前記乾燥後立体形成部形成工程は、
 前記多孔質基板の内部を大気圧よりも低圧にする(即ち、真空化する)ことにより、前記溶剤を前記多孔質基板の細孔内に浸み込ませることを補助することを含むことが望ましい。
 これによれば、多孔質基板の細孔内に「前記スラリーに含まれる前記溶剤」が吸引されるので、前記溶剤を多孔質基板の細孔内に短時間にて浸み込ませることができる。その結果、乾燥後立体形成部形成工程に要する時間を短くすることができる。なお、溶剤が多孔質基板の細孔内に吸収される限り、多孔質基板の一方の面(立体形成部が形成される面)の面積に対する立体形成部が占める面積(立体形成部形成面積)の比に制約はない。従って、この比を大きくとることにより、例えば有効面積を大きくすることができ、一つの基板から多数の製品を作成することができる。即ち、本発明によれば生産性に優れた立体形成部製造方法が提供される。
 更に、本発明の立体形成部製造方法において、
 前記乾燥後立体形成部形成工程は、
 前記多孔質基板の少なくとも一部を加熱することによって前記溶剤を蒸発させ、前記立体形成部を乾燥させることを補助することを含むことが望ましい。なお、溶剤の濃度を適宜調整することにより、前記立体形成部の乾燥時における収縮量を小さくすることができる。
 これによれば、多孔質基板の細孔内に浸み込んだ溶剤を短時間内に蒸発させることができる。その結果、乾燥後立体形成部形成工程に要する時間を短くすることができる。更に、多孔質基板がセラミックグリーンシートである場合、そのセラミックグリーンシートの加熱によってセラミックグリーンシートの温度をガラス転移温度以上とすることも可能である。その場合、セラミックグリーンシートが軟化するから、セラミックグリーンシートとスラリーとの密着力を増大させることができる。
図1の(A)は、本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法において使用される型の正面図であり、図1の(B)はその型の断面図である。 図2は、本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法における乾燥前立体形成部形成工程を説明するための図である。 図3は、図2に示したセラミックグリーンシートの断面図である。 図4は、本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法における乾燥前立体形成部形成工程及び乾燥後立体形成部形成工程を説明するための図である。 図5は、本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法における乾燥後立体形成部形成工程の離型工程を説明するための図である。 図6は、本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法における積層工程を説明するための図である。 図7は、本発明の第1実施形態の効果を確認する実験結果を示した図である。 図8は、本発明の第1実施形態の製造方法により製造された「円柱状凸部(円柱状の立体形成部)を有する構造体」の表面の写真である。 図9は、本発明の第1実施形態の製造方法により製造された「円柱状凹部を形成する立体形成部を有する構造体」の表面の写真である。 図10は、本発明の第1実施形態の製造方法により製造された「直線状凹部を形成する複数の直線状凸部(立体形成部)を有する構造体」の表面の写真である。 図11は、本発明の第1実施形態の製造方法により製造された「円柱状凹部を形成する立体形成部を有する構造体」の表面の写真である。 図12は、本発明の第1実施形態の製造方法により製造された「直線状凹部を形成する複数の直線状凸部(立体形成部)を有する他の構造体」の表面の写真である。 図13は、図8に示した複数の円柱状凸部を有する立体形成部を製造するための型の概略斜視図である。 図14は、図9及び図11に示した複数の円柱状凹部を有する立体形成部を製造するための型の概略斜視図である。 図15は、本発明の第2実施形態に係る立体形成部製造方法における各工程を説明するための図である。 図16は、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係る立体形成部製造方法において使用される他の型の断面図である。 図17は、図16に示した型を用いて第1実施形態により製造された構造体の表面の写真である。 図18は、本発明の各実施形態の変形例に係る立体形成部製造方法における乾燥前立体形成部形成工程及び乾燥後立体形成部形成工程を説明するための図である。 図19は、本発明の各実施形態の他の変形例に係る立体形成部製造方法における乾燥前立体形成部形成工程及び乾燥後立体形成部形成工程を説明するための図である。
 以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態に係る「立体形成部製造方法」について工程順に説明する。但し、各工程の実施順序は、矛盾が生じない範囲において入れ替えることができる。
 この製造方法は、例えば、微細な「流路及び加圧室等」の空洞部(空間)を内部に備える「セラミック積層体」の製造に適している。そのようなセラミック積層体は、例えば、インクジェットプリンタのアクチュエータ及び燃料噴射装置等の「流体噴射用アクチュエータ」、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、スイッチング素子、並びに、センサ等として用いられる。但し、本発明による立体形成部製造方法は、基板上に「所定のパターンに沿う立体形成部」を備えるデバイスを製造する場合にも適している。そのようなデバイスは、例えば、配線用基板である。更に、本発明の立体形成部製造方法は、LTCC基板(Low−Temperature Co−fired Ceramics)及びHTCC基板(High−Temperature Co−fired Ceramics)等のセラミックス積層基板を製造する際にも使用できる。LTCC基板及びHTCC基板等は、例えば、誘電体積層フィルター、多層誘電体アンテナ、誘電体カプラー、誘電体複合モジュール及びハイブリッドIC等の電子デバイスに用いられるセラミックス積層基板である。更に、本発明の立体形成部製造方法によれば、後述するように、複数の凹部(ホール部)を所定の位置に配置した構造体及び複数の凸部(ドット部)を所定の位置に配設した構造体をも容易に製造することができる。
<第1実施形態>
(型準備工程)
 先ず、図1に示した型(押し型・スタンパ)10を準備する。図1の(A)は型10の正面図である。図1の(B)は、図1の(A)において1−1線に沿った平面にて型10を切断した断面図である。型10は金属(例えば、超硬合金又は通常の合金)等の緻密な材質からなる。型10は、平板状の基部11から突出した凸部12を複数備えている。凸部12は略直方体形状を有する。複数の凸部12は長手方向が互いに平行になるように配置されている。従って、隣り合う一対の凸部12,12の間には凹部13が形成されている。この凹部13が、「最終的に基板上に形成される立体形成部である凸状部(後述)」のパターンを形成している。即ち、型10は、「正面視において所定のパターン(所定の形状)に沿った凹部」を一面(凹部形成面)側に有する。
 型10の凸部12及び凹部13の表面は、離型剤により被覆されることが好ましい。この場合、型10と離型剤との密着力を向上させるために、離型剤を型10に塗布する前に型10の洗浄を行っておくことが望ましい。この洗浄は、超音波洗浄、酸洗浄、及び、紫外線オゾン洗浄等により行うことができる。この洗浄により、型10の離型剤が塗布される面(洗浄表面)が原子レベルにまで清浄されることが好ましい。離型剤の一例は、ダイキン工業株式会社製の「オプツールDSX」等のフッ素系離型剤である。離型剤は、シリコン系又はワックス系の離型剤であってもよい。離型剤は、ディッピング、スプレー塗布、及び、刷毛塗り等により塗布された後、乾燥及び洗浄の各工程を通して型10の表面に膜状に形成される。型の表面を、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)コーティングによる無機膜処理によって被覆してもよい。
 本例において、凸部12の幅Wは50μm、高さHは100μm、隣り合う一対の凸部12,12の中心線距離Pは90μmである。従って、凹部13の幅Dは40μmである。凸部12及び凹部13の長手方向の長さLは870μmである。これらの寸法及びパターンは一例であって、特に限定されるものではない。好ましくは、幅Wは10~80μm、高さHは0~200μm(但し、0μmを除く)、Pは60~120μmである。
 なお、従来の「打ち抜き加工」によると、エッヂ部に生じるバリ、基板の変形及びクラック等を避けることが困難である。更に、基板の機械的性質を極めて厳密に管理をしないと、所望の形状を有する窓部を安定して形成することができない。従って、現状において、「幅Dが40μm、幅Wが50μm、高さHが100μmである窓部」を「打ち抜き加工」によって精度良く形成することは困難である。
(スラリー準備工程)
 次に、スラリー20を準備する(図2を参照。)。スラリー20は、主原料の粒子としてのセラミック粉末、セラミック粉末の溶剤、有機材料及び可塑剤からなっている。これらの重量比率は、例えば、セラミック粉末:溶剤:有機材料:可塑剤=100:50~100:5~10:2~5である。本例において、セラミック粉末はアルミナ及びジルコニア等からなり、溶剤はトルエン及びイソプロピルアルコール等からなる。有機材料はポリビニルブチラールからなる。可塑剤はフタル酸系ブチルである。各材料及び重量比率は、これらに限定されるものではない。更に、このスラリーの粘性は、例えば、0.1~100Pa・secであることが望ましい。
(基板準備工程)
 一方、図2に示したセラミックグリーンシート30を別途準備しておく。セラミックグリーンシート30は、スラリー20を構成する材料から「溶剤を除いた材料」により形成されている。即ち、セラミックグリーンシート30は、スラリー20に用いられたセラミック粉末と同一種のセラミック粉末、有機材料及び可塑剤からなっている。これらの重量比率は、例えば、セラミック粉末:有機材料:可塑剤=100:7~8:3~4である。セラミックグリーンシート30は、周知の方法により作製される。例えば、セラミックグリーンシート30は、上記スラリー20を作製し、このスラリーに対して脱泡処理を施し、更に、ドクターブレード法及びリバースロールコーター法等の周知のシート成形法を利用することにより作製される。
 図3は、セラミックグリーンシート30の断面図である。このように、セラミックグリーンシート30は、粒子fpの間に多数の細孔hを有する。即ち、セラミックグリーンシート30は、「気体(流体)が通過可能な多孔質基板」である。但し、セラミックグリーンシート30の細孔径(平均細孔径)は、上述したスラリーのセラミック粉末の粒径(平均粒子径)よりも小さく、溶剤の分子径よりも当然に大きい。セラミックグリーンシート30の気孔率は、5~30vol%、好ましくは、12~23vol%。である。また、この場合におけるグリーンシート30の厚みは10~500μmであることが好ましい。使用されるセラミック粉末の平均粒子径は0.2~1.0μmであることが好ましい。
(乾燥前立体形成部形成工程)
 次に、図2に示したように、型10の凹部13にスラリー20を塗布によって充填する。この工程は「スラリー充填(塗布)工程、又は、凹部内スラリー充填工程」とも称呼される。スラリー20は、塗布以外の適当な方法(例えば、ディッピング、スキージ、刷毛塗り、及び、ディスペンサーによる充填等)により、凹部13に充填されてもよい。更に、スラリー充填率を向上させために、スラリー20を凹部13に充填させる際に型10に超音波振動を加えても良く、或いは、真空脱気して型10内に残存している気泡を除去してもよい。
 次に、図4に示したように、「型10の凹部13が形成されている面」が「セラミックグリーンシート(多孔質基板)30の上面(一方の面)」に対向するように、型10をセラミックグリーンシート30の上部(一方の面側)に配置(載置)する。これにより、スラリーが乾燥される前の立体形成部である「乾燥前立体形成部(乾燥前凸状部)12」がセラミックグリーンシート30の上に形成される。なお、本例において、型10の凹部13を形成する凸部12の端面(即ち、型10の「凹部13を形成している面側」の端面である「凹部形成面の端面」)P12はセラミックグリーンシート30の上面U30に接する。但し、型10は、凹部形成面の端面P12が「セラミックグリーンシート30の上面U30」から僅かな距離(例えば、0~0.5mm)だけ離間するように配置されてもよい。なお、型10をセラミックグリーンシート30に載置する際、基準穴及びアライメントマーク等を用いることにより、立体形成部の形成位置の精度を上げることが望ましい。
 即ち、この乾燥前立体形成部形成工程は、多孔質基板であるセラミックグリーンシート30の一方の面側(この場合、上方又は上面側)に、スラリー20からなるとともに「凹部13の所定のパターン」に沿う「乾燥前の立体形成部」が型10の凹部13によって形成されるように、型10をセラミックグリーンシート30の一方の面側に配置する工程である。
 セラミックグリーンシート30は多孔質の焼結金属40の上面(焼結金属40の両方の面のうちの一方の面)に載置される。焼結金属40は、「緻密で熱伝導性のある材質」からなる枠体50内に収容されている。即ち、焼結金属40は、その上面を除く周囲(側面及び下面)が枠体50により覆われている。枠体50の側部には吸引用連通管51が挿入されている。吸引用連通管51は図示しない真空ポンプに接続されている。
 枠体50は、ホットプレート(加熱装置)60の上に載置されている。ホットプレート60は通電されたときに発熱し、枠体50及び焼結金属40を介してセラミックグリーンシート30の下面(他方の面、即ち、セラミックグリーンシート30の一部)を加熱するようになっている。
(乾燥後立体形成部形成工程)
 次に、乾燥後立体形成部形成工程において、図4の矢印により示したように、「型10の凹部13内に保持されているスラリー20」に含まれる溶剤が「自重及び毛細管現象によって」セラミックグリーンシート30の細孔内に浸み込む(浸透する)。乾燥後立体形成部形成工程は所定時間(例えば、5分)継続される。即ち、乾燥後立体形成部形成工程は、移動することのない状態にある「多孔質基板(セラミックグリーンシート30)」の上に、「スラリー20を凹部13に収容した型10」を「凹部13の開放部が多孔質基板30に対向するように載置・固定した状態」にて所定時間だけ放置する工程である。これにより、スラリー20は乾燥され固化する。その結果、凹部13内であってセラミックグリーンシート30の一方の面側(上方)に「乾燥後の立体形成部」が形成される。なお、上記乾燥後立体形成部形成工程は、「多孔質基板(セラミックグリーンシート30)」を移動させながら、「スラリー20を凹部13に収容した型10」を凹部13の開放部が多孔質基板30に対向するように載置することによって「乾燥後の立体形成部」を形成する工程であってもよい。
 更に、乾燥後立体形成部形成工程においては、前述した真空ポンプが駆動されることにより、セラミックグリーンシート30内に存在するガスが排出される(白抜きの矢印を参照。)。従って、セラミックグリーンシート30の内部の圧力は、大気圧よりも低圧(例えば、大気圧よりも80kPa低い圧力)になる。これによって、スラリー20に含まれている溶剤が、セラミックグリーンシート30の細孔内に効率的に透過・吸引される(浸み込んで行く)。この場合、真空度(セラミックグリーンシート30内部圧力)は、0~−100kPaであることが好ましく、−80~−100kPaであることが更に好ましい。
 加えて、乾燥後立体形成部形成工程においては、ホットプレート60が通電される。従って、セラミックグリーンシート30の温度が上昇するので、細孔内に浸み込んだ溶剤は容易に蒸発(拡散)する。これにより、一層短時間内にスラリー20は乾燥され固化する。
 このように、乾燥後立体形成部形成工程は、型10を多孔質基板であるセラミックグリーンシート30の一方の面側(この場合、上面)に配置させた状態において、スラリー20に含まれる溶剤をセラミックグリーンシート30の細孔内に浸み込ませることにより、凹部13内の「乾燥前の立体形成部(スラリー20)」を乾燥させ、凹部13内に「乾燥後の立体形成部」を形成する工程である。
 なお、真空ポンプによるセラミックグリーンシート30の細孔内の低圧化は任意である。従って、焼結金属40及び枠体50は、単なる基台に置換されてもよい。更に、ホットプレート60によるセラミックグリーンシート30の加熱も任意である。従って、ホットプレート60は省略されてもよい。また、本例において、スラリー20が充填された型10はセラミックグリーンシート30の上に載置されるのみである。即ち、型10には何らの荷重も加えられていない。
 その後、図5に示したように、スラリー20が乾燥して「乾燥後の立体形成部21」が形成されると、「セラミックグリーンシート30及び乾燥後の立体形成部21」は冷却され、次いで、型10が「セラミックグリーンシート30及び乾燥後の立体形成部21」から除去される。すなわち、離型工程が実施される。
 この離型工程においても真空ポンプを駆動し、焼結金属40の内部の圧力を低圧化することが好ましい。これにより、型10を脱離させる際(離型時)、セラミックグリーンシート30を焼結金属40によって安定して保持することができる。この結果、セラミックグリーンシート30が浮き上がることが防止されるので、セラミックグリーンシート30の変形及び乾燥後立体形成部21の変形(パターンの破損)が回避され得る。
 更に、乾燥後立体形成部形成工程であって上記離型のための冷却前においては、ホットプレート60による加熱によってセラミックグリーンシート30の温度がガラス転移温度以上となる。これにより、セラミックグリーンシート30が軟化するから、セラミックグリーンシート30とスラリー20との密着力を増大させることができる。その結果、離型時における乾燥後立体形成部21の変形(パターンの破損)がより確実に回避され得る。
(積層工程)
 次に、図6に示したように、乾燥後の立体形成部21の上に「更に別のセラミックグリーンシート31」を載置する。そして、このセラミックグリーンシート31を乾燥後の立体形成部21に対して加熱・圧着する。この結果、空洞部SPを有する焼成前構造体32が形成される。なお、この積層工程は任意である。セラミックグリーンシート31を載置する前に、或いは、セラミックグリーンシート31を積層した後に、乾燥後の立体形成部21にレーザー加工及び金型パンチを用いた加工等により追加的な加工を施してもよい。更に、セラミックグリーンシート31の積層後に印刷工程や切断・分割工程等を実施してもよい。
(焼成工程)
 次に、上記焼成前構造体32を加熱して、焼成する。焼成後にレーザー加工等により焼成された構造体に追加的な加工を施してもよい。更に、焼成された構造体を切断・分割する等の工程を設けてもよい。この結果、空洞部SPを有するセラミック構造体が製造される。前述したように、積層工程は任意である。従って、この焼成工程は、乾燥後立体形成部形成工程の後に、少なくとも「多孔質基板であるセラミックグリーンシート30と乾燥後の立体形成部21と」を含む中間構造体を焼成して一体化する工程であると言える。
 以上、説明したように、本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法によれば、「乾燥前の立体形成部を構成するスラリー20」に含まれる溶剤が、多孔質基板(セラミックグリーンシート30)の細孔内に浸み込み(浸透・吸収され)且つ多孔質基板の閉鎖されていない端面から拡散(蒸発)する。従って、多孔質基板の一方の面側(この場合、上面)に、所定のパターン(正面視における所定の形状)を有し且つ主原料の粒子が主たる構成成分である「乾燥した立体形成部(形状を自身で維持可能な凸状部)21」を容易に形成することができる。
 この立体形成部製造方法は、金型パンチ及びダイを用いた打ち抜き加工を用いない。従って、多孔質基板に大きな荷重が加わることがない。その結果、多孔質基板が変形し難い。加えて、破断によって立体形成部21の側面を形成しないので、立体形成部21の側面が荒れず、且つ、バリが発生しない。加えて、型10の硬度を「打ち抜き加工に用いる型」の硬度よりも小さくできるので、型10に微細なパターンを容易に形成することができる。その結果、「微細で且つ所望のパターンを有する立体形成部21」を多孔質基板の一方の面側(この場合、上面)に容易に形成することができる。
 また、本製造方法によれば、セラミックグリーンシート30上に、所望のパターンを有する「セラミック粉末を主成分とする立体形成部21」を容易に形成することができる。そして、この「セラミックグリーンシート30及び立体形成部21からなる中間構造体」を焼成するから、「緻密なセラミック基板」の上に「所望のパターンに従う緻密な立体形成部」を備えた「セラミックの最終構造体」を容易に製造することができる。更に、実際には、焼成工程の前段階において、中間構造体の立体形成部の上に「別のセラミックグリーンシート31」を載置し、その後、それらが焼成される。従って、「所望の形状の空洞部を有する緻密なセラミック構造体」を容易に製造することができる。
 加えて、「多孔質基板であるセラミックグリーンシート30」と「焼成前の立体形成部21」とは、同一種のセラミックから形成される。従って、それら両者が焼成・一体化される際、両者の収縮の程度を近しくすることができる。従って、焼成に伴う両者の変形を防止し、且つ、亀裂等の発生を回避することができる。その結果、狙い通りの形状を有するセラミック構造体を容易に製造することができる。
 なお、乾燥前立体形成部形成工程において、「スラリー20が充填された型10」が「セラミックグリーンシート30」の上に載置されたとき、その型10を「セラミックグリーンシート30に向かう所定の押圧荷重」にて押圧してもよい。但し、この押圧荷重は、「金型パンチ及びダイ」による打ち抜き加工において金型パンチに加えられる荷重に比して極めて小さい。これによれば、セラミックグリーンシート30とスラリー20との密着力を増大することができる。その結果、離型時における乾燥後立体形成部21の変形(パターンの破損)がより確実に回避され得る。
 <直接型押し製造方法との比較>
 図7は、上述した本発明の第1実施形態に係る立体形成部製造方法(リバースインプリント方法)と、直接型押し製造方法(直接インプリント方法)と、の比較実験の結果を示すグラフである。直接型押し製造方法とは、スラリーを用いることなく、型のみをセラミックグリーンシートに直接押し付けることにより立体形成部を形成する方法である。具体的には、直接型押し製造方法は、以下のステップを含む。
 ステップ1:上記型準備工程により図1に示した型10(但し、その強度は型10よりも高い。)を準備する。
 ステップ2:上記基板準備工程によりセラミックグリーンシート30を準備する。
 ステップ3:ホットプレート上にセラミックグリーンシート30を載置し、セラミックグリーンシート30の温度(S.G.の温度)が「図7に示した所定の温度」となるように、セラミックグリーンシート30を加熱する。
 ステップ4:型10をセラミックグリーンシート30に対して「図7に示した所定の押圧荷重」にて押圧する。
 ステップ5;離型する。
 図7から明らかなように、本実施形態の立体形成部製造方法による実施例は、室温であって且つ型10に荷重を加えなくとも、40μm以上の高さを有する立体形成部が形成されている。これに対し、直接押し型製造方法によると、例えば、セラミックグリーンシート30の温度が100℃であって且つ7kN(700kgf)程度の荷重にて型10を押圧しなければ、40μm程度の高さを有する立体形成部が形成されない。このことからも、本実施形態に係る立体形成部製造方法は、セラミックグリーンシート30に変形を起こさせず、また、型10に高い強度を要求しない、優れた方法であることが理解される。
 この製造方法によれば、種々の形状を有する立体形成部(種々の形状の凸部、即ち、見方を変えれば種々の形状の凹部を備えた部分)を基板上に形成することができる。図8乃至図10は、ジルコニアからなるセラミックグリーンシートと、ジルコニアのスラリーと、市販のシリコンからなる型と、を用いて、第1実施形態の製造方法により、それぞれ「複数のドット(複数の円柱状凸部)、複数のホール(複数の円柱状凹部)及び複数のライン&スペース(複数の直線状凹部を形成する複数の直線状凸部)」を形成し焼成した構造体の写真である。
 図8に示した例において、ドット(円柱状凸部)の直径は3.5μm、高さは7.8μm、あるドットの中心軸とそのドットに隣接するドットの中心軸との距離は7.8μmである。
 図9に示した例において、ホール(円柱状凹部)の直径は3.5μm、高さは7.8μm、あるホールの中心軸とそのホールに隣接するホールの中心軸との距離は7.8μmである。
 図10に示した例において、ライン(直線状凸部)の幅及び高さは、それぞれ3.6μm及び8.3μmである。
 図11及び図12は、ジルコニアからなるセラミックグリーンシートと、ジルコニアのスラリーと、市販のシリコンからなる別の型と、を用いて、第1実施形態の製造方法により、それぞれ「複数のホール(複数の円柱状凹部)及び複数のライン&スペース(複数の直線状凹部を形成する複数の直線状凸部)」を形成し焼成した構造体の写真である。
 図12に示した例において、ライン(直線状凸部)の幅及び高さは、それぞれ0.8μm及び1.4μmである。隣接する2本のラインの長手方向の中心線間距離は1.4μmである。
 なお、例えば、図8に示した複数の円柱状凸部を有する立体形成部は図13に概略斜視図を示した「複数の円柱状凹部Hを有する型」により製造され、図9及び図11に示した複数の円柱状凹部を有する立体形成部は図14に斜視図を示した「複数の円柱状凸部Pを有する型」により製造される。
<第2実施形態>
 次に、本発明の第2実施形態に係る「立体形成部製造方法」について工程順に説明する。但し、各工程は矛盾が生じない範囲において、実施順序を入れ替えることができる。
(型準備工程)
 図15の(A)に示した型10を準備する。この型準備工程は先に説明した型準備工程と同一である。
(基板準備工程)
 図15の(B)に示したセラミックグリーンシート30を準備する。この基板準備工程も先に説明した基板準備工程と同一である。
(スラリー準備工程)
 図15の(C)に示したスラリー20を準備する。このスラリー準備工程も先に説明したスラリー準備工程と同一である。
(乾燥前立体形成部形成工程)
 次に、図15の(C)に示したように、セラミックグリーンシート30を積層機の下板71の上に載置する。積層機の下板71は通電により発熱するようになっている。
 次に、セラミックグリーンシート30の上面(一方の面)U30にスラリー20を層状(略一定の厚みを有する膜状)に形成する。この工程は、スラリー層形成工程とも称呼される。その後、図15の(D)に示したように、「型10の凹部13が形成されている面(端面P12)」を「セラミックグリーンシート30の一方の面(上面U30)」に対向させて配置する。
 次に、図15の(E)に示したように、型10の凹部13が形成されていない面(前記端面P12に対向する他面)の上に積層機の上板72を載置する。積層機の上板72も通電により発熱するようになっている。この状態において、積層機の上板72に荷重を加え、型10をセラミックグリーンシート30に向けて押圧する。このとき、積層機の下板71及び上板72から熱を発生させ、セラミックグリーンシート30を加熱する。この工程は「押圧工程」とも称呼される。なお、本例においても、型10の「凹部形成面の端面P12」はセラミックグリーンシート30の上面U30に接する。但し、型10は、凹部形成面P12が「セラミックグリーンシート30の上面U30」から僅かに離間するように配置されてもよい。
(乾燥後立体形成部形成工程)
 図15の(E)に示した状態(押圧工程)を、所定の時間だけ継続する。これにより、「型10の凹部13内に保持されているスラリー20」に含まれる溶剤が「自重、毛細管現象及び型10の押圧による加圧力等によって」セラミックグリーンシート30の細孔内に浸み込む(浸透する)。これにより、スラリー20は乾燥され固化する。その結果、凹部13内であってセラミックグリーンシート30の一方の面側(この場合、上面U30側)に「乾燥後の立体形成部」が形成される。その後、スラリー20が乾燥して「乾燥後の立体形成部」が形成されると、「セラミックグリーンシート30及び乾燥後の立体形成部」は冷却され、次いで、型10が「セラミックグリーンシート30及び乾燥後の立体形成部」から除去される。すなわち、離型工程が実施される。
(積層工程及び焼成工程)
 次いで、上記第1実施形態と同様、他のセラミックグリーンシートが「乾燥後の立体形成部」の上に積層され、その後、それらの積層体が焼成・一体化される。なお、この場合においても、積層工程は省略され得る。
 このように、本発明による第2実施形態に係る立体形成部製造方法によれば、「凹部13内にスラリー20が充填された状態にある型10」は、積層機の下板71及び上板72によって加熱されながらセラミックグリーンシート30に対して押圧される。従って、スラリー20とセラミックグリーンシート30との密着力を増大することができる。その結果、離型時における「乾燥後立体形成部の変形(パターンの破損)」が回避され得る。
 以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る立体形成部製造方法によれば、微細なパターン(正面視における形状)を有する立体形成部を多孔質基板の上に形成することができる。なお、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
 例えば、上記各実施形態のスラリー20は、主原料の粒子としてセラミック粉末が用いられていた。これに対し、主原料の粒子を「金属等の導電材料の粉末」に置換してもよい。これによれば、基板上に電気回路パターン等を形成することもできる。
 更に、例えば、上記積層工程において積層される「別のセラミックグリーンシート31」は、立体形成部が別途形成されたセラミックグリーンシートであってもよい。更に、その上に他の一以上のセラミックグリーンシートを積層し、多層の焼成前積層体を構成し、その焼成前積層体を焼成してもよい。
 加えて、型10は、図16に示したように、断面が台形状の凸部12aを基部11の上に複数備える形状を有していてもよい。この場合、凹部13aは逆台形状となる。図16に示した例において、凸部12aの上底の幅W1は50μm、凸部12aの下底の幅W2は70μm、高さHは100μm、隣り合う一対の凸部12a,12aの中心線距離Pは90μmである。凹部13の最小幅D1は20μmである。凸部12a及び凹部13aの長手方向の長さは870μmである(好ましくは、W1は10~80μm、Hは0~200μm、Pは60~120μmである。)。これらの寸法は一例であって、特に限定されるものではない。この型を用いて実際に製造した構造体の拡大写真を図10に示す。
 更に、前述し且つ図18に示したように、本発明の各実施形態に係る立体形成部製造方法の「乾燥前立体形成部形成工程」及び「乾燥後立体形成部形成工程」において、型10の凹部形成面の端面(凸部12の上端面)P12が「セラミックグリーンシート30の上面U30」と平行であって「セラミックグリーンシート30の上面U30」から僅かな距離tだけ離間するように、型10がセラミックグリーンシート30の上面U30側(一方の面側)に配置されてもよい。これによれば、セラミックグリーンシート30の上に「厚さtの板状部20a」が形成され、その板状部20aの上に前記所定のパターンに沿う「立体形成部20b」が形成される。
 この場合、図19の(A)に示したように、型10の凹部13内にスラリー20を充填し、図19の(B)に示したように、セラミックグリーンシート30の上面(一方の面)U30にスラリー20を層状に形成しておく。そして、図19の(C)に示したように、スラリー20が充填された型10をセラミックグリーンシート30の上面U30に形成されたスラリー20に押圧するとよい。即ち、例えば、上記第1実施形態の乾燥前立体形成部形成工程において、上記第2実施形態の乾燥前立体形成部形成工程のように、セラミックグリーンシート30の上面U30にスラリー20を層状に形成し、次いで、型10の凹部13が形成されている面P12をセラミックグリーンシート30の上面に対向させて配置するようにしてもよい。この場合、型10はセラミックグリーンシート30の上面U30に向けて荷重が加えられることが好ましい。
 また、型10は、その型10の周部(外周部)全体に「基部11から突出し且つ凸部12よりも高さの高い枠部14(例えば、図1を参照。)」が備えられている。これによれば、スラリー20を凹部13内により確実且つ容易に充填することができる。
 更に、上述した各実施形態においては、セラミックグリーンシート30の鉛直方向上方に型10を載置していたが、セラミックグリーンシート30の鉛直方向下方に型10を配置してもよい。即ち、セラミックグリーンシート30の下面(上面U30と反対側の面)に型10の凹部形成面P12が対向するように型10をセラミックグリーンシート30に対して配置してもよい。この場合、スラリー20に含まれる溶剤は毛細管現象によってセラミックグリーンシート30内に浸み込む。更に、この場合、上述した真空ポンプ等を作動させることにより、セラミックグリーンシート30の内部の圧力を大気圧よりも低圧に維持すれば、スラリー20に含まれている溶剤をセラミックグリーンシート30の細孔内に効率的に透過・吸引させ且つ乾燥させることができる。このように、本明細書及び特許請求の範囲において、「多孔質基板の上方(上部側)」は、「多孔質基板の両面のうちの一方の面側」と同義であり、必ずしも「鉛直方向上方」を意味するものではなく、多孔質基板の「鉛直方向下方」をも意味する概念である。

Claims (9)

  1.  正面視において所定の形状を有する凹部が形成された型を準備する型準備工程と、
     主原料の粒子と同粒子の溶剤と有機材料とを含むスラリーを準備するスラリー準備工程と、
     気体が通過可能な多孔質基板を準備する基板準備工程と、
     前記多孔質基板の一方の面側に、前記スラリーからなるとともに前記所定の形状に沿う乾燥前の立体形成部が前記型の凹部によって形成されるように、同型を同多孔質基板の一方の面側に配置する乾燥前立体形成部形成工程と、
     前記型を前記多孔質基板の一方の面側に配置させた状態において前記スラリーに含まれる前記溶剤を同多孔質基板の細孔内に浸み込ませることにより前記乾燥前の立体形成部を乾燥させ、乾燥後の立体形成部を形成する乾燥後立体形成部形成工程と、
     を含む立体形成部製造方法。
  2.  請求項1に記載の立体形成部製造方法であって、
     前記多孔質基板はセラミックグリーンシートであり、
     前記主原料の粒子はセラミック粉末であり、
     更に、前記乾燥後立体形成部形成工程の後に、前記多孔質基板と前記乾燥後の立体形成部とを焼成して一体化する焼成工程を備える製造方法。
  3.  請求項2に記載の立体形成部製造方法において、
     前記セラミックグリーンシートを形成するセラミック粒子と前記主原料の粒子とは同一種のセラミックである製造方法。
  4.  請求項2又は請求項3に記載の立体形成部製造方法であって、
     前記乾燥後立体形成部形成工程の後であり且つ前記焼成工程の前に、前記乾燥後の立体形成部に更に別のセラミックグリーンシートを載置することにより、空洞部を有する焼成前構造体を形成する積層工程を備え、
     前記焼成工程は、前記焼成前構造体を焼成して一体化する工程である製造方法。
  5.  請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の立体形成部製造方法において、
     前記乾燥前立体形成部形成工程は、
     前記型の凹部に前記スラリーを充填する凹部内スラリー充填工程を含み、同凹部に同スラリーを充填した後に同凹部が形成されている面を前記多孔質基板の一方の面に対向するように配置することにより、前記乾燥前の立体形成部を形成する工程であり、
     前記乾燥後立体形成部形成工程は、
     前記型を前記乾燥後の立体形成部から離脱させる離型工程を含む、
     製造方法。
  6.  請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の立体形成部製造方法において、
     前記乾燥前立体形成部形成工程は、
     前記多孔質基板の一方の面に前記スラリーを層状に形成した後に前記型の凹部が形成されている面を同多孔質基板の一方の面に対向させて配置するとともに同型を同多孔質基板に向けて押圧する押圧工程を含み、
     前記乾燥後立体形成部形成工程は、
     前記型を前記乾燥後の立体形成部から離脱させる離型工程を含む、
     製造方法。
  7.  請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の立体形成部製造方法において、
     前記乾燥前立体形成部形成工程は、
     前記型の凹部に前記スラリーを充填する凹部内スラリー充填工程と、
     前記多孔質基板の一方の面に前記スラリーを層状に形成するスラリー層形成工程と、
     を含み、
     前記型の凹部に前記スラリーを充填し且つ前記多孔質基板の一方の面に前記スラリーを層状に形成した後に、前記型の凹部が形成されている面を同多孔質基板の一方の面に対向させて配置することにより、前記乾燥前の立体形成部を形成する工程であり、
     前記乾燥後立体形成部形成工程は、
     前記型を前記乾燥後の立体形成部から離脱させる離型工程を含む、
     製造方法。
  8.  請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の立体形成部製造方法において、
     前記乾燥後立体形成部形成工程は、
     前記多孔質基板の内部を大気圧よりも低圧にすることにより、前記溶剤を前記多孔質基板の細孔内に浸み込ませることを補助することを含む製造方法。
  9.  請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の立体形成部製造方法において、
     前記乾燥後立体形成部形成工程は、
     前記多孔質基板の少なくとも一部を加熱することによって前記溶剤を蒸発させ、前記立体形成部を乾燥させることを補助することを含む製造方法。
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