(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用開口部を有するモールドを伸縮性のある高分子材料で形成し、金属酸化物半導体粉体単独、あるいは金属酸化物半導体粉体に骨材、バインダー、可塑材及び溶媒の群から選ばれる一種又は二種以上の成分を混合してなる金属酸化物半導体材料を成形用開口部に充填して成形した後、モールドを伸張して成形用開口部を拡張させることによって、上記成形された金属酸化物半導体材料を成形用開口部から取り出すことを特徴とするガスセンサチップの製造方法。
【請求項２】
上記伸縮性のある高分子材料がウレタンフォームであることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサチップの製造方法。
【請求項３】
伸縮性のある高分子材料でモールド本体を形成し、金属酸化物半導体材料を充填して成形するための成形用開口部を上記モールド本体に形成して成ることを特徴とするモールド。
【請求項４】
上記伸縮性のある高分子材料がウレタンフォームであることを特徴とする請求項３に記載のモールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物半導体タイプのガスセンサチップの製造方法、及びこの製造方法に用いるモールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属酸化物半導体粉体単独あるいは金属酸化物半導体粉体と溶媒等の成分からなる金属酸化物半導体材料を用いてガスセンサチップＡを製造することが行われている。図６（ａ）乃至（ｄ）に示すように、ガスセンサチップＡは略直方体に形成されており、その両側面にはヒータコイル挿着用の凹部１５が形成されている。尚、このガスセンサチップＡの大きさは、ａ＝２．４ｍｍ、ｂ＝１．５ｍｍ、ｃ＝１．２ｍｍ、ｄ＝１．３ｍｍ、ｅ＝１．０ｍｍである。
【０００３】
このようなガスセンサチップＡを製造するにあたっては、金型成形法（プレス成形法）、ラバープレス法、押出成形法、鋳込み成形法などの方法が採用されているが、これらの方法は、金属酸化物半導体材料を金型の凹部に充填して成形し、金型から金属酸化物半導体材料の成形物を取り出した後、焼結するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記のような小型で凹凸を有する複雑な形状の成形物を金型から取り出すのは非常に難しく、効率よくガスセンサチップＡを量産することができないという問題があった。しかも金属酸化物半導体粉体には強い酸性成分が含まれており、この酸性成分で金型が腐食するために金型を頻繁に補修しなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、小型で複雑な形状のガスセンサチップを効率よく量産することができるガスセンサチップの製造方法を提供することを目的とするものである。
また本発明は、小型で複雑な形状のガスセンサチップ用成形物を容易に取り出すことができるモールドを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のガスセンサチップの製造方法は、成形用開口部１を有するモールド２を伸縮性のある高分子材料で形成し、金属酸化物半導体粉体単独、あるいは金属酸化物半導体粉体に骨材、バインダー、可塑材及び溶媒の群から選ばれる一種又は二種以上の成分を混合してなる金属酸化物半導体材料３を成形用開口部１に充填して成形した後、モールド２を伸張して成形用開口部１を拡張させることによって、上記成形された金属酸化物半導体材料３を成形用開口部１から取り出すことを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明の請求項２に記載のガスセンサチップの製造方法は、請求項１の構成に加えて、上記伸縮性のある高分子材料がウレタンフォームであることを特徴とするものである。
本発明の請求項３に記載のモールド２は、伸縮性のある高分子材料でモールド本体４を形成し、金属酸化物半導体材料３を充填して成形するための成形用開口部１を上記モールド本体４に形成して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明の請求項４に記載のモールド２は、請求項３の構成に加えて、上記伸縮性のある高分子材料がウレタンフォームであることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、モールド２は平板状のモールド本体４に多数個の成形用開口部１を縦横に並設して形成されている。モールド本体４は耐酸性などの耐溶剤性に優れ、伸縮性の高分子材料で形成されており、例えばイソプレンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの合成ゴムや、ウレタンフォームなどの合成樹脂発泡体を上記伸縮性の高分子材料として用いることができる。特に、ウレタンフォームは通気性気泡（連続した気泡）を有するいわゆるスポンジ状の樹脂であるので、この通気性気泡を成形用開口部１に成形のために充填された金属酸化物半導体材料３中の溶剤の逃げ道として利用することによって、金属酸化物半導体材料３を全表面でほぼ均一に乾燥させることができ、金属酸化物半導体材料３の成形物にクラックが発生しないようにすることができる。従って、ウレタンフォームを用いてモールド２を形成するのが好ましい。成形用開口部１は平面形状が略長方形でモールド２の表裏に貫通して形成されており、その短辺の内面には突部５が設けられている。尚、成形用開口部１はモールド２の表裏に貫通している必要はなく、表裏の少なくとも一方に開口する凹状に形成されていればよい。またモールド２の大きさは、ｆ＝９．５ｍｍ、ｇ＝１．３ｍｍ、ｈ＝１６ｍｍである。
【００１０】
金属酸化物半導体粉体としては、ＳｎＯ2 を用いることができる。ＳｎＯ2 は、例えば水溶液中のＳｎＣｌ4 をＮＨ4 + で加水分解することによって、スズ酸ゾルを得て、このスズ酸ゾルを風乾後に空気中で５５０〜７００℃で１時間焼成することによって得ることができる。このＳｎＯ2 には、複数種のガスに対する感度の向上及び応答速度の改善のために、Ｐｄなどの貴金属を担持させるのが好ましい。ＳｎＯ2 にＰｄを担持させるには、例えばＳｎＯ2 にＰｄの王水溶液を含浸し、次いで、５００℃の空気中で１時間焼成するようにして行うことができる。またＰｄの代わりにＰｔ、Ｒｈ、Ａｕなどの貴金属を用いてもよい。
【００１１】
金属酸化物半導体材料３は、上記のような金属酸化物半導体粉体単独で構成されたり、あるいは金属酸化物半導体粉体にアルミナ等の骨材やバインダー、及び水やアルコール系の有機溶媒の各成分を必要に応じて配合してペースト化することによって調製されたりする。金属酸化物半導体粉体に対する各成分の配合量、特に溶媒の配合量はガスセンサチップの大きさや気孔率に大きな影響を与えるので、目的とするガスセンサチップに応じて適宜調整する。
【００１２】
上記モールド２を用いてガスセンサチップを製造するにあたっては、まず図３、図１（ａ）に示すように、金属酸化物半導体材料３をモールド２の成形用開口部１に充填して成形する。この充填方法は任意であって、人が指で行ってもよいし、スキージを有する充填装置を用いて充填の際の圧力をコントロールしながら自動的に充填するようにしてもよい。また上記充填はモールド２の片側から行っても良いし、両側から行ってもよい。次に、成形用開口部１に充填されて成形された金属酸化物半導体材料３中の溶媒を揮発させて乾燥する。この乾燥は常温での自然乾燥であってもよいし、加熱乾燥であってもよい。また金属酸化物半導体粉体単独で金属酸化物半導体材料３を構成している場合は乾燥は不要である。
【００１３】
次に、金属酸化物半導体材料３の成形物を成形用開口部１から脱型して取り出す。金属酸化物半導体材料３の成形物を成形用開口部１から取り出すにあたっては、まず、図１（ｂ）に示すように、突部５が形成された成形用開口部１の短辺と略平行なモールド２の端部Ａ１、Ａ２をそれぞれクリップ６、６で全長に亘って上下に挟む。次に、クリップ６、６を互いに離れる方向（図１（ｂ）に矢印イで示す）にそれぞれ移動させ、モールド２を引っ張って伸張させることによって、図１（ｃ）に示すように、成形用開口部１を長手方向に伸張させる。次に、図１（ｄ）に示すように、成形用開口部１の長辺と略平行なモールド２の端部Ｂ１、Ｂ２をそれぞれクリップ７、７で略全長に亘って上下に挟む。この後、図１（ｅ）に示すように、クリップ６、６をモールド２から取り外すが、モールド２はクリップ７、７で伸張された状態に保持されており、従って、成形用開口部１も長手方向に伸張された状態に保持される。次に、クリップ７、７を互いに離れる方向（図１（ｅ）に矢印ロで示す）にそれぞれ移動させ、モールド２を引っ張って伸張させることによって、図１（ｆ）に示すように、成形用開口部１を短手方向に伸張させる。このようにして成形用開口部１を全方向に拡張させることによって金属酸化物半導体材料３の成形物を自重により落下させて取り出すことができる。ここで、バインダー等の粘着成分や静電気によりモールド２に付着したままの成形物があった場合は、柔らかいブラシ等で軽く押し出すことにより落下させるようにする。
【００１４】
また金属酸化物半導体材料３の成形物を成形用開口部１から取り出すには次のような方法を用いることもできる。まず、図４（ａ）に示すように、モールド２の端部Ａ１、Ａ２及び端部Ｂ１、Ｂ２をそれぞれクリップ８で略全長に亘って上下から挟む。次に、クリップ８を同時に互いに離れる方向（図４（ａ）に矢印ハで示す）に移動させ、モールド２を引っ張って伸張させることによって、図４（ｂ）に示すように、成形用開口部１を全方向に拡張させる。このようにして金属酸化物半導体材料３の成形物を自重により落下させて取り出すことができる。
【００１５】
図４の取り出し方法に用いるクリップ８を図５（ａ）に示す。クリップ８は上下一対の挟持体９で構成されている。挟持体９は溝部１１を設けて断面コ字状に形成される本体部１０と、中心部の両側に突出する軸部１３を設けた円盤状のロール１２とで形成されており、溝部１１に複数個のロール１２を本体部１０の長手方向に沿って配列すると共に軸部１３を本体部１０の側壁１４の内面に枢着することによって、本体部１０にローラ１２が回転自在に取り付けられている。またローラ１２の周端部は溝部１１から突出されている。そしてロール１２を対向させるようにして一対の挟持体９を上下に配置することによってクリップ８が形成され、モールド２の表裏に上下の挟持体９のロール１２をそれぞれ当接させるようにしてクリップ８でモールド２を上下から挟むことができる。
【００１６】
このようなクリップ８を用いてモールド２を上述のように伸張すると、モールド２は、ロール１２が回転することによって引張方向（図５（ｄ）に矢印ハで示す）と直交する方向（図５（ｃ）に矢印ニで示す）に摺動（移動）する。そしてこのようにモールド２が各クリップ８に対して摺動することによってモールド２の四隅に伸張によるストレスが集中しないようにすることができ、モールド２の破損を防止することができる。
【００１７】
そしてこの後、取り出した金属酸化物半導体材料３の成形物を焼結させることによって、図６（ａ）乃至（ｄ）に示すような、両側面にヒータコイル挿着用の凹部１５が形成されたガスセンサチップＡを製造することができる。尚、モールド２は成形物が取り出された後、クリップ７、７あるいはクリップ８、８を外すことによって伸張前の元の大きさに収縮するので、再び使用することができる。この際、バインダー等の粘着成分や静電気で付着したほこりなどを柔らかいブラシ等で軽くかきとって除去するのが好ましい。
【００１８】
上記本発明のガスセンサチップＡの製造方法では、伸縮性のある高分子材料で形成されるモールド２を用いるので、モールド２を伸張して成形用開口部１を拡張することによって、小型で複雑な形状の成形物を成形用開口部１から形を崩さずに容易に取り出すことができる。またモールド２は成形物が取り出された後、伸張前の元の大きさに収縮するので、繰り返し使用することができる。しかもモールド２は、耐酸性のあるウレタンフォームで形成されいるので、金属酸化物半導体材料３中の酸性成分で腐食されにくく、長期に亘って使用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の発明は、成形用開口部を有するモールドを伸縮性のある高分子材料で形成し、金属酸化物半導体粉体単独、あるいは金属酸化物半導体粉体に骨材、バインダー、可塑材及び溶媒の群から選ばれる一種又は二種以上の成分を混合してなる金属酸化物半導体材料を成形用開口部に充填して成形した後、モールドを伸張して成形用開口部を拡張させることによって、上記成形された金属酸化物半導体材料を成形用開口部から取り出すので、金属酸化物半導体材料の成形物を成形用開口部から形を崩さずに容易に取り出すことができ、小型で複雑な形状のガスセンサチップを効率よく量産することができるものである。
【００２０】
また本発明の請求項２に記載の発明は、上記伸縮性のある高分子材料としてウレタンフォームを用いるので、小型で複雑な形状のガスセンサチップをクラックの発生なく製造することができるものである。
また本発明の請求項３に記載の発明は、伸縮性のある高分子材料でモールド本体を形成し、金属酸化物半導体材料を充填して成形するための成形用開口部を上記モールド本体に形成するので、モールド本体を伸張させることによって、成形用開口部を拡張させることができ、金属酸化物半導体材料の成形物を成形用開口部から形を崩さずに容易に取り出すことができるものである。
【００２１】
また本発明の請求項４に記載の発明は、上記伸縮性のある高分子材料がウレタンフォームであるので、クラックのない金属酸化物半導体材料の成形物を成形用開口部から形を崩さずに容易に取り出すことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（ｆ）は本発明の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は同上のモールドを示す平面図、（ｂ）（ｃ）は断面図である。
【図３】同上のモールドの成形用開口部に金属酸化物半導体材料を充填した状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は同上の他の実施の形態を示す平面図である。
【図５】（ａ）は同上のクリップの一例を示す正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はモールドを挟んだ状態を示す正面図、（ｄ）は側面図である。
【図６】（ａ）はガスセンサチップを示す斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は側面図である。
【符号の説明】
１  成形用開口部
２  モールド
３  金属酸化物半導体材料
４  モールド本体
【図１】
0003694382.tif 000002
【図２】
0003694382.tif 000003
【図３】
0003694382.tif 000004
【図４】
0003694382.tif 000005
【図５】
0003694382.tif 000006
【図６】
0003694382.tif 000007