(57)【要約】【課題】焼成後の研磨工程を備えずに、凸部の発生が抑制された貫通孔を有するセラミック板状体を効率良く製造するセラミック板状体の製造方法を提供する。【解決手段】未焼結板状体１ｓが準備される第１の工程と、有機溶剤に難溶で焼成時に焼失する樹脂材料からなる樹脂粉末を含む樹脂スラリーにより複数の樹脂シート２ｇが準備される第２の工程と、未焼結板状体１ｓと樹脂シート２ｇとが積層圧着され未焼結積層体１０ｇが作製される第３の工程と、未焼結積層体貫通孔１０ｇｈがドリルにより形成される第４の工程と、未焼結板状体１ｓが焼結されたセラミック板状体同士が、散在する微小な接合部を介して接合してなるセラミック積層体となるように未焼結積層体１０ｇが焼成される第５の工程と、セラミック積層体が複数のセラミック板状体に分割されるように、セラミック積層体における接合部が破断される第６の工程と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成後の研磨工程を備えない、貫通孔を有するセラミック板状体の製造方法であって、
セラミック材料粉末を含む複数の未焼結板状体が作製または準備される第１の工程と、
有機溶剤と、前記有機溶剤に難溶で焼成時に焼失する樹脂材料からなる樹脂粉末とを含む樹脂スラリーを用いて、複数の樹脂シートが作製または準備される第２の工程と、
前記未焼結板状体と前記樹脂シートとが交互に積層され、圧着されることにより、一方主面および他方主面を有する板状の未焼結積層体が作製される第３の工程と、
前記未焼結積層体の一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔がドリルにより形成される第４の工程と、
複数の前記樹脂シートが焼失し、複数の前記未焼結板状体が焼結されて、貫通孔を有する複数のセラミック板状体となり、かつ複数の前記セラミック板状体同士が散在する微小な接合部を介して接合してなるセラミック積層体となるように、前記未焼結積層体が焼成される第５の工程と、
前記セラミック積層体が複数の前記セラミック板状体に分割されるように、前記セラミック積層体における前記接合部が破断される第６の工程と、を備えることを特徴とする、セラミック板状体の製造方法。
【請求項２】
焼成後の研磨工程を備えないセラミック板状体の製造方法であって、
セラミック材料粉末を含む複数の未焼結板状体が作製または準備される第１の工程と、
有機溶剤と、前記有機溶剤に難溶で焼成時に焼失する樹脂材料からなる樹脂粉末とを含む樹脂スラリーを用いて、複数の前記未焼結板状体の一方主面上に樹脂層が付与される第２の工程と、
前記樹脂層が一方主面上に付与された複数の前記未焼結板状体が積層され、圧着されることにより、未焼結積層体が作製される第３の工程と、
前記未焼結積層体の一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔がドリルにより形成される第４の工程と、
複数の前記樹脂シートが焼失し、複数の前記未焼結板状体が焼結されて、貫通孔を有する複数のセラミック板状体となり、かつ複数の前記セラミック板状体同士が散在する微小な接合部を介して接合してなるセラミック積層体となるように、前記未焼結積層体が焼成される第５の工程と、
前記セラミック積層体が複数の前記セラミック板状体に分割されるように、前記セラミック積層体における前記接合部が破断される第６の工程と、を備えることを特徴とする、セラミック板状体の製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程において、前記未焼結積層体貫通孔は、前記未焼結積層体の他方主面に易剥離性樹脂部材が付与された状態で、前記ドリルが前記未焼結積層体の一方主面から他方主面に向けて進行することにより形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック板状体の製造方法。
【請求項４】
前記第４の工程において、前記未焼結積層体貫通孔は、前記未焼結積層体の他方主面に前記樹脂シートが付与された状態で、前記ドリルが前記未焼結積層体の一方主面から他方主面に向けて進行することにより形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック板状体の製造方法。
【請求項５】
前記第４の工程は、前記未焼結積層体貫通孔が前記ドリルにより前記未焼結積層体に形成された後、前記第３の工程における圧着の際の圧力の５％以上５０％以下の圧力で前記未焼結積層体が押圧される副工程を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック板状体の製造方法。
【請求項６】
前記未焼結板状体は、少なくとも１枚のセラミックグリーンシートを含むことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセラミック板状体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一方主面と他方主面との間を貫通する貫通孔を有するセラミック板状体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミック板状体は、例えば固体酸化物型燃料電池の電池セルの構成部材として用いられている。このようなセラミック板状体の製造方法の一例として、特開２０１３−２０８８７６号公報（特許文献１）に記載のセラミック板状体の製造方法が挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載のセラミック板状体の製造方法は、成形工程と、周縁押さえ工程と、焼成工程とを含む。成形工程では、未焼結板状体が所定の形状に切断される。周縁押さえ工程では、成形工程によって得られた所定の形状を有する未焼結板状体の周縁部の少なくとも一部が、未焼結板状体の厚さ方向に押えられる。焼成工程では、周縁押え工程を経た未焼結板状体が焼成される。特許文献１に記載のセラミック板状体の製造方法では、高い強度信頼性の基準を満たすセラミック板状体が歩留りよく製造されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０８８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体酸化物型燃料電池の電池セルに用いられるセラミック板状体には、ガス流路として一方主面と他方主面との間を貫通する貫通孔が形成されることがある。上記のセラミック板状体の製造方法では、成形工程は、未焼結板状体がコア部とキャビティ部と備えた金型により打ち抜かれることにより行なわれる。その際、所定の外形への未焼結板状体の切断と未焼結板状体貫通孔の形成とが同時に行なわれる。
【０００６】
未焼結板状体が金型により打ち抜かれて未焼結板状体貫通孔が形成される際に、未焼結板状体貫通孔の周囲の未焼結板状体の少なくとも一部が、金型のコア部の進行する向きに変形する虞がある。図９には、未焼結板状体１００ｓが金型のコア部Ｃにより打ち抜かれて未焼結板状体貫通孔１００ｓｈが形成される過程が示されている。未焼結板状体１００ｓの厚みは、実際の厚みより誇張して図示されている。
【０００７】
未焼結板状体１００ｓの一方主面から打ち込まれたコア部Ｃが未焼結板状体１００ｓ内を通過するに従って、コア部Ｃの前方の未焼結板状体１００ｓの厚みは、次第に薄くなる。薄くなった未焼結板状体１００ｓは、コア部Ｃの進行する向きに凸となるように変形する。そして、コア部Ｃが未焼結板状体１００ｓの他方主面に抜けた後に、変形残留物（以下、「バリ」と呼称することがある）が発生する。
【０００８】
仮に、この未焼結板状体貫通孔の形成を別にドリルを用いて行なったとしても、未焼結板状体に同様の変形が生じる虞がある。図１０には、未焼結板状体１００ｓがドリルＤにより穿孔されて未焼結板状体貫通孔１００ｓｈが形成される過程が示されている。
【０００９】
この場合も、未焼結板状体１００ｓの一方主面から進行したドリルＤが未焼結板状体１００ｓ内を通過するに従って、ドリルＤの前方の未焼結板状体１００ｓの厚みは、次第に薄くなる。薄くなった未焼結板状体１００ｓは、ドリルＤの進行する向きに凸となるように変形する。そして、ドリルＤが未焼結板状体１００ｓの他方主面に抜けた後に、同様にバリが発生する。
【００１０】
すなわち、上記の製造方法では、焼成後に得られたセラミック板状体の他方主面に、上記のバリに由来する凸部が残留する虞がある。そのようなセラミック板状体が積み重ねられたり、その状態でさらに振動が加えられたりした場合に、凸部に接した別のセラミック板状体に局所的な荷重の集中が発生し、破損する虞がある。このような虞を解消するためには、セラミック板状体の主面を何らかの方法により研磨して凸部を除去する必要があり、手間およびコストの面から望ましくない。
【００１１】
それで、この発明の目的は、焼成後の研磨工程を含まずに、バリに由来する凸部の発生が抑制された貫通孔を有するセラミック板状体が効率良く製造されるセラミック板状体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法では、未焼結板状体への貫通孔形成方法についての改良が図られる。
【００１３】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態は、焼成後の研磨工程を含まない。そして、この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態は、以下の第１ないし第６の工程を備えている。
【００１４】
第１の工程は、セラミック材料粉末を含む複数の未焼結板状体が作製または準備される工程である。第２の工程は、有機溶剤と、この有機溶剤に難溶で焼成時に焼失する樹脂材料からなる樹脂粉末とを含む樹脂スラリーを用いて、複数の樹脂シートが作製または準備される工程である。第３の工程は、未焼結板状体と樹脂シートとが交互に積層され、圧着されることにより、未焼結積層体が作製される工程である。
【００１５】
第４の工程は、未焼結積層体の一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔がドリルにより形成される工程である。第５の工程は、未焼結積層体が焼成される工程である。この工程において、複数の樹脂シートは焼失する。また、複数の未焼結板状体が焼結されて、貫通孔を有する複数のセラミック板状体となり、かつ複数のセラミック板状体同士が散在する微小な接合部を介して接合してなるセラミック積層体となる。第６の工程は、セラミック積層体が複数のセラミック板状体に分割されるように、セラミック積層体における上記の接合部が破断される工程である。
【００１６】
上記のセラミック板状体の製造方法では、セラミック積層体の他方主面を為していたセラミック板状体にバリに由来する凸部が残る場合があるが、それ以外のセラミック板状体における凸部の発生が確実に抑制されている。それは、未焼結積層体の他方主面をなす未焼結板状体以外の未焼結板状体では、ドリルが貫通する際に、ドリルの進行する向きの先にある樹脂シートおよび未焼結板状体により、未焼結板状体の変形が抑制されるためである。
【００１７】
すなわち、上記の製造方法は、焼成後の研磨工程を必要としない。セラミック積層体の他方主面を為していたセラミック板状体は、凸部が小さく、定められた規格内であれば、製品として採用される。もし、凸部が大きく、定められた規格外であれば、製品として採用されないようにすればよい。
【００１８】
また、複数のセラミック板状体が積層されたセラミック積層体が製造された後、個々のセラミック板状体に分割されるため、セラミック板状体が効率良く製造される。
【００１９】
なお、上記のセラミック板状体の製造方法において、第１の工程の実施および第２の工程の実施は、その順序を問わない。
【００２０】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第２の形態も、第１の形態と同様に、焼成後の研磨工程を含まない。そして、この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態は、以下の第１ないし第６の工程を備えている。
【００２１】
第１の工程は、セラミック材料粉末を含む複数の未焼結板状体が作製または準備される工程である。第２の工程は、有機溶剤と、この有機溶剤に難溶で焼成時に焼失する樹脂材料からなる樹脂粉末とを含む樹脂スラリーを用いて、複数の未焼結板状体の一方主面上に樹脂層が付与される工程である。第３の工程は、樹脂層が一方主面上に付与された複数の未焼結板状体が積層され、圧着されることにより、未焼結積層体が作製される工程である。
【００２２】
第４の工程は、未焼結積層体の一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔がドリルにより形成される工程である。第５の工程は、未焼結積層体が焼成される工程である。この工程において、複数の樹脂シートは焼失する。また、複数の未焼結板状体が焼結されて、貫通孔を有する複数のセラミック板状体となり、かつ複数のセラミック板状体同士が散在する微小な接合部を介して接合してなるセラミック積層体となる。第６の工程は、セラミック積層体が複数のセラミック板状体に分割されるように、セラミック積層体における上記の接合部が破断される工程である。
【００２３】
上記のセラミック板状体の製造方法でも、セラミック積層体の他方主面を為していたセラミック板状体にバリに由来する凸部が残る場合があるが、それ以外のセラミック板状体における凸部の発生が確実に抑制されている。すなわち、上記の製造方法は、焼成後の研磨工程を必要としない。また、複数のセラミック板状体が積層されたセラミック積層体が製造された後、個々のセラミック板状体に分割されるため、セラミック板状体が効率良く製造される。
【００２４】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態および第２の形態は、以下の特徴を備えることが好ましい。すなわち、前述の第４の工程において、未焼結積層体貫通孔は、未焼結積層体の他方主面に易剥離性樹脂部材が付与された状態で、ドリルが未焼結積層体の一方主面から他方主面に向けて進行することにより形成される。
【００２５】
上記のセラミック板状体の製造方法では、未焼結積層体の他方主面に易剥離性樹脂部材が付与されているため、ドリルが貫通する際に、未焼結積層体の他方主面を為す未焼結板状体の変形が抑制される。ドリルにより未焼結積層体に未焼結積層体貫通孔が形成された後、易剥離性樹脂部材が未焼結積層体の他方主面から剥離される。この製造方法によれば、セラミック積層体が分割されて得られるセラミック板状体が全て製品として採用され得るので、セラミック板状体がさらに効率良く製造される。
【００２６】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態および第２の形態は、以下の特徴を備えることも好ましい。すなわち、前述の第４の工程において、未焼結積層体貫通孔は、未焼結積層体の他方主面に前述の樹脂シートが付与された状態で、ドリルが未焼結積層体の一方主面から他方主面に向けて進行することにより形成される。
【００２７】
上記のセラミック板状体の製造方法では、未焼結積層体の他方主面に樹脂シートが付与されているため、ドリルが貫通する際に、未焼結積層体の他方主面を為す未焼結板状体の変形が抑制される。ドリルにより未焼結積層体に未焼結積層体貫通孔が形成された後、樹脂シートは未焼結積層体の焼成中に焼失する。この製造方法でも、セラミック積層体が分割されて得られるセラミック板状体が全て製品として採用され得るので、セラミック板状体がさらに効率良く製造される。
【００２８】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態および第２の形態は、以下の特徴を備えることも好ましい。すなわち、前述の第４の工程は、未焼結積層体貫通孔がドリルにより未焼結積層体に形成された後、前述の第３の工程における圧着の際の圧力の５％以上５０％以下の圧力で未焼結積層体が押圧される副工程を備える。副工程の押圧力が上記より低いと、十分バリが平坦化されない。一方、副工程の押圧力が上記より高いと、未焼結積層体貫通孔が潰れてしまう。
【００２９】
上記のセラミック板状体の製造方法では、ドリルが未焼結積層体の他方主面に抜けた後に、未焼結積層体貫通孔の周囲にバリが発生したとしても、発生したバリは、未焼結積層体を上記の条件で押圧することにより平坦化される。この製造方法でも、セラミック積層体が分割されて得られるセラミック板状体が全て製品として採用され得るので、セラミック板状体がさらに効率良く製造される。
【００３０】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態および第２の形態、ならびにそれらの好ましい形態は、以下の特徴を備えることが好ましい。すなわち、未焼結板状体は、少なくとも１枚のセラミックグリーンシートを含む。なお、未焼結板状体が複数のセラミックグリーンシートを含む場合、それらが単に積層され、圧着されていない状態でもよい。その場合、第２の形態ならびにその好ましい形態の第２の工程において、樹脂層の付与は、圧着されていない未焼結板状体が含む、最上層のセラミックグリーンシートに対して行なわれてもよい。
【００３１】
上記のセラミック板状体の製造方法では、セラミック板状体の厚みを、適切かつ容易に制御することができる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明に係るセラミック板状体の製造方法では、焼成後の研磨工程を含まずに、バリに由来する凸部の発生が抑制された貫通孔を有するセラミック板状体が効率良く製造される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態により製造されたセラミック板状体１０の断面図である。
【図２】セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態を説明するための図で、工程の一部（第１ないし第３の工程）を模式的に説明するための断面図である。
【図３】セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態を説明するための図で、図２に続く工程（第４の工程）を模式的に説明するための断面図である。
【図４】第４の工程を経て、未焼結積層体貫通孔１０ｇｈが形成された未焼結積層体１０ｇの断面図である。
【図５】セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態を説明するための図で、図３に続く工程（第５および第６の工程）を模式的に説明するための断面図である。
【図６】セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第１の変形例を説明するための図で、第１の実施形態と異なる工程（第４の工程）を模式的に説明するための断面図である。
【図７】セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第２の変形例を説明するための図で、第１の実施形態と異なる工程（第４の工程）を模式的に説明するための断面図である。
【図８】この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第２の実施形態を説明するための図で、第１の実施形態と異なる工程（第２および第３の工程）を模式的に説明するための断面図である。
【図９】未焼結板状体１００ｓが金型のコア部Ｃにより打ち抜かれて未焼結板状体貫通孔１００ｓｈが形成される過程を説明するための断面図である。
【図１０】未焼結板状体１００ｓがドリルＤにより穿孔されて未焼結板状体貫通孔１００ｓｈが形成される過程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下にこの発明の実施形態を示して、この発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。この発明は、例えば固体酸化物型燃料電池の電池セルなどのセラミック板状体の製造に広く適用される。
【００３５】
−セラミック板状体の製造方法の実施形態−
＜セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態＞
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。
【００３６】
なお、各図面は模式図であり、各要素の形状に関しては理解しやすいように誇張して示されている。また、製造工程上で発生する各要素の形状のばらつきなどは、各図面に必ずしも反映されていない。すなわち、以後、この明細書中で説明のために用いられる図面は、たとえ実際の製品と異なる部分があったとしても、本質的な面で実際の製品を表すものと言うことができる。
【００３７】
図１は、この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態により製造されたセラミック板状体１０の断面図である。セラミック板状体１０は、例えばスカンジア安定化ジルコニアおよびイットリア安定化ジルコニアなどの固体電解質の焼結体であり、固体酸化物型燃料電池の電池セルの発電材料などに用いられる。セラミック板状体１０の一方主面１０ａおよび他方主面１０ｂは、焼成後に研磨されていない。
【００３８】
セラミック板状体１０は、一方主面１０ａと他方主面１０ｂとの間を貫通する貫通孔１０ｈを有している。この貫通孔は、例えばセラミック板状体１０が固体酸化物型燃料電池の電池セルの発電材料に用いられた場合、ガス流路となる。
【００３９】
この貫通孔１０ｈの周囲において、前述のバリに由来する凸部の発生は抑制されている。例えば固体酸化物型燃料電池の電池セルは、一方主面上に正極が、他方主面上に負極が形成されたセラミック板状体が、金属板を介して数１０枚積み重ねられることにより製造される。すなわち、積み重ねられたときに下の方にあるセラミック板状体には、大きな荷重がかかることになる。その際、セラミック板状体が有する貫通孔の周囲に凸部があると、凸部に接した別のセラミック板状体に局所的な荷重の集中が発生し、破損する虞がある。
【００４０】
一方、上記のような平滑性の高いセラミック板状体１０は、積み重ねられたり、その状態でさらに振動が加えられたりした場合にも、局所的な荷重の集中が抑えられるため、破損しにくい。したがって、信頼性の高い固体酸化物型燃料電池が得られる。また、保管時および輸送時において、セラミック板状体１０同士の間に緩衝材などを挟む必要がないため、手間およびコストがかからないという利点もある。
【００４１】
次に、この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態の詳細について説明する。この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の形態は、第１ないし第６の工程を備えている。図２（Ａ）ないし（Ｄ）、図３、図４、ならびに図５（Ａ）および（Ｂ）は、この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態において、順次行われる各工程をそれぞれ模式的に表す断面図である。
【００４２】
図２（Ａ）は、セラミックグリーンシート１ｇが準備または作製される工程を示す断面図である。セラミックグリーンシート１ｇは、セラミック材料粉末、バインダー、分散剤などの必要に応じた添加剤、および有機溶媒などを混合してなるセラミックスラリーが、キャリアフィルム上に塗工されることにより得られる。セラミック板状体１０が前述のように固体酸化物型燃料電池の電池セルの発電材料に用いられる場合、セラミック材料粉末には、例えばスカンジア安定化ジルコニア粉末およびイットリア安定化ジルコニア粉末などの固体電解質粉末が用いられる。
【００４３】
図２（Ｂ）は、セラミックグリーンシート１ｇが未焼結板状体１ｓとされる工程を示す断面図である。図２（Ｂ）では、３枚のセラミックグリーンシート１ｇが圧着されることにより未焼結板状体１ｓとされる工程が示されているが、枚数はこれに限られない。また、複数のセラミックグリーンシート１ｇは、それらが単に積層され、圧着されていなくてもよい。複数のセラミックグリーンシート１ｇから未焼結板状体１ｓが形成される場合、セラミック板状体１０の厚みが適切かつ容易に制御される。なお、１枚のセラミックグリーンシート１ｇが未焼結板状体１ｓとなる場合もある。その際は、図２（Ｂ）の工程は省略される。
【００４４】
図２（Ａ）および（Ｂ）の断面図に示された工程を併せて、セラミック材料粉末を含む複数の未焼結板状体１ｓが作製または準備される工程（第１の工程）となる。
【００４５】
図２（Ｃ）は、複数の樹脂シート２ｇが作製または準備される工程（第２の工程）を示す断面図である。樹脂シート２ｇの作製または準備には、有機溶剤と、この有機溶剤に難溶で焼成時に焼失する樹脂材料からなる樹脂粉末２ｂとを含む樹脂スラリーが用いられる。第１の工程の実施および第２の工程の実施は、その順序を問わない。
【００４６】
樹脂シート２ｇは、樹脂粉末２ｂ、バインダー、分散剤などの必要に応じた添加剤、および有機溶媒などを混合してなる樹脂スラリーが、キャリアフィルム上に塗工されることにより得られる。樹脂粉末２ｂには、前述したように樹脂スラリーの作製に用いられる有機溶剤に対して難溶な樹脂材料が用いられる。樹脂粉末２ｂの形状は、例えばメジアン径が０．５μｍ以上１０μｍ以下の球状である。
【００４７】
メジアン径は、例えばレーザ回折式粒度分布測定装置により樹脂粉末２ｂの粒度分布を測定し、それを粒子径スケールに対する積算％で表したものにおいて、積算値が５０％となる粒径（Ｄ50）として定義される。なお、樹脂粉末２ｂの形状は、製造工程において生じる歪みなどを含んだものであり、上記のメジアン径は、等価円相当径である。
【００４８】
ここで、「有機溶剤に対して難溶」とは、有機溶媒１００ｇと樹脂粉末０．１ｇとが、室温（２５℃）において２４時間混合された場合に、目視で溶け残りがあることとして定義される。樹脂スラリーの作製に用いられる有機溶剤は、例えばトルエン、エタノール、イソプロパノール、酢酸ブチル、酢酸エチル、テルピネオールおよび水の中から選ばれる少なくとも１種類（単体または混合物）である。その場合、樹脂粉末２ｂの材質としては、例えば架橋アクリル樹脂が用いられる。
【００４９】
図２（Ｄ）は、未焼結板状体１ｓと樹脂シート２ｇとが交互に積層され、圧着されることにより、未焼結積層体１０ｇが作製される工程（第３の工程）を示す断面図である。未焼結板状体１ｓと樹脂シート２ｇとが圧着される際には、樹脂シート２ｇ中の球状の樹脂粉末２ｂが扁平となるように変形する。その状態で、樹脂シート２ｇが未焼結板状体１ｓの一方主面に、別の樹脂シート２ｇが未焼結板状体１ｓの他方主面に押し付けられる。
【００５０】
その結果、扁平となった樹脂粉末２ｂの形状に由来する凹部が、未焼結板状体１ｓの一方主面および他方主面に散在して形成される。凹部の形態は、樹脂粉末２ｂのメジアン径により制御される。例えば、樹脂粉末の形状が、メジアン径が０．５μｍ以上１０μｍ以下の球状である場合、未焼結板状体が焼成された後のセラミック板状体の主面の算術平均粗さが小さくなる。したがって、焼成後に研磨工程を行なうことなく、平滑性の高い主面を有するセラミック板状体が得られる。
【００５１】
図３および図４は、未焼結積層体１０ｇの一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔１０ｇｈがドリルＤにより形成される工程（第４の工程）を示す断面図である。未焼結積層体貫通孔１０ｇｈは、ドリルＤが未焼結積層体１０ｇの一方主面から他方主面に向けて進行することにより穿孔される。
【００５２】
未焼結積層体１０ｇの他方主面をなす未焼結板状体１ｓ以外の未焼結板状体１ｓでは、ドリルＤが貫通する際に、ドリルＤの進行する向きの先にある樹脂シート２ｇおよび未焼結板状体１ｓにより、未焼結板状体１ｓの変形が抑制される。そのため、ドリルＤが未焼結積層体１０ｇの他方主面に抜けた後に、未焼結積層体１０ｇの他方主面をなす未焼結板状体１ｓにはバリが残る場合があるが、それ以外の未焼結板状体１ｓにおけるバリの発生は、確実に抑制されている。
【００５３】
図５（Ａ）は、未焼結積層体１０ｇが焼成される工程（第５の工程）を示す断面図である。この工程により、複数の樹脂シート２ｇは焼失する。また、複数の未焼結板状体１ｓが焼結されて、それぞれ貫通孔１０ｈを有する複数のセラミック板状体１０となり、かつ複数のセラミック板状体１０同士が散在する微小な接合部を介して接合してなるセラミック積層体１０ｓとなる。
【００５４】
図５（Ｂ）は、セラミック積層体１０ｓが複数のセラミック板状体１０に分割されるように、セラミック積層体１０ｓにおける上記の接合部が破断される工程（第６の工程）を示す断面図である。この工程までを経ることにより、貫通孔１０ｈを有するセラミック板状体１０が作製される。
【００５５】
上記のセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態では、セラミック積層体１０ｓの他方主面を為していたセラミック板状体１０以外のセラミック板状体１０における凸部の発生が確実に抑制されている。すなわち、上記の製造方法は、焼成後の研磨工程を必要としない。セラミック積層体の他方主面を為していたセラミック板状体は、前述のバリに由来する凸部が小さく、定められた規格内であれば、製品として採用される。もし、凸部が大きく、定められた規格外であれば、製品として採用されないようにすればよい。
【００５６】
また、複数のセラミック板状体１０が積層されたセラミック積層体１０ｓが製造された後、個々のセラミック板状体１０に分割されるため、セラミック板状体１０が効率良く製造される。
【００５７】
＜セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第１の変形例＞
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第１の変形例について、図６を用いて説明する。第１の実施形態の第１の変形例は、第１の実施形態における第４の工程の変形例である。第１ないし第３の工程、ならびに第５および第６の工程は、第１の実施形態と同様であるため、それらについての説明は省略される。
【００５８】
第１の実施形態の第１の変形例における第４の工程においては、未焼結積層体１０ｇの他方主面に易剥離性樹脂部材Ｐが付与された状態で、未焼結積層体貫通孔１０ｇｈ（図４参照）が形成される。ドリルＤは、未焼結積層体１０ｇの一方主面から他方主面に向けて進行する。易剥離性樹脂部材Ｐの材質および形状は、特に限定されない。一例として、いわゆる発泡剥離シートなどが用いられる。
【００５９】
すなわち、第１の実施形態の第１の変形例における第４の工程では、易剥離性樹脂部材Ｐにより、ドリルＤが貫通する際に、未焼結積層体１０ｇの他方主面を為す未焼結板状体１ｓの変形が抑制される。ドリルＤにより未焼結積層体１０ｇに未焼結積層体貫通孔１０ｇｈが形成された後、易剥離性樹脂部材Ｐは、未焼結積層体１０ｇの他方主面から剥離される。
【００６０】
この製造方法によれば、セラミック積層体１０ｓ（図５参照）が分割されて得られるセラミック板状体１０（図５参照）が全て製品として採用され得るので、セラミック板状体１０がさらに効率良く製造される。
【００６１】
＜セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第２の変形例＞
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第２の変形例について、図７を用いて説明する。第１の実施形態の第２の変形例も、第１の実施形態における第４の工程の変形例である。第１ないし第３の工程、ならびに第５および第６の工程は、第１の実施形態と同様であるため、それらについての説明は省略される。
【００６２】
第１の実施形態の第１の変形例における第４の工程においては、未焼結積層体１０ｇの他方主面に前述の樹脂シート２ｇが付与された状態で、未焼結積層体貫通孔１０ｇｈ（図４参照）が形成される。ドリルＤは、未焼結積層体１０ｇの一方主面から他方主面に向けて進行する。
【００６３】
すなわち、第１の実施形態の第２の変形例における第４の工程でも、樹脂シート２ｇにより、ドリルＤが貫通する際に、未焼結積層体１０ｇの他方主面を為す未焼結板状体１ｓの変形が抑制される。ドリルＤにより未焼結積層体１０ｇに未焼結積層体貫通孔１０ｇｈが形成された後、樹脂シート２ｇは、未焼結積層体１０ｇの焼成中に焼失する。
【００６４】
この製造方法によっても、セラミック積層体１０ｓ（図５参照）が分割されて得られるセラミック板状体１０（図５参照）が全て製品として採用され得るので、セラミック板状体１０がさらに効率良く製造される。
【００６５】
＜セラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第３の変形例＞
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第１の実施形態の第３の変形例について説明する。第１の実施形態の第３の変形例も、第１の実施形態における第４の工程の変形例である。第１ないし第３の工程、ならびに第５および第６の工程は、第１の実施形態と同様であるため、それらについての説明は省略される。
【００６６】
第１の実施形態の第３の変形例における第４の工程は、未焼結積層体貫通孔１０ｇｈ（図４参照）がドリルＤ（図３参照）により未焼結積層体１０ｇ（図４参照）に形成された後、未焼結積層体１０ｇが押圧される副工程を備える。その際の押圧力は、前述の第３の工程における圧着の際の圧力の５％以上５０％以下である。
【００６７】
すなわち、第１の実施形態の第２の変形例における第４の工程では、ドリルＤが未焼結積層体１０ｇの他方主面に抜けた後に発生したバリは、未焼結積層体１０ｇを上記の条件で押圧することにより潰される。
【００６８】
この製造方法によっても、セラミック積層体１０ｓ（図５参照）が分割されて得られるセラミック板状体１０（図５参照）が全て製品として採用され得るので、セラミック板状体１０がさらに効率良く製造される。
【００６９】
＜セラミック板状体の製造方法の第２の実施形態＞
この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第２の実施形態の詳細について、図８を用いて説明する。この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第２の形態は、第１ないし第６の工程を備えている。
【００７０】
図８（Ａ）ないし（Ｃ）は、セラミック板状体１０の製造方法の第２の実施形態において、第２ないし第４の工程をそれぞれ模式的に表す断面図である。第２の実施形態は、第２および第３の工程が第１の実施形態と異なっている。この発明に係るセラミック板状体の製造方法の第２の形態も、第１の形態と同様に、焼成後の研磨工程を含まない。
【００７１】
第１の工程は、第１の実施形態と同様であるため、それについての説明は省略される。
【００７２】
図８（Ａ）は、複数の未焼結板状体１ｓの一方主面上に樹脂層２ｌが付与される工程（第２の工程）を示す断面図である。前述したように、未焼結板状体１ｓが複数のセラミックグリーンシートを含む場合、それらが単に積層され、圧着されていない状態でもよい。その場合、第２の工程における樹脂層２ｌの付与は、圧着されていない未焼結板状体が含む、最上層のセラミックグリーンシートに対して行なわれてもよい。
【００７３】
樹脂層２ｌの未焼結板状体１ｓの一方主面上への付与は、第１の実施形態で説明されたものと同様の樹脂スラリーが、未焼結板状体１ｓの一方主面上に塗工されることにより実施される。樹脂粉末２ｂの性質も、第１の実施形態で説明されたものと同様である。
【００７４】
図８（Ｂ）は、樹脂層２ｌが一方主面上に付与された複数の未焼結板状体１ｓが積層され、圧着されることにより、未焼結積層体１０ｇが作製される工程（第３の工程）を示す断面図である。樹脂層２ｌが一方主面上に付与された複数の未焼結板状体１ｓが圧着される際には、樹脂層２ｌ中の球状の樹脂粉末２ｂが扁平となるように変形する。その状態で、樹脂層２ｌが未焼結板状体１ｓの一方主面に、別の未焼結板状体１ｓの一方主面上に付与された樹脂層２ｌが未焼結板状体１ｓの他方主面に押し付けられる。
【００７５】
その結果、第１の実施形態の場合と同様に、扁平となった樹脂粉末２ｂの形状に由来する凹部が、未焼結板状体１ｓの一方主面および他方主面に散在して形成される。凹部の形態は、樹脂粉末２ｂのメジアン径により制御される。
【００７６】
図８（Ｃ）は、未焼結積層体１０ｇの一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔１０ｇｈがドリルＤ（図３参照）により形成される工程（第４の工程）を示す断面図である。未焼結積層体貫通孔１０ｇｈは、ドリルＤが未焼結積層体１０ｇの一方主面から他方主面に向けて進行することにより穿孔される。
【００７７】
未焼結積層体１０ｇの他方主面をなす未焼結板状体１ｓ以外の未焼結板状体１ｓでは、ドリルＤが貫通する際に、ドリルＤの進行する向きの先にある樹脂層２ｌおよび未焼結板状体１ｓにより、未焼結板状体１ｓの変形が抑制される。そのため、ドリルＤが未焼結積層体１０ｇの他方主面に抜けた後に、未焼結積層体１０ｇの他方主面をなす未焼結板状体１ｓにはバリが残る場合があるが、それ以外の未焼結板状体１ｓにおけるバリの発生は、確実に抑制されている。
【００７８】
第５の工程および第６の工程は、第１の実施形態と同様であるため、それらについての説明は省略される。
【００７９】
上記のこの発明に係るセラミック板状体の製造方法の第２の形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第１の実施形態における第１ないし第３の変形例は、第２の実施形態においても適用され得る。
【００８０】
−実験例−
この発明を実験例に基づいてより具体的に説明する。
【００８１】
＜実験例１＞
［第１の工程］
スカンジア安定化ジルコニア粉末、バインダー、分散剤および有機溶媒が所定の割合となるように調合された。調合物は、部分安定化ジルコニアからなるメディアと共に１０００回転／分で３時間撹拌され、セラミックスラリーとされた。有機溶媒には、重量比でトルエン７、エタノール３となるような混合物が用いられた。
【００８２】
このセラミックスラリーは、ポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上に既知の手法によりシート成形され、図２（Ａ）に示されるようなセラミックグリーンシートとされた。セラミックグリーンシートは、所定の大きさになるように既知の手法により打ち抜かれ、キャリアフィルムから剥離された。セラミックグリーンシートの打ち抜きとキャリアフィルムからの剥離とは、その順序を問わない。
【００８３】
キャリアフィルムから剥離されたセラミックグリーンシートは、３枚積層され、圧着されることにより、図２（Ｂ）に示されるような未焼結板状体とされた。
【００８４】
［第２の工程］
架橋アクリル樹脂からなる、メジアン径が１μｍの球状の樹脂粉末、バインダー、分散剤および有機溶媒が所定の割合となるように調合された。球状の樹脂粉末は、重量あたりの表面積が最も小さいため、流動性の高い樹脂スラリーを作成するために必要なバインダーの量が少なくなる。それにより、樹脂粉末の含有量の高い樹脂シートが作製されるため、後述するセラミック板状体の主面の凹部の密度が高くなる。有機溶媒には、重量比でトルエン７、エタノール３となるような混合物が用いられた。
【００８５】
調合物は、部分安定化ジルコニアからなるメディアと共に１０００回転／分で３時間撹拌され、樹脂スラリーとされた。この樹脂スラリーは、ポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上に既知の手法によりシート成形され、図２（Ｃ）に示されるような樹脂シートとされた。樹脂シートの厚みは、乾燥後で１０μｍから１８μｍの間である。
【００８６】
樹脂シートは、所定の大きさになるように既知の手法により打ち抜かれ、キャリアフィルムから剥離された。樹脂シートの打ち抜きとキャリアフィルムからの剥離とは、その順序を問わない。
【００８７】
［第３の工程］
未焼結板状体と各条件の樹脂シートとが交互に積層され、圧着されることにより、図２（Ｄ）に示されるような未焼結積層体が作製された。未焼結積層体の作製条件は、加熱温度が６０℃であり、押圧力が１５００ｋｇｆ／ｃｍ2である。この実験例において、未焼結積層体は、未焼結板状体上に樹脂シートを重ねたものを１セットとしたときに、１０セットが含まれるように作製された（図３参照）。なお、未焼結積層体の他方主面（図３における最下層）には、何も付与されなかった。
【００８８】
［第４の工程］
図４に示されるように、未焼結積層体の一方主面と他方主面との間を貫通する未焼結積層体貫通孔がドリルにより形成された。ドリルの加工条件は、進行速度が０．０４ｍｍ／回転であり、回転数が２０００回転／分である。ただし、加工条件は、これに限られない。
【００８９】
［第５の工程］
第４の工程で得られた未焼結積層体は、焼成炉により焼成され、図５（Ａ）に示されるようなセラミック積層体とされた。この実験例では、セラミック積層体は、１０枚のセラミック板状体から構成されるので、１枚のセラミック積層体を焼成することは、実質的に１０枚のセラミック板状体を一度に焼成することになる。そのため、焼成炉への投入作業の効率は、１枚ずつのセラミック板状体を個々に焼成する場合と比較して大幅に高くなった。
【００９０】
第５の工程である焼成工程は、以下の具体的な副工程を経ている。すなわち、焼成工程は、脱脂工程と焼結工程とを含む。脱脂工程は、未焼結積層体を４００℃で所定の時間保持することにより行なわれた。焼結工程は、脱脂工程後の未焼結積層体を１４００℃で５時間保持することにより行なわれた。
【００９１】
樹脂シートは、脱脂工程中に大半が焼失するため、未焼結板状体同士は、自重により接近して、微小な領域で接触するようになる。接触部分では焼成中に原子の相互拡散が起こるため、接触部分の一部でセラミック板状体同士が接合される。しかしながら、上記のように接合部分の面積は小さいため、焼成後のセラミック積層体を個々のセラミック板状体へ分割することが可能である。
【００９２】
重要な点は、樹脂粉末により形成される凹部が、樹脂シートを挟んで対向する２枚のセラミック板状体の主面で異なるパターンを有することである。これは、図２（Ｄ）に示されているように、樹脂粉末が樹脂シート内で層状に不規則に配列しているためである。対向する主面同士に不規則なパターンの凹部が生じることは、規則的なパターンである場合と比較して、接触面積を著しく減少させる。そのため、凹部の深さが浅くても、セラミック板状体の分割が容易となる。
【００９３】
［第６の工程］
第５の工程で得られたセラミック積層体は、脱気した水中に沈められ、３０秒間超音波振動を印加することにより、それぞれ厚み９０μｍの、それぞれ貫通孔を有する１０枚のセラミック板状体に分割された。
【００９４】
ここで、未焼結積層体の一方主面を為していた未焼結板状体が焼成されて為るセラミック板状体が１番目のセラミック板状体とされた。そして、未焼結積層体の他方主面を為していた未焼結板状体が焼成されて為るセラミック板状体が１０番目のセラミック板状体とされた。すなわち、１０番目のセラミック板状体は、未焼結積層体の穿孔時に、ドリルが抜ける未焼結板状体に由来している。
【００９５】
この実験例により得られた１番目から１０番目のセラミック板状体について、それぞれ３次元形状測定機（キーエンス社製  ＶＲ−３０００シリーズ）により、貫通孔の周囲の変形量が測定された。
【００９６】
その結果、１番目から９番目のセラミック板状体における貫通孔の周囲の変形量は、貫通孔の周囲から十分離れた領域を基準として、大きく見積もっても３μｍ以下の変形量しかなかった。すなわち、これらのセラミック板状体においては、前述のバリに由来する凸部の発生は、確実に抑制されていた。
【００９７】
なお、１０番目のセラミック板状体における貫通孔の周囲の変形量は、貫通孔の周囲から十分離れた領域を基準として、約３０μｍであった。このような場合、１０番目のセラミック板状体は、製品として採用されない。しかしながら、１０枚のセラミック板状体のうち、９枚が商品として良好なものであり、この良品の割合は、セラミック積層体の積層数が多くなるほど高くなる。したがって、この発明に係る貫通孔を有するセラミック板状体の製造方法は、セラミック板状体が効率良く製造されると言える。
【００９８】
＜実験例２＞
実験例２では、第４の工程において、未焼結積層体の他方主面に易剥離性樹脂部材が付与された状態で、未焼結積層体貫通孔が形成された。第１ないし第３の工程、ならびに第５および第６の工程は、実験例１と同様であるため、詳細な説明は省略される。易剥離性樹脂部材として、日東電工製  リバアルファ（登録商標）が用いられた。なお、易剥離性樹脂部材は、未焼結積層体の作製時に同時に付与されてもよく、また未焼結積層体の作製後に付与されてもよい。
【００９９】
ドリルによる未焼結積層体の穿孔は、易剥離性樹脂部材も貫通するようにして行なわれた。なお、ドリルによる未焼結積層体の穿孔は、ドリルが未焼結積層体を貫通し、易剥離性樹脂部材を貫通しないようにして行なわれてもよい。未焼結積層体に未焼結積層体貫通孔が形成された後、易剥離性樹脂部材は加熱されることにより、発泡剥離される。
【０１００】
この実験例により得られた１番目から１０番目のセラミック板状体について、それぞれ実験例１に用いられた３次元形状測定機により、貫通孔の周囲の変形量が測定された。
【０１０１】
その結果、１番目から１０番目のセラミック板状体における貫通孔の周囲の変形量は、貫通孔の周囲から十分離れた領域を基準として、大きく見積もっても３μｍ以下の変形量しかなかった。すなわち、これらのセラミック板状体においては、前述のバリに由来す凸部の発生は、確実に抑制されていた。
【０１０２】
＜実験例３＞
実験例３では、第４の工程において、未焼結積層体の他方主面に前述の樹脂シートが付与された状態で、未焼結積層体貫通孔が形成された。第１ないし第３の工程、ならびに第５および第６の工程は、実験例１と同様であるため、詳細な説明は省略される。なお、樹脂シートは、未焼結積層体の作製時に同時に付与されてもよく、また未焼結積層体の作製後に付与されてもよい。
【０１０３】
ドリルによる未焼結積層体の穿孔は、樹脂シートも貫通するようにして行なわれた。未焼結積層体に未焼結積層体貫通孔が形成された後、樹脂シートは、未焼結積層体の焼成時に焼失する。
【０１０４】
この実験例により得られた１番目から１０番目のセラミック板状体について、それぞれ実験例１に用いられた３次元形状測定機により、貫通孔の周囲の変形量が測定された。
【０１０５】
その結果、１番目から１０番目のセラミック板状体における貫通孔の周囲の変形量は、貫通孔の周囲から十分離れた領域を基準として、大きく見積もっても３μｍ以下の変形量しかなかった。すなわち、これらのセラミック板状体においては、前述のバリに由来す凸部の発生は、確実に抑制されていた。
【０１０６】
＜実験例４＞
実験例４では、第４の工程において、未焼結積層体貫通孔がドリルにより未焼結積層体に形成された後、未焼結積層体が再押圧された。その際の押圧力は、前述の第３の工程における圧着の際の圧力の５％以上５０％以下とされた。第１ないし第３の工程、ならびに第５および第６の工程は、実験例１と同様であるため、詳細な説明は省略される。
【０１０７】
この実験例により得られた１番目から１０番目のセラミック板状体について、それぞれ実験例１に用いられた３次元形状測定機により、貫通孔の周囲の変形量が測定された。
【０１０８】
その結果、１番目から１０番目のセラミック板状体における貫通孔の周囲の変形量は、貫通孔の周囲から十分離れた領域を基準として、大きく見積もっても３μｍ以下の変形量しかなかった。すなわち、これらのセラミック板状体においては、前述のバリに由来す凸部の発生は、確実に抑制されていた。
【０１０９】
なお、この明細書に記載の実施形態は、例示的なものであって、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ｇ    セラミックグリーンシート
１ｓ    未焼結板状体
２ｂ    樹脂粉末
２ｇ    樹脂シート
２ｌ    樹脂層
１０    セラミック板状体
１０ａ    一方主面
１０ｂ    他方主面
１０ｇ    未焼結積層体
１０ｇｈ    未焼結積層体貫通孔
１０ｈ    貫通孔
１０ｓ    セラミック積層体
【図１】
2018199256.tif 000003
【図２】
2018199256.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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