(57)【要約】【課題】  セラミックスグリーン部品の製造において、高価な治具を用いず、安価でかつ、プラスチックフィルムにシワが入らない水圧袋を開発して、セラミック部品を安価で、容易に製造できるようにするための水圧袋を開発すること。【解決手段】  表フィルム（１）と裏フィルム（２）２枚のフィルムの四方をシールする水圧袋において、少なくとも一方のフィルムの引張伸度が縦方向、横方向共に５００パーセント以上で、かつ、引っ張り後の残留歪が１１０パーセント以下であることを特徴とする水圧袋。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏２枚のフィルムの四方をシールする水圧袋において、少なくとも一方のフィルムの引張伸度が縦方向、横方向共に５００パーセント以上で、かつ、引っ張り後の残留歪が１１０パーセント以下であることを特徴とする水圧袋。
【請求項２】
表裏２枚のフィルムの少なくとも一方のフィルムが、ウレタン樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水圧袋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス碍子、セラミックスホルダーなどのセラミックス部品の製造で、グリーン成形品を成形・加圧し、焼成する時に使用される静水圧プレス法に用いられる水圧袋に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミックス部品製造は、セラミックス誘電体の原料粉末をバインダなどと混合してペースト状にし、射出成形やプレスで形状に固め、乾燥させる。これをグリーン成形品と呼び、このグリーン成形品を炉で焼成し、最終的なセラミック部品を作成していた。しかし、射出成形やプレス成形するには、高価な金型が必要であり、しかも、硬質のセラミックスが入ったペーストを成形するので、パーティング部分の磨耗、破損が頻繁に発生し、金型の寿命は低いものであった。
ところで、このグリーン成形品がシート状で、そのシートと内部電極とを積層し、圧着する時、プラスチックフィルムで表裏から挟み、温水によって熱と水圧力を掛けて圧着することが、セラミックス電子部品の積層体の製造で用いられてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１では、図２で示すように、セラミックスグリーンシート７の周囲に形成された位置決め穴に対応する位置に保持穴８２１を有する上薄板８、下薄板８１の間に、セラミックスグリーンシート７を積み重ねると共に、該セラミックグリーンシートと上下薄板を該位置決め穴と穴を介して固定部材で固定する工程と、該上下薄板に固定された複数の積み重ねたセラミックスグリーンシート７をプラスチックフィルム１０で挟んで真空パックする工程と、該真空パックされたセラミックスグリーンシート７を静水圧プレスする工程を有することを特徴とするグリーンシート積層体の製造方法を提案している。そして、セラミックスグリーンシート７と上下薄板を該位置決め穴と穴を介して固定部材で固定する固定部材として、枠状の上治具８３と下治具８２を使用することも合わせて提案している。
【０００４】
このような積層セラミックス電子部品の製造では、上下薄板を使用し、グリーンを保持しているので、水圧袋は多少シワ１０１が生じても、大きな問題にはならない。
しかし、平面ではない形状を持った成形品では、その形状を出すのに、シワ１０１が生じた場合には、そのまま製品表面にシワが発生したり、形状がいびつになってゆがみ、次工程の仕上げに時間が多量に掛かってしまう問題が発生するほか、ゆがみが成形品の密度を一定に保てず、強度のバラツキが部分的に生ずるなど、問題もあった。
【０００５】
特許文献２では、セラミックスで製造されるスパークプラグについて、それを製造する方法として、ゴム型を使用し、それを静水圧プレスして成形し、それを焼成する方法が記載されている。
このスパークプラグは、中間成形品であるグリーンを製造するのに、キャビティのコア部分を通常の金型に、キャビティの外形部分にグリーン形状のゴム型を合わせて使用したハイブリッド型になっている。ゴム型部分は、それを作る高価な金型が必要なだけではなく、ゴムが水圧で押される時には、ゴムの厚みが成形品に微妙に影響し、ひずみが生じやすい問題が発生する。
このひずみを正確にゴム型にフィードバックしてグリーンを設計することは非常に難しく、そのため、ゴム型の価格はより高価にならざるを得なかった。
特に部分的な肉厚の変化している形状のキャビティにおいては、肉厚部と薄肉部、また、中心部分と周囲との密度が一定にならず、中央に巣ができて、強度が低下する問題が発生する問題が起きやすく、品質保証上、大きなネックになってしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９５３２６号公報
【特許文献２】特許第４５４７０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題に鑑みて、セラミックスグリーン部品の製造において、高価な治具を用いず、安価でかつ、プラスチックフィルムにシワが入らない水圧袋を開発して、セラミック電子部品を安価で、容易に製造できるようにするための水圧袋を開発することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１の水圧袋は、表裏２枚のフィルムの四方をシールする水圧袋において、少なくとも一方のフィルムの引張伸度が縦方向、横方向共に５００パーセント以上で、かつ、引っ張り後の残留歪が１１０パーセント以下であることを特徴とする水圧袋である。
【０００９】
本発明の請求項２の水圧袋は、表裏２枚のフィルムの少なくとも一方のフィルムが、ウレタン樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水圧袋である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水圧袋は、ゴム型を使用せずに、安価にセラミックスのグリーンを製造するための水圧袋で、作業性を向上しつつ、フィルムにシワが発生せず、したがってセラミックス部品の密度差が生じにくい、安定した製品の生産が可能である。しかも、製品としての水圧袋は安価で大量に生産できるので、水圧袋にセラミックスグリーンをそのまま、製品を水圧袋から取り出さずに焼成が可能である。そのため、セラミックスグリーンを触らずに水圧袋のシール部を持って移動し、生産が可能なので、グリーンの途中での破損が生じず、生産性が高いなどのメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の水圧袋でグリーンを成形した使用形態を示した実施例の断面図である。
【図２】従来の水圧袋で積層されるセラミックスグリーンシートの実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の水圧袋を使用して加圧する静水圧プレス機の断面構想図である。
【図４】本発明の水圧袋を使用した実施例のグリーンを成形する前の状態断面図と、グリーンを成形した状態の断面図、および、グリーンを焼成した実施例の断面図、および、グリーンを成形する前の内部部分拡大図とグリーンの内部部分拡大図と、焼成した製品の内部部分拡大図である。
【図５】真空圧空成形して、本発明の水圧袋を使用した表フィルムのキャビティを製造する工程を示す断面図である。
【図６】真空成形して、本発明の水圧袋を使用した裏フィルムのコアを製造する工程を示す断面図である。
【図７】表フィルムと裏フィルムを成形後、合わせて、キャビティを形成している状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、従来の水圧袋の使用形態と、本発明の水圧袋における実施形態について、図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の水圧袋を使用した実施形態の断面図である。
表側フィルム１と裏側フィルム２は、それぞれ、キャビ、コアそれぞれの形状を成形して合わせて製品の形状を持つように製造されていて、その表側フィルム１と裏側フィルム２の間にセラミックスグリーン素材３が挟まれている。
このセラミックスグリーン素材３は、セラミックス成分に、セラミックス成分を繋ぎ止めると共に、高温で焼成した時には昇華してしまうような樹脂成分によるバインダーが混合された混合粉末である。
このセラミックスグリーン素材３を、予め、形状に合わせて計量し、表フィルム１のキャビティ内部に挿入する。
さらに、表フィルム１に、裏フィルム２を位置決めして挿入し、超音波などで振動させて、裏フィルム２のコア部分がセラミックスグリーン素材３の中に完全に入り込むようにする。
そして、表フィルム１と裏フィルム２の間にあるセラミックスグリーン素材３も合わせて脱気し、その状態で表フィルム１と裏フィルム２のキャビティ周囲４１を融着する。
【００１３】
図３は、脱気したセラミックグリーン素材３を表フィルム１と裏フィルム２で挟んである水圧袋を、静水圧プレス機６内部に入れて、加圧、加熱している状態を示している。
静水圧プレス機６の作業空間は、通常、円筒状の容器になっていて、両端にある円盤状の一方の押圧板６１を押し込んで、内部に圧力を掛ける構造になっている。
静水圧プレス機６の内部は、水などの液体６２で満たされているので、パスカルの原理により、密閉容器中の流体は、その容器の形に関係なく、ある一点に受けた単位面積当りの圧力をそのままの強さで、流体の他のすべての部分に伝えるので、水圧袋は、すべての方向から圧力が均一に掛かる。
また、静水圧プレス機の内部に満たされている水または液体は、バインダーと呼ばれる樹脂成分の軟化点以上の温度に加熱されている。そのため、セラミックスグリーン素材３の内、バインダーと呼ばれる樹脂成分が溶融、または、軟化して、セラミックスの粉末に流動性を与え、粉末同士の隙間が縮小し、セラミックス同士、および樹脂成分が完全にくっついて、一体化してくる。
この時の圧力は水圧袋が破損しない程度で、できるだけ高い圧力が好ましい。また、加熱する作業空間に注入する液体の温度は、バインダーの軟化点以上の温度が必要であるが、沸点以上にはならないようにする必要がある。但し、高圧状態では、沸騰する温度は上昇するので、この加熱可能な温度は、使用する圧力によって変化させることができる。
【００１４】
図４−１、図４−２は静水圧プレスで加熱、加圧される前の表フィルム１、裏フィルム２の間に成形品より大きめに形成されたキャビティに入れられた、セラミックスグリーン素材３の状態である。
セラミックスグリーン素材３のセラミックス粉末３１同士やバインダー３２との間には隙間があり、バインダーは、その隙間よりも少ない量しか配合していない。
図４−３、図４−４は静水圧プレスで加熱、加圧され、形状を持たされたセラミックスグリーン５の状態である。
セラミックスの粉末３１とセラミックスの粉末３１との間にはバインダー３２があって、接着剤のような役目をして、密着させている。加圧された分、バインダー３２が動くが、静水圧プレスの内部では均等に圧力が掛かり、均等に圧縮され、大きさはわずかに縮小し、セラミックスの粉末３１とセラミックスの粉末３１、セラミックスの粉末３１とバインダー３２の間で密着し、この状態では多少脆くもあるが、しっかりした形状に成形される。
このセラミックスグリーン５は、水圧袋に入った状態であるが、そのまま、さらに高温度の焼成炉に入れ、高温で焼成される。
このセラミックスグリーン５は、高温で長時間加熱され、焼成されると、セラミックス粉末とセラミックス粉末との間にあったバインダー３２と呼ばれる樹脂成分は、徐々に気化
したり、分解してガスになって蒸発し、セラミックスの粉末３１の間から無くなる。
バインダー３２がなくなり、高温に加熱されたセラミックスの粉末３１同士は、結晶系の配列に沿って局部的に密着し始め、セラミックスの粉末３１同士の接合部分は形状が変化し、図４−５、図４−６のように、セラミックスの粉末３１同士の間にあった隙間が少なくなって、形状はそのままだが、全体的に縮小してセラミックス焼成品５１ができあがる。
当然、水圧袋は樹脂成分で出来ているので、焼成工程の始めに溶融し、融けて、気化してしまう。
もちろん、セラミックスグリーン５が成形されると、一定の硬さのある形状になるので、焼成前に、水圧袋を切って外してもかまわない。
【００１５】
図５−１、図５−２、図５−３は、水圧袋の表フィルム１の形状を成形している模式図である。
表フィルムは、真空成形でも得られるが、真空圧空成形すると、より成形性が増して、球に近いものでも作ることができる。
図５−１では、表フィルム１が枠１１によって周囲を固定する。さらに、表フィルム１の加工面がヒータ１２で加熱し、軟化点以上、融点未満に温度調整する。表フィルム１の材質によっては、常温で伸びるので、加熱は必要でない場合もある。
図５−２では、軟化点以上に加熱され、伸びやすくなった表フィルム１を枠１１ごと吸引板１４に固定した表側キャビ形状のモデル型１３にかぶせ、表フィルム１が冷えない内に圧空カバー１５を枠１１の周囲まで移動させ、外気を遮断する。
吸引板１４に設けた吸引孔１４１から、表側キャビ形状のモデル型１３や吸引板１４と表フィルム１の内側との間の空気を、真空ポンプで吸引する。
また、圧空カバー１５に設けた圧空孔１５１から、表フィルム１の表側に対して、加圧空気で均一に加圧する。
このように、表フィルム１は、表裏の圧力差によって、セラミックスグリーン形状の外側の形状が作られる。この時、凹凸部分を複数、あるいは成形形状の周囲に設けることのよって、裏フィルム２との位置合わせが、容易にできるようにしておくことが好ましい。
図５では、成形形状の周囲に段差を設けて、対応した図にしているが、突起と凹部をそれぞれ２箇所以上に設けてもかまわない。
【００１６】
図６は、裏フィルム２のコア形状を真空成形で製造している工程を示している。
簡単な形状は、フィルムを加熱後、このように、真空成形型２１で吸引し、成形する。もちろん、プラグ２２でフィルムを部分的に押して、肉厚を均等にすることは、通常の真空成形と同じである。
また、形状が真空成形では得られないような複雑な形であったり、きつい勾配のある形が必要な場合には、表フィルム１と同じように、裏フィルム２も真空圧空成形で製造してもかまわない。
【００１７】
図７は、キャビ形状に成形された表フィルム１と、コア形状に成形された裏フィルム２をセラミックスグリーン形状の周囲に設けられた凸部１６、凹部２３同士を嵌合した状態を示している。
表フィルム１と裏フィルム２の間に設けられた空間が、セラミックスグリーン５が成形されるキャビティ４になる。
【００１８】
本発明の水圧袋に用いられる表フィルム１と裏フィルム２は、できるだけ延伸できる素材であることが好ましい。
セラミックスでできた碍子キャップのような成形では、融着する面から急速に立ち上がるように成形できることが求められる。
そこで、本発明者は、各種フィルムを試験し、表フィルムや裏フィルムに必要な仕様を試
験した。その結果、フィルムの流れ方向においても、流れに直角方向であっても、共に、引張伸度が５００パーセント以上あり、かつ、２００パーセント以上の引張伸度を加えた状態における残留ひずみが１１０パーセント以下であり、この規格が必要なことを発見した。
そして、そのようなフィルムとして、５０ミクロンメーターの厚みをもつウレタンがあてはまることを突き止めた。
特に、接着剤で貼り合わせたフィルムを、表フィルム１や裏フィルム２の成形で用いると、引張伸度が１２０パーセントを超えた成形が行われると、層間剥離を発生したり、歪みが生じてしまう問題が発生する。
また、表フィルム１や裏フィルム２の成形残留ひずみが１１０パーセントを超えると、セラミックスグリーンの成形時に、残留ひずみによって、変形してしまうことがある。
このウレタンフィルムを作成するには、カレンダー成形、または、ポリエチレンフィルム等を使用してキャスト成形する方法で製造される。
【実施例】
【００１９】
以下に本発明の実施例、比較例について説明する。
表１は、本発明の水圧袋で、実施例、および、比較例に使用したフィルムの構成である。比較例１は延伸ポリアミドフィルムと直鎖状低密度ポリエチレンフィルムの間に接着剤を塗布し、ドライラミネート機で貼り合わせたものである。
また、比較例２は延伸ポリプロピレンフィルムと直鎖状低密度ポリエチレンフィルムをエクストルーダーラミネート機で、溶融ポリエチレンによって、直に貼り合わして製造している。
比較例３、比較例４は、それぞれ、単体でフィルム状に押し出したものである。
【００２０】
【表１】
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表１で示した実施例、比較例用フィルムで、縦・横共１２０ｍｍの大きさに用意した評価用フィルムを使用し、図５で示したセラミックスキャップの表側キャビ形状のモデル型１３を使用して成形した。
また、その実施例、比較例のフィルムを流れ方向と流れに直角の幅方向に、１５ｍｍ幅で切断した短冊を用意し、それぞれ、７０℃で引張り試験を実施し、引張伸度を測定し、評価した。
【００２１】
【表２】
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また、その評価の中で、良かった実施例、比較例４について、引張り長さと残留歪の違いを確認した。
【００２２】
【表３】
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実施例の評価結果は、成形性、生産性が高く、引張伸度が大きく、フィルム成形の流れ方向と幅方向と引張伸度も均一で、自然な伸びが観測され、実際の成形でも良好なセラミックスの成形と焼成ができた。
比較例の評価結果は、接着剤でドライラミネーションした比較例１と、エクストルーダーラミネートした比較例２は、どちらも、延伸フィルムを使用しているので、フィルムが形状に追従できず、引張方向の向きにおける違いがひずみとなって、しわが入り、バリ、形状のムラ、グリーンの成形不良による収率の低下が著しくなり、仕上げ工程に時間が掛かる問題も発生した。
特に接着剤で貼り合わせた比較例１では、引張伸度が１２０パーセントを越えると、層間剥離を発生したり、歪みが生じてしまう問題が発生した。
【００２３】
また、比較例３のアイオノマー樹脂フィルムは、フィルム成形の流れ方向と幅方向との引張伸度が著しく違っていて、その為、部分的にシワが発生する問題と、ピンホールが発
生しやすく、成形不良が多かった。
さらに、比較例４のエチレンーメチルメタクリレート共重合体フィルムは、成形性は良好だったが、ピンホールが発生しやすいと共に、セラミックスグリーン素材３を入れて、静水圧プレスする時に、残っていた残留歪によって、変形してしまう問題が発生した。
残留歪が１１０パーセント以上ある場合、この変形の問題が発生してしまうので、実際には、比較例４のエチレンーメチルメタクリレート共重合体フィルムは、１８０パーセント以上の引張りはできないと考えられ、このような成形には不適正と判断された。
【００２４】
本発明の水圧袋は以上の様なもので、成形して形成された水圧袋を使用して静水圧プレスでセラミックスグリーン成形を行い、安定してセラミックスに焼成できる水圧袋である。この水圧袋を使用した場合、大きな寸法のセラミックス成形まではできないが、安価なモデル型を用いてすばやく生産できるので、設備費用が安く、生産性が高く、不良の発生が少なく、早期立ち上げが可能な水圧袋である。
さらに、形状によっては、高価なウレタンフィルムは一方のみで、単純で平面に近い形状部分には、安価な比較例１〜４のフィルムも使用でき、臨機応変に対応できるのも、本発明のメリットである。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・・・・・・・表フィルム
１０・・・・・・・・プラスチックフィルム
１０１・・・・・・・シワ
１１・・・・・・・・枠
１２・・・・・・・・ヒータ
１３・・・・・・・・表側キャビ形状のモデル型
１４・・・・・・・・吸引板
１４１・・・・・・・吸引孔
１５・・・・・・・・圧空カバー
１５１・・・・・・・圧空孔
１６・・・・・・・・凸部
２・・・・・・・・・裏フィルム
２１・・・・・・・・真空成形型
２２・・・・・・・・プラグ
２３・・・・・・・・凹部
３・・・・・・・・・セラミックスグリーン素材
３１・・・・・・・・セラミックスの粉末
３２・・・・・・・・バインダー
４・・・・・・・・・キャビティ周囲
５・・・・・・・・・セラミックスグリーン
５１・・・・・・・・セラミックス焼成品
６・・・・・・・・・静水圧プレス機
６１・・・・・・・・押圧板
６２・・・・・・・・液体
７・・・・・・・・・セラミックスグリーンシート
８・・・・・・・・・上薄板
８１・・・・・・・・下薄板
８２・・・・・・・・下治具
８２１・・・・・・・保持穴
８３・・・・・・・・上治具
【図１】
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【図２】
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【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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