(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック原料粉末を成形するための粉末プレス成形装置において、ダイと上パンチと下パンチとを有した金型を備えるとともに、前記上パンチおよび前記下パンチに貫通孔を設けてそれぞれ上浮動パンチおよび下浮動パンチを挿入し、前記上浮動パンチと前記下浮動パンチとの先端部が近接してスライドするようにしたことを特徴とする粉末プレス成形装置。
【請求項２】
前記上下浮動パンチのうち、先端部の先端面の面積の大きい方を前記ダイの空間部に挿入し、前記空間部へセラミック原料粉末を充填した後、他方の浮動パンチを前記空間部へ挿入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の粉末プレス成形装置。
【請求項３】
前記空間部へ後から挿入される前記上浮動パンチまたは前記下浮動パンチと、その周囲に配置される前記上パンチあるいは前記下パンチとの間隙が０．００５〜０．０２ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の粉末プレス成形装置。
【請求項４】
前記上浮動パンチと前記下浮動パンチとの先端部が近接してスライドする間隙が０．０１〜０．０３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉末プレス成形装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の粉末プレス成形装置を用いて、前記ダイに前記下パンチの一部を挿入する工程と、前記下パンチの前記貫通孔に前記下浮動パンチの一部を挿入して先端部を突出させ、前記ダイ、前記下パンチの先端、および前記下浮動パンチの先端部とで段を有した凹部を形成する工程と、該凹部内にセラミック原料粉末を充填する工程と、前記上パンチと、該上パンチの前記貫通孔に挿入した前記先端部の先端面の面積が前記下浮動パンチの面積より小さい前記上浮動パンチとを前記ダイに挿入して降下させ、前記下浮動パンチと前記上浮動パンチとを近接してスライドさせる工程と、前記上パンチをさらに降下させて前記セラミック原料粉末を加圧する工程と、前記上パンチを加圧完了位置まで降下させることによりセラミック成形体を得る工程と、得られた該セラミックス成形体を焼成する工程とを具備することを特徴とするセラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の開孔部が互いに相対する方向に外接して開孔され、連通孔を形成したセラミックスを製造する粉末プレス成形装置に関し、さらにはこれを用いたセラミックスの製造方法に関するもので、電子部品を搭載したパッケージ、気体や液体などの流路部材または継ぎ手などの分野に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セラミックスを効率よく量産するためには、粉末プレス成形法、ドクターブレード法、射出成形法、鋳込み成形法などのセラミックスを成形するための一般的な方法が用いられるが、なかでも簡単な形状の製品については、粉末プレス成形法が多用されている。
【０００３】
粉末プレス成形法は粉末プレス成形装置を用いて、セラミック原料粉末を所望の製品形状にプレス成形する方法で、この後、成形した未焼結の成形体を所定の温度で焼結して製品を得ることができるもので、例えば電子部品を搭載する簡単なパッケージやその蓋体などの成形に用いられている。
【０００４】
図３は、従来の粉末プレス成形装置を用いて作製されたパッケージを示し、（ａ）はパッケージの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。
【０００５】
図３に示すパッケージ５０は、電子部品や各種の素子を搭載するための空間部５１と、該空間部５１を囲み、一方向を開孔した隔壁５２とから構成されている。
【０００６】
そして、パッケージ５０を効率よく製造するには、ダイと上パンチと下パンチとを有した金型を備える粉末プレス成形装置を用いればよく、図４に、粉末プレス成形装置の金型にセラミック原料粉末を供給してプレス成形する工程を断面図で示す。
【０００７】
この粉末プレス成形装置４０は、略製品形状を有した空間部４２を持つダイ４１と、空間部４２に挿入してセラミック原料粉末４６を加圧するための上パンチ４３と、下パンチ４４と、この下パンチ４４に設けられた貫通孔に挿入される下浮動パンチ４７とからなる金型を備えて構成されている。そして、ダイ４１上面に平行にスライドしてセラミック原料粉末４６をダイ４１の空間部４２に充填するためのフィーダー４５が設けてある。
【０００８】
なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、従来の粉末プレス成形装置における成形工程を示す縦断面図を示し、その他の部分は不図示としてある。
【０００９】
この粉末プレス成形装置４０を用いて、パッケージ５０を製造するには、図４（ａ）に示すように、ダイ４１に下パンチ４４の先端の一部を挿入するとともに、下パンチ４４の貫通孔に下浮動パンチ４７の一部を挿入して、下パンチ４４の先端よりもさらに先端を突出させ、ダイ４１、下パンチ４４の先端、および下浮動パンチ４７先端部とで一方向に開孔した空間部４２を形成し、この空間部４２内にセラミック原料粉末４６を充填した後、（ｂ）に示すように、上パンチ４３をダイ４１に挿入してセラミック原料粉末４６を加圧し、上パンチ４３を加圧完了位置まで降下させることによりセラミック成形体を得る。そして、その後、（ｃ）に示すように、下パンチ４４と下浮動パンチ４７とを上昇させて、セラミック成形体５５を粉末プレス成形装置４０の金型部分より離型し、これを焼結し、セラミックスを得ている。
【００１０】
このような、粉末プレス成形装置やこれを用いたセラミックスの製造方法は特許文献１に示す粉末成形装置や特許文献２に示す粉末成形方法に記載されている。
【００１１】
そして、このような工程を経て、図３に示す電子部品搭載用のパッケージ５０が作製される。
【００１２】
さらに、このようなセラミックスを用いたパッケージについては、特許文献３などに示されるように、内部に圧電振動素子などを搭載したものが例示されている。
【特許文献１】実開平６−５９２号公報
【特許文献２】特開平１−２７３６９７号公報
【特許文献３】特開２００２−３４４２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、近年は図３に示すようなパッケージ５０のような単純な空間部５１を有した形状に限らず、例えば、図２に示すような互いに相対する面に空間部３１ａと３２ｂとを設けて、互いに相対する方向に外接して開孔され、連通孔を形成したパッケージ３０などが求められてきている。
【００１４】
そして、このようなパッケージ３０を、前述の図４で示すような成形工程で作製することは不可能であり、例えば、ドクターブレード法を用いてセラミックグリーンシートを作製し、これに空間部３１ａと３２ｂとなる開孔を設けて積層して作製しようとしてもコストのかかるものであり、また、射出成形法により、図２に示すようなパッケージ３０を形成するセラミックスを作製する場合、このような複雑な製品形状に対応した複雑な形状の金型が必要となり高価なものになってしまうとともに、成形速度が遅いため、量産性が粉末プレス成形装置と比較して劣るといった課題があった。しかも、使用する原料には多量のバインダーが含まれているため、粉末プレス成形装置により成形したセラミック成形体と比較して脱脂に４〜５倍の時間を要し、生産性が悪いといった課題もあった。
【００１５】
また、鋳込み成形法においても、量産性に欠けるという課題が同様にあった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明の粉末プレス成形装置は、セラミック原料粉末を成形するための粉末プレス成形装置において、ダイと上パンチと下パンチとを有した金型を備えるとともに、前記上パンチおよび前記下パンチに貫通孔を設けてそれぞれ上浮動パンチおよび下浮動パンチを挿入し、前記上浮動パンチと前記下浮動パンチとの先端部が近接してスライドするようにしたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記上下浮動パンチのうち、先端部の先端面の面積の大きい方を前記ダイの空間部に挿入し、前記空間部へセラミック原料粉末を充填した後、他方の浮動パンチを前記空間部へ挿入するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また、前記空間部へ後から挿入される前記上浮動パンチまたは前記下浮動パンチと、その周囲に配置される前記上パンチあるいは前記下パンチとの間隙が０．００５〜０．０２ｍｍであることを特徴とする。
【００１９】
また、前記上浮動パンチと前記下浮動パンチとの先端部が近接してスライドする間隙が０．０１〜０．０３ｍｍであることを特徴とする。
【００２０】
そして、本発明のセラミックスの製造方法は、前記粉末プレス成形装置を用いて、前記ダイに前記下パンチの一部を挿入する工程と、前記下パンチの前記貫通孔に前記下浮動パンチの一部を挿入して先端部を突出させ、前記ダイ、前記下パンチの先端、および前記下浮動パンチの先端部とで段を有した凹部を形成する工程と、該凹部内にセラミック原料粉末を充填する工程と、前記上パンチと、該上パンチの前記貫通孔に挿入した前記先端部の先端面の面積が前記下浮動パンチの面積より小さい前記上浮動パンチとを前記ダイに挿入して降下させ、前記下浮動パンチと前記上浮動パンチとを近接してスライドさせる工程と、前記上パンチをさらに降下させて前記セラミック原料粉末を加圧する工程と、前記上パンチを加圧完了位置まで降下させることによりセラミック成形体を得する工程と、得られた該セラミック成形体を焼成する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、セラミック原料粉末を成形するための粉末プレス成形装置に、ダイと上パンチと下パンチとを有した金型を備え、上パンチおよび下パンチに貫通孔を設けてそれぞれ上浮動パンチおよび下浮動パンチを挿入し、上浮動パンチと下浮動パンチのと先端部が近接してスライドするようにしたことから、複数の開孔部が互いに相対する方向に外接して開孔され、連通孔を形成したセラミックスを容易に量産性よく作製することができる。
【００２２】
さらに、上下浮動パンチのうち、先端部の先端面の面積の大きい方をダイの空間部に挿入し、空間部へセラミック原料粉末を充填した後、他方の浮動パンチを空間部へ挿入するようにしたことから、セラミック原料粉末が充填された空間部内で、例えば上下浮動パンチのうち先端面の面積の大きい方をスライドさせて大きく動かすことは、セラミック原料粉末の部分的な移動にともなって、他方の浮動パンチを変形させ寸法精度の問題が生じるからである。
【００２３】
また、空間部へ後から挿入される上浮動パンチまたは下浮動パンチと、その周囲に配置される上パンチあるいは下パンチとの間隙が０．００５〜０．０２ｍｍとしたことから、この間隙が小さいことにより上パンチと上浮動パンチとの摺動が悪く金型を破損することを防止でき、また、反面上記間隙が大きすぎることによる上浮動パンチと下浮動パンチとの間隙の設定が困難になることを防止できる。
【００２４】
さらに、上浮動パンチと下浮動パンチとの先端部が近接してスライドする間隙を０．０１〜０．０３ｍｍとすることにより、間隙によって生じるセラミックス内のバリの発生を防止し、さらには、間隙が小さすぎることによる上浮動パンチと下浮動パンチとの先端部が互いに接触して破損することを防止できる。
【００２５】
さらに本発明のセラミックスの製造方法によれば、ダイに下パンチの一部を挿入する工程と、下パンチの貫通孔に下浮動パンチの一部を挿入して先端部を突出させ、ダイ、下パンチの先端、および下浮動パンチの先端部とで段を有した凹部を形成する工程と、凹部内にセラミック原料粉末を充填する工程と、上パンチと、この上パンチの貫通孔に挿入した先端部の先端面の面積が下浮動パンチの面積より小さい上浮動パンチとをダイに挿入して降下させ、下浮動パンチと上浮動パンチとを近接してスライドさせる工程と、上パンチをさらに降下させてセラミック原料粉末を加圧する工程と、上パンチを加圧完了位置まで降下させることによりセラミック成形体を得る工程としたことから、成形密度のばらつきを抑えて、高精度のセラミック成形体を得ることができるので、これを焼成すると精度のよいセラミックスを量産性よく作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の粉末プレス成形装置における成形工程を示す縦断面図である。
【００２８】
この粉末プレス成形装置２０の金型は、略製品形状を有した空間部２を持つダイ１と、予め空間部２に充填したセラミック原料粉末１０を加圧するための上パンチ３と、下パンチ４と、さらには、これら上パンチ３と下パンチ４とにそれぞれ貫通孔７，８を設けて、この貫通孔７，８に挿入する上浮動パンチ５、下浮動パンチ６を設けてある。
【００２９】
そして、ダイ１上面に平行にスライドしてセラミック原料粉末１０をダイ１の空間部２に充填するためのフィーダー９が設けてある。
【００３０】
なお、図１には粉末プレス成形装置２０の金型部分の断面を示し、その他の部分は不図示としてあるが、粉末プレス成形装置２０の金型以外の部分は、適宜、一般的な粉末プレス成形機を用いればよく、上浮動パンチ５の駆動手段としては、エアー又は油圧式のシリンダーを用いればよい。
【００３１】
そして、本発明は、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部が、ダイ１の空間部２内で、互いに近接してスライドすることを特徴としている。
【００３２】
すなわち、本発明は、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部を、互いに近接してスライドするようにしたことから、本来、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との間にセラミック原料粉末１０によって形成される仕切り壁が形成されなくなることから、容易に安価に、セラミックス内に複数の開孔部が互いに相対する方向に外接して開孔された連通孔を形成することができるのである。
【００３３】
そしてこの様な成形を可能とするには、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６とのうち、各々の先端部の面積が大きい方をダイ１の空間部２に予め挿入しておき、小さい方をセラミック原料粉末１０を充填した後、セラミック原料粉末１０中に挿入するようにすることが重要である。つまり、図１に示すような場合には、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部の先端面の面積は上浮動パンチ５の方が下浮動パンチ６よりも小さいことから、上浮動パンチ５の方をセラミック原料粉末１０を充填した後にダイ１の空間部２へ挿入させることが肝要である。
【００３４】
なぜならば、セラミック原料粉末１０が充填された空間部２内で下浮動パンチ６のみをスライドさせて大きく動かすことは、セラミック原料粉末１０の部分的な移動が発生し、そのためにセラミック原料粉末１０の移動にともなって、上浮動パンチ５が変形したりすることで寸法精度に問題が生じるからである。
【００３５】
そして、このように上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との間隙を近接させるためには、上パンチ３と上浮動パンチ５との間隙をできる限り小さくして、上浮動パンチ５がぐらつかないようにすることが重要で、この間隙は０．００５〜０．０２ｍｍとすることが好ましく、より好ましくは０．００５〜０．０１ｍｍである。
【００３６】
この間隙を０．００５ｍｍ未満とすると上パンチ３と上浮動パンチ５との摺動が難しくなって、金型の破損につながり、０．０２ｍｍより大きくなると上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との間隙を設定し難くなることから注意が必要である。
【００３７】
そして、本発明は、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部が近接してスライドする間隙が０．０１〜０．０３ｍｍであることが好適である。
【００３８】
ここで、間隙が０．０１〜０．０３ｍｍであるとしたのは、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部が近接してスライドする間隙が０．０１ｍｍ未満であると、互いの先端部が接触して欠ける問題が起こり、０．０３ｍｍを越えるとセラミックス内の連通孔にバリが発生しやすくなるからで、酷い場合は連通孔を封鎖してしまうからである。
【００３９】
そして、本発明のセラミックスの製造方法は、ダイに下パンチの一部を挿入するとともに、下パンチの貫通孔に下浮動パンチの一部を挿入して先端部を突出させ、ダイ、下パンチの先端、および下浮動パンチ先端部とで段を有した凹部を形成し、この凹部内にセラミック原料粉末を充填した後、上パンチと、この上パンチの貫通孔に挿入した先端部の先端面の面積が下浮動パンチの面積より小さい上浮動パンチとをダイに挿入して降下させ、下浮動パンチと上浮動パンチとを近接してスライドさせた後、上パンチをさらに降下させてセラミック原料粉末を加圧し、上パンチを加圧完了位置まで降下させることによりセラミック成形体を得た後、これを焼結することを特徴とするものである。
【００４０】
ここで、本発明の粉末プレス成形装置２０を用いたセラミックスの製造方法について説明する。
【００４１】
まず、図１（ａ）に示すようにダイ１と各パンチをセットし、ダイ１の上面を往復運動するフィーダー９によってセラミック原料粉末１０を空間部２に充填する。
【００４２】
つぎに、（ｂ）に示すように、上パンチ３と上浮動パンチ５とを下降させ、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６とを近接してスライドできるようにセットする。この時、上浮動パンチ５は上パンチ３の先端面より突出させて配置する。
【００４３】
その後、上パンチ３と上浮動パンチ５とを降下させて、ダイ１の空間部２に上パンチ３を挿入させ、下浮動パンチ６も上パンチ３と上浮動パンチ５との降下とともに徐々に降下させる。
【００４４】
そして、上パンチ３がセラミック原料粉末１０を圧縮する加圧完了手前（下死点手前）まで来た時に、上パンチ３を加圧完了位置（下死点）まで降下させることにより成形を完了する。
【００４５】
このように、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６とを可動させることによりセラミック原料粉末１０を流動化させてセラミック原料粉末の詰まりを良くすることができるため、全体の成形密度を近似させことができる。
【００４６】
しかる後、図１（ｃ）に示すように、上パンチ３と上浮動パンチ５とを上昇させるとともに、下パンチ４を上昇させることによりセラミック成形体３５を取り出すようになっている。
【００４７】
このように、本発明の粉末プレス成形装置２０を用いてプレス成形すれば、図２（ａ），（ｂ）に示すような形状のセラミック成形体でも成形密度のばらつきを抑え、精度の高いセラミックスを量産することができる。
【００４８】
そして、本発明の粉末プレス成形装置２０により成形したセラミック成形体を所望の温度で焼成することにより、図２（ａ），（ｂ）に示すセラミックスからなるパッケージ３０を破損なく作製することができる。
【００４９】
そして、このように作製されるセラミックスは、液体や気体の流路部材として用いるこ
ともできる。例えば、流路部材としてインクジェットプリンタヘッドに用いる場合は、インクジェットプリンタヘッド（以下、単にヘッドと称す）はインクを加圧するインク加圧室と該インク加圧室を加圧する駆動部と前記インク加圧室へインクを流入するためのインク流路と、前記駆動部によってインク加圧室を加圧してインクを吐出するノズルから構成されるので、本発明の一例を示す流路部材はインク流路として用いられ、インクタンクから流入するインクの流路とインク加圧室に供給するためのインク貯留室として用いられる。
【００５０】
本発明の粉末プレス成形装置を用いた流路部材をヘッドに用いると、高精度な流路部材を安価に作製することができる。
【００５１】
ここで、本発明におけるダイ１、下パンチ４、下浮動パンチ６、上パンチ３、上浮動パンチ５の形状としては、本発明に示す形状のものに限定されるものではなく、セラミックスの形状や連通孔の位置や形状にあわせて適宜選択して用いれば良く、連通孔の数を増やすことや多岐にわたることなど、さらには、上パンチ３と上浮動パンチ５とを一体化させることや、コアピンを付加するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更したものにも適用できることは言う迄もない。
【００５２】
また、適用できる成形方法、プレス成形装置としては、ダイス固定式片パンチ加圧成型法、ダイス固定式両パンチ加圧成型法、下パンチ固定式フローティング・ダイ成型法などのいずれにおいても適用可能である。なお、プレス装置の種類も機械式でも油圧式でも良く、限定されない。
【００５３】
加えて、セラミック原料粉末の種類もアルミナ、ジルコニア、窒化アルミ、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸バリウム系誘電体材料などのセラミック原料粉末のほか、本発明ではセラミック原料粉末で説明したが、磁石用合金粉末などの各種金属材料の原料にも適用でき、範疇に含むものである。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００５５】
アルミナ粉末原料に添加剤を加えてセラミック原料粉末１０を作製し、ダイ１と上パンチ３と下パンチ４とを有した金型を備えるとともに、上パンチ３および下パンチ４に貫通孔７，８を設けてそれぞれ上浮動パンチ５および下浮動パンチ６を挿入し、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６の先端部が近接してスライドする粉末プレス成形装置２０を用いて成形を行った。この時、上パンチ３と上浮動パンチ５との間隙を０．００５〜０．０１ｍｍの範囲に設定し、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部が近接してスライドする間隙を０．００５ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０３５ｍｍと設定して成形を行った。
【００５６】
その結果、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部が近接してスライドする間隙を０．００５ｍｍとしたものは上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部が接触して欠けが発生し、０．０３５ｍｍのものは間隙にバリが残り使用不可であった。
【００５７】
この間隙が０．０１ｍｍと０．０３ｍｍとのものはいずれも、上浮動パンチ５と下浮動パンチ６との先端部に欠けは発生せず、また、間隙にバリの発生は見られず良好であった。
【００５８】
そして、これら成形体を１６００℃で焼成してセラミックスを得た。そして、これらを双眼顕微鏡で観察したところ、特にクラックやバリによる突起などもなく、流路部材、特
にヘッドなどに用いても問題なく使える状態であった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、電子部品を搭載したパッケージや気体や液体などの流路部材または継ぎ手などの分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の粉末プレス成形装置における成形工程を説明するための縦断面図である。
【図２】本発明の粉末プレス成形装置を用いて作製されたパッケージを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】従来の粉末プレス成形装置を用いて作製されたパッケージを示し、（ａ）はパッケージの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、従来の粉末プレス成形装置における成形工程を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，４１    ：ダイ
２，４２    ：空間部
３，４３    ：上パンチ
４，４４    ：下パンチ
５          ：上浮動パンチ
６，４７    ：下浮動パンチ
７          ：貫通孔
８          ：貫通孔
９，４５    ：フィーダー
１０，４６  ：セラミック原料粉末
２０，４０  ：粉末プレス成形装置
３０，５０  ：パッケージ
３１ａ      ：空間部
３２ｂ      ：空間部
３１ｃ      ：空間部内面
３２ｄ      ：空間部内面
３５，５５  ：セラミック成形体
５１        ：空間部
５２        ：隔壁
【図１】
0004632681.tif 000002
【図２】
0004632681.tif 000003
【図３】
0004632681.tif 000004
【図４】
0004632681.tif 000005