(57)【要約】【課題】  容易かつ短時間で筒状のセラミック焼結体を製造することができるセラミック焼結体の製造方法およびセラミック焼結体を提供する。【解決手段】  長孔２が設けられたグリーンシート１の一部を芯材３の外周面に巻き付けた後、さらにグリーンシート１の既に巻き付けられた部分に、グリーンシート１の巻き付けられていない部分を重ねるように、グリーンシート１を巻き付ける。巻き付けられたグリーンシート１をプレス成形して焼成することでセラミック焼結体が得られる。【選択図】      図３
2013169734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス材料を含むグリーンシートに、孔および溝の少なくともいずれかを設ける加工工程と、
前記孔および前記溝の少なくともいずれかが設けられた前記グリーンシートの一部を芯材の外周面に巻き付けた後、さらに前記グリーンシートの既に巻き付けられた部分に、前記グリーンシートの巻き付けられていない部分を重ねるように、前記グリーンシートを巻き付ける巻付け工程と、
巻き付けられた前記グリーンシートを焼成してセラミック焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とするセラミック焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記巻付け工程の後、前記焼成工程の前に、
前記グリーンシートを冷間等方圧プレスによって成形するプレス成形工程を有することを特徴とする請求項１記載のセラミック焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記加工工程では、前記孔および前記溝の少なくともいずれかを、グリーンシートの長手方向中央部分にのみ設け、
前記巻付け工程では、前記グリーンシートの長手方向一端部から巻き始めて、長手方向他端部で巻き終えることを特徴とする請求項１または２記載のセラミック焼結体の製造方法。
【請求項４】
筒状のセラミック焼結体であって、内部に流路を有する周壁部を備え、前記流路は、断面形状が略矩形状であり、互いに向かい合う２つの辺の一方の辺が内方に突出する凸部を有し、他方の辺が前記凸部に対応する凹部を有することを特徴とするセラミック焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリーンシートを加工した後に焼結してセラミック焼結体を得るセラミック焼結体の製造方法およびセラミック焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック焼結体は、耐熱性、耐薬品性に優れ、機械的強度が高いので、高温高圧などの過酷な環境条件下で好ましく用いられる。また、その製造方法は、所定の形状に成形して焼成すればよいので、板状や柱状のような単純な形状のみならず、筒状やその他複雑な形状で得ることができる。
【０００３】
流体を流すような使用形態を想定すると、筒状または管状のセラミック焼結体が用いられる。筒状の焼結体を製造する場合、複数のグリーンシートを芯材に順次貼り付けた後、プレス成形して焼成する。さらに、焼結体の機能を向上させるために、金属材料などを周壁内部に埋設させたり、周壁の内部に流路を設けたり、軽量化のために周壁内部に空隙を設けることがある。このような場合は、貼り付けるグリーンシートの間に、金属材料を塗布するような製造方法が採用される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１４３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたような製造方法では、工程が繁雑になり、製造に要する時間も長時間になる。たとえば、筒状のセラミック焼結体の場合に、複数のグリーンシートを貼り付ける方法では、内側よりも外側の直径の方が大きくなるので、内側に貼り付けるグリーンシートよりも外側に貼り付けるグリーンシートを大きくする必要があり、準備すべきグリーンシートの大きさが全て異なることになる。大きさが異なるグリーンシートを一枚ずつ貼り付ける作業は繁雑であり、時間を要する。さらに、全て大きさが異なるためにグリーンシートの管理も複雑になる。
【０００６】
本発明の目的は、容易かつ短時間で筒状のセラミック焼結体を製造することができるセラミック焼結体の製造方法およびセラミック焼結体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、セラミックス材料を含むグリーンシートに、孔および溝の少なくともいずれかを設ける加工工程と、
前記孔および前記溝の少なくともいずれかが設けられた前記グリーンシートの一部を芯材の外周面に巻き付けた後、さらにグリーンシートの既に巻き付けられた部分に、前記グリーンシートの巻き付けられていない部分を重ねるように、前記グリーンシートを巻き付ける巻付け工程と、
巻き付けられた前記グリーンシートを焼成してセラミック焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とするセラミック焼結体の製造方法である。
【０００８】
また本発明は、前記巻付け工程の後、焼成工程の前に、
前記グリーンシートを冷間等方圧プレスによって成形するプレス成形工程を有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記加工工程では、前記孔および前記溝の少なくともいずれかを、グリーンシートの長手方向中央部分にのみ設け、
前記巻付け工程では、前記グリーンシートの長手方向一端部から巻き始めて、長手方向他端部で巻き終えることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、筒状のセラミック焼結体であって、内部に流路を有する周壁部を備え、前記流路は、断面形状が略矩形状であり、互いに向かい合う２つの辺の一方の辺が内方に突出する凸部を有し、他方の辺が前記凸部に対応する凹部を有することを特徴とするセラミック焼結体である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、孔および溝の少なくともいずれかが設けられたグリーンシートの一部を芯材の外周面に巻き付けた後、さらに前記グリーンシートの既に巻き付けられた部分に、前記グリーンシートの巻き付けられていない部分を重ねるように、前記グリーンシートを芯材に巻き付ける。
【００１２】
これにより、１枚のグリーンシートを巻き付けるだけで、周壁に各種の構造を付与することができ、容易かつ短時間でセラミック焼結体を得ることができる。
【００１３】
また本発明によれば、冷間等方圧プレスによって成形するので、等方的に圧力が付加され、巻き付けられた状態のグリーンシートであっても成形することができる。
【００１４】
また本発明によれば、前記孔および前記溝の少なくともいずれかを、グリーンシートの長手方向中央部分にのみ設け、前記グリーンシートの長手方向一端部から巻き始めて、長手方向他端部で巻き終える。
【００１５】
これにより、中央部分に設けられた孔および溝は、他の部分によって塞がれることになり、周壁の内部に流路または空隙を設けることができる。
【００１６】
また本発明によれば、周壁部内の流路は、断面形状が略矩形状であり、互いに向かい合う２つの辺の一方の辺が内方に突出する凸部を有し、他方の辺が前記凸部に対応する凹部を有する。
これにより、流体の流路内の流れを容易に乱流状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態であるセラミック焼結体の製造方法を示す工程図である。
【図２】長孔２を設けたグリーンシート１の一例を示す平面図である。
【図３】芯材３にグリーンシート１を巻き付ける様子を示す模式図である。
【図４】開口２ａ，２ｂを外周面に設けた場合のセラミック焼結体１００の例を示す図である。
【図５】開口２ａ，２ｂを端面に設けた場合のセラミック焼結体１０１の例を示す図である。
【図６】本実施形態で用いる巻付け装置１０の例を示す概略図である。
【図７】芯材３の軸線に直交する断面形状の一例を示す図である。
【図８】段差を設けた芯材３の軸線方向に直交する断面を示す断面図である。
【図９】テーパ１ｄを設けたグリーンシート１を芯材３に巻き付けている状態を示す断面図である。
【図１０】平行なスロット２ｃを設けたグリーンシート１の例を示す平面図である。
【図１１】軸線方向端部を切り落とした後のロール状グリーンシート１の端面を示す平面図である。
【図１２】ロール状グリーンシート１の焼成後に得られるセラミック焼結体１０１Ａを示す斜視図である。
【図１３】格子状空間を設けるためのグリーンシート１の例を示す平面図である。
【図１４】格子状空間が設けられたセラミック焼結体１０２を示す斜視図である。
【図１５】空隙を設けるためのグリーンシート１の例を示す平面図である。
【図１６】空隙が設けられたセラミック焼結体１０３を示す斜視図である。
【図１７】長孔２による流路部分の一例を拡大した拡大断面図である。
【図１８】長孔２による流路部分の他の例を拡大した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態であるセラミック焼結体の製造方法を示す工程図である。
本実施形態の製造方法は、ステップＳ１のグリーンシート形成工程、ステップＳ２の孔または溝加工工程、ステップＳ３の巻付け工程、ステップＳ４のプレス工程およびステップＳ５の焼成工程からなる。
【００１９】
本実施形態の製造方法は、ステップＳ３の巻付け工程に特徴を有するものであり、グリーンシートの長手方向一端部から巻き始めて、グリーンシートの長手方向他端部が、巻き始めの位置を越えるように巻き付けるものである。すなわち、巻き数が１よりも大きく、芯材の軸線方向から見たときに、芯材表面にグリーンシートを螺旋状に巻き付けている。従来では、筒状のセラミック焼結体を製造する場合、複数のグリーンシートを１枚ずつ貼り合わせていたが、本実施形態では、芯材に１枚のグリーンシートを巻き付けるだけで、所望の肉厚の周壁を得ることができ、容易かつ短時間で製造することができる。周壁の内部に流路や空隙を設けたい場合には、予めグリーンシートの長手方向中央に孔または溝などを設けておき、これを芯材に巻き付けるだけで内部に流路や空隙を容易に設けることができる。
【００２０】
以下に、本実施形態の筒状セラミック焼結体の製造方法について詳細に説明する。
＜ステップＳ１＞グリーンシート形成工程
ステップＳ１では、芯材に巻き付けるためのグリーンシートを形成する。まず、グリーンシートを形成するスラリーを調製するために、原料粉末としてセラミック粉末を準備する。
【００２１】
セラミック粉末としては、特に限定されるものではないが、クォーツ、クリストバライトなどのＳｉＯ２や、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、コージェライト、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミなどが好適である。
【００２２】
これらの中でも、高強度化に優れる点および低コストである点でアルミナが好ましく、また、高熱伝導化および高強度化に優れる点で炭化珪素が好ましい。
また、セラミック焼結体に要求される特性に応じてガラス粉末を加えてもよい。
【００２３】
ガラス粉末としては、ＳｉＯ２と、さらにＢ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上とを含有するものであって、たとえば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、ＺｎまたはＰｂを示す。）などのホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラスなどが挙げられる。
【００２４】
上記の原料粉末を所定量秤量し、有機バインダーおよび溶剤、さらに所望により可塑剤などを加えてスラリーを調製する。
【００２５】
調製したスラリーは、たとえば、ドクターブレード法などの公知の形成方法によりシート状とし、厚さ１００μｍ〜１５００μｍのグリーンシートを形成する。
【００２６】
芯材に巻き付けることを考慮すると、グリーンシートは、矩形状とすることが好ましく、従来の筒状セラミック焼結体の製造に用いるグリーンシートに比べて、その長手方向の長さは、数倍以上の長さに形成される。
【００２７】
＜ステップＳ２＞孔または溝加工工程
ステップＳ２では、ステップＳ１で形成したグリーンシートに、少なくとも孔または溝を設けるための加工を行う。
【００２８】
この工程で設けた孔および溝は、筒状セラミック焼結体の周壁に孔、溝、流路または空隙などとして現れる。周壁の内部に設けられた孔、溝および空隙は、筒状セラミック焼結体の軽量化、および筒状セラミック焼結体の内空間と外空間との断熱のために形成される。また周壁の内部に設けられた流路は、周壁の内部に流体を流すために設けられる。設けた孔および溝は、筒状セラミック焼結体として、半径方向内方に向かって開口してもよく、半径方向外方に向かって開口してもよく、また周壁の内部で閉空間となるように設けられてもよい。
【００２９】
セラミック焼結体として孔および溝をどのように配置するかを予め考慮して、グリーンシートに孔加工、溝加工を施す。
【００３０】
ここで、孔はグリーンシートの厚み方向に貫通する貫通孔であって、その形状は、特に限定されない。厚み方向に直交する断面における断面形状が、たとえば円形状であっても矩形状であってもよく、スロットのような長孔であってもよい。また、断面形状は厚み方向に一様であってもよく、種々変化してもよい。
【００３１】
また、溝はグリーンシートを厚み方向に貫通せず、グリーンシートの一方表面に開口し、内壁面および底面によって規定される。
【００３２】
孔は、巻付け工程における巻き数を増やしたときに、周壁の厚み方向に順次連通させることができるので、たとえば、周壁の厚み方向に深い孔を設けたい場合に設ければよい。溝は周壁の厚み方向の深さを深くすることはできないが、巻き付けたグリーンシートの他の部分で溝の開口を塞げば、空隙や流路などの閉空間を容易に設けることができる。
【００３３】
孔および溝は、従来公知の手法で設けることができ、たとえば、レーザーやマイクロドリル、パンチングなどによって設けることができる。
【００３４】
図２は、長孔２を設けたグリーンシート１の一例を示す平面図である。
グリーンシート１を主面に対して直交する方向から平面視したときに、長孔２がミアンダ状となるように加工したものである。グリーンシート１が焼成されてセラミック焼結体となったときに、この長孔２が周壁内部に流路として設けられるようにしている。すなわち、長孔２が設けられたグリーンシートを芯材に巻き付けたときに、長孔２の厚み方向両側の開口は、巻き付けられたグリーンシートの他の部分によっていずれも塞がれる。そのために、グリーンシート１の長手方向中央部分にのみ長孔２を設けて加工領域１ａとし、長手方向一端部側部分には孔も溝も設けずに第１未加工領域１ｂとし、長手方向他端部側部分には孔も溝も設けずに第２未加工領域１ｃとする。
【００３５】
＜ステップＳ３＞巻付け工程
ステップＳ３の巻付け工程では、少なくとも孔または溝が設けられたグリーンシートを、芯材に巻き付ける。孔または溝が設けられたグリーンシートは、図２に示したように矩形状であり、その長手方向一端部から巻き始めて、グリーンシートの長手方向他端部が、巻き始めの位置を越えるように巻き付ける。１枚のグリーンシートを芯材に巻き付けて、同じグリーンシートの部分と他の部分とが重なり合うように巻き付けることで、従来のような複数のグリーンシートを用いることなく、１枚のグリーンシートを連続的に巻き付けることで、周壁が複数層からなる筒状のセラミック焼結体を容易かつ短時間で製造することができる。また、１枚のグリーンシートを巻き付ける、すなわち同一材料でセラミック焼結体を製造するので、セラミック焼結体の信頼性を向上させることができる。特に、アルミナおよび炭化珪素などの高温条件下または特殊な雰囲気下で焼成する必要がある材質を用いる場合であっても、信頼性に優れたセラミック焼結体を製造することが可能となる。
【００３６】
図３は、芯材３にグリーンシート１を巻き付ける様子を示す模式図である。
グリーンシート１を、その主面が水平方向に平行となるように保持し、長手方向一端部に、芯材３を配置する。芯材３は、柱状または筒状の部材からなり、軸線方向が水平方向と平行な状態で、外周面にグリーンシート１の一方の主面が接するように配置する（図３（ａ））。
【００３７】
芯材３の外周面に、直接グリーンシート１の長手方向一端部側の第１未加工領域１ｂを巻き付け、芯材３の外周面をグリーンシート１で覆った後、さらに巻付けを継続して、グリーンシート１の既に芯材３に巻き付けられた部分に、グリーンシート１の未だ巻き付けられていない部分を重ねるように巻き付ける。
【００３８】
本実施形態では、芯材３の外周面は、第１未加工領域１ｂによって全て覆われる（図３（ｂ））。ミアンダ状の長孔２が設けられた加工領域１ａは、既に巻き付けられた第１未加工領域１ｂに重なるように巻き付けられる（図３（ｃ））。加工領域１ａの巻付けは、加工領域１ａの長手方向長さによって調節することが可能であり、周方向に略一周分だけ巻き付けてもよく、既に巻き付けられた加工領域１ａの一部に、加工領域１ａの他の部分を重ねて巻き付けるようにしてもよい。加工領域１ａが巻き付けられると、さらに第２未加工領域１ｃを、既に巻き付けられた加工領域１ａに重ねる様に巻き付ける。本実施形態では、既に巻き付けられた加工領域１ａを、第２未加工領域１ｃで全て覆うように巻き付ける（図３（ｄ））。
【００３９】
このような巻付けによって、１枚のグリーンシート１が全て巻き付けられた状態で、長孔２は開口することなく、グリーンシート１の周壁内部に閉空間として設けられる。
【００４０】
たとえば、長孔２を周壁内部の１本の流路として使用する場合は、流入口と排出口となる開口をそれぞれ設けて、閉空間となった長孔２を外空間に連通させる必要がある。
【００４１】
流入口および排出口となる開口を設ける位置は、筒状となったグリーンシート１の外周面であってもよく、端面であってもよい。
【００４２】
図４は、開口２ａ，２ｂを外周面に設けた場合のセラミック焼結体１００の例を示す図である。図４（ａ）は、外周面を上方から見た斜視図であり、図４（ｂ）は、端面を示す平面図である。開口２ａ，２ｂは、一方が長孔２を流路として用いるときの流路への流入口であり、他方が流路からの排出口である。
【００４３】
開口２ａ，２ｂは、グリーンシート１を芯材３に巻き付けた後に、外周面から内方に向かって孔加工を施して設けてもよく、ステップＳ２の孔または溝加工工程において、予め孔加工によって設けておいてもよい。
【００４４】
図５は、開口２ａ，２ｂを端面に設けた場合のセラミック焼結体１０１の例を示す図である。図５（ａ）は、外周面を上方から見た斜視図であり、図５（ｂ）は、端面を示す平面図である。開口２ａ，２ｂは、一方が長孔２を流路として用いるときの流路への流入口であり、他方が流路からの排出口である。
【００４５】
開口２ａ，２ｂは、グリーンシート１を芯材３に巻き付けた後に、端面から軸線方向に孔加工を施して設ければよい。
【００４６】
図６は、本実施形態で用いる巻付け装置１０の例を示す概略図である。巻付け装置１０は、芯材３の軸線と平行な軸線回りに回転可能であって、芯材３の鉛直方向下方に設けられる保持ローラ４と、グリーンシート１が芯材３から離れないよう芯材３の外周面の形状に沿ってグリーンシート１を案内するガイド部材５と、図示しない芯材３の回転駆動装置、グリーンシート１とグリーンシート１に積層されたキャリアテープ６を送り出す送り出し装置、剥離したキャリアテープ６を巻き取る巻取り装置、保持ローラ４を鉛直方向上向きに押し上げてグリーンシート１を芯材３に対して一定の力で付勢する付勢装置などを備える。
【００４７】
また、グリーンシート１のキャリアテープ６が積層される側と反対の主面には、予め密着液が塗布されており、グリーンシート１と芯材３との密着性およびグリーンシート１が重なり合った部分におけるグリーンシート１同士の密着性を向上させて、隙間なく巻き付けることを可能としている。
【００４８】
回転駆動装置によって芯材３を回転させながら、積層されたグリーンシート１とキャリアテープ６とを芯材３に向かって水平方向に順次送り出し、グリーンシート１を芯材３に巻き付ける。送り出されたグリーンシート１は、保持ローラ４によって芯材３に向かって付勢され、芯材３表面に一定の圧力で圧接される。圧接しながら芯材３を回転させることで、芯材３の外周面にグリーンシート１が巻き付けられる。保持ローラ４と芯材３との間を通過したグリーンシート１とキャリアテープ６とは、ガイド部材５と芯材３との間隔をさらに通過する。ガイド部材５は、芯材３と所定の間隔を空けて設けられ、芯材３に対向する側の面が、芯材３の外周面に沿うような曲面で構成される。ガイド部材５によって、保持ローラ４と芯材３との間を通過したグリーンシート１が芯材３から離れることを防止する。キャリアテープ６は、芯材３よりも上方に設けられた巻取り装置によって巻き取られることにより、芯材３に巻き付けられたグリーンシート１から剥離されて回収される。
【００４９】
芯材３の回転とグリーンシート１の送り出しを連続して行うことで、１枚のグリーンシート１を、周方向に複数回にわたって芯材３に巻き付けることができる。なお、グリーンシート１の巻付けが進み、重なり合う部分が生じ始めると、既に芯材３に巻き付けられたグリーンシート１の部分が、巻き付けられる芯材となるので、巻付けの進行に伴って、芯材の直径が連続的に増加するものとみなすことができる。したがって、芯材３の軸線と保持ローラ４の軸線との距離を終始一定とすると巻き付けられなくなるので、芯材３の軸線と保持ローラ４の軸線との距離、すなわち芯材３と保持ローラ４との間隔が、巻付けの進行に伴って広がるようにする必要がある。間隔の広げ方は、保持ローラ４の位置を固定して芯材の３を鉛直方向上方に移動させてもよいし、芯材３の位置を固定して保持ローラ４を鉛直方向下方に移動させてもよいし、芯材３と保持ローラ４とをそれぞれ鉛直方向に移動させて間隔を広げるようにしてもよい。
【００５０】
上記で説明した巻付け装置１０は、巻付け工程を実施するための一例であって、グリーンシート１を芯材３に巻き付けることができる装置であれば、グリーンシート１を送り出すことなく、芯材３を回転させながら略水平方向に移動させる装置であってもよく。芯材３を回転させずにグリーンシート１を周方向に沿って移動させて巻き付ける装置などであってもよい。
【００５１】
芯材３の材質としては、焼成前にグリーンシートから取り除く際の離型性がよく、後のプレス工程における耐圧性、焼成工程における耐熱性などを満足するものであればよく、たとえば、炭素鋼またはステンレス鋼などの金属、窒化ケイ素またはジルコニアなどの高強度のセラミック焼結体などを用いることができる。また、グリーンシートからの離型性を高める点で、芯材３の表面にフッ素樹脂等をコーティングすることが好ましい。
【００５２】
さらに、芯材３としては、グリーンシート１と同じ材料を含む、未焼結のセラミック成形体を用いてもよい。この未焼結のセラミック成形体として柱状のものを用いれば、ステップＳ５の焼成工程で、セラミック成形体の芯材３とグリーンシート１とを同時焼成することによって、柱状のセラミック焼結体を得ることができる。
【００５３】
また、芯材３の軸線に直交する断面形状は、楕円を含む円形状、六角形などの多角形状、図７に示すような矩形３１の両側に半円３２を接続したような、いわゆるトラック形状など、セラミック焼結体として要求される形状に応じて適宜選択すればよい。
【００５４】
厚みが一定の１枚のグリーンシートを芯材３に複数回巻き付ける場合、既に巻き付けられた部分と重なり合う部分において、巻付け時にグリーンシート１の厚み分の段差が発生しやすくなる。巻き始めの長手方向一端部に重なる部分では、芯材３の外周面からグリーンシート１の一部の主面が離れ、グリーンシート１と芯材３との間に微小な隙間が形成される。特にグリーンシート１の厚みが厚くなるほど隙間が大きくなり、たとえばプレス時に隙間にグリーンシート１が押し込まれて周壁に凹みが生じるなどのおそれがある。
【００５５】
このような隙間を生じさせないように、芯材３の表層部分にグリーンシート１の厚み分の段差を設けることが好ましい。図８は、段差を設けた芯材３の軸線方向に直交する断面を示す断面図である。図８では、わかりやすいようにグリーンシート１を巻き付けている状態を示している。芯材３の表層部分に、グリーンシート１の厚みと同じ高さの段差３ａを設ける。芯材３の外周面は、段差３ａの高い部分から周方向に沿った低い部分までの間を１つの曲面で構成し、段差３ａの高い部分から半径方向に沿った低い部分までの間を平面で構成している。巻き始めとなるグリーンシート１の長手方向一端部の一方の主面を段差３ａの低い部分の曲面表面に当接させ、長手方向一端部の端面を平面に当接させると、グリーンシート１の長手方向一端部の他方の主面と、段差３ａの高い部分の曲面表面とが連なった曲面となり、さらに巻き付けられるグリーンシート１の部分が、芯材３と離れることがなくなる。
【００５６】
また、グリーンシート１と芯材３との間に隙間を生じにくくさせるには、グリーンシート１の巻き始めとなる長手方向一端部の、短手方向に直交する断面形状がテーパ状となるように、予めグリーンシート１の端部に斜面を形成する構成であってもよい。
【００５７】
図９は、テーパ１ｄを設けたグリーンシート１を芯材３に巻き付けている状態を示す断面図である。グリーンシート１のテーパ１ｄを設けた一端部の一方の主面を芯材３の表面に当接させると、テーパ１ｄの斜面が芯材３の外周面と滑らかに接続され、段差が生じないので、さらに巻き付けられるグリーンシート１と芯材３との間の隙間を生じにくくさせることができる。
【００５８】
＜ステップＳ４＞プレス工程
ステップＳ４では、芯材３に巻き付けられたロール状のグリーンシート１をプレスによって成形する。ロール状のグリーンシート１をプレスする場合は、特定の方向から圧力を付加するのではなく、等方的な圧力付加が好ましい。ロール状グリーンシートに等方的に圧力を付加することができるプレス方法として、冷間等方圧プレス（ＣＩＰ、cold isostatic press）がある。ロール状のグリーンシートをラバーモールドで被覆し、圧力容器内の水中に全体を浸漬して水圧を付加する。
【００５９】
なお、プレス工程ではＣＩＰに限らず、他のプレス方法によってロール状グリーンシートの成形を行ってもよい。また、ステップＳ３の巻付け工程において、保持ローラ４によるグリーンシート１への付勢力を適宜調節することで、プレス工程と同等の圧力付加を行うことができる。巻付け工程で巻付けと同時に保持ローラ４によるプレスを行うことで、ステップＳ４のプレス工程を省略してもよい。
【００６０】
＜ステップＳ５＞焼成工程
ステップＳ５では、巻き付けられ、さらにプレス成形されたロール状の成形体を焼成して筒状のセラミック焼結体を得る。焼成は、有機バインダーおよび溶剤などを燃焼させるとともに、セラミック粉末を焼結させる方法であれば、従来公知の焼成方法を用いることができる。なお、芯材３として、金属またはセラミック焼結体などを用いる場合には、焼成時に芯材３が溶融することを防ぐため、また、筒状のセラミック焼結体の割れを低減するために、巻き付けられたロール状のグリーンシートから芯材３を取り除いた後、巻き付けられたロール状のグリーンシートを焼成することが好ましい。
【００６１】
焼成温度および焼成雰囲気などは、得られるセラミック焼結体の材質によって適宜設定すればよく、たとえば、材質がアルミナであれば、大気雰囲気下１６００℃程度で焼成すればよく、炭化珪素であれば真空雰囲気下２０００℃程度で焼成すればよい。
【００６２】
以上のような各工程によって、周壁に機能向上のための構造を付加した筒状のセラミック焼結体を、容易かつ短時間で得ることができる。
【００６３】
以下では、本発明の他の実施態様について説明する。
図２などに示した長孔２を設けたグリーンシート１、または互いに平行な複数の直線状のスロットを設けたグリーンシート１を芯材３に巻き付けた後、ロール状のグリーンシート１の軸線方向一端部および軸線方向他端部の少なくともいずれかを、所定の幅だけ切り落として端面に開口させることもできる。図１０は、平行なスロット２ｃを設けたグリーンシート１の例を示す平面図である。図１０（ａ）は、スロット２ｃの延びる方向がグリーンシート１の幅方向（短手方向）に平行な例を示し、図１０（ｂ）は、スロット２ｃの延びる方向がグリーンシート１の長手方向、短手方向のいずれにも非平行な傾斜したスロット２ｃの例を示す平面図である。
【００６４】
図１１は、軸線方向端部を切り落とした後のロール状グリーンシート１の端面を示す平面図である。軸線方向一端または他端から、長孔２または各スロット２ｃに到達するまでの幅を切り落とすことによって、切り落とし後の端面には、長孔２の一部または各スロット２が開口し、端面から周壁内部に流体などを流入させることができる。長孔２およびスロット２ｃは、周方向に一様に複数設けられているので、端面に複数かつ周方向に一様に開口が設けられることとなる。
【００６５】
端部を切り落とした後は、プレスを経て焼成する。図１２は、ロール状グリーンシート１の焼成後に得られるセラミック焼結体１０１Ａを示す斜視図である。図１２（ａ）は、図１０（ａ）に示した、スロット２ｃの延びる方向がグリーンシート１の幅方向に平行な場合におけるセラミック焼結体１０１Ａを示し、図１２（ｂ）は、図１０（ｂ）に示した、スロット２ｃの延びる方向がグリーンシート１の長手方向、短手方向のいずれにも非平行な場合におけるセラミック焼結体１０１Ａを示す。端部を切り落とした後は、プレスを経て焼成するので、図１１に示したようなロール状のグリーンシート１と、図１２に示したような焼成後に得られるセラミック焼結体１０１Ａとは、収縮による大きさの変化はあるが、形状は同じとなる。
【００６６】
周壁内部の周方向に一様に流路が設けられた筒状のセラミック焼結体１０１Ａは、たとえば熱交換器などに好適に用いられる。
【００６７】
筒状セラミック焼結体１０１Ａの内部空間において軸線方向に第１の流体を流し、周壁内部の流路に第２の流体を流すことにより、内側の周壁を介して第１の流体と第２の流体との間で熱交換が行われる。また、筒状セラミック焼結体１０１Ａの一方端に蓋体を設け、蓋体が設けられていない開放された他方端側から筒状セラミック焼結体１０１Ａの内部空間を一方端側に向かって流れる第１流体の流れ方向を蓋体によって堰き止め、周壁内部の流路に案内して流入するように構成する。筒状セラミック焼結体１０１Ａの外周面に接触するように第２の流体を流すことにより、外側の周壁を介して第１の流体と第２の流体との間で熱交換が行われる。
【００６８】
また、他の実施態様として、周壁の内部に格子状の空間を設けて、セラミック焼結体の軽量化を図ることも可能である。図１３は、格子状空間を設けるためのグリーンシート１の例を示す平面図である。図１４は、格子状空間が設けられたセラミック焼結体１０２を示す斜視図である。
【００６９】
グリーンシート１の長手方向中央部分において、短手方向に平行に延びる複数のスロット２ｄと、長手方向に延びる複数のスロット２ｅとを設ける。このようなグリーンシート１を芯材３に巻き付けた後、プレスおよび焼成することで、図１４に示すような格子状の空間が設けられたセラミック焼結体１０２が得られる。
【００７０】
なお、上記のように、ロール状のグリーンシート１の状態で端部を切り落とし、セラミック焼結体の端面に開口させて格子状空間に充填物を充填することも可能である。
【００７１】
また、他の実施態様として、周壁の内部に空隙を設ける。図１５は、空隙を設けるためのグリーンシート１の例を示す平面図である。図１６は、空隙が設けられたセラミック焼結体１０３を示す斜視図である。
【００７２】
軽量化または断熱性向上などを目的として、周壁に空隙を設ける。グリーンシート１の長手方向中央部分において、断面形状が円形状の孔２ｆを一様に複数設ける。このようなグリーンシート１を芯材３に巻き付けた後、プレスおよび焼成することで、図１６に示すような空隙が設けられたセラミック焼結体１０３が得られる。
【００７３】
本発明の製造方法で製造されたセラミック焼結体は、周壁内部に流路を設ける場合であって、流路内の流体の流れを乱流状態とした場合に特に有効である。
【００７４】
図４および図５に示したようなセラミック焼結体１００，１０１に設けられた流路は、その流れ方向の断面形状が略矩形状であり、互いに向かい合う２つの辺の一方の辺は、内方に突出する凸部を有し、他方の辺は、前記凸部に対応する凹部を有する。
【００７５】
図１７は、長孔２による流路部分の一例を拡大した拡大断面図である。紙面に直交する方向がセラミック焼結体の軸線方向であり、流体は、長孔２による流路を紙面に直交する方向に流れる。
【００７６】
流路の断面１１は、略矩形状に形成される。孔加工において、複数の長孔２を設ける位置を適宜設定することで、グリーンシート１が複数回巻き付けられたときに、複数の長孔２を半径方向に連通させることができる。このとき、一部の長孔２の位置をずらすことで、図に示すように、断面形状の矩形の一部に凹凸を形成することができる。長孔２の幅を一定とすると、位置をずらしたことで、一部が流路の内側に突出する凸部１１ａとなり、この凸部１１ａに対応する凹部１１ｂを形成することができる。凸部１１ａおよび凹部１１ｂは、流路の延びる方向に沿って一様に連続して設けられる。
【００７７】
流路にこのような凸部１１ａおよび凹部１１ｂを設けることで、流路を流れる流体の流れに影響を与え、乱流状態または層流から乱流への遷移状態の流れを生じさせることができる。流路を流れる流体と他の流体との間で熱交換する場合には、壁面付近に生じる熱抵抗膜の生成を抑えることができるので、流体の流れを乱流状態とすることが好ましい。また、流路内で複数の流体を混合させる場合や、流体内に溶質を溶解させたり分散させる場合などにも、乱流状態を発生させることが有効である。
【００７８】
図１８は、長孔２による流路部分の他の例を拡大した拡大断面図である。孔加工において、複数の長孔２を設ける位置を適宜設定することで、複数回グリーンシート１が巻き付けられたときに、複数の長孔２を半径方向に連通させることができる。このとき、一部の長孔２の幅方向の大きさを変更することで、図に示すように、断面形状の矩形の一部に凹凸を形成することができる。図１８に示す例では、外側に位置する一対の長孔２の幅方向の大きさよりも、その間に位置する長孔２の幅方向の大きさを大きくしている。これによって、図１７に示した例の凸部１１ａおよび凹部１１ｂの代わりに２つの凹部１１ｂを形成することができる。これによって、流路の断面１１におけるコーナー部にかかる応力を緩和することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１      グリーンシート
２      長孔
２ａ，２ｂ    開口
３      芯材
４      保持ローラ
５      ガイド部材
６      キャリアテープ
１０    巻付け装置
１００，１０１，１０１Ａ，１０２，１０３  セラミック焼結体
【図１】
2013169734.tif 000003
【図２】
2013169734.tif 000004
【図３】
2013169734.tif 000005
【図４】
2013169734.tif 000006
【図５】
2013169734.tif 000007
【図６】
2013169734.tif 000008
【図７】
2013169734.tif 000009
【図８】
2013169734.tif 000010
【図９】
2013169734.tif 000011
【図１０】
2013169734.tif 000012
【図１１】
2013169734.tif 000013
【図１２】
2013169734.tif 000014
【図１３】
2013169734.tif 000015
【図１４】
2013169734.tif 000016
【図１５】
2013169734.tif 000017
【図１６】
2013169734.tif 000018
【図１７】
2013169734.tif 000019
【図１８】
2013169734.tif 000020