JP5036284B2 - セラミックス構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
少なくとも1つのセラミックス層を含む2種類以上の層を積層した構造を有する縞状シートを準備する縞状シート準備工程と、
前記縞状シートを含むシート群を前記2種類以上の層の積層方向とは異なる方向に積層することにより、2方向に積層軸を持つ2軸スタックを得る2軸スタック形成工程と、
を含むものである。
(a)すべての前記縞状シートにつき、前記2種類以上の層の積層方向が同一方向を指向する。
(b)前記縞状シートを含むシート群の積層方向が、前記縞状シートの前記2種類以上の層の積層方向と直交する。
(c)前記縞状シートにおける同一種類の層が、前記縞状シートを含むシート群の積層方向に沿って整列して並ぶか又は千鳥状に並ぶ。
前記縞状シートの前記2種類以上の層の積層方向と直交する面及び前記縞状シートを含むシート群の積層方向と直交する面のいずれとも交差する面を切断面として前記2軸スタックを切断することにより、前記2種類以上の層にそれぞれ対応するピースを積層した構造を有する縞状ブロックを含むブロック群を前記ピースの積層方向とは異なる方向に積層した構造を有する格子状シートを準備する格子状シート準備工程と、
前記ピースの積層方向及び前記縞状ブロックを含むブロック群の積層方向のいずれとも異なる方向に前記格子状シートを含むシート群を積層することにより、3方向に積層軸を持つ3軸スタックを得る3軸スタック形成工程と、
を含むものとしてもよい。
(aa)すべての格子状シートにつき、前記ピースの積層方向が同一方向を指向し、前記縞状ブロックを含むブロック群の積層方向も同一方向を指向する。
(bb)前記格子状シートを含むシート群の積層方向が、前記ピースの積層方向及び前記縞状ブロックを含むブロック群の積層方向とそれぞれ直交する。
(cc)前記格子状シートにおける同一種類のピースが該格子状シートを含むシート群の積層方向に沿って整列して並ぶか又は千鳥状に並ぶ。
このセラミックス構造体は、縞状ブロックのピースの積層方向とこの縞状ブロックを含むブロック群の積層方向と格子状シートを含むシート群の積層方向の3軸に積層軸を持つ。したがって、積層軸に沿って積層する際に形成される面を利用して素子を配置することができるため、素子の高集積化が容易に実現できるようになると共に、素子の配列自由度を高めることができる。また、シート群の各シートの厚みで素子の大きさを制御できるため容易に素子の微細化ができる。
図1は、第1実施形態のセラミックス構造体の製造方法の工程を表す説明図である。本実施形態のセラミックス構造体の製造方法は、縞状シート準備工程、2軸スタック形成工程、焼成工程を含み、各工程をこの順に実行する。以下、各工程について詳説する。なお、本明細書では、X方向、Y方向、Z方向は、互いに直交する方向であり、三次元座標における上下方向、左右方向、前後方向を表すものとする。
縞状シート準備工程では、2種類の第1層11と第2層12とを積層した構造を有する縞状シート10を準備する。ここでは、第1層11及び第2層12は共に未焼成のセラミックス層とする。この縞状シート準備工程では、第1層11と同じ組成の第1原料シート21と第2層12と同じ組成の第2原料シート22とを規則的に交互に積層することにより1軸スタック20を形成し、該1軸スタック20を各原料シート21,22の積層方向に沿って切断することにより縞状シート10を得る。また、縞状シート10を準備すると共に、この縞状シート10とは異なる他のシートとして均質シート13も準備する。ここでは、均質シート13は、未焼成のセラミックスからなる均質なシートとする。
2軸スタック形成工程では、多数の縞状シート10と多数の均質シート13とを集めてシート群とし、縞状シート10の各層11,12の積層方向とは異なる方向、ここでは直交する方向に縞状シート10と均質シート13とを交互に積層することにより、2方向に積層軸を持つ2軸スタック14を得る。図1では、2軸スタック14はX方向とY方向の2軸に積層軸を持つ。この2軸スタック形成工程では、縞状シート10と均質シート13とを積層するにあたり、すべての縞状シート10につき、第1層11と第2層12の積層方向が同一方向(X方向)を指向するように積層する。また、縞状シート10と均質シート13とを含むシート群の積層方向が、縞状シート10の各層11,12の積層方向と直交するようにする。更に、縞状シート10における同一種類の第1層11がシート群の積層方向に沿って整列して並ぶように、また第2層12もシート群の積層方向に沿って整列して並ぶようにする。なお、多数の縞状シート10と多数の均質シート13とを交互に積層するにあたっては、1軸スタック20と同様に適当な条件下で熱圧着すればよい。
2軸スタック14は、未焼成のセラミックスが含まれているため、焼成することによりセラミックス構造体15とする。なお、焼成する前に仮焼を実施してもよい。
図9は、第2実施形態のセラミックス構造体の製造方法の工程を表す説明図である。本実施形態のセラミックス構造体の製造方法は、縞状シート準備工程、2軸スタック形成工程、格子状シート準備工程、3軸スタック形成工程及び焼成工程を含み、各工程をこの順に実行する。以下、各工程について詳説する。
ここでは、縞状シート30を準備する。この縞状シート30は、図4にも示したとおり、第1層31と第2層32の厚みを同じとした以外は、上述した第1実施形態の縞状シート10と同様にして形成したものである。このため、詳細な説明は省略する。また、この工程では、縞状シート30を準備すると共に、この縞状シート30とは異なる他のシートとして均質シート33も準備する。ここでは、均質シート33は、未焼成のセラミックスからなる均質なシートとする。
2軸スタック形成工程では、多数の縞状シート30と多数の均質シート33とを集めてシート群とし、各層31,32の積層方向とは異なる方向、ここでは直交する方向に縞状シート30と均質シート33とを交互に積層することにより、2方向に積層軸を持つ2軸スタック34を得る。図9では、2軸スタック34はX方向とY方向の2軸に積層軸を持つ。この2軸スタック形成工程では、縞状シート30と均質シート33とを積層するにあたり、すべての縞状シート10につき、各層31,32の積層方向が同一方向(X方向)を指向するように積層する。また、縞状シート30と均質シート33とを含むシート群の積層方向が、縞状シート30の各層31,32の積層方向と直交するようにする。更に、縞状シート30における同一種類の第1層31がシート群の積層方向に沿って整列して並ぶように、また第2層32もシート群の積層方向に沿って整列して並ぶようにする。
格子状シート準備工程では、縞状シート30の各層31,32の積層方向及びシート群の積層方向とを含む平面(XY平面)で2軸スタック34を切断することにより、格子状シート39を準備する。この格子状シート39は、種類の異なる第1ピース35と第2ピース36とを積層した構造を有する縞状ブロック37と、この縞状ブロック37とは異なる均質ブロック38とを積層した構造を有する。第1ピース35は第1層31を切断した一断片であり、第2ピース36は第2層32を切断した一断片であり、均質ブロック38は均質シート33を切断した短冊状の断片である。なお、2軸スタック34を切断加工する際の切断幅は、得ようとする素子などの大きさに対応させることができる。また、切断加工は、ダイサ、スライサ、レーザーカッタ等のように未焼成のセラミックス構造体を切断可能な従来公知の工具を用いることができる。この工程では、格子状シート39を準備すると共に、この格子状シート39とは異なる他のシートとして均質シート72も準備する。ここでは、均質シート72は、未焼成のセラミックスからなる均質なシートであり、前出の均質シート33と異なるものとしてもよいし同じものとしてもよい。
3軸スタック形成工程では、多数の格子状シート39と多数の均質シート72とを集めてシート群とし、各ピース35,36の積層方向及び縞状ブロック37と均質ブロック38を含むブロック群の積層方向のそれぞれに直交する方向に格子状シート39と均質シート33とを交互に積層することにより、3方向に積層軸を持つ3軸スタック74を得る。図9では、3軸スタック74はX方向とY方向とZ方向の3軸に積層軸を持つ。この3軸スタック形成工程では、格子状シート39と均質シート72とを積層するにあたり、すべての格子状シート39につき各ピース35,36の積層方向が同一方向(X方向)を指向するようにする。また、格子状シート39おける同一種類の第1ピース35がシート群の積層方向に沿って整列して並ぶように、また第2ピース36もシート群の積層方向に沿って整列して並ぶようにする。なお、多数の格子状シート39と多数の均質シート72とを交互に第3積層方向Zに積層するにあたっては、1軸スタック20と同様に適当な条件下で熱圧着すればよい。
3軸スタック74は、未焼成のセラミックスが含まれているため、焼成することによりセラミックス構造体75とする。なお、焼成する前に仮焼を実施してもよい。
Claims (12)
- セラミックス構造体の製造方法であって、
少なくとも1つのセラミックス層を含む2種類以上の層を積層した構造を有する縞状シートを準備する縞状シート準備工程と、
前記縞状シートを含むシート群を前記2種類以上の層の積層方向とは異なる方向に積層することにより、2方向に積層軸を持つ2軸スタックを得る2軸スタック形成工程と、
を含むセラミックス構造体の製造方法。 - 前記縞状シート準備工程では、少なくとも1つのセラミックス製の均質シートを含む2種類以上の均質シートを積層することにより1軸スタックを形成し、前記均質シートの積層方向に沿って前記1軸スタックを切断することにより前記縞状シートを得る、
請求項1に記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 前記2軸スタック形成工程では、前記縞状シートを含むシート群を積層するにあたり、前記縞状シートと該縞状シートとは異なる他のシートとを積層する、
請求項1又は2に記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 前記2軸スタック形成工程では、前記縞状シートを含むシート群を積層するにあたり、各縞状シートにおける同一種類の層が該縞状シートを含むシート群の積層方向に沿って千鳥状に並ぶように積層する、
請求項1〜3のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 前記縞状シート準備工程では、少なくとも1つのセラミックス製の均質シートを含む2種類以上の均質シートを規則的に積層することにより1軸スタックを形成し、該1軸スタックを前記均質シートの積層方向に沿って切断することにより前記縞状シートを得、
前記2軸スタック形成工程では、前記縞状シートを含むシート群を積層するにあたり、前記縞状シートと該縞状シートとは異なる他のシートとを以下の(a)〜(c)を充足するように交互に積層する、
請求項1に記載のセラミックス構造体の製造方法。
(a)すべての前記縞状シートにつき、前記2種類以上の層の積層方向が同一方向を指向する。
(b)前記縞状シートを含むシート群の積層方向が、前記縞状シートの前記2種類以上の層の積層方向と直交する。
(c)前記縞状シートにおける同一種類の層が、前記縞状シートを含むシート群の積層方向に沿って整列して並ぶか又は千鳥状に並ぶ。 - 前記縞状シート準備工程では、前記縞状シートとして、焼成により消失する材料からなる層を含むものを準備する、
請求項1〜5のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法であって、
前記縞状シートの前記2種類以上の層の積層方向と直交する面及び前記縞状シートを含むシート群の積層方向と直交する面のいずれとも交差する面を切断面として前記2軸スタックを切断することにより、前記2種類以上の層にそれぞれ対応するピースを積層した構造を有する縞状ブロックを含むブロック群を前記ピースの積層方向とは異なる方向に積層した構造を有する格子状シートを準備する格子状シート準備工程と、
前記ピースの積層方向及び前記縞状ブロックを含むブロック群の積層方向のいずれとも異なる方向に前記格子状シートを含むシート群を積層することにより、3方向に積層軸を持つ3軸スタックを得る3軸スタック形成工程と、
を含むセラミックス構造体の製造方法。 - 前記3軸スタック形成工程では、前記格子状シートを含むシート群を積層するにあたり、前記格子状シートと該格子状シートとは異なる他のシートとを積層する、
請求項7に記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 前記3軸スタック形成工程では、前記格子状シートを含むシート群を積層するにあたり、各格子状シートにおける同一種類のピースが該格子状シートを含むシート群の積層方向に沿って千鳥状に並ぶように積層する、
請求項7又は8に記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 前記3軸スタック形成工程では、前記格子状シートと該格子状シートとは異なる他のシートとを以下の(aa)〜(cc)を充足するように交互に積層する、請求項7〜9のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。
(aa)すべての格子状シートにつき、前記ピースの積層方向が同一方向を指向し、前記縞状ブロックを含むブロック群の積層方向も同一方向を指向する。
(bb)前記格子状シートを含むシート群の積層方向が、前記ピースの積層方向及び前記縞状ブロックを含むブロック群の積層方向とそれぞれ直交する。
(cc)前記格子状シートにおける同一種類のピースが該格子状シートを含むシート群の積層方向に沿って整列して並ぶか又は千鳥状に並ぶ。 - 前記セラミックス構造体は、固体酸化物型燃料電池又はその構成要素として用いられるものである、
請求項1〜10のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。 - 前記セラミックス構造体は、全固体蓄電池又はその構成要素として用いられるものである、
請求項1〜10のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。
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