セラミックス薄板体
【課題】 変形し難いセラミックスシートを含む焼成された薄板体を提供すること。
【解決手段】 この薄板体１０は、５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さを有する少なくともセラミックスシートを含む焼成により形成された薄板体である。薄板体１０は、薄板体１０の一つの平面Ｐから突出した凸状部１１を複数備えるとともに平面Ｐから陥没した凹状部１２を複数備えている。これにより、薄板体１０を薄板体１０の所定の支持箇所で支持するとともに薄板体１０に対し支持箇所以外の荷重印加箇所に平面Ｐに直交する方向の荷重を加えたときの撓み量は、凸状部１１及び凹状部１２を備えることなく平坦である薄板体の撓み量よりも小さくなる。即ち、変形し難い薄板体１０が提供される。
【解決手段】 この薄板体１０は、５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さを有する少なくともセラミックスシートを含む焼成により形成された薄板体である。薄板体１０は、薄板体１０の一つの平面Ｐから突出した凸状部１１を複数備えるとともに平面Ｐから陥没した凹状部１２を複数備えている。これにより、薄板体１０を薄板体１０の所定の支持箇所で支持するとともに薄板体１０に対し支持箇所以外の荷重印加箇所に平面Ｐに直交する方向の荷重を加えたときの撓み量は、凸状部１１及び凹状部１２を備えることなく平坦である薄板体の撓み量よりも小さくなる。即ち、変形し難い薄板体１０が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックススシートを含む焼成された薄板体であって、その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下で均一である薄板体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セラミックスシートを含む焼成された薄板体は、例えば、センサ、アクチュエータ及び固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の単セル等の種々の装置に用いられて来ている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３４２５８４号公報
【発明の開示】
【０００３】
このような装置に用いられる薄板体は、装置を小型化する等の目的を達成するために、極めて薄い。従って、薄板体は、装置に組み込む作業を行う際、或いは、装置に組み込んだ後、外力を受けて変形して種々の問題を発生する。例えば、そのような薄板体がＳＯＦＣの単セルとして使用される場合、その薄板体と対向する部分に形成される燃料流路又は空気流路は極めて狭いので、変形した薄板体がこれらの流路を閉じてしまうという問題が発生する可能性がある。また、薄板体が流路を閉じない程度に変形した場合であっても、空気や燃料等の流体が流路を流れる際の圧損が薄板体の変形によって増大するという問題が発生する。従って、本発明の目的の一つは、外力に対して変形し難い焼成された薄板体を提供することにある。更に、本発明の目的の他の一つは、焼成された薄板体が積層体である場合、各層間の熱膨張率差による内部応力に対しても変形し難い薄板体を提供することにある。
【０００４】
上記目的を達成するための本発明による薄板体は、少なくともセラミックスシートを含み、且つ、焼成されることによって形成された薄板体である。
更に、この薄板体は、
その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さであり、
前記薄板体の一つの平面から突出した凸状部を複数備えるとともに同平面から陥没した凹状部を複数備え、
前記薄板体を同薄板体の所定の支持箇所で支持するとともに同薄板体に対し同支持箇所以外の荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量が、前記薄板体が前記凸状部及び前記凹状部を備えることなく平坦であると仮定した場合に同仮定した薄板体を前記支持箇所で支持するとともに同仮定した薄板体に対し前記荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって前記所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量よりも小さい薄板体である。
【０００５】
発明者は、その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さを有する「セラミックスシートを含む焼成された薄板体」に凸状部及び凹状部を複数備えさせることに成功した。更に、発明者は、このような凸状部及び凹状部を複数有する薄板体は、凸状部及び凹状部を有さない従来の薄板体（材質及び厚さ等の他の条件は本発明の薄板体と同一の条件からなる薄板体）より、所定の荷重に対する撓み量が小さくなることを見出した。即ち、本発明によれば、外力に対して変形し難い薄板体が提供される。
【０００６】
この薄板体において、前記複数の凸状部のうちの少なくとも一つの凸状部は同凸状部の最高点に位置する頂部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成され、且つ、前記複数の凹状部のうちの少なくとも一つの凹状部は同凹状部の最低点に位置する底部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成されていることが好ましい。
【０００７】
このように、凸状部が「薄板体の平面に沿う所定の方向に長手方向を有する山脈状」であり、凹状部が「薄板体の平面に沿う所定の方向に長手方向を有する溝状」であれば、外力に対して一層変形し難い「セラミックスシートを含む焼成された薄板体」が提供され得る。なお、薄板体の一面側から見た凸状部及び凹状部は、同薄板体の他面側から見ればそれぞれ凹状部及び凸状部である。また、この山脈状の凸状部及び／又は溝状の凹状部は、薄板体上部から見た形状（薄板体の平面視における形状）が直線的であっても良いし、曲線的であっても良い。
【０００８】
更に、このような薄板体は、
前記凸状部の最高点に位置する頂部の前記平面からの距離を前記複数の凸状部について単純平均した頂部距離平均値と、前記凹状部の最低点に位置する底部の前記平面からの距離を前記複数の凹状部について単純平均した底部距離平均値と、の和である頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上且つ４００μｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
検討によれば、頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上になると、薄板体に同じ撓み量を発生させるのに必要な外力が大きくなることが判明した（図１０を参照。）。つまり、頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上になると、外力に対して薄板体が極めて変形し難くなることが判明した。一方、頂部底部間距離平均値が４００μｍ以上となると、薄板体の表面に形成された凹状部及び凸状部の曲率が大きくなることに起因して焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生する場合があることが判明した。マイクロクラックが生じると、薄板体の強度は極端に低下する。以上のことから、頂部底部間距離平均値は、２０μｍ以上且つ４００μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
更に、この場合、前記薄板体は、前記複数の凸状部のうちの一つの凸状部と同一つの凸状部に隣接した前記複数の凹状部うちの一つの凹状部とからなるとともに同一つの凸状部の頂部と同一つの凹状部の底部との前記平面に沿う方向の距離（以下、「頂部底部平面方向距離」と称呼する。）が０．０５ｍｍ以上且つ１．００ｍｍ以下である少なくとも一組の凸状部及び凹状部を含んでいることが望ましい。
【００１１】
検討によれば、頂部底部平面方向距離が１．００ｍｍ以下となると、薄板体に同じ撓み量を発生させるのに必要な外力が大きくなることが判明した（図１１を参照。）。つまり、頂部底部平面方向距離が１．００ｍｍ以下となると、外力に対して薄板体が極めて変形し難くなることが判明した。一方、頂部底部平面方向距離が５０μｍ未満であって凸状部と凹状部とが極めて近接した状況になると、焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生する場合があることが判明した。マイクロクラックが生じると、薄板体の強度は極端に低下する。以上のことから、頂部底部平面方向距離は、０．０５ｍｍ（５０μｍ）以上且つ１．００ｍｍ（１０００μｍ）以下であることが好ましい。
【００１２】
このような薄板体は、セラミックスシート単体から構成されていてもよく、セラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体であってもよい。
【００１３】
特に、薄板体がセラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体である場合、その薄板体は外力に対し変形し難いばかりでなく、内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏しうる。即ち、前記積層体の薄板体が高温の環境下にて保持されるとき、或いは、そのような薄板体に対し温度差が付与される環境下（例えば片面を加熱するなどの環境下）にてその薄板体が使用されるとき、各層での熱膨張差に伴う内部応力が発生する。しかし、本発明による薄板体は、凹状部及び凸状部を備えるので、そのような内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏することができる。
【００１４】
前記薄板体がセラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体からなる場合、その薄板体は、前記セラミックスシートが固体電解質ジルコニアであり、同固体電解質ジルコニアの一面に燃料極が形成され、同固体電解質ジルコニアの他面に空気極が形成されてなる薄板体であってもよい。これによれば、外力に対して変形し難いＳＯＦＣ用の単セルが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示した本発明の実施形態に係る薄板体１０は、セラミックスの一種であるジルコニアからなっている。薄板体１０は、平面視において長方形（正方形を含む。）である。薄板体１０の幅（一辺の長さ）ａ及び奥行き（他の辺の長さ）ｂは、５ｍｍ以上且つ３００ｍｍ以下である。
【００１６】
薄板体１０の厚さｔは、全体に渡って均一であり、５μｍ以上且つ１００μｍ以下（例えば、３０μｍ）である。薄板体１０の厚さｔが５μｍより薄くなると、その薄板体１０を形成するための均一なセラミックスグリーンシートを成形することが困難になるからであり、また焼成収縮時にセッターとの引っかかりによりワレが発生してしまうからである。また、薄板体１０の厚さｔを１００μｍ以下としたのは、薄板体１０の厚さｔが１００μｍより厚くなると、薄板体１０自身の剛性が増大してしまうので、後述する凸状部１１と凹状部１２（波状のしわ）を設けることによってもたらされる撓みを抑制する顕著な効果が得られないからである。
【００１７】
薄板体１０は、図１及び薄板体１０の部分拡大斜視図である図２に示したように、薄板体１０の一つの平面（例えば、表面及び裏面のうちの何れかの面）Ｐから突出した凸状部１１と、その平面Ｐから陥没した凹状部１２と、をそれぞれ複数、平面Ｐ上において分布上の偏りが略ないように（略均一に）備えている。それらの凸状部１１と凹状部１２は、畝、波形のしわ及びリブと称呼することもできる。
【００１８】
図２に示したように、複数の凸状部１１のうちの少なくとも一つの凸状部は、その一つの凸状部の最高点に位置する頂部１１ａ（図５を参照。）が平面Ｐに沿う方向に所定の距離だけ（連続的に）伸びるように形成されている。即ち、少なくとも一つの凸状部は、「薄板体１０の平面Ｐに沿う所定の方向に長手方向を有する山脈状」である。同様に、複数の凹状部１２のうちの少なくとも一つの凹状部は、その凹状部の最低点に位置する底部１２ａ（図５を参照。）が平面Ｐに沿う方向（平面Ｐと平行な方向）に連続的に伸びるように形成されている。即ち、少なくとも一つの凹状部は、「薄板体１０の平面Ｐに沿う所定の方向に長手方向を有する溝状」である。
【００１９】
凸状部１１は、図３に示したように、円錐台形状を有していてもよい。同様に、凹状部１２は、図４に示したように、円錐台形状を有していてもよい。
【００２０】
図５に示した頂部１１ａの平面Ｐからの距離ｈ１を複数の（総ての）凸状部１１について単純平均した頂部距離平均値と、図５に示した底部１２ａの平面Ｐからの距離ｈ２を複数の（総ての）凹状部１２について単純平均した底部距離平均値と、の和である頂部底部間距離平均値は、２０μｍ以上且つ４００μｍ以下である。
【００２１】
また、薄板体１０は、複数の凸状部のうちの一つの凸状部と同一つの凸状部に隣接した複数の凹状部うちの一つの凹状部とからなるとともに同一つの凸状部の頂部１１ａと同一つの凹状部の底部１２ａとの平面Ｐに沿う方向の距離（ｗ／２）が０．０５ｍｍ以上且つ１．００ｍｍ以下である少なくとも一組の凸状部及び凹状部を含んでいる。
【００２２】
ここで、薄板体１０が凸状部１１及び凹状部１２を備えることにより、どのように変形し難くなるかについて検討した。
【００２３】
この検討のため、図６及び図７に示したように、薄板体１０の左右方向両端の近傍部位を距離Ｌを隔てて支持し（即ち、梁の長さをＬとし）、その薄板体１０に対して、薄板体１０の平面Ｐに直交する方向の荷重Ｆを加える。荷重Ｆを加える点（荷重印加箇所）は、薄板体１０の中央（２箇所の支持部位のそれぞれから距離Ｌ／２の位置、且つ、奥行き方向の手前又は後方の辺から距離ｂ／２の位置）である。この薄板体１０のサンプルにおいて、距離Ｌは４０ｍｍ、距離ｂは３０ｍｍ、厚みｔは３０μｍである。また、薄板体１０の材質はジルコニアである。
【００２４】
いま、薄板体１０に凸状部１１及び凹状部１２が存在しないと仮定し、図８に示したように、荷重Ｆを加えた位置における平面Ｐに直交する向き（荷重Ｆの向き）の撓み量をｙとすると、撓み量ｙは材料力学上、下記（１）式のように表される。なお、以下において、凸状部１１及び凹状部１２を備えない薄板体を仮想薄板体と称呼する。
【数１】
【００２５】
ここで、断面２次モーメントＩは（２）式のように表される。
【数２】
【００２６】
従って、（２）式を（１）式に代入することにより、撓み量ｙは下記（３）式のように表される。
【数３】
【００２７】
この（３）式から、荷重Ｆ、ヤング率Ｅ（ジルコニアの場合、Ｅ＝２００ＧＰａ）が一定であると仮定すると、撓み量ｙは、梁の長さＬの３乗に比例し、奥行きの長さｂに反比例し、且つ、薄板体の厚さｔの３乗に反比例することが理解される。そこで、梁の長さＬと奥行きの長さｂを一定とすると、撓み量ｙは厚さｔの３乗に反比例する。従って、撓み量ｙと厚さｔとの関係は、図９の破線の曲線Ｃ１により表される。
【００２８】
これに対し、上述した凸状部１１及び凹状部１２を備える薄板体１０においては、荷重Ｆ、ヤング率Ｅ、梁の長さＬ及び奥行きの長さｂ等が仮想薄板体と同じであっても、撓み量ｙと厚さｔとの関係は、図９の実線の曲線Ｃ２により表したように変化する。即ち、凸状部１１及び凹状部１２を備える薄板体１０の撓み量ｙは、厚さｔが薄板体１０と同じである仮想薄板体の撓み量ｙよりも小さくなる。
【００２９】
例えば、仮想薄板体を１ｍｍ撓ませる（ｙ＝１ｍｍ）のに必要な荷重Ｆを実測したところ、５．１ｇ重であった。
【００３０】
これに対し、凸状部１１及び凹状部１２を備える薄板体１０を１ｍｍ撓ませる（ｙ＝１ｍｍ）のに必要な荷重Ｆを実測したところ、７８．３ｇ重であった。即ち、薄板体１０を所定量だけ撓ませるのに必要な荷重は、仮想薄板体を同所定量だけ撓ませるのに必要な荷重よりも非常に大きい値となっていた。
【００３１】
また、前述した頂部底部間距離平均値と「セラミックス薄板体を１ｍｍ撓ませるのに必要な荷重」との関係を調査し、その結果を図１０に示した。図１０から、頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上になると、急激に前記荷重が大きくなることがわかる。一方、頂部底部間距離平均値が４００μｍ以上となると、薄板体の表面に形成された凹状部及び凸状部の曲率が大きくなることに起因して焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生するため、極端に強度の弱い薄板体が発生した。以上のことから、頂部底部間距離平均値は、２０μｍ以上且つ４００μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
更に、前述した「一つの凸状部の頂部１１ａと同一つの凹状部の底部１２ａとの平面Ｐに沿う方向の距離（ｗ／２）」（即ち、頂部底部平面方向距離）と「セラミックス薄板体を１ｍｍ撓ませるのに必要な荷重」との関係を調査し、その結果を図１１に示した。図１１から、頂部底部平面方向距離が１０００μｍ（１．００ｍｍ）以下となると、前記荷重が急激に大きくなることがわかる。従って、頂部底部平面方向距離を１０００μｍ（１ｍｍ）以下とすると、変形に強い薄板体１０を得ることができる。一方、頂部底部平面方向距離が５０μｍ未満であって凸状部１１と凹状部１２とが極めて近接した状況になると、焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生するため、極端に強度の弱い薄板体が発生した。以上のことから、頂部底部平面方向距離は、５０μｍ以上且つ１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
次に、薄板体１０の製造方法について説明する。
（第１製法例）
第１製法例においては、先ず、図１２の（Ａ）に示したように、セラミックスのグリーンシート１０Ａと、押し型２０とを準備する。押し型２０の上面には、凸状部１１及び凹状部１２を形成するための起伏が形成されている。次いで、グリーンシート１０Ａを押し型２０の上面に対して押圧する。この結果、図１２の（Ｂ）に示したように、グリーンシートの一面側に凸状部１１及び凹状部１２となる起伏が形成される。そして、このグリーンシート１０Ａを所定の焼成条件（例えば、１４００℃、１時間）にて焼成する。この結果、図１に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体１０が形成される。
【００３４】
（第２製法例）
第２製法例においては、図１３の（Ａ）に示したように、セラミックスのグリーンシート１０Ａと、焼成用セッター３０とを準備する。この焼成用セッターの上面には、研削、研磨及びブラスト処理等のうちの適当な手法により、凸状部１１及び凹状部１２を形成するための起伏が形成されている。次に、図１３の（Ｂ）に示したように、グリーンシート１０Ａを焼成用セッター３０の上面に対して押圧しながら、このグリーンシート１０Ａを所定の焼成条件（例えば、１４００℃、１時間）にて焼成する。この結果、図１に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体１０が形成される。
【００３５】
（第３製法例）
第３製法例においては、図１４の（Ａ）に示したように、セラミックスのグリーンシート１０Ａを準備し、そのグリーンシート１０Ａの両端の片面側（或いは、グリーンシート１０Ａの周辺部）に焼成前セラミックス小片１０Ｂを印刷により成形する。焼成前セラミックス小片１０Ｂは、グリーンシート１０Ａと同種のセラミックスからなる。
【００３６】
次に、グリーンシート１０Ａ及び焼成前セラミックス小片１０Ｂを所定の焼成条件（例えば、１４００℃、１時間）にて焼成する。この結果、グリーンシート１０Ａと焼成前セラミックス小片１０Ｂとの収縮差によって、図１４の（Ｂ）に示したように、グリーンシート１０Ａが反りを有する薄板体１０Ｃとなる。なお、グリーンシート１０Ａとセラミックス小片１０Ｂとの焼成収縮差は、例えば粒子径が異なる材料を使用することなどにより容易に制御可能である。
【００３７】
次に、薄板体１０Ｃの反りを修正するために、図１４の（Ｃ）に示したように、薄板体１０Ｃの上部におもり４０を載置し、この状態にて（即ち、おもり４０により薄板体１０Ｃを伸ばすように下方に押圧しながら）、薄板体１０Ｃを所定の条件にて焼成する（例えば、図１４に示した凸状部１１及び凹状部１２を形成するための起伏が形成されているセッター３０の上に薄板体１０Ｃを載置するとともに、３００ｇのアルミナ製のおもり４０を薄板体１０Ｃの上に載せた状態において、１４００℃・１時間の条件にて焼成する。）。その結果、図１４の（Ｄ）に示したように、図１に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体１０が形成される。
【００３８】
なお、グリーンシート１０Ａに対して焼成前セラミックス１０Ｂを印刷することなく、グリーンシート１０Ａを所定の条件にて焼成することにより、図１４の（Ｂ）に示したような反りを有する薄板体１０Ｃを得ることもできる。即ち、例えば、セッター中央部がくり抜かれた（すなわち４方の外枠のみがある）セッター上にグリーンシート１０Ａを置いた状態にてグリーンシート１０Ａを焼成すれば、グリーンシート１０Ａの中央部が自重によって撓み、焼成後において中央部が凹形状となった反りを有する薄板体１０Ｃを得ることができる。そして、その後、上述した第３製法例と同じ方法により、薄板体１０を製造することもできる。
【００３９】
（第１変形例）
次に、本発明による薄板体の各種変形例について説明する。図１５に示したように、本発明の第１変形例に係る薄板体５１は、薄板体５１の周辺部のみに凸状部１１と凹状部１２とを備えている。この薄板体５１に対して、図６乃至図８を用いて説明した場合と同じ条件（梁の長さＬ＝４０ｍｍ、奥行きｂ＝３０ｍｍ、厚みｔ＝３０μｍ、材質はジルコニア）にて荷重を加え、薄板体５１を１ｍｍ撓ませる（ｙ＝１ｍｍ）のに必要な荷重Ｆを実測したところ、５０．２ｇ重であった。このように、薄板体５１の周辺部のみに凸状部１１と凹状部１２を形成させた場合であっても、凸状部１１及び凹状部１２を備えない上記仮想薄板体と比較して、外力に対して極めて変形しにくい薄板体が提供されることが理解できる。
【００４０】
（第２変形例）
図１６に示したように、本発明の第２変形例に係る薄板体５２は、薄板体５２の中央部のみに凸状部１１と凹状部１２とを備えている。
（第３変形例）
図１７に示したように、本発明の第３変形例に係る薄板体５３は、山脈状の凸状部１１及び溝状の凹状部１２が方向性を有して（同一方向に）整列されているものである。
【００４１】
（第４変形例）
図１８に示したように、本発明の第４変形例に係る薄板体５４は、凸状部１１及び凹状部１２が規則的に交互に整列されたもの（メッシュ形状に沿った凸状部１１及び凹状部１２を備えたもの）である。即ち、波形のしわの尾根が正方格子に沿うように形成されていてもよい。
なお、これらの第１変形例〜第４変形例の薄板体５１〜５４も、第１製法例の押し型２０の上面に形成される起伏の形状、又は、第２製法例の焼成用セッターの上面に形成される起伏の形状を適宜設定することにより簡単に製造することができる。
【００４２】
例えば、図１８に示した薄板体５４は、図１２を参照して説明した第１製法例において、押し型２０として金属メッシュを使用することにより製造できる。より具体的に述べると、セラミックスのグリーンシート１０Ａと金属メッシュからなる押し型２０とを、例えば５〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２程度の加重を印加しながら互いに押圧させる。これにより、セラミックスのグリーンシート１０Ａの表面にメッシュ形状に沿った凹上部及び凸状部を形成することができる。この凹上部及び凸状部の深さは荷重により制御可能である。そして、そのグリーンシート１０Ａを前述したように焼成する。この結果、図１８に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体５４が容易に形成される。
【００４３】
（第５変形例）
図１９に示したように、本発明の第５変形例に係る薄板体５５は、セラミックスシート５５ａと、セラミックスシート５５ａとは熱膨張率が相違する材料からなるシート５５ｂ，５５ｃと、の積層体である。この場合、セラミックスシート５５ａは固体電解質ジルコニア（ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）である。シート５５ｂは、固体電解質ジルコニア５５ａの一面に形成された燃料極である。この燃料極は、Ｎｉ＋ＹＳＺサーメットからなり、多孔質体である。シート５５ｃは、固体電解質ジルコニア５５ａの他面に形成された空気極である。この空気極は、ＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３：ランタンストロンチウムマンガナイト）からなり、多孔質体である。従って、薄板体５５は、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell；固体電解質形燃料電池）の単セルとして使用される。
【００４４】
薄板体５５は、グリーンシート法により作成したセラミックスシート（ジルコニアテープ）５５ａを１４００℃・１時間にて焼成し、その焼成体の下面にシート（燃料極となる層）５５ｂを印刷法により形成してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の上面にシート（空気極となる層）５５ｃを同じく印刷法により形成してから１２００℃・１時間にて焼成することにより形成される。なお、薄板体５５においては、セラミックスシート（緻密なジルコニア固体電解質層）５５ａの厚さを３０μｍ、シート（燃料極層）５５ｂの厚さを１０μｍ、シート（空気極層）５５ｃの厚さを１０μｍとした。薄板体５５のサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍとした。
【００４５】
ところで、セラミックスシート（緻密なジルコニア固体電解質層）５５ａを構成するＹＳＺの熱膨張率と、シート（燃料極層）５５ｂを構成するＮｉ＋ＹＳＺサーメットの熱膨張率と、シート（空気極層）５５ｃを構成するＬＳＭの熱膨張率と、は互いに相違している。従って、それぞれが焼成されるとき焼成収縮差と熱膨張差があることから、焼成後には残留応力に伴う基板反りが発生する。そして、その後、例えば上記第３製法により「波状のしわ」を導入することが可能である。
【００４６】
なお、ジルコニアテープ５５ａの一面にシート（燃料極となる層）５５ｂを印刷法により形成してから、両者を１４００℃・１時間にて焼成し、その後、シート（空気極層）５５ｃを上述した方法により形成してもよい。或いは、ジルコニアテープ５５ａと燃料極層となるテープ５５ｂを積層一体化し、両者を１４００℃・１時間にて焼成し、その後、シート（空気極層）５５ｃを上述した方法により形成してもよい。
【００４７】
この実施形態の薄板体５５のように、薄板体５５がセラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体である場合、その薄板体は外力に対し変形し難いばかりでなく、内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏し得る。即ち、積層体の薄板体５５が高温の環境下にて保持されるとき、或いは、薄板体５５に対し温度差が付与される環境下（例えば片面を加熱するなどの環境下）にて薄板体５５が使用されるとき、各層での熱膨張差に伴う内部応力が発生する。しかし、薄板体５５は、凹状部１１及び凸状部１２をそれぞれ複数備えるので、そのような内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏することができる。
【００４８】
以上、説明したように、本発明の実施形態及び変形例に係る薄板体は、凸状部及び凹状部を有していて、凸状部及び凹状部を有さない同種の薄板体（仮想薄板体）よりも、変形し難い薄板体となっている。従って、この薄板体を使用すれば、外部からの力が加わった場合でも所期の性能を発揮し易いデバイス、或いは、製造し易いデバイス、が提供される。
【００４９】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各薄板体は、アルミナ等の通常のセラミックスからなっていてもよい。更に、上記各薄板体は、窒化珪素及び炭化珪素等の高耐熱衝撃性セラミックスであってもよく、イットリア部分安定化ジルコニアであってもよい。更に、上記各薄板体の平面視における形状は、正方形や長方形に限らず、これらを含む正多角形、多角形、円形、長円形及び楕円形等であってもよい。
【００５０】
また、第５変形例の薄板体５５において、シート（燃料極層）５５ｂは、白金、白金−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、ルテニウム、ルテニウム−ジルコニアサーメット等から構成することができる。
【００５１】
更に、シート（空気極層）５５ｃは、例えば、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物（例えば、上述のランタンマンガナイトのほか、ランタンコバルタイト）から構成することができる。ランタンコバルタイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト（ランタンマンガナイトの場合）、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白金、ルテニウム、白金−ジルコニアサーメット、パラジウム−ジルコニアサーメット、ルテニウム−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、パラジウム−酸化セリウムサーメット、ルテニウム−酸化セリウムサーメットであってもよい。
【００５２】
加えて、第５変形例の薄板体５５は、３層の積層体であったが、積層数は２層又は３層以上であってもよい（例えば、４層〜７層）。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄板体の斜視図である。
【図２】図１の薄板体が備える凸状部及び凹状部を示した部分拡大斜視図である。
【図３】図１の薄板体が備える凸状部の他の一例を示す斜視図である。
【図４】図１の薄板体が備える凹状部の他の一例を示す斜視図である。
【図５】図１の薄板体の断面図である。
【図６】薄板体の大きさ及び荷重印加箇所等を示した同薄板体の斜視図である。
【図７】図６に示した薄板体の正面図である。
【図８】図６に示した薄板体が変形した場合の同薄板体の正面図である。
【図９】凸状部及び凹状部を備えない仮想薄板体と凸状部及び凹状部を備える本発明の薄板体とにおける厚さと撓み量の関係を示すグラフである。
【図１０】頂部底部間距離平均値とセラミックス薄板体を所定量だけ撓ませるのに必要な荷重との関係を示したグラフである。
【図１１】頂部底部平面方向距離とセラミックス薄板体を所定量だけ撓ませるのに必要な荷重との関係を示したグラフである。
【図１２】本発明による薄板体の第１製法例の工程図である。
【図１３】本発明による薄板体の第２製法例の工程図である。
【図１４】本発明による薄板体の第３製法例の工程図である。
【図１５】本発明による薄板体の第１変形例の斜視図である。
【図１６】本発明による薄板体の第２変形例の斜視図である。
【図１７】本発明による薄板体の第３変形例の斜視図である。
【図１８】本発明による薄板体の第４変形例の斜視図である。
【図１９】本発明による薄板体の第５変形例の斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０、５１〜５５…薄板体、１１…凸状部、１１ａ…頂部、１２…凹状部、１２ａ…底部、３０…焼成用セッター、４０…おもり、Ｐ…平面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックススシートを含む焼成された薄板体であって、その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下で均一である薄板体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セラミックスシートを含む焼成された薄板体は、例えば、センサ、アクチュエータ及び固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の単セル等の種々の装置に用いられて来ている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３４２５８４号公報
【発明の開示】
【０００３】
このような装置に用いられる薄板体は、装置を小型化する等の目的を達成するために、極めて薄い。従って、薄板体は、装置に組み込む作業を行う際、或いは、装置に組み込んだ後、外力を受けて変形して種々の問題を発生する。例えば、そのような薄板体がＳＯＦＣの単セルとして使用される場合、その薄板体と対向する部分に形成される燃料流路又は空気流路は極めて狭いので、変形した薄板体がこれらの流路を閉じてしまうという問題が発生する可能性がある。また、薄板体が流路を閉じない程度に変形した場合であっても、空気や燃料等の流体が流路を流れる際の圧損が薄板体の変形によって増大するという問題が発生する。従って、本発明の目的の一つは、外力に対して変形し難い焼成された薄板体を提供することにある。更に、本発明の目的の他の一つは、焼成された薄板体が積層体である場合、各層間の熱膨張率差による内部応力に対しても変形し難い薄板体を提供することにある。
【０００４】
上記目的を達成するための本発明による薄板体は、少なくともセラミックスシートを含み、且つ、焼成されることによって形成された薄板体である。
更に、この薄板体は、
その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さであり、
前記薄板体の一つの平面から突出した凸状部を複数備えるとともに同平面から陥没した凹状部を複数備え、
前記薄板体を同薄板体の所定の支持箇所で支持するとともに同薄板体に対し同支持箇所以外の荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量が、前記薄板体が前記凸状部及び前記凹状部を備えることなく平坦であると仮定した場合に同仮定した薄板体を前記支持箇所で支持するとともに同仮定した薄板体に対し前記荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって前記所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量よりも小さい薄板体である。
【０００５】
発明者は、その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さを有する「セラミックスシートを含む焼成された薄板体」に凸状部及び凹状部を複数備えさせることに成功した。更に、発明者は、このような凸状部及び凹状部を複数有する薄板体は、凸状部及び凹状部を有さない従来の薄板体（材質及び厚さ等の他の条件は本発明の薄板体と同一の条件からなる薄板体）より、所定の荷重に対する撓み量が小さくなることを見出した。即ち、本発明によれば、外力に対して変形し難い薄板体が提供される。
【０００６】
この薄板体において、前記複数の凸状部のうちの少なくとも一つの凸状部は同凸状部の最高点に位置する頂部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成され、且つ、前記複数の凹状部のうちの少なくとも一つの凹状部は同凹状部の最低点に位置する底部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成されていることが好ましい。
【０００７】
このように、凸状部が「薄板体の平面に沿う所定の方向に長手方向を有する山脈状」であり、凹状部が「薄板体の平面に沿う所定の方向に長手方向を有する溝状」であれば、外力に対して一層変形し難い「セラミックスシートを含む焼成された薄板体」が提供され得る。なお、薄板体の一面側から見た凸状部及び凹状部は、同薄板体の他面側から見ればそれぞれ凹状部及び凸状部である。また、この山脈状の凸状部及び／又は溝状の凹状部は、薄板体上部から見た形状（薄板体の平面視における形状）が直線的であっても良いし、曲線的であっても良い。
【０００８】
更に、このような薄板体は、
前記凸状部の最高点に位置する頂部の前記平面からの距離を前記複数の凸状部について単純平均した頂部距離平均値と、前記凹状部の最低点に位置する底部の前記平面からの距離を前記複数の凹状部について単純平均した底部距離平均値と、の和である頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上且つ４００μｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
検討によれば、頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上になると、薄板体に同じ撓み量を発生させるのに必要な外力が大きくなることが判明した（図１０を参照。）。つまり、頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上になると、外力に対して薄板体が極めて変形し難くなることが判明した。一方、頂部底部間距離平均値が４００μｍ以上となると、薄板体の表面に形成された凹状部及び凸状部の曲率が大きくなることに起因して焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生する場合があることが判明した。マイクロクラックが生じると、薄板体の強度は極端に低下する。以上のことから、頂部底部間距離平均値は、２０μｍ以上且つ４００μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
更に、この場合、前記薄板体は、前記複数の凸状部のうちの一つの凸状部と同一つの凸状部に隣接した前記複数の凹状部うちの一つの凹状部とからなるとともに同一つの凸状部の頂部と同一つの凹状部の底部との前記平面に沿う方向の距離（以下、「頂部底部平面方向距離」と称呼する。）が０．０５ｍｍ以上且つ１．００ｍｍ以下である少なくとも一組の凸状部及び凹状部を含んでいることが望ましい。
【００１１】
検討によれば、頂部底部平面方向距離が１．００ｍｍ以下となると、薄板体に同じ撓み量を発生させるのに必要な外力が大きくなることが判明した（図１１を参照。）。つまり、頂部底部平面方向距離が１．００ｍｍ以下となると、外力に対して薄板体が極めて変形し難くなることが判明した。一方、頂部底部平面方向距離が５０μｍ未満であって凸状部と凹状部とが極めて近接した状況になると、焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生する場合があることが判明した。マイクロクラックが生じると、薄板体の強度は極端に低下する。以上のことから、頂部底部平面方向距離は、０．０５ｍｍ（５０μｍ）以上且つ１．００ｍｍ（１０００μｍ）以下であることが好ましい。
【００１２】
このような薄板体は、セラミックスシート単体から構成されていてもよく、セラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体であってもよい。
【００１３】
特に、薄板体がセラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体である場合、その薄板体は外力に対し変形し難いばかりでなく、内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏しうる。即ち、前記積層体の薄板体が高温の環境下にて保持されるとき、或いは、そのような薄板体に対し温度差が付与される環境下（例えば片面を加熱するなどの環境下）にてその薄板体が使用されるとき、各層での熱膨張差に伴う内部応力が発生する。しかし、本発明による薄板体は、凹状部及び凸状部を備えるので、そのような内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏することができる。
【００１４】
前記薄板体がセラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体からなる場合、その薄板体は、前記セラミックスシートが固体電解質ジルコニアであり、同固体電解質ジルコニアの一面に燃料極が形成され、同固体電解質ジルコニアの他面に空気極が形成されてなる薄板体であってもよい。これによれば、外力に対して変形し難いＳＯＦＣ用の単セルが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示した本発明の実施形態に係る薄板体１０は、セラミックスの一種であるジルコニアからなっている。薄板体１０は、平面視において長方形（正方形を含む。）である。薄板体１０の幅（一辺の長さ）ａ及び奥行き（他の辺の長さ）ｂは、５ｍｍ以上且つ３００ｍｍ以下である。
【００１６】
薄板体１０の厚さｔは、全体に渡って均一であり、５μｍ以上且つ１００μｍ以下（例えば、３０μｍ）である。薄板体１０の厚さｔが５μｍより薄くなると、その薄板体１０を形成するための均一なセラミックスグリーンシートを成形することが困難になるからであり、また焼成収縮時にセッターとの引っかかりによりワレが発生してしまうからである。また、薄板体１０の厚さｔを１００μｍ以下としたのは、薄板体１０の厚さｔが１００μｍより厚くなると、薄板体１０自身の剛性が増大してしまうので、後述する凸状部１１と凹状部１２（波状のしわ）を設けることによってもたらされる撓みを抑制する顕著な効果が得られないからである。
【００１７】
薄板体１０は、図１及び薄板体１０の部分拡大斜視図である図２に示したように、薄板体１０の一つの平面（例えば、表面及び裏面のうちの何れかの面）Ｐから突出した凸状部１１と、その平面Ｐから陥没した凹状部１２と、をそれぞれ複数、平面Ｐ上において分布上の偏りが略ないように（略均一に）備えている。それらの凸状部１１と凹状部１２は、畝、波形のしわ及びリブと称呼することもできる。
【００１８】
図２に示したように、複数の凸状部１１のうちの少なくとも一つの凸状部は、その一つの凸状部の最高点に位置する頂部１１ａ（図５を参照。）が平面Ｐに沿う方向に所定の距離だけ（連続的に）伸びるように形成されている。即ち、少なくとも一つの凸状部は、「薄板体１０の平面Ｐに沿う所定の方向に長手方向を有する山脈状」である。同様に、複数の凹状部１２のうちの少なくとも一つの凹状部は、その凹状部の最低点に位置する底部１２ａ（図５を参照。）が平面Ｐに沿う方向（平面Ｐと平行な方向）に連続的に伸びるように形成されている。即ち、少なくとも一つの凹状部は、「薄板体１０の平面Ｐに沿う所定の方向に長手方向を有する溝状」である。
【００１９】
凸状部１１は、図３に示したように、円錐台形状を有していてもよい。同様に、凹状部１２は、図４に示したように、円錐台形状を有していてもよい。
【００２０】
図５に示した頂部１１ａの平面Ｐからの距離ｈ１を複数の（総ての）凸状部１１について単純平均した頂部距離平均値と、図５に示した底部１２ａの平面Ｐからの距離ｈ２を複数の（総ての）凹状部１２について単純平均した底部距離平均値と、の和である頂部底部間距離平均値は、２０μｍ以上且つ４００μｍ以下である。
【００２１】
また、薄板体１０は、複数の凸状部のうちの一つの凸状部と同一つの凸状部に隣接した複数の凹状部うちの一つの凹状部とからなるとともに同一つの凸状部の頂部１１ａと同一つの凹状部の底部１２ａとの平面Ｐに沿う方向の距離（ｗ／２）が０．０５ｍｍ以上且つ１．００ｍｍ以下である少なくとも一組の凸状部及び凹状部を含んでいる。
【００２２】
ここで、薄板体１０が凸状部１１及び凹状部１２を備えることにより、どのように変形し難くなるかについて検討した。
【００２３】
この検討のため、図６及び図７に示したように、薄板体１０の左右方向両端の近傍部位を距離Ｌを隔てて支持し（即ち、梁の長さをＬとし）、その薄板体１０に対して、薄板体１０の平面Ｐに直交する方向の荷重Ｆを加える。荷重Ｆを加える点（荷重印加箇所）は、薄板体１０の中央（２箇所の支持部位のそれぞれから距離Ｌ／２の位置、且つ、奥行き方向の手前又は後方の辺から距離ｂ／２の位置）である。この薄板体１０のサンプルにおいて、距離Ｌは４０ｍｍ、距離ｂは３０ｍｍ、厚みｔは３０μｍである。また、薄板体１０の材質はジルコニアである。
【００２４】
いま、薄板体１０に凸状部１１及び凹状部１２が存在しないと仮定し、図８に示したように、荷重Ｆを加えた位置における平面Ｐに直交する向き（荷重Ｆの向き）の撓み量をｙとすると、撓み量ｙは材料力学上、下記（１）式のように表される。なお、以下において、凸状部１１及び凹状部１２を備えない薄板体を仮想薄板体と称呼する。
【数１】
【００２５】
ここで、断面２次モーメントＩは（２）式のように表される。
【数２】
【００２６】
従って、（２）式を（１）式に代入することにより、撓み量ｙは下記（３）式のように表される。
【数３】
【００２７】
この（３）式から、荷重Ｆ、ヤング率Ｅ（ジルコニアの場合、Ｅ＝２００ＧＰａ）が一定であると仮定すると、撓み量ｙは、梁の長さＬの３乗に比例し、奥行きの長さｂに反比例し、且つ、薄板体の厚さｔの３乗に反比例することが理解される。そこで、梁の長さＬと奥行きの長さｂを一定とすると、撓み量ｙは厚さｔの３乗に反比例する。従って、撓み量ｙと厚さｔとの関係は、図９の破線の曲線Ｃ１により表される。
【００２８】
これに対し、上述した凸状部１１及び凹状部１２を備える薄板体１０においては、荷重Ｆ、ヤング率Ｅ、梁の長さＬ及び奥行きの長さｂ等が仮想薄板体と同じであっても、撓み量ｙと厚さｔとの関係は、図９の実線の曲線Ｃ２により表したように変化する。即ち、凸状部１１及び凹状部１２を備える薄板体１０の撓み量ｙは、厚さｔが薄板体１０と同じである仮想薄板体の撓み量ｙよりも小さくなる。
【００２９】
例えば、仮想薄板体を１ｍｍ撓ませる（ｙ＝１ｍｍ）のに必要な荷重Ｆを実測したところ、５．１ｇ重であった。
【００３０】
これに対し、凸状部１１及び凹状部１２を備える薄板体１０を１ｍｍ撓ませる（ｙ＝１ｍｍ）のに必要な荷重Ｆを実測したところ、７８．３ｇ重であった。即ち、薄板体１０を所定量だけ撓ませるのに必要な荷重は、仮想薄板体を同所定量だけ撓ませるのに必要な荷重よりも非常に大きい値となっていた。
【００３１】
また、前述した頂部底部間距離平均値と「セラミックス薄板体を１ｍｍ撓ませるのに必要な荷重」との関係を調査し、その結果を図１０に示した。図１０から、頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上になると、急激に前記荷重が大きくなることがわかる。一方、頂部底部間距離平均値が４００μｍ以上となると、薄板体の表面に形成された凹状部及び凸状部の曲率が大きくなることに起因して焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生するため、極端に強度の弱い薄板体が発生した。以上のことから、頂部底部間距離平均値は、２０μｍ以上且つ４００μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
更に、前述した「一つの凸状部の頂部１１ａと同一つの凹状部の底部１２ａとの平面Ｐに沿う方向の距離（ｗ／２）」（即ち、頂部底部平面方向距離）と「セラミックス薄板体を１ｍｍ撓ませるのに必要な荷重」との関係を調査し、その結果を図１１に示した。図１１から、頂部底部平面方向距離が１０００μｍ（１．００ｍｍ）以下となると、前記荷重が急激に大きくなることがわかる。従って、頂部底部平面方向距離を１０００μｍ（１ｍｍ）以下とすると、変形に強い薄板体１０を得ることができる。一方、頂部底部平面方向距離が５０μｍ未満であって凸状部１１と凹状部１２とが極めて近接した状況になると、焼成体である薄板体にマイクロクラックが発生するため、極端に強度の弱い薄板体が発生した。以上のことから、頂部底部平面方向距離は、５０μｍ以上且つ１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
次に、薄板体１０の製造方法について説明する。
（第１製法例）
第１製法例においては、先ず、図１２の（Ａ）に示したように、セラミックスのグリーンシート１０Ａと、押し型２０とを準備する。押し型２０の上面には、凸状部１１及び凹状部１２を形成するための起伏が形成されている。次いで、グリーンシート１０Ａを押し型２０の上面に対して押圧する。この結果、図１２の（Ｂ）に示したように、グリーンシートの一面側に凸状部１１及び凹状部１２となる起伏が形成される。そして、このグリーンシート１０Ａを所定の焼成条件（例えば、１４００℃、１時間）にて焼成する。この結果、図１に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体１０が形成される。
【００３４】
（第２製法例）
第２製法例においては、図１３の（Ａ）に示したように、セラミックスのグリーンシート１０Ａと、焼成用セッター３０とを準備する。この焼成用セッターの上面には、研削、研磨及びブラスト処理等のうちの適当な手法により、凸状部１１及び凹状部１２を形成するための起伏が形成されている。次に、図１３の（Ｂ）に示したように、グリーンシート１０Ａを焼成用セッター３０の上面に対して押圧しながら、このグリーンシート１０Ａを所定の焼成条件（例えば、１４００℃、１時間）にて焼成する。この結果、図１に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体１０が形成される。
【００３５】
（第３製法例）
第３製法例においては、図１４の（Ａ）に示したように、セラミックスのグリーンシート１０Ａを準備し、そのグリーンシート１０Ａの両端の片面側（或いは、グリーンシート１０Ａの周辺部）に焼成前セラミックス小片１０Ｂを印刷により成形する。焼成前セラミックス小片１０Ｂは、グリーンシート１０Ａと同種のセラミックスからなる。
【００３６】
次に、グリーンシート１０Ａ及び焼成前セラミックス小片１０Ｂを所定の焼成条件（例えば、１４００℃、１時間）にて焼成する。この結果、グリーンシート１０Ａと焼成前セラミックス小片１０Ｂとの収縮差によって、図１４の（Ｂ）に示したように、グリーンシート１０Ａが反りを有する薄板体１０Ｃとなる。なお、グリーンシート１０Ａとセラミックス小片１０Ｂとの焼成収縮差は、例えば粒子径が異なる材料を使用することなどにより容易に制御可能である。
【００３７】
次に、薄板体１０Ｃの反りを修正するために、図１４の（Ｃ）に示したように、薄板体１０Ｃの上部におもり４０を載置し、この状態にて（即ち、おもり４０により薄板体１０Ｃを伸ばすように下方に押圧しながら）、薄板体１０Ｃを所定の条件にて焼成する（例えば、図１４に示した凸状部１１及び凹状部１２を形成するための起伏が形成されているセッター３０の上に薄板体１０Ｃを載置するとともに、３００ｇのアルミナ製のおもり４０を薄板体１０Ｃの上に載せた状態において、１４００℃・１時間の条件にて焼成する。）。その結果、図１４の（Ｄ）に示したように、図１に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体１０が形成される。
【００３８】
なお、グリーンシート１０Ａに対して焼成前セラミックス１０Ｂを印刷することなく、グリーンシート１０Ａを所定の条件にて焼成することにより、図１４の（Ｂ）に示したような反りを有する薄板体１０Ｃを得ることもできる。即ち、例えば、セッター中央部がくり抜かれた（すなわち４方の外枠のみがある）セッター上にグリーンシート１０Ａを置いた状態にてグリーンシート１０Ａを焼成すれば、グリーンシート１０Ａの中央部が自重によって撓み、焼成後において中央部が凹形状となった反りを有する薄板体１０Ｃを得ることができる。そして、その後、上述した第３製法例と同じ方法により、薄板体１０を製造することもできる。
【００３９】
（第１変形例）
次に、本発明による薄板体の各種変形例について説明する。図１５に示したように、本発明の第１変形例に係る薄板体５１は、薄板体５１の周辺部のみに凸状部１１と凹状部１２とを備えている。この薄板体５１に対して、図６乃至図８を用いて説明した場合と同じ条件（梁の長さＬ＝４０ｍｍ、奥行きｂ＝３０ｍｍ、厚みｔ＝３０μｍ、材質はジルコニア）にて荷重を加え、薄板体５１を１ｍｍ撓ませる（ｙ＝１ｍｍ）のに必要な荷重Ｆを実測したところ、５０．２ｇ重であった。このように、薄板体５１の周辺部のみに凸状部１１と凹状部１２を形成させた場合であっても、凸状部１１及び凹状部１２を備えない上記仮想薄板体と比較して、外力に対して極めて変形しにくい薄板体が提供されることが理解できる。
【００４０】
（第２変形例）
図１６に示したように、本発明の第２変形例に係る薄板体５２は、薄板体５２の中央部のみに凸状部１１と凹状部１２とを備えている。
（第３変形例）
図１７に示したように、本発明の第３変形例に係る薄板体５３は、山脈状の凸状部１１及び溝状の凹状部１２が方向性を有して（同一方向に）整列されているものである。
【００４１】
（第４変形例）
図１８に示したように、本発明の第４変形例に係る薄板体５４は、凸状部１１及び凹状部１２が規則的に交互に整列されたもの（メッシュ形状に沿った凸状部１１及び凹状部１２を備えたもの）である。即ち、波形のしわの尾根が正方格子に沿うように形成されていてもよい。
なお、これらの第１変形例〜第４変形例の薄板体５１〜５４も、第１製法例の押し型２０の上面に形成される起伏の形状、又は、第２製法例の焼成用セッターの上面に形成される起伏の形状を適宜設定することにより簡単に製造することができる。
【００４２】
例えば、図１８に示した薄板体５４は、図１２を参照して説明した第１製法例において、押し型２０として金属メッシュを使用することにより製造できる。より具体的に述べると、セラミックスのグリーンシート１０Ａと金属メッシュからなる押し型２０とを、例えば５〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２程度の加重を印加しながら互いに押圧させる。これにより、セラミックスのグリーンシート１０Ａの表面にメッシュ形状に沿った凹上部及び凸状部を形成することができる。この凹上部及び凸状部の深さは荷重により制御可能である。そして、そのグリーンシート１０Ａを前述したように焼成する。この結果、図１８に示した凸状部１１及び凹状部１２を有する薄板体５４が容易に形成される。
【００４３】
（第５変形例）
図１９に示したように、本発明の第５変形例に係る薄板体５５は、セラミックスシート５５ａと、セラミックスシート５５ａとは熱膨張率が相違する材料からなるシート５５ｂ，５５ｃと、の積層体である。この場合、セラミックスシート５５ａは固体電解質ジルコニア（ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）である。シート５５ｂは、固体電解質ジルコニア５５ａの一面に形成された燃料極である。この燃料極は、Ｎｉ＋ＹＳＺサーメットからなり、多孔質体である。シート５５ｃは、固体電解質ジルコニア５５ａの他面に形成された空気極である。この空気極は、ＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３：ランタンストロンチウムマンガナイト）からなり、多孔質体である。従って、薄板体５５は、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell；固体電解質形燃料電池）の単セルとして使用される。
【００４４】
薄板体５５は、グリーンシート法により作成したセラミックスシート（ジルコニアテープ）５５ａを１４００℃・１時間にて焼成し、その焼成体の下面にシート（燃料極となる層）５５ｂを印刷法により形成してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の上面にシート（空気極となる層）５５ｃを同じく印刷法により形成してから１２００℃・１時間にて焼成することにより形成される。なお、薄板体５５においては、セラミックスシート（緻密なジルコニア固体電解質層）５５ａの厚さを３０μｍ、シート（燃料極層）５５ｂの厚さを１０μｍ、シート（空気極層）５５ｃの厚さを１０μｍとした。薄板体５５のサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍとした。
【００４５】
ところで、セラミックスシート（緻密なジルコニア固体電解質層）５５ａを構成するＹＳＺの熱膨張率と、シート（燃料極層）５５ｂを構成するＮｉ＋ＹＳＺサーメットの熱膨張率と、シート（空気極層）５５ｃを構成するＬＳＭの熱膨張率と、は互いに相違している。従って、それぞれが焼成されるとき焼成収縮差と熱膨張差があることから、焼成後には残留応力に伴う基板反りが発生する。そして、その後、例えば上記第３製法により「波状のしわ」を導入することが可能である。
【００４６】
なお、ジルコニアテープ５５ａの一面にシート（燃料極となる層）５５ｂを印刷法により形成してから、両者を１４００℃・１時間にて焼成し、その後、シート（空気極層）５５ｃを上述した方法により形成してもよい。或いは、ジルコニアテープ５５ａと燃料極層となるテープ５５ｂを積層一体化し、両者を１４００℃・１時間にて焼成し、その後、シート（空気極層）５５ｃを上述した方法により形成してもよい。
【００４７】
この実施形態の薄板体５５のように、薄板体５５がセラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体である場合、その薄板体は外力に対し変形し難いばかりでなく、内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏し得る。即ち、積層体の薄板体５５が高温の環境下にて保持されるとき、或いは、薄板体５５に対し温度差が付与される環境下（例えば片面を加熱するなどの環境下）にて薄板体５５が使用されるとき、各層での熱膨張差に伴う内部応力が発生する。しかし、薄板体５５は、凹状部１１及び凸状部１２をそれぞれ複数備えるので、そのような内部応力が発生しても変形し難いという効果を奏することができる。
【００４８】
以上、説明したように、本発明の実施形態及び変形例に係る薄板体は、凸状部及び凹状部を有していて、凸状部及び凹状部を有さない同種の薄板体（仮想薄板体）よりも、変形し難い薄板体となっている。従って、この薄板体を使用すれば、外部からの力が加わった場合でも所期の性能を発揮し易いデバイス、或いは、製造し易いデバイス、が提供される。
【００４９】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各薄板体は、アルミナ等の通常のセラミックスからなっていてもよい。更に、上記各薄板体は、窒化珪素及び炭化珪素等の高耐熱衝撃性セラミックスであってもよく、イットリア部分安定化ジルコニアであってもよい。更に、上記各薄板体の平面視における形状は、正方形や長方形に限らず、これらを含む正多角形、多角形、円形、長円形及び楕円形等であってもよい。
【００５０】
また、第５変形例の薄板体５５において、シート（燃料極層）５５ｂは、白金、白金−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、ルテニウム、ルテニウム−ジルコニアサーメット等から構成することができる。
【００５１】
更に、シート（空気極層）５５ｃは、例えば、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物（例えば、上述のランタンマンガナイトのほか、ランタンコバルタイト）から構成することができる。ランタンコバルタイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト（ランタンマンガナイトの場合）、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白金、ルテニウム、白金−ジルコニアサーメット、パラジウム−ジルコニアサーメット、ルテニウム−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、パラジウム−酸化セリウムサーメット、ルテニウム−酸化セリウムサーメットであってもよい。
【００５２】
加えて、第５変形例の薄板体５５は、３層の積層体であったが、積層数は２層又は３層以上であってもよい（例えば、４層〜７層）。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄板体の斜視図である。
【図２】図１の薄板体が備える凸状部及び凹状部を示した部分拡大斜視図である。
【図３】図１の薄板体が備える凸状部の他の一例を示す斜視図である。
【図４】図１の薄板体が備える凹状部の他の一例を示す斜視図である。
【図５】図１の薄板体の断面図である。
【図６】薄板体の大きさ及び荷重印加箇所等を示した同薄板体の斜視図である。
【図７】図６に示した薄板体の正面図である。
【図８】図６に示した薄板体が変形した場合の同薄板体の正面図である。
【図９】凸状部及び凹状部を備えない仮想薄板体と凸状部及び凹状部を備える本発明の薄板体とにおける厚さと撓み量の関係を示すグラフである。
【図１０】頂部底部間距離平均値とセラミックス薄板体を所定量だけ撓ませるのに必要な荷重との関係を示したグラフである。
【図１１】頂部底部平面方向距離とセラミックス薄板体を所定量だけ撓ませるのに必要な荷重との関係を示したグラフである。
【図１２】本発明による薄板体の第１製法例の工程図である。
【図１３】本発明による薄板体の第２製法例の工程図である。
【図１４】本発明による薄板体の第３製法例の工程図である。
【図１５】本発明による薄板体の第１変形例の斜視図である。
【図１６】本発明による薄板体の第２変形例の斜視図である。
【図１７】本発明による薄板体の第３変形例の斜視図である。
【図１８】本発明による薄板体の第４変形例の斜視図である。
【図１９】本発明による薄板体の第５変形例の斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０、５１〜５５…薄板体、１１…凸状部、１１ａ…頂部、１２…凹状部、１２ａ…底部、３０…焼成用セッター、４０…おもり、Ｐ…平面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセラミックスシートを含む焼成された薄板体であって、
その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さであり、
前記薄板体の一つの平面から突出した凸状部を複数備えるとともに同平面から陥没した凹状部を複数備え、
前記薄板体を同薄板体の所定の支持箇所で支持するとともに同薄板体に対し同支持箇所以外の荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量が、前記薄板体が前記凸状部及び前記凹状部を備えることなく平坦であると仮定した場合に同仮定した薄板体を前記支持箇所で支持するとともに同仮定した薄板体に対し前記荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって前記所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量よりも小さい薄板体。
【請求項２】
請求項１に記載の焼成された薄板体であって、
前記複数の凸状部のうちの少なくとも一つの凸状部は同凸状部の最高点に位置する頂部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成され、且つ、前記複数の凹状部のうちの少なくとも一つの凹状部は同凹状部の最低点に位置する底部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成されている薄板体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の焼成された薄板体であって、
前記凸状部の最高点に位置する頂部の前記平面からの距離を前記複数の凸状部について単純平均した頂部距離平均値と、前記凹状部の最低点に位置する底部の前記平面からの距離を前記複数の凹状部について単純平均した底部距離平均値と、の和である頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上且つ４００μｍ以下である薄板体。
【請求項４】
請求項３に記載の焼成された薄板体であって、
前記複数の凸状部のうちの一つの凸状部と同一つの凸状部に隣接した前記複数の凹状部うちの一つの凹状部とからなるとともに同一つの凸状部の頂部と同一つの凹状部の底部との前記平面に沿う方向の距離が０．０５ｍｍ以上且つ１．００ｍｍ以下である少なくとも一組の凸状部及び凹状部を含む薄板体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の焼成された薄板体であって、
セラミックスシート単体からなることを特徴とする薄板体。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の焼成された薄板体であって、
セラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体であることを特徴とする薄板体。
【請求項７】
請求項６に記載の焼成された薄板体において、
前記セラミックススシートは固体電解質ジルコニアであり、前記熱膨張率が相違する材料からなるシートとして同固体電解質ジルコニアの一面に燃料極が形成され、前記熱膨張率が相違する材料からなるシートとして同固体電解質ジルコニアの他面に空気極が形成されてなる薄板体。
【請求項１】
少なくともセラミックスシートを含む焼成された薄板体であって、
その厚さが５μｍ以上且つ１００μｍ以下の均一の厚さであり、
前記薄板体の一つの平面から突出した凸状部を複数備えるとともに同平面から陥没した凹状部を複数備え、
前記薄板体を同薄板体の所定の支持箇所で支持するとともに同薄板体に対し同支持箇所以外の荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量が、前記薄板体が前記凸状部及び前記凹状部を備えることなく平坦であると仮定した場合に同仮定した薄板体を前記支持箇所で支持するとともに同仮定した薄板体に対し前記荷重印加箇所に前記平面に直交する方向であって前記所定の大きさの荷重を加えたときの撓み量よりも小さい薄板体。
【請求項２】
請求項１に記載の焼成された薄板体であって、
前記複数の凸状部のうちの少なくとも一つの凸状部は同凸状部の最高点に位置する頂部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成され、且つ、前記複数の凹状部のうちの少なくとも一つの凹状部は同凹状部の最低点に位置する底部が前記平面に沿う方向に連続的に伸びるように形成されている薄板体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の焼成された薄板体であって、
前記凸状部の最高点に位置する頂部の前記平面からの距離を前記複数の凸状部について単純平均した頂部距離平均値と、前記凹状部の最低点に位置する底部の前記平面からの距離を前記複数の凹状部について単純平均した底部距離平均値と、の和である頂部底部間距離平均値が２０μｍ以上且つ４００μｍ以下である薄板体。
【請求項４】
請求項３に記載の焼成された薄板体であって、
前記複数の凸状部のうちの一つの凸状部と同一つの凸状部に隣接した前記複数の凹状部うちの一つの凹状部とからなるとともに同一つの凸状部の頂部と同一つの凹状部の底部との前記平面に沿う方向の距離が０．０５ｍｍ以上且つ１．００ｍｍ以下である少なくとも一組の凸状部及び凹状部を含む薄板体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の焼成された薄板体であって、
セラミックスシート単体からなることを特徴とする薄板体。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の焼成された薄板体であって、
セラミックスシートと同セラミックスシートとは熱膨張率が相違する材料からなるシートとの積層体であることを特徴とする薄板体。
【請求項７】
請求項６に記載の焼成された薄板体において、
前記セラミックススシートは固体電解質ジルコニアであり、前記熱膨張率が相違する材料からなるシートとして同固体電解質ジルコニアの一面に燃料極が形成され、前記熱膨張率が相違する材料からなるシートとして同固体電解質ジルコニアの他面に空気極が形成されてなる薄板体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−５０２２２（Ｐ２００８−５０２２２Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２９５４７（Ｐ２００６−２２９５４７）
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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