JP2003236817A

JP2003236817A - 加圧鋳込み成形方法

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Publication number: JP2003236817A
Application number: JP2002044308A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Miyashita; 幸久宮下; Shigeaki Kuroi; 茂明黒井; Taku Haneda; 卓羽田; Shuichi Takeda; 修一武田; Tomohide Otsuka; 朋秀大塚; Miyuki Tsuji; 美由紀辻
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の複雑化や操作の煩雑を回避しながら、
歩留まりや生産性などでも有利な加圧鋳込み成形方法の
提供。【解決手段】吸水性成形型１及び非吸水性成形型２が
係合ないし嵌合して形成する鋳込み型３に非吸水性成形
型２側から成形用スラリーを加圧充填する工程と、前記
加圧充填で鋳込み型３内に静水圧を与える一方、吸水性
成形型１側に成形用スラリー中の溶媒を透過させて吸水
性成形型１内壁面に成形用スラリー中の粒子を堆積させ
て固化成形体６化する工程と、前記粒子の固化成形体６
化後に鋳込み型３内の成型用スラリーを除去する工程
と、前記鋳込み型３から吸水性成形型１を取り外し、吸
水性成形型１から固化成形体６を分離する工程とを有す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶媒中に粉体材料
を分散させた成型用スラリーを素材とし、吸水性（透水
性）の鋳型を使用する加圧鋳込み成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状のセラミックス成型品を製作
する手段として、加圧鋳込み成形方法が知られている。
すなわち、セラミックス粉末を溶媒中に分散させてなる
スラリーを、たとえば０．０９８〜０．４９ＭＰａ程度
の圧力で加圧しながら、多孔質（吸水性ないし透水性）
の型で鋳込み、溶媒を型外に排除する一方、型内にセラ
ミックス粉末（粒子）を堆積させ固化成形体化する手段
が知られている（特開平８−９９３０６号公報）。

【０００３】上記加圧鋳込み成形方法は、型内に充填・
供給した成型用スラリーが加圧されることによって、ス
ラリー中のセラミックス粒子集合体の密度を増大させる
と共に、溶媒を多孔質の型に急速に吸収させ、セラミッ
クス粒子集合体から溶媒を排除することで、高密度化を
助長できる。このように、加圧鋳込み成型方法は、設備
的に簡略であるだけでなく、密度の高い固化成形体を作
成できるが、次のような問題がある。すなわち、前記セ
ラミックス粒子の集合体化ないし成膜化（堆積させ固化
成形体化）が多孔質の型壁面から起こるため、溶媒の急
速な吸収が阻害されてセラミックス粒子の固化速度差を
生じ易い。

【０００４】このセラミックス粒子の堆積・固化速度差
は、最終的に、固化成形体内での密度のバラツキの原因
となって、その後の乾燥処理や焼成処理において、歩留
まり低下などの不都合な問題を提起する。特に、肉厚が
厚い固化成形体の場合は、前記乾燥処理や焼成処理の過
程で、反りなどの歪みを発生したり、亀裂を発生するな
どして、品質ないし製造歩留まりの低下などを招来す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記固化成形体内での
密度のバラツキ発生を回避するため、成型用スラリーの
溶媒成分を可能な限り低減する手段も採られているが、
この場合は、成型用スラリーの粘性が増加するので、加
圧力を大きく設定する必要がある。ここで、大きな加圧
力の設定は、鋳込み型に耐圧性が要求されることを意味
し、この要求に伴って、加圧鋳込み装置の大形化などが
必要となる。また、型材なども摩耗・損傷されて寸法精
度などが損なわれ易いため、固化成形体の寸法精度を確
保する上で、あるいは固化成形体に不純物が混入するの
を避ける上で、型材などは、優れた耐摩耗性を有する素
材で構成する必要がある。

【０００６】さらに、上記固化成形体の肉厚方向におけ
る密度のバラツキなどを解消するため、固化成形体の形
成後に、型内の成型用スラリーを排除する一方、型内に
４．９〜３９２．３ＭＰａ程度の圧力の気体を供給し、
固化成形体内の溶媒を強制的に多孔質の鋳型に吸収させ
る手段も試みられている（特開平８−１３３８１９号公
報）。しかし、この場合は、加圧成型用スラリーの一定
時間供給、残留スラリーの排出、加圧気体の供給など操
作が多段的で、かつ鋳込み型が全体的に多孔質性である
ため、一連の操作の制御も煩雑であり、品質のバラツキ
や生産性が懸念される。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、装置の複雑化や操作の煩雑を回避しながら、歩留ま
りや生産性などでも有利な加圧鋳込み成形方法の提供を
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、吸水
性成形型及び非吸水性成形型が係合ないし嵌合して形成
する鋳込み型に非吸水性成形型側から成形用スラリーを
加圧充填する工程と、前記加圧充填で鋳込み型内に静水
圧を与える一方、吸水性成形型側に成形用スラリー中の
溶媒を透過させて吸水性成形型内壁面に成形用スラリー
中の粒子を堆積させ固化成形体化する工程と、前記粒子
の固化成形体化後に鋳込み型内の成型用スラリーを除去
する工程と、前記鋳込み型から吸水性成形型を取り外
し、吸水性成形型から固化成形体を分離する工程と、を
有することを特徴とする加圧鋳込み成形方法である。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の加圧鋳
込み成形方法において、成形用スラリー充填時の加圧が
０．４９〜１．９６ＭＰａであることを特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載の加圧鋳込み成形方法において、鋳込み型が有
底筒状の吸水性成形型に筒状の非吸水性成形型を同軸的
に係合ないし嵌合する構成を採っていることを特徴とす
る。

【００１１】請求項１ないし３の発明において、吸水性
成形型及び非吸水性成形型の組み合わせによる鋳込み型
化は、両成形型の係合ないし嵌合で行われる。ここで、
両成形型の係合ないし嵌合による鋳込み型は、一般的
に、一方を有底筒状形とし、他方を筒状形として、有底
筒状形に対して筒状形を同軸的に、かつ先端面を底面か
ら離隔して装着・配置した構成が挙げられる。また、板
状の固化成形体を鋳込み成形する場合は、底壁面が吸水
性で側壁部を非吸水性とした皿状の成形型と、開口部を
封塞する二重蓋状の成形型の組み合わせで行われる。な
お、いずれの場合も、固化成形体を形成する吸水性成形
型の面と、これに対向する非吸水性成形型の面との間に
静水圧を生じさせ空間領域、及び固化成形体を着肉した
後に鋳込み型内の成型用スラリーを除去できる開閉形の
流路が形成される構成を採る必要がある。

【００１２】請求項１ないし３の発明において、吸水性
成形型は、たとえば石膏型、またはガラス質、セラミッ
クス質、プラスチック質、金属質など、吸水性を呈する
多孔質を素材とした型である。一方、非吸水性成形型
は、ガラス質、セラミックス質、プラスチック質、金属
質など非多孔質を素材とした型である。

【００１３】請求項１ないし３の発明において、成型用
スラリーは、たとえば平均粒径１〜７０μｍ程度のアル
ミナ、ジルコニアなどの酸化物、窒化ケイ素などの窒化
物、炭化ケイ素など炭化物の少なくとも１種からなるセ
ラミックス粉末（粒子）や、金属類の粉末（粒子）を、
たとえば水、アルコールなどの溶媒に分散・含有させた
ものである。なお、成型用スラリーの調製では、要すれ
ば分散剤やバインダー、焼結助剤など添加するが、一般
的には、固形成分１００質量部当たり、溶媒１０〜４５
質量部に選択・設定する。

【００１４】請求項１ないし３の発明において、成形用
スラリーを鋳込み型に加圧充填する際の加圧は、鋳込み
型の構造ないし形状や、使用する成形用スラリーの組成
・粘性などによっても異なるが、一般的に、０．４９〜
１．９６ＭＰａ程度に設定すれば、この加圧充填で、鋳
込み型内に所要の静水圧を充分与えることができる。ま
た、上記静水圧の付与によって、吸水性成形型面側全体
を均一に加圧しながら、成形用スラリー中の溶媒を吸水
性成形型外に透過させ、吸水性成形型内壁面に成形用ス
ラリー中の粒子を密度ムラなく堆積させて固化成形体と
なる。

【００１５】なお、この固化成形体の着肉（粒子の堆
積）速度は、成形用スラリー中の粒子含有量（濃度）、
成形用スラリーの粘性、加圧充填の加圧程度などによっ
て異なるので、固化成形体の形状、肉厚などに対応して
加圧成形条件を適宜設定する。そして、粒子の堆積によ
る所要の固化成形が行われた時点で、鋳込み型に予め設
置してある流路を開放し、固化成形体面に対する静水圧
を解放する一方、鋳込み型内の成型用スラリーを排出・
除去する。

【００１６】その後に、鋳込み型から吸水性成形型を取
り外し、乾燥処理を施してから、吸水性成形型から固化
成形体を分離する。ここで、吸水性成形型面に着肉（堆
積）・形成された固化成形体は、乾燥処理によって収縮
し、吸水性成形型面から容易に剥離するので、損傷など
を起こさずに分離できる。なお、乾燥処理だけで分離し
た固化成形体は、最終的な焼成処理を施すことによっ
て、所要の成形体製品が得られる。

【００１７】請求項１ないし３の発明では、着肉（堆
積）して固化成形体を形成する吸水性成形型面と、対を
なす非吸水性成形型面との間に静水圧を形成して、かつ
加圧着肉（堆積）によって固化成形体が形成される。つ
まり、固化成形体の着肉形成は、成型用スラリーの加圧
鋳込みで促進されるために、着肉形成時間を短縮できる
一方、この着肉形成される膜に対して静水圧が、常時、
全体的に加わる。したがって、量産的、かつ密度が全体
的に一様な固化成形体化が容易に達成される。

【００１８】

【発明の実施形態】以下、図１及び図２を参照して実施
例を説明する。

【００１９】図１は、本発明に係る加圧鋳込み成形方法
の実施に使用する加圧鋳込み型の要部構成を示す断面図
である。図１において、１は吸水性成形型、２は非吸水
性成形型であり、これら両成形型１，２は対を成し、か
つ係合ないし嵌合して鋳込み型３を形成する。この実施
例では、吸水性成形型１が石膏製の内径１００ｍｍ、肉
厚５０ｍｍ、深さ２００ｍｍの有底円筒体である。ま
た、前記非吸水性成形型２は、緻密なセラミックス製の
内径１０ｍｍ、肉厚３０ｍｍ、長さ１４０ｍｍの円筒体
である。なお、図中４は非吸水性成形型２の一端を支持
する支持体である。

【００２０】そして、吸水性成形型１は、開口端側が開
閉可能で、かつ非吸水性成形型２を貫挿的に装着するセ
ラミックス製蓋体５で封装される構成で、鋳込み型３を
構成する。なお、吸水性成形型１に対する非吸水性成形
型２の係合ないし嵌合組み合わせは、吸水性成形型１に
対して非吸水性成形型２を同軸的に、また、非吸水性成
形型２の先端と吸水性成形型１底面とが１０ｍｍ程度離
隔する状態に設定されている。

【００２１】次に、上記吸水性成形型１、及び非吸水性
成形型２の対で構成された鋳込み型３を使用する加圧鋳
込み成形方法の実施態様を説明する。先ず、たとえば平
均粒径３０μｍの炭化ケイ素粉末６５質量部と平均粒径
１μｍの炭化ケイ素粉末３５質量部に対し、ポリアクリ
ル酸塩系の分散剤０．１５質量部、アクリル樹脂系のバ
インダー２．５質量部、及び溶媒としての蒸留水１５質
量部を加えてボール型ミルで混合して成形用スラリーを
調製する。この成形用スラリーを図示を省略してある加
圧型タンクに収容する一方、加圧型タンクの吐出口を鋳
込み型３の供給口３ａと気密的に連接して、鋳込み型３
内に成形用スラリーを加圧充填できる態勢とする。ここ
で、成形用スラリーを加圧充填するための圧力は、好ま
しくは０．４９〜１．９６ＭＰａ程度である。

【００２２】その後、加圧型タンクの吐出口を開放し、
鋳込み型３の供給口３ａを介して成形用スラリーを加圧
充填（矢印）する。つまり、円筒状の非吸水性成形型２
に、成形用スラリーを加圧充填し、さらに、有底円筒状
の吸水性成形型１内壁面を圧接するように空間領域を成
形用スラリーで充填し、非吸水性成形型２と吸水性成形
型１内壁面との間に静水圧を与える。

【００２３】この成形用スラリーの加圧充填、及び静水
圧の付与状態において、成形用スラリー中の溶媒成分
は、吸水性成形型１壁を介して強制的に吸水性成形型１
外に排除される。また、この溶媒の強制排除に伴って、
吸水性成形型１の内壁面に、成形用スラリー中のセラミ
ックス粒子が強制的に堆積（着肉）される。

【００２４】つまり、成形用スラリーの強制的な流動・
移動により、セラミックス粒子が高速的に吸水性成形型
１の内壁面に堆積（着肉ないし成形体化）され、セラミ
ックス粒子の固化成形体６が形成される。しかも、この
高速的な着肉は、着肉面全体が静水圧を加えられた状態
で進行されるため、着肉層の緻密化（密度アップ）が図
られるだけでなく、全体的に密度ムラのない固化成形体
６が形成される。

【００２５】たとえば成形用スラリーの加圧充填時の圧
力を０．４９ＭＰａ，０．９８ＭＰａ，もしくは１．９
６ＭＰａ、及び成形用スラリーの加圧充填時間を５ｍｉ
ｎ．１０ｍｉｎ．もしくは１５ｍｉｎ．に設定し、加圧
鋳込み成形を行ったときに、吸水性成形型１内壁面に着
肉形成された固化成形体６の厚さをそれぞれ測定した結
果を表１に示す。また、これら着肉で形成された固化成
形体６は、全体的に、厚さ方向での密度にバラツキのな
い均質なものであった。

【００２６】

【表１】

【００２７】次いで、前記セラミックス粒子の固化成形
体６を着肉形成した鋳込み型３内の成型用スラリーを流
出・除去し、その後に、鋳込み型３から吸水性成形型１
を取り外して、乾燥処理を施し吸水性成形型１から固化
成形体６を分離する。こうして得たセラミックス粒子系
の固化成形体６は、常套的な焼成ないし焼結条件で焼成
ないし焼結することによって、所要の緻密性の均一なセ
ラミックス成型製品が得られる。

【００２８】比較のため、上記加圧鋳込み成形方法にお
いて、静水圧を加えなかった場合を示す。すなわち、図
２に概略構成を断面的に示すように、図１に図示した加
圧鋳込み型３の構造において、蓋体５に排気口７ａ，７
ｂを設けて静水圧を付与できないように構成した加圧鋳
込み型８を使用した他は、実施例の場合と同様の条件で
加圧鋳込み成形を行ったところ、加圧充填時間３０ｍｉ
ｎ．でも着肉厚さは、０．３ｍｍ程度で、かつ密度ムラ
が認められた。つまり、着肉速度が遅くて量産的でなく
（実施例の場合は、鋳込み時間がこの１／６に短縮し量
産的である）、また、全体的に密度ムラもあって、品質
的に大幅に劣っている。

【００２９】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば加圧鋳込み型を構成する吸
水性成形型、及び非吸水性成形型の組み合わせ、成型用
スラリーの組成ないし種類など、加圧鋳込み成形の目
的、成型品の用途などに応じて適宜選択設定できる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１ないし３の発明によれば、固化
成形体の着肉形成は、成型用スラリーの加圧鋳込みで促
進されるため着肉形成時間を短縮できる一方、この着肉
形成に対おいて静水圧が、常時、着肉形成面に全体的に
加わる。したがって、量産的、かつ密度が全体的に一様
な固化成形体化が容易に達成され、製品の高品質性と相
俟って、複雑な形状の成型品の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る加圧鋳込み成形方法の実施に使用
した加圧鋳込み型の要部構成を示す断面図。

【図２】比較例に係る加圧鋳込み成形方法の実施に使用
した加圧鋳込み型の要部構成を示す断面図。

【符号の説明】

１……吸水性成形型２……非吸水性成形型３……加圧鋳込み型４……支持体５……蓋体６……固化成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽田卓山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国事業所内 (72)発明者武田修一山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国事業所内 (72)発明者大塚朋秀山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国事業所内 (72)発明者辻美由紀山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国事業所内Ｆターム(参考） 4G052 CA06 CB11 CC02 CC14 CC17 CC19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸水性成形型及び非吸水性成形型が係合
ないし嵌合して形成する鋳込み型に非吸水性成形型側か
ら成形用スラリーを加圧充填する工程と、前記加圧充填
で鋳込み型内に静水圧を与える一方、吸水性成形型側に
成形用スラリー中の溶媒を透過させて吸水性成形型内壁
面に成形用スラリー中の粒子を堆積させ固化成形体化す
る工程と、前記粒子の固化成形体化後に鋳込み型内の成
型用スラリーを除去する工程と、前記鋳込み型から吸水
性成形型を取り外し、吸水性成形型から固化成形体を分
離する工程と、を有することを特徴とする加圧鋳込み成
形方法。
【請求項２】成形用スラリー充填時の加圧が０．４９
〜１．９６ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載
の加圧鋳込み成形方法。
【請求項３】鋳込み型が有底筒状の吸水性成形型に筒
状の非吸水性成形型を同軸的に係合ないし嵌合する構成
を採っていることを特徴とする請求項１もしくは請求項
２記載の加圧鋳込み成形方法。