JPH05124024A

JPH05124024A - セラミツクス成形体の離型性向上方法及び成形型

Info

Publication number: JPH05124024A
Application number: JP28890291A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kawahara; 竜也川原; Atsushi Tanaka; 敦史田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ゲル状のセラミックス成形体の離型時における
剥離欠陥を低減した離型性向上方法を提供すること。【構成】ポリエチレン樹脂粉末を含む窒化珪素系スラリ
ーを混練して摩擦帯電させた帯電スラリーを用いる。成
形型４の絶縁層４２、４３で区画されたキャビティにそ
の帯電スラリーをガス圧で注入し、冷却して固化させ、
正に帯電したゲル状の成形体６を得る。その後、下型４
１を高電圧発生装置８の正極側に接続し、下型４１側が
正極となる電界を発生させる。成形体６は正に帯電して
いるので、静電反発現象が生じ、成形体６の下面６０は
下型４１の型面４１ａから離型される。その後、上型４
０を高電圧発生装置８の正極側に接続し、上型４０側が
正極となる電界を発生させる。静電反発現象により、成
形体６の上面６１は上型４０の型面４０ａから離型され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス成形体の離
型性向上方法、及び、その方法の実施に用いる成形型に
関する。本発明方法は、例えば、ゲル化した様な軟らか
い成形体を離型する際に適する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セラミックス成形体を得るに
あたり、セラミックススラリーを成形型のキャビティに
注入し、成形体を得、その後、成形体を成形型の型面か
ら機械的手段により離型する方法が一般的に採用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成形体
を成形型の型面から離型する際に、正確に離型すること
は必ずしも容易ではなく、成形体の表面の一部が成形型
の型面に付着し、剥離欠陥を生じることも間々ある。特
に、近年、本出願人は、高分子化合物またはワックス等
の熱可塑性物質等からなる結合剤と溶媒とセラミックス
粉末とを混合し加熱によりゾル化したスラリーを用い、
そのスラリーを成形型のキャビティに低圧で注入し、成
形型内で冷却してゲル化して成形体とし、離型後に成形
体を加熱して脱脂し、その後高温で焼結する方法を実用
化しつつある。この方法は複雑形状の成形体を成形する
のに適する。しかし、成形体はゲル状であるため軟らか
く、そのため離型の際に、成形体の表面の一部が成形型
の型面に付着し易く、剥離欠陥が生じ易い。

【０００４】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、静電反発現象を利用することによ
り、成形体の離型性を向上させ、剥離欠陥の低減、回避
に有利なセラミックス成形体の離型性向上方法、及びそ
の方法に使用できる成形型を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるセラミッ
クス成形体の離型性向上方法は、セラミックススラリー
を成形型のキャビティに注入し、帯電した成形体を得る
成形工程と、該成形体の極性と反対の極性をもつ電界を
生じさせ、該成形体を該成形型から離型する際に、静電
反発を生じさせる離型工程とを順に実施することを特徴
とするものである。

【０００６】本発明にかかる成形型は、上記した方法を
実施する際に直接使用するものであり、成形型本体と、
成形型本体に積層されキャビティを区画する絶縁層とで
構成されていることを特徴とするものである。本発明方
法にかかる成形工程において、帯電した成形体を得るに
は、一般的には、セラミックススラリーを帯電させ、そ
の帯電したセラミックススラリーを成形型のキャビティ
で固化、ゲル化して行い得る。セラミックススラリーを
帯電させるには、摩擦帯電、接触帯電、衝突帯電等の手
段を採用できる。摩擦帯電、接触帯電等の継続時間とし
てはセラミックススラリーの種類に応じて適宜選択でき
るが、飽和帯電量を考慮する必要がある。摩擦帯電は、
セラミックススラリーを構成する粉末粒子、あるいは、
セラミックス粉末粒子に添加した帯電性が良い絶縁性粒
子を何度も摩擦させることにより行い得る。絶縁性粒子
としては高分子化合物の粒子を用いることができる。高
分子化合物は絶縁性が高く、発生した電荷を逃がしにく
いため、帯電し易い等からである。高分子化合物として
は、帯電列（正に帯電し易いものから負に帯電し易いも
のまで一列にならべたもの）を考慮して選択できる。例
えば、正に帯電し易いものとして、ポリアミド１１、ポ
リアミド６６、ポリスチレン、エチレンを用いることが
できる。負に帯電し易いものとして、フッ素樹脂系を用
いることができる。絶縁性粒子の添加量は適宜選択でき
るが、例えば、スラリー全体を１００％としたとき、
０．５〜１０ｖｏｌ％程度にできる。

【０００７】本発明方法では、セラミックススラリーを
帯電させるには、コロナ放電を用いて行うこともでき
る。コロナ放電は、曲率半径の小さい針電極やワイヤ電
極と面積の大きな平板電極とを用い、局部的に高い電界
を生じさせて放電させることにより行い得る。この場合
には、コロナ放電で発生した電荷が高分子化合物の粒子
やセラミックス粉末粒子に捕集される。

【０００８】帯電する電荷量は一般に表面積に比例する
ので、セラミックススラリーを構成するセラミックス粒
子の粒径、絶縁性粒子の粒径は、微細なものが好まし
く、例えば５μｍ以下が好ましい。本発明方法で用いる
セラミックススラリーとしては、セラミックス粉末と結
合剤と溶媒とを混合加熱してゾル化したものを用いるこ
とができる。溶媒としては、ミルラルスピリット等の炭
化水素系のもの、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテ
ル、ジブチルエーテル等のエーテル類、メチルエチルケ
トン、メチルプロピルケトン等のケトン類、ブタノー
ル、ペンタノール、ヘキサノール等のアルコール類を用
いることができる。結合剤としては、リシノレイン酸等
を主成分とする脂肪酸の誘導体で、例えば、ひまし酸硬
化脂肪酸及びそのエステル等の誘導体等を用いることが
できる。この結合剤は溶媒に溶解してゾル化し、冷却に
よりゲル化するので、成形体を形成できる。

【０００９】また本発明方法では、場合によっては、成
形型内の成形体自体を誘電分極させ、誘電分極した正電
荷、負電荷のいずれかを系外にリークさせ、成形体自体
を正または負のいずれかに帯電させたモノポール構造に
することもできる。離型工程では、成形体の極性と反対
の極性をもつ電界を生じさせ、成形体を該成形型から離
型する際に、静電反発を生じさせる工程である。離型工
程では、成形体が軽量等であるため、静電反発のみで離
型できるときには、静電反発現象のみで離型しても良
い。また、静電反発のみで離型できないときには、静電
反発現象の他に、他の手段を利用して、例えば、空気圧
や大気圧を利用して成形体を押圧して離型しても良い
し、押し出しピン、押し出し板等の機械的手段を利用し
ても離型しても良い。他の手段を利用する場合でも、静
電反発現象により、成形体の表面と型面との型離れ性が
向上するので、良好に離型される。

【００１０】成形体の極性と反対の極性をもつ電界を生
じさせるにあたり、高電圧発生装置例えば、交流高電圧
を整流した高電圧発生装置、静電発電機を用いることが
できる。本発明方法の成形工程で用いる成形型は、成形
型本体と、成形型本体に積層されキャビティを区画する
絶縁層とで構成することができる。成形型本体は成形型
の強度を確保するものであり、その材質はセラミック
ス、金属などを問わない。絶縁層は成形型のキャビティ
に注入した帯電スラリーの電荷のリークを抑えるために
絶縁材料で形成されている。絶縁材料としては、電気抵
抗値が高く、耐油性に優れた樹脂材料、ゴム材料などを
採用できる。絶縁層に厚みは絶縁性の確保、消耗性等を
考慮して適宜選択するが、一般的には０．１〜１０ｍｍ
程度にできる。絶縁層は一層構造でも、絶縁層を積層し
た複数層構造でも良い。

【００１１】

【作用】本発明方法では、成形体を成形型から離型する
際に、静電反発を生じさせるので、成形体を成形型の型
面から離し易い。また本発明にかかる成形型では、キャ
ビティは絶縁層で区画されているので、キャビティ内の
成形体の電荷のリークは抑えられる。

【００１２】

【実施例】本発明方法の一実施例を説明する。（混練、帯電工程）先ず、窒化珪素粉末：１００重量
部、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃粉末：５重量部、Ａｌ₂Ｏ
₃粉末：５重量部の混粉を用意した。なお、窒化珪素粉
末は、粒径０．１〜１μｍ、平均粒径０．５μｍのもの
を用いた。Ｙ₂Ｏ₃粉末は、粒径０．１〜１μｍ、平均
粒径０．８μｍのものを用いた。Ａｌ₂Ｏ₃粉末は、粒
径０．１〜１μｍ、平均粒径０．８μｍのものを用い
た。

【００１３】また、分散剤としてポリオキシエチレンア
ルキルエーテル系フォスフェート、有機溶媒としてミネ
ラルスピリット、結合剤としてヒマシ硬化脂肪酸（１２
−ヒドロキシステアリン酸）を用意した。そして、上記
混粉が３７体積％、分散剤が５．２体積％、有機溶媒が
５７．８体積％の割合で調合し、窒化珪素製のポットミ
ルにより粉体濃度３７ｖｏｌ％で７２時間混粉解砕し、
更に、平均粒径１μｍのポリエチレン粉末を混粉スラリ
ーに添加した。ポリエチレン樹脂粉末の添加割合は、５
ｖｏｌ％とした。

【００１４】更に、図１、図２に示す混練帯電装置１を
用いた。この混練帯電装置１は、ボールミル方式であ
り、中心軸１１をもつ円筒状のミル１２と、ミル１２の
室壁に設けられたフッ素樹脂系の内層１３と、ミル１２
の室壁にそって設けられたリーク端子１４と、ミル１２
の中心軸１１を軸受１５ａを介して保持するフレーム１
５と、ミル１２の中心軸１１に設けた減速用の歯車１６
と、歯車１６と噛み合う歯車１７をもちミル１２を回転
させる駆動モータ１８とで構成されている。

【００１５】そして、上記スラリーを混練帯電装置１の
ミル１２の室１２ｃに装入し、２４時間程度、常温にお
いて混練し、これにより摩擦帯電現象発生させ、正電荷
が帯電した帯電スラリーを得た。帯電スラリーが得られ
る理由は、図３から理解できる様に、粒子と混練帯電装
置１の内層１３との間で摩擦帯電が行われ、主として、
フッ素樹脂系の内層１３とポリエチレン樹脂粉末粒子２
０との間で電子の移動が行われ、ポリエチレン樹脂粉末
粒子２０は正に帯電し、摩擦帯電例で負側のフッ素樹脂
系の内層１３は負に帯電する。内層１３に帯電した負の
電荷はリーク端子１４によりリード線１４ａを介して系
外にリークされるので、正に帯電したモノポールの帯電
スラリーが得られるものである。

【００１６】（成形工程）更に本実施例では、図５に示
す注入成形装置３を用いた。この注入成形装置３は、タ
ンク室３０をもつタンク３１と、タンク３１のタンク室
３０の室壁に積層したフッ素樹脂製の絶縁層３２と、加
圧成形用の通気孔３３と、減圧濃縮用の通気孔３４と、
温度調節機能をもつ温調ジャケット３５と、タンク室３
０内の材料を攪拌する攪拌機３６と、成形型４と、成形
型４のキャビティ４ａとタンク３１とを連結する管３７
とをもつ。管３７の内面にはフッ素樹脂製の絶縁層３７
ａが積層されている。成形型４は、銅製の上型４０及び
下型４１と、上型４１及び下型４１に設けられキャビテ
ィを区画するフッ素樹脂製の絶縁層４２、４３とで構成
されている。絶縁層４２、４３は、キャビティ４ａから
のスラリーの漏れを抑えるためのシール部４２ｄ、４３
ｄをもつ。そして、図５において、この正に帯電した帯
電スラリーＳを注入成形装置３のタンク室３０に投入
し、結合剤（１２−ヒドロキシステアリン酸７．３ｗｔ
％）を添加し攪拌機３６で攪拌しつつ、８０°Ｃで加熱
溶融し、さらに真空引きにより粉体濃度４５〜４７ｖｏ
ｌ％まで濃縮し、成形スラリーを得た。なお、攪拌機３
６でスラリーを攪拌する際にも帯電効果を期待できる。
そして、タンク室３０内を加圧し、タンク室３０内の成
形スラリーをガス圧（４ｋｇ／ｃｍ²）により管３７を
介して成形型４のキャビティ４ａに注入した。その後、
ゲル化温度以下に冷却して固化させ、ゲル状態の成形体
６を得た。このとき、成形型４のキャビティ４ａは絶縁
層４２、４３で区画されているので、キャビティ４ａ内
の成形体６の電荷のリークは抑えられる。

【００１７】（離型工程）この様に成形体６が冷却固化
しゲル化した状態においても、成形体６は正に帯電して
いる。その後、図６に示す様に上型４０を高電圧発生装
置７の負極側に接続するとともに、下型４１を高電圧発
生装置７の正極側に接続する。これにより下型４１側が
正極となる電界が発生する。このとき下型４１側が正極
となり、成形体６は正に帯電しているので、正の電荷と
正の電荷とで静電反発現象が生じる。この静電反発現象
により発生する力Ｆ１によって、成形体６の下面６０は
下型４１の型面４３ａから離れ、離型される。

【００１８】次に、図７に示す様にトレイ８０を成形体
６の下方に配置し、その状態で、上型４０を高電圧発生
装置７の正極側に接続するとともに、下型４１を高電圧
発生装置７の負極側に接続する。これにより上型４０側
が正極となる電界が発生する。このとき上型４０側が正
極となり、成形体６は正に帯電しているので、正の電荷
と正の電荷とで静電反発現象が生じる。この静電反発現
象により発生する力Ｆ２によって成形体６の上面６１は
上型４０の型面４２ａから離れ、離型される。なお、本
実施例では、前述した様に成形型４のキャビティ４ａは
絶縁層４２、４３で区画されているので、キャビティ４
ａ内の成形体６の正の電荷がリークされることは抑えら
れ、従って成形体６の帯電の減衰は抑えられ、静電反発
を発生させるのに有利となる。

【００１９】ところで、本実施例方法では、成形体６の
剥離欠陥の発生率は５〜１５％程度に低減した。比較例
として、かかるゲル化した成形体６を静電反発現象を発
生させることなく、機械力と空気力とによって離型させ
た。この場合には、成形体６の離型の際における剥離欠
陥の発生率は７０％程度であった。（乾燥、焼成工程）成形体６を上型４０及び下型４１か
ら離型させた後、その成形体６を６０°Ｃ×１０時間の
条件で乾燥させ、更に、２０°Ｃ／ｈｒで４５０°Ｃま
で昇温後、３時間保持して結合剤を除去し、その後、窒
素ガス雰囲気中で１８００°Ｃで焼成し、セラミックス
焼結体を得た。

【００２０】なお、帯電スラリーの帯電量は時間経過に
つれて減衰することがある。この点本実施例では、図５
に示す様に、帯電スラリーを成形型４のキャビティ４ａ
に注入する際に、帯電スラリーが管３７を通過するが、
この際にも、粉末粒子は管３７の内層３７ａに衝突を繰
り返し、電荷の移動が行われるので、帯電スラリーの帯
電の減衰を補う効果も期待できる。

【００２１】（他の実施例）上記した上型４０、下型４
１にエア吹出孔、押出ピン、押出板を設け、静電反発と
併せて離型することもできる。帯電は、湿度が高い空気
内では水分が影響する等して次第に減衰する傾向にあ
る。そこで、混練工程、帯電工程、成形工程を湿度の低
い空気中で、例えば乾燥室内で行う様にできる。例え
ば、混練帯電装置１のミル１２の室１２ｃ内を乾燥させ
るために、ヒータ等の乾燥装置をミル１２に装備するこ
ともできる。

【００２２】

【発明の効果】本発明方法によれば、静電反発現象を利
用することにより、成形体の離型性を向上させることが
でき、成形体の表面部の剥離欠陥を回避または低減でき
る。本発明の成形型によれば、キャビティを絶縁層で形
成しているので、キャビティ内の成形体の帯電が減衰す
ることを抑え得、良好な静電反発を達成させるのに有利
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】混練帯電装置の縦断面図である。

【図２】混練帯電装置の横断面図である。

【図３】図２におけるＣ付近の摩擦帯電の形態を示す模
式図である。

【図４】図２におけるＤ付近の電荷リークの形態を示す
模式図である。

【図５】注入成形装置を示す断面図である。

【図６】成形体の下面を離型する形態を示す模式図であ
る。

【図７】成形体の上面を離型する形態を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

図中、１は混練帯電装置、１３は内層、１４はリーク端
子、２０はポリエチレン樹脂粉末粒子、３は注入成形装
置、４は成形型、４０は上型、４１は下型、４ａはキャ
ビティ、３７は管、６は成形体を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックススラリーを成形型のキャビ
ティに注入し、帯電した成形体を得る成形工程と、該成形体の極性と反対の極性をもつ電界を生じさせ、該
成形体を該成形型から離型する際に、静電反発を生じさ
せる離型工程とを順に実施することを特徴とするセラミ
ックス成形体の離型性向上方法。
【請求項２】成形型本体と、該成形型本体に積層されキ
ャビティを区画する絶縁層とで構成されていることを特
徴とする請求項１記載の成形型。