JP2001150195A

JP2001150195A - 成形装置及び成形方法

Info

Publication number: JP2001150195A
Application number: JP33801099A
Authority: JP
Inventors: Taro Miyamoto; 太郎宮本; Fumio Odaka; 文雄小高; Keichi Takahashi; 佳智高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない試料で、簡易に、且つ装置の負担が少
なく、良好なリング状（ドーナツ型）の成形品を製造す
ることができる成形装置を提供すること。【解決手段】筒状体１６、及び該筒状体１６と同軸に
固定され、且つ該筒状体１６の内径よりも小さい外径を
有する柱状体２０を備え、該筒状体１６と該柱状体２０
とにより形成された筒状空間２１に試料１０を収容可能
な試料収容手段１２と、前記筒状空間２１に収容された
試料１０を一方向から押圧可能な押圧手段１４とを具備
することを特徴とする成形装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス等の
原料となる粉体材料（以下、単に「試料」ということが
ある。）を加熱しながら加圧焼結する、所謂ホットプレ
スタイプの成形装置、及び成形方法に関し、詳しくは、
リング状（ドーナツ型）の成形品（セラミックス）を製
造することができる成形装置、及び成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、セラミック材料は、電子材
料、磁性材料、光学材料、超硬材料、及び高温材料とし
て注目され利用されてきている。このようなセラミック
材料の焼結に際しては、近年、加圧焼結法が登場してお
り、開発、研究が盛んに行われている。

【０００３】加圧焼結法は、常温焼結法に比べて、1)焼
結時の緻密化温度が低下すること、2)焼結温度の低下に
伴い均一で粒子径が小さく、かつ理論密度をもった焼結
体を作成できるという利点がある。また、常圧焼結では
作製不能あるいは困難なものも作製することが可能とな
る。

【０００４】加圧焼結法の１つとして、ホットプレス法
が挙げられる。ホットプレス法は、試料を一軸加圧する
方法である。通常、ホットプレス装置により得られた成
形品は、その後、放電加工等の後加工により、所望の形
状に加工される。しかしながら、形状が複雑になればな
るほど、加工工程数、加工時間の増加が問題となり、改
善が望まれている。また、原料の節約の観点からも同様
に改善が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、前
記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成する
ことを目的とする。即ち、本発明は、少ない試料で、簡
易に、且つ装置の負担が少なく、良好なリング状（ドー
ナツ型）の成形品を製造することができる成形装置、及
び成形方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】前記課題は、以下に示す
の手段により解決される。＜１＞に記載の本発明の成形装置は、筒状体、及び該筒
状体と同軸に固定され、且つ該筒状体の内径よりも小さ
い外径を有する柱状体を備え、該筒状体と該柱状体とに
より形成された筒状空間に試料を収容可能な試料収容手
段と、前記筒状空間に収容された試料を一方向から押圧
可能な押圧手段と、を具備することを特徴とする。

【０００６】従って、＜１＞に記載の本発明の成形装置
では、前記試料収容手段における筒状空間に試料が収容
される。試料は前記押圧手段により押圧され、成形品が
得られる。この成形品は、既にリング状であり、試料が
節約されるばかりでなく、くり貫き等の後加工を行う必
要がない。このため、少ない試料で、簡易にリング状
（ドーナツ型）の成形品を製造することができる。さら
に、前記押圧手段が、前記試料収容手段における筒状空
間に収容された試料を、押圧するだけであるので、押圧
面積が小さく、押圧の力が低減される。また、前記押圧
手段は、一方向から試料を押圧するので、前記試料収容
手段に固定された前記柱状体がずれることない。このた
め、装置の負担が少なく、良好なリング状（ドーナツ
型）の成形品を製造することができる。

【０００７】＜２＞に記載の本発明の成形装置は、前記
柱状体が、テーパー面を有する錐台部と、該テーパー面
と嵌合可能な内周面を有する筒状部とからなることを特
徴とする。

【０００８】従って、＜２＞に記載の本発明の成形装置
では、前記柱状体が、前記錐台部と前記筒状部との２部
材により構成され、且つ前記錐台部及び前記筒状部がテ
ーパー面に沿って嵌合していることにより、容易に脱型
される。このため、脱型性を向上させることができる。

【０００９】＜３＞に記載の本発明の成形装置は、前記
テーパー面を有する錐台部における径が、前記押圧手段
による押圧方向に連続的に大きくなっていることを特徴
とする。

【００１０】従って、＜３＞に記載の本発明の成形装置
では、前記テーパー面を有する錐台部における径が、前
記押圧手段による押圧方向に連続的に大きくなっている
ことにより、前記押圧手段により試料を押圧する際に
は、前記柱状体における前記錐台部と前記筒状部とがず
れ難く、一方脱型する際には、容易に脱型される。この
ため、良好なリング状（ドーナツ型）の成形品を製造す
ることができ、脱型性をも向上させることができる。

【００１１】＜４＞に記載の本発明の成形装置は、前記
テーパー面と嵌合可能な内周面を有する筒状部が、軸方
向に複数分割されていることを特徴とする。

【００１２】従って、請求項４に記載の本発明の成形装
置では、前記テーパー面と嵌合可能な内周面を有する筒
状部が、軸方向に複数分割されることにより、より容易
に脱型される。このため、さらに脱型性を向上させるこ
とができる。

【００１３】＜５＞に記載の本発明の成形装置は、前記
柱状体が、試料と略同等の熱膨張係数を有する材料から
なることを特徴とする。

【００１４】従って、＜５＞に記載の本発明の成形装置
では、前記柱状体が、試料と略同等の熱膨張係数を有す
る材料からなることことにより、押圧手段により押圧し
た際、加熱された試料と該試料と接する部位との熱膨張
係数の差によるずれが少なくなり、装置への負担が減少
し、さらには容易に脱型される。このため、耐久性、脱
型性を向上させることができる。

【００１５】＜６＞に記載の本発明の成形装置は、前記
押圧手段と試料との間に、炭素繊維材料からなる粉漏れ
防止用シートを配設することを特徴とする。

【００１６】従って、請求項６に記載の本発明の成形装
置では、前記試料と前記押圧手段における押圧面との間
に粉漏れ防止用シートを介在させることにより、粉漏れ
が防止され、さらには部材（試料収容手段類、押圧手段
等）の汚れ或いは変形が防止させる。このため従って、
歩留まり、耐久性、得られる加工品の性能を向上させる
ことができる。

【００１７】＜７＞に記載の本発明の成形装置は、筒状
体、及び該筒状体と同軸に固定され、且つ該筒状体の内
径よりも小さい外径を有する柱状体を備える試料収容手
段における、該筒状体と該柱状体とにより形成された筒
状空間に試料を収容する試料収容工程と、前記筒状空間
に収容された試料を加熱しながら、押圧手段で押圧する
押圧工程と、を有することを特徴とする。

【００１８】従って、＜７＞に記載の本発明の成形装置
では、前記試料収容手段における筒状空間に試料が収容
される。試料は前記押圧手段により押圧され、成形品が
得られる。この成形品は、既にリング状であり、試料が
節約されるばかりでなく、くり貫き等の後加工を行う必
要がない。このため、少ない試料で、簡易にリング状
（ドーナツ型）の成形品を製造することができる。さら
に、前記押圧手段が、前記試料収容手段における筒状空
間に収容された試料を、押圧するだけであるので、押圧
面積が小さく、押圧の力が低減される。また、前記押圧
手段は、一方向から試料を押圧するので、前記試料収容
手段に固定された前記柱状体がずれることない。このた
め、装置の負担が少なく、良好なリング状（ドーナツ
型）の成形品を製造することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、第１実施形態に係る成形
装置を図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１は、本発明の成形装置の１例を示す概
略構成図である。図２は、その概略構成分解斜視図であ
る。また、図１及び図２おける「下」とは、押圧手段１
４における押圧方向を示し、「上」とはその逆の方向を
示す。

【００２１】図１に示す成形装置は、試料１０を収容す
る試料収容手段１２と、試料１０を一方向から押圧する
押圧手段１４とを具備する。また、図示しないが、試料
１０を加熱する加熱手段を備える。

【００２２】試料収容手段１２は、筒状体１６と、筒状
体受け台１８と、柱状体２０と、柱状体固定台２２とを
具備する。試料収容手段１２は、筒状体１６と柱状体２
０とにより形成された筒状空間２１に試料１０が収容さ
れる。図１及び２に示す成形装置おける筒状体１６は円
筒状であるが、筒状であれば、多角筒状でもよく、その
他如何なる形状でもよい。また、柱状体２０は円筒状で
あるが、柱状であれば、多角柱状でもよく、その他如何
なる形状でもよい。なお、筒状体１６と柱状体２０との
形状の組み合わせは、如何なる組み合わせでもよく、こ
れらを組み合わせることにより、様々な形のリング状成
形品を製造することができる。

【００２３】筒状体１６は、筒状体受け台１８の上端部
に配設される。筒状体１６は、筒状のダイス２４と、ダ
イス２４の内側に配設される外スリーブ２６と、さらに
外スリーブ２６の内側に配設される内スリーブ２８とか
らなる。内スリーブ２８は、試料と略同等の熱膨張係数
を有する材料（例えば、試料が炭化ケイ素粉体の場合、
黒鉛材料（イビデンＥＴ−１０等））からなっている。

【００２４】柱状体固定台２２は、内スリーブ２８の下
部内周面に嵌合され、筒状体１６と柱状体２０と共に筒
状空間２１を形成する。柱状体固定台２２の上部中央に
は、柱状体２０を同軸に固定可能な凹部２２ａを有する

【００２５】柱状体２０は、該筒状体１６の内径よりも
小さい外径を有し、筒状体１６と共に筒状空間２１に形
成している。柱状体２０は錐台部３０と筒状部３２とか
らなる。錐台部３０は、テーパー面を有し、その径が押
圧手段１４による押圧方向に連続的に大きくなってい
る。錐台部３０の下端部中央には、柱状体固定台２２の
凹部２２ａに嵌合可能な凸部３０ａを有する。錐台部３
０の凸部３０ａは柱状体固定台２２の凹部２２ａに嵌合
しており、柱状体２０が筒状体１６内部に同軸に固定さ
れている。筒状部３２は、錐台部３０のテーパー面と嵌
合可能な内周面を有し、錐台部３０と嵌合している。筒
状部３２は、図２に示すように筒状部片３２ａ、３２
ｂ、３３ｃ、３３ｄの４つ軸方向に分割されている。柱
状体２０（錐台部３０、筒状部３２）は、試料と略同等
の熱膨張係数を有する材料（例えば、試料が炭化ケイ素
粉体の場合、黒鉛材料（イビデンＥＴ−１０等））から
なっている。また、筒状部３２は軸方向に４分割してい
るが、２分割、３分割、或いは５分割でも、可能な範囲
内で何分割されていてもよい。

【００２６】押圧手段１４は、筒状体１６と柱状体２０
とにより形成された筒状空間２１に収容した試料１０を
押圧することができる筒状押圧部１４ａを有する。

【００２７】試料１０と押圧手段１４の押圧面との間に
は、スペーサー３４と、炭素繊維からなる粉漏れ防止用
シート３６と、グラフフォイル３８とが押圧面から順次
配設される。

【００２８】試料１０と柱状体固定台２２との間には、
スペーサー４０と、炭素繊維からなる粉漏れ防止用シー
ト４２と、グラフフォイル４４とが柱状体固定台２２面
から順次配設される。

【００２９】図１の成形装置を用いて、筒状体１６、及
び該筒状体１６と同軸に固定され、且つ該筒状体の内径
よりも小さい外径を有する柱状体２０を備える試料収容
手段１２における、該筒状体１６と該柱状体２０とによ
り形成された筒状空間２１に試料１０を収容し（本発明
の成形方法における試料収容工程）、前記筒状空間２１
に収容された試料１０を加熱しながら、押圧手段１４で
押圧する（本発明の成形方法における押圧工程）ことに
より、リング状の成形品をを製造することができる。

【００３０】第１実施形態に係る成形装置は、試料収容
手段１２における筒状空間２１に試料１０が収容され
る。試料１０は押圧手段１４により押圧され、成形品が
得られる。この成形品は、既にリング状であり、試料１
０が節約されるばかりでなく、くり貫き等の後加工を行
う必要がない。このため、少ない試料で、簡易にリング
状（ドーナツ型）の成形品を製造することができる。さ
らに、押圧手段１４が、試料収容手段１２における筒状
空間２１に収容された試料１０を、押圧するだけなの
で、押圧面積が小さく、押圧の力が低減される。また、
押圧手段１４は、一方向から試料１０を押圧するので、
試料収容手段１２に固定された柱状体２０がずれること
ない。このため、装置の負担が少なく、良好なリング状
（ドーナツ型）の成形品を製造することができる。

【００３１】第１実施形態に係る成形装置は、柱状体２
０が、錐台部３０と筒状部３２との２部材により構成さ
れ、且つ錐台部３０及び前記筒状部３２がテーパー面に
沿って嵌合しているため、容易に脱型される。従って、
脱型性を向上させることができる。

【００３２】第１実施形態に係る成形装置は、錐台部３
０における径が、押圧手段１４による押圧方向に漸次大
きくなっているため、押圧手段１４により試料１０を押
圧する際には、柱状体２０における錐台部３０と筒状部
３２とがずれなく、一方脱型する際には、容易に脱型さ
れる。従って、良好なリング状（ドーナツ型）の成形品
を製造することができ、脱型性をも向上させることがで
きる。

【００３３】第１実施形態に係る成形装置は、筒状部３
２が、軸方向に４分割されているため、より容易に脱型
される。従って、さらに脱型性を向上させることができ
る。

【００３４】第１実施形態に係る成形装置は、柱状体２
０、内スリーブ２８が、試料と略同等の熱膨張係数を有
する材料からなることにより、押圧手段により押圧した
際、加熱された試料と該試料と接する部位との熱膨張係
数の差によるずれが少なくなり、装置への負担が減少
し、さらには容易に脱型される。従って、耐久性、脱型
性を向上させることができる。

【００３５】第１実施形態に係る成形装置は、試料１０
と押圧手段１４における押圧面との間に粉漏れ防止用シ
ート３６を介在させることにより、粉漏れが防止され、
さらには部材（試料収容手段類、押圧手段等）の汚れ或
いは変形が防止させる。従って、歩留まり、耐久性、得
られる加工品の性能を向上させることができる。

【００３６】第１実施形態に係る成形装置を用いた成形
方法は、試料収容手段１２における筒状空間２１に試料
１０が収容される。試料１０は押圧手段１４により押圧
され、成形品が得られる。この成形品は、既にリング状
であり、試料１０が節約されるばかりでなく、くり貫き
等の後加工を行う必要がない。このため、少ない試料
で、簡易にリング状（ドーナツ型）の成形品を製造する
ことができる。さらに、押圧手段１４が、試料収容手段
１２における筒状空間２１に収容された試料１０を、押
圧するだけであるので、押圧面積が小さく、押圧の力が
低減される。また、押圧手段１４は、一方向から試料１
０を押圧するので、試料収容手段１２に固定された柱状
体２０がずれることない。このため、装置の負担が少な
く、良好なリング状（ドーナツ型）の成形品を製造する
ことができる

【００３７】本発明の成形装置及成形方法において、前
記炭素繊維材料からなる粉漏れ防止用シート（以下、単
に「粉漏れ防止用シート」について詳しく説明する。

【００３８】前記粉漏れ防止用シートの密度は、好まし
くは０．０１〜０．４ｇ／ｃｍ³であり、より好ましく
は０．０１〜０．３ｇ／ｃｍ³であり、さらに好ましく
は、０．０３〜０．１ｇ／ｃｍ³である。

【００３９】前記粉漏れ防止用シートの密度が、０．０
１ｇ／ｃｍ³未満であると、炭素繊維の隙間から粉体が
もれる場合があり、また、これを防止するため厚さを増
加させると、粉体の収容量が低下する場合がある。一
方、０．４ｇ／ｃｍ³を超えると、材料自体の柔軟性が
なくなり、シートとモールドとの間に隙間ができ易くな
り、この隙間から粉体がもれだす場合がある。

【００４０】前記粉漏れ防止用シートとして具体的に
は、カーボンフェルト、カーボンクロス、カーボンペー
パー、又はこれらの積層体等が挙げられ、特に好ましく
はカーボンフェルトである。

【００４１】前記粉漏れ防止用シートの形状は、前記筒
状空間の断面形状よりも、０〜３ｍｍ程度の大きい形
状、或いは同じ形状であることがよい。これにより、押
圧パンチで試料を加圧したときに、ある程度潰れて広が
り、前記筒状体及び柱状体の内壁に良好に圧着し、効果
的に粉漏れを防止することができる。また、前記筒状空
間の断面形状よりも大きすぎると、粉漏れ防止用シート
にシワができて、均一に加圧できなくなるため、好まし
くない。

【００４２】前記粉漏れ防止用シートの厚さは、好まし
くは２〜１５ｍｍであり、より好ましくは３〜１０ｍｍ
である。この厚さが、２ｍｍ未満であると、加圧したと
きに潰れて広がり難くなり、粉漏れを十分に防止するこ
とができない場合があり、一方、１５ｍｍを超えると、
試料の最大収容量が少なくなるばかりでなく、粉漏れ防
止用シート１枚あたりの単価が高くなりコストアップに
つながる場合がある。

【００４３】前記粉漏れ防止用シートは、ホットプレス
後の試料とのリケイをよくする目的で、試料と接する側
にグラフフォイルを積層することが好ましい。

【００４４】前記粉漏れ防止用シートは、試料と押圧手
段との間に介在させることで、押圧手段で試料を加圧し
たときに、粉漏れ防止用シートが炭素繊維材料からなる
ため、ある程度潰れて広がり、前記筒状体及び柱状体内
壁に圧着される。これにより、粉漏れを防止しすること
ができ、その結果、歩留まり、得られるセラミックの性
能を向上させ、さらには部材（試料収容手段類、押圧手
段等）の汚れ或いは変形を防止することができる。粉漏
れが起こると、試料の押圧面が不均一となり、試料を均
一に加圧できなくなるため、密度、強度の低下或いはム
ラ、厚みムラ等が生じたり、押圧手段をいためたりする
と推測される。

【００４５】本発明の成形装置及び成形方法において、
試料としては、特に限定はなく、従来公知のセラミック
材料の原料粉体を用いることができる。また、加圧・焼
結の条件は、従来公知の条件で行えばよい。

【００４６】本発明の成形装置及び成形方法において、
炭化ケイ素焼結体を製造する場合に適用した場合、原料
である試料としては、液相を持たないセラミクスの原料
粉体（Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ等）が好ましく、例えば、本願
出願人が先に出願した特開平１０−６７５６５号、同１
０−１６３０７９号等に記載の非金属助剤を用いてホッ
トプレス焼結させる炭化ケイ素焼結体の原料粉体等が挙
げられる。また、加圧・焼結の条件は、例えば、前述と
同様に本願出願人が先に出願した特開平１０−６７５６
５号、同１０−１６３０７９号等に記載の非金属助剤を
用いてホットプレス焼結させて炭化ケイ素焼結体を製造
する加圧・焼結の条件に従って行えばよい。

【００４７】なお、上記何れの実施の形態に係る本発明
の成形装置及び成形方法においても、限定的に解釈され
るものではなく、本発明の構成要件を満足する範囲内で
実現可能であることは、言うまでもない。

【発明の効果】以上、本発明によれば、少ない試料で、
簡易に、且つ装置の負担が少なく、良好なリング状（ド
ーナツ型）の成形品を製造することができる成形装置、
及び成形方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の成形装置の１例を示す概略構
成図である。

【図２】図２は、本発明の成形装置の１例を示す概略構
成分解斜視図である。

【符号の説明】

１０試料１２試料収容手段１４押圧手段１４ａ筒状押圧部１６筒状体１８筒状体受け台２０柱状体２１筒状空間２２柱状体固定台２２ａ柱状体固定台の凹部２４ダイス２６外スリーブ２８内スリーブ３０錐台部３０ａ錐台部の凸部３２筒状部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ筒状部片３４、４０スペーサー３６、４２砂漏れ防止用シート３８、４４グラフフォイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状体、及び該筒状体と同軸に固定さ
れ、且つ該筒状体の内径よりも小さい外径を有する柱状
体を備え、該筒状体と該柱状体とにより形成された筒状
空間に試料を収容可能な試料収容手段と、前記筒状空間に収容された試料を一方向から押圧可能な
押圧手段と、を具備することを特徴とする成形装置。
【請求項２】前記柱状体が、テーパー面を有する錐台
部と、該テーパー面と嵌合可能な内周面を有する筒状部
とからなることを特徴とする請求項１に記載の成形装
置。
【請求項３】前記テーパー面を有する錐台部における
径が、前記押圧手段による押圧方向に連続的に大きくな
っていることを特徴とする請求項２に記載の成形装置。
【請求項４】前記テーパー面と嵌合可能な内周面を有
する筒状部が、軸方向に複数分割されていることを特徴
とする請求項２又は３に記載の成形装置。
【請求項５】前記柱状体が、試料と略同等の熱膨張係
数を有する材料からなることを特徴とする請求項２〜４
のいずれかに記載の成形装置。
【請求項６】炭素繊維材料からなる粉漏れ防止用シー
トが、前記押圧手段と試料との間に配設されることを特
徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項７】筒状体、及び該筒状体と同軸に固定さ
れ、且つ該筒状体の内径よりも小さい外径を有する柱状
体を備える試料収容手段における、該筒状体と該柱状体
とにより形成された筒状空間に試料を収容する試料収容
工程と、前記筒状空間に収容された試料を加熱しながら、押圧手
段で押圧する押圧工程と、を有することを特徴とする成
形方法。