JP2010005869A - セラミック造粒体用圧縮成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置する場所の湿度や温度を管理できない場合においても、成形ショット毎の製品バラツキを抑制できるセラミック造粒体用圧縮成形装置を提供する。
【解決手段】金型ダイス２から挿入された第一パンチ３及び第二パンチ４により、金型ダイス２内に充填されたセラミック造粒体１００を圧縮するための圧縮成形機本体１０と、圧縮成形機本体１０の金型ダイス２内にセラミック造粒体１００を充填するための充填器２０と、供給ホッパ３０とを備え、充填器２０には、セラミック造粒体１００の含水率Ｗ_Ｘを測定する水分率センサ２１及び温度Ｔ_Ｘを測定する温度センサ２２が備えられており、圧縮成形機本体１０には圧縮成形時に生じる圧力Ｐｘを測定する圧力センサ５が備えられており、含水率Ｗ_Ｘ及び／又は温度Ｔ_Ｘに基づき、圧縮ピーク圧及び／又は、圧縮間隔を補正するような制御手段４０を備えるセラミック造粒体用圧縮成形装置。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック粉体と樹脂バインダとを含有する混合物を造粒して得られるセラミック造粒体を、圧縮成形するためのセラミック造粒体用圧縮成形装置に関する。

セラミック成形体の成形方法として、圧縮成形法が知られている。このような圧縮成形法に用いられる成形材料としては、例えば、特許文献１に記載されたような、セラミック粉体と樹脂バインダとを含有する混合物を造粒して得られるセラミック造粒体が用いられている。樹脂バインダでセラミック粉体を固めることにより、セラミック成形材料に給粉流動性と押圧接着性を付与することができる。

セラミック造粒体を圧縮成形装置により圧縮成形する場合、圧縮成形の圧縮終点を圧力ピークで制御した場合には、棒状のインゴットを成形するときにはショット毎に長さのバラツキが生じるという問題があった。また、圧縮終点を上パンチと下パンチとの間の間隔で制御した場合には、得られるインゴットの密度にバラツキが生じるという問題があった。
特開２０００−３２７４３１号公報

本発明者らは、上記のような成形ショット毎の長さや密度のバラツキの原因は、樹脂バインダの粘弾性によるものと考えている。具体的には、樹脂バインダは、含水率や温度の変化により粘弾性が変化するため、成形ショット毎に供給される材料の含水率や温度がばらつくことにより、セラミック造粒体の充填流動性や圧縮性が成形ショット毎にばらつくと考えている。例えば、成形の圧縮終点を圧力で制御する場合、同じ圧力に達するまで圧縮しても、セラミック造粒体の剛性が高い場合には充分に圧縮されず、図９（ａ）に示すように相対的に長いインゴット８０ａが形成され、セラミック造粒体の剛性が低い場合には圧縮されすぎて図９（ｂ）に示すように相対的に短いインゴット８０ｂが得られるような成形になる。また、例えば、成形の終点の金型のパンチ間間隔で制御する場合、同じ間隔で圧縮しても、セラミック造粒体の剛性が高い場合には圧縮されにくくなるために成形体密度が低いインゴットが形成され、セラミック造粒体の剛性が低い場合には圧縮されやすくなるために、成形体密度が高いインゴットが形成されるような成形になる。

このような成形ショット毎に供給される材料の含水率や温度がばらつくことによる製品バラツキを抑制するために、圧縮成形機を恒温恒湿管理された場所に設置して、圧縮成形を行うことも考えられる。しかしながら、多数の圧縮成形機を並置して大量生産を行う工場生産のような場合、充分に環境管理された場所を用意することは、生産コストに悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、圧縮成形機を設置する場所の湿度や温度を精密に管理できない場合においても、成形ショット毎の製品の長さや密度のバラツキを抑制することができるセラミック造粒体用圧縮成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のセラミック造粒体用圧縮成形装置は、金型ダイスの両端から挿入された第一パンチ及び第二パンチにより、該金型ダイス内に充填されたセラミック造粒体を、圧縮するための圧縮成形機本体と、前記圧縮成形機本体の金型ダイス内にセラミック造粒体を充填するための充填器と、前記充填器にセラミック造粒体を供給するための供給ホッパと、を備え、前記充填器には、収納されたセラミック造粒体の含水率Ｗ_Ｘを測定するための水分率センサ及び収納されたセラミック造粒体の温度Ｔ_Ｘを測定するための温度センサが備えられており、前記圧縮成形機本体には圧縮成形時における第一パンチ及び第二パンチに生じる圧力Ｐｘを測定するための圧力センサがさらに備えられており、前記測定された、含水率Ｗ_Ｘ及び／又は温度Ｔ_Ｘに基づき、該第一パンチ及び第二パンチの圧縮ピーク圧及び／又は、圧縮間隔を補正するような制御手段を備えているものである。セラミック粉体と樹脂バインダとを含有する混合物を造粒して得られるセラミック造粒体（以下、単にセラミック造粒体とも呼ぶ）は、樹脂バインダを含有するために、含水率や温度により弾性率が変化しやすい。本発明によれば、圧縮される直前の含水率Ｗ_Ｘ、及び／又は温度Ｔ_Ｘを測定し、得られた含水率Ｗ_Ｘ、及び／又は温度Ｔ_Ｘに基づいてショット毎の成形条件を微調整するために、圧縮終点を圧力制御する場合には、ショット毎に長さのバラツキを抑制でき、圧縮終点を上パンチと下パンチとの間の間隔で制御する場合には、得られるインゴットの密度のバラツキを抑制できる。すなわち、予めセラミック造粒体の含水率Ｗ_Ｘ、及び／又は温度Ｔ_Ｘを計測し、その値を圧縮条件の補正に用いることにより、バラツキの少ない成形体を得るためのフィードフォアード制御に用いることができる。

上記セラミック造粒体用圧縮成形装置においては、前記圧縮成形機本体における第一パンチ及び第二パンチによるセラミック造粒体の圧縮終点は、第一パンチ及び第二パンチに掛かる基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を設定値とする圧力制御がなされている場合には、前記含水率Ｗ_Ｘが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を所定圧だけ低下させる補正をし、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を所定圧だけ上昇させる補正をするような制御手段を備えることが好ましい。

また、上記セラミック造粒体用圧縮成形装置においては、前記圧縮成形機本体における第一パンチ及び第二パンチによるセラミック造粒体の圧縮終点は、第一パンチ及び第二パンチの基準間隔Ｌ_０で位置制御されている場合には、含水率Ｗ_Ｘが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には基準間隔Ｌ_０を所定量だけ狭くする補正をし、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には基準間隔Ｌ_０を所定量だけ広げる補正をするような制御手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、セラミック造粒体を連続して複数ショット圧縮成形する場合の、ショット間の長さや密度のバラツキを抑制することができる。

本発明のセラミック造粒体用圧縮成形装置を図面を参照しながら説明する。

図１は本実施形態のセラミック造粒体用圧縮成形装置の構成を模式的に示した、構成模式図である。

図１中、１０は、金型ダイス２、第一パンチ３、第二パンチ４を備えたセラミック造粒体を圧縮するための圧縮成形機本体であり、２０は圧縮成形機本体１０の金型ダイス２にセラミック造粒体１００を充填する粉箱である充填器であり、３０は充填器２０にセラミック造粒体を供給するための供給ホッパ、４０は制御部、４１は記憶部、４２は成形条件設定部である。そして、第一パンチ３及び第二パンチ４には、圧縮成形時における第一パンチ３及び第二パンチ４に生じる圧力Ｐｘを測定するための圧力センサ５がさらに備えられている。また、充填器２０と供給ホッパ３０とは供給路３１によって連結されている。

図２は、充填器２０の拡大模式図である。充填器２０は、供給ホッパ３０から供給されたセラミック造粒体１００を白抜矢印方向に可動することにより金型ダイス２に充填する装置である。充填器２０には、収納されたセラミック造粒体１００の含水率Ｗ_Ｘを測定するための水分率センサ２１、収納されたセラミック造粒体の温度Ｔ_Ｘを測定するための温度センサ２２が備えられており、記憶部４１を通じて制御部４０に接続されている。

記憶部４１は、機能的に圧縮成形装置の一般的な設定条件及び水分率センサ２１で計測された含水率Ｗ_Ｘ、温度センサ２２で計測された温度Ｔ_Ｘ、圧力センサ５で計測された圧力Ｐｘ等を記憶する装置であり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶素子を備えて構成される。また、制御部４０は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子及びその周辺回路等を備えて構成され、機能的に圧縮成形装置の一般的な設定条件及び記憶部４１で記憶された含水率Ｗ_Ｘ、温度Ｔ_Ｘ、圧力Ｐｘデータに基づいて図略の演算処理手段により演算処理し、また、設定条件に従って圧縮成形工程を制御する。なお、制御部４０及び記憶部４１の具体的な態様については本発明においては特に限定されない。本実施形態においては、特に、水分率センサ２１で計測された含水率Ｗ_Ｘ、温度センサ２２で計測された温度Ｔ_Ｘを記憶し、記憶された含水率Ｗ_Ｘ、温度Ｔ_Ｘに基づいて、後に詳しく説明するように基準圧縮ピーク圧Ｐ_０や第一パンチと第二パンチとの基準間隔Ｌ_０を微調整する補正をするための補正値を演算し、該補正値により補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａやプレス間隔Ｌ_Ａで、前記記憶素子に予め記憶されている制御プログラムに従いセラミック造粒体用圧縮成形装置の各部を当該機能に応じてそれぞれ制御する。

圧縮成形工程の制御としては、例えば、供給ホッパ３０から充填器２０へのセラミック造粒体１００の供給量を、図略の供給量制御部により設定供給量と実供給量を比較しながら調整したり、充填器２０による金型ダイス２へのセラミック造粒体１００の充填タイミング、圧縮成形機本体１０における、第一パンチ３及び第二パンチ４の可動タイミング、金型ダイス２及び第二パンチ４で規定される充填量の制御等が行われる。

このような構成のセラミック造粒体用圧縮成形装置では、まず、圧縮成形装置の操作者は、成形条件設定部４２から圧縮成形の終点を特定するための基準圧力ピークＰ_０又は第一パンチ及び第二パンチの基準間隔Ｌ_０、１ショットあたりのセラミック造粒体の充填量Ｍ、金型温度等を許容されるバラツキの範囲等とともに設定する。また、このとき、特定の設定値が許容される範囲を超えた場合には、警報を発報したり、可動停止指令を出したりするための指令も合わせて設定することもできる。

そして、セラミック造粒体用圧縮成形装置が稼働される。セラミック造粒体用圧縮成形装置の稼働のはじめは、供給ホッパ３０から充填器２０へセラミック造粒体１００が供給される。一方、充填器２０へのセラミック造粒体１００の供給の後、又は供給前後に、圧縮成形機本体１０においては、第二パンチ４が所定距離可動して、金型ダイス２と第二パンチ４により形成されるスペースからなる設定された充填量のセラミック造粒体１００を充填するための金型キャビティが形成される。そして、圧縮成形機本体１０から金型キャビティが形成されたことを伝達する信号が制御部４０に伝えられる。制御部４０は該信号を検知した後、充填器２０に対して金型ダイス２にセラミック造粒体１００を充填するための指令を出し、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、充填器２０が可動して金型ダイス２にセラミック造粒体１００が充填される。そして、充填後、図３（ｃ）に示すように、圧縮成形機本体１０の第一パンチ３及び第二パンチ４に、圧縮成形を行う指令が出される。

図４は、本実施形態のセラミック造粒体用圧縮成形装置における、一連の圧縮成形プロセスであるフローチャートを示す図である。図４において、成形条件設定部４２から各種設定条件が入力され（Ｓ１）、成形工程スタートの指令が入力されると（Ｓ２）、まず、供給ホッパ３０から充填器２０に対してセラミック造粒体１００が供給される（Ｓ３）。そして、充填器２０に供給されたセラミック造粒体１００の含水率Ｗ_Ｘが水分率センサ２１で計測され、温度Ｔ_Ｘが温度センサ２２で計測される（Ｓ４）。そして、記憶部４１は、計測された含水率Ｗ_Ｘ及び温度Ｔ_Ｘを記憶し、記憶されたデータを制御部４０に伝達する。次に、制御部４０に備えられた図略の演算手段により、計測された含水率Ｗ及び温度Ｔ_Ｘに基づいて、補正圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ、または、第一パンチ３及び第二パンチ４によるセラミック造粒体１００の圧縮間隔を補正した補正間隔Ｌ_Ａを演算する（Ｓ５）。そして、得られた補正値に基づいて、圧縮終点信号を発するための終点設定を補正する（Ｓ６）。そして、ほぼ同時に、充填器２０からセラミック造粒体１００が金型ダイス２と第二パンチ４から形成される金型キャビティに充填される（Ｓ７）。そして、第１パンチ３により仮圧縮の後、設定量のセラミック造粒体１００が充填されていることが確認され、その後、第１パンチ３及び第２パンチ４が可動してセラミック造粒体１００を圧縮する（Ｓ８）。そして、圧縮が進行して金型に備えられた圧力センサが補正圧縮ピーク圧Ｐ_Ａに達したこと、または、位置センサが第１パンチ３及び第２パンチ４が補正間隔Ｌ_Ａに到達したことを確認したとき、圧縮終点信号が制御部４０に発信される。そして、制御部４０が圧縮終点信号を受信すると同時に第１パンチ３及び第２パンチ４に型開き指令が出されて圧縮が終了する（Ｓ９）。そして、得られた圧縮成形体が突き出されて離型される（Ｓ１０）。ここまでが圧縮成形の１ショットのサイクルである。そして、Ｓ３〜Ｓ１０の工程が所定のショット数だけ繰り返される。

次に上記工程において用いられる補正方法について説明する。

圧縮成形における圧縮成形終点は、一般的に、（ｉ）第一パンチ及び第二パンチに掛かる基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を設定値とする圧力制御、又は、（ｉｉ）第一パンチ及び第二パンチの基準間隔Ｌ_０を設定値とする位置制御、により制御される。

（ｉ）第一パンチ及び第二パンチに掛かる基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を設定値とする圧力制御は、セラミック造粒体１００を金型ダイス２に充填した後、第一パンチ３及び第二パンチ４によりセラミック造粒体１００を圧縮し、第一パンチ３及び第二パンチ４に掛かる圧力が所定の基準圧縮ピーク圧Ｐ_０に達した場合に、圧縮を停止する、または保圧に切り替えて圧縮を終了するというものである。

この場合においては、圧縮直前に測定されたセラミック造粒体の含水率Ｗ_Ｘが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０よりも低い補正圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ１になるまで圧縮することにより、圧縮しすぎることによりインゴットが短くなりすぎることを抑制することができる。一方、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０よりも高い圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ１になるまで圧縮することにより、圧縮不足によりインゴットが長くなりすぎることを抑制することができる。

このとき採用されうる補正値としては、例えば、以下のようにして求められる係数を用いた補正値が挙げられる。

予め、セラミック造粒体１００を圧縮成形したときの含水率Ｗ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを複数点計測し、そのセラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線を得る。このとき得られる近似曲線の例を図５に示す。

そして、図５において、予め設定した基準含水率Ｗ_０のときの該近似曲線に対する接線の傾きをＡ１とする。一方、あるショットにおいて測定された含水率がＷ_Ｘ１（＜Ｗ_０）の場合、含水率がＷ_Ｘ１のときの該近似曲線に対する接線の傾きをＢ１_＋とする。そしてα_＋＝Ａ１／Ｂ１_＋を算出する。または、あるショットにおいて測定された含水率がＷ_Ｘ２（＞Ｗ_０）の場合、含水率がＷ_Ｘ２のときの該近似曲線に対する接線の傾きをＢ１_―とする。そしてα_―＝Ａ１／Ｂ１_―を算出する。この係数α_＋又はα_―は（以下、これらをまとめてαと表す）、基準含水率Ｗ_０のときの最適値として設定された基準圧縮ピーク圧Ｐ_０に基づいて、含水率Ｗ_Ｘのときの最適なプレス圧Ｐ_Ａ１を算出するためのものであり、具体的には、基準含水率Ｗ_０のときの基準圧縮ピーク圧Ｐ_０に基づいてＰ_Ａ１＝Ｐ_０／α・・・（１）の式により、補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ１を算出することにより、プレス圧をプレス成形時の顆粒含水率における最適なプレス圧に補正することができる。このようにして算出された補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ１によればショット間における長さのバラツキを抑制するための適切な圧力が得られる。

同様に、予め、セラミック造粒体を圧縮成形したときの温度Ｔ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを複数点計測し、そのセラミック造粒体の温度Ｔを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結んだ近似曲線を得る。このとき得られる近似曲線の例を図６に示す。

そして、図６において、予め設定した基準温度Ｔ_０のときの該近似曲線に対する接線の傾きをＡ２とする。一方、あるショットにおいて測定された温度がＴ_Ｘ１（＜Ｔ_０）の場合、温度がＴ_Ｘ１のときの該近似曲線に対する接線の傾きをＢ２_＋とする。そしてβ_＋＝Ａ２／Ｂ２_＋を算出する。または、あるショットにおいて測定された温度がＴ_Ｘ２（＞Ｔ_０）の場合、温度がＴ_Ｘ２のときの該近似曲線に対する接線の傾きをＢ２_―とする。そしてβ_―＝Ａ２／Ｂ２_―を算出する。この係数β_＋又はβ_―（以下、これらをまとめてβと表す）は、基準温度Ｔ_０のときの最適値として設定された基準圧縮ピーク圧Ｐ_０に基づいて、温度Ｔ_Ｘのときの最適なプレス圧Ｐ_Ａ１を算出するためのものであり、具体的には、基準温度Ｔ_０のときの基準圧縮ピーク圧Ｐ_０に基づいて、前記Ｐ_Ａ１＝Ｐ_０／α・・・（１）の式に、さらに、温度係数βを組み込んだＰ_Ａ２＝Ｐ_０／α・β ・・・（２）の式により、補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ２を算出することにより、プレス圧をプレス成形時の顆粒含水率かつ顆粒温度における最適なプレス圧に補正することができる。このようにして算出された補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ２によればショット間における長さのバラツキを抑制するためのより適切な圧力が得られる。

（ｉｉ）第一パンチ３及び第二パンチ４の基準間隔Ｌ_０を設定値とする位置制御は、セラミック造粒体１００を金型ダイス２に充填後、第一パンチ３及び第二パンチ４によりセラミック造粒体１００を圧縮し、第一パンチ３と第二パンチ４との間隔が所定の基準間隔Ｌ_０に達した場合に、圧縮を停止する、または保圧に切り替えるというものである。

この場合においては、圧縮直前に測定されたセラミック造粒体１００の含水率Ｗ_Ｘが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には基準間隔Ｌ_０よりも所定量だけ狭い補正間隔Ｌ_Ａ１になるまで圧縮することにより、圧縮不足によりインゴットの密度が低下することを抑制することができる。一方、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には基準間隔Ｌ_０よりも所定量だけ広い補正間隔Ｌ_Ａ１になるまで圧縮することにより、圧縮しすぎによりインゴットの密度が高くなりすぎることを抑制することができる。

このとき採用されうる補正値としては、例えば、以下のようにして求められる係数を用いた補正値が挙げられる。

予め、上記（ｉ）について説明したのと同様にして、セラミック造粒体を圧縮成形したときの含水率Ｗ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを複数点計測し、そのセラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ図５に示したような近似曲線を得る。そして、上記（ｉ）について説明したのと同様にして、図５における近似曲線から、接線の傾きＡ１と接線の傾きＢ１を求め、α_＋＝Ａ１／Ｂ１_＋又はα_―＝Ａ１／Ｂ１_―を算出する。そして、
Ｌ_Ａ１＝Ｌ_０・α・・・（３）（αはα_＋又はα_―）
の式により、補正された補正間隔Ｌ_Ａ１を算出することにより、第一パンチと第二パンチとの間隔をプレス成形時の顆粒含水率における、最適圧縮ピーク圧を得られる間隔に補正することができる。このようにして算出された補正された補正間隔Ｌ_Ａ１によればショット間における密度のバラツキを抑制するための適切な圧縮間隔が得られる。

同様に、予め、上記（ｉ）について説明したのと同様にして、セラミック造粒体１００を圧縮成形したときの温度Ｔ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを複数点計測し、そのセラミック造粒体の温度Ｔを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ図６に示したような近似曲線を得る。そして、上記（ｉ）について説明したのと同様にして、図６における近似曲線から、接線の傾きＡ２と接線の傾きＢ２を求め、β_＋＝Ａ２／Ｂ２_＋、又はβ_―＝Ａ２／Ｂ２_―を算出する。そして、前記Ｌ_Ａ１＝Ｌ_０・α・・・（３）の式に、さらに、温度係数β（βはＢ２_＋又はβ_―）を組み込んだ
Ｌ_Ａ２＝Ｌ_０・α・β ・・・（４）
の式により、補正間隔Ｌ_Ａ２を算出することにより、補正間隔Ｌをプレス成形時の顆粒含水率かつ顆粒温度における、最適圧縮ピーク圧を得られる間隔に補正することができる。このようにして算出された補正間隔Ｌ_Ａ２によればショット間における密度のバラツキを抑制するためのより適切な圧力が得られる。

また、本実施形態のセラミック造粒体用圧縮成形装置の他の実施形態としては、図７に示すように、充填器２０及び供給ホッパ３０に、それらに収納されたセラミック造粒体の含水率を調整するための加湿及び除湿機能を有する調湿装置５０を備えていてもよい。図７中、５１は充填器２０を調湿するために調湿された空気を送風するための通気路、５２は供給ホッパ３０を調湿するために調湿された空気を送風するための通気路、５３，５４はメッシュ、５５はセラミック造粒体供給口である。調湿装置５０には、通気路５１、及び、通気路５２が接続されており、調湿装置５０で調湿された空気を各通気路５１，５２から充填器２０及び供給ホッパ３０に送風することによりセラミック造粒体を調湿することができる。このような調湿装置５０によれば、圧縮成形機本体１０に供給されるセラミック造粒体１００の含水率をコントロールすることができる。調湿装置５０としては、コントロールされた湿度の空気を送風するエアーコンディショナー装置が用いられる。

さらに、本発明のセラミック造粒体用圧縮成形装置には、ある特定のｎショット目の圧縮成形の際に計側された圧力ピークＰ_ｘが、狙いの設定圧Ｐ_Ｓからずれた場合に、次のショットである（ｎ+１）ショット目に充填されるセラミック造粒体の量を増減させることにより、（ｎ+１）ショット目の圧縮成形の際の圧力の最大値が狙いの設定圧Ｐ_Ｓに近づくような制御がされていることが好ましい、具体的には、ｎショット目の圧縮成形の際に計側された圧力ピークＰ_ｘが、該所定の設定圧Ｐ_Ｓよりも低い場合には、次サイクル（ｎ+１）ショット目の圧縮成形サイクルにおいて充填されるセラミック造粒体の量を増加させ、該所定の設定圧Ｐ_Ｓよりも高い場合には次サイクル（ｎ+１）ショット目の圧縮成形サイクルにおいて充填されるセラミック造粒体の量を減少させるような補正をする制御手段を備えることが好ましい。このような制御手段によれば、前サイクルにおいて計測された実圧力ピークＰ_ｘに基づき、次のサイクルのセラミック造粒体の充填量を微調整することができるために、次サイクルにおける圧縮成形のピーク圧を調整することができ、それにより、ショット間における成形体密度のバラツキを抑制することができる。

ｎ＋１ショット目（ｎは１以上の整数）の圧縮成形サイクルにおいて充填されるセラミック造粒体の充填量Ｍ_ｎ＋１としては
式（５）：Ｍ_ｎ＋１＝Ｍ_ｎ±Ｒ_０・α・β・・・（５）
（式（５）中、Ｍ_ｎはｎショット目の前記セラミック造粒体の充填量、Ｒ_０は基準給粉充填補正量、αは、前記セラミック造粒体の含水率を横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準含水率Ｗ_０における接線の傾きをＡ１、含水率Ｗ_Ｘのときの接線の傾きをＢ１とした場合に、α＝Ａ１／Ｂ１を用いて算出される係数、βは前記セラミック造粒体の温度Ｔを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準温度Ｔ_０における接線の傾きをＡ２、温度Ｔ_Ｘのときの接線の傾きをＢ２とした場合に、β＝Ａ２／Ｂ２を用いて算出される係数である）になるように制御される方法が例示される。

この補正式（５）は、図８に示すように、圧縮直前に測定されたセラミック造粒体の含水率W_Xが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には最適な基準充填補正量Ｒ_０よりも所定量だけ多く補正充填量を増やすことで、狙いプレス圧力まで、より少ないショット数で到達することができる。一方、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には、基準充填補正量Ｒ_０よりも所定量だけ少なく補正充填量を減らすことで、狙いプレス圧力を通り越してしまう可能性を減らすことができる。さらに、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔ_Ｘが、予め定められた基準温度Ｔ_０よりも高い温度の場合には基準充填補正量Ｒ_０よりも所定量だけ多く補正充填量を増やすことで、狙いプレス圧力まで、より少ないショット数で到達することができる。一方、予め定められた基準温度Ｔ_０よりも低い温度の場合には基準充填補正量Ｒ_０よりも所定量だけ少なく充填補正量を減らすことで、狙いプレス圧力を通り越してしまう可能性を減らすことができる。

このようにして算出された（ｎ＋１）ショット目のセラミック造粒体の充填量Ｍ_ｎ＋１によれば、ショット間における長さのバラツキや密度のバラツキを抑制するための適切な充填量が得られる。

以上説明した、本発明のセラミック造粒体用圧縮成形装置は、セラミック造粒体の圧縮成形が必要とされる用途であれば特に限定なく用いられるが、好ましくは、例えば、セラミック焼結体を得るための予備成形をするための圧縮成形装置として好ましく用いられる。

前記セラミック造粒体はセラミック粉体と樹脂バインダとを含有する混合物を公知の造粒方法により造粒して得られるものである。

セラミック粉体の具体例としては、アルミナ、ジルコニア、フェライト等の金属酸化物系セラミック粉体、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の非酸化物系セラミック粉体、チタン酸バリウム、チタン・ジルコン酸塩およびこれらの複合化合物等のセラミック粉体等が挙げられる。これらのセラミック粉体は、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、セラミック粉体の粒径としては、０．５〜５μｍ、好ましくは０．７〜３μｍ程度の範囲であることが好ましい。

一方、樹脂バインダの具体例としては、例えば、ポリビニルアルコールやポリ酢酸ビニルの部分けん化物、ポリ（メタ）アクリル酸、メチルセルロース、アクリルアミド類等の単独重合体が挙げられる。これらは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

バインダの配合割合の具体例としては、例えば、セラミック粉体１００質量部に対して０．２〜１０質量部、さらには０．５〜５質量部、とくには０．７〜３質量部の範囲であることが好ましい。

なお、セラミック造粒体には、さらに、目的に応じて、分散剤、可塑剤、離型剤、等の添加剤を必要に応じて添加してもよい。また、セラミック造粒体としては、異なるセラミック粉末からなるセラミック造粒体を２種以上組み合わせたものであってもよい。

圧縮成形に適したセラミック造粒体の粒径としては、２０〜３００μｍ、好ましくは３０〜１００μｍ程度の範囲であることが好ましい。含水率としては０．５〜０．８％の範囲であることが好ましい。含水率が低すぎる場合には得られる成形体の強度が低下して割れ等の発生率が高くなる傾向があり、また、高すぎる場合には金型への材料付着性が高くなって成形体に凹凸が生じたり、クラックの発生率が高くなる恐れがある。

図１は本実施形態のセラミック造粒体用圧縮成形装置の構成を模式的に示した、構成模式図である。 図２は、図１中の充填器２０の拡大模式図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、圧縮成形プロセスを説明するための説明図である。 図４は、本実施形態のセラミック造粒体用圧縮成形装置における、一連の圧縮成形プロセスを説明するためのフローチャートである。 セラミック造粒体の含水率Ｗ_Ｘを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線を引いたときのグラフを示す。 セラミック造粒体を圧縮成形したときの温度Ｔ_Ｘを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線を引いたときのグラフを示す。 図７は、本実施形態のセラミック造粒体用圧縮成形装置に備えられる調湿装置を説明するための模式構成図である。 図８は、設定したプレス圧と実圧力との差を横軸に、該プレス圧の差を補正するためのセラミック造粒体の充填補正量を縦軸にプロットしたときのグラフである。 図９は、従来の圧縮成形機で成形の圧縮終点を圧力で制御した場合に得られるインゴットの長さのバラツキを説明するための説明図である。

符号の説明

２ 金型ダイス
３ 第一パンチ
４ 第二パンチ
５ 圧力センサ
１０ 圧縮成形機本体
２０ 充填器
２１ 水分率センサ
２２ 温度センサ
３０ 供給ホッパ
３１ 供給路
４０ 制御部
４０ａ 演算部
４１ 記憶部
４２ 成形条件設定部
５０ 調湿装置
５１、５２ 通気路
５３，５４ メッシュ
５５ セラミック造粒体供給口
８０ａ、８０ｂ インゴット
１００ セラミック造粒体

Claims (13)

1. セラミック粉体と樹脂バインダとを含有する混合物を造粒して得られるセラミック造粒体を、圧縮成形するためのセラミック造粒体用圧縮成形装置であって、
   金型ダイスの両端から挿入された第一パンチ及び第二パンチにより、該金型ダイス内に充填されたセラミック造粒体を、圧縮するための圧縮成形機本体と、
   前記圧縮成形機本体の金型ダイス内にセラミック造粒体を充填するための充填器と、
   前記充填器にセラミック造粒体を供給するための供給ホッパと、を備え、
   前記充填器には、収納されたセラミック造粒体の含水率Ｗ_Ｘを測定するための水分率センサ及び収納されたセラミック造粒体の温度Ｔ_Ｘを測定するための温度センサが備えられており、
   前記圧縮成形機本体には圧縮成形時における第一パンチ及び第二パンチに生じる圧力Ｐｘを測定するための圧力センサがさらに備えられており、
   前記測定された、含水率Ｗ_Ｘ及び／又は温度Ｔ_Ｘに基づき、該第一パンチ及び第二パンチの圧縮ピーク圧及び／又は、圧縮間隔を補正するような制御手段を備えていることを特徴とするセラミック造粒体用圧縮成形装置。
2. 前記圧縮成形機本体における第一パンチ及び第二パンチによるセラミック造粒体の圧縮終点は、第一パンチ及び第二パンチに掛かる基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を設定値とする圧力制御がなされており、
   前記含水率Ｗ_Ｘが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を所定圧だけ低下させる補正をし、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を所定圧だけ上昇させる補正をするような制御手段を備える請求項１に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
3. 補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ１が下記式（１）：
   Ｐ_Ａ１＝Ｐ_０／α ・・・（１）
   （式（１）中、αは、前記セラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準含水率Ｗ_０における接線の傾きをＡ１、含水率Ｗ_Ｘのときの接線の傾きをＢ１とした場合に、α＝Ａ１／Ｂ１を用いて算出される係数である）
   により求められる請求項２に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
4. 温度Ｔ_Ｘが、予め定められた最適温度Ｔ_０よりも高い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を所定圧だけ低下させる補正をし、温度Ｔ_Ｘが、予め定められた最適温度Ｔ_０よりも低い場合には基準圧縮ピーク圧Ｐ_０を所定圧だけ上昇させる補正をするような制御手段をさらに備える請求項２に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
5. 補正された圧縮ピーク圧Ｐ_Ａ２が下記式（２）：
   Ｐ_Ａ２＝Ｐ_０／α・β ・・・（２）
   （式（２）中、αは、前記セラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準含水率Ｗ_０における接線の傾きをＡ１、含水率Ｗ_Ｘのときの接線の傾きをＢ１とした場合に、α＝Ａ１／Ｂ１を用いて算出される係数、βは前記セラミック造粒体の温度Ｔを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準温度Ｔ_０における接線の傾きをＡ２、温度Ｔ_Ｘのときの接線の傾きをＢ２とした場合に、β＝Ａ２／Ｂ２を用いて算出される係数である）
   により求められる請求項４に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
6. 前記圧縮成形機本体における第一パンチ及び第二パンチによるセラミック造粒体の圧縮終点は、第一パンチと第二パンチとの基準間隔Ｌ_０を設定値とする位置制御されており、
   前記含水率Ｗ_Ｘが、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも低い場合には基準間隔Ｌ_０を所定量だけ狭くする補正をし、予め定められた最適含水率Ｗ_０よりも高い場合には基準間隔Ｌ_０を所定量だけ広げる補正をするような制御手段を備えた請求項１に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
7. 補正された間隔Ｌ_Ａ１が下記式（３）：
   Ｌ_Ａ１＝Ｌ_０・α・・・（３）
   （式（３）中、αは、前記セラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準含水率Ｗ_０における接線の傾きをＡ１、含水率Ｗ_Ｘのときの接線の傾きをＢ１とした場合に、α＝Ａ１／Ｂ１を用いて算出される係数である）
   により求められる請求項６に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
8. 温度Ｔ_Ｘが、予め定められた最適温度Ｔ_０よりも低い場合には基準間隔Ｌ_０を所定量だけ狭くする補正をし、温度Ｔ_Ｘが、予め定められた最適温度Ｔ_０よりも高い場合には基準間隔Ｌ_０を所定量だけ広げる補正をするような制御手段をさらに備える請求項６に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
9. 補正された間隔Ｌ_Ａ２が下記式（４）：
   Ｌ_Ａ２＝Ｌ_０・α・β ・・・（４）
   （式（４）中、αは、前記セラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準含水率Ｗ_０における接線の傾きをＡ１、含水率Ｗ_Ｘのときの接線の傾きをＢ１とした場合に、α＝Ａ１／Ｂ１を用いて算出される係数、βは前記セラミック造粒体の温度Ｔを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準温度Ｔ_０における接線の傾きをＡ２、温度Ｔ_Ｘのときの接線の傾きをＢ２とした場合に、β＝Ａ２／Ｂ２を用いて算出される係数である）
   により求められる請求項８に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
10. 前記測定された温度Ｔ_Ｘ及び含水率Ｗ_Ｘに基づき、前記供給ホッパ内部及び／又は前記充填器内部の湿度を基準温度Ｔ_０及び基準含水率Ｗ_０に近づくように調整する調湿手段が備えられている請求項１〜９の何れか１項に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
11. 前記温度Ｔ_Ｘ及び含水率Ｗ_Ｘが、予め設定された所定範囲外の場合に、アラームを発報する手段を備える請求項１〜１０の何れか１項に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
12. セラミック造粒体の圧縮時に計側された圧力ピークＰｘが、所定の設定圧Ｐ_Ｓよりも低い場合には、次サイクルの圧縮成形サイクルにおいて充填されるセラミック造粒体の量を増加させ、該所定の設定圧Ｐ_Ｓよりも高い場合には次サイクルの圧縮成形サイクルにおいて充填されるセラミック造粒体の量を減少させるような補正をする制御手段を備える請求項１〜１１の何れか１項に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。
13. ｎ＋１ショット目（ｎは１以上の整数）の圧縮成形サイクルにおいて充填されるセラミック造粒体の充填量Ｍ_ｎ+１が下記式（５）：
    Ｍ_ｎ＋１＝Ｍ_ｎ±Ｒ_０・α・β ・・・（５）
    （式（５）中、Ｍ_ｎはｎショット目の前記セラミック造粒体の充填量、Ｒ_０は基準給粉充填補正量、αは、前記セラミック造粒体の含水率Ｗを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該含水率Ｗに対するプレス圧Ｐを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準含水率Ｗ_０における接線の傾きをＡ１、含水率Ｗ_Ｘのときの接線の傾きをＢ１とした場合に、α＝Ａ１／Ｂ１を用いて算出される係数、βは前記セラミック造粒体の温度Ｔ_Ｘを横軸に、該セラミック造粒体を圧縮成形したときの該温度Ｔ_Ｘに対するプレス圧Ｐ_Ｘを縦軸にプロットし、それを結ぶ近似曲線から、基準温度Ｔ_０における接線の傾きをＡ２、温度Ｔ_Ｘのときの接線の傾きをＢ２とした場合に、β＝Ａ２／Ｂ２を用いて算出される係数である）
    になるように制御される請求項１２に記載のセラミック造粒体用圧縮成形装置。

Images