JP2010083082A - Method for manufacturing ceramic molded product, and method for manufacturing ceramic member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焼成前のセラミック成形体(「セラミックグリーン成形体」ともいう。)の製造方法、及び焼成後のセラミック部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a ceramic molded body before firing (also referred to as “ceramic green molded body”) and a method for producing a ceramic member after firing.
従来から、セラミック成形体(焼成前)の製造方法の1つとして、セラミック粉体、分散媒、及びゲル化剤を含むセラミックスラリーを成形空間(スラリーを充填して成形するための空間、所望のセラミック成形体と同形の空間)に注型し成形・固化して、セラミック成形体を得る方法がある(例えば、特許文献1を参照)。この方法は、所謂、ゲルキャスト法と呼ばれている。
ゲルキャスト法では、成形型の成形空間に充填されたセラミックスラリーは、主としてゲル化反応により固化される。ゲル化反応として特にウレタン反応が利用される場合、隣接するウレタン樹脂の分子間において、各ウレタン樹脂分子内にそれぞれ存在するウレタン基同士を連結するように架橋が生じる。この架橋により、ウレタン樹脂分子間では強固なネットワークが形成され得る。この結果、ゲル化反応(ウレタン反応)により固化して得られたセラミック成形体を乾燥させて内部に残存する分散媒(溶媒)成分を揮発除去させても、セラミック成形体内においてウレタン樹脂分子の分子間距離が縮まり難い。 In the gel casting method, the ceramic slurry filled in the molding space of the mold is solidified mainly by a gelation reaction. In particular, when a urethane reaction is used as the gelation reaction, cross-linking occurs between adjacent urethane resin molecules so as to connect the urethane groups present in each urethane resin molecule. By this crosslinking, a strong network can be formed between the urethane resin molecules. As a result, even if the ceramic molded body obtained by solidification by gelation reaction (urethane reaction) is dried and the dispersion medium (solvent) component remaining inside is volatilized and removed, the molecules of urethane resin molecules in the ceramic molded body It is difficult to shorten the distance.
即ち、ゲルキャスト法により形成されたセラミック成形体は、乾燥による収縮が発生し難いという性質を有する。従って、厚さが比較的大きいセラミック成形体を形成しても、乾燥によるクラック(割れ)が発生し難い。この結果、ゲルキャスト法では、厚さが比較的大きいセラミック成形体を得ることができる。 That is, the ceramic molded body formed by the gel cast method has a property that shrinkage due to drying hardly occurs. Therefore, even if a ceramic molded body having a relatively large thickness is formed, cracks due to drying are unlikely to occur. As a result, in the gel cast method, a ceramic molded body having a relatively large thickness can be obtained.
一般に、ゲルキャスト法では、成形空間が密閉された閉空間とされた状態にてセラミックスラリーが固化・乾燥される場合が多かった。この場合、分散媒(溶媒)成分が揮発除去され難いことから、固化・乾燥の進行速度が遅い。従って、セラミック成形体がハンドリングされ得る程度(セラミック成形体を手、治具等を使用して掴んだり取り上げたりした場合にセラミック成形体が容易に破損しない程度)まで固化・乾燥が進行するのに比較的長時間を要し、この結果、セラミック成形体の生産性が悪いという問題があった。 In general, in the gel casting method, the ceramic slurry is often solidified and dried in a state where the molding space is closed and sealed. In this case, since the dispersion medium (solvent) component is difficult to be volatilized and removed, the progress of solidification / drying is slow. Therefore, solidification and drying proceed to the extent that the ceramic molded body can be handled (the ceramic molded body is not easily damaged when the ceramic molded body is gripped or picked up using a hand or a jig). It took a relatively long time, and as a result, there was a problem that the productivity of the ceramic molded body was poor.
この問題に対処するためには、成形型としてその上面(平面)にて成形空間に通じる開口(セラミックスラリーを投入するための穴)が形成された形式のものを使用することが好ましいと考えられる。成形型において、成形空間の上面は、前記開口と一致していても一致していなくてもよい。これにより、上記開口を通じて分散媒(溶媒)成分が揮発除去され得る。従って、固化・乾燥の進行速度が速くなってセラミック成形体の生産性を向上させることができる。 In order to cope with this problem, it is considered preferable to use a mold in which an opening (hole for introducing ceramic slurry) leading to the molding space is formed on the upper surface (plane) of the mold. . In the mold, the upper surface of the molding space may or may not coincide with the opening. Thereby, the dispersion medium (solvent) component can be volatilized and removed through the opening. Therefore, the solidification / drying speed is increased, and the productivity of the ceramic molded body can be improved.
ところで、成形型としてその上面(平面)にて成形空間に通じる開口が形成された形式のものを使用して、ゲルキャスト法により厚さが比較的大きいセラミック成形体を得る場合を考える。この場合、成形空間の高さ(深さ)が大きくされる。 By the way, let us consider a case in which a ceramic molded body having a relatively large thickness is obtained by a gel casting method using a mold in which an opening leading to a molding space is formed on the upper surface (plane) of the mold. In this case, the height (depth) of the molding space is increased.
この場合、開口から投入されたセラミックスラリーは、重力の作用により下方に落下しながら成形空間内に進入していく。ここで、ゲル化剤を含むセラミックスラリーの粘度は比較的大きい。従って、成形空間の深さが大きい場合、セラミックスラリーが成形空間内に確実に充填され得ない場合が発生し得る。より具体的には、成形空間内の下方部分においてセラミックスラリーが進入しない(行き渡らない)領域が発生し得る。 In this case, the ceramic slurry thrown from the opening enters the forming space while dropping downward due to the action of gravity. Here, the viscosity of the ceramic slurry containing the gelling agent is relatively large. Therefore, when the depth of the forming space is large, a case where the ceramic slurry cannot be reliably filled in the forming space may occur. More specifically, a region in which the ceramic slurry does not enter (does not spread) may occur in a lower portion in the forming space.
このようにセラミックスラリーが成形空間内に確実に充填されないと、得られるセラミック成形体の外形状において成形空間の形状と一致しない部分が生じるという新たな問題が発生する。 If the ceramic slurry is not reliably filled in the molding space in this way, a new problem arises that a portion that does not match the shape of the molding space is generated in the outer shape of the obtained ceramic molded body.
従って、本発明の目的は、上面にて成形空間に通じるセラミックスラリー投入用の開口が形成された成形型を使用してゲルキャスト法により厚さが比較的大きいセラミック成形体を製造する方法において、投入されたセラミックスラリーを成形空間内に確実に充填して、成形空間の形状に対応する高精度な外形状を有するセラミック成形体を得ることができ且つセラミック成形体の生産性が高いものを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic molded body having a relatively large thickness by a gel cast method using a molding die in which an opening for introducing ceramic slurry leading to the molding space is formed on the upper surface. The ceramic slurry that has been put in is securely filled into the molding space, and a ceramic molded body having a highly accurate outer shape corresponding to the shape of the molding space can be obtained and a ceramic molded body with high productivity is provided. There is to do.
上記目的を達成するための本発明によるセラミック成形体(焼成前)の製造方法は、前記セラミックスラリーを、その一部が前記成形型の前記開口から溢れて前記成形型の前記上面(平面)から上方に盛り上がるように、前記開口を通して前記成形型の前記成形空間に投入する投入工程と、スキージを前記成形型の前記上面に沿うように移動させることで、前記セラミックスラリーのうちで前記上面から上方に盛り上がっている部分を除去するとともに前記セラミックスラリーを前記成形空間に充填するスキージング工程と、前記成形空間に充填されたセラミックスラリーをゲル化反応により固化する固化工程と、前記固化により形成された成形体から前記成形型を取り除いて前記セラミック成形体を得る離型工程と、を含んでいる。 In order to achieve the above object, a method for producing a ceramic molded body (before firing) according to the present invention is characterized in that a portion of the ceramic slurry overflows from the opening of the mold and from the upper surface (plane) of the mold. An injecting step of injecting into the molding space of the mold through the opening so as to swell upward, and moving a squeegee along the upper surface of the mold so that the ceramic slurry moves upward from the upper surface. A squeezing step for removing the raised portion and filling the molding slurry with the ceramic slurry, a solidification step for solidifying the ceramic slurry filled in the molding space by a gelation reaction, and the solidification step. Removing the mold from the molded body to obtain the ceramic molded body.
ここにおいて、前記セラミックスラリーとして、ゲル化反応としてのウレタン反応が発生する成分(例えば、イソシアネート及びポリオール等)を含んだものが使用されることが好ましい。この場合、前記セラミックスラリーは、セラミック粉体と、イソシアネートと、ポリオールと、溶媒と、(ウレタン反応により生成されたバインダとしてのウレタン樹脂と)を含む、と記載することもできる。また、前記固化工程では、固化により形成された成形体を乾燥する工程が含まれてもよい。また、スキージとして、ゴム製、或いは金属製のものが使用されることが好適である。 Here, it is preferable to use a ceramic slurry containing a component (for example, an isocyanate and a polyol) that generates a urethane reaction as a gelation reaction. In this case, the ceramic slurry may be described as containing ceramic powder, isocyanate, polyol, solvent, and (a urethane resin as a binder generated by a urethane reaction). The solidification step may include a step of drying the formed body formed by solidification. Further, it is preferable to use a rubber or metal squeegee.
上記構成によれば、投入工程において、成形型の開口から投入されたセラミックスラリーの一部がその開口から溢れて成形型の上面(平面)から上方に盛り上がるまで、セラミックスラリーの投入が継続される。次いで、スキージング工程において、スキージ(の先端)を成形型の上面(平面)に沿うように移動させることで、セラミックスラリーのうちで成形型の上面から上方に盛り上がっている部分が除去される。このとき、セラミックスラリーのうちで成形型の(開口の下方であって)開口近傍に存在している部分(スキージにより除去されなかった部分)に対して下向きの力が加わる。以下、この下向きの力を「スキージングによる下方力」と称呼する。また、本発明に係るセラミック成形体の製造方法を「ゲルスキージング法」と呼ぶこともある。 According to the above configuration, in the charging step, the ceramic slurry is continuously charged until a part of the ceramic slurry charged from the opening of the mold overflows from the opening and rises upward from the upper surface (plane) of the mold. . Next, in the squeegeeing step, the squeegee (tip) is moved along the upper surface (plane) of the mold, so that the portion of the ceramic slurry that is raised upward from the upper surface of the mold is removed. At this time, a downward force is applied to the portion of the ceramic slurry that is in the vicinity of the opening (below the opening) (the portion that has not been removed by the squeegee). Hereinafter, this downward force is referred to as “downward force due to squeezing”. Moreover, the manufacturing method of the ceramic molded body which concerns on this invention may be called a "gel squeezing method."
このスキージングによる下方力は、成形空間内においてセラミックスラリーを隅々まで行き渡らせる力として作用し得る。この結果、セラミックスラリーが成形空間内に確実に充填され得る。より具体的には、成形空間内の下方部分においてセラミックスラリーが進入しない(行き渡らない)領域が消滅し得る。換言すれば、重力によりセラミックスラリーが成形空間内に進入していく作用をスキージングによる下方力がアシストすることで、セラミックスラリーが成形空間内に確実に充填され得る。 This downward force due to squeezing can act as a force that spreads the ceramic slurry to every corner in the forming space. As a result, the ceramic slurry can be reliably filled in the molding space. More specifically, the region where the ceramic slurry does not enter (does not spread) in the lower portion of the forming space may disappear. In other words, the ceramic slurry can be reliably filled in the molding space by assisting the downward force by squeezing of the action of the ceramic slurry entering the molding space due to gravity.
このように、ゲルスキージング法によれば、セラミックスラリーが成形空間内に確実に充填され得ることで、その後の固化工程及び離型工程を経て得られるセラミック成形体(焼成前)は、成形空間の形状に対応する高精度な外形状を有する。加えて、上述したように、固化(・乾燥)工程において、上記開口を通じて分散媒(溶媒)成分が揮発除去され得る。従って、固化・乾燥の進行速度が速くなってセラミック成形体の生産性を向上させることができる。 Thus, according to the gel squeezing method, the ceramic molded body (before firing) obtained through the subsequent solidification step and mold release step can be formed into the molding space by surely filling the molding slurry with the ceramic slurry. It has a highly accurate outer shape corresponding to the shape. In addition, as described above, in the solidification (.drying) step, the dispersion medium (solvent) component can be volatilized and removed through the opening. Therefore, the solidification / drying speed is increased, and the productivity of the ceramic molded body can be improved.
ゲルスキージング法において、前記投入工程の前に、前記成形空間を画定する前記成形型の成形面に、前記離型工程にて前記セラミック成形体を前記成形面から引き離し易くするための離型剤を塗布する塗布工程が含まれる場合において、前記成形型の成形面の表面粗さは算術平均粗さRaで0.2μm〜0.8μmであり、前記離型剤としてフッ素樹脂が使用されることが好適である。 In the gel squeezing method, a mold release agent for facilitating the separation of the ceramic molded body from the molding surface in the mold release step on the molding surface of the mold that defines the molding space before the charging step. In this case, the surface roughness of the molding surface of the mold is an arithmetic average roughness Ra of 0.2 μm to 0.8 μm, and a fluororesin is used as the mold release agent. Is preferred.
ゲルスキージング法において、離型剤としてフッ素樹脂が使用される場合、成形型の成形面の表面粗さが算術平均粗さRa(JIS
B0601:2001)で0.2μm〜0.8μmに調整されていると、離型工程においてセラミック成形体から成形型を取り除く(セラミック成形体を成形面から引き離す)ために要する力(以下、「離型力」とも称呼する。)が十分に小さくなることが判明した。換言すれば、ゲルスキージング法の場合、粉末プレス用成形型の場合のように成形面に対して鏡面仕上げを施すことなく、セラミック成形体の外表面を破損することなしでセラミック成形体から成形型を容易に取り除くことができることが判明した。
In the gel squeezing method, when a fluororesin is used as a release agent, the surface roughness of the molding surface of the mold is the arithmetic average roughness Ra (JIS).
B0601: 2001) is adjusted to 0.2 μm to 0.8 μm, the force required for removing the mold from the ceramic molded body (separating the ceramic molded body from the molding surface) in the mold release step (hereinafter referred to as “separation”). It was also called “type strength”. In other words, in the case of the gel squeezing method, it is molded from the ceramic molded body without damaging the outer surface of the ceramic molded body without applying a mirror finish to the molding surface as in the case of a powder pressing mold. It turns out that the mold can be easily removed.
加えて、成形型を、上下方向に分割された複数の型を上下方向に積層して構成することで、比較的複雑な3次元形状の成形空間を得ることができる。これにより、粉体プレス成形では実現できない3次元形状のセラミック成形体を得られることが判明した。 In addition, a relatively complicated three-dimensional molding space can be obtained by configuring the molding die by laminating a plurality of molds divided in the vertical direction in the vertical direction. As a result, it has been found that a three-dimensional ceramic molded body that cannot be realized by powder press molding can be obtained.
また、ゲルスキージング法においては、前記投入工程後且つ前記スキージング工程前に、前記成形空間内の下方部分であって前記セラミックスラリーが進入していない領域に残存している空気を前記成形空間外に排気する空気抜き工程を含むことが好適である。ここにおいて、セラミックスラリーが進入していない領域に残存している空気を成形空間外に排気する機構としては、前記成形空間内の下方部分と連通する排気経路を有する機構、又は、排気経路に接続されたバキュームポンプが備えられた機構等が採用され得る。 Further, in the gel squeezing method, after the charging step and before the squeezing step, air remaining in a region below the molding space where the ceramic slurry does not enter is formed in the molding space. It is preferable to include an air venting process for exhausting outside. Here, as a mechanism for exhausting the air remaining in the area where the ceramic slurry has not entered to the outside of the molding space, a mechanism having an exhaust path communicating with a lower portion in the molding space, or connected to the exhaust path A mechanism or the like equipped with a vacuum pump can be employed.
これによれば、前記残存空気を成形空間外に排気することで、スキージング工程前において成形空間内の下方部分であってセラミックスラリーが進入していない領域をより狭めることができる。この結果、スキージング工程後においてセラミックスラリーを成形空間内により一層確実に充填することができる。 According to this, by exhausting the residual air to the outside of the forming space, it is possible to further narrow the region that is the lower portion in the forming space and into which the ceramic slurry has not entered before the squeezing step. As a result, the ceramic slurry can be more reliably filled in the forming space after the squeezing step.
また、ゲルスキージング法における前記スキージング工程において、前記スキージの先端と前記成形型の前記上面との間の上下方向における隙間が50μm〜500μmに調整された状態で、前記スキージが移動させられることが好適である。 Further, in the squeegeeing step in the gel squeezing method, the squeegee is moved in a state where the vertical gap between the tip of the squeegee and the upper surface of the mold is adjusted to 50 μm to 500 μm. Is preferred.
これによれば、セラミックスラリーが成形空間内により安定して確実に充填され得、且つセラミック成形体において上記開口に対応する面(セラミック成形体の上面)の平坦性が良好なものが得られることが判明した。これは、前記隙間を50μm〜500μmに調整することで、十分に大きい「スキージングによる下方力」が安定して作用することに起因すると考えられる。 According to this, the ceramic slurry can be filled more stably and surely in the molding space, and the ceramic molded body can have a flat surface corresponding to the opening (the upper surface of the ceramic molded body). There was found. This is considered to be because a sufficiently large “downward force due to squeezing” acts stably by adjusting the gap to 50 μm to 500 μm.
また、前記スキージング工程において、平板状の前記スキージが採用される場合、スキージの平面が前記スキージの移動方向に対して垂直になる状態から前記スキージが前記移動方向における前側又は後側に20°〜70°だけ傾いた状態で、前記スキージが移動させられることが好適である。 Further, in the squeegeeing step, when the flat squeegee is employed, the squeegee is 20 ° forward or backward in the moving direction from a state where the plane of the squeegee is perpendicular to the moving direction of the squeegee. It is preferable that the squeegee is moved in a state where it is inclined by ˜70 °.
これによっても、セラミックスラリーが成形空間内により安定して確実に充填され得、且つセラミック成形体において上記開口に対応する面(セラミック成形体の上面)の平坦性が良好なものが得られることが判明した。上記と同様、これも、スキージを上記のように傾けることで、十分に大きい「スキージングによる下方力」が安定して作用することに起因すると考えられる。 This also ensures that the ceramic slurry can be filled more stably and reliably in the molding space, and that the flatness of the surface corresponding to the opening (upper surface of the ceramic molded body) in the ceramic molded body can be obtained. found. Similarly to the above, it is considered that this is because a sufficiently large “downward force due to squeezing” acts stably by tilting the squeegee as described above.
また、上記本発明に係るセラミック成形体の製造方法において、前記成形型に同形の複数の前記成形空間を形成しておき、それぞれの成形空間に前記セラミックスラリーを投入・充填することで、前記製造方法の1回の実行により同形の複数の前記セラミック成形体を得るように構成することが好適である。これにより、同形のセラミック成形体を大量生産する場合、生産効率を高めることができる。 Further, in the method for manufacturing a ceramic molded body according to the present invention, a plurality of molding spaces having the same shape are formed in the molding die, and the ceramic slurry is charged and filled in each molding space. It is preferable that a plurality of ceramic shaped bodies having the same shape are obtained by performing the method once. Thereby, when mass-producing the same-shaped ceramic molded object, production efficiency can be improved.
また、上記本発明に係るセラミック成形体の製造方法により前記セラミック成形体を得る工程と、前記得られたセラミック成形体を焼成してセラミック焼成体を得る焼成工程と、前記得られたセラミック焼成体に、前記セラミック焼成体の表面において機械加工(切削、研削等)が施されていない部分が残存するように前記機械加工を施してセラミック部材を得る加工工程とを含んで、セラミック部材の製造方法が提供され得る。 The step of obtaining the ceramic molded body by the method for producing a ceramic molded body according to the present invention, the firing step of firing the obtained ceramic molded body to obtain a ceramic fired body, and the obtained ceramic fired body And a machining step of obtaining the ceramic member by performing the machining so that a portion not subjected to machining (cutting, grinding, etc.) remains on the surface of the ceramic fired body. Can be provided.
ゲルスキージング法により形成されるセラミック成形体(焼成前)を焼成して得られるセラミック焼成体の外表面の一部を機械加工することで、外表面において機械加工が施されていない部分(即ち、成形型の成形面によるスラリーの成形のみにより外形状が決定される部分)が残存するセラミック部材が得られる。このようなセラミック部材では、セラミック部材の外形状の全てが機械加工により形成される場合に比して、機械加工に起因する残留応力及びマイクロクラックの発生が少ない。従って、信頼性の高いセラミック部材を得ることができる。 By machining a part of the outer surface of the ceramic fired body obtained by firing the ceramic molded body (before firing) formed by the gel squeezing method, a part that is not machined on the outer surface (that is, Thus, a ceramic member in which a portion whose outer shape is determined only by forming the slurry on the forming surface of the forming die) is obtained. In such a ceramic member, the occurrence of residual stress and microcracks caused by machining is less than when all the outer shapes of the ceramic member are formed by machining. Therefore, a highly reliable ceramic member can be obtained.
また、上述のように、本発明に係るセラミック成形体の製造方法の1回の実行により同形の複数のセラミック成形体を得る場合において、同形の複数の成形空間が整列して配置されるとともに隣接する成形空間の一部同士がそれぞれ繋がるように成形型が形成され得る。この場合、前記製造方法により前記同形の複数のセラミック成形体からなるとともに隣接するセラミック成形体同士が連結部により連結されたセラミック成形体の集合体を得る工程と、前記得られたセラミック成形体の集合体を焼成して、前記同形の複数のセラミック焼成体からなるとともに隣接するセラミック焼成体同士が前記連結部により連結されたセラミック焼成体の集合体を得る焼成工程と、前記得られたセラミック焼成体の集合体に、前記連結部が除去されるように且つ前記各セラミック焼成体の表面において前記機械加工(切削、研削等)が施されていない部分が残存するように機械加工を施して、それぞれが別個独立に分離された同形の複数のセラミック部材を得る加工工程と、を含んで、同形の複数のセラミック部材の製造方法が提供され得る。 In addition, as described above, in the case where a plurality of ceramic molded bodies having the same shape are obtained by performing the method for manufacturing a ceramic molded body according to the present invention once, a plurality of molding spaces having the same shape are arranged and adjacent to each other. The molding die can be formed so that a part of the molding space to be connected to each other. In this case, a step of obtaining an aggregate of ceramic molded bodies composed of a plurality of ceramic molded bodies having the same shape by the manufacturing method and having adjacent ceramic molded bodies connected by a connecting portion; and A firing step of firing an aggregate to obtain an aggregate of ceramic fired bodies composed of a plurality of ceramic fired bodies of the same shape and adjacent ceramic fired bodies connected by the connecting portion, and the obtained ceramic firing The body assembly is subjected to machining so that the connecting portion is removed and a portion of the surface of each ceramic fired body not subjected to the machining (cutting, grinding, etc.) remains, Producing a plurality of isomorphous ceramic members, each of which is independently separated separately, and producing a plurality of isomorphous ceramic members Law may be provided.
これによれば、同形の複数のセラミック焼成体からなる「セラミック焼成体の集合体」において、隣接するセラミック焼成体同士が連結部により連結されている。従って、隣接するセラミック焼成体同士の位置関係が変化し難い。このため、「セラミック焼成体の集合体」に対して機械加工を施す際の作業が行い易くなる。より具体的には、別個独立に分離された同形の複数のセラミック成形体のそれぞれを焼成して得られる別個独立に分離された同形の複数のセラミック焼成体に対して機械加工を施す場合に比して、機械加工を施す際の作業が行い易くなる。 According to this, in the “aggregate of ceramic fired bodies” composed of a plurality of ceramic fired bodies having the same shape, adjacent ceramic fired bodies are connected by the connecting portion. Therefore, the positional relationship between adjacent ceramic fired bodies is difficult to change. For this reason, it becomes easy to perform the work when machining the “aggregate of ceramic fired bodies”. More specifically, it is compared with the case where machining is performed on a plurality of separately formed ceramic sintered bodies of the same shape that are obtained by firing each of a plurality of ceramic molded bodies of the same shape that are separately separated. As a result, it is easy to perform work when machining.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係るセラミック成形体(焼成前)、及び、セラミック部材(焼成後)の製造方法について説明する。 Hereinafter, a ceramic molded body (before firing) and a method for producing a ceramic member (after firing) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るゲルスキージング法を利用したセラミック部材10の製造方法により製造されたセラミック部材10の斜視図である。このセラミック部材10は、断面が四隅に対して面取りされた正方形形状を有する長棒形状を呈している。このセラミック部材10は、後述するように、種々のスペーサ、コネクタ等として広く利用され得る。
FIG. 1 is a perspective view of a
以下、本発明によるセラミック部材10の製造方法の実施形態について、図2〜図23を参照しながら説明する。先ず、この製造方法に使用される成形型について図2〜図5を参照しながら説明する。図2は、セラミック部材10の製造に使用される成形型20、及びスキージ30の概略斜視図であり、図3は、成形型20の平面図(上面図)であり、図4、及び図5はそれぞれ、図3の4−4線、及び5−5−線に沿って成形型20を切断した成形型20の縦断面図である。図2〜図5に示すように、この成形型20を利用すれば、5個の同形のセラミック成形体を同時に形成することができる。なお、この「5個」は単なる例示であり、5個とは異なる複数個のセラミック成形体を同時に形成する成形型を使用してもよい。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a
成形型20は、金属、セラミックス、樹脂、セッコウの何れかの材質からなり、上型20A及び下型20Bとから構成される。下型20B及び上型20Aがこの順に下から積層・固定された状態(即ち、成形型20が組まれた状態)において、成形型20の内部には、成形面21で画定される成形空間Q(スラリーを充填して成形するための空間、所望のセラミック成形体と同形の空間、5か所)が、1列に整列して配置・形成される。
The molding die 20 is made of any material of metal, ceramics, resin, and gypsum, and includes an
成形型20の上面(即ち、上型20Aの上面、平面)には、各成形空間Qにそれぞれ通じる開口Pin(5か所)が、1列に整列して配置・形成されている。成形空間Qの上面は、対応する開口Pinと一致している。後述のように作成されるセラミックスラリーは、開口Pin(5か所)から成形型20の成形空間Q(5か所)にそれぞれ投入・充填されるようになっている。
On the upper surface of the molding die 20 (that is, the upper surface and the flat surface of the
スキージ30は、ゴム製、或いは金属製であり、平面形状が長方形、或いは正方形の板状(平板状)を呈している。スキージ30は、図示しない駆動機構により、成形型20の上面(即ち、上型20Aの上面)に沿うように、所定の速度(一定でも可変でもよい)をもって成形型20の長手方向(Z軸方向)に移動可能となっている(矢印を参照)。以下、このようにスキージ30を成形型20の上面に沿うように移動させることを「スキージング」とも称呼する。
The
次に、セラミック部材10の具体的な製造方法について説明する。
(離型剤塗布)
先ず、上型20Aと下型20Bとが分離した状態で、上型20A及び下型20Bのそれぞれの成形面21(即ち、セラミックスラリーが接触する面)に、離型剤として、フッ素樹脂を有機溶剤で分散させたものを塗布する。塗布後、有機溶剤は直ちに揮発し、この結果、上型20A及び下型20Bのそれぞれの成形面21にはフッ素樹脂が固着される。これにより、その後におけるセラミック成形体の離型性を安定して高めることができる。離型剤の塗布は、スプレー法、ディッピング法等を用いて行う。
Next, a specific method for manufacturing the
(Applying release agent)
First, in a state where the
(成形型組み立て)
次に、成形型20を組み立てる。図6、図7に示すように、下型20Bの上面(平面)と上型20Aの下面(平面)とを合わせるように、下型20Bの上に上型20Aを載せる(積層する)。その後、公知の手法の1つにより、上型20Aと下型20Bとを一体に固定する。これにより、成形型20の組み立てが完了する(図4、及び図5に示した状態を参照)。
(Molding mold assembly)
Next, the
(セラミックスラリーの調製)
次に、セラミック粉体、分散媒、ポリオール、分散剤、ゲル化剤、及び触媒を含むセラミックスラリーの調製を行う。本例では、セラミック粉体(アルミナ粉末)として、アルミナ100重量部、分散媒として、多塩基酸エステル29重量部、ポリオールとして、ポリビニルブチラール0.8重量部、分散剤として、ポリカルボン共重合体3重量部、ゲル化剤として、ジフェニルメタンジイソシアネート4.2重量部、触媒として、アミン系触媒0.2重量部、を混合したものをセラミックスラリーとして使用した。
(Preparation of ceramic slurry)
Next, a ceramic slurry containing ceramic powder, dispersion medium, polyol, dispersant, gelling agent, and catalyst is prepared. In this example, 100 parts by weight of alumina as a ceramic powder (alumina powder), 29 parts by weight of a polybasic acid ester as a dispersion medium, 0.8 parts by weight of polyvinyl butyral as a polyol, and a polycarboxylic copolymer as a dispersant A mixture of 3 parts by weight, 4.2 parts by weight of diphenylmethane diisocyanate as a gelling agent, and 0.2 parts by weight of an amine catalyst as a catalyst was used as a ceramic slurry.
ジフェニルメタンジイソシアネート及びポリビニルブチラール(即ち、ポリオール)は、ウレタン反応により後にウレタン樹脂(ポリウレタン)となり、後に有機バインダとして機能する。上述のように、ウレタン樹脂分子間では、架橋により、強固なネットワークが形成され得る。この結果、乾燥による収縮が発生し難くなる。 Diphenylmethane diisocyanate and polyvinyl butyral (that is, polyol) later become a urethane resin (polyurethane) by the urethane reaction, and later function as an organic binder. As described above, a strong network can be formed by crosslinking between urethane resin molecules. As a result, shrinkage due to drying hardly occurs.
また、このように有機バインダとしてウレタン樹脂が使用される場合、セラミックスラリーの調製のために混合される物質を、セラミック粉体と、イソシアネートと、ポリオールと、溶媒と、分散剤と、触媒とに分類することができる。この場合、セラミック粉体として使用されるセラミック材料としては、酸化物系セラミックが使用されてもよいし、非酸化物系セラミックが使用されてもよい。又、誘電体材料、磁性体材料であってもよい。例えば、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チッ化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素(SiC)、チッ化アルミニウム(AlN)、ガラスパウダー等が使用され得る。これらの材料は、1種類単独で、或いは2種以上を組み合わせて使用され得る。また、スラリーを調整・作製可能な限りにおいて、セラミック材料の粒子径は特に限定されない。 Further, when a urethane resin is used as the organic binder in this way, the substances mixed for preparing the ceramic slurry are changed into ceramic powder, isocyanate, polyol, solvent, dispersant, and catalyst. Can be classified. In this case, as the ceramic material used as the ceramic powder, an oxide-based ceramic may be used, or a non-oxide-based ceramic may be used. Further, it may be a dielectric material or a magnetic material. For example, alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), glass powder, etc. Can be used. These materials may be used alone or in combination of two or more. Further, the particle diameter of the ceramic material is not particularly limited as long as the slurry can be adjusted and produced.
イソシアネートとしては、イソシアネート基を官能基として有する物質であれば特に限定されないが、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、或いは、これらの変性体等が使用され得る。なお、分子内おいて、イソシアネート基以外の反応性官能基が含有されていてもよく、更には、ポリイソシアネートのように、反応性官能基が多数含有されていてもよい。 The isocyanate is not particularly limited as long as it is a substance having an isocyanate group as a functional group. For example, tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), or a modified product thereof can be used. In addition, in the molecule | numerator, reactive functional groups other than an isocyanate group may contain, and also many reactive functional groups may contain like polyisocyanate.
ポリオールとしては、イソシアネート基と反応し得る官能基、例えば、水酸基、アミノ基等を有する物質であれば特に限定されないが、例えば、エチレングリコール(EG)、ポリエチレングリコール(PEG)、プロピレングリコール(PG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリヘキサメチレングリコール(PHMG)、ポリビニルブチラール(PVB)等が使用され得る。 The polyol is not particularly limited as long as it has a functional group capable of reacting with an isocyanate group, for example, a hydroxyl group, an amino group, etc. For example, ethylene glycol (EG), polyethylene glycol (PEG), propylene glycol (PG). Polypropylene glycol (PPG), polytetramethylene glycol (PTMG), polyhexamethylene glycol (PHMG), polyvinyl butyral (PVB) and the like can be used.
溶媒としては、分散剤、イソシアネート、ポリオール、及び触媒を溶解するものであれば、特に限定されない。例えば、多塩基酸エステル(例えば、グルタル酸ジメチル等)、多価アルコールの酸エステル(例えば、トリアセチン等)等の、2以上のエステル結合を有する溶剤を使用することが望ましい。 The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the dispersant, isocyanate, polyol, and catalyst. For example, it is desirable to use a solvent having two or more ester bonds, such as a polybasic acid ester (for example, dimethyl glutarate) or an acid ester of a polyhydric alcohol (for example, triacetin).
分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩等を使用することが望ましい。この分散剤を添加することで、成形前のスラリーを、低粘度とし、且つ高い流動性を有するものとすることができる。 As the dispersant, for example, it is desirable to use a polycarboxylic acid copolymer, a polycarboxylate, or the like. By adding this dispersant, the slurry before molding can have a low viscosity and a high fluidity.
触媒としては、ウレタン反応を促進させる物質であれば特に限定されないが、例えば、トリエチレンジアミン、ヘキサンジアミン、6−ジメチルアミノ−1−ヘキサノール等が使用され得る。 Although it will not specifically limit as a catalyst if it is a substance which accelerates | stimulates a urethane reaction, For example, a triethylenediamine, hexanediamine, 6-dimethylamino-1-hexanol etc. may be used.
(セラミックスラリーの投入)
次に、セラミックスラリーを成形型20へ投入する。この投入は、上記セラミックスラリーの調製後、直ちに開始される。上述したように、セラミックスラリーは、開口Pin(5か所)から投入される。投入されたセラミックスラリーは、重力の作用により下方に落下しながら各成形空間Q内にそれぞれ進入していく。
(Ceramic slurry input)
Next, the ceramic slurry is put into the
図8、図9に示すように、このセラミックスラリーの投入は、セラミックスラリーの一部が全ての開口Pinから溢れて成形型20の上面から上方に盛り上がった時点で完了する。なお、上述したように、本例で使用されるセラミックスラリーの粘度は比較的大きい。従って、セラミックスラリーの投入が完了した状態では、各成形空間Q内の下方部分においてセラミックスラリーが進入しない(行き渡らない)領域が発生し得る。
As shown in FIGS. 8 and 9, the introduction of the ceramic slurry is completed when a portion of the ceramic slurry overflows from all the openings Pin and rises upward from the upper surface of the
(スキージング)
次に、図10、及び図11に示すように、スキージ30を用いて上述したスキージングを行う。このスキージングにより、セラミックスラリーのうちで成形型20の上面から上方に盛り上がっている部分が除去される。このとき、セラミックスラリーのうちで成形型の(開口Pinの下方であって)開口Pin近傍に存在している部分(スキージ30により除去されなかった部分)に対して下向きの力(上述した「スキージングによる下方力」)が加わる。
(Squeezing)
Next, as shown in FIGS. 10 and 11, the above-described squeegeeing is performed using a
この「スキージングによる下方力」は、各成形空間Q内においてセラミックスラリーを隅々まで行き渡らせる力として作用し得る。この結果、上述したように各成形空間Q内の下方部分においてセラミックスラリーが進入しない(行き渡らない)領域が仮に発生していたとしても、この領域は、「スキージングによる下方力」の作用により消滅し得る。即ち、セラミックスラリーが各成形空間Q内に確実に充填され得る。 This “downward force due to squeezing” can act as a force for spreading the ceramic slurry to every corner in each forming space Q. As a result, even if a region where the ceramic slurry does not enter (does not spread) in the lower portion of each forming space Q as described above, this region disappears due to the action of “downward force due to squeezing”. Can do. That is, the ceramic slurry can be reliably filled in each molding space Q.
ここで、スキージングの適切な条件について付言する。図12、及び図13に示すように、スキージ30の先端(下端)と成形型20の上面との間の上下方向における隙間をhとすると、隙間hが50μm〜500μmの或る値に調整された状態(隙間h一定)でスキージングが行われると、セラミックスラリーが成形空間Q内により安定して確実に充填され得、且つセラミック成形体において開口Pinに対応する面(即ち、セラミック成形体の上面)の平坦性が良好なものが得られることが判明した。これは、隙間hがこの範囲内にあることで、十分に大きい「スキージングによる下方力」が安定して作用することに起因すると考えられる。
Here, an additional condition for squeezing is added. As shown in FIGS. 12 and 13, when the gap in the vertical direction between the tip (lower end) of the
また、図12に示すように、スキージ30の平面がスキージ30の移動方向(Z軸方向)に対して垂直になる状態からスキージ30が移動方向における前側(Z軸負方向側)に20°〜70°の或る角度θだけ傾いた状態(角度θ一定)で、スキージングが行われると、セラミックスラリーを成形空間Q内に確実に充填させることができる。
Further, as shown in FIG. 12, the
図13に示すように、スキージ30の平面がスキージ30の移動方向(Z軸方向)に対して垂直になる状態からスキージ30が移動方向における後側(Z軸正方向側)に20°〜70°の或る角度θだけ傾いた状態(角度θ一定)で、スキージングが行われた場合、セラミック成形体において開口Pinに対応する面(即ち、セラミック成形体の上面)の平坦性を良好にすることができる。これらのことも、角度θがこれらの範囲内にあることで、十分に大きい「スキージングによる下方力」が安定して作用することに起因すると考えられる。
As shown in FIG. 13, from the state in which the plane of the
図14、及び図15は、スキージングが完了した状態を示す。この状態では、セラミックスラリーのうちで成形型20の上面から上方に盛り上がっている部分が除去されているとともに、「スキージングによる下方力」の作用により、セラミックスラリーが各成形空間Q内に確実に充填されている。
14 and 15 show a state where squeezing has been completed. In this state, the portion of the ceramic slurry that is raised upward from the upper surface of the
(セラミックスラリーの固化)
次に、各成形空間Q内に充填されたセラミックスラリーを固化・乾燥する。セラミックスラリーの固化・乾燥は、所定時間に亘ってセラミックスラリーが充填された成形型20を室温雰囲気で放置することで行われてもよいし、所定時間に亘ってセラミックスラリーが充填された成形型20を加熱により室温雰囲気よりも高い所定温度に維持することで行われてもよいし、これらを組み合わせて行われてもよい。
(Solidification of ceramic slurry)
Next, the ceramic slurry filled in each forming space Q is solidified and dried. The solidification and drying of the ceramic slurry may be performed by leaving the
この工程では、主として、上述したウレタン反応によりセラミックスラリーが固化していく現象と、開口Pinを介して溶媒(分散媒)が揮発除去されていく現象とが発生する。このウレタン反応により、上述のように、ウレタン樹脂分子間において、架橋により強固なネットワークが形成され得る。この結果、溶媒(分散媒)が揮発除去されていっても(即ち、セラミック成形体の乾燥が進行していっても)、セラミック成形体が収縮し難い。従って、成形空間Qの深さ(厚さ)が比較的大きい場合(即ち、厚さの大きいセラミック成形体が形成される場合)であっても、セラミック成形体において乾燥によるクラック(割れ)が発生し難い。 In this step, a phenomenon in which the ceramic slurry is solidified mainly by the urethane reaction described above and a phenomenon in which the solvent (dispersion medium) is volatilized and removed through the opening Pin are generated. By this urethane reaction, as described above, a strong network can be formed by crosslinking between urethane resin molecules. As a result, even if the solvent (dispersion medium) is volatilized and removed (that is, the drying of the ceramic molded body proceeds), the ceramic molded body is difficult to shrink. Therefore, even when the depth (thickness) of the molding space Q is relatively large (that is, when a ceramic molded body having a large thickness is formed), cracks due to drying occur in the ceramic molded body. It is hard to do.
この工程により、同形の5つのセラミック成形体Fが形成される。加えて、開口Pinを通じて溶媒(分散媒)が外部へ揮発除去され得る。従って、この工程の進行速度が速くなってセラミック成形体Fの生産性を向上させることができる。 By this step, five ceramic molded bodies F having the same shape are formed. In addition, the solvent (dispersion medium) can be volatilized and removed to the outside through the opening Pin. Therefore, the progress speed of this process is increased and the productivity of the ceramic molded body F can be improved.
(上型除去)
次に、図16、及び図17に示すように、図示しないスライダー等を利用して、上型20Aを上方へ引き上げる。このとき、上型20Aよりも下型20Bの方がセラミック成形体Fと接触している面積が大きくて上記「離型力」が大きいから、上型20Aのみがセラミック成形体Fから除去される。即ち、セラミック成形体Fは、下型20B側に付着・残存する。
(Upper mold removal)
Next, as shown in FIGS. 16 and 17, the
(下型除去)
次に、図18、及び図19に示すように、セラミック成形体Fが付着・残存する下型20Bを上下反転させて焼成用トレイ40の上に載置し、図示しないスライダー等を利用して、下型20Bを上方へ引き上げる。この結果、セラミック成形体Fは、重力の作用により下型20Bから離れる。セラミック成形体Fが下型20Bから離れ難い場合は、下型20Bに若干の振動を与えると好ましい。これにより、下型20Bが全てのセラミック成形体Fから除去される。即ち、図20に示すように、同形の5個のセラミック成形体Fを取り出すことができる。
(Lower mold removal)
Next, as shown in FIGS. 18 and 19, the
ここで、離型力について付言する。本例のように、離型剤としてフッ素樹脂が使用される場合、成形型20の成形面21の表面粗さが算術平均粗さRa(JIS
B0601:2001)で0.2μm〜0.8μmに調整されていると、離型力(セラミック成形体Fを上型20A及び下型20Bから引き離す際に要する力)が十分に小さくなることが判明している。換言すれば、セラミック成形体Fの外表面を破損することなくセラミック成形体Fから成形型20を容易に取り除くために、粉末プレス用成形型の場合のように成形面に対して鏡面仕上げを施す必要がない。
Here, an additional note will be given regarding the mold release force. When a fluororesin is used as a mold release agent as in this example, the surface roughness of the
B0601: 2001) is adjusted to 0.2 μm to 0.8 μm, it turns out that the release force (the force required to separate the ceramic molded body F from the
(焼成)
次に、上述のように得られた5個のセラミック成形体Fの焼成を行う。この焼成は、図20に示すように、5個のセラミック成形体Fが載置された焼成用トレイ40を、所定の焼成炉に入れて、焼成炉内を所定時間に亘って所定温度に維持することで行う。これにより、同形の5個のセラミック焼成体Bが得られる。
(Baking)
Next, the five ceramic molded bodies F obtained as described above are fired. In this firing, as shown in FIG. 20, a firing
(加工)
次に、上述のように得られた5個のセラミック焼成体Bの加工を行う。この加工は、図21、及び図22に示すように、5個のセラミック焼成体Bを加工用台50の上に載置した状態で、グラインダG等を用いて行われる。この例では、セラミック焼成体Bにおける両端面、並びに、開口Pinに対応する側面が研削されることで、セラミック焼成体Bが所望の形状になるように加工される。即ち、セラミック焼成体Bのその他の表面(具体的には、開口Pinに対応する側面以外の残りの3つの側面、及び、四隅の面取り面)には加工が施されない。この結果、図23に示すように、同形の5個のセラミック部材10が完成する。
(processing)
Next, the five ceramic fired bodies B obtained as described above are processed. This processing is performed using a grinder G or the like in a state where five ceramic fired bodies B are placed on the processing table 50 as shown in FIGS. In this example, both end surfaces of the ceramic fired body B and the side surface corresponding to the opening Pin are ground so that the ceramic fired body B is processed into a desired shape. That is, the other surface of the ceramic fired body B (specifically, the remaining three side surfaces other than the side surface corresponding to the opening Pin and the chamfered surfaces of the four corners) is not processed. As a result, as shown in FIG. 23, five
このように、セラミック部材10の表面には、加工が施されていない部分(即ち、成形型20の成形面21によるスラリーの成形のみにより外形状が決定される部分)が残存している。従って、セラミック部材の外形状の全てが機械加工により形成される場合に比して、機械加工に起因する残留応力及びマイクロクラックの発生が少ない。従って、セラミック部材10の信頼性を高めることができる。
As described above, a portion that is not processed (that is, a portion whose outer shape is determined only by molding of the slurry by the
以上、説明したように、本発明によるセラミック成形体Fの製造方法の実施形態によれば、上面にて成形空間Qに通じる開口Pinが形成された成形型20の開口Pinから、セラミック粉体、分散媒、及びゲル化剤を含むセラミックスラリーを投入する。この投入は、セラミックスラリーの一部が開口Pinから溢れて成形型20の上面から上方に盛り上がるまで継続される。次いで、スキージ30を成形型20の上面に沿うように移動させる。これにより、セラミックスラリーのうちで上面から上方に盛り上がっている部分が除去されることに加え、上記「スキージングによる下方力」の作用によりセラミックスラリーが成形空間Qに確実に充填される。そして、充填されたセラミックスラリーが固化・乾燥され、固化により形成された成形体から成形型20を取り除くことでセラミック成形体Fが得られる。
As described above, according to the embodiment of the method for manufacturing the ceramic molded body F according to the present invention, the ceramic powder, from the opening Pin of the
上記実施形態によれば、上記「スキージングによる下方力」の作用により、投入されたセラミックスラリーが成形空間Q内に確実に充填され得る。この結果、成形空間Qの形状に対応する高精度な外形状を有するセラミック成形体Fを得ることができる。加えて、開口Pinを通じて溶媒(分散媒)が上方に向けて外部へ揮発除去され得るから、セラミックスラリーの固化・乾燥の進行速度が速くなり、この結果、セラミック成形体Fの生産性を向上させることができる。 According to the above embodiment, the ceramic slurry that has been put in can be reliably filled into the forming space Q by the action of the “downward force due to squeezing”. As a result, a ceramic molded body F having a highly accurate outer shape corresponding to the shape of the molding space Q can be obtained. In addition, since the solvent (dispersion medium) can be volatilized and removed to the outside through the opening Pin, the solidification / drying speed of the ceramic slurry is increased, and as a result, the productivity of the ceramic molded body F is improved. be able to.
なお、本発明は上記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、上記実施形態においては、図24(a)に示す断面形状を有するセラミック焼成体B(未加工)に対して、図24(b)に示すように、開口Pinに対応する側面(図中の上面)を研削することで、図24(c)に示す断面形状を有するセラミック部材10が得られている。これに対し、開口Pinに対応する側面と反対側の面(図中の下面)を先に研削しておき、その後に、開口Pinに対応する側面(図中の上面)を研削してもよい。これにより、図中の上下方向の寸法精度(形状精度)をより一層高めることができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 24B, the side surface (in the drawing) corresponding to the opening Pin, for the ceramic fired body B (unprocessed) having the cross-sectional shape shown in FIG. The
また、図25(a)に示す断面形状を有するセラミック焼成体Bを作製しておき、図25(b)に示すように、図中の上下面をそれぞれ研削することで、図25(c)に示す断面形状を有するセラミック部材10を得てもよい。これによっても、上記実施形態に比して、図中の上下方向の寸法精度(形状精度)をより一層高めることができる。更には、図25(a)に示す断面形状を有するセラミック成形体Fを焼成用トレイ40に載置する場合、図26に示すように、トレイ40に接触する面積を小さくすることができる。この結果、焼成後において、セラミック焼成体Bがトレイ40に固着して焼成体Bからトレイ40を取り除くことが困難になる事態の発生が抑制され得る。
Also, a ceramic fired body B having a cross-sectional shape shown in FIG. 25 (a) is prepared, and as shown in FIG. 25 (b), the upper and lower surfaces in FIG. A
また、図27に示すように、上記実施形態における下型20Bにおいて底面に対応する部分を分離して底型20Cとしてもよい。この場合、下型20Bの下面と底型20Cの上面との合わせ部に形成される微小隙間(例えば、形状公差に相当する程度の微小隙間)から成形空間Qのエアを自然に排気できるように構成してもよく、或いは、この微小隙間を図示しないバキュームポンプに接続し、成形空間Q内のエアを排気できるように構成してもよい。これによれば、セラミックスラリー投入後且つスキージング前において、成形空間Q内の下方部分であってセラミックスラリーが進入していない領域(エア溜り)に残存している空気を成形空間Q外に排気(エア抜き)することができる。
Further, as shown in FIG. 27, a portion corresponding to the bottom surface of the
このようにエア溜りに残存している空気を成形空間Q外に排気することで、スキージング前においてエア溜りをより狭めることができる。この結果、スキージング後においてセラミックスラリーを成形空間Q内により一層確実に充填することができる。 By exhausting the air remaining in the air reservoir to the outside of the molding space Q in this way, the air reservoir can be further narrowed before squeezing. As a result, the ceramic slurry can be more reliably filled into the forming space Q after squeezing.
図28は、図27に示した成形型において上型20Aと下型20Bとを一体化したものを示している。これによっても、図27に示した成形型と同様、エア溜りに残存している空気を成形空間Q外に排気することができ、同様の作用効果が奏され得る。
FIG. 28 shows the molding die shown in FIG. 27 in which the
また、図29(a)は、1列に整列して配置された同形の複数のセラミック焼成体Bからなり、且つ、隣接するセラミック焼成体B同士が棒状の連結部Zにより連結された「セラミック焼成体の集合体」を示している。このような焼成体の集合体(従って、成形体の集合体)は、成形型を、同形の複数の成形空間が1列に整列して配置されるとともに隣接する成形空間の一部同士がそれぞれ繋がるように形成することで、得ることができる。 Further, FIG. 29A shows a “ceramic” composed of a plurality of ceramic fired bodies B having the same shape arranged in a line, and the adjacent ceramic fired bodies B are connected to each other by rod-like connecting portions Z. An aggregate of fired bodies ”is shown. Such an aggregate of fired bodies (accordingly, an aggregate of molded bodies) is formed by arranging a molding die in which a plurality of molding spaces of the same shape are arranged in a line, and a part of the adjacent molding spaces is arranged. It can be obtained by forming it so as to be connected.
図29(b)は、図29(a)に示したセラミック焼成体の集合体の上面をグラインダGで研削して、連結部Zを除去し、且つ、各セラミック焼成体Bの上面を加工する様子を示している。図30(a)(b)はそれぞれ、図29(a)(b)に示す状態に対応する縦断面図である。これにより、別個独立に分離された同形の複数のセラミック部材10を得ることができる。なお、これらのセラミック部材10の表面には、機械加工が施されていない部分が残存する。
In FIG. 29B, the upper surface of the aggregate of ceramic fired bodies shown in FIG. 29A is ground with a grinder G to remove the connecting portion Z, and the upper surface of each ceramic fired body B is processed. It shows a state. 30 (a) and 30 (b) are longitudinal sectional views corresponding to the states shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), respectively. Thereby, the several
このように「セラミック焼成体の集合体」では、隣接するセラミック焼成体B同士が連結部Zにより連結されている。従って、隣接するセラミック焼成体B同士の位置関係が変化し難い。このため、「セラミック焼成体の集合体」に対して研削等の機械加工を施す際の作業が行い易くなる。換言すれば、別個独立に分離された同形の複数のセラミック成形体のそれぞれを焼成して得られる別個独立に分離された同形の複数のセラミック焼成体に対して機械加工を施す場合に比して、機械加工を施す際の作業が行い易くなる。 As described above, in the “aggregate of ceramic fired bodies”, the adjacent ceramic fired bodies B are connected by the connecting portion Z. Therefore, the positional relationship between the adjacent ceramic fired bodies B hardly changes. For this reason, it becomes easy to perform work when performing machining such as grinding on the “aggregate of ceramic fired bodies”. In other words, as compared with the case where machining is performed on a plurality of separately formed ceramic sintered bodies of the same shape obtained by firing each of the plurality of ceramic molded bodies of the same shape separately separated. This makes it easier to perform operations when machining.
以下、ゲルスキージング法により得られるセラミック部材(焼成後且つ加工後)の利用例について付言する。ゲルスキージング法により形成されるセラミック成形体(焼成前)を焼成して得られるセラミック焼成体は、他の製造方法により得られるものと比べて寸法精度に優れる。このため、本発明に係る製造方法により得られるセラミック部材の表面には、機械加工が施されていない部分が残存している。従って、上述のように、セラミック部材の外形状の全てが機械加工により形成される場合に比して、機械加工に起因する残留応力及びマイクロクラックの発生が少ない。この結果、セラミック部材の信頼性を高めることができる。 Hereinafter, additional examples of use of the ceramic member (after firing and after processing) obtained by the gel squeezing method will be described. A ceramic fired body obtained by firing a ceramic formed body (before firing) formed by a gel squeezing method is superior in dimensional accuracy as compared with those obtained by other production methods. For this reason, the part which is not machine-processed remains on the surface of the ceramic member obtained by the manufacturing method which concerns on this invention. Therefore, as described above, the residual stress and microcracks caused by machining are less generated than when all the outer shapes of the ceramic member are formed by machining. As a result, the reliability of the ceramic member can be increased.
図31は、本発明に係る製造方法により作製されたアスペクト比(主要な縦断面形状における縦の長さに対する横の長さの割合)が大きいセラミック部材の一例を示している。従来の粉末プレス法では、このようなアスペクト比が大きい形状を有するセラミック部材を作製することが困難であった。これに対し、本発明に係る製造方法では、アスペクト比が大きいセラミック部材の作製が可能となった。 FIG. 31 shows an example of a ceramic member having a large aspect ratio (ratio of the horizontal length to the vertical length in the main vertical cross-sectional shape) produced by the manufacturing method according to the present invention. In the conventional powder pressing method, it is difficult to produce a ceramic member having such a large aspect ratio. On the other hand, the manufacturing method according to the present invention made it possible to produce a ceramic member having a large aspect ratio.
図32は、本発明に係る製造方法により製造されたセラミック部材が、光ファイバアレイを固定する固定部材Dとして使用された一例を示している。図32に示す固定部材Dの場合、光ファイバアレイが載置される円弧形状部分においても、焼成後の加工なしで固定部材Dを作製することが可能である。 FIG. 32 shows an example in which the ceramic member manufactured by the manufacturing method according to the present invention is used as the fixing member D for fixing the optical fiber array. In the case of the fixing member D shown in FIG. 32, it is possible to produce the fixing member D without processing after firing even in the arc-shaped portion where the optical fiber array is placed.
図33は、本発明に係る製造方法により製造されたセラミック部材が、液晶パネル等に使用されるスペーサS1、S2、S3として使用された一例を示している。スペーサS1は、液晶パネルに使用される2枚のガラスの間に液晶が介装される液密的な空間を確保するためのスペーサ(枠体)である。スペーサS2は、液晶パネルのガラスと導光板との間の空間を確保するためのスペーサ(枠体)である。スペーサS3は、導光板とLEDが実装された基板との間の空間を確保するためのスペーサ(枠体)である。スペーサS1、S2、S3は、厚さ(高さ)方向において非常に高い寸法精度が要求されるから、それぞれの上下面に対して研削等の加工を施すことが好ましい。 FIG. 33 shows an example in which the ceramic member manufactured by the manufacturing method according to the present invention is used as the spacers S1, S2, and S3 used in a liquid crystal panel or the like. The spacer S1 is a spacer (frame body) for ensuring a liquid-tight space in which liquid crystal is interposed between two glasses used for a liquid crystal panel. The spacer S2 is a spacer (frame body) for securing a space between the glass of the liquid crystal panel and the light guide plate. The spacer S3 is a spacer (frame body) for securing a space between the light guide plate and the substrate on which the LEDs are mounted. Since the spacers S1, S2, and S3 are required to have very high dimensional accuracy in the thickness (height) direction, it is preferable to perform processing such as grinding on the upper and lower surfaces.
なお、導光板とLED実装基板との間の空間は、各LEDから発せられた光が円錐状に拡散していく際の距離を確保して広い面積をもって光を導光板に照射するために設けられる。スペーサS3は、係る空間を確保する機能に加え、各LEDから発せられた光が外部に漏れないようにする機能も併せ持つ。なお、セラミック部材であるスペーサS3の表面は白色であるから、スペーサS3の内壁面に到達した光は効率良く反射して導光板に導かれる。従って、この点も、セラミック部材をスペーサS3として使うことの利点の一つである。 In addition, the space between the light guide plate and the LED mounting substrate is provided in order to irradiate the light guide plate with a wide area by securing a distance when the light emitted from each LED diffuses in a conical shape. It is done. The spacer S3 has a function of preventing the light emitted from each LED from leaking to the outside in addition to the function of securing the space. Since the surface of the spacer S3, which is a ceramic member, is white, the light reaching the inner wall surface of the spacer S3 is efficiently reflected and guided to the light guide plate. Therefore, this point is also one of the advantages of using a ceramic member as the spacer S3.
また、導光板には散乱体が内蔵されている。従って、円錐状に拡散した状態で導光板に照射された光は、導光板内部の散乱体の作用により、均一な散乱光となって導光板から液晶パネルのガラスに向けて進行していく。スペーサS2は、均一な散乱光が進行していく空間を確保する機能に加え、この光が外部に漏れないようにする機能も併せ持つ。 Further, the light guide plate contains a scatterer. Therefore, the light irradiated to the light guide plate in a state where it is diffused in a conical shape travels toward the glass of the liquid crystal panel from the light guide plate as uniform scattered light by the action of the scatterer inside the light guide plate. The spacer S2 has a function of ensuring a space where uniform scattered light travels, and a function of preventing this light from leaking to the outside.
10…セラミック部材体、20…成形型、20A…上型、20B…下型、21…成形面、30…スキージ、B…セラミック焼成体、F…セラミック成形体、Pin…開口、Q…成形空間
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記セラミックスラリーを、その一部が前記成形型の前記開口から溢れて前記成形型の前記上面から上方に盛り上がるように、前記開口を通して前記成形型の前記成形空間に投入する投入工程と、
スキージを前記成形型の前記上面に沿うように移動させることで、前記セラミックスラリーのうちで前記上面から上方に盛り上がっている部分を除去するとともに前記セラミックスラリーを前記成形空間に充填するスキージング工程と、
前記成形空間に充填されたセラミックスラリーをゲル化反応により固化する固化工程と、
前記固化により形成された成形体から前記成形型を取り除いて前記セラミック成形体を得る離型工程と、
を含む、セラミック成形体の製造方法。 A ceramic molded body containing ceramic powder, a dispersion medium, and a gelling agent is molded using a molding die with an opening leading to a molding space on the upper surface to obtain a ceramic molded body. There,
A charging step of charging the ceramic slurry into the molding space of the mold through the opening so that a part of the ceramic slurry overflows from the opening of the mold and rises upward from the upper surface of the mold;
A squeegeeing step of removing a portion of the ceramic slurry that is raised upward from the top surface by moving a squeegee along the top surface of the molding die and filling the ceramic slurry into the molding space; ,
A solidification step of solidifying the ceramic slurry filled in the molding space by a gelation reaction;
A mold release step of obtaining the ceramic molded body by removing the mold from the molded body formed by the solidification;
A method for producing a ceramic molded body, comprising:
前記投入工程の前に、前記成形空間を画定する前記成形型の成形面に、前記離型工程にて前記セラミック成形体を前記成形面から引き離し易くするための離型剤を塗布する塗布工程を含み、
前記成形型の成形面の表面粗さは算術平均粗さRaで0.2μm〜0.8μmであり、前記離型剤としてフッ素樹脂が使用される、セラミック成形体の製造方法。 A method for producing a ceramic molded body according to claim 1,
An application step of applying a release agent for facilitating the separation of the ceramic molded body from the molding surface in the mold release step on the molding surface of the molding die defining the molding space before the charging step. Including
The surface roughness of the molding surface of the mold is an arithmetic average roughness Ra of 0.2 to 0.8 μm, and a method for producing a ceramic molded body in which a fluororesin is used as the release agent.
前記投入工程後且つ前記スキージング工程前に、前記成形空間内の下方部分であって前記セラミックスラリーが進入していない領域に残存している空気を前記成形空間外に排気する空気抜き工程を含む、セラミック成形体の製造方法。 A method for producing a ceramic molded body according to claim 1 or 2,
After the charging step and before the squeezing step, including an air venting step for exhausting the air remaining in the region where the ceramic slurry is not in the lower portion in the molding space to the outside of the molding space, A method for producing a ceramic molded body.
前記スキージング工程において、前記スキージの先端と前記成形型の前記上面との間の上下方向における隙間が50μm〜500μmに調整された状態で、前記スキージが移動させられる、セラミック成形体の製造方法。 In the manufacturing method of the ceramic molded body as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
In the squeezing step, the squeegee is moved in a state in which a gap in the vertical direction between the tip of the squeegee and the upper surface of the mold is adjusted to 50 μm to 500 μm.
前記スキージング工程において、平板状の前記スキージの平面が前記スキージの移動方向に対して垂直になる状態から前記スキージが前記移動方向における前側又は後側に20°〜70°だけ傾いた状態で、前記スキージが移動させられる、セラミック成形体の製造方法。 In the manufacturing method of the ceramic molded body as described in any one of Claims 1 thru | or 4,
In the squeegeeing step, the squeegee is inclined by 20 ° to 70 ° to the front side or the rear side in the moving direction from the state in which the flat surface of the flat squeegee is perpendicular to the moving direction of the squeegee, A method for producing a ceramic molded body, wherein the squeegee is moved.
前記成形型に形成された同形の複数の前記成形空間のそれぞれに前記セラミックスラリーを投入・充填することで、前記製造方法の1回の実行により同形の複数の前記セラミック成形体を得る、セラミック成形体の製造方法。 In the method for manufacturing a ceramic molded body according to any one of claims 1 to 5,
Ceramic molding in which a plurality of ceramic molded bodies having the same shape are obtained by performing the manufacturing method once by charging and filling the ceramic slurry into each of the plurality of molding spaces having the same shape formed in the mold. Body manufacturing method.
前記得られたセラミック成形体を焼成してセラミック焼成体を得る焼成工程と、
前記得られたセラミック焼成体に、前記セラミック焼成体の表面において機械加工が施されていない部分が残存するように前記機械加工を施してセラミック部材を得る加工工程と、
を含む、セラミック部材の製造方法。 A molding step of obtaining the ceramic molded body by the method for producing a ceramic molded body according to any one of claims 1 to 5,
A firing step of firing the obtained ceramic molded body to obtain a ceramic fired body,
In the obtained ceramic fired body, a machining step for obtaining a ceramic member by performing the machining so that a portion not subjected to machining on the surface of the ceramic fired body remains,
A method for producing a ceramic member, comprising:
前記得られたセラミック成形体の集合体を焼成して、前記同形の複数のセラミック焼成体からなるとともに隣接するセラミック焼成体同士が前記連結部により連結されたセラミック焼成体の集合体を得る焼成工程と、
前記得られたセラミック焼成体の集合体に、前記連結部が除去されるように且つ前記各セラミック焼成体の表面において前記機械加工が施されていない部分が残存するように機械加工を施して、それぞれが別個独立に分離された同形の複数のセラミック部材を得る加工工程と、
を含む、セラミック部材の製造方法。 7. The ceramic molded body according to claim 6, wherein the molding die is formed such that a plurality of the molding spaces having the same shape are aligned and a part of the adjacent molding spaces are connected to each other. A molding step comprising a plurality of ceramic molded bodies of the same shape by the method and obtaining an aggregate of ceramic molded bodies in which adjacent ceramic molded bodies are connected by a connecting portion;
A firing step of firing an aggregate of the obtained ceramic molded bodies to obtain an aggregate of ceramic fired bodies composed of a plurality of ceramic fired bodies of the same shape and adjacent ceramic fired bodies connected by the connecting portion. When,
The assembly of the obtained ceramic fired bodies is subjected to machining so that the connecting portion is removed and a portion not subjected to the machining process remains on the surface of each ceramic fired body, A processing step of obtaining a plurality of ceramic members of the same shape, each of which is independently separated;
A method for producing a ceramic member, comprising:
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