JP2015074198A - 保持容器および黒鉛材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズが大きくなっても成形体および黒鉛材の変形を防止し、かつ、上下両端部が欠けにくくすることができる保持容器および黒鉛材の製造方法を提供する。【解決手段】粉体１２が充填される袋状体４０および天板５０を保持するためのＣＩＰ成形用の保持容器１０は、側壁３１と、底３３と、側壁３１の上部外側面を円形状または楕円形状に周回し横断面が外側に膨らむ閉じた曲線状の係止部３５と、係止部３５の外側表面に側壁３１を周回する溝と、側壁３１の係止部３５より下側の外側面から延びる支持具３６と、を有するケース３０と、ケース３０の上端と間隔を有するように支持具３６に着脱され、下面が平面よりなる天板５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＩＰ（Cold Isostatic Press；冷間静水圧加圧）成形に使用する保持容器および保持容器を用いた黒鉛材の製造方法に関するものである。

ゴム材料等の弾性体で構成された成形型に、成形しようとする粉末を充填した後、圧力媒体により加圧し、該粉末に一様に等しい圧力を加えて成形を行う等方加圧成形（ＣＩＰ成形、冷間静水圧加圧）方法は、黒鉛材、セラミック材、金属粉末の成形に適した数十ＭＰａ以上の高圧を容易に作用させることができて、高密度で均質な成形体が得られることが知られている。さらに、ＣＩＰ成形では製造困難な長尺の丸棒等の成形が容易であること等から、セラミックス粉末や黒鉛粉末、金属粉末の成形に利用されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、以下のように課題が記載されている。
一般に成形型において、粉末の充填作業でのハンドリング性や成形型の製造上、加工上および耐久性の観点から、ある程度剛性のある材料で肉厚に構成されるのが実情である。特に、棒状の成形体を製造する場合、蓋体として、圧縮性が小さく、高剛性の材料（例えば金属）からなる栓等が用いられるため、蓋体の圧縮収縮量が小さくなる。また、粉末と蓋体との間で摩擦力が発生するために、成形型の上下端部は胴部程収縮できない。この結果、得られる成形体は、上下両端部分の外径が中央部の外径に比して大きい、いわゆる象の足現象（象の足のような形状）を呈した成形体となる。
特許文献１の発明では、内部に流体が充填された蓋体を使用することにより成形体の変形を防止することが提案され、具体的には、象の足現象の発生を防止することが記載されている。
また、このほかに、象の足現象を呈した成形体では、上下両端部分のコーナー部分が鋭角の突起となるので欠けやすくなる問題がある。（図７（Ａ）、図７（Ｂ））

特開平６−２８５６９６号公報

しかしながら、前述したような特許文献１に記載の従来の保持容器および黒鉛材の製造方法においては、成形する袋状体のサイズが大きくなるにつれて、液体充填部を大きくする必要がある。
そして、液体充填部が大きくなると、袋状体に収容される粉体の浮力によって上面が膨らみ、変形が大きくなるという問題がある。

本発明では、従来の問題を解決するためになされたもので、サイズが大きくなっても成形体および黒鉛材の変形を防止し、かつ、上下両端部が欠けにくくすることができる保持容器および黒鉛材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の保持容器は、粉体が充填される袋状体および蓋体を保持するためのＣＩＰ成形用の保持容器であって、前記保持容器は、側壁と、底と、前記側壁の上部外側面を円形状または楕円形状に周回する係止部と、前記係止部の外側表面に前記側壁を周回する溝と、前記側壁の前記係止部より下側の外側面から延びる支持具と、を有するケースと、前記ケースの上端と間隔を有するように前記支持具に着脱され、下面が平面よりなる天板と、を備えるものである。

また、本発明の保持容器の前記間隔は、前記袋状体と前記蓋体との厚さの和よりも大きい。

また、本発明の保持容器の前記粉体は、黒鉛材の成形原料である。

また、本発明の保持容器の前記ケースは、床面に固定する固定具を有している。

さらに、本発明の黒鉛材の製造方法は、前述した保持容器の前記袋状体に成形原料を充填し蓋体で密閉した後、ＣＩＰ成形し成形体を得る成形工程と、前記成形体を焼成し、焼成体を得る焼成工程と、前記焼成体を黒鉛化し黒鉛材を得る黒鉛化工程と、を行うものである。

本発明は、袋状体に圧力媒体より成形圧力が加わると粉体の収縮に追随して収縮することができるので、大型の材料であっても上下両端部のコーナーが鋭角の突起となりにくく、欠けにくい成形体を得ることができる。また、蓋体の上面が天板に接してかつ粉体の収縮に追随して収縮することができるので、大型の材料であっても上面が膨らむことなく変形の少ない成形体が得られる保持容器を提供することができる。

また、本発明は、浮力の発生しやすい黒鉛材の成形原料を袋状体に充填し、ＣＩＰ成形しても、袋状体に成形圧力が加わると粉体の収縮に追随して収縮することができるので、大型の材料であっても上下両端部のコーナーが鋭角の突起となりにくく、欠けにくい成形体を得られる黒鉛材の製造方法を提供することができる。
また、本発明は、蓋体の上面が天板に接してかつ粉体の収縮に追随して収縮することができるので、大型の材料であっても上面が膨らむことなく変形の少ない成形体が得られ、これを焼成および黒鉛化するので、サイズが大きくなっても成形体の変形を防止し、かつ、上下両端部が欠けにくくすることができる黒鉛材の製造方法を提供することができる。

本発明に係る実施形態の保持容器、袋状体、蓋体およびＣＩＰ成形装置の断面図 本発明に係る実施形態の保持容器の分解斜視図 （Ａ）はケースの上部を示す斜視図であり、（Ｂ）は凹凸の拡大図 （Ａ）は本発明に係る実施形態の保持容器によって成形される成形体の平面図であり、（Ｂ）は側面図 （Ａ）は本発明に係る実施形態の保持容器の平面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は断面図 （Ａ）は本発明に係る実施形態の保持容器が保持容器内で圧力が加わる前の断面図、（Ｂ）は圧力が加わったあとの断面図 （Ａ）は従来の金属等の高剛性の材料からなる栓等を用いた成形容器によって成形される成形体の平面図であり、（Ｂ）は側面図

以下、本発明に係る実施形態の保持容器および黒鉛材の製造方法について、図面を用いて説明する。
図１および図２に示すように、実施形態の保持容器１０は、天板５０とケース３０とを有する。
なお、以下の説明においては、特に断りがない限り、鉛直下方を「下」、縁直上方を「上」として説明する。

ＣＩＰ成形装置２０の内部に、ＣＩＰ成形装置開口部２１からケース３０および天板５０からなる保持容器１０が収容され成形される。ケース３０は、例えば円柱や角柱の筒形状を呈している。なお、以下においては、円筒形状の場合を例示して説明する。
ケース３０は、側壁３１の上端にケース開口部３２が設けられ、下端には底３３を有する。ケース３０は、例えばパンチングメタルを用いて形成することができ、側壁３１および底３３には、圧力媒体２６を内外に流通可能な流通孔３４が多数設けられている。なお、流通孔３４の大きさや形状は、特に限定しない。
従って、ケース３０をＣＩＰ成形装置２０の内部空間２３に収容して、圧力媒体２６を注入すると、圧力媒体２６はケース３０の側壁３１および底３３からケース３０の内部に浸入する。

図３（Ａ）に示すように、ケース３０の側壁３１の上部外側面には、上部外側面を周回し横断面が外側に膨らむ係止部３５が設けられている。係止部３５は、外側表面に側壁を円形状または楕円形状に周回する溝３５２が設けられている。
なお、楕円形状とは、弧成楕円のほか、角が丸まった長方形等も含まれる。
すなわち、図３（Ｂ）に示すように、係止部３５の断面形状は、外側に膨らむ例えば円形や楕円形等の一部で構成される閉曲線状である。溝３５２は、凸部３５１と凹部とが交互に設けられて、凹部が溝となる。凹部は、隣接する凸部３５１の間の凹んだ部分であり、特に形状は限定されない。
係止部３５の溝３５２は１列でも良いが複数列であることが好ましい。係止部３５が複数列の溝３５２を有していると、後述するように成形の圧力で袋状体４０および蓋体６０がケース３０の内部に引っ張られても締結具４２が袋状体４０および蓋体６０の移動とともに隣の溝に移り、密閉状態を保持することができる。

図１および図２に示すように、ケース３０の側壁３１における係止部３５の下側には、外側に突出する支持具３６が設けられている。支持具３６は、例えば、ケース３０に対して対称な位置に一対設けられている。あるいは、ケース３０の外周に沿って均等な距離の位置に、複数個の支持具３６を設けることも可能である。
支持具３６の形状は、特に限定しないが、ここでは、例えばＬ字形状の部材をケース３０の側壁３１から上方に向かって設ける。支持具３６の上端部には、下面が平面よりなる天板５０が取り付けられる。

円筒形状のケースの一例を図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す。
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、ケース３０は、全体円筒形状を呈しており、図５（Ｂ）中、点で表される多数の流通孔３４を有する側壁３１と底３３とを有する。
側壁３１は、その上部外側面を円形状または楕円形状に周回する係止部３５を有し、袋状体を出し入れするのに用いるケース開口部３２を有している。係止部３５には、２つの溝が側壁３１の回りに設けられている。また、側壁３１には、支持具３６が設けられている。支持具３６の上端にはリングを有しており、リングおよび天板５０にピンを挿入することで、ケース３０の上端との間隔を保持しながら天板５０を取り付けることができる。

ケース３０に収容される袋状体４０は、例えばケース３０と相似形である有底の円筒形状とすることができる。また、袋状体４０は、圧力媒体２６を通さず、自由な形状に変形可能な、例えばゴムにより形成することができる。さらに、所定の形状の成形体を得る場合には、所定の形状の袋状体４０を用いることができる。

袋状体４０の粉体収容部の断面は、ケース３０の断面よりも小さく、袋状体４０の長さ（高さ）は、ケース３０の長さよりも長い。袋状体４０は、ケース３０に収容された際に、袋状体４０の上端部を外側へ折返し、さらに下方に折り返して（折返部４１）、ケース３０の係止部３５の外側に被せる。

ケース３０の上端で、外側に折り返され係止部３５に被せられた袋状体４０には、粉体１２が充填可能であり、さらに蓋体６０を被せることができる。蓋体６０は、圧力媒体２６を通さず、自由な形状に変形可能な、例えばゴムにより形成することができる。さらに、所定の形状の成形体１１を得る場合には、所定の形状の蓋体６０を用いることができる。
そして、蓋体６０の上からゴムバンド等の締結具４２で締付ける。この際、締結具４２が、ケース３０の係止部３５の溝３５２に嵌合するようにして、袋状体４０および蓋体６０を確実に保持し密閉する。

ケース３０のケース開口部３２には、天板５０がケース３０の上端と一定の間隔を有するように着脱可能に取り付けられる。天板５０は下面が平板からなり、支持具３６により支持されている。
これにより、天板５０は、袋状体４０の折返部４１および蓋体６０の上からケース開口部３２を平面的に覆う。
ケース３０の上端と天板５０との間の一定の間隔は、袋状体４０と蓋体６０との厚さの和より大きい。このため袋状体４０および蓋体６０には、ケース３０の上端と天板５０とから力が加わらず、固定されないので、後述するように成形の圧力で袋状体４０および蓋体６０がケース３０の内部に引っ張られてもケース３０の内部への移動を妨げない。

次に、保持容器１０を用いて粉体１２を成形して形成される成形体１１の成形方法について説明する。
まず、図２に示すように、袋状体４０はケース３０の内部に収容され、袋状体４０の上端部はケース開口部３２から外側へ折り返して折返部４１が形成されている。

袋状体４０の内部に粉体１２を充填し、蓋体６０を袋状体４０の折返部４１に被せ、締結具４２により折返部４１を係止部３５に固定する。このようにして袋状体４０の内部空間は、密閉される。
次に、天板５０を支持具３６に取り付けることによってケース３０の上端と間隔を有するようにケース開口部３２に取り付ける。袋状体４０の折返部４１および蓋体６０の上からケース開口部３２を平面的に覆う。次に締結具４２により折返部４１を係止部３５に固定する。すなわち、係止部３５と締結具４２とによって袋状体４０と蓋体６０とが固定され、天板５０とケース３０との間では圧迫されていない。

粉体１２の充填された袋状体４０を保持容器１０とともに、ＣＩＰ成形装置２０の内部空間２３に収容する。
次いで、ＣＩＰ成形装置２０に圧力媒体２６を注入することによって加圧する。
これにより、粉体１２は袋状体４０を介して圧力媒体２６の圧力で一様に加圧され、圧縮成形により成形体１１が形成される（図１および図４（Ｂ）参照）。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、ＣＩＰ成形は全体が均一な圧力で成形され均一な密度が得られることが特徴である。このため充填時に密度の高い部分がＣＩＰ成形では収縮量が小さくなる。本発明の保持容器１０を用いた成形では、重力によって袋状体の下部に充填された粉のかさ密度が高くなるので、ＣＩＰ成形後に成形体の下部１１４が成形体の中間部１１５と比較してわずかに膨張した形状が得られる。

次に、袋状体４０に粉体１２を充填した後に、蓋体６０で覆い、袋状体４０を圧力媒体２６に沈めると、圧力媒体２６からの浮力を受ける。粉体１２のかさ密度が圧力媒体２６の密度より小さいと、浮力によって粉体１２が袋状体４０とともに浮きあがりはじめ、粉体１２が袋状体４０の中で袋状体４０とともに上方に移動する。移動した粉体１２は、天板５０の下面に押し付けられるので、成形体１１は、上面１１１が平坦面となるとともに、粉体１２が上方に移動するので成形体の上部１１３は成形体の中間部１１５と比較してわずかに膨張した形状が得られる。

特にこの浮力の効果は、黒鉛材の成形原料を用いたときに効果がある。黒鉛は、セラミックの中でも軽い元素から構成される材料であるので成形原料も密度が低い。成形原料の空隙率によっては圧力媒体よりかさ密度大幅に小さくなりが浮きやすくなる。一般的に黒鉛の成形原料は、密度が１．０未満であり、水を圧力媒体２６として使用すると、袋状体４０が圧力媒体２６に沈むと成形原料である粉体１２が浮きあがり、成形体１１の上面が膨らみやすくなる。本発明の保持容器１０は浮きあがった粉体１２を押さえる作用があり、変形防止効果がある。

また、袋状体４０は、圧力媒体２６によって加えられる圧力とともに上下方向および水平方向が同時に収縮していくので、上下両端部に対応する粉体１２が均等に収縮し成形体１１の上下両端部が鋭角の突起を形成しにくくすることができる。
さらに、袋状体４０および蓋体６０は、係止部３５に締結具４２を用いて締め付けられているので、袋状体４０および蓋体６０は、粉体１２の収縮とともに係止部３５の表面で横ずれしながらケース３０の内部に引っ張られ移動する（図６（Ａ）→図６（Ｂ）参照）。このため、圧力が加えられた成形体１１の上端部は、ケース３０の上端部よりも内部に位置するようになるので、上端部が象の足の様な形状を呈した鋭角の突起とならず、欠けにくくすることができる。

図１に示すように、ケース３０には、床面に固定する固定具３７を有している。固定具３７としては特に限定されないが、例えば鎖、ワイヤー等を用いた固定具３７で床面と固定することができる。このような固定具３７を用いることで、特に圧力媒体２６よりも密度の小さな粉体１２を充填し、ＣＩＰ成形装置２０に搬入したときに、保持容器１０が浮力により浮きあがり、転倒することを防止することができる。床面とは、保持容器１０を載置する床面である。床面とはＣＩＰ成形装置２０の床面に限定されず、保持容器１０を搬送台７０に載置する場合には搬送台７０の床面である。

次に、黒鉛材の製造方法について説明する。
上述した保持容器１０の袋状体４０に、粉体１２として黒鉛材の成形原料を充填して、上述した成形方法で成形して成形体１１を得る。
その後、成形体１１を焼成し焼成体を得る焼成工程および黒鉛化工程を実施して、黒鉛材を製造する。

本実施形態の保持容器１０の作用効果について説明する。
保持容器１０は、天板５０と、ケース開口部３２を有する有底筒状に形成されたケース３０とを有する。

ケース３０は、圧力媒体２６を内外に流通可能な多数の流通孔３４を有するので、ＣＩＰ成形装置２０に収容された状態で、ＣＩＰ成形装置２０に貯留された圧力媒体２６がケース３０の内外を流通する。
また、ケース３０の支持具３６に支持され、ケース開口部３２の開口面に対して一定の間隔を有するように平行に配置可能な天板５０を有する。

そして、ケース３０の内部に収容された袋状体４０に粉体１２を充填し、蓋体６０で覆い、締結具４２で密閉させる。天板５０を取り付け次いで保持容器１０をＣＩＰ成形装置２０の内部空間に収容してから、ＣＩＰ成形装置２０に圧力媒体２６を注入する。この際に、天板５０は、押し上げられる袋状体４０の上部に接触するので、粉体１２に平坦な上面を成形する。
さらに、成形体１１の上下両端部に対応する粉体１２は、圧力の増加にともなって上下方向と横方向とが同時に収縮していくのでコーナー部分が引っ張られず象の足の様な形状を呈した鋭角の突起とならず、欠けにくくすることができる。
これにより、成形体１１の上面が平坦になり、サイズが大きくなっても変形を防止することができ、無駄が少なく欠けにくい成形体１１を得ることができる。

また、本実施形態の保持容器１０では、ケース３０の上端と天板５０との間隔は、袋状体４０と蓋体６０との厚さの和よりも大きい。このため袋状体４０および蓋体６０には、ケース３０の上端と天板５０とから力が加わらず、固定されないので、成形の圧力で袋状体４０および蓋体６０がケース３０の内部に引っ張られてもケース３０の内部への移動を妨げない。よって、袋状体４０および蓋体６０は、粉体１２の収縮とともに係止部３５の表面で横ずれしながらケース３０の内部に引っ張られ移動する。このため、圧力が加えられた成形体１１の上端部は、ケース３０の上端部よりも内部に位置するようになるので、上端部が象の足の様な形状を呈した鋭角の突起となりにくく、欠けにくくすることができる。

また、本実施形態の保持容器１０では、粉体１２が、黒鉛材の成形原料である。
黒鉛材の成形原料である黒鉛は、セラミックの中でも軽い元素から構成される材料であるので成形原料も密度が低い。成形原料の空隙率によっては圧力媒体２６より浮きやすくなる。一般的に黒鉛の成形原料は、密度が１．０未満であり、水を圧力媒体２６として使用すると、袋状体４０が圧力媒体２６に沈むと成形原料である粉体１２が浮きあがり、成形体１１の上面が膨らみやすくなる。本発明の保持容器１０は浮き上がった粉体１２を天板５０が押さえる作用があり、特に黒鉛材の成形原料を適用させたときに変形防止効果が顕著である。

また、本実施形態の保持容器１０は、ケース３０が床面に固定する固定具３７を有している（図１参照）。
このような固定具３７を用いることで、特に圧力媒体２６よりも密度の小さな粉体１２を袋状体４０に充填し、ＣＩＰ成形装置２０に搬入したときに、保持容器１０が浮力により浮きあがり、転倒することを防止することができる。

次に、本実施形態の黒鉛材の製造方法の作用効果について説明する。
黒鉛材の製造方法は前述の保持容器１０の袋状体４０に成形原料である粉体１２を充填し、ＣＩＰ成形し成形体１１を得る成形工程と、成形体１１を焼成し、焼成体を得る焼成工程と、焼成体を黒鉛化し黒鉛材を得る黒鉛化工程とからなる。
これにより、サイズが大きくなっても変形を防止することができ、欠けにくく、変形の少ない黒鉛材を得ることができる。

次に、本実施形態の成形体１１の作用効果について説明する。
本実施形態の成形体１１は、袋状体４０に粉体１２を充填した後、袋状体４０の外側から圧力媒体２６により加圧して成形体１１を得る。
そして、成形体１１は、上下両端部が広がらず、コーナー部分が鋭角の突起となりにくく（直角若しくは鈍角）の成形体を得ることができる。また、成形体の上面は平坦に形成される。このため変形が少なく欠けにくい黒鉛材を得ることができる。

保持容器１０および黒鉛材の製造方法は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、前述した実施形態においては、ＣＩＰ成形装置２０、ケース３０、袋状体４０等の断面形状が円形（円筒形）の場合について例示したが、本発明はその他の断面形状にも適用可能である。例えば、楕円断面や矩形断面とすることも可能である。

以上のように、本発明にかかる保持容器および黒鉛材の製造方法は、袋状体の上面が天板に接してかつ成形圧力が加わると粉体の収縮に追随して収縮することができるので、大型の材料であっても材料の無駄の少ない成形体を得ることができる。また、成形体の上面と下面の周囲の辺が鈍角で側面とつながるので、欠けが生じにくいという効果を有し、ＣＩＰ成形に使用する保持容器および保持容器を用いた黒鉛材の製造方法等として有用である。

１０ 保持容器
１１ 成形体
１２ 粉体
２０ ＣＩＰ成形装置
２１ ＣＩＰ成形装置開口部
２６ 圧力媒体
３０ ケース
３１ 側壁
３３ 底
３２ ケース開口部
３４ 流通孔
３５ 係止部
３５１ 凸部
３５２ 溝（凹部）
３６ 支持具
３７ 固定具
４０ 袋状体
４２ 締結具
５０ 天板
６０ 蓋体
７０ 搬送台

Claims (5)

1. 粉体が充填される袋状体および蓋体を保持するためのＣＩＰ成形用の保持容器であって、
   前記保持容器は、
   側壁と、底と、前記側壁の上部外側面を円形状または楕円形状に周回する係止部と、前記係止部の外側表面に前記側壁を周回する溝と、前記側壁の前記係止部より下側の外側面から延びる支持具と、を有するケースと、
   前記ケースの上端と間隔を有するように前記支持具に着脱され、下面が平面よりなる天板と、
   を備える保持容器。
2. 前記間隔は、前記袋状体と前記蓋体との厚さの和よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の保持容器。
3. 前記粉体は、黒鉛材の成形原料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の保持容器。
4. 前記ケースは、床面に固定する固定具を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の保持容器。
5. 請求項３又は４に記載の前記保持容器の前記袋状体に成形原料を充填し、前記蓋体で密閉したのち、前記天板を取り付けＣＩＰ成形し成形体を得る成形工程と、
   前記成形体を焼成し、焼成体を得る焼成工程と、
   前記焼成体を黒鉛化し黒鉛材を得る黒鉛化工程と、
   からなることを特徴とする黒鉛材の製造方法。

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