JP2020111048A - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック粉末材料射出装置と、鋳型と、ガス供給装置と、を含む射出成形装置及び方法を提供する。【解決手段】セラミック粉末材料射出装置１００は、セラミック粉末材料を収容するように適合されている。鋳型１３０は、成形凹部を有し、セラミック粉末材料射出装置は、少なくともセラミック粉末材料を成形凹部に射出するように適合されている。ガス供給装置１４０は、成形凹部にガスを供給して、成形凹部内の圧力を増加させ、成形凹部内のセラミック粉末材料の密度を増加させるように適合されている。【選択図】図１

Description

本開示は、成形装置および成形方法に関し、より詳細には、射出成形装置および射出成形方法に関する。

その高い生産性および高い寸法の複雑さにより、セラミック粉末射出成形技術は、多くの注目を受け、近年急速に発展している。しかしながら、セラミック粉末自体は、流動性に欠けるため、その流動性を高めるには他の添加物に頼る必要がある。それにもかかわらず、一般的な添加物の追加によるその流動性の改善は、依然としてプロセス要件を満たさず、不十分な流動性に起因して製品の反りなどの欠陥が発生する可能性がある。加えて、製品が成形されると、添加物およびセラミック粉末の不均一な分布に起因して製品密度が不均一になる場合があり、これは、製品の構造強度に悪影響を及ぼす。

本発明は、セラミック粉末材料の流動性を効果的に改善し、その密度を均一にすることができる射出成形装置および射出成形方法を提供する。

本発明の射出成形装置は、セラミック粉末材料射出装置と、鋳型と、ガス供給装置と、を含む。セラミック粉末材料射出装置は、セラミック粉末材料を収容するように適合されている。鋳型は、成形凹部を有する。セラミック粉末材料射出装置は、少なくともセラミック粉末材料を成形凹部に射出するように適合されている。ガス供給装置は、成形凹部にガスを供給して、成形凹部内の圧力を増加させ、成形凹部内のセラミック粉末材料の密度を増加させるように適合されている。

本発明の一実施形態では、射出成形装置は、流体供給装置を含む。流体供給装置は、セラミック粉末材料射出装置に流体を供給するように適合され、セラミック粉末材料射出装置は、セラミック粉末材料と流体を混合して混合原料を形成し、成形凹部に混合原料を射出するように適合されている。

本発明の一実施形態では、射出成形装置は、パイプおよび圧力感知素子を含む。パイプは、セラミック粉末材料射出装置と流体供給装置との間に接続され、流体供給装置は、パイプを介して流体をセラミック粉末材料射出装置に供給するように適合され、圧力感知素子は、パイプに配置されている。

本発明の一実施形態では、流体供給装置は、圧力制御ユニットを含み、圧力制御ユニットは、別のガスの圧力を変化させて流体を形成するように適合されている。

本発明の一実施形態では、流体供給装置は、温度制御ユニットを含み、温度制御ユニットは、別のガスを加熱または冷却して流体を形成するように適合されている。

本発明の一実施形態では、射出成形装置は、パイプおよび圧力感知素子を含む。パイプは、鋳型とガス供給装置との間に接続され、ガス供給装置は、パイプを介してガスを鋳型に供給するように適合され、圧力感知素子は、パイプに配置されている。

本発明の射出成形方法は、以下のステップを含む。セラミック粉末材料がセラミック粉末材料射出装置に収容される。少なくともセラミック粉末材料がセラミック粉末材料射出装置によって鋳型の成形凹部に射出される。ガスがガス供給装置によって成形凹部に供給され、成形凹部内の圧力を増加させ、成形凹部内のセラミック粉末材料の密度を増加させる。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、流体供給装置によってセラミック粉末材料射出装置に流体を供給するステップと、セラミック粉末材料と流体を混合して混合原料を形成し、混合原料をセラミック粉末材料射出装置によって成形凹部に射出するステップと、を含む。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、圧力制御ユニットにより別のガスの圧力を変化させることによって、流体を形成するステップを含む。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、温度制御ユニットにより別のガスを加熱または冷却することによって、流体を形成するステップを含む。

上記に基づいて、本発明では、ガス供給装置により成形凹部内の圧力を増加させることによって、射出成形プロセスの高圧環境によりセラミック粉末材料をコンパクトな状態に維持することができるため、セラミック粉末材料の密度を均一にすることができ、プロセスの歩留りを改善することができる。

上述したことをより分かりやすくするために、図面を伴ういくつかの実施形態について以下の通り詳細に説明する。

本発明の実施形態による射出成形装置の概略図である。

本発明の別の実施形態による射出成形装置の概略図である。

図２の射出成形装置の射出成形方法の流れ図である。

本発明の別の実施形態による射出成形装置の概略図である。

図４の射出成形装置の射出成形方法の流れ図である。

図１は、本発明の実施形態による射出成形装置の概略図である。図１を参照すると、本実施形態の射出成形装置１００は、セラミック粉末材料射出装置１１０と、流体供給装置１２０と、鋳型１３０と、ガス供給装置１４０と、を含む。セラミック粉末材料射出装置１１０は、セラミック粉末材料を収容するように適合されている。本実施形態のセラミック粉末材料は、単一のセラミック粉末粒子に限定されるものではなく、全体として複数のセラミック粉末粒子で形成されたセラミック粉末材料を指すことに留意されたい。

流体供給装置１２０は、セラミック粉末材料射出装置１１０に超臨界流体を供給するように適合されている。他の実施形態では、流体供給装置１２０は、液体、ガス、または他の適切な流体を供給するように適合され、本発明は、これらに限定されない。セラミック粉末材料射出装置１１０は、そのスクリュー・ロッド１１２によって、セラミック粉末材料と超臨界流体を混合して混合原料を形成し、混合原料（すなわち、セラミック粉末材料と超臨界流体）を鋳型１３０の成形凹部１３２内に射出するように適合されている。ガス供給装置１４０は、ガスを成形凹部１３２内に供給して成形凹部１３２内の圧力を増加させ、成形凹部１３２内のセラミック粉末材料の密度を増加させるように適合されている。ガスは、例えば、不活性ガスである。混合原料を成形凹部１３２内に射出して、成形した後、脱バインダ処理および焼結などの後続のプロセスをさらに行って、射出成形製品の製造を完了することができる。

上述したように超臨界流体をセラミック粉末材料に混合することによって、超臨界流体の特性によりセラミック粉末材料の粘度を低下させ、それによってセラミック粉末材料の流動性を効果的に増加させ、かつ射出成形プロセスの抵抗を下げて、プロセスの歩留りを改善することができる。加えて、上述したように成形凹部１３２内の圧力を増加させることによって、セラミック粉末材料を、射出成形プロセスの高圧環境によりコンパクトな状態に維持することができるため、セラミック粉末材料の密度を均一にすることができ、プロセスの歩留りを改善することができる。

具体的には、本実施形態の流体供給装置１２０は、圧力制御ユニット１２２およびフィルタリング・ユニット１２４を含む。フィルタリング・ユニット１２４は、ガス貯蔵ユニット５０からのガス（例えば、不活性ガス）をフィルタするように適合され、フィルタされたガスが圧力制御ユニット１２２に送出される。圧力制御ユニット１２２は、このガスの圧力を変化させて超臨界流体を形成するように適合されている。原料ガスに応じて、圧力制御ユニット１２２を温度制御ユニットまたは圧力／温度制御ユニットに変更して、原料ガスの圧力および温度の両方または一方を変更することができ、本発明は、これに限定されない。加えて、原料ガスの超臨界温度が常温の場合、温度制御ユニットは、原料ガスの温度を変更する必要はない。

一方、本実施形態のガス供給装置１４０は、ガス噴射ユニット１４２およびフィルタリング・ユニット１４４を含む。フィルタリング・ユニット１４４は、ガス貯蔵ユニット６０からのガス（例えば、不活性ガス）をフィルタするように適合され、フィルタされたガスがガス噴射ユニット１４２に送出される。ガス噴射ユニット１４２は、ガス逆圧技法によりこのガスを鋳型１３０に噴射して鋳型１３０内の圧力を増加させるように適合されている。

加えて、本実施形態の射出成形装置１００は、パイプ１５０および圧力感知素子１５２を含む。パイプ１５０は、セラミック粉末材料射出装置１１０と流体供給装置１２０との間に接続されている。流体供給装置１２０は、パイプ１５０を介してセラミック粉末材料射出装置１１０に超臨界流体を供給するように適合されている。圧力感知素子１５２は、パイプ１５０に配置され、ガスがセラミック粉末材料射出装置１１０に噴射されるときの圧力を感知するために使用されてもよく、それにより、流体供給装置１２０がセラミック粉末材料射出装置１１０にガスを噴射するときの噴射圧力を制御することができる。

同様に、本実施形態の射出成形装置１００は、別のパイプ１６０および別の圧力感知素子１６２を含む。パイプ１６０は、鋳型１３０とガス供給装置１４０との間に接続されている。ガス供給装置１４０は、パイプ１６０を介して鋳型１３０にガスを供給するように適合されている。圧力感知素子１６２は、パイプ１６０に配置され、ガスが鋳型１３０に噴射されるときの圧力を感知するために使用されてもよく、それにより、ガス供給装置１４０が鋳型１３０にガスを噴射するときの噴射圧力を制御することができる。

他の実施形態では、ガス供給装置１４０の構成が省略されることがあり、または流体供給装置１２０の構成が省略されることがあり、本発明は、これに限定されない。そのような省略の例が図を参照して以下に説明される。

図２は、本発明の別の実施形態による射出成形装置の概略図である。図３は、図２の射出成形装置の射出成形方法の流れ図である。図２に示す射出成形装置１００Ａと図１に示す射出成形装置１００との違いは、図２に示す実施形態では、ガス供給装置１４０の構成が省略されている点にあり、流体供給装置１２０の動作プロセスは、図３を参照して以下に簡単に説明されるように、図１に示す実施形態の流体供給装置１２０の動作プロセスと同一または同様である。最初に、セラミック粉末材料がセラミック粉末材料射出装置１１０に収容される（ステップＳ６０２）。次に、超臨界流体が流体供給装置１２０によってセラミック粉末材料射出装置１１０に供給される（ステップＳ６０４）。セラミック粉末材料と超臨界流体は、混合されて混合原料を形成し、混合原料がセラミック粉末材料射出装置１１０によって鋳型１３０の成形凹部１３２に射出される（ステップＳ６０６）。

図４は、本発明の別の実施形態による射出成形装置の概略図である。図５は、図４の射出成形装置の射出成形方法の流れ図である。図４に示す射出成形装置１００Ｂと図１に示す射出成形装置１００との違いは、図４に示す実施形態では、流体供給装置１２０の構成が省略されている点にあり、ガス供給装置１４０の動作プロセスは、図５を参照して以下に簡単に説明されるように、図１に示す実施形態のガス供給装置１４０の動作プロセスと同一または同様である。最初に、セラミック粉末材料がセラミック粉末材料射出装置１１０に収容される（ステップＳ７０２）。次に、少なくともセラミック粉末材料がセラミック粉末材料射出装置１１０によって鋳型１３０の成形凹部１３２に射出される（ステップＳ７０４）。ガスをガス供給装置１４０によって成形凹部１３２に供給し、成形凹部１３２内の圧力を増加させて、成形凹部１３２内のセラミック粉末材料の密度を増加させる（ステップＳ７０６）。

以上を要約すると、本発明では、ガス供給装置により成形凹部内の圧力を増加させることによって、射出成形プロセスの高圧環境によりセラミック粉末材料をコンパクトな状態に維持することができ、その結果、セラミック粉末材料の密度を均一にすることができ、プロセスの歩留りを改善することができる。加えて、本発明では、超臨界流体をセラミック粉末材料に混合することによって、超臨界流体の特性によりセラミック粉末材料の粘度を下げることができ、それによってセラミック粉末材料の流動性を効果的に増加させ、かつ射出成形プロセスの抵抗を下げて、プロセスの歩留りをさらに改善することができる。

本開示の範囲または精神から逸脱することなく、開示された実施形態に様々な修正および変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。上記に鑑みて、本開示は、修正および変更が以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に収まる場合、それらを包含することが意図されている。

本発明の射出成形装置および射出成形方法は、射出成形プロセスに適用することができる。

５０、６０ ガス貯蔵ユニット
１００、１００Ａ、１００Ｂ 射出成形装置
１１０ セラミック粉末材料射出装置
１１２ スクリュー・ロッド
１２０ 流体供給装置
１２２ 圧力制御ユニット
１２４ フィルタリング・ユニット
１３０ 鋳型
１３２ 成形凹部
１４０ ガス供給装置
１４２ ガス噴射ユニット
１４４ フィルタリング・ユニット
１５０、１６０ パイプ
１５２、１６２ 圧力感知素子

Claims (10)

1. セラミック粉末材料を収容するように適合されたセラミック粉末材料射出装置と、
   成形凹部を有する鋳型であって、前記セラミック粉末材料射出装置が少なくとも前記セラミック粉末材料を前記成形凹部に射出するように適合されている、鋳型と、
   前記成形凹部にガスを供給して前記成形凹部内の圧力を増加させ、前記成形凹部内の前記セラミック粉末材料の密度を増加させように適合されたガス供給装置と、
   備える、射出成形装置。
2. 流体供給装置を備え、前記流体供給装置が前記セラミック粉末材料射出装置に流体を供給するように適合され、前記セラミック粉末材料射出装置が前記セラミック粉末材料と前記流体を混合して混合原料を形成し、前記混合原料を前記成形凹部に射出するように適合されている、請求項１に記載の射出成形装置。
3. パイプおよび圧力感知素子を備え、前記パイプが前記セラミック粉末材料射出装置と前記流体供給装置との間に接続され、前記流体供給装置が前記パイプを介して前記流体を前記セラミック粉末材料射出装置に供給するように適合され、前記圧力感知素子が前記パイプに配置されている、請求項２に記載の射出成形装置。
4. 前記流体供給装置が圧力制御ユニットを備え、前記圧力制御ユニットが別のガスの圧力を変化させて前記流体を形成するように適合されている、請求項２または３に記載の射出成形装置。
5. 前記流体供給装置が温度制御ユニットを備え、前記温度制御ユニットが別のガスを加熱または冷却して前記流体を形成するように適合されている、請求項２または３に記載の射出成形装置。
6. パイプおよび圧力感知素子を備え、前記パイプが前記鋳型と前記ガス供給装置との間に接続され、前記ガス供給装置が前記パイプを介して前記ガスを前記鋳型に供給するように適合され、前記圧力感知素子が前記パイプに配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の射出成形装置。
7. セラミック粉末材料をセラミック粉末材料射出装置に収容するステップと、
   前記セラミック粉末材料射出装置によって、少なくとも前記セラミック粉末材料を鋳型の成形凹部に射出するステップと、
   ガス供給装置によって前記成形凹部にガスを供給して、前記成形凹部内の圧力を増加させ、前記成形凹部内の前記セラミック粉末材料の密度を増加させるステップと、
   含む、射出成形方法。
8. 流体供給装置によって前記セラミック粉末材料射出装置に流体を供給するステップと、前記セラミック粉末材料と前記流体を混合して混合原料を形成し、前記混合原料を前記セラミック粉末材料射出装置によって前記成形凹部に射出するステップと、を含む、請求項７に記載の射出成形方法。
9. 圧力制御ユニットにより別のガスの圧力を変化させることによって、前記流体を形成するステップを含む、請求項８に記載の射出成形方法。
10. 温度制御ユニットにより別のガスを加熱または冷却することによって、前記流体を形成するステップを含む、請求項８に記載の射出成形方法。