JP2021054058A

JP2021054058A - 金型、及び成形体の製造方法

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Publication number: JP2021054058A
Application number: JP2020150299A
Authority: JP
Inventors: 一博水木; Kazuhiro Mizuki; 真司藤崎; Shinji Fujisaki; 誠大森; Makoto Omori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2040-09-08
Also published as: JP6864146B2

Abstract

【課題】成形用スラリーの漏出を抑制可能な金型、及び成形体の製造方法を提供する。【解決手段】金型１００は、第１金型本体２ａ、第１離型層３ａ、及び第２金型本体２ｂを備えている。第１金型本体２ａは、第１凹部２１ａ、第１内壁面２２ａ、及び第１合わせ面２３ａを有する。第１凹部２１ａは、成形用スラリーが注入される。第１内壁面２２ａは、第１凹部２１ａを画定する。第１合わせ面２３ａは、第１凹部２１ａの周囲に配置される。第１合わせ面２３ａは環状である。第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａ上を被覆する。また、第１離型層３ａは、第１合わせ面２３ａ上を環状に延びる。第２金型本体２ｂは、第１合わせ面２３ａと合わさる環状の第２合わせ面２３ｂを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、金型、及び成形体の製造方法に関する。

一般に、セラミックス部材は、例えば、電気化学素子用の支持体、フィルター、センサ、触媒担体、断熱材、防音材、防震材、及び生体材などの幅広い用途に利用されている。セラミックス部材は、所定形状のセラミックス成形体を焼成することによって作製される。

セラミックス成形体の製造方法としては、鋳込み成形法の一つであるモールドキャスト法が知られている（例えば、特許文献１参照）。モールドキャスト法は、成形用スラリーを金型内に注入した後、成形用スラリーを固化（ゲル化）させることによってセラミックス成形体を製造する方法である。

特開２００１−３３５３７１号公報

成形体を取り出すことができるように、金型は２つ以上の金型本体に分割されている。このため、金型内に注入された成形用スラリーが金型本体同士の合わせ面から外部へ漏出するおそれがある。そこで、本発明は、成形用スラリーの漏出を抑制可能な金型、及び成形体の製造方法の提供を目的とする。

本発明の第１側面に係る金型は、成形用スラリーを固化させることによって成形体を成形するために用いられる。金型は、第１金型本体、第１離型層、及び第２金型本体を備えている。第１金型本体は、第１凹部、第１内壁面、及び第１合わせ面を有する。第１凹部は、成形用スラリーが注入される。第１内壁面は、第１凹部を画定する。第１合わせ面は、第１凹部の周囲に配置される。第１合わせ面は環状である。第１離型層は、第１内壁面上を被覆する。また、第１離型層は、第１合わせ面上を環状に延びる。第２金型本体は、第１合わせ面と合わさる環状の第２合わせ面を有する。

この構成によれば、第１合わせ面に第１離型層が形成されている。このため、第１合わせ面と第２合わせ面との隙間を第１離型層によってより小さくすることができ、この結果、成形用スラリーの漏出を抑制することができる。

好ましくは、第１離型層は、第１内壁面から第１合わせ面まで連続して延びる。この構成によれば、第１内壁面と第１合わせ面との間の角部が面取り加工されている場合において、成形体のバリの発生を抑制することができる。

好ましくは、第１金型本体は、第１角部を有している。第１角部は、第１内壁面と第１合わせ面との間において面取り加工された部分である。第１離型層は、第１角部上を被覆している。

好ましくは、第１角部上の第１離型層は、第１合わせ面上の第１離型層よりも厚い。

好ましくは、第１合わせ面上の第１離型層の厚さは、第１内壁面上の第１離型層よりも薄い。

好ましくは、第１合わせ面上の第１離型層は、第１内壁面上の第１離型層よりも表面粗さが大きい。詳細には、第１合わせ面上の第１離型層は、第１内壁面上の第１離型層よりも算術平均粗さが大きい。

好ましくは、第１合わせ面上の第１離型層は、第１内壁面上の第１離型層よりも表面粗さが小さい。詳細には、第１合わせ面上の第１離型層は、第１内壁面上の第１離型層よりも算術平均粗さが小さい。

好ましくは、第２金型本体は、第２凹部及び第２内壁面を有する。第２凹部は、第１凹部と連通する。第２内壁面は、第２凹部を画定する。第２合わせ面は、第２凹部の周囲に配置される。

好ましくは、金型は、第２離型層をさらに備える。第２離型層は、第２内壁面上を被覆する。また、第２離型層は、第２合わせ面上を環状に延びる。

好ましくは、第２離型層は、第２内壁面から第２合わせ面まで連続して延びる。この構成によれば、第２内壁面と第２合わせ面との間の角部が面取り加工されている場合において、成形体のバリの発生を抑制することができる。

好ましくは、第２金型本体は、第２角部を有している。第２角部は、第２内壁面と第２合わせ面との間において面取り加工された部分である。第２離型層は、第２角部上を被覆している。

好ましくは、第２角部上の第２離型層は、第２合わせ面上の第２離型層よりも厚い。

好ましくは、第２合わせ面上の第２離型層の厚さは、第２内壁面上の第２離型層よりも薄い。

好ましくは、第２合わせ面上の第２離型層は、第２内壁面上の第２離型層よりも表面粗さが大きい。詳細には、第２合わせ面上の第２離型層は、第２内壁面上の第２離型層よりも算術平均粗さが大きい。

好ましくは、第２合わせ面上の第２離型層は、第２内壁面上の第２離型層よりも表面粗さが小さい。詳細には、第２合わせ面上の第２離型層は、第２内壁面上の第２離型層よりも算術平均粗さが小さい。

好ましくは、第２金型本体は、金型内部と外部とを連通する注入口及び排出口を有する。第２離型層は、注入口及び排出口の内壁面上を被覆する。

本発明の第２側面に係る成形体の製造方法は、上記いずれかの金型に成形用スラリーを注入する工程と、注入された成形用スラリーを固化させることによって成形体を成形する工程と、を備える。

本発明によれば、成形用スラリーの漏出を抑制可能な金型及び成形体の製造方法を提供することができる。

金型の断面図。第１金型本体の平面図。第２金型本体の底面図。金型の拡大断面図。金型の拡大断面図。変形例に係る金型の断面図。変形例に係る金型の断面図。

本実施形態に係る金型１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、金型１００の断面図である。

［金型１００の構成］
図１に示すように、金型１００は、鋳込み成形法の一つであるモールドキャスト法によって、成形用スラリーを固化（ゲル化）してセラミック成形体を成形するために用いられる。セラミック成形体は、焼成によりセラミックス部材となる。セラミックス部材としては、電気化学素子（例えば、燃料電池セル、電解セルなど）の支持体が挙げられるが、これに限らず幅広い用途に利用され得る。セラミック成形体の製造方法については後述する。金型１００は、第１金型本体２ａ、第２金型本体２ｂ、第１離型層３ａ、及び第２離型層３ｂを備える。

［第１及び第２金型本体２ａ、２ｂ］
第１金型本体２ａは、第１凹部２１ａ、第１内壁面２２ａ、及び第１合わせ面２３ａを有する。第１凹部２１ａ内には、成形用スラリーが注入される。第１凹部２１ａは、第１内壁面２２ａによって画定されている。第１内壁面２２ａは、第１底面２２１ａ及び第１側面２２２ａを有している。第１側面２２２ａは、第１底面２２１ａの外周部から延びている。

第２金型本体２ｂは、第２凹部２１ｂ、第２内壁面２２ｂ、及び第２合わせ面２３ｂを有する。第２凹部２１ｂ内には、成形用スラリーが注入される。第２凹部２１ｂは、第１凹部２１ａと連通している。第１金型本体２ａと第２金型本体２ｂとは、第１凹部２１ａと第２凹部２１ｂとが合わさるように連結される。この第１凹部２１ａ及び第２凹部２１ｂによって、金型１００の内部空間が構成される。

第２凹部２１ｂは、第２内壁面２２ｂによって画定されている。第２内壁面２２ｂは、第２底面２２１ｂ及び第２側面２２２ｂを有している。第２底面２２１ｂは、第１底面２２１ａと対向している。第２側面２２２ｂは、第２底面２２１ｂの外周部から延びている。

第２金型本体２ｂは、第１金型本体２ａ上に配置される。第２金型本体２ｂには、成形用スラリーを注入するための注入口２４と、成形用スラリーの注入時に空気及び余剰の成形用スラリーを排出するための排出口２５とが形成されている。第１金型本体２ａ及び第２金型本体２ｂは、例えば、金属（アルミニウム、アルミニウム合金、ＳＵＳ鋼、ニッケル合金など）などによって形成されている。

図２は、第１金型本体２ａの平面図である。第１合わせ面２３ａは、環状である。第１合わせ面２３ａは、第１凹部２１ａの周囲に配置されている。すなわち、第１合わせ面２３ａは、第１凹部２１ａを囲むように配置されている。第１合わせ面２３ａは、第１凹部２１ａが開口する側に配置されている。本実施形態では、第１合わせ面２３ａは、第１金型本体２ａの上面を構成している。

図３は、第２金型本体２ｂの底面図である。第２合わせ面２３ｂは、環状である。第２合わせ面２３ｂは、第２凹部２１ｂの周囲に配置されている。すなわち、第２合わせ面２３ｂは、第２凹部２１ｂを囲むように配置されている。第２合わせ面２３ｂは、第２凹部２１ｂが開口する側に配置されている。本実施形態では、第２合わせ面２３ｂは、第２金型本体２ｂの下面を構成している。第２合わせ面２３ｂは、第１合わせ面２３ａと合わさる。すなわち、第１及び第２離型層３ａ、３ｂが形成されていない状態では、第１合わせ面２３ａと第２合わせ面２３ｂとは、対向している。

［第１及び第２離型層３ａ、３ｂ］
図１に示すように、第１離型層３ａは、第１凹部２１ａの第１内壁面２２ａ上を被覆している。また、第１離型層３ａは、第１合わせ面２３ａ上を被覆している。第１離型層３ａは、第１合わせ面２３ａ上を環状に延びている。すなわち、第１離型層３ａは、第１凹部２１ａを囲むように配置されている。なお、第１離型層３ａは、第１合わせ面２３ａの全体に形成されていてもよいし、第１合わせ面２３ａの内周端部のみに形成されていてもよいし、第１合わせ面２３ａの外周端部のみに形成されていてもよい。

第１内壁面２２ａ上に形成された第１離型層３ａと第１合わせ面２３ａ上に形成された第１離型層３ａとは、互いに繋がっていることが好ましい。すなわち、第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａの第１側面２２２ａから第１合わせ面２３ａまで連続して延びている。

第１離型層３ａの厚さは、例えば、それぞれ０．１〜１００μｍ程度とすることができる。第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａ上に離型剤を塗布することによって形成されている。第１離型層３ａを構成する離型剤としては、フッ素系、シリコーン系、ウレタン系などの被膜剤を用いることができる。

第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａ上に形成された第１離型層３ａよりも、第１合わせ面２３ａ上に形成された第１離型層３ａの方が薄くなるように構成することができる。なお、第１内壁面２２ａ上に形成された第１離型層３ａと、第１合わせ面２３ａ上に形成された第１離型層３ａとは、実質的に互いに同じ厚さとすることもできる。

第１離型層３ａの弾性率は、第１金型本体２ａの弾性率よりも小さい。第１離型層３ａの算術平均粗さは、第１金型本体２ａの算術平均粗さよりも小さい。

第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａ上の第１離型層３ａよりも表面粗さが大きい。なお、表面粗さとは、具体的には算術平均粗さである。第１合わせ面２３ａ上、及び第１内壁面２２ａ上の第１離型層３ａの算術平均粗さは、触針式表面粗さ測定機（例えば、ACCRETECH社のSURFCOM 480A）によって測定することができる。

詳細には、第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａの算術平均粗さは、第１合わせ面２３ａの中央部を第１合わせ面２３ａが延びる方向に沿って全周に亘って１０回測定し、その平均値とすることができる。

また、第１内壁面２２ａ上の第１離型層３ａの算術平均粗さは、第１内壁面２２ａの第１底面２２１ａの中央部を長手方向に沿って１０回測定し、その平均値とすることができる。

第２離型層３ｂは、第２凹部２１ｂの第２内壁面２２ｂ上を被覆している。また、第２離型層３ｂは、第２合わせ面２３ｂ上を被覆している。第２離型層３ｂは、第２合わせ面２３ｂ上を環状に延びている。すなわち、第２離型層３ｂは、第２凹部２１ｂを囲むように配置されている。なお、第２離型層３ｂは、第２合わせ面２３ｂの全体に形成されていてもよいし、第２合わせ面２３ｂの内周端部のみに形成されていてもよいし、第２合わせ面２３ｂの外周端部のみに形成されていてもよい。

第２内壁面２２ｂ上に形成された第２離型層３ｂと第２合わせ面２３ｂ上に形成された第２離型層３ｂとは、互いに繋がっていることが好ましい。すなわち、第２離型層３ｂは、第２内壁面２２ｂの第２側面２２２ｂから第２合わせ面２３ｂまで連続して延びている。

第２離型層３ｂの弾性率は、第２金型本体２ｂの弾性率よりも小さい。第２離型層３ｂの算術平均粗さは、第２金型本体２ｂの算術平均粗さよりも小さい。なお、第２離型層３ｂの厚さ、材質、及び製造方法は、第１離型層３ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。

第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂは、第２内壁面２２ｂ上の第２離型層３ｂよりも表面粗さが大きい。なお、表面粗さとは、具体的には算術平均粗さである。第２合わせ面２３ｂ上、及び第２内壁面２２ｂ上の第２離型層３ｂの算術平均粗さは、触針式表面粗さ測定機（例えば、ACCRETECH社のSURFCOM 480A）によって測定することができる。

詳細には、第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂの算術平均粗さは、第２合わせ面２３ｂの中央部を第２合わせ面２３ｂが延びる方向に沿って全周に亘って１０回測定し、その平均値とすることができる。

また、第２内壁面２２ｂ上の第２離型層３ｂの算術平均粗さは、第２内壁面２２ｂの第２底面２２１ｂの中央部を長手方向に沿って１０回測定し、その平均値とすることができる。

図４に示すように、第１金型本体２ａの第１側面２２２ａと第１合わせ面２３ａとの間の第１角部２６ａは、面取り加工されている。同様に、第２金型本体２ｂの第２側面２２２ｂと第２合わせ面２３ｂとの間の第２角部２６ｂも、面取り加工されている。

ここで、第１離型層３ａは、第１角部２６ａを覆っている。また、第２離型層３ｂは、第２角部２６ｂを覆っている。このため、第１離型層３ａ及び第２離型層３ｂによって、第１角部２６ａと第２角部２６ｂとの隙間を小さくすることができる。この結果、第１角部２６ａと第２角部２６ｂとの隙間に起因して発生する成形体のバリを抑制することができる。

図５に示すように、第１角部２６ａ上の第１離型層３ａは、第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａよりも厚い。例えば、第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａの厚さｔ１に対する、第１角部２６ａ上の第１離型層３ａの厚さｔ２の割合（ｔ２／ｔ１）は、１．０１〜１．３程度である。

なお、第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａの厚さｔ１、及び第１角部２６ａ上の第１離型層３ａの厚さｔ２は、第１金型本体２ａを切断し、その切断面において測定することができる。なお、第１金型本体２ａを５カ所において切断し、各切断面において厚さｔ１、ｔ２をそれぞれ測定し、その平均値を厚さｔ１、ｔ２とする。

第２角部２６ｂ上の第２離型層３ｂは、第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂよりも厚い。例えば、第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂの厚さｔ３に対する、第２角部２６ｂ上の第２離型層３ｂの厚さｔ４の割合（ｔ４／ｔ３）は、１．０１〜１．３程度である。

なお、第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂの厚さｔ３、及び第２角部２６ｂ上の第２離型層３ｂの厚さｔ４は、上記第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａの厚さｔ１、及び第１角部２６ａ上の第１離型層３ａの厚さｔ２の測定方法と同様の方法によって測定することができる。

（セラミックス成形体の製造方法）
次に、セラミックス成形体の製造方法について説明する。

まず、第１金型本体２ａの第１内壁面２２ａ及び第１合わせ面２３ａ上に離型剤を塗布する。また、第２金型本体２ｂの第２内壁面２２ｂ及び第２合わせ面２３ｂ上にも離型剤を塗布する。離型剤の塗布方法は特に制限されず、例えば、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法などを用いることができる。以上により、第１及び第２離型層３ａ、３ｂが形成される。

次に、セラミックス粉末、分散媒、及びゲル化剤を混合して成形用スラリーを調製する。セラミックス粉末は、セラミックス部材に必要とされる特性に応じて適宜選択される。

次に、第１及び第２離型層３ａ、３ｂを介して、第１合わせ面２３ａと第２合わせ面２３ｂとが合わさるように第１金型本体２ａと第２金型本体２ｂとを連結する。そして、第２金型本体２ｂの注入口２４から第１及び第２凹部２１ａ、２１ｂ内に成形用スラリーを注入する。

次に、一定時間（例えば、０．１〜２４時間）放置して、成形用スラリーを固化（ゲル化）させることによって、セラミックス成形体を形成する。そして、第１金型本体２ａから第２金型本体２ｂを取り外して、セラミックス成形体を取り出す。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態では、第２金型本体２ｂは第２凹部２１ｂを有しているが、第２金型本体２ｂの構成はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、第２金型本体２ｂは、第２凹部２１ｂを有していなくてもよい。この場合、第１及び第２離型層３ａ、３ｂを介して第１合わせ面２３ａと対向する面が第２合わせ面２３ｂとなる。

上記実施形態では、第１金型本体２ａは１つの部材で構成されていたが、第１金型本体２ａは、複数の部材に分割されていてもよい。また、第２金型本体２ｂも複数の部材に分割されていてもよい。

上記実施形態では、第１金型本体２ａが下に配置されて、第２金型本体２ｂが上に配置されていたが、この配置は特に限定されない。例えば、第１金型本体２ａが上に配置されて、第２金型本体２ｂが下に配置されていてもよい。また、第１金型本体２ａに注入口２４及び排出口２５が形成されていてもよい。

上記実施形態では、第２金型本体２ｂの第２内壁面２２ｂ及び第２合わせ面２３ｂ上に第２離型層３ｂが形成されていたが、第２離型層３ｂの構成はこれに限定されない。例えば、第２離型層３ｂは、第２合わせ面２３ｂ上に形成されていなくてもよい。また、第２離型層３ｂは、第２内壁面２２ｂ上に形成されていなくてもよい。

図７に示すように、注入口２４及び排出口２５の内壁面上を第２離型層３ｂが被覆していてもよい。

上記実施形態では、第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａ上の第１離型層３ａよりも表面粗さが大きくなるように形成されているが、これに限定されない。すなわち、第１合わせ面２３ａ上の第１離型層３ａは、第１内壁面２２ａ上の第１離型層３ａよりも表面粗さが小さくてもよい。

上記実施形態では、第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂは、第２内壁面２２ｂ上の第２離型層３ｂよりも表面粗さが大きくなるように形成されているが、これに限定されない。すなわち、第２合わせ面２３ｂ上の第２離型層３ｂは、第２内壁面２２ｂ上の第２離型層３ｂよりも表面粗さが小さくてもよい。

１００金型
２ａ第１金型本体
２１ａ第１凹部
２２ａ第１内壁面
２３ａ第１合わせ面
２ｂ第２金型本体
２１ｂ第２凹部
２２ｂ第２内壁面
２３ｂ第２合わせ面
３ａ第１離型層
３ｂ第２離型層

Claims

成形用スラリーを固化させることによって成形体を成形するために用いられる金型であって、
前記成形用スラリーが注入される第１凹部、前記第１凹部を画定する第１内壁面、及び前記第１凹部の周囲に配置される環状の第１合わせ面、を有する第１金型本体と、
前記第１内壁面上を被覆するとともに、前記第１合わせ面上を環状に延びる第１離型層と、
前記第１合わせ面と合わさる環状の第２合わせ面、を有する第２金型本体と、
を備える、金型。
前記第１離型層は、前記第１内壁面から前記第１合わせ面まで連続して延びる、
請求項１に記載の金型。
前記第１金型本体は、前記第１内壁面と前記第１合わせ面との間において面取り加工された第１角部を有しており、
前記第１離型層は、前記第１角部上を被覆している、
請求項１又は２に記載の金型。
前記第１角部上の第１離型層は、前記第１合わせ面上の第１離型層よりも厚い、
請求項３に記載の金型。
前記第１合わせ面上の第１離型層の厚さは、前記第１内壁面上の第１離型層よりも薄い、
請求項１から４のいずれかに記載の金型。
前記第１合わせ面上の第１離型層は、前記第１内壁面上の第１離型層よりも表面粗さが大きい、
請求項１から５のいずれかに記載の金型。
前記第１合わせ面上の第１離型層は、前記第１内壁面上の第１離型層よりも表面粗さが小さい、
請求項１から５のいずれかに記載の金型。
前記第２金型本体は、前記第１凹部と連通する第２凹部、及び前記第２凹部を画定する第２内壁面、を有し、
前記第２合わせ面は、前記第２凹部の周囲に配置される、
請求項１から７のいずれかに記載の金型。
前記第２内壁面上を被覆するとともに、前記第２合わせ面上を環状に延びる第２離型層をさらに備える、
請求項８に記載の金型。
前記第２離型層は、前記第２内壁面から前記第２合わせ面まで連続して延びる、
請求項９に記載の金型。
前記第２金型本体は、前記第２内壁面と前記第２合わせ面との間において面取り加工された第２角部を有しており、
前記第２離型層は、前記第２角部上を被覆している、
請求項９又は１０に記載の金型。
前記第２角部上の第２離型層は、前記第２合わせ面上の第２離型層よりも厚い、
請求項１１に記載の金型。
前記第２合わせ面上の第２離型層の厚さは、前記第２内壁面上の第２離型層よりも薄い、
請求項９から１２のいずれかに記載の金型。
前記第２合わせ面上の第２離型層は、前記第２内壁面上の第２離型層よりも表面粗さが大きい、
請求項９から１３のいずれかに記載の金型。
前記第２合わせ面上の第２離型層は、前記第２内壁面上の第２離型層よりも表面粗さが小さい、
請求項９から１３のいずれかに記載の金型。
前記第２金型本体は、前記金型内部と外部とを連通する注入口及び排出口を有し、
前記第２離型層は、前記注入口及び前記排出口の内壁面上を被覆する、
請求項９から１５のいずれかに記載の金型。
請求項１から１６のいずれかに記載の金型に前記成形用スラリーを注入する工程と、
注入された前記成形用スラリーを固化させることによって前記成形体を成形する工程と、
を備える成形体の製造方法。