JP2876167B2

JP2876167B2 - 高圧鋳込成形装置

Info

Publication number: JP2876167B2
Application number: JP50256791A
Authority: JP
Inventors: 敬一郎磯村; 敏彦船橋; 一紀小笠原; 泰弘垣生; 進篠原; 正邦江崎; 英雄吉川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1991-01-17
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は高圧鋳込成形装置に関する。さらに詳しく
は、特に微細な気孔を有し、長寿命、高強度で、良脱型
性を有するスリップキャスティング用特殊鋳型を用い
て、短時間で高品質な成形品のスリップキャスティング
を行う高圧鋳込成形装置に関するものである。

背景技術スリップキャスティングは粉末の成形技術の一種で、
特にセラミックス分野、食器、碍子等の製造に利用され
ている技術である。近年はアルミナ、窒化珪素、ジルコ
ニアなどのファインセラミックスの製造にも応用され、
工業用部品の成形技術として期待されている。

従来のスリップキャスティングの装置を第11図に示
す。調製されたスリップを真空脱泡攪拌機２に入れ、そ
のスリップを攪拌すると同時に真空ポンプ１で脱泡を行
う。脱泡が完了すると前記攪拌機２内を常圧にし、続い
て前記攪拌機２内に圧力を加えスリップを鋳込テーブル
３に圧送する。前もって鋳込テーブル３にセットされた
鋳型４にスリップが充満し成形が行われる。なお、5a〜
5eはバルブで、６は加圧気体源、6aは減圧弁である。

従来は、この鋳型４としては石膏型を使用している。
石膏型は優れた吸水性、脱型性、寸法精度を有し、安価
で大型の複雑な形状まで成形できることなどの利点があ
る。反面、石膏型は耐水性、耐圧強度、耐摩耗性に乏し
く、さらに石膏中のCa²⁺イオンが溶出し素地に混入する
などの欠点も有している。また、石膏に生じる毛細管現
象を利用してスイップ中の水分を石膏に吸収させ、これ
によって着肉成形を行うため、肉厚５〜7mm程度の成形
体でも10〜20分の着肉時間を必要としている。そのう
え、１回目の着肉時間より２回目の着肉時間が長くな
り、その能力は使用回数と共に減少する。このような欠
点を補うため多数個の石膏型を使用しなければならな
い。

このような背景から、石膏型の欠点を克服する目的
で、他材質の鋳型が種々開発されている。主な材質とし
ては、樹脂、樹脂−セラミックス、金属−セラミック
ス、金属などである。しかしながら、これらの型は次の
ような欠点を有しているために一部の陶磁器成形への適
用に留まっている。例えば特開昭63−21105がある。

（１）気孔径が３μｍより大きく、微粒子では型への目
詰まりが生じ、脱型性が悪くなる。

（２）鉄分等を含有しているため、これが素地内に混入
してしまう。

（３）型の加工が容易ではないため、面精度を出した
り、極薄肉や極細部を有するような複雑形状を寸法精度
良く仕上げるには、成形後、加工する必要があるための
コスト高となる。

発明の開示本発明は、下記に示す特性を有するスリップキャステ
ィング用鋳型を用い、短時間で高品質な成形を行う装置
を提供し、従来のスリップキャスティングの問題点を解
決しようとするものである。

陶磁器用の粉末は勿論、ファインセラミックス用の超
微粉を用いても目詰まりを起さない微細な気孔径を有す
ること。

多数回使用しても型表面が変質、摩耗しない耐水性、
耐圧強度に優れる長寿命型であること。

常圧成形のみならず、1000kg/cm²までの加圧成形によ
り、短時間で成形可能であること。

良脱型性であること。

成形精度が良いこと。

本発明は上記課題を解決するために、10〜50重量％の
窒化硼素及び他の１種以上のセラミックス成分からなり
通気性を有する鋳型と、該鋳型を把持し脱型装置を有す
る鋳込テーブルと、鋳込用スリップを攪拌・脱泡する真
空脱泡攪拌機と、該鋳込テーブルと該真空脱泡攪拌機と
の間に設けられた鋳込用スリップを加圧する加圧用増圧
機と、該鋳込テーブル、該真空脱泡攪拌機及び該加圧用
増圧機を連結する加減圧管路とを備えたことを特徴とす
る高圧鋳込成形装置を提供するものである。この装置は
さらに、超音波洗浄装置及び／又は乾燥装置を具備する
と、非常に微細な粒子を有するスリップを詰りなく効率
よく成形することが好ましい。

また本発明の装置は、鋳型洗浄装置、鋳型乾燥装置、
高圧・鋳込成形装置、脱型装置を連設し、これらの装置
の位置へ順次鋳型を移動させる鋳型移動装置を設け、繰
返し連続成形することにより高能率生産が可能な高圧鋳
込成形装置である。

図面の簡単な説明第１図は本発明装置の全体構成を示すブロック図、第
２図は第１図の真空脱泡攪拌機の部分の詳細図、第３図
はスリップ増圧機の部分の詳細図、第４図は鋳込テーブ
ルの部分詳細図、第５図はスリップ増圧機の作動説明
図、第６図は本発明の他の実施例の鋳込みテーブルの成
形終了時の側面図、第７図は第６図の洗浄工程を示す側
面図、第８図は本発明の他の実施例の平面図、第９図は
第８図の側面図、第10図は第８図の正面図、第11図は従
来装置の構成及び操作を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態本発明者らは、スリップキャスティング用鋳型として
種々の材料を比較、検討した。その結果、窒化硼素と他
のセラミックス成分とからなる複合焼結体を用いると、
従来に比し非常に優れた特性を有するスリップキャステ
ィング用鋳型が得られることを見出した。この知見に基
づいてこのような鋳型の長所を活用した鋳込成形装置を
完成したものである。

まず、鋳型について詳細に説明する。素地と濡れにく
く、易加工性という点によりBNをベースに考えた。しか
しながら、BNは難焼結性であり、通常、高圧プレス法に
より焼結しなければならない問題がある。また、耐摩耗
性が低いことが問題である。そこで、本発明者らは、BN
と、常圧または雰囲気加圧焼成で緻密に焼結し、耐摩耗
性、耐圧強度に優れた他のセラミックス成分とを組み合
わせることを考えた。その意図するところは、（１）他セラミックスの焼結をBNが阻害し、その際、気
孔が生成する。

（２）BNのメリットが生かしつつ、耐摩耗性を補う。

という複合効果である。

なお、鋳型の十分な吸水性を確保するためには、上記
気孔は鋳型の内外面を結ぶ連続気孔でなければならな
い。鋳型は通気性を有する必要がある。

本発明に使用する鋳型において、BNと複合させる他の
セラミックス成分は、Si₃N₄や、SiC、SIALON、ZrO₂、Al
₂O₃、AlN、ムライトなどのように耐摩耗特性の優れた材
料が使用可能である。また、Al₂O₃−ZrO₂などのように
目的に応じて２種以上を複合した材料を用いてもよい。

BN含有量はBNが多いほど、脱型性、加工性は良好とな
るが、耐圧強度、硬度は低下する。従ってBN含有量は成
形する材料に応じてこれらを勘案して調整すればよい。
更に、気孔径及び気孔率については、出発原料の粒及び
含有量により任意に調整することができるので、成形す
る材料の粒度、含有量を調整すればよい。好適には、BN
と他のセラミックス成分の合計重量に対するBNの重量比
率が10〜50％、平均気孔径が0.1〜２μｍ、かつ気孔率
が10〜40％であるものが望ましい。

このような鋳型を用いることにより、微粒子原料を取
り扱った場合でも目詰りがなく、脱型性も良好で、かな
りの高圧成形が可能で量産性を向上することができる。
又耐摩耗性に優れるので、成形物の面精度も一定にする
ことができる。これにより、例えば自動車部品のような
品質要求の厳しい製品にも対処が可能となる。更に、こ
の鋳型は焼成後、プレス型、インジェクション型と同様
に加工機を使用して精度よく加工することが可能なた
め、成形体の精度も非常によいものとなっている。

次に前記鋳型を使用したスリップキャスティング装置
を説明する。従来の鋳型では、耐圧性能が小さいため、
又、耐圧性能が高くても脱型性が悪く、更に、目詰りす
るという問題点がある。本発明の鋳型はスリップキャス
ティングを行う場合、耐圧性、脱型性が高く、さらに超
高圧スリップキャスティングでも目詰りしないという長
所を兼ね備えている。

第11図に示した装置でスリップに圧力を加える場合、
圧縮気体を介して加圧する従来装置では、装置が複雑化
して設備費が高くなり、さらに、装置が万一破壊した場
合は極めて危険である等の問題がある。このため前記鋳
型の特質を生かし、高圧鋳込成形をなすには、安全性、
生産性の高いスリップキャスティング装置が必要とな
る。本発明はこれを解決したので、本願発明の装置は通
常使用されている10kg/cm²未満の圧縮気体によってスリ
ップを加圧圧送することができる。

本発明装置の実施例について第１図〜第10図を用いて
詳細に説明する。第１図は本発明装置の１つの実施例の
全体を示すブロック図である。真空脱泡攪拌機２は鋳込
テーブル３内の鋳型４と配管12によって連結されてお
り、その中間にスリップ増圧機11が連結されている。真
空ポンプ１及び加圧気体源６は真空脱泡攪拌機２及び鋳
型テーブル３の鋳型４に結合されている。鋳型４にはク
ランプシリンダ８が取付けられており、油圧ユニット９
が付属している。

第２図は第１図の真空脱泡攪拌機２の部分の詳細図、
第３図は第１図のスリップ増圧機11の部分の詳細図、第
４図は第１図の鋳込テーブル３の部分詳細図、第５図は
スリップ増圧機11の作動説明図である。以下第１図〜第
５図を参照してこの実施例の作動を説明する。調合され
たスリップを真空脱泡攪拌機２に流し込み、蓋をして真
空ポンプ１で700mmHg以上の真空状態で攪拌を行う。攪
拌脱泡が終了するとバルブ5cを閉じバルブ5bを開き真空
脱泡攪拌機内を常圧にする。鋳込テーブル３に鋳型４を
セットする。

次にスリップへの圧力を減圧弁6aで0.1〜2kg/cm²に調
整し、バルブ5a、5e、5fを開きバルブ5bを閉じ加圧気体
源６からの圧縮空気によってスリップを圧送し、増圧機
11の下チャンバ11c（第５図）と鋳型４にスリップを充
填する。この場合、あらかじめ増圧機の下ピストン11a
を減圧弁6b、バルブ5gで加圧し下降させておく。これは
スリップの中に気泡を混入させないためである。チャン
バ11c内にスリップを充填する場合、下ピストン11aと上
ピストン11bのピストン面積比率を格段に大きくしてあ
るため（例えば1:125）、上ピストンのピストンのシー
ル抵抗が大きい。この場合、減圧弁6dを４〜8kg/cm²の
圧力に設定し、バルブ5hを開いてスリップ加圧に補助的
な圧力を加えることによって下チャンバ11cにスリップ
を容易に充填させることが可能となる。つまり補助増圧
を使用して、増圧機の大ピストン側の大きなシール抵抗
を解消したものである。

次に、バルブ5fを閉じ、減圧弁6bの圧力を５〜9.9kg/
cm²に設定してバルブ5gを開く。ピストン11bに圧力が作
用して下チャンバ11c内に充満しているスリップ圧が鋳
型４内に働き成形スピードが加速される。成形が完了し
た時点でバルブ5gを開放し、バルブ5f、5bを開く。次
に、バルブ5i、減圧弁6cを開き成形体を上型に吸着させ
て上昇させる。次にバルブ5iを閉じ、パレットを成形体
下に用意しバルブ5kを開くと成形体がパレット上にの
る。なお、バルブ5dは残留スリップ排出用バルブ８、９
はそれぞれクランプシリンダー、油圧ユニットである。
この装置に成形体脱型装置、電気回路、電磁バルブ、セ
ンサ等を付加することにより自動化し、大量生産システ
ムを設計することが可能である。

次に、連続的に成形を実施するための、本発明の実施
例装置を第６図、第７図に示す。第６図のシステムは１
セットの鋳型４のみを具備して成形から洗浄、乾燥まで
を行う鋳込テーブル３を示す。第６図は１つの鋳型４に
常温圧送装置21、高温圧送装置22、洗浄水装置23、超音
波洗浄装置24及びその操作部26を備えたものである。第
６図は成形体15を鋳型４によって成形した後、下型4aに
エアブローをかけ、上型4bに真空引をして成形体15を上
型4bに密着させて引上げた状態を示している。次に上型
4bにエアブローを掛けて成形体15を取出す。

第７図は、第６図の状態に引き続く洗浄工程を示すも
のである。第６図では鋳型４の側方に待機している洗浄
水水槽24は、水平ガイド25、垂直ガイド27に案内され、
前後進操作シリンダ26によって第７図に示すように、下
型4aを囲むような位置に移動し、その中に上型4bを下降
させる。次に、洗浄水装置23から洗浄液を導入し、超音
波及び鋳型の裏側からのエアブロー（エア圧１〜5kgf/c
m²）又はスチーム等の高温、高圧エアを用いて鋳型４を
洗浄する。洗浄後、洗浄水装置によって洗浄液を排除
し、鋳型４を乾燥する。この場合、マイクロ波発生装置
を利用し鋳型４を乾燥すると短時間で水分を取去ること
が可能である。ファインセラミックスは粒子が非常に微
細なため、多孔室の鋳型の表面に付着し、成形装置の成
形速度が低下する。これを防止し、エアーブローによる
洗浄時間を短縮するため超音波洗浄を行う。これは従来
の石膏型等では超音波洗浄が不可能であったがBNを用い
た鋳型ならば何ら問題がない。

次に、連続成形装置の他の実施例を第８図、第９図及
び第10図によって説明する。この実施例はターンテーブ
ル式の鋳型移動装置を備えたシステムの例である。ター
ンテーブル70の周囲には鋳型洗浄装置30、鋳型乾燥装置
40、高圧・鋳込成形装置50、脱型装置60が配設され、タ
ーンテーブル70は鋳型を載せてこれらの装置を巡回する
ように回転する。

鋳型洗浄装置30は鋳型の上型をチャックして上下させ
る腕32と洗浄水の水槽33を上下するシリンダ31を備えて
いる。水槽33には超音波洗浄装置を備えることができ
る。洗浄液給水排水装置34はホース35を介して水槽33に
洗浄液を供給する。

次に、乾燥装置40では、鋳型に高温の乾燥ガスを吹き
付けるパイプが配管してある。この配管もターンテーブ
ル70の回転軸を通ってベース90内の装置から配設されて
おり、乾燥ガスを供給される。

高圧・鋳込装置はフレーム51に押圧シリンダ52を備
え、上下ダイセット53、53の間に鋳型を挟み、スラリー
配管から第１図と同様の装置によってスラリーを圧入
し、スリップキャスティングを行う。スラリー配管もま
たターンテーブル70の回転軸内を配管されている。成形
を完了すると脱型装置が作動することは第１図の装置と
同様である。

脱型装置60は鋳型の上型を持ち上げる腕62を操作する
シリンダ61と、成形品を取り出してコンベヤ65に載置す
る回動アーム63を備えている。回動アーム63の動作は簡
易なロボット64によって作動する。

ターンテーブル70の駆動装置80は鋳型を鋳型洗浄装置
30、鋳型乾燥装置40、高圧・鋳込成形装置50、脱型装置
60の動作に一致するタイミングでターンテーブル70を矢
印71の方向に間歇的に作動させる。

この装置では、成形、脱型、洗浄、乾燥を別々の装置
で行うことができ、１サイクルの工程が短縮され、大量
生産が可能である。ターンテーブル70上に配設する鋳型
の数は限定されない。鋳型の数は成形時間、脱型から乾
燥までの処理時間を勘案して最も能率よく定めることが
できる。

陶磁器用スリップを用いて第１図に示す本発明装置に
より成形を実施した際の脱型までの時間を第１表に示
す。第１表から成形は迅速となるが、洗浄・乾燥に時間
を要することが分かる。洗浄・乾燥工程を迅速に実施す
れば、生産性が向上する。これはBN−鋳型の有する対ス
ポール特性及び耐熱性により可能となる。微細粒を持つ
スリップを成形したとき生ずる目詰りは洗浄・乾燥を短
縮することによって解消することができ、本発明の装置
では生産性が向上する。

この結果からも明らかなように、本装置によれば、加
圧力を十分大きくすることが可能で結果として高速成形
が可能となる。

従来の石膏鋳型による成形時間は圧力2kg/cm²時、同
程度の成形体厚さで10〜20分の着肉時間を必要としてい
る。しかし、本発明のスリップキャスティング装置を使
用し増圧機による加圧力200kg/cm²時、成形体厚みが5mm
程度ものならば陶磁器スリップで10〜20秒、Al₂O₃、ス
リップで５〜10秒、Si₃N₄スリップで５〜８秒である。
この成形時間は増圧機の圧力を上昇すれば更に短時間に
なる。

増圧機による圧力が100kg/cm²以上にスリップを加圧
して成形した場合、スリップ圧送時成形体表面に混入し
た気泡は高圧のため脱水時に排出され成形体の中に残ら
ない。このことは製品の不良率低減になる。

フロントページの続き (72)発明者垣生泰弘千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者篠原進愛知県江南市藤ケ丘１―１―１ (72)発明者江崎正邦愛知県小牧市大字久保一色216―10 (72)発明者吉川英雄愛知県瀬戸市水北1293 (56)参考文献特開昭55−17568（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−28811（ＪＰ，Ａ) 特公昭46−31966（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B28B 1/00 - 1/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】10〜50重量％の窒化硼素及び他の１種以上
のセラミックス成分からなり通気性を有する鋳型と、該
鋳型を把持し脱型装置を有する鋳込テーブルと、鋳込用
スリップを攪拌・脱泡する真空脱泡攪拌機と、鋳込用ス
リップを加圧する加圧用増圧機と、該鋳込テーブル、該
真空脱泡攪拌機及び該加圧用増圧機を連結する加減圧管
路とを備えたことを特徴とする高圧鋳込成形装置。
【請求項２】さらに、超音波洗浄装置及び／又は乾燥装
置を具備したことを特徴とする請求項１記載の高圧鋳込
成形装置。
【請求項３】セラミックス成分がSi₃N₄、SiC、SIALON、
ZrO₂、Al₂O₃、AlN及びムライトから選ばれた少なくとも
１以上である請求項１記載の高圧鋳込成形装置。