JP3007456B2

JP3007456B2 - セラミック中空体の製造方法

Info

Publication number: JP3007456B2
Application number: JP3253829A
Authority: JP
Inventors: 口一之出; 藤聖太加
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH0592413A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアイソスタティック成形
によってセラミック中空体を一体に製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にセラミック中空体を一体に製造す
る方法として、鋳込み成形法による製造方法が知られて
いる。この鋳込み成形法によるセラミック中空体の製造
方法は、適当に水分の含有量を調整したセラミックスラ
リーを石膏型の内部に流し込み、石膏型の内周面に沿っ
て適当な肉厚のセラミックス中空体の中間成形品が形成
された後に、中間成形品の壁体に孔を穿設して内部に残
留するセラミックスラリーを排出させ、この中間成形品
を乾燥・焼成する方法である。以下にこの鋳込み成形法
によるセラミック中空体の製造方法を図面を用いて説明
する。

【０００３】図７は、上記セラミックス中空体の製造方
法において、石膏型にセラミックスラリーを流し込む工
程を示している。この製造方法では、最初に製造しよう
とするセラミックス中空体の外形と整合する空洞部分を
有する石膏型２１を製造する。この石膏型２１は、後に
セラミックス中空体の中間成形品を取り出しやすいよう
に、上部石膏型２１ａと下部石膏型２１ｂの２部品に分
割して製造する。前記上部石膏型２１ａの上面には、セ
ラミックススラリーの注入口２２を設ける。このセラミ
ックススラリーの注入口２２から水分を適当に調整した
セラミックスラリー２３を流し込む。図中矢印Ｄは注入
されるセラミックスラリー２３の流れを示している。セ
ラミックスラリー２３は石膏型２１の内部空間を満すよ
うに注入する。

【０００４】図８は、石膏型２１の吸水作用によってセ
ラミックス中空体の中間成形品を形成する工程を示して
いる。石膏型２１は水分を吸収する性質を有しているの
で、石膏型２１は、その壁体近傍のセラミックスラリー
の水分を吸収して、内壁面に沿ってセラミックスの層を
形成する。このセラミックスの層は時間の経過と共に、
次第に厚さを増す。したがって所定時間経過後、石膏型
２１の内部には、所定の肉厚のセラミックス中空体の中
間成形品２４が形成される。

【０００５】図９は、上記セラミックス中空体の中間成
形品２４の内部に残留するセラミックスラリーを排出さ
せる工程を示しいる。上記のように形成されたセラミッ
クス中空体の中間成形品２４は、内部に水分を吸収され
たなかったセラミックスラリーを有している。この中間
成形品２４の壁体に、図中に示すように、スラリー排出
用の孔２５を穿設し、このスラリー排出用孔２５から内
部に残留するセラミックスラリー２３を排出させる。図
中に示す矢印Ｅは排出されるセラミックスラリー２３の
流れを示している。セラミックスラリーを排出させた後
に、石膏型２１を分解してセラミックス中空体の中間成
形品２４を取り出し、この中間成形品２４を従来知られ
た方法によって乾燥・焼成してセラミックス中空体の最
終成形品を形成する。

【０００６】また、上記のセラミック中空体を一体に製
造する方法の他に、セラミック中空体を複数の構成部品
に分割して、別々に鋳込み成形し、次にこれらの構成部
品を接着して乾燥・焼結する従来の製造方法が知られて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記鋳込
み成形法によってセラミック中空体を一体に製造する従
来の方法は、石膏型の吸水作用によって石膏型の内周面
に沿ってセラミックス中空体の中間成形品を形成するの
で、セラミックス中空体の肉厚はほぼ均一にならざるを
得ず、部分によって肉厚が異なって所定の形状の空洞部
分を有するセラミックス中空体を得ることができない。
また、セラミックス中空体を形成するセラミックスの密
度が不均一になりやすく、乾燥・焼成中にセラミックス
中空体の歪の発生の原因になりやすいという問題があっ
た。また、上記石膏型の吸水作用によって形成されたセ
ラミックス中空体の中間成形品は、強度が低く、これを
研削・切削することができない。このため、通常焼成後
に研削・切削加工を施すが、焼成後のセラミックスは高
い硬度を有しており、研削・切削等の加工が困難であ
る。また、この鋳込み成形法によってセラミック中空体
を一体に製造する方法は、セラミックスラリーの水分の
含有量や、石膏型の状態の管理を厳しく行う必要があ
り、セラミック中空体の製造方法全体として容易ではな
い。一方、鋳込み成形法によって複数の構成部品を製造
し、これらを接着するセラミック中空体を製造する上記
の従来の方法は、構成部品を製造し、これらを接着して
乾燥・焼結する間に接着部分に亀裂が生じたり、セラミ
ック中空体全体が歪むなどの問題があった。この鋳込み
成形部品を接着して焼成する方法は、部品を鋳込み成形
し、これら複数の部品を接着し、さらにこれを乾燥・焼
結するので、それぞれの製造工程中に寸法誤差が生じ、
形成される最終製品はの寸法精度が低く、製品の寸法精
度のばらつきを防止することができない。さらにこの製
造方法においても、セラミックスラリーや石膏型の厳重
な管理を必要とし、全体としてセラミック中空体の製造
方法が容易ではない。そこで、本発明の目的は、所定形
状の内部空間を形成でき、製造中に亀裂や歪を生じるこ
とがなく、容易にセラミック中空体を一体成形できるセ
ラミック中空体の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のセラミック中空体の製造方法は、燃焼して消
失し得る板材によって所定の形状の型枠を構成し、この
型枠の内部にセラミックビーズを充填してセラミックス
中空体の芯材を形成し、前記芯材をラバー型の内部に配
置してラバー型と芯材との間に形成された空間に粉体の
セラミックスを充填し、このラバー型に充填した粉体セ
ラミックスを圧力容器内でアイソスタティック成形法に
よって圧縮してセラミック中空体の中間成形品を形成
し、この中間成形品の壁体にセラミックビーズの取出孔
を穿設して内部のセラミックビーズを取り出した後に、
前記中間成形品を脱脂焼成してセラミック中空体を製造
することを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明のセラミック中空体の製造方法は、燃焼
して消失し得る部材によって所定形状の型枠を形成し、
この型枠の内部にセラミックビーズを充填してセラミッ
ク中空体の芯材を形成し、この芯材をラバー型の内部に
配置し、ラバー型と芯材との間に形成された空間に粉体
のセラミックスを充填し、この粉体セラミックスをアイ
ソスタティック成形法によって圧縮してセラミック中空
体の中間成形品を形成し、次に中間成形品の壁体に穿孔
して内部のセラミックビーズを取り出した後に脱脂焼成
してセラミック中空体を形成する。上記のように、粉体
セラミックスをアイソスタティック成形法によって圧縮
してセラミック中空体を形成するので、セラミック中空
体を一体に成形でき、部品を接着して接着部に亀裂等を
生じることがない。また、型枠を所定の形状に形成する
ことにより、所望の形状の内部空間を有するセラミック
中空体を得ることができる。さらに、アイソスタティッ
ク成形法によって粉体セラミックスを圧縮するので、粉
体セラミックスがすべての方向に等しく圧縮され、密度
が均一なる。密度が均一なことにより、本発明のセラミ
ック中空体は、歪や亀裂が少なく、高い強度と精度とを
得ることができる。また、アイソスタティック成形後の
セラミックス中空体の中間成形品は、適当な強度を有し
ているので、切削・研削等の加工を行って所定の寸法に
形成することができる。この切削・研削は加工が容易で
あり、精密な寸法精度と良好な仕上げ面を容易に得るこ
とができる。さらに、本発明のセラミックス中空体の製
造方法によれば、特定の水分含有量を有するセラミック
ススラリーや石膏型を製造する必要がなく、製造工程や
製造管理が容易である。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例について添付の図面を参
照して説明する。図１および図２は、粉体セラミックス
を充填する前の本発明のセラミックス中空体製造方法の
型部材の構成を示している。図１において、ラバー型１
は、天然ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、ラテック
スゴム、ゴムアメチューブ等によって形成されている。
芯材２は、燃焼して消失し得る板材、例えばボール紙に
よって所定の形状に形成された型枠３の内部に、Ａｌ₂
Ｏ₃，ＺｒＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣ等のセラミックビ
ーズ４を充填して形成されている。この実施例では、芯
材２は図中に示すように、高さ方向の中心部に凹部２ａ
を有している。ラバー型１底部には、図１に示すよう
に、セラミック・バインダーを含むスプレードアイ処理
品である粉体セラミックス５が予め所定の厚さ敷かれて
いる。この粉体セラミックス５の層の上面に芯材２が載
置され、芯材２とラバー型１との間には芯材２の位置を
固定する固定用治具６が挿入されている。図２は、図１
に示すセラミック中空体製造方法の型部材の上面を示し
ており、前記固定用治具６は図中に示すように、芯材２
を取り囲むように４枚挿入されている。各固定用治具６
はラバー型１の各辺より狭い幅を有し、芯材２の四隅に
はそれぞれ粉体セラミックスを充填するための充填口７
が形成されている。

【００１１】図３は、粉体セラミックスを充填する工程
を示している。この工程では、前記粉体セラミックスを
充填する充填口７から、ラバー型１と芯材２との間に形
成された空間に粉体セラミックス５を充填する。この
際、図３に示すように、粉体セラミックス５を充填しな
がら固定用治具６を方向Ａに抜き取る。粉体セラミック
ス５は、下方からラバー型１と芯材２との間の空間を満
し、芯材２の凹部２ａをも満す。ラバー型１に振動を与
えながら充填すれば、ラバー型１と芯材２との間の狭い
空間にも、隙間なく粉体セラミックス５を充填すること
ができる。

【００１２】図４は充填された粉体セラミックス５をア
イソスタティック成形法によって圧縮する工程を示して
いる。前記粉体セラミックス５を充填する工程におい
て、芯材２の上面にも所定の厚さの粉体セラミックス５
の層が形成された後に、ラバー型１は同一材質からなる
ふた１ａによって密封され、圧力容器８の内部に配置さ
れる。この圧力容器８の底部の注水口９から水を注入す
る。圧力容器８は加圧用蓋８ａを有し、この加圧用蓋８
ａの重量によって圧力容器内の水は所定の圧力に上昇し
て、一定の圧力に維持される。図中の矢印Ｂは注入され
る加圧水を示している。圧力容器８内の水の圧力によっ
て、ラバー型１の外面には、図中に示すように均一な圧
力Ｐが作用し、ラバー型１内の粉体のセラミックス５を
すべての方向に等しく圧縮し、粉体セラミックス５を均
一な密度で互いに一体に結合させる。この結果、所定の
形状のセラミックス中空体の中間成形品が形成される。

【００１３】図５は上記セラミックス中空体の中間成形
品の内部からセラミックビーズ４を取り出す工程を示し
ている。上記圧縮工程によって形成されたセラミックス
中空体の中間成形品９は、内部に型枠３とセラミックビ
ーズ４とを有している。このセラミックス中空体の中間
成形品９の壁体にセラミックビーズの取出孔１０を穿設
し、図中に示すように、内部のセラミックビーズ４を穿
孔された取出孔１０から取り出す。図中の矢印Ｃは取り
出されるセラミックビーズ４の落下の方向を示してい
る。上記中間成形品９は、粉体のセラミックス５をすべ
ての方向に等しく圧縮して互いに結合させているので、
高い強度を有しており、切削・研削等の加工を行なうこ
とができる。高い寸法精度を必要とする場合や、滑らか
な仕上げ面を必要とする場合は、この中間成形品９に切
削・研削等の加工を行なう。

【００１４】図６は脱脂焼成されたセラミックス中空体
を示している。上記セラミックビーズ４を取り出したセ
ラミック中空体の中間成形品９は、内部に依然として型
枠３を有している。この中間成形品９を、従来知られた
脱脂焼成方法によって脱脂焼成する。脱脂焼成工程中の
高温により、中間成形品９内の型枠３は、図中の仮想線
に示すように燃焼して消失し、セラミックスの壁体から
なる最終成形品のセラミックス中空体１１が形成され
る。前記芯材２の凹部２ａは、セラミックス中空体１１
の内部空間の凸部１１ａとなる。セラミックス中空体の
中間成形品９が均一なセラミックス密度を有しているこ
とにより、上記脱脂焼成工程中に亀裂や歪が生じること
なく、脱脂焼成が容易である。

【００１５】この実施例では、内部寸法が縦１４０ｍｍ
横１４０ｍｍ高さ１２００ｍｍのラバー型１の内部に、
縦１００ｍｍ横１００ｍｍ高さ１１６０ｍｍの芯材２を
配置して粉体セラミックス５を充填した。芯材２は、厚
さ２ｍｍのボール紙で製造した型枠３に直径１ｍｍのア
ルミナビーズを充填して形成した。粉体セラミックス５
を１０００ｋｇｆ／ｃｍ²でアイソスタティック圧縮し
た結果、アルミナビーズの圧縮比は１．００５あり、ほ
ぼ製造当初の芯材２の寸法と等しい内部空間を有するセ
ラミックス中空体の中間成形品９が形成された。アルミ
ナビーズを取り出した後に、前記中間成形品９を切削・
研削し、さらに、従来の方法によって脱脂焼成したとこ
ろ、縦１０３ｍｍ横１０３ｍｍ高さ６８０ｍｍ肉厚１０
ｍｍの完全一体型のセラミックス中空体１１を得ること
ができた。なお、前記セラミックス中空体の中間成形品
９は充分な強度を有し、切削中に破損することもなく、
かつ、切削を容易に行うことができた。また、脱脂焼成
中に亀裂・歪等が生じることがなく、強度、寸法精度と
も良好なセラミックス中空体１１を得ることができた。

【００１６】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように本発明の
セラミックス中空体の製造方法によれば、ラバー型と芯
材との間の空間に粉体のセラミックスを充填し、この粉
体セラミックスをアイソスタティック成形法によって圧
縮してセラミック中空体の中間成形品を形成するので、
セラミック中空体を一体に成形でき、部品を接着する必
要がなく、接着部に亀裂等を生じることがない。上記ラ
バー型の形状を適当に形成することにより、所定の形状
の内部空間を有するセラミック中空体を得ることができ
る。また、本発明によれば、アイソスタティック成形法
によって粉体セラミックスを圧縮するので、粉体セラミ
ックスがすべての方向に等しく圧縮され、密度が均一な
セラミック中空体の中間成形品を得ることができる。こ
のことにより、歪や亀裂が少なく、強度・精度とも優れ
たセラミック中空体を得ることができる。また、アイソ
スタティック成形後のセラミックス中空体の中間成形品
は、粉体セラミックスがすべての方向に等しく圧縮され
て結合しているので、高い強度と低い硬度とを同時に有
している。このため、前記中間成形品を切削・研削した
場合に、中間成形品が破損することなく、かつ、加工が
極めて容易であり、高い寸法精度と滑らかな仕上げ面を
形成することができる。さらに、本発明のセラミックス
中空体の製造方法によれば、厳重な管理を必要とするセ
ラミックススラリーや石膏型を製造する必要がなく、製
造工程全体が容易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】前の型部材の構成を示した側断面図。

【図２】本発明のセラミックス中空体製造方法の型部材
の上面を示した平面図。

【図３】本発明のセラミックス中空体製造方法による粉
体セラミックスを充填している工程を示した概略図。

【図４】本発明のセラミックス中空体製造方法による粉
体セラミックスをアイソスタティック圧縮している工程
を示した概略図。

【図５】本発明のセラミックス中空体製造方法によるセ
ラミックス中空体の中間成形品からセラミックビーズを
取り出す工程を示した概略図。

【図６】本発明のセラミックス中空体製造方法によって
脱脂焼成したセラミックス中空体を示した側断面図。

【図７】従来の鋳込み成形法による石膏型にセラミック
ススラリーを流し込む工程を示した概略図。

【図８】従来の鋳込み成形法による石膏型の吸水作用に
より、セラミックス中空体の中間成形品を形成する工程
を示した概略図。

【図９】従来の鋳込み成形法によるセラミックス中空体
の中間成形品の内部に残留するセラミックススラリーを
排出する工程を示した概略図。

【符号の説明】

１ラバー型２芯材３型枠４セラミックビーズ５粉体セラミック８圧力容器９セラミック中空体の中間成形品１０セラミックビーズの取出孔１１セラミック中空体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−274505（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−62857（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−145664（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−58504（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−155208（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B28B 7/34 B28B 1/48 B28B 3/00 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼して消失し得る板材によって所定の形
状の型枠を構成し、この型枠の内部にセラミックビーズ
を充填してセラミックス中空体の芯材を形成し、前記芯
材をラバー型の内部に配置してラバー型と芯材との間に
形成された空間に粉体のセラミックスを充填し、このラ
バー型に充填した粉体セラミックスを圧力容器内でアイ
ソスタティック成形法によって圧縮してセラミック中空
体の中間成形品を形成し、この中間成形品の壁体にセラ
ミックビーズの取出孔を穿設して内部のセラミックビー
ズを取り出した後に、前記中間成形品を脱脂焼成してセ
ラミック中空体を製造することを特徴とするセラミック
中空体の製造方法。