JP4037934B2 - 炭素繊維強化炭素材料製ホットプレス用モールド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、炭素繊維強化炭素材料（以下、Ｃ／Ｃと略す）製ホットプレス用モールドに関する。さらに詳しくは、Ｃ／Ｃ製ダイス内に黒鉛製スリーブが配設されているモールドであって、被焼結材とダイスとのあいだで発生する熱応力を良好に緩和できるＣ／Ｃ製ホットプレス用モールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミック製品は、炭化珪素、臭化珪素、室化珪素などのファインセラミックス粉体を適宜混合してなる粉体原料を、ホットプレス用モールド内で焼結するホットプレス成形法により形成されている。ホットプレス用モールドは主に黒鉛材により形成されており、図４に示されるように、被焼結物（粉体原料）１を上下方向から圧縮する上パンチ２および下パンチ３と、被焼結物１の外周を覆うスリーブ５およびダイス４とから構成されている。
【０００３】
ここで、成形圧により上パンチ２および下パンチ３には圧縮応力がかかるが、ダイス４には引張応力がかかる。黒鉛は圧縮応力には強いが引張応力には弱いという性質を有している。そこで、ダイス４は、ホットプレス成形中にかかる引張応力に対応しうるよう、炭素質マトリックスを炭素繊維で強化したＣ／Ｃ（炭素繊維強化炭素材料）により形成されるものもある。しかしながらまた、このＣ／Ｃは、高強度ではあるが、熱膨張率が被焼成物の熱膨張率に比べて低いため、使用条件によっては過大な熱応力を発生させ、モールドをＣ／Ｃ製にすることの効果を有効に生かしきれないばあいもある。そこで、こうした熱応力の緩和のために、被焼結物１にほぼ等しい熱膨張係数を有する黒鉛により形成されたスリーブ５を、被焼結物１とダイス４の間に挿入する方法（図５〜図８参照）が採用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示されるように、ダイス４と被焼成物１の間に全くの遊びを設けずに、分割面間Ｓ５に隙間無くスリーブ５５ａ、５５ｂを挿入したのでは、過大な圧縮応力（矢印▲５▼）がかかりスリーブ５５ａ、５５ｂは破損する。そこで、図６に示されるように、分割されたスリーブ５６ａ、５６ｂの分割面のあいだに、分割片５６ａ、５６ｂが矢印▲６▼方向に伸長しうるゆとりまたはあそびとなる僅かな隙間Ｓ６を設けたばあいには、圧縮応力の緩和を図ることが可能である。また、図７に示されるように、スリーブ分割片５７ａ、５７ｂ、５７ｃを形状をそり板のようにすると、さらに有効に熱応力を緩和できると考えられる。しかし一方で、この方法では、隙間Ｓ６（図６参照）および空隙Ｓ７（図７参照）に被焼結物１を構成する粉体原料が入り込み、セラミック製品にバリなどの突起物を生じさせてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、図８に示されるように、分割されたスリーブ５８ａ、５８ｂの分割面間Ｓ８に隙間（分割片が伸長するしうるようなゆとりまたはあそび）を設けず、ダイス４とスリーブ５８ａ、５８ｂとの間にクッション材６を挿入し、スリーブ５８ａ、５８ｂが径方向（矢印▲８▼方向）に伸長する余裕を持たせて圧縮応力を緩和する方法（実開平４─５０２０５号公報参照）が提案されている。しかしながら、この方法でも、スリーブの分割面間Ｓ８に粉体原料１が侵入するのを完全には防げない。
【０００６】
そこで本発明は、ダイスと被焼結物とのあいだで発生する熱応力を緩和するとともに、粉体原料の漏れを完全に防いで、製品の表面を滑らかにしうるＣ／Ｃ製ホットプレス用モールドを提供することを主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、円柱状内部空間を有するＣ／Ｃ製のダイス内に黒鉛製のスリーブが配設されているホットプレス用モールドであって、
前記スリーブは、放射状に分割された複数箇の分割片からなり、各分割片の分割面間に収縮部材を介在させてなることを特徴としている。
分割面間に挿入される収縮部材により、分割片には周方向に伸長するゆとりが生じる。分割片にかかる圧縮応力は、分割片が周方向に伸長することで緩和される。
また、収縮部材は、熱応力発生時には、分割片の膨張（分割片が周方向に伸長すること）によって圧縮され、より強く、分割面を締結する。したがって、分割面に粉体材料が侵入するおそれは全く生じない。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記スリーブとダイスのあいだに、筒状に収縮部材を設けてなるものである。
この筒状の収縮部材は、スリーブ分割片にかかる圧縮応力を緩和することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記各分割片の分割面間に介在させてなる前記黒鉛製の収縮部材が、可撓性黒鉛シートであるものである。また、請求項４に係る発明は、請求項２において、前記スリーブとダイスのあいだに設けてなる前記収縮部材が、可撓性を有する黒鉛シートであるものである。黒鉛は、被焼結物（セラミック製品）の粉体原料に近似した熱膨張係数を有しており、スリーブは、ダイスと被焼結物とのあいだに生じる熱応力を緩和するために黒鉛製である。スリーブの分割面に介在する収縮部材もスリーブと同様に黒鉛製であり、かつ、スリーブよりも収縮率の大きい、可撓性を有する黒鉛製シートが好適に利用される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図示例とともに説明する。
図１は本発明のモールドの一実施例の要部断面説明図、図２および図３は他の実施例の要部断面説明図であり、図４は、モールドの縦断面図である。図１乃至図３は、それぞれ図４のＡ−Ａ部断面図である。すなわち、図１乃至図３に示されるスリーブ５１〜５３は、図４に示されるスリーブ５に相当し、ダイス４の内側に嵌入される。ダイス４は、高強度であるが熱膨張率の小さいＣ／Ｃ製である。
【００１１】
図１において、スリーブ５１は、放射状に３つに分割された分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃからなり、各分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃの間の分割面間に収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃを介在させている。
【００１２】
スリーブ分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、被焼結物（セラミック製品）の熱膨張率に近似する熱膨張率を有する黒鉛製であり、ダイス４内に嵌め込まれて支持される。嵌め込まれた状態で、各分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃの分割面間には、隙間Ｓ１が生じており、ここに収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃが挿入される。
【００１３】
収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、スリーブ分割片よりも、大きく収縮しうる部材であって、ホットプレス成形終了後にはもとの状態に戻りうるクッション性のあるものが、繰り返し使用できるなどの観点から好適に利用される。このような性質を有するものとしては、スリーブ５１と同様に黒鉛製であり、可撓性を有するシート状のものが好適に使用される。この可撓性黒鉛シートは、天然鱗状黒鉛を酸処理、熱処理して膨張させ、シート状に圧縮成形したものであり、添加物を使用していない。したがって、耐熱性、耐薬品性等の黒鉛の特性を有しているうえに、柔軟性に富み、圧縮復元性を備えている。この黒鉛製シートを１枚のみ、または薄手のものを複数枚挟み込んで収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃとすることができる。また、このほか、黒鉛フィルム、炭素繊維ペーパ、炭素繊維フェルト、炭素繊維クロスなども好適に利用される。
【００１４】
隙間Ｓ１の大きさ（収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃの厚さ）は、スリーブ分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃの伸長量（矢印▲２▼方向の変化量）によって決まるが、この変化量▲２▼は、被焼結物１とダイス４の膨張量の差に依存している。つまり、被焼成物１のほうがダイス４よりも大きく膨張し、スリーブ５１は矢印▲１▼方向に圧縮応力を受ける。しかし、スリーブ分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃの介在によって矢印▲２▼方向に伸びることができるので、この圧縮応力▲１▼を緩和させることができる。また、スリーブ分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃも自身の熱膨張係数の値に応じて熱膨張するが、ゆとりのある矢方向▲２▼方向に伸長するので、圧縮応力▲１▼を増加させることはない。このときの分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃの変化量▲２▼によって、隙間（収縮部材の厚さ）Ｓ１の大きさが決定される。また、分割面は加工の容易さの観点から、フラットにし、傾斜（テーパ）は設けない。
【００１５】
前述のように分割面間Ｓ１に挿入される収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃにより、分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃには周方向（矢印▲２▼方向）に伸長するゆとりが生じる。分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃにかかる圧縮応力▲１▼は、分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃが周方向に伸長することで緩和される。
また、収縮部材６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、熱応力発生時には、分割片５１ａ、５１ｂ、５１ｃの伸長▲２▼によって圧縮され、より強く、分割面間Ｓ１を締結する。したがって、分割面間Ｓ１に粉体材料が侵入するおそれは全く生じない。
【００１６】
図２において、スリーブ５２は、２つの分割片５２ａ、５２ｂからなり、各分割片５２ａ、５２ｂの分割面間Ｓ２に収縮部材６２ａ、６２ｂが挿入される。このばあいも図１のスリーブ５１と同様に、スリーブ分割片５２ａ、５２ｂおよび収縮部材６２ａ、６２ｂは、ダイスの内側に適宜の方法により嵌め込まれる。また、収縮部材６２ａ、６２ｂは、１枚または複数枚の可撓性黒鉛シートから形成されることが好ましい。このように、本発明では、スリーブの分割数は、３つに限らず、２つまたは４つ以上とすることも可能である。
【００１７】
図３において、スリーブ５３は、図１のスリーブ５１と同様に放射状に３つに分割されており、各分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃの分割面間Ｓ３に収縮部材６３ａ、６３ｂ、６３ｃが挿入されている。また、スリーブ５３の外径側にはダイス４との間に筒状の収縮部材６４が挿入される。この筒状の収縮部材６４によってスリーブ分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃは径方向（矢印▲３▼方向）に膨張しうるゆとりを得るので圧縮応力は緩和される。しかしながら、収縮部材６４の厚さＳ４は、極めて薄いものであり、分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃが、自らの熱膨張係数の値にしたがって、矢印▲４▼方向に伸長しうるよう調整される。これにより、圧縮応力の緩和と、分割面間Ｓ３への粉体原料の進入禁止という２つの効果が効率よく出現する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１乃至４記載の発明は、放射状に分割されたスリーブの分割面間に収縮部材を介在させたので、分割片が周方向に伸長しうるゆとりができ、熱応力を緩和させることができる。また、収縮部材はホットプレス成形中には分割片の伸長により圧縮される。したがって、被焼結物の原料であるセラミック粉体が分割面間に侵入するおそれが全くなく、バリのないきれいで滑らかな表面を有するセラミック製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のＣ／Ｃ製モールドの一実施例の要部横断面図である。
【図２】
本発明のＣ／Ｃ製モールドの他の実施例の要部横断面図である。
【図３】本発明のＣ／Ｃ製モールドのさらに他の実施例の要部横断面図である。
【図４】本発明のＣ／Ｃ製モールドの縦断面図である。
【図５】従来のＣ／Ｃ製モールドの一例の横断面図である。
【図６】従来のＣ／Ｃ製モールドの一例の横断面図である。
【図７】従来のＣ／Ｃ製モールドの一例の横断面図である。
【図８】従来のＣ／Ｃ製モールドの一例の横断面図である。
【符号の説明】
１ 被焼結物
２、３ 上および下パンチ
４ ダイス
５、５１、５２、５３ スリーブ
６１、６２、６３、６４ 収縮部材

Claims (4)

1. 円柱状内部空間を有する炭素繊維強化炭素材料製のダイス内に黒鉛製のスリーブが配設されているホットプレス用モールドであって、前記スリーブは、放射状に分割された複数箇の分割片からなり、各分割片の分割面間に収縮部材を介在させてなることを特徴とする炭素繊維強化炭素材料製ホットプレス用モールド。
2. 前記スリーブとダイスのあいだに、筒状に収縮部材を設けてなる請求項１記載の炭素繊維強化炭素材料製ホットプレス用モールド。
3. 前記各分割片の分割面間に介在させてなる前記収縮部材が、可撓性を有する黒鉛シートである請求項１または２に記載の炭素繊維強化炭素材料製ホットプレス用モールド。
4. 前記スリーブとダイスのあいだに設けてなる前記収縮部材が、可撓性を有する黒鉛シートである請求項２に記載の炭素繊維強化炭素材料製ホットプレス用モールド。

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