JP6066827B2 - セラミックス成形体の製造装置および製造方法 - Google Patents
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鋳込み成形では、多孔質状の成形型の毛細管力によりスラリー中の溶媒が鋳型中に吸引除去され、成形型と接する面より固形分が堆積しケーキ状となり着肉し、次第に密度の高い成形体が形成される。
また、管体やロールシェル形状の成形方法として、遠心力鋳込み成形用成形型に電極を設け、直流電圧を印加することによって発生する電気泳動を用いて厚肉で均一な密度の成形体を供する方法が考案されている(例えば特許文献2)。
図1は、本発明の実施の形態1のセラミックス成形体の製造装置(鋳込み成形型を主構成とする。)を用いて製造したセラミックス成形体1を示す上面図および側面図よりなる構成図である。このセラミックス成形体1を製造する場合の鋳込み成形型の基本構成は図2に示す通りであり、例えば石膏よりなる多孔質状の鋳込み成形型は、外型2と中子3によって構成され、外型2の凹部と中子3の凸部とで形成される窪みがキャビティ8である。また、図2に示すように、外型2の上端外周部は、中子3の上端外縁部によって蓋をされた状態となっている。鋳込み時には、外型2に開口された鋳込み口9から、スラリーを流し込んで鋳込み成形を行う。
図において、外型2と中子3と組み合わせたものが鋳込み成形型であり、両者を組み合わせたときにできる窪みであるキャビティ8に、鋳込み口9よりスラリーを注入し、図1に示すセラミックス成形体1を成形する。鋳込み成形型の外型2と中子3は多孔質状の石膏を使用して製作した。
図5は、この発明の実施の形態1における中子3製作時の要部を示す上面図(図5(a))および上面図のA−A断面図(図5(b))である。鋳込み成形型は粉末の半水石膏に所定量の水と凝結遅延剤、膨張抑制剤等を添加したものを真空攪拌してスラリー化し、成形型を鋳込むための石膏マスター型12に石膏鋳込み口10よりスラリーを流し込んだ後、時間とともに半水石膏が化学反応により二水石膏化して凝結することにより形成される。二水石膏は針状結晶となり夫々の結晶が3次元構造的に絡み合うことにより連続気孔が形成され(多孔質状となり)、その後の、セラミックス成形体1の鋳込み時には、この連続気孔により生ずる毛細管力によりセラミックススラリー中の溶媒が吸引される。連続気孔部の総体積は半水石膏に添加する標準混水量で決定され、半水石膏の種類であるα石膏とβ石膏の混合比率で標準混水量を制御する。今回は標準混水量が一般的な60重量部となるように調整した。
なお、中子3は、図4、図5では、石膏部分を指し示しているが、中子3の内部には管状通気部6、支柱7が、上部にはプレート11が配置され、これらは一体構造となっている。
次に、図4で示した構成の成形型の鋳込み口9より前述のスラリーを加圧鋳込み装置にてキャビティ8内を充満するまで気泡を巻き込まないように2分間の時間をかけて注入した(第一の工程)。
上述の実施の形態1において、鋳込み成形型の中子3側(凸状部)に、管状通気部6を設け、中子3の表面からスラリー中の溶媒(分散媒)を吸引する手段について示したが、同様に、外型2にも管状通気部(別の管状通気部)に相当するスラリー中の溶媒を吸引する手段(図示せず)を設け、セラミックススラリー鋳込み時に、中子3側から吸引する際に、外型2側からも吸引を行うように構成することも可能である。その際、外型2は、外気に晒される表面が中子3よりも広く、溶媒の吸水性が大きいことを考慮し、外型2の管状通気部(別の管状通気部)は、中子3の管状通気部6よりも小さい吸引力で吸引して、外型2側、中子3側からの吸水性が均一となるように減圧状態を調節する。
なお、外型2に設ける管状通気部は、外型2自体を石膏スラリーで形成する際に、溶媒を排出させるために減圧して用いることも可能である。
図6は、この発明の実施の形態2における鋳込み成形型の要部を示す上面図(図6(a))および上面図のA−A断面図(図6(b))である。図において、外型2と中子3と組み合わせたものが鋳込み成形型であり、両者を組み合わせたときにできるキャビティ8に鋳込み口9よりスラリーを注入し、図1に示すセラミックス成形体1を成形する。成形型の外型2と中子3は実施の形態1と同様に石膏を使用して製作した。成形体のサイズも実施の形態1と同じ外径がφ300mm、高さが550mm、肉厚が20mmの坩堝状のものとした。上述の実施の形態1においては、管状通気部6は、らせん形状部を有する1本の管体により形成された例を示したが、この実施の形態3では、直線状の管状通気部60が複数本配置される場合を例示する。なお、実施の形態1の場合は1本の管状通気部6を用いたため、その端部となる管状通気部接続部6aは1箇所であったが、本実施の形態3の場合は、管状通気部60の本数だけ端部が存在する。そのため、真空ポンプに接続する際には、各管状通気部60(ガラススリーブ)にジョイントで配管を接続し、マニホールド等で1流路に集約した上で、減圧する構成とする。
石膏が硬化した後に、管状通気部位置決め治具14を成形型より抜き取るとガラススリーブのみが成形型に残される形となり、直線形状の管状通気部60が、中子3の凸形状の側面部内側(表面から距離Bだけ内側)に埋設された状態に出来上がる。
図6の管状通気部60で示す部分を、中空部よりなる通気部(通気用孔部が設けられた管状通気部の一例)とする方法では、ガラススリーブを用いないため、石膏が硬化した後の治具と石膏との固着により、治具の抜き取りが困難となることが考えらえるが、その対策例を次に述べる。
対策例2、ガラススリーブ挿入部14aに抜きテーパを設け、材質を鉄系の金属または非鉄系の金属とし表面にフッソ系樹脂をコーティングし、更にその上から離型剤としてカリ石鹸を塗布する。
対策例3、ガラススリーブ挿入部14aに抜きテーパを設け、材質をフッソ系樹脂とする。ガラススリーブ挿入部14aに抜きテーパを設け、材質をフッソ系樹脂とし、更にその上から離型剤としてカリ石鹸を塗布する。
対策例4、ガラススリーブ挿入部14aに抜きテーパを設け、材質を鉄系の金属または非鉄系の金属とし面粗度をRaで1.6a以下とする。
対策例5、ガラススリーブ挿入部14aに抜きテーパを設け、材質を鉄系の金属または非鉄系の金属とし面粗度をRaで1.6a以下とし、更にその上から離型剤としてカリ石鹸を塗布する。
出来上がった中子3側の管状通気部60を、実施の形態1と同様に成形中に真空ポンプなどで減圧することにより、鋳込みにより形成される成形体の外面側と内面側で均一な粒度分布を持った、成形密度を同様とするセラミックス成形体1を提供することができる。
上述の実施の形態3では、中子3の凸状部が軸対称となる円柱形状であったが、この実施の形態4では、中子3の凸状部が軸対称の形状ではない場合(例えば、得られる成形体が角型坩堝状の場合。)について説明する。
図8は、この発明の実施の形態4における鋳込み成形型の2方向の断面図を示しており、図8(a)は成形体の軸に垂直な断面図を、図8(b)は、軸に沿った方向の断面図(A−A断面図)である。図において、外型2と中子3と組み合わせたものが鋳込み成形型であり、中子3は、その凸状部が四角柱の形状であり、両者を組み合わせたときにできるキャビティ8に鋳込み口9よりスラリーを注入することで、底付き四角筒形状の成形体を成形する。成形型の外型2と中子3は実施の形態1と同様に石膏を使用して製作した。
このように軸対称でない形状のセラミックス成形体の鋳込み成形で中子3を要するものについても、中子3に管状通気部61を配置し、鋳込み成形時に該管状通気部61を真空ポンプなどで減圧することにより、成形体の外面側と内面側で均一な粒度分布を持った成形体を提供することができる。
図9は、この発明の実施の形態5におけるセラミックス成形体の鋳込み成形型の要部を示す上面図(図9(a))および上面図のA−A断面図(図9(b))、中子3に管状通気部62を配置形成する際に用いる石膏マスター型中子15の側面図(図9(c))である。図において、外型2と中子3と組み合わせたものが成形型であり、両者を組み合わせたときにできるキャビティ8に鋳込み口9よりスラリーを注入し、中空部である管状通気部62の開口端を蓋部13で閉じ、蓋部13に設けた貫通孔にポンプを接続するなどして中空部内部を減圧し、セラミックス成形体1を成形する。鋳込み成形型の外型2と中子3は実施の形態1と同様に石膏を使用して製作した。成形体のサイズも実施の形態1と同じ外径がφ300mm、高さが550mm、肉厚が20mmの坩堝状のものとした。管状通気部62を除く中子3の製作方法についても実施の形態1と同様であるため、管状通気部62の製作方法につき詳しく説明する。
出来上がった中子3にステンレス等で作られた蓋部13を被せた後に、管状通気部62を実施の形態1と同様に成形中に真空ポンプなどで減圧することにより、セラミックス成形体の外面側と内面側とが均一な粒度分布を持った組成となるように製作をすることが可能である。
Claims (7)
- セラミックス原料を溶媒に分散させたスラリーが注入される外型と中子よりなる多孔質状の鋳込み成形型、上記中子の内部に埋設され、通気用孔部が設けられた管状通気部を備え、上記中子内において、近接する上記管状通気部間の距離Cと、上記管状通気部から上記中子の表面までの距離Bが、B×3>C、かつ、C×5>Bの関係式を満たす構成であり、上記鋳込み成形型内に流し込まれる上記スラリー中の溶媒を、上記管状通気部内を減圧することによって吸引するようにしたことを特徴とするセラミックス成形体の製造装置。
- 上記外型の内部に埋設され、通気用孔部が設けられた別の管状通気部を備え、上記外型の上記別の管状通気部は、上記中子の上記管状通気部よりも小さい吸引圧で吸引されるようにしたことを特徴とする請求項1記載のセラミックス成形体の製造装置。
- 通気用孔部が開口された上記管状通気部は、らせん形状部を有し、上記中子内に埋設される支柱に上記らせん形状部が係止された状態で配置されることを特徴とする請求項1または請求項2記載のセラミックス成形体の製造装置。
- 通気用孔部が開口された上記管状通気部は、直線状に形成され、複数本が所定間隔を隔てて互いに平行に配置されることを特徴とする請求項1または請求項2記載のセラミックス成形体の製造装置。
- 上記管状通気部は、上記中子内に設けられた中空部によって構成されることを特徴とする請求項1または請求項2記載のセラミックス成形体の製造装置。
- 請求項1から5のいずれか一項記載のセラミックス成形体の製造装置を用いたセラミックス成形体の製造方法であって、セラミックス原料を溶媒に分散させたスラリーを、外型と中子よりなる多孔質状の鋳込み成形型内に流し込む第一の工程、上記中子内に配設され、通気用孔部が設けられた管状通気部の内部を減圧し、鋳込み成形時の上記スラリー中の溶媒を、上記中子の表面から内部側の上記管状通気部に吸引し外部に排出させるとともに、上記中子の表面に上記スラリー中の微細粒子を堆積させてセラミックス成形体を得る第二の工程、上記鋳込み成形型から上記セラミックス成形体を脱型させ、乾燥させて焼成する第三の工程を含むセラミックス成形体の製造方法。
- 上記第二の工程において、上記外型内に配設され、通気用孔部が設けられた別の管状通
気部を、上記管状通気部の吸引圧よりも小さな吸引圧で吸引することを特徴とする請求項
6記載のセラミックス成形体の製造方法。
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