JPH0134122B2

JPH0134122B2 -

Info

Publication number: JPH0134122B2
Application number: JP57207243A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Matsuoka; Hajime Tai; Juji Yoshida; Koichi Inoe; Toshiji Murayama
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1989-07-18
Also published as: US4579705A; JPS5996912A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕本発明は、セラミツク製品の製造法、詳細には
複雑な形状にすることのできる機械加工方法によ
りセラミツク材料を成形し、この成形体を焼成し
てセラミツク製品を製造する方法に関する。〔発明の技術的背景および問題点〕酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、およびケ
イ化物などのセラミツク材料の焼結体からなるセ
ラミツク製品は、熱的、化学的、機械的、あるい
は電磁気的に優れた特性を有するため、多くの用
途に使用されているほか、その利用分野は拡大さ
れつつある。しかし、これらセラミツク製品は一
般的に硬くかつ脆いので、焼成後に所望の形状に
成形することが困難であるという加工上の欠点を
有する。そのため焼成前にセラミツク材料粉末を
所望の形状に成形し、種々の分野のセラミツク製
品を得ている。従来より、酸化物などのセラミツク材料の成形
法としては、鋳込み成形、ラバープレス、射出成
形、およびポツトプレスなどが用いられている
が、複雑な形状を有する製品を精度よく製造する
成形法としては、鋳込み成形および射出成形など
限られた成形法があるにすぎない。鋳込み成形では、セラミツク原料配合物を適当
な媒液に混合して泥しようをつくり、泥しように
流動性を与えながら所望の形状をもつ鋳型に鋳込
んで成形する。しかしこの成形法では、成形体内
部が不均一となりやすく、さらに使用する鋳型が
高価でありその製作に時間がかかることから、多
品種少量生産の場合には製造コストが非常に高く
なる欠点がある。射出成形では、セラミツク原料粉末に少量の可
塑剤、離型剤を配合し、加熱筒内で加熱して可塑
性を与え、加圧プランジヤーにより金型に射出し
て成形する。しかし、この成形法にも、次のよう
な問題点がある。すなわち、成形時に内部応力が
発生しやすくその後の焼成時に亀裂を生じるこ
と、また鋳込み成形と同様に金型が高価でありそ
の製造に時間を要することから多品種少量生産に
は適していないこと、である。これに対し、金属や木材などの加工における機
械加工によつてセラミツク成形できれば、セラミ
ツク製品の多品種少量生産にも適することにな
る。機械加工による成形法として、従来、セラミ
ツク原料粉末を種々の方法で一次成形し、これを
半乾燥、乾燥、あるいは素焼してから炭化タング
ステンや焼結アルミナのような耐摩耗材料を用い
た切削工具などで旋削し、またはフライス削りを
行なつて成形する方法があつた。しかし、従来の
機械加工による成形法では、穴、溝、平面、ある
いは回転加工による曲面等の簡単な形状への成形
に限られ、例えばタービンロータのように、複雑
でかつ薄肉部（羽根部）をもつような複雑形状を
有するものへの成形には用いられていなかつた。
これは、上述したように従来の機械加工法による
場合、一次成形体の強度が低いため、薄い成形部
を設けると破損による歩留りの低下が避けられな
いこと、ならびに従来のセラミツク機械加工法が
上述したような精密成形に適さないことによると
考えられる。〔発明の目的〕本発明の目的は、複雑形状の成形も可能なセラ
ミツク製品の製造方法を提供することである。〔発明の概要〕本発明者らは、上述の目的で研究した結果、セ
ラミツク材料の一次成形体（粗成形体）を一旦仮
焼して薄肉部を形成しても耐久性が得られる程度
の強度を有する仮焼成形体を得、これを機械加工
に際する摩擦熱の発生あるいは被切削体との付着
の少ない砥粒を固着した型の棒状切削工具を回転
させつつ彫刻加工し、その後仕上げおよび最終焼
成を行うことにより複雑形状への精密加工も可能
であることを見出し本発明を完成するに至つた。すなわち、本発明のセラミツク製品の製造方法
は、下記の工程(イ)ないし(ホ)を含むことを特徴とす
るものである。 (イ) セラミツク粗成形体を仮焼して彫刻加工に適
した硬度を有するセラミツク仮焼成形体を得る
工程、 (ロ) 得られたセラミツク仮焼成形体を、該セラミ
ツク仮焼成形体と同一ないし近似した材質なら
びに硬度からなる共材を介して彫刻加工用の治
具に固定する工程、 (ハ) 砥粒を表面に固着したチツプを端部に有する
棒状切削工具をその軸中心に回転させながら、
前記セラミツク仮焼成形体を所望形状に彫刻加
工する工程、 (ニ) 彫刻加工されたセラミツク仮焼成形体の彫刻
加工面を研磨仕上げする工程、および (ホ) 前記工程(ニ)による加工後のセラミツク仮焼成
形体を焼成する工程。〔発明の実施例〕本発明を、図面を参照しつつ実施例について詳
細に説明する。すなわち、第１図で示すタービンロータを第２
図で示す工程順に従つて製造する例を説明する。たとえば、200〜400メツシユの窒化ケイ素粉末
100重量部に対してパラフイン７〜23重量部を添
加混合してセラミツク原料配合物を得、これをラ
バープレスにより１〜2ton／cm²の圧力で常温圧縮
して、ほぼ円筒状の外形を有する一次成形体を得
る。次いでこの一次成形体を、常法により旋削し
て第３図に示すように上部中央突起部１ａ、下広
がりの裾部を有する円筒状部１ｂ、直円筒部１
ｃ、および底部円筒状突起部１ｄからなる外形を
有するセラミツク粗成形体１を得る。このセラミ
ツク粗成形体には、第１図に示すロータの最終形
状輪部に機械加工する際のトリシロおよび後述す
る仮焼ならびに最終焼成の縮みシロとして１〜３
mmを残す。次いで上記粗成形体を窒素雰囲気中200〜600℃
程度の温度に加熱してバインダーとしてのパラフ
インを分解除去し、更に、1000〜1500℃で30〜
300分間仮焼して機械加工に適した硬度の仮焼粗
成形体を得る。この仮焼成形体の仮焼は、過剰で
あると後述する彫刻加工用工具の摩耗が激しくな
り、過少であると機械加工による薄肉成形部の強
度が保持できなくなる。しかして仮焼粗成形体の見かけのモース硬度
（標準鉱物によるひつかきにより測定され、セラ
ミツク粒子自体の硬度に加えて粒子相互間の結合
強度も含まれる）が後述する彫刻加工用工具に固
着した砥粒より１〜９度程度低い状態となるまで
仮焼することが好ましい。仮焼度の制御は仮焼時
間にもよるが、仮焼温度が大きな影響を有し、上
記した窒化ケイ素の場合、1470〜1490℃が適当で
ある。この際の仮焼温度の変化によるセラミツク
成形体の収縮率の変化を第４図に示す。第４図か
らわかるように1470〜1490℃での仮焼による収縮
率（＝仮焼前長さ／仮焼後長さ）は約1.015〜約
1.030であつた。次いで必要に応じて、この段階でさらに旋削工
具（超硬工具あるいは砥粒を固着した型のいずれ
でもよい）あるいはバフ仕上げにより第３図の１
ｃの下面（および１ｄの側面）の平滑化を行い、
この面にエポキシ系接着剤を塗布して仮焼セラミ
ツク粗成形体と同一材質からなる共材２とを接着
し、更にこの共材にカーボン製取付材３を同様に
接着し、この取付ベース材３をボルト４を介して
治具５に第５図のように固定する。共材２は、その後の彫刻加工に際して割れ欠け
などを防止する補強材として用いられ、機械加工
前のセラミツク仮焼成形体表面に密着するように
固定することが好ましい。この共材の形状および
密着される表面箇所は、目的とする機械加工によ
つて適宜決められる。この共材の材質は、切削
中、セラミツク仮焼成形体と共材との間の急激な
切削抵抗変化が起らないものがよく、好ましく
は、セラミツク仮焼成形体と同じ材料から同じ処
理をしたものである。取付ベース材３は、これを介して被加工物と工
作機械とを取付けるために使用され、この材質
は、たとえばカーボン材などのボルト締めが可能
で軽いものが好ましい。セラミツク仮焼成形体と共材および共材と取付
ベース材との固着方法は、機械加工中に確実に固
着し、加工後セラミツク成形体に割れ欠けなどの
影響なく除去できる方法が好ましい。たとえば、
接着剤で固着する場合、機械加工後加熱して接着
剤を分解させて共材および取付ベース材を除去す
ることができる。必要に応じて共材および取付ベース材を固着し
たセラミツク仮焼成形体の外周を、焼成による縮
みと最終仕上げのトリシロを考慮して0.4〜0.5mm
残して超硬工具で更に旋削する。次いで、本発明にしたがい、端部に80〜400メ
ツシユのダイヤモンド砥粒を固着させた第５図に
その概形を示す円錐棒状切削工具を同時多軸制御
のNC工作機械に取りつけ工具の軸の中心に回転
しながら工具を多軸制御してセラミツク仮焼成形
体を所望の形状に彫刻加工する。より詳細には、
彫刻加工用の工具は、ダイヤモンド砥粒を分散し
たニツケル電解液中に、たとえば工具鋼からなる
チツプ芯材を挿入し、電界金属膜の付着に際しこ
の金属とともにダイヤモンド砥粒をチツプ表面に
電着したもの（ダイヤモンド電着工具）が好適に
用いられる。彫刻加工は、たとえば、第７図ａないし第７図
ｃに順次示す手順により行う。最初に、第７図ａ
に示すように上面の溝入れを約２mmの深さで行な
つた。これは、その後の加工で上面がはがれて羽
根部に割れ欠けと生じるのを防止するためであ
る。次に、第７図ｂに示すように羽根と羽根との間
を彫刻加工し、羽根面に対し0.4mmと0.1mmとのト
リシロを残すように２回にわたつて彫刻加工をし
た。最後に、第７図ｃに示すように前工程で削り残
した部分を切削した。なお、本発明で彫刻加工とは、端部に刃部を持
つ棒状切削工具をその軸中心に回転しながら、こ
の工具を所望加工位置に移動制御して彫刻を行う
ように切削加工することをいい、従来の工具の回
転、あるいは直線状移動による一般の旋削加工と
は区別されるものである。彫刻加工された面は、第７図ｄのように研磨仕
上げを行なつた。研磨仕上げ工程では、切削工具
が焼結タングステンカーバイト等の超硬工具であ
る以外は彫刻加工と同様に加工した。研磨仕上げは、チツプを除いて彫刻加工と同じ
工具の形状、および工作機械を用いることがさら
に好ましい。この工具のチツプは、タングステン
カーバイト、チタンカーバイトまたは酸化アルミ
ニウムを主体とした焼結物およびこれに類したも
のが好ましい。研磨仕上げ後の表面粗さはセラミ
ツクスの強度に強く影響する。下表は、実施例と
同じ窒化ケイ素セラミツク成形体の試験片を用い
て刃先がタングステンカーバイトである切削工具
（超硬工具）とダイヤモンド砥粒を電着した切削
工具（電着工具）とによる表面粗さと曲げ強度を
示す。

〔発明の効果〕

本発明によつて、焼成前に機械加工により複雑
な形状に成形してセラミツク製品を製造すること
ができ、さらにこの複雑な形状を有するセラミツ
ク製品を安価に短期に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、完成後のタービンロータの斜視図、
第２図は、実施例の工程順を示すブロツク図、第
３図は、実施例のセラミツク粗成形体の斜視図、
第４図は、仮焼温度と収縮率との関係図、第５図
は、セラミツク仮焼成形体を工作機械に取付けた
状態を示す図、第６図は、実施例の彫刻加工およ
び研磨仕上用の切削工具の概形を示す図、第７図
は、実施例の彫刻加工および研磨仕上の工程手順
を示す図、第８図は、溝が設けられた第６図の切
削工具の概形を示す図である。１…セラミツク仮焼成形体、１ａ…上部中央突
起部、１ｂ…裾部を有する円筒状部、１ｃ…直円
筒部、１ｄ…底部円筒状突起部、２…共材、３…
取付ベース材、４…ボルト、５…治具、６…ダイ
ヤモンド電着工具、７…超硬工具、８…溝。

Claims

【特許請求の範囲】１下記の工程(イ)ないし(ホ)を含むことを特徴とす
る、セラミツク製品の製造法。 (イ) セラミツク粗成形体を仮焼して彫刻加工に適
した硬度を有するセラミツク仮焼成形体を得る
工程、 (ロ) 得られたセラミツク仮焼成形体を、該セラミ
ツク仮焼成形体と同一ないし近似した材質なら
びに硬度からなる共材を介して彫刻加工用の治
具に固定する工程、 (ハ) 砥粒を表面に固着したチツプを端部に有する
棒状切削工具をその軸中心に回転させながら、
前記セラミツク仮焼成形体を所望形状に彫刻加
工する工程、 (ニ) 彫刻加工されたセラミツク仮焼成形体の彫刻
加工面を研磨仕上げする工程、および (ホ) 前記工程(ニ)による加工後のセラミツク仮焼成
形体を焼成する工程。２工程(ハ)で用いる棒状切削工具が、そのチツプ
表面への電着により砥粒を固着したものからな
る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。３砥粒がモース硬さ６以上を有する、特許請求
の範囲第１項または第２項に記載の方法。４砥粒がダイヤモンド粒子である、特許請求の
範囲第１項または第２項に記載の方法。５砥粒が80〜400メツシユの粒子からなる、特
許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項
に記載の方法。６工程(ハ)で用いる棒状切削工具が、その表面に
そのチツプ先端近傍からその支持部の方向に延在
する１以上の溝を有する、特許請求の範囲第１項
に記載の方法。