JPH05169411A - セラミック部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、生の成形体を加工する場合、固定保
持され加工基準部分となる保持対象部及び／又は加工対
象部の強度を増しクラックの発生を防止することを目的
とする。 【構成】本発明のセラミック部品の製造方法は、セラミ
ック粉末、バインダ、溶媒などから成形用原料を調合す
る原料調合工程と、該成形用原料を用いて成形し生成形
体１を得る成形工程と、該生成形体１を脱脂及び焼成す
る前に該生成形体１の保持対象部１０を保持して該生成
形体１の加工対象部１１を加工する加工工程とを含むセ
ラミック部品の製造方法において、前記加工工程では、
前記保持対象部１０及び／又は加工対象部１１を冷却固
化させた状態で保持して前記加工対象部１１を加工する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック部品の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にセラミック部品の製造方法では、
焼成体を目的とする最終形状に仕上げ加工（研削加工）
するに際し、前記焼成体は硬く加工が困難なため、その
加工量を少なくして加工コストを低減することが望まし
い。このため、成形工程で得られた生成形体を本焼成前
に仮焼する仮焼工程及び仮焼成形体を前記最終形状に近
い形状にまで加工する一次加工（旋削加工）工程を取り
入れている。ところが前記仮焼工程は、生成形体の仮焼
に伴う加熱昇降温パタ−ンの制御及び動力費が必要なこ
とや、工数が増すことによる全工程のリ−ドタイムが長
くなること等、製造方法全体としてのコストが増す。

【０００３】そこで前記不具合を解消するための方法と
して例えば、特公平２−３１６４８号公報には、射出成
形後の射出成形体（脱脂及び焼成していない生の成形
体）を、実質的な最終形状に切削加工し、その後脱脂及
び焼成するセラミック部品の製造方法が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特公平２
−３１６４８号公報に開示されたセラミック部品の製造
方法では、脆い生の成形体の加工対象部を切削加工する
とき、例えば固定用治工具等で固定保持される保持対象
部（加工基準となる部分）が、加工反力を受けたとき、
また加工対象部が、これに耐えうる強度の不足からクラ
ックが発生し易い。

【０００５】本発明は、生の成形体を加工する場合、固
定保持され加工基準部分となる保持対象部及び／又は加
工対象部の強度を増しクラックの発生を防止することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック部品
の製造方法は、セラミック粉末、バインダ、溶媒などか
ら成形用原料を調合する原料調合工程と、該成形用原料
を用いて成形し生成形体を得る成形工程と、該生成形体
を脱脂及び焼成する前に該生成形体の保持対象部を保持
して該生成形体の加工対象部を加工する加工工程とを含
むセラミック部品の製造方法において、前記加工工程で
は、前記保持対象部及び／又は加工対象部を冷却固化さ
せた状態で保持して前記加工対象部を加工することを特
徴とする。

【０００７】原料調合工程で用いるセラミック粉末は、
生成形体の主原料となるもので、例えば窒化珪素、炭化
珪素、アルミナ、シリカ、チタン酸アルミニウム、ジル
コニア等の粉末を用いることができる。また、前記セラ
ミックス粉末は、前記主原料の種類に対応した種々の焼
結助剤を用いることができる。バインダとしては、ヒマ
シ脂肪酸、マイクロ、バイカン等を用いることができ
る。

【０００８】溶媒は、水系のものや、非水系のものを使
用することができる。また非水系のものとしては、エタ
ノ−ルや、イソパラフィン等を用いることができる。成
形工程は、前記原料調合工程で調合された成形用原料が
スラリ−状で用いられる。例えば、射出成形、鋳込み成
形により目的の形状をもつ生成形体を得る工程である。
生成形体とは、脱脂及び焼成していない生の成形体を称
す。

【０００９】本発明の最も特徴とするところは、成形工
程の次に実施される加工工程にある。この加工工程で生
成形体の保持対象部及び／又は加工対象部を冷却固化さ
せるには、例えば、液体窒素、液体ヘリウム等の超低温
の冷却媒体を用いることができる。また、前記冷却媒体
により冷却固化させる対象としては、前記保持対象部の
他、前記加工対象部を冷却固化させることが好ましい。
冷却媒体の噴射対象部に対する噴射量は、目的に応じて
種々設定することができる。冷却固化させられた保持対
象部及び／又は加工対象部は、加工時に受ける加工反力
に耐える硬度が得られる。従って保持対象部は、加工対
象部の加工に伴って加工反力を受けても、クラックや破
損を起こさず、加工基準位置が変位しないため、加工対
象部の加工精度を低下させない。また加工対象部は、加
工具が当接した部分のクラックや破損を防止でき目的と
する形状に加工できる。角度を変化したり、目的に応じ
た使用位置に移動可能に保持して使用してもよい。

【００１０】

【作用】本発明のセラミック部品の製造方法は、原料調
合工程と、成形工程と、加工工程とが順次実施される。
原料調合工程では、セラミック粉末、バインダ、溶媒を
混合、攪拌することにより成形用原料が調合される。

【００１１】成形工程では、前記原料調合工程で得られ
た成形用原料を用いて成形することにより、目的の最終
形状に加工代分を備えた肉厚形状の生成形体が得られ
る。加工工程では、前記成形工程で得られた生成形体を
脱脂及び焼成する前に、前記生成形体の保持対象部及び
／又は加工対象部を、液体窒素等の冷却媒体によって冷
却固化させ、加工時に作用する加工反力に耐えうる硬度
をもつ状態となして保持する。そしてこの状態で加工対
象部を加工する。すると生成形体の保持対象部及び／又
は加工対象部には、加工対象部の加工に伴う加工反力が
作用しても、充分に耐え、クラックや破損が発生しな
い。なお、前記加工工程で所定の形状に加工された後の
生成形体は、従来の製造方法と同じように脱脂及び焼成
される。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）実施例１のセラミック部品の製造方法は、
原料調合工程と、成形工程と、加工工程とが順次実施さ
れる。原料調合工程では、主原料として窒化珪素（Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ）粉末、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）、イットリア（Ｙ₂ Ｏ₃ ）粉末、溶媒としてミ
ネラルスピリット、分散剤としてマリアリムをボ−ルミ
ルにより混合粉砕した後、バインダとしてヒマシ脂肪
酸、マイクロ、バイカンを加えて攪拌混合し、エバポレ
ーター（凝縮機）により粘度が約１０００センチポイズ
のスラリ−を得た。

【００１３】成形工程では、予めタ−ビンホイ−ル形状
のキャビティを備えた射出成形用金型（図示せず）が準
備される。そして型温が５０℃に保持された前記金型の
キャビティに、８０℃のスラリーが注入される。なお、
このスラリーは、前記注入前に所定の値に減圧され、内
部気泡が除去されている。金型のキャビティに注入され
たスラリーは、所定時間、所定圧力で加圧された状態に
保持された後、タ−ビンホイ−ル形状を備えた生成形体
１（図２参照）として金型より取り出される。この生成
形体１は、加工工程で加工除去される加工代分の肉厚を
もち、加工に際し保持対象部１０となる一方の軸先端部
分に保持用センタ−穴１００が形成された未加工タ−ビ
ンホイ−ルである。この生成形体１は所定時間乾燥され
た後、次の加工工程で加工される。

【００１４】加工工程に際して予め図１に示されるよう
に、加工装置２が準備される。この加工装置２は、ベ−
ス部材２０と、ベ−ス部材２０に垂直に保持され軸線方
向に沿って進退移動調節可能な芯押しセンタ−２１と、
芯押しセンタ−２１の上方に所定の間隔を隔だてて配設
され、生成形体（加工対象物）１を支えて定位置に保持
固定するリング状支持部２２ａをもつ位置決めプレ−ト
２２と、芯押しセンタ−２１と同一軸線上で対向し、先
端に加工用ドリル２３ａを装着した回動軸２３と、冷却
装置２４と、よりなる。

【００１５】なお、前記回動軸２３は、図略の駆動部に
より所定の回転数で回動するとともに、軸線方向に沿っ
て往復移動できるようになっている。また前記冷却装置
２４は、内部に収容した液体窒素を適時気化した超低温
の窒素として必要量、外部に取り出すことが可能な制御
弁２４０ａを備えたボンベ２４０と、ボンベ２４０から
冷却媒体通路２４１を介して圧送された超低温の窒素
を、冷却固化対象位置に噴射する噴射ノズル２４２とよ
りなる。噴射ノズル２４２は、図１においてはベ−ス部
材２０の定位置に固定保持して使用する場合を示した
が、これに限定されるものではなく、噴射角を変化した
り、目的に応じた使用位置に移動可能に保持して使用し
てもよい。

【００１６】そして加工工程では、まず前記成形工程で
得られ脆さを有する生成形体１は、図２に示されるよう
に、保持対象部１０が加工装置２の芯押しセンタ−２１
の先端面２１０に載置され、保持用センタ−穴１００が
芯押しセンタ−２１の先端突起２１１に嵌合される。ま
た生成形体１は、加工対象部１１側の軸部分の側周面１
１１が位置決めプレ−ト２２のリング状支持部２２ａに
よって、支えられる。

【００１７】これによって生成形体１は、加工装置２の
加工定位置に保持固定される。次いで、生成形体１の加
工に先立ち、生成形体１の加工対象部１１の加工時に対
して最も強く加工反力がかかる加工基準部分となる保持
対象部１０が、冷却装置２４によって冷却固化され、前
記加工反力に耐える硬度となり、かつ機械的強度を高
め、脆さを解消できる。

【００１８】すなわち、冷却装置２４のボンベ２４０の
制御弁２４０ａを操作することにより、所定量の超低温
の窒素（Ｎ₂ ）が、ボンベ２４０から冷却媒体通路２４
１を介して圧送され噴射ノズル２４２より生成形体１の
保持対象部１０に噴射される。すると、保持対象部１０
は、瞬時に冷却固化され、機械的強度を高め、脆さを解
消できる。この後、回動軸２３が図略の駆動部により所
定の回転数で回動され、かつその先端のドリル２３ａを
加工対象部１１に押し付けて図３に示されるセンタ−穴
１１０を加工形成する。この加工時には、保持対象部１
０に最も強く加工反力がかかる。しかし生成形体１であ
っても、予め、超低温の窒素により瞬時に冷却固化され
て充分な強度をもつため、加工時にその加工基準面とな
る保持対象部１０が、生成形体１特有の脆さによるクラ
ックや、破損を発生させることがなく、加工対象部１１
を加工することができ、その加工精度を保持できる。

【００１９】なお、前記加工工程で所定の形状に加工さ
れた後の生成形体１は、従来の製造方法と同じように脱
脂及び焼成され、仕上げ加工する場合、前記加工工程で
加工精度が増した分、加工時間が短くて済む。従って、
実施例１によれば従来、セラミック部品の製造方法で成
形工程後の生成形体における加工時に、その加工基準面
となる保持対象部が生成形体の脆さによる強度不足から
発生するクラックや、破損等を解消でき、加工品質を増
すことができる。

【００２０】また、前記加工時に噴射ノズル２４２より
の超低温の窒素を、生成形体１の保持対象部１０に噴射
させることに加えて、生成形体１の加工対象部１１に対
しても、噴射ノズル２４２の噴射角度を変えて噴射し、
瞬時に冷却固化させた状態とすれば、加工対象部１１に
加工し易い硬度を付与でき、かつ前記ドリル加工時の加
工精度がさらに増す。

【００２１】（実施例２）実施例２のセラミック部品の
製造方法は、所定量の超低温の窒素を、前記実施例１の
噴射ノズル２４２より噴射するとともに、加工工程で用
いる加工装置２の加工用ドリル２３ｂ（図４参照）から
も噴射すること以外は、実施例１の場合と同じである。

【００２２】すなわち、前記加工用ドリル２３ｂは、そ
の軸線方向に沿って前記冷却媒体通路２４１に接続する
通路孔２４１ａ及びドリル刃先先端部に複数の噴射口２
４２ａを形成した構成となっている。このため、加工用
ドリル２３ｂにより生成形体１の加工対象部１１に対し
加工しつつ、ボンベ２４０から冷却媒体通路２４１を介
して通路孔２４１ａに圧送された所定量の超低温の窒素
を、複数の噴射口２４２ａより加工対象部１１に噴射で
きる。すると、加工対象部１１は、冷却固化してその硬
度を高めて加工精度を増すことができる。さらに加工用
ドリル２３ｂの加工に伴う発熱を、通路孔２４１ａに存
在する超低温の窒素による冷却作用で抑え、刃具として
の耐久寿命を伸ばす効果が得られる。

【００２３】なお、前記実施例１及び実施例２では、セ
ラミック部品の製造方法の加工工程において、それぞれ
生成形体１の保持対象部１０を冷却固化させた状態での
加工対象部１１及び冷却固化させた状態の加工対象部１
１に対し加工用ドリル２３ａ．２３ｂを用いて穿削加工
する場合を示したが、これに限定されるものではなく、
例えば、砥石を用いた研削加工、バイトを用いた切削加
工、等の加工を行うことができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のセラミック部品の製造方法は、
加工工程に最も特徴があり、この加工工程では、前記成
形工程で得られた生成形体を脱脂及び焼成する前に、少
なくとも保持対象部及び／又は加工対象部を、液体窒素
等の冷却媒体によって冷却固化させた状態で保持して加
工対象部を加工するものである。

【００２５】このため、生成形体の加工工程において保
持対象部及び／又は加工対象部は、前記冷却固化によっ
て加工時に受ける加工反力に耐える硬度が得られ、かつ
脆さを減小した状態で加工対象部の加工を行うことがで
き、加工精度が増す。また前記保持対象部の冷却固化と
ともに、加工対象部を前記冷却媒体によって冷却固化さ
せた状態で加工することにより、さらに加工対象部の加
工精度が増す。

【００２６】従って、本発明のセラミック部品の製造方
法によれば、従来、本焼成後の硬く加工しにくい焼成済
み成形体の仕上げ加工量を低減するため、脆い生成形体
に対し加工する場合、生成形体の保持対象部が、加工反
力を受けたとき、また加工対象部が、これに耐えうる強
度の不足からクラック及び破損を発生し易かったことを
解決できる。

【００２７】また、生成形体に対する加工工程に引き続
く脱脂、焼成後における仕上げ加工量を低減し、その加
工コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のセラミック部品の製造方法で用いる
加工装置の一部を断面して示す部分断面正面図。

【図２】図１における要部を拡大して示す部分拡大図。

【図３】実施例１のセラミック部品の製造方法で加工さ
れた後の加工対象部の断面を拡大して示す部分拡大断面
図。

【図４】実施例２のセラミック部品の製造方法で用いる
加工装置の要部断面を拡大して示す部分拡大断面図。

【符号の説明】

１・・・生成形体 １０・・・保持対象部 １１
・・・加工対象部 ２・・・加工装置 ２０・・・ベ−ス部材 ２１
・・・芯押しセンタ− ２２・・・位置決めプレ−ト ２３
・・・回動軸 ２３ａ・・・加工用ドリル ２４
・・・冷却装置 ２４０・・・ボンベ ２４
１・・冷却媒体通路 ２４２・・・噴射ノズル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック粉末、バインダ、溶媒などから
   成形用原料を調合する原料調合工程と、該成形用原料を
   用いて成形し生成形体を得る成形工程と、該生成形体を
   脱脂及び焼成する前に該生成形体の保持対象部を保持し
   て該生成形体の加工対象部を加工する加工工程とを含む
   セラミック部品の製造方法において、 前記加工工程では、前記保持対象部及び／又は加工対象
   部を冷却固化させた状態で保持して前記加工対象部を加
   工することを特徴とするセラミック部品の製造方法。