JPH054204A - セラミツクスの成形方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、クラックなどの発生が無い良好な
成形体を安定して製造することができるセラミックスの
成形方法および装置を提供することを目的とする。 【構成】本セラミックスの成形方法は、一定の製品形状
のキャビティ２０をもつ成形金型２に、セラミックス成
形用組成物４を注入し加圧、保圧してセラミックス成形
体を成形するセラミックスの成形方法において、前記キ
ャビティ２０に注入された前記組成物４の硬化に伴って
変化する硬度を硬度検出器２３により検出し該硬度が予
め設定された値以上となった時点で降圧し脱型して前記
セラミックス成形体の成形を終了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、セラミックスの成形方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックス成形体を成形する場
合、例えば、予め調整されて流動性をもつセラミックス
成形用組成物を、一定の製品形状のキャビティをもつ成
形金型に射出注入し、加圧し所定圧力で所定時間保圧し
て前記組成物を硬化させた後、降圧し脱型して成形を終
了している〔合成樹脂ＶＯＬ３４ＮＯ，２（１９８８・
２）Ｐ３５等〕。この成形の制御は、主として保圧時の
圧力と保圧時間で行なっている。そして得られた成形体
は、脱脂後、焼結されてセラミックス製品とされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のセラミック
スの成形方法では、組成物注入開始時点より−定の時間
が経過した時点で成形終了としている。従って、例えば
製造時のショット毎に、成形金型の温度や、成形用組成
物の流動特性などにバラツキがある場合、ショット毎に
成形された各セラミックス成形体の特性にバラツキが生
じ、脱脂時にクラックが発生する場合があった。また脱
脂時には、欠陥が目視できなくとも、焼結時にその欠陥
が表出する場合もある。

【０００４】本発明は、クラックなどの発生が無い良好
な成形体を安定して製造することができるセラミックス
の成形方法および装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本第１発明のセラミック
スの成形方法は、一定の製品形状のキャビティをもつ成
形金型に、セラミックス成形用組成物を注入し加圧、保
圧してセラミックス成形体を成形するセラミックスの成
形方法において、前記キャビティに注入された前記組成
物の硬化に伴って変化する硬度を検出し該硬度が予め設
定された値以上となった時点で降圧し脱型して前記セラ
ミックス成形体の成形を終了することを特徴とする。

【０００６】本第１発明の最大の特徴は、セラミックス
成形体の成形を終了する基準として、前記従来のように
組成物注入開始時点より−定の時間が経過した時点で終
了させる代わりに、セラミックス成形用組成物がキャビ
ティに射出注入された後、加圧、保圧されて硬化し成形
体となるとき、硬化に伴って変化する硬度を検出し利用
することにある。

【０００７】前記硬度を実測値（以下、実測硬度値と称
する）として検出する場合の検出位置としては、成形金
型内のセラミックス成形用組成物が存在している領域で
あればよく、例えばキャビティ領域や、キャビティに接
続しているスプル領域とすることができる。また、前記
組成物の硬化に伴って変化する硬度が予め設定された値
以上となったことを確認して制御するには、例えばマイ
クロコンピュタ−を利用することができる。このマイク
ロコンピュタ−は、前記成形方法によって成形を終了し
得られるセラミックス成形体の硬度を、予め目的とする
値に設定し、かつこれを基準値（以下、設定基準硬度値
と称す）として記憶する記憶素子部および実測硬度値と
前記設定基準硬度値とを比較演算し、その結果を信号と
して出力する比較演算部をもつものであることが好まし
い。

【０００８】また、前記設定基準硬度値は、例えば、Ｓ
ＲＩＳ−０１０１（日本ゴム協会標準規格）による硬度
測定で４０°〜９０°の範囲とすることができる。その
他、ＪＩＳ Ｋ６３０１あるいはＪＩＳ Ｋ２２３５等
による測定法でもよく、硬度の範囲は、用いるバインダ
ーにより大きく異なる。本第２発明のセラミックスの成
形装置は、前記第１発明のセラミックスの成形方法を実
施するためのもので、一定の製品形状のキャビティをも
つ成形金型と、該キャビティにセラミックス成形用組成
物を注入する装置とよりなりセラミックス成形体を成形
させる成形装置において、前記成形金型は、前記キャビ
ティ内で硬化した前記セラミックス成形体の硬度を検出
する硬度検出器をもつことを特徴とする。

【０００９】成形金型は、一定の製品形状のキャビティ
をもつもので、型温度を目的とする値に自由に調節する
ことができるものを用いることが好ましい。注入装置
は、前記キャビティにセラミックス成形用組成物を注入
するための手段として、例えばプランジャ−ユニットを
用いることができる。プランジャ−ユニットは、成形用
組成物を収容する加圧室をもつシリンダ−部と、加圧室
内の成形用組成物を加熱し射出に必要な温度に保つ加熱
部と、シリンダ−部に往復移動可能に保持され、その往
移動時に加圧室内の成形用組成物を前記キャビティに射
出注入でき、かつキャビティ内の成形用組成物を加圧
し、目的とする圧力で保圧できるプランジャ−と、プラ
ンジャ−を往復駆動する油圧駆動部とよりなる。油圧駆
動部は、硬度検出器により検出された前記成形金型内で
の成形体の硬度に対応した情報に基づいて、人為的な操
作によりプランジャ−の駆動状態を制御したり、あるい
は、自動的にプランジャ−の駆動状態を制御する制御部
をもつものを用いることができる。

【００１０】本第２発明の最大の特徴は、前記成形金型
のキャビティ内に、セラミックス成形用組成物が注入さ
れた後、加圧、保圧されて硬化し成形体となるとき、硬
化に伴って変化する硬度を検出する硬度検出器をもつこ
とにある。硬度検出器は、例えば、前記成形金型内での
組成物が硬化し成形体として成形されるとき、前記硬化
に伴って変化する硬度を検出できる位置に設置された硬
度センサ−を用いることができる。

【００１１】セラミックス成形用組成物は、成形金型の
キャビティに注入することができるように、セラミック
ス粉体に熱可塑性樹脂、ワックス等を加え加熱し流動体
となしたものや、セラミックス粉体に溶媒とゲル化剤を
加えたもの等を用いることができる。

【００１２】

【作用及び効果】第１発明のセラミックスの成形方法
は、第２発明のセラミックスの成形装置を用いて実施さ
れる。すなわち、成形装置の注入装置により、流動性の
セラミックス成形用組成物を成形金型の一定の製品形状
のキャビティに注入する。そしてキャビティに充填され
たセラミックス成形用組成物は、一定の圧力で加圧、保
圧され、硬化する。そしてこの硬化に伴って変化する硬
度を、硬度検出器により検出し、該硬度が予め設定され
た値以上となった時点で降圧し脱型して前記セラミック
ス成形体の成形を終了する。

【００１３】このように、本発明のセラミックスの成形
方法および装置により成形されたセラミックス成形体
は、それ自身の硬度が設定基準硬度値以上となっている
ため、成形体として一定以上の強度が得られる。かつ各
ショットにおける条件の変動に影響されることなく品質
を安定することができる。従って、脱脂時のクラックの
発生や、焼結時の欠陥の表出が防止され、不良率を低減
することができる。また、前記のようにして得られたセ
ラミックス成形体は、焼成して焼結体となした場合、焼
結収縮率のバラツキが小さく焼結体の形状の精度も向上
する。

【００１４】

【実施例】

（実施例）以下、本発明のセラミックスの成形方法およ
び装置の実施例を図１および図２に基いて説明する。本
実施例のセラミックスの成形方法は、図１に示されるセ
ラミックス成形装置１を用いて実施される。このセラミ
ックス成形装置１は、成形金型２と、装置３とよりな
る。

【００１５】成形金型２は、タ−ビンホイ−ル形状のキ
ャビティ２０と、キャビティ２０に接続するスプル２１
と、冷却水導入部２２と、硬度検出器２３とを備えてい
る。キャビティ２０には、スプル２１を介して射出装置
３よりのセラミックス成形用組成物４が射出注入されて
充填される。冷却水導入部２２は、冷却水導入路２２ａ
と冷却水排出路２２ｂを備え、型温度を冷却調節すると
ともにキャビティ２０およびスプ−ル２１に射出注入さ
れて充填されたセラミックス成形用組成物４を目的とす
る温度に冷却する働きをなす。

【００１６】硬度検出器２３は、キャビティ２０内で硬
化し成形されたセラミックス成形体に接続するスプ−ル
２１内での一部分の硬度を直接、実測硬度値として検出
し測定できる位置（図１参照）に配設され、前記実測硬
度値を信号として出力する。この硬度検出器２３は、そ
の出力側にマイクロコンピュタ−２４が接続されてい
る。マイクロコンピュタ−２４は、図略の記憶部と比較
演算部とをもつ。記憶部には、予め目的とする値に設定
したセラミックス成形体硬度が、基準値（以下、設定基
準硬度値と称す）とし入力され記憶される。比較演算部
は、硬度検出器２３から出力された信号により伝達され
た実測硬度値と予め前記記憶部に入力されている設定基
準硬度値とを比較演算しその演算結果に基づき射出装置
３の圧力制御部３２に信号として出力する。また、前記
設定基準硬度値は、例えば、ＳＲＩＳ−０１０１による
硬度測定で７０°以上の範囲に設定される。

【００１７】Ｊ射出装置３は、セラミックス成形用組成
物（以下、成形用組成物と称す）４を製造するための調
整攪拌機３０と、成形用組成物４を成形金型２に供給す
るためのプランジャ−ユニット３１と、プランジャ−ユ
ニット３１を圧力制御するための圧力制御部３２とより
なる。調整攪拌機３０は、射出成形に用いる成形材料と
なる流動性の成形用組成物４を製造するため、後で述べ
るセラミックス粉、溶媒、分散剤等を加熱した状態で混
合し攪拌して調整するとともに、成形用組成物４を前記
成形金型２のキャビティ２０に供給するための供給源と
なる。この調整攪拌機３０は、内部に攪拌部材３００を
備えた攪拌槽３０１と、攪拌槽３０１内部を加熱する加
熱部３０２と、攪拌槽３０１内を加圧および減圧する加
圧管３０３および減圧管３０４と、一端を攪拌槽３０１
の底部３０１ａに接続し、他端を後で述べるプランジャ
−ユニット３１のシリンダ−部３１０の加圧室３１０ａ
に接続するとともに開閉バルブ３０６を備えた第１供給
通路３０５とよりなる。

【００１８】プランジャ−ユニット３１は、前記調整攪
拌機３０から成形用組成物４を供給される加圧室３１０
ａをもつシリンダ−部３１０と、加圧室３１０ａ内の成
形用組成物４を加熱し射出に必要な温度に保つ加熱部３
１１と、シリンダ−部３１０に往復移動可能に保持さ
れ、その往移動時に加圧室３１０ａ内の成形用組成物４
を前記キャビティ２０に射出注入するとともに、射出注
入後の成形用組成物４を加圧および一定の圧力で保圧す
るプランジャ−３１２と、プランジャ−３１２を往復駆
動する油圧駆動部３１３と、加圧室３１０ａより成形金
型２のキャビティ２０およびスプル２１に接続するとと
もに開閉バルブ３１４を備えた第２供給通路３１５とよ
りなる。

【００１９】圧力制御部３２は、成形金型２のキャビテ
ィ２０内で成形用組成物４が加圧、保圧されていると
き、硬度検出器２３により検出された実測硬度値と予め
前記記憶部に入力されている設定基準硬度値とを比較演
算するマイクロコンピュタ−２４の比較演算部より出力
された出力信号に応じて、前記プランジャ−ユニット３
１の油圧駆動部３１３に駆動指令を出力し、プランジャ
−３１２を復移動して加圧、保圧状態の解除の制御を行
うものである。

【００２０】以下、前記成形装置１を用いて、成形方法
を実施する場合を説明する。まず、成形方法を実施する
に先立ち前記射出装置３により射出される成形用組成物
４が調整攪拌機３０により製造される。この成形用組成
物４は、窒化珪素粉末９０ｗｔ％とイットリア粉末５ｗ
ｔ％とアルミナ粉末５ｗｔ％とよりなる組成のセラミッ
クス粉末７５ｗｔ％と、イソパラフィン２５ｗｔ％と
に、分散剤として〔サンノプコ（株）製のＳＮディスパ
ーサント４１１５（商標）〕を５ｗｔ％を添加してボー
ルミルでサスペンション化したものを調整攪拌機３０の
攪拌槽３０１内に入れ攪拌、混合したものを加熱部３０
２により加熱して８０°Ｃ以上の温度に保ち、１２−ヒ
ドロキシステアリン酸を１０ｗｔ％添加して攪拌部材３
００により３時間混合、調整して得られた粘度５００ｍ
Ｐａ．ｓの流動体である。

【００２１】そして、調整攪拌機３０の攪拌槽３０１上
部空間を加圧する前に減圧管３０４により１００Ｔｏｒ
ｒに減圧し、攪拌槽３０１で成形用組成物４の内部気泡
を除去する。その後、前記第２供給通路３１５の開閉バ
ルブ３１４を閉じた状態とするとともに、第１供給通路
３０５の開閉バルブ３０６を開いた状態で加圧管３０３
よりの圧縮エアを攪拌槽３０１上部空間に導入させるこ
とにより、攪拌槽３０１内の成形用組成物４が加圧さ
れ、かつ供給通路３０５を介してプランジャ−ユニット
３１の加圧室３１０ａ内に−定量が供給された後、供給
通路３０５の開閉バルブ３０６が閉じられる。そして加
圧室３１０ａ内の成形用組成物４は、加熱部３１１によ
り加熱され注入に必要な温度（８０°Ｃ）に保たれる。
そして油圧駆動部３１３によりプランジャ−３１２を往
駆動して加圧室３１０ａ内の成形用組成物４を、予め必
要な型温度に保持された金型２のキャビティ２０に約２
Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で注入するとともに、射出注入後の
成形用組成物４を２〜５Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加圧し、
その圧力が５Ｋｇ／ｃｍ² に達した時点より（図２参
照）保圧工程が開始される。かつ５Ｋｇ／ｃｍ² で保圧
するとともに、金型２のキャビティ２０の冷却水導入部
２１に、冷却水導入路２１ａより導入された冷却水を循
環させる。

【００２２】キャビティ２０内に注入された成形用組成
物４を金型２とともに３０℃以下に冷却しつつ一定時間
（２秒）毎に前記硬度検出器２３により、キャビティ２
０内で硬化し成形されたセラミックス成形体に接続する
スプル２１内での一部分の硬度を直接、実測硬度値とし
て検出し測定する。この実測硬度値は、信号として硬度
検出器２３からマイクロコンピュタ−２４の比較演算部
に出力される。すると、比較演算部は、予め記憶部に記
憶された設定基準硬度値と比較演算し、成形体の硬度
（ＳＲＩＳ−０１０１による）が７０°以上に達した時
点で、圧力制御部３２がプランジャ−ユニット３１の油
圧駆動部３１３によるプランジャ−３１２の往駆動を停
止させる。これとともに、第２供給通路３１５の開閉バ
ルブ３１４を閉じ降圧し、この後、金型２を開いてキャ
ビティ２０形状の成形体を脱型して成形を終了した。

【００２３】なお、前記成形を終了した成形体を５０℃
で１０時間乾燥した後、１０℃／Ｈｒの昇温速度で５０
０℃まで昇温させ脱脂を行った。次いで窒素雰囲気中で
１７５０℃まで加熱して焼結した。得られた焼結体はク
ラックや変形のない良好なものであった。 （評価）次いで、本実施例のセラミックス成形体の強度
を確認するため、表１に示されるようにセラミックス成
形体のテストサンプルＮＯ．１〜ＮＯ．４として４種類
のセラミックス成形体を各２０個形成しクラックの発生
率を評価した。なお、各テストサンプルは、成形体の材
料として同じ組成の成形用組成物４が用いられた。

【００２４】

【表１】 また、テストサンプルＮＯ．１およびＮＯ．２は、それ
ぞれ保圧工程で成形体の硬度に基ずいて制御されたもの
であり、テストサンプルＮＯ．３およびＮＯ．４は、そ
れぞれ保圧工程で保圧時間に基づいて制御されたもので
ある。

【００２５】すなわち、前記テストサンプルＮＯ．１お
よびＮＯ．２は、それぞれ保圧工程でセラミックス成形
体の硬度値を実測して検出し、かつこの実測硬度値が、
予め検出器に設定入力されている前記基準硬度値以上に
到達するまでの間、３Ｋｇ／ｃｍ² および５Ｋｇ／ｃｍ
² の圧力でそれぞれ保圧制御して成形を終了し、その成
形体を５０℃で１０時間乾燥処理したものである。この
テストサンプルＮＯ．１およびＮＯ．２の成形体は、ク
ラックの発生率が０％であった。また、テストサンプル
ＮＯ．１およびＮＯ．２の成形体を前記乾燥後１０℃／
Ｈｒの昇温速度で５００℃まで昇温させ脱脂処理を行っ
て得た脱脂体は、クラックの発生率が０％であった。

【００２６】前記テストサンプルＮＯ．３およびＮＯ．
４は、それぞれ保圧工程で−定の時間（１分）３Ｋｇ／
ｃｍ² および５Ｋｇ／ｃｍ²の圧力で保圧制御して成形
を終了しその成形体を５０℃で１０時間乾燥処理したも
のである。このテストサンプルＮＯ．３およびＮＯ．４
の成形体は、クラックの発生率が４０％および６０％で
あった。また、テストサンプルＮＯ．３およびＮＯ．４
の成形体を前記乾燥後１０℃／Ｈｒの昇温速度で５００
℃まで昇温させ脱脂処理を行って得た脱脂体は、クラッ
クの発生率が２０％および４０％であった。

【００２７】上記のように本実施例のテストサンプルＮ
Ｏ．１およびＮＯ．２の場合には、セラミックス成形体
の強度がテストサンプルＮＯ．３およびＮＯ．４の場合
よりも優れていることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のセラミックスの成形方法に用
いる装置を示す概略説明図である。

【図２】本発明の実施例のセラミックスの成形方法の工
程を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１…成形装置 ２…成形金型 ３…射出装置 ２０…タ−ビンホイ−ル形状のキャビティ ２１…ス
プル ２３…硬度検出器 ３０…調整攪拌機 ３１…プランジャ−ユニット ３２…圧力制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の製品形状のキャビティをもつ成形金
   型に、セラミックス成形用組成物を注入し加圧、保圧し
   てセラミックス成形体を成形するセラミックスの成形方
   法において、前記キャビティに注入された前記組成物の
   硬化に伴って変化する硬度を検出し該硬度が予め設定さ
   れた値以上となった時点で降圧し脱型して前記セラミッ
   クス成形体の成形を終了することを特徴とするセラミッ
   クスの成形方法。
2. 【請求項２】一定の製品形状のキャビティをもつ成形金
   型と、該キャビティにセラミックス成形用組成物を注入
   する射出装置とよりなりセラミックス成形体を成形させ
   る成形装置において、前記成形金型は、前記キャビティ
   内で硬化した前記セラミックス成形体の硬度を検出する
   硬度検出器をもつことを特徴とするセラミックスの成形
   装置。