JPH0615162B2 - スリップキャスティング成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、スリップの注入口付近の着肉不良を改善し
たセラミック部品用成形体のスリップキャスティング方
法に関するものである。

従来の技術 ファインセラミック製品の成形方法の一つであるスリッ
プキャスティング方法は、複雑形状品の成形が容易であ
るとともに、装置が簡単で成形型が安価なため、例えば
特開昭６２−５１４０５号公報に示されるようにラジア
ルタ−ビンのセラミック製羽根車等の製作に広く用いら
れている。

従来、この種のセラミック部品のスリップキャスティン
グ成形方法においては、例えば、原料粉末を媒液中に分
散させたスリップを、媒液吸収性を有する石膏等からな
る分割式の成形型に形成されるキャビティ内に注入し、
加圧状態または大気圧下等で前記媒液を吸収させること
により、キャビティ内周面に徐々に着肉させて成形して
いる。

したがって、従来のスリップキャスティング成形方法の
場合には、前記羽根車等の比較的肉厚の薄いセラミック
部品用成形体を成形する場合には、石膏型等の媒液を吸
収する面が着肉量に比べて充分な広さを有するため、着
肉不良の発生する率は低いが、着肉量が多いピストン等
の厚肉部のあるセラミック部品を成形する場合には、着
肉がほぼ一定の速度で進行するため、石膏型等のキャビ
ティ内周面から最も離れた点、すなわちピストンの中心
部の着肉が不充分となって、着肉不良の発生する率が高
かった。また、スリップを注入する注入口の部分は、媒
液を吸収する石膏等が近くに無いのが一般的であり、そ
のため、ピストン等の厚肉部を有するセラミック部品の
前記注入口に面した部分が低密度となって着肉不良が生
じていた。

第７図ないし第９図は、セラミック製ピストン成形用の
従来の加圧鋳造式の成形型をそれぞれ示すもので、各図
においてａ，ｂ，ｃ……は、スリップ注入後の着肉状態
を一定時間毎に模式的に示した線である。

第７図は口径の大きな注入口を備えた成形型１で、内側
にキャビティ２ａが形成される２分割式の石膏型２，２
と、キャビティ２ａの下部を閉塞する石膏蓋３とから構
成され、石膏蓋３の中央には前記キャビティ２ａに連通
する口径の大きな注入口３ａが形成されており、この注
入口３ａの内周には、この内周面への着肉による連通不
良や閉塞を防止するための樹脂製パイプ４が嵌挿される
とともに、この注入口３ａの下部にはスリップ注入管５
が圧力注入用プレート６を介して接続されている。この
成形型１により成形を行なう際には、キャビティ２ａ内
にスリップ注入管５を介してスリップを加圧注入して着
肉工程を行い、時間の経過とともにキャビティ２ａの内
周面から中心に向けて（第７図においてａ，ｂ，ｃの順
に）着肉が進行する。そして、着肉工程の後半となり、
第７図においてキャビティ２ａ内のｃの部分まで着肉が
進行すると、吸収性を備えたキャビティ２ａの内周面が
着肉層により悉く覆われてしまうため、注入口３ａに面
したｄの部分の着肉が不足し、このｄの部分に着肉不良
が発生するという問題点があった。

また、キャビティ２ａ内の注入口３ａに面した部分に発
生する着肉不良部分の大きさは、注入口３ａの口径に比
例することから、前記注入口３ａの口径を小さくすれば
着肉不良部分を小さくすることができるが、注入口の口
径が小さ過ぎると、第８図に示すようになる。この場合
の成形型７は２つの石膏型８，８の内側にキャビティ８
ａが形成されるとともに、石膏蓋９に形成された口径の
小さな注入口９ａの内周面は、目止め剤としてワセリン
１０を塗布して吸収性が抑えてあり、また注入口９ａの
下部にはスリップ注入管１１が加圧注入用プレート６を
介して接続されている。

この成形型７により成形を行なう際には、キャビティ８
ａ内にスリップ注入管１１を介してスリップを加圧注入
して着肉工程を行なうと、時間の経過とともにキャビテ
ィ８ａの内周面から中心に向けて（第８図においてａ，
ｂ，ｃ……の順に）着肉が進行する。そして、着肉工程
の後半となり、第８図においてキャビティ８ａ内のｃの
部分まで着肉が進行すると、吸収性を備えたキャビティ
２ａの内周面が着肉層により悉く覆われるとともに、注
入口９ａの前面に着肉層が張出して注入口９ａをｅの部
分で閉塞してしまうため、中心部のｄの部分へのスリッ
プの供給が遮断される結果、このｄの部分に着肉不足が
生じて空洞ができ、また注入口９ａの前面にも着肉不足
の部分が生じるという問題があった。

そこで、従来においては第９図に示すように、成形型１
２の石膏蓋１４に形成する注入口１４ａの口径を、着肉
工程が完了するまで閉塞されない範囲で最小の口径に形
成し、注入口１４ａの前面に形成される着肉不良部分ｅ
を小さくするとともに、この着肉不良部分ｅが製品形状
となる部分ａ，ｂ，ｃ，ｄの外側となるようにキャビテ
ィ１３ａを形成できるように石膏型１３，１３の高さを
それぞれ高くし、さらに、キャビティ１３ａが大きくな
った分だけ吸収能力を高めるために石膏型１４を厚く形
成し、前記注入口１４ａの内周に樹脂性パイプ１５を嵌
挿するとともに、スリップ注入管１７を加圧注入用プレ
ート１６を介して接続している。そして、着肉工程が完
了して脱型した後、第９図に二点鎖線で示した位置で成
形品を切断して、注入口１４ａ側の余分な部分を着肉不
良部分ｅとともに除去して製品部分を得ていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、この従来のスリップキャスティング成形方法に
より成形された成形品は、石膏型１３，１３および石膏
蓋１４のキャビティ１３ａの内周面に接して成形された
成形品表面が最も高密度に成形され、成形品の内部とな
るにしたがって密度が低くなるのが一般的である。その
ため、前記した従来のスリップキャスティング成形方法
の場合のように、脱型後に成形品の余分な部分を切断し
て除去すると、表面の高密度部分が切除されて密度の不
均一な切断面が形成されることとなり、後工程の焼成時
にクラックが発生し易いという問題点があった。また、
石膏蓋１４の注入口１４ａの口径を、成形品の形状およ
び寸法に合わせて選択する必要があり面倒であるととも
に、成形後に切除する部分が多く材料の無駄が多くなる
等の問題点があった。

なお、成形型を減圧して吸収性を高めてセラミック部品
用成形体を得る真空鋳造方法の場合や、大気圧下でセラ
ミック部品用成形体を得る通常の鋳造方法の場合におい
ても同様の問題点があった。

この発明は上記した技術的背景の下になされたもので、
後工程の焼成時にクラック発生の少ない成形体を得るス
リップキャスティング成形方法の提供を目的としてい
る。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための手段としてこの発明の方法
は、原料粉末を媒液中に分散させたスリップを、媒液吸
収性を有する成形型内に注入口から注入してセラミック
部品用成形体を得るスリップキャスティング成形方法に
おいて、注入口を媒液非吸収性に維持して前記成形型内
にスリップを注入するとともに、スリップの注入終了以
前でかつ着肉工程の後半に、成形型の注入口部分に媒液
吸収性に富む新たな着肉面を露出させて注入口付近の着
肉を行なうことを特徴としている。

作 用 上記の方法を採ることにより、そして、スリップの注入
初期においては、成形型の媒液吸収性が高いため着肉面
への着肉が活発に行なわれるとともに、時間経過ととも
に着肉層の厚みが徐々に増すと吸収性が低下する。そし
て、着肉工程の後半において、注入口部分に、目詰りし
ていない媒液吸収性に富む新たな着肉面を露出させる
と、他の部分が着肉層に覆われて吸収性が著しく低下し
ているため、前記新たな着肉面が媒液を集中的に吸収す
ることにより、注入口付近の着肉を促進させてこの部分
の着肉層の緻密化が図られる。

実施例 以下、この発明の方法を、セラミック原料粉末を水中に
分散させたスリップで、セラミック製ピストンを加圧鋳
造する場合に適用した実施例を第１図ないし第６図に基
づいて説明する。

第１図および第２図はこの発明の第１実施例を示すもの
で、ここで用いられる成形型２１は、２分割式の石膏型
２２，２２と、この合せた両石膏型２２，２２間に形成
されたキャビティ２２ａの下部側を閉塞する平板状の石
膏蓋２３と、キャビティ２２ａ内に配設された石膏中子
２２ｂ，２２ｂおよび石膏中子２２ｃとから構成され、
前記キャビティ２２ａ内には、成形するピストンの形状
に一致する空間が形成されている。また、前記石膏蓋２
３の中央には、前記キャビティ２２ａに連通する注入口
２３ａが形成され、この注入口２３ａの下端には、開閉
用のバルブ２４ａとスリップ圧送用のポンプ２４ｂとを
介設したスリップ注入管２４の先端部分が、加圧注入プ
レート２５を介して前記平板状の石膏蓋２３に対して垂
直に接続されている。

また、前記スリップ注入管２４の先端部分は、他の部分
より大径にしてパイプ収納部２６が形成されており、こ
のパイプ収納部２６内には、媒液吸収性のない樹脂パイ
プ２７が軸方向へ摺動可能に収納されている。この樹脂
パイプ２７の外周面にはノブ２７ａが形成されており、
このノブ２７ａが前記パイプ収納部２５に形成したガイ
ドスリット２５ａに嵌合して外方へ突出させてある。そ
して、ガイドスリット２５ａ内のノブ２７ａを押し上げ
ると、前記樹脂パイプ２７が上方へ摺動して前記注入口
２３ａの内周面を密接状態に覆って、この内周面の吸水
を防いで着肉による注入口２３ａの連通不良や閉塞を防
止するようになっている。また、前記ノブ２７ａを押し
下げると、前記樹脂パイプ２７が下方へ摺動して前記注
入口２３ａの内周面が露出するようになっている。ま
た、パイプ収納部２６の内周の前記ガイドスリット２６
ａの上下にはＯリング２６ｄ，２６ｄが設けられてい
て、樹脂パイプ２７の摺動を許容する状態でガイドスリ
ット２６ａからのスリップの漏れを防止している。

そして、上記の装置によりこの発明に基づいてセラミッ
ク製ピストンを鋳造成形するには、前記樹脂パイプ２７
を上昇させて注入口２３ａの内周面を覆うようにセット
した状態で、スリップをポンプ２４ｂによってスリップ
注入管２４を介して成形型２２のキャビティ２２ａ内に
加圧注入すると着肉工程がスタートする。キャビティ２
２ａ内に注入されたスリップの水分が石膏型２２，２
２、石膏蓋２３および石膏中子２２ｂ，２２ｃにそれぞ
れ吸収されるのに伴ってキャビティ２２ａの内周に臨む
石膏面に、スリップ中の固形分が付着して徐々に厚みを
増し、また、水分が吸収されることによるスリップの体
積減少分は、ポンプ２４ｂにより常時補給されてスリッ
プの加圧状態が維持される。

着肉層が徐々に厚くなるとともに緻密化が進行し、一定
時間が経過して着肉工程の後半になると、キャビティ２
２ａ内に臨む全ての石膏面が着肉層に覆われて、前記各
石膏面からの吸水能力が低下し、水分を吸収する石膏面
が近くに存在しないキャビティ２２ａ内の前記注入口２
３ａに臨む部分に、着肉の不充分な箇所ｅが形成される
（第１図の参照）。

この着肉工程の後半において残存する着肉不充分な箇所
ｅはこのような各石膏面の吸水能力が低下したままの状
態で着肉させるには長時間かかり過ぎるため効率が悪
く、また長時間かけて着肉させても充分な密度に着肉さ
せることができない。

そこで、着肉工程の後半となった時点で、前記パイプ収
納部２６のガイドスリット２６ａ内のノブ２７ａを押し
下げることにより、石膏蓋２３に形成された前記注入口
２３ａの内周面を覆っている樹脂パイプ２７を下方へ摺
動させると、注入口２３ａの内周に新たな石膏面が露出
する。この注入口２３の内周面は、着肉工程の後半まで
樹脂パイプ２７で覆われていたため表面に着肉層が形成
されていない石膏面のため吸水性が高く、したがって、
他の石膏面の吸水能力が低いことと相俟って、この注入
口２３ａの内周面に集中的に着肉層が形成されるととも
に、注入口２３ａ付近の着肉層の緻密化が促進される。

そして、最終的には、注入口２３ａ内の下端側に着肉の
不充分な箇所ｅ′が残るが、成形品Ｓとなるキャビティ
２３ａ内には緻密な着肉層が形成されて着肉工程が完了
する（第２図の参照）。

着肉工程が完了した後、ポンプ２４ｂを停止させるとと
もにバルブ２４ａを閉止し、次いで成形型２１を分割し
て成形体を脱型し、成形体の下部で、前記注入口２３ａ
内において着肉し、着肉の不充分な箇所ｅ′が形成され
ている小径部分を、第２図に示す破線ｆで切断し、余分
な部分を除去して成形品Ｓを得ることができる。得られ
た成形品Ｓは、加熱乾燥等を行なった後、焼成すること
によってセラミック製ピストンとされる。。

この実施例のスリップキャスティング成形方法では、着
肉工程の後半で注入口２３ａの内周の石膏面を新たに露
出させて、キャビティ２２ａ内の注入口２３ａに臨んだ
部分に集中的に着肉させるため緻密な着肉層が形成で
き、したがって、成形体の余分な部分である下部の小径
部を切断した際の切断面の着肉層が緻密なり、後工程の
焼成時におけるクラック等の欠陥発生を防止することが
できる。

なお、着肉工程の後半において樹脂パイプ２７を下方に
摺動させて新たな石膏面を露出させる時期は、成形品の
寸法や形状、あるいはスリップの成分等により異なるた
め、試験等を行なって最適な時期を決定する。

また第３図および第４図は第２実施例を示すもので、こ
こで用いる成形型成形型３１も石膏型３２，３２と石膏
中子３２ｂ，３２ｂ，３２ｃおよび石膏蓋３３とから構
成され、その内部にはキャビティ３２ａが成形品Ｓであ
るピストンの形状に形成されている。また、前記石膏蓋
３３の中央には、キャビティ３２ａの下部に連通する注
入口３３ａが形成されており、この注入口３２ａの下端
にはスリップ注入管３４が、加圧注入用プレート３５を
介して接続され、また前記注入口３３ａの内周には、こ
の内周面を覆って吸水着肉を防止する樹脂パイプ３６が
嵌挿されている。

そして、前記スリップ注入管３４の先端側はＬ字形に屈
曲し、前記注入口３３ａと等しい内径に拡径した先端
が、石膏蓋３３に対して垂直となるように前記加圧注入
用プレート３５を介して注入口３３ａに接続されるとと
もに、スリップ注入管３４の先端側には、有低円筒形の
収納部３７が、注入口３３ａと同一軸線状に垂直に形成
されている。この収納部３７は、注入口３３ａの内径と
等しい内径に形成されて前記スリップ注入管３４の先端
に連通しており、この収納部３７内には、内部に小径流
路３８ａがＬ字形に形成された円柱状の石膏製の吸水蓋
３８が垂直方向摺動可能に収容され、この吸水蓋３８は
収納部３７の底部から貫挿した操作ロッド３９により上
下方向に操作される。そして、吸水蓋３８を上方へ摺動
させると、その上部側は前記注入口３３ａ内に嵌合する
とともに、その内部に形成された小径流路３８ａを介し
てスリップ注入管３４がキャビティ３２ａ側と連通す
る。また、前記吸水蓋３８を下方へ摺動させて収納部３
７内に収納した状態においては、水平方向にスライド可
能な仕切板４０がこの収納部２７の上部を閉塞して吸水
蓋３８の上端面を覆い、収納中における吸水蓋３８の吸
水および着肉を防止している。また、前記小径流路３８
ａの内周面は、着肉による閉塞を防止するためにワセリ
ン等を塗布しておいてもよい。

そして、上記装置を用いてセラミック製ピストンを鋳造
成形するには、前記吸水蓋３８を収納部３７に収納する
とともに仕切板４０により収納部３７を閉塞した状態
で、成形型３１のキャビティ３２ａ内にスリップを加圧
注入して着肉工程を開始する。

着肉層が徐々に厚くなるとともに緻密化が進行し、一定
時間が経過して着肉工程の後半になると、キャビティ３
２ａ内の前記注入口２３ａに臨む部分に、着肉の不充分
な箇所ｅが残る（第３図の参照）。

したがって、この着肉工程の後半となった時点で、前記
仕切板４０をスライドさせて収納部３７を開放した後、
操作ロッド３９によって吸水蓋３８を上方へ摺動させ、
この吸水蓋３８の上部側を注入口３３ａ内に嵌合させて
所定の高さに固定する。吸水蓋３８が所定の高さに固定
されると、小径流路３８を介してスリップ注入管３４が
キャビティ３２ａ側と連通してスリップを供給するとと
もに、吸水蓋３８の上端の石膏面が、キャビティ３２ａ
側に向けて注入口３３ａ内の上部にセットされる。

前記吸収蓋３８の上端の石膏面は、着肉工程の後半まで
吸水および着肉を防止された状態で収納部３７内に収納
されていたため、吸水性が高く、したがって、この注入
口３３ａ内の石膏面に集中的に着肉層が形成されるとと
もに、注入口３３ａ付近の着肉層の緻密化が促進され
る。

そして最終的には、吸水蓋３８の小径流路３８ａの上方
に着肉の不充分な箇所ｅ′が残るが、こ着肉不充分な箇
所ｅ′が小さいため、成形品Ｓとなるキャビティ３３ａ
内には緻密な着肉層が形成されて着肉工程が完了する
（第４図の参照）。

着肉工程が完了した後、前記第１実施例の場合と同様に
スリップの供給を停止し、次いで成形型３１を分割して
成形体を脱型し、成形体の下部で、前記注入口３３ａ内
において着肉され、着肉の不充分な箇所ｅ′が形成され
ている成形体の下部の小径部分を、第４図に示す破線ｆ
で切断し、除去して成形品Ｓを得ることができる。得ら
れた成形品Ｓは、切断面にも緻密な着肉層が形成されて
いるため、乾燥時や焼成時にクラックが発生せず、欠陥
のないセラミック製ピストンを完成することができる。

なお、着肉工程の後半において吸水蓋３８を収納部３７
から出して、新な石膏面を所定の位置に配設する時期
は、成形品の寸法や形状、あるいはスリップの成分等に
より異るため、試験等を行なって最適な時期を決定す
る。

また第５図および第６図は第３実施例を示すもので、こ
こで用いる成形型４１は、通常の加圧注入式の成形型
で、石膏型４２，４２と石膏中子４２ｂ，４２ｂ，４２
ｃおよび石膏蓋４３とから構成され、内部にキャビティ
４２ａがピストン形状に形成されている。また、前記石
膏蓋４３の中央には、キャビティ４２ａの下部に連通す
る注入口４３ａが形成されており、この注入口４３ａの
下端にはスリップ注入管４４が、加圧注入用プレート４
５を介して接続されている。

そして、前記注入口４３ａの内周面には、例えば、ポリ
ビニールアルコール水溶液の高濃度剤等の塗布後にスリ
ップと接触して一定時間経過すると溶解して消失する着
肉防止剤の塗布膜４６が形成されている。

セラミック製ピストンを鋳造成形するには、スリップ注
入管４４を介して前記キャビティ４２ａ内にスリップを
加圧注入して着肉工程を行なう（第５図の参照）。

そして、着肉層が徐々に厚くなるとともに緻密化が進行
し、一定時間が経過して着肉工程の後半になると、キャ
ビティ４２ａ内に面している各石膏面の吸水性が低下
し、前記注入口４３ａに臨む部分に、着肉の不充分な箇
所ｅが残るが、前記注入口４３ａの内周面に形成されて
いた着肉防止剤の塗布膜４６が、スリップと接触して一
定時間経過した着肉工程の後半になると溶解して消失
し、注入口４３ａの内周に、吸水性の高い新たな石膏面
が露出する。

したがって、この注入口４３ａの内周の石膏面に、着肉
工程の後半において、集中的に着肉層が形成されるとと
もに、注入口４３ａ付近の着肉層の緻密化が促進され
る。

そして最終的には、注入口４３ａの下端に着肉の不充分
な箇所ｅ′が残るが、成形品Ｓとなるキャビティ４３ａ
内には緻密な着肉層が形成されて着肉工程が完了する
（第６図の参照）。

着肉工程が完了した後、前記両実施例場合と同様にスリ
ップの供給を停止し、次いで成形型４１を分割して成形
体を脱型し、成形体の下部で、前記注入口４３ａ内にお
いて着肉され、着肉の不充分な箇所ｅ′が形成されてい
る成形体の下部の小径部分を、第６図に示す破線ｆで切
断し、除去して成形品Ｓを得ることができる。得られた
成形品Ｓは、切断面にも緻密な着肉層が形成されている
ため、乾燥時や焼成時にクラックが発生せず、欠陥のな
いセラミック製ピストンを完成することができる。

なお、着肉工程の後半において着肉防止剤の塗布膜４６
を溶解・消失させる時期は、成形品の寸法や形状、ある
いはスリップの成分等により異るため、試験等を行なっ
て最適な時期に溶解・消失するように、着肉防止剤の種
類，濃度あるいは塗布膜の厚み等を決定する。

なお、上記各実施例においては、この発明の方法を加圧
注入鋳造方法に適用したの場合について説明したが、真
空鋳造方法や、大気圧下で行なう通常の鋳造方法の場合
においても好適に実施することができる。

発明の効果 以上説明したようにこの発明のスリップキャスティング
成形方法は、注入口を媒液非吸収性に維持して前記成形
型内にスリップを注入するとともに、スリップの注入終
了以前でかつ着肉工程の後半に、成形型の注入口部分に
媒液吸収性に富む新たな着肉面を露出させて注入口付近
の着肉を行なうので、着肉不良の部分とともに切除する
注入口付近の着肉層が緻密に成形され、成形品の切断面
の粒子密度が均一となるので、乾燥、焼成等の後工程で
のクラック等の欠陥発生を大幅に減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の方法の実施例を示すも
ので、第１図は第１実施例における着肉工程後半の状態
を示す縦断面図、第２図は同じく着肉工程完了時の状態
を示す縦断面図、第３図は第２実施例における着肉工程
後半の状態を示す縦断面図、第４図は同じく着肉工程完
了時の状態を示す縦断面図、第５図は第３実施例におけ
る着肉工程後半の状態を示す縦断面図、第６図は同じく
着肉工程完了時の状態を示す縦断面図、第７図ないし第
９図は従来例をそれぞれ示す説明図である。 ２１，３１，４１……成形型、２２，３２，４２……石
膏型、２２ａ，３２ａ，４２ａ……キャビティ、２３，
３３，４３……石膏蓋、２３ａ，３３ａ，４３ａ……注
入口、２４，３４，４４……スリップ注入管、２６……
パイプ収納部、２７……樹脂パイプ、３８……吸水蓋、
４６……着肉防止剤の塗布膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料粉末を媒液中に分散させたスリップ
   を、媒液吸収性を有する成形型内に注入口から注入して
   セラミック部品用成形体を得るスリップキャスティング
   成形方法において、注入口を媒液非吸収性に維持して前
   記成形型内にスリップを注入するとともに、スリップの
   注入終了以前でかつ着肉工程の後半に、成形型の注入口
   部分に媒液吸収性に富む新たな着肉面を露出させて注入
   口付近の着肉を行なうことを特徴とするスリップキャス
   ティング成形方法。