JPH0647500B2

JPH0647500B2 - 筒状焼結品の製造方法

Info

Publication number: JPH0647500B2
Application number: JP2260236A
Authority: JP
Inventors: 敏夫大橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPH04139068A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、薄肉長尺チューブ等の筒状焼結品の製造方法
に関するものである。

（従来の技術及びその問題点）例えば、スプレードライヤーで造粒した酸化物系粉末
（Al₂O₃,ZrO₂等）、窒化物系粉末（Si₃N₄等）を用い
て、外径φ100mm〜20mm、肉厚0.7〜0.3mm、長さ1000mm
程度の長尺円筒状焼結品を製造するには、以下のような
方法を用いる。

即ち、成形型の内部の成形空間に造粒粉末を充填し、湿
式ラバープレスで成形し、長尺円筒状成形体を作成す
る。次いで、この成形体につき、予め焼成収縮量を見込
んでその外径を白加工する。そして、第８図に示すよう
に、長尺円筒状成形体21の上端から30〜50mmの位置に貫
通孔22をドリル加工によって設け、この貫通孔22に支持
棒７を挿通し、支持棒７の両端をそれぞれ煉瓦等よりな
る支持台８上に載置し、支持棒７を水平方向に配向さ
せ、この支持棒７に長尺円筒状成形体21を吊り下げ、こ
れを焼結して長尺円筒状焼結体を作成し、焼結体のうち
製品化部分を切り出す。第８図においては、成形体21の
うち細線Ａよりも下の部分３が製品化部分である。

しかし、実際に焼結を行ってみると、例えば焼結体の長
さが1000mmの場合、支持棒７から下方に200mm離れた位
置でも焼結体の外径、内径の歪みが大きく、この影響で
焼結体の最下端部の外径、内径の歪みも大きくなり、真
円度が低下した。

また、成形体21に貫通孔22を設ける際には、一対の貫通
孔22をちょうど長尺円筒状成形体21を均等に二分する位
置に設ける必要があるが、現実には若干の誤差が生じ、
成形体21が第８図において紙面に垂直な方向へと傾斜す
る傾向がある。また、焼結時に煉瓦からなる支持台８が
不均等に収縮するので、支持棒７を厳密に水平方向に保
つことは困難であり、支持棒７が若干傾斜する。このた
め、成形体21が第８図において左右方向へと傾斜する傾
向がある。これらのことから、成形体21の各部分に対す
る重力の掛り方が径方向にみて不均一となり、焼結体が
湾曲する。

これらの問題に対応するため、従来は、予め円筒状焼結
体全体の湾曲を見込んで成形体の全長を大きくしてお
き、焼結体のうち湾曲の小さい良好な部分だけを選んで
切り出す。また、真円度の悪化に対応するには、円筒状
成形体の外周、内周に予め歪み量を見込んで研摩代を設
け、焼結体の外周、内周を研摩して所定の寸法精度を与
えている。しかし、この方法は製品の歩留りが悪く、製
造コストが非常に高くなる。また、円筒状焼結体の径に
よっては内周側の研摩加工ができない場合がある。

第９図に示すように、長尺円筒状成形体の上端部に肉厚
部29を設ける方法がある。また、第10図に示すように、
長尺円筒状成形体21の上端部に肉厚部29を設け、肉厚部
29を円環状共栃31上に載置し、共栃31を支持台８で支持
する方法もある。しかし、これらの方法も、長尺円筒状
焼結体の湾曲を有効に防止することはできない。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、長尺筒状成形体を吊り下げて焼結する
際に、成形体の湾曲を防止できるような、筒状焼結品の
製造方法を提供することである。

また本発明の課題は、長尺筒状成形体を吊り下げて焼結
する際に、焼結品の径方向の歪みを防止できるような、
筒状焼結品の製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明は、成形型内部の成形空間に原料粉末を充填して
加圧成形し、長尺筒状成形体を製造する工程と；この長尺筒状成形体のうち製品となるべき製品化部分の
外径よりも小さな外径を有する支持手段に貫通孔を設
け、この貫通孔に支持用長尺体を挿通し、この支持用長
尺体の両端をそれぞれ支持台上に載置して前記支持用長
尺体をほぼ水平方向に配向させ、前記支持手段に対して
相対的に位置固定された前記製品化部分を前記支持手段
の鉛直下方へと向かって吊り下げ、前記長尺筒状成形体
を加熱して長尺筒状焼結体を作成する工程と；この長尺筒状焼結体のうち製品化部分を切り出して筒状
焼結品を作成する工程とを有する、筒状焼結品の製造方
法に係るものである。

また本発明は、成形型内部の成形空間に原料粉末を充填
して加圧成形し、長尺筒状成形体を作成する工程と；前記原料粉末と実質的に同一の原料粉末を加圧成形して
なる環状栃を前記長尺筒状成形体端部の筒内空間に設置
し、この長尺筒状成形体端部と前記環状栃とに設けられ
た貫通孔に支持用長尺体を挿通し、この支持用長尺体の
両端をそれぞれ支持台上に載置して前記支持用長尺体を
ほぼ水平方向に配向させ、前記支持用長尺体によって前
記長尺筒状成形体と前記環状栃とを吊り下げ、この長尺
筒状成形体を加熱して長尺筒状焼結体を作成する工程と
を有する、筒状焼結品の製造方法に係るものである。

「加圧成形」は、コールドアイソスタティックプレス
（ラバープレス）、ホットアイソスタティックプレスを
含む。

「原料粉末」は、酸化物系、窒化物系等のセラミックス
生成原料粉末の他、粉末治金で用いる金属原料粉末も含
む。

加熱により長尺筒状焼結体を製造する際には、一段階で
焼結を行ってもよく、仮焼と本焼とに分けて成形体を加
熱してもよい。

「支持用長尺体」は、長尺の支持棒、支持管等を含む。
「筒状焼結品」は長尺筒状焼結品を含み、「筒」は円筒
を含む。

（実施例）第１図は長尺円筒状成形体１を吊り下げて焼結している
状態を示す概略断面図、第２図は成形体１の概略平面図
である。

成形体１の上端部に、成形体１の製品化部分３の外径よ
りも小さい外径を有する円筒状支持部４を設け、円筒状
支持部４と製品化部分３（細線Ａ，Ｂの間）との間を曲
折した連結部５で連結した形状とする。支持部４、製品
化部分３及び連結部５はすべて長尺円筒状成形体１の一
部として一体をなすように形成する。成形体１の下端部
には、製品化部分の肉厚よりも大きな肉厚を有する肉厚
部２を設ける。円筒状支持部４には一対の貫通孔６を設
け、この貫通孔６に支持棒７を挿通し、この支持棒７の
両端をそれぞれ支持台８上に載置して支持棒７をほぼ水
平方向に配向させる。この際、支持棒７の水平度を水準
器で計測しておく。この状態で成形体１を吊り下げて加
熱し、焼結させ、長尺円筒状焼結体を作成する。そし
て、得られた焼結体のうち、肉厚部２、連結部５、円筒
状支持部４に対応する部分を切除し、長尺円筒状焼結品
を得る。

次いで、第１図に示す、上端部が絞られた形状の長尺円
筒状成形体１の好適な製法について述べる。

即ち、第３図に示すように、上端部が絞られた形状のゴ
ム型11と、上端側に突端部12aを有する中型12とを組み
合わせて成形型を構成し、この成形型内部の成形空間13
内に原料粉末14を充填し、ゴム製押さえ板15で原料粉末
を押さえ、ラバープレスを行う。こうした形状のゴム型
11を使用すると、径の変化する連結部５の付近に、粉末
圧縮時の密度差による亀裂が発生しにくく、有利であ
る。

また、第４図に示すように、略円筒状のゴム型16を使用
し、原料粉末14をゴム製押さえ板18で押さえてラバープ
レスを行っても、第１図に示すような形状の長尺円筒状
成形体を作成できる。なお、17は成形空間である。

本実施例によれば、以下の効果を奏しうる。

(1)円筒状支持部４の外径を絞ったので、支持棒７のう
ち一対の貫通孔６の間に架け渡される部分の長さが小さ
く、一点で成形体１を支持する状態に近くなる。そのた
め、一対の貫通孔６の位置が所望位置から若干ズレた
り、支持棒７が若干傾斜した場合にも、そうしたズレや
傾斜を貫通孔６を支持棒７との間のクリアランスによっ
て吸収し易い。この点を更に詳述すると、第８図に示す
場合には、貫通孔22間の距離が長いので、支持棒７と貫
通孔22とのクリアランスを一定とすると支持棒７の許容
傾斜角度は非常に小さく、成形体に偏荷重を不可避的に
加えることになる。これに対し、本実施例では、貫通孔
６間の距離が短いので、支持棒７の許容傾斜角度は大き
くなり、成形体１に偏荷重を加えることなく支持棒７の
傾斜を吸収できる。従って、製品化部分３に湾曲が生ず
るのを防止できる。

上述の効果を高めるうえで、円筒状支持部４の外径と製
品化部分３の外径との比は１：２〜１：３とするのが好
ましい。

(2)成形体１の下端部に、製品化部分３の肉厚よりも大
きい肉厚を有する肉厚部２を設けているので、この下端
部付近におけるクラックやキレの発生を防止でき、かつ
内径、外径の歪みによる真円度の悪化を防止できる。

上述の効果を良好に奏するうえで、この肉厚部２の長さ
ｌは５〜15mmとすることが好ましく、肉厚部２の肉厚と
製品化部分３の肉厚との比は３：１〜５：１とすること
が好ましい。

(3)円筒状支持部４の肉厚を、製品化部分３の肉厚の３
〜５倍とすると、製品化部分３の上側部においても真円
度の悪化を防止でき、また、円筒状支持部４に加わる応
力によるクラック等の発生を効果的に防止できる。

そして、このようにして製品化部分３全体に亘って径方
向の歪みを防止することで、長尺円筒状焼結体の内周面
と外周面との研摩加工の必要性がなくなる。

第５図に示す実施例においては、長尺円筒状成形体21と
別体の塊状治具であるユニバーサルジョイント24を用い
た例を示す。

即ち、ジョイント24の本体24bに貫通孔24aを設け、この
貫通孔24aを貫通孔22に対して位置合わせさせ、支持棒2
3を一対の貫通孔22と貫通孔24aとに挿通し、ジョイント
24に対して長尺円筒状成形体21を支持棒23の回りに回転
可能なように固定する。

一方ジョイント24の本体24bの上側には突端部33が形成
され、この突端部33に貫通孔24cが設けられている。突
端部33の外径は、製品化部分３の外径よりも小さい。本
実施例では、この突端部33を支持手段として使用してお
り、上述したようにジョイント33を長尺円筒状成形体21
に固定することで突端部33に対して製品化部分３を相対
的に位置固定し、突端部33の鉛直下方へと向かって長尺
円筒状成形体21を吊り下げ、焼結を行う。支持棒７と23
とは実質的に平行に配置する。

本実施例によっても、支持棒７と貫通孔24cとの接触領
域の長さが小さいので、第１図の例と同様に、支持棒７
と貫通孔24cとの間のクリアランスによって支持棒７の
傾斜を吸収する効果が大きく、従って製品化部分３に湾
曲が生ずるのを防止できる。

この効果を一層良好に奏するために、突出部33の外径と
製品化部分３の外径との比は、１：２〜１：３とするの
が好ましい。円筒状長尺成形体21の下端部に、第１図の
例と同様の肉厚部を設けることができる。なお、ジョイ
ント24は再利用可能な焼結体とすることが好ましい。

第６図は、円環状のいわゆる共栃25を使用して成形体を
吊り下げる例を示すものである。

即ち、長尺円筒状成形体３の原料粉末と実質的に同一の
原料粉末を加圧成形して円環状栃25を作製する。この円
環状栃25には、収縮を制御するための中心孔25bと横方
向の貫通孔25aとを設ける。そして円環状栃を長尺円筒
状成形体21の端部の筒内空間に配置し、成形体21の端部
に設けられた貫通孔22と円環状栃に設けられた貫通孔25
aとに支持棒７を挿通し、この支持棒７の両端をそれぞ
れ支持台８上に載置して支持棒をほぼ水平方向に配向さ
せ、この支持棒によって長尺円筒状成形体と円環状栃と
を吊り下げ、長尺円筒状成形体21を加熱して長尺円筒状
焼結体を作製する。この後、製品化部分３を切り出す。

本実施例によれば、薄肉の成形体21が焼成収縮する際に
円環状栃25によって規制されるので、焼成収縮後の真円
度の悪化を防止できる。この際、円環状栃25の原料粉末
が成形体21の原料粉末と実質的に同一なので、両者の焼
成時の収縮量は近似し、成形体21にクラックが発生する
のを防止できる。

以下、更に具体的な実験例を説明する。

スプレードライヤーで造粒した高純度アルミナ粉末を用
い、焼成後に外径100mm、肉厚0.7mm、全長1000mmの長尺
円筒状焼結体が得られるように長尺円筒状成形体を作製
した。この成形は、成形体の形状に応じ、第３図に示し
たようなゴム型を用いるか、又は従来のゴム型を用いて
行った。これらの成形体につき、第１図、第５図、第６
図、第８図、第９図、第10図に示す各方法で成形体１，
21を吊り下げ、仮焼と本焼とを順次行った。仮焼工程で
は、成形体１，21を大気中で保持し、100℃／時間で昇
温し、1000℃で３時間保持した。続く本焼工程では、水
素−窒素混合ガス中、室温から1000℃までは1000℃／時
間で昇温し、1000℃〜1860℃までは100℃／時間で昇温
し、1860℃で３時間保持した。

なお、成形体21においては、上端から30〜50mmの位置に
貫通孔22を設けた。また、第１図において、寸法ｌは５
〜７mm、この肉厚部分２の肉厚は製品化部分３の肉厚よ
りも1.5mm大きくした。寸法ｍは1000mmとし、寸法ｎは3
0〜50mmとし、成形体１の上端から15mm離れた位置に貫
通孔６を設け、円筒状支持部４の肉厚を製品化部分３の
肉厚の３〜５倍とした。また、成形体１，21において、
貫通孔６，22，24cの径は10mmとし、支持棒７，23の外
径は５〜７mmとした。

こうして得た各長尺円筒状焼結品につき、上端部側及び
下端部側におけるクラックの有無、外径と内径との歪
み、並びに湾曲の有無を測定した。

表から解るように、本発明の実施例によって作製した第
１図、第５図の試料は、湾曲、歪み、クラックに関して
好結果を与え、第６図の試料では、特に外径、内径の歪
み改善に大きな効果があった。

測定方法外径、内径の歪みについては、まず各試料の上端から50
mmの位置で試料を切断し、試料の上端部及び下端部の外
径、内径のそれぞれの最大値と最小値をデジタル式ノギ
スにて測定し、この最大値と最小値との偏差を歪みとし
て算出した。

また、湾曲については、第７図に示すように各試料27を
定盤28上に載置し、試料27と定盤表面との間隙の最大値
ｑをダイヤルゲージ26にて測定した。

（発明の効果）本発明によれば、長尺筒状成形体のうち製品となるべき
製品化部分の外径よりも小さな外径を有する支持手段に
貫通孔を設け、この貫通孔に支持用長尺体を挿通してい
るので、支持用長尺体のうち支持手段内に架け渡されて
いる部分の長さが従来よりも短い。従って、支持用長尺
体と貫通孔とのクリアランスを一定とすると、支持用長
尺体が若干傾斜しても、この傾斜を上記クリアランスに
よって吸収し易く、長尺筒状成形体を鉛直方向に吊り下
げ易く、局部的に偏荷重がかかるのを防止できる。これ
により、支持用長尺体の加える偏荷重に起因する製品化
部分の湾曲を防止できる。

また、本発明によれば、環状栃を長尺筒状成形体端部の
筒内空間に設置し、これらに設けられた貫通孔に支持用
長尺体を挿通し、支持用長尺体によって長尺筒状成形体
と環状栃とをつり下げているので、成形体組織が焼成収
縮する際に成形体端部の内周面が円環状栃によって規制
されるので、焼成収縮後の真円度の悪化を防止できる。
また、円環状栃の原料粉末が成形体の原料粉末と実質的
に同一なので、両者の焼成時の収縮量は近似し、従って
成形体にクラックが発生するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によって長尺円筒状成形体を吊
り下げている状態を示す概略断面図、第２図は第１図の一部平面図、第３図、第４図は、それぞれ第１図の長尺筒状成形体を
製造するための型を示す概略断面図、第５図、第６図は、それぞれ長尺円筒状成形体を吊り下
げる他の方法を示す概略要部断面図、第７図は焼結品の湾曲の大きさを測定する方法を示す概
略図、第８図、第９図、第10図は、それぞれ長尺円筒状成形体
を吊り下げる従来の方法を示す概略要部断面図である。１…先端側が絞られた形状の長尺円筒状成形体２…肉厚部、３…製品化部分４…円筒状支持部、５…連結部６，22,24c…貫通孔７…支持棒（支持用長尺体の一例）８…支持台、11,16…ゴム型 12…中型、13,17…成形空間 14…粉末原料 21…ストレート形状の長尺円筒状成形体 24…ユニバーサルジョイント（塊状治具） 24a…貫通孔、24b…本体 33…ユニバーサルジョイントの突設部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形型内部の成形空間に原料粉末を充填し
て加圧成形し、長尺筒状成形体を製造する工程と；この長尺筒状成形体のうち製品となるべき製品化部分の
外径よりも小さな外径を有する支持手段に貫通孔を設
け、この貫通孔に支持用長尺体を挿通し、この支持用長
尺体の両端をそれぞれ支持台上に載置して前記支持用長
尺体をほぼ水平方向に配向させ、前記支持手段に対して
相対的に位置固定された前記製品化部分を前記支持手段
の鉛直下方へと向かって吊り下げ、前記長尺筒状成形体
を加熱して長尺筒状焼結体を作成する工程と；この長尺筒状焼結体のうち製品化部分を切り出して筒状
焼結品を作成する工程とを有する、筒状焼結品の製造方
法。
【請求項２】前記長尺筒状成形体の一方の端部に、前記
製品化部分の外径よりも小さな外径を有する筒状支持部
を前記長尺筒状成形体の一部として形成し、この筒状支
持部を前記支持手段として使用し、これにより前記長尺
筒状成形体を前記筒状支持部の鉛直下方へと向けて吊り
下げる、請求項１記載の筒状焼結品の製造方法。
【請求項３】前記筒状支持部の肉厚が、前記製品化部分
の肉厚の３〜５倍の大きさである、請求項２記載の筒状
焼結品の製造方法。
【請求項４】前記長尺筒状成形体と別体の塊状治具を準
備し、この塊状治具のうち前記製品化部分の外径よりも
小さな外径を有する突端部を前記支持手段として使用
し、前記塊状治具を前記長尺筒状成形体に固定すること
で前記突端部に対して前記製品化部分を相対的に位置固
定し、前記突端部の鉛直下方へと向かって前記長尺筒状
成形体を吊り下げる、請求項１記載の筒状焼結品の製造
方法。
【請求項５】前記長尺筒状成形体を前記支持手段から吊
り下げた際の下端部の肉厚を、前記製品化部分の肉厚よ
りも大きくする、請求項１〜４のうちいずれか一つの項
に記載の筒状焼結品の製造方法。
【請求項６】成形型内部の成形空間に原料粉末を充填し
て加圧成形し、長尺筒状成形体を作成する工程と；前記原料粉末と実質的に同一の原料粉末を加圧成形して
なる環状栃を前記長尺筒状成形体端部の筒内空間に設置
し、この長尺筒状成形体端部と前記環状栃とに設けられ
た貫通孔に支持用長尺体を挿通し、この支持用長尺体の
両端をそれぞれ支持台上に載置して前記支持用長尺体を
ほぼ水平方向に配向させ、前記支持用長尺体によって前
記長尺筒状成形体と前記環状栃とを吊り下げ、この長尺
筒状成形体を加熱して長尺筒状焼結体を作成する工程と
を有する、筒状焼結品の製造方法。