JPS633906A - 泥しよう粉末材料の脱水成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、泥しよう粉末材料（例えば、セラミックやメ
タル等であり、以下、泥状材料と呼ぶ場合もある）を、
所期の形状に型成形する方法に関する。

（従来の技術） 例えば、セラミック未焼結成形品を得る手段として、射
出成形法およびスリップキャスティング法がある。

射出成形法は、第１６図に示すように、粉末体であるセ
ラミック原料に有機バインダを混合して、攪拌混練翼を
持つロータ式混練機によって熱間混練して溶融流動状と
し、これをペレタイザーによってペレット化し、ペレッ
ト化されたセラミック原料Ａを既知のスクリュ軸を有す
る射出成形機Ｂを用いて、金型Ｃ内に射出成形し、得ら
れた成形品を展脂炉りに入れて、成形品内のバインダを
ガス化して抜ぐ脱脂処理を施して後、焼成炉内で焼成し
て製品を得るのである。

この手段では、有機バインダの溶融によって流動性を持
たせているので、当然にヒータその他による加熱処理が
必要で、かつその温度管理はシビャであることを要求さ
れ、金型Ｃ側においても流動性を維持するために温度調
整が必要とされ、成形後の金型からの離脱時には冷却が
必要であるように、エネルギーロスも多く、また射出に
必要な圧力も６００〜１５００　ｋｇ　／　ｃｄのよう
に高圧を要するのみならず、脱脂工程に難点がある。こ
の脱脂処理は、成形品を焼成する前に、成形品内の含有
バインダをガス化して抜（ことにより、焼成炉ヒータの
寿命を延ばすためのもので、同処理は急激な温度上昇が
許されず、薄物成形品でも２４時間、また厚物成形品で
は３〜７日の長時間が消費され、生産性を悪くしている
。

一方スリップキャスティング法は、第１５図にその概要
を示すように、粉末状のセラミック原料に水を添加して
、これを攪拌翼を有する攪拌槽において攪拌混和して泥
（スラリー）状とするのであり、この泥状化されたセラ
ミック原料Ａを、ポンプＰによって石膏型Ｅ内に注入し
て、成形品の含有水分を石膏の吸水特性を利用し、型Ｅ
側に脱水させ、これを乾燥処理した後、焼成炉で焼成し
て製品を得るものである。

これによれば射出成形法において見られる熱管理や脱脂
工程を全く必要としない点、設備の比較的簡単な点等に
おいてメリットがある。

しかし、なお以下の点で問題がある。

即ち、かかる水を混和して泥状とすることにより、流動
性を持たせたセラミック原料を用いる時、含有水分の除
去は必須の要件であり、このため石膏型を用いるのが多
いのであるが、脱水を石膏自身の持つ吸水特性に任せる
ものでは、成形品肉厚が厚いものでは、完全に脱水する
には長期間の成形時間が必要とされ、生産性が悪いとと
もに、かつその成形品の適切な肉厚精度を決定するに当
っては、作業者の経験と勘に頼る処が大であり、また更
に石膏型４４から成形品を離型する技術には高度の経験
が必要である。これは脱水が完全でない時、成形品の保
形性は低く、強度（硬度）も弱いためで、この離型作業
の巧拙によって製品歩留りが左右される弱点がある。

そこで、本発明者はスリップキャスティング法に伴う問
題点を克服すべく研究した結果、新規な泥状セラミック
の成形方法を開発するに到った。

この方法は、第１７図で示す如く成形型Ｆをポーラスな
材料で形成し、かかる型内に泥状セラミ・ツクを射出成
形機Ｇによって注入し、ポーラスな成形型よりセラミッ
ク中の水分を加圧脱水すなわち、外部金型Ｈの溝Ｉから
脱水して固化させ、その後成形品を型より離型し、乾燥
焼結する方法（以下、Ｓｌ法という）である。

このＳｌ法は、樹脂をバインダにすることが少ないため
、後工程に非能率な脱水量がなくてよい点や、成形圧力
が１５０〜４００　ｋｇ／ｃｄのように樹脂の場合に比
しはるかに小さくて済む等の利点を有している。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、Ｓｌ法を、射出成形機で行う場合、材料射出
後における型内圧力保持に、射出所要時間の数倍（例え
ば、射出時間１〜２分間、保圧時間（圧力保持時間）３
〜１０分間）を要し、その間射出機能は待機状態になら
ざるを得ず、生産性の点で問題があった。

また、泥状材料は加圧脱水されることから、この点を如
何に処理して保圧するかが肝要となる。

本発明は３１法の問題点を、型締め、射出、保圧、離型
の４ステーシヨンを分離してそれぞれ単能機とすること
により、生産性の向上を図ることを主目的とする。

（問題点を解決するための手段） 叙上の目的を達成するために講じた本発明の脱水成形方
法の特徴とするところは、泥しよう粉末材料をダイセッ
ト２のポーラス型成形室１３に射出成形機１より加圧注
入して脱水成形する方法において、 ポーラス型成形室１３に連通する保圧室１５を有する複
数基のダイセット２を用窓し、射出成形機１に対してダ
イセット２のそれぞれを切換搬入してそれぞれの成形室
１３および保圧室１５に泥しよう粉末材料を加圧注入し
、ポーラス型成形室１３における脱水量を保圧室１５内
の材料で補充して保圧しながら成形する点にある。

（実施例） 本発明の脱水成形方法の好ましい実施例について第１図
〜第１４図を参照して以下説明する。

本発明において用いる泥漿状のセラミック原料は、既に
スリップキャスティング法並びにその周辺技術において
公知であるため、その概要のみについて説示する。セラ
ミック粉体が酸化系粉体の場合は水、また非酸化系粉体
の場合は水の代りにアルコールで混練して、スリップ状
、クリーム状、更にはペースト状の泥漿（スラリー）状
とするのであり、このさい原料の流動性を助けるために
少量のバインダーを添加することもある。これはセラミ
ック粉体と水またはアルコールのみの混合では、所謂グ
イラタンシー現象が著しく、流動性を損なうおそれがあ
るからである。バインダー添加量は、後に焼成炉におい
て焼成処理時にガスが発生し、加熱媒体（ヒータ等）の
寿命に影響を与えない程度の少量を用い、通常はセラミ
ック粉体量に対し０．５〜３．０重量％程度のものであ
る。これら３者の混合比１例を挙げれば、例えばセラミ
ック粉体として、粒系０．４〜２．５μｍ、真比重３．
９〜３．９５ｇ／ｃｄのアルミナ１００重量部に対し、
水（蒸留水）１８〜３６重量部、水溶性バインダー０．
５〜３．０重量部等である。

第１図は本発明を適用するための成形装置の全体レイア
ウトを平面的に示している。

この第１図において、１は成形機、２はダイセット、３
は型締・離型機であり、成形ステーション４、保圧ステ
ーション５、型締・離型ステーション６および待機搬入
ステーション７を、本実施例では閉ループのコンベア８
で構成し、成形機１に対して複数基のダイセット２が切
換搬入自在とされている。

なお、コンベア８は円形ループの他、楕円、直線形等で
あってもよく、要は成形機１に対して複数基のグイセッ
ト２が切換搬入自在であればよい。

ダイセット２は第２図、第５図で示す如く、成形金型９
が上板１０と下板１１との間において型締ボルト１２に
より型締めされており、成形金型９にはポーラス型成形
室１３が内部に形成され、この成形室１３にはスプール
１４を介して保圧室１５が連通されている。

保圧室１５にはこれより径大のピストン室１６が連設さ
れ、保圧室１５およびピストン室１６には２段構成のピ
ストンノズル１７が摺動自在に嵌合され、ノズル押え１
８で取着されている。

ピストンノズル１７はそのノズル部１９がノズル押え１
８より下方に突出されているとともに、ノズル軸心には
逆止弁２０を有する通路２１が貫通され、更に、ノズル
押え１８には圧媒通路２２を有してこの通路２２に保圧
用の油圧源２３が連通され、本実施例では油圧源２３は
アキュムレータであり、ひとつのダイセット２に搭載さ
れている。

なお、各ダイセット２は第２図で示す如くハネ式車輪２
４によってコンベア８上を走行可能である。

成形機１は本実施例ではピット形式であり、第３図で示
す如くコンベア８の下方に設けられている。

第３図において、成形機架台２４は昇降シリンダ２５に
より昇降自在とされ、成形機架台２４上に、射出ノズル
２６を有するプランジャシリンダ２７が縦向で取付けら
れ、該シリンダ２７にプランジャピスト７２８が駆動シ
リンダ２９で昇降自在として嵌合されている。

また、プランジャシリンダ２７には泥状材料の供給装置
３０が連設されている。

この供給装置３０はスクリュシリンダ３１とスクリュ３
２とから主構成され、スクリュシリンダ３１の一端には
泥状材料の投入ホッパ３３が設けられ、該ホッパ３３に
投入された材料はシリンダ３４でスクリュシリンダ３１
に押込まれ、スクリュ３２をモータ３５で回転すること
により、チエツク弁３６を押開いてプランジャシリンダ
２７に供給するようになっている。

また、第３図において、３７はグイセントクランプを示
している。

従って、この第３図に示す成形機１においては、次のよ
うにして各ダイセット２の成形室１３及び保圧室１５に
泥状材料を加圧注入する。

供給装置３０で泥状材料を１０ｋｇ／ｃ−以下の圧力で
プランジャシリンダ２７に押込むと、プランジャピスト
ン２８はその圧力で降下される。

−方、ダイセット２はクランプ３７で射出反力に耐え得
る程度に軽く押えられている。

そこで、昇降シリンダ２５で架台２４の全体を上昇させ
ると、射出ノズル２６がピストンノズル１７に押付けら
れ、ここに、射出可能とされる。駆動シリンダ２９を上
昇させ、１５０〜４００　ｋｇ／ｃｄ程度９射出圧で泥
状材料を成形室１３及び保圧室１５に加圧注入し、この
ときの圧で供給装置３０への材料洩れはチエツク弁３６
で阻止される。

射出が終ると、クランプ３７は上昇し、再びグイセット
２はコンベア８上を走行して保圧ステーション５へと移
行される。

この保圧ステーション５において、成形室１３に加圧注
入された材料が脱水されるが、この脱水量は保圧室１５
内の材料が補充されることによって維持される。

すなわち、本例ではピストンノズル１７は圧力源２３で
上昇されており、射出終了後はチエツク弁２０と圧力源
２３による上昇作用で脱水を伴う圧力低下は保圧室１５
からの材料補充によって阻止され、ここに、成形室１３
は圧力保持される訳である。

第４図を参照すると、保圧ステーション５後における型
締・離型ステーション６による作用が図示されている。

第４図において、３８はナツトランナー、３９は固定ピ
ストンであり、保持時間終了後のグイセット２は、離型
機３の下で、固定ピストン３９により固定され、ナンド
ランナー３８が降下し、型締めボルト１２のナツトを締
めナツトと上板１０を持上げることにより成型金型９を
離型し、未乾燥成形品を取出し可能とする。

そして、成型金型９を交替又は成形品を除去後に上板１
０を下げナツトを締めつけて型しめすることによって、
次の待機搬入ステーション７へと移行され、次々と成形
機１へと運ばれることになる。

なお、離型された未乾燥成形品は、その後、１２０℃、
１時間の乾燥工程、１５５０℃、１時間の焼成工程を経
て成形品とされる。

第５図は成形機１の他の例を示しており、第３図の例で
は全体が上昇降下していたのに対し、本例では射出ノズ
ル２６が進退するものである。

すなわち、プランジャシリンダ２７に、ヘッドアダプタ
４０が設けられ、このアダプタ４０内に射出通路２６Ａ
を有する射出ノズル２６が復帰バネ４１に抗して進出可
能とされている。

そして、射出ノズル２６には開閉弁４２が設けられてい
る。

従って、第５図の実施例では射出ノズル２６０軸心延長
上に、グイセット２のピストンノズル１７が待機して（
ると、開閉弁４２を閉成した状態にしておいて、第６図
、第７図で示す如くプランジャピストン２８を上昇させ
る。

すると、射出ノズル２６の弁４２は閉じていることから
、該ノズル２６はバネ４１に抗して上昇し、ノズルヘッ
ド２６Ｂがピストンノズル１７のノズル部１９に押付け
られる。

そこで、弁４２を開成すると、プランジャシリンダ２７
中の泥状材料はチエツク弁２０を押開いて保圧室１５、
スプール１４を介してポーラス型成形室１３に加圧注入
される。

材料が加圧注入されると、ピストンノズル１７のＪ 面積が射出ノズル２６の面積より大であることからその
面積差で両ノズル１７．２６は押付けられた状態のまま
で降下しく第８図）、ノズル１７が押え１８に当ること
で降下は終る。

そこで、弁４２を閉成し、材料加圧力を除（と、復帰バ
ネ４１の復元力で第９図に示す如く旧位に戻され、−方
、成形室１３及び保圧室１５の材料圧力はチエツク弁２
０で一時的に保持される。

この状態で前述したように保圧時間帯に移行することに
なるが、成形室１３内の材料における水及び溶剤が脱水
されて圧力が徐々に低下することになる。

そこで、油圧源２３からの油圧をピストンノズル１７に
第１０図で示す如く作用させることにより、成形室１３
内の圧力は一定に保持されることになる。

第１１図から第１４図に保圧手段の他の実施例を示して
いる。

第１１図は開閉弁又は逆止弁２０Ａを外装にするととも
に、保圧室１５とピストン室１６を同径にしてアキュム
レータによる油圧源２３で保圧するものである。

第１２図は保圧室１５を通路２１の途中に設け、アキュ
ムレータによる油圧源２３で保圧ピストン１７Ａで保圧
するようにしたものである。

第１３図は保圧室１５を上板１０に設け、保圧ピストン
ＩＴＡを設けるとともに、カプラ１７Ｂを介してポンプ
等の油圧源２３に接続したものである。

第１４図は保圧室１５内に弾性変形可能なゴム袋１５Ａ
を設け、その外部に圧縮性気体例えばＮ２ガスなどを封
入したもので、ＮＺガスによってゴム袋１５Ａがポンプ
作用をして保圧するものである。

なお、以上の実施例は１例であって、その他の保圧手段
に従うこともできるし、射出成形機は横型のものであっ
てもよい。

また、ポーラス型成形室１３を構成する材料は通気性の
ある無機質材料で、具体的には、石膏型（αまたはβ半
水石膏を型状に成形したもの）、焼結金属型（金属粉末
を焼結して多孔質としたもの）、セラプラスト型（特許
第１０７３０６８号に開示される多孔質体）、セラミッ
クと金属粉末、繊維の混合圧縮して作られた多孔質材等
を挙げることができる。

（発明の効果） 本発明によれば、射出成形機に対して複数基のグイセッ
トを用意し、該ダイセットに次々と泥状材料を加圧注入
するものであるから、圧力保持の間も射出は途切れるこ
となく仕事をしていることとなり、いわばラインの能力
は射出部の能力によって決まり、システム全体と射出機
１台の数台になり、生産性は大幅に向上できる。

ダイセット内で保圧していることから、型締・離型部の
能力が射出機能力より劣るときでも、グイセントをスト
ックさせておくこともでき、保圧は脱水量を見込んで保
圧室に注入した泥状材料を補充して行なうので、保圧維
持は確実にでき、延いては良品質の成形品をうろことが
できる。

各機能を分離した構成となるので、各部が簡単な構造の
機械として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明と従来例とを示しており、第１図は成形装
置全体の概念平面図、第２図はダイ七・ノドの立面図、
第３図は射出部の立面図、第４図は型締・離型部の立面
図、第５図はグイセットを射出部の好ましい実施例の立
面図、第６図から第１０図は好ましい射出部の作動工程
を示す立面図、第１１図から第１４図は保圧手段の他の
例を示す各要部の立面図、第１５図から第１７図は従来
例の３例を示す概念図である。 １・・・射出成形機、２・・・ダイセット、１３・・・
成形室、１５・・・保圧室、２６・・・射出ノズル、２
３・・・保圧用圧力源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）泥しよう粉末材料をダイセット２のポーラス型成
   形室１３に射出成形機１より加圧注入して脱水成形する
   方法において、 ポーラス型成形室１３に連通する保圧室１５を有する複
   数基のダイセット２を用意し、射出成形機１に対してダ
   イセット２のそれぞれを切換搬入してそれぞれの成形室
   １３および保圧室１５に泥しよう粉末材料を加圧注入し
   、ポーラス型成形室１３における脱水量を保圧室１５内
   の材料で補充して保圧しながら成形することを特徴とす
   る泥しよう粉末材料の脱水成形方法。