JPH0565504A

JPH0565504A - 成形方法

Info

Publication number: JPH0565504A
Application number: JP3634091A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kuroki; 英憲黒木; Shunzo Tajima; 俊造田島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】遠心力を利用し、金属，セラミック等の粉末を
含む泥漿又は混濁物から迅速に粒子充填率のよい成形品
を作製する。【構成】金属，セラミック等の粉体を液体に混練した泥
漿，懸濁液等の流動体を所定量型内にいれ、遠心機に型
をセットする。型の底部を回転半径外方に向けて遠心機
を所定時間運転し、型の上部に泥漿等の液成分を分離さ
せて、固形状の生成形体を得る。その後、透液性底部を
有する型に生成形体をセットして、遠心機で運転するこ
とにより、生成形体中の液体をさらに排出させる。最初
から透液性底部を有する型を使用してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心力を利用して金
属，セラミック等を含む泥漿から固形状の生成形体を得
るスリップキャスティング法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属，セラミック又はこれら
の混合物の粉末から所定形状の焼結体を得るようにした
粉末冶金或いはセラミック工業において、各種粉末を焼
結前に予め一定形状の生成形体に仕上げるための一般的
な成形方法として、例えばボ―ルミルで粉砕された各種
粉末に有機結合剤，可塑剤，溶剤等を添加し、これらを
混練して泥漿を作製し、この泥漿を回転ロ―ル状でドク
タ―ブレ―ドにより掻きとりながら帯状の基材上に一定
の厚みで付着させた後、加熱乾燥して得た帯状のグリ―
ンシ―トを切断又は打ち抜いて平板状の生成形体を得る
いわゆるドクタ―ブレ―ド法や、上記のような泥漿をス
プレ―ドライヤ―で噴霧乾燥して得た成形用粉末を一定
形状の型内でプレス成形することにより生成形体を得る
圧縮成形法等が知られている。

【０００３】一方、より簡略な工程による方法として、
微粉末をアルギン酸アンモニウム水溶液等に分散させて
泥漿（スリップ）を作製し、彼を石膏型に注入，乾燥さ
せて所定の形状に仕上げるスリップキャスティング法が
ある。

【０００４】また、このようなスリップキャスティング
法の一種として、例えば特開平１―１７９７４８号公報
に開示される如く、泥漿を石膏等の吸水性モ―ルド内に
鋳込み、モ―ルドをその軸心を回転中心として回転させ
て、その遠心力によりモ―ルド内面に泥漿を着肉させて
成形するようにした成形法は公知の技術である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では下記のような問題があった。

【０００６】すなわち、ドクタ―ブレ―ド法では、ドク
タ―ブレ―ドで掻きとった後、長い距離に亘って帯状の
付着物を乾燥するための乾燥炉が必要であり、多大の設
備と加熱のための熱量が必要である。加えて、液の乾燥
時混入した気体の膨張による脹れを防止すべく、泥漿を
予め真空脱泡する必要があり多大の時間が必要であっ
た。また、圧縮成形法では、スプレ―ドライ工程で泥漿
を粒状に飛散させながら高温の熱風を送る必要があり、
やはり多大の設備，時間及び熱量が必要であった。

【０００７】一方、上記スリップキャスティング法、特
に上記公報の方法では、液を乾燥させるために加熱によ
る蒸発を必要としないので、他の方法に比べて熱量の節
約が期待しうる。しかしながら、通常のスリップキャス
ティング法では乾燥に非常に時間が掛かり、石膏のよう
な吸水性モ―ルドは形状精度が劣るという問題がある
が、上記公報の方法でも本質的に精度の劣る石膏のよう
な吸水性モ―ルドを用いている点は変わっていない。ま
た、遠心力は比重の大きい物質に対してより強く作用す
るために、泥漿を収容したモ―ルドを回転させても比重
の大きい金属，セラミック等に比べて比重の小さい水，
有機溶剤等に加わる遠心力は小さい。したがって、上記
公報の方法における重力倍数程度では液が遠心力により
外方に脱液する作用はそれ程強力とはいえず、固液分離
機能を専ら吸水性モ―ルドに委ねても迅速な液分離効果
が期待できないという問題があった。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、吸水性にとらわれずに金属やセラミ
ック，プラスチック等の精密なモ―ルドを用い、しかも
泥漿から液成分を迅速に分離しうる手段を講ずることに
より、乾燥時間を短縮するなど工程の迅速化を図ること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、金属，セラミック
等の粉体を液体に混練してなる泥漿，懸濁液等の流動体
から生成形体を得るための成形方法を対象とするもので
ある。

【００１０】そして、成形方法として、底部が密閉され
た型内に上記流動体を所定量入れ、遠心機に上記流動体
が収容された型をセットしたのち、所定時間の間、遠心
機により上記型の底部を遠心機の回転半径方向外方に向
けて回転させ、しかる後、型の上部に分離された液体を
除去して、固形状の生成形体を得るようにした。

【００１１】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明において、得られた生成形体を透液性底部を
有する型に収納し、上記生成形体が収容された型を遠心
機にセットしたのち、所定時間の間遠心機により型の底
部を遠心機の回転半径方向外方に向けて回転させて生成
形体中の残存液を上記透液性底部を介して脱液し、しか
る後、上記型から生成形体を脱型するようにした。

【００１２】請求項３の発明の講じた手段は、金属，セ
ラミック等の粉体を液体に混練してなる泥漿，懸濁液等
の流動体から生成形体を得るための成形方法を対象とす
る。

【００１３】そして、成形方法として、透液性底部を有
する型内に上記流動体を所定量入れ、遠心機に上記流動
体が収容された型をセットしたのち、所定時間の間遠心
機により上記型の底部を遠心機の回転半径方向外方に向
けて回転させ、しかる後、型の上部に分離された液体を
除去して、固形状の生成形体を得るようにした。

【００１４】請求項４の発明の講じた手段は、上記請求
項２の発明に加えて、遠心機に上記生成形体が収容され
た型を再セットしたのち、所定時間の間遠心機により上
記型の底部を遠心機の回転半径方向外方に向けて回転さ
せて生成形体中の残存液を上記透液性底部を介して脱液
し、しかる後、上記型から生成形体を脱型するようにし
た。

【００１５】請求項５の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は３の発明において、粉体の平均粒径を０．１〜
１．０μｍとし、遠心機の運転時における遠心加速度を
３０００Ｇ以上とした。

【００１６】請求項６の発明の講じた手段は、上記請求
項２又は３の発明において、透液性底部を多数の貫通孔
を有する部材又は粒状物によりバックアップされたフィ
ルタ―を敷設したものとした。

【００１７】

【作用】以上の方法により、請求項１の発明では、遠心
力により型内で泥漿，懸濁液中の固形分が沈降し、液成
分が生成形体の上方に分離されるので、固液の分離が速
やかになされ、短時間で高い粒子充填率を有する生成形
体が得られる。

【００１８】加えて、従来のスリップキャスティング法
のように泥漿或いは懸濁液の濃度，粘度，分散状態の影
響を受けることなく成形することが可能となり、結合剤
の削減が可能となる。その結果、焼成時の昇温速度が増
大し、さらに脱脂，焼成温度が低くて済むので、製造能
率，寸法精度及び歩留まりが向上することになる。ま
た、小型精密品から大形品まで幅広い応用が可能とな
る。

【００１９】請求項２の発明では、脱液により、透液性
底部を介して生成形体が含む液体成分がさらに排出さ
れ、液体量が成形時よりもさらに低減されるので、後の
乾燥時間や脱脂，焼成時間がより短縮されるとともに、
脱液による収縮効果により、生成形品の型からの脱型が
容易となり、型の抜け勾配が不要となる。また、そのこ
とにより、製品の形状精度が向上することになる。

【００２０】請求項３の発明では、最初の工程から透液
性底部を有する型を使用することで、型内で上部に液成
分が分離されると同時に、型の底部からも液が排出さ
れ、成形工程の時間がさらに短縮することになる。

【００２１】請求項４の発明では、上記請求項３の発明
の作用に加えて、脱液により生成形体中の液体量が低減
し、生成形体の収縮により脱型が容易となるので、上記
請求項２の発明の作用をも併せて得られることになる。

【００２２】請求項５の発明では、平均粒径が０．１〜
１．０μｍの微粒子からなる粉体の場合、重力倍数が３
０００Ｇ以上となるような条件（回転半径及び回転速
度）とすることにより、このような微粒子の成形が可能
となる。

【００２３】請求項６の発明では、フィルタ―をバック
アップする部材の多数の貫通孔又は粒状物内の粒子間隙
から液成分が容易に排出されるので、成形時間や，脱液
時間が顕著に短縮されることになる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１及び図
２に基づき説明する。

【００２５】（準備）まず、円筒状の筒部材１ａと、円
板状の底部材１ｂとからなる型１に金属，セラミック或
いはこれらの混合物の泥漿２を所定量だけ入れる（図１
の（ａ）参照）。この泥漿２は、予めボ―ルミルにより
所定の平均粒径に粉砕された金属，セラミック等の粉末
に分散剤，溶剤（水，有機溶剤等）を添加し、混練して
得られる。ここで、上記泥漿２において、粉末粒子はほ
ぼ一次粒子にまで分散されている。

【００２６】（成形）次に、図２の（ａ）に示すよう
に、この型１を遠心機３にセットする。該遠心機３は、
モ―タ１１により縦軸回りに回転する回転軸１２と、該
回転軸１２の上端に固定された水平桿１３とを備えてお
り、該水平桿１３の両端部に取付けられた容器１５，１
５内に上記型１を各々１個ずつセットするようになされ
ている。ここで、上記各型１，１は上記容器１５，１５
内に底部材１ｂ，１ｂを下方に向けてセットされ、さら
に、上記各容器１５，１５は水平桿１３の両端部で、水
平軸１４，１４回りに回転自在に支承されており、図２
の（ｂ）に示すように、遠心機３の運転中には、その遠
心力により容器１５，１５の底部つまり各型１，１の底
部材１ｂ，１ｂ側を遠心機３の回転半径方向外方に向け
て回転される。そして、上記遠心機３を運転することに
より、遠心力で泥漿２中の密度の大きい固体成分４を型
１の底部材１ｂ側に次第に沈降させ、液成分５をその上
部に分離して行き（図１の（ｂ）参照）、所定時間経過
後に遠心機３の運転を停止したときには、大部分の液成
分５が型１の上部に分離し、その下方に固形状の生成形
体６が得られる（図１の（ｃ）参照）。このとき、遠心
機３の回転数は粉末の粒径，密度，溶剤の粘性，処理温
度等によって決定される。例えば、平均粒径０．２〜
０．４μｍの粉末の泥漿では、１００００Ｇ程度の重力
倍数が必要であって、この重力倍数が小さ過ぎると、成
形後の生成形体６上部が完全に充填できず、成形時間が
極端に長くなる。なお、このとき得られる生成形体６の
粒子充填率は６０〜６５％程度である。

【００２７】（除液）次に、上記の状態になった型１内
から上部の液成分５のみを捨てて、生成形体６単独とす
る（図１の（ｄ）参照）。

【００２８】（脱液）次に、型１の底部材１ｂを多数の
貫通孔７，７，…（径が０．５〜１．０mm程度）を有す
る円板１ｃに交換する。そのとき、生成形体６の下部に
濾紙８を敷設しておく（図１の（ｅ）参照）。そして、
このように透液性を有する型１を再び上記遠心機３にセ
ットし、一定時間の間遠心機３を運転する。このとき、
生成形体６中に残留していた液成分が濾紙８を介して、
底部材１ｃの貫通孔７，７，…から排出される（例えば
生成形体６の体積の２〜３％程度）。なお、上記脱液工
程は省略可能である。

【００２９】（脱型）最後に、型１の底部材１ｃを筒部
材１ａから取り外し、次いで、生成形体６を筒部材１ａ
の下方から抜き取る（図１の（ｆ）参照）。このとき、
上記脱液を施すことにより生成形体６が収縮し（例えば
直径で０．７〜１．０％程度）、型１の筒部材１ａから
容易に脱型する。

【００３０】（乾燥）その後、上記で得た生成形体６を
乾燥炉に入れて、低温加熱により乾燥させる。この乾燥
時間は生成形体の大きさにより異なるが、例えば、４０
℃で６時間、７０℃で６時間保持した後、さらに１００
℃で２時間保持する程度の処理により乾燥しうる。

【００３１】（脱脂，焼結）最後に、乾燥後の生成形体
６を炉内で焼結する。このとき、生成形体６中に含まれ
る結合剤，分散剤等を予め除くために、例えば１２０℃
／Ｈ程度の昇温速度で加熱して脱脂（仮焼）するととも
に、そのまま連続的に２００℃／Ｈ程度の昇温速度で加
熱して焼結を行い、最終製品を得ることになる。

【００３２】なお、上記実施例では、成形される流動体
を粉末が分散剤，結合剤と混練されてなる泥漿とした
が、本発明は斯かる実施例に限定されるものではなく、
粉末を溶剤中に分散させただけの懸濁液から遠心機にセ
ットして、遠心力により成形することも可能である。

【００３３】したがって、上記実施例では、最初の成形
工程（固液分離工程）で、遠心力により型１内で泥漿１
中の固形分４が沈降し、液成分５が生成形体６の上方に
分離されるので、固液の分離が速やかになされ、短時間
で粒子充填率６０％以上の生成形体６が得られる。その
結果、乾燥時間が非常に短縮される（通常のスリップキ
ャスティング法の１／２〜１／５程度）とともに、焼成
時の昇温速度を増大させることができ（通常のスリップ
キャスティング法の３〜５倍）、製造能率の向上を図る
ことができる。

【００３４】加えて、従来のスリップキャスティング法
のように泥漿１（或いは懸濁液）の濃度，粘度，分散状
態の影響を受けることなく、成形することができ、ま
た、成形前の泥漿，混濁液を真空脱泡する必要がない。
さらに、結合剤が通常のスリップキャスティグ法の１／
３〜１／５程度でよく、その結果、脱脂，焼成温度を低
くしうるので、寸法精度及び歩留まりが向上するほか、
厚肉大形品にも適用可能となる。例えば、肉厚０．１mm
以下の小型精密品から肉厚１００mm以上の大形品まで幅
広い応用が可能である。

【００３５】特に、上記実施例における脱液工程は必ず
しも必要でないが、脱液により生成形体が含む液体量を
通常のスリップキャスティング法によるものよりも２〜
３（体積％）少なくでき、後の乾燥時間や脱脂，焼成時
間がさらに短縮できるとともに、脱液による収縮効果が
得られるので、生成形品６が型１から容易に脱型され、
筒部材１ａに抜け勾配を設ける必要がないという利点が
ある。

【００３６】また、上記実施例では、最初の成形工程で
は型１の底部材１ｂを密閉されたものとしたが、最初の
工程から透液性の底部材１ｃにすることも可能であり、
その場合、型１内で上部に液成分５を分離すると同時
に、底部材１ｃを介して液が排出されるので、成形工程
の時間がさらに短縮することになる。

【００３７】平均粒径が０．１〜１．０μｍの微粒子か
らなる粉体の場合、重力倍数が３０００Ｇ以上となるよ
うな条件（回転半径及び回転速度）とすることにより、
このような微粒子の成形が可能となる。

【００３８】また、上記実施例のように、透液性底部の
構成として多数の貫通孔を有する底部材１ｃ又は粒状物
でバックアップされた濾紙８等のフィルタを設けた場
合、従来のスリップキャスティング法のように石膏の型
を交換するのに比べて、濾紙の交換が容易かつ低コスト
であるとともに、貫通孔から液が容易に排出されるの
で、成形時間，脱液時間が顕著に短縮されることにな
る。

【００３９】（具体例）次に、本発明の具体例について
説明する。泥漿として下記表１のものを作製した。

【００４０】

【表１】

【００４１】このとき、上記泥漿の粘度は、８０〜１０
０００Ｐａ・ｓであった。

【００４２】そして、上記泥漿を遠心機にセットして、
４０分間運転することにより、径１２mm、高さ５０mmの
生成形体を得た。このとき、生成形体の重量は１４〜１
５ｇである。さらに、この生成形体を透液性型内で遠心
機にセットし、４０分間脱水処理することにより、含水
率１２．５（wt％）の生成形体を得た。このとき、生成
形体の密度は２．４〜２．６（ｇ／cm³）であり、粒子
充填率は６０〜６５（％）であった。

【００４３】次に、上記生成形体を焼成温度を変えて９
０分間焼成したときの密度及び相対密度を下記表２に示
す。

【００４４】

【表２】

【００４５】すなわち、上記表２に示されるように、非
常に低い焼成温度で、しかも短時間の焼成時間で、高純
度アルミナの焼成が可能となっており、本発明の効果が
明確に現れている。

【００４６】本発明は、上記具体例のような高純度アル
ミナの他、各種セラミック，各種金属を含むほとんどの
微粉末の成形にも適用しうる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、金属，セラミック等の粉末を液体に混練してな
る泥漿，懸濁液から生成形体を成形する成形方法とし
て、型内に泥漿等を入れ、遠心力で型を所定時間の間回
転させることにより、型内の泥漿，懸濁液中の固形分を
沈降させ、液成分を生成形体の上側に分離させるように
したので、固液の分離の促進により短時間で高い粒子充
填率を有する生成形体が得られるとともに、結合剤の低
減により、焼成温度の低下と昇温速度の高速化とを図る
ことができる。また、そのことにより、製造能率，寸法
精度及び歩留まりの向上を図ることができる。

【００４８】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明において得られた生成形体を透液性底部を有する型
内で再び遠心機により回転させるようにしたので、生成
形体に残留した液の脱液により、生成形体が含む液体量
をさらに低減することができ、後の乾燥時間や脱脂，焼
成時間の短縮を図ることができるとともに、型に抜け勾
配を設けることなく、収縮効果による生成形品の型から
の脱型容易化を図ることができ、よって、製品の形状精
度の向上を図ることができる。

【００４９】請求項３の発明によれば、型内に泥漿等を
入れて遠心力で型を所定時間の間回転させる際、最初の
工程から透液性底部を有する型を使用するようにしたの
で、型内で上部に液成分を分離するとともに、型自体か
らも液を排出させることができ、よって、成形工程の時
間をさらに短縮することができる。

【００５０】請求項４の発明によれば、上記請求項３の
発明において得られた生成形体を透液性底部を有する型
内で再び遠心機により回転させるようにしたので、脱液
により生成形体中の液体量が低減し、生成形体の収縮に
より脱型が容易となり、上記請求項２の発明の効果をも
併せて得ることができる。

【００５１】請求項５の発明によれば、平均粒径が０．
１〜１．０μｍの微粒子からなる粉体の場合、重力倍数
が３０００Ｇ以上となる条件で遠心機を運転するように
したので、このような微粒子の成形をも行うことができ
る。

【００５２】請求項６の発明によれば、上記請求項２又
は３の発明において、透液性底部の構成として、多数の
貫通孔を有する部材又は粒状物によりバックアップされ
たフィルタ―を型の底部に敷設したので、液成分の排出
が容易となり、よって、成形時間や，脱液時間の顕著な
短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る成形方法の各工程を示す縦断面図
である。

【図２】遠心機の運転過程を概略的に示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１型１ａ筒部材１ｂ，１ｃ底部材２泥漿３遠心機６生成形体７貫通孔８濾紙（フィルタ―）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田島俊造広島県広島市西区横川町１丁目７番７号バルミー横川404号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属，セラミック等の粉体を液体に混練
してなる泥漿，懸濁液等の流動体から生成形体を得るた
めの成形方法であって、底部が密閉された型内に上記流動体を所定量入れ、遠心
機に上記流動体が収容された型をセットしたのち、所定
時間の間遠心機により上記型の底部を遠心機の回転半径
方向外方に向けて回転させ、しかる後、型の上部に分離
された液体を除去して、固形状の生成形体を得ることを
特徴とする成形方法。
【請求項２】請求項１記載の成形方法において、得られた生成形体を透液性底部を有する型に収納し、上
記生成形体が収容された型を遠心機にセットしたのち、
所定時間の間遠心機により型の底部を遠心機の回転半径
方向外方に向けて回転させて生成形体中の残存液を上記
透液性底部を介して脱液し、しかる後、上記型から生成
形体を脱型することを特徴とする成形方法。
【請求項３】金属，セラミック等の粉体を液体に混練
してなる泥漿，懸濁液等の流動体から生成形体を得るた
めの成形方法であって、透液性底部を有する型内に上記流動体を所定量入れ、遠
心機に上記流動体が収容された型をセットしたのち、所
定時間の間遠心機により上記型の底部を遠心機の回転半
径方向外方に向けて回転させ、しかる後、型の上部に分
離された液体を除去して、固形状の生成形体を得ること
を特徴とする成形方法。
【請求項４】請求項３記載の成形方法において、遠心機に上記生成形体が収容された型を再セットしたの
ち、所定時間の間遠心機により上記型の底部を遠心機の
回転半径方向外方に向けて回転させて生成形体中の残存
液を上記透液性底部を介して脱液し、しかる後、上記型
から生成形体を脱型することを特徴とする成形方法。
【請求項５】請求項１又は３記載の成形方法におい
て、粉体の平均粒径は０．１〜１．０μｍであり、遠心機の
運転時における遠心加速度は３０００Ｇ以上であること
を特徴とする成形方法。
【請求項６】請求項２又は３記載の成形方法におい
て、透液性底部は多数の貫通孔を有する部材又は粒状物によ
りバックアップされたフィルタ―を敷設してなることを
特徴とする成形方法。