JPS62103105A - スリツプキヤステイング成形型 - 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〕 本発明はスリップキャスティング成形型に関し、特にエ
ンジン用セラミック製品の成形に用いるスリップキャス
ティング法に好適な成形型に関する。

〔従来の技術〕

セラミック粉末を分散媒溶液に懸濁させ、解膠。

状態にして流動性を持ったスリップ（泥檗）とし、製品
キャビティが形成された石膏型に流し込んで成形するス
リップキャスティング法は公知である。

このスリップキャスティング法を用いて、セラミック製
品の外形であるキャビティ部を郭定する外型や、空洞部
を有するセラミック製品を製造する場合には、空洞部を
形成する中子のような成形型として発泡ポリスチレンや
発泡ポリウレタンからなる発泡プラスチックが用いられ
ることがある（例えば、特開昭５１−１０９００５号公
報、特開昭４９−１）２９０６号公報等）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、スリップキャスティング成形に用いる発泡ポ
リスチレン等の発泡プラスチックからなる成形型は、そ
の表面に発泡による気泡の影響で凹凸があり、面粗度が
最高高さ３００μｍ程度と悪い。このため、この成形型
を用いてスリップキャスティング成形を行うと、得られ
たセラミック製品でこの成形型に接触していた部分の面
粗度が悪くなる。そして、この面粗度が悪いことに起因
して、焼結体としてのセラミック製品の強度が低くなり
、耐久性が不十分になる。

また、スリップキャスティング成形において、分散媒溶
液として水またはベンゼン等の有機溶媒が用いられるが
、セラミック粉末として炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）を用い
る場合には、分散媒溶液として水よりもベンゼンを用い
た方がセラミック製品の密度が高くなり、強度が向上す
る。

しかしながら、発泡ポリスチレンからなる成形型を用い
る場合に、ベンゼンを分散媒溶液として用いると、成形
型はベンゼンにより溶解されてしまい、スリップキャス
ティング成形ができなかった。従って、従来は発泡ポリ
スチレン製成形型の表面にろうを塗布する方法が行われ
ていた。しかし、ろうを用いると、ろうを除去する際、
加熱によりろうが溶けてセラミック成形体に染み込む。

そして、窒素ガス雰囲気中でろうを分解する際、多量の
炭素がセラミック内部に残り、焼成時において、焼結体
にふくれ等の不具合が発生し、強度低下を招くという問
題がある。

このため、発泡ポリスチレン等の発泡プラスチックから
なる成形型を使用しても、面粗度が良好となり、更には
ベンゼンを分散媒溶液として用いた場合にも発泡ポリス
チレン成形型が使用でき、かつ高強度の焼結体（セラミ
ック製品）が得られる工夫が望まれていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題は、次に述べる本発明のスリップキャスティン
グ成形型を用いることによって解決される。

ここで、本発明のスリップキャスティング成形型は、所
望形状に成形された発泡プラスチックの表面に、高分子
被膜が形成されていることを特徴としている。−・−第
１の発明 また、本発明のスリップキャスティング成形型は、所望
形状に成形された発泡プラスチックの表面に、有機分散
媒に不溶な高分子被膜が形成されていることを特徴とし
ている。・・−・−第２の発明本発明において、発泡プ
ラスチックとしては発泡ポリスチレンや発泡ポリウレタ
ン等を用いることができる。これらは射出成形や押し出
し成形等により所望の成形型形状とすることができるが
、市販の発泡ポリスチレン材を機械加工により所望の成
形型形状に切り出してもよい。

また、本発明において、発泡プラスチックの表面に形成
される高分子被膜としては、樹脂被膜やゴム被膜を用い
ることができる。このとき、使用される樹脂やゴムの種
類としては任意のものでよいが、分散媒溶液としてベン
ゼン等の有機溶媒を用いる場合には、第２の発明のよう
に、有機分散媒に不溶な高分子被膜、例えばポリビニル
アルコール等を用いることが必要である。

発泡プラスチックに高分子被膜を形成する方法としては
、樹脂液やゴム液中に所望の成形型形状に成形された発
泡プラスチックを浸漬し、引き上げて乾燥させる方法が
最も簡単であるが、樹脂液やゴム液を発泡プラスチック
表面に塗布したり、吹き付けてもよい。

〔作用〕

本発明のスリップキャスティング成形型によれば、表面
に発泡プラスチックの表面より面粗度の良い高分子被膜
が形成されているので、スリップキャスティング成形に
用いた場合には、成形型に面している成形体の面粗度も
良くなる。この面粗度が良くなることにより、焼結体、
即ち、セラミック製品の強度が向上する。

また、発泡プラスチックの表面に有機分散媒に不溶な高
分子被膜を設けたため、従来、有機分散媒に溶解するた
め使用できなかった発泡ポリスチレンを成形型として使
用することが可能となった。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。

（第１実施例） 第１実施例として、第１の発明に係るスリップキャステ
ィング成形型の中子を用いてディーゼル副燃焼室をセラ
ミックスで形成した例を示す。

ここで、第１図は本発明の第１実施例に係るスリップキ
ャスティング成形型の中子を示す断面図、第２図は本発
明の第１実施例に係るスリップキャスティング成形型の
中子を石膏型に組み付けた状態を示す断面図である。

平均粒径０．９μｍの窒化珪素（ｓ　１３Ｎ４）粉末９
０重量％（以下、％はすべて重量％を示す）、平均粒径
０．２μｍのアルミナ（Ａｊ！ｚＣ）＋）粉末５％およ
び平均粒径０．８μｍのイツトリア（Ｙ２Ｏ２）粉末５
％をボールミルにて均一に混合する。

得られた混合粉末１００重量部に対し、分散媒溶液とし
て水３３．３重量部および界面活性剤ポリアクリル酸ア
ンモニウム０．６重量部を添加し、ボールミルにて６時
間混合してスリップ（泥漿）を調整する。

次いで、発泡プラスチックとして発泡率３０倍の発泡ポ
リスチレンを用い、第１図に示す中子形状に成形した。

この発泡ポリスチレン製中子１をポリアクリル酸樹脂（
ポリアクリレート）エマルジョン水溶液に浸漬し、引き
上げて空気中で２時間乾燥することにより、高分子被膜
として厚さ約０、２鶴のポリアクリレート被膜２を形成
した。そして、このポリアクリレート被膜２が形成され
た中子１を、第２図に示すように、石膏型３に組み込み
、この石膏型３と共にディーゼル副燃焼室形状の製品キ
ャビティ４を郭定する。

続いて、この石膏型３の注ぎ口５から、真空中で十分脱
泡したスリップを注ぎ込む。注ぎ込んだ直後から１）０
００ｖｐで５分間振動を加え、気泡を空気抜き孔６から
抜く。５分経過後、振動を止め、型バラクを行って中子
１を鋳込んだ成形体を取り出す。この形成体を２５℃で
１２時間更に４５℃で７時間乾燥した後、窒素雰囲気中
で５°Ｃ／分の昇温速度で４５０℃まで加熱し、中子１
およびポリアクリレート被膜２を除去する。次いで、こ
の成形体を焼成炉に入れ、９．５気圧の窒素雰囲気下に
おいて、１７２０℃で４時間焼成した。その後、機械加
工により所定の寸法に仕上げることによりディーゼル副
燃焼室を形成するセラミックチャンバを得た。

得られた焼結体の中子と接していた部分の表面粗さは、
最大高さが８μｍであり、中子と接していなかった部分
の表面の粗さ１４μｍより小さかった。また、焼結体の
強度を内圧破壊試験にて調べたところ、引張強度σは４
１３ｋｇ／ｍ”であった。

なお、中子除去後の成形体には、亀裂、割れ等の不具合
は発生していなかった。

（第１比較例） 比較のため、ポリアクリレート被膜のない発泡ポリスチ
レン製中子を用い、他は実質的に第１実施例と同様にし
てセラミックチャンバを製造した。

この結果得られたセラミックチャンバは、中子と接して
いた部分の面粗度が最大高さで３００μｍであり、第１
実施例と同様な方法で行った内圧破壊試験の結果、引張
強度σは２０ｋｇ／ａｍ”であった。

（第２実施例） 第１実施例において、高分子被膜としてポリアクリレー
ト被膜の代わりにスチレンブタジェンゴム被膜を形成し
たことを除き、他は実質的に第１実施例と同様な方法で
セラミックチャンバを製造した。

このセラミックチャンバは、面粗度、引張強さ共、第１
実施例と同様な結果が得られた。

（第３実施例） 第３実施例として、第２の発明に係るスリップキャステ
ィング成形型の中子を用いて直噴ディーゼルエンジン用
ピストンをセラミックスで形成した例を示す。

ここで、第３図は本発明の第３実施例に係るスリップキ
ャスティング成形用中子を示す断面図、第４図は本発明
の第３実施例に係るスリップキャスティング成形型の中
子を石膏型に組み付けた状態を示す断面図である。

平均粒径０．４５μｍの炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）粉末９
８％、平均粒径１μｍの非晶質硼素粉末１％および平均
粒径０．１μｍの非晶質炭素粉末１％をボールミルにて
均一に混合する。得られた混合粉末を乾燥した後、この
混合粉末１００重量部に対し、分散媒溶液としてベンゼ
ン２８重量部およびポリカルボン酸非イオン界面活性剤
１．５重量部を同時に添加し、ボールミルにて６時間混
合してスリップ（泥漿）を調整する。

次いで、発泡プラスチックとして発泡率３０倍の発泡ポ
リスチレンを用い、第３図に示す中子形状に成形した。

この発泡ポリスチレン製中子１をポリビニルアルコール
のエマルジョン水溶液に浸漬し、引き上げて空気中で２
時間乾燥することにより、高分子被膜として厚さ約０．
２鶴のポリビニルアルコール被膜７を形成した。そして
、このポリビニルアルコール被膜７が形成された中子ｌ
を、第４図に示すように、石膏型３に組み込み、この石
膏型３と共に直噴ディーゼルエンジン用ピストン形状の
製品キャビティ４を郭定する。

続いて、この石膏型３の注ぎ口５から、真空中で十分脱
泡したスリップを注ぎ込む。注ぎ込んだ直後から１）０
００ｖｐで５分間振動を加え、気泡を空気抜き孔６から
抜く。５分経過後、振動を止め、着肉後、型バラクを行
って中子１を鋳込んだ成形体を取り出す。この形成体を
２５℃で１２時間更に４５℃で７時間乾燥した後、窒素
雰囲気中で５℃／分の昇温速度で４５０℃まで加熱し、
中子１およびポリビニルアルコール被膜７を除去する。

次いで、この成形体を焼成炉に入れ、１気圧のアルゴン
ガス雰囲気下において、２１００℃で１時間焼成した。

この結果、密度９７％の直噴ディーゼルエンジン用ピス
トンを得た。また、このピストンは第１実施例と同様、
面粗度が良好であった。

この直噴ディーゼルエンジン用ピストンから３ｎ×４鶴
Ｘ　４５　ａｍのテストピースを複数切出し、表面を１
μｍのダイヤモンドペーストで仕上げ、３点曲げ強度試
験を行った。この結果、３点曲げ強度は、室温で５８〜
８４ｋｇ／鶴２．１２００°Ｃで６４〜Ｆ３５ｋｇ／ｗ
”、１４００℃で６８〜９２ｋｇ　／　ｍ　”であった
。

（第２比較例） 第３実施例において、発泡ポリスチレン製中子の表面に
ポリビニルアルコール被膜を形成することなく石膏型に
設置し、この石膏型にスリップを流し込んだところ、中
子がスリップの分散媒溶液として用いたベンゼンに溶け
、成形ができなかった。

（第４実施例） 第３実施例において、分散媒溶液としてベンゼンの代わ
りに水を用い、ポリカルボン酸非イオン界面活性剤の代
わりにジエチルアミンを用い、混合粉末１００重量部に
対し、水を３３重量部、ジエチルアミン０．５重量部を
混合してスリップを調製したことを除き、他は実質的に
第３実施例と同様にして直噴ディーゼルエンジン用ピス
トンを製造した。

この結果得られた直噴ディーゼルエンジン用ピストンの
密度は９２％であった。この直噴ディーゼルエンジン用
ピストンから第３実施例と同様に３鶴Ｘ４ｍＸ４５ｕ＋
のテストピースを複数切出し、表面を１μｍのダイヤモ
ンドペーストで仕上げ、３点曲げ強度試験を行った。こ
の結果、３点曲げ強度は、室温で４３〜５２に＋ｒ／鶴
２．１２００°Ｃで４３〜５５ｋｇ／寵１２．１４００
℃で３８〜４４ｋｇ　／　ｍｍ　”であった。第３実施
例より強度が落ちたのは、水が焼結助剤である炭素を分
散させる効果がベンゼンより劣っていることおよび水蒸
気による炭化珪素の酸化に起因すると考えられる。

（第５実施例） 第３実施例において、高分子被膜としてポリビニルアル
コール被膜の代わりにスチレンブタジェンゴム被膜を形
成したことを除き、他は実質的に第３実施例と同様な方
法で直噴ディーゼルエンジン用ピストンを製造した。

この直噴ディーゼルエンジン用ピストンは、面粗度、引
張強さ共、第３実施例と同様な結果が得られた。

（第６実施例） 第６実施例として、第１の発明に係るスリップキャステ
ィング成形型の外型を用いてレシプロエンジンの排気バ
ルブをセラミックスで形成した例を示す。

ここで、第５図は本発明の第６実施例に係るスリップキ
ャスティング成形型の外型を示す断面図、第６図乃至第
９図は本発明の第６実施例に係るスリップキャスティン
グ成形型の外型を用いたセラミック排気パルプの製造方
法を示す断面図である。

平均粒径０．９μｍの窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末９６
％、平均粒径０．２　ｐ　ｍのアルミナ（／ｌ！２０３
）秘末２％および平均粒径０．８μｍのイ・ノドリア（
Ｙ　ｚ　Ｏ：＋　）粉末２％をボールミルにて均一に混
合する。得られた混合粉末１００重量部に対し、分散媒
溶液として水３３．３重量部および界面活性剤ポリアク
リル酸アンモニウム０．４重量部を添加し、ボールミル
にて６時間混合してスリップを調整する。

次いで、発泡プラスチックとして発泡ウレタンを用い、
第５図に示す外型形状に成形した。この発泡ウレタン製
外型２１を、第６図に示すように、ポリアクリル酸樹脂
（ポリアクリレート）エマルジョン水溶液２２に浸漬し
た。浸漬後、引き上げて空気中で２時間乾燥することに
より、第７図に示すように、高分子被膜として厚さ約０
．２　ｍｍのポリアクリレート被膜２３を形成した。そ
して、このポリアクリレート被膜２３が形成された外型
２１を、第８図に示すように、石膏板２４に載置し、こ
の石膏板２４と共にセラミック排気バルブ形状の製品キ
ャビティ２５を郭定する。

続いて、この外型２１の上方から、真空中で十分脱泡し
たスリップ２６を注ぎ込む。注ぎ込んだ直後から１）０
００ｖｐで５分間振動を加え、気泡を上方から抜く。５
分経過後、振動を止め、型バラシを行って外型２１を鋳
込んだ成形体を取り出す。この形成体を２５℃で１２時
間更に４５℃で７時間乾燥した後、窒素雰囲気中で５℃
／分の昇温速度で４５０℃まで加熱し、外型２１および
ポリアクリレート被膜２３を除去する。次いで、この成
形体を焼成炉に入れ、９．５気圧の窒素雰囲気下におい
て、１７４０℃で４時間焼成した。その後、機械加工に
より所定の寸法に仕上げることにより、第９図に示すセ
ラミック排気バルブ２７を得た。

得られた焼結体の外型と接していた部分の表面粗さは、
最大高さが８μｍであり、外型と接していなかった部分
の表面の粗さ１４μｍより小さかった。また、焼結体の
強度を引張強度試験にて調べたところ、引張強度σは５
Ｑｋｇ／ｗ”であった。

なお、外型除去後の成形体には、亀裂、割れ等の不具合
は発生していなかった。

（第３比較例） 比較のため、ポリアクリレート被膜のない発泡ウレタン
製外型を用い、他は実質的に第１実施例と同様にしてセ
ラミック排気バルブを製造した。

この結果得られたセラミック排気バルブは、外型と接し
ていた部分の面粗度が最大高さで３００μｍであり、第
１実施例と同様な方法で行った引張強度試験の結果、引
張強度σは２１ｋｇ／ｍ”であった。

（第７実施例） 第６実施例において、高分子被膜としてポリアクリレー
ト被膜の代わりにスチレンブタジェンゴム被膜を形成し
たことを除き、他は実質的に第６実施例と同様な方法で
セラミック排気バルブを製造した。

このセラミック排気バルブは、面粗さ、引張強さ共、第
６実施例と同様な強度が得られた。

（第８実施例） 第６実施例において、発泡プラスチックとして発泡ウレ
タンの代わりに発泡ポリスチレンを用いた点が異なる。

さらに、第６実施例において、成形された発泡プラスチ
ックの表面に高分子被膜を形成していたのを、発泡プラ
スチックの成形時に成形型のキャビテイ面に、予め高分
子被膜であるポリアクリレートを塗布しておき、成形と
同時に発泡ポリスチレンの表面にポリアクリレート被膜
を形成する点が異なる。

この結果得られたセラミック排気バルブは、面粗度が最
大高さで３２０μｍで、引張強度が４７ｋｇ　／　＊＊
　”であり′、第６実施例に比べてやや面粗度および強
度が劣るものの、発泡プラスチックを高分子被膜材料に
浸漬、乾燥する工程がなく、発泡プラスチックの成形型
に高分子被膜材料を塗布するだけでよいため、製造工程
が簡略化できる。

以上のように、第１実施例と第２実施例と第１比較例よ
り、本発明のスリップキャスティング成形用中子を用い
れば、素材が発泡プラスチックであっても良好な面粗度
が得られることが判る。

また、第３実施例、第４実施例、第５実施例および第２
比較例より、ベンゼンを分散媒溶液として用い、中子の
高分子被膜としてベンゼンに不溶なポリビニルアルコー
ル被膜を用いることにより、高温強度に優れた炭化珪素
焼結体が得られることが判る。

さらに、第６実施例、第７実施例および第３比較例より
、発泡プラスチックを外型に用いた場合にも、良好な面
粗度が得られることが判る。

さらにまた、第８実施例により、発泡プラスチック表面
への高分子被膜の形成方法として、発泡プラスチックの
成形と同時に行うことによって、面粗度および引張強度
をそれ程下げずに工程の簡略化を図れることが判る。

なお、発泡プラスチックに関して、発泡ウレタンは、加
熱もしくは溶剤により容易に除去ができる利点がある。

また、発泡ウレタンは、柔軟性に冨むため、スリップを
着肉した成形体の乾燥時におこる収縮を吸収して、セラ
ミック成形体が破損するのを防ぐことができる。これら
は、用途に応じて使い分けられる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。

〔発明の効果〕

以上より、本発明のスリップキャスティング成形型によ
れば、以下の効果を奏する。

（イ）成形型の表面の面粗度が良くなることに伴い、成
形体の面粗度も良くなる。従って、セラミック製品の強
度が上がり、耐久性が向上する。

（ロ）発泡プラスチックからなる成形型を分散媒として
ベンゼン等の有機溶媒を用いた場合にも使用できるよう
になり、水を分散媒として用いる場合より得られるセラ
ミック製品の強度が向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例に係るスリップキャスティ
ング成形用中子を示す断面図、第２図は本発明の第１実
施例に係るスリップキャスティング成形用中子を石膏型
に組み付けた状態を示す断面図、 第３図は本発明の第３実施例に係るスリップキャスティ
ング成形用中子を示す断面図、第４図は本発明の第３実
施例に係るスリップキャスティング成形用中子を石膏型
に組み付けた状態を示す断面図、 第５図は本発明の第６実施例に係るスリップキャスティ
ング成形用外型の発泡プラスチック成形体を示す断面図
、 第６図は第５図の発泡プラスチック成形体を高分子被膜
材料の溶液中に浸漬した状態を示す断面図、 第７図は本発明の第６実施例に係るスリップキャスティ
ング成形用外型を示す断面図、第８図は第７図のスリッ
プキャスティング成形用外型を石膏板に組み付けた断面
図、 第９図は本発明の第６実施例に係るスリップキャスティ
ング成形用外型を用いて作られたセラミック排気バルブ
を示す断面図である。 １−−−−−一発泡ポリスチレン製中子（発泡プラスチ
ック） ２−−−−ポリアクリレート被膜（高分子被膜）３・−
一−−・石膏型 ４−・−・−製品キャビティ ５−一一一一・・注ぎ口 ６・・−・空気抜き孔 ７・・−・−ポリビニルアルコール被膜（高分子被膜） 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 第３図 節４酉 第５５！ｉ 第６２ １）１７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望形状に成形された発泡プラスチックの表面に
   、高分子被膜が形成されていることを特徴とするスリッ
   プキャスティング成形型
2. （２）所望形状に成形された発泡プラスチックの表面に
   、有機分散媒に不溶な高分子被膜が形成されていること
   を特徴とするスリップキャスティング成形型