JPS6378702A - セラミツクスの成形法 - 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、３次元形状のセラミックス成形品を効率良く
製造できる成形法に関するものである。

［従来技術とその問題点］ セラミックスの成形法としては、従来より、泥漿鋳込成
形法や粉末プレス成形法、射出成形法などが行なわれて
いる。

ところが、泥漿鋳込成形法は、複雑な形状の成形品を安
価に製造できるものの、成形サイクルが長いため大量生
産には不向きである。

また、粉末プレス成形法は、高い生産性を有するものの
、成形品の内部と表面とで粉体の充填密度に不均一が生
じ易い。

更に、射出成形法は、成形精度に優れ、密度の均一な成
形品を製造できるものの、粉砕ボールなど平滑な表面を
必要とする成形品を製造する場合には、ゲート部分に残
る突起を後加工で取り除かなければならず、このため生
産性が低下する問題があった。また、この射出成形法に
あっては、成形品の表面が薄く剥がれるいわゆるラミネ
ーションと称される不良が生じたり、成形品にウェルド
が生じて成形品の強度が低下する問題あった。

「問題点を解決するための手段」 そこで、本発明にあっては、無機質粉体と熱可塑性結合
剤の混練物を熱間押し出し、ついでこのものを柔軟なう
ちに所定の形状のキャビティを有する金型ではさんで切
り取ると同時に成形するようにして上記問題点の解決を
図った。

以下、本発明のセラミックスの成形法を詳しく説明する
。

本発明の成形法にはセラミックス原料である各種の無機
質粉体を利用できる。そのような無機質粉体としては、
例えば、アルミナ、ジルコニア、ムライト、フォルステ
ライト、コージエライト等の酸化物系の無機物や、窒化
珪素、炭化珪素等の非酸化物系無機物を粉砕したものを
挙げることができる。無機質粉体の大きさは、０．１〜
５０．０μｍ程度であることが望ましい。これら無機質
粉体は単独に用いても良いが、組み合わせて用いること
もできる。

また、本発明の成形法に用いられる熱可塑性結合剤とし
ては、各種の熱可塑性を有する結合剤が利用されるが、
特に射出成形用セラミック原料に用いられる結合剤が好
適に用いられる。そのような結合剤としては、ポリエチ
レン、ポリスチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、
エチルセルロース等の熱可塑性樹脂や、ワックスなどを
挙げることができる。これらの結合剤は単独に用いても
良いが、組み合わせて用いることもできる。

本発明の成形法を実施する場合、上記熱可塑性結合剤に
加えて、通常のセラミックス成形に利用される各種の添
加剤を用いることができる。そのような添加剤としては
、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチ
ルフタレート等の可塑剤や、ステアリン酸、鉱物油等の
滑剤などを挙げることができる。

上記無機質粉体、熱可塑性結合剤および添加剤は、結合
剤が適当に溶融する温度域で十分混練される。この混練
物は直接後述する押し出し成形に供することができるが
、通常はまずペレットに加工される。これら原料の混純
には、加圧ニーダ−や、熱間押し出し機などを利用でき
る。また、ペレット化する場合、その大きさは１０ｍｍ
以下であることが望ましい。ペレットが大きすぎると、
これを加熱して可塑化する際に、均一に可塑化できない
問題が生じる。

このようにして調整された成形用材料は、ついで第１図
に示すように、加熱筒を備えた押し出し成形機などによ
り加熱され可塑化された状態で、所定形状に押し出され
る。この押し出し工程において、成形用材料は用いた結
合材の種類に応じて（通常５０〜２００℃程度に）加熱
される。また、この工程では成形用材料を下方に向かっ
て押し出すことが望ましい。水平方向に押し出す場合は
、押し出された材料を保持する適当な保持手段が必要に
なる。

この押し出される材料の横断面形状は、所望する成形品
の形状に応じて定められる。まず押し出される材料の幅
は、後述する金型のキャビティの幅とほぼ等しいかそれ
以上の寸法に設定される。

また、押し出される材料の厚さは、後述するように金型
で材料をはさんだ際に、そのキャビティに十分な量の材
料が充填されるように定められる。

この押し出される材料の横断面形状は、材料を多く供給
する必要がある部分を厚くし、材料を少なく供給する必
要がある部分は薄くなるように形成することが望ましい
。すなわち、押し出される材料の横断面形状は、合わせ
金型のキャビティの奥行きが深い部分に対応する位置で
厚く形成されることが望ましい。例えば、球形の成形品
を製造する場合、押し出される材料の横断面形状は、中
央部分が厚い円形にすることが望ましい。

次に、このようにして押し出された材料は、第２図およ
び第３図に示すように、柔軟なうちに速やかに金型３で
はさまれる。この工程で用いられる金型３は、キャビテ
ィの周囲に食い切り刃が設けられた合わせ金型が好適に
用いられる。合わせ金型３で、はさまれた材料は、食い
切り刃でキャビティ周囲の余分な部分が取り除かれて、
キャビティには必要かつ十分な量の材料が充填される。

この後第４図に示すように金型３を開くと、所望の形状
の成形品４が得られる。

このように押し出されて来る材料を、金型３ではさむ場
合、材料を両側からはさむようにしても良いが、金型３
の一方の側を固定しておき、他方の側を動作させて材料
をはさむようにしても良い。

このように製造された成形品には適宜脱脂処理、焼結処
理が施され、セラミックス成形品とされる。

「作用　」 成形材料である無機質粉体と熱可塑性結合剤の混練物を
熱間押し出しすると、材料は粘性を有する柔軟な状態で
、押し出されて来る。この押し出された材料は、形状転
写性が良くしかも圧力が伝達し易いものである。このも
のを金型３ではさむと、金型３のキャビティに材料が充
填される。この際、余分な材料は食い切られて取り除か
れる。

金型３のキャビティへの材料の充填は、最も広く開口す
る金型３のパーティング面から行なわれるので、細いゲ
ートから材料を注入する射出成形法のようなウェルドや
ラミネーション等の不良は発生しない。また、このよう
にこの成形法にあっては金型への材料充填がパーティン
グ面から行なわれるので、金型にゲートを設ける必要が
無く、従って得られる成形品のゲート処理は不要となる
。

「実施例」 以下、実施例に沿って本発明のセラミックスの成形法を
詳しく説明する。

（実施例１） 第１図ないし第４図は、本発明の成形法の第１実施例を
示すものである。この実施例にあっては、まず、粒径ｏ
、ｉ−ｔ、ｏμ肩のアルミナ粉体に、熱可塑性結合材と
してポリスチレンを主体としたバインダーを加え、加熱
ニーダにより１５０℃で２時間加熱混練し、このものを
粒径１０ｍｍ以下のペレットに加工した。

このペレットを押し出し成形機ｌで再び加熱可塑化し、
直径１０ｍｍの円柱状に押し出した。押し出し時の材料
温度は１８０℃であった。この押し出されたものを直ち
に、合わせ金型３ではさんだ。

合わせ金型３は、それぞれ直径１０ｍｍの半球が掘り込
まれた左方金型、右方金型からなるもので、押し出し成
形機１から押し出されてきた材料を左右から挟むように
した。

この合わせ金型３から脱型された成形品は、径１０ｍ５
＋の精密な球形であった。この成形品の中央には僅かに
パーティングラインに沿ってパリが生じていたが、ごく
薄いもので後述する脱脂処理工程に搬送する間に消失し
た。

この脱型された成形品を脱バインダ炉に送り、２０℃／
Ｈで昇温した後５００℃Ｘ１．ＯＨ脱脂処理した。この
後、１６００℃で２〜４時間焼成してセラミックス成形
品であるアルミナボールを得た。

このアルミナボールを、赤インクに浸漬して、クラック
及びウェルドの有無を調べたが、いずれも無いことが確
認された。ついで、アルミナボールを圧砕して破断面を
観察したところ、表面部分と同様に内部も極めて緻密な
組織であることが確認された。

（実施例２） 窒化珪素の粉体とポリスチレンを主体としたバインダー
（結合材）との混合物を直径１３ｍｍの円柱状に押し出
した。このものを押し出し後直ちに、直径１３ｍｍの球
形のキャビティを有する合わせ金型３ではさんで成形品
を得た。このものを脱脂、焼成して窒化珪素ボールを製
造した。

この窒化珪素ボールの圧縮強度を測定したところ、射出
成形法で製造された窒化珪素ボールと同等以上の強度を
有していた。

また、製造したボールの寸法を調べたところ、射出成形
法と同等以上の精度で成形されていることが判明した。

更に、ボールを粉砕して内部を観察したところ、全体に
均一な密度で形成されていることが確認された。

（実施例３） 第５図ないし第８図に示すように、窒化珪素とポリスチ
レンを主体としたバインダー（結合材）からなる混合物
を７１１Ｉｆｆ＋×７０１１１ｆｆｌの板状に押し出し
、これを直径７ｍｍの球形キャビティが横に１０個連続
して設けられたｌＯケ取り金型３ではさみ、一度に１０
個のボール５・・・を製造した。

成形サイクルを順次短縮したところ、ｌサイクル５秒と
いう高速サイクルでも成形が可能であり、本発明の成形
法が高い生産性を何するものであることが確認できた。

（実施例４） 第９図ないし第１２図に示すようにして、貫通孔が２本
設けられた円盤状の成形品を製造した。

まず、窒化珪素とボリスヂレンを主体としたバインダー
（結合材）からなる混合物を板状に押し出し、金型６に
よって成形を行った。金型６は、雄型６ａと雌型６ｂか
らなるもので、雌型６ｂには、円柱状のキャビティ６ｃ
が形成されている。またこの雌型６ｂには側方からスラ
イドビン６　ｄ、　６　ｄが挿入されている。雄型６ａ
は、雌型６ｂのキャビティ６ｃに緊密に嵌合する外径を
有する円柱状に形成されている。

この金型６で成形を行うには、まず、押し出し機から押
し出される材料の裏面にほぼ接するように上記雌型６ｂ
をセットする。押し出される材料の表面側から上記雄型
６ａを接近させると、板状の材料は、雄型６ａと雌型６
ｂによって打ち抜かれてキャビティ６ｃには材料が充填
される。充填された材料は、スライドピン６ｄ、６ｄを
引き抜いた後脱型されろ。得られる成形品７は第１２図
に示すように、２本の貫通孔が穿設された円盤状のもの
であった。この成形品７を脱脂、焼成したところ、クラ
ックを生じることなく、セラミックス成形品を得ること
ができた。

この結果、本発明の成形法によれば、ボール状のものだ
けでなく、複雑な形状のセラミックス成形品をも製造で
きることが判明した。

「発明の効果」 以上説明した本発明のセラミックスの成形法によれば、 粘性を有する柔軟な状態で押し出されてくる材料を金型
に充填するので、成形圧力が材料全体に均一に伝達し、
材料は均一な密度で成形される。従って、この成形法に
よれば、均質なセラミックス成形品を製造できる。

また、本発明の成形法によれば、金型にゲートを設ける
必要がないので、脱型された成形品のゲート処理が不要
となる。しかも、本発明の成形法は、連続して押し出さ
れてくる材料を金型に順次充填することによって、材料
を所定の形状に成形するので、短いサイクルで成形品を
得ることができる。従って、本発明によれば生産性の高
い成形法を提供することができる。

さらに、本発明の成形法によれば、金型のキャビティへ
の材料充填がパーティング面から行なわれ、材料は塑性
変形されることとなるので、細いゲートから十オ科を注
入する射出成形法のようにキャヒティ内で（材料の流れ
が重なることがない。従って本発明のセラミックスの成
形法によれば、成形品にウェルドやラミネーション等の
不良は発生せず、強度の優れたセラミックス製品を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明のセラミックス成形法の一
実施例を説明するための概略工程図、第５図ないし第８
図は実施例３で行なわれたセラミックス成形法を説明す
るための概略工程図、第９図ないし第１２図は実施例４
で行なわれた成形法を説明するための概略工程図である
。 ｌ・・押し出し成形機、３．６・・・金型、４．７・・
・成形品、５　ポール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱間押し出されてくる無機質粉体と熱可塑性結合剤から
   なる混練物を、柔軟なうちに所定の形状のキャビティを
   有する金型ではさんで切り取ると同時に成形することを
   特徴とするセラミックスの成形法。