(57)【要約】【課題】セラミックス成形体の外形寸法精度を向上可能な金型及びセラミックス成形体の製造方法を提供する。【解決手段】金型１０は、成形用スラリーが注入される内部空間１６を含む型枠１１を備える。型枠１１の内表面１７は、離型剤１８によって被覆された被覆領域２０ａと、離型剤１８から露出する露出領域２０ｂとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用スラリーを固化させることによってセラミックス成形体を成形するために用いられる金型であって、
前記成形用スラリーが注入される内部空間を含む型枠を備え、
前記型枠の内表面は、離型剤によって被覆された被覆領域と、離型剤から露出する露出領域とを有する、
金型。
【請求項２】
前記内表面は、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面及び前記第２主面とに連なる側面とを含み、
前記露出領域は、前記側面に位置する、
請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記内表面における前記露出領域の面積割合は、０．０１％以上である、
請求項１又は２に記載の金型。
【請求項４】
前記内表面における前記露出領域の面積割合は、１．０％以下である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の金型。
【請求項５】
前記露出領域の平均面積は、０．０１ｍｍ２以上である、
請求項１乃至４のいずれかに記載の金型。
【請求項６】
前記露出領域の平均面積は、１．０ｍｍ２以下である、
請求項１乃至５のいずれかに記載の金型。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の金型に前記成形用スラリーを注入する工程と、
注入された前記成型用スラリーを固化させることによって前記セラミックス成形体を成形する工程と、
を備えるセラミックス成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型及びセラミックス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、セラミックス部材は、例えば、電気化学素子用の支持体、フィルター、センサ、触媒担体、断熱材、防音材、防震材、生体材などの幅広い用途に利用されている。セラミックス部材は、所定形状のセラミックス成形体を焼成することによって作製される。
【０００３】
セラミックス成形体の製造方法としては、鋳込み成形法の一つであるモールドキャスト法が知られている（例えば、特許文献１参照）。モールドキャスト法は、セラミック粉末、分散媒及びゲル化剤などを含有する成形用スラリーを金型に注入した後、成形用スラリーを固化（ゲル化）させることによってセラミック成形体を製造する方法である。固化したセラミックス成形体を金型から取り出しやすくするために、金型の内表面は離型剤によって被覆されている。
【０００４】
モールドキャスト法は、流動性の高い成形用スラリーを金型に注入して固化させる手法であるため、金型の内表面によって規定される成形型をセラミックス成形体に精度よく転写することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３５３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、セラミックス成形体の外形寸法精度の更なる向上が望まれているところ、成形用スラリーが固化する際、金型の内表面を被覆する離型剤上をセラミックス成形体が滑りやすく、セラミックス成形体が過剰に収縮しやすいため、セラミックス成形体の外形寸法精度を向上させるにも限界がある。
【０００７】
本発明は、セラミックス成形体の外形寸法精度を向上可能な金型及びセラミックス成形体の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る金型は、成形用スラリーを固化させることによってセラミックス成形体を成形するために用いられる金型である。金型は、成形用スラリーが注入される内部空間を含む型枠を備える。型枠の内表面は、離型剤によって被覆された被覆領域と、離型剤から露出する露出領域とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セラミックス成形体の外形寸法精度を向上可能な金型及びセラミックス成形体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る金型１０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（金型１０の構成）
本実施形態に係る金型１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、金型１０の断面図である。
【００１２】
金型１０は、鋳込み成形法の一つであるモールドキャスト法によって、成形用スラリーを固化（ゲル化）してセラミック成形体を成形するために用いられる。セラミック成形体は、焼成によりセラミックス部材となる。セラミックス部材としては、電気化学素子（例えば、燃料電池セル、電解セルなど）の支持体が挙げられるが、これに限らず幅広い用途に利用されうる。セラミック成形体の製造方法については後述する。
【００１３】
金型１０は、型枠１１を備える。型枠１１は、金属材料（例えば、アルミ合金、ステンレス鋼など）によって構成することができる。
【００１４】
本実施形態において、型枠１１は、第１型枠１２及び第２型枠１３を有する。ただし、型枠１１は、成形されたセラミック成形体を取り出すことができる構造であればよく、例えば、３つ以上の型枠によって構成されていてもよい。
【００１５】
第１型枠１２及び第２型枠１３それぞれは、凹部を有する。第１型枠１２及び第２型枠１３は、互いの凹部を合わせるように連結される。第１型枠１２は、第２型枠１３上に配置される。第１型枠１２には、成形用スラリーを注入するための注入口１４と、成形用スラリーの注入時に空気及び余剰の成形用スラリーを排出するための排出口１５とが形成されている。
【００１６】
型枠１１は、内部空間１６及び内表面１７を有する。内部空間１６には、成形用スラリーが注入される。内部空間１６は、第１型枠１２及び第２型枠１３それぞれの凹部が合わさることによって形成される。本実施形態において、内部空間１６は、面方向に延びる矩形状に形成されている。内表面１７は、型枠１１の内表面である。内表面１７は、内部空間１６を画定する。本明細書において、内表面１７には、注入口１４及び排出口１５それぞれの開口部は含まれないものとする。
【００１７】
内表面１７は、第１主面１７ａ、第２主面１７ｂ及び側面１７ｃを備える。第１主面１７ａは、第１型枠１２に形成された凹部の底面である。第２主面１７ｂは、第１主面１７ａと対向する。第２主面１７ｂは、第２型枠１３に形成された凹部の底面である。側面１７ｃは、第１主面１７ａ及び第２主面１７ｂに連なる。側面１７ｃは、環状である。側面１７ｃは、第１型枠１２に形成された凹部の側壁と、第２型枠１３に形成された凹部の側壁とが合わさることによって形成されている。本実施形態において、第１主面１７ａ及び第２主面１７ｂは面方向に沿って延びており、側面１７ｃは面方向に垂直な厚み方向に沿って延びる。
【００１８】
なお、内表面１７は、セラミック成形体の外形に対応していればよく、図１に示す形態に限られない。また、図１では、第１主面１７ａ、第２主面１７ｂ及び側面１７ｃのそれぞれが平面状に形成されているが、これらのうち少なくとも１つの面には、必要に応じて凹凸が形成されていてもよい。
【００１９】
内表面１７上には、離型剤１８が塗布されている。離型剤１８としては、フッ素系、シリコーン系、ウレタン系などの被膜剤を用いることができる。ただし、離型剤１８は、型枠１１の内表面１７を部分的に被覆していない。そのため、型枠１１の内表面１７は、離型剤１８によって被覆された被覆領域２０ａと、離型剤１８から露出する露出領域２０ｂとを含む。露出領域２０ｂは、内表面１７のうち被覆領域２０ａ以外の領域である。
【００２０】
このように、離型剤１８によって被覆されていない露出領域２０ｂが内表面１７に設けられているため、セラミックス成形体の一部を露出領域２０ｂに付着させた状態で固化させることができる。従って、セラミックス成形体が離型剤１８上を滑りながら固化することを抑制できるため、セラミックス成形体が過剰に収縮することを抑制できる。その結果、セラミックス成形体の外形寸法精度を向上させることができる。
【００２１】
図１において、内表面１７には、８つの露出領域２０ｂが設けられているが、露出領域２０ｂの個数は特に制限されず、１以上の露出領域２０ｂが設けられていればよい。
【００２２】
内表面１７のうち側面１７ｃには、少なくとも１つの露出領域２０ｂが位置することが好ましい。面方向に延びる矩形状のセラミックス成形体は、厚み方向に比べて面方向においてより収縮しやすいところ、側面１７ｃに露出領域２０ｂを設けることによってセラミックス成形体の面方向端部を側面１７ｃに付着させた状態で保持できる。よって、セラミックス成形体が面方向に収縮することをより抑制できるため、外形寸法精度をより向上させることができる。
【００２３】
また、内表面１７のうち第１主面１７ａ及び２主面１７ｂのそれぞれには、少なくとも１つの露出領域２０ｂが位置することが好ましい。これにより、セラミックス成形体のうち実際に収縮する部位を第１主面１７ａ及び２主面１７ｂに付着させた状態で保持できるため、セラミックス成形体の収縮をより抑制できる。
【００２４】
内表面１７において露出領域２０ｂが占める面積割合は、０．０１％以上が好ましい。これにより、セラミックス成形体が離型剤１８上を滑ることをより抑制できる。露出領域２０ｂが占める面積割合は、０．０２％以上がより好ましく、０．０３％以上が特に好ましい。
【００２５】
内表面１７において露出領域２０ｂが占める面積割合は、１％以下が好ましい。これにより、セラミックス成形体が内表面１７に付着してセラミックス成形体の表面に傷が形成されることを抑制できる。露出領域２０ｂが占める面積割合は、０．８％以下がより好ましく、０．６％以下が特に好ましい。
【００２６】
内表面１７において露出領域２０ｂが占める面積割合は、第１主面１７ａ、第２主面１７ｂ及び側面１７ｃそれぞれの平面視における各露出領域２０ｂの合計面積を内表面１７の全面積で除することによって算出される。ただし、露出領域２０ｂの面積が０．００１ｍｍ２以下である場合、セラミックス成形体に対する付着力が極めて小さいため、各露出領域２０ｂの合計面積は、面積が０．００１ｍｍ２以下の露出領域２０ｂを除外して求める。各露出領域２０ｂの面積は、顕微鏡観察等を用いて測定することができる。
【００２７】
内表面１７の平面視において、各露出領域２０ｂの平均面積は、０．０１ｍｍ２以上が好ましい。これにより、セラミックス成形体が離型剤１８上を滑ることをより抑制できる。各露出領域２０ｂの平均面積は、０．０３ｍｍ２以上がより好ましく、０．０５ｍｍ２以上が特に好ましい。
【００２８】
内表面１７の平面視において、各露出領域２０ｂの平均面積は、１ｍｍ２以下が好ましい。これにより、セラミックス成形体が内表面１７に付着してセラミックス成形体の表面に傷が形成されることを抑制できる。各露出領域２０ｂの平均面積は、０．８ｍｍ２以下がより好ましく、０．６ｍｍ２以下が特に好ましい。
【００２９】
各露出領域２０ｂの平均面積は、上述した露出領域２０ｂの合計面積を合計面積の算出に用いた露出領域２０ｂの個数で除することによって算出される。なお、露出領域２０ｂが１つしか存在しない場合、当該露出領域２０ｂの面積を平均面積と見なす。
【００３０】
（セラミックス成形体の製造方法）
次に、セラミックス成形体の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、第１型枠１２に形成された凹部の底面及び側壁のうち露出領域２０ｂを設ける領域にマスクを施す。また、第２型枠１３に形成された凹部の底面及び側壁のうち露出領域２０ｂを設ける領域にもマスクを施す。マスクは、離型剤１８が塗布されないようにできるものであればよく、例えば、粘着テープ、磁石、樹脂部材などを貼り付けることによって、或いは、レジスト材料を塗布することによって形成することができる。マスクのサイズ及び個数を調整することによって、露出領域２０ｂが占める面積割合と露出領域２０ｂの平均面積とを制御できる。
【００３２】
次に、第１型枠１２に形成された凹部の底面及び側壁に離型剤１８を塗布する。また、第２型枠１３に形成された凹部の底面及び側壁にも離型剤１８を塗布する。離型剤１８の塗布方法は特に制限されず、例えば、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法などを用いることができる。
【００３３】
次に、第１型枠１２及び第２型枠１３のそれぞれからマスクを取り外す。これにより、型枠１１の内表面１７に被覆領域２０ａと露出領域２０ｂとが設けられる。
【００３４】
次に、セラミックス粉末、分散媒、及びゲル化剤を混合して成形用スラリーを調製する。セラミックス粉末は、セラミックス部材に必要とされる特性に応じて適宜選択される。
【００３５】
次に、第２型枠１３上に第１型枠１２を連結して、第１型枠１２の注入口１４から内部空間１６に成形用スラリーを注入する。
【００３６】
次に、一定時間（例えば、０．１〜２４時間）放置して、成形用スラリーを固化（ゲル化）させることによって、セラミックス成形体を形成する。この際、型枠１１の内表面１７には、離型剤１８によって被覆されていない露出領域２０ｂが設けられているため、セラミックス成形体の過剰な収縮が抑制されて、セラミックス成形体の外形寸法精度を向上させることができる。
【００３７】
次に、第２型枠１３から第１型枠１２を取り外して、セラミックス成形体を取り出す。
【００３８】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３９】
上記実施形態では、第１型枠１２及び第２型枠１３のそれぞれが凹部を有することとしたが、これに限られない。第１型枠１２及び第２型枠１３の一方には、凹部が形成されていなくてもよい。この場合、第１型枠１２及び第２型枠１３の一方に形成された凹部の側壁が、内部空間１６の内表面１７の側面１７ｃとなる。
【実施例】
【００４０】
以下において、本発明の実施例について説明する。本実施例では、型枠の内表面に露出領域を設けることによるセラミックス成形体の外形寸法精度向上効果について確認する。
【００４１】
（セラミックス成形体の作製）
以下のように、比較例１及び実施例１〜１２それぞれの金型を準備した後、各金型を用いてセラミックス成形体を作製した。
【００４２】
１．金型の準備
アルミ合金製の第１型枠及び第２型枠を用意した。第１型枠及び第２型枠は、図１に示した構成を有する。
【００４３】
次に、実施例１〜１２では、各型枠の凹部の主面にレジスト材料を塗布した。この際、塗布領域の個数と各塗布領域のサイズとを調整することによって、表１に示すように、露出領域の個数、面積割合及び平均面積を実施例１〜１２に変更した。一方、比較例１では、各型枠の凹部の主面にレジスト材料を塗布しなかった。
【００４４】
次に、各型枠の凹部にフッ素系離型剤を静電塗布した。
【００４５】
次に、実施例１〜１２では、各型枠の凹部の主面に塗布されたレジスト材料を剥離することによって露出領域を形成した。露出領域の個数、面積割合及び平均面積は、表１に示す通りであった。
【００４６】
２．セラミックス成形体の形成
表１に示すセラミックス粉末（Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ）、分散媒（多塩基酸エステル（グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（トリアセチン等）、脂肪族多価エステルなどの２以上のエステル基を有するエステル類）及びゲル化剤（ＭＤＩ（４，４’-ジフェニルメタンジイソシアナート）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアナート）、ＴＤＩ（トリレンジイソシアナート）、ＩＰＤＩ（イソホロンジイソシアナート））を混合して成形用スラリーを調製した。
【００４７】
次に、第２型枠上に第１型枠を連結した後、第１型枠の注入口から内部空間に成形用スラリーを注入した。
【００４８】
次に、成形用スラリーを固化させることによって、セラミックス成形体を形成した。
【００４９】
（セラミックス成形体の外形寸法）
金型から取り出したセラミックス成形体の外形寸法をレーザー式計測器で測定して、セラミックス成形体の外形寸法と金型の内形寸法とから収縮率を算出した。
【００５０】
表１に算出結果をまとめて示す。表１では、収縮率が１．５％以下の場合を○と評価し、収縮率が１．５％超３．５％以下の場合を△と評価し、収縮率が３．５％超の場合を×と評価した。
【００５１】
（セラミックス成形体の外観）
金型から取り出したセラミックス成形体の外観を観察して、セラミックス成形体のうち露出領域に付着した部分における剥がし傷の有無を目視で確認した。表１に確認結果をまとめて示す。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
表１に示すように、型枠の内表面に露出領域を形成した実施例１〜１２では、露出領域を形成しなかった比較例１に比べて、セラミックス成形体の外形寸法精度を向上させることができた。
【００５４】
また、露出領域の面積割合を０．０１％以上とした実施例２〜１２では、セラミックス成形体の外形寸法精度をより向上させることができた。
【００５５】
同様に、露出領域の平均面積を０．０１ｍｍ２以上とした実施例２〜１２では、セラミックス成形体の外形寸法精度をより向上させることができた。
【００５６】
また、露出領域の面積割合を１．０％以下とした実施例１〜１０では、セラミックス成形体が内表面に付着して傷が形成されることを抑制できた。
【００５７】
同様に、露出領域の平均面積を１．０ｍｍ２以下とした実施例１〜１０では、セラミックス成形体が内表面に付着して傷が形成されることを抑制できた。
【００５８】
なお、本実施例では各型枠の凹部の主面に露出領域を設けることとしたが、凹部の側面に露出領域を設けた場合にも、外形寸法精度向上効果と傷抑制効果を得られることが確認されている。特に、凹部の側面に露出領域を設けた場合には、セラミックス部材の機能面となる主面に微視的な傷（欠陥）が形成されることを抑制できるためより好ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１０      金型
１１      型枠
１２      第１型枠
１３      第２型枠
１４      注入口
１５      排出口
１６      内部空間
１７      内表面
１７ａ    第１主面
１７ｂ    第２主面
１７ｃ    側面
１８      離型剤
２０ａ    被覆領域
２０ｂ    露出領域
【図１】
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