(57)【要約】【課題】材料粉末の着肉の進行による閉塞の発生し易い閉塞発生危険部位があるようなセラミック成形体の鋳込み成形で、巣の無い成形体を簡易、合理的に得ることができる製造方法を提供する。【解決手段】鋳型２００の成形空間２０１を構成する成形面のうち、閉塞を発生させるような例えば鋳込み口２１０の近傍や、スラリーの流路をなす成形空間途中の狭小横断面（流路）の成形空間２０３を構成する成形面２０３ａを所定領域として、ここにプラズマ加工による疎水化処理をして、鋳型への水分の吸収を低下させ得るようにしておく。成形空間２０１へのスラリーの注入過程で、所定領域以外では、従来通り水分の吸収、着肉が進行するが、所定領域では、水分の吸収が低く、着肉の進行を遅らせ得るから、そこでの部分的な着肉の終了による閉塞が防止される。これにより、その奥の成形空間２０５へのスラリーの補給が確保されるから、巣の無い成形体が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水性を有する鋳型の成形空間にセラミック粉末を主成分とするスラリーを注入し、該成形空間を構成する成形面から該鋳型にスラリー中の水分を吸収させて成形するセラミック成形体の鋳込み成形による製造方法において、
前記成形面の少なくとも１つの所定領域に対し、プラズマ加工による疎水化処理をし、該所定領域における吸水性を該所定領域以外における吸水性より低下させておくことを特徴とするセラミック成形体の鋳込み成形による製造方法。
【請求項２】
前記所定領域における吸水性が、１又は複数の該所定領域において異なるように前記疎水化処理をしておくことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック成形体の鋳込み成形による製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック成形体の鋳込み成形による製造方法に関し、詳しくは、成形体材料であるスラリー（スリップ（液状粘土）又は泥漿ともいわれる）を鋳型（成形型）に注入し、その成形面においてスラリー中の水分を鋳型（多孔体）に吸収させ、スラリーに含まれる材料粉末を成形面に着肉（堆積）させて固化成形するセラミック成形体の鋳込み成形による製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック製品（焼結体）は、それと同形状のセラミック成形体を成形（製造）し、これを乾燥等の工程を経た後で焼結することで製造される。このような焼結前のセラミック成形体（生のセラミック成形体。以下、単に成形体ともいう）を鋳込み成形によって製造する場合に用いられる鋳型は、成形体と同寸、同形状の成形空間（キャビティ）を有するものとして、通常、吸水性のある材料（例えば、石膏等の気孔率の高い多孔体）で作られる。一方、スラリーは、セラミック粉末（粉体）を主成分とし、バインダ等の添加剤を含む所定のセラミック材料を水で混合し、適度の流動性を有するものとして調製されたものであり、鋳型に設けられた鋳込み口（注入口）から鋳型内の成形空間に注入される。
【０００３】
このようなスラリーの注入において、スラリー中の水分は、成形空間を構成（包囲して形成）する成形面に接すると、その成形面から鋳型（鋳型の気孔内）に毛細管による吸収現象により吸収されることになり、その成形面に材料粉末の着肉が開始される。スラリーの注入が継続されることで、水分が鋳型に吸収され続け、材料粉末の着肉（以下、単に着肉ともいう）が進行し、最終的に成形空間にはそれが充填状態となり、成形体が固化（凝固）、成形される。こうして、適度の水分を含む脱水状態のセラミック成形体が形成された後、これを鋳型から取り出し、乾燥等の工程を経て、焼結工程に回され、セラミック焼結体が得られる。
【０００４】
ところで、上記したような鋳込み成形において、成形体が例えば細長い棒状物である場合や、ダンベル形状のものなど、その形状、寸法等にもよるが、鋳込み口近傍や、スラリーの流路をなす成形空間途中に、狭小横断面（流路）部位や括れ部が存在することになるものでは、次のような課題があった。というのは、それらの狭小横断面部位があるものにおいてスラリーが注入されると、その狭小横断面部位（部分）では、広い横断面部位よりも横断面積が小さい分、着肉による固化、成形が早期に終了し、その部位（部分）で流路の閉塞を起こしやすいということである。このため、成形空間にこのような狭小横断面部位があるものの成形においては、その狭小横断面部位における閉塞の発生により、その閉塞部位より奥へのスラリーの流れが阻害されるため、当該奥に位置している成形体部分には、内部に巣（空洞）や粗密部位が発生しがちとなる。結果、所望とする緻密なセラミック製品（焼結体）が得られないという問題があった。こうした巣（鋳巣）の発生の問題は、鋳込み口が、セラミック製品に対応する成形空間に連なって設けられた、スラリーの流路をなすゲート（堰）や中継流路（鋳造上の湯道）の端に設けられており、そのゲート等のように流路断面が狭い部位においても閉塞を起こしやすく、したがって、このようなゲート等のある鋳型による場合でも同様に生じやすい。なお、本願において、「成形空間」は、セラミック製品に対応する鋳型内の空間のほか、鋳型中にゲート（堰）や中継流路が設けられている場合には、これらの流路空間も含むものとする。
【０００５】
上記した巣の発生防止策としては、鋳込み口やゲート等を、成形体（成形空間）の例えば両端や周囲に複数設けたり、鋳込み圧（スラリーの注入圧）を高めたりすることで対応することが考えられる。しかし、ゲート等を複数設ける場合には、複数ゲートからのスラリーの流入に起因して、成形体にはウエルドライン（合流部ないし接合部）が生じてしまうし、成形後におけるゲート相当部を切断する手間の増大等の問題もある。また、鋳込み圧を高めるだけではその対策としては不十分である。
【０００６】
こうした中、鋳型中の、上記したような閉塞の発生する危険性のある成形面部位（以下、「閉塞発生危険部位」ともいう）に吸水遮断部材を埋設しておき、当該部位の成形面における吸水性（含水スペースや浸透性）を制限ないし低下させる（吸水遮断部材を堰として吸水を止める）ことで、着肉性を抑制して閉塞の発生を防止するようにした技術がある（特許文献１参照）。この技術は、当該部位における鋳型への水分の吸収（吸水）量を制限し、そこでの着肉、固化による流路断面の早期の狭小化ないし閉塞を防ぎ、成形空間奥へのスラリーの補給、流入を確保し、充填性を高めることとし、巣の無い成形体を得るというものである。このほか、鋳型を上型、下型とで組み立てる割型とし、例えば、その一方を石膏型など吸水性のある鋳型（吸水性型）としつつも、他方を樹脂製など吸水性の無い鋳型（非吸水性型）として組立てる割型とし、かつ、閉塞発生危険部位が主としてこの非吸水性型の成形面で受け持たれるようにした技術もある（特許文献２，３参照）。この技術では、スラリーの注入において、非吸水性型の成形面では吸水が行われないため、該成形面における着肉が抑制ないし防止される。これにより、そこでの閉塞の発生が抑制ないし防止され、成形空間奥へのスラリーの補給ができ、充填性が高められるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０１−１７６５０７号公報
【特許文献２】特開昭６３−１２０６０４号公報
【特許文献３】特開昭６０−２３０８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したスラリー中の水分の吸収を制限ないし低下等させる技術のうち、鋳型中に吸水遮断部材を埋設しておく技術では、当該鋳型の構造が複雑化する。また、吸水遮断部材を鋳ぐるみ等により設ける必要があるため、鋳型の製造自体に制約がある。そして、吸水における含水量を制限できても、その量は吸水遮断部材の位置に依存する。すなわち、埋設する吸水遮断部材に対応する成形面から、その吸水遮断部材までの間隔次第で当該成形面部位における吸水量（含水量）が決まってしまう。
【０００９】
一方、吸水性型と非吸水性型との組合せによる鋳型を用いる方法では、非吸水性型として樹脂型を用いる場合のように、例えば、上下の鋳型の材質を異ならせると、上下各型の成形面における面粗度等の相違により、成形体の鋳肌に相違が生じてしまう。また、型の異材質に起因し、成形体のうち、型閉じ面における成形空間寄り端に位置する箇所に、段差やバリが生じやすいため、その仕上げコストの増大を招いてしまう。
【００１０】
本発明は、材料粉末の着肉の進行による閉塞の発生し易い閉塞発生危険部位があるようなセラミック成形体の鋳込み成形において、前記従来技術におけるような諸課題もなく、巣の無い成形体を簡易、合理的に得ることができる製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、吸水性を有する鋳型の成形空間にセラミック粉末を主成分とするスラリーを注入し、該成形空間を構成する成形面から該鋳型にスラリー中の水分を吸収させて成形するセラミック成形体の鋳込み成形による製造方法において、
前記成形面の少なくとも１つの所定領域に対し、プラズマ加工による疎水化処理をし、該所定領域における吸水性を該所定領域以外における吸水性より低下させておくことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記所定領域における吸水性が、１又は複数の該所定領域において異なるように前記疎水化処理をしておくことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック成形体の鋳込み成形による製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明においては、その「所定領域」として、上述したような閉塞が生じる可能性の高い領域（閉塞発生危険部位）である例えば鋳込み口の近傍や成形空間途中の横断面の狭い（横断面積の小さい）括れ部を形成するような成形面領域を選定し、該成形面領域部分の全体を、プラズマ加工により疎水化処理をしておく。これにより、該所定領域には疎水化層が形成されることになるため、そこでの吸水性（水の鋳型への浸透性）を他より低下させることができる。このため、従来におけるような吸水性を低下させない状態下の該所定領域に比べ、材料粉末の着肉の進行、及びそれによる閉塞の発生を遅らせることができる。結果、その分、該所定領域より奥に位置する成形空間部位へのスラリーの補給を長時間継続することができるため、その奥も含む成形体全体として巣や粗密部位の発生防止が図られる。
【００１４】
本発明において、疎水化処理は、撥水化処理ないし非親水化（水濡れ性低下）処理も含む概念であり、「吸水性」は、鋳型への水の浸透性（浸透のし易さ、又は浸透速度）を意味する。そして、疎水化処理は、プラズマ加工により、鋳型の成形面（表面）の前記所定領域に適度の疎水化（撥水化）が得られる疎水化層が形成されるものであればよい。例えば、その成形面にフッ素系のガスを用いたプラズマを照射してフッ素コートを行うなど、鋳型の材質に応じ、適宜の条件によるプラズマ加工による疎水化処理をしておけばよい。
【００１５】
すなわち、このような疎水化処理をした鋳型の成形空間へスラリーを注入すると、その注入開始と同時に該所定領域以外では前記水分が鋳型（吸収性材料内）に従来通りに吸収され始め、そこでの材料粉末の着肉が進行する。一方で、該所定領域（以下、疎水化領域ともいう）では吸水性（水の浸透性）が低いため、そこでの時間当たりの前記水分の吸収を小さく、そして、材料粉末の着肉速度を該所定領域以外より遅くできる。よって、閉塞発生危険部位を所定領域として上記疎水化処理をしておくことで、従来のようにその部位における成形の部分的な終了、すなわち、閉塞が早期に発生することを抑制できる。これにより、該所定領域より鋳込み口からみて奥に位置する成形空間部位へのスラリーの補給を長時間継続することができるから、巣や粗密部位の発生防止が図られる。
【００１６】
このように、本発明では該所定領域における吸水性を、プラズマ加工による疎水化処理により、適度に低下させておくこととしていることで、巣のない成形体を簡易、合理的に得ることができる。なお、該所定領域における疎水化処理については、成形空間のうち、その処理が行われる所定領域（疎水化領域）より奥への十分なスラリーの補給がなされる前に、該所定領域部分で、着肉の進行による成形の部分的な終了が生じることがないように、その吸水性が適度に低下するように、行えばよい。すなわち、吸水性の低下は疎水化の程度次第で異なるから、所定領域における疎水化は、それより奥への十分なスラリーの補給がなされる前に、該所定領域部分で、着肉の進行による成形の部分的な終了が生じることがないよう、試験鋳込み等を行うことで、適度のものに設定すればよい。
【００１７】
また、閉塞発生危険部位がどこであるかは、成形体の形状、寸法等により異なる。また、そこでの着肉の進行速度も成形体の形状、寸法等により異なる。よって、その疎水化処理をすべき所定領域も、そして、そこでの疎水化の程度も、成形体ごと、その所定領域での着肉の進行により、奥の成形空間へのスラリーの補給が止められることのないように設定すればよい。また、該所定領域であっても、その領域内において閉塞発生の危険度が異なるような場合には、その危険度が高い部位が危険度が低い部位に比べて、高度の疎水性が得られるよう、前記疎水化処理をその処理時間を増大する等の条件を変えて行えばよい。
【００１８】
上述したことから明らかなように、本発明によれば、鋳型については、従来通り石膏等の吸水性の高いもの（多孔質体）を用いることができる。そして、その鋳型については、その成形面のうち、前記所定領域にプラズマ加工により疎水化処理をして、該所定領域に疎水化層を形成して、そこでの吸水性（水の鋳型への浸透性）を低下させておくだけでよい。また、疎水化の程度次第で、該所定領域での着肉速度を調整できる。このようなことから、本発明によれば、巣や粗密化部位のない成形体を簡易、合理的に得ることができるという、際立って優れた効果が得られる。しかも、上述した吸水遮断部材を埋設しておくという従来技術のように、鋳型構造の複雑化を招く等の問題もないし、その埋設によるような吸水量（含水量）の総量の制約もない。また、鋳型については鋳型全体において同材質のものを用いることができるから、例えば樹脂製などの非吸水性型との組合せとなる異材質の鋳型を用いる場合におけるような、成形後の成形体における上述した外観上の課題の発生も防止できる。
【００１９】
本発明において前記疎水化処理をする所定領域は、１箇所に限られず、複数でもよい。また、成形面の広い領域又は全部（全成形面）を所定領域とするような場合には、閉塞の発生の危険度が低い領域（部位）から高い領域に向け、順次、又は次第に疎水性が高められるように変化させてもよい。そして、所定領域を複数にする場合にも、閉塞の発生の危険度が低い領域から高い領域に向け、順次、又は次第に疎水性が高められるように変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る鋳込み成形による製造方法を具体化した実施形態例において製造される成形体（異径同軸の丸棒）を説明する図であって、Ａは正面図、Ｂはその左側面図。
【図２】図１の成形体を製造する鋳型（割型）を説明する型閉じ状態の模式図であり、Ａは断面図、Ｂはその左側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の請求項１に記載の、セラミック成形体の鋳込み成形による製造方法を具体化した実施の形態例について、図１、図２に基づいて詳細に説明する。ただし、本例では、図１−Ａ、Ｂに示したような異径同軸の丸棒をなす成形体１００を成形する場合で説明する。これにより、本例で用いる鋳型２００は、図２−Ａ、Ｂに示したように、この成形体１００に対応する異径同軸の円柱状の成形空間（キャビティ）２０１を有する。また、この鋳型２００は、適度の気孔率を有する石膏製であり、異径同軸の円柱状の成形空間２０１の軸線Ｇを通る一平面を型閉じ面（合せ面）ＰＬとする割型（２つ割型）２００ａ，２００ａからなり、型閉じ状態で、小径丸棒部１０３をなすべき成形空間（小径円柱成形空間２０３）と、大径丸棒部１０５をなすべき成形空間（大径円柱成形空間２０５）を形成する構成とされている。そして、型閉じ状態にあるこの鋳型２００は、小径円柱成形空間２０３の端（図２−Ａの左端）の鋳込み口２１０側から、それより奥（図２−Ａの右方）の大径円柱成形空間２０５に向けてスラリーが注入される構造のカップ形状をなしている。なお、本例において、大径丸棒部１０５の部分を本来の成形体（焼結後のセラミック製品部分）としてみると、小径円柱成形空間２０３は鋳込み用のゲート等に相当する。
【００２２】
このような段階の鋳型２００で、従来通り、その鋳込み口２１０からスラリーを注入した場合には、小径円柱成形空間２０３においては、流路断面が小さいため、水分の吸収による材料粉末の着肉の進行が速く、その注入過程において早期に成形が進んで閉塞が起きやすい。したがって、このような鋳型２００において鋳込み成形（固化）して得られるセラミック成形体においては、小径円柱成形空間２０３より奥の大径円柱成形空間２０５部分で成形された大径丸棒部（部分）１０５内には巣（鋳巣）や粗密部位が生じやすい。
【００２３】
これに対し本例では、その鋳型２００のうち、小径円柱成形空間２０３を構成するその円筒状の内周面である成形面２０３ａの全長部分（軸線Ｇに沿うＬ１の範囲）を所定領域とし、小径円柱成形空間２０３を構成するその円筒状の内周面である成形面（所定領域）２０３ａの全体（全領域）を、プラズマ加工により一定の疎水化（撥水化）処理をして、図２−Ａにおいて太い実線で示したように疎水化層を形成している。これにより、この成形面２０３ａでは、疎水化層の表面が実際の成形面となり、該所定領域における吸水性（鋳型への水の浸透性）を低下させている。このプラズマ加工による疎水化処理は、鋳型２００をなすそれぞれの割型（鋳型）２００ａ，２００ａにおいて、例えば、その開放面をなす半円筒状の内周面である成形面２０３ａにフッ素系のガスを用いたプラズマを所定時間、照射してフッ素コートを行うことが例示される。この場合には、そのフッ素のなす疎水化層により、適度の疎水性が与えられる。なお、この疎水性は、その疎水化処理をしない場合の吸水性（鋳型への水の浸透のし易さ）に比較して、吸水性が適度に低減されるように設定すればよい。ただし、吸水は、石膏（多孔質体）製の鋳型（鋳型の気孔内）２００の成形面における毛細管による吸収現象によるものであるから、疎水化処理では、この吸収現象（作用）を阻害ないし低下させることができればよく、成形面２０３ａのプラズマ加工においてその成形面２０３ａ又はその成形面下における気孔の内周面がフッ素コートされたものとなればよいと考えられる。
【００２４】
本例では、このような鋳型２００とした後、鋳込み口２１０からスラリーを注入し、その注入を継続する。すると、大径円柱成形空間２０５の成形面（内周面ともいう）２０５ａにおいては、疎水化処理がされていないので、石膏製の鋳型の吸水作用通りに水分の吸収がされるが、小径円柱成形空間２０３を構成する成形面（内周面）２０３ａでは、スラリー中の水分の吸収はなされるものの、疎水化処理がされている分、その吸収作用は小さい。これにより、大径円柱成形空間２０５を構成する成形面（内周面）２０５ａでは、材料粉末の着肉が、従来と同様に進行するのに対し、小径円柱成形空間２０３を構成する成形面（内周面）２０３ａでは、材料粉末の着肉がそれより遅く進行する。このため、小径円柱成形空間２０３を構成する成形面（内周面）２０３ａでの早期の着肉の進行による閉塞の発生防止が図られるから、大径円柱成形空間２０５へのスラリーの補給が確保される。
【００２５】
これより理解されるが、本例における所定領域である小径円柱成形空間２０３を構成する成形面（内周面）２０３ａについては、大径円柱成形空間２０５を構成する成形面（内周面）２０５ａでの材料粉末の着肉が十分に行われる前に、閉塞が発生しない程度の吸水性となるように、その疎水化処理をしておけばよい。すなわち、このようにしておくことで、大径円柱成形空間２０５を構成する成形面（内周面）２０５ａでの材料粉末の着肉が十分に行われた後で、小径円柱成形空間２０３を構成する成形面（内周面）２０３ａでの材料粉末の着肉が十分に行われることになり、結果として巣の無い成形体を得ることができる。
【００２６】
なお本例では、軸線Ｇを通る一平面を型閉じ面（合せ面）ＰＬとする割型（２つ割型）２００ａ，２００ａ構造の鋳型２００としたが、この各１つの割型２００ａについては、これを小径円柱成形空間２０３を構成する成形面２０３ａを構成する第１分割型（図２−ＡのＬ１の範囲の部位）と、大径円柱成形空間２０５を構成する成形面（内周面）２０５ａを構成する第２分割型（図２−ＡのＬ１の範囲の部位以外の部位）との２つの部分鋳型として、それぞれ別に製造しておき、第１分割型の成形面２０３ａにプラズマ加工による疎水化処理をした後、両分割型を接着剤等で接合して１つの割型２００ａとしてもよい。すなわち、鋳型は、所定領域を形成するものと、それ以外のものとの組合せからなるものとしてもよいなど、適宜の組合せ体からなるものとしてもよい。
【００２７】
上記例では、所定領域（小径円柱成形空間２０３の内周面２０３ａ）の全体について一定の疎水化処理をして、そこでの吸水性を他より低下させることとしたが、奥の大径円柱成形空間２０５へのスラリーの流入が十分に確保されるならば、この所定領域における疎水性を例えば軸線Ｇ方向において異なるものとしてもよい。例えば、その所定領域（小径円柱成形空間２０３の内周面２０３ａ）の範囲（Ｌ１）内であっても、そのうちの大径円柱成形空間２０５寄り部位においては、閉塞の発生の危険性が低いというのであれば、そこでの疎水化の程度を小さくしてもよいし、逆に、閉塞の発生の危険性が高いというのであれば、そこでの疎水化の程度を高めてもよい。疎水化処理は、所定領域において一定の疎水性となるようにするだけでなく、異なる疎水性となるようにしてもよい。これは、成形する成形体の形状、寸法等に応じて、スラリーが成形空間の全体に十分にいきわたるよう、適宜に設定すればよい。一方、スラリー中の水分の鋳型への吸収を低減させたい成形面部位が一部であれば、その一部のみを所定領域として、疎水化処理をしておけばよい。
【００２８】
上記例では、異径同軸の丸棒をなす成形体を成形する場合で説明したが、本発明は、製造すべき成形体の形状、寸法等にかかわらず広く適用できる。また、鋳型は、プラズマ加工による疎水化処理ができればよく、したがって、その処理後に分割型相互を接合するなど、任意の組合せによる鋳型とすることもできるのは上述したとおりである。また、鋳型の材質は、吸水性材料（多孔質体）からなり、セラミック成形体の鋳込み成形に用いられるものであって、プラズマ加工による疎水化処理により疎水化できるものであればよく、石膏型に限られず、金属、樹脂材料、その他の無機材料からなる鋳型にも広く適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１００  セラミック成形体
２００  鋳型
２０１  成形空間
２０３ａ  成形空間を構成する成形面（所定領域）
２０５ａ  成形空間を構成する成形面
【図１】
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【図２】
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