(57)【要約】【課題】有底セラミックス管成形体用の成形型において成形用空間にセラミック粉体が十分に充填されず、成形体の底部において成形不良の発生や、クラックの発生が生じやすい。【解決手段】成形体の外形に対応する筒状の金型５と、その内側に分割可能な底部２を有する筒状のゴム型１と、成形体の内径に対応する芯金３と、上記ゴム型１と芯金３とによって形成される空隙をセラミックス粉体を充填する成形用空間７とし、該成形体用空間７の開口部を密閉封止する蓋体４とを備えてなり、上記芯金３および蓋体４の中心軸方向に通気口８を形成することから、厚みが薄く、長い成形用空間であってもセラミックス粉体を均一に十分に充填することができ、成形体に切削加工を施す必要がなく、所望の形状のセラミック成形体を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底セラミックス管成形体を加圧成形する際に用いられる成形型であって、成形体の外形に対応する筒状の金型と、その内側に分割可能な底部を有する筒状のゴム型と、成形体の内径に対応する芯金と、上記ゴム型と芯金とによって形成される空隙をセラミックス粉体を充填する成形用空間とし、該成形用空間の開口部を密閉封止する蓋体とを備えてなり、上記芯金および蓋体の中心軸方向に連通する通気口を形成したことを特徴とする有底セラミックス管用成形型。
【請求項２】
上記芯金における通気口は、芯金の径の１５〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載の有底セラミックス管用成形型。
【請求項３】
上記成形用空間の外径をＤ、内径をｄ、長さをＬとするとき、ｄ／Ｄ＞０．７、Ｌ／Ｄ＞１５となることを特徴とする請求項１または２に記載の有底セラミックス管用成形型。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の有底セラミックス管用成形型における成形用空間にセラミックス粉体を投入した後、上記通気口より成形用空間内の空気を吸引することによってセラミックス粉体を成形用空間に充填し、加圧成形することを特徴とする有底セラミックス管成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有底セラミックス管成形体の加圧成形用の成形型に係わり、詳しくは、例えば個体電解質セラミックス管などの有底セラミックス管成形体の加圧成形用の成形型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図２に示すような有底セラミックス管成形体３０は、アルミ溶湯用部品として用いられる保護管などとして用いられ、この有底セラミックス管成形体３０は成形型を用いて得ることができる。
【０００３】
この有底セラミックス管成形体を成形する方法としては、以下の２通りが一般的に用いられていた。
【０００４】
第一の方法として原料粉末をスラリー状とし、石膏型などに投入する鋳込み方法、第二の方法としてスラリーをスプレードライ等を用いて造粒乾燥し、その造粒粉末をゴム型を用いて冷間等方圧加圧成形（以下、ＣＩＰと略する）する方法である。
【０００５】
この第二の方法に用いられている成形型は、図３の断面図に示すように、得られる成形体の外形に対応する筒状の金型２５と、分割可能な上面部２２を有する筒状のゴム型２１と、成形体の内径に対応する芯金２３と、上記ゴム型２１と芯金２３とによって形成される空隙をセラミックス粉体を充填する成形用空間２７とし、該成形用空間２７の開口部を密閉封止する下面部２４とを備えてなる。先ず、上記下面部２４と芯金２３をネジで接続し、これをゴム型２１に挿入し、下面部２４と耐水テープでシールする。セラミックス粉体２７を成形用空間２７内に投入し、振動を掛けながら十分に充填し、上面部２２をはめてシールした後、金型２５を下面部２４を用いて固定する。そしてこの金型２５をＣＩＰの圧力媒体から圧力が加えられたとき、成形体が折れるのを防止するための措置である。また、金型２５には圧力をゴム型２１に伝達するために通水孔３１が設けられている。
【０００６】
そして、ＣＩＰ成形後、有底セラミックス管成形体を取り出し、成形体の底部を切削加工にて所定の形状に加工する。
【０００７】
しかし、図２に示すような成形型を用いた成形方法では肉厚が薄い場合は、成形体の強度が低いため、底部の形状加工が非常に難しい。また、振動を掛けるタッピング方法によってセラミックス粉体を充填するため、芯金２３の先端部と上面部２２との間には空間ができやすく、上面部２２に作用する圧力が不均一になりやすいためクラックが生じやすい。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するために、ゴム型２１の上面部２２の硬度を側部２１ａの硬度より大きくした成形型を用いることによって、加圧時における側部２１ａの上面部２２への食い込みが少なく、クラックの発生を抑制して、加圧成形時の有底セラミックス管成形体の底部における不良発生を防止することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２４５２１７公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の方法においても、成形用空間２７にセラミックス粉体を充填するために振動を与えるタッピングが行なわれているため、芯金２３と上面部２２との間にある粉体が下方に移動して空間が生じやすく、成形体の底部と、開口部とに密度差が生じてクラックが発生しやすいという問題を有している。
【００１１】
この現象は、成形体の長さが長くなるほど隙間ができやすくなり、成形型におけれる成形用空間２７の外径をＤ、長さをＬとしたときＬ／Ｄ＞１５のような成形体を作製する場合には特に顕著にあらわれクラックが発生しやすいという問題があった。
【００１２】
また、この成形型は、図２に示すように上面部２２を上方にして成形するため、成形体の底部に当たる部分が上方になり、得られた成形体の底部を切削加工する必要があるが、特に強度の弱い底部を切削加工する際にクラックが生じやすいという問題を有していた。
【００１３】
本発明は、上述の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は有底セラミックス管成形体の底部の成形不良を低減し、成形後の切削加工を実施せずに有底部形状を成形工程のみで作成することができる有底セラミックス管成形体の成形型および有底セラミックス管成形体の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有底セラミックス管成形体を加圧成形する際に用いられる成形型であって、成形体の外形に対応する筒状の金型と、その内側に分割可能な底部を有する筒状のゴム型と、成形体の内径に対応する芯金と、上記ゴム型と芯金とによって形成される空隙をセラミックス粉体を充填する成形用空間とし、該成形体用空間の開口部を密閉封止する蓋体とを備えてなり、上記芯金および蓋体の中心軸方向に通気口を形成したことを特徴とする。
【００１５】
また、上記通気口は、芯金の径の１５〜３０％であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記成形用空間の外径をＤ、内径をｄ、長さをＬとするとき、ｄ／Ｄ＞０．７、Ｌ／Ｄ＞１５となることとする。
【００１７】
上記請求項１乃至３の何れかに記載の有底セラミックス管用成形型における成形用空間にセラミックス粉体を投入した後、上記通気口より成形用空間の空気を吸引することによって上記セラミックス粉体を成形用空間に充填し、加圧成形することを特徴とする。
【００１８】
これにより、薄肉長尺の有底セラミックス管成形体の底部の成形不良を低減することが可能になり、かつ底部の形状を切削工程を必要とせずに成形工程のみで作成することが可能になった。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有底セラミックス管成形体用成形型および有底セラミックス管成形体の製造方法の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の有底セラミックス管成形体用成形型（以下、単に成形型と称す）を示す断面図であって、成形体の外形に対応する筒状の金型５と、その内側に分割可能な底部２を有する筒状のゴム型１と、成形体の内径に対応する芯金３と、上記ゴム型１と芯金３とによって形成される空隙をセラミックス粉体を充填する成形用空間７とし、該成形用空間の開口部を密閉封止する蓋体４とからなり、図２に示すような有底セラミックス管成形体３０を作製するものである。
【００２１】
本発明の成形型におけるゴム型１は、底部２が一体的に耐水性テープでシールされており、ポリ塩化ビニル等からなり、また、上記芯金３は、蓋体４にネジで固定されており、それぞれ一般構造用圧延鋼等からなる。
【００２２】
そして、上記金型５の内部にゴム型１を挿入し、芯金３と蓋体４をセットする。このとき、蓋体４のフランジ部分は金型５の上面を塞ぐように設置され、芯金３の下端部と底部２との間には、有底セラミックス管成形体３０の肉厚に応じた空間ができるように金型５の高さを設計しておく必要がある。
【００２３】
ここで、本発明の有底セラミックス管成形体用成形型は、上記芯金３および蓋体４の中心軸方向にそれぞれ通気口８、９を形成することが重要である。
【００２４】
このとき蓋体４に形成する通気口９の径は、芯金３の通気口８の径より２ｍｍ〜６ｍｍくらい大きいとセラミックス粉体の投入がしやすい。
【００２５】
このように通気口８、９を有する成形型を用いて有底セラミックス管成形体３０を作製する際、成形体の底部を下方にしてセラミックス粉体を成形用空間７に投入した後、この通気口８、９から内部の空気を吸引することで、空気の逃げ場ができ、肉厚が薄い筒状の有底セラミックス管成形体においても、セラミックス粉体を成形用空間７に均一に充填することができ、底部にもセラミックス粉体が均一に十分に充填できるため、成形体の底部に成形後に切削加工を施す必要はなくクラックが発生することを有効に防止することができる。
【００２６】
通常、有底セラミックス管成形体を作製する場合には、図３の断面図に示すように、成形体の底部となる部分を上方にしてセラミック粉体を充填するが、肉厚が薄い場合は、成形体の強度が低いため底部の形状加工が非常に難しい。また、振動を掛けるタッピング方法によってセラミックス粉体を充填するため、芯金２３の先端部と底部２２との間には空間ができやすく、底部２２に作用する圧力が不均一になりやすいためクラックが生じやすい。しかし、本発明の成形型は、図１に示すように底部２を下方にして成形できるため、ゴム型１における底部２の形状を成形体３０の底部と一致する形状にしておくことで成形工程のみで所望の形状の成形体を得ることができ、切削加工を施す必要がなく、切削加工によるクラックの発生も防止することができる。
【００２７】
また、上記芯金３に設けた通気口８は、その径が芯金３の径の１５〜３０％とすることが好ましく、成形用空間７にセラミックス粉体を充填した際、目詰まりが生じることなく、かつ芯金３の強度を維持したまま成形用空間７内の空気を十分に抜くことができる。上記通気口８の径が１５％未満となると、芯金３の先端に取り付けたフィルターの面積が小さいためにすぐに目詰まりを起こし、セラミックス粉体を吸引する力が減少する。一方、３０％を越えると、芯金３の強度が減少し、静水圧による圧力で変形する可能性がある。
【００２８】
さらに、図１に示すように上記成形用空間７の外径をＤ、内径をｄ、長さをＬとするとき、ｄ／Ｄ＞０．７、Ｌ／Ｄ＞１５となるような形状の成形体を作製する場合には好適に用いることができる。
【００２９】
上記ｄ／Ｄ≦０．７の場合には、ゴム型１と芯金３との空間が広いため、真空引きによる強制吸引を実施しなくてもセラミックス粉体は十分に底部まで充填できる。また、Ｌ／Ｄ≦１５の場合は、長さが短いために芯金３と蓋体３との空間ができにくいためである。
【００３０】
上記芯金３に通気口８を設けておくことにより、ｄ／Ｄ＞０．７、Ｌ／Ｄ＞１５となるような薄肉、長尺の成形体においてもセラミックス粉末を均一に充填することができる。
【００３１】
また、上記蓋体４は、ゴム型１および金型５の開口部を密閉封止する作用をなし、４５°等配で８箇所にセラミックス粉体の投入孔６が形成されている。蓋体４に形成するセラミックス粉体投入口６の径は、直径５ｍｍ〜１０ｍｍくらいにすると粉体がスムーズに投入できるという効果がある。
【００３２】
ここで、このような成形型を用いて有底セラミックス管用成形体３０を作製する工程について説明する。
【００３３】
先ず、図１に示す成形型における蓋体４の投入孔６より成形用空間７にセラミックス粉体を投入する。
【００３４】
次いで、蓋体４の通気口９に真空ポンプ等を用いて強制的に内部の空気を抜くことにより、成形用空間７内にセラミックス粉体を充填する。
【００３５】
そして、セラミックス粉体が成形用空間７内に十分に充填したことを確認した後、蓋体４の投入孔６と通気口９をネジ等を用いて密閉する。
【００３６】
しかる後、成形型をＣＩＰに入れ、圧力媒体に例えば８０ＭＰａの圧力をかけ、金型５に開けられた通水孔１１よりゴム型１の周囲に圧力を作用させ、セラミックス粉体が圧縮され成形体を作製することができる。金型５の内部に水圧が作用するためには、この通水孔は直径が５ｍｍ以上であることが望ましい。
【００３７】
このようにして得られた成形体は、薄型や長尺のものであっても成形用空間にセラミックス粉体を均一に充填できるため、底部におけるクラックの発生を有効に防止することができる。
【００３８】
なお、本発明の有底セラミックス管成形体用成形型は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００３９】
【実施例】
本実施例の効果を確認するために行った実施例について説明する。
【００４０】
先ず、図１に示すような成形型を作製するため、ポリ塩化ビニルからなり、底部を一体的に耐水性テープでシールしたゴム型を、一般構造用圧延鋼からなる金型内に入れ、同じく一般構造用圧延鋼からなる芯金を蓋体にネジ固定してゴム型の開口部を塞いだ。
【００４１】
なお、成形用空間の寸法は、外径をＤ、内径をｄ、長さをＬとし、表１に示す如く寸法とした。また、芯金に設けた通気口の径は内径ｄの２０％とした。
【００４２】
そして、蓋体の投入孔から窒化珪素セラミックス粉体を充填し、芯金の通気口から真空ポンプにて内部の空気を逃がし、最高成形圧力を８０ＭＰａとして成形体を得た。
【００４３】
また、比較例として図３に示すような成形型を上記と同様な材質で作製した。なお、成形用空間の寸法は、外径をＤ、内径をｄ、長さをＬとし、表１に示す如く寸法とし、比較例の場合には得られる成形体の寸法とする。
【００４４】
そして、蓋体の投入孔から窒化珪素セラミックス粉体をタッピングを加えて充填し、最高成形圧力を８０ＭＰａとして成形体を得、切削加工を施して図１の成形型で作製した成形体と同様の寸法とした。
【００４５】
各成形体試料はそれぞれの寸法で５０個づつ作製し、得られた試料の底部のクラックを蛍光探傷液によって調査し、クラックの発生率を求めた。
【００４６】
その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１の結果より、本発明の成形型は、各寸法を有するすべての成形型について成形体のクラックの発生率が４％以下と少ないことがわかる。特に、成形用空間の寸法が厚みが薄く、長いものであって４％に抑えることができた。
【００４９】
これに対し、従来の成形型で成形し、切削加工を施した成形体は、クラックの発生率が高く、特にｄ／Ｄ＞０．７の場合は成形が不可能になり、成形体の長さＬが長くなるに従い、クラックの発生率が増加する傾向にある。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、有底セラミックス管成形体を加圧成形する際に用いられる成形型であって、成形体の外形に対応する筒状の金型と、その内側に分割可能な底部を有する筒状のゴム型と、成形体の内径に対応する芯金と、上記ゴム型と芯金とによって形成される空隙をセラミックス粉体を充填する成形用空間とし、該成形体用空間の開口部を密閉封止する蓋体とを備えてなり、上記芯金の中心軸方向に通気口を形成したことにより、また、上記通気口は、芯金の径の１５〜３０％であることにより、厚みが薄く、長い成形用空間であってもセラミックス粉体を均一に十分に充填することができ、成形体に切削加工を施す必要がなく、所望の形状のセラミック成形体を得ることができる。
【００５１】
また、上記成形用空間の外径をＤ、内径をｄ、長さをＬとするとき、ｄ／Ｄ＞０．７、Ｌ／Ｄ＞１５となることにより、芯金に通気口を備えることで空気の逃げ場が出来、外径と内径の空間が狭い場合でもセラミックス粉体を充填する事が出来る。
【００５２】
上記請求項１乃至３の何れかに記載の有底セラミックス管用成形型における成形用空間にセラミックス粉体を投入した後、上記通気口より真空引きすることによって上記セラミックス粉体を成形用空間に充填し、加圧成形することにより、底部のセラミックス粉体が十分に充填でき、かつ成形工程のみで底部の先端形状が作成できるので切削加工を施す必要もなくなり、底部のクラック発生率を著しく低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有底セラミックス管成形体用成形型を示す断面図である。
【図２】本発明の有底セラミックス管成形体を示す断面図である。
【図３】従来の有底セラミックス管成形体用成形型を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ゴム型
２：底部
３：芯金
４：蓋体
５：金型
６：投入孔
７：成形用空間
８：通気口
９：通気口
１０：フィルター
１１：通水孔
３０：有底セラミックス管成形体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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