(57)【要約】【課題】この発明は、薄型で曲面形状を有していても縁欠けを生ずることなく成形が可能なセラミックス成形体を提供することを課題とする。【解決手段】セラミックス成形体１は、セラミックスからなると共に小さい厚みを有し、その上面２及び下面３がそれぞれ曲面形状を有している。成形体１の上面２の中央に、表面が平らな帯状の突出部２ａが突出形成されている。成形体１はその幅方向の両端に、幅方向と直交する奥行き方向に延長する平坦部４をそれぞれ有しており、平坦部４の上面及び下面はそれぞれ平らになっている。各平坦部４の幅は成形体１の全幅Ｗに対して０．８％以上であり、成形体１の面積／厚みの比は２０００以上であり、さらに成形体１の上面２及び下面３の曲面の曲率半径Ｒはそれぞれ成形体１の全幅Ｗに対して１．１倍以上の値である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄型で曲面形状を有するセラミックス成形体において、
その幅方向の両端にそれぞれ平坦部を備えることを特徴とするセラミックス成形体。
【請求項２】
各平坦部の幅は、成形体の全幅に対して０．８％以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス成形体。
【請求項３】
前記曲面の曲率半径は、成形体の全幅の１．１倍以上の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス成形体。
【請求項４】
面積／厚みの比が２０００以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックス成形体。
【請求項５】
乾式一軸プレスによりセラミックス成形体を製造する方法において、
その幅方向の両端にそれぞれ平面部を備える一対のパンチを用意し、
前記一対のパンチを用いてセラミックス原料粉体を加圧することにより幅方向の両端に平坦部を有し且つ薄型で曲面形状を有する成形体を製造する
ことを特徴とするセラミックス成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セラミックス成形体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミックスの成形方法には加圧成形法、可塑成形法及び鋳込み成形法など様々な方法があるが、比較的単純な形状の成形体を得る方法として、加圧成形法の一種である乾式一軸プレス成形法が知られている（例えば特許文献１参照）。この一軸プレス成形法は、簡便で低コストの成形法であるため、生産効率が高く、量産に適しており、セラミックス原料を混合・粉砕すると共にその混合物を噴霧乾燥法等により造粒して流動性の良い顆粒状の粉体原料とし、この粉体原料を金型に充填して上下方向から加圧することにより成形する構成になっている。
ところで乾式一軸プレス機は、それぞれ平坦な加圧面を有し且つ上下からセラミックス原料粉体を加圧する上パンチ、下パンチ及び原料粉体が充填される金型とから構成されており、このプレス機により平板状の成形体を製造することが可能である。また、上パンチ及び下パンチの加圧面を曲面にすることで、曲面形状を有する成形体を製造することもできる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１７６９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように曲面形状を有する成形体を一軸プレス成形法により製造する場合、厚みが薄いものほどその成形が困難であり、成形時に端部での縁欠け等を生じる虞があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、薄型で曲面形状を有していても縁欠けを生ずることなく成形が可能なセラミックス成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るセラミックス成形体は、薄型で曲面形状を有するセラミックス成形体において、その幅方向の両端にそれぞれ平坦部を備えるものである。
各平坦部の幅は、成形体の全幅に対して０．８％以上であることが好ましく、曲面の曲率半径は、成形体の全幅の１．１倍以上の値であることが好ましく、また、面積／厚みの比が２０００以上であることがより好ましい。
【０００６】
また、この発明に係るセラミックス成形体の製造方法は、乾式一軸プレスによりセラミックス成形体を製造する方法において、その幅方向の両端にそれぞれ平面部を備える一対のパンチを用意し、一対のパンチを用いてセラミックス原料粉体を加圧することにより幅方向の両端に平坦部を有し且つ薄型で曲面形状を有する成形体を製造する方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の実施の形態に係るセラミックス成形体を示す。セラミックス成形体１は、セラミックスからなると共に小さい厚みを有し、その上面２及び下面３がそれぞれ曲面形状に形成されている。また、成形体１の上面２の中央に、帯状の突出部２ａが突出形成されており、突出部２ａの表面は平らになっている。さらに、成形体１はその幅方向の両端に、幅方向と直交する奥行き方向に延長する平坦部４をそれぞれ有しており、平坦部４の上面及び下面はそれぞれ平らになっている。
【０００８】
ここで、平坦部４は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍの正方形のセラミックス成形体１の幅方向の両端にそれぞれ２ｍｍの幅で形成されており、各平坦部４の幅が成形体１の全幅Ｗに対して０．８％以上であるように構成されている。また、成形体１は厚み６ｍｍを有しており、その面積／厚みの比は２４００である。
また、セラミックス成形体１の上面２中央に形成された突出部２ａは、成形体１の全幅Ｗに対して２５％以下の幅を有するように形成されると共に、成形体１の上面２における突出部２ａとこの突出部２ａの両側部分との段差は、成形体１の厚みの１／１０以下になるように、例えば０．５ｍｍに形成されている。
【０００９】
また、図２に示されるように、セラミックス成形体はその上面２及び下面３の曲面の曲率半径Ｒがそれぞれ１４４ｍｍ、すなわち、成形体１の全幅Ｗに対して１．２倍の値になっている。なお、図２では、上面２及び下面３の曲率半径Ｒと成形体１の全幅Ｗとの関係を解り易くするため、成形体の突出部及び平坦部の図示を省略している。
【００１０】
次に、図３及び４を参照して、セラミックス成形体１の製造方法について説明する。まず、一軸プレス成形機は、金型１１とこの金型１１の上部及び下部にそれぞれ配置される上パンチ１２と下パンチ１３とからなっている。ここで、上パンチ１２は曲面形状の加圧面を有し且つこの加圧面の幅方向の両端にそれぞれ平面部１２ａを有しており、下パンチ１３も曲面形状の加圧面を有し且つこの加圧面の幅方向の両端にそれぞれ平面部１３ａを有している。また、上パンチ１２はその加圧面の中央に凹部１２ｂを有している。上パンチ１２の加圧面の曲率半径は１８２ｍｍであると共に下パンチ１３の加圧面の曲率半径は１７０ｍｍであり、金型１１は１２０ｍｍ×１２０ｍｍの大きさを有している。すなわち、これら上パンチ１２及び下パンチ１３の加圧面の曲率半径は、製造されるセラミックス成形体１の曲率半径Ｒが成形体１の全幅Ｗの１．２倍の値になるように設定されている。また、上パンチ１２及び下パンチ１３のそれぞれの加圧面の両端に形成された平面部１２ａ及び１３ａは、それぞれ２ｍｍの幅を有しており、上パンチ１２の凹部１２ｂは３０ｍｍの幅を有している。
【００１１】
また、セラミックス、有機分散剤、有機バインダ及び溶媒等のセラミックス原料をボールミルで混合・粉砕し、この混合物をスプレードライヤにより造粒すると、流動性の良い顆粒状のセラミックス原料粉体１４が得られる。ここでは、セラミックスとして平均粒径０．５μｍで純度９９．５％のアルミナ粉末を、有機分散剤としてポリカルボン酸アンモニウムを、有機バインダとしてポリビニルアルコールを、それぞれ１００：０．３：２の割合で配合した。また、得られたセラミックス原料粉体１４の顆粒径は２０〜５００μｍであり、顆粒安息角は３０°以下となる。
【００１２】
この原料粉体１４を、図３に示されるように、上パンチ１２及び下パンチ１３がその上下に配置された金型１１内に充填し、さらに図４に示されるように、上パンチ１２及び下パンチ１３を用いて原料粉体１４を１２０ＭＰａ程の成形圧で加圧する。これにより、図１に示されるような薄型で曲面形状を有するセラミックス成形体１が製造され、この成形体１の幅方向の両端には、上パンチ１２及び下パンチ１３の平面部１２ａ及び１３ａに対応した平坦部４が形成されると共に、成形体１の上面２の中央に上パンチ１２の凹部１２ｂに対応した突出部２ａが形成される。
さらに、得られたセラミックス成形体１を焼成治具に載せ、約１６００℃で焼成すると、焼成変形を生じずに相似収縮し、その結果、薄型で所望の曲面形状を有する最終製品としてのセラミックスタイルが作製される。
【００１３】
以上のように、セラミックス成形体１は、その幅方向の両端に成形体１の全幅Ｗに対して０．８％以上の幅を有する平坦部４をそれぞれ有しており、平坦部４はその上面及び下面に上プレス１２及び下プレス１３の加圧方向に直交する平面を有しているため成形体１の端部の強度が増し、これにより薄型で曲面形状を有していても縁欠けを生ずることなく成形が可能なセラミックス成形体１を実現することができる。従って、簡便で低コストの一軸プレス成形法により、薄型で曲面形状を有する成形体１を効率よく製造することができる。
【００１４】
また、上述のように平坦部４により成形体１の端部の強度が増したことにより、成形体１を金型１１から取り出す際に生じる層状の亀裂や変形を防止することができる。
さらに、上パンチ１２及び下パンチ１３は、それぞれの加圧面の両端に金型１１の内面にほぼ直交するように接する平面部１２ａ及び１３ａを有しているため、これら上パンチ１２及び下パンチ１３の加圧面と金型１１の内面とが従来の曲面形状のパンチのように鋭角で接することがなく、これにより成形時にこれら上下パンチ１２及び１３と金型１１の間にセラミックス原料粉体１４が噛み込んで一軸プレス成形機が破損することが防止される。
【００１５】
なお、上述の実施の形態においてセラミックス成形体１を焼成することにより作製される瓦状のセラミックスタイルは、円筒状のスロートスリーブ管先端部の外周に複数枚並べて取り付けられてバーナの火炎を安定化させるバーナスロートの先端部を構成するが、セラミックスタイルはその上面に表面が平らな突出部を有しているため、タイルをスロートスリーブ管に取り付ける際に固定用のボルトとの接触面積を大きく確保することができ、これによりタイルに懸かる応力を分散することができると共に強固な固定が可能となる。また、このように表面が平らな突出部により、ボルト及びナット、溶接止め金具、単純なワッシャや金具等を用いてタイルを固定することができる。
【００１６】
また、セラミックスとしては、例えば粒子径０．３μｍ〜２００μｍのアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、或いはこれらの複合材等を使用する。
さらに、セラミックスの粉末１００重量部に対して、有機分散材を０．２〜１重量部配合することが好ましく、また、溶媒１００重量部に対して、有機バインダを０．５〜１８重量部配合することが好ましい。なお、有機バインダとしては、ビニル系、アクリル系、アルケニル系、アルキニル系、エポキシ系、メタクリレート系、ステアリン酸系、芳香族系、及びエステル系からなる群より選ばれる少なくとも１種のバインダを用いることができる。また、溶媒としては、水、アルコール系、ケトン系、及び芳香族系からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
【００１７】
また、上述の実施の形態では、スプレードライヤを用いて造粒を行ったが、この代わりに、流動造粒機、転動造粒機などを用いても造粒することができる。
加えて、セラミックス成形体１の製造を行う一軸プレス成形機としては、油圧プレスや、カム、クランク及びトグル等を利用した機械プレス、或いはこれら機械プレス及び油圧プレスを併用して使用することができ、その成形圧は、原料によって異なるが、７０ＭＰａ〜１２０ＭＰａ程に設定する。
【００１８】
ここで、表１に、本発明と複数の比較例とにおけるセラミックス成形体の縁欠けの有無の結果を示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
まず、比較例１に示されるように、セラミックス成形体の上面及び下面の曲率半径Ｒが成形体の全幅Ｗの１．１倍以上の値で、すなわち実施の形態と同程度湾曲しており、面積／厚みの比が２０００に満たない、すなわち実施の形態よりも肉厚傾向にある場合、幅がセラミックス成形体の全幅Ｗの０．８％を超える平坦部を有していなくても、相対的に厚みが大きいため縁欠け等を生じずに成形体を製造すること可能であった。
【００２１】
これに対して、比較例２に示されるように、Ｒ／Ｗの比は１．１以上で、すなわち実施の形態と同程度湾曲しているが、面積／厚みの比が２０００以上で、すなわち実施の形態の成形体１と同じように薄型である場合には、幅が成形体の全幅Ｗの０．８％を超える平坦部を有していないと、縁欠けが生じてしまった。
【００２２】
そこで、上述の実施の形態のように、Ｒ／Ｗの比が１．１以上であり且つ面積／厚みの比が２０００以上であるものに、セラミックス成形体１の全幅Ｗの０．８％以上の幅を有する平坦部を設けると、薄型で湾曲した曲面形状を有していても縁欠け等を生じずに成形体１を製造することが可能であった。
【００２３】
また、比較例３に示されるように、面積／厚みの比は実施の形態と同じであり、実施の形態の成形体と同程度湾曲していて、Ｒ／Ｗの比が１．１に満たない場合、すなわち実施の形態の成形体１よりも更に湾曲している場合には、幅が成形体の全幅Ｗの０．８％以上の平坦部を設けても、縁欠けが生じてしまい、本発明のセラミックス成形体の平坦部はＲ／Ｗの比が１．１以上の成形体に有効に機能することがわかる。
【００２４】
なお、上述の実施の形態のセラミックス成形体１は、Ｒ／Ｗの比が１．２であり、面積／厚みの比が２４００であり且つ平坦部４の幅が成形体１の全幅Ｗの０．８％以上であったが、本発明はこれに限るものではなく、Ｒ／Ｗの比が１．１以上の値で、面積／厚みの比が２０００以上で、さらに平坦部４の幅が成形体１の全幅Ｗの０．８％以上であれば、薄型で曲面形状を有していても縁欠けを生じることなく成形が可能なセラミックス成形体を実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、セラミックス成形体の幅方向の両端にそれぞれ平坦部を備えたので、薄型で曲面形状を有していても縁欠けを生ずることなく成形が可能なセラミックス成形体を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るセラミックス成形体の全体構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態におけるセラミックス成形体の全幅Ｗと曲率半径Ｒとの関係を示す図である。
【図３】実施の形態におけるセラミックス成形体製造時の加圧前の様子を示す断面図である。
【図４】実施の形態におけるセラミックス成形体製造時の加圧後の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１  セラミックス成形体、２  上面、２ａ  突出部、３  下面、４  平坦部、１１  金型、１２  上パンチ、１２ａ  平面部、１２ｂ  凹部、１３  下パンチ、１３ａ  平面部、１４  セラミックス原料粉体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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