(57)【要約】【課題】  セラミック製の刃物を容易に形成でき、設備も安価で済むようにする。また、原料生テープの搬送が容易で、工程を自動化し易く、量産且つコストダウン可能とする。しかも、製造される刃物の機械的強度を非常に大きなものする。原料生テープを強制乾燥（熱風や遠赤外線照射、マイクロ波照射）しても、クラックが入ることを効果的に防止する。さらに、生テープの剪断後の残部を、廃棄せずに、再度使用できるようにする。【解決手段】  セラミック原料粉末をワックスと混練してハイドを得る工程と、該ハイドから押出成形によって強度０．１７ＭＰａ以上の生テープを作製する工程と、該生テープを所定の金型或いは剪断刃を用いて概略刃物の形状に剪断する工程と、該剪断した成形体を乾燥する工程と、この乾燥した成形体を焼成する工程とからなる刃物の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック原料粉末をバインダーと混練してハイドを得る工程と、該ハイドから押出成形によってＪＩＳ  Ｒ１６３１に準拠した強度が０．１７ＭＰａ以上の生テープを作製する工程と、該生テープを所定の金型或いは剪断刃を用いて平面視概略刃物の形状に剪断する工程と、該剪断した成形体を乾燥する工程と、該乾燥した成形体を焼成する工程とからなるセラミック製刃物の製造方法。
【請求項２】
前記バインダーは、結合剤としてカルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースを含むことを特徴とする請求項１記載の刃物の製造方法。
【請求項３】
前記バインダーは、可塑剤としてソルビタンエステルを含むことを特徴とする請求項２記載の刃物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製刃物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックナイフにおけるブレードなどのセラミック製刃物は、先端に向けて厚み及び幅が漸次小さくなる断面不一様形状の物品であるので、押出成形方法でもって製造するには不向きであり、また、機械的強度も低かったことから、従来、原料をプレス成形した成形品を焼成することで製造されてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１にはジルコニア製包丁のブレードを製作する方法について、共沈法にて得られた３モルＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２（比表面積１２ｃｍ２／ｇ）１００ｗｔ％に対してアクリル系バインダーを２％添加した原料を用意し、次にこの原料を金型で成形圧力１０００Ｋｇ／ｃｍ２にて所定形状に成形するとともに該成形品を降温速度１００℃／Ｈ、１４３０℃、２時間保持、昇温速度１００℃／Ｈで焼成することによってセラミック製ブレードを製作することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２９６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来技術によれば、プレス成形を行なうため設備が大型で、また、コスト高であった。そこで、本発明は、セラミック製刃物を容易に形成でき、設備も安価で済むような、実用的な、セラミック製刃物の製造方法を提供するにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明者等は、通常は断面一様の製品に適する押出成形に着目し、鋭意研究の結果、特に生テープの強度を所定値以上とするこで、押出成形をセラミック製刃物の製造の実用化に適合させることに成功した。
【０００６】
すなわち、請求項１の刃物の製造方法は、セラミック原料粉末をバインダーと混練してハイドを得る工程と、該ハイドから押出成形によってＪＩＳ  Ｒ１６３１に準拠した強度が０．１７ＭＰａ以上の生テープを作製する工程と、該生テープを所定の金型或いは剪断刃を用いて平面視概略刃物の形状に剪断する工程と、該剪断した成形体を乾燥する工程と、該乾燥した成形体を焼成する工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、押出成形を用いているので、サブミクロン程度の微細な原料においても１ｍｍ以上の厚みを有する刃物も容易に形成でき、設備も安価で済む。また、強度が０．１７ＭＰａ以上の生テープを用いることから、乾燥前の強度が大きい。したがって、搬送が容易で、工程を自動化し易く、量産且つコストダウン可能である。しかも、一般的には強度が低いとされる押し出し成形においても、前記強度が大きい生テープは密度も高く、その結果、製造される刃物の機械的強度をプレス成形に匹敵する強度のものとすることが可能となる（例えば、ジルコニアで１０００ＭＰａ以上）。
【０００８】
さらに、生テープの乾燥前に剪断を行なうので、剪断後の残部は、全く乾燥していないので廃棄することなく、再度使用することができる。
【０００９】
なお、従来の押出成形では生テープの強度がずっと小さく、したがって、剪断は乾燥の後に行なわれていた。また、前記生テープ強度が低いため強制乾燥によると生テープにクラックが生じるので、自然乾燥が用いられていたため厚さ１ｍｍ以上の物品では乾燥に時間がかかるため、厚さ１ｍｍまでの物品しか作製されてこなかった。
【００１０】
また、前述のように生テープの段階での強度が大きいので、引っ張り応力に対する抗力が大きい。したがって、乾燥中の生テープの表、裏の引っ張り応力の差がで易い強制乾燥を用いて、急激に乾燥させても、クラックが生じることを効果的に防止することができる。
【００１１】
次に、請求項２の刃物の製造方法は、前記バインダーに、結合剤としてカルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースを含むことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、セラミック原料粉末に混ぜるバインダーにカルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースを含むことで、生テープの密度を向上させることができる。これらのバインダー成分は、重合度が大きく、添加量を少量とすることができるので生テープの強度および密度向上に効果がある。さらに、保水効果も大きいので、水分の揮発が少なくハイドとしてコントロールしやすいので、水分の添加量を少なくして、生テープの強度および密度向上に有利である。
【００１３】
また、請求項３の刃物の製造方法は、前記バインダーに、可塑剤としてソルビタンエステルを含むことを特徴とする。
【００１４】
前記バインダーにおいて、カルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースに対して、可塑剤としてソルビタンエステルが特に相性が良い。すなわち、この組み合わせによって、セラミック原料粒子の滑りを良くすると同時に水と分離をしないで良好なエマルジョンを形成するので、生テープの強度および密度向上の効果が高い。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、セラミック原料粉末をバインダー等と混練してハイドを得る工程と、該ハイドから押出成形によって強度０．１７ＭＰａ以上の生テープを作製する工程と、該生テープを所定の金型或いは剪断刃を用いて概略刃物の形状に剪断する工程と、該剪断した成形体を乾燥する工程と、この乾燥した成形体を焼成する工程とから刃物を製造することから、押出成形を用いているので、サブミクロンの原料においても１ｍｍ以上の厚みを有する刃物も容易に形成でき、設備も安価で済む。また、強度が０．１７ＭＰａ以上の生テープを用いることから、乾燥前、乾燥後の強度も大きい。したがって、搬送が容易で、工程を自動化し易く、量産且つコストダウン可能である。しかも、強度が０．１７ＭＰａ以上の密度の高い生テープを用いることから、製造される刃物の機械的強度もプレス成形による刃物に匹敵する非常に大きなものとなる。
【００１６】
また、前述のように生テープの強度が大きいので、引っ張り応力に対する抗力が大きい。したがって、強制乾燥（熱風や遠赤外線照射、マイクロ波照射）を用いて急激に乾燥させてもクラックが生じることなく、乾燥中の生テープの表、裏の引っ張り応力の差がでにくく、反りが生じたりすることを効果的に防止することができる。
【００１７】
さらに、生テープの乾燥前に剪断を行なうので、再生に回す剪断後の残部は、全く乾燥していないので、容易に再度使用することができる。
【００１８】
また、前記ワックスに、カルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースを含む場合、セラミック原料粉末に混ぜるワックスにカルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースを含むことで、生テープの密度を向上させることができる。これらのバインダー成分は、重合度が大きく、添加量を少量とすることができるので生テープの密度向上に効果がある。さらに、保水効果も大きいので、水分の揮発が少なくハイドとしてコントロールしやすい。
【００１９】
また、前記ワックスに、ソルビタンエステルを含む場合、前記ワックスにおいて、カルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースに対して、可塑剤は、ソルビタンエステルが特に相性が良い。すなわち、この組み合わせによって、セラミック原料粒子の滑りを良くすると同時に水と分離をしないで良好なエマルジョンを形成する。また、直鎖の短いワックスとなるのでデワックスが良好に行なわれる。
【００２０】
また、原料生テープの搬送が容易で、工程を自動化し易く、量産且つコストダウン可能とする。しかも、製造される刃物の機械的強度を非常に大きなものする。原料生テープを強制乾燥（熱風や遠赤外線照射、マイクロ波照射）しても、クラックが生じたり、反りが生じたりすることを効果的に防止する。さらに、生テープの剪断後の残部を、廃棄せずに、再度使用できるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のセラミックス製刃物の製造方法について以下詳細に述べる。
【００２２】
本発明の製造方法は、押出成形を用いるものである。押出成形方法は、次のような工程で行なわれる。先ず、主原料となるセラミック原料粉末に焼結性を促進、制御するためのシリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の各種焼結助剤と、例えば酸化物系セラミックスの場合には媒体として水を加え、ボールミルや振動ミル等の混合粉砕機を用いて十分に混合粉砕した後、スプレードライ等で乾燥する。
【００２３】
次に、前記セラミック原料に予め結合剤を水や可塑剤、滑剤等を混合して液状としたバインダーを加えて攪拌容器内で混合しながら、押出成形に適したハイドとするために水を添加して調整した後、ニーダーや３本ロール等を用いて結合剤がセラミック原料の粒子表面をよく濡らすように十分に混練して押出成形用のハイドを製造する。
【００２４】
かくして得られたハイドを真空押出成形機等により、ハイドの脱気を行なった後、強度０．１７ＭＰａ以上のテープ状に押出成形する。
【００２５】
この生テープの強度が０．１７ＭＰａ未満の場合、後述の強制乾燥において、クラック発生の恐れがある。なお、前記生テープの強度が０．５０を超えると、脱バインダーが難しくなる恐れがある。生テープの強度を上げるのは、水の量を減らし、結合剤の量を増やし、また、結合剤、可塑剤、滑剤を適宜選択することで可能となる。
【００２６】
前述のように、強度が０．１７ＭＰａ以上の生テープを用いることから、乾燥前の強度が大きい。したがって、搬送が容易で、工程を自動化し易く、量産且つコストダウン可能である。
【００２７】
このようにして得られた生テープを所定の金型或いは剪断刃を用いて平面視で概略刃物の形状に剪断する。このとき、生テープの乾燥前に剪断を行なうので、剪断後の残部は、全く乾燥していないので廃棄することなく、再度使用することができる。
【００２８】
次に、剪断した生テープを強制乾燥（熱風や遠赤外線照射、マイクロ波照射等）を用いて、急激に乾燥させる。このとき、前述のように生テープの段階での強度が大きいので、引っ張り応力に対する抗力が大きい。したがって、乾燥中の生テープの表、裏の引っ張り応力の差がで易い強制乾燥を用いて、急激に乾燥させても、クラックが生じることを効果的に防止することができる。
【００２９】
その後、結合剤が急激に蒸発、分解しないように脱バインダーを十分行なってから焼成する。その結果、一般的には強度が低いとされる押し出し成形においても、生テープの強度を上げ、密度を高くすることで、製造される刃物の機械的強度をプレス成形に匹敵させることが可能となる（例えば、ジルコニアで１０００ＭＰａ以上）。
【００３０】
この後、前記焼成体は、適宜、研磨等による斜面加工などの後加工の工程を加える。
【００３１】
このような製造方法によれば、押出成形を用いているので、サブミクロン程度の微細な原料においても１ｍｍ以上の厚みを有する刃物も容易に形成でき、設備も安価で済む。
【００３２】
前記刃物を構成するセラミックとしては、例えば、ＺｒＯ２を主成分として３モル％のＹ２Ｏ３を含み、正方晶の結晶を主体とする部分安定化ジルコニアセラミックスや、９９ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３と残部がＳｉＯ２、ＭｇＯ等からなるアルミナセラミックスや、Ｓｉ３Ｎ４を主成分としＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３を焼結助剤として含む窒化珪素質セラミックスや、ＳｉＣを主成分としてＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３を焼結助剤として含む炭化珪素質セラミックスなどを用いることができる。
【００３３】
前記バインダーにおける結合剤としては、種々のアクリル系結合剤や、ＰＶＡや水溶性セルロースを用いることができ、特に、カルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースが好ましい。これらの結合剤は、重合度が大きく、添加量を少量とすることができるので生テープの密度向上に効果がある。さらに、保水効果も大きいので、水分の揮発が少なくハイドとしてコントロールしやすい。
【００３４】
また、前記バインダーにおける可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、パラフィン、ジブチルフタレート、ステアリン酸やソルビタンエステルなどを用いることができる。
【００３５】
前記結合剤としてカルボキシメチルセルロース及び／又はセルロースを用いる場合の、前記バインダーにおける可塑剤としては、ソルビタンエステルが好ましい。すなわち、この組み合わせによって、セラミック原料粒子の滑りを良くすると同時に水と分離をしないで良好なエマルジョンを形成する。その結果、生テープの強度と密度を向上させることができる。
【００３６】
なお、他の組成分として直鎖の短いワックスエマルジョンを使用することで脱バインダーがよくなるように適宜選定・添加量を決定することができる。
【実施例１】
【００３７】
平均粒径１μｍ、比表面積１２ｃｍ２／ｇの３ｍｏｌ％イットリア添加のジルコニア原料に、カルボキシメチルセルロース、ソルビタンエステル、ワックスエマルジョン、純水の添加量を適宜変更して混練機で十分練り、場合によっては、３本ロールでさらに混練後、押出成形機で生強度の異なるテープを厚み２ｍｍで成形した。その後、剪断プレス機にて８５×１０ｍｍに剪断後、引張試験機に図１のように６５×１０ｍｍのサイズで固定し、下降速度５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で生テープの生強度を調べるとともに、１１０℃の乾燥機内に入れてクラックの有無を確認した。
【００３８】
生強度は、純水の添加量と結合剤の添加量によって調整した。どのように生強  その結果を表１に示し、クラックが発生しなかったものは“○”、クラックの発生したものは“×”で示す。
【００３９】
【表１】
2005073751.tif 000003
【００４０】
以上の結果より明らかなように、生強度が０．１７ＭＰａ以上のものについては強制乾燥によってもクラックが入らないことがわかった。
【００４１】
次に、前述と同様な方法でＪＩＳ  Ｒ１６０１に規定される３点曲げ強度試験のサンプル（４０ｍｍ×４ｍｍ×１ｍｍ）を得るために予めサイズ決めした生シートを前述のように強制乾燥し、生強度が０．１７ＭＰａ以上の生ものについて、４００℃で脱バインダーを行い、１３５０℃・２時間焼成後、３点曲げ強度試験を行った。その平均強度は１０００ＭＰａであった。
【００４２】
次に、前述と同様な方法で幅８０ｍｍの連続的な生シートを得、これを上下からの剪断刃によって、平面視して概略包丁のブレードの形状に剪断した。このように剪断した成形体を前述のように強制乾燥し、生強度が０．１７ＭＰａ以上の生ものについて、４００℃で脱バインダーを行い、１３５０℃・２時間焼成した。
【００４３】
この焼成体について、研磨による斜面加工を施し、さらに刃付けを行い、刃渡り１８５ｍｍという長尺なセラミック製包丁のブレードを作製することができた。
【実施例２】
【００４４】
平均粒径１μｍ、比表面積１２ｃｍ２／ｇの３ｍｏｌ％イットリア添加のジルコニア原料に、メチルセルロース、ソルビタンエステル、ワックスエマルジョン、純水の添加量を適宜変更して混練機で十分練り、場合によっては、３本ロールでさらに混練後、押出成形機で生強度の異なるテープを厚み２ｍｍで成形した。その後、剪断プレス機にて８５×１０ｍｍに剪断後、引張試験機に図１のように６５×１０ｍｍのサイズで固定し、下降速度５００ｍｍ／ｍｉｎの条件で生テープの生強度を調べるとともに、１１０℃の乾燥機内に入れてクラックの有無を確認した。
【００４５】
生強度は、純水の添加量と結合剤の添加量によって調整した。どのように生強  その結果を表１に示し、クラックが発生しなかったものは“○”、クラックの発生したものは“×”で示す。
【００４６】
【表２】
2005073751.tif 000004
【００４７】
以上の結果より明らかなように、実施例１の結果と全く同様、すなわち、生強度が０．１７ＭＰａ以上のものについては強制乾燥によってもクラックが入らないことがわかった。
【００４８】
次に、前述と同様な方法でＪＩＳ  Ｒ１６０１に規定される３点曲げ強度試験のサンプル（４０ｍｍ×４ｍｍ×１ｍｍ）を得るために予めサイズ決めした生シートを前述のように強制乾燥し、生強度が０．１７ＭＰａ以上の生ものについて、４００℃で脱バインダーを行い、１３５０℃・２時間焼成後、３点曲げ強度試験を行った。その平均強度は１０００ＭＰａであった。
【００４９】
次に、前述と同様な方法で幅８０ｍｍの連続的な生シートを得、これを上下からの剪断刃によって、平面視して概略包丁のブレードの形状に剪断した。このように剪断した成形体を前述のように強制乾燥し、生強度が０．１７ＭＰａ以上の生ものについて、４００℃で脱バインダーを行い、１３５０℃・２時間焼成した。
【００５０】
この焼成体について、研磨による斜面加工を施し、さらに刃付けを行い、刃渡り１８５ｍｍという長尺なセラミック製包丁のブレードを作製することができた。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】生テープの強度測定方法の概略を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
符号なし
【図１】
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