(57)【要約】  【課題】焼成前のジルコニアシートは、生密度が高いため、切断が困難であり、ハサミやカッター刃での切断では、カッター刃の寿命が著しく低下していた。  【解決手段】切断するカッター刃をジルコニア焼結体で構成し、またその切断方法をスペーサを介して交互に配置することで、一回の切断作業で多数の焼成前シートを切断でき、生産効率の向上を可能にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールコンパクションで成形された密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上のジルコニアシートを切断用カッターを用いて切断する際に、切断速度を、３０００ｍｍ／分以下とし、切断時の切断用カッターの刃の先端をシートの背面より０．１〜０．３ｍｍ突出するよう貫通させ、かつ、その切断用カッターの押し付け圧力を３０〜５０ＭＰａ以上とすることを特徴とするジルコニアシートの切断方法。
【請求項２】
上記切断用カッターの材質をジルコニア焼結体とし、その厚みを０．３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載のジルコニアシートの切断方法。
【請求項３】
切断時にシートを支持する際のロール表面の硬さをショア硬度４０〜６５としたことを特徴とする請求項１記載のジルコニアシートの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロールコンパクション成形によって得られるジルコニアシートの焼成前のシートの切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ジルコニア焼結体は、セラミックスの中でも優れた靭性、強度を有するとともに耐薬品性を有することから、各種の産業機械部品として利用されている。
【０００３】
このジルコニアセラミックスは、一般には、ＺｒＯ２を安定化させるためにＹ２Ｏ３などの希土類元素酸化物や、ＭｇＯ、ＣａＯなどの安定化材を１．５〜１０モル％の割合で添加し、この原料を金型プレス等で成形し、１３００〜１４５０℃の酸化雰囲気中で焼成することにより得られ、高強度の焼結体としては、正方晶または正方晶と立方晶から構成され、単斜晶を含まない焼結体が多様化され、かかる焼結体により、包丁やカッター刃などが応用されている。
【０００４】
この耐摩耗性、耐食性を生かし、ロールコンパクション成形で得たジルコニア製シートからなるドクターブレードが考案され使用されている。その用途は、インキの製造工程で、インキ原料に助剤や有機溶剤などを調合した後の混練を行う３本の支持ロール６と呼ばれる装置の、混練されたインキを容器へ排出するための掻き取り用ブレードとして使用されている。
【０００５】
また、従来の焼成前のシート成形方法は、ロールコンパクション成形の他、押し出し成
形やドクターブレード法などがあり、これらの成形方法で得た焼成前シート２は比較的密
度が低く、柔らかいためその切断に苦慮しない。またその切断方法としては、アルミナ系
セラミックスシートから電子部品などを製造する際に、用途に合わせて特殊な切断装置が
考案されており、カッター刃２による切断も行われている。
【特許文献１】特開１９９８−２８４３４６号公報
【特許文献２】特開１９９９−９７２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本考案のジルコニア製シートの成形は、ロールコンパクション成形と呼ばれるもので、直径が４００〜５００ｍｍ程度の２本の金属の支持ロール６の間に、ジルコニア粉体を充填して、その支持ロール６の圧力によって成形するもので、シート状に成形されたジルコニア製の焼成前シート５は、生密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上と高く、一般的な金型で成形したアルミナ系セラミックスの生密度より、１．５倍程度硬いものである。
【０００７】
また、この焼成前シート５の厚みｔは、電子部品関係に使用されるものが０．１〜０．３ｍｍと薄いシート状であるのに対して、ジルコニア製の焼成前シート５は０．９〜１．１ｍｍと厚いシートである。
【０００８】
この厚みｔは、ドクターブレード等の耐磨耗性の必要な部品では、なるべく大きな厚みを必要とするものが多い。
【０００９】
この焼成前シート５の切断方法は、従来は専用のハサミを使用し、予め切断寸法を焼成前シート５に書き入れて、専用のハサミを使用して、人の手で切断しており、切断速度が遅いため、効率が悪く、量産に向いた工程の実現が望まれていた。
【００１０】
また、従来のハサミによる切断では、切断面に切断振れによる凹凸が発生し、真直ぐなきれいな面ではなかった。
【００１１】
また、ジルコニア製の焼成前シート５は生密度が高く、切断しにくいために、ハサミでの切断は、その切断に大きな力を必要し、長時間の作業には困難であった。
【００１２】
また、従来の焼成前シート５の成形方法は、ロールコンパクション成形の他、押し出し成形やドクターブレード法などがあり、これらの成形方法で得た焼成前シート５は比較的生密度が低く、柔らかいためその切断に苦慮しない。また、その切断方法としては、アルミナ系セラミックスシートから電子部品などを製造する際に、用途に合わせて特殊な切断装置が考案されており、カッター刃２による切断も行われている（特許文献１、２参照）。
【００１３】
また、焼成前シート５を１本毎に切断するため、非常に効率の悪いものであった。
【００１４】
また、これまで機械化の検討を繰り返してきたが、従来のアルミナ系セラミックスの切断方法では、ジルコニア製の焼成前シート５を切断するためには、大きな力を必要とするために、貫通切断することができなかった。
【００１５】
また、貫通切断するほどの力を加えると、切断時のカッター刃２の先端が、焼成前シート５の裏側の金属ロールに当って磨耗し、切れ味が低下するという問題があった。
【００１６】
また、この切断時のカッター刃２は、磨耗が早いため寿命が短く、また、その厚みＴが焼成前シート５の破壊を発生させ割れが生じることがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の切断方法は、ロールコンパクションで成形された密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上のジルコニアシートを切断用カッターを用いて切断する際に、切断速度を、３０００ｍｍ／分以下とし、切断時の切断用カッターの刃の先端をシートの背面より０．１〜０．３ｍｍ突出するよう貫通させ、かつ、その切断用カッターの押し付け圧力を３０〜５０ＭＰａ以上とすることを特徴とするものである。
【００１８】
上記切断用カッターの材質をジルコニア焼結体とし、その厚みを０．３ｍｍ以下としたことを特徴とするものである。
【００１９】
切断時にシートを支持する際のロール表面の硬さをショア硬度４０〜６５としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の切断方法は、ロールコンパクションで成形されたジルコニアシートにおいて、焼成前シートを所定の幅に切断する際に、切断速度を、３０００ｍｍ／ｍｉｎ以下とし、かつ、切断時の刃の先端を焼成前シートの背面より０．１〜０．３ｍｍ凸になるよう貫通させ、かつ、その切断用のカッター刃の押し付け圧力の範囲を３０〜５０ＭＰａとすることで、焼成前シートを同時に多数個を切断できるとともに、焼成前シートを完全に貫通切断させ、長手方向にも真直ぐな切断が可能である。
【００２１】
また、切断方法において、切断時に焼成前シートを支持する支持ロールの表面の硬さをショア硬度４０〜６５とすることで、カッター刃の磨耗をできるだけ小さくし、寿命の長いものした。
【００２２】
また、切断方法において、切断時に使用するカッター刃の材質をジルコニア焼結体とし、その厚みを０．３ｍｍ以下とすることで、切断した焼成前シートの切断面を荒れのない良好な面とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２４】
本発明において用いられるジルコニア製の焼成前シート５は、原料が高価でありその用途も限られているため、一般的に使用されるまでに至っていないが、その特性はその他のセラミックスとは異なる顕著なものもあり、次第に増えることが考えられる。また、このジルコニア製の焼成前シート５は、ジルコニアと、安定化材としてＹ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 、Ｙｂ2 Ｏ3 などの周期律表第３ａ族元素酸化物、ＭｇＯ、ＣａＯから選ばれる少なくとも１種を２〜１５モル％、特に２〜８モル％の割合で含有するものであり、結晶相として、正方晶ジルコニア、あるいは正方晶ジルコニアと立方晶ジルコニアを主成分とするものである。
【００２５】
この焼成前シート５は、８〜１２％の成形助剤を含有し、少々曲げても割れることのない弾性体である。しかし、その生密度は３．４ｇ／ｃｍ２と高く、難削材である。
【００２６】
この焼成前シート５は、上記の組成からなる粉体物の成形手段として、ロールコンパクション成形により、幅Ｗが約１００〜４００ｍｍで厚みｔが約１ｍｍのシート形状に成形しながら支持ロール６に巻き取り、その後、この焼成前シート５を必要な寸法形状へ切断する。これを１３００〜１５００℃の酸化性雰囲気中で焼成することによりジルコニア製シートの磁器を得ることができる。
【００２７】
このロールコンパクション成形にて得られた焼成前シート５は、生密度が３．４ｇ／ｃｍ３で、その密度差が±０．１ｇ／ｃｍ３以内の均一な成形体を得ることができる。
【００２８】
また、成形時の厚みｔは、０．９〜１．１ｍｍで、収縮してもほぼ均一な厚みの焼結体を得ることが可能である。
【００２９】
この焼成前シート５は、焼成前にドクターブレードとして使用される長さＬ、幅Ｗに焼成時の収縮率を考慮した寸法で切断される。
【００３０】
その際に、従来は専用のハサミを使用し、予め切断寸法を焼成前シート５に書き入れて、ブレード素材の１本づつを人の手で切断しており、効率が悪く、量産に向いた工程の実現が望まれていた。
【００３１】
そこで、本発明では同時に多数個の切断ができるように、図１に示すような切断治具１を考案した。
【００３２】
図１のように、焼成前シート５を切断する切断治具１は、中心に回転軸４を備え、その外周にカッター刃２とスペーサ３を交互に配置している。回転軸４は、のステンレス鋼を使用し、カッター刃２及びスペーサ３に回転を伝えるためのキー溝およびキーを備えている。
【００３３】
また、カッター刃２は、図１に示すようにスペーサ３より外径寸法が大きく、カッター刃２が外側に飛び出しており、スペーサ３は、切断する焼成前シート５の幅に合わせて製作しており、焼成前シート５の切断幅に合わせてその厚みのスペーサ３を配置することによって、多種の焼成前シート５の切断幅に合わせることが可能である。
【００３４】
また、カッター刃２及びスペーサ３の材質も錆、磨耗防止の為ステンレス鋼を使用した。
【００３５】
次に、この切断治具１の使用方法を説明する。
【００３６】
図２のように切断治具１は、焼成前シート５を挟み込むための支持ロール６に平行に配置し、切断治具１が回転することで、焼成前シート５が切断されながら矢印の方向へ進み、また支持ロール６にも回転が伝わってスムーズな切断が可能となっている。
【００３７】
この切断治具１は、回転軸４およびカッター刃２と、その間のスペーサ３の厚みを介して配置することで、同時に多数個の切断が可能である。これにより、作業効率を向上させ、量産に向けた工程の実現が可能となった。
【００３８】
また、この切断治具１の回転は、今回は手動で評価したが、モーターを取り付けて自動にすることも可能である。その切断速度は、１０００〜３０００ｍｍ／ｍｉｎ．の切断が可能である。ここで、１０００ｍｍ／ｍｉｎ．以下の切断速度でも切断は可能であるが、生産効率を向上させる意味から、これ以下で作業することは避けるべきである。また、３０００ｍｍ／ｍｉｎ．を超える場合は、カッター刃２に触れが生じて、真直ぐな切断ができなくなる。
【００３９】
また、きれいな切断面を維持するためには、カッター刃２の先端が焼成前シート５の厚みｔを貫通し、さらに０．１〜０．３ｍｍ先端を出す必要がある。０．１ｍｍ未満では、支持ロール６の僅かなぶれや、カッター刃２のぶれとの影響もあり、未切断部が発生する。
【００４０】
また、０．３ｍｍを超えると支持ロール６への接触抵抗が大きくなり、カッター刃２が変形し曲がった切断となるため、これも切断面が真直ぐな面にならず、波打ち面となる。ここで、カッター刃２の先端の出量は、ノギスやマイクロメーター等で測定し、切断治具１と支持ロール６の間隔を調整することで管理する。
【００４１】
さらに、カッター刃２の押し付け圧力によって、切断面が荒れて、これが焼成時のクラックや割れに発展することがあったため、これを解決するべくその押し付ける圧力を、３０〜５０ＭＰａの範囲であることとした。この範囲で押し付け切断した焼成前シート５は、切断面において面荒れが発生せず、またクラックや割れを生じない良好な切断が可能である。
【００４２】
ここで押し付ける圧力は、切断治具１を支持ロール６に押し付けるプッシャーが取り付けてあり、エアーで圧力をバルブで調整できるようになっており、圧力ゲージで調整することで管理する。
【００４３】
押し付け圧力が３０ＭＰａ未満では、カッター刃２の先端が、焼成前シート５を貫通せず、焼成前シート５を完全に切断することが不可能である。また、５０ＭＰａを超えるとカッター刃２の先端が支持ロール６へ深く入り込み、抵抗が大きくなることで、焼成前シート５の切断面が荒れてしまう。
【００４４】
また、焼成前シート５を完全に切断するためには、支持ロール６にカッター刃２が届く必要があるため、支持ロール６の表面とカッター刃２の接触によって切れ味低下を発生させないように、この支持ロール６の表面をシェア硬さ４０〜６５以下の比較的柔らかいゴムで形成しカッター刃２の寿命も長い、耐久性を備えた切断が可能となった。ここで、ショア硬さが６５を超える材料を使用した場合、摩耗でカッター刃２の寿命が短くなる。
【００４５】
また、この時使用するカッター刃２を、ジルコニア製の刃２を使用し、切断時の切断の
割れを発生させる抵抗を極力小さくするために、その厚みＴを０．３ｍｍ以下とした。こ
れにより、切断時の割れや焼成後の割れを防ぐことができる。
【００４６】
厚みＴが０．３ｍｍを超えると焼成前シート５への抵抗が大きくなり、スムーズな切断ができず、割れながら焼成前シート５を切っていくという現象が生じる。また厚みＴは、薄いほど焼成前シート５への抵抗は少ないが、０．１ｍｍ未満のカッター刃２では、その形状を保持するだけの強度がないため、カッター刃２の先端に割れが生じたり、切断の機能を果たし得ない。したがって、カッター刃２の厚みＴは、０．１〜０．３ｍｍが良く、できれば０．２〜０．３ｍｍがより好ましい。
【実施例１】
【００４７】
本実施例では、図１のように、ジルコニア製の焼成前シート５を切断する切断治具１は中心に回転軸４を備え、その外周にカッター刃２とスペーサ３を交互に配置している。回転軸４は、ステンレス鋼を使用し、カッター刃２及びスペーサ３に回転を伝えるためのキー溝及びキーを備えている。また、カッター刃２は、図１に示すようにスペーサ３より外径が大きく、カッター刃２が外側に飛び出しており、スペーサ３は、切断する焼成前シート５の幅に合わせて製作しており、焼成前シート５の切断幅に合わせてスペーサ３を配置することによって、多種の焼成前シート５の切断幅に合わせることが可能である。
【００４８】
また、今回は焼成前シート５の幅Ｗは１００ｍｍ、スペーサ３は１０ｍｍ、カッター刃２は１０ケで実施した。
【００４９】
表１に示すように、切断速度、カッター刃２が焼成前シート５の切断時に貫通して飛び出す凸量ｈ、またカッター刃２を支持ロールへ押し付けるときの圧力を変えて、焼成前シート５が貫通して切断されているものを○とし、貫通していないものを×とした。
【００５０】
また、その切断面が長手方向に真直ぐに切断されているものを○とし、段差や変形があるものを×として評価した。
【００５１】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜９までは、切断した焼成前シート５がすべて貫通しており、その長手方向の切断面も真直ぐな状態で、かつ貫通している良好な切断が可能であった。
【００５２】
即ち、切断速度が１０００〜３０００ｍｍ／ｍｉｎ．以下で、カッター刃２が焼成前シート５を貫通して飛び出す凸量ｈは０．１〜０．３ｍｍ、かつカッター刃２の押し付ける圧力が３０〜５０ＭＰａの範囲であれば良好な切断が可能であることがわかった。
【００５３】
また、試料１０〜１２は、切断速度が速いために、カッター刃２の押し付ける圧力が低い場合は、焼成前シート５が貫通して切断できず、押し付ける圧力を高くしても、カッター刃２のぶれや支持ロール６のぶれが大きくなり、その切断面の長手方向において変形が生じていた。
【００５４】
また、試料１３は、カッター刃２の押し付ける圧力を２０ＭＰａとしたもので、カッター刃２の押し付ける圧力が低いために、焼成前シート５が貫通して切断できず、また試料１４はカッター刃２の押し付ける圧力を７０ＭＰａと大きくしたもので、焼成前シート５は貫通して切断されているものの、はカッター刃２が支持ロール６へ押し付ける圧力で曲がりが生じ、その切断面の長手方向において変形が生じていた。
【表１】
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【実施例２】
【００５５】
次に、表２に示すように上記実施例１の試料Ｎｏ．８の条件にて、支持ロール６の表面の硬度（ショア硬度）とカッター刃２の厚み、またカッター刃２の材質を変えて評価した。
【００５６】
支持ロール６は、金属製の母材の表面に厚さ５ｍｍのネオプレンゴムを接合したものを使用し、このゴム硬度をショア硬さで、３０〜７０まで変えたもので評価した。
【００５７】
また、カッター刃２の厚みＴはどれも先端のカッター刃２の角度αが３０度に加工されたものであるが、焼成前シート５の厚みｔを貫通して切断する場合には、１．０ｍｍ以上の深さＨで切断することが必要であり、その厚みｔが厚い場合は切断した焼成前シート５をさらに広げようとする力がはたらいて、焼成前シート５に割れが生じることがある。このため、カッター刃２の厚みＴを０．２ｍｍ〜０．４ｍｍまで変えて評価した。
【００５８】
さらに、ジルコニア製の焼成前シート５は生密度が高く、それを切断するカッター刃２は、磨耗が早く、寿命が短くなることが考えられるため、従来のステンレス製カッター刃２とジルコニアセラミックス製のカッター刃２で寿命比較を行った。
【００５９】
評価方法は、切断面の状態においては、きれいなカット面であるものを○とし、面が荒れているものを△とし、焼成前シート５が破壊されて使用できないものを×とした。
【００６０】
また、寿命までの回数は、長さ３ｍの焼成前シート５の切断を１回とし、それぞれのカッター刃２が切断使用できた回数を確認した。
【００６１】
表２に示すように、試料Ｎｏ．１７〜１９、２９は、切断したカット面に凹凸があり荒れており、支持ロール６表面のショア硬度が３０以下の場合は、カッター刃２が深く入り過ぎて切断した焼成前シート５の角部に、小さなカケが確認された。
【００６２】
また、試料Ｎｏ．３０は、カッター刃２の厚みＴが０．４ｍｍと厚いため、切断後の面状態が荒れており、切断された焼成前シート５をさらに広げようとする力がはたらき、カッター刃２の側面に触れながら移動するために、切断面が荒れている。
【００６３】
また、試料Ｎｏ．３１は、支持ロール６の表面のショア硬度が７０で、切断面の状態は良好であったが、支持ロール６の硬度が高い為カッター刃２の先端の磨耗が早く、寿命が短くなっている。
【００６４】
試料Ｎｏ．２０〜２８は、切断面の状態もきれいで、寿命も２５回以上となっている。特にカッター刃２の材質をジルコニアセラミックスで製作したものは、ステンレス製のカッター刃２の２倍以上の寿命となっている。
【００６５】
即ち、支持ロール６の表面のショア硬度が４０〜６５であることで、カッター刃２の寿命を延ばすことができ、またカッター刃２の厚みＴが０．３ｍｍ以下であることによって、切断後の焼成前シート５面をきれいに保つことが可能である。
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明及び従来の切断治具組立図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は分解図である。
【図２】本発明及び従来の切断方法を示す側面図である。
【図３】本発明及び従来の焼成前シートであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその切断を示す側面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１：切断治具
２：カッター刃
３：スペーサ
４：回転軸
５：焼成前シート
６：支持ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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