(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体を水系研削液を使用して加工装置によって加工を行うセラミック焼結体の加工方法において、
前記水系研削液中に、炭酸ガスを導入、溶解させ、前記水系研削液のｐＨを７〜９に調整して、前記加工装置の各部品の動作不良を引き起こす反応物の生成を抑えながら加工を行うことを特徴とするセラミック焼結体の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のセラミック焼結体の加工方法において、
前記水系研削液のｐＨを８〜８．５に調整して加工を行うことを特徴とするセラミック焼結体の加工方法。
【請求項３】
請求項１記載のセラミック焼結体の加工方法において、
前記セラミック焼結体を前記水系研削液で加工した後の使用済み水系研削液をろ過して再度水系研削液として使用するものであって、
前記使用済み水系研削液をろ過する前に、前記使用済み水系研削液に前記炭酸ガスを導入、溶解させることを特徴とするセラミック焼結体の加工方法。
【請求項４】
請求項１記載のセラミック焼結体の加工方法において、
前記セラミック焼結体を前記水系研削液を使用して加工する工程と、
使用済み水系研削液に前記炭酸ガスを導入、溶解させる工程と、
前記炭酸ガスを導入、溶解された前記使用済み水系研削液を回収する工程と、
回収した前記使用済み水系研削液をろ過して前記加工に使用するための水系研削液とする工程とを有することを特徴とするセラミック焼結体の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体を水系研削液を使用して加工を行うセラミック焼結体の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体としては、例えばナトリウム−硫黄電池、ナトリウム−金属塩化物電池等の固体電解質型電池に使用される固体電解質がある。
【０００３】
これらの固体電解質電池は、無機活物質あるいは無機化合物と無機電解質とが溶融状態となって作動する二次電池であり、高容量と高出力に特徴がある。
【０００４】
一例として、ナトリウム硫黄電池は、溶融したナトリウムと硫黄を固体電解質で隔離する構造となっている（特許文献１参照）。主要な材質は、ベータアルミナセラミックスであるが、ナトリウムイオン伝導性のホウ酸系ガラスやＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｐ複合酸化物）等も対象となっている。
【０００５】
そして、ベータアルミナセラミックスを固体電解質として使用する場合は、ベータアルミナセラミックスを有底筒状に加工し、さらに、開口端部を切断加工して所望の形状にしている。この加工においては、通常、水系研削液を使用するようにしている。
【０００６】
しかし、ベータアルミナセラミックスに含まれるナトリウムイオン（Ｎａイオン）は水分との反応性が高いため、水系の研削液を用いて加工した場合、ベータアルミナセラミックスが水分と接触することにより、焼結体内に存在する親水性のイオンが表面へ移動して、結晶構造の崩壊を引き起こす、あるいは表面に水との反応物が生成することにより、表面構造の崩壊を引き起こすような吸湿性を有する。
【０００７】
そこで、従来では、水系研削液を用いて所定の形状に研削加工したベータアルミナセラミックスを２００℃以下の温度で加熱処理して、その吸着水分量を０．７ｍｇ／ｃｍ2以下に調整するようにしている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−９６９８０号公報
【特許文献２】特開２０００−３０２５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、切断加工で発生した切削粉や切断片が研削液中に混入することにより、切削粉や切断片からベータアルミナセラミックス中のＮａイオンが水系研削液中に溶出し、水系研削液中のｐＨが増加することが判明した。ｐＨが９よりも増加すると、ベータアルミナセラミックス中のアルミニウムイオン（Ａｌイオン）が急激に水系研削液中に溶け出すことなる。その後、水系研削液中の水分が蒸発することによって、加工装置の各部品に水酸化アルミニウムが析出して固着し、加工装置の各部品の磨耗劣化や精度劣化により、動作不良を引き起こすという問題が生じた。
【００１０】
磨耗劣化や精度劣化により、動作不良となる部品としては、砥石台スライド摺動部（直動軸受け、リニアウェイ）、主軸スライド摺動部（直動軸受け、リニアウェイ）、砥石軸や主軸等の回転部（ベアリング）、スライドカバー（カバー嵌合部）、機械的位置検出スイッチ(回転部）、寸法計測部（測定接触子）等である。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、水系研削液中のｐＨを一定の範囲に維持することができ、加工装置の各部品の動作不良等を引き起こすことがなく、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体を精度よく、且つ、効率よく加工することができ、セラミック焼結体の生産性、歩留まりの向上を図ることができるセラミック焼結体の加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るセラミック焼結体の加工方法は、水系研削液中のｐＨを７〜９に調整することを主旨とするものである。すなわち、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体を水系研削液を使用して加工を行うセラミック焼結体の加工方法において、前記水系研削液中に、炭酸ガスを導入、溶解させ、前記水系研削液のｐＨを７〜９に調整して加工を行うことを特徴とする。
【００１３】
これにより、水系研削液中のｐＨを一定の範囲に維持することができ、加工装置の各部品の動作不良等を引き起こすことがなく、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体を精度よく、且つ、効率よく加工することができ、セラミック焼結体の生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【００１４】
そして、本発明において、前記水系研削液のｐＨを８〜８．５に調整して加工を行うようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明において、前記セラミック焼結体を前記水系研削液で加工した後の使用済み水系研削液をろ過して再度水系研削液として使用するものであって、前記使用済み水系研削液をろ過する前に、前記使用済み水系研削液に前記炭酸ガスを導入、溶解させるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明において、前記セラミック焼結体を前記水系研削液を使用して加工する工程と、使用済み水系研削液に前記炭酸ガスを導入、溶解させる工程と、前記炭酸ガスを導入、溶解された前記使用済み水系研削液を回収する工程と、回収した前記使用済み水系研削液をろ過して前記加工に使用するための水系研削液とする工程とを有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明に係るセラミック焼結体の加工方法によれば、水系研削液中のｐＨを一定の範囲に維持することができ、加工装置の各部品の動作不良等を引き起こすことがなく、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体を精度よく、且つ、効率よく加工することができ、セラミック焼結体の生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るセラミック焼結体の加工方法を、例えばベータアルミナセラミックスに適用した実施の形態例を図１Ａ〜図４を参照しながら説明する。
【００１９】
本実施の形態に係る加工方法は、例えばナトリウム硫黄電池で使用される固体電解質、すなわち溶融したナトリウムと硫黄とを隔離するための固体電解質（ベータアルミナセラミックス）を加工する場合に利用される。
【００２０】
固体電解質は以下のように作製される。先ず、図１Ａに示すように、ベータアルミナセラミックスを成形して中空部１０を有する有底筒状に形成された固体電解質前駆体１２を作製する。その後、図１Ｂに示すように、固体電解質前駆体１２の開口側の不要部分１４を切除することによって、固体電解質１８が完成する。
【００２１】
そして、本実施の形態に係る加工方法は、固体電解質前駆体１２を水系研削液を使用して加工を行う場合に、水系研削液中に、炭酸ガスを導入、溶解させ、水系研削液のｐＨを７〜９に調整して加工を行う。好ましくは、水系研削液のｐＨを８〜８．５に調整して加工を行う。
【００２２】
この加工方法を実現する加工装置２０としては、例えば図２に示すように、水系研削液が貯留された研削液タンク２２と、固体電解質前駆体１２の所要箇所を水系研削液にて切断加工する加工機２４と、研削液タンク２２からの水系研削液２６を加工機２４に送り込む第１ポンプ２８と、使用済み水系研削液（廃液３０）が回収貯留される廃液回収タンク３２と、加工機２４からの廃液３０を回収して廃液回収タンク３２に送り込む第２ポンプ３４と、廃液回収タンク３２からの廃液（回収液３６）をろ過して再び水系研削液２６にして研削液タンク２２に送り出すろ過設備３８と、廃液回収タンク３２からの回収液３６をろ過設備３８に送り込む第３ポンプ４０とを有する。
【００２３】
特に、本実施の形態では、さらに、炭酸ガス供給設備４２を設置すると共に、第２ポンプ３４と廃液回収タンク３２と間の経路にミキサー４４を接続することによって、加工機２４から廃液回収タンク３２に向けて送り出される廃液３０に炭酸ガス４６を供給するように構成している。つまり、廃液回収タンク３２にて回収貯留される前段階の廃液３０に炭酸ガス４６を導入、溶解させることによって、第１ポンプ２８から送り出される水系研削液２６のｐＨを７〜９に調整するようにしている。
【００２４】
水系研削液２６中のｐＨが９を超えるとＡｌイオンの溶解度が急激に増大し、上述したように、加工装置２０の各部品の動作不良等を引き起こす。反対にｐＨが７未満であると、加工装置２０の鉄材質部にて錆が発生し易くなるという問題がある。
【００２５】
ここで、１つの実験例について説明する。
【００２６】
この実験例は、トリエタノールアミン系の研削油剤を水で１００倍に希釈した水系研削液２６を使用し、図２に示す加工装置２０にて固体電解質前駆体１２の所要箇所を加工して、固体電解質前駆体１２の加工本数に対する水系研削液２６中のＡｌイオン濃度の変化をみたものである。
【００２７】
ここで、比較例は、図３の実線Ａ（プロット「○」）にて示すように、炭酸ガスを導入せず、ｐＨの調整を行わなかった。その結果、比較例は、初期段階からｐＨが１０まで急激に上昇し、その後、徐々にｐＨが上昇して、ほぼ８００００本加工した段階では、ｐＨが１１にも達している。
【００２８】
一方、実施例は、図３の実線Ｂ（プロット「●」）にて示すように、炭酸ガスを導入して水系研削液中のｐＨが８〜８．５となるように調整した。
【００２９】
実験結果を図４に示す。この図４において、比較例を実線Ｃ（プロット「○」）にて示し、実施例を実線Ｄ（プロット「●」）にて示す。
【００３０】
この図４から、比較例は、初期段階からＡｌイオン濃度が１００（ｍｇ／リットル）まで急激に上昇し、その後、徐々にＡｌイオン濃度が上昇して、ほぼ５００００本加工した段階では、Ａｌイオン濃度が４００（ｍｇ／リットル）にも達していることがわかる。
【００３１】
一方、実施例は、実験した加工本数にわたってＡｌイオン濃度の上昇はみられず、ほぼ１０（ｍｇ／リットル）の付近を維持し、最大でも２０（ｍｇ／リットル）というわずかな変化であった。
【００３２】
このように、本実施の形態に係る加工方法においては、廃液３０中に、炭酸ガス４６を導入、溶解させ、水系研削液２６のｐＨを７〜９に調整して加工を行うようにしたので、水系研削液２６中のｐＨを一定の範囲に維持することができ、加工装置２０の各部品の動作不良等を引き起こすことがなく、固体電解質前駆体１２を精度よく、且つ、効率よく加工することができ、固体電解質１８の生産性、歩留まりの向上を図ることができる。
【００３３】
通常の固体電解質１８の加工において、炭酸ガス４６を導入しなかった場合は、スピンドル交換頻度が４回／年、加工装置のオーバーホール頻度が３回／年であったが、本実施の形態のように、炭酸ガス４６を導入して水系研削液２６中のｐＨを７〜９に調整することによって、スピンドル交換頻度が１回／年、加工装置２０のオーバーホール頻度が１回／年にすることができた。錆や藻の発生もなかった。
【００３４】
すなわち、本実施の形態に係る加工方法を採用することによって、ＭＴＢＦ（Ｍｅａｎ  Ｔｉｍｅ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｆａｉｌｕｒｅｓ）が長く、ＭＴＴＲ（Ｍｅａｎ  Ｔｉｍｅ  Ｔｏ  Ｒｅｐａｉｒ）が短くなり、加工装置２０の信頼性を向上させることができ、しかも、加工装置２０の稼働率を向上させることができる。
【００３５】
これにより、本実施の形態に係る加工方法にて作製される部品（固体電解質１８等）の製造コストの低廉化を図ることができ、ひいては固体電解質１８を用いた製品（電池等）の価格を低廉化することが可能となる。
【００３６】
上述の例では、ベータアルミナセラミックスを用いた固体電解質１８に適用した例を示したが、これに限らず、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有するセラミック焼結体であれば、どのようなものでも適用可能である。
【００３７】
なお、本発明に係るセラミック焼結体の加工方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１Ａは中空部を有する有底筒状に形成された固体電解質前駆体を作製した状態を示す工程図であり、図１Ｂは固体電解質前駆体の開口側の不要部分を切除した状態を示す工程図である。
【図２】本実施の形態に係る加工方法を実現する加工装置を模式的に示す構成図である。
【図３】比較例及び実施例において、加工本数に対するｐＨの変化を示すグラフである。
【図４】比較例及び実施例において、加工本数に対するＡｌイオン濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１２…固体電解質前駆体                    １８…固体電解質
２０…加工装置                            ２２…研削液タンク
２４…加工機                              ２６…水系研削液
３０…廃液                                ３２…廃液回収タンク
３６…回収液                              ３８…ろ過設備
４２…炭酸ガス供給設備                    ４４…ミキサー
４６…炭酸ガス
【図１】
0005297019.tif 000002
【図２】
0005297019.tif 000003
【図３】
0005297019.tif 000004
【図４】
0005297019.tif 000005