(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒により冷却・保持された状態において、加熱により流動性を持たせた被成形体をプレス成形により冷却・固化させるセラミック型であって、
当該セラミック型が、金属製の基台と、セラミックからなる表面部材とから構成されるとともに、
前記金属製の基台と、前記セラミックからなる表面部材とは、やきばめにより接合されており、
当該セラミック型の成形面を構成する表面部材が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックからなり、
前記セラミックからなる表面部材に接して冷媒流路が設けられているセラミック型。
【請求項２】
当該セラミックが、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、サイアロンまたはこれらの複合材であることを特徴とする請求項１記載のセラミック型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱して流動性を持たせた被成形体のプレス成形に用いられるセラミック型に関し、さらに詳しくは、セラミック型を冷却しながら所定温度に保持した状態においてプレス成形を行うことで被成形体を冷却・固化させる、離型性が良好で耐久性に優れた冷却プレス成形用セラミック型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、加熱して流動性を持たせた被成形体のプレス成形には、合金工具鋼等の金属からなるプレス型が広く用いられており、医薬品や種々の化学薬品、あるいは食品添加物等の成形においても、プレス成形法は重要な成形方法の一つである。
【０００３】
しかしながら、このような金属からなるプレス型は、耐摩耗性に劣るため、製品形状が変化しやすく、プレス型の摩耗粉が成形体に混入することで所望の純度が得られなくなるといった問題が生じ得る。特に、医薬品や食品添加物等の成形においては、このようなプレス型の材料粉が成形体に混入することは好ましくない。また、耐蝕性に乏しいため、酸性やアルカリ性といった被成形体の成形においては腐食により型寿命が短くなるといった問題が生じ得る。
【０００４】
このような金属製のプレス型の問題点を改善すべく、耐蝕性、耐摩耗性に優れるセラミックを用いたプレス型として、たとえば、特開昭５８−１９３１０６号公報には、成形される粉体と接する部分にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いたプレス型が開示されている。また、特開昭６３−４１１０３号公報には、成形される粉体と接する部分に、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）を用いたプレス型が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱して流動性を持たせた被成形体であって、腐食性、特に酸腐食性を有する被成形体用のプレス型として、前記特開昭５８−１９３１０６号公報および特開昭６３−４１１０３号公報等に開示された種々のセラミックからなるプレス型を試験したところ、耐蝕性や耐摩耗性の点では問題はみられなかったが、離型性が必ずしも良好でなく、成形体の一部がプレス型に付着して、成形体が割損するという問題が生じた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱して流動性を持たせた被成形体、特に、酸性やアルカリ性といった腐食性を有する被成形体の成形に用いられるプレス型であって、セラミック型の有する耐蝕性および耐摩耗性を維持しつつ、さらに離型性を向上させたプレス型を提供することにある。
すなわち、本発明によれば、冷媒により冷却・保持された状態において、加熱により流動性を持たせた被成形体をプレス成形により冷却・固化させるセラミック型であって、
当該セラミック型が、金属製の基台と、セラミックからなる表面部材とから構成されるとともに、当該セラミック型の成形面を構成する表面部材が、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックからなることを特徴とするセラミック型、が提供される。
【０００７】
本発明のセラミック型において、セラミックとしては、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、サイアロンまたはこれらの複合材が好適に用いられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の冷却プレス成形用セラミック型は、加熱して流動性を持たせた被成形体を成形した際に、離型性が良好であり、しかも耐蝕性、耐摩耗性が良好であるために、プレス型自体が耐久性に優れて長寿命であり、一定品質の成形体を作製することができるという特徴を有する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもない。
【０００９】
図１は、本発明の冷却プレス成形用セラミック型（以下、「セラミック型」という。）１０の一実施形態を示す断面図である。セラミック型１０は、上型１１と下型１２および胴型１３とから構成される。そして、セラミック型１０は、冷媒により、所定温度に冷却・保持された状態において用いられる。
【００１０】
この冷却・保持の手段は特に限定されるものではなく、たとえば、セラミック型１０においては、各型１１・１２・１３（以下、「各型１１〜１３」と記す。）に、それぞれ冷媒流路１４が設けられ、この冷媒流路１４に、所定温度に保持された冷媒（冷却液）を循環させることで、セラミック型１０の温度保持を行うことができるように設計されている。
【００１１】
なお、この冷媒流路１４の配設位置は、図１中の配設位置に限定されるものではなく、セラミック型１０を所定温度に冷却することができ、かつプレス成形時の上下型１１・１２の移動に支障のない限り、任意の位置に形成することができ、また、必ずしも各型１１〜１３の内部に形成されなければならないものではない。
【００１２】
また、セラミック型１０においては、各型１１〜１３は、それぞれ金属製の基台１１Ａ〜１３Ａと、セラミックからなる表面部材１１Ｂ〜１３Ｂとから構成されている。ここで、各型１１〜１３の全体をセラミックで形成することも可能であるが、冷媒流路１４の配設やプレス装置への設置のし易さ、各型１１〜１３自体の耐衝撃性の向上といった点から、金属とセラミックを接合して用いることが好ましい。なお、「基台」とは、被成形体と接せず、プレス装置に取り付けられる部材を指し、一方、「表面部材」は被成形体に接する成形面を有する部材を指す。
【００１３】
このようなセラミック型１０において、少なくともセラミック型１０の成形面、すなわち被成形体と接する面に使用される表面部材１１Ｂ〜１３Ｂとしては、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックが用いられる。具体的には、Ｓｉ3Ｎ4もしくはＳｉＣもしくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくはサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）またはこれらの複合材であって、所定の熱伝導率を有するものが好適に用いられ、この高い熱伝導率により、被成形体の成形面への付着を防止することができる。
【００１４】
但し、Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＣ等のような難焼結性のセラミックにおいては、種々の焼結助剤が選択され、その焼結助剤によって得られる焼結体の熱伝導率が変化するため、所定の熱伝導率が得られるような焼結助剤および焼結条件を選択しなければならない。
【００１５】
一方、基台１１Ａ〜１３Ａとして用いられる金属材料には特に限定はなく、ステンレス鋼や合金工具鋼等が好適に用いられる。ここで、セラミック型１０のように、冷媒流路１４を、基台１１Ａ〜１３Ａの表面部材１１Ｂ〜１３Ｂと接する面に、表面部材１１Ｂ〜１３Ｂと接合する前に予め形成しておくようにすると、冷媒流路１４の形成が容易であるだけでなく、冷媒流路１４が表面部材１１Ｂ〜１３Ｂと直接に接するので、表面部材１１Ｂ〜１３の冷却を効率的に行うことができる利点がある。一方、たとえば、冷媒流路１４を、各型１１〜１３の外表面や基台１１Ａ〜１３Ａ内部といった表面部材１１Ｂ〜１３Ｂと直接に接しない位置に設ける場合には、基台１１Ａ〜１３Ａとしては、熱伝導性が良好な銅合金等の金属材料を用いることが好ましい。
【００１６】
なお、基台１１Ａ〜１３Ａと、表面部材１１Ｂ〜１３Ｂとの接合には、エポキシ樹脂による接着や金属ロウによるロウ付け、あるいはやきばめ等の任意の方法を採ることができる。
【００１７】
このようなセラミック型１０は、加熱して流動性を持たせた被成形体を冷却・固化させて、所定形状の成形体を得る目的に好適に使用される。この場合に、熱伝導率が大きい表面部材１１Ｂ〜１３Ｂを用いていることで、被成形体の表面を早く冷却して固化させることができる。こうして表面固化が進行するほど、離型性が良くなり、効率よく生産を行うことができる。
【００１８】
また、セラミック型１０を用いて、強制的に被成形体を冷却し、固化させて成形体を得る場合には、被成形体を自然冷却によって固化させる場合と比較して、固化に要する時間を短縮し、生産性を上げることも可能となる。さらに、表面部材１１Ｂ〜１３Ｂは、前述の通り、耐蝕性、耐摩耗性に優れたセラミックから構成されているので、酸性やアルカリ性といった腐食性の強い被成形体を成形する場合であっても、良好な耐久性を有する。
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
Ｓｉ3Ｎ4原料に、焼結助剤として５ｗｔ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、５ｗｔ％の酸化セリウム（ＣｅＯ2）、２ｗｔ％の酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）および所定量のバインダを添加し、混合機で混合した後、スプレードライヤで乾燥して造粒粉を作製した。こうして得られた造粒粉をゴム型に充填して２．５ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰ成形し、直径約６０ｍｍφ×長さ３０ｍｍの円柱状成形体を２個作製した。また、同様の方法により、外径約８０ｍｍφ×内径約６０ｍｍφ×長さ約８０ｍｍの円筒状成形体を１個作製した。
【００２０】
次に、ＮＣ旋盤を用いて、作製した各種成形体を所定形状に加工した後、大気中４００℃で脱脂し、次いで、常圧窒素雰囲気下、１７００℃で１時間焼成した。得られた焼結体（後に示す表１において「窒化珪素Ａ」と表記する。）をメタルボンドダイヤモンド砥石を用いて、成形面および基台接合面を所定形状に加工し、上型と下型および胴型の表面部材を各１個作製した。
【００２１】
一方、直径約６０ｍｍφ×長さ３０ｍｍのステンレス鋼製の丸棒を用いて、上下型との接合に用いる嵌合孔と、プレス装置へ取り付けるためのメネジ部と、冷媒流路を形成した上下型用の基台を作製した。また、直径約１００ｍｍφ×長さ８０ｍｍのステンレス鋼製の丸棒を用いて、胴型との接合に用いる嵌合孔と、プレス装置へ取り付けるためのメネジ部、および冷媒流路を形成した胴型用の基台を作製した。
【００２２】
以上のようにして作製したＳｉ3Ｎ4製の各表面部材と、各型と嵌合する各基台とを、それぞれ、やきばめにより接合し、上型と下型および胴型を得た。こうして得られた各型を、プレス装置に取り付けて冷媒流路に冷媒を流し、型温度を−２０℃に保持した。そして、離型材を成形開始前に一回のみ各型の表面に噴霧し、被成形体として、７０℃に加熱し、流動性を持たせた酸性の被成形体を胴型に充填し、冷却プレス成形を行った。
【００２３】
（実施例２）
焼結助剤として、９ｗｔ％の酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）と１５ｗｔ％の酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）を用いた以外は、上述の実施例１と同様にして、セラミック型の作製と、冷却プレス試験を行った。なお、本実施例２にかかるＳｉ3Ｎ4焼結体を、後に示す表１中において「窒化珪素Ｂ」と表記する。
【００２４】
（実施例３）
ＳｉＣ原料に、焼結助剤としての５ｗｔ％の炭化硼素（Ｂ4Ｃ）および２ｗｔ％のカーボン（Ｃ）を添加し、さらに所定量のバインダを加えて、混合機を用いて混合した後、スプレードライヤで乾燥し、造粒粉を作製した。得られた造粒粉を用いて、実施例１と同様にして成形体を作製し、ＮＣ旋盤を用いて所定形状に加工した後、常圧アルゴン雰囲気下、２１５０℃で１時間焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体を用いて、実施例１と同様にしてセラミック型を作製し、冷却プレス試験を行った。
【００２５】
（比較例１）
焼結助剤として、５ｗｔ％の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と５ｗｔ％のＹ2Ｏ3を用いた以外は、実施例１と同様にして、セラミック型を作製し、冷却プレス試験を行った。なお、本比較例１にかかるＳｉ3Ｎ4焼結体を、後に示す表１中において「窒化珪素Ｃ」と表記する。
【００２６】
（比較例２）
Ａｌ2Ｏ3原料に、焼結助剤としての２ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）および１ｗｔ％のＭｇＯ、および０．４ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を添加し、さらに所定量のバインダを加えて、混合機を用いて混合した後、スプレードライヤで乾燥し、造粒粉を作製した。得られた造粒粉をゴム型に充填し、１．５ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰ成形して、実施例１と同様の成形体を作製した。次いで、ＮＣ旋盤を用いて所定形状に加工した後、常圧大気雰囲気下、１５００℃で２時間焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体を用いて、実施例１と同様にしてセラミック型を作製し、冷却プレス試験を行った。
【００２７】
（比較例３、４）
セラミックを用いずに、比較例３として合金工具鋼のみからなる、また、比較例４として銅合金のみからなる、それぞれ実施例１と同形状のプレス型を作製し、冷却プレス試験を行った。
上記実施例１〜３および比較例１〜４の試験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003966985.tif 000002
【００２９】
表１に示す結果より、表面部材にセラミックを用い、かつ、表面部材の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である実施例１〜３で、良好な試験結果が得られた。これに対し、比較例１、２に示されるように、表面部材としてセラミックを用いても、熱伝導率が小さい場合には、成形体のセラミック型への付着が生じ、連続的な成形が行えなかった。また、比較例３にみられるように、合金工具鋼を用いた場合にも、熱伝導率が低いことに起因する成形体のプレス型への付着が生じた。なお、銅を用いた比較例４では、成形体のプレス型への付着は生じなかったが、約２３００ショットのプレス成形を終えた時点で、プレス型の成形面の腐食により、得られる成形体の形状が、所定の寸法から外れるに至った。
【００３０】
【発明の効果】
上述の通り、本発明の冷却プレス用セラミック型は、加熱して流動性を持たせた被成形体の冷却プレスにおいて、離型性が極めて良好であるために、所定形状の成形体を安定して生産することができるという優れた効果を奏する。また、耐蝕性、耐摩耗性が良好であるため、酸性やアルカリ性といった腐食性を有する被成形体のプレス成形に、特に有用であり、さらに、被成形体の強制的な冷却、固化を行うことにより、自然冷却による冷却、固化を行う場合と比較して、成形時間の短縮、すなわち、生産性の向上が図られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の冷却プレス用セラミック型の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…冷却プレス用セラミック型、１１…上型、１１Ａ…基台、１１Ｂ…表面部材、１２…下型、１２Ａ…基台、１２Ｂ…表面部材、１３…胴型、１３Ａ…基台、１３Ｂ…表面部材、１４…冷媒流路。
【図１】
0003966985.tif 000003