(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の芯金と、前記芯金の一方の端部に着脱可能に配設された蓋部と、前記芯金の他方の端部に配設された底部と、前記芯金との間に空間を形成するように前記蓋部から前記底部に亘って配設された円筒状の成形用ゴム型とを備え、
前記蓋部の前記芯金側を向く面と、前記底部の前記芯金側を向く面とが、いずれも前記芯金に直交する平面であり、
前記蓋部、前記底部、又は前記蓋部及び前記底部の両方の、前記芯金側を向く面にダイヤモンド状炭素膜が配設された静水圧加圧成形型。
【請求項２】
前記ダイヤモンド状炭素膜が、前記蓋部及び前記底部の両方の前記芯金側を向く面に配設された請求項１に記載の静水圧加圧成形型。
【請求項３】
前記ダイヤモンド状炭素膜の膜厚が０．１〜２０．０μｍである請求項１又は２に記載の静水圧加圧成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静水圧加圧成形型に関し、さらに詳しくは、加圧成形時に、円筒形状のセラミック成形体の端面にクラックが発生することを防止することができる静水圧加圧成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
碍管のような円筒形状のセラミック成形体を加圧成形する方法として、静水圧加圧成形（以下、「ＣＩＰ成形」ということがある。）を挙げることができる。一般に、ＣＩＰは、粉末充填、加圧、減圧、成形体取り出しの各工程からなり、円筒形状のセラミック成形体の成形に好適に用いられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、ＣＩＰ成形では、得られる円筒形状のセラミック成形体の端面において、クラックが発生するという問題があった。
【非特許文献１】Ｐ．Ｊ．Ｊａｍｅｓ編、海江田義也訳、「ＨＩＰとＣＩＰ」、日刊工業新聞社、昭和６１年８月２２日、ｐ９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような端面のクラックの発生を防止するため、静水圧加圧成形型の端部に相当する部分をゴムで形成する方法が考えられるが、ゴムは加圧成形時に変形するため、セラミック成形体の端面の水平度が損なわれるという問題があった。この場合、端面の加工工程を更に要することになる。
【０００５】
また、静水圧加圧成形型の、セラミック成形体の端面に接する部分に、潤滑剤等を塗布して、成形時におけるセラミック成形体の端面と静水圧加圧成形型の当該端面に接する部分との間の摩擦を低減してクラックの発生を防止する方法も考えられる。しかし、この方法では、セラミック成形体を製造する毎に潤滑剤等を塗布する必要があるため、生産効率が低下し、また潤滑剤等の資源を余計に使用する必要があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する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、加圧成形時に、円筒形状のセラミック成形体の端面にクラックが発生することを防止することができる静水圧加圧成形型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によって以下の静水圧加圧成形型が提供される。
【０００８】
［１］  円柱状の芯金と、前記芯金の一方の端部に着脱可能に配設された蓋部と、前記芯金の他方の端部に配設された底部と、前記芯金との間に空間を形成するように前記蓋部から前記底部に亘って配設された円筒状の成形用ゴム型とを備え、前記蓋部の前記芯金側を向く面と、前記底部の前記芯金側を向く面とが、いずれも前記芯金に直交する平面であり、前記蓋部、前記底部、又は前記蓋部及び前記底部の両方の、前記芯金側を向く面にダイヤモンド状炭素膜が配設された静水圧加圧成形型。
【０００９】
［２］  前記ダイヤモンド状炭素膜が、前記蓋部及び前記底部の両方の前記芯金側を向く面に配設された［１］に記載の静水圧加圧成形型。
【００１０】
［３］  前記ダイヤモンド状炭素膜の膜厚が０．１〜２０．０μｍである［１］又は［２］に記載の静水圧加圧成形型。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明の静水圧加圧成形型によれば、蓋部、底部、又は蓋部及び底部の両方の、芯金側を向く面にダイヤモンド状炭素膜が配設されたため、セラミック成形体を成形するときに、セラミック成形体の端面と静水圧加圧成形型の当該端面に接する部分との間の摩擦を低減してクラックの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００１３】
本発明の静水圧加圧成形型の一の実施形態は、図１に示すように、円柱状の芯金１と、芯金１の一方の端部１ａに着脱可能に配設された蓋部２と、芯金１の他方の端部１ｂに配設された底部３と、芯金１との間に空間（成形用空間）Ｖ１を形成するように蓋部２から底部３に亘って配設された円筒状の成形用ゴム型４と、成形用ゴム型４の外側を覆うように蓋部２から底部３に亘って配設され、複数の貫通孔が形成された円筒状の孔付外筒部５とを備えるものである。本実施形態の静水圧加圧成形型１００は、更に、蓋部２の芯金１側を向く面（蓋部の内表面）２ａと、底部３の芯金１側を向く面（底部の内表面）３ａとが、いずれも芯金１に直交する平面である。更に、蓋部及び底部の両方の、芯金側を向く面（蓋部の内表面２ａ及び底部の内表面３ａ）にダイヤモンド状炭素（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ（ＤＬＣ））膜６が配設されている。図１は、本発明の静水圧加圧成形型の一実施形態の、中心軸方向に平行な平面で切断した断面を示す模式図である。
【００１４】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００を用いて、例えば円筒形状の碍管を成形する場合、まず、蓋部２を開け、セラミック粉末を成形用空間Ｖ１に充填し、蓋部２を閉める。その後、静水圧加圧成形型１００を圧力容器１１内に入れ、圧力容器１１内に加圧媒体を圧入し、成形用ゴム型４を中心軸方向に押圧することにより、セラミック粉末を圧縮成形して円筒形状の成形体を得ることができる。その後、加圧媒体を圧力容器１１内から外部に取出し、成形用ゴム型４を復元させて、成形用空間Ｖ１内を常圧に戻し、円筒形状の成形体を取り出す。ここで、加圧媒体としては、防食及び潤滑性の添加剤の入った水等を使用することができる。また、加圧媒体を圧入するときの圧力は５０〜２００ＭＰａであることが好ましい。５０ＭＰａより低いと、十分に圧縮成形できないことがあり、２００ＭＰａより高いと、装置に負担がかかりすぎることがある。加圧媒体は加圧ポンプによって供給される。
【００１５】
このように、円筒形状の成形体を形成する際に、高圧で成形された成形体は常圧に戻るときにスプリングバック現象により径方向及び垂直方向に膨張する。この際、成形体の端面が蓋部の内表面２ａ及び底部の内表面３ａに押圧されながら変形する状態となるため、当該端面に応力が集中し、クラックが発生する。このようなクラックは、特に環境問題等を考慮して有機バインダー等を用いずに、陶石、長石、粘土等の碍子原料を微粉砕したセラミック粉末のみを成形しようとする場合に顕著に現れる。これに対し、本実施形態の静水圧加圧成形型１００を用いた場合、蓋部の内表面２ａ及び底部の内表面３ａにＤＬＣ膜が配設され、成形体の端面がＤＬＣ膜に当接するため、成形体が膨張、変形する時に成形体の端面とＤＬＣ膜との間の摩擦が小さくなる等の効果により、成形体の端面のクラック発生を防止することができる。また、蓋部２の芯金１側を向く面（蓋部の内表面）２ａと、底部３の芯金１側を向く面（底部の内表面）３ａとが、いずれも芯金１に直交する平面であるため、得られる円筒形状の成形体が、両端面が平行、且つ円筒形状の内周面と直交する形状となる。これにより、例えば、優れた碍管を形成することが可能となる。また、本実施形態の静水圧加圧成形型１００は、蓋部の内表面２ａ及び／又は底部の内表面３ａにＤＬＣ膜６が配設されているため、セラミック粉末を成形して成形体を形成した後、成形体を取り出すときに、成形体の端面とＤＬＣ膜の表面とが容易に離れるため、蓋部の内表面２ａ及び／又は底部の内表面３ａに離型剤を塗布する必要がない。
【００１６】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００においては、ＤＬＣ膜６が、蓋部の内表面２ａ及び底部の内表面３ａの両方に配設されているが、例えば、静水圧加圧成形型１００の状態により、得られる成形体のいずれか一方の端面にクラックが生じ易いという状況であれば、当該クラックが生じ易い側（蓋部の内表面２ａ又は底部の内表面３ａ）だけに配設してもよい。
【００１７】
ＤＬＣ膜の膜厚は、０．１〜２０．０μｍであることが好ましく、１．０〜１０．０μｍであることが更に好ましい。０．１μｍより薄いと、容易に摩耗が発生することがあり、２０．０μｍより厚いと、膜の内部応力が高いために剥離の可能性がある。また、ＤＬＣ膜の製法は限られないが、プラズマを用いたＣＶＤ法やＰＶＤ法で形成されたものであることが好ましい。
【００１８】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００においては、芯金１の長さ及び中心軸に直交する断面の直径は、作製する円筒状の成形体の大きさに合わせて適宜決定することができ、例えば、芯金１は５００〜４０００ｍｍのものを好適に用いることができる。また、芯金１の材質は、普通鋼のような金属材質が好ましい。
【００１９】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００においては、蓋部２及び底部３は、互いに対向する面（蓋部の内表面２ａと底部の内表面３ａ）が平面上であり、円盤状であることが好ましい。また、蓋部２及び底部３は、図１に示すように、成形用ゴム型４及び孔付外筒部５を備えるため、円盤形状に対して段差が形成されるように加工されたものが好ましい。また、蓋部２及び底部３は、それぞれ複数の円盤状部材を積層したものであってもよい。また、蓋部２及び底部３は、それぞれの中心が、芯金１の中心軸上に、位置するように配置されることが好ましい。蓋部２及び底部３の厚さ及び外径は、作製する円筒状の成形体の大きさに合わせて適宜決定することができる。蓋部２及び底部３の材質は、普通鋼のような金属材質が好ましい。
【００２０】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００においては、成形用ゴム型４は、円筒状であり、芯金１との間に空間（成形用空間）Ｖ１を形成するように蓋部２から底部３に亘って配設される。成形用空間Ｖ１は、成形用ゴム型４、芯金１、蓋部２及び底部３により囲まれて形成される空間である。成形用ゴム型４は、圧力媒体により外周側が押圧され、円筒内部の空間側に凹むように変形し、成形用空間Ｖ１を加圧する。これにより、成形用空間Ｖ１内に充填されたセラミック粉末が円筒状に成形される。成形用ゴム型４の長さは、図１に示すように、蓋部２及び底部３に対して固定できる長さであれば特に限定されない。また、成形用ゴム型４の外径は、作製する円筒状の成形体の大きさに合わせて適宜決定することができる。成形用ゴム型４の肉厚は、５〜３０ｍｍが好ましい。成形用ゴム型４を蓋部２及び底部３に取り付けるときには、固定バンドで締め付ける方法で取り付けることが好ましい。
【００２１】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００は、外径２５０〜６００ｍｍ、内径５０〜３００ｍｍ、高さ５００〜４０００ｍｍの円筒状の碍管を製造するのに好適に用いることができる。
【００２２】
本実施形態の静水圧加圧成形型１００の製造方法は特に限定されず、公知の金属加工、ゴム成形方法及びこれらの組み立て方法により製造することができる。尚、ＤＬＣ膜を蓋部２又は底部３に配設する方法は、上記のように、製法は限られないが、プラズマを用いたＣＶＤ法やＰＶＤを用いることが好ましい。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
長さ２０００ｍｍ×直径１５０ｍｍの円柱状の芯金の一方の端部に、直径４６０ｍｍの円盤状の蓋部を配置し、芯金の他方の端部に同径の円盤状の底部を配置し、芯金との間に空間を形成して蓋部から底部に亘るように円筒状の成形用ゴム型を、固定バンドでしめつける方法で蓋部及び底部に固定し、成形用ゴム型の外側を覆うように蓋部から底部に亘って円筒状の孔付外筒部を、蓋部及び底部に固定して、図１に示すような静水圧加圧成形型を作製した。蓋部は着脱可能にするため、芯金には固定せず、底部は、ボルト締めで芯金に固定した。蓋部の内表面及び底部の内表面の全面（芯金が配設されている部分を除く）には、厚さ３μｍのＤＬＣ膜を形成した。ＤＬＣ膜は、パルスプラズマＣＶＤ方法で形成した。また、蓋部の内表面及び底部の内表面が、いずれも芯金に直交する平面であった。芯金、蓋部、底部及び外筒部の材質は、普通鋼とした。また、成形用ゴム型の材質は、天然ゴムとした。以下の方法で、碍管作製評価を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
（碍管作製評価）
静水圧加圧成形型の蓋部を開け、陶石、長石、及び粘土を含有するセラミック原料を成形用空間に充填し、蓋部を閉じて、水を加圧媒体として成形用ゴム型と外筒部との間に１００ＭＰａで圧入し、セラミック原料を成形して円筒状の碍管を得た。得られた碍管は、外径３６０ｍｍ、内径１５０ｍｍ、高さ２０００ｍｍの円筒状であった。得られた碍管の両端面のクラックの発生状態を目視で確認した。クラック発生が無い場合を「○」、クラック発生が軽減される場合を「△」、クラックが発生する場合を「×」とし、「○」を合格とした。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
（比較例１）
蓋部の内表面及び底部の内表面にＤＬＣ膜を配設せずにクロムメッキを施し、シリコーン油を塗布した以外は、実施例１と同様にして静水圧加圧成形型を作製した。実施例１の場合と同様に、碍管作製評価を行った。結果を表１に示す。
【００２８】
（比較例２）
蓋部の内表面及び底部の内表面にＤＬＣ膜を配設せずにクロムメッキを施し、潤滑油を塗布した以外は、実施例１と同様にして静水圧加圧成形型を作製した。実施例１の場合と同様に、碍管作製評価を行った。結果を表１に示す。
【００２９】
（比較例３）
蓋部の内表面及び底部の内表面にＤＬＣ膜を配設せずに、表面を研磨して表面粗さを１／５に平滑化し、クロムメッキを施した以外は、実施例１と同様にして静水圧加圧成形型を作製した。実施例１の場合と同様に、碍管作製評価を行った。結果を表１に示す。
【００３０】
表１より、ＤＬＣ膜により、碍管の端面のクラック発生が防止されていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
碍管のような円筒形状のセラミック成形体を、端面のクラック発生を防止しながら加圧成形するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の静水圧加圧成形型の一実施形態の、中心軸方向に平行な平面で切断した断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：芯金、１ａ：一方の端部、１ｂ：他方の端部、２：蓋部、２ａ：蓋部の内表面、３：底部、３ａ：底部の内表面、４：成形用ゴム型、５：孔付外筒部、６：ダイヤモンド状炭素膜、１１：圧力容器、１００：静水圧加圧成形型、Ｖ１：成形用空間。
【図１】
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