中空セラミックス部品の成形方法および中空セラミックス部品の成形用ピン
【課題】成形時における粒度分布、分散状態のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を提供する。
【解決手段】セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部２と、樹脂部２を貫通するように配置された棒状のピン１とを備える中子３を、型４内に挿入、固定し、型４と中子３間に、混練物を射出して成形体５を形成し、型４より、ピン１を抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、ピン１は、基材と、基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備える、あるいはピン１のヤング率が５３０〜５６０ＧＰａである。
【解決手段】セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部２と、樹脂部２を貫通するように配置された棒状のピン１とを備える中子３を、型４内に挿入、固定し、型４と中子３間に、混練物を射出して成形体５を形成し、型４より、ピン１を抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、ピン１は、基材と、基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備える、あるいはピン１のヤング率が５３０〜５６０ＧＰａである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば放電灯の発光管などに用いられる中空セラミックス部品の成形方法と、中空セラミックス部品を成形する際に用いられる成形用ピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ナトリウムランプ、メタルハライドランプなどの放電灯用発光管の素材として、セラミックスが好適に用いられている。セラミックスを用いることにより、耐熱性が得られるとともに、石英発光管に比べ点灯中に封入物との反応が抑えられることから、光色変化の抑制、長寿命化を実現することができる。このようなセラミックスを用いた発光管は、両端部が中央部に比べて細いチューブ状の中空形状を有している。
【０００３】
このようなセラミック発光管などの中空セラミックス部品は、例えば、樹脂部と樹脂部を貫通するように配置された芯棒（以下、ピンという）とが一体化した中子を、成形用型（以下、単に「型」という）の内部に設置して、型と中子間にスラリーを注入して、スラリーを硬化させた後、スラリー硬化体と中子の一体物を前記型から取り出し、ピンを引き抜き、残った樹脂部を除去することにより成形される（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、射出成形により形成することも可能であり、この場合、例えば、型内に水溶性樹脂部とピンとを備える中子を配置し、型と中子間にセラミック粉体と熱可塑性樹脂との混練物を射出することにより成形品を得て、成形品を中子とともに取り出す。そして、ピンを引き抜き、ピンを引き抜いた後に残された貫通孔に水を通すことにより、水溶性樹脂部を除去し、成形品を脱脂、焼成することにより形成される（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３４６５３号公報（［請求項１］など）
【特許文献２】特開２００３−１８７６９８号公報（［請求項１］など）
【特許文献３】特開平７−４７５１８号公報（［請求項１］、［００２２］など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにスラリーを用いた成形方法によると、硬化あるいは脱水に時間がかかるため、セラミックス粉体の粒度分布に起因する沈降が生じやすく、得られる成形体において、均一な粒度分布を得ることが困難となる。特に、異なる２種以上のセラミックス粉体（以下、混合粉体という）を用いる場合、その比重や分散状態の差により、さらに均一な成形体を得ることが困難となる。
【０００６】
これに対して、射出成形を用いると、成形時間が短縮される、或いは混練物の粘度が高いといったことから混合粉体を用いた場合でも成形時のセラミックス粉体の粒度分布や比重、分散状態に起因する沈降を抑えることができる。しかしながら、混練物が型に流入する際、また、混練物を加圧して成形する際に、中子に用いられるピンに応力が発生する。その際、ピンに撓みが生じ、ピンの両端と中央部との同軸度が、例えば５０μｍ以上と悪化する。そのため、ピンを引き抜く際に成形体に応力がかかり、破損により歩留が低下したり、成形体が偏肉し、これを脱脂、焼成することにより得られる中空セラミックス部品が偏肉するという問題が生じる。また、内圧が付与されるような発光管（高圧放電灯等）として用いる場合、破裂しやすくなり、信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、成形時における粒度分布、分散状態のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を形成することが可能な中空セラミックス部品の成形方法および中空セラミックス部品の成形用ピンを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法を提供するものである。
【０００９】
このような構成により、成形時における粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの引き抜き時の応力を抑え、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００１０】
前記基材は、超硬合金又は炭化珪素焼結体であることが好ましい。このような基材を用いることにより、ピンの撓みを抑えることが可能となる。
【００１１】
そして、本発明は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、前記ピンのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法を提供するものである。
【００１２】
このような構成により、成形時における粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの両端と中央部の同軸度を例えば５０μm未満と良好に保つことにより、ピンの引き抜き時に生じる応力を緩和し、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明の中空セラミックス部品の成形方法において、セラミックス粉体は、少なくとも異なる２種以上のセラミックス粉体であることが好ましい。このような構成により、成形体を構成するセラミックス材料の自由度を向上させ、用途に応じた特性を有する中空セラミックス部品の形成が可能となる。
【００１４】
また、本発明の中空セラミックス部品の成形方法において、前記樹脂部は、可溶性材料で構成されていることが好ましい。このような構成により、ピンを除去した後、成形体の内部に溶剤を注入することにより、容易に中子を溶解除去することが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピンを提供するものである。
【００１６】
このような構成により、中空セラミックス部品の成形に用いた際に、粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの引き抜き時の応力を抑え、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、前記ピンは、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピンを提供するものである。
【００１８】
このような構成により、中空セラミックス部品の成形に用いた際に、粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの両端と中央部の同軸度を例えば５０μm未満と良好に保つことにより、ピンの引き抜き時に生じる応力を緩和し、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の中空セラミックス部品の成形方法によれば、成形時における粒度分布、分散状態のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を形成することが可能となる。
【００２０】
そして、本発明の中空セラミックス部品の成形用ピンを用いて中空セラミックス部品を成形する際、粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の中空セラミックス部品の成形方法は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、型と中子間、すなわち、型と中子との隙間に混練物を射出して成形体を形成し、型より、ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、ピンは、基材と、基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の中空セラミックス部品の成形方法は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、型と中子間、すなわち、型と中子との隙間に混練物を射出して成形体を形成し、型より、ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、ピンのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする。
【００２３】
ここで、セラミックス粉体としては、例えば、アルミナ、酸化イットリウム、ジルコニアなど酸化物系、炭化ケイ素などの炭化物系、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物系などが用いられる。そして、これらをそれぞれ単体、あるいは２種以上混合して用いられる。また、例えばアルミナ粉末に対して粒成長抑制剤として硝酸マグネシウムを添加するように、粉体調製時に助剤などが添加されていてもよい。
【００２４】
また、熱可塑性樹脂としては、例えばポリスチレン、ポリオキシメチレン、エラストマーなどが用いられる。そして、これらをそれぞれ単体、あるいは２種以上混合して用いられる。
【００２５】
このようなセラミックス粉体と、熱可塑性樹脂を混練することにより、混練物を形成する。このとき、混練物中の熱可塑性樹脂の量は、５５ｖｏｌ％以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の量が５５ｖｏｌ％を超えると、焼成により、樹脂由来の気孔を多く含みやすくなり、信頼性の高い焼結体を形成することが困難となる。
【００２６】
また、混練物中の熱可塑性樹脂の量は、３０ｖｏｌ%以上、５５ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。３０ｖｏｌ％未満であると、射出時に加熱により十分な可塑性が得られず、型内に混練物を射出することが困難であるという問題がある。
【００２７】
本発明の実施形態に係る成形に用いられる中子は、中空セラミックス成形体の内面形状を形作るもので、その外面形状は、中空セラミックス成形体を脱脂、焼成して得られる中空セラミックス部品の内面形状と相似する形状を有している。
【００２８】
すなわち、中子は、図１に示すように、樹脂部２と、樹脂部２を貫通するように配置された棒状のピン１とを備えている。詳しくは、棒状のピン１は、樹脂部２の中心を貫通するように配置されている。
【００２９】
ここで用いられるピン１は、基材と、基材の表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えている。
【００３０】
基材としては、炭化タングステンを主体とする超硬合金や、炭化珪素焼結体を用いることができる。このような基材を用いることにより、ピンの撓みを抑えることが可能となる。
【００３１】
コーティング層としては、硬質材料である窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンが用いられる。このような硬質材料でコーティングを施すことにより、ピン表面の気孔や凹凸を埋め、ピンの引き抜きに要する摩擦力を低減させ、引き抜き時の成形体の破損を抑制することが可能となる。コーティング層の膜厚は、特に規定されるものではなく、ピン表面の気孔や凹凸を埋め、混練物が直接ピンの基材に触れない程度であればよく、例えばピン径が１ｍｍ程度のとき、膜厚１〜３μｍ程度のものを用いることができる。
【００３２】
また、本発明の他の実施形態に係る成形に用いられる中子は、図１に示すように、樹脂部２と、樹脂部２を貫通するように配置された棒状のピン１とを備えており、ピン１は、そのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａで構成されている。ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａで構成されている材料としては、炭化タングステン
等の超硬合金が用いられる。
【００３３】
ヤング率が５２０ＧＰａ未満であると、成形時の応力によりピン１の同軸度の悪化を生じてしまう。また、ヤング率が５６０ＧＰａを超えるような材料は入手が困難であり、入手できたとしても、硬度が高くなるため、棒状のピンの作製が難しくなり、作製コストが増大するため好ましくない。
【００３４】
このようにピン１のヤング率を５２０〜５６０ＧＰａの範囲とすることで、ピン１の両端と中央部の同軸度を例えば５０μｍ未満と良好に保つことが可能となり、ピン１の引き抜き時に生じる応力を緩和し、偏肉を抑制し、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００３５】
樹脂部２は、ポリビニルアルコールなどの水溶性樹脂が好適に用いられ、その他、有機溶媒などにより可溶性の樹脂、熱可溶性樹脂、ワックスなどの可溶性材料を用いることができる。そして、このような材料を、ピン１の両端部を除く表面に、射出成形などにより所定の形状となるように成形することにより、中子３が形成される。
【００３６】
このように、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えるピン、又は、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであるピンが、樹脂部２の中心を貫通するように配置された中子３を用いて、中空セラミックス部品を成形する。
【００３７】
中空セラミックス部品の成形は、図２に示すように、最初に、中子３を型４に挿入、固定する。この型４は、中空セラミックス成形体の外面形状を形作るものであり、型４の内面形状は、中空セラミックス成形体を脱脂、焼成して得られる中空セラミックス部品の外面形状と相似する形状を有している。
【００３８】
そして、型４と中子３との間の隙間に、混練物を射出することにより、成形体５が形成される。このとき、混練物は、含有される熱可塑性樹脂の融点、あるいはガラス転移点より高い温度に加熱され、かつ高速・高圧をかけて前記隙間内に射出される。
【００３９】
次いで、図３に示すように型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出す。その後、ピン１を抜いたことにより形成された開口部から溶剤を注入することで、樹脂部２を除去する（図５）。なお、樹脂部２に水溶性樹脂を用いた場合、前記開口部から水を注入することにより、溶解除去することができる。
【００４０】
このようにして中空セラミックス成形体５が形成される。そして、得られた成形体５を乾燥機中で乾燥させ、例えば大気中、最高９００℃で脱脂仮焼し、水素雰囲気中、最高１８００℃で焼成することにより、中空セラミックス部品が形成される。
【００４１】
なお、前述した成形方法は、型４と中子３との間の隙間に、混練物を射出することにより、成形体５を形成し、次いで、図３に示すように、型４から成形体５を取り出す前に、ピン１を抜いているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、成形体５と中子３の一体物を前記型４から取り出した後に、前記一体物からピン１を抜いてもよい。
【００４２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００４３】
（実施例１〜６、比較例１〜３のサンプルの作成）
以下のようにして、中空セラミックス成形体のサンプルを作成した。
【００４４】
先ず、純度９９．９９％、平均粒径０．３μｍの高純度アルミナ粉末に、助剤として、硝酸マグネシウム水溶液を添加、混合し、これを乾燥させることにより、マグネシウムが対アルミナ濃度で１０００ｐｐｍ含有されるアルミナ粉体を調製した。そして、この粉体に熱可塑性樹脂（ポリスチレン）を含有量が５５ｖｏｌ％となるように添加して加熱混練し、混練物を形成した。
【００４５】
次いで、直径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒状のサンプルピンに、図１に示すように、ピン１の端部を除く中央部表面を被覆するように、樹脂部２として水溶性ポリビニルアルコール樹脂を射出成形して中子３を形成した。このときピン１は、表１に示すように、基材として、超硬合金（炭化タングステン：実施例１〜３）、炭化珪素焼結体（実施例４〜６）を用い、各々の基材表面のコーティング層として、膜厚３μｍの窒化チタン、膜厚１μｍの窒化クロム、膜厚３μｍの炭窒化チタンをそれぞれ用いた（実施例１〜６）。
【００４６】
また、比較例１〜３として、コーティングを施さない超硬合金（炭化タングステン）、炭化珪素焼結体、ＳＵＳ３０４を用いた。
【００４７】
一方、中空セラミックス部品の外面形状に相似する内面形状を有する型４を作製した。そして、図２に示すように、この型４に、それぞれのサンプルピン１を用いて形成された中子３を挿入、固定した。そして、型４と中子３との間の隙間に、先に調製した混練物を１８０℃程度まで加熱し、高速・高圧をかけて射出することにより、成形体５を形成した。
【００４８】
次いで、図３に示すように、型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように、成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出した。その後、ピンを抜いたことにより成形体５に形成された開口部より水を注入し、樹脂部２を溶解除去して、図５に示すような中空セラミックス成形体５を形成し、これを乾燥機中で乾燥させて評価サンプルとした。
【００４９】
（実施例７、８、比較例４〜７のサンプルの作成）
先ず、実施例１と同様に、混練物を形成した。
【００５０】
次いで、実施例１と同様に、直径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒状のサンプルピンに、図１に示すように、ピン１の端部を除く中央部表面を被覆するように、樹脂部２として水性ポリビニルアルコール樹脂を射出成形して中子３を形成した。このときピン１は、表２に示すように、実施例７、８として、ヤング率が５２０ＧＰａ、５６０ＧＰａの異なる超硬合金（炭化タングステン）を用いたもの、比較例４〜７として、ヤング率が５２０ＧＰａ未満の炭化珪素焼結体、アルミナ焼結体、ＳＫＨ５１、ＳＵＳ３０４を用いた。
【００５１】
一方、実施例１と同様な型４に、それぞれのサンプルピン１を用いて形成された中子３を挿入、固定した。そして、実施例１と同様に、型４と中子３との間の隙間に、先に調製した混練物を１８０℃程度まで加熱し、高速・高圧をかけて射出することにより、成形体５を形成した。
【００５２】
次いで、実施例１と同様に、図３に示すように、型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように、成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出した。その後、ピン１を抜いたことにより成形体５に形成された開口部より水を注入し、樹脂部２を溶解除去して、図５に示すような中空セラミックス成形体５を形成した。
【００５３】
このようにして形成された中空セラミックス成形体５を、乾燥機中で乾燥させて、大気中、最高９００℃で脱脂仮焼し、水素雰囲気中、最高１８００℃で焼成を行うことにより、アルミナ焼結体からなる中空セラミックス部品を形成し、評価サンプルとした。
【００５４】
（実施例９、１０、比較例８〜１１のサンプルの作成）
先ず、純度９９．９９％、平均粒径０．３μｍの高純度アルミナ粉末と、純度９９．９９％、平均粒径１μｍの高純度酸化イットリウム粉末を、モル比５：３となるように秤量し、助剤として、正珪酸エチルを原料粉末に対して０．６ｗｔ％、分散媒としてエタノールを添加し、ジルコニアボールを用いてボールミル混合を行った。得られたスラリーをスプレードライヤにより乾燥させ、顆粒状のセラミックス粉体を調製した。そして、実施例１と同様に、この粉体に熱可塑性樹脂を含有量が５５ｖｏｌ％となるように添加して加熱混練し、混練物を形成した。
【００５５】
次いで、実施例１と同様に、直径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒状のサンプルピンに、図１に示すように、ピン１の端部を除く中央部表面を被覆するように、樹脂部２として水性ポリビニルアルコール樹脂を射出成形して中子３を形成した。このときピン１は、表３に示すように、実施例９、１０として、ヤング率５２０ＧＰａ、５６０ＧＰａの異なる超硬合金（炭化タングステン）を用いたもの、比較例８〜１１として、ヤング率が５２０ＧＰａ未満の炭化珪素焼結体、アルミナ焼結体、ＳＫＨ５１、ＳＵＳ３０４を用いたものを用意した。
【００５６】
次いで、実施例１と同様な型４に、それぞれのサンプルピン１を用いて形成された中子３を挿入、固定した。そして、実施例１と同様に、型４と中子３との間の隙間に、先に調製した混練物を１８０℃程度まで加熱し、高速・高圧をかけて射出することにより、成形体５を形成した。
【００５７】
次いで、実施例１と同様に、図３に示すように、型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように、成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出した。その後、ピン１を抜いたことにより成形体５に形成された開口部より水を注入し、樹脂部２を溶解除去して、図５に示すような中空セラミックス成形体５を形成した。
【００５８】
このようにして形成された中空セラミックス成形体を、乾燥機中で乾燥させ、大気中、最高９００℃で脱脂仮焼し、真空雰囲気中、最高１７５０℃で焼成を行うことにより、イットリウムアルミニウムガーネット焼結体からなる中空セラミックス部品を形成し、評価サンプルとした。
【００５９】
（実施例１〜６、比較例１〜３のサンプルの評価）
形成された中空セラミックス成形体を乾燥機中で乾燥させたサンプルについて、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いて、非破壊断面観察を行い、内部のクラックを観察した。ピン引き抜き時に成形体が破壊されたもの、巨視的なクラックが確認されたもの、およびＸ線ＣＴにより内部のクラックが認められたものを不良とし、１００個のサンプルについて歩留を求めた。
【００６０】
表１に歩留を示す。表１に示すように、超硬合金（炭化タングステン）、、炭化珪素焼結体で構成された基材にコーティングが施された実施例１〜６については、９５％以上の高い成形歩留が得られた。これは、超硬合金、炭化珪素焼結体等の基材を用いることで、撓みをある程度抑制した上で、コーティングを施すことにより、摩擦を抑えることができたためであると考えられる。一方、基材にコーティングを施していない比較例１〜３については歩留が７０％以下となり、ピン引き抜き時の破壊、クラック等の発生により十分な歩留を得ることができなかった。
【００６１】
（実施例７〜１０、比較例４〜１１のサンプルの評価）
形成された中空セラミックス部品のサンプルについて、Ｘ線ＣＴを用いて非破壊断面観察を行い、両端と中央部との同軸度について評価を行った。
【００６２】
表２、３に、それぞれ作成されたサンプルにおける同軸度を示す。表２、３に示すように、実施例７〜１０のように、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａの範囲のとき、同軸度が４０μｍ以下と、良好な同軸度が得られることがわかる。そして、非破壊断面観察において、クラックなどの発生は認められなかった。これは５２０ＧＰａ以上の高いヤング率のピンを用いることにより、撓み、すなわち、ピンの両端と中央部の同軸度を抑えることができたためであると考えられる。一方、ヤング率が低い比較例４〜１１においては、同軸度が５０μｍを超えており、撓み、偏肉等が生じていることがわかる。そして、非破壊断面観察において、クラックなどの発生が認められた。
【００６３】
なお、実施例７〜１０、比較例４〜１１において、ヤング率が４２０ＧＰａ〜５２０ＧＰａの範囲の材料の試験は行っていない。この範囲の材料として、サファイア（およそ４７０ＧＰａ）が挙げられるが、サファイア自体、非常に高価な材料であるため、ピンの材料として用いるのは好ましくないため、除外した。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００６５】
また、これら実施形態において、射出形成により中空セラミックス部品を形成しているが、必ずしも射出形成には限定されるものではなく、成形時に応力が印加される例えば加圧鋳込成形などにおいて好適に用いることができる。その他、ピンを有する中子を用いて形成されるセラミックス部材の成形方法に適用することが可能である。
【表１】
【表２】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一態様における中子の構成を示す断面図。
【図２】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【図３】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【図４】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【図５】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１…ピン、２…樹脂部、３…中子、４…型、５…成形体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば放電灯の発光管などに用いられる中空セラミックス部品の成形方法と、中空セラミックス部品を成形する際に用いられる成形用ピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ナトリウムランプ、メタルハライドランプなどの放電灯用発光管の素材として、セラミックスが好適に用いられている。セラミックスを用いることにより、耐熱性が得られるとともに、石英発光管に比べ点灯中に封入物との反応が抑えられることから、光色変化の抑制、長寿命化を実現することができる。このようなセラミックスを用いた発光管は、両端部が中央部に比べて細いチューブ状の中空形状を有している。
【０００３】
このようなセラミック発光管などの中空セラミックス部品は、例えば、樹脂部と樹脂部を貫通するように配置された芯棒（以下、ピンという）とが一体化した中子を、成形用型（以下、単に「型」という）の内部に設置して、型と中子間にスラリーを注入して、スラリーを硬化させた後、スラリー硬化体と中子の一体物を前記型から取り出し、ピンを引き抜き、残った樹脂部を除去することにより成形される（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、射出成形により形成することも可能であり、この場合、例えば、型内に水溶性樹脂部とピンとを備える中子を配置し、型と中子間にセラミック粉体と熱可塑性樹脂との混練物を射出することにより成形品を得て、成形品を中子とともに取り出す。そして、ピンを引き抜き、ピンを引き抜いた後に残された貫通孔に水を通すことにより、水溶性樹脂部を除去し、成形品を脱脂、焼成することにより形成される（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３４６５３号公報（［請求項１］など）
【特許文献２】特開２００３−１８７６９８号公報（［請求項１］など）
【特許文献３】特開平７−４７５１８号公報（［請求項１］、［００２２］など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにスラリーを用いた成形方法によると、硬化あるいは脱水に時間がかかるため、セラミックス粉体の粒度分布に起因する沈降が生じやすく、得られる成形体において、均一な粒度分布を得ることが困難となる。特に、異なる２種以上のセラミックス粉体（以下、混合粉体という）を用いる場合、その比重や分散状態の差により、さらに均一な成形体を得ることが困難となる。
【０００６】
これに対して、射出成形を用いると、成形時間が短縮される、或いは混練物の粘度が高いといったことから混合粉体を用いた場合でも成形時のセラミックス粉体の粒度分布や比重、分散状態に起因する沈降を抑えることができる。しかしながら、混練物が型に流入する際、また、混練物を加圧して成形する際に、中子に用いられるピンに応力が発生する。その際、ピンに撓みが生じ、ピンの両端と中央部との同軸度が、例えば５０μｍ以上と悪化する。そのため、ピンを引き抜く際に成形体に応力がかかり、破損により歩留が低下したり、成形体が偏肉し、これを脱脂、焼成することにより得られる中空セラミックス部品が偏肉するという問題が生じる。また、内圧が付与されるような発光管（高圧放電灯等）として用いる場合、破裂しやすくなり、信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、成形時における粒度分布、分散状態のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を形成することが可能な中空セラミックス部品の成形方法および中空セラミックス部品の成形用ピンを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法を提供するものである。
【０００９】
このような構成により、成形時における粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの引き抜き時の応力を抑え、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００１０】
前記基材は、超硬合金又は炭化珪素焼結体であることが好ましい。このような基材を用いることにより、ピンの撓みを抑えることが可能となる。
【００１１】
そして、本発明は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、前記ピンのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法を提供するものである。
【００１２】
このような構成により、成形時における粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの両端と中央部の同軸度を例えば５０μm未満と良好に保つことにより、ピンの引き抜き時に生じる応力を緩和し、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明の中空セラミックス部品の成形方法において、セラミックス粉体は、少なくとも異なる２種以上のセラミックス粉体であることが好ましい。このような構成により、成形体を構成するセラミックス材料の自由度を向上させ、用途に応じた特性を有する中空セラミックス部品の形成が可能となる。
【００１４】
また、本発明の中空セラミックス部品の成形方法において、前記樹脂部は、可溶性材料で構成されていることが好ましい。このような構成により、ピンを除去した後、成形体の内部に溶剤を注入することにより、容易に中子を溶解除去することが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピンを提供するものである。
【００１６】
このような構成により、中空セラミックス部品の成形に用いた際に、粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの引き抜き時の応力を抑え、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、前記ピンは、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピンを提供するものである。
【００１８】
このような構成により、中空セラミックス部品の成形に用いた際に、粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、ピンの両端と中央部の同軸度を例えば５０μm未満と良好に保つことにより、ピンの引き抜き時に生じる応力を緩和し、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の中空セラミックス部品の成形方法によれば、成形時における粒度分布、分散状態のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を形成することが可能となる。
【００２０】
そして、本発明の中空セラミックス部品の成形用ピンを用いて中空セラミックス部品を成形する際、粒度分布のばらつきや偏肉を抑制し、歩留、信頼性の高い中空セラミックス部品を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の中空セラミックス部品の成形方法は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、型と中子間、すなわち、型と中子との隙間に混練物を射出して成形体を形成し、型より、ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、ピンは、基材と、基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の中空セラミックス部品の成形方法は、セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、樹脂部と、樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、型と中子間、すなわち、型と中子との隙間に混練物を射出して成形体を形成し、型より、ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、ピンのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする。
【００２３】
ここで、セラミックス粉体としては、例えば、アルミナ、酸化イットリウム、ジルコニアなど酸化物系、炭化ケイ素などの炭化物系、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物系などが用いられる。そして、これらをそれぞれ単体、あるいは２種以上混合して用いられる。また、例えばアルミナ粉末に対して粒成長抑制剤として硝酸マグネシウムを添加するように、粉体調製時に助剤などが添加されていてもよい。
【００２４】
また、熱可塑性樹脂としては、例えばポリスチレン、ポリオキシメチレン、エラストマーなどが用いられる。そして、これらをそれぞれ単体、あるいは２種以上混合して用いられる。
【００２５】
このようなセラミックス粉体と、熱可塑性樹脂を混練することにより、混練物を形成する。このとき、混練物中の熱可塑性樹脂の量は、５５ｖｏｌ％以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の量が５５ｖｏｌ％を超えると、焼成により、樹脂由来の気孔を多く含みやすくなり、信頼性の高い焼結体を形成することが困難となる。
【００２６】
また、混練物中の熱可塑性樹脂の量は、３０ｖｏｌ%以上、５５ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。３０ｖｏｌ％未満であると、射出時に加熱により十分な可塑性が得られず、型内に混練物を射出することが困難であるという問題がある。
【００２７】
本発明の実施形態に係る成形に用いられる中子は、中空セラミックス成形体の内面形状を形作るもので、その外面形状は、中空セラミックス成形体を脱脂、焼成して得られる中空セラミックス部品の内面形状と相似する形状を有している。
【００２８】
すなわち、中子は、図１に示すように、樹脂部２と、樹脂部２を貫通するように配置された棒状のピン１とを備えている。詳しくは、棒状のピン１は、樹脂部２の中心を貫通するように配置されている。
【００２９】
ここで用いられるピン１は、基材と、基材の表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えている。
【００３０】
基材としては、炭化タングステンを主体とする超硬合金や、炭化珪素焼結体を用いることができる。このような基材を用いることにより、ピンの撓みを抑えることが可能となる。
【００３１】
コーティング層としては、硬質材料である窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンが用いられる。このような硬質材料でコーティングを施すことにより、ピン表面の気孔や凹凸を埋め、ピンの引き抜きに要する摩擦力を低減させ、引き抜き時の成形体の破損を抑制することが可能となる。コーティング層の膜厚は、特に規定されるものではなく、ピン表面の気孔や凹凸を埋め、混練物が直接ピンの基材に触れない程度であればよく、例えばピン径が１ｍｍ程度のとき、膜厚１〜３μｍ程度のものを用いることができる。
【００３２】
また、本発明の他の実施形態に係る成形に用いられる中子は、図１に示すように、樹脂部２と、樹脂部２を貫通するように配置された棒状のピン１とを備えており、ピン１は、そのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａで構成されている。ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａで構成されている材料としては、炭化タングステン
等の超硬合金が用いられる。
【００３３】
ヤング率が５２０ＧＰａ未満であると、成形時の応力によりピン１の同軸度の悪化を生じてしまう。また、ヤング率が５６０ＧＰａを超えるような材料は入手が困難であり、入手できたとしても、硬度が高くなるため、棒状のピンの作製が難しくなり、作製コストが増大するため好ましくない。
【００３４】
このようにピン１のヤング率を５２０〜５６０ＧＰａの範囲とすることで、ピン１の両端と中央部の同軸度を例えば５０μｍ未満と良好に保つことが可能となり、ピン１の引き抜き時に生じる応力を緩和し、偏肉を抑制し、歩留、信頼性を向上させることが可能となる。
【００３５】
樹脂部２は、ポリビニルアルコールなどの水溶性樹脂が好適に用いられ、その他、有機溶媒などにより可溶性の樹脂、熱可溶性樹脂、ワックスなどの可溶性材料を用いることができる。そして、このような材料を、ピン１の両端部を除く表面に、射出成形などにより所定の形状となるように成形することにより、中子３が形成される。
【００３６】
このように、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えるピン、又は、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであるピンが、樹脂部２の中心を貫通するように配置された中子３を用いて、中空セラミックス部品を成形する。
【００３７】
中空セラミックス部品の成形は、図２に示すように、最初に、中子３を型４に挿入、固定する。この型４は、中空セラミックス成形体の外面形状を形作るものであり、型４の内面形状は、中空セラミックス成形体を脱脂、焼成して得られる中空セラミックス部品の外面形状と相似する形状を有している。
【００３８】
そして、型４と中子３との間の隙間に、混練物を射出することにより、成形体５が形成される。このとき、混練物は、含有される熱可塑性樹脂の融点、あるいはガラス転移点より高い温度に加熱され、かつ高速・高圧をかけて前記隙間内に射出される。
【００３９】
次いで、図３に示すように型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出す。その後、ピン１を抜いたことにより形成された開口部から溶剤を注入することで、樹脂部２を除去する（図５）。なお、樹脂部２に水溶性樹脂を用いた場合、前記開口部から水を注入することにより、溶解除去することができる。
【００４０】
このようにして中空セラミックス成形体５が形成される。そして、得られた成形体５を乾燥機中で乾燥させ、例えば大気中、最高９００℃で脱脂仮焼し、水素雰囲気中、最高１８００℃で焼成することにより、中空セラミックス部品が形成される。
【００４１】
なお、前述した成形方法は、型４と中子３との間の隙間に、混練物を射出することにより、成形体５を形成し、次いで、図３に示すように、型４から成形体５を取り出す前に、ピン１を抜いているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、成形体５と中子３の一体物を前記型４から取り出した後に、前記一体物からピン１を抜いてもよい。
【００４２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００４３】
（実施例１〜６、比較例１〜３のサンプルの作成）
以下のようにして、中空セラミックス成形体のサンプルを作成した。
【００４４】
先ず、純度９９．９９％、平均粒径０．３μｍの高純度アルミナ粉末に、助剤として、硝酸マグネシウム水溶液を添加、混合し、これを乾燥させることにより、マグネシウムが対アルミナ濃度で１０００ｐｐｍ含有されるアルミナ粉体を調製した。そして、この粉体に熱可塑性樹脂（ポリスチレン）を含有量が５５ｖｏｌ％となるように添加して加熱混練し、混練物を形成した。
【００４５】
次いで、直径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒状のサンプルピンに、図１に示すように、ピン１の端部を除く中央部表面を被覆するように、樹脂部２として水溶性ポリビニルアルコール樹脂を射出成形して中子３を形成した。このときピン１は、表１に示すように、基材として、超硬合金（炭化タングステン：実施例１〜３）、炭化珪素焼結体（実施例４〜６）を用い、各々の基材表面のコーティング層として、膜厚３μｍの窒化チタン、膜厚１μｍの窒化クロム、膜厚３μｍの炭窒化チタンをそれぞれ用いた（実施例１〜６）。
【００４６】
また、比較例１〜３として、コーティングを施さない超硬合金（炭化タングステン）、炭化珪素焼結体、ＳＵＳ３０４を用いた。
【００４７】
一方、中空セラミックス部品の外面形状に相似する内面形状を有する型４を作製した。そして、図２に示すように、この型４に、それぞれのサンプルピン１を用いて形成された中子３を挿入、固定した。そして、型４と中子３との間の隙間に、先に調製した混練物を１８０℃程度まで加熱し、高速・高圧をかけて射出することにより、成形体５を形成した。
【００４８】
次いで、図３に示すように、型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように、成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出した。その後、ピンを抜いたことにより成形体５に形成された開口部より水を注入し、樹脂部２を溶解除去して、図５に示すような中空セラミックス成形体５を形成し、これを乾燥機中で乾燥させて評価サンプルとした。
【００４９】
（実施例７、８、比較例４〜７のサンプルの作成）
先ず、実施例１と同様に、混練物を形成した。
【００５０】
次いで、実施例１と同様に、直径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒状のサンプルピンに、図１に示すように、ピン１の端部を除く中央部表面を被覆するように、樹脂部２として水性ポリビニルアルコール樹脂を射出成形して中子３を形成した。このときピン１は、表２に示すように、実施例７、８として、ヤング率が５２０ＧＰａ、５６０ＧＰａの異なる超硬合金（炭化タングステン）を用いたもの、比較例４〜７として、ヤング率が５２０ＧＰａ未満の炭化珪素焼結体、アルミナ焼結体、ＳＫＨ５１、ＳＵＳ３０４を用いた。
【００５１】
一方、実施例１と同様な型４に、それぞれのサンプルピン１を用いて形成された中子３を挿入、固定した。そして、実施例１と同様に、型４と中子３との間の隙間に、先に調製した混練物を１８０℃程度まで加熱し、高速・高圧をかけて射出することにより、成形体５を形成した。
【００５２】
次いで、実施例１と同様に、図３に示すように、型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように、成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出した。その後、ピン１を抜いたことにより成形体５に形成された開口部より水を注入し、樹脂部２を溶解除去して、図５に示すような中空セラミックス成形体５を形成した。
【００５３】
このようにして形成された中空セラミックス成形体５を、乾燥機中で乾燥させて、大気中、最高９００℃で脱脂仮焼し、水素雰囲気中、最高１８００℃で焼成を行うことにより、アルミナ焼結体からなる中空セラミックス部品を形成し、評価サンプルとした。
【００５４】
（実施例９、１０、比較例８〜１１のサンプルの作成）
先ず、純度９９．９９％、平均粒径０．３μｍの高純度アルミナ粉末と、純度９９．９９％、平均粒径１μｍの高純度酸化イットリウム粉末を、モル比５：３となるように秤量し、助剤として、正珪酸エチルを原料粉末に対して０．６ｗｔ％、分散媒としてエタノールを添加し、ジルコニアボールを用いてボールミル混合を行った。得られたスラリーをスプレードライヤにより乾燥させ、顆粒状のセラミックス粉体を調製した。そして、実施例１と同様に、この粉体に熱可塑性樹脂を含有量が５５ｖｏｌ％となるように添加して加熱混練し、混練物を形成した。
【００５５】
次いで、実施例１と同様に、直径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒状のサンプルピンに、図１に示すように、ピン１の端部を除く中央部表面を被覆するように、樹脂部２として水性ポリビニルアルコール樹脂を射出成形して中子３を形成した。このときピン１は、表３に示すように、実施例９、１０として、ヤング率５２０ＧＰａ、５６０ＧＰａの異なる超硬合金（炭化タングステン）を用いたもの、比較例８〜１１として、ヤング率が５２０ＧＰａ未満の炭化珪素焼結体、アルミナ焼結体、ＳＫＨ５１、ＳＵＳ３０４を用いたものを用意した。
【００５６】
次いで、実施例１と同様な型４に、それぞれのサンプルピン１を用いて形成された中子３を挿入、固定した。そして、実施例１と同様に、型４と中子３との間の隙間に、先に調製した混練物を１８０℃程度まで加熱し、高速・高圧をかけて射出することにより、成形体５を形成した。
【００５７】
次いで、実施例１と同様に、図３に示すように、型４よりピン１を抜いた後、図４に示すように、成形体５及び樹脂部２の一体物を型４から取り出した。その後、ピン１を抜いたことにより成形体５に形成された開口部より水を注入し、樹脂部２を溶解除去して、図５に示すような中空セラミックス成形体５を形成した。
【００５８】
このようにして形成された中空セラミックス成形体を、乾燥機中で乾燥させ、大気中、最高９００℃で脱脂仮焼し、真空雰囲気中、最高１７５０℃で焼成を行うことにより、イットリウムアルミニウムガーネット焼結体からなる中空セラミックス部品を形成し、評価サンプルとした。
【００５９】
（実施例１〜６、比較例１〜３のサンプルの評価）
形成された中空セラミックス成形体を乾燥機中で乾燥させたサンプルについて、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いて、非破壊断面観察を行い、内部のクラックを観察した。ピン引き抜き時に成形体が破壊されたもの、巨視的なクラックが確認されたもの、およびＸ線ＣＴにより内部のクラックが認められたものを不良とし、１００個のサンプルについて歩留を求めた。
【００６０】
表１に歩留を示す。表１に示すように、超硬合金（炭化タングステン）、、炭化珪素焼結体で構成された基材にコーティングが施された実施例１〜６については、９５％以上の高い成形歩留が得られた。これは、超硬合金、炭化珪素焼結体等の基材を用いることで、撓みをある程度抑制した上で、コーティングを施すことにより、摩擦を抑えることができたためであると考えられる。一方、基材にコーティングを施していない比較例１〜３については歩留が７０％以下となり、ピン引き抜き時の破壊、クラック等の発生により十分な歩留を得ることができなかった。
【００６１】
（実施例７〜１０、比較例４〜１１のサンプルの評価）
形成された中空セラミックス部品のサンプルについて、Ｘ線ＣＴを用いて非破壊断面観察を行い、両端と中央部との同軸度について評価を行った。
【００６２】
表２、３に、それぞれ作成されたサンプルにおける同軸度を示す。表２、３に示すように、実施例７〜１０のように、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａの範囲のとき、同軸度が４０μｍ以下と、良好な同軸度が得られることがわかる。そして、非破壊断面観察において、クラックなどの発生は認められなかった。これは５２０ＧＰａ以上の高いヤング率のピンを用いることにより、撓み、すなわち、ピンの両端と中央部の同軸度を抑えることができたためであると考えられる。一方、ヤング率が低い比較例４〜１１においては、同軸度が５０μｍを超えており、撓み、偏肉等が生じていることがわかる。そして、非破壊断面観察において、クラックなどの発生が認められた。
【００６３】
なお、実施例７〜１０、比較例４〜１１において、ヤング率が４２０ＧＰａ〜５２０ＧＰａの範囲の材料の試験は行っていない。この範囲の材料として、サファイア（およそ４７０ＧＰａ）が挙げられるが、サファイア自体、非常に高価な材料であるため、ピンの材料として用いるのは好ましくないため、除外した。
【００６４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００６５】
また、これら実施形態において、射出形成により中空セラミックス部品を形成しているが、必ずしも射出形成には限定されるものではなく、成形時に応力が印加される例えば加圧鋳込成形などにおいて好適に用いることができる。その他、ピンを有する中子を用いて形成されるセラミックス部材の成形方法に適用することが可能である。
【表１】
【表２】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一態様における中子の構成を示す断面図。
【図２】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【図３】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【図４】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【図５】本発明の成形方法に係る一工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１…ピン、２…樹脂部、３…中子、４…型、５…成形体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、
樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、
前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、
前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、
前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項２】
前記基材は、超硬合金又は炭化珪素焼結体であることを特徴とする請求項１に記載の中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項３】
セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、
樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、
前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、
前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、
前記ピンのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項４】
前記セラミックス粉体は、少なくとも異なる２種以上のセラミックス粉体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項５】
前記樹脂部は、可溶性材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項６】
樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、
前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピン。
【請求項７】
樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、
前記ピンは、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピン。
【請求項１】
セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、
樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、
前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、
前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、
前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項２】
前記基材は、超硬合金又は炭化珪素焼結体であることを特徴とする請求項１に記載の中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項３】
セラミックス粉体と熱可塑性樹脂との混練物を調製し、
樹脂部と、前記樹脂部を貫通するように配置された棒状のピンとを備える中子を、型内に挿入、固定し、
前記型と前記中子間に、前記混練物を射出して成形体を形成し、
前記型より、前記ピンを抜いて成形する中空セラミックス部品の成形方法であって、
前記ピンのヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項４】
前記セラミックス粉体は、少なくとも異なる２種以上のセラミックス粉体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項５】
前記樹脂部は、可溶性材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の中空セラミックス部品の成形方法。
【請求項６】
樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、
前記ピンは、基材と、前記基材表面に形成され、窒化チタン、窒化クロム、炭窒化チタンのうち少なくとも１種からなるコーティング層を備えることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピン。
【請求項７】
樹脂部を貫通するように配置され、中空セラミックス部品の成形用に用いられる棒状のピンであって、
前記ピンは、ヤング率が５２０〜５６０ＧＰａであることを特徴とする中空セラミックス部品の成形用ピン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−３９９３４（Ｐ２００９−３９９３４Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０６８４５（Ｐ２００７−２０６８４５）
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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