JPH05124018A - セラミツクスラリーの低圧射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複雑な形状であってかつ円柱状部端面に面取り
部をもつ最終製品の成形品を低粘度のセラミックスラリ
ーで成形する場合でも、短い成形サイクルの下で、高強
度のネットシェイプ成形品を確実に成形できるセラミッ
クスラリーの低圧射出成形装置を提供する。 【構成】円柱状のゲート孔３ａには押切りロッド１４の
前端位置に徐々に拡径された面取り形成部１５が形成さ
れている。セラミックスラリーの注入時、面取り形成部
１５の周域には超音波振動子１６が配設されているた
め、セラミックスラリーの流動性が増し、面取り形成部
１５内のエアの巻き込みが防止される。そして、ゲート
孔３ａを摺動する押切りロッド１４でキャビティ４内の
保圧を行ない、円柱状部端面に面取り２０が形成された
ネットシェイプ成形品を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分割金型と結合されて
用いられ、セラミックスラリーを低圧射出成形して成形
品を得るセラミックスラリーの低圧射出成形装置の改良
に関する。すなわち、セラミックからなる最終製品が複
雑な形状の場合、その最終製品を得るために複雑な形状
の最終成形品が必要である。本発明のセラミックスラリ
ーの低圧射出成形装置は、かかる最終成形品に近似した
成形品（以下、ネットシェイプ成形品という。）を得る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、分割金型と結合されて用いられる
窯業製品の圧入成形装置として、下型のゲート孔に連通
される吐出口と、この吐出口を通して成形材料を金型の
キャビティ内に供給する射出室と、この射出室に摺動自
在に配置され、前進により成形材料を吐出口からゲート
孔を介してキャビティ内に注入し、後退により成形材料
を射出室へ導入する計量ピストンとを備えたものが知ら
れている（特開昭５７−３２９０２号公報）。

【０００３】この圧入成形装置により窯業製品の成形品
を成形する場合、まず計量ピストンを後退させて射出室
内に成形材料を導入し、しかる後に計量ピストンを前進
させて射出室内の成形材料を吐出口からゲート孔を介し
てキャビティ内に注入する。そして、さらに計量ピスト
ンを前進させてキャビティ内を保圧し、成形品を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば、セラミック製
ターボロータ等の複雑な形状の最終製品を製造すべく、
その成形品を得んとすれば、一般に、焼結助剤、分散剤
等とともにセラミック粉末を大量の溶媒に混合して低粘
度のセラミックスラリーを調製し、このセラミックスラ
リーを低圧射出成形法により成形する。

【０００５】しかし、かかるセラミックスラリーを上記
圧入成形装置型の低圧射出成形装置により成形せんとす
れば、射出室を摺動する計量ピストンがキャビティ内へ
のセラミックスラリーの注入を行なうとともにそのセラ
ミックスラリーの保圧をも行なうこととなるため、射出
室の一部が成形品と一体のタブを形成し、ネットシェイ
プ成形品が得られない。このため、その成形品をネット
シェイプ成形品に後加工するとすれば、成形品の形状が
くずれる等の不具合を生じ、成形後の成形品を焼結させ
た焼結品を最終製品まで切削するとすれば、非常な困難
を生じることとなる。

【０００６】また、上記圧入成形装置では、計量ピスト
ンでセラミックスラリーの保圧を行っている間は、次サ
イクルのために射出室内にセラミックスラリーを導入す
ることができず、成形サイクルが長時間となり、最終製
品の製造コストが高騰してしまう。そこで、本出願人が
先に提案した（実願平２−１０２６６９号）ように、上
記圧入成形装置型の低圧射出成形装置に押切りロッドを
具備させることが考えられる。この低圧射出成形装置で
は、押切りロッドが計量ピストンと摺接しつつ計量ピス
トンとは独立して移動する。そして、この押切りロッド
は、計量ピストンに対して後退することにより、ゲート
孔及び吐出口内を摺動自在に移動して吐出口を開放す
る。また、この押切りロッドは、計量ピストンに対して
前進することにより、射出室内のセラミックスラリーを
押切りつつ吐出口内を摺動自在に移動して吐出口を閉鎖
し、かつゲート孔内を摺動自在に移動してキャビティ内
に注入されたセラミックスラリーを保圧する。このた
め、かかる低圧射出成形装置によれば、計量ピストンと
独立して摺接する押切りロッドが吐出口を閉鎖してキャ
ビティ内のセラミックスラリーを保圧するため、射出室
が成形品と一体のタブを形成することがなく、ネットシ
ェイプ成形品を得ることが可能となる。また、この低圧
射出成形装置によれば、押切りロッドでセラミックスラ
リーの保圧を行なうため、押切りロッドが吐出口を閉鎖
した状態で保圧している間に、計量ピストンを後退させ
て射出室内にセラミックスラリーを導入することがで
き、成形サイクルを短縮することができる。

【０００７】しかしながら、上記セラミック製ターボロ
ータ等では、シャフトが円柱状に形成されている。この
ように複雑な形状であってかつ円柱状部をもつ最終製品
を製造すべく、そのネットシェイプ成形品を上記低圧射
出成形装置で成形せんとすれば、金型のゲート孔を略円
柱状に形成する必要がある。ただ、上記低圧射出成形装
置においてゲート孔を略円柱状に形成したに過ぎなけれ
ば、押切りロッドがゲート孔内を摺動してセラミックス
ラリーを保圧する際、ネットシェイプ成形品の円柱状部
端面にピン角を形成し、ネットシェイプ成形品はこのピ
ン角が非常に弱くされてしまう。このため、最終製品も
このピン角で非常に弱くなり、信頼性の高い最終製品が
得られにくい。そこで、図３（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、ネットシェイプ成形品の円柱状部端面に面取りを形
成すべく、ゲート孔３１における押切りロッド（図示せ
ず）の前端位置に徐々に拡径された面取り形成部３１ａ
を形成することが考えられる。ところが、こうして成形
流路に沿って内径が拡大された面取り形成部３１ａを形
成すると、押切りロッドにより注入される数千ｍＰａ・
ｓｅｃ程度の粘度のセラミックスラリーＳが図３（ａ）
〜（ｃ）と流動するに従い、面取り形成部３１ａ内でエ
アＡの巻き込みを起こし、ネットシェイプ成形品の円柱
状部端面に確実に面取りを形成することができない。
又、エアを巻き込んだセラミックスラリーがキャビティ
内に流れ込み、成形品に欠陥を与えるおそれも生ずる。
このような場合、一般的な樹脂の成形では、ダイスウェ
ル比を変更することによりかかるエアの巻き込みをほと
んど無視できるようにしているが、低粘度のセラミック
スラリーを用いる低圧射出成形では、この手段を採用す
ることができない。また、高粘度のセラミックスラリー
を用いて簡易な形状の成形品を成形するセラミックスラ
リーの高圧射出成形では、キャビティ内の真空化等も行
われるが、低圧射出成形では、溶媒として揮発性の高い
有機溶媒を採用する場合があり、この場合には、真空化
によりセラミックスラリーの先端部が固化したり、ジェ
ッティング等を生じたりするため、この手段も採用する
ことができない。

【０００８】本発明は、上記の実情に鑑みてなされたも
ので、複雑な形状であってかつ円柱状部端面に面取り部
をもつ最終製品の成形品を低粘度のセラミックスラリー
で成形する場合でも、短い成形サイクルの下で、高強度
のネットシェイプ成形品を確実に成形できるセラミック
スラリーの低圧射出成形装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックスラ
リーの低圧射出成形装置は、分割金型と結合されて用い
られ、該金型のゲート孔に連通される吐出口と、該吐出
口を通して該セラミックスラリーを該金型のキャビティ
内に供給する射出室と、該セラミックスラリーを該射出
室に供給する原料供給部と、該射出室に摺動自在に配置
され、前進により該セラミックスラリーを該吐出口から
該ゲート孔を介して該キャビティ内に注入し、後退によ
り該セラミックスラリーを該原料供給部から該射出室へ
導入する計量ピストンと、該計量ピストンと摺接しつつ
該計量ピストンとは独立して移動し、後退により該ゲー
ト孔及び該吐出口内を摺動自在に移動して該吐出口を開
放するとともに、前進により該射出室内の該セラミック
スラリーを押切りつつ該吐出口内を摺動自在に移動して
該吐出口を閉鎖しかつ該ゲート孔内を摺動自在に移動し
て該キャビティ内に注入された該セラミックスラリーを
保圧する押切りロッドと、を備え、前記ゲート孔は略円
柱状に形成され、該ゲート孔には該押切りロッドの前端
位置に徐々に拡径された面取り形成部が形成され、該面
取り形成部の周域には振動手段が配設されていることを
特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明のセラミックスラリーの低圧射出成形装
置により、セラミック製ターボロータ等のように複雑な
形状であってかつ円柱状部をもつ最終製品の成形品を成
形する場合、まず、押切りロッドを計量ピストンに対し
て前進させて吐出口内を移動させることにより、吐出口
を閉鎖した状態とする。この状態で計量ピストンを後退
させ、セラミックスラリーを原料供給部から射出室へ導
入する。

【００１１】そして、押切りロッドを計量ピストンに対
して後退させて吐出口内を移動させることにより、吐出
口を開放した状態とする。しかる後に計量ピストンを前
進させ、射出室内のセラミックスラリーを吐出口からゲ
ート孔を介してキャビティ内に注入する。このとき、ゲ
ート孔に形成された面取り形成部の周域には振動手段が
配設されているため、ゲート孔を介して注入されるセラ
ミックスラリーの流動性が面取り形成部で増し、面取り
形成部内でエアの巻き込みを起こすことはない。

【００１２】この後、再び押切りロッドを計量ピストン
に対して前進させて吐出口内を移動させることにより、
射出室内のセラミックスラリーを押切りつつ吐出口を閉
鎖した状態とし、さらにゲート孔内を移動させてキャビ
ティ内に注入されたセラミックスラリーを保圧する。こ
のとき、この低圧射出成形装置では、計量ピストンと独
立して摺接する押切りロッドが吐出口を閉鎖してキャビ
ティ内のセラミックスラリーを保圧するため、射出室が
成形品と一体のタブを形成することがない。

【００１３】こうして、セラミックスラリーが略円柱状
のゲート孔を介してキャビティに保圧されるため、円柱
状部をもつネットシェイプ成形品が形成される。このと
き、この低圧射出成形装置では、ゲート孔における押切
りロッドの前端位置に面取り形成部が形成されているた
め、押切りロッドがゲート孔内を摺動してセラミックス
ラリーを保圧する際、ネットシェイプ成形品の円柱状部
端面にはエアの巻き込みのない面取りが確実に形成され
る。よって、ネットシェイプ成形品はピン角がないこと
により強度が確保される。

【００１４】セラミックスラリーの保圧が終われば、押
切りロッドを後退させつつ金型を開き、ネットシェイプ
成形品を取り出す。押切りロッドが保圧又は型開きの際
に吐出口を閉鎖している間、計量ピストンを後退させ、
次サイクルのために射出室内にセラミックスラリーを原
料供給部から導入する。こうして、この低圧射出成形装
置では、成形サイクルを短縮することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照しつつ説明する。この低圧射出成形装置は、第１図に
示すように、可動型１とスライドコア２と固定型３とか
ら構成された分割金型に射出ユニットが結合されて用い
られる。スライドコア２にはターボロータ形状のキャビ
ティ４が形成されており、可動型１にはキャビティ４と
連通しターボロータのシャフトの一部を形成する円柱状
のシャフト形成孔１ａが形成され、固定型３にはキャビ
ティ４と連通しシャフト形成孔１ａと同軸に同シャフト
の一部を形成する円柱状のゲート孔３ａが形成されてい
る。可動型１のシャフト形成孔１ａには、ばね５により
キャビティ４側に押圧されたピストン６が摺動可能に装
備されており、ピストン６の下端にはセンター穴形成部
材６ａが固着されている。また、可動型１、スライドコ
ア２及び固定型３には、シャフト形成孔１ａ、キャビテ
ィ４及びゲート孔３ａの周域に冷却油が循環される冷却
穴７が形成されている。

【００１６】ゲート孔３ａには後述する押切りロッド１
４の前端位置に４５°の角度で拡径された面取り形成部
１５が形成され、この面取り形成部１５の周域には４５
ｋＨｚ、６０ｗの超音波振動子１６が配設されている。
固定型３には、ゲート孔３ａと連通しゲート孔３ａと同
径の連通孔８ａが形成された断熱材８が当接されてお
り、射出ユニットはこの断熱材８を介して固定型３に結
合されている。この射出ユニットでは、連通孔８ａを通
じてゲート孔３ａに連通するゲート孔３ａと同径の吐出
口９が形成され、吐出口９の下方には吐出口９と連通し
吐出口９より大径の円柱状の射出室１０が形成されてい
る。吐出口９及び射出室１０の周域には熱油が循環され
る加熱穴１７が形成されている。射出室１０の前端に
は、開閉弁１１により開閉され図示しないタンクと接続
された供給管１２が接続されている。また、射出室１０
には、前進及び後退可能に環状の計量ピストン１３が配
置されており、計量ピストン１３の中心孔には計量ピス
トン１３と摺接しつつ計量ピストン１３とは独立して移
動可能な押切りロッド１４が備えられている。この押切
りロッド１４の上端にはセンター穴形成部材１４ａが固
着されている。

【００１７】以上のような構成を備えたこの低圧射出成
形装置により、セラミック製ターボロータの成形品を成
形した。まず、窒化珪素とアルミナとイットリアとを工
業用ガソリン及び分散剤とともにボールミルにて７２時
間混合し、８０℃での加熱下で１２ヒドロキシステアリ
ン酸を１０体積％投入し、粉体濃度が５０体積％のセラ
ミックスラリーを調製した。このとき、このセラミック
スラリーの粘度は約１００００ｃｐｓであった。かかる
セラミックスラリーをタンクに投入し、上記冷却油の温
度を５０℃に設定するとともに上記熱油の温度を８０℃
に設定した。

【００１８】この後、押切りロッド１４を計量ピストン
１３に対して前進させ、吐出口９内を移動させることに
より、吐出口９を閉鎖した状態とする。この状態で計量
ピストン１３を後退させつつ開閉弁１１を開き、セラミ
ックスラリーをタンクから供給管１２及び開閉弁１１を
経て射出室１０へ導入する。そして、押切りロッド１４
を計量ピストン１３に対して後退させ、吐出口９内を移
動させることにより、吐出口９を開放した状態とし、同
時に開閉弁１１を閉じる。しかる後に計量ピストン１３
を前進させ、射出室１０内のセラミックスラリーを吐出
口９から連通孔８ａ及びゲート孔３ａを介してキャビテ
ィ４内に２ｋｇ／ｃｍ² の圧力、５ｃｃ／ｓｅｃの速度
で注入する。このとき、この低圧射出成形装置では、面
取り形成部１５の周域に超音波振動子が配設されている
ため、ゲート孔３ａを介して注入されるセラミックスラ
リーの流動性が面取り形成部１５において水平方向でも
増し、面取り形成部１５内でエアの巻き込みを起こすこ
とはない。

【００１９】この後、再び押切りロッド１４を計量ピス
トン１３に対して前進させ、吐出口９内を移動させるこ
とにより、射出室１０内のセラミックスラリーを押切り
つつ吐出口９を閉鎖した状態とし、さらにゲート孔３ａ
内を面取り形成部１５の下位置まで移動させ、キャビテ
ィ４内に注入されたセラミックスラリーを３分間保圧す
る。このとき、この低圧射出成形装置では、計量ピスト
ン１３と独立して摺接する押切りロッド１４がキャビテ
ィ４内のセラミックスラリーを保圧するとともにセンタ
ー穴形成部材１４ａでセンター穴を形成する。このた
め、従来のように射出室１０が成形品と一体のタブを形
成することがない。なお、このとき、可動型１のシャフ
ト形成孔１ａ内でばね５により押圧されたピストン６
は、押切りロッド１４と対抗し、他方側からセラミック
スラリーを保圧するとともにセンター穴形成部材６ａで
センター穴を形成する。

【００２０】こうして、セラミックスラリーが円柱状の
ゲート孔３ａを介してキャビティ４に保圧されるため、
円柱状部をもつネットシェイプ成形品が形成される。こ
のとき、この低圧射出成形装置では、ゲート孔３ａにお
ける押切りロッド１４の前端位置に面取り形成部１５が
形成されているため、押切りロッド１４がゲート孔３ａ
内を摺動してセラミックスラリーを保圧する際、ネット
シェイプ成形品の円柱状部端面には、図２に示すよう
に、エアの巻き込みのない面取り２０が確実に形成され
る。このため、ネットシェイプ成形品はピン角がないこ
とにより強度が確保される。

【００２１】セラミックスラリーの保圧が終わり、さら
に２分間の冷却の後、押切りロッド１４を後退させつつ
可動型１を上昇させ、スライドコア２を左右に開き、ネ
ットシェイプ成形品を取り出す。押切りロッド１４が保
圧又は型開きの際に吐出口９を閉鎖している間、計量ピ
ストン１３を後退させ、次サイクルのために射出室１０
内にセラミックスラリーをタンク等から導入する。こう
して、この低圧射出成形装置では、成形サイクルを短縮
することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のセラミッ
クスラリーの低圧射出成形装置では、特許請求の範囲に
記載の構成を採用しているため、複雑な形状であってか
つ円柱状部をもつ最終製品の成形品を低粘度のセラミッ
クスラリーで成形する場合でも、短い成形サイクルの下
で、高強度のネットシェイプ成形品を確実に成形するこ
とができる。

【００２３】すなわち、具体的には、以下のような優れ
た効果を奏する。 （１）最終製品がセラミック製ターボロータ等のように
複雑な形状であってかつ円柱状部をもつものであって
も、そのネットシェイプ成形品を成形することができ
る。そして、そのネットシェイプ成形品を簡易な方法で
最終成形品に後加工すればよいため、複雑な後加工によ
る形状のくずれ等の不具合を解決することができる。ま
た、そのネットシェイプ成形品による最終成形品を焼結
すれば最終製品が得られるため、焼結品を最終製品まで
切削するという非常に困難な作業を削減することができ
る。 （２）最終製品が複雑な形状であってかつ円柱状部をも
つものであっても、成形サイクルを短時間にすることが
できるため、最終製品の製造コストの低廉化を図ること
ができる。 （３）略円柱状のゲートに形成された面取り形成部によ
り、ネットシェイプ成形品の円柱状部端面に面取りを形
成することができる。このとき、面取り形成部の周域に
は振動手段が配設されているため、ネットシェイプ成形
品には、エアが含有されず、面取り部も確実に形成され
る。このため、ネットシェイプ成形品は円柱状部端面に
ピン角をもたないことから強度が高く、信頼性の高い最
終製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の低圧射出成形装置の断面図である。

【図２】実施例の低圧射出成形装置により成形したター
ボロータの断面図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）ともにゲート孔に面
取り形成部を設けた低圧射出成形装置の要部を示す断面
図である。

【符号の説明】

１…可動型 ２…スライドコア ３
…固定型 ４…キャビティ ３ａ…ゲート孔 ９
…吐出口 １０…射出室 １１…開閉弁 １
２…供給管 １３…計量ピストン １４…押切りロッド １
５…面取り形成部 １６…超音波振動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分割金型と結合されて用いられ、 該金型のゲート孔に連通される吐出口と、 該吐出口を通して該セラミックスラリーを該金型のキャ
   ビティ内に供給する射出室と、 該セラミックスラリーを該射出室に供給する原料供給部
   と、 該射出室に摺動自在に配置され、前進により該セラミッ
   クスラリーを該吐出口から該ゲート孔を介して該キャビ
   ティ内に注入し、後退により該セラミックスラリーを該
   原料供給部から該射出室へ導入する計量ピストンと、 該計量ピストンと摺接しつつ該計量ピストンとは独立し
   て移動し、後退により該ゲート孔及び該吐出口内を摺動
   自在に移動して該吐出口を開放するとともに、前進によ
   り該射出室内の該セラミックスラリーを押切りつつ該吐
   出口内を摺動自在に移動して該吐出口を閉鎖しかつ該ゲ
   ート孔内を摺動自在に移動して該キャビティ内に注入さ
   れた該セラミックスラリーを保圧する押切りロッドと、
   を備え、 該ゲート孔は略円柱状に形成され、該ゲート孔には該押
   切りロッドの前端位置に徐々に拡径された面取り形成部
   が形成され、該面取り形成部の周域には振動手段が配設
   されていることを特徴とするセラミックスラリーの低圧
   射出成形装置。