(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
(金型10の構成)
本実施形態に係る金型10の構成について、図面を参照しながら説明する。
図1は、金型10の断面図である。
図2は、金型10の分解図である。
【0013】
金型10は、鋳込み成形法の一つであるモールドキャスト法によって、成形用スラリーを固化(ゲル化)してセラミック成形体を成形するために用いられる。セラミック成形体は、焼成によりセラミックス部材となる。セラミックス部材としては、電気化学素子(例えば、燃料電池セル、電解セルなど)の支持体が挙げられるが、これに限らず幅広い用途に利用されうる。セラミック成形体の製造方法については後述する。
【0014】
金型10は、型枠11を備える。型枠11は、金属材料(例えば、アルミ合金、ステンレス鋼など)によって構成することができる。本実施形態において、型枠11は、第1型枠12及び第2型枠13によって構成される。ただし、型枠11は、成形されたセラミック成形体を取り出すことができる構造であればよく、例えば、3つ以上の型枠によって構成されていてもよい。
【0015】
型枠11は、成形用スラリーを注入するための注入口14と、成形用スラリーの注入時に空気及び余剰の成形用スラリーを排出するための排出口15と、成形用スラリーが注入される内部空間16とを有する。
【0016】
第1型枠12は、第2型枠13と対向する表面12aと、表面12aに形成された凹部12bと、表面12aに連なる第1側面12cと、第1側面12cの反対側の第2側面12dとを有する。凹部12bは、成形用スラリーを注入するためのキャビティーである。
【0017】
第2型枠13は、第1型枠12と対向する表面13aと、表面13aに形成された凹部13bと、表面13aに連なる第1側面13cと、第1側面13cの反対側の第2側面13dとを有する。凹部13bは、成形用スラリーを注入するためのキャビティーである。
【0018】
第1型枠12の表面12aには、離型剤17が塗布されている。第2型枠13の表面13aには、離型剤18が塗布されている。離型剤17,18としては、フッ素系、シリコーン系、ウレタン系などの被膜剤を用いることができる。
【0019】
第1及び第2型枠12,13は、表面12a及び表面13aを合わせるように連結される。これにより、凹部12bと凹部13bとが連なって内部空間16となる。
【0020】
(セラミックス成形体の製造方法)
セラミックス成形体の製造方法について説明する。
【0021】
1.膨潤工程
図3は、セラミックス成形体の成形に用いられた後の第1型枠12を示す模式図である。
図3に示すように、セラミックス成形体の成形に用いられた後の第1型枠12の表面12aには、離型剤17だけでなく、セラミック粉末、分散媒及びゲル化剤の少なくとも1つを含む固着物19などが付いている。そのため、セラミックス成形体の製造工程では、まず、第1型枠12を洗浄して離型剤17及び固着物19などの付着物を除去する必要がある。なお、第2型枠13も洗浄する必要があるが、第1及び第2型枠12,13の洗浄方法は同じであるため、以下、第1型枠12を例に挙げて洗浄方法を説明する。
【0022】
まず、
図4に示すように、浴槽20に貯留された洗浄液21に第1型枠12を浸漬させる。これによって、離型剤17を洗浄液21に溶融させるとともに、洗浄液21で固着物19を膨潤させる。
【0023】
ここで、
図5は、浴槽20から取り出した第1型枠12を示す模式図である。
図5に示すように、離型剤17の大部分は洗浄液21に溶融して洗い流されるのに対して、固着物19はゴム状に固まっているため表面12aに残留しやすい。
【0024】
そこで、この膨潤工程では、固着物19の表面12aへの投影面積が浸漬前の1.05倍以上になるまで固着物19を膨潤させる。これにより、表面12aに対する固着物19の密着力を十分小さくすることができるため、後述する第1及び第2ブラッシング工程において、固着物19を比較的容易に除去することができる。膨潤工程では、浸漬後の固着物19の投影面積が浸漬前の投影面積の1.09倍以上になるまで膨潤させることが好ましい。
【0025】
固着物19の投影面積は、浸漬前後(すなわち、膨潤前後)において、固着物19を表面12aに投影させた投影面積を実測することによって求められる。なお、膨潤後の投影面積を測定する際には、固着物19から洗浄液21が染み出る前に測定するために、洗浄液21から第1型枠12を引き出した後、1分以内に投影面積を測定する。
【0026】
洗浄液21は、少なくとも水を含むものであればよく、例えば、中性洗剤、アルカリ性洗剤などを用いることができる。特に、洗浄液21として中性洗剤を用いることによって、ゴム状の固着物19を効率的に膨潤させることができるだけでなく、酸性洗剤又はアルカリ性洗剤を用いる場合に比べて、第1型枠12の腐食や劣化を抑制することもできるため好ましい。
【0027】
洗浄液21の温度は特に制限されず、例えば、30℃以上80℃以下とすることができる。特に、洗浄液21の温度を40℃以上とすることによって、ゴム状の固着物19を効率的に膨潤させることができるとともに、次の第1及び第2ブラッシング工程のために第1型枠12を十分予熱することができる。
【0028】
第1型枠12の洗浄液21への浸漬時間は特に制限されないが、浸漬時間を60秒以上とすることによってゴム状の固着物19を十分膨潤させることができるため好ましい。
【0029】
2.第1ブラッシング工程
図6に示すように、軸心AXを中心として回転する回転ブラシ20によって、洗浄液21から引き出された第1型枠12の表面12aをブラッシングする。これにより、第1型枠12の表面12aに残留している固着物19を除去する。上述のとおり、表面12aに残留している固着物19は、浸漬前の1.05倍以上まで膨潤して表面12aとの密着力が小さくなっているため、比較的容易に表面12aから除去することができる。
【0030】
回転ブラシ20は、軸部21と、毛部22とを有する。軸部21は、軸心AXを中心として回転方向E1に回転する。本実施形態において、軸心AXは、第1型枠12の幅方向に沿って延びているが、これに限られない。毛部22は、軸部21に取り付けられる。毛部22は、軸部21から放射状に延びる複数のブラシ毛によって構成される。
【0031】
第1ブラッシング工程では、
図6に示すとおり、軸心AXと平行な方向から回転ブラシ20を見た場合に、第1位置P1から第2位置P2まで、回転ブラシ20の軸心AXを移動させることが好ましい。第1位置P1は、軸心AXの移動方向D1において、表面12aの第1端A1の外側に設定される。第2位置P2は、軸心AXの移動方向D1において、表面12aの第2端A2の外側に設定される。第1及び第2端A1,A2は、軸心AXと平行な方向から第1型枠12を側面視した場合における表面12aの両端である。第1端A1は、表面12aと第1側面12cとの交点であり、第2端A2は、表面12aと第2側面12dとの交点である。
【0032】
このように、回転ブラシ20の軸心AXを第1端A1の外側から第2端A2の外側まで移動させることによって、回転ブラシ20で表面12aの全面を効率的に洗浄することができる。特に、表面12aの両端付近に付いている固着物19を効率的に除去することができる。
【0033】
ここで、回転ブラシ20で表面12aは、第1平行面a1と、第2平行面a2と、第3平行面a3と、第1斜面a4と、第2斜面a5とを含んでいる。第1平行面a1は、軸心AXの移動方向D1に略平行であり、第1端A1を含む。第2平行面a2は、移動方向D1に略平行であり、第2端A2を含む。第2平行面a2は、移動方向D1において第1平行面a1の反対側に設けられる。第3平行面a3は、移動方向D1に略平行であり、凹部12bの底面である。第3平行面a3は、移動方向D1に垂直な方向(以下、「垂直方向」という。)において第1及び第2平行面a1,a2よりも軸心AXから離れている。第1斜面a4は、第1平行面a1と第3平行面a3とに連なる。第1斜面a4は、第1平行面a1から第3平行面a3に向かって徐々に低くなる。本実施形態において、第1斜面a4は、側面視で曲面状に形成されているが、側面視で平面状に形成されていてもよい。第2斜面a5は、第2平行面a2と第3平行面a3とに連なる。第2斜面a5は、第3平行面a3から第2平行面a2に向かって徐々に高くなる。本実施形態において、第2斜面a5は、側面視で曲面状に形成されているが、側面視で平面状に形成されていてもよい。
【0034】
また、回転ブラシ20は、軸部21と、毛部22とを有する。軸部21は、軸心AXを中心として回転する。軸心AXは、本発明に係る「軸心」の一例である。本実施形態において、軸心AXは、第1型枠12の幅方向に沿って延びているが、これに限られない。毛部22は、軸部21に取り付けられる。毛部22は、軸部21から放射状に延びる複数のブラシ毛によって構成される。
【0035】
第1ブラッシング工程において、第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれに沿って軸心AXを右方向に移動させる場合、回転ブラシ20を左回転(すなわち、反時計回りの回転)させてもよい。すなわち、軸心AXが第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれの上方を右方向に移動する間は、軸部21を左回転させてもよい。これにより、第1乃至第3平行面a1〜a3上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D1と同じにすることができるため、回転ブラシの移動に伴い、より強い力で付着物を除去することができる。
【0036】
第1ブラッシング工程において、第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれに沿って軸心AXを右方向に移動させる場合、回転ブラシ20を右回転(すなわち、時計回りの回転)させてもよい。すなわち、軸心AXが第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれの上方を右方向に移動する間は、軸部21を右回転させてもよい。これにより、第1乃至第3平行面a1〜a3上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D1と反対にすることができるため、回転ブラシによる枠型への負荷(傷、摩耗など)を低減することができる。
【0037】
第1ブラッシング工程において、第1斜面a4に沿って軸心AXを右方向に移動させる場合、回転ブラシ20を左回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第1斜面a4の上方を右方向に移動する間は、軸部21を左回転させてもよい。これにより、第1斜面a4上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D1と同じにすることができるため、回転ブラシの移動に伴い、より強い力で付着物を除去することができる。
【0038】
第1ブラッシング工程において、第1斜面a4に沿って軸心AXを右方向に移動させる場合、回転ブラシ20を右回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第1斜面a4の上方を右方向に移動する間は、軸部21を右回転させてもよい。これにより、第1斜面a4上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D1と反対にすることができるため、回転ブラシによる枠型への負荷(傷、摩耗など)を低減することができる。
【0039】
また、第1斜面a4の上方における軸心AXの移動速度を、第1平行面a1の上方における軸心AXの移動速度より遅くすることが好ましい。これにより、第1平行面a1に比べて回転ブラシ20を付着物30に接触させにくい第1斜面a4における付着物30の残留率を低減させることができる。特に、第1斜面a4の上方における軸心AXの平均移動速度を第1平行面a1の上方における軸心AXの平均移動速度の1.1倍以上とすることによって、付着物30の残留率をより低減させることができる。
【0040】
特に、回転ブラシ20を第1斜面a4上で停止させることが好ましい。これにより、第1斜面a4における付着物30の残留率を更に低減させることができる。
【0041】
第1ブラッシング工程において、第2斜面a5に沿って軸心AXを右方向に移動させる場合、回転ブラシ20を左回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第2斜面a5の上方を右方向に移動する間は、軸部21を左回転させてもよい。これにより、第2斜面a5上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D1と同じにすることができるため、回転ブラシの移動に伴い、より強い力で付着物を除去することができる。
【0042】
第1ブラッシング工程において、第2斜面a5に沿って軸心AXを右方向に移動させる場合、回転ブラシ20を右回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第2斜面a5の上方を右方向に移動する間は、軸部21を右回転させてもよい。これにより、第2斜面a5上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D1と反対にすることができるため、回転ブラシによる枠型への負荷(傷、摩耗など)を低減することができる。
【0043】
また、第2斜面a5の上方における軸心AXの移動速度を、第3平行面a3の上方における軸心AXの移動速度より遅くすることが好ましい。これにより、第3平行面a3に比べて回転ブラシ20を付着物30に接触させにくい第2斜面a5における付着物30の残留率を低減させることができる。特に、第2斜面a5の上方における軸心AXの平均移動速度を第3平行面a3の上方における軸心AXの平均移動速度の1.1倍以上とすることによって、付着物30の残留率をより低減させることができる。
【0044】
特に、回転ブラシ20を第2斜面a5上で停止させることが好ましい。これにより、第2斜面a5における付着物30の残留率を更に低減させることができる。
【0045】
第1ブラッシング工程において、回転ブラシ20が第1位置P1に位置する場合、毛部22は、第1端A1において表面12aに連なる第1側面12cに接触することが好ましい。これにより、例えば注入口14又は排出口15から溢れ出て固化した成形用スラリーが第1側面12cに付着していたとしても、当該付着物を第2側面12dから除去することができる。
【0046】
第1ブラッシング工程において、回転ブラシ20が第2位置P2に位置する場合、毛部22は、第2端A2において表面12aに連なる第2側面12dに接触することが好ましい。これにより、例えば注入口14又は排出口15から溢れ出て固化した成形用スラリーが第2側面12dに付着していたとしても、当該付着物を第2側面12dから除去することができる。
【0047】
また、60℃における複数のブラシ毛のロックウエル硬度(Mスケール)は、70以上100以下であることが好ましい。これにより、予熱された第1型枠12に接触することでブラシ毛が加熱されたとしても、ブラシ毛の形状を維持できるため、表面12aに付いている固着物19をより効率的に除去できる。さらに、60℃における複数のブラシ毛の曲げ弾性率(MPa)は、2000以上4000以下であることが好ましい。これにより、予熱された第1型枠12に接触することでブラシ毛が加熱されたとしても、ブラシ毛の弾性を維持できるため、表面12aに付いている固着物19をより効率的に除去することができる。
【0048】
3.第2ブラッシング工程
図7に示すように、回転ブラシ20の軸心AXを移動方向D2に移動させることによって、第1型枠12の表面12aを再びブラッシングする。これにより、第1ブラッシング工程では付着物30を除去しきれなかった場合に、残留している付着物30を除去する。第1ブラッシング工程において付着物30を十分除去できる場合、第2ブラッシング工程を行わなくてもよい。
【0049】
第2ブラッシング工程では、
図7に示すとおり、軸心AXと平行な方向から回転ブラシ20を見た場合に、第2位置P2から第1位置P1まで、回転ブラシ20の軸心AXを移動させることが好ましい。このように、回転ブラシ20の軸心AXを第2端A2の外側から第1端A1の外側まで移動させることによって、回転ブラシ20の毛部22で表面12aの全面を更に洗浄できる。
【0050】
第2ブラッシング工程において、第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれに沿って軸心AXを左方向に移動させる場合、回転ブラシ20を右回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれの上方を左方向に移動する間は、軸部21を右回転させてもよい。これにより、第1乃至第3平行面a1〜a3上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D2と同じにすることができるため、回転ブラシの移動に伴い、より強い力で付着物を除去することができる。
【0051】
第2ブラッシング工程において、第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれに沿って軸心AXを左方向に移動させる場合、回転ブラシ20を左回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第1乃至第3平行面a1〜a3それぞれの上方を左方向に移動する間は、軸部21を左回転させてもよい。これにより、第1乃至第3平行面a1〜a3上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D2と反対にすることができるため、回転ブラシによる枠型への負荷(傷、摩耗など)を低減することができる。
【0052】
第2ブラッシング工程において、第2斜面a5に沿って軸心AXを左方向に移動させる場合、回転ブラシ20を右回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第2斜面a5の上方を左方向に移動する間は、軸部21を右回転させてもよい。これにより、第2斜面a5上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D2と同じにすることができるため、回転ブラシの移動に伴い、より強い力で付着物を除去することができる。
【0053】
第2ブラッシング工程において、第2斜面a5に沿って軸心AXを左方向に移動させる場合、回転ブラシ20を左回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第2斜面a5の上方を左方向に移動する間は、軸部21を左回転させてもよい。これにより、第2斜面a5上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D2と反対にすることができるため、回転ブラシによる枠型への負荷(傷、摩耗など)を低減することができる。
【0054】
また、第2斜面a5の上方における軸心AXの移動速度を、第2平行面a2の上方における軸心AXの移動速度より遅くすることが好ましい。これにより、第2平行面a2に比べて回転ブラシ20を付着物30に接触させにくい第2斜面a5における付着物30の残留率を低減させることができる。特に、第2斜面a5の上方における軸心AXの平均移動速度を第2平行面a2の上方における軸心AXの平均移動速度の1.1倍以上とすることによって、付着物30の残留率をより低減させることができる。
【0055】
特に、回転ブラシ20を第2斜面a5上で停止させることが好ましい。これにより、第2斜面a5における付着物30の残留率を更に低減させることができる。
【0056】
第2ブラッシング工程において、第1斜面a4に沿って軸心AXを左方向に移動させる場合、回転ブラシ20を右回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第1斜面a4の上方を左方向に移動する間は、軸部21を右回転させてもよい。これにより、第1斜面a4上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D2と同じにすることができるため、回転ブラシの移動に伴い、より強い力で付着物を除去することができる。
【0057】
第2ブラッシング工程において、第1斜面a4に沿って軸心AXを左方向に移動させる場合、回転ブラシ20を左回転させてもよい。すなわち、軸心AXが第1斜面a4の上方を左方向に移動する間は、軸部21を左回転させてもよい。これにより、第1斜面a4上を毛部22の先端が移動する方向を移動方向D2と反対にすることができるため、回転ブラシによる枠型への負荷(傷、摩耗など)を低減することができる。
【0058】
また、第1斜面a4の上方における軸心AXの移動速度を、第3平行面a3の上方における軸心AXの移動速度より遅くすることが好ましい。これにより、第3平行面a3に比べて回転ブラシ20を付着物30に接触させにくい第1斜面a4における付着物30の残留率を低減させることができる。特に、第1斜面a4の上方における軸心AXの平均移動速度を第3平行面a3の上方における軸心AXの平均移動速度の1.1倍以上とすることによって、付着物30の残留率をより低減させることができる。
【0059】
特に、回転ブラシ20を第1斜面a4上で停止させることが好ましい。これにより、第1斜面a4における付着物30の残留率を更に低減させることができる。
【0060】
第2ブラッシング工程において、回転ブラシ20が第2位置P2に位置する場合、毛部22は、第2端A2において表面12aに連なる第2側面12dに接触することが好ましい。これにより、例えば注入口14又は排出口15から溢れ出て固化した成形用スラリーが第2側面12dに付着していたとしても、当該付着物を第2側面12dから除去することができる。
【0061】
第2ブラッシング工程において、回転ブラシ20が第1位置P1に位置する場合、毛部22は、第1端A1において表面12aに連なる第1側面12cに接触することが好ましい。これにより、例えば注入口14又は排出口15から溢れ出て固化した成形用スラリーが第1側面12cに付着していたとしても、当該付着物を第1側面12cから除去することができる。
【0062】
4.離型剤塗布工程
洗浄された第1型枠12の表面12aに離型剤17を塗布する。同様に、洗浄された第2型枠13の表面13aにも離型剤18を塗布する。離型剤17,18の塗布方法は特に制限されず、例えば、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法などを用いることができる。
【0063】
5.成形用スラリー調製工程
セラミックス粉末、分散媒、及びゲル化剤を混合して成形用スラリーを調製する。セラミックス粉末は、セラミックス部材に必要とされる特性に応じて適宜選択される。
【0064】
6.成形用スラリー注入工程
第1及び第2型枠12,13を連結させて金型10を組み立て、第1型枠12の注入口14から内部空間16に成形用スラリーを注入する。その後、一定時間(例えば、1時間)放置して、成形用スラリーを固化(ゲル化)させることによって、セラミックス成形体を形成する。そして、第2型枠13から第1型枠12を取り外して、セラミックス成形体を取り出す。
【0065】
上述した膨潤工程、第1ブラッシング工程及び第2ブラッシング工程により、第1及び第2型枠12,13それぞれから固着物19が十分に除去されているため、製造されるセラミック成形体の外形寸法精度を向上させることができる。
【0066】
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【0067】
上記実施形態では、第1型枠12及び第2型枠13のそれぞれが凹部を有することとしたが、これに限られない。第1型枠12及び第2型枠13の一方には、凹部が形成されていなくてもよい。
【0068】
上記実施形態では、第1ブラッシング工程後の第2ブラッシング工程において、第1型枠12の表面12aを再びブラッシングすることとしたが、第1ブラッシング工程のみで固着物19を十分除去できる場合には、第2ブラッシング工程を省略してもよい。
【実施例】
【0069】
以下において、本発明の実施例について説明する。本実施例では、型枠の内表面に付いたゴム状の固着物を膨潤させることによる除去効率向上効果について確認する。
【0070】
まず、金型に固着物が付いた状況を再現するために、
図1に示した第1型枠の表面に成形用スラリーを付着させ、当該成形用スラリーを固化させることによって、実施例1〜9及び比較例1〜3ごとに1個ずつ固着物を形成した。表1に示すように、固着物の投影面積(浸漬前の投影面積)を実際に想定される範囲で実施例1〜9及び比較例1〜3ごとに変更した。
【0071】
次に、浴槽に貯留した中性洗剤に第1型枠を浸漬させることによって、中性洗剤で固着物を膨潤させた。そして、実施例1〜9及び比較例1〜3それぞれの固着物の投影面積(浸漬後の投影面積)を測定した。表1に示すように、中性洗剤の温度と中性洗剤への浸漬時間とを調整することによって、固着物の膨潤度合い(浸漬後の投影面積/浸漬前の投影面積)を実施例1〜9及び比較例1〜3ごとに変更した。
【0072】
次に、第1型枠の表面を回転ブラシでブラッシングすることによって、固着物の除去を試みた。回転ブラシの回転数とブラッシング時間とは全サンプルで統一した。
【0073】
そして、実施例1〜9及び比較例1〜3それぞれにおいて、残留した固着物の投影面積を浸漬前の投影面積で除することによって固着物の残留率(%)を算出した。算出結果は表1に示す通りであった。表1では、固着物の残留率が0%であった場合を◎(完全に除去できた)と評価し、固着物の残留率が5%以下であった場合を〇(十分除去できた)と評価し、固着物の残留率が5%以下であった場合を×(セラミック成形体に傷が残る可能性がある)と評価した。
【0074】
【表1】
【0075】
表1に示すように、固着物の浸漬後の投影面積を浸漬前の投影面積の1.05倍以上とした実施例1〜9では、比較例1〜3に比べて固着物の残留率を低減させることができた。
【0076】
また、表1に示すように、固着物の浸漬後の投影面積を浸漬前の投影面積の1.09倍以上とすることによって、固着物の残留率をより低減できることが確認された。