JP5419664B2 - Long hollow ceramic member - Google Patents
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Description
本発明は、液晶または半導体の製造装置または精密測定装置に用いられる大型の長尺中空状セラミック部材に関する。 The present invention relates to a large, long, hollow ceramic member used in a liquid crystal or semiconductor manufacturing apparatus or a precision measuring apparatus.
近年、液晶または半導体の製造装置または精密測定装置の大型化に伴い、これらの装置に用いるセラミックスからなる構造部品、例えば基板の支持部材も大型化されてきている。この大型化された支持部材には、長さが1mを超えるような長尺セラミック部材が用いられることがある。このような大型の長尺セラミック部材は、重いために取り扱いが困難であり、この長尺セラミック部材を組み付けた装置もその重さのために搬送や移動が困難であることから、長尺セラミック部材の中央部に長手方向に連続した中空部を形成して中空状とすることによって軽量化が行なわれている。 In recent years, with the increase in size of liquid crystal or semiconductor manufacturing apparatuses or precision measuring apparatuses, structural parts made of ceramics used in these apparatuses, such as support members for substrates, have also been increased in size. A long ceramic member having a length exceeding 1 m may be used for the enlarged support member. Since such a large long ceramic member is heavy, it is difficult to handle, and the apparatus assembled with the long ceramic member is also difficult to convey and move due to its weight. The weight is reduced by forming a hollow portion that is continuous in the longitudinal direction at the center of the tube to form a hollow shape.
従来、1mを超える長尺中空状セラミック部材を得るための成形方法として、押出成形法が用いられている。押出成形法とは、粘土状に調製された成形原料である坏土を特定の出口形状を有する金型から押し出すことによって、特定の断面形状を有する成形体を連続的に成形する方法であり、棒状や筒状の長尺の成形体を得ることができる成形法である。この成形法で得られた成形体を乾燥した後に焼成することによって、長尺のセラミック焼結体が得られる。そして、この長尺セラミック焼結体を研削加工すれば、長尺セラミック部材を得ることができる。 Conventionally, an extrusion molding method has been used as a molding method for obtaining a long hollow ceramic member exceeding 1 m. The extrusion molding method is a method of continuously molding a molded body having a specific cross-sectional shape by extruding a clay, which is a molding raw material prepared in a clay shape, from a mold having a specific exit shape, This is a molding method capable of obtaining a rod-shaped or cylindrical long molded body. A long ceramic sintered body is obtained by drying and then firing the formed body obtained by this forming method. And if this long ceramic sintered compact is ground, a long ceramic member can be obtained.
このような長尺セラミック部材においては、乾燥工程における乾燥収縮の際に亀裂や曲がりを生じさせないことが必要である。 In such a long ceramic member, it is necessary not to cause cracks or bends during drying shrinkage in the drying process.
また、軽量化のために中空部を形成した長尺中空状セラミック部材の成形体では、乾燥工程において中空部内の空気が滞留してしまうので、成形体の中空部側付近(成形体の内面側)の乾燥が不十分となってしまうことから、中空部側の表面付近に亀裂が生じるという問題があった。 In addition, in a long hollow ceramic member formed with a hollow portion for weight reduction, air in the hollow portion is retained in the drying step, so the vicinity of the hollow portion side of the formed body (the inner surface side of the formed body) ) Would be insufficiently dried, and there was a problem that cracks occurred in the vicinity of the surface on the hollow portion side.
ここで、図6は従来の長尺中空状セラミック部材の一例を示す部分破断斜視図である。図6に示す長尺中空状セラミック部材5は、長手方向に垂直な断面の外周61が四角形状で、長手方向に貫通する四角形状の中空部62を有する長尺中空状セラミック部材5である。なお、図6においては、この長尺中空状セラミック部材5の4つの角部63を斜線のハッチングを施して示している。
Here, FIG. 6 is a partially broken perspective view showing an example of a conventional long hollow ceramic member. The long hollow ceramic member 5 shown in FIG. 6 is a long hollow ceramic member 5 having a square
このような長尺中空状セラミック部材5において中空部62側の表面付近に亀裂が生じるという問題を解決するために、特許文献1には、押出成形体を連続したままで、かつ押出速度で移動中にマイクロ波と遠赤外線ヒータの雰囲気中を通過させるとともに、特に中空部においては内部にドライエアを押出方向に平行に送給し、かつ中空部の水蒸気を外部へ排気するように押出成形体の裏面に排気口を穿設して水蒸気を外部へ排出させ、加熱時に水蒸気が中空部内に滞留して悪影響を与えるのを排除し、押出成形体をより迅速に変形および亀裂が生じないように押し出し成形体をより迅速に同一レベルの直線ライン上で乾燥し、焼成してセラミック板を製造する方法が開示されている。これによれば、押出成形体の中空部裏面に多数の排気口を穿設し、押出成形機の口金に内蔵された中子にドライエア等を供給して押出成形体の中空部内の水蒸気を外部へ排気しつつ乾燥させることで、亀裂のない長尺の乾燥体を得ることができるというものである。
In order to solve the problem that cracks occur in the vicinity of the surface on the
しかしながら、近年求められている長尺セラミック部材は大型化しており、それに伴い軽量化するために中空状とした長尺中空状セラミック部材の肉厚も厚いものとなっている。とりわけ、長尺中空状セラミック部材5の角部63は他の部位に比べて対角線方向に肉厚が厚い部分であるので、特許文献1に開示されている製造方法では、角部63の乾燥が不十分であった。そのため、乾燥が進んで成形体が乾燥収縮すると、乾燥が遅い角部63、例えば角部63の中央付近に亀裂が生じるという課題があった。
However, long ceramic members that have been demanded in recent years have become larger in size, and the thickness of the long hollow ceramic member that has been hollowed in order to reduce the weight has also increased. In particular, the
本発明はかかる従来技術の課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、長尺中空状セラミック部材の角部に亀裂が生じるのを抑制することができる長尺中空状セラミック部材を提供することにある。 The present invention has been devised in order to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a long hollow ceramic that can suppress the occurrence of cracks at the corners of the long hollow ceramic member. It is to provide a member.
本発明の長尺中空状セラミック部材は、長手方向に貫通した中空部を有する長尺中空状セラミック部材であって、長手方向に垂直な断面の外周が多角形状であり、前記断面において、外周角部に長手方向に貫通孔が設けられた成形体を乾燥した後に焼成してなることを特徴とするものである。
The long hollow ceramic member of the present invention is a long hollow ceramic member having a hollow portion penetrating in the longitudinal direction, and the outer periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is polygonal. and it is characterized in Rukoto such by firing after longitudinally through holes dried molded body established on the part.
また、本発明の長尺中空状セラミック部材は、上記構成において、長手方向に垂直な断面において、前記貫通孔が外周角部の頂点から前記中空部の外形に向けて引いた最短の直線上にあることを特徴とするものである。 Further, in the above configuration, the long hollow ceramic member of the present invention has a cross section perpendicular to the longitudinal direction, and the through hole is on the shortest straight line drawn from the apex of the outer peripheral corner portion toward the outer shape of the hollow portion. It is characterized by being.
また、本発明の長尺中空状セラミック部材は、上記各構成において、前記断面における前記貫通孔の形状が円形状であることを特徴とするものである。 The long hollow ceramic member of the present invention is characterized in that, in each of the above-described configurations, the shape of the through hole in the cross section is a circular shape.
本発明の長尺中空状セラミック部材によれば、長手方向に貫通した中空部を有する長尺中空状セラミック部材であって、長手方向に垂直な断面の外周が多角形状であり、断面において、外周角部に長手方向に貫通孔が設けられた成形体を乾燥した後に焼成してなることから、角部に亀裂が生じるのを抑制することができる。 According to the long hollow ceramic member of the present invention, it is a long hollow ceramic member having a hollow portion penetrating in the longitudinal direction, and the outer periphery of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is a polygonal shape. from Rukoto such by firing after longitudinally through holes dried molded body established on the corners, it is possible to prevent the cracks in the corners.
また、本発明の長尺中空状セラミック部材によれば、長手方向に垂直な断面において、貫通孔が外周角部の頂点から中空部の外形に向けて引いた最短の直線上にあるときには、角部の乾燥をより効率よく促進させることができる。 Further, according to the long hollow ceramic member of the present invention, when the through hole is on the shortest straight line drawn from the apex of the outer peripheral corner portion toward the outer shape of the hollow portion in the cross section perpendicular to the longitudinal direction, The drying of the part can be promoted more efficiently.
また、本発明の長尺中空状セラミック部材によれば、断面における貫通孔の形状が円形状であるときには、貫通孔の形状が非円形状であるものに比べて、貫通孔周りの応力集中を低減することができる。 Further, according to the long hollow ceramic member of the present invention, when the shape of the through hole in the cross section is a circular shape, the stress concentration around the through hole is reduced compared to the case where the shape of the through hole is a non-circular shape. Can be reduced.
以下、本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の例について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of a long hollow ceramic member of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の一例を示す、(a)は部分破断斜視図であり、(b)は(a)中の破線で囲んだ部分の拡大図である。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of a long hollow ceramic member of the present invention, (a) is a partially broken perspective view, and (b) is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in (a). is there.
図1(a)および(b)に示す例の長尺中空状セラミック部材1は、長手方向に垂直な断面(以下、単に断面という)の外周が四角形状であり、4つの外周角部には、それぞれ長手方向に延びる貫通孔12が設けられている。この貫通孔12の断面における外形(以下、単に断面形状という)は円形状である。
The long hollow
本発明の長尺中空状セラミック部材は、長手方向に貫通した中空部11を有する長尺中空状セラミック部材1であって、断面の外周が多角形状であり、その断面において外周角部に長手方向に貫通孔12が設けられていることが重要である。
The long hollow ceramic member of the present invention is a long hollow
本例の長尺中空状セラミック部材1によれば、外周角部に長手方向に延びる貫通孔12が設けてあることから、その貫通孔12から外周角部の成形体内部の水分などの溶媒成分が蒸発しやすくなり、乾燥時に外周角部に亀裂が生じるのを抑制することができる。また、焼成時にも、貫通孔12から外周角部の全体に熱が伝わりやすいので、焼成工程でも外周角部に亀裂が生じるのを抑制することができる。また、発生箇所,大きさおよび形状が特定できない亀裂と異なり、貫通孔12は、長尺中空状セラミック部材の用途に合わせて、設ける位置,大きさおよび形状を任意に変更することができるという利点がある。
According to the long hollow
次に、図2〜4に本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の他の例を示す。なお、図1に示した例と共通の部位を表す場合は同じ参照符号を用いて示す。 Next, FIGS. 2 to 4 show other examples of the embodiment of the long hollow ceramic member of the present invention. In addition, when showing the site | part common to the example shown in FIG. 1, it shows using the same referential mark.
図2は本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の他の例を示す、(a)は部分破断斜視図であり、(b)は(a)中の破線で囲んだ部分の拡大図である。図2に示す例の長尺中空状セラミック部材2は、断面の外周が三角形状であり、3つの外周角部には、長手方向に延びる貫通孔12がそれぞれ設けられている。
FIG. 2 shows another example of the embodiment of the long hollow ceramic member of the present invention, (a) is a partially broken perspective view, and (b) is an enlarged view of a part surrounded by a broken line in (a). FIG. The long hollow
図3は本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の他の例を示す、(a)は部分破断斜視図であり、(b)は(a)中の破線で囲んだ部分の拡大図である。図3に示す例の長尺中空状セラミック部材3は、断面の外周が五角形状であり、5つの外周角部には、長手方向に延びる貫通孔12がそれぞれ設けられている。
FIG. 3 shows another example of the embodiment of the long hollow ceramic member of the present invention, (a) is a partially broken perspective view, and (b) is an enlarged view of a part surrounded by a broken line in (a). FIG. The long hollow ceramic member 3 of the example shown in FIG. 3 has a pentagonal outer periphery in cross section, and five outer peripheral corners are provided with through
図4は本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の他の例を示す、(a)は部分破断斜視図であり、(b)は(a)中の破線で囲んだ部分の拡大図である。図4に示す例の長尺中空状セラミック部材4は、断面の外周が四角形状であり、外形が円形状である中空部11が形成されている。そして、この長尺中空状セラミック部材4の4つの外周角部には、長手方向に延びる貫通孔12がそれぞれ設けてある。
4A and 4B show another example of the embodiment of the long hollow ceramic member of the present invention. FIG. 4A is a partially broken perspective view, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. FIG. The long hollow
このように、図2〜4に示す例の長尺中空状セラミック部材2〜4は、図1に示す例の長尺中空状セラミック部材1について説明したように、それぞれの長尺中空状セラミック部材2〜4の外周角部には長手方向に延びる貫通孔12が設けてあることから、その貫通孔12から外周角部の水分などの溶媒成分が蒸発しやすくなり、乾燥時に外周角部に亀裂が生じるのを抑制することができる。また、焼成時にも、貫通孔12から外周角部の全体に熱が伝わりやすいから、焼成工程でも外周角部に亀裂が生じるのを抑制することができる。
As described above, the long hollow
また、本発明の長尺中空状セラミック部材においては、断面において、貫通孔12が外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線上にあることが好ましい。断面の外周が多角形状の長尺中空状セラミック部材1〜4の場合は、他の部位に比べて対角線方向に肉厚が厚いので、断面において外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線上にある部分は、他の部位に比べて水分が蒸発しにくい。したがって、この直線上に貫通孔12を設ければ、長尺中空状セラミック部材1〜4の成形体からの外周角部の水分などの溶媒成分の蒸発を促進できるので、外周角部において亀裂が生じるのを効果的に抑制することができる。
Further, in the long hollow ceramic member of the present invention, it is preferable that the through
また、本発明の長尺中空状セラミック部材においては、貫通孔12の断面形状が円形状であることが好ましい。長尺中空状セラミック部材1〜4のように貫通孔12の断面形状が多角形状の場合は、長尺中空状セラミック部材1〜4に曲げ応力や引張り応力などの負荷がかかると貫通孔12の角部に応力が集中しやすいが、貫通孔12が円形状の場合は、多角形状のように角部に応力が集中しないので、貫通孔12周りの応力集中が比較的小さいものとなる。
In the long hollow ceramic member of the present invention, the through
また、本発明の長尺中空状セラミック部材においては、貫通孔12が円形状である場合の直径D(以下、単に貫通孔12の直径Dという)は、中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7以上1/4以下であることが好ましい。また、貫通孔12の断面形状が多角形状の場合は、多角形状の断面形状の外接円の直径Dが中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7以上1/4以下となるように貫通孔12を形成すればよい。つまり、長尺中空状セラミック部材1〜4の成形体から外周角部の水分などの溶媒成分を効率よく蒸発させるためには、貫通孔12の直径Dが、断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7以上1/4以下であればよい。貫通孔12の直径Dがこのような範囲であれば、長尺中空状セラミック部材1〜4の成形体からの外周角部の水分などの溶媒成分の蒸発速度を最適化して、外周角部において亀裂が生じるのをより効果的に抑制することができて好ましい。
Further, in the long hollow ceramic member of the present invention, the diameter D (hereinafter simply referred to as the diameter D of the through hole 12) when the through
長尺中空状セラミック部材1〜4の外周角部に設けられた貫通孔12の直径Dが、断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7未満であると、貫通孔12は相対的に径が小さくなるので、貫通孔12から蒸発する外周角部の水分などの溶媒成分が相対的に少なくなって、亀裂が生じるのを抑制する効果が減少する傾向がある。また、長尺中空状セラミック部材1〜4の外周角部に設けられた貫通孔12の直径Dが断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/4より大きくなると、貫通孔12は相対的に直径が大きくなるので、貫通孔12と外周との間の肉厚が相対的に薄くなり、この肉厚の部分に反りや捻れが生じたり、長尺中空状セラミック部材の強度が下がったりする傾向がある。
When the diameter D of the through-
以上の例では貫通孔12の断面形状が円形状のものを示したが、貫通孔12の断面形状は、例えば、三角形状,四角形,五角形状,六角形状,七角形状または八角形状などの多角形状であってもよい。また、貫通孔12の断面形状が多角形状の場合は、長尺中空状セラミック部材1〜4に外力が生じたときに貫通孔12の角部に応力が集中して破損しやすいので、断面形状の角部に曲率半径を持たせた形状としておくことが好ましい。
In the above example, the through-
ここまで、本発明の長尺中空状セラミック部材の実施の形態の例を図1〜4に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、例えば断面における外周の形状が六角形状,七角形状または八角形状であったり、外周角部の角を取るいわゆる面取りを行なったり、複数の中空部を設けるなどの変更や改良を加えたりすることができることは言うまでもない。 Examples of the embodiment of the long hollow ceramic member of the present invention have been shown in FIGS. 1 to 4 so far, but the present invention is not limited to this and is within the scope not departing from the gist of the present invention. For example, the shape of the outer periphery in the cross section is hexagonal, heptagonal, or octagonal, so-called chamfering that takes the corners of the outer peripheral corners, or changes or improvements such as providing a plurality of hollow portions. It goes without saying that it can be done.
また、本発明の長尺中空状セラミック部材において、外周角部に設ける貫通孔は必ずしも全ての外周角部に設ける必要はなく、外周角部における亀裂の発生状況に応じて、外周角部の1つ以上に設ければよい。 Further, in the long hollow ceramic member of the present invention, the through holes provided in the outer peripheral corners do not necessarily have to be provided in all the outer peripheral corners. It is sufficient to provide more than one.
なお、本発明の長尺中空状セラミック部材は、構造部品の大型化に求められる、長尺で強度が高く、かつ軽量であることに応えるために、図1〜4に示す長さLが0.5m以上であり、中空部11を有して強度を保つための厚みtが10mm以上40mm以下であるものに好適に適用できる。
Note that the long hollow ceramic member of the present invention has a length L shown in FIGS. The thickness t for maintaining the strength by having a
また、本発明の長尺中空状セラミック部材に用いるセラミックスとしては、アルミナ,ジルコニアなどの酸化物セラミックス、または窒化珪素,炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能である。その中でも特に、液晶および半導体の製造工程や精密測定で用いられる薬品や腐食性ガスに対して良好な耐食性を有し、かつ適度な機械的強度を有するとともに他のセラミック材料と比較して安価であるアルミナセラミックスを用いるのが好ましい。 Moreover, as ceramics used for the long hollow ceramic member of the present invention, oxide ceramics such as alumina and zirconia, or non-oxide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide can be applied. In particular, it has good corrosion resistance against chemicals and corrosive gases used in liquid crystal and semiconductor manufacturing processes and precision measurement, and has moderate mechanical strength and is inexpensive compared to other ceramic materials. It is preferable to use some alumina ceramics.
次に、本発明の長尺中空状セラミック部材の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the elongate hollow ceramic member of this invention is demonstrated.
図5は、本発明の長尺中空状セラミック部材を得るための押出成形機の例を示す概略断面図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of an extruder for obtaining a long hollow ceramic member of the present invention.
図5に示すスクリュー式の押出成形機50は、坏土投入口52および坏土を混練するパッグスクリュー53を有するパッグミル部51と、真空引きして坏土中の気泡を排出する真空室54と、坏土を押し出すオーガスクリュー56を有するオーガ部55と、坏土を分断する複数の整流はねを放射状に備えた坏土整流部58および坏土剪断部89を備えて坏土を特定形状に成形する押し出し金型部57とから構成されている。
The screw-type
また、図示していないが、パッグスクリュー53およびオーガスクリュー56は、それぞれ片方を軸受けに接続固定されて、動力源に接続されている。さらに、真空室54にはその内部を真空引きするための真空ポンプ(図示せず)が接続されている。
Although not shown, one of the
この押出成形機50を用いる本発明の長尺中空状セラミック部材の製造方法では、アルミナ原料を主としたセラミック材料、バインダおよび溶媒を混合して坏土とし、この坏土を、複数の整流はねを放射状に備えた坏土整流部58と、長尺中空状成形体を得るための坏土剪断部59とを有するスクリュー式の押出成形機50を用いて押し出し成形し、得られた長尺中空状成形体を焼成する。
In the manufacturing method of the long hollow ceramic member of the present invention using this
次に、本発明の長尺中空状セラミック部材の製造方法の詳細について説明する。 Next, the detail of the manufacturing method of the elongate hollow ceramic member of this invention is demonstrated.
まず、アルミナ原料としては、工業製品として多く利用されている市販のα−アルミナ原料で純度が99.5%以上,平均粒子径が1μm以上3μm以下のものが好ましく、さらにソーダ成分(Na2O)が0.1質量%以下のものであれば、焼成した際にソーダ成分(Na2O)が飛散して焼成炉内を汚染する心配が少なくて、なお好ましい。ここで、このアルミナ原料の平均粒子径とは、レーザ回折式粒度分布測定法により測定された50%粒子径D50を表す。また、焼結助剤としては例えばマグネシア(MgO),シリカ(SiO2),カルシア(CaO)などを用いる。その添加総量は、アルミナ質焼結体のアルミナの純度が95質量%以上になるように焼結助剤の総量を5質量%以下にするのが、焼結体の剛性を高める上でよい。なお、予めアルミナ原料と焼結助剤とは水などの溶媒と混合してスラリー状にし、それを噴霧乾燥法(スプレードライ)により顆粒に造粒したものを用いても何ら差し支えない。
First, as the alumina raw material, a commercially available α-alumina raw material that is widely used as an industrial product, preferably having a purity of 99.5% or more and an average particle diameter of 1 μm to 3 μm, and a soda component (Na 2 O) as long as 0.1 wt% or less, and soda component (
バインダとしては、一般に押し出し成形用の坏土に用いられるメチルセルロース(MC),カルボキシメチルセルロース(CMC),ヒドロキシプロピルセルロ−ス(HPC),ポリビニルアルコール(PVA),ポリビニルブチラール(PVB)などを用いる。バインダの添加総量は、アルミナ原料と焼結助剤とを含むセラミック材料100質量部に対して固形分で2質量部以上8質量部以下を添加すれば、押し出し成形時の流動性や成形体の保形性が高くてよい。さらに、潤滑剤として、ワックス,グリセリン,ステアリン酸などを固形分で1質量部以上8質量部以下の量で適宜添加してもよい。また、溶媒としては水が好適であり、特にイオン交換水が不純物の量が少ないため好ましい。そして、アルミナ原料を主とした焼結助剤を含むセラミック材料,バインダおよび溶媒を秤量して混合して、万能混合機や3本ロールミルなどを用いて混練する。この混練により、アルミナ原料および焼結助剤からなるセラミック材料の表面をバインダや溶媒が均一に包み込んで、可塑性を持った坏土となる。 As the binder, methyl cellulose (MC), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl cellulose (HPC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB) and the like generally used for extrusion molding clays are used. The total amount of binder added can be determined by adding 2 parts by weight or more and 8 parts by weight or less in solid content to 100 parts by weight of ceramic material containing alumina raw material and sintering aid. Good shape retention. Furthermore, as a lubricant, wax, glycerin, stearic acid or the like may be appropriately added in an amount of 1 part by mass or more and 8 parts by mass or less in terms of solid content. Further, water is preferable as the solvent, and ion-exchanged water is particularly preferable because the amount of impurities is small. Then, a ceramic material containing a sintering aid mainly containing an alumina raw material, a binder, and a solvent are weighed and mixed, and kneaded using a universal mixer, a three-roll mill, or the like. By this kneading, the surface of the ceramic material made of the alumina raw material and the sintering aid is uniformly wrapped with a binder and a solvent, and a plastic clay is obtained.
次いで、この坏土を押出成形機50の坏土投入口52より投入する。投入された坏土は、パッグスクリュー53の回転によって混練され、パッグスクリュー53とパッグミル部51の内壁との隙間を通って、真空室54へと押し出される。真空室54へと押し出された成形原料は、真空室54に接続された真空ポンプによって内部の気泡が排出される。その後、オーガスクリュー56の回転により、オーガスクリュー56とオーガ部55との隙間を通って押し出し金型部57の方向へと押し出される。
Next, this clay is introduced from the
押し出し金型部57には、本発明の長尺中空状セラミック部材における外周角部と対応する位置に、貫通孔12の開口部の断面形状に対応した中子(図示せず)が設けられている。この押し出し金型部57に設けられた中子により、長尺中空状成形体の外周角部に貫通孔12を設けることができる。
The extrusion die
次に、押し出し成形により得られた長尺中空状セラミック部材の成形体を乾燥機に入れ、大気雰囲気にて室温付近の20℃から徐々に80℃付近まで昇温して乾燥させる。その後、アルミナ原料の純度や焼結助剤の種類に応じて、大気雰囲気の焼成炉を用いて1550℃以上1650℃以下の焼成温度で焼成を行なう。 Next, the long hollow ceramic member molded body obtained by extrusion molding is put into a dryer, and dried by raising the temperature gradually from 20 ° C. near room temperature to about 80 ° C. in an air atmosphere. Thereafter, firing is performed at a firing temperature of 1550 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower using a firing furnace in an air atmosphere according to the purity of the alumina raw material and the type of sintering aid.
最後に、得られた焼結体に所望の寸法となるように仕上げ加工を施すことにより、長尺中空状セラミック部材を得る。 Finally, a long hollow ceramic member is obtained by finishing the obtained sintered body so as to have a desired dimension.
以上のような製造方法により、長尺中空状セラミック部材1〜4の外周角部に、長手方向に延びる貫通孔12を設け、好ましくは、長尺中空状セラミック部材1〜4において、貫通孔12の直径Dを中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7以上1/4以下とすることで、長尺中空状セラミック部材1〜4の成形体の乾燥工程において外周角部に設置された貫通孔12から水分などの溶媒成分が蒸発し、外周角部の乾燥が速まり、乾燥の際の長尺中空状セラミック部材の成形体の乾燥収縮による外周角部の亀裂の発生を抑制することができる長尺中空状セラミック部材1〜4を得ることができる。
By the manufacturing method as described above, the through
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.
本発明の長尺中空状セラミック部材と従来の長尺中空状セラミック部材とを同様の製造工程を用いて製造し、長尺中空状セラミック部材の外周角部の中央付近の乾燥収縮に起因する亀裂が生じるかどうか確認する試験を実施した。以下、試験の詳細および結果について説明する。 The long hollow ceramic member of the present invention and the conventional long hollow ceramic member are manufactured using the same manufacturing process, and cracks are caused by drying shrinkage near the center of the outer peripheral corner of the long hollow ceramic member. A test was conducted to confirm whether or not Hereinafter, details and results of the test will be described.
まず、アルミナ原料の純度が99.8%でありソーダ成分(Na2O)が0.05質量%である低ソーダのα−アルミナ原料を96質量%と、マグネシア,カルシア,シリカを含む焼結助剤の総量が4質量%とを混合して100質量%として、この混合したセラミック材料100質量部に対し、バインダにはメチルセルロースを4質量部とポリビニルアルコールを2質量部と、潤滑剤にはワックスを2質量部と、そしてイオン交換水を14質量部とを秤量して混合し、さらに3本ロールミルにて混練して、押し出し成形用の坏土とした。
First, the total amount of sintering aid including 96% by mass of low-soda α-alumina material having a purity of 99.8% alumina raw material and 0.05% by mass soda component (Na 2 O), and magnesia, calcia and
(実施例1)
作製した坏土を用いて、図5に示す押出成形機50によって押し出し成形を行ない、図1に示す例の長尺中空状セラミック部材1の形状で、厚みtが10mm,長さLが1m,幅が65mm,高さが65mmの外形寸法であり、その断面において中空部11は外形が長尺中空状セラミック部材1の外周に平行な辺を有する四角形状に形成されており、また貫通孔12の直径Dを3mmとした実施例の成形体Xを30本作製した。さらに、その成形体Xを20℃から徐々に80℃付近まで昇温して乾燥させた。また、長尺中空状セラミック部材1と同様の外形寸法で、貫通孔12が無い従来の長尺中空状セラミック部材となる比較例の成形体Yを30本作製し、同条件で乾燥させた。その後、作製した成形体XおよびYの中から無作為にそれぞれ20本選択し、外周角部に亀裂が生じなかったものの数を良品数として、それぞれの良品数を確認した。確認には、それぞれの成形体XおよびYを長手方向に垂直に複数箇所切断して、外周角部の亀裂の有無を目視で調べた。
Example 1
Using the produced clay, extrusion molding is performed by an
その結果、本発明の実施例の成形体Xは、同じ寸法の比較例の成形体Yよりも、良品数が多かった。 As a result, the molded product X of the example of the present invention had more non-defective products than the molded product Y of the comparative example having the same dimensions.
さらに、作製した残りの乾燥した成形体Xおよび成形体Yを、大気雰囲気の焼成炉を用いて1600℃の温度で焼成して焼結体を作製し、成形体XおよびYと同様に長手方向に垂直に複数箇所切断して、良品数を確認した。 Further, the remaining dried molded body X and molded body Y were fired at a temperature of 1600 ° C. using a firing furnace in an air atmosphere to produce a sintered body. The number of non-defective products was confirmed by cutting a plurality of parts vertically.
その結果、本発明の実施例の長尺中空状セラミック部材1は、同じ寸法の比較例の長尺中空状セラミック部材よりも、良品数が多かった。
As a result, the long hollow
また、同様の試験を図2〜4に示す例の長尺中空状セラミック部材2〜4の形状でも行なったところ結果は同じで、乾燥工程および焼成工程ともに本発明の実施例の長尺中空状セラミック部材の方が比較例よりも良品数が多かった。なお、長尺中空状セラミック部材4の形状では、中空部11は、断面の外形が外周の各辺に平行な四角形に内接するように形成した。
Moreover, when the same test was performed on the shapes of the long hollow
(実施例2)
次に、実施例1と同様の製造工程を用いて、本発明の長尺中空状セラミック部材1〜4の貫通孔12の位置が、外周角部に生じる亀裂に対して影響するのかどうか確認する試験を実施した。
(Example 2)
Next, using the same manufacturing process as in Example 1, it is confirmed whether or not the position of the through
図1に示す例の長尺中空状セラミック部材1の形状で、厚みtが10mm,長さLが1m,幅が65mm,高さが65mmの外形寸法であり、その断面において中空部11は外形が長尺中空状セラミック部材1の外周に平行な辺を有する四角形状に形成されており、貫通孔12の直径Dが2mmで、貫通孔12の断面における中心と、外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線の中点とが等しくなる成形体A0を30本作製した。さらに、同様にして、貫通孔12の中心の位置が、外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線上において、この直線の中点から外周角部の頂点の方向に1mmずらした点と等しくなる成形体A1,2mmずらした点と等しくなる成形体A2、中空部11の方向に1mmずらした点と等しくなる成形体A3,2mmずらした点と等しくなる成形体A4をそれぞれ30本作製した。また、貫通孔12の中心の位置が、外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線の中点から水平方向に、最近の外周側に向けて1mmずらした点と等しくなる成形体B1,2mmずらした点と等しくなる成形体B2、その逆方向に1mmずらした点と等しくなる成形体B3,2mmずらした点と等しくなる成形体B4、垂直方向に、最近の外周側に向けて1mmずらした点と等しくなる成形体C1,2mmずらした点と等しくなる成形体C2、その逆方向に1mmずらした点と等しくなる成形体C3,2mmずらした点と等しくなる成形体C4を、同様にそれぞれ30本ずつ作製した。それから、それらの成形体A0〜A4,B1〜B4およびC1〜C4を20℃から徐々に80℃付近まで昇温して乾燥させ、無作為にそれぞれ20本選択し、それぞれの良品数を確認した。確認には、それぞれの成形体A0〜A4,B1〜B4およびC1〜C4を長手方向に垂直に複数箇所切断して、外周角部の亀裂の有無を目視で調べた。
The shape of the long hollow
その結果、成形体A0〜A4の良品数が他の成形体に比べて多かった。とりわけ、成形体A0の良品数が最も多かった。また、成形体B1〜B4およびC1〜C4においては、B1,B3,C1およびC3が良品数が比較的多かった。 As a result, the number of non-defective products of the molded products A 0 to A 4 was larger than other molded products. In particular, good number of the compact A 0 was the most common. Further, in the compacts B 1 to B 4 and C 1 to C 4 , B 1 , B 3 , C 1 and C 3 had a relatively large number of non-defective products.
さらに、作製した残りの乾燥した成形体A0〜A4,B1〜B4およびC1〜C4を、大気雰囲気の焼成炉を用いて1600℃の温度で焼成して焼結体を作製し、成形体A0〜A4,B1〜B4およびC1〜C4と同様に長手方向に垂直に複数箇所切断して、良品数を確認した。
Further, the remaining dried formed bodies A 0 to A 4 , B 1 to B 4 and C 1 to C 4 were fired at a temperature of 1600 ° C. using a firing furnace in an air atmosphere to produce a sintered body. and
その結果、成形体A0〜A4の焼結体の良品数が他の焼結体に比べて多かった。 As a result, the number of non-defective products of the compacts A 0 to A 4 was larger than that of other sintered bodies.
また、同様の試験を図2〜4に示す例の長尺中空状セラミック部材2〜4の形状でも行なったところ結果は同じで、乾燥工程および焼成工程ともに貫通孔12が外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線上にある長尺中空状セラミック部材2〜4が他の例に比べて良品数が多かった。なお、長尺中空状セラミック部材4の形状では、中空部11は、断面の外形が外周の各辺に平行な四角形に内接するように形成した。
Moreover, when the same test was performed on the shapes of the long hollow
以上の結果から、貫通孔12は断面において外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線上にあることが好ましく、さらに、貫通孔12の中心と、外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線の中点とが近いほど、外周角部に亀裂が生じるのを効果的に抑制できることが分かった。
From the above results, the through-
(実施例3)
次に、実施例1と同様の製造工程を用いて、本発明の長尺中空状セラミック部材1〜4の貫通孔12の大きさが、外周角部の角部に生じる亀裂に対して影響するのかどうか確認する試験を実施した。
(Example 3)
Next, using the same manufacturing process as in Example 1, the size of the through
実施例1と同様の製造工程により、図1〜4に示す例の長尺中空状セラミック部材1〜4の形状で、厚みtが10mm,外形寸法が長さLが1m,幅が65mm,高さが65mmの外寸法であり、その断面において中空部11は外形が長尺中空状セラミック部材1の外周に平行な辺を有する四角形状に形成されており(長尺中空状セラミック部材4の形状では、中空部11は、断面の外形が外周の各辺に平行な四角形に内接するように形成した)、貫通孔12の直径Dが、断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/8,1/7,1/6,1/5,1/4,1/3となる成形体No.1〜6をそれぞれ20本ずつ作製した。なお、成形体No.1〜6はすべて、貫通孔12の断面における中心と、外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線の中点とが等しくなるように貫通孔12を設けた。また、貫通孔12の直径Dの値は小数第3位以下を切り捨てて求めた。それから、同じ外形寸法で貫通孔12が無い従来の長尺中空状セラミック部材となる成形体No.7を20本作製した。それから、作製した成形体No.1〜7を20℃から徐々に80℃付近まで昇温して乾燥し、良品数を確認した。その結果を表1に示す。なお、角部に亀裂は無かったが貫通孔12と外周との間の肉厚の部分に反りや捻れが生じたものは不良品とした。また、表1中のGは、貫通孔12の直径D(単位はmm)と断面における中空部の外形と外周角部の頂点との最短距離(単位はmm)との関係を、次に示す式(1)で表したときの値である。
直径D=断面における中空部の外形と外周角部の頂点との最短距離×G・・(1)
By the same manufacturing process as in Example 1, the shape of the long hollow
Diameter D = the shortest distance between the outer shape of the hollow portion and the apex of the outer peripheral corner in the cross section × G (1)
表1に示す結果から分かるように、成形体No.1〜6は、貫通孔12のない成形体No.7に比べて良品数が多かった。 As can be seen from the results shown in Table 1, compact No. Nos. 1 to 6 are molded bodies having no through holes 12. Compared to 7, there were more non-defective products.
また、成形体No.2〜5のような、貫通孔12の直径Dが、断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7以上1/4以下の成形体では、作製した20本の成形体No.2〜5のうち9割以上の成形体が良品であった。この範囲以外の直径Dの貫通孔12を設けた成形体では、良品数が、作製した20本の成形体の9割以上となるものはなかった。
In addition, the molded product No. In the case where the diameter D of the through-
この結果、本発明の長尺中空状セラミック部材1〜4では、貫通孔12の直径Dが、断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/7以上1/4以下であることが好適であることが分かった。
As a result, in the long hollow
(実施例4)
次に、本発明の長尺中空状セラミック部材1〜4について、外周角部に設ける貫通孔12の断面形状を種々変更した試料を実施例1と同様の製造方法により製造し、その効果を確認する試験を実施した。
Example 4
Next, for the long hollow
実施例1と同様の製造工程により、図1に示す例の長尺中空状セラミック部材1の形状で、厚みtが10mm,長さLが1m,幅が65mm,高さが65mmの外形寸法であり、その断面において中空部11は外形が長尺中空状セラミック部材1の外周に平行な辺を有する四角形状に形成されており、貫通孔12の直径Dが、断面における中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/4となる成形体Oを5本作製した。なお、成形体Oでは、貫通孔12の断面における中心と、外周角部の頂点から中空部11の外形に向けて引いた最短の直線の中点とが等しくなるように貫通孔12を設けた。それから、成形体Oと同形状で、貫通孔12の断面形状を四角形状に変更した成形体Pを5本作製した。なお、成形体Pの貫通孔12は、断面における外形の外接円の直径Dが中空部11の外形と外周角部の頂点との最短距離の1/4となるように形成した。また、成形体Oと同形状で、貫通孔12の断面形状の4つの角部にそれぞれ曲率半径1.5mmの曲線を持つような成形体Qを5本作製した。それから、作製した成形体P〜Qを20℃から徐々に80℃付近まで昇温して乾燥させ、大気雰囲気の焼成炉を用いて1600℃の温度で焼成して焼結体を作製した。
By the same manufacturing process as in Example 1, the shape of the long hollow
そして、大型の曲げ試験機(株式会社鷺宮製作所製 BMH203)を用いて、作製した成形体P〜Qの焼結体を、外周面に対して垂直な荷重がかかるように固定し、3点曲げ強度(以下、強度という)を5回測定して、平均値を各焼結体の強度とした。 Then, using a large bending tester (BMH203 manufactured by Kinomiya Seisakusho Co., Ltd.), the produced sintered bodies P to Q are fixed so that a load perpendicular to the outer peripheral surface is applied, and three-point bending is performed. The strength (hereinafter referred to as strength) was measured 5 times, and the average value was taken as the strength of each sintered body.
その結果、断面形状が円形状の貫通孔12を設けた成形体Oの焼結体は、断面形状が四角形状の貫通孔12を設けた成形体PおよびQの焼結体の強度に比べて大きかった。また、断面形状が角部に曲率半径を持たせた四角形状の貫通孔12を設けた成形体Qの焼結体は、断面形状が角部に曲率半径を持たない四角形状の貫通孔12を設けた成形体Pの焼結体の強度に比べて大きかった。
As a result, the sintered body of the molded body O provided with the through-
また、同様の試験を図2〜4に示す例の長尺中空状セラミック部材2〜4の形状でも行なったところ結果は同じで、断面形状が円形状の貫通孔を設けた焼結体が最も強度が高く、次に、断面形状が角部に曲率半径を持たせた四角形状の貫通孔12を設けた焼結体、断面形状が角部に曲率半径を持たない四角形状の貫通孔12を設けた焼結体の順に強度が高かった。なお、長尺中空状セラミック部材4の形状では、中空部11は、断面の外形が外周の各辺に平行な四角形に内接するように形成した。
Moreover, when the same test was performed on the shapes of the long hollow
以上の結果から、本発明の長尺中空状セラミック部材では、断面における貫通孔の形状は円形状が好ましいことが分かった。 From the above results, it was found that in the long hollow ceramic member of the present invention, the shape of the through hole in the cross section is preferably circular.
1〜5:長尺中空状セラミック部材
11:中空部
12:貫通孔
D:貫通孔の直径
L:長尺中空状セラミック部材の長さ
t:肉厚
1-5: Long hollow ceramic member
11: Hollow part
12: Through hole D: Diameter of the through hole L: Length of the long hollow ceramic member t: Wall thickness
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