JP2002264163A

JP2002264163A - 消失模型用発泡樹脂ブロック製造用金型及び消失模型用発泡樹脂ブロック

Info

Publication number: JP2002264163A
Application number: JP2001064172A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Saito; 正俊斎藤; Toshiaki Ogoshi; 俊明大越
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-18
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP4632563B2

Abstract

(57)【要約】【課題】予備発泡前の発泡性樹脂粒子の粒径が０．４
〜０．９ｍｍ程度の小さいものを使用して厚肉のブロッ
クを製造する際、成形後の収縮が少ない発泡面圧でも融
着率が８０％以上確保出来るようにする。【解決手段】粒径０．４ｍｍ以上０．９ｍｍ以下の発
泡性樹脂粒子を予備発泡させた発泡粒子を金型１内に充
填し、金型１内部に蒸気を吹き付けて発泡粒子を融着さ
せて４００ｍｍ以上の厚みの直方体の発泡樹脂ブロック
を製造する際、蒸気吹き出し孔としてのスリット溝６の
最大開孔幅を０．８ｍｍ以下にし、また、少なくとも可
動型３の面と、その対向面の開孔率を４〜２５％にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造用消失模型を
作製するのに適した発泡樹脂ブロック及び同発泡樹脂ブ
ロックを製造するための金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば発泡ポリスチレン等で成形
した模型を鋳物砂の中に埋め、溶湯を注入することで模
型を消失させるとともに、模型部分を溶湯で置換して模
型と同形状の鋳造品を製造するようないわゆるフルモー
ルド鋳造法が知られており、このような模型の作製は、
従来は直方体の発泡ポリスチレンブロック等から手作り
で切出して作製していたが、近年では、ＮＣマシンで切
削する方法が主流になっている。また、大型模型の場
合、発泡ポリスチレンブロックのサイズも、例えば９２
０ｍｍ×１８２０ｍｍ×４２０ｍｍの程度のものや、１
２２０ｍｍ×２４００ｍｍ×５００ｍｍ程度のもの等、
厚みが４００ｍｍを超えるサイズのものが多用されるよ
うになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
大きいブロックから模型を作製する場合、ＮＣマシンの
切削スピードを上げて作製時間を短縮することが望まれ
るが、切削スピードを上げると粒子が飛び散って模型表
面に多数の凹凸が発生するようになり、鋳造品の鋳肌を
綺麗にすることが出来ない。そしてこのことは、特に粒
子の径が小さい場合は切削スピードを上げても比較的表
面が綺麗であり、粒径が大きくなるに連れて表面の凹凸
が激しくなるような傾向にある。

【０００４】一方、発泡ポリスチレンブロック等の製造
は、蒸気により発泡性樹脂粒子を予備発泡させて発泡粒
子を製造した後、この発泡粒子を密封金型に充填して金
型内に蒸気を吹き出すことにより、発泡粒子を融着させ
てブロック化する方法が一般的であるが、この際の発泡
粒子の融着率も、切削時の模型表面の凹凸の発生に影響
し、融着率が８０％程度以上であると、切削スピードを
上げても比較的表面が綺麗であり、８０％程度以下であ
ると、表面の凹凸が激しくなるような傾向にある。しか
しながら、このような融着は、発泡粒子の粒径が大きい
ほど粒子間に蒸気が入り易くなって、例えば予備発泡前
の発泡性樹脂粒子の粒径が１．０ｍｍ程度以上のものは
比較的容易に製造出来るものの、発泡性樹脂粒子の粒径
が０．４〜０．９ｍｍ程度の小さいものを使用して、例
えば４００ｍｍ程度以上の厚みのブロックを製造しよう
とすると、中心部等では粒子間に蒸気が入り込みにくく
なって、融着率を８０％程度以上にするのが非常に難し
かった。このような場合、融着率を上げるため、蒸気元
圧力を上げるか、蒸気加熱時間を上げるような方法が考
えられるが、この場合は、作業性を低下させるだけでな
く、いずれも成形品の外観が収縮してしまいＮＣマシン
にセットしずらくなったり、切削後の成形品の寸法変化
が大きなものとなってしまう等の問題がある。すなわ
ち、融着率が高くまた粒径が小さい場合には、切削スピ
ードを上げても模型の表面を綺麗に維持することが出来
るが、このような消失模型用発泡樹脂ブロックを成形す
ることは困難であった。

【０００５】そこで本発明は、予備発泡前の発泡性樹脂
粒子の粒径が０．４〜０．９ｍｍ程度の小さいものを使
用してブロックを製造する際、成形後の収縮が少ない発
泡面圧でも融着率が８０％以上確保出来るようにするこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、発泡性樹脂粒子を予備発泡させた発泡粒子を
金型内に充填し、金型内に蒸気を吹き出すことにより発
泡粒子を融着させて消失模型用発泡樹脂ブロックを製造
する金型において、金型の蒸気吹き出し孔の最大開孔幅
を０．８ｍｍ以下とし、また、少なくとも正面と背面の
対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率を、当該面の全面積
の４〜２５％であるようにした。

【０００７】すなわち、融着率を８０〜９０％レベルま
で上げる方法として、蒸気元圧力を上げるか、蒸気加熱
時間を上げるような方法が考えられるが、この場合は、
いずれも成形品の外観が収縮してしまい、作業性が低下
するとともに、ＮＣマシンにセットしずらくなったり、
切削後の成形品の寸法変化が大きくなる等の問題があ
る。また融着率を上げる他の方法として、高周波加熱成
形も考えられるが、大型成形品の場合は、実用的とは言
い難い。そこで、本発明では、少なくとも蒸気を最初に
吹き出す正面と背面の対向二面（一般的に厚み方向）の
蒸気吹き出し孔の開孔率を４〜２５％にするようにし
た。そして、こうすることで、例えば４００ｍｍ以上の
厚みのブロックを製造しても、中心部の融着率を８０％
以上にすることが出来る。

【０００８】尚、ある面の蒸気吹き出し孔の開孔率と
は、（当該面に形成される蒸気吹き出し孔の総面積）／
（当該面の全面積）×１００であり、また大型ブロック
品成形用金型は矩形状のボックス型で、従来一般の各面
の蒸気開孔率は２．５〜３．３％程度である。そして、
このような金型には、最初に蒸気を吹き出す厚み方向の
両面（正面と背面）以外の各面にも蒸気吹き出し孔が形
成されているが、厚み方向以外の側面の蒸気吹き出し孔
は、最初の蒸気吹き込みの段階では空気等の排出孔とな
り、一定時間経過後、蒸気吹き出し孔として蒸気が吹き
出されるようになるが、ブロック体の融着率を上げるた
めには、最初に蒸気を吹き出す厚み方向の吹き出し孔の
開孔率が特に重要となる。このため、本発明では、少な
くとも正面と背面の蒸気吹き出し孔の開孔率を４〜２５
％にしている。勿論、側面等のその他の面の蒸気吹き出
し孔の開孔率を同程度にするのは自由であるが、あまり
開孔率を上げすぎると、脱型時に、側面等の蒸気吹き出
し孔に粒子が食い込み発泡粒子が付着して、目詰まりを
起こし易くなる場合があり、４％以下の開孔率にしてお
くことが好ましい。

【０００９】また、平均粒径０．４〜０．９ｍｍの発泡
性樹脂粒子を使用して予備発泡した場合、模型として適
切なブロック密度である１５ｋｇ／ｍ^３〜１８ｋｇ／ｍ
^３のうち１５ｋｇ／ｍ^３程度にするためには、発泡の平
均粒径は１．０ｍｍ程度になり、蒸気吹き出し孔の最大
開孔幅を大きくし過ぎると、発泡粒子が蒸気吹き出し孔
に食い込みすぎたり、詰まったりするような不具合が発
生する。このため、蒸気吹き出し孔の最大開孔幅は、粒
径の最小値以下となることを見込んで０．８ｍｍ以下と
する。尚、蒸気吹き出し孔の開孔率は大きければ大きい
ほど好ましいが、例えば金型の材料として、断面がクサ
ビ状のウェッジワイヤを等間隔に並べたウェッジワイヤ
スクリーンと呼ばれる多目的スクリーンを使用すると、
開孔率を上げることが可能である。しかし、この場合で
も金型の強度を考慮すると最大２５％程度が限度であ
り、このため、蒸気吹き出し孔の開孔率を４〜２５％に
する。

【００１０】また、前記金型を、通常使用されているよ
うな金属板で作製する場合には、一般的には蒸気吹き出
し孔を切削加工により形成するため、この場合には、少
なくとも正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔
率を、当該面の全面積の４〜８％にすることが好まし
い。

【００１１】すなわち、金型の材質を金属板にする場
合、通常、厚み８〜１０ｍｍ程度のアルミニウム板を使
用するのが一般的であり、このようなアルミニウム板に
最大開孔幅０．８ｍｍ以下の蒸気吹き出し孔を形成しよ
うとすると、開孔率の実用限度は強度上または加工上８
％程度が最大である。このため、金型の材質を金属板に
する場合、蒸気吹き出し孔の開孔率の上限を８％にす
る。

【００１２】また本発明では、発泡性樹脂粒子を予備発
泡した発泡粒子が金型内に充填され、この金型内に蒸気
が吹き出されることにより、発泡粒子が融着一体化され
る消失模型用発泡樹脂ブロックにおいて、前記予備発泡
前の発泡性樹脂粒子の平均粒径が０．４〜０．９ｍｍ
で、該ブロックの中心部の融着率が８０％以上であり、
また少なくとも正面と背面の対向二面の蒸気開孔跡模様
面積が、当該面の全面積の４．５％〜２５％であるよう
にした。

【００１３】ここで、蒸気開孔跡模様とは、発泡粒子を
融着させるための金型の蒸気吹き出し孔が発泡ブロック
の表面に転写した跡であり、蒸気開孔跡模様面積とは、
その面積のトータルである。また一般的に金型の蒸気吹
き出し孔をアルミニウム板等の金属板に切削加工する時
は、金型の外面から内面に向けてテーパ状に形成され、
内面側の開孔面積が広がっているのが一般的であるた
め、蒸気吹き出し孔の開孔率が４％程度の場合は、開孔
跡模様面積は４．５％程度になる。また、前述のよう
に、ウェッジワイヤスクリーンと呼ばれる多目的スクリ
ーンを使用することにより、開孔率を２５％程度に高め
ることが出来るため、開孔跡模様面積の最大は２５％程
度になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について添付
した図面に基づき説明する。ここで図１は本発明に係る
発泡樹脂ブロック製造用金型の一例を示す斜視図、図２
は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面
図、図４は本発明に係る発泡樹脂ブロックの一例を示す
斜視図である。

【００１５】本発明に係る発泡樹脂ブロック製造用金型
及び発泡樹脂ブロックは、フルモールド鋳造法に用いら
れる消失模型を製造するための発泡樹脂ブロック及びそ
の製造に適した金型の技術に関し、比較的大型の模型の
作製をＮＣマシン等により切削加工で行う際、切削スピ
ードを上げても粒子が飛び散りにくく、面粗度の悪化が
抑制されて、鋳造品の鋳肌を綺麗にすることが出来るよ
うにされている。

【００１６】ここで、模型の作製に使用するためのブロ
ック密度としては、あまり低すぎると模型が変形して鋳
造品の寸法精度が悪くなり、また、あまり高すぎると溶
湯注湯時に模型が気化する際、ガス発生量が多くなって
鋳造欠陥が生じやすくなるため、一般的に１５〜１８ｋ
ｇ／ｍ^３程度のものが使用されている。そして、従来
は、密度１５ｋｇ／ｍ^３程度で平均発泡粒子径が１ｍｍ
程度の発泡樹脂ブロックは、４００ｍｍ程度以上の厚み
になると中心部まで蒸気が通りにくくなって、中心部の
融着率を上げることが出来なかった。

【００１７】そこで本発明は、予備発泡した発泡粒子を
蒸気で融着させる金型において、蒸気開孔率を現状以上
に上げることで、低圧蒸気でも高融着率の厚物ブロック
を製造出来るようにし、また発泡面圧を下げて成形品の
収縮防止が図れるようにしたものである。

【００１８】発泡樹脂ブロック製造用金型１は、図１に
示すように、一面側が開放されたボックス型の固定型２
と、この固定型２の開放面を遮蔽または開放自在な可動
型３を備えており、固定型２の上部附近には、予備発泡
した発泡粒子を充填するための複数の充填口４が設けら
れるとともに、固定型２の裏面側には、成形した樹脂ブ
ロック製品を押出すための押出しピン５が設けられ、ま
た、固定型２や可動型３には、型内に蒸気を吹き出すた
めの蒸気吹き出し孔としてのスリット溝６が多数設けら
れている。

【００１９】そして、このような固定型２、可動型３
は、実施例の場合、アルミニウム板にスリット溝６を設
けることにより構成され、またスリット溝６の両端コー
ナ部は、図２、図３に示すように、型の内外方向に向け
てテーパ部ｔが形成され、型の外側の長さより型の内側
の長さの方が広がるようにされている。これは、発泡ブ
ロック製品を製造した後、製品を押出す際、スリット溝
６に食い込んだ粒子等がコーナ部に引っ掛かって脱落す
るのを防止し、目詰まり等を生じにくくするためであ
る。

【００２０】また、スリット溝６の開孔幅がｈで、実質
開孔長さがｉで、例えば図１の可動型３において、全域
に亘って合計ｎ個のスリット溝６が形成されている場
合、可動型の横幅がａ、縦長がｂであるとすれば、この
面の開孔率は、（ｈ×ｉ×ｎ）／（ａ×ｂ）であり、本
実施例では、開孔幅ｈを０．８ｍｍ以下にし、また可動
型３の面とその対向面の開孔率を４％以上８％以下に
し、側面等の開孔率を４％以下の２〜３．５％程度にし
ている。また、固定型２の厚みｃは４００ｍｍ以上に
し、成形する発泡樹脂ブロックＲの厚みが４００ｍｍ以
上になるようにしている。

【００２１】そして、不図示の予備発泡型を使用して、
粒径が０．４〜０．９ｍｍ程度の発泡性樹脂粒子を発泡
させ、次いで、この予備発泡した発泡粒子を充填口４か
ら金型１に充填し、充填口４を封止した後、最初に可動
型３の面及びその対向面のスリット溝６から蒸気を吹き
付ける。この可動型３の面及びその対向面は、蒸気成形
に重要な大面積であり、この最初の蒸気流入により粒子
間の空気を排除して側面のスリット溝６からこれを排出
し、融着を促進させる。次いで、約１０秒程度経過後、
側面のスリット溝６からも蒸気を吹き出して全体の融着
度を高める。

【００２２】そして、融着が完了すると、可動型３を開
いて押出しピン５によりブロック製品を押出すと、図４
に示すような発泡樹脂ブロックＲが取出される。そして
この発泡樹脂ブロックＲの表面には、蒸気開孔跡模様ｍ
が形成されており、この蒸気開孔跡模様ｍは、スリット
溝６の金型内部側の形状が転写されたものとなり、例え
ば金型のスリット溝６の開孔率が４％程度の場合、蒸気
開孔跡模様ｍの面積率は４．５％程度となる。

【００２３】（実施例及び比較例）以上のような金型１
の寸法や、開孔率（スリット溝６の数）等を変化させ
て、ブロック密度１６ｋｇ／ｍ^３の発泡ポリスチレンの
ブロックを製造し、発泡面圧、融着率、外観収縮、切削
性等を調査した。ここで発泡面圧については、蒸気圧力
を変化させた場合と、加熱条件を一定にした場合との両
方について調査し、融着率については、厚み方向の中心
部３０ｍｍ厚の一定面積の粒子の融着率を調査した。ま
た、外観収縮については、一部分でも凹みが生じていな
いかどうかを調査し、切削性については、回転刃を８０
００ｒｐｍで回転させながら、送り速度を４〜８ｍ／ｍ
ｉｎまで変化させた時に、粒子が飛び散った後の凹みの
有無によって優劣を測定した。この結果は、表１の通り
である。

【００２４】

【表１】

【００２５】この結果、ＮＯ１、２のように、予備発泡
前の発泡樹脂粒子の粒径が小さくても融着率が７０％以
下であれば、切削した際に小さな凹みが多く発生して平
滑性に劣ることが判り、また、ＮＯ３、４、５のことか
ら、ＮＯ１、２に較べて開孔率を上げ、しかも融着率を
８０％以上にすることにより、切削性が良好になること
が判った。また、ＮＯ６、７、８、９のことから、予備
発泡前の発泡樹脂粒子の粒径が大きくなると、発泡面圧
を下げても高い融着率を得ることが出来るが、いかに融
着率が良くても切削スピードを上げるに連れて大きい粒
子の飛散が発生し、凹みの深さが深くなって結果的に切
削性が劣ることも判った。

【００２６】また、ＮＯ１０、１１のことから、厚みが
４２５ｍｍに増えると、従来の開孔率では外観収縮が発
生することが判り、ＮＯ１２、１３のことから、開孔率
を４％以上にあげると、外観収縮が発生しなくなること
が判った。更に、ＮＯ１４、１５のことから、開孔率を
最大に近い８％にした場合には、低圧の発泡面圧でも外
観収縮が発生せず、切削性も良好であることが判った。

【００２７】尚、以上の金型１の蒸気吹き出し孔はアル
ミニウム板にスリット溝６を設けた場合であり、この場
合は、スリット溝６を加工する際の数の制限や、金型の
強度上の制限等から、最大開孔率が８％程度であるが、
アルミニウム板の代わりに、ウェッジワイヤスクリーン
と呼ばれる多目的スクリーンを使用すれば、８％以上の
開孔率を得ることが出来、蒸気開孔跡模様面積率を２５
％程度まで高めることが出来る。そして、この場合も外
観収縮性や切削性等は良好である。

【００２８】以上のことから、消失模型作製用の厚み４
００ｍｍ以上の発泡樹脂ブロックとしては、予備発泡前
の発泡性樹脂粒子の粒径が０．４〜０．９ｍｍで、中心
部の融着率が８０％以上、少なくとも正面と背面の対向
二面の蒸気開孔跡模様面積が全面積の４．５〜２５％に
なるようにすることで、ＮＣマシン等で切削加工しても
面粗度を良好にすることが出来、鋳造品に鋳肌を美肌に
出来ることが確認された。

【００２９】尚、本発明は、以上のような実施形態に限
定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載
した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果
を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。例えば金
型の最初に蒸気を吹き出す対向両面以外の面も、開孔率
を上げるようにしても良く、また、スリット溝６を成形
する際、例えば横方向に一杯の長さで成形し、中間部を
縦方向の複数の補強材で補強するようにしても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明に係る発泡樹脂ブロ
ック製造用金型は、予備発泡させた発泡粒子に蒸気を吹
き付けて発泡粒子を融着させるようにした金型におい
て、金型の蒸気吹き出し孔の最大開孔幅を０．８ｍｍと
し、また、少なくとも正面と背面の対向二面の蒸気吹き
出し孔の開孔率を、当該面の全面積の４〜２５％である
ようにし、また、発泡樹脂ブロックとして、中心部の融
着率が８０％以上であり、また少なくとも正面と背面の
対向二面の蒸気開孔跡模様面積が全面積の４．５〜２５
％であるようにしたため、小粒子の最大発泡にも拘わら
ず製品の外観収縮がなく、また、切削時の表面を平滑に
することが出来、鋳造品の鋳肌を綺麗にすることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発泡樹脂ブロック製造用金型の一
例を示す斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図

【図４】本発明に係る発泡樹脂ブロックの一例を示す斜
視図

【符号の説明】

１…金型、６…スリット溝、Ｒ…発泡樹脂ブロック、ｍ
…蒸気開孔跡模様。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発泡性樹脂粒子を予備発泡させた発泡粒
子を金型内に充填し、金型内に蒸気を吹き出すことによ
り発泡粒子を融着させて消失模型用発泡樹脂ブロックを
製造する金型であって、前記金型の蒸気吹き出し孔の最
大開孔幅が０．８ｍｍ以下であり、また、少なくとも正
面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率が、当該
面の全面積の４〜２５％であることを特徴とする消失模
型用発泡樹脂ブロック製造用金型。
【請求項２】前記金型は金属板で作製され、前記蒸気
吹き出し孔が切削加工により形成されるとともに、少な
くとも正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率
が、当該面の全面積の４〜８％であることを特徴とする
請求項１に記載の消失模型用発泡樹脂ブロック製造用金
型。
【請求項３】発泡性樹脂粒子を予備発泡した発泡粒子
が金型内に充填され、この金型内に蒸気が吹き出される
ことにより、発泡粒子が融着一体化されて成形される消
失模型用発泡樹脂ブロックであって、前記予備発泡前の
発泡性樹脂粒子の平均粒径が０．４〜０．９ｍｍで、該
ブロックの中心部の融着率が８０％以上であり、また少
なくとも正面と背面の対向二面の蒸気開孔跡模様面積
が、当該面の全面積の４．５〜２５％であることを特徴
とする消失模型用発泡樹脂ブロック。