JP2654823B2 - 短繊維成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属複合材の製造に使用される短繊維によ
り構成される成形体の製造方法に関する。

（従来技術とその問題点） 従来アルミニウム等の軽金属製品を鋳造する場合に、
この軽金属製品の材質を高めるために、無機質の短繊維
で構成された強化用成形体を鋳型にセットし、これに溶
融金属を鋳込んで複合化する方法が採用されている。

一方上記強化用短繊維成形体を得る方法としては、強
化用短繊維あるいはウイスカ（以下単に強化用短繊維と
いう）に、水、分散剤および場合によってはバインダー
を加えて充分に撹拌して短繊維分散液を作り、該短繊維
分散液を濾過して成形材料を作り、この成形材料を金型
等により圧縮成形し、得られた成形体を乾燥する方法
や、前記と同様にして得られた短繊維分散液を吸引成形
口より吸引成形し、得られた成形体を乾燥させる方法等
が知られている。

しかしながらこれら方法には、次のような問題点があ
った。すなわち、濾過、圧縮成形の場合は短繊維分散液
の濾過に時間がかかると共に金型を用いての圧縮成形で
は複雑な形状の成形体を得ることが困難である。また吸
引成形型による成形の場合は吸引成形型の吸引口より短
繊維分散液を吸引するため吸引口の形状により成形体の
形状が限定されるという欠点がある。

（発明の目的） 本発明は上記のような問題に鑑みて成されたもので複
雑な形状の短繊維成形体を容易に製造し得る方法を提供
することである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、短繊維又はウイ
スカ分散溶液の溶媒が浸透可能な遮蔽部材を、水または
溶剤により均一加湿して膨潤させ、該膨潤した遮蔽部材
を原形模型板の表面に吸引密着させ、該原形模型板上に
造形枠体を載置し、該造形枠体内に無機質骨材等の粒状
物より成る充填材を充填し、該充填材の上面を密閉して
造形枠体を負圧にし、もって前記充填材を真空固化させ
ると共に該遮蔽部材を充填材側に吸着し、ついで前記原
形模型板を遮蔽部材から離型して半割型を造型し、該半
割型を、同様にして造型した別の半割型と型合せしてキ
ャビティを形成し、該キャビティ内に撹拌直後の短繊維
分散溶液を注入し、しかる後前記半割型の負圧状態を解
除することを特徴とするものである。

〈発明経過〉 発明者等は、先に複雑な形状の燒結用原形体を成形す
る方法として特開昭62−268608号を特許出願しており、
この方法を短繊維成形体の製造に利用することを考え種
々テストを行った結果次のような問題があることがわか
った。すなわち、遮蔽部材を原形部材に密着する工程に
おいて、該遮蔽部材の可撓性を増すためバーナー等によ
り加熱軟化処理をしている。このため例えばポリビニー
ルアルコールフイルムを用いた場合加熱によって脱水反
応および変質化が起り、ポリビニールエーテルが生じ溶
媒に溶けなくなる部分が生じ短繊維分散溶液を注入した
時に該遮蔽部材からの溶媒の吸収除去が不均一になり、
着肉の不均一が起きたり、溶媒の浸透が悪くなりひいて
は部分的な欠陥が生じることがある。また遮蔽部材の部
分的変質により集中応力を生じ該遮蔽部材が部分的に破
損して短繊維分散溶液が流出するという問題を生じしめ
ることがある。

ここで発明者等は加熱を用いずに遮蔽部材に可撓性お
よび伸展性を均一に付与して原形部材に吸着させる方法
として該遮蔽部材を加湿して膨潤させることを検討する
に至った。

以下実施例、および実施例に基づき詳細に説明する。

〈実験例１〉 溶媒と遮蔽部材の種類を変えて膨潤性について実験を
行った。その方法として各溶媒を満たしたビーカーの中
に遮蔽部材のサンプルを入れて溶解性を調べた結果を次
表に示す。

以上の如く適切な溶媒と遮蔽部材の組合わせにより膨
潤が可能であった。尚この実験で溶解したものも膨潤す
るものとみなした。

〈実験例２〉 均一加湿方法の検討のため遮蔽部材として水溶性ポリ
ビニールアルコールのフィルムを使用し、溶媒として水
を使用し、溶媒内浸漬法、スプレー法、溶媒含有粉への
埋没法を検討した。

溶媒内浸漬法はビーカー内の水にフィルムを約３分間
浸漬する。スプレー法は超音波加湿器でスプレー口から
30cmの位置でフィルムを水滴処理する。埋没法は多孔質
材（昭和電工（株）製AL13PC、粒径80μ）に水を均一に
３〜５重量％加えて混合した多孔質加湿材料にフィルム
を３分間埋没させる。

この結果、浸漬法とスプレー法はフィルムが破れやす
く可撓性と伸展性に欠けることがわかった。埋没法の場
合はフィルムが均一に加湿され、フィルムも良好に可撓
性と伸展性を発揮した。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図には原形模型板（１）が示されていて該原形
模型板（１）は、内部に中空室（２）を構成した基台
（３）の上部に原形模型（４）を取付け、前記基台
（３）及び原形模型（４）には中空室（２）に連通した
複数の通気孔（６）が穿設されていると共に該中空室
（２）はホース（７）及び切替弁（８）を介して図示さ
れない吸引装置に連通接続されている。次に第２図には
遮蔽部材（９）を加湿膨潤処理する状態が示されてい
る。すなわち、受皿状の容器（10）に多孔質材（昭和電
工（株）製AL13PC、粒径80μ）に水を均一に３〜５重量
％加えて混合した多孔質加質材料（11）を約2cm層状に
均一に敷き、次に厚さ30μの水溶性ポリビニールアルコ
ールフィルムから成る遮蔽部材（９）をフィルム保持枠
（12）に吸着保持させて前記多孔質加湿材料（11）の上
に載置する。尚前記フィルム保持枠（12）は壁内部が中
空室（13）に構成され、底板部に該中空室（13）に連通
する吸引孔（14）が穿設されていると共に該中空室（1
3）はホース（15）及び切替弁（16）を介して図示され
ない吸引装置に連通接続されている。このような保持枠
（12）は中空室（13）と図示されない吸引装置とを連通
して保持枠（12）の下面に吸引作用をはたらかせた状態
で前記遮蔽部材（９）の上面に押しつけて遮蔽部材
（９）を吸着保持し、前記多孔質加湿材料（11）上に載
置するのである。

次に該遮蔽部材（９）の上部に、前記多孔質加湿材料
（11）と同じものを約1cm層状に均一に敷いて第２図の
状態となる。この状態で約３分間静止させて遮蔽部材
（９）を均一に加湿する。その後前記遮蔽部材（９）上
の多孔質加湿材料（11）を除去し、フィルム保持枠（1
2）を上昇させることにより膨潤した遮蔽部材（９）が
得られた。

次に前記原形模型板（１）の中空室（２）と図示され
ない吸引装置とを連通して原形模型板（１）の表面に吸
引作用をはたらかせながら前記膨潤した遮蔽部材（９）
を保持枠（12）と共に原形模型板（１）表面に載置す
る。これにより遮蔽部材（９）は原形模型板（１）側か
らの吸引作用を受けて伸展されながら原形模型板（４）
にそって吸引密着される。その後保持枠（12）の吸引作
用を遮断して保持枠（12）を原形模型板（１）上から除
去すると共に該遮蔽部材（９）の上面に塗型層（17）を
形成する。

尚塗型層（17）は多孔質骨材である数ミクロンの珪藻
土を主体とし、これに黒鉛と溶媒としてのエチルアルコ
ールを加えて成る塗型剤を塗布して形成した。

次に原形模型板（１）の上部に造形枠体（18）を載置
し造形枠体（18）と原形模型板（１）とで画成する中空
部に無機質骨材等の粒子状物から成る充填材（19）を充
填し、バイブレーターによって原形模型板（１）及び造
形枠体（18）を一体的に振動させ、充填材（19）の充填
密度を高める。

尚前記造形枠体（18）は本体部に環状の減圧室（20）
が構成されていて該減圧室（20）はホース（21）及び切
替弁（22）を介して図示されない吸引装置に連通接続さ
れている。

また本体部の内側壁には減圧室（20）に連通する多数
の通気孔（23）が穿設されており、該本体部の内側壁表
面には前記充填材（19）の通過を阻止する細めを有する
フィルター（24）が取付けられている。

この状態で前記減圧室（20）と図示されない吸引装置
とを連通すると共に造形枠体（18）の上面に非通気性の
シート（25）を載置して第３図の状態となる。この操作
により充填材（19）は造形枠体（18）の減圧室（20）側
からの吸引作用によりシート（25）を介して外圧を受け
真空固化状態にされる。この状態で原形模型板（１）の
中空室（２）と図示されない吸引装置との連通を遮断
し、造形枠体（18）を原形模型板（１）から引き離すと
塗型層（17）を形成した遮蔽部材（９）は充填材（19）
側に吸着された状態になって型抜きが行われ短繊維分散
溶液注入用の半割型が得られる。

上記の操作と同じ操作により別の半割型を造型して２
つの半割型を型合わせするとともに短繊維分散溶液（2
6）の貯槽（27）の底部に連通する注入筒（28）を短繊
維分散溶液流し入れ口（29）に連通し、第４図の状態に
する。

尚前記短繊維分散溶液（26）は実施例においては、短
繊維としてチタン酸カリウムウイスカ（大塚化学
（株）、化学組成K₂O・6TiO₂真比重3.3）を用い、該短
繊維100重量部に水500重量部および分散剤（高分子ポリ
カルボン酸アンモニウム塩）を入れ超音波洗浄器を用い
て注入直前まで撹拌したものとした。この状態でゲート
（30）を開いて短繊維分散溶液（26）をキャビティ（3
1）内に注入する。

このようにして注入された短繊維分散溶液（26）の水
分は、遮蔽部材（９）を浸透し更に塗型層（17）及び充
填材（19）側に吸引されその結果、キャビティ（31）内
には短繊維より成る成形体（32）が形成される。

このような状態で所定時間保持して短繊維より成る成
形体（32）を、型ばらししても形状保持できる状態にな
るまで固化させる。

次に上下合わされた造形枠体（18）（18）の減圧室
（20）と図示されない吸引装置との連通を遮断し、造形
枠体（18）内の減圧状態を解除すると共に上方のシート
（25）を取り除いた後、上方の造形枠体（18）を除去す
る。この操作により上部の半割型を構成していた充填材
（19）が崩壊される。

次に前記固化した短繊維成形体（32）及び遮蔽部材
（９）並びに水分を吸着した塗型層（17）、充填材（1
9）の水分凝縮層（33）を一体状にして取り出し第５図
の状態になる。これを60〜70℃の温度で８時間乾燥させ
た後、100℃で24時間乾燥させた。この際塗型層（17）
及び水分凝縮層（33）は乾燥されて短繊維成形体（32）
の表面から分離されて崩壊し、所定形状の短繊維強化成
形体が得られる。

なお実施例では、短繊維としてチタン酸カリウムウイ
スカを用いたがその他にアルミナ、炭化珪素、窒化珪
素、炭素等の短繊維あるいはウイスカ等、強化用短繊維
であれば材質を問わない。

また実施例においては、短繊維の結合剤を用いなかっ
たが、フェノール樹脂、ポリビニールアルコール等の有
機結合剤、水ガラス等の無機結合剤を短繊維とともに溶
液に分散させてもよい。

さらに実施例では水溶性の遮蔽部材としてポリビニー
ルアルコール組成物を使用したがこの他にポリエチレン
グリコール、ポリエチレンオキサイド、メチルセルロー
ス、カルボキシメチルロース、ポリアクリル酸ソーダ、
ポリビニールピロリドン、ポリビニールブチラール等か
ら成る組成物を使用してもよい。

次に上記のように成形された強化成形体を金型にセッ
トし800℃に予熱した後、730℃溶融アルミニウムを注湯
し、1000kg/cm²の圧力下で５分間保持してウイスカ強化
アルミニウム複合材料を得た。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように原形模型板に吸着する
遮蔽部材を水又は溶剤により均一加湿して膨潤させる方
法を用いているから可撓性及び神展性が均一に与えら
れ、複雑形状のものも容易にかつ支障なく成形できると
共に短繊維分散溶液の水分はキャビティ全面から吸引除
去されるため成形時間が大幅に短縮される等種々の効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、原形模型板の断面図、第２図は遮蔽部材の加
湿状態を示す断面図、第３図は半割型の造形状態を示す
断面図、第４図は成形体の成形状態を示す断面図、第５
図は成形体の取り出し状態を示す断面図である。 （１）：原形模型板 （９）：遮蔽部材 （18）：造型枠体 （19）：充填材 （26）：短繊維分散溶液 （31）：キャビティ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】短繊維又はウイスカ分散溶液（26）の溶媒
   が浸透可能な遮蔽部材（９）を、水または溶剤により均
   一加湿して膨潤させ、該膨潤した遮蔽部材（９）を原形
   模型板（１）の表面に吸引密着させ、該原形模型板
   （１）上に造形枠体（18）を載置し、該造形枠体（18）
   内に無機質骨材等の粒状物より成る充填材（19）を充填
   し、該充填材（19）の上面を密閉して造形枠体（18）内
   を負圧にし、もって前記充填材（19）を真空固化させる
   と共に該遮蔽部材（９）を充填材側に吸着し、ついで前
   記原形模型板（１）を遮蔽部材（９）から離型して半割
   型を造型し、該半割型を、同様にして造型した別の半割
   型と型合せしてキャビティ（31）を形成し、該キャビテ
   ィ（31）内に撹拌直後の短繊維分散溶液（26）を注入
   し、しかる後、前記半割型の負圧状態を解除することを
   特徴とする短繊維成形体の製造方法。