JP2790671B2 - 有機自硬性鋳型用セラミックスボールの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、有機自硬性鋳型用セラミックスボールの製
造法に係り、特にその焼成時において、セラミックス材
料からなる外殻層の収縮による割れを良好に回避する手
法に関するものである。

（背景技術） 一般に、有機自硬性の鋳物砂を用いて造型される有機
自硬性鋳型は、熱を加えることなく硬化して、目的とす
る鋳型を与えるものであるが、そのために用いられる樹
脂等の有機粘結材やその硬化剤が高価であること等か
ら、かかる鋳型を用いた鋳造法では、その鋳造コストが
高くなる問題がある。特に、工作機械の鋳物部品のよう
に、非量産型の場合には、製品ごとに専用に鋳枠が用い
られているが、それには金枠費の増大と保管、管理が難
しいことから、サンドメタル（S/M）比が大きくなるた
めに、製品コストの上昇に繋がっていたのである。

そのため、従来にあっては、有機自硬性鋳型を構成す
る鋳物砂の充填部位において、溶湯と接する肌砂層を除
く中間部に位置するように、鋳物砂に代えて、無垢の金
属球等のボリューム増加材が充填されていた。このよう
なボリューム増加材の充填により、（１）サンドメタル
比（S/M比）を向上させることが出来、砂処理設備を小
型化できる、（２）充填材を再利用することによりコス
トダウンを図ることが出来る、（３）鋳型の硬化時間を
コントロールすることにより、造型サイクルを短縮出
来、また硬化剤の種類や、添加量を一定にすることが出
来る、（４）ガス欠陥がなくなる、（５）解枠が容易に
なる、等の効果が得られることとなるのである。しかし
ながら、かかる金属球は、重量が重く、取扱い、作業性
が悪いことは勿論、有機自硬性鋳型内に配置されて、鋳
造プロセスに供されることとなるところから、注湯後に
肌砂近くのものは800℃近くまで温度が上昇せしめられ
たり、また解枠時に砂塊と分離するために、ローラ間を
通され、衝撃と圧力が加えられて、割れ易い等の苛酷な
状況に晒されることとなり、無垢の金属球では問題があ
ったのである。

そこで、ボリューム増加材として要求される諸特性、
即ち、（ａ）高温（800〜1000℃）に強く、（ｂ）耐衝
撃性・耐摩耗性があり、（ｃ）鋳型の解枠時において鋳
物砂と分離し易い、（ｄ）低コスト、（ｅ）鋳物砂に添
加される樹脂によるシミ付がない、（ｆ）加温・冷却さ
れるため、比熱・熱伝導が適度である（比熱が低過ぎ
ず、熱伝導率が良い）、（ｇ）軽い、等を満たすボリュ
ーム増加材を得るために、セラミックス材料の成分をコ
ントロールし、プレス成形を行なう工程中において、無
垢材で外周が未処理の磁性材料からなる塊状の芯材を包
み込ませ、焼成する手法や、芯体の周りにセラミックス
粒子を徐々に被覆せしめていく手法等が考えられている
が、これらの手法により得られる成形体（セラミックス
ボール）は、その焼成時において、セラミックスからな
る外殻層が10〜20％程度収縮してしまう一方、内部に包
み込まれている磁性芯体は、熱膨張を生じるところか
ら、外殻層にクラックを生じ、実用に供し得ないもので
あったのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為
されたものであって、その解決すべき課題とするところ
は、有機自硬性鋳型用セラミックスボールを製造するに
際して、焼成によりセラミックスからなる外殻層にクラ
ックが発生することを効果的に回避し得、以てボリュー
ム増加材として有機自硬性鋳型に有効に用いられるセラ
ミックスボールを有利に製造する手法を提供することに
ある。

（解決手段） そして、本発明は、上記の如き課題を解決するため
に、有機自硬性の鋳物砂を用いて造型して得られる有機
自硬性鋳型における肌砂層の背後に、前記鋳物砂を代え
て充填せしめられるボリューム増加材としてのセラミッ
クスボールを製造する方法において、磁性材料から主と
して構成され、見かけ上収縮が可能な磁性芯体の周り
に、所定のセラミックス材料にて所定厚さの外殻層を形
成した後、焼成を行ない、かかる外殻層を一体的なセラ
ミックス焼結体と為すことを、その特徴とするものであ
る。

また、本発明にあっては、有利には、前記磁性芯体と
して、（Ａ）磁性材料からなる粉体の圧縮成形体、
（Ｂ）磁性材料からなる粒体乃至は球体の塊状乃至は球
状団結物、（Ｃ）磁性材料からなる塊状乃至は球状体の
外表面に、焼成操作において消失する材料からなる消失
層を所定厚さで設けるようにした構成が何れも採用され
る。

（具体的構成） 要するに、本発明は、主に磁性材料からなる磁性芯体
を用いて、その外側を覆うように、所定のセラミックス
材料からなる外殻層を形成した後、所定の焼成操作を施
すことにより、目的とするセラミックスボールを得るも
のであるが、かかる焼成の際における磁性芯体の膨張や
外殻層としてのセラミックス層の収縮を吸収するよう
に、該磁性芯体を見かけ上の収縮が可能な構成としたと
ころに、その特徴を有するものである。

ところで、かかる本発明にあっては、前記磁性芯体を
構成する磁性材料としては、軟磁性材料，硬磁性材料か
ら適宜に選択されるものであるが、特に本発明にあって
は、得られるセラミックスボールの保守管理（取扱い易
さ）の点から、Ni−Zn系フェライト、Cu−Zn−Mg系フェ
ライト、Mn−Zn系フェライト、Ni−Cu系フェライト等の
軟磁性材料が有利に選択され、高周波磁芯材料、磁気記
録材料等に用いられている材料をそのまま使用すること
が出来る。

けだし、鋳造の自動化ラインの中に設けられるマグネ
ット分離装置により、鋳型解枠後、砂とボリューム増加
材であるセラミックスボールとを分離するに際して、硬
磁性材料を用いた場合には、マグネットから離れた後に
おいても磁性を帯びていることから、ラインの大半が軟
磁性材であるために、ラインにボールが磁着してしまっ
たり、セラミックスボール同士が磁着して団子状となっ
てしまう等の理由により、ライントラブルが惹起される
虞があるからである。しかも、軟磁性材料は酸化物を主
体としているために、原料が安価であり、希望形状を容
易に成形することが出来、更には材料が入手し易い等の
特徴を有しているからである。

また、外殻層を形成するためのセラミックス材料とし
ては、アルミナ、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化
ケイ素、ジルコニア等から適宜に選定されるものであ
る。

このような本発明に従う磁性芯体の好ましい態様の一
つが、第１図に示されている。即ち、かかる図におい
て、セラミックスボール２に内包された磁性芯体は、磁
性材料からなる粉体、例えば焼結用の金属粉等を用い
て、所定密度、好ましくは70％程度の密度となるように
プレス成形されて得られた圧縮成形体６である。

本発明にあっては、このような構成とされた圧縮成形
体６を、外殻層４となる所定のセラミックス材料の内部
に包み込んだ状態で焼成し、一体的なセラミックス焼結
体（２）を形成するものであるが、かかる圧縮成形体６
全体の密度が小さくされているところから、焼成時にお
いて、かかる圧縮成形体６の膨張はそれ自体に吸収され
ると共に、見かけ上は収縮することとなり、以てセラミ
ックスからなる外殻層４が収縮しても、かかる外殻層４
にクラックが発生することはないのである。

なお、圧縮成形体６の密度は、用いられる磁性粉体、
外殻層の厚さやそれを構成するセラミックス材料等に応
じて、適宜に設定される。

また、本発明に従う磁性芯体の他の態様としては、第
２図に示される如き塊状乃至は球状の団結物12がある。
これは、所定の大きさ、好ましくは直径が1mm〜3mm程度
の、磁性を有する球体或いは粒体10を、適当なバインダ
ーにて略球状乃至は塊状となるように軽微に固めること
により、得られるものである。そして、本発明に従っ
て、かかる団結物12を、前記と同様に、外殻層13を構成
するセラミックス材料内に包み込むようにして、焼成を
行なうことにより、目的とするセラミックスボール８が
得られるのである。なお、かかる団結物12を得るために
用いられるバインダーとしては、通常用いられる有機系
または無機系のバインダーが適宜に選択される。

そして、前記団結物12は、それを構成する粒体乃至は
球体10が適当なバインダにて比較的粗雑に結合されてな
るものであるところから、粒体乃至は球体10間に空隙が
存し、それにより、セラミックスボール形成のための焼
成時において、粒体乃至は球体10自体の熱膨張は前記空
隙にて吸収され、以て団結物12は、見かけ上においては
収縮することとなり、セラミックス材料からなる外殻層
13が収縮しても、その収縮を許容するのである。

さらに、本発明の他の好ましい態様において、磁性芯
体は、第３図に示される如き形態において構成されてい
る。即ち、この磁性芯体は、所定の磁性材料からなる塊
状乃至は球状体16の外表面に対して、焼成により消失す
る材料からなる消失層18を、所定厚さ、好ましくは0.5
〜1mm程度の厚さにおいて形成したものである。なお、
かかる消失層18の厚さとしては、塊状乃至は球状体16の
材質及び外殻層20のセラミックス材料等により適宜に選
定され、また、消失層18の材質としては、通常用いられ
る可燃性又は昇華性の物質が適宜に採用される。

そして、本発明にあっては、このような構成の磁性芯
体を、前記と同様に、所定のセラミックス材料にて外側
を被覆して外殻層20を形成した後、所定の焼成操作を施
すこととなるが、前記消失層18は、該焼成時に燃焼又は
昇華により消失させられることとなるところから、消失
層18の厚さ分だけ、塊状乃至は球状体16と外殻層20との
間に空隙が形成され、それによって、焼成の際の外殻層
20の収縮及び塊状乃至は球状体16の膨張を許容するので
ある。従って、得られるセラミックスボール14には、そ
の外殻層20にクラックが生ぜしめられることはないので
ある。

なお、本発明に従って得られる、上記の如き態様の磁
性芯体を有する各セラミックスボールは、所定の有機自
硬性鋳型において、肌砂層を除く中間部位に、ボリュー
ム増加材として鋳物砂に代えて、好適に採用されること
となる。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更
に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、その
ような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるも
のでないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上
記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限
りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべ
きである。

実施例 １ 第１図に示される如きセラミックスボール（２）を製
造すべく、先ず、外殻層（４）を構成するセラミックス
の材質としては、コーディエライト（2MgO・2Al₂O₃・5S
iO₂）を用いると共に、磁性芯体としては、純鉄パウダ
ーからなり、12mmφの大きさにプレス成形された、比重
が5.7の圧縮成形体（６）を用いた。そして、かかる圧
縮成形体（６）を前記の如きセラミックス材料により包
み込んだ状態下において、プレス成形を行ない、更に12
50℃の温度で24時間焼成を施すことにより、外径が30mm
φ、重量が25g、比重が約３の、目的とするセラミック
スボール（２）が得られた。

実施例 ２ 磁性芯体材料として2mmφの鋼球（10）を用い、これ
を、ウレタン系接着剤をバインダーとして用いて、略12
mmφの略球状に結合せしめてなる、第２図に示される如
き団結物（12）を作製した。次いで、かかる団結物（1
2）の周りに、実施例１と同様なセラミックス材料を用
いて外殻層13を形成した後、前記と同様にして焼成を行
なうことにより、目的とするセラミックスボール（８）
を得た。

実施例 ３ 第３図に示される如く、外径が11mmφの鋼球（16）の
外表面に、ウレタンを用いて0.3mmの厚さのコーティン
グ層（消失層18）を付与し、所定の磁性芯体を得た。次
いで、実施例１と同様なセラミックス材料を用いて、前
記と同様にして、外殻層20を形成した後、焼成すること
により、外径が30mmφのセラミックスボール（14）を得
た。

以上の実施例１〜３において得られたセラミックスボ
ールは、何れも、その焼成時において磁性芯体の見かけ
上の収縮が為され、それによって外殻層の収縮が吸収さ
れたため、該外殻層にクラックは生じておらず、また磁
性芯体をセラミックス材料からなる外殻層に包み込んだ
状態で、一体的な焼成が行なわれたところから、耐衝撃
性・耐摩耗性に優れたものであった。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明にあっては、
磁性材料からなる磁性芯体を見かけ上の収縮が可能な構
成とし、かかる磁性芯体の周りに、セラミックス材料か
らなる外殻層を形成して、焼成を行なうところから、そ
の焼成時に、外殻層の収縮を磁性芯体の見かけ上の収縮
にて効果的に吸収し得、以て外殻層にクラックが発生す
ることが有効に回避され得ることとなり、有機自硬性鋳
型に有利に用いられ得る実用的なセラミックスボールが
得られることとなったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、それぞれ、本発明に従う磁性芯体の
異なる態様において、セラミックスボールを構成する断
面説明図である。 2,8,14:セラミックスボール 4,13,20:外殻層 6:圧縮成形体、12:団結物 10:粒体（球体）、16:塊状体 18:消失層

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機自硬性の鋳物砂を用いて造型して得ら
   れる有機自硬性鋳型における肌砂層の背後に、前記鋳物
   砂に代えて充填せしめられるボリューム増加材としての
   セラミックスボールを製造する方法にして、 磁性材料から主として構成され、見かけ上収縮が可能な
   磁性芯体の周りに、所定のセラミックス材料にて所定厚
   さの外殻層を形成した後、焼成を行ない、かかる外殻層
   を一体的なセラミックス焼結体と為すことを特徴とする
   有機自硬性鋳型用セラミックスボールの製造法。
2. 【請求項２】前記磁性芯体が、前記磁性材料からなる粉
   体の圧縮成形体である請求項（１）記載の製造法。
3. 【請求項３】前記磁性芯体が、前記磁性材料からなる粒
   体乃至は球体の塊状乃至は球状団結物である請求項
   （１）記載の製造法。
4. 【請求項４】前記磁性芯体が、前記磁性材料からなる塊
   状乃至は球状体の外表面に、前記焼成操作において消失
   する材料からなる消失層を所定厚さで有するものである
   請求項（１）記載の製造法。