JP2909170B2

JP2909170B2 - 鋳型充填用セラミックスボールの製造法

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Publication number: JP2909170B2
Application number: JP21971990A
Authority: JP
Inventors: 正一酒井
Original assignee: Okamoto Corp
Current assignee: Okamoto Corp
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH04100653A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、鋳型充填用セラミックスボールの製造法に
係り、特に、かかるセラミックスボールを歩留りよく製
造する手法に関するものである。

（背景技術）従来から、一般産業用機械や工作機械等の鋳造部品の
製造には、生型法や自硬性鋳型法等の各種の鋳造手法が
適宜に採用されて、目的とする鋳物形状が実現されてい
る。而して、それら鋳造法において用いられる鋳型に
は、鋳物砂と共に、有機或いは無機粘結材として各種バ
インダが用いられているが、そのようなバインダは高価
であること等から、鋳造コストが高くなる問題があり、
そのために、そのコストダウンを図るべく、種々の工夫
が為されてきた。特に、工作機械の鋳物部品のように、
非量産型の場合には、製品ごとに専用の鋳枠を用いるこ
と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
増加に繋がっていた。

そのため、従来にあっては、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の背後に、適当
なボリューム増加材を埋め込み、鋳物砂の使用量の減少
を図ることが検討されてきており、本発明者らも、先
に、特願平１−40948号として、中心部に磁性材料を含
むセラミックスボールを、ボリューム増加材として鋳型
に埋め込むことを明らかした。

しかしながら、そのようなセラミックスボールにおい
て、特にその中心に磁性材料からなる塊状の芯体を包み
込んでなる構成のセラミックスボールにあっては、鋳型
への注湯後において高温度に晒されることとなるところ
から、前記芯体が膨張して、セラミックスボールの表面
を形成するセラミックス層に割れが生ぜしめられるとい
う問題があった。

そこで、本発明者らは、更に、実願平１−100958号に
おいて、ボリューム増加材として、磁性材料からなる芯
体と、中心部に該芯体を収容するように取り囲む略球状
のセラミックス製の外殻体とから構成されると共に、該
外殻体が複数に分割され、前記芯体を収容した状態下に
おいて、該芯体との間に所定の間隙を残して、該複数の
外殻分割体が接合されるようにしたセラミックスボール
を提案した。その一例が、第１図に示されている。即
ち、そこでは、外殻体は、所定深さの凹所６が設けられ
ている球状本体４と、その開口部を閉塞するように配置
されている蓋体８とから構成され、かかる凹所６には、
芯体10が収容されると共に、芯体10との間に所定の空隙
を残した状態で、凹所６の開口が蓋体８にて閉塞されて
いる。これによって、注湯後の高温下においても、芯体
の熱膨張による外殻体の割れ等を有効に防止することが
出来るのである。

しかしながら、このようなセラミックスボールを製造
するに際しては、前記芯体を、外殻体を構成する分割体
の内部空所に収容した後、無機系接着剤等の適当な接着
ペーストを介して、分割体を一体的な接合体と為し、そ
の後、100〜300℃程度の温度下に、約30分程度の加熱を
行なって、それら分割体の接着ペーストによる接合を完
結させる必要があるが、この加熱時に、外殻体内の内部
空所は外部空間に対して密閉状態となっているところか
ら、かかる内部空所内に存在する気体が熱膨張して内圧
を上昇せしめ、それによって外殻体の一つの分割体（蓋
体）が離脱してしまい、目的とする製品（セラミックス
ボール）が得られず、従って製品歩留りが低下するとい
う問題を生じていた。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、かかる事情の背景にして為
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、鋳型充填用セラミックスボールを製造するに際し
て、芯体を収容する外殻体を構成する分割体が内部気体
の熱膨張によって相互に分離乃至は離脱するのを回避し
て、以てボリューム増加材として各種鋳型の造型に有効
に用いられるセラミックスボールを、歩留りよく製造す
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、所定の鋳物砂を用いて造型して得られる鋳型におけ
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
する方法において、該セラミックスボールを、磁性材料
からなる所定大きさの芯体と、中心部に該芯体を収容す
る空間を設けた略球形状のセラミックス製の外殻体とか
ら構成し、且つ該外殻体を複数に分割して、複数の外殻
分割体と為すと共に、それら複数の外殻分割体の少なく
とも一つに、それを貫通して前記収容空間と外部空間と
を連通せしめる連通孔を設けて、かかる複数の外殻分割
体にて構成される外殻体内に形成される前記収容空間に
前記芯体を収容せしめる一方、それら複数の外殻分割体
の接合部に接着剤を付与し、加熱処理することにより、
それら複数の外殻分割体を一体的に接合せしめるように
構成したのである。

また、本発明にあっては、好ましくは、前記外殻体
は、前記芯体を収容するのに充分な大きさの凹所を内部
に有し、且つ該凹所は外部に開口せしめられている球状
本体と、該球状本体の開口部を閉塞する蓋体との、二つ
の外殻分割体から構成されているものである。

このように、本発明は、磁性材料からなる芯体が内部
に収容されてなるセラミックスボールの製造において、
セラミックスボールを構成する外殻体が複数に分割され
た形態において芯体を収容するように構成し、それら外
殻分割体の接合部に適当な接着剤を付与して一体的に接
合体を形成した後、所定の加熱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に際し、かかる加
熱操作の際における前記空隙に存在する気体、通常は空
気の熱膨張による内圧上昇を阻止するように、該外殻体
を構成する複数の外殻分割体の少なくとも一つに連通孔
を設けたところに、その特徴を有するものである。

（具体的構成）ところで、このような本発明に従って得られるセラミ
ックスボールの好ましい形態の一例が、第２図及び第３
図にそれぞれ示されている。

先ず、第２図に示されるセラミックスボール12におけ
る外殻体は、全体として略球状を呈すると共に、外面に
開口する所定深さの凹所16が設けられている球状本体14
と、その開口部を閉塞するように設けられる蓋体18とか
ら構成されている。また、かかる球状本体14には、それ
を貫通する連通孔15が設けられ、それによって、該凹所
16と外部空間とが連通せしめられているのである。

そして、このような形態の外殻体を用いたセラミック
スボールの製造は、以下のようにして行なわれる。

先ず、所定のセラミックス粉体原料をプレス成形用に
ブレンドし、これを用いて、所定形状にプレス成形した
後、焼成することにより、セラミックス焼結体からなる
球状本体14が得られる。次いで、かかる球状本体14の凹
所16内に、磁性材料からなる芯体10が配置せしめられた
後、別工程にて作製されたセラミックス焼結体（蓋体）
18が、その接合面18aに無機系接着剤のペーストを塗布
されて、球状本体14に接合されることにより、前記凹所
16の開口が、芯体10との間に所定の空隙を残した状態
で、閉塞され、以て全体に略球状を為す接合体が得られ
る。

その後、このように形成された接合体に対して、通常
の手法に従って、乾燥を行ない、更に、所定の条件下に
加熱操作を施すことにより、接着材による球状本体14と
蓋体18との接合を完結せしめ、以て目的とするセラミッ
クスボール12が得られるのである。かかる加熱処理の温
度及び時間は、使用される接着剤成分等に応じて適宜に
決定されるものであるが、好適には、100〜300℃の温度
下に、30分程度の加熱操作が行なわれる。

なお、かかる接合体において、連通孔15は、球状本体
14のみに設けられているが、本発明にあっては、蓋体18
に、それを貫通するように設けられていても良く、或い
はそれら球状本体14及び蓋体18の両方に設けられること
も可能である。また、球状本体14のみに連通孔15が設け
られる場合には、かかる連通孔15の凹所16側開口部が芯
体10にて閉塞されないように、例えば蓋体18側を下向き
にして配置するようにする等して、接合体の内部気体
が、加熱時に、連通孔15を通じて外部へ逃出し易いよう
にすることが望ましい。

また、第３図には、外殻体を構成する外殻分割体が、
二つの半球状の分割体20,20からなる形態のセラミック
スボールが示されているが、かかる図においては、理解
を容易とするために、分解された状態で示されている。

そこにおいて、それら半球状の分割体20の分割面側の
中央部には、それぞれ、所定大きさの凹所22が形成され
ていると共に、半球状分割体20の凹所22の底部には、該
半球状分割体20を貫通する連通孔21が、それぞれ、設け
られている。そして、それら二つの分割体20,20は、そ
れらの分割面側が対向せしめられて接合され、それによ
り、外形が球状を呈すると共に、その内部に半球状の凹
所22,22から構成される中空部を有する外殻体を構成し
ている。また、このように形成された中空部には、芯体
10が収容されることとなる。

かかる形態の外殻体からなるセラミックスボールにあ
っても、上記と同様に、所定のセラミックス粉体原料を
用いて、略半球状を呈すると共に、その平坦面側中央に
凹所を有するプレス成形品の複数が作製され、通常の手
法に従って焼成されることにより、半球状の分割体20が
得られる。そして、この半球状分割体20の凹所22に、前
記と同様の芯体10が収容された後、別の半球状分割体20
を用いて、二つの分割体20,20にて芯体10が包含される
ようにして、それら分割体20,20の接合面20aに所定の接
着剤が塗布されて、それら分割体20,20が接合せしめら
れ、上記と同様の条件下に加熱処理が施されることによ
り、かかる接着剤による分割体20,20の接合が完結せし
められ、以て第４図に示される如き、目的とするセラミ
ックスボール24が得られるのである。

そして、このような半球状の外殻分割体20を用いて、
セラミックスボール24を製造する場合には、そのプレス
成形時の成形型が１つで済み、製造コストの低減が図ら
れ得る利点を享受することが出来るのである。

なお、上述の如きセラミックスボール（12,24）にお
ける連通孔（15,21）は、そのようなセラミックスボー
ルを構成する外殻分割体（14,18;20）のプレス成形時に
同時に形成されることとなるが、その大きさとしては、
外殻体の内部空所に存在する気体の熱膨張による内圧上
昇を阻止するために、該気体の逃げ孔として機能する程
度に、且つセラミックスボールとしての強度を低下させ
ない程度に、目的とするセラミックスボールの大きさに
応じて、適宜に選定されることとなるが、一般に１〜1.
5mmφ程度の大きさで充分である。

また、芯体（10）が収容される外殻体の凹所（16,2
2）の大きさは、一般に、収容する芯体の熱による膨張
を充分に許容し得るように、換言すれば芯体との間に充
分な空隙が存在するように、かかる芯体を構成する磁性
材料の熱膨張率に応じて、適宜に選定されることとな
る。

このように、本発明にあっては、複数の外殻分割体
（14,18;20）の少なくとも一つに、連通孔（15,21）が
設けられているところから、接着剤による接合を完結さ
せるための加熱時において、外殻分割体（14,18;20）内
部の収容空間に存する気体、通常は空気は、熱により膨
張しても、かかる連通孔（15,21）を通じて外部に排出
されることとなり、以て外殻体を形成する外殻分割体同
士（14と18,20と20）が分離乃至は離脱することはない
のである。

また、本発明に従って得られる、上記の如き形態のセ
ラミックスボール（12;24）は、所定の鋳物砂を造型し
て得られる各種鋳型の何れにおいても、肌砂層の背後
に、ボリューム増加材として、かかる鋳物砂に代えて、
有利に採用され得るのである。

なお、かかる本発明にあっては、外殻体（14,18;20）
を形成するためのセラミックス材料としては、アルミ
ナ、コージェライト、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。

また、そのようなセラミックス材料からなる複数の外
殻分割体を接合する際に用いられる接着剤としては、耐
熱性のある無機系の接着剤であれば、公知の何れもが好
適に採用されることとなるが、一般に、珪酸アルカリ
系、リン酸塩系、シリカゾル系等の無機系接着剤が好適
に用いられる。更に、酸化物接着剤として、低融点のB₂
O₃−PbO−ZnO系を用い、300〜700℃の温度にて接合加熱
を行なうことも可能である。これらの接着剤は、適当な
加熱処理によって固結し、強固な接合力を発揮するもの
である。

さらに、前記の如き磁性芯体（10）を構成する磁性材
料としては、軟磁性材料と硬磁性材料とがあり、そのど
ちらもがボールに磁性を付与する機能を有しており、適
宜に選定されるものである。例えば、有機自硬性鋳型に
用いられる場合にあっては、セラミックスボールの保守
管理（取り扱いの容易さ）からして、軟磁性材料が有利
に選択される。けだし、鋳造の自動化ラインの中にある
マグネット分離装置により、鋳型の解枠後、鋳物砂とボ
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、マグネットから離れた後においても磁性を帯
びているとラインの大半が軟磁性体であるため、芯体に
硬磁性材料を用いた場合には、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
状になってしまう等の理由により、ライントラブルの原
因となる恐れがあるからである。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
望形状を容易に形成することが出来、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。

（実施例）以下に、本発明の実施例を示し、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はない
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
述した具体的な説明以外にも、本発明の趣旨を逸脱しな
い限りおいて、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。

先ず、第２図に示される如き構造の外殻分割体（14,1
8）からなるセラミックスボール（12）の製造を行なっ
た。即ち、材質としては、アルミナを用い、外部より芯
体（10）を収容し得る凹所（16）及び該凹所（16）と外
部空間とを連通する連通孔（15）の形成された略球状の
プレス成形体（球状本体14）を作製した。その後、常法
に従って、所定の条件下に、焼成することにより、28mm
φの球状本体（14）を得た。かかる凹所（16）の開口部
の口径は12mmφ、深さは20mmとした。そして、かかる凹
所（16）を覆蓋せしめる蓋体（18）としては、同様にア
ルミナからなり、別工程で円柱状にプレス成形した後、
同様に焼成することにより得られた12mmφ×10mm^lのセ
ラミックス焼結体を用いた。また、磁性芯体（10）とし
ては、SS41材質からなる11mmφの鋼球を用いた。

かくして得られた球状本体（14）を100個用い、それ
らの凹所（16）内に、芯体（10）としての鋼球をそれぞ
れ配置した後、別工程にて作製された蓋体（18）を、リ
ン酸塩系無機接着剤のペーストを介して球状本体（14）
に接合した。これにより、前記凹所（16）の開口を覆蓋
し、全体に略球状を為す接合体を得た。その後、このよ
うにして形成した接合体に対して、通常の手法に従っ
て、乾燥を行ない、更に200℃×15分の加熱操作を施す
ことにより、球状本体（14）と蓋体（18）との接合を完
結せしめ、目的とするセラミックスボール（12）を得
た。

かくして得られたセラミックスボール（12）は、何れ
も、その加熱接合時において、蓋体（18）が球状本体
（14）から離脱するものはなく、良好な接合状態におい
て、一体的な外殻体を有するものであった。

これに対して、比較のために、第１図に示される如
き、連通孔の設けられていない球状本体（４）の100個
を用いて、上記と同様の加熱接合操作を行なったとこ
ろ、その約半数において、蓋体（８）が球状本体（４）
の凹所（６）から5mm以上突出して、離脱してしまい、
また残りの半数も、２〜4mm程度の突出が認められるも
のとなった。

（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、
芯体を収容するセラミックスボールの外殻体を構成する
複数の外殻分割体の少なくとも一つに、その芯体収容空
間と外部空間とを連通せしめる連通孔を設けた構成を採
用するものであるところから、接着剤による外殻分割体
の接合を完結するための加熱時に、芯体を収容する空間
内に存在する気体が熱膨張しても、該連通孔を通じて、
かかる膨張した気体は外部空間へと排出され得、以て外
殻分割体が分離、離脱することなく、良好な接合状態が
確保され得ることとなり、各種鋳型に有利に用いられ得
るセラミックスボールが歩留りよく得られるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明者らが先に提案したセラミックスボー
ルを構成する外殻分割体の一例を示す断面説明図であ
り、第２図及び第３図は、それぞれ、本発明に従う外殻
体の異なる態様において、セラミックスボールを構成す
るものの断面説明図であり、第４図は、第３図の構造に
よって得られるセラミックスボールの断面説明図であ
る。 10:磁性芯体 12,24:セラミックスボール 14:球状本体、15,21:連通孔 16,22:凹所、18:蓋体 20:半球状分割体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の鋳物砂を用いて造型して得られる鋳
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、該セラミックスボールを、磁性材料からなる所定大きさ
の芯体と、中心部に該芯体を収容する空間を設けた略球
形状のセラミックス製の外殻体とから構成し、且つ該外
殻体を複数に分割して、複数の外殻分割体と為すと共
に、それら複数の外殻分割体の少なくとも一つに、それ
を貫通して前記収容空間と外部空間とを連通せしめる連
通孔を設けて、かかる複数の外殻分割体にて構成される
外殻体内に形成される前記収容空間に前記芯体を収容せ
しめる一方、それら複数の外殻分割体の接合部に接着剤
を付与し、加熱処理することにより、それら複数の外殻
分割体を一体的に接合せしめることを特徴とする鋳型充
填用セラミックスボールの製造法。
【請求項２】前記外殻体が、前記芯体を収容するのに充
分な大きさの凹所を内部に有し、且つ該凹所が外部に開
口せしめられている球状本体と、該球状本体の開口部を
閉塞する蓋体との、二つの外殻分割体から構成されてい
る請求項（１）記載の製造法。