JP3240023B2 - 通気性耐久型の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は全体に微細かつ連続した
気孔を有し、かつその表面に繊細な模様を有する通気性
耐久型の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術と問題点】従来上記のような通気性耐久型を
使用する例として真空成形法が挙げられる。この真空成
形法は、熱可塑性樹脂シ−トを加熱軟化させた後、これ
を通気性を有する表面に吸引を作用させた型上に被せ、
型表面と熱可塑性樹脂シ−トの間の空気を吸引し、シ−
トを型表面に吸着させて成形する方法である。この方法
は比較的簡単な設備で能率よく小形から大形の成形品ま
で得ることができる利点があり広く利用されている。最
近では成形品の商品価値を高めるため成形品の表面にし
ぼ加工等繊細な模様を要求されたり大形でかつ寸法精度
の高い成形品を得るための型が要求されている。

【０００３】またこのような通気性耐久型は真空成形法
ばかりでなく通気性を必要とするブロ−成形型など、通
気性を必要とする成形用型に広く使用することが可能で
ある。このような要求を満足する型として本出願人はす
でに特公平２−６６２０号公報に示すように低コスト、
短納期、すぐれた転写生、すぐれた通気性を有すると共
に耐久性にすぐれた型を開発してきた。さらにこの他に
も特公昭６３−６５４１６号、特公平１−５３１４０
号、特公平２−２７９２５号、特公平３−２３２５３号
公報等に開示した通気性、通水性の型を開発してきた。
しかしこれらの型はいずれも骨材として比重の大きく異
なる金属粉とセラミック粉あるいは耐火物粉の混合物を
液状のバインダ−と混合し、スラリ−状としたものを原
型模型に注型し、バインダ−を固化させ、得られた固形
物を乾燥した後酸化性雰囲気中で焼成することで金属を
酸化膨張させセラミックを包み込むかたちで焼結された
強度のある通気性型を得ている。

【０００４】しかし上記のスラリ−状混合物の中ではバ
インダ−が硬化する以前に骨材の沈降が始まり、この際
骨材である金属粉とセラミック粉とでは比重が大きく異
なるため沈降速度に差が生じやすく、バインダ−が固化
した時点では固形物中に骨材の偏析が生じてしまう欠点
があった。このためこの偏析した硬化物を焼成して得ら
れた型には骨材の偏析に帰因するクラック及び型表面の
ムラが生じてしまい、このクラック及びムラは本型が転
写性が極めて良いことが裏目に出て成形品に転写してし
まい、良好な成形品を得るような型にすることが困難で
あった。また金属粉を焼成型の強度発生源としているた
め高強度の型を得ようとするとどうしても金属粉の使用
量が多くなる傾向にあり（例えば金属粉：セラミック粉
＝１：１）このため焼成型は膨張気味となり型の寸法精
度をコントロ−ルすることが困難であった。本発明は上
記の問題に鑑みて成されたもので骨材の偏析によるクラ
ックや型表面のムラの発生がなく寸法精度のよい通気性
耐久型を製造する方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【問題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め基本的な考えとして、骨材として比重差が少なく沈降
速度に差の少ない材料を選定すると共に焼成時の結合
（型強度の発生）を金属粉の酸化膨張のみにたよらない
補助的な結合方法を選定することとした。このため本発
明では骨材として比重差が少なく沈降速度に差の少ない
金属粉とその金属酸化物粉を組合せ使用することにし
た。ここで骨材を金属酸化物粉のみとせず、金属粉も併
用した理由は、金属粉の酸化による結合機構の期待と、
乾燥時の収縮を金属粉の酸化膨張により相殺させ、模型
に対し寸法的に同一な大きさの型とするための「寸法調
製剤」として使用した。また金属粉のみとしない理由は
金属粉のみでは酸化膨張が大きすぎて型の寸法が模型に
対して大きくなりすぎ調製が困難だからである。

【０００６】さらに本発明においては金属粉の酸化によ
る結合機構に加え、焼成後の型強度を充分なものとする
ため、補助的なバインダ−としてフリット等より成る硬
化補助材を併せて用いることとしている。これは骨材の
結合機構に大きく寄与する金属粉を上記理由により多用
することができないためこれを補う目的で種々実験を行
なった。その結果フリット等のように「金属粉が酸化す
る温度以上で軟化溶融し、冷却後再び固形化する」こと
で骨材同志を強力に結合する物質が極めて有効なことが
判明した。尚フリット等の物質を単に骨材と組合せ多孔
質体を得る方法は特開昭６３−１７６３８０号公報等に
より公知となっているが上記のように精密な転写生を期
待する型に使用し、しかも金属粉の酸化膨張により寸法
精度を高めたのち、この酸化膨張による結合を補強する
という考えでフリット等を用いた例はない。

【０００７】本発明は通気性耐久型を得るに次のように
するものがある。すなわち、金属粉と、その金属酸化物
粉を配合したものを骨材とし、これに焼成過程で軟化溶
融するフリット等の硬化補助材を配合し、これに蒸発す
る成分を含む粘結剤を加えて混合してスラリ−状混合物
とし、このスラリ−状混合物を原型模型に流し込み固化
させて型を造型し離型後乾燥することによって多孔性を
付与し、酸化性雰囲気中で焼成するものである。また前
記骨材に補強繊維を加えて焼成前後の硬化物の強度を高
め、その取扱いを容易にすることも含むものである。

【０００８】以下本発明の製造方法に使用するな材料に
ついて詳しく説明する。 １．金属粉について 金属粉は、焼成時、酸化膨張し、酸化金属粉をつつみ込
むようなかたちで焼結されその界面で拡散接合的な接着
が行なわれる。金属粉としては鉄粉、ニッケル粉、コバ
ルト粉、等があげられるが酸化物粉との間で偏析が生じ
にくくかつコストの面並びに入手のしやすさ等を考慮し
た場合本発明においては鉄粉を使用することが好まし
い。

【０００９】２．金属酸化物粉について ここで使用する酸化物粉は必ずしも粒子の全体が完全に
酸化されている必要はなく中心部の一部が非酸化状態に
あるものを使用することも可能である。すなわち、１つ
には金属粉との間で偏析の生じにくいものが有効であり
これは使用する金属粉と酸化物粉の大きさ、形状を考慮
に入れて酸化物粉の酸化程度を選定すればよい。酸化程
度が大きくなれば一般に比重は非酸化物より小さくなり
沈降速度は低下する。また粒子の大きさは大きい程沈降
速度は速くなる。さらに２つには焼成時の膨張に関係す
ることであるが酸化程度の低いものを使用すると焼成時
この酸化物粉の膨張量も無視することはできなくなる。
このため寸法精度を考慮した場合、金属粉との配合割合
に配慮する必要がある。金属粉との偏析が生じにくくか
つコストの面並びに入手のしやすさを考慮した場合酸化
鉄粉を用いることが好ましい。

【００１０】３．補強繊維について 補強繊維は必ずしも必要とするものではないが添加配合
することが好ましい。すなわち焼成前の硬化物は、粘結
材の硬化により固形化している分けであるがこの焼成前
の硬化物は焼成後のものに比べ非常に強度が低いもので
ありこれに補強繊維を均一に分散させることにより焼成
前の硬化物の強度が上りその扱いが極めて容易となる。
また焼成後、骨材同志はその界面で酸化による拡散接合
的接着およびフリット等による結合がなされているもの
の、この焼結体の内部に繊維が均一に分散し存在するこ
とにより、更に強度をあげ、クラックを防止し、型の耐
久性を高めると共に寸法の安定性を増す働きをする。補
強繊維としては鉄系、ステンレス系、ガラス系等のもの
が考えられるがステンレス系のものが望ましい。これは
焼成工程で腐蝕したり、消失したりすることがなく焼成
体に対する補強効果が高いためである。

【００１１】４．硬化補助材について 金属粉が酸化し、膨張して骨材の界面で拡散、接合がな
される温度にて軟化、溶融し、冷却後骨材同志を更に接
合するような物であることが必要であり一般的にはフリ
ット、ゆう薬、ガラス粉等がこれに相当する。使用する
硬化補助材の溶融温度は、骨材となる金属粉並びに酸化
物粉の融点以下であることは勿論必要であるが金属が酸
化しはじめる温度以上である必要がある。よって後述す
る焼成温度より低い融点を有するものが選定されるべき
である。使用する金属粉フリット等の硬化補助材にもよ
るが種々実験を行なった結果、この温度差は概ね１０〜
３００℃のときフリットの添加効果（強度面）が高く、
かつ寸法精度も高く表面性状の良い焼成物が得られた。

【００１２】５．蒸発する成分を含む粘結材について スラリ−状混合物を固形化し、焼成するまでの強度を硬
化物に与えると共に硬化物から乾燥工程ならびに焼成工
程で蒸発する成分が蒸発し、消失することにより、焼成
体全体にわたって微細な連続した気孔を発生させるもの
である。この粘結材としてはエチルシリケ−トの加水分
解物（溶媒：アルコ−ル）やコロイダルシリカ（溶媒：
水）等があげられるがエチルシリケ−ト加水分解物を使
用することが好ましい。その理由としてエチルシリケ−
ト加水分解物はこれを硬化させるための硬化剤の量を加
減することにより硬化時間を極めて適確にコントロ−ル
することができ、しかも硬化開始から硬化完了までが極
めて短時間である特徴をもっているからである。

【００１３】すなわち硬化剤の添加量により、スラリ−
状の混合物を模型上への流しこみ成形が完了した後直ち
に硬化させてしまうことが可能である。このことは第１
に骨材相互の偏析を防止する上で極めて有効であり、第
２に短時間で効果が完了するため工程時間の短縮が可能
である。またエチルシリケ−ト加水分解物は蒸発する成
分として蒸発性の良いアルコ−ルを含むため次工程での
乾燥時間が短縮でき、更にはエチルシリケ−ト加水分解
物中のシリカ分が型表面の性状を良好にする。

【００１４】６．乾燥工程について スラリ−状混合物を固形化した固形物中より上述の蒸発
する成分のほとんどを除去することにより多孔質化を図
る目的で成されるものである。なおこの蒸発する成分の
除去により固形物の寸法は収縮する。乾燥する方法とし
ては第１に自然に放置する方法、第２に加温した乾燥機
中に入れて乾燥する方法第３に真空乾燥機中に入れて乾
燥する方法等がある。上記第１の方法は固形物中から蒸
発する成分が蒸発するのに長時間を要する。又表面から
の蒸発がほとんどで内部の蒸発が極めて緩慢であるため
硬化物中の乾燥程度に大きな差が生じそれにともなう収
縮量の違いにより歪が発生し、クラックが生じやすい。
第２の方法は第１の方法に比べ乾燥時間は短時間でよい
が第１の方法と同様に表面と内部の蒸発速度に差が生じ
やすいため特に大きな物を処理した場合クラックを生じ
やすい。第３の方法は前二者に比べ硬化物内部から蒸発
もかなりあり表面層近くと内部とでの乾燥工程に差が生
じにくいため、乾燥時の収縮によるクラックの発生は生
じにくい。この方法は特に大物の処理に有効であり、本
耐久型を得るには第３の真空乾燥による乾燥が好適であ
る。

【００１５】７．焼成工程について 焼成工程は次の作用を起させる目的で行なわれる。すな
わち第１にスラリ−の硬化した硬化物中に残存する蒸発
する成分を完全に蒸発させ、多孔質化を完了させる作
用、第２に酸化雰囲気中での焼成により金属粉を酸化膨
張させ金属酸化物をつつみ込むかたちで焼結を行なわ
せ、その界面での拡散接合的な接着を行なわせる作用、
第３に前記スラリ−の硬化した硬化物が乾燥し多孔質化
する際に生じた収縮を、金属粉の酸化により膨張させる
ことで焼成物の寸法を当初の模型寸法に対し同一とせし
める作用、第４に酸化物中の骨材間に点在するフリット
等の硬化補助材を軟化溶融させ、骨材間を接着すること
で焼成完了冷却とともに骨材同志を強固に固着する作用
である。

【００１６】この焼成温度は使用する金属粉、金属酸化
物粉の種類やその配合割合と、焼成物の気孔率、強度、
寸法精度、表面性状等に関係がある。すなわち金属粉が
酸化し膨張しはじめる温度以上が必要であり、かつ金属
粉や金属酸化物粉の融点以下である必要がある。鉄、ニ
ッケル、コバルト、等種々の金属粉と、その酸化物粉を
骨材とし、融点のことなる種々のフリット等の硬化補助
材を用い実験を行なった結果概ね６００〜１２００℃で
焼成を行なった場合、通気性耐久型に要求される強度、
通気性、表面性状、寸法安定等の性質のバランスが良型
が得られた。なお金属粉に鉄粉を使用し、酸化物粉に酸
化鉄粉を使用した場合最適な焼成温度は６００〜７５０
℃であった。

【００１７】次に使用される材料の大きさについて説明
する。 １．金属粉と酸化金属粉の粒度について 粒径は一般的に３００μm程度以下が望ましく３００μm
以上の骨材を用いると微細な模様の転写性が期待できな
くなる。特に微細な転写性を希望する場合は１００μm
以下が８０％以上のものが望ましい。一方極端に細かい
と乾燥工程や焼成工程でクラックが入りやすい欠点があ
る。また金属粉と酸化金属粉の粒度の違いは偏析をでき
るだけ小さくする方向、すなわち、それぞれの沈降速度
に差の生じにくい様な粒度差にもってゆくべきで一般的
に言って金属粉は金属酸化物に比べると比重は大きいた
め、両者の沈降速度を近づけ寄ろうとした場合金属粉の
粒径を金属酸化物粉の粒径より若干小さ目に選定すべき
である。いずれにしても最小粒子径や金属粉と金属酸化
物の粒子径の差は実際の型製造にあたってクラックの発
生や、骨材の偏析を小さくすべくその寸法を適宜選定す
ればよい。

【００１８】 ２．補強繊維の大きさについて 型の大きさや型表面の模様により適宜選定すればよいが
例えば長さ１〜３０mm、太さ２０〜４００μmの範囲の
物を選定すればよく、より好ましくは長さ２〜５mm、太
さ５０〜２００μmのものがクラックの発生防止効果、
型強度、型表面の性状、寸法の安定性などバランスよく
得ることができて好適である。

【００１９】次に本発明に使用される材料の配合割合
（重量割合）について説明する。金属粉と金属酸化物と
を５：９５〜３０：７０の重量割合の骨材とし、この骨
材１００に対し硬化補助材を１０〜３５の重量割合で配
合し、さらに前記骨材１００に対し蒸発する成分を含む
粘結材を１０〜２５重量割合で混合するものであり補強
繊維を加える場合は、上記骨材１００に対し補強繊維を
５〜２５重量割合加えるとよい。ここで金属粉と金属酸
化物の割合を５：９５〜３０：７０重量割合配合する理
由は、スラリ−固形物は乾燥時収縮しており、これ以上
金属粉が少ないと、焼成時酸化膨張により型寸法を大き
くすることができず模型寸法より小さ目の型となってし
まうからである。またこれ以上金属粉が多いと焼成時酸
化膨張により型寸法が大きくなりすぎてしまうからであ
る。

【００２０】さらに骨材１００に対し硬化補助材を１０
〜３５重量割合配合するのは１０％以下では硬化補助材
としての機能すなわち強度の発生が不十分であり、３５
％以上では焼成時硬化補助材が型表面に膜状に析出した
り、型全体の通気性を低下させるためである。また補強
繊維を加える場合において、骨材１００に対し補強繊維
を５〜２５重量割合配合する理由は５％以下では補強効
果すなわち強度の向上並びに寸法の安全性が期待でき
ず、２５％以上ではファイバ−ボ−ルが生じやすくな
り、繊維の均一な分散がむずかしいためである共に型表
面への析出が過剰となり表面性状を悪化させるおそれが
あるためでもある。

【００２１】また骨材１００に対し蒸発する成分を含む
粘結材を１０〜２５重量割合配合するのは１０％以下で
は良好なスラリ−が得られず模型上に流しこんだ場合細
部までの転写が困難である。また蒸発する成分も減少す
るため必要な通気性の確保が困難になる。２５％以上で
は骨材に対し液状物過多のスラリ−となって骨材の沈降
速度が速くなり金属粉と、金属酸化物粉の偏析が生じや
すくなる。なお転写性、表面性状、通気性、寸法安定
性、強度、コストなど通気性耐久型としての重要な性質
を最もバランス良く得るには以下の物質を以下の配合割
合にすればよい。すなわち粉鉄と酸化鉄分とを１０：９
０〜２０：８０の重量割合の骨材とし、この骨材１００
に対し補強繊維としてのステンレスファイバ−を８〜１
５重量割合配合すると共に硬化補助材としてのフリット
を骨材１００に対し１５〜２５重量割合配合し、かつ粘
結材としてのエチルシリケ−ト加水分解物を骨材１００
に対し１４〜１８重量割合配合したものである。

【００２２】次に本発明により得られた通気性耐久型に
ついて図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明
により得られた通気性耐久型Ｍの断面図であって図１は
補強繊維を含まない型を示し、図２は補強繊維１を入れ
た型を示しいづれも金属粉と金属酸化物粉を骨材とした
焼成体からなっている。図２においては補強繊維１がほ
ぼ一様に分散されていてこの分散状の補強繊維が焼成体
の結合組織を強化している。焼成体は図３に示すように
金属粉が酸化した酸化物粒２０と金属酸化物粉２１との
接合組織、ならびにこれらの接合部附近をさらにつつみ
込むような形や骨材間を結合する硬化補助材２３により
構成されている。この接合組織の生成機構は必ずしも明
確になっていないが金属粉が酸化物に変化して体積が大
きく増加し、金属酸化物粉を包み込んだかたちで焼結さ
れつつ両者の界面で拡散接合的な接着が行なわれたもの
と考えられる。

【００２３】また硬化補助材は焼成時の温度で一度軟化
溶融することで接合部附近をさらにつつみ込んだり、骨
材間の一部をみたした後、冷却時再度ガラス質状に固形
化することで強固な接着がなされるものである。そして
この焼結体には、乾燥工程及び焼成工程で粘結材中の蒸
発する成分が内部から外部に抜けて消失することによる
連続した微細な気孔２２を有する。この微細な気孔２２
並びに前記した結合機構により本耐久型は多孔質であり
ながら緻密で表面性状が良く、高い強度を有している。
気孔率や気孔径、強度は配合条件、焼成条件などにより
変化するが一般的にいって気孔率１〜４０％、気孔径５
〜３０μm、圧縮強度４００〜１０００kg／cm²程の性質
を備えている。

【００２４】（実施例１） 縦７００×横１０００×最大厚さ１２０mmの大きさで重
量１５０kgの自動車ドアトリム成形用真空成形型を以下
のようにして２０個製造し、その出来上り状況を表１に
示す。まず、材料として４４μm以下の粒子を８０％以
上含む比重７．８g／cm³の鉄粉と、６３μm以下の粒子
を８０％以上含む比重６．１g／cm³の酸化鉄粉と、融点
５５０℃のフリットと、長さ３mm×太さ１００μmのス
テンレスファイバ−と、エチルシリケ−ト加水分解物と
をそれぞれ準備し、上記鉄粉と酸化鉄粉とを１５：８５
の重量割合で配合した骨材１００に対し上記ステンレス
ファイバ−を１０重量割合で追加配合し、さらに上記骨
材１００に対し上記フリットを２０及び上記エチルシリ
ケ−ト加水分解物を１６重量割合それぞれ配合混合して
スラリ−状混合物を得、このスラリ−状混合物を原型模
型に流し込み固化させて型を造型し、型を離型し、この
型を６０℃で４８時間加熱乾燥した後、この型を焼成炉
の温度を常温から６００℃の温度に高めるのに２０時間
かけ、さらに６００℃から６５０℃の温度に高めるのに
４時間かけて焼成した。

【００２５】（実施例２）実施例１のものと同じ大きさ
及び重量の型を以下のようにして２０個製造し、その出
来上がり状況を表１に示す。材料としては実施例１と同
じものを準備し、それらを実施例１と同じ割合にして配
合混合してスラリ−状混合物を得、このスラリ−状混合
物を原型模型に流し込み固化させて型面を造型し、型を
離型し、この型を−７００mmHgで４８時間乾燥した後、
この型を実施例１の場合と同様に焼成炉の温度を常温か
ら６００℃の温度に高めるのに２０時間かけ、さらに６
００℃から６５０℃の温度に高めるのに４時間かけて焼
成した。

【００２６】（参考実施例） 従来技術による型の製造として実施例１と同じ大きさ及
び重量の型を以下のようにして２０個製造しその出来上
り状況を表１に示す。材料として４４μm以下の粒子を
８０％以上含む比重７．８g／cm³の鉄粉と７４μm以下
の粒子を８０％以上含む比重３．１g／cm³の成分ムライ
ト粉と、長さ３mm×太さ１００μmのステンレスファイ
バ−と、エチルシリケ−ト加水分解物とをそれぞれ準備
し、上記鉄粉と合成ムライト粉とを５０：５０の重量割
合で配合した骨材１００に対し上記ステンレスファイバ
−を１０重量割合で追加配合し、さらに上記骨材１００
に対し上記エチルシリケ−ト加水分解物を１８重量割合
配合混合してスラリ−状混合物を得、このスラリ−状混
合物を原型模型に流し込み固化させて型を造型し、型を
離型し、この型を６０℃で４８時間加熱乾燥した後、こ
の型を焼成炉の温度を常温から９００℃の温度に高める
のに１８時間かけ、さらに９００℃で６時間保持して焼
成した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から明らかなように本発明により製造
された通気性耐久型は、従来技術により製造されたもの
に比べて焼成時のクラックの発生、型表面のムラがなく
原型模型に対する型の寸法精度も極めてよく従来の問題
点を全て解決されていることが判る。また型の乾燥を加
熱乾燥させた実施例１と真空乾燥をさせた実施例２とで
は真空乾燥させた場合にはクラック発生が全く生じてお
らずクラック発生防止に真空乾燥が極めて有効なことが
わかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により得られた通気性耐久型の１例を示
す断面図である。

【図２】本発明により得られた補強繊維入りの通気性耐
久型を示す断面図である。

【図３】図１における通気性耐久型の構造を拡大して示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 補強繊維 20 金属粉が酸化した酸化物粒 21 金属酸化物粉 22 微細な気孔 23 硬化補助材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河口 満 愛知県新城市市川字平58 審査官 武重 竜男 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B28B 1/26 B22C 9/02 B29C 33/38

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３００μm以下の粒子を８０％以上含む金
   属粉と金属酸化物粉とを重量割合で５：９５〜３０：７
   ０の割合で配合した骨材１００に対し、焼成過程で軟化
   溶融する硬化補助材を１０〜３５、及び蒸発する成分を
   含む粘結材を１０〜２５の重量割合でそれぞれ配合混合
   してスラリ−状混合物とし、このスラリ−状混合物を原
   型模型に流し込み固化させて型を造型し、離型後乾燥す
   ることによって多孔性を付与し、酸化性雰囲気中で６０
   ０〜１２００℃で焼成することを特徴とする通気性耐久
   型の製造方法
2. 【請求項２】 前記骨材１００に対し補強繊維を５〜２
   ５の重量割合で追加配合することを特徴とする請求項１
   記載の通気性耐久型の製造方法
3. 【請求項３】 前記金属粉を鉄粉とすると共に前記金属
   酸化物粉を酸化鉄粉としかつ前記補強繊維をステンレス
   系材料繊維とし、前記蒸発する成分を含む粘結材をエチ
   ルシリケ−ト加水分解物とすることを特徴とする請求項
   ２記載の通気性耐久型の製造方法
4. 【請求項４】 前記離型後の型乾燥が真空乾燥であるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３記載の通気性耐久型の
   製造方法