JP4345582B2 - 中子とその成形方法 - Google Patents

Description

製品製造型に溶湯を充填して中空製品を製造するために、製品製造型内に中子をセットし、中子がセットされた製品製造型に溶湯を充填する手法が多用されている。溶湯が凝固することによって製造された製品から中子を取り出すことによって、中空製品を製造することができる。
本発明は、中空製品を製造するために製品製造型にセットして用いる中子と、その成形方法に関する。

例えばダイカスト手法によって中空製品を鋳造する場合、鋳型内に中子をセットし、中子がセットされた鋳型に加圧された金属溶湯を充填する技術が用いられる。中子は、中空製品に形成される中空形状を決定することから、金属溶湯の熱と圧力に抗して形状を保持する能力が高いことが必要とされる。溶湯が凝固することによって製品が製造されるが、製品を完成するためには、製品から中子を取り出す必要がある。製品から中子を取り出す段階では、中子が容易に崩壊して製品から取り出しやすくなることも必要とされる。中子には、良好な保形能力と、良好な崩壊性が必要とされている。

特許文献１には、塩とセラミック材料を混合圧縮して形成した中実可溶性コアの外面に薄いセラミック層をコーティングした中子が示されている。この中子は、従来の塩コアでは耐えられなかったほど高温の溶湯に耐えることができ、溶湯が凝固した後では高温水や高圧スチームを利用することによって比較的容易に崩壊してくれる。
特許文献２には、崩壊性粒子からなる中子本体の外面にシリコーン樹脂からなる断熱性保護層をコーティングした中子が示されている。この中子は、耐熱性に優れ、溶湯凝固後には中子本体が崩壊しやすく、断熱性保護層を鋳造品から抜取りやすい。
特許文献３には、樹脂製中空部材の内側に消失部材を充填した中子が示されている。この中子は、消失部材が溶湯の熱で消失する前は高い保形能力を備えており、消失部材が溶湯の熱で消失してしまうと、鋳造品から中子が除去しやすくなる。

特表２０００−５１４３５７号公報 特開平９−１０８７７８号公報 特開平９−２７７０１１号公報

特許文献１および２に記載の技術では、中子本体を成形した後に中子本体の表面にコーティング層を形成する。コーティング層の厚みを正確に管理することは難しく、意図したよりも厚くなったり薄くなったりする。コーティング層が意図したよりも厚い場合には、製品の中空形状が意図したものよりも大きくなってしまう。コーティング層が意図したよりも薄い場合には、製品の中空形状が意図したものよりも小さくなってしまう。またコーティング層の層厚が場所によって変動すれば、製品の中空形状が意図したものから変形してしまう。中子本体の外面にコーティング層を形成して耐熱性と保形能力を向上させる技術では、中子の外形形状の精度が低下し、製品に形成される中空形状の精度が低下してしまう。
特許文献３の技術では、内側に消失部材を充填した樹脂製中子を成形するために、樹脂性中子を複数個に分割して成形し、その後に溶着して一体化し、その後に消失部材を充填するという複雑な成形プロセスが必要とされる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、注湯時には溶湯の熱と圧力に抗して高い保形能力を維持するとともに溶湯凝固後には崩壊しやすく、しかも外形形状の精度が高い中子を、簡単なプロセスで成形することができる技術を提供するために創作された。

本発明は、製品製造型に溶湯を充填して中空製品を製造するために用いる中子の成形方法に具現化できる。この成形方法は、中子成形型のキャビティ面に、製品製造型に充填する溶湯の温度より高融点の多孔質材料を塗布する工程と、多孔質材料が塗布された中子成形型に、製品製造用の溶湯の凝固温度よりも低融点であって、溶融状態だとキャビティ面に塗布されている多孔質材料に浸透する材料を充填する工程と、充填した材料を中子成形型内で硬化させる工程を備えている。低融点材料は溶融状態で中子成形型に充填される。
なおここでいう溶湯は、金属溶湯に限られず、溶融樹脂をも含む。金属溶湯を利用する場合には鋳造用中子となり、溶融樹脂を利用する場合には射出成形用の中子となる。

この中子成形方法は、中子成形型のキャビティ面に高融点の多孔質材料を塗布し、その後に低融点材料を充填するという簡単な成形プロセスを採用しており、簡単に実施することができる。形成される中子表面は、高融点材料を主体に構成されており、注湯時には溶湯の熱と圧力に抗して高い保形能力を維持することができる。製品に形成される中空形状の形状精度が得やすい。しかも中子内側は、低融点材料を主体に構成されており、溶湯凝固後には崩壊しやすく、製品から取り出しやすい。さらに中子表面は、中子成形型のキャビティ面が転写された面となっており、中子表面の形状精度が高い。製品に形成される中空形状の形状精度が得やすい。

中子を構成する低融点材料は、塩を含むことが好ましい。
塩を含んでいると、溶湯の凝固後、高温水や高圧スチームを利用して塩を流し出すことができ、製品から中子を除去しやすい。

中子表面を構成する高融点材料は、塗型剤を含むことが好ましい。ここでいう塗型剤とは、鋳造型のキャビティ面に塗布するために市販されている材料をいう。溶湯と鋳造型の間の断熱性を確保したり、溶湯から発生するガスを逃がしたりするために、各種の高融点の多孔質材料からなる塗型剤が市販されており、それらが好適に利用できる。

本発明で実現される中子自体も、新規で進歩性を備えている。本発明で創作された中子は、製品製造型にセットし、製品製造型に溶湯を充填して中空製品を製造するために用いる中子であり、製品製造型に充填する溶湯温度より高融点の多孔質材料で形成された表面層と、製品製造用の溶湯の凝固温度よりも低融点材料で形成されており、表面層の内側を充填している充填部を備えている。多孔質の表面層に低融点材料が浸透しており、多孔質の高融点材料が低融点材料で固定されている。多孔質材料に溶融状態の低融点材料が浸透している状態で多孔質材料が中子成形型により成形されることによって、表面層に中子成形型のキャビティ面の形状が転写されている。
この中子は、簡単なプロセスで成形することができる。中子表面は、高融点材料を主体に構成されており、注湯時には溶湯の熱と圧力に抗して高い保形能力を維持することができる。中子内側は、低融点材料を主体に構成されており、溶湯凝固後には崩壊しやすく、製品から取り出しやすい。中子表面は、形状精度が高い。注湯時の保形能力が高いことと相俟って、製品の形成される中空形状の形状精度が高くなる。

本発明によれば、注湯時の保形能力が高く、製品から取り出しやすく、しかも外形形状の精度が高い中子を、簡単なプロセスで成形することができる。中空形状の精度に優れた製品を安価に製造することを可能とする。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る中子の概略成形工程を示している。この実施形態では、ダイカストで中空製品を鋳造するのに用いる中子を成形する。この実施形態の中子成形方法では、図１に示すように、中子成形型に塗型材を塗布する塗布工程Ｓ１と、塗型材を塗布した中子成形型に充填材を充填する充填工程Ｓ２と、その中子成形型で充填材を成形する成形工程Ｓ３と、成形した中子を中子成形型から取り出す離型工程Ｓ４とからなる。

塗型材は、多孔質であってダイカスト金型に充填する溶湯温度よりも融点が高い耐熱性骨材を適宜な粒度の粉状にして液体と混合したものが好ましい。具体的には、バーミキュライトと水を混合したものを用い、これをスプレーを使って中子成形型のキャビティ面に一様に塗布する。ハケ塗りにしても構わない。塗型材としては、上記バーミキュライトの他に、窒化硼素粒子、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、炭化硼素等が好適に使用できる。
この中子成形型に充填する充填材は、ダイカスト金型に充填する溶湯の凝固温度よりも融点が低い低融点材料、例えば塩を含む。例えば、約４００℃で溶融する塩と人工砂とアルミナを、重量比が５０：４５：５程度の割合で混合したものが好適である。この他の低融点材料の例としては、塩と砂、塩とセラミック粒子、塩と砂とセラミック粒子、ポリプロピレンやポリカーボネイト等の低融点樹脂と砂、低融点樹脂とセラミック粒子、低融点樹脂と砂とセラミック粒子、等の組合せを挙げることができる。

中子成形型のキャビティ面と塗型材と充填材の関係を図２を参照して説明する。中子成形型１のキャビティ面１ａに塗布された塗型材は、図２（イ）に示すように、バーミキュライト（骨材）２ａの内部およびその周囲に多数の気孔２ｂを有する状態でキャビティ面１ａに層状に付着しており、塗型材層２（表面層ともいう）を形成している。この中子成形型１のキャビティに溶融塩を含む充填材３が充填されると、同図（ロ）に示すように、充填材３の溶融塩は塗型材層２の中へ容易に浸透することができる。その後、たとえば自然冷却して溶融塩を凝固せしめることで充填材３を所定形状に成形する。こうして得られた中子４は、同図（ハ）に示すように、その表面の塗型材層２が充填材３のアンカー効果によって中子本体（充填材３）と一体化して密着しており、中子成形型１のキャビティ面１ａの形状が確実に転写されているので中子の外形形状の寸法精度が高い。中子成形型１に予め塗布しておく塗型材層２の厚みにバラツキがあっても、成形される中子の寸法精度に直接影響することがないので塗布作業が楽になる。また、中子成形型１のキャビティ面１ａに塗布されてなる塗型材層２は多孔質で保温効果があるので、中子表面に溶融塩の湯じわが発生するのを抑制することもできる。
上記のようにして成形された中子４は、多孔質な塗型材層２に被われているので断熱効果が高く、高融点材料を主体としているために耐熱性が高く、比較的低融点の溶融塩を内含していても従来より高い耐熱温度と保形能力を備えている。したがって、この中子４を用いることで、中空形状の寸法精度の高い鋳造品を得ることが可能になる。なお、鋳造後は、鋳造品を加熱して溶融塩を溶融させることで、容易に中子を崩壊させて除去することができる。

ダイカストで中空構造物を鋳造した実施例を説明する。先ず、中子成形型を使用し、上述の手順で所定形状の中子４（図３参照）を成形する。すなわち、キャビティ面に塗型材を塗布した中子成形型に溶融塩を含む充填材を充填したうえで冷却し、溶融塩を凝固させることで中子を成形する。使用した塗型材は、三河鉱産製のバーミキュライトと水の混合物で、固形分が１５重量％である。充填材は、溶融塩と人口砂とアルミナの溶融混合物で重量比を５０：４５：５とした。溶融塩にはパーカー熱処理工業製のＡＳ３８０を用いた。その成分は硝酸カリウム８５％と塩化カリウムが１５％で、公称融点が３８０℃である。人口砂には三河鉱産製のナイガイセラビーズ＃１７００を用い、アルミナには三河鉱産製のアルミナイト３７を用いた。

次に、図４に示すように、鋳造金型５に中子４をセットし、型締め後、プランジャ６を利用して金属溶湯７を高速圧入した。本例の場合、溶湯７は６７０℃のアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）である。金型５から取り出した鋳造品８には、図５（イ）に示すように、中子４が付随している。この状態で鋳造品８ごと加熱し、約４００℃に１時間ほど保持して溶融塩を溶解させた。これにより中子４が崩壊し、同図（ロ）に示すように、その大部分を溶出させることができた。
後工程として、同図（ハ）に示すように、水槽９の高温水（約６０℃）中に鋳造品８を漬け、ブラシ等の掃除具１０を用いて洗浄することで中子４の残滓４ａを簡単に除去することができた。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述の例ではダイカスト法でアルミニウム合金を圧力鋳造したのであるが、その他の鋳造法に広く適用可能である。また、溶湯の材質は軽合金に限らず金属でも良い。さらには、樹脂を射出成形する場合にも適用することが可能である。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

一実施形態に係る中子の概略成形工程を示すフローチャート図である。 塗型材と充填材の結合状態を説明する模式図である。 中子を示す一部破断正面図である。 鋳造装置の概略を示す断面図である。 鋳造後、中子を除去する後工程の説明図である。

符号の説明

１・・中子成形型
２・・塗型材層
３・・充填材
４・・中子

Claims (4)

1. 製品製造型に溶湯を充填して中空製品を製造するために用いる中子の成形方法であり、
   中子成形型のキャビティ面に前記溶湯温度より高融点の多孔質材料を塗布する工程と、
   塗布工程後の中子成形型に、前記溶湯の凝固温度よりも低融点であって溶融状態で前記多孔質材料に浸透する材料を、溶融状態で充填する工程と、
   充填した材料を中子成形型内で硬化させる工程、
   を備えている中子成形方法。
2. 前記低融点材料が、塩を含むことを特徴とする請求項１の中子成形方法。
3. 前記高融点材料が、塗型剤を含むことを特徴とする請求項１又は２の中子成形方法。
4. 製品製造型にセットし、製品製造型に溶湯を充填して中空製品を製造するために用いる中子であり、
   前記溶湯温度より高融点の多孔質材料で形成された表面層と、
   前記溶湯の凝固温度よりも低融点材料で形成されており、前記表面層の内側を充填している充填部を備え、
   前記表面層に前記低融点材料が浸透しており、
   前記多孔質材料に溶融状態の前記低融点材料が浸透している状態で前記多孔質材料が中子成形型により成形されることによって、前記表面層に中子成形型のキャビティ面の形状が転写されていることを特徴とする中子。
   

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