JPH0210118B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は全面にわたつて良好な通気性を有し、
特に脱気が必要な成形型に好適な通気性ベントプ
ラグに関する。

（従来の技術） Al合金、Zn合金、Mg合金、Cu合金などの溶
融金属、プラスチツク、ゴム、ガラスあるいはモ
ルタル、ロウなどの溶融状または軟化した可塑物
質を、キヤビテイを有する型を用いて、重力流し
込み、加圧流入あるいは塑性流動を伴う方法など
により成形（鋳造を含む以下同じ）する方法は従
来より広く行われている。

この成形法の型に用いるベントプラグは一般に
下記のような要求を満すものが望ましいが、従来
ではこの各種要求を満足でき実用的なベントプラ
グがなかつた。

目的とする成形に耐え得る十分な強度特性を
を備え、多数回にわたり目づまりをおこさず使
用できること。

ベントプラグの痕跡が残らず成形品の外観を
損わないこと。

ベントプラグの製作が容易で安価に得られる
こと。

すなわち、プラスチツク、ゴム等の立体的な成
品を得る場合には固定金型と可動金型が用いら
れ、液状材料又は軟質化させた材料を金型に装入
し所定の圧力で加圧を行つて成形するが、従来の
ベントプラグは通気孔の孔径が大きいため、液状
材料等がその孔部に入り込んで一部残り、その結
果目づまりを起こしてキヤビテイ内の空気や材料
にまき込まれた空気類を除去することが困難にな
り、また成形品側に付着した場合にはバリとなる
など、の条件を満足することが難かしく、ま
た加工製作する必要があるため高価となりの条
件を満足することができなかつた。

またベントプラグを型にうち込んで上面を型面
と同一面にする必要上、やすり加工するが焼結合
金製のベントプラグにおいては靭性があるため通
気孔が潰されて目づまりを起こすなどの問題あつ
た。

（発明の目的） 本発明は前記したような従来のベントプラグの
不具合を解消し、十分な強度を多数回の使用に耐
えるとともに、目づまりを起こすことなく良好な
通気性を有することにより、キヤビテイ内や成形
材料中の空気やガスの除去を効果的に行え、さら
に成形品のバリを発生させず製作を簡易かつ安価
に行える通気性ベントプラグを提供しようとする
ものである。

（発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明の通気性ベン
トプラグは特殊材料による複合焼成構造としたも
ので、すなわち、金属粉とセラミツク粉を骨材と
しこれに硬化過程で蒸発する成分を含む粘結材を
重量配合比で（１〜５）：（１〜５）：１に混合し
たスラリー状試料を流し込み成形し、成形体を自
然乾燥又は／及び１次焼成後酸化性雰囲気中で処
理した複合焼成体からなり、該複合焼成体が、酸
化金属の分散した緻密な硬化層を有しかつ全体が
気孔率20〜70％の多孔質構造となつていることを
特徴とする通気性ベントプラグを第１発明とし、
金属粉とベントプラグ粉を骨材としこれに硬化過
程で蒸発する成分を含む粘結材を重合配合比で
（１〜５）：（１〜５）：１に混合したスラリー状試
料を流し込み成形し、成形体を自然乾燥又は／及
び１次焼成後酸化性雰囲気中で処理した複合焼成
体からなり、該複合焼成体が、酸化金属の分散し
た緻密な硬化層を有しかつ全体が気孔率20〜70％
の多孔質構造をなつているとともに、補強材でく
るんだ鋳ぐるみ構造になつていることを特徴とす
る通気性ベントプラグを第２発明とするものであ
つて、以下本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図は本発明による通気性ベントプラグの一
使用例で第１ａ図は第１図のＡ部拡大図を示し、
１はゴム成形用上・下型２，３の通気孔４に嵌め
込んだ通気性ベントプラグで、金属粉とセラミツ
ク粉（耐火物粉）を骨材とする複合焼成体５から
なつている。該複合焼成体５は、外周部に緻密な
硬化層５ａを有すると共に、この硬化層５ａの内
側に未焼成混合組織からなるバツキンング層５ｂ
を有している。６は注入孔、７はゴム成形品であ
る。第２図はプラスチツク成形用の型に使用した
実施例を示すもので、８はプラスチツク成形用の
型で、この型８には通気性ベントプラグ９が埋設
され型８上面には枠フレーム１０が載置されてい
る。枠フレーム１０と加圧フレーム１１の間に
は、プラスチツクシート１２が緊張状態を保つて
挾持され、加圧孔１３より圧縮エアーを供給する
ことによつて加熱されたプラスチツクシート１２
を型８表面に密着、成形する。こうして得られた
プラスチツク成形品は、ベントプラグの痕跡もな
く、また型８とプラスチツクシート１２の間の残
留空気が短時間で排出されたことによつて、生産
性が良くなつた。

ここで、複合焼成体５の構造について詳述する
と、前記硬化層５ａは、第３図ａのようにセラミ
ツク粉に分散した鉄系粉の変化鉄粒（ａ―F₂O₃）
２０と焼成セラミツク粒２１との接合組織からな
つている。この硬化層５ａの生成繊維は必ずしも
明確ではないが、一般には、鉄系分が酸化により
大きく体積が増加し、セラミツク粒子を包み込む
かたちで焼結されつつセラミツク粒子の焼成も進
行し、セラミツク粒子との界面で拡散接合的な接
着が行われた結果と考えられる。そして、この硬
化層５ａには、乾燥工程１次焼成工程及び２次焼
成工程で粘結材が蒸発することによる微細（５〜
10μｍのごとし）な気孔２２を有し、この微細な
気孔２２により多孔質でありながら緻密で平滑な
面性状を構成する。

一方、硬化層５ａの内側のバツキング層５ｂ
は、第３図ｂのように焼成のなされないままの鉄
系粉粒２０′とセラミツク粉粒２１′の混合組織か
らなつており、それら鉄系粉粒２０′の界面には、
さきの粘結材の蒸発とあいまち粗な気孔２２′が
形成されている。この気孔２２′は硬化層５ａの
気孔２２と通じており、従つて複合焼成体５は全
体が多孔質通気構造となつている。前記気孔２
２，２２′は亀裂でないことに特徴がある気孔率
は後述する配合条件焼成条件などによるが、一般
に20〜70％の範囲となつており、圧縮強度約100
〜900Kg／cm²の特性を備える。

しかして、第１図ないし第２図で使用されてい
るような本発明の通気性ベントプラグ１，９は骨
材と粘結材を配合混練してスラリー状試料を得し
めこのスラリー状試料を流し込み成形する工程
と、混合成形体を乾燥ないし１次焼成する工程
と、この工程を経たものを酸化性雰囲気条件で焼
成する工程により得られる。

まず、スラリー状試料を得る工程は、金属粉と
セラミツク粉あるいはさらに繊維を十分に混合撹
拌し、これに硬化過程で蒸発する成分を含む粘結
材たとえばエチルシリケートなどのシリカゾルや
コロイダルシリカなどを添加して十分に混合撹拌
することからなる。

さらに「金属粉」としては、鋳鉄粉、電解粉、
純鉄粉などの鉄粉や鋼粉さらにはニツケル、アル
ミなどの非鉄粉などが用いられる。このうち、鋳
鉄粉は焼成時に遊離カーボンの燃焼により気孔形
成を促進する利点がある。

「セラミツク粉」としては、高温での変形率が
小さく金属粉と接合しやすいものたとえばムライ
ト、焼成アルミナ、活性アルミナ、電融アルミ
ナ、クロマイト、シリマナイトなどで代表される
中性系のもの、溶融シリカ、ジルコニウム、溶融
ジルコンで代表される酸性系のものが一般に適当
であるが、マグネシア質で代表される塩基性のも
のや滑石なども用いことができる。

また「繊維」としては、一般に、ステンレス系
のものが適当といえるがガラス繊維、アルミ繊維
でもよい。ステンレス系の鋼繊維は焼成工程で消
失しないため、硬化層及びバツキング層の両層に
対する補強効果が高いからである。これ以外の鋼
繊維たとえば快削鋼などを用いてもバツキング層
の補強効果は得られ、亀裂防止、セラミツク粉の
脱落防止のメリツトは得られる。鋼繊維はそれ自
体の強度が大きくかつ表面積の大きいもの、たと
えばビビリ振動切削法などで生成したものが適当
といえる。

前記金属粉とセラミツク粉と粘結材の配合比、
概ね重量比で（１〜５）：（１〜５）：１が好まし
く、この配合比により強度、通気性、熱伝導性、
表面性状などの諸特性をバランスよく得ることが
できる。ここで、配合比の下限を規定したのは、
通気性ベントプラグとして使用可能な最低限の強
度を得るのに必要だからであり、上限を規定した
のは、骨材が多すぎると粘結材の被覆能を低下さ
せ、強度を低下させるからである。金属粉の上限
を規定したのは、セラミツク粉と粘結材の配合が
適正であつても金属粉が過剰となると十分な強度
が得られないとか、寸法変化が大きくなるとかク
ラツクが入るなどといつた不都合が生じる。

また、セラミツク粉の上限を規定したのは、過
度の配合により強度が損われるからである。粘結
材は骨材の接合に必要であると共に通気性を与え
るために必要である。

鋼繊維、ガラス繊維を併用する場合、その添加
量は概ね１〜20vol％とすべきである。１％未満
では強度向上や寸法安定性などの効果を期待でき
ない。しかし20％を超える添加はフアイバーボー
ルが生じやすくなり、成形性を低下させる。

なお、金属粉の粒径は一般に最大寸法で50〜
500μｍ、セラミツク粉は最大寸法で50〜300μｍ
が望ましい。下限を規定したのはクラツクが入り
やすくなるからであり、上限を規定したのは、強
度を低下させるからである。鋼繊維、ガラス繊維
等は、通気性ベントプラグ１，９の所望性状など
により、たとえば長さ0.1〜５mm、太さ20〜400μ
ｍの範囲ものを適当に選択すればよい。

次いで前記スラリー状試料を所望形状に固化成
形する。これはたとえば、筒状の２つ割り型枠に
さきのスラリー状試料を流し込み、所要時間放置
することなどにより行うもので、この流し込みに
際して、硬化剤を加えたり、充填性を助長するた
め振動を加えたり、スクイズすることも効果的で
ある。

次に本発明は前工程で得られた成形体を型枠か
ら脱型したのち、自然乾燥又は／及び１次焼成を
行う。これは、亀裂の発生や歪発生の防止を図る
と共に、粘結材に含まれるアルコール分などを蒸
発せしめることにより多孔質化を図るためで、前
者の自然乾燥は１〜48時間のごとき範囲から適当
に選択する。後者の１次焼成は、成形体をトーチ
ランプなどで直接着火することにより行えばよ
い。

この自然乾燥又は／及び１次焼成工程の終つた
成形体は全体に通気性を有しておりそのままでも
使用することが可能である。しかし、機械的強度
が低く、耐久性の低下は歪めないため、本発明は
乾燥又は／及び１次焼成の終つた成形体を酸化性
雰囲気条件で２次焼成する。酸化性雰囲気は空気
でもよいし酸素供給を配慮したいわゆる酸素富化
空気などでもよい。焼成条件は配合比、目的とす
る気孔率などにもよるが、一般に焼成温度500〜
1500℃、焼成時間１時間以上とするべきである。

焼成温度の下限を500℃、焼成時間の下限を１
時間としたのは、焼成が不十分となつて本発明の
特徴である緻密な硬化層が形成されず、通気性ベ
ントプラグとして必要な強度が得られないからで
ある。焼成温度の上限を1500℃としたのは、硬化
層は形成されるものの、表面が荒れて、平滑度が
損われるからである。

この酸化性雰囲気での２次焼成工程によりセラ
ミツク粉の焼成と成形体に分散されている金属粉
の酸化焼結が進行し、表面から内部に向かつて緻
密な硬化層５ａが漸進的に生成され、このとき同
時に成形体中に残留する粘結材揮発分が燃焼除去
されるため多孔質化が促進され、２次焼成の完了
により複合焼成体５からなる通気性ベントプラグ
が得られる。なお、本発明において、通気性（気
孔率）を調整するには、金属粉とセラミツク粉の
種類、粒径、配合比、流し込み成形の際の振動や
スクイズ条件、焼成条件などを必要強度等を考慮
しつつ任意に設定すればよい。

第５図は金属粉（たとえば鋳鉄粉）とセラミツ
ク粉の配合比（金属粉／セラミツク粉）と気孔率
の関係を示すもので、気孔率を上げるには金属粉
の混合割合を増せばよいことがわかる。第６図は
粘結材：骨材（鉄系粉＋セラミツク粉）の配合比
と気孔率の関係を示すもので、骨材配合比を低く
すると気孔率が高くなる傾向を示すことがわか
る。

次に、本発明の使用状況と作用を説明する。

第１図のように本発明による複合焼成体５の通
気性ベントプラグ１をゴム成形用の上・下型２，
３の通気孔４，４にうち込んだあと、通気性ベン
トプラグ１の上端面と型上面とが同一面になるよ
うにやすり等で仕上加工する。この際、本発明に
よる通気性ベントプラグ１は従来のベントプラグ
のようにやすり加工によつてその通気孔が潰され
ることなく通気性を維持する。成形にあたつて
は、型合わせされた２，３のキヤビテイ内に注入
孔６より液状のゴム材料を流し込み固化成形す
る。このゴム材料を流し込み際、キマビテイ内の
空気は通気性ベントプラグ１より短時間のうちに
排気され、ピンホールや巣のない良好なゴム成形
品７が得られた。またこのゴム成形品７の表面に
はベントプラグの痕跡も見られなかつた。

上記のような成形において、本発明では通気性
ベントプラグが金属粉とセラミツク粉を骨材とす
る複合焼成体５からなつており、この複合焼成体
５が金属粉の酸化した硬化層５ａで外周部を形成
しているため、強度が100Kg／cm²以上と通気性ベ
ントプラグ１として必要な条件を備え、急熱、急
冷の繰返しによつても亀裂、欠け、ボロツキなど
の発生がなく通気性ベントプラグ１において重要
なコーナー部の欠け等が生じない。ことに骨材と
して鋼繊維を併用した場合には、曲げ強度も高
く、寸法変化も少ない特徴が得られる。しかも、
このように通気性ベントプラグとしての強度を有
しているのに加え、複合焼成体５を構成する外周
の硬化層５ａ及び内側のバツキング層５ｂと微細
な気孔２２，２２′からなる多孔質で構成されて
おり、全体に良好な通気性を備えている。そして
また、表面を構成する硬化層５ａは吸引孔を有し
ているにも拘らず、緻密で表面あらさが小さく、
成形品の表面への影響がきわめて少ない。

これらのことから、表面は内部にピンホールや
巣あるいはバリ等の発生のない複雑形状の成形品
をきわめて簡単に成形することができるものであ
る。

次に本発明の具体的な実施例を示す。

実施例 金属粉として鋳鉄粉（粒径100μｍアンダ
ー）、セラミツク粉として合成ムライト粉（粒
径100μｍアンダー）を用い、粘結材としてエ
チルシリケートを用い、それらを重量配合比で
３：３：１にとつて均一に混合撹拌してスラリ
ー状試料Ａを得た。

また、上記配合にステンレス繊維（長さ３
mm、太さ0.19mm）を１〜4vol％で添加混合し、
スラリー状試料Ｂを得た。

次いでスラリー状試料Ａ，Ｂを夫々筒状の２
つ割型枠に流し込み、固化した成形体を脱型後
24時間放置し、次いで焼成炉に装入して空気条
件で焼成温度900℃にて２次焼成を行い、通気
性ベントプラグA′，B′を得た。

各通気性ベントプラグA′，B′について、焼
成時間と圧縮温度の関係を示すと第７図のとお
りであり、焼成時間と重量増加の関係を示すと
第８図のとおりである。焼成時間の増加と共に
圧縮強度及び重量が増加する。これは金属粉が
酸化して硬化層が生成されたことによるもので
ある。通気性ベントプラグB′について、曲げ
強度試験を行つた結果及び寸法変化を測定した
結果を示すと第９図および第１０図のとおりで
ある。この第９図及び第１０図から、鋼繊維を
添加した場合には、曲げ強度が著しく向上する
ことがわかる。なお、通気性ベントプラグA′，
B′について急熱急冷の影響をみるため、800℃
５分加熱、常温５分冷却のサイクルで繰返し加
熱冷却テストを行つた。その結果、100サイク
ル後も亀裂、欠けなどの発生はみられなかつ
た。

通気性ベントプラグA′，B′について、焼成
温度一定の条件で、焼成時間と硬化層厚さ及び
気孔率の関係を検討した結果を示すと第１１図
のとおりである。

本発明の通気性ベントプラグ１は少なくとも
20％以上の気孔率を有していることがわかる。

なお、その他通気性ベントプラグA′，B′を
靴類の底材をはじめとするゴム製品、ガラス製
品、プラスチツク製品の加圧成形用型に用いた
ところ、バリのない良好な成形品が得られ、か
つまたキヤビテイ内の空気やガスが効果的に除
去されるため気泡などのない良品の得られるこ
とがわかつた。

同時に従来のようにバリを発生させないで済
むため材料効率が良くなつた。

また、これら通気性ベントプラグは実際の使
用においては第１図における成形用型２，３の
通気孔４からの離脱防止あるいは成形用型２，
３の通気孔４への打込みの際の角部の欠け防止
を更に確実にするために、第４図ｂ，ｃのよう
に通気性ベントプラグ３１を金属又は合成樹脂
等の補強材３２でくるんだ鋳ぐるみの通気性ベ
ントプラグ３３として、これを使用する場合が
多くなる。

このような鋳ぐるみの通気性ベントプラグ３
３は次のようにして製作される。

すなわち、前述の実施例の工程と同様にし
て成形焼成した通気性ベントプラグ３１を割型
３４，３５の中央部にセツトし（第４図ａ参
照）、割型３４，３５と通気性ベントプラグ３
１とで構成する中空部に金属あるいは合成樹脂
等の補強材３２を流し込み固化させる。次に、
割型３４，３５を型開きして鋳ぐるみ通気性ベ
ントプラグ３３（第４図ｂ参照）を取出す。こ
の鋳ぐるみの通気性ベントプラグ３３はそのま
ま成形型に取付けてもよいが、第４図ｃのよう
に外周を研摩またはローレツト加工して取付け
ても良い。

（発明の効果） 以上の説明によつて明らかなように、本発明の
通気性ベントプラグによればアルミニウム合金、
Zn合金、Mg合金、Cu合金、普通鋳鉄、ダクタイ
ル鋳鉄などの重力吸引鋳造、低加圧吸引鋳造のガ
ス抜きに好適であるほか、ロウ、ゴム、ガラス、
プラスチツク、金属などの塑性流動を伴う加圧吸
引成形型など脱気が要求されるあらゆる型の通気
性ベントプラグに用いることができる効果を有
し、この種の業界に寄与する効果は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は本発明による通気性ベン
トプラグを成形型に使用した実施例を示す断面
図、第１ａ図は第１図のＡ部拡大断面図、第３図
ａ，ｂは本発明における通気性ベントプラグの組
織を模式的に示す断面図、第４図ａ，ｂ，ｃは本
発明における鋳ぐるみ構造の通気性ベントプラグ
を製造する過程を示す工程断面図、第５図は本発
明による通気性ベントプラグの気孔率と骨材配合
比の関係を示すグラフ、第６図は粘結材と骨材の
配合比と気孔率の関係を示すグラフ、第７図は本
発明による通気性ベントプラグの強度と焼成時間
の関係を示すグラフ、第８図は焼成時間と重量増
加の関係を示すグラフ、第９図は繊維混入率と曲
げ強度の関係を示すグラフ、第１０図は繊維混入
率と寸法変化の関係を示すグラフ、第１１図は焼
成時間と気孔率及び硬化層の関係を示すグラフで
ある。 １，９：通気性ベントプラグ、５：複合焼成
体、５ａ：硬化層、５ｂ：未焼成バツキング層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属粉とセラミツク粉を骨材としこれに硬化
   過程で蒸発する成分を含む粘結材を重量配合比で
   （１〜５）：（１〜５）：１に混合したスラリー状試
   料を流し込み成形し、成形体を自然乾燥又は／及
   び１次焼成後酸化性雰囲気中で処理した複合焼成
   体からなり、該複合焼成体が、酸化金属の分散し
   た緻密な硬化層を有しかつ全体が気孔率20〜70％
   の多孔質構造となつていることを特徴とする通気
   性ベントプラグ。 ２ 金属粉とセラミツク粉を骨材としこれに硬化
   過程で蒸発する成分を含む粘結材を重量配合比で
   （１〜５）：（１〜５）：１に混合したスラリー状試
   料を流し込み成形し、成形体を自然乾燥又は／及
   び１次焼成後酸化性雰囲気中で処理した複合焼成
   体からなり、該複合焼成体が、酸化金属の分散し
   た緻密な硬化層を有しかつ全体が気孔率20〜70％
   の多孔質構造となつているとともに、補強材でく
   るんだ鋳ぐるみ構造になつていることを特徴とす
   る通気性ベントプラグ。