JPH0231649B2 - - Google Patents

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JPH0231649B2
JPH0231649B2 JP57173235A JP17323582A JPH0231649B2 JP H0231649 B2 JPH0231649 B2 JP H0231649B2 JP 57173235 A JP57173235 A JP 57173235A JP 17323582 A JP17323582 A JP 17323582A JP H0231649 B2 JPH0231649 B2 JP H0231649B2
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hollow
molding
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hole
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Fumio Goto
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NANBA PRESS KOGYO KK
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Publication of JPH0231649B2 publication Critical patent/JPH0231649B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、型抜き不可能な形状の中空部を有す
る粒状構造物、特にセラミツクス、金属粒或いは
サーメツト等のような粒状材料から成る構造物を
成形により製造するための方法に関するものであ
る。
〔従来技術とその問題点〕
セラミツクス、金属粒或いはサーメツトなどの
ような粒状材料から中空部を有する構造物を作る
場合、その中空部の形状が直線的で単純なもので
あれば、従来も成形可能であつた。例えば第１図
に示すものがそれで、粒状材料１で構造物本体を
成形する際、その中空部２は単純な円筒形状であ
つて、型抜きができるので、流動性のよいバイン
ダーと粒状材料を混合した成形材料を射出成形等
の公知の技術によつて容易に成形することが可能
であつた。
しかし、中空部のの形状が直線的でなく複雑な
もの、例えば第３図に示す中空部２′のようにそ
の中央部分２″が膨出しているような中空部をも
つ構造物の場合は、型抜きが不可能であるので、
従来の技術によつて成形することは不可能であ
る。
このためやむを得ず、これに類似した方法とし
て第２図に略示するような方法がとられていた。
すなわち、例えば中央膨出部を有する壷状の内腔
を形成した２つ割り石膏型３，３に、粒状材料に
解膠剤を加えて適当な濃度に調整した泥漿成形材
料を注入し、内腔表面で泥漿の水分を石膏に吸収
させつつその部分に成形材料を次第に着肉させた
のち、型３，３をはずして膨出部４′を有する生
乾きの管状中空体４を作り、これをさらに乾燥し
焼成する泥漿鋳込成形法がそれである。しかし、
この方法は次のような問題点があり、特定の限ら
れた場合以外はほとんど適用できない難点があ
る。
イ 特定の管状構造物４は成形できるが、他の形
状例えば第３図に示すような構造物１０は泥漿
鋳込法では製造不可能である。
ロ 水分吸収−着肉により形成し得る肉厚は、泥
漿成形材料の濃度の制限や、石膏型の吸水能力
等から物理的に限度がある。
ハ 着肉速度が極めて遅く、乾燥するのに長時間
かかることから、石膏型が多数必要である。
ニ その他、粉体−液体系の難解なレオロジー
や、原料粉末の微妙な変動等による製造管理の
むづかしさのため、経験、熟練に頼る面が多
い。
ホ さらに、工程・設備等の自動化が困難で、量
産性に乏しい上、着肉層の密度が粗いため性能
的にもエンジニアリング用途にあまり向かない
等の欠点がある。
さらに、粒状材料、特にセラミツクスの成形に
は特有の問題がある。すなわち、未焼成のセラミ
ツク成形品は非常に不安定で、熱により変形し易
い上、強度的に脆く、壊れ易いなどの性質のほ
か、異物が混入するとセラミツクの焼成時に亀裂
が入つたり物性が低下したりする厄介な性質があ
る。このため、成形品本体とは異質の材料から成
る物体を、いわば金属鋳造における中子のように
して使用するということは、従来考えられたこと
がなかつた。その反面、セラミツクなどの粒状構
造物は、バインダーを相当量含有しているので、
金属には不可能であつた低温での射出成形やトラ
ンスフアー成形などのような能率のよい成形法を
利用し得るという特長がある。
〔発明の目的〕
そこで本発明は、従来の泥漿鋳込法や金属鋳造
法などから離れて、粒状材料、特にセラミツク
ス、金属粒或いはサーメツト等のような粒状材料
から、型抜きできない複雑な内腔形状の貫通中空
部を有する粒状構造物本体を成形するための新規
な方法を提供しようとするものである。
特に本発明は、射出成形法、トランスフアー成
形法等のような高性能で量産性ある安価な成形法
を用いて、セラミツク等の粒状材料から、型抜き
できない複雑な形状の中空部を有する構造物を成
形により製造するための方法を提供しようとする
ものである。
〔発明の概要〕
基本的に、本発明の方法は、(a)粒状構造物本体
の中に形成すべき、型抜き不可能な複雑形状の貫
通中空部に相当する形状の中空部形状体（又は挿
入体ともいう）を特定材料で成形その他の方法に
より作ること、及び(b)この中空部形状体を粒状構
造物本体の成形用金型内にインサートとして粒状
構造物本体の両側へ突出するよう一体成形するこ
と、を特徴とするものである。
中空部形状体又は挿入体を構成する特定材料と
は、未焼成の粒状構造物本体に悪影響を及ぼさな
い温度で、インサート成形された中空部形状体を
溶融・熱分解・揮散させ、又は安定な灰分に変え
て、中空部形状体の端から端まで貫通する空気流
通孔を形成することができるような有機又は無機
材料をいう。
本発明によれば、上記のような空気流通貫通孔
を形成する方法として、１つは、中空部形状体の
製造（特に成形）時に、その中心に電熱線を封入
しておき、この中空部形状体を粒状構造物本体と
共にインサート成形したのち、この電熱線に通電
して中空部形状体の少なくとも中心部を溶融等に
より除去する方法があり、もう１つは、電熱線を
封入しないで製造した中空部形状体を粒状構造物
本体と共にインサート成形したのち、該本体より
露出している挿入体又は中空部形状体の端部に高
温油などの流体を吹きつけて中空部形状体の少な
くとも中心部を溶融等により除去する方法があ
る。
かように形成された貫通孔のまわりに残存して
いる中空部形状体の残存量は、ついでセラミツク
等の粒状構造物の製造で通常行なわれる予備焼成
の工程を利用して完全除去される。予備焼成工程
は、粒状材料の結合のため使用されたバインダー
を本焼成前に除去するための工程であるが、本発
明によれば、中空部形状体の構成材料は、通常、
粒状構造物中のバインダー材料より流動温度、熱
変形温度の低い材料が好適に選ばれるから、予備
焼成温度に加熱された雰囲気内にある粒状構造物
本体の中空部に残つている中空部形状体構成材料
は、ここへ空気流を吹き込むことにより完全に除
去され得る。
このようにして中空部形状体又は挿入体の構成
材料及びバインダー材料を完全に除去された粒状
構造物本体は、ついで通常の如く高温で本焼成さ
れ、内部に型抜き不可能な複雑形状の中空部を有
する粒状構造物として完成される。
〔発明の実施態様〕
第４図から第８図に本発明の一実施例を示して
ある。
第４図は本発明に係る除去可能な中空部形状体
又は挿入体１１の一例を示す斜視図で、この中空
部形状体１１は第３図に示した粒状構造物本体１
０の中に形成しようとする、型抜きできない複雑
形状の貫通中空部２′，２″の形状に相当するもの
である。中空部形状体１１には、その軸線方向
に、ニツケル・クロム合金線又はその他の電気抵
抗体から成る電熱線１３を、その両端１３ａ，１
３ｂが中空部形状体１１の端部の外に突出するよ
うに封入されている。
第５図は第４図に示した中空部形状体１１の製
造法の一例を示すもので、合せ型７，８に中空部
形状体の成形材料１１′を注入して成形する。成
形材料１１′は、構造物本体を構成する粒状材料
に混合する有機バインダー材料より流動温度や熱
変形温度の低い有機物又は無機物を選択するのが
好ましい。また、後で熱分解し易いように過マン
ガン酸カリウムなどの過酸化物を添加してもよ
い。中空部形状体１１は一種のコアー型となるも
のであるから、有機材料は熱硬化性又は熱可塑性
プラスチツクが成形に使用されるが、仕様によつ
てタルク、マイカ等の無機物を混合してもよい。
また発泡成形する場合は、成形後、三次元構造を
有する圧力・熱に強い合成樹脂等をコーテイング
しスキン層を作つて保護するとよい。無機材料と
しては、アルカリ硝酸塩と亜硝酸塩の混合物等が
用いられ得る。
中空部形状体１１の成形は、一般に、厚肉の場
合は発泡成形が、薄肉の場合は非発泡成形が好ま
しい方法である。ただし、中空部形状体は粒状構
造物本体の成形用金型の中にセツトして本体と一
体成形を行い、中空部形状体をインサートした一
体構造物を作製するため、本体の成形の流動性を
阻害することのないよう特に留意しなければなら
ない。
このようにして成形その他の方法により製造さ
れた第４図に示すような中空部形状体１１を、次
に粒状構造物本体１０を成形するための金型１
７，１８の中に第６図に示すように挿入固定し、
射出成形等により金型内へ粒状材料とバインダー
を混合して作つた成形材料１０′を射出して、中
空部形状体１１のまわりを充填する。
ここで、成形材料１０′は、基本的には最終製
品の要求仕様によつて選ばれるため、第１に粒状
材料が決定され、ついで成形方法を考慮してバイ
ンダーが選択される。
粒状材料は、陶石・長石等の天然原料から、ア
ルミナ等の酸化物や窒化ケイ素・炭化ケイ素等の
非酸化物等のセラミツクス、金属粒或いはサーメ
ツトがある。
バインダーは有機物が好ましく、ポリスチレ
ン・ポリエチレン・ポリプロピレン・ジエチルフ
タレート等の合成品からワツクス・松根油・ター
ル油・水素化ピーナツツ油等の天然材料のほか、
適当な滑剤や可塑剤が添加され、粒状材料との親
和性・流動性・成形性・熱安定性・離型性のよい
配合が選ばれる。
成形材料１０′は、これら粒状材料とバインダ
ーを、バインダーの溶融温度又は流動温度以上の
温度、通常170〜180℃の温度で１〜２時間混合し
てもち状混合物を作り、これをロール造粒、加熱
押出、冷間粉砕等にて均一なペレツト状又は粉末
状にする。この場合、特に粒状材料とバインダー
とのぬれ性を十分確保するため、混練をよく行う
ことが重要である。
構造物本体１０の成形は、中空部形状体１１の
成形の場合と同様、その形状・大きさ・肉厚によ
つてそれに適した成形法が選ばれる。構造物本体
１０の成形は普通射出成形やトランスフアー成形
が用いられるが、内部応力の少い成形条件と形
状・肉厚・Ｒ等の留意が必要である。
成形が済むと粒状構造物本体１０は第７図に示
すように中空部形状体１１をインサートした一体
成形品として金型から取出される。本体１０の両
端には中空部形状体１１の各端部が突出し、さら
にそこから電熱線１３の端部１３ａ，１３ｂが露
出している。
この状態で粒状構造物本体１０は、未焼成の状
態にあつて非常に不安定であり、温度の急激な変
化や物理的衝撃に弱いから、その取扱いは極めて
慎重を要する。従つて中空部形状体１１の除去に
も細心の注意が必要である。
この実施例における中空部形状体１１の除去方
法の第１段階を第８図に示す。すなわち、中空部
形状体１１に封入した電熱線１３の両端を適宜電
源１９に接続して電熱線１３に通電発熱させる。
これにより中空部形状体１１の少くとも電熱線１
３のまわりを溶融・熱分解・揮散させることによ
り貫通孔２０を形成させる。
通電する場合は、電圧をゆつくりと上げ、中空
部形状体の有機物又は無機物を十分溶融する。つ
いで有機物の場合は熱分解温度まで昇温し、徐々
に熱分解・揮散させる。この方法は、構造物本体
１０が電気的に不導体の場合しか使用できない
が、抵抗線の太さ・発熱温度等を成形品に合せて
行えば、中空部形状体の大小にかかわらず効率よ
く除去することが可能である。
中空部形状体を除去するための、これと異なる
実施例としては、第４図に示すのと同じ中空部形
状体を電熱線を封入しないで作り、粒状構造物本
体１０にインサート成形して型から取出したの
ち、中空部形状体の端部にその溶融温度以上に加
熱した油等の流体を吹きつけ、中空部形状体のほ
とんど又は少くとも中心部分を溶融除去して貫通
孔２０と同様な貫通孔を形成する方法がある。使
用流体としては、加熱した松根油・軽油・シリコ
ン油等の溶液を細いノズルから中空部形状体の端
面に吹きつけ、その有機物又は無機物を溶融除去
させる。流体の加熱温度は、中空部形状体の構成
材料が十分溶融でき、しかも未焼成の構造物本体
１０を変形させることのない温度を選ばなければ
ならないが、最初は放熱を見込んで高い温度で早
く溶解させ、ある程度溶融したところで少し低め
の温度で時間をかけて除去する。
この操作は、中空部形状体のほとんどを溶融除
去するまで、又は少くとも貫通孔が穿設されるま
で続ける。溶融した有機物又は無機物とシリコン
油等の吹きつけ流体との溶液は一様に混溶しない
ので分離は容易である。溶液が仮に構造物本体の
中へ一部浸透しても熱分解して揮散するか、又は
酸化物として残つても物性低下・亀裂発生等悪影
響を及ぼさない材料を選ぶ必要がある。この溶融
除去方法は、中空部形状体の体積が大きい場合に
比較的効率がよい。
上記いずれの実施例によつて中空部形状体に貫
通孔を形成したにしても、ついで中空部形状体の
残存部分を除去する第２段階は、予備焼成工程そ
のものの中で行われる。
セラミツクス等の粒状構造物は、粒状材料と共
に相当量のバインダーを含有しており、このバイ
ンダーは本焼成時に粒状構造物を劣化させる危険
があるから、その前にこれを熱分解・揮散させる
ため予備焼成を行うことが必要である。予備焼成
の工程は、成形された構造物本体中のバインダー
を除去するのが主目的であるが、本発明によれば
この工程を利用して同時に上述のように中空部形
状体１１の少なくとも中心部に形成された貫通孔
の一端から、加熱された又は室温の新鮮な空気を
吹き込んで奥深い内部の中空部形状体１１の構成
材料をも完全に熱分解・揮散させて除去する（有
機物の場合）か、又は溶融除去すると共に残つた
一部のものは酸化物として灰分化させ安定なもの
に変える（無機物の場合）。
特に留意すべき点は １） 温度は140℃より段階的に昇温し、酸化雰
囲気中で特にゆつくり加熱すること、（２〜３
℃／時の昇温熱分解と加熱減量曲線を緩やかに
する） ２） 構造物本体及び中空部形状体の大きさ・形
状等にもよるが、風量・空気の流れ方・煙の処
理等に気をつけること、 である。
以上のように予備焼成によつて、粒状構造物本
体及び中空部形状体の有機物を完全に熱分解揮散
させ、又は無機物を酸化し灰分化させた後、粒状
材料の種類・粒度、構造物本体の形状・大きさ・
厚さ等によつても異なるが、アルミナの場合普通
はLPG炉中で1560℃、16時間本焼成し、徐冷し
て粒状構造物を完成させる。
実施例 微粉末アルミナを100部、ポリスチレン粉末を
15部、ステアリン酸を4.9部、DEP（ジエチルフタ
レート）を2.4部、合計122.3部の成形材料を170
〜180℃で１〜２時間よく混合し、ロール造粒・
加熱押出（ペレタイザー）等で均一なペレツト状
にし、射出成形用の成形材料を製造する。
射出成形の前に、加熱流動特性をスパイラルフ
ロー金型で測定し、成形機や金型の形状を考慮し
て成形条件を決める。
一方、中空部形状体又は挿入体は別の金型を作
成し、中圧製ポリエチレンにて直径0.8〜1.0mmの
ニツケル・クロム合金線を封入した射出成形品を
作製し、これを構造物本体の金型内に挿入固定
し、その周囲に上述のアルミナ製成形材料を射出
成形によつて充填し、中空部形状体をインサート
した一体構造物の成形品を作製する。封入したニ
ツケル・クロム線にスライダツクを通して100V
の交流電流を通し、溶融・熱分解と段階的に温度
を上げ、時間をかけて有機物をほとんど揮散させ
るか、または少くとも電熱線のまわりを熱分解・
揮散させ電熱線を抜きとり貫通孔を作る。
脱脂炉、酸化雰囲気中で140℃からの昇温速度
3.0℃／時を厳守し、予備焼成する。貫通孔には、
炉外から配管して貫通孔の一方の端に加熱した新
しい空気をノズルから吹出させ、炉中の煙は排気
をよくし炉中に留まらないようにする。時間は構
造物・中空部の大きさ・形状によつて異なるが、
十分時間をかけ、有機物を完全に熱分解し揮散さ
せるまで続け、徐冷する。
その後で、1560℃まで徐々に昇温し、16時間
LPG炉中で本焼成し、徐冷する。
実施例 実施例において中空部分の成形時ニツケル・
クロム合金線を封入しないで両端末に少し凹みを
つけた成形品を作り、これをインサートして構造
物の一体成形品を作製した後、中空部形状体の端
の凹部に175℃に加熱したシリコン油を細いノズ
ルから吹きつけ、ポリエチレン成形品を溶融し、
そのほとんどを除去するか、または貫通孔をあけ
る。
その他の操作はすべて実施例と同じである。
〔発明の効果〕
以上詳説のように本発明は、未焼成の粒状構造
物本体に悪影響を与えない温度で溶融して貫通孔
を形成し得るようにした中空部形状体を粒状構造
物本体と一体にインサート成形し、成形後まず中
空部形状体に貫通孔を形成し、ついで粒状構造物
本体の予備焼成工程を利用してこの貫通孔に空気
を吹込んで中空部形状体を完全に除去するように
したから、従来不可能であつた、型抜きできない
形状の中空部をセラミツクス、金属粒又はサーメ
ツト等の粒状材料から成形される構造物本体の中
に髄意に設けることが可能となり、また、かかる
粒状構造物本体を射出成形やトランスフアー成形
等のような量産性ある成形法によつて安価に産出
することが可能となり、粒状構造物のエンジニア
リング用途への進出を期し得るようにした著大な
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来技術で成形できる単純な形状の中
空部を有する粒状構造物の斜視図、第２図は石膏
型による泥漿鋳込成形法の説明図、第３図は従来
技術では成形できない複雑で型抜き不可能な形状
の中空部を有する粒状構造物本体の斜視図、第４
図から第８図は本発明方法の一実施例を示す説明
図で、第４図は型抜きできない形状の中空部に相
当する中空部形状体の斜視図、第５図は同中空部
形状体の成形法を例示する断面図、第６図は同中
空部形状体をインサートして粒状構造物本体を射
出成形する方法を例示する断面図、第７図は中空
部形状体と一体成形されて型から取り出された粒
状構造物本体の斜視図、第８図は粒状構造物本体
にインサートされている中空部形状体に貫通孔を
形成する方法の一例を示す斜視図である。 〔主要符号〕 ２′…型抜きできない形状の中
空部、１０…粒状構造物本体；１０′…その成形
材料、１１…中空部形状体；１１′…その成形材
料、１３…電熱線、２０…貫通孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 陶石・長石等の天然材料、アルミナ等の酸化
    物若しくは窒化ケイ素・炭化ケイ素等の非酸化物
    などのようなセラミツク、金属粒、又はサーメツ
    トから成る群から選ばれた粒状材料と適宜のバイ
    ンダーとから成る材料から予備焼成及び本焼成を
    経て製造される構造物本体の内部に、型抜きでき
    ない複雑な内腔形状の貫通中空部を形成する方法
    であつて、 (a) 予備焼成温度又はそれ以下の温度で溶融除去
    され得る材料で、前記構造物本体の内部に形成
    しようとする複雑形状の中空部に相当する外形
    の挿入体を、電熱線を貫通埋設させ、又はさせ
    ずして、製作し、 (b) 前記挿入体を成形用金型内に配置して前記材
    料から成る構造物本体を挿入体と一体に成形
    し、 (c) 前記挿入体に埋設した電熱線に通電発熱させ
    ることにより、又は挿入体の端部から高温油を
    当てることにより、前記挿入体の中心部を溶融
    させて挿入体の端から端へ貫通して構造物本体
    外へ通じる貫通孔を形成し、 (d) ついで予備焼成温度に加熱された空気を前記
    貫通孔に吹き込んで、挿入体の残りの実質的に
    全部を構造物本体に悪影響を与えることなく除
    去すると共に構造物本体から前記バインダーを
    除去し、 (e) しかる後、前記構造物本体をより高温の本焼
    成温度に加熱して、内部に型抜きできない複雑
    な貫通中空部を有する構造物を得ることから成
    る方法。
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