JPH026620B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は吸引成形型の製作法に関する。プラス
チツクの成形法のひとつに真空成形法がある。こ
の真空成形法は、シート状の熱可塑性プラスチツ
クを枠に固定して加熱軟化させ、枠下部に設けた
型を介して枠内部の空気を吸引排気し、シートを
型に従つて吸着成形するもので、比較的容易な設
備で能率よく大型の成形品を得ることができる利
点から、広く利用されている。そして、最近で
は、製品の商品価値を上げるため、成形品表面に
しぼ加工と称する凹凸模様を施すのが一般化して
おり、そのしぼ面は複雑化、多様化の一途をたど
つている。

このような真空成形用の型としては、木型、石
こう型、樹脂型及び金型が従来知られている。し
かし、木型は成形時の急熱急冷の繰返しにより変
形や割れなどが生じやすく、石こう型は強度が低
く、肌が荒いため成形品の肌がきれいになりにく
く、また摩耗が早いと共に加熱の繰返しにより表
面が焼石こうとなり剥離を起す。樹脂型は前２者
に比べ価格が高価で、完全硬化までにかなりの日
数を要するため製作が能率的でなく、強度や耐熱
性などが弱い点に問題がある。

従つて、これらの型は、試作用、商品見本用あ
るいは少量の生産のためのものとしてはともか
く、量産用の型としては不向きである。そこで一
般には金型が用いられており、精密さや正確度に
おいてすぐれた性質をもつているが、型材質の点
から吸引穴（スリツトを含む）の形成が困難な点
に問題がある。すなわち、吸引穴は一般にボール
盤やハンドドリル類で施工されるが、穴径やピツ
チが限られるため、しぼ加工のように凹凸が多数
ある場合や、シート厚さが薄く吸引穴径を小さく
する必要のある場合あるいは正確な型再現を図ら
んとする場合にうまく対応することができない。
すなわち、樹脂シートに対する吸引能力（シート
の密着性）が劣り、吸引の不均一化により表面絞
りの流れや内厚のバラツキ、コーナー部のしわな
どを発生させやすく、商品価値の低下を招く。こ
の吸引穴の問題は木型、石こう型、樹脂型も同様
である。

また、型製作上も、一般に電鋳法が採られる
が、精密化のためには加工技術に高度の熟練を要
し、コスト的に非常に高価となると共に、成形加
工に長時間を要する欠点があり、さらに対象製品
形状の適用範囲に大きく制約される不利がある。

本発明は前記したような従来の真空成形型の不
利、欠点を解決するために研究を重ねて創案され
たもので、その目的とするところは、マスターモ
デル（又は現物）およびプラスチツクシートに対
する転写性とプラスチツクシートに対する吸引能
力（密着性）がきわめて良好で、極薄シートをは
じめとする各種シートへの複雑、多様なしぼ加工
を精密に行うことができ、かつ、十分な強度と耐
久性をも備えた真空成形型を簡単な工程で安価に
製造することができる真空成形型製造法を提供す
ることにある。

上記目的を達成するため本発明は、粒径500μ
ｍ以下の鉄系粉末と粒径300μｍ以下のセラミツ
ク粉末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に混合してスラリー状混合物を作り、こ
のスラリー状混合物を流し込み固化させて型面を
造形し、これを自然乾燥又は／及び一次焼成した
のち、酸化性雰囲気中で焼成温度600〜1000℃で
焼成するようにしたものである。

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明す
る。

第１図ないし第３図は本発明により製作された
真空成形型の一例を示すもので、鉄系粉末とセラ
ミツク粉を骨材とする複合焼成体１からなつてい
る。この複合焼成体１は、第２図のように、外周
部に酸化鉄分を含む緻密な硬化層２が形成される
と共に、この硬化層２の内側には未焼成分からな
るバツキング層３が形成され、硬化層２の表面に
は第２図と第３図で例示するような所望の吸引型
面４が形成される。吸引型面は雄、雌を問わな
い。

硬化層２は、第３図ｃのようにセラミツク粉末
と分散混合している鉄系粉末の変化した酸化鉄粒
（Ｌ−Fl₂O₃）２１とこれと接合したセラミツク
粒２２からなつており、さらに詳細には、鉄系粉
末の酸化により大きく体積が増加し、セラミツク
粒子を包む形で焼結され、セラミツク粒子との界
面で拡散接合的な接着が行われ、硬化層２が生成
されるものである。そしてこの硬化層２は粘結材
に含まれる蒸発成分が外部に抜けることによる５
〜10μｍ程度の微小な気孔２３を有し、この微少
な気孔２３により多孔質でしかも緻密、平滑な性
状を備える。

一方、硬化層２の内側のバツキング層３は、前
記のように硬化層２が鉄系粉の酸化により体積が
膨張し、セラミツク粒子を包込むかたちで焼結さ
れ、セラミツク粒子との界面で拡散接合的接着が
なされ、非常に強度高い層であるのに対し、内部
に向かうほど拡散接合の度合いが弱い組織であ
り、硬化層２に近いものも酸化膨張が硬化層より
弱く、拡散接合の度合いも弱いがかなりの強度を
有しており、表面の硬化層のバツクアツプ効果を
果たす。また、このバツキング層３は硬化層２が
緻密であるのに比べ、組織がきわめてが粗であ
り、通気抵抗が極めて少ない。その気孔率は骨材
の粒度、鉄系粉末とセラミツク粉との配合割合、
酸化焼成条件等で幅があるものの、通常硬化層の
気孔率を１とすれば、バツキング層のそれは約２
倍以上の値である。したがつてこのバツキング層
３の存在により、表面の緻密さすぐれていながら
型全体が硬化層で構成されるよりも通気性が非常
によくなるのであり、バツキング層３を多くした
り、少なくすることで型の吸引能力を高くしたり
低くすることが可能である。

第３図ａは典型的なバツキング層の構造を示し
ており、拡散接合のなされていない鉄系粉末粒２
１′とセラミツク粉末粒２２′の混合組織からな
り、それらの鉄系粉末粒２１′とセラミツク粉末
粒２２′の界面には、前記した粘結材中の蒸発成
分の通過とあいまち極めて粗い隙間２３′が形成
され、この隙間２３′と前記硬化層２の気孔２３
は互いに連通しており、従つて複合焼成体１の全
体が通気度５〜50％の多孔質構造となつている。

なお、複合焼成体１はさらに鋼繊維を分散して
いてもよく、この鋼繊維の添加によりバツキング
層３の補強と、硬化層３とバツキング層３の付着
力の増加が行われるため、型強度が向上し、寸法
安定性も向上する。

次に本発明による真空成形型の製作法を説明す
る。

第４図ないし第６図はその状況を示すもので、
まず、真空成形型を得るにあたつては、骨材とし
ての鉄系粉末とセラミツク粉末あるいはさらに鋼
繊維を十分に混合撹拌し、これに硬化過程以降で
蒸発する成分を含む粘結材例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、十分に混合撹拌してスラリー状の混合物５
を得る。鉄系粉末としては、鋳鉄粉、純鉄粉、電
解粉、さらには鋼粉を用いることができる。鋳鉄
粉を用いた場合には遊離カーボンの燃焼により気
孔が形成される利点がある。セラミツク粉末とし
ては、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
代表される中性セラミツク、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のセラミ
ツクが一般に適当である。あるいはマグネシア質
に代表される塩基性のセラミツク、滑石なども用
いることができる。鉄系粉末の粒経は、一般に、
50μアンダー〜500μアンダーの範囲のものが適当
である。粒度を細かくすると転写性が向上する
が、反面においてクラツクが入りやすくなるため
50μアンダーが下限である。またバツキング効果
の点および多孔質化が過剰となり転写性を悪化さ
せる点から上限は500μアンダーとすることが好
ましく、上限と下限とのあいだでしぼ模様の表面
あらさなど成形形状との相関で適宜な粒度を選択
すればよい。セラミツク粉末の粒度も、同様な理
由から50μアンダー〜300μアンダーの範囲が望ま
しい。鋼繊維を用いる場合は、鉄系、ステンレス
系のものが適当であり、添加量は１〜10容積％が
適当である。繊維長さは型の寸法などに応じ１〜
30mm、太さは30〜300μｍの範囲から適当に選択
使用する。

また、前記鉄系粉末とセラミツク粉末と粘結材
の配合比は、重重比でほぼ（１〜５）：（１〜
５）：１が適当である。その理由は強度と熱伝導
性及び通気性の各特性をバランスよく得るのに必
要だからである。鉄系粉末の上限を規定したの
は、これ以上であるとセラミツク粉末および粘結
材の配合が適正であつても、十分な強度が得られ
ず、かつまた表面性状が悪化して転写性を損うた
めである。セラミツク粉末の上限を規定したの
は、他が適正配合比であつても十分な強度が得ら
れないからである。

次に前工程で得られたスラリー状の混合物５を
所望の型形状と型面を成形するため流し込み固化
するこれはたとえば第４図のようにマスターモデ
ル６を型枠７に装着した状態で混合物５を流し込
み所定時間静置することにより行う。この際に固
化促進のために硬化剤を加えたり、充填性を助長
するために振動を加えたり、スクイズすることも
効果的である。

次いでこの工程で得られた成型体８をマスター
モデル６から抜型し、粘結材中の蒸発成分（たと
えばアルコール分）を除去する。これは多孔性を
得ると共に成型体の亀裂防止および歪発生の防止
を図るためで、具体的には、１〜48Hrの自然乾
燥方式または成型面より気化する蒸発成分を着火
燃焼させることによる一次焼成方式を採用する。
勿論自然乾燥後に一次焼成を行つてもよい。

この工程を終えた成型体８を次に酸素供給を十
分に配慮した酸化性雰囲気中で焼成する。この焼
成は、焼成温度約600〜1000℃、焼成時間１〜
50Hrで行うのが適当であり、鉄系粉末の酸化現
象に伴い前記のように硬化層２が形成されること
で強度が促進される。焼成温度の下限を600℃と
したのは、これ以下では焼成がなされず、本発明
の特徴である緻密な硬化層２が得られないからで
ある。上限を1000℃としたのは、これ以上の高温
では表面が荒れ、転写性が損われるからである。
この焼成時において成型体に残存している粘結材
中の蒸発性物質が完全に除去されるため多孔質化
がさらに促進される。

スラリー状の混合物５を流し込み固化した成型
体８は乾燥により初期寸法に対し減少する。しか
しこれを酸化性雰囲気で焼成すると、鉄系粉が酸
化することにより、ほぼ乾燥時の収縮分に相当す
る分膨張し、当初とほぼ同一の適正な寸法が得ら
れる。この寸法の収縮、膨張は型全面生じるた
め、歪の発生は抑えられ、また、これら寸法変化
や歪の発生は、骨材、粘結材の配合割合、焼成条
件の操作により自由にコントロールすることが可
能である。

以上の工程で第１図ないし第３図で示す真空成
形型が得られるが、この真空成形型は前期混合物
５の良好な流動性としぼ模様などの表面あらさに
相関させた配合材の適当な粒度の選定により、マ
スターモデルの形状、模様を完全に転写させるこ
とができる。使用にあたつては、従来のように吸
引穴を形成する工程は全く必要とせず、真空成形
機の型枠９に装着して所望個所に減圧を作用させ
ればよい。場合によつては、吸引個所以外の複合
焼成体外面に目どめ材を塗着したり、非通気性の
面状体を覆つてもよい。

しかして、この真空成形型を用いた場合には、
硬化層２および内部の未焼成バツキング層３が空
隙２３′と気孔２３により多孔質で、緻密で表面
粗さが小さい型面全面に微細な吸引穴を有し、吸
引能力が高い。そのため、第６図の矢印で示すよ
うに型面全域に均一な吸引力が作用し、適温に加
熱され伸縮容易なプラスチツクシート１０の型面
４への密着性がきわめて良く、従来問題となつて
いた表面絞りの流れや肉厚のバラツキ、あるいは
コーナー部のしわの発生などが完全に回避され
る。ことに、吸引穴が微少な気孔群であるため、
薄いシートの場合にも吸引穴跡が残存せず、吸引
穴が無数にあるため型面が複雑な模様や形状でも
すみずみまで密着させることができる。そして、
型面を構成する硬化層２は吸引穴を有しながら緻
密で表面あらさが小さいため、前記したマスター
モデルに対する転写性の良好さとあいまち、型模
様のプラスチツクシートへの転写性も十分なもの
となし得る。さらに、硬化層２の存在で強度は
100〜600Kg／cm²と良好なものが得られる。なお本
発明において気孔率をコントロールするには、鉄
系粉末とセラミツク粉末の種類、粒度及び配合比
を考慮し、あるいは流し込み成形時の振動、スク
イズ条件や焼成条件を調整すればよい。第１１図
は鉄系粉末とセラミツク粉末の配合比（鉄系粉
末／セラミツク粉末）と気孔率の関係を示すもの
で、鉄系粉末の混合割合を増すと気孔率が上昇す
る。また、第１２図は粘結材対骨材（鉄系粉末＋
セラミツク粉末）の配合比と気孔率の関係を示す
もので、骨材配合比が低いほど気孔率が高くなる
傾向を示す。第１３図は焼成温度一定における焼
成時間と気孔率の関係を示すもので、焼成時間の
増加と共に気孔率は低下する傾向となる。

次に本発明の具体的な実施例を示す。

実施例 １ 鉄系粉末として鋳鉄粉（粒度100μアンダ
ー）、セラミツク粉末として合成ムライト粉
（粒度100μアンダー）を用い、粘結材としてエ
チルシリケートを用い、それらの配合比（重量
比）を３：３：１にとつて均一に混合撹拌し、
型枠に流し込み硬化させ100×100×40mmの成型
体を得た。得られた成型体に直接着火して0.2
時間１次焼成を行い、次いで電気炉に装入し大
気条件にて焼成温度900℃で２次焼成を行い、
複合焼成体を得た。

この複合焼成体の焼成時間と圧縮強度の関係
を示すと第７図のごとくであり、焼成時間と共
に圧縮強度が増加する。これは鉄系粉末が酸化
して硬化層が生成されることによるもので、硬
化層は焼成時間と共に比例的に増加する。

次に複合焼成体の強度とポロシテイ率との関係
を示すと第８図のとおりである。ポロシテイ率の
試験はJIS R2205に基き見掛気孔率試験によつて
行つた。この第８図から、本発明によれば型全体
が良好な通気性（吸引性）を有しており、その通
気性は強度と逆比例していることがわかる。

実施例 ２ 鉄系粉末として鋳鉄粉（50μアンダー）、セ
ラミツク粉末として合成ムライト粉（50μアン
ダー）、粘結材としてエチルシリケートを用い、
それらを配合比（重量比）２：２：１で均一に
混合撹拌してスラリー状混合物を作り、この混
合物を、しぼ模様を付したマスターモデルに流
し込み硬化させ成型体を得た。この成型体を48
時間自然乾燥後、酸素富化条件の焼成炉に装入
し、焼成温度900℃、焼成時間２時間で処理し、
120×120×30mmの複合焼成体からなる吸引成形
型を得た。このときの硬化層の平均深さは３
mm、ポロシテイ率は25％であつた。

次に上記工程で得られた真空成形型を成形機
に組込み、材質ABS、厚さ0.5mmのプラスチツ
クシートを90℃に加熱しながら真空成形した。
吸引個所は真空成形型の中央部とし、吸引力は
700mmHgとした。

しぼ模様を転写した型表面あらさと、この型
表面に吸引転写したプラスチツクシートの表面
あらさを、マスターモデルと比較して示すと第
９図のごとくである。第９図から明らかなよう
に、３者に表面あらさの差異はなく、すぐれた
転写性の得られていることがわかる。これは本
発明の真空成形型が流し込み成形方式であり、
かつ焼成によつて型面に緻密でしかも通気性の
ある硬化層が形成され、型面全域から均一な吸
引力が作用していることによるものである。

前記の配合中にステンレス繊維（ｌ＝７
mm、ｄ＝0.19mm）を添加混入し、900℃×６時
間の焼成条件で吸引成形型を得た場合の曲げ強
度と繊維混入量の関係を第１０図に示す。ま
た、圧縮強度と焼成時間の関係を第７図に示
す。繊維の混入により強度が著しく向上してい
ることがわかる。また鋼繊維を添加すると寸法
変化が非常に少なくなつた。これらの点から、
大型の真空成形型の場合などに効果的であるこ
とがわかる。

以上説明した本発明によれば、粒径500μｍ以
下の鉄系粉末と粒径300μｍ以下のセラミツク粉
末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に混合してスラリー状混合物を作り、このスラ
リー状混合物を流し込み固化させて型面を造形
し、これを自然乾燥又は／及び一次焼成したの
ち、酸化性雰囲気中で焼成温度600〜1000℃で焼
成し、型がセラミツクと酸化鉄との複合焼成体で
あるため、圧縮、曲げなどの機械的強度が高く、
また、粘結材中の蒸発成分の抜けにより通気路が
形成されるため型面が緻密で表面粗さが小さくて
も通気性が非常によく、したがつてプラスチツク
シートに対する転写性がきわめて良いと共に、吸
引能力が型面全体に均一で密着性が非常に良く、
かつまた大量生産用としての強度と耐久性を備え
た真空成形型が得られる。

しかも、模様付き型面の形成をスラリー状混合
物の流し込み固化により行い、乾燥、焼成時に通
気路が創成され、また、型面の模様付けの自由度
も高く精緻な模様も簡単に付けることができるた
め、上記特性の真空成形型を簡易な工程と安価な
材料により低コストで能率よく製作できるという
すぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製作された真空成形型の
一例を示す斜視図、第２図は同じくその断面図、
第３図は真空成形型構造を拡大して示すもので、
ａは型面の平面、ｂはバツキング層の断面、ｃは
硬化層の断面を各示す。第４図ないし第６図は本
発明における真空成形型の製作法を段階的に示す
断面図、第７図は本発明における焼成時間と強度
の関係を示すグラフ、第８図は本発明における強
度とポロシテイの関係を示すグラフ、第９図は本
発明におけるマスターモデルと成形型面とプラス
チツクシートの表面あらさの関係を示すグラフ、
第１０図は鋼繊維を添加した場合の混入量と曲げ
強度の関係を示すグラフ、第１１図は鉄系粉末と
セラミツク粉の配合比と気孔率の関係を傾向的に
示すグラフ、第１２図は粘結材と骨材（鉄系粉末
＋セラミツク粉末）の配合比と気孔率との関係を
示すグラフ、第１３図は焼成時間と気孔率の関係
を示すグラフである。 １……複合焼成体、２……硬化層、３……バツ
キング層、４……型面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粒径500μｍ以下の鉄系粉末と粒径300μｍ以
   下のセラミツク粉末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に混合してスラリー状混合物
   を作り、このスラリー状混合物を流し込み固化さ
   せて型面を造形し、これを自然乾燥又は／及び一
   次焼成したのち、酸化性雰囲気中で焼成温度600
   〜1000℃で焼成することを特徴とする真空成形型
   の製作法。