JPH0336611B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は吸引成形型、真空成形型、ブロー成形
型等に好適な多孔質通気構造の通気性耐久型の製
造方法に関する。 本願発明者達は先に鉄系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
結剤を重量配合比で（１〜５）：（１〜５）：１の
割合に混合したスラリー状混合物を固化成形し、
自然乾燥又は／及び１次焼成したのち、酸化性雰
囲気中で焼成するようにした多孔性通気構造の複
合耐久型及びその製造法について特許出願してい
る。 （特願昭58−71258号、特願昭58−712259号、
特願昭58−62784号、特願昭58−80943号） しかし、この耐久型を吸引成形型に利用した場
合、キヤビテイ容量が大きいとこのキヤビテイ内
における空気の除去に時間がかかり、例えば成形
するシートの温度が低下してしまい成形不良が発
生したり、或いは成形できても成形時間が長くな
り、生産性が低下するという不都合が生じる。従
つてキヤビテイ容量の大きい型においては通気性
を更に向上させる必要があるが、前記耐久型にお
いては型全体の気孔率に限界がある。 すなわち、通気性を向上させるためには、骨材
の粒度、分布をより粗目にすれば良く、また粘結
剤を多く添加すれば良いが、しかしこれらの方法
ではその都度骨材の粒度分布及び粘結剤の添加量
の調整を行わなくてはならず、特に粒度分布の調
整による通気性の制御は厳密な骨材の粒度分布調
整が必要になるとともに鉄系粉は焼成することに
より鉄酸化物に化学変化することもあつて、かな
り高度の技術を必要とする。さらに粒度分布の調
整はふるい装置、混合装置などを用いて行わなく
てはならず、きわめて複雑な工程を経なければな
らないとともに余剰粉が発生するという不都合が
ある。また、粘結剤の添加量の調整は骨剤粒度の
調整より容易に行うことができるが、通気性の制
御ではある程度の範囲内でしか行うことができな
い。即ち、通気性を向上させるためには粘結剤の
添加量を増加すればよいが、あまり多量に添加す
るとスラリー状混合物の粘度が低下し粗粒度の骨
材が沈降しやすくなり成形体は焼成することによ
り変形したり、寸法精度が低下するなどの問題が
発生し、この種の粘結剤による制御では限界があ
つた。 本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもの
であつて、その目的とするところは通気性の制御
を確実にしかも容易にできる多孔性通気構造の通
気性耐久型を提供することにあり、また本発明の
他の目的とするところは上記特性に加えて、曲げ
強度などの強度特性が優れかつ寸法変化も少ない
多孔性通気構造の通気性耐久型を提供することに
ある。 以下に、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。第１図は本発明における表面に凹部を備えた
通気性耐久型の一実施例を示すもので、鉄系粉と
セラミツク粉（耐火物粉）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は型面２
ａを含む外周部に緻密な硬化層２を有すると共
に、この硬化層２の内側に未焼成混合組織からな
るバツキング層３を有している。 第２図は本発明の他の実施例を示すもので、鉄
系粉とセラミツク粉（耐火物粉）及び鋼繊維４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、さきの実施例と同様に、外周
の緻密な硬化層２とその内側の未焼成混合物から
なるバツキング層３を有しており、しかも硬化層
２とバツキング層３の各層内及びそれら両層の境
界には鋼繊維４がほぼ一様に分散されていて、こ
の分散状の鋼繊維４がバツキング層３を構成する
未焼成混合組織を強化し、また硬化層２とバツキ
ング層３の間に渡されることでそれら両層の付着
力を増強している。 前記硬化層２は、第３図ａのようにセラミツク
粉に分散した鉄系粉の酸化鉄粒（α−Fe₂O₃）２
０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２の精製機構は必ずしも明確
ではないが、一般には、鉄系粉が硬化により大き
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２には、添加した粘結剤及
び有機物が乾燥工程１次焼成工程及び２次焼成工
程で蒸発、焼失、炭化或いは灰化することにより
微細（５〜10μｍのごとし）な気孔２２，２３が
形成され、この微細な気孔２２，２３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２の内側のバツキング層３は、第
３図ｂのように焼成のされないままの鉄系粉粒２
０′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′及びセラミツク粉粒
２１′の界面には、さきの粘結剤の蒸発と有機物
の焼失、炭化又は灰化によつて気孔２２′，２
３′が形成されている。この気孔２２′，２３′は
硬化層２の気孔２２，２３と通じており、従つて
複合焼成体１は全体が多孔質通気構造となつてい
る。 而して、第１図ないし第３図で示されるような
本発明の通気性耐久型は骨材と粘結剤を配合混練
してスラリー状混合物５を得しめこのスラリー状
混合物５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、スラリー状混合物５を得る工程は、鉄系
粉とセラミツク粉あるいはさらに鋼繊維を十分に
混合撹拌し、これに硬化過程で蒸発する成分を含
む粘結剤たとえばエチルシリケートなどのシリカ
ダルやコロイダルシリカなどを添加混合するとと
もに、焼成過程で焼失、炭化又は灰化しその体積
が消失又は減少するような有機物を添加して十分
に混合撹拌することからなる。 詳述すると、「鉄系粉」としては、鋳鉄粉、電
解粉、純鉄粉などの鉄粉や鋼粉などが用いられ
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、鉄系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ることができる。 また、「鋼繊維」としては、一般にステンレス
系のものが適当といえる。ステンレス系の鋼繊維
は焼成工程で焼失しないため、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構などを用い
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。溝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。 また、「有機物」としては、低温ですべてがガ
ス化することにより焼失するものが好ましいが、
焼成過程で炭化あるいは灰化しその体積が減少す
るものであつても良い。しかし、粘結剤と相溶す
るものでスラリー状混合物の粘度が著しく上昇し
たり、スラリー状混合物の硬化が進み難いという
不都合が生じる有機物は好ましくない。したがつ
て使用することができる有機物としては、例えば
パルプ粉砕物、セルロース粉、もみがら粉、でん
ぷん、カゼイン粉などのような天然有機物粉、木
炭粉、石炭粉、石墨などの炭素系有機物粉、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、フエ
ノール樹脂などの合成高分子の有機物粉、さらに
ステアリン酸カルシウム、炭酸エチレンなどのよ
うな有機化合物粉が用いられる。また、繊維状物
としては、木綿、羊毛、パルプなどの天然有機繊
維あるいはナイロン、ポリプロピレン、テトロ
ン、アセテートなど合成高分子繊維などが用いら
れる。 前記鉄系粉とセラミツク粉と粘結剤の配合比は
概ね重量比で（１〜５）：（１〜５）：１が好まし
く、有機物粉或いは繊維状物等有機物の添加量は
鉄系粉とセラミツク粉の合計重量に対して0.2〜
10vol（容積）％好ましい。 この配合比により強度、通気性、熱伝導性、表
面正常などの諸特性をバランスよく得ることがで
きる。ここで、鉄系粉とセラミツク粉と粘結剤の
配合比の下限を規定したのは、複合焼成体１，
１′を通気性耐久型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、骨材が多すぎると成形性の面から粘結剤の
被覆能を低下させ、強度の低下や型表面の安定性
劣化を生じさせるからである。鉄系粉の上限を規
定したのは、セラミツク粉と粘結剤の配合が適正
であつても鉄系粉が過剰となると十分な強度が得
られず、かつまた表面性状が悪化し、転写性が損
われるからである。セラミツク粉の上限を限定し
たのは、過度の配合により強度が損われるからで
ある。粘結剤は骨材の接合に必要であると共にあ
る程度の通気性を与えるために必要である。 また、有機物粉及び繊維状物等有機物の下限を
定めたのはこれら有機物の添加量が少ないと通気
性の効果が少なく上限を定めたのは多すぎた場合
十分な強度が得られなかつたり表面状態が悪くな
り、転写性が損われるからである。 鋼繊維を併用する場合、その添加量は概ね１〜
10vol％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
10％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。また、硬化層表面
への析出が過剰となつて肌を悪くしかつコスト的
にも不利である。 なお、鉄系粉の粒径は一般に最大寸法で５〜
500μｍ、セラミツク粉は最大寸法で10〜300μｍ
が望ましい。下限を規定したのは、型面の表面あ
らさの面からは粒径の細かいほどよいが反面にお
いて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、強度の点および表面状態を低下
させるからである。また有機物粉の大きさは、
10μｍ〜500μｍ程度が望ましい。下限を定めたの
はあまり細かすぎると混合時発塵等の問題があり
取扱いがむずかしいうえに粘結材を加え混合する
際粘性が上昇し混合がむずかしくなるためであ
る。 上限を定めたのは強度及び表面状態が低下する
ためである。また、繊維状物としては太さ10μｍ
〜100μｍ、長さ100μｍ〜５mm程度がよい。ここ
で、留意すべき点は繊維長さにおいてあまり長い
ものを用いると、フアイバーボールが発生しピン
ホール状の気孔が発生したり、表面状態が損われ
るので、最大５mm程度までの繊維長さがよい。 鋼繊維は、型の大きさなどにより、たとえば長
さ１〜30mm、太さ20〜400μｍの範囲のものを適
当に選択すればよい。 次いで前記スラリー状混合物５を所望型形状に
固化成形し成形体を得る。これはたとえば、第４
図のように模型又は現物６をセツトした型枠７に
さきのスラリー状混合物５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
るために振動を加えたり、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７
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
蒸発させかつ有機物の一部又は全部を焼失、炭化
或いは灰化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無加圧注型用
などとしては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
は否めないため、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、型寸法、目的とする気孔率或い
は生産の観点より、一般に焼成温度600〜1000℃、
焼成時間１時間以上が適当であるが、これらの温
度、時間に限定されるものではなく、焼成時間が
長ければ硬化層は成長し型全体の強度は上昇す
る。また、焼成温度の上限を1000℃としたのは、
硬化層は形成されるものの、表面が荒れて、転写
性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鉄系粉
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２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剤揮発分が燃焼除去さ
れるとともに残留有機物は焼失、炭化又は灰化し
てその体積が消失又は減少されるため多孔質化が
促進され、２次焼成の完了により第１図及び第２
図で示すような複合焼成体１からなる通気性耐久
型が得られる。 なお、本発明において、通気性（気孔率）を調
整するには、有機物粉及び繊維状物等有機物の添
加量、粒径によつて任意に調整できるものである
が、鉄系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
成条件等によつても制御できるものである。 次に、本発明の具体的な実施例を示す。 実施例 １ 鉄系粉として鋳鉄粉（粒径44μｍアンダー）と
セラミツク粉として合成ムライト粉（粒径75μｍ
アンダー）を重量配合比で１：１に均一に混合
し、この混合物に対して有機物として結晶セルロ
ース（二次凝集体の平均粒径45μｍ）を0.5vol％、
鋼繊維としてステンレス繊維（長さ６mm、太さ
100μｍ）を1.5vol％ずつそれぞれ添加混合すると
ともにさらに粘結剤として硬化触媒を含むエチル
シリケートを鋳鉄粉と合成ムライト粉の合計重量
に対して25w・ｔ％添加してこれらを十分に混
合、撹拌しスラリー状混合物を得る。次いでこの
スラリー状混合物を模型を入れた型枠に振動を与
えながら流し込み、所定時間静置して固化、成形
してのち、固化した成形体を離型後空気中に24時
間放置して自然乾燥する。次いで焼成炉に装入し
酸化性雰囲気中で焼成温度900℃にて２時間２次
焼成を行い、第５図に示すような真空成形用の通
気性耐久型Ａを得た。 実施例 ２ 有機物として結晶セルロースの添加量を1vol％
とした以外は、前記実施例１と同様にして通気性
耐久型を得た。 実施例 ３ 有機物として結晶セルロースの添加量を2vol％
とした以外は、前記実施例１と同様にして通気性
耐久型を得た。 実施例 ４ 有機物として石炭粉（粒径150μｍアンダー）
を用い、その添加量を10vol％とした以外は、前
記実施例１と同様にして通気性耐久型を得た。 実施例 ５ 有機物としてポリエチレン粉（粒径100μｍア
ンダー）を用い、その添加量を5vol％とした以外
は、前記実施例１と同様にして通気性耐久型を得
た。 実施例 ６ 有機物としてステアリン酸カルシウム粉（キシ
ダ化学製）を用い、その添加量を7vol％とした以
外は、前記実施例１と同様にして通気性耐久型を
得た。 実施例 ７ 有機物としてパルプ繊維（平均太さ200μｍ、
長さ５mm以下）を用いその添加量を0.2vol％以外
は、前記実施例１と同様にして通気性耐久型を得
た。 比較例 １ 有機物を無添加とした以外は、前記実施例１と
同様にして通気性耐久型を得た。 比較例 ２ 鉄系粉として粒径100μｍアンダーの鋳鉄粉、
セラミツク粉として粒径100μｍアンダー合成ム
ライト粉、また有機物を無添加とした以外は、前
記実施例１と同様にして通気性耐久型を得た。 以上、実施例１〜実施例７で得られた通気性耐
久型のうち、先ず実施例１における通気性耐久型
Ａを、第５図に示すような真空成形装置の枠体１
０に嵌め込んで通気性耐久型Ａの通気テストを行
つた場合について説明する。 真空ポンプ１１を作動した状態において120℃
に加熱した0.5mmのポリプロピレンシート１２を
通気性耐久型Ａの上面にセツトし、セツトすると
同時にバルブ１３を開いて通気性耐久型Ａの背面
から接続管１４、配管１５、真空タンク１６等を
介して吸引すると、ポリプロピレンシート１２と
型表面との間に閉じ込められたキヤビテイＣ内の
残留空気は通気性耐久型Ａの多数の気孔を介して
排出されポリプロピレンシート１２はわずか6.5
秒で型表面に吸引密着し成形が完了した。 また、実施例１の通気性耐久型Ａを実施例２〜
実施例７及び比較例１〜比較例２で得られた通気
性耐久型に替えて実施例１と同様にしてそれぞれ
の通気性耐久型の通気性テストを行つた場合の結
果を第１表に示す。

【表】

【表】 この第１表より明らかなように、実施例１〜実
施例７で得られた通気性耐久型は比較例１及び比
較例２で得た通気性耐久型より成形時間が短く、
通気性が良いことを示している。また、実施例１
〜実施例３から明らかなように、有機物の添加量
を増減することにより通気性耐久型の通気性が調
整されることを示している。 また、第６図より有機物である結晶セルロース
の添加量と通気度は結晶セルロースの添加量を増
大すると、通気度は良くなることが解る。 なお、本発明による通気性耐久型は前記実施例
の真空成形以外に、ブロー成形用型、射出成形用
型などの樹脂成形用型、さらにはアルミニウム、
鉛合金等の低融合金の鋳造用型、またフイルタ
材、ベントプラグとして用いてもよい。 以上の説明によつて明らかなように、本発明に
よれば骨材の粒度の調整或いは粘結剤の添加量の
調整などといつた複雑な操作を経ることなく、有
機物粉あるいは繊維状物の有機物を添加混合する
ことにより容易にかつ確実に型の通気性を調整で
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図及び第２図は本発明による通気性耐久型
の実施例を示す断面図、第３図ａ，ｂは本発明に
おける通気性耐久型の組織を模式的に示す断面
図、第４図は本発明における通気性耐久型の製造
過程を示す断面図、第５図は真空成形装置に本発
明の通気性耐久型を用いて通気性をテストした装
置断面図、第６図は結晶セルロースの添加量と通
気度の関係を示すグラフである。 １，１′：複合焼成体、２：硬化層、４：鋼繊
維、５：スラリー状混合物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒径５〜500μｍの鉄系粉と寸法10〜300μｍ
   のセラミツク粉と、硬化過程で蒸発する成分を含
   む粘結剤を重量配合比で（１〜５）：（１〜５）：
   １の割合に配合し、さらにこれに酸化性雰囲気中
   で焼成することにより焼失する大きさ10〜500μ
   ｍの有機物粉あるいは太さ10〜100μｍ、長さ
   100μｍ〜５mmの繊維状物の有機物を0.2〜10容量
   ％添加してスラリー状混合物を作り、このスラリ
   ー状混合物を原型模型に流し込んで固化成形し、
   固化成形した成形体を離型後１〜50時間、600〜
   1000℃の高温にて酸化性雰囲気中で焼成るするこ
   とを特徴とする通気性耐久型の製造方法。 ２ 粒径５〜500μｍの鉄系粉と、寸法10〜300μ
   ｍのセラミツク粉と、硬化過程で蒸発する成分を
   含む粘結剤を重量配合比で（１〜５）：（１〜
   ５）：１の割合に配合し、さらにこれに酸化性雰
   囲気中で焼成することにより焼失する大きさ10〜
   500μｍの有機物粉あるいは太さ10〜100μｍ、長
   さ100μｍ〜５mmの繊維状物の有機物を0.2〜10容
   量％添加混合するとともに太さ20〜400μｍ、長
   さ１〜30mmの鋼繊維を10容量％以下添加混合して
   スラリー状混合物を作り、このスラリー状混合物
   を原型模型に流し込んで固化成形し、固化成形し
   た成形体を離型後１〜50時間、600〜1000℃の高
   温にて酸化性雰囲気中で焼成るすることを特徴と
   する通気性耐久型の製造方法。