JPH06254862A - セラミツク型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高機能ＦＲＴＰや超塑性合金シートのような熱
変形温度の高い成形材シートを真空成形、圧空成形或は
両者を併用する真空圧空成形等により成形するためのセ
ラミツク型を精密に製品形状を転写するとともに高強度
でしかも短時日に製作する。 【構成】投擲機１６の投擲腕１７から高粘度のセラミツ
クスラリー３４の塊を製品のマスターモデル２３を収納
した型枠２４に向けて投げつけ、型枠２４がセラミツク
スラリー３４で万杯にになるよう充填して型取りする。 【効果】製品形状が精密に型取りされるとともに、強度
が強い型が従来の半分程度の短時日で製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は成形用の型の製造方法に
係り、特にポリエーテル・エーテル・ケトン（以降ＰＥ
ＥＫと呼ぶ）のような高融点の熱可塑性合成樹脂をマト
リツクス材とした高機能の繊維強化熱可塑性合成樹脂
（以降ＦＲＴＰと呼ぶ）や超塑性合金のような熱変形温
度の高いシート材を成形するためのセラミツク型の形成
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、例えば５００℃程度の温度にする
と低い応力で１０００％程度の伸びを示すといったよう
な、所定の温度で極めて大きなな塑性変形を起こすＡｌ
系或はＴｉ系などの超塑性合金や、ＰＥＥＫのような物
理、化学的特性が優れた高機能の熱可塑性合成樹脂をマ
トリツクス材とするとともにさらに耐熱性や機械的強度
に優れた炭素繊維を強化材とした高機能ＦＲＴＰが、航
空機、自動車、船舶、建築といつた様々な分野で利用さ
れるようになつた。

【０００３】超塑性合金や高機能ＦＲＴＰのようなシー
ト材料の成形は、例えば図４に示すように、底面からキ
ヤビテイ６に連通する複数の通気穴５を設けた成形型４
を吸気穴３を持つ減圧板２の上に載せてオートクレーブ
１の中に配備し、真空吸引力を利用しての真空成形、加
圧空気の押圧力を利用しての圧空成形、真空排気と加圧
空気との両者を併用した真空圧空成形等により行われて
いる。

【０００４】まず真空成形は、成形型４の上に成形材シ
ート７を押え板８で押えつつ載せた後ヒータ９で所定温
度に加熱し、減圧板２の吸気穴３に接続する真空排気管
１１で真空排気して真空吸引力で成形材シート７を成形
型４のキヤビテイ６に倣わせて変形させて行われる。

【０００５】次に圧空成形は、前記した真空成形におけ
る真空排気菅１１による成形型４の真空排気に代わって
給気管１０から圧搾空気をオートクレーブ１内に送り、
加熱された成形材シート７を静水圧的な圧空力によって
成形型４のキヤビテイ６に倣うよう変形させて行われ
る。

【０００６】また真空圧空成形は、真空排気管１１によ
る成形型４の真空排気と給気菅１０からのオートクレー
ブ１への圧搾空気の導入とを同時に行って加熱された成
形材シート７を真空吸引力と圧空力とによって成形型４
のキヤビテイ６に倣って変形させて行われる。

【０００７】このような成形において、成形材シート７
の熱変形温度は４００〜５００℃程度と高いので、熱変
形温度の低い塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエチ
レン等のよううな通常の熱可塑性合成樹脂のシートを成
形するようなわけにはいかず、成形材シートは勿論、型
の加熱も必要となる。

【０００８】このため、成形型４は耐熱性の材料で形成
しなければならず、従来は、ＳＵＳ３０４や、マルテン
サイト系ステンレスにＭｎを加えて耐熱性を向上させた
２２Ｃｒ−４Ｎｉ−９Ｍｎ−Ｆｅ系合金等で作った金型
が用いられていた。

【０００９】金型は切削加工や鋳造によって作られてい
るが、前記したようなＳＵＳ系材料は加工性が悪く切削
加工が容易でなく、また、熔融温度が高いとともに酸化
し易いＣｒを多量に含んでいるので鋳造性が悪く、鋳造
による製作も容易でなかった。

【００１０】このようなことから、最近は、金型に代わ
ってセラミツク型が多く用いられるようになった。

【００１１】従来のセラミツク型は図５に示すような注
型法により作られており、まず、製品形状のマスターモ
デル１３、ヒータを通すために埋め込むパイプ１４、図
示しないが吸気穴を形成するための棒等を配備した型枠
１２内にセラミツクスラリー１５を注入した後自然乾燥
しマスターモデル１３の表面形状を型取りする。

【００１２】その後、型枠１２から自然乾燥され生の状
態のセラミツク型を取り出し、熱風乾燥炉に入れて９０
℃程度での乾燥によつて水分を蒸発させた後８００℃程
度で焼成しセラミツク型とする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たように製品のマスターモデルの形状を型取りするのに
注型法を利用した場合、マスターモデルの表面に気泡が
残り表面形状を精密に型取りできない場合があり、特に
製品の形状が複雑な場合はこの傾向が強い。

【００１４】このように注型の際にマスターモデルの表
面に気泡が残るのを防ぐには、真空排気によって型枠に
注入されたセラミツクスラリーから空気を取り除く真空
脱泡をしたり、或は又セラミツクスラリーを注入した型
枠に振動を与えたりする必要がある。

【００１５】しかしながら、真空脱泡したり振動を与え
たからといってマスターモデル表面の気泡を完全に取り
除くのは容易ではなく、また、真空チヤンバーや振動台
等の装置が必要であり、特に型が大きい場合には設備費
が高くなる。

【００１６】また注型法によりセラミツク型を形成する
場合には、スラリーの流動性が良くするため混水量を多
くしなければならないが、混水量が多いと形成されたセ
ラミツク型の強度が弱くなる。

【００１７】さらに、セラミツクスラリーの混水量が多
くなると、セラミツクの焼成に先立っての水分の蒸発乾
燥及び焼成に時間がかかり製造に多くの日数がかかると
ともに、なかなか水分の乾燥を完全に行うのは難しいの
で、焼成の後にボイドやひび割れ等の欠陥が生じ易い。

【００１８】本発明は、前記したような従来技術の欠点
を解消し、混水量の少ない高粘度のセラミツクスラリー
を用い、マスターモデルの表面形状を精密に型取りする
とともに強度が高く、しかも乾燥及び製造の時間が短く
効率良くセラミツク型を製作する方法を提供することを
目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、高粘
度のセラミツクスラリーを投擲機の投擲腕を回動させて
製品形状のマスターモデルを収納した型枠に向けて投げ
つけて充填し型取りすることを特徴とするセラミツク型
の製造方法である。

【００２０】

【発明の作用】本発明は以上のような構成のものであ
り、型取りをセラミツクスラリーの塊を投擲機でマスタ
ーモデルに向かって投げつけて表面に被覆層を形成して
行うので、表面に気泡を残さないで精密な型取りができ
る。

【００２１】また型取りにはかなり高粘度のセラミツク
スラリーを利用できるので、形成されるセラミツク型の
強度が高くなるとともに、セラミツク中の水の蒸発乾燥
及び焼成を短時間で完全に行えるので、ボイドやひび割
れ等の欠陥のない型を短期間で製造できる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。

【００２３】図１はマスターモデルを収納した型枠に向
かってセラミツクスラリーを投げつけている状態を示す
図であり、１６が投擲機で、１７が先端にセラミツク材
料が出し入れ自在のお椀型の投擲ヘツド１８を固着した
セラミツクスラリーを型枠に向かって投げつけるために
回動する投擲腕である。

【００２４】投擲腕１７はばね２０で投擲方向である反
時計方向に回動する付勢力を与えられた状態で機枠１９
に回動自在に装着され、２２は投擲腕１７の反時計方向
の回動を止めるためのストツパーである。

【００２５】投擲腕１７には機枠１９に回動自在に装着
されたカム２１が当接しており、このカム２１の回動に
伴って押圧力が与えられた状態ではばね２０の反時計方
向の付勢力に抗して時計方向に回動し、押圧力が除かれ
た状態ではばね２０の付勢力で反時計方向に回動する。

【００２６】２３は型枠２４に収納された製品形状のマ
スターモデルであり、型枠２４は支持棒２６に支持され
た保持板２５に保持されている。

【００２７】２７は支持棒２６を回動及び上下動自在に
保持する基台であり、この基台２７は図３に示す様に構
成されている。

【００２８】２８は圧搾空気供給管２９から供給される
圧搾空気によりピストン３０を上下動させるエアーシリ
ンダーであり、ピストン３０の先端の凹面状の軸受部３
１が支持棒２６を下端部の球面状の継手部３３を止ねじ
３２でねじ止めしつつ回動自在に保持している。

【００２９】以上のように、マスターモデル２３を収納
した型枠２４は支持棒２６を介して保持板２５に回動及
び上下動が自在に保持されているので、当然のことなが
ら投擲機１６からセラミツクスラリー３４の塊を投げつ
ける際に必要に応じて回動させたり上下動させたりでき
る。

【００３０】図２は投擲機１６に高粘度のセラミツクス
ラリーを供給する状態を示す図であり、３５が投擲機１
６の上方に配備されたセラミツクスラリーの攪拌混合供
給装置であり、この攪拌混合供給装置３５は、攪拌羽根
３７が配備された攪拌混合部３６とばね４０で上方に引
っ張られた押し出し用のピストン３８が配備されたシリ
ンダー部３８とから成っている。

【００３１】シリンダー部３８の先端のスラリー押出口
４１にはピストン３９の押圧力に応じて開閉するシャツ
ター４２が装着されており、ピストン３９はコンプレツ
サー４３から供給管４４を通じて送られエアータンク４
５に溜められ、供給管４６、電磁弁４７を介してシリン
ダー部３８に送られた圧搾空気により駆動される。

【００３２】ここで利用されるセラミツクスラリーは、
溶融シリカ系のセラミツク材料であるＮｅｔｓｈａｐｅ
９００（セラダイン社）を通常の注型法を利用する場合
に比べて混水量を２０％減らした次のような配合とし
た。 Ｐａｒｔ １ １００ 重量部 Ｐａｒｔ ２ 〃 〃 水 ２１．２ 〃

【００３３】次に前記したような投擲機を利用してセラ
ミツク型を製造する方法を説明すると、まず投擲機１６
のカム２１を回動させて図２に示すように投擲腕１７を
押圧しばね２０の付勢力に抗して時計方向に回動させ
る。

【００３４】このような状態で攪拌混合供給装置３５の
ピストン３９を駆動するとスラリー押出口４１のシヤツ
ター４２が開いてセラミツクスラリー３４の塊が上向き
となつた投擲ヘツド１８の中に落下する。

【００３５】さらにカム２１が回動し投擲腕１７に対す
るカム２１による押圧力が除かれると、図１に示すよう
に投擲腕１７はばね２０の力でセラミツクスラリーを投
げつける方向である反時計方向に回動し、攪拌混合供給
装置３５から供給され投擲ヘツド１８に入っていたセラ
ミツクスラリー３４の塊をマスターモデル２３を収納し
た型枠２４に向かって投げつける。

【００３６】以上のようにして、投擲機１６は攪拌混合
供給装置３５からセラミツクスラリーの供給を受けつ
つ、セラミツクスラリー３４の塊を適宜回動したり上下
動したりするマスターモデル２３を収納した型枠２４に
向かって型枠２４内がセラミツクスラリー３４で万杯に
なるまで投げ続ける。

【００３７】型枠２４にセラミツクスラリー３４が万杯
になるまで充填されたなら、型枠２４の表面にビニール
シートを掛けて２４時間程度養生した後マスターモデル
２３の表面形状を型取りしたセラミツクの生型を型枠２
４から取り離す。

【００３８】以上のようにして形成されたセラミツク生
型をその後乾燥炉にいれ、一時間当たり４０℃程度の昇
温速度で加熱し、１００℃で６時間保持して水分の蒸発
乾燥した後８００℃で１２時間保持して焼成を行いセラ
ミツク型とする。

【００３９】

【発明の効果】本発明は前記したような構成及び作用の
ものであり、まずセラミツクスラリーをマスターモデル
の表面に投擲して型取りを行うので型取り表面に気泡が
残ることがなく、しかもいかに表面の形状が複雑でも精
密に型取りできる。

【００４０】次にセラミツクスラリーの混水量が少ない
のでセラミツクの強度が向上し、例えば曲げ強さは４０
％も強くなっている。

【００４１】さらに、混水量の少ないセラミツクスラリ
ーを利用しているので乾燥及び焼成に際しての昇温速度
を速められるとともに乾燥時間も短縮できるので、型が
形成されるまでの時間も従来の半分程度となった。

【００４２】このように本発明により高品質のセラミツ
ク型が短期間に容易に製造でき、このセラミツク型を用
いて高機能のＦＲＴＰや超塑性合金のシート材料の成形
が容易に行えるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 投擲機でセラミツクスラリーを
投擲してる図、

【図２】 投擲機にセラミツクスラリーを
供給してる図、

【図３】 型枠保持機構を示す図、

【図４】 真空、圧空成形装置、

【図５】 従来例。

【符号の説明】

１６ 投擲機 １７ 投擲腕 ２３ マスターモデル ２４ 型枠 ３４ セラミツクスラリー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高粘度のセラミツクスラリーを投擲機の投
   擲腕を回動させて製品形状のマスターモデルを収納した
   型枠に向けて投げつけて充填し型取りすることを特徴と
   するセラミツク型の製造方法。