JPH0731881Y2 - 有機自硬性鋳型用セラミックスボール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案は、有機自硬性鋳型用セラミックスボールに係
り、特に有機自硬性鋳型において、その肌砂層の背後
に、ボリューム増加材として、鋳物砂に代えて充填され
るセラミックスボールに関するものである。

（背景技術） 従来から、鋳造品のうち、工作機械部品等の製品重量が
50kg以上の、所謂中物、大物は有機自硬性鋳型を用いた
鋳造方法により製作されることが多い。そして、この有
機自硬性鋳型を用いる手法はノーベーク法等とも称さ
れ、熱を加えることなく硬化して、目的とする鋳型を得
ることが出来るものであり、そのために、有機質粘結材
として多くはフラン系樹脂等の樹脂を用いて鋳型の造型
が行なわれることが多いが、一般には分子量の余り大き
くない液状縮合物の樹脂を用い、これに酸性硬化触媒を
混合して縮合反応を開始せしめ、次第に活性を増大させ
て、最終的には三次元架橋により結合力を最大と為し
て、目的とする鋳型として完成している。

ところで、このような有機自硬性鋳型にあっては、有機
粘結材として用いられる樹脂やその硬化剤が高価である
こと等から、かかる鋳型を用いた鋳造法では、その鋳造
コストが高くなる問題があり、特に、工作機械の鋳物部
品のように、非量産型の場合には、製品ごとに専用の鋳
枠を用いることは金枠費の増大と保管、管理が難しいこ
とから、サンドメタル（S/M）比が大きくなるために、
製品コストの増加に繋がっていたのである。そのため、
従来にあっては、有機自硬性鋳型を構成する鋳物砂の充
填部位において、溶湯と接する肌砂層を除く中間部に、
金属材料からなる中実のボール等のボリューム増加材を
埋め込み、鋳物砂の使用量の減少を図ることが考えられ
ているが、そのような金属製のボールを用いた場合に
は、充填時の作業性の点から、また充填後の鋳型全体の
重量が重くなることによる作業性の低下、また鋳型への
注湯後に肌砂層の近くのものは800℃近くの温度まで上
昇すること等から、問題があったのである。

そこで、本考案者らは、先に、特願平1-40948号として
提案した有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法において、該
鋳型に、中心部に磁性材料を含むセラミックスボールを
ボリューム増加材として埋め込むことを明らかにした。
即ち、かかる有機自硬性鋳型は、その一例が第４図に示
されるように、上型22と下型24とからなるものであっ
て、それら上型22及び下型24において、26は鋳枠、28は
鋳物砂、30は、製品形状を与える製品キャビティ、32は
中子、34は湯口、36は上がりである。そして、このよう
な構成の鋳型（22,24）に対して注湯される鋳鉄溶湯、
溶鋼等の溶湯に接する所定厚みの肌砂層の背後に、内部
に磁性材料を含むセラミックスボール20が充填せしめら
れて、鋳物砂28の使用量の低減が図られているのであ
る。

このように、ボリューム増加材として、磁性材料を内在
するセラミックスボールを使用することにより、金属材
料からなる中実のボールに比して、その重量が低減さ
れ、作業性は向上することとなるが、かかるセラミック
スボール、特にその中心に磁性材料からなる塊状の芯体
を包み込んでなる構成のセラミックスボールにあって
は、該鋳型への注湯後において高温度に晒されることと
なるところから、前記芯体が膨張して、セラミックスボ
ールの表面を形成するセラミックス層に割れが生ぜしめ
られるという問題があったのである。

（解決課題） ここにおいて、本考案は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところ
は、有機自硬性鋳型における鋳物砂に代えて充填される
ボリューム増加材として有利に用いられ、高温度下にお
いても、割れ等が発生することのないセラミックスボー
ルを提供することにある。

（解決手段） そして、本考案は、上記の如き課題を解決するために、
有機自硬性鋳型における肌砂層の背後に、ボリューム増
加材として、有機自硬性の鋳物砂に代えて充填せしめら
れる有機自硬性鋳型用セラミックスボールにおいて、中
心部に位置する、磁性材料からなる芯体と、該芯体の周
りを取り囲む略球状のセラミックス製の外殻体とから構
成されると共に、該外殻体が複数に分割され、前記芯体
を収容した状態下において、該芯体との間に所定の空隙
を残して、該複数の外殻分割体が接合せしめられている
ことを、その特徴とするものである。

また、前記外殻体は、好適には、内部に凹所を有する半
球状分割体の二つから、或いは前記芯体を収容するに充
分な大きさの凹所を内部に有し、且つ該凹所が外部に開
口せしめられている球状主体と、該球状主体の開口部を
閉塞する蓋体とから構成されるものである。

さらに、本考案にあっては、前記外殻体として、前記芯
体を内部に収容した未焼成の前記外殻分割体の接合物を
焼成することにより、一体的な外殻体として焼成せしめ
てなるもの、或いは焼成して得られる外殻分割体を用
い、該外殻分割体内に前記芯体を収容して、接合せしめ
てなるものが採用される。

（具体的構成・実施例） 要するに、本考案は、磁性材料からなる芯体が内部に収
容されているセラミックスボールにおいて、セラミック
スボールを構成する外殻体が複数に分割された形態にお
いて芯体を収容すると共に、該芯体とその周りを囲む外
殻体との間に所定の空隙を有するところに、特徴を有す
るものであり、その一例が第１図に示されている。

すなわち、かかる第１図は、最終的な製品形状とされた
セラミックスボールの断面図であり、かかる図から明ら
かなように、セラミックスボール２は、所定の磁性材料
からなり、略球状の芯体８と、所定厚さをもって形成さ
れているセラミックス製の外殻体４とから構成されてお
り、また該外殻体４が、複数に分割された状態下におい
て、その内部に形成されている中空部６に磁性芯体８を
収容し、芯体８と外殻体４の内面との間に所定の空隙が
存在するような構成とされている。

そして、この本考案に係るセラミックスボール構成にお
いて、かかる外殻体４の好ましい一例が、第２図及び第
３図に示されている。

先ず、第２図には、外殻体（４）が２つの半球状の分割
体10,10からなる形態のものが示されているが、かかる
図においては、理解を容易とするために、分割された状
態で示されている。そこにおいて、それら半球状分割体
10の分割面側の中央部には、それぞれ、所定大きさの凹
所11が形成されている。そして、それら二つの分割体1
0,10は、それらの分割面側が対向せしめられて接合され
ており、それによって、外形が球状を呈すると共に、そ
の内部に半球状の凹所11,11から構成される中空部
（６）を有する外殻体（４）を構成している。また、該
中空部（６）には、所定空隙を残すような大きさとされ
た芯体８が収容されている。

また、第３図に示される如き形態の外殻体（４）にあっ
ては、全体として略球状を呈すると共に、外面に開口す
る所定深さの凹所16が設けられている球状主体14と、そ
の開口部を閉塞するように設けられる蓋体18とから構成
されている。そして、かかる球状主体14の凹所16には、
芯体８が収容されると共に、芯体８との間に所定の空隙
を残した状態で、凹所16の開口が蓋体18にて閉塞されて
いるのである。

なお、本考案に係るセラミックスボールにおいて、その
ボール径は、適用される鋳型に応じて適宜に設定される
ものであり、またその形状も、球状を呈しておれば、必
ずしも真円形状でなくても差支えない。

また、かかる凹所（11,16）の大きさは、収容する芯体
８の熱による膨張を充分に許容し得るように、換言すれ
ば芯体８との間に充分な空隙が存在するように、かかる
芯体を構成する磁性材料の熱膨張率に応じて、適宜に選
定されることとなる。

ところで、かかる芯体８を構成する磁性材料としては、
軟磁性材料と硬磁性材料とがあり、そのどちらもがボー
ルに磁性を付与する機能を有しており、適宜に選定され
るものであるが、特に本考案にあっては、セラミックス
ボールの保守管理（取り扱いの容易さ）からして、軟磁
性材料が有利に選択される。けだし、鋳造の自動化ライ
ンの中にあるマグネット分離装置により、鋳型の解枠
後、鋳物砂とボリューム増加材であるセラミックスボー
ルとを分離するに際して、マグネットから離れた後にお
いても磁性を帯びていると、ラインの大半が軟磁性体で
あるため、芯体に硬磁性材料を用した場合には、ライン
にボールが磁着してしまったり、セラミックスボール同
士が磁着して団子状になる等の理由により、ライントラ
ブルの原因となる虞があるからである。しかも、軟磁性
材料は酸化物を主体としているために、原料が安価であ
り、希望形状を容易に成形することが出来、更に材料が
入手し易い等の特徴を有しているからである。

なお、そのような特徴を備えた軟磁性材料としては、Ni
-Zn系フェライト、Cu-Zn-Mg系フェライト、Mn-Zn系フェ
ライト、NiのCu系フェライト等があり、高周波磁芯材
料、磁気記録材料等に用いられている材料がそのまま使
用可能である。

そして、本考案に係るセラミックスボールにあっては、
外殻体を構成する複数の外殻分割体（10;14,18）の未焼
成物が、芯体（８）を内部に収容した状態で接合された
後、焼成されることにより、一体的な外殻体（４）とさ
れてなるものであっても、また焼成して得られる所望形
成の外殻分割体（10;14,18）を用い、その内部に芯体
（８）を収容した後、それら外殻分割体が略球状となる
ように所定の接着剤等にて接合されることにより、一体
的な外殻体（４）とされてなるものであっても、何れも
が好適に採用されるものである。尤も、芯体を内部に収
容した未焼成の外殻分割体の接合物を焼成する前者の場
合にあっては、外殻分割体の接合構造の一体化がより一
層有利に進行せしめられ得ることとなる。

因みに、上記の如き外殻体の形態における本考案に係る
セラミックスボールの製造は、例えば以下の如く行なわ
れることとなる。

先ず、CaO・SiO₂・2Al₂O₃組成を与えるセラミックス粉
体原料をプレス成形用にブレンドし、これを用いて第３
図に示される如き、成形後に外部より磁性材料からなる
芯体（８）を収容し得る凹所（16）の形成された球状主
体（14）がプレス成形される。次いで、かかる未焼成の
球状主体（14）の凹所（16）内に、芯体（８）として、
SS41材質からなる12mmφの鋼球を配置した後、別工程に
て作製されたセラミックス製のプレス成形体である未焼
成の蓋体（18）を用い、無機系接着剤等のペーストを介
して球状主体（14）に接合する。これにより、前記凹所
（16）の開口が覆蓋せしめられるところから、全体に略
球状を為す未焼成の接合体（12）が得られる。その後、
このように形成された未焼成の接合体（12）に対して、
通常の手法に従って、乾燥を行ない、例えば1250℃×24
時間の焼成操作を施すことにより、球体径が27mmの目的
とするセラミックスボール（２）が得られるのである。

一方、上記と同様のセラミックス粉体原料を用いて、略
半球状を呈すると共に、その平坦面（分割面）側中央に
凹所を有するプレス成形品の複数を作製し、それらを前
記と同じ条件下に焼成した後、第２図に示される如き、
半球状の分割体（10）を得る。そして、この分割体（1
0）の凹所（11）に前記と同様の鋼球（芯体８）を収容
せしめた後、別の分割体（10）を用いて、二つの分割体
（10）にて芯体（８）を包含するようにして、所定の接
着剤等を介して、それら分割体（10）を接合せしめ、更
に好ましくは150℃の温度下に30分程度の加熱を行なう
ことにより、また、目的とするセラミックスボール
（２）を得ることが出来るのである。

なお、前記焼成工程における焼成温度及び時間は、使用
されるセラミックスの成分等に応じて適宜に決定される
ものである。

また、前記接着剤としては、公知のものが適宜に選択さ
れることとなるが、一般に、珪酸アルカリ系、リン酸塩
系、シリカゾル系等の無機系接着剤が好適に用いられ
る。なお、焼成により得られる外殻分割体を用いて、そ
れらを接合してセラミックスボールを構成する場合に
は、前記の如き接着剤にて外殻分割体を接合せしめた
後、100〜300℃の温度下に、30分程度の加熱を行なうこ
とが望ましい。更に、酸化物接着剤として、低融点のB₂
O₃‐PbO-ZnO系を用い、300〜700℃の温度にて接合加熱
を行なうことも可能である。

その他、種々の接着剤を用いることが可能であるが、収
容される芯体の融点を越える接合温度が必要となるもの
は避けるべきであり、また耐熱（800〜1000℃），耐衝
撃，耐摩耗，低コスト等の条件を満たすことも必要であ
る。

そして、このようにして作製される本考案に係るセラミ
ックスボールは、前述した如き有機自硬性鋳型の造型に
おいて、その鋳物砂に代えて有利に用いられ得るもので
あり、それにより、鋳型の重量を増加せしめることな
く、また高温度下においても、セラミックスからなる外
殻体に割れ等を惹起せしめることなく、有効にボリュー
ム増加材としての役割を果たし得ると共に、内部に磁性
材料からなる芯材を収容してなるところから、注湯後の
鋳物砂の回収時においても、マグネット分離装置等を用
いて、容易に鋳物砂から分離、回収され得るのである。

以上、本考案の具体的構成について、図面を参照しつ
つ、詳細に説明してきたが、本考案は、上述の記載によ
って、何等の制約をも受けるものではなく、また、本考
案には、上記の具体的記述以外にも、本考案の趣旨を逸
脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々な
る変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理
解されるべきである。

（考案の効果） 以上の説明から明らかなように、本考案に係るセラミッ
クスボールにあっては、複数のセラミックス製の外殻分
割体が、内部に磁性材料からなる芯体を収容すると共
に、該芯体との間に所定の空隙を有するように接合せし
められて、外殻体を構成するように一体化されていると
ころから、有機自硬性鋳型の鋳物砂に代えて用いられ
て、鋳造時に高温下に晒されても、外殻体との間に所定
の空隙を有するため、内部に収容される芯体の熱膨張に
よる外殻体の割れ等が効果的に回避され、セラミックス
ボールの耐久性が一段と向上され、以て実用的な鋳造プ
ロセスの実現が可能となったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に従うセラミックスボールの一例に係
る断面説明図であり、また第２図及び第３図は、それぞ
れ、かかるセラミックスボールを構成する外殻体の異な
る形態を示す断面説明図である。更に第４図は、従来の
セラミックスボールが充填されてなる有機自硬性鋳型の
一例を示す断面説明図である。 2:セラミックスボール 4:外殻体、6:中空部 8:芯体、10:半球状分割体 11,16:凹所、14:球状主体 18:蓋体

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】有機自硬性鋳型における肌砂層の背後に、
   ボリューム増加材として、有機自硬性の鋳物砂に代えて
   充填せしめられる有機自硬性鋳型用セラミックスボール
   にして、 中心部に位置する、磁性材料からなる芯体と、該芯体の
   周りを取り囲む略球状のセラミックス製の外殻体とから
   構成されると共に、該外殻体が複数に分割され、前記芯
   体を収容した状態下において、該芯体との間に所定の空
   隙を残して、該複数の外殻分割体が接合せしめられてい
   ることを特徴とする有機自硬性鋳型用セラミックスボー
   ル。
2. 【請求項２】前記外殻体が、内部に凹所を有する半球状
   分割体の二つから構成されている請求項（１）記載の有
   機自硬性鋳型用セラミックスボール。
3. 【請求項３】前記外殻体が、前記芯体を収容するに充分
   な大きさの凹所を内部に有し、且つ該凹所が外部に開口
   せしめられている球状主体と、該球状主体の開口部を閉
   塞する蓋体とから構成されている請求項（１）記載の有
   機自硬性鋳型用セラミックスボール。
4. 【請求項４】前記芯体を内部に収容した未焼成の前記外
   殻分割体の接合物を焼成することにより、一体的な外殻
   体として焼結せしめてなる請求項（１）乃至（３）の何
   れかに記載の有機自硬性鋳型用セラミックスボール。
5. 【請求項５】焼成して得られる外殻分割体を用い、該外
   殻分割体内に前記芯体を収容して、接合せしめてなる請
   求項（１）乃至（３）の何れかに記載の有機自硬性鋳型
   用セラミックスボール。