JPH1133674A - 三次元網目構造を持つ多孔質鋳物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元網目構造を持つ多孔質鋳物を製造する
に当り、その多孔質鋳物から多孔質鋳型を十分に溶解除
去する。 【解決手段】 三次元網目構造を持つ多孔質合成樹脂模
型の空隙に鋳型材料を充填する第１工程と、加熱下にお
いて、多孔質合成樹脂模型を分解すると共に鋳型材料を
硬化させて多孔質模型１３を得る第２工程と、多孔質鋳
型１３の空隙１６に溶湯を充填して多孔質鋳物１を鋳造
する第３工程と、多孔質鋳物１から多孔質鋳型１３を除
去する第４工程とを用いて、三次元網目構造を持つ多孔
質鋳物を製造する。その際、第１工程では、鋳型材料と
してＮａＣｌ系粒子群と水とよりなるスラリを用い、ま
た第４工程では、多孔質鋳型１３を水３０により溶解す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元網目構造を
持つ多孔質鋳物の製造方法に関する。この種の多孔質鋳
物は、熱交換器用部品、フィルタ、緩衝材、断熱材、装
飾品等に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の多孔質鋳物の製造方法と
しては、三次元網目構造を持つ多孔質合成樹脂模型の空
隙に鋳型材料を充填する第１工程と、加熱下において、
前記多孔質合成樹脂模型を分解すると共に前記鋳型材料
を硬化させて多孔質鋳型を得る第２工程と、前記多孔質
鋳型の空隙に溶湯を充填して多孔質鋳物を鋳造する第３
工程と、前記多孔質鋳物から前記多孔質鋳型を除去する
第４工程とを用いる方法が知られている。

【０００３】その際、前記第１工程では、鋳型材料とし
て水溶性のもの、例えば石膏または水溶性鋳型材を用
い、また前記第４工程では多孔質鋳型を流水中に放置し
て溶解除去する、といった手段が採用されている（例え
ば特公昭５６−８６９８号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
よると、水に対する石膏の溶解性が悪く、また水溶性鋳
型材は水に不溶のアルミナ砂を必須要素として含んでい
るため、それら石膏およびアルミナ砂の一部が多孔質鋳
物の空隙内に残留し易い、という問題があった。

【０００５】また、多孔質鋳物には、それが脆いことか
ら直接機械加工を施すことができないので、多孔質鋳物
の寸法調節に当っては、前記第３工程後の、多孔質鋳型
および多孔質鋳物よりなる混成体に機械加工を施すこと
になるが、従来の多孔質鋳型は機械加工によって崩壊し
易く、それに伴い多孔質鋳物の損傷を招く、といった不
具合を生じた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、多孔質鋳物か
ら多孔質鋳型を十分に溶解除去することのできる前記製
造方法を提供することを目的とする。

【０００７】前記目的を達成するため本発明によれば、
三次元網目構造を持つ多孔質合成樹脂模型の空隙に鋳型
材料を充填する第１工程と、加熱下において、前記多孔
質合成樹脂模型を分解すると共に前記鋳型材料を硬化さ
せて多孔質鋳型を得る第２工程と、前記多孔質鋳型の空
隙に溶湯を充填して多孔質鋳物を鋳造する第３工程と、
前記多孔質鋳物から前記多孔質鋳型を除去する第４工程
とを用いて三次元網目構造を持つ多孔質鋳物を製造する
に当り、前記第１工程では、前記鋳型材料としてＮａＣ
ｌ系粒子群と水とよりなるスラリを用い、また前記第４
工程では前記多孔質鋳型を水により溶解する、三次元網
目構造を持つ多孔質鋳物の製造方法が提供される。

【０００８】ＮａＣｌ系粒子群には、ＮａＣｌのみから
ＮａＣｌ粒子群および食塩粒子群が含まれる。このよう
なＮａＣｌ系粒子群よりなる多孔質鋳型は、水に浸漬す
るだけで簡単に溶解して鋳物より十分に除去される。

【０００９】また本発明は、多孔質鋳物の寸法調節を容
易に行うことができると共に多孔質鋳物から多孔質鋳型
を十分に溶解除去することのできる前記製造方法を提供
することを目的とする。

【００１０】前記目的を達成するため本発明によれば、
三次元網目構造を持つ多孔質合成樹脂模型の空隙に、鋳
型材料として、ＮａＣｌ系粒子群と水とよりなるスラリ
を充填する第１工程と、加熱下において、前記多孔質合
成樹脂模型を分解すると共に前記鋳型材料を硬化させて
多孔質鋳型を得る第２工程と、前記多孔質鋳型の空隙に
溶湯を充填して多孔質鋳物を鋳造する第３工程と、前記
多孔質鋳型および多孔質鋳物よりなる混成体に機械加工
を施す第４工程と、前記多孔質鋳物から前記多孔質鋳型
を水により溶解除去する第５工程とを用いる三次元網目
構造を持つ多孔質鋳物の製造方法が提供される。

【００１１】ＮａＣｌ系粒子群を硬化させてなる多孔質
鋳型は機械加工性が良好であって、その加工中における
崩壊は殆どなく、たとえ崩壊が起ってもそれは僅少に抑
えられる。これにより多孔質鋳型の補強作用を得て多孔
質鋳物の機械加工を多孔質鋳型と共に行い、多孔質鋳物
の寸法調節を容易に行うことができる。この多孔質鋳型
は、前記同様に、水により多孔質鋳物から簡単に溶解除
去される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１，２において、三次元網目構
造を持つ多孔質鋳物１は厚肉の円盤形をなし、その内部
には非常に入組んだ形態を持つ空隙２を備え、また両端
面および外周面には空隙２の出、入口である無数の開口
３が存在する。多孔質鋳物１は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｓｂ等の低融点金属またはこれらの合金より構成さ
れる。

【００１３】このような多孔質鋳物１は次のような方法
で製造される。 《第１工程》図３，４に示すように、三次元網目構造を
持つ多孔質合成樹脂模型４を製作する。この多孔質合成
樹脂模型４は、前記多孔質鋳物１の原型であるから、そ
の鋳物１と同様の構成を有する。したがって多孔質合成
樹脂模型４は厚肉の円盤形をなし、その内部には非常に
入組んだ形態を持つ空隙５を備え、また両端面および外
周面には空隙５の出、入口である無数の開口６が存在す
る。模型４としては、ポリエステル繊維、アクリル繊維
等よりなる成形体、ウレタンフォーム等が用いられる。

【００１４】図５に示すように、多孔質合成樹脂模型４
を、その一方の端面を上向きにして型枠７内に設置し、
次いで型枠７内に鋳型材料８を注ぎ、その材料８を模型
４の空隙５に充填すると共にその模型４を鋳型材料８内
に埋没させる。

【００１５】鋳型材料８としては、６０〜８０重量％の
ＮａＣｌ系粒子群と、２０〜４０重量％の水とよりなる
スラリが用いられる。この場合、水の含有量が２０重量
％未満では、スラリが濃すぎるため、模型４に対するス
ラリの充填不良を招き易く、一方、４０重量％を超える
と、スラリが薄すぎるため、その乾燥固化に多くの時間
を要する。スラリの好ましい組成は、ＮａＣｌ系粒子群
７０〜７５重量％および水２５〜３０重量％である。 《第２工程》図６に示すように、模型４および鋳型材料
８を収容した型枠７を乾燥炉９内に設置し、次いで８０
〜１５０℃にて１２〜４８時間の加熱乾燥を行い、鋳型
材料８を固化させて鋳型中間体１０を得る。この鋳型中
間体１０は、多孔質合成樹脂模型４とＮａＣｌ系単体部
１１とよりなる。そのＮａＣｌ系単体部１１は模型４の
空隙５を埋める部分ａと、模型４の両端面を覆う部分ｂ
と、模型４の外周面を覆う部分ｃとよりなる。

【００１６】鋳型材料８においては一部のＮａＣｌ系粒
子が溶けており、それが加熱乾燥により不定形状固体と
なって、隣接する両ＮａＣｌ系粒子間を接合するので、
ＮａＣｌ系単体部１１は機械加工に耐え得る強度を有す
る。

【００１７】図７に示すように、鋳型中間体１０を型枠
７から取出し、次いで、模型４の両端面を覆う部分ｂを
旋盤加工により除去して模型４の両端面を露出させる。

【００１８】図８に示すように、鋳型中間体１０を焼成
炉１２内に設置し、次いで６００〜８００℃にて０．５
〜２時間の焼成処理を行い、この加熱下において、多孔
質合成樹脂模型４を分解すると共に鋳型材料８を硬化さ
せて多孔質鋳型１３を得る。

【００１９】この多孔質鋳型１３は、模型４の空隙５を
埋める部分ａよりなる鋳型本体１４と、模型４の外周面
を覆う部分ｃよりなる環状補強部１５とより構成され
る。鋳型本体１４は多孔質鋳物１の空隙２に対応し、し
たがって鋳型本体１４の空隙１６は多孔質鋳物１に対応
する。鋳型本体１４の両端面には空隙１６の出、入口で
ある無数の開口１７が存在する。

【００２０】前記焼成処理においては、模型４の両端面
が露出しているので、その模型４から生じる分解ガスの
抜けが良好である。 《第３工程》図９に示す低圧鋳造装置１８において、る
つぼ１９の炉蓋２０上に多孔質鋳型１３が、その一方の
端面を上向きにして載せられ、その多孔質鋳型１３は固
定部材２１により炉蓋２０に取外し可能に固定される。
これにより炉蓋２０に設けられたストーク２２の出口２
３が、多孔質鋳型１３の他方の端面、つまり下端面に存
する複数の開口１７と対向する。

【００２１】鋳造に当っては、るつぼ１９内に溶湯２４
を加熱保持し、その湯面上方の空間に加圧パイプ２５を
通じて窒素ガスを供給し、この窒素ガスの圧力によって
溶湯２４を加圧する。これにより溶湯２４がストーク２
２内を上昇して多孔質鋳型１３の各開口１７を通じ、そ
の空隙１６に充填される。この充填は、溶湯２４の一部
が多孔質鋳型１３の上端面上にオーバーフローすること
によって判る。このオーバーフローが現出した時点で、
窒素ガスの供給を停止し、その加圧状態を所定時間保持
して多孔質鋳型１３内の溶湯２４を凝固させ、これによ
り多孔質鋳物１を得る。その後、るつぼ１９内を大気圧
に戻して、多孔質鋳型１３と多孔質鋳物１とよりなる混
成体２６を低圧鋳造装置１８から取出す。

【００２２】図１０に示すように、混成体２６におい
て、多孔質鋳型１３の上端面上にはオーバーフローによ
る凝固部２７が存し、また下端面には付着溶湯による凝
固部２８が存するので、これら凝固部２７，２８を旋盤
加工等の機械加工により除去する。

【００２３】この場合、ＮａＣｌ系粒子群を硬化させて
なる多孔質鋳型１３は機械加工性が良好であって、その
加工中における崩壊は殆どなく、たとえ崩壊が起っても
それは僅少に抑えられる。これにより多孔質鋳型１３の
補強作用を得て多孔質鋳物１の機械加工を多孔質鋳型１
３と共に行い、その多孔質鋳物１の寸法調節を容易に行
うことができる。 《第４工程》図１１（ａ）に示すように、混成体２６を
水槽２９内の水３０に浸漬する。そして、図１１（ｂ）
に示すように、多孔質鋳型１３を溶解し、これにより、
図１，２に示す多孔質鋳物１を得る。この場合、水３０
を流通させて多孔質鋳型１３の溶解を促進させるように
してもよい。

【００２４】なお、多孔質鋳型１３の構成材料としてＮ
ａＣｌ系粒子群を用いることから、多孔質鋳物１の構成
材料しては、前記のようにその融点がＮａＣｌ系粒子群
の融点約８００℃よりも低いものが選択される。 〔実施例〕 《第１工程（図３〜５）》三次元網目構造を持つ多孔質
合成樹脂模型４として、次のようなポリエステル繊維成
形体を製作した。寸法：直径 １００mm、厚さ ５０m
m；空隙５関係：開口６の直径 約２．５mm、開口６の
数 ２５．４mm（１インチ）当り約１０個、格子の太さ
０．４〜０．８mm．鋳型材料８におけるＮａＣｌ系粒
子群として、市販の、整粒された焼き塩を用意した。こ
の焼き塩の組成は表１の通りであった。

【００２５】

【表１】

【００２６】また焼き塩の粒度分布を調べたところ、表
２の結果を得た。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかなように、この焼き塩にお
ける粒度分布のピーク値は５００μｍ未満、つまり２１
２〜３５５μｍにある。

【００２９】７０重量％の焼き塩と、３０重量％の水と
を用いてスラリを調整し、このスラリを鋳造材料８と
し、また前記模型４および型枠７を用いて、模型４の空
隙５に対する鋳造材料８の充填と、その鋳造材料８内へ
の模型４の埋没とを行った。 《第２工程（図６〜８）》乾燥炉９を用いて、約１００
℃にて２４時間の加熱乾燥を行い、これにより鋳型材料
８を固化させて鋳型中間体１０を得た。次いで、旋盤加
工により模型４の両端面を露出させた。その後、焼成炉
１２を用いて、７００℃にて１時間の焼成処理を行い、
これにより多孔質鋳型１３を得た。 《第３工程（図９，１０）》低圧鋳造装置１８のるつぼ
１９内に、融点約５５５〜約６１０℃のＪＩＳ ＡＣ４
ＣよりなるＡｌ合金の溶湯２４を加熱保持し、また多孔
質鋳型１３を用い、さらに窒素ガスによる溶湯２４に対
する圧力を０．２kgｆ／cm² に設定して鋳造を開始し、
次いでオーバーフローが現出した時点で、窒素ガスの供
給を停止して、その加圧状態を６０秒間保持し、その
後、るつぼ１９内を大気圧に戻した。低圧鋳造装置１８
から多孔質鋳型１３と多孔質鋳物１とよりなる混成体２
６を取外し、その混成体２６に旋盤加工を施して多孔質
鋳型１３の両端面に存する凝固部２７，２８をそれぞれ
除去した。 《第４工程［図１１（ａ），（ｂ）］》混成体２６を水
槽２９内の水３０に０．５時間浸漬して、その多孔質鋳
型１３を溶解し、これにより多孔質合成樹脂模型４を忠
実に再現した多孔質鋳物１を得た。

【００３０】表３は、市販されている別の焼き塩の組成
を示し、これと表１の焼き塩の組成とは互に異なるが、
それらの粒度分布は略同じであった。

【００３１】

【表３】

【００３２】鋳型材料８のＮａＣｌ系粒子群として表３
の焼き塩を用いて前記実施例と同様の方法で多孔質鋳型
１３を製造したところ、何等不具合を生じなかった。こ
のことから、焼き塩の組成上の相違は、多孔質鋳型１３
の製造には何等影響を及ぼさない、ということが判明し
た。

【００３３】表４は、市販されている別の焼き塩の粒度
分布を示す。この焼き塩の組成は表３のものと略同じで
ある。

【００３４】

【表４】

【００３５】表４から明らかなように、この焼き塩にお
ける粒度分布のピーク値は５００μｍ以上、つまり５０
０〜６００μｍにある。

【００３６】鋳型材料８のＮａＣｌ系粒子群として表４
の焼き塩を用いて、前記実施例と同様の方法で鋳型中間
体１０を製造し、この鋳型中間体１０に前記同様に旋盤
加工を施したところ、ＮａＣｌ系単体部１１の一部に崩
れを生じた。これは、焼き塩の粒子が粗いため、相隣る
両粒子間が十分な面積を以て接合されていないことに起
因する。

【００３７】また鋳型中間体１０を用いて、前記実施例
と同様の方法で多孔質鋳型１３を製造し、その多孔質鋳
型１３を用いて前記実施例と同様の方法で多孔質鋳物１
を得た。この多孔質鋳物１について目視観察を行ったと
ころ、多数の格子の表面に複数の針状突起が認められ
た。これは、焼き塩の粒子が粗いため、多孔質鋳型１３
の内壁面に無数の微細孔が開口していることに起因す
る。

【００３８】これらの不具合を確実に回避するために
は、ＮａＣｌ系粒子群としては、その粒度分布のピーク
値が５００μｍ未満であるものを用いるのが有効であ
る。

【００３９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、前記のよ
うに特定された手段を採用することによって、多孔質鋳
物から多孔質鋳型を十分に溶解除去することが可能な、
三次元網目構造を持つ多孔質鋳物の製造方法を提供する
ことができる。

【００４０】請求項２記載の発明によれば、前記効果に
加え、多孔質鋳物の寸法調節を容易に行うことが可能な
前記製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多孔質鋳物の斜視図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【図３】多孔質合成樹脂模型の斜視図である。

【図４】図３の４−４線断面図である。

【図５】多孔質合成樹脂模型に鋳型材料を充填する状態
を示す断面図である。

【図６】鋳型材料を加熱乾燥して鋳型中間体を得る状態
を示す断面図である。

【図７】旋盤加工後の鋳型中間体を示す断面図である。

【図８】多孔質合成樹脂模型を加熱下で分解して多孔質
鋳型を得る状態を示す断面図である。

【図９】低圧鋳造により多孔質鋳物を得る状態を示す断
面図である。

【図１０】鋳放し状態の混成体を示す断面図である。

【図１１】（ａ）は混成体を水槽に浸漬した状態を示す
断面図、（ｂ）は混成体における多孔質鋳型を水により
溶解除去する状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 多孔質鋳物 ４ 多孔質合成樹脂模型 ５ 空隙 ８ 鋳型材料 １３ 多孔質鋳型 １６ 空隙 ２４ 溶湯 ２６ 混成体 ３０ 水

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元網目構造を持つ多孔質合成樹脂模
   型（４）の空隙（５）に鋳型材料（８）を充填する第１
   工程と、加熱下において、前記多孔質合成樹脂模型
   （４）を分解すると共に前記鋳型材料（８）を硬化させ
   て多孔質鋳型（１３）を得る第２工程と、前記多孔質鋳
   型（１３）の空隙（１６）に溶湯（２４）を充填して多
   孔質鋳物（１）を鋳造する第３工程と、前記多孔質鋳物
   （１）から前記多孔質鋳型（１３）を除去する第４工程
   とを用いて三次元網目構造を持つ多孔質鋳物を製造する
   に当り、前記第１工程では、前記鋳型材料（８）として
   ＮａＣｌ系粒子群と水とよりなるスラリを用い、また前
   記第４工程では、前記多孔質鋳型（１３）を水（３０）
   により溶解することを特徴とする、三次元網目構造を持
   つ多孔質鋳物の製造方法。
2. 【請求項２】 三次元網目構造を持つ多孔質合成樹脂模
   型（４）の空隙（５）に、鋳型材料（８）として、Ｎａ
   Ｃｌ系粒子群と水とよりなるスラリを充填する第１工程
   と、加熱下において、前記多孔質合成樹脂模型（４）を
   分解すると共に前記鋳型材料（８）を硬化させて多孔質
   鋳型（１３）を得る第２工程と、前記多孔質鋳型（１
   ３）の空隙（１６）に溶湯（２４）を充填して多孔質鋳
   物（１）を鋳造する第３工程と、前記多孔質鋳型（１
   ３）および多孔質鋳物（１）よりなる混成体（２６）に
   機械加工を施す第４工程と、前記多孔質鋳物（１）から
   前記多孔質鋳型（１３）を水（３０）により溶解除去す
   る第５工程とを用いることを特徴とする、三次元網目構
   造を持つ多孔質鋳物の製造方法。
3. 【請求項３】 前記スラリにおいて、前記ＮａＣｌ系粒
   子群としては、その粒度分布のピーク値が５００μｍ未
   満であるものを用いる、請求項１または２記載の三次元
   網目構造を持つ多孔質鋳物の製造方法。