JPS62283867A - 炭素質焼結体耐久モ−ルドおよびその付属部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明は、ガラス製品、陶Ｆ＝ｎ’Ｒ等のセラミック
ス製品、金属鋳物等の鋳込み成形に適する炭素雪焼成体
からなる耐久モールドおよびその付属部材に関するもの
である。

（従来技術等発明の目的） ガラス製品の製造においては、モールド用材料は金型や
木型が多く使用されている。使用にあたって、モールド
の型内にはカーボンペースト（主としてコルク粉を炭化
したものからなる）をコーティングする。モールドを水
で濡らしたのち、溶融したガラスをモールド内に入れ、
所定のガラス製品を成形する。溶融ガラスがモールド内
に入ったとき、カーボンペーストに含まれる水の受熱に
よって発生する蒸気の膜により、鋳肌の美麗なカ゛ラス
製品ができあがる。カーボンペーストは、それ自体吸収
性および通気性にすぐれているのであるが、使用が進む
につれてカーボンペーストは摩耗していく。したがって
、一定時間モールドが使用されると、あらたにカーボン
ペーストをコーティングして、コーティング層を復元さ
せてやる必要がある。また、使用途中、カーボンペース
トの一部が剥離したときは疵、キズのある製品が成形さ
れてしまう等、現在のモールドにおいても問題がある。

陶磁器の製造では、モールド用材料として、石膏が多く
使用されている。しかしながら原料スラリーに酸又はア
ルカリなど石膏を侵す薬品が含まれているときは、石膏
型の耐久性は著しく減殺される。また、強度が弱いため
に加圧成形に向かない。耐熱性が低く約５０°Ｃ以上に
加熱すると崩壊してしまうために、例えば成形時間の短
縮化に限界がある等の問題点も有している。

次に、金属鋳物では、モールド材料として砂型、シェル
モールド、金型など種々のものが使用されているのであ
るが、炭素材料は、一部を除き、使用されていないのが
現状である。

（発明が解決しようとする問題点） ガラス製品、陶磁器又は金属鋳物などの製造において、
従来からモールド材料に炭素材料が使用されていない理
由として、以下の点が考えられる。

（１）炭素材料は通常緻密であり、通気性が小きい炭素
材料は緻密で通性性が小さいから、溶融ガラスや溶融金
属が凝固するさいに発生するガスはモールドの母材から
逸出されることができない。モールドにおいてガラス発
生源は溶融物のほか、モールド内表面、例えばガラス製
造におけるカーボンペーストのごときコーテイング材の
分解によってもガスが発生する。しかし、モールドが緻
密で、通気性がない場合、ガスの逸散経路を別途つくる
以外にガスの抜は道はない。

ガスが抜けないときは、ガラス製品や金属鋳物は正常な
形状のものができず、また、美麗な鋳肌をもつ形成孔を
つくることができない。同時　　　　。

に、緻密で、通気性が小さい炭素材料は、吸水性も悪い
。ガラス製品を成形する際に、モールドを水中に浸漬し
て、モールド又はカーボンペーストに充分水を含ませる
。モールド内に高熱の溶融ガラスが入ると水は蒸気とな
って、モールド表面とガラス製品表面の間に介在するの
であるが、吸水量が充分でないと蒸気の量が不足し、美
麗な表面をもつガラス製品ができない。

また、炭素材料は吸水性が小さいため石膏型に代えて陶
磁器用モールドとして使用することができない。

（２）炭素材料は通常異方性があるため、モールドに適
しない 天然黒鉛、人造黒鉛、コークス等の炭素原料粉末は異方
性を有している。このため、これらの原料に炭素質結合
材を加えて、通常の製造方法によって得られる炭素材料
は、異方性を有する。異方性とは、材料の方向によって
通気性、機械的強度、熱伝導性などの性質が異なること
をいい、モールドは材料の方向によってこれらの諸性質
に相異が少ない等方性が要求される−ので、異方性をも
った炭素材料はモールドに使用するに適さない。なお、
等方性炭素材料で市販品があるが、耐久モールドを用途
にしているものでないこともあって、一般に緻密で、低
通気性である。

（発明の構成および作用） 本発明は、炭素質モールドおよびその付属部材等におい
て上記問題点を改善したものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は炭素、又は炭素と炭化珪素、珪素、ホウ素、炭
化ホウ素、ホウ酸の１種又は２種以上の材料を主成分と
し、これに炭素質結合材を加え球状に近い粒子とし、こ
れらの粒子を用いて粒度構成し、成形し、還元焼成した
ことを特徴とする炭素質焼結体耐久モールドおよびその
付属部材に関するものである。

炭素は天然黒鉛、人造黒鉛、コニクス、カーボンブラッ
ク等の粉末である。炭素粉末に、ピッチ、タール、有機
合成樹脂等の炭素質結合材を加えてミキサーを用い造粒
過程で球状に近い粒子にする。

大きさの異なる各種の粒子を混合して用途に応した粒度
構成とした配合物を常用の方法で成形する。

成形後、焼成炉において還元焼成して炭素質結合材を骸
炭化させて炭素質焼結体を得る。

炭素質焼結体は用途に応じて機械加工し、耐久モールド
あるいはその付属部材等とする。ガラスや金属鋳物など
を高温で鋳込み成形する際、炭素は酸化され耐久性が低
下する。炭素に、炭化珪素、珪素、ホウ素、炭化ホウ素
、無水ホウ酸、ホウ酸の１種又は２種以上を添加すると
、これらの材料が酸化され被覆を形成し、炭素の酸化を
防止する。

無水ホウ酸、ホウ酸は易水溶性であり、炭化ホウ素やホ
ウ素は低温域で酸化され易いし、また、珪素はアルカリ
に弱い性質があるので、これらの酸化防止材はモールド
およびその付属部材の用途に応じ、適宜選択して使用す
る。これらの酸化防止材の使用割合は第１図の４角形Ａ
ＢＣＤに囲まれた範囲内が好ましい。この部分は、ｌ、
ｍ、ｎの３成分系において、各成分の重量％がそれぞれ
Ａ（１＝１００、ｍ＝ｏ、ｎ＝ｏ）　、Ｂ　（１＝３０
、ｍ−７０、ｎ＝０）、Ｃ（１＝１０、ｍ＝７０、ｎ＝
２０）、Ｄｌｌ＝３０、ｍ＝ｏ、ｎ＝７０）を結ぶ線上
を含む範囲内である。ただし、ここに１は炭素（Ｃ）成
分、ｍは炭化珪素（ＳｉＣ）成分、ｎは珪素（Ｓｉ）、
ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（８４Ｃ）　、無水ホウ酸（
Ｂ２０：ｌ）、ホウ酸（Ｈ：＋ＢＯ：＋）の１種又は２
種からなる成分である。第１図において、ＢＣ線上を含
まない下側領域では機械加工性が低下し、ＣＤ線上を含
まない下側領域では耐熱性や化学的安定性が低下する。

ｍ成分を増大する程、耐熱性を維持しつつ耐酸化性が向
上し、ｎ成分が増大する程耐熱性や化学的安定性は低下
する傾向を示すが耐酸化性の向上が大となる。

本発明のモールドおよびその付属部材は、通気性および
吸水性を有し、かつ等方性であること、粒度構成、成形
圧等を調整することによって目標とする通気率を有する
モールドを容易につくることができる、などの特徴を有
する。ここに、等方性とは、通気率、熱伝導率、機械的
強度、熱膨張係数などの諸性質が材料の各軸方向によっ
て同一性があることである。本発明においては、材料の
ａ軸とＣ軸の熱膨張係数比で表わしたときの比が３以下
の材料がモールドおよびその付属部材として適する。

本発明のモールドおよびその付属部材の通気性は、粒子
間に通気経路が形成されるよう球状に近い粒子を使用し
たためにできるものである。本発明のモールドで溶融ガ
ラスや溶融金属を鋳造したときは、モールド内で凝固に
伴って発生するガスかモールド内を通過して外部に容易
に逸散することができる。通気性のあるモールドは常圧
における鋳造のみならず、外部からモールドを減圧又は
加圧成形したときは、美麗な鋳肌、シャープな外形など
品質のすぐれた製品を成形することができ、陶磁器の成
形では、原料スラリー内の水分をモールドが吸い取るた
め短時間で成形そきることになる。陶磁器の成形では吸
水性を有する石膏製のモールドがよく使用されているが
、本発明のモールドは炭素質であるため石膏より耐薬品
性を有することから石膏型では成形困難であった酸やア
ルカリ性のスラリーの成形にも適するのである。本発明
のモールドは球状粒子径の異なる各種の粒子の組合せを
変化させ、かつ成形圧力を変えることにより目標とする
通気率のものを適確に製造することができる。

通気率の小さなものから大きなものまで広範囲のものを
つくることができるが、モールドとして適するのは通気
率が１０−５〜１０ｃｍ−ｃｆｆｌ　／　ｃｏｔ・ｓｅ
ｃ−ｃｍＨ２０のものが好ましい。通気率が小さいとガ
スの逸散や吸水性が不充分なため、美麗な鋳肌をもった
成形品を得ることができない。また通気率が大き過ぎる
と成形品の鋳肌の美麗性の向上がないうえに、機械的諸
性能が低下する。

このように目標とする通気率をもったモールドを適確に
製造することができることは、多種の通気率をもつ材料
を必要とするモールドの分野に炭素質材料が工業的規模
で使用される有効な条件となる。

（本発明の効果） 本発明のモールドおよびその付属部材は以下のような特
徴を有する。

（１）等方性で機械的特性が優れているので、機械加工
性がよく、複雑な形状の加工ができる。機械的強度は１
００ｋｇ／ｃｎ！以上のものが耐用上好ましい。

（２）金型に比べて軽量で安価である。

（３）ガラス製品においては、カーボンペーストのごと
きコーテイング材が不要となるので、作業性、経済性に
すぐれている。

（４）粒度構成、焼成温度等を変えることにより、熱伝
導率を自在に変化させることができる。熱伝導率は０．
０５〜１５０ｃａｌ／ｍ、ｈｒ’ｃまで変化させること
ができる。

（５）　　通電性を有し、かつ耐熱性を有するので、通
電によってモールドおよびその付属部材を加熱すること
ができ、モールドの温度制御ができる。

（６）化学的に安定であるので、酸、アルカリを含むス
ラリーでも鋳込むことができる。また透過性を有するの
で電気泳動法を利用して鋳込みもできる。

（７）モールドおよびその付属部材は高温で焼成されて
いるので、鋳込時、発煙や悪臭の発生がない。

（８）通気性を有するので、加圧あるいは減圧鋳込成形
することができ、その結果鋳肌やコーナがシャープな成
形品ができる。

実施例１ コークス粒に炭化質結合材を加えて球状に近い形状とし
、約０．０５〜０．３ｆｉの粒度構成としたもので成形
し、還元焼成して炭素質焼結体を得た。その機械的な特
性を第１表の階１に示す。この炭素質焼結体を用いて、
ガラス製クンプラー成形用モールドを作製した。コルク
質カーボンペーストを使用せず、モールド内面は素地の
まま使用した。

約２０，０００個成形したが、成形品の形状外観は良好
であった。この炭素質焼結体をワイングラス成形用の素
形板、台座仕上成形用押えツールなどの成形用冶具に使
用したところ、従来のアスベストや新聞紙、ダンボール
紙より耐久性にすくれていた。

第１表の寛２はｌ’ｈｌと材料構成は同しであるが、成
形圧力を大きくしたものである。この炭素質焼結体を用
いて陶器用のモールドを作製し、スラリーを加圧鋳込成
形した。石膏型で加圧鋳込成形した場合には約２，００
０回成形すると破損していたものが、本発明のモールド
では５，０００回成形しても異常は認められなかった。

また、本発明のモールドと石膏型を水素イオン濃度５の
塩酸水溶液に３０日間浸漬した場合、および水素イオン
濃度９の水酸化ナトリウム水溶液に３０日間浸漬した場
合のいずれにおいても石膏型は破壊し使用不能であった
のに対して本発明のモールドは異常が認められず、使用
可能であった。第１表の尚３は！ｌｈｌと材料構成は同
じであるが、さらに高温で焼成したものである。この炭
素質焼結体を用いて、金属鋳物用モールドを作製した。

アルミニウム鋳物を成形したところ１００回以上耐用す
ることができた。鋳鉄鋳物を成形したところ約６０回耐
用することができた。

アルミニウム鋳物、鋳鉄鋳物のいずれの場合にも塗型材
は使用する必要がなかった。

実施例２ コークス粒、炭化珪素粉末およびホウ酸粉末に炭素質結
合材を加えて、粒状に近い形状とし、約０．０５〜０．
３ｍの粒度構成としたもので、成形し、還元焼成して、
炭素質焼結体を得た。第１表隘４に示す。酸素質焼結体
のｌ、ｍ、ｎの組成割合は１＝７０、ｍ＝２８、ｎ＝２
であった。

この炭素質焼結体を用いて、金属鋳物用モールドを作製
した。アルミニウム鋳物を成形したところ８００回以上
耐用することができた。

鋳鉄鋳物を成形したところ、約３００回耐用することが
できた。アルミニウム鋳物、鋳鉄鋳物のいずれの場合に
も塗型材は使用する必要がなかった。

本発明のモールドおよび冶具は上述のような特徴を有す
るので、下記のように広汎な用途に適する。しかしなが
ら、用途はここに挙げた分野に制限されるものではない
。即ち瓶、グラスウェア、照明用ガラス、理化学用器な
どのガラス製品、陶磁器、金属鋳物、プラスチック製品
、ゴム製品、ガス液体、溶融金属容器のクリーニング材
、金属の連続鋳造用モールド、ダイスおよび治具、触媒
キャリア用部材、焼結用通気およびサスペンション部材
、ガラス連続引き抜き用ノズル、ダイスおよび治具、金
属含浸化コンポジット製品用部材、バイオケミカル用部
材、吸音材用部材、植木鉢用部材などである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明品の好適な組成範囲を表わした図面である
。 特許出願人　　日本坩堝株式会社 ！、− １（Ｃ） （ＳｉＣ）　　　　　　　（Ｉ［Ｉ［％）　　　（Ｓｉ
、Ｂ、Ｂ、Ｃ１Ｂｔｕｓ　、ＨｚＢＯｓ　）手続補正書
（自発） １．事件の表示 λ　発明の名称　炭素質焼結体耐久モールドおよび事件
との関係　　特許出願人 氏名Ｃ名称）日本坩堝株式会社 ４、代理人 （１）第２頁７行口中、「金属鋳物」の次に「、プラス
チック製品、ゴム製品」の記載を加入する。 （２）第２頁８行口中、「焼成体」を「焼結体ｊと訂正
する０ （３）第３頁１行口中、「吸収性」を「吸水性」と訂正
する。 （４）第３頁７行回申、「疵、キズのある」を「疵のあ
る」と訂正する。 （５）第４頁５行口中、「小きい」を「小きい」と訂正
する。 （６）第４頁６行口中、［通性性ｊを「通気性」と訂正
する。 （７）第４頁９行回申、「ガラス発生源」を「ガス発生
源」と訂正する。 （８）第４頁１７行口中、「形成品」を「成形品」と訂
正する。 （９）第５頁１０行回申、「適しない」の次に「。」を
加入する。 （１０）第１２頁６行口中、「炭化質」を「炭素質」と
訂正する。 （１１）第１７頁３行口中、「面」を「表」と訂正する
。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素、または炭素と炭化珪素、珪素、ホウ素、炭
   化ホウ素、無水ホウ酸、ホウ酸の１種または２種以上の
   材料を主成分とし、これに炭素質結合材を加えて球状に
   近い粒子とし、これらの粒子を用いて粒度構成し、成形
   し、還元焼成したことを特徴とする炭素質焼結体耐久モ
   ールドおよびその付属部材。
2. （２）上記主成分が、ｌを炭素（Ｃ）成分、ｍを炭化珪
   素（ＳｉＣ）成分、ｎを珪素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、
   炭化ホウ素（Ｂ＿４Ｃ）、無水ホウ酸（Ｂ＿２Ｏ＿３）
   、ホウ酸（Ｈ＿３ＢＯ＿３）の１種又は２種以上からな
   る成分とするｌ、ｍ、ｎの３成分系において、各成分の
   重量％が、それぞれＡ（ｌ＝１００、ｍ＝０、ｎ＝０）
   、Ｂ（ｌ＝３０、ｍ＝７０、ｎ＝０）、Ｃ（ｌ＝１０、
   ｍ＝７０、ｎ＝２０、Ｄ（ｌ＝３０、ｍ＝０、ｎ＝７０
   ）を結ぶ線上を含む範囲内の組成を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第一項に記載の炭素質焼結体耐久モ
   ールドおよびその付属部材。