JP2007307596A - 成形用中子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧性に優れ、鋳造後や成形後に容易に取り除くことのできる成形用中子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】成形用中子を、粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体と、成形体の材料よりも融点の高い塩からなり中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層とから構成する。中子本体は多数の細孔を持つようにし、塩は細孔に入り込むようにする。成形用中子の製造方法を、中子本体を成形する本体成形工程と、減圧条件下で中子本体の表層部分に溶融状態の塩を浸透させる溶融塩浸透工程と、から構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は中空の成形体を製造する際に用いられる成形用中子およびその製造方法に関する。

成形用中子は、中空の成形体を成形する際に用いられる成形型の一種である。予め成形用中子をキャビティに配し、このキャビティに溶融した金属材料（溶湯）や溶融樹脂などの成形材料を注入し、成形材料が固化した後に成形用中子を取り除くことで、鋳造体や樹脂成形体などの中空の成形体を製造できる。以下、本明細書において、中空の成形体を単に成形体と略する。

ところで、成形用中子としては、砂やセラミックなどの粒状体同士がバインダによって結合されてなるもの（所謂砂中子）を用いるのが一般的である。しかし、粒状体同士の間隙に成形材料が侵入して、成形体の表面が滑らかにならない場合がある。このため、近年では、成形材料が内部に侵入し難い成形用中子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に紹介されている成形用中子は、粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体の表面にコーティング層を形成している。このコーティング層は、粉末状耐火物としてのジルコンフラワーや樹脂バインダとしてのフェノール系樹脂、潤滑性付与物質としての雲母などを含み、中子本体の表面を被覆する。このため、この成形用中子を用いて製造された成形体は、表面が滑らかであると考えられる。

特許文献１に紹介されている成形用中子を成形体から取り除く場合には、成形体に打撃等の振動を与えて、中子本体を崩壊させればよいと考えられる。また、崩壊した中子本体を成形体から取り除けば、成形体に残ったコート層を除去できると考えられる。しかし、このような成形用中子を用いた場合、コート層を成形体から取り除く作業が繁雑であり、成形体の製造コストが高くなっていた。また、特許文献１に紹介されている成形用中子は、コート層の耐圧性が小さいために、高圧で成形する際には変形するおそれがあった。成形用中子が成形時に変形すれば、寸法精度に優れる成形体が得られない問題があった。

成形用中子の耐圧性を高める技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に紹介されている成形用中子は、溶湯の温度よりも高融点の多孔質材料で形成された表面層と、溶湯の温度よりも低融点の材料で形成され表面層の内側に充填されている充填部とを持つ。この成形用中子によると、成形材料が固化した後に、成形用中子が内在する成形体を加熱すれば、充填部を構成する低融点の材料が溶融し、成形用中子が崩壊する。このため、成形用中子を成形体から容易に取り除くことができる。また、低融点の材料として塩などの耐圧性に優れた材料を用いれば、成形用中子が成形時に変形することもない。

しかし、引用文献２に紹介されている成形用中子を用いる場合にも、成形体を得た後に充填部を溶融させるための加熱工程が必要となる。このため、成形体からこの成形用中子を取り除くためには、依然として多くの工数を要し、成形体を安価に製造するのは依然として困難であった。
特開２００３−１９１０４８号公報 特開２００５−３４２７５１号公報

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、耐圧性に優れ、鋳造後や成形後に容易に取り除くことのできる成形用中子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の成形用中子は、中空の成形体を成形するための成形用中子であって、粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体と、該成形体の材料よりも融点の高い塩からなり該中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層とを持ち、該中子本体は多数の細孔を持ち、該塩は該細孔に入り込んでいることを特徴とする。

本発明の成形用中子は下記の（１）〜（２）の何れかを備えるのが好ましい。（１）、（２）の両方を備えるのが望ましい。
（１）前記塩の質量は、前記中子本体の質量を１００％としたときに２５％〜４５％である。
（２）前記塩は、塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウムから選ばれる少なくとも１種からなる。

上記課題を解決する本発明の成形用中子の製造方法は、中空の成形体を成形するための成形用中子であって、粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体と、該成形体の材料よりも融点の高い塩からなり該中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層とを持ち、該中子本体は多数の細孔を持ち、該塩は該細孔に入り込んでいる成形用中子を製造する方法であって、該粒状体同士が該バインダによって結合されてなる該中子本体を成形する本体成形工程と、減圧条件下で該中子本体の表層部分に溶融状態の塩を浸透させる溶融塩浸透工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の成形用中子の製造方法は下記の（３）〜（４）の何れかを備えるのが好ましい。（３）、（４）の両方を備えるのが望ましい。
（３）前記溶融塩浸透工程において、前記中子本体の質量を１００％としたときに２５％〜４５％の前記塩を浸透させる。
（４）前記塩は、塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウムから選ばれる少なくとも１種からなる。

本発明の成形用中子は成形体から容易に取り除くことができる。すなわち、本発明の成形用中子において、中子本体は粒状体とバインダとからなるため、従来の成形用中子と同様に、成形体に打撃等の振動を与えれば、中子本体が崩壊する。したがって、中子本体を成形体から容易に取り除くことができる。また、中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層は、塩からなるために水に容易に溶解する。したがって、成形体の中空部分を温水で洗浄すれば、浸透塩層を容易に取り除くことができる。

また、本発明の成形用中子は、耐圧性に優れるため、成形体を高圧で成形する際にも変形し難い。すなわち、本発明の成形用中子において、中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層は、塩からなり、耐圧性に優れる。したがって、本発明の成形用中子には、浸透塩層に由来する優れた耐圧性が付与される。なお、本発明の成形用中子においては、浸透塩層は中子本体の表面を覆うだけでなく、中子本体の細孔に入り込んでいるため、成形用中子のなかで浸透塩層の占める割合は大きい。換言すると、浸透塩層の肉厚は大きい。したがって、本発明の成形用中子は、浸透塩層に由来する耐圧効果を充分に発揮する。よって、本発明の成形用中子によると、寸法精度に優れた成形体を得ることができる。

上記（１）を備える本発明の成形用中子は、より耐圧性に優れ、成形体からより容易に取り出し得る。成形用中子の中で浸透塩層が占める割合が、浸透塩層に由来する耐圧効果を充分に発揮できる程度に大きく、かつ、浸透塩層が温水等に容易に溶解する程度に小さいためである。

上記（２）を備える本発明の成形用中子は、より耐圧性に優れ、かつ、成形体からより容易に取り出し得る。塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウムは何れも固体時の強度に優れ、かつ、水に溶解し易いため、温水などで洗い流せば成形体から容易に取り出し得ることによる。

本発明の成形用中子の製造方法では、溶融塩浸透工程において、中子本体の表層部分に塩を浸透させる。したがって、本発明の成形用中子の製造方法によると、耐圧性に優れ、鋳造後や成形後に容易に取り除くことのできる成形用中子を製造することができる。また、本発明の製造方法では、溶融塩浸透工程において、減圧条件下で中子本体の表層部分に塩を浸透させる。したがって塩は、中子本体の表面だけでなく、中子本体表層部分、すなわち内部にまで容易に浸透する。また、中子本体には、溶融状態の塩すなわち高濃度の塩を浸透させるため、所望する量の塩を中子本体に迅速に浸透させ得る。よって、本発明の製造方法によると、成形用中子を容易かつ安価に製造し得る。

上記（３）を備える本発明の成形用中子の製造方法は、上述したように、より耐圧性に優れ、成形体からより容易に取り出し得る本発明の成形用中子を製造し得る。

上記（４）を備える本発明の成形用中子の製造方法は、上述したように、より耐圧性に優れ、成形体からより容易に取り出し得る本発明の成形用中子を製造し得る。

本発明の成形用中子は鋳造体を成形（鋳造）する際や、樹脂成形体を成形する際に用いることができる。

本発明の成形用中子におけるバインダの配合割合は、粒状体同士を結合でき、かつ、中子本体に細孔が形成される程度であればよい。なお、本発明における中子本体の細孔とは、粒状体同士の隙間、粒状体とバインダとの隙間、バインダ同士の隙間等を指す。粒状体として多孔体を選択する場合には、粒状体自身の細孔もまた中子本体の細孔となる。

本発明の成形用中子における粒状体としては、従来の砂中子に用いられる粒状体を用いれば良いが、成形材料よりも融点が高い材料からなるものが好ましい。成形体を成形する際における成形用中子の変形を防止するためである。また、粒状体としては、塩よりも融点が高い材料からなるものを用いるのが望ましい。

本発明の成形用中子において、浸透塩層は、水などの溶媒に溶解した塩を中子本体に浸透させ、溶媒を蒸発させて形成しても良い。あるいは、溶融状態の塩を中子本体に浸透させ、塩を冷却固化させて形成しても良い。何れの場合にも、成形用中子における浸透塩層は、固体状の塩で構成される。溶融状態の塩を中子本体に浸透させる場合には、成形用中子を製造する工程がより簡易化する利点がある。

中子本体に溶融状態の塩を浸透させるためには、粒状体として、塩よりも融点が高い材料からなるものを使用する必要がある。さらに、粒状体は多孔材であるのが好ましい。多孔材からなる粒状体はバインダや塩が浸透し易く、バインダや塩と強固に結合するため、成形用中子の耐圧性が高くなることによる。粒状体として好ましく用いられる材料としては、けい砂、アルミナ、ムライト、ジルコン、クロマイト等が挙げられる。

本発明の成形用中子では、中子本体の表層部分に浸透塩層が形成されている。換言すると、中子本体の表層部分は塩によって固められている。したがって、中子本体に要求される耐圧性は比較的小さく、バインダに要求される耐圧性もまた比較的小さい。また、本発明の成形用中子において、浸透塩層を構成する塩は、成形材料よりも融点が高い。したがって、成形時における成形用中子の耐圧性は浸透塩層によって充分に確保される。よって、バインダとしては成形材料よりも融点が低いものや、成形材料の融点以下で燃焼するもの等を用いることもできる。このため、本発明の成形用中子におけるバインダとしては、フェノール樹脂やイソシアネート樹脂、フラン樹脂等を用いることができる。

本発明の成形用中子における塩は、成形材料よりも融点が高い。よって、塩は成形材料に応じて適宜選択すればよい。塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム等は、融点が高く、固体時における耐圧性に優れ、かつ水に溶解し易いため、好ましく用いられる。

以下、本発明の成形用中子およびその製造方法を図面を基に説明する。

（実施例）
実施例の成形用中子は、上記（１）〜（２）を備える。また、実施例の成形用中子の製造方法は上記（３）〜（４）を備える。実施例の成形用中子を模式的に表す断面図を図１に示す。図１の要部拡大図を図２に示す。実施例の成形用中子の製造方法における溶融塩浸透工程を模式的に表す説明図を図３に示す。実施例の成形用中子を用いて成形体を製造している様子を模式的に表す説明図を図４〜図７に示す。

図１に示すように、実施例の成形用中子１は中子本体２と、中子本体２の表層部分に形成されている浸透塩層３とを持つ。中子本体は、粒状体２０としてのけい砂と、バインダ２１としてのフェノール樹脂とからなる。粒状体２０とバインダ２１との質量比は９７：３である。中子本体２の表層部分には、浸透塩層３が形成されている。実施例の成形用中子１において、浸透塩層３を構成する塩は塩化カリウムである。図１に示すように、浸透塩層３は中子本体２の表層部分全体に形成されている。図２に示すように、粒状体２０同士はバインダ２１によって結合されている。浸透塩層３において、塩３０は中子本体２の細孔に入り込んでいる。中子本体２の質量を１００％としたときの塩の質量は３０％である。

実施例の成形用中子１の製造方法は、以下の通りである。

（１．本体形成工程）
旭有機材工業製ＡＶコーテッドサンド（フェノール樹脂でけい砂をコーティングしたもの）を混合材料とし、この混合材料を中子本体用の成形型に流し込んだ。このとき、成形型への混合材料の充填率を高めるため、成形型を加振機で振動させた。混合材料を充填した成形型を、２５０℃に加熱した。加熱後、成形型を冷却して、粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体を得た。

（２．溶融塩浸透工程）
塩３０を収容した塩浴槽４０と、中子本体２を収容した中子浸漬装置４１とをチャンバ４２内に配した。塩浴槽４０にはヒータが取り付けられており、塩を加熱し得る。また、中子浸漬装置４１は塩浴槽４０に対して上下動可能であるため、中子浸漬装置４１に収容されている中子は塩浴槽４０に出入可能である。チャンバ４２には、チャンバ４２内部を減圧するための減圧装置（図略）が取り付けられている（図３）。

先ず、ヒータを駆動し、塩浴槽４０を８５０℃に加熱して塩３０を加熱溶融した。次いで、減圧装置を駆動してチャンバ４２内を８０ｍｍＨｇ（約１０６．７ｈＰａ）に減圧した。減圧後、中子浸漬装置４１を下動させて、本体形成工程で得た中子本体２を溶融状態の塩３０に浸漬した。チャンバ４２内が減圧されているため、溶融状態の塩３０は中子本体２の表層部分に形成されている細孔に侵入した。浸漬開始後、数秒経過した後に、中子浸漬装置４１を上動させて、中子本体２を溶融状態の塩３０から引き上げた。この中子本体２を、冷却・乾燥して、実施例の成形用中子１を得た。

（成形用中子１を用いた成形体の製造）
実施例の成形用中子１を用いて成形体（鋳造体）を製造する方法を以下に説明する。この成形体の製造方法では、成形材料としてダイカスト用アルミニウムＡＤＣ１２を用いた。

（１．成形工程）
先ず、鋳造用成形型５０のキャビティ５１に成形用中子１を配置した（図４）。次いで、射出プランジャー５２よりキャビティ５１に向けて、溶融状態の成形材料５３を射出した。このときの成形材料の温度（溶湯温度）は６８０℃、成形圧（鋳造圧）は２０ＭＰａ、射出速度は２．０ｍ／ｓであった。

（２．中子崩壊工程）
上述した成形工程によって、成形用中子１が一体化した成形体（以下、中間成形体５４と呼ぶ）が得られた（図５）。この中間成形体５４の巾木部５５（成形用中子１のなかで外部に露出している部分）をハンマーで叩き折った。次いで、ノックアウトマシンによって、中間成形体５４をノックし、中子本体２を崩壊させた。このときのノック圧力は０．２ＭＰａ、ノック時間は３０秒であった。中子崩壊工程によって、中子本体２が崩壊し、粒状体２０およびバインダ２１の破片は、大半が自重によって中間成形体５４の外部に脱落した。浸透塩層３は、一部が粒状体２０等とともに中間成形体５４の外部に脱落し、一部が中間成形体５４の内部に残存した（図６）。

（３．洗浄工程）
中子崩壊工程後、中間成形体５４の内部を６０℃の温水で洗浄した。温水によって、中間成形体５４の内部に残存していた塩３０が溶解し、中間成形体５４の外部に脱落した。この洗浄工程によって、中空の成形体５６が得られた（図７）。

得られた成形体５６の内面は滑らかであり、成形用中子１への成形材料５３の差込はみられなかった。また、得られた成形体５６は寸法精度に優れていることから、実施例の成形用中子１は高圧で成形しても変形しないことがわかった。

実施例の成形用中子１は、巾木を叩き折り、中間成形体をノックし、中間成形体の内部に残存する浸透塩層を洗浄するだけで中間成形体から取り除くことができる。したがって、実施例の成形用中子１は成形体から容易に取り除くことができる。

また、実施例の成形用中子１は、耐圧性に優れ、成形体を高圧で成形する際にも変形し難い。よって、実施例の成形用中子１によると寸法精度に優れた成形体を得ることができる。

実施例の成形用中子を模式的に表す断面図である。 図１の要部拡大図である。 実施例の成形用中子の製造方法における溶融塩浸透工程を模式的に表す説明図である。 実施例の成形用中子を用いて成形体を製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例の成形用中子を用いて成形体を製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例の成形用中子を用いて成形体を製造している様子を模式的に表す説明図である。 実施例の成形用中子を用いて成形体を製造している様子を模式的に表す説明図である。

符号の説明

１：成形用中子、２：中子本体、３：浸透塩層、２０：粒状体、２１：バインダ、３０：塩

Claims (6)

1. 中空の成形体を成形するための成形用中子であって、
   粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体と、該成形体の材料よりも融点の高い塩からなり該中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層とを持ち、
   該中子本体は多数の細孔を持ち、該塩は該細孔に入り込んでいることを特徴とする成形用中子。
2. 前記塩の質量は、前記中子本体の質量を１００％としたときに２５％〜４５％である請求項１に記載の成形用中子。
3. 前記塩は、塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウムから選ばれる少なくとも１種からなる請求項１に記載の成形用中子。
4. 中空の成形体を成形するための成形用中子であって、粒状体同士がバインダによって結合されてなる中子本体と、該成形体の材料よりも融点の高い塩からなり該中子本体の表層部分に形成されている浸透塩層とを持ち、該中子本体は多数の細孔を持ち、該塩は該細孔に入り込んでいる成形用中子を製造する方法であって、
   該粒状体同士が該バインダによって結合されてなる該中子本体を成形する本体成形工程と、
   減圧条件下で該中子本体の表層部分に溶融状態の塩を浸透させる溶融塩浸透工程と、を備えることを特徴とする成形用中子の製造方法。
5. 前記溶融塩浸透工程において、前記中子本体の質量を１００％としたときに２５％〜４５％の前記塩を浸透させる請求項４に記載の成形用中子の製造方法。
6. 前記塩は、塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウムから選ばれる少なくとも１種からなる請求項４に記載の成形用中子の製造方法。

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