(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線材マットの金属線群の積層方向が壁厚方向となるように積層しかつ前記金属線材マット同士をプレス成形によって結合して断熱壁を形成したことを特徴とする保温材を用いた保温装置。
【請求項２】
保温が必要な物質を保温貯留する貯留室を前記断熱壁によって形成すると共に、前記貯留室が鋳造金型の押湯であることを特徴とする請求項１に記載の保温材を用いた保温装置。
【請求項３】
複数の金属細線がほぼ一平面上でランダムに交差して成る金属線群を、この金属線群の成す平面と略直交する方向に積層して形成された、多孔質の金属線材マットを所定形状に切断し、その切断したマット片を無機質接着剤で接着して貯留室の外形を造形し、その後に少なくとも貯留室の内面側に封孔材を被覆あるいは含浸させたことを特徴とする保温装置の製造方法。
【請求項４】
複数の金属細線がほぼ一平面上でランダムに交差して成る金属線群を、この金属線群の成す平面と略直交する方向に積層して形成された、多孔質の金属線材マットをプレス成形して貯留室を造形し、その後に少なくとも貯留室の内面側に封孔材を被覆あるいは含浸させたことを特徴とする保温装置の製造方法。
【請求項５】
前記封孔材を被覆する際に、最初にニクロム金属を主成分とする下地材被覆した後に、セラミックスを主成分とする表皮材を被覆することを特徴とする請求項３または４に記載の保温装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱の流通を遮断する保温材を用いた保温装置及びその装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品等を造形する鋳造においては、鋳造材料の凝固時における熱収縮によって製品面に所謂ひけ等が現れるのを防止する目的で、製品キャビティに隣接させて押湯を設けるようにしている。そして、この押湯は、鋳造時に製品キャビティ内の溶湯が充分に凝固するまでの間、押湯としての機能が確実に発揮されるよう保温材によって形成されることがある。
【０００３】
この押湯を保温材によって形成する技術は、例えば特開昭５９-１５２７０６号公報に記載されているものや、特開平１０-１５２７０６号公報に記載されているものがある。
【０００４】
前者に記載の保温材は、繊維状のセラミックスや珪藻土を固めて所定形状に造形したものであり、後者に記載の保温材は、粉末金属を所定形状に焼結成形して多孔質の基材を造形し、その基材を保温液に浸漬した後に乾燥させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の保温材は比較的大きな保温効果が得られるものの、構成材料が材質的に脆いため、熱衝撃やバリの差し込み等の外力によって破損が生じ易く、頻繁な部品交換や修理を余儀なくされる。したがって、メンテナンスが煩雑であるうえ、そのメンテナンスのための費用が嵩むことが問題となっている。
【０００６】
また、後者の保温材は逆に材質的には比較的強いものの、前者の保温材に比較して高い保温効果を得ることができない。
【０００７】
そこで本発明は、耐久性が高く、しかも、充分な保温効果を得ることのできる保温材と、その保温材を用いる保温装置及びその装置の製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、金属線材マットの金属線群の積層方向が壁厚方向となるように積層しかつ前記金属線材マット同士をプレス成形によって結合して断熱壁を形成したことを特徴としている。
【０００９】
この発明の場合、金属線材マットは、空孔率が高いために空気による大きな断熱効果を得ることができ、しかも、金属細線を主材料として構成されていることから、大きな強度も得ることができる。金属線材マットを構成する金属細線は、金属線群の積層方向で点接触となっているため、その方向の熱伝導率は特に低くなる。
また、保温装置の断熱壁が、保温材を構成する金属マットの最も断熱効率良い（熱伝導率の低い）向きで用いられることとなる。
しかも、接着工程を必要とせず、一度のプレス成形によって貯留室を造形することが可能になる。また、すべての金属線群がプレス成形時に同様に曲げられるため、貯留室内の物質との接触面は金属線群の積層方向に対して常にほぼ直交することとなる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、保温が必要な物質を保温貯留する貯留室を前記断熱壁によって形成すると共に、前記貯留室が鋳造金型の押湯であることを特徴としている。
【００１１】
この発明の場合、貯留室が断熱効率の高い断熱壁によって構成されるため、貯留室内の物質の温度変化は小さく抑えられる。
また、押湯内に流入した溶湯は断熱壁によって放熱を抑制され、押湯室内の溶湯の凝固時間は充分に遅くなる。このため、溶湯温度をより低い温度にすることができ、製造工程の省エネルーギー化を達成できると共に、鋳造製品の品質を向上させることができる。即ち、溶湯温度が高温化すると溶湯表面に酸化皮膜が形成されて、注湯時にこれが製品形状部に巻き込まれて欠陥を生じやすいが、溶湯温度を低温化することによってこの欠陥の発生を防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、複数の金属細線がほぼ一平面上でランダムに交差して成る金属線群を、この金属線群の成す平面と略直交する方向に積層して形成された、多孔質の金属線材マットを所定形状に切断し、その切断したマット片を無機質接着剤で接着して貯留室の外形を造形し、その後に少なくとも貯留室の内面側に封孔材を被覆あるいは含浸させることによって保温装置を製造するようにした。
【００１３】
この発明の場合、マット片を接着した後に接着部も含めて全体に封孔材が付着され、各マット片の金属細線間の微細な孔が封孔材によって閉塞されると共に、接着部の隙間等も封孔材によって埋められる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、複数の金属細線がほぼ一平面上でランダムに交差して成る金属線群を、この金属線群の成す平面と略直交する方向に積層して形成された、多孔質の金属線材マットをプレス成形して貯留室を造形し、その後に少なくとも貯留室の内面側に封孔材を被覆あるいは含浸させることによって保温装置を製造するようにした。
【００１５】
この発明の場合、接着工程を必要とせず、一度のプレス成形によって貯留室を造形することが可能になる。また、すべての金属線群がプレス成形時に同様に曲げられるため、貯留室内の物質との接触面は金属線群の積層方向に対して常にほぼ直交することとなる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記封孔材を被覆する際に、最初に金属を主成分とする下地材被覆した後に、セラミックスを主成分とする表皮材を被覆するようにした。
【００１７】
この発明の場合、セラミックスを主成分とする封孔材が、金属を主成分とする下地材を仲立ちとして金属線材マットの表面に強固に被着される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明にかかる保温材１を示すものである。この保温材１は、図２に示すように、鉄，クロム，シリコンと希土類金属を成分とする複数の金属細線１０ａ（直径２０〜１００μｍ）を素材として構成されている。具体的には、複数の金属細線１０ａがほぼ一平面上でランダムに交差して成る金属線群１０を、その金属線群１０の成す平面と略直交する方向に積層し焼結成形することによって多孔質（空孔率５０〜９５％）の金属線材マット１１を形成し、その金属線材マット１１にセラミックス等の封孔材１２を被覆あるいは含浸させた構造となっている。尚、封孔材１２は、保温材１に接する気体や液体が金属線材マット１１内に浸入するのを阻止するように機能する。
【００２６】
図２（ア）は、金属線材マット１１を金属線群１０の積層方向と直交する方向（積層面に沿う方向）に沿って切った拡大断面を示し、図２（イ）は、同マット１１を金属線群１０の積層方向に沿って切った拡大断面を示すものであるが、これらの図からも明らかなように金属線材マット１１内の金属細線１０ａは積層方向には延出しておらず、細線相互はほぼ点で接触している。したがって、この金属線材マット１１は前記のように空孔率が高く多くの空気を保持することができるが、特に、積層方向（厚み方向）については、金属細線１０ａの向きが関係して熱伝導率がより小さくなっている。
【００２７】
また、この実施形態の場合、封孔材１２は、図１に示すように、クロム等の金属を主成分とする下地材１２ａとアルミナ（Al2O3）やジルコン（ZrO2＋SiO2）等のセラミックスを主成分とする表皮材１２ｂを二層にして用いている。これは金属線材マット１１に直接セラミックスを溶射した場合には、アルミナ等のセラミックス自体が脆く、かつ応力集中する箇所ができ易いことから、マット１１の細線１０ａに対する結合強度が低下しがちとなるが、金属を主成分とする下地材１２ａを先に溶射することにより、その下地材１２ａを仲立ちとしてセラミックス（表皮材１２ｂ）を細線１０ａに強固に結合することができる。また、下地材としてニクロムを用いた場合には熱衝撃性をより高めることができる。
【００２８】
したがって、この保温材１は、金属線材マット１１の金属線群１０の積層方向が壁厚方向となるように断熱壁を形成し、その断熱壁を金属溶湯の保温用その他の保温装置に用いることにより、高い保温性能（押湯の壁に用いた場合にはセラミックスや珪藻土等を使用したときと同等の保温性能。）を得ることができると共に、金属細線１０ａを主な構成素材としたことから大きな強度得ることができる。
【００２９】
図３，図４は、保温材１をアルミ鋳造金型（この実施形態の場合、同金型の一部が本発明にかかる保温装置を構成。）の押湯２（貯留室）に適用した例を示すものであり、同図中３は金型本体、４は中子、５は金型本体３と中子４によって形成された製品キャビティであり、６は溶湯を注入する湯口、７は湯道、８は湯道７から製品キャビティ５に溶湯を供給する堰である。押湯２は、金型本体３の製品キャビティ５の上部両側に一対設けられている。各押湯室２はほぼ方形状に形成されて成り、保温材１から成る断熱壁９によって四面若しくは五面を囲まれると共に、下端部が製品キャビティ５に対して導通している。
【００３０】
押湯２の製造方法としては、できあがった前記の保温材１をそのまま貼り合わせて使用することも考えられるが、この実施形態の場合、押湯２は前記金属線材マット１１を図５に示すように所定形状のマット片１１ａ〜１１ｄに切断し、そのマット片１１ａ〜１１ｄを、金属線群１０の積層方向（厚み方向）が溶湯との接触面（押湯室２の内面）と直交するように組付け、図６に示すように無機質接着剤１３によってマット片相互を接着すると共に、図７に示すように継ぎ目のコーナ部を同接着剤１３によってＲを設けるように埋め込むようにしている。尚、図５〜図７では図示説明の関係上、図１のものとは異なる四面の断熱壁９から成る押湯２を示しているが、両者とも断熱壁９の数が異なるだけで基本構造は同様となっている。また、前記のマット片１１ａ〜１１ｄの切断と接着だけでは対応できない押湯２の形状については適宜切削等によって対処する。
【００３１】
この後、マット片１１ａ〜１１ｄによって造形された押湯２には封孔材１２を溶射してその表面を被覆する。ここで用いる封孔材１２は、金属線材マット１１への溶湯の差込みや濡れ性（親和性）を抑制し、離型性等を向上させる観点からはアルミナ（Al2O3）やジルコン（ZrO2＋SiO2）等のセラミックスを用いることが有効であるが、この実施形態の場合、図１に示すように金属線材マット１１に対して先にニクロム等の金属を主成分とする下地材１２ａを溶射し、その後に前記セラミックスより成る表皮材１２ｂを溶射若しくは含浸するようにしている。
【００３２】
押湯２を構成する金属線材マット１１の表皮にはこうして封孔材１２が被覆され、溶湯に接する表皮部分での溶湯の差込みや濡れは確実に防止される。
【００３３】
押湯２は以上のように構成することにより、熱伝導率が０.３〜０.４w/m・kとなり、高い保温性を得ることが可能になる。このため、鋳造時には押湯２内の溶湯の凝固時間が製品キャビティ５内の溶湯の凝固時間に比較して充分に遅くなり、製品表面にひけ等が発生する不具合が確実に防止される。
【００３４】
また、押湯２を構成する各断熱壁９は金属細線１０ａを素材として形成されているため、曲げ強度が３０ＭＰａ程度となって熱衝撃等の外力の入力に対する強度が大幅に高まると共に、耐摩耗性も高まる。このため、こうして形成された押湯室２は、繰り返し使用によっても「欠け」や「割れ」等の破損が生じにくくなると共に、摩耗も生じにくくなる。したがって、押湯２に対しては定期的にアルミの付着状況の確認と除去等を行うことにより、長期に亙って使用を続けることができる。
【００３５】
さらに、押湯２を構成する金属線材マット１１（マット片１１ａ〜１１ｄ）の表皮は封孔材１２によって微細な孔を塞がれているため、このことによって溶湯の熱を金属線材マット１１の内部に入り込みにくくして保温性をより高めることができると共に、金属線材マット１１の表面での溶湯の差込みや濡れ等を防止して凝固金属の剥離を容易にすることができる。
【００３６】
つづいて、図８〜図１０に示す他の実施形態について説明する。
【００３７】
この実施形態は、前述した実施形態と同様に本発明にかかる保温材１をアルミ鋳造金型の押湯２に適用したものであるが、前述の実施形態とは押湯２の形成の仕方が異なっている。
【００３８】
即ち、押湯２は、金属線材マット１１の切断と接着によって造形するのではなく、金属線材マット１１を焼結成形前に、図８に示すようなプレス型１５に入れ、プレス成形による荷重の付与によって全体を一度に所定の形状に造形し、その後に焼結成形を施して、さらに前述の実施形態と同様に金属線材マット１１に封孔材１２を被着する。尚、要すれば、プレス成形された金属線材マット１１の形状の微調整は切削等によって適宜行う。また、プレス成形と同時に焼結しても良い。
【００３９】
この製造方法の場合、押湯２の外形をプレス成形によって一度に形成することができることから、生産効率が良く、大量生産する場合には製造コストを大幅に削減することができる。また、この製造方法は、前述の実施形態の方法と異なり、接着強度のばらつきの心配もない。
【００４０】
さらに、この実施形態の製造方法によれば、金属線材マット１１を適宜切断し張り合わせて使用するものでないことから、できあがった押湯２にまったく継ぎ目ができず、しかも、溶湯の接する面のすべての部分において、その面に対して金属線群１０の積層方向が略直交することとなる（金属線群１０を構成する金属細線がその面に略直交して延出しなくなる）ため、押湯２の全域にわたって均一な断熱効果を得ることができる。つまり、前述した実施形態のマット片１１ａ〜１１ｄの継ぎ目部分のように、溶湯に接する箇所に金属細線１０ａが押湯室２の厚み方向を横切る部分があると、その箇所の断熱効果が部分的に低下してしまうが、この実施形態の方法を用いた場合にはこのような不具合は生じない。
【００４１】
尚、本発明の実施形態は以上で説明したものに限るものでなく、同様の保温材１を鋳造金型に用いる場合であっても、例えば、図１１〜図１３に示すように略円錐状の押湯２２の断熱壁に適用したり、通路２３の壁の一部に適用することも可能である。また、本発明にかかる保温材１の用途は前記の押湯に限らず、図１４，図１５に示すように鋳造用給湯機３０のレードル（とりべ）３１部分に適用しても良い。
【００４２】
さらに、保温材１は鋳造用の器具に限らず、その他のあらゆる保温装置の遮断壁に適用することができ、保温装置の内部に入れる物質も高温のものに限らず、低温のものであっても良い。また、金属線材マットを被覆する封孔材は、保温材の用途によっては、例えば金属箔によって構成し、その金属箔を金属マット表面に貼着するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、金属線材マットは、空孔率が高いために空気による大きな断熱効果を得ることができ、また、金属細線を主材料として構成されていることから、大きな強度も得ることができる。金属線材マットを構成する金属細線は、金属線群の積層方向で点接触となっているため、その方向の熱伝導率は特に低くなり、大きな保温効果を得ることができると共に、全体の強度及び耐久性が図れる。
また、保温装置の断熱壁が、保温材を構成する金属マットの最も断熱効率良い（熱伝導率の低い）向きで用いられることとなるため、保温装置の保温性能をより高めることができる。
しかも、接着工程を必要とせず、一度のプレス成形によって断熱壁を形成することが可能になる。また、すべての金属線群がプレス成形時に同様に曲げられるため、断熱壁によって造形された例えば貯留室内の物質との接触面は金属線群の積層方向に対して常にほぼ直交することとなる。この結果、例えば前記貯留室の全域において均一な断熱効果を得ることができる。
【００４４】
請求項２に記載の発明によれば、貯留室を断熱効率の高い前記断熱壁によって構成したため、貯留室内に入れられた物質をより確実に保温状態に維持することができる。
また、押湯内に流入した溶湯の凝固を、断熱効率の高い前記断熱壁によって充分に遅らせることができるため、製品面上にひけ等が発生するのを確実に抑えて鋳造品の品質をより高めることができ、さらには、溶湯温度を低下させて製造工程を省エネルギー化を図ることができると共に、酸化皮膜の形成による製品内部の欠陥の発生をも防止することができる。また、断熱壁を構成する金属線材マットの表面の微細な孔が封孔材によって閉塞されているため、マット内への溶湯の差込み等を無くし、断熱壁からの凝固金属の剥離を容易にすることができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によれば、接着部の隙間等も封孔材によって埋めることができるため、断熱壁に接触する物質の剥離性を良好にすることができると共に、貯留室の破損をも防止することができる。また、この発明においては、造形の自由度が高いため、種々の形状の貯留室に容易に適用できるという利点もある。
【００４６】
請求項４に記載の発明によれば、接着工程を必要とせず、一度のプレス成形によって継ぎ目のない滑らかな形状の貯留室を容易に造形することができるうえ、貯留室内の物質との接触面を、いずれの部分においても金属線群の積層方向に対してほぼ直交させることができるため、貯留室の全域において均一な断熱効果を得ることができる。
【００４７】
請求項５に記載の発明によれば、保温装置の製造工程において、少なくとも貯留室の内面にセラミックスを強固にかつ効率良く被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す保温材の断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図（ア）と図１のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面図（イ）を並べた図面。
【図３】本発明の一実施形態を示す鋳造金型の断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】同実施形態を示すマット片の組付説明図。
【図６】同実施形態を示す斜視図。
【図７】同実施形態を示す貯留室の斜視図と拡大断面図を併せた図。
【図８】本発明の他の実施形態を示す断面図。
【図９】同実施形態を示す平面図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１１】本発明の他の適用例を示す断面図。
【図１２】同適用例を示す平面図。
【図１３】同適用例を示す図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１４】本発明のさらに他の適用例を示す側面図。
【図１５】同適用例の要部の断面図。
【符号の説明】
１…保温材
２…押湯室（貯留室）
９…断熱壁
１０…金属線群
１０ａ…金属細線
１１…金属線材マット
１１ａ〜１１ｄ…マット片
１２…封孔材
１２ａ…表皮材
１３…無機質接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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