(57)【要約】【課題】二つの面部の交点に形成される角部の頂点が尖鋭な繊維成形体の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の繊維成形体の製造方法は、繊維材料を含むスラリーから湿潤状態の繊維積層体１０を抄造した後、繊維積層体１０をプレス成形し、二つの面部１１１、１１２の交点に形成された角部１１３を有する繊維成形体を製造する。角部１１３の近傍に肉厚部１０４を設け、プレス成形で角部１１３を成形する。プレス成形に用いる成形型は加熱することが好ましい。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して他の繊維成形体との合せ面に角部を有する繊維成形体を製造する方法であって、
前記繊維積層体における前記角部又はその近傍に肉厚部を設け、該肉厚部を前記プレス成形する繊維成形体の製造方法。
【請求項２】
前記繊維積層体が、前記繊維材料を含むスラリーから抄造によって得られる湿潤状態の繊維積層体であり、前記角部が二つの面の交わり部分に形成されたものである請求項１記載の繊維成形体の製造方法。
【請求項３】
前記プレス成形に用いる成形型を加熱する請求項１又は２に記載の繊維成形体の製造方法。
【請求項４】
前記成形型の成形面をフッ素樹脂で被覆しておく請求項３記載の繊維成形体の製造方法。
【請求項５】
前記繊維積層体を部分的に屈曲させて前記肉厚部を形成する請求項１〜４の何れかに記載の繊維成形体の製造方法。
【請求項６】
前記繊維積層体をその抄造型から脱型するときに、前記繊維積層体における前記合わせ面に対応する張出部分の外縁部を前記抄造型から離間させて前記張出部分の基部を屈曲させる請求項５記載の繊維成形体の製造方法。
【請求項７】
繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して他の部材との合せ面に連なる角部を有する繊維成形体を製造する方法であって、
前記繊維積層体における前記角部又はその近傍に肉厚部を設け、該肉厚部を前記プレス成形する繊維成形体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６の何れかに記載の繊維成形体の製造方法に用いる抄造型であって、繊維積層体の二つの面の交わり部に前記肉厚部を形成するための抄造型。
【請求項９】
請求項１〜６の何れかに記載の繊維成形体の製造方法に用いる抄造型であって、繊維積層体が抄造される抄造部に前記肉厚部を形成するために、基面部が突き合せ部より低い位置に設けられて凹部が形成されている抄造型。
【請求項１０】
請求項１〜４の何れかに記載の繊維成形体の製造方法に用いる抄造型であって、繊維積層体が抄造される抄造部に前記肉厚部を形成するための溝が設けられている抄造型。
【請求項１１】
請求項６に記載の繊維成形体の製造方法に用いる装置であって、
前記繊維積層体の抄造型と、前記抄造型から前記繊維積層体を受け取る受型とを備え、
前記抄造型又は前記受型に前記張出部分の基部を屈曲させて前記肉厚部を形成する肉厚部形成手段とを具備している繊維成形体の製造装置。
【請求項１２】
前記肉厚部形成手段が、前記抄造型と前記受型とを組み合わせたときに、前記張出部分の前記外縁部を前記抄造型から離間させる離間手段、及び前記抄造型と前記受型との間に配されて前記基部の屈曲空間を形成する空間形成部からなる請求項１１記載の繊維成形体の製造装置。
【請求項１３】
他の繊維成形体又は他の部材との合せ面に連なる角部を有する繊維成形体の製造方法に用いるための繊維成形中間体であって、
繊維材料を含むスラリーから抄造された湿潤状態の繊維積層体からなり、
前記角部に対応する前記繊維積層体の角部又はその近傍に、前記繊維積層体が部分的に屈曲された肉厚部が設けられている繊維成形中間体。
【請求項１４】
繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して得られる繊維成形体であって、該繊維成形体の二つの面の交わり部分に形成される角部の頂点が尖鋭である繊維成形体。
【請求項１５】
前記角部の曲率半径が１ｍｍ以下である請求項１４に記載の繊維成形体。
【請求項１６】
複数の繊維成形体を合体させてキャビティを形成する繊維成形体であって、合せ面が有する角部の頂点が尖鋭である繊維成形体。
【請求項１７】
前記合せ面が有する角部の曲率半径が１ｍｍ以下である請求項１６に記載の繊維成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維成形体の製造方法、それに用いる抄造型を含む製造装置、繊維成形中間体並びに抄造成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維成形体の製造方法として、繊維材料を含む繊維積層体を抄造し、該繊維積層体を型内に配してプレス成形を行い、繊維成形体を製造する方法が知られている。かかる製造方法では、繊維材料を含むスラリーから湿潤状態の繊維積層体を得て、その繊維積層体を所望の温度に加熱された乾燥型内に配して乾燥させると共にプレスする、という工程が広く採用されている。
【０００３】
ところで、複数の繊維成形体を合体させてキャビティを形成し、そのキャビティにたとえば溶融金属（以下、溶湯という）を供給して鋳物を製造する際に、合体に係わる合せ面の角部（個々の繊維成形体の角部）１１３の頂点が丸みを帯びている場合には、その丸み部分にくさび型の空隙ができ（図２３参照）、該間隙に溶湯が入りこみ、それがいわゆるバリとなり、そのバリを除去する作業が必要となり、バリが大きい場合には不良鋳物となる。更に、該空隙に入り込んだ溶湯によって合せ面が押し開かれて不良鋳物となることもある。そこで、合せ面が有する角部（個々の繊維成形体の角部）の頂点は、尖鋭にすることが望ましい。なお、尖鋭にすること、というのは、角部の曲率半径の値を極力小さくすること、と同義である。例えば、上記のバリ除去作業を必要としない為には、曲率半径を１ｍｍ以下にすることが好ましく、０．５ｍｍ以下にすることがより好ましい。
【０００４】
繊維成形体の製造方法における成形性を向上させる技術として、繊維材料を含むスラリーから立体形状の繊維積層体を抄造し、それらの表面に水分を付与した後に乾燥型で乾燥成形する技術が提案されている（下記特許文献１参照）。しかしながら、この技術では、角部の頂点を尖鋭にすることは困難であった。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−４７９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、角部を有する繊維成形体の該角部の頂点を尖鋭にすることができる繊維成形体の製造方法及びそれに用いる抄造型を含む製造装置、繊維成形中間体並びに繊維成形体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して、他の繊維成形体との合せ面に角部を有する繊維成形体を製造する方法であって、前記繊維積層体における前記角部又はその近傍に肉厚部を設け、該肉厚部をプレスする繊維成形体の製造方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【０００８】
また、本発明は、上記本発明の繊維成形体の製造方法に用いる抄造型であって、繊維積層体の二つの面の交わり部に前記肉厚部を形成するための抄造型を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、上記本発明の繊維成形体の製造方法に用いる抄造型であって、繊維積層体が抄造される抄造部に前記肉厚部を形成するために、基面部が突き合せ部より低い位置に設けられて凹部が形成されている抄造型を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、上記本発明の繊維成形体の製造方法に用いる抄造型であって、繊維積層体が抄造される抄造部に前記肉厚部を抄造するための溝が設けられている抄造型を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、前記繊維積層体の抄造型と、前記抄造型から前記繊維積層体を受け取る受型とを備え、前記抄造型又は前記受型に前記張出部分の基部を屈曲させて前記肉厚部を形成する肉厚部形成手段を具備している繊維成形体の製造装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、他の部材との合せ面に連なる角部を有する繊維成形体の製造方法に用いるための繊維成形中間体であって、繊維材料を含むスラリーから抄造された湿潤状態の繊維積層体からなり、前記角部に対応する前記繊維積層体の角部又はその近傍に、前記繊維積層体が部分的に屈曲された肉厚部が設けられている繊維成形中間体を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して得られる繊維成形体であって、該繊維成形体の二つの面の交わり部分に形成される角部の頂点が尖鋭である繊維成形体を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、複数の繊維成形体を合体させてキャビティを形成する繊維成形体であって、合せ面が有する角部の頂点が尖鋭である繊維成形体を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の繊維成形体の製造方法及び繊維成形中間体によれば、合せ面が有する角部の頂点が尖鋭となった繊維成形体を製造することができる。また、本発明の抄造型及び製造装置によれば、上記本発明の製造方法を好適に実施することができる。また、本発明の繊維成形体は、該繊維成形体の二つの面の交わり部分に形成される角部の頂点が尖鋭である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１〜図３は、本発明の繊維成形体の製造方法を実施するための製造装置の第１実施形態を模式的に示したものである。これらの図において、符号１は製造装置を示している。
【００１８】
図１に示すように、製造装置１は、本発明の繊維成形体の一実施形態であるフランジ部１１１を有する半筒状の繊維成形体１１からなる鋳型（図１２参照）を製造するものであり、原料スラリーを供給する原料供給手段２と、原料供給手段２から供給される原料スラリーから湿潤状態の繊維積層体（繊維成形中間体）を抄造する抄造手段３と、抄造された繊維積層体を乾燥成形する乾燥成形手段４とを備えている。なお、二つの半筒状の繊維成形体１１が合体されて鋳型のキャビティが形成される。
【００１９】
原料供給手段２は、注入枠２０と、この注入枠２０を上下動させる上下動機構２１と、注入枠２０内に原料スラリーを供給するスラリー供給管２２とを備えている。スラリー供給管２２にはバルブ２３が配設されている。
【００２０】
抄造手段３は、いわゆる雄型の形態を有する抄造型３０を備えている。抄造型３０は、抄造する繊維積層体の形状に対応した抄造部３００を有している。抄造部３００には、その表面において開口する気液流通路３０１（図２参照）が内部に設けられており、この気液流通路３０１には吸引ポンプ３０２に通じる排出管３０３接続されている。排出管３０３にはバルブ３０４が配設されている。抄造部３００の表面には抄造ネット３０５が配されている。
【００２１】
図２に示すように、抄造型３０は、抄造部３００の繊維積層体１０のフランジ部１０１（張出部、図１０参照）の上面部に対応する基面部３０６が突き合わせ面３０９から低い位置に設けられて凹部３１０が形成されている。この凹部３１０の深さは、抄造型３０と後述する雌型（受型）４０を組み合わせて繊維積層体１０を脱型するときに、そのフランジ部１０１の基部が屈曲されて肉厚部１０４（図１０参照）が形成される深さに設定されている。この凹部３１０の深さ（突き合わせ面３０９からの深さ）は、１〜２０ｍｍが適当であり、さらに３〜８ｍｍが望ましい。
【００２２】
図１〜図３に示すように、乾燥成形手段４は、雌型（受型）４０及び雄型４１を備えている。雌型４０と雄型４１とが互いに突き合わせられたとき、これらの型間には、成形する繊維成形体の外形形状に対応した空隙（クリアランス）が形成される。本実施形態では、雌型４０と雄型４１とを突き合わせたときに繊維成形体１１のフランジ部１０１が雌型４０側に略面一に収まるよう空隙が形成される。
【００２３】
雌型４０は、得られる繊維成形体１１の外形形状に対応した凹状の成形部４００を有している。雌型４０は前記成形部４００を加熱するヒーター（加熱手段）４０１を備えている。雌型４０は上下動手段４０２によって上下動する。雌型４０には、成形部４００において開口する気液流通路（図示せず）が内部に設けられている。この気液流通路には、吸引ポンプ及びコンプレッサ（ともに図示せず）に通じる流通管４０３が接続されている。流通管４０３にはバルブ４０４が配設されている。成形部４００は、雌型４０の突き合わせ面４０５からくぼんで繊維成形体１１のフランジ部１１１が収まる段部４０６を有しており、この段部４０６によって後述する空間形成部の一部が形成される。雌型４０にはこの段部４０６において開口し、流通管４０３に連通する気液流通路４０７（図６参照）が設けられている。
【００２４】
雄型４１は、得られる繊維成形体１１の内面形状に対応した凸状の成形部４１０を有している。成形部４１０の表面は、フッ素樹脂により表面がコーティングされている。雄型４１の成形部４１０には、その表面において開口する気液流通路４１１（図３参照）が内部に設けられており、この気液流通路４１１には吸引ポンプ４１２に通じる排出管４１３が接続されている。排出管４１３にはバルブ４１４が配設されている。なお、繊維成形中間体表面には該気液流通路４１１の穴に当たる部分に凹部が形成される場合があり、鋳物表面に凹部が残る場合がある。鋳物製品の適用分野によっては、工作機械による鋳物製品の表面仕上げをする必要がある場合がある。そのような場合には気液流通路４１１は無くてもよい。また、図には示していないが、成形部４１０の内部には、成形部４１０を加熱するヒーター等（加熱手段）が配されている。
【００２５】
製造装置１は、図６に示したように、抄造型３０及び雌型４０に、繊維積層体１０のフランジ部１０１の基部を屈曲させて肉厚部１０４（図１０参照）を形成する肉厚部形成手段６を具備している。肉厚部形成手段６は、抄造型３０と雌型４０とを組み合わせたときに、繊維積層体１０のフランジ部１０１の外縁部を抄造型３０から離間させる離間手段６０、及び抄造型３０と雌型４０との間に配されて前記基部の屈曲空間を形成する空間形成部６１からなる。
【００２６】
本実施形態では、離間手段６０は、前述の段部４０６において開口する前記気液流通路４０７、それに連なる流通管４０３及び前記吸引ポンプによって構成されている。また、空間形成部６１は、抄造型３０の凹部３１０及び雌型４０の段部４０６によって構成されている。また、気液流通路４０７は、段部において繊維積層体１０のフランジ部の外縁部に吸引力が強く働くように、他の部分よりも密に配管されていてもよい。
【００２７】
製造装置１は、前記抄造型３０及び雄型４１をガイド５０に沿って所定位置に移動させる移動手段（図示せず）を備えている。また、製造装置１は、上記各手段と接続されてこれら各手段を後述するような手順に従って作動させるシーケンサーを備えた制御手段（図示せず）を備えている。
【００２８】
次に、本発明の繊維成形体の製造方法を、その好ましい実施形態として、上記製造装置１を用いた鋳型用の繊維成形体の製造方法に基づいて、図４〜図１２を参照しながら説明する。なお、これらの図中、符号１０は繊維積層体、１１は繊維成形体を示している。
【００２９】
本実施形態の繊維成形体の製造方法は、繊維材料を含む原料スラリーから湿潤状態の繊維積層体１０（図１０参照）を抄造した後、繊維積層体１０を抄造型３０から雌型４０に受け渡し、雌型４０と雄型４１とで繊維積層体１０をプレス成形し、繊維成形体１１（図１２参照）を製造する。
【００３０】
本実施形態では、先ず、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子を分散媒に分散させて原料スラリーを調製する。原料スラリーには、製造する成形体に適合するように調製されたものが用いられる。前記分散媒としては、水、白水の他、エタノール、メタノール等の溶剤又はこれらの混合系等が挙げられる。抄造・脱水成形の安定性、成形体の品質の安定性、費用、取り扱い易さ等の点から特に水が好ましい。
【００３１】
原料スラリー中の各成分の配合比（質量比率）は、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の総質量に対し、無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子＝７０〜８０％／２〜８％／０〜１０％／８〜１６％（質量比率）が好ましく、７０〜８０％／２〜６％／０〜６％／１０〜１４％（質量比率）がより好ましい。ただし、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の合計は、１００質量％である。無機粉体の配合が斯かる範囲であると、鋳込み時での形状保持性、成形品の表面性が良好となり、また成形後の離型性も好適となる。無機繊維の配合比が斯かる範囲であると、成形性、鋳込み時の形状保持性が良好である。有機繊維の配合比が斯かる範囲であると成形性が良好である。鋳込み時の有機繊維の燃焼によるガス発生量、揚がりからの炎に吹き出しを抑えるために有機繊維量は少ない程良く、場合によっては含まないこともできる。熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の配合比が斯かる範囲であると、成形体の成形性、鋳込み後の形状保持性、表面平滑性が良好である。
【００３２】
前記無機粉体としては、板状黒鉛、土状黒鉛等の黒鉛、黒曜石、ムライト等が挙げられる。無機粉体は、これらを単独で又は二以上を選択して用いることができる。成形性、コストの点から黒鉛、特に、板状黒鉛を用いることが好ましい。
【００３３】
前記無機繊維は、主として成形体の骨格をなし、鋳造時の溶融金属の熱によっても燃焼せずにその形状を維持する。前記無機繊維としては、炭素繊維、ロックウール等の人造鉱物繊維、セラミック繊維、天然鉱物繊維が挙げられ、それらが単独で又は二以上を選択して用いることができる。これらの中でも、前記熱硬化性樹脂の炭化に伴う収縮を効果的に抑える点から高温でも高強度を有するピッチ系やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維を用いることが好ましく、特にＰＡＮ系の炭素繊維が好ましい。
【００３４】
前記無機繊維は、繊維積層体を抄造して脱水する場合の脱水性、繊維成形体の成形性、均一性の観点から平均繊維長が０．５〜１５ｍｍ、特に３〜８ｍｍであるものが好ましい。
【００３５】
前記有機繊維には、紙繊維（パルプ繊維）、フィブリル化した合成繊維、再生繊維（例えば、レーヨン繊維）等が挙げられる。有機繊維は、単独で又は二種以上を選択して用いることができる。成形性、乾燥後の強度、コストの点から、紙繊維が好ましい。
【００３６】
前記紙繊維としては、木材パルプ、コットンパルプ、リンターパルプ、竹やわらその他の非木材パルプが挙げられる。紙繊維は、これらのバージンパルプ若しくは古紙パルプを単独で又は二種以上を選択して用いることができる。紙繊維は、入手の容易性、環境保護、製造費用の低減等の点から、特に古紙パルプが好ましい。
【００３７】
前記有機繊維は、成形体の成形性、表面平滑性、耐衝撃性を考慮すると、平均繊維長が０．８〜２．０ｍｍ、特に０．９〜１．８ｍｍであるものが好ましい。
【００３８】
前記熱硬化性樹脂は、成形体の常温強度及び熱間強度を維持させると共に、成形体の表面性を良好とし、鋳物の表面粗度を向上させる上で必要な成分である。前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、特に、可燃ガスの発生が少なく、燃焼抑制効果があり、熱分解（炭化）後における残炭率が２５％以上と高く、炭化皮膜を形成して良好な鋳肌を得ることができる点からフェノール樹脂を用いることが好ましい。フェノール樹脂には、硬化剤を必要とするノボラックフェノール樹脂、硬化剤の必要ないレゾールタイプ等のフェノール樹脂が用いられる。ノボラックフェノール樹脂を用いる場合には、硬化剤を要する。該硬化剤は水に溶け易いため、成形体の脱水後にその表面に塗工されるのが好ましい。前記硬化剤には、ヘキサメチレンテトラミン等を用いることが好ましい。前記熱硬化性樹脂は、単独で又は二種以上を選択して用いることができる。
【００３９】
原料スラリーは、前記無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の総質量に対し、熱膨張性粒体を０．５〜１０％（質量％）含んでいることが好ましく、１〜５％（質量％）含んでいることがより好ましい。熱膨張性粒子を斯かる範囲で含んでいると膨張による成形精度への悪影響を抑えた上で添加効果が十分に得られる。また、不必要な膨張を防ぐための冷却時間をとらずに済むので、高い生産性を維持することができる。
【００４０】
本実施形態の成形体は、膨張し、平均直径が好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２５〜５０μｍである前記熱膨張性粒体を含んでいる。熱膨張性粒子の膨張が斯かる範囲であると膨張による成形精度への悪影響を抑えた上で添加効果が十分に得ることができる。
【００４１】
前記熱膨張性粒子としては、熱可塑性樹脂の殻壁に、気化して膨張する膨張剤を内包したマイクロカプセルが好ましい。該マイクロカプセルは、８０〜２００℃で加熱すると、直径が好ましくは３〜５倍、体積が好ましくは５０〜１００倍に膨張する平均粒径が好ましくは５〜６０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの粒子が好ましい。
【００４２】
該マイクロカプセルの殻壁を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はこれらの組み合わせが挙げられる。前記殻壁に内包される膨張剤としては、プロパン、ブタン、ペンタン、イソブタン、石油エーテル等の低沸点の有機溶剤が挙げられる。
【００４３】
前記原料スラリーには、前記各成分以外に、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアミドアミンエピクロルヒドリン樹脂等の紙力強化材、凝集剤、着色剤等の他の成分を適宜の割合で添加することもできる。
【００４４】
繊維積層体の抄造工程では、図４に示したように、上下動機構２１によって注入枠２０が下げられ、バルブ２３が開き、スラリー供給管２２を通じてスラリーが注入枠２０内に供給される。スラリーの供給量が所定量に達すると、バルブ２３が閉じてスラリーの供給が停止される。そして、バルブ３０４が開き、気液流通路３０１及び排出管３０３を介して吸引ポンプ３０２によってスラリーの液体分が吸引されるとともに、固形分が抄造ネット３０５の表面に堆積されて湿潤状態の繊維積層体１０が形成される。繊維積層体１０中の液体含有率は、繊維積層体１０のハンドリング性、繊維積層体１０が雌型４０と雄型４１に挟まれてプレスされる際の繊維の流動による繊維積層体１０の変形（プレスによりある程度は変形する方がよい）を考慮すると、繊維積層体１０中の固形分１００質量部に対して液体分を５０〜２００質量部とするのが好ましく、７０〜１００質量部とするのがより好ましい。該液体含有率は、吸引ポンプ３０２を通じた液体成分の吸引により調整され、所定の液体含有率になったところで吸引が停止される。
【００４５】
本実施形態の成形体は、水を含む原料スラリーを用いて製造された場合は、該成形体の使用前（鋳造に供せられる前）の質量含水率は８％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。含水率が低いほど、鋳造時の熱硬化性樹脂の熱分解（炭化）に起因するガス発生量を低く抑えることができる。
【００４６】
繊維積層体１０の抄造が終了すると、図５に示したように、上下動機構２１によって注入枠２０が引き上げられ、前記移動手段によって抄造型３０がガイド５０に沿って雌型４０の下方に移される。
【００４７】
次に、雌型４０が上下動機構４０２によって下げられ、抄造型３０と突き合わされる。そして図６に示したように、抄造型３０の凹部３１０と雌型４０の段部４０６によって、繊維積層体１０のフランジ部１０１の基部の屈曲空間が形成される。
【００４８】
繊維積層体１０を抄造型３０から脱型するときには、繊維積層体１０が雌型４０における流通管４０３を通じて成形面４００側に吸着される。そしてこのときに、図６に示したように、この繊維積層体１０のフランジ部１０１の外縁部が、段部４０６で開口する気液流通路４０７を通して吸引されて抄造型３０から離間させられ、フランジ部１０１の基部が屈曲されて肉厚部１０４が形成される。
【００４９】
雌型４０は、前記上下動機構４０２によって、図７に示したように引き上げられた後、抄造型３０から雌型４０に繊維積層体１０が受け渡される。そして、前記移動手段によって雄型４１との乾燥成形位置に移される。このようにして抄造、成形された繊維積層体１０には、図１０及び図１１（ａ）に示したように、フランジ部１０１における、当該フランジ部１０１と周壁部１０２との交点（二つの面の交わり部分）に形成される角部１０３の縁部に肉厚部１０４が形成される。
【００５０】
次に、図８に示したように、雌型４０が上下動機構４０２によって下げられる。そして、所定温度に加熱された雄型４１と突き合わされてこれらの雄雌型の間で繊維積層体１０がプレス成形され、乾燥した繊維成形体１１が得られる。プレス成形によって、繊維成形体１１におけるフランジ部１１１と周壁部１１２との交点（二つの面の交わり部分）に形成される角部１１３の頂点が尖鋭となる（図１１（ｂ））。なお、雌型４０と雄型４１が突き合わされた場合には、上記肉厚部１０４を収納する空隙は形成されないようにしておく。すなわち、最終的に成形される繊維成形体の形状（肉厚部分は有しない）に応じた空隙が形成されるようにしておく。尖鋭な角部の頂点が他の物体と接触した場合には、尖鋭であるが故に頂点が損傷し易いので、損傷を防ぐためには角部１１３の頂点の密度は０．８ｇ／ｃｍ3以上であることが望ましい。
【００５１】
雌型４０と雄型４１の金型温度は、製造する繊維成形体に応じて適宜設定されるが、繊維積層体１０の焦げ付き防止等を考慮すると、１００〜２５０℃が好ましく、１２０〜２００℃がより好ましい。雌型４０と雄型４１によるプレス成形の圧力は、肉厚部を確実に押し潰すこと等を考慮すると、０．２ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましく、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａがより好ましい。ただし、プレス成形の圧力は、繊維成形体を構成する材料の種類、強度等で大きく変化することもあり得る。
【００５２】
乾燥成形の際は、バルブ４１４が開いており、繊維積層体１０の水分は、気液流通路４１１（図３参照）及び排出管４１３を介して吸引ポンプ４１２によって吸引されて外部に排出される。その一方で、上下動機構２１によって注入枠２０が下げられ、抄造型３０の抄造部３０１が再び注入枠２０に内包される。そして、前記抄造工程と同様にして繊維積層体が新たに抄造される。
【００５３】
乾燥成形工程が終了すると、流通管４０３からの吸引が前記コンプレッサによる空気噴射に切り替えられ、図９に示したように、上下動機構４０２によって雌型４０が引き上げられる。そして、吸引ポンプ４１２による吸引が停止された後、雄型４１側に残った繊維成形体１１を雄型４１から取り外し、繊維成形体１１の製造を完了する。また、上下動機構２１によって注入枠２０が引き上げられ、抄造工程を終えた新たな繊維積層体１０は、その後加熱工程に移される。本実施形態の製造方法では、このような抄造、乾燥成形の工程が繰り返し行われる。
【００５４】
本実施形態の成形体の厚みは、用途に応じて設定される。成形体の厚さは、０．２〜５ｍｍが好ましく、０．７〜１．５ｍｍがより好ましい。厚みが斯かる範囲であると、前記熱膨張性粒子の膨張の成形性に及ぼす影響を抑えた上で、上記強度を十分に確保でき、鋳造時のガスの発生も抑えることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の繊維成形体の製造方法によれば、二つの面の交わり部分に形成される角部１０３の頂点が尖鋭な成形体を製造することができる。
【００５６】
なお、環状に張出ししているフランジ部１０１の一部に凸部等を設けて、注湯取り入れ口や鋳込み時のガス抜き口を適宜設けることができる。
【００５７】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
図１３〜図１５は、本発明の繊維成形体の製造方法を実施するための製造装置の第２実施形態を模式的に示したものである。これらの図において、符号１’は製造装置を示している。また、前記第１実施形態の製造装置と共通する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
図１３に示すように、製造装置１’は、フランジ部１１１を有する半筒状の繊維成形体１１’（図１２参照）を製造するものであり、原料となる繊維スラリーを供給する原料供給手段２と、原料供給手段２から供給される繊維スラリーから湿潤状態の繊維積層体（繊維成形中間体）を抄造する抄造手段３と、抄造された繊維積層体を乾燥成形する乾燥成形手段４とを備えている。
【００５９】
図１４に示すように、抄造手段３の抄造型３０’の抄造部３００は、繊維積層体のフランジ部の上面部に対応する基面部３０６から、繊維積層体の周壁部に対応する凸面部３０７の立ち上がり部分に溝３０８が設けられている。この溝３０８によって、後述するように、抄造される繊維積層体１０’（図１９及び図２０（ａ）参照）には、フランジ部１０１と周壁部１０２との交点に形成される角部１０３の近傍に肉厚部１０４’が形成される。溝３０８の幅は繊維が密集して積層されるように１ｍｍ〜１０ｍｍが適当であり、さらに３ｍｍ〜６ｍｍが望ましい。また、溝３０８の深さに関しては繊維積層体を雄型４１に被せた際、形状が大きくずれたりしないように１ｍｍ〜１０ｍｍが適当であり、特に３ｍｍ〜５ｍｍが望ましい。
【００６０】
図１３に示すように、乾燥成形手段４は、雌型４０及び雄型４１を備えている。雌型４０及び雄型４１が互いに突き合わせられたとき、これらの型間には、成形する繊維成形体の外形形状に対応した空隙（クリアランス）が形成される。雌型４０は、得られる繊維成形体１１の外形形状に対応した凹状の成形部４００を有している。雌型４０は前記成形部４００を加熱するヒーター（加熱手段）４０１を備えている。雌型４０は上下動手段４０２によって上下動する。雌型４０には、成形部４００において開口する気液流通路（図示せず）が内部に設けられている。この気液流通路には、吸引ポンプ及びコンプレッサ（ともに図示せず）に通じる流通管４０３が接続されている。流通管４０３にはバルブ４０４が配設されている。雄型４１は、得られる繊維成形体１１の内面形状に対応した凸状の成形部４１０を有している。成形部４１０の表面は、フッ素樹脂により表面がコーティングされている。雄型４１の成形部４１０には、その表面において開口する気液流通路（図示せず）が内部に設けられており、この気液流通路には吸引ポンプ４１２に通じる排出管４１３が接続されている。排出管４１３にはバルブ４１４が配設されている。図には示していないが、成形部４１０の内部には、成形部４１０を加熱するヒーター（加熱手段）が配されている。
【００６１】
製造装置１’は、前記抄造型３０’及び雄型４１をガイド５０に沿って所定位置に移動させる移動手段（図示せず）を備えている。また、製造装置１’は、上記各手段と接続されてこれら各手段を後述するような手順に従って作動させるシーケンサーを備えた制御手段（図示せず）を備えている。
【００６２】
次に、本発明の繊維成形体の製造方法の好ましい実施形態を、上記製造装置１’を用いた繊維成形体の製造方法に基づいて、図１２、及び図１５〜図２０を参照しながら説明する。なお、これらの図中、符号１０’は繊維積層体、１１’は繊維成形体を示している。
【００６３】
繊維積層体の抄造工程では、図１５に示したように、上下動機構２１によって注入枠２０が下げられ、バルブ２３が開き、スラリー供給管２２を通じて原料スラリーが注入枠２０内に供給される。原料スラリーの供給量が所定量に達すると、バルブ２３が閉じてスラリーの供給が停止される。そして、バルブ３０４が開き、気液流通路３０１及び排出管３０３を介して吸引ポンプ３０２によってスラリーの液体分が吸引されるとともに、固形分が抄造ネット３０５の表面に堆積されて湿潤状態の繊維積層体１０’が形成される。繊維積層体１０’中の液体含有率は、繊維成形体１０’のハンドリング性、繊維積層体１０’が雌型４０と雄型４１に挟まれてプレスされる際の繊維の流動による繊維積層体１０’の変形（プレスによりある程度は変形する方がよい）を考慮すると、繊維成形体１０’中の固形分１００質量部に対して液体分を５０〜２００質量部とするのが好ましく、７０〜１００質量部とするのがより好ましい。該液体含有率は、吸引ポンプ３０２を通じた液体成分の吸引により調整され、所定の液体含有率になったところで吸引が停止される。
【００６４】
繊維積層体１０の抄造が終了すると、図１６に示したように、上下動機構２１によって注入枠２０が引き上げられ、前記移動手段によって抄造型３０’がガイド５０に沿って雌型４０の下方に移される。
【００６５】
このようにして抄造された繊維積層体１０’は、図１９及び図２０（ａ）に示したように、フランジ部１０１における、当該フランジ部１０１と周壁部１０２との交点（二つの面の交わり部分）に形成される角部１０３の縁部に肉厚部１０４’が形成される。肉厚部１０４’の厚み及び形状は抄紙型の溝３０８によって支配されるが、幅としては３ｍｍ〜６ｍｍ、厚みとしては３ｍｍ〜５ｍｍが望ましく同様の容積と設置場所を持てばその形状は自由に設定できる。
【００６６】
次に、雌型４０が上下動機構４０２によって下げられ、抄造型３０’と突き合わされる。そして、雌型４０における流通管４０３を通じて繊維積層体１０’が成形面４００側に吸着された後、上下動機構４０２によって雌型４０が引き上げられ、抄造型３０から雌型４０に繊維積層体１０’が受け渡される。雌型４０はその後雄型４１との乾燥成形位置に移される。
【００６７】
次に、図１７に示したように、雌型４０が上下動機構４０２によって下げられ、所定温度に加熱された雄型４１と突き合わされてこれらの雄雌型の間で繊維積層体１０’がプレス成形され、乾燥した繊維成形体が得られる。プレス成形によって、繊維成形体１１におけるフランジ部１１１と周壁部１１２との交点に形成される角部１１３の頂点が尖鋭となる（図２０（ｂ））。なお、雌型４０と雄型４１が突き合わされた場合には、上記肉厚部１０４’を収納する空隙は形成されないようにしておく。すなわち、最終的に成形される繊維成形体の形状（肉厚部分は有しない）に応じた空隙が形成されるようにしておく。尖鋭な角部の頂点が他の物体と接触した場合には、尖鋭であるが故に頂点が損傷し易いので、損傷を防ぐためには角部の頂点の密度は０．８ｇ／ｃｍ3以上であることが望ましい。
【００６８】
雌型４０と雄型４１の温度（金型温度）は、製造する繊維成形体に応じて適宜設定されるが、繊維積層体１０’の焦げ付き防止等を考慮すると、１００〜２５０℃が好ましく、１２０〜２００℃がより好ましい。雌型４０と雄型４１によるプレス成形の圧力は、肉厚部を確実に押し潰すこと等を考慮すると、０．２ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましく、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａがより好ましい。ただし、プレス成形の圧力は、繊維成形体を構成する材料の種類、強度等で大きく変化することもあり得る。
【００６９】
乾燥成形の際は、バルブ４１４が開いており、繊維積層体１０’の水分は、前記気液流通路及び排出管４１３を介して吸引ポンプ４１２によって吸引されて外部に排出される。その一方で、上下動機構２１によって注入枠２０が下げられ、抄造型３０’の抄造部３００が再び注入枠２０に内包される。そして、前記抄造工程と同様にして繊維積層体が新たに抄造される。
【００７０】
乾燥成形工程が終了すると、流通管４０３からの吸引が前記コンプレッサによる空気噴射に切り替えられ、図１８に示したように、上下動機構４０２によって雌型４０が引き上げられる。そして、吸引ポンプ４１２による吸引が停止された後、雄型４１側に残った繊維成形体１１’を雄型４１から取り外し、繊維成形体１１’の製造を完了する。また、上下動機構４１によって注入枠２０が引き上げられ、抄造工程を終えた新たな繊維積層体は、その後加熱工程に移される。本実施形態の製造方法では、このような抄造、乾燥成形の工程が繰り返し行われる。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態の繊維成形体の製造方法によれば、二つの面の交わり部分に形成される角部の頂点が尖鋭な成形体を製造することができる。
【００７２】
このようにして製造された繊維成形体１１’は、図１２（ａ）に示すように、フランジ部１１１同士を対向させて突き合わせた場合に、図１２（ｂ）に示すように、互いの角部１１３の頂点が尖鋭なので、例えば該繊維成形体を２つ突き合わせて鋳物製造用鋳型とし、そのキャビティ内に溶湯を供給して鋳物を製造する場合、図１２（ｂ）から明らかなように、当該角部どうしの突き合わせ部分には実質的に隙間が形成されないので、得られる鋳物にバリが生じない。
【００７３】
本発明は、前記実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
【００７４】
本発明では、特に、二つの面部の交点に形成される角部の頂点を尖鋭にするための方法に適している。その理由は、図２に示すように、抄造型に溝を設けておけば、肉厚部を別途形成する必要がないからである。すなわち、抄造時にその溝によって肉厚部を形成することができるからである。なお、本発明は、二つの面部の交点に形成されない角部の頂点を尖鋭にすることもできる。この場合には、湿式抄造法によって角部１０３’を有する繊維積層体１０’を抄造後（図２１（ａ）参照）、該角部１０３’の近傍に水分を含む繊維の集合体１０４’を人手で付け加えて肉厚部を形成し（図２１（ｂ）参照）、以下、上述の方法によって該繊維積層体をプレス成形して、角部１１３’の頂点が尖鋭な繊維形成体１１’を得ることができる。
【００７５】
原料スラリーには、前記各実施形態における原料スラリー以外に、製造する繊維成形体に適合するように調製されたものが用いられる。原料スラリーには、従来から湿式抄造法に用いられている公知のスラリーを用いることもできる。
【００７６】
また、前記各実施形態では、抄造、脱型によって肉厚部を形成した繊維積層体（繊維成形中間体）を、そのままに乾燥成形手段でプレス成形したが、肉厚部を形成した繊維積層体をプレス成形せずに一旦乾燥さてストックし、改めてプレス成形することもできる。この場合にも、前述のような好ましい湿潤状態とすることが好ましい。
【００７７】
また、前記第１実施形態では、受型として乾燥成形手段の雌型（乾燥型）を用いたが、単に受け渡しを行う型を用い、当該型で受け渡しをするときに前記雌型と同様にして肉厚部を形成してもよい。
【００７８】
また、前記第１実施形態では、雌型の吸引系統を一系統としたが、繊維積層体のフランジ部の外縁部を吸引する吸引系統を他の部分の吸引系統と別々に配し、該フランジ部の外縁部の吸引力を高くして吸引することもできる。
【００７９】
また、前記第１実施形態では、フランジ部の外縁部を抄造型から離間させる手段として気液流通路を通した吸引によって行ったが、プラスチック成形型に通常使用されるストリッパープレートやエジェクタピン等の機構によって離間させることもできる。
【００８０】
また、図２２に示す雄型４１のように分割された型部品(４１ａ〜４１ｃ等)の組み合わせ型とし、それぞれの型部品の角部を機械加工により尖鋭にすることによって、雄型の角部Ａ部（成形部４１０の立ち上がり部分）も尖鋭にすることができる。これにより、繊維成形体の角部の曲率半径を実質的に０ｍｍにすることが可能である。また、雄型４１を分割された型部品の組み合わせ型としなくても機械加工により角部Ａ部を尖鋭にすることができ、繊維成形体の角部の曲率半径を０．５ｍｍ以下にすることができる。
【００８１】
なお、繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して他の繊維成形体との合せ面に角部を有する繊維成形体を製造する方法等以外に、繊維材料を含む繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体をプレス成形して他の部材との合せ面に連なる角部を有する繊維成形体を製造する方法等も採用することができる。ここで他の部材とはポリエチレン等の熱可塑性樹脂を別途成形した物などである。
【実施例】
【００８２】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
【００８３】
＜実施例１＞
有機繊維（新聞古紙）４、無機繊維（カーボン繊維）４、無機粉体（黒鉛粉末）７６、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）１２、熱膨張性粒子４の割合（各数値は質量部）で配合した原料を水に分散させ、固形分濃度３質量％程度のスラリーを調製した。このスラリーを用いて、繊維積層体のフランジ部の上面部に対応する基面部が突き合わせ面から低い位置に設けられて凹部が形成されている抄造型（該抄造型の形状は、図２に示された形状と略同じ）で繊維積層体を抄造し（該繊維積層体の肉厚は１ｍｍ〜３ｍｍ）、雌型（受型）を組み合わせて繊維積層体を脱型しフランジ部の基部が屈曲されて形成された繊維積層体を作成し、更に成形面にフッ素樹脂（例えば、テフロン（登録商標））コートを施した乾燥型で乾燥させて繊維成形体を作製した。乾燥時の圧力は３．８ＭＰａ、乾燥型の温度は２００℃であった。
【００８４】
＜比較例１＞
実施例１と同じ原料スラリーを用いて、凹部を設けていない抄造型で繊維積層体を抄造し、実施例に準じて乾燥させて繊維成形体を作製した。
【００８５】
＜結果＞
繊維成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると実施例の繊維成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度（なおその部分の密度は０．８〜１．０ｇ／ｃｍ3）であり尖鋭であった。また、繊維成形体を二つ組み合わせてキャビティを形成し、組合された繊維成形体を砂に埋没させ、該キャビティに溶湯を注ぎ込み鋳造を行った。その結果、実施例の繊維成形体の組み合わせでは、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品が製作できたが、比較例では合せ面に対応する数箇所に２ｍｍ〜１０ｍｍ程度のバリが発生し不良品となった。
【００８６】
＜実施例２＞
パルプ（新聞古紙）２４、無機繊維（カーボン繊維）８、無機粉末（黒曜石粉）４８、有機バインダー（フェノール樹脂）１６の割合（各数値は質量部）で配合した原料を水に分散させ、固形分濃度３質量％程度のスラリーを調製した。このスラリーを用いて、繊維積層体の角部に対応する部分の近傍に幅６ｍｍ、深さ３ｍｍの溝を設けた抄造型（該抄造型の形状は、図１４に示された形状と略同じ）で繊維積層体を抄造し（該繊維積層体の肉厚は１ｍｍ〜３ｍｍ）、さらに成形面にフッ素樹脂（例えば、テフロン（登録商標））コートを施した乾燥型で乾燥させて繊維成形体を作製した。乾燥時の圧力は３．８ＭＰａ、乾燥型の温度は１５０℃であった。
【００８７】
＜比較例２＞
実施例２と同じ原料スラリーを用いて、溝を設けていない抄造型で繊維積層体を抄造し、実施例２に準じて乾燥させて繊維成形体を作製した。
【００８８】
＜結果＞
繊維成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると実施例２の繊維成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度（なおその部分の密度は０．８〜１．０ｇ／ｃｍ3）であり尖鋭であった。また、繊維成形体を二つ組み合わせてキャビティを形成し、組合された繊維成形体を砂に埋没させ、該キャビティに溶湯を注ぎ込み鋳造を行った。その結果、実施例２の繊維積層体の組み合わせでは、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品が製作できたが、比較例２では合せ面に対応する数箇所に２ｍｍ〜１０ｍｍ程度のバリが発生し不良品となった。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の繊維成形体の製造方法は、繊維成形体を鋳型として使用する場合の該繊維成形体の製造に特に好適であり、それ以外にも、角部の頂点が尖鋭な容器、道具、部品等の各種の繊維成形体の製造に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の繊維成形体の製造方法を実施するための製造装置の第１実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図２】本発明の抄造型の第１実施形態を模式的に示す一部を破断視した斜視図である。
【図３】同製造装置の乾燥成形手段の備える雄型を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の繊維成形体の製造方法の第１実施形態における抄造工程を模式的に示す図である。
【図５】本発明の繊維成形体の製造方法の第１実施形態における抄造工程終了後における繊維積層体の移行工程を模式的に示す図である。
【図６】本発明の繊維成形体の製造方法の第１実施形態における乾燥成形工程を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の繊維成形体の製造方法の第１実施形態における乾燥成形工程終了後の脱型状態を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の繊維成形体の製造方法の第１実施形態における乾燥成形工程を模式的に示す図である。
【図９】本発明の繊維成形体の製造方法の第１実施形態における乾燥成形工程終了後の脱型状態を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の繊維成形体の製造方法で抄造される本発明の繊維成形中間体の一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】乾燥成形前後における肉厚部の形態の変化を示す図であり、（ａ）は乾燥成形前の断面図、（ｂ）は乾燥成形後の断面図である。
【図１２】本発明の繊維成形体の製造方法で製造される、本発明の繊維成形体の一実施形態を示す図であり、（ａ）は二つの繊維成形体を突き合わせている状態を示す図、突き合わされた成形体の角部どうしの拡大図である。
【図１３】本発明の繊維成形体の製造方法を実施するための製造装置の第２実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図１４】本発明の抄造型の第２実施形態を模式的に示す一部を破断視した斜視図である。
【図１５】本発明の繊維成形体の製造方法の第２実施形態における抄造工程を模式的に示す図である。
【図１６】本発明の繊維成形体の製造方法の第２実施形態における抄造工程終了後における繊維積層体の移行工程を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の繊維成形体の製造方法の第２実施形態における乾燥成形工程を模式的に示す図である。
【図１８】本発明の繊維成形体の製造方法の第２実施形態における乾燥成形工程終了後の脱型状態を模式的に示す図である。
【図１９】本発明の繊維成形体の製造方法で抄造される本発明の繊維成形中間体の他の実施形態を示す斜視図である。
【図２０】乾燥成形前後における肉厚部の形態の変化を示す図であり、（ａ）は乾燥成形前の断面図、（ｂ）は乾燥成形後の断面図である。
【図２１】乾燥成形前後における肉厚部の形態の変化を模式的に示す部分断面図であり、（ａ）は乾燥成形前の断面図、（ｂ）は乾燥成形後の断面図である。
【図２２】本発明の製造装置の乾燥成形手段の備える雄型の他の実施形態を模式的に示す図である。
【図２３】従来技術における繊維成形体の成形性の課題を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１、１’  繊維成形体の製造装置
２  原料供給手段
３  抄造手段
３０、３０’  抄造型
３００  抄造部
３０８  溝
３１０  凹部
４  乾燥成形手段
４０  雌型
４１  雄型
６  肉厚部形成手段
６０  離間手段
６１  空間形成部
１０、１０’  繊維積層体（繊維成形中間体）
１０１  フランジ部
１０２  周壁部
１０３  角部
１０４、１０４’  肉厚部
１１、１１’  繊維成形体
１１１  フランジ部
１１２  周壁部
１１３  角部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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