(57)【要約】【課題】エジェクタピンやシール材を必ずしも使用せず、金型形状を複雑にしないことにより金型のコストを抑えつつ、かつ、離型不良を発生させずに、成形体を金型から手際よく離型させる方法を提供する。【解決手段】まず、芯材２を挿入した金型１０に原料１を充填し、原料１を加熱乾燥固化させる。その後、芯材２を金型１０から引き出し、内部空間Ｎを形成する。次に、成形後の内部空間Ｎに気体を流入させることにより、成形体３の外面と金型１０の内面との間に、成形体３を透過させた気体が介在して、成形体３を離型させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する通気性のある成形体を、複数の金型部材で構成された金型の内面に成形して製造する方法であって、成形後の前記内部空間に気体を流入させ、前記成形体の外面と前記金型の内面との間に、該成形体を透過させた前記気体を介在させることにより、該金型から前記成形体を離型させる工程を有する成形体の製造方法。
【請求項２】
前記成形体が、有底の筒状である請求項１に記載の成形体の製造方法。
【請求項３】
前記成形体の外面と前記金型の内面との間に、前記気体を介在させた後、前記金型を金型部材に分離しつつ、該金型部材から前記成形体を離型させる請求項１又は２に記載の成形体の製造方法。
【請求項４】
前記金型を金型部材に分離する動作において、金型部材に振動を与える請求項３に記載の成形体の製造方法。
【請求項５】
前記成形体が、鋳物製造用構造体である請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型により成形される成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドウ状の原料を金型により加熱乾燥固化する成形体の製造方法が知られている（特許文献１）。このような成形体をはじめ、金型成形体はその成形後に金型の内表面に密着して離型しにくいことがある。無理に金型を開放すると、成形体の変形や破損を招くおそれもある。そのようなときに、金型から成形体を離型させる方法として、金型内に装備したエジェクタピンにより成形体の一部を突き上げる方法がある。この方法では、成形体は離型されるが、エジェクタピンの配置や突き出し量のアンバランスにより成形体に損傷が生じたり、エジェクタピンの動作不良により十分に離型しないことがある。
【０００３】
エジェクタピンを使用しないで成形体を離型させる方法としては、特許文献２〜４に提案がされている。特許文献２には、成形後に金型を僅かに開いて、弾性変形可能なシール材に覆われたキャビティと樹脂成形体との間に圧縮空気を流入させて、成形体を離型させる方法が記載されている。しかしながら、この方法ではキャビティやゲートなどを含む金型内の分割面を弾性変形可能なシール材で覆う必要があり、部品点数増加により製造コストが嵩むことになる。また、圧縮空気は、僅かに開いた成形体と金型との分割面に沿う方向、すなわち離型させる方向に対して直交する方向に流入するため効果的な離型作用として限度がある。
【０００４】
特許文献３には、金型の一部に形成したエアー溝を用いて高圧エアーを成形体に吹き付けて離型させる方法が記載されている。しかしながら、この方法では成形体の表面全体に高圧エアーが当たらないため、離型しにくい部分が残る可能性があった。また、金型の形状が複雑になるため、コストが嵩む方向になる。
【０００５】
特許文献４には、空洞部を有し、連続状の空孔部を有する多孔質部材で形成されている金型を用い、空洞部に注入された溶融樹脂が固化した後、離型剤とガスを多孔質部材に注入し、離型剤を空洞部と固化した樹脂との境界部に拡散させて、成形体を離型する方法が記載されている。しかしながら、特殊な金型を使用するため、製造コストが嵩むことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０１５５３号公報
【特許文献２】特開平４−１４０１１６号公報
【特許文献３】特開平９−３１４６１９号公報
【特許文献４】特開２００４−１６０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、エジェクタピンやシール材を必ずしも使用せず、金型形状を複雑にしないことにより金型のコストを抑えつつ、かつ、離型不良を発生させずに、成形体を金型から手際よく離型させる成形体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内部空間を有する通気性のある成形体を、複数の金型部材で構成した金型の内面に成形して製造する方法であって、成形後の前記内部空間に気体を流入させ、前記成形体の外面と前記金型の内面との間に、該成形体を透過させた前記気体を介在させることにより、該金型から前記成形体を離型させる工程を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の成形体の製造方法により、エジェクタピンやシール材を必ずしも使用せず、金型形状を複雑にしないことにより金型のコストを抑えつつ、かつ、離型不良を発生させずに、成形体を金型から手際よく離型させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の成形体の製造方法において、金型を使用する状態を示す縦断面図（ａ）、縦断面図（ｂ）、Ａ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図２は、図１に示した金型において、流入させる気体を矢印で示す模式図である。
【図３】図３は、図２のＣ−Ｃ線断面図であり、成形体が金型から離型する状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい一実施態様について、添付の図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は図示した実施態様に限定されない。
図１（ａ）及び図１（ｂ）には、本発明の成形体の製造方法において、金型１０を使用する状態を、縦断面図、Ａ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図で示す。図２に、金型１０に流入させる気体を矢印で示す。図３に、金型１０のＣ−Ｃ線断面図を示す。
【００１２】
まず、芯材２を挿入した金型１０に原料１を充填し、原料１を加熱乾燥固化させる。その後、芯材２を金型１０から引き出すことにより、図１（ｂ）に示すような内部空間Ｎを有する成形体３を形成する。
次に、図２に示すように、流体供給源３０を取り付け、成形後の内部空間Ｎに気体を流入させる。これにより、図３に示すように、成形体３の外面と金型１０の内面との間に、成形体３を透過させた気体が介在し、金型部材１１と金型部材１２を離すように力を少し加えるだけで、型部材１１、１２から成形体３を離型させることができる。以下、上記実施態様における材料、金型及び工程条件等について詳述する。
【００１３】
［原料］
本実施態様において成形体を製造するために使用する原料１は、この種のドウ状原料として用いられるものであれば特に限定されないが、無機粒子、無機繊維、及び有機繊維のいずれか１つ以上を有する固形物と、水及び有機溶媒のいずれか１つ以上を有する液体とを捏和混練した流動性を有する状態の粘性流体であることが好ましい。ここで、原料をドウ状に調製するとは、固形物と分散媒を捏和混練し、流動性を有しながらも固形物と液体が容易に分離することがない状態に調製することをいう。原料の調製法としては、特に限定されない。原料の固形分濃度は特に限定されないが、２０〜６０質量％にすることが好ましく、２０〜５０質量％にすることがより好ましい。また、原料に無機粒子を含ませる場合、成形性、コストの観点から黒鉛を用いることが好ましい。本発明では、成形体の通気性を向上させる観点から、土状黒鉛及び人造黒鉛から選ばれる少なくとも１種を用いることがより好ましい。また、無機粒子はその粒度分布の平均粒子径が１００〜６００μｍであることが好ましく、１５０〜５００μｍであることがより好ましく、２００〜４５０μｍであることがさらに好ましい。黒鉛以外に本発明の効果を奏する範囲内で、前記無機粒子として黒曜石、雲母、ムライト、シリカ、マグネシア、タルク等を用いることもできる。これらの無機粒子は単独で又は二種以上を併用しても良い。前記無機粒子の含有量は、成形体の形状保持性、表面性の観点から、成形体中、４０〜９０質量％が好ましく、５０〜８５質量％がより好ましい。
【００１４】
原料に無機繊維を含ませる場合、主として成形体の骨格をなし、例えば鋳物製造用構造体として用いる際、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る。前記無機繊維は、一種又は二種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い。前記無機繊維は、成形性、均一性の観点から平均繊維長が０．５〜１５ｍｍ、特に１〜８ｍｍであるものが好ましい。前記無機繊維の含有量は、成形体の成形性及び形状保持性の観点から、成形体中、１〜２０質量％が好ましく、２〜１６質量％がより好ましい。
【００１５】
原料に熱硬化性樹脂を含ませる場合、成形体の常温強度及び熱間強度を維持させるとともに、成形体の表面性を良好とし、成形体を鋳物製造用構造体として用いた場合に鋳物の表面粗度を向上させる。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、成形体を鋳物製造用構造体に用いた場合に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フェノール樹脂が用いられる。通気性を向上させる観点からは、粉状のフェノール樹脂を用いることが好ましい。原料の分散性向上の観点からは、液状のフェノール樹脂を用いることが好ましい。前記熱硬化性樹脂は、一種又は二種以上を選択して用いることができる。
【００１６】
原料に水溶性高分子化合物を含ませる場合、成形体の成形性を向上できる。前記水溶性高分子化合物としては、増粘性の多糖類、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。前記多糖類には、キサンタンガム、タマリンドガム、ジェランガム、グアーガム、ローカストビーンガム、タラガム等のガム剤、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体、カラギーナン、プルラン、ペクチン、アルギン酸、寒天等が挙げられる。これら多糖類の中でも寒天の様な天然物よりも、非天然物例えば、カルボキシメチルセルロースの様なセルロース誘導体や化学修飾物は、成形体における水溶性高分子化合物の配合比を少量でその性能を発揮することができる観点で良好である。これら水溶性高分子化合物の重量平均分子量は、１万〜３００万であることが好ましく、２万〜１００万であることがより好ましい。前記水溶性高分子化合物は、一種又は二種以上を選択して用いることができる。
【００１７】
原料に熱膨張性粒子を含ませる場合、成形体の成形性を向上できる。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３〜５倍に、体積が５０〜１００倍に膨張することが好ましく、膨張前の平均粒子径が５〜８０μｍであることが好ましく、２０〜５０μｍの粒子がより好ましい。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。前記熱膨張性粒子は、膨張前の平均直径が５〜８０μｍであることが好ましく、２０〜５０μｍのものがより好ましい。前記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。前記熱膨張性粒子は、前記無機粉体、前記無機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記水溶性のバインダーの総質量に対し、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り成形原料が型の細部にわたり充填され、型の形状を忠実に転写でき、添加効果が十分に得られる。また、前記範囲の場合には大量の熱膨張性粒子を含まないため、過膨張を防ぐことができ、余分な冷却時間を必要としないため、高い生産性を維持することができる。
【００１８】
［成形工程］
金型１０は、分割面で２つの金型部材１１、１２に分離可能な公知のものでよいが、これに制限されない。本実施態様においては、金型１０が、２分割される２つの金型部材１１、１２からなるが、これに限られず、３分割以上のものであってもよい。原料の流入圧力は特に限定されないが、圧縮空気を使用した場合では０．１５〜５ＭＰａであることが好ましく、０．２〜３ＭＰａであることがより好ましい。原料を金型１０に充填後、加熱乾燥固化させる。
金型１０における加熱温度は、金型温度で１２０〜３００℃であることが実際的である。これにより、主に液体を蒸発し、十分な強度のある多孔質かつ通気性を有する成形体とすることができる。均質な成形体を得るため均一に加熱できるように、発熱部及びその伝熱機構を工夫することが好ましい。なお、本実施態様においては、図示を単純化することを考慮し、円柱状の成形体とする金型形状を示したが、これ以外にも必要に応じて任意の形状とすることができる。
【００１９】
［気体流入工程］
本工程においては、図２に矢印ｒで示したように、上記成形後の成形体の内部空間Ｎに気体を流入させる。その観点で、金型１０に分割面以外でベントがある場合は、ベント又はベントの出口を封止することで離型効果を高めることが可能である。さらに、金型１０のキャビティが、長さＬに比して断面の円周の長さπＤが長いように浅く開いた形状であると、効果的に適用することができる。
本実施態様では、金型の内部空間（図には符号で示していないが、成形体３と成形体の内部空間Ｎとを合わせた部分にあたる。）は断面が円形であるが、その他の形状であってもよい。前記長さＬと断面の円周の長さπＤの関係は、比（Ｌ／πＤ）が２〜５０であることが好ましく、５〜２０であることがより好ましい。
【００２０】
離型に使用する気体は、一般に使用される圧縮空気でよく、さらに、離型剤などを混入してもよい。本実施態様においては、金型１０に蓋体３１、３２を取り付け、流体供給源３０として市販のコンプレッサーを挿入した形態で、気体を成形体の内部空間Ｎに供給する。気体は、金型部材１１と金型部材１２が僅かに開いた状態あるいは開くのと同時に供給する。
流入する気体の流量は、特に限定されないが、上記の成形体を考慮すると、６〜５０Ｌ／ｍｉｎが好ましく、１０〜５０Ｌ／ｍｉｎがより好ましい。このとき、成形体の通気度が低い程、供給する気体の流量を高めることが、成形体３と金型の内面Ｓとの間に気体を効果的に介在させやすく好ましい。流量を上記上限値以下とすることにより、成形体を損傷させずに離型しやすく、好ましい。一方、上記下限値以上とすることで、成形体の良好な離型性が得られる点で好ましい。ここで、成形体３と金型の内面Ｓとの間に気体を介在させるとは、成形体３の離型が効果的に促される程度に気体が透過している状態であればよい。また、気体の介在のみによって成形体３が完全に離型されなくともよい。成形体３の一部が金型の内面Ｓと離型されていない場合、その後に金型部材に振動を加えたり、金型部材をゆっくり引き離すようにして、離型を完了してもよい。また、金型部材１１、１２の微小な開閉動作を繰り返すことにより、成形体３と金型の内面Ｓとの間に気体を効果的に介在させることもできる。
【００２１】
例えば、一意にその流量と通気度との関係を決定しがたい場合があり、相応の範囲内の流量と通気度とを必要によりその他の手段と組み合わせて調節することが好ましい。具体的に、気体の流入量を減少させて、金型から離型しようとしたときに、成形体は金型の表面から一部のみ離型し、完全には離型できないことがある。そのような場合には、金型部材に振動を加えることで完全に金型から離型することも可能である。
【００２２】
このとき、供給する気体の種類は特に限定されないが、空気、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、またはアルゴンであることが好ましく、空気、または窒素であることがより好ましい。気体は、一定時間だけ継続的に供給してもよいし、一定時間の間、断続的に供給してもよい。さらに、気体の供給と同時に、金型部材１１又は金型部材１２、もしくは双方に周期的又は非周期的な振動を与えてもよい。また、成形直後、成形体３の温度が約１５０℃であることから、供給する気体の温度は０〜３５℃にすることにより成形体３を冷却するとともに熱収縮を促し、離型を効率的に行うことができる。
【００２３】
［成形体］
本実施態様の製造方法で成形される成形体の形状や寸法は、特に限定されないが、上記気体を流入して金型の内面からの密着性を解くよう、気体の流入先となる内部空間を成形体が有することが前提となる。この内部空間の大きさは、上記のような作用を奏すれば、特に限定されないが、金型の内部形状と相似した形状であることが好ましく、図示した例では筒状であることが好ましい。成形体の厚みｔは、特に限定されず、材料の特性との関係で、所定の通気度となるように設定することが好ましい。この種の成形体の用途等を考慮すると、上記成形体の場合、厚みｔが１〜５０ｍｍであることが実際的である。金型の内面Ｓからの密着を解く場合の通気度は、特に限定されないが、成形体の厚み方向において、１〜１２００であることが好ましく、３〜１０００であることがより好ましい。このときの通気度は製造工程で適用される気体流量における値であればよいが、典型的には２Ｌ／ｍｉｎでの値として評価することができる。成形体の通気度を高めるためには、例えば原料に配合する無機粒子の粒子径をそろえることや原料の固形分濃度を２０〜６０質量％にすることが好ましく、２０〜５０質量％にすることがより好ましい。無機粒子の粒径をそろえるためには、予め所定の目開きのふるいを用いて分粒する。
なお、本発明において、通気度とは特に断らない限り実施例に記載の方法により測定した値をいう。
【００２４】
本発明の成形体の製造方法は、成形体が有底の筒状である場合に好適であるが、底の無い筒状でもよい。この場合、前記の気体流入工程において底となる部分を所定の治具により封止し気体の漏れを遮る形態が挙げられる。また、鋳物製造用構造体の製造に適している。さらに、従来技術のように、エジェクタピンを使用したり、シール材を使用するなど、他の離型方法と併用することも可能である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
図１に示した金型を用い、図示した有底筒状の成形体を以下のように作製した。
【００２６】
まず、表１に示す配合からなる原料１を調製した。
【００２７】
【表１】
2011212877.tif 000003
【００２８】
各工程における条件は、以下のように設定した。
［成形工程］
・成形体寸法：長さＬ＝３８５ｍｍ、直径Ｄ＝１２ｍｍ、厚みｔ＝３ｍｍ
・流入圧力：０．５ＭＰａ
・加熱温度：２００℃
・加熱時間：２分
［気体流入工程］
・流入気体：圧縮空気（室温）
・流入量：３０Ｌ／ｍｉｎ
【００２９】
［通気度の測定］
実施例１で得られた成形体について、ＪＩＳＺ２６０１（１９９３）「鋳物砂の試験方法」に基づいて規定された「消失模型用塗型剤の標準試験方法」（平成８年３月、社団法人日本鋳造工学会関西支部刊行）の「５．通気度測定法」に従い、通気度測定装置（コンプレッサー空気通気方式、前記刊行物の第２４頁の図５−２）と同等原理の装置を用いて、通気度を測定した。
通気度Ｐは、試験片厚さｈ（ｃｍ）、試験片断面積ａ（ｃｍ２）、通気抵抗ｐ（ｃｍＨ２Ｏ）、及び空気の流量Ｖ（ｃｍ３／ｍｉｎ）により、「Ｐ＝（ｈ／（ａ×ｐ））×Ｖ」で表される。ただし、本明細書において、試験片厚さｈは、肉厚すなわち「（外径−内径）／２」とし、試験片断面積ａは、「内径×円周率×長さ」とした。
本実施例で得られた成形体の通気度は、３．７９であった。
【００３０】
［実施例２］
表１に示すように、フェノール樹脂の種類を変更したこと以外は、実施例１と同様にして成形体を得た後、金型から離型した。
なお、本実施例においても、離型不良を発生させずに成形体の全体を金型から離型することができた。
【００３１】
さらに、実施例１と同様に通気度を測定したところ、本実施例で得られた成形体の通気度は、１４．０８であった。
【００３２】
［実施例３］
表１に示すように、フェノール樹脂の種類を変更したことと、水の量を変更したこと以外は、実施例１と同様にして成形体を得た後、金型から離型した。
なお、本実施例においても、離型不良を発生させずに成形体の全体を金型から離型することができた。
【００３３】
さらに、実施例１と同様に通気度を測定したところ、本実施例で得られた成形体の通気度は、１８．９５であった。
【００３４】
［実施例４］
表１に示すように、フェノール樹脂の種類を変更したことと、無機粒子を土状黒鉛から人造黒鉛に変更したことと、水の量を変更したこと以外は、実施例１と同様にして成形体を得た後、金型から離型した。
なお、本実施例においても、離型不良を発生させずに成形体の全体を金型から離型することができた。
【００３５】
さらに、実施例１と同様に通気度を測定したところ、本実施例で得られた成形体の通気度は、９８５．７７であった。
【００３６】
［比較例１］
表１に示すように、無機粒子を土状黒鉛から鱗状黒鉛としたこと以外は、実施例１と同様にして成形体を得た後、金型から離型しようとしたが、成形体は金型に強く密着していて離型できなかった。
【００３７】
比較例１で得られた成形体について、実施例１と同様に通気度を測定したところ、通気度は０であった。
実施例１〜４及び比較例１の結果をまとめて表２に示す。
【００３８】
【表２】
2011212877.tif 000004
【００３９】
実施例からも分かるように、本発明の成形体の製造方法により、エジェクタピンやシール材を必ずしも使用せず、金型形状を複雑にしないことにより金型のコストを抑えつつ、かつ、離型不良を発生させずに、成形体を金型から手際よく離型させることが可能となった。
【符号の説明】
【００４０】
１  原料
２  芯材
３  成形体
１０  金型
１１、１２  金型部材
３０  流体供給源
３１、３２  蓋体
Ｎ  成形体の内部空間
Ｓ  金型の内面
Ｌ  金型のキャビティの長さ
Ｄ  金型のキャビティの直径
ｔ  成形体の厚み
【図１】
2011212877.tif 000005
【図２】
2011212877.tif 000006
【図３】
2011212877.tif 000007