(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡性樹脂粒子を予備発泡させた発泡粒子を金型内に充填し、金型内に蒸気を吹き出すことにより発泡粒子を融着させて厚み４００ｍｍ以上の消失模型用発泡樹脂ブロックを製造する金型であって、前記金型の蒸気吹き出し孔の形状を、細長形状のスリット溝とし、このスリット溝の最大開孔幅を０．８ｍｍ以下にするとともに、該スリット溝の長さ方向の両端コーナ部に、型の外側の長さより型の内側の長さの方が広がるテーパ部を設け、また、少なくとも厚み方向の正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率が、当該面の全面積の４〜２５％であるようにしたことを特徴とする消失模型用発泡樹脂ブロック製造用金型。
【請求項２】
前記金型は金属板で作製され、前記蒸気吹き出し孔が切削加工により形成されるとともに、少なくとも厚み方向の正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率が、当該面の全面積の４〜８％であることを特徴とする請求項１に記載の消失模型用発泡樹脂ブロック製造用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造用消失模型を作製するのに適した発泡樹脂ブロック及び同発泡樹脂ブロックを製造するための金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば発泡ポリスチレン等で成形した模型を鋳物砂の中に埋め、溶湯を注入することで模型を消失させるとともに、模型部分を溶湯で置換して模型と同形状の鋳造品を製造するようないわゆるフルモールド鋳造法が知られており、このような模型の作製は、従来は直方体の発泡ポリスチレンブロック等から手作りで切出して作製していたが、近年では、ＮＣマシンで切削する方法が主流になっている。
また、大型模型の場合、発泡ポリスチレンブロックのサイズも、例えば９２０ｍｍ×１８２０ｍｍ×４２０ｍｍの程度のものや、１２２０ｍｍ×２４００ｍｍ×５００ｍｍ程度のもの等、厚みが４００ｍｍを超えるサイズのものが多用されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような大きいブロックから模型を作製する場合、ＮＣマシンの切削スピードを上げて作製時間を短縮することが望まれるが、切削スピードを上げると粒子が飛び散って模型表面に多数の凹凸が発生するようになり、鋳造品の鋳肌を綺麗にすることが出来ない。そしてこのことは、特に粒子の径が小さい場合は切削スピードを上げても比較的表面が綺麗であり、粒径が大きくなるに連れて表面の凹凸が激しくなるような傾向にある。
【０００４】
一方、発泡ポリスチレンブロック等の製造は、蒸気により発泡性樹脂粒子を予備発泡させて発泡粒子を製造した後、この発泡粒子を密封金型に充填して金型内に蒸気を吹き出すことにより、発泡粒子を融着させてブロック化する方法が一般的であるが、この際の発泡粒子の融着率も、切削時の模型表面の凹凸の発生に影響し、融着率が８０％程度以上であると、切削スピードを上げても比較的表面が綺麗であり、８０％程度以下であると、表面の凹凸が激しくなるような傾向にある。
しかしながら、このような融着は、発泡粒子の粒径が大きいほど粒子間に蒸気が入り易くなって、例えば予備発泡前の発泡性樹脂粒子の粒径が１．０ｍｍ程度以上のものは比較的容易に製造出来るものの、発泡性樹脂粒子の粒径が０．４〜０．９ｍｍ程度の小さいものを使用して、例えば４００ｍｍ程度以上の厚みのブロックを製造しようとすると、中心部等では粒子間に蒸気が入り込みにくくなって、融着率を８０％程度以上にするのが非常に難しかった。
このような場合、融着率を上げるため、蒸気元圧力を上げるか、蒸気加熱時間を上げるような方法が考えられるが、この場合は、作業性を低下させるだけでなく、いずれも成形品の外観が収縮してしまいＮＣマシンにセットしずらくなったり、切削後の成形品の寸法変化が大きなものとなってしまう等の問題がある。
すなわち、融着率が高くまた粒径が小さい場合には、切削スピードを上げても模型の表面を綺麗に維持することが出来るが、このような消失模型用発泡樹脂ブロックを成形することは困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、予備発泡前の発泡性樹脂粒子の粒径が０．４〜０．９ｍｍ程度の小さいものを使用してブロックを製造する際、成形後の収縮が少ない発泡面圧でも融着率が８０％以上確保出来るようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、発泡性樹脂粒子を予備発泡させた発泡粒子を金型内に充填し、金型内に蒸気を吹き出すことにより発泡粒子を融着させて厚み４００ｍｍ以上の消失模型用発泡樹脂ブロックを製造する金型において、金型の蒸気吹き出し孔の形状を、細長形状のスリット溝とし、このスリット溝の最大開孔幅を０．８ｍｍ以下にするとともに、該スリット溝の長さ方向の両端コーナ部に、型の外側の長さより型の内側の長さの方が広がるテーパ部を設け、また、少なくとも厚み方向の正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率を、当該面の全面積の４〜２５％であるようにした。

【０００７】
すなわち、融着率を８０〜９０％レベルまで上げる方法として、蒸気元圧力を上げるか、蒸気加熱時間を上げるような方法が考えられるが、この場合は、いずれも成形品の外観が収縮してしまい、作業性が低下するとともに、ＮＣマシンにセットしずらくなったり、切削後の成形品の寸法変化が大きくなる等の問題がある。また融着率を上げる他の方法として、高周波加熱成形も考えられるが、大型成形品の場合は、実用的とは言い難い。
そこで、本発明では、蒸気吹き出し孔の形状を細長形状のスリット溝とし、このスリット溝の長さ方向の両端コーナ部に、型の外側の長さより型の内側の長さの方が広がるテーパ部を設けるとともに、少なくとも蒸気を最初に吹き出す正面と背面の対向二面（一般的に厚み方向）の蒸気吹き出し孔の開孔率を４〜２５％にするようにした。そして、こうすることで、例えば４００ｍｍ以上の厚みのブロックを製造しても、中心部の融着率を８０％以上にすることが出来る。
また、スリット溝の長さ方向の両端コーナ部に、型の外側の長さより型の内側の長さの方が広がるテーパ部を設けることにより、発泡ブロック製品を製造した後、製品を押し出す際、スリット溝に食い込んだ粒子等が引っ掛かって脱落するのを防止でき、目詰まり等を生じにくくすることができる。
【０００８】
尚、ある面の蒸気吹き出し孔の開孔率とは、（当該面に形成される蒸気吹き出し孔の総面積）／（当該面の全面積）×１００であり、また大型ブロック品成形用金型は矩形状のボックス型で、従来一般の各面の蒸気開孔率は２．５〜３．３％程度である。そして、このような金型には、最初に蒸気を吹き出す厚み方向の両面（正面と背面）以外の各面にも蒸気吹き出し孔が形成されているが、厚み方向以外の側面の蒸気吹き出し孔は、最初の蒸気吹き込みの段階では空気等の排出孔となり、一定時間経過後、蒸気吹き出し孔として蒸気が吹き出されるようになるが、ブロック体の融着率を上げるためには、最初に蒸気を吹き出す厚み方向の吹き出し孔の開孔率が特に重要となる。このため、本発明では、少なくとも正面と背面の蒸気吹き出し孔の開孔率を４〜２５％にしている。
勿論、側面等のその他の面の蒸気吹き出し孔の開孔率を同程度にするのは自由であるが、あまり開孔率を上げすぎると、脱型時に、側面等の蒸気吹き出し孔に粒子が食い込み発泡粒子が付着して、目詰まりを起こし易くなる場合があり、４％以下の開孔率にしておくことが好ましい。
【０００９】
また、平均粒径０．４〜０．９ｍｍの発泡性樹脂粒子を使用して予備発泡した場合、模型として適切なブロック密度である１５ｋｇ／ｍ３〜１８ｋｇ／ｍ３のうち１５ｋｇ／ｍ３程度にするためには、発泡の平均粒径は１．０ｍｍ程度になり、蒸気吹き出し孔の最大開孔幅を大きくし過ぎると、発泡粒子が蒸気吹き出し孔に食い込みすぎたり、詰まったりするような不具合が発生する。
このため、蒸気吹き出し孔の最大開孔幅は、粒径の最小値以下となることを見込んで０．８ｍｍ以下とする。
尚、蒸気吹き出し孔の開孔率は大きければ大きいほど好ましいが、例えば金型の材料として、断面がクサビ状のウェッジワイヤを等間隔に並べたウェッジワイヤスクリーンと呼ばれる多目的スクリーンを使用すると、開孔率を上げることが可能である。
しかし、この場合でも金型の強度を考慮すると最大２５％程度が限度であり、このため、蒸気吹き出し孔の開孔率を４〜２５％にする。
【００１０】
また、前記金型を、通常使用されているような金属板で作製する場合には、一般的には蒸気吹き出し孔を切削加工により形成するため、この場合には、少なくとも厚み方向の正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率を、当該面の全面積の４〜８％にすることが好ましい。
【００１１】
すなわち、金型の材質を金属板にする場合、通常、厚み８〜１０ｍｍ程度のアルミニウム板を使用するのが一般的であり、このようなアルミニウム板に最大開孔幅０．８ｍｍ以下の蒸気吹き出し孔を形成しようとすると、開孔率の実用限度は強度上または加工上８％程度が最大である。
このため、金型の材質を金属板にする場合、蒸気吹き出し孔の開孔率の上限を８％にする。
【００１２】
なお、このような金型で成型される消失模型用発泡樹脂ブロックは、予備発泡前の発泡性樹脂粒子の平均粒径が０．４〜０．９ｍｍで、該ブロックの中心部の融着率が８０％以上であり、また少なくとも正面と背面の対向二面の蒸気開孔跡模様面積が、当該面の全面積の４．５％〜２５％にすることができる。
【００１３】
ここで、蒸気開孔跡模様とは、発泡粒子を融着させるための金型の蒸気吹き出し孔が発泡ブロックの表面に転写した跡であり、蒸気開孔跡模様面積とは、その面積のトータルである。
また一般的に金型の蒸気吹き出し孔をアルミニウム板等の金属板に切削加工する時は、金型の外面から内面に向けてテーパ状に形成され、内面側の開孔面積が広がっているのが一般的であるため、蒸気吹き出し孔の開孔率が４％程度の場合は、開孔跡模様面積は４．５％程度になる。
また、前述のように、ウェッジワイヤスクリーンと呼ばれる多目的スクリーンを使用することにより、開孔率を２５％程度に高めることが出来るため、開孔跡模様面積の最大は２５％程度になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る発泡樹脂ブロック製造用金型の一例を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は本発明に係る発泡樹脂ブロックの一例を示す斜視図である。
【００１５】
本発明に係る発泡樹脂ブロック製造用金型は、フルモールド鋳造法に用いられる消失模型を製造するための発泡樹脂ブロックの製造に適した金型の技術に関し、比較的大型の模型の作製をＮＣマシン等により切削加工で行う際、切削スピードを上げても粒子が飛び散りにくく、面粗度の悪化が抑制されて、鋳造品の鋳肌を綺麗にすることが出来るようにされている。
【００１６】
ここで、模型の作製に使用するためのブロック密度としては、あまり低すぎると模型が変形して鋳造品の寸法精度が悪くなり、また、あまり高すぎると溶湯注湯時に模型が気化する際、ガス発生量が多くなって鋳造欠陥が生じやすくなるため、一般的に１５〜１８ｋｇ／ｍ３程度のものが使用されている。
そして、従来は、密度１５ｋｇ／ｍ３程度で平均発泡粒子径が１ｍｍ程度の発泡樹脂ブロックは、４００ｍｍ程度以上の厚みになると中心部まで蒸気が通りにくくなって、中心部の融着率を上げることが出来なかった。
【００１７】
そこで本発明は、予備発泡した発泡粒子を蒸気で融着させる金型において、蒸気開孔率を現状以上に上げることで、低圧蒸気でも高融着率の厚物ブロックを製造出来るようにし、また発泡面圧を下げて成形品の収縮防止が図れるようにしたものである。
【００１８】
発泡樹脂ブロック製造用金型１は、図１に示すように、一面側が開放されたボックス型の固定型２と、この固定型２の開放面を遮蔽または開放自在な可動型３を備えており、固定型２の上部附近には、予備発泡した発泡粒子を充填するための複数の充填口４が設けられるとともに、固定型２の裏面側には、成形した樹脂ブロック製品を押出すための押出しピン５が設けられ、また、固定型２や可動型３には、型内に蒸気を吹き出すための蒸気吹き出し孔としてのスリット溝６が多数設けられている。
【００１９】
そして、このような固定型２、可動型３は、実施例の場合、アルミニウム板にスリット溝６を設けることにより構成され、またスリット溝６の両端コーナ部は、図２、図３に示すように、型の内外方向に向けてテーパ部ｔが形成され、型の外側の長さより型の内側の長さの方が広がるようにされている。
これは、発泡ブロック製品を製造した後、製品を押出す際、スリット溝６に食い込んだ粒子等がコーナ部に引っ掛かって脱落するのを防止し、目詰まり等を生じにくくするためである。
【００２０】
また、スリット溝６の開孔幅がｈで、実質開孔長さがｉで、例えば図１の可動型３において、全域に亘って合計ｎ個のスリット溝６が形成されている場合、可動型の横幅がａ、縦長がｂであるとすれば、この面の開孔率は、（ｈ×ｉ×ｎ）／（ａ×ｂ）であり、本実施例では、開孔幅ｈを０．８ｍｍ以下にし、また可動型３の面とその対向面の開孔率を４％以上８％以下にし、側面等の開孔率を４％以下の２〜３．５％程度にしている。
また、固定型２の厚みｃは４００ｍｍ以上にし、成形する発泡樹脂ブロックＲの厚みが４００ｍｍ以上になるようにしている。
【００２１】
そして、不図示の予備発泡型を使用して、粒径が０．４〜０．９ｍｍ程度の発泡性樹脂粒子を発泡させ、次いで、この予備発泡した発泡粒子を充填口４から金型１に充填し、充填口４を封止した後、最初に可動型３の面及びその対向面のスリット溝６から蒸気を吹き付ける。この可動型３の面及びその対向面は、蒸気成形に重要な大面積であり、この最初の蒸気流入により粒子間の空気を排除して側面のスリット溝６からこれを排出し、融着を促進させる。
次いで、約１０秒程度経過後、側面のスリット溝６からも蒸気を吹き出して全体の融着度を高める。
【００２２】
そして、融着が完了すると、可動型３を開いて押出しピン５によりブロック製品を押出すと、図４に示すような発泡樹脂ブロックＲが取出される。
そしてこの発泡樹脂ブロックＲの表面には、蒸気開孔跡模様ｍが形成されており、この蒸気開孔跡模様ｍは、スリット溝６の金型内部側の形状が転写されたものとなり、例えば金型のスリット溝６の開孔率が４％程度の場合、蒸気開孔跡模様ｍの面積率は４．５％程度となる。
【００２３】
（実施例及び比較例）
以上のような金型１の寸法や、開孔率（スリット溝６の数）等を変化させて、ブロック密度１６ｋｇ／ｍ３の発泡ポリスチレンのブロックを製造し、発泡面圧、融着率、外観収縮、切削性等を調査した。
ここで発泡面圧については、蒸気圧力を変化させた場合と、加熱条件を一定にした場合との両方について調査し、融着率については、厚み方向の中心部３０ｍｍ厚の一定面積の粒子の融着率を調査した。また、外観収縮については、一部分でも凹みが生じていないかどうかを調査し、切削性については、回転刃を８０００ｒｐｍで回転させながら、送り速度を４〜８ｍ／ｍｉｎまで変化させた時に、粒子が飛び散った後の凹みの有無によって優劣を測定した。
この結果は、表１の通りである。
【００２４】
【表１】
0004632563.tif 000002
【００２５】
この結果、ＮＯ１、２のように、予備発泡前の発泡樹脂粒子の粒径が小さくても融着率が７０％以下であれば、切削した際に小さな凹みが多く発生して平滑性に劣ることが判り、また、ＮＯ３、４、５のことから、ＮＯ１、２に較べて開孔率を上げ、しかも融着率を８０％以上にすることにより、切削性が良好になることが判った。
また、ＮＯ６、７、８、９のことから、予備発泡前の発泡樹脂粒子の粒径が大きくなると、発泡面圧を下げても高い融着率を得ることが出来るが、いかに融着率が良くても切削スピードを上げるに連れて大きい粒子の飛散が発生し、凹みの深さが深くなって結果的に切削性が劣ることも判った。
【００２６】
また、ＮＯ１０、１１のことから、厚みが４２５ｍｍに増えると、従来の開孔率では外観収縮が発生することが判り、ＮＯ１２、１３のことから、開孔率を４％以上にあげると、外観収縮が発生しなくなることが判った。
更に、ＮＯ１４、１５のことから、開孔率を最大に近い８％にした場合には、低圧の発泡面圧でも外観収縮が発生せず、切削性も良好であることが判った。
【００２７】
尚、以上の金型１の蒸気吹き出し孔はアルミニウム板にスリット溝６を設けた場合であり、この場合は、スリット溝６を加工する際の数の制限や、金型の強度上の制限等から、最大開孔率が８％程度であるが、アルミニウム板の代わりに、ウェッジワイヤスクリーンと呼ばれる多目的スクリーンを使用すれば、８％以上の開孔率を得ることが出来、蒸気開孔跡模様面積率を２５％程度まで高めることが出来る。そして、この場合も外観収縮性や切削性等は良好である。
【００２８】
以上のことから、消失模型作製用の厚み４００ｍｍ以上の発泡樹脂ブロックとしては、予備発泡前の発泡性樹脂粒子の粒径が０．４〜０．９ｍｍで、中心部の融着率が８０％以上、少なくとも正面と背面の対向二面の蒸気開孔跡模様面積が全面積の４．５〜２５％になるようにすることで、ＮＣマシン等で切削加工しても面粗度を良好にすることが出来、鋳造品に鋳肌を美肌に出来ることが確認された。
【００２９】
尚、本発明は、以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば金型の最初に蒸気を吹き出す対向両面以外の面も、開孔率を上げるようにしても良く、また、スリット溝６を成形する際、例えば横方向に一杯の長さで成形し、中間部を縦方向の複数の補強材で補強するようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る発泡樹脂ブロック製造用金型は、予備発泡させた発泡粒子に蒸気を吹き付けて発泡粒子を融着させて厚み４００ｍｍ以上の発泡樹脂ブロックを製造する金型において、金型の蒸気吹き出し孔の形状を細長形状のスリット溝とし、このスリット溝の最大開孔幅を０．８ｍｍにするとともに、該スリット溝の長さ方向の両端コーナ部に、型の外側の長さより型の内側の長さの方が広がるテーパ部を設け、また、少なくとも厚み方向の正面と背面の対向二面の蒸気吹き出し孔の開孔率を、当該面の全面積の４〜２５％であるようにしたため、小粒子の最大発泡にも拘わらず製品の外観収縮がなく、また、切削時の表面を平滑にすることが出来、鋳造品の鋳肌を綺麗にすることが出来、しかも製品を製造した後、脱型時にスリット溝に食い込んだ粒子が脱落するような不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発泡樹脂ブロック製造用金型の一例を示す斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図
【図４】本発明に係る発泡樹脂ブロックの一例を示す斜視図
【符号の説明】
１…金型、６…スリット溝、Ｒ…発泡樹脂ブロック、ｍ…蒸気開孔跡模様。
【図１】
0004632563.tif 000003
【図２】
0004632563.tif 000004
【図３】
0004632563.tif 000005
【図４】
0004632563.tif 000006