JP4675276B2

JP4675276B2 - 成形体

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Description

本発明は、無機粉体を主成分とする成形体及びその製造方法に関わり、特に、鋳物製造用の鋳型又は構造体（以下、鋳型等ともいう。）に好適な成形体及びその製造方法に関する。

一般的な鋳物の製造方法においては、木型や金型等に基づいて内部にキャビティを有する鋳型を鋳物砂で形成し、該キャビティに溶湯を供給し、冷却後に鋳型から鋳物を取り出している。

ところで、木型や金型の製造は、加工に熟練を要し、高価な設備も必要であり、高価で重量がかさむ等の欠点と共に廃棄処理の問題も生じ、量産の鋳物の他には不向きであった。また、鋳物砂を用いた砂型は、通常の砂にバインダーを添加した鋳砂を硬化させて賦形しているので、砂を再利用する場合には再生処理が必要となるが、この再生処理の際にダストなどの廃棄物が発生する問題も生じている。

斯かる課題を解決する手段として、出願人は、下記特許文献１に記載の技術を提案している。この技術は、鋳造に用いる鋳型等を、有機繊維、無機繊維及び熱硬化性樹脂を含む成形体で構成したものである。この技術による成形体は、従来の鋳砂を用いた鋳型等に比べ、薄肉・軽量で加工性に優れている。また上述の廃棄物が発生する問題もない。しかし、鋳物によっては、複雑な形状で細部にわたって精度が要求される場合があり、斯かる鋳物の鋳造にも適用できる成形体が望まれていた。

特開２００４−１８１４７２号公報

従って、本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複雑でしかも細部にわたって精度よく賦形が可能な成形体及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、無機粉体を主成分とし、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子を含有する成形体であって、前記熱膨張性粒子を、前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記熱膨張性粒子の総質量に対し、０．５〜１０質量％含有する成形体を提供することにより、前記目的を達成したものである。

また、本発明は、上記本発明の成形体の製造方法であって、前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記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した後、該原料スラリーから湿潤状態の抄造体を抄造し、該抄造体を成形型内で加熱して前記熱膨張性粒子を膨張させつつ乾燥成形する成形体の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、複雑な形状であっても細部にわたって精度よく賦形がなされた成形体及びその製造方法が提供される。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。

まず、本発明の成形体を鋳型等に適用した実施形態に基づいて説明する。
本実施形態の成形体は、無機粉体を主成分とし、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子を含有している。本明細書において、無機粉体を主成分とするとは、成形体に含まれる全成分中で無機粉体が、質量比率で最も多いことをいう。

本実施形態の成形体は、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、熱膨張性粒子を０．５〜１０％（質量％）含んでいることが好ましく、２〜８％（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。従って、抄造型の形状が細部にわたって忠実に成形体に転写することができる。また、抄造型が複雑な形状であっても、細部にわたり精度良く割れや裂けを成形体に発生することなく抄造が可能となる。これは熱膨張性粒子が膨張することにより、抄造原料を抄造型の隅々まで押し広げていく為である。また、大量の熱膨張性粒子を含まない為、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為、高い生産性を維持することができる。

本実施形態の成形体は、熱により膨張し、かつ膨張前の平均直径が好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍである前記熱膨張性粒子を含んでいる。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。

本実施形態の成形体は、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、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／熱膨張性粒子＝７０〜８０／２〜６／２〜１０／８〜１６／０．５〜１０（質量比率）が好ましく、７０〜８０／２〜８／２〜６／１０〜１４／２〜８（質量比率）がより好ましい。
（ただし上記質量比率の合計は１００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。また、熱膨張性粒子の膨張力と無機粉体の配合による相乗効果により無機繊維、有機繊維等の各成分が適度に移動しやすくなって、成形型の形状が成形体に忠実に転写されやすくなる。
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、鋳込み時のガス発生量、揚がりからの炎に吹き出しを抑えることができる。熱硬化性樹脂の配合比が斯かる範囲であると、鋳型の成形性、鋳込み後の形状保持性、表面平滑性が良好である。

前記無機粉体としては、板状黒鉛（鱗状黒鉛）、土状黒鉛等の黒鉛、黒曜石、雲母、ムライト、シリカ、マグネシア等が挙げられる。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（鱗状黒鉛）を用いることが好ましい。

前記無機繊維は、主として成形体の骨格をなし、例えば、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。

前記無機繊維は、鋳型等を抄造して脱水する場合の脱水性、鋳型等の成形性、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。

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。

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。

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、成形体を鋳型として用いた場合に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、成形体を鋳型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。

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倍に膨張し、膨張前の平均粒径が好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの粒子が好ましい。

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。

本実施形態の成形体には、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。

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。

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。

次に、本発明の成形体の製造方法をその好ましい実施形態として、上記実施形態の成形体の製造方法に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明の成形体の製造方法を実施するための製造装置の一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。

図１に示すように、製造装置１は、開口部の周縁部にフランジ部１１１を有する半筒状の成形体１１（図１０参照）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抄造体（中間体）を抄造する抄造手段３と、抄造された抄造体を乾燥成形する乾燥成形手段４とを備えている。なお、二つの同形の半筒状の成形体１１が合体されてキャビティが形成される。

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。

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、抄造する抄造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。

図１〜図３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。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。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。成形部４００及び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ことが望ましい。

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。

次に、上記製造装置１を用いた成形体の製造方法を、図４〜図１０を参照しながら説明する。なお、これらの図中、符号１０は抄造体、１１は成形体を示している。

本実施形態の成形体の製造方法は、前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記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、上述したような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。

そして調製した原料スラリーから湿潤状態の抄造体１０（図８参照）を抄造する。抄造体１０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が閉じて原料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によって原料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抄造体１０が形成される。抄造体１０中の液体含有率は、成形体１０のハンドリング性、抄造体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抄造体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、成形体１０中の固形分１００質量部に対して液体分を５０〜３００質量部とするのが好ましく、７０〜２００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。

抄造体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。このようにして、図８に示すように、開口部の周縁部にフランジ部１０１を有し、フランジ部１０１と周壁部１０２との間に角部１０３を有する抄造体１０が抄造される。

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を通じて抄造体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に抄造体１０が受け渡される。雌型４０はその後図６に示す雄型４１との乾燥成形位置に移される。

次に、抄造体を成形型内で加熱して前記熱膨張性粒子を膨張させつつ乾燥成形する。乾燥工程では、図６に示したように、雌型（成形型）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（成形型）４１と突き合わされ、これらの雄雌型の間で抄造体１０がプレス成形される。このとき、前記熱膨張性粒子が膨張されながら乾燥成形が進行し、加熱乾燥が行われた成形体が得られる。前記熱膨張性粒子が膨張されながら乾燥成形が進行する事で、図９に示したように、成形品の転写性が向上し、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。また、雌型（成形型）４０と雄型（成形型）４１の突き合せだけでは十分なプレス効果が得られにくい成形体１１における壁面部１１４、１１５等（図１０（ａ）参照。）においても表面の平滑性に優れた成形体を得る事が出来る。

雌型４０と雄型４１の温度（金型温度）は、製造する成形体に応じて適宜設定されるが、抄造体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、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。

乾燥成形の際は、バルブ４１４が開いており、抄造体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抄造体が新たに抄造される。

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７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側に残った成形体１１を雄型４１から取り外し、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抄造体は、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。

このようにして製造された成形体１１は、図１０（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１０（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１０（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。

得られた成形体には、必要に応じて、さらに前記熱硬化性樹脂を部分的又は全体に含浸させることができる。この場合には、熱硬化性樹脂を含浸させた後、成形体を所定温度で加熱乾燥し、当該熱硬化性樹脂を熱硬化させ、必要に応じてトリミング、切断加工等を施して最終的な成形体を得る。

このようにして得られる成形体は、無機粉体を主成分とし、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子を含有しているので、乾燥成形工程において膨張した該熱膨張性粒子が成形体の細部における内部の隙間を充たしており、複雑な形状であってもその細部に亘って成形精度の高いものである。

また、上述のように成形性に加え、表面の平滑性に優れ、且つ鋳込み時においてもこれを保持できるため、これを用いた鋳物の製造方法では、得られる鋳物の表面平滑性を高めることができる。特に従来のような塗型剤を施さなくても、鋳造後の焼着が大幅に低減できるため、鋳物の製造工数低減を図ることができる。

また、鋳込み時においても熱間強度及び形状保持性に優れるため、これを用いた鋳物の製造方法では、造型の際に鋳物砂をバインダーで硬化させる必要がない。従って、鋳造後に機械的研磨により砂を再生する必要がなく、従来に比べて廃棄物を低減できる。また、特に、中空形状の中子に適用する場合でも、中子内への鋳物砂の充填が必ずしも必要でない。

また、鋳込み後の除去性が良好であり、従来に比べて容易に鋳型等を除去することができるほか、軽量であるため、取り扱いが容易である。

本実施形態の成形体の製造方法では、前記各成分を含む原料スラリーを抄造して製造するので、各成分がむらなく均一に分散した鋳型等を得ることができる。従って、熱収縮に伴うひび割れ等の発生が抑えられ、高い熱間強度が得られ、表面の平滑性にも優れており、成形精度や機械的強度が高く、成形精度の高く表面の平滑性に優れた鋳物を製造することができる。

また、有機繊維が溶融金属の熱で燃焼してその内部に空隙が形成され、無機粉体、無機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子によってその強度が維持され、鋳型を解体した後に、ブラスト処理等によって容易に鋳物砂からの分離や除去がなされる。すなわち、本発明の成形体は、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を含んでいるため、鋳型の造形時や注湯時にはその強度を保持し、鋳型の解体後にはその強度が低下する。よって本発明の成形体を用いて鋳物を製造した場合、従来の方法よりも廃棄物の処理を簡便にして処理費用を削減し、廃棄物の発生量も低減させることができる。

また、軽量であり、簡便な装置で容易に切断加工等ができるため、取り扱い性にも優れている。

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。

本発明の成形体は、鋳造に用いられる鋳型（主型、中子）の他、湯道、湯止り、受口、湯口、湯口底、せき、ガス抜き、揚り、押湯等の構造体及びその他の付帯構造体の用途に好適である。又、耐熱性を要する鋳造分野以外の用途にも適用でき、その用途に応じた形状の細部に亘って成形精度の高いものとすることができる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は、本実施例になんら制限されない。

〔実施例１〕
下記組成の原料スラリーから成形体を作製し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造した。得られた鋳物について、鋳型の成形面の形状転写性、バリの発生、差込の発生を下記のように評価した。それらの結果を表１に示した。ここでバリとは〔００４４〕に記述したように、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、角部どうしの突き合わせ部分の隙間に溶湯が侵入しそのまま固化したものをいう。また、差込とは鋳型のキャビティ表面の割れに溶湯が侵入しそのまま固化したものをいう。

＜原料スラリーの調製＞
下記配合成分を水に分散させて約１％（水に対し、無機粉体、無機繊維、有機繊維及び熱膨張性粒子の合計質量が１質量％）のスラリーを調製した後、該スラリーに下記熱硬化性樹脂と下記凝集剤を添加し、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配合率（質量比率）が下記の値の原料スラリーを調整した。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体：板状黒鉛（鱗状黒鉛）
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（東レ（株）製、商品名「トレカチョップ」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−７９３Ｄ」
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／熱膨張性粒子
＝７８／４／４／１２／２
分散媒：水

〔抄造体の抄造〕
上記原料スラリー、及び抄造型（該抄造型の形状は、図２に示された形状と略同じ）を用い、前述の実施形態のようにして抄造体を抄造した。そして、肉厚は１ｍｍ〜３ｍｍの抄造体を得た。

〔成形体の乾燥成形〕
得られた抄造体を、成形面にフッ素樹脂コートを施した成形型内に配置し、下記条件で乾燥成形し、成形体を作製した。
プレス成形圧力：３．８ＭＰａ
乾燥型温度：１８０℃

〔形状転写性の評価〕
得られた鋳物を目視観察することによって、鋳物の表面の形状転写性を下記の３段階で評価した。
○：鋳型の形状を忠実に再現している。
△：一部形状が転写されておらず凸凹が出来ているところがあるが、後処理加工で修正可能。
×：鋳型の形状を転写できておらず、かつ後処理加工での修正も不可。

〔バリの発生の評価〕
得られた鋳物を目視観察しバリ長さをノギス等で測定することによって、鋳物のバリの発生を下記の２段階で評価した。
○：鋳物の一部に多少のバリが発生しているが、その長さが１ｍｍ以下である。
×：鋳物に発生したバリの長さが１ｍｍを越えている。

〔差込の発生の評価〕
得られた鋳物を目視観察することによって、得られた鋳物の差込の発生を下記の２段階で評価した。
○：鋳物の全ての部位にて鋳型の形状を忠実に再現している。
×：鋳物の一部に注湯時に鋳型から湯が漏れて出来た差込部分がある。

＜結果＞
成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると得られた成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度であり、その角部の頂点がより尖鋭であった。また、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。表１に示したように、実施例１の成形体の組み合わせでは、得られた鋳物の形状転写性、バリの発生、差込の発生に関して良好な結果が得られた。特に、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品が製作できた。

〔実施例２〕
原料スラリーの配合及び成形体の乾燥成形条件を以下の通りに変更しその他は実施例１と同様にして成形体を作成し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造した。また、得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行った。その結果を表１に示した。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体：板状黒鉛（鱗状黒鉛）
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名「パイロフィル」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−１０５Ｄ」
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／熱膨張性粒子＝７６／４／４／１２／４
分散媒：水

〔成形体の乾燥成形〕
得られた抄造体を、成形面にフッ素樹脂コートを施した成形型内に配置し、下記条件で乾燥成形し、成形体を作製した。
プレス成形圧力：３．８ＭＰａ
乾燥型温度：２００℃

＜結果＞
成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると得られた成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度であり、その角部の頂点は尖鋭であった。また、成形体１１における壁面部１１４、１１５においても表面の平滑性が優れており、割れや穴あきは発生しなかった。また、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。表１に示したように、実施例２の成形体の組み合わせでも、得られた鋳物の形状転写性、バリの発生、差込の発生に関して良好な結果が得られた。また、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品が製作できた。

〔実施例３〕
原料スラリーの配合を以下の通りに変更しその他は実施例１と同様にして成形体を作成し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造した。また、得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行った。その結果を表１に示した。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体１：板状黒鉛（鱗状黒鉛）
無機粉体２：黒曜石
無機粉体配合比：板状黒鉛（鱗状黒鉛）／黒曜石＝５０／５０
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名「パイロフィル」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−１０５Ｄ」
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／熱膨張性粒子＝７６／４／４／１２／４
分散媒：水

＜結果＞
成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると得られた成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度であり、その角部の頂点がより尖鋭であった。また、成形体１１における壁面部１１４、１１５においても表面の平滑性が優れており、割れや穴あきは発生しなかった。また、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。表１に示したように、実施例３の成形体の組み合わせでも、得られた鋳物の形状転写性、バリの発生、差込の発生に関して良好な結果が得られた。また、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品が製作できた。

〔実施例４〕
原料スラリーの配合を以下の通りに変更しその他は実施例１と同様にして成形体を作成し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造した。また、得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行った。その結果を表１に示した。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体１：板状黒鉛（鱗状黒鉛）
無機粉体２：雲母粉
無機粉体配合比：板状黒鉛（鱗状黒鉛）／雲母粉＝５０／５０
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名「パイロフィル」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−１０５Ｄ」
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／熱膨張性粒子＝７６／４／４／１２／４
分散媒：水

＜結果＞
成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると得られた成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度であり、その角部の頂点がより尖鋭であった。また、成形体１１における壁面部１１４、１１５においても表面の平滑性が優れており、割れや穴あきは発生しなかった。また、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。表１に示したように、実施例４の成形体の組み合わせでも、得られた鋳物の形状転写性、バリの発生、差込の発生に関して良好な結果が得られた。また、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品が製作できた。

〔実施例５〕
実施例２の熱膨張性粒子配合量を６％にし、無機粉体を７４％にした他は実施例２と同様にして成形体を作成し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造し、さらに得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行い、実施例２と同様の結果を得た。

〔実施例６〕
実施例２の熱膨張性粒子配合量を８％にし、無機粉体を７２％にした他は実施例２と同様にして成形体を作成し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造し、さらに得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行い、実施例２と同様の結果を得た。

〔比較例１〕
比較例１として熱膨張性粒子を含まない組成の原料スラリー配合とし、その他は実施例１と同様にして成形体を作製し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造した。また、得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行った。その結果を表１に示した。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体：板状黒鉛（鱗状黒鉛）
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名「パイロフィル」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／＝８０／４／４／１２
分散媒：水

＜結果＞
成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると得られた成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度の部位もあるが、多くは部位では、Ｒは１ｍｍを超えており、その角部の頂点は、本発明の実施例に比べ尖鋭ではなかった。また、成形体１１における壁面部１１４、１１５はその表面にプレス不足による凹凸や、一部割れや穴あきが見受けられた。さらに、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。表１に示したように、比較例１の抄造体の組み合わせでは、得られた鋳物の形状転写性、バリの発生、差込の発生に関して良好な結果が得られなかった。即ち、合せ面でのバリが１ｍｍを越える部位が多数発生し、また、鋳物の壁面部では成形体に見られた凹凸部が鋳物に転写され、さらに、割れや穴あきのあった部分では溶湯の差込が見られ良品を製作することができなかった。

〔比較例２〕
比較例２として熱膨張性粒子を無機粉体、無機繊維、有機繊維及び熱硬化性樹脂の総質量に対し、１０質量％以上含有する組成の原料スラリー配合として、その他は実施例１と同様にして成形体を作製し、該成形体を鋳型（主型）に用いて鋳物を製造した。また、得られた鋳物について実施例１と同様の評価を行った。その結果を表１に示した。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体：板状黒鉛（鱗状黒鉛）
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名「パイロフィル」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−７９３Ｄ」）
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／＝７０／４／４／１０／１２
分散媒：水

＜結果＞
成形体の角部頂点のＲ（曲率半径）を測定すると得られた成形体では、Ｒは０．１〜０．２ｍｍ程度であり、その角部の頂点は本発明の実施例と同様に尖鋭であったが、成形体の所々では成形体が金型から取り外された後にも熱膨張性粒子が膨張し続けたために発生した凹凸が見られた。また、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。表１に示したように、比較例２の抄造体の組み合わせは、得られた鋳物の形状転写性に関して良好な結果が得られなかった。即ち、全合せ面でのバリが１ｍｍ以下の良品を製作することができたが、成形体に見られた凹凸部が鋳物に転写され良品を製作することができなかった。

＊１）熱膨張性粒子配合比率（％）＝熱膨張性粒子質量／（無機粉体質量＋無機繊維質量＋有機繊維質量＋熱硬化性樹脂質量＋熱膨張性粒子質量）

本発明の成形体の製造方法は、成形体を鋳型として使用する場合の該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、部品等の各種の成形体の製造に適用することもできる。

本発明の成形体の製造方法を実施するための製造装置の一実施形態を模式的に示す部分断面図である。本発明の抄造型の一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。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。本発明の成形体の製造方法の一実施形態における抄造工程を模式的に示す図である。本発明の成形体の製造方法の一実施形態における抄造工程終了後における抄造体の移行工程を模式的に示す図である。本発明の成形体の製造方法の一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。本発明の成形体の製造方法の一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。本発明の成形体の製造方法で抄造される抄造体の一例を示す斜視図である。本発明の成形体の一実施形態の乾燥成形後における角部の拡大断面図である。本発明の成形体の製造方法で製造される成形体の一例を示す図であり、（ａ）は二つの成形体を突き合わせている状態を示す図、（ｂ）は突き合わされた成形体の角部どうしの拡大図である。

符号の説明

１成形体の製造装置
２原料供給手段
３抄造手段
３０抄造型
３００抄造部
３０８溝
４乾燥成形手段
４０雌型
４１雄型
１０抄造体
１０１フランジ部
１０２周壁部
１０３角部
１１成形体
１１１フランジ部
１１２周壁部
１１３角部
１１４壁面部
１１５壁面部

Claims

無機粉体を主成分とし、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子を含有する成形体であって、
前記熱膨張性粒子を、前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記熱膨張性粒子の総質量に対し、０．５〜１０質量％含有しており、
前記無機繊維の平均繊維長が１〜８ｍｍであり、前記有機繊維の平均繊維長が０．９〜１．８ｍｍであり、
乾燥成形して前記成形体とする前の抄造体中における前記熱膨張性粒子は、８０〜２００℃で加熱すると膨張する粒子である成形体。
前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維及び前記熱硬化性樹脂が、それぞれ黒鉛、炭素繊維、パルプ繊維及びフェノール樹脂である請求項１記載の成形体。
前記成形体が鋳物製造用の鋳型又は構造体である請求項１又は２記載の成形体。
厚さが０．２〜５ｍｍである請求項１〜３の何れかに記載の成形体。
１以上の開口部を有し、該開口部の周縁部にフランジ部を有している請求項１〜４の何れかに記載の成形体。
請求項１記載の成形体の製造方法であって、前記無機粉体、前記無機繊維である炭素繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記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した後、該原料スラリーから湿潤状態の抄造体を抄造し、該抄造体を成形型内で８０〜２００℃で加熱して前記熱膨張性粒子を膨張させつつ乾燥成形する成形体の製造方法。