JP3133077B2 - 熱可逆性を有する材料を用いたセラミックモールド形成法 - Google Patents

熱可逆性を有する材料を用いたセラミックモールド形成法

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JP3133077B2 JP10519398A JP51939898A JP3133077B2 JP 3133077 B2 JP3133077 B2 JP 3133077B2 JP 10519398 A JP10519398 A JP 10519398A JP 51939898 A JP51939898 A JP 51939898A JP 3133077 B2 JP3133077 B2 JP 3133077B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、熱可逆性を有する材料を用いて型の中間モ
ールドを作り、次いで、その中間モールドを用いてセラ
ミックモールドの鋳込み成形をすることによって、正確
なセラミックモールドを作成する方法に関する。こうし
てできたセラミックモールドを使って、もとの型と同じ
複数のプラスチック部品を鋳込み成形するための、さら
に耐久性のある金属モールドを作る。
背景技術 新製品を競合相手より早く市場にのせることが大きな
市場占有率を獲得するための鍵であるということは、皆
の認めるところである。市場にのせる全体的なタイミン
グに、強い影響をもたらす製品開発のなかの一分野とし
て、市場試験用に製品とパッケージのプロトタイプを作
るというものがある。このような試験では通常、消費者
が調べたり使用したりするための、外観が同様で、感触
が同様で、かつ機能が同様の複数のプロトタイプを必要
とする。
パッケージ成形品は普通、大変高価で複数のキャビテ
ィを有するスチールモールドで成形されるプラスチック
部品を含む。たとえば、ボトルの多くは吹き込み成形さ
れており、ボトルの栓の多くは射出成形されている。複
数のキャビティを有する生産用モールドの採算をとるに
は、通常、生産量を大きくしなければならない。市場が
小さい場合、もしくは数百の試験部品を作るだけの場合
は、キャビティが一つのモールドないしはプロトタイプ
モールドが作られる。プロトタイプモールドは、試験部
品を作るツールとして利用できるばかりでなく、その部
品をばらつきなく作れるかどうかを知るうえで重大なて
がかりとなる。
容器や部品のプロトタイプを迅速に作成する方法の一
つは、従来からの射出成形されたロウ型ではなく、ラピ
ッドプロトタイピングシステムにより作成された型を用
いたインベストメント鋳造法である。このような型の一
例として、カリフォルニア州、Valenciaの3D Systems社
の登録商標であるQUICKCAST型がある。中空のプラスチ
ック型で、通常は浸せき処理によって薄いセラミックシ
ェルで被覆されたものである。これならばプラスチック
を燃やしてもセラミックシェルが残り、灰残渣は最小量
ですむ。次いで溶融金属をそのセラミックシェルに注入
して、新たなプラスチック部品のための金属部品ないし
は金属モールドを鋳造する。しかしシェルは溶融金属が
通る小さな穴を一つ有するだけなので、灰残渣の臨界表
面の検査がしにくい。臨界表面上の灰残渣は鋳造物を腐
食させる恐れがある。また溶融金属が冷却して縮小する
と、臨界表面の正確な再生ができなくなる。部品が大き
ければ大きいほど正確さは損なわれる。
完全に密なモールドを作る改良方法が1996年４月トビ
ン（Tobin）に発行された米国特許第5,507,336号に開示
されている。この方法では、金属モールドを作るのに使
用されることになっている注入物よりも融点の高いチュ
ーブ内に、型を配する。セラミック部材を型表面とチュ
ーブの開口端部とのあいだで鋳造して、型の臨界表面を
セラミック部材に転写する。セラミック表面は型表面の
逆パターンになる。そしてこの型を燃焼させるとセラミ
ック表面だけチューブ中に残る。次いでセラミックを金
属粉末およびチューブの他端部からの注入物で被覆して
から、チューブを炉内に配して、セラミック表面上に金
属部品を形成する。この金属部品の表面は、セラミック
表面と逆パターンになる。セラミック部をとり除くと金
属モールドができている。この金属モールドは型と同じ
形状を有して、逆形状を有するプラスチック部分を成形
するのに有用である。これは、外側に臨界表面を有する
部品には理想的なプロセスである。
トビン（Tobin）のプロセスは、セラミックモールド
のもとになる型を壊している。しかし型を壊すことなく
セラミックモールド型を素早くしかも正確に形成するプ
ロセスが必要とされる。さらにまた、プラスチック部品
成形に合致する金属モールドを提供しなければならない
ときも多い。このとき、金属モールドは型と逆パターン
であることが必要となる。かくして、セラミックモール
ドは型と同じ形状を有していなければならず、それゆえ
セラミックモールドと型のあいだに中間モールドを作る
必要がでてくる。トビン（Tobin）の初期のプロセスで
わかるように、正確な金属モールドを得るためにはセラ
ミックモールドはその表面が決して汚れていてはいけな
い。
型を壊さないようにするために、処分可能なあるいは
必要であれば再使用可能な材料の中間モールドを利用し
て、型の臨界表面をセラミックモールドに転写するのが
望ましい。ロウやシリコンラバーがこれらを目的として
利用されてきた。しかし（熱可逆性を有する）ロウは、
もろいという欠点をもっており、型から外されたとき、
特に下すかしや薄い造作があるときには、こわれて破片
になることがある。さらにまた過熱されたときロウは膨
張してセラミックにひびがはいることもある。シリコン
ラバーは硬化されなければならず、セラミックが「固
化」しながら放熱したとき、シリコンラバーにはゆがみ
が生じてセラミック型の不正確の度合いが進んでしまう
恐れがある。そのうえ、シリコンラバーはシリコンをセ
ラミックから強制的にひきはがすような空気噴射や他の
手段で型から外さなければならない。これによって、特
に下すかしや薄い造作があるところでは、セラミックモ
ールドが壊れてしまうことがある。
したがって本発明の目的は、型と同じ形状を有するセ
ラミックモールドを作るためのプロセスにおいて、任意
サイズの型で±0.005インチ内の誤差で、正確な複製
が、セラミックモールド上に灰や他の残渣を残さずに生
産できる、プロセスを提供することである。
さらに本発明の目的は、弾性、熱可逆性を有する材料
を用いて、型と逆パターンの中間モールドを作るための
プロセスで、この中間モールドはこれ自体からセラミッ
クモールドを形成する間もゆがみが生ずることなく、し
かもセラミックモールドの繊細な造作を壊すことなくセ
ラミックモールドから簡単に外せるようになっている、
プロセスを提供することである。
本発明の他の目的および利点は、以下の説明から明ら
かとなろう。
発明の開示 一つの発明は、セラミックモールドを形成する方法に
おいて、臨界型表面を有する型を端部開口のフラスコに
配する工程を含む。この臨界型表面は、フラスコの開口
端部の方に上向きになっている。続いての工程には、そ
のフラスコに濃縮された熱可逆性のゲル溶液を添加して
その臨界型表面を覆い、そのゲル溶液を冷却して弾性を
有する固形ゲルモールドを形成することを含む。このゲ
ルモールドは、前記臨界型表面とは逆パターンの臨界ゲ
ルモールド表面を有する。さらなる工程には、弾性を有
するゲルモールドから型を外して、ゲルモールドのまわ
りにセラミックモールドを鋳造し、このゲルモールドを
加熱によって液化しセラミックモールドから外すことを
含む。このセラミックモールドは臨界ゲルモールド表面
と逆パターンの臨界セラミック表面を有するので、臨界
型表面を正確に複製したものとなる。この方法は、ゲル
溶液が冷却されてゲルモールドを形成するときにゲル溶
液を脱ガスする工程をさらに含んでいてもよい。
熱可逆性のゲル溶液は、およそ35％からおよそ50％ま
でのゲル材料と、およそ45％からおよそ65％までの水
と、およそ０％からおよそ10％までの消泡剤とを含むこ
とをが好ましい。ゲル材料はゼラチンであることが好ま
しい。ゲル溶液はさらに繊維や他のシックナーを含むこ
とが好ましい。そして消泡剤はシリコンであることが好
ましい。
他の発明は、セラミックモールドを形成する方法にお
いて、臨界型表面を有する型を端部開口の第１フラスコ
に配する工程を含む。この臨界型表面は、第１フラスコ
の開口端部の方に上向きになっている。他の工程には、
その第１フラスコに添加されたゼラチン溶液で臨界型表
面を覆い、そのゼラチン溶液を冷却して、その間にゼラ
チン溶液を脱ガスして弾性を有する固形ゼラチンモール
ドを形成することを含む。このゼラチンモールドは、臨
界型表面から転写された、臨界型表面とは逆パターン
の、臨界ゼラチンモールド表面を有する。他の工程に
は、この型と第１フラスコをゼラチンモールドから外
し、このゼラチンモールドを、臨界ゼラチンモールド表
面が第２フラスコの開口端部の方に上向きになった状態
で、第２フラスコに配することを含む。さらなる工程に
は、臨界ゼラチンモールド表面を第２フラスコに添加さ
れたセラミック溶液で覆い、その間にセラミック溶液を
脱ガスすることを含む。このセラミック溶液は固化され
次いで発熱して固まり、ゼラチンモールドのまわりにセ
ラミックモールドを形成する。このセラミックモールド
は、臨界ゼラチンモールド表面から転写された臨界ゼラ
チンモールド表面とは逆パターンの臨界セラミック表面
を有する。したがってセラミックの臨界表面は、臨界型
表面を正確に複製したものとなる。最終工程は、このゼ
ラチンモールドを加熱によって液化し、第２フラスコを
セラミックモールドから外すことである。ゼラチン溶液
は、およそ35％からおよそ45％までのゼラチンと、およ
そ50％からおよそ65％までの水と、およそ３％からおよ
そ８％までの消泡剤を含むことが好ましい。
さらに他の発明は、セラミックモールドを形成する方
法において、臨界型表面を有する型を端部開口の第１フ
ラスコに、臨界型表面が第１フラスコの開口端部の方に
上向きになった状態で、配する工程を含む。他の工程に
は、第１フラスコに添加されたゼラチン溶液で臨界型表
面を覆い、そのゼラチン溶液を冷却して、その間にゼラ
チン溶液を脱ガスして弾性を有する固形ゼラチンモール
ドを形成することを含む。このゼラチンモールドは、臨
界型表面から転写された臨界型表面とは逆パターンの臨
界ゼラチンモールド表面を有する。以上に加わる工程に
は、この型と第１フラスコをゼラチンモールドから外
し、このゼラチンモールドを第２フラスコに、臨界ゼラ
チンモールド表面が第２フラスコの開口端部の方に上向
きになった状態で、配することを含む。第２フラスコ
は、ゼラチンモールドのまわりに環状スペースを提供す
るように寸法とりされている。もう一つの工程は、その
環状スペースを第２フラスコに添加された第１セラミッ
ク溶液で満たし、その間に第１セラミック溶液を脱ガス
することである。
ゼラチンモールドを正しい位置に固定し臨界ゲルモー
ルド表面の周りに連続環状リムを形成するために、第１
セラミック溶液は熱の発生なしに固化し第１セラミック
モールドを形成する。さらなる工程は、第１セラミック
モールドとゲルモールドを、第２フラスコに添加された
第２セラミック溶液で、覆うことを含む。この第２セラ
ミック溶液は発熱して固まり、第１セラミックモールド
に結合された第２セラミックモールドを形成する。この
第２セラミックモールドは、臨界ゼラチンモールド表面
から転写された臨界ゼラチンモールド表面とは逆パター
ンの臨界セラミック表面を有する。したがって臨界セラ
ミック表面は、臨界型表面を正確に複製したものとな
る。最終工程は、このゼラチンモールドを加熱によって
液化し、ゼラチンを第１セラミックモールドから外し、
第２フラスコを第１および第２セラミックモールドから
外すことである。
図面の簡単な説明 この明細書は、本発明を特定し顕著に権利請求すると
ころの請求の範囲で終わるが、添付図面を参照しながら
好適な実施形態についての以下の説明によって、本発明
がより理解されるはずである。図面中、同じ参照符号は
同一の構成要素を表している。
第１図は、臨界型表面13を有し、第１フラスコ３内部
に配された、型１の正面断面図である。
第２図は、濃縮ゲル溶液５が注がれた第１フラスコ３
内部の、型１の正面断面図である。
第３図は、臨界型表面13から転写された臨界ゲルモー
ルド表面10を有し、第２フラスコ８内部に配された、固
形ゲルモールド７の正面断面図であり、この第２フラス
コ８は固化されたゲルモールド７と第２フラスコ８との
間に環状スペース12を備えている。
第４図は、固化されたゲルモールド７上および環状ス
ペース12内に注がれ、そして臨界ゲルモールド表面10を
覆う、石こうないしセラミック溶液９を有する第２フラ
スコ８の正面断面図である。
第５図は、第２フラスコ８およびゲルモールド７とが
外れ、臨界ゲルモールド表面10から転写され臨界型表面
13を正確に複製した臨界セラミック表面14を露出させて
いる、固化された石こうモールド11の正面断面図であ
る。
第６図は、第４図に示されたものの変形例の正面断面
図であり、ここで環状スペース12には非発熱性石こう溶
液15が部分的に満たされ、発熱性石こう溶液（図示せ
ず）を第２フラスコ８に添加する前の、ゲルモールド７
の支持が図られている。
発明の詳細な説明 ここで使用されている用語「セラミック」は、石こ
う、粘土、シリカないしは他の非金属材料で、燃焼して
硬化された製品を作ることができる材料のことをいう。
ここで使用されている用語「ゲル」は、弾性を有しな
いしはゴム状で固体ではあるがもろくない、一般的に、
コロイド状のゲルないしは固形材料を形成する材料のこ
とをいう。ゼラチンはゲルを作るための材料として好適
である。ゼラチンは、そのゲルが注いでいるセラミック
と接触しそれによって固体形状にする間に、そのゲルが
経験する範囲内の温度変化であれば、膨張したり縮小し
たりしない、柔らかく弾性を有する固体を形成する。し
かも、セラミック固体が加熱される、ないしは、さらな
る発熱反応を起こすとき、このゲルは溶融ないしは液化
する。
ここで使用されている用語「熱可逆性」は、およそ50
℃以下の温度で固化し、およそ65℃以上で溶融すなわち
液化する材料の性質をいう。
第１図は、フラスコの内部表面に抗してぴったりはま
った型１を示している。型１は、ボトルの栓の外観を示
している。型１は臨界型表面13を有しており、この表面
はボトルの栓の外側の造作を表す。この型は、プロトタ
イプ作成技術でよく知られている、型のデータを示す電
子ファイルがポリマーのレーザーキュアリングによって
すみやかに作られる、ステレオリソグラフィープロセス
によって、作成されるのが好ましい。この型は、その臨
界型表面がフラスコ内に、フラスコの開口端部の方に上
向きになった状態で、配されている。
弾性を有する材料が型上に注がれる。この弾性を有す
る材料は、RTVシリコンゴムでよい。このようなゴム型
の製法は本技術分野では常識的なものである。ゴムモー
ルドは柔軟であり型固着しないので、型からゴムモール
ドを外す工程は、そのゴム型を型から直接引きはがして
も良いし、空気噴射によって外しても良い。あるいはそ
の弾性を有する材料が、水性コロイド状のゼラチン溶液
のような、熱可逆性を有する材料からできた固形ゲルで
あってもよい。ゼラチンは高温の水中では容易に分散、
溶解し、冷却されたとき柔らかく弾性を有する材料を形
成する。
弾性を有するモールドは、臨界型表面をセラミックモ
ールドに転写する中間モールドになるように図られてい
る。セラミック溶液も同様に開口フラスコ中の弾性を有
するモールド上に注がれ、固化されることは可能であ
る。しかし、このセラミック材料の場合、発熱固化反応
で熱を発生するのが普通である。このような熱によっ
て、RTVシリコンゴムが膨張し臨界表面の形状をゆがめ
るおそれがある。さらにまた、シリコンゴムモールドは
結局、セラミックモールドから引きはがす、あるいは空
気噴射を行うことによって、セラミックモールドから外
さなければならない。そこで薄くなったところや下すか
しがあるところでは、このようなモールドを外す工程は
もろいセラミックモールドに損傷を与える場合がある。
ゼラチンは、溶融することによってセラミックモール
ドから容易に外せる。普通、セラミックの発熱反応によ
って、セラミックに隣接しているゼラチンを溶融するた
め、セラミックが硬化するあいだも表面のゆがみが生じ
ない。その結果生じたセラミックモールドを高温の水、
グリセリン、あるいは酢酸で洗浄し、いかなる残渣物も
取り除いてから、セラミックモールドを燃焼し硬化す
る。
ゼラチンは通常、肉や畜産製品などから得られるたん
ぱく質である。ゼラチンは、内部に水が閉じ込められた
たんぱく質分子が組みこまれて部分的に随伴している構
造ないしはマトリックスを形成している。好適なゼラチ
ンとしては、アイオワのSioux CityのKind ＆ Knox Gel
atinから入手できる250Bloomの食用ポークスキンゼラチ
ンがある。
他のゲル系でもこのような判定規準を満たせば使用で
きる。ラムダカラゲナンと、キサンタンガムおよびロー
カストビーンガムの混合物とが使用できる。繊維や他の
構造材料がこのようなゲル内で分散する場合もあるが、
これらは、ゲルを強化することになるであろうし、また
セラミックモールドから溶融されたゲルと共に取り除く
のも容易である。
ゲル溶液の濃度が高ければ高いほどよい。一般的に、
ゼラチン溶液は、およそ35％からおよそ55％までのゼラ
チン固形物と、およそ45％からおよそ65％までの水と、
およそ０％からおよそ10％までの消泡剤もしくは界面活
性剤とを含んで、構成されている。ゼラチン溶液が、お
よそ35％からおよそ45％までの固形ゼラチンと、およそ
50％からおよそ65％までの水と、およそ３％からおよそ
８％までの消泡剤とを含むと、より好ましい。たとえ
ば、475ccの水、25ccの消泡剤、そして175グラムのゼラ
チンから成る混合物があげられる。他のゲル系にも同様
の割合のものが使われ、正確なレベル決定は、当業者で
あればよく知るところである。水分を固まらせるないし
はゲルの水分活性を低下させるような他の添加物を加え
ることも可能である。たとえば、グリセリン、糖、もし
くはグリコール類などを加えることができる。
通常、ゼラチンは冷たい水に添加する。次いでこの混
合物を加熱する。水とゼラチンすなわちゲル材料をおよ
そ80℃から100℃の範囲に暖める。あるいは、このゼラ
チンや他のゲル材料を高温の水に加えてもよい。そして
この溶液を、ゲルが溶解、分散して混合物が均一になっ
たことがわかるようになるまで、攪拌する。溶液を電子
レンジで加熱し水の温度を維持しながら分散を強化させ
ると好ましい。この溶液は、分散のあいだ減圧下に配し
泡形成を防止する。他の脱ガスプロセスを用いることも
可能である。
水とゼラチンとを結合させる前に、界面活性剤や消泡
剤を水に添加しておくと好ましい。シリコンおよび非イ
オン界面活性剤は良質の消泡剤である。ジメチルシリコ
ンも使える。好適な消泡剤としては、オハイオ州のCinc
innatiのSpectrum ServiceからFoam Drop−Ｓとして入
手できるポリジメチルシロキサンがある。
端部開口のフラスコ内の型上にゲル分散液を注ぐ（第
２図参照）。高温のゼラチン溶液がそこに注がれると
き、型が幾分水分吸収を行う。ステレオリソグラフィー
に利用されている樹脂が湿気に敏感なのはよくあること
である。したがってまず、型の表面を、オハイオ州のSo
lonのSherwin Williams社の製品であるKRYLON（登録商
標）で薄膜を噴射してシールしておくと有利である。
脱ガスもまたゼラチン注入工程で有利である。注入
は、たとえば30インチ水銀柱真空という減圧室で行われ
る。取り込まれていた空気が取り除かれて、空気泡が型
／ゲルの界面に集まらないようにしている。さらにまた
空気ないしはガスがゲル内に取り込まれていると、ゲル
マトリックスの不安定化をまねく。ゼラチン鋳造は、部
品のサイズに応じて複数回の注入で行われ、空気泡を取
り除くうえで脱ガスはより効果的である。複数回の注入
のなかで最初の注入は、次の注入の前に皮膜を形成し
て、空気泡が第１の注入に混じらないようにするのが好
ましい。
ゲルが弾性を有する固形構造を形成できるようになる
までフラスコを冷蔵する。ゲルの濃度、型のサイズ、お
よびゲル層の高さに応じて、ゲルを固化するのにおよそ
１時間からおよそ15時間が必要となる。一般的には、冷
蔵庫のなかで40゜Fすなわち４℃でおよそ２時間から８
時間で十分である。極めて濃度の高い溶液の場合は、室
温で数時間以内に弾性を有する固形構造を形成するであ
ろう。
ゲル溶液の高さは、型およびセラミックモールドに望
まれるサイズに応じてきまる。当業者であればたいした
実験もなしに容易に決めることができる。最小のゲルの
厚みは通常、それぞれの臨界型表面よりおよそ１インチ
上のレベルとなることが望ましい。
次いで、固化された中間ゲルモールドは型から引きは
がされる。好適な態様では、フラスコの側面は簡単に外
せるように作られており、したがってゲルモールドから
側面をひきはがして、続いてこのゲルモールドを型から
引きはがす。ゲルモールドは構造的に十分な弾性を有し
ていて、型ピースは容易に剥離でき、たとえば下すかし
や薄いところがあっても型の臨界表面とは逆パターンの
複製をゆがみなく保つことができる。
ゲルモールドを冷蔵温度で貯蔵しておくことは好適で
はあるが、凍らせてはならない。たんぱく質は、そのマ
トリックス内に水を保有するが、長く18℃以上の温度に
さらされると、その水が外にでてしまう。するとゲルモ
ールドの臨界表面の正確さが損なわれるおそれがでてく
る。
第３図は、第２フラスコ内に配されたゲルモールドを
示しているが、この第２フラスコには石こうないしはセ
ラミック溶液が添加されることになっている。このゲル
モールドの臨界ゲルモールド表面が第２フラスコの開口
端部の方に上向きになった状態で配されている。第２フ
ラスコとゲルモールドの間に十分なスペースがあって、
そのスペース内でゲルモールドの周りにセラミックが形
成されていると好ましい。ここでできたセラミックモー
ルドは、臨界セラミックの表面を取り囲む連続環状セラ
ミックリムを有するため、このセラミックモールドを使
えば他のフラスコを必要とせずに容易に金属浸透モール
ドを鋳造できることになる。
第２フラスコ内に、ゲルモールドより上のレベルの高
さまで、石こうもしくは他のセラミック材料を注入す
る。ゲルモールドよりおよそ1cmからおよそ5cm高いのが
好ましい。注入されたセラミック材料を減圧下で脱ガス
して、最終的なセラミックモールド形成に影響を与える
おそれのある空気はすべて取り除くようにするのが好ま
しい。石こうないしセラミック材料はまず「固まってい
き」すなわち固体形状を取って、続いて完全に固体化す
る。硬化プロセスのあいだに、発熱反応が石こう内でお
きてまわりのゲルを溶解させる。フラスコが剥離剤で被
覆されていてセラミックモールドから簡単に外せるよう
になっていると好ましい。
好適な態様においては、２種類の異なるセラミック材
料を用いる。ゲルモールドは最初、部分的に、強固な構
造物になるように固まっていく第１石こうないしは粘土
材料内に入っている。ただし、この構造物は発熱性がな
くつまりゲル構造をその融点ないしは液化温度付近の温
度下におくようなことはない。このような非発熱性材料
はもろいのが普通である。この材料を環状スペースに注
いでこのスペースを完全にもしくは一部満たして、ゲル
モールドを固定させる。ゼラチンと比較して石こうのほ
うが密度が高いので、ゲルモールドを固定させなかった
場合には、石こう構造物をまるごと鋳造している間に、
このゲルモールドが浮き上がってしまう。非発熱性のセ
ラミックはもろいので、環状壁は少なくとも１インチの
厚みがなくては目的を果たせない。この第１石こうはお
よそ45分から90分で固まっていく。
この第１セラミックモールドが固化したあと、第２石
こうないしは粘土を用いて、第１セラミックモールドお
よび臨界ゲルモールド表面とを覆う。第２セラミック材
料は、発熱反応を起こしてその強度を増し、そして第１
セラミックモールドに容易に結合する。発熱性の石こう
は固まっていくのにおよそ10分間かかるのが普通であ
る。第２石こうの結合剤を氷温冷却すると、反応が遅く
なり、石こうの脱ガス時間を長くできる。２段階の石こ
う鋳造の結果、セラミックモールドはさらに正確になっ
て、臨界セラミック表面はもとの型の臨界型表面を正確
に複製したものとなる（第１石こう15の利用を示した第
６図を参照せよ）。
非発熱性のリンが結合した石こうとして、オハイオ州
のMaumeeのRanson ＆ Randolphから入手できる847Core
Mixが好ましい。Cl−Core Mixもまたオハイオ州のMaume
eのRanson ＆ Randolphから入手できるが、これは発熱
性セラミック材料として最も好ましい。これは溶融され
たシリカ、ジルコニウムシリケート、アンモニウムフォ
スフェート、シリカ（クリストバリティック）およびマ
グネシウムオキサイドの混合物である。コア硬化剤2000
も、Ranson ＆ Randolphから入手できるが、これを用い
てもよい。これはアモリファスシリカとジポタジウム−
６−ヒドロキシ−３−オキソ−９−キサンテン−０−ベ
ンゾエートを含む。
セラミック溶液を第２フラスコ内のゲルモールドの上
に注ぐとき、ゲルモールドが冷蔵温度にあると好まし
い。セラミックが固化したあと、セラミックモールドと
残渣ゼラチンをレンジのなかで加熱させてゲルを完全に
溶融すると簡単に外せる。ゲルは確実に溶融されなけれ
ばならないが、たんぱく質を分解するようなことがあっ
てはならないので、レンジの温度はおよそ100℃からお
よそ275℃になるべきである。マトリックス内に閉じ込
められたゼラチンと水は、ゆっくりと溶融し液化するの
で、中央部は十分断熱されており、レンジの温度が100
℃以上になっても水の沸騰という問題は生じない。
セラミックモールドの開口端部は、第２フラスコの底
部に相当する。アクセスが容易で溶融されたすなわち液
状ゲルの分散液をセラミックモールドからあけることが
できる。さらにまた、臨界セラミック表面は開口端部か
ら容易に見えるので、すべてのゼラチンやいかなる残渣
物も取り除かれたことが確認できる。
セラミックモールドを炉内に配して、それをおよそ11
00゜F（990℃）まで少なくとも３時間加熱すると、石こ
うは安全に固まっていき、次の処理ができる。こうする
とセラミック上に燃焼すべき残渣物がないので、水素圧
力を利用できる。このようなに残渣物がないということ
が、エポキシやロウを使用するセラミックモールド作成
プロセスとの、重要な違いである。
96年４月16日にトビン（Tobin）によって発行され共
有名義で譲渡されている、参考のために本願に添付され
た、米国特許第5,507,336号の開示によれば、金属モー
ルドをセラミックモールドから作成することができる。
しかし、本発明の場合、セラミックモールドがセラミッ
クの臨界表面を取り囲む連続環状リムを有しているため
に、外側にチューブを必要とせずに金属モールドを作成
できる。
本発明の特定の実施形態を示して説明してきたが、当
業者であれば、本発明の本質と範囲から離れることなく
種々の変化や変更が可能であること、そして、本発明の
範囲内で行われるこのような変更はすべて添付の請求範
囲内でカバーしようとするものであることは、明らかで
あろう。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22C 7/02 101 B22C 7/02 103 B22C 9/04

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックモールドを形成する方法におい
    て、 ａ）臨界型表面を有する型を端部開口のフラスコに、前
    記臨界型表面は前記開口端部の方に上向きになった状態
    で、配し、 ｂ）前記フラスコに添加された、濃縮された熱可逆性の
    ゲル溶液で、前記臨界型表面を覆い、 ｃ）前記ゲル溶液を冷却して弾性を有する固形ゲルモー
    ルドを形成し、前記ゲルモールドは、前記臨界型表面か
    ら転写された、前記臨界型表面とは逆パターンの臨界ゲ
    ルモールドの表面を有し、 ｄ）前記フラスコおよび前記型を前記弾性を有するゲル
    モールドから外し、 ｅ）前記固形ゲルモールドのまわりにセラミックモール
    ドを鋳造し、このセラミックモールドは、前記臨界ゲル
    モールド表面から転写された、前記臨界ゲルモールド表
    面とは逆パターンの臨界セラミックの表面を有し、した
    がってこの臨界セラミック表面は前記臨界型表面を正確
    に複製したものとなっており、そして ｆ）前記ゲルモールドを液化し、前記セラミックモール
    ドから外す 工程から成ることを特徴とする、セラミックモールドを
    形成する方法。
  2. 【請求項２】前記熱可逆性のゲル溶液が、35％から50％
    までのゲル材料と、45％から65％までの水と、０％から
    10％までの消泡剤とを含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ゲル材料がゼラチンである請求項２記
    載の方法。
  4. 【請求項４】前記消泡剤がシリコンである請求項２記載
    の方法。
  5. 【請求項５】前記ゲル溶液を冷却して弾性を有する固形
    ゲルモールドを形成するときに脱ガスする工程をさらに
    含む請求項１、２、３あるいは４記載の方法。
  6. 【請求項６】前記ゲル溶液がさらに繊維や他のシックナ
    ーを添加されている、請求項１、２、３あるいは５記載
    の方法。
  7. 【請求項７】セラミックモールドを形成する方法におい
    て、 ａ）臨界型表面を有する型を端部開口の第１フラスコ
    に、前記臨界型表面は前記開口端部の方に上向きになっ
    た状態で、配し、 ｂ）前記第１フラスコに添加されたゼラチン溶液で、前
    記臨界型表面を覆い、 ｃ）前記ゼラチン溶液を冷却して、そのあいだに前記ゼ
    ラチン溶液を脱ガスし弾性を有する固形ゼラチンモール
    ドを形成し、このゼラチンモールドは、前記臨界型表面
    から転写された前記臨界型表面とは逆パターンの臨界ゼ
    ラチンモールド表面を有し、 ｄ）前記型および前記第１フラスコを前記ゼラチンモー
    ルドから外し、前記ゼラチンモールドを第２フラスコ
    に、前記臨界ゼラチンモールド表面が前記第２フラスコ
    の開口端部のほうに上向きになった状態で、配し、 ｅ）前記臨界ゼラチンモールド表面を、前記第２フラス
    コに添加されたセラミック溶液で覆い、その間に前記セ
    ラミック溶液を脱ガスし、前記セラミック溶液は固化
    し、次いで発熱固化して前記ゼラチンモールドの周りに
    セラミックモールドを形成し、前記セラミックモールド
    は、前記臨界ゼラチンモールド表面から転写された、前
    記臨界ゼラチンモールド表面とは逆パターンの臨界セラ
    ミックの表面を有し、したがってこの臨界セラミック表
    面は前記臨界型表面を正確に複製したものとなってお
    り、そして ｆ）前記ゼラチンモールドを加熱によって液化し、前記
    セラミックモールドから前記ゼラチンを外し、前記第２
    フラスコを前記セラミックモールドから外す 工程から成ることを特徴とする、セラミックモールドを
    形成する方法。
  8. 【請求項８】前記ゼラチン溶液が、35％から45％までの
    ゼラチンと、50％から65％までの水と、３％から８％ま
    での消泡剤とを含む請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】前記ゼラチン溶液がさらに繊維や他のシッ
    クナーを添加されている、請求項７もしくは請求項８記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】セラミックモールドを形成する方法にお
    いて、 ａ）臨界型表面を有する型を端部開口の第１フラスコ
    に、前記臨界型表面が前記開口端部の方に上向きになっ
    た状態で、配し、 ｂ）前記第１フラスコに添加されたゼラチン溶液で、前
    記臨界型表面を覆い、 ｃ）前記ゼラチン溶液を冷却して、その間に前記ゼラチ
    ン溶液を脱ガスし弾性を有する固形ゼラチンモールドを
    形成し、このゼラチンモールドは、前記臨界型表面から
    転写された、前記臨界型表面とは逆パターンの臨界ゼラ
    チンモールド表面を有し、 ｄ）前記型および前記第１フラスコを前記ゼラチンモー
    ルドから外し、前記ゼラチンモールドを第２フラスコ
    に、前記臨界ゼラチンモールド表面が前記第２フラスコ
    の開口端部のほうに上向きになった状態で、配し、前記
    第２フラスコは前記ゼラチンモールドの周りに環状スペ
    ースを提供できるだけの大きさを有し、 ｅ）前記環状スペースを前記第２フラスコに添加された
    第１セラミック溶液で満たし、その間にこの第１セラミ
    ック溶液を脱ガスし、この第１セラミック溶液は熱を発
    生することなく固化し第１セラミックモールドを形成
    し、前記ゼラチンモールドを正しく固定することによっ
    て、前記臨界ゼラチンモールド表面の周りに連続環状リ
    ムを形成し、 ｆ）前記セラミックモールドと前記ゼラチンモールド
    を、前記第２フラスコに添加された第２セラミック溶液
    で覆い、この第２セラミック溶液は発熱固化し、前記第
    １セラミックモールドに結合した第２セラミックモール
    ドを形成し、この第２セラミックモールドは前記臨界ゼ
    ラチンモールド表面から転写された、前記臨界ゼラチン
    モールド表面とは逆パ０ターンの臨界セラミックの表面
    を有し、したがってこの臨界セラミック表面は前記臨界
    型表面を正確に複製したものとなっており；そして ｇ）前記ゼラチンモールドを加熱によって液化し、前記
    第１および第２セラミックモールドから前記ゼラチンを
    外し、前記第２フラスコを前記第１および第２セラミッ
    クモールドから外す 工程から成ることを特徴とする、セラミックモールドを
    形成する方法。
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