JPH03103376A - 多孔質型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は溶融金属もしくは金属粉、セラミック粉等の
スラリ一の鋳込み或形用の多孔質型の製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

溶融金属もしくは金属粉、セラミック粉等のスラリーを
セラξツクス、石膏、プラスチック等で構或された多孔
質型に鋳込んで成形する方法が知られている。溶融金属
の場合、鋳込んだ溶融物を多孔質型内で凝固させたのち
型を除去して成形体を得ている。金属粉、セラミック粉
等のスラリーの場合、これを保形性のある成形体に転化
するために３つの方法が知られている。そのｌは鋳込ん
だスラリーを多孔質型内で冷却してスラリー中の分散媒
を凝固させてのち型を除去するものであり、この成形体
に引続き分散媒除去処理（加熱による熱分解、超臨界流
体あるいは液体による抽出）を施す方法である（特開昭
６２−１９２５０２号公報）。その２は、鋳込んだスラ
リーから多孔質型を通して分散媒を浸み出させ、スラリ
ーに保形性を発現させてから多孔質型を除去する方法で
ある。

この浸み出しを促進するためにスラリーを加圧したり多
孔質型の外部より真空吸引することが知られている。（
素木洋一　セラミック製造プロセス■、技報堂出版■、
昭和５３年１０月ＩＯ日、１２３頁、２５７頁）脱型後
、加熱によって残存分散媒は除去される。その３は、鋳
込んだスラリーを多孔質型に入れたまま、分散媒除去処
理（加熱による熱分解、超臨界流体あるいは液体による
抽出）を施すことによりスラリーを保形性のある成形体
に転化してから、多孔質型を除去するものである（特願
昭６３−２１８３００号明細書）。

このようにして得られた成形体を焼結して目的とする焼
結体が得られる。

上記のように用いられる多孔質型の製造方法の中で複雑
形状にもっとも適した方法として消失性パターンの表面
に多孔質層を形或後、消失性バタ・−ンを除去し多孔質
型を得る方法が知られている。

（特公昭５３−１６３６２号公報）。これはワックスあ
るいは尿素を加熱して溶融あるいは半溶融状態にして、
これを型に射出し、冷却し、凝固させてのち脱型して成
形体を取り出しこれを消失パターンとして上述の多孔質
型製造に供するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の消失性パターンを用いる多孔質型製造方法におい
ては、消失性パターンの製造に、ワックスあるいは尿素
の溶融物の凝固現象を使っているので、凝固に伴う収縮
が起こり、この過程で変形の発生が不可避で割れの発生
もあり、脱型不能となることもある。また、寸法のばら
つきが無視できない。この現象は凝固に伴う収縮量の多
いワックスではしばしば深刻な問題となる。この問題を
軽減するために、半溶融状態から凝固させることも行わ
れているが３０〜２００　ｋｇ／　ｃｄの高圧をかける
ことを必要とし、高価な金型が必要となる。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、プラスチックを戊形型内で発泡させ、得ら
れた発泡体表面に型となる多孔質層を形成し、ついで発
泡体を除去することによって解決される。

この発明において成形型内で発泡させるプラスチックと
しては、ポリウレタン樹脂、エキボシ樹脂、ユリア樹脂
、ボリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレ
ン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられ
る。発泡倍率は５〜２００倍程度が適当である。５倍未
満だと型内でのプラスチックの充填が不十分となり、転
写性不良となる。また２００倍を越えると、発泡体の密
度が低く強度が低くなって壊れ易いがあるいは変形し易
くなるのである。

プラスチックを発泡させるためにくっかの公知の方法を
利用できる。例えば、プラスチックに発泡剤を添加する
。発泡剤としては脂肪族炭化水素、環式炭化水素、ハロ
ゲン化炭化水素の中で蒸発速度の大きいもの、アブ化合
物、ニトロン化合物、スルホニル化合物のように分解し
て窒素ガス、あるいは２酸化炭素ガス等のガスを発生す
るものが適用できる。

発泡原料としてのプラスチックは粒状であっても液状で
あってもよいが、好ましくは液状である．粒状の場合、
発泡した粒の境界の模様が或形体表面に転写され，表面
の平滑度を損なうことがあるからである。粒状の例とし
てポリスチレンが挙げられる。これは発泡性ポリスチレ
ンビーズを原料とするものであり、プロパン、ブタン、
ペンタンなどの脂肪族炭化水素を発泡剤として含有して
いる。成形はこのビーズを直接または予備発泡ののち、
型内に充填し、水蒸気加熱等により発泡させビーズ同志
を癒着させ成形する。

一方、液状の例としてポリウレタン、エボキシ、ユリア
が挙げられる。例えばポリウレタンの場合、イソシアネ
ートとヒドロキシル基をもったポリエステルまたはポリ
エーテルとの反応によって発生する炭酸ガスが発泡に寄
与する。このほかに、塩基性物質やスズ系化合物などの
触媒、整泡のためのアニオン型、カチオン型、シリコン
などの界面活性剤、フレオンなどの発泡剤などが添加さ
れたものが市販されており、これらも本発明の方法に適
用できる。

液状原料の場合には、成形型のキャビティ形状に対する
転写性が良好である。

発泡に適した温度はプラスチックと発泡剤の種類によっ
て変わって様々であり、通常常温から２５０゜Ｃまでの
間にあるが、後続の多孔質層形成時の適用温度に近いこ
とが好ましい。発泡温度と多孔質層形或温度の差が大き
いと、発泡体の温度を多孔質層形成温度に調整する間に
変形が生じ寸法精度の低下をもたらすからである。従っ
てこの温度差は１２０゜Ｃ以下とすることが好ましい。

この観点から常温で発泡可能なポリウレタン、エボキシ
、ユリアは有利である。

成形型はキャビティ内で発泡体を発泡させかつ固化した
発泡体を取出しうるものであればよい。

この成形型は通常は２分割あるいはそれ以上に分割でき
る割型であり、金属、プラスチック、木等よりなる。発
泡原料が液状の場合には発泡原料の注入口が必要である
。

発泡体は反応から終了、冷却等によって固化する。固化
して成形型から取出された発泡体の表面に型となる多孔
質層を形成する。

多孔質層を形或する材料としては、石膏、セラ旦ツク粉
に有機あるいは無機バインダーを加えたもの、アルξナ
等の多孔質焼結セラミックス、ステンレス鋼等の多孔質
焼結金属、連続気孔を持つ発泡有機材料等が適用できる
。

セラミック粉に無機バインダーを加えた例としては溶融
金属の鋳造に用いられるセラミックシェル型が挙げられ
、これはこのまま本発明に適用できる。このシェル型は
発泡体の表面にエチルシリケートの加水分解液、コロイ
ダルシリ力等をバインダーとしてジルコン、アルｌナ、
ムライト等のセラξツク粉末層を形成したものである。

発泡体の表面に多孔￥｛層を形成させる方法は前記材料
のスラリーを塗布しあるいは浸漬するなどして被膜を形
成しこれを乾燥すればよい。塗布手段も刷毛塗、スプレ
ー塗布等いかなる手段によって行ってもよい．層の厚さ
はスラリー濃度あるいは塗布もしくは浸漬回数などで調
節できる．複数回の塗布又は浸漬においてスラリーの組
或を変えることにまり組戒の異なる複合多孔質層を形成
させることができる。

多孔質層を形或後、消失パターン、すなわち、発泡体を
除去する方法に特に制約はない。加熱によって分解ある
いは燃焼させて除去してもよいし、溶媒抽出によっても
よい。溶媒としては超臨界流体でも液体であってもよい
。例えば、スチレン発泡体の場合、酢酸エチル、アセト
ン、二塩化エチレン、クロロホルム四塩化炭素、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等で抽出除去が可能である。

抽出除去して得られた多孔質型は公知の方法に従って溶
融金属または金属粉、セラミック粉等のスラリ一の鋳込
み威形用に使用できる。すなわち型の材質等に応じてそ
のまま使用されることもあり、加熱処理等により強度を
高めて使用する場合もある。

〔作用〕

本発明の方法においては、発泡によって成形型内充填が
行われ、発泡反応の終了、冷却等によって発泡体が固化
し保形性が発現する。この発泡体は加熱、溶媒抽出等に
よって除去しうる消失性パターンであり、その表面に多
孔質層を形成後発泡体を除去することによって多孔質型
が得られる。

〔実施例〕

実施例ｌ 第ｌ図と第２図に示すボルト形状のキャビティを有する
長平方向に３分割の金型を用いた。２液混合型の発泡ウ
レタン原料（ＡＢＢ商会製）をこの金型に常温で注入し
、３分間保持後、シリコーンゴム型を外して発泡体を取
出した。このようにして作った発泡体２０個の寸法を測
定したところ、図中Ａ，ＢＳＣ，Ｄの寸法はキャビティ
の設計寸法に対して−０．０８〜０．１１％に入ってい
ることが判明した。また表面は平滑で転写性も良好であ
った。

一方、４種類の液を調整した。液ａはメタノール７０重
量部、無機ポリシラザンオイル３０重量部の混合液、液
ｂはメタノール３０重量部、１３０メッシュ篩下のジル
コンフラワー５０重量部、無機ポリシラザンオイル２０
重量部のスラリー、液Ｃは、メタノール５０重量部、３
２５メッシュ篩下のジルコンサンド５０重量部のスラリ
ー、液ｄは、メタノール５０重量部、粒径０．３〜０．
７　ｍｍのハイアルミナサンド５０重量部のスラリーで
ある。これらの液を常温に保持し電磁撹拌機で撹拌して
沈降分離を防止した。

前述の発泡体をまず液ａに５秒間浸漬し、引き上げて乾
燥した。次いで、これを液ｂに３０秒間浸漬し、引き上
げて乾燥し、さらにこれを液Ｃに浸漬し、引き上げて乾
燥した。そしてこの液ｂ，液Ｃへの浸漬を再度繰り返し
実施した。

次に、処理物を液ｂに５秒間浸漬し、引き上げて乾燥し
、液ｄに３０秒間浸漬し、引き上げて乾燥した。この処
理物を液ｂに３秒間浸漬し引き上げて乾燥した。

以上の操作ののち、処理物を大気加熱炉内に設置し、１
００’Ｃ／時間の昇温速度で６００゜Ｃまで加熱して５
時間保持後放冷した。処理物２０個を取出したところ、
発泡体が完全に消失した多孔質型が得られた。これは亀
裂等の欠陥は見られなかった。

これを縦に２分割し、第１図、第２図に示す。Ａ、Ｂ，
Ｃ，Ｄ部位の寸法測定したところ、設計寸法に対して−
０．０８〜０．１２％に入っていた。また、多孔質膜の
肉厚は３〜４ｍｎ＋であった。

実施例２ 直径３００μｍの発泡性ポリスチレンビーズ（積水化学
■製）を水と混合した。これを撹拌しながら加熱して沸
騰させ、沸騰水中で予備発泡させて約２０倍の粒径とし
た。２４時間自然乾燥後、篩分し凝集塊を除去した。

第１図と第２図に示すボルト状のキャビティを有する長
手方向に３分割の金型に、上記予備発泡粒子を充填した
。次いで、充填口にフレキシブルホースを接続し、温度
１６０゜Ｃ、圧力６気圧の水蒸気を注入し、金型の合わ
せ部より吹き出させた。

３０分間保持後、水蒸気の供縮を停止し、放冷した。

このようにして作製した発泡体２０個の寸法を測定した
ところ、図中ＡＳＢ，Ｃ，Ｄの寸法はキャビティの設計
寸法に対して−０．５１〜０．６０％に入っていること
が判明した。表面は粒模様が観察されたが、転写性は良
好であった。

一方、実施例１と同様に多孔質膜形成用の液ａ、ｂ，ｃ
，ｄを調整し、同様の手順で上記ボリスチレン発泡体表
面に塗布し、セラミックシェルを形成した。

以上の操作ののち、処理物をアセトンの撹拌溶中に浸漬
し、２４時間保持後、引き上げて乾燥した。

このようにして得た処理物２０個はいずれもポリスチレ
ンが消失し、亀裂等の欠陥のないものであった。これを
縦に２分割し、第１図に示すＡ，Ｂ、Ｃ，Ｄ部位の寸法
測定したところ、設計寸法に対して−０．５０〜０．５
９％に入っていることが判定した。

また多孔質膜の肉厚は３〜４ｍｍであった。

比較例１ 第１図と第２図に示すボルト形状のキャビティを有する
長手方向に３分割の金型とヒーター付タンクとをヒータ
ー付フレキシブルホースで接続した。タンク内に融点７
５〜８５゜Ｃのパラフィンワックスを入れ、撹拌し、８
０゜Ｃにまで加熱した。次いで、タンク上部空間を真空
排気しながら３０分間撹拌し脱泡した。この上部空間を
圧力５ｋｇ／ｃｆ＋の空気圧で加圧してパラフィンワッ
クスを金型に射出させた。２０分間保持後、加圧を解除
し、脱型して成形体を取出した。これを２０個作ったが
、この戊形体のうち８個には凝固収縮時に発生したと思
われる亀裂がボルトの頭部と軸部の境界に観察された。

これを除いた成形体１２個の寸法を測定したところ、図
中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの寸法はキャビティの設計寸法に対し
て−０．９６〜１．６３％と収縮率、実施例の１、２の
消失性パターンに比べてばらつきとも大きいことがわか
った。

〔発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、消失性パターンをプ
ラスチックの発泡によって製造するようにしたので、従
来のワックス、尿素のように溶融物の凝固現象を利用す
る方法のように、凝固収縮に伴う消失性パターンの変形
、亀裂の発生、寸法のばらつき等の問題が回避される。

この結果、高寸法精度の多孔質型を歩溜まり良く製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で得られた多孔質型を用いて成
形されたボルトの平面図であり、第２図は正面図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラスチックを成形型内で発泡させ、得られた発泡体表
   面に型となる多孔質層を形成し、ついで発泡体を除去す
   ることを特徴とする溶融金属もしくは金属粉、セラミッ
   ク粉等のスラリー鋳込み成形用の多孔質型の製造方法