JPH03106534A - ロストワックス精密鋳造鋳型およびその製造方法 - 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〕 本発明はロストワックス精密鋳造法における鋳型および
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ロストワックス精密鋳造法は、ワックスなどの消失模型
を耐火物粉末とバインダーからなる耐火物スラリーに浸
漬し、次いでスタッコ材（粒状耐火物）を振りかけ乾燥
する工程を数回繰り返すことにより、模型表面に厚いセ
ラミックシェル層を形威し、その後溶融による脱模型、
および焼威の工程を経て精密鋳造鋳型を完威するもので
ある。

前記のバインダーとしては、一般にアルカリ性の水性シ
リカゾル及び酸性のエチルシリケート加水分解液が、耐
火物粉末としてジルコン、溶融シリカ、溶融アルξナ等
の粉末が、スタフコ材としてジノレコンサンド、？容融
シリカ、ハイアノレもナサンド等が、さらに消失模型へ
の濡れ性や耐火物粉末の分散性を高めるために界面活性
糾が使用されている。

ロストワックス精密鋳造鋳型（以後鋳型と記す）には次
のような特性が要求される。

１）耐火物スラリーが長期間安定である．２）鋳型の乾
燥強度が大きい。

３）　乾燥による鋳型のクランク発生がない。

４）　コーティング層の乾燥速度が大きい．５）脱ワッ
クス時に鋳型の崩壊、クラックの発生がない。

６）鋳型の焼或強度が大きい。

７）焼或による鋳型の変形やクラックの発生がない。

８）鋳型の通気度が良い。

９）鋳型の耐火性が充分高い。

１０）注湯後の鋳型の崩壊性が良い。

水性シリカゾルはバインダーの主要要素として、安価、
安定、安全性の点から広く用いられている．しかしこれ
を用いた場合には、乾燥、脱ワックス、焼成時にクラッ
クが発生し易く、シリカ濃度や耐火物の粒度分布調整等
により、乾燥強度を脱ワックス時の鋳型の崩壊やクラン
クの発生が起らない程度に大きくすると、一般に焼威強
度が大きくなり過ぎ、注湯後の鋳型の崩壊性が悪くなり
、また、鋳型の通気性が悪く溶融金属の湯廻り不良を起
し易い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記水性シリカゾルを用いた場合の欠点を改良するため
に多くの提案がなされている。例えば、特公昭５５−１
１４２０には、スラリーにポリアクリル酸塩などの懸垂
剤とアルカリアルキシルシリコネートなどの粘度低下剤
を添加することにより鋳型のクラックを防止する方法が
提案されている。この方法ではクラック防止はできるが
、耐火物粉末の添加量を増加した場合鋳型が緻密化する
ため、やはり注湯後の鋳型の崩壊性が低下する。

また、特公昭５２−２３７６１には水性シリカゾルと水
系樹脂エマルジョンからなるｐＨ６以下のＡ液と、同じ
＜　ｐＨ　７以上のＢ液をバインダーとして用いた耐火
物スラリーを交互に使用することにより、鋳型の乾燥強
度が大きく、鋳型にクランクの発生がなく、かつ注湯後
の崩壊性の良い鋳型の製造方法が提案されている。この
方法では鋳型の崩壊性は良くなるが、ゲル化するＡ，Ｂ
液を交互に使用するためにスラリーのライフが短かくな
る欠点を有している。

そこで一般には、水性シリカゾルに、アクリルスチレン
系や酢酸ビニル系の樹脂エマルジョン、合戒ゴムラテッ
クスなどを添加したバインダーを用いて、乾燥強度が大
きく、乾燥時のクラックがなく、注湯後の崩壊性の良い
鋳型を製造する方法が実施されているが、注湯後の鋳型
の崩壊性を良くするためにはかなり多量の樹脂エマルジ
ョンを添加しなければならず、そのためスラリ一の粘度
が上りその付着が不均一になり、乾燥性が低下する。ま
た脱ワックスに通常用いられるオートクレープ中ではこ
れらの添加物は軟化し易く、鋳型の強度低下により脱ワ
ックス時の鋳型クラックが発生し易くなる。

上述の如く、従来一般に使用されまたは提案されている
水性シリカゾルを用いた鋳型作成方法は、いずれもまだ
欠点を充分改良されるに至っていない。

本発明の目的は、緘型の乾燥強度、脱ワックス時の強度
、焼成残留強度がそれぞれ適度の大きさを有しており、
乾燥、脱ワックス、焼成により鋳型のクランクの発生が
なく、注湯後の鋳型の崩壊性が良好で、他に実用上問題
点となる欠点のない精密鋳造鋳型およびその製造方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等はバインダーとして水性シリカゾルを用いた
場合の欠点を改良するために鋭意研究を行った結果、熱
硬化性を有する水溶性樹脂または同様に熱硬化性を有す
る水溶性樹脂エマルジョン、要すればさらに有機物粉末
を使用することにより、脱ワックス時の鋳型強度が大き
くなり、焼或残留強度が小さくなることを見い出し、本
発明を完成した。

すなわち、本発明はロストワックス精密鋳造鋳型または
その製造方法において、゜アルカリ性水性シリカゾルお
よびメラミン変戒のアルカリ性水性シリカゾルの１種ま
たは２種ならびに熱硬化性を有する水溶性樹脂および熱
硬化性を有する水溶性樹脂エマルジタンの１種または２
種から成るバインダーと耐火物粉末から威るスラリー、
要すればさらに有機物粉末を添加したスラリーを用いる
ことを特徴とする精密鋳造鋳型およびその製造方法であ
る。

以下さらに本発明を詳細に説明する。

本発明において、消失模型の材料としては、ワンクス系
、ナフタリン系、プラスチック系など非水溶性材料を用
いることができる。

本発明に使用するバインダーは、ｐＨ１〜１２のアルカ
リ性水性シリカゾル、およびメラξン変或のアルカリ性
水性シリカゾルの１種または２種ならびに熱硬化性を有
する水溶性樹脂および同様に熱硬化性を有する水溶性樹
脂エマルジョンの１種または２種から成っている。本発
明に使用するアルカリ性水性シリカゾルは、コロイダル
シリカの粒径が４〜５０ｎｍ、シリカ濃度が１０〜５０
重量％であり、水酸化アルカリ、アンモニア、第４級ア
ンモニウム水酸化物、アξンなどで安定化した市販のシ
リカゾルとすることができる。このうち、結合強度やス
ラリーの安定性などから、シリカ粒子径が６〜２０ｎｍ
，濃度が１５〜４０重量％、ｐＨ８〜１１の苛性ソーダ
安定型のシリカゾルが好ましい。

メラミンは、水に対する溶解度を持っており弱い塩基で
あることから、コロイダルシリカ表面のシラノール基に
結合させることができる。コロイダルシリカのシラノー
ル基と樹脂は水素結合により結合するが、コロイダルシ
リカの表面に部分的にメラミンを結合させることにより
、コロイダルシリカ同士の結合性を低下することなく熱
硬化性を有する水溶性樹脂または水溶性樹脂エマルジョ
ンとの乾燥時における結合性をさらに高めることができ
る。

メラミン変戒のアルカリ性水性シリカゾルは、アルカリ
性水性シリカゾルとメラξンを６０〜１５０℃、０．５
〜１０時間加熱反応させることにより製造可能であるが
、酸性のシリカゾルとメラくンを上記とほぼ同条件で加
温反応させた後水酸化アルカリ等でアルカリ性化するこ
とにより製造することもできる。メラξンのシリカゾル
中のシリカ分に対する添加量は、コロイダルシリカの粒
子径により異なるが３重量％以下とする。これを超える
添加量は過剰のメラξンが析出するため好ましくない。

本発明において、熱硬化性を有する水溶性樹脂としては
、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒ
ド樹脂、フェノール樹脂などを、また、熱硬化性を有す
る水溶性樹脂エマルジョンとしては、フェノール樹脂エ
マルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン、アクリルオレ
フィン系樹脂エマルジ３ン、エポキシ樹脂エマルジョン
などをそれぞれ使用することができるが、いずれもアル
カリ性水性シリカゾルと長期に亘り安定に相溶すること
か必要である。特に前者においては、メラミンをホルム
アルデヒドによりメチロール化して得たトリメチロール
化メラミンを、エーテル化することにより得られる安定
な水溶性のメラξンホルムアルデヒドの初期縮合物のメ
チルエーテル化物（水溶性メラξン）が好ましい。

本発明において上記熱硬化性を有する水溶性樹脂および
水溶性樹脂エマルジョンは、単独または複合して使用す
ることができる。これらの樹脂、または樹脂エマルジョ
ンは前述のように鋳型の脱ワックス時の強度を高くし、
かつ焼成残留強度を低下させる。これらのアルカリ性水
性シリカゾルまたはメラミン変戒のアルカリ性水性シリ
カゾルへの添加量は、樹脂固形分がシリカゾル中のシリ
カに対して１．０〜４０重量％が好ましい。１重量％未
満では結合強度を高められず４０重量％を越えると乾燥
速度が低下するために好ましくない。

熱硬化性を有する水溶性樹脂または樹脂エマルジョンの
添加により、脱ワックスのためのオートクレープ処理工
程（通常１００〜１５０℃）でバイングーの結合強度が
大きくなる。

また、本発明において、使用する耐火物粉末は、２００
メッシュ以下の大きさのジル７ン、溶融シリカ、溶融ア
ルごナ、ムライトなどを単独または複合して使用するこ
とができる。

本発明においてスラリー中に有機物粉末を添加すること
が望ましい。これらの有機物粉末は、焼成により消失し
、鋳型の通気性を良くするとともに注湯後の鋳型の崩壊
性を向上する。このための粉末としては、メラξン扮末
、メラミンシアヌレート粉末、フェノール樹脂粉末、メ
ラごン樹脂粉末など前記オートクレープ作業温度で軟化
せず、焼成時に熱分解するもの、もしくはバルブ粉末な
どオートクレープ中で膨潤することにより鋳型のオート
クレープ中強度を上昇させるものを使用することができ
る。疎水性粉末は、アルカリ性水性シリカゾル中での分
散が難しい。メラミン粉末のような親水性粉末が好まし
い。これら有機物粉末の粒径は４００μｍ以下のものを
使用できるが、粒子径が小さいほど効果的で、特に１０
μｍ以下のものが好ましい。

これら有機物粉末の添加量は、耐火物粉末に対し、０．
５〜１５重量％が好ましい。０．５重量％未満では鋳型
の崩壊性を向上できず、１５重量％を越えると鋳型の乾
燥強度が低下したり、スラリーの流動性、安定性、住着
性が悪くなるため好ましくない。

本発明において上記バインダーに必要に応じて乾燥鋳型
強度を高めるためのアクリル系、酢酸ビニル系などの樹
脂エマルジョン、ＰｖＡなどの水溶性高分子剤、ベント
ナイトなどの増粘剤、界面活性剤、消泡剤などを悪影響
の出ない範囲内で添加することができる。

本発明において、上記バインダーと上記耐火物粉末また
は、さらに有機物の粉末等から或る耐火物スラリーは粘
性も良好で、ワックス模型やコーディング層へののりも
良く、タレなどの現象もなく、乾燥性も良好である。ま
たこのスラリーは長期間安定で、使用時の増粘、ゲル化
、沈降固結なとは起らない。

本発明において、スタッコ材としては通常１５０メッシ
ュ以上の大きさの粒状のジルコン、溶融シリカ、溶融ア
ル果ナ、ハイアルξナサンド、シャモット、ムライトな
どを単独または併用することができる。

本発明において上記耐火物スラリーと上記スタッコ材を
用いて通常のセラミックシェルモールド法のプロセスに
従って、何らの支障もなく精密鋳造鋳型を作ることがで
きる。

本発明の方法で製造した鋳型は、実用上問題のない乾燥
強度を有しており、鋳型にクラック、ハガレなどの発生
はない。オートクレープ中で脱ワックスする工程でも、
熱硬化性を有する水溶性樹脂または樹脂エマルジョンの
硬化により鋳型の強度が高くなり、ワックスの膨張など
による鋳型の崩壊やクラソクの発生は起らない。また脱
ワックス後の鋳型を焼威して得た焼成鋳型は強度も実用
上問題の無い程度であり、クランク、ハガレ、フクレな
どの欠陥がなく、鋳肌も良好で、表面硬度も大きく、か
つ通気性も良好である。さらに本発明の焼成鋳型に溶融
金属を注湯した後の鋳型の崩壊性は良好であり、得られ
た鋳物は欠陥が無く高品質である。

〔実施例〕

次に実施例によって本発明を詳細に説明する。

しかしながら本発明はこれらの実施例によって限定され
るものではない． く実施例Ａ〉 第１表に示す重量の各原料を配合して実施例および比較
例のスラリーを調整した。以下に先ず本発明の実施例に
使用した原料について詳述する。

アルカリ性水性シリカゾルとしては、スノーテソクスＳ
（日産化学工業側製、比重１，２１３、ｐＨ９．９２、
粘度５．　３　Ｃ　Ｐ　（５．　３　ｍＰａ−Ｓ）Ｓｉ
Ｏｚ３　０．　２重量％、粒子径７〜９ｎｍ）をメラミ
ン変或のアルカリ性水性シリカゾルとしては、前記スノ
ーテックスＳの１００ｇ量にメラもン粉末（日産化学工
業曲製）３ｇ量を加え、撹拌しながら８０℃、５時間加
熱処理することにより作威したもの（比重１．２１？　
．　ｐ｝１９．　９　３　，粘度５．　２　ｍＰａ−Ｓ
，　ＳｉＯｚ　３　０．　２重量％を、熱硬化性水溶性
樹脂としては、水溶性メラミン樹脂水溶液サントフプＭ
−４２０（比重１．１７５　，　ｐＨ９．　３　４，粘
度１９．８ｍＰａ−Ｓ，樹脂分５０重量％，日産化学工
業■製）を、および熱硬化性水溶性樹脂エマルジョンと
して、アクリルオレフィン系樹脂エマルジョンＮ−７０
０Ｓ（比重１．０５６　，　ｐＨ９、３５，粘度９．４
　ｍＰａ−Ｓ．樹脂分２０重量％，日産化学工業■製〉
を適宜使用した．第１表にはこれらの混合物中のシリカ
に対する樹脂分の割合を併せて示した。上記バインダー
に、ジルコンフラワー＃３５０　　（大阪ジルコン■製
）および耐火物粉末ＹＳ−３１パウダー（三石高級耐火
工業■製）、および一部にはメラミン微粉末（３〜４μ
ｍ、日産化学工業特製）またはメラミンシアヌレート微
粉末（２〜３μｍ、日産化学工業曲製）を添加し、さら
に分散剤としてアニ．オン系界面活性剤ペレックスＯＴ
Ｐ　（花王特製）の５％水溶液、消泡剤としてＳＮディ
フォーマ５０１６（サンノブコ■製）を添加して実施例
１〜９の耐火物スラリーを作威した．第１表には上記メ
ラミン微粉末重量および該粉末の耐火物粉末に対する割
合も併せて示した．次に比較例として、酢ビ系樹脂エマ
ルジョンＤＨＰ−２　（ｐＨ４．１，粘度８０Ｐａ−Ｓ
　（　８　Ｘ　１０’ｃｐｓ）　，樹脂分５０重量％．
ヘキスト合威■製）上記と同様のメラミン微粉末をそれ
ぞれ単独で添加、ま，たは無添加のスラリーにジルコン
フラワー、耐火物粉末、分散剤、消泡剤を上記実施例と
同様に添加して比較例１〜３のスラリーを調整した。

上記実施例ｌ〜９、比較例１〜３の耐火物スラリーを用
いてＪＡＣＴ法に準じて強度測定用の鋳型（２０Ｘ１５
０Ｘ５〜６箇）を作威した．なお各層で使用したスタソ
コ材と乾燥時間を第２表に示す．造型作業および乾燥は
２３℃、５６％の恒温恒温室にて行った。

作威した強度測定用鋳型の常温乾燥強度（生型強度）１
５０℃オートクレープ中での強度（脱ワックス強度）、
および焼威残留強度（生型を１０００”ＣＩＨｒ焼威後
室温まで放冷した鋳型の強度）を抗折強度試験機にて測
定した．測定は各条件毎に４枚のテストビースを用いそ
の平均値を求めた。その結果を第３表に示す。なお作威
した鋳型は全て鋳型肌が良好で、表面硬度もあり′、ハ
ガレ、フクレ、クラックなどの欠陥は認められなかった
。

実施例１〜３は比較例に対しオートクレープ中での鋳型
強度が改善され、また焼戒残留強度については、比較例
ｌに対しては改善され、２，３に対しても遜色がない。

実施例４〜９は比較例２，３に対しオートクレープ中で
の鋳型強度が改善され、また比較例１〜３いずれに対し
ても焼或残留強度が大幅に改善されている。実施例４〜
８の乾燥強度の絶対値は他例に比べ低いが、オートクレ
ープに投入するまでは応力がかからないので実用上問題
の無い強度である． く実施例Ｂ〉 第１図に示したクリスマスツリー状ワックス模型を第１
表の実施例１〜９、比較例１〜３の耐火物スラリーに浸
漬し、スラリーコーティング層に第２表のスタッコ材を
振りかけ乾燥する工程を同表に示したごとく７回繰りか
えして鋳型を製作した．乾燥条件は２３℃、相対湿度４
５％で乾燥時間は各層間２時間、最終４８時間とした．
次いでオートクレープ（１５０℃）で脱ワックスを行い
、乾燥した後１０００℃、１時間の焼威を行った．実施
例１〜９および比較例１の鋳型は、乾燥時、脱ワックス
時、焼威時のむ！ずれもクランク、変形、ハガレなどの
欠陥は認められなかった．これに対し比較例２．３には
脱ワックス後に外角エソジ部にワックスの滲み出しと微
細なクランクの発生が認められた。

上記方法で作威した焼或鋳型に高周波誘導溶解炉で溶か
したステンレス鋼ＳＣＳ　Ｉ　３を１５６０℃で注湯し
、鋳型が冷却してからノックアウトマシンにて型バラシ
を行った結果、実施例４〜９のスラリーを用いた鋳型は
極めて容易に、実施例ｌ〜３と比較例２．３は比較的容
易に型バラシをすることができたが、比較例１は第Ｌ図
Ａ部の鋳型の一部が残存し型バラシ性が良くなかった。

実施例１〜９および比較例１のスラリーを用いた鋳造品
は鋳肌も良好で鋳バリ、変形などの欠陥は認められず良
好であったが比較例２，３には外角エッジ部に沿って小
さな鋳バリの発生が認められた．また比較例１には外角
エッジ部に湯廻り不良の兆候が一部認められたが他例は
すべて湯廻り状況は良好であった。

すなわち、実施例１〜９は比較例１に対しては鋳造後の
鋳型崩壊性が改善され、比較例２．３に対してはオート
クレープ中での強度が改善されている。また比較例１に
対しては湯廻り状況から鋳型の通気度が改善されている
ことが判る。

〔発明の効果〕

本発明の精密鋳造鋳型は、次のような効果を有する。

本発明鋳型は、コーティング工程、脱ワックス工程での
応力に耐えうる適度な強度を有しており、乾燥鋳型、脱
ワックス後の鋳型にはワレ、フクレ、ハガレなどの欠陥
が無く製品の歩留を著しく向上することができる。特に
脱ワックス時のクランク防止には極めて有効である。さ
らに本発明の鋳型は注湯工程での応力に耐えうる適度の
強度を有しており、クランク、変形、フクレなどの欠陥
がなく、さらに通気度も良好なことから得られた鋳造品
は欠陥が著しく少ない。また注湯後の鋳型の崩壊性は極
めて良好であり型バラシ工程を短縮できる。さらに鋳型
の崩壊性が良いことからスタッコ材の回収などが容易に
なる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はクリスマスツリー状ワックス模型である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロストワックス精密鋳造鋳型において、アルカリ
   性水性シリカゾルおよびメラミン変成のアルカリ性水性
   シリカゾルの１種または２種ならびに熱硬化性を有する
   水溶性樹脂および熱硬化性を有する水溶性樹脂エマルジ
   ョンの１種または２種からなるバインダーと耐火物粉末
   からなるスラリーを用いたことを特徴とするロストワッ
   クス精密鋳造鋳型。
2. （２）ロストワックス精密鋳造鋳型の製造方法において
   、アルカリ性水性シリカゾルおよびメラミン変成のアル
   カリ性水性シリカゾルの１種または２種ならびに熱硬化
   性を有する水溶性樹脂および熱硬化性を有する水溶性樹
   脂エマルジョンの１種または２種からなるバインダーと
   耐火物粉末からなるスラリーを用いたことを特徴とする
   ロストワックス精密鋳造鋳型の製造方法。
3. （３）前記スラリーに有機物粉末を添加することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のロストワックス精密
   鋳造鋳型の製造方法。