JPH0433742A - モールド中で崩壊可能なパターンの製造方法 - 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の鋳造、金属粉あるいはセラミック
粉のスラリーの鋳造、金属粉あるいはセラミック粉の充
填・加圧成形の分野で用いるモールド製造等に使うパタ
ーンであって、モールド中で崩壊可能なパターンの製造
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

セラミックモールドを用いる鋳造法は成形品の表面精度
のきわめて良好なことを特徴とする。また、一般にパタ
ーン表面にセラミックシェルを積層後、パターンを崩壊
除去してセラミックモールドを作製するので、パターン
に抜き勾配をつける等の制約がなくなり、形状の自由度
が著しく増し、複雑形状の成形が可能となる。これが精
密鋳造法として知られており、その代表がロストワック
ス法である。この方法は溶融除去可能なワックスでパタ
ーンを成形するものである。

ワックスの代わりに水溶性の尿素をパターン成形用材料
とする方法も知られている（特公昭５３−１６３６２号
公報）、この公報に開示されているパターンの製造方法
は水の存在下、または不存在下に尿素を溶融し、この尿
素溶融物中にポリビニルアルコールを溶解して均質の溶
融をつくる。この溶液を１１５℃乃至１２５°Ｃの温度
範囲に冷却して、少なくとも部分的に結晶化した尿素お
よび尿素とポリビニルアルコールの付加化合物からなる
混合物を晶出させて固溶体とする。ついで、この固溶体
からパターンを成形することを特徴とする崩壊可能なパ
ターンの製造方法である。

この固溶体の粉末をパターンに成形するために、粉末を
９０〜１１５°Ｃに加熱後、３００〜１５００ｋｇ／ｃ
ｏ＋”に加圧してパターン成形モールドに射出する方法
が開示されている。

ロストワックス法では加熱してワックスパターンを溶出
させるときに、ワックスの膨張のためセラミックシェル
が破壊されることがあるので、熱衝撃によりパターンの
シェルと接する部分を早く溶かしたり、パターンを中空
にしたり、もっとも−ａ的にはオートクレーブを用いて
水蒸気で外部からワックスパターンを加圧してセラミッ
クシェルの破壊を防止する方法が開発されている。

一方、尿素パターンの場合には、常温の水に浸漬するこ
とにより、セラミックシェルの気孔を通して浸入する水
と、外部に露出している部分で接触する水とにより尿素
が溶出する。したがってセラミックシェルはパターンの
除去によって破壊することはない。この点で尿素パター
ンはワックスパターンに比べて優れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の水溶性の尿素パターンの成形には、特公昭５３−
１６３６２号公報に開示されているように、固体の尿素
混合物を用いるので３００〜１５００ｋｇ／ｃ＋１１の
高い射出圧を必要とする。このため、金型の適用が避け
られず、また、耐圧を考慮して厚肉としなければならな
い。従って、金型の製作に高価な投資が必要となる。ま
た、高い射出圧に対応する高価な射出成形機も必要とな
る。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、無加圧もしくは１０　ｋｇ　／　ｃ　ｍ　
”以下の低い圧力の付与により成形できるパターンの製
造方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、水溶液を包含する吸水膨潤性有機高分子粒
子の集合体を冷却固化させて所定形状を得ることを特徴
とする崩壊可能なパターンの製造方法を得ることによっ
て解決される。

吸水膨潤性有機高分子粒子は、乾燥状態において吸水能
力のある粉末で、水溶液の吸収によって膨張して可塑性
を獲得する性質を有することが必要である。このような
有機高分子の例としては、セルロースグラフト重合体、
デンプングラフト重合体、アクリル酸・ビニルアルコー
ル共重合体、アクリル酸ソーダ重合体、変成ポリビニル
アルコールのような合成ポリマーがある。

吸水前の粉末の平均粒径は１０〜５０００ｍ＋、特に５
０〜５００ｎであることが望ましい。１０ａ＋未満だと
粉末同士の凝集性が強くなり、水溶液中に分散しないの
で吸水しないまま残留する。このため、形成されたパタ
ーン表面に有機高分子が偏析して露出して表面の転写性
を損なう問題点が出る。また、５０００＊を越えると、
有機高分子の粗大粒に起因する模様が表面に現われ、表
面の平滑性を損なう欠点が出る。有機高分子の量は水溶
液１００重量部に対して０．１〜２０重量部、好ましく
は０．４〜３重量部の範囲が適当である。２０重量部を
越えると、吸水中の有機高分子粒子同士がぶつかりあっ
て膨張を阻害し、一部が吸水しないか不十分となり、そ
れが表面に露出して表面の転写性を損なう。また、０．
１重量部未満だと固化後、少量の有機高分子粒子の間を
もろい析出結晶の厚い層で結合するので壊れ易い欠点が
ある。

溶質としては、常温より高い融点を持ち水に容易に溶解
する物質が望ましい。例えば、塩化カリウム、塩化ナト
リウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等の塩化物
、第３ブタノール等のアルコール、醋酸等のカルボン酸
、尿素、カルバミン酸メチル、カルバミン酸エチル等の
炭酸誘導体が挙げられる。

溶質の溶解量は有機高分子粒子の水溶液吸収を阻害しな
い範囲で高いほうが望ましい。これは冷却固化物の強度
を高めるためである。水溶液は常温より高い温度におい
て常温における溶質の溶解度に対応する量より多い量を
溶解させるように調製する。この溶解量は有機高分子粒
子の集合体を冷却固化させた際に溶質が飽和溶解度を越
えて析出が起こる程度とする。例えば、冷却最終温度が
常温の場合、常温における溶解度に２重量％以上加算し
た量を溶解させないと強度のあるパターンは得られない
。溶質に尿素を選択したときには、尿素の２０°Ｃにお
ける溶解度は５２重景％であるから、室温２０°Ｃにお
いて、少なくとも５４重量％に対応する尿素を溶解させ
ねばならない。望ましくは６０重量％以上とする。一方
、上限を９６重量％とするのが望ましい。９６重量％を
越える濃度を達成するには１２０°Ｃを越える温度に加
熱する必要があるが、そうすると尿素の分解を伴なうよ
うになるからである。溶質は１種類に限定する必要はな
く、２種類以上を溶解させてもよい。

パターン表面の平滑性を改善するために、メチルセルロ
ース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコ
ール、ステアリン酸、オレイン酸等、水に溶解しないか
、あるいは溶解度の低い滑性物質を添加してもよい。

水溶液は常法により調製すればよく、水に溶質を加えて
加熱、撹拌等を行なえばよい。

本発明のパターンの製造方法においては、上述の水溶液
を包含する吸水膨潤性有機高分子粒子をパターンを成形
するモールドに充填する。、このような状態に至る経路
は問うところではなく、例えば、まず水溶液を作製して
これに有機高分子粒子を投入して吸水膨潤させてからモ
ールドに充填すればよい。モールドの合せ部への流入に
よりパリが発生する場合は有機高分子粒子の割合を増し
て適切な値にまで粘度を上昇させてもよい。また、加圧
して成形速度上昇を図る場合には、成形圧力に見合う粘
度になるようにさらに有機高分子粒子の割合を増加させ
ることもできる。モールドがゴムのように成形圧力が高
すぎると変形の問題が出る材料でつくられている場合に
は、同上の方法で変形を引き起さない粘度に調節するこ
ともできる。

この場合、１０　ｋｇ　／　ｃ　ｍ　”以下の圧力、例
えば１〜３ｋｇ／ｃ１Ｍの成形圧力に適した粘度に調節
するのである。

金型を適用して必要があれば、特公昭５３−１６３６２
号公報にあるような３００〜１５００ｋｇ／ｄの高い成
形圧力に見合う粘度の集合体を有機高分子粒子の割合増
加によって調製して通常の射出成形を適用することも可
能である。モールドに崩壊性のものを使用することもで
きる。

モールドに水溶液を注入後、有機高分子粒子を添加、あ
るいはモールドに有機高分子粒子を供給後、水溶液を注
入して直接モールド内部で集合体を形成してもよい。

水溶液を包含する吸水膨潤性有機高分子粒子の集合体を
モールドに充填後、これを冷却固化させる。この冷却固
化は、水溶液から溶解度低下によって溶質を析出させる
ことを利用するものであり、例えば高温で集合体を充填
した場合にはそれより低い温度であれば常温より高い温
度までの冷却にとどめることもできる。簡便な方法は、
常温までの徐冷である。冷却固化後の脱型は公知の方法
によればよく、目的により適当な手段が選択される。

このようにして得られたパターンを原型として溶融金属
の鋳造用のモールド、金属粉あるいはセラミック粉のス
ラリーの鋳造用のモールドを形成する。後者の場合、ス
ラリーの凝固を利用する方法と分散媒を多孔質のモール
ドに吸収させる方法の双方に対応する。パターン表面に
モールド材料を塗布してもよい。パターンを容器に配設
して隙間にモールド材料を充填してもよい。モールド材
料は、あらかじめバインダーを添加した金属粉、あるい
はセラミック粉が一つの選択である。石膏も適用できる
。金属粉あるいはセラミック粉のスラリーの鋳造の場合
には、常温から１００°Ｃまでの低温で使用されるので
選択の幅はさらに拡がる。

すなわち、樹脂粉の適用が可能になる。また、低融点の
金属あるいはワックスを溶融してモールドを鋳造するこ
ともできる。

このようにしてモールド形成後、これを水中に浸漬して
パターンを溶出させる。この発明によるパターンは水溶
性の物質を主体にして作られているから、容易に溶出除
去される。水に溶けない少量の添加物は液に分散して除
去される。また、有機高分子粒子は膨潤して流動性を増
し、液と共に容易に流出除去される。水をあらかじめ加
熱しておくと溶出速度が大きくなるのでパターンの除去
時間を短縮できる。

有機高分子粒子の集合体を前述の方法により低粘度に調
製した場合には、モールドの外部より加熱することによ
ってパターンを溶融させて除去することもできる。

〔作用〕

この発明における有機高分子粒子の集合体は可塑性を持
っているので、モールドのキャビティに完全に充填する
ことができる。そして、キャビティ内で集合体を冷却す
ると溶質の１部が有機高分子粒子の表面に析出する。こ
の析出物によって有機高分子粒子同士を結合させて全体
を固化させている。すなわち、モールド内に充填された
有機高分子粒子の集合体は、モールドに接触する面で冷
却され析出物の排出を開始し、内部へとそれが進行する
。これに伴なって有機高分子粒子は縮小し、水溶液を含
む縮小した粒子が析出物の中に残留する。この過程でモ
ールドに接する部分で収縮が起きないことが確認されて
いる。すなわち、固化して得られるパターンの寸法収縮
はほとんどなく、きわめて寸法精度の高いパターンが得
られる。これは、可塑性のある縮小した水溶液を含む有
機高分子粒子がそれ自身の変形によってパターン全体の
マクロな収縮応力を緩和あるいは消滅させているものと
推定される。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示すシリコーンゴム型の２分割型モールドを用
意した。このモールドのキャビティは内径２０＋ｍｎ、
長さ１２０ｍｍであり、その上部に内径１０薗、長さ２
０ｍ＋＋の操作用小径部が連設されている。モールドの
肉厚はキャビティ部が側部と底部のいずれも１０ｍｍで
あり、外形が直径４０ｍｍ、長さ１５０箇の円筒状であ
る。

ｉｏｏ’ｃの沸騰水の浴に浮かべたビーカーに水２０ｇ
を入れ、１０回に分けて合計８０ｇの尿素を撹拌しなが
ら投入して水に溶解させた。３分間撹拌を続けたのち、
撹拌を継続しながら、粒径２００　ｕａのアクリル酸・
ビニルアルコール共重合体０．３ｇを投入した。アクリ
ル酸・ビニルアルコール共重合体が充分に膨潤したこと
を確認したのち、モールドへ流し込んだ。１時間放冷後
、脱型してパターンを得た。第１表に示すように、直径
２０．０３ｍ、長さ１２０．０８ｍｍの寸法であった。

これは第１図の常温時の図面寸法にほとんど一致する寸
法であることがわかる。図面寸法より大きいのは１００
℃の有機高分子粒子集合体の流し込みによるシリコーン
ゴム型の熱膨張によるものである。パターンの表面は平
滑であった。

実施例２ 実施例１と同一の条件で１００℃の水溶液を調製した。

粒径２００ｎのアクリル酸ビニルアルコール共重合体０
．３ｇを第１図に示すモールドに投入後、水溶液を注入
し、ただちに棒を挿入して撹拌し、膨潤化を行なった。

そして１時間放冷後、脱型を行ないパターンを取出した
。第１表に示すように直径２０．０２ｔｍ、長さ１２０
．９０＋＋ｍ＋と固化に伴なう収縮はなかった。パター
ンの表面は平滑であった。

実施例３ １００℃の沸騰水の浴に設置した容器に尿素８５重量部
、水１０重量部、メチルセルロース５重量部を入れて混
合、溶解して水溶液を得た。粒径２００ｃｒｍのアクリ
ル酸ソーダ重合体３重量部を該容器に投入して膨潤化し
た有機高分子粒子の集合体とした。

これを低圧射出成形機に供給して、射出圧力３ｋｇ／ｄ
で第１図に示すシリコーンゴム型のモールドに射出した
。１時間放冷後、脱型してパターンを得た。モールドが
射出圧力の付与によって膨張したため、パターンの直径
、寸法が若干大きくなっており、固化による収縮はなか
ったと判断された。

表面は平滑であった。

実施例１〜３の結果をまとめて第１表に示す。

（以下余白） 使用例 実施例３で作製したパターン１を第２図に示す軟鋼製モ
ールド２内に吊り具３により吊るして配設した。融点６
５〜６７°Ｃのパラフィンワックスを加熱して溶融し、
７０°Ｃに温度調節後、モールド内の間隙にこれを流し
込んで放冷した。常温まで冷却後、これを４０°Ｃの温
水に浸漬したところ、１６分間でパターンの大部分が溶
出した。ひきつづき、これを水中より取り出して４０℃
の温水の供給、震蕩、排出を３回繰返したところ完全に
パターンの残分、主として膨潤したカプセル材料を除去
することができた。こうして金属粉、あるいはセラミッ
クス粉の高濃度スラリーの注入と凝固を行なう鋳造用の
パラフィンワックス製のモールドが出来上がった。

〔発明の効果〕

加圧なし、もしくは１０ｋｇ／ｃｍ”以下の低圧で射出
成形できるので、従来の尿素パターンのように高価な高
圧射出成形機および高価な金型を使用する必要がない。

また、得られるパターンは固化による収縮がみられず寸
法精度がきわめて高い。さらに、温水中できわめて短時
間にパターンを消失させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で使用したモールドの断面図で
あり、第２図はこのモールドで成形したパターンを用い
て鋳造用のモールドを作成している状態を示す側面図で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水溶液を包含する吸水膨潤性有機高分子粒子の集
   合体を冷却固化させて所定形状を得ることを特徴とする
   崩壊可能なパターンの製造方法
2. （２）吸水膨潤性有機高分子がアクリル酸ソーダ重合体
   またはアクリル酸・ビニルアルコール共重合体である請
   求項（１）に記載の方法
3. （３）水溶液が６０重量％以上、９６重量％以下の尿素
   を含むことを特徴とする請求項（１）又は（２）に記載
   の方法