JPH0491846A

JPH0491846A - モールド製造方法

Info

Publication number: JPH0491846A
Application number: JP20518990A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mori; 森　正博
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1992-03-25

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〕本発明はインベストメント鋳造法のモールド製造方法に
係わるっより詳しく述べると、インベストメント鋳造法
においてマイクロ波加熱を用いて゛モールドから模型を
除去する方法に関する。

し従来の技術〕インベストメント鋳造（セラミックス・ン、ル・モール
ド）法では、ワックスや未素樹脂混合粉末などから成形
した模型の周りにモールド材料、すなわち粘結剤と耐火
剤粉末とからなるスラリーと粒状の耐火材のスタッフを
積層乾燥を繰り返［２て′成形した後模型を除去する。

ワックス模型の場合、この模型除去方法として、現在、
工業的にはオートクレーブ法が最も多く利用されている
。この方法は積層、成形したモールドを湯１コを下にし
７てオートクレーブ内に納め、５〜７気圧、１５０℃程
度の水蒸気で加熱してワックス模型を溶融、除去する方
法である。この方法は、水蒸気を生成するボイラーが必
要で設備が大型になる、ワックスの回収の際の水の混入
のだ約再生設備が必要である、といった問題点がある。

また、一部では、衝撃加熱法も行われている。この方法
は、９００〜１１００℃に加熱した炉に積層、成形した
モールドを湯口を下にして入れ、急激にワックス模型を
溶融、除去する方法である。この方法は黒煙対策が必要
であるという問題点を有している。

また、マイクロ波加熱法として、モールド構造内にマイ
クロ波吸収物質組み込み、マイクロ波照射を行って、模
型表面を速やかに加熱、溶融する方法が開示されている
（特公昭５２−２２８９４号公報）。

この方法は、処理時間が短い、設備費が中位、作業環境
が良い、ワックスの回収・再生が容易である、といった
利点を期待することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

マイクロ波加熱法は上記の如く利点があるが、インベス
トメント鋳造法の特徴である複雑形状鋳造品を製造する
場合、この模型除去方法ではなおモールド割れの問題が
あり、普及するに至っていない。

また、ジルコニアゾルを粘結剤とし、ジルコニア粉末及
びジルコニア粒を用いて製作したインベストメント鋳造
法モールドはチタン合金鋳物用のモールドに適合するが
、その模型除去にオートクレーブ法を用いると、モール
ドの耐水性が不十分なためにモールドの内表面が剥離す
る場合がある。

二のたｔ１ジルコニアゾルに有機系の粘結剤を添加した
スラリーを使用してモールドを製作するなどの方法が採
用されるが、有機系の粘結剤の添加により、該スラリー
は粘度の高いものとなり、得られるモールドの形状や大
きさが制限される場合がある。このような耐水性が不十
分なモールドの場合には、模型除去方法として衝撃加熱
法や溶剤による溶出法の採用が考えられるが、作業環境
を悪化させるので極力さけるべきものである。

そこで、本発明は、上記の如き事情に鑑み、インベスト
メント鋳造法において、マイクロ波加熱を用いてモール
ドから模型を除去する方法で、モールド割れのない方法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、マイクロ波加熱法による模型除去方法におい
て、オートクレーブ法で作動している模型の排出除去の
機構を作動させることにより、モールド割れの問題が解
決できるのではないかという考えに基づいてなされたも
のである。そこで、まず、オートクレーブ法で作動して
いる模型の排出除去の機構を以下のように解析した。

１）水蒸気の圧力がワックス模型／シェル・モールド系
にその外側から均等に働く。

２）湯口部のワックス模型が水蒸気と接し、昇温し、そ
して溶は始める。

３〉水蒸気がシェル・モールド内の気孔を通してワック
ス模型にも及ぶ。

４）水蒸気がワックス模型に達し、模型表面の温度が上
昇する。なお、３）、４）で短時間であるが、モールド
内に水分凝縮層が形成する。

５）ワックス模型表層部の熱膨張によってモールド・シ
ェル構造体にワックス模型より力が働く。

この力がモールド割れの原因になる。しかし、その力を
１）の力が抑制する。

６）５）に少し遅れてワックス模型の表面が溶融する。

溶融ワックスはモールド・シェル表層部の気孔に浸透す
る。なお、その浸透は外側からの圧力に拮抗しながら起
きるであろう。

７）６）のようにして、ワックス模型よりモールド・シ
ェル構造体に働く力は緩和される。

８）溶融ワックスが湯口などから排出し始める。

９）溶融ワックスの排出によりモールド内にキャビティ
ができる。そして、ワックス模型からモールド・シェル
へ働く力は小さくなっていく。

１０）さらに、溶融ワックスの排出により、モールド内
のキャビティは外気圧（例えば、５〜７気圧）より低く
なり、湯口近傍の水蒸気を吸収する。

キャビティ内の未溶あるいは未排出のワックスの温度を
上げ、その排８を促進する。これは、瓶に水を入れて反
転するとき、瓶の中の水は瓶の口の近くの空気を吸い込
みながら排出する現象と同じである。

そして、このオートクレーブ法の模型排出除去の機、構
の解析から、本発明では、水蒸気に代えて不燃性気体を
用いてモールドを加圧しながら、マイクロ波加熱するこ
とにより、前記目的が達成されることを見出したもので
・ある。

すなわち、本発明は、インベストメント鋳造法において
、模型の周りにマイクロ波吸収物質を含むモールドを成
形し２、これを湯口部を下にし１て圧力容器内に搭載し
、不燃性気体で加圧しながらマイクロ波を照射しで、模
型を溶融除去することを特徴とするモールド製造力性に
ある。

以下、図面（第１図）を参照して本発明を説明する。

ア）模型１の周りにモー・ルド材料２を積層・成形した
ものを、湯［］部を下にして圧力容器３に入れ、不燃性
気体で昇圧し、この状態でマイクロ波を照射し、模型を
加熱・溶融して流出させる。これは、上言己のオートク
レーブ法の模型除去機構１）、　３）、　５）を作動さ
せている。なお、第１図では、マイク℃７波はマイクロ
波発生器４からマイクロ波導波管５および結合窓６を介
して圧力容器３内のモールド２に照射されごいる。

不燃性気体としては、窒素、アルゴンなどの圧縮性気体
のような燃性や助燃性のない気体を用いる。圧力として
は５気圧以上が好“ましい。圧力が低いと所期の効果が
得られない。〜・力、圧力が１０気圧を越えると装置が
大型化する問題がある。

マイクロ波を照射してモールドを加熱するた狛に、モー
ルド内にマイクロ波吸収物質を含−、ＩＨＱる。

マイクロ波吸収物質としては、カーボン、グラファイト
、炭化珪素、チタニア、ジル、」ニア、チタン酸バリウ
ム、水などが利用できる。マイクＸ１波吸収物質の含有
量は必要な発熱量を得るために充分でなければならない
が、モールドの緒特性も考慮して決める。

イ）模型の排出・除去の過程で湯Ｉ］」近傍の気体を加
熱し、その気体を吸引させて模型除去を促進させるたｙ
〕に、モールドの湯口の下にマイクロ波吸収物質ででき
た穴あき板または多孔質板からなる載台を置くことが好
ましい。前記のオートクレーブ法の模型除去機構１０）
を作動させるものである。この載台のマイクロ波吸収物
質としては炭素系材料、ジルコニア、炭化珪素などを用
いることができる３、あるいは、また、多孔質の耐火レ
ンガに炭素粉末をコロイダルシリカのようなバインダに
混ぜて塗杵ｊし、乾燥させたものも有効である。

この方法によるときは、圧力容器内の温度が相当に上昇
するので、次の模型除去に備えて、圧力容器内を冷却し
て室温に戻し５ておく。

模型としては、ワックス模型のほか、水溶性の尿素模型
など、インベストメント鋳造法において慣用のものを使
用できる。

つ）特に、前記のように、ジルコニアラ用イタモールド
はチタン合金鋳物の精密鋳造用として好適である。ジル
、フェアは誘電率が１２．５で、炭素や炭化珪素はどで
はないが、マイクロ波照射により顕著に温度上昇するの
で、これのみで他にはマイクロ波吸収物質を添加しなく
てもよい。本発明によれば、この場合にも不燃性気体に
よる加圧によりモールド割れが防止され、チタン合金鋳
物の精密鋳造用として好適なジルコニアに基づくモール
ドをマイクロ波加熱法で製造することが実現されるっこ
のことは、本発明の利点である。

このようなジルコニアを用いたモールドは、ジルコニア
ゾルをスラリーの粘結剤、ジルコニアゾルをスラリーの
フィラー、ジルコニア粒をスタッ：ｊ祠としまたモール
ド材料を用いて製造できる。ジルコニアは少なくともチ
タン合金鋳物と接する側に必要であるので、模型に対し
て２〜３層１．でをジルコニア系モールドとし、後背層
を汎用のモールド材料で製作してもよい。汎用のモール
ド材料とし２ては、例えば、スラリーの粘結材をコにフ
イダルシリ力やエチルシリケート氷解液まし、スラリー
のフィラー材およびスラリ」材をジルコン１、どルミ２
／シリケートあるいは溶融シリカといったものなどを用
いることができる。

〔実施例で実施例１ワックス模型２５φＸ２５　（ｍｍ）にワックス排出部
１０φＸ２５　（ｍｍ）を接着しで、ワックス模型の排
出を抑制し模型除去時にモールドに割れが発生しやすく
したワックス模型試験片を作成した。これに、コロイダ
ルシリカ（Ｓｉ口。＝３０％）を粘結剤、ジルコン粉末
＃２００をフィラー材とするスラリーおよび初層スタッ
コをジルコン粒、第２層スタッコをシャモット粒、第３
層スタッコを炭化けい素粒（マイクロ波吸収物質）、第
４．５層をシャモット粒として、スラリー被覆−スタッ
コ−乾燥を５回繰り返したあと、スラリーを被覆し、２
４時間以上乾燥した。

第２図に示すように、低誘電率・低損失材料の溶融シリ
カでできた窓を２つ有する圧力容器を、家庭用電子レン
ジ（高周波出力５００Ｗ、庫内容積幅２８０×奥行３０
０×高さ１７６ｍ口）に挿入した装置を製作した。同図
中、１１はワックス模型、１２はモールド、１３は圧力
容器、１６は結合窓、１７は載台、１８は流出したワッ
クス用容器、１９は不燃性気体の導入管、２０は電子レ
ンジの庫内である。この装置に上記のモールド試験片を
湯口を下にして圧力容器内にセットし、電子レンジの外
部からアルゴンガスを導入して昇圧し、この状態でマイ
クロ波を２〜５分間照射した。こうして、マイクロ波照
射による模型除去を行い、モールド割れの有無を目視に
より調べた。その結果は次の通りである。

１）アルゴンガスの圧力　５〜６気圧割れが発生。

２）アルゴンガスの圧力　６〜１０気圧割れは発生しな
いが、照射時間を延長する必要がある。

３）アルゴンガスの圧力　５〜１０気圧炭化けい素子孔
質載台に置く割れの発生がなく、ワックスの排出が良好。

実施例２実施例１で使用したのと同じワックス模型試験片に、ジ
ルコニアゾル（日本触媒化学工業■製、濃度をＺｒＯ２
として２０重量％に稀釈）を粘結剤、ジルコニア粉末を
フィラー材とするスラリーおよびジルコニア粒をスタッ
コ材として、スラリー被覆−スタッコ−乾燥を５回繰り
返したあと、スラリーを被覆し、２４時聞忘上乾燥した
。このようにして得た、モールドを実施例１と同様に第
２図の装置にセットし、アルゴンガスで所定圧力に加圧
し、その状態でマイクロ波を２〜５分間照射し模型除去
を行った。そしてモールド割れの有無を目視により調べ
た。結果は次の通りである。

１）アルゴンガスの圧力　５〜８気圧割れが発生。

２）アルゴンガスの圧力　８〜１０気圧割れは発生しな
いが、溶融ワックスの排出に照射時間を延長する必要がある。

実施例３実施例２と同様に、ジルコニア系モールド材を用いて、
３回、スラリー被覆−スタッコ−乾燥の操作を繰り返し
たあと、実施例１で使用した、ジルコン−コロイダルシ
リカ系スラリーおよびスタッコとしてシャモット粒を用
い、上記の操作をさらに２回繰り返し、次いで、ジルコ
ン−コロイダルシリカ系スラリーを被覆し、２４時間以
上乾燥することにより、ジルコン−コロイダルシリカ−
シャモット系モールドで補強した。内面がジルコニア製
のモールドを作製した。このようにして得たモールドを
実施例１と同様に第２図の装置にセットシ、アルゴンガ
スで所定圧力に加圧し、その状態でマイクロ波を２〜５
分間照射し、模型除去を行った。そして、モールド割れ
の有無を目視により調べた。結果は次のとおりである。

アルゴンガスの圧力　５〜１０気圧割れが発生。

アルゴンガスの圧力　５〜１０気圧で炭化けい素子孔質載台に置く割れの発生なし。

なお、第２図の電子レンジでは昇圧のため圧力容器を用
いたため、モールドのマイクロ波吸収は圧力容器外と比
べて小さい。そこで、第１図の如き、本発明のだｙ）の
専用機を用いる場合には、より大きい発明の効果を引き
出すことができる。

また、実施例１〜３において、作製したモールド試験片
を電子レンジ内でマイクロ波を照射してワックス模型除
去を行なうと、被覆回数を増しても、必ず割れが発生し
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、オートクレーブ法のような水蒸気生成
用のボイラーが不要になり、操業圧力をもっと高くする
ことができ、マイクロ波加熱法において、モールド割れ
不良を低減することができる。また、マイクロ波加熱に
よる模型除去の利点として期待されていた、１）処理時
間が短い、２）設備費が中位、３）作業環境がよい、４
）ワックスの再生・回収が容易である、５）チタンおよ
びチタン合金鋳物用のジルコニアゾルを用いて製作され
るジルコニアモールドの模型除去法として好適に適用で
きる、などの効果を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波加熱によるモールドからの
模型除去法の原理を説明するための模式断面図、第２図
は実施例で使用したマイクロ波照射装置の模式断面図で
ある。１・・・ワックス模型、　　　２・・・モールド、３・
・・圧力容器、　　　　　４・・・マイクロ波発生機、
５・・・マイクロ波導波管、６・・・結合窓、７・・・
載台、　　　　　　　８・・・流出ワックス容器、１１
・・・ワックス模型、１２・・・モールド、１３・・・
圧力容器、　　　　１６・・・結合窓、１７・・・載台
、１８・・・流出したワックス用容器、１９・・・不燃性気体の導入管、２０・・・電子レンジの庫内。第２ｆ：ｊＪ第１　図

Claims

【特許請求の範囲】

１．インベストメント鋳造法において、模型の周りにマ
イクロ波吸収物質を含むモールドを成形し、これを湯口
部を下にして圧力容器内に搭載し、不燃性気体で加圧し
ながらマイクロ波を照射して、模型を溶融除去すること
を特徴とするモールド製造方法。
２．モールドをマイクロ波吸収物質板の有孔性又は多孔
性載台上に湯口を下にして置く請求項１記載の方法。
３．ジルコニアゾルをスラリーの粘結剤、ジルコニア粉
末をスラリーのフィラー、ジルコニア粒をスタッコ材と
したモールド材料を用いてモールドを製造する請求項１
又は２記載の方法。