JPH091284A - 鋳型用粘土及びそれを使用した鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 樹脂系接着剤、澱粉及び／または穀粉、及び
結着剤を主成分として含む鋳型用粘土；上記鋳型用粘土
で原型を作り、該原型を石膏液に埋没させて石膏液を凝
固させ、次いで加熱することにより原型を完全燃焼させ
て取り除き鋳型を得て、該鋳型に溶融金属を注入し、該
金属を冷却・固化させた後、鋳型を破壊して鋳造品を得
ることを特徴とする鋳造法。 【効果】 常温で軟らかく、工具なしで手作業でも、ア
クセサリーの原型のようなかなり小さく薄いものまで簡
便に作成することができる。この粘土で作成された原型
は、乾燥後に破損した場合、接着剤で修復することが可
能である。石膏液に浸漬した後、表面が溶け出したり変
形することがない。また、この粘土は乾燥固化後の収縮
が少なく、収縮によって発生する表面の荒れがない。灰
分が極めて少ないので、炉で完全燃焼させた後、残留灰
が少ない。精密度の高い鋳造品を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規の鋳型用粘土及びそ
れを用いた鋳造法に関する。さらに詳しくは、石膏の鋳
型作りに使用する粘土であって、とりわけ細工の細かい
小さな工芸品などの原型作成に適した粘土、及びその鋳
型用粘土を用いた鋳造法に関する。

【０００２】

【従来技術】加熱溶解した金属を石膏の型に流し込み、
アクセサリーなどを製造する鋳造法が知られている。従
来、このような鋳造法の代表的なものとして蝋型鋳造法
（ロストワックス鋳造法）があり、通常下記の工程から
なるものである。 (1) 金属板を溶接装置（バーナーなど）、刃物、ペンチ
などの工具を使って加工し、目的とする工芸品の原型モ
デルを作る。 (2) この原型モデルに対して、シリコン又はゴムの中に
埋没した後切り取り、貴金属原型モデルを抜取り、シリ
コン型又はゴム型を作る。 (3) 上記シリコン型又はゴム型に溶かした蝋を流し込
み、冷却・固化する。 (4) 型を外し、蝋を取り出す。 (5) 蝋をナイフで削ったり、やすりで表面を磨いたりし
て微調整を行い、蝋型を完成させる。 (6) 水で溶いた石膏液に上記(5) の蝋型を漬け、漬けた
まま凝固させる。 (7) 電気炉で200 ℃まで加熱し蝋を溶かし出す。 (8) さらに800 ℃〜1000℃に加熱し、残り蝋を完全焼去
する。 (9) 上記(8) で得た石膏の型に、加熱した金属を注入し
冷却・固化する。 (10)石膏を取り除き、固化した金属品を取り出し、金属
の表面を磨いて完成させる。 上記の方法は、工程(3) と(4) を繰り返し行うことによ
り、蝋型（ワックスモデルとも言う）を大量に作ること
ができ、すなわち、大量製造に適したものである。

【０００３】近年、趣味が多様化し、個人が簡便に、ま
た安価に工芸品、特にアクセサリーなどの小型の貴金属
品を作成するための鋳造法が求められている。この場
合、大量生産する方法とは異なり、個人がその嗜好によ
って独自の鋳型用原型を１つ作ればよい。すなわち、上
記蝋型鋳造法における工程(1) 〜(4) は必要なく、蝋型
が１つでよいことになる。しかしながら固化した蝋で、
アクセサリーなどの原型となる細工が細かく小さなもの
を作成しようとすると、例えば、蝋を削るために彫刻刃
などの刃物が必要であって安全性に欠ける；削りかすが
大量に発生する；小さいものや薄いものは折れたりする
可能性が高く、また作業中、蝋の種類によっては手が触
れたところは体温によって多少溶けて、さらに手に付着
するため、実際に創作が困難である；作成完了後に破損
した場合、一部分を加熱溶解してから直すことになり、
煩雑で時間と熟練技術が要されるといった問題点があ
る。このような問題点を鑑み、従来の蝋に代わる鋳型用
原型の材料であって、熟練技術を必要とすることなく簡
便に加工でき、石膏液に接触した際に溶け出すことなく
且つ石膏型から容易に取り除くことができる材料が求め
られているが、未だ十分な材料が得られていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
石膏の型作りに使用している蝋の代わりとなる新規な材
料を提供することである。本発明はまた、簡便に細工を
施すことができ、石膏の型作りに使用可能な新規な材料
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために、加熱により蝋のように溶け流れるか、
または加熱より残留灰が極めて少なく燃え尽きる材料で
あって、簡便に加工ができる材料を鋭意研究した。その
結果、特定の組成を有する樹脂粘土が鋳型用粘土として
有用であることを見出し、本発明を完成させるに至っ
た。従って本発明は、樹脂系接着剤、澱粉及び／または
穀粉、及び結着剤を主成分として含む鋳型用粘土に関す
る。また本発明は、上記鋳型用粘土を使用した鋳造法に
関し、具体的には、上記鋳型用粘土で原型を作り、該原
型を石膏液に埋没させて石膏液を凝固させ、次いで加熱
することにより原型を完全燃焼させて取り除き、鋳型を
得て、該鋳型に溶融金属を注入し、該金属を冷却・固化
させた後、鋳型を破壊して鋳造品を得ることを特徴とす
る鋳造法に関する。本発明の鋳型用粘土は、加熱したと
きに燃え尽きて残留灰が極めて低いものであって、1.０
以下の灰分、好ましくは0.３以下の灰分を有することが
適当である。本発明の鋳型用粘土はまた、耐水性を有す
る。従って、鋳造工程で原型を石膏液に埋没させても、
該鋳型用粘土による原型の表面が溶け出したり変形した
りすることがない。

【０００６】本発明の鋳型用粘土の成分について以下説
明する。樹脂系接着剤としては、エマルジョン系樹脂接
着剤を使用する。具体的には、酢酸ビニルエマルジョ
ン、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン、アク
リル−酢酸ビニル共重合体エマルジョン、アクリル系共
重合体エマルジョンなどが挙げられる。特に耐水性が良
好である点でエチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョ
ン、アクリル−酢酸ビニル共重合体エマルジョンが好ま
しい。鋳型用粘土における樹脂系接着剤の配合量は、鋳
型用粘土全重量に基づいて、３０〜８０重量％が適当で
あり、さらに好ましくは４０〜５０重量％である。８０
重量％を越えると軟らかくでベタベタした粘土となり、
３０重量％未満であると伸びがなく硬くて整形しづらい
粘土となる。このような樹脂系接着剤エマルジョンは、
通常４５〜６０重量％程度の水分を含んでいる。これら
の樹脂系接着剤は、市場で一般に入手できるものを使用
することができる。

【０００７】本発明の鋳型用粘土の成分として使用する
澱粉としては、コーンスターチ、馬鈴薯澱粉、ワキシー
コーンスターチ、甘薯澱粉、タピオカ澱粉、米澱粉など
がある。また、穀粉としては、小麦粉、米粉、そば粉、
コーンフラワー、モチ米粉、ポテトフラワーなどが挙げ
られる。燃焼後の灰分量がより少ない点で、澱粉が好ま
しい。澱粉の中でもとりわけ、価格が安く、粒度が細か
くて均質化しているため粘土に滑らかな手触りを付与す
るという点で、コーンスターチが好ましく使用できる。
鋳型用粘土における澱粉及び／または穀粉の配合量は、
鋳型用粘土全重量に基づいて、３０〜５０重量％が適当
であり、さらに好ましくは３５〜４０重量％である。５
０重量％を越えると硬くてボソボソした荒い手触りの粘
土となり、３０重量％未満であると軟らかくベタついた
粘土となる。このような澱粉や穀粉としては、市場で一
般に入手できるものを使用することができる。

【０００８】また結着剤としては、保水力を有する結着
剤が好ましく使用される。例えば、α化澱粉、粉末小麦
蛋白、カゼイン、アルギン酸、その他グアガム、キサン
タンガム、エコーガム、ローストビーンガム、アラビア
ガムといったガム類のような増粘多糖類が挙げられる。
これらの結着剤を組み合わせて用いてもよく、粘土が乾
燥した後の収縮が極めて少ないという点で、α化澱粉と
増粘多糖類の組み合わせが好ましい。鋳型用粘土におけ
るこれらの結着剤の配合量は、鋳型用粘土全重量に基づ
いて、１〜２０重量％が適当であり、さらに好ましくは
５〜８重量％である。１０重量％を越えると硬くて整形
しづらい粘土となり、１重量％未満であると軟らかくて
ペースト状に近い粘土となる。このような結着剤として
は、市販されているものを使用することができる。

【０００９】本発明の鋳型用粘土はさらに、粉末セルロ
ースを含有させてもよい。粉末セルロースを添加するこ
とにより、粘土が乾燥した後のヒビ割れを抑制すること
ができ、且つ手触りをより滑らかにすることができる。
また、粘土が乾燥固化した時の収縮を抑えることができ
る。本発明の鋳型用粘土に使用する粉末セルロースとし
ては、一般に市販されているものを使用することができ
る。特に粒度350 μm以下のものが好ましく使用でき
る。粉末セルロースの添加量は、鋳型用粘土全重量に基
づいて0.５〜5.０重量％が適当であり、さらに好ましく
は１〜３重量％である。

【００１０】本発明の鋳型用粘土は、上記成分の他に、
ノルマルパラフィン、プロピレングリコール、グリセリ
ン、油脂といった液体資材を含んでもよい。これらの液
体資材を含有することによって、鋳型用粘土のベタツキ
を抑制することができる。これらの液体資材の含有量
は、適宜選択できるが鋳型用粘土全重量に基づいて３〜
１０重量％程度が適当であり、さらに好ましくは４〜６
重量％である。本発明の鋳型用粘土にはさらに、粘土の
硬さの調整のために水を添加することができる。水の添
加量は粘土の硬さを考慮して適宜選択できるが、鋳型用
粘土全重量に基づいて通常５〜１５重量％が適当であ
る。上記に述べた本発明の鋳型用粘土の各成分として
は、灰分量が少ないものを適宜選択して使用することが
好ましい。

【００１１】本発明の鋳型用粘土の製造の一例は下記の
とおりである。上記成分のうち粉体資材の全量を前もっ
て攪拌した後、縦型ミキサーに投入する。そこへ水を加
えて、ミキシングする。さらに、液体資材を全量加えて
よくミキシングする。次いで手捏ねした後、ラップに包
んで１晩常温でねかす。さらに常温でミキシングして鋳
型用粘土を得ることができる。上記の各ミキシング時間
は、ミキシングする成分の量に応じて適宜選択すること
ができる。得られた鋳型用粘土は、空気に曝されると徐
々に乾燥するので、乾燥しないように保存する。

【００１２】以下、本発明の鋳型用粘土を使用した鋳造
法を説明する。本発明の鋳造法は従来のロストワックス
鋳造法に準じて実施することができる。本発明の鋳型用
粘土は常温で軟らかく、また、空気に曝されて急激に乾
燥するものではない。従って、手やヘラ、ハサミ、細い
棒などの道具を使って容易に自由な形に整形することが
できる。さらに0.３mm程度の厚さまで延ばすことができ
るので、かなり小さく薄いものまで作ることができる。
このようにして、本発明の鋳型用粘土を使って、例えば
個人の嗜好に応じて目的とする作品、具体的には指輪、
ブローチ、ペンダントトップといった装飾品の原型を作
ることができる。また、装飾品に限らず、置物、トロフ
ィー、飾り金具などの美術工芸品などの鋳造に、本発明
の鋳型用粘土を利用することができる。この原型を空気
に曝して放置すると乾燥して硬化し、多少弾力性のある
乾燥品が得られる。乾燥に要される時間は、その大きさ
によって異なるが、一般に１〜３時間ほどである。乾燥
した状態で原型の一部が破損した場合は、接着剤を用い
て修復することが可能である。このようにして得た原型
に湯道（液化した金属の通り道となるような可燃性棒状
品）をとりつける。

【００１３】上記の原型を例えば、直径８〜10cm、高さ
15〜20cmの円柱形容器に入れる。その上から石膏液を原
型が完全に埋没するくらい注入し、そのまま凝固させ
る。石膏としては従来使用されているいずれをも使用す
ることができる。石膏を水に溶かし、固形分４０〜５０
重量％程度の石膏液とすればよい。また、上記工程にお
いて原型を石膏液に埋没させた後、真空脱泡の操作を行
うことが好ましい。前記容器中の石膏液が凝固した後、
電気炉に容器ごと備える。電気炉の温度を徐々に、例え
ば半日かけて800 〜1000℃にまで上昇させ、完全燃焼さ
せる。こうして石膏中に存在した鋳型用粘土による原型
は燃え尽き、残留灰はほどんと無く、石膏による鋳型が
完成する。

【００１４】上記の鋳型を温度800 〜1000℃に維持した
まま、口を通して溶融金属（溶湯）を鋳型へ注入する。
使用する金属は、溶解できる金属であれば、元素金属、
合金のいかなるものでも可能であるが、通常利用される
金属として、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、プ
ラチナ、銅合金（真鍮、ブロンズ、洋白、ペリウム銅な
ど）、ホワイトメタル合金（錫、鉛、亜鉛、アンチモニ
ー、ビスマスなど）、ステンレス鋼（クロムステンレ
ス、クロムニッケルステンレスなど）、耐熱鋼（高クロ
ム鋼、高クロームニッケル鋼など）及びアルミ合金（鋳
物用アルミニウム、ジェラルミン、耐蝕性アルミニウ
ム）が挙げられる。鋳型に溶湯を鋳込む温度（注湯温
度）及び流し込む時間（注湯時間）、さらに流し込む速
度（鋳込み速度）は、金属の融点、作品の大小、形状な
どを考慮して適宜選択することができる。一般的に注湯
温度は800 〜1200℃である。注湯方法は真空鋳造法とい
われる方法を用いて瞬時に注湯するのが一般的である。
こうして鋳型に流し込まれた金属を、石膏の型ごと水に
漬けて冷却・固化させる。次いで、常法に従って鋳型を
破壊し、鋳造品を取り出して、研磨したり、メッキした
りして仕上げ加工を行い、製品として完成させる。

【００１５】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらの記載に限定されるもので
はない。

【実施例１】 鋳型用粘土の調製 下記表１に示される３種の組成（単位は重量％）の鋳型
用粘土を作成し、各々試料１、２及び３とした。

【００１６】

【表１】 成分 試料１ 試料２ 試料３ ──────────────────────────────────── 酢酸ビニルエマルジョン（水分含量50％） − 53 53エチレン −酢酸ビニル共重合体エマルジョン 41 − − （水分含量50％） コーンスターチ 35 36 − 小麦粉 − − 36 ノルマルパラフィン 3 3 3 グリセリン 1.6 1 1 α化澱粉 6 6.4 6.4 グアガム 0.8 0.4 0.4 キサンタンガム 0.4 0.2 0.2 水 10.2 − − 粉末セルロース（粒度 350μm) 2 − − ──────────────────────────────────── 合計 100.00 100.00 100.00

【００１７】上記組成の粘土を各々300 ｇ作るように各
成分の配合量を決めた。上記成分のうち粉体資材の全量
を予め攪拌した後、縦型ミキサーに投入した。そこへ水
を所定の配合量加え、５分間ミキシングした。水以外の
液体資材を全量加えて10分間ミキシングした。次いで１
分間手捏ねした後、ラップに包んで１晩常温でねかし
た。再度１分間常温でミキシングして鋳型用粘土を得
た。このようにして得た粘土は明るい白色を示してい
た。この各種鋳型用粘土の一部を使って、花型のブロー
チの原型を作成した。３時間ほど放置すると乾燥し、乾
燥後も弾力感があった。ここで各種粘土における乾燥固
化後の収縮、ひび割れを観察した。結果を下記表２に示
す。

【００１８】

【実施例２】 上記花型のブローチの原型を用いたアクセサリーの製造 上記の各種原型に湯道と取付け、予め作っておいた固形
分40％の石膏液200mlの入った容器に埋没させた。石膏
液は30分ほどで凝固した。電気炉に上記石膏を入れた
後、電気炉の温度を90℃からスタートし徐々に、12時間
かけて200 ℃にまで上昇させ、さらに30分かけ1000℃ま
で上昇させ完全燃焼させた。こうして石膏中に存在した
鋳型用粘土による原型は燃え尽きた。このようにして石
膏による鋳型が完成した。ここで、各種試料における石
膏型の表面の様子を観察し、及び燃焼後の灰分量を測定
した。結果を下記表２に示す。こうして得た鋳型を温度
1000℃を維持したまま、予め加熱溶解した1000℃の銀を
真空鋳造法により15ml注入し、石膏型ごと水に漬けて冷
却・固化させた。その後、石膏型を破壊して、固化した
金属品を取り出した。ここで金属品の表面の様子を観察
した。その結果を下記表２に示す。上記金属品の表面を
バレルと呼ばれる小型研磨機で磨いて仕上げを行い、完
成させた。

【００１９】

【表２】 試料１ 試料２ 試料３ ──────────────────────────────────── 乾燥固化後の収縮・ひび割れ 殆どない やや多い 多い ──────────────────────────────────── 石膏型の表面の様子 滑らか やや荒れている 荒れている ──────────────────────────────────── 燃焼後の灰分量（重量％） 0.22 0.22 0.40 ──────────────────────────────────── 金属品の表面の様子 滑らか やや荒れている 荒れている ────────────────────────────────────

【００２０】

【発明の効果】本発明の鋳型用粘土は常温で軟らかく、
工具なしで手作業でも、アクセサリーの原型のようなか
なり小さく薄いものまで簡便に作成することができる。
この粘土で作成された原型は、乾燥後に破損した場合、
接着剤で修復することが可能である。石膏液に浸漬し凝
固させている間に、表面が溶け出したり変形することが
ない。また、この粘土は乾燥固化後の収縮が少なく、収
縮によって発生する表面の荒れがない。灰分が極めて少
ないので、炉で完全燃焼させた後、残留灰が少ない。精
密度の高い鋳造品を得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂系接着剤、澱粉及び／または穀粉、
   及び結着剤を主成分として含む鋳型用粘土。
2. 【請求項２】 請求項１記載の鋳型用粘土で原型を作
   り、該原型を石膏液に埋没させて石膏液を凝固させ、次
   いで加熱することにより原型を完全燃焼させて取り除き
   鋳型を得て、該鋳型に溶融金属を注入し、該金属を冷却
   ・固化させた後、鋳型を破壊して鋳造品を得ることを特
   徴とする鋳造法。