JPS6160240A - スリップキャスティング用鋳型の製作法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は例えば、セラミック粉末、金属粉末、炭素粉末
などの耐火性粉末を含むスリップ（泥漿）を鋳込んで成
形体を得るためのスリップキャスティング用鋳型の製作
法に係わり、特に逆勾配などで抜去できないような形状
複雑な中子や主型を必要とする成形体に好適な鋳型の製
作法に関するものである。

〔発明の背景〕

外観形状および空洞部の形状が複雑な成形体をスリップ
キャスティングで成形する場合、従来は多数個の主型や
中子を組合せて所望の鋳型とする方法が一般的であった
やしかし、この方法は多数個の主型や中子の製作および
組立に多くの工数がかかると共に製品にパリが多発する
などの問題点がある。

これらの問題を解決するための方法として、例えば特開
昭５０−９５１２６号公報がある。この方法は形状が複
雑な鋳型部を有機材料で構成し、単純形状の部分を石膏
鋳型としてスリップを鋳込み、その水分を石膏に吸収さ
せることによりスリップを固化させる。その後、有機材
料を溶剤で溶かすことにより湿態の成形体（グリーンボ
ディ）を得る方法である。

しかし、この方法は次の点について配慮されていなかっ
た。

（ｉ）グリーンボディの表面に有機材料の溶解残渣が局
部的に残留し、形状が複雑であればあるほど除去が困難
である。また残渣の除去が不十分な場合やグリーンボデ
ィに溶剤が浸透し残留した場合には製品の品質が低下す
る。

（ｉｉ、　）吸水能力のある鋳型部分が少ないので、グ
リーンボディの固化に極めて長時間を要する。

また、名古屋工業技術試験所報告（１９６３年４月１日
発行）によれば、金属の精密鰭造用として実用されてい
るロストワックス法のワックス模型の代りに、発泡ポリ
スチロール模型を使用し鋳型を製作する方法に関するい
くつかの問題点が指摘されている。すなわち、製品とほ
ぼ同一形状の発泡スチロール模型の表面に耐火物層を約
５〜１．０ｍｍ付着させ固化させた後、鋳型をトリクレ
ンなどの溶剤の中に１〜３時間浸漬し模型を溶解して、
その大部分を鋳型外に滴下除去する。ただし、峙型内壁
のほぼ全面にスチロールの溶解残渣が層状に残留する。

この場合、残渣が流れ出にくい形状の空洞部には、溶解
残漬は特に多く残留する。このため、鋳型を高温（約１
０００〜１１００℃）に加熱し鋳型内に残留している溶
解残渣を燃焼させるが、この場合も次のような問題があ
る。

（ｉ）鋳型の高温加熱の際に多量の煙やススが発生し、
ススの一部は鋳型内壁に残留する。

（ｉｔ）耐熱性の極めて良好な粘結剤および骨材を用い
た鋳型に限られる。すなわちフランやフェノールなどの
有機系の粘結剤を用いる鋳型や石膏鋳型には適用できな
い。粘結剤が無機系であっても水ガラスやセメントを粘
結剤として用いる場合には適用できない。粘結剤の燃焼
や脆化により鋳型としての使用に耐えないためであり、
１０００℃以−Ｌの耐熱性を有するエチルシリケートや
アルミナゾルを粘結剤とし、シリカフラワー、溶融シリ
カやジルコンサンドの粒子や粉末を特徴とする特殊鋳型
に限られる。

さらに、米国特許第２８３０３４３号に発泡スチロール
模型を鋳物砂中に埋設し、そのまま溶融金属を注入して
溶湯の熱で模型を消失させ模型の占める空間を溶融金属
と置換する方法、すなわちフルモールド鋳造法（充填妨
型鋳造法）がある。しかしこの方法は、工数は少ないが
鋳肌表面に模型の燃焼残渣による窪み欠陥および模型の
燃焼ガスによる吹かれ欠陥が多発し製品の品質を低下さ
せる。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑み、外観形状および空洞部の形状が複
雑な成形体をスリップキャスティングで成形する場合に
、ｕｌ型空洞内面に溶解残渣の全く残らない鋳型の製作
法を提供することを目的とする。

〔発明のＩｆｃ要〕

本発明の１型の製作法は、溶剤に可溶性の有機材料１例
えば発泡スチロールなどで模型を作り、前記模型の表面
番コ付着し可撓性を有し、かつ溶剤に不溶性の材料、例
えばシリコンゴム、ウレタン系シー弓ントゴ１２などを
用いて枦型褒面に被１ｆ膜を一形成したものを＊　Ｉ’
！　ｍ型とし、前記鋳型ｉ１１型ぷ周１″″″＊ｆｔｔ
ｔｙ＞ｕＲ１＃ＩＩ’ｒ“″”°′“°″″ｆ　１５　
ｍ、　　　　　＋溶剤で模型を溶解し笛解残涜と前記波
ＹＩＩＩｉとを鰭型外番ご除去することを特徴とするも
のである。鋳型空洞内に模型の残渣が全く残らず、溶剤
も鋳型壁゛に吸収されることがないので高品質の成形体
が得られると共に、その工程は簡便である。さらに、い
かに複雑な形状の製品（作る場合であっても、多数個の
主型や中子を作って後にこれらを組合せて所望の＆３ギ
とするなどの工程は不要である。

なお、模型材質としては発泡スチロールに限らず、ポリ
エチレン、Ｐ−ジクロロベンゼンなど溶剤可溶性のもの
ならば何でも良い。さらに模型の発泡倍率は目的に応じ
て選ぶべきであり、また極めて薄肉であったり鋭利な形
をした模型部分については非発泡体を使うことも有効で
ある。模型の成形は金型による発泡成形に限らずブロッ
ク発泡体を素材として機械もしくは加熱線などによる加
工によることも有効であり、さらにはこれらの組合せも
考えられる。

模型に塗布する材料は、（１）溶剤注入部を除く模型の
全表面を被覆するために、模型に付着すること、（２）
塗布する材料が模型を侵蝕しないこと、たとえばこの材
料の中に模型を溶かすような溶剤が含まれていないこと
、（３）溶剤により模型を溶解した場合に溶解残渣が鋳
型内壁に付着したり、溶解残渣および溶剤が鋳型内壁に
浸透することを防ぐために、溶剤不溶性であること、（
４）鋳型外に摘出除去し易くするために、前記材料より
なる被覆膜は可撓性を有すること、（５）模型が変形し
ない温度下で硬化すること、好ましくは常温硬化型であ
ること、等の５条件を満足することが必要である。した
がって、これらの条件を備えるものであれば必ずしも前
記のシリコン系ゴム、あるいはウレタン系シーラントゴ
ムに限らない。

なお前記の常温硬化型シリコンゴム（以下ｒＲＴＶゴム
」と略す）は１液型と２液型に分けられる。前者、すな
わち１液型ＲＴＶゴムは模型に塗布後、空気中の水分と
反応して常温で硬化しゴム弾性体となり硬化と同時に殆
んどの材質に接着するので本発明に適用できる。後者、
すなわち２液型ＲＴＶゴムはゴムベースと硬化触媒にわ
かれていて触媒を添加混合することによって常温硬化す
る６ただし本発明においては、樹脂模型に接着すること
が要件のひとつであり、これに合致するものは２液型Ｒ
ＴＶゴムのうちでは自己接着型のものである。したがっ
て、これも本発明に適用できる。

本発明において使用に適した溶剤は、アセトン、トリク
ロルエチレン（トリクレン）、トリクロルエタン（トリ
エタン）、テトラクロルエチレン、四塩化炭素、ベンゼ
ン、ベンジンなど模型としての有機樹脂を溶解するもの
であればいずれでも良く、またこれらの２種もしくは２
種以上の混合物を使用しても差しつかえない。さらに、
これらの溶剤の使用態様は液体状、気体状のいずれでも
良く、前者の中には噴霧状も含む。

〔発明の実施例〕

以下、具体的実施例によって本発明を説明する。

〔実施例１〕 第１図に示す発泡スチロール製の試験片１（発泡倍率４
０倍）の頂部を除く全表面に第１表に示す処理を施し、
Ｓｉゴム被覆膜２を形成させた。

この試験片１を反転し、第２図のように定盤３の上に設
置した木枠４の中央部に固定し、周囲に石膏１００部（
重量部、以下全て同じ）および水５０部よりなる石膏ス
ラリーを鋳込み、このスラリーが凝固したのち鋳型５を
反転し、定盤３および木枠４を除去した。

試験片１の頂部よりアセトンを噴霧状にして吹きつけた
。試験片１はアセトンに急激に溶解し、体積は約１７４
０に減少した。また、アセトンの鋳型への浸透状況およ
び溶解残渣の鋳型内壁への付着状況は、表に示すとおり
である。なお、参考のため、被覆膜を形成しないものに
ついても示す。

表より明らかなように、模型表面に処理を施さなかった
場合、すなわち不溶性被醍膜なしの場合、模型の溶解残
渣が鋳型内壁に付着し、入りくんだ空洞部分については
特に残渣の除去が困難もしくは不可能だった。

これに対し、試験片１の表面にシリコンゴムを塗布し、
薄い不溶性被覆ｉＷ２を形成せしめたものは、溶解残渣
の鋳型内壁への何者は全く認められなかった、またゴム
被覆膜はアセトンに全く溶解せず、かつ強度を失なうこ
とも無かった。このことがスチロールの溶解残渣、？３
剤として用いたアセトンの金剰令およびシリコンゴム被
ｔｌｉ膜を鎧型外に完全に除去できた理由である。

ｒ実施＠２〕 車輌用ターボチャージャのケーシングと同一形状に成形
した発泡ポリスチロール製の第３図に示す模型６（体精
約２００　ｔＪｅ、発泡倍岸５ｏ倍）の頂部を除く全表
面に、実施例１と同様にシリコンゴムを塗布し、シリコ
ンゴムが紅化し、たのも、実施例１に準じて、この換型
６を定盤上に固定し周囲１７木枠をＦｒした。

発泡石膏１００部、セルロース粉末８部、及び水９０部
をｔ！！′器に入れ予備撹拌したのち均一に混合し、充
分に発泡させて作成した石膏スラリーを木枠内に鋳込む
：とにより、ポリスチロール製模型の全体を１．上記石
膏スラリ・−中に埋設させた。

（］１） ２時間後に木枠と定盤を取り；・し鋳型を反転させ。

湯口部よりアセトン約５０ｃｄを注入した。模型６は、
アセトンと接触することにより上部より急速に溶解し、
その残渣はゴト、被覆膜の内面に薄い層状になって付着
しており、遵解直後であるから残漬は極めて軟らかであ
った。したがって、シリコンゴム被覆膜の上端部をぢｉ
つぼりあげることにより、溶解残渣およびこれを包み込
んだ形のゴム被覆膜は、鋳型外に極めて筒車に液比除去
することができた。その結果として、寸法精度が高く型
肌の滑らかな所定の鋳型空洞を形成させることができた
。この鋳型を大気中にて１２時間自然乾燥したのち、８
０℃乾燥炉内にて８時間乾燥した。

平均粒径０．５μｍのＳｉ、Ｎ、粉末を主体とし、解こ
う剤、粘結剤および蒸溜水よりなろＳｉ、Ｎ４スリツプ
を上記鋳型の空ｆｌｆ、ｐに鋳込み、そのまま大気中に
３日間放置した。その後、８０℃炉内で１２時間、１０
０℃炉内で１２時間乾燥することにより水分を蒸発させ
、恒量になったことを確認した。

＋１ １００℃／時間の割合で上昇させ、５００℃で２時間保
持することにより鋳型中に添加したセルロース粉末を燃
焼させ鋳型粘結力を喪失させた。したがって弱い真空吸
引力を用いて、極めて容易に鋳型材を除去することがで
き、パリが全くなく寸法精度が良好で表面の平滑なＳｉ
、Ｎ４のグリーンボディが得られた。

このグリーンボディを窒化炉内に入れ室温より徐々に加
熱し、１８５０℃で２時間加熱し、以後徐冷することに
より、高密度で完全なＳｉ、Ｎ４焼結品としての第４図
に示すターボチャージャケーシング７が得られた。

〔実施例３〕 第５図に示す発泡ポリスチロール製（発泡倍率５０倍）
のスクリュコンプレッサ用のオスロータ模型８を脱オキ
シムタイプの１液性シリコンゴム（ＲＴＶゴム）の浴中
に浸漬し、その後とり出し余剰分のシリコンゴムを滴下
除去する。この結果、第６図に示す約８０μｍ厚さのシ
リコンゴム硬化被覆膜９が形成された。

この模型８を実施例１に準じて、造型定盤−ヒに湯口部
を接着剤で固着し周囲に金枠を設置し、金枠内に石膏ス
ラリー（ｎ型用石膏１００部、水７５部、セルロース粉
末８部）を鋳込み同化させた後、実施例２に準じて模型
８および被覆１１１９を除去し鋳型空洞１１を形成した
。その後８０℃で以下８０％のジルコニア粉末を主体と
し、解こう剤、粘結剤および蒸溜水を均一に混合させた
ジルコニアスリップ１２を上記鋳型１０の空洞１１に鋳
込み、大気中に６日間放置し恒量になったことを確認し
た後に８０℃炉中にて８時間乾燥した。

その後、炉温を１００℃／時間の割合で上昇させ、４０
０℃で３“時間保持することにより鋳型中に添加したセ
ルロース粉末を燃焼させ鋳型粘結力を喪失させた。した
がって弱い真空吸引力を用いて極めて容易に鋳型材を除
去することができ、バリなどが全く無くて表面が平滑で
寸法精度の良好なジルコニアのグリーンボディが得られ
た。

このグリーンボディを、焼成炉中に入れ徐々に温度を上
げていき１５００℃で３時間加熱することにより、均一
かつ完全なジルコニア焼結体を得ることができた。

〔実施例４〕 第８図に示す発泡スチロール製（発泡倍率５０倍）のス
クリュ一式真空ポンプのケーシング模型１３の上端面を
除く全表面に脱オキシムタイプの１液性シリコンゴムの
低粘性溶液をスプレーガンで吹付け、模型表面に均一厚
さく約１００μｍ）のシリコンゴム硬化液［膜１４を形
成させた。

この模型を反転し、第９図に示すように上端面すなわち
シリコンゴム被覆膜１４を形成させなかった面を定盤１
５に固定し、模型１３の周囲に２分割の専用金枠１６を
設置した。

発泡石膏１００部、セルロース粉末８部、及び水９０部
髪均−に混合し充分に発泡させた石膏スラリーを金枠内
に鋳込むことにより、ポリスチロ−ル製模型１３の全体
を前記石膏スラリー中に埋設させた。

１時間後に金枠１６と定９１１１ｓを取外し、鋳型１７
を反転させてトリクロルエタンの蒸気中に３０分間放置
した。模型１３はトリクロルエタンの蒸気と接触するこ
とによｊｌ　＄速に体積を減少（１１５０）Ｌ、その一
部は滴下して鋳型外に排出された。

また、模型１３の表面に形成された不溶性の薄い被覆膜
の存在により、スチロールの溶解残渣は鋳型内壁に全く
付着することなく、被覆膜と共に極めて容易に鋳型外に
除去することができた。

この鋳型を大気中で１２時間及び８０℃乾燥器内で８時
間乾燥した。

次に平均粒径２．５μｍのアルミナ粉末を主体とし、焼
結助剤、解こう剤、および蒸溜水を均一に混合したアル
ミナスリップを作成し、これを上記鋳型１７の空洞に鋳
込み大気中に２．日間放置後、８０℃炉中にて８時間乾
燥【、た。

その後、この鋳型１７を常温よ４．＋　４５０６ｃ′ま
で徐々に加熱して、４５０℃で３時間保持し、以後炉冷
し、た。冷却後の鋳型１７は全く強度を失なっているの
で、真空吸引および微弱な圧縮空気を用いるごとにより
、極めて容易にアルミナ質のグリーンボディ札取出すこ
とができた。

その後、このグリーンボディをガス炉内に入れ常温より
徐々に加熱し、１６５０℃で３時間保持し、以後徐冷す
ることによりアルミナ質の良好なケーソン）ｆ焼結体を
得ることができた。

このケーシング模型を、従来法すなわち鋳型を分割する
方法で作ると主型および中子の総数が２０個を越える数
となり、これらのパーツの造型および組立には多大の二
［数および高い熟練度を要する。またできたグリーンボ
ディにはパリが多発し、本発明によるものと比べて寸法
精度、鋳肌は共に極めて不良であった。本実施例におけ
るこれらの効果は、前述した実施例ｉ、２．３において
、共通のものである。

なお、今までセラミックスのスリップキャスティングの
例について述べてぎたが、本発明は一般の金属鋳造用の
鋳型にも、そのまま適用できることは自明である。ただ
し、その場合の鋳型としては石膏系のみではない。すな
わち、鋳鉄、鋳鋼、Ｎｉなど高融点金属を鋳込む場合に
は、フラン櫂脂などの有機系樹脂、ＣＯ，型などの無機
系自硬性鋳型および流動自硬性鋳型など一般にニガらの
材質の鋳造用として用いられている種類の鋳型を用いる
。

「発明の効果〕 ヤスティングで成形する場合番―、有機材料よりなる模
型表面に不溶性被覆膜を形成させることにより鋳型空洞
内面に溶解残漬の全く残らない鋳型を製作することが可
能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第９図は本発明の鋳型の製作法（７係る説明
図で、第１図は試験片模型の断面図、第２図は鋳型の製
作法の説明図、第３図はターボチャージャ・ケーシング
の発泡スチロール模型の断面図、第４図はＳｉ３Ｎ４製
ターボチャージャ・ケーシングの焼結晶の外観図、第５
図はスクリュロータの発泡スチロール模型の外観図、第
６図は発泡スチロール模型をｕ型中に埋設した状態の断
面図、第７図は発泡スヂロール模型除去後の鋳型空洞に
スリップを鋳込む謄明図、第８図はヌクリュ真空ポンプ
ケーシングの発泡スチロール模型の外観図、第９図はケ
ーシングの発泡スチロール模型を鋳型中に埋設した状態
の断面図である。 １、．６，８，１．３・・・可溶性発抱スチロール模型
、２．９．１−Ｑ・・不溶性のゴ１１袖覆序、５，１０
゜１７・・・鋳型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機材料で模型を造り、溶剤で前記模型を溶解して
   除去する鋳型の製作法において、上記溶剤に不溶性の材
   料で模型表面に被覆膜を形成したものを鋳型模型とし、
   前記鋳型模型の周囲に鋳型材料を充填・硬化させた後、
   溶剤で模型を溶解し、溶解残渣と前記被覆膜とを鋳型外
   に除去することを特徴とする鋳型の製作法。 ２、模型が発泡スチロール、ポリエチレン、Ｐ−ジクロ
   ロベンゼンのいずれかの成形体であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の鋳型の製作法。 ３、被覆膜が常温硬化型のシリコン系ゴムであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の鋳
   型の製作法。 ４、被覆膜がウレタン系シーラントゴムであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の鋳型
   の製作法。 ５、被覆膜が脱オキシムタイプの１液性シリコンゴムで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の鋳型
   の製作法。