JPS6223705A - スリツプキヤステイング用鋳型 - 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粒、金属粒などの粒子のスリ
ップ（泥しよう）を鋳込んで成形品を造るスリップキャ
スティング用鋳型に係り、特に複雑形状の成形品を造る
に好適な鋳型に関する。

〔発明の背景〕

セラミックスのスリップキャスティングに用いる鋳型は
、通常、割り型とし更に抜き勾配をつけることによって
、スリップ鋳込後の鋳型を固化後のスリップ成形体（以
下「グリーンボディ」と称す）から分離する。そして、
得られたグリーンボディを焼結することにより完成セラ
ミックス品とする。

外観形状および空洞部の形状が複雑で寸法精度の高い成
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。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掛ると共に、グリー
ンボディの脱湿過程および鋳型、中子の°取外し過程で
グリーンボディに割れが発生しやすい。

また、中子が、固化後のスリップ成形体から引き抜くこ
との出来るような形状の場合にしか適用できない。

そこで、このような場合にスリップ鋳込後の鋳型を除去
する方法として、例えば特公昭５８−１２５６５８号公
報に開示されているように鋳型を組込んだまま焼結し、
その後鋳型を崩壊除去する方法がある。しかし、この方
法は鋳型を組込んだまま大気中放置等によりグリーンボ
ディを乾燥するため、また鋳型を組込んだまま焼結する
ため、形状が複雑なものでは乾燥時および焼結時に生じ
る鋳型およびグリーンボディの収縮・変形により成形品
に割れが生じる場合がある。また、この引例はその構成
から判断すると、中子の使用を想定していないと考えら
れる。

一方、特開昭５７−１７６１０７号公報に開示されるよ
うに温水崩壊性石膏鋳型にスリップを流し込み、スリッ
プが固化しグリーンボディとなったのち。

グリーンボディ鋳型を約８５℃以上の温水に浸漬して石
膏鋳型を除去する方法がある。

しかし、この方法は浸漬中にグリーンボディが吸水によ
り崩壊することを防ぐために比較的多量（０，５〜５％
）の粘結剤をスリップ中に添加しており、これが焼結晶
の機械的性質に影響を与える場合がある。また鋳型の奥
部まで温水で崩壊させるには長時間を要する場合があり
１条件によっては鋳型の除去が極めて困難である。

すなわち、細長い中子（長さ／直径の値が大きい中子）
などを温水崩壊鋳型でつくり周囲にスリップを鋳込んだ
場合、中子全表面・積に占める温水接触面積の割合が小
さければ小さいほど鋳型除去には長時間を要する。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑み、スリップの同化直後に鋳型の除去
を可能とすることにより、成形品の割れ防止および複雑
形状品の成形に好適なスリップキャスティング成形法お
よび成形用鋳型を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は鋳型内に水を媒液としたスリップを鋳込み、ス
リップの固化後に鋳型を除去する成形法において、前記
鋳型をポリビニールアルコールの水溶液を粘結剤として
用いて造型することを特徴とするものである。

この場合の鋳型骨材にはアルミナ（ＡΩ２ｏ□）、マグ
ネシア（ＭｇＯ）、ジルコンサンド（ＺｒＯ，）、珪砂
（Ｓｉｎ、）もしくは使用するスリップの媒液に不溶性
の樹脂粒子などを用いる。

骨材およびポリビニールアルコール水溶液の混合割合は
、骨材の粒子の大きさ、鋳型乾燥強度、スリップ中の溶
媒（水）の吸収性、水分吸収後の鋳型の崩壊性などによ
って決まる。

そこで骨材およびポリビニールアルコールの混合割合に
ついて検討を加えた結果、骨材１００ｇに対してポリビ
ニールアルコールを１〜２０ｇ含有させることにより、
鋳型乾燥強度、水分吸収後の鋳型の崩壊性共にスリップ
キャスティング用鋳　−型として適用し得ることを確認
した。

ポリビニールアルコールを１〜２０ｇに限定した理由は
次の通りである。ポリビニールアルコールを水または温
水に溶解させ水溶液とした。骨材としてのアルミナ粒子
（２００メツシユアンダ）１００ｇに対してポリビニー
ルアルコールが重量で０．５　　ｇから２５ｇ含有する
よう前記水溶液を添加し、鋳型材とした。この鋳型材を
別に用意した模型につき固めて、幅１０ｍ、厚さ１０Ｉ
、長さ６０ｍの角形状試験片を成形し、これを５５〜６
０℃で乾燥させた後、支点間距盾５０　ｒｍの曲げ強度
試験を行った。この時の乾燥時の曲げ強度とポリビニー
ルアルコールの含有量（骨材１００ｇに対して）の関係
は第１図に示すように求められた。各含有量で曲げ強度
にばらつきが大きい（曲線ＡとＢの間）のは鋳型材料を
つき固めて成形しているためであり、粗あるいは密につ
き固めることにより値はさらに変動することもある。

第１図から明らかなように曲げ強度はポリビニールアル
コールの含有量の増加と共に増大する。

スリップキャスティングでは、スラリーを流込むための
空間は、このような方法で作製した鋳型を組合せること
によりなされる。従って、組立て作業を考えると鋳型の
強度は高い方が望ましい。

最低強度については定量的に決定することは難しいが、
２ｋｇｆ／ｃｏ！以上は必要である。このことからポリ
ビニールアルコールの含有量は骨材１００ｇに対して１
ｇ以上、必要となる。

一方、ポリビニールアルコールの含有量を２０ｇ以上と
すると強度は増加するが、ポリビニールアルコールの水
への溶解度が飽和すると水溶液の粘性が高まり、骨材に
水溶液を均一に混合することが難しくなると共に、成形
体の表面安定性が劣化する。また、ポリビニールアルコ
ールを適正に溶解した水溶液を多量に添加し、含有量と
して２０ｇ以上含有させる方法も考えられるが、この場
合は骨材に対する水溶液量が多くなるのでつき固め作業
時の模型への付着、表面の清浄度の低下が生じ、成形上
、好ましくない。

また、鋳型骨材の粒度を変えることにより乾燥時の強度
を変化させることができる。すなわち粒度の粗い骨材粒
子を用いた場合は、粒子の比表面積が減少するため、少
量のポリビニールアルコール含有量でも大きな強度を得
ることができる０例えば２００メツシユアンダのアルミ
ナ骨材５０重量部、１２０メツシュアルミナ骨材５０重
量部にポリビニールアルコールを３ｇ含有させた時の乾
燥曲げ強度は約２５ｋｇｆ／ｃｄであり、また２００メ
ツシユアンダのアルミナ骨材２５重量部、１２０メツシ
ュアルミナ骨材７５重量部にポリビニールアルコールを
２ｇ含有させた場合は鋳型乾燥時の曲げ強度は約３５ｋ
ｇｆ／ｃＪとなる。

ポリビニールアルコールを含有させた本発明鋳型の乾燥
時の強度を向上させる方法として乾燥温度を上げること
も活用できる。

第１図で示した結果はいずれも５５〜６０℃で乾燥した
場合であるが、乾燥温度を１００℃。

１６０℃とすると５５〜６０℃での強度の１．１〜１．
５倍上昇する。なお、２００℃に乾燥するとポリビニー
ルアルコールが燃えるため強度は低下する。従ってポリ
ビニールアルコールを粘結剤とする鋳型での乾′燥温度
は５０〜１８０℃の範囲が適正である。

上記鋳型に水を媒液としたスリップを鋳込んだ場合、薄
肉の鋳型ではスリップ中の水分のみで鋳型を崩壊させる
ことが出来るが、厚肉のもので崩壊に十分な水分量をス
リップから得ることができないものでは、（ｉ）ａｌ型
肉厚を薄くすることが好ましく、このため厚肉中子では
内部に空洞を設ける（ｉｉ）外部より鋳型に水分を添加
し鋳型の崩壊性を向上させる−　（正）、（ｉ）（ｉ）
を併用するなどの方法を採ると更に有効である。

すなねち、鋳型肉厚を出来るだけ薄くしておくこと、ま
た主型もしくは中子に適宜な空孔を１ケもしくは多数個
設けておき水分添加を容易ならしめること、などの施策
が鋳型の崩壊除去に有効である。

また、外部よりの水分添加の方法として、噴霧状にして
添加することも有効である。さらには高湿度のチャンバ
ーの中に鋳型＋グリーンボディを所定時間放置し鋳型に
吸湿させることも鋳型崩壊除去の一方法である。

本発明において、水溶性の有機粘結剤で骨材粒子を固め
て造型した鋳型に水を媒液としたスリップを鋳込み、鋳
型がスリップ中の水分を吸収してスリップが固化し、同
時に鋳型が崩壊容易になる現象は次の通りである。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、鋳型の骨
材粒子１は未乾燥の状態では水溶性の有機粘結剤２で被
覆されているが（（ａ）参照）、乾燥され硬化した鋳型
では水分は蒸発して内部に多数の微細な空孔３が形成さ
れ、このような鋳型にスリップを鋳込むとスリップ中の
媒液である水は毛管現象で空孔３内に浸入して水溶性粘
結剤２を溶解させるので、その粘結力を大幅に弱め、各
々の骨材粒子１を独立させる。（（ｃ）参照）。

この現象を確認するために第１図に示した本発明による
鰻型材料の乾燥強度測定と同様な試験片を作製し、これ
らを湿度７０〜８０％の雰囲気中に保管し水分を吸収さ
せた（実際のスリップキャスティングではスラリー中の
水分の吸収）後、曲げ強度を求めた。その結果を第３図
に示すが、吸水率（初期重量に対する吸水率の比率）が
１．５〜２．０％以上になると曲げ強度は初期強度の１
０％以下になる。これは吸水により骨材粒子が独立した
ことによる強度低下と考えることができる。

通常の石膏鋳型は、スリップ中の水分を吸収しても強度
低下することはないので、グリーンボデイの収縮、鋳型
の膨潤過程で発生するストレスレこよりグリーンボディ
に割れが発生しやすい。

しかるに本発明においては、鋳型は水分吸収に伴なって
軟化するのでグリーンボディの生成過程で発生する収縮
などの微少変形を、鋳型は全く阻害することがない。換
言すればグリーンボディは鋳型（主型や中子）から何ら
の外力を受けることがないので、グリーンボディには何
らのストレスも発生せず、したがって割れは発生しない
。

したがって成形品が複雑なために鋳型も複雑な場合や、
特に中子を用いる場合でも奥部まで各部が等しく、スリ
ップから崩壊除去に必要な水分を吸収するので鋳型各部
は均等に崩壊可能となる。

なお、鋳型肉厚が大きい場合などで、スリップ中の水分
量のみでは鋳型除去に不十分の場合は。

外部よりの水分添加が有効であることは前述した通りで
ある。

以上、述べたように、鋳型の軟化はスリップの同化と同
時に進行するので、複雑形状のセラミックス成形品の割
れの全くない状態で、極めて容易に成形できる。

また本発明は有機粘結剤を用いるので、無機の水溶性粘
結剤（たとえばに、Ｃｏ、）を用いた場合のように（ｉ
）水溶性鋳型と石膏鋳型を組合せて使用した場合に石膏
鋳型が浸食され、石膏鋳型の繰返し使用回数が極めて少
なくなること、（５ｉ）水溶性鋳型中の粘結剤がグリー
ンボディ中に拡散することにより成形品の品質劣化を起
し易くする可能性があること、（■）スリップと反応し
たり、スリップのＰＨに影響する、などの問題点を全く
有しない。

また別の従来法のように焼績前に（鋳型＋グリーンボデ
ィ）を温水中に浸漬する必要もなく、形状に全く制限な
くスリップキャスティング成形による焼結晶が得られる
。

〔発明の実施例〕

本発明の方法、鋳型を用いて第４図に示す形状のケーシ
ングをスリップキャスティングで作成することにした。

このケーシングはフランジ９．締結用溝１０、内部には
渦巻状の流路１１を有し極めて複雑な形状をしているの
で、従来の鋳型を用いるスリップキャスティング法では
成形不可能であった。アルミナ（２５０〜３２５メツシ
ユ）を骨材とし、２５％ポリビニールアルコール水溶液
を骨材１００ｇに対して３５ｍ１２添加混合したものを
鋳型材としたにれを別途用意した中子取り用木型に充填
し、渦巻状中子を作成し、６０℃で十分乾燥した。一方
、別途準備した石膏製の半割方式の主型と渦巻状中子を
組立てて、アルミナスリップ（平均粒径２．４　μのア
ルミナ１００重量部と水１５重量部を混合、攪拌しスリ
ップ化したもの）を鋳込んで２時間放置した。

スリップの固化を確認し、石膏製主型を取り外した。本
発明による水崩壊性の渦巻状中子はスリップ中の水分を
十分に吸収しているので、鋳型の粘結力は十分に低下し
ており簡単に崩壊除去できた。

〔発明の効果〕

以上説゛明したように、本発明によれば水溶性の有機粘
結剤を不溶性の骨材粒子、たとえばＡＱ、Ｏ，粉などに
混ぜて鋳型を造型し、媒液として水もしくは水を主体と
したセラミックス等のスリップを鋳込むので鋳型はスリ
ップから水分を吸収して軟化し崩壊容易となり、同時に
水分を吸収されたスリップは経時的に密度を上昇させ固
化し遂にはグリーンボディとなる。

したがって本発明によれば、セラミックス品の成形に際
し次の効果がもたらされる。

（ｉ）スリップの固化と共に鋳型が軟化するので形状複
雑な主型や中子を使う場合であってもグリーンボディに
は全く割れが発生しない。

（ｉｉ）スリップから水分を吸収して鋳型は軟化するの
で凹凸の大きいこみいった主型および中子を必要とする
複雑形状の成形品であっても容易に成形

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるポリビニールアルコールの含有
量と鋳型強度の関係図、第２図は本発明の基本現象の説
明図、第３図は本発明における鋳型の吸水時の強度変化
図、第４図は本発明適用の成形品の外観図。 １・・・鋳型骨材粒子、２・・・水溶性有機粘結剤、３
・・・空孔。 ￥Ｊ　１　　図 π・０リヒニーノムアルフーノｂ　＋ｚ＋　／アル６ｆ
　（２／　／ｙ７＞ｘふメ丁）１ρす（ゐ）　　　　　
　　　（白 百３図 σ刀（λく　−ヒ　　　　（狙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型内にスリップを鋳込み、スリップの固化後に鋳
   型を除去する成形法において、前記鋳型をポリビニール
   アルコールの水溶液を粘結剤として造型することを特徴
   とするスリップキャスティング用鋳型。 ２、ポリビニールアルコールを鋳型骨材１００ｇに対し
   て、１〜２０ｇ添加することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のスリップキャスティング用鋳型。