JPH01210146A - 金属鋳物の製造に使用する模型を製造する方法 - 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〕 本発明はロスト・フオーム（１ｏｓｔ　ｆｏａｍ　）鋳
造法を用いる金属鋳物を製造する改良された方法に関す
る。

ロスト・フオームｎ造ｃフル・モー　／ｌ／　）’　（
ＦｕｌｌＭｏｌｄ）鋳造〕は、砂中に所望の鋳造部品の
プラスチック模型を置き、次にプラスチック模型上に溶
融した金属を注ぎそれを蒸発させることを含む。

溶融した金属は正確にプラスチック模型を再現して目的
とする鋳物を与える。ロスト・フオーム鋳造法をカバー
する多くの特許が発表されている。

この方法に用いられている主要な重合体であるポリスチ
レンは、重合体により残される炭素残存物のため鉄を鋳
造するとき表面の欠点を生ずることが知られている。低
炭素鋼を鋳造するときポリスチレンから形成する炭素は
金属に溶解し鋳造部品の性質を劣化させる。多くの特許
明細書が、金属を注いだ後に重合体により残される残存
物を最低にすることを目的とするロスト・フオーム鋳造
法における変法を記述している。多くのこれらの変法は
、模型上のコーティングの変化又は製造がなされる鋳型
枠の変化を含む。例えば、米国特許第４，４４８，２３
５及び４，４８２．０００号明細書は、鋳造における重
合体の蒸気の補足を避けるためにデザインされた′透過
性が変化する鋳造を記述している。

米国特許第３．５７２．４２１号明細書は、炭素の形成
な低下させるために重合体劣化生成物を逃すための多く
の通気孔を含む鋳型枠を記述している。同様に、米国特
許第３，８４２．８９９　：　３，８６１．４４７及び
４．６１２，９６８号明細書は、鋳型枠に真空を適用し
て重合体の残存物の除去を助けることを記述している。

ダウ・ケミカル拳カンパニーは、最近鋳造法においてポ
リスチレンを置換するのに有用なポリメチルメタクリレ
ートフオームビーズの開発を報告している。〔モル（Ｍ
ａｉｌ　）及びジョンソン（Ｊｏｂｎｓｏｎ　）　ｒエ
リミネート・ザ・ラストラウス・カーボン・デフエクト
・ウィズ・ニュー・モールダブル・フオーム（Ｅｌｉｍ
ｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　Ｌｕ５ｔｒｏｕｓＣａｒｂｏｎ　
Ｄｅｆｅｃｔ　Ｗｉｔｈ　Ｎｅｗ　Ｍｏ１ｄａｂｌｅ　
Ｆｏａｍ　）　Ｊエバボレイテイブ・フオーム・キャス
ティング・チク−ノロジー（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ　
Ｆｏａｍ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌ−ｏｇｙ　
）　ＩＩ会議、１９８６年１１月１２〜１３日、イリノ
イ州。ユ％７）（Ｒｏ８゜□ｏｎｔ））。この重合体は
鋳造部品上に残る残存物を減少させるが、それはそれと
ともに他の不利益を有する。重合体のより高いガラス転
移温度（１３０℃）は、模型を製造するときより長い成
型サイクルを生じさせる。それはフレオン発泡剤を用い
、それは型の腐蝕を生じさせることが示されている。そ
れは又鋳物を製造するとき多量の気体を急速に放出する
。気体の発生をコントロールすることが非常に難しくそ
してしばしば溶融金属を鋳型枠の外へ吹き戻す。

ポリスチレンの利点をもたらすが炭素の欠点を生じ表い
重合体に大きな要請がまだ存在する。米国特許第４．６
３３，９２９号明細書は、きれいに分解しポリアルキレ
ンカーボネート共重合体の合成は当業者にとり周知であ
る（米国特許第３，９００，４２４号明細書参照）。ポ
リアルキレンカーボネートが殆んど又は全く炭素の残存
物なしに熱分解を容易にうけることも又十分に立証され
ている〔フレヒト（Ｆｒｅｃｈｅｔ　）、「マクロモレ
キュルズ（Ｍａｃｒｏｍ−１ｅｃｕｌｅｓ　）　Ｊ　１
９　、１：３−１９　（１９８６）　：そして「ポリマ
ー（Ｐｏｌ）ｒｍｓｒ　）　Ｊ　、　Ｊ旦、　３１〜４
９　（１９８７）　）。

これらの事実は米国特許第４，６３３．９２９号明細書
によりロスト・フオーム鋳造に適用された。

米国特許第４，６３３，９２９号明細書は、発泡法用の
模型にポリエチレンカーボネート及びポリプロピレンカ
ーボネートを用いることを教示している。

しかしこれらの２１の材料のガラス転移温度はそれぞれ
１０℃及び４２℃でおり砂がロスト・フオーム法におい
て循環する温度は通常６５〜８０℃の間である。その上
、模型上のセラミックコーティングは６５〜８０℃で乾
燥される。これらの温度に当−てられるとき８０℃より
低いで９　の重合体は変形し勝ちであった。

発泡体模型を製造する周知の凍結乾燥発泡法ｔ４高い密
度、不均一のセル構造及び貧弱な表面品質を有するポリ
アル中レンカーボネートを生ずる。

複雑な模型をこのやり方を用いて製造することは困難で
ある。発泡体シートはこのやり方を用いて製造できるが
発泡体シートから模型を切断することは高価でありロス
ト・フオーム鋳造法を用いるメーカーには好まれかい。

使用に際しポリアル中レンカーボネートは、容易に膨張
し成型されて約０．０１４〜０．０２１９　／ｄ　（０
，９〜１．３　ｐｃｆ　）の密度を有する発泡体鋳型を
提供する小さい球形のビーズの形でなければならない。

従来の技術はポリカーボネート重合体からの発泡体の製
造を殆んど利用していない。米国特許第４．５８７，２
７２号明細書は化学的発泡剤を用いて芳香族ポリカーボ
ネートから製造された発泡体を示す。

しかしロスト−フオーム鋳造に好適な低密度ポリアル中
レンカーボネート発泡体模型を製造する従来の技術はな
い。

〔発明の概要〕

本発明者らはロスト・フオーム鋳造用に好適なポリアル
キレンカーボネート共重合体発泡体を製造する方法を開
発した。この方法により製造された予備膨張したビーズ
は従来の水蒸気成型装置で低密度鋳型又は模型（ｐａｔ
ｔｅｒｎ　）を製造するのに用いられる。

シクロペテンオキシド及び二酸化炭素、シクロヘキセン
オキシド及び二酸化炭素、シクロペンテンオキシド及び
二酸化炭素又はインブチレンオキシド及び二酸化炭素の
共重合体から製造した模型から製造した鉄鋳物は、光沢
のある炭素の欠点の徴候を何も示さなｈ０ポリアルキレ
ンカーボネートは模型のセラミックコーティングを通し
て拡散する高沸点カーボネート単量体にスムースにしか
もコントロール可能に分解し：従ってポリメチルメタク
リレートについて観察されるような急速且コントロール
不可能な気体の発生がない。

ポリアルキレンカーボネート共重合体はポリスチレンに
非常に近いガラス転移温度を有し従って成型のためのサ
イクル時間は非常に似ている。又ポリアルキレンカーボ
ネート共重合体は発泡剤としてペンタン及び他の炭化水
素を用いて膨張できる。型を腐蝕することが知られてお
りそしてそれＫともなう他のｆ！ｌ境上の問題を有する
７レオンは用いうるが必要とはされない。

本発明で有用な共重合体はシクロペンテンオキシト、シ
クロヘキセンオキシド、シクロへブテンオキシド又はイ
ンブチレンオキシド及び二酸化炭素から製造されたポリ
アルキレンカーボネートを含むｏ　Ｔ９が８９℃である
ポリシクロペンテンは、含浸したビーズが従来の装置で
大気圧の水蒸気により容易に膨張するので好ましい。

シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド及び
シクロヘプテンオキシドから製造されたポリアルキレン
カーボネート共重合体は下記の一般式 （式中ｎは３，４又は５でありＸは１００〜４５０の範
囲内であり好ましい範囲は３００〜３５０である）を有
する。

イソブチレンオキシドから製造されたポリアルキレンカ
ーボネート共重合体は下記の一般式（式中Ｘは前記同様
である） を有する。

ポリカーボネートの数平均分子量は１５．ＯＯＯ〜１０
０，０００の範囲内であり好ましい範囲は３０，０００
〜５０，０００である。重合体は８５〜１３０℃の範囲
内の単一のガラス転移温度を有するのに過ぎない。

重合体は、ツガら「ポリマー・Ｊ、Ｊ１６．４０？（１
９８１）又はイノウニ「マクロモレ・ケム。

（Ｍａｋｒｏｍｏｌ、Ｃｈｅｍ、　）、ラピッド＠：ｌ
ムニ。

（Ｒａｐｉｄ　Ｃｏｍｍｕｎ、　）　Ｊ　１　、７７５
　（１９８０）　（これらの両者はそれらの全体を本明
細書に引用される〕の何れかに記載された重合に従って
２５〜１１０℃で４０時間以内で亜鉛カルボキシレート
触媒を用いて二酸化炭素のゲージ圧約７〜４９気圧（１
００〜７００ｐｓｉｇ　）の下溶媒例えば塩化メチレン
又はヘキサン中シクロペンテンオ中シト、シクロヘキセ
ンオキシド、シクロヘプテンオキシド又はイソプチレン
オ中シトの混合物を反応することにより製造する。

従ってツガらは二酸化けい素、酸化マグネシウム及び酸
化アルミニウムのような材料に支持された亜鉛カルボキ
シレート触媒を用いて４０時間６０℃に加熱することｋ
よるプロピレンオ中シト及び二酸化炭素の共重合を教示
している。イノウニは酸化亜鉛と芳香族ジカルボン酸と
を反応して得る触媒を用りて４０時間３℃で二酸化炭素
中でプロピレンオ牛シトを重合した。他の触媒例えば亜
鉛シアル牟ル及びアルミニウムポルフィリンも又本発明
に有用である。

共重合体は不溶性の触媒残存物を炉去しそして非溶媒例
えばメタノールの添加により溶媒から重合体を沈でんす
ることにより単離する。重合体は次ＩＣ７０℃で真空オ
ープン中で乾燥する。

良好な表面仕上げを有する低密度の強い均−表鋳型の製
造は１００〜１０００ミクロン好ましくは２００〜５０
０ミクロンのビーズ直径を有する重合体の小さな球形の
ビーズを必要とする。ビーズは一度形成されれば米国特
許用２．９８３．６９２号明細書に記載されたようなポ
リスチレンに用いられるのに似た方法により発泡剤によ
り含浸される。ビーズは微細々燐酸カルシウム及びアニ
オン界面活性剤を含む水性懸濁物中に懸濁される。任意
の多数の低沸点発泡剤例えばブタン、ｎ−ペンタン、イ
ソペンタン、ヘキサン、二ｍ　化炭Ｘ　、フレオン１１
、フレオン１１３．フレオン１１４、フレオンｎ又はこ
れらの混合物を次に加えそして懸濁物をシールしそして
２〜６時間９５〜１３５℃に加熱する。含浸後ビーズを
酸で洗い風乾して水を除く。発泡剤の混入は、乾燥ビー
ズのサンプルを２時間１３０℃とする前及び後に秤量す
るととｋより決定する。これらの条件下の重量損失は発
泡剤のレベルに相当する。概して５〜１５重量％の発泡
剤がビーズ中に混入される。

含浸したビーズを次に大気の水蒸気（ａｔｍｏｓｐ−ｈ
ｅｒｉｅ　ｓｔｅａｍ　）に当てるととＫより約０．０
１６〜０．０６４．９　／ｍ　（約１〜４ボンド／立方
フイート（ｐｃｆ　）　）に予備膨張する。米国特許用
３５７７．３６０号明細書により記載されたように最低
の密度のビーズが真空膨張を用いて得られる。これらの
技術を用いて約０．０１３〜０．０１９　Ｎ　／ｍ　（
０，８〜１．２ｐｃｆ　）のビーズが得られる。代表的
な膨張／冷却サイクルは３分を要する。予備膨張後ビー
ズを二一ジッグして発泡体の七ル内で気体の圧力を平衡
させる。

膨張し且エージングしたビーズを米国特許用２．７８７
，８０９号明細書に記載されたのと同様な技術を用いて
所望の模型に成型する。型の凹所に予備膨張し且エージ
ングしたビーズを装入する。水蒸気を次に型に注入して
粒子をして空所に充填しそして融合して単一の模型を形
成する。模型を歪ませることなく除去するまで、型を次
に冷却する。

成型された模型を加熱溶融接着剤を用いてランナー及び
ダウン・スプルーに接着して溶融した金属を鋳型枠の頂
部から模型に移動させる。模型及びランナーを次に耐火
物例えば水性シリカ懸濁物によりコーティングしそして
乾燥させる。コーティングした模型を次に鋳造枠中のゆ
るい砂の床上に置きそしてゆるい結合しない砂により覆
い金属注入のためＫか←七さらされたダウン・スプルー
の頂部のみを残す。砂を次に鋳型枠の振動により模型の
回りにぎっしり詰める。

１４２７℃の溶融したねずみ鋳鉄を次にダウン・スプル
ー上に注ぐ。溶融金属はフラスコに流れ込み重合体を蒸
発させ鋳造部品を形成する。フラスコを約１０分間冷却
した後砂及び鋳物を鋳型枠から放出する。鋳物は、炭素
の沈着物の徴候のない滑らかな表面を有する重合体模型
の正確表複製である。

〔実施例〕

下記の実施例は説明することを意味するが本発明を制限
しない。

実施例１ ５００　ＣＣ容のオートクレーブに６０９のシクロヘキ
センオキシド及び二酸化炭素を装入し混合物を有機溶媒
中でツガの方法により重合した。重合体をメタノールに
より沈でんした。重合体を次に７０℃で１晩真空オープ
ン中で乾燥した。

ゲル浸透クロｉトグラフイＣＧＰＣ）は生成物が３５．
０００の数平均分子量を有しそして２１０，０００の重
量平均分子量を有することを示した。核磁気共鳴（ＮＭ
Ｒ）分光法は構造がエポキシド及び二酸化炭素の交替単
位を含むポリカーボネートであることを証明した。２チ
より少いエーテル結合が存在した。重合体は１２５℃の
単一のガラス転移温度及び２８０℃の分解の単一開始点
を有した。単一の分解温度は重合体は真の共重合体であ
ることを証明する。

乾燥した重合体をワイリー（ＷｌｌｅＦ　）ミルにより
砕いて２００〜５００ミクロンの大きさの範囲を有する
細い顆粒状のビーズを形成した。これらのビーズを次に
１００ｇの重合体ビーズ及び８．０９のｎ−ペンタンと
ともに１０００Ｈの蒸留水、２．Ｏｇの燐酸三カルシウ
ム、２．０９のナトリウムドデシルベンゼンスルホネー
トの１チ水溶液及び１，５，９１７）ホリオキシエチレ
ン（２０）−ソルビタンモノラウレートの１０１水溶液
を約２４０　ＣＣ（８オンス）容シトレートびんに入れ
ることによりｎ−べｙタンにより含浸した。びんにＺふ
たをし５時間１２５℃で攪拌しつつ油浴中で加熱した。

びんを次に冷却し開は重合体を水性層から分離した。ビ
ーズを次に１００　（ｎの０．１　Ｎ　ＨＣＪにより洗
って残存の燐酸塩を除いた。２ｇのサンプルを３時間風
乾し秤量しそして１３０℃で２時間加熱して発泡剤を追
い出した。

加熱後の最終の重量は１，８６．９であり含浸したビー
ズ中に７重量％のｎ−ペンタンの存在を示した。

含浸したビーズを次にそれらを大気の水蒸気に当てるこ
とにより予備膨張した。それらを次に１晩風乾した。得
られた最後の密度は約０．０２９．９　／ａｉｒ　（１
，８ｐｅｆ　）であった。膨張を真空下１０５℃で５分
間行々い次いで真空冷却する。最終の得られた密度は約
０．０１６９　／　ｃａ＋　（１，０ｐｃｆ　）であっ
た＠約０．０１６９／　ｄ　（１，Ｏｐｃｆ　）のビー
ズを次に約２．５　Ｘ　１０　Ｘ　２０Ｇ（１＠Ｘ４”
Ｘ８”）のプラク型に注入し２分間水蒸気により１００
℃に加熱した。２分間冷却後鋳型を型から取り出して良
好な機械的強度を有する平滑な表面の弾性のある鋳型を
得た。

Ｉ型を次ｗチーム（Ｔｌｆｆｎ）コーポレーションから
のスチロφボンド（５ｔ７ｒｏ　Ｂｏｎｄ　）　５２．
３ホツト・メルト接着剤によりランナー系及びスプルー
に接着した。ランナー及びスプルー系も又共重合体を用
いて製造した。同一のポリスチレン模型も又分離したラ
ンナーにより同じスプルーに接着した。

模型を次にスチロコー）　（５ｔｙｒｏ　Ｋｏｔｅ　）
耐火物コーチインク（テイーム・コーポレーションから
のシリカに基づく水性コーティング）によりコーティン
グしそして１晩乾燥した。組み立てられた模型を次にゆ
るい砂により鋳型枠に充填しそして砂をゼネラル・中ネ
マツテイクス・コンパクション・テーブル（Ｇｅｎｅｒ
ａｌ　Ｋｌｎｅｍａｔｉｃｓ　ＣｏｍｐａｃｔｉｏｎＴ
ａｂｌｅ　）を用いてきつしり詰めた。溶融したねずみ
鋳鉄（１４２７℃）を次にスプルーに注いで模型を充填
し重合体を蒸発させた。１０分間冷却後鋳物を鋳型枠か
ら取り出した。ポリスチレン模型を用いて製造された鋳
物はその表面に明らかな点食及び光沢のある炭素を示し
た。対照的にポリカーボネート共重合体を用いて製造さ
れる模型は平滑且欠点のない表面を有した。

実施例■ ５００　ｃｃ容のオートクレーブに６０１／のシクロベ
ンテンオ中シト及び二酸化炭素を装入し混合物をツガ（
Ｓｏｇａ　）の方法により重合した。重合体をメタノー
ルにより沈でんさせた。重合体を次に７０℃で１晩真空
オープン中で乾燥した。

ＧＰＣは生成物が４０，０００の数平均分子層及び２４
０，０００の重量平均分子量を有することを示した。

ＮＭＲは構造がエポキシド及び二酸化炭素の交替単位を
含むポリカーボネートであることを立証した。

２％より少いエーテル結合が存在した。重合体は（イ）
℃の単一のガラス転移温度及び２６０℃の分解の単一の
開始点を有した。

先ず乾燥した重合体を急速に攪拌しつつ１１５℃でプロ
ピレングリコール・ｔ　−フチルエーテル中に溶解する
ことによりビーズを製造した。溶液を（資）℃に徐々に
冷却しそのとき分割した粒子が溶液から沈でんした。重
合体の回収は９０チであり８５％は２００〜６００ミク
ロンの所望の大きさの範囲内にあった。これらのビーズ
を次に含浸し膨脹しそして実施例１に記載したように成
型した。これらの型から製造した鋳物は実施例１に記載
したのと同じ利点を示した。

実施例■ ５００工容のオートクレーブに２００ｇのシクロペンテ
ンオキシド、７９の（５、１０、１５、２０−テトラフ
ェニルボルフイリナート）アルミニウムクロリド、４９
のテトラエチルアンモニウムプロミド及び２００　ｃｒ
、の塩化メチレンを装入した。

オートクレーブを次にシールしそしてゲージ圧約３５　
ｋｇ　／　ｅｙｌｌ　（５００ｐｓｉｇ　）の二酸化炭
素により加圧した。リアクターを次にｈ時間５０’Ｃに
加熱した。反応完了時重合体をメタノールにより沈でん
し触媒を溶液中に残した。重合体を次に７０℃で１晩真
空オーブン中で乾燥した。

ＧＰＣは生成物が２０，０００の数平均分子量及び１０
０．０００の重量平均分子量を有することを示した。

ｍは構造がエポキシド及び二酸化炭素の交替単位を含む
ポリカーボネートであることを立証した。

２チより少いエーテル結合が存在した。重合体は９０’
ＣのＴｇ及び２６０°Ｃの分解の単一の開始点を有した
。

約０．５　ｗ　（０，０２”）のダイを通して水中に押
出し次にチョッピングして８５チの重合体が３００〜５
００ミクロンの大きさの範囲にあるものを得ることによ
りビーズが乾燥した重合体から製造された。これらのビ
ーズを次に実施例ＩＶｃ記載したように含浸し、膨脹し
そして成型した。これらの型から製造された鋳物は実施
例Ｉに記載されたのと同じ利点を示した。

代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 他１名 ２、発明の名称 氏名（名称）フルロ・ケξがＶ・テア１０長−”Ｉ”−
ｊ’ｕ−５，／−１１４、代　理　人 居　所　東京都中央区日本橋兜町１２番１号大洋ビルＭ
ｌ　ｐｉ−６＠　の日付昭和　　年　　月　　日（発送
）５・　拒絶理由通知

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中ｎは３、４又は５でありｘは１００〜４５０の範
   囲内であり数平均分子量は１５，０００〜１００，００
   ０の範囲内にありそして該重合体は８５〜１３０℃の範
   囲内の単一のガラス転移温度を有する） 又は一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中ｘ、分子量及びガラス転移温度は前記同様である
   ） の共重合体ポリカーボネートを選択し、 （ｂ）該共重合体を直径１００〜１０００ミクロンの間
   のビーズの大きさを有する粒子に形成し、 （ｃ）好適な懸濁剤系を用いて水中に該粒子を懸濁し、 （ｄ）好適な発泡剤を懸濁物に加えそして加熱して粒子
   を含浸し、 （ｅ）含浸したビーズを水性懸濁物から分離し、ヒード
   を洗滌且乾燥し、 （ｆ）大気の水蒸気にビーズを当てることによりビーズ
   を予備膨脹させて約０．０１６〜約０．０６４ｇ／ｃｍ
   ＾２（約１〜約４ボンド／立方フィート）の密度を得、
   （ｇ）ビーズをエージングしそして （ｈ）約０．０４８ｇ／ｃｍ＾２（約３．０Ｐｃｆ）以
   下の密度を有する所望の模型にビーズを成型する ことよりなる表面に残存の炭素を有しない金属鋳物を製
   造するのに用いられる模型を製造する方法。
2. （２）共重合体ポリカーボネートがシクロペンテンオキ
   シドと二酸化炭素との共重合体である請求項１記載の方
   法。
3. （３）共重合体ポリカーボネートがシクロヘキセンオキ
   シドと二酸化炭素との共重合体である請求項１記載の方
   法。
4. （４）共重合体ポリカーボネートがシクロヘプタンオキ
   シドと二酸化炭素との共重合体である請求項１記載の方
   法。
5. （５）共重合体ポリカーボネートがイソブチレンオキシ
   ドと二酸化炭素との共重合体である請求項１記載の方法
   。
6. （６）前記の好適な懸濁剤系が微細の燐酸カルシウム及
   びアニオン界面活性剤である請求項１記載の方法。
7. （７）前記の好適な発泡剤がブタン、ｎ−ペンタン、イ
   ソペンタン、ヘキサン、二酸化炭素及び弗素化炭化水素
   及びこれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項１記
   載の方法。