JPH01224138A - 溶媒損失の少ないインベストメント鋳造法用の鋳型または中子の製造方法 - 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】 本発明は鋳造技術に関し、特に詳しくはインベストメン
ト鋳造法によって製造した鋳型または中子を用いた金属
鋳造技術に関する。インベストメント鋳造は例えばエン
ジン、モーターの構成要素のような複雑な金属部品の鋳
造に広く用いられている。

金属は砂のような多孔質または粒状の材料から製造され
た、中子を含むこともある、鋳型に溶融金属を注入する
ことによって鋳造される。他の材料も例えばプラスター
または紙繊維のような公知の多孔質材料の型を用いた同
様な手段によって鋳造することができる。鋳造用の型や
中子を製造する一般的な方法の１つが「インベストメン
ト鋳造法」である。

インベストメント鋳造法では、パターンと呼ばれる、鋳
造すべき物体のモデルを例えばポリマーフオームのよう
な破壊可能な材料から成形する。

このパターンの周囲に型または中子を砂から形成する０
次にポリマーパターンをその圧痕を完全に有する鋳型ま
たは中子を残す方法によって破壊する。このような方法
はホートン（Ｈｏｒｔｏｎ）の「精密鋳造シェルからの
型取出し方法（Ｍｅｔｈｏｄ　ＯＦ　ＦｏｒｍＲｅｍｏ
ｖａｌ　　ｆｒｏｍ　　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　　Ｃａｓ
ｔｉｎｇ　　５ｈｅｌｌｓ）Ｊ　　ｌ米国特許第３．０
９４，７５１号（１９６３年、６月２５日）；モックス
ロウ（Ｍｏｘｌｏｗ）の「破壊可能なパターンを用イタ
金属鋳造（Ｍｅｔａｌ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｕｓｒｎｇ　
Ｄｅｓｔｒａ−ｃｔｉｂｌｅ　Ｐａｔｔｅｒｎ）　Ｊ　
、米国特許筒３．２２６．７８５号（１９６６年、１月
４日）；ボー（Ｐｏｅ）の「精密鋳造用の膨張可能な成
形型（Ｅｘｐａｎｄａｂｌｅ　Ｍｏ１ｄｉｎ（５ｈａｐ
ｅｆｏｒ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｃａｓｔｉｎｇ）　」
、米国特許筒３．２５４．３１９号（１９６６年、６月
７日）；ホートンの「インベストメント鋳型からパター
ンの除去方法（Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆＲｅｍｏｖｉｎｇ　
　Ｐａｔｔｅｒｎｓ　　ｆｒｏｍ　　Ｉｎｖｅｓｔｍｅ
ｎｔ　　Ｍｏ１ｄｓ）　　Ｊ　　１米国特許第３，３３
９，６２２号（１９６７年、９月５日）；バイエル（Ｂ
ａｙｅｒ）の「鋳造法（Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｃ
ｌ）　Ｊ　＋米国特許第３，４１０，９４２号（１９６
８年、５月２４日）；スネリング（Ｓｎｅｌｌ　ｉｎｇ
）の［金属鋳造用鋳型（Ｍｏｌｄ　ｆｏｒｔｈｅ　Ｃａ
ｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｍｏｔａｌｓ）　Ｊ　Ｉ　米国特許
筒３．５２６．２６６号（１９７０年、９月１日）；バ
ーケラト（Ｂｕｒｋｅｔｔ）等の「可溶性中子の製造方
法（Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ＭａｋｉｎｇＳｏｌｕｂ
ｌｅ　Ｃｏｒｅｓ）　Ｊ　ｌ米国特許第３，８５７，４
３５号（１９７４年、１２月３１日）；トルムバウエル
（Ｔｒｕｍｂａｕｅｒ）の「複合成形中子アセンブリに
よる鋳造法（ＣａｓｔｉｎｇＭｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ　
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　？１ｏｌｄｅｄ　Ｃｏｒｅ　Ａｓ
５ｅ輸ｂｌｙ）　」＋米国訂正特許第３１，４８８号（
１９８４年、１月１０日）；トルムバウエルの「複合成
形中子アセンブリによる鋳造法（Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｍｅ
ｔｈｏｄｓ　ｗｉｔｈ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｍｏ１ｄ
ｅｄＣｏｒｅ　Ａｓ５ｅｉｓｂｌｙ）　Ｊ　Ｉ　米国特
許筒４，４６２，４５３号（１９８４年、７月３１日）
に述べられている。

パターンは溶融、分解または溶融金属との接触のような
公知の方法によって破壊することができるが、好ましい
方法はパターンを溶解しうる溶剤をパターンに接触させ
ることである。上記のホートンの米国特許筒３，０９４
，７５１号、ポーの米国特許筒３．２５４，３７９号、
ホートンの米国特許筒３，３３９，６２２号、バイエル
の米国特許筒３．４１０，９４２　号、　　ｌ−ルムバ
ウエルの米国特許筒４．４６２，４５３号を参照のこと
。

鋳型または中子が溶剤と接触すると、若干の溶剤がその
中に入り、砂その他の鋳型または中子材料上に吸着され
る。鋳型または中子の中の溶剤の存在は幾つかの理由か
ら好ましくない、金属を鋳造する場合に、溶融金属から
の熱が溶剤にガスを形成させ、このガスは鋳型または中
子を破壊するかまたは鋳物中に気泡を生ずることがある
。溶融金属は、例えば塩素化脂肪族溶剤から塩酸を発生
させて溶剤と反応する。溶剤は鋳型または中子から環境
中へ漏出し、労働者と一般大衆に健康危険を与えるおそ
れがある。最後に、溶剤は高価であるので、各鋳型また
は中子毎に実質的な量が失われることはできない。

溶剤処理鋳型と中子は現在、加熱または減圧またはこれ
らの両方によって行われている。このようにして放出さ
れた溶剤は、混合物を炭素吸着床に通すことによって捕
捉空気と分離される。この系は多くの欠陥を有している
。使用済み炭素床しよ無限に再生することはできず、結
局は環境に問題のないやり方で廃棄しなければならない
、さらに、儒工し！’１，１．１−トリクロロエタンの
ような一般的な塩素化溶′ｌＩ４は床にあるときに反応
して、吸着装置を害する塩酸を形成することがある。さ
らに、炭素床の効率は１０％未満であるので、多量の溶
剤を炭素床に送る系は少量を吸着床に送る系よりも多量
の溶剤を環境に放出する。これらの問題の全ては炭素床
への溶剤流を減することによって最小になる。

必要なことは、内部に保留される溶剤量を最少にし、再
使用可能に保留される溶剤の実質的な部分の回収を可能
にするような鋳型または中子の製造方法である。

本発明の１態様では、次の段階； （ａ）溶剤に溶解しうる固体材料から成るパターンの周
囲に多孔質または粒状材料から鋳型または中子を形成す
る段階： （ｂ）鋳型または中子内の溶剤の保留量が実質的に減ず
るような温度に鋳型または中子を加熱する段階：及び （ｃ）鋳型または中子の温度が鋳型または中子内の溶剤
の保留量を実質的に減ずるほど高いときに、パターンを
溶解するために充分な条件下及び量で溶剤をパターンに
接触させる段階 から成る鋳型または中子の製造方法である。

本発明の他の態様は、次の段階： （ａ）溶剤に溶解しうる固体材料から成るパターンの周
囲に、多孔質または粒状材料から鋳型または中子を形成
する段階： （ｂ）鋳型または中子内の溶剤の保留量が実質的に減ず
るような温度に、鋳型または中子を加熱する段階； （ｃ）鋳型または中子の温度が鋳型または中子内の溶剤
の保留量を実質的に減ずるほど高いときに、パターンが
溶解するような量及び条件下で溶剤をパターンに接触さ
せる段階； （ｄ）鋳型または中子の内部または上部に残留する溶剤
を気化させるために充分な温度及び圧力のガス流を鋳型
または中子に接触させる段階；（ｅ）溶剤の少なくとも
一部が凝縮するような温度に溶剤負荷ガスを冷却する段
階＝ （ｆ）凝縮した溶剤を回収する段階；及び（ｇ）溶剤に
よってもはや飽和されない温度にガスを再熱して、段階
（ｄ）にリサイクルする段階から成る鋳型または中子の
製造方法である。

鋳型を余熱することによって、鋳型または中子内の溶剤
保留量を約６６％減することができる。残留溶剤をガス
によって除去し、これを次に冷却してから再熱し、リサ
イクルすることによって、鋳型または中子内に残留する
溶剤のさらに６６％が再使用可能な形で回収される。従
って、炭素吸着床に流れる溶剤量を約９０％減すること
ができる。

本発明の方法では、溶剤との接触によって溶解しうる固
体材料から成るパターンの周囲に鋳型または中子を形成
する。パターンは好ましくは可溶性ポリマーから構成し
、より好ましくはポリスチレン、ポリカーボネートまた
はＡＢＳのようなコポリマーから構成する。最も好まし
くは、パターンをポリスチレンから構成する。

パターンの周囲に形成する鋳型または中子は多孔質及び
／または粒状の材料から構成する。この材料は例えば砂
またはプラスターのような、鋳型または中子の形成に有
用であることが技術上周知の材料でありうる。鋳型また
は中子が金属の鋳造に用いる予定である場合には、鋳型
または中子を砂から構成するのが好ましい０粒状材料に
はパインタ゛−または活性剤をしばしば混合する。鋳型
または中子の形成に有用であることが技術上周知の他の
成分も、本発明の方法に用いることができる。

次にパターンを実質的に溶解するために充分な量の溶剤
をパターンに接触させる。適切な溶剤はパターンの形成
に用いる材料に依存する。パターン材料と溶剤はパター
ンが溶剤とのごく短時間（通常１０秒間〜５分間の範囲
内）の接触によって完全に溶解するように選択するのが
好ましい。溶剤は有機溶剤であることが特に好ましい、
この有機溶剤は例えばベンゼンまたはトルエンのような
芳香族、アセトンのようなアシル；または例えば塩化メ
チレン、四塩化炭素、ヘキサンまたは１，１゜１−トリ
クロロエタンのような脂肪族である。最も好ましい溶剤
はハロゲン化脂肪族、特にＬＬ、１−　トリクロロエタ
ンである。

パターンに例えば鋳型または中子の吹付けまたは浸せき
または他の方法によるような公知の方法によって溶剤を
接触させることができる。鋳型または中子とパターンを
、パターンが実質的に溶解するほどの充分に長い時間、
溶剤中に浸せきし、その後に充分な溶剤を吹付けて残留
パターンを洗い流すのが好ましい、パターンがポリスチ
レンから構成され、溶剤が１．１．１−トリクロロエタ
ンである場合には、浸せきを少なくとも５秒間実施する
のが好ましく、少なくとも１０秒間実施するのが特に好
ましい、鋳型または中子に１ガロン以上２ガロンまでの
溶剤を吹付けるのが好ましい、実質的な溶剤が液体状態
で残留するかぎり、溶剤自体を加熱してパターンの溶解
性を高めることができる。

パターンの製造、鋳型または中子の製造及びパターンの
溶解に好ましい方法と材料はホートンの米国特許筒３．
０９４，７５１号、ボーの米国特許筒３．２５４，３７
９号、ホートンの米国特許筒３，３３９，６２２号、バ
イエルの米国特許筒３．４１０．９４２号、トルムバウ
エルの米国特許筒４，４６２．４５３号の参考文献に述
べられている。トルムバウェルの米国特許筒４．４６２
，４５３号が最も適切である。

鋳型または中子内の溶剤の保留量を最少にするために、
溶剤と接触させる前に、鋳型または中子を溶剤の保留量
が実質的に減ずるような温度に加熱する。この温度は溶
剤の沸点より高いことが好ましく、溶剤の沸点よりも少
なくとも１０”Ｃ高いことが特に好ましい、また、この
温度は高くとも溶剤とパターン形成材料の分解温度より
低いことが好ましく、パターンの溶融温度よりも低いこ
とが特に好ましい、パターンが鋳型または中子内で熔融
する場合には、取出すことが困難であり、これが後に鋳
型を妨害することになる。パターンがポリスチレン製で
あり、溶剤がＬＬＬ）リクロロエタンである場合には、
鋳型または中子の温度は好ましくは少なくとも７４℃で
あり、より好ましくは少なくとも８０℃であり、また好
ましくは高くとも１２０℃であり、特に好ましくは高く
とも１００℃である。

ある。

加熱は例えば誘導加熱、導電加熱、輻射加熱方法のよう
な公知の乾式方法によって実施することができる。鋳型
または中子を単に再循環式空気炉内に望ましい温度に達
するために充分な時間入れることが好ましい０次に鋳型
または中子がまだ大体望ましい温度であるときに、パタ
ーンを溶剤と接触させなければならない。

鋳型と中子が保有する熱のために充分な温度を維持し、
溶剤との接触中に新たに加熱する必要のないことが好ま
しい、鋳型と中子の冷却と溶剤の保留を最少にするため
に、鋳型または中子をパターンの溶解に要する時間より
長く、溶剤と接触させないことが好ましい、　１，１．
１−　）リクロロエタンを用いてポリスチレン・パター
ンを除去するために鋳型または中子に浸せきまたは吹付
けを行う場合に、浸せきは好ましくは５分間以内、より
好ましくは１分間以内、最も好ましくは３０秒間以内実
施し、吹付けは好ましくは１０分間以内、より好ましく
は２分間以内実施する。

溶剤との溶融前に鋳型と中子を加熱することは、それだ
けで溶剤損失を６６％減することができる。

溶剤を使用する形で回収する系では、鋳型または中子を
乾燥させることによって、前記損失をさらに軽減するこ
とができる。好ましい系では、鋳型または中子を乾燥室
に入れ、ここで鋳型または中子及び溶剤に対してプロセ
ス系条件下で不活性である、例えば窒素、二酸化炭素ま
たは空気のようなガス流を鋳型または中子に接触させる
。好ましいガスは空気である。乾燥室から流出するガス
を冷却して、溶剤の少なくとも一部を凝縮させ、凝縮し
た溶剤を回収する０次にガスをもはや溶剤によって飽和
されないまでに再熱する。再熱したガスを乾燥室に戻す
。

上述の系のような系は周知であり、モリス（Ｍｏｒｉｓ
）の「溶剤回収系（Ｓｏｌｖｅｎｔ　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ
　５ｙｓｔｅａ＋）」＋米国特許筒４，４６９，７２０
号（１９８４年９月４日）に述べられている（モリスの
特許は本出願では必要としないが禁止もしていないスプ
レースクラバーの使用も述べている）、溶剤回収プロセ
スの各段階に対する最適温度は使用する溶剤とガスに依
存して変化する。これらの温度は実験によって容易に知
ることができる。圧力は減圧または過圧でありうるが、
はぼ周囲圧力であることが便利である。

溶剤が１．１．１−　）リクロロエタンであり、用いる
ガスが空気である場合に、乾燥室内の空気は好ましくは
少なくとも６０℃、より好ましくは７５℃１最も好まし
くは少なくともｌＯＯｏＣの温度を有する。

冷却器内の空気は好ましくは高くとも４０℃まで、より
好ましくは高くとも１０℃までに冷却する。空気は好ま
しくは少なくとも１フイ一ト／秒、より好ましくは少な
（とも２フイ一ト／秒の速度で流れる。最大の空気流速
度は実際上の考察によって限定されるが、４フイ一ト／
秒であることが好ましい、最も好ましい実施ｍ様では、
このような系は鋳型または中子に保留される溶剤の６６
％を回収することができる。予熱段階を併用する場合に
は、この方法は炭素吸着床に達する溶媒量を９０％減す
ることができる。

下記の実施例は説明のためのみに記載するものであり、
明細書または特許請求の範囲を限定するものと解釈すべ
きではない。

ポリスチレン・フオーム０１１２ボンドのパターンの周
囲に砂１７ポンド（８ｋｇ）　とバインダーから中子を
形成した。この中子を炉内で１６５°Ｆ（７４℃）に加
熱した。この直後に、中子をＬｌ、ｌ−トリクロロエタ
ン充てん脱脂剤の蒸気帯に入れた。中子を７４℃に加熱
した１、１．１−　）リクロロエタン中に１０秒間浸せ
きした０次に中子に１．１．１−　）ジクロロエタン２
ガロンを１０〜３０秒間吹付けて、鋳型の空隙から残留
ポリスチレンをすすぎ洗いした。中子を直ちに秤量して
、中子内に保留される溶剤の重量を測定した。このプロ
セスを１８５°Ｆ（８５℃）、　２２０’Ｆ（１０４℃
）、　２６５°Ｆ（１２９℃）においてくり返した。中
子に用いた砂の乾燥重量、プロセス後の保留溶剤と中子
の総重量、各中子内の溶剤保留量及び溶剤の保留重量／
砂の使用重砥を次の第１表に報告する。

１６５（７４）　　１７．０（７，７）　２０．７（９
，４）　　３．７（１，７）　　　、２２（０，１）１
８５（８５）　　１７．０（７，７）　１８．５（８，
４）　　！、５（０，７）　　　０．０９（０，０４）
２２０（１０５）　１７．Ｏｃ７．７）　１７．７５（
８，１）　０．７５（０，３４）　０．０４（０，０２
）２６５（１３０）　１７．０（７，７）　１７．１７
（７，８）　０．１７（０，０８）　０．０１（０，０
０５）■−Ｉ 澄月ｉ＋す１Ｆ止 ポリスチレン・パターンを含む８．６　ｋｇ（１９１ｂ
）重量の中子を８５℃（１８５°Ｆ）に加熱し、ポリス
チレンパターンが完全に溶解するまで、例１に述べたよ
うに、１，１．１−トリクロロエタンを吹付けた。中子
は０．３４ｋｇ　（’／、　ｌ　ｂ）の溶剤を含有した
。

中子を乾燥炉に入れ、最循環空気を９３℃（２００°Ｆ
）の温度で送風した。炉からの溶剤の漏出を防ぐために
、周囲圧力よりやや低い圧力Ｃへインチ水柱）に維持し
た。中子内に保留される溶剤の本質的に全てが蒸発する
まで、中子を炉内に留めた。７４℃（１６５°Ｆ）の温
度の炉からの空気を送風機から冷却器に通して、ここで
９．４℃（４９°Ｆ）の温度に冷却した。

凝縮した溶剤を８．５℃（４７°Ｆ）の温度の冷却器か
ら回収タンクに移した。冷却器から空気を蒸気加熱器に
移し、ここで空気を９３℃（２００’Ｆ）に加熱して、
乾燥炉に戻した。中子を流出空気流と共に炉から取出し
た。流出空気流は炭素吸着床に通した。

１時間に３００個の中子を炉に通した場合に、１時間に
溶剤１０３　ｋｇ（２２６ｉ）が中子から薫発し、溶剤
９８．９ｋｇ（２１８ｆｆｉ　ｂ）が回収タンクに回収
され、溶剤３．６　ｋｇ（８１ｂ）が炭素床に流出した
。これらの数値は炭素床に通した中子１個につき溶剤１
２ｇ（’へオンス）に相当した。

（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の段階： （ａ）溶剤に溶解しうる固体材料を含むパターンの周囲
   に多孔質または粒状材料の鋳型または中子を形成する段
   階； （ｂ）溶剤に接触させる前に、鋳型または中子内の溶剤
   の保留量が実質的に減ずるような温度に鋳型または中子
   を加熱する段階；及び （ｃ）鋳型または中子の温度が鋳型または中子内の溶剤
   の保留量を実質的に減ずるほど高い間に、パターンを溶
   解するために充分な条件下及び量で溶剤をパターンに接
   触させる段階 を含む鋳型または中子の製造方法。 ２、次の段階： （ａ）溶剤に溶解しうる固体材料を含むパターンの周囲
   に多孔質または粒状材料から鋳型または中子を形成する
   段階； （ｂ）溶剤に接触させる前に、溶剤の沸点より高く、溶
   剤または溶解性固体材料のほぼ分解温度以下の温度に鋳
   型または中子を加熱する段階；及び （ｃ）鋳型または中子の温度が鋳型または中子内の溶剤
   の保留量を減ずるほど高い間に、パターンを溶解するた
   めに充分な条件下で、充分な量の溶剤をパターンに接触
   させる段階を含む鋳型または中子の製造方法。 ３、次の段階： （ａ）溶剤に溶解しうる固体材料を含むパターンの周囲
   に多孔質または粒状の材料の鋳型または中子を形成する
   段階； （ｂ）溶剤と接触させる前に、鋳型または中子内の溶剤
   の保留量を実質的に減ずるような温度に、鋳型または中
   子を加熱する段階； （ｃ）鋳型または中子の温度が鋳型または中子内の溶剤
   の保留量を実質的に減ずるほど高い間に、パターンを溶
   解するような量及び条件下の溶剤をパターンと接触させ
   る段階； （ｄ）鋳型または中子の内部または表面に残留する溶剤
   を気化させるために充分な温度及び圧力のガス流を鋳型
   または中子に接触させる段階； （ｅ）溶剤負荷ガスを溶剤の少なくとも一部が凝縮する
   ような温度に冷却する段階； （ｆ）凝縮した溶剤を回収する段階；及び （ｇ）ガスを溶剤によってもはや飽和されないような温
   度に再熱して、段階（ｄ）にリサイクルする段階 を含む鋳型及び中子の製造方法。 ４、次の段階： （ａ）溶剤に溶解しうる固体材料を含むパターンの周囲
   に多孔質または粒状材料の鋳型または中子を形成する段
   階； （ｂ）溶剤と接触させる前に、溶剤の沸点以上でかつパ
   ターンと溶剤の分解温度より低い温度に鋳型または中子
   を加熱する段階； （ｃ）鋳型または中子の温度が鋳型または中子内の溶剤
   の保留量を実質的に減ずるほど高い間に、パターンを溶
   解するような量及び条件下の溶剤をパターンと接触させ
   る段階； （ｄ）鋳型の内部及び表面に残留する溶剤を気化させる
   ために充分な温度及び圧力のガス流を鋳型または中子と
   接触させる段階； （ｅ）溶剤負荷ガスを溶剤の少なくとも一部が凝縮する
   ような温度に冷却する段階； （ｆ）凝縮した溶剤を回収する段階；及び （ｇ）ガスを溶剤によってもはや飽和されないような温
   度に再熱して、段階（ｄ）にリサイクルする段階 を含む鋳型または中子の製造方法。 ５、溶剤が有機液体であり、溶剤の回収に用いるガスが
   空気である請求項１から請求項４までのいずれかに記載
   の方法。 ６、パターンをポリスチレンから形成する請求項１から
   請求項５までのいずれかに記載の方法。 ７、溶剤がハロゲン化アルカンである請求項１から請求
   項６までのいずれかに記載の方法。 ８、溶剤が１，１，１−トリクロロエタンであり、溶剤
   の回収に用いる空気を少なくとも６０℃に加熱してから
   、４０℃以下に冷却する請求項１から請求項７までのい
   ずれかに記載の方法。 ９、鋳型または中子を８０℃〜１００℃の範囲内の温度
   に加熱し、溶剤の回収に用いる空気を少なくとも７５℃
   に加熱してから１０℃以下に冷却する請求項１から請求
   項８までのいずれかに記載の方法。 １０、鋳型または中子を砂を含む粒状組成物から形成し
   、溶剤の回収に用いる空気を少なくとも１００℃に加熱
   する請求項１から請求項９までのいずれかに記載の方法
   。