JPH036881B2 - - Google Patents

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ツク粒、金属粒などの粒
子のスリツプ（泥しよう）を鋳込んで成形品を造
るスリツプキヤステイング成形方法及び成形用鋳
型に係り、特に複雑形状の成形品を造るに好適な
成形方法及び成形用鋳型に関する。

〔発明の背景〕

セラミツクスのスリツプキヤステイングに用い
る鋳型は、通常、割り型とし更に抜き勾配をつけ
ることによつて、スリツプ鋳込後の鋳型を固化後
のスリツプ成形体（以下「グリーンボデイ」と称
す）から分離する。そして、得られたグリーンボ
デイを焼結することにより完成セラミツクス品と
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ツプキヤステイングで成形す
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つた。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、グリーンボデイの脱
湿過程および鋳型、中子の取外し過程でグリーン
ボデイに割れが発生しやすい。

また、中子が、固化後のスリツプ成形体から引
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ツプ鋳込後の鋳
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イを乾燥するた
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イの収縮・変形により成形
品に割れが生じる。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
うに熱水崩壊性石膏鋳型にスリツプを流し込み、
スリツプが固化しグリーンボデイとなつたのち、
（グリーンボデイ＋鋳型）を約85℃以上の熱水に
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イが
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％）の粘結剤をスリツプ中に添加してお
り、これが焼結品の機械的性質に影響を与える。
また鋳型の奥部まで熱水で崩壊させるには長時間
を要する場合があり、条件によつては鋳型の除去
が極めて困難である。

すなわち、細長い中子（すなわち長さ／直径の
値が大きい中子）などを熱水崩壊性鋳型でつくり
周囲にスリツプを鋳込んだ場合、中子全表面積に
占める熱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、スリツプの固化直後に鋳
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ツプキ
ヤステイング成形方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もしくは有機溶剤を媒液と
したスリツプを鋳込み、スリツプの固化後に鋳型
を除去する成形方法において、前記鋳型を水溶性
の有機粘結剤で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（Al₂O₃）、
マグネシヤ（MgO）、ジルコンサンド、珪砂など
の耐火性粒子もしくは使用するスリツプの媒液に
不溶性の樹脂粒子などを用いる。

また水溶性の合成有機粘結剤としては、ポリビ
ニルアルコール（PVA）、水溶性のイソブタン−
無水マレイン酸共重合体、ポリアクリルアミド
（PAAm）、ポリエチレンオキサイド（PEO）、ポ
リビニルピロリドン（PVP）、水溶性の酢酸ビニ
ル共重合体、アクリル系共重合体、ポリエチレン
グリコール（PEG）、メチルセルロース（MC）、
カルボキシメチルセルロース（CMC）、ヒドロキ
シプロピルセルロース（HPC）、水溶性ワツクス
などのうち１つ若しくは２つ以上の有機物を水に
溶解した形で用いる。あるいは、デンプン、ニカ
ワ、アラビアゴムなどの天然水溶性粘結剤でも良
い。

骨機、粘結剤および水の混合割合は鋳型造型時
の作業性、鋳型乾燥強度、スリツプ中の溶媒（水
もしくは有機溶剤、たとえばエタノール、アセト
ン）の吸収性、水分吸収後の、鋳型の崩壊性など
によつてケースバイケースで決定される値であり
画一的にきまるものではない。

しかし、一応の目やすを云えば骨材粒子；100
重量部に対し、粘結剤；５〜10重量部、水分；20
〜30重量部である。

上記鋳型に水を媒液としたスリツプを鋳込んだ
場合、薄肉の鋳型ではスリツ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ツプから得ることができ
ないものでは、(i)鋳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、(iii)、(i)(ii)を併用するなどの方法を採る
と更に有効である。

すなわち、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ヤン
バーの中に（鋳型＋グリーンボデイ）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ツ
プを鋳込み、鋳型がスリツプ中の水分を吸収して
スリツプが固化し、同時に鋳型が崩壊容易になる
現象は次の通りである。

第１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ツプを鋳込
むとスリツ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）。

この現象をマクロ的にみると、鋳型はスリツプ
中の水を吸収するに従い、スリツプとの界面より
徐々に深部まで崩壊可能な状態に移行するが、他
方スリツプは媒液としての水を放出するに従い密
度が上昇するので固化の程度を強め、遂にはグリ
ーンボデイの生成に至る。

このグリーンボデイは、その後の脱水過程で、
少しづつ収縮する。反面、鋳型は水分を吸うので
僅かであるが膨潤傾向となる。

通常の石膏鋳型は、スリツ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に
よりグリーンボデイ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
伴なつて軟化するのでグリーンボデイの生成過程
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イは
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、グリーンボデイには何らのストレス
も発生せず、したがつて割れは全く発生しない。

したがつ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、スリツ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、スリツプ
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。

鋳型の造型は骨材粒子、水溶性粘結剤、および
水の混練物をつき固めて行なわれるが、鋳型材料
に流動性を付与すれば造型時間を短縮できる。

流動性を付与するには基本的には水分量を増や
せば良い訳である。しかし多量の水分は蒸発させ
るのに容易ではない。

そこで別法として、常温で水和物の形が安定な
水溶性粘結剤のアルコール溶液を作り、これに結
晶水として固定されるに必要な量もしくはそれよ
り若干少量の水を添加することにより鋳型に流動
性を付与すると良い。

以上、述べたように、鋳型の軟化はスリツプの
固化と同時に進行するので、複雑形状のセラミツ
クス成形品を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、無材の
水溶性粘結剤（たとえばK₂CO₃）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、(ii)水溶性鋳
型中の粘結剤がグリーンボデイ中に拡散すること
により成形品の品質劣化を起し易い、(iii)スリツプ
と反応したり、スリツプの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結前に（鋳型＋グリ
ーンボデイ）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ツプキヤステイング成形に
よる焼結品が得られる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例について述べる。

実施例 １ Al₂O₃（250〜325メツシユ）；100重量部、濃度
５％のポリビニルアルコール（PVA）の水溶
液；20重量部添加して均一に混合し鋳型材とす
る。

別途準備した木型により第２図に示す中子４を
上記鋳型材で造型し、また石膏製の主型５，６を
造型した。中子４は100℃で充分乾燥し硬化させ
た。また石膏製の主型５，６は60℃で充分乾燥し
た。その後、これらの主型および中子を組立て所
定の鋳型空洞を形成させた。

次に平均粒径2μｍのAl₂O₃；100重量部、水；
16重量部に微量の解こう剤、及びPH調整剤を加え
て均一に混合して作成したアルミナスリツプ８を
上記鋳型の空洞部７に鋳込んで１時間放置した。

スリツプ固化後、石膏主型５，６をとり外し
た。中子４はスリツプ中の水分を吸収しているた
め、粘結力は極端に低下しており容易に崩壊し
除々することができた。またグリーンボデイにも
割れの発生は全く認められなかつた。

実施例 ２ Al₂O₃（250〜325メツシユ）；100重量部、ポリ
アクリルアミド（PAAm）の５％水溶液20重量
部、を混練して鋳型材を調製し、実施例１に準じ
て、別途準備した木型を用いて造型し、その後
100℃で充分乾燥硬化させて中子を造り、別途造
型した石膏主型５，６と共に組立てた。これにサ
イアロン粉末；100重量部、水；40重量部、解こ
う剤、焼結助剤などを添加して均一に混合したサ
イアロンスリツプ８を鋳型空洞７に鋳込んで１時
間放置した。その結果、実施例１と同様に中子４
は容易に除去でき、グリーンボデイに割れの発生
は認められなかつた。

実施例 ３ 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ツプキヤステイングで作成す
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
るスリツプキヤステイング法では成形不可能であ
つた。

ジルコンサンド（250〜325粉末）；100重量部、
５％ポリビニルピロリドン（PVP）水溶液；15
重量部を均一に混合して鋳型材を調整し別途準備
した硬質Siゴム製の中子取りに充填し渦巻状中子
を作成し、その後100℃で充分乾燥し、別途造型
した石膏製の半割り方式の主型と共に鋳型を組立
てた。その後、実施例１と同様のアルミナスリツ
プを鋳込んで２時間放置した。

その後、石膏製の主型を取り外した。本発明に
よる水崩壊性の渦巻状中子は、スリツプ中の水分
を充分に吸収しているので、鋳型の粘結力は大幅
に低下しており簡単に崩壊除去できた。

このアルミナ質グリーンボデイを大気乾燥した
のち100℃で乾燥（遊離水分を完全に除去）した
のち常温より徐熱し1700℃×2H加熱することに
より割れのない機械的諸性質の良好なアルミナ焼
結品としてのケーシングが得られた。

実施例 ４ 第４図に示すネジ状ロータの成形に本発明を適
用した。

このような形状の場合、石膏鋳型による従来の
スリツプキヤステイング法では鋳型を極めて多数
個に分割する必要が生じ寸法精度の低下、バリの
多発脱鋳型時のグリーンボデイの破損などにより
成形は極めて困難であつた。そこで発泡ポリスチ
ロールにより、第４図と同一のネジ状模型を別
途、金型を用いて発泡成形した。この模型１２の
頂部１５を除く全表面に１液性のRTVシリコン
ゴムを約50μｍの厚さに塗布し硬化させ不溶性皮
覆膜１３を形成させた。

この模型の頂部を図示せざる定盤上に設置し、
その周囲に木枠を設備する。次にAl₂O₃粒子；
100重量部、５％の酢酸ビニルエマルジヨン水溶
液；40重量部を添加し均一に混合し鋳型材１４を
作成し、ロータ模型の周囲に充填した。次に模型
１２の頂部１５よりアセトンを噴霧状にして吹付
け発泡スチロール模型の体積を約1/30に収縮さ
せ、そのまま鋳型を100℃で乾燥硬化させたのち、
再度スチロール模型にアセトンを吹付け表面に塗
布したゴム皮膜と共に鋳型外に摘出除去し、その
後100Cで乾燥し硬化せしめた。

このようにして出来た鋳型空洞部１６に実施例
２と同様なサイアロンスリツプ１７を鋳込み鋳型
にスリツプ中の水分を吸収させ、固化させた。こ
の時、本発明による鋳型は水分の吸収により鋳型
の粘結力が激減したので崩壊性が極めて良くな
り、ロータのネジ状部を破損することなくグリー
ンボデイを得ることができた。

このサイアロン質グリーンボデイを大気中で
徐々に乾燥したのち100℃の炉中で乾燥し遊離水
分を完全に除去したのち常温より徐熱し1800℃×
2Hで常圧焼結し均質なサイアロン質のロータ焼
結品を得た。

〔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Al₂O₃
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ツクス等のスリツプを
鋳型むので鋳型はスリツ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
リツプは経時的に密度を上昇させ固化し遂にはグ
リーンボデイとなる。

したがつて本発明によれば、セラミツクス品の
成形に際し次の効果がもたらされる。

(i) スリツ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つてもグリ
ーンボデイには全く割れが発生しない。

(ii) スリツ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つた主型および中子を
必要とする複雑形状の成形品であつても容易に
成形できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは本発明の成形に用いる鋳型
の原理を示す説明図、第２図は本発明成形法の実
施例の説明図、第３図、第４図は本発明適用の成
形品の外観図、第５図〜第７図は本発明成形法の
説明図である。 １……鋳型骨材粒子、２……水溶性の有機粘結
剤、３……空孔、４……水崩壊性の中子、１４…
…水崩壊性の主型、５，６……石膏製の主型、
７，１６……鋳型空洞、８，１７……セラミツク
スリツプ、１３……不溶性被覆膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳型内にスリツプを鋳込み、スリツプの固化
   後に鋳型を除去するスリツプキヤステイング成形
   方法において、前記鋳型を有機質の水溶性粘結剤
   で造型し、該鋳型がスリツプ中の水分を吸収して
   該スリツプを固化させると共に、該鋳型は水分吸
   収に伴つて崩壊し易くさせることを特徴とするス
   リツプキヤステイング成形方法。 ２ スリツプが固化しグリーンボデイとなつた
   後、外部より鋳型に水分を添加することにより鋳
   型の崩壊性を助長することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のスリツプキヤステイング成形
   方法。 ３ 鋳型骨材と粘結剤で造型してなるスリツプキ
   ヤステイング成形用鋳型において、前記粘結剤は
   水溶性の有機粘結剤とすることを特徴とするスリ
   ツプキヤステイング成形用鋳型。 ４ 鋳型骨材が耐火性粒子であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載のスリツプキヤステ
   イング成形用鋳型。 ５ 有機粘結剤は、ポリビニールアルコール、イ
   ソブタン−無水マレイン酸共重合体、ポリアクリ
   ルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリビニル
   ピロリドン、酢酸ビニル共重量体、アクリリ系共
   重合体、ポリエチレングリコール、メチルセルロ
   ース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシ
   プロピルセルロース、水溶性ワツクスの内１また
   は２以上のものを水に溶解して用いることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載のスリツプキヤ
   ステイング成形用鋳型。 ６ 有機粘結剤は、デンプン、ニカワ、アラビア
   ゴムの内１または２以上のものを水に溶解して用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   のスリツプキヤステイング成形用鋳型。 ７ 有機粘結剤にアルコールを添加して鋳型に流
   動性を付与することを特徴とする特許請求の範囲
   第５項又は第６項記載のスリツプキヤステイング
   成形用鋳型。 ８ 更に崩壊性を助長させるための空洞を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のス
   リツプキヤステイング成形用鋳型。