JPH0399746A - 精密吸引鋳型 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は崩壊性のある精密吸引鋳型に関するものである
。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

液状またはスラリー状物質を三次元形状に加工する場合
に鋳型は不可欠である。この場合の鋳型の特性としては
、■良好な表面精度を有し、微細な模様を忠実に転写で
き、また複雑形状や薄肉形状に対応することができるこ
と、■成形品の表面や内部にピンホールや巣を生じさせ
ないこと、■型製作が簡単で安価に得られること、■使
用後は崩壊できることが望まれる。

しかし従来では、このような条件を満たすものがなかっ
た。すなわち、金属鋳造用の鋳型として生型があるが、
山砂、半合成砂、あるいは合成砂に石炭粉やベンナイト
、穀粉等を水と混練し、鋳わくの中に充填してつき固め
造型しただけであるため、■の条件は満足できるが、■
〜■の条件を満たすことができず、精密な鋳造は行えな
かった。

精密鋳造用の鋳型としては、ダイカスト金型があるが、
■の条件を満足することは１−１１能であるものの、■
〜■の条件を満たすことはできず、ことに通気性がない
ため鋳巣を発生させやすい点が問題となっている。

本発明は前記のような問題点を解消するために創案され
たもので、その目的とするところは、良好な表面精度を
有し、微細な模様を忠実に転写でき、また複雑形状や薄
肉形状に対応することができるうえに良好な通気性を備
え、キャビティ内や材料中の空気やガスの除去を確実に
行え、しかも型製作が簡単で低コストで製造でき、その
うえ崩壊性のよい精密吸引鋳型を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、鉄系粉と、好ましく
はこれよりも粒径が小さいセラミック粉と、硬化過程で
蒸発する成分を含むバインダを重量配合比で（１〜９）
：（１〜９　）：（１〜３）で混合３ したスラリー状資料、あるいはこれにさらに補強用繊維
を添加混合したスラリー状資料を作り、これを所望の型
形状となるように流し込み成形し、その固化成形体を乾
燥又は／及び一次焼成した複合成形体からなり、該複合
成形体が全体として気孔率１０〜５０％の多孔質構造と
なっている構成としたものである。

本発明による鋳型は、たとえば次のような用途に好適で
ある。

■溶解金属、溶融ガラス、溶融プラスチックで代表され
る液状材料あるいはスラリー状材料（スリップ）を加圧
無しで注入し、外部から吸引力を作用させて成型する減
圧鋳型（無加圧吸引成形型） ■上記液状材料やスラリー状材料をキャビティに加圧な
いし射出注入し、外部から吸引力を作用させて成型する
鋳型（加圧吸引成形型）この中にはセラミック類の脱気
、脱水も含む。

〔実　施　例〕

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明による精密吸引鋳型の実施例を示すもの
で、鉄系粉とセラミック粉を骨材とする複合成形体１か
らなっており、凹状又は凸状の型面１０を有し、その型
面１０にはしぼなどの微細模様１００が形成されている
。

第２図においては、鋳型は上型用の複合成形体１ａと下
型用の複合成形体】ｂとからなっており、そｈらの型面
１０．１０によりキャビティ１１゜１１が形成され、中
央の注入路１２から材料が注入されるようになっており
、片方の複合成形体１ｂには突出しピン用の穴１３が形
成されている。

また、必要に応じ、型の冷却又は保温のための媒体導管
ないしヒータ１４が埋没されてもよい。

第３図は本発明の別の実施例を示すもので、この実施例
では鋳型は鉄系粉とセラミック粉及び補強繊維２を骨材
とする複合成形体１からなっている。

前記複合成形体１．ｌａ、ｌｂは、第４図に模式的に示
すように、鉄系粉粒子３ａとこれよりも粒度の小さいセ
ラミック粒子３ｂをさらに微細なバインダ粒子３ｃによ
る粒子間吸引力で接合した組織からなっており、セラミ
ック粒子３ｂが鉄系粉粒子４の隙間を埋めるように分散
されることで緻密な表面性状を創成している。しかも、
バインダ中の蒸発成分が成形体層中から外部へ蒸発する
ことによる３〜２０μｍの微細な気孔が形成され、全体
が気孔率１０〜５０％の多孔質通気構造となっており、
圧縮強度は約１０〜１００ｋｇ／■２である。

上記のような本発明による鋳型は、鉄系粉とセラミック
粉と硬化過程で蒸発する成分を含むバインダを所要の配
合比で混合し、あるいはさらに補強繊維を添加混合して
スラリー状資料を作る工程と、このスラリー状資料を流
し込み成形する工程と、固化した成形体を乾燥する行程
または乾燥に代えて一次焼成する工程、あるいは乾燥後
さらに１次焼成する工程で作られたものである。

詳述すると、「鉄系粉」としては、鋳鉄粉、電解粉、純
鉄粉などの鉄粉が用いられ、場合によっては銅粉、ステ
ンレス粉なども用いることができる。

「セラミック粉」は鉄系粉と接合しゃすいものであれば
任意であり、たとえばムライ［・、焼成アルミナ、活性
アルミナ、電融アルミナ、クロマイ１へ、シリマナイト
等の中性系のもの、あるいは溶融シリカ等で代表される
酸性系のものが一般に使用されるが、塩基性のものでも
よい。「補強繊維」は亀裂やセラミック粉の脱落を防止
し、強度の向上と寸法安定性を図るために用いられる。

この補強繊維はステンレス、快削鋼などで代表される鋼
繊維でもよいし、ガラス繊維、アルミナなどのセラミッ
ク系繊維、カーボン繊維なども用いることができる。

前記鉄系粉の粒径は最大寸法で５００μｍ、好ましくは
４０〜１００μｍ、セラミック粉の粒径は鉄系粉よりも
粒径が小さく、最大寸法で３００μｍ、好ましくは３５
〜４０μｎ１である。最大寸法を上記のように規定した
のは、強度が不十分となりやすい７貨と、過剰な多孔質
となって表面精度を低下させるからである。補強繊維は
型の大きさにもよるが、一般に長さ０．０５〜３０ｎｗ
ｎ、太さ１０〜４００μｍの範囲内で適宜選定すればよ
い。

次に、硬化過程で蒸発する成分を含むバインダを使用す
るのは、鉄系粒子とセラミック粒子を接合し、かつ微細
な気孔を付与するためである。すなわち、従来の鋳造用
の生型は粒径の粗い砂を点接触的に接合することで通気
用隙間を得ていた。

本発明はこれと発想を異にし、型成形用粒子として細か
い粒径のものを用い、通気用隙間の形成をバインダ中の
蒸発成分の外部への抜けにより実現し、これにより緻密
な型面に無数のかつ微細な通気隙間を創成させるもので
ある。前記蒸発成分を含むバインダは、具体的にはシリ
カゾル（シリカのコロイド溶液を安定にしたもの）、特
にエチルシリケートを基材とするアルコール系溶剤性シ
リカゾルが好適である。

前記鉄系粉とセラミック粉及びバインダの配合比は、重
量比で（１〜９）：（１〜９）：（１〜３）とするのが
好ましく、この範囲内で強度、通気性、熱伝導性、表面
性状などの要求特性に応じて適宜一 選定すればよい。下限を１：、１：１に規定したのは、
鋳型として使用可能な最低限の強度を得るのに必要だか
らである。鉄系粉とセラミック粉との配合比について言
えば、それらは前記粒径とあいまって型面の表面粗さと
崩壊性に影響を及ぼす。

表面粗さと崩壊性を同時に良くするには、鉄系粉とセラ
ミック粉の重量配合比を４二６〜１：９にすることが推
奨される。通気性を調整するには、骨材のバインダに対
する配合比を減少させればよく、それらの配合比が固定
であれば、鉄系粉とセラミック粉の配合比を鉄系粉の量
を少なくするようにすればよい。

なお、補強繊維を用いる場合、その添加量は１〜１０ｖ
ｏ１％とすべきである。１ｖｏ１％未満では強度や寸法
安定性の向上を期待できない。しかし１０νＯ１％を越
える添加はファイバーボールを生じさせやすくなり、成
形性を低下させるため好ましくない。

次いで、前記スラリー状材料を所望型形状に流し込み成
形する。第５図（、）はこの段階を示しており、マスタ
ーモデル６を配置した鋳枠７にスラリー状材料５を流し
込み固化させる。この流し込み成形に際し、適宜硬化剤
を加えたり、振動を加えたり、スクイズする。また、こ
の工程で必要に応じてピンやパイプ類を装入しておけば
、第２図のような構造が容易に得られる。

次いで、固化した成形素体１′を離型した後、乾燥又は
／及び１次焼成を行う。これは本発明の場合、単に亀裂
や歪みの発生を抑制するだけでなく、バインダ中に含ま
れるアルコール分などの蒸発成分を蒸発させて微細達成
気孔を形成するためである。

乾燥はたとえば１〜４８時間の自然乾燥でもよいし、第
５図（ｂ）のように真空乾燥器８を用いて、たとえば１
０．０℃程度の温度で真空乾燥してもよい。１次焼成は
、乾燥した成形素体の表面をトーチランプなどであぶり
、あるいは電熱で短時間加熱することで蒸発成分を着火
燃焼させるものである。１次焼成は型表面に硬化層を形
成するようなものではなく、温度は高くても４５０°Ｃ
であり、時間は型の大きさにもよるが、１０〜４０分程
度である。

以上の工程で第１図ないし第３図の複合成形体１、ｌａ
、ｌｂが得られるので、あとは第５図（Ｃ）のように型
面１０とパーティングラインを除く外面に膜あるいはカ
バーないしボックスなどからなる目どめ手段９を施し、
適所に吸引部９０を設ける。これで吸引鋳型として、使
用に供することができる。

第６図と第７図は本発明による鋳型の使用例を示してい
る。第６図は液状ないしスラリー状月料Ｗを重力で注入
し、キャビティ内に吸引力を作用させて鋳造する方式の
例である。鋳型は複合成形体１ａ、ｌｂからなる固定型
ＩＡと可動型ＩＢが用いられ、それらは外面に目どめ手
段９，９が施され、吸引部９０．９０がホースを介して
真空ポンプ等の減圧装置９１に接続されている。型面１
０．１０には予め塗型剤や離型剤が施され、注入手段１
５から液状ないしスラリー状材料Ｗがキャビティ１１に
注入され、それと併行して減圧装置１ ９１が運転されるより固定型ＩＡと可動型ＩＢに負圧が
掛けられ、キャビティ１１内が減圧されて鋳造される。

第７図は液状ないしスラリー状材料Ｗを低加圧吸引鋳造
する方式の例である。この場合も鋳型として複合成形体
１ａ、ｌｂからなる固定型ＩＡと可動型１Ｂが用いられ
、外面に目どめ手段９，９が施され、所要個所の吸引部
９０．９０がホースを介して真空ポンプ等の減圧装置９
１に接続されている。可動型ＩＢは型開閉装置１６に連
結されており、液状ないしスラリー状材料Ｗは容器に入
れられ、」二部の密閉蓋１８に設けた導気孔１８０から
導入された気体圧力により導管１９を」二部してキャビ
ティ１１に加圧注入され、それと併行して減圧装置９１
が運転されるより固定型ＩＡと可動型ＩＢに負圧が掛け
られ、キャビティ１１内が減圧されて鋳造される。

上記は一例であり、片側の型だけを本発明による複合成
形体としてもよく、両方の型が複合成形体の場合も吸引
を片方の型だけ行ってもよい。

２− このような鋳造時において、本発明の鋳型は、鉄系粉と
セラミック粉を骨材としこれにコロイド状のバインダを
加えたスラリー状資料を流し込み固化したのち乾燥また
はさらに一次焼成した複合成形体からなっており、強度
メンバーとしての鉄系粉の分散とバインダによる結合作
用で、型強度は慣用の生型よりも高いものとなる。また
、耐熱性もよく、したがって、急熱、急冷の繰返しによ
っても、亀裂、コーナ一部の欠け、ボロツキ等の欠陥の
発生が抑制される。ことに補強繊維２を添加した場合に
は曲げに対する強度も高くなり、寸法変化も少なくなる
。

さらに、本発明においては、鉄系粉とセラミック粉の点
接触により通気性を実現するのでなく、バインダに含ま
れる蒸発成分の抜けによる気孔形成作用で通気性を創成
している。このため、鋳造工程でキャビティ内を全域を
均一に負圧化し、材料を型面のすみずみまでまんべんな
く充填させ、同時にキャビティ内の空気や材料に含まれ
るガスあるいは水分等を効率よく除去することができる
。

また、セラミック粉を骨材に含むため、金型に比べて熱
伝導率が低く、材料を低速低圧で鋳込む場合もいわゆる
湯廻りが良好となる。従って複雑形状、薄肉形状でもピ
ンホールや巣の発生のない良好な鋳造品を作ることがで
きる。

しかも、上記のような通気構造のため、鉄系粉とセラミ
ック粉は粒径を小さくすることができ、これにより緻密
な表面性状とすることができると共に、流し込み成形で
型造型するため、良好な転写性が得られ、マスターモデ
ルの微細な模様（たとえば革しぼ模様）を忠実に再現す
ることができる。一般に、転写性と型の通気性は相反す
る関係にあり、転写性をよくするには骨材粒度を細かく
する必要があるが、これによると型の通気性が損なわれ
、従って型面に細かい模様を形成できても、鋳造品にこ
れを転写することが困難となる。本発明によれば、転写
性と通気性を同時に実現することができる。

さらに、本発明においては、鋳型を構成する複合成形体
１．ｌａ、ｌｂが、流し込み造型した素体を乾燥するか
ぜいぜい低温で短時間加熱することで作られている。す
なわち未焼結体である。そのため、型面を非常に良好な
表面性状とすることができ、鋳造品の表面精度を優れた
ちのににすることができる。これに対し、流し込み造型
した素体を乾燥後、本焼成した場合には、分散状の鉄系
粒子が酸化して型面の表面に析出し、さらには膨張・結
合しそれが成長して素体表面を覆うようになるため、表
面性状が非常に悪くなる。本発明によればこの問題が生
じず良好な表面粗さとすることができるため、精密な転
写性を持つことができる。

次に本発明の具体例を示す。

具体例１ ■、鉄系粉としてｔ４鉄粉（粒径４０μｎ１アンダー）
、セラミック粉として合成ムライト（粒径３４μｍ１ア
ンダー）を用い、バインダとしてエチルシリケート（Ｓ
ｉｎ２ａ度２０％、揮発分８０ぶのアルコール溶剤性シ
リカゾル）を用い、それらを重量配合比で２：２　：　
１として均一に混合し、スラリー５ 状資料Ａを得た。また、上記配合にガラス繊維（長さ１
００　μｍ、太さＩＱμｍ）を４ｗｔ％添加混合しスラ
リー状資料Ｂを得た。

前記各スラリー状試料を、それぞれマスターモデルとし
て平滑面を有するアクリル盤（表面粗Ｒｚ：ｏ、１μｍ
）を装填した鋳枠に振動を加えつつ流し込み、固化後離
型し、１００℃で真空乾燥し、鋳型Ａ□、を得た。また
、１００℃で真空乾燥後、トーチランプで着火し、３０
分間アルコール分を燃焼する一次焼成を行い、鋳型Ａ２
を得た。

■、前記各鋳型の特性は下記第１表のとおりである。

第１表 比較のため、上記鉄系粉とセラミック粉との配合比を３
ニア、１：９としたところ、各々の表面粗さが約１μｍ
、２μｍ減少し、表面粗さが向上した。

１６− なお、Ａ１の鋳型について、乾燥後さらに５００℃、９
００　’Ｃで６時間酸化焼成した結果、表面粗さは５０
０℃の場合で約１０μｍ、９゜０℃の場合で約１７μＩ
ｎであり、表面性状が劣っていた。これは鉄系粉の酸化
析出・膨張によるものである。

ｍ、ａ６型Ａ１を用い、型面に塗型を施し、亜鉛合金の
重力鋳造を行いつつ、７００　ｍｍＨｇの吸引を行った
。鋳込み条件は、鋳込み温度４２０℃、鋳込み時間３０
秒、離型時間３０秒とした。

その結果、肉厚１　、２ｍｍであるにも係らず、湯流れ
がよく、ひけもない良好な鋳造を行え、かつ、鋳肌に平
滑面が明確に転写され、表面、内部の巣は皆無であった
。

■、鋳型Ａ２を用い、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ２３Ｈ１高力黄銅
の低圧吸引鋳造を行いつつ、可動型と固定型に７００　
ｍｍＨｇの吸引力を作用させた。この結果、前記■、よ
りもさらに鋳出し精度が向上し、射出成形金型に好適な
ものが得られた。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明第１項によるときには、生型に比べ
て良好な強度を持ち、しかも通気性ときわめて良好な表
面精度と転写性とを同時に実現することができ、その上
、鋳造後の崩壊性も良好な鋳型とすることができ、しか
も、工程や操作が簡単で、電気炉等の高価な設備も不要
であるため、低コストで製造することができるというす
ぐれた効果が得られる。

また本発明の第２項によるときには、強度を向」ニさせ
、寸法安定性が良々ｆになりるため、高圧の鋳造にも耐
える鋳型とすることができるというすぐれた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明による精密吸引鋳型の実施
例を示す断面図、第４図は本発明の鋳型の組織を模式的
に示す拡大図、第５図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は本発明
の鋳型の製造工程を示す説明図、第６図と第７図は本発
明の鋳型の使用例を示す断面図である。 １　、１　ａ　、　１　ｂ−複合成形体、１′・・素体
、３ａ・・・鉄系粉粒子、３ｂ・・セラミック粉粒子、
３Ｃ・・・バインダ粒子、５・・・スラリー状資料、１
０・・型面、１１・・・キャビティ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系粉と、セラミック粉と、硬化過程で蒸発する
   成分を含むバインダを重量配合比で（１〜９）：（１〜
   ９）：（１〜３）で混合したスラリー状資料を所望の型
   形状となるように流し込み成形し、その固化成形体を乾
   燥又は／及び一次焼成した複合成形体からなり、該複合
   成形体が前記蒸発成分の抜けにより創成された微細な気
   孔で全体として気孔率１０％以上の通気構造となってい
   ることを特徴とする精密吸引鋳型。
2. （２）鉄系粉と、セラミック粉と、硬化過程で蒸発する
   成分を含むバインダを、重量配合比で（１〜９）：（１
   〜９）：（１〜３）で混合し、これにさらに補強繊維を
   添加混合したスラリー状資料を所望の型形状となるよう
   に流し込み成形し、その固化成形体を乾燥又は／及び一
   次焼成した複合成形体からなり、該複合成形体が前記蒸
   発成分の抜けにより創成された気孔で全体として気孔率
   １０％以上の通気構造となっていることを特徴とする精
   密吸引鋳型。