JPH0469844B2

JPH0469844B2 -

Info

Publication number: JPH0469844B2
Application number: JP62123826A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Natori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1992-11-09
Also published as: JPS63288703A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は鋳型製造法に係り、特にノンストレス
や無傷の成形品を得、かつ鋳型材の再利用が可能
な鋳型製造法に関する。〔従来の技術〕セラミツクスの成形法は数多くあるが、複雑形
状品の成形法としてスリツプキヤステイング法と
インジエクシヨン法とがある。前者はセラミツクスの粉末を媒液（主に水）に
分散させたスリツプを多孔性の鋳型に鋳込み鋳型
壁に媒液を吸収させてグリーンボデイを得る方法
である。またインジエクシヨン法はセラミツク粉末に熱
可塑性の樹脂粉末を添加し、これを加熱して樹脂
を溶解し、この組成物を金型内のキヤビテイに加
圧注入しグリーンボデイを得る方法である。これらの方法のうち、形状の複雑な製品を作る
という観点においてはスリツプキヤステイング法
が優れている。また、複雑度の低い小物部品の連続大量生産の
点では、インジエクシヨン法が優れている。しかし、超小物若しくは超薄肉部品（たとえば
10×10×10mm以下の大きさ、１mm以下の肉厚）
で、さらに複雑形状品の製造を行う場合を考える
と、現行のスリツプキヤステイング法及びインジ
エクシヨン法のいずれも最適な方法とはいえな
い。なぜならば、スリツプが鋳型空洞を通過する過
程において、スリツプ中の水分が鋳型壁に吸収さ
れる為、スリツプの流動が瞬時に停止し、依つて
金属鋳造でいう“湯まわり不良”が発生するので
ある。これを解決するため加圧鋳込みを行うと、確かに
“湯まわり不良”は解決する場合が多くなる。しかしその反面、鋳型とグリーンボデイの分離
の際にグリーンボデイにクラツクが生じたり、過
大なストレスが掛つたりして後にクラツクが発生
する懸念がある。その他、鋳型模型の形状が逆テーパの場合抜去
できないという問題がある。この場合でも、鋳型を多数個に分割すれば、理
屈の上では如何なる複雑形状品であつても形成で
きることになる。しかし実際問題としては、逆勾配で凹凸が大で
あり、しかも小さな主型や中子を多数個に分割す
ることは事実上不可能の場合も多い。そこで提案されたのが鋳型を易崩壊性のものに
するという以下の方法である。（）温水崩壊性石膏で鋳型を作り、スリツプ
鋳込後、グリーンボデイと鋳型を温水中（80〜
100℃）に浸漬し、グリーンボデイのみを取出
す。この方法は細長い中子に適用すると、より良い
崩壊性が得られる場合がある。（）水溶性粘結剤（K₂CO₃など）を耐火物
粉末に添加し所定の水を加えた混練物を鋳型と
して用い、これで作つた鋳型にスリツプを鋳込
む方法。（）石膏にセルロース等の可燃性有機物を添
加し、所定の水を加えて作つたスラリーを鋳型
として作り、これにスリツプを鋳込みその後全
体を加熱して鋳型強度を低下させ、グリーンボ
デイを取出す方法。（）上の方法において、鋳込前の鋳型を300
〜500℃に加熱して強度低下させた後、スリツ
プを鋳込む方法。（）鋳型にスリツプを鋳込みグリーンボデイ
が形成された後、全体をそのままセラミツクの
焼結温度まで加熱し、しかる後に鋳型材を除去
する方法。この方法は焼結過程においてグリーンボデイに
ストレスが掛り、これが為にグリーンボデイにク
ラツクが生じる場合がある。代表的な従来技術として第１に特公昭56−
28687号公報が挙げられる。これに開示される方
法は、先ず成形体のうち複雑形状の部分を、非吸
水性有機鋳型とし形状が簡単な部分を吸水性のも
ので構成し、形成されたキヤビテイにスリツプを
鋳込む。その後、セラミツクプ含有スラリは、回
転テーブル上に置かれた吸水性鋳型によつて遠心
分離される。スリツブが固化した後、加熱によつて非吸水性
鋳型は除去されて、グリーンボデイが得られる。更に特公昭57−28323号公報は、前記特公昭56
−28687号公報において、スリツプが固化した後
の鋳型を溶剤中に浸漬し、この溶剤によつて吸収
性有機鋳型を溶融させる。この溶融物はグリーン
ボデイ中に浸みこみ、これを強度向上せしめる。
結局鋳型除去とグリーンボデイの強度の向上が同
時に実現することになる。〔発明が解決しようとする問題点〕上記従来技術のいずれも、鋳型空洞の殆んどの
内表面が非吸水性の鋳型である。従つて、スリツ
プの固化する時間は長時間を要し、能率は極めて
良くない。また鋳込みのタイミングが難しく、これを誤え
るとグリーンボデイにクラツクが生じ易い等、熟
練を要することが明らかである。また、多量生産には適していない。本発明の目的は歩留りや生産に要する時間等の
生産効率に優れた鋳型の製法を提供するにある。〔問題点を解決するための手段〕（発明の原理）スリツプ鋳造技術においては、媒液（vehicle）
に懸濁されたセラミツク粉や金属粉が鋳型に鋳込
まれる。媒液は鋳型に吸収されるので、固化した鋳造物
（グリーンボデイ）が鋳型内に残る。次に鋳型は
グリーンボデイから除去され、このグリーンボデ
イは通常、焼結工程を経て強固な成形品となる。
更に必要に応じて最終仕上加工が実施される。上述のように、スリツプは媒液としての水（時
にはエチルアルコール、メチルアルコール、アセ
トン等の媒液）を鋳型が吸収して固化するのであ
るが、それではスリツプ中の媒液が何％吸収され
ると見掛上グリーンボデイになるかについては定
量的に明らかになつているとは言えない。元来、セラミツクス等の粉末をスリツプ化する
には、媒液の割合はできるだけ少なくしたいとい
う要請がある。なぜならば添加する媒液（通常は媒液は水なの
で以下「水」と表現する）の割合が少ない程、固
化時の収縮が少なくてすみワレが発生しにくく、
また焼結に際して収縮量が少ない等寸法安定性の
面でも好適だからである。粉体が流動化するための極小量の水分に押えて
おけば、例えば0.5〜１％のごとく微小量の水分
吸収にてグリーンボデイが形成されることにな
る。本願発明者は、この点に着目して新しい成形法
を発想するに到達した。たとえば、薄壁のものならば、鋳型が水分を殆
ど吸収しなくてもスリツプを固化しグリーンボデ
イとなりうる。しかし、薄壁の成形品は鋳型キヤビテイの巾も
また、薄いわけであるから、スリツプを鋳込むこ
との可能性が問題となる。スリツプは鋳型の薄い
キヤビテイを流れ始めた直後、瞬時に近い間に、
固化してしまう。換言すると“湯まわり不良”を
引き起こす恐れが大きい。すなわち薄壁のものは、ポアリングの途中の水
分吸収により、スリツプの流動が停止し、従つ
て、キヤビテイ内に完全に充満しないのである。これを防止するには、加圧鋳込み等により高速
で鋳込めば良いのであるが、加圧方式は鋳型の変
形破壊等問題をも多く安易な導入は望ましくな
い。また、減圧吸引鋳込もを考えられるが、この場
合はフイルターの設備、変換など別の問題が生じ
る。以上の理由により鋳型はリジツドで可能な限り
強固であることを要する。しかしながら鋳型がリジツドであると、スリツ
プが固化したグリーンボデイとなる過程におい
て、またグリーンボデイと鋳型を分離する際にグ
リーンボデイにクラツクが発生し易く、甚しき場
合にはグリーンボデイの破損を招くこともある。すなわち薄型が逆テーパの場合は完全に破損し
てしまうし、順テーパのものであつても、鋳型と
の分離時にグリーンボデイは無理なストレスを受
け、それが残留ストレスやヘアクラツクの発生に
つながり焼結品のクラツク発生につながることが
多い。従来のスリツプキヤステイング法においては、
鋳型に依存している細孔の毛細現象によつてスリ
ツプ中の媒液を吸収し、これを固化しグリーンボ
デイを得ていた。鋳型材の代表的なものは石膏で
ある。他の場合も粉粒体を粘結剤で固めて成形したも
のを用いており、これらに共通するものは毛管現
象を起こすための鋳型微少孔の存在である。これに対し、本願発明の鋳型製造法により製造
した鋳型は毛管現象によりスリツプ中の水分を吸
収するのではなくして、化学反応により吸収する
のである。従つて本願発明の鋳型製造法による鋳
型に微少孔の存在は不要であるこのように本願発明は新しい原理に基く成形法
に係るものであるから、そのプロセスは従来方法
とは全く趣を異にする。本願発明においては、鋳型材として有機樹脂が
好適である。しかしながら、通常の有機樹脂は吸収性はな
く、水との接触角が大きい為に水に濡れず、従つ
てスリツプ中の水分は全く吸収されないため、ス
リツプキヤステイング用鋳型としては全く不敵適
であつた。ところで、エステル結合をもつた長鎖の二価ア
ルコールであるポリアルキレングリコール例えば
ポリエチレングリコール（分子式 HO（CH₂CH₂Ｏ）_oCH₂CH₂OH，以下「PEG」と
略す）を鋳型材として用いると極めて好適である
ことを見出し、本願発明に至つた。（鋳型模型）本願発明に用い得る鋳型模型の形状は、大別し
て、順テーパのものと逆テーパのものにわけられ
る。逆テーパとなる形状においては、模型の抜去を
考えて通常は鋳型を分割することが行われる。そ
して鋳込時に鋳型を組立て、形成されたキヤビテ
イにスリツプを鋳込むのである。本願発明においても、そのような考え方は妥当
である。更に、もう１つの態様は、そして本願発
明の特徴とすべき方法は逆テーパの模型をPEG
等の低融点物質でつくることである。これによる
鋳型の製法は以下に述べるが、この場合は如何に
複雑な製品であつても一体鋳型と成し有る。順テーパの場合、鋳型模型は金属、木材、ゴ
ム、合成樹脂等リジツトなものの全てが用いられ
る。この場合、模型は繰返し使用可能で半永久的
な耐用期間を有する。（鋳型）本願発明の鋳型製造法に係る鋳型は所定溶媒を
分散媒とするスリツプを鋳込み、このスリツプか
ら分散媒を吸収することによりグリーンボデイを
得るものであつて、この少なくともスリツプと接
触する面はグリーンボデイの加熱崩壊温度よりも
低い融点の材料乃至は材料に粒子を分散させたも
のであることが望ましい。前記接触面はグリーンボデイの母型面及び／ま
たは中子面を形成することが望ましい。前記粒子は前記グリーンボデイよりも高融点乃
至は耐熱性の粒子であることが望ましい。更に前記低融点材料は吸水性低融点樹脂乃至こ
れに添加物を混合したものであることが好まし
い。この場合、樹脂はポリアルキレングリコール
が好ましい。ポリアルキレングリコールとりわけポリエチレ
ングリコール（PEG）は上記の通りの性質を有
し、要約すれば次の通りである。（）水との接触角が小さい、（）水に溶け
易い、（）吸湿性がある。（）低温で溶融す
る、（）人畜無害である。上記鋳型を用いた場合、モールド材の潤滑性に
より、鋳型模型は容易に抜去しやすく、また鋳型
のリジツト性により高精度かつ表面の平滑度の高
い鋳型空洞が得られる。鋳型は骨材とバインダとから成り、バインダは
上記の模型材或いは模型材が溶媒に溶けたもので
ある。一方の骨材は所謂スリツプキヤステイング
と金属鋳造の場合とで異なる。前者の場合はスリ
ツプの媒液の不溶性、非反応性のものなら可であ
り、この場合耐熱性は特に要求されない。例えば
シリカ（SiO₂）、アルミナ（Ａ₂O₃）、樹脂粉末
である。後者の場合は各々の金属に適合した耐熱
性を要する。アルミニウムの場合は石膏であり、
鉄等の場合はシリカ、アルミナ、マグネシア
（MgO）粉等である。尚、鋳型の保持力はバイン
ダによるものに限らず、マグネツト力や差圧（真
空成形等）利用でも差し支えない。（鋳型製造法）本発明に係る鋳型製造法は加熱溶融性樹脂にて
成形した鋳型模型の周囲に乾燥粒子を充填し、加
熱にて前記樹脂を溶融させて乾燥粒子間隙に浸透
させることによりキヤビテイを形成することを特
徴とする。前記樹脂は吸水性低融点樹脂乃至これに添加物
を混合したものであることが望ましい。また、前記樹脂は発泡性樹脂であることが望ま
しい。一方、前記粒子は前記樹脂よりも高融点乃
至は耐熱性の粒子であることが好ましい。上記鋳型製造方法によりキヤビテイを得る代表
的態様は次の通りである。まず前述したPEGを鋳型模型材として用い、
これにより鋳型模型をつくる。次にこれを樹脂粉末、あるいは珪砂粉末の中に
埋設し70℃程度に加熱することによつて模型を溶
融させ、溶融物を周囲の粉体に浸透させた後、全
体を冷却することにより鋳型空洞を形成させる。この方法によれば、模型の除去と鋳型の硬化が
同時に行なわれる。さらに、逆テーパでも凹凸の大きい模型でも全
く容易に１体成形鋳型を作ることができる。この鋳型のキヤビテイにスリツプを形成し、こ
れを固化させて所定の成形品を得ることになる。（鋳込物質）鋳込物質は例えばセラミツクス（SiC，Si₃N₄，
サイアロン、Ａ₂O₃、チタニア（TiO₂）、ジル
コニア（ZRO₂）等）、金属、ガラス、或いは樹
脂粉等のスリツプ、金属、溶湯（但しこの場合は
鋳型の耐熱性の考慮を要す）、溶融プラスチツク、
液状ゴム等である。スリツプの材質は、Ａ₂O₃、Si₃N₄，SiCなど
いかなる種類のセラミツク粉末でも良く、また
Fe，Ａ，Cu等若しくは合金の金属粉末でもか
まわない。合成樹脂粉末、炭素粉末等でも良い。要するに溶媒としての水やアルコールに溶解し
ないものの単独若しくは複合粒子で良い。従つて、セラミツク、金属、合成樹脂などを任
意に混ぜたものであつても差し支えない。上記の粉末の媒液としては、多くの水が用いら
れるが、場合によりエチルアルコール等も用いら
れる。更に、スリツプの表面張力を低めるため界
面活性剤が添加され、粒子同士を分離するための
微量の解こう剤が加られる。グリーンボデイの強度を高めるためデンプン、
PVAなどのバインダーが加えられることもある
が、これは焼結品の密度を低下させ易いのででき
るだけ少なくすることが望ましい。本項で述べたスリツプの内容は、一部を除いて
本願発明のみに必須なことではなく、スリツプキ
ヤステイング法に共通な事項である（鋳込みの態様）重力鋳込み、吸引鋳込み、加圧鋳込みのいずれ
を採用しても良い。鋳型キヤビテイが細隙である時は吸引、加圧な
ど要するに差圧を利用して、キヤビテイをスリツ
プで充満させる必要がある。なお、いずれの場合も鋳込みの前のスリツプ
は、減圧処理によつて内部気泡を除去しておくこ
とが望ましい。本願発明においては、鋳型はPEGそのもの若
しくはPEGを粘結剤としているので、通常用い
られる石膏ほど水分吸収速度は大きくない。この
ことが、鋳型キヤビテイの細隙へのスリツプ充填
を容易とするなどの効果をもたらす。なお、PEGはその分子量を適宜に選ぶことに
より、スリツプ媒液の吸収速度を広範囲に変化さ
せることができる。また、PEGにアクリルアミド、モレキユラシ
ーブ、CaC₂、SiO₂ゲルの微粉を添加すること
によつても媒液吸収速度は変化させることができ
る。（鋳型除去） “加熱”がその手段である。スリツプが固化してグリーンボデイが形成され
たのち、全体を加熱して鋳型としてのPEGを溶
融し鋳型を除去する。鋳型材としてのPEGは回収して再使用し繰返
し用いる。鋳型の加熱は急速でないことが望ましい。すな
わちPEG使用の場合は50〜70℃雰囲気の中に20
分程度保持する。なお、鋳型壁はなるべく薄くして（Shell
wall）おくことが望ましい。すなわち、薄壁な
らば加熱が早急に鋳型全体に廻り、鋳型除去時間
の短縮が図れるからである。また、薄壁にした場合、鋳型バツクアツプ材と
して珪砂や樹脂などの乾燥粉体を用いるならば鋳
込後のスリツプの固化を促進し、かつ固化速度の
コントロールも図れる。全体的若しくは局部的に
固化のコントロールが図れることは、凝固のコン
トロールにつながり有効である。更に薄壁にする場合は、金型造型にあたり、所
謂“シエルモールド”方式により造型することが
考えられる。鋳型模型として、帰属製のものを用い、これを
加熱して、この模型の表面に粉粒状の固形PEG
を配置する。模型の熱によつてPEGは溶解し、一定の厚さ
に模型表面に付着する、その後、全体を空冷等の
手段により冷却し、更に減圧などを利用して模型
とPEGの“シエルモールド”を分離するのであ
る。（鋳込成形品）本願発明の鋳型製造法を用いた鋳型により成形
した鋳込成形品（グリーンボデイ及び焼成品、焼
結品のいずれも含む概念）は、鋳型形成樹脂より
も加熱崩壊温度の高い材質から成り、逆テーパ部
を有する一体成形物すなわち継ぎ目や接着層、接
合部等のないものであつて、かつ鋳型除去後の残
留応力が実質的にゼロとなる。この場合、更に焼成乃至焼結したものであるこ
とが望ましい。（グリーンボデイ）グリーンボデイの取扱いは、ていねいにする必
要があり、また大気中に放置、若しくは低温（60
℃付近にて）にて完全乾燥する必要がある。ここで、ていねいに扱うとは、機械的、科学
的、温度的その他のシヨツクを与えないことであ
る。この点、本願発明の鋳型製造法を用いた鋳型に
より成形したグリーンボデイの表面近傍には、若
干のPEGが浸みこんでいるのでこれが補強材の
役割りを果し、取扱い時のクラツクなどを招かな
いなど、従来方式のものと比べ有利である。スリツプキヤステイング法においては、グリー
ンボデイの自然乾燥時間は肉厚、形状により異な
るが２〜10日間くらいとるのが普通である。しかし、本願発明を用いて製造したグリーンボ
デイはグリーンボデイの表面に薄くPEGが含浸
されているため大気中への水分放散が殆んど望め
ず、強制加熱（60℃程度）により乾燥を行う。かつ、このような強制加熱による乾燥によつて
も、グリーンボデイのクラツク発生は認められな
い。すなわち、加熱が進行するに従つて、グリーン
ボデイ表面のPEGは溶解して毛管現象により内
部に侵入してゆくため、水に比べて高粘性のこの
物質の存在により、グリーンボデイにおけるクラ
ツク発生は極めて起り難くなるのである。したがつて、本発明によれば焼結前のグリーン
ボデイの乾燥は迅速に行うことができ、よつて従
来に比べ工程は大幅に大巾に短縮できる。本発明の更なる特徴は、加圧鋳込みが出来るこ
とである。それ故に、スリツプの媒液としての水
分量を極小に押えることが可能である。以上の２点が相挨つて、本発明において、グリ
ーンボデイの放置による自然乾燥時間を大巾短
縮、若しくは不要に近くすることが可能である。更には、これらによつてグリーンボデイの密度
（すなわち充填率）が高くなる為に、焼結工程に
おける収縮が少ない。したがつて、クラツクの発生も起こりにくく、
また寸法安定性も良く、焼結品の空隙もゼロに近
くなるという効果をもたらす。（鋳型材）本願発明の鋳型製造法において用いる鋳型材
は、所定溶媒を分散媒とするスリツプを鋳込む鋳
型に単独で若しくはバインダとして適用する樹脂
乃至樹脂組成物であつて、前記スリツプから得ら
れるグリーンボデイの加熱崩壊温度よりも低い温
度をその融点とし、かつ前記分散媒を吸収する性
質を具備することを特徴とする。鋳型材は特にPEG等のポリアルキレングリコ
ールが扱い易いが、バラフイン、オレフイン系の
ワツクスも可能である。ワツクスの具体例として
はみつろう、鯨ろう、中国ろう、羊毛ろう、キヤ
デリラワツクス、カルナバワツクス、木ろう、オ
リキユリーワツクス、サトウキビろう、モンタン
ワツクス及びその誘導体、オゾチライト、セレシ
ン、リグナイトワツクス、パラフインワツクス及
びその誘導体、マイクロクリスタリンワツクス及
びその誘導体、ペトロラタム、フイツシヤー・ト
ロプシユワツクス及びその誘導体、低分子量ポリ
エチレン及びその誘導体、セチルアルコール、ス
チアリン酸、グリセリールステアレート、ポリエ
チレングリコールステアレート、カスターワツク
ス、オパールワツクス、アーマーワツクス、アク
ラワツクス、塩素化炭化水素、合成動物ろう、ア
ルフア・オレフイン・ワツクス、並びに配合ワツ
クスである。これらのものは鋳型模型材でもあ
る。（焼結）本願発明の鋳型製造法に用いる鋳型材として、
分子量により異なるが50〜70℃においてまず溶融
状態となり、さらに昇温すると200〜400℃で完全
に気化消失するPEG，およびその他の気化消失
性骨材（合成樹脂など）を使用することが望まし
い。このような鋳型材を用いると複雑形状のグリー
ンボデイ等の場合、一部に鋳型材が残留していて
も、これは焼結過程において昇温途中で気化消失
してしまうので全く不都合はない。場合によつては、鋳型材を除去せずにグリーン
ボデイと共に焼結することも可能である。鋳型の肉厚が薄い場合などは、回収して再使用
するメリツトも余りないので、上述のように鋳型
除去、グリーンボデイの乾燥、焼結、の三工程を
合体することも、有効と言える。（仕上げ加工）焼結品の仕上げ加工としては、大別して２種類
ある。（）湯口部などの仕上げ湯口、セキ、押湯など鋳込方案にまつわる部分
の除去、仕上げは通常グリーンボデイの段階で行
う。このような湯口は、いかなる製品にも付いて
いるのでこれの除去は必須事項となる。湯口もできるだき細くし、プラスチツクのピン
ゲート的な考え導入すれば後処理は容易となる。本発明によれば、スリツプの加圧鋳込みが可能
なので湯口は、より細くすることができる。このことは大巾な工数低減を可能とするのみな
らず、湯口系の切断除去に際しグリーンボデイに
過大なストレスを掛けることが無いので、グリー
ンボデイや製品におけるクラツクの発生や変形な
どを防ぐことができる。（スリツプキヤステイング法及びインジエクシヨ
ン法との関係）本願発明によれば、スリツプキヤステイング法
をインジエクシヨン法に近づけることができる。
本願発明の一態様はスリツプキヤステイングとイ
ンジヨクシヨン方式の欠点を除去し利点のみを残
し、更に改良を加えた新しい成形プロセスである
と言うことができる。その理由を示すと次表の通
りである。

〔作用〕

本願発明の鋳型製造法を用いて製造した鋳型に
スリツプを鋳込むとスリツプ中の分散媒が鋳型キ
ヤビテイから吸収され、同時にスリツプの固化が
起こる。しかる後固化したスリツプを鋳型ごと加
熱すると鋳型材の樹脂が溶融して除去されグリー
ンボデイが得られる。従つて、このグリーンボデ
イには何等ストレスがかかつていない。一方、鋳型粒子に樹脂製模型を埋め込み加熱す
ればこの模型は溶融して粒子間隙に浸透し前記の
キヤビテイが得られることになる。スリツプを用いるにしてもその性状は従来より
水分量を減らせる。次に、鋳型の性状であるが、従来は石膏に代表
される多孔性のものを用いたいた。多孔性のもの
であれば種類を問わないのであるが、石膏スラリ
ーの流動性、自己硬化性、表面の平滑性などによ
り、石膏が最も広く使われている。これに対し、本願発明の鋳型製造法により製造
する鋳型は水吸収性、低融点（mp＝50〜70℃付
近）、水溶性を呈する。鋳込みに際しては加圧を用いるが、これは従来
も、一部で行なわれていた方法である。但し、薄
壁の成形品の場合に応用できる点においてその効
果は大である。本願発明により製造した鋳型の除去には加熱を
用い鋳型材を液状にして滴下除去することを特徴
とするが従来、石膏鋳型を300〜500℃の温度に加
熱して鋳型を除去することも行なわれていた。そ
して鋳型強度を低下させたのち、グリーンボデイ
から鋳型を除去していた。しかし本願発明の鋳型製造法により製造した鋳
型を用いると、鋳込後の（鋳型＋グリーンボデ
イ）を鋳型の融点以上の低温度（80℃くらい）に
加熱し、鋳型を融解し滴下除去するので、グリー
ンボデイ損傷が全く見られず、また省力効果は顕
著である。〔実施例〕以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。（第１実施例）本実施例は、PEG鋳型模型材として用いる成
形法である。第１図をもとに実施例を説明する。すなわち、その工程の概要は下の通りである。（） PEGで鋳型模型１を作り用意する
（(a)）。（）これを定盤２上に置いた枠体３の中央に
セツトする（）枠体３の中に合成樹脂粉末４（ポリエチ
レンなど）を充填し、バイブレータを掛けて更
に充填度を高める（(b)）。（）全体を加熱し、PEG模型１を溶融し、
溶融物を乾燥状態の合成樹脂粉末４の粒子間隙
に吸収させ残余は型外に排出する（(c)），（(d)）。
符号１２はヒータであり、１３はPEG溶融物
であり、１４は樹脂含浸粒子層である。なお、
模型１が小さい場合などは全てのPEG分を乾
燥粒子間隙に吸収させる。（）得られた鋳型キヤビテイ６内に、別途調
整したセラミツク等のスリツプ９を注入し、そ
のまま保存する（(e)）。（）樹脂含浸粒子層１４及びその背後の乾燥
樹脂粉末４が、スリツプ９中の水分を吸収しグ
リーンボデイ１０が形成される（(f)）。（）その後、（グリーンボデイ＋鋳物）を、
PEGの凝固点以上に加熱する（(h)）と、PEG
を含浸した樹脂鋳型を徐々に流動化して分離
し、グリーンボデイ１０が得られる（(i)）。本
実施例は複雑形状、かつ逆テーパでリジツドな
鋳型からは抜去出来ないような模型形状に好適
であるが、その他いかなる形状のものにも適用
できることは言うまでもない。なお、鋳型骨材として加熱消失性の合成樹脂粉
末を用いるメリツトは、グリーンボデイに骨材粒
子が付着残留していてもその後の焼結工程におい
て鋳型材は完全に気化消失してしまうという利点
があるからである。鋳型骨材にSiO₂、Ａ₂O₃などの無機粉末を使
用することはかまわないが、その場合は焼結前の
グリーンボデイからこの無機粉末を完全に除去し
ておく必要がある。焼結過程においてグリーンボ
デイに融着し、焼結品から除去できないなる等の
問題を引き起こすからである。従来より、セラミツクスのスリツプキヤステイ
ング品にはクラツク発生が多く良品率が低いと言
われてきた。その原因は複雑であるが、主要因のひとつに焼
結前のヘアークラツクが挙げられる。この種のク
ラツクは肉眼で認識できない微小なものであつて
も焼結過程で成長し結果として焼結品に大きなワ
レ欠陥を呈する。更に成形過程においてグリーンボデイに蓄積さ
れた内部ストレスも、ワレ欠陥の要因である。上記のヘヤークラツクや内部ストレスの蓄積は
グリーンボデイを作る過程に、その原因がある。すなわち、スリツプが固化しグリーンボデイと
なる途中にリジツドな鋳型（主に石膏鋳型）から
ストレスを受け、これが内部に蓄積する。またグリーンボデイと鋳型を分離する際、鋳型
はリジツドなので、この時もグリーンボデイに力
が掛り、ヘアークラツクが発生し易いし、またス
トレスが蓄積される。これに対し、本実施例によれば、鋳型が水溶性
なので、その表面がスリツプ中の水分に僅かに溶
けるため鋳型とグリーンボデイの間に応力は発生
しない。またグリーンボデイと鋳型を分離する際も、約
60℃程度の加熱により、鋳型は徐々に軟化し結局
流動して、非常にマイルドな状況下で両者の分離
が行なわれる。したがつて、グリーンボデイにおいて内部スト
レスの蓄積もクラツクの発生も、全く起りえない
のである。以上、本実施例によれば、いかに複雑な形状を
した製品であつても高精度かつ高信頼性のもとに
スリツプキヤステイングすることが明らかであ
る。次にPEGの性質について触れる。 PEGは分子式HO（CH₂CH₂Ｏ）_oCH₂CH₂OHで
表わされるようにエステル結合を多数もつた長鎖
の二価アルコールである。分子式からも判るが、水またはエチレングリコ
ールを原料としてエチレンオキサイドを重合させ
て作るため生成物は独特の分子量分布を有してお
り、平均分子量で分ける。本願では平均分子量が200，1000，20000のもの
を各々、＃200、＃1000、＃20000等と呼ぶことに
する。 PEGの＃600以下のものは常温で液状だが、分
子量がお大きくなるにつれてワセリン状から固体
状に変化する。 PEGは常温近傍で融解する。すなわち常温
（20℃）で白色固体である＃1000の融点は焼く36
℃である。これにより分子量が少ないものは融点が下が
り、＃400の融点は約５℃である。逆に分子量が多いものは融点が上るが＃6000で
も、たかだか62℃である。このことは、PEGを鋳型に用いて、これを除
去する場合の有利な性質と言える。 PEGは150〜200℃に加熱すると熱分解し気化
消失する。この際、炭化したりガム化してスラツ
ジを生成することはない。このことはPEGを鋳型模型として用いた場合
約200℃の温度で容易に気化消失させられること
を意味する。また、PEGがグリーンボデイに浸透、付着し
たとしても、焼結工程にて容易に除去できること
を示唆する。吸湿性についてみると、分子量の少ないものほ
ど吸湿し易い。水溶液および固体の表面張力は、いずれも水の
表面張力（76dyn／cm）より小さく、スリツプが
漏れ易い。このことは、スリツプがPEG鋳型キヤビテイ
の細隙まで侵入しやすく、またコーナ部の成形が
充分に良好となることを示している。なお、固体PEGの表面張力は45〜46dyn／cmで
あり、分子量の違いは殆んどない。 PEGの温度と動粘度の関係を、PEG分子量を
パラメータとしてみると温度が高いほど動粘度は
下り、分子量の多いものほど動粘度は上昇する。以上、本実施例において重要な位置を占める
PEGについて、その特性を述べた。しかし、本
願発明は必ずしもPEGの使用に限らず、発明の
目的を達成する点で、PEGと同等の素材はこれ
を本願に含むと解すべきである。たとえば発明の目的を達成する観点において
PEGと同様な性質を有する他の有機樹脂、PEG
にその特性を変化させない範囲の他物質を添加し
たものなど、はその例である。（第２実施例）第２図をもとに本実施例を説明する。（）金属、合成樹脂等による所定形状をした
鋳型模型５を用意する（第２図ａ、以下ａと略
す）。（）定盤２の上に鋳型模型５を置き、周囲に
枠体３を設置する（(b)）。（）加熱により融解した流動状のPEG１１
を鋳型模型５の周囲に注入する（(c)）。（）温度降下によりPEGの凝固したのち定
盤２を外し、更に鋳型模型５を抜去して鋳型１
５を得る（(e)）。（）別途作成したセラミツクスリツプ９を形
成されたキヤビテイ６に注入する（(g)）。符号
７は蓋、８は鋳口である。（） PEGからなる鋳型１５が、スリツプ９
中の水分を吸収し、グリーンボデイ１０が形成
される。（）その後、（グリーンボデイ＋鋳型）を、
PEGの凝固点以上に加熱すると、PEGは徐々
に溶け出し（(i)）、グリーンボデイ１０を得る
（(j)）。符号１２は加熱用のヒータである。通
常、このグリーンボデイ１０を乾燥し、更に高
温まで徐々に加熱して高強度の焼結品を得る。（第３実施例）第１図ａに示すPEG＃1500の鋳型模型１を、ｂ
に示す定盤２の上に置いた枠体３の中に設置し、
合成樹脂粉末４に代えて乾燥珪砂粉を流し込み、
図示せざるバイブレータを用いて振動充填をし
た。次に、ｃに示すヒータ１２にて全体を加熱し、
鋳型模型１を溶解除去した（(d)）。この際、PEGの溶融物は毛管現象により珪砂
粉の中に浸透し、シエル層（樹脂含浸粒子層）１
４が形成された。次に、ｅに示すように中型キヤビテイ６の内
に、アルミナ粉末のスリツプ９を注入し、固化し
たのちヒータ１２によつて全体を60℃に加熱した
ところ、PEG1500の融点は約45℃なので、シエ
ル層は滴下除去され（(h)）、アルミナのグリーン
ボデイ１０が得られた。（(i)）。次に、所定温度で焼結することにより、アルミ
ナ焼結品を得ることができた。（第４実施例）第３図ａに示すPEG＃1000の鋳型模型１を、
ｂに示す定盤２の上に設置した箱状の電磁石１７
の中央に設置し、周囲に約400meshの鉄粉１８を
充填する。電流を通じ、磁界をかけることにより鉄粉１８
を磁化し鋳型を固化させる（(e)）。次に、熱風流入口１９より120℃の熱風を流入
し全体を温めることにより鋳型模型１を溶融し
PEG溶融物１３をハンデイボンプ２０を排出す
る（(d)）。形成されたキヤビテイ６にSiCスリツプ９を鋳
込み（(e)）、スリツプ中の水が鋳型に吸収されグ
リーンボデイ１０となつた後、電流を切ると鉄粉
１８は相互固着力を失ない回収される（(f)）。次に、得れたグリーンボデイ１０を焼結するこ
とにより製品が得られた（(g)）。（第５実施例）第４図ａに示すPEG＃1000の鋳型模型１の周
囲に、水に漏らした珪砂２１を縦断した（(b)）。これに、電子レンジ内にてマイクロ波を照射し
た所、漏れた珪砂２１は加熱され、模型材はこの
熱により溶融状態となり鋳型外に除去され、ｃに
示す鋳型キヤビテイ６が得られた。尚その際模型
１の融液は一部鋳型内に侵入し、樹脂含浸粒子層
１４が得られた（(c)）。このキヤビテイ６内に、硬化剤を添加したエポ
キシ樹脂組成物２２を鋳込んだところ（(d)）、樹
脂組成物２２の硬化後に鋳型材は加熱により極め
て容易に除去でき、エポキシ樹脂硬化体２３が得
られた（(e)）。（第６実施例）第５図ａに示すPEG＃1000（融点36℃）より作
られた鋳型模型１をｂに示した定盤２、枠体３で
形成された空間に設置し、模型１の周囲に乾燥珪
砂２４を充填し全体を加熱して、PEG模型１を
溶解し、溶解物を砂粒間隙に浸透させて放冷し、
鋳型キヤビテイ６を形成させた（(c)）。こうして得られた鋳型２５の底面、にアクリル
アミドの給水ポード２６を置きｄ、形成された鋳
型キヤビテイ６にSi₃N₄スリツプ９を鋳込んだ
ｅ。その結果、アクリルアミド製吸水ボード２６は
スリツプ９中の水分を急速に吸収しｆ、極めて短
時間のうちにグリーンボデイ１０を得ることがで
きたｇ。その後、吸水ボード２６を除去、全体を50℃に
加熱して鋳型２５を滴下除去することにより、ｈ
に示すSi₃N₄製グリーンボデイ１０を得た。（第７実施例）第６図のａに示すPEG＃1000で作つた鋳型模
型１をｂに示すように定盤２の上において枠体３
の中に置き周囲にスチロール粉末２８充填し、全
体を70℃に加熱したところ、模型１の融点は約36
℃なので溶解し全てスチロール粉の中に吸収され
キヤビテイ６を有する鋳型２５が形成された。ｃに示すようにキヤビテイ６の中に、Ａ₂O₃
スリツプ９を注入し、スリツプ９が固化した後全
体を70℃に加熱したところ鋳型２５と殆んど除去
された。しかしｄに示す如く鋳型の一部がグレーンボデ
イ１０の奥部に残留していた。これをこのまま焼
結させたところ、鋳型の残留分２９は焼結の過程
で気化消失し、目的とするＡ₂O₃質の焼結品３
０が得られた。（第８実施例）第７図ａに示すPEG＃1000（融点36℃）の鋳型
模型１を図示せざる枠体の中に設置し、その周囲
に珪砂とCaC₂を１：１にまぜた混合粒子粉３
１を充填したｂ。次に上部よりチヤンバを介して高湿度空気３２
を送りこみ（珪砂＋CaC₂）を加湿し、下部よ
り乾燥空気を吸引したｃ。その結果、混合粒子粉３１中のCaC₂は、水
分を吸収することにより発熱し約80℃の温度とな
つた。この結果、ｄに示すように模型は融解し砂粒間
隙に毛管現象で吸収され、キヤビテイ６を有する
鋳型２５が得られた。その後、このキヤビテイ６中にｅに示すように
２液硬化性のエポキシ樹脂組成物２２を注入し
ｅ、固化したのち全体を熱風加熱することによ
り、エポキシ樹脂成型品２３を得た。（第９実施例）第８図に示すように、融点50℃のワツクス製の
ケーシング模型４５の表面に、黒鉛塗型４６を約
10μｍの厚さにコーテイングして吸気箱４７の上
に設置した枠体３中に位置させ、模型４５の周囲
に乾燥砂４８を充填する。吸気箱４７の上面４７ｂは、フイルタ兼用とな
つており、砂は通さないが空気は通す微細孔が無
数にあいている。鋳型の上面には、30μｍのビニルシート４９を
被覆する。吸気口５１より図示せざる真空ポンプで吸引
し、鋳型内の空気を排除することにより、鋳型を
硬化させる。全体を約80℃に加熱することにより、模型４５
を溶解させると、溶融ワツクスは真空吸収の作用
と毛管現象の同時効果により、迅速かつ広範囲に
砂粒間隙中に浸透し、もつて黒鉛コーシテングを
施した良好な鋳型キヤビテイが得られる。その
後、このキヤビテイに溶融メタルや液状樹脂を鋳
込む。（第10実施例）第９図ａに示すようにPEG＃1000製の鋳型模
型１をレジンコート乾燥珪砂５２中に埋設し、約
80℃に全体を加熱した。この加熱によつて鋳型模型１は溶解し砂粒間隙
中に吸収された。次に、全体を冷却した後、枠体３を取外すと、
PEG分の到達している砂粒子のみを残留し全体
としてシエル状の鋳型２５を構成する（同図ｂ）。以上の方法にて、シエル鋳型が得られるが、こ
の場合の模型材は必ずしもPEGに限らない。溶解した状態で砂粒間隙に吸収されるものであ
れば、樹脂でも金属でもかまわない。（第11実施例）第１０図に示すように、PEG製の模型１を枠
体３の中に設置し、更にその下端面に鉄製ストー
ク５３を設置した。湯口の中央部は球状の溶解室となつており、こ
の中に粒状アルミニウム５４を挿入してある。全体を枠体３で覆い、枠体３の中に図示せざる
装入口より乾燥砂４８を注入充填した。尚、枠体
３の上部にはフイルタ５５を有する吸気箱４７が
装置してある。次に枠体３の下部にコイルヒータ１２をセツト
し、軸５６を回転の中心として動かすことによ
り、全体を水平に保つた。コイルヒータ１２に高周波電流を通すことによ
り鉄製ストーク５３を誘導加熱し、もつてアルミ
材５４を溶解する。誘導加熱されたストークの熱及び溶解アルミニ
ウムの熱によつて模型１は徐々に溶解し、溶融物
が砂粒間に吸収される。その後、枠体３を軸５６
の周囲に所定の角度移動することにより、アルミ
溶湯をキヤビテイに鋳込む。加熱及び鋳込みの全
過程において真空吸引を継続しているのでガス欠
陥のない良好なアルミ成形品が得られる。（第12実施例） PEG模型１の表面に黒鉛塗型４６を約50μｍの
厚さにコーテイングし、周囲に乾燥砂４８を充填
する（第１１図ａ参照）。全体にマイクロ波を照射すると塗型部４６は加
熱されるので、その熱によつて模型１は溶融す
る。溶融物は塗膜を介して乾燥砂中に吸収されるの
でキヤビテイ６が形成される（同図ｂ参照）。鋳型が冷却したのち、２液混合タイプのエポキ
シ樹脂の液状組成物２２を注入する（同図ｃ参
照）。このエポキシ樹脂が硬化した後鋳型材２５を除
去することにより、樹脂成形品２３が得られる
（同図ｄ）。（第13実施例）第１２図に示すようにPEG＃1000でスクリユ
ーロータ模型５７をつくり、周囲にガラス粒子６
０を充填し、全体を加熱することにより模型を溶
解し砂粒間隙に浸透させ鋳型キヤビテイを形成さ
せる。次に、このキヤビテイ中に光硬光性樹脂を鋳込
み、ガラス粒子を通して、鋳込まれた樹脂に光を
当てることにより、樹脂硬化体６１を得る（第１
２図ｂ参照）。（第14実施例）ターボチヤージやケーシングをPEG＃1000に
てつくり、この模型６２を第１３図に示すように
鉄粉１８内に埋設した。この鋳型の周囲に図示せざるコイルを配置し、
磁場を掛ける。更に、任意の方法で模型６２を加熱することに
より、模型６２を溶解させこの液状物を鉄粉１８
中に含浸させできた空洞内に炭素粉末よりなるス
リツプを注入し、炭素製グリーンボデイを得た。（第15実施例）第14図に示すように、パラフインワツツクス模
型３３の周囲に乾燥鉄粉１８を充填し、鋳型枠３
の下部に吸引箱４７を設置し、上部に熱風供給枠
６３を設置した。鋳型上部より、熱風供給枠６３を介して100℃
の熱風を供給し、吸引箱４７の吸引口５１より真
空吸引を行なつて模型３３を溶融させ、鉄粉１８
の毛管現象と真空吸引の相互作用により、キヤビ
テイの形成を促進させる。尚、この際コイル６４に電流を通して鉄粉を固
化させておく。キヤビテイ成形後、アルミニウム溶湯を注入す
るが、この際も、吸引口よりの吸引は続けている
ので、鉄粉１８中のワツクス分が溶湯熱によつて
気化したガスがアルミ鋳物中の吹かれ欠陥となる
恐れはない。（第16実施例）第１５図に示すようにパラフインワツクス模型
３３を、吸引箱４７の上に設置した枠体３の中に
設置し、その周囲にCaOを添加した乾燥砂４８を
充填し、上面に所定量の水を噴霧したのち直ちに
ビニールシート４９を被覆する。次に、設置した吸引箱の吸引口５１より吸引を
開始すると添加水分は鋳型全体にいきわたり、砂
中のCaOと反応して高温となり模型３３は溶融
し、砂中に含浸しキヤビテイが形成される。上記各実施例に示した本願発明の鋳型製造法に
より製造した鋳型と、鋳型模型の資材のリサイク
ルを表すフローを第１６図に示す。同図ａは模型、ｂは模型を乾燥砂中に埋設した
ところ、ｃは加熱により模型を除去し、同時に鋳
型を硬化させたところ、ｂはキヤビテイに液状物
を注入しているところである。 (e)は出来たグリーンボデイであり、一方、使用
した砂とワツクスの混合物はｆにて再加熱され、
かつ吸引により分離される。そして骨材は、造型の前工程に、ワツクスは模
型製作の前工程に戻し、鋳込原料の補給を前提と
して、その工程は何度でも繰返すことができる。〔発明の効果〕本願発明の効果を要約すると次の通りである。 (1) 小型で薄壁の製品に特に好適である。 (2) 連続・大量生産向きである。 (3) 機械化・自動化が容易である。 (4) 熟練を要しない。 (5) 鋳型をリサイクル使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第
６図、第７図、第９図、第１１図、第１２図は
夫々本願発明の実施例を示す工程図、第８図、第
１０図、第１３図、第１４図、第１５図は夫々本
発明の更に他の実施例による鋳型充填後の模型及
び鋳型込みの装置の断面図、第１６図は鋳型材と
鋳型模型材のリサイクルのフロー図である。１，５……鋳型模型、２……定盤、３……枠
体、４……合成樹脂粉末、６……キヤビテイ、７
……蓋、８，４１……湯口、９……スリツプ、１
０……グリーンボデイ、１２……ヒータ、１３…
…PEG溶融物、１４……樹脂含浸粒子層、１５，
２５……鋳型、１７……電磁石、１８……鉄粉、
１９……熱風流入口、２０……ハンデイポンプ、
２１……温潤珪砂、２２……エポキシ樹脂組成
物、２３……エポキシ樹脂効果体、２４……乾燥
珪砂、２６……吸水ボード、２８……スチロール
粉末、２９……鋳型残留分、３０……焼結品、３
１……混合粒子粉、３２……高湿度空気、３３…
…パラフインワツクス模型、４５……ワツクス製
ケーシング模型、４６……黒鉛塗型、４７……吸
気箱、４８……乾燥砂、４９……ビニルシート、
５１……吸気口、５２……レジンコート乾燥珪
砂、５３……鉄製ストーク、５４……粒状アルミ
ニウム、５５……フイルタ、５６……軸、５７…
…スクリユーロータ模型、６０……ガラス粒子、
６１……樹脂硬化体、６２……PEG製ターボチ
ヤージヤケーシング模型、６３……熱風供給枠、
６４……コイル。

Claims

【特許請求の範囲】１加熱溶融性樹脂にて形成した鋳型模型の周囲
に乾燥粒子を充填し、加熱にて加熱溶融性樹脂を
溶融させて乾燥粒子間隙に浸透させることにより
キヤビテイを形成することを特徴とする鋳型製造
法。２前記樹脂は吸水性低融点樹脂乃至これに添加
物を混合したものであるこを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の鋳型製造法。３前記樹脂は発泡性樹脂であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の鋳型製造法。４前記粒子は前記樹脂よりも高融点乃至は耐熱
性の粒子であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の鋳型製造法。５前記樹脂はポリアルキレングリコールである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋳
型製造法。