JPH09122822A - 発泡合成樹脂製消失模型および鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発泡合成樹脂製消失模型を鋳型に埋設したま
まで金属溶湯を注湯した場合、金属溶湯の熱によって溶
解気化し易く、鋳物内部に接着剤の残渣が残らず、ガス
欠陥を発生させない発泡合成樹脂製消失模型を提供する
こと。 【解決手段】 分割された消失模型が熱可塑性の二液性
接着剤により接着されてなる発泡合成樹脂製消失模型を
製作する。この二液性接着剤の熱分解温度は５００°Ｃ
以下である。接着されてなる発泡合成樹脂製消失模型を
鋳型に埋設したままで金属溶湯を鋳込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発泡合成樹脂製消失
模型を用いて鋳物を製造するための模型と、鋳造欠陥の
無い品質の優れた鋳物を提供する鋳造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
発泡合成樹脂製（例えば、発泡ポリスチレン製）消失模
型を作り、この発泡合成樹脂製消失模型を鋳型内に充填
したままで金属溶湯を鋳型内に注湯し、金属溶湯の熱に
より、この消失模型を順次溶解気化させながら金属溶湯
と置換しつつ鋳物を製造するフルモールド法が知られて
いる。フルモールド法において使用される発泡合成樹脂
製（例えば、発泡ポリスチレン製）消失模型は、特に模
型の構造が複雑な場合、発泡合成樹脂成形部材を切削し
たり、或いは２種以上の別体の発泡合成樹脂成形部材を
接着して作成されることが多い。

【０００３】上記フルモールド法用発泡合成樹脂成形部
材の接着剤としては合成樹脂を溶解しない溶剤に接着成
分を溶解した接着剤、エマルジョンタイプの水溶性接着
剤が用いられたり、ホットメルト型接着剤或いはホット
メルト接着剤の一種であるが溶融時に気体を巻き込み泡
状になるホットフォームメルト接着剤等が用いられてい
る。これら従来の接着剤を用いて接着して製作した発泡
合成樹脂製模型を用いるフルモールド鋳造法において
は、注湯された金属溶湯が接着剤を溶かすときに発泡樹
脂を溶かす以上に多くの熱を消失して金属溶湯の温度が
下がって湯流れが悪くなり鋳造欠陥が発生する場合や、
接着剤が金属溶湯により溶解気化することができずに鋳
物中に残存して鋳造欠陥の原因となることがある。

【０００４】特公平４−１６５０６号公報においては、
フルモールド法用発泡合成樹脂を溶解する溶剤とスチレ
ンブタジエンゴムよりなるフルモールド法用発泡合成樹
脂接着剤（一液性接着剤）を提案している。この提案に
おいては、発泡合成樹脂としてはポリスチレン系樹脂の
発泡体を用いるのが好ましく、またポリスチレン系樹脂
の発泡体を溶解する溶剤としてはシクロヘキサン（Ｃ₆
Ｈ₁₂）が好ましいとしている。また、接着剤中の接着剤
成分としてはスチレンブタジエンゴムを用い、溶剤は接
着剤全体に対し５０〜７０重量％の割合で用いるとして
いる。この接着剤を用いて発泡合成樹脂同志を接着する
場合、表面及び表面に近い部分においては発泡合成樹脂
を溶解することなく溶剤が蒸発して接着されるが、接着
面の内部においては溶剤は蒸発できず、且つ移動速度も
遅いので発泡合成樹脂を溶解し、内部のみに大きな空洞
を生じ表面のみが完全に接着された形となる。このた
め、この方式で接着した模型を用いて金属溶湯を鋳込む
と、中央部において接着面を溶かす必要がなく、且つ予
め中央部は空洞化されているので湯流れが良好となり、
且つ発生したガスによる抵抗も小となり良好な鋳物を得
ることができるとしている。

【０００５】しかし、特公平４−１６５０６号公報に提
案された接着剤では、下記〜の課題がある。 一液性であるため硬化速度が遅く、作業性が悪い。 発泡合成樹脂を溶解する溶剤を含有しているため、模
型の溶損が生じる。 接着面の内部においては溶剤が蒸発できず、移動速度
も遅いので発泡合成樹脂を溶解し、内部に空洞を生じ、
表面近傍のみが接着する。よって、一旦接着後設計変更
等のなんらかの理由で模型を再度分離分割して手直しを
必要とする場合、接着部近傍の発泡合成樹脂模型が壊れ
て再使用が困難となり、新品の発泡合成樹脂模型を必要
とする。

【０００６】また、特開平５−２１２４９１号公報にお
いては、ホットメルト型接着剤を提案している。即ち、
分割成形された複数の消失性模型の合わせ部を接合する
鋳造用消失性模型の接着剤であって、該接着剤に酸化源
を有する添加物が含有された鋳造用消失性模型の接着剤
である。添加物はアセタール樹脂等の酸素原子を有する
有機物である。そして該接着剤の主成分はエチレンビニ
ルアセテートである。金属溶湯の注湯時に接着剤が消失
する際、接着剤から発生する未燃カーボンを添加物中の
酸素原子によりＣＯ又はＣＯ₂のようにガス化させ、炭
素が鋳鋼鋳物に侵入する浸炭現象の防止を図るものであ
る。接着剤の主成分としてエチレンビニルアセテートを
用い、低温度下でのホットメルト接着（攪拌容器内で１
２０°Ｃで溶融と記載されている。）を図るものであ
る。

【０００７】しかし、特開平５−２１２４９１号公報に
提案された接着剤では、下記〜の課題がある。 注湯時に、接着剤から発生する未燃カーボンを添加物
（アセタール樹脂等の酸素原子を有する有機物）中の酸
化源によりガス化させるので、鋳物内部に未燃カーボン
の残渣や鋳物外部に放出できなかった残留ガスによるガ
ス欠陥を発生し易い。 接着剤の主成分がエチレンビニルアセテートのごとき
ホットメルトタイプであれば、高温で溶融管理を要する
特殊設備が必要である。更に、接着面に接着剤を塗布し
た際に、接着剤が高温で溶融している極短時間（数十
秒）の間に接着作業を完了させる必要があり、作業条件
が厳しい。特に面積の広い接着面同志の接着には不向き
である。

【０００８】また、かなり以前から木材接着用として、
二液分別塗付型の速硬化接着剤のユリア（尿素）樹脂系
接着剤がある。この接着剤は、ユリア樹脂系接着剤をＡ
成分とし、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）などの高
分子化合物の水溶液に燐酸などの強酸を混合してＢ液と
したもの（Ａ液とＢ液とよりなる二液分別塗付型の接着
剤を、以下「二液性接着剤」という。）がある。この強
酸はユリア樹脂系の老化を助長し、木材自身の強度を劣
化させる欠点を有している。なお、この二液性ユリア樹
脂系接着剤をフルモールド法用発泡合成樹脂製模型の接
着に適用した場合、ユリア樹脂は三次元的な網目構造を
有し、熱硬化性樹脂のために溶湯熱によりガチガチに硬
化した残渣が鋳物中に残存し鋳造欠陥を発生する原因と
なる場合が多い。また、ユリア樹脂系接着剤はホルムア
ルデヒド系合成樹脂であるため、発泡合成樹脂製消失模
型を接着組立作業中に揮発したホルムアルデヒドが目や
鼻、のどなどを刺激し作業環境を悪化している。

【０００９】本発明は、これら課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、塗布作業性が良く、接
着して製作した発泡合成樹脂製消失模型を鋳型に埋設し
たままで金属溶湯を注湯した場合、金属溶湯の熱によっ
て溶解気化し易く、鋳物内部に接着剤の残渣が残らず、
ガス欠陥を発生させない発泡合成樹脂製消失模型を提供
することにある。

【００１０】本発明者は上記目的につき鋭意研究の結
果、熱可塑性の二液性接着剤で、熱分解温度が低く、希
釈剤として水を使用すれば、上記課題を解決できること
に着目し、本発明をなした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の発泡合成樹脂製
消失模型は、分割された消失模型が熱可塑性の二液性接
着剤により接着されてなることを特徴とする。該二液性
接着剤の主たる熱分解温度が５００°Ｃ以下であること
を特徴とする。望ましくは４００°Ｃ以下であることが
好ましい。本発明で使用する接着剤の原液の希釈剤は水
とする。二液性接着剤のため、硬化時間が一液性の約３
０分から１〜２分（分単位での接着作業を可能とす
る。）へと大幅に改善され、作業性がよい。また、本発
明に係る接着剤は水性であり、模型を溶かす溶剤を含ん
でいないので模型の破損や溶損が無い。更に、常温での
接着作業であるため、ホットメルトのような高温で管理
する設備が不要であり、接着作業時間にも余裕がある。
また、本発明で使用する接着剤の原液の希釈剤が水であ
るため、作業環境も良い。本発明の鋳造方法は、熱可塑
性の二液性接着剤で接着された発泡合成樹脂製消失模型
を鋳型内に埋設したままで金属溶湯を鋳込むことを特徴
とする。ユリア樹脂系接着剤の熱分解温度が５４０〜６
００°Ｃと高く熱分解に時間を要するのに比べ、本発明
で使用する前記二液性接着剤の主たる熱分解温度が５０
０°Ｃ以下と低いため、注湯作業時に溶湯の熱によって
容易に気化し易く、鋳物内部に残渣やガス欠陥が発生せ
ず、健全な鋳物を製造できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態につい
て以下説明する。

【００１３】

【実施例】二液性スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）系
接着剤を用いた発泡合成樹脂製消失模型の接着手順は以
下のとおりである。 ：Ａ液（主剤１００ｇに水１２ｇを添加した液）を筆
（ハケ）にて消失模型の貼合せ面の一方に約１８０ｇ／
ｍ²塗布する。 ：Ｂ液（硬化促進剤７５ｇに酢酸ビニールボンド２５
ｇを添加した液）を筆（ハケ）にて他方の消失模型の貼
合せ面に約１４０ｇ／ｍ²塗布する。 ：、それぞれの面を貼合せ、面がずれないように
して１０〜３０秒間押さえる。なお、上記、の塗布
作業における塗布量は同量でも良い。ここで、Ａ液（主
剤）原液の粘性は約３００００ｃＰｓ、Ｂ液（硬化促進
剤）の主成分はグリオキザール［（ＣＨＯ）₂］、原液
の粘性は水程度であった。このようにして、貼合せた発
泡合成樹脂製消失模型を鋳型に埋設し、Ｃ０．８％の鋳
鋼を１５７０°Ｃで鋳込んだ。その後、解体した鋳物品
を超音波探傷およびＸ線検査により検査した結果、鋳造
欠陥は存在しなかった。なお、この実施例で使用した上
記スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を主剤とするＡ液
５ｇとＢ液４ｇを混合後固化し、示差熱分析により別途
調べた結果、熱分解温度が約３７８°Ｃ（図１参照）で
あった。このように、熱分解温度が低いために注湯され
た金属溶湯の熱により容易に気化され、前述のごとく鋳
物品に鋳造欠陥を発生しなかったものと考えられる。

【００１４】

【比較例】二液性ユリア樹脂系接着剤［Ａ液：ユリア樹
脂主成分，Ｂ液：硬化促進剤で，ポリビニールアルコー
ル（ＰＶＡ）＋燐酸の溶液］を用いて、実施例と同様に
貼合せた発泡合成樹脂製消失模型を鋳型に埋設し、注湯
して鋳物品を製造した。そして、同様に検査した結果、
鋳物品の内部にユリア樹脂の硬化した残渣とガス欠陥が
発生していた。なお、この比較例で使用した上記ユリア
樹脂主成分のＡ液５ｇとＢ液５ｇを混合後固化し、示差
熱分析により別途調べた結果、熱分解温度が約５３７°
Ｃ（図２参照）であった。このように、熱分解温度が高
いために注湯された金属溶湯の熱により容易には気化さ
れ難く、鋳物品に鋳造欠陥を発生したものと考えられ
る。なお、上記Ａ液の主成分であるユリア樹脂は、尿素
［（Ｈ₂Ｎ）₂＝Ｃ］とホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）と
を、アンモニアを触媒として、付加縮合（縮合重合とみ
る見方もある）させて得られるホルムアルデヒド系合成
樹脂で、三次元的な網目構造を持ち、加熱によって分子
がさらに縮合が進み硬くなる性質を有することがわかっ
ている。従って、二液性の接着剤であったとしても、ユ
リア樹脂のように熱硬化性のものでは、本発明の発泡合
成樹脂製消失模型用の接着剤としては適切でないと考え
られる。また、発泡合成樹脂製消失模型を接着組立作業
中に揮発した刺激臭のあるホルムアルデヒドが作業環境
を悪化するので作業者からは好まれない。

【００１５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明で用いる接着
剤は、硬化時間が短時間であり作業性がよく、接着剤に
よる発泡合成樹脂製消失模型の溶損や破損がないため、
消失模型を再度分離分割して設計変更等への手直し作業
が容易である。また、接着剤の熱分解特性がよく鋳物内
部に残渣やガス欠陥が発生しない。常温での接着作業で
あり、ホルムアルデヒドの発生がなく作業環境もよい。
ホットメルトのような高温で管理する設備が不要であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】二液性スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）系接
着剤の示差熱分析による温度とヒートフロウの関係図で
ある。

【図２】二液性ユリア樹脂系接着剤の示差熱分析による
温度とヒートフロウの関係図である。

【符号の説明】

１ 二液性スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）系接着剤 ２ 二液性ユリア樹脂系接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 公雄 栃木県真岡市鬼怒ケ丘11番地 日立金属株 式会社素材研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分割された消失模型が熱可塑性の二液性
   接着剤により接着されてなることを特徴とする発泡合成
   樹脂製消失模型。
2. 【請求項２】 前記二液性接着剤の主たる熱分解温度が
   ５００°Ｃ以下であることを特徴とする請求項１記載の
   発泡合成樹脂製消失模型。
3. 【請求項３】 熱可塑性の二液性接着剤で接着された発
   泡合成樹脂製消失模型を鋳型内に埋設したままで金属溶
   湯を鋳込むことを特徴とする鋳造方法。
4. 【請求項４】 二液性接着剤の主たる熱分解温度が５０
   ０°Ｃ以下であることを特徴とする請求項３記載の鋳造
   方法。