JPS63101040A - インベストメント鋳造用ワツクス系模型材料の製造方法 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、インベストメント・鋳造用ワックス系模型材
料の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ インベストメント鋳造法は別名ロストワックス鋳造法と
呼ばれているものであり、鋳造しようとする製品と同一
形状のワックス模型を作成し、該ワックス模型の回りに
耐火性被覆層を形成した後、ワックス模型を溶かし出し
、更に焼成することによって該耐火性被覆層を精密鋳造
用鋳型とする方法である。上記インベストメント鋳造法
は、更にソリッドモールド法とセラミックシェルモール
ド法に大別されるが、現在量も広く使われているのはセ
ラミックシェルモールド法である。

インベストメント鋳造法に用いられるワックス系模型材
料は通常５０〜７０℃程度で溶融した後金型に注入され
るが、このときの固化が速やかに進行し且つ固化に伴う
収縮が小さいことが望まれる。しかるにワックスの固化
に伴なう収縮率は熱収縮率よりも遥かに大きいので、収
縮を抑制する手段として、上記加熱溶融温度では溶融し
ない微分散状固体（以下フィラーと呼ぶ）をワックスの
１００重量部に対して２０〜４０重量部程度混合する方
法が採用されている。上記フィラーとじてはワックスに
溶解せず、高融点であり且つ焼成時に灰分を残さないこ
とが必要である。従って従来から汎用されているフィラ
ーは有機化合物であって、例えばイソフタル酸、テレフ
タル酸、ビスフェノール、フタルイミド等が知られてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上述した様な有機化合物は比較的粗粒であ
り、フィラーとして使用する際には均一に分散させる目
的で微粉砕する必要があり、従って製造作業中に粉塵が
舞上って作業に支障を来たすといった問題があった。ま
た上記有機化合物は通常の粉砕工程を経た後においても
、なお粒子が粗く且つ高比重である為、この様な有機化
合物をフィラーとしたワックス系模型材料を溶融状態で
しばらく静置すると、該フィラーが分散状態を維持でき
ずに下部に沈積してしまうといった問題があった。更に
上記列挙した有機化合物は、比較的高価でもあった。

本発明はこの様な現状に鑑みてなされたものであって、
その目的とするところは、フィラーを予め微粉砕してお
かなくても良好に分散させることのできる、従って作業
性の優れたインベストメント鋳造用ワックス系模型材料
の製造方法を提供することにある。また本発明の他の目
的は、上記趣旨から明らかな様に、比較的安価にワック
ス系模型材料を製造し得る方法を提供することにある。

［問題点を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、インベストメント鋳
造用ワックス系模型材料を製造するに当たり、連続相と
なるワックス系素材中に無水フタル酸及び水を加えて加
熱溶融撹拌する点に要旨を有するインベストメント鋳造
用ワックス系模型材料の製造方法である。

［作用］ 本発明は上述の如く構成されるが、要はインベストメン
ト鋳造用ワックス系模型材料を製造する　　　　”に当
たり、連続相となるワックス系素材中に無水フタル酸及
び水を加え、加熱溶融撹拌中に無水フタル酸を加水分解
し、生成したフタル酸をフィラーとしてワックス中に分
散させる点に最大の特徴を有するものである。

従来から用いられているインベストメント鋳造用模型材
料は、基本的にはワックスまたはワックスと樹脂を混合
した混合物を主素材とし、該主素材に各種のフィラーを
混合したものである。従って本発明において、前記ワッ
クス系素材とはワックス又はワックスと樹脂との混合物
の双方を含む趣旨であり、この様なワックス系素材中に
無水フタル酸及び水を加えることによって本発明に係る
ワックス系模型材料が製造される。

向上記樹脂は模型材料の粘性や機械的強度等を調節して
、実操業に即した特性を模型材料に付与する為のもので
あり、フィラーとは別の観点から必要により混合される
ものである。

本発明でワックス系素材として使用されるワックス又は
ワックスと樹脂の混合物については、何ら限定されるも
のではなく、従来から使用されている種類のものが適用
可能であり、操業条件等に応じて適宜選択すればよい。

使用されるワックスとしては、パラフィンワックス、マ
イクロワックス、カルナバワックス、モンタンワックス
、キャンデリラワックス、ピースワックス、カスターワ
ックス、ステアリン酸、ポリエチレンワックス等が挙げ
られ、また樹脂としては、エステルガム、テルペン樹脂
、石油樹脂、クマロン樹脂等が挙げられ、これらのワッ
クス及び樹脂は適宜配合して使用される。これらのワッ
クス及び樹脂を混合した殆んどのもの（以下ワックス混
合物と呼ぶこともある）は、一般的な注型温度である６
０〜７０℃程度で溶融状態となり、セラミックシェルか
らの脱ろう温度である１５０〜１８０℃程度では流動性
の高い液体となる。

この様なワックス混合物中（ワックス単独においても同
＄ｊりに、無水フタル酸及び水を添加して溶融、攪拌す
ると、無水フタル酸は加水分解を受けてフタル酸（以下
有水フタル酸と呼ぶこともある）に変化してゆく、ワッ
クス混合物は疎水性溶融状物質であり、これと無水フタ
ル酸及び水の３者は常温では相互に溶解せず単に混ざり
合っているに過ぎないが、溶融状となる６０〜７０℃以
上の温度では無水フタル酸及び水の２者は反応して有水
フタル酸に変化してゆく。その際注目すべきことに、無
水フタル酸をフレーク状の塊で添加した場合であっても
、有水化したフタル酸はワックス混合物中で微細且つ均
一な分散状態を達成することが分かった。しかも上記現
象の形成に際しては、ホモジナイザー等を使用して始め
て達成される程の激しい攪拌は必要とせず、通常の混合
に使用される程度の弱攪拌でも十分であった。従って本
発明においては、従来のフィラーにおいて必要とされて
いた予備粉砕工程が不要となる。

この様な現象の詳細については十分解明し得ていないが
、無水フタル酸に水が接触すると無水フタル酸の表面か
ら順次有水化し、有水化したフタル酸はワックス又はワ
ックス混合物中に逐次分散してゆく為であろうと考えら
れる。即ち、本発明者らが実験したところによると、有
水フタル酸における分散粒子の大きさは水の粒径（水滴
の大きさ）を小さくすればするほど小さくなる傾向が認
められ、無水フタル酸粒子の大きさは加水反応の速度と
関連していることが認められた。

従って微分散状フィラーを得る為には、水滴を小さくす
ることが有効な方法として挙げられるが、その手段とし
ては界面活性剤を適量併用することも挙げられる。この
場合に用いる界面活性剤としては何ら限定するものでな
いが、親油性の強い（ＨＬＢ値の小さい）界面活性剤は
ワックス又は樹脂中に溶解し、親水性の強い（ＨＬＢ値
が大きい）の界面活性剤は水に溶解させる様にすればよ
い。

本発明方法を実施するに当たり、その加熱溶融温度は低
温から高温迄徐々に上昇させるのが好ましい。即ち無水
フタル酸と水との加水反応が終了するまでに１００℃以
上に加熱すると水が突沸・蒸発する危険があり、又無水
フタル酸の融点（１３１〜１３２℃程度）を超えて加熱
すると無水フタル酸が溶融して巨大な塊りを形成する恐
れが生じる。そして加水反応が完了した後には模型材料
の取出し時の流動性を良好にする為に１００〜１６０℃
に昇温する様にすればよい。尚この際、有水化したフタ
ル酸の融点は２１０℃となる為、有水フタル酸が溶融す
る様な事態は生じない。

従って本発明における加熱溶融の際の具体的な手段とし
ては、まず第１段階で本発明のワックス系模型材料を７
０〜９５℃に保って加水反応を十分進行させた後、必要
により第２段階として残存する余分の水を蒸発除去する
と共に、取出し時の流動性を良好にする為に１００〜１
６０℃とする方法が望ましい態様として例示することが
できる。

本発明で用いる無水フタル酸及び水の混合割合は、所望
のフィラー含有率に応じて適宜決定すればよく何ら限定
するものではないが、通常ワックス系模型材料中におけ
るフィラーの好ましい含有割合は１５〜４０重量％であ
る。無水フタル酸を加水するに必要な水の混合割合は無
水フタル酸ｉｏｏ重量部に対し２０〜６０重量部程度で
ある。しかして水の量が不足すると無水フタル酸が残存
し、１３０℃以上の温度履歴を受けたときにこれが溶融
して後に大きな針状結晶を形成するので好ましくない。

また水の量が多過ると、残存した水を蒸発除去する為の
熱エネルギーを余分に消費する必要があるので好ましく
ない。

本発明方法に従って製造される模型材料は、有水化した
フタル酸が２１０℃という高い融点となる為、有水フタ
ル酸が一旦微分散した後は決して凝集することはなく、
脱ろう作業時の高温（１５０〜１８０℃）にも耐え得る
ものである。

また微分散した有水フタル酸は、鋳造工程中における加
温条件では脱水して無水フタル酸に可逆的に戻る様なこ
ともなかった。即ち本発明者らの実験によると、模型材
料に９０℃×７日間或は１８０℃×４時間の溶融攪拌を
施しても、重量減少は殆んど認められず、冷却後におい
ても無水フタル酸の存在によって形成される様な針状結
晶も生成しなかった。この様な現象が認められるのは、
有水化したフタル酸が模型材料中で疎水性ワックス混合
物によって完全に被覆されて保護されている為であろう
と考えられる。

後記実験例でも明らかにするが、本発明に従って製造さ
れる模型材料は、イソフタル酸を同量使用して製造した
従来の模型材料と同等又はそれ以上の性能を示す他、従
来必要とされていた粉砕も必要とされず又溶融静置して
もフィラーが沈積し難い傾向が認められ、作業性の面で
も格段に改良されることになる。更に、無水フタル酸は
、従来フィラーとして用いられていたイソフタル酸、テ
レフタル酸、フタルイミド等のいずれのフィラーよりも
安価な上に、加水によって増量させることができるので
、大幅な価格低下を図ることが可能となる。

［実施例コ 実施例１ ステンレス鋼製ビーカーに攪拌機と温度計を挿入し、該
ビーカ内にパラフィンワックス（１４０’　Ｆ）４０重
量部、エステルガム３０重量部、カルナバワックス３０
！ｉ量部を投入して加熱し、均一に溶融させてワックス
混合物を調製した。

調製したワックス混合物を９０℃にて溶融攪拌し、フレ
ーク状無水フタル酸３０重量部、水４．０重量部を投入
して８０〜８５℃で２時間攪拌した。その後１３０℃に
して余剰の水を蒸発させ、均一なワックス組成物を得た
。

実施例２ パラフィンワックス（１４０°Ｆ）４０重量部、マイク
ロワックス（１８０°Ｆ）２０重量部、エステルガム３
０重量部、カスターワックス１０重量部を実施例１と同
様にして調製したワックス混合物を９０℃で溶融攪拌し
、顆粒状無水フタル酸３０重量部、水１０重量部を投入
して９０〜９５℃で更に１時間攪拌した。その後１３０
℃にして余剰の水を蒸発させ、均一なワックス組成物を
得た。

実施例３ パラフィンワックス（１４０°Ｆ）３０重量　　　　“
部、マイクロワックス（１８０°Ｆ）２０重量部、そレ
タンワックス１０重量部、石油、樹脂４０重量部を実施
例１と同様にして調製したワックス混合物を９０℃で溶
融攪拌し、顆粒状無水フタルｗｉ３０重量部、水１８重
量部を投入して９０〜９５℃で更に１時間攪拌した。そ
の後１４０℃にして余剰の水を蒸発させ、均一なワック
ス組成物を得た。

実施例４ パラフィンワックス（１４０°Ｆ）２０重量部、マイク
ロワックス（１８０°Ｆ）３０重量部、エステルガム２
０重量部、石油樹脂２０重量部、キャンデリラワックス
１０重量部を実施例１と同様にして調製したワックス混
合物を９０℃で溶融攪拌し、フレーク状無水フタル酸６
０重量部、水３６．５！量部を投入して８０〜８５℃で
更に２時間攪拌した。その後１４０℃にして余剰の水を
蒸発させ、均一なワックス組成物を得た。

実施例５ 実施例１と同様にして調製したワックス混合物に、ノイ
ゲンＥＴ−１４９（商品名）［第１工業製薬（株）製］
　０．２２５瓜量部とソルゲン５０（商品名）［第１工
業製薬（株）製］　０．０７５重量部を没入して９０℃
で溶融攪拌した後、フレーク状無水フタル酸３０重量部
、水１８重量部を投入して８０〜８５℃で更に１時間攪
拌した。その後１５０℃にして余剰の水を蒸発させ均一
なワックス組成物を得た。

■旦Ｖ 実施例１と同様にして調製したワックス混合物を１２０
℃で溶融攪拌し、粉砕機にて２００メツシユ以下に微粉
砕したイソフタル酸３３重量部を投入した後、アジタ一
式撹拌機を使用して強力な攪拌を行なって均一なワック
ス組成物を得た。

実施例１〜５及び比較例で得られた各ワックス組成物に
ついて、溶融粘度及び沈積度を測定した。その結果を下
記第１表に示す。尚沈積度は、内径１５１＋１１１の円
筒管に１５Ｏｎ＋ｍ高さまでワックス組成物を充填し、
９０℃×１時間後の上澄液高さを測定したものである。

上記第１表の結果からも明らかであるが、本発明方法に
従って製造されるワックス系模型材料は、従来法で得た
模型材料と同様の粘性を示し、沈積度は却って向上する
ことが理解される。従って粉砕工程が不要であるといっ
た作業性、及び安価であるといった経済性等も考慮する
と、本発明方法は従来法と比べて格段に改良された技術
であることは明らかである。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、作業性及び経済性の両
面で優れた効果を発揮するインベストメント鋳造用ワッ
クス系模型材料が実現できた。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）インベストメント鋳造用ワックス系模型材料を製
   造するに当たり、連続相となるワックス系素材中に無水
   フタル酸及び水を加えて加熱溶融撹拌することを特徴と
   するインベストメント鋳造用ワックス系模型材料の製造
   方法。
2. （２）界面活性剤を添加して加熱溶融する特許請求の範
   囲第１項に記載の製造方法。
3. （３）加熱溶融温度をまず７０〜９５℃とし、その後１
   ００〜１６０℃とする特許請求の範囲第１項又は２項に
   記載の製造方法。