JP2014076460A

JP2014076460A - 精密鋳造用鋳型及びその製造方法

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Publication number: JP2014076460A
Application number: JP2012224616A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Oguma; 英隆小熊; Kazutaka Mori; 一剛森; Ikuo Okada; 郁生岡田; Sachio Shimohata; 幸郎下畠
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-09
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Abstract

【課題】高温で長時間保持した場合でも変形が生じない精密鋳造用鋳型及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】鋳物の内部の空洞部分に対応する形状のコアと、前記鋳物の外周面の形状に対応する外側鋳型と、を有し、前記外側鋳型は、内周面に形成され、粒径２０ｎｍのシリカゾルの精密鋳造用鋳型スラリーを用いて乾燥してなるスラリー膜からなるプライム層（第１乾燥膜）１０１Ａと、プライム層（第１乾燥膜）１０１Ａの外側に形成され、精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層１０２と、スラリー層にスタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着したスタッコ層１０３とにより形成し、乾燥してなるバックアップ層（第２乾燥膜）１０４−１を、複数回形成してなる複層バックアップ層１０５Ａと、からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密鋳造用鋳型及びその製造方法に関するものである。

鋳物を製造する鋳造方法には、鋳物を高い精度で製造する場合に用いられる精密鋳造方法がある。精密鋳造方法は、特許文献１に記載されているように、成形部品と同一形状の消失性模型（ワックス型）の周囲にスラリーを塗布し、その後、初層スタッコ（フラワー）を付着させ、乾燥させる。その後、スラリーの塗布、スタッコの付着、乾燥の３つの工程を繰返し行い、鋳物の外側を覆う型（外側鋳型）を作製する。

ここで、精密鋳造用鋳型はシリカゾルを主体とするスラリーにワックス型を付け込み、ワックス型の表面にスラリーを付着させ乾燥させる。
１回の操作では付着するスラリーが少なく、薄いものしかできないので、数回〜１０数回繰返して厚さを稼いでいる。また、乾燥を早くするため、あるいは、早く肉厚を確保するため、乾燥割れを防止するため、スタッコ材と呼ばれる粗い粒子をスラリー表面にふりかけ、付着させている。そのため、鋳型の断面構造は緻密層、粗い粒子の層の繰り返しとなっている。
例えばシリカゾルは粒径２０ｎｍ程度の球状シリカ粒子が分散された液である。このシリカ超微粒子が、乾燥の過程でスラリーに含まれるジルコン、アルミナなどの比較的細かい粒子（数ミクロンから数十ミクロン）及び粗い粒子（スタッコ）（数百ミクロン〜数ｍｍ）の表面に付着し、乾燥、熱処理により固く結合することにより、鋳型の形状が保たれると同時に強度を保有し、鋳型として利用できるようになっている。

特開２００１−１８０３３号公報

ところで、一般的には、前述のシリカゾル（シリカの超微粒子を分散した液）を用いた鋳型で十分であるが、例えば一方向凝固翼製造などでは、結晶の析出方向を制御するため、溶融金属を保持する。この結果、高温（例えば１５５０℃程度）での保持時間が長くなる。この場合、高温で保持されるため、バインダであるシリカが軟化して、鋳型の変形を生じてしまう、という問題がある。

ここで、一方向凝固翼製造などでは、鋳型を真空中のヒーター内に設置し、溶融金属の融点以上の温度に加熱保持して、鋳型中に溶融金属を注入し、鋳型をヒーターから下方へ引き下げを制御しながら引き抜くことにより、溶融金属を下方の一方向から冷却、凝固させることにより製造されるのが一般的である。

よって、例えば一方向凝固翼製造等において、高温（例えば１５５０℃程度）での長時間に亙って保持した場合でも変形が抑制される鋳型の出現が切望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高温で長時間保持した場合でも変形が生じない精密鋳造用鋳型及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、鋳物の製造に用いる精密鋳造用鋳型であって、前記鋳物の内部の空洞部分に対応する形状のコアと、前記鋳物の外周面の形状に対応する外側鋳型と、を有し、前記外側鋳型は、内周面に形成され、精密鋳造用鋳型スラリーを用いて乾燥してなるスラリー膜からなるプライム層と、前記プライム層の外側に形成され、前記精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層と、該スラリー層にスタッコ材スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着したスタッコ層とにより形成し、乾燥してなるバックアップ層を、複数回形成してなる複層バックアップ層と、からなることを特徴とする精密鋳造用鋳型にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記プライム層が、精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層に、スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着したスタッコ層を有することを特徴とする精密鋳造用鋳型にある。

第３の発明は、鋳物の製造に用いる精密鋳造用鋳型の製造方法であって、精密鋳造用ろう型を、精密鋳造用鋳型スラリーに浸漬し、引き上げた後乾燥して、ろう型の表面にスラリー膜からなるプライム層を形成する第１成膜工程と、前記プライム層を形成したろう型を、前記精密鋳造用鋳型スラリーに浸漬し、引き上げた後、スラリー表面にスタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を振掛け、その後乾燥してバックアップ層を形成する第２成膜工程と、前記第２成膜工程のバックアップ層を形成する工程を複数回繰り返し、複層バックアップ層を形成した成形体を得る成形体形成工程と、得られた成形体からろう型のワックスを融解・除去する脱ワックス工程と、脱ワックス後の成形体を焼成処理し、鋳型を得る鋳型焼成工程と、を有することを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法にある。

第４の発明は、第３の発明において、前記第１成膜工程の際、前記精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層に、スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着してスタッコ層を形成し、その後乾燥することを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法にある。

本発明は、スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲とすることにより、高い強度の鋳型が得られる、という効果を奏する。

図１は、外側鋳型となる乾燥成形体の構成図である。図２は、外側鋳型となる他の乾燥成形体の構成図である。図３は、鋳造方法の工程の一例を示すフローチャートである。図４は、鋳型製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。図５は、コアの製造工程を模式的に示す説明図である。図６は、金型の一部を模式的に示す斜視図である。図７は、ろう型の製造工程を模式的に示す説明図である。図８は、ろう型にスラリーを塗布する構成を模式的に示す説明図である。図９は、外側鋳型の製造工程を模式的に示す説明図である。図１０は、鋳型製造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。図１１は、鋳造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

図１は、外側鋳型となる乾燥成形体の構成図である。図２は、外側鋳型となる他の乾燥成形体の構成図である。
図１に示すように、精密鋳造用鋳型は、鋳物の製造に用いる精密鋳造用鋳型であって、前記鋳物の内部の空洞部分に対応する形状のコアと、前記鋳物の外周面の形状に対応する外側鋳型と、を有し、前記外側鋳型は、内周面に形成され、粒径２０ｎｍのシリカゾルの精密鋳造用鋳型スラリーを用いて乾燥してなるスラリー膜からなるプライム層（第１乾燥膜）１０１Ａと、前記プライム層（第１乾燥膜）１０１Ａの外側に形成され、前記精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層１０２と、該スラリー層にスタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を５〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着したスタッコ層１０３とにより形成し、乾燥してなるバックアップ層（第２乾燥膜）１０４−１を、複数回形成してなる複層バックアップ層１０５Ａと、からなるものである。

ここで、本発明でスラリーを形成する精密鋳造用鋳型スラリーとして、シリカゾルを用いているが、本発明は、これに限定されず、例えば高純度超微粒のアルミナ微粒子（アルミナ超微粒子）、ジルコニア微粒子などを分散手段である例えばボールミルを用いて、単一分散されているものを用いることもできる。
ここで、単一分散されているとは、例えば粒径が約０．５μｍのアルミナ微粒子を用いてスラリーを形成する場合、分散処理をした結果においても、０．５μｍに単一分散されている状態をいう。
ここで、アルミナ微粒子やジルコニア微粒子の粒径としては、１．０μｍ以下、より好ましくは０．３〜０．６μｍの範囲とするのが良い。

本発明では、アルミナ微粒子やジルコニア微粒子の粒径が１．０μｍ以下が好ましいのは、１．０μｍを超えると、曲げ試験強度の結果が好ましくないことによる。

また、例えば高純度超微粒のアルミナ微粒子（アルミナ超微粒子）を分散手段である例えばボールミルを用いて、単一分散されているスラリーにシリカゾルを分散させたものを精密鋳造用鋳型スラリーとするようにしても良い。

フラワーとして、ジルコン粉（例えば３５０メッシュ）を添加して精密鋳造用鋳型スラリーを得る。
なお、本発明では、フラワーを添加しない場合も許容されうる。

ここで、単一分散させるための分散剤として、例えばポリカルボン酸塩（例えばアンモニウム塩）を用いて、分散させるようにしている。

また、分散手段としては、例えば直径１０〜２０ｍｍボールを用いたボールミルを例示することができるが、単一分散する手段であれば、これに限定されるものではない。

本発明では、バインダであるアルミナ微粒子やジルコニア微粒子を単一分散させた良好なスラリーとすることが肝要となる。

また、本発明では、スタッコ材として、アルミナスタッコ粒を用い、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１以上、より好ましくは２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１以上、より好ましくは２〜４０の範囲としている。
本発明では、スタッコ材として、粒径の異なる粒度同士を配合することで、スタッコ部分の粒子が密充填することとなる。この結果、鋳型の強度を高くすることができる。

以下、スタッコ粒の配合について、検討した。
表１に示すように、比較例１として、従来の１〜３ｍｍの分布（中心粒径２ｍｍ）のスタッコ粒を用いた鋳型の強度は１０ＭＰａであった。
これに対し、５０〜５００μｍの微粒と、０．５〜２ｍｍの中粒と２〜４ｍｍの粗粒の配合を、変化させた場合の強度の出現性について、検討した。
試験の結果を表１に示す。

表１では、試験１として、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５（５００μｍ）〜２ｍｍの中粒の配合を１とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１の範囲としてなるスタッコ粒を用いた場合の強度は、１３ＭＰａであった。
また、試験２として、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５（５００μｍ）〜２ｍｍの中粒の配合を３とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を２の範囲としてなるスタッコ粒を用いた場合の強度は、１５ＭＰａであった。
また、試験３として、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５（５００μｍ）〜２ｍｍの中粒の配合を２とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を３の範囲としてなるスタッコ粒を用いた場合の強度は、１４ＭＰａであった。
これらの結果より、試験１及び２の配合において、強度が良好であった。
また、通常試作している鋳型の強度は１０ＭＰａ程度であり、粒径の異なる粒度同士を配合することにより、スタッコ部分の粒子が密充填する結果、鋳型の強度が高くなることが判明した。

ここで、スタッコ材としては、アルミナスタッコ粒以外に、例えばスピネルスタッコ粒、ムライトスタッコ粒、ジルコンスタッコ粒などを用いることができる。

本発明では、スタッコ材として、粒度配合を、所定の配合とすることにより、従来品に対し、鋳型強度向上を大幅に図ることができる。
この鋳型強度の向上の結果、鋳型の薄肉化、層数減が図れ、鋳型製造期間の短縮と製造コスト低減を図ることができる。
また、凝固時温度勾配を高めることができ、鋳物歩留り向上と強度特性向上が見込める。

次に、精密鋳造用鋳型の製造方法を図１及び図２により説明する。
（第１成膜工程）
先ず、この第１成膜工程では、シリカゾルからなる精密鋳造用鋳型スラリー（以下「スラリー」という）を用いて、ろう型３０を浸漬させ、引き上げ、余分なスラリーを落下させる。その後、乾燥させることで、ろう型３０表面に、スラリー膜（第１乾燥膜）を得る。
このスラリー膜が、図１において、ろう型３０の表面と接するプライム層１０１Ａとなる。

（第２成膜工程）
次いで、このプライム層１０１Ａを有するろう型３０を、スラリーに浸漬させた後、引上げ、余分なスラリーを落下させ、スラリー層（２層目）１０２を形成する。この濡れているスラリー層（２層目）１０２にスタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を５〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を振掛けて（スタッコイングして）、スタッコ材を付着させたスタッコ層（１層目）１０３を形成する。このスラリー層１０２とスタッコ層（１層目）１０３との積層体を乾燥して、プライム層（第１乾燥膜）１０１の上に第１バックアップ層（第２乾燥膜）１０４−１を形成する。

（成形体形成工程）
この第１バックアップ層１０４−１の第２成膜工程と同様の操作を複数回（例えば６〜１０回）繰り返し、スラリー層（ｎ＋１層）１０２とスタッコ層（ｎ層）１０３とが交互に積層された所定厚みの複層バックアップ層１０５Ａを有する外側鋳型となる乾燥成形体１０６を得る。

この乾燥成形体を例えば１５０℃のオートクレーブに入れて、ろう型３０を構成するワックスを融解し、排出させる。
その後、この型を１，０００℃で熱処理し、精密鋳造用鋳型を得る。

この得られた精密鋳造用鋳型は、スタッコ材として、粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を５〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を用いることにより、得られた鋳型の強度の向上を図ることができる。

また、図２に示すように、プライム層１０１において、プライムスラリー層１０１ａに、スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を５〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着させてプライムスタッコ層１０１ｂを形成し、その後乾燥して、プライム層１０１Ｂとするようにしても良い。
なお、このプライム層１０１Ｂのように、スタッコ材を付着させた場合には、複層バックアップ層１０５Ｂのスラリー層の積層回数と、スタッコ層１０３の積層回数とは共に同数（ｎ層）からなる複層バックアップ層１０５Ｂを有する外側鋳型となる乾燥成形体１０６Ｂを得ることとなる。

本発明では、フラワーとしてジルコン粉を用いたが、ジルコン粉以外に、アルミナ粉を用いると共に、スタッコ材としてジルコンスタッコ粒の代わりにアルミナスタッコ粒を用いても、同様な精密鋳造用鋳型を得ることができる。
なお、フラワーとスタッコ材との関係は、限定されるものではなく、フラワーとしてジルコン粉、アルミナ粉のいずれかを用いると共に、スタッコ材として、ジルコンスタッコ粒、アルミナスタッコ粒のいずれかを用いるようにすれば良い。

このフラワーの粒径は、３５０メッシュとしているが、本発明ではこれに限定されず、例えば５〜８０μｍ程度の粒子、平均粒径としては、例えば５０μｍ以下のものを使用することが好ましい。

以下、本発明の精密鋳造用鋳型を用いた鋳造方法について説明する。

図３は、鋳造方法の工程の一例を示すフローチャートである。以下、図３を用いて、鋳造方法について説明する。ここで、図３に示す処理は、全自動で実行しても良いし、オペレータが各工程を実行する装置を操作して実行しても良い。本実施形態の鋳造方法は、鋳型を作製する（ステップＳ１）。鋳型は、予め作製しておいても良いし、鋳造を実行する毎に作製しても良い。

以下、図４から図１０を用いて、ステップＳ１の工程で実行する本実施形態の鋳型製造方法について説明する。図４は、鋳型製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。ここで、図４に示す処理は、全自動で実行しても良いし、オペレータが各工程を実行する装置を操作して実行しても良い。

鋳型製造方法は、コア（中子）を作製する（ステップＳ１２）。コアは、鋳型で作製する鋳物の内部の空洞に対応する形状である。つまり、コアは、鋳物の内部の空洞に対応する部分に配置されることで、鋳造時に鋳物となる金属が流れ込むことを抑制する。以下、図５を用いて、コアの製造工程について説明する。図５は、コアの製造工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、図５に示すように金型１２を準備する（ステップＳ１０１）。金型１２は、コアに対応する領域が空洞となっている。コアの空洞となる部分が凸部１２ａとなる。なお、図５では、金型１２の断面で示しているが、金型１２は、空間に材料を注入する開口や空気を抜く穴以外は、基本的にコアに対応する領域の全周を覆う空洞となっている。鋳型鋳造方法は、矢印１４に示すようにセラミックスラリー１６を、金型１２の空間に材料を注入する開口から金型１２の内部に注入する。具体的には、セラミックスラリー１６を金型１２の内部に噴射する、いわゆる射出成形でコア１８を作製する。鋳型製造方法は、金型１２の内部にコア１８を作製したら、金型１２からコア１８を取り外し、取り外したコア１８を焼成炉２０に設置し、焼成させる。これにより、セラミックで形成されたコア１８を焼き固める（ステップＳ１０２）。鋳型鋳造方法は、以上のようにしてコア１８を作製する。なお、コア１８は、鋳物が固まった後に化学処理等の脱コア処理で取り除ける材料で形成される。

鋳型製造方法は、コア１８を作製したら、外部金型の作製を行う（ステップＳ１４）。外部金型は、内周面が鋳物の外周面に対応した形状となる。金型は、金属で形成しても良いし、セラミックで形成しても良い。図６は、金型の一部を模式的に示す斜視図である。図６に示す金型２２ａは、内周面に形成された凹部が鋳物の外周面に対応している。なお、図６では、金型２２ａのみを示したが、金型２２ａに対応し、内周面に形成された凹部を塞ぐ向きに金型２２ａに対応する金型も作製する。鋳型製造方法は、２つの金型を合わせることで、内周面が鋳物の外周面に対応した型となる。

鋳型製造方法は、外部金型を作製したら、ろう型（ワックス型）の作製を行う（ステップＳ１６）。以下、図７を用いて説明する。図７は、ろう型の製造工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、金型２２ａの所定位置にコア１８を設置する（ステップＳ１１０）。その後、金型２２ａに対応する金型２２ｂを、金型２２ａの凹部が形成されている面に被せ、コア１８の周囲を金型２２ａ、２２ｂで囲み、コア１８と金型２２ａ、２２ｂとの間に空間２４を形成する。鋳型製造方法は、矢印２６に示すように、空間２４と連結された配管から空間２４の内部に向けてＷＡＸ２８の注入を開始する（ステップＳ１１２）。ＷＡＸ２８は、所定の温度以上に加熱されると溶けるような、融点が比較的低温の物質、例えばろうである。鋳型製造方法は、空間２４の全域にＷＡＸ２８を充填させる（ステップＳ１１３）。その後、ＷＡＸ２８を固化させることで、コア１８の周囲をＷＡＸ２８が囲んだろう型３０を形成する。ろう型３０は、基本的にＷＡＸ２８で形成される部分が製造する目的の鋳物と同じ形状となる。その後、鋳物製造方法は、ろう型３０を金型２２ａ、２２ｂから分離し、湯口３２を取り付ける（ステップＳ１１４）。湯口３２は、鋳造時に溶けた金属である溶湯が投入される口である。鋳型製造方法は、以上のようにして、内部にコア１８を含み、鋳物と同一の形状のＷＡＸ２８で形成されたろう型３０を作製する。

鋳型製造方法は、ろう型３０を作製したら、スラリー塗布（ディッピング）を行う（ステップＳ１８）。図８は、ろう型にスラリーを塗布する構成を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、図８に示すように、スラリー４０が貯留された貯留部４１にろう型３０を浸漬させ、取り出した後、乾燥を行う（ステップＳ１９）。これにより、ろう型３０の表面にプライム層１０１Ａを形成することができる。
ここで、ステップＳ１８で塗布するスラリーは、ろう型３０に直接塗布されるスラリーである。このスラリー４０は、シリカゾルを用いる。このスラリー４０には、フラワーとして３５０メッシュ程度の耐火性の微粒子、例えばジルコニアを用いることが好ましい。また、分散剤としてポリカルボン酸を用いることが好ましい。また、スラリー４０には、消泡剤（シリコン系の物質）や、濡れ性改善剤を微量、例えば０．０１％添加することが好ましい。濡れ性改善剤を添加することで、スラリー４０のろう型３０への付着性を向上させることができる。

鋳型製造方法は、図９に示すように、スラリー４０でスラリー塗布を行って、乾燥しプライム層（第１乾燥膜）１０１Ａを有するろう型を、さらにスラリー塗布（ディッピング）を行う（ステップＳ２０）。この濡れているスラリーの表面にスタッコ材５４として、粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を５〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を振掛けるスタッコイングを行う（ステップＳ２１）。その後スラリー層の表面にスタッコ材が付着されたものを乾燥し、プライム層（第１乾燥膜）１０１Ａの上に第１バックアップ層（第２乾燥膜）１０４−１を形成した（ステップＳ２２）。
この第１バックアップ層（第２乾燥膜）１０４−１の形成工程と同様の操作を複数回（例えばｎ：６〜１０回）繰り返す判断を行う（ステップＳ２３）。所定回数（ｎ）の第ｎバックアップ層１０４−ｎを積層させ（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、複層バックアップ層１０５Ａが形成された厚みが例えば１０ｍｍの外側鋳型となる乾燥成形体１０６Ａを得る。

鋳型製造方法は、プライム層１０１Ａと複層バックアップ層１０５Ａの複数層が形成された乾燥成形体１０６を得たら、当該乾燥成形体１０６に対して熱処理を行う（ステップＳ２４）。具体的には、外側鋳型とコアとの間にあるＷＡＸを除去し、さらに外側鋳型とコアとを焼成させる。以下、図１０を用いて説明する。図１０は、鋳型製造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、ステップＳ１３０に示すように、プライム層１０１Ａと複層バックアップ層１０５Ａの複数層が形成された外側鋳型となる乾燥成形体１０６をオートクレーブ６０の内部に入れ、加熱する。オートクレーブ６０は、内部を加圧蒸気で満たすことで、乾燥成形体１０６内のろう型３０を加熱する。これにより、ろう型３０を構成するＷＡＸが溶け、溶融ＷＡＸ６２が乾燥成形体１０６で囲まれた空間６４から排出される。
鋳型製造方法は、溶けたＷＡＸ６２を空間６４から排出することで、ステップＳ１３１に示すように、外側鋳型となる乾燥成形体１０６と、コア１８との間のＷＡＸが充填されていた領域に空間６４が形成された鋳型７２が作製される。その後、鋳型製造方法は、ステップＳ１３２に示すように、外側鋳型となる乾燥成形体１０６とコア１８との間に空間６４が形成された鋳型７２を、焼成炉７０で加熱する。これにより、鋳型７２は、外側鋳型となる乾燥成形体１０６に含まれる水成分や不要な成分が除去され、さらに、焼成されることで硬化され、外側鋳型６１が形成される。鋳物製造方法は、以上のようにして鋳型７２を作製する。

図３と図１１を用いて、鋳造方法の説明を続ける。図１１は、鋳造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。鋳造方法は、ステップＳ１で鋳型を作製したら、鋳型の予熱を行う（ステップＳ２）。例えば、鋳型を炉（真空炉、焼成炉）内に配置し、８００℃以上９００℃以下まで加熱する。予熱を行うことで、鋳物の製造時に鋳型に溶湯（溶けた金属）を注入した際に鋳型が損傷することを抑制することができる。

鋳造方法は、鋳型を予熱したら、注湯を行う（ステップＳ３）。つまり、図１１のステップＳ１４０に示すように、溶湯８０、つまり溶解した鋳物の原料（例えば鋼）を鋳型７２の開口から外側鋳型６１とコア１８との間に注入する。

鋳造方法は、鋳型７２に注いだ溶湯８０を固化させたら、外側鋳型６１を除去する（ステップＳ４）。つまり、図１１のステップＳ１４１に示すように、鋳型７２の内部で溶湯が固まって鋳物９０となったら、外側鋳型６１を粉砕して破片６１ａとして、鋳物９０から取り外す。

鋳造方法は、外側鋳型６１を鋳物９０から除去したら、脱コア処理を行う（ステップＳ５）。つまり、図１１のステップＳ１４２に示すように、オートクレーブ９２の内部に鋳物９０を入れ、脱コア処理を行うことで、鋳物９０の内部のコア１８を溶解し、溶解した溶解コア９４を鋳物９０の内部から排出する。具体的にはオートクレーブ９２の内部で鋳物９０をアルカリ溶液に投入し、加圧、減圧を繰り返すことで、鋳物９０から溶解コア９４を排出する。

鋳造方法は、脱コア処理を行ったら、仕上げ処理を行う（ステップＳ６）。つまり、鋳物９０の表面や内部に仕上げ処理を行う。また、鋳造方法では、仕上げ処理と共に鋳物の検品を行う。これにより、図１１のステップＳ１４３に示すように、鋳物１００を製造することができる。

本実施形態の鋳造方法は、以上のように、ＷＡＸ（ワックス）を用いたロストワックス鋳造法を用いて鋳型を作製し、鋳物を作製する。ここで、本実施形態の鋳型製造方法、鋳造方法及び鋳型は、鋳型の外側の部分である外側鋳型を、スラリーとしてアルミナ超微粒子を用いて内周面となるプライム層（初層である第１乾燥膜）１０１Ａを形成し、このプライム層１０１Ａの外部にスラリー層と微粒、中粒及び粗粒の所定配合のスタッコ粒を用いたスタッコ層からなる複数層のバックアップ層１０５Ａを形成しての多層構造としている。
なお、前述したように、プライム層として、スタッコ材として微粒、中粒及び粗粒の所定配合のスタッコ粒を添加したスラリー層とスタッコ層とからなるプライム層１０１Ｂとしてもよい（図２参照）。

（実施例１）
以下、実施例を用いて、本実施形態の鋳型製造方法及び鋳造方法について説明する。なお、以下の実施例では、外側鋳型が形成される前のろう型を幅３０ｍｍ、厚さ８ｍｍ、長さ３００ｍｍの部材とし、このろう型にスラリー層からなるプライム層（第１乾燥膜）、スラリーとスタッコ材による複層のバックアップ層を形成して鋳型を作製した。

高純度超微粒のシリカゾル（ＳｉＯ₂、粒径２０ｎｍ、固形分３０％）のスラリーに３５０メッシュのジルコン粉を添加して、精密鋳造用鋳型スラリーとした。
また、同時に、消泡剤としてシリコン系のものを０．０１％、濡れ性改善剤を０．０１％添加して、使用スラリーとした。

幅３０ｍｍ、厚さ８ｍｍ、長さ３００ｍｍのワックス体を準備し、得られた使用スラリーにワックス体を浸漬し、引き上げてワックス表面に使用スラリーを付着させた後、余分な使用スラリーを落下させ、乾燥することによりワックス体の表面にスラリーのプライム層（第１乾燥膜）を得た。

次に、第２乾燥膜を得るため、プライム層を有するワックス体を使用スラリーに浸漬した後、引き上げ余分な使用スラリーを落下させた。
濡れているスラリーに、アルミナ粒子からなり、粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を５とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１５の範囲としてなるスタッコ粒を付着させた後乾燥し、第２乾燥膜（第１バックアップ層）を形成した。

この第２乾燥膜（第１バックアップ層）の形成と同等の操作を６回繰り返して複層のバックアップ層を有する、厚み約１０ｍｍの成形体を得た。
この得られた乾燥成形体を１５０℃のオートクレーブに入れて、ワックスを融解し、排出した。
次いで、この型を１０００℃で熱処理し、実施例１の鋳型を得た。

（実施例２）
実施例１において、スタッコ材として、スピネル粒子からなり、粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１８の範囲としてなるスタッコ粒を用いた以外は、実施例１と同様に操作して、実施例２の鋳型を得た。

（実施例３）
実施例１において、スラリとしてジルコニアスラリー（ＹＳＺ）を用いて、フラワーとして３５０メッシュのジルコン粉を添加して、精密鋳造用鋳型スラリーとした。
スタッコ材として、ムライト粒子からなり、粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を４とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１２の範囲としてなるスタッコ粒を用いた以外は、実施例１と同様に操作して、実施例３の鋳型を得た。

［比較例］
比較のため、スタッコ粒として、平均粒径の０．８ｍｍのジルコン粒を使用したスラリーを用い、実施例と同様の操作を行い比較例の鋳型も同時に試作した。

［試験］
得られた実施例１の鋳型及び比較例の鋳型から、１０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの強度試験片を加工し、試験を実施した。
試験の結果、実施例１のものは、１５０ＭＰａでの破断であった。
試験の結果、実施例２のものは、１７０ＭＰａでの破断であった。
試験の結果、実施例３のものは、１５０ＭＰａでの破断であった。
これに対し、従来のものは、１００ＭＰａでの破断であった。
ここで、強度試験は、ＪＩＳＲ１６０１による「セラミックスの曲げ強さ（１９８１）」に準拠しておこなった。

この結果、実施例１のものは５０％の強度向上、実施例２のものは７０％の強度向上、実施例３のものは４０％の強度向上となることが確認された。

スタッコ材として、粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を２〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を５〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を用いることにより、得られた鋳型の強度の向上を図ることができる。
このように、スタッコ材の粒度分布を制御することにより、高い強度の鋳型の製造が可能となる。この鋳型強度の向上により、鋳型を薄肉化でき、この結果、凝固時温度勾配を高めることができ、鋳物歩留まり向上並びに強度特性向上を図ることができる。

また、強度が高くなる結果、鋳型形成の層数（ワックス型の表面へのスラリーを付着と乾燥の繰り返し操作）を少なくすることも可能となり、鋳型製造期間の短縮及び製造コスト低減を図ることができる。

１２、２２ａ、２２ｂ金型
１２ａ凸部
１４、２６矢印
１６セラミックスラリー
１８コア（中子）
２０、７０焼成炉
２４、６４空間
２８ＷＡＸ（ろう）
３０ろう型
３２湯口
４０スラリー
６０、９２オートクレーブ
６１外側鋳型
６１ａ破片
６２溶融ＷＡＸ
７２鋳型
８０溶湯
９０、１００鋳物
９４溶解コア
１０１Ａ、１０１Ｂプライム層
１０２スラリー層
１０３スタッコ層
１０４−１第１バックアップ層
１０４−ｎ第ｎバックアップ層
１０５Ａ、１０５Ｂ複層バックアップ層

Claims

鋳物の製造に用いる精密鋳造用鋳型であって、
前記鋳物の内部の空洞部分に対応する形状のコアと、
前記鋳物の外周面の形状に対応する外側鋳型と、を有し、
前記外側鋳型は、内周面に形成され、精密鋳造用鋳型スラリーを用いて乾燥してなるスラリー膜からなるプライム層と、
前記プライム層の外側に形成され、前記精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層と、該スラリー層にスタッコ材スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着したスタッコ層とにより形成し、乾燥してなるバックアップ層を、複数回形成してなる複層バックアップ層と、からなることを特徴とする精密鋳造用鋳型。
請求項１において、
前記プライム層が、精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層に、スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着したスタッコ層を有することを特徴とする精密鋳造用鋳型。
鋳物の製造に用いる精密鋳造用鋳型の製造方法であって、
精密鋳造用ろう型を、精密鋳造用鋳型スラリーに浸漬し、引き上げた後乾燥して、ろう型の表面にスラリー膜からなるプライム層を形成する第１成膜工程と、
前記プライム層を形成したろう型を、前記精密鋳造用鋳型スラリーに浸漬し、引き上げた後、スラリー表面にスタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を振掛け、その後乾燥してバックアップ層を形成する第２成膜工程と、
前記第２成膜工程のバックアップ層を形成する工程を複数回繰り返し、複層バックアップ層を形成した成形体を得る成形体形成工程と、
得られた成形体からろう型のワックスを融解・除去する脱ワックス工程と、
脱ワックス後の成形体を焼成処理し、鋳型を得る鋳型焼成工程と、を有することを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。
請求項３において、
前記第１成膜工程の際、前記精密鋳造用鋳型スラリーからなるスラリー層に、スタッコ材として粒度分布配合を、５０〜５００μｍの微粒の配合を１とし、０．５〜２ｍｍの中粒の配合を１〜１６とし、２〜４ｍｍの粗粒の配合を１〜４０の範囲としてなるスタッコ粒を付着してスタッコ層を形成し、その後乾燥することを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。