JP2016159324A - 鋳型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型の強度を効果的に向上させることができるようにした、積層造形法を用いた鋳型の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス粉体と有機バインダ２とからなるコンパウンドを積層造形法により所定形状の成型体に造形する積層造形ステップと、前記積層造形ステップにより造形した前記所定形状の成型体に無機バインダ３を含浸させる含浸ステップと、前記含浸ステップにより前記無機バインダ３を含浸させた前記所定形状の成型体を焼結して鋳型とする焼結ステップとを備え、前記含浸ステップを所定のステップを挟んで少なくとも二回繰り返す。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス粉末と有機バインダとからなるコンパウンドから積層造形法を使用して鋳型を製造する、鋳型の製造方法に関する。

現在、中子などの鋳型は、シリカ材料を主体とする材料を用いた射出成型法或いは流し込み法などにより製造されている。
射出成型法では、シリカ粉体とワックスとを混合したコンパウンドを加熱して流動化し、この流動化したコンパウンドを、金型に射出した後に冷却して所定の形状とする。この所定の形状となったコンパウンドを、脱脂及び焼成することで完成品（鋳型）が得られる。
流しこみ法では、シリカ粉体に溶剤及び樹脂を混合したスラリー状のコンパウンド（以下、スラリーともいう）を準備し、このスラリーに反応開始剤（硬化剤）を添加し、硬化を開始したスラリーを金型に流し込む。型内で硬化し固形物となったコンパウンドを型から外したのち、脱脂及び焼成することで完成品（鋳型）が得られる。

射出成型法及び流しこみ法では、精密な形状の金型が必要になるため、金型の製造だけでも１月以上の期間が掛かることもあり、費用も複雑なものでは１千万円以上掛かることもある。また射出成型法及び流し込み成型法ともに、金型からコンパウンドを引き抜くための抜き勾配が必要となり、この抜き勾配が成形品の形状に対し制約となることもある。このため、射出成型法及び流しこみ法は、複雑かつ薄肉形状の鋳型の製造には不向きである。

ところで、三次元データを入力することにより簡単に三次元形状の成型体を造形できることから、近年、粉末積層造形が注目されている。この方法は、樹脂を主体とする成型体を造形するには熱溶解積層方式のものを単純に適用するだけなので好適であるが、シリカなどのセラミックス材料を主体とする鋳型の製造に適用しようとすると、鋳型に必要な強度が得られない。
つまり、粉末積層造形を使用してセラミックス粉体からセラミックス材料（セラミック製の鋳型）を製造しようとする場合には、一般には、セラミックス粉体を結合するための媒体としてセラミックス粉体に樹脂などの有機バインダを混合する必要がある。すなわち、セラミックス粉体と樹脂とを混合したコンパウンドにレーザを照射して樹脂を溶融し、この溶融した樹脂でシリカ粉体を接着して成型体を造形するだけなので、鋳型として必要な強度が得られない。

特許文献１記載には、このような粉末積層造形による鋳型の製造において鋳型（セラミックスコア、以下、単にコアという）の強度を向上させるようにした製造方法が開示されている。
特許文献１記載に記載された製造方法は、粉末積層造型ステップ（以下、積層造型ステップという），含浸ステップ及び焼成ステップを有する。
積層造型ステップでは、粉末積層造型法（以下、積層造型法という）を使用してセラミックス粉体に被覆された樹脂を溶着させて三次元形状を有するコアを成形する。含浸ステップでは、成形したコアにセラミックス強化液（無機バインダ）を含浸させる。焼成ステップでは、セラミックス強化液含浸後のコアを焼成しその耐熱性を強化する。

特開２００４−３３０２８０号公報

特許文献１に記載された製造方法によれば、積層造型法によって成形したコアにセラミックス強化液を含浸させた後に焼成するのでコアの強度を向上させることはできるが、この向上幅は僅かであり、鋳型に必要な強度として十分ではない。また、鋳型の強度を高めることにより、薄型の複雑な鋳型を製造できるようになるため、積層造型法を使用して、より一層強度の高い鋳型を造形できるようにすることが要望されている。
また、積層造型ステップにより成型されたコアは、焼成ステップで焼成されるまでの間は、セラミックス粉末が樹脂により接着されただけの脆弱な状態なので、特許文献１に記載された製造方法では、焼成ステップ前の作業中（例えばコアをセラミックス強化液への含浸する時）にコアを損傷させてしまうおそれがある。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、鋳型の強度を効果的に向上させることができるようにした、積層造形法を用いた鋳型の製造方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の積層造形法を使用した鋳型の製造方法は、セラミックス粉体と有機バインダとからなるコンパウンドを積層造形法により所定形状の成型体に造形する積層造形ステップと、前記積層造形ステップにより造形した前記所定形状の成型体に流動性を有する無機バインダを含浸させる含浸ステップと、前記含浸ステップにより前記無機バインダを含浸させた前記所定形状の成型体を焼結して鋳型とする焼結ステップとを備え、前記含浸ステップを所定のステップを挟んで少なくとも二回繰り返すようにしたことを特徴としている。

（２）前記所定のステップが、前記セラミックス粉体の相互間に前記無機バインダを含浸可能な空間を形成する含浸空間形成ステップであることが好ましい。
（３）前記含浸空間形成ステップでは、前記成型体を加熱して前記有機バインダを熱分解することにより前記含浸空間を形成することが好ましい。
（４）前記含浸空間形成ステップでは、前記成型体を乾燥することにより前記含浸空間を形成することが好ましい。

（５）前記繰り返される含浸ステップの先行の含浸ステップにおいて、前記無機バインダとしてコロイダルシリカ及びアルミナゾルの一方に前記成型体を含浸させ、前記繰り返される含浸ステップの後行の含浸ステップにおいて、前記無機バインダとして前記コロイダルシリカ及び前記アルミナゾルの他方に前記成型体を含浸させることが好ましい。

本発明によれば、含浸ステップを所定のステップを挟んで少なくとも二回繰り返すことにより、成型体の含浸する無機バインダの量を増加させることができ、無機バインダによる強度の増分を大幅に向上させることができる。したがって、製造される鋳型の強度を効果的に向上させることができる。

本発明の第１実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｅ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態（特に、セラミックス粒子の相互の結合状態）を製造ステップ順に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。 従来の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｃ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。 従来の製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。 本発明の第２実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｈ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。 本発明の第５実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｆ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。 本発明の第５実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
なお、図１，３，５及び９は、各実施形態及び従来の製造方法を説明するための模式図であって、各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態（特に、セラミックス粒子の相互の結合状態）を製造ステップ順に示す図であるが、これらの図では便宜的にセラミックス粒子１，１の相互間に隙間を空けて示している。実際にはセラミックス粒子１，１は相互に接触しており、仮焼結部１ａ及び焼結部１ｂは、セラミックス粒子１，１の相互の接触部において生じる。
また、本発明の積層造形法を使用した鋳型の製造方法は、鋳型の製造であれば、成型体の外側に配置されるシェルにも、成型体の内側に配置されるコア（中子）にも適用できるものである。

［１．第１実施形態］
［１−１．製造方法］
本発明の第１実施形態に係る積層造形法を使用した鋳型の製造方法を、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｅ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。

本実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法では、図１（ａ）〜（ｅ）及び図２に示すように、粉末積層造形ステップ（以下、積層造形ステップともいう），一回目の含浸ステップ，仮焼結ステップ，二回目の含浸ステップ及び焼結ステップがこの順に行われる。

積層造形ステップでは、粉末積層造型法を使用して、セラミックス粉体と有機バインダとのコンパウンドから、所定の三次元形状を有する成型体が成形される。成型体は、図１（ａ）に示すように、セラミックス粉体を形成するセラミック粒子１，１の相互間が有機バインダ２により接着されている。
粉末積層造型法としては、周知のレーザ焼結法により、三次元ＣＡＤのデータからダイレクトに三次元形状を有する鋳型を成形することができる。

一回目の含浸ステップでは、積層造形ステップにより得られた成型体に無機バインダを含浸させる。これにより、図１（ｂ）に示すように、セラミックス紛体を形成するセラミックス粒子１，１及び有機バインダ２の隙間に無機バインダ３（この段階のものを無機バインダ３＿１とも表記する）が含浸する。以降の含浸ステップにおける含浸も含め、成型体に無機バインダ３を含浸させる際には、減圧容器内で含浸させ、成形体の内部に含まれている空気を無機バインダ３とスムーズに置換するのが好ましい。

仮焼結ステップでは、一回目の含浸ステップにより得られた成型体を所定の温度（例えば400[℃]〜700[℃]の範囲内の温度）で加熱して仮焼結させる。これにより、図１（ｃ）に示すように、セラミックス粒子１，１の相互間に比較的結合部分が少なく結合の弱い仮焼結部１ａが生成される。加えて、有機バインダ２が熱分解（脱脂）されて完全に除去され、有機バインダ２が存在していた箇所は何もない空間、つまり、この後に行われる二回目の含浸ステップで無機バインダを含浸可能な空間Ｖ１となる。すなわち、仮焼結ステップは、本発明の含浸空間形成ステップを構成する。

また、無機バインダ３＿１は加熱により水分が蒸発して、無機バインダ３＿１の有効成分が定着し、この際、無機バインダ３＿１は水分が蒸発した分だけ体積が減少する。この減少した体積も、二回目の含浸ステップで無機バインダを含浸可能な空間Ｖ２となる。また、セラミックス粒子１，１は、乾燥し定着した無機バインダ３＿１により比較的弱い結合強度で結合される。
仮焼結後は、仮焼結部１ａと無機バインダ３＿１とによりセラミックス粒子１，１が結合されることで、有機バインダ２が熱分解されても成型体の形状が保持される。

なお、図１（ｃ）では空間Ｖ１は、セラミックス粒子１，仮焼結部１ａ及び無機バインダ３＿１に囲まれた閉空間として表記されているが、実際には、空間Ｖ１は、成型体表面の開口部と連通する三次元形状の隙間の一部であり、上述の通り無機バインダを含浸可能な空間である。

二回目の含浸ステップでは、仮焼結ステップにより得られた成型体に無機バインダを再び含浸させる。これにより、図１（ｄ）に示すように、上記空間Ｖ１，Ｖ２を含むセラミックス粒子１，１及び仮焼結部１ａの相互間の隙間に無機バインダ３（この段階のものを無機バインダ３＿２とも表記する）が含浸する。

焼結ステップでは、二回目の含浸ステップにより得られた成型体が、仮焼結ステップよりも高温（例えば1200[℃]）で加熱される。これにより、図１（ｅ）に示すように、セラミックス粒子１，１が、仮焼結部１ａよりも結合部分が拡大して結合が強化された焼結部１ｂ及び無機バインダ３＿１，３＿２により強固に結合される。
なお、仮焼結部１ａの周囲の空間Ｖ１に含浸した無機バインダ３＿２は水分が蒸発した分だけ体積が減少するが、仮焼結部１ａは焼結部１ｂとなって結合部分が増大するので、焼結部１ｂと水分の蒸発した無機バインダ３＿２との間には隙間が生じたとしても僅かである。
また、図１（ａ）〜（ｅ）で、２つのセラミックス粒子１,１の相互間の結合のみ示しているが、実際には多数のセラミックス粒子１の各相互間が、図１（ａ）〜（ｅ）に示すステップを経て三次元的に結合される。

次いで、比較のため、特許文献１記載の積層造形法を使用した鋳型の製造方法（以下、従来製造方法ともいう）を、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、従来の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｃ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。
図４は従来の製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。

この従来製造方法では、図３（ａ）〜（ｃ）及び図４に示すように、積層造形ステップ，含浸ステップ及び焼結ステップがこの順に行われる。すなわち、本実施形態の製造方法に対し、１回目の含浸ステップが行われた後に焼結ステップが行われる。
積層造形ステップ及び含浸ステップにおける各成型体の状態は、図３（ａ），（ｂ）に示す通りであり、図３（ａ），（ｂ）に示す本実施形態に係る積層造形ステップ及び１回目の含浸ステップにおける各成型体の状態と同じであるから説明を省略する。
焼結ステップでは、含浸ステップにより得られた成型体が焼結される。これにより、図３（ｃ）に示すようにセラミックス粒子１，１は、その相互間に焼結部１ｂが形成されると共に無機バインダ３により接合される。但し、有機バインダ２が熱分解されることで形成された空間Ｖ１はそのまま残ることとなる。

本発明の製造方法に使用できるセラミックス粉体は、例えば、シリカ紛体，アルミナ紛体及びジルコン紛体であるが、これに限定されるものではない。また、ここでいう紛体とは、比較的大きさ（径）の小さい粒子の集まりであるが、例えば径が1[mm]未満の粒子として定義される粉の集まりに限るものではなく、粉のみならず比較的径の大きな粒の集まりを含むものである。
粉体を形成する粒子径は、成形体（鋳型）に要求される強度や表面粗さに応じて選定することが好ましい。
本実施形態の製造方法に使用できる有機バインダは、例えば、フェノール樹脂やアクリル樹脂であるが、これに限定されるものではない。

本発明の製造方法に使用できる無機バインダは、液体成分を含んで成型体に含浸する流動性を有するものであり、例えば、焼結によりセラミックスを形成するコロイダルシリカ，シリカの前駆体，アルミナゾル，酸化イットリウムゾル，酸化ニオブゾル及びジルコニアゾルであるが、これに限定されるものではない。

製造する鋳型がシェルの場合には、１回目の含浸ステップ及び２回目の含浸ステップにおいて、一方の含浸ステップでは無機バインダとしてコロイダルシリカを成型体に含浸させ、他方の含浸ステップでは無機バインダとしてアルミナゾルを成型体に含浸させることが好ましい。これによりコロイダルシリカとアルミナゾルとが反応して焼結後の成型体（鋳型）の強度を向上させることができる。
製造する鋳型が中子の場合には、コロイダルシリカとアルミナゾルとが反応するとリーチングによる除去が困難となるため、コロイダルシリカとアルミナゾルとを組み合わせて使用することは必ずしも好ましくはないが、特に強度が必要とされる場合にはこの組み合わせを使用することも可能である。

本発明の製造方法に使用できるセラミックス粉体と有機バインダとのコンパウンドの態様は、例えば、セラミックス粉体に有機バインダとを混ぜ合わせた態様や、セラミックス粉体に有機バインダを被覆した態様であるが、これに限定されるものではない。

［１−２．効果］
第１実施形態の製造方法によれば、図３（ａ）〜（ｃ）で示す従来製造方法が含浸ステップを１回しか行っていないのに対し、含浸ステップを２回繰り返しているので、成型体に含浸する無機バインダ３の量を増大させることができる。これにより、無機バインダ３によるセラミックス粒子１の結合強度を向上させることができる。
したがって、製造される鋳型の強度を効果的に向上させることができる。

また、積層造形ステップ後に成型体に残存する有機バインダ２を、仮焼結ステップ（含浸空間形成ステップ）で熱分解することで、有機バインダの存在していた空間を、その後に行われる２回目の含浸ステップで無機バインダが含浸可能な空間Ｖ１として形成することができる。
さらには、この含浸可能な空間Ｖ１は、従来製造方法では、焼結後の成型体である鋳型にそのまま空間として残ってしまうのに対し、本製造方法では、この空間Ｖ１が無機バインダの含浸により埋められる（或いは無機バインダの含浸により減少する）ので、鋳型の空隙率を減少させて鋳型の強度を向上させることができる。
また、仮焼結ステップによりセラミックス粒子1が、仮焼結部１ａや無機バインダ３により結合されるので、その後に行われる含浸ステップなどの作業中に成型体の形状が崩れてしまうことを防止できる。
また、１回目の含浸ステップ及び２回目の含浸ステップにおいて、無機バインダとしてコロイダルシリカとアルミナゾルとを組み合わせて使用した場合には、コロイダルシリカとアルミナゾルとの反応により鋳型の強度を向上させることができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．製造方法］
本発明の第２実施形態に係る積層造形法を使用した鋳型の製造方法を、図５及び図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｈ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。
図６は、本発明の第２実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。

本実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法では、図５（ａ）〜（ｈ）及び図６に示すように、積層造形ステップ，一回目の含浸ステップ，一回目の乾燥ステップ，二回目の含浸ステップ，二回目の乾燥ステップ，仮焼結ステップ，三回目の含浸ステップ及び焼結ステップがこの順に行われる。

積層造形ステップ及び１回目の含浸ステップにおける各成型体の状態は、図５（ａ），（ｂ）に示す通りであり、図１（ａ），（ｂ）に示す第１実施形態に係る積層造形ステップ及び１回目の含浸ステップにおける各成型体の状態と同じであるから説明を省略する。

一回目の乾燥ステップでは、成型体に、高温（この場合の温度は、仮焼結ステップでの処理温度よりも低温であり、例えば１００℃〜３００℃の範囲内の所定温度）の熱風を吹き付けて、成型体を高温乾燥させる。これにより、図５（ｃ）に示すように成型体に含浸する無機バインダ３＿１の水分が蒸発して無機バインダ３＿１の有効成分が定着し、この際、水分が減少した分だけ無機バインダ３＿１の体積が減少する。この減少した体積は、二回目の含浸ステップで無機バインダを含浸可能な空間Ｖ３となる。すなわち、一回目の乾燥ステップは、本発明の含浸空間形成ステップを構成する。また、セラミックス粒子１，１は、乾燥し定着した無機バインダ３＿１により比較的弱い結合強度で結合される。

二回目の含浸ステップでは、一回目の乾燥ステップにより得られた成型体に無機バインダ３＿２を再び含浸させる。これにより、図５（ｄ）に示すように、上記空間Ｖ３を含むセラミックス粒子１，１及び有機バインダ２の相互間の隙間に無機バインダ３＿２が含浸する。

二回目の乾燥ステップでは、一回目の乾燥ステップと同様の処理をして成型体を高温乾燥させる。これにより、図５（ｅ）に示すようにセラミックス粒子１，１の相互間に含浸する無機バインダ３の水分が蒸発して定着し、特に水分を多く含む無機バインダ３＿２は水分が多く蒸発して体積が大きく減少する。この減少した体積は、三回目の含浸ステップで無機バインダを含浸可能な空間Ｖ４となる。すなわち、二回目の乾燥ステップは、本発明の含浸空間形成ステップを構成する。また、セラミックス粒子１，１は乾燥し定着した無機バインダ３により比較的弱い結合強度で結合される。

仮焼結ステップでは、二回目の乾燥ステップにより得られた成型体が所定の温度（例えば400[℃]〜700[℃]の範囲内の温度）で加熱され仮焼結される。これにより、図５（ｆ）に示すように、セラミックス粒子１，１の相互間に比較的結合の弱い仮焼結部１ａが生成されるとともに、有機バインダ２が熱分解され、有機バインダ２が存在していた箇所は、この後に行われる三回目の含浸ステップで無機バインダを含浸可能な空間Ｖ１となる。

三回目の含浸ステップでは、二回目の乾燥ステップにより得られた成型体に無機バインダ３を再び含浸させる。これにより、図５（ｇ）に示すように、上記空間Ｖ1，Ｖ４を含むセラミックス粒子１，１及び仮焼結部１ａの相互間の隙間に無機バインダ３（この段階のものを無機バインダ３＿３とも表記する）が含浸する。

焼結ステップでは、三回目の含浸ステップにより得られた成型体が、仮焼結ステップよりも高温（例えば1200[℃]）で加熱される。これにより、図５（ｈ）に示すように、セラミックス粒子１，１が焼結部１ｂ及び無機バインダ３＿１，３＿２，３＿３により強固に結合される。
なお、仮焼結部１ａの周囲の空間Ｖ１に含浸した無機バインダ３＿３は水分が蒸発した分だけ体積が減少するが、仮焼結部１ａは焼結部１ｂとなって結合部分が増大するので、焼結部１ｂと水分の蒸発した無機バインダ３＿３との間には隙間が生じたとしても僅かである。

使用可能なセラミックス粉体，有機バインダ及び無機バインダの各種類、並びにセラミックス粉体と有機バインダとのコンパウンドの態様は上記第１実施形態と同様なので説明を省略する。

［２−２．効果］
第２実施形態の製造方法によれば、第１実施形態の製造方法の効果に加え、以下の効果がある。
乾燥ステップで成型体を乾燥することにより、乾燥ステップに先行して行われた含浸ステップにより成型体に充填された無機バインダ３の水分（液体成分）を蒸発させて無機バインダ３の体積を減少させることができる。この無機バインダ３の減少した体積は、以降の含浸ステップで無機バインダ３を含浸可能な空間Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４となるので、成型体に含浸する無機バインダ３の量を増大させることができる。これにより、無機バインダ３によるセラミックス粒子１の結合強度を向上させることができる。

［２−３．その他］
上記実施形態では、各乾燥ステップを、成型体に高温の熱風を吹き付ける高温乾燥により行ったが、乾燥方法はこれに限定されず、例えば、常温による自然乾燥でもよい。自然乾燥に較べ、短時間で成型体を乾燥できる点、及び、無機バインダによる結合強度が高い点から、高温雰囲気下での乾燥を行うことが好ましいが、自然乾燥によればコストを低減できる利点がある。

また、上記実施形態では、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせを２回繰り返しているが、３回以上繰り返すようにしても良い。但し、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせを３回以上繰り返しても、鋳型の強度の向上幅は少ないので、２回繰り返すのが効率的である。
また、上記実施形態では、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、二回目の含浸ステップの後に二回目の乾燥ステップを行っているが、二回目の乾燥ステップは省略しても良い。二回目の乾燥ステップにより無機バインダの液体成分を蒸発させて含浸可能な空間Ｖ４を形成しているが、二回目の乾燥ステップを省略しても仮焼結ステップで無機バインダの液体成分を蒸発させて空間Ｖ４を形成することが可能だからである。

［３．第３実施形態］
［３−１．製造方法］
本発明の第３実施形態に係る積層造形法を使用した鋳型の製造方法を、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。
本実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法では、図７に示すように、積層造形ステップ，一回目の含浸ステップ，仮焼結ステップ，二回目の含浸ステップ，一回目の乾燥ステップ，三回目の含浸ステップ，二回目の乾燥ステップ及び焼結ステップがこの順に行われる。
つまり、本実施形態の製造方法は、図１（ａ）〜（ｅ）及び図２に示す第１実施形態の製造方法に対し、仮焼結ステップと焼結ステップとの間の含浸ステップ（二回目の含浸ステップ）を、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせの二回の繰り返し（二回目の含浸ステップ，一回目の乾燥ステップ，三回目の含浸ステップ及び二回目の乾燥ステップ）に置き換えたものである。
なお、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせを三回以上繰り返しても良い。

積層造形ステップ，各含浸ステップ，仮焼結ステップ，各乾燥ステップ及び焼結ステップの内容は、上記各実施形態と同様なので説明を省略する。
また、使用可能なセラミックス粉体，有機バインダ及び無機バインダの各種類、並びにセラミックス粉体と有機バインダとのコンパウンドの態様も上記各実施形態と同様なので説明を省略する。

［３−２．効果］
第３実施形態の製造方法によれば、各含浸ステップの間に仮焼結ステップ又は乾燥ステップを行うことで、成型体に無機バインダ３を含浸可能な空間を形成することができる。
したがって、上記各実施形態と同様に、成型体に含浸する無機バインダ３の量を増大させることができ、無機バインダ３によるセラミックス粒子１の結合強度を向上させることができる。

［４．第４実施形態］
［４−１．製造方法］
本発明の第４実施形態に係る積層造形法を使用した鋳型の製造方法を、図８を参照して説明する。
図８は、本発明の第４実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。
本実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法では、図８に示すように、積層造形ステップ，一回目の含浸ステップ，一回目の乾燥ステップ，二回目の含浸ステップ，二回目の乾燥ステップ，仮焼結ステップ，三回目の含浸ステップ，三回目の乾燥ステップ，四回目の含浸ステップ，四回目の乾燥ステップ及び焼結ステップがこの順に行われる。
つまり、本実施形態の製造方法は、図７に示す上記第３実施形態の製造方法に対し、積層造形ステップと仮焼結ステップとの間の含浸ステップ（一回目の含浸ステップ）を、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせの二回の繰り返し（一回目の含浸ステップ，一回目の乾燥ステップ，二回目の含浸ステップ及び二回目の乾燥ステップ）に置き換えたものである。
なお、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせを三回以上繰り返しても良い。

積層造形ステップ，各含浸ステップ，仮焼結ステップ，各乾燥ステップ及び焼結ステップの内容は、上記各実施形態と同様なので説明を省略する。
また、使用可能なセラミックス粉体，有機バインダ及び無機バインダの各種類、並びにセラミックス粉体と有機バインダとのコンパウンドの態様も上記各実施形態と同様なので説明を省略する。

［４−２．効果］
第４実施形態の製造方法によれば、第３実施形態と同様に各含浸ステップの間に仮焼結ステップ又は乾燥ステップを行うことで、成型体に無機バインダ３を含浸可能な空間を形成することができる。
したがって、上記各実施形態と同様に、成型体に含浸する無機バインダ３の量を増大させることができ、無機バインダ３によるセラミックス粒子１の結合強度を向上させることができる。

［５．第５実施形態］
［５−１．製造方法］
本発明の第５実施形態に係る積層造形法を使用した鋳型の製造方法を、図９及び図１０を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図９は、本発明の第５実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法を説明するための模式図であって、（ａ）〜（ｆ）は各製造ステップにおけるセラミックス粒子の状態を製造ステップ順に示す図である。
図１０は、本発明の第５実施形態に係る製造方法の製造ステップの順序を示す模式図である。

本実施形態の積層造形法を使用した鋳型の製造方法では、図９（ａ）〜（ｆ）及び図１０に示すように、積層造形ステップ，一回目の含浸ステップ，一回目の乾燥ステップ，二回目の含浸ステップ，二回目の乾燥ステップ及び焼結ステップがこの順に行われる。
つまり、本実施形態の製造方法は、図５（ａ）〜（ｈ）及び図６に示す第２実施形態の製造方法に対し、仮焼結ステップ及び三回目の含浸ステップを省略したものである。
なお、含浸ステップと乾燥ステップとの組み合わせを三回以上繰り返しても良い。

積層造形ステップから二回目の乾燥ステップにおける各成型体の状態は、図９（ａ）〜（ｅ）に示す通りであり、図５（ａ）〜（ｅ）に示す第２実施形態の積層造形ステップから二回目の乾燥ステップにおける各成型体の状態と同じであるので、本実施形態の製造方法の要部である一回目の乾燥ステップ以降のステップについて説明し、その他のステップについての説明は省略する。

一回目の乾燥ステップにより、図９（ｃ）に示すように無機バインダ３＿１が定着するとともに、以降のステップで無機バインダを含浸可能な空間Ｖ３が形成される。二回目の含浸ステップにより、図９（ｄ）に示すように上記空間Ｖ３を含むセラミックス粒子１，１及び有機バインダ２の相互間の隙間に無機バインダ３＿２が含浸する。二回目の乾燥ステップでは、成型体を高温乾燥させる。これにより、図９（ｅ）に示すように、無機バインダ３＿２が定着するとともに、セラミックス粒子１，１の相互間に含浸する無機バインダ３の水分が蒸発して体積が減少する。
焼結ステップでは、二回目の乾燥ステップにより得られた成型体が、高温（例えば1200[℃]）で加熱される。これにより、図９（ｆ）に示すように、有機バインダ２が熱分解され完全に除去され空間Ｖ１が形成される。加えて、セラミックス粒子１，１が焼結部１ｂ及び無機バインダ３＿１，３＿２により強固に結合される。
なお、二回目の乾燥ステップは省略することも可能である。
使用可能なセラミックス粉体，有機バインダ及び無機バインダの各種類、並びにセラミックス粉体と有機バインダとのコンパウンドの態様は上記各実施形態と同様なので説明を省略する。

［５−２．効果］
第５実施形態の製造方法によれば、有機バインダ２の除去により空間Ｖ１を形成してこの空間Ｖ１に無機バインダ３を含浸することはできないものの、乾燥ステップにより成型体に形成された空間Ｖ３に無機バインダ３を含浸することができる。
したがって、上記各実施形態と同様に、成型体に含浸する無機バインダ３の量を増大させることができ、無機バインダ３によるセラミックス粒子１の結合強度を向上させることができる。

［６．その他］
（１）上記各実施形態では、有機バインダの熱分解を、成型体を加熱して仮焼結することにより行っているが、有機バインダを熱分解できれば、セラミックス粉末が仮焼結するまで加熱しなくても良い。この場合も、加熱により水分が蒸発した無機バインダによりセラミックス粉末が結合されるので、有機バインダが存在しなくても成型体の形状を保持できる。

（２）上記実施形態では、含浸ステップと含浸ステップとの間に設ける所定のステップとして、仮焼結ステップや乾燥ステップを設けて、積極的に成型体を仮焼結又は乾燥させて含浸空間を形成しているが、この所定のステップは仮焼結ステップや乾燥ステップに限定されない。含浸ステップと含浸ステップとの間に所定のステップを挟むことで、所定のステップに要した時間により無機バインダの液体成分が蒸発して含浸空間の形成を見込めるからである。したがって、所定のステップを、単に含浸ステップと含浸ステップとの間にインターバルを開けるためのステップとしても良い。

［７．実施例］
平均粒径40[μm]の球状シリカ（シリカ粒子）をベース材料とし、この球状シリカに平均粒径15[μm]の球状シリカ（シリカ粒子）を配合し、さらにアクリル樹脂（有機バインダ）を混合して、シリカとアクリル樹脂のコンパウンドを作成した。このコンパウンドを使用して、アスペクト社の粉末積層造形装置を使用して積層造形ステップを行い、25[mm]×100[mm]×6[mm]の板状の成形体を得た。
この板状の成形体をベースにして、上記の実施形態１〜５の製造方法により実施例１〜５をそれぞれ作成するとともに、特許文献１に記載された従来方法を用いて比較例１を作成した。
実施例１〜実施例５及び比較例１の製造ステップを表１に示す。
なお、実施例１〜５及び比較例１の作成には、無機バインダとして日産化学製のスノーテックス３０（シリカ分30[wt%]のシリカゾル）を使用した。

各実施例１〜５及び比較例の作成条件及び試験結果（破壊強度）を表２に示す。

表２からも明らかなように本発明に係る各実施例１〜５は、何れも比較例１よりも破壊強度が高いという結果が得られた。

１ セラミックス粉体
１ａ セラミックス粒子１の仮焼結部
１ｂ セラミックス粒子１の焼結部
２ 有機バインダ
３，３＿１，３＿２，３＿３ 無機バインダ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 無機バインダ３を含浸可能な空間

Claims (5)

1. セラミックス粉体と有機バインダとからなるコンパウンドを積層造形法により所定形状の成型体に造形する積層造形ステップと、
   前記積層造形ステップにより造形した前記所定形状の成型体に流動性を有する無機バインダを含浸させる含浸ステップと、
   前記含浸ステップにより前記無機バインダを含浸させた前記所定形状の成型体を焼結して鋳型とする焼結ステップとを備え、
   前記含浸ステップを所定のステップを挟んで少なくとも二回繰り返すようにした
   ことを特徴とする、積層造形法を使用した鋳型の製造方法。
2. 前記所定のステップが、前記セラミックス粉体の相互間に前記無機バインダを含浸可能な空間を形成する含浸空間形成ステップである
   ことを特徴とする、請求項１記載の積層造形法を使用した鋳型の製造方法。
3. 前記含浸空間形成ステップでは、前記成型体を加熱して前記有機バインダを熱分解することにより前記含浸空間を形成する
   ことを特徴とする、請求項２記載の積層造形法を使用した鋳型の製造方法。
4. 前記含浸空間形成ステップでは、前記成型体を乾燥することにより前記含浸空間を形成する
   ことを特徴とする、請求項２又は３記載の積層造形法を使用した鋳型の製造方法。
5. 前記繰り返される含浸ステップの先行の含浸ステップにおいて、前記無機バインダとしてコロイダルシリカ及びアルミナゾルの一方を前記成型体に含浸させ、
   前記繰り返される含浸ステップの後行の含浸ステップにおいて、前記無機バインダとして前記コロイダルシリカ及び前記アルミナゾルの他方を前記成型体に含浸させる
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項記載の積層造形法を使用した鋳型の製造方法。

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