JP5632136B2 - 崩壊性鋳型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、崩壊性鋳型とその製造方法に関する。

従来、高圧ダイカスト法において、アンダーカット形状を有する製品を鋳造する場合に、砂や塩を主成分とする崩壊性中子を用いて鋳造し、鋳造後に溶解除去する手法が多く考案されてきた。塩などの水溶性成分を主成分とした中子の崩壊性の向上を目的として、水と反応して膨張するアルカリ土類金属化合物を中子の原材料に添加する方法が知られている（例えば、特許文献１）。しかしながら、アルカリ土類金属化合物として消石灰（水酸化カルシウム）、生石灰（酸化カルシウム）等を混合して製造された中子は、成型後に、このようなアルカリ土類金属化合物が熱分解して生成したアルカリ土類金属酸化物が大気中の水分により吸湿・膨潤するため、湿度管理された容器での保管が必要であった。また、低湿度で保管されたとしても、吸湿・膨潤が進行するため、長期保存が不可能であった。さらに、一旦吸湿・膨潤した中子は、その表面が荒れて、その鋳造時に良好な鋳肌が得られない問題に加え、中子の強度低下の問題、及び鋳造時の水分の再放出によるガス欠陥が鋳造品に発生するという問題があった。

また、セラミックシェルモールド法及びソリッドモールド法等のインベストメント鋳造法では、精密鋳造用鋳型、又は硝子の流し込み成形用鋳型（以下、ロストワックス鋳型という。）が用いられる。インベストメント鋳造法では、耐火物として炭酸カルシウムを含有する鋳型組成物を、ワックス模型を用いて造型し、ワックス模型を溶かし出した（脱ろう）後に、炭酸カルシウムの熱分解温度以上で焼成して鋳型を製造する方法が開発されてきた。この方法で製造された鋳型によれば、鋳造後に鋳型を水中に浸漬するか空気中に放置することによって、鋳型に含まれる酸化カルシウムを消化させ、水酸化カルシウムとすることができる。このとき、鋳型の体積が増加することで自己崩壊し、鋳造物からの鋳型の除去が容易になる。

また、炭酸カルシウムが焼成時の熱分解により多孔質となる点に着目し、通気性の良い鋳型の製造方法が考案されている。例えば、炭酸カルシウムを１０重量％以上含んだ型を作り、脱ろう後に８５０℃以上で焼成し、その一部を酸化カルシウムとするロストワックス鋳型の製造方法が示されている（例えば、特許文献２）。また、炭酸カルシウム源として貝化石を用いるロストワックス鋳型の製造方法が知られている（例えば、特許文献３）。貝化石を炭酸カルシウム源として用いることで、７６０℃という低い焼成温度で焼成しても崩壊性の良い鋳型を得ることができる。

さらに、フィラーとして炭酸カルシウム又は炭酸カルシウムと耐火物との混合物を用い、バインダとしてコロイダルシリカを用いる製造方法が知られている（例えば、特許文献４）。かかる製造方法によれば、炭酸カルシウム又は炭酸カルシウムと耐火物との混合物のスラリーのゲル化が長時間防止され、鋳型の造形が容易になると同時に、鋳込み後の崩壊性も付与される。また、炭酸カルシウムを１０〜８０重量％配合したスタッコ材を用いる製造方法（特許文献５）、及び、耐火物層の一部に炭酸カルシウムを用いる崩壊性の良い鋳型を製造する方法（特許文献６）が知られている。

しかしながら、これらの方法によって製造された鋳型では、鋳型焼成時に炭酸カルシウムが熱分解して生成した酸化カルシウムが、大気中の水分を吸湿して水酸化カルシウムになることにより鋳型が膨潤するという問題があった。鋳型が膨潤すると、表面粗度や寸法精度が低下し、クラックが発生する場合がある。また、一旦吸湿した水分は５８０℃以上に加熱しないと再び解離しないため、鋳造工程前に一旦この温度以上に加熱されなければ、鋳造時に熔湯の熱により水分が解離しガス欠陥が発生する場合がある。よって、鋳型は、焼成後に直ちに鋳造に供されるか、湿度管理を十分に行って保管する必要があった。また、低湿度で保管したとしても、吸湿・膨潤は進行するため長期保存が不可能であった。

一方、炭酸カルシウムを含有するバックアップコート層を、熔湯に接するフェースコート層と最外表面コート層の間に設けることにより、鋳型が大気中の水分を吸収して自己崩壊するのを防ぐことが知られている（例えば、特許文献７）。しかし、フェースコート層及び最外表面コート層も通気性を有することから、鋳型の吸湿の抑制も十分ではなかった。

特開２００６−７２３４号公報 特公昭４９−２６５５号公報 特公平６−３６９５４号公報 特開平３−２８１０３０号公報 特開平５−１０４１９９号公報 特開平６−１５４０７号公報 特許第２７６３９７０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、吸湿性が極めて低く、吸湿・膨潤による表面状態の変質が防止され、かつ長期間にわたり吸湿・膨潤を起こさずに保管可能な崩壊性鋳型とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、一側面によれば、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を含有する崩壊性鋳型を製造する方法であって、前記崩壊性鋳型を焼成する工程又は流し込み成型する工程の直後に、炭酸ガスに接触させる工程を含む。前記炭酸ガスに接触させる工程は、焼成する工程又は流し込み成型する工程の後、前記崩壊性鋳型が３００℃以上の高温を保持している間に行われることが好適である。

上記実施形態による崩壊性鋳型の製造方法は、その一形態においては、前記崩壊性鋳型が塩中子であり、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウムの少なくとも１種を原料に含むことが好適である。

上記実施形態による崩壊性鋳型の製造方法は、他の形態において、前記鋳造用鋳型がロストワックス鋳造用鋳型であり、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムの少なくとも１種を原料に含むことが好適である。

本発明は、別の側面で、崩壊性鋳型であり、上記の方法によって製造される。

本発明は、別の側面で、崩壊性鋳型であって、該崩壊性鋳型は、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を含有し、表層の前記酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化している。崩壊性鋳型の表層とは、崩壊性鋳型の表面部分の領域をいい、表面からの距離が１〜５０μｍ以下となる領域をいう。

本発明によれば、吸湿が抑制され、長期の保存が可能となると共に、鋳造品の表面の状態を改善できる崩壊性鋳型とその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の中子の製造から使用されるまでのフローを説明する図である。 図２は、炭酸ガス処理工程による本発明の崩壊性中子の表層の変化を説明する図である。

以下に、本発明に係る崩壊性鋳型とその製造方法について、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る崩壊性鋳型を製造する方法は、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を含有する崩壊性鋳型を製造する方法であって、前記崩壊性鋳型を焼成する工程又は流し込み成型する工程の直後に、炭酸ガスに接触させる工程を含んでいる。

［実施形態その１ 塩中子の製造方法］
以下に、崩壊性鋳型が塩中子である場合の、本発明に係る崩壊性鋳型の製造方法を説明する。塩中子の製造方法では、鋳型組成物を熔製する工程、塩中子を流し込み成型する工程、及び炭酸ガスに接触させる工程を実施する。塩中子の鋳造は、鋳型組成物を熔製する工程と、流し込み成型する工程とにより実施する。

鋳型組成物の熔製工程
塩中子の鋳型組成物を熔製する工程では、熔解させる塩と、アルカリ土類金属化合物と、耐火物とを含む原料を混合する。アルカリ土類金属化合物としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが好ましい。

塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の塩類、又はこれらの混合物を用いることができる。塩は、鋳型組成物において、６０〜８０体積％となるように配合する。塩の熔解は、あらかじめ測定されている混合塩の液相線温度以上に加熱することにより行う。塩の熔解には、坩堝熔解炉等を用いることができる。アルカリ土類金属化合物、耐火物、及びその他の成分は、塩の熔解前に混合することができる。またはアルカリ土類金属化合物以外は、塩の熔解後に、これらを混合してもよい。

酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウムからなるアルカリ土類金属化合物は、これらのうちの１種を用いてもよく、又は２種以上の混合物を用いてもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウムは、それらが熱分解して生成したアルカリ土類金属酸化物が５〜２０体積％となるように、鋳型組成物に配合する。これらのアルカリ土類金属酸化物の含有量が、５体積％未満であると、崩壊性の発現が十分ではない場合があり、２０体積％を超えると、中子の膨潤が著しいため、製品内部から中子を取り除くことが困難になる場合がある。

耐火物としては、ムライト、アルミナ、ジルコン等を用いることができる。耐火物は、鋳型組成物において、前記アルカリ土類金属酸化物と併せて２０〜４０体積％となるように配合する。耐火物の含有量が、前記アルカリ土類金属酸化物と併せて２０体積％未満であると、中子が強度不足になる、中子表面にシワが発生する場合があり、前記アルカリ土類金属酸化物と併せて４０体積％を超えると、熔融塩の流動性が損なわれ、中子の流し込み成型が困難になる場合がある。また、鋳型組成物には、その他の成分として、銅、又はその合金の粉末、黒鉛等を混合してもよい。その他の成分は、本発明の目的・効果を損なわない限り、その目的に合わせて一般的な配合量とすることができる。例えば、黒鉛は、鋳型組成物において耐火物及びアルカリ土類金属酸化物と併せて２０〜４０体積％混合してもよい。

流し込み成型する工程
鋳型組成物を流し込み成型する工程では、上述のように熔解させた鋳型組成物（図１、１００）を、金型等の型（図１、１０１）に流し込むことにより成型する。鋳型組成物が凝固したら、成形体を型から取り出す。以上の工程により、塩中子の鋳造工程（図１、（ａ））が終了する。

流し込み成型する工程では、高温に加熱された水酸化カルシウムは、酸化カルシウムに分解し、水酸化マグネシウムは、酸化マグネシウムに分解する。例えば、水酸化カルシウムは５８０℃で酸化カルシウムに分解し、水酸化マグネシウムは３３０〜４３０℃で酸化マグネシウムに分解する。従って、鋳造後の塩中子においては、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウムのほぼ１００％が、それぞれの熱分解温度以上に加熱した場合には酸化カルシウム又は酸化マグネシウムに分解した状態で存在している。酸化カルシウム及び酸化マグネシウムは、水分を吸収して体積膨張を起こすため、鋳型に自己崩壊性を付与することができ、鋳造物からの除去を容易にする。

炭酸ガス処理工程
鋳造後の塩中子を炭酸ガスに接触させる工程（以下、炭酸ガス処理工程という）（図１、（ｂ））では、上述のように鋳造して得た塩中子を、高温のまま炭酸ガス（図１、１０３）雰囲気中にさらすことにより、塩中子の表層改質処理を行う。炭酸ガス処理工程は、流し込み成型する工程の直後に行う。流し込み成型する工程の直後とは、流し込み成型工程の後、すなわち凝固した塩中子を型から取り出した後に、塩中子を３００℃以上の高温を保っている間を意味する。

炭酸ガス処理工程は、鋳造工程の終了後、塩中子が３００℃以上である時に行うことが好ましく、塩中子が５８０〜６５０℃である時に行うことがより好ましい。理論上は、吸湿により水酸化カルシウムが生成不可能な５８０℃以上、または吸湿により水酸化マグネシウムが生成不可能な３３０℃以上で炭酸ガス処理工程を行うことが好ましい。しかし、実際には、５８０℃を下回っていても、３００℃以上であれば、型から取り出した後に、大気中の水分を吸収する前に直ちに炭酸ガス処理工程を実施することにより、十分に表層の改質を行うことができる。これは、例え５８０℃を下回っていても、周りの大気中の水分の吸着が進行する前であれば、十分に炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムを形成できるためであると推測される。よって、塩中子を型から取り出した際に５８０℃を下回っていても、空気中の水分を吸着する前に、例えば、型から取り出した後１分以内に炭酸ガス処理工程に移行すればよい。この間仮に水酸化物が生成したとしても、後の炭酸ガス処理工程で水酸化物の炭酸化が可能である。

塩中子に接触させる炭酸ガスは、室温とすることができる。または、炭酸ガスの温度はその雰囲気の露点以上としてもよい。炭酸ガスの温度がその雰囲気の露点未満であると、炭酸ガスが水分を含む場合がある。炭酸ガス処理工程は、１時間程度実施することが好ましい。塩中子は、炭酸ガスに接触させながら、自然に炭酸ガスの温度まで冷却される。

炭酸ガス処理工程では、炭酸ガスの他、炭酸ガスに乾燥した窒素等を混合した気体を用いることができる。炭酸ガスは、例えば、耐熱グローブボックス（図１、１０２）に注入して充満させる。塩中子に接触させる炭酸ガスの分圧は、好ましくは、０．００５気圧以上であり、より好ましくは、０．２〜０．５気圧である。炭酸ガスの分圧が０．００５気圧より低いと、炭酸ガスによる表層の改質が十分に行われない場合があり、０．５気圧より高いと、必要以上の炭酸ガスを大気中に放出することになる場合がある。

炭酸ガス処理工程によれば、塩中子の表層に存在する酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを炭酸化し、それぞれ炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化させることができる。このように改質された表層は、１〜５０μｍの厚さとなる。炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムは、吸湿せず、熱分解温度以下では安定であるという性質がある。このため、表層の炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムは、鋳型の吸湿を防ぐ保護膜として機能することができる。

図２に、炭酸ガス処理工程による塩中子の表層部分の変化を示す。塩中子１は、生石灰２、耐火物３、及び塩４を、その成分として含有している。塩中子１を炭酸ガスに接触させ、炭酸ガス処理工程を実施すると、表層に存在する生石灰２と炭酸ガスとが反応し、炭酸カルシウム５が生成する。よって、塩中子１の表層の生石灰２は、炭酸カルシウム５に変化して存在する。

図１を参照すると、本発明に係る中子を用いる鋳造工程（ｃ）では、上述の方法で製造した中子１０４を、鋳造用鋳型１０５の内部に配置して形成したキャビティに、熔湯を注入し、加圧する。次いで、鋳造用鋳型１０５から鋳造品１０６を取り出した後、鋳造品１０６から中子１０４を取り出す工程（ｄ）を実施する。中子１０４の取り出しは、中子１０４を水中に浸漬するか、空気中の水分を吸湿させることにより実施する。中子１０４が水分を吸収すると、膨潤して崩壊するため、鋳造品１０６から容易に除去することができる。

図１に示すように、中子鋳造工程（ａ）に次いで炭酸ガス処理工程（ｂ）を行うことにより、これら２つの工程に用いる設備をコンパクト化することが可能となる。また、炭酸ガス処理工程（ｂ）に用いる設備を大容量なものとすると、中子の保管の用途にも用いることができる。この設備によれば、炭酸ガス処理を行いながら、ある程度の必要数の中子を保管しておくことができる。よって、炭酸ガス処理工程（ｂ）に用いる設備は、中子鋳造工程（ａ）、炭酸ガス処理工程（ｂ）、及び中子を用いる鋳造工程（ｃ）をこの順に実施することにより、中子が鋳造に用いられるまでのバッファー機能をも果たすことができる。このように、炭酸ガス処理工程（ｂ）に用いる設備が保管にも用いられることから、中子鋳造工程（ａ）、炭酸ガス処理工程（ｂ）、及び中子を用いる鋳造工程（ｃ）に用いる設備を隣接させることにより、一貫した製造ラインを組むことができ、生産効率を高めることも可能となる。

［実施形態その２ ロストワックス鋳造用鋳型］
次に、本実施形態の崩壊性鋳型がロストワックス鋳造用鋳型である場合の、本発明に係る崩壊性鋳型の製造方法を説明する。本実施の形態の製造方法では、鋳型組成物を調製する工程、鋳型組成物を成形する工程、成形体を焼成する工程、及び炭酸ガス処理工程を実施する。

鋳型組成物の調製工程
鋳型組成物を調製する工程では、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムから選択される少なくとも１種と、耐火物と、バインダとを含む原料を混合する。

炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムは、これらのうちの１種を用いてもよく、又はこれらの混合物を用いてもよい。炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムは、鋳型組成物において、５〜７５質量％となるように混合することが好ましい。含有量が、５質量％未満であると、崩壊性が十分でない場合があり、７５質量％を超えると、焼成時に収縮により寸法精度が損なわれる場合がある。

耐火物としては、シャモット、ムライト、アルミナ、シリカ、ジルコン、安定化ジルコニア等を用いることができる。バインダとしては、コロイダルシリカ、エチルシリケート、ジルコニアゾル等を用いることがでる。バインダは、鋳型組成物であるフィラーを加えて適切な粘度に混合することができる。さらに、鋳型組成物には、その他の成分として、グラスファイバー、石膏、酸化クロム等を混合してもよい。その他の成分は、本発明の目的・効果を損なわない限り、その目的に合わせて一般的な濃度とすることができる。鋳型組成物からなるスラリーの調製には、スラリーミキサー等を用いることができる。

成形工程
鋳型組成物を成形する工程では、ワックス模型の周囲に枠を配置し、鋳型組成物からなるスラリーを流し込み、乾燥させることにより成形する。また、その他の一般的な手法を用いて成形してもよい。本工程では、ワックス模型の他に、発泡スチロール、スチレン等の消失性模型を用いてもよい。

または、本工程では、被覆層を形成する工程を実施することもできる。被覆層を形成する工程は、少なくとも２回実施する。被覆層を形成する工程は、ワックス模型の周囲に鋳型組成物からなるスラリー層を形成する工程と、前記スラリー層にスタッコ材を付着させ、乾燥させる工程とにより行う。スラリー層を形成する工程は、例えば、ワックス模型をスラリーに浸漬することにより実施する。

または、本工程は、別の形態において、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムの少なくとも１種を含む第１スラリー、及び炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムを含まない第２スラリーとの２種類のスラリーを用いることもできる。すなわち、本工程は、第１被覆層を形成する工程と、第２被覆層を形成する工程を実施することにより行う。第１被覆層の形成工程と、第２被覆層の形成工程とは、それぞれ少なくとも１回行う。複数回実施する場合には、最内層に第１被覆層を形成し、最外層に、第２被覆層を形成することが好ましい。第１被覆層を形成する工程は、ワックス模型の周囲に第１スラリー層を形成する工程と、第１スラリー層にスタッコ材を付着させ、乾燥させる工程とにより実施する。第２被覆層を形成する工程は、第１被覆層の周囲に第２スラリー層を形成する工程と、第２スラリー層にスタッコ材を付着させ、乾燥させる工程とにより実施する。最も外側に形成した第２被覆層にスタッコ材が付着している場合は、その剥落防止を目的として、第２スラリー層を形成し、乾燥させる工程を行う。

第１スラリーとしては、ムライト、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン等の耐火物と、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムの少なくとも１種と、コロイダルシリカ、エチルシリケート等のバインダとを含有する鋳型組成物を用いることができる。第１スラリーを用いて形成した第１被覆層は、鋳造時直接熔湯と接触し鋳肌を形成するもので、通気性に優れると共に、鋳造後に吸湿・膨潤することにより抜型を容易にするという性質を有する。第２スラリーとしては、ムライト、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン等の耐火物と、コロイダルシリカ、エチルシリケート、酢酸ジルコニル等のバインダとを含有する鋳型組成物を用いることができる。第２スラリーを用いて形成した第２被覆層は、通気性に優れると共に、鋳造時に作用する応力に耐える強度を付与するという性質を有する。このように、２種類の被覆層を用いることにより、通気性に優れるため湯廻り性が良好であり、鋳型表層部が自己崩壊することで抜型が容易であり、加えて耐スポーリング性があり、さらに大型の鋳造品の製造に耐える強度を併せ持つという有利な効果がある。

また、鋳造品の性質上、炭酸カルシウム等を含まない第２被覆層を、直接鋳肌と接する最内層として形成する場合もある。例えば、チタン合金鋳造用の鋳型では、チタンと反応するケイ素を、鋳造品と接触する最内層に含有させることができない。よって、ケイ素を含むコロイダルシリカやエチルシリケート等のバインダではなく、酢酸ジルコニル等のケイ素を含まないバインダを最内層形成用スラリーの調製に使用することが好ましい。しかし、酢酸ジルコニルを炭酸カルシウムと混合すると、炭酸カルシウムが炭酸ガスを発生しながら溶解し、一方でジルコニウム化合物が析出するため、スラリーの粘性が著しく上昇してしまう。このため、酢酸ジルコニルは炭酸カルシウムを含むスラリーのバインダとして不適切である。従って、チタン合金鋳造用鋳型に関しては、最内層を形成するためのスラリーに炭酸カルシウムを混合しないことが好ましく、炭酸カルシウム等を含まない第２スラリーを用いて最内層を形成する。また、チタン合金は、高温で反応性に富み、酸化カルシウムと反応する場合がある。よって、チタン合金鋳造用鋳型の最内層に炭酸カルシウムを含ませた場合、鋳型の焼成により生成した酸化カルシウムが熔湯中のチタンと反応して他の物質に変化し、鋳造後に水分を接触させても鋳型が膨張しない場合がある。この点からも、最内層を形成するためのスラリーに炭酸カルシウムを混合しないことが好ましい。炭酸カルシウム等を含む第１スラリーは、鋳造品と直接接触しない外側の層の形成に用いることができる。炭酸カルシウムを外側の層に使用することにより、鋳型に崩壊性を付与することができる。なお、酢酸ジルコニルを最内層のバインダとして用いると、焼成により酢酸ジルコニルが熱分解し、多孔質になるため、最内層の通気性を確保することができる。なお、本明細書及び特許請求の範囲の記載において、「チタン合金鋳造用鋳型」と記載されているものの概念は、純チタン鋳造用の鋳型を排除しないものである。

脱ろう工程
鋳型組成物を成形する工程の後には、ワックス模型等の消失模型を除去する（脱ろう）工程を行う。脱ろう工程は、一般的な方法により行うことができ、特に限定されるものではない。脱ろう工程は、例えば、ワックス模型をオートクレーブを用いて水蒸気で加圧・加熱して溶かし出すか、あるいは高温の炉中に投入し消失模型を燃焼させることにより行う。

焼成工程
焼成する工程は、鋳型組成物の成形体を、８００〜１２００℃に加熱することにより行う。加熱時間は、１〜２時間とすることができる。焼成工程は、大気雰囲気下で行うことが好ましい。焼成には、焼成炉等を用いることができる。焼成する工程では、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムが、酸化カルシウム又は酸化マグネシウムに熱分解する。酸化カルシウム及び酸化マグネシウムは、水分を吸収して体積膨張を起こすため、鋳型に自己崩壊性を付与することができ、抜型を容易にする。

炭酸ガス処理工程
炭酸ガス処理工程では、焼成した鋳型を、高温のまま炭酸ガス雰囲気中にさらすことにより、鋳型の表層改質処理を行う。炭酸ガス処理工程は、焼成する工程の直後に行う。焼成する工程の直後とは、焼成工程の後、鋳型が３００℃以上の高温を保っている間を意味する。炭酸ガス処理工程は、焼成工程の後、鋳型が３００以上℃であるときに行うことが好ましく、５８０〜６５０℃であるときに行うことがより好ましい。ロストワックス鋳造用鋳型の焼成は、通常８００℃以上の高温で行われることが多い。従って、焼成工程の後、直ちに炭酸ガス処理工程に移行すれば、鋳型が５８０℃以上の高温を保ったまま処理が可能であり、十分に表層の改質を行うことができる。

炭酸ガス処理工程によれば、表層に存在する酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを、それぞれ炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化させることができる。スタッコ材が鋳型表面に付着している場合は、該スタッコ材が付着しているスラリー層が焼成してできた層の表層が改質される。このように改質された表層は、１〜５０μｍの厚さとなる。表層の炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムは、鋳型の吸湿を防ぐ保護膜として機能し、鋳型の自己崩壊性を維持したまま、長期保存を可能とする。

［崩壊性鋳型の属性］
上述のようにして製造した本発明の崩壊性鋳型は、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を主成分として含有し、表層の前記酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが炭酸化し、炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化していることを特徴とする。表層の厚さは、１〜５０μｍの範囲となっている。表層の厚さが１μｍ未満であると、保護膜としての機能が十分でなく、崩壊性鋳型の吸湿を阻止できない場合がある。

本発明の崩壊性鋳型は、その完成品において、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを５〜７５質量％含有している。酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの含有量が、５質量％未満であると崩壊性が十分でない場合があり、７５質量％を超えると焼成時の収縮により鋳型の寸法精度が損なわれる場合がある。酸化カルシウム及び酸化マグネシウムは、このうちの一方が含有されていてもよく、両方が含有されていてもよい。

本発明の崩壊性鋳型は、ムライト、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン等の耐火物を、完成品において、２５〜９５質量％含有している。耐火物の含有量が２５質量％未満であると寸法精度が損なわれる他、鋳型強度が不足するという点で不都合がある場合があり、９５質量％を超えると崩壊性が十分でないという点で不都合がある場合がある。

崩壊性鋳型は、その他の構成成分として、グラスファイバー、石膏、酸化クロム等を含む場合もある。

本発明の崩壊性鋳型は、崩壊性の中子又は鋳型であり、水を吸収して膨潤し、崩壊する。本発明に係る崩壊性鋳型は、塩中子、及びロストワックス鋳造用鋳型の他に、ソリッドモールド法用鋳型であってもよい。

本発明の崩壊性鋳型は、上述のように、表層の酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが炭酸化して炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化していることにより、内部に存在する酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが大気と接触することが遮断される。よって、鋳型表層に存在する炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムが保護膜の機能を果たすことにより、崩壊性鋳型の内部に存在する酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが大気中の水分を吸湿することを防止することができる。従って、鋳型の吸湿が抑制されるため、長期の保存が可能となる。

また、鋳型に含まれる酸化カルシウム等のアルカリ土類金属酸化物が保管の間に吸湿により膨潤することがなく、鋳型表面の荒れが生じないため、良好な鋳肌を得ることができるという効果を奏する。吸湿・膨潤により鋳型に割れが生じることもないため、強度を維持することもできる。さらに、鋳造時に、鋳型が吸収した水分が再放出されて、鋳造品にガス欠陥が発生することもない。

以下、実施例及び比較例によって、本発明を具体的に説明するが、本発明の崩壊性鋳型及びその製造方法は以下の実施例に限定されるものではない。

［鋳造用中子 塩中子］
ＮａＣｌを２７．８質量％、ＫＣｌを３４．７質量％、ムライトを１１．２質量％、消石灰を２６．３質量％を混合し、鋳型組成物を調製した。鋳型組成物を７５０℃に加熱して熔解した後に型に流し込み中子を成型した。中子を型から取り出し、それぞれ５００℃、４００℃、３００℃で炭酸ガス雰囲気にさらし、その雰囲気のまま室温まで自然冷却した。また、同時に鋳造した中子を、大気中で自然冷却させた後に、室温で炭酸ガス雰囲気にさらした。これらを低湿度容器（室温、湿度４０％）にて２日間又は３０日間保管した後、中子表面の状態を実体顕微鏡を用いて比較した。

結果を表１に示す。室温で炭酸ガス処理を行った場合は、３０日間保存後に中子表面に酸化カルシウムの膨潤による微細な割れの発生という変化が見られ、水分を吸収していることが確認された。これに対し、３００℃、４００℃、５００℃でそれぞれ炭酸ガス処理した場合は、３０日間保存後でも中子表面に変化は見られず、水分を吸湿していないと認められた。このように、３００℃以上で炭酸ガス処理を施すことが、吸湿防止効果を付与することが確認された。

［精密鋳造用鋳型１ アルミ合金用鋳型］
粒度３２５メッシュ以下の貝化石粉末７０質量％、ムライト３０質量％の混合物をフィラーとして、コロイダルシリカを配合し、１次スラリー及び２次スラリーを作成し、１次スラリーはザーンカップ（＃５）で４０〜５０秒、２次スラリーはザーンカップ（＃４）で２５〜３３０秒となるよう粘度を調整した。

脱脂したワックス模型を１次スラリーに浸漬し、粒度１０〜４８メッシュの貝化石をスタッコ材として、スラリー被覆後の模型に付着させ乾燥させた。次に２次スラリーに浸漬し、貝化石をスタッコして乾燥させた。この工程を繰り返して３層形成した後、２次スラリーに浸漬させ、粒度１０〜４８メッシュのシャモットをスタッコして乾燥させた。この工程を繰り返して３層形成した。乾燥後、さらに２次スラリーに浸漬して乾燥させコーティングを終了した。

次にオートクレーブを用いてワックス模型を溶出させ取り除いた後、８５０℃で２時間焼成した。その後、直ちに約４０℃の炭酸ガスを充満させた容器中に移し、常温まで約１時間かけて自然に冷却させた。次いで低湿度容器中（室温、湿度４０％）で保管した。また同時に焼成した鋳型を大気中で常温まで冷却し、続いて炭酸ガス雰囲気にさらしたのち低湿度容器中（室温、湿度４０％）で保管した。このようにして製造した鋳型を約３００℃に予熱し、約７００℃のアルミニウム熔湯（ＡＣ４Ｃ）を鋳造したときの鋳造品表面の状態を比較した結果を図２に示す。

焼成後に直ちに炭酸ガス処理を実施した鋳型の場合、２日間保存したものと３０日間保存したものの両方で、鋳造品の表面にガス欠陥が見られなかった。一方、焼成後に常温まで冷却し、炭酸ガス処理を実施した鋳型の場合、３０日間保存したものを用いると、鋳造品の表面にガス欠陥が生じることが確認された。このように、焼成後、直ちに炭酸ガス処理を施すことで鋳型の吸湿を抑制でき、鋳造品表面のガス欠陥を防止することができる。

［精密鋳造用鋳型２ 硝子鋳造用鋳型］
粒度３２５メッシュ以下の２酸化クロムをフィラーとし、酢酸ジルコニルを配合し１次スラリー及を作成し、粒度３２５メッシュ以下の貝化石粉末７０質量％、ムライト３０質量％の混合物をフィラーとして、コロイダルシリカを配合し２次スラリーを作成し、１次スラリーはザーンカップ（＃５）で４０〜５０秒、２次スラリーはザーンカップ（＃４）で２５〜３３０秒となるよう粘度を調整した。

脱脂したワックス模型を１次スラリーに浸漬し乾燥後、再度１次スラリーに浸漬し粒度１０〜４８メッシュの貝化石をスタッコ材として、スラリー被覆後の模型に付着させ乾燥させた。次に２次スラリーへ浸漬し貝化石をスタッコして乾燥させた。この工程を繰り返して２層形成した。次いで、２次スラリーに浸漬した後、粒度１０〜４８メッシュのアルミナをスタッコする工程を繰り返して２層形成した。乾燥後、さらに２次スラリーに浸漬した後乾燥させ、コーティングを終了した。次にオートクレーブを用いてワックス模型を溶出させ取り除き、８５０℃で２時間焼成し、直ちに約４０℃の炭酸ガスを充満させた容器中に移し、常温まで約１時間かけて自然に冷却させた。これを低湿度容器中（室温、湿度４０％）で保管した。また同時に焼成した鋳型を大気中で常温まで冷却し、続いて炭酸ガス雰囲気にさらしたのち低湿度容器中で保管した。このようにして製作された鋳型を低湿度容器（室温、湿度４０％）にて保管し、鋳型表面の状態を実体顕微鏡を用いて比較した結果を図３に示す。

焼成後、直ちに炭酸ガス処理を行った鋳型では、３０日間保管後でも水分の吸湿による鋳型割れは確認されなかった。これに対し、焼成後に常温まで冷却し、炭酸ガス処理を行った鋳型では、鋳型表面に鋳型割れが認められた。このように、焼成後、直ちに炭酸ガス処理を施すことで鋳型の吸湿による割れを防止することができる。

［精密鋳造用鋳型３ チタン合金鋳造用鋳型］
粒度３２５メッシュ以下のイットリア安定化ジルコニアをフィラーとし、酢酸ジルコニルを配合し１次スラリーを作成した。粒度３２５メッシュ以下の貝化石粉末７０質量％、ムライト３０質量％の混合物をフィラーとして、コロイダルシリカを配合し２次スラリーを作成した。１次スラリーはザーンカップ（＃５）で４０〜５０秒、２次スラリーはザーンカップ（＃４）で２５〜３３０秒となるよう粘度を調整した。

脱脂したワックス模型を１次スラリーに浸漬し粒度１０〜４８メッシュのイットリア安定化ジルコニアをスタッコ材として、スラリー被覆後の模型に付着させ乾燥させる。この工程を繰り返し３層形成した後、２次スラリーに浸漬後粒度１０〜４８メッシュのアルミナをスタッコ材に用い３層形成し乾燥後、さらに２次スラリーに浸漬した後乾燥させコーティングを終了した。次にオートクレーブを用いてワックス模型を溶出させ取り除き、１１００℃で２時間焼成した。その後、直ちに約４０℃の炭酸ガスを充満させた容器中で常温まで約１時間かけて自然に冷却させた。これを低湿度容器中（室温、湿度４０％）で保管した。また同時に焼成した鋳型を大気中で常温まで冷却し、続いて常温で炭酸ガス雰囲気にさらしたのち低湿度容器中（室温、湿度４０％）で保管した。このようにして製作された鋳型を低湿度容器にて保管し、鋳型表面の状態を実体顕微鏡により比較した結果を図４に示す。

１１００℃で焼成後に直ちに炭酸ガス処理を実施した鋳型では、３０日間保存後でも、鋳型表面に水分の吸湿による割れは認められなかった。焼成後に常温まで冷却し、炭酸ガス処理を実施した鋳型は、３０日間保存後では、鋳型表面に吸湿による割れが確認された。このように、焼成後、直ちに炭酸ガス処理を施すことでチタン合金鋳造用鋳型の吸湿による割れをも防止することができる。

本発明の崩壊性鋳型及びその製造方法は、吸湿・膨潤により表面状態が変質することがなく、かつ長期間にわたり吸湿・膨潤を起こさずに保管可能な崩壊性鋳型を提供することができる。

１ 塩中子
２ 生石灰
３ 耐火物
４ 塩
５ 炭酸カルシウム
１００ 鋳型組成物
１０１ 型
１０２ 耐熱グローブボックス
１０３ 炭酸ガス
１０４ 中子
１０５ 鋳造用鋳型
１０６ 鋳造品
（ａ） 中子鋳造工程
（ｂ） 炭酸ガス処理工程（中子保管工程）
（ｃ） 中子を用いる鋳造工程
（ｄ） 中子取出し工程

Claims (7)

1. 酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を含有する崩壊性鋳型を製造する方法であって、
   前記崩壊性鋳型を流し込み成型する工程の直後に、炭酸ガスに接触させる工程を含み、
   前記崩壊性鋳型が、塩中子であり、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウムの少なくとも１種を原料に含み、前記流し込み成型する工程が、水酸化カルシウムが前記原料に含まれる場合には水酸化カルシウムの熱分解温度以上で行われ、水酸化マグネシウムが前記原料に含まれる場合には水酸化マグネシウムの熱分解温度以上で行われる崩壊性鋳型の製造方法。
2. 前記流し込み成型する工程の後、水酸化カルシウムが前記原料に含まれる場合にはそのほぼ１００％が酸化カルシウムに熱分解した状態で存在し、水酸化マグネシウムが前記原料に含まれる場合にはそのほぼ１００％が酸化マグネシウムに熱分解した状態で存在する請求項１に記載の崩壊性鋳型の製造方法。
3. 酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を含有する崩壊性鋳型を製造する方法であって、
   前記崩壊性鋳型を焼成する工程の直後に、炭酸ガスに接触させる工程を含み、
   前記崩壊性鋳型が、ロストワックス鋳造用鋳型であり、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムの少なくとも１種を原料に含み、前記焼成する工程が、８００〜１２００℃で行われる崩壊性鋳型の製造方法。
4. 前記炭酸ガスに接触させる工程が、前記崩壊性鋳型が３００℃以上であるときに行われ、前記炭酸ガスの分圧が０．００５気圧以上である請求項１〜３のいずれかに記載の崩壊性鋳型の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法によって製造された崩壊性鋳型。
6. 酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を５〜７５質量％含有し、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び水酸化マグネシウムの少なくとも１種を原料に含み、水酸化カルシウムを前記原料に含む場合にはそのほぼ１００％が酸化カルシウムに熱分解した状態で存在し、水酸化マグネシウムを前記原料に含む場合にはそのほぼ１００％が酸化マグネシウムに熱分解した状態で存在しており、表層の前記酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化している、塩中子。
7. 酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少なくとも１種を５〜７５質量％含有し、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムの少なくとも１種を原料に含み、炭酸カルシウムを前記原料に含む場合には炭酸カルシウムが酸化カルシウムに熱分解しており、炭酸マグネシウムを前記原料に含む場合には炭酸マグネシウムが酸化マグネシウムに熱分解しており、表層の前記酸化カルシウム及び酸化マグネシウムが炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムに変化している、ロストワックス鋳造用鋳型。

Images