特許 6095934 精密鋳造用鋳型の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6095934

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】精密鋳造用鋳型の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22C 9/04 20060101AFI20170306BHJP

【ＦＩ】

   B22C9/04 E

   B22C9/04 G

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-224613(P2012-224613)

(22)【出願日】2012年10月9日

(65)【公開番号】特開2014-76457(P2014-76457A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2015年7月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】小熊 英隆

(72)【発明者】

【氏名】森 一剛

(72)【発明者】

【氏名】岡田 郁生

(72)【発明者】

【氏名】下畠 幸郎

【審査官】 藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０００９２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２４０６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５５２８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｃ ５／００−９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、中心粒径０．３−１．０μｍの範囲の単一分散してなる単一分散物であるジルコニア超微粒子からなる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2】

請求項１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。

【請求項3】

請求項１又は２において、
前記精密鋳造用鋳型スラリーの分散剤がポリカルボン酸塩であることを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、精密鋳造用鋳型の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１８０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、例えば一方向凝固翼製造等における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の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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の製造方法であって、精密鋳造用ろう型を、中心粒径０．３−１．０μｍの範囲の単一分散してなる単一分散物であるジルコニア超微粒子からなる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。

【0010】

第２の発明は、第１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。

【0011】

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記精密鋳造用鋳型スラリーの分散剤がポリカルボン酸塩であることを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法にある。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、耐熱性が高いジルコニア超微粒子を用いてスラリーとすることで、従来のシリカゾル使用に対して耐熱温度が向上し、例えば一方向凝固翼製造等における高温（例えば１５５０℃）で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が得られる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、外側鋳型となる乾燥成形体の構成図である。

【図2】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】図３は、ジルコニア微粒子の粒度分布を示す図である。

【図4】図４は、ジルコニア微粒子の粒度分布を示す図である。

【図5】図５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6】図６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7】図７は、コアの製造工程を模式的に示す説明図である。

【図8】図８は、金型の一部を模式的に示す斜視図である。

【図9】図９は、ろう型の製造工程を模式的に示す説明図である。

【図10】図１０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11】図１１は、外側鋳型の製造工程を模式的に示す説明図である。

【図12】図１２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13】図１３は、鋳造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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１．０μｍ以下（好適には０．３〜０．５μｍ：実施例に記載）の単一分散してなるジルコニア超微粒子からなる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１０２にスタッコ材を付着したスタッコ層１０３とにより形成し、乾燥してなる第１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。

【0016】

ここで、本発明でスラリーを形成するバインダである高純度超微粒のジルコニア微粒子（ジルコニア超微粒子）は、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。
ジルコニア微粒子としては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることができる。
ここで、単一分散されているとは、例えば粒径が約０．３μｍのジルコニア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、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。

【0017】

本発明では、ジルコニア微粒子が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。

【0018】

この単一分散されたジルコニア微粒子のバインダに、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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

本発明では、バインダである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。
図３、図４は、ジルコニア微粒子の粒度分布を示す図である。
単一分散としては、粒径分布が狭いことが必要となり、平均粒径が０．３μｍの場合、図３に示すように、中心粒径（ｄ：０．３μｍ）から、０．８ｄ（０．２４）〜１．０７ｄ（０．３２）の範囲に分布がおさまるような分散となっているのが好ましい。

【0022】

また、平均粒径が０．６μｍの場合、図４に示すように、中心粒径（ｄ：０．６μｍ）から、０．８ｄ（０．４８）〜１．２ｄ（０．７２）の範囲に分布がおさまるような分散となっているのが好ましい。

【0023】

ここで、粒度分布の計測は、下記装置によった。
株式会社アイシンナノテクノロジーズ製、「ＣＩＬＡＳ ８５０Ｂ型」のレーザー散乱・回折式粒度分布測定装置を用いた。

【0024】

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、このジルコニア超微粒子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。

【0025】

（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ジルコンスタッコ粒（平均粒径０．８ｍｍ）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。

【0026】

（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層目）１０２とスタッコ層（ｎ層目）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１０６Ａを得る。

【0027】

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。

【0028】

この得られた精密鋳造用鋳型は、後述する試験例に示すように、１５００℃の強度試験においても変形はなく、強度が高いものであった。これに対し、従来のシリカゾルを使用したものでは軟化の挙動が確認された。

【0029】

また、図２に示すように、プライム層において、プライムスラリー層１０１ａに、スタッコ材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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

このスタッコ粒の粒径は、０．８ｍｍとしているが、本発明ではこれに限定されず、例えば０．４ｍｍ〜２ｍｍ位の粒子、平均粒径としては例えば０．５ｍｍ以上のものを使用することが好ましい。

【0033】

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。

【0034】

図５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５を用いて、鋳造方法について説明する。ここで、図５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。

【0035】

以下、図６から図１２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６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６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。

【0036】

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７を用いて、コアの製造工程について説明する。図７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７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７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。

【0037】

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８は、金型の一部を模式的に示す斜視図である。図８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８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。

【0038】

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９を用いて説明する。図９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。

【0039】

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１０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１０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、ジルコニア超微粒子が単一分散されたスラリーを用いる。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塩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。

【0040】

鋳型製造方法は、図１０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としてジルコンスタッコ粒（平均粒径０．８ｍｍ）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。

【0041】

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１０６Ａを得たら、当該乾燥成形体１０６Ａ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１２を用いて説明する。図１２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。

【0042】

図５と図１３を用いて、鋳造方法の説明を続ける。図１３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。

【0043】

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１３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。

【0044】

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１３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。

【0045】

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１３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。

【0046】

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１３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。

【0047】

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、スラリーとしてジルコニア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、スタッコ材を添加したスラリー層１０１ａとスタッコ層１０１ｂとからなるプライム層１０１Ｂとしてもよい（図２参照）。

【0048】

（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。

【0049】

高純度超微粒のジルコニア（比表面積１０ｍ²／ｇ、粒径約０．３μｍ）のスラリーを、分散剤としてポリカルボン酸塩を用い、ボールミルを用いて２４時間混練してスラリー化し、ジルコニアスラリーを得た。得られたジルコニアスラリーの固形分濃度は５０ｗｔ％である。
このジルコニアスラリーでは、分散処理の結果ジルコニア粒子は０．３μｍに単一分散されていることが確認された。
このジルコニアスラリーに、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。
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。

【0050】

幅３０ｍｍ、厚さ８ｍｍ、長さ３００ｍｍのワックス体を準備し、得られた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。

【0051】

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、平均粒系０．８ｍｍのジルコン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。

【0052】

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。

【0053】

［比較例］
比較のため、従来と同様のシリカゾル（粒径２０ｎｍ程度の球状シリカ粒子が分散された液）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。

【0054】

［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、高温強度試験を実施した。
１５００℃の強度試験では、従来のシリカゾルを使用したものでは軟化の挙動が確認された。
また、その結果、比較例の試験片の切断は明瞭でなく、曲がってしまった。
これに対し、本実施例のジルコニアスラリー（スタッコ材としてジルコン粒）を使用した試験片は変形もなく、１００ＭＰａでの破断であった。
ここで、強度試験は、ＪＩＳ Ｒ １６０１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。

【0055】

本試験結果より、バインダを、耐熱性が高い超微粒子ジルコニア（融点２，７１５℃）のスラリーとし、スタッコ材をジルコン粒（融点２，７１５℃）とすることで、従来のシリカゾル使用に対して耐熱温度が向上し、一方向凝固翼製造における高温（１，５５０℃）で長時間保持した場合でも変形が生じない鋳型が得ることができた。

【0056】

（実施例２）
実施例１において、フラワーとして、ジルコン粉の代わりに、３５０メッシュのアルミナ粉を添加して、精密鋳造用鋳型スラリーとした。
また、スタッコ材として、平均粒径０．８ｍｍのアルミナ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。

【0057】

［試験］
得られた実施例２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、実施例１と同様の高温強度試験を実施した。
本実施例のジルコニアスラリー（スタッコ材としてアルミナ粒）を使用した試験片は変形もなく、１００ＭＰａでの破断であった。

【0058】

本試験結果より、バインダを、耐熱性が高い超微粒子ジルコニア（融点２，７１５℃）のスラリーとし、スタッコ材をアルミナ粒（融点２，０７０℃）とすることで、従来のシリカゾル使用に対して耐熱温度が向上し、一方向凝固翼製造における高温（１，５５０℃）長時間保持でも変形が生じない鋳型が得られることができた。

【0059】

以上より、バインダを、耐熱性が高いジルコニア超微粒子スラリーの単一分散物をスラリーとし、ジルコン粉またはアルミナ粉のスタッコ材とすることで、従来のシリカゾルを使用した場合よりも、得られた鋳型の耐熱温度が向上し、一方向凝固翼製造における高温（１，５５０℃）で長時間保持した場合でも変形が生じない鋳型が得ることができた。

【符号の説明】

【0060】

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
２８ ＷＡＸ（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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】