JPH01236A - 流体透過性鋳造品の製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、流体透過性鋳造品の製造方法に係り、特に連
続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有する鋳造品
を、冶金的乃至は機械的な処理を加えることなく、有利
に製造する方法の改良に関するものである。

（背景技術） 連続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有する鋳造
品を、冶金的乃至は機械的な処理を加えることなく、有
利に製造し得る方法として、本願出願人は、先に、特願
昭６１−２４６３６０号や特願昭６２−６９２５号等に
おいて、三次元網目構造体等の構造体の骨格組織の骨格
の周りに付着させたセラミックス材料を焼結せしめると
共に、かかる骨格組織を構成する材料を消失させること
により得られる、前記付着セラミックス材料の焼結にて
三次元網目構造が保持される一方、かかる三次元網目構
造の骨格自体が中空とされて、全体として連続した空孔
が該骨格内に形成されたセラミックス多孔体を、用い、
このセラミックス多孔体を所定の鋳型の鋳造キャビティ
内に配置せしめた状態下において、所定の金属溶湯をマ
トリックス材料として注湯し、その三次元網目構造の間
隙内に入り込ませて、凝固せしめ、一体的な構造と為す
ことにより、該セラミックス多孔体の三次元編目構造の
骨格内に形成された空孔を利用して、流体を透過せしめ
るようにした鋳造品を製造する手法を明らかにした。

ところで、このような流体透過性鋳造品の製造手法にあ
っては、鋳型の鋳造キャビティ内に配置されるセラミッ
クス多孔体の三次元網目構造内において、注湯される金
属溶湯の湯流れが悪（、特にそれは、セラミックス多孔
体として小さな網目構造のものを用いれば用いる程、著
しく、そしてその結果、セラミックス多孔体の全体に溶
湯が廻らないという問題が惹起され、目的とする鋳造品
の品質を低下せしめて、その製品歩留りを低下させたり
、全（目的とする用途に使用され得ないものとなること
が、本発明者らの更なる検討によって明らかとなったの
である。

この原因としては、セラミックス多孔体と金属溶湯との
濡れ性が良くないこと二三次元網目構造の骨格間が狭く
なると、セラミックス材料の付着時に、三次元網目構造
体の目詰まりが増加し、それがそのままセラミックス多
孔体の目詰まりの増大をもたらし、結果的に湯流れを悪
くすること：流体透過性鋳造品における、流体透過特性
を与えるセラミックス多孔体存在部分の割合が、多過ぎ
ること：鋳造方案が不適切であること等、が挙げられる
。

そして、これらの原因に対する対策としては、（ａ）セ
ラミックス多孔体を構成するセラミックス材料を変更す
ることによって、金属溶湯に対する濡れ性を向上させる
こと、（ｂ）セラミックス材料の変更により、均一なセ
ラミックス網目構造骨格となるようにすること、（Ｃ）
セラミックス多孔体の温度を鋳込前に上昇せしめておく
こと、（ｄ）押湯を設ける等して、鋳造方案を変更する
こと、（ｅ）金属溶湯の流動性を向上させること等、が
考えられる。

しかしながら、これらの対策は、何れも、その目的を充
分に達成し得ないものであり、例えば上記（ａ）及び（
ｂ）の対策は、はっきりとその効果を期待することが困
難であり、また（ｃ）の対策についても、セラミックス
多孔体自体にヒートクラックが惹起される問題が新たに
発生し、また（ｄ）の対策においては、鋳造品における
、流体透過性能を付与するセラミックス多孔体存在部分
の割合が、必然的に減少することとなり、使用目的から
して、効率の悪い鋳造品ということになる。

更に、（ｅ）の対策において、金属溶湯の流動性を向上
させるには、溶湯温度を上げるか、添加剤によって行な
うか、の手段が考えられるが、それには、セラミックス
多孔体の耐熱性及び脆性化が問題となるのである。

（発明の目的） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その目的とするところは、連続
気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有する鋳造品を
、冶金的乃至は機械的な処理を加えることなく、有利に
製造することの出来る、改良された方法を提供すること
にあり、また他の目的とするところは、セラミックスの
材質、鋳造方案等を変更することなく、骨格間の小さな
セラミックス多孔体を用いても、また鋳造品内に占める
セラミックス多孔体部位の割合を多くしても、特に押湯
等の方案の採用を必須とすることなく、セラミックス多
孔体の三次元網目構造内への湯廻りの改善を図ることに
ある。

（発明の構成） そして、このような目的を達成するために、本発明は、
消失性材料からなる三次元網目構造体の骨格組織の骨格
の周りに付着させたセラミックス材料を焼結せしめると
共に、かかる骨格組織を構成する消失性材料を消失させ
ることにより得られる、前記付着セラミックス材料の焼
結にて三次元網目構造が保持される一方、かかる三次元
網目構造の骨格自体が中空とされて、全体として連続し
た空孔が該骨格内に形成されたセラミックス多孔体を用
い、その三次元網目構造の間隙内に所定の金属溶湯をマ
トリックスとして入り込ませて凝固せしめ、一体的な構
造と為すことによ、す、該セラミックス多孔体の三次元
網目構造の骨格内に形成された空孔を利用して、流体を
透過せしめ得るようにした鋳造品を製造するに際して、
前記金属溶湯の鋳込に先立ち、前記セラミックス多孔体
における三次元網目構造の骨格の周りに、所定厚さの金
属被覆層を形成せしめて、かかる骨格の表面が前記金属
溶湯に直接に接触しないようにしたのである。

（具体的構成・実施例） ところで、かくの如き本発明手法に従って、目的とする
流体透過性鋳造品を製造する場合にあっては、例えば第
１図に示されているように、鋳型内の所定位置に、第２
図に示される如き特定構造のセラミックス多孔体を配置
せしめた状態下において、所定の金属溶湯を注湯するこ
とにより、第３図乃至第５図に示されている如き、三次
元的に連続した気孔（空孔）を備えて、流体を透過し得
る特性を有する、目的とする鋳造品が製造されこととな
るのである。

なお、かかる第１図において、１０は、上型１２と下型
１４とから構成された鋳型であり、一般に、生型砂また
は樹脂を硬化媒体に用いた自硬性鋳型抄成いはパーマネ
ント鋳型（金型）等によって製作されたものである。ま
た、かかる鋳型１０内には、所定形状の鋳造キャビティ
２０が形成されており、そしてこのキャビティ２０内に
、所定の三次元網目構造を呈する、本発明に従うセラミ
ックス多孔体２２がセットされているのである。

なお、かかるキャビティ２０内にセットされたセラミッ
クス多孔体２２の周りには、湯溜り２４が設けられてお
り、更に所定の金属溶湯２６は、取鍋２８より受湯口３
０を通じて注湯されることとなる。

また、かかる第１図においては、直方体形状のセラミッ
クス多孔体２２０５面が所定厚さの鋳造金属で取り囲ま
れる如き鋳造品を得るために、かかるセラミックス多孔
体２２が鋳造キャビティ２０の底面上に配置されて、セ
ットせしめられているが、更に第５図に示されている如
き、鋳造品３２の全体に亘ってセラミックス多孔体２２
が鋳込まれた製品を得る場合にあっては、セラミックス
多孔体２２が鋳造キャビティ２０内の全体に亘って位置
する状態で配置、セットせしめられるのであり、このよ
うに、その鋳造品におけるセラミックス多孔体２２の配
設位置及びその形状は、何隻限定されるものではなく、
目的とする製品に応じて適宜に決定されるものであり、
例えば該セラミックス多孔体２２を、その幾つかの外周
面が鋳造キャビテイ２０内面から浮いた状態でセントす
る場合には、常法に従って、ケレン等の適当な止め金具
が用いられることとなる。

ここにおいて、このキャビティ２０内に配置、固定され
る、本発明に従う三次元網目構造を有するセラミックス
多孔体２２は、先ず、合成樹脂等の所定の消失性材料か
らなる三次元網目構造体の骨格組織の骨格の周りに、所
定のセラミックス材料を付着させて、それを焼結せしめ
ると共に、かかる骨格組織を構成する消失性材料を、焼
結時に同時に或いは別途溶剤等によって、消失させるこ
とにより、前記付着セラミックス材料の焼結にて三次元
網目構造が保持される一方、かかる三次元網目構造の骨
格自体が中空とされて、全体として連続した空孔が骨格
内に形成されたセラミックス多孔体素材と為し、次いで
更にそのセラミックス多孔体素材における三次元網目構
造の骨格組織の骨格の周りに、後述のように、所定厚さ
の金属被覆層を形成せしめることにより、得られるもの
である。

なお、そのような所定の消失性材料からなる三次元網目
構造体の骨格の表面に対して付着せしめられるセラミッ
クス材料としては、目的とする製品に要求される特性に
応じて、コージェライト、アルミナ、アルミナ・コージ
ェライト、炭化珪素、ムライト、ジルコニア等の公知の
材料が適宜に選択採用されるものである。

ところで、かかるセラミックス多孔体２２の基本的な三
次元網目構造の素材を与える、合成樹脂等からなる三次
元網目構造体としては、一般に、エステル系ポリウレタ
ン等の合成樹脂を発泡させた後、その骨格の周りに残っ
た膜状物質（発泡ｐｌ；４）を、公知の手法に従って、
圧縮空気等を用いて除去することにより得られる、三次
元網目構造の骨格組織を有する合・成樹脂発泡体が有利
に用いられることとなる。また、そのようなポリウレタ
ンフォーム等の樹脂発泡体における発泡は、化学的反応
により発゛生ずる炭酸ガス等のガス及び／又は揮発性発
泡剤の蒸発ガスの作用によって行なわれ、以て所定の樹
脂材料内に多数の球形の気泡が形成せしめられ、そして
、それら気泡間に存在する樹脂部分によって１２面体を
為す三次元網目構造の骨格組織の構造体となるのである
が、その発泡直後のポリウレタンフォーム等は、その骨
格の周囲に薄いポリウレタン等の材料膜が付着している
ため、公知の如く熱処理、溶剤による溶解、水圧（ウォ
ータージェット）による除去等の手法に従って、骨格以
外の薄膜が除去されることとなる。

次いで、このようにして得られた三次元網目構造体には
、更に公知の手法に従って、所定のセラミックス材料が
スラリー状態等において、含浸、付着せしめられ、また
余剰のスラリーの除去、更には乾燥が行なわれた後、付
着セラミックス材料に対応した焼成操作が施されること
により、かかるセラミックス材料の焼結と同時に、或い
は別途に、合成樹脂等の消失性材料からなる骨格が焼失
乃至は除去せしめられ、これによって、その形状に対応
した空孔３６が、第２図に示される如く、焼結セラミッ
クス材料からなる三次元網目構造の骨格３４内に形成さ
れ、三次元網目構造のセラミックス多孔体素材となるの
である。

そして、本発明にあっては、このような三次元網目構造
のセラミックス多孔体素材に対して、第６図（ａ）、（
ｂ）に示される如く、その骨格３４表−に所定厚さの金
属被覆層３５を形成せしめて、注湯される金属溶湯２６
に対する濡れ性を向上せしめるようにしたものであって
、そのような金属被覆層３５は、公知の各種の手法に従
って、セラミックス多孔体素材の骨格３４の周りを覆い
、かかる骨格３４の表面が金属溶湯２６に直接に接触し
ないように形成されることとなるが、好適には、そのよ
うな金属被覆層３５は、通常の無電解メッキ手法に従っ
て形成されるメッキ層にて、構成されるものである。

なお、かかる無電解メッキ手法は、よく知られているよ
うに、セラミックス多孔体素材を苛性ソーダ等によって
脱脂した後、コンディショニングを行ない、更に触媒化
工程、活性化処理を経由させた後、目的とする金属（合
金を含む）を無電解メッキ操作にて、かかるセラミック
ス多孔体素材の骨格組織の骨格の表面に沈着せしめるこ
とにより、容易に実施され得るものであり、これにより
、ニッケル、コバルト、パラジウム等の金属やそれらを
ベースとする合金、更には銅、銀、金等の金属からなる
所定厚さのメッキ層が金属被覆層３５としてセラミック
ス多孔体素材の骨格３４の周りを覆うように形成される
のである。

また、このようにセラミックス多孔体素材の骨格３４の
周りに形成される金属被覆層３５の厚さとしては、目的
に応じて適宜の厚さが選定されることとなるが、一般に
、少なくとも０．５μｍの厚さを有するようにすること
が望ましく、例えば上記の無電解メッキ手法にあっては
、骨格表面に、０．５μｍ〜２μｍの厚さでメッキ層が
形成されることとなる。更に、このような無電解メッキ
手法に組み合わせて、通常の電解メッキ手法を併用する
ことによって、かかる金属皮膜層３５の厚さを更に厚く
することが可能であり、例えば数十μｍの厚さの金属被
覆層を形成することが出来る。なお、この電気メッキさ
れる金属としては、ニッケル、クロムを初め、亜鉛、カ
ドミウム、錫、鉛、鉄、銅、銀、金やそれらの合金等の
、公知の各種の金属が、目的に応じて適宜に選択される
こととなる。特に、この金属被覆層３５の厚さを厚くし
て、その表層部が注湯される金属溶湯内に溶は込むよう
にすれば、マトリックス金属の改質も可能となる。

そして、このように、骨格３４の周りに所定厚さの金属
被覆層３５が形成されてなるセラミックス多孔体２２は
、前述したように、鋳造キャビティ２０内に配置された
状態下において、その鋳造品に求められる物理特性に応
じて管理された化学成分を有する金属溶湯２６が注湯せ
しめられるのである。なお、かかる金属溶湯２６として
は、鋳鉄や鋳鋼組成のものが一般に用いられるものであ
るが、その他、銅合金やアルミニウム合金等の種々なる
金属製品の鋳造にも、本発明は有利に適用され得るもの
であり、それ故かかる金属溶湯２６としては、そのよう
な製品原料に応じて、適宜に選定されるものであること
は言うまでもないところである。

また、このように注湯される金属溶湯２６は、一般に、
第１図に示されている如く、受湯口３０及び湯道１６を
通じて鋳造キャビティ２０内に導かれ、そこにセットさ
れているセラミックス多孔体２２の三次元網目構造の骨
格３４間の間隙を充満せしめることとなるが、その際、
かかるセラミックス多孔体２２の骨格３４の表面には、
第６図　　　へ（ｂ）に示される如く、所定厚さの金属
被覆層３５が形成され、骨格３４の表面が金属溶湯２６
に直接に接触しないようにされているところから、換言
すれば金、属被覆層３５の存在によって、セラミックス
多孔体２２と溶湯２６との親和性（濡れ性）が向上せし
められているところから、渦流れが良く、それ故に、セ
ラミックス多孔体２２の全体に効果的に溶湯２６を廻ら
せることが出来るのであり、これによって、湯廻りの不
良に基づく製品歩留りの低下の問題が効果的に改善され
得ることとなったのである。

なお、この金属溶湯２６としては、上述したように、非
鉄、鉄系の制限はないが、鋳造キャビティ２０内に導入
される際、鋳型１０内壁面との接触による温度降下は避
けられず、更にセラミックス多孔体２２の設置により、
なおその傾向が助長されることとなるところから、注湯
時の溶湯温度としては、通常のものより高めに設定する
ことが望ましい。また、本発明によれば、金属被覆層３
５の存在によって、かかる金属溶湯２６をセラミックス
多孔体２２の骨格組織間（セル内）に有利に導入して、
凝固させ得るものであるが、更に必要に応じて、適量な
押湯を設定し、適当な溶湯ヘッドを与えるようにしても
何隻差支えないが、本発明では、そのような溶湯ヘッド
を効果的に低く為し得るのである。

そして、このように、金属溶湯２６の注湯作業が終了し
た後、その凝固が行なわれ、そしてその凝固の完了した
鋳造製品にあっては、第３図及び第４図に示されている
ように、セラミックス多孔体２２の三次元網目構造を有
する骨格３４にて構成されるセル内に、鋳造金属４０が
入り込んで、該鋳造金属４０がセラミックス多孔体２２
に対するマトリックスを構成してなる一体的な構造を呈
するものとなるのである。

なお、このような鋳造製品は、その凝固が完了した後、
通常の鋳造作業と同様な解枠、冷却、ショツトブラスト
等による清掃、グラインダ仕上げ等の工程を経て、目的
とする完成鋳造品３２とされることとなるが、特に、本
発明における鋳造製品にあっては、その内部に埋設され
たセラミックス多孔体２２の骨格３４の露出面３８にお
ける空孔３６の開口が鋳造金属４０にて閉塞されている
ために、かかる露出面３８に対して、切削加工や研磨加
工が施されることによって、かかる空孔３６が外部に開
口せしめられることとなるのであり、それによって、第
３図乃至第５図に示されている如き、内部に三次元網目
構造の微細な連続気孔を備えて、流体を透過し得る特性
を有する、目的とする鋳造品３２が得られるのである。

以上、流体透過性鋳造品を製造する具体例に基づいて、
本発明の詳細な説明してきたが、本発明が、そのような
具体例及びそれに関連する具体的な構成の説明にのみ限
定して解釈されるものでないことは、言うまでもないと
ころである。

例えば、土偶においては、セラミックス多孔体を与える
合成樹脂の三次元網目構造体として、本発明が有利に適
用され得る、発泡膜を除去した合成樹脂発泡体、なかで
も、ボリウレクンフォームが用いられているが、また他
の方法によって製造される、合成樹脂等の適当な消失性
材料からなる各種の三次元網目構造体を用いても、何隻
差支えないのである。

その他、−々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識
に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様
において実施され得るものであり、そのような実施態様
のものが、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何
れも、本発明の範囲内に含まれるものであることが、理
解されるべきである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、三次
元網目構造のセラミックス多孔体を一体的に内蔵する流
体透過性鋳造品を製造するに際して、かかるセラミック
ス多孔体の骨格組織の骨格の周りに、所定厚さの金属被
覆層が形成されているところから、注湯される金属溶湯
がセラミックスに直接に接触せず、金属被覆層によりて
、かかる溶湯との親和性（濡れ性）が有利に向上せしめ
られることとなるのであり、それ故に渦流れが良く、従
って湯廻りが向上せしめられ得て、セラミックス多孔体
全体の骨格組織間に効果的に入り込み、以て目的とする
流体透過性鋳造品の品質の向上、ひいては歩留りの向上
を有利に達成し得たのであり、またそのような湯廻りの
向上によって、溶湯ヘッドの低い方案を有利に採用し得
ることとなったのである。

また、本発明によれば、湯廻りの向上によって、鋳造品
に占めるセラミックス多孔体の割合を大きく設定するこ
とが出来ることとなり、これによって、鋳造品の全面を
流体透過性とする場合においては、その加工比率を下げ
ることが出来る利点も生じ、更に目の細かいセラミック
ス多孔体を用いても、湯廻り不良が発生し難（、更にま
た、湯が廻り難いとされていたアルミ鋳物や青銅鋳物等
においても、健全な鋳造品を得ることが可能となったの
である。

そしてまた、本発明によれば、セラミックス多孔体の骨
格の周りに所定厚さの金属被覆層が形成されているとこ
ろから、かかるセラミックス多孔鰺自体の強度が向上さ
れ、鋳造作業時におけるその取り扱いに対して、骨格の
欠は等の問題が効果的に防止され得て、得られる流体透
過性鋳造品の品質も有利に向上され得るのであり、更に
そのような金属被覆層の形成によって、セラミックス多
孔体からの成分の溶は出しによって、マトリックス成分
たる溶湯の品質が劣化せしめられる問題、例えば炭化珪
素からなるセラミックス多孔体を使用する場合において
は、マトリックスへの炭素の侵入に基づく鋳鋼等の溶湯
の性能の劣化等の問題を有利に解消することが出来るの
である。

なお、かくの如き本発明手法に従って得られる流体透過
性鋳造品にあっては、その内部に三次元網目構造を有す
る微細な連続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有
するものであり、このような特性を有する製品は、従来
においては全（見られず、その使用目的に応じて、かか
る空孔（気孔）内に空気、ガス、水、湯或いは油等の流
体を自由に通ずることが可能であることから、その特性
を利用した各種の部材に広範囲に利用され得るのである
。

また、かかる本発明手法に従えば、目的とする流体透過
性製品を、冶金的乃至は機械的な処理を加えることなく
、従来と同様な手法に従って、良好なる生産性をもって
有利に製造することが出来ること、また言うまでもない
ところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う製造手法の一工程を示す断面説
明図であり、第２図は、そこにおいて用いられるセラミ
ックス多孔体を示す要部断面拡大説明図であり、また第
３図は、かかる製造手法にて得られる鋳造品を示す要部
拡大断面説明図であり、第４図は、第３図における鋳造
品の拡大説明図であり、第５図は、かかる鋳造品の全体
斜視図である。更に、第６図（ａ）は、金属被覆層が所
定厚さで形成されるセラミックス多孔体素材の骨格の一
部を拡大して示す断面説明図であり、第６図（ｂ）は、
そのような骨格の周りに所定の金属被覆層が形成されて
なる状態を示す要部拡大断面説明図である。 １０：鋳型　　　　　２０：鋳造キャビティ２２：セラ
ミックス多孔体 ２６：金属溶湯　　　３４：骨格 ３５：金属被覆層　　３６：空孔 ４０：鋳造金属 出願人　　株式会社　す　ベ　ヤ 第３１２１ 第４図 第５図 （ａ） ３図 （ｂ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）消失性材料からなる三次元網目構造体の骨格組織
   の骨格の周りに付着させたセラミックス材料を焼結せし
   めると共に、かかる骨格組織を構成する消失性材料を消
   失させることにより得られる、前記付着セラミックス材
   料の焼結にて三次元網目構造が保持される一方、かかる
   三次元網目構造の骨格自体が中空とされて、全体として
   連続した空孔が該骨格内に形成されたセラミックス多孔
   体を用い、その三次元網目構造の間隙内に所定の金属溶
   湯をマトリックスとして入り込ませて凝固せしめ、一体
   的な構造と為すことにより、該セラミックス多孔体の三
   次元網目構造の骨格内に形成された空孔を利用して、流
   体を透過せしめ得るようにした鋳造品を製造するに際し
   て、 前記金属溶湯の鋳込に先立ち、前記セラミックス多孔体
   における三次元網目構造の骨格の周りに、所定厚さの金
   属被覆層を形成せしめて、かかる骨格の表面が前記金属
   溶湯に直接に接触しないようにしたことを特徴とする流
   体透過性鋳造品の製造方法。
2. （２）前記金属被覆層が、少なくとも無電解メッキによ
   って形成されたメッキ層である特許請求の範囲第１項記
   載の製造方法。
3. （３）前記金属被覆層が、少なくとも０．５μｍの厚さ
   を有する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の製
   造方法。
4. （４）前記三次元網目構造体が、発泡膜を除去してなる
   ポリウレタン発泡体である特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項の何れかに記載の製造方法。
5. （５）前記金属溶湯が、鋳鉄若しくは鋳鋼の溶湯である
   特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の製造
   方法。