JPH04333343A - セラミックシェル鋳型の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、精密鋳造法であるロ
ストワックス法において使用されるセラミックシェル鋳
型を製造する方法に関し、詳しくは、溶湯に接する緻密
なフェースコート層と良好な通気性を備えたバックアッ
プコート層が得られるようにすることにより、鋳肌荒れ
がなく湯回り不良による外観欠陥のない良好な鋳造品が
得られるセラミックシェル鋳型を製造する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
電気機器、自動車、航空機などの産業分野では、２次加
工費の低減を目的として、セラミックシェル鋳型を用い
たロストワックス法による精密鋳造品が幅広く採用され
るようになっている。これにともなって、精密鋳造品に
対するその薄肉化、複雑化、さらに大型化が要請されて
おり、特に、マグネシウム合金、アルミニウム合金など
の軽合金からなる鋳造品においてその傾向が著しくなっ
ている。

【０００３】一般に、セラミックシェル鋳型を用いたロ
ストワックス法により薄肉の鋳造品を欠陥なく得ること
はなかなか困難である。これは、周知のように、セラミ
ックシェル鋳型は、通常の砂型と異なり、バインダ（粘
結剤）とフィラ材（耐火物粉末）とを混ぜたスラリー（
泥状物）をロウ（蝋）等の材料で作製された消失性模型
の周囲に数回にわたって被覆して形成される緻密なシェ
ル層によって造型されたものであることから、鋳型の通
気性が極めて悪いため、薄肉部における湯回り不良によ
る外観欠陥が生じ易いためである。

【０００４】そのため、従来、セラミックシェル鋳型を
用いて薄肉の鋳物品を鋳造する際には、湯回り不良の発
生を防止する目的で、鋳型を加熱して鋳込み時の鋳型温
度を高めて鋳込みを行うことが一般的である。しかしな
がら、鋳型温度を高める方法により湯回り不良を防ぐこ
とには限界があり、また、湯回り不良を防ぐための鋳型
温度を高くしすぎると、溶湯の凝固が遅れて内部欠陥が
発生したり、鋳造品の機械的性質が低下したりするとい
う新たな問題が生じている。

【０００５】そこで、本発明者らは、通気性の良好なセ
ラミックシェル鋳型を製造するためにシェル層に通気性
機能を付与する手段を開発する過程において、従来、型
ばらし時における崩壊性の良好なセラミックシェル鋳型
を得ることを目的として、炭酸カルシウム源としての貝
化石粉末が用いられていることに着目した。

【０００６】貝化石は、約２８０〜８０万年前に形成さ
れ堆積物がその後の地殻の変動によって隆起して地上に
現れたものであって、有孔虫などの古生物遺骸をともな
った貝類に砂、粘土などが混合したものである。この貝
化石粉末は、主成分である炭酸カルシウムを約１０〜９
０重量％、その他の成分として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３　）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３
　）などを含むものである。

【０００７】炭酸カルシウムをセラミックシェル鋳型の
鋳型材料に使用した場合、鋳型材料中の炭酸カルシウム
は、加熱されることによって、ＣａＣＯ３　→ＣａＯ　
＋ＣＯ２　↑と熱分解反応を起こし、炭酸ガスを放出し
て酸化カルシウムに変化する。そして、大気中の水分な
どにより酸化カルシウムが、ＣａＯ　＋Ｈ２Ｏ　→Ｃａ
（ＯＨ）２　と水酸化カルシウムに変化することにより
、セラミックシェル鋳型の崩壊性が向上することが、従
来より知られている（特公昭４９−２６５５号公報など
）。この場合、炭酸カルシウムそれ自体は難水溶性であ
るためスラリーの作製が容易でないが、貝化石粉末は、
水にたやすく溶け、作製したスラリーの管理も容易であ
るという利点がある。

【０００８】本発明者らは、所定重量％の炭酸カルシウ
ムを含有するように貝化石粉末を配合したフィラ材を用
いたスラリーを使用してシェル層を形成した後、消失性
模型を除去して得られた殻状の鋳型を焼成し、そのシェ
ル層のＳＥＭ観察やミクロ断面観察などを行った。その
結果、シェル層に多数の微細なヘア・クラック（微細な
亀裂）が発生していることを見出し、このことにより、
セラミックシェル鋳型の通気性が大幅に向上するという
知見を得た。

【０００９】そこで、通気性の良好なセラミックシェル
鋳型を得る目的でもってさらに実験を重ねた結果、貝化
石粉末がフィラ材中に所定重量％の炭酸カルシウムを含
有するように配合されたフィラ材を有するスラリーを用
いてシェル層を形成するようにしたものにおいても、以
下に述べるような問題点を解消する必要があることがわ
かった。

【００１０】すなわち、消失性模型の形状を忠実に再現
するための溶湯に接するシェル層であるフェースコート
層が貝化石粉末を含むスラリー（以下、貝化石スラリー
という。）を用いて形成されている場合には、焼成によ
って炭酸ガスが放出されることから、フェースコート層
表面（溶湯接触面）がポーラスとなり、鋳造品の鋳肌が
荒れること、また、大気中の水分などにより自己崩壊し
易いので保管のために鋳型を長時間放置することができ
ないこと、マグネシウム合金鋳物の鋳造時に必要な水溶
性防燃剤による防燃処理を施すことができないこと、な
どの点である。特に、良好な鋳肌の確保は精密鋳造にお
ける必須の要件とされている。

【００１１】また、シェル層の最外層である最外表面コ
ート層が貝化石スラリーを用いて形成されている場合に
は、大気中の水分等により自己崩壊し易いので保管のた
めに鋳型を長時間放置することができないこと、貝化石
スラリーによって形成されたシェル層が焼成時の熱膨張
によって型くずれしやすいこと、などの点である。

【００１２】一方、特開平　１−４０１３５　号公報に
は、炭酸カルシウム源としての貝化石粉末を鋳型材料に
使用して崩壊性の良好なセラミックシェル鋳型を製造す
る方法が示されている。この従来技術は、貝化石粉末、
もしくは貝化石粉末７重量％以上に珪砂・シャモット・
溶融シリカ・ジルコン等の耐火物粉末を添加・配合した
フィラ材にバインダを混合してスラリーを作製し、この
スラリーを用いて通常のセラミックシェルモールドのプ
ロセスにより消失性模型の周囲にシェル層を被覆形成し
た後、消失性模型を除去して得られた殻状の鋳型を７６
０℃以上の温度で焼成することにより、セラミックシェ
ル鋳型を製造するようにしたものである。しかしながら
、この従来技術は、通気性の良好なセラミックシェル鋳
型を製造することは考慮されておらず、しかも、上記の
ような問題点を解決する手段が講じられていない。

【００１３】この発明は、上記のようなことから考え出
されたものであって、鋳肌荒れがなく、通気性の悪さに
起因する湯回り不良による外観欠陥のない良好な鋳造品
が得られるセラミックシェル鋳型の製造方法の提供をそ
の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明によるセラミックシェル鋳型の製造方法
は、セラミックシェル鋳型を製造する方法において、消
失性模型の表面に非炭酸カルシウム系フィラ材を有する
スラリーを用いてフェースコート層を形成した後、この
フェースコート層上に、６０〜７５重量％の炭酸カルシ
ウムを含有するように炭酸カルシウム源としての貝化石
粉末が配合されたフィラ材を有するスラリーを用いてバ
ックアップコート層を形成し、さらに、このバックアッ
プコート層上に非炭酸カルシウム系フィラ材を有するス
ラリーを用いて最外表面コート層を形成し、しかる後、
前記消失性模型を除去して得られた殻状の鋳型を７５０
〜９００℃の温度で焼成することを特徴とするものであ
る。

【００１５】

【作用】このような特徴を有するこの発明よるセラミッ
クシェル鋳型の製造方法によれば、消失性模型の表面に
非炭酸カルシウム系フィラ材を有するスラリーを用いて
フェースコート層を形成するようにしたので、炭酸カル
シウムを含まないことから、フェースコート層の溶湯に
接する面は、焼成によってもポーラスとならず、消失性
模型の形状を忠実に再現したものとなる。

【００１６】上記フェースコート層上に形成されたバッ
クアップコート層は、炭酸カルシウム源としての貝化石
粉末が配合されたフィラ材を有するスラリーを用いて形
成されているので、焼成時における炭酸ガスの発生によ
ってＳＥＭ観察やミクロ断面観察などで見出されるよう
な多数の微細なヘア・クラックが生じ、良好な通気性を
備えたものとなる。

【００１７】また、上記バックアップコート層上に、非
炭酸カルシウム系フィラ材を有するスラリー材を用いて
最外表面コート層を形成するようにしたので、バックア
ップコート層の焼成時の熱膨張による型くずれを確実に
防ぐことができる。さらに、フェースコート層及び最外
表面コート層を非炭酸カルシウム系フィラ材を有するス
ラリーを用いて形成するようにしているので、炭酸カル
シウムを含まないことから、焼成後のセラミックシェル
鋳型を保管のために長時間放置することも可能となる。

【００１８】この発明による方法においては、焼成温度
は、貝化石粉末中の炭酸カルシウムを熱分解させるため
に、７５０〜９００℃の範囲が適当である。焼成温度が
この範囲を超えると、貝化石粉末の分解により鋳型強度
の低下がおこり寸法安定性が低下するため好ましくない
。

【００１９】また、バックコート層を形成するためのス
ラリーを構成するフィラ材に含まれる貝化石粉末による
フィラ材中の炭酸カルシウムは、６０〜７５重量％の範
囲が適当である。この範囲より少ないと、バックコート
層に生じるヘア・クラックによる鋳型の通気度向上効果
が十分得られず、この範囲を超えると鋳型強度の低下が
著しくなって実用に適さないためである。

【００２０】

【実施例】以下、実施例に基づいてこの発明を説明する
。 〔実施例１〕図１はこの発明の一実施例により製造され
たセラミックシェル鋳型の通気度の一例を示す図、図２
はこの発明による方法によって製造されるセラミックシ
ェル鋳型の要部の断面構成を示す模式図、図３はこの発
明の一実施例により製造されたセラミックシェル鋳型を
用いて鋳造されたマグネシウム合金製鋳物の斜視図であ
る。

【００２１】図３に示すような、マグネシウム合金製鋳
物を鋳造するためのセラミックシェル鋳型を製造した。 以下にその手順を説明する（図２参照）。■　　まず、
図３に示すような、大型でかつ最小肉厚ｔ＝２ｍｍの薄
肉部を有し、外径約１７０ｍｍ、高さ約３００ｍｍのマ
グネシウム合金製鋳物を鋳造するためのロウ（蝋）模型
を作製し、その表面をフロンにて洗浄した。■　　次い
で、通常のプロセスに従って、フィラ材としてのジルコ
ンフラワーとバインダとしてのコロイダルシリカとで作
製（調製）したプライマリ・スラリーの被覆、スタッコ
材としてのジルコンサンドの付着、及び乾燥の各操作を
行って、ロウ模型の表面に、第１層、第２層の計２層よ
りなるフェースコート層を形成した。

【００２２】■　　アルミナフラワーが３０重量％、炭
酸カルシウムが７０重量％になるようにアルミナフラワ
ーと貝化石粉末とを配合したフィラ材と、コロイダルシ
リカとで貝化石スラリーを作製した。この貝化石スラリ
ーの被覆、スタッコ材としてのハイアルミナサンドの付
着、および乾燥の各操作を行って、上記のフェースコー
ト層上に、第３層から第５層までの計３層よりなるバッ
クアップコート層を形成した。■　　次いで、ジルコン
フラワーとコロイダルシリカとで作製したスラリーの被
覆、及び乾燥の各操作を行って、上記のバックアップコ
ート層上に第６層としての最外表面コート層を形成した
。■　　そして、オートクレーブを用いてロウ模型を除
去した後、得られた殻状の鋳型を８００℃の温度で２０
〜３０分間焼成してセラミックシェル鋳型を得た。

【００２３】また、比較のために従来方法によるセラミ
ックシェル鋳型を製造した。これは、上記のバックコー
ト層を、アルミナフラワーとコロイダルシリカとで作製
した炭酸カルシウムを含まない通常のスラリーにより形
成したものである。そして、後述する鋳造試験を行うと
ともに、この実施例によるシェル鋳型と従来方法による
シェル鋳型との通気度を測定した。なお、通気度の測定
に当たり、この実施例によるセラミックシェル鋳型にお
いては、比較のために上記のバックコート層を計２層形
成したもの（合計コーティング層数５層）、バックコー
ト層を計４層形成したもの（合計コーティング層数７層
）をも製造した。

【００２４】通気度の測定結果を図１に示す。同図から
理解されるように、この実施例によれば、従来方法によ
るセラミックシェル鋳型に比べ約１．５　倍程度の通気
度を有するセラミックシェル鋳型が得られている。

【００２５】上記の両セラミックシェル鋳型を用いてマ
グネシウム合金製鋳物を、従来方法によるシェル鋳型で
は最小肉厚部に対してガス抜きベントを設置し、この実
施例によるシェル鋳型ではこれを用いることなく鋳造し
た。その結果、従来方法により得られたセラミックシェ
ル鋳型による鋳造品は、鋳肌そのものは良好であったが
、最小肉厚部が湯回り不良となった。さらに、この部分
には内部品質に悪影響を与える微細な収縮巣であるシュ
リンケージが観察された。

【００２６】これに対して、この実施例により得られた
セラミックシェル鋳型によれば、良好な通気性を有して
いるので湯流れが良く、最小肉厚部での湯回り不良も発
生せず、ガス抜きベントを設けることなく、外観、鋳肌
、内部品質に優れた鋳造品が得られた。また、鋳込みの
際の鋳型強度も充分であり、鋳造品の寸法精度も良好で
あった。さらに、バックコート層が炭酸カルシウムを含
む貝化石スラリーにより形成されているので、鋳造後の
型ばらしにおける崩壊性も向上し、型ばらし時間は、従
来のそれに比べて約１／５程度に短縮された。なお、実
施例により得られたセラミックシェル鋳型は、３日間に
わたってこれを大気中に放置しても自己崩壊することな
くその強度が維持された。

【００２７】〔実施例２〕図４はこの発明の一実施例に
より製造された他のセラミックシェル鋳型を用いて鋳造
されたマグネシウム合金製鋳物の平面図、図５は図４の
Ａ−Ａ線断面図である。

【００２８】実施例１と同様の手順およびコーティング
層数により、図４及び図５に示すような、縦約１２０ｍ
ｍ×横約１３０ｍｍ×高さ約１５０ｍｍの複雑な形状を
した、最小肉厚２ｍｍの薄肉部を有するマグネシウム合
金製鋳物を鋳造するためのセラミックシェル鋳型を製造
した。また、比較のために、実施例１の場合と同様にし
て、従来方法によるセラミックシェル鋳型をも製造した
。得られた両セラミックシェル鋳型を用いてマグネシウ
ム合金製鋳物を、従来方法によるシェル鋳型の場合には
鋳型温度を３００〜３５０℃に加熱し、この実施例によ
るシェル鋳型場合には鋳型温度を２３０〜２６０℃に加
熱して鋳造した。なお、鋳造に先立って、上記の両セラ
ミックシェル鋳型には、その内面に水溶性防燃剤を塗布
して防燃処理を施した。

【００２９】その結果、従来方法により得られたセラミ
ックシェル鋳型による場合には、鋳型温度を３５０℃ま
で高めても、最小肉厚部に通気性不良に起因する湯回り
不良が発生した。これに対して、この実施例により得ら
れたセラミックシェル鋳型によれば、鋳型温度を従来の
それに比較して約１００℃程度まで低くしても、良好な
通気性を有しているので湯流れが良く、湯回り不良によ
る外観欠陥のない良好な鋳造品が得られた。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるセ
ラミックシェル鋳型の製造方法によれば、消失性模型の
表面に非炭酸カルシウム系フィラ材を有するスラリーを
用いてフェースコート層が形成されるので、炭酸カルシ
ウムを含まないことから、フェースコート層の溶湯に接
する面は、焼成によってもポーラスとならず消失性模型
の形状を忠実に再現したものとなり、上記フェースコー
ト層上に被覆されたバックアップコート層は、所定量の
炭酸カルシウムを含有するように炭酸カルシウム源とし
ての貝化石粉末が配合されたフィラ材を有するスラリー
を用いて形成されるので、焼成時における炭酸ガスの発
生によって多数の微細なヘア・クラックが適度に生じて
良好な通気性を有するものとなり、さらに、このバック
アップコート層上に被覆された最外表面コート層は、非
炭酸カルシウム系フィラ材を有するスラリー材を用いて
形成されるので、バックアップコート層の焼成時の熱膨
張による型くずれを確実に防ぐ強度を備えたものとなる
。したがって、ピンホールなど微細な凸凹のない平滑な
溶湯接触面、良好な通気性、及び寸法精度を確保し得る
鋳型強度を備えたセラミックシェル鋳型が得られる。

【００３１】これにより、この発明による方法によって
製造されたセラミックシェル鋳型を用いることにより、
通気性の悪さに起因して鋳造時に従来行われていた、鋳
型温度を高くしたり、薄肉部にガス抜きベントを設けた
りするという作業をすることなく、鋳肌荒れがなく、通
気性不良に起因する湯回り不良による外観欠陥のない高
品質の鋳造品を能率よく製造することができる。さらに
、この発明により得られたセラミックシェル鋳型は、フ
ェースコート層及び最外表面コート層が非炭酸カルシウ
ム系フィラ材を有するスラリーにより形成されているの
で、保管のために長時間放置することができ、また、マ
グネシウム合金鋳物の鋳造に際し水溶性防燃剤による防
燃処理を施すことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例により製造されたセラミッ
クシェル鋳型の通気度の一例を示す図である。

【図２】この発明による方法によって製造されるセラミ
ックシェル鋳型の要部の断面構成を示す模式図である。

【図３】この発明の一実施例により製造されたセラミッ
クシェル鋳型を用いて鋳造されたマグネシウム合金製鋳
物の斜視図である。

【図４】この発明の一実施例により製造された他のセラ
ミックシェル鋳型を用いて鋳造されたマグネシウム合金
製鋳物の平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミックシェル鋳型を製造する方法
   において、消失性模型の表面に非炭酸カルシウム系フィ
   ラ材を有するスラリーを用いてフェースコート層を形成
   した後、このフェースコート層上に、６０〜７５重量％
   の炭酸カルシウムを含有するように炭酸カルシウム源と
   しての貝化石粉末が配合されたフィラ材を有するスラリ
   ーを用いてバックアップコート層を形成し、さらに、こ
   のバックアップコート層上に非炭酸カルシウム系フィラ
   材を有するスラリーを用いて最外表面コート層を形成し
   、しかる後、前記消失性模型を除去して得られた殻状の
   鋳型を７５０〜９００℃の温度で焼成することを特徴と
   するセラミックシェル鋳型の製造方法。