(57)【要約】【課題】アルミニウム溶湯と黒鉛との反応を抑止し、鋳型からの鋳物の離型を容易にすることを目的とする。【解決手段】黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面には第１溶射膜が形成されている下鋳型と、黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面には第２溶射膜が形成されている上鋳型と、を備えているアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。第１溶射膜および第２溶射膜は、黒鉛の表層に形成されているＭｏまたはＷからなる下地溶射膜と、下地溶射膜の上に形成されているＺｒＯ２系セラミックスからなる上盛溶射膜を有する。下鋳型の型合せ面には、第１溶射膜と同じ組成を有する溶射膜が形成されていて、上鋳型の型合せ面には、第２溶射膜と同じ組成を有する溶射膜が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面には第１溶射膜が形成されている下鋳型と、
黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面には第２溶射膜が形成されている上鋳型と、を備え、
前記第１溶射膜および前記第２溶射膜は、前記黒鉛の表層に形成されているＭｏまたはＷからなる下地溶射膜と、前記下地溶射膜の上に形成されているＺｒＯ２系セラミックスからなる上盛溶射膜を有することを特徴とするアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項２】
前記下鋳型の型合せ面には、前記第１溶射膜と同じ組成を有する溶射膜が形成されていて、前記上鋳型の型合せ面には、前記第２溶射膜と同じ組成を有する溶射膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項３】
前記下鋳型の型合せ面には、前記第１溶射膜と同じ組成を有し外壁まで到達するガス抜き孔が形成されていて、前記上鋳型の型合せ面には、前記第２溶射膜と同じ組成を有し外壁まで到達するガス抜き孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項４】
前記上盛溶射膜は、平滑化されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項５】
前記上盛溶射膜は、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項６】
前記下鋳型のキャビティ面または前記上鋳型のキャビティ面には、複数個の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項７】
黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面にＺｒＯ２系セラミックスからなる第１溶射膜が形成されている下鋳型と、
黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面にＺｒＯ２系セラミックスからなる第２溶射膜が形成されている上鋳型と、を備えていることを特徴とするアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【請求項８】
前記第１溶射膜および前記第２溶射膜は、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項７に記載のアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛鋳型に関し、特に、アルミニウムの鋳造に用いる黒鉛鋳型の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム精密鋳造用の鋳型は高い寸法精度を要求されている。このため加工性が良く、高熱伝導率且つ低熱膨張係数を有する黒鉛が鋳型の素材として用いられる。しかしながら、鋳造時において、アルミニウム溶湯は黒鉛から溶出した炭素と鋳型の表面で反応するため、黒鉛鋳型の侵蝕、およびアルミニウム鋳物と黒鉛鋳型との付着が生じる。また、黒鉛は外部からの衝撃に対して弱く、削れた粉がアルミニウム溶湯に混入して不純物となりうる。このため、黒鉛の表面に何らかの表面処理をする必要が生じている。
【０００３】
これらの対策として、鋳造用の離型剤としてアルミニウム溶湯と接する黒鉛鋳型の表面に、ｈ−ＢＮ（安定型六方晶窒化硼素）からなる無機化合物と無機バインダまたは有機バインダとを混合させた離型剤を塗布することが行われている。黒鉛と離型剤の固着力は弱く、現状では、離型剤を、鋳造の都度、塗布している。
【０００４】
そこで、黒鉛鋳型の表面に金属元素の二硼素化物をコーティングし、黒鉛を溶融金属から保護する方法が提案されている（例えば特許文献１）。更に、黒鉛鋳型の表面に炭化珪素又は炭化硼素に転化した層を形成させ、黒鉛を溶融金属から保護する方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１５７１８１号公報
【特許文献２】特開平６−５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
黒鉛は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ニッケル、クロムなどの溶融金属と反応しやすいが、溶融金属に対する離型剤である無機化合物に対しては反応しにくい性質を持っている。このため無機化合物で構成される離型剤を黒鉛に固着することは困難である。また、黒鉛は低熱膨張材であり、固着した離型剤との熱膨張率差が大きいとアルミニウム溶湯から受ける熱衝撃によって離型剤の剥離が生じやすい。
【０００７】
この対策として、特許文献１の方式によれば、黒鉛との密着性に優れ、且つ、溶融金属と反応しにくい二硼化物を黒鉛の表面にコーティングしている。しかしながら、高価な二硼化物は、黒鉛と化学的に結合しにくいため、鋳型の繰り返し使用により剥離が生じ、再コーティングを必要とする。
【０００８】
他の対策として、特許文献２の方式によれば、黒鉛の表層にガスによる化学反応で炭化珪素層または炭化硼素層を形成させている。しかしながら、溶融したアルミニウムはキャビティ内を流動中に鋳型表面と接触するので、この接触部分には、常に新生面が形成される。鋳型表面は非常に反応性が高い状態となり、炭化物の炭素を解離させアルミニウムとの化合物を形成させやすい。この結果、鋳物と鋳型の離型がしにくくなり、珪素層または炭化硼素層に剥離を生じる。
【０００９】
鋳型に固着した離型剤は主剤がセラミックスであることと、鋳型が黒鉛であることから応力の集中または衝撃により欠け易い性質を有している。それとともに、鋳型はキャビティを形成するために２つ以上の型を組合せて使用するので、鋳型には型同士の合せ面が生じる。このため、型組工程で離型剤の欠け、または、剥離が生じ易くなっている。
【００１０】
本発明は黒鉛鋳型における以上のような課題を鑑みてなされたものである。すなわち、アルミニウム溶湯と黒鉛との反応を抑止し、鋳型からの鋳物の離型を容易にすることを目的とする。本発明者らは黒鉛鋳型を鋭意研究し、知見を得て、本発明に到達することができた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型は、黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面には第１溶射膜が形成されている下鋳型と、黒鉛を母材とし、粗面化されたキャビティ面には第２溶射膜が形成されている上鋳型と、を備え、第１溶射膜および第２溶射膜は、黒鉛の表層に形成されているＭｏまたはＷからなる下地溶射膜と、下地溶射膜の上に形成されているＺｒＯ２系セラミックスからなる上盛溶射膜を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、アルミニウム溶湯が接する部分と型合せ面の一部にセラミック溶射膜を形成させることにより、アルミニウム溶湯と黒鉛との反応が抑止される。鋳型からの鋳物の離型が容易になり、且つ、鋳型合せによる離型剤の欠けおよび剥離を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型を示す平面図と断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型の母材を示す平面図と断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による溶射膜の詳細構造を示す模式図である。
【図４】溶射膜の離型効果を材料別に一覧にした図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型を示す平面図と断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型の母材を示す平面図と断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型を示す平面図と断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３によるアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型のガス抜孔の詳細図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型の母材を示す平面図と断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による溶射膜の詳細構造を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による研削加工を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態に係るアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。各図間の図示では、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合がある。また、アルミニウム鋳造用黒鉛鋳型の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
【００１５】
実施の形態１．
図１Ａは本発明の実施の形態１によるアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型を示す平面図である。図１Ｂは本発明の実施の形態１によるアルミニウム鋳造用黒鉛鋳型を示す断面図である。アルミニウム鋳造用の黒鉛鋳型１は上鋳型１ａと下鋳型１ｂからなる。黒鉛鋳型１のキャビティ２の内面には、アルミニウム溶湯と反応しにくく且つ高寿命な性質を持つ溶射膜５を形成している。溶射膜５の仕様については後述する。この溶射膜５は１０〜３００μｍの膜厚をもっているため、黒鉛鋳型の形状寸法を維持するためにはこの膜厚を考慮しなければならない。
【００１６】
アルミニウムの溶湯はキャビティ２の内側を流動中に鋳型表面と接触する。この部分には常に鋳型の新生面が形成され、非常に反応性が高い状態となっている。本実施の形態ではアルミニウムと反応しにくい性質を持った溶射膜５が上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂにコーティングされている。溶射膜５は製品コストを抑えるためにも繰り返し使用に耐えうる高寿命な性質を有する。上鋳型１ａと下鋳型１ｂは型合せ面４で当接している。このようにして作られた黒鉛鋳型１のゲート３よりアルミニウムの溶湯を注入ノズルを介して重力または加圧力によりキャビティ２に注入し、溶融アルミがキャビティ２に充満し固化することにより鋳物が形成される。
【００１７】
図２Ａは本発明の実施の形態１に係る鋳型母材１０を示す平面図である。図２Ｂは本発明の実施の形態１に係る黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂを示す断面図である。上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂはキャビティ面２ａとキャビティ面２ｂをそれぞれ有する。溶射膜５は粗面化されたキャビティ面２ａと粗面化されたキャビティ面２ｂに形成される。ゲート３は上鋳型母材１０ａに設けられている。上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂは型合せ面４をそれぞれ有する。
【００１８】
アルミニウム鋳造用の鋳型は高耐熱性、低熱膨張係数、高熱伝導性を必要とするため、鋳型母材１０の素材に黒鉛を用いている。以下に黒鉛鋳型の鋳型母材１０の製造方法を述べる。先ず、フィラー（主原料となるコークスを粉砕したもの）に、ピッチ、コールタールをバインダーとして混ぜ合わせ、この混合物をブロック状に成形する。成形方法は押出成形法、静水圧（CIP：Cold IsostaticPressing）成形法などが用いられているが本実施
の形態では等方性で緻密質な成形体を得られる静水圧成形法を採用した。
【００１９】
次に、成形体を窒素などの不活性雰囲気中で１０００℃の温度で１次焼成し、更に、緻密化するためにピッチを含浸し、窒素などの不活性雰囲気中でおよそ１０００℃の温度で焼成する。ピッチ含浸から焼成までの過程は更に緻密化させるため２回繰返した。次に焼成体を窒素などの不活性雰囲気中でおよそ３０００℃の温度で加熱処理し黒鉛化したブロック体を形成する。次に、黒鉛のブロック体を集塵機能が付加された専用のフライスマシニングセンターでエンドミル等の刃物で切削加工し、鋳型の母材である上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂを形成する。上鋳型１ａに相当する上鋳型母材１０ａと下鋳型１ｂに相当する下鋳型母材１０ｂは型合せ面４で互いに合せることで鋳物が生まれるキャビティ２を形成する。
【００２０】
次に溶射膜５の仕様について述べる。溶射方式は、ガス式のフレーム溶射、電気式のアーク溶射、プラズマジェットによるプラズマ溶射に大きく分けられている。本発明の実施の形態による溶射膜は酸化物セラミックスおよび高融点金属で構成されているため、高温のプラズマジェットによるプラズマ溶射方式を採用した。溶射材料については次の二つの
条件を満たす必要がある。先ず、アルミニウム溶湯に対して反応しにくく、固化した鋳物を容易に離型できること。次に、基材である黒鉛との密着性が良く、且つ、熱膨張係数が基材に近い値を示し熱衝撃による剥離が生じないこと。
【００２１】
一つ目の条件を満たすには、アルミニウム溶湯に対して反応しにくい材料を選ぶ必要がある。この材料には、アルミニウムと酸素を介しての結合を抑えるため、酸化物の標準自由エネルギーの負の値が比較的大きい金属の酸化物を幾つか選んだ。候補として、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯが挙げられるが、このうちＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯはアルミニウムと反応して結晶化しやすいため主成分から除外した。残るＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２をベースしたセラミックス溶射膜を形成させた。
【００２２】
二つ目の条件を満たすには、基材である黒鉛との密着性が良く、熱膨張係数が黒鉛に近い値を示す材料を選ぶ必要がある。一つ目の条件を満たす材料としてＺｒＯ２系のセラミックス溶射膜を選んだ。ＺｒＯ２の熱膨張係数は、およそ１０×１０−６であり、黒鉛の熱膨張係数（およそ２×１０−６）との差が大きい。このため熱衝撃による界面剥離は避けられないと考えた。そこで、ＺｒＯ２の溶射膜と黒鉛との間に熱膨張係数がおよそ５×１０−６の値を示すＭｏまたはＷを熱衝撃緩衝材として溶射にて形成させた。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態１による溶射膜の構造断面を示す模式図である。黒鉛鋳型表層１１の上に、黒鉛鋳型ブラスト層１２を介して、下地溶射膜９と上盛溶射膜８が形成されている。溶射の前に表層にサンドブラストを実施する理由は、離型性を向上させるためである。下地溶射膜９にはＭｏまたはＷを使用した。上盛溶射膜８にはＺｒＯ２系セラミックス、Ａｌ２Ｏ３（純度９９％）、Ａｌ２Ｏ３-ＴｉＯ２系セラミックス、およびＴ
ｉＯ２を使用した。ＺｒＯ２系セラミックスは、部分安定剤としてＣａＯまたはＹ２Ｏ３が、或いはガラス層形成としてＳｉＯ２が添加されている。
【００２４】
図４は、厚さ５ｍｍの黒鉛の板（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の片面に仕様Ａ〜仕様Ｒの溶射膜を形成させた後に、アルミニウムの離型性と溶射膜の剥離状態を確認した実験結果を示したものである。溶射膜の作成手順を以下に述べる。黒鉛の板の片面を粒度＃２４０のアルミナをブラストメディアとしたサンドブラスト加工を施し、表面を荒して黒鉛鋳型ブラスト層１２を形成した。ブラストメディアの粒度は細か過ぎるとアンカー効果が不足し溶射膜の密着性が乏しくなり、粒度が粗過ぎると溶射面の面粗度が大きくなる。実用的には＃１２０〜＃４００の範囲が望ましい。
【００２５】
次に、粗面化された黒鉛鋳型ブラスト層１２の上に下地溶射膜９をプラズマ溶射法にて形成させた。プラズマ溶射法には水をプラズマ化させプラズマ温度がおよそ３００００℃に達する水プラズマ溶射法と、Ａｒ、Ｈｅなどのガスをプラズマ化させプラズマ温度がおよそ１５０００℃に達するガスプラズマ溶射法がある。前者は、比較的膜厚の厚い溶射膜を形成することに対して優位であるが、粒子が大きくポーラス状となり易いため、本実施の形態では緻密なガスプラズマ溶射法を採用した。
【００２６】
膜厚は、厚過ぎるとコストが高くなり、薄過ぎると熱衝撃緩衝効果が小さくなる。このため、膜厚は１０〜２００μｍの範囲であることが望ましい。次に、下地溶射膜９の上に上盛溶射膜８を同じくガスプラズマ溶射法にて形成させた。プラズマで溶融したセラミックスまたは金属が高速で溶射装置のノズルから噴霧され、被溶射面に堆積する。膜厚は繰り返し使用による磨耗も考えられるため、下地溶射膜９よりも厚い３０〜３００μｍの範囲であることが望ましい。なお、上盛溶射膜８を３００μｍ以上の厚さにしても離型効果は変わらなかった。
【００２７】
上盛溶射膜８には、ＺｒＯ２系セラミックス、Ａｌ２Ｏ３（純度９９％）、Ａｌ２Ｏ３-ＴｉＯ２系セラミックスおよびＴｉＯ２を使用した。また下地溶射膜９の無い、上盛溶射膜８だけのものも評価した。これらを組み合わせた仕様のものを、窒素雰囲気中でアルミニウム溶湯に１時間接触させ、アルミニウム溶湯を冷却固化させた後に剥離させる試験を１０回繰り返した。ＺｒＯ２系セラミックスは、部分安定剤としてＣａＯ、ＭｇＯまたはＹ２Ｏ３を、或いはガラス層形成としてＳｉＯ２を、主材であるＺｒＯ２に添加したものを用いた。ＺｒＯ２をベースにするＺｒＯ２系セラミックスを溶射膜に用いた場合、下地溶射膜の有無に係らず、離型性は「良好」または「やや困難」となった。部分安定剤を含むＺｒＯ２系セラミックスにＭｏまたはＷの下地溶射膜を組み合わせた場合、膜剥がれは、見られなかった。
【００２８】
上記実験の結果を受け、上盛溶射膜として膜厚１００μｍのＺｒＯ２-ＣａＯを、下地溶射膜として膜厚５０μｍのＭｏを、それぞれ形成させた黒鉛鋳型を製作した。溶射の前には＃２４０のサンドブラスト加工を実施し、離型性を向上させている。この黒鉛鋳型を用いてアルミニウム鋳物の製作を１００回繰り返した。毎回の離型性は良好で、且つ、溶射膜の剥離が無いことが確認された。試験は１００回で中断したが、外観上亀裂は確認されず、更なる使用が可能と判断された。
【００２９】
尚、アルミニウム溶湯による熱エネルギーの蓄積によって、黒鉛のＣと下地溶射膜のＭｏとの反応でＭｏＣが生成され、界面の結合が次第に強固なものとなった。同様に、アルミニウム溶湯による熱エネルギーの蓄積によって、黒鉛のＣと下地溶射膜のＷとの反応でＷＣが生成され、界面の結合が次第に強固なものとなった。ＭｏおよびＷの溶射膜には大気中プラズマ溶射によって表層に僅かな酸化膜が形成されている。この酸化膜がＺｒＯ２のＯと反応して界面の結合が次第に強固になり、本発明の効果を奏した理由の一つと考えられる。
【００３０】
実施の形態２．
図５Ａは本発明の実施の形態２に係る黒鉛鋳型の上鋳型１ａと下鋳型１ｂを示す平面図である。図５Ｂは本発明の実施の形態２に係る黒鉛鋳型の上鋳型１ａと下鋳型１ｂを示す断面図である。本実施の形態では、黒鉛鋳型１のキャビティ２の内面に、アルミニウム溶湯と反応しにくく且つ高寿命な性質を持つ溶射膜５および合せ面溶射膜６を形成している。合せ面溶射膜６は型合せ面４と精度良く面高さを同じくする必要が有るため、溶射後にダイヤモンド砥石等で面加工することが望ましい。上鋳型１ａと下鋳型１ｂを合せ、合せ面同士を押し付けるように力を加える必要が生じた場合、上鋳型１ａの下鋳型１ｂに接するエッジ部分に応力が集中するため、この部分に溶射膜の端部が存在すると溶射膜が欠けて剥離しやすくなる。
【００３１】
図６Ａは本発明の実施の形態２に係る黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂを示す平面図である。図６Ｂは本発明の実施の形態２に係る黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂを示す断面図である。アルミニウム鋳造用の鋳型は高耐熱性、低熱膨張係数、高熱伝導性を必要とするため、鋳型母材１０の素材に黒鉛を用いている。本実施の形態では、合せ面溶射膜６をコーティングするため、黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂには、膜厚を考慮した窪み６ａと窪み６ｂをそれぞれフライス加工で設けている。合せ面溶射膜６は、アルミニウム溶湯と接しない部分であるため通常必要ないが、有れば溶射膜が欠けて剥離することを抑制する。
【００３２】
実施の形態３．
図７Ａは本発明の実施の形態３に係る黒鉛鋳型の上鋳型１ａと下鋳型１ｂを示す平面図である。図７Ｂは本発明の実施の形態３に係る黒鉛鋳型の上鋳型１ａと下鋳型１ｂを示す断面図である。型合せ面４に、合せ面溶射膜６を介してガス抜孔７を設けている。ガス抜孔７は黒鉛鋳型１の外壁まで到達している。黒鉛鋳型１を用いてアルミニウム鋳物を成形する場合、不活性雰囲気または大気中の環境下で行われる。ゲート３よりキャビティ２の内側に注入されたアルミニウム溶湯がキャビティ２の内側を充満する際に、元々、キャビティ２を充満していた雰囲気ガスをキャビティ２の外部に押し出す必要がある。
【００３３】
上鋳型１ａと下鋳型１ｂの合せ面に、上鋳型１ａと下鋳型１ｂを互いに合せる際の押え圧を調整して、僅かな隙間を設けることで雰囲気ガスを押し出すことは可能である。しかし、隙間が小さいと雰囲気ガスが抜けなくなり、隙間が大きいとアルミニウム溶湯が侵入し鋳物のバリとなり後加工を必要とする。そこで、本実施の形態では、溶射膜は多孔質であり連続した気孔を持つという性質を利用し、溶射膜をガス抜孔に応用する方法を実施している。図８は図７Ｂに示す黒鉛鋳型を矢印の方向から見た詳細図で、便宜上、型合せ面の間隔を開けた状態としている。キャビティから鋳型の外壁まで合せ面溶射膜６を介してガス抜孔７を設けている。ガス抜孔７の内部は溶射膜が充満されており見掛け上、閉塞されている。
【００３４】
図９Ａは本発明の実施の形態３に係る黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂを示す平面図である。図９Ｂは本発明の実施の形態３に係る黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａと下鋳型母材１０ｂを示す断面図である。アルミニウム鋳造用の鋳型は高耐熱性、低熱膨張係数、高熱伝導性を必要とするため、鋳型母材１０の素材に黒鉛を用いている。上鋳型１ａに、合せ面溶射膜６およびガス抜孔７をコーティングするため、黒鉛鋳型の上鋳型母材１０ａには膜厚を考慮した窪み６ａと窪み７ａをフライス加工で設けてある。同様に、下鋳型１ｂに、合せ面溶射膜６およびガス抜孔７をコーティングするため、黒鉛鋳型の下鋳型母材１０ｂには膜厚を考慮した窪み６ｂと窪み７ｂをフライス加工で設けてある。
【００３５】
前述のように溶射膜には連続気孔が内在している。連続気孔が、フィルターとなって雰囲気ガスは通過させるがアルミニウム溶湯は塞き止める機能を果たす。このようにして成形した鋳型は小さい注入圧でもアルミニウム溶湯の回りが良好となり、湯回り不良の無い高品質な鋳物を得る事ができる。尚、図８によると合せ面溶射膜６を介してガス抜孔７を設けている。合せ面溶射膜６を必要としない場合は、キャビティ２から直接ガス抜孔を設けてもよい。また、ガス抜孔の数量は特に指定しないが、出来上がった鋳型の状態をみながら適宜決定する。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４に係る黒鉛鋳型の下鋳型１ｂを示す断面図である。黒鉛鋳型１は型の一部に連なる黒鉛鋳型凹部１４を有する。アルミニウムの熱膨張係数はおよそ２４×１０−６で、黒鉛の熱膨張係数（およそ２×１０−６）に対して約１２倍大きいうえに、アルミニウムの凝固収縮はおよそ７％に達する。このためアルミニウム溶湯は鋳型の中で凝固する際に、鋳型の中心部に向かって冷却収縮および凝固収縮を行い、黒鉛鋳型凹部１４の内壁を噛みこむ形となる。また、黒鉛鋳型凹部１４の内壁を含め全ての溶射膜の表面は、およそＲｙ３０〜２００程度の面粗度を有する。このため、黒鉛鋳型凹部１４で凝固したアルミニウムは内壁の粗面に強固に食い込み、アンカー効果により図中のＦ方向に離型しにくくなる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、セラミックスから成る溶射膜の表面を平滑化（または平坦化）している。図１１は溶射膜の表面を研削砥石１３で研削している状態を示したものである。溶射面はセラミックスから成り、Ｈｖ５００以上の硬度を有しているため、ダイヤモンドまたはｃ−ＢＮ（安定型立方晶窒化硼素）から成る砥粒が固着された加工刃物を使用する。砥粒はメタルボンドまたはレジンボンドで砥石に固着されている。同様の砥粒が固着された電着砥石を用いることも出来る。砥石の形状は黒鉛鋳型の形状に応じて決定され、通常、円筒状または円錐状または円盤状のものが用いられる。溶射膜は、通常の緻密質な焼結体セラミックスと異なりポーラスであり、膜厚も薄く、母材が黒鉛であるため欠け易い。砥石の粒度、砥石の種類、砥石の周速、砥石の送り速度、砥石の切込み量を適正なものとしなければならない。
【００３８】
これらの状況を鑑み、黒鉛鋳型には、φ５ｍｍで深さ１０ｍｍの黒鉛鋳型凹部１４を１０ｍｍ間隔で１０列×１０列設けた。この黒鉛鋳型に下地溶射をＭｏで５０μｍ、上盛溶射をＺｒＯ２−ＣａＯで１００μｍ施し、試験鋳型を作成した。試験鋳型にはアルミニウム溶湯を注入して凝固させる実験を実施した。図１２は溶射膜の研削加工面１５を研削砥石１３で研削している状態を示したものである。研削砥石１３はφ３ｍｍのダイヤモンド電着円筒砥石を用い、砥石の粒度は＃１２０、砥石の周速は１２０ｍ/ｓ、送り量は３ｍｍ/分、切り込み量は３０μｍとした。研削加工前の溶射膜の面粗度はＲｙ７０であったが、研削加工後の面粗度はＲｙ９．８となった。
【００３９】
通常、ダイヤモンド砥石による研削加工時には砥石を冷却水で冷却するが、本実施の形態では冷却水に含まれる不純物が黒鉛または溶射膜へ侵入することを防ぐため、冷却水は使用しなかった。但し、冷却水の使用の有無は問わない。この条件で研削した試験鋳型にアルミニウム溶湯を注入し凝固させて離型テストを実施した結果、問題なく離型することができた。溶射面の研削加工は凹部、凸部などキャビティ内部の壁面にも適用できるが、アルミニウム溶湯の凝固収縮による食い込み問題が発生する箇所や、離型後の鋳物の面粗度が小さい値を要求される箇所であれば任意に適用できる。
【００４０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  黒鉛鋳型、１ａ  上鋳型、１ｂ  下鋳型、２  キャビティ、２ａ  キャビティ面、２ｂ  キャビティ面、３  ゲート、４  型合せ面、５  溶射膜、６  合せ面溶射膜、６ａ  窪み、６ｂ  窪み、７  ガス抜孔、７ａ  窪み、７ｂ  窪み、８  上盛溶射膜、９  下地溶射膜、１０  鋳型母材、１０ａ  上鋳型母材、１０ｂ  下鋳型母材、１１  黒鉛鋳型表層、１２  黒鉛鋳型ブラスト層、１３  研削砥石、１４  黒鉛鋳型凹部、１５  研削加工面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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