(57)【要約】【課題】ワックス型をスラリーに浸漬させる鋳型造型時に、安定した濡れ性を確保できるスラリーを提供する。【解決手段】鋳造用鋳型製造における鋳型造型工程にて使用される鋳型形成用スラリーにおいて、水に粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルに粒径１〜４０μｍのフラワーを分散混合して形成されるスラリー本体と、スラリー本体に添加されたジオクチルスルホコハク酸と、を備える鋳型形成用スラリー。また、このスラリーを用いた鋳型の製造方法も提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルに粒径１〜４０μｍのフラワーを分散混合して形成されるスラリー本体と、
前記スラリー本体に添加されたジオクチルスルホコハク酸と、を備えることを特徴とする鋳型形成用スラリー。
【請求項２】
前記ジオクチルスルホコハク酸は、０．００５重量パーセント以上添加されていることを特徴とする請求項１に記載の鋳型形成用スラリー。
【請求項３】
中子材と金型とを用いてワックス型を射出成形する射出成形工程と、
前記ワックス型を請求項１又は請求項２に記載の鋳型形成用スラリーに浸漬した後、耐火砂をまぶして乾燥させる鋳型造型工程と、を有することを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の鋳型の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする鋳型。
【請求項５】
粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルを用意するシリカゾル用意工程と、
前記シリカゾルに対して粒径１μｍ〜４μｍのフラワーを分散混合してスラリー本体を形成するフラワー混合工程と、
前記スラリー本体にジオクチルスルホコハク酸を添加する界面活性剤添加工程と、を有することを特徴とする鋳型形成用スラリーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用鋳型製造における鋳型造型工程にて使用される鋳型形成用スラリー、この鋳型形成用スラリーを用いた鋳型の製造方法、この鋳型の製造方法を用いて製造される鋳型、及び鋳型形成用スラリーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービン用の動翼、静翼等の部品を製造する際に用いられる精密鋳造用鋳型製造においては、砂型などの鋳型を造型する際、ワックス型をスラリーに浸漬し、引き上げてスラリーを切った後、スタッコ（微粒子、耐火砂）をまぶして乾燥させる作業を繰り返す。鋳型は、この作業を１０回程度繰り返されて、厚みを増すことによって形成される。
【０００３】
鋳型造型の際に使用されるスラリーは、シリカゾル（コロイダルシリカ）とジルコンフラワーの混合物とすることが一般的である。その割合は、シリカゾル１重量部に対してジルコンフラワーが３〜４重量部であり、目標とするスラリーの粘度あるいはプレート重量（付着重量）に応じて決定される。
【０００４】
スラリーは水系であり、ワックス型に対しては濡れない、即ちワックス型をスラリーに浸漬してもスラリーが弾かれてしまうため、濡れ性改善剤（ウェッティングエージェント、界面活性剤）を添加することにより、スラリーの濡れ性を改善している。特許文献１には、ワックス型の表面に濡れ性改善の膜を形成する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−０２３７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、鋳型造型にて使用されるスラリーにおいては、濡れ性改善剤を添加することによって濡れ性を改善している。スラリーに使用されるシリカゾルは、粒子径が２０ｎｍ程度で、ｐＨが１０程度（アルカリ安定化）、固形分濃度が２０−３０ｗｔ％である。このように、シリカの粒径が２０ｎｍと非常に小さい。よって、乾燥すると高い強度を発現すると同時に焼成しても高い強度を有する鋳型となる。
【０００７】
しかしながら、濡れ性改善剤を添加することによって、シリカゾルの均質分散を阻害（凝集）し、鋳型の強度が低下したり、スラリーの寿命が低下することがある。濡れ性改善剤は、水系スラリーをワックスに濡れるようにするという作用と同時にシリカゾルを劣化させないことが必要である。
【０００８】
この発明は、ワックス型をスラリーに浸漬させる鋳型造型時に、安定した濡れ性を確保でき、シリカゾルを劣化させることを防止することができる鋳型形成用スラリーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、鋳型形成用スラリーは、粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルに粒径１〜４０μｍのフラワーを分散混合して形成されるスラリー本体と、前記スラリー本体に添加されたジオクチルスルホコハク酸と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、鋳型造型時に本発明の鋳型形成用スラリーを使用することによって、安定した濡れ性を確保できるとともに、シリカゾルを劣化させることを防止することができる。
【００１１】
上記鋳型形成用スラリーにおいて、前記ジオクチルスルホコハク酸は、０．００５重量パーセント以上添加されている構成としてもよい。
上記構成によれば、鋳型形成用スラリーの濡れ性をより完全にすることができる。
【００１２】
本発明の第二の態様によれば、鋳型の製造方法は、中子材と金型とを用いてワックス型を射出成形する射出成形工程と、前記ワックス型を上記鋳型形成用スラリーに浸漬した後、耐火砂をまぶして乾燥させる鋳型造型工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、鋳型造型時に本発明の鋳型形成用スラリーを使用することによって、安定した濡れ性を確保され、シリカゾルの劣化が防止されるため、安定して強度の高い鋳型を製造することができる。
【００１４】
本発明の第三の態様によれば、鋳型は、上記鋳型の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第四の態様によれば、鋳型形成用スラリーの製造方法は、粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルを用意するシリカゾル用意工程と、前記シリカゾルに対して粒径１μｍ〜４μｍのフラワーを分散混合してスラリー本体を形成するフラワー混合工程と、前記スラリー本体にジオクチルスルホコハク酸を添加する界面活性剤添加工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ワックス型をスラリーに浸漬させる鋳型造型時に、安定した濡れ性を確保でき、シリカゾルを劣化させることを防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の鋳型形成用スラリーについて詳細に説明する。
本実施形態の鋳型形成用スラリーは、シリカゾル（例えば、日産化学（株）製のスノーテックス３０（登録商標））と、ジルコンフラワーとを分散混合して形成されるスラリー本体と、界面活性剤（濡れ性改善剤）としてジオクチルスルホコハク酸と、を備えている。
【００１８】
スラリー本体は、シリカゾル６ｋｇに対し、ジルコンフラワーを２３ｋｇ分散混合して形成されている。
シリカゾルは、水を分散媒体とし、粒子径１０ｎｍ〜４０ｎｍ、好ましくは粒子径２０ｎｍ程度のＳｉＯ２粒子を水中に分散させたコロイド溶液（エマルジョン）である。ＳｉＯ２粒子の濃度は、１０ｗｔ％（重量パーセント濃度）〜４０ｗｔ％が好ましく、３０ｗｔ％程度が最も好ましい。
ＳｉＯ２粒子の濃度が低すぎるとスラリー本体の粘度が低くなり好ましくない。ＳｉＯ２粒子の濃度が高すぎると、粒子の凝集が発生するため好ましくない。ＳｉＯ２粒子は球形（粒形）をなしている。
【００１９】
ジルコンフラワーは、粒径１μｍ〜４０μｍのＺｒＳｉＯ４のフラワーである。フラワーとしては、ジルコンフラワーに限ることなく、シリカ（ＳｉＯ２）フラワー、アルミナ（酸化アルミニウム，Ａｌ２Ｏ３）フラワーを採用してもよい。また、これらの混合物でもよい。
【００２０】
ジオクチルスルホコハク酸は、例えば、Ｃｙｔｅｃ社，ＯＴ−７５を採用することができる。ジオクチルスルホコハク酸の濃度は、約３０ｋｇのスラリー本体に対して、０．５ｇ〜１０ｇが好ましく、１．５ｇ（０．００５ｗｔ％）〜１０ｇが最も好ましい。
【００２１】
鋳型形成用スラリーには、界面活性剤として機能するジオクチルスルホコハク酸の他に、高級アルコール、あるいはシリコーン系の消泡材を添加してもよい。また、鋳型形成用スラリーには、ラテックス液（生ゴム液）、あるいはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの強化剤を添加してもよい。
【００２２】
（鋳型形成用スラリーの製造方法）
次に、本実施形態の鋳型形成用スラリーの製造方法について説明する。
本実施形態の鋳型形成用スラリーの製造方法は、シリカゾルを用意するシリカゾル用意工程と、シリカゾルに対してジルコンフラワーを混合するフラワー混合工程と、上記工程により生成されたスラリー本体に界面活性剤を添加する界面活性剤添加工程と、を有している。
【００２３】
シリカゾル用意工程は、シリカゾルを用意する工程であり、上述したスノーテックス３０（登録商標）を購入してもよいし、水を分散媒体として、粒径２０ｎｍ程度のＳｉＯ２粒子を水中に分散させてもよい。
【００２４】
フラワー混合工程は、シリカゾルに対し、撹拌羽根で撹拌を行いながら、ジルコンフラワーを少量ずつ混合する工程である。攪拌は、生成されるスラリー本体が適度な粘度を有するように１時間程度継続させる。粘度としては、ザーンカップ（粘度カップ）を用いて測定されるザーンカップ粘度が４５秒程度が好ましい。これにより、スラリー本体が生成される。
【００２５】
界面活性剤添加工程は、スラリー本体に界面活性剤としてジオクチルスルホコハク酸を添加する工程である。ジオクチルスルホコハク酸の添加量としては、０．５ｇ〜１０ｇが好ましい。換言すれば、ジオクチルスルホコハク酸は、０．５ｇ〜１０ｇの範囲でよい。
ジオクチルスルホコハク酸は約３０ｋｇのスラリー本体に対して、１．５ｇ以上（０．００５ｗｔ％以上）添加することが最も好ましい。
また、上述した消泡材や、強化剤を添加する工程を加えてもよい。
【００２６】
（鋳型の製造方法）
次に、本実施形態の鋳型形成用スラリーを用いた鋳型の製造方法について説明する。
鋳型の製造方法は、中子材と金型とを用いてワックス型を射出成形する射出成形工程と、ワックス型を本実施形態の鋳型形成用スラリーに浸漬した後、耐火砂をまぶして乾燥させる鋳型造型工程と、鋳型内のワックス型を溶出する脱ろう工程と、鋳型を焼成する鋳型焼成工程と、を有する。
【００２７】
射出成形工程として、まず、中子材を金型に埋め込み、金型にろうを射出成形する。次いで、金型を外し、中子材の外側がろうで覆われたろう成形部品を取り出す。ろう成形部品に、ろう成形の湯口とセキを取り付けて、ワックス型を組み立てる。
【００２８】
鋳型造形工程として、ワックス型を、鋳型形成用スラリーに浸漬させた後、引き上げて耐火砂をまぶし、数時間乾燥させる。鋳型形成用スラリー浸漬から乾燥までの一連の作業を約１０回繰り返し、ワックス型の表面上に約１０ｍｍの層を形成させて、鋳型を造形する。
【００２９】
そして、脱ろう工程として、鋳型を、約１０気圧、約１５０℃の加熱蒸気により、鋳型内のろうを溶かして除去する。これによって、鋳型と中子材との間にタービン翼の形状をした空間を形成することができる。
鋳型焼成工程として、ろうを除去した鋳型を約９００〜１２００℃の温度で、約１〜１０時間に亘り焼成する。
【００３０】
例えばタービン翼などの鋳物を製造する際には、鋳型内に溶湯を流し込む鋳込み工程と、鋳型をばらした後、得られた鋳造物内の中子材を高温アルカリ溶液中にて溶出する中子除去工程とを含む。 
【００３１】
鋳型の焼成後、鋳込み工程として、鋳型を予熱して、炉内に素早くセットする。そして、真空中にて、約１５００℃の溶融合金（溶湯）を、鋳型内に流し込む。
最後に、中子除去工程として、鋳型をばらし、湯口とセキを切断して、仕上げ作業を行った後、得られた合金を高温アルカリ溶液の中に入れる。高温アルカリ溶液は、例えば、約１８０℃の温度に熱した約４０〜５０ｗｔ％のＮａＯＨ又はＫＯＨ溶液を用いることができる。この溶液に約１２〜２４時間に亘って浸し、加圧・減圧を繰り返すことにより、合金内の中子材と、中子材の表面上のコーティングとを溶出させて、合金からなる中空構造を有するタービン翼を得ることができる。タービン翼は、サンドブラストやグラインダーにより仕上げを行い、寸法検査、ザイグロ検査、Ｘ線検査等を行う。
【００３２】
［実施例］
次に、実施例として、本実施形態の鋳型形成用スラリーの性能を実証するための実験結果について説明する。
まず、スラリー本体を「鋳型形成用スラリーの製造方法」の項で説明した方法で製造する。このスラリー本体に３０ｍｍ角、３ｍｍ厚のワックス板を浸して引き上げたところスラリー本体はワックス板から完全に弾かれた。
【００３３】
次に、界面活性剤として、ジオクチルスルホコハク酸を０．５ｇ，１．０ｇ，１．５ｇ，２．０ｇ，３ｇ，４ｇ，５ｇ，７ｇ，７．５ｇ，１０ｇと添加した。
そして、ジオクチルスルホコハク酸の添加量毎に、濡れ性と、シリカゾルの粒子径を測定した。シリカゾルの粒子径は、少量のスラリーを分取して、１週間後に粒子径測定装置（ベックマンコールター社製）を用いて測定した。
表１に、本実施例のスラリーを用いた場合の濡れ性、及びシリカゾルの粒子径の結果を示す。濡れ性に記載した記号のうち「○」は濡れ性が改善されたことを示し、「◎」は完全に濡れ性が完全に改善されたことを示す。「×」は、濡れ性が悪い状態を示す。
【００３４】
【表１】
2015131310.tif 000002
【００３５】
表１に示すように、０．５ｇのときに濡れ性が改善され、１．０ｇのときには、ほぼ完全に濡れ性が改善された。１．５ｇのときには完全に濡れ性が改善された。
２．０ｇ以上では十分に安定して濡れ性が良好であることが確認された。
また、いずれのジオクチルスルホコハク酸の添加量においても、シリカゾルの粒子径の変化はなく、ジオクチルスルホコハク酸がシリカゾルに対する悪影響を及ぼさないことが確認できた。
【００３６】
［比較例１］
次に、比較例１として、界面活性剤として、日本フリーマン（株）製ビクターウェット１２（登録商標、リン酸二水素２−エチルヘキシル＋オキシランポリマー）を採用したスラリーを用いた実験結果について説明する。ビクターウェット１２は、一般的に精密鋳造の鋳型造型にてスラリーに添加される、市販の界面活性剤である。
【００３７】
比較例１の実験方法は、界面活性剤として、ビクターウェット１２を用いたこと以外は、実施例と同様である。表２に比較例１のスラリーを用いた場合の濡れ性、及びシリカゾルの粒子径の結果を示す。
【００３８】
【表２】
2015131310.tif 000003
【００３９】
表２に示すように、０．５ｇのときに濡れ性が改善され、１．０ｇのときには、ほぼ完全に濡れ性が改善された。１．５ｇのときには完全に濡れ性が改善された。２．０ｇ以上では十分に安定して濡れ性が良好であることが確認された。
シリカゾルの粒子径に関しては、ビクターウェット１２の２．０ｇの添加量までは変化がなかった。しかしながら、３ｇ以上添加した場合には、粒子径が大きくなる、即ち凝集が発生することがわかった。これは、界面活性剤としてビクターウェット１２を採用した場合、添加量を多くしていくと、シリカゾルの粒子径を大きくしてしまい、シリカゾルの劣化が起こることを示している。
【００４０】
以上まとめると、界面活性剤としてビクターウェット１２を採用した場合、シリカゾルの粒子径に問題が生じることがわかった。
【００４１】
［比較例２］
次に、比較例２として、界面活性剤として、ＬＲ６２（4-(2,4-dichlorophenacylamino)フェノキシイソ酪酸（phenoxyisobutyric acid））を採用したスラリーを用いた実験結果について説明する。
【００４２】
比較例２の実験方法は、界面活性剤として、ＬＲ６２を用いたこと以外は、実施例と同様である。表３に比較例２のスラリーを用いた場合の濡れ性、及びシリカゾルの粒子径の結果を示す。
【００４３】
【表３】
2015131310.tif 000004
【００４４】
表３に示すように、０．５ｇの添加において、僅かながら濡れ性の改善が認められた。しかしながら、１．０ｇ、１．５ｇと添加量を増やした場合でも濡れ性の改善の割合は小さく、５ｇ、７．５ｇ、１０ｇと添加しても、完全に塗れるどころか、５ｇ程度で濡れ性の改善は頭打ちであった。
シリカゾルの粒子径に関しては、ＬＲ６２の添加量に対する影響は小さいことがわかった。即ち、ＬＲ６２によって凝集は発生せず、シリカゾルの劣化（粒子径の増加）はなかった。
【００４５】
以上まとめると、界面活性剤としてＬＲ６２を採用した場合、濡れ性に問題が生じることがわかった。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。