(57)【要約】【課題】多孔質体の製造が可能な鋳型の製造方法を提供するものである。【解決手段】本発明に係る鋳型の製造方法は、消失模型である蝋型３１の表層部の、３次元的なポーラス構造としたい部分に位置させて耐熱性無機材の層２３を形成し、その耐熱性無機材の層２３を形成した蝋型３１の周囲にセラミック前駆体スラリ５２をコーティングした後、加熱処理を施して、上記蝋型４１の脱蝋を行い、その後、上記スラリ５２の膜５１を焼成して殻体７１を形成し、殻体７１のキャビティ６１の表層部に耐熱性無機材の層２３を形成するものである。【選択図】        図１
2004268060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消失模型である蝋型の表層部の、３次元的なポーラス構造としたい部分に位置させて耐熱性無機材の層を形成し、その耐熱性無機材の層を形成した蝋型の周囲にセラミック前駆体スラリをコーティングした後、加熱処理を施して、上記蝋型の脱蝋を行い、その後、上記スラリの膜を焼成して殻体を形成し、殻体のキャビティ表層部に耐熱性無機材の層を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項２】
上記耐熱性無機材の層を、シリカ繊維の編物、編組、織布、又は不織布で形成する請求項１記載の鋳型の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の鋳型の製造方法を用いて形成され、殻体のキャビティ表層部に３次元的なポーラス構造の耐熱性無機材の層を有することを特徴とする鋳型。
【請求項４】
請求項１又は２記載の製造方法を用いて得られた鋳型内に金属溶湯を注湯して冷却を行った後、殻体を除去して表層部に耐熱性無機材の層を有する鋳造体を形成し、その鋳造体にケミカルエッチング処理を施して耐熱性無機材を溶解させ、少なくとも表層部に３次元的なポーラス構造の多孔質層を有する鋳造製品を得ることを特徴とする鋳造製品の鋳造方法。
【請求項５】
上記鋳造体にアルカリ溶液によるケミカルエッチング処理を施す請求項４記載の鋳造製品の鋳造方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の鋳造方法を用いて形成され、少なくとも表層部に３次元的なポーラス構造の多孔質層を有することを特徴とする鋳造製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型の製造方法に係り、特に、インベストメント鋳造に用いる鋳型を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒の担体や、人工生体移植用の人工骨や人工歯根（以下、インプラント部材と表す）などにおいては、表面積を大きくするために、表面にポーラス構造の多孔質層を形成することがある。
【０００３】
表面にポーラス構造の多孔質層を形成する方法として、
▲１▼  金属体（又は合金体）の表面にレーザ加工を施す方法、
▲２▼  多数の貫通孔を有する金属材料の薄板を積層し、ポーラス構造における孔部形状を３次元的に制御する方法（例えば、特許文献１参照）、
が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５５８２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、▲１▼の製造方法は、容易に、表面のみがポーラスな、つまり表面がザラザラな金属体（又は合金体）を得ることができるが、３次元的なポーラス構造の多孔質層を得ることができないという問題があった。また、融点が高い金属（又は合金）の場合、高出力のレーザ加工機を必要とする又はレーザ加工に長時間を要するという問題があった。
【０００６】
また、▲２▼の製造方法は、３次元的なポーラス構造の多孔質層を形成することができるが、孔部形状の制御に手間を要し、製造に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
そこで、前述した多孔質層を、製造が比較的容易な鋳造法により得たいという要望がある。しかしながら、鋳造法により多孔質体の製造を行う場合、鋳型の内部表面に形成された突起が孔を形成することになるが、鋳型から鋳造体を取り出すには、各突起の基部は突端部よりも狭小でなくてはならない。このため、鋳造により得られる多孔質体の孔形状は、孔開口部よりも孔底部の方が狭小となってしまう。その結果、例えば、表面に凹面状のディンプルを有するゴルフボールのようなものは鋳造可能であるが、表面に複雑で３次元的なポーラス構造の層を有する鋳造製品は得ることができないという問題があった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、多孔質体の製造が可能な鋳型の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る鋳型の製造方法は、消失模型である蝋型の表層部の、３次元的なポーラス構造としたい部分に位置させて耐熱性無機材の層を形成し、その耐熱性無機材の層を形成した蝋型の周囲にセラミック前駆体スラリをコーティングした後、加熱処理を施して、上記蝋型の脱蝋を行い、その後、上記スラリの膜を焼成して殻体を形成し、殻体のキャビティ表層部に耐熱性無機材の層を形成するものである。
【００１０】
以上の方法によれば、殻体のキャビティ表層部に、３次元的なポーラス構造の耐熱性無機材の層を有する鋳型を製造することができる。
【００１１】
一方、本発明に係る鋳造製品の鋳造方法は、上述した製造方法により得られた鋳型内に金属溶湯を注湯して冷却を行った後、殻体を除去して表層部に耐熱性無機材の層を有する鋳造体を形成し、その鋳造体にケミカルエッチング処理を施して耐熱性無機材を溶解させ、少なくとも表層部に３次元的なポーラス構造の多孔質層を有する鋳造製品を得るものである。
【００１２】
以上の方法によれば、少なくとも表層部に３次元的なポーラス構造の多孔質層を有する鋳造製品を製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１４】
本発明に係る鋳造製品の鋳造方法の好適一形態のフローを図１に示す。
【００１５】
図１に、本実施の形態に係る鋳造製品の鋳造方法の全体のフローを示すように、鋳造は、インベストメント鋳造法（ロストワックス法）を用いて行う。
【００１６】
先ず、図２に示すように、所定形状のキャビティ２２を有する金型（雌型）２１を製造する（工程Ａ）。この金型２１のキャビティ２２の内表面に、耐熱性無機材の層、例えば、シリカ繊維からなる編物、編組、織布、又は不織布で形成される３次元的なポーラス構造２４を有する耐熱性無機繊維層２３を配置・形成する（工程Ｂ）。
【００１７】
この時、キャビティ２２の内表面に配置・形成する耐熱性無機繊維層２３の、編みパターン（又は織りパターン）を調整することで、ランダムに孔が配置されたポーラス構造２４や、所定方向に孔が配向配置されたポーラス構造２４を得ることができる。また、層２３を構成する部材（編物、編組、織布、又は不織布）を適宜選択することで、又は層２３の編み目（或いは織り目）サイズ・形状を変えることで、ポーラス構造２４の孔サイズ、孔形状を制御することができる。また、層２３の厚さを制御することで、後述する鋳型７０の多孔質層７４の厚さ、延いては鋳造製品１００の多孔質層１０４の厚さを制御することができる。
【００１８】
次に、金型２１のキャビティ２２内に蝋材を射出成形などの手法により注入し（工程Ｃ）、蝋成形体を成形する（工程Ｄ）。これによって、蝋材が層２３のポーラス構造部（空隙内）に入り込み、図３に示すように、表層部に耐熱性無機繊維の層２３を有する消失模型である蝋型（雄型）３１が得られる。より具体的には、図３の４−４線断面図を図４に示すように、蝋型本体４１の表層に、３次元的なポーラス構造２４の層２３が一部露出した状態で埋没した蝋型３１が得られる。工程Ａ〜Ｄにおいて、必要に応じて２種類以上の蝋成形体を成形すると共に、これらを組み立て、目的とする蝋型３１を得るようにしてもよい。蝋型３１は、図示しないが、後述する鋳造時に用いる堰、湯道、及び湯口を備えている。また、複数の蝋型３１をツリー状又はクラスタ状に一体化してもよい。ここで言う蝋材とは、蝋そのものだけではなく、樹脂（プラスチック）全般を含んでいる。
【００１９】
その後、図５に示すように、蝋型３１の周囲にセラミック前駆体スラリ５２を付着、乾燥させ、スラリ膜５１をコーティングする（工程Ｅ）。この時、蝋型３１の表面には、耐熱性無機繊維の層２３が露出しているため、スラリ５２は耐熱性無機繊維に食い込み、スラリ５２と耐熱性無機繊維とが一体化する。スラリ５２の付着方法としては、浸漬法、吹き付け法、塗布法が挙げられる。また、スラリ膜５１の膜厚は、スラリ５２の付着、乾燥作業を適宜繰り返すことで制御される。
【００２０】
次に、スラリ膜５１をコーティングした蝋型３１に、１００〜１８０℃、好ましくは１４０〜１６０℃前後の温度で加熱処理を施して脱蝋を行う（工程Ｆ）。これによって、図６に示すように、蝋が溶け、蝋型３１の本体４１が消失して空洞６１となる。この時、層２３のポーラス構造部に入り込んでいた蝋材も脱漏され、層２３中に再びポーラス構造部が形成される。その結果、スラリ膜５１の内部に空洞（キャビティ）６１を有する鋳型前駆体６０が得られる。尚、脱漏を行っても、層２３の耐熱性無機繊維にスラリ５２が食い込んでいることから、層２３が脱落することはなく、その形状は保持される。
【００２１】
脱蝋後、鋳型前駆体６０に９００〜１３００℃の温度で焼成処理を施し（工程Ｇ）、スラリ膜５１を焼き固めて殻体（シェル）７１を形成する。焼成処理を行っても、キャビティ６１の表層部の耐熱性無機繊維の層２３は消失せず、その形状は保持される。その結果、図７に示すように、殻体７１の内部にキャビティ６１を有するセラミックス製の鋳型７０が得られる。言い換えると、鋳型７０は、殻体７１のキャビティ表層部（キャビティ６１の周りの表層部）に、３次元的なポーラス構造２４の耐熱性無機繊維層２３を一体に有している。
【００２２】
次に、図８に示すように、鋳型７０のキャビティ６１に金属溶湯８１を注湯して鋳込みを行う（工程Ｈ）。この時、金属溶湯８１は、層２３のポーラス構造部にも入り込む。その後、冷却して（工程Ｉ）、鋳造を行う。これによって、鋳型７０内に鋳造体８２が形成される。鋳造を行っても、キャビティ６１の表層部の耐熱性無機繊維の層２３は消失せず、その形状は保持される。金属溶湯８１の鋳込み方法としては、置注ぎ、遠心鋳造、吸引鋳造（低圧鋳造）などが適用可能である。
【００２３】
鋳造後、殻体７１にブラストクリーニングを施し、図９に示すように、殻体（シェル）７１を除去して（工程Ｊ）、鋳造体９２を得る。鋳造体９２の表層部には、依然として耐熱性無機繊維層２３が残存している。ブラストクリーニングとしては、サンドブラスト、ショットブラスト、又はウォータジェット（高圧水の吹き付け）のいずれを用いてもよい。また、ブラストクリーニング以外に、シェイクアウトを用い、殻体７１を除去するようにしてもよい。
【００２４】
次に、鋳造体９２の表面にケミカルエッチング処理（例えば、アルカリ溶液による処理）を施し、層２３における耐熱性無機繊維を除去する（工程Ｋ）。このアルカリ溶液は、鋳造体８２は溶解せず、耐熱性無機繊維のみを溶解するものであれば特に限定するものではない。これによって、図１０に示すように、少なくとも表層部に３次元的なポーラス構造１０３の多孔質層１０４を有する一体物の鋳造製品１００が得られる。
【００２５】
ここで、耐熱性無機繊維としては、焼成時（工程Ｇ）及び鋳込み時（工程Ｈ）において燃焼することなく、かつ、ケミカルエッチング処理時（工程Ｋ）に溶解されるものであれば、特に限定するものではない。また、金型２１のキャビティ２２の内表面に、耐熱性無機繊維層２３を配置・形成する方法としては、特に限定するものではなく、例えば、キャビティ２２の内表面に接着剤や粘着剤を塗布し、層２３を貼り付ける方法などが挙げられる。この時、キャビティ２２の内表面に接着剤や粘着剤を多量に付け過ぎると、鋳造製品１００における多孔質層１０４を精度良く形成することができなくなるため、あまり好ましくない。
【００２６】
金属溶湯８１のマトリックスは、鋳造用金属（又は合金）として慣用的に用いられているものであれば特に限定するものではないが、融点が比較的高いＴｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金、及びＡｌ基合金が好ましく、この中でも精密鋳造に用いられるＴｉ基合金、Ｃｏ基合金、及びＮｉ基合金が特に好ましい。
【００２７】
本実施の形態においては、金型２１のキャビティ２２の内表面に予め層２３を貼り付けておき、キャビティ２２内に蝋材を注入することで、蝋型３１の表層部に層２３を形成する場合について説明を行ったが、蝋型３１の形成方法はこれに限定するものではない。例えば、蝋材のみで所定形状の型を形成した後、その型の表面に層２３を貼り付け、その周囲に蝋材を塗布することで、蝋材を層２３のポーラス構造部に入り込ませ、蝋型本体の表層に、３次元的なポーラス構造の層が一部露出した状態で埋没した蝋型を形成するようにしてもよい。
【００２８】
以上、本実施の形態に係る鋳造方法によれば、殻体７１のキャビティ表層部に３次元的なポーラス構造２４の耐熱性無機繊維層２３を有する鋳型７０を用いることで、従来、鋳造法では製造できなかった表層部に複雑で３次元的なポーラス構造１０３の多孔質層１０４を有する鋳造製品１００を、容易に得ることができる。
【００２９】
また、本実施の形態に係る鋳造方法により製造される鋳造製品１００は、触媒の担体やインプラント部材などの大きな表面積が求められる部材、ジェットエンジン用（又はガスタービン用）の回転部材や羽根部材、ハニカム部材などに適用することができ、前述した従来の製造方法と比較して、容易に、短時間で製造することができる。
【００３０】
特に、本実施の形態に係る鋳造方法を用いて、触媒の担体を鋳造成形した場合、表層部に多孔質層を有していることから、従来の触媒担体と比較して多量の触媒を担持させることができる。また、同様にしてインプラント部材を鋳造成形した場合、表層部に多孔質層を有していることから、生体組織とより強固に結合させることができる。さらに、同様にしてジェットエンジン用の回転部材や羽根部材などを鋳造成形した場合、表層部に多孔質層を有していることから、軽量化を図ることができると共に、表層部に多量の気泡層を形成することができる。その結果、これらの気泡が断熱効果を発揮することから、薄肉部材であっても十分な高温強度を確保することができ、部材の軽量化を図ることができる。
【００３１】
また、図７に示した本実施の形態に係る鋳型７０におけるキャビティ６１内の任意の位置に、中子（図示せず）を配置して鋳造を行うことで、鋳造製品１００の任意の箇所に中空部を形成することができ、鋳造製品１００の軽量化を図ることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３４】
（１）  本発明に係る鋳型の製造方法によれば、殻体のキャビティ表層部に、３次元的なポーラス構造の耐熱性無機材の層を有する鋳型を製造することができる。
【００３５】
（２）  （１）の製造方法により得られた鋳型を用いて鋳造を行うことで、少なくとも表層部に３次元的なポーラス構造の多孔質層を有する鋳造製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造製品の鋳造方法の好適一形態を示すフローチャートである。
【図２】蝋型の製造に用いる金型の一例を示す断面図である。
【図３】蝋型の一例を示す斜視概略図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】図４の蝋型の周囲にセラミック膜をコーティングした状態を示す断面図である。
【図６】図５のコーティング蝋型に脱蝋を施してなる鋳型前駆体の断面図である。
【図７】図６の鋳型前駆体に焼成処理を施してなる鋳型の断面図である。
【図８】図７の鋳型に金属溶湯を注湯した状態を示す断面図である。
【図９】殻体を除去してなる鋳造体の断面図である。
【図１０】本発明に係る鋳造製品の好適一形態を示す断面図である。
【符号の説明】
２３  耐熱性無機材の層
３１  蝋型
４１  蝋型本体（蝋型）
５１  スラリ膜
５２  セラミック前駆体スラリ
６１  キャビティ
７１  殻体
【図１】
2004268060.tif 000003
【図２】
2004268060.tif 000004
【図３】
2004268060.tif 000005
【図４】
2004268060.tif 000006
【図５】
2004268060.tif 000007
【図６】
2004268060.tif 000008
【図７】
2004268060.tif 000009
【図８】
2004268060.tif 000010
【図９】
2004268060.tif 000011
【図１０】
2004268060.tif 000012