(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型であって、
鋳型本体のキャビティ表面の少なくとも初層を、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成されるスラリの焼成物で形成したことを特徴とする鋳型。
【請求項２】
上記鋳型本体のキャビティ表面の初層及び第２層を、上記スラリの焼成物で形成した請求項１記載の鋳型。
【請求項３】
上記鋳型がシェル鋳型である請求項１又は２記載の鋳型。
【請求項４】
上記鋳型がソリッド鋳型である請求項１又は２記載の鋳型。
【請求項５】
チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型の製造方法であって、
消失模型であるロウ型の表面に、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成される初層スラリを付着させると共に乾燥させ、初層スラリ膜を形成するステップと、
その初層スラリ膜の表面に、２層目以降のスラリ膜を順次形成するステップと、
少なくとも２層のスラリ膜がコーティングされたロウ型に脱蝋処理を施し、初層スラリ膜の内部に空洞を有する鋳型前駆体を形成するステップと、
その鋳型前駆体に焼成処理を施し、各スラリ膜を焼き固めてシェル鋳型を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項６】
２層目のスラリ膜を形成するステップとして、初層スラリ膜の形成ステップを再度繰り返す請求項５記載の鋳型の製造方法。
【請求項７】
チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型の製造方法であって、
消失模型であるロウ型の表面に、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成される初層スラリを付着させると共に乾燥させ、初層スラリのブロック体を形成するステップと、
そのブロック体を有するロウ型に脱蝋処理を施し、ブロック体の内部に空洞を有する鋳型前駆体を形成するステップと、
その鋳型前駆体に焼成処理を施し、ブロック体を焼き固めてソリッド鋳型を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項８】
チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型の製造方法であって、
消失模型であるロウ型の表面に、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成される初層スラリを付着させると共に乾燥させ、初層スラリ膜を形成するステップと、
その初層スラリ膜の周囲に、後層スラリのブロック体を形成するステップと、
初層スラリ膜及びブロック体を有するロウ型に脱蝋処理を施し、初層スラリ膜の内部に空洞を有する鋳型前駆体を形成するステップと、
その鋳型前駆体に焼成処理を施し、初層スラリ膜及びブロック体を焼き固めてソリッド鋳型を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項９】
初層スラリ膜の形成ステップ後に、再度初層スラリ膜の形成ステップを繰り返し、２層構造の初層スラリ膜の周囲に、後層スラリのブロック体を形成する請求項８記載の鋳型の製造方法。
【請求項１０】
請求項３又は４記載の鋳型を用いて鋳造形成されたことを特徴とするチタンアルミ合金鋳造品。
【請求項１１】
請求項３又は４記載の鋳型を用いて鋳造形成されたチタン合金鋳造品であり、鋳放し材の表層部におけるαケース層の層厚が300μｍ未満であることを特徴とするチタン合金鋳造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品の製造に用いられる鋳型及びその製造方法並びに鋳型を用いた鋳造品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
TiとAlの金属間化合物であるチタンアルミナイド（TiAl）で構成されるチタンアルミ合金は、軽量で、高強度である等といった特性を有している。このため、チタンアルミ合金は、自動車用エンジンのターボチャージャーや、ガスタービンエンジン又は航空機用ジェットエンジンの回転部材等に有望とされている。【０００３】
また、チタン合金は、耐食性が良好で、軽量で、かつ、生体適合性を有していることから、自動車・自動二輪車、スポーツ・レジャー用品、人工骨・人工歯などに幅広く使用されている。【０００４】
チタンアルミ合金又はチタン合金を、これらの部材、特に市販品に適用するには、コスト上の問題から鋳造品であることが要求される。鋳造品を作製するには鋳型が必要とされ、様々な鋳型が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２３８２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５７３８号公報
【特許文献３】特開平５−２７７６２４号公報
【特許文献４】特開平６−２９２９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、チタン合金は活性が高いことから、得られた鋳造品の表層部にαケースと呼ばれる針状の変質層（酸素濃化層、表面硬化層）が生成することがある。このαケースは、母相のα相と比較すると硬度が高く、難削材である。このため、αケースの層厚があまり厚いと、ケミカルミリングや機械的切削などに長時間を要し、製品コストの上昇及び生産性の低下を招くという問題があった。【０００７】
また、前述した特許文献１〜４記載の鋳型はチタン合金用のものであり、これらの鋳型をチタンアルミ合金用鋳型として流用することが多かった。【０００８】
ここで、チタンアルミ合金及びチタン合金は、活性が高いことから、合金溶湯と鋳型の反応を考慮する必要がある。特に、チタンアルミ合金は、チタン合金と比べて鋳型に対する反応性がより高いため、反応を抑制することが重要となる。これは、Ti及びAlは共に活性金属であるが、Alの方がTiよりも活性が高く、また、一般にチタンアルミ合金の方がチタン合金よりも融点が高いことに起因している。【０００９】
よって、チタンアルミ合金用及びチタン合金用の鋳型においては、その構成材の選定が重要な要素となってくる。鋳型はセラミックスで構成され、主に骨材（フィラー）と、骨材同士の結合を高めるバインダで構成される。反応性が低い構成材として、骨材では酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化イットリウム（イットリア）、酸化カルシウム（カルシア）などが挙げられ、バインダではジルコニアゾル、有機系バインダ（例えば、樹脂）などが挙げられる。【００１０】
ところで、ジルコニアやイットリアは、骨材として工業的に用いるには高価である。また、カルシアは、水と反応して分解されるため取り扱いが困難である。【００１１】
ジルコニアゾルは、バインダとして工業的に用いるには高価であると共に、室温近傍での強度が弱いことから、室温強度を保つために別種のバインダを必要とする。また、有機系バインダは、高温下において分解されてしまうことから、高温強度を保つために別種のバインダを必要とし、結果的に鋳型コストの上昇を招いてしまう。【００１２】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、合金溶湯との反応が少なく、かつ、安価な鋳型及びその製造方法並びに鋳型を用いた鋳造品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成すべく本発明に係る鋳型は、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型であって、
鋳型本体のキャビティ表面の少なくとも初層を、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成されるスラリの焼成物で形成したものである。【００１４】
ここで、鋳型本体のキャビティ表面の初層及び第２層を、スラリの焼成物で形成することが好ましい。また、鋳型は、シェル鋳型又はソリッド鋳型である。【００１５】
一方、本発明に係る鋳型の製造方法は、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型の製造方法であって、
消失模型であるロウ型の表面に、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成される初層スラリを付着させると共に乾燥させ、初層スラリ膜を形成するステップと、
その初層スラリ膜の表面に、２層目以降のスラリ膜を順次形成するステップと、
少なくとも２層のスラリ膜がコーティングされたロウ型に脱蝋処理を施し、初層スラリ膜の内部に空洞を有する鋳型前駆体を形成するステップと、
その鋳型前駆体に焼成処理を施し、各スラリ膜を焼き固めてシェル鋳型を形成するステップと、
を備えたものである。【００１６】
ここで、２層目のスラリ膜を形成するステップとして、初層スラリ膜の形成ステップを再度繰り返すことが好ましい。【００１７】
また、本発明に係る鋳型の製造方法は、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型の製造方法であって、
消失模型であるロウ型の表面に、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成される初層スラリを付着させると共に乾燥させ、初層スラリのブロック体を形成するステップと、
そのブロック体を有するロウ型に脱蝋処理を施し、ブロック体の内部に空洞を有する鋳型前駆体を形成するステップと、
その鋳型前駆体に焼成処理を施し、ブロック体を焼き固めてソリッド鋳型を形成するステップと、
を備えたものである。【００１８】
さらに、本発明に係る鋳型の製造方法は、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品を製造するための鋳型の製造方法であって、
消失模型であるロウ型の表面に、酸化セリウムを主成分とする骨材とシリカゾルを主成分とするバインダで構成される初層スラリを付着させると共に乾燥させ、初層スラリ膜を形成するステップと、
その初層スラリ膜の周囲に、後層スラリのブロック体を形成するステップと、
初層スラリ膜及びブロック体を有するロウ型に脱蝋処理を施し、初層スラリ膜の内部に空洞を有する鋳型前駆体を形成するステップと、
その鋳型前駆体に焼成処理を施し、初層スラリ膜及びブロック体を焼き固めてソリッド鋳型を形成するステップと、
を備えたものである。【００１９】
ここで、初層スラリ膜の形成ステップ後に、再度初層スラリ膜の形成ステップを繰り返し、２層構造の初層スラリ膜の周囲に、後層スラリのブロック体を形成することが好ましい。【００２０】
また、本発明に係るチタンアルミ合金鋳造品は、前述したシェル鋳型又はソリッド鋳型を用いて鋳造形成されたものである。【００２１】
さらに、本発明に係るチタン合金鋳造品は、前述したシェル鋳型又はソリッド鋳型を用いて鋳造形成されたチタン合金鋳造品であり、鋳放し材の表層部におけるαケース層の層厚が300μｍ未満のものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る鋳型によれば、鋳放し材のままでも表面性状が良好なチタンアルミ合金製の鋳造品や、表層部におけるαケースの生成が少ないチタン合金製の鋳造品を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係る鋳型の製造に用いるロウ型の断面図である。
【図２】本発明の好適一実施の形態に係る鋳型の製造工程の内、ロウ型の周囲にスラリ膜を形成した後の状態を示す図である。
【図３】本発明の好適一実施の形態に係る鋳型の製造工程の内、脱ロウ後の状態を示す図である。
【図４】本発明の好適一実施の形態に係る鋳型の横断面図である。
【図５】図４の鋳型のキャビティ内に溶湯を鋳込んだ状態を示す図である。
【図６】図４の鋳型を用いて鋳造形成した鋳造品の横断面図である。
【図７】本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の製造に用いるロウ型の断面図である。
【図８】本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の製造工程の内、ロウ型の周囲にスラリ膜を形成した後の状態を示す図である。
【図９】本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の製造工程の内、スラリ膜の周囲にスラリブロック体を形成する際の図である。
【図１０】本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の製造工程の内、スラリブロック体を形成した後の状態を示す図である。
【図１１】本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の製造工程の内、脱ロウ後の状態を示す図である。
【図１２】本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の横断面図である。
【図１３】図１２の鋳型のキャビティ内に溶湯を鋳込んだ状態を示す図である。
【図１４】図１２の鋳型を用いて鋳造形成した鋳造品の横断面図である。
【図１５】本発明の好適一実施の形態に係る鋳型を用いて鋳造形成したチタンアルミ合金鋳造品の一部の平面観察図である。
【図１６】図１５の要部１６の拡大図である。
【図１７】従来の鋳型を用いて鋳造形成したチタンアルミ合金鋳造品の一部の平面観察図である。
【図１８】図１７の要部１８の拡大図である。
【図１９】初層スラリのフィラー／バインダ比が１．８の時の、ロウ型と初層スラリとの付着状態を示す断面図である。
【図２０】初層スラリのフィラー／バインダ比が２．０の時の、ロウ型と初層スラリとの付着状態を示す断面図である。
【図２１】初層スラリのフィラー／バインダ比が３．０の時の、ロウ型と初層スラリとの付着状態を示す断面図である。
【図２２】本発明の好適一実施の形態に係るシェル鋳型を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品の断面観察図である。
【図２３】従来のシェル鋳型を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品の断面観察図である。
【図２４】本発明の他の好適一実施の形態に係るソリッド鋳型を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品の断面観察図である。
【図２５】従来のソリッド鋳型を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品の断面観察図である。
【符号の説明】
【００２４】
４０  シェル鋳型（鋳型）
４１  鋳型本体
４３  キャビティ表面
４４ａ  初層
６０  鋳造品
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
Ni基合金、Co基合金、及びFe基合金用の鋳造鋳型においては、バインダとしてコロイダルシリカ（シリカゾル）が用いられている。シリカゾルは、化学的に安定で（活性が低く）、工業的に安価で、かつ、室温から高温にわたって強度が高いという特長を有している。ところが、このシリカゾルは、チタンアルミ合金又はチタン合金と激しく反応するという性質がある。このため、従来、チタンアルミ合金又はチタン合金用鋳型のバインダとして、シリカゾルを使用することはできないと思われてきた。【００２６】
しかしながら、本発明者らが鋭意研究した結果、チタンアルミ合金又はチタン合金用鋳型の骨材の構成材を調整することで、バインダとしてシリカゾルを使用しても、チタンアルミ合金又はチタン合金との激しい反応が生じなくなることを見出した。【００２７】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。【００２８】
本発明の好適一実施の形態に係る鋳型の横断面図を図４に示す。【００２９】
図４に示すように、本実施の形態に係る鋳型（シェル鋳型）４０は、鋳型本体４１のキャビティ３２に臨んだ面（以下、キャビティ表面という）４３の少なくとも初層（図４中では、キャビティ表面４３の初層４４ａ及び第２層４４ｂの２層）が、酸化セリウムを主成分とする骨材と、シリカゾルを主成分とするバインダとで構成されるスラリの焼成物（以下、酸化セリウム−シリカゾル焼成物という）で形成される。【００３０】
鋳型本体４１は、初層（最表層）４４ａ、第２層４４ｂ、及び第３層４４ｃ…の多層構造である。第３層４４ｃ及びそれ以降の層を構成するスラリ焼成物は、初層４４ａ及び第２層４４ｂを構成する酸化セリウム−シリカゾル焼成物と同種又は異種のいずれであってもよい。第三層４４ｃ及びそれ以降の層は、酸化セリウム−シリカゾル焼成物と異種のスラリ焼成物として、通常の鋳型と同じもの（例えば、ジルコニア、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコン又はイットリアから選択される少なくとも１種を主成分とする骨材と、ジルコニアゾルを主成分とするバインダとで構成されるスラリの焼成物）が適用可能である。【００３１】
初層の骨材は、その大部分、例えば、75wt％以上、好ましくは80wt％以上が酸化セリウムで、残部がジルコニア、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコン又はイットリアなどから選択される少なくとも１種の酸化物で構成される。もちろん、骨材は酸化セリウムだけで構成されるもの（酸化セリウムが100wt％のもの）であってもよい。【００３２】
また、バインダは、例えば、シリカゾル（20〜50％シリカゾル水溶液）が全体の10〜100wt％、好ましくは50〜100wt％で、残部がジルコニアゾル、イットリアゾル、アルミナゾル又は有機バインダーなどで構成される。【００３３】
少なくとも、初層スラリの粘性は、フィラー（グラム）／バインダ（グラム）比で調整し、２−４、好ましくは２．５−３．５の範囲である。スラリの粘性が低いと、鋳型（後述するロウ型１０）にスラリが残らなかったり、剥離が起こってしまう。図１９に示すように、フィラー／バインダ比１．８の場合は剥離が起こっており、また、図２０に示すように、フィラー／バインダ比２．０の場合は剥離しかかっているのがわかる。図２１に示すように、フィラー／バインダ比３．０の場合は剥離は起こらず、均一の膜ができることが確認された。さらに、スラリの粘性が高すぎると、スラリの膜が厚く付きすぎてしまい、乾くまでに時間がかかったり、均一に乾かないことによって“むら”ができてしまうため、フィラー／バインダ比は４．０までとする。【００３４】
本実施の形態に係るシェル鋳型４０においては、鋳型本体４１が３層構造の場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、鋳型本体４１は、２層構造、又は４層以上の構造であってもよい。【００３５】
また、本実施の形態に係るシェル鋳型４０においては、初層４４ａ及び第２層４４ｂを、酸化セリウム−シリカゾル焼成物（同種の材料）で構成した場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、初層４４ａの層厚が十分に厚い場合（例えば、初層４４ａの層厚が500μｍ以上の場合）、初層４４ａのみを酸化セリウム−シリカゾル焼成物で形成し、第２層以降は、通常の鋳型と同じ材質（例えば、酸化ジルコニウムを主成分とする骨材と、ジルコニアゾルを主成分とするバインダとで構成されるスラリの焼成物）であることが好ましいが、コーティングの作業性を考慮すると、初層よりもフィラー／バインダ比を低下させ、粘性を低くしたスラリを使用してもよい。【００３６】
次に、本実施の形態に係る鋳型の製造方法を添付図面に基づいて説明する。【００３７】
先ず、図１に示すように、目的とする精密鋳造品（後述の図６参照）と同形状、同サイズのロウ型１０を予め作製しておく。【００３８】
次に、このロウ型１０の周囲に、初層スラリを塗布した後、初層スタッコ塗布を行い、その後、乾燥させ、図２に示すように、初層スラリ膜２４ａが形成される。続いて、初層スラリ膜２４ａの周囲に、第２層スラリを塗布した後、第２層スタッコ塗布を行い、その後、乾燥させ、第２層スラリ膜２４ｂが形成される。初層スラリと第２層スラリは、同種のスラリである。言い換えると、初層スラリ膜２４ａ及び第２層スラリ膜２４ｂは、初層スラリ膜２４ａの２層構造とされる。【００３９】
ここで、初層スラリ及び第２層スラリは、例えば、シリカゾルを主成分とするバインダ1kgに対して、酸化セリウムを主成分とする骨材を2〜4kgの割合で混合したものである。また、初層及び第２層のスタッコ（スラリ表面に振りかけて付着させる耐火物粒子）としては、例えば、約♯60〜160メッシュのジルコニア、アルミナ、シリカ、ムライト、又はイットリアなどから選択される少なくとも１種が使用可能であるが、粒度、材質は特に限定するものではない。スラリ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が、浸漬法が好ましい。【００４０】
次に、第２層スラリ膜２４ｂの周囲に、第３層スラリを塗布した後、第３層スタッコ塗布を行い、その後、乾燥させ、第３層スラリ膜２４ｃが形成される。ここで、第３層以降のスラリ膜の形成工程は、必要に応じて適宜繰り返し行われ、これによって、スラリ膜全体の膜厚が所望の厚さに制御される。第３層スラリ及び第３層以降のスラリと、第３層スタッコ及び第３層以降のスタッコの構成材は特に限定するものではなく、シェル鋳型用のスラリ及びスタッコとして慣用的に用いられているものであれば、全て適用可能である。【００４１】
次に、蒸気を用いてロウ型１０の脱ロウを行うことで、図３に示すように、鋳型前駆体３０が得られる。鋳型前駆体３０は、スラリ膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃの３層で構成される前駆体本体３１の内部に空洞（キャビティ）３２を有する。【００４２】
次に、この鋳型前駆体３０に焼成処理を施すことで、図４に示すように、本実施の形態に係る鋳型（シェル鋳型）４０が得られる。シェル鋳型４０は、初層４４ａ、第２層４４ｂ、及び第３層４４ｃの３層で構成される鋳型本体４１の内部にキャビティ３２を有するものである。【００４３】
次に、図５に示すように、このシェル鋳型４０のキャビティ３２内に、チタンアルミ合金又はチタン合金の溶湯５０が注湯され、鋳込みが行われる。その後、シェル鋳型４０を冷却することで、溶湯５０が凝固され、鋳造が完了する。これによって、シェル鋳型４０内に鋳造体が形成される。【００４４】
その後、シェル鋳型４０を高温のアルカリ浴などに浸漬して、シェル、すなわち鋳型本体４１を溶解除去し、型ばらしを行うことで、図６に示すように、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品６０が得られる。型ばらしとしては、物理的手法（例えば、ブラストクリーニング）が用いられる。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）のいずれでもよい。また、ブラストクリーニング以外の物理的手法として、シェイクアウトを用いてもよい。【００４５】
次に、本実施の形態に係る鋳型４０の作用を説明する。【００４６】
本実施の形態に係る鋳型（シェル鋳型）４０においては、チタンアルミ合金の溶湯５０と直接接触される鋳型本体４１のキャビティ表面４３の初層４４ａと第２層４４ｂを、酸化セリウム−シリカゾル焼成物で形成している。【００４７】
ここで、シェル鋳型４０の骨材の主成分として使用する酸化セリウムは、ジルコニアやイットリアと比較して特に安定な酸化物というわけではない。これは、自由エネルギーの比較からも明らかである。【００４８】
ところが、酸化セリウムは、Tiに対しては優れた安定性を示し、Tiと直接反応したり、シェル鋳型４０のキャビティ３２内に注湯されたチタンアルミ合金の溶湯５０によって還元されたりすることはほとんどない。本発明者らは酸化セリウムのこの特性に着目した。すなわち、鋳型本体４１の骨材の主成分として酸化セリウムを使用することで、キャビティ３２内において、チタンアルミ合金の溶湯５０が、鋳型本体４１と反応したり、酸化されたりするおそれはほとんどなくなる。【００４９】
また、鋳型本体４１のバインダの主成分として使用するシリカゾルは、通常、チタンアルミ合金の溶湯５０と激しく反応する。しかし、本実施の形態に係るシェル鋳型４０のように、骨材の主成分として酸化セリウムを用いることで、バインダにシリカゾルを用いても、シリカゾルとチタンアルミ合金が激しく反応するおそれがなくなる。また、シリカゾルは、化学的に安定で（活性が低く）、工業的に安価で、かつ、室温から高温にわたって強度が高いことから、シリカゾルを用いることで、単一のゾルだけで強度を保つことができ、バインダとして別種のゾルや有機系バインダなどを必要としなくなる。【００５０】
さらに、酸化セリウムは、ジルコニアやイットリアよりも安価であるため、シェル鋳型４０の骨材の主成分として酸化セリウムを用いることで、鋳型の原料コストの低減を図ることができる。一方、シリカゾルは、通常の鋳型（例えば、Ni基合金用鋳型など）のバインダとして用いられているものであるため、シェル鋳型４０のバインダの主成分としてシリカゾルを用いることで、バインダの共通化による大幅なコストダウンも期待できる。これらによって、安価なシェル鋳型４０を得ることができる。【００５１】
以上より、酸化セリウム−シリカゾル焼成物で鋳型本体４１のキャビティ表面４３の初層４４ａ及び第２層４４ｂを形成することで、チタンアルミ合金の酸化及びシリカゾルとチタンアルミ合金の反応を確実（又はほぼ確実）に抑制することができ、鋳造品６０の表面に酸素を多く含んだ層が形成されるのが抑制されると共に、鋳造品６０の表面に対する鋳型本体４１の付着（焼付き）が抑制される。【００５２】
例えば、図１５、図１６に示すように、本実施の形態に係るシェル鋳型４０を用いて鋳造形成したチタンアルミ合金鋳造品１５０は、その表面に鋳型本体の焼付きがほとんどなかった。すなわち、チタンアルミ合金鋳造品１５０は、表面外観が美しく、かつ、表面は滑らかであった。これに対して、図１７、図１８に示すように、鋳型の骨材の主成分としてジルコニアを、バインダの主成分としてシリカゾルを用いて鋳造形成したチタンアルミ合金鋳造品１６０は、その表面に鋳型本体の焼付き１６１がたくさん生じていた。すなわち、チタンアルミ合金鋳造品１６０は、表面外観が悪いと共に表面はざらざらしており、表面性状が良好でなかった。【００５３】
よって、本実施の形態に係るシェル鋳型４０を用いて鋳造形成したチタンアルミ合金鋳造品１５０は、その表面に鋳型本体の焼付きがほとんどないため、簡単なブラストクリーニングにより、良い表面性状が得られる。例えば、チタンアルミ合金鋳造品１５０は、鋳放し材の平均表面粗さが200μｍ以下、好ましくは50μｍ以下である。したがって、チタンアルミ合金鋳造品１５０は、鋳放し材のままでも十分に表面性状が良好であり、ケミカルミリングや機械的切削などの表面仕上げ処理を施す必要がない（又は表面仕上げが僅かで済む）。このため、チタンアルミ合金鋳造品１５０は、従来のチタンアルミ合金製鋳造品１６０と比較して製造工程数を少なくすることができ、製品コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。【００５４】
また、本実施の形態に係るシェル鋳型４０は、初層スラリ膜２４ａ及び第２層スラリ膜２４ｂ（又は初層スラリ膜２４ａのみ）の形成工程を変更するだけで製造可能である。このため、本実施の形態に係るシェル鋳型４０は、既設の従来のシェル鋳型の製造ラインを大幅に変更することなく製造することができ、延いては製造コストの上昇を抑えることができる。【００５５】
また、本実施の形態に係るシェル鋳型４０にチタン合金の溶湯５０を用いて鋳造を行うことで、鋳造品６０の表層部に酸素を多く含んだ硬化層（αケース）が生成されるのが抑制される。得られる鋳造品６０の表層部に生成するαケースの層厚は、300μｍ未満、好ましくは250μｍ未満と薄い。【００５６】
例えば、図２２に示すように、本実施の形態に係るシェル鋳型４０を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品２２０は、表層部に生成されたαケースの層厚が約220μｍであった。これに対して、図２３に示すように、鋳型の骨材の主成分としてジルコニアを、バインダの主成分としてシリカゾルを用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品２３０は、表層部に生成されたαケースの層厚が約500μｍであった。これにより、チタン合金鋳造品２２０は、チタン合金鋳造品２３０と比べてαケースの層厚が半分以下となることがわかる。【００５７】
よって、本実施の形態に係るシェル鋳型４０を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品２２０は、表層部におけるαケースの生成が少ないことから、従来のチタン合金製鋳造品２３０と比較して表面処理（ケミカルミリングや機械的切削など）に要する時間が短くなる。延いては、チタン合金鋳造品２２０の生産性が向上すると共にチタン合金鋳造品２２０の製品コストを低減することができる。また、最終製品を得るためにチタン合金鋳造品２２０に対してあまり表面処理を施す必要がなく、チタン合金鋳造品２２０と最終製品の寸法差が小さいことから、材料歩留りが良好となり、チタン合金鋳造品２２０の原料コストを低減することができる。【００５８】
本実施の形態に係る鋳型４０は、精密鋳造品用の鋳型に好適であり、例えば、チタンアルミ合金精密鋳造品として、自動車用エンジンのターボチャージャー、ガスタービンエンジン又は航空機用ジェットエンジンの回転部材、耐熱治具などが挙げられる。また、チタン合金精密鋳造品として、自動車・自動二輪車部品、スポーツ・レジャー用品、人工骨・人工歯、熱交換器などが挙げられる。【００５９】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。【００６０】
本発明の他の好適一実施の形態に係る鋳型の横断面図を図１２に示す。【００６１】
図１２に示すように、本実施の形態に係る鋳型（ソリッド鋳型）１２０は、鋳型本体１２１のキャビティ表面１２３の少なくとも初層（図１２中では、キャビティ表面１２３の初層４４ａ及び第２層４４ｂの２層）が、酸化セリウム−シリカゾル焼成物で形成される。【００６２】
鋳型本体１２１は、ブロック状の本体部１２４と、キャビティ１１２に臨む層部１２５で構成される。層部１２５は、初層４４ａ及び第２層４４ｂの２層構造とされる。本体部１２４を構成するスラリ焼成物は、初層４４ａ及び第２層４４ｂを構成する酸化セリウム−シリカゾル焼成物と同種又は異種のいずれであってもよい。本体部１２４は、酸化セリウム−シリカゾル焼成物と異種のスラリ焼成物として、通常の鋳型と同じもの（例えば、ジルコニア、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコン又はイットリアから選択される少なくとも１種を主成分とする骨材と、ジルコニアゾルを主成分とするバインダとで構成されるスラリの焼成物）が適用可能である。【００６３】
本実施の形態に係るシェル鋳型１２０における鋳型本体１２１のキャビティ表面１２３は、１層構造、又は３層以上の構造であってもよい。【００６４】
また、本実施の形態に係るソリッド鋳型１２０における初層４４ａの層厚が十分に厚い場合、初層４４ａのみを酸化セリウム−シリカゾル焼成物で形成し、第２層４４ｂは、本体部１２４と同じ材質であってもよい。【００６５】
次に、本実施の形態に係る鋳型の製造方法を図７〜図１４に基づいて説明する。尚、図１〜図６と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。【００６６】
先ず、図７に示すように、目的とする精密鋳造品（後述の図１４参照）と同形状、同サイズのロウ型を予め作製しておく。【００６７】
次に、このロウ型７０の周囲に、初層スラリを塗布した後、初層スタッコ塗布を行い、その後、乾燥させ、図８に示すように、初層スラリ膜２４ａが形成される。続いて、初層スラリ膜２４ａの周囲に、第２層スラリを塗布した後、第２層スタッコ塗布を行い、その後、乾燥させ、第２層スラリ膜２４ｂが形成される。初層スラリと第２層スラリは、同種のスラリである。言い換えると、初層スラリ膜２４ａ及び第２層スラリ膜２４ｂは、初層スラリ膜２４ａの２層構造とされる。【００６８】
次に、図９に示すように、各スラリ膜２４ａ，２４ｂを設けたロウ型７０を型枠９１の空間部９２内に配置した後、その空間部９２に後層スラリ９３が注入される。この後層スラリ９３は時間経過に伴って自然硬化するものであり、適宜、有機化合物（例えば、フェノール樹脂）、硬化剤、及び耐火材などを含んでいてもよい。この後層スラリ９３の自然硬化によって、図１０に示すように各スラリ膜２４ａ，２４ｂを設けたロウ型７０の周囲に、後層スラリ９３のブロック体１０３が形成される。【００６９】
次に、蒸気を用いてロウ型７０の脱ロウを行うことで、図１１に示すように、鋳型前駆体１１０が得られる。鋳型前駆体１１０は、前駆体本体１１１の内部にキャビティ１１２を有する。前駆体本体１１１は、本体部であるブロック体１０３と、キャビティ１１２に臨むスラリ膜２４ａ，２４ｂで構成される。【００７０】
次に、この鋳型前駆体１１０に焼成処理を施すことで、図１２に示すように、本実施の形態に係る鋳型（ソリッド鋳型）１２０が得られる。ソリッド鋳型１２０は、本体部１２４と層部１２５で構成される鋳型本体１２１の内部にキャビティ１１２を有するものである。【００７１】
次に、図１３に示すように、このソリッド鋳型１２０のキャビティ１１２内に、チタンアルミ合金又はチタン合金の溶湯５０が注湯され、鋳込みが行われる。その後、ソリッド鋳型１２０を冷却することで、溶湯５０が凝固され、鋳造が完了する。これによって、ソリッド鋳型１２０内に鋳造体が形成される。【００７２】
その後、図１４に示すように、ソリッド鋳型１２０から鋳造体を取り出すことで、チタンアルミ合金又はチタン合金製の鋳造品１４０が得られる。【００７３】
本実施の形態に係る鋳型１２０の製造方法においては、２層構造のスラリ膜２４ａ，２４ｂの周囲に後層スラリ９３のブロック体１０３を形成する場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、１つの製造工程で、ロウ型７０の周囲に、直接、ブロック体を形成してもよい。すなわち、ロウ型７０を型枠９１の空間部９２内に配置した後、その空間部９２に後層スラリ９３を注入し、ロウ型７０の周囲に、直接、後層スラリ単体で構成されるブロック体を形成してもよい。この後層スラリ９３は、初層スラリと同等のものである。【００７４】
本実施の形態に係る鋳型１２０においても、前実施の形態に係る鋳型４０と同様の作用効果が得られる。【００７５】
また、本実施の形態に係るソリッド鋳型１２０にチタン合金の溶湯５０を用いて鋳造を行うことで、鋳造品１４０においても、その表層部に酸素を多く含んだ硬化層（αケース）が生成されるのが抑制され、αケースの層厚は300μｍ未満と薄い。例えば、図２４に示すように、本実施の形態に係るソリッド鋳型１２０を用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品２４０は、表層部に生成されたαケースの層厚が約280μｍであった。これに対して、図２５に示すように、鋳型の骨材の主成分としてジルコニアを、バインダの主成分としてシリカゾルを用いて鋳造形成したチタン合金鋳造品２５０は、表層部に生成されたαケースの層厚が約500μｍであった。これにより、チタン合金鋳造品２４０は、チタン合金鋳造品２５０と比べてαケースの層厚が約半分となることがわかる。【００７６】
また、本実施の形態に係る鋳型１２０は、精密鋳造品用の鋳型というより、超大物の鋳造品、装飾品、人工歯、人工骨などの鋳型として好適である。この鋳型１２０は、耐久性があり、かつ、積層が少ないので製造工程が簡略となるため、コストパフォーマンスに優れている。【００７７】
以上、本発明は、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。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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