(57)【要約】【課題】アスペクト比が１０程度の針状結晶を有する均質な石膏型を安定して製造することができる鋳込み成形用石膏型の製造方法を得る。【解決手段】半水石膏と水を含む石膏スラリーを、石膏型作成用鋳型に注入して鋳込み成形用の石膏型を製造する際に、上記石膏型作成用鋳型を乾燥状態で用いると共に、上記石膏型作成用鋳型に注入された上記石膏スラリーが硬化するときの温度を２０℃から５５℃の範囲内となるように温度制御することを特徴とするものであり、該製造方法によってアスペクト比の大なる針状結晶を有する石膏組織を安定して製造することが可能となる。【選択図】図１
2012166482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半水石膏と水を含む石膏スラリーを、石膏型作成用鋳型に注入して鋳込み成形用の石膏型を製造する際に、上記石膏型作成用鋳型に注入された上記石膏スラリーが硬化するときの温度を２０℃から５５℃の範囲内となるようにしたことを特徴とする鋳込み成形用石膏型の製造方法。
【請求項２】
上記石膏型作成用鋳型を乾燥状態で用いるようにしたことを特徴とする請求項１記載の鋳込み成形用石膏型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半水石膏と水を含む石膏スラリーを石膏型製造用の鋳型に流し込んで硬化させる鋳込み成形用石膏型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石膏型は多くの気孔を含むその結晶形態から、セラミックス等の鋳込み成形用の型として広く用いられている。このような製法に用いられる石膏型は半水石膏を主成分とする石膏型成形用材料に適量の水を加えて石膏スラリーを調製し、このスラリーを石膏型製造用の鋳型に流し込んで硬化させることによって製造されている。石膏スラリーは、半水石膏と水とを混合した直後からすぐに水和反応が始まり、流し込みの作業中においても水和反応が進行し続け、粘性の増大等、スラリーの物性が時間の経過と共に変化し続ける。大型の石膏型を製造する場合には、石膏型製造用の鋳型に石膏スラリーを流し込むのに時間を要し、気孔率延いては着肉性が不均一な石膏型が成形される場合がある。そのような気孔率、着肉性の不均一さは、得られる成形体の厚みが部分的に異なる原因となり、品質上好ましくない。先行技術として、半水石膏粉体及び反応遅延剤を適切な配合比で混合することで反応開始時間を遅らせ、大型石膏型を製造するための大型成形型内に例えば２分以上、典型的には３〜４分程度かけて石膏スラリーを流し込んだ場合であっても、均質な石膏型を得ることができるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５３２３号公報（第１頁、図なし）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
石膏スラリーは、半水石膏と水との水和の際に発熱反応を生じ、石膏の針状結晶が成長することが知られている。しかし、上記のような先行技術を含む従来の製造方法において何らかの原因によって反応時の石膏温度が上昇しなかった場合、石膏組織が針状化しないという問題が本発明者らの研究によって明らかになった。鋳込み成形に用いる石膏型においてその結晶組織が針状結晶化していない場合、鋳込み成形を実施した際にセラミックス成形体の粉体粒子が石膏型表面に付着して離型性が悪くなり、得られるセラミックス成形体に割れ等の欠陥を生じる確率が高くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、針状結晶を有し、離型性に優れた均質な石膏型を安定して製造することができる鋳込み成形用石膏型の製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鋳込み成形用石膏型の製造方法は、半水石膏と水を含む石膏スラリーを石膏型作成用鋳型に注入して鋳込み成形用の石膏型を製造する際に、上記石膏型作成用鋳型に注入された上記石膏スラリーが硬化するときの温度を２０℃から５５℃の範囲内となるようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、上記石膏型作成用鋳型に注入された上記石膏スラリーが硬化するときの温度を、２０℃から５５℃の範囲内となるようにしたことで、平均アスペクト比が１０程度の針状結晶組織を有し、離型性に優れた均質な石膏型を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鋳込み成形用石膏型の製造方法において、石膏型作成用鋳型内で石膏スラリーが硬化するときの温度と、得られた石膏組織について走査型電子顕微鏡によって測定された結晶アスペクト比との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る鋳込み成形用石膏型の製造方法について具体的に説明する。実施の形態１は半水石膏と水を混合、攪拌して作製した石膏スラリーを規定の形状の石膏型作成用鋳型に流し込み、硬化させることで鋳込み成形用の石膏型を作製する工程において、硬化するときの石膏スラリーの温度が異なるようにして複数の鋳込み成形用石膏型を作成した。まず、材質、形状、サイズが同一の石膏型作成用鋳型を複数用意した。なお、該石膏型作成用鋳型の材料は特に限定されるものではなく、例えば、金属、木材、ゴム、石膏など、公知の材料は何れも特別な制限なく用いることができる。なお、木材や石膏など吸水性を有する材質の場合は、従来技術と同様に塗膜などの表面処理による吸水防止処理を施したものが用いられる。
【００１０】
次に、ここでは、石膏型作成用鋳型の温度を調整することで、該鋳型に注入した石膏スラリーが該鋳型内で硬化する際の温度が、それぞれ２１．３℃（実施例１）、３７．５℃（実施例２）、４７．８℃（実施例３）である３種類の鋳込み成形用石膏型を作成した。一方、比較のために半水石膏と水の配合割合が実施例１〜３と同一で、硬化する際の石膏スラリー温度が、５．９℃（比較例１）、１３．２℃（比較例２）の２種類の鋳込み成形用石膏型を作成した。なお、硬化するときの石膏スラリーの温度を互いに異なるものとした他は、撹拌条件や注入速度、石膏スラリー調合開始時点から注入完了までの時間など何れも同一とした。
【００１１】
次に、上記のようにして得られた鋳込み成形用石膏型の石膏表面の結晶組織形状について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。その結果を下記の表１及び図１に示す。なお、図１は表１の結果をグラフ化したものであり、上記のようにして得られた実施例１〜３、及び比較例１、２の鋳込み成形用石膏型の石膏組織について測定された、石膏スラリー温度に対する結晶の平均アスペクト比の関係を示す特性図である。なお、平均アスペクト比は、複数の針状結晶について測定された、結晶の長径／短径の平均値である。
【００１２】
【表１】
2012166482.tif 000003
【００１３】
表１及び図１より、得られた石膏結晶のアスペクト比は硬化するときのスラリー温度が上昇するに従って１５℃付近を境界に大きく増加し、２０℃でアスペクト比がおよそ１０程度となることがわかる。上記の結果から、石膏スラリーを石膏型作成用鋳型に注入した後、硬化する際の石膏スラリーの温度範囲は２０℃以上とすることが好ましい。
【００１４】
一方、石膏スラリーを室温下において、断熱材に覆われた鋳型に流し込んだ場合、反応時の最高温度がおよそ５０℃となることから、半水石膏と水との反応熱が全てスラリーの温度上昇に用いられた場合においても、石膏スラリーの最高温度は５０℃程度の上昇に留まるものと考えられる。上記実施例１〜３においても、４０℃付近から結晶アスペクト比の増加が収束していることが確認できる。よって、針状結晶を成長させるために必要な温度は５０℃程度であり、５０℃を大きく超えて石膏スラリーの温度を上昇させても更なる針状結晶の成長は得られないと考えられる。また、二水石膏は加熱することで半水石膏に戻る性質があり、湿式加熱状態では１００℃前後で半水石膏へと変化する。以上の理由により、石膏スラリーの温度範囲の上限は５５℃までとすることが好ましい。
【００１５】
上記石膏型作成用鋳型内で石膏スラリーが硬化するときの温度は、発生する反応熱以外の要素としては、使用する水、半水石膏、及び石膏型作成用鋳型のそれぞれの質量と物性によって決まるので、これらの構成要素の少なくとも１つを制御することによって、硬化するときの温度を２０℃〜５０℃の範囲内に制御することができる。何れを制御するかは特に限定されるものではない。なお、水は比熱が大きく、石膏スラリーの硬化時の温度に対する影響も大きいので、例えば冬場において水温が１０℃を下回るような特に温度が低い場合には例えばスチーム等で加温して用いることは好ましい。また、例えば石膏型作成用鋳型の熱容量が大きい場合には、該石膏型作成用鋳型を保管する室内の温度を調節することは好ましい。
【００１６】
上記のように実施の形態１の製造方法によれば、上記石膏型作成用鋳型に注入された上記石膏スラリーが硬化するときの温度を、２０℃から５５℃の範囲内となるようにしたことで、石膏結晶の平均アスペクト比が１０程度に成長した針状結晶を有する鋳込み成形用石膏型を安定して製造することができる。該製造方法によって得られた該鋳込み成形用石膏型は、針状結晶が形成する網目構造によるフィルター効果により、鋳込み成形によって得られるセラミックス成形体表面の粉体粒子の石膏型内への侵入が防止され、成形体と鋳込み成形用石膏型との良好な離型性を実現することが可能なものであった。そのため、歩留まりが顕著に向上し、生産工程での環境負荷も軽減できるものであった。
【００１７】
実施の形態２．
本実施の形態２は、半水石膏と水を混合、攪拌して作製した石膏スラリーを規定の形状の石膏型作成用鋳型に流し込み、硬化させることで鋳込み成形用の石膏型を製造する工程において、石膏型作成用鋳型表面の乾燥状態について調べたものである。
具体的には、石膏型作製用鋳型の表面を乾燥状態としたもの（実施例４）、及び未乾燥状態としたもの（比較例３）をそれぞれ用意し、石膏型作製用鋳型内で石膏スラリーが硬化するときの温度を何れもおよそ３０℃とした他は実施の形態１と略同様にして鋳込み成形用の石膏型を製作した。得られた鋳込み成形用石膏型の石膏表面の結晶組織形状について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。その結果を下記の表２に示す。なお、比較例３に用いた鋳型に関しては石膏スラリーを流し込む前に霧吹きで鋳型表面に水を散布することにより未乾燥状態とした。
【００１８】
【表２】
2012166482.tif 000004
【００１９】
表２より明らかなように、比較例３に係る未乾燥状態の鋳型を用いて作製された石膏組織はアスペクト比が小さい結晶構造となっており、針状化していない。これは鋳型表面が未乾燥状態である場合、石膏表面において局所的に混水量過多、攪拌不足となることで結晶の成長が促進されないためである。一般に一つの鋳型を使用して連続で鋳込みを行う際、鋳型の乾燥作業は実施されておらず、また特に夏場において外気温と室温との差から鋳型の保管状況によって鋳型表面が結露する等して、鋳型表面が未乾燥状態で使用されているケースは多い。このような場合上記の理由により、針状結晶を有した石膏組織を作製することはできない。これに対して、実施例４に係る乾燥状態の鋳型を用いて作製された石膏組織は平均アスペクト比が１０を超える大きい針状結晶構造であった。
【００２０】
実施の形態３．
本実施の形態３は、半水石膏と水を混合、攪拌して作製した石膏スラリーを規定の形状の石膏型作成用鋳型に流し込み、硬化させることで鋳込み成形用の石膏型を製造する工程において、石膏型作成用鋳型内で硬化する際の石膏スラリーの温度範囲及び、石膏作製用鋳型表面の乾燥状態を共に変えた場合について調べたものである。
【００２１】
石膏スラリーを注入する石膏型作成用鋳型の温度を調整することで、石膏型作成用鋳型内で硬化する際の石膏スラリー温度を２１．３℃とし、且つ鋳型表面を乾燥させた状態のもと石膏型を作製し（実施例５）、走査型電子顕微鏡を用いて得られた石膏表面の結晶組織形状を観察した。比較例として、石膏型作成用鋳型内で硬化する際のスラリー温度７．４℃、鋳型表面に霧吹きで水を散布した場合の結果を合わせて示す（比較例４）。
【００２２】
【表３】
2012166482.tif 000005
【００２３】
上記のように、この発明によれば、半水石膏を主成分とする石膏型成形用材料に適量の水を加えて石膏スラリーを調製し、その石膏スラリーを石膏型製造用の鋳型に流し込んで硬化させることによって、規定の形状を有した鋳込み成形用の石膏型を得る製造方法において、石膏型作成用鋳型に注入された石膏スラリーが該鋳型内で硬化するときの温度を２０℃から５５℃の範囲内とすることで、アスペクト比が１０程度の針状結晶を有する石膏硬化体からなる鋳込み成形用の石膏型を安定して得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
符号なし。なお、グラフ中のプロットは横軸（スラリー温度）の温度の低い順に、比較例１、比較例２、実施例、実施例２、実施例３に対応する。
【図１】
2012166482.tif 000006