JP2006247691A - 鋳型および鋳型製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳型の強度を確保しつつ石膏の量を減らして環境に配慮し、石膏鋳型の処分費用の削減、乾燥時間の短縮を図ることができる鋳型および鋳型製造方法を供する。
【解決手段】 石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の鋳型フレーム５が、石膏鋳型１の外周に嵌合して構成される鋳型および鋳型製造方法。
【選択図】 図５

Description

本発明は、石膏を用いた鋳型およびその鋳型の製造方法に関する。

石膏鋳型が型面を内側にしたキャビティを有し、石膏鋳型自体が溶湯を保持しながら鋳造を行う鋳造方法については、種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６１−９５７６０号公報

同特許文献１では、鋳型内が減圧されて溶湯を吸引し内側のキャビティに充填される方法が開示されており、石膏鋳型自体が溶湯を収納保持しながら鋳造するもので、したがって、石膏鋳型は、鋳造材質に応じて必要な強度を保つためにキャビティを囲繞する石膏壁の厚みが相当程度要求される。

鋳造後の石膏鋳型は、産業廃棄物として処分されるか、あるいは金属片などと分別する工程を経て耐火物の骨材として処分されるが、環境問題に対する配慮や処分費用の削減のため石膏の使用量を減らすことが要求されている。

一方、石膏鋳型は、水に石膏を添加して攪拌して均一なスラリーにし、模型をセットした鋳枠内にこのスラリーを流し込み、スラリーが硬化した後、型抜きし、乾燥することで、製造される。

石膏中の水分の放出と結晶を変態して安定した結晶形態とする乾燥工程は、重要であり、急速に乾燥させると脱水による収縮率が表面と内部とで異なりクラックを生じさせることがあり、また乾燥不足は鋳物の表面や内部にガスホール欠陥を発生させるなどの問題がある。
そのため、乾燥工程では長時間かけて徐々に水分を除去して乾燥させる必要があるが、石膏鋳型の厚みが大きい程、乾燥時間が必然的に長くなり作業効率がよくない。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、鋳型の強度を確保しつつ石膏の量を減らして環境に配慮し、石膏鋳型の処分費用の削減、乾燥時間の短縮を図ることができる鋳型および鋳型製造方法を供する点にある。

上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の鋳型フレームが、石膏鋳型の外周に嵌合して構成される鋳型とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋳型において、前記鋳型フレームが、鋳物となる金属より融点が高いことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の鋳型において、前記鋳型フレームが、金属で形成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の鋳型において、前記鋳型フレームが、セラミックで形成されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２記載の鋳型において、前記鋳型フレームが、多孔質体で形成されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、石膏鋳型の外周に石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の多孔質体からなる鋳型フレームを嵌合し、前記鋳型フレームと一体に嵌合された状態で前記石膏鋳型を乾燥し、鋳型を製造することを特徴とする鋳型製造方法である。

請求項１記載の鋳型によれば、石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の鋳型フレームが、石膏鋳型の外周に嵌合されて構成されるので、鋳型フレームにより鋳型強度が確保され、石膏鋳型の内側のキャビティと外面との間の石膏壁の厚みを薄くして石膏量を削減することができる。

石膏量を削減することで、石膏鋳型の製造時の乾燥時間の短縮を図ることができ、また鋳造後の石膏処分量も少なくし、環境に配慮し、処分費用の削減も図ることができる。

請求項２記載の鋳型によれば、鋳型フレームが鋳物となる金属より融点が高いので、鋳造時の溶湯熱の影響を鋳型フレームが受け難く鋳型を確固として保持することができる。

請求項３記載の鋳型によれば、鋳型フレームが金属で形成されるので、石膏鋳型を薄肉としても容易に鋳型の強度を確保することができる。

請求項４記載の鋳型によれば、鋳型フレームがセラミックで形成されるので、石膏鋳型との熱膨張差が小さいため、鋳造時には石膏鋳型に無理な力を加えることなく鋳型強度を確保することができ、また石膏鋳型に鋳型フレームを嵌合させた状態で乾燥させることが可能である。

請求項５記載の鋳型によれば、鋳型フレームが多孔質体で形成されるので、石膏鋳型に鋳型フレームを嵌合させた状態で乾燥させると、多孔質体の通気性とともに毛細管現象により脱水が速やかになされ、乾燥時間の更なる短縮が可能である。

請求項６記載の鋳型製造方法によれば、石膏鋳型の外周に多孔質体からなる鋳型フレームを嵌合した状態で乾燥して鋳型を製造するので、鋳型フレームにより鋳型強度を確保して石膏鋳型を薄肉とし石膏量を減らすことができ、鋳型フレームの多孔質体の通気性とともに毛細管現象により脱水が速やかになされ、乾燥時間の短縮を図ることができる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に基づいて説明する。
本実施の形態に係る石膏鋳型１を図１および図２に示す。
本石膏鋳型１は、外形が概ね直方体状をし、そのひと回り小さい略直方体状をしたキャビティ２が上方に開口して内側に形成されている。

石膏鋳型１の下面は、長さＬが410mm、幅Ｗが160mmの長方形をしており、４つの外側面が若干内側に傾いて四角錐をなし、下面から100mmの高さＨで上面を有する。
石膏鋳型１の内側のキャビティ２は、上記石膏鋳型１の外形をひと回り小さくして上下を逆にした形状をしている。

すなわち、石膏鋳型１におけるキャビティ２の上面開口は、410mm×160mmより若干小さい長方形をなし、４つの内側面が外側面と反対側に傾いて逆四角錐をなし、型面である底面が上面開口の長方形よりさらに小さい長方形をなしている。
この石膏鋳型１の重量は、7.4kgである。

かかる石膏鋳型１の外側面に嵌合される長方形状の枠体である鋳型フレーム５は、鋳物となる金属より融点が高く、かつ石膏より融点が高いとともに、石膏の熱膨張に耐えられる強度の多孔質のセラミックで形成されており、図３に示すように、４つの内側面が石膏鋳型１の４つの傾斜した外側面に対応して同形の四角錐をなし、高さは100mmより若干低く、外形が直方体をなしている。

前記石膏鋳型１は、模型をセットした鋳枠内に、石膏スラリーを流し込み、スラリーが硬化した後、型抜きして上記のような形状の石膏鋳型１を形成し、十分に乾燥させる必要があるが、この乾燥工程に入る前に多孔質のセラミックからなる前記鋳型フレーム５を、図３に示すような相対関係で嵌合する。

石膏鋳型１の四角錐をなす外側面が、鋳型フレーム５の同じ四角錐をなす内側面に楔状に食い込み、石膏鋳型１の外周を鋳型フレーム５が締め付けるようにして石膏鋳型１と鋳型フレーム５とが嵌合する（図４，図５参照）ので、鋳型強度を容易に確保することができる。
なお、鋳型フレーム５がセラミックで形成され、石膏鋳型１との熱膨張差が小さいため、鋳造時には石膏鋳型に無理な力を加えることなく鋳型強度が高く維持される。

鋳型フレーム５は、図４および図５に図示するように、石膏鋳型１に嵌合され、嵌合された状態で乾燥させて、本実施の形態の鋳型10が構成される。
本鋳型10は、石膏鋳型１の４つの外側面を四方から囲み、鋳型としての強度を大幅に向上させている。

従来、この大きさのキャビティを備える石膏鋳型は、下面が450mm×200mmの長方形をなし、その大きさを図１および図２に重ねて２点鎖線で示す。
図１および図２に図示するように、従来の石膏鋳型は本石膏鋳型１よりひと回り大きく、側壁の厚さも相当厚いものであって、結局石膏も多量に使用されていた。

これに対して本実施の形態の石膏鋳型１は、鋳型フレーム５が嵌合されているので、石膏鋳型１の外形を従来よりひと回り小さくし、側壁の厚さを薄くしても、必要な鋳型強度を確保することができる。
したがって、使用する石膏の量も少なくてすみ、鋳造後の処分についても環境に配慮し、処分費用も削減できる。

また、石膏鋳型１の側壁が薄肉ででき石膏の使用量が少ないことは、鋳型製造時の乾燥時間を短くすることができる。
さらに、乾燥工程において、多孔質のセラミックからなる鋳型フレーム５を石膏鋳型１に嵌合した状態で乾燥するので、多孔質の鋳型フレーム５の毛細管現象が働き石膏鋳型１の表面からの脱水を促進し、急速な乾燥を行っても石膏鋳型１の表面にクラックなどを生じさせない。

したがって、加熱により石膏鋳型１を鋳型フレーム５と一体に急速乾燥させ、鋳型製造の作業効率を向上させることができる。
実際に実施した例では、乾燥時間２７時間の急速乾燥で石膏鋳型１の表面にクラックは生じることなく、この製造された石膏鋳型１を使用してアルミニウム合金の溶湯を流し込んでも鋳型強度が確保され湯漏れはなかった。

以上の実施した例を実施例１として、同実施例１とともに、その他の実施例２，３，４，５について図６の表１に示す。
なお、図６の表２には４つの従来例１，２，３，４を比較のため示す。

実施例２は、実施例１と同じ石膏鋳型１とセラミック製の鋳型フレーム５を使用しているが、乾燥工程において、石膏鋳型１に鋳型フレーム５を嵌合させないで２７時間の急速乾燥させた後、鋳造時に鋳型フレーム５を嵌合させて鋳造を行った例である。
石膏鋳型１に湯漏れないはないが、急速乾燥時に脱水が促進されないことから表面クラックが生じている。

実施例３は、同じ鋳型サイズ（410mm×160mm×100mm）であるが、僅かに側壁が厚く7.5kgと重量が僅かに重い石膏鋳型を、鋳型フレームを嵌合せずに、４０時間かけて乾燥させており、したがって、石膏鋳型に表面クラックは生じていない。
そして、セラミックの鋳型フレームを同石膏鋳型に嵌合させて鋳造に供した場合に湯漏れも生じていない。

実施例４は、実施例３と同じ石膏鋳型を鋳型フレームの嵌合なしに、３２時間急速乾燥させた例であり、石膏鋳型に表面クラックが生じている。
ただし、鋳造時に石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の金属製（例えば、鉄製）の鋳型フレームを同石膏鋳型に嵌合させて鋳型強度を確保して鋳造に供した場合、湯漏れは生じていない。

実施例５は、同じ鋳型サイズ（410mm×160mm×100mm）であるが、さらに側壁が厚く7.6kgと重量がより重い石膏鋳型を、鋳型フレームを嵌合せずに、４０時間かけて乾燥させており、石膏鋳型に表面クラックは生じていない。
また、金属の鋳型フレームを同石膏鋳型に嵌合させて鋳造に供した場合に湯漏れも生じていない。

以上のように、石膏鋳型に表面クラックが生じず、湯漏れもないのは、実施例１と実施例３と実施例５であり、そのうち急速乾燥して問題がなかったのは、多孔質のセラミックからなる鋳型フレームを石膏鋳型に嵌合して乾燥させた前記実施例１である。

比較のため、図６の表２の従来例をみると、従来例１は、実施例１と同じ鋳型サイズ（410mm×160mm×100mm）であるが、重量が7.8kgとやや重い石膏鋳型を比較的早い３２時間乾燥させた例であり、２７時間より時間をかけて乾燥しているにもかかわらず表面クラックが生じており、鋳型フレームを嵌合することなく鋳造に供すると、湯漏れも生じている。

従来例２は、従来例１と同じ石膏鋳型を４０時間かけて乾燥させた例で、表面クラックは生じていないが、鋳型フレームを嵌合することなく鋳造に供すると、湯漏れが生じている。
従来例３は、鋳型サイズを450mm×200mm×100mmに大きくし、重量は7.8kgに維持した石膏鋳型について、３２時間乾燥した例であり、表面クラックも生じ、鋳造に供した場合湯漏れも生じている。

従来例４は、同じ鋳型サイズ（450mm×200mm×100mm）で、重量が9.6kgの壁が厚肉の石膏鋳型について、４０時間かけて乾燥させた例であり、十分な時間乾燥しているので、表面クラックも生じておらず、鋳造に供しても厚肉の壁で鋳型強度が確保されて湯漏れも生じない。
このように、従来は表面クラックも、湯漏れも生じないようにするためには、鋳型サイズが大きく、重量も重い石膏鋳型を長時間かけて乾燥させなければならなかった。

これに対して、本願発明は、実施例１，２，３，４，５にあるように、鋳型フレームを石膏鋳型に嵌合させて鋳造することで、小さい鋳型サイズで重量も軽い石膏鋳型でも鋳造に供したときに鋳型強度が確保され湯漏れを全く生じさせない。
使用する石膏の量も少なくてすむので、鋳造後の処分についても環境に配慮でき、処分費用も削減できる。

そして、乾燥時間を長くすれば、実施例３にあるように、石膏鋳型に表面クラックを生じることはなく、さらに、多孔質の鋳型フレームを乾燥時に石膏鋳型に嵌合させておくことで、実施例１にあるように、２７時間の急速乾燥を行っても、石膏鋳型に表面クラックを生じさせることがない。
加熱により石膏鋳型１を鋳型フレーム５と一体に急速乾燥させ、鋳型製造の作業効率を向上させることができる。

実施例１では鋳型フレームに使用する多孔質体としてセラミックが使用されていたが、セラミックのほかに、多孔性金属を用いることもできる。

本願発明の一実施の形態に係る石膏鋳型の平面図である。 図１のII−II線断面図である。 同石膏鋳型と鋳型フレームの分解斜視図である。 石膏鋳型に鋳型フレームが嵌合した本鋳型の平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 実施例および従来例を示した表１および表２である。

符号の説明

１…石膏鋳型、２…キャビティ、５…鋳型フレーム、10…鋳型。

Claims (6)

1. 石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の鋳型フレームが、石膏鋳型の外周に嵌合して構成されることを特徴とする鋳型。
2. 前記鋳型フレームが、鋳物となる金属より融点が高いことを特徴とする請求項１記載の鋳型。
3. 前記鋳型フレームが、金属で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鋳型。
4. 前記鋳型フレームが、セラミックで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鋳型。
5. 前記鋳型フレームが、多孔質体で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鋳型。
6. 石膏鋳型の外周に石膏より融点が高く石膏の熱膨張に耐えられる強度の多孔質体からなる鋳型フレームを嵌合し、
   前記鋳型フレームと一体に嵌合された状態で前記石膏鋳型を乾燥し、
   鋳型を製造することを特徴とする鋳型製造方法。
   
   
   
   

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