JP2007152419A - 消失模型及びその組立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に且つ高い精度で型の組立てが可能であると共に鋳物の品質が確保される消失模型及び該消失模型の組立て方法を提供する。
【解決手段】第1のエレメント１の合わせ面１ａに立設された複数本の位置決め用ピン４と、第２のエレメント２の合わせ面２ａに設けられた相対する各位置決め用穴とを嵌合させることにより、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが結合される。これにより、消失模型を高い精度で組み立てることができる。また、各位置決め用ピン４が各エレメント１，２と同一の材料によって形成されるので、異材料で位置決め用ピンを形成した場合のように、鋳物に残渣が残ることがなく、鋳物の品質が確保される。
【選択図】図１

Description

本発明は、消失模型及びその組立て方法に関するもので、特に、複数のエレメント（層）が一体化されて形成される消失模型、及び複数のエレメントに分割された消失模型を組立てて一体化させる方法に関する。

一般に、所望の形状の鋳物を得る一手段として、フルモールド法が知られている。このフルモールド法では、得ようとする鋳物の模型を、溶融金属との接触によって消失される消失材料によって形成し、この模型（以下、消失模型と称する。）を鋳砂に埋設することにより鋳型が造型される。そして、造型された鋳型に溶融金属が供給されることにより、該溶融金属との接触によって消失模型が燃焼して消失し、消失模型に入れ替わり鋳型に溶融金属が充填される。このような消失模型では、複数のエレメント（層）に分割して形成され、相対するエレメントの相互の合わせ面を形状合わせによる貼り合わせで接合し、一体化されるものが知られている。

しかしながら、このような貼り合わせ式の消失模型では、消失模型の各エレメントは比較的厚みが小さく全長が長いことが多く、この場合、貼り合わせ時（組立て時）に、一端を整合させると他端が一致しないといった事態が生じ易く、高い精度の型を得るのが困難であった。したがって、上記貼り合わせ式の消失模型を用いた鋳造では、消失模型の寸法誤差を見込んで機械加工代が大きく設定する必要があり、その結果、材料費が増加すると共に、機械加工時間が増加して工数及び製造コストが増大する。また、上記貼り合わせ式の消失模型では、接合強度を確保するために、相対するエレメントの一方または両方の合わせ面全体に接着剤が塗布されるので、接着剤が残渣（燃え殻）となって鋳物に残り、鋳造欠陥の原因になっていた。

そこで、特許文献１には、結合させる相互のエレメントの相対位置に凹部を設け、該凹部に蝋によって形成されたピンを嵌入することにより、エレメント同士が位置合わせされて結合される消失模型が開示されている。しかしながら、上記特許文献１に記載の消失模型（以下、従来の消失模型と称する。）では、エレメントが発泡ポリスチレンによって形成されているのに対し、ピンが蝋によって形成されているため、仮に、蝋の融点が発泡ポリスチレンの融点よりも低いとしても、消失模型に異材質のものが含まれる場合、鋳物に残渣（蝋の燃え殻）が残るのを避けられない。この場合、残渣抜きを増設したり、溶融金属の温度を高めに設定する等、異物（蝋の燃え殻）を強制的に鋳物から排出させる工夫が必要となる。また、上記従来の消失模型では、エレメントとピンとが別個に形成されるため、多数のピンを一方のエレメントの凹部に手作業で装着する必要があり、多くの手間と時間とを要していた。
特開２００４−１３６３２５号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、簡単に且つ高い精度で型の組立てが可能であると共に鋳物の品質が確保される消失模型を提供することにある。
また、第２の目的は、簡単に且つ高い精度で型の組立てが可能であると共に鋳物の品質が確保される消失模型の組立て方法を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、複数のエレメントが組合されて形成される消失模型であって、相互に組合されるエレメントのうち、一方のエレメントの合わせ面に、エレメントと同一の材料によって形成される位置決め用ピンが立設され、他方のエレメントの合わせ面に、突起が嵌合される位置決め用穴が設けられることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の消失模型において、位置決め用穴の内径は、位置決め用ピンの外径よりも小さく形成されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の消失模型において、位置決め用ピンは、弾性を有する基部と、硬質の外殻とによって形成されることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、複数のエレメントが組合されて形成される消失模型の組立て方法であって、相互に組合されるエレメントのうち、一方のエレメントの合わせ面にエレメントと同一の材料によって形成される位置決め用ピンを立設し、他方のエレメントの合わせ面に位置決め用穴を設けておいて、位置決め用ピンを位置決め用穴に嵌合させることにより、相対するエレメントが相互に位置決めされて結合されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の消失模型の組立て方法において、位置決め用ピンを、該位置決め用ピンの外径よりも小さい内径の位置決め用穴に嵌合させることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の消失模型の組立て方法において、基部が弾性を有し外殻が硬質の材料で形成された位置決め用ピンを、位置決め用穴に嵌合させることを特徴とする。

したがって、請求項１及び４に記載の発明では、一方のエレメントの合わせ面に立設された位置決め用ピンが、他方のエレメントの合わせ面に設けられた位置決め用穴に嵌合されることにより、相対するエレメントが高い精度で位置決めされて結合される。また、位置決め用ピンをエレメントと同一の材料で形成したことにより、位置決め用ピンの燃え殻が鋳物に残ってしまうことがない。
請求項２及び５に記載の発明では、位置決め用ピンと位置決め用穴との遊びがなくなり、相対するエレメント間の位置決め精度が向上する。また、位置決め用ピンの外周面と位置決め用穴の内周面との接触面圧が高まり、位置決め用ピンと位置決め用穴との結合力が向上される。
請求項３及び６に記載の発明では、位置決め用ピンを位置決め用穴へ円滑に挿入することができると共に、その挿入後、位置決め用ピンの基部の弾性力によって位置決め用ピンと位置決め用穴との結合力が確保される。

簡単に且つ高い精度で型の組立てが可能であると共に鋳物の品質が確保される消失模型及び該消失模型の組立て方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１に示されるのは、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが結合されることにより形成される本消失模型３の分解斜視図である。図１に示されるように、第２のエレメント２は略板状に形成され、当該消失模型３によって成形される鋳物（プレス型）の基部の形状が賦与される。また、第１のエレメント１は格子状に形成され、当該消失模型３によって成形される鋳物のリブの形状が賦与される。そして、各エレメント１，２は、発泡材料として発泡ポリスチレンが用いられる。図１〜図３に示されるように、第１のエレメント１は、合わせ面１ａに、複数本の位置決め用ピン４が立設される。各位置決め用ピン４は、外径寸法D1、長さL1の円柱状に形成され、第１のエレメント１と一体に形成される。なお、各位置決め用ピン４の先端部は、後述する第２のエレメント２の位置決め用穴５への挿入を容易にするために円滑な形状（エッジがない形状）に形成される。

また、図３に示されるように、各位置決め用ピン４は、基部４ａが、第１のエレメント１と発泡倍率が同一で且つ弾性を有する発泡ポリスチレンによって形成され、外殻４ｂが、基部４ａ（第１のエレメント１）に対して発泡倍率が小さい硬質の発泡ポリスチレンによって形成される。なお、本消失模型３では、第１のエレメント１を成形するための成形型における各位置決め用ピン４の像が賦与された部分に、発泡倍率が比較的小さい発泡ポリスチレンを予め塗布しておいて、この状態で、当該成形型に発泡ポリスチレンを供給し、該発泡ポリスチレンを所定の発泡倍率で発泡させることにより、第１のエレメント１が形成される。これにより、第１のエレメント１と同じ材質の基部４ａと硬質の外殻４ｂとが一体成形された各位置決め用ピン４が、第１のエレメント１の合わせ面１ａに形成される構造になっている。

図２に示されるように、第２のエレメント２は、合わせ面２ａに、第１のエレメント１の各位置決め用ピン４に相対する位置決め用穴５が配設される。各位置決め用穴５は、マシニングセンタによって穿設され、内径寸法D2が、各位置決め用ピン４の外径寸法D1よりも小さく（D1＞D2）形成される。なお、本実施の形態では、D1＝13mm、D2＝12mmである。そして、本消失模型３では、第１のエレメント１の合わせ面１ａと第２のエレメント２の合わせ面２ａとを対向させ、第１のエレメント１の各位置決め用ピン４を、第２のエレメント２の相対する各位置決め用穴５に嵌合させる。これにより、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが相互に位置決めされて結合される。この時、各位置決め用ピン４の外径寸法D1を各位置決め用穴５の内径寸法D2よりも大きく設定したことにより、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との遊びが解消され、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが高い精度で位置決めされる構造になっている。

また、本消失模型３では、各位置決め用ピン４の外径寸法D1を各位置決め用穴５の内径寸法D2よりも大きく設定したことにより、各位置決め用ピン４が各位置決め用穴５に嵌合された時の、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との接触面圧が高められ、延いては第１のエレメント１と第２のエレメント２との結合強度が高められる構造になっている。さらに、本消失模型３では、各位置決め用ピン４の基部４ａが弾力性を有することにより、各位置決め用ピン４が各位置決め用穴５に嵌合されると、圧縮側に弾性変形された各位置決め用ピン４の基部４ａの弾性力（圧縮の反力）によって、各位置決め用ピン４の外周面が各位置決め用穴５の内周面に押付けられることにより、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との結合力が確保される構造になっている。

次に、本消失模型３の組立て方法を説明する。まず、相互に結合される第１のエレメント１及び第２のエレメント２の製造方法を説明する。第１のエレメント１を製造する場合、当該第１のエレメント１を成形するための成形型における各位置決め用ピン４の像が賦与された部分に、発泡倍率が比較的小さい発泡ポリスチレンを塗布する。次に、該成形型に発泡ポリスチレンを供給すると、該発泡ポリスチレンが所定の発泡倍率で発泡し、第１のエレメント１と同じ材質の基部４ａと硬質の外殻４ｂとが一体成形された各位置決め用ピン４が合わせ面１ａに形成された第１のエレメント１の成形品が得られる。そして、該第１のエレメント１の成形品に、マシニングセンタによって所定の機械加工を実施することにより、第１のエレメント１の完成品が得られる。

また、第２のエレメント２を製造する場合には、当該第２のエレメント２を成形するための成形型に発泡ポリスチレンを供給すると、該発泡ポリスチレンが第１のエレメント１と同一の発泡倍率で発泡し、第２のエレメント２の成形品が得られる。そして、該第２のエレメント１の成形品に、マシニングセンタによって、各位置決め用穴５の加工を含む所定の機械加工を実施することにより、第２のエレメント２の完成品が得られる。そして、本消失模型３を組立てる場合、各位置決め用ピン４と相対する各位置決め用穴５とを嵌合させることにより、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが結合され、消失模型３が形成される。この時、各位置決め用ピン４の外殻４ｂを形成する発泡ポリスチレンが、各エレメント１，２（各位置決め用ピン４の基部４ａを含む）を形成する発泡ポリスチレンよりも硬質であるため、各位置決め用ピン４が各位置決め用穴５へ円滑に挿入される。

また、各位置決め用ピン４の外径寸法D1（D1＝13mm）を各位置決め用穴５の内径寸法D2（D2＝12mm）よりも大きく設定すると共に、各位置決め用ピン４の基部４ａが弾性を有する材料（本実施の形態では、第１のエレメント１及び第２のエレメント２と同一の発泡倍率で発泡させた発泡ポリスチレン。）で形成されることにより、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５とが遊びが解消され、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが高い精度で位置決めされる。さらに、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との接触面圧が高められ、第１のエレメント１と第２のエレメント２との結合強度が高められる。これに加え、圧縮側に弾性変形された各位置決め用ピン４の基部４ａの弾性力（圧縮の反力）によって、各位置決め用ピン４の外周面が各位置決め用穴５の内周面に押付けられることにより、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との結合力が確保される。

そして、このようにして形成された消失模型３を鋳砂に埋設することにより鋳型が造型され、造型された鋳型に溶融金属（本実施の形態では、1400℃の溶融鉄。）が供給されることにより、該溶融金属との接触によって消失模型３が燃焼して消失し、消失模型３に入れ替わり鋳型に溶融金属が充填される。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本消失模型３では、第1のエレメント１の合わせ面１ａに立設された複数本の位置決め用ピン４と、第２のエレメント２の合わせ面２ａに設けられた相対する各位置決め用穴５とを嵌合させることにより、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが結合される。そして、各位置決め用ピン４及び相対する各位置決め用穴５を合わせ面１ａ及び合わせ面２ａに当該消失模型３の形状に応じて適宜配置することにより、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが相互に高い精度で位置決めされて結合される。このような消失模型３を用いることにより鋳物の精度が確保される。

また、各位置決め用ピン４が各エレメント１，２と同一の材料（発泡ポリスチレン）によって形成されるので、蝋等の異材料で位置決め用ピンを形成した場合のように、鋳物に残渣（蝋等の異材料の燃え殻）が残ることがなく、鋳物の品質が確保される。
さらに、本消失模型３では、各位置決め用ピン４の外殻４ｂを形成する発泡ポリスチレンが、各エレメント１，２（各位置決め用ピン４の基部４ａを含む）を形成する発泡ポリスチレンよりも硬質であるので、各位置決め用ピン４が各位置決め用穴５へ円滑に挿入することができる。

また、各位置決め用ピン４の外径寸法D1を各位置決め用穴５の内径寸法D2よりも大きく設定すると共に、各位置決め用ピン４の基部４ａが弾性を有する材料で形成されるので、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５とが遊びが解消され、第１のエレメント１と第２のエレメント２とが高い精度で位置決めされる。
さらに、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との接触面圧が高められ、第１のエレメント１と第２のエレメント２との結合強度が高められる。
また、圧縮側に弾性変形された各位置決め用ピン４の基部４ａの弾性力（圧縮の反力）によって、各位置決め用ピン４の外周面が各位置決め用穴５の内周面に押付けられるので、各位置決め用ピン４と各位置決め用穴５との結合力が確保される。

したがって、接着剤を使用することなく、消失模型３を組立てる（第１のエレメント１と第２のエレメント２とを結合させる）ことが可能になり、鋳物に接着剤の燃え殻（残渣）が残ることが皆無となり、鋳物の品質が確保される。
これにより、従来の消失模型３のように、消失模型３の精度と品質とを見込んで機械加工代を大きく設定する必要がなくなり、該機械加工代を最小限に設定することが可能になるので、型の材料費が低減されると共に、機械加工時間が低減して工数が削減され、延いては、温室効果ガス排出量が減少し、地球環境へ貢献することができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、接着剤を用いずに消失模型３を組立てたが、鋳物に接着剤の燃え殻が残らない程度の必要最低限の接着剤を用いて第１のエレメント１と第２のエレメント２とを結合させてよい。
各エレメント１，２と複数本の位置決め用ピン４とを別個に形成し、各エレメント１，２の各合わせ面１ａ，２ａに設けられた相対する位置決め用穴５に位置決め用ピン４を嵌合させるようにして、消失模型３を組立てるように構成してもよい。

第１のエレメントと第２のエレメントとが結合されることにより形成される本消失模型の分解斜視図である。 本消失模型の説明図であって、図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本消失模型の説明図であって、位置決め用ピンの軸断面図である。

符号の説明

１ 第１のエレメント、１ａ 合わせ面、２ 第２のエレメント、２ａ 合わせ面、３ 消失模型、４ 位置決め用ピン、４ａ 基部、４ｂ 外殻、５ 位置決め用穴

Claims (6)

1. 複数のエレメントが組合されて形成される消失模型であって、相互に組合されるエレメントのうち、一方のエレメントの合わせ面に、前記エレメントと同一の材料によって形成される位置決め用ピンが立設され、他方のエレメントの合わせ面に、前記突起が嵌合される位置決め用穴が設けられることを特徴とする消失模型。
2. 前記位置決め用穴の内径は、前記位置決め用ピンの外径よりも小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載の消失模型。
3. 前記位置決め用ピンは、弾性を有する基部と、硬質の外殻とによって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の消失模型。
4. 複数のエレメントが組合されて形成される消失模型の組立て方法であって、相互に組合されるエレメントのうち、一方のエレメントの合わせ面に前記エレメントと同一の材料によって形成される位置決め用ピンを立設し、他方のエレメントの合わせ面に位置決め用穴を設けておいて、前記位置決め用ピンを前記位置決め用穴に嵌合させることにより、相対するエレメントが相互に位置決めされて結合されることを特徴とする消失模型の組立て方法。
5. 前記位置決め用ピンを、該位置決め用ピンの外径よりも小さい内径の前記位置決め用穴に嵌合させることを特徴とする請求項４に記載の消失模型の組立て方法。
6. 基部が弾性を有し外殻が硬質の材料で形成された前記位置決め用ピンを、前記位置決め用穴に嵌合させることを特徴とする請求項４又は５に記載の消失模型の組立て方法。

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