JP2008264819A

JP2008264819A - 鋳造装置

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Publication number: JP2008264819A
Application number: JP2007110557A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yamamoto; 周一山本; Kazuhiro Nakamura; 和弘中村; Akihiko Nagasaka; 明彦長坂; Ikuo Fukai; 郁夫深井; Mitsuru Takeda; 充竹田
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan; Asuzac Inc
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan; Asuzac Inc
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: JP5124163B2

Abstract

【課題】Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、鋳造品の冷却を促進することを可能とし、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間を短縮して、製品の生産能力を向上させることが可能な鋳造装置を提供すると共に、鋳造品の強度を向上させることが可能な鋳造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る鋳造装置は、Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、前記砂型の内部を減圧させる減圧装置と、前記砂型の外部と内部とを連通する複数の給気管とを備え、前記給気管は、一端側を前記保護フィルムを貫通して前記砂型の外部へ延出させるとともに、他端側を前記成形フィルムを貫通させずに、前記キャビティの近傍まで到達させて配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置に関する。

Ｖプロセス（ＶａｃｕｕｍＳｅａｌｅｄＭｏｌｄｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ）鋳造方法は、別名、減圧鋳型造型法とも呼ばれ、砂型を用いて鋳造を行う砂型法に分類される方法の一つである。旧来の砂型法とは相違し、鋳物砂に粘結剤を使用せず、樹脂性フィルムをシール材として使用し、フィルム内側と外気の差圧を利用して鋳型を形成する方法である。その特徴として、小型製品から大型製品まで適用範囲が広いのみならず、複雑な形状や薄肉形状にも対応することが可能である点や、寸法精度および鋳肌の美観において他の鋳造方法よりも優れている点、また、離型が容易で且つ鋳物砂が再利用できる点等が挙げられる。Ｖプロセス鋳造方法は、現在の産業界において、幅広く実施されている鋳造方法の一つである。

ここで、従来のＶプロセス鋳造方法の例として、特許文献１０１に記載された鋳造方法がある。その方法は、先ず、図１３（ａ）に示すように、原形部材１０１の表面に成形形状１０２を形どった成形面１０３を形成し、原形部材１０１の内部に抜気パイプ１０４を挿通し、抜気パイプ１０４と成形面１０３とを多数の連通孔（図示しない）で連通する。そして、原形部材１０１の成形面１０３に薄い合成樹脂膜等の遮蔽部材１０５を加熱しつつ、原形部材１０１の抜気パイプ１０４を通じて吸引して遮蔽部材１０５を真空吸着し、遮蔽部材１０５を成形形状１０２と同形状に真空成形して密着する。ついで、図１３（ｂ）に示すように両側の成形面１０３に対接面を開口した枠体１０６を当接し、供給口１０７から枠体１０６内に耐熱性粒子状物質１１１をブローまたは流し込みによって充填する。ついで供給口１０７を蓋体１１２で密閉し、枠体１０６内の空気をフィルター１０９を備える抜気口１０８から抜気し、枠体１０６内を負圧に、すなわち、耐熱性粒子状物１１１の各粒子間を負圧にすると、遮蔽部材１０５が外気圧によって枠体１０６の耐熱性粒子状物１１１側に押し付けられる。枠体１０６内には耐熱性粒子状物１１１を充填してあるため、枠体１０６の内側の体積は変化せず、耐熱性粒子状物１１１は遮蔽部材１０５を介して外気圧によって押圧され、各耐熱性粒子状物１１１間の相対的移動が阻止される。そのため、図１３（ｃ）に示すように、枠体１０６を原形部材１０１から取り外した後も遮蔽部材１０５の形状は、原形部材の成形形状から変形することなく保持され、鋳型を構成する。そして、両側の枠対１０６を合わせてキャビティ１１３が形成されるというものである。

特開昭４７−３８７２７号公報

Ｖプロセス鋳造方法は、現在では、その優れた特徴を理由に、国内外の様々な産業において導入されている。しかしながら、その鋳造方法に用いる鋳造装置、特に鋳型（砂型）の構成に起因する課題が指摘されていた。すなわち、Ｖプロセス鋳造方法に用いる砂型は、上記の通り、耐熱性粒子状物（珪砂等）の各粒子間を負圧にすることで、遮蔽部材が外気圧によって耐熱性粒子状物側に押し付けられて、各耐熱性粒子状物間の相対的移動が阻止されて、鋳型として形成されるものである。したがって、砂型内は主として耐熱性粒子状物および各粒子間に介在する空気から構成されているため、鋳造を行う際に、キャビティに高温の溶融金属が注湯された後の鋳造品の冷却については、砂型を構成している鋳物砂の熱伝導・放熱で行わざるを得なかった。その結果、冷却効率が悪く、離型が可能となるまでの時間が長くかかってしまい、生産能力を上げることができないという課題があった。

また、その一方で、産業界からの要請として、より強度（引張強さ等）の高い鋳造品をＶプロセス鋳造方法により製造することが求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、鋳造品の冷却を促進することを可能とし、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間を短縮して、製品の生産能力を向上させることが可能な鋳造装置を提供すると共に、鋳造品の強度を向上させることが可能な鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係る鋳造装置は、Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、前記砂型の内部を減圧させる減圧装置と、前記砂型の外部と内部とを連通する複数の給気管とを備え、前記給気管は、一端側を前記保護フィルムを貫通して前記砂型の外部へ延出させるとともに、他端側を前記成形フィルムを貫通させずに、前記キャビティの近傍まで到達させて配置することを特徴とする。

また、前記給気管が前記保護フィルムを貫通する貫通部は、前記給気管の外周部と前記保護フィルムとが密着して形成されることを特徴とする。

また、前記給気管は、前記キャビティの近傍側の先端部がテーパ状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る鋳造装置は、Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、前記砂型の内部を減圧させる減圧装置と、前記砂型の外部と内部とを連通する複数の放熱部材とを備え、前記放熱部材は、一端側を前記保護フィルムを貫通して前記砂型の外部へ延出させるとともに、他端側を前記成形フィルムを貫通させずに、前記キャビティの近傍まで到達させて配置することを特徴とする。

また、前記放熱部材は、金属材料で構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る鋳造装置は、Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、前記砂型の内部を減圧させる減圧装置とを備え、前記砂型は、含水させた鋳物砂によって前記キャビティの近傍部が形成されることを特徴とする。

また、前記砂型は、前記キャビティの近傍部以外の部分の鋳物砂よりも粒径の大きな鋳物砂によって前記キャビティの近傍部が形成されることを特徴とする。

請求項１によれば、給気管を通じて砂型の外部からキャビティ近傍に供給される空気が、注湯される溶融金属の熱で高温となっているキャビティ近傍領域の熱を奪いながら吸引管に吸引されていくため、キャビティ近傍領域の冷却が促進され、その結果、鋳造品の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。また、従来装置と比べて、鋳造品を急速に冷却できるため、鋳造品の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。

請求項２によれば、貫通部において、給気管の外周部と保護フィルムとを密着して形成することによって、減圧状態の砂型内部へ空気が吸引されることで給気管からの空気供給が阻害されてしまう問題、および砂型内部を大気解放してしまう問題を解消することが可能となる。

請求項３によれば、給気管の先端部における「砂つき」を向上させることが可能となる。

請求項４によれば、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ近傍領域の熱が、伝熱性の高い金属材料からなる放熱部材によって吸熱されるとともに、砂型外部へ延出した部分を主として放熱が行われるため、キャビティ近傍領域の冷却が促進され、その結果、鋳造品の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。また、従来装置と比べて、鋳造品を急速に冷却できるため、鋳造品の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。

請求項５によれば、放熱部材を金属材料で構成することで、伝熱性を向上させることが可能となるため、より一層、前記吸熱・放熱の効率を向上させることが可能となる。

請求項６によれば、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ近傍領域の熱が、鋳物砂の周囲に介在する水分を気化させる気化熱として吸熱されるとともに、吸引管により空気とともに吸引されて、砂型の外部へと放熱されるため、キャビティ近傍領域の冷却が促進され、その結果、鋳造品の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。また、従来装置と比べて、鋳造品を急速に冷却できるため、鋳造品の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。

請求項７によれば、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ近傍領域の熱が、砂型内部の空気とともに吸引管により吸引されて、砂型外部へと放熱される際に、特に高温となっているキャビティ近傍領域に配される鋳物砂の粒径が大きいために、当該キャビティ近傍領域において吸熱した空気の流動性を向上させることができ、キャビティ近傍領域の冷却が促進されることとなる。その結果、鋳造品の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。また、従来装置と比べて、鋳造品を急速に冷却できるため、鋳造品の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る鋳造装置１の一例を示す概略図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３は、図２のＸ部拡大図である。図４は、本発明の第二の実施の形態に係る鋳造装置１の構成を示す概略図である。図５は、本発明の第三の実施の形態に係る鋳造装置１の構成を示す概略図である。図６は、図５のＢ−Ｂ’断面図である。図７は、図６のＹ部拡大図である。図８は、本発明の第四の実施の形態に係る鋳造装置１の構成を示す概略図である。図９は、図８のＣ−Ｃ’断面図である。図１０は、本発明の第五の実施の形態に係る鋳造装置１の構成を示す概略図である。図１１は、図１０のＤ−Ｄ’断面図である。

まず初めに、一般的なＶプロセス鋳造方法の概要を図１２により説明する。
図１２（ａ）に示すように、成形フィルム１１をヒータ６１により加熱軟化させて、模型面６３に被せる。ここで、模型６２は、中空の定盤６４の上に取り付けられて、その表面（模型面６３）から中空室６５へ達する多数のフィルム吸着用小孔６６が設けられる。また、成形フィルム１１は、伸び率が大きく、且つ塑性変形率の高いものが好適であり、一例としてエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂フィルム、ポリエチレンフィルム、塩化ビニルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム等が使用される。

次に、図１２（ｂ）に示すように、中空室６５を減圧して、フィルム吸着用小孔６６から空気を吸引することにより、成形フィルム１１を模型面６３に密着させる。その後、吸引管１６を内部に備える鋳型枠１５を模型６２の上部に取り付ける。

次に、図１２（ｃ）に示すように、鋳型枠１５の中に、粒度調整した鋳物砂５を振動を加えながら充填する。充填後、上面の砂をならして、その上面（以下「型外面１３」という）を保護フィルム１２で覆う。なお、鋳物砂５は、一例として珪砂、スチールショット、ジルコンサンド等であって、粘結材を含まない乾性のものが使用される。

次に、図１２（ｄ）に示すように、鋳型枠１５内を減圧することにより、砂型（ここでは上型３）を硬化させる。ついで、模型６２の中空室６５に大気を導入して、成形フィルム１１の模型面６３への吸着を解いた後、上型３を上方に引き上げて離型する。ここで、成形フィルム１１は、キャビティ６を形成する面（以下「キャビティ形成面７」という）に付着する。

次に、図１２（ｅ）に示すように、上型３と、上記同様の工程により形成した下型４とを合体させて、砂型２を構成する。上型３および下型４をそれぞれ減圧させた状態のまま、砂型２内部のキャビティ６へ溶融金属を注湯する。このとき、成形フィルム１１は溶解する。

次に、図１２（ｆ）に示すように、溶融金属が冷却することによって、製品（鋳造品８）として取り出し可能な状態まで固化した後、上型３および下型４の減圧を解いて大気を導入すると、砂型２の鋳物砂５が流動状態に戻るため、鋳造品８を取り出すことが可能となる。なお、鋳物砂５は冷却後、再利用が可能である。

つづいて、本発明に係る鋳造装置の構成について説明する。
図１に示すように、鋳造装置１は、キャビティ６が形成された面（キャビティ形成面７）に成形フィルム１１が密着され、型外面１３に保護フィルム１２が密着されて、鋳物砂５により成形された上型３と下型４とを備える砂型２と、砂型２の内部を減圧させる減圧装置１８と、砂型２の外部と内部とを連通する複数の給気管２１とを具備する。ここで、上型３と下型４とを備える砂型２を形成する方法は、上記の図１２（ａ）〜（ｅ）で説明した方法と同様である。

鋳造装置１は、図１〜３に示すように、砂型２の外部と内部とを連通する複数の給気管２１を備える点で、従来の鋳造装置とは相違する。給気管２１は、鋳型枠１５の梁もしくは吸引管１６に支持させて設ける方法等が考えられる。また、別の設置方法として、砂型２を形成した後に外部から挿入して、鋳物砂５で支持する方法も考えられる。

給気管２１は、一端側（先端部２２）を保護フィルム１２を貫通して砂型２の外部へ延出させるとともに、他端側（先端部２３）を成形フィルム１１を貫通させずに、キャビティ６の近傍まで到達させて配置する。なお、給気管２１は、上型３と下型４の双方に設ける構成と、いずれか一方にのみ設ける構成とが考えられる。また、先端部２３には、必要に応じて、鋳物砂５が給気管２１内部へ進入することを防止するための部材（メッシュフィルタ等）が取り付けられる。

上記の構成の作用として、減圧装置１８が作動して、砂型２の内部へ挿通される吸引管１６の外周面に開口する複数の空気吸引孔１７から、砂型２の内部の空気が吸引されて、砂型２内が減圧される。これにともない、先端部２２を砂型２の外部へ延出させた給気管２１を通じて、砂型２外部の空気が先端部２３から砂型２内へ導入される（図３）。

従来のＶプロセス鋳造方法においては、砂型内部を減圧させる工程を有していることから、砂型内部に砂型外部から積極的に空気を取り入れることは最たる禁止行為の一つであると考えられていた。実際に、上記の構成を備える鋳造装置１において、減圧装置１８の減圧能力を超える程度に外部空気を砂型２内部に導入してしまうことは、大気解放と同様の効果を生じさせるため、砂型２の粒状化を起こすため、Ｖプロセス鋳造方法に使用する鋳造装置としては成立しない。

しかしながら、大気解放とはならない減圧領域内において砂型内部圧力の調整を図りつつ、上記の空気導入の作用を生じさせることにより、下記の顕著な効果を奏することが可能となる。すなわち、従来の鋳造装置によれば、溶融金属の冷却は、鋳物砂５の熱伝導によるものだけであったため、冷却に長時間かかり、鋳造品８の生産能力を上げることができなかった。しかし、砂型２外部よりキャビティ６近傍に供給される空気２６が、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ６近傍領域の熱を奪いながら吸引管１６に吸引されていくため、キャビティ６近傍の冷却が促進され、その結果、鋳造品８の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。

ここで、図１４に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示し、本発明の有効性を証明する。本実験では、従来装置と比べて冷却時間を５０％短縮することが可能であるという結果が得られた。なお、これはあくまでも一例であり、減圧装置１８の出力、吸引管１６の本数・配置、空気吸引孔１７の個数・配置、給気管２１の本数・配置等の構成要素を最適に設定することにより、さらなる冷却時間の短縮化も可能である。

さらに、鋳造品８が急速冷却される結果、鋳造品８の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。ここで、表１に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示す。本実施例においては、従来比１０％の改善が可能である。前記同様、鋳造装置１の構成要素を最適に設定することにより、さらなる強度向上も可能である。

また、給気管２１が保護フィルム１２を貫通する貫通部２５は、給気管２１の外周部と保護フィルム１２とが密着して形成されることが好適である。

仮に、給気管２１の外周部と保護フィルム１２とが密着せずに空隙があると、減圧状態の砂型２内部へその空隙より空気が吸引され、給気管２１が目的とするキャビティ６近傍への空気供給が阻害されてしまう。さらに、空隙は砂型２内部を大気解放してしまう恐れもある。しかし、貫通部２５において、給気管２１の外周部と保護フィルム１２とが密着して形成される構成により、そのような問題を解消することが可能となる。

第二の実施形態として、図４に示すように、給気管２１は、キャビティ近傍側の先端部２３’をテーパ状に形成される構成を備える。

この構成により、給気管２１の先端部２３’ における「砂つき」を向上させる効果を生じる。ここで「砂つき」とは、鋳型保持に必要な砂のことである。

つづいて、本発明に係る鋳造装置の第三の実施形態について説明する。
図５に示すように、鋳造装置１は、キャビティ形成面７に成形フィルム１１が密着され、型外面１３に保護フィルム１２が密着されて、鋳物砂５により成形された上型３と下型４とを備える砂型２と、砂型２の内部を減圧させる減圧装置１８と、砂型２の外部と内部とを連通する複数の放熱部材３１とを具備する。ここで、上型３と下型４とを備える砂型２を形成する方法は、上記の図１２（ａ）〜（ｅ）で説明した方法と同様である。

鋳造装置１は、図１〜３に示した第一の実施形態と比較して、複数の給気管２１に代えて、複数の放熱部材３１を備える点で相違する。放熱部材３１は、鋳型枠１５の梁もしくは吸引管１６に支持させて設ける方法等が考えられる。なお、砂型２を形成した後に外部から挿入する方法も考えられる。

放熱部材３１は、伝熱性の高い金属材料で構成され、平板状より表面積の大きい形状に形成されることが好適である。一例として、フィンを備える板状、管状もしくは柱状部材またはそれらの組合せ等である。また、一端側（先端部３２）を保護フィルム１２を貫通して砂型２の外部へ延出させるとともに、他端側（先端部３３）を成形フィルム１１を貫通させずに、キャビティ６の近傍まで到達させて配置する。ここで、放熱部材３１は、上型３と下型４の双方に設ける構成と、いずれか一方にのみ設ける構成とが考えられる。
なお、放熱部材３１は、管状部材（例えば金属パイプ）で構成して、内部に冷媒を循環させてもよい。さらに、放熱部材３１の一端側（先端部３２）を保護フィルム１２を貫通させず、吸引管１６近傍に配置し、熱を吸引管１６に吸引させてもよい。

上記の構成の作用として、従来の鋳造装置によれば、溶融金属の冷却は、鋳物砂５の熱伝導によるものだけであったため、冷却に長時間かかり、鋳造品８の生産能力を上げることができなかった。しかし、本発明に係る鋳造装置１によれば、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ６近傍領域の熱が、伝熱性の高い金属材料からなる放熱部材３１によって吸熱されるとともに、砂型２外部へ延出した部分を主に放熱が行われるため、キャビティ６近傍の冷却が促進され、その結果、鋳造品８の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。さらに、放熱部材３１における砂型２の外部へ延出した部分を強制的に空冷もしくは水冷する機構を設けてもよい。それにより、鋳造品８の冷却をより一層促進させることが可能となる。

ここで、図１５に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示す。本実験では、従来装置と比べて冷却時間を２０％短縮することが可能であるという結果が得られた。なお、これはあくまでも一例であり、減圧装置１８の出力、吸引管１６の本数・配置、空気吸引孔１７の個数・配置、放熱部材３１の個数・配置・面積等の構成要素を最適に設定することにより、さらなる冷却時間の短縮化も可能である。

なお、前記同様、鋳造装置１の構成要素を最適に設定することにより、強度の向上も図り得る。

なお、放熱部材３１が保護フィルム１２を貫通する貫通部３５は、放熱部材３１の外周部と保護フィルム１２とが密着して形成されることが好適である。これは、仮に、放熱部材３１の外周部と保護フィルム１２とが密着せずに空隙があると、減圧状態の砂型２内部へ、その空隙より空気が吸引されて、砂型２内部を大気解放してしまう恐れがあるためである。しかし、貫通部３５において、放熱部材３１の外周部と保護フィルム１２とが密着して形成される構成により、そのような問題を解消することが可能となる。

つづいて、本発明に係る鋳造装置の第四の実施形態について説明する。
図８に示すように、鋳造装置１は、キャビティ形成面７に成形フィルム１１が密着され、型外面１３に保護フィルム１２が密着されて、鋳物砂５により成形された上型３と下型４とを備える砂型２と、砂型２の内部を減圧させる減圧装置１８とを具備する。ここで、上型３と下型４とを備える砂型２を形成する方法は、上記の図１２（ａ）〜（ｅ）で説明した方法と同様である。

鋳造装置１は、図８、図９に示すように、砂型２のキャビティ６の近傍部が含水させた鋳物砂４１によって形成される点で、従来の鋳造装置とは相違する。鋳物砂４１によって形成される範囲および鋳物砂４１の含水率は適宜設定される。なお、含水させた鋳物砂４１は、上型３と下型４の双方に設ける構成と、いずれか一方にのみ設ける構成とが考えられる。

従来のＶプロセス鋳造方法においては、砂型内部を減圧させる工程を有していることから、砂型を形成する際に含水させた鋳物砂を使用することは最たる禁止行為の一つであると考えられていた。その理由として、含水させた鋳物砂を使用して砂型を形成すると、鋳物砂の粒子間に水分が介在し保持されることとなり、その結果、砂型内部の空気を吸引することが阻害されて、砂型内部の減圧が困難となるためである。また、そもそもキャビティ内に含水させた鋳物砂を充填するのが困難であるという問題もあった。したがって、含水させた鋳物砂を多量に使用して形成する砂型は、Ｖプロセス鋳造方法に使用する鋳造装置の構成要素として不適である。

しかしながら、砂型内部の空気吸引を阻害しないように調整を図りつつ、キャビティ６の近傍部に含水させた鋳物砂４１を使用して砂型２を形成することにより、下記の顕著な効果を奏することが可能となる。すなわち、従来の鋳造装置によれば、溶融金属の冷却は、鋳物砂５の熱伝導によるものだけであったため、冷却に長時間かかり、鋳造品８の生産能力を上げることができなかった。しかし、本発明に係る鋳造装置１によれば、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ６近傍領域の熱が、鋳物砂４１の周囲に介在する水分を気化させる気化熱として吸熱され、吸引管１６により砂型２内部の空気とともに吸引されて、砂型２外部へと放熱されるため、キャビティ６近傍領域の冷却が促進され、その結果、鋳造品８の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。このような効果は、一見すると従来のＶプロセス鋳造方法以外においても同様に奏することが可能であるかのような印象を受ける。しかしながら、単にキャビティ周辺部に含水させた鋳物砂を使用して砂型を形成することのみによっては、そのような効果を得ることは困難である。その理由として、気化した水分を移動させる手段が備わっていないためである。このように、含水させた鋳物砂を使用して砂型を形成することにより奏される効果は、Ｖプロセス鋳造方法における砂型内部の減圧機構との相乗効果によって実現されるものである。

ここで、図１６に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示す。本実験では、従来装置と比べて冷却時間を１０％短縮することが可能であるという結果が得られた。なお、これはあくまでも一例であり、減圧装置１８の出力、吸引管１６の本数・配置、空気吸引孔１７の個数・配置、鋳物砂４１によって形成される範囲、鋳物砂４１の含水率等の構成要素を最適に設定することにより、さらなる冷却時間の短縮化も可能である。

さらに、鋳造品８が急速冷却される結果、鋳造品８の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。ここで、表２に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示す。本実施例においては、従来比２０％の改善が可能である。前記同様、鋳造装置１の構成要素を最適に設定することにより、さらなる強度向上も可能である。また、本実施形態に係る鋳造装置が、前述の第一〜三の実施形態と比較して、強度向上率が大きいのは、それらの実施形態よりも、より一層、溶融金属の急速冷却が可能であることに起因する。

つづいて、本発明に係る鋳造装置の第五の実施形態について説明する。
図１０に示すように、鋳造装置１は、キャビティ形成面７に成形フィルム１１が密着され、型外面１３に保護フィルム１２が密着されて、鋳物砂５により成形された上型３と下型４とを備える砂型２と、砂型２の内部を減圧させる減圧装置１８とを具備する。ここで、上型３と下型４とを備える砂型２を形成する方法は、上記の図１２（ａ）〜（ｅ）で説明した方法と同様である。

鋳造装置１は、図１０、図１１に示すように、砂型２のキャビティ６の近傍部が、キャビティの近傍部以外の部分の鋳物砂５２（例えば８号砂）よりも粒径の大きな鋳物砂５１（例えば４号砂）によって形成される点で、従来の鋳造装置とは相違する。鋳物砂５１によって形成される範囲および鋳物砂５１の粒径は適宜設定される。なお、当該鋳物砂５１は、上型３と下型４の双方に設ける構成と、いずれか一方にのみ設ける構成とが考えられる。

上記の構成の作用として、従来の鋳造装置によれば、溶融金属の冷却は、鋳物砂５の熱伝導によるものだけであったため、冷却に長時間かかり、鋳造品８の生産能力を上げることができなかった。しかし、本発明に係る鋳造装置１によれば、注湯される溶融金属の熱により高温となっているキャビティ６近傍領域の熱が、砂型２内部の空気とともに吸引管１６により吸引されて、砂型２外部へと放熱される際に、特に高温となっているキャビティ６近傍に配される鋳物砂５１の粒径が大きいために、当該キャビティ６近傍領域において吸熱した空気の流動性を向上させることができ、キャビティ６近傍の冷却が促進されることとなる。その結果、鋳造品８の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。なお、鋳物砂５１は、より球に近い形状が好適である。その理由として、周囲の空気の流動性を向上させる効果が生じ、当該冷却が一層促進されるためである。

ここで、図１７に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示す。本実験では、従来装置と比べて冷却時間を４０％短縮することが可能であるという結果が得られた。なお、これはあくまでも一例であり、減圧装置１８の出力、吸引管１６の本数・配置、空気吸引孔１７の個数・配置、鋳物砂５１によって形成される範囲および鋳物砂５１の粒径等の構成要素を最適に設定することにより、さらなる冷却時間の短縮化も可能である。

さらに、鋳造品８が急速冷却される結果、鋳造品８の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。ここで、表３に本実施例に係る鋳造装置１が達成している数値データの一例を示す。本実施例においては、従来比２０％の改善が可能である。前記同様、鋳造装置１の構成要素を最適に設定することにより、さらなる強度向上も可能である。

以上の説明の通り、本発明に係る鋳造装置によれば、キャビティ近傍領域の冷却が促進され、その結果、鋳造品の冷却を促進することが可能となる。それにより、従来装置と比べて離型が可能となるまでの時間が短縮される効果が生じ、製品の生産能力を向上させることが可能となる。さらに、鋳造品が急速冷却される結果、鋳造品の強度（引張強さ等）を向上させることが可能となる。

なお、本発明に係る実施の形態に関して以上説明を行ったが、各実施の形態を組み合わせた構成を採用することにより、冷却促進と強度向上の効果を相乗的に高めることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る鋳造装置の一例を示す概略図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。図２のＸ部拡大図である。本発明の第二の実施の形態に係る鋳造装置の構成を示す概略図である。本発明の第三の実施の形態に係る鋳造装置の構成を示す概略図である。図５のＢ−Ｂ’断面図である。図６のＹ部拡大図である。本発明の第四の実施の形態に係る鋳造装置の構成を示す概略図である。図８のＣ−Ｃ’断面図である。本発明の第五の実施の形態に係る鋳造装置の構成を示す概略図である。図１０のＤ−Ｄ’断面図である。一般的なＶプロセス鋳造方法を説明するための概略図である。従来の実施の形態に係る鋳造装置の一例を示す概略図である。本発明に係る鋳造装置による効果を説明する比較図である。本発明に係る鋳造装置による効果を説明する比較図である。本発明に係る鋳造装置による効果を説明する比較図である。本発明に係る鋳造装置による効果を説明する比較図である。

符号の説明

１鋳造装置
２砂型
３上型
４下型
５鋳物砂
６キャビティ
７キャビティ形成面
１１成形フィルム
１２保護フィルム
１３型外面
１６吸引管
１７空気吸引孔
１８減圧装置
２１給気管
２５貫通部
２９溶融金属からの熱
３１放熱部材
３９放熱部材中の熱伝導
４１含水させた鋳物砂
５１粒径の大きな鋳物砂
５２通常の径の鋳物砂

Claims

Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、
キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、
前記砂型の内部を減圧させる減圧装置と、
前記砂型の外部と内部とを連通する複数の給気管とを備え、
前記給気管は、一端側を前記保護フィルムを貫通して前記砂型の外部へ延出させるとともに、他端側を前記成形フィルムを貫通させずに、前記キャビティの近傍まで到達させて配置すること
を特徴とする鋳造装置。
前記給気管が前記保護フィルムを貫通する貫通部は、前記給気管の外周部と前記保護フィルムとが密着して形成されること
を特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
前記給気管は、前記キャビティの近傍側の先端部がテーパ状に形成されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の鋳造装置。
Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、
キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、
前記砂型の内部を減圧させる減圧装置と、
前記砂型の外部と内部とを連通する複数の放熱部材とを備え、
前記放熱部材は、一端側を前記保護フィルムを貫通して前記砂型の外部へ延出させるとともに、他端側を前記成形フィルムを貫通させずに、前記キャビティの近傍まで到達させて配置すること
を特徴とする鋳造装置。
前記放熱部材は、金属材料で構成されること
を特徴とする請求項４記載の鋳造装置。
Ｖプロセス鋳造方法に用いられる鋳造装置であって、
キャビティが形成された面に成形フィルムが密着され、型外面に保護フィルムが密着されて、鋳物砂により成形された上型と下型とを備える砂型と、
前記砂型の内部を減圧させる減圧装置とを備え、
前記砂型は、含水させた鋳物砂によって前記キャビティの近傍部が形成されること
を特徴とする鋳造装置。
前記砂型は、前記キャビティの近傍部以外の部分の鋳物砂よりも粒径の大きな鋳物砂によって前記キャビティの近傍部が形成されること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の鋳造装置。