JP2010023085A - 鋳ぐるみ製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の形状や材質の被鋳ぐるみ材を使用することができ、かつ用途や使用目的に応じた様々な形状の鋳ぐるみ製品を容易に得ることができる鋳ぐるみ製品の製造方法を実現する。
【解決手段】被鋳ぐるみ材５…に板状の多孔性焼結合金を使用すると共に、消失模型４に多数の孔７…を設け、多数の前記被鋳ぐるみ材５…を鋳型（自硬性砂型）３の表面に一定間隔を有して縦横に配し、消失模型４の孔７…が被鋳ぐるみ材５…の一部と重なり合うように、該鋳ぐるみ材５…を挟持状にして消失模型４を鋳型３に接合し、溶融金属９を消失模型４に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は鋳ぐるみ製品の製造方法に関し、より詳しくは鋳型と消失模型を使用して鋳ぐるみ製品を製造する鋳ぐるみ製品の製造方法に関する。

従来より、消失模型鋳造法と呼称される鋳物造型技術が広く知られている。

この消失模型鋳造法は、発泡スチロール樹脂等の可燃性有機材料で模型を作製し、該模型を鋳物砂中に埋め込み、その後アルミニウム合金等の溶融金属を注湯することにより、前記模型を消失させて溶融金属を模型と置換させ、その後冷却して所望形状の鋳物を得る鋳造方法であり、造型時間が比較的短く、複雑な形状の鋳物を比較的簡単に製造できる等の利点がある。

一方、従来より、鋳造部品の軽量化、高強度化、高性能化等を目的として金属材料を鋳ぐるむことも広く行なわれている。

例えば、特許文献１には、被鋳ぐるみ部材に鋳ぐるみ接合される鋳物部材と対応する形状の消失模型を準備した後、上記被鋳ぐるみ部材と消失模型とを砂型で該砂型の内部に上記被鋳ぐるみ部材及び消失模型の各々に接するキャビティを形成せしめて連結し、しかる後、上記消失模型及びキャビティに対して溶湯を供給する技術が提案されている。

この特許文献１によれば、消失模型の燃焼ガスは砂型を通って外部に排出されるので、鋳ぐるみ接合部の接合力を確保でき、また鋳ぐるみ接合部を形成する部位には消失模型が配置されていないので、溶湯の熱は鋳ぐるみ接合部の消失模型を燃焼するために消費されることはなく、鋳ぐるみ接合部近傍における溶湯温度の低下を避けることができる。

特開平４−２２５５６号公報

しかしながら、上記特許文献１は、接合強度の向上を目的にして砂型の内部に消失模型と被鋳ぐるみ部材の双方に接するキャビティを形成して鋳造したものであり、複雑な形状の鋳物を簡便に得るという消失模型の特徴を十分に生かしたものとはいえず、種々の形状への展開に着目したものではない。

また、前記鋳ぐるみ法は、異種材料の接合が可能であることから、近年では材料の複合化技術としても注目されている。

本発明はこのような事情に鑑みなされてものであって、種々の形状や材質の被鋳ぐるみ材を使用することができ、かつ用途や使用目的に応じた様々な形状の鋳ぐるみ製品を容易に得ることができる鋳ぐるみ製品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る鋳ぐるみ製品の製造方法は、鋳型と消失模型とを使用して鋳ぐるみ製品を製造する鋳ぐるみ製品の製造方法であって、前記被鋳ぐるみ材を覆うような形態で鋳型と消失模型とを接合し、溶融金属を前記消失模型に供給し、前記消失模型を前記溶融金属と置換させて前記被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむことを特徴としている。

また、本発明の鋳ぐるみ製品の製造方法は、前記被鋳ぐるみ材に板状の多孔性小片部材を使用すると共に、前記消失模型に多数の孔を設け、多数の前記被鋳ぐるみ材を前記鋳型の表面に一定間隔を有して縦横に配し、前記消失模型の前記孔が前記被鋳ぐるみ材の一部と重なり合うように、該鋳ぐるみ材を挟持状にして前記消失模型を前記鋳型に接合し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴としている。

さらに、上記鋳ぐるみ製品の製造方法において、前記鋳型は自硬性砂型であり、前記被鋳ぐるみ材は多孔性焼結合金であるのが好ましい。

また、本発明の鋳ぐるみ製品の製造方法は、前記鋳型の表面を三次元曲面状に形成する一方、前記消失模型を前記鋳型の表面に対応する形状に形成すると共に、該消失模型に多数の小孔を設け、所定の溶射材料を前記鋳型の表面に溶射して粒状の溶射層を形成し、該溶射層を被鋳ぐるみ材として、前記消失模型と前記鋳型とが接合するように前記被鋳ぐるみ材上に前記消失模型を設置し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴としている。

さらに、上記鋳ぐるみ製品の製造方法において、前記溶射層に代えて、金属粉粒体と、溶剤で希釈した樹脂又は粘結剤との混合物で前記鋳型の表面をコーティングし、その後、前記溶剤又は前記粘結剤を乾燥させ、この後、前記消失模型と前記鋳型とが接合するように前記被鋳ぐるみ材上に前記消失模型を設置し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴とするのも好ましく、さらに、前記溶剤又は前記粘結剤を乾燥させた後、加熱硬化することを特徴とするのも好ましい。

また、上記鋳ぐるみ製品の製造方法において、前記鋳型は自硬性砂型であり、前記被鋳ぐるみ材は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、及びステンレスの少なくともいずれか１種を含んでいるのが好ましい。

また、上記鋳ぐるみ製品の製造方法において、前記溶融金属の注湯は、減圧雰囲気で行なうのが好ましい。

また、本発明の鋳ぐるみ製品の製造方法は、前記被鋳ぐるみ材を前記鋳型と前記消失模型とで囲繞し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴としている。

さらに、上記鋳ぐるみ製品の製造方法において、前記鋳型は鋳造用石膏鋳型であり、前記被鋳ぐるみ材は繊維成形品であり、前記溶融金属の供給は、減圧雰囲気で行なうのが好ましい。

上記鋳ぐるみ製品の製造方法によれば、被鋳ぐるみ材を覆うような形態で鋳型と消失模型とを接合し、溶融金属を前記消失模型に供給し、前記消失模型を前記溶融金属と置換させて前記被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむので、消失模型の形状を種々の任意形状に形成することにより、所望形状の鋳ぐるみ製品を容易に製造することが可能となる。

具体的には、前記被鋳ぐるみ材に板状の多孔性小片部材（多孔性焼結合金）を使用すると共に、前記消失模型に多数の孔を設け、多数の前記被鋳ぐるみ材を前記鋳型（自硬性砂型）の表面に一定間隔を有して縦横に配し、前記消失模型の前記孔が前記被鋳ぐるみ材の一部と重なり合うように、該鋳ぐるみ材を挟持状にして前記消失模型を前記鋳型に接合し、溶融金属を前記消失模型に供給するので、製造された鋳ぐるみ製品は、通気性を有し、かつ表面が多孔性であることから亀甲模様の目立たない発泡模型の成形が可能であり、発泡樹脂成形用の金型に適したものとなる。

また、前記鋳型（自硬性鋳型）の表面を三次元曲面状に形成する一方、前記消失模型を前記鋳型の表面に対応する形状に形成すると共に、該消失模型に多数の小孔を設け、所定の溶射材料（Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、及びステンレス等）を前記鋳型の表面に溶射して粒状の溶射層を形成し、該溶射層を被鋳ぐるみ材として、前記消失模型と前記鋳型とが接合するように前記被鋳ぐるみ材上に前記消失模型を設置し、好ましくは減圧雰囲気で溶融金属を前記消失模型に供給するので、球面形状等の複雑な三次元曲面状の場合であっても、通気性を有する発泡樹脂成形用の金型に適した被鋳ぐるみ製品を得ることができる。

また、前記溶射層に代えて、金属粉粒体（Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、及びステンレス等）と、溶剤で希釈した樹脂又は粘結剤との混合物で前記鋳型の表面をコーティングし、その後、前記溶剤又は前記粘結剤を乾燥させ、この後、前記消失模型と前記鋳型とが接合するように前記被鋳ぐるみ材上に前記消失模型を設置し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴とするのも好ましく、さらに、前記溶剤又は前記無機粘結剤を乾燥させた後、加熱硬化するので、上述と同様、球面形状等の複雑な三次元曲面状の場合であっても、通気性を有する発泡樹脂成形用の金型に適した被鋳ぐるみ製品を得ることができる。

また、本発明の鋳ぐるみ製品の製造方法は、前記被鋳ぐるみ材（繊維成形品）を前記鋳型（鋳造用石膏鋳型）と前記消失模型とで囲繞し、減圧雰囲気で溶融金属を前記消失模型に供給するので、繊維成形品と溶融金属とが一体化することとなり、これにより繊維強化金属等の複合材料の製造が可能となり、種々の部品への展開が可能となる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。

図１は本発明に係る鋳ぐるみ製品の製造方法の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す装置断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

図１及び図２において、鋳枠１には鋳物砂（乾燥砂）２が充填されており、鋳物砂２には所定形状に形成された鋳型３と鋳型３に接合される消失模型４とが埋設され、かつ該消失模型４と鋳型３との間には多数の被鋳ぐるみ材５…が介装されている。

鋳型３は、珪砂に樹脂と硬化剤とが混在した自硬性砂型で形成されている。

被鋳ぐるみ材５…は、縦５０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み２ｍｍ程度の角形状のブロンズ等からなる多孔性焼結合金で形成されている。そして、この被鋳ぐるみ材５…は、砂型３の上面及び側面に縦横にマトリックス状に１ｍｍ以上の離間距離を有して接着剤等で固着されている。

消失模型４は、発泡スチロール樹脂等の可燃性有機材料からなり、多数の孔７…が貫設されると共に、鋳型３の表面形状に略対応する形状に形成されている。そして、この消失模型４は、被鋳ぐるみ材５…の一部と重なり合うように、鋳型３に接合されると共に、湯道６に連接されている。

このように設置された鋳造装置において、湯口８からアルミニウム合金等の溶融金属９を流し込むと、溶融金属９は湯道６に案内されて消失模型４に注湯され、消失模型４は消失して溶融金属９と置換される。そしてその後、所定時間放置して溶融金属９を凝固させ、その後鋳枠１内から鋳造品を取り出し、これにより図３に示すような被鋳ぐるみ材５が金属材１０で鋳ぐるまれた鋳ぐるみ製品２０が製造される。

このように上記第１の実施の形態では、被鋳ぐるみ材５…に板状の多孔性焼結合金を使用すると共に、消失模型４に多数の孔７…を設け、多数の被鋳ぐるみ材５…を鋳型（自硬性砂型）３の表面に一定間隔を有して縦横に配し、消失模型４の孔７…が被鋳ぐるみ材５…の一部と重なり合うように、該鋳ぐるみ材５…を挟持状にして消失模型４を鋳型３に接合し、溶融金属９を消失模型４に供給するので、製造された鋳ぐるみ製品２０は、通気性を有し、かつ表面が多孔性であることから亀甲模様の目立たない発泡模型の成形が可能であり、発泡樹脂成形用の金型に適したものとなる。

尚、上記実施の形態では、鋳型３として自硬性砂型を使用しているが、セラミックモールドや石膏鋳型等を使用することもできる。

図４は本発明に係る第２の実施の形態の鋳ぐるみ製品の製造方法を示す装置断面図である。

この第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同様、鋳枠１には鋳物砂２が充填されており、鋳枠１には鋳型１１と該鋳型１１に接合される消失模型１２とが埋設されている。

鋳型１１は、第１の実施の形態と同様、自硬性砂型で形成されると共に、三次元曲面を有する半球面形状に形成されている。そして、鋳型１１の表面には、ワイヤー溶射装置等により所定の溶射材料が溶射され、粒子状の溶射層が形成される。そして、この溶射層が被鋳ぐるみ材１３となる。尚、この鋳ぐるみ材１３となる所定の溶射材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、ステンレス等を使用することができる。

消失模型１２は、第１の実施の形態と同様、発泡スチロール樹脂等の可燃性有機材料からなり、多数の小孔１４…が貫設されると共に、鋳型１１の表面形状に略対応する形状に形成され、鋳型１１に接合されると共に、湯道６に連接されている。

また、鋳枠１の下方適所には真空ファン（不図示）に接続された吸引パイプ１５が挿入されている。この吸引パイプ１５には多数の吸気孔１６が設けられると共に、該吸引パイプ１５にはメッシュ状に開孔された金網１７が周設されている。

また、鋳枠１の上面開口部にはポリエチレンフィルム等のシート部材１８が設けられ、鋳枠１内が減圧可能となるように構成されている。

このように設置された鋳造装置においては、まず、真空ファンを駆動させて鋳枠１内の減圧雰囲気に調整する。すなわち、溶融金属９が被鋳ぐるみ材１３の粒子間には侵入し、かつ鋳型１１の表面には到達しないような軽減圧状態（例えば、１．３３×１０^４Ｐａ）となるように鋳枠１内の雰囲気を制御する。そしてこの後、湯口８からアルミニウム合金等の溶融金属９を流し込む。これにより、溶融金属９が湯道６に案内されて消失模型１２に注湯され、消失模型１２は消失して溶融金属９と置換される。そしてその後、所定時間放置して溶融金属９を凝固させ、その後鋳枠１内から鋳造品を取り出し、これにより図５に示すような被鋳ぐるみ材１３が金属材１９で鋳ぐるまれた鋳ぐるみ製品２１が製造される。

このように第２の実施の形態では、鋳型１１の表面を半球面形状（三次元曲面状）に形成する一方、消失模型１２を鋳型１１の表面に対応する形状に形成すると共に、該消失模型１２に多数の小孔１４を設け、所定の溶射材料を鋳型１１の表面に溶射して粒状の溶射層を形成し、該溶射層を被鋳ぐるみ材１３として、消失模型１２と鋳型１１とが接合するように前記被鋳ぐるみ材１３上に前記消失模型１２を設置し、減圧雰囲気で溶融金属９を消失模型１２に供給するので、半球面形状のような複雑な三次元曲面を有する場合であっても、通気性を有する発泡樹脂成形用の金型に適した被鋳ぐるみ製品２１を得ることができる。

尚、上記第２の実施の形態では、溶融金属９が粒状の被鋳ぐるみ材１３…間に確実に侵入するように軽減圧下で鋳造しているが、減圧しなくとも、溶融金属９の被鋳ぐるみ材１３…の粒子間への侵入は可能であり、したがって必要に応じて減圧処理を省略することは可能である。

また、上記第２の実施の形態では、溶射層を形成し、これを被鋳ぐるみ材１３としているが、この溶射層に代えて、金属粉粒体（Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、ステンレス等）と、溶剤で希釈した樹脂又は粘結剤との混合物で前記鋳型の表面をコーティングし、その後、前記溶剤又は前記粘結剤を乾燥させたものを被鋳ぐるみ材としても同様である。この場合、溶剤と樹脂又は粘結剤の組み合わせは特に限定されるものではないが、例えば、スチレン樹脂の場合は溶剤としてトルエンを使用することができ、フェノール樹脂の場合は溶剤としてアルコールを使用することができる。また、フェノール樹脂の場合は、乾燥後加熱硬化するのが好ましい。

図６は本発明に係る第３の実施の形態の鋳ぐるみ製品の製造方法を示す装置断面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ矢視断面図である。

この第３の実施の形態も、第１及び第２の実施の形態と同様、鋳枠１には鋳物砂２が充填されている。

鋳型２２は、若干の通気性を有する鋳造用石膏鋳型で形成されると共に、略方形状に形成されて鋳物砂２中に埋設されている。

被鋳ぐるみ材２３は、アルミナシリカ繊維成型体等の繊維成形品からなり、鋳型２２の上面に載置されている。

消失模型２４は、第１及び第２の実施の形態と同様、発泡スチロール樹脂等の可燃性有機材料で形成されると共に、被鋳ぐるみ材２４を囲繞するような形態で鋳型２２及び湯道６に接合されている。

また、この第３の実施の形態も、第２の実施の形態と同様、吸引パイプ１５、シート部材１８等を有し、鋳枠１内が減圧可能となるように構成されている。

このように設置された鋳造装置においては、まず、真空ファンを駆動させ、所定の減圧状態（例えば、６．６５×１０^４Ｐａ）に鋳枠１内の雰囲気を調整する。本第３の実施の形態では、第２の実施の形態とは異なり、被鋳ぐるみ材２４である繊維成形品に溶融金属を侵入させることから、第２の実施の形態よりも真空度を高くする必要がある。そしてこの後、湯口８からアルミニウム合金等の溶融金属９を流し込む。すなわち、溶融金属９は湯道６に案内されて消失模型２３に注湯され、消失模型２３は消失して溶融金属９と置換される。そしてその後、所定時間放置して溶融金属９を凝固させ、その後鋳枠１内から鋳造品を取り出し、これにより図８に示すように、被鋳ぐるみ材２４が金属材２５で鋳ぐるまれた鋳ぐるみ製品２６が製造される。すなわち、繊維成形品と溶融金属とが一体化された鋳ぐるみ製品２６を製造することができ、したがって繊維強化金属等の複合化材料を得ることが可能となり、種々の部品への展開が可能となる。

このように本第３の実施の形態では、被鋳ぐるみ材２４を鋳型２２と消失模型２３とで囲繞し、減圧雰囲気で溶融金属９を消失模型２３に供給するので、複合材料の製造が可能となり、種々の部品への展開が可能となる。

以上詳述したように、本発明は被鋳ぐるみ材を覆うような形態で鋳型と消失模型とを接合し、溶融金属を消失模型に供給し、消失模型を溶融金属と置換させて被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむので、消失模型の形状を種々の任意形状に形成するので、種々の所望形状の鋳ぐるみ製品を容易に製造することが可能となる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形例が考えられ、消失模型と鋳型を使用し、様々な被鋳ぐるみ材の材料種に対し、種々の用途に適した所望形状の鋳ぐるみ製品を容易に得ることが可能となる。

本発明に係る鋳ぐるみ製品の製造方法の第１の実施の形態を示す装置断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 第１の実施の形態で製造された鋳ぐるみ製品の断面図である。 本発明に係る鋳ぐるみ製品の製造方法の第２の実施の形態を示す装置断面図である。 第２の実施の形態で製造された鋳ぐるみ製品の断面図である。 本発明に係る鋳ぐるみ製品の製造方法の第３の実施の形態を示す装置断面図である。 図６のＢ−Ｂ矢視図である。 第３の実施の形態で製造された鋳ぐるみ製品の断面図である。

符号の説明

２ 鋳物砂
３ 鋳型
４ 消失模型
５ 被鋳ぐるみ材
７ 孔
９ 溶融金属
１１ 鋳型
１２ 消失模型
１３ 被鋳ぐるみ材
１４ 孔
２２ 鋳型
２３ 消失模型
２４ 被鋳ぐるみ材

Claims (10)

1. 鋳型と消失模型とを使用して鋳ぐるみ製品を製造する鋳ぐるみ製品の製造方法であって、
   前記被鋳ぐるみ材を覆うような形態で鋳型と消失模型とを接合し、溶融金属を前記消失模型に供給し、前記消失模型を前記溶融金属と置換させて前記被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむことを特徴とする鋳ぐるみ製品の製造方法。
2. 前記被鋳ぐるみ材に板状の多孔性小片部材を使用すると共に、前記消失模型に多数の孔を設け、
   多数の前記被鋳ぐるみ材を前記鋳型の表面に一定間隔を有して縦横に配し、前記消失模型の前記孔が前記被鋳ぐるみ材の一部と重なり合うように、該鋳ぐるみ材を挟持状にして前記消失模型を前記鋳型に接合し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
3. 前記鋳型は自硬性砂型であり、前記被鋳ぐるみ材は多孔性焼結合金であることを特徴とする請求項２記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
4. 前記鋳型の表面を三次元曲面状に形成する一方、前記消失模型を前記鋳型の表面に対応する形状に形成すると共に、該消失模型に多数の小孔を設け、
   所定の溶射材料を前記鋳型の表面に溶射して粒状の溶射層を形成し、該溶射層を被鋳ぐるみ材として、前記消失模型と前記鋳型とが接合するように前記被鋳ぐるみ材上に前記消失模型を設置し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
5. 前記溶射層に代えて、金属粉粒体と、溶剤で希釈した樹脂又は粘結剤との混合物で前記鋳型の表面をコーティングし、その後、前記溶剤又は前記粘結剤を乾燥させ、この後、前記消失模型と前記鋳型とが接合するように前記被鋳ぐるみ材上に前記消失模型を設置し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴とする請求項４記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
6. 前記溶剤又は前記粘結剤を乾燥させた後、加熱硬化することを特徴とする請求項５記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
7. 前記鋳型は自硬性砂型であり、前記被鋳ぐるみ材は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｕ、及びステンレスの少なくともいずれか１種を含んでいることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
8. 前記溶融金属の注湯は、減圧雰囲気で行なうことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
9. 前記被鋳ぐるみ材を前記鋳型と前記消失模型とで囲繞し、溶融金属を前記消失模型に供給することを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。
10. 前記鋳型は鋳造用石膏鋳型であり、前記被鋳ぐるみ材は繊維成形品であり、 前記溶融金属の供給は、減圧雰囲気で行なうことを特徴とする請求項９記載の鋳ぐるみ製品の製造方法。

Images