JP2543865B2

JP2543865B2 - 金属鋳物の製造方法及びモ―ルド

Info

Publication number: JP2543865B2
Application number: JP61506377A
Authority: JP
Inventors: フィリップシモンアーサーウイルキンス
Original assignee: KOSUWAAZU RISAACHI ANDO DEV Ltd
Current assignee: KOSUWAAZU RISAACHI ANDO DEV Ltd
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: CA1281884C; ES2003952A6; IT8648695A0; FR2591920B1; AU6723587A; MX171288B; GB8628641D0; JPS63501857A; WO1987003229A1; EP0247128A1; GB2183517A; IT1214752B; AU594734B2; GB2183517B; US4804032A; GB8529380D0; FR2591920A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野この発明は、フルモールド処理を用いた金属鋳物製造
方法に関するもので、例えば発泡ポリスチレンのような
その場で分解可能な材質の消失模型を用意し、非接着砂
中に模型を埋め込み、砂を固めて型穴の規定されたモー
ルドを形成し、溶融金属を型穴へ供給し、鋳物を形成す
べく溶融金属を型穴中で固め、型穴への溶融金属の供給
をやめて型穴から鋳物を取り出すものに関する。上記模
型は、型穴へ供給された金属の熱あるいは型穴へ流入す
る前の金属の熱によって分解されるものである。

背景技術従来、高品質のアルミニウム又はアルミニウム合金の
鋳物を製造するためにフルモールド処理を用いる場合、
形状が不正確で表面仕上げが劣悪なものとなってしまう
という問題点があった。

発明の開示本発明の目的は、上述の問題点を解決することにあ
る。

本発明によれば、以下の工程を有する金属鋳物の製造
方法が提供される。すなわち、分解可能な消失模型を用
意し、上記模型を非接着砂の中に埋め込み、砂を固めて
型穴を規定するモールドを形成し、上記型穴中に溶融金
属を供給し、鋳物を形成すべく溶融金属を型穴中で固
め、型穴への溶融金属の供給をやめ、鋳物を型穴から取
り出す金属鋳物の製造方法であって、上記金属が、アル
ミニウム又はアルミニウム合金から成り、モールドの少
なくとも一部は、ジルコン砂はモールド形成に適したバ
ルク密度が２〜3gm/ccの粒材からなる砂によって形成さ
れるものである。

モールドの当該一部は、非接着砂で出来た少なくとも
１つのモールド形状部を有することができる。

上記モールドの全部あるいは大部分を、ジルコン砂又
はモールド形成に適したバルク密度が２〜3gm/ccの粒材
からなる非接着砂で形成することもできる。

上記型穴には、上記模型に囲まれ前もって形成される
少なくとも１つのモールド形状部が備えられる。

モールドの上記一部は、上記模型に囲まれ前もって形
成される少なくとも１つのモールド形状部を有してもよ
い。

上記モールド形状部については、後に説明する。

又、前もって形成されたモールド形状部を除いてモー
ルドの全体は、本願において規定する砂を少なくとも50
重量％含む非接着砂とすることができる。

他の態様による本発明の金属鋳物の製造方法は、消失
模型を用意し、上記模型を非接着砂の中に埋め込み、モ
ールド型穴を規定するモールドを形成するように砂を固
め、上記型穴中に溶融金属を供給し、鋳物を形成すべく
溶融金属を型穴中で固め、固穴への溶融金属の供給をや
め、鋳物を型穴から取り出す工程から成り、上記型穴に
は、以後に規定するようなモールド形状部があり、本願
で規定する砂を少なくとも50重量％は含んだ砂から成
る。

上記モールド形状部は、非接着砂で形成することがで
き、接着剤によって接着された砂によって形成すること
も可能である。

いずれの発明の態様でも、非接着砂は、通常含み得る
不純物を除いて全部あるいはほぼ全部がジルコン砂から
成るものであってもよく、接着された砂も、通常含み得
る不純物を除けば全部あるいはほぼ全部がジルコン砂及
び接着剤とすることができる。

型穴を規定する壁面から型穴内に突出するモールド形
状部が設けられ、モールドがシリカ砂のような他の砂で
できている時にフルモールド処理を用いて上述の金属を
鋳造する際と比較すると、少なくとも50重量％、好まし
くはほぼ全員にジルコン砂を使用する場合に鋳物の品質
が予想以上に改善されることを我々は発見した。

上記改善のしくみを解析すると、砂の密度が鋳造され
る溶融金属の密度とほぼ同じであるためであることがわ
かる。つまり、静止流体によってモールド形状部に作用
する浮力のような力が最小となり、鋳造中のモールドの
安定性が向上し、鋳造の最終精度が大幅に向上するため
である。

ここに記載されるように、モールド形状部を有するモ
ールドは比較的薄く片もち状にモールド型穴の残り部分
から大きく離れて延びている部分を有しているため、こ
の部分に加わる静止流体による力が最小となると、モー
ルドの安定性が大幅に向上することとなる。従って、モ
ールドが他の砂で出来ている場合にしばしば見受けられ
るその様な部分の破壊は、回避される。

また、解析によれば、ジルコン砂が他の砂に比べて圧
縮性及び固着性のよいモールドを作り出すため、鋳物の
品質はより向上すると見られている。事実、圧縮性の向
上によって、溶融金属による流体充填負荷に対向できる
程度のモールド強度を得るために必要とされる上部の砂
が、従来の砂の場合に必要とされるものより少なくな
る。これは、ジルコン砂が、従来の砂に比べて約２倍の
密度を持っているためである。

上記方法において、模型は耐熱コーティングすること
なく砂の中へ直接埋め込むことができる。

我々は、ジルコン砂を用いる場合に、模型に耐熱塗膜
を塗布する必要のないことを発見した。これは、非常に
重要な利点である。なぜなら、シリカ砂のような他の砂
を用いる場合に通常適用する必要があり用いられる耐熱
塗膜は、塗り難いものであり、特に、コア部分に施すこ
とが非常に困難であり、得られた鋳物から除去すること
も難かしいものである。

さらに、従来の耐熱塗膜があると、モールドを素早く
充填しようとしたりモールドの薄い部分を充填する場合
に困難が生じ、燃焼や蒸発による模型の破壊から製品の
取り外しが難しくなる。

あるいは、砂の中に埋め込む前に、模型に非耐熱性コ
ーティングを施してもよい。例えば、ワニス、ペイン
ト、スターチのような物が鋳物の表面仕上げを向上させ
る。また、非耐熱性コーティングは、モールドの薄い部
分の充填を補助するための放熱性コーティングでもよ
い。

我々は、ジルコン砂がモールドの圧縮性及び充填性に
おいて他の砂より優れていることを発見した。これは、
ジルコン砂が他の砂より流れ易く、球に近い形を持って
いるためであると思われる。

ジルコン砂の耐熱性によって熱の再利用が経済的にで
きることにより、もし必要なら、ジルコン砂を清浄し再
利用することも容易であり、品質低下によるロスも最小
限に抑えられ、ちりの発生の問題も非常に少ない。

ジルコン砂の熱膨脹率の低さによって鋳物の最終精度
もまた向上すると考えられる。これは、モールド形状部
とモールドの主壁との間の位置ずれを無視できる値に抑
え、本発明で達成される特別な精度および再現性が得ら
れる。また、これは、固化の間におけるモールド形状部
と鋳造金属との間の圧れきを抑え、それにより、他の砂
の場合と比べ大幅に表面仕上げを向上させることができ
る。

また、本発明に従って作られた鋳物の機械特性は、他
の砂の場合のものと比べて向上している。これは、ジル
コン砂の熱容量によって鋳造冷却速度がより速くなるこ
とによるもので、実際、従来の金属ダイによる場合と同
じくらいの速さである。

その場で分解可能な模型を用いた従来の鋳造における
フラッシュの発生防止や経済性等の利点は、モールド形
状部を予め形成してもすべて保持され、更に、以下の利
点をも有する。すなわち、これまで、内側に比較的複雑
な凹部を有する鋳造物の模型を用いる場合、その模型
は、複数の薄いスライス模型の各々に凹部の必要部分を
形成して互いに接着剤によって固着することによって作
られていた。典型的なものでは、模型を５つのスライス
によって構成していた。このような個々のスライスはエ
ージングし調整して、にかわでお互いに正確に組み立て
ることが必要で、にかわを過剰に用いたり不足させては
ならなかった。しかし、それを達成することは、非常に
大変な問題であった。なぜなら、個々のスライスは、そ
のエージングあるいは調整において変形することがあ
り、十分正確に組み立てることが困難であった。適量の
接着剤が正確に供給されずに、もし多量の接着剤を供給
した場合、それはジョイントラインからはみ出してしま
い、そのはみ出したにかわを取り除くことが必要とな
る。そうしないと、そのにかわは鋳造に欠陥を形成す
る。しかし、一般には、内側の凹部からそのような過剰
のにかわを取り去ることは困難である。また、このよう
なことを避けるために、供給した接着剤が少量である場
合、接着力が充分でなくスライスが分離してしまう危険
性がある。

さらに、模型を埋め込む時に非接着砂で凹部を満す場
合に多くの問題が発生していた。

本願においてはコアの様な前もって形成されたモール
ド形状部が適用される。鋳物の精度は内側の凹部の精度
によって決まるから、このようなコアの例では、鋳物の
精度はモールド形状部の寸法によって制限されるので、
コアのような前もって形成されたモールド形状部は正確
に寸法決めされる。加えて、多量のにかわによる問題は
外側においても内側においても防止され、もちろん、凹
部を砂で満たす場合にも問題はない。

又、その場で分解可能な模型にはエージングや調整を
行う必要がないので、ブローした後にただちに使用する
ことが出来、鋳物の精度は前もって形成されたモールド
形状部によって支配される。

本発明の他の特徴を以下に説明する。

模型は、金属がモールド型穴に供給された時に金属の
熱によってその場で分解される。

あるいは、モールド型穴に金属が供給される前に模型
が分解してもよい。

模型は、型穴に鋳物部分を形成するキャスティング部
と、型穴の鋳造入口部分を形成する入口部とを有してい
る。

模型には、型穴のランナーシステム部分を形成するラ
ンナーシステム部と、型穴のランナー入口部分を形成す
るランナー入口部とを備えてもよい。

金属は、モールド容器のオリフィスを通して供給源か
らモールドへ供給される。

模型の入口部はオリフィスでキャスティングするよう
に配置され、キャスティング部及び入口部の回りへ砂が
導入され、模型は砂の中へ埋め込まれる。

模型のランナー入口部は、オリフィスでキャスティン
グするように配置され、キャスティング部、ランナーシ
ステム部及びランナー入口部の回りに砂が導入され、模
型は砂の中へ埋め込まれる。

砂が容器中に流し込まれて模型が埋め込まれた後にモ
ールド型穴へ金属を供給するための通路が設けられた供
給部材を容器中に載置し、供給部材によって砂を導入す
る前の模型を容器中に支持することができる。

モールドベースから上方へ延びてモールドボックスあ
るいはコンテナーを形成する円周壁の中に模型を載置す
ることも可能であり、そのモールドボックスあるいはコ
ンテナー中に砂を流し込んで模型を埋め込む。

模型は、表面仕上げを向上させる耐熱コーティングで
被覆することも可能である。

模型は被覆しないのが好ましいが、あるいは、表面仕
上げを向上させるペイント、スターチのような非耐熱性
コーティングで被覆してもよい。

模型を埋め込む砂は、振動や、真空にすること、他の
手段、あるいはこれらを組み合わせて固められる。

鋳造中に、大気圧より低い圧力をモールドにかけて、
固化及び／又は模型の分解物や蒸気の排出を助長しても
よい。

金属は、重力下で溶融金属の源から下方に向けてモー
ルド型穴へ供給することができる。

あるいは、好ましくは、重力に対向して溶融金属源か
らモールド型穴へ上方にむけて金属を供給する。

溶融金属源は、型穴の位置より低い位置におかれた貯
蔵炉を有することが好ましい。

金属は、通路を通ってモールド型穴へ供給され、その
通路の一端は、上記源の溶融金属の中に入っており、そ
の他端は、モールド型穴に連接されており、その中間部
は、溶融金属の自由な上面が通過する様に伸びている。

金属を貯蔵炉から型穴へ通路を通して上方へくみ上げ
るためにポンプを備えることも可能である。

金属は、型穴の低部にくみ上げられる。

鋳造される金属は、貯蔵炉に固体のままで供給して、
貯蔵炉で溶融することができる。

該貯蔵炉は、金属が固体で供給される供給領域および
溶融金属がポンプですくい上げられるキャスティング領
域とを有する。

貯蔵炉は、供給領域とキャスティング領域との間に加
熱領域を有し、その加熱領域において金属に熱が加えら
れる。

あるいは、鋳造される金属を、貯蔵炉とは別に設けら
れた供給源から溶融状態で貯蔵炉へ供給することも可能
である。

金属は、ひしゃくを使って貯蔵炉へ供給してもよい。

金属は、ラウンダーを使って貯蔵炉へ供給してもよ
い。

金属は、貯蔵炉とは別の溶融炉から貯蔵炉へ供給して
もよい。

金属は、電磁ポンプあるいは液圧ポンプによってくみ
上げることができる。

あるいは、シールされたハウジング中に貯蔵炉を設
け、そのハウジング内に圧力をいかけて金属を上方へ付
勢して貯蔵炉内の金属のレベル以下に伸びている直立チ
ューブを通してくみ上げることも可能である。

金属が固った後、直立チューブ中の金属のレベルは、
モールドの入口位置より下に下り、モールドおよび鋳物
は、モールドベースと共に、金属源の鋳造から解除され
る。

鋳物は、モールドから砂を傾けて排出するか、砂を流
動化して排出する等によって取り出すことができる。

モールドから鋳物を取り外した後、入口部、ランナー
システム、供給システムが鋳物から取り外される。

モールド型穴は、重力に対向して上方に流れる金属で
満される。

モールド型穴内において重力の影響によって金属が下
方へ流れることなく、モールド型穴は充填される。

モールド型穴中の圧力と溶融金属源の圧力との圧力差
を発生する低圧力供給システムによって、金属はモール
ド型穴中へ供給される。

上記圧力差は、0.1〜1.0大気圧、好ましくは0.20〜0.
70大気圧の範囲内である。

モールド型穴は、最終鋳造物が製造される少なくとも
１つのキャスティング部を備え、金属がキャスティング
部の単一場所へ供給されて、キャスティング部のいずれ
の部分においても、重力の影響でキャスティング部の他
の部分から通路に沿って下方へ流れて供給がなされるこ
とがない様に、キャスティング部を設計することができ
る。モールド型穴は、最終鋳造物が製造されるキャス
ティング部を少なくとも１つ有しており、そのキャステ
ィング部は、一般に、重力の影響下で下方へ金属が流れ
ることなく重力に対向して複数の場所から上方へ金属を
流入させて充填するように、複数の場所で金属をキャス
ティング部へ供給することができる。

モールド型穴は、キャスティング部分と直接連通した
キャスティング入口部分を設けることができる。

型穴のキャスティング入口部分は、金属源と連通した
型穴のランナー入口部を有する型穴のランナーシステム
部と接続することができる。

キャスティング入口部分は、ランナーシステムなし
に、金属源と接続しても良い。

入口部分は、模型の入口部の一部分を挿入してぴった
りオリフィス内に嵌合取付状態にすることによってオリ
フィスでキャスティングする状態にすることができる。

オリフィスは、鋳造する溶融金属に耐性があり熱を遮
断する耐熱材料でライニングするかあるいは一体形成す
るとよい。

オリフィスは、複数回の鋳造に再使用することができ
る。

あるいは、オリフィスは、各鋳造操作の後に処分して
も良い。

オリフィスは、モールドベースにインサートとして形
成することができる。

オリフィスは、金属源からキャスティングする状態に
配置し、金属源とオリフィスが形成される部材との間に
延設される直立チューブとの間にセラミック繊維のガス
ケットを用いて金属供給を行うことができる。

溶融金属源からモールド型穴への重力に対向した上方
向きの溶融金属の供給は、金属源と型穴への入口との間
における重力の影響によって金属が下方へ流れることな
く達成される。

重力で金属が下降してモールド型穴を充填する時に遭
遇する充填欠陥が、重力で液体金属が下降する時の液体
金属の作用で生じる。制御不可能な飛びはね、はね返
り、うねり等によって、酸素、ガス、模型及びモールド
材料分解物からの分解物が金属中に入ることとなる。金
属の流れがより静かな場合でも、金属の冷たい流れは、
分解スチレン蒸気による炭素欠陥を作り、それによっ
て、そのような２つの流れが鋳物の部分において効果的
に同化するのが妨げられる。

上述のような問題は、金属を重力に逆って上方へ供給
することによって解決され減少されることを、我々は見
い出した。というのは、模型の分解は、前進する金属表
面の前で起こるので、金属の表面が水平に静かに上昇す
ることによって、金属は模型及びその分解物と混合せず
分離される。

「その場で分解可能な模型」によって我々が意味する
ものは、固体状の時はその周りの砂が型になるのを可能
にするのに十分な強さを有し、且つ、その場で分解して
型穴から排出される模型である。例えば、砂の中におい
て少なくとも実質的に完全にガス状に変換されることに
よってその場で分解されるもので、変換された物質は砂
を通して型穴の外へ排出される。模型は熱を加えて気化
するか燃焼あるいは他の化学反応を起こす。適切な分解
可能な模型の例としては、加熱により燃焼分解して殆ど
ガスに変換される発泡ポリスチレンで作った模型があげ
られる。そのような模型は、消失模型として一般に知ら
れている。もちろん、分解物のあるものは、すすのよう
に微小固体物質ではあってもガス状生成物と共に粒材の
粒子間の空孔等を通り抜ける等によってモールド型穴の
外へ排出することができるものであってもよい。模型
は、モールドに金属が供給される時に溶融金属の熱によ
って分解されるのが好ましいが、必要であれば、例えば
キャスティングに先立って模型に熱を加えることによっ
て、前もってその場で分解することも可能である。

本願において「モールド形状部」によって我々が意味
するものは、金属と接触する上面及び下面を有し、型穴
の主壁から型穴の内側へ突出するものであって、モール
ドが通常の不純物を除いては100％シリカ砂から成り鋳
造金属がLM25アルミニウム合金である場合に、該モール
ド形状部によって成形された鋳造部分が、型穴主壁で規
定された鋳物の最も近い部分に対して、設計位置から少
なくとも５％変位するような形状のものである。例え
ば、そのようなモールド形状部では、モールド形状部の
どのセクションの長さも、そのセクションが型穴の主壁
に結合されている最も薄い部分の厚さの少なくとも２倍
とすることができる。

前述の「本願において規定する砂」によって我が意味
するものは、ジルコン砂、あるいは、モールドを作るの
に適しており、２〜3gm/ccのかさ密度を有する他の砂で
ある。

他の態様では、我々は、その場で分解可能な模型が埋
め込まれて型穴が規定され、非接着砂が固められたもの
からなる、金属鋳物作成用モールドを提供し、このモー
ルド型穴内に上述のモールド形状部を備え、少なくとも
50％の砂は本願において規定する砂である。又、開示さ
れたモールドの他の特徴を付加することもできる。

本発明の態様は、実施例を用いて添付の図面を参照し
ながら、以下で説明する。

図面の簡単な説明第１図は、本発明を実施する方法を達成するための装
置の一部断面図である。

第２図は、第１図に示す入口部及び鋳物の模型の斜視
図である。

第３図は、第１図に示す装置に用いられる低圧キャス
ティング装置の縮小断面図である。

第４図は、本発明の第２実施例に係る第１図および第
２図の模型および装置に用いられる溶融保持炉の縮小断
面図である。

第５図は、本発明の第３実施例を達成するための装置
の断面図である。

第６図は、本発明の第４実施例を達成するための模型
の断面図である。

実施例の説明図面に示すように、発泡ポリスチレンでできた消失模
型は参照符合10で示され、この模型は、製造される最終
鋳造物に所望される形状を有するキャスティング部１
と、キャスティング入口部12との２つの部分から成る。
上記模型10は、モールド装置へポリスチレンの微粒子を
流し込むことによって従来と同じ方法で型作られる。す
わち、モールド装置において、それらは所望の形状のダ
イの中へ噴射される様になっている。その微粒子を溶か
して発泡するためにスチームが噴射され、発泡したポリ
スチレンの模型は水で冷却され、ダイから取り外され
る。

図示した例によれば、模型は、キャスティング部11及
び12が１つのモールドから成っているが、最終鋳造物及
び入口又は入口及びランナーシステムの形状によって
は、２つ以上の個別の部分を適当な接着手段によって結
合したモールドでもよい。

その後模型は、使用前に通常の型収縮が発生するよう
に保存される。もちろん、模型及び最終鋳造の収縮のた
め、模型の作られるダイはあらかじめ大きめになってい
る。

模型10は、挿入部14に形成された円筒状のオリフィス
13に対してその入口部12がぴったりと係合する様に位置
決めされている。そして、挿入部14は軽量セメントのよ
うな適切な絶縁耐熱材料によって作られ、モールドベー
スボード18の開口17に、ボルト16とプレート15とによっ
て着脱自在に位置決め固定されている。底面と上面とが
開口した壁部材が、モールドベース18上に位置してお
り、模型10は、オリフィス13と係合したその入口部12に
よってコンテナー19内に支持されている。そして、砂20
が模型10の回りのコンテナ19中に流し込まれ、模型10は
砂20中に埋め込まれ、モールド型穴Ｃを規定するモール
ドＭが形成される。

キャスティング部11は、モールド形状部９を有するモ
ールド型穴Ｃを備える様に形成され、モールド形状部９
は、主壁８から型穴Ｃの内側に突出し、この実施例にお
いては、形状部９の部分７の最小の厚さＴの３倍の距離
Ｌを有する様になっている。そして、上記部分７によっ
て、形状部９は、主壁８と接続されている。

この実施例においては、砂は、100％のジルコン砂か
ら成り、その砂には、通常含まれ得る不純物以外にバイ
ンダ等の他の要素は含有されてはいない。所望により、
その砂に、50％までジルコン砂以外の砂、例えば、硅
砂、オルバイン砂のような、２〜3gm/cc範囲のかさ密度
を有する適した粒材をまぜることも可能である。しか
し、全部あるいはほとんど全部がジルコン砂であること
が好ましい。

ジルコン砂の粒子サイズは、50〜500μｍの範囲にあ
る。平均粒子サイズは、150μｍが普通であるが、75μ
ｍ位のものが用いられる。

この実施例においては、砂は、モールドベース18及び
コンテナ−19等を振動させることによって模型10の周囲
で固められる。ここで、他の適当な手段、すなわち、モ
ールド材料内の吸引又は他の手段、あるいは、それらの
組み合せること等によって砂を固めることも可能であ
り、砂がコンテナ19中に流し込まれた後に固める場合と
同じ様に、流し込まれている間に固めることも可能であ
る。

その後、モールド材料20及び模型10の載置されたモー
ルドベース18は、従来型の低圧キャスティング装置Ｍで
鋳造する位置関係に置かれ、挿入部14をその間のセラミ
ック繊維ガスケット22で密封嵌合して液止めシールとな
るように装置Ｍの直立チューブ21が配置される。

低圧ダイキャスティング装置Ｍは、貯蔵器25を有する
電熱エレメント24を有した炉23を備え、例えばひしゃく
のような手段によって離れた溶鉱炉からその貯蔵器25に
溶けた金属が流し込まれる。直立チューブ21は通路を有
しており、その通路の下端は、炉中の溶けた金属中に沈
められ、その通路の上端は、挿入部14で密封嵌合するこ
とによってモールドに接続されており、その通路の中央
部は、溶融金属の上端が通過するように延びている。必
要なら、溶融金属は、例えば、ラウンダーのような他の
手段によって搬送することもできる。貯蔵器25は溶融金
属で満たされた後密封され、溶融金属がチューブ21を上
方に移動してキャスティング入口部12に設けられたフィ
ード部材を通過しモールド型穴Ｃへ流入する様に、0.2
〜0.7大気圧程度の加圧で空気、窒素等のガスが貯蔵器2
5に供給される。

溶融金属は、貯蔵器とは別に設けられた例えば電磁ポ
ンプあるいは液圧ポンプのようなポンプによって、大気
から密閉されていない保持炉から供給することも可能で
ある。

この実施例においては、金属は、LM25アルミニウム合
金であるが、他のアルミニウム合金や純粋なアルミニウ
ムで行うことも可能である。溶融金属は、直立チューブ
21を通って挿入部14のオリフィスへ搬送されるが、ここ
で、溶融金属の熱は、キャスティング部11及び入口部12
を徐々に溶かし始める。その熱により模型10は、ガス及
び／又は小固形物あるいは液体粒子に分解して破壊消失
し、砂20の粒子の間を通って型穴部から排出される。従
って、溶融金属は、模型10が占めていた砂20中のモール
ド型穴Ｃを占めることとなる。

モールド中へ溶融金属を搬送する最初の段階で、蒸気
や他の模型分解物の排出を助けるべくモールドの中を部
分的に真空にすることも可能である。

モールド型穴Ｃが溶融金属で満された後、溶融金属は
固化し、少なくとも自らを支える様に固体化して行く。
それから、入口部の位置以下の溶融金属が貯蔵器へ戻る
様に圧力が解除される。そして、モールド及び鋳物が、
モールドベース18と共に、キャスティング装置Ｍでキャ
スティング操作する状態から解除される。鋳物は、砂を
鋳物から注ぎ出すことよにって、あるいは、砂を緩くし
て流し出すこと等によって、モールド材料から解放され
る。そして、入口部が鋳物から取り外される。

この実施例において、オリフィス13は、着脱自在の挿
入部14に形成されているが、必要なら、オリフィス13を
絶縁耐熱材料以外で形成して絶縁耐熱材料でライニング
しても良い。例えば、モールドベース18を形成するかあ
るいはモールドベース18上に載置されたアルミニウム板
の開口部に設けられた絶縁耐熱材料のスリーブにオリフ
ィスを設定しても良い。鋳造される金属及びオリフィス
材料によって、挿入部14を相当回数のキャスティングに
使用しても、１回ごとあるいは少ない回数のキャスティ
ング毎に取り変えてもよい。

この実施例においては、キャスティング入口部は、直
立チューブと直接にキャスティング操作するようにつな
がっている。しかし、必要ならば、重力の影響に対抗し
て溶融金属を上方に確実に送るために複数の場所から溶
融金属の供給を行うキャスティングにおいて、複数のキ
ャスティング入口部を設けて、溶融金属が重力影響下で
下方に流れることなく重力に対抗して通るランナーシス
テムに連結することも可能である。そして、そのランナ
ーシステムは、直立チューブと直接にキャスティング操
作するようにつながっていると共に、コンテナー内に模
型を支持する機能を果すランナー入口部を有している。

あるいは、複数の別々のキャスティングを、各々のキ
ャスティング用の供給入口部からキャスティング入口部
まで至る供給システムによって同時にそれぞれに溶融金
属を供給することによって行うこともできる。あるい
は、直立チューブの数に対応した供給入口部へ溶融金属
を供給するために１つ以上の直立チューブを設けること
も可能である。各々の供給入口部は、キャスティング入
口部も構成するようにしてもよく、あるいは、ランナー
システムによって複数のキャスティング入口部と接続さ
せることも可能である。

本発明の第２実施例においては、金属、方法、模型及
び装置については、第１実施例のものと関連させて説明
するが、第１実施例では第３図に示す装置を用いて溶融
金属をモールドへ供給したのに対し、ここでは、第４図
に示すような装置が用いられており、模型の形状も異な
っている。

この実施例においては、第４図に示すように、溶融保
持炉30が設けられており、この溶融保持炉30は、略長方
形のベース32及び垂直方向の側壁および端壁33,34を有
する耐熱性の容器31によって構成される。ルーフ35は、
容器31の全幅にわたって伸びているが、容器31の両端に
おいて挿入ウェル36及びポンプウェル37を形成すべく端
壁33,34の少し手前で終わっている。

ルーフ35は、正方形の水平上端部38と、垂直の側壁及
び端壁39,40とから成っている。そして、ルーフ38は、
耐熱性材料でできており、そのルーフ中には、熱電ヒー
タ41が設けられている。

ヒータ41の温度と数及びルーフの上部38の面積は、挿
入ウエル36において容器に挿入された鋳塊を溶融し、容
器中に溶融金属を得る様に決められている。下方に伸び
る耐熱壁42は、容器31の挿入ウェルの端部に設けられて
おり、容器の主加熱部から挿入ウェルを分離している。
そして、下方及び上方に伸びる耐熱壁43,44が、ポンプ4
6の設けられるキャスティング容器部分45を形成するた
めに容器のポンプウェルの端部に設けられている。この
実施例では、ポンプ46は、第１図に示した直立チューブ
21の場合と同じ方法でモールドベース18に接続された直
立チューブ47を介して部分45から金属をくみ上げる電磁
ポンプを備えている。また、キャスティング容器部分45
へ入る金属を濾過するために壁43,44の間にフィルタ48
を設けることも可能である。

垂直チューブ47とポンプ46とによって通路が形成さ
れ、その通路の下端は、炉の中の溶融金属中に沈めら
れ、その上端は、挿入部14と密封状態で係合することに
よってモールドと接続され、その中央部は、溶融金属の
自由端が通る様に伸長されている。また、炉と分離して
他のタイプのポンプを用いることも可能である。例え
ば、液圧ポンプを用いるとか、モールド型穴に金属を供
給するため第１実施例のように炉自信に圧力を加えるこ
とも可能である。

この実施例においては、模型は、第４図に示すような
形状を有しており、ＬとＴの比は、5:1となっている。
他の部分については、模型は、第１実施例の場合と同じ
であり、同じ要素には同じ参照番号が付けられている。

上述のような実施例においては、溶融金属は以下のよ
うな方法によって、重力に対抗して上方のモールド型穴
へ供給される。また、モールド型穴を、金属が重力下で
下方に流れて型穴を満す様に配置することも可能であ
る。

第３実施例においては、模型の形状が異なるだけで、
金属および模型の他の部分は、第１実施例の場合と同じ
である。この実施例の場合、模型は、第５図に示すよう
な形状を有している。すなわち、モールド形状部９は、
型穴の主壁８の対向する両側面の間に橋渡しされてお
り、L₁及びL₂の長さを持つ２つのセクションを形成して
いる。そして、各々のセクションは、それぞれ最小厚T₁
及びT₂を持つポート７により主壁８の側面に接続されて
いる。この実施例においては、L₁:T₁の比は、9:1であ
り、L₂:T₂の比は２である。

この実施例においても、模型10は、第１実施例のよう
に100％のジルコン砂に埋められており、砂は、後述す
るように再度模型のまわりに固められる。この場合、模
型のキャスティング入口部12は、模型の上端にあり、金
属が、キャスティング入口部12を通してひしゃくＬから
モールド中へ下方に注がれる。もちろん、砂は、コンテ
ナ19中に保持される。また、同じ形状のモールド型穴を
第１および第２実施例に適用することも可能である。

上述したすべての実施例のモールドの形状部の形状
は、もしモールドが不純物は別として100％の硅砂でで
きている場合には、D₁,D₂及びD₃で示すような型穴の主
壁の最も近い部分に対する各モールド形状部の部分が設
計位置から少なくとも５％変位するようなものである
が、これに対し、本発明の場合は、以下の例で後述する
ようにそれほどの変位はおこらない。

例例１第１図〜第３図に開示した装置を、第１図及び第２図
に示す形状の鋳物10を作ることに使用した。モールドを
形成する砂20として、100％の未接着ジリコン砂を使用
した。モールド部９の表面S₁に対応する鋳物の表面と、
模型の上面S₂に対応する鋳物の表面との間の距離D1を各
キャスティングごとに測定し、所望の値から平均で2.4
％だけ変位していることが判明した。

例２モールド10の材料20として100％の非接着硅砂を用い
たモールドを使用して、例１の場合と同様の操作を行
い、測定を行なった。この場合、上記距離D₁は所望の値
から平均で15.2％変位していることが判明した。

例３モールドの材料20として100％の非接着かんらん石砂
を用いたモールドを使用して、前の例の場合と同様の測
定が行なわれた。この場合、上記距離D₁は、所望の値か
ら平均で11％変位していることが判明した。

例４例１〜３の鋳物の表面仕上げについて計測した。例１
で作成した鋳物は、模型の表面を正確に再生し、砂によ
って標準仕上げより劣るものは見られなかった。例２及
び３の場合、すべての鋳物において砂に金属が浸透する
ことによる表面仕上げの悪さが明らかに観測された。

尚、上記すべての例において、用いられた模型には、
表面仕上げを向上させるための耐熱コーティング及び薄
め塗膜も、非耐熱塗膜も用いられていなかった。すなわ
ち、上記結果は、完全に被膜なしの模型で得られたもの
である。

例５例１〜５から得られた鋳物の以下に示す機械的特性を
調べた。各例についての平均値は以下の通りである。

例 0.2％P.S. 伸び率ブリネル硬度 M.P.A ％ HB １ 270 ３ 110 ２ 220 １ 85 ３ 230 １ 90 例１の方が、他の例よりも明らかによい機械特性が得
られることがわかる。

上記すべての例において、鋳造金属は、LM25アルミニ
ウムであり、この材料を同じ熱処理を行って作られてい
る。

第６図において、第１図〜第５図に用いたのと同じ要
素には″を付けた同じ参照番号が付けられている。

この実施例においては、モールド形状部は、コア９″
からなり、このコアは、通常の不純物を除いた100％ジ
ルコン砂中に従来の方法で形成されている。前述したよ
うに他の砂を用いることも可能であり、少なくとも砂の
50％までジルコン砂あるいは他の砂の量を下げることが
できる。あるいは、さほど好ましくはないが、上記コア
を、シリカあるいは混合砂のような他の砂で構成しても
よい。ジルコンあるいは他の砂は、従来のバインダある
いは接着剤によって予めコアに形成される。

上述の様に形成されたコア９″は、発泡ポリスチレン
のようなその場で分解可能な材料の模型10″内に位置決
めされる。この実施例においては、上記位置決めは、前
述した実施例の場合と同様にモールド装置のダイの中に
おいてポリスチレンを発泡させることにより行われる。
すなわち、上記モールド装置のダイの中には形成された
コアが有り、そのため、コアが模型の中の所望の位置に
位置決めされる。

結合された型10'及び形成されたコア９″は、通常の
不純物を除いては100％ジルコン砂で出来たモールド
Ｍ″のモールド型穴Ｃ″を形成するために用いられる。
（本発明の第２の態様によって形成される場合にはモー
ルドＭ″は適切な粒材で形成することも可能である。）
そして、前述した実施例と同様に鋳造が行われる。すな
わち、金属は、第１図〜第３図あるいは第４図に記載し
たように上方のモールドＭ″中に供給することもでき、
第５図に示すように下方のモールドＭ″中に供給するこ
ともできる。模型以外の装置及び方法の詳細は前述の通
りである。必要なら、１つ以上のコアや他のモールド形
状部を用いてもよい。

金属が鋳造される場合、発泡ポリスチレンは溶融金属
で置換され、前もって形成された砂のコアは、鋳物の内
部形状を規定すると共に、鋳物が固まった後に、従来の
方法で取り除かれる。

第６図には、モールド型穴Ｃ″を横切るコア９″とし
てモールド形状部が示されているが、モールド形状部
は、どのような所望形状のものでもよく、ここで述べた
形状、上述したもの以外の形状のものでもよく、型穴
Ｃ″の主壁に１点だけで接続されるものでもよい。

モールド形状部がモールドの非接着砂中に伸長する程
度は、上述したものと異なっていても良く、実際、非接
着砂中に至る程度が顕著でなくても全くなくても良い。

上述した記載あるいは図面に開示され、特定の手段や
結果を達成させるための方法、プロセスに表わされてい
る特徴は、本発明を実施する上で個別にあるいは組み合
わせて用いることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】消失模型を用意し、該消失模型を非接着砂
の中にうめ込み、該砂を固めて型穴を規定するモールド
を形成し、上記型穴中に溶融金属を供給し、鋳物を形成
すべく溶融金属を型穴中で固め、型穴への溶融金属の供
給をやめ、鋳物を型穴から取り出す金属鋳物の製造方法
であって、上記金属が、アルミニウム又はアルミニウム
合金から成り、上記モールドの少なくとも一部は、その
ほとんどがジルコン砂あるいはモールド形成に適したバ
ルク密度が２〜3gm/ccの粒材からなる砂によって形成さ
れる、金属鋳物の製造方法。
【請求項２】上記モールドの一部が、非接着砂で出来た
少なくとも１つのモールド形状部を有する請求の範囲第
１項記載の製造方法。
【請求項３】上記モールドの全部あるいは大部分が、非
接着砂から成る請求の範囲第１項記載の製造方法。
【請求項４】上記型穴に、上記消失模型に囲まれる少な
くとも１つの前もって形成されたモールド形状部が有る
請求の範囲第１項記載の製造方法。
【請求項５】上記モールドの一部が、上記消失模型に囲
まれる少なくとも１つの前もって形成されたモールド形
状部を有する請求の範囲第１項記載の製造方法。
【請求項６】上記前もって形成されたモールド形状部
は、前記金属と接触するための上面及び下面を有し、前
記型穴の内側に主壁から突出し、且つ、該モールドが通
常含まれ得る不純物を除いて100％シリカ砂製で該金属
がLM25アルミニウム合金である場合には、鋳物の該モー
ルド形状部から得られる部分が前記型穴の主壁によって
規定される鉱物の最も近い部分に対して、設計位置から
少なくとも５％変位するような形状を有する請求の範囲
第４項あるいは第５項記載の製造方法。
【請求項７】消失模型を用意し、該消失模型を非接着砂
の中にうめ込み、該砂を固めて型穴を規定するモールド
を形成し、上記型穴中に溶融金属を供給し、鋳物を形成
すべく溶融金属を型穴中で固め、型穴への溶融金属の供
給をやめ、鋳物を型穴から取り出す金属鋳物の製造方法
であって、該型穴はモールド形状部を備え、該モールド
形状部は、前記金属と接触するための上面及び下面を有
し、前記型穴の内側に主壁から突出し、且つ、該モール
ドが通常含まれ得る不純物を除いて100％シリカ砂製で
該金属がLM25アルミニウム合金である場合には、鋳物の
該モールド形状部から得られる部分が、そのほとんどが
ジルコン砂あるいはモールド形成に適したバルク密度が
２〜3gm/ccの粒材からなる砂によって形成される前記型
穴の主壁によって規定される鋳物の最も近い部分に対し
て、設計位置から少なくとも５％変位するような形状を
有する金属鋳物の製造方法。
【請求項８】上記モールド形状部が、非接着砂で形成さ
れ、該非接着の砂の全部あるいはほぼ全部は、通常の不
純物を除いてジルコン砂から成る請求の範囲第７項に記
載の製造方法。
【請求項９】上記モールド形状部が接着剤によって接着
された砂によって形成され、接着された砂の全部あるい
はほぼ全部は、通常の不純物を除いてジルコン砂および
接着剤から成る請求の範囲第８項に記載の製造方法。
【請求項１０】上記金属がアルミニウム又はアルミニウ
ム合金である、請求の範囲第７ないし９項に記載の製造
方法。
【請求項１１】固められた非接着砂からなり、型穴を規
定するための消失模型がうめ込まれ、この型穴内にモー
ルド形状部を備える金属鋳造のためのモールドであっ
て、該モールド形状部は、前記金属と接触するための上
面及び下面を有して前記型穴の内側に主壁から突出し、
モールドが通常含まれ得る不純物を除いて100％シリカ
砂でできておりLM25アルミニウム合金がメタルキャスト
である場合には、該モールド形状部から得られる部分の
鋳物は、ほぼ全部がジルコン砂又はモールド形成に適し
たバルク密度が２〜3gm/ccの粒材からなる砂でできた型
穴の主壁によって規定される鋳物の最近部に対してその
設計された位置から少なくとも５％変位するような形状
を上記モールド形状部が有する、金属鋳造のためのモー
ルド。