JP2633162B2 - 羽根鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ用インペラなど
の羽根部品を鋳造するための鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ用インペラなどの羽根部品を鋳造
するための鋳型を造型する場合、通常は、羽根形状に等
しい模型の隙間に砂等の鋳型材料を充填して模型を引き
抜くいわゆる引き抜き造型法が用いられる。羽根形状が
３次元的にひねられていて造型後の模型の引き抜きが不
可能な場合は、ロストワックス法のような消失模型法
か、模型をゴム等の弾性体で成形して模型を変形させつ
つ鋳型から引き抜く弾性模型法が一般に用いられる。し
かし、消失模型法は鋳造数と同数の模型を必要とするの
で模型費が高く付き、弾性模型法は造型時の鋳型材料の
重量で模型が変形するので鋳造精度が損われる。そこ
で、上述した各造型法に代え、複数の中子を組合せて鋳
造すべき羽根部品の羽根形状に応じた空隙を形成する寄
せ型法が用いられることがある。

【０００３】図１６および図１７は上述した寄せ型法に
よる鋳型の一例を示すものである。この鋳型は、一対の
下型Ｌおよび上型Ｕの間に複数の中子Ｎが周方向に並べ
て介装されたもので、不図示の湯口から注湯される溶湯
が各中子Ｎの間の羽根用空隙Ｓｂに回り込むことによ
り、図１８に示すように、回転軸の回りに螺旋状に延び
る複数枚（図では５枚）の羽根Ｂを備えたインペラＩが
鋳造される。中子Ｎは、鋳造すべきインペラＩの羽根間
の隙間Ｃに対応した形状の本体Ｍと、本体Ｍの両端に設
けられた幅木Ｈｉ，Ｈｏ（図１６の斜線部分）とを有す
るもので、幅木Ｈｉ，Ｈｏが下型Ｌないしは上型Ｕと嵌
合して各中子Ｎが所定の位置に保持される。このような
寄せ型法では、同一の中子取りから多数の中子Ｎを造型
できるので、模型の製作費用が大幅に低減される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した寄
せ型法では、鋳造すべき羽根ＢがインペラＩの回転軸の
回りに３次元的にひねられているので、図１７に示すよ
うに中子Ｎを周方向へずらしつつ順にセットしてゆく
と、最後の中子Ｎ５を収納すべき隙間Ｃ５の上部に最初
にセットした中子Ｎ１が突き出てしまい、最後の中子Ｎ
５を回転軸方向に下ろして下型Ｌに収めることが不可能
となる。この場合、最後の中子Ｎ５を羽根の捩れ方向に
沿ってひねりつつセットすることも考えられるが、中心
側の幅木Ｈｉが邪魔して入らない。

【０００５】そこで、上記の中子Ｎをセットするには、
すべての中子Ｎを実際の組み付け径よりも大きな円を描
くように組合せ（このときは中子Ｎ同士の間に大きな隙
間が空く）、しかる後、各中子Ｎを同時に径方向中心側
へ寄せ集める必要があり、要領良く作業を進めるには相
当の熟練を要する。しかも、この寄せ集め手順では、中
子Ｎの相互のバランスが取り難いので中子Ｎの位置決め
精度が悪く、鋳造精度が劣化するおそれが大きい。仮に
幅木Ｈｉがなかったとしても、羽根Ｂの回転軸方向に対
するひねり度合いや回転軸回りの巻き付き長さが増加す
れば、やはり中子Ｎの中心側が邪魔となって中子Ｎを寄
せ合わせることが困難となる。

【０００６】本発明の目的は、模型製作費が安価で、熟
練を要することなく容易に造型でき、鋳造精度も高くで
きる羽根鋳造用鋳型を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、複数の型部材１０，２
０，２１を組合せてこれら型部材１０，２０，２１の間
に鋳造すべき羽根部品の羽根形状に応じた空隙Ｓｂを形
成する羽根鋳造用鋳型１に適用される。そして、上述し
た目的は、空隙Ｓｂを形成する複数の型部材１０，２
０，２１のうち少なくとも一の型部材（１０，２０）
を、各型部材１０，２０，２１が羽根部品の回転軸方向
の一方の側から順に組合せ可能となるように空隙Ｓｂに
臨む面２０３の途中で分割することにより達成される。

【０００８】

【作用】空隙Ｓｂに臨む面２０３の途中で分割された型
部材（１０，２０）のうち、空隙Ｓｂの中心側を形成す
る部分１０を先に組み付けておけば、空隙Ｓｂの外周側
を形成する部分２０は、中心側の部分１０に邪魔される
ことなく、後から型部材１０，２０，２１同士の隙間に
挿入できる。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１０】

【実施例】以下、図１〜図１２を参照して、本発明の一
実施例を説明する。なお、本実施例の鋳型は上述した図
１８に示す５枚羽根のインペラＩを鋳造するためのもの
であり、インペラＩに関する構成は図１８を参照するも
のとする。

【００１１】図１および図２に示すように、本実施例の
鋳型１では、鋳物砂などの鋳型材料によって成形された
５つの寄せ型１０が鋳型中心軸Ｘの回りに放射状に配置
されるとともに、寄せ型１０と同一材料で成形された４
つの中子２０および単一の組中子２１が寄せ型１０上に
設置されて、鋳型１の中心軸Ｘの回りにインペラＩの羽
根Ｂの形状に応じた５つの羽根用空隙Ｓｂが形成され
る。また、中子２０，２１の上部に上型３０が被せられ
て、上型３０と寄せ型１０および中子２０，２１との間
にインペラＩのボス部（図１８では省略）に応じた円錐
形状のボス用空隙Ｓｃが形成される。

【００１２】図１〜図４に示すように、寄せ型１０は鋳
型中心軸Ｘと直交する下面１００と、鋳型中心軸Ｘと平
行な一対の側面１０１と、鋳型中心軸Ｘを中心として円
筒面状に延びる外周面１０２とを備えた略扇形状をな
す。側面１０１の挟み角は３６０゜を羽根Ｂの枚数で除
した値（実施例の場合は７２゜）に設定されている。寄
せ型１０の上面側にはボス用空隙Ｓｃを形成する段付き
面１０３およびボス形成面１０４と、羽根用空隙Ｓｂを
形成する羽根形成面１０５が形成されている。羽根形成
面１０５は鋳造すべき羽根Ｂの反作用面（図２９の凹面
側）の中心側に合わせて湾曲し、その外周側には、寄せ
型１０の外周へ向って上り勾配となるテーパ面１０６を
介して下面１００と平行な中子支持面１０７が連設され
ている。

【００１３】図１、図２、図５〜図７に示すように、中
子２０は、中子本体２００と、中子本体２００の外周に
配置される幅木２１０，２２０とを備える。中子本体２
００は、ボス用空隙Ｓｃを形成する湾曲面２０１と、羽
根Ｂの作用面（図２９の凸面側）に合わせて湾曲する第
１の羽根形成面２０２と、羽根Ｂの反作用面の外周側に
合わせて湾曲する第２の羽根形成面２０３とを備える。
羽根形成面２０２，２０３の間の肉厚は、羽根Ｂの隙間
Ｃがその中心部へ向うほど狭まるのに対応して、中子本
体２００の外周から内周側の先端面２０４へ向うほど薄
くなる。

【００１４】中子本体２００の先端面２０４は寄せ型１
０の側面１０１と当接可能とされる（図１、図２参
照）。これらが当接したとき寄せ型１０の羽根形成面１
０５と中子２０の第２の羽根形成面２０３とが連続して
羽根Ｂの反作用面に対応した一の湾曲面が形成される。
なお、２０５は寄せ型１０の側面１０１に形成した凹部
１０８と嵌合して中子２０の内周側を位置決めする凸
部、２０６はテーパ面であって、このテーパ面２０６の
幅木２２０よりも下方へ突出する部分は寄せ型１０のテ
ーパ面１０６と当接し、残る部分は隣接する中子２０の
テーパ面２０７と当接する（図２の右側参照）。

【００１５】幅木２１０，２２０は鋳型中心軸Ｘを中心
として弧状に湾曲し、鋳型中心軸Ｘの方向に段違いに配
置されるとともに、上段の幅木２１０が中子本体２００
の湾曲面２０１の外周に沿って延び、下段の幅木２２０
が第２の羽根形成面２０３の外周に沿って延びるように
周方向へずらして設けられる。幅木２１０，２２０の鋳
型中心軸Ｘに対する中心角は、いずれも３６０゜を羽根
Ｂの枚数で除した値（実施例の場合は７２゜）に設定さ
れる。

【００１６】幅木２１０，２２０の上面２１１，２２１
および下面２１２，２２２は鋳型中心軸Ｘと直交する平
面に形成され、上段の幅木２１０の下面２１２と下段の
幅木２２０の上面２２１とは同一高さに形成される。こ
れにより、一の中子２０の幅木２１０の下面２１２と、
他の中子２０の幅木２２０の上面２２１とを当接させた
とき、幅木２１０の上面２１１同士が面一となり、幅木
２２０の下面２２２同士が面一となる。中子２０の外周
面２３０は鋳型中心軸Ｘを中心とする円筒面状に形成さ
れ、その曲率半径は寄せ型１０の外周面１０２と等しく
される。

【００１７】組中子２１は、寄せ型１０の合わせ面の延
長上に設けた分割面２２ａ，２３ａ上で分割可能な一対
の分割片２２，２３によって構成され、その組合せ状態
での形状は中子２０と全く同一である。すなわち、組中
子２１は、中子２０を図５および図６の２点鎖線Ｌｃ上
で分割したものである。したがって、本明細書では組中
子２１の各構成要素について中子２０の対応部分と同一
符号を付し、説明を省略する。

【００１８】次に鋳型１の造型手順を図８〜図１１を参
照して説明する。鋳型１を造型するには、まず図８およ
び図１１に示すように５つの寄せ型１０を鋳型中心軸Ｘ
の回りに寄せ合わせて下型を造型する。ついで、図９お
よび図１１に示すように組中子２１の分割片２２をその
第２の羽根形成面２０３がいずれか一の寄せ型１０の羽
根形成面１０５と連なるように位置決めしつつ寄せ型１
０上に載置する。このとき、分割片２２の下段の幅木２
２０の下面２２２が寄せ型１０の中子支持面１０７に当
接して分割片２２が支持される（図２の左側参照）。

【００１９】ついで、図１０および図１１に示すよう
に、分割片２２の第２の羽根形成面２０３および幅木２
２０の側方に中子２０を下ろしてその第２の羽根形成面
２０３が対応する寄せ型１０の羽根形成面１０５に連な
るように位置決めする。このとき、分割片２２の幅木２
２０の上面２２１と新たな中子２０の上段の幅木２１０
の下面２１２が当接して中子２０が保持される。これに
より、中子２０の第１の羽根形成面２０２と、分割片２
２の第２の羽根形成面２０３と、これに連なる寄せ型１
０の羽根形成面１０５とによって一の羽根用空隙Ｓｂが
形成される。

【００２０】以下同様に中子２０の側方に新たな中子２
０をセットして、各中子２０の第１の羽根形成面２０２
と、隣接する中子２０の第２の羽根形成面２０３と、寄
せ型１０の羽根形成面１０５によって羽根用空隙Ｓｂを
順次形成する。４つの中子２０をすべてセットして図１
０に示す状態となった後は、分割片２２と中子２０との
隙間Ｃに露出する第２の羽根形成面２０３と幅木２２０
の上面２２１を覆うように組中子２１の分割片２３をセ
ットする。この後、図２に２点鎖線で示すように中子２
０の上部に上型３０を被せて、上型３０の表面と各中子
２０，２１の湾曲面２０１から寄せ型１０のボス形成面
１０４，段付き面１０３との間にかけてボス用空隙Ｓｃ
を形成する。そして、不図示の湯口やガス穴を形成して
鋳型１の造型を完了する。

【００２１】鋳型１を羽根用空隙Ｓｂ上で直線的に展開
した断面を図１２に示す。この図から明らかなように、
本実施例では従来一体であった寄せ型１０と中子２０，
２１が分割可能とされているので、各寄せ型１０を寄せ
合わせた上で組中子２１の分割片２２から順に中子２
０，２１をセットして最後に分割片２３をセットすれ
ば、寄せ型１０および中子２０，２１をすべて鋳型中心
軸Ｘの一方の側から組合せることができ、中子２０をひ
ねったり複数の中子２０を同時に寄せ合わせたりする必
要がなくなる。したがって、熟練を要しなくとも容易に
鋳型１を造型でき、寄せ型１０や中子２０，２１の位置
決め精度を高めて鋳造精度の向上を図り得る。寄せ型１
０や中子２０，２１の模型を一旦用意すれば後は模型を
製造する必要がないので、従来の寄せ型法と同様に模型
費が安価で済む。中子２０，２１と寄せ型１０が別体な
ので軽量化され、自重による変形や変位が防止されて鋳
造精度が一層高まる。

【００２２】本実施例では特に中子２０，２１の幅木２
１０，２２０を鋳型中心軸Ｘの方向に２段に設け、隣接
する中子２０，２１の幅木２１０，２２０同士を鋳型中
心軸Ｘの方向に重ね合わせたので、中子２０，２１の位
置決め精度および安定性が一層高まる。幅木２１０，２
２０のいずれか一方のみとした場合は、幅木の中心角が
羽根Ｂの枚数すなわち中子２０，２１の周方向の分割数
で決まってしまうため、幅木の周方向長さが羽根形成面
２０２，２０３の周方向長さに比して不足し、中子２
０，２１の安定性が損われて鋳造精度が劣化するおそれ
がある。また、寄せ型１０で下型を構成したため、鋳型
１を構成する部品数が減少し、造型コストが削減され
る。

【００２３】なお、本実施例では、すべての中子２０，
２１を寄せ型１０に対して分割可能に設けたが、図１３
に示すように一の中子２０と寄せ型１０とを分割可能と
し、残りの中子を寄せ型と一体の中子２０Ａ，２１Ａと
しても、すべての中子を鋳型中心軸Ｘの一方の側から順
に組合せできる。図１４に示すように、組中子を寄せ型
１０とのみ分割可能な中子２０Ｂに変更しても、羽根用
空隙Ｓｂに沿って中子２０Ｂをスライドさせれば最後の
中子２０Ｂもセットできるので、すべての中子を同時に
セットする従来よりも造型が容易である。図１４の例で
は、中子２０Ｂを羽根用空隙Ｓｂの方向にスライドさせ
るときの障害とならないように、幅木２４０の両端２４
１，２４２を羽根用空隙Ｓｂに沿って傾斜させる必要が
ある。実施例では寄せ型１０を組合せて鋳型１の下型と
したが、図１５に示すように下型４０を別途設けてもよ
い。寄せ型１０を分割することなく一体に形成して下型
としてもよい。

【００２４】以上の実施例では、一の中子２０，２１と
一の寄せ型１０との組合せが一の型部材を構成する。ま
た、鋳型中心軸Ｘが羽根部材の回転軸に相当する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋳造すべき羽根形状に対応した空隙を形成する型部材
を、羽根部品の回転軸方向の一方の側から順に組合せる
ことができるので、熟練を要することなく容易に造型で
き、鋳造精度を高め得る。模型製作費が安価という寄せ
型法の長所も何等損われない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の鋳型の平面図。

【図２】図１のII−II線における断面図。

【図３】実施例の寄せ型の平面図。

【図４】図３のIV方向からの側面図。

【図５】実施例の中子の平面図。

【図６】図５のVI方向からの側面図。

【図７】図６のVII−VII線における断面図。

【図８】実施例で寄せ型を寄せ合わせたときの平面図。

【図９】実施例で最初の中子をセットした状態を示す平
面図。

【図１０】実施例で寄せ型上に最後の中子をセットする
前の状態を示す平面図。

【図１１】実施例の中子の組み付け手順を示す斜視図。

【図１２】図１の鋳型を羽根用空隙上で直線的に展開し
た断面図。

【図１３】中子の分割状態を変更した変形例を示す図。

【図１４】中子の分割状態を変更した他の変形例を示す
図。

【図１５】寄せ型と別に下型を設けた変形例を示す図。

【図１６】従来の鋳型構造を示す断面図。

【図１７】従来の鋳型を図１６の１点鎖線Ｙ上で展開し
た断面図。

【図１８】鋳造すべき羽根の一例を示す平面図。

【符号の説明】

１ 鋳型 １０ 寄せ型 ２０，２１ 中子 １０５ 寄せ型の羽根形成面 ２０２ 中子の第１の羽根形成面 ２０３ 中子の第２の羽根形成面 Ｂ インペラの羽根 Ｉ インペラ Ｓｂ 羽根用空隙 Ｘ 鋳型中心軸

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の型部材を組合せてこれら型部材の
   間に鋳造すべき羽根部品の羽根形状に応じた空隙を形成
   する羽根鋳造用鋳型において、 前記空隙を形成する複数の型部材のうち少なくとも一の
   型部材を、各型部材が前記羽根部品の回転軸方向の一方
   の側から順に組合せ可能となるように前記空隙に臨む面
   の途中で分割したことを特徴とする羽根鋳造用鋳型。