JP3024965B1 - 鋳型の製造方法及び鋳物の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 焼失模型法と同程度の形状対応自由度を持つ
とともに、非焼失模型法と同程度の寸法精度を実現する
ことができる鋳型の製造方法及び該鋳型を用いた鋳物の
鋳造方法を提供する。 【解決手段】 脱型用模型１１と焼失模型又は溶出模型
１２とからなる複合模型１３を鋳造用鋳型１４内に配置
し、スラリー状の鋳型材１５を注型した後、この鋳型材
１５を硬化させ、脱型用模型１１のみを脱型し、次いで
焼成又は加熱により焼失模型又は溶出模型１２を焼失又
は溶出させることにより、鋳型１６を製造する。この方
法により製造された鋳型１６を用いて複雑形状を有する
鋳物を鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、アンダーカット
形状などの複雑形状を有する鋳物を鋳造するに適した鋳
型の製造方法及び該鋳型を用いた鋳物の鋳造方法に係
り、更に詳しくは、寸法精度及び形状精度に優れ、ロス
トワックス鋳造法に匹敵する複雑形状に対応可能な鋳型
の製造方法と当該鋳型を用いた複雑形状を有する鋳物の
鋳造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 金属材料を所定の部品、製品等とする
ために形状を付与するに際して、一般的には、機械加
工、鍛造、溶接、鋳造などの方法が主に用いられてい
る。この中でも、鋳造は、他の製法では対応できない複
雑な形状を有する金属部品、金属製品であっても比較的
簡単に製造することができ、その特徴から様々な特殊形
状品が鋳造により作成されている。

【０００３】 鋳造を製法別に大きく２つに分類する
と、鋳型を作成するのに使用する模型を溶出もしくは焼
失させることで鋳型から除去し、その隙間の空間に金属
溶湯を充填して鋳物を鋳造する方法（ロストワックス
法、フルモールド法などの焼失模型法）と、模型そのも
のは焼失させず、鋳型から脱型（物理的に抜きとる）し
て鋳型形状を作成する、もしくは鋳型そのものを機械加
工等により作成し、鋳物を鋳造する方法（ショウプロセ
ス、ダイキャスト法などの非焼失模型法）である。

【０００４】 ロストワックス法は、模型材をワックス
（ロウ）とし、金型等を用いて成形した模型にスラリー
状の鋳型材を積層硬化させた後、脱ロウ（加熱溶出、焼
失）し、元の模型のあった空間に金属溶湯を充填し、鋳
物を作るという方法である。また、フルモールド法は、
模型材を発泡スチロール等の樹脂材とし、金型成形もし
くは直接加工して作成した模型を鋳型材中に埋没させ、
そのまま金属溶湯を流し込み、模型を消失させながら、
金属溶湯を充填していき鋳物を作成する方法である。

【０００５】 一方、ショウプロセスは、模型材として
主にゴム材を使用し、模型材を自硬性セラミックススラ
リー、自硬性バインダー混練砂などの鋳型材中に埋没さ
せ、鋳型が硬化した後、模型を脱型し鋳型形状を作成す
る方法である。このショウプロセスは、模型材に柔軟性
があるため、ある程度のアンダーカット形状の対応は可
能であるが焼失模型法には及ばない。但し、模型は寸法
が安定しており、形状復元性に富むため、高い寸法精度
が得られるという特徴を有している。さらに、ダイキャ
スト法は模型を用いず、鋳型として金型を用いる方法で
ある。この金型は機械加工により作成されることが多い
が、鋳造でも作成されることがある。このダイキャスト
法によれば、鋳型は繰り返し使用することが可能で最も
生産性に富む鋳造方法で、寸法安定性にも富む。但し、
アンダーカット形状対応は基本的に困難である。

【０００６】 上記したロストワックス法、フルモール
ド法などの焼失模型法によれば、アンダーカット形状等
の極めて複雑な形状を有する製品の場合であっても、模
型そのものを作成することができれば基本的に鋳物鋳造
は可能であり、形状対応自由度は最も高いが、原型とな
る模型そのものが外力による変形が生じやすいため、寸
法が変動しやすく、製造される鋳物の精度、表面（肌）
の美しさ（平滑さ）は、非焼失模型法に劣る場合が多い
という問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 したがって、本発明
の目的は、ロストワックス法、フルモールド法等焼失模
型法と同程度の形状対応自由度を持つとともに、ショウ
プロセス、ダイキャスト法等非焼失模型法と同程度の寸
法精度を実現することができる鋳型の製造方法及び該鋳
型を用いた鋳物の鋳造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 本発明によれば、アン
ダーカット部のない形状を脱型用模型とし、アンダーカ
ット部形状のみを焼失模型又は溶出模型として、これら
の脱型用模型と焼失模型又は溶出模型とからなる複合模
型を鋳造用鋳型内に配置し、スラリー状の鋳型材を注型
した後、この鋳型材を硬化させ、脱型用模型のみを脱型
し、次いで焼成又は加熱により焼失模型又は溶出模型を
焼失又は溶出させることを特徴とする鋳型の製造方法、
が提供される。

【０００９】 また、本発明によれば、上記した方法に
より製造された鋳型を用いて鋳造することを特徴とする
アンダーカット形状を有する鋳物の鋳造方法が提供され
る。本発明のように、基本的にはアンダーカット部のな
い形状としてゴム型などの脱型用模型を使用し、アンダ
ーカット形状の部位もしくはそれに準ずる特殊形状部位
のみを加熱又は焼成により溶出又は焼失する模型で置き
換える複合模型を用いることにより、アンダーカット形
状等の複雑形状の部品や製品の模型を製造することがで
き、その結果、この鋳型を用いてアンダーカット形状の
部品、製品等の鋳物を鋳造することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施
形態に限定されるものではない。図１(a)(b)(c)(d)(e)
(f)(g)は、本発明に係る鋳型製造方法の各工程を示す説
明図である。図１(a)に示すアンダーカット形状の鋳物
１０を製造する場合、まず図１(b)のようなアンダーカ
ット形状のない基本形状のゴム型１１を作成し、このゴ
ム型１１に図１(c)に示すアンダーカット部形状のみの
焼失（又は溶出）模型１２をはめ込み、図１(d)のよう
に、ゴム型１１と焼失模型１２とを一体化させた複合模
型１３を作成する。次いで、図１(e)に示すように、複
合模型１３を枠組１４内に配置し、スラリー状の鋳型材
１５を注型し、次に、図１(f)のように、鋳型材１５を
硬化させた後、ゴム型１１のみを脱型する。

【００１１】 上記において、ゴム型１１と焼失模型１
２は物理的には結合されていないため、ゴム型１１の脱
型時に簡単に分離され、焼失（又は溶出）模型１２のみ
が鋳型材１５中に埋没された状態で鋳型１６が出来上が
ることになる。鋳型１６中に残された焼失（又は溶出）
模型１２は、加熱溶出させるか、焼成することにより焼
失させてしまうかのいずれかの方法で鋳型１６内から取
り除くことにより、図１(g)のように、最終的に鋳型１
６が完成する。そして、この鋳型１６を用い、鋳型１６
内に金属溶湯を流し込めば、所定の形状の鋳物が出来上
がるのである。

【００１２】 なお、図１(a)に示す形状の複合模型を
作成するに当たり、上述の方法においては、アンダーカ
ット部位のみを焼失模型１２としたが、図２のように、
アンダーカット部位を含んだより大きな部位を焼失模型
１７とし、その他の部位をゴム型１８としてもよい。

【００１３】 本発明において、鋳型材としては金属溶
湯を流し込んでも耐えられる材質のものであることが必
要であり、通常、セラミックス、石膏などが用いられ
る。一方、焼失模型又は溶出模型としては、金属溶湯の
温度より低い温度で焼失もしくは溶出する材質で構成さ
れたものであればよく、より低い温度で焼失又は溶出し
得る材質からなるものほど望ましい。工業的には、ワッ
クス（ロウ）、低融点金属等が好適に用いられる。ま
た、脱型用模型としては、シリコーンゴムなどのゴム、
ウレタン、エポキシ樹脂等の柔軟性を有する材質からな
るものが脱型しやすく、好ましい。

【００１４】 焼失（又は溶出）模型の成形方法として
は、通常のロストワックス法と同様に、金型や樹脂型に
よる鋳込み成形でも、型抜き、曲げによる塑性変形によ
る成形でも、型鋳造（コンプレッション成形）のいずれ
の方法も採用することができる。ゴム型と焼失（又は溶
出）模型とのはめ込み（複合化）に際しては、はめ込み
後に相互間に隙間が生じないようにすることが高い品質
の鋳物を作成するために必要である。はめ込みに当た
り、相互間に隙間が存在すると、この隙間に鋳型材が入
り込み、鋳物で砂かみ欠陥となる可能性が高いからであ
る。

【００１５】 これに対処する方法として、以下のよう
な方法が用いられる。例えば、図１(d)に示す複合模型
の場合では、焼失（又は溶出）模型１２を外力でわずか
に変形させ、ゴム型１１をかしめ込み、密着させること
で隙間をなくすことができる。これ以外の方法として
は、ゴム型１１と焼失模型１２の嵌合部間に粘性の低い
ワックス材を塗布しておき、これで隙間を充填してしま
うという方法がある。なお、この場合には、ゴム型１１
へ焼失模型１２をはめ込んだ後、充填材として使用した
ワックス材のはみ出しを除去しておく必要がある。

【００１６】

【実施例】 次に、本発明を実施例に基づいて、より詳
細に説明する。 （実施例１）図３(a)(b)に示すような、内周側に４本の
帯状凸部２０を有し、かつ各帯状凸部２０間を連設する
板付き棒状部２１を有する全体として円弧状を呈する鋳
物３０を球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ６００）を用いて、以下
のように鋳造した。板付き棒状体２１は、センターライ
ン２２を介して上下に７ヶ所づつ設けた。なお、鋳物３
０の細部の形状は、図３(a)(b)に示す通りである。

【００１７】 図３(a)(b)の鋳物と同一形状で収縮率分
を見込んだ図４(a)に示すような棒状部を有さない板付
き形状を持ったシリコーンゴム型２３を作成し、また、
図４(b)に示すような溝付きの棒状部形状を有するワッ
クス型２４を作成した。このゴム型２３の板部とワック
ス型２４の溝を嵌合し、両者を一体化した。なお、ゴム
型２３とワックス型２４はその形状が単純であったた
め、隙間はほとんど発生せず、ワックス型２４の両側面
を指でわずかに締め付ける程度で完全にゴム型２３に密
着させることができた。

【００１８】 次いで、図５に示すように、ゴム型２３
をマッチプレート２５上に載置して枠組２６内に配置
し、かつ水ガラス硬化砂からなるバックアップ材２８を
所定形状に配置した後、ゴム型２３とバックアップ材２
８とで形成される空間に、エチルシリケート系バインダ
ーで混練したスラリー状のセラミック鋳型材２７を流し
込んだ。次に、セラミック鋳型材２７を硬化後、ゴム型
２３のみを脱型し、直ちにプロパンガスバーナーでセラ
ミック鋳型材２７及びバックアップ材２８を一次焼成し
た後、電気炉にて８００℃で４時間二次焼成し、鋳型
（上型）２９を完成させた。

【００１９】 次いで、得られた鋳型（上型）２９に、
図６に示すように、予めフラン樹脂混練砂により作成し
ておいた背面形状型（下型）３１をセットした後、図７
に示すごとく、押湯部３２を有する押湯枠３３を設置し
て、製品部３４内に１３００℃のＦＣＤ６００溶湯を流
し込み、鋳造した。鋳造した鋳物は、細部デザインすべ
てに亘って所定の形状とすることができ、ワックス型で
形状対応した部位も、砂かみ、反応欠陥等の鋳造欠陥も
なかった。

【００２０】（比較例１）図３(a)(b)に示す形状の鋳物
全体を鋳込み重量６０〜７０ｋｇでロストワックス法に
より鋳造を試みたが、形状が複雑でアンダーカット部が
多く、一体成形でワックス模型を作成することができな
かった。また、全体の大きさ、重量面でもワックス模型
では寸法変動が大きくなりすぎ、さらに鋳造上も溶湯量
が大きくロストワックス法では鋳物変形・鋳造欠陥（引
け巣）の発生が予想されたため、対応を断念した。

【００２１】（実施例２）基本形状は図３(a)(b)と同一
で、細部形状として、図８のように板付き棒状部２１に
２個のφ１．０ｍｍの小穴３５を穿設した形状の鋳物４
０を、以下のように鋳造した。なお、その細部形状は図
８に示す通りである。基本的には実施例１と同様である
が、形状変更部のみを図９のように、丸棒部３６とフィ
ン３７、小穴部３８を一体成形したワックス模型３９を
シリコーンゴム型４１に嵌め込み一体化した。この際、
ゴム型４１とワックス模型３９の嵌合部４２には、白灯
油で希釈した流動パラフィンを充填材として使用し、隙
間のないように仕上げた。それ以後の工程は実施例１と
同様にして、鋳物を鋳造した。この実施例２により得ら
れた鋳物は、細部形状にわたって、すべて健全であっ
た。

【００２２】（実施例３）基本形状は図３(a)(b)と同一
で、細部形状として、図１０のように、テーパ状小穴４
３を有する鋳物５０を、以下のように鋳造した。テーパ
状小穴４３は、センターラインを介して上下に１６ヶ所
づつ設けた。なお、その細部形状は、図１０に示す通り
である。基本的な製法は実施例１と同様であるが、細部
形状として、図１１のように小穴部４４を持った骨形状
のワックス模型４５を作成し、これをシリコーンゴム型
４６に挿入・嵌合した。なお、シリコーンゴム型４６は
このために、予めワックス模型４５と同形状の挿入空間
部を有するように作成しておいた。そして、ゴム型４６
とワックス模型４５の嵌合部には白灯油で希釈した流動
パラフィンを充填材として使用し、隙間のないように仕
上げた。それ以後の工程は実施例１と同様にして、鋳物
を鋳造した。実施例３により得られた鋳物は、細部形状
にわたってすべて健全であった。

【００２３】（実施例４）実施例２と同様の形状におい
て使用する材質を変更し、鋳物材質をアルミ合金材（Ａ
Ｃ４Ｃ）、鋳型材質を非発泡石膏、ゴム型に嵌め込むワ
ックス模型に対応する溶出模型を低融点合金（センジュ
アロイＢ：Ｓｎ１３％、Ｂｉ５２％、Ｃｄ１７％、Ｐｂ
１８％の組成で、融点は７０℃）として鋳造した。実施
例２との変更点は、次の通りである。ゴム型を脱型後、
石膏鋳型を１００℃に加熱し、低融点合金模型を溶かし
出して除去した後、２００℃で１２ｈｒ乾燥を実施し
た。次いで、上下型をセットした後、アルミ合金材（Ａ
Ｃ４Ｃ）を６７０℃の湯温で鋳造した。以上のようにし
て、得られた鋳物は細部形状にわたってすべて健全であ
った。

【００２４】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、アンダーカット部のない基本形状を脱型用模型と
し、アンダーカット形状の部位のみを溶出模型又は焼出
模型で置き換える複合模型を用いているので、アンダー
カット形状の複雑形状の部品や製品の鋳型を製造するこ
とができ、そのため、この鋳型を用いてアンダーカット
形状の部品、製品等の鋳物を鋳造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る鋳型製造方法の各工程を示す説
明図で、図１(a)は鋳物形状、図１(b)は基本形状のゴム
型、図１(c)はアンダーカット部形状のみの焼失（又は
溶出）模型、図１(d)はゴム型と焼失模型とを一体化さ
せた複合模型、図１(e)はスラリー状鋳型材の注型工
程、図１(f)はゴム型の脱型工程、図１(g)は得られた鋳
型、をそれぞれを示す。

【図２】 本発明で用いる複合模型の他の例を示す説明
図である。

【図３】 実施例１で鋳造する鋳物形状の例を示す斜視
図で、図３(a)は鋳物の全体斜視図、図３(b)は図３(a)
のＡ部拡大図である。

【図４】 実施例１で用いる複合模型の例を示す斜視図
で、図４(a)はゴム型、図４(b)はワックス型を示す。

【図５】 実施例１におけるセラミック鋳型材の注型工
程の例を示す説明図である。

【図６】 実施例１における上下型のセット状態を示す
説明図である。

【図７】 実施例１における上下型に押湯部を設置した
状態を示す斜視図である。

【図８】 実施例２で鋳造する鋳物形状の細部を示す斜
視図である。

【図９】 実施例２で用いる複合模型の例を示す説明図
である。

【図１０】 実施例３で鋳造する鋳物形状の細部を示す
斜視図である。

【図１１】 実施例３で用いる複合模型の例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１０…鋳物、１１…ゴム型、１２…焼失（又は溶出）模
型、１３…複合模型、１４…枠組、１５…鋳型材、１６
…鋳型、１７…焼失模型、１８…ゴム型、２０…帯状凸
部、２１…板付き棒状部、２２…センターライン、２３
…シリコーンゴム型、２４…ワックス型、２５…マッチ
プレート、２６…枠組、２７…セラミック鋳型材、２８
…バックアップ材、２９…鋳型（上型）、３０…鋳物、
３１…背面形状型（下型）、３２…押湯部、３３…押湯
枠、３４…製品部、３５…小穴、３６…丸棒部、３７…
フィン、３８…小穴部、３９…ワックス模型、４０…鋳
物、４１…シリコーンゴム型、４２…嵌合部、４３…テ
ーパ状小穴、４４…小穴部、４５…ワックス模型、４６
…シリコーンゴム型、５０…鋳物。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンダーカット部のない形状を脱型用模
   型とし、アンダーカット部形状のみを焼失模型又は溶出
   模型として、これらの脱型用模型と焼失模型又は溶出模
   型とからなる複合模型を鋳造用鋳型内に配置し、スラリ
   ー状の鋳型材を注型した後、この鋳型材を硬化させ、脱
   型用模型のみを脱型し、次いで焼成又は加熱により焼失
   模型又は溶出模型を焼失又は溶出させることを特徴とす
   る鋳型の製造方法。
2. 【請求項２】 複合模型が、脱型用模型と焼失模型又は
   溶出模型とをはめ込みにより複合化してなる請求項１記
   載の鋳型の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の方法により製造さ
   れた鋳型を用いて鋳造することを特徴とするアンダーカ
   ット形状を有する鋳物の鋳造方法。