JP4514995B2

JP4514995B2 - 消失模型鋳造法

Info

Publication number: JP4514995B2
Application number: JP2001190157A
Authority: JP
Inventors: 等船田; 茂夫仲井; 匡楠部
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003001377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消失模型鋳造法に関し、特に消失模型の消失により発生した気体を排出通路を介して排出する際に、排出気体の浄化手段を通じて鋳型外部に放出させつつ鋳造を行う消失模型鋳造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消失模型鋳造法はフルモールド法とも言われ、合成樹脂発泡体にて製作した模型を鋳物砂に埋設したまま鋳型として利用するプロセスである。このプロセスは鋳込まれた熔湯によって合成樹脂発泡体を熱分解させるものであるが、すすを含む多量の熱分解ガスが発生し、異臭の発生等、環境を悪化させるとともに、その残渣により鋳物に鋳造欠陥が発生する欠点がある。
【０００３】
消失模型鋳造時に発生する燃焼ガスを浄化する技術に関しては、特開平１−２１５４３５号公報には燃焼ガスを鋳枠の下部より吸引し、また吸引と同一経路により鋳枠内の砂中に空気を吹き込む方法が、また、特開平４−３４４８６７号公報には燃焼ガスを吸引後、燃焼させる方法が、また、特開平８−１６８５号公報には燃焼ガスを吸引後、浄化装置を通過させる方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報のような方法では燃焼ガスの排出効率、スス、異臭等の除去効率が悪く、また、鋳物欠陥発生を抑止するという面からも不十分であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋳物砂内に、合成樹脂発泡体製模型を埋設してなる鋳型に注湯し、注湯した該湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法であって、前記模型として貫通孔が形成されたものを用い、該模型の消失により発生した気体を、排出気体浄化手段を備えた排出通路、好ましくは前記模型と連通する排出通路を介して、前記鋳型の外部に放出させつつ鋳造を行う消失模型鋳造法に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の消失模型鋳造法の例を図１に基づいて説明する。鋳型は、鋳枠４と鋳枠４の内部の鋳物砂７と鋳物砂７に埋設された模型１等からなり、模型１に連通した湯口５が左上方に設けられている。模型１は、発泡ポリスチレンによって製品と同一形状に形成されており、貫通孔２が設けられている。鋳物砂７は、５．５号珪砂であり、粘結剤を適量含有させてある。
【０００７】
鋳型の形成は、まず、模型１の表面に耐火性に優れた塗型剤３を塗布し、その後充分乾燥させる。そして鋳枠４に湯道６を形成した後、模型１を固定し鋳物砂７で埋設し、湯口５を設置する。その際、貫通孔２の内部は空間にしておき、貫通孔２に連通する排出菅を設け排出通路８とする。
【０００８】
排出通路８には、排出気体浄化手段９が設置される。ここで、排出気体浄化手段とは、燃焼ガス成分中の炭素を主成分とする微粒子（すす）の捕獲効率に優れたものであり、一般的にはガスフィルタとして知られているものが簡便且つ効率的であり好ましい。
【０００９】
また、排出通路８からの燃焼ガス排出量を調整する意味で、排出気体浄化手段９の前後に、吸気手段、あるいは耐火物粒子及びその層、背圧弁等の排気抑制手段を設けても良い。排気抑制は、排出通路８を細く絞り込んだ形状にすることでも達成される。
【００１０】
湯口から熔湯を注湯すると、湯は模型１を溶融させて、鋳型内に溜まる。一方、熔湯の熱により溶融、燃焼された模型１のガスの大部分が、貫通孔２を通り、排出通路８から効率よく排出されるのが確認される。これらのガスは燃焼ガスフィルタにより浄化されたのち大気中に放出されることを特徴とする。また、排出気体浄化手段９により、発生ガスを浄化して大気に放出することで、すす並びに悪臭を抑制し環境保護を図ることが可能となった。
【００１１】
本発明において、排出気体浄化手段９としては、ガスフィルタや水槽等の燃焼ガス等の浄化手段として公知の材質、構造、形状のものが使用でき、好ましくは、すすの捕獲あるいは分解効率に優れるガスフィルタである。例えば、セラミックス、金属等の材質、好ましくはセラミックスからなる、フォーム型、メッシュ型、リボン型、ハニカムウォールフロー型等の形状を有するガスフィルタが挙げられる。
【００１２】
これらのフィルタに、更に発熱剤を担持させることができる。発熱剤は、易酸化性物質と酸化剤とを含有する固体部材からなるものが好ましい。このような易酸化性物質と酸化剤とを担持させ、フィルタに発熱効果を持たせることで、すすの熱分解を促進させることもできる。易酸化性物質としては、金属、中でもアルミニウム、マグネシウム、チタニア及びジルコニアから選ばれる少なくとも一つが好ましく、より好ましくはアルミニウムである。また、酸化剤としては、金属酸化物及び硝酸金属から選ばれる一種以上が好ましい。金属酸化物としては、酸化鉄、酸化マンガンが、硝酸金属塩としては硝酸ナトリウムが挙げられる。また、氷晶石、フッ化カリウム、珪フッ化ナトリウム等のフッ素化合物等の酸化促進剤を併用することもできる。この場合、易酸化性物質（Ａ）、酸化剤（Ｂ）及び酸化促進剤（Ｃ）の比率は重量比で（Ａ）／（Ｂ）／（Ｃ）＝１０〜９５／５〜９０／０〜５０が好ましく、より好ましくは４０〜９０／１０〜４０／１〜２０である。
【００１３】
フィルタに発熱剤や酸化促進剤を担持させる方法としては、これらを含有する液状組成物を塗布し乾燥する方法が挙げられる。発熱剤や酸化促進剤の担持量はその種類や鋳造条件等によって適宜決めればよい。
【００１４】
更に、燃焼ガス浄化後のフィルタを回収し、ヒーター方式、バーナー方式、高温ガス方式、マイクロ波照射等によって、堆積したすす等を焼き清めることで、再生、再使用することも可能である。
【００１５】
排出通路となる排出菅の径、設置位置、数等は、模型の形状や大きさにより決められる。排出通路は、直径３０ｃｍ以下、好ましくは１〜１０ｃｍの円筒状の、好ましくはセラミック製の排気管により形成されるのが好ましい。その本数については所望の通気度を確保できるように適宜決定すればよいが、発泡体１千〜１０万ｃｍ³、好ましくは１千〜１万ｃｍ³あたり、１本設けるのが好ましく、燃焼ガスの排出効率、スス等の除去効率の点から、少なくとも１つの排出通路は、模型に設けた貫通孔と連通するのが特に好ましい。
【００１６】
模型は、合成樹脂発泡体からなるものが使用される。合成樹脂発泡体としては、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、又はこれらの共重合体等の発泡体が用いられる。
【００１７】
本発明では、貫通孔を有する模型を用いるが、これが燃焼ガスの排出効率、スス、異臭等の除去効率を高める上で重要な役割を果たしている。模型に形成させる貫通孔は、模型作成時に形成させてもよいし、模型作製後、加熱した金属棒等により形成してもよい。貫通孔の径、形成位置、数等は、模型の形状や大きさにより決められる。前述のように、模型の貫通孔の少なくとも１つが排出通路を連通していることが好ましい。
【００１８】
模型には塗型剤により塗型層が形成される。本発明では塗型膜を通じてのガス排出の必要がないため、塗型剤としては、市販のもののほか、粒径１０μｍ以下、好ましくは１〜１０μｍの細粒径の耐火性骨材を含有するものを使用できる。また、２〜１０ｍｍという厚膜の塗型層を形成して高強度の塗型膜とする場合には、大粒径（１ｍｍ以上）の耐火性粒子を用い、充填性を向上させることもできる。塗型剤中の耐火性骨材としては、例えば黒鉛、ジルコン、マグネシア、アルミナ、シリカなどがある。また塗型剤の粘結剤として、水系ではポリアクリル酸ナトリウム、澱粉、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アラビアガム等の水溶性高分子や酢酸ビニル系等の各種の樹脂エマルションを、またアルコール系ではアルコール可溶もしくは分散する各種樹脂を添加するのが、塗膜強度の点から好ましい。添加量は耐火性骨材１００重量部に対し、好ましくは０．５〜１０重量部である。
【００１９】
鋳造に用いる鋳物砂としては、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂又は再生砂が使用される。鋳物砂は粘結剤を添加せずに用いることもでき、その場合には充填性は良好であるが、強度が必要な場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明では発生ガスが集中的に排出気体浄化手段により浄化されながら鋳型外部に徐放されるため、すす並びに悪臭を抑制し環境保護を図れるとともに、鋳物の品質を向上させることができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
２５０ｍｍ×１２０ｍｍ×８０ｍｍの発泡模型１（発泡ポリスチレン製）に、直径３ｍｍの金属棒を加熱し、図１のように貫通孔２を形成させた。貫通孔２の直径は約４ｍｍであった。
【００２２】
多孔質セラミックからなるハニカム構造を有するフィルタを作製するため、まず最初にセラミック繊維、セラミック原料を含むシートを作製する。得られたシートから、段ボール製造と同様な方法で波状シートと平板状シートを接着してなるコルゲートシートを作製し、次にこれを芯の周囲に接着しつつ巻き付けて成型する。さらに、ハニカム構造体のセル端部を交互に閉塞するため、シート成分を注入し、乾燥後、１１００℃〜１４００℃で焼成させて、燃焼ガスフィルタを得る。こうして作製された燃焼ガスフィルタ９を、内径４ｃｍの円筒形の陶菅（長さ１０ｃｍ）からなる排出通路８に、図１のように設置した。
【００２３】
貫通孔を形成した模型１表面に、粒径５μｍの耐火物骨材を含有する塗型剤３を塗布し乾燥後、該模型の貫通孔が排出通路８と連通するよう、図１のようにセットして造型を行った。鋳鉄の材質はＦＣ−２５０、鋳込み温度は１４００℃であった。鋳込み時の状況及び得られた鋳物の品質（鋳肌の状態）を評価した。
【００２４】
実施例２
燃焼ガスフィルタ９に代えて、高級鋼の鋼綿から製作したメタリックフィルタを使用する以外は、実施例１と同様に鋳込みを行い、同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
実施例３
易酸化性物質としてアルミニウム１００重量部、酸化剤として硝酸ナトリウム１０重量部、酸化促進剤として氷晶石５重量部を、ヒドキシプロピルセルロースのメタノール溶液（濃度５重量％）で２倍に希釈した液状組成物を発熱剤として、実施例１のフィルタに塗布乾燥した。それ以外は実施例１と同様に鋳込みを行い、同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００２６】
比較例１
実施例１において、貫通孔２並びに燃焼ガスフィルタ９を設けない以外は同様に鋳込みを行い、同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００２７】
比較例２
実施例１において、燃焼ガスフィルタ９を設けない以外は同様に鋳込みを行い、同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消失模型鋳造法の一例を示す概略図
【符号の説明】
１模型
２貫通孔
８排出通路
９ガスフィルタ

Claims

鋳物砂内に、合成樹脂発泡体製模型を埋設してなる鋳型に注湯し、注湯した該湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法であって、前記模型として貫通孔が形成されたものを用い、該模型の消失により発生した気体を、排出気体浄化手段を備えた排出通路を介して、前記鋳型の外部に放出させつつ鋳造を行う消失模型鋳造法であって、
模型の貫通孔と排出通路が連通しており、
排出気体浄化手段が、セラミックフィルタ及び／又はメタリックフィルタであり、
排出気体浄化手段が、易酸化性物質と酸化剤と酸化促進剤とを含有する固体部材からなる発熱剤を担持し、
易酸化性物質（Ａ）、酸化剤（Ｂ）及び酸化促進剤（Ｃ）の比率が重量比で（Ａ）／（Ｂ）／（Ｃ）＝１０〜９５／５〜９０／１〜２０である、
消失模型鋳造法。
易酸化性物質がアルミニウムである、請求項１記載の消失模型鋳造法。