JP4980811B2 - 鋳型及び複合鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型及び複合鋳型に関する。

出願人は、鋳型等に用いられる抄造成形体として、下記特許文献１に記載の技術を提案している。この技術は、無機繊維や有機繊維等の繊維材料を含む原料スラリーから繊維積層体を抄造し、脱水、乾燥成形を行って所望の成形面を有する抄造成形体を製造し、これを鋳型等として使用するものである。

特開２００５−２９０６００号公報

ところで、このような抄造成形体からなる鋳型を割型として使用して鋳物を鋳造する場合、従来は、抄造成形体の製造時に生じたフランジ部周縁のバリを除去し、フランジ部の突き合わせ面に接着剤を塗布し、フランジ部の端面を揃えて割型の位置決めを行って鋳型を組み立てていた。このため、多くの作業工程及び時間を必要としていた。また、バリの除去工程でのフランジ部の端面の仕上げ具合が位置決め精度に影響を及ぼすため、フランジ部の端面の仕上げ具合が鋳物の品質にも影響を及ぼすこととなっていた。
一方、上記鋳型を使用して鋳物の鋳造を行う場合、当該鋳型を鋳物砂に埋設して使用する場合が多く、その際に受ける圧力や注湯の圧力に耐えるようにするため、鋳型の肉厚を厚くしてその剛性を付与しているが、材料コストの点からはより肉厚の薄いものが望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、鋳造精度の高い鋳物を効率よく低コストで鋳造することができる鋳型及び複合鋳型を提供することを目的とする。

本発明は、抄造成形体からなる鋳型であって、他の鋳型との突き合わせ面を有するフランジ部と、前記突き合わせ面から凹んだキャビティの形成面を有する凹部とを備え、前記フランジ部に嵌合凸部及び／又は嵌合凹部が設けられている鋳型を提供することにより、前記目的を達成したものである。

また、本発明は、前記本発明の鋳型の複数が組み合わされてなる複合鋳型であって、前記嵌合凸部と前記嵌合凹部とが嵌合され、前記突き合わせ面どうしが突き合わされている複合鋳型を提供するものである。

本発明の鋳型及び複合鋳型によれば、鋳造精度の高い鋳物を効率よく低コストで鋳造することができる。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の複合鋳型をその好ましい実施形態に基づいて説明する。
本実施形態の複合鋳型は、円柱状部と、該円柱状部の軸心に沿って所定間隔で該円柱状部と一体に鋳造された複数の円盤状の板状凸部とを備えている鋳造体（鋳物ともいう）の鋳造に使用される。

図１に示す第１実施形態の複合鋳型１０は、一対（一組）の鋳型１０Ａ、１０Ｂが組み合わされて構成される。各鋳型は、後述のように抄造成形体（以下単に成形体ともいう）からなる。鋳型１０Ａ、１０Ｂは基本的には同じ構成であるため、以下においては、鋳型１０Ａについて説明し、鋳型１０Ｂについては異なる点についてする。よって、特に説明のない部分については、鋳型１０Ａの説明が適宜適用される。なお、図１では、溶融金属の注ぎ口である湯口等は省略している。

図２に示すように、鋳型１０Ａは、前記鋳造体の形成面（成形面）となる凹部１１を備えている。凹部１１は、フランジ部１２の基面部１２１から凹んで所定方向に所定間隔で並設された板状凸部形成用凹部１１１と、各板状凸部形成用凹部１１１を結ぶように設けられた凹条部１１２とを有している。凹条部１１２は、板状凸部形成用凹部１１１よりも浅く設けられている。板状凸部形成用凹部１１１及び凹条部１１２の内面の鉛直断面輪郭は、同じ軸心Ｃ（図２（ｂ）参照）を有する半円形に設定されている。凹条部１１２の両端部は、板状凸部形成用凹部１１１よりも外側に張り出している。基面部１２１は、鋳型１０Ｂと組み合わせるときの突き合わせ面となる。

フランジ部１２には、嵌合凸部１２２が設けられている。嵌合凸部１２２は、鋳型１０Ａの曲がり変形を抑制する方向に配設されている。本実施形態の鋳型１０Ａでは、嵌合凸部１２２は、凹部１１の両側（図２（ｂ）の上下側）にその長手方向（軸心Ｃ方向）に平行に一対設けられている。これらの嵌合凸部１２２は、鋳型１０Ａの長手方向（軸心Ｃ方向）に生じる曲がり変形を効果的に抑制する。また、凹部１１の前後端面部（図２（ｂ）の左右側）にも平行に嵌合凸部１２２が一対設けられている。これらの嵌合凸部１２２は、鋳型１０Ａの短手方向に生じる曲がり変形を効果的に抑制する。従って、上述の“鋳型の曲がり変形を抑制する方向に配設されている”とは、“鋳型の曲がり変形が生じる方向に平行に配設されている”との意味である。

嵌合凸部１２２の幅は、鋳型１０Ａの曲がり変形を効果的に抑制する観点から４〜１２ｍｍが好ましく、６〜１０ｍｍがより好ましい。嵌合凸部１２２の幅は、鋳型１０Ａの大小に関係なく、前記範囲であれば、鋳型の曲がり変形を効果的に抑制できる。

一方、嵌合凸部１２２の長さは、鋳型１０Ａの曲がり変形を効果的に抑制する観点から、凹部１１の長さの６０〜１２０％が好ましく、８０〜１１０％がより好ましい。嵌合凸部１２２の長さは、凹部１１の長さの長短に関係し、前記範囲であれば、鋳型１０Ａの曲がり変形を効果的に抑制できる。後述のように嵌合凸部が長さ方向に分割されている場合（実施例３では２分割）、分割されている嵌合凸部の長さの合計値を凹部１１の長さで除した値が上記範囲であればよい。

なお、嵌合凸部１２２の高さは、嵌合凸部１２２の幅の約５０％程度であれば、鋳型１０Ａの曲がり変形を効果的に抑制することができる。

鋳型１０Ａは、表面粗さＲａが２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。ここで、表面粗さＲａはSurtronic10(Rank Taylor Hobson社製)等により測定される。

鋳型１０Ａの総厚み（嵌合凸部１２２は除く）は、適宜設定することができるが、鋳型としての強度の確保、通気性の確保、製造費抑制等を考慮すると０．５〜５ｍｍが好ましく、１〜２ｍｍがより好ましい。

本実施形態の鋳型は、無機粉体を主成分とし、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂、及び熱膨張性粒子を含有している。本明細書において、無機粉体を主成分とするとは、鋳型に含まれる全成分中で無機粉体が、質量比率で最も多いことをいう。

鋳型１０Ａは、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂（固形分）及び熱膨張性粒子の総質量に対し、無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／熱膨張性粒子＝７０〜８０％／２〜８％／０〜１０％／８〜１６％／０．５〜１０％（質量比率）が好ましく、７０〜８０％／２〜６％／０〜６％／１０〜１４％／２〜８％（質量比率）がより好ましい。ただし、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の合計は、１００質量％である。無機粉体の配合比が斯かる範囲であると、鋳込み時での形状保持性、鋳型となる成形体の表面性が良好となり、また成形後の離型性も好適となる。無機繊維の配合比が斯かる範囲であると、成形性、鋳込み時の形状保持性が良好である。有機繊維の配合比が斯かる範囲であると成形性が良好である。鋳込み時の有機繊維の燃焼によるガス発生量、揚がりからの炎に吹き出しを抑えるために有機繊維量は少ない程良く、場合によっては含まないこともできる。熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の配合比が斯かる範囲であると、成形体の成形性、鋳込み後の形状保持性、表面平滑性が良好である。また、熱膨張性粒子の配合比が斯かる範囲であると成形精度が良好となる。

前記無機粉体としては、鱗状黒鉛、土状黒鉛等の黒鉛、黒曜石、ムライト等が挙げられる。無機粉体は、これらを単独で又は二以上を選択して用いることができる。成形性、コストの点から黒鉛、特に、鱗状黒鉛を用いることが好ましい。

前記無機繊維は、主として成形体の骨格をなし、鋳造時の溶融金属の熱によっても燃焼せずにその形状を維持する。前記無機繊維としては、炭素繊維、ロックウール等の人造鉱物繊維、セラミック繊維、天然鉱物繊維が挙げられ、それらが単独で又は二以上を選択して用いることができる。これらの中でも、前記熱硬化性樹脂の炭化に伴う収縮を効果的に抑える点から高温でも高強度を有するピッチ系やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維を用いることが好ましく、特にＰＡＮ系の炭素繊維が好ましい。

前記無機繊維は、繊維積層体を抄造して脱水する場合の脱水性、繊維成形体の成形性、均一性の観点から平均繊維長が０．５〜１５ｍｍ、特に３〜８ｍｍであるものが好ましい。

前記有機繊維には、紙繊維（パルプ繊維）、フィブリル化した合成繊維、再生繊維（例えば、レーヨン繊維）等が挙げられる。有機繊維は、単独で又は二種以上を選択して用いることができる。成形性、乾燥後の強度、コストの点から、紙繊維が好ましい。

前記紙繊維としては、木材パルプ、コットンパルプ、リンターパルプ、竹やわらその他の非木材パルプが挙げられる。紙繊維は、これらのバージンパルプ若しくは古紙パルプを単独で又は二種以上を選択して用いることができる。紙繊維は、入手の容易性、環境保護、製造費用の低減等の点から、特に古紙パルプが好ましい。

前記有機繊維は、成形体の成形性、表面平滑性、耐衝撃性を考慮すると、平均繊維長が０．８〜２．０ｍｍ、特に０．９〜１．８ｍｍであるものが好ましい。

前記熱硬化性樹脂は、成形体の常温強度及び熱間強度を維持させると共に、成形体の表面性を良好とし、鋳物の表面粗度を向上させる上で必要な成分である。前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、特に、可燃ガスの発生が少なく、燃焼抑制効果があり、熱分解（炭化）後における残炭率が２５％以上と高く、炭化皮膜を形成して良好な鋳肌を得ることができる点からフェノール樹脂を用いることが好ましい。フェノール樹脂には、硬化剤を必要とするノボラックフェノール樹脂、硬化剤の必要ないレゾールタイプ等のフェノール樹脂が用いられる。ノボラックフェノール樹脂を用いる場合には、硬化剤を要する。該硬化剤は水に溶け易いため、成形体の脱水後にその表面に塗工されるのが好ましい。前記硬化剤には、ヘキサメチレンテトラミン等を用いることが好ましい。前記熱硬化性樹脂は、単独で又は二種以上を選択して用いることができる。

鋳型１０Ａは、前記熱膨張性粒子として、膨張前の平均直径が好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２５〜５０μｍである熱膨張性粒子を含んでいる。熱膨張性粒子の直径が斯かる範囲であると膨張による成形精度への悪影響を抑えた上で添加効果が十分に得ることができる。

前記熱膨張性粒子としては、熱可塑性樹脂の殻壁に、気化して膨張する膨張剤を内包したマイクロカプセルが好ましい。該マイクロカプセルは、８０〜２００℃で加熱すると、直径が好ましくは３〜５倍、体積が好ましくは５０〜１００倍に膨張し、膨張前の平均粒径が好ましくは５〜６０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの粒子が好ましい。

該マイクロカプセルの殻壁を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はこれらの組み合わせが挙げられる。前記殻壁に内包される膨張剤としては、プロパン、ブタン、ペンタン、イソブタン、石油エーテル等の低沸点の有機溶剤が挙げられる。

鋳型１０Ａには、前記各成分以外に、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアミドアミンエピクロルヒドリン樹脂等の紙力強化剤、凝集剤、着色剤等の他の成分を適宜の割合で添加することもできる。

鋳型１０Ａは、該部品の単位質量当たりの燃焼ガス発生量が２５０ｃｃ／ｇ以下であることが好ましく、２００ｃｃ／ｇ以下であることがより好ましい。燃焼ガス発生量は、燃焼ガス発生量測定装置（測定機器名：No.GAS PRESSURETESTER HARRY W.DIETERT CO.製）により測定される。燃焼ガス発生量は低い程好ましいが、実用上その下限は、０．１〜１ｃｃ／ｇ程度である。

鋳型１０Ａは、熱硬化性樹脂の熱分解に伴う燃焼ガスの発生を極力抑える点から、鋳造に用いられる前の状態の含水率（質量含水率）は２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。

次に、鋳型１０Ｂについて説明する。
図３に示すように、鋳型１０Ｂは、フランジ部１２１に鋳型１０Ａの嵌合凸部１２２が嵌合される嵌合凹部１２３が形成されている以外は、鋳型１０と同様の構成を有している。嵌合凹部１２３の形態（長さ、幅及び高さ等）は、鋳型１０Ａの嵌合凸部１２２に応じて設定される。

複合鋳型１０は、図４に示すように、鋳型１０Ａ、１０Ｂが組み合わされて構成される。このとき、それぞれ嵌合凸部１２２と嵌合凹部１２３とが嵌合され、突き合わせ面１２１どうしが突き合わされて位置決めされた状態となり、内部に複合鋳型のキャビティが形成される。突き合わせ面１２１には接着剤を塗布しておくことが好ましい。接着剤としては、エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、酢酸ビニル系接着剤等が好ましく使用される。このようにして得られた複合鋳型１０は、鋳物砂内に埋設されて使用される。

次に、前記実施形態の鋳型の製造方法をその製造型を含む製造装置とともに説明する。なお、以下においては、便宜上鋳型１０Ａの製造方法をその製造装置とともに説明し、鋳型１０Ｂについては型の形態が異なる以外は同じであるので、説明は省略する。

図５に示すように、鋳型１０Ａの製造装置１は、原料供給手段２と、抄造手段３と、乾燥成形手段４とを備えている。

原料供給手段２は、注入枠２０と、この注入枠２０を上下動させる上下動機構２１と、注入枠２０内に原料スラリーを供給するスラリー供給管２２とを備えている。スラリー供給管２２にはバルブ２３が配設されている。

抄造手段３は、いわゆる雄型の形態を有する抄造型（製造型）３０を備えている。図６に示すように、抄造型３０は、鋳型１０Ａのフランジ部１２に嵌合凸部１２２が設けられていない形態に対応した抄造部３００を有している。抄造部３００には、抄造型３０の突き合わせ面３０１から低い位置に基面部３０２を有する凹部（段部）３０３が設けられている。この凹部３０３の基面部３０２は、鋳型１０Ａのフランジ部１２の基面部１２１に対応して設けられている。抄造部３００は、基面部３０２から突出し所定方向に所定間隔で並設された半円形断面の板状凸部３０４と、板状凸部３０４を結ぶように設けられた半円形断面の凸条部３０５とを有している。板状凸部３０４と凸条部３０５は、半円形断面の中心が同じ軸心Ｃ上に位置するように設けられている。凸条部３０５の両端部は、板状凸部３０４の外側の板面部（側面部）よりも外側に張り出している。抄造型３０の内部には、その表面において開口する気液流通路３０６が設けられている。気液流通路３０６には、図５に示す吸引ポンプ３２に通じる排出管３１が接続されている。排出管３１にはバルブ３３が配設されている。抄造部３００の表面には抄造ネット３０７が取り付けられている。抄造ネット３０７には、従来からこの種の抄造成形体の製造に用いられている公知のものを使用することができる。

図５に示すように、乾燥成形手段４は、乾燥成形用の雌型４０と、雌型４０を上下動させる上下動機構４１と、乾燥成形用の雄型５０とを備えている。雌型４０と雄型５０とが互いに突き合わせられたとき、これらの型間には、成形する鋳型１０Ａの外形形状に対応した空隙（クリアランス）が形成される。

図７に示す雌型４０は、鋳型１０Ａの外形に対応した成形部４００を有している。成形部４００の表面は、フッ素樹脂により表面がコーティングされている。成形部４００は、突き合わせ面４０１から凹んで鋳型１０Ａのフランジ部１２が収まる段部４０２を有している。また、成形部４００は、この段部４０２の基面部４０３から凹んで所定方向に所定間隔で並設された半円形断面の板状凸部形成用凹部４０４と、各板状凸部形成用凹部４０４を結ぶように設けられた半円形断面の凹条部４０５とを有している。また、鋳型１０Ａの嵌合凸部１２２に対応した凸部４０７を有している。板状凸部形成用凹部４０４と凹条部４０５は、半円形断面の中心が同じ軸心上に位置するように設けられている。そして、これら段部４０２、板状凸部形成用凹部４０４及び凹条部４０５によって後述する空間形成部６１が形成される。成形部４００には、その表面において開口する気液流通路４０６が内部に設けられている。この気液流通路４０６には、図５に示したように、吸引ポンプ及びコンプレッサ（ともに図示せず）に通じる流通管４２が接続されている。流通管４２にはバルブ４３が配設されている。雌型４０は、成形部４００を加熱するヒーター（加熱手段）４４を備えている。雌型４０は上下動手段４１によって上下動する。

図７に示す雄型５０は、得られる鋳型１０Ａの凹部１１の内面形状（鋳造体の外形形状）に対応した成形部５００を有している。成形部５００の表面は、フッ素樹脂により表面がコーティングされている。成形部５００は、基面部５０１と、基面部５０１から突出した凸部５０２を有している。凸部５０２は、所定方向に所定間隔で並設された半円形断面の板状凸部５０３と、板状凸部５０３を結ぶように設けられた半円形断面の凸条部５０４と、鋳型１０Ａの嵌合凸部１２２に対応した凹部５０５とを有している。板状凸部５０３と凸条部５０４は、半円形断面の中心が同じ軸心上に位置するように設けられている。凸条部５０４の両端部は、板状凸部５０３の外側の板面部（側面部）よりも外側に張り出している。成形部５００の内部には、基面部５０１、凸部５０２の表面において開口する気液流通路５０６が内部に設けられている。この気液流通路５０６には、図５に示す吸引ポンプ５２に通じる排出管５１が接続されている。排出管５１にはバルブ５３が配設されている。なお、鋳型１０Ａの表面には該気液流通路５０６の開口部に当たる部分に凹部が形成される場合があり、鋳物表面に突部が残る場合がある。鋳物製品の適用分野によっては、工作機械による鋳物製品の表面仕上げをする必要がある場合がある。そのような場合には気液流通路５０６は無くてもよい。また、図には示していないが、成形部５００の内部には、成形部５００を加熱するヒーター等（加熱手段）が配されている。

製造装置１は、図８に示すように、抄造型３０及び雌型４０に、後述するように繊維積層体１０Ａ’のフランジ部１２’の基部を屈曲させて肉厚部を形成する肉厚部形成手段６を具備している。肉厚部形成手段６は、抄造型３０と雌型４０とを組み合わせたときに、繊維積層体１０Ａ’のフランジ部１２’の外縁部を抄造型３０から離間させる離間手段６０、及び抄造型３０と雌型４０との間に配されて前記基部の屈曲空間を形成する空間形成部６１からなる。

本実施形態では、離間手段６０は、前述の段部において開口する前記気液流通路４０６、それに連なる流通管４２及び前記吸引ポンプによって構成されている。また、空間形成部６１は、抄造型３０の凹部３０３及び雌型４０の段部４０２によって構成されている。また、気液流通路４０６は、段部において繊維積層体のフランジ部の外縁部に吸引力が強く働くように、他の部分よりも密に配管されていてもよい。

製造装置１は、前記抄造型３０及び雄型５０を図５に示すガイド７０に沿って所定位置に移動させる移動手段（図示せず）を備えている。また、製造装置１は、上記各手段と接続されてこれら各手段を後述するような手順に従って作動させるシーケンサーを備えた制御手段（図示せず）を備えている。

次に、上記製造装置１を用いた鋳型１０Ａの製造方法を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の鋳型の製造方法は、鋳型を構成する前記各成分を含む原料スラリーから湿潤状態の繊維積層体を抄造した後、該繊維積層体を抄造型３０から雌型４０に受け渡し、雌型４０と雄型５０との間で繊維積層体をプレス成形し、鋳型１０Ａを製造する。

本実施形態では、先ず、前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記熱膨張性粒子を分散媒に分散させて原料スラリーを調製する。原料スラリーには、製造する鋳型に適合するように調製されたものが用いられる。前記分散媒としては、水、白水の他、エタノール、メタノール等の溶剤又はこれらの混合系等が挙げられる。抄造・脱水成形の安定性、成形体の品質の安定性、費用、取り扱い易さ等の点から特に水が好ましい。

前記原料スラリーには、前記各成分以外に、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアミドアミンエピクロルヒドリン樹脂等の紙力強化剤、凝集剤、着色剤等の他の成分を適宜の割合で添加することもできる。

繊維積層体の抄造工程では、図９に示したように、上下動機構２１によって注入枠２０が下げられ、バルブ２３が開き、スラリー供給管２２を通じてスラリーが注入枠２０内に供給される。スラリーの供給量が所定量に達すると、バルブ２３が閉じてスラリーの供給が停止される。そして、バルブ３３が開き、気液流通路３０６及び排出管３１を介して吸引ポンプ３２によってスラリーの液体分が吸引されるとともに、固形分が抄造ネット３０７の表面に堆積されて湿潤状態の繊維積層体１０Ａ’が形成される。繊維積層体１０Ａ’中の液体含有率は、繊維積層体１０Ａ’のハンドリング性、繊維積層体１０Ａ’が雌型４０と雄型５０に挟まれてプレスされる際の繊維の流動による繊維積層体１０Ａ’の変形を考慮すると、繊維積層体１０Ａ’中の固形分１００質量部に対して液体分を５０〜２００質量部とするのが好ましく、７０〜１００質量部とするのがより好ましい。該液体含有率は、吸引ポンプ３２を通じた液体成分の吸引により調整され、所定の液体含有率になるように吸引が停止される。

繊維積層体１０Ａ’の抄造が終了すると、図１０に示したように、上下動機構２１によって注入枠２０が引き上げられ、前記移動手段によって抄造型３０がガイド７０に沿って雌型４０の下方に移される。

次に、雌型４０が上下動機構４１によって下げられ、抄造型３０と突き合わされる。そして図８に示したように、抄造型３０の段部３０３と雌型４０の段部によって、繊維積層体１０Ａ’のフランジ部１２’の基部の屈曲空間が形成される。

繊維積層体１０Ａ’を抄造型３０から脱型するときには、繊維積層体１０Ａ’が雌型４０における流通管４２を通じて成形部４００側に吸着される。そしてこのときに、図８に示したように、この繊維積層体１０Ａ’のフランジ部１２’の外縁部が、段部４０２で開口する気液流通路４０６を通して吸引されて抄造型３０から離間させられ、フランジ部１２’の基部が屈曲されて肉厚部１２０’が形成されるとともに、繊維積層体１０Ａ’の、凸部４０７に接触する部分が該凸部４０７の外形に従って変形する。そして、図１１に示すように、雌型４０が、前記上下動機構４１によって引き上げられ、抄造型３０から雌型４０に繊維積層体１０Ａ’が受け渡される。

次に、雄型５０が前記移動手段によって雌型４０との乾燥成形位置に移される。このようにして抄造、成形された繊維積層体１０Ａ’には、図１２に示したように、フランジ部１２’における、当該フランジ部１２’と凹部１１’の内面の交わり部分に形成される角部１３’の縁部に肉厚部１２０’が形成される。

次に、図１３（ａ）に示したように、雌型４０が上下動機構４１によって下げられる。そして、所定温度に加熱された雄型５０と突き合わされてこれらの雄雌型の間で繊維積層体１０Ａ’がプレス成形され、乾燥した鋳型１０Ａが得られる。この際に、図１３（ｂ）に示したように、鋳型１０Ａの嵌合凸部１２２に対応した凸部４０７と凹部５０５の間に挟まれた繊維積層体１０Ａ’の一部分が、嵌合凸部１２２として形成される（説明の便宜上、図１３（ｂ）は雌型４０と雄型５０を離間した状態で表している）。さらに、このプレス成形によって、前記熱膨張製粒子が発泡し、図１に示したように、鋳型１０Ａのフランジ部１２に嵌合凸部１２２が、よりシャープな外形で形成される。また、鋳型１０Ａにおけるフランジ部１２と凹部１１の内面との交わり部分に形成される角部１３の頂点が尖鋭となる。なお、雌型４０と雄型５０が突き合わされた場合には、上記肉厚部１２０’を収納する空隙は形成されないようにしておく。すなわち、最終的に成形される鋳型の形状（肉厚部分は有しない）に応じた空隙が形成されるようにしておく。尖鋭な角部の頂点が他の物体と接触した場合には、尖鋭であるが故に頂点が損傷し易いので、損傷を防ぐためには角部の頂点の密度は０．８ｇ／ｃｍ³以上であることが望ましい。

雌型４０と雄型５０の金型温度は、製造する鋳型１０Ａに応じて適宜設定されるが、前記熱膨張製粒子の十分な発泡、繊維積層体１０Ａ’の焦げ付き防止等を考慮すると、１００〜２５０℃が好ましく、１２０〜２００℃がより好ましい。雌型４０と雄型５０によるプレス成形の圧力は、肉厚部を確実に押し潰すこと等を考慮すると、０．２ＭＰａ〜１０ＭＰａが好ましく、０．５ＭＰａ〜５ＭＰａがより好ましい。ただし、プレス成形の圧力は、鋳型１０Ａを構成する材料の種類、強度等で大きく変化することもあり得る。

乾燥成形の際は、バルブ５３が開いており、繊維積層体１０Ａ’の水分は、気液流通路５０６（図７参照）及び排出管５１を介して吸引ポンプ５２によって吸引されて外部に排出される。その一方で、上下動機構２１によって注入枠２０が下げられ、抄造型３０の抄造部３００が再び注入枠２０に内包される。そして、前記抄造工程と同様にして繊維積層体が新たに抄造される。

乾燥成形工程が終了すると、流通管４２からの吸引が前記コンプレッサによる空気噴射に切り替えられ、図１４に示したように、上下動機構４１によって雌型４０が引き上げられる。そして、吸引ポンプ５２による吸引が停止された後、雄型５０側に残った鋳型１０Ａを雄型５０から取り外し、鋳型１０Ａの製造を完了する。また、上下動機構２１によって注入枠２０が引き上げられ、抄造工程を終えた新たな繊維積層体１０Ａ’は、その後加熱工程に移される。本実施形態の製造方法では、このような抄造、乾燥成形の工程が繰り返し行われる。

このようにして製造された鋳型１０Ａ（及び１０Ｂ）を嵌合凸部１２２と嵌合凹部１２３とを嵌合させ、それらの突き合わせ面１２１で突き合わせ、複合鋳型（主型）として用い、さらに湯道管等を付設した上で鋳物砂内に埋設して鋳型装置を構成し、主型のキャビティ内に溶湯を供給することで、所望の鋳物を製造することができる。この場合、鋳型１０Ａ、１０Ｂは、嵌合凸部１２２、嵌合凸部１２３によって、剛性が高められており、曲がり変形が抑えられるので、精度の高い鋳物を製造することができる。また、その分、薄肉にすることができるので、鋳型自体を低コストで製造することができる。さらに、嵌合凸部１２２及び嵌合凹部１２３で鋳型１０Ａと鋳型１０Ｂの位置決めが精度よく行われるため、従来のようなフランジ部の端部を揃える方法に比べ、効率よく鋳造精度の高い鋳物を製造することができる。またさらに、図４（ｂ）に示すように、それぞれのフランジ部１２、１２の突き合わせ面１２１を対向させて突き合わせた場合に、互いの角部１３Ａ、１３Ｂの頂点が尖鋭なので、当該角部どうしの突き合わせ部分には実質的に隙間が形成されないので、得られる鋳造体のバリの発生を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態の製造型（抄造型並びに乾燥用の雄型及び雌型）を用いることによって、鋳型１０Ａ、１０Ｂを好適に製造することができる。またこの鋳型１０Ａ及び１０Ｂを用いることによって、前記効果が奏される鋳造体を好適に製造することができる。

図１５は、本発明の第２実施形態による複合鋳型を構成する鋳型１００Ａを示すものである。鋳型１００Ａは、第１実施形態の鋳型１０Ａと同様に、一対（一組）が組み合わされて複合鋳型が構成される。鋳型１００Ａは、複数（４本）の鋳造体を同時に鋳造できるように凹部１１’が配設されている。鋳型１００Ａは、基本的には、前記実施形態の鋳型１０Ａと同様の構成であるので、以下の説明においては、その特徴部分についてのみ説明する。よって、特に説明のない部分については、前記第１実施形態における説明が適宜適用される。また、鋳型１００Ａと対をなす他方の鋳型は、鋳型１００Ａと嵌合する嵌合凹部又は嵌合凹部を有している点を除けば、鋳型１００Ａと同様の構成であるため、以下の説明では、鋳型１００Ａについてのみ説明する。

鋳型１００Ａは、鋳造体の成形面となる４つの凹部１１’を備えている。鋳型１００Ａは、対となる鋳型と組み合わせて複合鋳型を構成したとき湯口及び湯道を形成するための湯口形成用凹部１０１及び湯道形成用凹部１０２を有している。湯口形成用凹部１０１は、中央に配設されており、湯道形成用凹部１０２は、湯口形成用凹部１０１と凹部１１’の一端部とを結ぶように配設されている。凹部１１’は、湯口形成用凹部１０１を挟んで両側に左右（図１５では上下）対称に設けられている。

鋳型１００Ａの嵌合凸部１２２’は、鋳型１００Ａの曲がり変形を抑制する方向に配設されている。本実施形態では、嵌合凸部１２２’は、フランジ部１２’縁辺部（図１５における上下の縁辺部）及び湯道形成用凹部１０２（図１５における上下方向に延出する部分）に沿うように配設されている。また鋳型１００Ａでは、湯口形成用凹１０１部、及び湯道形成用凹部１０２も鋳型１００Ａの曲がり変形を抑制するように凹部１１’の周りに配設されているため、本実施形態のように、複数の鋳造体を製造するためにその面積が広く撓みやすい構造である鋳型１００Ａであっても、曲がり変形が確実に抑えられ、精度の高い鋳造体を製造することができる。

本発明は、前記実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

前記実施形態では、嵌合凸部を、凹条部の両側に一対、凹条部の前後に一対設けるとともに、嵌合凹部をこれらに対応する位置に設けたが、嵌合凹部及び凸部の形態は、これに制限されるものではなく、前記鋳型の変形を抑制するように配設されていればよい。この場合嵌合凸部（凹部）の形態に特に制限はなく、平面視して棒状、長円状、円形状等とすることができる。例えば、図１６（ａ）に示すように、凹部１１の両側に、長円の嵌合凸部（嵌合凹部）１２２どうしを互いに交わる向きにハの字に配置して鋳型の変形を抑制するように配列したり、図１６（ｂ）に示すように、十字の嵌合凸部（嵌合凹部）１２２を所定間隔で、凹部１１の両側に平行に配設してもよい。また、図１７（ａ）に示すように、凹部１１の両側に、長円の嵌合凸部（嵌合凹部）を凹部１１の軸方向に４５度に交わる向きで所定間隔おきに配列して鋳型の変形を抑制してもよいし、図１７（ｂ）に示すように、半球状若しくは半球殻状の嵌合凸部（嵌合凹部）を千鳥配列で、凹部の両側に平行に配設してもよい。

また、嵌合凸部と嵌合凹部の形態を図１８（ａ）に示すように、嵌合凸部１２２の先端部を嵌合凹部１２３よりもわずかに広い形態としたり、図１８（ｂ）に示すように、嵌合凹部１２３の内面に嵌合方向に沿って凸条１２４を形成しておき、嵌合凹部に嵌合させたときにより強い嵌合力が得られるようにして接着剤を使用しなくても鋳型どうしを接合できるようにすることもできる。

また、前記実施形態では、一方の鋳型に嵌合凸部を、他方の鋳型に嵌合凹部を設けたが、一つの鋳型に他の鋳型と嵌合する嵌合凸部及び嵌合凹部を両方設けることもできる。

また、本発明の鋳型は、キャビティ（キャビティ形成面）の形態に制限はなく、鋳造する鋳造体の外形に合わせてキャビティを選択することができる。

また、鋳造体の複数個取りの複合鋳型の場合は、鋳造体の外形形状となる凹部が組み合わされて形成されるキャビティは湯口から延びる湯道の両側に位置していることが、注湯時の変形防止の効果が奏される。

また、前記実施形態では、前記嵌合凸部又は前記嵌合凹部が、鋳型の変形が生じる方向に平行に配設したが、鋳型の変形が生じる方向に正確に平行である必要は無く、変形を抑制できれば、大よその平行度合でも良い。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は、本実施例に何ら制限されない。

〔実施例１〕
下記組成の原料スラリーから下記のように鋳型を作製し、該鋳型を主型に用いて鋳物を製造した。

＜原料スラリーの調製＞
下記配合成分を水に分散させて約１質量％（水の質量に対する、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の合計質量）のスラリーを調製した。そして、無機粉体、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子の配合率（質量比率）が下記の値の原料スラリーを得た。

〔原料スラリーの配合〕
無機粉体：鱗状黒鉛
無機繊維：ＰＡＮ系炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名「パイロフィル」、繊維長３ｍｍ、収縮率０．１％）
有機繊維：紙繊維（新聞古紙、平均繊維長１ｍｍ、フリーネス（ＣＳＦ）１５０ｃｃ）
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−１０５Ｄ」）
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター・ベルパール（株）製「Ｓ８９０」）
成分質量配合率（％）：無機粉体／無機繊維／有機繊維／熱硬化性樹脂／熱膨張性粒子＝７６／４／４／１２／４
分散媒：水

〔抄造体の抄造〕
上記原料スラリー及び抄造する抄造体に対応した抄造型を用い、前述の実施形態と同様にして抄造体を抄造した。そして、肉厚が１〜３ｍｍの抄造体を得た。

〔成形体の乾燥成形〕
得られた抄造体を、成形面にフッ素樹脂コートが施された成形型内に配置し、下記条件で乾燥成形し、図１９に示す主要寸法を有する鋳型（成形体）を作製した。なお、図１９中の数値の単位はｍｍである。
プレス成形圧力：３．８ＭＰａ
乾燥型温度：１８０℃

〔鋳造体の鋳造〕
得られた成形体を前述の実施形態の複合鋳型として使用し、下記成分の溶湯を注入し、下記の寸法の鋳物を鋳造した。
溶湯：鋳鉄（ＪＩＳ ＦＣＤ７００相当、溶湯温度約１４００℃）
鋳物の主要寸法：板状凸部の外径４８．５ｍｍ、円柱状部の外径２０ｍｍ、全長２９０ｍｍ

〔実施例２〕
嵌合凸部（嵌合凹部）の形態を表１に示した形態とした以外は、実施例１と同様にして、図２０に示す寸法の四本取りの鋳型を作製し、得られた鋳型を組み合わせた複合鋳型で複数の鋳造体を製造した。なお、図２０中の数値の単位はｍｍである。

〔実施例３〕
嵌合凸部（嵌合凹部）の形態を表１に示した形態とした以外は、実施例１と同様にして、図２１に示す寸法の鋳型を作製し、得られた鋳型を組み合わせた複合鋳型で鋳造体を製造した。なお、図２１中の数値の単位はｍｍである。

〔比較例１〕
嵌合凸部（嵌合凹部）を設けなかった以外は、実施例１と同様にして鋳型を作製し、得られた鋳型を組み合わせた複合鋳型で鋳造体を製造した。

〔鋳造体の評価〕
得られた鋳造体を、定盤上で転がし、その状態を目視して下記の三段階で評価した。
○：転がり方がスムーズ（鋳造体に曲がりがない。これは、成形体に曲がり変形が生じていないことを意味する。
△：転がすことが可能（目視では鋳造体の曲がりを確認できない。従って、使用上の問題はない程度の曲がりが発生しているものと考えられる。）
×：転がすことができない。（目視でも鋳造体の曲がりを確認することができる。）

〔結果〕
表１に示したように、嵌合凸部（又は嵌合凹部）を設けることにより、鋳型、成形体に曲がり変形を発生させることなく、品質の良い鋳造体を製造することができた。特に、嵌合凸部（嵌合凹部）が分割されておらず連続の形態である場合、品質の良い鋳造体を製造することが明らかとなった。

本発明は、突き合わせ面で突き合わせて構成される鋳型に特に好適である。

本発明の複合鋳型の第１実施形態を各鋳型に分解した状態で示す斜視図である。 前記鋳型の形態を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。 前記鋳型の形態を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。 前記実施形態の複合鋳型を組み立てた状態で示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 前記実施形態の鋳型の製造装置の一実施形態を模式的に示す図である。 前記鋳型の製造に用いられる抄造型の一実施形態を模式的に示す図であり、（ａ）は一部を破断視した斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 前記鋳型の製造に用いられる乾燥成形型の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 抄造型と乾燥型を突き合わせた状態を模式的に示す要部の断面図である。 前記製造装置による鋳型の製造方法の一実施形態における抄造工程を模式的に示す図である。 前記製造装置による鋳型の製造方法の一実施形態における抄造工程終了後における繊維積層体の移行工程を模式的に示す図である。 抄造型から乾燥型への繊維積層体の受け渡し工程を模式的に示す要部の断面図である。 前記製造装置による鋳型の製造方法の一実施形態において抄造された鋳型の中間体である繊維積層体の一実施形態要部の断面図である。 前記製造装置による鋳型の製造方法の一実施形態を模式的に示す図であり、（ａ）乾燥成形工程を模式的に示す断面図、（ｂ）乾燥成形工程を模式的に示す要部の断面図である。 前記製造装置による鋳型の製造方法の一実施形態における乾燥成形工程終了後の脱型状態を模式的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態の複合鋳型を構成する鋳型を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の鋳型の他の実施形態を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の鋳型の他の実施形態を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の鋳型における嵌合凹部及び嵌合凸部の他の形態を示す断面図である。 本発明の複合鋳型を構成する鋳型の実施例１の主要寸法を示す平面図である。 本発明の複合鋳型を構成する鋳型の実施例２の主要寸法を示す平面図である。 本発明の複合鋳型を構成する鋳型の実施例３の主要寸法を示す平面図である。

符号の説明

１０ 複合鋳型
１０Ａ、１０Ｂ、１００Ａ 鋳型
１０Ａ’ 繊維積層体
１１、１１’ 凹部
１２、１２’ フランジ部
１２１ 突き合わせ面
１２２、１２２’ 嵌合凸部
１２３ 嵌合凹部

Claims (5)

1. 抄造成形体からなる鋳型であって、他の鋳型との突き合わせ面を有するフランジ部と、前記突き合わせ面から凹んだキャビティの形成面を有する凹部とを備え、前記フランジ部に嵌合凸部及び／又は嵌合凹部が設けられている鋳型。
2. 前記嵌合凸部又は前記嵌合凹部が、鋳型の変形を抑制する方向に配設されている請求項１に記載の鋳型。
3. 無機粉体を主成分とし、無機繊維、有機繊維、熱硬化性樹脂及び熱膨張性粒子を含有する請求項１又は２に記載の鋳型。
   
4. 前記熱膨張性粒子を、前記無機粉体、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記熱膨張性粒子の総質量に対し、０．５〜１０質量％含有する請求項３に記載の鋳型。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の鋳型の複数が組み合わされてなる複合鋳型であって、
   前記嵌合凸部と前記嵌合凹部とが嵌合され、前記突き合わせ面どうしが突き合わされている複合鋳型。

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