JP5561659B2 - 金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、金属鋳造用鋳型の造型方法及び金属鋳造用鋳型に関する。

従来から、特許文献１に記載されているように、原形部材の成形面に合成樹脂フィルムを密着し、この合成樹脂フィルムの外側に乾燥砂を充填し、この乾燥砂を負圧にして、合成樹脂フィルムを乾燥砂側に吸着し原形部材を離形してキャビティーを形成し、このキャビティー内に注湯する、Ｖプロセス鋳造法が、知られている。このＶプロセス鋳造法においては、鋳型内の減圧により鋳型を保持しているので、砂を固化するためのバインダーを用いず、そのため、鋳型砂の混練設備が不要となり、また、鋳造時の臭気もほとんど発生せず、鋳造後の製品取り出しも容易という利点がある。

特公昭５０−８４０９号公報

しかし、上述した特許文献１のＶプロセス鋳造法では、溶融金属への鋳型砂の焼付きを防止するために塗型を施す必要があり、さらに塗布した塗型剤を乾燥させる必要もある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、塗型作業及び塗型乾燥作業を必要とせずに、鋳物表面への鋳型砂の焼付きのない健全な鋳物を鋳造できる金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明は、金属鋳造用鋳型の造型方法であって、受け型をパルプモールド品により被覆する工程と、減圧手段を備えた鋳型枠をパルプモールド品の上部に設置する工程と、鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程と、鋳型枠内を封止するために鋳型枠の上面に封止部材を設ける工程と、鋳型枠内を減圧手段により減圧して、鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型を形成する工程と、パルプモールド品を前記受け型から分離させる工程と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、受け型をパルプモールド品で被覆するようにしているので、鋳造時にパルプモールド品が溶湯の熱により炭化して塗型の役割を果たし、それにより、鋳物表面への鋳型砂の焼付きを防止できる。この結果、本発明によれば、塗型を施す必要がなくなり、塗型工程及び塗型の乾燥工程や、それらに伴う設備も不要となる。
また、鋳型枠の上面を封止部材により封止し、耐熱粒子が充填された鋳型枠内を減圧するようにしたので、鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型が一体化され、それにより鋳型の強度が大となり、そのため、天然繊維で成形したパルプモールド品で鋳型を造型することができる。また、パルプモールド品を用い、合成樹脂フィルムを用いていないので、合成樹脂フィルムの燃焼によるガスの発生が無く、このガスの発生による鋳物表面に及ぼす欠陥を防止できる。
さらに、パルプモールド品は、合成樹脂フィルムのように石油を原料としていないため環境負荷の低減にも寄与することができる。

本発明の第２の発明は、金属鋳造用鋳型であって、受け型を被覆するパルプモールド品と、このパルプモールド品の上部に設置され、減圧手段を備えた鋳型枠と、鋳型枠内に充填される耐熱粒子と、鋳型枠の上面に設けられ鋳型枠内を封止するための封止部材と、を有し、鋳型枠内が減圧手段により減圧されて、前記鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型が形成され、さらに、パルプモールド品が受け型から分離されることを特徴としている。
このように構成された本発明においても、上述した第１の発明と同様な優れた作用効果が奏される。

本発明の第２の発明において、好ましくは、パルプモールド品は、天然繊維から形成される。

本発明の第２の発明において、好ましくは、パルプモールド品は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みを有する。

本発明の第２の発明において、好ましくは、パルプモールド品は、紙抄き工法により成形される。

本発明の第２の発明において、好ましくは、パルプモールド品は、プレス加圧工法により成形される。

本発明の第３の発明は、金属鋳造用鋳型の造型方法であって、表面に金網が設けられた紙すき型によりパルプモールド品を成形する工程と、パルプモールド品の上部に減圧手段を備えた鋳型枠を設置する工程と、鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程と、鋳型枠内を封止するために鋳型枠の背面に封止部材を設ける工程と、鋳型枠内を減圧手段により減圧して、鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型を形成する工程と、パルプモールド品を紙すき型から分離させる工程と、を有することを特徴としている。

本発明の第４の発明は、金属鋳造用鋳型の造型方法であって、表面に金網が設けられた紙すき型によりパルプモールド品を成形する工程と、パルプモールド品を受け型に移し替える工程と、パルプモールド品の上部に減圧手段を備えた鋳型枠を設置する工程と、鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程と、鋳型枠内を封止するために鋳型枠の背面に封止部材を設ける工程と、鋳型枠内を減圧手段により減圧して、鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型を形成する工程と、パルプモールド品を前記受け型から分離させる工程と、を有することを特徴としている。

本発明の第５の発明は、金属鋳造用鋳型の造型方法であって、複数に分割された成形表面に金網が設けられた組み合わせ紙すき型により少なくとも１箇所が開口し中子形状を有するパルプモールド品を成形する工程と、開口からパルプモールド品の内部に減圧手段を挿入すると共に耐熱粒子を充填する工程と、パルプモールド品の内部の耐熱粒子が排出されないようにパルプモールド品の開口を封止する工程と、パルプモールド品の内部を減圧手段により減圧して、耐熱粒子、及び、パルプモールド品を含む中子形状の鋳型を形成する工程と、パルプモールド品を表面とする中子型を紙すき型から分離する工程と、を有することを特徴としている。

本発明の第３及び第４の発明は、好ましくは、更に、鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程の後に、紙すき型の背面又は受け型の背面から吸引する工程、若しくは、鋳型枠の背面から加圧空気を吹き込む工程、若しくは、紙すき型の背面又は受け型の背面からから吸引し且つ鋳型枠の背面から加圧空気を吹き込む工程、を実行する。

本発明の第５の発明は、好ましくは、更に、パルプモールド品の内部に耐熱粒子を充填する工程の後に、紙すき型の背面から吸引する工程、又は、パルプモールド品の開口から加圧空気を吹き込む工程、又は、紙すき型の背面から吸引し且つパルプモールド品の開口から加圧空気を吹き込む工程、を実行する。

本発明の第３乃至第５の発明は、好ましくは、更に、耐熱粒子を加熱する工程を有する。

本発明の第３乃至第５の発明において、好ましくは、耐熱粒子を加熱する工程における耐熱粒子の加熱温度は、５０℃〜２００℃である。

本発明の第３乃至第５の発明において、好ましくは、パルプモールド品は、０．１〜２．０ｍｍの厚みを有する。

本発明の第３乃至第５の発明において、好ましくは、鋳型枠内又は中子形状を有するパルプモールド品の内部に耐熱粒子を充填する工程は、耐熱粒子を振動充填する工程を有する。

本発明の第６の発明は、本発明の第３乃至第５の発明による鋳型造型方法で造型された金属鋳造用鋳型であって、金属に接する製品鋳型面がパルプモールド品により成形された３次元面であり、前記パルプモールド品の背後は耐熱粒子でバックアップされ、減圧状態に保持されていることを特徴としている。

本発明の金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型によれば、塗型作業及び塗型乾燥作業を必要とせずに、鋳物表面への鋳型砂の焼付きのない健全な鋳物を鋳造できる。

本発明の第１実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法を示す工程図である。 本発明の第１実施形態による鋳型の型合わせした注湯前の構造を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法の変形例を示す工程図である。 本発明の第３実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法を示す工程図である。 本発明の第４実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法を示す工程図である。 本発明の第４実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法の変形例を示す工程図である。 本発明の第２乃至第４実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法により造型された鋳型を示す平面図である。 図８のＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿って見た断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型について説明する。
先ず、図１及び図２により、本発明の第１実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型を説明する。

図１（Ａ）に示すように、受け台１、パルプモールド品（遮蔽部材）２，鋳型枠４を準備し、次に、パルプモールド品２により、受け型１の凹凸面を被覆する。
ここで、受け型１は、キャビティーの形状に倣った凹凸面を上面に有し、パルプモールド品２を凹凸面に被覆し且つパルプモールド品２を受け支える台である。鋳型枠４は、上面（背面）４ａ及び下面４ｂが開口された枠体である。この鋳型枠４は、鋳型枠４内を減圧するための減圧機構６を備えている。

パルプモールド品２は、鋳型枠４の型合わせ面（下面４ｂ）側の開口を遮蔽する部材である。このパルプモールド品２は、型合わせ面及びキャビティー面を形成し、少なくとも受け型１の凹凸面を被覆する部分に形成されている。なお、キャビティー１４とは、上鋳型１２ａと下鋳型１２ｂを型合わせして形成される鋳型１２内の空間であり、この空間に溶湯が注湯されることにより鋳物が鋳造される（図２参照）。

次に、図１（Ｂ）に示すように、パルプモールド品２の上部に鋳型枠４を設置する。続いて、図１（Ｃ）に示すように、パルプモールド品２及び鋳型枠４によって画成された空間である鋳型枠４内に耐熱粒子８を充填する。なお、鋳型枠４内に耐熱粒子８を充填する際は、鋳型枠４を振動させて鋳型枠４内の耐熱粒子８の充填密度を向上させることが好ましい。耐熱粒子８の充填が完了したら、鋳型枠４の上面に、封止部材１０を設け、この封止部材１０により、鋳型枠４内を封止する。

その後、減圧機構６により、鋳型枠４内を減圧する。鋳型枠４内を減圧することによりパルプモールド品２が耐熱粒子８側に吸着され、鋳型枠４、耐熱粒子８、パルプモールド品２、及び、封止部材１０が一体化された鋳型を形成する。
ここで、減圧機構６は、鋳型枠４内に後述する耐熱粒子８が通過しない細かい目の網で作られた複数本のパイプ６ａと、これらの複数本のパイプ６ａの両端が連通する、鋳型枠４内に形成された吸引室６ｂ及び吸引口６ｃとを備えている。なお、この吸引口６ｃは、外部に設けられた吸引装置（図示せず）に接続され、パイプ６ａにより、鋳型枠４内が吸引される（減圧される）ようになっている。

続いて、図１（Ｄ）に示すように、鋳型枠４内を減圧したまま、パルプモールド品２を受け台１から分離する。鋳型枠４内は、減圧機構６により、引き続き減圧されている。

図２は、図１に示す工程により造型した上鋳型１２ａと下鋳型１２ｂを型合わせした鋳型１２を示している。

ここで、パルプモールド品２は、紙抄き工法あるいはプレス加工工法により予め成形されたものである。この紙抄き工法は、水で溶かして液状にした原料を、金型に貼り付けた金網で抄き上げ、乾燥させ、所望の形状のパルプモールド品を得る工法をいう。また、プレス加工工法は、平面状の紙をプレスして所望の形状のパルプモールド品を得る工法をいう。紙抄き工法では複雑な形状のパルプモールド品が得られるという利点がある。一方、プレス加圧工法では、得られる形状は単純なものとなるが、安価に製造できるという利点がある。

パルプモールド品２に用いる原料としては、紙パルプに代表される木材パルプであり、これ以外に、綿パルプ、リンターパルプ、竹、わらその他非木材パルプなどの天然繊維パルプを用いることができる。これらパルプモールド品の原料は、バージンパルプであってもよいし、リサイクル古紙パルプあるいはこれらの混合パルプであってもよい。環境及び製造費用の面から古紙パルプが好ましい。また、環境及び資源の面で好ましいとはいえないが、非天然繊維として、合成樹脂繊維等を用いることもできる。

また、パルプモールド品２は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みで成形されている。厚みを０．１ｍｍより薄くすると、パルプモールド品の強度が低下して、受け型１へ設置するとき、破れやシワ等が発生するという問題が生ずる。一方、２．０ｍｍより厚いと、鋳物生産で大きな問題はないが、鋳造時、溶融金属の熱でパルプモールド品が炭化、減容、薄膜化するので、鋳物の寸法が、パルプモールド品の厚み分大きくなるなどの不合理が発生する。

さらに、パルプモールド品２のパルプ繊維の平均長さは、０．３ｍｍ〜４．０ｍｍのものが使用されている。０．３ｍｍより短いとパルプモールド品の強度が低下し、４．０ｍｍより長いと抄造ムラが発生しやすくなる。

本実施形態による鋳型に用いられるパルプモールド品としては、パルプ繊維の平均長さ２ｍｍ程度で、厚みは１ｍｍのものが、扱い易さ、通気性、鋳物の砂離れの良さ等から好ましい。

以上説明したように、本発明の第１実施形態による、金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型によると、キャビティー面にパルプモールド品を用いているので、鋳造時にパルプモールド品が溶湯の熱により炭化して塗型の役割を果たし、それにより、鋳物表面への鋳型砂の焼付きを防止できる。この結果、塗型を施す必要がなくなるので、塗型工程及び塗型の乾燥工程や、それらに伴う設備も不要となる。

また、鋳型枠の上面及び下面のそれぞれの開口部をパルプモールド品（遮蔽部材）と封止部材により密閉し、耐熱粒子が充填された鋳型枠内を減圧するようにしたので、鋳型の強度が大となり、そのため、天然繊維で成形したパルプモールド品で鋳型を造型することができる。また、Ｖプロセス鋳造法のように遮蔽部材に合成樹脂フィルムを用いていないので、合成樹脂フィルムの燃焼によるガスの発生が無く、このガスの発生による鋳物表面に及ぼす欠陥を防止できる。さらに、本実施形態による天然繊維を用いたパルプモールド品は、合成樹脂フィルムのように石油を原料としていないため環境負荷の低減にも寄与することができる。

更に、鋳型枠内に充填される耐熱粒子として、バインダーを含まない砂等を使用するため、臭気とか有害ガスを発生することはなく、排ガス処理装置等の付帯設備も不要となる。そして、砂等の耐熱粒子は、バインダーを添加しないので、混練機等により処理することもなく、工程の削減、装置の削減、管理の削減等大きな効果を発揮する。また、鋳型をばらす際、鋳型枠内の減圧を解除し、常圧にすることにより、解枠できるので、解枠のための振動、打撃等が不必要で、発じんも少ないことから、集じん装置等の付帯設備も低減することができる。

次に、図３により、本発明の第２実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法及び鋳型を説明する。
先ず、図３（Ａ）に示すように、先ず要望する鋳物が得られるよう、表面に金網が設けられた紙すき型２０を用いた紙すき工法により、３次元形状に成形されたパルプモールド品２２を成形する。次に、図３（Ｂ）に示すように、パルプモールド品２２の上面に、後述する耐熱粒子２４が充填できるように上面及び下面が開口され且つ枠内を減圧することができる減圧機構２６を備えた鋳型枠２８を設ける。減圧機構２６は、上述した第１実施形態における減圧機構６と同様なものである。

その後、必要に応じて金属注湯用湯口、溶湯のあがり等を設置した後、図３（Ｃ）に示すように、パルプモールド品２２と鋳型枠２８とに囲まれた空間に、耐熱粒子２４を充填する。次に、図３（Ｄ）に示すように、鋳型枠２８内が減圧できるように鋳型枠２８の背面（上面）を合成樹脂フィルム等の封止部材３０により、大気から封止（シールド）する。その後、減圧機構２６を介して鋳型枠２８内を減圧し、鋳型枠２８、耐熱粒子２４、パルプモールド品２２、及び、封止部材３０が一体化された鋳型を形成する。そして、図３（Ｅ）に示すように、鋳型枠２８内を減圧したまま、パルプモールド品２２を鋳型枠２８側に吸い付けながら、紙すき型２０から離型する。

なお、離型の際に、紙すき型２０の背面（下面）からエアを吹き込むことにより、離型を容易に行うことができる。また、本実施形態では封止部材として合成樹脂フィルムを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、鉄板やゴムシート等を用いることもできる。そして、耐熱粒子２４としては、けい砂等の鋳物砂を用いることができる。

上述した第２実施形態による工程において、パルプモールド品２２が吸湿しているときには、鋳造時好ましい状況にならない場合があるので、パルプモールド品２２は乾燥させる必要がある。そこで、パルプモールド品２２を成形した後、充填する耐熱粒子２４の温度を５０℃以上、２００℃以下に加熱したものとし、この熱によりパルプモールド品２２を乾燥させることが好ましい。このようにすれば、従来の乾燥方法に比較し、パルプモールド品２２の乾燥時間が短縮されると同時に変形防止、加熱ムラによる水分残りなどの問題が解消される。なお、耐熱粒子２４の加熱温度を５０〜２００℃としたのは、５０℃より低温ではパルプモールド品２２の乾燥効果が不十分であり、２００℃より高温では耐熱粒子２４がパルプモールド品２２に接触すると同時に水分が一気に蒸発して耐熱粒子２４が飛散するおそれがあるためである。

また、鋳型枠２８内に耐熱粒子２４を充填する工程の後に、紙すき型２０の背面（下面）から吸引する工程、又は、鋳型枠２８の背面（上面）から加圧空気を吹き込む工程、又は、図４に示すように、鋳型枠２８の背面（上面）から加圧空気を吹き込み且つ紙すき型２０の背面（下面）から吸引する工程を実行するようにしてもよい。図４に示す例では、鋳型枠２８の背面（上面）に加圧空気供給ボックス３２を設けて加圧空気を吹き込むと共に、紙すき型２０の背面（下面）から吸引を行っている。このようにして空気を流通させれば、パルプモールド品２２の乾燥をさらに促進することができる。

次に、図５により、本発明の第３実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法を説明する。
第３実施形態においては、図５（Ａ）に示すように、紙すき型２０でパルプモールド品２２を成形した後、紙すき型２０に受け型３４をかぶせる。受け型３４は、紙すき型２０の形状を反転した構造であり、パルプモールド品２２に密着できる表面形状を有する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、紙すき型２０からこの受け型３４にパルプモールド品２２を受け渡した後、図５（Ｃ）に示すように、受け型３４の上面のパルプモールド品２２に鋳型枠２８を設け、以下、図３に示す第２実施形態による方法と同様に、耐熱粒子２４を充填し（図５（Ｄ）参照）、封止部材３０により鋳型枠２８背面（上面）を封止し（図５（Ｅ）参照）、鋳型枠２８内を減圧して鋳型枠２８、耐熱粒子２４、パルプモールド品２２、及び、封止部材３０が一体化された鋳型を形成し、次に、減圧したまま、パルプモールド品２２の離型を行い（図５（Ｆ）参照）、鋳型製作を行う。なお、離型の際に、受け型３４の下面からエアを吹き込みことにより、離型を容易に行うことができる。

なお、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、耐熱粒子２４の加熱温度を５０℃以上、２００℃以下とし、この熱によりパルプモールド品２２を乾燥させることが好ましい。また、図４に示すように、鋳型枠２８内に耐熱粒子２４を充填する工程の後、受け型３４の背面（下面）から吸引する工程、又は、鋳型枠２８の背面（上面）から加圧空気を吹き込む工程、又は、図４に示すように、鋳型枠２８の背面（上面）から加圧空気を吹き込み、且つ、受け型３４の背面（下面）から吸引する工程を実行するようにしてもよい。

次に、図６により、本発明の第４実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法を説明する。この第４実施形態は、金属鋳造用の中子型の製法に関するものである。
先ず、図６（Ａ）に示すように、２分割以上に分割された成形面に金網がかぶせられ、少なくとも１箇所の巾木部が開口している中子形状を有する組み合わせ紙すき型４０により、袋状パルプモールド品４２を成形する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、開口から袋状パルプモールド品４２の内部を減圧する減圧機構４４を挿入するとともに、耐熱粒子４６を充填する。その後、図６（Ｃ）に示すように、袋状パルプモールド品４２内の耐熱粒子４６が排出されないように、開口付近の耐熱粒子４６にワックス等のバインダー４８を含浸させ固化し、封止する。その後、減圧機構４４を介して袋状パルプモールド品４２の内部を減圧し、耐熱粒子４６、及び、パルプモールド品４２が一体化された鋳型を形成する。次に、図６（Ｄ）に示すように、袋状パルプモールド品４２の内部を減圧したまま、袋状パルプモールド品４２を表面とする中子型５０を組み合わせ紙すき型４０から離型する。

ここで、図６（Ｄ）に示すように、離型の際に、紙すき型４０の背面（外側面）からエアを吹き込む（噴出させる）ことにより、離型を容易に行うことができる。また、パルプモールド品の内部に充填された耐熱粒子が排出されないように開口を封止する方法としては、合成樹脂フィルム等の大気を封止できる封止部材を用いて塞ぐこともできる。

第４実施形態においても、袋状パルプモールド品４２の乾燥には、充填する耐熱粒子４６の加熱温度を５０℃以上、２００℃以下とすることが好ましい。また耐熱粒子４６を充填する工程の後に、紙すき型４０の背面から吸引する工程、又は、袋状パルプモールド品４２の開口から加圧空気を吹き込む工程、又は、図７に示すように、袋状パルプモールド品４２の開口から加圧空気を吹き込み、紙すき型４０の背面から吸引する工程を実行するようにしてもよい。図７に示すように、加圧空気の吹き込み方法としては、減圧手段４４を用い、吸引装置（図示せず）との連結部４４ｃから加圧空気を吹き込むようにしている。しかしながら、これに限定されず、例えば、パルプモールド品４２の開口を覆う加圧空気供給ボックス（図４参照）を用いて加圧空気を吹き吹き込むこともできるし、パルプモールド品４２の開口に、直接、ノズル等で加圧空気を吹き付けるようにしてもよい。

上述した第２乃至第４実施形態において、パルプモールド品２２，４２は、その厚みが乾燥時において、０．１〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。０．１ｍｍより薄くすると、安定したパルプモールド品が得られず、部分的に破れが出たりする。一方、２．０ｍｍより厚ければ、パルプモールド品の乾燥時間が長くなるとか、鋳物生産で大きな問題はないが、鋳造時、溶融金属の熱でパルプモールド品が炭化、減容、薄膜化することで、鋳物の寸法がパルプモールド品厚みの減容した分大きくなることになるなどの不合理が発生するからである。

また、使用するパルプモールド品繊維の平均長さは、０．３〜４．０ｍｍが適当である。０．３ｍｍより短いとパルプモールド品の強度が低下し、４．０ｍｍより長いと抄造ムラが発生しやすくなる。パルプモールド品としては、繊維長さ０．８〜３．５ｍｍ程度で、厚みが０．５〜１．５ｍｍのものが、紙抄きの扱い易さ、通気性、鋳物の砂離れの良さ等から好ましい。

なお第２乃至第４実施形態において、耐熱粒子２４、４６は、粒子の詰まりを向上するために、振動を鋳型枠に加えながら充填することが好ましい。特に、ほぼ球形の人工鋳物砂では大きな充填不良はないが、けい砂のような形状が不均一な鋳物砂においては、振動を加えながら充填することは、極めて有効である。なお、耐熱粒子２４、４６としては、鋳物砂以外にも、例えば、一般的な砂や砂利、ガラスビーズ、セラミックスビーズや金属粒子等を用いることもできる。

次に、図８乃至図１０により、上述した第２実施形態乃至第４実施形態により造型された金属鋳造用鋳型について説明する。図８は本発明の第２乃至第４実施形態による金属鋳造用鋳型の造型方法により造型された鋳型を示す平面図であり、図９は図８のＡ−Ａ線に沿って見た断面図であり、図１０は図８のＢ−Ｂ線に沿って見た断面図である。

図８乃至図１０に示すように、金属鋳造用鋳型は、第２実施形態乃至第３実施形態の何れかにより造型された鋳型である主型５２と、第４実施形態により造型された鋳型である中子型５０とを備えている。これらのいずれの鋳型５０、５２も、金属に接する製品鋳型面が、パルプモールド品２２、４２により成形された３次元面であり、パルプモールド品２２、４２の背面は耐熱粒子２４、４６によりバックアップされ、減圧状態に保持されている。

このような金属鋳造用鋳型５０、５２は、溶融した高温の金属と接する面は、パルプモールド品２２、４２である。鋳造によりパルプモールド品２２、４２は炭化するが、天然繊維を用いることにより、有害なガスとか臭気を発生することはほとんどない。また、鋳型内部の耐熱粒子２４、４６はバインダーを含まないため、これにより臭気とか有害ガスを発生することはなく、排ガス処理装置等の付帯設備が不要である。また、バインダーを添加しないので、耐熱粒子２４、４６を混練機等により処理することもなく、工程の削減、装置の削減、管理の削減等大きな効果を発揮する。

さらに、鋳型のばらしにおいては、鋳型内の減圧を解除し、常圧にすることで解枠でき、鋳物にはパルプモールド品の炭化層がゆるく付着していることが観察されるが、容易に耐熱粒子との分離が可能であり、解枠のための振動、打撃等が不必要で、発じんも少ないので、集じん装置等の付帯設備もほとんど考慮する必要がない利点がある。

以下、上述した本発明の第１実施形態の実施例１〜５を説明する。

（実施例１）
パルプモールド品の成形材料には、パルプスラリーとして晒クラフト紙を実験室的に離解した晒クラフト古紙パルプ（平均繊維長３．５ｍｍ）の固形分濃度約１重量％水溶液を準備した。
紙抄き型としては、表面に１００メッシュの金網を貼り付けた抄造用アルミ型を準備した。

パルプモールド品を成形するために、パルプスラリーを撹拌しながら、抄造用アルミ型をパルプスラリーに浸漬して真空吸引を行い、パルプを抄造用アルミ型の表面に積層吸着させ、パルプスラリーから取り出した。
ついで、パルプモールド品を脱水するため、圧縮用合わせ型の一方をパルプモールド品が積層された抄造用アルミ型にかぶせて、パルプモールド品を抄造用アルミ型から圧縮用合わせ型に移し変えた後、もう一方の圧縮用合わせ型をかぶせ、熱風を噴出しながらパルプモールド品を乾燥した。このときのパルプモールド品の厚みは概ね０．５ｍｍであった。

なお、パルプモールド品の形状としては、製品が形成されるキャビティー面だけではなく、鋳造するための湯口、湯道、堰等の湯口系の表面も同時に成形した。しかし、湯口系は同時に成形しなくてもよい。湯口系をパルプモールド品と同時に成形しない場合は、鋳型枠内に耐熱粒子を充填する前に、紙パイプや発泡スチロールで製作した鋳型部品をパルプモールド品と連結する。
同様に、鋳型の合わせ型になる他方のパルプモールド品を成形した。

次に、鋳型の造型を行った。樹脂ブロックで製作された受け型にパルプモールド品を隙間がないようにかぶせた。受け型とパルプモールド品とに隙間があるようであれば、水分をパルプモールド品に吹きかけて、受け型に押し圧し、なじませることで多少の寸法の調整ができる。また、本実施例においては、鋳型枠内に充填する耐熱粒子の充填密度を向上させるため受け型が振動テーブル上に載置されている。
ついで、鋳型枠内を減圧することができる減圧機構を備えた鋳型枠をパルプモールド品の上にかぶせ、振動テーブルを稼動させながら鋳型枠内に耐熱粒子を充填した。耐熱粒子には、人工鋳物砂（伊藤忠セラテック製ナイガイセラビーズ６５０）を使用した。

その後、鋳型枠の上面に０．０５ｍｍ程度の合成樹脂フィルムをかぶせて、大気と仕切った後、鋳型枠内を真空ポンプにて減圧し、受け型から離型した。なお、鋳型枠内は２５０〜３００ｍｍＨｇに減圧されている。もし、パルプモールド品（遮蔽部材）に通気性があるため離型し難いようであれば、受け型から空気を噴出すような構造を持たせると容易に離型することができる。

同様にして、鋳型の合わせ型になる他方の鋳型を造型し、型合わせすることで金属鋳造用鋳型を完成した。

上述のように造型された鋳型に、概ね１４００℃の鋳鉄を鋳込んだ。

結果、鋳造時は、ほとんど発じんもなく臭気も感じられなかった。冷却後、鋳型の減圧を解き、鋳物の取り出しを行ったところ、発じんも臭気もなく鋳型ばらしを行うことができた。また、鋳物の表面にはパルプモールド品の炭化した薄膜がゆるく付着しているのみで、砂の付着は認められなかった。また、鋳物には、吹かれ、鋳巣、砂の焼き付き等のない健全な鋳物を鋳造することができた。

（実施例２）
パルプモールド品の成形材料には、パルプスラリーとして、ミルクカートンを実験室的に離解し、ラミネートされているフィルム等を除去したミルクカートン古紙パルプ（平均繊維長２mm）の固形分濃度約１重量％水溶液を準備した。
パルプモールド品の成形は、実施例１と同様に行った。パルプモールド品の厚みは概ね１ｍｍとした。なお、本実施例においても、パルプモールド品は、湯口、湯道、堰等の湯口系を含めて製作されている。
ついで、鋳型の造型、鋳造については、実施例１と同様に行った。
結果、鋳造時、鋳型ばらし時等の工程において、発じんも臭気もほとんどなく、作業環境等汚染することはなかった。また、鋳造した鋳物も健全な品質が確保できた。

（実施例３）
パルプモールド品の成形材料には、パルプスラリーとして、新聞紙を実験室的に離解し、脱墨した新聞古紙パルプ（平均繊維長０．８ｍｍ）の固形分濃度約１重量％水溶液を準備した。
パルプモールド品の成形は、実施例１と同様に行った。パルプモールド品の厚みは概ね１．５ｍｍとした。なお、本実施例においても、パルプモールド品は、湯口、湯道、堰等の湯口系を含めて製作されている。
ついで、鋳型の造型、鋳造については、実施例１と同様に行った。ただし、耐熱性粒子には、けい砂（オーストラリア産フラタリーサンド）を用いた。
結果、鋳造、鋳型ばらし等の工程において、臭気の発生はほとんどなかった。しかし、実施例１の人工鋳物砂に比較して、わずかに発じんが観察されたが、作業環境に影響を与えるほどの発じんではなかった。
鋳造された鋳物は、実施例１、２と同様、健全な鋳物が得られた。

（実施例４）
パルプモールド品の成形材料には、パルプスラリーとして、新聞紙を実験室的に離解、脱墨した新聞古紙パルプ（平均繊維長０．４ｍｍ）の固形分濃度約１重量％水溶液を準備した。
パルプモールド品の成形は、実施例１と同様に行った。パルプモールド品の厚みは概ね２．５ｍｍとした。なお、本実施例においても、パルプモールド品は、湯口、湯道、堰等の湯口系を含めて製作されている。
ついで、鋳型の造型、鋳造については、実施例３と同様に行った。
結果、鋳造、鋳型ばらしにおいて、臭気の発生はほとんどなかった。しかし、実施例１の人工鋳物砂に比較して、わずかに発じんが観察されたが、作業環境に影響を与えるほどの発じんではなかった。
鋳造した鋳物は、実施例３と同様、健全な鋳物が得られたが、パルプモールド品の厚みが２．５mmということもあり、型合わせ面でバリの発生が認められた。

（実施例５）
本実施例では、パルプモールド品の成形を、実施例４と同様に行った。ただし、鋳物形状の外周部は、別途用意した冶具を用いて約３ｍｍ巾で、パルプモールド品を背面から押圧し、その部分のパルプモール成形品の肉厚をほぼ０．８ｍｍとした。なお、本実施例においても、パルプモールド品は、湯口、湯道、堰等の湯口系を含めて製作されている。
ついで、鋳型の造型、鋳造については、実施例４と同様に行った。
結果、鋳造した鋳物のバリは大幅に改善することができた。

次に、上述した本発明の第２実施形態乃至第４実施形態の実施例６〜９を説明する。

（実施例６）
まず、パルプモールド品の作製にあたり、そのパルプスラリーとして晒クラフト紙を実験室的に離解した晒クラフト古紙パルプ（平均繊維長３．５ｍｍ）の固形分濃度約０．５重量％水溶液を準備した。紙すき型としては、その表面に１００メッシュの金網を貼り付けた抄造用アルミ型を準備した。

パルプモールド品の成形にあたっては、パルプスラリーを撹拌しながら、紙すき型をパルプスラリーに浸漬して真空吸引を行い、パルプを紙すき型の表面に積層吸着させ、パルプスラリーから取り出した。

ついで、枠内を減圧することができる鋳型枠をパルプモールド品の上部にかぶせ、パルプモールド品と鋳型枠に囲まれた空間に耐熱粒子として、約６０℃に加熱した人工鋳物砂（伊藤忠セラテック製ナイガイセラビーズ６５０）を充填し、振動テーブルを稼動させて人工鋳物砂の充填密度を向上させた。その後紙すき型背面より、吸引して鋳型枠内を流気させた。流気時間はほぼ６０秒であった。

ついで、鋳型枠の背面に０．０５ｍｍ程度の合成樹脂フィルムをかぶせて、大気と仕切った後、鋳型内を真空ポンプにて減圧し、紙すき型から離型した。離型にあたり、パルプモールド品に通気性があるため、離型を容易に行うために、紙すき型の背面からエアを噴出させることで容易に離型することができた。このときのパルプモールド品の厚みは概ね０．５ｍｍであった。

なお、パルプモールド品の形状としては、鋳物形状だけではなく、鋳造するための、湯口、湯道、堰等も同時に成形した。同じようにして、鋳型の合わせ型になる他のパルプモールド品を鋳型表面に持つ鋳型を製作し、重ね合わせることで鋳造用鋳型を完成した。これに概ね１４００℃の鋳鉄を鋳込んだ。

その結果、鋳造時はほとんど発じんもなく臭気も感じられなかった。冷却後、鋳型の減圧を解き、鋳物の取り出しを行ったところ、発じんも臭気もなく鋳型ばらしを行うことができた。また、鋳物表面にはパルプモールド品の炭化した薄膜が鋳物表面にゆるく付着しているのみで、鋳物砂の付着は認められなかった。また、鋳物はブローホール（吹かれ）、ピンホール（鋳巣）、鋳物砂の焼付き等のない健全な鋳物を作製することができた。

（実施例７）
パルプモールド品の作製にあたり、そのパルプスラリーとして、ミルクカートンを実験室的に離解し、ラミネートされているフィルム等を除去したミルクカートン古紙パルプ（平均繊維長２ｍｍ）の固形分濃度約０．５重量％水溶液を準備した。

鋳型製作は、実施例６と同様に行ったが、パルプモールド品の厚みは概ね１ｍｍとし、耐熱粒子の温度は概ね１００℃とした。また、パルプモールド品を乾燥させるための鋳型内流気時間はほぼ９０秒で行った。鋳造については、実施例６と同様に行った。

その結果、鋳造時、鋳型ばらし時等の工程において、粉じん、臭気の発生がほとんどなく、作業環境等汚染することはなかった。また、製作した鋳物も健全な品質が確保できた。

（実施例８）
パルプモールド品の作製にあたり、そのパルプスラリーとして、新聞紙を実験室的に離解、脱墨した新聞古紙パルプ（平均繊維長０．８ｍｍ）の固形分濃度約０．５重量％水溶液を準備した。鋳型製作は、実施例６と同様に行ったが、耐熱性粒子としては、けい砂（オーストラリア産フラタリーサンド）を用い、振動を与えながら鋳型枠内に充填した。パルプモールド品の厚みは概ね１．５ｍｍとし、耐熱粒子の温度は概ね１５０℃とした。また、パルプモールド品を乾燥させるための鋳型内流気時間はほぼ６０秒で行った。

その結果、鋳造時、鋳型ばらし時等の工程において、粉じん、臭気の発生がほとんどなかったが、実施例６の人工鋳物砂に比較して、わずかに発じんが観察された。製作した鋳物は、実施例６、７と同様、健全な鋳物が得られた。

（実施例９）
パルプモールド品の作製にあたり、そのパルプスラリーとして、ミルクカートンを実験室的に離解し、ラミネートされているフィルム等を除去したミルクカートン古紙パルプ（平均繊維長２ｍｍ）の固形分濃度約０．５重量％水溶液を準備した。

中子型の製作にあたり、図６に示すような中子形状を２分割の紙すき型にて製作した。紙抄き面には１００メッシュの金網がかぶせられている。中子型の巾木部は開放されており、この開口から上記パルプモールド品成形用スラリーが出入りできる。パルプモールド品の成形にあたり、２分割の紙すき型が合わされ、スラリー液に浸された。巾木開口部からスラリーが入り、紙すき型の背面から吸引されることによりパルプモールド品が成形された。

ついで、スラリー液から紙すき型を取り出し、１００℃に加熱した耐熱粒子を開口部から充填した。同時に鋳型内が減圧できるようにパイプ形状の減圧機構を挿入した。その後、開口部から加圧空気を鋳型内に吹き込み、また、紙すき型背面から吸引することで、パルプモールド品の乾燥を行った。加圧、吸引時間はおよそ６０秒とした。

ついで、開口部を０．０５ｍｍ程度の合成樹脂フィルムをかぶせて鋳型内が減圧できるようにシールドし、減圧機構を通して鋳型内を減圧、一方紙すき型背面から空気を噴出しつつパルプモールド品と紙すき型とを分離し、中子型を製作した。パルプモールド品の厚みは概ね１ｍｍとした。

これとは別に、実施例７と同様に製作した上下の主型を準備し、その下型に上記中子型を設置し、上型をかぶせることで、図８に示すような鋳造用鋳型を完成した。鋳造については、実施例６と同様に行った。

その結果、鋳造時、鋳型ばらし時等の工程において、粉じん、臭気の発生がほとんどなく、作業環境等汚染することはなかった。また、製作した鋳物も健全な品質が確保できた。

１，３４ 受け型
２，２２，４２ パルプモールド品
４，２８ 鋳型枠
６，２６，４４ 減圧機構（減圧手段）
８，２４，４６ 耐熱粒子
１０，３０ 封止部材
２０，４０ 紙すき型

Claims (18)

1. 金属鋳造用鋳型の造型方法であって、
   受け型をパルプモールド品により被覆する工程と、
   減圧手段を備えた鋳型枠を前記パルプモールド品の上部に設置する工程と、
   前記鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程と、
   前記鋳型枠内を封止するために前記鋳型枠の上面に封止部材を設ける工程と、
   前記鋳型枠内を前記減圧手段により減圧して、前記鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型を形成する工程と、
   前記パルプモールド品を前記受け型から分離させる工程と、
   を有することを特徴とする金属鋳造用鋳型の造型方法。
2. 金属鋳造用鋳型であって、
   受け型を被覆するパルプモールド品と、
   このパルプモールド品の上部に設置され、減圧手段を備えた鋳型枠と、
   前記鋳型枠内に充填される耐熱粒子と、
   前記鋳型枠の上面に設けられ前記鋳型枠内を封止するための封止部材と、を有し、
   前記鋳型枠内が前記減圧手段により減圧されて、前記鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型が形成され、さらに、前記パルプモールド品が前記受け型から分離されることを特徴とする金属鋳造用鋳型。
3. 前記パルプモールド品は、天然繊維から形成される請求項２記載の金属鋳造用鋳型。
4. 前記パルプモールド品は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みを有する請求項２又は３記載の金属鋳造用鋳型。
5. 前記パルプモールド品は、紙抄き工法により成形される請求項２又は３記載の金属鋳造用鋳型。
6. 前記パルプモールド品は、プレス加圧工法により成形される請求項２又は３記載の金属鋳造用鋳型。
7. 金属鋳造用鋳型の造型方法であって、
   表面に金網が設けられた紙すき型によりパルプモールド品を成形する工程と、
   前記パルプモールド品の上部に減圧手段を備えた鋳型枠を設置する工程と、
   前記鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程と、
   前記鋳型枠内を封止するために前記鋳型枠の背面に封止部材を設ける工程と、
   前記鋳型枠内を前記減圧手段により減圧して、前記鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型を形成する工程と、
   前記パルプモールド品を前記紙すき型から分離させる工程と、
   を有することを特徴とする金属鋳造用鋳型の造型方法。
8. 金属鋳造用鋳型の造型方法であって、
   表面に金網が設けられた紙すき型によりパルプモールド品を成形する工程と、
   前記パルプモールド品を受け型に移し替える工程と、
   前記パルプモールド品の上部に減圧手段を備えた鋳型枠を設置する工程と、
   前記鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程と、
   前記鋳型枠内を封止するために前記鋳型枠の背面に封止部材を設ける工程と、
   前記鋳型枠内を前記減圧手段により減圧して、前記鋳型枠、耐熱粒子、パルプモールド品、及び、封止部材を含む鋳型を形成する工程と、
   前記パルプモールド品を前記受け型から分離させる工程と、
   を有することを特徴とする金属鋳造用鋳型の造型方法。
9. 金属鋳造用鋳型の造型方法であって、
   複数に分割された成形表面に金網が設けられた組み合わせ紙すき型により少なくとも１箇所が開口し中子形状を有するパルプモールド品を成形する工程と、
   前記開口から前記パルプモールド品の内部に減圧手段を挿入すると共に耐熱粒子を充填する工程と、
   前記パルプモールド品の内部の耐熱粒子が排出されないようにパルプモールド品の開口を封止する工程と、
   前記パルプモールド品の内部を前記減圧手段により減圧して、前記耐熱粒子、及び、パルプモールド品を含む中子形状の鋳型を形成する工程と、
   前記パルプモールド品を表面とする中子型を紙すき型から分離する工程と、
   を有することを特徴とする金属鋳造用鋳型の造型方法。
10. 更に、前記鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程の後に、前記紙すき型の背面から吸引する工程、又は、前記鋳型枠の背面から加圧空気を吹き込む工程、又は、前記紙すき型の背面から吸引し且つ前記鋳型枠の背面から加圧空気を吹き込む工程、を実行する請求項７記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
11. 更に、前記鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程の後に、前記受け型の背面から吸引する工程、又は、前記鋳型枠の背面から加圧空気を吹き込む工程、又は、前記受け型の背面から吸引し且つ前記鋳型枠の背面から加圧空気を吹き込む工程、を実行する請求項８に記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
12. 更に、前記パルプモールド品の内部に耐熱粒子を充填する工程の後に、前記紙すき型の背面から吸引する工程、又は、前記パルプモールド品の開口から加圧空気を吹き込む工程、又は、前記紙すき型の背面から吸引し且つ前記パルプモールド品の開口から加圧空気を吹き込む工程、を実行する請求項９に記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
13. 更に、前記耐熱粒子を加熱する工程を有する請求項７乃至１２の何れか１項に記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
14. 前記耐熱粒子を加熱する工程における前記耐熱粒子の加熱温度は、５０℃〜２００℃である請求項１３に記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
15. 前記パルプモールド品は、０．１〜２．０ｍｍの厚みを有する請求項７乃至１２の何れか１項に記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
16. 前記鋳型枠内に耐熱粒子を充填する工程は、前記耐熱粒子を振動充填する工程を有する請求項７、８、１０又は１１記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
17. 前記パルプモールド品の内部に耐熱粒子を充填する工程は、前記耐熱粒子を振動充填する工程を有する請求項９又は１２記載の金属鋳造用鋳型の鋳型造型方法。
18. 請求項７〜１２の何れか１項に記載の鋳型造型方法で造型された金属鋳造用鋳型であって、金属に接する製品鋳型面がパルプモールド品により成形された３次元面であり、前記パルプモールド品の背後は耐熱粒子でバックアップされ、減圧状態に保持されていることを特徴とする金属鋳造用鋳型。

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