JP6186608B2

JP6186608B2 - 鋳型の製造方法及び鋳造方法

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Publication number: JP6186608B2
Application number: JP2013162749A
Authority: JP
Inventors: 真幸島田
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: JP2015030025A

Description

本発明は、鋳型の製造方法及び鋳造方法に関する。

鋳型に溶湯（溶融状態の金属）を流し込む鋳造（重力鋳造）方法が知られている（例えば特許文献１）。一般には、鋳型の内部には、鋳物が形成される空隙部である鋳物部と、鋳物部に溶湯を導くための湯口系統とが形成されている。湯口系統は、複数の管状部材を接着剤により連結し、この連結体を鋳型の砂に埋設することにより構成されることがある。

特開平１０−１５６５１５号公報

しかし、上述のような複数の管状部材を用いて鋳型を製造する方法には、種々の不都合がある。例えば、複数の管状部材を連結した後、その連結体を搬送したり、連結体を鋳型の枠に設置したりするときなどに、連結体に不測の力が加わり、連結体がその接続部において破損してしまうことがある。その結果、例えば、鋳型の製造期間が長期化したり、製造コストが増加したりする。また、連結体に破損乃至は変形が生じていることに気付かずに鋳造を行えば、想定した湯流れが生じず、所望の品質の鋳物が得られないおそれもある。

従って、湯口系統を構成する複数の管状部材を好適に連結できる鋳型の製造方法及び当該鋳型を用いた鋳造方法が提供されることが望ましい。

本発明の一態様に係る鋳型の製造方法は、溶融状態の金属が流し込まれる鋳型の製造方法であって、前記鋳型の湯口系統の少なくとも一部を構成する２つの管状部材を互いに連結する工程を有し、前記連結する工程では、第１粘着テープを前記２つの管状部材に巻き付けるとともに、前記第１粘着テープに比較して粘着力が低く且つ伸縮性が高い第２粘着テープを前記２つの管状部材に巻き付ける。

好適には、前記第１粘着テープは、前記第２粘着テープに比較して幅広であり、前記２つの管状部材に直交する環状に巻き付けられ、前記第２粘着テープは、前記２つの管状部材に螺旋状に巻き付けられる。

好適には、前記第１粘着テープ及び前記第２粘着テープの少なくとも一方は、前記２つの管状部材に跨って延びる補強部材にも巻き付けられる。

好適には、溶融状態の金属が流し込まれる鋳型の製造方法であって、鋳型の湯口系統の少なくとも一部を構成する２つの管状部材を互いに連結する工程を有し、前記連結する工程では、前記２つの管状部材、及び、前記２つの管状部材に跨って延びる補強部材に粘着テープを巻き付ける。

好適には、鋳型に溶融状態の金属を流し込む鋳造方法であって、前記鋳型の湯口系統の少なくとも一部は、前記鋳型の砂に埋設され、互いに連続する２つの管状部材により構成されており、前記鋳型の砂には、前記２つの管状部材に跨って延びる補強部材が埋設されている。

本発明によれば、湯口系統を構成する複数の管状部材を好適に連結できる。

本発明の第１の実施形態に係る鋳型の構成を示す模式的な断面図。図２（ａ）は図１の鋳型の湯口系統を構成する管状部材の連結部を示す図であり、図２（ｂ）はその変形例を示す図。図３（ａ）は第２の実施形態に係る湯口系統を構成する複数の管状部材を示す図であり、図３（ｂ）はその管状部材の連結部を示す図。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳型１の構成を示す断面図である。なお、図１は、模式的なものであり、必ずしも同一断面を示してはいない。

鋳型１は、例えば、下型３と、下型３の上に配置される上型５と、これらの間に配置される中子７と、上型５の上に配置される湯溜め９とを有している。これらの部材の内部乃至は部材間には、例えば、鋳物が形成される空隙部である鋳物部１１と、鋳物部１１に溶湯を導くための湯口系統１３とが構成されている。

鋳型１は、いわゆる砂型である。すなわち、下型３は、枠１５と、枠１５内に配置された砂部１７とを有している。同様に、上型５は、枠１９と、枠１９内に配置された砂部２１とを有している。中子７は、砂部からなる。湯溜め９は、枠２３と、枠２３内に配置された砂部２５とを有している。

枠１５、１９及び２３は、例えば、金属又は木材からなる。砂部１７、２１及び２５並びに中子７は、例えば、砂と、砂を結合する粘結剤とからなる。砂は、例えば、珪砂である。粘結剤は、例えば、粘土、樹脂又は水ガラスである。

鋳物部１１は、下型３の砂部１７及び上型５の砂部２１（並びに中子７）に囲まれた隙間により構成されている。なお、鋳物部１１の形状は、中子７を必要としないものであってもよい。図１では、下型３のみに凹部が形成され、その凹部に中子７が配置された簡単な形状の鋳物部１１を模式的に示している。当然に、実際の鋳物の具体的な形状に応じて、下型３、上型５及び中子７のそれぞれにおいて、凹部及び／又は凸部が適宜に形成されてよい。

湯口系統１３は、例えば、いわゆる押上げ方式の湯口系統により構成されており、湯溜め９から下方へ延び、鋳物部１１の下部に接続されている。また、湯口系統１３は、例えば、上型５に形成され、湯溜め９から垂直下方へ延びる湯口２７と、下型３と上型５との隙間により構成され、湯口２７から水平方向へ延びる湯道２９と、下型３に形成され、湯道２９から鋳物部１１まで延びる通過路３１とを有している。なお、通過路３１は、紙面貫通方向に複数設けられていてもよい。

通過路３１は、例えば、垂直方向に直線状に延びる第１直線部３１ａと、第１直線部３１ａから鋳物部１１側へ湾曲しながら延びる湾曲部３１ｂと、湾曲部３１ｂから鋳物部１１側へ水平方向に直線状に延びる第２直線部３１ｃとを有している。

通過路３１は、下型３の砂部１７に複数の管状部材３３が埋設されることによって構成されている。具体的には、例えば、第１直線部３１ａは、複数の直線状の管状部材３３により構成され、湾曲部３１ｂは、Ｌ字状の管状部材３３により構成され、第２直線部３１ｃは、１つの直線状の管状部材３３により構成されている。

これらの管状部材３３は、例えば、セラミックからなる陶管である。セラミックは、例えば、アルミナセラミックである。また、これらの管状部材３３の流れ方向に直交する断面の形状は、例えば、円形である。各管状部材３３において流れ方向に直交する断面の面積は、例えば、流れ方向に一定である。複数の管状部材３３の流れ方向に直交する断面の面積は、例えば、互いに同一である。複数の管状部材３３は、例えば、端部同士が突き合わされている。

このような鋳型１の下型３は、例えば、以下のような手順で製造される。

まず、枠１５を準備する。また、鋳型１によって鋳造される鋳物のうち、下型３によって形成される部分の不図示の模型（下型模型）を準備する。また、複数の管状部材３３を準備し、さらに、これら複数の管状部材３３を連結する。次に、下型模型及び複数の管状部材３３の連結体を枠１５内に配置する。次に、枠１５内に砂及び粘結剤を込めて固め、砂部１７を形成する。その後、下型模型を下型３から取り外す。

なお、鋳型１の他の部分（上型５、中子７）は、公知の方法により製造されてよい。

図２（ａ）は、上記の下型３の製造方法における、複数の管状部材３３を連結する工程を説明する図であり、図２（ｂ）は、その変形例を示している。

管状部材３３同士の連結は、第１粘着テープ４１を互いに連結される管状部材３３に巻き付けるとともに、第２粘着テープ４３を互いに連結される管状部材３３に巻き付けることによりなされる。

第２粘着テープ４３は、第１粘着テープ４１に比較して粘着力が低く且つ伸縮性が高い。また、第１粘着テープ４１は、第２粘着テープ４３に比較して幅広である。

例えば、第１粘着テープ４１は、いわゆるガムテープ（広義のガムテープ、梱包用テープ）により構成され、これに対して、第２粘着テープ４３は、いわゆる絶縁テープ（電気絶縁テープ、耐熱テープ、ビニールテープ）により構成されている。

より具体的には、第１粘着テープ４１は、例えば、クラフト紙又は布に粘着剤が配置されて構成されている。また、第２粘着テープ４３は、ポリ塩化ビニル等の樹脂フィルムに粘着剤が配置されて構成されている。

そして、樹脂フィルムが紙や布に比較して伸縮性に富むことから、第２粘着テープ４３は、第１粘着テープ４１よりも伸縮性が高くなっている。また、第１粘着テープ４１に使用される粘着剤が第２粘着テープ４３に使用される粘着剤よりも粘着力が高いことにより、第２粘着テープ４３は、第１粘着テープ４１よりも粘着力が高くなっている。

第１粘着テープ４１の幅は、例えば、５ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。第２粘着テープ４３の幅は、例えば、１ｃｍ以上３ｃｍ以下である。

第１粘着テープ４１は、例えば、互いに連結される管状部材３３（の接続部）に対して、これら管状部材３３に直交する環状に巻き付けられる。別の観点では、第１粘着テープ４１は、その幅により、２つの管状部材３３に跨っている。なお、２つの管状部材３３の境界線は、第１粘着テープ４１の幅の中央に位置することが好ましい。また、第１粘着テープ４１の管状部材３３の周回数は、１以上の適宜な数とされてよい。

第２粘着テープ４３は、例えば、互いに連結される管状部材に螺旋状に巻き付けられる。これにより、第２粘着テープ４３は、２つの管状部材３３に跨っている。第２粘着テープ４３の周回数は、１以上の適宜な数とされてよい。好適には、一方の管状部材３３のみに巻かれた部分が１周以上あり、他方の管状部材３３のみに巻かれた部分が１周以上あり、また、各周が隣の周と少し重複するように周回数等が設定されることが好ましい。第２粘着テープ４３の管状部材３３に対する傾斜角は、適宜に設定されてよい。

第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、いずれが内側又は外側とされてもよい。すなわち、図２（ａ）に示すように、先に第１粘着テープ４１を管状部材３３に巻き付け、次に、その上から第２粘着テープ４３を管状部材３３に巻き付けてもよいし、図２（ｂ）に示すように、先に第２粘着テープ４３を管状部材３３に巻き付け、次に、その上から第１粘着テープ４１を管状部材３３に巻き付けてもよい。

以上のように製造された鋳型１において、溶湯を鋳型１に流し込むと、第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３は、溶湯の熱により焼失乃至は溶解する。従って、使用開始後の鋳型１は、第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３を有さないものとなる。

以上のとおり、本実施形態では、溶融状態の金属が流し込まれる鋳型１の製造方法は、鋳型１の湯口系統１３の少なくとも一部を構成する２つの管状部材３３を互いに連結する工程を有する。この連結する工程では、第１粘着テープ４１を２つの管状部材３３に巻き付けるとともに、第１粘着テープ４１に比較して粘着力が低く且つ伸縮性が高い第２粘着テープ４３を２つの管状部材３３に巻き付ける。

従って、２つの管状部材３３の連結は、強固になされるとともに靭性に優れる。その結果、複数の管状部材３３を連結した連結体（通過路３１）を搬送したり、枠に設置したりするときなどにおいて、連結体の変形が抑制され、また、変形が生じたとしても完全に連結が断たれてしまうことが抑制される。その結果、鋳型１の不良率を低くすることができる。また、例えば、接着剤を乾かす時間は不要であり、作業時間の短縮化が図られる。

第１粘着テープ４１は、第２粘着テープ４３に比較して幅広であり、２つの管状部材３３に直交する環状に巻き付けられ、第２粘着テープ４３は、２つの管状部材３３に螺旋状に巻き付けられる。

従って、２つの管状部材の相対移動は、第１粘着テープ４１の伸縮そのものを生じるとともに、第２粘着テープ４３の螺旋の変形を生じることになる。すなわち、第１粘着テープ４１は、２つの管状部材の相対移動を規制しやすい方式で巻き付けられ、第２粘着テープ４３は、２つの管状部材の相対移動を許容しやすい方式で巻き付けられる。その結果、第１粘着テープ４１による連結の強固性及び第２粘着テープ４３による連結の靭性向上の効果が増大する。

なお、本願発明者の実験によれば、従来のように接着剤により管状部材３３を連結した場合、鋳型１の製作時の通過路３１の破損率は２％であったところ、本実施形態の連結方法の場合、破損率は０％であった。

＜第２の実施形態＞
図３（ａ）は、第２の実施形態に係る複数の管状部材３３の連結体を示す模式図である。また、図３（ｂ）は、管状部材３３の連結部を示す図２と同様の図である。

第２の実施形態に係る複数の管状部材３３からなる連結体は、第１の実施形態の連結体と同様に、鋳型１の通過路３１を構成するものである。なお、図３（ａ）と図１との比較から理解されるように、図３（ａ）の紙面右側が湯道２９側である。

第２の実施形態では、複数の管状部材３３に跨って延びる補強部材２４５が設けられている。そして、第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３は、管状部材３３だけでなく、補強部材２４５にも巻き付けられている。従って、複数の管状部材３３からなる連結体は、補強部材２４５によって補強されることになる。

補強部材２４５は、例えば、通過路３１を構成する全ての管状部材３３に跨って（沿って）延びており、本実施形態ではＬ字に延びている。補強部材２４５の材料及び断面形状は適宜に設定されてよい。ただし、補強部材２４５は、複数の管状部材３３を補強するものであるから、可撓性を有しない剛体からなる。

例えば、補強部材２４５の材料は、鋼材のように鋳造の際の熱によって溶解乃至は焼失しないものであってもよいし、木材のように鋳造の際の熱によって焼失するものであってもよい。また、例えば、補強部材２４５は、針金状であってもよいし、棒状であってもよいし、管状であってもよいし、板状であってもよい。棒状や管状の場合の断面形状は、円形であってもよいし、多角形であってもよい。

図３（ｂ）に示されるように、第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３は、補強部材２４５にも巻き付けられている点を除いては、第１の実施形態（図２（ａ））と同様の方式で管状部材３３に巻き付けられている。なお、図３（ｂ）では、図２（ａ）と同様に、第１粘着テープ４１が先に巻き付けられている場合を例示しているが、図２（ｂ）と同様に、第２粘着テープ４３が先に巻き付けられていてもよい。

第２の実施形態の鋳型１に溶湯が流し込まれると、第１の実施形態と同様に、第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３は溶湯の熱によって焼失乃至は溶解する。しかし、補強部材２４５が融点が比較的高い金属等により構成されている場合においては、補強部材２４５は残る。

以上のとおり、本実施形態の鋳型１の製造方法では、第１の実施形態と同様に、第１粘着テープ４１を２つの管状部材３３に巻き付けるとともに、第１粘着テープ４１に比較して粘着力が低く且つ伸縮性が高い第２粘着テープ４３を２つの管状部材３３に巻き付ける。従って、第１の実施形態と同様に、強固且つ靭性に優れた連結がなされる等の効果が奏される。

さらに、本実施形態では、第１粘着テープ４１及び第２粘着テープ４３は、２つの管状部材３３に跨って延びる補強部材２４５にも巻き付けられる。

従って、補強部材２４５の剛性によって２つの管状部材の連結部に曲げ応力が加えられることが抑制され、複数の管状部材からなる連結体の破損が一層抑制される。また、補強部材２４５に管状部材３３を当接させて管状部材３３同士を位置合わせしたりすることが可能であり、作業性が向上することも期待される。

なお、本願発明者の実験によれば、本実施形態においても、鋳型１の製作時の通過路３１の破損率は０％であった。

また、本実施形態の鋳造方法では、補強部材が鋼材等により構成されている場合、初回以外においても、２つの管状部材３３に跨って延びる補強部材２４５が砂に埋設された鋳型１に溶湯が流し込まれる。補強部材２４５は、管状部材３３の位置ずれ抑制や砂部１７の変形抑制等に寄与することが期待される。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

図１に示した鋳型の全体構成は、一例に過ぎない。鋳物部の形状及び湯口系統の形状、並びに、これらの形成に係る下型、上型及び中子の役割分担は適宜に変更されてよい。例えば、湯溜めに代えて受口が設けられてもよい。押上げ湯口に代えて見切り線湯口が採用されてもよい。水平方向に延びる湯道は省略されてもよい。押湯が設けられてもよい。

実施形態に示した第１及び第２の粘着テープの巻き付け方は、一例に過ぎない。例えば、双方が管状部材（の連結部）に直交する環状に巻き付けられてもよいし、逆に、双方が螺旋状に巻き付けられてもよい。また、粘着テープが螺旋状に巻き付けられる場合において、粘着テープは、その全体に亘って螺旋状に巻き付けられる必要はなく、例えば、両端においては直交する環状に巻き付けられてもよい。螺旋は、傾斜が一定である必要はない。

補強部材が設けられる場合において、２つの粘着テープのうち一方のみが補強部材に巻き付けられてもよい。また、粘着テープは、全ての周において補強部材及び管状部材の双方に巻き付けられるのではなく、ある程度の周回数で２つの管状部材に巻き付けられてから補強部材に巻き付けれるなど、変則的な巻き付け方がされてもよい。また、補強部材が設けられる場合においては、２つの粘着テープ（第１及び第２の粘着テープ）を用意せず、１つの粘着テープのみが２つの管状部材及び補強部材に巻き付けられてもよい。

３以上の管状部材が連結される場合において、補強部材は、その全ての管状部材に跨って延びている必要は無い。例えば、補強部材は、破損しやすい接続部を構成する一部の管状部材のみに跨って延びていてもよい。

本願発明は、管状部材の連結において接着剤を不要とするが、接着剤が併用されてもよい。また、その他の連結方法が併用されてもよい。

１…鋳型、１１…鋳物部、１３…湯口系統、３３…管状部材、４１…第１粘着テープ、４３…第２粘着テープ。

Claims

溶融状態の金属が流し込まれる鋳型の製造方法であって、
前記鋳型の湯口系統の少なくとも一部を構成する２つの管状部材を互いに連結する工程を有し、
前記連結する工程では、第１粘着テープを前記２つの管状部材に巻き付けるとともに、前記第１粘着テープに比較して粘着力が低く且つ伸縮性が高い第２粘着テープを前記２つの管状部材に巻き付ける
鋳型の製造方法。
前記第１粘着テープは、前記第２粘着テープに比較して幅広であり、前記２つの管状部材に直交する環状に巻き付けられ、
前記第２粘着テープは、前記２つの管状部材に螺旋状に巻き付けられる
請求項１に記載の鋳型の製造方法。
前記第１粘着テープ及び前記第２粘着テープの少なくとも一方は、前記２つの管状部材に跨って延びる補強部材にも巻き付けられる
請求項１又は２に記載の鋳型の製造方法。
溶融状態の金属が流し込まれる鋳型の製造方法であって、
鋳型の湯口系統の少なくとも一部を構成する２つの管状部材を互いに連結する工程と、
連結された前記２つの管状部材を砂に埋設する工程と、
を有し、
前記連結する工程では、前記２つの管状部材、及び、前記２つの管状部材に跨って延びる補強部材に、前記溶融状態の金属の熱によって焼失あるいは溶解する粘着テープを巻き付け、
前記補強部材は、前記２つの管状部材に対して並列に添えられるだけの部材であり、当該補強部材のみでは前記２つの管状部材を固定する機能を有していない
鋳型の製造方法。
鋳型に溶融状態の金属を流し込む鋳造方法であって、
前記鋳型の湯口系統の少なくとも一部は、前記鋳型の砂に埋設され、互いに連続する２つの管状部材により構成されており、
前記鋳型の砂には、前記２つの管状部材に跨って延びる補強部材が埋設されており、
前記補強部材は、前記２つの管状部材に対して並列に添えられるだけの部材であり、当該補強部材のみでは前記２つの管状部材を固定する機能を有しておらず、
前記２つの管状部材及び前記補強部材に巻き付けられている粘着テープを、前記溶融状態の金属の熱によって焼失あるいは溶解させる
鋳造方法。