JPH0741549Y2 - 鋳造金型製造装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は鋳造金型の製造装置に係り、特に石膏鋳造を利
用した金型製造装置に関するものである。

（従来技術） 合成樹脂の射出、ブロー、真空等の各種成形やプレス絞
り成形に利用する簡易型の鋳造方法としては各種考えら
れるが、この中でマスターパタンから転写技法を利用し
て形成した石膏マスター鋳型を用いての石膏鋳造による
金型の作成は、特に高度の技術や設備を必要とせず、し
かも安価で迅速であるところからすぐれた方法である。

この石膏鋳造法により金型作成法について第３図を基に
説明すると次のようである。

（１） マスターパタンの作成 まず製品形状を有するものであるならば、マスターパタ
ンとして材質を選ばない。

即ち、木、金属、樹脂、セラミックスなど形のあるもの
であれば原則として何でも良い。

しかしながら主に実際工程では、例えばABS樹脂などの
板材、ブロック材の切削加工、接着、組立てによる試作
モデルを用いる。これには、後工程のことを考えて抜き
勾配、鋳造収縮、成形収縮などを勘案した寸法が付与さ
れなければならないので、マスターパタンの伸べ尺は何
回かの予備実験のデータより割り出される。

（２） 反転パタンの製作 製品形状のマスターパタンにパーティング処理を施す。

パーティング面を境としてキャビ型及びコ型について弾
性型取り材料を用いて反転パタンを製作する。

材料は２液混合硬化型の例えばシリコンゴム、多硫化ゴ
ム、ウレタン樹脂が使われている。

いずれも反応硬化前は粘性のある液体である。

真空チャンバー内でこれら液体をマスターパタン上に注
ぐと細部にまで液が行きわたって緻密な型取りが可能と
なる。

（３） 石膏マスター鋳型の製作 鋳造用鋳型として用いられる石膏は基本的には、α型石
膏に微細ケイ砂などの骨材と反応調整材が混合されたも
のであると言われている。

これに適量の水（混水量）を加えて攪拌するとスラリー
状となる。

この状態で弾性を有する反転パタンに石膏スラリーを注
ぎ込み硬化後離型すれば型取りが終了して石膏マスター
鋳型が得られる。

反転パタンが弾性体であるため石膏マスター鋳型の離型
時の損傷が起りにくい。

石膏が固まるのは水和硬化反応によるものでα−CaSO₄1
/2H₂O＋3/2H₂O＝CaSO₄2H₂O＋4100±20cal/molで示さ
れ、ミクロ的には遊離水を含む針状結晶のみ絡み合った
固体で熱風循環式乾燥器で水分を乾燥除去すれば鋳造に
供することができる。

（４） 鋳造 石膏マスター鋳型に単に溶湯を注いでも重力によるだけ
では、鋳型の細部のパタンを再現するのに不十分であ
る。そこで石膏マスター鋳型の針状結晶の隙間がわずか
に通気性を持つことを利用して、石膏マスター鋳型背面
を減圧しつつ溶融金属を注ぎ込むと、石膏マスター鋳型
に忠実な鋳造金型を得ることができる。

（５） 仕上げ 型みがきは製品の最終目的にもよるが石膏鋳造金型の表
面粗度が５〜10μと比較的良好であることから仕上げに
は、600〜800番のエミリー紙から初めて1000番まで行い
後は、研磨ペーストによる研磨で終了する。

以上の金型鋳造工程において、マスターパタンから石膏
マスター鋳型を形成する工程には真空チャンバーを必要
とし、石膏マスター鋳型を用いての金型の鋳造には減圧
鋳造盤と金属溶解炉とを必要とする。

（考案が解決しようとする課題） 従来は、反転パタン製作工程並びに石膏マスター鋳型製
作工程において脱泡処理するための真空チャンバー、鋳
造金型製作工程における減圧鋳造のための減圧鋳造盤、
石膏マスター鋳型に注入する溶湯を溶解するための金属
溶解炉は各々独立して配備されているので、この金型鋳
造作業はかなり煩雑なものであった。

本考案はこのような従来技術の欠点を解消し、鋳造金型
を効率良く製造できるような装置を提供することを目的
に創案されたものである。

（課題を解決するための手段） すなわち本考案は、製品形状のマスターパタンを液状型
取材で型取りし硬化させて反転パタンを製作する工程、
この反転パタンを石膏スラリーで型取りし硬化させて石
膏マスター鋳型を製作する工程、及びこの石膏マスター
鋳型に溶湯を注入して鋳造金型を製作する工程により金
型を製作するための鋳造金型製造装置であって、反転パ
タン製作工程並びに石膏マスター鋳型製作工程における
脱泡処理のための真空チヤンバーと、鋳造金型製作工程
における減圧鋳造のための減圧鋳造盤と、石膏マスター
鋳型に溶湯を注入するのための減圧鋳造盤に近接して立
設された支持板に回動自在に支持された傾注式金属溶解
炉と同一基盤を介して一体に配備したことを特徴とする
鋳造金型製造装置である。

（作用） 本考案は前記したように構成され、製品形状のマスター
パタンを液状型取材で型取りし硬化させて反転パタンを
製作する工程、この反転パタンを石膏スラリーで型取り
し硬化させて石膏マスター鋳型を製作する工程、及びこ
の石膏マスター鋳型に溶湯を注入して鋳造金型を製作す
る工程により金型を製作するに当たり、反転パタン製作
工程並びに石膏マスター鋳型製作工程における脱泡処理
のための真空チヤンバーと、鋳造金型製作工程における
減圧鋳造のための減圧鋳造盤と、石膏マスター鋳型に溶
湯を注入するのための傾注式金属溶解炉とを同一基盤を
介して一体に配備した鋳造金型製造装置が提供される
と、脱泡処理しつつの反転パタン及び石膏マスター鋳型
の製作から、傾注式金属溶解炉で溶解した溶湯を石膏マ
スター鋳型に注入しつつの減圧鋳造による鋳造金型製作
までの鋳造金型製作のための全工程を一つにまとまった
装置で効率良く短時間でできるようになる。

（実施例） 本考案の実施例は、第１図に斜視図、第２図に断面図と
して示す通りである。

１が筐体２によって支持された基板であり、３が真空吸
引口４と開閉自在の蓋５とを持つ耐圧構造の真空チャン
バーである。

６は真空吸引口８に連通する真空吸引溝７を設けた減圧
鋳造板であり、この減圧鋳造盤６の裏側には真空吸引口
10を持つトラップ室９が設けられている。

11が基板１の減圧鋳造盤６に近接した位置に互に平行に
立設した支持板14に回動軸15を介して回動自在に支持さ
れた金属溶解炉である。

12は注湯口13を持つ溶解るつぼ、16は金属溶解炉11を回
動させ、注湯時に適当に傾斜させるための溶解炉傾斜レ
バーであり、17は真空度計等が配備された操作盤であ
る。

筐体２内には真空ポンプ18が配備されていて、途中で分
岐した真空吸引管19が電磁弁20及び21を介して真空チャ
ンバー３の真空吸引口４及び減圧鋳造盤６のダンパー室
９の真空吸引口10に接続している。

次に前記したように構成される金型鋳造装置を用いての
型の作成方法を第３図に示した製造工程にしたがって説
明する。

先ず型枠内にマスターパタンをセットし、この型枠内に
型取り用のシリコーンゴムを注入硬化させ反転パターン
のゴム型を得る。

この場合、型取り用シリコーンゴムは主剤と硬化剤とよ
り構成されており、この両者の攪拌混合に際して空気の
巻き込みが生ずるので、この脱泡を真空チャンバー３内
で行う。

次にマスターパタンをセットした型枠を真空チャンバー
３内にセットし、先に脱泡された型取り用シリコーンゴ
ムを型枠内に注入し、真空脱泡を行って起泡の混入がな
くマスターパタンの形状を精密に型取りした反転パター
ンのゴム製を得る。

石膏マスター鋳型の形成は、前記したようにして得られ
たゴム型に石膏スラリーを流し込むことにより行われ
る。

この場合、石膏粉末表面には多くの気体が吸着してお
り、これに適当な混水量の水を混合した場合には石膏ス
ラリー中に気泡が多数含まれることになるので、この脱
泡を真空チャンバー３により行う。

また、この脱泡された石膏スラリーをゴム型に注入して
型取りを行い石膏マスター鋳型の作成を行う場合も脱泡
を行ってゴム型を忠実に模写した型を得るために真空チ
ャンバー３内で作業を行う。このようにマスターパタン
を基にしてゴム型に反転させた後、マスターと同一の石
膏鋳型を得る反転技法を利用しての石膏マスター鋳型の
作成の総ての工程は真空チャンバー３を利用して行われ
る。

石膏マスター鋳型は乾燥によって適当な強度を得た後、
型枠で囲んで減圧鋳造盤６上に載置し、石膏鋳造による
金型の形成の工程に移る。

減圧鋳造盤６には真空吸引口８に連通する真空吸引溝７
が設けてあるトラップ室９を介して真空ポンプ18につな
がっている。

したがって電磁弁20を開いた状態で真空ポンプ18を作動
させると、減圧鋳造盤６上の石膏マスター鋳型は若干の
通気性を持っているので吸気が行われた状態となる。

この鋳型を減圧にした状態で、金属溶解炉11を溶解炉傾
斜レバー16の操作によって傾斜させ、溶解るつぼ中で溶
かされた金型用金属が注湯口13を経て型枠で囲まれた石
膏マスター鋳型内に注入し、鋳造金型の作成が行われ
る。

（効果） 前記した鋳造装置を利用して具体的に金型を作成した結
果は次のようであった。

室温硬化型シリコーンゴム（主剤、硬化剤混合比10:1）
の粘度1200ポイズ（25℃）のものを真空チャンバー３で
１〜2Torrの真空度となるまで真空脱泡し、次いでこの
シリコーンゴムを利用してのマスターパタンの型取りに
よるゴム型の作成をやはり１〜2Torrの真空度で行っ
た。

ここで得られたゴム型は、ゴム硬度40で表面には全く気
泡の発生が認められずマスターパタンに対する再現性の
良いものであった。

石膏スラリーの作成は、鋳造用石膏100に対して水を45
〜47％の割合で攪拌混合し、真空チャンバー３内で10〜
15Torrの真空度で約1.5分脱泡して行った。

この脱泡した石膏スラリーを真空チャンバー３内にセッ
トしたゴム型に注入し、真空度１〜2Torrで１分の脱泡
を行った後外に取り出して靜置し、石膏の水和硬化を行
わせ、その後ゴム型より離型させ石膏マスター鋳型を得
た。

鋳型の表面は精密に検査しても気泡等による欠陥は全く
認められず鋳型として完全なものであった。

ここで得られた鋳型は水和硬化にともなう結晶水を無水
化するため熱風乾燥炉で300℃−17hrの加熱乾燥を行っ
た後鋳造に利用することとした。

金型の鋳造は、亜鉛ベースにアルミニウム及び銅を添加
したいわゆるZAS合金により溶解温度420℃で行った。

合金の凝固後石膏マスター鋳型を取り除き表面を詳細に
検査したが、配化物の巻き込みや湯じわの発生等は全く
認められず、しかも減圧状態での注湯であったので石膏
マスター鋳型の細部まで忠実に模写した極めて良好な金
型が得られた。

このように最終的に極めて良好な金型が得られたのは次
のような理由によるものである。

先ず第１の理由は減圧鋳造盤に近接して金属溶解炉が配
備され、溶解した湯を炉を傾斜させて溶解るつぼから直
接注湯したため、溶湯の温度管理が適切に行われるとと
もに配化物の巻き込みが殆ど生じなかったためである。

従来は金属溶解炉は減圧鋳造盤とは離れた位置に配備さ
れていて、ここからひしゃくで湯を汲んで運んで来て鋳
型に注湯していた。

この場合、金属の溶解量が少ないと、ひしゃくの温度が
低いと溶解るつぼ内の湯の温度が下ってしまい温度管理
が正確でなく、低い温度の湯が注湯されると湯じわが発
生し、金型としては、例えば合成樹脂の射出成形では離
型が殆ど不可能であるといったような致命的な欠点とな
った。

また溶湯にひしゃくを沈める場合は、溶湯表面の酸化物
が溶湯内に巻き込まれ、この状態で注湯が行われると鋳
型表面に酸化物が付着した状態で凝固してしまい、型の
仕上でこの酸化物を取り除くことは極めて困難であり致
命的な欠点を持った型となってしまう。

以上のように従来の注湯時に発生する問題が解消されて
いることの他に、勿論、ゴム型、石膏マスター鋳型の形
成においても脱泡が完全に行われ、気泡の混入の全く無
い型が得られたことも、良好な鋳造金型が得られるのに
大いに寄与している。

本考案は、以上のように極めて良品質の簡易型としての
鋳造金型を容易に製造する装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す斜視図、第２図はこの断
面図、第３図は型製造工程を示す図である。 １……基板、３……真空チャンバー、６……減圧鋳造
盤、11……金属溶解炉、18……真空ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−6244（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−58959（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−52018（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】製品形状のマスターパタンを液状型取材で
   型取りし硬化させて反転パタンを製作する工程、この反
   転パタンを石膏スラリーで型取りし硬化させて石膏マス
   ター鋳型を製作する工程、及びこの石膏マスター鋳型に
   溶湯を注入して鋳造金型を製作する工程により金型を製
   作するための鋳造金型製造装置であって、反転パタン製
   作工程並びに石膏マスター鋳型製作工程における脱泡処
   理のための真空チヤンバーと、鋳造金型製作工程におけ
   る減圧鋳造のための減圧鋳造盤と、石膏マスター鋳型に
   溶湯を注入するのための減圧鋳造盤に近接して立設され
   た支持板に回動自在に支持された傾注式金属溶解炉と同
   一基盤を介して一体に配備したことを特徴とする鋳造金
   型製造装置。