JPH08243686A - シェル鋳型、ならびにシェル鋳型の造型方法および型合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料コストが低く、しかも強度，剛性に優
れ、鋳型の変形や破損などに基づく種々の不具合の防止
が可能なシェル鋳型を提供する。 【構成】 シェル砂を焼成して固めたシェル鋳型本体
４，５の背面側、すなわち鋳型キャビティ１ａの裏面側
に、金属製補強フレーム６，７を装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ンのカムシャフトなど、とくに長尺部品を鋳造するのに
利用されるシェル鋳型に係わり、さらに詳しくは金属フ
レームによって補強されたシェル鋳型、ならびに当該シ
ェル鋳型の造型方法および型合わせ方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】シェルモールド鋳造法は、フェノール樹
脂などの熱硬化性樹脂と混練、あるいは熱硬化性樹脂で
コーティングしたシェル砂を加熱した金型模型上に散布
し、金型から数ｍｍないし数十数ｍｍのシェル砂層の樹
脂を硬化させることによって作成したシェル鋳型を用い
て鋳造するものであって、製品精度と平滑度が高く、量
産に向くことから、自動車用鋳造部品を始めとする種々
の分野で従来から広く適用されている。

【０００３】図７（ａ）および（ｂ）は、自動車用エン
ジンのカムシャフトを鋳造するためのシェル鋳型の一例
を示すものであって、このシェル鋳型１００において
は、図７（ａ）中に破線で示すように、４個の鋳型キャ
ビティ１０１を備え、一度に４本のカムシャフトを鋳造
するようになったものである。 そして、このようなシ
ェル鋳型１００においては、図７（ｂ）の断面図に示す
ように、鋳型重量の軽減と、シェル砂使用量の削減によ
る材料コスト低減を図るために、鋳型キャビティ１０１
の背面側（型合わせ面の裏側）に凹部１０２を形成して
肉盗みを行うのが一般的である。

【０００４】また、このようなシェル鋳型１００は、鋳
造に際して、型合わせ面の開き防止と鋳型変形による製
品の変形を防止するために、図８に示すようなクランプ
治具１１０によって挟持されることになるため、クラン
ププレート１１１との平面的な接触と鋳型強度を確保す
るために、鋳型キャビティ背面側の肉盗み凹部１０２以
外の部分１０３はリブ状に形成されている。

【０００５】さらに、注湯時にシェル鋳型１００から発
生するガス（高温の溶湯によって生じる炭酸ガス，水な
どの燃焼ガスや気化した樹脂など）を鋳型外に排出する
ために、鋳型１００の背面側にガス抜き用の溝１０４が
形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造のシェル鋳型１００においては、シェル砂単価，鋳型
変形や破損，ガス発生などに起因する以下のような問題
点があり、これら問題点の解消がこのようなシェル鋳型
を用いた鋳造製品の精度やコスト上の課題となってい
た。

【０００７】（１）シェル鋳型１００には、上記のよう
に極力肉盗みを行うようにしているが、鋳型強度確保，
鋳型背面の平面確保の観点から自ずと限界があり、シェ
ル砂材料が高価であることと相俟って、鋳型コストの低
減が難しい。

【０００８】（２）シェル鋳型１００は、２００〜３０
０℃の高温で焼成されるので、図９に示すような熱変形
が生じやすい。 このような鋳型変形が生じた場合、寸
法不良や、型合わせ面に生じた隙間１０５に溶湯が廻っ
て鋳張りが発生するばかりでなく、変形した鋳型１００
を前記クランププレート１１１，１１１により挟持する
際に鋳型１００に亀裂が生じ、湯漏れの原因となる。
製品に鋳張りが生じた場合には仕上げのために多大な工
数を必要とし、湯漏れが発生した場合には流出した溶湯
が治具や設備を損傷することから、復旧のために多くの
時間と労力を要すると共に、設備稼働率が低下する。
また、上記のようなカムシャフト鋳造の場合には、耐摩
耗性の要求されるカム面を高硬度化するために、チラー
（冷し金）をシェル鋳型１００の所定位置にセットした
上で型合わせするようにしているが、鋳型変形があると
型合わせの際にチラーとのかじりによる砂落ちが生じ
て、砂噛みの発生や製品の駄肉の原因となる。

【０００９】（３）シェル鋳型１００は、造型されたの
ち、鋳型キャビティ面（型合わせ面）を上にして搬送さ
れてくる鋳型の一方を挟み込んでクランプし、持ち上げ
て反転させ、位置決めしたのち他方の鋳型と自動的に型
合わせされるが、鋳型１００の肉盗み１０２や、ガス抜
き溝１０４の切欠効果によって強度低下しているため、
クランプ時や上昇，反転時などに破損することがある。

【００１０】（４）シェル鋳型１００においては、シェ
ル砂の使用量が比較的多いことから注湯時のガス発生量
も多く、このガスはクランプ治具１１０のクランププレ
ート１１１に接して冷却されるとやに状に固着し、クラ
ンププレート１１１の平面性が損なわれることから、ク
ランプ不良や鋳型破損を招き、湯漏れや製品の鋳張り，
変形などの原因となる。 また、上記固着物が鋳型１０
０のガス抜き溝１０４を塞いだ場合には、ガス抜き不良
によるガス欠陥が製品に生じることになる。したがっ
て、やに状固着物による上記不具合を防止するために
は、クランププレート１１１の定期清掃を頻繁に行わざ
るを得ず、多大な清掃コストが必要となる。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、従来のシェル鋳型における上
記課題に着目してなされたものであって、材料コストが
低く、しかも強度，剛性に優れ、変形や破損などに基づ
く種々の不具合の防止が可能なシェル鋳型と共に、当該
シェル鋳型を合理的に造型することができるシェル鋳型
の造型方法、さらに、当該シェル鋳型を破損させること
なく、高精度に型合わせすることができるシェル鋳型の
型合わせ方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
るシェル鋳型は、シェル砂を焼成して固めたシェル鋳型
本体の鋳型キャビティ背面側に、金属製補強フレームが
接合してある構成としたことを特徴としており、本発明
に係わるシェル鋳型の望ましい実施態様として請求項２
に係わるシェル鋳型は、補強フレームにクランプ手段が
設けてある構成としたことを特徴としており、このよう
なシェル鋳型の構成を前述した従来の課題を解決するた
めの手段としている。

【００１３】本発明の請求項３に係わるシェル鋳型の造
型方法は、鋳型キャビティを形成する製品パターンを備
えた第１の金型と鋳型の背面形状を形成する肉盗みパタ
ーンを備えた第２の金型の間に補強フレームをセットす
ると共に、前記第１の金型と第２の金型と補強フレーム
とによって形成される空間内にシェル砂を装入して焼成
する構成としたことを特徴としており、本発明の請求項
４に係わるシェル鋳型の型合わせ方法は、シェル鋳型本
体の背面側に接合された補強フレームを利用して型合わ
せする構成としたことを特徴としており、このようなシ
ェル鋳型の造型方法および型合わせ方法の構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。

【００１４】

【発明の作用】本発明の請求項１に係わるシェル鋳型に
おいては、シェル鋳型本体の背面側、すなわち鋳型キャ
ビティが形成された型合わせ面の裏面側に、金属製補強
フレームが接合してあるので、当該鋳型の強度および剛
性が向上し、鋳型の変形あるいは破損に基づく種々の問
題点が解消され、高価なシェル砂の使用量が少なくなっ
て、コストが削減されることになる。 また、本発明に
係わるシェル鋳型の実施態様として請求項２に係わるシ
ェル鋳型においては、前記金属製補強フレームにクラン
プ手段が設けてあるので、搬送や型合わせなどのシェル
鋳型の取扱いを当該補強フレーム部分で行うことによ
り、強度的に脆いシェル鋳型本体部分の破損がなくな
り、鋳造製品の欠陥が解消されると共に、精度が向上す
る。 さらに、鋳造に際して、クランププレートを備え
たクランプ治具を用いる必要がないので、やに状固着物
に起因する種々の不具合も解消されることになる。

【００１５】本発明の請求項３に係わるシェル鋳型の造
型方法においては、鋳型キャビティを形成する第１の金
型と、鋳型の背面形状を形成する第２の金型と、金属製
補強フレームとによって形成される空間内にシェル砂を
装入して焼成するようにしているので、シェル鋳型本体
の造型と同時に補強フレームが接合され、組立工程を増
設することなく、容易かつ確実に鋳型本体と補強フレー
ムが一体化される。

【００１６】本発明の請求項４に係わるシェル鋳型の型
合わせ方法においては、金属製補強フレームに備えたク
ランプ手段や補強フレーム自体を位置決めおよびクラン
プに利用して型合わせするようにしているので、シェル
鋳型本体部分の変形や破損がなくなると共に、型合わせ
精度が向上することからかじりによる砂落ちがなくな
り、鋳造製品の品質が向上することになる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明
する。

【００１８】図１は、本発明に係わるシェル鋳型の一実
施例を示し、図１（ａ）および（ｂ）は当該シェル鋳型
の正面図および側面図である。

【００１９】図に示すシェル鋳型１は、図１（ｂ）に示
すように、シェル鋳型１の左側を形成する左型２と、シ
ェル鋳型１の右側を形成する右型３とを型合わせしたも
のであって、型合わせ面には４個の鋳型キャビティ１ａ
が形成されており、一回の注湯により４本のカムシャフ
トを鋳造するようになっている。

【００２０】左型２および右型３は、シェル砂を焼成し
て固めたシェル鋳型本体４および５の鋳型キャビティ背
面側（型合わせ面の裏面側）に、鋳鉄製の補強フレーム
６および７をそれぞれ接合したものであって、補強フレ
ーム６，７には、軽量化を図るための貫通孔６ａ，７ａ
（図１（ａ）には６ａのみが示される）がシェル鋳型本
体４，５の肉盗み形状に一致させて形成してあると共
に、クランプ手段としてのクランプ孔６ｂ，７ｂが当該
補強フレーム６，７の側面に、この実施例ではそれぞれ
片側に５個ずつ形成されている。

【００２１】このような構造のシェル鋳型１は、図２な
いし図４に示す手順によって左型２および右型３がそれ
ぞれ造型されたのち、これらが図５に示す鋳型合わせ装
置により型合わせされて完成する。

【００２２】すなわち、図２ないし図４は、シェル鋳型
１の右型３（左型２についても同様）の造型要領を説明
するものであって、図２は、造型用金型の型開き状態を
示すものである。

【００２３】造型用金型は、シェル鋳型１の鋳型キャビ
ティ１ａの形状に相当する製品パターン１１ａを備えた
下型１１（第１の金型）と、シェル鋳型１の背面に形成
する肉盗み形状に相当する肉盗みパターン１２ａを備え
た上型１２（第２の金型）から構成されている。

【００２４】まず、補強フレーム７が型開き状態の下型
１１の上方位置から降下し、図３に示すように下型１１
の所定位置にセットされる。

【００２５】次に、図４に示すように、上型１２が降下
して型が閉じられる。 次いで、ブローマガジン１３が
下降することによって、ブローマガジン１３のブローノ
ズル１３ａが上型１２に設けたシェル砂吹き込み口１２
ｂに挿入され、当該ブローノズル１３ａを介して、下型
１１，上型１２および補強フレーム７の間に形成される
金型空間内にシェル砂が充填される。

【００２６】そして、約２７０℃で約４０秒間焼成して
シェル砂にコーティングされている熱硬化性樹脂を硬化
させたのち、型開きすることにより補強フレーム７と一
体的に接合されたシェル鋳型１の右型３が得られる。

【００２７】このようにして造型された右型３は、図５
に示すように、鋳型キャビティ面（型合わせ面）の損傷
を防ぐために補強フレーム側を下にした状態で、同様に
（前記下型１１とは製品パターンの異なった下型が用い
られる）造型された左型２と交互にローラーコンベヤ２
０に載置され、鋳型キャビティ面の所定位置にカム面を
局部硬化させるためのチラーがセットされたのち、型合
わせ装置２１へと搬送される。

【００２８】型合わせ装置２１に搬入された右型３（上
型）は、ローラコンベア２０の下方から突き出したスト
ッパ２２に補強フレーム７が当接して停止する。 補強
フレーム７が当接することによって右型３が停止する
と、図６（ａ）に示すように、ヘッド昇降シリンダ２４
の押出し作動によって、クランプピン２３ａが開いた状
態の昇降反転ヘッド２３が下降し、図６（ｂ）に示すよ
うにクランプピン２３ａが閉じ、右型３の補強フレーム
７に設けたクランプ孔７ａに挿入され、右型３が昇降反
転ヘッド２３にクランプされる。

【００２９】昇降反転ヘッド２３にクランプされた右型
３は、図６（ｃ）に示すように、ヘッド昇降シリンダ２
４の作動により持ち上げられたのち、反転シリンダ２４
の作動によって、図６（ｃ）に示すように１８０°反転
される。 このとき、反転された右型３の直下位置に
は、ローラコンベア２０によって左型２（下型）が搬入
され、図５に示すように左型２の補強フレーム６がスト
ッパ２２に当接することによって所定の位置に位置決め
されている。

【００３０】次に、ヘッド昇降シリンダ２４の押出し作
動によって、図６（ｅ）に示すように、反転された状態
の右型３が下降し、ストッパ２２によって位置決めされ
た左型２の上に載置され、型合わせされる。 そして、
図６（ｆ）に示すように昇降反転ヘッド２３のクランプ
ピン２３ａが開くと共に、ストッパ２２が下降し、左型
２と右型３が型合わせされたシェル鋳型１は、ローラコ
ンベア２０の駆動によって次工程に搬出され、溶湯の鋳
込みが実施される。

【００３１】このように、型合わせに伴う搬送やクラン
プおよび位置合わせは、すべて補強フレーム６および７
を利用して行われるので、強度の弱いシェル鋳型本体４
および５の部分に過剰な力が加わることがなく、型合わ
せ途中における持ち上げられた鋳型の落下や、鋳型の変
形，破損などの防止を図ることができると共に、型合わ
せ精度の向上を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係わるシェル鋳型は、シェル砂からなるシェル鋳型本
体の背面側に金属製補強フレームを接合することによっ
て、強度的に難点のある鋳型本体部を補強したものであ
るから、当該シェル鋳型の強度および剛性が向上し、鋳
型の変形および破損に起因する寸法不良や鋳造欠陥，湯
漏れなどを有効に防止することができ、しかも高価なシ
ェル砂の使用量を減少させることができ、鋳型コストの
削減にも寄与するという極めて優れた効果をもたらすも
のである。 また、本発明に係わるシェル鋳型の実施態
様として請求項２に係わるシェル鋳型は、前記金属製補
強フレームにクランプ手段を設けたものあるから、搬送
や型合わせに際して、脆いシェル鋳型本体部分に触れた
り、力を加えたりすることなく鋳型を取り扱うことがで
きるので、鋳型本体の変形や破損がなくなり、鋳造製品
の欠陥を防止し、製品精度を向上させることができる。

【００３３】本発明の請求項３に係わるシェル鋳型の造
型方法においては、鋳型キャビティを形成する第１の金
型と鋳型の背面形状を形成する第２の金型との間に、金
属製補強フレームをセットし、これらの間に形成される
空間内にシェル砂を装入して焼成するようにしているの
で、シェル鋳型本体の造型と同時に補強フレームを当該
鋳型本体に接合することができ、組立工程を増設するこ
となく、鋳型本体と補強フレームとを一体化することが
できることから、本発明に係わるシェル鋳型を効能率に
造型することができるという極めて優れた効果がもたら
される。

【００３４】また、本発明の請求項４に係わるシェル鋳
型の型合わせ方法においては、金属製補強フレームに備
えたクランプ手段や補強フレーム自体を位置決めおよび
クランプに利用して型合わせするようにしているので、
シェル鋳型本体部分に力が加わることがなく、鋳型本体
の変形や破損を有効に防止することができ、型合わせ精
度が向上することからかじりによる砂落ちもなくなり、
鋳造製品の品質を向上させることができるという非常に
優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係わるシェル鋳
型の構造を示すそれぞれ正面図および側面図である。

【図２】本発明に係わるシェル鋳型の造型方法を説明す
る工程図であって、下型への補強プレートのセット状況
を示す概略説明図である。

【図３】本発明に係わるシェル鋳型の造型方法を説明す
る工程図であって、下型に補強プレートをセットした状
態を示す概略説明図である。

【図４】本発明に係わるシェル鋳型の造型方法を説明す
る工程図であって、下型に補強プレートと共に上型を装
着した状態でシェル砂を吹き込む状況を示す概略説明図
である。

【図５】型合わせ装置による鋳型の型合わせ状況を示す
概略側面図である。

【図６】図５に示した型合わせ装置の正面図であって、
（ａ）ないし（ｆ）はシェル鋳型の型合わせ手順を順次
説明する工程図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は従来のシェル鋳型の構造
を示すそれぞれ正面図および断面図である。

【図８】図７に示したシェル鋳型をクランプ治具によっ
て挟持した状態を示す概略説明図である。

【図９】図７に示したシェル鋳型の変形状態を示す概略
説明図である。

【符号の説明】

１ シェル鋳型 １ａ 鋳型キャビティ ４，５ シェル鋳型本体 ６，７ 補強フレーム ６ｂ，７ｂ クランプ孔（クランプ手段） １１ 下型（第１の金型） １１ａ 製品パターン １２ 上型（第２の金型） １２ａ 肉盗みパターン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シェル砂を焼成して固めたシェル鋳型本
   体の鋳型キャビティ背面側に、金属製補強フレームが接
   合してあることを特徴とするシェル鋳型。
2. 【請求項２】 補強フレームにクランプ手段が設けてあ
   ることを特徴とする請求項１記載のシェル鋳型。
3. 【請求項３】 鋳型キャビティを形成する製品パターン
   を備えた第１の金型と鋳型の背面形状を形成する肉盗み
   パターンを備えた第２の金型の間に補強フレームをセッ
   トすると共に、前記第１の金型と第２の金型と補強フレ
   ームとによって形成される空間内にシェル砂を装入して
   焼成することを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載されたシェル鋳型の造型方法。
4. 【請求項４】 シェル鋳型本体の背面側に接合された補
   強フレームを利用して型合わせすることを特徴とする請
   求項２に記載されたシェル鋳型の型合わせ方法。