JPH0976046A - シェルモールドの造型方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】精密な型面をもつ中空形状の一体型シェルモー
ルドを、容易にかつ確実に造型できるようにする。 【解決手段】目的とするシェルモールド形状の所定断面
の断面データに基づいて断面部のみをバインダが通過可
能なマスクを形成し、次いでシェルモールド用砂粒を薄
い均一厚さに積層して砂層を形成しマスクを介してバイ
ンダを砂層に含浸させた後固化させて固化層を形成する
工程を、シェルモールド形状の一端から他端までの複数
の断面データを用いて順次繰り返して砂層及び固化層を
順次積層し、最後に未固化砂粒を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造用の砂鋳型と
して用いられるシェルモールドを造型する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のシェルモールド造型法は、中空形
状で内周表面に型面をもつシェルモールドを造型する方
法と、中空形状で外周表面に型面をもつシェルモールド
を造型する方法の二つに分類される。前者の方法では、
分割された凸形状の造型用金型を用い、加熱されたそれ
ぞれの金型表面にフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が
被覆された樹脂被覆砂粒を接触させる。すると、金型か
らの熱が伝わった樹脂被覆砂粒表面の樹脂が溶融後硬化
し、砂粒どうしが結合されて凹形状のシェル（殻）が形
成される。

【０００３】このようにして造型されたシェルモールド
は複数のシェルからなり、それぞれのシェルの内周表面
は造型用金型の型面が転写されるため精密な形状となっ
ている。したがって複数のシェルを組み合わせて中空形
状のシェルモールドとされ、シェルモールド内部に溶湯
を流し込んで鋳造する場合に用いられる。そして鋳造後
にシェルモールドを破壊して除去することにより、中実
の鋳物が得られる。

【０００４】一方、後者の方法では、分割された中空形
状の造型用金型が用いられる。そしてそれぞれの分割型
を組み合わせて中空形状とされ加熱された造型用金型内
に樹脂被覆砂粒を吹き込み、造型用金型からの熱が伝わ
った樹脂被覆砂粒表面の樹脂が溶融後硬化することで砂
粒どうしを結合してシェルを形成する。そして熱が伝わ
らず溶融しなかった未固化砂粒を排出し、分割型を開く
ことで、中空状のシェルモールドが造型される。

【０００５】このようにして造型されたシェルモールド
は、凸状の外周表面が精密な形状となり、シェル中子と
して利用される。そして、このシェル中子を用いたシェ
ルモールド法では、鋳造後にシェル中子を破壊して除去
することにより、中空形状の鋳物が鋳造される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが前者の分割さ
れた凸形状の造型用金型を用いて造型されたシェルモー
ルドにおいては、複数のシェルから構成されている。し
たがってこのシェルモールドを用いた鋳造法では、鋳物
にパーティングラインが表出して外観品質が損なわれる
という問題がある。

【０００７】また造型用金型からシェルモールドを損傷
なく離型するためには、型面形状に抜き勾配を設ける必
要があり、型面の精度に問題がある。またアンダーカッ
ト形状などは勿論形成することが困難であって、得られ
る鋳物の形状にも制約があった。そこで砂粒どうしを結
合する熱硬化性樹脂に粘着性をもたせ、木型や樹脂型な
どの造型用型に粘着性により付着させた後、硬化温度に
加熱してシェルモールドを造型し、その後造型用型を焼
失して一体形状の中空状シェルモールドを得る方法も行
われている。

【０００８】この造型方法によれば、パーティングライ
ンは生じず、かつアンダーカット形状でも造型できると
いう利点がある。ところがこの造型方法では、粘着によ
り付着したシェル砂を硬化させる際には造型用型の形状
を維持する必要があり、また造型用型を焼失する際には
砂粒どうしを結合する樹脂の分解を防止する必要がある
ことから、シェルモールドの造型に１週間〜数カ月必要
となり、生産性が低いという問題がある。

【０００９】また後者の、加熱された中空形状の造型用
金型内に樹脂被覆砂粒を吹き付ける方法においても、抜
き勾配はやはり必要であるため型面形状に制約がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
精密な型面をもつ中空形状の一体型シェルモールドを、
容易にかつ確実に造型できるようにすることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明のシェルモールドの造型方法の特徴は、目的とする
シェルモールド形状の所定断面の断面データに基づいて
断面部のみをバインダが通過可能なマスクを形成する第
１工程と、シェルモールド用砂粒を薄い均一厚さに積層
して砂層を形成しマスクを介してバインダを砂層に含浸
させた後固化させて固化層を形成する第２工程と、を用
い、シェルモールド形状の一端から他端までの複数の断
面データを順に用い、第１工程と第２工程を順次繰り返
して砂層及び固化層を順次積層し、最後に未固化砂粒を
除去することにある。

【００１１】また第２発明のシェルモールドの造型方法
の特徴は、目的とするシェルモールド形状の所定断面の
断面データに基づいて断面部のみをバインダが通過可能
なマスクを形成する第１工程と、シェルモールド用砂粒
を薄い均一厚さに積層して砂層を形成しマスクを介して
バインダを砂層に含浸させた後固化させて固化層を形成
する第２工程と、砂層から未固化砂粒を除去して固化層
のみを残し、未固化砂粒が除去された部分に消失性固体
を充填して表面平滑な消失層を形成する第３工程と、を
用い、シェルモールド形状の一端から他端までの複数の
断面データを順に用い、第１工程と第２工程及び第３工
程を順次繰り返して消失層を順次積層し、最後に消失性
固体を消失させることにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】第１発明の造型方法では、先ず第
１工程で目的とするシェルモールド形状の所定断面の断
面データに基づいて、断面部のみをバインダが通過可能
なマスクが形成される。この断面データとしては、ＣＡ
Ｄ（Computer Aided Design ）におけるサーフェスモデ
ルや境界表現（Ｂ−Ｒｅｐｓ）などの断面データを利用
できる。

【００１３】このマスクは、シェルモールド形状の一端
から他端までの複数の断面データに基づいて複数個形成
される。断面データ及びマスクの数が多いほど精度が向
上するが、工程数も増大するので、その数は場合に応じ
て決定される。マスクとしては、断面部のみをバインダ
が通過可能であればその材質は制限されず、紙、プラス
チックなどを用いることができる。そして断面データか
らマスクを形成するには、例えばイオン化潜像生成法に
よりマスク板に荷電させ、静電トナーで荷電された潜像
を現像する方法などを利用して断面部を描き、次いで断
面部をレーザー光やカッターナイフで切り抜くことで形
成することができる。またＮＣ装置を用いて断面データ
から直接に断面部を切り抜くこともできる。

【００１４】次に第２工程では、シェルモールド用砂粒
を薄い均一厚さに積層して砂層を形成し、上記で得られ
たマスクを介してバインダを砂層に含浸させた後、バイ
ンダを固化させ砂粒どうしを結合して断面部に固化層が
形成される。シェルモールド用砂粒としては、ケイ砂、
オリビンサンド、ジルコンサンド、溶融石英粒などの、
従来のシェルモールド法に用いられている砂粒を用いる
ことができる。その粒径は一般に０．０１〜０．５ｍｍ
程度のものが用いられる。この粒径が０．０１ｍｍより
小さいと飛散しやすく取扱いが難しくなり、０．５ｍｍ
より大きくなると表面粗さが大きくなって鋳物肌に不具
合が生じる。

【００１５】砂層の厚さは、目的とするシェルモールド
の一端から他端までの距離とその間の断面データの数に
よって決定されるが、一般には０．５ｍｍ以下とするの
が望ましい。砂層の厚さが０．５ｍｍより厚くなると、
得られるシェルモールドの形状精度が低下し、バインダ
を含浸させるのに要する時間も長くなる。バインダとし
ては、ノボラック型又はレゾール型のフェノール樹脂、
尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹
脂が用いられ、固体であれば溶媒に溶解するなどして液
状として用いられる。

【００１６】このバインダをマスクを介して砂層に含浸
させるには、重力により落下させる方法、スプレーなど
により塗布する方法など、通常の塗布手段を用いること
ができる。正圧又は負圧を付与して、より含浸させやす
くするのが好ましい。これにより砂層では、マスクの切
り抜かれた断面部のみにバインダが含浸され、加熱、時
効硬化あるいは触媒反応などによりバインダが硬化され
ることで、所定断面形状の部分に固化層が形成される。

【００１７】シェルモールド形状の一端から他端までの
複数の断面データを順に用いて、第１工程と第２工程と
が順に繰り返され、砂層及び固化層が順次積層される。
そして、最後にそれぞれの砂層から未固化の砂粒を除去
することで固化層のみが積層された形状とされ、目的と
するシェルモールドが形成される。なお、次の砂層を敷
き詰める前に、既に形成されている固化層をもつ砂層表
面をローラやドクタープレートなどを用いて平滑にして
おくことが望ましい。

【００１８】しかしながら、第１の固化層をもつ第１の
砂層の表面に第２の砂層を形成して第２の固化層を形成
する場合には、第２のマスクを通ったバインダが第１の
砂層の未固化部にまで含浸される場合が考えられる。こ
のようになると、得られるシェルモールドの形状の精度
が大きく低下することになる。そこで第２の発明では、
第３工程において砂層から未固化砂粒を除去して固化層
のみを残し、未固化砂粒が除去された部分に消失性固体
を充填して表面平滑な消失層を形成している。消失層に
はバインダが含浸せず、また含浸したとしても最後には
消失されるものであるから、得られるシェルモールドの
形状精度には影響がない。

【００１９】砂層から未固化砂粒を除去するには、振動
を加えながら砂粒を落下させる方法、真空吸引による方
法などを利用できる。また消失性固体としては、パラフ
ィンワックス、ガルナバなどのワックス材料が利用でき
る。そして最後の砂層に固化層を形成して未固化砂粒を
除去した後、加熱溶融、焼失、溶剤による溶解、昇華な
どにより消失性固体を消失させて固化層のみの積層体と
して、目的とする形状のシェルモールドが得られる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。本実施例では、図１に概略断面図を示すシェルモー
ルドの造型方法について説明する。このシェルモールド
１００は、複雑な内周形状をもち一端に開口１０１が形
成されている。このシェルモールド１００においては、
開口１０１から溶湯が注湯されて鋳造が行われ、溶湯が
冷却固化後にシェルモールド１００が割られて鋳物が取
り出される。 （実施例１）先ず目的とするシェルモールド１００のＣ
ＡＤデータが用意され、図１の紙面に対して垂直な平面
で切断された断面データが図１の下から上へ向かって複
数用意される。そして、その複数の断面データそれぞれ
に基づいて、紙製のマスクペーパーをカッターナイフで
切り抜き、複数のマスクを作製する。

【００２１】次に、図２に示すように、鉄製基台１を用
意し、ドクターブレードを用いて基台１表面に鋳砂を均
一厚さ（０．０５〜１．０ｍｍ）に敷き詰めて第１砂層
２を形成する。このとき、振動を加えたり、スタンプや
ローラなどで加圧して緻密に敷き詰めることが望まし
い。一方、複数のマスクのうち、最下部断面データに対
応するマスク３を選び、図３に示す塗布装置４に配置す
る。この塗布装置４は、液状のフェノール樹脂４０が保
持された加圧保持室４１と、加圧保持室４１の下方に設
けられた開口４２と、開口４２に設けられ図示しない駆
動装置により開口４２を開閉駆動されるシャッター４３
と、から構成されている。加圧保持室４１には圧空が導
入され、フェノール樹脂４０は、加圧保持室４１内に加
圧された状態で保持されている。またマスク３はシャッ
ター４３の下方の位置に保持されている。

【００２２】第１砂層２がマスク３に接するように基台
１を配置し、所定の短時間シャッター４３を開く。する
とフェノール樹脂４０は加圧されているため開口４２か
ら噴出し、マスク３の切り抜かれた断面部３０を通して
第１砂層２に噴霧される。これにより第１砂層２には、
マスク３の断面部３０に対応する位置にフェノール樹脂
が含浸される。

【００２３】そしてフェノール樹脂が含浸された第１砂
層２は、基台１とともに３００℃前後で１〜５分間加熱
され、フェノール樹脂が硬化して図４に示す第１固化層
２０が形成される。なお、常温で放置することによりフ
ェノール樹脂を硬化させることもできるが、長時間必要
となるので加熱することが望ましい。次に、同様にして
第１砂層２表面に第２砂層５を形成する。そして先の断
面データに隣接する断面データから形成された次のマス
クを用い、同様にフェノール樹脂をマスクを通して第２
砂層５に含浸させ硬化させて、図５に示す第２固化層５
０を形成する。

【００２４】このようにしてそれぞれのマスクを用いて
砂層と固化層を順次形成し、図６に示すような積層体を
形成する。最上面の最終砂層６には、矩形の未固化部６
１をもつ最終固化層６０が形成されている。そして、積
層体に振動を与えながら未固化砂粒を排出する。それぞ
れの固化層の内側に存在する未固化砂粒は、未固化部６
１の砂粒が排出されて形成された開口１０１から排出さ
れ、所定形状のシェルモールドが造型される。 （実施例２）本実施例では、先ず実施例１と同様にして
図４に示す第１固化層２０をもつ第１砂層２を形成す
る。

【００２５】次に、真空吸引により未固化砂粒を吸引し
て回収し、図７に示すように第１固化層のみとする。そ
して未固化砂粒が除去された部分に、予め加熱溶融され
たパラフィン融液を流して冷却固化させ、図８に示すよ
うに第１固化層２０とパラフィン層７０とからなる第１
層７を形成する。なお、パラフィン層７０を形成後に
は、表面を平滑にする工程を行うことが望ましい。

【００２６】そして第１層７表面に実施例１と同様にし
て第２砂層５を形成し、次のマスクを用いて同様に第２
固化層５０を形成する。このとき、フェノール樹脂はパ
ラフィン層７０には含浸されないので、余分な部分が固
化することなく、必要部分のみに正確に第２固化層５０
を形成することができる。そして同様に未固化砂粒を吸
引回収し、図９に示すようにパラフィン層８０を同様に
形成して第１層７表面に第２層８を形成する。順次同様
に固化層とパラフィン層を形成して、実施例１と同様の
積層体とする。その後、加熱によりパラフィンを溶融し
て除去する。このとき、それぞれの固化層の内側に存在
するパラフィンは、開口１０１から排出され、所定形状
のシェルモールドが造型される。

【００２７】なお、本発明の造型方法によれば、図１０
に示すような中子１０２をもつシェルモールドも何ら工
数の増大なく容易に造型することができる。また上記実
施例では内周表面が型面となるシェルモールドの造型方
法について説明したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、外周表面を型面とするシェル中子などを造型す
ることもできる。この場合も抜き勾配が不要であるの
で、高い形状精度が得られる。

【００２８】

【発明の効果】すなわち本発明のシェルモールドの造型
方法によれば、複雑な形状であっても容易にかつ精密に
造型することができる。また抜き勾配が不要であるの
で、一層精密な型面形状とすることができる。そして造
型に要する日数も短期間で済み、工数を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で造型されたシェルモールド
の概略断面図である。

【図２】本発明の一実施例の造型方法において砂層を形
成した状態を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施例の造型方法において用いたバ
インダ塗布装置の断面図である。

【図４】本発明の一実施例の造型方法において固化層を
形成した状態を示す斜視図である。

【図５】本発明の一実施例の造型方法において第２の固
化層を形成した状態を示す斜視図である。

【図６】本発明の一実施例の造型方法において形成され
た積層体の斜視図である。

【図７】本発明の第２の実施例の造型方法において未固
化砂粒を除去した状態を示す斜視図である。

【図８】本発明の第２の実施例の造型方法において未固
化砂粒を除去した部分にパラフィンを充填した状態を示
す斜視図である。

【図９】本発明の第２の実施例の造型方法において第２
層の未固化砂粒を除去した部分にパラフィンを充填した
状態を示す斜視図である。

【図１０】実施例で造型されるシェルモールドの他の態
様を示す断面図である。

【符号の説明】

１：基台 ２：第１砂層 ３：
マスク ４：塗布装置 ５：第２砂層 ６：
最終砂層 ２０：第１固化層 ７０：パラフィン層（消失層）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目的とするシェルモールド形状の所定断
   面の断面データに基づいて断面部のみをバインダが通過
   可能なマスクを形成する第１工程と、 シェルモールド用砂粒を薄い均一厚さに積層して砂層を
   形成し該マスクを介してバインダを該砂層に含浸させた
   後固化させて固化層を形成する第２工程と、を用い、 該シェルモールド形状の一端から他端までの複数の該断
   面データを順に用い、該第１工程と該第２工程を順次繰
   り返して該砂層及び該固化層を順次積層し、最後に未固
   化砂粒を除去することを特徴とするシェルモールドの造
   型方法。
2. 【請求項２】 目的とするシェルモールド形状の所定断
   面の断面データに基づいて断面部のみをバインダが通過
   可能なマスクを形成する第１工程と、 シェルモールド用砂粒を薄い均一厚さに積層して砂層を
   形成し該マスクを介してバインダを該砂層に含浸させた
   後固化させて固化層を形成する第２工程と、 該砂層から未固化砂粒を除去して該固化層のみを残し、
   該未固化砂粒が除去された部分に消失性固体を充填して
   表面平滑な消失層を形成する第３工程と、を用い、 該シェルモールド形状の一端から他端までの複数の該断
   面データを順に用い、該第１工程と該第２工程及び該第
   ３工程を順次繰り返して該消失層を順次積層し、最後に
   該消失性固体を消失させることを特徴とするシェルモー
   ルドの造型方法。