WO2005095022A1

WO2005095022A1 - 減圧鋳型造型の注湯方法、装置及び鋳物

Info

Publication number: WO2005095022A1
Application number: PCT/JP2005/006481
Authority: WO
Inventors: Hiroyasu Makino; Taketoshi Tomita; Takafumi Oba; Hiroaki Suzuki; Kenji Mizuno; Toshiaki Ando; Yoshinobu Enomoto; Takao Inoue; Shizuo Takeda
Original assignee: Sintokogio, Ltd.
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2005-10-13
Also published as: KR100901034B1; BRPI0509560A; US7757746B2; KR20070012435A; US20090114362A1; EA200601602A1; EP1731242A1; EA008468B1; EP1731242A4; US7500507B2; US20070209771A1

Abstract

　Ｖプロセス鋳型（造型枠体）を用いて薄肉鋳物の鋳造する減圧造型の注湯方及び装置、並びに、その方法により鋳造した鋳物を提供する。該方法は、原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを画成すると共に完成鋳型を形成する工程と、鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、しかる後造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する減圧鋳型造型の注湯方法において、完成鋳型に注湯を開始する前に造型枠体を通じて鋳造キャビティ内を減圧する工程を有する。　

Description

明細書

減圧铸型造型の注湯方法、装置及び铸物

技術分野

[0001] 本発明は、铸物を铸造するため、特に薄肉铸物を铸造するための減圧铸型造型の注湯方法、装置及び铸物に関する。ここで、減圧铸型造型（以下、「Vプロセス」という

)とは、原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割铸型を造型する工程と、該半割铸型と同様にして造型したもう一つの半割铸型と型合せして铸造キヤビティを形成するェ程と、該铸造キヤビティ内に溶融金属を注入する工程と、しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して铸物を取り出す工程と、を有する铸型造型 ·注湯プロセスをヽぅ背景技術

[0002] 従来、 Vプロセスは広く用いられている（例えば、特開昭 54— 118216号公報参照

) oしかしながら、その適用範囲としてはピアノフレームやカウンタウェイトなどの肉厚铸物が多ぐたとえば、肉厚 3mm程度以下の薄肉を铸造する铸型としては用いられていなかった。

[0003] また、従来、 Vプロセスにお、て造型枠体を冷却する装置は無かった。注湯時以降も真空吸引することにより枠の昇温は抑制されている。しかし、その真空吸引はある一定時間で止め、解枠まで自然枠内冷却する工程があり、この時に、カウンタウェイト等、熱容量が大きい製品を铸込む場合、铸込品力の熱により、金枠ゃ定盤の温度が上昇し、使用しているフィルム力金枠ゃ定盤へ溶着してしまう不具合が発生する事が有った。

[0004] 本発明の主目的は、上記の問題に鑑みて成されたもので、 Vプロセス铸型を用いて铸物、特に、薄肉铸物を铸造するのに適した減圧铸型造型の注湯方法及び装置、並びに、その方法により铸造した铸物を提供することを目的とする。

[0005] 本発明の別の目的は造型枠体を冷却する装置を提供することである。

発明の開示

[0006] 上記の目的を達成するために本発明の 1局面における減圧铸型造型の注湯方法は、 Vプロセスにお、て铸造キヤビティ内を前記造型枠体を通じて減圧することを特徴とする。即ち、通常の Vプロセスが、遮蔽部材により造型枠体内と、大気に通じる铸造キヤビティとを遮断して、造型枠体内を負圧にして遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形し铸造キヤビティを維持するのに対して、本発明では、上記の遮蔽を解除し、通常では铸型が崩壊すると思われる状態、換言すると造型枠体内と大気に通じてヽる铸造キヤビティを連通した状態で、半割铸型及び铸造キヤビティを維持しつつ铸物を铸造することを特徴とする。

[0007] また、上記 1局面において前記铸造キヤビティ内を減圧する工程が造型枠体を通じてなされ、この工程は、前記遮蔽部材密着工程の後に、前記原形模型板の製品部にベントプラグを配した後、前記密着した遮蔽部材及びベントプラグの上に造型枠体を載置して該造型枠体内に充填材を充填する工程により設けられたベントプラグを通じてなされることを特徴とする。

[0008] さらに、上記 1局面における前記造型枠体を通じた前記铸造キヤビティ内を減圧する工程が、前記半割铸型を造型した後、遮蔽部材に多数個の孔を貫通させた通気孔によりなされることを特徴とする。

[0009] また、上記 1局面における減圧铸型造型の注湯方法は、前記完成铸型の少なくとも一方の半割铸型の減圧度を注湯前から注湯終了時まで測定する工程と、測定した減圧度を制御装置に伝達し、該半割铸型の铸型内部及び前記铸造キヤビティの減圧度を調整する工程を、さらに有することを特徴とする。

[0010] さらに、上記 1局面において前記半割铸型には開放揚がりを設けないことを特徴とする。開放揚がりは铸造キヤビティ内の空気や溶湯のカスなどを吐き出す作用により、型くずれせず安定して铸造するために通常用いられていた。しかし、本発明においてはこの開放揚がりを設けずに铸造キヤビティを適度に減圧すると溶湯の流れが良くなり、型くずれが起きる前に铸造キヤビティ内に溶湯を効率的に充たすことができることを発見したのである。

[0011] 上記 1局面の本発明によれば、 Vプロセスにおいて铸造キヤビティ内を減圧する（これは、前記造型枠体及び開放揚がりの少なくとも一方を通じてなされる）ことから、減圧铸型造型による薄肉铸物の铸造が可能である。また、通気孔により铸型内部と铸造キヤビティを同時に減圧できるため、別途、铸造キヤビティを減圧するための装置が不要となり、造型装置の構造が簡単になるという利点がある。なお、開放揚がりを設けない場合、押湯、捨て湯部は必要最小限とすることができる。これにより、製品歩留まりが向上するという利点がある。

[0012] さらに、本発明は、通常の Vプロセス铸型の特徴は保持しているため、解枠性に優れ、薄肉铸物の取り出しが簡単になると、う利点がある。

[0013] 本発明の別の局面によれば、上記の目的を達成するために本発明における減圧铸型造型の注湯方法は、 Vプロセスの注湯方法において、完成铸型の下半割铸型に湯口を形成し、上半割铸型には湯口を形成しなヽことを特徴とする。

[0014] また、铸造の炉の上に配される前記完成铸型の下半割铸型を水平に保持すべく調整することを特徴とする。

[0015] さらに、前記完成铸型と前記铸造の炉との間に完成铸型の下半割铸型を水平に保持する緩衝手段を配設して注湯することを特徴とする。

[0016] また、上記の目的を達成するために本発明における減圧铸型造型の注湯方法は、前記完成铸型を铸造の炉の上方に配置するのに際して、前記完成铸型と保持炉との間に断熱材を配設して注湯することを特徴とする。

[0017] さらに、前記断熱材を構成する砂層が、その下部を 1本のストークと連通すると共に上部を複数本の湯口に連結することを特徴とする。

[0018] また、上記の目的を達成するために本発明における減圧铸型造型の注湯方法は、前記注湯方法が低圧铸造方法或いは差圧铸造方法であることを特徴とする。

[0019] さらに、前記注湯方法において铸造キヤビティ内に注湯する際、注湯速度の制御を行うことを特徴とする。

[0020] 上記別の局面によれば、 Vプロセスの注湯方法にぉ、て、完成铸型の下半割铸型に湯口を形成し、上半割铸型には湯口を形成しないことにより、下注ぎの铸造が可能になり溶湯の流れが層流となり、重力铸造方法やダイカストと比較して溶湯への空気やノロなどの巻き込みが少なくなる。また、揚がりや押湯を設ける必要がないため、捨て湯部は必要最小限とすることができる。これにより、製品歩留まりが向上するという利点がある。さらに、本発明は、通常の Vプロセス铸型の特徴は保持しているため、解枠性に優れ、薄肉铸物の取り出しが簡単になるという利点がある。

[0021] 本発明は、大物薄肉铸物、例えば大物家電、大型テレビ等のフレーム、自動車フレーム、機械装置フレームなどの铸造品に好適である。なお、材質については問わない。

[0022] 上記 2つの局面において、造型枠体に圧縮空気を吹き付けて造型枠体を冷却する手段を用いることができる。

[0023] 上記目的、特徴、及び利点以外の目的、特徴、及び利点はの添付図面を参照して説明する以下の実施例に関する説明から明白になるであろう。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。いくつかの実施例において、同じ又は同様な構成用には同じ又は同様な番号を使用している。

[0025] 本発明は、 Vプロセス铸型において、铸造キヤビティと铸型内部を連通する通気孔を有し、造型枠体を通じて铸造キヤビティを減圧することを特徴とする。

[0026] 即ち、原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割铸型を造型する工程と、該半割铸型と同様にして造型したもう一つの半割铸型と型合せして铸造キヤビティを画成すると共に完成铸型を形成する工程と、該铸造キヤビティ内に溶融金属を注入する工程と、し力る後前記造型枠体内の負圧状態を解除して铸物を取り出す工程と、を有する減圧铸型造型の注湯方法であって、前記完成铸型に注湯する前に前記造型枠体を通じて前記铸造キヤビティ内を減圧する工程を有し、前記铸造キヤビティに注湯する際、铸型内部圧力を Pm、前記铸造キヤビティ内圧力を Pcとしたとき、 Pm= l〜75kP a、 Pc= l〜95kPaで力つ、 Pc— Pm = 3〜94kPaとなることを特徴とする。

[0027] ここで、铸型内部圧力 Pmを l〜75kPaとしたのは、 lkPaより低くすると真空ポンプが大掛りなものになり、 75kPaより高くすると注湯時に発生するガスを吸引することができないためである。また、铸造キヤビティ内圧力 Pcを l〜95kPaとしたのは、 95kPa より高くすると大気圧（101. 3kPa)との圧力差が十分でなくなるため、溶湯のスムースな流入を確保することができず、 lkPaより低くすると铸型が铸造キヤビティに向かい崩壊する恐れがあるためである。さらに、 Pc>Pmになるようにする必要がある。なぜなら、铸型内部圧力 Pmを铸造キヤビティ内圧力 Pcよりも低い減圧度にすることで、溶湯の铸型への差込みを防止するためである。また、 Pc— Pmは、 Pc及び Pmの値により決まってくるが、 3〜94kPa必要である。

[0028] ここで、造型枠体とは Vプロセスにおいて使用される吸引パイプが具備された铸枠をいう。

[0029] また、本発明において、通気孔はフィルム成形後に製品部にベントプラグを配して造型し、抜型後に铸造キヤビティ側力もベントプラグのスリットに沿って、フィルムを切欠くことで設けることができる。さらに、前記通気孔は铸造キヤビティ側力も針等で铸型内部へ貫通する孔を開けることにより確保しても良い。

[0030] さらに、本発明において、前記のように铸造キヤビティを適度に減圧することにより開放揚がりは不要とすることができる。なお、開放揚がりとは、上铸型を突き抜け、铸造キヤビティと大気とを結ぶ管状の空隙である。従って、開放揚がりを設けないと、上半割铸型の上部には铸造キヤビティと大気を結ぶ連通孔がないことになる。

[0031] 実施例 1

以下、図 1及び 2に関して実施例 1 (第 1実施例)を説明する。

[0032] 図 1は、実施例に用いた減圧铸型造型装置の概略断面図である。上下の半割铸型 la, lbは、 Vプロセスの造型工程を用いて造型され、半割铸型 la, lbを型合わせして、铸造キヤビティ 2を画成した。

[0033] ここで、前記半割铸型 la, lbの造型方法を図 2に基づき詳しく説明する。図 2において、原形模型板 12の表面に遮蔽部材であるフィルム 13を原形模型板 12に負圧により密着させ、フィルム 13上に前記造型枠体である铸枠 3を載置した後、フィルム 13 の上半割铸型 la側に通気孔であるベントプラグ 6を模型形状に合わせて複数個配置した。その後、铸枠内に砂を充填し、上半割铸型 laの造型を行った。次に、上半割铸型 laを前記原形模型板 12より離型し、上半割铸型 laの铸造キヤビティ面側からベントプラグ 6のスリットに沿ってフィルム 13を切り欠いた。このようにしてベントプラグ 6を通気孔として確保して上半割铸型 laを造型した。

[0034] 次に、この上半割铸型 laと同様にして造型したもう一つの下半割铸型 lbとを型合せして铸造キヤビティを画成するとともに完成铸型を形成した（図 1)。この時、造型枠体である铸枠 3内に通じている铸造キヤビティ 2は湯道及び湯口を介して大気と連通している。なお、本実施例においては、下半割铸型 lbには通気孔であるベントプラグ 6が設けられていないが、場合により設けることもできる。以上のようにして、図 1の状態の減圧铸型造型装置を完成した。

[0035] 次に、このようにして完成した減圧铸型造型装置の作用について説明する。図 1において、上下の半割铸型 la, lbの内部を、铸枠 3, 3、吸引パイプ 4, 4、配管 5及びリザーバタンク 10を介して、減圧ポンプ 11により減圧した。

[0036] また、铸造キヤビティ 2を通気孔であるベントプラグ 6を通して、半割铸型 la, lbと同時に減圧した。半割铸型 la, lb内部の圧力は、圧力センサー 7により検出され、その検出圧力は制御装置 8に送られる。この制御装置 8からは検出圧力に応じた制御信号が送られて、比例制御弁 9を必要に応じた開度に調整し、半割铸型 la, lb及び铸造キヤビティ 2の吸引圧力を変化させ、この間に、铸造キヤビティ 2内に溶融金属としてアルミニウム合金を注入した。しカゝる後、造型枠体内の負圧状態を解除して铸物を取り出した。この铸物は 3mm以下の薄肉で欠陥が無力つた。

[0037] 上記の説明から明らかなように、本発明は、従来の Vプロセス铸型に、铸造キヤビティ 2と半割铸型 la, lb内部を連通する通気孔であるベントプラグ 6を設けることで、減圧状態で铸造を実施できる。

[0038] 実施例 2

次に、図 3から図 5により、本発明を用いた別の実施例 (第 2実施例）を説明する。

[0039] 図 3は針で上半割铸型の内部に貫通する通気孔を開けた場合を示す。上下の半割铸型 21a, 21bは、 Vプロセスにより造型した。次に、上半割铸型 21aの铸造キヤビティ 22側より針で上半割铸型 21a側にフィルムを貫通し、铸型内に到達する複数個の通気孔 23を開けた。その孔明けの方法は、図 4に示すように、複数本の針 24を備えた治具を駆動装置 25にて駆動し、一度に通気孔 23を開けた。針 24の位置はコンピュータ制御により铸物の形状にぉ、て湯廻りが悪、と考えられる場所や湯口力も遠ぃ铸物形状部に合わせて予め設定されるようになっている。また、装置の簡素化や、通気孔 23の数が少ない場合は手作業により孔明けを行っても良い。なお、本実施例においては、下半割铸型 21bには通気孔 23が開けられていないが、場合により開けることができる。その後、半割铸型 21a, 21bを型合わせし、铸造キヤビティ 22を構成した（図 3)。次に、半割铸型 21a, 21bの内部圧力 Pmを Pm= l〜75kPa、铸造キヤビティ 22の内圧力 Pcを Pc= l〜95kPaとなるように圧力条件を調整しながら、注湯を行った。

[0040] 図 5は、本発明の実施例における上下の半割铸型 la, lb、铸造キヤビティ 2内の圧力の例を示したものである。

[0041] 注湯時の半割铸型 la, lbの内部圧力を Pm、铸造キヤビティ 2の内圧力を Pc及び半割铸型 la, lbの内部圧力 Pmと铸造キヤビティ 2の内圧力 Pcの圧力差を Pc— Pmとしたときに、铸造キヤビティ 2の内圧力 Pcは溶湯のスムースな流入を確保するためには大気圧（101. 3kPa)との圧力差が必要である。また、 Pc— Pmが小さいと型くずれを生じ、 Pc— Pmが大きいと Pmが小さくなるため真空設備が大きくなり、設備コストが大きくなる。

[0042] 上記の理由及び実験結果から、 Pm= l〜75kPa、 Pc= l〜95kPaでかつ、 Pc— P m = 3〜94kPaの場合に効果があることがわかった。

[0043] さらに詳しく圧力の変化を説明する。注湯開始から注湯完了にかけては、铸造キヤビティ 2の減圧による湯廻り性の向上、成形フィルム焼失に伴う発生ガスの吸引のために、半割铸型 la, lbの内部圧力 Pmは高減圧度を保つ。

[0044] 前記铸造キヤビティ 2が溶湯で満たされる注湯完了以降は、前記半割铸型 la, lb の内部圧力 Pmを、前記圧力センサー 7が検知して前記制御装置 8に送信する。制御装置 8は、前記比例制御弁 9の開度を調整して、半割铸型 la, lbの内部圧力 Pmの調整を行い、半割铸型 la, lbの内部圧力 Pmを低減圧度にし、溶湯の铸型への差込みを防止する。

[0045] 実施例 3

図 6は、開放揚がり Rを用いて铸造キヤビティ内を減圧する方法の一例を示す。上下の半割铸型 31a, 31bは、 Vプロセスの造型工程を用いて造型され、型合せを行い、铸造キヤビティ 32を構成する。半割铸型 31a, 31bの内部は、铸枠 33, 33、吸引パィプ 34, 34、配管 35及びリザーバタンク 36を介して、減圧ポンプ 37により減圧される。

[0046] また、上半割铸型 31aには铸造キヤビティと連結し、押湯と兼用でこの上半割铸型 3 laの上面に向けて開口した開放揚がり Rを設けた。さらに、下半割铸型 31bには、铸造キヤビティ 32と開放揚がり Rを連結する図示していない板ぜきを設けた。

[0047] 铸造キヤビティ 32内部は開放揚がり Rの上半割铸型 31a上面にある開口に接続された接続治具 38、铸造キヤビティ減圧用リザーバタンク 39、圧力調整弁 40及びリザーバタンク 36を介して、減圧ポンプ 37により減圧した。

[0048] 次に、半割铸型 31a, 31bの内部圧力 Pmを Pm= l〜75kPa、铸造キヤビティ 32の内圧力 Pcを Pc= l〜95kPaとなるように圧力条件を調整しながら、注湯を行った。

[0049] 比較例

図 7は、開放揚がり Rを設けた铸型において、铸造キヤビティ内を減圧しない場合の一例を示す。上下の半割铸型 31a, 31bは、 Vプロセスの造型工程を用いて造型され、型合せを行い、铸造キヤビティ 32を構成した。半割铸型 31a, 31bの内部は、铸枠 33, 33、吸引パイプ 34, 34、配管 35及びリザーバタンク 36を介して、減圧ポンプ 37により減圧した。

[0050] また、上半割铸型 31aには铸造キヤビティと連結し、押湯と兼用でこの上半割铸型 3 laの上面に向けて開口した開放揚がり Rを設けた。さらに、下半割铸型 31bには、铸造キヤビティ 32と開放揚がり Rを連結する図示していない板ぜきを設けた。このような铸型に対し、铸造キヤビティを減圧せずに注湯を行った。

[0051] 図 8から図 10は注湯結果を示す概略図である。この概略図は注湯結果の写真を模式的に示したものである。

[0052] 図 8は、実施例 2の方法で注湯した結果を示す。図 9は、実施例 3の方法で注湯した結果を示す。図 10は比較例の方法で注湯した結果を示す。

[0053] 図 10に示すように、前記比較例である铸造キヤビティ内を減圧しない場合には、せきに近い铸造キヤビティの一部にのみ溶湯が充填されていることがわかる。次に、図 9に示す実施例 3の本発明を用いた方法によるものは、開放揚がり Rのある部分には溶湯が到達しており、比較例と比べて铸造キヤビティ内を減圧する効果が現れて、る。しかし、開放揚がり Rのない部分については溶湯が充填されていないことがわかり、铸物としては不十分なものである。それに引き替え、図 8に示すように、実施例 2に示す本発明を用いた別の方法の場合は、铸造キヤビティ全体に溶湯が充満し、実施例 3の結果よりさらに铸造キヤビティ内を減圧する効果が現れていることがわかる。

[0054] 以上の結果から見ても、本発明を用いることの有用性を確認することができる。

[表 1]

表 1

[0055] また、表 1において、铸造キヤビティ内を減圧するにあたり、铸造キヤビティと造型枠体とを連通させる方法として、本発明による針により通気孔を設ける方法、ベントブラグを使用して通気孔を設ける方法がある。また、铸造キヤビティ内を開放揚がりを介して減圧する方法がある。これらの方法の充填性、造型コスト、造型の作業性を比較した。その結果、針により通気孔を設ける方法が、充填性、造型コスト、造型の作業性とも他の 2方法と比較して良好な結果を示した。

[0056] 実施例 4

次に、図 11乃至 16に関して、本発明の実施例 4 (第 4実施例）を説明する。実施例 4は、 Vプロセスの造型工程を用いて造型された完成铸型を铸造の炉 (保持炉)の上方に配置し注湯することを特徴とする。即ち、 Vプロセスの注湯方法において、下半割铸型に湯口を形成し、上半割铸型には湯口を形成しな、完成铸型を铸造の炉の上方に配置し、完成铸型と前記铸造の炉との間に断熱手段を設けて注湯することを特徴とする。また、前記完成铸型の下半割铸型の下面を平面とすべく調整することを特徴とする。

[0057] ここで、上半割铸型に湯口を形成しなヽとは、従来の Vプロセスの注湯方法である重力铸造方法ではなぐ注湯方法として低圧铸造方法或いは差圧铸造方法を用いるため、完成铸型の下面力ゝら注湯を行うためである。したがって、完成铸型は铸造の炉の上方に位置することになる。

[0058] また、断熱 ϋとは、铸造の炉 (保持炉）内にある溶湯の熱により Vプロセス铸型の遮蔽部材であるフィルムが溶けてしまうのを防止するための手段で、下半割铸型を載置する下ダイプレートと下半割铸型の間に断熱材を設けることにより実施される。さらに、下ダイプレート内に部分的に挿入された形で設けることも可能である。なお、この断熱手段に用いる断熱材の材質は、陶器、セラミックス、石膏、砂型、自硬性砂型など溶湯の温度に耐えうる材質であればょヽ。

[0059] さらに、下半割铸型を水平に保持すべく調整するとは、下半割铸型の下面が平面で^場合や、下半割铸型が水平でない場合に、下半割铸型と断熱材や下ダイプレートとの間に隙間が生じ、注湯の際に湯漏れが発生する可能性があるため、下半割铸型と断熱材や下ダイプレートとの間に下半割铸型の水平を保持するための緩衝材を設けたり、充填材を平らにするために機械的手段 (振動やスクレーパー)を作用させることである。この緩衝材の材質は、下半割铸型の下面の形状になじむような軟質の材質であり、ガラスウール、砂など溶湯の温度に耐えうる材質であればよい。また、複合材料でもよい。

[0060] 最初に図 11に言及し、この図は本発明の実施例の減圧铸型造型装置の概略模式図である。図 11に示すように、本減圧铸型造型装置は、溶湯を保持した保持炉 44と、保持炉 44の上面に載置された下ダイプレート 42と、下ダイプレート 42の上面に載置された前記断熱手段である断熱材 83と、断熱材 83の上面に載置された铸枠 53a , 53bと、铸枠 53a, 53b内の Vプロセスの造型工程を用いて造型され上下半割铸型 51a, 51bと、上半割铸型 5 laの上面に載置された上ダイプレート 56と、前記保持炉 44の上面の四隅から立設された 4本のロッド 57, 7と、で構成している。

[0061] 前記保持炉 44には炉内に圧縮空気を導入するための圧縮空気導入管 58が取り付けられている。また、前記上下の半割铸型 5 la, 5 lbの内部には型合せをすることにより铸造キヤビティ 52が画成されている。さらに、前記下ダイプレート 42には保持炉 44内の溶湯を铸造キヤビティ 52内に導入するためのストーク 60が取り付けられている。また、前記断熱材 83〖こは、下半割铸型 5 lb下面の湯口に対応し、ストーク 60と連通した位置に溶湯の導入路となる孔が明けられている。

[0062] 次に、本実施例の減圧铸型造型装置の作用について説明する。図 11において、上下半割铸型 51a, 51bの内部を、铸枠 53a, 53bの内部を铸枠 53a, 53b、吸引ノイブ 63, 63を介して減圧装置 62により減圧した。該上下半割铸型 51a, 51bを断熱材 83の上に載置し、上ダイプレート 56を上半割铸型 51aの上面に載置した。次に、上ダイプレート 56及び下ダイプレート 42にて断熱材 83と上下の半割铸型 51a, 51b を挟み込みクランプした。

[0063] その後、図示しない圧縮空気発生源から保持炉 44内に圧縮空気導入管 58を介して圧縮空気が導入され、溶湯の上面に圧力が加えられ、溶湯がストーク 60を上昇しながら、铸造キヤビティ 52内に充填を行った。铸造キヤビティ 52内の溶湯が凝固した後、圧縮空気の導入が止められ、保持炉 44内の圧力を大気圧に戻すに従い、湯口ゃストーク 60内の余分な溶湯が保持炉 44内に戻され注湯を終了した。

[0064] なお、本実施例の減圧铸型造型装置は、铸型の直下に保持炉が設置されているため、装置の設置スペースを最小限に押さえることができる。また、本実施例では、押湯、揚がりが使用されていないが、必要に応じ設けることができることはいうまでもない。さらに、本実施例では、圧縮空気の導入により溶湯を供給しているが、電磁ボンプ等、他の方法により溶湯を供給してもよ、ことは、うまでもな、。

[0065] 次に、本実施例の減圧铸型造型装置を用いて行った注湯テストについて説明する。注湯テストは、前記铸造キヤビティ 52へアルミニウム溶湯を注湯し、铸造キヤビティ 52内に溶湯が充填された長さである全長と健全に充填された健全部の長さを測定した。図 12は、注湯テストにおける前記保持炉 44内に加圧する圧縮空気の圧力条件を示したものである。最終到達設定圧力は 0. 03、 0. 06MPaであり、昇圧速度は 0. 01、 0. 02MPaZsである。

[0066] 図 13は、铸造キヤビティ 52の厚さが 3mmの場合の铸造キヤビティ 52内に溶湯が充填された長さである全長と健全に充填された健全部の長さの測定結果である。保持炉 44内に加圧する圧縮空気の昇圧速度を 0. OlMPaZsとし、最終到達設定圧力を 0. 03MPaとした。比較例として、従来の Vプロセスの造型工程を用いて造型された铸型に重力铸込みを行った重力铸造の結果を併せて示す。

[0067] 図 13より、本実施例の減圧铸型造型装置を用いた場合の方が、全長及び健全部の長さとも比較例より長い数値を示した。

[0068] 図 14は、铸造キヤビティ 52の厚さが 3mmの場合で、保持炉 44内に加圧する圧縮空気の昇圧速度を変化させたときの铸造キヤビティ 52内に溶湯が充填された長さである全長と健全に充填された健全部の長さの測定結果である。保持炉 44内に加圧する圧縮空気の最終到達設定圧力を 0. 03MPaとし、昇圧速度を 0. 005、 0. 01、 0 . 02MPa/sとした。

[0069] 図 14より、全長及び健全部の長さとも昇圧速度が高くなるほど長さが長くなる傾向であるが、昇圧速度が 0. OlMPaZs以上になると長さの変化は鈍くなることがわかる。本テストの結果では、昇圧速度を 0. OlMPaZsとするのが良いと考える。

[0070] 次に、図 15は、造型した铸物の表面粗さの測定結果である。比較例として、従来の Vプロセスの造型工程を用いて造型された铸型に重力铸込みを行った重力铸造にて造型した铸物の結果を併せて示す。表面粗さを測定した場所は、図 11において湯道力も铸造キヤビティ 52に溶湯が流れ込む部分である。

[0071] 図 15からわ力るように、本実施例の減圧铸型造型装置を用いて保持炉 44内をカロ圧する圧縮空気の最終到達設定圧力を 0. 03MPaにした場合は、比較例である重カ铸造の場合と差がな力つた。それに対し、保持炉 44内に加圧する圧縮空気の最終到達設定圧力を 0. 06MPaにした場合は、表面粗さの数値が高くなり、表面粗さが荒くなつた。これは、溶湯圧力が高くなつたことにより铸型に溶湯が差し込んでいるためと考えられる。

[0072] 次に、図 16は、本実施例における溶湯注湯時の圧力制御の例を示す。図 16に示すように、上下の半割铸型 55a, 55bを型合わせすることにより铸造キヤビティ 52が画成される。保持炉 44内の溶湯の上面を加圧することにより溶湯はストーク 60を上昇して、铸造キヤビティ 52内に注湯される。なお、図 16右のグラフにおいて、保持炉 44 内の溶湯上面に圧縮空気により加圧を開始する時点を 0とする。保持炉 44内に加圧する圧縮空気の設定圧力 Pと溶湯の到達高さ hは、式 P= p bhで決まる。

[0073] したがって、図 16に示すように、溶湯が湯口力も铸造キヤビティ 52内に流れ込む位置 hiに至るまでは、急激に溶湯高さが変化するため、保持炉 44内に加圧する圧縮空気の設定圧力 Pの昇圧速度を速くする必要がある。次に、铸造キヤビティ 52の平面部分に注湯を行う部分である hiから h2については、保持炉 44内に加圧する圧縮空気の設定圧力 Pの昇圧速度を遅くする必要がある。なぜなら、 hiから h2の部分は铸物製品となる部分であるため、溶湯の流れが乱流になることにより遮蔽部材であるフィルムの一部分に溶湯が集中して接触し、このためフィルムの部分的な焼け落ちによる型落ちが発生する危険がある。また、溶湯の流れが乱流になることによるガスの巻き込みも発生しやすくなる。などの不具合を防ぐためである。

[0074] また、 h2から h3の部分は前記 hiまでの場合と同じように急激に溶湯高さが変化するため、保持炉 44内に加圧する圧縮空気の設定圧力 Pの昇圧速度を速くする必要がある。

[0075] 実飾 15

次に、図 17に基づき本発明の実施例 5 (第 5実施例）を説明する。

[0076] 図 17は、別の実施例に用いた減圧铸型造型装置の概略模式図である。図 16に示すように、本減圧铸型造型装置は、溶湯を保持した保持炉 44と、保持炉 44の側方に立設された支柱 72, 72と、支柱 72, 72の上端間に架設された下ダイプレート 42と、下ダイプレート 42の上面に載置された铸枠 53a, 53b,下ダイプレート 42と、铸枠 53 a, 53b,下ダイプレート 42内に Vプロセスの造型工程を用いて造型された上下の半割铸型 51a, 51bと、上半割铸型 5 laの上面に載置された上ダイプレート 56と、前記下ダイプレート 42の上面の四隅から立設された 4本の支柱 72, 72と、下ダイプレート 42の下面にある溶湯導入口 58と前記保持炉 44とを連通するパイプ 79と、で構成している。

[0077] 前記保持炉 44には炉内に圧縮空気を導入するための圧縮空気導入管 80が取り付けられている。また、前記上下半割铸型 51a, 51bの内部には型合せをすることにより铸造キヤビティ 52が画成されている。 [0078] さらに、前記下ダイプレート 42には保持炉 44内の溶湯を铸造キヤビティ 52内に導入するためのパイプ 79に連通したストーク 60Aが取り付けられている。また、下ダイプレート 42の下面には、下半割铸型 5 lbの湯口に対応し、パイプ 79と連通した位置に溶湯の導入路となる孔が明けられており、その孔の周囲には前記断熱手段である断熱材 83Aが設けられて、る。

[0079] 次に、実施例に用いた減圧铸型造型装置の作用について説明する。図 17において、上下半割铸型 51a, 51bの内部を、铸枠 53a, 53b、吸引パイプ 63, 63を介して減圧装置 62により減圧した。該上下半割铸型 51a, 51bを下ダイプレート 42の上に載置し、上ダイプレート 56を上半割铸型 51aの上面に載置した。次に、上ダイプレート 56及び下ダイプレート 42にて上下の半割铸型 51a, 5 lbを挟み込みクランプした。その後、図示しない圧縮空気発生源から保持炉 44内に圧縮空気導入管 80を介して圧縮空気が導入され、溶湯の上面に圧力が加えられ、溶湯力 Sストーク 60A及びパイプ 79を上昇しながら、铸造キヤビティ 52内に充填を行った。铸造キヤビティ 52内の溶湯が凝固した後、圧縮空気の導入が止められ、保持炉 44内の圧力を大気圧に戻すに従い、湯口やパイプ 79及びストーク 60A内の余分な溶湯が保持炉 44内に戻され注湯を終了した。

[0080] なお、本実施例の減圧铸型造型装置は、保持炉上に铸型がないため、溶湯の補給が容易であり、また、溶湯上面のノロや酸化物などの残滓が取り除きやすいなどの利点がある。また、本実施例では、押湯、揚がりが使用されていないが、必要に応じ設けることができることは！、うまでもな!/、。

[0081] さらに、本実施例では、圧縮空気の導入により溶湯を供給している力電磁ポンプ等、他の方法により溶湯を供給してもよ、ことは、うまでもな、。

[0082] 図 18に示すように、上下の半割铸型 51a, 51bが載置された下ダイプレート 42の下方まで 1本のパイプ 79Aにより溶湯を供給し、下半割铸型 5 lbに面するパイプ 79A の一端に、複数の溶湯供給路を内部に形成した砂層 84を取り付けた。この砂層 84 の使用により、铸型に設けられた複数の湯口に同時に溶湯を供給することが可能となった。このため、複雑形状の铸物への対応や、多数個込めの铸物への対応も容易となった。なお、铸造方案変更による湯口位置の変更に対しては、湯口位置に対応した溶湯供給路を有する砂層 84を形成すればよい。このように、砂層を使用することで湯口位置の変更への対応が容易にできる。また、本図では、砂層 84はパイプ 79A に接続されて、るが、砂層 84の接続先はストークでもよ、ことは、うまでもな、。

[0083] 実施例 6

図 19及び 20に示す造型枠体冷却装置は本発明に使用することができ、造型枠体の昇温を抑え、フィルムの溶着を防止する目的で造型枠体の側面と下面へ圧縮エアーを吹き付け冷却するものである。この装置を用いて金枠とフィルムが接する面を一辺とするチャンバへ圧縮空気を吹き込み空冷することによって金枠の昇温を抑え、フィルムの溶着を防止することができる。また、定盤の底面へ圧縮エアを吹きかけ、空冷することによって定盤の昇温を抑え、フィルムの溶着を防止することができる。

図 21に示す様に、従来の金属製造型枠体は、铸型を維持するために、上枠下枠共、側壁はチャンバ (中空)形状 101であり、図示しない真空ポンプ力も吸引することによりチャンバ 101内部を真空とし、負圧により砂型 61a, 61bを形成している。砂型 61a, 61bは、上枠 93a、下枠 93b、上面フィルム 97、製品面フィルム 98, 98、下面フィルム 99によって囲まれ、吸引をかけられることにより、負圧にされ形状を保持している。

[0084] 注湯時、製品面フィルム 98, 98のうち、铸込製品 96と接する部分は焼失するが、上枠 93aと下枠 93bにはさまれる部分はフィルム状のままであり、解枠時に除去される。又、上面フィルム 97、下面フィルム 99はフィルム状のまま解枠前に除去される。

[0085] 注湯後、铸込製品 96がある程度冷え固まれば真空吸引を止め、枠内にて自然冷却させるが、この時に、カウンタウェイト等、熱容量が大きい製品を铸込む場合、铸込製品 96の熱が砂型 61a, 61bを介して、上枠 93a、下枠 93b、定盤 95に伝わり、前述の製品面フィルム 98, 98のうち、上枠 93aと下枠 93bにはさまれる部分と、下面フィルム 99が金枠ゃ定盤へ溶着してしまう不具合が発生する場合があった (図 21)。

[0086] そこで、本発明の冷却装置により、金枠の側面用ノズル 91, 91と定盤底面用ノズル 92を設置し、圧縮エアーを金枠に吹き付けて冷却することとした。

[0087] 側面力のエアブローについては、見切面 (上枠と下枠が合わさる面)側に空冷用チャンバ 102, 102を設け、着脱可能な側面用ノズル 91、 91を差し込み、手動バルブ 104にてブローのオン'オフを操作する構造とした (図 19,図 20)。底面のエアブロ一については、定盤 95の下方中央付近へ底面用ノズル 92を設置し、手動バルブ 10 4にてブローのオン'オフを操作する構造とした (図 19,図 20)。空冷用チャンバ 102、 102にはいくつかの穴が設けてあり、側面用ノズル 91の差し込み口兼、空気の出入口となっている (図 19)。

[0088] 工程

金枠は造型力注湯後ある一定時間まで真空吸引がかけられる (砂型保持の為)。その後、吸引は止められ、枠内にて自然冷却される力この時、圧縮エアーを吹きかけ、積極的に空冷する。

[0089] 今回の発明は、半自動化設備のため、手作業によるノズルの着脱、手動バルブの構成としたが、エアシリンダ等のァクチエータを用い、ノズル着脱の自動化、電磁弁によるエアブローの自動化を行う事も可能である。

[0090] 本発明の好ましい実施の形態を説明した力これらの実施の形態は発明の理解を容易にするための例示目的のためのものであり、発明をこれらの形態に特定するものではない。従って、当業者であれば、本発明の技術的思想及び範囲力も逸脱することなぐこれらの実施の形態に適当な変更及び変形を与えることができることは明白であり、本発明はそのような変更及び変形を含むものであり、本発明は添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定められる。

図面の簡単な説明

[0091] [図 1]本発明の第 1実施例の断面概略図を示す。

[図 2]第 1実施例の方法の概略を示す。

[図 3]本発明の第 2実施例の断面概略図を示す。

[図 4]第 2実施例の一段階の概要を示す。

[図 5]第 2実施例の圧力線図を示す。

[図 6]本発明の第 3実施例（開放揚がりを介して铸造キヤビティを減圧する例）の断面概略図を示す。

[図 7]別の注湯方法による比較例 (従来技術)の断面概略図を示す。

[図 8]本発明の第 2実施例による結果を示す。圆 9]本発明の第 3実施例による結果を示す。

[図 10]別の注湯方法による比較例（従来技術)の結果を示す

圆 11]本発明の第 4実施例の断面概略図を示す。

圆 12]第 4実施例における注湯テストの圧力条件を示す。

[図 13]第 4実施例における注湯テストの流動長の結果を示す。

[図 14]第 4実施例における注湯テストの流動長の別の結果を示す。

[図 15]第 4実施例における注湯テストの表面粗さの結果を示す。

[図 16]第 4実施例における注湯テストの圧力制御の例を示す。

圆 17]本発明の第 5実施例の断面概略図を示す。

[図 18]本発明の代替実施例の注湯治具を示す。

[図 19]本発明の造型枠体を冷却する装置 (実施例 6)を示す平面断面図 (チャンバ部の断面図）である。

[図 20]図 19の正面断面図である。

圆 21]従来の枠体構造の正面断面図である。

Claims

請求の範囲

[1] 原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、

該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まなヽ充填材を充填する工程と、

該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、

ついで前記原形模型板を遮蔽部材カゝら離型して造型面を有する上半割铸型を造型する工程と、

上該半割铸型と同様にして造型した下半割铸型と型合せして铸造キヤビティを画成すると共に完成铸型を形成する工程と、

該铸造キヤビティ内に溶融金属を注入する工程と、

し力る後前記造型枠体内の負圧状態を解除して铸物を取り出す工程と、を有する減圧铸型造型における注湯方法において、

前記完成铸型に注湯を開始する前に前記铸造キヤビティ内を減圧する工程を含むことを特徴とする減圧铸型造型の注湯方法。

[2] 請求項 1に記載の注湯方法であって、前記造型枠体の前記充填材側の内側に複数の孔を設けることを含み、前記铸造キヤビティ内を減圧する工程は前記造型枠体の内部空間を介して前記複数の孔に連通する減圧手段により前記複数の孔及び前記充填材を通じて前記铸造キヤビティ内を減圧する注湯方法。

[3] 請求項 2に記載の注湯方法であって、前記铸型に開放揚がりを設けない注湯方法

[4] 請求項 1に記載の注湯方法であって、前記铸造キヤビティに連通する開放揚がりを前記上半割铸型に設けることを含み、前記铸造キヤビティ内を減圧する工程は前記開放揚がりに連通する減圧手段により前記複数の孔及び前記充填材を通じて前記铸造キヤビティ内を減圧する注湯方法。

[5] 請求項 2に記載の注湯方法であって、前記铸造キヤビティに接する前記遮蔽部材に複数の孔を設けることを含み、前記铸造キヤビティ内を減圧する工程は、前記減圧手段により前記遮蔽部材に設けた前記複数の孔、前記充填材、及び前記造型枠体の前記充填材側の内側に設けた複数の孔を通じて前記铸造キヤビティ内を減圧することを含む注湯方法。

[6] 請求項 4に記載の注湯方法であって、より前記遮蔽部材に設けた前記複数の孔にベントプラグを配設し、前記铸造キヤビティ内を減圧する工程は、前記ベントプラグ、前記充填材、及び前記造型枠体の前記充填材側の内側に設けた複数の孔を通じて前記铸造キヤビティ内を減圧することを含む注湯方法。

[7] 請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の注湯方法であって、前記完成铸型の少なくとも一方の半割铸型の減圧度を注湯前力ゝら注湯終了時まで測定する工程と、測定した減圧度を制御装置に伝達し、該半割铸型の铸型内部及び前記铸造キヤビティの減圧度を調整する工程とを、さらに含む注湯方法。

[8] 請求項 1乃至 7のいずれか 1項に記載の注湯方法であって、铸型内部圧力を Pm、前記铸造キヤビティ内圧力を Pcとすると、 Pm= l〜75kPa、 Pc= l〜95kPaで、力つ、 Pc— Pm = 3〜 94kPaとなるように前記铸造キヤビティ内を減圧する工程を行う注湯方法。

[9] 請求項 1乃至 8のいずれか 1項に記載の注湯方法により铸造した铸物。

[10] 減圧铸型造型に用いる造型装置であって、

铸造キヤビティを形成する铸型としての充填材を内側に受ける造型枠体であって、該造型枠体の前記充填材側の内壁に複数の孔が形成され、前記造型枠体は前記複数の孔に連通する内部空洞を有し、該内部空洞は、前記造型枠体の外部に位置して前記铸造キヤビティを減圧するための減圧手段に連通可能に設けられている造型枠体を含む造型装置。

[11] 請求項 10に記載の造型装置であって、前記铸型の少なくとも一方の半割铸型の減圧度を注湯前から注湯終了時まで測定する手段と、該測定された減圧度を受けて該半割铸型の铸型内部及び前記铸造キヤビティの減圧度を調整する制御装置とを、さらに含む造型装置。

[12] 請求項 10又は 11に記載の造型装置であって、前記造型枠体の側壁及び底部に圧縮エアーを吹き付けて前記造型枠体を冷却する手段を含む造型装置。

[13] 請求項 12に記載の造型装置であって、前記造型枠体は下枠体と、該下枠体の上に置かれる上枠体を含み、前記圧縮エアーを中に流すための環状空冷チャンバを前記上枠体下部の内部及び前記下枠体上部の内部にそれぞれ設けた造型装置。

[14] 原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、

該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まな、充填材を充填する工程と、

ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割铸型を造型する工程と、

該半割铸型と同様にして造型したもう一つの半割铸型と型合せして铸造キヤビティを画成すると共に完成铸型を形成する工程と、

該铸造キヤビティ内に溶融金属を注入する工程と、

し力る後前記造型枠体内の負圧状態を解除して铸物を取り出す工程と、を有する減圧铸型造型の注湯方法にぉヽて、

前記完成铸型に湯口を形成し、前記上半割铸型には湯口を形成しなヽことを特徴とする減圧铸型造型の注湯方法。

[15] 請求項 14の注湯方法であって、铸造の炉の上に配される前記下半割铸型を水平に保持すべく調整することを含む注湯方法。

[16] 請求項 14の注湯方法であって、前記造型枠体の下に保持炉を配設し、前記下半割铸型と前記保持炉との間に緩衝材を設けて前記下半割铸型を水平に保持することを含む注湯方法。

[17] 請求項 16に記載の注湯方法であって、前記緩衝材は断熱材を含む注湯方法。

[18] 請求項 17に記載の注湯方法であって、前記铸型を支持するための下ダイプレートを前記断熱材の下に配設する注湯方法。

[19] 請求項 18に記載の注湯方法であって、前記下ダイプレートに冷却手段を設けることを含む注湯方法。

[20] 請求項 18に記載の注湯方法であって、前記断熱材は砂層を含む注湯方法。

[21] 請求項 18に記載の注湯方法であって、前記断熱材は自硬性砂層を含む注湯方法。

[22] 請求項 20に記載の注湯方法であって、前記砂層は前記保持炉のストークと連通する 1つの湯口と、該湯口及び前記铸造キヤビティに連通する複数の湯道とを有する注湯方法。

[23] 請求項 14乃至 22のいずれか 1項に記載の注湯方法であって、該注湯方法は低圧铸造方法である注湯方法。

[24] 請求項 14乃至 22のいずれか 1項に記載の注湯方法であって、該注湯方法は差圧铸造方法である注湯方法。

[25] 請求項 17乃至 24のいずれか 1項に記載の注湯方法であって、前記铸造キヤビティ内に注湯する際に注湯速度の制御を行うことを含む注湯方法。

[26] 請求項 14乃至の 25 、ずれか 1項に記載の注湯方法により铸造した铸物。

[27] 請求項 1乃至 8又は請求項 14乃至 25のいずれ力 1項に記載の注湯方法であって、前記造型枠体の側壁及び底部に圧縮エアーを吹き付けて前記造型枠体を冷却することを含む注湯方法。