(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
前記鋳物砂内における前記模型に対する前記溶湯の最終充填部以外の位置に、上端が前記模型の最上部以下の位置に設定されるガス抜き用の空洞を該模型部分と連通する状態に形成し、該空洞の該上端にフィルタを配設することを特徴とする消失模型鋳造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消失模型鋳造法に係り、特に鋳型内に発生する燃焼ガスを円滑に鋳型外へ排出させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記消失模型鋳造法では、注湯初期に鋳型内の模型が燃焼して大量の燃焼ガスが発生するが、この燃焼ガスは鋳型を通して鋳型外に排出される。ここで、燃焼ガスの発生によって高まる鋳型内の圧力（内圧）が溶湯のヘッド圧を超えると、湯口から溶湯が噴出するという吹き戻しや、注湯時間が長引くことにより模型が燃え残る残渣欠陥という鋳造欠陥が起こるおそれがある。このため、燃焼ガスの鋳型外への円滑な排出が求められる。そのための方策として、模型から大気に連通する排出通路を設け、燃焼ガスの排出性を向上させるといった技術が知られている（特許文献１）。
【０００３】
ところが、製品すなわち模型のモジュラス（体積÷表面積）が大きい２〜１０トン程度の鋳物を鋳造する場合には、燃焼ガスが注湯初期において爆発的に発生するため、上記特許文献１に記載のものでは、排出通路に設けたフィルタを突き抜けて溶湯が噴出するおそれがある。そこで、燃焼ガスが排出される空洞を鋳型内に閉じ込めた状態で設けることにより、溶湯が噴出せずに燃焼ガスを排出させることができると考えられる（特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００１３７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記特許文献２に記載される空洞（同文献では筒状部材１０の内部空間）は、上端が、模型の最上部である上面より高い位置にある。このような鋳型構造では、該空洞に燃焼ガスを的確に排出させるためには、湯口を高くしてヘッド圧を相応に高く設定する必要がある。湯口高さを高くすることは、鋳型全体の高さを増大させることになり、鋳物砂の使用量が増えてコストの上昇を招くため、湯口高さはなるべく低く抑えたいという要望がある。
【０００６】
よって本発明は、鋳型内に設けた空洞によって燃焼ガスを排出させる構造において、ヘッド圧を必要最小限として湯口高さをできるだけ低く抑えることができる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の消失模型鋳造法は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳物砂内における前記模型に対する前記溶湯の最終充填部以外の位置に、上端が前記模型の最上部以下の位置に設定されるガス抜き用の空洞を該模型部分と連通する状態に形成し、該空洞の該上端にフィルタを配設することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鋳型内に設ける燃焼ガス排出用の空洞の上端が模型の最上部以下の高さに設定されているため、湯口高さを高くしてヘッド圧を高める必要がなく、必要最小限のヘッド圧で鋳造することができる。その結果、湯口高さをできるだけ低く抑えることができ、鋳型製造のコスト上昇も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、一実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型１の断面を示している。この鋳型１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂２内に模型３が埋没されて構成されている。
【００１１】
模型３は、台形状の山部３ａの下側に鍔部３ｂが形成された断面ハット状の円筒部材である。鋳物砂２内には、模型３の鍔部３ｂに接続されるゲート４と、このゲート４に接続される湯道５が形成されている。この場合の湯道５は、ゲート４間を模型３の下方で連通する下部湯道５ａと、一方（図１で右側）のゲート４から鉛直上方に延びて鋳型１の上面に開口する鉛直湯道５ｂとを有しており、鉛直湯道５ｂの開口が、湯口６として設けられている。
【００１２】
また、鋳物砂２内には、複数の燃焼ガス排出用の空洞７が、鋳物砂２内に閉じ込めた状態で形成されている。これら空洞７は上下方向に延びており、この場合は模型３の鍔部３ｂから上方に延びるものと、鉛直湯道５ｂに接続されない他方（図１で左側）のゲート４から上方に延びるものとがある。これら空洞７の上端は、模型３の最上部である山部３ａの上端面と一致する高さに位置付けられている。そしてこの空洞の上端には、鋳造時に発生する燃焼ガスのみを、鋳物砂２を介して鋳型１外の大気に放出させるフィルタ８が配設されている。
【００１３】
鋳型１の製造は、次の手順による。まず、模型３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠内に湯道５、ゲート４および空洞７を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型３を配置して支持する。この段階で、空洞７にフィルタ８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂２を充填して模型３を埋没させ、湯口６を設ける。
【００１４】
鋳物砂２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
【００１５】
湯道５、ゲート４および空洞７の形成は、φ３０〜７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ−３０Ｓ，ＣＦ−５０Ｓ，ＣＦ−７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて厚さ４０ｍｍ程度に成形した多孔質材料などが用いられる。
【００１６】
模型３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５〜３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
【００１７】
以上で鋳型１は製造される。この鋳型１によれば、湯口６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道５およびゲート４を通って模型３に至り、模型３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型３が溶湯に置換される。模型３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは空洞７内に入り込み、空洞７の上端に設置されたフィルタ８を通過し、さらに鋳物砂２を通過して大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂２を通過して大気に排出される。図１の鋳型１内の矢印は、このようにして鋳型１外に排出される燃焼ガスの流れを示している。
【００１８】
上記鋳型１においては、模型３が燃焼・消失して発生する燃焼ガスによって内圧が上昇するが、この内圧は、複数の空洞７に燃焼ガスが導入されることと、燃焼ガスがフィルタ８を通過するか、または塗型剤を通過して鋳物砂２に排出されていくことによって、ヘッド圧を超えることのないように制御される。ヘッド圧は、模型３の最上部（山部３ａの上端面）に相当する湯口面から湯口６までの高さＨに応じたものになる。例えば高さＨが７００ｍｍの場合、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａとなる。
【００１９】
上記内圧の制御は、空洞７の上端に設置するフィルタ８のガス通過断面積によってなすことができ、その場合には、フィルタ８のガス通過断面積は、少なくとも空洞７を大気開放にした場合の空洞７の断面積よりも大きく（例えば８倍程度）設定される。
【００２０】
上記一実施形態によれば、鋳型１内に設ける燃焼ガス排出用の空洞７の上端が模型３の最上部である山部３ａの上端に一致する高さに設定されているため、湯口６の高さを高くしてヘッド圧を高めなくても、燃焼ガスを空洞７に十分に導入させることができる。このため、湯口６の高さをできるだけ低く抑えて必要最小限のヘッド圧で鋳造することができる。その結果、鋳型全体の高さおよび鋳物砂の使用量を減少させることができ、コストの低減が図られる。
【００２１】
また、鋳型１内に閉じ込められた空洞７に燃焼ガスを導入するため、フィルタ８を突き抜けて溶湯が鋳型１外に噴出するといったおそれは勿論なく、安全な鋳造を行うことができる。また、鋳型１の上面に重しを載せて鋳造する場合には、空洞７をその上面に開口させないことから、重しの形状や重しを載せるレイアウトの自由度が高くなるといった利点もある。
【００２２】
なお、上記実施形態では空洞の上端の位置は模型の最上部と一致する高さに設定されているが、本発明では、空洞の上端は模型の最上部と一致するか、もしくはそれよりも下方であることを条件としており、上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
図１に示した鋳型と同様構成の鋳型によって実際に鋳造を行った。すなわち、鍔部の底面の直径がφ１０９０ｍｍ、山部の上面の直径がφ７６０ｍｍ、肉厚が１５０ｍｍ、モジュラス（体積÷表面積）が６の模型を発泡ポリスチレンから成形し、この模型の表面に塗型剤（６０〜６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、鋳型を形成して鋳造を行った。鋳型内には、模型に接続する状態に複数の空洞を形成し、これら空洞の上端は模型の最上部に一致させた。そして、各空洞の上端には、トータルのガス通過断面積が６２０００ｍｍ２となるフィルタを設置した。
【００２４】
鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３８０℃、注湯時間は３７秒、鋳込み重量は２．２トンであった。鋳造した際には溶湯の噴出は勿論なく、良好な品質の鋳物を得ることができた。
【符号の説明】
【００２５】
１…鋳型、２…鋳物砂、３…模型、４…ゲート、５…湯道、６…湯口、７…空洞、
８…フィルタ。
【図１】
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