(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有しほぼ筒形を呈する比較的小径の第１のロウ型と、
中空部を有し且つほぼ筒形を呈すると共に、上記第１のロウ型の一部を中空部の内側に同軸心で挿入する比較的大径の第２のロウ型と、
上記第１のロウ型および第２のロウ型間の狭隘な隙間に挿入され且つ内外方向に沿った複数の貫通孔を有するほぼ筒形のセラミック型と、を備えている、
ことを特徴とする鋳造用模型。
【請求項２】
前記第１のロウ型および第２のロウ型ならびにセラミック型は、それぞれほぼ円柱形の中空部を内蔵し且つほぼ円筒形を呈する、
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用模型。
【請求項３】
請求項１または２に記載の前記鋳造用模型の周囲に耐火物を被覆して鋳型を形成する工程と、
上記鋳型を加熱することにより、係る鋳型内の上記鋳型用模型における前記第１のロウ型および第２のロウ型を溶出する工程と、を含む、
ことを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項４】
前記各工程の後に、前記第１のロウ型および第２のロウ型を溶出した跡に形成され且つ前記セラミック型を含むキャビティを有する前記鋳型を焼成する工程を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の鋳型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密鋳造法の１種であるロストワックス鋳造法を行うための鋳造用模型およびこれを用いた鋳型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロストワックス鋳造法は、製品形状とほぼ同じ形状のロウ模型を製作し、これに耐火物を被覆した鋳型を形成した後、上記ロウ模型を溶出し、その跡に形成されるキャビティに溶融金属を鋳込むことによって行われる。
例えば、図５(Ａ)に示すロウ模型８０は、上・下端８３，８４の間を貫通する円柱形の中空部８２を内蔵する小径の円筒部８１、係る円筒部８１の下端８４側を円柱形の中空部８６の上端８７寄りに同軸心にして挿入する大径の円筒部８５、およびこれら円筒部８１，８５の間に位置する複数の凸条９０からなる。これらの凸条９０間には、断面円弧形の狭隘な隙間９１が複数形成されている。
【０００３】
図５(Ｂ)に示すように、上記ロウ模型８０の周囲にスラリーに含まれる耐火物９２を複数回にわたり被覆すると、係る耐火物９２は、中空部８２，８６や複数の隙間９１にも充填される。
次に、ロウ模型８０を内蔵した耐火物９２からなる鋳型９４を所定の温度に加熱し、同図中の太い矢印で示すように、ロウ模型８０全体を外部に溶出する。
その結果、図５(Ｃ)に示すように、鋳型９４内のロウ模型８０が溶出した跡には、これに倣った形状を有する小径の中空部９３、大径の中空部９５、これらの中空部９３，９５間に位置する複数の凸条形の中空部９８、および中空部９８間に位置する断面円弧形で複数の薄い充填部９７からなるキャビティｃが形成される。係るキャビティｃ内に、図示しない溶融金属を鋳込むことにより、前記ロウ模型８０に倣った形状の製品を鋳造することができる。
【０００４】
しかし、前記鋳型９４の造型時において、ロウ模型８０における複数の薄肉の充填部９７の全体に耐火物９２が充填されない場合がある。
即ち、図５(Ｄ)に示すように、鋳型９４内のキャビティｃにおける円筒形の中空部９３，９５間の薄い充填部９７に耐火物９２が十分に充填されず、細径の充填部９９になる場合がある。
この結果、中空部９３，９５間に均一な厚みの充填部９７が形成されないため、溶融金属を鋳込んでも、薄肉の充填部９７に倣った断面円弧形の空間が形成されなくなる。このため、得られた鋳造製品を切削加工して修正するか、あるいは再度鋳造し直す、という問題を生じ、歩留まりが低下する要因となっていた。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、狭隘な隙間や空間を内蔵する製品を確実に鋳造することができる鋳造用模型およびこれを用いた鋳型の製造方法を提供する、ことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、鋳造用模型における狭隘な隙間付近にセラミック型を用い且つ係るセラミック型を鋳型にも流用する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の鋳造用模型(請求項１)は、中空部を有しほぼ筒形を呈する比較的小径の第１のロウ型と、中空部を有し且つほぼ筒形を呈すると共に、上記第１のロウ型の一部を中空部の内側に同軸心で挿入する比較的大径の第２のロウ型と、上記第１のロウ型および第２のロウ型間の狭隘な隙間に挿入され且つ内外方向に沿った複数の貫通孔を有するほぼ筒形のセラミック型と、を備えている、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、第１および第２のロウ型の間における狭隘な隙間に、複数の貫通孔を有するセラミック型を予め配置しているので、耐火物を被覆することにより鋳型を形成した際にも、当該セラミック型自体は何ら影響を受けずに、キャビティの一部を形成する。このため、セラミック型の各貫通孔は、大径および小径の一対の筒形の中空部間に位置してこれらを接続する凸条またはウェブとなり、セラミック型における各貫通孔の間の部分は、鋳造製品における狭隘な隙間または空間を確実に形成する。しかも、係るセラミック型を用いることにより、当該模型自体の形状および寸法精度を安定させることにも寄与することができる。
尚、前記筒形には、次述する円筒形の他、中空部を内蔵する四角柱、六角柱のような多角柱も含まれる。また、セラミック型の素材には、アルミナ、珪酸、マグネシアなどが含まれる。
【０００８】
また、本発明には、前記第１のロウ型および第２のロウ型ならびにセラミック型は、それぞれほぼ円柱形の中空部を内蔵し且つほぼ円筒形を呈する、鋳造用模型(請求項２)も含まれる。これによれば、大径および小径の一対の円筒部と、これらの間に位置してこれらを接続する凸条と、係る凸条同士間に位置する狭隘な隙間または空間と、を有する燃焼器などの複雑な製品を得るためのロストワックス鋳造用の鋳型を、容易に製造することが可能となる。
【０００９】
一方、本発明の鋳型の製造方法(請求項３)は、前記鋳造用模型の周囲に耐火物を被覆して鋳型を形成する工程と、この鋳型を加熱することにより、係る鋳型内の上記鋳造用模型における前記第１のロウ型および第２のロウ型を溶出する工程と、を含む、ことを特徴とする。これによれば、前記鋳造用模型の周囲に耐火物を被覆して鋳型を形成し且つ加熱することにより、第１および第２のロウ型部のロウのみを溶出する。このため、鋳型内に残留するセラミック型は、造型されるキャビティに倣ってその一部を形成する。
従って、セラミック型における複数の貫通孔には、溶融金属が鋳込まれて大径および小径の筒部間または円筒部間を接続する凸条またはウェブとなり、セラミック型における各貫通孔間に位置する部分は、上記凸条またはウェブ間に位置する狭隘な断面の隙間または空間を確実に形成することができる。
【００１０】
更に、本発明には、前記各工程の後に、前記第１のロウ型および第２のロウ型を溶出した跡に形成され且つ前記セラミック型を含むキャビティを有する前記鋳型を焼成する工程を有する、鋳型の製造方法(請求項４)も含まれる。
これによれば、前記鋳造用模型における第１のロウ型および第２のロウ型を溶出した跡にセラミック型を一部に含むキャビティを有する鋳型において、耐火物に含まれる水分を除去すると共に、係る耐火物とセラミック型とを強固に結合することができる。従って、得られた通気性鋳型を、減圧吸上げ鋳造や真空鋳造などに充分に活用することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１(Ａ)，(Ｂ)は、本発明の鋳造用模型１の外観図および垂直断面図である。鋳造用模型１は、図１(Ａ)，(Ｂ)に示すように、比較的小径の第１のロウ型２と、比較的大径の第２のロウ型７と、これらの間の狭隘な隙間に挿入されるセラミック型１２と、からなる。
図１(Ａ)，(Ｂ)に示すように、第１のロウ型２は、上・下端５，６の間を貫通する円柱形の中空部３と、これを内蔵する円筒形(筒形)の本体４からなる。また、第２のロウ型７は、上・下端１０，１１の間を貫通する円柱形の中空部９と、これを内蔵する円筒形(筒形)の本体８からなる。第１のロウ型２における下端６寄りの部分は、第２のロウ型７における中空部９内に同軸心にして挿入される。
【００１２】
更に、セラミック型１２は、例えばアルミナを主成分とし、図１(Ａ)，(Ｂ)，図２(Ａ)に示すように、上・下端１６ａ，１７の間を貫通するほぼ円柱形の中空部１５と、これを内蔵する円筒形の本体１４と、中空部１５の中間に位置するリング状の段部１９と、本体１４の上端１６ａ寄りの薄肉部１４ａに内外方向(径方向)に沿って貫通する複数の貫通孔１８と、本体１４の上端１６ａからリング状に突出する円環部１６と、からなる。
上記貫通孔１８は、本体１４の円周方向に沿って等間隔に配置され、図１(Ｂ)に示すように、各貫通孔１８の上部には円環部１６の底面１６ｂを含む下部１６ｃが外側から覆っている。即ち、各貫通孔１８は、第１・第２のロウ型２，７およびセラミック型１２により、外部から遮蔽された細長い直方体の密閉空間である。また、上記本体１４のうち、段部１９と円環部１６との間に位置する薄肉部１４ａの厚みは、約０．５〜５ｍｍである。
【００１３】
第１および第２のロウ型２，７は、例えば植物性のロウを半溶融状態で、所定の型内に圧入するこにより形成される。また、上記セラミック型１２は、ジルコンなどの耐火物およびバインダからなるセラミックスラリを、所定の型内に塗布(充填)し且つ乾燥することによって形成される。
以上のような鋳造用模型１は、予め形成されたセラミック型１２の中空部１５内の段部１９上に別に成形した第１のロウ型２を嵌合し、更に係るセラミック型１２を第２のロウ型７の中空部９内に嵌合することで形成される。
この際、セラミック型１２の各貫通孔１８は、図１(Ｂ)に示すように、第１のロウ型２の本体４と第２のロウ型７の本体８との間に挟まれ、且つ当該セラミック型１２の円環部１６により囲まれる。
【００１４】
次に、前記鋳造用模型１を用いた本発明の鋳型の製造方法について説明する。図２(Ｂ)は、鋳造用模型１を内蔵した鋳型Ｋの断面を示す。この鋳型Ｋは、鋳造用模型１の周囲に図示しない耐火物を含むスラリーを被覆し且つその表面にアルミナ粉末からなるスタッコを振りかけ、上記スラリーが乾燥した後、別のスラリー槽に浸漬して耐火物２０を付着させる作業を複数回繰り返すことで得られる。係る耐火物２０からなる鋳型Ｋは、上記模型１の外形に倣ったほぼ円筒形を呈し、内側に中空部２１を有する。
次に、鋳造用模型１を内蔵する鋳型Ｋを、例えば１５０℃に約１５分加熱した後、常温で約３０分放置して乾燥する。尚、耐火物２０の下部には、図２(Ｂ)に示すように、鋳型Ｋ内の鋳造用模型１における第１および第２のロウ型２，７に追って連通し得る溶出孔２６を予め穿設しておく。
【００１５】
その結果、図３(Ａ)下方の実線の矢印で示すように、鋳型Ｋ内の鋳造用模型１における第１ロウ型２と第２のロウ型７と形成していたロウは、溶融し且つ溶出孔２６を経て外部に溶出される。この結果、鋳型Ｋ内において溶出した第１ロウ型２と第２のロウ型７との跡には、図３(Ａ)に示すように、円筒形の中空部２２，２４が形成され、且つこれの間にセラミック型１２が残留している。係る中空部２２，２４およびこれらを内外方向に連通するセラミック型１２の複数の貫通孔１８によって、キャビティｃが形成される。即ち、残留したセラミック型１２は、キャビティｃの一部を形成している。
係るキャビティｃを内蔵する鋳型Ｋを、例えば１０００℃以上の温度に加熱して焼成すると、耐火物２０は、含有していた水分などを除去され、セラミック型１２と強固に結合するため、耐火性および通気性を有する鋳型Ｋとなる。
【００１６】
上記鋳型Ｋを図示しない金属チャンバ内にセットし、当該チャンバの内側を減圧した状態で、鋳型Ｋの下方に位置する溶解炉から溶融金属を、図３(Ａ)下方の一点鎖線の矢印で示すように、吸い上げてキャビティｃ内に充填する。
その結果、図３(Ｂ)，(Ｃ)に示すような鋳造製品３０が得られる。係る鋳造製品３０は、円柱形の中空部３３を有する比較的小径の円筒部３２と、円柱形の中空部３５を有する比較的大径の円筒部３４と、係る円筒部３２，３４の間に位置し且つ接続する複数の凸条３６，３６と、これらの間に位置する断面が偏平な円弧形を呈する複数の通し孔３８，３８と、を備えている。各凸条３６は、前記セラミック型１２の各貫通孔１８内に充填され且つ凝固した金属であり、各通し孔３８は、セラミック型１２における隣接する貫通孔１８，１８間に挟まれた本体１４の薄肉部１４ａにより形成された空間である。
【００１７】
以上の鋳造用模型１とこれを用いた鋳型Ｋの製造方法によれば、当該模型１の周囲に耐火物２０を被覆して鋳型Ｋを形成し且つこれを加熱して前記ロウ型２，７を溶出した際、追って上記製品３０の各通し孔３８になる部分は、前記セラミック型１２の本体１４の薄肉部１４ａにより形成される。また、追って上記製品３０の各凸条３６になる部分は、前記セラミック型１２の各貫通孔１８によって形成される。従って、上記製品３０の形状に倣ったキャビティｃを有する鋳型Ｋを確実に製造することができる。この結果、同軸心に位置する中空部３３，３５の周囲に連通する複数の通し孔３８を内蔵する燃焼器のような前記鋳造製品３０を確実に製造することが可能となる。
【００１８】
図４(Ａ)は、異なる形態の鋳造用模型４０を示す垂直断面図である。
この模型４０は、図４(Ａ)に示すように、比較的小径の第１のロウ型４２、比較的大径の第２のロウ型５０、およびこれらの間の狭隘な隙間に挿入されたセラミック型６０からなる。
第１のロウ型４２は、下端４６から上端４５に向かって拡径する円錐状の中空部４３を内蔵し且つ全体がほぼ円錐形状(ほぼ円筒形)を呈する本体４４からなる。また、第２のロウ型５０も、下端５６から上端５５に向かって拡径する円錐状の中空部５３を内蔵し且つ全体がほぼ円錐形状(ほぼ円筒形)を呈する本体５２からなる。第１のロウ型４２における下端４６寄りの部分は、第２のロウ型５０の中空部５３内にその上端５５側から同軸心にて挿入される。これら第１および第２のロウ型４２，５０も、前記と同様な方法で形成される。
【００１９】
更に、セラミック型６０は、前記同様のセラミック素材からなり、図４(Ａ)に示すように、下端６５から上端６４に向かって拡径する円錐状の中空部６３を内蔵する円筒形の本体６２と、この本体６２の上端６４寄りで内外方向に沿って貫通する複数の貫通孔６６と、を含む。本体６２の上端６４付近からは、第２のロウ型５０の上端５５に接触する外リング６４ａが突出し、中空部６３の下部には第１のロウ型４２の下端４６を支持する内リング６２ａが突出している。
各貫通孔６６は、本体６２の円周方向に沿って等間隔に配置され、その上端部を第１のロウ型４０の上記外リング６４ａにより覆われ、且つその内側の下部を第２のロウ型５０の内リング上記６２ａにより囲まれている。
【００２０】
尚、本体６２の厚みは、約０．５〜５ｍｍである。また、セラミック型６０も、前記セラミック型１２と同様な方法で形成される。
図４(Ａ)に示すように、上記鋳造用模型４０は、予め形成されたセラミック型６０の中空部６３内の上端６４寄りに別に成形した第１のロウ型４２を嵌合すると共に、係るセラミック型６０を第２のロウ型５０の中空部５３内の上端５５寄りに嵌合することで形成される。この際、セラミック型６０の各貫通孔６６は、第１・第２のロウ型４２，５０の本体４４，５２の間に挟まれ、且つこれらと当該セラミック型６０とにより外部から遮蔽される。
【００２１】
次に、上記鋳造用模型４０を用いた鋳型の製造方法について説明する。
図４(Ｂ)に示すように、前記同様の方法で鋳造用模型４０の周囲に耐火物７０を被覆して鋳型Ｋを形成する。この鋳型Ｋは、上記模型４０の外形に倣ったほぼ円錐形状を呈し、内側に中空部７０ａを有する。
次に、係る鋳型Ｋを、前記同様の温度に加熱する。尚、鋳型Ｋの耐火物７０には、鋳造用模型４０の第１および第２のロウ型４２，５０に追って連通する図示しない溶出孔を予め穿設しておく。その結果、図４(Ｃ)に示すように、鋳型Ｋ内の鋳造用模型４０における第１ロウ型４２および第２のロウ型５０を形成していたロウは、溶融し且つ溶出孔を経て外部に溶出される。
【００２２】
鋳型Ｋ内において、溶出した第１ロウ型４２と第２のロウ型５０との跡には、図４(Ｃ)に示すように、円錐形状の中空部７１，７２が形成され、且つこれの間にセラミック型６０が残留している。
図４(Ｃ)に示すように、上記中空部７１，７２とこれらを内外方向に連通するセラミック型６０の複数の貫通孔６６とにより、キャビティｃが形成される。即ち、残留したセラミック型６０は、キャビティｃの一部を形成している。係るキャビティｃを内設する鋳型Ｋの耐火物７０は、前記同様の温度に加熱して焼成され、セラミック型６０と強固に結合し、耐火性および通気性を有する鋳型Ｋとなる。そして、前記同様にして鋳型Ｋのキャビティｃ内に、溶融金属を充填する。
【００２３】
その結果、図４(Ｄ)に示す鋳造製品７３が得られる。この製品７３は、円錐状の中空部７６を有する比較的小径の円錐状部７４と、円錐状の中空部７７を有する比較的大径の円錐状部７５と、係る円錐状部７４，７５の間に位置し且つ接続する複数のウェブ７８と、これらの間に位置する断面が偏平な円弧形を呈する複数の通し孔７９，７９と、を備えている。上記ウェブ７８は、前記セラミック型６０の各貫通孔６６内に充填され且つ凝固した金属であり、各通し孔６６は、セラミック型６０における隣接する貫通孔６６，６６間に挟まれた本体６２により形成された空間である。
【００２４】
前記鋳造用模型４０およびこれを用いた鋳型Ｋの製造方法によっても、当該模型４０の周囲に耐火物７０を被覆して鋳型Ｋを形成し且つこれを加熱してロウ型４２，５０を溶出した際、追って上記製品７３の各通し孔７９になる部分は、前記セラミック型６０の本体６２により形成される。また、追って上記製品７３の各ウェブ７８になる部分は、前記セラミック型６０の各貫通孔６６により確保される。従って、上記製品７３の形状に倣ったキャビティｃを有する鋳型Ｋを確実に製造することができる。この結果、同軸心にして位置する中空部７６，７７の周囲に連通する複数の通し孔７９を内蔵する燃焼器のような前記鋳造製品７３を確実に製造することが可能となる。
【００２５】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１のロウ型および第２のロウ型は、径の大小のみで区別した相対的な名称であり、それぞれ円柱形や四角柱などの中空部を内蔵し、且つ全体が円筒形や四角形状などの本体を有すると共に、互いに入れ子式に挿入(嵌合)可能であれば、両者の形状やサイズは限定されない。
また、第１および第２のロウ型に用いるロウは、エステル類、高級アルコール類、および脂肪酸を含む動植物から採取される天然のロウの他、スチロール樹脂などの熱軟化性(可塑性)合成樹脂を適用することも可能である。
更に、前記セラミック型の素材には、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化チタン、ムライト、マグネシア、あるいはジルコンセラミックスなども含まれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の鋳造用模型(請求項１)によれば、第１および第２のロウ型の間における狭隘な隙間に、複数の貫通孔を有するセラミック型を予め配置しているので、鋳物砂に埋設し且つこれを圧縮した際にも、当該セラミック型は何ら影響を受けずに、キャビティの一部を形成する。このため、セラミック型の各貫通孔は、大径および小径の一対の筒部間に位置してこれらを接続する凸条またはウェブとなり、セラミック型における各貫通孔の間の部分は、鋳造製品内の狭隘な隙間または空間を確実に形成させる。しかも、セラミック型を用いることにより、模型自体の形状および寸法精度を安定されることにも寄与可能となる。
【００２７】
また、本発明の鋳型の製造方法(請求項３)によれば、鋳造用模型の周囲に耐火物を被覆して鋳型を形成し且つこれを加熱することで、第１および第２のロウ型部のロウのみを溶出するため、耐火物内に残留するセラミック型は、造型されるキャビティに倣ってその一部を形成する。
従って、セラミック型における複数の貫通孔には、溶融金属が鋳込まれて、大径および小径の筒部または円筒部間を接続する凸条またはウェブとなり、セラミック型における隣接する貫通孔間の本体部分は、上記凸条またはウェブ間に位置する狭隘な断面の隙間または空間を確実に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (Ａ)，(Ｂ)は本発明の鋳造用模型の外観図または垂直断面を含む斜視図。
【図２】  (Ａ)は図１の鋳造用模型に用いるセラミック型の垂直断面を含む斜視図、(Ｂ)は図１の鋳造用模型に耐火物を被覆して鋳型を形成する工程を示す垂直断面図。
【図３】  (Ａ)は前記模型を溶出する工程および得られた鋳型を示す垂直断面図、(Ｂ)，(Ｃ)は(Ａ)の鋳型により得られた鋳造製品を示す斜視図または部分垂直断面図。
【図４】  (Ａ)は異なる形態の鋳造用模型を示す垂直断面図、(Ｂ)は(Ａ)の模型の周囲に耐火物を被覆して鋳型を形成する工程を示す垂直断面図、(Ｃ)は得られた鋳型を示す垂直断面図、(Ｄ)は(Ｃ)の鋳型により得られた鋳造製品を示す垂直断面を含む斜視図。
【図５】  (Ａ)は従来の鋳造用模型を示す垂直断面を含む斜視図、(Ｂ)は(Ａ)の模型に耐火物を被覆して鋳型を形成する工程を示す垂直断面図、(Ｃ)，(Ｄ)は得られた鋳型を示す垂直断面図。
【符号の説明】
１，４０………………………鋳造用模型
２，４２………………………第１のロウ型
３,９,１５,４３,５３,６３…中空部
７，５０………………………第２のロウ型
１２，６０……………………セラミック型
１８，６６……………………貫通孔
２０，７０……………………耐火物
Ｋ………………………………鋳型
ｃ………………………………キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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