(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分離した各構成要素を組み合わせて消失模型を得る方法であって、
前記各構成要素に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物を嵌入して各構成要素を結合することを特徴とする、消失模型の組み立て方法。
【請求項２】
前記固形物が蝋であることを特徴とする請求項１に記載の消失模型の組み立て方法。
【請求項３】
前記凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の消失模型の組み立て方法。
【請求項４】
更に各構成要素の接合面どうしを接着して結合することを特徴とする請求項１に記載の消失模型の組み立て方法。
【請求項５】
前記接着後に消失模型材料の圧縮強度の弾性域内で加圧しながら結合することを特徴とする請求項４に記載の消失模型の組み立て方法。
【請求項６】
複数の分離した各構成要素を結合して得られた消失模型を使用して鋳造を行う方法であって、
各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物を嵌入して各構成要素を結合し、
該結合した消失模型に溶湯を鋳込むことを特徴とする鋳造方法。
【請求項７】
前記固形物が蝋であることを特徴とする請求項６に記載の鋳造方法。
【請求項８】
前記溶湯が６００℃以上であることを特徴とする請求項６に記載の鋳造方法。
【請求項９】
前記固形物が蝋であって、溶湯重量に対して使用される蝋の総重量比が鋳造物に実質的に影響を及ぼさない程度であることを特徴とする請求項６に記載の鋳造方法。
【請求項１０】
前記重量比が１５％以内であることを特徴とする請求項９に記載の鋳造方法。
【請求項１１】
溶湯を鋳込む前に前記各構成要素の接合面に接着剤を塗布して各構成要素を結合することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の鋳造方法。
【請求項１２】
消失模型材料の圧縮強度の弾性域内で加圧しながら該結合することを特徴とする請求項１１に記載の鋳造方法。
【請求項１３】
複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられた消失模型であって、
結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物が嵌入されていることを特徴とする消失模型。
【請求項１４】
前記凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の消失模型。
【請求項１５】
前記各構成要素の接合面どうしが接着されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の記載の鋳造方法。
【請求項１６】
複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられる消失模型において該結合に供する結合用固形物であって、
前記固形物が溶湯によって消失可能な固形物であることを特徴とする結合用固形物。
【請求項１７】
前記固形物が蝋であることを特徴とする請求項１６に記載の結合用固形物。
【請求項１８】
前記固形物がパラフィン、パラフィン蝋、木蝋、微晶蝋、ペトロラタム、モンタン蝋、ワックスの群から選択された蝋系物質からなることを特徴とする請求項１６に記載の結合用固形物。
【請求項１９】
前記固形物が融点３５〜１５０℃の蝋であることを特徴とする請求項１６に記載の結合用固形物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は消失模型を使用した鋳造における消失用模型の組み立て方法、その消失模型、消失模型による鋳造方法、及びその消失模型の結合用固形物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消失模型を使用した鋳造法（以下、消失模型鋳造法）が広く知られている。消失模型鋳造法とは、一般には発泡ポリスチレン等によって形成された消失模型を砂鋳型の中に埋設し、溶湯を注入して消失模型を気化させて消失させるとともに、それによって生じた空隙に溶湯を充填し鋳造品を作る鋳造法である。
【０００３】
このための使用される模型を製作するには、従来から模型を構成する部品ごとにのり等の接着剤で接合しながら組み立てていた。しかし、接合が精度良く行えず、その合わせ面に段差等が生じたり、薄くて大きなものを接合しようとする場合に、一端を正しく接合すると、他方の一端がうまく接合できない、といったことから精度良く消失模型を組み立てることが難しく、接合する部品点数が増すにつれて、部品相互の接合精度が悪くなるという問題を有していた。
【０００４】
また、のり等の接着剤を多くつけた場合は、のりの厚さ分だけ精度が狂うため、特に部品を幾層にも重ねる場合は模型の精度がさらに悪くなるといった現象が見られた。
【０００５】
また、消失模型鋳造法は、模型を置換しながら（消失させながら）鋳物を製造する方法であるために、溶湯によって模型の分解がうまくいかないような模型材料では、カーボンの残渣が残り、欠陥となる問題があった。この欠陥を残渣欠陥という。例えば、発泡倍率の低い、硬い発泡ポリスチレンなどは、スチレンの炭化によって発生したカーボンが残渣として鋳物内部に残ってしまう問題があった。
【０００６】
また、発泡ポリスチレン模型は強度が弱いために変形しやすく、部品ごとに製作した後組み立てる場合には、肉薄ものや大型の構造物では部品同士を正確に接合することが困難であった。このため、接合剤を部品に塗布した後、慎重に部品を組み合わせ、かつ重ね合わせ後に周囲からテープ等を用いて部品同士が精度良く接合できるように調整をしていた。しかし、大型の構造物などでは、慎重に作業を行っても、部品と部品の接合部に段差が生じ、模型の精度が悪くなることが少なくなかった。また、のりの厚さ分だけ寸法が狂ってくることも多かった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、かかる問題を解決し、確実に且つ精度良く模型を組み立てることができるようにしたものである。
【０００８】
すなわち、まず本願発明は、複数の分離した各構成要素を組み立てて消失模型を得る方法であって、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物を嵌入して各構成要素どうしを結合することを特徴とするものである。この固形物は精度良く開けられた穴に嵌入されて構成要素どうし結合してその状態を保持するために、模型のずれが生じにくい。従って得られる鋳造物も欠陥を少なくすることができるものである。しかも、より堅固に結合するために接着剤を使用しても、その量を抑えることができ、接着剤の厚さによって生じる精度のばらつきをも抑えることが可能となった。
【０００９】
かかる固形物は蝋であることが好ましく、例えば、パラフィン、パラフィン蝋、木蝋、微晶蝋、ペトロラタム、モンタン蝋、ワックスの群から選択された蝋系物質からなることを特徴とする。
【００１０】
滑りが良い蝋系物質を結合用固形物に使用することで、各構成要素に設けられた凹部へと結合用固形物を容易に挿入することができ、その結合用固形物で各構成要素間が簡単に結合して組み立てることも可能となった。また、これらの物質は、融点が低く、かつ液体化後の鋳型への浸透性が優れていることから、鋳型側に瞬時に排出されることとなり、不必要な残渣を生じにくく、製品（鋳物）の歩留まりをも向上させることができた。
【００１１】
好ましくは、該凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とするものであり、これによって組み立てられた模型の精度を良くすることができる。また、２ケ以上に凹部があるものを組み立てる場合には、穴の精度が良くないと、組み合せる場合も歪みが生じ摩擦抵抗が多くなり組み合わせることさえ困難となる場合があるために機械加工は特に必要でもある。
【００１２】
更に好ましくは、各構成要素の接合面どうしを接着することを特徴とする。これによってより堅固に各構成要素間を結合してその精度を維持することが可能となった。
【００１３】
接着後には、消失模型材料の圧縮強度の弾性域内で加圧しながら結合して変形を防止しつつその結合を高めるとともに、余分な接着剤を模型外部に排出してより薄くすることができ、接着剤の厚さによる寸法の狂いを防止し、消失模型の精度を高めることも可能となった。
【００１４】
本願発明は、複数の分離した各構成要素を結合して得られた消失模型を使用して鋳造を行う方法をも提供する。それは、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物を嵌入して各構成要素を結合し、組み立てられた消失模型に溶湯を鋳込むことを特徴とするものである。
【００１５】
そして、該固形物が蝋であることが好ましい。また溶湯が６００℃以上であることが好ましい。
【００１６】
更には、該固形物が蝋であって、溶湯容積に対して使用されるその蝋の全体積比が鋳造物に実質的に影響を及ぼさない程度であることが好ましい。例えばその体積比は１５％であることを特徴とするものである。
【００１７】
加えて、溶湯を鋳込む前に該各構成要素の接合面どうしを接着して各構成要素を結合することにより、結合強度をより高めることができ、精度良く結合された各構成要素は容易にずれることがない。
【００１８】
さらに、消失模型材料の圧縮強度の弾性域内で加圧しながら結合することで、消失模型の変形を防止しつつそのより接着強度を高めるとともに、余分な接着剤を模型外部に排出してより接着剤を薄くすることができ、接着剤の厚さによる寸法の狂いを防止し、消失模型の精度を高めることも可能となった。
【００１９】
本願発明は、複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられた消失模型をも提供するものであり、それは結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物が嵌入されていることを特徴とするものである。
【００２０】
そして、該凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とする。
【００２１】
そして、該各構成要素の接合面には接着剤が塗布されて結合されていることを特徴とする。
【００２２】
本願発明は、更には複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられる消失模型において該結合に供する結合用固形物を提供するものであって、該固形物が溶湯によって消失可能な固形物であることを特徴とするものである。
【００２３】
その固形物が蝋であることが好ましく、例えば、パラフィン、パラフィン蝋、木蝋、微晶蝋、ペトロラタム、モンタン蝋、ワックスの群から選択された蝋系物質からなる。
【００２４】
また、より溶湯による消失を容易にするために、該固形物が融点３５〜１５０℃の蝋であることを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の消失模型の組み立て方法、消失模型による鋳造方法、消失模型、及び消失模型の結合用固形物について実施形態をあげて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、消失模型及び該消失模型で使用される結合用固形物の例を示している。消失模型１０は、その部品となる構成要素である一方の模型１と他方の模型２とをその接合面１ａ、２ａとをそれぞれ合わせるようにして結合して形成される。
【００２７】
この模型１、２は、この例ではともにポリスチレン発泡体であるが、消失模型鋳造法に使用されうる他の材料でも良い。
【００２８】
模型１、２の接合面１ａ、２ａには、模型１、２が結合された際に相互に対応する位置にそれぞれ凹部となる穴１ｂ、２ｂが設けられている。結合用固形物３の他端部分が突出するようにして一端部分をその穴１ｂに嵌合させ、結合用固形物３の他端部分を他方の穴２ｂに嵌合させ、相互の対応する接合面１ａ、２ａを合わせるようにして模型１、２が結合されて消失模型が形成される。
【００２９】
結合用固形物３は、鋳造の溶湯を注入する過程で模型１、２と同様に気化して実質的に消失し、その溶湯によって結合用固形物３の空間が充填され得るものである。結合用固形物３は、注湯後に鋳物製品内に残ったり、溶湯と反応して不必要なガスを発生させるようなもので無いことが好ましい。
【００３０】
本発明者は、結合用固形物３として、模型と同じ固形のポリスチレンなど多くの有機系物質を確認したが、多くのものは製品内に炭化物として残留したり、溶湯と反応してガスを発生し、製品にガス欠陥を生じさせる結果となった。製造工程や温度等の条件を改良することによって、このような物質でも問題が生じないことも考えられるが、現在のところ、ロウ系物質が都合がよいことが判っている。ロウ系物質とはパラフィン、パラフィンろう、ろう、木ロウ、微晶ろう、ぺロラタム、モンタンろう、ワックスなどが挙げられる。
【００３１】
これらの物質は、融点が低く、かつ液体化後の鋳型への浸透性が優れているものと考えられる。より詳細な調査を行った結果、次のような適程により蝋が溶湯に問題を生じさせないことがわかっている。
【００３２】
まず、鋳鉄や鋳鋼、もしくは銅やアルミのような、鋳込み温度が６００℃以上の溶湯の場合、この温度で溶湯が蝋に近づいた時、融点が３５〜１５０℃の蝋は瞬時に溶融する。溶融した蝋は浸透性が良いため、鋳型側に瞬時に排出されることになる。一方、融点が低い物質でも、浸透性の悪いものは、鋳型壁面に付着し鋳肌不良の原因となる。このようにして、融点が３５〜１５０℃の蝋が特に有効であることがわかった。また、結合用固形物３として蝋を用いることにより、模型１、２どうしを組み合わせる際に穴１ｂ、２ｂへの滑りが良く、簡単に組み立てられることも発見した。
【００３３】
穴１ｂ、２ｂは、接合面１ａ、２ａから垂直に掘られて円筒形の空洞をなすように模型１、２の内部に形成されている。また、結合固形物３はその穴１ｂ、２ｂで形成された空洞内部で収まり穴１ｂ、２ｂと嵌合するように適合した形状をなしている。穴１ｂ、２ｂの各空洞の深さは、いずれかに結合用固形物３を挿入しても一端が接合面１ａ、２ａから突き出るように結合用固形物３の長さよりも小さく、穴１ｂ、２ｂの深さの合計は、穴１ｂ、２ｂで形成された円筒状の空洞内に結合用固形物３が収まるように少なくとも結合用固形物３の長さよりも大きい。また、結合用固形物３の径は、結合用固形物３が穴１ｂ、２ｂに嵌入して模型１、２が相互にずれないような径を少なくとも部分的に有しており、好ましくは穴１ｂ、２ｂと同径か又は模型が発砲ポリスチレン等の変形可能な場合には実質的に精度に狂いが生じない程度の若干大きい径を有する棒状である。また、好ましくは、穴１ｂ、２ｂへの結合用固形物３の挿入をより容易にするために、棒状をなした両端又は少なくとも一端が先細るか又は半球状を成している。
【００３４】
本例では、穴１ｂ、２ｂの直径を１０ｍｍ、深さを２５ｍｍとした。結合用固形物３として使用される蝋は、穴１ｂ、２ｂの径に対応するように直径１０ｍｍで長さが４０ｍｍの棒状のものを用いた。ただし、穴１ｂ、２ｂの形状及びこれに対応する結合用固形物３の形状は、模型１、２の相互を精度良く結合できればこの例に限定されるものではない。
【００３５】
穴１ｂ、２ｂはプログラムによって加工可能なＮＣ加工機によってあけるようにした。このことにより、穴のずれがなくなり、精度良く組み立てられるようになった。
【００３６】
また、棒状の蝋３の本数は使用するその蝋３全体の総重量が溶湯重量の１５％以内となるように２６本とした。これによって、不必要な蝋の成分が出来上がった鋳物の中に残存することを回避することができる。
【００３７】
消失用模型を組み立てる方法は次のとおりである。まず、模型１、２を用意して、棒状の蝋３の一端部分を模型１又は２の穴１ｂ又は２ｂに差し込む。その後蝋３の他端が模型２又は１の穴２ｂ又は１ｂに入るように、模型１と模型２を組み合わせる。蝋３の差し込みは、図２（ａ）のように一方の模型１に全部挿してもよいし、図２（ｂ）のように両方の模型１、２に交互又は任意に挿してもよい。本例では蝋３の少なくとも一方の端は図２で示したように半球状となっているために、容易に模型１、２を組み合わせることができる。
【００３８】
蝋３によってその位置が固定されて組み合わされた模型１、２の接合面１ａ、２ａとをのり等の接着剤で接合してもよい。この場合には、模型１と模型２とを組み合わせる前に予め接着剤を塗布する。本例では、一方の模型１に結合用固形物３を挿入した後に接着剤を塗布することとした。
【００３９】
模型１、２が組み合わされた後、模型１、２の材料の圧縮強度における弾性域内で加圧しながら接合するようにした。このことにより、余分なのりが模型外部に排出され、均一な接合が可能となり、のりによる寸法の狂いがなくなった。
【００４０】
５０倍に発泡成形した発泡ポリスチレンの場合通常の加圧力は３〜１５０ｇ／ｃｍ２の範囲内である。また、加圧を行った際、鉄板等の高強度の素材と発泡ポリスチレンのような消失模型鋳造法に用いるような強度の低い素材では、弱い素材の表層部のみが変形を起こす問題がある。このため、図３に示すように消失模型の材料と同じ材料の板５を介して加圧することにより、部分的な変形の問題を回避することができた。板５はこの例では平板であるが、消失模型の外形が凹凸を多く含んでいる場合にはその外形にあわせて作っても良い。これにより、より広い範囲で加圧することができるために、加圧の力が全体に分散して均一に加圧することが可能となり消失模型の過度の変形を防止することができる。
【００４１】
接着剤が固化して一体化された消失模型１０を使用することで、一般的な消失模型鋳造法と同じように、塗型を塗って造型することができる。ここでは、塗型は消失模型用の塗型を用いた。鋳型は、砂をフラン樹脂と硬化剤の反応によって固まらせるフラン系の有機自硬性鋳型を用いた。
【００４２】
結合用固形物３を融点３０〜１５０℃の固形の蝋としたとき、鋳込み温度が６００℃以上が好ましいことがわかった。この条件では、蝋が内部に残留することなく、かつ蝋が溶湯と反応する前に流動化し、鋳型外に排出されることがわかった。
【００４３】
本例では、約６５℃で融け出す低融点の蝋３を使用した。溶湯が鋳型に冷やされて温度が低下しても、少なくとも６００℃以上の溶湯が製品部分の模型に流れ込むようにするために、鋳型に注湯する時の溶湯温度は１，４００℃とした。１，４００℃の注湯を行えば、溶湯が入ってくると模型内の蝋３は溶け始める。溶けた蝋３は鋳型側に排出される。
【００４４】
６００℃以下の溶揚だと蝋３の融け始めが遅くなるため、鋳型側に排出しきる前に溶湯と反応し、ガス欠陥を生じてしまう場合がある。また、溶融した蝋は鋳型に対する浸透性が高いので、鋳型壁面に付着することなく鋳型側へ排出される。従って、蝋３は模型内（製品内）に残留することはなく、製品になんの悪影響も及ぼさない。
【００４５】
以上のように、消失模型を構成する各構成要素に凹部を設けた。そして凹部に嵌入可能な結合用固形物を新たに発想し、その結合用固形物によって各構成要素を結合して全体の消失模型を組み立てることとした。そしてその結合用固形物を溶湯によって消失模型と同様に消失する材料とした。これによって、消失模型をより容易に組み立てることができるばかりか、精度の高い消失模型を提供することができることとなった。特に多数の構成要素を組み合わせて消失模型を作るときにも容易にしかも安定した精度を達成することができることともなったものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による消失模型１０の模型１、２及びそれを組み合わせるために結合用固形物３の斜視図である。
【図２】結合用固形物３を穴１ａ又は２ａに挿入した状態の例を示す断面図である。
【図３】組み合わされた模型１、２を加圧機によって加圧する状態の部分的断面図である。
【符号の説明】
１、２  発泡ポリスチレン鋳型
１ａ、２ａ  接合面
１ｂ、２ｂ  穴
３  結合用固形物（棒状の蝋）
４  加圧機
５  板
１０  消失模型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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