(57)【要約】【課題】砂型の内側領域に含まれる水分を確実に除去し、この水分によって起因した鋳造品のガス欠陥を防止する。【解決手段】ゼオライト又はＡＬＣ等の吸着材からなるパネル材２８ａ〜２８ｊが鋳枠１４及び１８の内面に被着され、かつ床面Ｆ上に固定されている。これらパネル材の内側に、鋳砂からなる砂型１６及び１８が配置され、砂型１６，１８の外側面はパネル材と接触している。砂型１６、１８の内側にキャビティｃ１及びｃ２が形成され、キャビティｃ１、ｃ２の中心に中子２０及び２２が配置されている。中子２０を形成する砂型３４には鉄筋入り吸着材３６が埋設されている。パネル材２８ａ〜２８ｊ及び吸着材３６で砂型１６、１８及び３４に含まれる水分を吸着する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に鋳造空間を形成する鋳枠と、前記鋳造空間に充填され、内側部位に溶湯を注入するキャビティが形成された砂型とを有する鋳造用鋳型において、
前記鋳枠の内面に被着され、前記砂型を外側から囲むように前記鋳枠と前記砂型との間に配置されると共に、前記砂型の外側面全域で該砂型の表面に接するように配置された多孔性の吸着材を備え、
前記砂型は、前記吸着材によって該砂型に含まれる水分を該砂型の厚さ方向全域に亘って吸着可能な厚さに形成されていることを特徴とする鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記吸着材は７００℃以下の温度に対して耐熱性を有すると共に、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の細孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項３】
前記砂型は、前記キャビティに注入される溶湯から前記砂型を介して前記吸着材に伝達される温度が該吸着材の耐熱上限温度以下となる厚さ以上であって、且つ１２０ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用鋳型。
【請求項４】
前記鋳造空間に中子が配置され、
前記中子は、鋳砂で成形された砂型と、前記砂型の内部に埋設された前記吸着材と、前記吸着材の内部に埋設された鉄筋とで構成され、
前記中子を形成する砂型は、前記吸着材によって該砂型に含まれる水分を該砂型の厚さ方向全域に亘って吸着可能な厚さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項５】
前記中子を形成する砂型は、前記キャビティに注入される溶湯から前記吸着材に伝達される温度が該吸着材の耐熱上限温度以下となる厚さ以上であって、且つ１２０ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項４に記載の鋳造用鋳型。
【請求項６】
前記鉄筋は耐食性を有する材料で構成されているか、又は耐食性を付与される処理を施されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造される鋳造品に発生する表面欠陥のうち、ガス欠陥を防止可能にした鋳造用鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳砂を成形した砂型を用いて製造される鋳造品では、その鋳造時に表面欠陥が発生することがある。表面欠陥が発生すると、補修作業に多大な労力及びコストがかかる。表面欠陥のひとつにガス欠陥がある。ガス欠陥の発生原因のひとつは、砂型中に含まれる水分に起因している。これは、溶湯の熱によって水分が気化し、これが鋳造品の内部に気泡となって残存することで空洞が生じるものである。
【０００３】
この対策として、砂型に形成された溶湯注入用キャビティに熱風を送り込んでキャビティに面した砂型を乾燥させる方法がある。この方法を図６により説明する。
図６において、床面Ｆに鋳造用鋳型１００が配置されている。鋳造用鋳型１００は、別体に形成された上段鋳型１０２及び下段鋳型１０４で構成されている。上段鋳型１０２及び下段鋳型１０４の内部に、夫々鋳砂で成形された砂型１０６及び１０８が充填されている。砂型１０６及び１０８には、夫々キャビティｃ１及びｃ２が形成されている。
【０００４】
キャビティｃ１及びｃ２の中心に、夫々中子１１０及び１１２が配置され、砂型１０６及び１０８の表面と中子１１０及び１１２の表面とで、キャビティｃ１及びｃ２を形成している。中子１１２には、補強のために芯金１１４が埋設されている。キャビティｃ１及びｃ２に溶湯を注入することで鋳込み作業が行われるが、その前に、熱風乾燥機１１６からホース１１８を介して、キャビティｃ１及びｃ２に熱風ｈが供給される。この熱風ｈによって砂型１０６、１０８を乾燥し、砂型１０６、１０８に含まれる水分を蒸発させ、砂型１０６、１０８を乾燥させる。
【０００５】
熱風乾燥を行う場合、鋳砂を結合するバインダを気化させずに水分を乾燥させる必要があるため、砂型表層温度が約１００℃になる熱風温度に設定する。そのため、砂型の厚さが厚い場合には、砂型の表層のみしか乾燥温度に到達せず、表層のみから水分が蒸発し、表層から１００ｍｍ程度内側領域では、十分に乾燥されないことがある。
また、図７（Ａ）に示すように、熱風ｈの風圧によって砂型１０６及び１０８の表層ｓの近くの水分は、内側領域へ押され、矢印で示すように、内側領域へ移動する傾向がある。
【０００６】
その結果、蒸発せず内側領域に移動した水分が、熱風乾燥終了と同時に、表層近傍に戻り、この水分がガス欠陥発生の原因となる。通常、鋳込み作業の直前まで熱風乾燥を行うが、熱風乾燥終了後、熱風を砂型に送り込むためのホースの除去や堰鉢の準備などを行う必要がある。そのため、熱風乾燥終了から鋳込み作業開始まで１時間ほどかかり、その間に、図７（Ｂ）中の矢印で示すように、内側領域の水分が表層ｓの近傍まで戻ってしまう。そのため、依然として砂型の表層に水分が残り、この水分がガス欠陥発生の原因になるという問題がある。
【０００７】
砂型の厚さは、鋳造品の形状や鋳型強度で異なり、鋳枠損傷防止や湯漏れ防止の観点から決定される。鋳造品が１０トン以上の場合、２００ｍｍ以上の砂型厚さを必要とする場合が多い。また、中子を形成する砂型の厚さは、鋳造品によって決まるため、砂型の厚さを常に１００ｍｍ以下にすることができない。
【０００８】
鋳造品の鋳肌を平滑にし、焼き付きや溶湯の砂型への浸透を防止するために、砂型の内面にジルコン、黒煙粉末等の塗型材を塗布する方法がある。この場合、鋳込み時の溶湯の熱により、塗型材に含まれる水分等が分解し、分解ガスが発生し、この分解ガスにより、鋳肌の酸化や砂型表面層の脱炭、水素脆化等が発生するおそれがある。特許文献１には、これを防止するため、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ等の金属単体又はこれらの合金からなるガス吸収ゲッター材を塗型材と共に砂型の表面に塗布し、このガス吸収ゲッター材によって分解ガスを吸収するようにした鋳造用鋳型が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０２−１１２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示された手段では、塗型材から発生した分解ガスをガス吸収ゲッター材で吸収することは可能であるが、砂型の内側領域に介在する水分を除去することはできない。そのため、前記問題を解決することはできない。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、砂型の内側領域に含まれる水分を確実に除去し、これによって、この水分によって起因したガス欠陥を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明の鋳造用鋳型は、内部に鋳造空間を形成する鋳枠と、鋳造空間に充填され、内側部位に溶湯を注入するキャビティが形成された砂型とを有する鋳造用鋳型において、鋳枠の内面に被着され、砂型を外側から囲むように鋳枠と砂型との間に配置されると共に、砂型の外側面全域で砂型に接するように配置された多孔性の吸着材を備え、砂型は、吸着材によって砂型に含まれる水分が砂型の厚さ方向全域に亘って吸着可能な厚さに形成されているものである。
【００１３】
このように、砂型の外側面全域に接するように吸着材を介在させ、この吸着材によって表層から離れた砂型の奥側領域に存在する水分を吸着させる。これによって、砂型に含まれる水分を除去できるので、この水分によって発生するガス欠陥を防止できる。
また、砂型の厚さを、吸着材によって砂型に含まれる水分が厚さ方向全域に亘って吸着可能な厚さに形成することで、砂型の厚さ方向全域で砂型に含まれる水分を除去できる。
吸着材として、例えば、ゼオライトやＡＬＣ（軽量発泡コンクリート材）等を用いることができる。これらの吸着材は、多数の細孔を有し、該細孔に水分を吸着させることができる。
【００１４】
本発明により、鋳造品のガス欠陥を低減できるので、鋳造品の歩留まりを向上できると共に、鋳造品に生じたガス欠陥を補修するための作業を削減できる。また、鋳枠の内面に吸着材を被着することで、鋳型強度を高めることができる。そのため、溶湯注入時に鋳枠に加わる溶湯の静圧に対して、鋳枠の圧縮強度を高めることができるので、鋳造品の寸法精度を向上できる。また、鋳型損傷防止及び湯漏れ防止を可能にしながら、砂型厚さを低減できるので、鋳砂の使用量を削減でき、鋳造品の製造原価を削減できる。
【００１５】
本発明において、例えばゼオライトやＡＬＣのように、７００℃以下の温度に対して耐熱性を有する吸着材を用いるとよい。これによって、前述のように、砂型厚さを低減できる。そのため、砂型の厚さ方向全域に含まれる水分の吸着が容易になると共に、鋳砂の使用量を低減でき、低コスト化できる。
【００１６】
また、本発明で用いられる吸着材は、細孔の径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である吸着材を用いるとよい。本発明者等の検証によれば、細孔の径が２０ｎｍを超える吸着材は、溶湯の熱で吸着性能が低下することがわかった。一方、細孔の径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である吸着材は、溶湯の熱に曝されても吸着材の水分吸着性能を高く維持でき、ガス欠陥を防止できることがわかった。
【００１７】
砂型の厚さは、キャビティに注入される溶湯から砂型を介して吸着材に伝達される温度が吸着材の耐熱上限温度以下となる厚さ以上であって、且つ１２０ｍｍ以下とすることができる。例えば、吸着材として用いられるゼオライト及びＡＬＣは共に耐熱性が良好であり、ゼオライトの場合７００℃以下の温度に対して良好な耐熱性を有している。そのため、砂型厚さを低減しても溶湯の熱で劣化や焼損が起らないので、砂型の厚さを低減できる。これによって、砂型の厚さ方向全域に含まれる水分の吸着が容易になると共に、鋳砂の使用量を低減でき、低コスト化できる。
【００１８】
また、砂型厚さが１２０ｍｍあれば、溶湯から吸着材に伝わる熱の温度は、本発明に用いることができる通常の吸着材の耐熱上限温度以下となるため、１２０ｍｍを砂型厚さの上限とすることができる。例えば、吸着材がゼオライト又はＡＬＣである場合、砂型厚さを８０〜１２０ｍｍとすることができる。
【００１９】
本発明は、鋳造空間に中子を配置する鋳型にも適用できる。この場合、中子は、鋳砂で成形された砂型と、砂型の内部に埋設された吸着材と、吸着材の内部に埋設された鉄筋とで構成される。そして、中子を形成する砂型の厚さは、吸着材によって砂型に含まれる水分を砂型の厚さ方向全域に亘って吸着可能な厚さに形成される。
これによって、砂型の厚さ方向全域で砂型に含まれる水分を除去できると共に、吸着材に鉄筋を埋設することで、吸着材の強度を向上できる。
【００２０】
さらに加えて、中子を形成する砂型の厚さを、キャビティに注入される溶湯から砂型を介して吸着材に伝達される温度が、吸着材の耐熱上限温度以下となる厚さ以上であって、且つ１２０ｍｍ以下とすることができる。そのため、砂型厚さを低減しても溶湯の熱で劣化や焼損が起らないので、砂型の厚さを低減できる。これによって、砂型の厚さ方向全域に含まれる水分の吸着が容易になると共に、鋳砂の使用量を低減でき、低コスト化できる。
【００２１】
本発明において、中子の形成に用いられる鉄筋は耐食性を有する材料で構成されているか、又は耐食性を付与される処理を施されているとよい。例えば、鉄筋をステンレス鋼で構成したり、あるいは鉄筋の表面に、耐食性合金や耐食性塗料をコーティングする。これによって、鉄筋の寿命を長期化できるので、中子に埋設された吸着材の再利用が可能になり、低コスト化できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、鋳造品のガス欠陥を低減できるので、鋳造品の歩留まりを向上できると共に、鋳造品に生じたガス欠陥を補修するための作業を削減できる。また、鋳枠の内面に吸着材を被着することで、鋳型強度を高めることができるので、鋳造品の寸法精度を向上できると共に、鋳型損傷防止及び湯漏れ防止を可能にしながら、砂型厚さを低減できるので、鋳砂の使用量を削減でき、鋳造品の製造原価を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳造用鋳型の正面視断面図である。
【図２】前記鋳造用鋳型に用いられる鉄筋入り吸着材の斜視図である。
【図３】（Ａ）は前記実施形態で用いられるゼオライトの成分を示し、（Ｂ）は同じくゼオライトの特性を示す図表である。
【図４】（Ａ）は前記実施形態で用いられるＡＬＣの成分を示し、（Ｂ）は同じくＡＬＣの特性を示す図表である。
【図５】前記ＡＬＣの拡大した結晶組織を示す図である。
【図６】従来の鋳造用鋳型を示す正面視断面図である。
【図７】従来の鋳造用鋳型において、砂型に含まれる水分の挙動を示し、（Ａ）は熱風乾燥時、（Ｂ）は熱風乾燥後の挙動を示す正面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２５】
本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１において、床面Ｆに鋳造用鋳型１０が配置されている。鋳造用鋳型１０は、互いに別体に形成された上段鋳型１２及び下段鋳型１４で構成されている。上段鋳型１２及び下段鋳型１４の内部に、夫々鋳砂を用いて成形された砂型１６及び１８が配置されている。砂型１６及び１８は、夫々内側にキャビティｃ１及びｃ２が形成されている。
【００２６】
キャビティｃ１及びｃ２の中心に、夫々中子２０及び２２が配置され、砂型１６及び１８の内面と中子２０及び２２の外面とで、キャビティｃ１及びｃ２を形成している。上段鋳型１２の内面と砂型１６と間に多孔性の吸着材で構成されたパネル材２８ａ及び２８ｂが設けられている。パネル材２８ａ及び２８ｂの取付方法は、まず、上段鋳型１２の内面に長ボルト３０を溶接しておく。パネル材２８ａ及び２８ｂには、長ボルト３０の径に応じた貫通孔を形成しておき、該貫通孔に長ボルト３０を通し、パネル材２８ａ及び２８ｂを上段鋳型１２の内面に当てる。その状態でパネル材２８ａ及び２８ｂをナット３２で固定する。
【００２７】
同様の方法で、長ボルト３０及びナット３２を用い、下段鋳型１４の内面にパネル材２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ及び２８ｆを被着する。次に、パネル材２８ｄとパネル材２８ｆとの間の床面Ｆにパネル材２８ｇを配置し固定すると共に、パネル材２８ｇの上面の端側に、パネル材２８ｇより短い長さのパネル材２８ｉ及び２８ｋを載置する。パネル材２８ｉの端面をパネル材２８ｄの表面に当て、パネル材２８ｋの端面をパネル材２８ｆの表面に当てた状態で、パネル材２８ｉ及び２８ｋを固定する。パネル材２８ｉの長さとパネル材２８ｋの長さとの合計は、パネル材２８ｇの長さより短く、そのため、パネル材２８ｉの端面とパネル材２８ｋの端面との間に砂型充填空間を形成できる。
【００２８】
さらに、パネル材２８ｉの上面の端側に、パネル材２８ｉより短い長さのパネル材２８ｈを載置し、パネル材２８ｋの上面の端側に、パネル材２８ｋより短い長さのパネル材２８ｊを載置する。パネル材２８ｈの端面がパネル材２８ｄの表面に当たり、パネル材２８ｊの端面がパネル材２８ｆの表面に当たった状態で、パネル材２８ｈ及び２８ｊを固定する。これによって、パネル材２８ｈの端面とパネル材２８ｊの端面との間に砂型充填空間を形成できる。
【００２９】
上段鋳型１２に被着されたパネル材２８a及び２８ｂの内側に、砂型１６が形成され、下段鋳型１４に固定されたパネル材２８ｃ〜２８ｊの内側に、砂型１８が形成される。砂型１６及び１８と各パネル材とは直接接触した状態となる。各パネル材は、細孔を有するゼオライト又はＡＬＣで構成されている。砂型１６及び１８の厚さＡは、砂型の全域で１００ｍｍ程度に形成されている。中子２０は、鋳砂を用いて成形された砂型で構成されている。中子２２は、鋳砂を用いて成形された砂型３４と、砂型３４の内部に埋設された鉄筋入り吸着材３６で構成されている。砂型３４の表面から吸着材３６の表面までの砂型３４の厚さＢも１００ｍｍ程度に形成されている。
【００３０】
図２に、鉄筋入り吸着材３６の構成を示す。鉄筋入り吸着材３６の内部に、細径を有する多数の鉄筋３８が埋設されている。鉄筋３８はステンレス鋼で構成されている。
図３に、本実施形態で吸着材として用いられるゼオライトの成分及び特性を示し、図４に、本実施形態で吸着材として用いられるＡＬＣの成分及び特性を示している。図５に、拡大したＡＬＣの結晶組織を示している（倍率１５０，０００倍）。図３に示すように、本実施形態で用いられるゼオライトは、０．５５〜０．８ｎｍの細孔径を有し、７００℃で安定した耐熱性を有している。また、図４に示すように、本実施形態で用いられるＡＬＣは、１〜１０ｎｍの細孔径を有し、１０００℃で安定した耐熱性を有している。
【００３１】
かかる構成において、キャビティｃ１及びｃ２に溶湯を注入することで鋳込み作業が行われるが、その前に、熱風乾燥機２４からホース２６を介して、キャビティｃ１及びｃ２に熱風ｈが供給される。この熱風ｈによって砂型１６及び１８の表層を乾燥し、該表層に含まれる水分を蒸発させ、砂型１６、１８を乾燥させる。しかし、熱風乾燥によっては砂型１６及び１８の奥側領域に残存する水分を除去できない。
【００３２】
本実施形態では、パネル材２８ａ〜２８ｊによって、砂型１６及び１８の厚さ方向全域に残存する水分を吸着し、砂型１６及び１８の厚さ方向全域で水分を除去できる。従って、この水分によって発生する鋳造品のガス欠陥を低減できるので、鋳造品の歩留まりを向上できると共に、鋳造品に生じたガス欠陥を補修するための作業を削減できる。また、鋳枠１２及び１４の内面に各パネル材を被着することで、鋳型強度を高めることができる。その結果、溶湯注入時に鋳枠に加わる溶湯の静圧に対して、鋳枠１２，１４の圧縮強度を高めることができるので、鋳造品の寸法精度を向上できる。また、鋳型損傷防止及び湯漏れ防止を可能にしながら、砂型厚さを低減できるので、鋳砂の使用量を削減でき、鋳造品の製造原価を削減できる。
【００３３】
また、砂型１６、１８及び中子２２の砂型３４の厚さを全域に亘り１００ｍｍ程度としたことで、該砂型の厚さ方向全域で砂型に含まれる水分を除去できる。同時に、各パネル材に伝わる溶湯の熱を７００℃以下とすることができるので、各パネル材を構成する吸着材の劣化や焼損を招かない。さらに、砂型１６の厚さを１００ｍｍ程度と低減できるので、砂型の厚さ方向全域に含まれる水分の吸着が容易になると共に、鋳砂の使用量を低減でき、低コスト化できる。
【００３４】
本発明者等は、吸着材として用いられるゼオライト又はＡＬＣの細孔の径が１〜２０ｎｍであれば、溶湯の熱に曝されても吸着材の水分吸着性能を高く維持でき、ガス欠陥を防止できることを検証した。従って、本実施形態では、各パネル材の水分吸着性能を高く維持できる。
また、中子２２に鉄筋３８を有する吸着材３６が埋設されているので、吸着材３６の強度を向上でき、かつ鉄筋３８は耐食性が良好なステンレス鋼で構成されているので、寿命を長期化できるため、吸着材３６の再利用が可能となり、低コスト化できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、砂型に含まれる水分を確実に除去してガス欠陥を防止可能な鋳造用鋳型を実現できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０，１００                          鋳造用鋳型
１２，１０２                          上段鋳型
１４，１０４                          下段鋳型
１６，１８，３４、１０６，１０８      砂型
２０，２２，１１０，１１２            中子
２４，１１６                          熱風乾燥機
２６，１１８                          ホース
２８ａ〜２８ｊ                        パネル材
３０                                  長ボルト
３２                                  ナット
３６                                  吸着材
３８                                  鉄筋
１１４                                芯金
Ｆ                                    床面
ｈ                                    熱風
ｃ１、ｃ２                            キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014136245.tif 000005
【図４】
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【図６】
2014136245.tif 000007
【図７】
2014136245.tif 000008
【図５】
2014136245.tif 000009