(57)【要約】【課題】キャビティ空間の内外で生じた異物を除去して、異物混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することが可能な鋳造型およびその製造方法を提供する。【解決手段】砂型１０は、溶融した金属を流し込んで凝固させ、任意の形状の製品Ｐを成形するための鋳型であって、製品Ｐに相当するキャビティ空間Ｓを内部に形成する製品成形部１１と、湯口１２ａおよび湯道１２ｂを含む注入部１２と、湯道１２ｂを経由してキャビティ空間Ｓ内に流入した溶湯をキャビティ空間Ｓの外へ導く砂止め成形部１４，１５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型内に製品部分に相当する空間を形成するキャビティ部と、
前記キャビティ部に溶湯を流し込む湯口と、
前記キャビティ部と前記湯口とを連通させる湯道と、
前記湯道から前記キャビティ部に流入した前記溶湯を前記キャビティ部の外へ導くように、前記キャビティ部に連通した異物除去空間部と、
を備えている鋳造型。
【請求項２】
砂型である、
請求項１に記載の鋳造型。
【請求項３】
前記異物除去空間部は、前記異物除去空間部よりも断面積が小さい連通部を介して、前記キャビティ部と連通している、
請求項１または２に記載の鋳造型。
【請求項４】
前記異物除去空間部は、前記キャビティ部内に溶湯を注入する際の姿勢における前記キャビティ部の側面に形成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の鋳造型。
【請求項５】
前記異物除去空間部は、前記湯道を介して前記キャビティ部内に注入された溶湯の流れの進行方向に対して対向する位置に、前記キャビティ部と連通する開口を有している、
請求項１から４のいずれか１項に記載の鋳造型。
【請求項６】
前記異物除去空間部と前記キャビティ部とを連通させる連通部は、曲線状の部分を含むように形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の鋳造型。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の鋳造型の製造方法であって、
前記鋳造型について前記溶湯の流れに関する湯流れシミュレーションを行う第１のステップと、
前記湯流れシミュレーションの結果に基づいて、前記キャビティ部に対する前記異物除去空間部の配置を決定する第２のステップと、
を備えた鋳造型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を溶融させた溶湯を型内に注入して鋳造品を形成する鋳造型およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄やアルミニウム、鉛等の金属を溶融させた溶湯を流し込んで、鋳造品を形成するための金型や砂型等の鋳造型が用いられている。
例えば、特許文献１には、溶湯中に含まれるガスや比重の小さな異物を除去することを目的として、ガストラップ、スラグトラップおよび異物トラップをそれぞれ形成した鋳造用金型が開示されている。
【０００３】
ここでは、ガストラップを上向きに形成し、スラグトラップの上方に比重の小さい異物を除去するための異物トラップが設けられているため、溶湯が横湯道において整流化する過程において溶湯中に含まれるガスを除去するとともに、スラグトラップに追い込んだ比重の小さい異物を、スラグを分離した上で異物トラップにおいて捕集することができる。
【特許文献１】特開平５−３０５３８７号公報（平成５年１１月１９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の鋳造用金型では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された鋳造用金型では、キャビティ空間へ溶湯を導入する湯道側にスラグトラップおよび異物トラップを形成して、溶湯中に含まれるガスや比重の小さい異物を除去している。このため、例えば、砂型等の鋳造型を用いた場合には、型内のキャビティ空間において、キャビティ空間を形成する型の内面の一部が欠けて異物が発生した場合には、この異物を除去することは困難である。
【０００５】
本発明の課題は、キャビティ空間の内外で生じた異物を除去して、異物混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することが可能な鋳造型およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係る鋳造型は、キャビティ部と、湯口と、湯道と、異物除去空間部と、を備えている。キャビティ部は、型内に製品部分に相当する空間を形成する。湯口は、キャビティ部に溶湯を流し込む。湯道は、キャビティ部と湯口とを連通させる。異物除去空間部は、湯道からキャビティ部に流入した溶湯をキャビティ部の外へ導くように、キャビティ部に連通している。
【０００７】
ここでは、鋳造型に形成された湯口から注入されて湯道を介して製品部分に相当するキャビティ部へと流入された溶湯をキャビティ部の外部へと導く異物除去空間部を、湯道を除くキャビティ部の周辺部分に形成している。
ここで、キャビティ部は、製品部分に相当する空間であって、溶湯が凝固する際における体積収縮分の溶湯を補給するために製品部分に近接する位置に設けられる押し湯部分等も含まれる。異物除去空間部は、キャビティ部との連通部分だけが開口した閉空間である。
【０００８】
通常、このような鋳造型においては、ガスや酸化物等の異物をキャビティ部の空間内に流入しないようにするために、キャビティ部に連通する湯道の途中等にガストラップや異物トラップ等を配置している。しかし、このような構成では、キャビティ部に流入する前に溶湯に混入した異物を除去することはできるものの、キャビティ部内に溶湯が充填される際に溶湯に混入した異物を除去することはできない。特に、鋳造型として砂型等を用いる場合には、砂型内に形成されるキャビティ部において溶湯が充填されていく際に砂型の一部が欠けて異物として溶湯内に混入するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の鋳造型では、湯口から湯道を介してキャビティ部に流入した溶湯がキャビティ部内に充填されていく間に、溶湯をキャビティ部の外部へと導く異物除去空間部を、キャビティ部の周辺に設けている。
これにより、湯口から湯道を介して流入した溶湯がキャビティ部において充填されていく過程において、溶湯に混入しているガスや介在物等を含む異物を異物除去空間に導くことができる。この結果、異物除去空間内に異物を留めた状態でキャビティ部内に溶湯を充填することができるため、キャビティ部の内外において発生した異物がキャビティ部内へ混入した際における鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００１０】
第２の発明に係る鋳造型は、第１の発明に係る鋳造型であって、砂型である。
ここでは、鋳造型として、金型と比較して低コストで造形が容易な砂型を用いている。
一般的に、砂型は、山砂や合成砂等の砂を固めて形成されているため、湯口から湯道を介して溶湯を流し込んだ場合には、キャビティ部内における溶湯の流れによってキャビティ部の一部が欠けて異物が発生するおそれがある。
本発明の鋳造型では、溶湯が流し込まれたキャビティ部内において異物が発生した場合でも、その異物をキャビティ部の外部である異物除去空間部へと送り出すことができる。この結果、砂型を用いて鋳造を行った場合でも、キャビティ部内への異物の混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００１１】
第３の発明に係る鋳造型は、第１または第２の発明に係る鋳造型であって、異物除去空間部は、異物除去空間部よりも断面積が小さい連通部を介して、キャビティ部と連通している。
【００１２】
ここでは、異物除去空間部とキャビティ部とが、断面積が小さい連通部を介して互いに連通している。
ここで、連通部の断面積は、溶湯の流入方向に交差する方向に沿った平面によって切断された際の断面積を意味している。
これにより、キャビティ部内に溶湯が充填されていく際に、断面積が小さい連通部によって異物除去空間部内において溶湯の滞留を発生させることで、異物除去空間部へと流れ込んだガスや酸化物等を含む異物が異物除去空間外へ流れ出すことを抑制することができる。この結果、異物除去空間部によって異物を捕獲してキャビティ部へ流れ出すことを防止して、異物混入による鋳造欠陥の発生をより効果的に防止することができる。
【００１３】
第４の発明に係る鋳造型は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る鋳造型であって、異物除去空間部は、キャビティ部内に溶湯を注入する際の姿勢におけるキャビティ部の側面に形成されている。
ここでは、溶湯を型内へ注入する際の向きにおけるキャビティ部の側面側に異物除去空間を形成している。
これにより、キャビティ部内に注入された溶湯が充填されていく過程において、溶湯が充填される前の流れがある状態でキャビティ部の側面側に形成された異物除去空間部へと溶湯を導くことができる。この結果、溶湯に含まれる異物を効果的に異物除去空間部へと導いて捕獲し、異物混入による鋳造欠陥の発生をさらに効果的に防止することができる。
【００１４】
第５の発明に係る鋳造型は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る鋳造型であって、異物除去空間部は、湯道を介してキャビティ部内に注入された溶湯の流れの進行方向に対して対向する位置に、キャビティ部に連通する開口を有している。
【００１５】
ここでは、キャビティ部における溶湯の流れ方向を基準にして、キャビティ部に対する異物除去空間の開口位置を決定している。
これにより、キャビティ部内における溶湯の流れの延長線上に、異物除去空間部へと続く開口部分が形成されることになるため、キャビティ部に充填される際に、溶湯を効率よく異物除去空間部へと流れ込ませることができる。この結果、異物除去空間部において溶湯に混入した異物を捕獲することで、キャビティ部内への異物の混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００１６】
第６の発明に係る鋳造型は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る鋳造型であって、異物除去空間部とキャビティ部とを連通させる連通部は、曲線状の部分を含むように形成されている。
ここでは、異物除去空間部を、緩い曲線部分を含む連通部を介してキャビティ部と接続している。
【００１７】
これにより、異物除去空間をキャビティ部に対して近接して配置させるような場合には、連通部に曲線部分を設けることで、製品部分となるキャビティ部から離間させるように異物除去空間部を形成することができる。また、連通部の曲げ形状を曲線状としているため、溶湯の流れを妨げることなく、スムーズに異物除去空間部へと溶湯を導くことができる。この結果、異物除去空間部の熱等が、製品部分であるキャビティ部に対して悪影響を及ぼすことを回避することが可能になる。
【００１８】
第７の発明に係る鋳造型の製造方法は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る鋳造型の製造方法であって、第１のステップと第２のステップとを備えている。そして、第１のステップでは、鋳造型について溶湯の流れに関する湯流れシミュレーションを行う。第２のステップでは、湯流れシミュレーションの結果に基づいて、キャビティ部に対する異物除去空間部の配置を決定する。
【００１９】
ここでは、鋳造型ごとに湯流れシミュレーションを行った結果に基づいて、異物混入による鋳造欠陥が発生する可能性が高い箇所を特定した上で、キャビティ部に対する異物除去空間部の位置を決定する。
これにより、異物が滞留することにより鋳造欠陥が集中し易い箇所の近傍に異物除去空間部を形成することができるため、異物を異物除去空間部へと誘導することで、その部分における異物混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る鋳造型によれば、キャビティ空間の内外で生じた異物を除去して、異物混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［実施形態１］
本発明の一実施形態に係る砂型（鋳造型）１０について、図１〜図８を用いて説明すれば以下の通りである。
［砂型１０全体の構成］
本実施形態に係る砂型１０は、鉄やアルミニウム、鉛等の金属あるいはこれらの合金を溶融させて流し込み、例えば、建設機械に搭載される鋳造品としての製品Ｐ（図２参照）を形成するために用いられる鋳物成形用の型であって、図１に示すように、製品部分Ｐａを含む製品成形部１１と、注入部１２と、砂止め成形部（異物除去空間部）１４，１５と、を備えている。
【００２２】
（製品成形部１１）
製品成形部１１は、キャビティ空間（キャビティ部）Ｓ（図７参照）を形成する製品部分Ｐａと、溶湯が凝固する際における体積収縮分の溶湯を補給するために製品部分Ｐａに近接する位置に設けられた押し湯１１ａ〜１１ｅと、を有している。
製品部分Ｐａは、図２に示す製品Ｐの形状に合わせて、内部にキャビティ空間Ｓを形成している。
【００２３】
押し湯１１ａは、製品部分Ｐａの上部に、押し湯１１ｂ〜１１ｅは、製品部分Ｐａの側方における四隅付近に、それぞれ設けられており、型内に注入された溶湯が凝固する際の溶湯の収縮分を補うための溶湯を溜め込む。
（注入部１２）
注入部１２は、製品部分Ｐａや押し湯１１ａ〜１１ｅに対して溶湯を注入するために製品部分Ｐａの側方に設けられており、湯口１２ａと、湯道１２ｂと、を有している。
【００２４】
湯口１２ａは、湯道１２ｂの先端部分に形成されており、型内に注入するための圧力が付与された溶湯が流し込まれる。
湯道１２ｂは、湯口１２ａから流し込まれた溶湯を、製品部分Ｐａの方へと導く管状の部分であって、製品部分Ｐａのキャビティ空間Ｓに対して側方から連通している。
（砂止め成形部１４，１５）
砂止め成形部１４，１５は、後述する湯流れシミュレーションの結果に基づいて製品Ｐにおけるガスや酸化物、砂等の介在物（異物）Ｍ（図３参照）が集中しやすいと予想される部位の周辺に設けられており、内部に介在物Ｍを含む溶湯が流れ込んで砂止め１４ａ，１５ａを成形するための空間を形成している。そして、砂止め成形部１４，１５は、製品部分Ｐａの内部に形成されるキャビティ空間Ｓに対して、堰（連通部）１６ａ，１６ｂを介して連通している。このため、湯口１２ａから湯道１２ｂを経由してキャビティ空間Ｓ内に注入された溶湯は、注入時の砂型１０の姿勢において製品部分Ｐａの側方に形成された堰１６ａ，１６ｂを介して砂止め成形部１４，１５に流入しながらキャビティ空間Ｓに充填される。
【００２５】
砂止め１４ａ，１５ａは、図２および図３に示すように、製品Ｐに対して側方に設けられており、図３に示すように、介在物Ｍを含む溶湯を滞留させることで介在物Ｍを捕獲する。なお、図３では、砂止め１４ａ側のみを図示しているが、砂止め１５ａ側についても同様である。
堰１６ａ，１６ｂは、図３および図７に示すように、溶湯の湯流れ方向に対して交差する平面による断面の面積が、製品部分Ｐａに相当するキャビティ空間Ｓや砂止め成形部１４，１５の断面積に対して小さくなるように形成されている。すなわち、湯道１２ａからキャビティ空間Ｓ内へ流入した溶湯は、細い通路（堰１６ａ，１６ｂ）を経て砂止め成形部１４，１５内へと流れ込む。これにより、溶湯が流れる空間の断面積を変化させることで、後述するように、砂止め成形部１４，１５の内部において溶湯の滞留を発生させることができるため、溶湯内に存在する介在物Ｍを砂止め１４ａ，１５ａ内の壁面に付着させて捕獲することができる。
【００２６】
また、堰１６ａ，１６ｂは、図７に示すように、湯口１２ａから湯道１２ｂを経由して製品部分Ｐａの内部に形成されるキャビティ空間Ｓ内に流入した溶湯の進行方向の正面向きに開口していることが好ましい。これにより、キャビティ空間Ｓ内に流入した溶湯を積極的に砂止め成形部１４，１５内へと誘導することで、溶湯がキャビティ空間Ｓ等に充填されるまでに砂止め成形部１４，１５内において介在物Ｍを多く含む流入初期段階の溶湯を捕獲して、介在物Ｍに起因する製品Ｐにおける鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００２７】
＜砂止め成形部１４，１５内における湯流れシミュレーション＞
本実施形態の砂型１０は、以上のように、後述する溶湯の湯流れシミュレーションの結果に基づいて砂型の一部が剥がれた砂や酸化物、ガス等の介在物Ｍを捕獲して、製品部分Ｐａに相当するキャビティ空間Ｓへの流入を防止するための砂止め成形部１４，１５を備えている。
【００２８】
ここでは、この砂止め成形部１４，１５を設けた場合における砂止め成形部１４，１５内での溶湯の湯流れ方向についてシミュレーションを行った結果について、図４（ａ）〜図６（ｂ）を用いて説明する。
なお、ここでは砂止め成形部１５を例として挙げて説明するが、他方の砂止め成形部１４においても同様の結果が得られることから、ここではその説明を省略する。
【００２９】
また、ここで説明する湯流れシミュレーションは、流入初期段階の溶湯にマーキングを施し、充填経路や滞留部位の特定を行う速度ベクトルによって渦の発生部位を特定するという方法を採用している。
まず、図４（ａ）等に示すＸＹＺ軸を基準にして、各平面における湯流れ方向をシミュレーションによって調べたところ、ＸＹ平面においては、湯道１２ｂからキャビティ空間Ｓを経由して、堰１６ｂを介して砂止め成形部１５内に流入してきた溶湯は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、下から上へと旋回して渦状に流れることが分かった。
【００３０】
同様に、ＸＺ平面においても、湯道１２ｂからキャビティ空間Ｓを経由して、堰１６ｂを介して砂止め成形部１５内に流入してきた溶湯は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、左右に旋回して渦状に流れることが分かった。
同じく、ＹＺ平面においても、湯道１２ｂからキャビティ空間Ｓを経由して、堰１６ｂを介して砂止め成形部１５内に流入した溶湯は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、砂止め成形部１５における堰１６ｂの形成された面の対向面にぶつかった後、上昇して左右に旋回しながら渦状に流れることが分かった。
【００３１】
以上のシミュレーションの結果から、湯道１２ｂからキャビティ空間Ｓを経由して、堰１６ａ，１６ｂを介して砂止め成形部１４，１５内へ流入した溶湯は、砂止め成形部１４，１５内において渦状に旋回しながら内部に留まる。これにより、砂止め成形部１４，１５内に流入した溶湯がキャビティ空間Ｓへ逆流することを防止することで、砂止め成形部１４，１５内に流入した溶湯に含まれる介在物Ｍがキャビティ空間Ｓ内に残されることを防止することができる。
【００３２】
さらに、高強度、高剛性が要求される部位についても、その周辺に介在物Ｍが留まることがないように砂止め成形部を設けることで、介在物Ｍの存在に起因する強度や剛性の低下を防止することができる。
＜砂型１０の製造方法＞
本実施形態では、図８に示すフローチャートに従って、上述した砂型１０を成形する。
【００３３】
すなわち、まず、ステップＳ１においては、成形する製品Ｐの形状に応じて、鋳造型（砂型１０）を選定する。
次に、ステップＳ２においては、ステップＳ１において選定した砂型１０について、型内に注入された溶湯の挙動を調べるための湯流れシミュレーションを行う。
次に、ステップＳ３においては、ステップＳ２における湯流れシミュレーションの結果（図１３（ａ）〜図１４参照）を踏まえて、介在物Ｍが集中して鋳造欠陥が発生するおそれが高い部位（欠陥発生予測部位）を特定する。
【００３４】
次に、ステップＳ４においては、ステップＳ３において特定された欠陥発生予測部位の位置およびキャビティ空間Ｓ内における溶湯の挙動に基づいて、キャビティ空間Ｓに隣接する位置に、砂止め１４ａ，１５ａを形成するための砂止め成形部１４，１５の位置を決定する。具体的には、鋳造欠陥が発生するおそれが高い部位の近傍における、溶湯の流れる方向に対向する向きに開口が向くように、砂止め成形部１４，１５および堰１６ａ，１６ｂを配置する。
【００３５】
次に、ステップＳ５においては、製品Ｐの形状に合わせてステップＳ１において選定された砂型１０における特定の位置に、ステップＳ４において決定された砂止め成形部１４，１５を設けた砂型１０を成形する。
以上のように、砂止め１４ａ，１５ａを設ける位置を、湯流れシミュレーションの結果を用いて決定することで、鋳造欠陥が発生し易い部位についてはその近傍に、介在物Ｍを捕獲するための砂止め成形部１４，１５を設けることができる。この結果、砂止め１４ａ，１５ａ内において介在物Ｍを集めて、製品Ｐの表面等に鋳造欠陥が生じることを効果的に防止することができる。
【００３６】
［比較例１］
ここで、図１〜図７に示す砂型１０の鋳造欠陥の発生防止効果を検証するために、図１２〜図１４を用いて同じ形状の製品Ｐを成形するための比較例としての砂型の構成について説明すれば以下の通りである。
比較例の砂型１００は、図１２に示すように、本実施形態の砂型１０と同じ形状の製品Ｐを成形するための鋳造型であって、製品成形部１０１と、注入部１０２と、を備えている。
【００３７】
製品成形部１０１は、本実施形態の砂型１０の製品成形部１１に相当する部分であって、製品成形部１１と同様に、製品部分Ｐａと、押し湯１０１ａ〜１０１ｅと、を有している。
注入部１０２は、本実施形態の砂型１０の注入部１２に相当する部分であって、注入部１２と同様に、湯口１０２ａと、湯道１０２ｂと、を有している。
【００３８】
ここで、比較例の砂型１００では、図１２に示すＡ部分において、図１３（ａ）に示すように、製品部分Ｐａの一部で溶湯の滞留が発生している。このように、製品部分Ｐａにおいて滞留した溶湯には、介在物Ｍが大量に集まってくることから、鋳造欠陥が発生するおそれが高い。
同様に、図１２に示すＢ部分においても、図１３（ｂ）に示すように、製品部分Ｐａの一部において溶湯の滞留が発生して、この部分において介在物Ｍの存在に起因する鋳造欠陥が発生するおそれが高い。
【００３９】
この結果、砂止めが設けられていない比較例の砂型１００によって成形された製品Ｐでは、図１４に示すように、介在物Ｍが特定の部位へ集中したことにより、鋳造欠陥が発生してしまう。
［砂型１０の特徴］
（１）
本実施形態の砂型１０は、溶融した金属を流し込んで凝固させ、任意の形状の製品Ｐを成形するための鋳型であって、図１に示すように、製品Ｐに相当するキャビティ空間Ｓを内部に形成する製品成形部１１と、湯口１２ａおよび湯道１２ｂを含む注入部１２と、湯道１２ｂを経由してキャビティ空間Ｓ内に流入した溶湯をキャビティ空間Ｓの外へ導く砂止め成形部１４，１５と、を備えている。
【００４０】
これにより、湯口１２ａから湯道１２ｂを経てキャビティ空間Ｓ内に流入した溶湯を、積極的に砂止め成形部１４，１５内へと誘導することができる。このため、例えば、溶湯中に元々含まれていたガスや酸化物、あるいはキャビティ空間Ｓ内において砂型１０の内部の一部が欠けて砂等の介在物Ｍが発生した場合でも、溶湯がキャビティ空間Ｓ内に充填される前に、砂止め成形部１４，１５内へと介在物Ｍを含む溶湯を導くことができる。この結果、介在物Ｍの存在に起因する鋳造欠陥の発生し易い部位の近傍に、砂止め成形部１４，１５を設けることで、キャビティ空間Ｓの外である砂止め１４ａ，１５ａ内に介在物Ｍを送り込んで、鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００４１】
（２）
本実施形態では、図１等に示すように、鋳造型として砂型１０を用いている。
これにより、例えば、キャビティ空間Ｓ内に溶湯を流し込んだ際における溶湯の圧力や流れによって事後的に生じた砂型１０の一部である砂等の介在物Ｍがキャビティ空間Ｓ内において発生した場合でも、これらの介在物Ｍを砂止め成形部１４，１５内へと誘導することができる。この結果、砂止め１４ａ，１５ａに介在物Ｍを存在させることで、製品Ｐの表面等に介在物Ｍが存在する確立を低減することができるため、鋳造欠陥の発生を従来よりも大幅に低減することができる。
【００４２】
（３）
本実施形態の砂型１０では、図２、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、キャビティ空間Ｓと砂止め成形部１４，１５とをつなぐ連通部として、キャビティ空間Ｓおよび砂止め成形部１４，１５よりも断面積が小さい堰１６ａ，１６ｂを設けている。
これにより、一旦、キャビティ空間Ｓから砂止め成形部１４，１５内へと流入させた溶湯を、砂止め成形部１４，１５内において渦状に滞留させることで、キャビティ空間Ｓへ逆流することを防止することができる。この結果、砂止め成形部１４，１５における介在物Ｍの捕獲効果を向上させて、より確実に鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００４３】
（４）
本実施形態の砂型１０では、図１等に示すように、溶湯を注入する際の砂型１０の姿勢における側方に、砂止め成形部１４，１５を設けている。
これにより、湯口１２ａから湯道１２ｂを経由してキャビティ空間Ｓ内へと流入した溶湯を、キャビティ空間Ｓが溶湯によって充填される前に、積極的に砂止め成形部１４，１５内へと誘導することができる。この結果、介在物Ｍを含む溶湯を、効果的に砂止め成形部１４，１５内へと誘導して、製品Ｐの表面等へ介在物Ｍが存在して生じる鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００４４】
（５）
本実施形態の砂型１０では、図１および図７等に示すように、キャビティ空間Ｓにおける湯口１２ａから注入された溶湯の流れる進行方向に対する正面の位置に、砂止め成形部１４，１５の開口部分となる堰１６ａ，１６ｂの開口が向くように配置している。
これにより、キャビティ空間Ｓ内に流入した溶湯の流れを妨げることなく、介在物Ｍを含む溶湯を、自然の流れにのって積極的に砂止め成形部１４，１５内へと導くことができる。この結果、製品Ｐ側となるキャビティ空間Ｓ側へ介在物Ｍが残されることを防止して、鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００４５】
（６）
本実施形態の砂型１０の製造方法では、図８に示すように、成形する製品Ｐの形状に合わせて選定された鋳型について、湯流れシミュレーションを行い、そのシミュレーションの結果に基づいて砂止め１４ａ，１５ａの位置を決定する。
これにより、キャビティ空間Ｓにおける介在物Ｍが集中して鋳造欠陥が発生し易い部位を特定し、その近傍に砂止め成形部１４，１５を設けることで、特定の部位に集中するように存在した介在物Ｍの大部分を、砂止め成形部１４，１５内へと誘導することができる。この結果、砂止め成形部１４，１５を効果的に配置して、より効果的に鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００４６】
［実施形態２］
本発明の他の実施形態に係る砂型（鋳造型）２０について、図９〜図１０（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態の砂型２０は、図９，図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２に相当するキャビティ空間の周辺ではなく、溶湯が凝固する際の収縮分を補うための溶湯を溜めるための押し湯２１ｃ部分の周辺に砂止め成形部２４を設けている点で、上記実施形態１の砂型１０とは異なっている。このため、本実施形態では、キャビティ空間として、押し湯２１ｃ内に形成される空間も含むものとする。
【００４７】
砂型２０は、実施形態１の砂型１０と同様に、例えば、建設機械に搭載される鋳造品としての２つの製品Ｐ１，Ｐ２（図１１（ａ）および図１１（ｂ）参照）を形成するために用いられる鋳物成形用の型であって、図９に示すように、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２を含む製品成形部２１と、注入部２２と、砂止め成形部（異物除去空間部）２４と、を備えている。
【００４８】
（製品成形部２１）
製品成形部２１は、内部にキャビティ空間（キャビティ部）を形成する製品部分Ｐａ１，Ｐａ２と、溶湯が凝固する際における体積収縮分の溶湯を補給するために製品部分Ｐａ２に近接する位置に設けられた押し湯２１ｃと、を有している。
製品部分Ｐａ１，Ｐａ２は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す製品Ｐ１，Ｐ２の形状に合わせて、内部にキャビティ空間を形成している。
【００４９】
押し湯２１ｃは、製品部分Ｐａ２に対して隣接する位置に設けられており、型内に注入された溶湯が凝固する際の溶湯の収縮分を補うための溶湯を溜め込む。
（注入部２２）
注入部２２は、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２や押し湯２１ｃに対して溶湯を注入するために製品部分Ｐａ１，Ｐａ２の側方に設けられており、湯口２２ａと、湯道２２ｂと、を有している。
【００５０】
湯口２２ａは、湯道２２ｂの先端部分に形成されており、型内に注入するための圧力が付与された溶湯が流し込まれる。
湯道２２ｂは、湯口２２ａから流し込まれた溶湯を、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２の方へとそれぞれ導く管状の部分であって、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２のキャビティ空間に対して側方から連通している。
【００５１】
（砂止め成形部２４）
砂止め成形部２４は、上述した砂型１０と同様に、湯流れシミュレーションの結果に基づいて製品Ｐ１，Ｐ２における介在物Ｍ（図９参照）が集中しやすいと予想される部位の周辺に設けられている。そして、砂止め成形部２４は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、湯道２２ｂと押し湯２１ｃとが連通する部分に接続された堰（連通部）２６を介して押し湯２１ｃおよび湯道２２ｂと連通している。このため、湯口２２ａから湯道２２ｂを経由して押し湯２１ｃの空間内に注入された溶湯は、注入時の砂型２０の姿勢において押し湯２１ｃの側方に形成された堰２６を介して砂止め成形部２４に流入しながら各製品部分Ｐａ１，Ｐａ２の内部のキャビティ空間に充填される。
【００５２】
砂止め成形部２４は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２に対して側方に設けられており、図９に示すように、介在物Ｍを含む溶湯を滞留させることで介在物Ｍを捕獲する。
堰２６は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、溶湯の湯流れ方向に対して交差する平面による断面の面積が、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２内部のキャビティ空間や砂止め成形部２４の断面積に対して小さくなるように形成されている。これにより、上述した砂型１０の砂止め成形部１４，１５と同様に、砂止め成形部２４の内部において溶湯の滞留を発生させることができるため、溶湯内に存在する介在物Ｍを砂止め成形部２４内の壁面に付着させて捕獲することができる。また、堰２６は、図１０（ｂ）に示すように、押し湯２１ｃとの連通部分から緩やかな曲線状部分を形成しながら砂止め成形部２４とつながっている。これにより、砂止め成形部２４が製品部分Ｐａ２に対して必要以上に近接することを回避して、製品部分Ｐａ２に砂止め成形部２４の熱等の影響を受けてしまうことを防止することができる。さらに、曲線部分を設けることで、砂止め成形部２４の配置の自由度を向上させることができる。
【００５３】
本実施形態の砂型２０では、以上のように、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２の側方ではなく、湯道２２ｂから押し湯２１ｃへとつながる部位に、砂止め成形部２４を設けている。
この場合でも、押し湯２１ｃの周辺は溶湯の流れが速いため、ガスや酸化物等の異物を含む溶湯を効率よく砂止め成形部２４内へと導くことができる。このため、上述した砂型１０と同様に、砂型２０においても、図９に示すように、介在物Ｍを砂止め成形部２４内に集中させることで、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２への介在物Ｍの混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００５４】
なお、本実施形態の砂型２０についても、上述した砂型１０と同様に、図８に示すシミュレーションの結果に基づいて、鋳造欠陥が発生するおそれが高い部位の近傍に砂止め成形部２４の配置を決定すればよい。
［比較例２］
ここで、図９〜図１０（ｂ）に示す砂型２０における鋳造欠陥の発生防止効果を検証するために、図１５を用いて比較例としての砂型の構成について説明すれば以下の通りである。
【００５５】
比較例の砂型１２０は、図１５に示すように、本実施形態の砂型２０と同じ形状の製品Ｐ１，Ｐ２を成形するための鋳造型であって、製品成形部１２１と、注入部１２２と、を備えている。
製品成形部１２１は、本実施形態の砂型２０の製品成形部２１に相当する部分であって、製品成形部２１と同様に、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２と、押し湯１２１ｃと、を有している。
【００５６】
注入部１２２は、本実施形態の砂型２０の注入部２２に相当する部分であって、注入部２２と同様に、湯口１２２ａと、湯道１２２ｂと、を有している。
ここで、比較例の砂型１２０では、図１５に示すＣ部分において、製品部分Ｐａ２の一部で溶湯の滞留が発生して、介在物Ｍが大量に集まってくることから、製品部分Ｐａ２において鋳造欠陥が発生するおそれが高い。
【００５７】
この結果、砂止めが設けられていない比較例の砂型１２０によって成形された製品Ｐａ２では、図１５に示すように、介在物Ｍが特定の部位へ集中したことにより、鋳造欠陥が発生してしまうおそれが高いことがわかる。
［砂型２０の特徴］
（１）
本実施形態の砂型２０は、溶融した金属を流し込んで凝固させ、任意の形状の製品Ｐ１，Ｐ２を成形するための鋳型であって、図９に示すように、製品Ｐ１，Ｐ２に相当するキャビティ空間を内部に形成する製品成形部２１と、湯口２２ａおよび湯道２２ｂを含む注入部２２と、湯道２２ｂを経由して押し湯２１ｃのキャビティ空間内に流入した溶湯をキャビティ空間の外へ導く砂止め成形部２４と、を備えている。
【００５８】
これにより、湯口２２ａから湯道２２ｂを経て押し湯２１ｃのキャビティ空間内に流入した溶湯を、積極的に砂止め成形部２４内へと誘導することができる。このため、例えば、溶湯中に元々含まれていたガスや酸化物、あるいはキャビティ空間内において砂型２０の内部の一部が欠けて砂等の介在物Ｍが発生した場合でも、溶湯がキャビティ空間内に充填される前に、砂止め成形部２４内へと介在物Ｍを含む溶湯を導くことができる。この結果、介在物Ｍの存在に起因する鋳造欠陥の発生し易い部位の近傍に、砂止め成形部２４を設けることで、キャビティ空間Ｓの外である砂止め成形部２４内に介在物Ｍを送り込んで、鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００５９】
（２）
本実施形態では、図９等に示すように、鋳造型として砂型２０を用いている。
これにより、例えば、キャビティ空間内に溶湯を流し込んだ際における溶湯の圧力や流れによって事後的に生じた砂型２０の一部である砂等の介在物Ｍが押し湯２１ｃ内のキャビティ空間内において発生した場合でも、これらの介在物Ｍを砂止め成形部２４内へと誘導することができる。この結果、砂止めに介在物Ｍを存在させることで、製品Ｐ１，Ｐ２の表面等に介在物Ｍが存在する確立を低減することができるため、鋳造欠陥の発生を従来よりも大幅に低減することができる。
【００６０】
（３）
本実施形態の砂型２０では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、押し湯２１ｃ内のキャビティ空間と砂止め成形部２４とをつなぐ連通部として、キャビティ空間および砂止め成形部２４よりも断面積が小さい堰２６を設けている。
これにより、一旦、押し湯２１ｃ内のキャビティ空間から砂止め成形部２４内へと流入させた溶湯を、砂止め成形部２４内において渦状に滞留させることで、押し湯２１ｃ内のキャビティ空間へ逆流することを防止することができる。この結果、砂止め成形部２４における介在物Ｍの捕獲効果を向上させて、より確実に鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００６１】
（４）
本実施形態の砂型２０では、図９等に示すように、溶湯を注入する際の砂型２０の姿勢における側方に、砂止め成形部２４を設けている。
これにより、湯口２２ａから湯道２２ｂを経由してキャビティ空間内へと流入した溶湯を、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２や押し湯２１ｃ内のキャビティ空間が溶湯によって充填される前に、積極的に砂止め成形部２４内へと誘導することができる。この結果、介在物Ｍを含む溶湯を、効果的に砂止め成形部２４内へと誘導して、製品Ｐ１，Ｐ２の表面等へ介在物Ｍが存在して生じる鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００６２】
（５）
本実施形態の砂型２０では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、湯口２２ａから注入された溶湯の流れる進行方向に対する正面の位置に、砂止め成形部２４の開口部分となる堰２６の開口が向くように配置している。
これにより、押し湯２１ｃ内のキャビティ空間内に流入した溶湯の流れを妨げることなく、介在物Ｍを含む溶湯を、自然の流れによって積極的に砂止め成形部２４内へと導くことができる。この結果、製品Ｐ１，Ｐ２側となるキャビティ空間側へ介在物Ｍが流入することを防止して、鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができる。
【００６３】
（６）
本実施形態の砂型２０では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、押し湯２１ｃ内のキャビティ空間と砂止め成形部２４とをつなぐ堰２６が、曲線状の部分を含むように構成されている。
これにより、砂止め成形部２４と製品部分Ｐａ２とが必要以上に近接配置されることにより、砂止め成形部２４からの熱等によって製品部分Ｐａ２が悪影響を受けることを回避することができる。
【００６４】
（７）
本実施形態の砂型２０の製造方法では、図８に示すように、成形する製品Ｐ１，Ｐ２の形状に合わせて選定された鋳型について、湯流れシミュレーションを行い、そのシミュレーションの結果に基づいて砂止め成形部２４の位置を決定する。
これにより、キャビティ空間における介在物Ｍが集中して鋳造欠陥が発生し易い部位を特定し、その近傍に砂止め成形部２４を設けることで、図９に示すように、特定の部位に集中するように存在した介在物Ｍの大部分を、砂止め成形部２４内へと誘導することができる。この結果、砂止め成形部２４を最適な位置に配置して、より効果的に鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００６５】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態１では、図１等に示すように、製品部分Ｐａに相当するキャビティ空間Ｓの周辺に、複数の砂止め成形部１４，１５を設けた例を挙げて説明した。そして、上記実施形態２では、図９等に示すように、押し湯２１ｃの周辺に砂止め成形部２４を設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６６】
例えば、欠陥発生部位となるおそれがある部位が他にも存在する場合には、製品部分に相当するキャビティ空間の周辺と押し湯の周辺とに、それぞれ砂止めを形成してもよい。
（Ｂ）
上記実施形態１，２では、図３および図９に示すように、砂止め成形部１４，１５と製品部分Ｐａ内部のキャビティ空間Ｓとを結ぶ連結部、砂止め成形部２４と押し湯２１ｃ内のキャビティ空間とを結ぶ連結部として、砂止め成形部１４，１５，２４よりも断面積が小さい堰１６ａ，１６ｂ，２６等を形成した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
例えば、堰を設けずに、砂止め成形部とキャビティとを連結するようにしてもよい。
ただし、断面積が小さい堰を介して両空間を連結することで、砂止め内に流入した溶湯に滞留を起こさせて砂止め空間内に異物をとどまらせることができるという面で、断面積が小さい堰を介して連結することがより好ましい。
（Ｃ）
上記実施形態１，２では、図３および図９に示すように、製品Ｐを成形するキャビティ空間Ｓや押し湯１１ａ〜１１ｅ部分に注入された溶湯の流れる進行方向、そして湯道２２ｂから押し湯２１ｃ内のキャビティ空間に注入される溶湯の進行方向、に対向する位置に、開口が向くように砂止め成形部１４，１５，２４を設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、開口の向きが溶湯の流れる方向に交差するように砂止め成形部を配置するようにしてもよい。
ただし、溶湯が流れる進行方向に開口部が向くように砂止め成形部を設けることにより、ガスや酸化物等の異物を含む溶湯を効率よく砂止め内へと誘導することができるという面では、上記実施形態のように、砂止め成形部を配置することがより好ましい。
【００６９】
（Ｄ）
上記実施形態１では、製品部分Ｐａにおける欠陥が集中しそうな位置である２箇所に、砂止め成形部１４，１５（砂止め１４ａ，１５ａ）を設けた例を挙げて説明した。一方、上記実施形態２では、製品部分Ｐａ１，Ｐａ２の近傍ではなく、湯道２２ｂから押し湯２１ｃ内へつながる部分の近傍から砂止め成形部２４に連通する堰２６を１箇所設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７０】
例えば、砂止め成形部（砂止め）を設ける数としては、シミュレーションの結果等を踏まえた上で、最適な位置に１箇所設けるだけでもよいし、３箇所以上設けてもよい。
（Ｅ）
上記実施形態１，２では、図８のフローチャートに示すように、設計した型についてシミュレーションを行い、その結果に基づいて鋳造欠陥の発生し易い場所へ砂止め成形部１４，１５，２４を設ける例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７１】
例えば、シミュレーションを行うことなく、過去に成形された鋳造物に発生した鋳造欠陥のデータ等に基づいて鋳造欠陥が発生し易い場所を予測し、そこに砂止め成形部を設けた砂型を成形してもよい。
（Ｆ）
上記実施形態１，２では、本発明を適用した鋳造型として、砂型を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７２】
例えば、砂型以外にも、ロストワックス等の他の鋳造型に対して本発明を適用することが可能である。
さらには、金型であっても、キャビティ側の面に塗装面等を有する場合には、砂型等と同様に、溶湯がキャビティ内に充填される際に溶湯の圧力や流れによって金型内において異物が発生するおそれがあるため、金型に本発明を適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の鋳造型は、キャビティ空間の内外で生じた異物を除去して、異物混入による鋳造欠陥の発生を効果的に防止することができるという効果を奏することから、砂型やロストワックス、金型等の鋳造用の型に対して広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態に係る砂型の構成を示す斜視図。
【図２】図１の砂型を用いて製品の周囲に形成された砂止め部分を示す拡大図。
【図３】図２の砂止め部分における介在物の分布状態を示す拡大図。
【図４】図２の砂止め部分を設けたことによる溶湯のＸＹ平面における速度ベクトルを示すシミュレーション図。
【図５】図２の砂止め部分を設けたことによる溶湯のＸＺ平面における速度ベクトルを示すシミュレーション図。
【図６】図２の砂止め部分を設けたことによる溶湯のＹＺ平面における速度ベクトルを示すシミュレーション図。
【図７】本発明の一実施形態に係る砂型の構成の概略を示した模式図。
【図８】図１に示す砂型を製造する際の流れを示すフローチャート。
【図９】本発明の他の実施形態に係る砂型における介在物の分布状態を示す斜視図。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、図９の砂型に取り付けられた砂止めを示す図。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、図９の砂型によって形成された製品を示す斜視図。
【図１２】図１の砂型との比較例となる砂型の構成を示す斜視図。
【図１３】（ａ）は、図１２の比較例の砂型を用いて形成された製品に発生した不具合の状況を示すＡ部分の拡大図。（ｂ）は、同じく不具合の状況を示すＢ部分の拡大図。
【図１４】本発明の砂型における介在物の分布状態を示す図３の拡大図との比較例としての砂型における介在物の分布状態を示す比較図。
【図１５】本発明の砂型における介在物の分布状態を示す図８との比較例としての砂型における介在物の分布状態を示す比較図。
【符号の説明】
【００７５】
１０      砂型（鋳造型）
１１      製品成形部
１１ａ〜１１ｅ  押し湯
１２      注入部
１２ａ    湯口
１２ｂ    湯道
１４      砂止め成形部（異物除去空間部）
１４ａ    砂止め
１５      砂止め成形部（異物除去空間部）
１５ａ    砂止め
１６ａ，１６ｂ  堰（連通部）
２０      砂型（鋳造型）
２１      製品成形部
２１ｃ    押し湯
２２      注入部
２２ａ    湯口
２２ｂ    湯道
２４      砂止め成形部（異物除去空間部）
Ｍ      介在物（異物）
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２  製品
Ｐａ、Ｐａ１，Ｐａ２  製品部分
Ｓ      キャビティ空間（キャビティ部）
【図１】
2008055429.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008055429.tif 000009
【図８】
2008055429.tif 000010
【図９】
2008055429.tif 000011
【図１０】
2008055429.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008055429.tif 000014
【図１３】
2008055429.tif 000015
【図１４】
2008055429.tif 000016
【図１５】
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