(57)【要約】【課題】鋳造型の安定性を犠牲にしたり生産効率を低下させることなく高密度の消失模型の使用を可能にする。【解決手段】消失模型２を鋳物砂３中に埋込んで造型した鋳造型に溶湯を注入し、消失模型２を燃焼させて溶湯と置換するフルモールド鋳造法において、前記消失模型２を発泡倍率５０倍未満の高密度の発泡体から形成して、その機械加工精度を高めると共に造型時の変形を抑えるようにし、一方、前記鋳物砂３には予め過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を含浸させる。溶湯を鋳造型内に注入すると、過酸化水素が熱分解を起こして多量の酸素が発生し、この酸素により消失模型２がほぼ完全燃焼して、残渣の発生が抑制される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消失模型を鋳物砂中に埋込んで造型した鋳造型に溶湯を注入し、前記消失模型を燃焼させて溶湯と置換するフルモールド鋳造法において、前記消失模型の一部または全部を高密度に形成すると共に、前記鋳物砂に予め酸化剤を含浸させることを特徴とするフルモールドと鋳造法。
【請求項２】
酸化剤として、過酸化水素を用いる、請求項１に記載のフルモールド鋳造法。
【請求項３】
消失模型が、発泡倍率５０倍未満の発泡体からなる、請求項１または２に記載のフルモールド鋳造法。
【請求項４】
消失模型が、ラピッドプロトタイピングにより造型された積層体からなる、請求項１または２に記載のフルモールド鋳造法。
【請求項５】
積層体が、シェル構造をなす請求項４に記載のフルモールド鋳造法。
【請求項６】
シェル構造をなす積層体が、内部に補強用リブを有している、請求項５に記載のフルモールド鋳造法。
【請求項７】
消失模型を鋳物砂中に埋込んでなる鋳造型において、前記消失模型の全部または一部を高密度に形成すると共に、前記鋳物砂に予め酸化剤を含浸させたことを特徴とするフルモールド鋳造型。
【請求項８】
酸化剤が、過酸化水素である、請求項７に記載のフルモールド鋳造型。
【請求項９】
消失模型が、発泡倍率５０倍未満の発泡体からなる、請求項７または８に記載のフルモールド鋳造型。
【請求項１０】
消失模型が、ラピッドプロトタイピングにより造型された積層体からなる、請求項７または８に記載のフルモールド鋳造型。
【請求項１１】
積層体が、シェル構造をなす、請求項１０に記載のフルモールド鋳造型。
【請求項１２】
シェル構造をなす積層体が、内部に補強用リブを有している、請求項１１に記載のフルモールド鋳造型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消失模型を鋳物砂中に埋込んで造型した鋳造型に溶湯を注入し、前記消失模型を燃焼させて溶湯と置換するフルモールド鋳造法および鋳造型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フルモールド鋳造法で用いる消失模型としては、燃焼性に優れていることから、一般にポリスチレン（ＰＳ）からなる、高発泡倍率（５０〜５５倍程度）の発泡体が使用されていた。しかし、このような発泡体は、低密度で剛性が低いため、機械加工性に劣り、鋳造品に対する最終的な機械加工代（取代）を多く見込んで消失模型を製作（機械加工）する必要があった。また、このような発泡体からなる消失模型は、その低剛性により鋳物砂中に埋込んで造型する際、変形を起こし易く、この面からも前記取代を多く見込まざるを得ず、この取代の多いことが、フルモールド鋳造品の製造コストを上昇させる大きな要因になっていた。
【０００３】
ところで、この種のフルモールド鋳造法においては、消失模型の燃焼により残渣（スス）が発生し、この残渣が型内に残って鋳造品の品質特に外観品質を悪化させる。この残渣は、上記した発泡体の発泡倍率が小さいほど、すなわち高密度の発泡体を用いるほど発生し易くなり、従来は、この面からも発泡体の発泡倍率を上記した５０〜５５倍程度に設定せざるを得ないこととなっていた。
なお、一部には、５〜１００倍と広範囲の発泡倍率を有する発泡体の使用可能性が示唆されている（特許文献１参照）が、実際上は、発泡倍率が５０倍に満たない低発泡倍率の発泡体を使用した例はない（特許文献１の実施例参照）。
また、最近では、モデル検討用やマスタモデル用の模型の造型法として多用されているラピッドプロトタイピングにより消失模型を製作することも検討されているが（特許文献２参照）、このような模型では、より高密度であるがゆえに上記残渣が多量に発生し、そのままでの使用は到底不可能である。
【０００４】
一方、特許文献３には、溶湯の注入前に、純酸素または高濃度酸素ガスを、鋳造型の注湯口や排気口を通じて消失模型に導入し、着火により消失模型を燃焼させ、その後に溶湯を注入するフルモールド鋳造法が記載されている。したがって、このようなフルモールド鋳造法によれば、発泡倍率が５０倍に満たない高密度の発泡体からなる消失模型、あるいはラピッドプロトタイピングによる消失模型の使用可能性が現実味を帯びる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２７３号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２６０５２号公報
【特許文献３】
特開平５−２３７５９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献３に記載のフルモールド鋳造法によれば、溶湯を注入する前に、すなわち溶湯との置換前に消失模型を焼失させてしまうため、焼失空間の周りの鋳物砂壁が崩落してしまう危険がある。また、別途、消失模型内に酸素を導入して着火させる余分な工程が必要になるため、生産効率の低下が避けれないようになる。
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、鋳造型の安定性を犠牲にしたり生産効率を低下させることなく高密度の消失模型の使用を可能にし、もって取代の削減による製造コストの低減に大きく寄与するフルモールド鋳造法および鋳造型を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るフルモールド鋳造法は、消失模型を鋳物砂中に埋込んで造型した鋳造型に溶湯を注入し、前記消失模型を燃焼させて溶湯と置換するフルモールド鋳造法において、前記消失模型の全部または一部を高密度に形成すると共に、前記鋳物砂に予め酸化剤を含浸させることを特徴とする。
また、本発明に係るフルモールド鋳造型は、鋳物砂中に埋込む消失模型の全部または一部を高密度に形成すると共に、前記鋳物砂に予め酸化剤を含浸させたことを特徴とする。
このように構成したフルモールド鋳造法および鋳造型においては、鋳造型を構成する鋳物砂に予め酸化剤が含浸されているので、消失模型の燃焼が促進され、消失模型として高密度のものを用いても残渣の発生を最小限に抑えることができる。
本フルモールド鋳造法および鋳造型において、上記酸化剤としては、分解により多量の酸素を発生する過酸化水素を用いるのが望ましい。
また、上記消失模型としては、発泡倍率５０倍未満の発泡体、またはラピッドプロトタイピングにより造型された積層体を用いることができる。ラピッドプロトタイピングにより造型された積層体を用いる場合は、燃焼量を減じる目的で、シェル構造とするのが望ましい。この場合、シェル構造をなす積層体の内部に補強用リブを設けるのが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態としてのフルモールド鋳造型を示したものである。同図において、１は鋳型枠、２は、後述の発泡体からなる消失模型、３は、後述の酸化剤を含浸させた鋳物砂で、消失模型２は、鋳型枠１内に充填した鋳物砂３に埋設されている。鋳物砂３内にはまた、後述の発泡体からなる湯口系模型４と同じく発泡体からなるカス溜め模型５とが埋設されている。また、鋳物砂３の上面側には、前記湯口系模型４に溶湯を供給するための溶湯受け６と、消失模型２およびカス溜め模型５の設置部分からガスを抜くための複数のガス抜き７とが設けられている。
【０００９】
本第１の実施の形態において、上記消失模型２は、発泡倍率５０倍未満望ましくは２０〜３０倍の高密度の発泡体からなっている。この発泡体の樹脂材料としては、燃焼性に優れ、かつ残渣の少ないものが望ましい。このような樹脂材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、特殊ポリスチレン（例えば、鐘淵化学工業社製、カネパールＡＸ）などがある。消失模型２の製作は、従来と同様に機械加工により行うが、この製作に際しては、加工精度、造型時の変形量、凝固収縮量等を見込んで適宜の取代をつける。
また、上記鋳物砂３に含浸させる酸化剤としては、入手容易で危険性が少なく、なおかつ発生酸素量の多いものを選択するの望ましい。このような酸化剤としては、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）があり、ここでは、過酸化水素の水溶液を事前に鋳物砂３に加えて含浸させる。
一方、上記湯口系模型４およびカス溜め模型５については、特に精度を要しないので、従来のフルモールド鋳造法で一般に用いられたスチレン系樹脂の高発泡倍率（５０〜５５倍）の発泡体を用いて製作する。
【００１０】
鋳造型の造型に際しては、図１に示すように、消失模型２を、鋳造すべき鋳造品の意匠面を決める成形面２ａが下向きとなるように鋳物砂３に埋込み、これと同時に湯口系模型４およびカス溜め模型５を鋳物砂３内に埋込み、さらに溶湯受け６、ガス抜き７等をセットする。
鋳造に際しては、溶湯を溜めた取鍋を操作して、該取鍋から溶湯受け６に溶湯を連続注入する。すると、先ず、溶湯の熱で湯口系模型４が燃焼し、鋳造型内に通路が形成される。この時、湯口系成形模型４は、高発泡倍率（低密度）の発泡体からなっているので速やかに焼失する。溶湯は、前記通路を流動して消失模型２に到達し、これにより消失模型２が燃焼する。この時、鋳物砂３に含浸されていた過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が、溶湯の熱で下記式に示す分解反応を起こし、多量の酸素（Ｏ2）が発生する。因みに、過酸化水素の量を６８ｇとすると、その分解により発生する酸素量は３２ｇ（２２.４リットル）となり、それほどの過酸化水素を鋳物砂３に含浸させなくても、多量の酸素を得ることができる。
２Ｈ2Ｏ2→２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2
【００１１】
そして、上記過酸化水素の分解により生じた多量の酸素の存在により、高密度の消失模型２がほぼ完全燃焼し、この結果、残渣の発生も大幅に抑制される。このようにして消失模型２と溶湯との置換が進み、遂には消失模型２が完全に焼失して、消失模型２の焼失空間（キャビティ）に溶湯が充填され、鋳造は終了する。なお、前記消失模型２と溶湯との置換中に生じたガスはガス抜き７を通じて外部へ排出される。また、消失模型２の燃焼により発生した残渣は、溶湯の面上を浮遊してその周辺部に集まるので、溶湯面の上昇に応じてカス溜め模型５内に流入する。
【００１２】
このようにして得られた鋳造品は、消失模型２として高密度の発泡体を用いているにもかかわらず、燃焼による残渣の発生が最小限に抑えられるので、外観品質に優れたものとなる。また、高密度の発泡体の使用が可能になることで、機械加工による消失模型２の加工精度を可及的に高めることができ、その分、鋳造品に対する最終の機械加工で必要とする取代を少なく見込むことができる。また、高密度の発泡体の使用により鋳造型の造型に際し、消失模型２の変形が抑えられるので、この変形が抑えられる分、前記した取代を少なく見込むことができる。すなわち、本フルモールド鋳造法によれば、高発泡倍率の消失模型を用いる従来のフルモールド鋳造法よりも、最終の機械加工における取代を大幅に少なくすることができ、結果として鋳造品の製造コストは大幅に低減する。
【００１３】
なお、上記第１の実施の形態においては、消失模型２の全部を低発泡倍率の発泡体から形成したが、本発明は、その一部を低発泡倍率の発泡体から形成するようにしてもよい。この場合は、鋳造すべき鋳造品の意匠面を決める成形面２ａ（図１）を含む側、すなわち加工精度を要求される側を低発泡倍率の発泡体から形成する。このように形成した低発泡倍率の発泡体から形成した分割部分は、従来と同様に高発泡倍率の発泡体から形成した残りの部分に対し、例えば、嵌込み式または接着式に結合一体化する。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態としてのフルモールド鋳造型は、上記発泡体からなる消失模型２に代えて、ラピッドプロトタイピングにより造型された積層体からなる消失模型１２（図２）を用いたことを特徴とする。ラピッドプロトタイピングには、大きく分けてシートを積層して立体モデルを造型するシート積層方式と、光硬化性樹脂を積層して立体モデルを造型する光造型方式との２つの方式があるが、本第２の実施の形態においては、その何れの方式をも採用することができる。
【００１５】
図３は、シート積層方式による造型プロセスを示したもので、裏面に接着剤をコーティングした紙を巻回したシートロール２１を用意し、このシートロール２１から引出した紙２２をテーブル２３上に送って、積層途中の積層体２４上に圧着する。次に、レーザヘッド２５から出射されるレーザビーム２６を所定の操作プログラムに従って紙２２上で走査させて、所定の輪郭形状に紙２２を切断し、その切断片２７をそのまま積層する。前記操作プログラムは、造型すべきモデルの３次元ＣＡＤデータから求めた断面データに基いて作成され、所望により後の分離を容易にするための格子状の切れ目２９が入れられる。その後は、リフタ２８により紙２２の一枚分だけテーブル２３を下降させながら前記手順が繰返えされ、これにより所望の形状の積層体が得られるようになる。
本第２の実施の形態において、上記シート積層方式のラピッドプロトタイピングによって造型された消失模型１２は、図２に示すようにシェル構造をなしており、したがって、上記造型プロセスの途中段階では、図３に黒塗りにて示すように、切断片２７は、シェル構造の消失模型１２の一つの断面を反映した枠形状となっている。
【００１６】
上記失模型１２の肉厚ｔは、前記最終の取代を確保するに足る見込量ｓを考慮して適宜の大きさとするが、焼失性を考慮すると、該肉厚ｔはできるだけ薄くするのが望ましい。一例として、この肉厚ｔは、２〜５ｍｍに設定される。ただし、肉厚ｔが薄くなると、消失模型１２の全体が剛性不足となって、鋳造型の造型時に変形する虞があるので、この場合は、図２に示したようにシェル内部に補強用リブ１３を設けるようにする。なお、この補強用リブ１３の形状は任意であり、図示のように内壁面に沿って門形に設けても、シェル内部を横断する隔壁状に設けてもよい。また、この補強用リブ１３は、上記したシート積層方式による造型プロセス（図３）で一体に形成してもよいが、別体の補強板をシェル内部に配置する構成としてもよい。別体の補強板を用いる場合は、燃焼性の良好な材料、例えばスチレン系樹脂を用いるのが望ましい。
【００１７】
本第２の実施の形態において、上記積層体の造型プロセスで用いる紙２２としては、できるだけ燃焼性が良好で、かつ燃焼による残渣の少ないものを選択するのが望ましい。このような紙質の紙としては、例えば、特殊製紙社製のＥＰ紙がある。また、この紙２２の厚さとしては、形状精度と生産性とを考慮して適宜の厚さとする。この厚さは、一例として0.2〜0.5ｍｍ程度である。
【００１８】
本第２の実施の形態における鋳造型の基本構造およびその造型方法は、上記第１の実施の形態（図１）と同様である。この場合、消失模型１２は、その頂面１２ａが、鋳造品の意匠面を決める成形面となるので、この頂面１２ａが下向きとなるように、予め過酸化水素を含浸させた鋳物砂３に埋込む。通常、鋳型枠１内への砂込めは、反転した状態で行われるので、このような開放シェル構造の消失模型１２を用いてもその内部に鋳物砂３が入ることはない。
また、鋳造の実行も上記第１の実施の形態と同じであり、鋳造型内への溶湯の注入により、鋳物砂３に含浸されていた過酸化水素が分解して、多量の酸素が発生し、高密度の消失模型１２がほぼ完全燃焼し、この結果、残渣の発生も大幅に抑制される。したがって、上記第１の実施の形態と同様に、外観品質に優れかつ最終の取代の少ない鋳造品が得られるようになる。
【００１９】
ここで、光造型方式のラピッドプロトタイピングを採用する場合は、上記テーブル２３上に紫外線により硬化する樹脂を収納した容器が置かれ、レーザビーム２６として紫外線レーザビームが用いられる。この場合、上記切断片２７に相当する部分が紫外線レーザビームの照射領域となり、これにより樹脂が層状に硬化し、リフタ２８によるテーブルの下降に応じてその積層高さが増す。
【００２０】
なお、上記第２の実施の形態においては、消失模型１２の全部をラピッドプロトタイピングによる積層体から形成したが、本発明は、その一部を該積層体から形成し、残りの部分を従来汎用の高発泡倍率の発泡体から形成するようにしてもよい。この場合は、鋳造すべき鋳造品の意匠面を決める成形面１２ａ（図２）を含む側、すなわち加工精度を要求される側を前記ラピッドプロトタイピングによる積層体から形成し、高発泡倍率の発泡体から形成した残りの部分に対し、例えば、嵌込み式または接着式に結合一体化する。
【００２１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るフルモールド鋳造法および鋳造型によれば、鋳造型を構成する鋳物砂に予め酸化剤を含浸させておくようにしたので、消失模型の燃焼が促進され、消失模型として、低発泡倍率の高密度の発泡体またはラピッドプロトタイピングによる高密度の積層体を用いても残渣の発生を最小限に抑えることができ、高密度の消失模型の使用が可能になる分、最終の取代の削減が可能になって、製造コストの大幅な低減を達成できる。また、注湯よりも前段階で消失模型を焼失させる必要がないので、鋳造型の安定性が損なわれることはなく、総じて本発明の及ぼす効果は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態としてのフルモールド鋳造型を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態としてのフルモールド鋳造型で用いる、ラピッドプロトタイピングによる消失模型を示す断面図である。
【図３】シート積層方式のラピッドプロトタイピングによる造型プロセス示す模式図である。
【符号の説明】
２    低発泡倍率の発泡体からなる消失模型
３    鋳物砂
１２  ラピッドプロトタイピングによる積層体からなるシェル構造の消失模型
１３  補強用リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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