(57)【要約】【課題】インベストメント精密鋳造鋳型に含まれるろう模型を、環境を汚染することなく、短時間で除去、回収し、かつこの鋳型の割れ欠陥を防止することにより、高効率で健全な鋳造品を製造する新しいシステムを提供する。【解決手段】インベストメント精密鋳造鋳型に含まれるろう模型（ツリー）をバーナー又はトーチランプの炎によって直接加熱し、湯口部分、湯道部分及び製品部分を、順次、液化、流出させ、鋳型の下方に置いた容器中に回収し、模型の形状が複雑な場合には、引き続き、鋳型を熱湯中に浸漬して残留したろう成分を溶融し、湯面に浮上したろう成分を回収し、これらの脱ろうされた鋳型を焼成炉に入れて完全にろう成分を燃焼・除去した後に、焼成炉から出した鋳型に溶融金属を鋳造し、健全な鋳物製品を得る。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
インベストメント精密鋳造鋳型のろう模型（ツリー）を炎で直接加熱してろう成分を燃焼することなく液化することによって鋳型から流出させ、脱ろうすることを特徴とするインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
【請求項２】
インベストメント精密鋳造鋳型の製造工程において、鋳型中のろう模型の外気に露出している湯口部分が、横向きから下向きになる範囲に鋳型を傾けて、ガス、液体又は固体粉末を燃料とするバーナー又は液体燃料によるトーチランプの大きさと温度を制御された炎を直接ろう模型の湯口部分から、順次、湯道部分及び製品部分へと当てるように鋳型又は上記バーナー又はトーチランプの一方又は双方を移動しながら、ろう成分を燃焼することなく液化することによって鋳型から流出させ、これを鋳型の下方に設けた容器中に回収して再び模型材料として循環利用することを特徴とする請求項１に記載のインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法により脱ろうした鋳型を、約１００℃の熱湯中に浸漬することにより、鋳型中に残留していたろう模型を溶融・回収し、かつ鋳型割れ（クラック）の発生を防止することを特徴とするインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の方法により脱ろうした鋳型を、約１０００℃の焼成炉中に入れて、鋳型中に残留していた少量のろう成分を完全に燃焼・除去することを特徴とするインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法により脱ろうした鋳型に、溶融金属を鋳造することによって、鋳ばりやガス欠陥のない健全な鋳造品を得ることを特徴とするインベストメント精密鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インベストメント（別名、ロストワックスともいう）精密鋳造法の鋳型（以下、インベストメント鋳型という）から、ろう模型（製品部分の外、湯道部分や湯口部分も含むツリー全体をいう）を除去する方法（以下、「脱ろう方法」という）に関するものであり、更に詳しくは、インベストメント鋳型中のろう模型を、ガス、液体又は固体粉末を燃料とするバーナー又は石油成分によるトーチランプ等の炎で直接加熱して迅速に流出・回収し、通常、これに引き続いて行う熱湯中での脱ろう時に多発する鋳型割れを防止し、健全な鋳造品を高効率に生産することを可能とする新規なインベストメント鋳型の脱ろう方法とその用途に関するものである。
【０００２】
【従来の方法】
一般に、インベストメント鋳型の製造方法は、まず、製品部に湯道及び湯口を取り付けた樹枝（ツリー）状のろう模型を粘結剤と耐火物微粉末を主成分とするスラリー中に浸漬し、これをスラリーから引き上げて、直ちに砂状の耐火物粒子を振りかけて（この作業をサンディングという）、薄いシェル状鋳型層を生成させ、これを乾燥硬化して、一つの鋳型層を製作する。この鋳型層で包まれた模型を再びスラリー中に浸漬し、引き上げてからサンディング後に第２層目の鋳型層を乾燥硬化する。このスラリー浸漬から鋳型層の硬化までの工程を、通常、７回程度繰り返して、インベストメント鋳型を作製する。
【０００３】
インベストメント鋳型から脱ろうする方法として、従来から、（ａ）約１０００℃に加熱された炉中に鋳型を挿入し、ろう模型を急激に燃焼するショックヒート法、（ｂ）オートクレーブ中に鋳型を置き、約１５０℃、６〜７気圧の過熱水蒸気の雰囲気中で、ろう模型を溶出するオートクレーブ法、（ｃ）約１００℃に加熱された熱湯中に鋳型を浸漬してろう模型を溶出する熱湯法、が知られている（特許文献１〜４、非特許文献１〜２参照）。
【０００４】
ところが、上記（ａ）の方法では、ろうの燃焼によるガスや黒煙の発生が多く、環境汚染の見地から使用されなくなってきた。上記（ｂ）の方法は、現在、大量生産用として使用されているが、オートクレーブの設備費用と過熱水蒸気発生に要する多量のエネルギー消費のため初期及びランニングのコストが高くなる難点がある。上記（ｃ）の方法では、ろうの回収率が高い利点はあるが、脱ろうに要する時間が長いことと、しばしば脱ろう中に鋳型が割れるという問題がある。鋳型が大きく割れた場合には、すぐに廃却されるが、小さな割れの場合でも鋳造品に鋳ばり（フィン）等の欠陥を生じ、精密鋳造品としては、不合格、廃却となる。このように、従来、インベストメント精密鋳型の脱ろう方法として、上記（ａ）〜（ｃ）の方法が知られているが、これらの方法には、上述のような問題点があり、当該技術分野においては、上記方法に代わり得る新しい脱ろう方法の開発が要請されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５４−２６２０４号公報
【特許文献２】
特開平７−４７４４３号公報
【特許文献３】
特開平１０−４３８３５号公報
【特許文献４】
特開平１０−１８０４０８号公報
【非特許文献１】
日本鋳物協会編：鋳物便覧、改訂４  版、Ｐ１０４６  （丸善発行１９８６年）
【非特許文献２】
錦織徳郎、外著：精密鋳造法、Ｐ３５  〜３６（日刊工業新聞社刊１９７３年）
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、インベストメント精密鋳型の脱ろう法として、ろう模型を回収することにより環境への汚染を防止することを可能とし、脱ろうに要する時間を大幅に短縮でき、かつ鋳型割れを発生しない経済的な脱ろう方法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、バーナー又はトーチランプ等からの制御された熱を利用して、ろう模型を燃焼することなく、直接ろう成分を鋳型から流出させ、回収することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、ろう模型を急激に燃焼することなく部分的に加熱してゆくことにより、液化したろうを流出、回収し、かつ熱湯法よりも大幅に脱ろう時間を短縮することができ、また、従来のろう模型全体を含む鋳型を熱湯中で加熱、流出させるときに多発していた鋳型割れを防止することもできる新しい脱ろう方法、及び該方法によって得られた鋳型に溶融金属を鋳造し、健全な鋳物を高効率で生産する方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）インベストメント精密鋳造鋳型のろう模型（ツリー）を炎で直接加熱してろう成分を燃焼することなく液化することによって鋳型から流出させ、脱ろうすることを特徴とするインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
（２）インベストメント精密鋳造鋳型の製造工程において、鋳型中のろう模型の外気に露出している湯口部分が、横向きから下向きになる範囲に鋳型を傾けて、ガス、液体又は固体粉末を燃料とするバーナー又は液体燃料によるトーチランプの大きさと温度を制御された炎を直接ろう模型の湯口部分から、順次、湯道部分及び製品部分へと当てるように鋳型又は上記バーナー又はトーチランプの一方又は双方を移動しながら、ろう成分を燃焼することなく液化することによって鋳型から流出させ、これを鋳型の下方に設けた容器中に回収して再び模型材料として循環利用することを特徴とする前記（１）に記載のインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
（３）前記（１）又は（２）に記載の方法により脱ろうした鋳型を、約１００℃の熱湯中に浸漬することにより、鋳型中に残留していたろう模型を溶融・回収し、かつ鋳型割れ（クラック）の発生を防止することを特徴とするインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
（４）前記（１）から（３）のいずれかに記載の方法により脱ろうした鋳型を、約１０００℃の焼成炉中に入れて、鋳型中に残留していた少量のろう成分を完全に燃焼・除去することを特徴とするインベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法。
（５）前記（４）に記載の方法により脱ろうした鋳型に、溶融金属を鋳造することによって、鋳ばりやガス欠陥のない健全な鋳造品を得ることを特徴とするインベストメント精密鋳造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明では、ろう模型（ツリー）及びバーナー等の形状により、鋳型の外気に露出している湯口側を横向き（時計の短針が３時の方向）から下向き（同、６時の方向）の間の適当な角度に傾けて、炭化水素等のガスや石油成分等の液体又は石炭等の固体粉末を燃料とするバーナー又は石油成分等の液体を燃料とするトーチランプ等の炎でろう模型の湯口部分から徐々に湯道部分、製品部分へと加熱して、液化したろうを鋳型から流出させ、鋳型の下方に設けられた容器中に回収する。
本発明においては、バーナー用燃料として、好適には、ＬＰＧガス（天然ガス）や石炭乾留ガスを使用することができるが、これらに限らず、燃焼可能なガスや液体、固体が使用可能であり、それらの種類及び組み合わせは制限されない。また、トーチランプ用燃料としては、好適には、ガソリンや灯油を使用することができるが、これらに限らず、燃焼可能な液体が使用可能であり、それらの種類及び組み合わせは制限されない。また、上記バーナー又はトーチランプと同様の機能を有するものであれば、同様に使用することができる。
【０００９】
本発明では、バーナー又はトーチランプ等の炎を可能な限り鋳型内部深くまで入れることによって、できるだけ多くのろう模型を流出させる。この鋳型中に残留している量が少ない（５％未満の）場合は、そのまま、次の焼成工程に送り、鋳型中に残留した少量のろう成分を焼成炉中で燃焼し、除去することができる。しかし、この鋳型中のろう残留量が比較的多い（５％以上の）場合は、焼成炉中での燃焼ガスや黒煙の発生を少なくするため、予めこの鋳型を約１００℃の熱湯中に浸漬して、残留していたろう成分を溶融し、湯面に浮上させることによって鋳型から除去し、回収する。
熱湯中で脱ろうした鋳型は、水分を除去するために、好適には、約２００〜３００℃で乾燥してから、次の焼成工程に送り、僅かに（１％以下に）残留したろう成分を焼成炉中で完全に燃焼、除去する。
【００１０】
次に、図面に基づいて本発明を具体的に説明する。
本発明の最も特徴とするところは、図１に示すように、製品部分１、湯道部分２及び湯口部分３から成るろう模型（ツリー）を含むインベストメント鋳型４を、バーナー又はトーチランプ５の形状等によって、湯口側を横向きから下向きの間のろうの流出しやすい角度に傾けながらバーナー等の炎をろう模型に直接当てて、順次、湯口部分から湯道部分及び製品部分へと液化、流出させることにある。流出したろう成分は、鋳型の下方に置かれた容器６中に効率よく回収し、再びろう模型材料として循環使用する。
【００１１】
本発明で使用する模型材料及び鋳型材料は、一般に使用される市販品で十分である。なお、模型材料としては、ろう成分の外、バーナー等によって液化する材料ならば、特に制限されない。例えば、消失模型材料として使用されているスチロール樹脂や尿素樹脂等の樹脂も使用可能である（特開平１１−１９７４９号、特開２０００−２７１７０１号、特開平１０−３６５５２号参照）。
【００１２】
【作用】
本発明では、ろう模型に直接バーナー等の炎を当てることによって、ろう成分を短時間で液化、流出させることができる。これは、ろうのような有機物の熱伝導率が金属の約１／１００、セラミックスの約１／１０と非常に低いため、炎の熱が周囲に伝わりにくく、炎の当たった部分のみの昇温速度が大きいからである。このようにして、バーナー等によって大きな体積を占める湯口部分、湯道部分をはじめとして、順次、製品部分まで出来るだけ大部分のろう模型を流出させることにより、次の工程における熱湯中での脱ろう時間を大幅に短縮できる。
【００１３】
また、ろう模型全体を含むインベストメント鋳型を熱湯中に浸漬する従来の熱湯法では、ろう模型の熱膨張率が周りのセラミック製であるインベストメント鋳型の約５倍大きいため、特に、大きな体積をもつ湯口部分や湯道部分が熱湯中で熱膨張する量が大きくなり、インベストメント鋳型を強く押し開く結果、鋳型割れをしばしば引き起こすが、バーナー等で予め大部分のろう模型を除去しておく本発明の方法では、インベストメント鋳型を熱湯中に浸漬しても鋳型割れは発生しない。
【００１４】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
直径１００ｍｍΦ、高さ７０ｍｍ、ろう重量９５ｇの水ポンプ用インペラー模型を２個取り付けたろう模型（ツリー）を含むインベストメント鋳型の露出部（湯口部分）を、当初、横向き（水平方向）に置き、これに灯油を燃料とするトーチランプの炎をツリーの湯口部分から、順次、湯道部分、製品部分へ当てて行き、この間に鋳型の湯口側を横方向（時計の短針が３時の方向）から下方向（同、６時の方向）に変えて行き、約１０分間で露出部からほとんど（約９５％）のろう成分を鋳型の下に置いた容器中に回収した。この場合は、熱湯中で脱ろうすることなく、次の焼成炉中で完全にろう成分を燃焼、除去した鋳型に、１８Ｃｒ−８Ｎｉステンレス鋳鋼を鋳造したところ、ガス欠陥のない健全な製品を得た。従来、このインベストメント鋳型の脱ろうは、２時間以上の長時間を要する熱湯中か、高価なオートクレーブ設備の中で行っていたが、本発明により、脱ろうに要する時間とコストを大幅に低下（５０％以下に）させることが可能となった。
【００１５】
実施例２
７０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ２０ｍｍ、ろう重量１１ｇの自動車エンジン用ロッカーアーム模型を８個取り付けたろう模型（ツリー）を含むインベストメント鋳型の露出部を、初めから斜め下方向（時計の短針が４時半の方向）に向けて、これにＬＰＧガスを燃料とするブンゼン・バーナーの炎をツリーの湯口部分と湯道部分に当て、約１０分間でろう模型成分の約８０％を溶出し、容器中に回収した。肉薄の製品部分のろうが残留したので、引き続き１００℃の熱湯中で約１０分間加熱して残っていたろう成分を溶融し、湯の表面に浮上した固形分を回収した。この場合に、鋳型割れは全く生じなかった（合格率１００％）。従来、このろう模型を全て含むインベストメント鋳型を熱湯中で脱ろうした場合は、約５０％の鋳型に割れが発生し、使用不能になって廃棄されていた。
熱湯中で約９９％脱ろうされたインベストメント鋳型を約１０００℃の焼成炉中で加熱し、完全にろう成分を燃焼、除去した後に、球状黒鉛鋳鉄を鋳造したところ、健全な製品を得た。
【００１６】
実施例３
８０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ、ろう重量１０ｇの航空機エンジン用ガスタービン動翼模型を６個取り付けたろう模型（ツリー）を含むインベストメント鋳型の露出部を、当初、横方向（時計の短針が３時の方向）に置いて、これにイソブタンガスを燃料とする携帯型バーナーの炎を湯口部分に当て、湯道部分へ炎を当てるときは鋳型をやや下向き（同、５時の方向）に傾けてゆき、約１０分間でろう成分の約７５％を溶出し、容器中に回収した。複雑で肉薄の製品部分にろうが残留したので、引き続き１００℃の熱湯中で約１０分間加熱して残りのろう成分を溶融し、湯面に浮上した固形分を回収した。この場合も、鋳型割れは全く生じなかった（合格率１００％）。従来、このろう模型を全て含むインベストメント鋳型を熱湯中で脱ろうした場合は、約４０％の鋳型に割れが発生し、廃棄されていた。
熱湯中で約９９％脱ろうされたインベストメント鋳型を約１０００℃の焼成炉中で加熱し、完全にろう成分を燃焼、除去した後に、１２Ｃｒ−２．５Ｎｉ−１．５Ｍｏ耐熱鋼を鋳造したところ、健全な製品を得た。
【００１７】
実施例４
５０ｍｍ×５０ｍｍ×高さ４０ｍｍ、ろう重量２３ｇの空気機器用軸受模型を４個取り付けたろう模型（ツリー）を含むインベストメント鋳型の露出部を、初めから、ほぼ下向き（時計の短針が５時の方向）に置いて、これにＬＰＧガスを燃料とするブンゼン・バーナーの炎を、順次、湯口部分から湯道部分へと当ててゆき、約１０分間でろう成分の約８５％を溶出し、容器中に回収した。肉薄の製品部分にろうが残留したので、引き続き１００℃の熱湯中で約１０分間加熱して残りのろう成分を溶融し、湯面に浮上した固形分を回収した。この場合も、鋳型割れは全く生じなかった（合格率１００％）。従来、このろう模型を全て含むインベストメント鋳型を熱湯中で脱ろうした場合は、約５０％の鋳型に割れが発生し、廃棄されていた。
熱湯中で約９９％脱ろうされたインベストメント鋳型を約１０００℃の焼成炉中で加熱し、完全にろう成分を燃焼、除去した後に、高力黄銅を鋳造したところ、健全な製品を得た。
【００１８】
実施例５
２０ｍｍ×２０ｍｍ×高さ１３ｍｍ、ろう重量３ｇの光学顕微鏡部品（ミラーボックス）模型を１２個取り付けたろう模型（ツリー）を含むインベストメント鋳型の露出部を、初めから、ほぼ下向き（時計の短針が５時の方向）に置いて、これにＬＰＧガスを燃料とするブンゼン・バーナーの炎を、順次、湯口部分、湯道部分へと当ててゆき、約１０分間でろう成分の約８０％を溶出し、容器中に回収した。複雑で肉薄の製品部分にろうが残留したので、引き続き１００℃の熱湯中で約１０分間加熱して残りのろう成分を溶融し、湯面に浮上した固形分を回収した。この場合も、鋳型割れは全く生じなかった（合格率１００％）。従来、このろう模型を全て含むインベストメント鋳型を熱湯中で脱ろうした場合は、約４０％の鋳型に割れが発生し、廃棄されていた。
熱湯中で約９９％脱ろうされたインベストメント鋳型を約１０５０℃の焼成炉中で加熱し、完全にろう成分を燃焼、除去した後に、アルミニウム合金を鋳造したところ、健全な製品を得た。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、インベストメント精密鋳造鋳型の脱ろう方法及びその用途に係るものであり、本発明により、（１）インベストメント鋳型中のろう模型をバーナー等によって直接加熱することにより、高価な設備を使うことなく、短時間で脱ろうと同時にろうの回収ができる、（２）製品の形状が複雑なことの多い通常の場合に、引き続いて行う熱湯中での脱ろう時に約半数の鋳型に発生していた鋳型割れ欠陥を完全に防止できる、（３）本発明を使用することにより、省資源（ろうのリサイクル）、省エネルギー（加熱時間の短縮）化を促進し、その結果として、特に、中〜小量生産品の製造コストを大幅に（約３０〜５０％）低減できる、という格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、インベストメント鋳型をバーナー又はトーチランプで直接加熱してろう成分を溶出し、容器中に回収する本発明の概要図である。
【符号の説明】
１  製品部分
２  湯道部分
３  湯口部分
４  インベストメント鋳型
５  バーナー又はトーチランプ
６  ろうの回収容器
【図１】
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