(57)【要約】【課題】  複雑で細かい形状の鋳型を高精度に製造することができ、また塗膜の厚い鋳型を製造するに際しては、表面品質の改善された鋳型を製造することが可能な鋳型造型方法を提供する。【解決手段】  室温以上で１００℃未満の温度に加熱した模型に塗型液を塗布し、次いでコーテッドサンドを模型内に充填し、その後、コーテッドサンドを硬化させる。減圧雰囲気下において、マイクロ波照射により溶剤を除去すると共に、コーテッドサンドを硬化させる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室温以上で１００℃未満の温度に加熱した模型に塗型液を塗布し、次いでコーテッドサンドを模型内に充填し、その後、コーテッドサンドを硬化させることを特徴とする鋳型造型方法。
【請求項２】
上記コーテッドサンドを模型内に充填した後、コーテッドサンドに溶剤を付与することを特徴とする請求項１の鋳型造型方法。
【請求項３】
上記コーテッドサンドを模型内に充填する前、コーテッドサンドに溶剤を付与することを特徴とする請求項１の鋳型造型方法。
【請求項４】
上記コーテッドサンドを模型内に投入しながら、コーテッドサンドに溶剤を噴霧して付与することを特徴とする請求項１の鋳型造型方法。
【請求項５】
溶剤を含有させた高分子吸収剤とコーテッドサンドとの混合体を模型内に充填することを特徴とする請求項１の鋳型造型方法。
【請求項６】
マイクロ波照射により上記溶剤を除去すると共に、コーテッドサンドを硬化させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの鋳型造型方法。
【請求項７】
上記マイクロ波照射は、減圧雰囲気下において行うことを特徴とする請求項６の鋳型造型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋳型造型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の鋳型造型方法について、本願発明の実施形態を示す図でもある図１〜図５に示す中子造型工程に基づいて説明する。まず、液状の塗型液１を、中子取り２の内部へ注入し、中子取り２の内周面の全面に塗型液１を行き渡らせる。この場合の塗型液１としては、水５０部と水ガラス５０部とを混合した液体に、ケイ石粉末、あるいはアルミナ粉末を加えた無機系水溶性塗型液を使用する。次に図２に示すように、中子取り２を反転し、内部の塗型液１を排出する。これで中子取り２の内部に略均一に塗型液１が塗布されたことになる。次に図３のように、中子取り２の内部にコーテッドサンド３を充填する。この場合のコーテッドサンド３としては、ケイ砂にケイ酸ソーダやケイ酸カリ等の無機系粘結剤をコーティングし、これを乾燥した乾燥状態の鋳物砂を使用する。そして次に、図４に示すように、マイクロ波照射によりこれらを加熱してコーテッドサンド３及び塗型液１を硬化させる。図５のように、硬化した中子４を中子取り２から取り出すと、中子取り２の内部の模型面形状が正確に転写されると共に、その表面に硬質の塗膜を有する中子４を製造することができる。
【０００３】
上記において鋳物砂が硬化するのは、次のような理由に依る。すなわち、マイクロ波を照射すると、塗型液１における誘電損失の大きい水分が選択的に加熱され、自己発熱により水蒸気となって中子取り２の外部へ排出される。このときコーテッドサンド３の無機系粘結剤が再び溶解し、乾燥硬化するためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記鋳型造型方法においては、次のような問題がある。まず、第１には、複雑で細かい形状の中子４を、高精度には製造し難いということである。その理由は、次の通りである。すなわち、上記のように乾燥状態の鋳物砂を使用するため、鋳物砂そのものの流動性は比較的良好であるものの、中子取り２の内面が塗型液１で覆われて湿った状態にあるため、鋳物砂の自由な流動が塗型液１の湿りによって阻害され、細かい溝部、凹部等に鋳物砂を確実に充填しきれないためである。
【０００５】
また、上記鋳型造型方法によって造型される中子４を、金型鋳造（アルミダイキャスト）に用いようとすれば、砂型鋳造において用いる中子４よりも、塗膜を厚くする必要がある。それは、塗膜に薄い部分があると、溶湯がその部分から中子４内に刺し込み、鋳肌が荒れてしまうためである。しかしながら、上記鋳型造型方法において、塗膜を厚くするため、多量の塗型液１を塗布すると、マイクロ波の照射時に、塗型液１中の水分が沸騰し、塗膜面に凹凸が生じて、極めて劣悪な表面状態になってしまい、実用に供し得ないという問題が生じる。
【０００６】
さらに、上記鋳型造型方法によって造型される中子４を、金型鋳造（アルミダイキャスト）や複雑形状のアルミニウム鋳造に適用しようとすると、鋳造終了後の中子４の除去作業に際しても大きな問題が生じる。それは、中子４を除去するために、ショットブラストを行う必要があるので、内面鋳肌を傷めたり、あるいは複雑な形状の鋳物では、ショットブラストを行うことができず、中子４を取り出せないことにもなるということである。
【０００７】
この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、従来同様の鋳型を製造するに際しては、複雑で細かい形状の鋳型を高精度に製造することができ、また塗膜の厚い鋳型を製造するに際しては、表面品質の改善された鋳型を製造することが可能な鋳型造型方法を提供することにある。つまり、この発明は、従来よりも品質の改善された鋳型を製造することが可能な鋳型造型方法を提供することを目的としている。また、この発明は、金型鋳造（アルミダイキャスト）や複雑形状のアルミニウム鋳造のように、ショットブラストを行うことができない鋳造法の鋳造後において、除去を容易に行うことが可能な鋳型を製造可能な鋳型造型方法を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の鋳型造型方法は、室温以上で１００℃未満の温度に加熱した模型に塗型液を塗布し、次いでコーテッドサンドを模型内に充填し、その後、コーテッドサンドを硬化させることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の鋳型造型方法は、上記コーテッドサンドを模型内に充填した後、コーテッドサンドに溶剤を付与することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の鋳型造型方法は、上記コーテッドサンドを模型内に充填する前、コーテッドサンドに溶剤を付与することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の鋳型造型方法は、上記コーテッドサンドを模型内に投入しながら、コーテッドサンドに溶剤を噴霧して付与することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の鋳型造型方法は、溶剤を含有させた高分子吸収剤とコーテッドサンドとの混合体を模型内に充填することを特徴としている。
【００１３】
請求項６の鋳型造型方法は、マイクロ波照射により上記溶剤を除去すると共に、コーテッドサンドを硬化させることを特徴としている。
【００１４】
請求項７の鋳型造型方法は、上記マイクロ波照射は、減圧雰囲気下において行うことを特徴としている。
【００１５】
上記において、コーテッドサンドとは、ケイ砂に可溶性粘結剤をコーティングし、これを乾燥した乾燥状態の鋳物砂をいう。上記溶剤とは、水、水にアルコール等の他の溶剤を加えたもの、あるいは他の溶剤を意味するが、溶剤としては水が好適であり、この場合、上記可溶性粘結剤は、水溶性粘結剤である。水溶性粘結剤としては、ケイ酸ソーダ、ケイ酸カリ等の無機系粘結剤、プロテイン生体高分子を主体とするもの、硫酸マグネシウムを主体とするものが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
上記請求項１の鋳型造型方法によれば、模型内面の塗型液が半乾燥状態にあるため、コーテッドサンドの自由な流動が塗型液の湿りによって阻害されるのが防止され、コーテッドサンドは、模型の内面の細かい溝部、凹部等に確実に充填され、模型内部の模型面形状が正確に転写された高精度の鋳型を製造できる。
【００１７】
上記請求項２〜請求項５の鋳型造型方法によれば、その実施に好適である。
【００１８】
上記請求項６の鋳型造型方法によれば、その実施に好適である。しかも、この鋳型造型方法によって造型される中子を、金型鋳造（アルミダイキャスト）に用いようとする場合には、塗膜を厚くする必要がある。そのため多量の塗型液を塗布しても、模型が加熱状態にあるため、模型内面の塗型液は半乾燥状態にある。従って、マイクロ波の照射時に、従来のように、塗型液中の水分が沸騰し、塗膜面に凹凸が生じて、極めて劣悪な表面状態になってしまうという不具合の発生を抑制できる。この結果、塗膜の厚い鋳型を製造するに際しては、表面品質の改善された鋳型を製造することが可能となる。
【００１９】
上記請求項７の鋳型造型方法によれば、従来よりも低温領域において溶剤が気化、除去されるので、模型温度を低下させることができる。そのため模型冷却に要する待機時間を従来よりも短縮でき、鋳型の製造能率を向上することが可能となる。また蒸気の流動化が図れるので、複雑な形状の鋳型であっても、均一な硬度で、かつ短時間内に硬化可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次にこの発明の鋳型造型方法の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施例）
まず、第１実施例について説明する。この実施例は、通常の砂型鋳造において使用する中子を製造するためのものである。最初に、図１に示すように、塗型液１を、模型としての中子取り２の内部へ注入し、中子取り２の内周面の全面に塗型液１を行き渡らせる。この場合、中子取り２は、予め１００℃以下、好ましくは、７０℃〜８０℃の範囲に加熱しておく。塗型液１としては、水５０部と水ガラス５０部とを混合した液体に、ケイ石粉末、あるいはアルミナ粉末を加えた無機系水溶性塗型液を使用する。次に図２に示すように、中子取り２を反転し、内部の塗型液１を排出する。これで中子取り２の内部に略均一に塗型液１が塗布されたことになる。このとき、中子取り２が加熱されているので、塗型液１に含まれている水分は次第に蒸発し、塗型液１は次第に乾燥していく。
【００２２】
次に、塗型液１が乾燥した状態で、図３のように、中子取り２の内部にコーテッドサンド３を充填する。この場合のコーテッドサンド３としては、ケイ砂に、ケイ酸ソーダと硫酸マグネシウムとを１：１で配合した無機系粘結剤を３〜５％添加してコーティングし、これを乾燥した乾燥状態の鋳物砂を使用する。そして次に、中子取り２の内部に水蒸気を流し込み、コーテッドサンド３に水分を付与する。水分は、乾燥したコーテッドサンド３に０．５重量％程度だけ含ませるようにする。そして、この状態で、図４に示すように、マイクロ波照射によりこれらを加熱してコーテッドサンド３及び塗型液１を硬化させる。この際、好ましくは、図４に示すマイクロ波照射によるコーテッドサンド（鋳物砂）３の硬化工程において、真空ポンプＰを使用し、５０〜４７４ｈＰａ程度の減圧雰囲気下においてマイクロ波を照射する。
【００２３】
図５のように、硬化した中子４を中子取り２から取り出すと、中子取り２の内部の模型面形状が正確に転写されると共に、その表面に硬質の塗膜を有する中子４を製造することができる。特に、上記した鋳型造型方法においては、中子取り２の内面の塗型液１が乾燥した状態にあるため、コーテッドサンド３の自由な流動が塗型液１の湿りによって阻害されるのが防止され、コーテッドサンド３は、中子取り２の内面の細かい溝部、凹部等に確実に充填され、中子取り２の内部の模型面形状が正確に転写された高精度の中子４を製造できる。
【００２４】
上記マイクロ波照射によるコーテッドサンド３の硬化工程においては、誘電損失の大きい水分が選択的に加熱され、自己発熱により水蒸気となって中子取り２の外部へ排出される。このときコーテッドサンド３の無機系粘結剤が乾燥硬化する。この場合、マイクロ波照射を減圧雰囲気下において行っているので、水分が水蒸気となる温度は、従来のように大気圧下で行うよりも充分に低くなる（例えば、３５〜８０℃）。この結果、中子取り２の温度上昇が抑制され、中子取り２の冷却に要する待機時間を従来よりも短縮でき、中子４の製造能率を向上することが可能となる。また、中子取り２の温度上昇が抑制される結果、中子取り２に使用しているポリスチレン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材に生じる変形量が低減する。その結果、中子取り２の精度低下、製造される鋳型精度の低下が大幅に抑制されると共に、中子取り２の使用寿命を向上し得ることになる。
【００２５】
また、発生した水蒸気は、中子取り２の上部開口部から外部へと放出されるので、水蒸気の流動化を図ることができる。従って複雑形状の中子４であっても、均一な硬度で、かつ短時間内に硬化可能となる。なお、上記実施例においては、無機系粘結剤として、ケイ酸ソーダと硫酸マグネシウムとを１：１で配合したものを使用したが、ケイ酸カリと硫酸マグネシウムとを１：１で配合したもの、ケイ酸ソーダ単独、ケイ酸カリ単独で使用してもよい。
【００２６】
（第２実施例）
フッ素樹脂を機械加工して得た模型を、予め７０℃に加熱しておく。硅酸ソーダ５部、Ｈｏｒｍｅｌ  Ｆｏｏｄｓ  コーポレーション製のプロテイン生体高分子３部を主粘結材とし、これに硅石粉末１００部、水３５部、その他金属酸化物活性剤等を少々配合して塗型液を作成する。この塗型液を、模型内に充填後、反転して、模型内部に塗膜層を形成した。塗膜厚みを厚くできるように、従来よりも粘性を高くする。そのために、ＣＭＣ（カルボメチルセルローズ）を添加して、これを調整した。
【００２７】
プロテイン生体高分子と水とを半々にして溶いたものを硅砂に３部添加して、コートしながら水分をとばして、硅砂１００部、プロテイン生体高分子１．５部のコーテッドサンドを得た。このプロテインでコートされた硅砂を塗型された前記模型に充填する。このコーテッドサンド砂を模型内に充填する前に、高分子吸水剤（三洋化成製ＡＳ−５００）をさらに細かく粉砕したものに水を５００％添加し、これをコーテッドサンドに０．５部混合した（コーテッドサンド１００部に対し、（ＡＳ−５００を１００部＋水５００部）を０．５部）。上記配合物を複雑形状膜型内に円振動を与えながら充填した。その後マイクロ波１８００Ｗを４分間照射し、良好な厚い塗型表面を持つ中子を得た。この中子は、鋳造後の崩壊性が良好で、温水に漬けて崩壊させることも可能である。
【００２８】
（第３実施例）
６０℃の温水１００部に硫酸マグネシウム６部、レゾール系フェノール３部を主粘結剤として、これに硅石粉末１００部、水３５部、その他金属酸化物活性剤等を少々配合して塗型液を作成する。これを８０℃に予熱したシリコン樹脂型に充填し、塗膜を形成し、ほぼ乾燥させる。その後、更に塗型液を樹脂型（模型）に充填した後、速やかに反転させて、第２層目の塗膜を形成する。
【００２９】
硫酸マグネシウムを３％添加して作成したコーテッドサンドに０．２％（コーテッドサンドの流れを損なわない程度）の水を添加したものを樹脂型（模型）に充填した。コーテッドサンドに０．２％の水分を添加したものに対してマイクロ波を照射しても、それ自体では硬化しないが、塗膜中に存在する少量の水分（塗膜は半乾燥）との共働作用で、マイクロ波照射によってしっかり硬化し、また塗膜と充填砂ともしっかり密着した良好な中子が得られた。この中子は、鋳造後の崩壊性が良好で、温水に漬けて崩壊させることも可能である。
【００３０】
上記鋳型造型方法によって造型される中子を、金型鋳造（アルミダイキャスト）に用いようとする場合には、塗膜を厚く形成すること、中子表面の塗膜面に吹かれなどを生ぜずきれいな表面を作ること、塗膜と中子砂との密着度を良好にすることが要求される。上記３点を満足する最高の条件は、生乾きの状態の塗膜に、砂中に水分を持ちながら、砂の流動性をあまり落としていないコーテッドサンドを、振動を与えながら充填すると良い。これにより、エンジンのジャケット中子のような複雑な形状のものであっても良好な中子を得ることができる。
【００３１】
（第４実施例）
プロテイン生体高分子粘結剤を３％添加して、コーテッドサンドを作る。６０℃に加熱したフッ素樹脂模型に、実施例２で使用した塗型液を、実施例２と同一方法で塗型した後、塗膜が半乾燥状態のときに、上記コーテッドサンドを模型に振動を与えながら、かつコーテッドサンドに水を噴霧しながら充填した後、マイクロ波を照射し、良好な中子を得た。
【００３２】
塗膜を厚く（０．８ｍｍ程度に）するためには、塗型液の粘度を高くするのが好適である。従来の水分量５５〜６０％から水分量を３５〜４５％に減少する。ただし使用する粘結剤、骨材などの種類や添加割合で異なるので、塗型が０．８ｍｍ程度になるように水を調整するのが最も良い。もちろん模型や塗型の温度によっても異なるので、塗膜を２回塗り、又は多層塗りをするのが好ましい。例えば、塗型液を１度乾燥させ、またその上から塗るのである。
【００３３】
以上にこの発明の鋳型造型方法の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記においては中子製造工程について説明しているが、これは中子に限らず、種々の鋳型製造に適用可能である。また上記においては、溶剤として水を用いた例を示しているが、水とアルコール（メタノール、エタノール）等の他の溶剤を混合したものを溶剤としたり、あるいは水以外の他の溶剤を使用することも可能であり、粘結剤も上記に限られるものではない。なお、水以外の溶剤を使用する場合において、これがマイクロ波が作用し難いものの場合には、鋳物砂中にカーボン等を添加して昇温を助けるようにするのが好ましい。また上記図４においてはマイクロ波照射用チャンバー内を減圧するようにしているが、模型内部を直接的に減圧するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の鋳型造型方法を中子製造工程に適用した実施形態において、塗型液を注入する工程を示す説明斜視図である。
【図２】上記実施形態において、塗型液を排出する工程を示す説明斜視図である。
【図３】上記実施形態において、コーテッドサンドを注入する工程を示す説明斜視図である。
【図４】上記実施形態において、マイクロ波を照射する鋳物砂の硬化工程を示す説明斜視図である。
【図５】上記実施形態において、中子を取出す工程を示す説明斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  塗型液
２  中子取り
３  コーテッドサンド
４  中子
Ｐ  真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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