(57)【要約】【課題】押湯の冷却速度を遅らせることにより鋳造欠陥の発生が防止される、大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置、該装置を用いた砂型鋳造方法及び該装置の製造方法を提供する。【解決手段】  大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置１０は、鋳造品に対応するキャビティ１８が設けられた鋳物砂からなる下型１６と、キャビティ１８に連なる大気開放の押湯部２４が設けられた鋳物砂からなる上型１４と、上型１４における押湯部２４の周囲に設けられ、押湯部２４の周囲に空気層を確保する凹部２６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造品に対応するキャビティが設けられた鋳物砂からなる下型と、
前記キャビティに連なる大気開放の押湯部が設けられた鋳物砂からなる上型と、
前記上型における前記押湯部の周囲に設けられ、前記押湯部の周囲に空気層を確保する凹部と、
を備えることを特徴とする大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置を用いた砂型鋳造方法であって、
前記キャビティに溶湯を注入して、前記キャビティを通じて前記押湯部に溶湯を流入させる注湯工程を備える
ことを特徴とする砂型鋳造方法。
【請求項３】
前記注湯工程において、前記押湯部から前記溶湯を溢れさせ、溢れた溶湯を前記凹部に流入させる
ことを特徴とする請求項２に記載の砂型鋳造方法。
【請求項４】
前記注湯工程の後に、前記押湯部内の溶湯を冷却する冷却工程を更に備え、
前記冷却工程において、前記凹部内に空気流が流入するように前記上型に向けて送風が行われる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の砂型鋳造方法。
【請求項５】
前記注湯工程の後に、前記凹部を覆う蓋を配置する蓋配置工程を更に備える
ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の砂型鋳造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置の製造方法であって、
鋳枠内に押湯部の模型及び凹部の模型を配置する配置工程と、
前記配置工程の後に、前記鋳枠内に鋳物砂を充填する型込め工程と、
前記型込め工程の後に、前記押湯部の模型及び前記凹部の模型を除去する除去工程と
を備え、
前記凹部の模型は可燃性材料からなり、
前記除去工程において、前記凹部の模型を燃焼させて除去する
ことを特徴とする大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置、該装置を用いた砂型鋳造方法及び該装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砂型鋳造では、砂型内に鋳造品に対応するキャビティが設けられる。そして、砂型には、引け巣等の鋳造欠陥対策として、溶湯を蓄える押湯部が設けられることがある。押湯部に蓄えられた溶湯は、必要に応じて凝固収縮によって発生する空隙（巣）に供給されて、鋳造欠陥の発生が防止される。
例えば、特許文献１は、非大気開放型の押湯装置を開示しており、この押湯装置では、砂型に設けられた凹みにネックダウンシェルが配置される。ネックダウンシェルと砂型の間には空気層が形成されており、注湯後の溶湯の冷却速度を遅らせている。これにより、押湯を凝固収縮によって発生する空隙（巣）に供給して歩留まりを良好にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】昭６０−２２７９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
押湯は、凝固収縮によって発生する空隙（巣）への溶湯の補給を目的として設けられており、製品となる部位の溶湯よりも後に凝固する最終凝固部である必要がある。しかしながら、製品となる部位に対して押湯が小さく、製品となる部位の溶湯の冷却速度が相対的に遅いような場合、押湯が最終凝固部とならないことがある。このような場合、押湯の効果が得られないため、引け巣等の鋳造欠陥が発生してしまうおそれがある。
【０００５】
この対策としては、押湯を大きくしたり、保温することで、押湯の冷却速度を遅らせることが挙げられる。
しかしながら、押湯の冷却速度を遅らせるために発熱剤や断熱剤を用いた場合、コストが増大するという問題がある。
また、押湯を大きくすると、クレーンの吊り上げ重量や溶解能力を増大せねばならず、工場設備の改良が必要になるという問題や、押湯量を増やしたことによる材料費の増加といった問題が発生する。
【０００６】
一方、砂型鋳造においては、鋳造品を速やかに取り出すために、製品となる部位の溶湯が凝固した後に、押湯を例えば空冷によって冷却することが行われている。しかしながら、特許文献１が開示する押湯装置は非大気開放型であり、ネックダウンシェルの周りの空気層に外部から空気流を供給することができないため、押湯の冷却速度を速くすることができない。
【０００７】
また、特許文献１が開示する押湯装置では、溶湯を注入可能な容積が一定であり、溶湯を外部に流出させることができない。つまり、非大気開放型の押湯装置では、溶湯中の不純物を外部に流出させるための「はかせ」作業を実施することができない。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、簡単な構成にて、押湯の冷却速度を遅らせることにより鋳造欠陥の発生が防止される、大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置、該装置を用いた砂型鋳造方法及び該装置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】
【０００９】
上記目的を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、鋳造品に対応するキャビティが設けられた鋳物砂からなる下型と、前記キャビティに連なる大気開放の押湯部が設けられた鋳物砂からなる上型と、前記上型における前記押湯部の周囲に設けられ、前記押湯部の周囲に空気層を確保する凹部と、を備えることを特徴とする大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置を提供する。
【００１０】
この大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置によれば、凹部によって押湯部の周囲に空気層が確保される。空気の熱伝導率は、鋳物砂の熱伝導率よりも低いため、凹部の空気層は断熱層として機能する。このため、発熱剤や断熱剤を使用せずとも、押湯の冷却速度を遅らせることができ、製造コストの増大を抑制しながら、引け巣等の鋳造欠陥の発生が防止される。
【００１１】
また、この構成によれば、キャビティ内の溶湯が凝固した後に凹部に空気を送ることによって、押湯部の溶湯の凝固物を速やかに冷却することができる。従って、鋳造品を速やかに取り出すことができ、鋳造に要する時間を短縮することができる。
更に、この構成によれば、注湯の際に、押湯部から溶湯を溢れさせることによって、溶湯に含まれる不純物を凹部に送り出すことができる。つまり、凹部を利用し、はかせが実施でき、これにより、得られる鋳造品の品質を更に向上させることができる。この場合、凹部に流入した高温の溶湯で押湯部を囲むことによって、押湯の冷却速度を遅らせることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記の大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置を用いた砂型鋳造方法であって、前記キャビティに溶湯を注入して、前記キャビティを通じて前記押湯部に溶湯を流入させる注湯工程を備えることを特徴とする砂型鋳造方法を提供する。
【００１３】
この砂型鋳造方法によれば、凹部によって押湯部の周囲に空気層が確保される。空気の熱伝導率は、鋳物砂の熱伝導率よりも低いため、凹部の空気層は断熱層として機能する。このため、発熱剤や断熱剤を使用せずとも、押湯の冷却速度を遅らせることができ、製造コストの増大を抑制しながら、引け巣等の鋳造欠陥の発生が防止される。
【００１４】
好ましくは、前記注湯工程において、前記押湯部から前記溶湯を溢れさせ、溢れた溶湯を前記凹部に流入させる。
この構成によれば、注湯の際に、押湯部から溶湯を溢れさせることによって、溶湯に含まれる不純物を凹部に送り出すことができる。つまり、凹部を利用し、はかせが実施でき、これにより、得られる鋳造品の品質を更に向上させることができる。
【００１５】
好ましくは、前記の砂型鋳造方法は、前記注湯工程の後に、前記押湯部内の溶湯を冷却する冷却工程を更に備え、前記冷却工程において、前記凹部内に空気流が流入するように前記上型に向けた送風が行われる。
この構成によれば、キャビティ内の溶湯が凝固した後に凹部に空気を送ることによって、押湯部内の溶湯を速やかに冷却することができる。従って、鋳造品を速やかに取り出すことができ、鋳造に要する時間を短縮することができる。
【００１６】
好ましくは、前記の砂型鋳造方法は、前記注湯工程の後に、前記凹部を覆う蓋を配置する蓋配置工程を更に備える。
この構成によれば、蓋を配置することによって、凹部内の空気の逃散を防止することができ、空気層の断熱効果をより高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記の大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置の製造方法であって、鋳枠内に押湯部の模型及び凹部の模型を配置する配置工程と、前記配置工程の後に、前記鋳枠内に鋳物砂を充填する型込め工程と、前記型込め工程の後に、前記押湯部の模型及び前記凹部の模型を除去する除去工程とを備え、前記凹部の模型は可燃性材料からなり、前記除去工程において、前記凹部の模型を燃焼させて除去することを特徴とする大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置の製造方法を提供する。
【００１８】
この構成によれば、凹部の模型を燃焼させて除去することによって、凹部の模型を容易に除去することができる。この結果として、この構成によれば、製造コストの増加を抑制しながら、大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡単な構成にて、押湯の冷却速度を遅らせることにより鋳造欠陥の発生が防止される、大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置、該装置を用いた砂型鋳造方法及び該装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の砂型鋳造装置の構成を概略的に示す上面図である。
【図３】図１の砂型鋳造装置を用いて鋳造された鋳造品を概略的に示す斜視図である。
【図４】図１の砂型鋳造装置を用いた砂型鋳造方法の処理手順を示す図である。
【図５】図４中の下型作製工程を説明するための図である。
【図６】図４中の上型作製工程を説明するための図である。
【図７】図６の上型作製工程において使用される凹部の模型を概略的に示す斜視図である。
【図８】図４中の注湯工程を説明するための図である。
【図９】図４中の徐冷工程における溶湯の冷却状態を説明するための図である。
【図１０】図４中の冷却工程を説明するための図である。
【図１１】図４中の押湯凝固部切断工程の実行直前における溶湯の凝固物の冷却状態を説明するための図である。
【図１２】図４中の押湯凝固部切断工程を説明するための図である。
【図１３】図４中の押湯凝固部切断工程を説明するための図である。
【図１４】第２実施形態の砂型鋳造方法における注湯工程を説明するための図である。
【図１５】第３実施形態の砂型鋳造方法における、蓋配置工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。但し、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。
【００２２】
〔大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置及び鋳造品〕
図１は、本発明の一実施形態の大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置（以下、単に砂型鋳造装置ともいう）１０を概略的に示す断面図であり、図２は、砂型鋳造装置１０を概略的に示す上面図である。図３は、砂型鋳造装置１０を用いて鋳造される鋳造品１２を概略的に示す斜視図である。
【００２３】
砂型鋳造装置１０は、上型１４及び下型１６を有する。上型１４及び下型１６は、それぞれ鋳物砂からなる砂型である。鋳物砂は、例えば、珪砂及び粘土を含み、更に、無機又は有機の粘結剤を含んでいても良い。
【００２４】
下型１６には、キャビティ（空洞部）１８が形成されており、キャビティ１８の形状は、鋳造されるべき鋳造品１２の形状に対応している。鋳造品の形状に応じて、キャビティは、上型にも設けられていてもよく、キャビティの内部に中子が設置されてもよい。
【００２５】
下型１６及び上型１４には、湯道を構成する例えばセラミックス製のパイプ２０，２２がそれぞれ埋設されている。パイプ２０の下端は、例えばキャビティ１８の底部に開口している。一方、パイプ２２の上端は、上型１４の上面にて開口し、湯口を形成している。
また、上型１４には、キャビティ１８の上部に連なる押湯部２４が形成されている。押湯部２４は、例えば、上型１４を上下に貫通する円柱状の空間であり、上型１４の上面にて開口している。
【００２６】
更に、上型１４には、押湯部２４を囲む円筒形状の凹部２６が形成されている。凹部２６は上型１４の上面にて開口している。凹部２６は、押湯部２４とは離隔しており、また、キャビティ１８とも連通していない。押湯部２４の外縁から凹部２６の内縁までの距離は、好ましくは、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
【００２７】
凹部２６の内周面（内面）と外周面（外面）とは所定の距離にて相互に離隔しており、また、凹部２６は、押湯部２４の深さと比較できる程度の深さを有する。従って、凹部２６内の空気は、押湯部２４を囲む円筒形状の空気層を構成する。また、凹部２６の下面とキャビティ１８上部の間隔は、好ましくは、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
なお、図３の鋳造品１２は、キャビティ１８に注入した溶湯が凝固して得られるものであり、押湯部２４に注入した溶湯が凝固したもの（押湯凝固部）は含んでいない。
【００２８】
〔砂型鋳造方法〕
以下、砂型鋳造装置１０を用いた砂型鋳造方法について説明する。
図４は、砂型鋳造方法の処理手順を概略的に示している。砂型鋳造方法は砂型鋳造装置１０の製造方法も含んでおり、砂型鋳造方法によれば、まず下型作製工程Ｓ１０が実行される。
【００２９】
ここで、図５は、下型作製工程Ｓ１０を説明するための概略的な図である。下型作製工程Ｓ１０では、まず、図５（ａ）に示すように、定盤上に配置された鋳枠内に、キャビティ１８の模型２８及びパイプ２０が配置される。模型２８は、例えば木製である。それから、図５（ｂ）に示すように、鋳枠内に鋳物砂が充填され、硬化させられる。この後、図５（ｃ）に示すように、鋳枠及び定盤が上下反転させられる。最後に、図５（ｄ）に示すように、定盤を外してから模型２８を除去して、下型１６が完成する。
【００３０】
再び図４を参照すると、下型作製工程Ｓ１０に続いて、上型作製工程Ｓ２０が実行される。ただし、上型作製工程Ｓ２０と下型作製工程Ｓ１０の順序は特に限定されない。
図６は、上型作製工程Ｓ２０を説明するための概略的な図である。上型作製工程Ｓ２０では、まず、図６（ａ）に示すように、定盤上に配置された鋳枠内に、押湯部２４の模型３０、パイプ２２、及び、凹部２６の模型３２が配置される（配置工程）。
【００３１】
ここで図７は、凹部２６の模型３２の外形形状を概略的に示す斜視図である。模型３２は、凹部２６の形状に対応して円筒形状を有する。模型３２の材質は特に限定されることはないが、好ましくは、加工が容易な可燃性材料であり、具体的には、発泡スチロールが好ましい。
【００３２】
図６（ｂ）を参照すると、配置工程の後、鋳枠内に鋳物砂が充填され、硬化させられる（型込め工程）。型込め工程の後、図６（ｃ）に示すように、鋳枠及び定盤が上下反転させられる。この後、定盤を外してから、押湯部２４の模型３０及び凹部２６の模型３２を除去する除去工程が行われる。本実施形態では、まず、図６（ｄ）に示すように、押湯部２４の模型３０が除去される。それから、図６（ｅ）に示すように凹部２６の模型３２に火を付けて燃焼させる。これにより、図６（ｆ）に示すように模型３２が除去され、上型１４が完成する。
【００３３】
上型１４及び下型１６が完成した後、下型１６の上に上型１４を配置する型合わせ工程Ｓ３０が実行され、続けて注湯工程Ｓ４０が実行される。注湯工程Ｓ４０では、図８に示したように、湯口に溶湯が注入され、これにより、キャビティ１８に溶湯が供給されるとともに、キャビティ１８を通じて押湯部２４にも溶湯が供給される。
【００３４】
注湯工程Ｓ４０の後、徐冷工程Ｓ５０が実行される。徐冷工程Ｓ５０では、上型１４及び下型１６を放置することによって、キャビティ１８及び押湯部２４の内部の溶湯が凝固するまで徐冷される。徐冷工程Ｓ５０では、図９に示したように、押湯部２４の直下の領域Ａの溶湯が半凝固状態になってもまだ、押湯部２４の溶湯は溶融状態にあり、領域Ａの溶湯が凝固した後、押湯部２４の溶湯は凝固する。
【００３５】
全ての溶湯が凝固した後、好ましい態様として、冷却工程Ｓ６０が実行される。冷却工程Ｓ６０では、図１０に示したように、例えばファン３４を用いて、上型１４の上面に向けて空気流が送られる。この際、空気流が凹部２６内に流入するように空気流の方向が調整される。
【００３６】
冷却工程Ｓ６０の実行により、高温状態の溶湯の凝固物は上方から冷却される。図１１の一点鎖線Ｂよりも上方の領域において凝固物の温度がある程度低くなった後、つまり、押湯部２４に注入された溶湯が凝固した押湯凝固部及びその周辺の温度が低くなった後、押湯凝固部切断工程Ｓ７０が実行される。
押湯凝固部切断工程Ｓ７０では、図１２に示したように上型１４は枠ごと鋳物砂が取り除かれ、押湯凝固部が露出させられる。それから、図１３に示したように、押湯凝固部が切り離されて除去される。
【００３７】
この後、取り出し工程Ｓ８０が実行され、キャビティ１８に注入された溶湯が凝固した物、即ち鋳造品１２が下型１６から枠ごと鋳物砂が取り除かれ、例えばクレーンを使って取り出される。
【００３８】
上述した第１実施形態の砂型鋳造装置１０及び砂型鋳造方法によれば、凹部２６によって押湯部２４の周囲に空気層が確保される。空気の熱伝導率（約０．０２４１Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、鋳物砂の熱伝導率（クロマイト砂の場合に約０．５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも低いため、凹部２６の空気層は断熱層として機能する。このため、発熱剤や断熱剤を使用せずとも、押湯の冷却速度を遅らせることができ、製造コストの増大を抑制しながら、鋳造品１２における引け巣等の鋳造欠陥の発生が防止される。
【００３９】
また、第１実施形態の砂型鋳造方法では、好ましい態様として、冷却工程Ｓ６０において、凹部２６内に空気流が流入するように上型１４に向けた送風が行われる。この構成によれば、キャビティ１８内の溶湯が凝固した後に凹部２６に空気を送ることによって、押湯部２４内の溶湯の凝固物を速やかに冷却することができる。従って、押湯部２４内の溶湯の凝固物を早期に切り離して鋳造品１２を速やかに取り出すことができ、鋳造に要する時間を短縮することができる。
【００４０】
また更に、第１実施形態の砂型鋳造方法では、好ましい態様として、押湯凝固部を切り離してから鋳造品１２を取り出すことによって、鋳造品１２を吊り上げるクレーンの吊り上げ重量を低減することができ、工場設備の増強を図る必要がない。
【００４１】
また、第１実施形態の砂型鋳造装置１０の製造方法では、凹部２６の模型３２を燃焼させて除去することによって、凹部２６の模型３２を容易に除去することができる。この結果として、この製造方法によれば、製造コストの増加を抑制しながら、砂型鋳造装置１０を容易に製造することができる。
【００４２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の砂型鋳造方法について説明する。なお、第２実施形態の構成のうち、第１実施形態の構成と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。
【００４３】
第２実施形態の砂型鋳造方法においても砂型鋳造装置１０が用いられる。第２実施形態の砂型鋳造方法は、図１４に示したように、注湯工程Ｓ４０において、押湯部２４から溶湯を溢れさせ、溢れた溶湯を凹部２６に流入させる点においてのみ、第１実施形態の砂型鋳造方法と異なる。
【００４４】
この構成によれば、注湯の際に、押湯部２４から溶湯を溢れさせることによって、溶湯に含まれる不純物を凹部２６に送り出すことができる。つまり、凹部２６を利用しはかせを行うこともでき、これにより、得られる鋳造品１２の品質を更に向上させることができる。
また、凹部２６に流入した高温の溶湯で押湯部２４を囲むことによって、押湯の冷却速度を遅らせることができる。
【００４５】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の砂型鋳造方法について説明する。なお、第３実施形態の構成のうち、第１実施形態の構成と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。
【００４６】
第３実施形態の砂型鋳造方法においても砂型鋳造装置１０が用いられる。第３実施形態の砂型鋳造方法は、注湯工程Ｓ４０と徐冷工程Ｓ５０との間に、蓋配置工程を含む点においてのみ、第１実施形態の砂型鋳造方法と異なる。
蓋配置工程では、図１５に示したように、上型１４の上面に、凹部２６を覆う蓋３６が配置される。蓋３６は、冷却工程Ｓ６０の前に外される。換言すれば、蓋３６は、全ての溶湯が凝固した後に外される。この構成によれば、蓋３６を設置することによって、凹部２６内の空気の逃散を防止することができ、空気層の断熱効果をより高めることができる。
【００４７】
本発明は、上述した第１乃至第３実施形態に限定されることはなく、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の各々に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した第１実施形態では、好ましい態様として冷却工程Ｓ６０にて凝固物を強制的に冷却したが、放置により徐冷してもよい。
【００４８】
また、上述した第１実施形態では、好ましい態様として押湯凝固物を切り離してから鋳造品１２を取り出したが、重量が問題にならないのであれば、全溶湯の凝固物を取り出してから押湯凝固物を切り離してもよい。
更に、凹部２６の形状は、円筒形状に限定されることはなく、角筒形状であってもよい。この場合、凹部の模型として４枚の板を組み合わせて用いてもよい。あるいは、複数の凹部で押湯部を囲んでもよく、例えば、２つの半円筒形状の凹部を上型１４に形成してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０    大気開放型押湯部付き砂型鋳造装置
１２    鋳造品
１４    上型
１６    下型
１８    キャビティ
２４    押湯部
２６    凹部
３２    凹部の模型
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013163195.tif 000011
【図１０】
2013163195.tif 000012
【図１１】
2013163195.tif 000013
【図１２】
2013163195.tif 000014
【図１３】
2013163195.tif 000015
【図１４】
2013163195.tif 000016
【図１５】
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