(57)【要約】【課題】ガス抜きを効率よく行うことができ、残渣欠陥の無い鋳造物を得ることができる消失模型及びそれを用いる消失模型鋳造法を提供する。【解決手段】消失模型１は合成樹脂発泡体２からなり、塗型材３が塗布された合成樹脂発泡体２の上下方向に延在する面の互いに対向する位置に、合成樹脂発泡体２を露出させることにより設けられた複数対のガス抜き窓４ａ、４ｂを備える。一のガス抜き窓の対４ａ、４ａは、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対４ｂ、４ｂに対し、水平方向の位置をずらして設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂発泡体からなる消失模型であって、
塗型材が塗布された該合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面の互いに対向する位置に、該合成樹脂発泡体を露出させることにより設けられた複数対のガス抜き窓を備え、
一のガス抜き窓の対は、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対に対し、水平方向の位置をずらして設けられていることを特徴とする消失模型。
【請求項２】
請求項１記載の消失模型において、前記合成樹脂発泡体はリブを備え、前記ガス抜き窓は該リブに対応する部分に設けられることを特徴とする消失模型。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の消失模型において、前記合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面が水平方向で対称であるときに、同一高さに設けられる複数対の前記ガス抜き窓が該合成樹脂発泡体の対称となる位置に設けられることを特徴とする消失模型。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の消失模型において、前記ガス抜き窓は、前記合成樹脂発泡体の目的とする鋳造物に一致する形状の部分からさらに外方に突出して設けられた突出部の外端面に設けられることを特徴とする消失模型。
【請求項５】
鋳枠に収容された鋳物砂に湯道を形成する工程と、
合成樹脂発泡体からなり、塗型材が塗布された該合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面の互いに対向する位置に、該合成樹脂発泡体を露出させることにより設けられた複数対のガス抜き窓を備え、一のガス抜き窓の対は、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対に対し、水平方向の位置をずらして設けられている消失模型を、該鋳枠内に開口する該湯道の開口部を閉塞するように固定し、該鋳物砂で埋設する工程と、
該鋳物砂に、該湯道に連通する湯口を形成する工程と、
該湯口から溶湯を注湯して、該消失模型を分解させて消失させ、その跡に該消失模型と同一形状の鋳造物を得る工程とを備えることを特徴とする消失模型鋳造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物砂内に埋設され、溶湯が注湯されることにより消失して鋳型を形成する消失模型及びそれを用いる消失模型鋳造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、砂型鋳造法の１つとして、鋳物砂内に発泡ポリスチレン等の合成樹脂発泡体からなる消失模型を埋設し、該消失模型を鋳型とする消失模型鋳造法が知られている。
【０００３】
前記消失模型鋳造法は、前記鋳物砂内に埋設された前記消失模型にその下部から溶湯を供給し、該溶湯の熱により該消失模型を形成する合成樹脂を分解し消失させることにより空洞を形成し、該空洞を鋳型として該消失模型と同一形状の鋳造物を得る技術である。前記消失模型鋳造法によれば、前記合成樹脂発泡体により前記消失模型を形成するので、複雑な形状の鋳造物であっても、中子を用いることなく容易に鋳造することができる。
【０００４】
ところが、鋳造方案によっては、前記消失模型を形成する合成樹脂が分解する際に発生する炭化物等の残渣が鋳肌に付着する残渣欠陥が発生するという問題がある。前記問題は、前記溶湯の熱により前記合成樹脂が分解する際に発生するガスの量が多く、該溶湯の上に形成されるガス層が厚くなることにより、該ガス層が断熱材として作用するためと考えられる。前記ガス層が断熱材として作用すると、前記溶湯の熱が前記消失模型に伝わり難くなり、前記消失模型が低温で分解するために残渣が多くなる。
【０００５】
そこで、前記消失模型鋳造法では、前記消失模型が消失する際に発生するガスを前記鋳型の外部に除去する必要があり、該ガスを除去する（以下、ガス抜きという）手段が種々提案されている。前記ガス抜きの手段として、例えば、前記消失模型に１ｍ３当たり５００〜５０００００本の貫通孔を格子状に形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記消失模型に前記貫通孔を形成すると、供給された溶湯が該貫通孔に流入して該消失模型の分解が急激に進展して前記ガス抜きが困難になることがあるという不都合がある。
【０００８】
本発明は、かかる不都合を解消して、ガス抜きを効率よく行うことができ、残渣欠陥の無い鋳造物を得ることができる消失模型及びそれを用いる消失模型鋳造法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明は、合成樹脂発泡体からなる消失模型であって、塗型材が塗布された該合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面の互いに対向する位置に、該合成樹脂発泡体を露出させることにより設けられた複数対のガス抜き窓を備え、一のガス抜き窓の対は、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対に対し、水平方向の位置をずらして設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の消失模型では、鋳物砂に埋設されてその底面から溶湯を供給すると、該溶湯の熱により前記合成樹脂発泡体が分解するが前記塗型材は残るので、該塗型材に囲まれた内部が空洞になる。前記空洞には前記溶湯が充填され、該溶湯が凝固することにより鋳造物が得られるが、該溶湯が充填される過程では、該溶湯の上方に前記消失模型を形成する合成樹脂発泡体の分解により発生したガスの層が形成されている。
【００１１】
ここで、本発明の消失模型は、前記合成樹脂発泡体に塗型材を塗布する際に該合成樹脂発泡体を露出させた部分を設け、この部分をガス抜き窓としているので、前記空洞が形成されると該ガス抜き窓の部分では該空洞に前記鋳物砂が面することになる。従って、前記ガスは前記鋳物砂の間隙から外部に除去される。
【００１２】
本発明の消失模型では、前記ガス抜き窓は、前述のように塗型材から前記合成樹脂発泡体を露出させることにより形成されるものであり、現実の貫通孔として形成されているわけではないので、前記溶湯の流入による該消失模型の急激な分解を防止することができる。
【００１３】
また、本発明の消失模型は、複数対の前記ガス抜き窓を備え、一のガス抜き窓の対は、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対に対し、水平方向の位置をずらして設けられている。この結果、本発明の消失模型では、該消失模型を形成する合成樹脂発泡体の分解により発生したガスのガス抜きを効率よく行うことができ、前記溶湯の上方に形成されるガス層の厚さを低減することができる。
【００１４】
従って、本発明の消失模型によれば、前記溶湯の熱が該消失模型に伝わり易くなり、該消失模型を形成する合成樹脂発泡体を高温で分解させることができるので、残渣欠陥の無い鋳造物を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の消失模型において、前記合成樹脂発泡体はリブを備え、前記ガス抜き窓は該リブに対応する部分に設けられることが好ましい。
【００１６】
前記合成樹脂発泡体がリブを備える場合、該リブの部分では他の部分に比較して該合成樹脂発泡体の容積が大きくなっており、該合成樹脂発泡体の分解により発生するガスも多量になる。従って、前記ガス抜き窓が前記リブに対応する部分に設けられていることにより、前記合成樹脂発泡体の分解により発生したガスのガス抜きをさらに効率よく行うことができる。
【００１７】
また、前記合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面が水平方向で対称である場合、前記ガス抜き窓が非対称となる位置に設けられていると、前記ガス抜きが水平方向において不均一になることが懸念される。
【００１８】
そこで、本発明の消失模型は、前記合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面が水平方向で対称であるときに、同一高さに設けられる複数対の前記ガス抜き窓が該合成樹脂発泡体の対称となる位置に設けられることが好ましい。このようにすることにより、前記合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面が水平方向で対称となる部分での前記ガス抜きを均一に行うことができる。
【００１９】
また、前記ガス抜き窓を設けた部分では、前記溶湯が前記鋳物砂に直接に接触した状態で凝固するため、目的とする鋳造物に鋳肌荒れが生じることがある。
【００２０】
そこで、本発明の消失模型において、前記ガス抜き窓は、前記合成樹脂発泡体の目的とする鋳造物に一致する形状の部分からさらに外方に突出して設けられた突出部の外端面に設けられることが好ましい。前記突出部の外端面に前記ガス抜き窓が設けられた消失模型によれば、前記鋳肌荒れは前記突出部の外端面に形成されることになる。そこで、前記溶湯が凝固したのち、得られた鋳造物の前記突出部に対応する部分を削除することにより、目的とする鋳造物において鋳物荒れの発生を確実に防止することができる。
【００２１】
また、本発明の消失模型鋳造法は、鋳枠に収容された鋳物砂に湯道を形成する工程と、合成樹脂発泡体からなり、塗型材が塗布された該合成樹脂発泡体の上下方向に延在する面の互いに対向する位置に、該合成樹脂発泡体を露出させることにより設けられた複数対のガス抜き窓を備え、一のガス抜き窓の対は、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対に対し、水平方向の位置をずらして設けられている消失模型を、該鋳枠内に開口する該湯道の開口部を閉塞するように固定し、該鋳物砂で埋設する工程と、該鋳物砂に、該湯道に連通する湯口を形成する工程と、該湯口から溶湯を注湯して、該消失模型を分解させて消失させ、その跡に該消失模型と同一形状の鋳造物を得る工程とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の消失模型鋳造法によれば、前記ガス抜き窓を設けた前記消失模型を用いることにより、該消失模型を形成する前記合成樹脂発泡体を高温で分解させることができるので、残渣欠陥の無い鋳造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の消失模型の一構成例を示す模式的斜視図。
【図２】本発明の消失模型鋳造法の各工程を示すフローチャート。
【図３】図１に示す消失模型を用いる消失模型鋳造法を示す模式的断面図。
【図４】本発明の消失模型の第１の変形例を示す模式的斜視図。
【図５】本発明の消失模型の第２の変形例を示す模式的斜視図。
【図６】本発明の消失模型の第３の変形例を示す模式的斜視図。
【図７】本発明の消失模型の比較例の構成例を示し、（Ａ）は比較例１の模式的斜視図、（Ｂ）は比較例２の模式的斜視図。
【図８】本発明の実施例１及び比較例１，２の消失模型において、溶湯がゲートを通過した後の経過時間に対するガス層の厚さの変化を示し、（Ａ）は消失模型の表層部のガス層の厚さを示すグラフ、（Ｂ）は消失模型の中心部のガス層の厚さを示すグラフ。
【図９】本発明の実施例１及び比較例１，２の消失模型において、消失模型の高さに対するガス圧の変化を示し、（Ａ）は消失模型の表層部のガス圧を示すグラフ、（Ｂ）は消失模型の中心部のガス圧を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の消失模型１は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂発泡体２に塗型材３が塗布されており、上下方向に延在する面の互いに対向する位置に複数対のガス抜き窓４ａ、４ｂを備えている。ガス抜き窓４ａ、４ｂは、塗型材３から合成樹脂発泡体２を露出させることにより設けられており、一のガス抜き窓の対４ａ、４ａは、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対４ｂ、４ｂに対し、水平方向の位置をずらして（図１では、消失模型１の互いに隣接する側面に）設けられている。
【００２６】
ガス抜き窓４ａ、４ｂは、合成樹脂発泡体２のガス抜き窓４ａ、４ｂを形成する部分に粘着テープ等のマスク（図示せず）を貼付して合成樹脂発泡体２全体に塗型材３を塗布した後、該マスクを剥離することにより形成することができる。或いは、ガス抜き窓４ａ、４ｂは、合成樹脂発泡体２のガス抜き窓４ａ、４ｂを形成する部分を避けて塗型材３を塗布することにより形成するようにしてもよい。
【００２７】
次に、図２及び図３を参照して、消失模型１を用いる消失模型鋳造法について説明する。
【００２８】
本実施形態の消失模型鋳造法では、まず、図２のＳＴＥＰ１で、図３に示すように消失模型１に湯道１１を接続する。次に、図２のＳＴＥＰ２で、図３に示すように湯道１１が接続された消失模型１を鋳枠１２内に固定し、鋳物砂１３で埋設する。
【００２９】
次に、図２のＳＴＥＰ３で、図３に示すように鋳物砂１３に、湯道１１に連通する湯口１４を形成する。そして、図２のＳＴＥＰ４で、湯口１４から溶湯を注湯する。
【００３０】
このようにすると、前記溶湯が湯道１１から消失模型１の下部の塗型材３が塗布されていない開口部１５を介して消失模型１の底部に供給される。消失模型１は、前述のように発泡ポリスチレン等の合成樹脂発泡体２に塗型材３が塗布されているので、合成樹脂発泡体２が前記溶湯の熱により分解されて消失する一方、合成樹脂発泡体２の分解により発生したガスが溶湯とその上方の未分解の合成樹脂発泡体２との間にガス層を形成する。
【００３１】
このとき、前記ガス層の厚さが過大であると前記溶湯の熱が未分解の合成樹脂発泡体２に伝わり難くなり、合成樹脂発泡体２が低温で分解するために残渣の発生が懸念される。前記懸念について、本実施形態では、塗型材３から合成樹脂発泡体２を露出させてガス抜き窓４ａ、４ｂが形成されている消失模型１を用いている。
【００３２】
消失模型１では、合成樹脂発泡体２が分解して消失すると、塗型材３が残り、塗型材３に囲まれた内部が空洞となり、ガス抜き窓４ａ、４ｂに鋳物砂１３が露出される。従って、前記ガスは、ガス抜き窓４ａ、４ｂから露出される鋳物砂１３の間隙を介して放出される。
【００３３】
また、消失模型１は、複数対の前記ガス抜き窓４ａ、４ｂを備え、一のガス抜き窓の対４ａ、４ａは、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対４ｂ、４ｂに対し、水平方向の位置をずらして設けられている。この結果、消失模型１では、前記ガスのガス抜きを効率よく行うことができ、前記溶湯の上方に形成される前記ガス層の厚さを低減することができ、合成樹脂発泡体２を高温で分解させることにより残渣の発生を防止することができる。
【００３４】
従って、本実施形態の消失模型鋳造法では、消失模型１が消失した跡に消失模型１と同一形状であって、残渣欠陥のない鋳造物を得ることができる。得られた鋳造物は図２のＳＴＥＰ５で脱型することにより取出される。
【００３５】
次に、消失模型１の変形例について説明する。図１に示す消失模型１において、一のガス抜き窓の対４ａ、４ａと、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対４ｂ、４ｂとは、消失模型１の互いに隣接する側面に設けられることにより、水平方向の位置をずらしている。しかし、ガス抜き窓の対４ａ、４ａと、高さ方向で隣接する他のガス抜き窓の対４ｂ、４ｂとは、図４に示すように、同一側面に設けられていてもよい。
【００３６】
また、消失模型１を形成する合成樹脂発泡体２がリブ５を備える場合、ガス抜き窓４ａ、４ｂのいずれか一方又は両方がリブ５に対応する部分に設けられていてもよい。尚、図４では、ガス抜き窓４ａがリブ５に対応する部分に設けられている場合を示している。
【００３７】
また、図５に示すように、消失模型１において、合成樹脂発泡体２の上下方向に延在する面が水平方向で対称となる部分６、６を備えるときには、同一高さに設けられる複数対のガス抜き窓４ａ、４ａが合成樹脂発泡体２の対称となる部分６、６に設けられていてもよい。
【００３８】
また、本実施形態の消失模型鋳造法で得られる鋳造体は、ガス抜き窓４ａ、４ｂに対応する部分で溶湯が鋳物砂１３に直接接触するので、鋳物荒れが発生することがある。そこで、図６に示すように、消失模型１は、合成樹脂発泡体２の目的とする鋳造物に一致する形状の部分からさらに外方に突出して設けられた突出部７を備え、突出部７の外端面にガス抜き窓４ａ又はガス抜き窓４ｂが設けられていることが好ましい。
【００３９】
この場合、突出部７のガス抜き窓４ａ又はガス抜き窓４ｂに対応する部分に鋳物荒れが発生することがある。しかし、突出部７は目的とする鋳造物に一致する形状の部分からさらに外方に突出して設けられたダミーであるので、鋳造物を脱型した後、該鋳造物の突出部７に対応する部分を削除することにより、鋳物荒れのない鋳造物を得ることができる。
【００４０】
次に、図１に示す消失模型１（実施例１）と、図７（Ａ）又は図７（Ｂ）に示す消失模型２１、３１を用いて、消失模型鋳造法を行ったときのガス層の厚さとガス圧を測定した。
【００４１】
図７（Ａ）に示す消失模型２１は比較例１であり、ガス抜き窓４ａ、４ｂを全く設けていないことを除いて、図１に示す消失模型１と全く同一の構成を備えている。そこで、対応する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４２】
また、図７（Ｂ）に示す消失模型３１は比較例２であり、ガス抜き窓４ａ、４ｂが同一の高さに設けられていることを除いて、図１に示す消失模型１と全く同一の構成を備えている。そこで、対応する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】
図８は、本発明の実施例１及び比較例１，２において、溶湯がゲートを通過した後の経過時間に対するガス層の厚さの変化を示す。
【００４４】
実施例１では、図３に示す消失模型１の高さ方向の複数の位置に外部から図示しない電極及びガスセンサを所定の深さに挿入し、溶湯がゲートを通過してから所定時間後に検知された溶湯の位置とガス層の最も高い位置とから、ガス層の厚さを算出した。
【００４５】
消失模型１は、底面が５０ｍｍ×５０ｍｍであり、高さが４００ｍｍのものを使用した。前記電極及びガスセンサは、消失模型１の上下方向に延在する面から垂直に５ｍｍの深さ又は２５ｍｍの深さに挿入されている。
【００４６】
この結果、前記電極及びガスセンサは、５ｍｍの深さにおいて消失模型１の表層部における前記溶湯及びガス層の位置を検知し、２５ｍｍの深さにおいて消失模型１の中心部における前記溶湯及びガス層の位置を検知する。
【００４７】
また、前記溶湯の位置は、ゲートに設けられた電極Ａと、ある電極Ｂとの間が通電したときに、電極Ｂの位置にあるものとして検知した。
【００４８】
一方、比較例１、２においては、図３における消失模型１に代えて消失模型２１、３１を用いた以外は、実施例１と全く同一にしてガス層の厚さを算出した。尚、図８において、ガス層の厚さがマイナスになっている領域は、ガスよりも溶湯が先に検知されたことを示し、溶湯の位置が激しく上下していることを意味する。
【００４９】
図８から、実施例１の消失模型１によれば、溶湯がゲートを通過してから６秒後以降では表層部及び中心部のいずれにおいても、比較例１、２の消失模型２１、３１に比較してガス層の厚さが薄く、溶湯の位置が激しく上下することもないことが明らかである。
【００５０】
図９は、本発明の実施例１及び比較例１，２において、消失模型の高さに対するガス圧の変化を示す。
【００５１】
実施例１では、図３に示す消失模型１の高さ方向の複数の位置に外部から図示しない圧力センサを所定の深さに挿入し、圧力センサの検知する測定値が上昇し、最大圧力を示した時点において各圧力センサにより、ガス圧を検知した。
【００５２】
消失模型１は、底面が５０ｍｍ×５０ｍｍであり、高さが４００ｍｍのものを使用した。前記圧力センサは、消失模型１の上下方向に延在する面から垂直に５ｍｍの深さ又は２５ｍｍの深さに挿入されている。この結果、前記圧力センサは、５ｍｍの深さにおいて消失模型１の表層部における前記ガス圧を検知し、２５ｍｍの深さにおいて消失模型１の中心部における前記ガス圧を検知する。
【００５３】
一方、比較例１、２においては、図３における消失模型１に代えて消失模型２１、３１を用いた以外は、実施例１と全く同一にしてガス圧を検知した。
【００５４】
図９から実施例１の消失模型１によれば、約１６０ｍｍ以上の高さでは表層部及び中心部のいずれにおいても、比較例１、２の消失模型２１、３１に比較してガス圧が低く、ガス層が薄くなっていることが明らかである。
【符号の説明】
【００５５】
１…消失模型、  ２…合成樹脂発泡体、  ３…塗型、  ４ａ、４ｂ…ガス抜き窓。
【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】
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