消失模型鋳造法
【課題】工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる消失模型鋳造法を提供する。
【解決手段】鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定する。
【解決手段】鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消失模型鋳造法に係り、特に鋳型内に発生する燃焼ガスを適正に鋳型外へ排出させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記消失模型鋳造法では、注湯初期に鋳型内の模型が燃焼して大量の燃焼ガスが発生するが、この燃焼ガスは鋳型を通して鋳型外に排出される。ここで、燃焼ガスの発生によって高まる鋳型内の圧力（内圧）が溶湯のヘッド圧を超えると、湯口から溶湯が噴出するという吹き戻しが起こるおそれがあるため、燃焼ガスの鋳型外への円滑な排出が求められる。そのための方策として、模型に貫通孔を形成し、その貫通孔に、鋳型内に設けた湯道とガスの排出通路とを連通させることによって燃焼ガスの排出性を円滑にするといった技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１９５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載される方策では、模型に貫通孔を形成する作業が煩雑であるとともに、工程が増加するといった問題が生じる。また、ヘッド圧を高く設定することにより湯口からの吹き戻しを防ぐことはできるが、この場合には歩留まりが悪化してコストの上昇を招く。
【０００５】
よって本発明は、工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができ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】
【０００６】
本発明の消失模型鋳造法は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、鋳造される製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定することを特徴とする。ここでの製品の体積および表面積とは、模型の体積および表面積と同等である。
【０００７】
本発明では、注湯によって模型が消失する際に鋳型内に発生した燃焼ガスはガス抜き通路に入り込み、このガス抜き通路に配設されたフィルタを通って鋳型外の大気に排出される。また、鋳物砂を通過して大気に排出される燃焼ガスもある。本発明によると、フィルタのガス通過断面積を上記モジュラスに応じて設定することによりフィルタを通過する燃焼ガスの量を適正化することができ、その結果、燃焼ガスの発生による鋳型の内圧をヘッド圧以下として湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができ、安全な鋳造作業が実現される。また、吹き戻しの発生を防止しながら注湯速度をできるだけ速くすることができるため、速やかな溶湯の充填が達成されて最終充填温度を高く保持することができ、その結果、残渣の少ない高品質の鋳物製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。
【図２】本発明で得られる鋳造製品の一例を示す斜視図である。
【図３】実施例で得た鋳造製品におけるモジュラスとフィルタのガス通過断面積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、一実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型１の断面を示している。この鋳型１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂２内に模型３が埋没されて構成されている。
【００１１】
鋳物砂２内における模型３の周囲には、模型に接続されるゲート４と、このゲート４に接続される湯道５が形成されている。湯道５は鋳型１の上面への開口が複数（図１では２つ）設けられており、一方（図１で右側）の開口に湯口６が設けられる。また、他方の開口側の湯道５は特にガス抜き通路７とされ、このガス抜き通路７には燃焼ガスのみを鋳型１外の大気に放出させるフィルタ８が配設されている。
【００１２】
鋳型１の製造は、次の手順による。まず、模型３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠に湯道（ガス抜き通路７を含む）５およびゲート４を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型３を配置して支持する。この段階で、ガス抜き通路７にフィルタ８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂２を充填して模型３を埋没させ、湯口６を設置する。
【００１３】
鋳物砂２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
【００１４】
湯道５およびゲート４の形成は、φ３０〜７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ−３０Ｓ，ＣＦ−５０Ｓ，ＣＦ−７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて成形した多孔質材料などが用いられる。
【００１５】
模型３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで所望形状に成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５〜３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
【００１６】
以上で鋳型１は製造される。この鋳型１によれば、湯口６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道５およびゲート４を通って模型３に至り、模型３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型３が溶湯に置換される。模型３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは、湯道５の最下流のガス抜き通路７のフィルタ８を通って大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂２を通過して大気に排出される。
【００１７】
図２は上記のような鋳型を用いて鋳造した後に鋳物砂を解砕して取り出した鋳放し状態の鋳造製品３０を示している。この場合の製品３０は、上方に開口する直方体状の箱状物であって、底部および側壁３１で囲まれた内部には、内部空間を４つに仕切る隔壁３２が形成されている。側壁３１には鋳造されたゲート部分４１および湯道部分５１が接続されている。この場合、２つの湯道部分５１２がガス排出側であり、１つの湯道部分５１１が湯口側である。鋳造されたゲート部分４１および湯道部分５１は製品３０から切断され、この後、製品３０は必要な加工が施されて使用に供される。
【００１８】
さて、一実施形態の鋳型１においては、模型３が燃焼・消失して発生する燃焼ガスによって内圧が上昇するが、この内圧を、フィルタ８のガス通過断面積を製品（模型３）のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて制御してヘッド圧以下とすることにより、湯口６からの溶湯の吹き戻しを防止することが行われる。
【００１９】
すなわち、鋳型１の内圧は、ガス抜き通路７のフィルタ８からの燃焼ガスの通過断面積、鋳型１および塗型膜の通気性およびモジュラスによって決定されると考えられており、一実施形態では、鋳型１の条件を一定にして鋳物単体のモジュラスに応じたフィルタ８のガス通過断面積を設定して鋳型１の内圧をヘッド圧以下とする。なお、ヘッド圧の大きさは、図１に示すように模型３の上面である湯口面から湯口までの高さＨに応じたものとなる。例えば高さＨが７００ｍｍの場合、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａとなる。
【００２０】
以下の実施例で説明するように、実際に鋳造を行ってフィルタのガス通過断面積、モジュラス、湯口からの溶湯の吹き戻し、の３者の関係を調べた。
【実施例】
【００２１】
製品重量、モジュラス、フィルタのガス通過断面積が表１に示す条件の鋳造サンプル１〜１６により、湯口からの吹き戻しの有無を調べた。鋳型は図１に示したものと同様の構成とし、模型は、外形寸法が７５０×８００×４３０（ｍｍ）で発泡ポリスチレンから成形した。この模型の表面に塗型剤（６０〜６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、鋳型を形成して鋳造を行った。鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３８０℃、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａと条件を同じにした。モジュラスとガス通過断面積との関係を図３に示す。また、表１に吹き戻しの有り無し（×有り、○：無し）を併記している。
【００２２】
【表１】
【００２３】
この実施例（ヘッド圧が０．０４４ＭＰａ）の場合、図３から鑑みて下記（１）式が求められる。
Ｓ≧１５３３．８ｅａ・Ｍ …（１）
Ｓ：フィルタのガス通過断面積（ｍｍ２）
Ｍ：製品のモジュラス
ａ：定数（鋳造条件により異なる、一実施形態では０．３７２４）
【００２４】
さらに、上記（１）式とフィルタの通気度を考慮すると、下記（２）式が成立する。
Ｓ≧１０７・ｅａ・Ｍ／Ｐ …（２）
Ｐ：通気度（一実施形態では６５５０）
この（２）式を用いることにより、フィルタのガス通過断面積を、モジュラスおよびフィルタの通気度に応じた吹き戻しのない値に設定することができる。
【００２５】
このようにフィルタのガス通過断面積を製品（模型）のモジュラスに応じて調整することにより、燃焼ガスの発生による鋳型の内圧を常にヘッド圧以下として湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる。この方法は、従来技術のように模型に貫通孔を形成するといった作業を必要としないので簡易であり、かつ、工程の増加も生じない。また、ヘッド圧を高く設定する必要もないため、歩留まりは維持でき、コストの上昇を抑えることができる。
【００２６】
また、吹き戻しが発生しない範囲で注湯速度をできるだけ速くするといった操作を行うことができ、このため、速やかな溶湯の充填が達成されて最終充填温度を高く保持することができ、その結果、残渣の少ない高品質の鋳物製品を得ることができるといった利点も得られる。
【符号の説明】
【００２７】
１…鋳型
２…鋳物砂
３…模型
４…ゲート
５…湯道
６…湯口
７…ガス抜き通路
８…フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消失模型鋳造法に係り、特に鋳型内に発生する燃焼ガスを適正に鋳型外へ排出させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記消失模型鋳造法では、注湯初期に鋳型内の模型が燃焼して大量の燃焼ガスが発生するが、この燃焼ガスは鋳型を通して鋳型外に排出される。ここで、燃焼ガスの発生によって高まる鋳型内の圧力（内圧）が溶湯のヘッド圧を超えると、湯口から溶湯が噴出するという吹き戻しが起こるおそれがあるため、燃焼ガスの鋳型外への円滑な排出が求められる。そのための方策として、模型に貫通孔を形成し、その貫通孔に、鋳型内に設けた湯道とガスの排出通路とを連通させることによって燃焼ガスの排出性を円滑にするといった技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１９５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載される方策では、模型に貫通孔を形成する作業が煩雑であるとともに、工程が増加するといった問題が生じる。また、ヘッド圧を高く設定することにより湯口からの吹き戻しを防ぐことはできるが、この場合には歩留まりが悪化してコストの上昇を招く。
【０００５】
よって本発明は、工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができ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】
【０００６】
本発明の消失模型鋳造法は、鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、前記鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、鋳造される製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定することを特徴とする。ここでの製品の体積および表面積とは、模型の体積および表面積と同等である。
【０００７】
本発明では、注湯によって模型が消失する際に鋳型内に発生した燃焼ガスはガス抜き通路に入り込み、このガス抜き通路に配設されたフィルタを通って鋳型外の大気に排出される。また、鋳物砂を通過して大気に排出される燃焼ガスもある。本発明によると、フィルタのガス通過断面積を上記モジュラスに応じて設定することによりフィルタを通過する燃焼ガスの量を適正化することができ、その結果、燃焼ガスの発生による鋳型の内圧をヘッド圧以下として湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、工程増加やコスト上昇を招かない簡易な方法で湯口からの吹き戻しを確実に防止することができ、安全な鋳造作業が実現される。また、吹き戻しの発生を防止しながら注湯速度をできるだけ速くすることができるため、速やかな溶湯の充填が達成されて最終充填温度を高く保持することができ、その結果、残渣の少ない高品質の鋳物製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型の断面図である。
【図２】本発明で得られる鋳造製品の一例を示す斜視図である。
【図３】実施例で得た鋳造製品におけるモジュラスとフィルタのガス通過断面積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、一実施形態に係る消失模型鋳造法を概念的に示した鋳型１の断面を示している。この鋳型１は、図示せぬ鋳枠内に充填された鋳物砂２内に模型３が埋没されて構成されている。
【００１１】
鋳物砂２内における模型３の周囲には、模型に接続されるゲート４と、このゲート４に接続される湯道５が形成されている。湯道５は鋳型１の上面への開口が複数（図１では２つ）設けられており、一方（図１で右側）の開口に湯口６が設けられる。また、他方の開口側の湯道５は特にガス抜き通路７とされ、このガス抜き通路７には燃焼ガスのみを鋳型１外の大気に放出させるフィルタ８が配設されている。
【００１２】
鋳型１の製造は、次の手順による。まず、模型３の表面に黒鉛を主成分とする耐火性に優れた塗型剤を塗布して十分に乾燥させる。一方、鋳枠に湯道（ガス抜き通路７を含む）５およびゲート４を紙管を組むなどの手法で形成するとともに、鋳枠内の概ね中心部分に模型３を配置して支持する。この段階で、ガス抜き通路７にフィルタ８も配設する。この後、鋳枠内に鋳物砂２を充填して模型３を埋没させ、湯口６を設置する。
【００１３】
鋳物砂２は、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成セラミック砂等の新砂あるいは旧砂が用いられる。鋳物砂２には、必要に応じて粘結剤や硬化剤が添加される。
【００１４】
湯道５およびゲート４の形成は、φ３０〜７０ｍｍの市販品（例えば、花王社製・クエーカー鋳造用湯道管：ＥＧランナーＣＦ−３０Ｓ，ＣＦ−５０Ｓ，ＣＦ−７０Ｓなど、主成分は再生パルプ）などが用いられる。また、フィルタ８は２号珪砂相当の砂に適宜なバインダを混入させて成形した多孔質材料などが用いられる。
【００１５】
模型３は、発泡ポリスチレン等の合成樹脂性発泡体を手作りで所望形状に成形したものである。塗型剤は、例えば花王社製・花王クエーカーＰＣ２６０などが用いられ、厚さ１．５〜３．５ｍｍ、１０ｍｍ２当たりの通気度１程度で模型の表面に塗布される。
【００１６】
以上で鋳型１は製造される。この鋳型１によれば、湯口６から溶湯（溶融した金属材料）を注湯すると、溶湯は湯道５およびゲート４を通って模型３に至り、模型３は溶湯で溶解されることによって消失し、消失空間に溶湯が充填される。すなわち、模型３が溶湯に置換される。模型３が燃焼する注湯初期の段階で燃焼ガスが大量に発生し、その燃焼ガスは、湯道５の最下流のガス抜き通路７のフィルタ８を通って大気に排出される。また、燃焼ガスの一部は、模型３の表面に塗型剤が塗布されて形成された塗型膜を通過し、さらに鋳物砂２を通過して大気に排出される。
【００１７】
図２は上記のような鋳型を用いて鋳造した後に鋳物砂を解砕して取り出した鋳放し状態の鋳造製品３０を示している。この場合の製品３０は、上方に開口する直方体状の箱状物であって、底部および側壁３１で囲まれた内部には、内部空間を４つに仕切る隔壁３２が形成されている。側壁３１には鋳造されたゲート部分４１および湯道部分５１が接続されている。この場合、２つの湯道部分５１２がガス排出側であり、１つの湯道部分５１１が湯口側である。鋳造されたゲート部分４１および湯道部分５１は製品３０から切断され、この後、製品３０は必要な加工が施されて使用に供される。
【００１８】
さて、一実施形態の鋳型１においては、模型３が燃焼・消失して発生する燃焼ガスによって内圧が上昇するが、この内圧を、フィルタ８のガス通過断面積を製品（模型３）のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて制御してヘッド圧以下とすることにより、湯口６からの溶湯の吹き戻しを防止することが行われる。
【００１９】
すなわち、鋳型１の内圧は、ガス抜き通路７のフィルタ８からの燃焼ガスの通過断面積、鋳型１および塗型膜の通気性およびモジュラスによって決定されると考えられており、一実施形態では、鋳型１の条件を一定にして鋳物単体のモジュラスに応じたフィルタ８のガス通過断面積を設定して鋳型１の内圧をヘッド圧以下とする。なお、ヘッド圧の大きさは、図１に示すように模型３の上面である湯口面から湯口までの高さＨに応じたものとなる。例えば高さＨが７００ｍｍの場合、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａとなる。
【００２０】
以下の実施例で説明するように、実際に鋳造を行ってフィルタのガス通過断面積、モジュラス、湯口からの溶湯の吹き戻し、の３者の関係を調べた。
【実施例】
【００２１】
製品重量、モジュラス、フィルタのガス通過断面積が表１に示す条件の鋳造サンプル１〜１６により、湯口からの吹き戻しの有無を調べた。鋳型は図１に示したものと同様の構成とし、模型は、外形寸法が７５０×８００×４３０（ｍｍ）で発泡ポリスチレンから成形した。この模型の表面に塗型剤（６０〜６５ボーメ）を塗布して乾燥させ、次いで、鋳型を形成して鋳造を行った。鋳造材料はＦＣ３００（片状黒鉛鋳鉄）、注湯時の溶湯の温度（鋳込み温度）は１３８０℃、ヘッド圧は０．０４４ＭＰａと条件を同じにした。モジュラスとガス通過断面積との関係を図３に示す。また、表１に吹き戻しの有り無し（×有り、○：無し）を併記している。
【００２２】
【表１】
【００２３】
この実施例（ヘッド圧が０．０４４ＭＰａ）の場合、図３から鑑みて下記（１）式が求められる。
Ｓ≧１５３３．８ｅａ・Ｍ …（１）
Ｓ：フィルタのガス通過断面積（ｍｍ２）
Ｍ：製品のモジュラス
ａ：定数（鋳造条件により異なる、一実施形態では０．３７２４）
【００２４】
さらに、上記（１）式とフィルタの通気度を考慮すると、下記（２）式が成立する。
Ｓ≧１０７・ｅａ・Ｍ／Ｐ …（２）
Ｐ：通気度（一実施形態では６５５０）
この（２）式を用いることにより、フィルタのガス通過断面積を、モジュラスおよびフィルタの通気度に応じた吹き戻しのない値に設定することができる。
【００２５】
このようにフィルタのガス通過断面積を製品（模型）のモジュラスに応じて調整することにより、燃焼ガスの発生による鋳型の内圧を常にヘッド圧以下として湯口からの吹き戻しを確実に防止することができる。この方法は、従来技術のように模型に貫通孔を形成するといった作業を必要としないので簡易であり、かつ、工程の増加も生じない。また、ヘッド圧を高く設定する必要もないため、歩留まりは維持でき、コストの上昇を抑えることができる。
【００２６】
また、吹き戻しが発生しない範囲で注湯速度をできるだけ速くするといった操作を行うことができ、このため、速やかな溶湯の充填が達成されて最終充填温度を高く保持することができ、その結果、残渣の少ない高品質の鋳物製品を得ることができるといった利点も得られる。
【符号の説明】
【００２７】
１…鋳型
２…鋳物砂
３…模型
４…ゲート
５…湯道
６…湯口
７…ガス抜き通路
８…フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
前記鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、鋳造される製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
【請求項１】
鋳物砂内に樹脂性発泡体からなる模型を埋設してなる鋳型に溶湯を注湯し、該溶湯によって前記模型を消失させながら製品を鋳造する消失模型鋳造法において、
前記鋳型にガス抜き通路を形成するとともに該ガス抜き通路にフィルタを配設し、該フィルタのガス通過断面積を、鋳造される製品のモジュラス（製品の体積÷製品の表面積）に応じて設定することを特徴とする消失模型鋳造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１１０５７２（Ｐ２０１１−１１０５７２Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６８６２９（Ｐ２００９−２６８６２９）
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（５０９３２６１２０）ヤマモト・ファンドリー・アジア コーポレーション (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（５０９３２６１２０）ヤマモト・ファンドリー・アジア コーポレーション (4)
【Ｆターム（参考）】
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