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技術 消失模型の組み立て方法、消失模型、消失模型による鋳造方法、及び消失模型の結合用固形物

出願人 株式会社木村鋳造所
発明者 堀江忠夫原賀奨木村智昭渡井国弘
出願日 2002年10月17日 (18年2ヶ月経過) 出願番号 2002-303148
公開日 2004年5月13日 (16年7ヶ月経過) 公開番号 2004-136325
状態 特許登録済
技術分野 鋳型又は中子及びその造型方法
主要キーワード 接合面どうし 模型材料 微晶蝋 部品相互 有機系物質 接合精度 加圧機 有機自硬性鋳型
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年5月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

消失模型鋳造法で使用される模型を容易にしかも精度良く組み立てる新たな構造及びその方法を提供する。

解決手段

複数の分離した各構成要素を組み立てて消失模型を得る方法であって、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物嵌入して各構成要素どうしを結合することを特徴とするものである。この固形物は精度良く開けられた穴に嵌入されて構成要素どうし結合してその状態を保持するために、模型のずれが生じにくい。従って得られる鋳造物欠陥を少なくすることができる。

概要

背景

消失模型を使用した鋳造法(以下、消失模型鋳造法)が広く知られている。消失模型鋳造法とは、一般には発泡ポリスチレン等によって形成された消失模型を砂鋳型の中に埋設し、溶湯注入して消失模型を気化させて消失させるとともに、それによって生じた空隙に溶湯を充填鋳造品を作る鋳造法である。

概要

消失模型鋳造法で使用される模型を容易にしかも精度良く組み立てる新たな構造及びその方法を提供する。複数の分離した各構成要素を組み立てて消失模型を得る方法であって、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物嵌入して各構成要素どうしを結合することを特徴とするものである。この固形物は精度良く開けられた穴に嵌入されて構成要素どうし結合してその状態を保持するために、模型のずれが生じにくい。従って得られる鋳造物欠陥を少なくすることができる。 

目的

本願発明は、複数の分離した各構成要素を結合して得られた消失模型を使用して鋳造を行う方法をも提供する

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
0件

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請求項1

複数の分離した各構成要素を組み合わせて消失模型を得る方法であって、前記各構成要素に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物嵌入して各構成要素を結合することを特徴とする、消失模型の組み立て方法

請求項2

前記固形物がであることを特徴とする請求項1に記載の消失模型の組み立て方法。

請求項3

前記凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の消失模型の組み立て方法。

請求項4

更に各構成要素の接合面どうし接着して結合することを特徴とする請求項1に記載の消失模型の組み立て方法。

請求項5

前記接着後に消失模型材料の圧縮強度弾性域内で加圧しながら結合することを特徴とする請求項4に記載の消失模型の組み立て方法。

請求項6

複数の分離した各構成要素を結合して得られた消失模型を使用して鋳造を行う方法であって、各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物を嵌入して各構成要素を結合し、該結合した消失模型に溶湯を鋳込むことを特徴とする鋳造方法

請求項7

前記固形物が蝋であることを特徴とする請求項6に記載の鋳造方法。

請求項8

前記溶湯が600℃以上であることを特徴とする請求項6に記載の鋳造方法。

請求項9

前記固形物が蝋であって、溶湯容積に対して使用される蝋の全体積比鋳造物に実質的に影響を及ぼさない程度であることを特徴とする請求項6に記載の鋳造方法。

請求項10

前記体積比が15%であることを特徴とする請求項9に記載の鋳造方法。

請求項11

溶湯を鋳込む前に前記各構成要素の接合面に接着剤を塗布して各構成要素を結合することを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の鋳造方法。

請求項12

消失模型材料の圧縮強度の弾性域内で加圧しながら該結合することを特徴とする請求項11に記載の鋳造方法。

請求項13

複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられた消失模型であって、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物が嵌入されていることを特徴とする消失模型。

請求項14

前記凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項13に記載の消失模型。

請求項15

前記各構成要素の接合面どうしが接着されていることを特徴とする請求項13又は14に記載の記載の鋳造方法。

請求項16

複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられる消失模型において該結合に供する結合用固形物であって、前記固形物が溶湯によって消失可能な固形物であることを特徴とする結合用固形物。

請求項17

前記固形物が蝋であることを特徴とする請求項16に記載の結合用固形物。

請求項18

前記固形物がパラフィンパラフィン蝋木蝋微晶蝋ペトロラタムモンタン蝋ワックスの群から選択された蝋系物質からなることを特徴とする請求項16に記載の結合用固形物。

請求項19

前記固形物が融点35〜150℃の蝋であることを特徴とする請求項16に記載の結合用固形物。

技術分野

0001

本発明は消失模型を使用した鋳造における消失用模型組み立て方法、その消失模型、消失模型による鋳造方法、及びその消失模型の結合用固形物に関する。

0002

消失模型を使用した鋳造法(以下、消失模型鋳造法)が広く知られている。消失模型鋳造法とは、一般には発泡ポリスチレン等によって形成された消失模型を砂鋳型の中に埋設し、溶湯注入して消失模型を気化させて消失させるとともに、それによって生じた空隙に溶湯を充填鋳造品を作る鋳造法である。

0003

このための使用される模型製作するには、従来から模型を構成する部品ごとにのり等の接着剤接合しながら組み立てていた。しかし、接合が精度良く行えず、その合わせ面に段差等が生じたり、薄くて大きなものを接合しようとする場合に、一端を正しく接合すると、他方の一端がうまく接合できない、といったことから精度良く消失模型を組み立てることが難しく、接合する部品点数が増すにつれて、部品相互接合精度が悪くなるという問題を有していた。

0004

また、のり等の接着剤を多くつけた場合は、のりの厚さ分だけ精度が狂うため、特に部品を幾層にも重ねる場合は模型の精度がさらに悪くなるといった現象が見られた。

0005

また、消失模型鋳造法は、模型を置換しながら(消失させながら)鋳物を製造する方法であるために、溶湯によって模型の分解がうまくいかないような模型材料では、カーボンの残渣が残り、欠陥となる問題があった。この欠陥を残渣欠陥という。例えば、発泡倍率の低い、硬い発泡ポリスチレンなどは、スチレン炭化によって発生したカーボンが残渣として鋳物内部に残ってしまう問題があった。

背景技術

0006

また、発泡ポリスチレン模型は強度が弱いために変形しやすく、部品ごとに製作した後組み立てる場合には、肉薄ものや大型の構造物では部品同士を正確に接合することが困難であった。このため、接合剤を部品に塗布した後、慎重に部品を組み合わせ、かつ重ね合わせ後に周囲からテープ等を用いて部品同士が精度良く接合できるように調整をしていた。しかし、大型の構造物などでは、慎重に作業を行っても、部品と部品の接合部に段差が生じ、模型の精度が悪くなることが少なくなかった。また、のりの厚さ分だけ寸法が狂ってくることも多かった。

0007

本願発明は、かかる問題を解決し、確実に且つ精度良く模型を組み立てることができるようにしたものである。

0008

すなわち、まず本願発明は、複数の分離した各構成要素を組み立てて消失模型を得る方法であって、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物嵌入して各構成要素どうしを結合することを特徴とするものである。この固形物は精度良く開けられた穴に嵌入されて構成要素どうし結合してその状態を保持するために、模型のずれが生じにくい。従って得られる鋳造物も欠陥を少なくすることができるものである。しかも、より堅固に結合するために接着剤を使用しても、その量を抑えることができ、接着剤の厚さによって生じる精度のばらつきをも抑えることが可能となった。

0009

かかる固形物はであることが好ましく、例えば、パラフィンパラフィン蝋木蝋微晶蝋ペトロラタムモンタン蝋ワックスの群から選択された蝋系物質からなることを特徴とする。

0010

滑りが良い蝋系物質を結合用固形物に使用することで、各構成要素に設けられた凹部へと結合用固形物を容易に挿入することができ、その結合用固形物で各構成要素間が簡単に結合して組み立てることも可能となった。また、これらの物質は、融点が低く、かつ液体化後の鋳型への浸透性が優れていることから、鋳型側に瞬時に排出されることとなり、不必要な残渣を生じにくく、製品(鋳物)の歩留まりをも向上させることができた。

0011

好ましくは、該凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とするものであり、これによって組み立てられた模型の精度を良くすることができる。また、2ケ以上に凹部があるものを組み立てる場合には、穴の精度が良くないと、組み合せる場合も歪みが生じ摩擦抵抗が多くなり組み合わせることさえ困難となる場合があるために機械加工は特に必要でもある。

0012

更に好ましくは、各構成要素の接合面どうし接着することを特徴とする。これによってより堅固に各構成要素間を結合してその精度を維持することが可能となった。

0013

接着後には、消失模型材料の圧縮強度弾性域内で加圧しながら結合して変形を防止しつつその結合を高めるとともに、余分な接着剤を模型外部に排出してより薄くすることができ、接着剤の厚さによる寸法の狂いを防止し、消失模型の精度を高めることも可能となった。

0014

本願発明は、複数の分離した各構成要素を結合して得られた消失模型を使用して鋳造を行う方法をも提供する。それは、結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物を嵌入して各構成要素を結合し、組み立てられた消失模型に溶湯を鋳込むことを特徴とするものである。

0015

そして、該固形物が蝋であることが好ましい。また溶湯が600℃以上であることが好ましい。

0016

更には、該固形物が蝋であって、溶湯容積に対して使用されるその蝋の全体積比が鋳造物に実質的に影響を及ぼさない程度であることが好ましい。例えばその体積比は15%であることを特徴とするものである。

0017

加えて、溶湯を鋳込む前に該各構成要素の接合面どうしを接着して各構成要素を結合することにより、結合強度をより高めることができ、精度良く結合された各構成要素は容易にずれることがない。

0018

さらに、消失模型材料の圧縮強度の弾性域内で加圧しながら結合することで、消失模型の変形を防止しつつそのより接着強度を高めるとともに、余分な接着剤を模型外部に排出してより接着剤を薄くすることができ、接着剤の厚さによる寸法の狂いを防止し、消失模型の精度を高めることも可能となった。

0019

本願発明は、複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられた消失模型をも提供するものであり、それは結合する各構成要素の対応する位置に設けられた凹部に溶湯によって消失可能な固形物が嵌入されていることを特徴とするものである。

0020

そして、該凹部がプログラムによる機械加工によって形成されていることを特徴とする。

0021

そして、該各構成要素の接合面には接着剤が塗布されて結合されていることを特徴とする。

0022

本願発明は、更には複数の分離した各構成要素を結合することにより組み立てられる消失模型において該結合に供する結合用固形物を提供するものであって、該固形物が溶湯によって消失可能な固形物であることを特徴とするものである。

0023

その固形物が蝋であることが好ましく、例えば、パラフィン、パラフィン蝋、木蝋、微晶蝋、ペトロラタム、モンタン蝋、ワックスの群から選択された蝋系物質からなる。

発明が解決しようとする課題

0024

また、より溶湯による消失を容易にするために、該固形物が融点35〜150℃の蝋であることを特徴とするものである。

0025

本発明の消失模型の組み立て方法、消失模型による鋳造方法、消失模型、及び消失模型の結合用固形物について実施形態をあげて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

0026

図1は、消失模型及び該消失模型で使用される結合用固形物の例を示している。消失模型10は、その部品となる構成要素である一方の模型1と他方の模型2とをその接合面1a、2aとをそれぞれ合わせるようにして結合して形成される。

0027

この模型1、2は、この例ではともにポリスチレン発泡体であるが、消失模型鋳造法に使用されうる他の材料でも良い。

0028

模型1、2の接合面1a、2aには、模型1、2が結合された際に相互に対応する位置にそれぞれ凹部となる穴1b、2bが設けられている。結合用固形物3の他端部分が突出するようにして一端部分をその穴1bに嵌合させ、結合用固形物3の他端部分を他方の穴2bに嵌合させ、相互の対応する接合面1a、2aを合わせるようにして模型1、2が結合されて消失模型が形成される。

0029

結合用固形物3は、鋳造の溶湯を注入する過程で模型1、2と同様に気化して実質的に消失し、その溶湯によって結合用固形物3の空間が充填され得るものである。結合用固形物3は、注湯後に鋳物製品内に残ったり、溶湯と反応して不必要なガスを発生させるようなもので無いことが好ましい。

0030

本発明者は、結合用固形物3として、模型と同じ固形ポリスチレンなど多くの有機系物質を確認したが、多くのものは製品内に炭化物として残留したり、溶湯と反応してガスを発生し、製品にガス欠陥を生じさせる結果となった。製造工程や温度等の条件を改良することによって、このような物質でも問題が生じないことも考えられるが、現在のところ、ロウ系物質が都合がよいことが判っている。ロウ系物質とはパラフィン、パラフィンろう、ろう、木ロウ、微晶ろう、ぺロラタム、モンタンろう、ワックスなどが挙げられる。

0031

これらの物質は、融点が低く、かつ液体化後の鋳型への浸透性が優れているものと考えられる。より詳細な調査を行った結果、次のような適程により蝋が溶湯に問題を生じさせないことがわかっている。

0032

まず、鋳鉄鋳鋼、もしくは銅やアルミのような、鋳込み温度が600℃以上の溶湯の場合、この温度で溶湯が蝋に近づいた時、融点が35〜150℃の蝋は瞬時に溶融する。溶融した蝋は浸透性が良いため、鋳型側に瞬時に排出されることになる。一方、融点が低い物質でも、浸透性の悪いものは、鋳型壁面に付着し鋳肌不良の原因となる。このようにして、融点が35〜150℃の蝋が特に有効であることがわかった。また、結合用固形物3として蝋を用いることにより、模型1、2どうしを組み合わせる際に穴1b、2bへの滑りが良く、簡単に組み立てられることも発見した。

0033

穴1b、2bは、接合面1a、2aから垂直に掘られて円筒形の空洞をなすように模型1、2の内部に形成されている。また、結合固形物3はその穴1b、2bで形成された空洞内部で収まり穴1b、2bと嵌合するように適合した形状をなしている。穴1b、2bの各空洞の深さは、いずれかに結合用固形物3を挿入しても一端が接合面1a、2aから突き出るように結合用固形物3の長さよりも小さく、穴1b、2bの深さの合計は、穴1b、2bで形成された円筒状の空洞内に結合用固形物3が収まるように少なくとも結合用固形物3の長さよりも大きい。また、結合用固形物3の径は、結合用固形物3が穴1b、2bに嵌入して模型1、2が相互にずれないような径を少なくとも部分的に有しており、好ましくは穴1b、2bと同径か又は模型が発砲ポリスチレン等の変形可能な場合には実質的に精度に狂いが生じない程度の若干大きい径を有する棒状である。また、好ましくは、穴1b、2bへの結合用固形物3の挿入をより容易にするために、棒状をなした両端又は少なくとも一端が先細るか又は半球状を成している。

0034

本例では、穴1b、2bの直径を10mm、深さを25mmとした。結合用固形物3として使用される蝋は、穴1b、2bの径に対応するように直径10mmで長さが40mmの棒状のものを用いた。ただし、穴1b、2bの形状及びこれに対応する結合用固形物3の形状は、模型1、2の相互を精度良く結合できればこの例に限定されるものではない。

0035

穴1b、2bはプログラムによって加工可能なNC加工機によってあけるようにした。このことにより、穴のずれがなくなり、精度良く組み立てられるようになった。

0036

また、棒状の蝋3の本数は使用するその蝋3全体の総重量が溶湯重量の15%以内となるように26本とした。これによって、不必要な蝋の成分が出来上がった鋳物の中に残存することを回避することができる。

0037

消失用模型を組み立てる方法は次のとおりである。まず、模型1、2を用意して、棒状の蝋3の一端部分を模型1又は2の穴1b又は2bに差し込む。その後蝋3の他端が模型2又は1の穴2b又は1bに入るように、模型1と模型2を組み合わせる。蝋3の差し込みは、図2(a)のように一方の模型1に全部挿してもよいし、図2(b)のように両方の模型1、2に交互又は任意に挿してもよい。本例では蝋3の少なくとも一方の端は図2で示したように半球状となっているために、容易に模型1、2を組み合わせることができる。

0038

蝋3によってその位置が固定されて組み合わされた模型1、2の接合面1a、2aとをのり等の接着剤で接合してもよい。この場合には、模型1と模型2とを組み合わせる前に予め接着剤を塗布する。本例では、一方の模型1に結合用固形物3を挿入した後に接着剤を塗布することとした。

0039

模型1、2が組み合わされた後、模型1、2の材料の圧縮強度における弾性域内で加圧しながら接合するようにした。このことにより、余分なのりが模型外部に排出され、均一な接合が可能となり、のりによる寸法の狂いがなくなった。

0040

50倍に発泡成形した発泡ポリスチレンの場合通常の加圧力は3〜150g/cm2の範囲内である。また、加圧を行った際、鉄板等の高強度の素材と発泡ポリスチレンのような消失模型鋳造法に用いるような強度の低い素材では、弱い素材の表層部のみが変形を起こす問題がある。このため、図3に示すように消失模型の材料と同じ材料の板5を介して加圧することにより、部分的な変形の問題を回避することができた。板5はこの例では平板であるが、消失模型の外形凹凸を多く含んでいる場合にはその外形にあわせて作っても良い。これにより、より広い範囲で加圧することができるために、加圧の力が全体に分散して均一に加圧することが可能となり消失模型の過度の変形を防止することができる。

0041

接着剤が固化して一体化された消失模型10を使用することで、一般的な消失模型鋳造法と同じように、塗型を塗って造型することができる。ここでは、塗型は消失模型用の塗型を用いた。鋳型は、砂をフラン樹脂硬化剤の反応によって固まらせるフラン系の有機自硬性鋳型を用いた。

0042

結合用固形物3を融点30〜150℃の固形の蝋としたとき、鋳込み温度が600℃以上が好ましいことがわかった。この条件では、蝋が内部に残留することなく、かつ蝋が溶湯と反応する前に流動化し、鋳型外に排出されることがわかった。

0043

本例では、約65℃で融け出す低融点の蝋3を使用した。溶湯が鋳型に冷やされて温度が低下しても、少なくとも600℃以上の溶湯が製品部分の模型に流れ込むようにするために、鋳型に注湯する時の溶湯温度は1,400℃とした。1,400℃の注湯を行えば、溶湯が入ってくると模型内の蝋3は溶け始める。溶けた蝋3は鋳型側に排出される。

発明を実施するための最良の形態

0044

600℃以下の溶揚だと蝋3の融け始めが遅くなるため、鋳型側に排出しきる前に溶湯と反応し、ガス欠陥を生じてしまう場合がある。また、溶融した蝋は鋳型に対する浸透性が高いので、鋳型壁面に付着することなく鋳型側へ排出される。従って、蝋3は模型内(製品内)に残留することはなく、製品になんの悪影響も及ぼさない。

図面の簡単な説明

0045

以上のように、消失模型を構成する各構成要素に凹部を設けた。そして凹部に嵌入可能な結合用固形物を新たに発想し、その結合用固形物によって各構成要素を結合して全体の消失模型を組み立てることとした。そしてその結合用固形物を溶湯によって消失模型と同様に消失する材料とした。これによって、消失模型をより容易に組み立てることができるばかりか、精度の高い消失模型を提供することができることとなった。特に多数の構成要素を組み合わせて消失模型を作るときにも容易にしかも安定した精度を達成することができることともなったものである。

図1
本発明による消失模型10の模型1、2及びそれを組み合わせるために結合用固形物3の斜視図である。
図2
結合用固形物3を穴1a又は2aに挿入した状態の例を示す断面図である。
図3
組み合わされた模型1、2を加圧機によって加圧する状態の部分的断面図である。
【符号の説明】
1、2 発泡ポリスチレン鋳型
1a、2a 接合面
1b、2b 穴
3 結合用固形物(棒状の蝋)
4 加圧機
5 板
10 消失模型

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