JPH02220730A - 自硬性鋳型を用いた鋳造方法及びそれに用いられるボリュウム増加材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法に係り、特
に有機自硬性鋳物砂のサンドメタル比を改善する造型プ
ロセスに関するものである。

（背景技術） 従来から、鋳造品のうち、工作機械部品等の製品重量が
５０ｋｇ以上の、所謂中物、大物は有機自硬性鋳型を用
いた鋳造方法により製作されることが多い。そして、こ
の有機自硬性鋳型を用いる手法はノーベーク法等とも称
され、熱を加えることなく硬化せしめて、目的とする鋳
型を得ることが出来るものであり、そのために、有機質
粘結材として多くはフラン系樹脂などの樹脂を用いて鋳
型の造型が行なわれることが多いが、一般には分子量の
余り大きくない液状縮合物の樹脂を用い、これに酸性硬
化触媒を混合して縮合反応を開始せしめ、次第に活性を
増大させて、最終的には三次元架橋により結合力を最大
と為して、目的とする鋳型として完成している。そして
、このような有機自硬性鋳型を用いて鋳造するに際して
は、そのような鋳型の造型の後、その得られた有機自硬
性鋳型に対して所定の溶湯を注湯して鋳造を行ない、更
にその後、かかる鋳型の型ばらしにより、形成された鋳
物製品を取り出す一方、鋳物砂には、それに混入した鋳
物バリ、鉄片、鉄粉等の夾雑物（介在物）との磁気分離
操作が施され、回収されて、再使用されることとなる。

ところで、このような有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法
は、（ａ）常温で完全に硬化するために、焼成に要する
労力、時間が不要で、造型工数が削減出来る、（ｂ）鋳
型強度が高く、寸法精度の高い高品質な鋳物が出来る、
（ｃ）けい砂の省資源、産業廃棄物、公害防止に貢献出
来る、（ｄ）注湯後の砂の崩壊性が優れており、使用量
の回収が９０〜９５％可能で、繰り返し使用することが
出来、鋳物砂のクローズドシステムが可能となる等の特
徴を有しており、これらの理由から、一般産業機械、工
作機械部品の鋳造品において、今日多くの鋳造工場で採
用されているのである。

而して、このように多くの利点を有する有機自硬性鋳型
を用いた鋳造方法において、有機粘結材として用いられ
る樹脂やその硬化剤が高価であること等から、鋳造コス
トが高くなる問題があり、そのためそのコストダウンを
図るべく、種々の工夫が為されてきた。時に、工作機械
の鋳物部品のように、非量産型の基金には、製品ごとに
専用の鋳枠を用いることば金枠費の増大と保管、管理が
難しいことから、サンドメタル（Ｓ／Ｍ）比（使用する
砂重量；Ｓと製品重量−Ｍとの比）が大きくなるために
、製品コストの増加に繋がっていたのである。

因みに、鋳型は、鋳枠内に所定の模型を配置して、鋳物
砂を投入、充填せしめることにより、所望の製品キャビ
ティを形成せしめることによって完成され、例えば第１
図に示される如く、一般に上型２と下型４とから構成さ
れている。なお、それら上型２及び下型４において、６
は鋳枠、８は鋳物砂、そして１０が、それら上型２と下
型４によって鋳造されるべき製品形状を与える製品キャ
ビティである。また、１２は中子、１４は湯口、１６は
上がりである。

そして、このような鋳型構造において、そのサンドメタ
ル（Ｓ／Ｍ）比を向上させるために、第２図に示される
ように、鋳枠６内の鋳物砂８の充填部位において溶湯と
接するスキンサンド部（肌砂層）を除く中間部に、木片
、レンガ片、発泡スチロール片等のボリュウム増加材１
８を埋め込んで、鋳物砂８の使用量の減少を図ることが
考えられているが、鋳型の造型に際して、それらのボリ
ュウムを増加させる材料１８をタイムリーに入手するこ
とが難しいこと、造型時の作業性を悪くすること、更に
はその増加材１８が回収し難いこと等から、実作業にお
いては実施されていないのが実情である。

（解決課Ｂ） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、有機自硬性鋳型を用いた鋳造方法に
おけるサンドメタル比を改善しようとすることにあり、
特にサンドメタル比の飛躍的向上と、注湯後の砂の回収
時に、容易にボリュウム増加材を回収することが可能な
手法を提供することにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、有機自硬
性の鋳物砂を用いて、目的とする鋳型の造型を行なった
後、その得られた有機自硬性鋳型に所定の溶湯を注湯し
て鋳造を行ない、更にその後かかる鋳型の型ばらしによ
り、形成された鋳物製品を取り出す一方、鋳物砂とそれ
に混入した鋳物バリ等の介在物との分離を磁気により行
なって、鋳物砂を回収することからなる鋳造方法におい
て、前記鋳型の造型を、鋳枠内に配置した模型表面に前
記鋳物砂にて所定厚みの肌砂層を形成した後に、磁性材
料の内在によって磁性の付与されたセラミックスボール
を投入して充填し、更にその上に必要に応じて前記鋳物
砂を裏砂として投入することにより、実施する一方、か
かる鋳枠内に充填されたセラミックスボールを、前記磁
気分離操作によって前記介在物と共に鋳物砂から分離す
るようにしたことを特徴とするものである。

（具体的構成） 要するに、本発明にあっては、従来のボリュウム増加材
とは異なり、熱に対して強いセラミックス製のポールを
自硬性鋳物砂に代わるボリュウム増加材として用いよう
とするものであり、しかもそのようなセラミックスボー
ルは、その中心部若しくは全体に磁性材料の粉末または
その塊状物を有しており、それによってマグネット等を
用いた磁気分離装置に磁着せしめられ得る、磁性の付与
された磁性体とされているところに、大きな特徴を有し
ている。

そして、このような本発明に従う磁性を有するセラミッ
クスボールば、第３図に示されるように、従来のボリュ
ウム増加材（１８）と同様な鋳型部位に充填せしめられ
ることとなるのである。即ち、鋳型（２，４）に対して
注湯される鋳鉄溶湯、溶鋼等の溶湯に接する所定厚みの
肌砂層（スキンサンド部）の背後にセラミックスボール
２０が充填せしめられて、鋳物砂の使用量の低減が図ら
れているのである。なお、このセラミックスボール２０
の充填された部位の上には、更に鋳物砂が裏砂として充
填され、鋳型を補強するようになっている。

ところで、このような有機自硬性の鋳型（２゜４）の造
型に際しては、その上型２の造型例を第４図に示すよう
に、先ず、底板２２上に所定の鋳枠６を載置し、次いで
この鋳枠６内に目的とする製品キャビティ形状１０（一
部）を与える模型２４が配置され、更に上がり形成部材
２６等をセットした状態において、有機自硬性の鋳物砂
８が投入されて、かかる模型２４の表面に所定厚みの肌
砂層（スキンサンド）が形成される。なお、ここで用い
られる有機自硬性の鋳物砂８は、従来と同様のものであ
って、有機質粘結材としてフラン系樹脂、フェノール系
樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂が配合され、またそのよ
うな樹脂を硬化せしめるための硬化剤が添加せしめられ
てなるものである。次いで、この肌砂層が形成された後
に、その上に（背後に）本発明に従うところの磁性を有
するセラミックスボール２０が投入されて充填せしめら
れ、更にその上に、必要に応じて鋳物砂８が裏砂（バッ
クサンド）として投入されて、鋳型の補強が図られ、更
にその後模型２４が取り除かれ、以て造型が完了される
。なお、当然のことながら、それらスキンサンド（８）
、セラミックスボール２０、バックサンド（８）を投入
するときには、従来の砂充填作業と同様に、振動発生機
等で振動を与え、鋳物砂８、セラミックスボール２０の
充填性の向上が図られることとなる。また、下型４につ
いても、上記と同様にして、所定の模型上に所定厚みで
形成される肌砂層の背後にセラミックスボール２０を充
填することによって造型され、そしてこの得られた上型
２と下型４とが組み合わされて、第３図に示される如き
、目的とする鋳型構造が実現されるのである。

なお、このようにして鋳型（２，４）を造型するに際し
て、スキンサンド（８）、セラミックスボール（２ＯＬ
バツクサンド（８）の比率は、製品の形状、寸法、重量
、更には鋳枠６の構造等により一定ではないが、鋳枠６
内の３０〜４０％の容積をセラミックスボール２０で置
き換えることは可能であり、それによって鋳型全体の強
度を低下させることはない。また、スキンサンドやバッ
クサンドとセラミックスボールとの接触面は、振動発生
機等により砂充填時に振動が与えられても、それによっ
て少々の砂がセラミックスボール間隙に侵入することが
あるが、砂そのものがウェットな状態であるために、空
隙全体への侵入はないのである。

そして、そのような充填セラミックスボール間の間隙の
存在によって、溶湯の注湯時のガス発生に対し、従来方
法よりもガスの浸透を容易にすることが出来ることとな
り、鋳造欠陥の防止に効果を発揮すると共に、鋳型の硬
化、ひいては造型時間を短縮することも可能となるので
ある。即ち、自硬性鋳型の造型には、従来から冬場等に
おいて硬化時間の長期化現象が惹起されており、その対
策として硬化剤の添加量を増加する等の対策が採られて
いるが、これに代わって、本発明では予めセラミックス
ボール２０を予熱（８０〜１００°Ｃ程度）しておくこ
とによって、その硬化時間を著しく短縮することが出来
るのである。

そして、本発明にあっては、かくの如くして造型された
自硬性鋳型を用いて、常法に従い、それに所定の溶湯、
例えば鋳鉄溶湯や溶鋼等が注湯されて、目的とする鋳物
製品の鋳造が行なわれ、更にその後、鋳型の型ばらしに
より、かかる鋳型内に形成された鋳物製品を取り出す一
方、鋳物砂とそれに混入した鋳物バリ、鉄片、鉄粉等の
介在物の分離が従来と同様にして磁気を用いて実施され
、それによって鋳型を形成していた鋳物砂が回収され、
再使用されることとなるが、本発明で用いられ、鋳型を
構成していた鋳枠内に充填されたセラミックスボールも
、それへの磁性材料の含有によって磁性が付与されてい
るところから、上記の磁気分離操作時において、鋳物バ
リ等の介在物と共に、鋳物砂から効果的に分離せしめら
れ、以てそのようなセラミックスボールを再度使用する
ことが可能となるのである。

このセラミックスボールの磁気による分離は、従来の鋳
造自動化ラインにおいて採用されているマグネット分離
装置をそのまま用いて実施することが可能であり、より
具体的には、解枠後の砂回収コンベヤの一部にマグネッ
トブーりのような磁気分離装置を用いることにより、鋳
枠内に充填されていたセラミックスボールは鉄系夾雑物
と共に鋳物砂から容易に分離、回収され得て、自動化ラ
インへの導入が可能となるのである。要するに、本発明
は、ボリュウム増加材としてのセラミックスボールの回
収を自動化ラインの中で容易に行ない得ることにその特
徴を有し、また強度、耐熱性、耐摩耗性を備え、更に磁
性体である等の特性を付与したものであるところに、大
きな特徴を有しているのである。

尤も、ボリュウム増加材が単に磁性体という特徴だけで
あれば、鉄に代表されるような金属材料でも良いのであ
るが、そのような金属材料では、充填時の作業性が良く
なく、また充填後の鋳型全体の重量が重くなり、作業性
が悪（なること、付帯設備の大幅な変更が必要となるこ
と等の種々なる問題を内在しているのである。また、磁
性を有しないセラミックスボールでは、その回収時に特
殊なブレーカ−スクリーンを必要とし、その回収のため
に新たな設備投資が必要となって、鋳造コストを上昇せ
しめることとなる。

ところで、本発明に用いられるセラミックスボールは、
磁性材料の含有によって磁石に磁着せしめられ得るよう
に磁性の与えられたものであり、適宜の大きさにおいて
用いられることとなるが、一般に１０〜５０ｍｍφ程度
のボール径のものが用いられる。また、その形状も、球
状を呈しておれば、必ずしも真円形状でなくても差支え
ないものである。更に、充填密度の増大が要請される場
合において、かかるセラミックスボールの大きさの異な
るものを組み合わせて、用いることも可能である。

なお、セラミックスボール内に含有せしめられる磁性材
料としては、軟磁性材料と硬磁性材料とがあり、そのど
ちらもがポールに磁性を付与する機能を有しており、適
宜に選択されるものであるが、特に本発明にあっては、
セラミックスボールの保守管理（取扱いの容易さ）から
して、軟磁性材料が有利に選択される。自動化ラインの
中にあるマグネット分離装置により、砂とボリュウム増
加材であるセラミックスボールとを分離するに際して、
マグネットから離れた後においても磁性を帯びているこ
とは、ラインの大半が軟磁性体のために、ラインにポー
ルが磁着してしまったり、セラミックスボール同士が磁
着して団子状になる等の理由により、ライントラブルの
原因となることが高磁性材料を用いた場合において惹起
される虞があるからである。しかも、軟磁性材料は酸化
物を主体としているために、原料が安価であり、希望形
状を容易に成形することが出来、更に材料が入手し易い
等の特徴を有しているからである。そして、そのような
特徴を備えた軟磁性材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェラ
イト、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フ
ェライト、ＮｉＣｕ系フェライト等があり、高周波磁芯
材料、磁気記録材料等に用いられている材料がそのまま
使用可能である。

そして、このような磁性材料は、アルミナ、コーディエ
ライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア等のセラ
ミックス材料と共に、所定大きさのボールとされること
となるが、そのような磁性材料は、塊状形態において或
いは均一配合形態においてセラミックスボール中に存在
せしめられることとなる。例えば、第５図（ａ）に示さ
れる如く、中心の芯体２８に磁性材料を包み込んだ状態
で、その外側にセラミックス層３０を設けた構造のセラ
ミックスボール２０や、第５図（ｂ）に示される如く、
粉末状若しくは小さな塊状の磁性材料３２を全体に分布
せしめた構造のセラミックスボール２０として用いられ
るのである。

また、本発明に用いられるセラミックスボールは、上側
の如き中実球状体の他に、第５図（ｃ）及び（ｄ）に示
される如き、内部に所定大きさの中空部３４を設けてな
る中空球状体において用いることも可能である。このよ
うな中空球状体とすることにより、ボールの軽量化が図
られ、以て作業性や設備にとって有利となる。尤も、中
空球状体とする場合にあっては、第５図（ｃ）に示され
る如く、中空部３４内の雰囲気の注湯時における熱膨張
を避けるために、通気孔３６を設けたり、第５図（ｄ）
の如く、ポール壁部をポーラス構造とする等の対策を講
しることが望ましい。なお、このような中空球状体構造
とした場合にあっては、そのボール壁部は磁性材料を含
むセラミックス材料にて構成されることとなることは、
言うまでもないところである。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の代表的な実施例を示すが、本発明が、そのような実
施例の記載によって何等制限的に解釈されるものでない
ことは、言うまでもないところである。

目的とする鋳物製品として、外径が１２００ｍｍφ、厚
みが５０ｍｍ　〜１２０ｍｍ、重量が５５０ｋｇ、材質
がＦｅ２０からなるギヤー素材を鋳造すべく、金枠寸法
が１６００ｍｍＸ１８００ｍｍＸ３００ｍｍ（上型）若
しくは２５０ｍｍ（下型）−の鋳枠を用いると共に、鋳
物砂としては、ＡＦＳ４０妙にフラン樹脂０．８重量％
、硬化剤３０重量％±８重量％（対樹脂添加量）を均一
に配合したものを用い、第１図に示される如き従来の鋳
型と第３図に示される如き本発明に従う鋳型の造型を行
なった。

なお、本発明に従う鋳型の造型に際しては、セラミック
スボールとして、そのサイズが（外径）３０謳φの第５
図（ａ）に示される如き構造のものを用いた。また、セ
ラミックスの材質としては、コーディエライト（２Ｍｇ
Ｏ・２　Ａ　１　ｔ　Ｏ３・５ＳｉＯ□）を用い、更に
芯部を磁性材料であるＮｉ−Ｚｎ系フェライトにて１５
ｍｍφの大きさにて形成した。

このようにして得られた鋳型のサンドメタル比は、第１
図の従来鋳型にあっては、Ｓ／Ｍ＝４．１であり、第３
図の本発明鋳型にあっては、３７Ｍ−１，６３であり、
従来比：１／２．５と著しく改善されたものであった。

また、鋳型の硬化時間にあっても、第１図の従来鋳型に
あっては、１０〜１５分（夏場）要するのに対して、第
３図の本発明鋳型の場合にあっては８〜１１分で済み、
従来に比べて２０％もの短縮を図り得ることが明らかと
なった。

また、このようにして得られた本発明鋳型を用い、それ
に対して、常法に従ってＦＳ３０溶湯を注湯して、目的
とするギヤー素材の鋳造を行ない、更にその後、鋳型の
型ばらしにより、かかる鋳型内に形成されたギヤー素材
（鋳物製品）を取り出す一方、自動化ラインにおいて、
鋳物砂とそれに混入した鋳物バリ等の夾雑物との分離を
マグネット分離装置にて行なった結果、そのような夾雑
物と共にセラミックスボールをも同時に鋳物砂から分離
することが出来た。

なお、本発明は、以上の具体的説明並びに好ましい実施
形態のみに限定されるものでは決してなく、本発明の趣
旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて
種々なる変更、修正、改良等を加えた形態において実施
されるものであり、本発明が、またそのような実施形態
のものをも含むものであることが、理解されるべきであ
る。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明にあっては、ボ
リュウム増加材としてセラミックスボールを用いること
により、サンドメタル比の飛躍的向上を図り得たのであ
り、またそのようなセラミックスボールに磁性を付与し
たことにより、注湯後の砂の回収時に、容易に、ボリュ
ウム増加材としてのセラミックスボールの回収を図るこ
とが可能となったものであり、そこに本発明の大きな工
業的意義が存するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、従来の鋳型構造を説明
するための鋳型縦断面図であり、第３図は、本発明にて
用いられる鋳型構造の一例を示す縦断面図であり、第４
図は、そのような本発明に係る鋳型の造型工程を示す断
面説明図であり、第５図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、
本発明にて用いられるセラミックスボールの異なる例を
示す断面説明図である。 ２：上型　　　　　　４：下型 ６：鋳枠　　　　　　８：鋳物砂 １０：製品キャビティ　１２：中子 １８：従来のボリュウム増加材 ２０：セラミックスボール ２２：底板　　　　　　２４：模型 ２８；芯体　　、　　　　３０：セラミックス層３２：
磁性材料　　　　３４：中空部 ３６：通気孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 有機自硬性の鋳物砂を用いて、目的とする鋳型の造型を
   行なった後、その得られた有機自硬性鋳型に所定の溶湯
   を注湯して鋳造を行ない、更にその後かかる鋳型の型ば
   らしにより、形成された鋳物製品を取り出す一方、鋳物
   砂とそれに混入した鋳物バリ等の介在物との分離を磁気
   により行なって、鋳物砂を回収することからなる鋳造方
   法において、 前記鋳型の造型を、鋳枠内に配置した模型表面に前記鋳
   物砂にて所定厚みの肌砂層を形成した後に、磁性材料の
   内在によって磁性の付与されたセラミックスボールを投
   入して充填し、更にその上に必要に応じて前記鋳物砂を
   裏砂として投入することにより、実施する一方、かかる
   鋳枠内に充填されたセラミックスボールを、前記磁気分
   離操作、によって前記介在物と共に鋳物砂から分離する
   ようにしたことを特徴とする有機自硬性鋳型を用いた鋳
   造方法。