JPH07265997A - 鋳造用消失性原型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フルモールド鋳造法において、鋳造欠陥の発
生が著しく少ない消失性原型を提供すること。 【構成】熱可塑性樹脂発泡体よりなる鋳造用消失性原型
において、該鋳造用消失性原型の内部に赤外線反射層を
設けることにより、溶湯の輻射熱による発泡樹脂の溶融
収縮を防止し、消失性原型の完全気化を可能にする。し
たがって、鋳造欠陥のない鋳造品を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、消失型鋳造法、特にフ
ルモールド鋳造法において用いる鋳造用消失性原型に関
する。

【０００２】

【従来の技術】所謂フルモールド鋳造法は、消失性原型
を砂鋳型の中に埋設し、次いでそこへ溶湯を注入し、そ
の高熱で以て原型を気化消失せしめるとともに、生じた
空隙に溶湯を充填して、鋳造品を作るという鋳造法であ
り、従来より、特に大型鋳造品の製作において利用され
ている。この鋳造用消失性原型に適用可能な樹脂発泡体
には、ポリスチレン系発泡体、ポリウレタン系発泡体、
ポリメチルメタクリレート系発泡体、ポリ塩化ビニル系
発泡体等があるが、消失性、加工の容易さ並びに経済性
等の面から、ポリスチレン系発泡体等の熱可塑性樹脂発
泡体の利用が最も一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる鋳造技術は、複
雑な形状の鋳造品を作る場合にも鋳型の製作が容易であ
る等、多くの利点を有しているが、また反面、いくつか
の欠点もある。その欠点の一つとしては、消失性原型の
気化不良による鋳造欠陥が挙げられる。溶湯を注入する
際の気化が砂鋳型のガス抜き構造に比べて相対的に不十
分であると、原型の一部が溶縮樹脂状物の状態で残存
し、その残存塊の体積に相応した鋳造品の表面欠けがお
き、また、表面の凹みや肌荒れなどのガス傷欠陥の現象
も生じる。

【０００４】かかる欠陥は、鋳造品のその後の利用を不
可能または困難にし、二次的な切削加工等が必要とな
り、コスト高の原因になる。また、鋳造品の商品として
の価値を著しく低下せしめることになる。そして、欠陥
の程度が大きいと、再度の鋳造を実施する必要がある場
合も生じる。

【０００５】消失性原型が溶湯の輻射熱により加熱され
る温度域にて気化消失する効率、即ちガス化効率の点か
ら言えば、ビニル系熱可塑性樹脂発泡体の中ではポリメ
チルメタクリレート系発泡体が優れている。これは、ポ
リメチルメタクリレート系発泡体の場合には、ポリマー
からモノマーに分解する過程及び、モノマー自体の分解
を経てメタン等のＣ₄ 以下の炭化水素化合物等を生成す
る過程が他の樹脂発泡体よりも大変速いことによるもの
であると考えられている。

【０００６】しかし、ポリメチルメタクリレート系発泡
体は、ポリスチレン系発泡体と比較して格段に高価であ
るため、ポリメチルメタクリレート系発泡体の消失性原
型を用いたフルモールド鋳造品の製作は、コストが著し
く高いものとなる。すなわち、ポリメチルメタクリレー
ト系発泡体を使用するフルモールド鋳造法は、比較的小
物の一品製作の鋳造品の製作には利用可能であるが、汎
用的な鋳造品の生産（特に、量産）及び大型の鋳造品の
生産には経済性の点で適さないものである。また、ポリ
メチルメタクリレート系発泡体は、ガス化効率が良いた
めに、溶湯が接触ないし接近すると、瞬時に多量のガス
が発生し砂鋳型内部圧力を上昇させる。このために溶湯
が砂鋳型より吹き出す危険性があり、溶湯の低速注入を
強いられるという不都合がある。

【０００７】また、硬質ポリウレタン系発泡体の消失性
原型製作には、発泡体に膨れや収縮が生じて原型が変形
したり、単品であっても型が必要である等の問題があ
る。さらに、該消失性原型を用いて鋳造を行った場合、
硬質ポリウレタン系発泡体は、架橋発泡体であるため
に、分解が十分に行われ難い。一方、軟質ポリウレタン
系発泡体は、形状の保持が困難であるため、フルモール
ド鋳造品の製作には従来使用されていない。

【０００８】一方、ポリスチレン系発泡体等の熱可塑性
樹脂発泡体の消失性原型を用いたフルモールド鋳造品の
製作は、費用の面で有利であり、汎用的な鋳造品の量産
に十分活用しうるが、消失性原型の気化不良による鋳造
欠陥の発生の可能性があり、更に、粒子間の模様が出来
る等の問題があり、鋳造製品の品質の面で、特に製品外
観の性能につき劣るという欠点がある。

【０００９】本発明者らは、かかる事情に基づき、高品
質な消失性原型を探究するべく、研究を開始した。ま
ず、消失性原型の材料としてのポリスチレン系樹脂発泡
体等の熱可塑性樹脂発泡体について、注湯の際原型が溶
湯の輻射熱によって加熱されるときの温度域（溶湯温度
約８００〜約１６００゜Ｃ）でのガス化効率、及びその
状況を検討してみた。その結果、ポリスチレン系発泡体
等の熱可塑性樹脂発泡体の樹脂が、溶湯の輻射熱により
ガス化する前に溶縮する場合、注入される溶湯から離れ
た消失性原型の砂鋳型に接する周辺部に発生しやすい事
を見出した。また、この現象は、小型の消失性原型より
も、大型の消失性原型に発生が起こり易いことも見出し
た。

【００１０】本発明の目的は、フルモールド鋳造法等に
用いられる消失性原型であって、鋳造欠陥の発生が著し
く少なく、高品質な鋳造品を容易に得られる消失性原型
を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱可塑性樹脂
発泡体の内部に少なくとも一層の赤外線反射層を有する
ことを特徴とする鋳造用消失性原型である。

【００１２】本発明の鋳造用消失性原型は、熱可塑性樹
脂発泡体にて常法に従い基本原型を作製し、鋳砂に鋳造
用消失性原型を埋設して溶湯を注入した場合に、注入当
初に溶湯に近接しない部分の輻射熱による溶融収縮を防
ぐために、基本原型内部に少なくとも一層の赤外線反射
層を設ける。

【００１３】尚、本発明の熱可塑性樹脂発泡体は、一般
に、普通の鋳造では、発泡倍率３０〜５５倍くらいのも
のが使用されるが、大型品を鋳造する場合には、発泡倍
率のより大きいもの（約８０倍）が使用されることもあ
る。例えば、ポリスチレン系発泡体、ポリエチレン系発
泡体、ポリプロピレン系発泡体、ポリメチルメタクリレ
ート系発泡体、ポリ塩化ビニル系発泡体、ポリウレタン
系発泡体等が利用できる。

【００１４】赤外線反射層としては、赤外線の透過を極
力抑えるものであれば良く、金属箔は、赤外線反射率が
高いほど好ましく、アルミニューム、銅、鉄、ステンレ
ス、錫等の金属箔等を使用できる。また、紙や合成樹脂
フィルムに金属蒸着を施したものも使用できるが、溶融
あるいは消失後、鋳造金属の性質に影響を与えないもの
を選択する必要がある。したがって、溶湯温度約８００
〜１６００℃で溶融してしまい、赤外線反射率が４０％
以上のものが好ましく、さらに好ましくは７０％以上の
該赤外線反射層であれば、鋳造用消失性原型の発泡倍率
に係わらず輻射熱による熱伝導を遮断して、発泡体の溶
融収縮を防止できる。

【００１５】また、赤外線反射層の厚さとしては、溶湯
温度約８００〜１６００℃で溶融してしまい、溶融残が
ない厚さであればよい。更に、赤外線反射層は、鋳造用
消失性原型内部で連続した層である必要がなく、例え
ば、帯状のものを断続的に配置するように、部分的に存
在させても、層に透孔が形成されたものであってもよ
い。鋳造用消失性原型の形状、大きさ、コスト等を考慮
し、適宜選択される。

【００１６】鋳造用消失性原型に赤外線反射層を設ける
場所としては、形状、大きさ等によって異なってくる
が、注入当初に溶湯に接する部分より、約３０cm以下、
または、好ましくは１５cm以下の間隔で一層、または、
複数層設けることが好ましい。赤外線は、上方１８０°
全ての方向に対して均等に放射されるので、消失性原型
の形状により、特定壁面に放射赤外線が集中しない様な
構造であれば良く、赤外線反射層を単純に水平方向に積
層するだけでも有効であり、特に積層方向を限定するも
のでない。

【００１７】赤外線反射層を鋳造用消失性原型に設ける
方法としては、例えば、まず、通常の金型成形による
か、板状発泡体の積層体か、型成形のブロック体等を切
削加工して所望形状の基本原型を作成する。次に、該基
本原型を赤外線反射層の設置位置で分割裁断するか、予
め基本原型を赤外線反射層の設置位置で分割した形態で
作成する。基本原型の一方の分割面に赤外線反射層を接
着剤、粘着剤等で載置し、さらに、もう一方の分割面を
赤外線反射層に同様にして固定する。この工程を繰り返
すことにより鋳造用消失性原型を完成させる事ができ
る。ここで使用する接着剤、粘着剤等は、鋳造用消失性
原型の分割体同士が赤外線反射層を挟んで固定できるも
のであればよい。鋳造用消失性原型の発泡体と同じ熱可
塑性樹脂系の接着剤、粘着剤等であれば、消失性等の面
で好ましい。また、赤外線反射層に少なくとも一面に予
め粘着剤付きのものを使用してもよい。分割体同士が赤
外線反射層を挟んでの固定方法は、特に限定されるもの
でなく、いかなる方法でもよい。

【００１８】また、予め板状発泡体の一方の面に赤外線
反射層を積層したものを複数枚重ねてブロック状の積層
体にしたものを所望形状に切削加工して鋳造用消失性原
型を完成させてもよい。さらに、所望形状の成形金型内
で赤外線反射層をインサート成形して、鋳造用消失性原
型を完成させてもよく、赤外線反射層を鋳造用消失性原
型に設ける方法は特に限定されるものでない。

【００１９】上述した鋳造用消失性原型は、フルモール
ド鋳造法において利用され、とりわけ、鋳造品質におい
て、ポリスチレン系発泡体等の熱可塑性樹脂発泡体単独
あるいは複合よりなる従来の鋳造用消失性原型よりも優
れている。

【００２０】そして、本発明の消失性原型は、フルモー
ルド鋳造法一般に利用することができる。即ち、かかる
消失性原型を、塗型材の表面塗布の後、砂鋳型の中に埋
設し、次いで溶湯を砂鋳型内に注入し、その高熱で以て
消失性原型を気化消失せしめつつ、生じた空隙に溶湯を
充填することにより、消失性原型と同形の鋳造品を作る
ことができる。砂鋳型への埋設及び溶湯の注入等につい
ては、従来より慣用されている手順及び手法を利用する
ことが出来る。使用する砂鋳型の組成、並びに使用する
溶湯の種類、組成等に関しては、特に制限されるもので
はない。特に、減圧鋳造法への本発明の消失性原型の利
用は、通気縦孔等を通じて脱気をより円滑かつ迅速に行
うことができるので、有利である。

【００２１】

【作用】本発明の消失性原型は、砂鋳型内に溶湯が注入
され、溶湯との接触部分が高熱により、熱可塑性樹脂発
泡体を気化消失し、さらにその時、輻射熱は、赤外線反
射層によって反射され、非接触部分の該消失原型の熱可
塑性樹脂発泡体に輻射熱により溶縮は発生しない。さら
に、溶湯の注入が進み、赤外線反射層に近接すると、赤
外線反射層も溶融消失してしまい、接触部分の気化消失
が進行していき、全体が気化消失する。したがって、溶
湯の注入が完了しても、砂鋳型内部に消失性原型の残存
塊等が存在する事はほとんどないために、鋳造欠け、表
面肌荒れ等の欠陥が現れることなく、外観品質の優れた
鋳造品を作成することができる。

【００２２】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。 実施例１ ポリスチレン発泡性重合体粒子を水蒸気圧０．２ｋｇ／
ｃｍ² のもとで約９０秒加熱し、嵩倍率で約５０倍に予
備発泡させ、この予備発泡粒子を、鋳造品の基本形状の
金型を備えた成形機に所定量充填し、蒸気圧０．８ｋｇ
／ｃｍ² ，加熱時間１０秒、水冷時間１０秒の成形条件
下で発泡成形を行い基本原型を得た。つぎに、この基本
原型をニクロム線の熱線によって、２分割し、図１の分
割体１ａ，１ｂをえる。この分割体１ａ，１ｂの分割面
それぞれに両面テープを貼り、市販のアルミホイール２
を挟み、固着し、図２の鋳造用消失原型１を得た。そし
て、慣用の塗型材を消失性原型の外表面に塗布した後、
これを砂鋳型の中に埋設し、これと共に原型に臨む湯
道、湯口等をも設けた。その後、ＦＣＤ４５０の１４５
０℃の溶湯を注湯口より湯道を経て、鋳型砂で囲まれた
消失性原型に注入し、その高熱で以て原型を気化消失せ
しめつつ、生じた空隙に溶湯を充填することにより、消
失性原型と同形の大型鋳造品を作った。鋳造品全体に鋳
造欠け、表面肌荒れ等の欠陥が現れることなく、外観品
質が優れた鋳造品を作ることができた。

【００２３】比較例１ 実施例１で作製した基本原型をそのまま消失性原型とし
て、実施例１と同様にして鋳造品を作製した。溶湯は、
分割体１ｂの下部にあたる所より注入されたために、鋳
造品の分割体１ａの上側面にあたる場所に、鋳造欠けが
発生してしまった。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、フルモールド鋳造法の
技術に従って使用した場合に、鋳造品全体に、気化不良
による鋳造欠け、表面肌荒れ等の欠陥がまず起きず、従
って、品質、特に製品外観の良好な鋳造品を、容易に製
作することができるところの消失性原型が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の鋳造用消失模型の分割体の
斜視図。

【図２】本発明の一実施例の鋳造用消失模型の斜視図。

【符号の説明】

１ 鋳造用消失模型 １ａ 鋳造用消失模型の分割体 １ｂ 鋳造用消失模型の分割体 ２ 赤外線反射層（アルミホイール）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂発泡体の内部に少なくとも
   一層の赤外線反射層を有することを特徴とする鋳造用消
   失性原型。
2. 【請求項２】 赤外線反射層が金属箔であることを特徴
   とする請求項１記載の鋳造用消失性原型。
3. 【請求項３】 赤外線反射層の反射率が４０％以上であ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の鋳造用消失
   性原型。