JPS63313628A - 熱可塑性発泡体から成る金属鋳造用模型 - 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】 この発明は、フィルターを内蔵した熱可塑性発泡体から
なる金属鋳造用模型に関するものである。

ポリスチレン発泡体のような熱可塑性発泡体で作られた
模型は、溶融金属を鋳造するためのフルモールド法又は
消失模型鋳造法において用いられている。鋳造すべき金
属鋳物と鋳型内の湯口と湯道系とに対応する１個又は２
個以上の模型が、耐火材の被覆物で被覆され、鋳型を構
成すべき鋳枠内の結合剤を含んでいない砂の中に埋めら
れる。

鋳型内に溶融金属が注入されると、模型は分解されて金
属と置き変わり、金属が凝固して、模型の形状と構造と
を持った鋳物を作る。

その方法で用いられるポリスチレン発泡体製の模型は、
ペンタンのような揮発し易い発泡剤が含まれたポリスチ
レンビーズに熱を作用させて部分的に発泡させ、部分的
に発泡したビーズを通常アルミニウムのような金属製の
成形型内に注入し、その後成形型内で熱を作用させてビ
ーズをさらに発泡させ、ビーズを一体に融着させて模型
とすることによって製造される。成形型内での加熱は、
Ａ常部分的に発泡されたビーズの塊の中へ水蒸気を吹き
込むことによってなされてし）る。

フルモールド法又は消失模型鋳造法では、湯口又は湯口
と湯道及び一連の堰からなる単一の湯道系を用いて、１
つの鋳型内で多数の鋳物を作ることが普通に行われ、各
堰は湯口棒か又は湯道を鋳物模型に連結させており、鋳
物模型、湯口棒、湯道及び堰は、すべてポリスチレン発
泡体で作られている。その集合体が耐火材被覆物で被覆
されて、結合剤を含んでいない鋳造用砂中に埋設される
際には、堰が鋳物模型の全体を支持しなければならない
から、堰はすべて比較的大きいものでなければならない
。

そのような方法では、従来のスラグ捕集場所を付加する
ことが困難であり、従って鋳造の際に湯道が確実に溶融
金属で充満された状態に維持することが困難であり、従
ってスラグが湯道の上面に浮上し、金属が凝固するとき
に湯道中で捕えられることが困難である。これらの理由
により、スラグによる欠陥が鉄鋳物において普通となり
、酸化物被覆の欠陥がアルミニウム鋳造において普通と
なる。

成形された砂型を用いる他の方法では、模型を湯道系に
加えることができ、従ってフィルターを模型中に挿入す
ることができるので、同様な欠陥を防ぐことができる。

フルモールド法又は消失模型鋳造法では、鋳型のすべて
の部分がポリスチレン発泡体で成形されており、従って
フィルターを設置すべき場所がないので、この救済策は
採用できない。

模型の製作過程で熱可塑性発泡体製の模型の中にフィル
ターを入れることができると、フルモールド法又は消失
模型鋳造法でフィルターを用い得ることが、ここに発見
された。

この発明によると、セラミック製の多孔体からなるフィ
ルターを付設した熱可塑性発泡体からなる金属鋳造用模
型が提供される。

この発明のさらに別の特徴によれば、熱可塑性材料をダ
イ又は成形型に入れる時に、フィルターのすべての多孔
性面が熱可塑性材料に接するように、模型の形状に一致
する内部形状を持ったダイ又は成形型内にフィルターを
置き、ダイ又は成形型が熱可塑性材料からなるビーズで
満たされるまで、ダイ又は成形型内にビーズを入れ、ビ
ーズを発泡させるために加熱し、ビーズを硬化させて模
型とすることを特徴とする、セラミック製の多孔体から
成るフィルターを内蔵した熱可塑性発泡体製の金属鋳造
模型を製造する方法が提供される。

この発明による金属鋳造模型は、フルモールド法又は消
失模型鋳造法における湯口、湯道又は湯口の一部又は湯
道の一部を形成する模型であってもよく、又はその模型
は、金属鋳物と湯道又は湯道の一部を形成してもよく、
湯道又は湯道の一部にフィルターが付加されていてもよ
い。

熱可塑性発泡体は、ポリスチレン又はポリメチルメタク
リレートの発泡体であることが好ましく、この発明の詳
細な説明されるのは、ポリスチレン発泡体から成る模型
についてである。

多孔体は、例えば多孔体の一面から他面へ延びるような
孔を持ったハニカムタイプの構造物であってもよく、ま
たはセラミック発泡体のような連通孔を持った構造物で
あってもよい。

発泡体構造物が好ましいものであり、そのような構造物
はセラミック発泡体を作る公知の方法を用いて作ること
ができ、その方法は、結合剤を含んでいるセラミック材
料から成る水性スラリーに有機物発泡体、通常ポリウレ
タン発泡体を浸漬し、浸漬された発泡体を乾燥して水を
除き、乾燥し含浸された発泡体を焼成し、有機物発泡体
を焼失させてセラミック発泡体を作ることとしている。

この方法によるセラミック発泡体の製造法は、米国特許
第８０９００９４、英国特許第９２８８６２．９１６７
８４．１００４３５２．１０５４４２１．１８７７６９
１．１１８８９１１．１３８８９１２及び１３８８９１
３号明細書に記載されている。

この発明の模型を製造する場合には、鋳造中に溶融金属
に接触すべきフィルターの少なくとも外面を、ポリスチ
レンで実質的に覆うことが肝要である。そうしないと、
使用前に模型が耐火材被覆で被覆される時に、被覆材が
フィルター内部へ侵入したり、また模型が成形されてい
ない砂で包まれる時に、砂がフィルターに侵入したりす
るからである。

フィルターが、ハニカムタイプのものである場合には、
即ちフィルターの一面から反対面へ延びる孔を持ったも
のである場合には、溶融金属に接触すべきフィルター面
全体上で、部分的に発泡したポリスチレンビーズが確実
に発泡するように、フィルターを模型製作用のダイ又は
成形型の中に位置させることが非常に重要である。なぜ
ならば、フィルターの残余面は多孔性でないから、これ
らの面を耐火性被覆物または成形されていない砂に接触
させても、何等問題は起こらないからである。

同様に、フィルターがセラミック発泡体であって、溶融
金属を通過させないでおこうとする表面に、例えば英国
特許第１４１９７６２号明細書に記載されているように
、うわ薬がかけられ、プラスチック被覆物が付設され、
又は接着テープによって、その表面が不透過性にされて
いる場合には、模型の製作の際に、多孔性の面だけがポ
リスチレンによって被覆されなければならない。

セラミック発泡体からなるフィルターは、正方形又は矩
形断面の板状をしているのが普通で、その大きな表面が
溶融金属を通すようにされている。

そのようなフィルターの製作過程では、セラミック材料
から成るスラリーが含浸された有機物発泡体をロールに
通して、スラリーが分散されるとともに過剰のスラリー
が除去される。その結果、フィルター上の対向する２個
の小さな表面は、絞り操作によって孔が閉塞されるが、
他の２個の大きな表面は開放したままとなっている。

そのようなフィルターを含んでいるこの発明の模型を製
造するために゛は、フィルターの大きな表面だけでなく
、小さな表面までも実質的にポリスチレンで確実に覆う
ことが必要とされる。従ってフィルターの小さな表面と
ダイの内面との間に隙間があって、予め部分的に発泡さ
れたポリスチレンのビーズが、フィルターのすべての表
面上で発泡できるように、ダイ又は成形型内にフィルタ
ーを位置させなければならない。最小２顛のポリスチレ
ンが各表面を覆うように、隙間は少なくとも２ｎあるこ
とが好ましい。

セラミック発泡体からなるフィルターは、約１鶴の寸法
許容誤差を持つので、大きさの変化を語酌するため、ま
た成る呼称上の大きさのフィルターをすべてダイ又は成
形型の中に確実に正しく設置できて、実質的にポリスチ
レンで覆うことができるために、バネで動かされる僕又
はナイフェツジのような移動手段を用いて、フィルター
を所望の位置に設置し保持することができる。フィルタ
ーが楔又はナイフェツジによって摩耗するのを防ぐため
に、楔又はナイフェツジに接触するこれらの表面を被覆
物又は接着テープによって保護することが望ましい。必
要ならば、バネで動がされる楔又はナイフェツジを、固
定された楔又はナイフェツジと一緒に用いてもよい。

この発明に係る金属鋳造用模型を製造する際には、ポリ
スチレンビーズが、フィルター表面の気孔又は気泡内に
入り、少なくとも部分的に充填することが望ましい。フ
ィルターがセラミック発泡体である場合には、その気泡
は、模型の製造に使われる部分的に発泡されたポリスチ
レンビーズの粒子よりも大きいので、気泡内へのビーズ
の進入は自動的に行われる。セラミック製のハニカムタ
イプのフィルターにおける孔又は通路の大きさは、セラ
ミック発泡体の気泡の大きさよりも小さいのが普通であ
るから、進入を確実に行なわせるためには、充分に小さ
なポリスチレンビーズを選ぶことが必要となる。フィル
ター内へポリスチレンが侵入する結果として、強い模型
が製造され、模型の取扱い又は使用中に、フィルターを
包囲するポリスチレンがフィルターから壊れ落ちる危険
がない。

使用に際しては、この発明の模型は耐火材被覆物で被覆
され、適当な鋳枠内の乾いた砂によって包囲され、振動
せしめられて砂が圧密にされ、従来の操作によると、砂
に真空が適用されるか又は適用されないで、その後金属
が注入される。金属が鋳造されると、発泡したポリスチ
レンの模型は破壊され、金属と置換される。

この発明を以下に添付図面を参照して具体的に説明する
が、図面中の第１図は、この発明によりセラミック発泡
体からなるフィルターを内蔵した発泡ポリスチレン製の
鋳型湯道模型を製造するためのダイの垂直断面図である
。

第２図及び第８図は、第１図のダイ内で製造され・セラ
ミック発泡体からなるフィルターを内蔵したポリスチレ
ン製の湯道模型を含んだ、金属鋳造鋳型の一部の垂直断
面図である。

第１図において、アルミニウム製のダイは、セラミック
発泡体製のフィルターを内蔵している発泡ポリスチレン
製の鋳型湯道模型を製造するためのもので、上半部１と
下半部２とから成り、それらの半部は一緒になって、湯
道模型　を製造するための空所３及び４と、断面が正方
形の板状をしたセラミック発泡体からなるフィルター６
を製造するための空所５を形成している。ダイの上半部
１は、部分的に予しめ発泡されたポリスチレンビーズを
入れるための充填ノズル７を備え、上半部１と下半部２
とは、何れも水蒸気を入れ及び出すための通孔８を備え
ている。各半部１及び２における空所５を形成する内面
は、フィルター６を固定し保持するために、固定された
楔とバネで動かされる楔との組み合わせを備えている。

下半部２の水平面は、固定された楔９を備え、上半部１
の水平面と両半部１及び２の垂直面とは（フィルター６
の近接する垂直面から離れて）、バネで動かされる楔１
０を備えている。フィルター６は、ダイの内面とフィル
ター６のすべての表面との間に、少なくとも２ｕの隙間
を残すように必要な位置に置かれる。模型は、部分的に
予じめ発泡されたポリスチレンビーズを、ノズル７から
空所４へ次いで空所８へ流し込み、ダイを充満させるこ
とによって作られる。その後、水蒸気を通孔８から流入
させて、ビーズを充分に発泡させ固化させて、鋳型湯道
模型を作る。鋳型内で使用される前に、模型は耐火材被
覆物で被覆される。

第２図と第３図において、発泡ポリスチレンで作られた
湯道模型が、第１の湯道部分１２と、第２の湯道部分１
３と、この２つの湯道部分の間にあって、セラミック発
泡体製のフィルター６を含んでいる部分１４とで構成さ
れ、（図示していない）鋳枠内の乾燥された砂１５によ
って包囲され、鋳枠は振動せしめられて、模型の眉りの
乾燥された砂を圧密にする。模型を作るのに使用される
ダイ内で、楔の位置に対応する点では、模型の表面上に
楔の形をした窪み１６及び１７が設けられている。湯道
部分１２の断面積は、湯道部分１８の断面積よりも大き
い。溶融金属が鋳型内に注入されて矢印方向に流される
と、発泡ポリスチレンは侵入して来る金属先端により破
壊される。金属の圧力を受けて、フィルター６は、鋳型
の出口側面１８上の耐火材被覆物と砂とに向がって押さ
れ・このため溶融金属がフィルター６の側面及び出口が
わ表面１１の周りで漏れるのを防いでいる。がりに湯道
部分１２と１８とが同じ断面積を持つものであれば、圧
力はフィルター６に働かないことになり、フィルター６
の側面を取り巻くポリスチレンが一旦破壊されると、金
属がフィルター６の周りで漏れることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明により、セラミック発泡体製のフィ
ルターを内蔵した熱可塑性発泡体製の金属鋳造用模型を
製造するときのダイの垂直断面図である。第２図及び第
３図は、セラミック発泡体を内蔵したポリスチレン製の
湯道模型が付設された金属鋳造用鋳型の一部の垂直断面
図である。 図において、１はダイの上半部、２はダイの下半部、８
−５は空所、６はセラミック発泡体からなるフィルター
、７は充填用ノズル、８は通孔、９は固定喫、１０はバ
ネで動かされる楔、１１はフィルター６の出口がわ表面
、１２は第１の湯道部分、１３は第２の湯道部分、１４
はフィルター６を含んだ湯道部分、１５は砂、１６及び
１７は楔形の窪み、１８は鋳型の出口側面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミック多孔体から成るフイルター６が付設され
   ていることを特徴とする、熱可塑性発泡体から成る金属
   鋳造用模型。 ２、模型又は模型の一部が、フルモールド用鋳型の湯口
   、又は湯道、又は湯口の一部又は湯道の一部であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の金属鋳造
   用模型。 ３、模型が、第１の湯口又は湯道部分１２と、第２の湯
   口又は湯道部分１３とから成り、フイルター６が上記２
   部分の間に位置しており、第１部分の断面積が第２部分
   の断面積よりも大きいことを特徴とする、特許請求の範
   囲第２項に記載の金属鋳造用模型。 ４、セラミック製の多孔体が、一面から他面まで延びる
   複数個の孔を持つていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１−３項の何れか１つの項に記載の金属鋳造用模
   型。 ５、セラミック製の多孔体が発泡構造のものであること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１−３項の何れか１つ
   の項に記載の金属鋳造用模型。 ６、フイルター６における表面の気孔又は気泡が、熱可
   塑性発泡体で少なくとも部分的に充填されていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１−５項の何れか１つの
   項に記載の金属鋳造用模型。 ７、熱可塑性発泡体がポリスチレン又はポリメチルメタ
   クリレートから成ることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１−６項の何れか１つの項に記載の金属鋳造用模型。 ８、熱可塑性材料をダイ又は成形型に入れる時に、フイ
   ルターのすべての多孔性面が熱可塑性材料に接するよう
   に、模型の形状に一致する内部形状を持つたダイ又は成
   形型１、２内にフイルター６を置き、ダイ又は成形型が
   熱可塑性材料からなるビーズで満たされるまで、ダイ又
   は成形型内にビーズを入れ、ビーズを発泡させるために
   加熱し、ビーズを硬化させて模型とすることを特徴とす
   る、セラミック製多孔体から成るフイルター６を内蔵し
   た熱可塑性発泡体製の金属鋳造用模型を製造する方法。 ９、ダイ又は成形型１、２が、フイルター６を適所に位
   置させるために、固定された楔９及びバネで動かされる
   楔１０との組み合わせを備え、フイルター６が、ダイ又
   は成形型１、２の内面とフイルター６のすべての表面と
   の間に、少なくとも２ｍｍの隙間を残すように置かれて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の
   金属鋳造用模型を製造する方法。