JP4790515B2 - ウイリアムスコア形成用部品及び鋳型製作用模型 - Google Patents

Description

本発明は、ウイリアムスコア形成用部品及び鋳型製作用模型に関し、更に詳しくは、鋳型にウイリアムスコアを形成するための技術及び品質の良い鋳造品を製造するための技術に関する。

「鋳型」とは、溶湯（溶融金属・合金）を注入し、凝固させ、所要の構造物（鋳物）が得られるような空隙のある型である。鋳型の種類としては、砂型、金型、石膏型、セメント型、シェルモールド型等が知られているが、本願で対象とする鋳造には、一般に、砂型、シェルモールド型が用いられる。
図４に、鋳型５１の断面図を模式的に示す。同図に示す鋳型５１には、鋳物本体を鋳造する空隙５２（鋳型空隙５２）の他に、溶湯の通路となる湯口，湯道（湯口系５３）や、凝固収縮を補う押湯５４、その押湯による効果を増大させるためのウイリアムスコア５５、汚塵等を除去する揚がり、ガス抜き用の空隙が形成される。なお、鋳型５１は、通常、上型と下型とが別個に製作され、これらを重ね合わせて使用される（図４においては、つなぎ目を点線で示した）。

これらのうち、「押湯」とは、一般に「鋳物本体を鋳造する空隙」以外の空隙であり、体積収縮を補う量の溶湯を供給するための空隙である。溶融金属は冷却・凝固時に一般に体積収縮を生じる。そのため、溶融金属は、注湯後の温度低下に伴い、その溶湯面が低下する。すると、溶融金属の冷却中に、そこに、凹み（引け）が発生し、鋳物内部にも空洞（引け巣）が発生することがある。これを防止するために押湯を設ける。図４に示す押湯５４は、鋳型５１内に設けられ大気に直接接しないため（メクラ押湯）、比較的冷却速度が遅く、大気に開放されている押湯（開放押湯）に比べると少量で押湯効果が得られる特長がある。なお、押湯部分に凝固した金属・合金は、離型後鋳物と一体になっているが、製品とはならない部分であるため、最終的には切り落とされる。

また、「ウイリアムスコア」とは、押湯５４のようなメクラ押湯を形成する鋳型壁面に形成される細い円錐状の突起である。ウイリアムスコアを形成する理由は、溶湯の熱がその細い円錐状の突起に集まるために、その周りの溶湯の凝固を遅らせ、押湯を設けた効果を増大させることができるからである（溶融金属の凝固が遅れると、金属が溶融状態のままであるため、その部分に鋳造時の圧力を作用させ得る）。従って、メクラ押湯が形成された鋳型にウイリアムスコアを形成することは重要であり、これに関する多くの出願がなされている（特許文献１等）。

図５に示したように、一般的に、鋳型５１及び鋳物の製造方法は次の通りである。
（１）鋳型製作用模型６１の製作
同図（ａ）に示すように、鋳物と同じ形の鋳型製作用模型６１、具体的には、「鋳物本体を鋳造するための部分」としての鋳物空隙形成部６２と、湯口系と、「押湯を形成するための部分」としての押湯形成部６３と、「ウイリアムコアを形成する部分」としてのウイリアムスコア形成部６４と、ブローホール６５とが設けられた「鋳物と同じ形の中空の鋳型製作用模型６１」を製作する。なお、鋳型製作用模型６１は、通常、分割線Ｄで示したところで上型と下型とが別個に製作される。
（２）鋳枠６７の製作
同図（ｂ）に示すように、鋳型製作用模型６１に被せる適切な大きさの枠６７（鋳枠６７）を製作する。なお、鋳枠６７は、通常、分割線Ｄで示したところで上型用と下型用とが別個に製作される。また、鋳枠６７には型砂充填時にエアーを逃がすための孔があちこちに形成されるがここではその図を省略している。
（３）型砂の充填
同図（ｃ）に示すように、鋳型製作用模型６１と鋳枠６７との間に型砂（型材）を充填する（点線矢視参照）。なお、型砂の充填は、通常、分割線Ｄで示したところで上型と下型とについて別個に行われる。
（４）型砂の硬化
同図（ｄ）に示すように、充填された型砂を硬化させる（硬化させた型砂が鋳型５１となる）。そして、鋳型製作用模型６１と鋳枠６７とを外して、上型と下型とを接合させる（同図においては点線でつなぎ目を示した）。
（５）減圧鋳造
同図（ｅ）に示すように、鋳型５１の鋳型空隙５２に溶融金属を鋳込むと鋳物が出来上がる。同図では、減圧鋳造法により鋳込を行う例を示す。

従来の鋳型製作用模型６１は、同図（ａ）示したように、鋳物空隙形成部６２と、押湯形成部６３と、ウイリアムスコア形成部６４とを備えるが、これらは一体的に製作されるため、連続的に繋がっている（但し、分割面Ｄで上型、下型に分割される）。
このような鋳型製作用模型６１を用いて、型砂を充填するときには（上記（３））、コールドボックス造型法（コア，ブロー）により、樹脂をコーティングした砂を吹き込んで鋳型製作用模型６１の外表面に付着させる。そのため、型砂はウイリアムスコア形成部６４に堆積してウイリアムスコア５５を形成する。このとき、エアーは、ウイリアムスコア形成部６４に形成されたブローホール６５を通り、型砂はブローホール６５を通らずに、鋳枠６７の図示しない孔を通って外部へ抜ける。しかしながら、型砂には樹脂がコーティングされているため、ブローホール６５に樹脂が染みつき、型砂が詰まることがある。型砂が詰まったままの状態で鋳型製作用模型６１と、鋳枠６７を外せば、出来上がる鋳型５１のウイリアムスコア５５に形状不良が生じる。

特開昭５４−１６０５１７

しかしながら、従来の鋳型製作用模型６１は、ウイリアムスコア形成部６４が、押湯形成部６３に直彫りされた一体型のものであったため、ブローホール６５が詰まるとウイリアムスコア形成部６４だけを取り替えることができないという問題があった。従って、ブローホール６５の詰まりが原因で、ブローホール６５が破損すると、鋳型製作用模型６１の破損部分だけの修理修正が困難で結局模型一式の再製作を業者に依頼しなければならず、費用や時間がかかるという問題があった。

さらに、鋳型製作用模型６１のウイリアムスコア形成部６４に形状不良が生じて、その部分が異形状になったものを用いて鋳型５１を製作し、鋳型５１を用いて鋳造を行うと、押湯５４を設けても鋳物本体に引け巣が発生するという問題があった。さらに、鋳型製作用模型６１のウイリアムスコア形成部６４に形状不良が生じると、そこで生産を停止して、場合によっては生産ラインを変更する等の対応をしなければならず、生産ラインに悪影響を与えるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳型製作用模型の「ウイリアムスコアを形成するための部分」を取替可能とするウイリアムスコア形成用部品及び鋳型製作用模型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るウイリアムスコア形成用部品は、
鋳型にウイリアムスコアを形成するためのウイリアムスコア形成用部品であって、
前記ウイリアムスコアの形状をかたどった凹部と、
前記凹部の先端部分に形成されるエアー抜き用のベンドホールと、
当該ウイリアムスコア形成用部品の外表面に形成され、かつ、鋳型製作用模型に着脱自在に固定するための固定手段と、
を備えたことを要旨とするものである。
この場合に、前記固定手段は、ねじ山であればよい。
この場合に、ウイリアムスコア形成用部品の取り付け取り外しに用いられる溝を備えることが望ましい。

上記課題を解決するために、本発明に係る鋳型製作用模型は、
鋳物本体を鋳造するための部分と、
メクラ押湯を形成するための部分とを備えた鋳型製作用模型であって、
上記記載のウイリアムスコア形成用部品を埋設するための埋設孔が形成されていることを要旨とするものである。
この場合に、前記埋設孔の内周面にねじ山を刻むことが望ましい。

本発明に係るウイリアムスコア形成用部品は、その外周面に形成される固定手段であって鋳型製作用模型に着脱自在に固定するための固定手段を備えたものであるから、鋳型製作用模型へ着脱自在に固定することができる。従って、ウイリアムスコア形成用部品は、取り替え使用ができる。
また、ウイリアムスコア形成用部品は、その取り付け取り外しに用いられる溝を備えたものであるから、ドライバー等のジグを溝に差し込んで回すことにより、鋳型製作用模型へ取り付けたり、そこから取り外したりすることができる。従って、ウイリアムスコア形成用部品は、取り替え使用ができる。
本発明に係る鋳型製作用模型は、ウイリアムスコア形成用部品を固定するための埋設孔が形成されたものであるから、ウイリアムスコア形成用部品をその埋設孔に埋設したり、その埋設孔から取り外したりすることができる。従って、本発明に係る鋳型製作用模型は、ウイリアムスコア形成用部品を取り替えて使用することができる。

以下に図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品１の平面図、Ａ−Ａ線断面図及び底面図を示す。ウイリアムスコア形成用部品１は、凹部２と、ベンドホール３と、固定手段４とを備える。凹部２は、鋳型１５（図３（ｄ）参照）に形成されるウイリアムスコア５（図３（ｄ）参照）の形状をかたどったものである。凹部２の形状によってウイリアムスコア５の形状が決まるため、凹部２の形状は重要であるが、特に限定されるものではなく、円錐状、角錐状など先端にかけて細くなっていくもの、板状のもので先端にかけて薄くなっていくものであればよい。

ベンドホール３は、略長方形状のスリット状の複数の孔であり、凹部２の先端部分に形成されるエアー抜き用の孔である。ベンドホール３は、凹部２に連通した貫通孔であり、鋳型製作用模型６（図３（ａ）参照）にウイリアムスコア形成用部品１を固定した状態で、外気と鋳型製作用模型６の内部とを貫通させる孔である。ベンドホール３は、鋳型製作用模型６の製作時にコールドボックス造型法（コア，ブロー）を行うときの空気の通り道となる孔であるが、型砂は通さない孔である。ベンドホール３は、このような条件を満たせば、その大きさや形状は特に限定されるものではない。従って、スリットの形状は限定されず、孔も丸孔、楕円孔、角穴、多角形孔を複数個形成したものでもよい。

固定手段４は、ウイリアムスコア形成用部品１の外周面７に形成されるものであり、ウイリアムスコア形成用部品１を鋳型製作用模型６に着脱自在に固定するためのものである。固定手段４は、具体的な図示は省略するが、例えば、外周面７に刻んだねじ山（雄ねじ）である。なお、ねじ山を刻む位置は、特に限定されるものではなく、外周面７’などのその他の位置でもよい。また、ねじ山に代えて所定の突起を設け、これを固定手段４としてもよい。

溝８は、ウイリアムスコア形成用部品１の鋳型製作用模型６への取り付け取り外しに用いられる部分である。溝８は、ウイリアムスコア形成用部品１の頂部端面に形成された二箇所の溝である。これらの溝は、ウイリアムスコア形成用部品１の長手方向の軸を中心に丁度１８０°の位置関係で形成されるが、この位置に限定されるものではない。溝８に、ドライバー等を差し込んで、これをウイリアムスコア形成用部品１ごと回すことにより、ウイリアムスコア形成用部品１の取り付けや取り外しができればよく、溝８の形状、個数及び位置は限定されない。従って、溝８に代えて凸部や凹凸部等を形成しても良く、その個数も一箇所でも三箇所以上でも良い。

ウイリアムスコア形成用部品１は、大きく分けると、加工の容易な真鍮製の本体９と耐摩耗性が高いステンレス製のベンドホール部１０とからなる。上述した凹部２は、本体９にベンドホール部１０を圧入した状態でこれらを切削加工することにより両者に跨って形成されるものであり、凹部２の先端部分以外の部分が本体９に形成され、凹部２の先端部分がベンドホール部１０に形成される。スリット状の複数のベンドホール３は、ベンドホール部１０に形成され、固定手段４及び溝８は、本体９に形成される。なお、本体９及びベンドホール部１０は、その材質や形状は特に限定されるものではない。また、本体９とベンドホール部１０とは、異なる材料で別個に製作することに限定されるものではなく、同一材料で一体的に製作してもよい。

図２を参照して、本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品１の製作方法について説明する。
（１）本体原型及びベンドホール部原型の製作
同図（ａ）に示すように、本体９の原型としてベンドホール部１０を圧入できる孔１１が形成されたものを製作する。また、ベンドホール部１０の原型としてベンドホール３が形成されたものを製作する。
（２）本体原型へのベンドホール部原型の圧入
同図（ｂ）に示すように、本体９の原型へベンドホール部１０の原型を圧入する。
（３）切削加工
同図（ｃ）に示すように、本体原型の上部から切削加工を行い、凹部２や溝８等を形成する。凹部２は、本体９とベンドホール部１０とを跨って形成される。また、凹部２はベンドホール３と連通させる。
（４）ウイリアムスコア形成用部品の完成
同図（ｄ）に示すように、以上の工程によってウイリアムスコア形成用部品１が得られる。また、ウイリアムスコア形成用部品１は、本体９の外周面７にねじ山を刻むことによって、鋳型製作用模型６への固定が可能になる。

次に、本発明の一実施形態に係る鋳型製作用模型６について説明する。
図３（ａ）に示す鋳型製作用模型６は、鋳型空隙形成部１２と、押湯形成部１３と、埋設孔１４とを備える。鋳型空隙形成部１２は、鋳型１５（同図（ｄ）参照）の「鋳物本体を鋳造するための部分」であり、その形状及び数は特に限定されるものではなく、目的とする鋳物に応じて任意に選択される。押湯形成部１３は、鋳型１５の「メクラ押湯を形成するための部分」であり、その形状及び数は特に限定されるものではなく、目的とする鋳物に応じて任意に選択される。一般に、目的とする鋳物の肉厚が厚くなるほど凝固収縮による引け巣が発生しやすいため、押湯形成部１３は、厚肉の鋳型空隙形成部１２に設けることが望ましい。

埋設孔１４は、ウイリアムスコア形成用部品１を埋設するための孔である。埋設孔１４は、押湯形成部１３の頂部周辺に形成されるが、その数及び位置は限定されるものではない。埋設孔１４の内周面１６には、ねじ山を刻むことが望ましい。ウイリアムスコア形成用部品１の外周面７に形成されたねじ（雄ねじ）を、埋設孔１４の内周面１６に形成されたねじ（雌ねじ）に螺合させることによって、ウイリアムスコア形成用部品１を着脱自在に取り付けることができる。
なお、ウイリアムスコア形成用部品１の外周面７に所定の突起を設ける場合には、内周面１６に、その突起と係合する溝を設ければよい。例えば、埋設孔１４の開口に向かって開口し、内周面１６の周回方向に延びる溝を形成する。ウイリアムスコア側に設けた所定の突起を、埋設孔１４の開口方向から挿入し、周回方向へ回すことで、溝に係合させる。こうすることでウイリアムスコア形成用部品１を取り付けることができる。

図３を参照し、本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品１と鋳型製作用模型６とを使用した鋳型１５の製作方法及び鋳物の製造方法について説明する。なお、同図において符号Ｄは、分割面を示し、鋳型製作用模型６が、通常、上型と下型とが別個に製作されることを示す。
（１）ウイリアムスコア形成用部品１の鋳型製作用模型６への固定
同図（ａ）に示すように、ウイリアムスコア形成用部品１を鋳型製作用模型６の埋設孔１４に固定する。この固定を行うときにはドライバー等を溝８に差し込んで、ウイリアムスコア形成用部品１を埋設孔１４に取り付ける。ウイリアムスコア形成用部品１の外周面７及び埋設孔１４の内周面１６にねじ山が刻まれているときには、ウイリアムスコア形成用部品１を埋設孔１４にねじ込めばよい。なお、接着材をウイリアムスコア形成用部品１のねじ山に塗布して、ウイリアムスコア形成用部品１を埋設孔１４に埋設してもよい。こうすることで確実に固定することができる。

（２）鋳枠１７の製作
同図（ｂ）に示すように、鋳枠１７を製作し、これを、ウイリアムスコア形成用部品１が埋設された鋳型製作用模型６の上に被せる。実際には分割面Ｄで分割された各型ごとに、鋳枠１７を被せる。
（３）型砂の充填
同図（ｃ）に示すように、鋳型製作用模型６と鋳枠１７との間に、コールドボックス造型法（コア，ブロー）により、樹脂をコーティングした砂を吹き込むことにより、型砂を充填する（点線矢視参照）。この型砂の充填により、ウイリアムスコア５が形成された中空の鋳型１５の原型が得られる。型砂の充填は、実際には、分割面Ｄで分割された各型ごとに行う。
（４）型砂の硬化及び鋳型の完成
同図（ｄ）に示すように、充填された型砂を硬化させる（硬化させた型砂が鋳型１５となる）。そして、図示を省略するが、鋳型製作用模型６及び鋳枠１７を取り外して、硬化した上型の型砂と、硬化した下型の型砂とを接合する。接合面は点線で示す。これによって、同図（ｄ）に示した鋳型１５が完成する。鋳型１５には、ウイリアムスコア５が形成されている。

（５）減圧鋳造
溶解用るつぼ１８に金属を入れて溶解させ、溶湯Ｍとする。鋳型１５を減圧室１９にセットし、湯口２０を溶湯Ｍに浸漬する。この状態から減圧室１９を減圧すると、溶湯Ｍが湯口２０、湯道２１を通って、鋳物空隙２２、メクラ押湯２３へ流れ込み、凝固し、鋳物が得られる。メクラ押湯２３に形成されたウイリアムスコア５には、熱が集中し、ウイリアムスコア５の周囲は、流れ込んだ溶湯Ｍが最後に凝固するところになる。そのため、引け巣が鋳物空隙２２には発生しない。引け巣ができるとすれば、ウイリアムスコア５の周囲に符号Ｈで示す態様で発生することになるが、押湯１９の部分は切り捨てられる部分であるため、問題はない。

（６）鋳型製作用模型６の取り替え
上記手順に従って、鋳型製作用模型６を用いて、鋳型１５が繰り返し製造される。このときに、ベンドホール３に樹脂が付着して詰まったりしたときや、その虞があるときは、ウイリアムスコア形成用部品１を外して別のウイリアムスコア形成用部品１を固定すればよい。

次に、本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品１及び鋳型製作用模型６の作用について説明する。
コールドボックス造型法（コア、ブロー）により型砂を吹き込むときには（上記（３））、ベンドホール３からエアーだけが抜けて、ウイリアムスコアの形状をかたどった凹部２に型砂が堆積し、ウイリアムスコア５が形成される。しかしながら、型砂は樹脂がコーティングされているため、ウイリアムスコア形成用部品１を埋設した状態の鋳型製作用模型６を繰り返し使用していると、ベンドホール３が目詰まりを起こすことがある。このようなときでも、ウイリアムスコア形成用部品１を外して、ここだけを新しいものに取り替えることができる。従って、鋳型製作用模型一式の再製作が不要となり、費用や時間を無駄にすることがない。

さらに、ウイリアムスコア形成用部品１に形状不良が生じても、ウイリアムスコア形成用部品１を取り替えればすむため、形状不良品を使用し続けることによる、鋳型の品質悪化を免れる。さらに、ウイリアムスコア形成用部品１に形状不良が生じて、その時点で生産を停止させても、ウイリアムスコア形成用部品１を取り替えれば、生産を続行することができるため、生産ラインに悪影響を与えることはない。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明に係るウイリアムスコア形成用部品及び鋳型製作用模型は、ウイリアムスコアが取り付けられる種々の鋳型に適用することができる。従って、自動車産業をはじめとする多くの産業において利用することができる。

本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品の断面図である。 本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品の製作工程図である。 本発明の一実施形態に係るウイリアムスコア形成用部品と鋳型製作用模型とを使用した鋳型の製造工程図である。 一般的な鋳型の断面図である。 従来の鋳型製作用模型を使用した鋳型の製作工程図である。

符号の説明

１ ウイリアムスコア形成用部品
２ 凹部
３ ベンドホール
４ 固定手段
５ ウイリアムスコア
６ 鋳型製作用模型
７ 外周面
８ 溝
９ 本体
１０ ベンドホール部
１１ 孔
１２ 鋳物空隙形成部
１３ 押湯形成部
１４ 埋設孔
１５ 鋳型
１６ 内周面
１７ 鋳枠
１８ 溶解用るつぼ
１９ 減圧室
２０ 湯口
２１ 湯道
２２ 鋳物空隙
２３ メクラ押湯

Claims (5)

1. 鋳型にウイリアムスコアを形成するためのウイリアムスコア形成用部品であって、
   前記ウイリアムスコアの形状をかたどった凹部と、
   前記凹部の先端部分に形成されるエアー抜き用のベンドホールと、
   当該ウイリアムスコア形成用部品の外表面に形成され、かつ、鋳型製作用模型に着脱自在に固定するための固定手段と、
   を備えたことを特徴とするウイリアムスコア形成用部品。
2. 前記固定手段は、ねじ山であることを特徴とする請求項１に記載のウイリアムスコア形成用部品。
3. 前記ウイリアムスコア形成用部品の頂部端面に形成された溝を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のウイリアムスコア形成用部品。
4. 鋳物本体を鋳造するための部分と、
   メクラ押湯を形成するための部分とを備えた鋳型製作用模型であって、
   請求項１から３のいずれかに記載のウイリアムスコア形成用部品を埋設するための埋設孔が形成されていることを特徴とする鋳型製作用模型。
5. 前記埋設孔の内周面にねじ山を刻んだことを特徴とする請求項４に記載の鋳型製作用模型。

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