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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023044309
(43)【公開日】2023-03-30
(54)【発明の名称】一体型鋳型、その製造方法および鋳造方法
(51)【国際特許分類】
B22C 9/22 20060101AFI20230323BHJP
B22C 9/02 20060101ALI20230323BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20230323BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20230323BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
B22C9/22 C
B22C9/02 103A
B22C9/02 101Z
B33Y10/00
B33Y30/00
B33Y80/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021152270
(22)【出願日】2021-09-17
(71)【出願人】
【識別番号】000000240
【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114258
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 武雄
(74)【代理人】
【識別番号】100125391
【弁理士】
【氏名又は名称】白川 洋一
(72)【発明者】
【氏名】石田 弘徳
(72)【発明者】
【氏名】千石 理紗
(57)【要約】
【課題】羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部において、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能な一体型鋳型、その製造方法および鋳造方法を提供する。
【解決手段】付加製造装置により造形砂を用いて作製され、中心軸とは異なる方向に伸びる羽根部を有する部材を鋳造する一体型鋳型１００であって、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部１１２を有し、羽根形成部１１２の外縁に中空に連続する開口部１３０が形成される。
【選択図】図１
【解決手段】付加製造装置により造形砂を用いて作製され、中心軸とは異なる方向に伸びる羽根部を有する部材を鋳造する一体型鋳型１００であって、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部１１２を有し、羽根形成部１１２の外縁に中空に連続する開口部１３０が形成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
付加製造装置により造形砂を用いて作製され、中心軸とは異なる方向に突き出した羽根部を有する部材の鋳造に用いられる一体型鋳型であって、
前記羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部を有し、
前記羽根形成部の外縁に前記中空に連続する開口部が形成されることを特徴とする一体型鋳型。
前記羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部を有し、
前記羽根形成部の外縁に前記中空に連続する開口部が形成されることを特徴とする一体型鋳型。
【請求項2】
前記開口部は、前記羽根形成部のうち前記鋳造される部材の中心軸から最も離れた位置を含む領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の一体型鋳型。
【請求項3】
前記一体型鋳型は、複数の前記羽根形成部を有し、
前記羽根形成部のそれぞれに前記開口部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の一体型鋳型。
前記羽根形成部のそれぞれに前記開口部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の一体型鋳型。
【請求項4】
前記羽根形成部は、螺旋状に連続する前記羽根部を形成する中空を有し、
前記開口部は、前記羽根形成部の外縁のうち、外周位置の周方向に沿った領域において形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の一体型鋳型。
前記開口部は、前記羽根形成部の外縁のうち、外周位置の周方向に沿った領域において形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の一体型鋳型。
【請求項5】
請求項１～４のいずれかに記載の一体型鋳型の製造方法であって、
一定厚さに前記造形砂を敷き均す工程と、
造形体として前記一体型鋳型となる所定部分にバインダを噴射し硬化させる工程と、を含む一連の工程を繰り返すことで付加製造装置を用いて前記造形体を形成することを特徴とする一体型鋳型の製造方法。
一定厚さに前記造形砂を敷き均す工程と、
造形体として前記一体型鋳型となる所定部分にバインダを噴射し硬化させる工程と、を含む一連の工程を繰り返すことで付加製造装置を用いて前記造形体を形成することを特徴とする一体型鋳型の製造方法。
【請求項6】
請求項１～４のいずれかに記載の一体型鋳型を用いた鋳造方法であって、
金属を含まないフィルム状の封止部材で前記開口部を覆う工程と、
前記開口部が前記封止部材によって覆われた前記一体型鋳型を、鋳枠の内部に設置する工程と、
前記一体型鋳型を固定するように、前記鋳枠の内部に鋳物砂を充填する工程と、
前記一体型鋳型に溶湯を注入する工程と、
前記一体型鋳型で生成された鋳物を取り出す工程と、を含むことを特徴とする鋳造方法。
金属を含まないフィルム状の封止部材で前記開口部を覆う工程と、
前記開口部が前記封止部材によって覆われた前記一体型鋳型を、鋳枠の内部に設置する工程と、
前記一体型鋳型を固定するように、前記鋳枠の内部に鋳物砂を充填する工程と、
前記一体型鋳型に溶湯を注入する工程と、
前記一体型鋳型で生成された鋳物を取り出す工程と、を含むことを特徴とする鋳造方法。
【請求項7】
請求項１～４のいずれかに記載の一体型鋳型を用いた鋳造方法であって、
前記開口部を、造形砂を用いて形成された封止部材で覆う工程と、
前記開口部が前記封止部材によって覆われた前記一体型鋳型を、型枠の内部に設置する工程と、
前記一体型鋳型を固定するように、前記型枠の内部に鋳物砂を充填する工程と、
前記一体型鋳型に溶湯を注入する工程と、
前記一体型鋳型で生成された鋳物を取り出す工程と、を含むことを特徴とする鋳造方法。
前記開口部を、造形砂を用いて形成された封止部材で覆う工程と、
前記開口部が前記封止部材によって覆われた前記一体型鋳型を、型枠の内部に設置する工程と、
前記一体型鋳型を固定するように、前記型枠の内部に鋳物砂を充填する工程と、
前記一体型鋳型に溶湯を注入する工程と、
前記一体型鋳型で生成された鋳物を取り出す工程と、を含むことを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、付加製造装置により造形砂を用いて作製され、中心軸とは異なる方向に突き出した羽根部を有する部材を鋳造する一体型鋳型、その製造方法および鋳造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、積層型の３Ｄプリンタで製作される鋳型が普及してきている。一般的に使用される鋳型は、原型となる木型もしくは金型を転写することによって得られるが、このような鋳型は、必ず抜型という作業を行わなければならず、木型や金型は抜ける形状とする必要がある。
【0003】
これに対し、積層型の３Ｄプリンタによる鋳型は、一定厚さに敷いた砂に必要な部分のみを硬化させ、それを順次積層することによって得られるため、抜型という作業が発生しない。そのため、例えば逆勾配があるような形状の鋳型であっても容易に作製できる。
【0004】
鋳型のなかでも、プロペラやスクリュー、インペラーなど、中心軸とは異なる方向に突き出した羽根部を有する部材は複雑な形状のものが多く、分割して作製することが多い。分割数が増えるほど寸法精度が落ち、性能低下を引き起こすおそれがある。しかし、積層型３Ｄプリンタであれば形状に制限はなく、複雑な形状であっても分割の必要がないため、羽根部を有する部材の作製に積層型３Ｄプリンタが利用されることが多くなっている。
【0005】
例えば、図１０に示す部材は、積層型の３Ｄプリンタによって作製された図１１Ａ、Ｂに示す鋳型により作製できる。図１１Ａ、Ｂに示す鋳型では外形が円筒状であるが、３Ｄプリンタの造形時間の短縮および無駄な材料の消費を抑えることを考慮し、図１２Ａ、Ｂのように鋳物の形状に沿って一定の肉厚とした鋳型とすることが好適である。
【0006】
なお、羽根部を有する部材の製作は、ロストワックス鋳造で行なわれることも多いが、ロストワックス鋳造を行なうには鋳物のワックス型を製作する必要があり、大変手間がかかる（特許文献１、２を参照）。また、ロストワックス鋳造は大きな鋳物の製作には不向きであり、作製可能な鋳物が限られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平０７－１６７０１
【特許文献2】特開２００３－９４１４８
【特許文献3】特開２００３－２７５８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述した通り、積層型の３Ｄプリンタによる鋳型は、形状に制限がなく、複雑な形状であっても作製可能であり、羽根部を有する部材の鋳型に適している。しかしながら、積層型の３Ｄプリンタによる鋳型は、造形を終えた後に、中空構造に残る未硬化の砂を取り除く必要がある。未硬化の砂が残ってしまうと、鋳造した際に所望の形状が得られないおそれがある。特に、図１０のような羽根部を有する部材の鋳型は、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部において未硬化の砂が残りやすく、取り除くことが困難である。仮に未硬化の砂を除去できたとしても、大変手間がかかり、作業者の負担となる。
【0009】
特許文献３に記載の発明では、中空構造に通気口を設け、通気口から未硬化の砂を除去している。しかしながら、特許文献３に記載の発明は、鋳型に用いる材料の節約を目的としていることから、通気口が設けられる中空構造は、材料の節約のために設けられた中空構造であり、溶湯を注入しない。そのため、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部のような未硬化の砂が残存しやすい部分において、容易に未硬化の砂を取り除くことについて考慮されていない。
【0010】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部において、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能な一体型鋳型、その製造方法および鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の一体型鋳型は、付加製造装置により造形砂を用いて作製され、中心軸とは異なる方向に突き出した羽根部を有する部材の鋳造に用いられる一体型鋳型であって、前記羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部を有し、前記羽根形成部の外縁に前記中空に連続する開口部が形成されることを特徴としている。
【0012】
このように、羽根形成部の外縁に開口部が形成されるから、羽根形成部において、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能である。
【0013】
（２）また、本発明の一体型鋳型において、前記開口部は、前記羽根形成部のうち前記鋳造される部材の中心軸から最も離れた位置を含む領域に形成されることを特徴としている。これにより、羽根形成部内の未硬化の砂をより容易に取り除くことが可能である。また、鋳造時に開口部に形成されるバリを容易に取り除くことができる。
【0014】
（３）また、本発明の一体型鋳型において、前記一体型鋳型は、複数の前記羽根形成部を有し、前記羽根形成部のそれぞれに前記開口部が形成されることを特徴としている。これにより、羽根形成部のそれぞれから、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能である。
【0015】
（４）また、本発明の一体型鋳型において、前記羽根形成部は、螺旋状に連続する前記羽根部を形成する中空を有し、前記開口部は、前記羽根形成部の外縁のうち、外周位置の周方向に沿った領域において形成されることを特徴としている。これにより、螺旋状に連続する中空を有する羽根形成部であっても、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能である。
【0016】
（５）また、本発明の一体型鋳型の製造方法は、上記（１）～（４）のいずれかに記載の一体型鋳型の製造方法であって、一定厚さに前記造形砂を敷き均す工程と、造形体として前記一体型鋳型となる所定部分にバインダを噴射し硬化させる工程と、を含む一連の工程を繰り返すことで付加製造装置を用いて前記造形体を形成することを特徴としている。これにより、複雑な形状の一体型鋳型であっても多分割することなく寸法精度を高く維持できる。また、一体型鋳型の寸法精度が向上することで、一体型鋳型により作製される鋳物自体の性能向上を図ることができる。
【0017】
（６）また、本発明の一体型鋳型を用いた鋳造方法は、上記（１）～（４）のいずれかに記載の一体型鋳型を用いた鋳造方法であって、金属を含まないフィルム状の封止部材で前記開口部を覆う工程と、前記開口部が前記封止部材によって覆われた前記一体型鋳型を、鋳枠の内部に設置する工程と、前記一体型鋳型を固定するように、前記鋳枠の内部に鋳物砂を充填する工程と、前記一体型鋳型に溶湯を注入する工程と、前記一体型鋳型で生成された鋳物を取り出す工程と、を含むことを特徴としている。
【0018】
これにより、開口部の形成により未硬化の砂を容易に取り除くことを可能にする一方で、鋳造時に中空構造を所望の形状とすることができる。
【0019】
（７）また、本発明の一体型鋳型を用いた鋳造方法は、上記（１）～（４）のいずれかに記載の一体型鋳型を用いた鋳造方法であって、前記開口部を、造形砂を用いて形成された封止部材で覆う工程と、前記開口部が前記封止部材によって覆われた前記一体型鋳型を、型枠の内部に設置する工程と、前記一体型鋳型を固定するように、前記型枠の内部に鋳物砂を充填する工程と、前記一体型鋳型に溶湯を注入する工程と、前記一体型鋳型で生成された鋳物を取り出す工程と、を含むことを特徴としている。
【0020】
これにより、開口部の形成により未硬化の砂を容易に取り除くことを可能にする一方で、鋳造時に中空構造を所望の形状とすることができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部において、未硬化の砂を容易に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】第１実施形態に係る一体型鋳型の概略構成を示す斜視図である。
【図2】第１実施形態に係る一体型鋳型において、開口部を封止部材で覆った状態を表す斜視図である。
【図3A】第１実施形態に係る一体型鋳型を用いた鋳造方法を表す説明図である。
【図4】第１実施形態に係る一体型鋳型の変更例を示す斜視図である。
【図5】第１実施形態に係る封止部材の変更例を示す斜視図である。
【図6】第２実施形態に係る一体型鋳型の概略構成を示す斜視図である。
【図7】第２実施形態に係る一体型鋳型を用いて鋳造された鋳物の概略構成を示す斜視図である。
【図8】第２実施形態に係る一体型鋳型および封止部材を示す斜視図である。
【図9】第２実施形態に係る封止部材の変更例を示す図であって、一体型鋳型の開口部周辺を示す部分断面図である。
【図10】鋳物の概略構成を示す斜視図である。
【図11A】従来の一体型鋳型の概略構成を示す斜視図である。
【図12A】従来の一体型鋳型の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照にしつつ詳細に説明する。なお、各実施形態では基本の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成についてはその説明を省略する。
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照にしつつ詳細に説明する。なお、各実施形態では基本の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成についてはその説明を省略する。
【0024】
図１は、本発明の第１実施形態に係る一体型鋳型１００を示す斜視図である。一体型鋳型１００は、造形砂およびバインダで形成されており、中空構造を有している。造形砂は、３Ｄプリンタ（付加製造装置）により鋳型の造形に用いられる砂である。バインダは、造形砂の粒子同士を結合して硬化されている。なお、造形砂をレーザーで焼結する場合には、バインダがなくてもよい。
【0025】
本発明の一体型鋳型１００は、中心軸とは異なる方向に延びる羽根部を有する部材を鋳造できる。図１に示す一体型鋳型１００は、造形砂およびバインダで形成された壁部１１０により中空構造を実現している。中空構造は、壁部と中空部とで作られる構造を指し、中空部は、壁部に囲われた空間自体（壁部は含まない）を指す。
【0026】
壁部１１０には、溶湯の注入口１２０が設けられている。注入口１２０のサイズは、特に限定されず作製される一体型鋳型１００の形状に応じて適宜設定される。注入口１２０は、溶湯を注入しやすい位置に形成されていればよく、鋳造時に上端となる位置に形成されていることが好ましい。
【0027】
一体型鋳型１００の壁部１１０の厚さは、２ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。壁部１１０の厚さが１２ｍｍ以下であることで十分な通気性を確保でき、コストを抑えられる。壁部１１０の厚さ２ｍｍを下回ると、一体型鋳型１００を取り扱う際に破損のリスクが高くなるため、実用上の下限は２ｍｍである。また、壁部１１０の厚さは５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。壁部１１０の厚さが５ｍｍ以上であることで鋳型として破損リスクを低く抑え十分な強度を維持できる。
【0028】
また、壁部１１０は、軸部の鋳造に用いられる中空の軸形成部１１１と、羽根部４１２の鋳造に用いられる中空の羽根形成部１１２と、を有する。図１に示す羽根形成部１１２では、図１０に示すような螺旋状に連続する羽根部４１２を形成する中空を有している。軸形成部１１１と羽根形成部１１２とは、互いが形成する中空構造が繋がっており、１つの中空構造を形成している。すなわち、本発明の一体型鋳型１００は、羽根部４１２を有する部材の鋳造に用いられ、従来のように分割された複数の鋳型を組み合わせるものでなく、一体的に形成される。複雑な形状の鋳型であっても分割型ではないため、寸法精度を高く維持できる。
【0029】
一体型鋳型１００には、羽根形成部１１２の外縁に中空に連続した開口部１３０が設けられている。開口部１３０は、羽根形成部１１２のうち鋳造される部材の中心軸から最も離れた位置を含む領域に形成されることが好ましい。これにより、作業がしやすい位置に開口部１３０が設けられるから、複雑な構造の一体型鋳型１００であっても、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能である。また、鋳造時に開口部に形成されるバリを容易に取り除くことができる。
【0030】
また、図１のように、羽根形成部１１２が螺旋状に連続する羽根部４１２を形成する中空を有している場合、羽根形成部１１２の外縁のうち、外周位置の周方向に沿った領域において、開口部１３０が形成されることがさらに好ましい。これにより、螺旋状に連続する羽根部４１２を形成する中空を有する羽根形成部１１２であっても、未硬化の砂を容易に取り除くことを可能である。
【0031】
また、螺旋状に連続する羽根部４１２を形成する中空を有する羽根形成部１１２は、中心軸上の位置に応じて、羽根部４１２のピッチＰや中心軸から外縁までの距離が変化するように形成されてもよい。
【0032】
［一体型鋳型の製造方法］
（工程全体）
上記のように構成される一体型鋳型１００の製造方法を説明する。一体型鋳型１００は、積層型３Ｄプリンタ（付加製造装置）を用いて製造される。３Ｄプリンタとして市販のバインダージェットタイプのものを使用できる。
（工程全体）
上記のように構成される一体型鋳型１００の製造方法を説明する。一体型鋳型１００は、積層型３Ｄプリンタ（付加製造装置）を用いて製造される。３Ｄプリンタとして市販のバインダージェットタイプのものを使用できる。
【0033】
３Ｄプリンタに入力する一体型鋳型１００のデータは、中空構造が鋳物４００の形状となるように壁部１１０により閉塞されている構造とするのではなく、注入口１２０や開口部１３０を形成することで一部が開放されている構造に設計されている。注入口１２０は溶湯の注入口となり、開口部１３０は未硬化の造形砂の排出口となる。
【0034】
このように３Ｄプリンタにより、一定厚さに砂を敷き均し、造形体となる所定部分にバインダを噴射し硬化させる一連の工程を繰り返すことで造形体を形成する。これにより、複雑な形状の一体型鋳型であっても多分割することなく寸法精度を高く維持できる。なお、造形材料の詳細については後述する。
【0035】
造形が終わると、形成された積層体内では硬化した造形体（例えば一体型鋳型１００）が未硬化の砂に埋没した状態となっている。積層体から未硬化の砂を取り除くことで、造形体が取り出される。造形体が中空の場合、周囲の未硬化の砂を取り除いても中空部には未硬化の砂が存在する。注入口１２０から未硬化の砂をある程度排出することは可能だが、特に中心軸とは異なる方向に突出して形成された羽根形成部１１２における未硬化の砂を、注入口１２０から取り除くことは困難である。これに対し、羽根形成部１１２の外縁に開口部１３０を設けることで、羽根形成部１１２における未硬化の砂を容易に取り除くことを可能にする。
【0036】
（造形材料）
造形砂には、積層型３Ｄプリンタ用の専用砂が用いられる。専用砂として市販されているものを適宜選択して使用できる。市販の専用砂には、例えば３Ｄプリンタの純正材料やＴＣａＳＴ（登録商標、太平洋セメント社製）が挙げられる。専用砂は、例えば、鋳造する金属の溶湯温度に応じて、耐熱性を勘案して選択することができる。さらには、市販の専用砂を改良して造形砂として用いてもよい。造形砂の平均粒径は、６０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、１００μｍ程度がさらに好ましい。
造形砂には、積層型３Ｄプリンタ用の専用砂が用いられる。専用砂として市販されているものを適宜選択して使用できる。市販の専用砂には、例えば３Ｄプリンタの純正材料やＴＣａＳＴ（登録商標、太平洋セメント社製）が挙げられる。専用砂は、例えば、鋳造する金属の溶湯温度に応じて、耐熱性を勘案して選択することができる。さらには、市販の専用砂を改良して造形砂として用いてもよい。造形砂の平均粒径は、６０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、１００μｍ程度がさらに好ましい。
【0037】
バインダは、縮合や重合により硬化するフェノール樹脂やフラン樹脂などの有機物であってもよいが、有機物の種類によっては高温での使用が制限されることもある。そのため、高温での使用をする場合や、鋳込み時に有機物が気化することによる臭気等の環境への影響、発生したガスを起因とする鋳物の欠陥を防止しようとする場合には、バインダは、カルシウムアルミネート、セメント、石膏、石灰などの無機質水硬性物質を主成分とすることが好ましい。
【0038】
［鋳造方法］
（工程全体）
上記の一体型鋳型１００を用いた鋳造方法を説明する。図２は、開口部１３０が封止部材２００で覆われた状態の一体型鋳型１００を示す斜視図である。図３Ａは、鋳枠３００の内部に固定された一体型鋳型１００を示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの断面図である。
（工程全体）
上記の一体型鋳型１００を用いた鋳造方法を説明する。図２は、開口部１３０が封止部材２００で覆われた状態の一体型鋳型１００を示す斜視図である。図３Ａは、鋳枠３００の内部に固定された一体型鋳型１００を示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの断面図である。
【0039】
鋳造時には、まず、封止部材２００で開口部１３０を覆う。封止部材２００は、鋳型の組成を変えないために金属を含まない部材である必要がある。図２に示す一体型鋳型１００では、フィルム状の封止部材２００によって、開口部１３０が覆われている。フィルム状の封止部材２００は、例えば、有機物から構成される粘着テープであり、具体的にはマスキングテープやガムテープである。フィルム状の封止部材２００は鋳造時に炭化してしまうが、後述するように一体型鋳型１００の外表面が鋳物砂３１０によって覆われるため、炭化しても問題ない。
【0040】
次に、開口部１３０が封止部材２００によって覆われた一体型鋳型１００を、鋳枠３００の内部に設置する。鋳枠３００は、筒体もしくは上部開口した箱型であり、鋳物砂３１０を充填した際に一体型鋳型１００の外表面を覆うことが可能であれば、形状や大きさは特に限定されない。鋳枠３００の材料についても特に限定されないが、一般的な鋳枠として用いられる木枠や金枠であればよい。
【0041】
鋳枠３００の内部に一体型鋳型１００を設置した後に、鋳枠３００の内面と一体型鋳型１００の外表面との間に鋳物砂３１０を充填し、一体型鋳型１００を固定する。このとき、図３Ａ、Ｂのように、一体型鋳型１００の外表面のうち、注入口１２０以外の部分が鋳物砂３１０によって覆われるように、鋳枠３００の内部に鋳物砂３１０が充填されることが好ましい。
【0042】
鋳造時、一体型鋳型１００は、中空構造に注がれる溶湯によって内部から圧力を受ける。鋳枠３００の内部に一体型鋳型１００を設置し、鋳枠３００の内部に鋳物砂３１０を充填する目的には、開口部１３０から溶湯が漏れてしまうことの防止もあるが、溶湯の圧力による一体型鋳型１００の変形や破損の抑止もある。一体型鋳型１００が変形や破損してしまうと、所定の寸法の鋳物が得られなくなるおそれがある。
【0043】
一体型鋳型１００の準備ができたら、一体型鋳型１００に溶湯を注入し、溶湯が冷却した後に、一体型鋳型１００で生成された鋳物４００を取り出す。その際には、一体型鋳型１００は型ばらしする。製造された鋳物４００は、図１０に示す形状で得られる。鋳物４００は、鋳物４００の中心軸に沿って設けられた軸部４１１と、中心軸とは異なる方向に突き出した羽根部４１２とを有する。
【0044】
（鋳物砂）
鋳物砂３１０は、一般的に使われる鋳物砂から選択することができる。鋳物砂として、例えば、珪砂、ジルコンサンド、クロマイトサンド、オリビンサンド、アルミナサンド、人工砂（セラミック系）、およびこれらを混合した砂を用いることができる。鋳物砂に使用する砂は特に限定されず、鋳造する金属に応じた耐熱性の観点で選ぶことができる。
鋳物砂３１０は、一般的に使われる鋳物砂から選択することができる。鋳物砂として、例えば、珪砂、ジルコンサンド、クロマイトサンド、オリビンサンド、アルミナサンド、人工砂（セラミック系）、およびこれらを混合した砂を用いることができる。鋳物砂に使用する砂は特に限定されず、鋳造する金属に応じた耐熱性の観点で選ぶことができる。
【0045】
また、鋳物砂３１０には、粘結材を含ませてもよい。これにより、鋳物砂の強度を向上することができ、溶湯の圧力による変形や破損を抑止できる。鋳物砂３１０に粘結材を含めない場合には、鋳枠３００に充填された鋳物砂３１０の上に重りを設置することで強度を向上させてもよく、これにより溶湯の圧力による変形や破損を抑止できる。
【0046】
［第２実施形態］
上記の一体型鋳型１００では、軸部の鋳造に用いられる中空の軸形成部１１１を有するが、軸部の鋳造に用いられる中空の軸形成部１１１を有さなくてもよい。例えば、図４に示す一体型鋳型５００では、壁部５１０が、中空の羽根形成部５１２のみを形成している。羽根形成部５１２は、軸部の無い螺旋状に連続する羽根部のみの鋳物の鋳造に用いられる。
上記の一体型鋳型１００では、軸部の鋳造に用いられる中空の軸形成部１１１を有するが、軸部の鋳造に用いられる中空の軸形成部１１１を有さなくてもよい。例えば、図４に示す一体型鋳型５００では、壁部５１０が、中空の羽根形成部５１２のみを形成している。羽根形成部５１２は、軸部の無い螺旋状に連続する羽根部のみの鋳物の鋳造に用いられる。
【0047】
［第３実施形態］
封止部材は、図５に示すような造形砂を用いて形成された円筒形の封止部材２１０であってもよい。円筒形の封止部材２１０は、太い矢印の方向に移動させて一体型鋳型１００を挿入した際に、開口部１３０と封止部材２１０の内側面とが接するように作製される。封止部材２１０は、開口部１３０に合わせて形成されればよく、円筒形に限らず、円筒形以外の筒体や錐体であってもよい。造形砂を用いて形成された封止部材２１０は、一体型鋳型１００を補強し、溶湯の圧力による変形や破損を抑止できる。
封止部材は、図５に示すような造形砂を用いて形成された円筒形の封止部材２１０であってもよい。円筒形の封止部材２１０は、太い矢印の方向に移動させて一体型鋳型１００を挿入した際に、開口部１３０と封止部材２１０の内側面とが接するように作製される。封止部材２１０は、開口部１３０に合わせて形成されればよく、円筒形に限らず、円筒形以外の筒体や錐体であってもよい。造形砂を用いて形成された封止部材２１０は、一体型鋳型１００を補強し、溶湯の圧力による変形や破損を抑止できる。
【0048】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の一体型鋳型は、複数の羽根形成部を有する点で第１実施形態のものと異なり、その他の点では同様の構成を有する。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の一体型鋳型は、複数の羽根形成部を有する点で第１実施形態のものと異なり、その他の点では同様の構成を有する。
【0049】
図６は、一体型鋳型６００を示す斜視図である。図６に示す一体型鋳型６００は、壁部６１０として、軸形成部６１１と３つの羽根形成部６１２とを有する。羽根形成部６１２は、それぞれにおいて、開口部６３０が形成されている。これにより、羽根形成部６１２が複数設けられていても、各羽根形成部６１２にて開口部６３０が形成されるから、すべての羽根形成部６１２において未硬化の砂を容易に取り除くことができる。
【0050】
【0051】
上記では、羽根形成部６１２の数が３つの場合について説明したが、羽根形成部６１２の数は３つに限られず、一体型鋳型６００により製造する鋳物７００に合わせて定められる。また、複数の羽根形成部６１２が同じ形状でなくてもよく、異なる形状であってもよい。また、複数の羽根形成部６１２が等間隔で設けられなくてもよく、羽根形成部６１２間の間隔が異なってもよい。
【0052】
［第５実施形態］
一体型鋳型６００では、第１実施形態と同様に、鋳造時にフィルム状の封止部材２００や造形砂を用いて形成された円筒形の封止部材２１０を用いてもよいが、図８のような封止部材２２０を用いてもよい。
一体型鋳型６００では、第１実施形態と同様に、鋳造時にフィルム状の封止部材２００や造形砂を用いて形成された円筒形の封止部材２１０を用いてもよいが、図８のような封止部材２２０を用いてもよい。
【0053】
図８は、一体型鋳型６００と封止部材２２０とを示す図である。図８に示す封止部材２２０は、開口部６３０の形状に合わせて、造形砂を用いて形成されている。封止部材２２０は、開口部６３０にはめ込まれることで、開口部６３０を封止する。このとき、開口部６３０から一体型鋳型６００の中空部に入らないように、フィルムや接着剤を用いて封止部材２２０を固定してもよい。
【0054】
他の封止部材で、開口部６３０を外部から覆うと、鋳造時に開口部６３０であった部分において、羽根形成部６１２の肉厚の分だけバリが形成されてしまう。開口部６３０に封止部材２２０がはめ込まれることでバリが形成されにくくなり、鋳造後に鋳物７００を加工する手間が削減される。
【0055】
［第６実施形態］
また、図９に示すように、開口部６３０と封止部材２３０とが係止するように、側面にインローを形成してもよい。インローとは、凹凸になった状態の部品同士が噛み合う構造をいう。開口部６３０には内径側に出っ張った段が形成され、封止部材２３０には外径側に出っ張った段が形成され、開口部６３０に封止部材２３０を嵌め込む際に、互いの段が噛み合う。図９の１２Ａ側が中空部であり、１２Ｂ側が一体型鋳型１００の外部であるとき、太い矢印の方向に封止部材２３０を移動させても、開口部６３０により係止され、封止部材２３０が一体型鋳型６００の中空部に入ることを防止する。このような封止部材２２０、２３０は、一体型鋳型１００にも応用可能である。
また、図９に示すように、開口部６３０と封止部材２３０とが係止するように、側面にインローを形成してもよい。インローとは、凹凸になった状態の部品同士が噛み合う構造をいう。開口部６３０には内径側に出っ張った段が形成され、封止部材２３０には外径側に出っ張った段が形成され、開口部６３０に封止部材２３０を嵌め込む際に、互いの段が噛み合う。図９の１２Ａ側が中空部であり、１２Ｂ側が一体型鋳型１００の外部であるとき、太い矢印の方向に封止部材２３０を移動させても、開口部６３０により係止され、封止部材２３０が一体型鋳型６００の中空部に入ることを防止する。このような封止部材２２０、２３０は、一体型鋳型１００にも応用可能である。
【0056】
［各実施形態の総括］
以上のことから、本発明に係る一体型鋳型は、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部において、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能である。また、本発明の一体型鋳型を用いて鋳造された鋳物は、分割することなく寸法精度を高く維持でき、鋳物自体の性能向上を図ることができる。
以上のことから、本発明に係る一体型鋳型は、羽根部の鋳造に用いられる中空の羽根形成部において、未硬化の砂を容易に取り除くことが可能である。また、本発明の一体型鋳型を用いて鋳造された鋳物は、分割することなく寸法精度を高く維持でき、鋳物自体の性能向上を図ることができる。
【符号の説明】
【0057】
１００、５００、６００ 一体型鋳型
１１０、５１０、６１０ 壁部
１１１、６１１ 軸形成部
１１２、５１２、６１２ 羽根形成部
１２０、５２０ 注入口
１３０、５３０、６３０ 開口部
２００、２１０、２２０、２３０ 封止部材
３００ 鋳枠
３１０ 鋳物砂
４００、７００ 鋳物
４１１、７１１ 軸部
４１２、７１２ 羽根部
Ｐ ピッチ
１１０、５１０、６１０ 壁部
１１１、６１１ 軸形成部
１１２、５１２、６１２ 羽根形成部
１２０、５２０ 注入口
１３０、５３０、６３０ 開口部
２００、２１０、２２０、２３０ 封止部材
３００ 鋳枠
３１０ 鋳物砂
４００、７００ 鋳物
４１１、７１１ 軸部
４１２、７１２ 羽根部
Ｐ ピッチ
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
