JP2001504394A

JP2001504394A - 砂型を製造するための方法と装置

Info

Publication number: JP2001504394A
Application number: JP51792698A
Authority: JP
Inventors: ドール，ベニー
Original assignee: ブルーズレーネグラムインヴェストエー／エス
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2001-04-03
Also published as: WO1998016333A1; EP0949980A1; PL332780A1; AU4550797A

Abstract

(57)【要約】鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型の製造に使われる方法と装置である。鋳造しようとする鋳物と相補的な形状を有する原型（７）が、その際に鋳物砂が圧搾板（９）からの静的な圧力と超音波発生器（８）からの超音波の両方によって作用をするので、鋳物砂（５）の空間内に印を形成する。鋳物砂内に、それ自体既知のものより鋳バリが少なく、もっと平坦で滑らかな表面を備えた鋳造物を鋳造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】砂型を製造するための方法と装置本発明は、砂型空間内に原型が成型しようとする鋳物と相補的な形状を有する印を形成するような、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型の製造方法に関するものである。砂型の中に鉄などを鋳造することは遠い歴史の中に起源がある技術である。当初から、明らかに砂の鋳型を作ることが試みられた。砂は周囲の多くの場所にあり、濡れた状態では、使用される原型が良い型に容易に形成することができる。砂はさらに高い成型温度に妥当に耐えることができ、成型の間に発生した気体と蒸気が大気中に逃げることができる砂粒子の間に必要な通路がある。最後に、型は、乾燥条件で、崩れることなしに溶融物を保持するのに十分な強度を有する。鋳物砂は主としてとくに石英などの砂粒子と、粒子を互いに粘着させる結合剤とからなる。以前は結合剤は典型的には粘土であった、しかし今日、様々な種類の有機結合剤および化学結合剤も使用されている。型製造のかなりの部分は鋳物砂を圧縮し、それによって十分大きな強度と、平坦で滑らかな印の表面を得ることから成る。この目的における元々の方法は砂を手で固めることであった。近代的な鋳物工場では、しかしながら、手による押し固めはほとんど用いられなくなり、機械成型に取って代わられ、それによって鋳物砂は遠心分離、振動、揺動またはプレスによって圧縮される。圧縮されたときに、乾燥条件で、結合剤、すなわち粘土は一種の骨格を形成し、それが砂の粒子を一緒に結合する。この結合剤の骨格は鋳造中の印の表面が極めて高い温度に加熱されたとき、流入する溶融物の圧力に耐えるのに問題がある。これによって、溶融物は砂の粒子の一部に侵入して閉じこめ、それによって粒子が鋳物表面に鋳込まれることがある。この現象は、通常焼け過ぎとして知られており、鋳物工業にとって再発するきわめて深刻な問題を課している。この問題を解決する試みとして、石炭粉末を鋳物砂に添加し、例えば、高い率で黒鉛を含有する適切な添加剤で型が黒化された。しかしながら、得られた結果は完全に満足できるものではなかった。重度の焼け過ぎの場合、鋳物を完全に廃棄した方が通常利益が上がる。軽度の焼け過ぎの場合、彫ったり削り去ることができるが、この工程は鋳物の製造コストを大幅に引き上げる。注入するときに、流入溶融物が大きな力で印表面を洗う。同時に、結合剤の骨格が、上述のごとく、弱くなり、そのため溶融物の流れは砂の表面を破ってそれを粗し、不均一にする傾向がある。したがって、仕上がった鋳物の表面は同じように荒れて、不均一になり、多くの目的には許容されない。これらの場合、研磨、サンドブラスト、タンブリングなどの、困難で、高価な工程によって鋳造物を仕上げる必要がある。型は濡れた状態の砂で作られ、砂だけでは強度が低い。形成の際に、鋳物砂の中の小さな細部や鋭利な縁はそのため容易に喪失することがある。２つの部分からなる型では、印から型部品の結合面への移行部に鋳バリが生じることを防ぐために、縁はまさにこの箇所でその鋭さを維持することができなければならない、しかし実際には、原型を取り外したときに柔らかい縁がしばしが変形してしまう結果になった。これに加えて、上述の縁は注入自体の間に崩れる傾向がある。この理由は主として、結合剤の骨格が、熱応力が最大になる鋭利な縁でもっとも弱くなることによる。鋳バリは除去に費用がかかる。多くの場合、作業は彫ったり削ったりして手で行わなければならない。本発明の目的は、焼け過ぎを少なくし、鋳バリを減らし、さらにそれ自体既知のものより平坦で、滑らかな表面で鋳型に鋳物金属を鋳造できるように、砂型を製造するための冒頭に記載の方法を改良することである。これが達成される、本発明による新規で独自の特徴は、印の形成の際に、鋳物砂が超音波によって作用され、それによって鋳物砂が今までにない密度と強い構造を獲得することである。鋳物砂に対する超音波作用の効果は、本発明によれば、その上に鋳物砂の静的な圧力が重ねられるといっそう増加する。超音波の作用が最適なのは、超音波の結合面から鋳物砂内の限られた深さまででしかない。このことは、本発明によれば、原型から超音波を発散させるのに有利に利用される。それによって、印には流入する溶融金属からの高い鋳造温度と圧力に耐えることのできる緻密で強い表面が付与される。鋳物砂の残りは次に鋳造過程からの気体や蒸気が通過できるために必要な通気性を維持することができる。この目的のために、周波数が８から８０ｋＨｚの間の、とくに１８から５０ｋＨｚの間の、また振幅が１から１００の間の、とくに５から２０の間の超音波を有利に使用することができる。印の表面領域の鋳物砂がそれらの限度内で超音波によって励起されたとき、鋳物砂の粒子が互いに接触する境界で一時的に摩擦熱が発生する。熱が結合剤の密度を変える。超音波の周波数と超音波の振幅によって、粘土などの典型的結合剤は、これによって乾燥し焼結することがある。これらの条件のそれぞれにおいて、粘土はその濡れた形成条件でよりもはるかに大きな強度を有する。砂型製造の従来の方法の多くにおいて、結合剤の強度は原型を除去した後に型を乾燥および／または加熱することによって増加する。本発明の方法によれば、この強度の増加は、この場合実際の成型過程の一環として、すなわち原型がまだ型内にあるときに起きる。したがって、原型は印の小さな細部や鋭利な縁をそれによって損傷または変形する大きなおそれなしに除去することができる。これによって、意外なことに有利な新しい効果が得られ、小さな細部が鋳造物に完全に再現され、以前より優れた鋳造物が、鋳バリなしに製造できる。単位量当たりの静的な圧力は、有利には０．２から１５ｋｇ／ｃｍ²の間であり、好適には０．５から８ｋｇ／ｃｍ²の間であり、更に好適には１から５ｋｇ／ｃｍ²の間である。別の圧搾板を介して鋳物砂に静的な圧力を伝達したとき、砂の通気性は圧力負荷を変えることによって調節できる。本発明による方法のもう一つの有利な実施態様によれば、単位量当たりの静的な圧力は原型を介して鋳物砂に伝達することができる。鋳物砂が原型を介して超音波によって励起されたとき、原型に隣接する鋳物砂はほとんど流動体になり、一方残りの鋳物砂はその非流動状態を維持する。ここで、原型も静的な力を介して鋳物砂に作用するとき、原型に近接した流動性の砂は変位し、一方残りの砂は圧縮されるだけである。この事実は、本発明によれば印の表面領域に最高級品質の砂で、型の残りの部分に安価な充填砂を用いて型を製作するのに用いることができる。別の利点は、原型の近傍の鋳物砂が流動性なので、比較的低い圧力を使用できることである。上述の２つの方法のそれぞれによって得られた利点は、別の圧搾板と原型のの両方を介して鋳物砂に圧力を伝達することによって、組み合わせて、一緒に得ることができる。本発明は、鋳造しようとする鋳物と相補的形状を有する、原型によって鋳物砂空間内に形成された印内に鋳鉄などの、金属溶融物を注ぐための砂型を製造するための装置にも関するものである。この装置の新規で独自の特徴は、超音波で鋳物砂に作用するための超音波発生器を備え、超音波発生器が原型に接続されていることである。型がコアを原型がコアボックスを有する実施態様において、超音波発生器は有利にはコアボックスに接続することができる。次に、図面を参照して、単に例としてあげられた実施態様を述べて、本発明を詳しく説明する。図１は本発明による方法によって製作した砂型の印の表面近傍領域の構造の断面図である。図２は本発明による装置の第一の実施態様の概要図である。図３は本発明による装置の第二の実施態様の概要図である。図４は本発明による装置の第三の実施態様の概要図である。図５は本発明による装置の第四の実施態様の概要図である。図６は成型過程の初期段階での本発明による装置の第五の実施態様の概要図である。図７は最終段階での同じ図である。以下において、鋳物砂は粘土の結合剤を含有し、型内で鋳造される鋳物は鋳鉄であると仮定して本発明を説明する。ここで、これは単に説明の便宜上であり、他の多くの種類の結合剤を用いて方法を実施することが可能であり、また形成された型が鉄以外の多くの種類の金属にも使用できることを理解しなければならない。図１は、拡大して、全体として１で示された、砂型の中の砂の構造を示している。表面２を備えた印は（図示されていない）原型によって型の中に作られる。型は主としてとくに石英と粘土４の砂粒子３からなる鋳物砂で製作されている。粘度は砂粒子を囲繞し、それらを一緒に結合する骨格の形を有する。図示した砂型は原型を介して鋳物砂に伝達された超音波の作用を受けている。超音波は表面領域Ａに侵入しているが、下にある領域Ｂには到達できなかった。したがって、表面領域Ａの鋳物砂を主として励起することができ、超音波は砂粒子がいまは互いに非常に近接して位置する。超音波が作用して残された非常に減少した空間に、砂粒子を一緒に結合するのに十分無傷の粘土の骨格がまだある。超音波は、高い周波数で、砂の粒子を往復運動させ、それによって同時にかけられた静的な圧力は砂をその表面が互いに近くなる位置に置く確率も極めて高くする。しかしながら、型にかかるのが静的な圧力だけの場合、砂の粒子は主としてその元の方向を維持し、その故に、点ごとに圧縮力を必然的に伝達するだろう。励起によってさらに互いに接触している粒子の境界表面内に一時的に熱が発生することになる。熱は粘土を乾燥させ、場合によっては、焼結させ、その粘土の状態変化によって粘土の骨格が、粘土が元の濡れた状態を単に維持した場合よりもはるかに大きな強度で砂粒子を一緒に結合できるようになる。この様にして、粘土の骨格は、従来の方法の場合のように、形成のときに初めて増加した強度を得るのではなく、まだ原型が型内にある間に強度を得る。したがって、原型は型の中の小さな細部や鋭利な縁を損傷または変形する大きなリスクなしに除去できる。表面領域の砂粒子の高い密度はさらに、印表面をきわめて平坦かつ滑らかにする効果を有し、さらに強化された粘土骨格とともに、表面領域Ａを流入する鉄溶融物に対して強く強靭にするのに貢献する。鋳造物の表面に対する砂粒子の焼け過ぎの問題は砂粒子の間の空間が溶融物が侵入し砂粒子を囲繞する可能性がほとんどないほどきわめて小さなサイズになった結果、最小になる。領域Ｂにおいて、砂粒子の間の空間は十分大きいので、ほぼ確実に、注入過程からの気体と蒸気は通過できる。本発明に従った方法によって製作した砂型において、かかる砂型の蒸気の有利な性質の結果として、ほとんど鋳バリなしで、また焼け過ぎのおそれを最低限にして鉄鋳造物などを鋳造することが可能になる。同時に、鋳造物はもっとも細かい細部まで再現するきわめて平坦で、滑らかな表面を獲得する。図２から７は本発明による方法を実施するための装置の異なる実施態様を示している。すべての場合を通じて、同一の部品には同じ番号がつけられている。例えば、鋳物砂の体積は５で示され、鋳物砂を収納するための鋳型枠は６，原型は７，超音波発生器またはホーンは８，装置を支える基盤は１０で示されている。図にみるごとく、ホーン８は、すべての実施態様において、原型に接続されている。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなしに、ホーンが装置の他の部分に接続された実施態様も可能である。図２と３において、別の圧搾板９は図においては矢印Ｐで示された、空力または油圧シリンダーなどの外部の静的な力によって鋳物砂５に向かって押される。鋳物砂の通気性は外部の静的な力の負荷を調節することで調整できる。二つの構成は、原則的に、図３の鋳物砂の重量は原型７に近い鋳物砂を圧縮するのに貢献し、図２の場合はその反対であることが互いに異なっている。図２と３において、原型で鋳物砂を圧縮するための静的な圧力は砂の全体積を通じて伝達されなければならない。圧搾板９にかかる外部の静的な力の大部分が砂の摺動する傾向のために鋳型枠６の壁によって吸収されるので、１０から１５ｋｇ／ｃｍ²の高めの圧力がこれらの場合には要求される。これらの高い圧力は、装置をそれに比例して強く設定しなければならないこと、また空力または油圧シリンダーを用いて圧力を発生しなければならないことを意味する。この欠点は原型７を介して鋳物砂に外部の静的な力が伝達される、図４に示した構成によって除去される。この場合、静的な圧力は図２と３の場合のように砂の全体積をまず通過する必要なしに原型に対して直接鋳物砂を圧縮する。それによって、この実施態様を使用する場合、１ｋｇ／ｃｍ²前後の圧力でよい結果が得られることがわかった。図５は図４に示されたものと同等な実施態様を示しているが、さらに原型からもっと遠い距離で鋳物砂を圧縮するための圧搾板９も追加されている。それによって砂全体積の圧縮を最適に管理し、要求条項に従って鋳物砂の通気性を調整することができる。図２から５において、鋳物砂はあらかじめ鋳型枠内におかれた原型の上に充填され、その後、外部の静的な力によって原型が砂内に押しつけられ、この間に砂が変位して、同時に圧縮される。図６はこの過程の初期段階を示し、図７は最終段階を示す。この方法が成功する前提条件は原型７に隣接する表面領域がホーン８からの超音波によって励起して、原型に近い鋳物砂が流動化して、静的な圧力によって変位できることである。この過程に関与するのは鋳物砂の上の部分だけであり、この事実は、鋳型枠６の上部に高級品質の鋳物砂１１を用い、底部に安価な鋳物砂１２を用いるために有利に利用できる。図６と７に示した構成は、原型の完全な印を形成する場合、鋳型枠がきわめて正確に鋳物砂で充填されることを要求する。この問題は、図５のごとく（図示されていない）別の圧縮板を追加して用いることで解決できる。図面に示され、上記に説明した本発明は型が正の鋳造物を鋳込むためのものとしている。しかしながら、型という用語は正の鋳造物内の開口またはくぼみを鋳造するためのコアとも理解され、同様に原型という用語はコアボックスも含む。さらに、砂という用語は上述の石英系の砂と理解されるだけでなく、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための型を製造するのに適した他の特定の材料も意味する。実施例図４に示したものに対応する装置内で超音波によって、および超音波なしで製作した型内に鋳鉄の多数の鋳造物を鋳造した。鋳型枠は高さ２５０ｍｍ、直径５０ｍｍのパイプであった。粘土結合砂を使用し、水の混和とその後の、強力な５分間の強い混合によって調整した。水含有率はおよそ３．５％であった。原型は木製で、超音波を伴う試験は、１ｋＷの超音波結晶の出力とブースタ１：１で実施した。ホーンはアルミ製で、原型に直接接続し、それによって周波数２０ｋＨｚ、振幅１７で振動させた。原型は１から１４ｋｇ／ｃｍ²の間で変化する静的な圧力によって、図４に示したごとく、鋳物砂内に押しつけられ、超音波を使用し、あるいは超音波なしで鋳物砂の密度を測定した。結果は図８のグラフに示した、また図に見るごとく、成型過程と結びつけて超音波を使用したときに、鋳物砂の密度の増加が認められた。超音波がないとき、型内に原型によって形成される印の表面を妥当に滑らかで平坦にするためには１５ｋｇ／ｃｍ²に近い静的な圧力を使用する必要があった。しかしながら、表面は完全には滑らかではなく、表面正の１５％を越える範囲に穴があった。縁と細かい細部は不明瞭であった。静的な圧力をのぞくと、ある程度の跳ね返り（resilement）が認められ、そのため方の表面構造が弱くなった。超音波を使用したとき、原型自体の中では有意の出力喪失はなかった。したがって、超音波は、全体として、全出力で下にある鋳物砂を励起することができた。浸漬深さはある程度、静的な圧力の加重に左右されたが、深さ３ｃｍの前後で変化した。静的な圧力がおよそ７ｋｇ／ｃｍ²を越えたとき、鋳物砂が上部の強くて硬い表面領域と、強度が低下して、型の下方への通気性が増す下部後方領域に分割される傾向が強まることが認められた。型から得られた印の表面は堅く滑らかで、表面積の２から８％の間に相当する範囲で穴を備えていた。印の中の縁と細部は高品質であった。このように０．３ｍｍまでの高さの細部は明瞭に見え、これらの詳細は次の注入において、仕上げられた鋳物に安全に移された。比較として述べると、超音波なしに製造された類似の型の細部は１ｍｍを越える高さだけが明瞭に見えた。型が超音波の作用を受けたとき、応力除去した後の跳ね返り（resilement）は超音波がない場合よりもはるかに小さかった。この安定性は原型からの印内の鋭利な縁が影響を受けずに残ったことを意味した。変化する条件の下で超音波の作用を受けた型内に鋳造した鋳造物の品質は下表に示され、品質は焼けた砂粒子の数で表されている。超音波暴露超音波圧力表面欠陥数 ( 秒) deposited ｋｇ／ｃｍ² 面積％２３０２５０％２４０３１０％２６０４３０％２なし５８０％２６０５３％２８０６１％未満

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年１０月１３日（１９９８．１０．１３）【補正内容】明細書砂型を製造するための方法と装置本発明は、砂型空間内に原型が成型しようとする鋳物と相補的な形状を有する印を形成するような、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型の製造方法に関するものである。砂型の中に鉄などを鋳造することは遠い歴史の中に起源がある技術である。当初から、明らかに砂の鋳型を作ることが試みられた。砂は周囲の多くの場所にあり、濡れた状態では、使用される原型が良い型に容易に形成することができる。砂はさらに高い成型温度に妥当に耐えることができ、成型の間に発生した気体と蒸気が大気中に逃げることができる砂粒子の間に必要な通路がある。最後に、型は、乾燥条件で、崩れることなしに溶融物を保持するのに十分な強度を有する。鋳物砂は主としてとくに石英などの砂粒子と、粒子を互いに粘着させる結合剤とからなる。以前は結合剤は典型的には粘土であった、しかし今日、様々な種類の有機結合剤および化学結合剤も使用されている。型製造のかなりの部分は鋳物砂を圧縮し、それによって十分大きな強度と、平坦で滑らかな印の表面を得ることから成る。この目的における元々の方法は砂を手で固めることであった。近代的な鋳物工場では、しかしながら、手による押し固めはほとんど用いられなくなり、機械成型に取って代わられ、それによって鋳物砂は遠心分離、振動、揺動またはプレスによって圧縮される。圧縮されたときに、乾燥条件で、結台剤、すなわち粘土は一種の骨格を形成し、それが砂の粒子を一緒に結合する。この結合剤の骨格は鋳造中の印の表面が極めて高い温度に加熱されたとき、流入する溶融物の圧力に耐えるのに問題がある。これによって、溶融物は砂の粒子の一部に侵入して閉じこめ、それによって粒子が鋳物表面に鋳込まれることがある。この現象は、通常焼け過ぎとして知られており、鋳物工業にとって再発するきわめて深刻な問題を課している。この問題を解決する試みとして、石炭粉末を鋳物砂に添加し、例えば、高い率で黒鉛を含有する適切な添加剤で型が黒化された。しかしながら、得られた結果は完全に満足できるものではなかった。重度の焼け過ぎの場合、鋳物を完全に廃棄した方が通常利益が上がる。軽度の焼け過ぎの場合、彫ったり削り去ることができるが、この工程は鋳物の製造コストを大幅に引き上げる。注入するときに、流入溶融物が大きな力で印表面を洗う。同時に、結合剤の骨格が、上述のごとく、弱くなり、そのため溶融物の流れは砂の表面を破ってそれを粗し、不均一にする傾向がある。したがって、仕上がった鋳物の表面は同じように荒れて、不均一になり、多くの目的には許容されない。これらの場合、研磨、サンドブラスト、タンブリングなどの、困難で、高価な工程によって鋳造物を仕上げる必要がある。型は濡れた状態の砂で作られ、砂だけでは強度が低い。形成の際に、鋳物砂の中の小さな細部や鋭利な縁はそのため容易に喪失することがある。２つの部分からなる型では、印から型部品の結合面への移行部に鋳バリが生じることを防ぐために、縁はまさにこの箇所でその鋭さを維持することができなければならない、しかし実際には、原型を取り外したときに柔らかい縁がしばしが変形してしまう結果になった。これに加えて、上述の縁は注入自体の間に崩れる傾向がある。この理由は主として、結合剤の骨格が、熱応力が最大になる鋭利な縁でもっとも弱くなることによる。鋳バリは除去に費用がかかる。多くの場合、作業は彫ったり削ったりして手で行わなければならない。ＧＢ−Ａ−２０６９３８４は砂内へ複数個の超音波ノズルを介して圧縮気体を通過させることによって鋳物砂を固めるための方法と装置を開示している。しかしながら、気体は原型を介して鋳物砂に作用しない。したがって、主として原型に近い区域が有利に超音波によって処理されることにはならないだろう。日本の特許要約、第１４巻、Ｍ−１０１７から金型内に充填された粉末の一部に作用する圧力パンチに超音波の振動を与えることによってセラミックの微粉末と金属の緑色の緻密体を製造する方法が知られている。しかしながら、超音波の振動はダイや原型を介して伝達されず、ダイは例えば、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための型としては使用されない。本発明の目的は、焼け過ぎを少なくし、鋳バリを減らし、さらにそれ自体既知のものより平坦で、滑らかな表面で鋳型に鋳物金属を鋳造できるように、砂型を製造するための冒頭に記載の方法を改良することである。これが達成される、本発明による新規で独自の特徴は、原型を介して鋳物砂に作用する少なくとも一つの超音波発生器によって超音波が発生することにある。鋳物砂に対する超音波作用の効果は、本発明によれば、その上に鋳物砂の静的な圧力が重ねられるといっそう増加する。超音波の作用が最適なのは、超音波の結合面から鋳物砂内の限られた深さまででしかない。このことは、本発明によれば、原型から超音波を発散させるのに有利に利用される。それによって、印には流入する溶融金属からの高い鋳造温度と圧力に耐えることのできる緻密で強い表面が付与される。鋳物砂の残りは次に鋳造過程からの気体や蒸気が通過できるために必要な通気性を維持することができる。この目的のために、周波数が８から８０ｋＨｚの間の、とくに１８から５０ｋＨｚの間の、また振幅が１から１００μの間の、とくに５から２０μの間の超音波を有利に使用することができる。印の表面領域の鋳物砂がそれらの限度内で超音波によって励起されたとき、鋳物砂の粒子が互いに接触する境界で一時的に摩擦熱が発生する。熱が結合剤の密度を変える。超音波の周波数と超音波の振幅によって、粘土などの典型的結合剤は、これによって乾燥し焼結することがある。これらの条件のそれぞれにおいて、粘土はその濡れた形成条件でよりもはるかに大きな強度を有する。砂型製造の従来の方法の多くにおいて、結合剤の強度は原型を除去した後に型を乾燥および／または加熱することによって増加する。本発明の方法によれば、この強度の増加は、この場合実際の成型過程の一環として、すなわち原型がまだ型内にあるときに起きる。したがって、原型は印の小さな細部や鋭利な縁をそれによって損傷または変形する大きなおそれなしに除去することができる。これによって、意外なことに有利な新しい効果が得られ、小さな細部が鋳造物に完全に再現され、以前より優れた鋳造物が、鋳バリなしに製造できる。単位量当たりの静的な圧力は有利には０．２から１５ｋｇ／ｃｍ²の間であり、好適には０．５から８ｋｇ／ｃｍ²の間であり、更に好適には、１から５ｋｇ／ｃｍ²の間である。別の圧搾板を介して鋳物砂に静的な圧力を伝達したとき、砂の通気性は圧力負荷を変えることによって調節できる。本発明による方法のもう一つの有利な実施態様によれば、単位量当たりの静的な圧力は原型を介して鋳物砂に伝達することができる。鋳物砂が原型を介して超音波によって励起されたとき、原型に隣接する鋳物砂はほとんど流動体になり、一方残りの鋳物砂はその非流動状態を維持する。ここで、原型も静的な力を介して鋳物砂に作用するとき、原型に近接した流動性の砂は変位し、一方残りの砂は圧縮されるだけである。この事実は、本発明によれば印の表面領域に最高級品質の砂で、型の残りの部分に安価な充填砂を用いて型を製作するのに用いることができる。別の利点は、原型の近傍の鋳物砂が流動性なので、比較的低い圧力を使用できることである。上述の２つの方法のそれぞれによって得られた利点は、別の圧搾板と原型のの両方を介して鋳物砂に圧力を伝達することによって、組み合わせて、一緒に得ることができる。本発明は、鋳造しようとする鋳物と相補的形状を有する、原型によって鋳物砂空間内に形成された印内に鋳鉄などの、金属溶融物を注ぐための砂型を製造するための装置にも関するものである。この装置の新規で独自の特徴は、超音波で鋳物砂に作用するための超音波発生器を備え、超音波発生器が原型に接続されていることである。型がコアを原型がコアボックスを有する実施態様において、超音波発生器は有利にはコアボックスに接続することができる。次に、図面を参照して、単に例としてあげられた実施態様を述べて、本発明を詳しく説明する。図１は本発明による方法によって製作した砂型の印の表面近傍領域の構造の断面図である。図２は本発明による装置の第一の実施態様の概要図である。図３は本発明による装置の第二の実施態様の概要図である。図４は本発明による装置の第三の実施態様の概要図である。図５は本発明による装置の第四の実施態様の概要図である。図６は成型過程の初期段階での本発明による装置の第五の実施態様の概要図である。図７は最終段階での同じ図である。図８は超音波によって、および超音波なしで形成された鋳物砂の密度のグラフである。以下において、鋳物砂は粘土の結合剤を含有し、型内で鋳造される鋳物は鋳鉄であると仮定して本発明を説明する。ここで、これは単に説明の便宜上であり、他の多くの種類の結合剤を用いて方法を実施することが可能であり、また形成された型が鉄以外の多くの種類の金属にも使用できることを理解しなければならない。図１は、拡大して、全体として１で示された、砂型の中の砂の構造を示している。表面２を備えた印は（図示されていない）原型によって型の中に作られる。型は主としてとくに石英と粘土４の砂粒子３からなる鋳物砂で製作されている。粘度は砂粒子を囲繞し、それらを一緒に結合する骨格の形を有する。図示した砂型は原型を介して鋳物砂に伝達された超音波の作用を受けている。超音波は表面領域Ａに侵入しているが、下にある領域Ｂには到達できなかった。したがって、表面領域Ａの鋳物砂を主として励起することができ、超音波は砂粒子がいまは互いに非常に近接して位置する。超音波が作用して残された非常に減少した空間に、砂粒子を一緒に結合するのに十分無傷の粘土の骨格がまだある。超音波は、高い周波数で、砂の粒子を往復運動させ、それによって同時にかけられた静的な圧力は砂をその表面が互いに近くなる位置に置く確率も極めて高くする。しかしながら、型にかかるのが静的な圧力だけの場合、砂の粒子は主としてその元の方向を維持し、その故に、点ごとに圧縮力を必然的に伝達するだろう。励起によってさらに互いに接触している粒子の境界表面内に一時的に熱が発生することになる。熱は粘土を乾燥させ、場合によっては、焼結させ、その粘土の状態変化によって粘土の骨格が、粘土が元の濡れた状態を単に維持した場合よりもはるかに大きな強度で砂粒子を一緒に結合できるようになる。この様にして、粘土の骨格は、従来の方法の場合のように、形成のときに初めて増加した強度を得るのではなく、まだ原型が型内にある間に強度を得る。したがって、原型は型の中の小さな細部や鋭利な縁を損傷または変形する大きなリスクなしに除去できる。表面領域の砂粒子の高い密度はさらに、印表面をきわめて平坦かつ滑らかにする効果を有し、さらに強化された粘土骨格とともに、表面領域Ａを流入する鉄溶融物に対して強く強靭にするのに貢献する。鋳造物の表面に対する砂粒子の焼け過ぎの問題は砂粒子の間の空間が溶融物が侵入し砂粒子を囲繞する可能性がほとんどないほどきわめて小さなサイズになった結果、最小になる。領域Ｂにおいて、砂粒子の間の空間は十分大きいので、ほぼ確実に、注入過程からの気体と蒸気は通過できる。本発明に従った方法によって製作した砂型において、かかる砂型の蒸気の有利な性質の結果として、ほとんど鋳バリなしで、また焼け過ぎのおそれを最低限にして鉄鋳造物などを鋳造することが可能になる。同時に、鋳造物はもっとも細かい細部まで再現するきわめて平坦で、滑らかな表面を獲得する。図２から７は本発明による方法を実施するための装置の異なる実施態様を示している。すべての場合を通じて、同一の部品には同じ番号がつけられている。例えば、鋳物砂の体積は５で示され、鋳物砂を収納するための鋳型枠は６，原型は７，超音波発生器またはホーンは８，装置を支える基盤は１０で示されている。図にみるごとく、ホーン８は、すべての実施態様において、原型に接続されている。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなしに、ホーンが装置の他の部分に接続された実施態様も可能である。図２と３において、別の圧搾板９は図においては矢印Ｐで示された、空力または油圧シリンダーなどの外部の静的な力によって鋳物砂５に向かって押される。鋳物砂の通気性は外部の静的な力の負荷を調節することで調整できる。二つの構成は、原則的に、図３の鋳物砂の重量は原型７に近い鋳物砂を圧縮するのに貢献し、図２の場合はその反対であることが互いに異なっている。図２と３において、原型で鋳物砂を圧縮するための静的な圧力は砂の全体積を通じて伝達されなければならない。圧搾板９にかかる外部の静的な力の大部分が砂の摺動する傾向のために鋳型枠６の壁によって吸収されるので、１０から１５ｋｇ／ｃｍ²の高めの圧力がこれらの場合には要求される。これらの高い圧力は、装置をそれに比例して強く設定しなければならないこと、また空力または油圧シリンダーを用いて圧力を発生しなければならないことを意味する。この欠点は原型７を介して鋳物砂に外部の静的な力が伝達される、図４に示した構成によって除去される。この場合、静的な圧力は図２と３の場合のように砂の全体積をまず通過する必要なしに原型に対して直接鋳物砂を圧縮する。それによって、この実施態様を使用する場合、１ｋｇ／ｃｍ³前後の圧力でよい結果が得られることがわかった。図５は図４に示されたものと同等な実施態様を示しているが、さらに原型からもっと遠い距離で鋳物砂を圧縮するための圧搾板９も追加されている。それによって砂全体積の圧縮を最適に管理し、要求条項に従って鋳物砂の通気性を調整することができる。図２から５において、鋳物砂はあらかじめ鋳型枠内におかれた原型の上に充填され、その後、外部の静的な力によって原型が砂内に押しつけられ、この間に砂が変位して、同時に圧縮される。図６はこの過程の初期段階を示し、図７は最終段階を示す。この方法が成功する前提条件は原型７に隣接する表面領域がホーン８からの超音波によって励起して、原型に近い鋳物砂が流動化して、静的な圧力によって変位できることである。この過程に関与するのは鋳物砂の上の部分だけであり、この事実は、鋳型枠６の上部に高級品質の鋳物砂１１を用い、底部に安価な鋳物砂１２を用いるために有利に利用できる。図６と７に示した構成は、原型の完全な印を形成する場合、鋳型枠がきわめて正確に鋳物砂で充填されることを要求する。この問題は、図５のごとく（図示されていない）別の圧縮板を追加して用いることで解決できる。図面に示され、上記に説明した本発明は型が正の鋳造物を鋳込むためのものとしている。しかしながら、型という用語は正の鋳造物内の開口またはくぼみを鋳造するためのコアとも理解され、同様に原型という用語はコアボックスも含む。さらに、砂という用語は上述の石英系の砂と理解されるだけでなく、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための型を製造するのに適した他の特定の材料も意味する。実施例図４に示したものに対応する装置内で超音波によって、および超音波なしで製作した型内に鋳鉄の多数の鋳造物を鋳造した。鋳型枠は高さ２５０ｍｍ、直径５０ｍｍのパイプであった。粘土結合砂を使用し、水の混和とその後の、強力な５分間の強い混合によって調整した。水含有率はおよそ３．５％であった。原型は木製で、超音波を伴う試験は、１ｋＷの超音波結晶の出力とブースタ１：１で実施した。ホーンはアルミ製で、原型に直接接続し、それによって周波数２０ｋＨｚ、振幅１７μで振動させた。原型は１から１４ｋｇ／ｃｍ²の間で変化する静的な圧力によって、図４に示したごとく、鋳物砂内に押しつけられ、超音波を使用し、あるいは超音波なしで鋳物砂の密度を測定した。結果は図８のグラフに示した、また図に見るごとく、成型過程と結びつけて超音波を使用したときに、鋳物砂の密度の増加が認められた。超音波がないとき、型内に原型によって形成される印の表面を妥当に滑らかで平坦にするためには１５ｋｇ／ｃｍ²に近い静的な圧力を使用する必要があった。しかしながら、表面は完全には滑らかではなく、表面積の１５％を越える範囲に穴があった。縁と細かい細部は不明瞭であった。静的な圧力をのぞくと、ある程度の跳ね返り（resilement）が認められ、そのため方の表面構造が弱くなった。超音波を使用したとき、原型自体の中では有意の出力喪失はなかった。したがって、超音波は、全体として、全出力で下にある鋳物砂を励起することができた。浸漬深さはある程度、静的な圧力の加重に左右されたが、深さ３ｃｍの前後で変化した。静的な圧力がおよそ７ｋｇ／ｃｍ²を越えたとき、鋳物砂が上部の強くて硬い表面領域と、強度が低下して、型の下方への通気性が増す下部後方領域に分割される傾向が強まることが認められた。型から得られた印の表面は堅く滑らかで、表面積の２から８％の間に相当する範囲で穴を備えていた。印の中の縁と細部は高品質であった。このように０．３ｍｍまでの高さの細部は明瞭に見え、これらの詳細は次の注入において、仕上げられた鋳物に安全に移された。比較として述べると、超音波なしに製造された類似の型の細部は１ｍｍを越える高さだけが明瞭に見えた。型が超音波の作用を受けたとき、応力除去した後の跳ね返り（resilement）は超音波がない場合よりもはるかに小さかった。この安定性は原型からの印内の鋭利な縁が影響を受けずに残ったことを意味した。変化する条件の下で超音波の作用を受けた型内に鋳造した鋳造物の品質は下表に示され、品質は焼けた砂粒子の数で表されている。超音波暴露ＵＬ効果圧力表面欠陥数 ( 秒) ｋＨｚｋｇ／ｃｍ² 面積％２３０２５０％２４０３１０％２６０４３０％２なし５８０％２６０５３％２８０６１％未満請求の範囲１．金属溶融物の注入によって鋳物砂（５）空間内の原型（７）が鋳造しようとする鋳物と相補的な形状を有する印を形成し、印の形成の際に鋳物砂（５）が超音波によって作用する、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型（１）の製造方法において、原型（７）を介して鋳物砂（５）に作用する少なくとも一つの超音波発生器（８）によって超音波が発生することを特徴とする方法。２．印の形成の際、鋳物砂（５）が外部の静的な力（Ｐ）によって作用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。３．静的な力（Ｐ）が別の圧搾板（９）を介して鋳物砂（５）に伝達されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。４．静的な力（Ｐ）が原型（７）を介して鋳物砂（５）に伝達されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。５．静的な力（Ｐ）が別の圧搾板（９）と原型（７）の両方を介して鋳物砂（５）に伝達されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。６．超音波の周波数が８から８０ｋＨｚの間の、とくに１８から５０ｋＨｚの間の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。７．超音波の振幅が１から１００の間の、とくに５から２０の間であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。８．単位量当たりの静的な圧力が０．２から１５ｋｇ／ｃｍ²の間、好適には０．５から８ｋｇ／ｃｍ²の間、とくに１から５ｋｇ／ｃｍ²の間であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。９．原型（７）によって鋳物砂（５）空間内に形成され、鋳造しようとする鋳物と相補的形状を有する印内に、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型（１）を製造するための装置において、超音波で鋳物砂（５）に作用するための超音波発生器（８）を備え、超音波発生器（８）が原型（７）に接続されていることを特徴とする装置。１０．型がコア（３）であり原型（７）がコアボックスである装置において、超音波発生器（８）がコアボックスに接続されていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．金属溶融物の注入によって鋳物砂空間内の原型が鋳造しようとする鋳物と相補的な形状を有する印を形成し、印の形成の際に鋳物砂が超音波によって作用する、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型の製造方法において、原型を介して鋳物砂に作用する少なくとも一つの超音波発生器によって超音波が発生することを特徴とする方法。２．印の形成の際、鋳物砂が外部の静的な力によって作用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。３．静的な力が別の圧搾板を介して鋳物砂に伝達されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。４．静的な力が原型を介して鋳物砂に伝達されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の方法。５．静的な力が別の圧搾板と原型の両方を介して鋳物砂に伝達されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。６．超音波の周波数が８から８０ｋＨｚの間の、とくに１８から５０ｋＨｚの間の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。７．超音波の振幅が１から１００μの間の、とくに５から２０μの間であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。８．単位量当たりの静的な圧力が０．２から１５ｋｇ／ｃｍ²の間、好適には０．５から８ｋｇ／ｃｍ²の間、とくに１から５ｋｇ／ｃｍ²の間であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。９．原型によって鋳物砂空間内に形成され、鋳造しようとする鋳物と相補的形状を有する印内に、鋳鉄などの金属溶融物を注ぐための砂型を製造するための装置において、超音波で鋳物砂に作用するための超音波発生器を備え、超音波発生器が原型に接続されていることを特徴とする装置。１０．型がコアであり原型がコアボックスである装置において、超音波発生器がコアボックスに接続されていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。