JP2002137044A - シェル砂型製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランニングコストが低く、製造時間の短いシ
ェル砂型製造方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 上記課題を解決するため、本発明のシェ
ル砂型製造方法は、高温の気体を通気させることにより
シェル砂を硬化させて行うことを特徴とする。つまり、
本発明のシェル砂型製造方法は、シェル砂に熱媒体であ
る高温の気体を通気させることによりシェル砂を硬化さ
せるものである。従来は、熱媒体は移動せず媒体中を熱
が徐々に伝導することでシェル砂を硬化させていたが、
本発明は熱媒体である高温の気体そのものをシェル砂に
通気させることによりシェル砂を硬化させるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は鋳造に用いられる
シェル砂型の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シェル砂型は鋳型の一種であり、シェル
型鋳造等に用いられるものである。従来は、熱硬化性樹
脂と鋳物砂とを含んでなるシェル砂を、離型材が塗布さ
れた金型のキャビティ内に注入し、金型を加熱し、シェ
ル砂を硬化させ、硬化後シェル砂を冷却し、金型から成
形後のシェル砂型を離型する方法によりシェル砂型を製
造していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来のシェル砂
型製造方法は、金型からシェル砂の金型に接触する部分
への熱伝導、およびこの部分からシェル砂の残りの部分
への熱伝導により熱がシェル砂全体に行き渡っていたた
め、シェル砂全体が硬化するのに時間がかかった。ま
た、熱伝導過程での放熱による熱損失も大きく、例えば
シェル砂の温度を１５０℃程度にするためには、金型の
温度を３００℃〜４００℃に、加熱源の温度を７００℃
〜９００℃にする必要があった。

【０００４】また、金型の温度が３００℃〜４００℃と
高温であるため、熱による金型の歪みで成形後のシェル
砂型の寸法精度が悪くなったり、また金型の合わせ面間
に隙間が生じこの中にシェル砂が入り込むことにより成
形後のシェル砂型にバリが発生したりしていた。また、
冷却に時間がかかり生産性が悪かった。

【０００５】本発明者は、上記問題点に鑑み鋭意研究を
重ねた結果、熱を金型に伝達しシェル砂を加熱するとい
う熱伝導によらず、熱を気体に伝達し、熱媒体であるこ
の気体をシェル砂中に通気させることによりシェル砂を
加熱できるとの知見を得た。

【０００６】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のであり、ランニングコストが低く、製造時間の短いシ
ェル砂型製造方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記課題を解決す
るため、請求項１に記載のシェル砂型製造方法は、高温
の気体を通気させることによりシェル砂を硬化させて行
うことを特徴とする。

【０００８】つまり、請求項１に記載のシェル砂型製造
方法は、シェル砂に熱媒体である高温の気体を通気させ
ることにより、シェル砂を硬化させるものである。従来
は、金型、シェル砂という熱媒体は移動せず、媒体中を
熱が徐々に伝導することでシェル砂を硬化させていた
が、本発明は熱媒体である高温の気体そのものをシェル
砂に通気させることによりシェル砂を硬化させるもので
ある。

【０００９】この製造方法によると熱媒体である高温の
気体そのものの移動によりシェル砂に熱が伝達されるた
め、シェル砂の硬化に時間がかからない。また、放熱に
よる熱損失が少ないため、加熱源を高温にする必要がな
くランニングコストが低い。

【００１０】（２）また、請求項２に記載のシェル砂型
製造方法は、上記請求項１に記載のシェル砂型製造方法
において、シェル砂を金型のキャビティ内に充填するシ
ェル砂充填工程と、金型に形成された複数の通気口のう
ち一部の通気口からキャビティ内に高温の気体を流入さ
せ他の通気口から気体を流出させることによりシェル砂
を硬化させる通気工程と、を有することを特徴とする。

【００１１】つまり、請求項２に記載のシェル砂型製造
方法は、金型のキャビティ内にシェル砂を充填し、一部
の通気口からキャビティ内に気体を流入させ残りの通気
口から気体を流出させることにより、キャビティ内に気
体をまんべんなく行き渡らせシェル砂を硬化させるもの
である。

【００１２】この製造方法によると、キャビティ内で高
温気体からシェル砂への熱伝達が行われるため、高温気
体の熱がシェル砂以外のものに伝達される割合が少な
く、効率よくシェル砂を硬化させることができる。

【００１３】（３）また、請求項３に記載のシェル砂型
製造方法は、上記請求項２に記載のシェル砂型製造方法
のシェル砂充填工程において、通気口の少なくとも一つ
からシェル砂をキャビティ内に充填することを特徴とす
る。

【００１４】つまり、請求項３に記載のシェル砂型製造
方法は、金型におけるシェル砂を充填するための通路と
高温の気体を流入または流出させるための通路とを併用
するものである。この製造方法によると、充填通路と通
気通路という２種類の通路を別々に設置する必要がない
ため、金型の簡略化を図ることができ、シェル砂型の製
造コストを低減させることができる。

【００１５】（４）また、請求項４に記載のシェル砂型
製造方法は、上記請求項２または請求項３に記載のシェ
ル砂型製造方法において、通気工程は、複数の通気口の
うち一部の通気口からキャビティ内に高温の気体を流入
させ他の通気口から気体を流出させることにより、気体
を流入させる通気口付近のシェル砂の部分を硬化させる
一次通気工程と、一次通気工程において気体を流出させ
る通気口からキャビティ内に高温の気体を流入させ一次
通気工程において気体を流入させる通気口から気体を流
出させることにより、キャビティ内のシェル砂の残りの
部分を硬化させる二次通気工程と、を有することを特徴
とする。

【００１６】つまり、請求項４に記載のシェル砂型製造
方法は、まず一次通気工程で気体を流入させる通気口付
近のシェル砂の部分を硬化させ、次に二次通気工程で一
次通気工程とは逆方向に気体を流すことによりキャビテ
ィ内のシェル砂の残りの部分を硬化させるものである。

【００１７】高温の気体の熱はキャビティ内を通過する
際に徐々にシェル砂に伝達されていく。言い換えると気
体の持つ熱量は、気体を流入させる通気口付近が最も多
く、気体を流出させる通気口付近が最も少ない。このた
め、一次通気工程においては、気体を流入させる通気口
付近のシェル砂の部分はすぐ硬化するが気体を流出させ
る通気口付近のシェル砂の部分はなかなか硬化しない。
一方、二次通気工程においては、一次通気工程において
気体を流出させる通気口から気体を流入させるため、こ
の通気口付近のシェル砂の部分から硬化が始まる。

【００１８】一次通気工程と二次通気工程とを組み合わ
せるこの製造方法によると、シェル砂を効率よく硬化さ
せることができ、シェル砂の硬化時間をより短縮するこ
とができる。

【００１９】（５）また、請求項５に記載のシェル砂型
製造方法は、請求項２ないし請求項４のいずれかに記載
のシェル砂型製造方法において金型を予熱してから行う
ことを特徴とする。

【００２０】金型を予熱しない場合、高温の気体の熱が
一部金型に伝達され、シェル砂に伝達される熱量が少な
くなる。この製造方法によると気体の熱が金型に伝達さ
れることを抑制することができるため、よりシェル砂の
硬化時間を短縮することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】まず本発明の製造方法に用いるシ
ェル砂について説明し、次にフェノール樹脂を含む鋳物
砂を用いて中子型を作製する場合の本発明のシェル砂型
の製造方法の実施の形態を、シェル砂充填工程、通気工
程、その他の項目毎にそれぞれ説明する。

【００２２】〈本発明の製造方法に用いるシェル砂〉本
発明の製造方法に用いるシェル砂は熱硬化性樹脂と鋳物
砂とを含有する。このうち熱硬化性樹脂は、所定の硬化
温度に達すると硬化する性質を有する。このため、シェ
ル砂中に硬化温度以上の気体が通気されると熱硬化性樹
脂が硬化し、硬化した樹脂により鋳物砂の粒子が結着さ
れる。このようにしてシェル砂が硬化する。

【００２３】本発明における熱硬化性樹脂とは、硬化前
および硬化後、双方の形態を含む概念である。例えば、
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用いる場合、これ
は硬化前のノボラック樹脂をも含む概念である。

【００２４】本発明のシェル砂型製造方法は、種々の熱
硬化性樹脂を用いて実施することができる。例えば、不
飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、
シリコン樹脂等を含むシェル砂を用いることができる。

【００２５】また、本発明のシェル砂型製造方法は、種
々の鋳物砂を用いて実施することができる。後述する実
施形態では、鋳物砂として人造けい砂を用いたが、他に
天然けい砂、山砂等を用いる形態で実施することもでき
る。

【００２６】〈シェル砂充填工程〉シェル砂充填工程で
はシェル砂を金型のキャビティ内に充填する。図１に本
工程の模式図を示す。金型４は鋼製で上型４０と下型４
１とからなり、上型４０と下型４１とが閉型してキャビ
ティ４２が形成される。上型４０には、上方外面からキ
ャビティ４２内に貫通する３つの上型孔４３が穿設され
ている。また、下型４１には、下方外面からキャビティ
４２内に貫通する３つの下型孔４５が穿設されている。
上型４０の上方には、内部にシェル砂１を有するタンク
２が設置されている。タンク２の側面には圧搾空気用の
配管２０が設置されており、またタンク２は下方に開口
している。この開口を塞いでブロープレート３がタンク
２と金型４の上型４０との間に配置されている。ブロー
プレート３には、上面から下面に貫通する３つの孔が上
型４０の上型孔４３と対応する位置に穿設されている。
また、下型４１の下型孔４５内のキャビティ４２側端に
はベントポート４４が設置されている。このベントポー
ト４４は線状のスリットを有し、スリットの幅はシェル
砂１が通過できないように設定されている。すなわち、
気体のみを通過させシェル砂１を通過させない機能を有
する。

【００２７】シェル砂１は、配管２０から流入する圧搾
空気によりタンク２内を流動し、ブロープレート３の孔
および上型孔４３を通って金型４のキャビティ４２内に
流入する。下型孔４５にはベントポート４４が設置され
ているため、流入するシェル砂１はキャビティ４２内に
充填される。シェル砂１を上型４０の外表面付近まで充
填させ、ブロープレート３の３つの孔を閉じ、本工程を
終了する。

【００２８】〈通気工程〉 （１）通気工程は一次通気工程と二次通気工程からな
る。まず、一次通気工程について説明する。一次通気工
程では、複数の通気口のうち一部の通気口からキャビテ
ィ内に高温の気体を流入させ他の通気口から気体を流出
させることにより、気体を流入させる通気口付近のシェ
ル砂の部分を硬化させる。

【００２９】図２に本工程の模式図を示す。本工程で
は、上記シェル砂充填工程でも用いられた金型４の上型
４０の上方外面に接して送風管５が設置されている。送
風管５には３つの孔が、それぞれ３つの上型孔４３に対
応する位置に穿設されている。なお、送風管５内には約
２００℃の空気が図示しない送風手段により送風されて
いる。

【００３０】また、上型孔４３のキャビティ４２側端は
気体を流入させる通気口４６に該当し、下型孔４５のキ
ャビティ４２側端（ベントポート４４のキャビティ４２
側端）は気体を流出させる通気口４７に該当する。

【００３１】空気は送風管５と上型孔４３を通ってキャ
ビティ４２内に流入するため、空気の温度は上型孔４３
の通気口４６付近が一番高い。したがって、通気口４６
付近のシェル砂１の部分からまず硬化が始まる。キャビ
テイ４２内に充填されたシェル砂１を通過した空気は下
型孔４５の通気口４７およびベントポート４４を通過
し、金型４外に排気される。なお、気体を流入させる通
気口付近とは、本実施形態のように上型孔４３内にまで
シェル砂１が充填されている場合は、上型孔４３内をも
含む概念である。また、キャビティ内にのみシェル砂が
充填されている場合は、キャビティ内の気体を流入させ
る通気口付近を示す概念である。

【００３２】本工程により、上型孔４３の通気口４６付
近のシェル砂の部分が硬化すると通気度が上がるため空
気の通りが良くなる。この通気口４６付近のシェル砂の
部分は、後述する二次通気工程で気体のみを通しシェル
砂を通さない手段として機能する。後述する二次通気工
程終了時にキャビティ内のシェル砂全体が硬化していれ
ばよいため本工程における通気時間は５秒間のみとし
た。

【００３３】（２）次に二次通気工程について説明す
る。二次通気工程では、一次通気工程において気体を流
出させる通気口からキャビティ内に高温の気体を流入さ
せ一次通気工程において気体を流入させる通気口から気
体を流出させることにより、キャビティ内のシェル砂の
残りの部分を硬化させる。

【００３４】図３に本工程の模式図を示す。本工程で
は、上記一次通気工程でも用いられた金型４の下型４１
の下方外面に接して送風管６が設置されている。送風管
６には３つの孔が、それぞれ３つの下型孔４５に対応す
る位置に穿設されている。

【００３５】本工程における空気も、一次通気工程と同
様に図示しない送風手段により送風したものであり、空
気の温度は約２００℃である。空気は送風管６と下型孔
４５を通ってキャビティ４２内に流入する。キャビティ
４２内に充填されたシェル砂１を加熱しながら通過した
空気は上型孔４３から金型４外に排気される。すなわ
ち、上記一次通気工程と空気の流れが逆になっている。

【００３６】排気の際、一次通気工程では下型孔４５に
シェル砂１のみをキャビテイ４２内に滞留させ気体のみ
を通過させる手段としてベントポート４４が設置されて
いたため、シェル砂１が下型孔４５から吹きこぼれるこ
とが無かった。本工程では、通気口４６付近の通気性の
良い硬化したシェル砂１の部分が、ちょうどベントポー
トのような役割を果たすことによりシェル砂１が上型孔
４３から吹きこぼれることを防いでいる。

【００３７】二次通気工程では、一次通気工程において
シェル砂の硬化が最も遅い下型孔４５の通気口４７から
空気を吹き込むため、キャビテイ内のシェル砂の残りの
部分を効率よく硬化させることができる。このため、高
温空気の通気時間は１５秒とした。

【００３８】二次通気工程の後、金型から成形品を離型
し中子型を得る。一般に、中子型は鋳造において金属部
材を成形する際に用いられる。中子型は成形後の金属部
材から取り出すのが困難なため、鋳造後に壊して除去す
る場合が多い。したがって中子型は本発明の製造方法に
より作製するシェル砂型として好適である。

【００３９】ちなみに、従来式の製造方法により本実施
形態と同じ中子型を作製した場合、シェル砂の硬化時間
は４０秒程だった。本実施形態によると、一次通気工程
および二次通気工程合わせて硬化時間は２０秒程であ
り、硬化時間を大幅に短縮することができる。なお、本
発明の製造方法によると、中子型のみならず外型等も作
製することができる。

【００４０】〈その他〉本実施形態においては、気体と
して空気を用いた。気体は鋳物砂や金型等と反応しない
ものであれば特に限定しない。例えば、不活性ガス等を
用いる形態で実施することもできる。

【００４１】また、本実施形態においては、通気口の数
を上型と下型にそえぞれ３つずつの合計６つとした。通
気口の数は特に限定するものではない。作製するシェル
砂型の大きさ、形状等に対応して適当な数にすればよ
い。また、気体を流入させる通気口、気体を流出させる
通気口の数は同数でなくてもよく、またその位置も限定
するものではない。これらの条件も作製するシェル砂型
の大きさ、形状等に対応して設定すればよい。

【００４２】また、本実施形態においては、予め金型を
シェル砂の硬化温度以上である１５０℃に加熱してあ
る。これにより、気体の熱がシェル砂の加熱ではなく、
金型の加熱に使われるのを抑制することができる。ま
た、シェル砂の硬化温度未満に加熱して実施する形態も
ある。シェル砂の硬化温度未満に加熱しても気体の熱エ
ネルギが金型の加熱に利用されるのを抑制することがで
きる。さらに、金型を予め加熱しない形態で実施するこ
ともできる。シェル砂の硬化に時間はかかるが、金型を
加熱する設備が不要なため、より製造コストの低い実施
形態となる。

【００４３】また、本実施形態においては、通気工程で
用いる気体の温度は２００℃とした。気体の温度は、シ
ェル砂中の熱硬化性樹脂の硬化温度以上であればよい。
好ましくは、放熱分、樹脂の硬化速度、経済性を考慮し
て、硬化温度＋３５０℃までがよい。なお、気体の流量
についても、流量が多いほど硬化時間が短くなることを
考慮し、適当な値に調整すればよい。

【００４４】また、本実施形態においては、空気および
金型の加熱に鋳造工場の排ガスを利用した。熱硬化性樹
脂の硬化温度によっては、このように工場の排ガス等を
利用することができるため、より製造コストの低い実施
形態となる。なお、排ガスが空気や不活性ガスではなく
反応性を有するようなガスである場合は、例えば熱交換
機の一次側にこの反応性ガスを通気させ、二次側に空気
を通気させることにより空気を加熱し、この加熱空気を
ブロワ等で送風することにより通気工程で使用する空気
を供給する形態で実施することができる。

【００４５】また、本実施形態においては、一次通気工
程における高温空気の通気時間を５秒間とした。通気時
間は、通気口付近のシェル砂が硬化する時間とすればよ
く、通気口の数、位置、径、通気口付近のシェル砂の部
分の量、密度等により適宜調整すればよい。

【００４６】また、本実施形態においては、二次通気工
程における高温空気の通気時間を１５秒間としたが、こ
の通気時間も、一次通気工程における通気時間と同様
に、通気口の数、位置、径、キャビティ内のシェル砂の
残りの部分の量、密度等により適宜調整すればよい。

【００４７】また、本実施形態においては、上型孔がシ
ェル砂の充填通路と空気の通気通路とを兼ねている。兼
用することにより、設備が単純化できコスト的に優れた
形態となっている。充填通路と通気通路とを別々に設置
する形態で実施することもできる。この場合は、シェル
砂充填後、吹きこぼれを防止するため充填通路にベント
ポートを設置することが望ましい。ベントポートを設置
すると充填通路が排気の際に用いられる通気通路となる
ため、より高温の気体が通過しやすくなりより迅速にシ
ェル砂を熱硬化できる形態となる。

【００４８】また、本実施形態においては二次通気工程
を設定したが、二次通気工程を設定しない形態で実施す
ることもできる。この場合は高温気体の通気時間を長く
する必要があるが、通気方向を切り替えなくて良いた
め、より簡便な実施形態となる。

【００４９】

【発明の効果】本発明のシェル砂型製造方法によると熱
媒体である高温の気体そのものの移動によりシェル砂に
熱が伝達されるため、シェル砂の硬化時間を短縮でき、
製造時間を短縮することができる。また、放熱による熱
損失が少ないため、加熱源を高温にする必要がなくラン
ニングコストを低くできる。また、金型の温度も低いた
め成形後のシェル砂型の寸法精度を向上させることがで
き、バリの発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 シェル砂充填工程の概要図である。

【図２】 一次通気工程の概要図である。

【図３】 二次通気工程の概要図である。

【符号の説明】

１：シェル砂 ２：タンク ３：ブロープレート ４：
金型 ４０：上型 ４１：下型 ４２：キャビティ ４３：上型孔 ４４：
ベントポート ４５：下型孔 ４６：通気口 ４７：通気口 ５：送風
管 ６：送風管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温の気体を通気させることによりシェ
   ル砂を硬化させて行うことを特徴とするシェル砂型製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記シェル砂を金型のキャビティ内に充
   填するシェル砂充填工程と、 該金型に形成された複数の通気口のうち一部の通気口か
   ら該キャビティ内に高温の気体を流入させ他の通気口か
   ら該気体を流出させることにより該シェル砂を硬化させ
   る通気工程と、を有する請求項１に記載のシェル砂型製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記シェル砂充填工程において、前記通
   気口の少なくとも一つから前記シェル砂を前記キャビテ
   ィ内に充填する請求項２に記載のシェル砂型製造方法。
4. 【請求項４】 前記通気工程は、複数の通気口のうち一
   部の通気口から前記キャビティ内に高温の気体を流入さ
   せ他の通気口から該気体を流出させることにより、気体
   を流入させる該通気口付近のシェル砂の部分を硬化させ
   る一次通気工程と、 該一次通気工程において気体を流出させる該通気口から
   該キャビティ内に高温の気体を流入させ該一次通気工程
   において気体を流入させる該通気口から該気体を流出さ
   せることにより、該キャビティ内のシェル砂の残りの部
   分を硬化させる二次通気工程と、を有する請求項２また
   は請求項３に記載のシェル砂型製造方法。
5. 【請求項５】 前記金型を予熱して行う請求項２ないし
   請求項４のいずれかに記載のシェル砂型製造方法。