JP2002192305A - 鋳造用中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳造品が鋳肌状態で用いられる場合に特に好適
に用いられ、かつ、寸法安定性に優れた中子を、工数
増、サイクルタイムの長期化を招くことなく低コストで
製造することのできる鋳造用中子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】金型装置１２によってキャビティ１５を形
成し、所定の圧力下でブローを施すことにより、キャビ
ティ１５内に中子砂１７を導出し充填し、さらに、充填
状態を所定時間保持して中子砂１７を硬化させ、金型装
置１２から中子を取り出す。中子砂１７として粒度指数
９０以上１００以下の砂とレジンとを混練したレジンコ
ーテッドサンドを用いるとともに、ブロー圧力を２４５
ｋＰａ以上３４３ｋＰａ以下とし、さらに、焼成温度が
２５０℃以上３２０℃以下となるよう設定し、かつ、充
填状態を保持する所定時間を４０秒以上９０秒以下とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造用中子の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳物を製造するに際し、その鋳物形状に
応じて中子が用いられることがある。かかる中子は、中
子砂が金型装置内において硬化、成形されることによっ
て得られる。

【０００３】近年、鋳造品のうち中子に対応する面が鋳
肌状態のまま使用に供される場合がある。すなわち、最
終的に製造される鋳造品のうち、中子に対応する面が、
特に加工されることなく中子表面を転写したままの状態
で最終製品とされる場合がある。このような場合には、
鋳造品の鋳肌面が滑らかで、かつ、きめ細やかであるこ
とを要求される機会が多い。

【０００４】従来の中子の製造方法としては、シェルモ
ールド法、セラミックコア成形法等を挙げることができ
る。前者の製造方法によれば、表面側が固形状に形成さ
れ、その内部が中空状に形成される。また、後者の製造
方法によれば、中実状の中子が形成される。

【０００５】しかし、前者の成形方法では、内部が中空
状に形成されていることから、十分な圧縮強度が得られ
ず、鋳造に際して寸法ずれが生じてしまうおそれがあ
る。そのため、最終的に得られる鋳造品の寸法精度が不
十分となるおそれがある。また、後者の成形方法では、
注湯後の砂の崩壊性がよくない（いわゆる砂落ちが悪
い）という課題が存在する。

【０００６】これに対し、特公平６−１０２２４８号公
報においては、レジンコーテッドサンドを２００〜３０
０℃に加熱された金型内に空気と一緒に圧入し、約３０
秒保持した後、約８０℃に加熱された１０〜５０％の珪
酸ソーダ溶液中に１０〜２０分間浸漬保持後、８００〜
１０００℃にて焼成するという製造方法が記されてい
る。そして、この製造方法によれば、上記２者の製造方
法の欠点が補われる旨が記されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に
記載された製造方法では、次に記すような課題が生じ
る。すなわち、上記製法では、金型内にサンドを圧入
し、約３０秒保持する工程と、珪酸ソーダ溶液中に１０
〜２０分間浸漬保持する工程と、さらに、高温で２時間
程度焼成する工程とを必要としている。このため、著し
い工数増及びサイクルタイムの長期化を招くこととな
る。しかも、成形とは基本的に無関係な製造設備等を必
要とし、製造コストの高騰を招いてしまう。

【０００８】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、鋳造品が鋳肌状態で用いら
れる場合に特に好適に用いられ、かつ、寸法安定性に優
れた中子を、工数増、サイクルタイムの長期化を招くこ
となく低コストで製造することのできる鋳造用中子の製
造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、
各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記
載する。

【００１０】まず、請求項１に記載の発明においては、
金型装置によってキャビティを形成し、所定の圧力下で
ブローを施すことにより、前記キャビティ内に中子砂を
導出し充填し、さらに、前記充填状態を所定時間保持し
て中子砂を硬化させ、前記金型装置から中子を取り出す
鋳造用中子の製造方法であって、前記中子砂として粒度
指数９０以上１００以下の砂とレジンとを混練したレジ
ンコーテッドサンドを用いるとともに、少なくとも前記
中子砂の導出時の前記金型装置の温度が２５０℃以上３
２０℃以下となるよう設定し、かつ、前記充填状態を保
持する所定時間を４０秒以上９０秒以下としたことをそ
の要旨としている。

【００１１】また、請求項２に記載の発明においては、
中実状の鋳造用中子を製造するための製造方法であっ
て、第１の成形面を有する固定型及び第２の成形面を有
する可動型からなる金型装置によってキャビティを形成
する工程と、ブローノズルを有するブローヘッド装置
を、前記キャビティの一端側に形成された吹込口に相対
させ、所定の圧力下でブローを施すことにより、前記キ
ャビティ内に中子砂を導出し充填する工程と、前記充填
状態を所定時間保持して中子砂を硬化させ、前記固定型
から可動型を離間させて中子を取り出す工程とを備え、
前記中子砂として粒度指数９０以上１００以下の砂とレ
ジンとを混練したレジンコーテッドサンドを用いるとと
もに、少なくとも前記中子砂の導出時の前記両成形面の
温度が２５０℃以上３２０℃以下となるよう設定し、か
つ、前記充填状態を保持する所定時間を４０秒以上９０
秒以下としたことをその要旨としている。

【００１２】さらに、請求項３に記載の発明では、請求
項１又は２に記載の鋳造用中子の製造方法において、前
記ブローを施す際の所定圧力を２４５ｋＰａ以上３４３
ｋＰａ以下に設定したことをその要旨としている。

【００１３】併せて、請求項４に記載の発明では、請求
項１乃至３のいずれかに記載の鋳造用中子の製造方法に
おいて、前記金型装置には、前記キャビティ内と外部と
を連通するガス抜き孔を設けたことをその要旨としてい
る。

【００１４】上述のとおり、請求項１乃至４に記載の発
明では、中子砂として粒度指数（ＡＦＳ）９０以上１０
０以下の砂とレジンとを混練したレジンコーテッドサン
ドを用いる必要がある。粒度指数が９０未満の場合に
は、成形性に支障はないものの、良好な面粗度が得られ
ず、製造される鋳造品の中子に対応する面が滑らかなも
のとならず、寸法安定性に欠けたものとなってしまう。
また、粒度指数が１００を超える場合には、面粗度の面
では問題がないものの、熱膨張率のばらつきが大きく、
かつ、強度の弱いものとなってしまい、成形性が悪化し
てしまうといった問題が生じる。

【００１５】なお、より好ましい粒度指数は９２以上９
８以下であり、さらに好ましくは９４以上９６以下であ
る。

【００１６】また、少なくとも前記中子砂の導出時の前
記金型装置の温度（請求項２等では両成形面の温度）が
２５０℃以上３２０℃以下とし、かつ、充填状態を保持
する時間を４０秒以上９０秒以下とする必要がある。３
２０℃を超える温度で導出を行った場合には、熱膨張収
縮の部位による差が大きなものとなってしまい、寸法の
ばらつきが大きくなってしまい、場合によっては割れや
ひびが発生するおそれがある。このため、出来る限り低
温で導出し保持（焼成）することが望ましいが、あまり
にも低温過ぎたり、焼成時間が短かったりすると、今度
は中子に未焼成部分ができてしまう。かかる未焼成部分
の存在は、鋳造時の欠陥発生の原因となったり、寸法ば
らつきの原因となったりする。さらに、あまりに長期間
の焼成を行うと、成形時間が長くなり、生産性の低下を
招いてしまう。すなわち、上記数値は、上述した不具合
を解消するべく本願発明者が度重なる実験を繰り返し、
鋭意検討を重ねた結果、導出されたものである。

【００１７】なお、より好ましい温度範囲は２７０℃以
上３００℃以下であり、さらに好ましくは２８０℃以上
２９０℃以下である。また、より好ましい所定時間は５
０秒以上８０秒以下であり、さらに好ましくは６０秒以
上７０秒以下である。併せて、上記各発明において、
「少なくとも前記中子砂の導出時の前記金型装置の温
度」に代えて、「前記充填状態を所定時間保持して中子
砂を硬化させる際の硬化温度」としてもよい。

【００１８】上記請求項１，２に記載の発明によれば、
鋳造品が鋳肌状態で用いられる場合に特に好適に用いら
れ、かつ、寸法安定性に優れた中子を製造することがで
きる。しかも、工数増、サイクルタイムの長期化を招く
ことなく低コストで製造することができる。

【００１９】また、請求項３に記載の発明のように、前
記ブローを施す際の所定圧力を２４５ｋＰａ以上３４３
ｋＰａ以下に設定することで、圧力が低い場合に起こり
うる中子砂の充填不足を解消することができ、かつ、圧
力が高い場合に起こりうる砂の分布が不均一になること
による充填ばらつきを解消することができる。すなわ
ち、より均質な中子を得ることができ、結果的により寸
法精度を高めることができる。

【００２０】さらに、請求項４に記載の発明のように、
金型装置に、キャビティ内と外部とを連通するガス抜き
孔を設けることで、焼成の際に中子砂から発生するガス
を効率的に排出することができ、もって、上記作用効果
をより確実なものとすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、中子の製造方法を具体化
した一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００２２】まず、本実施の形態の中子を用いて製造さ
れる鋳造品について説明する。図２に示すように、本実
施の形態において製造される鋳造品１は、一対の円盤部
２，３と、両円盤部２，３を連結する柱状の連結部４と
を備えている。この鋳造品１は、後述する中子５（図３
参照）に対応する面（図２のα，β，γ面）が鋳肌状態
でそのまま使用に供されるようになっている。また、両
円盤部２，３間の距離Ｌ、つまり、連結部４の長さの寸
法は、誤差範囲プラスマイナス０．２ｍｍ以内と非常に
厳しく設定されている。また、円盤部２，３の平面度に
関しては０．２ｍｍ以内、平行度に関しては０．２ｍｍ
以内と厳しく設定されている。しかも、前記鋳肌面たる
α，β，γ面の面粗度が８０Ｚ以下となるように設定さ
れている。

【００２３】このような設定条件を満足する鋳造品１を
製造するに際しては、寸法精度に優れ、かつ、表面が滑
らかな中子を用いる必要があり、本実施の形態では、図
３に示すような中子５が用いられる。すなわち、中子５
は円環筒状をなし、中心部分には前記連結部４を形成す
るための孔６が形成されている。

【００２４】かかる中子５は、図１に示すような製造装
置１１によって製造される。同図に示すように、本実施
の形態の製造装置１１は、金型装置１２を備えている。
金型装置１２は、固定型１３と、固定型１３に対し接離
可能（図１の左右方向に移動可能）に設けられた可動型
１４とを有している。固定型１３及び可動型１４はそれ
ぞれ成形面を有しており、これらの成形面によって前記
中子５を成形するためのキャビティ１５が形成されるよ
うになっている。金型装置１２のキャビティ１５と外部
との間には、ガス抜き孔１２ａが形成されている。ま
た、金型装置１２にはキャビティ１５と外部とを連通す
る供給口１２ｂが設けられている。

【００２５】金型装置１２の端部（図１の上端部）に
は、ブローヘッド装置１６が移動可能に設けられてい
る。ブローヘッド装置１６の内部には図示しない中子砂
供給部から供給される中子砂１７（図４参照）が貯留さ
れている。この中子砂１７は、粒度指数９０以上１００
以下の砂とレジン（例えばフェノール樹脂等の熱硬化性
樹脂）とを混練したレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）
によって構成されており、所定温度以上の熱で硬化する
ようになっている。ブローヘッド装置１６には図示しな
いガス供給路が設けられているとともに、該ガス供給路
から高圧のガス（空気等）がブローヘッド装置１６の内
部へと供給され、これにより中子砂１７の吹込みが導出
されるようになっている。ブローヘッド装置１６は、前
記キャビティ１５に連通可能なブローノズル１８を備え
ている。

【００２６】次に、上記のように構成されてなる製造装
置１１を用いて、中子５を成形（製造）する際の製造方
法について説明する。

【００２７】まず最初に、図１に示すように、固定型１
３に対し、可動型１４を接触させた状態で型締めを行
う。また、ブローヘッド装置１６を所定位置に移動さ
せ、金型装置１２の上面に接触させる。このとき、ブロ
ーノズル１８が金型装置１２の供給口１２ｂに臨むよう
にする。

【００２８】そして、ガス供給路から高圧ガスを供給す
ることにより、図４に示すように、ブローノズル１８か
ら中子砂１７がキャビティ１５内に向けて吹き込まれ、
充填される。このとき、高圧ガスの圧力（ブロー圧力）
は、２４５ｋＰａ以上３４３ｋＰａ以下に設定される。
キャビティ１５内に中子砂１７が充填されたならば、所
定時間放置される。このときの金型装置１２の成形面の
温度（焼成温度）は、２５０℃以上３２０℃以下となる
よう設定されている。すなわち、中子砂１７は、２５０
℃以上３２０℃以下の温度で加熱されることに基づき、
焼成され硬化させられる。本実施の形態において前記焼
成時間（保持される所定時間）は、４０秒以上９０秒以
下とされる。

【００２９】所定時間が経過した後（硬化が完了した
後）、ブローヘッド装置１６を幾分上動させ、待機位置
へと移動させる。その後、固定型１３から可動型１４を
離間させることにより、図３に示すような中子５が得ら
れる。

【００３０】以上詳述したように、本実施の形態によれ
ば、中子砂１７として粒度指数９０以上１００以下の砂
とレジンとを混練したレジンコーテッドサンドを用い、
硬化（焼成）温度を２５０℃以上３２０℃以下とし、か
つ、保持時間を４０秒以上９０秒以下とした。このた
め、得られる中子５に関し寸法安定性の著しい向上を図
ることができる。しかも、該中子５を用いて製造された
鋳造品１は、表面が滑らかなものとなり、鋳肌状態で特
に好適に用いることができる。さらに、中子５の製造に
際しては、複雑多岐にわたる工程を必要とせず、ひいて
は、工数増、サイクルタイムの長期化を招くことなく低
コストで製造することができる。

【００３１】また、ブロー圧力を２４５ｋＰａ以上３４
３ｋＰａ以下に設定したため、中子砂１７の充填不足、
充填ばらつきを解消することができる。その結果、より
均質な中子５を得ることができ、結果的により寸法精度
を高めることができる。

【００３２】さらに、金型装置１２に、キャビティ１５
内と外部とを連通するガス抜き孔１２ａを設けたため、
焼成の際に中子砂１７から発生するガスを効率的に排出
することができ、もって、上記作用効果をより確実なも
のとすることができる。

【００３３】次に、上記の作用効果を裏付けるべく、各
種製造条件を設定して中子を製造したときの実験結果に
ついて説明する。まずは、ブロー圧力及び焼成条件（焼
成温度、焼成時間）を上述した範囲内に設定した上で、
粒度指数の相違する中子砂を用いて中子を成形した。そ
して、当該中子に関する評価結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】 上記表１に示すように、粒度指数が９０未満の場合に
は、成形性に支障はないものの、良好な面粗度（８０Ｚ
以下）が得られず、製造される鋳造品の中子に対応する
面が滑らかなものとならず、寸法安定性に欠けたものと
なってしまった。また、粒度指数が１００を超える場合
には、面粗度の面では問題がないものの、熱膨張率のば
らつきが大きく、かつ、強度の弱いものとなってしま
い、成形性が悪化してしまうといった問題が発生した。
これに対し、粒度指数が９０以上１００以下の場合に
は、成形性及び面粗度ともに何ら問題が生じず、優れた
中子を得ることができた。

【００３５】次に、焼成条件及び中子砂の粒度指数を上
述した範囲内に設定した上で、ブロー圧力を種々変更し
て中子を充填、成形した。そして、これにより得られた
当該中子に関する評価結果を表２に示す。

【００３６】

【表２】 上記表２に示すように、ブロー圧力が２４５ｋＰａ未満
の場合には、中子砂の充填不足が発生してしまい、ま
た、３４３ｋＰａを超える場合には、中子砂の分布が不
均一になり充填ばらつきが発生してしまった。これに対
し、ブロー圧力が２４５ｋＰａ以上３４３ｋＰａ以下の
場合には、均質な中子を得ることができた。

【００３７】さらに、中子砂の粒度指数及びブロー圧力
を上述した範囲内に設定した上で、焼成条件（焼成温
度、焼成時間）を種々変更して中子を充填、成形した。
そして、これにより得られた当該中子等に関する評価結
果を表３に示す。

【００３８】

【表３】 上記表３に示すように、焼成温度が２５０℃未満の場合
であって、かつ、焼成時間が９０秒以下の場合には、未
焼成部分が発生してしまうという不具合が生じた。ま
た、焼成温度が２５０℃未満の場合であって、かつ、焼
成時間が９０秒よりも長い場合には、未焼成部分の発生
はほとんど認められなかったものの、成形時間が長いも
のとなってしまい、結果的に生産性の悪化を招いてしま
うという不具合が起こる。

【００３９】また、焼成温度が２５０℃以上３２０℃以
下の場合であって、かつ、焼成時間が４０秒未満の場合
にも、未焼成部分が発生してしまった。一方、焼成温度
が２５０℃以上３２０℃以下の場合であって、かつ、焼
成時間が９０秒を超える場合には、焼成が過度に行われ
ることとなり、砂の崩壊が起こりやすいものとなってし
まった。

【００４０】さらに、温度が３２０℃を超える場合であ
って、かつ、焼成時間が４０秒未満の場合には、急激な
焼成を行うことにより、焼成が不均一なものとなり、寸
法ばらつきが大きくなってしまった。また、温度が３２
０℃を超える場合であって、かつ、焼成時間が４０秒以
上９０秒以下の場合には、上記同様、寸法ばらつきが大
きくなってしまったのみならず、ひびや割れが発生して
しまうものもあった。さらに、温度が３２０℃を超える
場合であって、かつ、焼成時間が９０秒を超える場合に
は、焼成しすぎにより、砂の崩壊が発生してしまった。

【００４１】これに対し、焼成温度が２５０℃以上３２
０℃以下の場合であって、かつ、焼成時間が４０秒以上
９０秒以下の場合には、寸法ばらつきが小さく、表面も
滑らかな高品質の中子を得ることができた。

【００４２】尚、上記実施の形態の記載内容に限定され
ず、例えば次のように実施してもよい。

【００４３】（ａ）中子の形状は上記実施の形態のもの
に何ら限定されるものではない。但し、鋳造品の一部が
鋳肌状態で用いられる場合に、特に好適に本発明が採用
される。

【００４４】（ｂ）可動型は複数の分割型により構成さ
れていてもよい。

【００４５】（ｃ）中子砂の材質として上記実施の形態
とは別の材質を用いてもよい。

【００４６】（ｄ）ガス抜き孔１２ａを省略する構成と
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態における中子の製造のための製造
装置を模式的に示す断面図である。

【図２】一実施の形態の中子を用いることにより得られ
た鋳造品を示す斜視図である。

【図３】中子を示す斜視図である。

【図４】中子砂をキャビティ内に充填した状態を示す製
造装置の模式的な断面図である。

【符号の説明】

１…鋳造品、５…中子、１１…製造装置、１２…金型装
置、１２ａ…ガス抜き孔、１３……固定型、１４…可動
型、１５…キャビティ、１６…ブローヘッド装置、１７
…中子砂、１８…ブローノズル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型装置によってキャビティを形成し、
   所定の圧力下でブローを施すことにより、前記キャビテ
   ィ内に中子砂を導出し充填し、さらに、前記充填状態を
   所定時間保持して中子砂を硬化させ、前記金型装置から
   中子を取り出す鋳造用中子の製造方法であって、 前記中子砂として粒度指数９０以上１００以下の砂とレ
   ジンとを混練したレジンコーテッドサンドを用いるとと
   もに、少なくとも前記中子砂の導出時の前記金型装置の
   温度が２５０℃以上３２０℃以下となるよう設定し、か
   つ、前記充填状態を保持する所定時間を４０秒以上９０
   秒以下としたことを特徴とする鋳造用中子の製造方法。
2. 【請求項２】 中実状の鋳造用中子を製造するための製
   造方法であって、 第１の成形面を有する固定型及び第２の成形面を有する
   可動型からなる金型装置によってキャビティを形成する
   工程と、 ブローノズルを有するブローヘッド装置を、前記キャビ
   ティの一端側に形成された吹込口に相対させ、所定の圧
   力下でブローを施すことにより、前記キャビティ内に中
   子砂を導出し充填する工程と、 前記充填状態を所定時間保持して中子砂を硬化させ、前
   記固定型から可動型を離間させて中子を取り出す工程と
   を備え、前記中子砂として粒度指数９０以上１００以下
   の砂とレジンとを混練したレジンコーテッドサンドを用
   いるとともに、少なくとも前記中子砂の導出時の前記両
   成形面の温度が２５０℃以上３２０℃以下となるよう設
   定し、かつ、前記充填状態を保持する所定時間を４０秒
   以上９０秒以下としたことを特徴とする鋳造用中子の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記ブローを施す際の所定圧力を２４５
   ｋＰａ以上３４３ｋＰａ以下に設定したことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の鋳造用中子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記金型装置には、前記キャビティ内と
   外部とを連通するガス抜き孔を設けたことを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれかに記載の鋳造用中子の製造方
   法。