JP2003021564A - モデルによる鋳型部品のガス圧予測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砂から成り所定の形状、寸法及び材質の実物
鋳型部品におけるピーク圧の値及び発生場所を、簡単か
つ迅速に予測することである。 【解決手段】 ガス圧予測方法は、砂製の第１実物鋳型
部品１６から発生するガスにより上昇するガス圧のピー
ク値を検知する検知工程と、第１実物鋳型部品１６をフ
ィルム５１で包装して製作した第１モデル鋳型部品５０
における空気の供給量及び排出量のデータを収集する収
集工程と、第２実物鋳型部品におけるガス圧のピーク値
を、該第２実物鋳型部品をフィルムで包装した第２モデ
ル鋳型部品に空気を供給及び排出し、収集したデータに
基づき予測する予測工程と、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中子等の鋳型部品
による鋳造時に鋳型部品から発生する燃焼ガスにより上
昇する圧力を、モデル鋳型部品により予測する、モデル
による鋳型部品のガス圧予測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳造に使用される鋳型の一種に、下型及
び上型と中子とを含むものがある。下型と上型とは上下
方向（縦方向）に型割され、両型により区画されたキャ
ビティ内に中子が設置される。中子は、砂に粘結剤（バ
インダ）たる樹脂を混合して造型されることが多い。そ
のため、鋳造時には溶湯の熱により樹脂が燃焼するとと
もに水分が蒸発し、中子から燃焼ガス（以下「ガス」と
言う）が発生する。ガスの発生量が多く、中子内のガス
の圧力（以下「ガス圧」と言う）が所定値を超えると、
ガスが気泡となって鋳造製品に残留したり、鋳造の次の
工程における工具破損の原因になったりする。

【０００３】ガスの発生量を減少させるためには、理論
上は中子中のバインダの含有量を減少させれば良い。し
かし、そうすると中子の強度が低下し、中子折れが多く
なる。このように、バインダの含有量は中子の種々の特
性に関連しており、ガスの発生量の減少のみを考慮して
含有量を減少させることはできない。

【０００４】そこで、鋳型からガスを抜いてガス圧が常
に所定値（溶湯圧）以下となるように調節している。ガ
ス圧を調節するには、鋳型内のガス圧を検知することが
必要である。そのために図１１に示す第１従来例では、
実物中子１０４のガス圧を測定したい部位に複数本のガ
ス圧検知用パイプ１０２を突き立て、該パイプの先端に
圧力センサ１０１を取り付ける。この実物中子１０４を
下型１０６と上型１０７とにより区画されたキャビティ
１０８内に設置し、実物溶湯を流し込む。その際に中子
１０４の各部におけるガス圧の変化を圧力センサ１０１
により検知する。一方、特開平４ー１６４２１８号公報
（以下「第２従来例」と言う）では、図１２に示すよう
に、容器１１０の中にシェル砂１１１を充填して作成し
たモデル中子１１２を使用している。このモデル中子１
１２に圧力取出し管１１３が接続され、石英管１１４内
に配置されている。また、石英管１１４にはまた、モデ
ル中子１１２の近くに熱伝対１１６が配置され、そのま
わりに電気炉１１７が配置されている。ガス圧の検知時
は、電気炉１１７によりモデル中子１１２を加熱し、発
生したガスを圧力取出し管１１３から取り出し、マノメ
ータ１１８によりガス圧を検知する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１従来
例のように実物中子１０４をキャビティ１０８内に設置
し実物溶湯を流し込むことによりガスの圧力を検知する
と、手間と時間がかかる。特に、複雑な形状を持つ鋳造
製品（例えば、内燃機関のシリンダヘッド）を鋳造する
際のガス圧の検知ではこの傾向が顕著になる。即ち、こ
の場合は複数の中子片を組み合わせた中子を用いるが、
ピーク圧はある特定の中子片に発生し、バインダ（樹
脂）の量及びシェル砂の通気性等によりそのピーク圧の
値及び発生位置が変動する場合が多い。それにも関わら
ず、毎回のガス圧検知において該中子片を他の中子片と
組み合わせてキャビティ内に設置しなければならず、時
間及び手間がかかる。しかも、該中子片の形状、寸法等
が決まらなければ結局中子が設計できず、鋳造を開始す
ることができない。

【０００６】この点、上記第２従来例によれば、上記第
１従来例に比べて、実物中子１０４のキャビティ１０８
内への設置及び実物溶湯の流込みは不要になり、その分
ガス圧の検知が容易になる。しかし、所定の形状、材質
のモデル中子１１２全体の平均化されたガス圧が検知で
きるのみである。比較的簡単な形状の中子では、各部分
でのガス圧に大差がないので、これでも足りる。

【０００７】これに対して、上記複数の中子片を組み合
わせた中子では各部分のガス圧は異なる場合が多く、第
２従来例によるガス圧の検知は十分とは言えない。即
ち、該中子でシリンダヘッド等を鋳造する場合、特定の
中子片のピーク圧が他の中子片のピーク圧に比べて特に
高くなることがある。そして、ピーク圧の値及び発生場
所がシリンダヘッド等に発生するガス欠陥の大きさ及び
場所と対応することが分かっている。従って、このピー
ク圧の値及び発生場所を検知することが重要であるが、
第２従来例は、これらを正確、簡単かつ迅速に検知する
ことはできない。

【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、砂粒子が所定の空隙率、形状係数及び直径から成
る、砂製で所定の形状及び寸法を持つ実物鋳型部品内に
おけるピーク圧の値及び発生場所を、モデル鋳型部品に
より簡単かつ迅速に予測することができる、鋳型部品の
ガス圧予測方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、上記第２
従来例の長所を享受しつつ、その欠点を克服することは
できないかどうか、鋭意研究した。その際、砂から成る
鋳型部品（上型、下型又は中子）から発生するガスのガ
ス圧を検知に関して、以下の点に注目した。

【００１０】第１に、鋳造製品のガス欠陥に影響するの
はガス圧のピーク圧の値であり、気体の種類はこの値の
大きさには殆ど影響しない。よって、ガス欠陥は、実物
中子及び実物溶湯等を用いて実際に中子等からガスを発
生させる代わりに、空気を内部に供給することによって
も確認することができる。

【００１１】第２に、実際の鋳造時に中子等の鋳型部品
から発生したガスが、その周りの溶湯を透過する量は極
めて少ないと考えられる。よって、ガス圧を検知する上
では溶湯は実質的にガスの非透過物と考えることができ
る。

【００１２】第３に、実際の鋳造時にガス圧は開始から
終了まで時間の経過につれて変化するが、ガス欠陥に影
響するのはそのピーク値である。よって、そのピーク値
の大きさ及び発生場所さえ分かれば良く、鋳造の全行程
におけるガス圧の変化が分かる必要はない。これに関連
して、中子からガスが発生し、しかも中子が複数の中子
片を組み合わせて成る場合、特定の中子片にガス圧のピ
ーク値が存在する場合が多い。その場合、該中子片にお
けるガス圧の検知を行えば十分である。

【００１３】即ち、本発明のモデルよる鋳型部品のガス
圧予測方法は、砂製の第１実物鋳型部品による鋳造時
に、第１実物鋳型部品から発生するガスにより上昇する
第１実物鋳型部品内のガス圧のピーク値を検知する検知
工程と；第１実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装
した第１モデル鋳型部品に空気を供給及び排出して、空
気圧のピーク値をガス圧のピーク値と整合させ、その際
の空気の供給量及び排出量のデータを収集する収集工程
と；第１実物鋳型部品と構成が異なる砂製の第２実物鋳
型部品による鋳造時におけるガス圧のピーク値を、第２
実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第２モデ
ル鋳型部品に収集工程で収集したデータに基づき、空気
を供給及び排出することにより予測する予測工程と；か
ら成ることを特徴とする。

【００１４】本発明のモデルよる鋳型部品のガス圧予測
方法によれば、第２実物鋳型部品による鋳造時にピーク
圧が所定値（第２実物鋳型部品の溶湯圧）を超えるかど
うか、即ち鋳物にガス欠陥が生ずるおそれがあるかどう
かを、第２モデル鋳型部品により予測することができ
る。その結果、第２実物鋳型製品の鋳型内への設置や実
際の鋳造等が不要になるのみならず、鋳型部品の設計変
更に迅速に対処することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態は以下
の通りである。 ＜鋳造製品、材料、鋳型、鋳造方法＞鋳造製品（鋳物）
としては、自動車のシリンダヘッド、シリンダブロッ
ク、クランクケース、カムシャフト及びインテークマニ
ホールドがある。この他にも各種足廻り部品や各種駆動
系部品がある。鋳造製品は様々な材料、鋳型及び鋳造方
法により鋳造される シリンダヘッドの場合、材料はアルミニウムで、鋳型は
中子を含み、低圧鋳造法により鋳造される。シリンダブ
ロックの場合、材料は鋳鉄で鋳型は中子を含み重力鋳造
法により鋳造されることもあるし、材料はアルミニウム
で鋳型は中子を含み高圧鋳造法又はダイカスト鋳造法に
より鋳造されることもある。クランクケース及びカムシ
ャフトの場合、材料は鋳鉄で、鋳型は中子を含まず、重
力鋳造法により鋳造される。インテークマニホールドの
場合、材料は鋳鉄で、鋳型は中子を含み、重力鋳造法に
より鋳造される。

【００１６】鋳型が中子を含まない場合は、上型又は下
型の少なくとも一方が実物鋳型部品に相当し、中子を含
む場合は中子が実物鋳型部品に相当する。尚、中子は単
体から成っても良いし、複数の中子片から成っても良
い。複数の中子片から成る場合、そのうちの１つのみに
本発明を適用することもできる。 ＜実物鋳型部品におけるガス圧検知＞ガス圧検知工程
は、鋳物の鋳造時に、砂から成る第１実物鋳型部品から
発生するガスにより上昇するガス圧のピーク値及びその
発生場所を検知する。即ち、第１実物鋳型部品である上
型、下型又は中子等が溶湯に浸ると、その樹脂成分が溶
湯により加熱溶融されてガスが発生し、実物鋳型部品内
のガス圧が上昇する。

【００１７】尚、ガス圧が所定値（第１実物鋳型部品の
溶湯圧）を超えないように、実物鋳型部品にはガスの吸
引、通気又は排気するための手段が設けられている。吸
引手段等は第１実物鋳型部品の上面、下面に設けること
ができる。

【００１８】ガスの発生量とガスの吸引量等とにより決
まるガス圧は、例えば実物鋳型部品内に埋設した圧力セ
ンサにより検知する。尚、各部分における温度差等によ
りガス圧は鋳型部品内の場所において異なることが多い
ので、センサは複数箇所即ち長手方向の中間部及び端部
や、厚さ方向の浅い部分及び深い部分に配設することが
望ましい。 ＜モデル鋳型部品と実物鋳型部品との整合、モデル鋳型
部品によるデータ収集＞整合、収集工程では、第１実物
鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第１モデル鋳
型部品を製作し、その内部に空気を供給する。その際、
空気の供給量はガス圧のピーク値を示すときの発生量に
見合う量とする。本発明では、空気の総供給量は上記ガ
スの総発生量と等しくする。但し、空気の単位時間当た
りの供給量はガスの単位時間当たりの供給量は等しくな
くて良い。本発明では、ガス圧のピーク値さえ検知でき
れば良く、ガス圧の逐次変化を検知することは不可欠で
はないからである。

【００１９】また、モデル鋳型部品の内部から空気を排
出等する。空気の総排出量はガスの総排出量と等しくす
る。

【００２０】要するに、モデル鋳型部品の内部の空気圧
のピーク値及びその発生場所が、上記実物鋳型部品のガ
ス圧のピーク値及び発生場所と整合すれば良い。そのた
めには、空気の供給及び排出等の試行錯誤を繰り返し、
空気圧のピーク値及びその発生場所が、ガス圧のピーク
値及び発生場所に極力近づくような給気量及び排気量を
見つけ出し、これをデータとして収集する。 ＜モデル鋳型部品によるガス圧予測＞ガス圧予測工程
は、第１実物鋳型部品と構成が異なる第２実物鋳型部品
で鋳造した場合のガス圧のピーク値を、第２モデル鋳型
部品により予測する。第２モデル鋳型部品は、第２実物
鋳型部品を非通気性のフィルム部材で包装して製作し、
上記第１モデル鋳型部品により収集したデータに基づ
き、空気を供給及び排出される。

【００２１】その際、第２モデル鋳型部品内の空気圧を
検知する。検知された空気圧が所定値（第２実物鋳型部
品における溶湯圧）よりも低ければ、これを使用して鋳
造しても、鋳造製品にガス欠陥が発生する心配は殆んど
ない。反対に、検知された空気圧が所定値よりも高けれ
ば、鋳造製品にガス欠陥が発生するおそれがある。この
場合は、第２実物鋳型部品の設計変更等を検討する。

【００２２】第２モデル鋳型部品により第２実物鋳型部
品のガス圧を予測できるのは、例えば第２実物鋳型部品
の形状及び寸法が第１実物鋳型部品のそれとは異なると
きである。具体的には、全体又は特定部分の形状自体が
異なったり、形状は同じで寸法が異なる（相似形）こと
である。また、第２実物鋳型部品を形成する砂の粒子の
空隙率、形状係数、直径が第１実物鋳型部品のそれとは
異なる場合にも予測できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を基にして
説明する。この実施例は、自動車の内燃機関用のシリン
ダヘッドをアルミニウムから低圧鋳造法により鋳造する
際、砂から成る中子から発生するガスのガス圧を予測す
るものある。 実物中子によるガス圧検知 始めに、図１に示す金属製の実物上型１０及び実物下型
１１と砂製の実物中子１５とで区画形成されるキャビテ
ィ１３内に実物溶湯を流し込んで、シリンダヘッドを鋳
造する。中子１５は高さ方向に組み合わされ、組合せ時
に高さ方向において中間に位置する中間中子片（第１実
物鋳型部品に相当する）１６と、上方に位置する上方中
子片１９と、下方に位置する下方中子片２１とから成
る。

【００２４】これまでのシリンダヘッドの鋳造による
と、中間中子片１６内のガス圧が上方中子片１９及び下
方中子片２１内のガス圧よりも高くなることが分かって
いる。その理由は、中子１５全体が溶湯に覆われるため
と考えられる。

【００２５】中間中子片（以下「第１実物中子片」と呼
ぶ）１６の寸法は約縦１５０ｍｍ、横７００ｍｍ、高さ
１００ｍｍ、体積は約９００ｍｍ³である。図２及び図
４に示すように、第１実物中子片１６はメイン部１７と
サブ部１８とから成る。メイン部１７は全体に亘って複
数の孔１７ａが形成されるとともに、前方側及び後方側
にそれぞれ前方（フロント）幅木部２２ａ及び後方（リ
ア）幅木部２２ｂが突設されている。サブ部１８はサブ
連結幅木部１８ｅにおいてメイン部１７に連結されてい
る。第１実物中子片１６は、幅木部２２ａ及び２２ｂを
上型１０及び下型１１により支持されている。また下面
に突設された多数の幅木部２２ｃが下型１１により支持
されている。

【００２６】第１実物中子片１６のうちでも、特にメイ
ン部１７の第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄと、サブ
部１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄのガス圧が
高くなる傾向がある。その理由は、これらは幅木部２２
ａ及び２２ｂから遠い位置にあるためと考えられる。

【００２７】そこで、これらの部分のガス圧を検知する
ために、図１に示すように、先端にセンサの付いたガス
圧検知用の第１パイプ２３ａ及び第２パイプ２３ｂをメ
イン部１７の上面側に第１部分１７ｃ及び第２部分１７
ｄにそれぞれ突き立て、上面側に先端にセンサの付いた
ガス圧検知用の第３パイプ２４ａ及び第４のパイプ２４
ｂをサブ部１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄに
それぞれ突き立てる。また、第１実物中子片１６から発
生するガスを吸引するために、中央部に１本のガス吸引
用パイプ２５を突き立てる。

【００２８】この状態で第１実物中子片１６を上方中子
片１９及び下方中子片２１と組み合わせて中子１５と
し、上型１０及び下型１１により区画されるキャビテイ
１３内に設置する。その際、ガス圧検知用の第１、第
２、第３及び第４パイプ２３ａ，２３ｂ，２４ａ及び２
４ｂは上型１０を貫通させ（圧力計測器（不図示）に接
続する。また、ガス吸引用パイプ２５は上型１０を貫通
させ、上面開口からポンプ２７まで延び途中にヤニ溜め
２８が形成された第１ホース２９に接続する。

【００２９】下型１１には、上記中子１５の２つのサブ
連結幅木部１８ｅに対応する部分にベント（排気孔）３
０ａが形成され、その中に多数の細孔を持つ２つのベン
ト部材３１ａが挿入されている。また、幅木部２２ａ及
び２２ｂにもベント（排気孔）３０ｂが形成され、そこ
にベント部材３１ｂが挿入されている。

【００３０】シリンダヘッドの鋳造のためにキャビテイ
１３内に溶湯（約７００度）を供給すると、供給につれ
て中子１５の第１実物中子片１６は溶湯に覆われ、温度
が次第に上昇する。第１実物中子片１６の温度は常温か
ら約５００度までは比較的早く上昇し、それ以後約７０
０度までは比較的ゆっくり上昇する。温度が約３５０度
に達した後、第１実物中子片１６等からガスが発生す
る。第１実物中子片１６から発生したガスはその周りを
包囲している溶湯内に閉じこめられ、これによって内部
のガス圧が上昇する。

【００３１】尚、第１実物中子片１６からのガスの総発
生量は、例えば別途測定した第１実物中子片１６の単位
重量あたりのガス発生量に、第１実物中子片１６の総重
量を乗ずることにより求めることができる。

【００３２】上昇する第１実物中子片１６内のガス圧の
ピーク値が所定値（第１実物中子片１６の溶湯圧）を超
えないように、ベント部材３１ａ，３１ｂ及びガス吸引
用パイプ２５からガスを鋳型の外部に排気する。ガス吸
引用パイプ２５からの吸引量はポンプ２７の動力により
調整する。尚、溶湯圧は予め溶湯量制御圧力値により求
めておく。

【００３３】その際、第１実物中子片１６内のガス圧
を、ガス圧検知用の第１、第２、第３及び第４パイプ２
３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂの先端に取り付けた圧
力センサにより測定する。ガス圧は、第１実物中子片１
６内からのガスの発生量、ガス吸引用パイプ２５からの
ガスの吸引量、ベント３０ａ及び３０ｂのガスの通気量
及びベント部材３１ａ及び３１ｂからのガスの排気量に
より決まるガス圧の測定は、ガス吸引用パイプ２５から
のガス吸引量を３段階に、ベント３０ａ及び３０ｂから
のガス排気量を２段階に、そしてベント部材３１ａ及び
３１ｂのガス通気性を２段階に変更して行う。実際の鋳
造工程により近い条件でガス圧を検知するためである。
即ち、鋳造の繰返しにより、ホース２９にヤニが詰ま
り、ポンプ２７の駆動力が一定でもガスの吸引量が変動
する。また、第１実物中子片１６のサブ連結幅木部１８
ｅと下型１１のベント３０ａとの隙間にバリが形成さ
れ、ベント３０ａからの排気を妨げる。更に、ベント部
材３１ａ及び３１ｂの細孔が目詰まりして開孔率が低下
する。これらは何れもガス圧に影響する。尚、第１実物
中子片１６の幅木部２２ａ、２２ｂ及び２２ｃの周囲に
はバリが形成されるが、ガス圧には影響しない。

【００３４】次に、ガス吸引用パイプ２５からのガス吸
引量、ベント３０からのガス排気量及びベント部材３１
ａ及び３１ｂのガス通気性の設定について説明する。

【００３５】たとえポンプ２７の出力が一定であって
も、ガス吸引用パイプ２５からのガスの吸引量が一定に
なるとは限らない。ガス中に含まれるヤニがホース２９
内で詰まって通気性を低下させるからである。そこで、
図３に示すように、上型１０及び下型１１を開き、上型
１０の下面開口をゴムパッキン３６で塞いだ状態で、下
面開口に流量計３３及び圧力計３４が配置されたホース
３５を接続する。そして、流量計３５により観察される
吸引量が０Ｌ／分、５Ｌ／分及び１５Ｌ／分）になると
きの、ポンプ２７の出力を調べる。

【００３６】また、図１及び図４（図２を下方から見た
斜視図）に示すように、溶湯がサブ連結幅木部１８ｅと
下型１１のベント３０ａとの間の隙間に入り込むと、バ
リが形成される。このバリはベント３０ａを通ずるガス
の排気を妨げてガス圧を上昇させ、バリがなければガス
圧は低くなる。そこで、２つのサブ連結幅木部１８ｅに
バリが発生した（ガス抜きゼロ）場合と、発生しない場
合とを設定する。具体的には、「バリ有り」は幅木部１
８ｅの中子を削って強制的にバリを発生させて実現し、
「バリ無し」は正常な中子を使用して実現する。

【００３７】さらに、図１において、新品の時は目詰ま
りしていないベント部材３１ａ及び３１ｂの細孔は、鋳
造を繰り返すにつれて目詰まりし、その開孔率が低下す
る。開孔率が低下するとガスの通気量が減少する。そこ
で、細孔に目詰りがない（開孔率１００％）場合と、目
詰りがある（目詰り率２５％、開孔率７５％）場合とを
設定する。具体的には図５に示すように、エアー圧調整
装置４１、流量計４２及び圧力計４３が配置された空気
流通系４４に、「目詰り無し」のベント部材３１ａ及び
３１ｂと、「目詰り有り」のベント部材３１ａ及び３１
ｂとをそれぞれ取り付け、所定圧力のエアーを流通させ
たときの単位時間当たりのエアー流量を測定し、記録す
る。

【００３８】以上の３つの因子を適宜組み合わせて、表
１に示す６つの条件を設定する。

【００３９】

【表１】

【００４０】上記条件１から６の下、第１実物中子片１
６内の第１から第４部分１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ及び１
８ｄにおけるガス圧を、ガス圧検知用の第１、第２、第
３及び第４パイプ２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂの
先端に取り付けた圧力センサにより測定し、測定結果を
記録する。条件３の結果を図６の曲線及び図７（ｃ）の
棒グラフで示す。第１から第４部分１７ｃ、１７ｄ、１
８ｃ及び１８ｄにおけるガス圧の時間に対する変化を示
す図６において、曲線ａはメイン部１７の第１部分１７
ｃおけるガス圧の変化を示し、曲線ｂはメイン部１７の
第２部分１７ｂにおけるガス圧の変化を示す。また、曲
線ｃ及びｄは（殆んど重なっている）それぞれ、サブ部
１８の第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄにおけるガス
圧の変化を示す。

【００４１】このグラフから明らかなように、メイン部
１７の第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄにおけるガス
圧は当初急速に上昇し、その後緩やかに上昇してピーク
圧に達し、その後緩やかに下降している。サブ部１８の
第３部分１８ｃ及び第４部分１８ｄにおけるガス圧も同
様に変化している。そして、全体的にサブ部１８のガス
圧の方がメイン部１７のガス圧よりも高い。

【００４２】このガス圧のピーク値が、直線ｅで示した
溶湯圧よりも高くなると、鋳物製品にガス欠陥が生ず
る。よって、溶湯圧がピーク値を超えないようにパイプ
２５からのガスの吸引量やベント部材３１からのガスの
通気量等を調整する。

【００４３】尚、その他の条件１、２、４、５及び６に
おけるガス圧の変化を図７（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、
（ｅ）及び（ｆ）において棒グラフで示す。条件１から
６の何れの場合も、ピーク値が溶湯圧を超えず、ガス欠
陥は生じなかった。 モデル中子における整合、モデル中子よるデータ収集 次に、モデル第２中子片５０の作成及びこれを用いて行
うガス圧の予測について、図８、図９及び図１０をもと
に説明する。

【００４４】上記実物中子片１６をガスを透過させない
樹脂フィルムで全体を包装する。このフィルムの材料シ
リコン樹脂（自硬性）で、厚さは中子１５の外径寸法よ
り約５０から７０ｍｍである。また、１６本の給気パイ
プ５２と、それぞれ先端に圧力センサを備えた４本のガ
ス検知用パイプ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄと、
１本の吸引パイプ５６と、４本のベントパイプ５３を第
１実物中子片１６に突き立てる。

【００４５】各給気パイプ５２はその先端が実物中子片
１６に所定深さ（ここでは全て同じ深さである。但し、
深さは異なっても良い）入り込むように突き立て、突立
場所は第１実物中子片１６おけるガスの発生場所に対応
させる。即ち、メイン部１７及びサブ部１８の表面（上
面）側及び裏面（下面）側の全領域に亘らせる。４本の
ガス圧検知用パイプ５４ａから５４ｄ、１本の吸気パイ
プ５６及び４本のベントパイプ５３の突立場所は、それ
ぞれ上記図１のガス圧検知パイプ２３ａ、２３ｂ、２４
ａ及び２４ｂ、吸引パイプ２５及びベント部材３１ａ及
び３１ｂの突立場所に対応させる。各ベントパイプ５３
には流量制御弁５７（図９参照）を取り付ける。尚、各
パイプの突立てにより樹脂フィルム５１に開いた孔の縁
と各パイプとの間はシール部材によりシールして、空気
漏れを防止する。

【００４６】こうして製作したモデル中間中子片（第１
モデル鋳型部品に相当する）５０では給気パイプ５２か
らその内部にエアーを供給する。その際、単位経過時間
当たりの給気量は一定とし、総給気量はガスの総発生量
と等しくする。

【００４７】また、また吸引パイプ５６からの空気の吸
引量は上記実物中子片１６と同様にポンプ２７の駆動力
を調整して３段階に切り換え、総吸引量は上記総吸引量
と等しくする。ベント部材３１ａ及び３１ｂの目詰りに
相当するベントパイプ５３の単位時間当たりの通気量
は、図９に示す流量調整弁５７の弁開口度を調整して２
段階に設定し、総通気量は上記ベント部材３１からの総
通気量と等しくする。尚、下型ベント３０ａ及び３０ｂ
からの排気量は、「バリ有り」の代わりに適当な蓋部材
でベント３０ａ及び３０ｂの入口をふさぎ、「バリ無
し」の場合はこの蓋部材を除去することにより２段階に
調整する。

【００４８】こうして、第１モデル中子片５０において
も、第１実物中子片１６の場合と同様に、条件１から６
を設定する。

【００４９】次に、第１モデル中子片５０の各条件１か
ら６におけるガス圧の調整について説明する。第１モデ
ル中子片５０により第１実物中子片１６におけるガス圧
を予測するためには、第１モデル中子片５０の第１から
第４部分５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄにおける空
気圧（特にピーク圧）を、極力上記図７（ａ）から
（ｆ）のガス圧（特にピーク圧）に近づけることが必要
である。そのために、単位時間当たりの各給気用パイプ
５２からの給気量、吸引パイプ５６からの吸引量及び各
ベントパイプ５３からの通気量等を調整する。

【００５０】その際、第１実物中子片１６ではガスは単
位時間に対して不規則に発生するが、第１モデル中子片
５０では給気パイプ５２からの給気は一定の割合で行っ
ている。よって、吸引パイプ５６からの空気の吸引、各
ベントパイプ５３からの空気の通気等を第１実物中子片
１６の場合と同様に行っても必ずしもガス圧は同じにな
らない。従って、各給気パイプ５２からの給気量、吸引
パイプ５６からの空気の吸引量、各ベントパイプ５３か
らの空気の通気量等の調整を繰り返し調整して、試行錯
誤により、ピーク値が第１実物中子片１６のピーク値に
近くなるような給気量、吸引量、通気量等を見つける。

【００５１】こうして、条件１から６の下、第１モデル
中子片５０を用いて検知した第１から第４部分５８ａか
ら５８ｄおけるピーク圧を図７（ａ）から（ｆ）におい
て折れ線グラフで示す。例えば、図７（ｃ）の折れ線グ
ラフは、条件３即ち第１実物中子片１６においてパイプ
２５からのガスの吸引量は５Ｌ／ｍ、サブ連結幅木部１
８ｅでは「バリ有り」（下型ベント３０からのガス抜き
無し）、サブ連結幅木部１８ｅでの目詰まりは「有
り」、そしてベント部材３１ｂの目詰りは「有り」（開
孔率７５％）に対応する。これによれば、第１実物中子
片１６のガス圧は、メイン部１７の前方（第１）部では
９．１であり、後方（第２）部では９．２、サブ部の前
方（第３）部では１２．１及び後方（第４）部では１
２．７である。これに対して、第１モデル中子片で５０
のガス圧は、メイン部１７の前方（第１）部では１０．
４、後方部（第２）では１１．６であり、サブ部１８の
前方（第３）部では１３．３及び後方（第４）部では１
１．７である。

【００５２】これから明らかなように、ピーク圧が第１
実物中子片１６ではサブ部１８の後方部１８ｄに発生し
たのに対して、第１モデル中子片５０ではサブ部１８の
前方部１８ｃに発生し、発生場所は異なる。しかし、ピ
ーク圧の値は第１実物中子片１６では１２．７であるの
に対して、第１モデル中子片５０では１３．３であり、
大差はない。

【００５３】尚、条件１の場合のピーク圧は第１実物中
子片１６では１３．６で、第１モデル中子片５０では１
３．８である。条件２の場合のピーク圧は第１実物中子
片１６では６．０で、第１モデル中子片５０では７．６
である。条件４の場合のピーク圧は第１実物中子片１６
では９．８で、第１モデル中子片５０では１０．５であ
る。条件５の場合のピーク圧は第１実物中子片１６では
１１．０で、第１モデル中子片５０では９．７である。
そして、条件６の場合のピーク圧は第１実物中子片１６
では８．２で、第１モデル中子片５０では７．９であ
る。

【００５４】こうして、何れの条件１から６でも、第１
モデル中子片５０によれば第１実物中子片１６の場合に
近いピーク圧が得れることが確認された。これにより、
前述した３つの前提、即ち鋳造製品のガス欠陥に影響す
るのはピーク圧の値であり気体の種類はこの値の大きさ
には影響しないこと、実際の鋳造時に中子から発生した
ガスはその周りの溶湯を透過から外部に殆ど抜けないこ
と、及び実際の鋳造時にガス圧は開始から終了まで時間
の経過につれて変化するがガス欠陥に影響するのはその
ピーク値であること、の妥当性が裏付けられた。 モデル中子によるピーク値の予測 第１の予測例として、例えば上記第１実物中子片１６と
同じ性質（空隙率、慶応係数及び直径）の砂から成り、
同形状で、寸法（体積）の異なる第２実物中子片におけ
るピーク圧の予測について説明する。この場合、例えば
第１実物中子片の１．１倍の体積を持つ実物第２中子片
（第２実物鋳型部品に相当する）を準備し、全体を樹脂
製フィルムで包装する。次に、１６本の給気用パイプ５
２、４本の圧力検知用パイプ５８ａから５８ｄ、１本の
吸引用パイプ５６、４本のベントパイプ５３を突き立て
る。こうして第２モデル中子片（第２モデル鋳型部品に
相当する）を製作する。

【００５５】そして、第２モデル中子片において、給気
パイプ５２からの単位時間当たりの給気量及び総給気量
や、ベントパイプ５３からの単位時間当たりの排気量及
び総排気量を、それぞれ第１実物中子片１６即ち第１モ
デル中子片５０の場合の１．１倍にして同様に調整す
る。

【００５６】このような給排気を行ったときの第１から
第４部分５８ａから５８ｄにおけるガス圧を検知用パイ
プ５４ａから５４ｄのセンサにより検知する。その結
果、第１から第４部分５８ａから５８ｄの何れかのピー
ク圧が、第２実物中子片に対応する溶湯圧よりも大きけ
れば、その部分でガス欠陥が発生するおそれがあること
が予測される。反対に、第１から第４部分５４ａから５
４ｄの何れでのピーク圧が溶湯圧よりも低ければ、その
おそれはないと予測できる。

【００５７】第２の予測例として、例えば、上記第１実
物中子片１６と同形状で同じ体積を持ち、空隙率、形状
係数又は直径が異なる砂から成る第２実物中子片の場合
は、給気量、排気量を同じ条件にして行えば、砂種に応
じたガス圧が予測できる。

【００５８】図１０に、条件３の場合のガス圧予測の結
果を示す。図１０において、曲線ｇ及びｈはバリ連結幅
木部１８ｅにバリがある場合のそれぞれサブ部１８の前
方部及び後方部のガス圧と時間との関係を示し、曲線ｉ
及びｊはバリ連結幅木部１８ｅにバリがない場合のメイ
ン１７部のそれぞれ前方部及び後方部のガス圧と時間と
の関係を示す。

【００５９】このグラフから明らかなように、サブ部１
８の前方部及びサブ部１８の後方部では１５から２０秒
経過時点で、丸印で示すピーク圧が曲線ｅで示した溶湯
圧よりも高くなっている。 実施例の効果 このように、本実施例によれば、第１実物中子片１６を
用いたガス圧の検知により、条件１から６における第１
から第４部分１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ及び１８ｄでのピ
ーク圧を検知する。次に、第１モデル中子片５０におけ
る空気の給気量、排気量及び通気量等を繰り返し調整す
ることにより、その条件１から６におけるピーク圧を、
第１実物中子片１６の条件１から６におけるピーク圧に
整合させる。これにより、第１モデル中子片５０おいて
第１実物中子片１６と同等のピーク圧を得るために必要
な給気量、排気量及び通気量等のデータを集める。

【００６０】従って、例えば新しい鋳造製品の鋳造のた
めに中子１５の中間中子片１６の形状や寸法が変更にな
る場合に、以下の効果が得られる。

【００６１】第１に、第２モデル中子片によりピーク圧
を予測することが可能になる。その結果、第２実物中子
片の製作、該第２実物中子片を含む中子のキャビティへ
の設置、及びキャビティに溶湯を注入しての鋳造が、何
れもが不要となる。これにより、中間中子片１６即ち中
子１５の材料費が半減されるのみならず、ガス圧の検知
作業に要する時間及び手間が低減される。

【００６２】第２に、中子１５を構成する第３つの中子
片１６，１９及び２１のうち、最大ピーク圧が発生する
中間中子片１６のみを取り出してピーク圧を予測でき
る。これにより、上方中子片１９及び下方中子片２１の
製作が不要になり、そのための材料費、時間、手間が節
約できる。また、中間中子片１６の設計が中子の設計、
製造を遅らせることがなくなる。

【００６３】第３に第１実物中子片１６を包装する樹脂
フィルム５１や、第１モデル中子片に供給する空気は簡
単に入手でき、ガス圧検知に要する費用が安くできる。

【００６４】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係るモ
デルよる鋳型部品のガス圧予測方法は、砂製の第１実物
鋳型部品のガス圧のピーク値を検知する検知工程と、第
１モデル鋳型部品における空気の供給量及び排出量のデ
ータを収集する収集工程と、第２実物鋳型部品における
ガス圧のピーク値を、第２モデル鋳型部品に空気を供給
及び排出し収集したデータに基づき予測する予測工程
と、から成る。

【００６５】従って、本発明のガス圧予測方法によれ
ば、第２実物鋳型部品を使用した鋳造時に鋳物にガス欠
陥が生ずるおそれがあるかどうかを、第２実物鋳型部品
により実際に鋳造を行うことなく予測することができ
る。その結果、第２実物鋳型製品の鋳型内への設置や実
際の鋳造等が不要になり、ピーク値検知のために要する
時間及び手間を大幅に低減することができる。

【００６６】また、鋳物の設計変更に伴い鋳型部品の形
状等を変更する場合に、設計後の鋳型部品によりガス欠
陥が発生するか、を容易かつ迅速に知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガス圧検知工程で使用する実物中子
片１６を示す説明図である。

【図２】 図１の中子１５を形成する実物中子片１６の
表面側斜視図である。

【図３】 図１の吸引パイプ２５の吸引量の測定を説明
する説明図である。

【図４】 図２示した中間中子片１６の裏面側斜視図で
ある。

【図５】 図１のベント部材３１の通気量の測定を説明
する説明図である。

【図６】 図１の実物中子片１６の４つの場所から発生
するガスのガス圧の時間に対する変化を示すグラフであ
る。

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）及び（ｆ）
は、実物中子片１９及びモデル中子片５０を使用して６
つの条件の下、４つの場所で検知したガス圧を示すグラ
フである。

【図８】 収集工程で使用するモデル中子片５０を示す
説明図である。

【図９】 図８のベントパイプ５３の通気量の調整を説
明する説明図である。

【図１０】図８のモデル中子片５０を使用して４つの場
所で検知したガス圧の時間に対する変化を示すグラフで
ある。

【図１１】第１従来例を示す説明図である。

【図１２】第２従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０：上型 １１：下型 １５：中子 １６：中間中子
片 １７：メイン部 １８：サブ部 １７ｃ：第１部分 １７ｄ：第２部
分 １８ｃ：第３部分 １８ｄ：第４部
分 １８ｅ：バリ連結幅木部 ２２ａ，２２
ｂ：幅木部 ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ：ガス圧検知パイプ ２５：給気パイプ ３０ａ，３０
ｂ：ベント ３１ａ，３１ｂ：ベント部材 ５０：モデル中
子片 ５１：フィルム ５２：給気パイ
プ ５３：ベントパイプ ５６：吸引パイ
プ ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ：ガス圧検知パイプ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砂製の第１実物鋳型部品による鋳造時
   に、第１実物鋳型部品から発生するガスにより上昇する
   該第１実物鋳型部品内のガス圧のピーク値を検知する検
   知工程と、 前記第１実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した
   第１モデル鋳型部品に空気を供給及び排出して、空気圧
   のピーク値を上記ガス圧のピーク値と整合させ、その際
   の空気の供給量及び排出量のデータを収集する収集工程
   と、 前記第１実物鋳型部品と構成が異なる砂製の第２実物鋳
   型部品による鋳造時におけるガス圧のピーク値を、該第
   ２実物鋳型部品を非通気性のフィルムで包装した第２モ
   デル鋳型部品に前記収集工程で収集したデータに基づ
   き、空気を供給及び排出することにより予測する予測工
   程と、から成ることを特徴とするモデルによる鋳型部品
   のガス圧予測方法。
2. 【請求項２】 前記第１実物鋳型部品は、中子を形成す
   る複数の中子片の一つである請求項１記載のモデルによ
   る鋳型部品のガス圧予測方法。
3. 【請求項３】前記検知工程において、ガス圧のピーク値
   は前記第１実物鋳型部品の複数箇所で検知する請求項１
   記載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。
4. 【請求項４】 前記検知工程において、ガス圧のピーク
   値が所定値を超えないように前記第１実物鋳型部品から
   ガスを排出する請求項１記載のモデルによる鋳型部品の
   ガス圧予測方法。
5. 【請求項５】 前記収集工程において、空気は複数箇所
   から供給する請求項１記載のモデルによる鋳型部品のガ
   ス圧予測方法。
6. 【請求項６】 前記収集工程において、空気は単位時間
   当たり一定量ずつ供給する請求項１記載のモデルによる
   鋳型部品のガス圧予測方法。
7. 【請求項７】 前記予測工程において、前記第２実物鋳
   型部品と前記第１実物鋳型部品とは形状及び寸法、又は
   砂粒子の空隙率、形状係数及び直径が異なる請求項１記
   載のモデルによる鋳型部品のガス圧予測方法。