JP2004314157A

JP2004314157A - 鋳型の中子ガス排出装置

Info

Publication number: JP2004314157A
Application number: JP2003115128A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Masuda; 達也増田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】ポンプ等によらずに簡易な構造で中子ガスを確実に吸引，排出できる中子ガス排出装置を提供する。
【解決手段】トップ中子１０に臨ませた吸引配管１８にガス抜き通路２０を形成し、ガス抜き通路２０に対してガス排出口２５を有するエアポート２３を交差部２４をもって交差，合流させる。エアポート２３には、上型８内の空気通路２６を通流させることで予め加熱した圧縮空気を導入する。合流部２４でのベンチュリ効果により中子ガスＧが強制吸引されて、ガス排出口２５から排出される。ガス排出口２５と対向配置されたトラップ３０に中子ガスＧを衝突させ、ガス中のタールＴ成分を付着，堆積させて回収する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型の中子ガス排出装置に関し、特に低圧鋳造法等において砂中子を併用しながら鋳造を行う場合にその砂中子から発生するガスを外部に効率よく排出できるようにした中子ガス排出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の中子ガス排出装置としては例えば特許文献１に記載のものが知られている。同特許文献１に記載の技術では、中子ガスの排出経路にヒータと凝集器および吸引ポンプを備えているとともに、凝集器には熱分解ガスの凝集液を溜めるための回収容器を付設してある。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９４６９９１号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、中子ガスを吸引ポンプで強制吸引して排出する方式となっているため、単にコストアップが余儀なくされるだけでなく、中子ガスに含まれるタール分を凝集器で完全に回収することは困難であり、多かれ少なかれタール成分が吸引ポンプ側に進入することから、タールの除去を目的とした吸引ポンプのメンテナンス工数が増大するという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ポンプによらずに中子ガスを効率よく排出することができ、望ましくはタールの付着による二次的不具合をも解消することができるようにした鋳型の中子ガス排出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、鋳型内に配置された中子に連通しつつ外部に開口するガス抜き通路を設けるとともに、鋳型内部もしくは鋳型表面に沿って設けた空気通路を上記ガス抜き通路と合流させ、上記空気通路に圧縮空気を供給することにより、合流部におけるベンチュリ効果をもって中子ガスを吸引して排出するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
圧縮空気としては、例えば鋳物工場等で日常的に使用されている程度の圧力のもので十分である。また、空気通路を鋳型内部もしくは鋳型表面に沿って設けているのは、請求項２に記載のように、その空気通路を通流する圧縮空気を鋳型の熱量をもって加熱するためである。
【０００８】
この場合、請求項３に記載のように、中子に臨みながらガス抜き通路を形成している吸引配管が鋳型の表面近傍位置まで伸びていて、その鋳型の表面近傍位置にて空気通路との合流部を形成していることが加熱効果のより一層の向上の上で望ましい。
【０００９】
また、中子ガス中に含まれるタールの回収を確実に行うためには、請求項４に記載のように、外部に開口するガス抜き通路の開口部と対向するようにタール回収用トラップを設けるとともに、このタール回収用トラップに冷却水等の冷却媒体を通流させるようにすることが望ましい。
【００１０】
したがって、請求項１に記載の発明では、鋳型内部もしくは鋳型表面に沿って設けた空気通路を通流することになる圧縮空気のベンチュリ効果をもって合流部から中子ガスが吸引，排出される。そして、鋳型内部もしくは鋳型表面に沿って設けた空気通路を圧縮空気が通流することは、鋳型自体がもつ熱量で圧縮空気が加熱されることにほかならない。したがって、中子ガスと圧縮空気との合流部におけるタールの付着もしくはそれによる詰まりの発生がなく、長期使用によっても中子ガスの吸引能力が低下するようなこともない。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、圧縮空気の供給によるベンチュリ効果によって中子ガスを排出するようにしたため、中子ガスの排出のために従来のようにポンプを使用する必要がなく、それによってコストダウンを図ることができるほか、メンテナンス工数も大幅に削減できる効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示しており、特に図４はいわゆる２個取り方式のシリンダヘッド鋳造用鋳型を含む低圧鋳造方式の鋳造装置全体の概略構造を、図１は図４の鋳型の要部の詳細をそれぞれ示している。
【００１３】
図４に示すように、保持炉１の上方に位置するロアプラテン２上にシリンダヘッド鋳造用の２個取り方式の鋳型（金型）３が搭載されており、それらの保持炉１と鋳型３とは給湯用の一対のストーク４を介して接続されている。鋳型３は、左右一対の製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２が共有することになる金型要素としてのセンター型５のほか、このセンター型５に対して接近離間可能な金型要素としての左右一対の横型６Ａ，６Ｂ、および同じく互いに接近離間可能な金型要素としての下型７と上型８とをもって構成されており、各金型要素同士の型締め状態をもって左右一対の製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２が形成される。そして、湯口部を兼ねたゲート部９を介してストーク４から製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２に溶湯Ｍの供給を受けることになる。なお、保持炉１は、外部から導入される圧縮空気（加圧エア）によってその液面を加圧することにより鋳型３に対し溶湯Ｍを充填する公知の構造のものである。また、図２の鋳造方案は、製品形状部Ｒ１，Ｒ２の下面側にゲート部９を設定してあるためにアンダーゲート方式の鋳造方案と称される。
【００１４】
図１に示すように、鋳型３内にはトップ中子１０のほか複数のウォータージャケット中子１１〜１４や給排気ポートに相当するポート中子１５，１６が配置される。これらの中子は１１〜１６いずれも崩壊性中子としてシェルモールド法等によって造型された砂中子であって、幅木部をもってそれぞれの金型要素に位置決めされる。例えば、ポート中子１５，１６は同図から明らかなように金型要素同士の型締め状態をもってその幅木部１５ａ，１６ａがセンター型５と下型７との間もしくは横型６Ａと下型７との間に圧締保持されるようになっている。
【００１５】
ここで、上記の各中子１０〜１６はバインダーとしてフェノール樹脂を含んでいるものであり、鋳造時の熱により分解されて大量のガス（中子ガス）が発生する。これらの中子ガスは、鋳造時に製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２の背圧を上昇させて湯回り不良の原因となったり、あるいは溶湯Ｍであるアルミニウム合金の凝固過程で内部にそのガスが取り込まれると、吹かれ、引け巣、湯境発生等の鋳造欠陥を招きやすい。そこで、製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２の上部からの中子ガスの排出を効率よく行うために、図１のほか図３に示すようにトップ中子１０に臨むようにして中子ガス排出装置１７を設けてある。
【００１６】
より詳しくは、同図に示すように、上型８のダイベース８ａとそのインプレッション部８ｂを貫通するようにトップ中子１０に臨む金属製の吸引配管１８を各製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２ごとに個別に配置してある。この吸引配管１８は、鋳型表面であるダイベース８ａの上面に着座する大径の合流ヘッド部１９が一体に形成されているとともに、内部には略くの字状に屈曲したガス抜き通路２０が形成されているもので、ガス抜き通路２０の下端の開口部をエアベント２１としてトップ中子１０に臨ませてあるとともに、上端の開口部はプラグ２２をもって閉塞してある。同時に、合流ヘッド部１９には後述する空気通路２６の一部として機能するエアポート２３をガス抜き通路２０と交差，合流するように横方向に貫通形成してある。
【００１７】
ガス抜き通路２０とエアポート２３とは図２に拡大して示すように鋭角な角度θをもって合流部２４にて合流するようになっていて、エアポート２３には、後述するように空気配管の一部として機能する分岐配管２９ａ，２９ｂをもってそれよりも上流側から圧縮空気が導入されるとともに、エアポート２３の他端はガス排出口２５として外部に開口している。つまり、ガス排出口２５はガス抜き通路２０と共有しており、ガス抜き通路２０もまたそのガス排出口２５をもって外部に開口している。
【００１８】
図３は図１に示した２個取り方式の鋳型３の平面図を示しており、上型８のダイベース８ａおよびインプレッション８ｂの内部には両者にまたがるようにして一端を入口部２６ａとし且つ他端を出口部２６ｂとする空気通路２６が形成されている。そして、入口部２６ａには空気配管２７が接続されていて、図示しない空気圧源から圧縮空気が導入されるようになっているとともに、出口部２６ｂには分岐ブロック２８が装着されていて、この分岐ブロック２８をもって二系統の分岐配管２９ａ，２９ｂに分岐している。なお、図３から明らかなように、空気通路２６の設定にあたってはその入口部２６ａから出口部２６ｂまでの距離が可及的に長くように考慮されている。また、同図中の符号３６は空気通路２６に付帯する栓体としてのプラグを示している。
【００１９】
各分岐配管２９ａ，２９ｂは図１に示した吸引配管１８におけるエアポート２３の入口側に接続されていて、そのエアポート２３のガス排出口２５に向けて圧縮空気を吐出するようになっている。
【００２０】
また、エアポート２３のガス排出口２５側にはこれと対向するように段付きブロック状のタール回収用トラップ３０が配置されている。このタール回収用トラップ３０は、エアポート２３のガス排出口２５から排出される中子ガスをタール回収用トラップ３０の斜状の縦壁部３０ａに衝突させることで、その中子ガス中に含まれるタール成分を積極的に回収しようとするものである。そして、内部には冷却媒体としての冷却水が通流する冷却水通路３１が形成されていて、これをもってタール回収用トラップ３０そのものを強制冷却するようになっている。
【００２１】
ここで、図３から明らかなように、上型８には鋳物製品であるシリンダヘッドの一部にスパークプラグやボルト部等を成形するための鋳抜きピン３２が設けられており、通常これらの鋳抜きピン３２は昇温防止と凝固コントロールのために冷却水を循環させて強制冷却することが行われる。図３の符号３３は上記の鋳抜きピン３２の冷却のための供給側冷却水配管を、符号３４は同じく戻り側冷却水配管をそれぞれ示しており、供給側冷却水配管３３を通流する冷却水をタール回収用トラップ３０の冷却水通路３１を通過させることで鋳抜きピン３２とともにタール回収用トラップ３０までも強制冷却するようになっている。
【００２２】
このように構成された中子ガス排出装置１７によれば、図１，２に示すように吸引配管１８のガス抜き通路２０と交差，合流するエアポート２３には圧縮空気が導入されていて、そのガス抜き通路２０には合流部２４でのベンチュリ効果のために負圧吸引力が生じていることから、鋳造に伴って各中子１０〜１６から発生した中子ガスＧはガス抜き通路２０を通して吸引されて、最終的には圧縮空気とともにガス排出口２５から排出されることになる。なお、上記の圧縮空気としては、鋳物工場等で日常的に使用されている例えば２９．４×１０^４Ｐａ程度のもので十分である。
【００２３】
ここで、鋳型３の一部である上型８は溶湯Ｍからの熱的影響で例えば約３００℃程度にまで昇温していることから、その上型８内の空気通路２６を通過することになる圧縮空気もまた上型温度と同程度まで加熱された上でエアポート２３に導入されることになる。同時に、中子ガスＧと圧縮空気とが合流することになる合流ヘッド部１９は吸引配管１８と一体に形成されているので、合流ヘッド部１９自体もまた上型８からの熱で温度上昇しており、例えば合流部２４ではその温度が１５０℃程度まで上昇している。
【００２４】
したがって、中子ガスＧ中に含まれるタールＴ成分が合流ヘッド部１９の内部や合流部２４等に付着して堆積するようなことがなく、合流ヘッド部１９内での目詰まりを防止しつつ安定した吸引能力を長期にわたって維持できるようになる。なお、ガス抜き通路２０とエアポート２３が鋭角な角度θで交差していることもまた中子ガスＧの吸引能力の向上とタールＴによる目詰まりの防止に寄与している。
【００２５】
ここで、上型８内に形成した空気通路２６に圧縮空気を通流させることで上型８自体の温度が若干低下する可能性があるが、空気通路２６の位置はゲート部９から可及的に離れた位置に設定してあるため、いわゆる指向性凝固を促進する上で有利にはたらき、鋳物品質への影響はない。
【００２６】
また、上記空気通路２６を上型８内に形成しているのは、エアポート２３に導入すべき圧縮空気を上型８が溶湯Ｍから受ける熱を利用して予め加熱することを目的としていることから、例えば空気通路２６に代えてこれに相当する空気配管を上型８の上面に沿うように配置しても同様の効果が期待できることは言うまでもない。
【００２７】
一方、上記のガス排出口２５と対向するようにタール回収用トラップ３０を設け、同時にそのタール回収用トラップ３０を冷却水にて強制冷却しているので、ガス排出口２５から圧縮空気とともに排出された中子ガスＧはタール回収用トラップ３０の縦壁部３０ａと衝突して急冷される。これにより、中子ガスＧ中に含まれるタールＴ成分が粘稠な液状のものと化した上でタール回収用トラップ３０に付着して回収され、同時にそのタール回収用トラップ３０に付着，堆積したタールＴが継続して冷却されることで最終的には固形化することになる。その結果、タールＴを固体状のものとして回収できるようになり、例えばタール回収用トラップ３０を設置しなかった場合のように液状のタールＴが垂れ出して広がることによる二次的不具合を未然に防止できるようになる。
【００２８】
なお、タール回収用トラップ３０に付着，堆積したタールＴは、鋳型３の塗型の際に、塗型材の凝着を促進するための型予熱の過程、もしくは吹き付けた塗型剤を焼成させる過程で、加熱炉にて例えば４００℃で且つ３時間の条件下で加熱処理することにより同時に炭化して完全な固体となり、例えば後工程にて機械的衝撃力を与えることによりタール回収用トラップ３０から容易に剥離させることができる。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、上型８が溶湯Ｍから受ける熱を利用して吸引配管１８に導入されるべき圧縮空気を加熱することにより、合流部２４付近でのタールＴの堆積やそれに伴う目詰まりを未然に防止して中子ガスＧを効率良く吸引することができ、同時に鋳抜きピン３２を冷却すべき冷却系統の冷却能力を有効利用してタール回収用トラップ３０を強制冷却することにより、中子ガスＧ中に含まれるタールＴの回収効率を高めることができるようになる。
【００３０】
しかも、圧縮空気を加熱するための熱源として鋳型３自体がもつ熱量を有効利用する一方、タール回収トラップ３０を強制冷却するための手段として鋳抜きピン３２の冷却のための冷却能力を有効利用しているので、加熱もしくは冷却のための特別の手段を設ける必要がなく、鋳型３全体の構造の簡素化とコンパクト化を併せて達成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中子ガス排出装置の好ましい実施の形態を示す図で、図３のＡ−Ａ線断面に相当する拡大断面説明図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】図１に示す鋳型の平面説明図。
【図４】図１の鋳型を含む低圧鋳造装置全体の概略を示す構成説明図。
【符号の説明】
３…鋳型
８…上型
１０…トップ中子
１１〜１４…ウォータージャケット中子
１５，１６…ポート中子
１７…中子ガス排出装置
１８…吸引配管
２０…ガス抜き通路
２３…エアポート（空気通路）
２４…合流部
２６…空気通路
２９ａ，２９ｂ…分岐配管（空気通路）
３０…タール回収用トラップ
３１…冷却水通路
Ｇ…中子ガス
Ｔ…タール

Claims

鋳型内に配置された中子に連通しつつ外部に開口するガス抜き通路を設けるとともに、
鋳型内部もしくは鋳型表面に沿って設けた空気通路を上記ガス抜き通路と合流させ、
上記空気通路に圧縮空気を供給することにより、合流部におけるベンチュリ効果をもって中子ガスを吸引して排出するようにしたことを特徴とする鋳型の中子ガス排出装置。
空気通路を鋳型内部もしくは鋳型表面に沿って設けることにより、その空気通路を通流する圧縮空気を鋳型の熱量をもって加熱するものであることを特徴とする請求項１に記載の鋳型の中子ガス排出装置。
中子に臨みながらガス抜き通路を形成している吸引配管が鋳型の表面近傍位置まで伸びていて、その鋳型の表面近傍位置にて空気通路との合流部を形成していることを特徴とする請求項２に記載の鋳型の中子ガス排出装置。
外部に開口するガス抜き通路の開口部と対向するようにタール回収用トラップを設けるとともに、
このタール回収用トラップに冷却媒体を通流させるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋳型の中子ガス排出装置。
タール回収用トラップを通流する冷却媒体は鋳型の一部を強制冷却するための冷却水であることを特徴とする請求項４に記載の鋳型の中子ガス排出装置。