JP2004314157A - 鋳型の中子ガス排出装置 - Google Patents

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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29.4×10Pa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 (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
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