JP2013071163A - 砂型造型装置及び砂型造型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砂中子造型装置において、複数種類の金型に対応することができ、金型の交換を容易にして効率よく砂型を造型することができるようにする。
【解決手段】発泡砂Ｓを貯留した砂槽１２の充填プレート１４に金型２をセットする。加圧機構１３によって発泡砂Ｓを加圧し、ノズル１５の充填口を通して金型２のキャビティＣに充填して砂中子を造型する。ノズル１５の充填口は直穴とし、発泡砂Ｓの粘性により充填口からの自然落下を防止する。充填プレート１４には、充填通路５の配置が異なる複数種類の金型２に対して、予め複数のノズル１５を配置し、一の金型２がセットされたとき、金型２の充填通路５にいずれかのノズル１５の充填口が接続され、接続されない充填口は金型の接合面１９によって閉鎖されるようにする。これにより、充填プレート１４を交換することなく金型２を交換することができ、効率よく砂型を造型することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型内に砂を充填して固めることにより、砂型や砂中子を造型する砂型造型装置及び砂型造型方法に関するものである。

エンジンのシリンダブロックやシリンヘッド等を鋳造する際、ウォータジャケットや吸排気ポート等の中空部を形成するために崩壊性の砂中子が用いられる。砂中子は、熱可塑性樹脂で被覆したシェル砂を砂吹込み装置のノズルから圧縮空気によって金型に吹込み、キャビティ内に充填し、加熱して固めることによって所定の形状に形成される。

シェル砂を金型のキャビティ内に均一に充填するため、金型には造型する砂中子の大きさや形状に応じて複数の砂吹込み口が設けられており、金型の種類が異なれば砂吹込み口の配置及び数も異なっている。また、一般的にシェル砂の吹込みは、金型の上部から行なわれるため、砂吹込み口の配置は、砂中子の形状によって制限されることになる。したがって、砂吹込み装置のノズルを砂吹込み口に対応して配置する必要がある。

そこで、例えば特許文献１には、砂吹込み装置のシェル砂を貯留するブロータンクの底部に、金型の砂吹込み口に対応してノズルが設けられたプレートを着脱可能に取付け、金型の交換時に、金型の砂吹込み口の数及び配置に対応するノズルを有するプレートに交換することにより、１台で複数種類の金型にシェル砂を吹込むことができる砂吹込み装置が記載されている。

また、特許文献２には、砂吹込み装置に、複数種類の金型の全ての砂吹込み口に対応して複数のノズルを配置し、各ノズルに開閉弁を設け、金型の種類に応じて、必要なノズルの開閉弁を開き、他のノズルの開閉弁を閉じることにより、１台で複数種類の金型にシェル砂を吹込むことができる砂吹込み装置が記載されている。

特開昭５４−７８３２３号公報 特開２０００−１１７３９５号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されたものでは、次のような問題がある。
特許文献１に記載されたものでは、金型の交換時に、ノズルが設けられたプレートを交換するため、交換作業が煩雑であり、また、金型の種類に応じた数のプレートが必要となり、設備コストもかかる。さらに、シェル砂を貯留するブロータンクには、プレートの交換時にシェル砂の落下を防止するため、ノズルに対向する開口にバッフルプレートが設けられており、構造が複雑である。

特許文献２に記載されたものでは、砂吹込み装置の複数のノズルに開閉弁を設け、さらに、これらの開閉弁を金型の種類に応じて開閉する機構を設ける必要があるため、構造が複雑で設備コストが高くなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数種類の金型に対応することができ、効率よく砂型を造型することができる砂型造型装置及び砂型造型方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る砂型造型装置は、砂型を造型するためのキャビティを有する金型と、砂を貯留する砂槽と、該砂槽に取付けられて前記金型をセットする充填プレートと、該充填プレートに設けられて前記金型のキャビティに連通する充填通路に前記砂槽を接続する充填口を有するノズルと、前記砂槽内の砂を加圧する加圧手段とを備え、
前記充填プレートには、前記充填通路の配置が異なる複数種類の前記金型に対して予め複数の前記充填口が配置されて、一の前記金型がセットされたとき、前記ノズルに該金型が接合して前記充填通路に複数の前記充填口のいずれかが接続され、前記充填通路に接続されない前記充填口は前記金型の前記ノズルとの接合面によって閉鎖されるようになっており、前記充填口は、通常は前記砂槽の砂を保持し、前記加圧手段によって砂が加圧されたとき砂を通す大きさに設定された直穴であることを特徴とする。

また、本願発明に係る砂型造型方法は、砂型を造型するためのキャビティを有する金型と、砂を貯留する砂槽と、該砂槽に取付けられて前記金型をセットする充填プレートと、該充填プレートに設けられて前記金型のキャビティに連通する充填通路に前記砂槽を接続する充填口を有するノズルと、前記砂槽内の砂を加圧する加圧手段とを備えた砂型造型装置によって砂型を造型する砂型造型方法であって、
前記充填通路の配置が異なる複数種類の前記金型を設け、
前記充填プレートに、複数種類の前記金型に対して予め複数の前記充填口を配置して、一の前記金型をセットしたとき、前記ノズルに該金型が接合して前記充填通路に複数の前記充填口のいずれかを接続し、前記充填通路に接続しない前記充填口を前記金型の前記ノズルとの接合面によって閉鎖し、
前記充填口を通常は前記砂槽の砂を保持し、前記加圧手段によって砂を加圧したとき砂を通す大きさの直穴としたことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（６）の内容が請求項１乃至６にそれぞれ対応する。
（１）砂型を造型するためのキャビティを有する金型と、砂を貯留する砂槽と、該砂槽に取付けられて前記金型をセットする充填プレートと、該充填プレートに設けられて前記金型のキャビティに連通する充填通路に前記砂槽を接続する充填口を有するノズルと、前記砂槽内の砂を加圧する加圧手段とを備え、
前記充填プレートには、前記充填通路の配置が異なる複数種類の前記金型に対して予め複数の前記充填口が配置されて、一の前記金型がセットされたとき、前記ノズルに該金型が接合して前記充填通路に複数の前記充填口のいずれかが接続され、前記充填通路に接続されない前記充填口は前記金型の前記ノズルとの接合面によって閉鎖されるようになっており、前記充填口は、通常は前記砂槽の砂を保持し、前記加圧手段によって砂が加圧されたとき砂を通す大きさに設定された直穴であることを特徴とする砂型造型装置。
ここで、砂は、ノズルの充填口から自然に落下せず、また、加圧によって加圧することにより充填口から充填できる適度な粘性を有するものであり、発泡砂が望ましいが、水溶性無機バインダ含む砂等の他の砂でもよい。
（２）（１）の構成において、前記砂は、発泡砂であることを特徴とする砂型造型装置。
（３）（１）又は（２）の構成において、１つの前記ノズルに複数の充填口が設けられていることを特徴とする砂型造型装置。
（４）砂型を造型するためのキャビティを有する金型と、砂を貯留する砂槽と、該砂槽に取付けられて前記金型をセットする充填プレートと、該充填プレートに設けられて前記金型のキャビティに連通する充填通路に前記砂槽を接続する充填口を有するノズルと、前記砂槽内の砂を加圧する加圧手段とを備えた砂型造型装置によって砂型を造型する砂型造型方法であって、
前記充填通路の配置が異なる複数種類の前記金型を設け、
前記充填プレートに、複数種類の前記金型に対して予め複数の前記充填口を配置して、一の前記金型をセットしたとき、前記ノズルに該金型が接合して前記充填通路に複数の前記充填口のいずれかを接続し、前記充填通路に接続しない前記充填口を前記金型の前記ノズルとの接合面によって閉鎖し、
前記充填口を通常は前記砂槽の砂を保持し、前記加圧手段によって砂を加圧したとき砂を通す大きさの直穴としたことを特徴とする砂型造型方法。
ここで、砂は、ノズルの充填口から自然に落下せず、また、加圧によって加圧することにより充填口から充填できる適度な粘性を有するものであり、発泡砂が望ましいが、水溶性無機バインダ含む砂等の他の砂でもよい。
（５）（４）の構成において、前記砂は、発泡砂であることを特徴とする砂型造型方法。
（６）（４）又は（５）の構成において、１つの前記ノズルに複数の充填口を設けたことを特徴とする砂型造型方法。

本願発明によれば、複数種類の金型に対応することができ、金型の交換を容易にして効率よく砂型を造型することができる。

本発明の一実施形態に係る砂型造型装置の概略構成を示す縦断面図である。 図１に示す装置の充填プレートのノズル部を拡大して示す図である。 図１に示す装置のノズルの正面図である。 図１に示す装置の充填プレートの正面図である。 図１に示す装置の充填プレートと金型との結合部を示す縦断面図である。 図１に示す装置に使用する発泡砂の組成を示すイメージ図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る砂型造型装置１は、発泡砂Ｓを固めて砂中子（砂型）を造型するものであって、砂中子を造型するためのキャビティＣを有する金型２と、金型２のキャビティＣに発泡砂Ｓを充填するための充填装置３とを備えている。

本実施形態において使用する発泡砂Ｓは、砂を水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、水及び界面活性剤を含む水溶性無機バインダと混合し、混錬して発泡状態としたものである。発泡砂Ｓを構成する粒子の状態のイメージを図６に示す。図６（Ａ）は、砂の粒子７の表面に泡８が吸着した状態を示し、図６（Ｂ）は、泡８の一部を拡大して示している。図６（Ｂ）に示すように、発泡砂Ｓは、水ガラス水溶液（水を符号１０、水ガラスを符号１１で示す）の表面を界面活性剤９で覆って泡８を形成し、この泡８が界面活性剤９を介して砂の粒子７の表面に吸着して発泡状態となっており、適度な粘性を有している。ここで、砂に対して、水ガラスのモル比１．０〜３．０、重量比０．４〜３．０％、水の重量比１．５〜３．５％、界面活性剤の重量比０．００３〜２．０％程度とすることにより、適度な粘性を有する発泡砂Ｓを得ることができる。

金型２は、水平方向のパーティングライン４を有する上型２Ａと下型２Ｂとを備え、上型２Ａと下型２Ｂとを型締めしてキャビティＣを形成する。上型２Ａには、キャビティＣの上部に連通して鉛直方向に延びて上型２Ａの上部の接合面１９に開口する複数（２つのみ図示する）の充填通路５が形成されている。充填通路５は、下部が拡開したテーパ状に形成されている。金型２は、造型する複数種類の砂中子に対応して、キャビティＣの形状及び充填通路５の配置が異なる複数種類のものを準備する。

充填装置３は、発泡砂Ｓを混錬し、貯留する砂槽１２と、砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧する加圧機構１３（加圧手段）と、砂槽１２の底部に取付けられた充填プレート１４とを備えている。充填プレート１４は、複数種類の金型２の１つを砂槽１２にセットするものであり、充填プレート１４には、砂槽１２を金型２の充填通路５に連通するためのノズル１５が設けられている。そして、砂槽１２に金型２をセットし、加圧機構１３によって砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧することにより、ノズル１５を介して金型２のキャビティＣ内に発泡砂Ｓを充填する。

図２及び図３に示すように、ノズル１５は、充填プレート１４に設けられた開口１６に嵌合して固定された円柱状の部材で、その下部が充填プレート１４の下面から突出している。ノズル１５には、軸方向に沿って１つ又は複数（図２及び図３の例では３つ）の充填口１７が貫通して砂槽１２内に連通している。充填口１７は、直穴すなわち直線状の穴であり、その径は、砂槽１２内に貯留された発泡砂Ｓがその粘性によって保持されて充填口１７から自然に落下することがなく、あるいは、少なくともある程度の時間は自然に落下することがなく、加圧機構１３によって砂槽１２内を加圧することにより、発泡砂Ｓを充填口１７を通して金型２のキャビティＣへ供給できる大きさとなっている。本実施形態では、充填口１７の直径を１５ｍｍ程度とすることにより、発泡砂Ｓは、３分間程度の間、自然に落下することなく保持されることが確認された。

図５（Ａ）に示すように、充填プレート１４にセットされた金型２の上部の接合面１９が充填プレート１４の下面から突出したノズル１５の下端面に当接して、金型２の充填通路５とノズル１５の充填口１７とが連通し、又は、充填通路５が接合面１９によって閉鎖される。例えば、図５（Ａ）に示す例では、充填プレート１４に設けられた２つのノズル１５Ａ、１５Ｂのそれぞれに３つの充填口１７Ａ１、１７Ａ２、１７Ａ３及び充填口１７Ｂ１、１７Ｂ２、１７Ｂ３が設けられている。このうちノズル１５Ａの充填口１７Ａ２が金型２の充填通路５Ａに連通し、ノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ３が金型２の充填通路５Ｂに連通し、残りのノズル１５Ａの充填口１７Ａ１、１７Ａ３及びノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ１、１７Ｂ２は、金型２の接合面１９によって閉鎖されている。充填プレート１４の下面から突出したノズル１５の外周部には、円筒状のシール部材１８が装着されており、シール部材１８が金型２の接合面１９に密着してノズル１５の周囲をシールしている。

次に、キャビティＣの形状及び充填通路５の配置（すなわち接合面１９上における充填通路５の開口の配置）が異なる複数種類の金型２に対する充填プレート１４のノズル１５の配置について図４及び図５を参照して説明する。
図４は、これらの複数の金型２に対応するノズル１５（ノズル１５Ａ〜ノズル１５Ｉで示す）の配置の一例を示している。ノズル１５は、充填プレート１４にセットされた金型２の充填通路５に対して、ノズル１５Ａ〜１５Ｉの充填口１７のいずれかが接続されるように予め配置されている。このとき、いくつかの充填通路５の開口が互いに接近している場合には、これらの充填通路５にそれぞれ接続される複数の充填口１７を１つのノズル１５に配置する。図４に示す例では、ノズル１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｇには、それぞれ３つの充填口１７Ａ１〜３、１７Ｂ１〜３、１７Ｇ１〜３が配置され、ノズル１５Ｅ、１５Ｆには、それぞれ２つの充填口１７Ｅ１〜２、１７Ｆ１〜２が配置されている。

これにより、例えば図５（Ａ）に示すように、充填装置３に金型２をセットした場合には、上述のように、ノズル１５Ａの充填口１７Ａ２が金型２の充填通路５Ａに連通し、ノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ３が金型２の充填通路５Ｂに連通し、残りのノズル１５Ａの充填口１７Ａ１、１７Ａ３及びノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ１、１７Ｂ２は、金型２の接合面１９によって閉鎖される。そして、加圧機構１３により、砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧することにより、ノズル１５Ａの充填口１７Ａ２及びノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ３を通して、金型２のキャビティＣに発泡砂Ｓを充填することができ、砂中子を造型することができる。

砂中子の造型後、充填プレート１４から金型２を取外す。このとき、図２に示すように、発泡砂Ｓの粘性に対応してノズル１５の充填口１７の径が適度な大きさに設定されているので、砂槽１２内の発泡砂Ｓが充填口１７から自然に落下することがない。これにより、砂槽１２内の発泡砂Ｓを排出することなく、金型２を交換することができる。また、充填口１７は、直穴であり、前述の特許文献１及び２に記載されているような開閉弁やバッフルプレートが不要であり、構造を非常に簡単にすることができる。

そして、例えば図５（Ｂ）に示すように、充填プレート１４に、形状の異なるキャビティＣ´及び配置が異なる充填通路５Ａ´５Ｂ´を有する他の金型２´をセットする。この場合には、ノズル１５の充填口１７Ａ１が金型２´の充填通路５Ａ´に連通し、ノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ２が金型２´の充填通路５Ｂ´に連通する。また、残りのノズル１５Ａの充填口１７Ａ２、１７Ａ３及びノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ１、１７Ｂ３は、金型２´の接合面１９´によって閉鎖される。そして、加圧機構１３により、砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧することにより、ノズル１５Ａの充填口１７Ａ１及びノズル１５Ｂの充填口１７Ｂ２を通して、金型２´のキャビティＣ´に発泡砂Ｓを充填することができ、異なる砂中子を造型することができる。

このように、１つの充填プレート１４に対して異なる複数種類の金型２をセットすることができることにより、金型２を交換する際に、充填プレート１４を交換する必要がなく、また、砂槽１２内の発泡砂Ｓを排出する必要がないので、金型２の交換のための段取換えを大幅に簡素化することができる。また、ノズル１５の充填口１７を直穴としたことにより、金型２の充填通路５の位置が互いに接近している場合、１つのノズル１５に複数の充填口１７を設けることができ、充填口１７を効率よく配置することができる。また、ノズル１５の構造が簡単になり、設備コストを低減することができる。

本実施形態に係る砂型造型装置は、例えばＶ型エンジンの各バンクのシリンダヘッドの吸排気ポート及びウォータジャケットを成形するための砂中子等の形状が類似する砂型を造型するための複数種類の異なる配置の充填通路を有する金型に適用した場合、充填プレート１４に効率よく複数のノズル１５及び充填口１７を配置することができるので、特に好都合である。

なお、上記実施形態では、本発明を一例として砂中子を造型する金型に適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、他の砂型を造型する金型にも同様に適用することができる。

１…砂型造型装置、２…金型、５…充填通路、１２…砂槽、１３…加圧機構（加圧手段）、１４…充填プレート、１５…ノズル、１７…充填口、１９…接合面、Ｃ…キャビティ、Ｓ…発泡砂（砂）

Claims (6)

1. 砂型を造型するためのキャビティを有する金型と、砂を貯留する砂槽と、該砂槽に取付けられて前記金型をセットする充填プレートと、該充填プレートに設けられて前記金型のキャビティに連通する充填通路に前記砂槽を接続する充填口を有するノズルと、前記砂槽内の砂を加圧する加圧手段とを備え、
   前記充填プレートには、前記充填通路の配置が異なる複数種類の前記金型に対して予め複数の前記充填口が配置されて、一の前記金型がセットされたとき、前記ノズルに該金型が接合して前記充填通路に複数の前記充填口のいずれかが接続され、前記充填通路に接続されない前記充填口は前記金型の前記ノズルとの接合面によって閉鎖されるようになっており、前記充填口は、通常は前記砂槽の砂を保持し、前記加圧手段によって砂が加圧されたとき砂を通す大きさに設定された直穴であることを特徴とする砂型造型装置。
2. 前記砂は、発泡砂であることを特徴とする請求項１に記載の砂型造型装置。
3. １つの前記ノズルに複数の充填口が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂型造型装置。
4. 砂型を造型するためのキャビティを有する金型と、砂を貯留する砂槽と、該砂槽に取付けられて前記金型をセットする充填プレートと、該充填プレートに設けられて前記金型のキャビティに連通する充填通路に前記砂槽を接続する充填口を有するノズルと、前記砂槽内の砂を加圧する加圧手段とを備えた砂型造型装置によって砂型を造型する砂型造型方法であって、
   前記充填通路の配置が異なる複数種類の前記金型を設け、
   前記充填プレートに、複数種類の前記金型に対して予め複数の前記充填口を配置して、一の前記金型をセットしたとき、前記ノズルに該金型が接合して前記充填通路に複数の前記充填口のいずれかを接続し、前記充填通路に接続しない前記充填口を前記金型の前記ノズルとの接合面によって閉鎖し、
   前記充填口を通常は前記砂槽の砂を保持し、前記加圧手段によって砂を加圧したとき砂を通す大きさの直穴としたことを特徴とする砂型造型方法。
5. 前記砂は、発泡砂であることを特徴とする請求項４に記載の砂型造型方法。
6. １つの前記ノズルに複数の充填口を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の砂型造型方法。