JP2015037798A

JP2015037798A - 砂中子の除去方法及び除去装置

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Publication number: JP2015037798A
Application number: JP2013169401A
Authority: JP
Inventors: 中村　信弘; Nobuhiro Nakamura; 信弘中村
Original assignee: Wins Tech kk
Current assignee: Wins Tech kk
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2015-02-26

Abstract

【課題】効率良く短時間で砂中子を除去できる、除去能力の高い砂中子除去方法を提供する。
【解決手段】砂中子２を用いて鋳造した直後に鋳造品１から砂中子２を除去する方法であって、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に、砂中子２の保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度を有する過熱水蒸気Ｓを吹き込むことによって、砂中子２の保形力を低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、砂中子を用いて鋳造した直後に鋳造品から砂中子を除去する方法及び装置に関する。

例えばエンジンのシリンダヘッドは鋳造によって製造される。このシリンダヘッドには冷却水通路が必要とされ、しかして冷却水通路が形成されている鋳造品を鋳造するために砂中子が用いられる。砂中子を利用して鋳造すると、砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去することにより、冷却水通路を内部に形成した鋳造品が得られる。

砂中子は、鋳型に金属溶湯を充填する間、形状を維持している必要がある。そのため、砂中子を形成する砂粒子の表面にバインダー樹脂をコーティングし、その樹脂によって砂粒子と砂粒子との結合力を高める技術が汎用されている。バインダー樹脂によって保形力が高められた砂中子は強固で、鋳型に金属溶湯を充填する間に形状が崩れることがない。しかしながら、砂中子は鋳造品から除去する必要があるが、バインダー樹脂によって保形力が高められた砂中子は非常に強固であり、容易なことでは除去できない。

従来の砂中子除去方法としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、砂中子が鋳込まれている鋳造品に対し、チッピングハンマー装置によって打撃を与えながら、エア噴出装置から鋳造品の砂中子に対し圧縮エアを吹き込むようにしたものである。この方法は、打撃によるショックで砂中子にクラックを発生させ、圧縮空気のエアブローによって砂中子の崩壊を促進するとういものである。

また、従来の砂中子除去方法として、下記の特許文献２に記載されているものがある。これは、砂中子が充填され排砂口を有する鋳造品を所定の衝撃力で打撃する砂中子崩壊工程と、この砂中子崩壊工程の衝撃力よりも小さい衝撃力で打撃する排砂工程とを有する砂中子除去方法である。

特開昭６１−９９６２号公報特開平０７−３１４１２５号公報

特許文献１の方法では、打撃によって砂中子にクラックを発生させ、圧縮空気で砂粒子を吹き飛ばすだけでは、砂粒子を十分に除去しきれないことがあり、その場合には、鋳造品から砂を完全に除去するための更なる工程が必要となり、結局、砂中子の除去に相当な時間がかかる。また、特許文献２の方法では、鋳造強度よりも強い衝撃力を与えた場合には砂除去作業中に鋳物が破損してしまうという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、効率良く短時間で砂中子を除去できる、除去能力の高い砂中子の除去方法及び除去装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、砂中子２を用いて鋳造した直後に鋳造品１から砂中子２を除去する方法であって、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に、砂中子２の保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度を有する過熱水蒸気Ｓを吹き込むことによって、砂中子２の保形力を低下させるようにしたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、前記砂中子２に過熱水蒸気Ｓの吹き込みを行なう工程の後の段階で、鋳造品１に打撃及び又は振動を与えるようにしたことを特徴とする。

請求項３は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、前記砂中子２に過熱水蒸気Ｓの吹き込みを行なう工程の前の段階で、鋳造品１に打撃及び又は振動を与えるようにしたことを特徴とする。

請求項４は、請求項１に記載の砂中子の除去方法において、前記砂中子２に過熱水蒸気Ｓの吹き込みを行なう工程と平行して、鋳造品１に打撃及び又は振動を与えるようにしたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、砂中子２を用いて鋳造した直後に鋳造品１から砂中子２を除去する装置であって、過熱水蒸気Ｓを発生させる過熱水蒸気発生装置１２と、過熱水蒸気発生装置１２で発生した過熱水蒸気Ｓを鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部１３とを備えていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、砂中子２を用いて鋳造した直後に鋳造品１から砂中子２を除去する装置であって、過熱水蒸気Ｓを発生させる過熱水蒸気発生装置１２と、過熱水蒸気発生装置１２で発生した過熱水蒸気Ｓを鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部１３と、鋳造品１に打撃を与える打撃手段１４と、鋳造品１に振動を与える振動手段１５とを備えていることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明によれば、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に、この砂中子２の保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度をもつ過熱水蒸気Ｓを吹き込むことにより、砂中子２を、極めて短時間で保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度に上昇させることができ、それにより保形力を低下させると共に、砂中子２を、その崩壊が容易となる完全な乾燥状態にすることができるから、鋳造品１から砂中子２を短時間で確実に除去し排出することができる。

また鋳造品１が鋳鉄製のものであれば、鋳型に流し込む溶湯の温度が非常に高いため、鋳造品１に鋳込まれた砂中子２のバインダー樹脂が燃え尽きてしまい、鋳造品１からの砂中子２の除去は容易であるが、アルミ製の鋳造品１の場合は、溶湯の温度が低く、バインダー樹脂が燃え尽きないため、中子保形力が弱まらず、砂中子２の除去が非常に難しい。然るに、この発明の砂中子除去方法は、砂中子２を、極めて短時間で、保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度まで上昇できて、保形力を低下させ、砂中子２を崩壊容易な完全乾燥状態にできるため、鋳造品１がアルミ製のである場合に特に有効である。

請求項２〜４に示すように、砂中子２に過熱水蒸気Ｓの吹き込みを行なう工程の後の段階で、鋳造品１に打撃及び又は振動を与えるようにしてもよく、またこの打撃及び又は振動は、過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程の前の段階で行なってもよいし、過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程と平行して行なってもよい。鋳造品１に打撃及び又は振動を与えることにより、砂中子２にクラックを発生させて、砂中子２の崩壊を容易にすることができる。このように、過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程と鋳造品１に打撃及び又は振動を与える工程とを併用することによって、鋳造品１からの砂中子２の除去・排出を一層短時間で確実に行なうことができる。

請求項５に係る発明の砂中子除去装置は、過熱水蒸気Ｓを発生させる過熱水蒸気発生装置１２と、過熱水蒸気発生装置１２で発生した過熱水蒸気Ｓを、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部１３とを備えているから、この砂中子除去装置を使用することによって、請求項１に記載の砂中子除去方法を有効に実施することができる。

請求項６に係る発明の砂中子除去装置は、過熱水蒸気Ｓを発生させる過熱水蒸気発生装置１２と、過熱水蒸気発生装置１２で発生した過熱水蒸気Ｓを鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部１３と、鋳造品１に打撃を与える打撃手段１４と、鋳造品１に振動を与える振動手段１５とを備えているから、この砂中子除去装置を使用することによって、請求項２〜４の何れかに記載の砂中子除去方法を有効に実施することができる。

本発明に係る砂中子の除去方法を実施するための砂中子除去装置を示す説明図である。

以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１に示す砂中子２は、本発明に係る砂中子の除去方法を実施するための砂中子除去装置１０に、砂中子２が鋳込まれているアルミニウム製の鋳造品１をセットした状態を示す。この鋳造品１は、鋳型（図示省略）から取り出された直後に砂中子除去装置１０に、砂中子２を鋳込んでいる状態でセットされる。ここに示す鋳造品１は、エンジンのシリンダヘッドの一部を例示したもので、内部に冷却水通路を成形するために、冷却水通路の形状を有する砂中子２を鋳込んだ状態で鋳造される。この砂中子２を除去することによって、この鋳造品１を上下に貫通する開口３が形成される。

砂中子２は、砂粒子の表面に保形用樹脂であるバインダー樹脂（例えばフェノール樹脂）がコーティングされたレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）によって形成されたもので、そのバインダー樹脂によって砂粒子と砂粒子との結合力が高められ、砂中子２全体の保形力が高められている。

砂中子除去装置１０は、鋳造品１を取り付けて固定する鋳造品取付台１１と、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に吹き込むための過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置１２と、この過熱水蒸気発生装置１２で発生した過熱水蒸気を鋳造品取付台１１上の鋳造品１に鋳込まれている砂中子２側に供給するように配管された過熱水蒸気供給配管部１３と、鋳造品１に打撃を与える打撃手段としてのエアハンマー１４と、鋳造品取付台１１を介して鋳造品１に振動を与える振動手段としての起振機１５とを備えている。

この砂中子除去装置１０の過熱水蒸気発生装置１２は、電磁誘導加熱による過熱水蒸気発生装置で、水から直接、例えば４５０℃の過熱水蒸気を９０％以上の高効率で作り出すことができる。因みに、在来のタイプの過熱水蒸気発生装置は、化石燃料等で加熱されるボイラーによって飽和水蒸気を作り、これを同じく化石燃料等で再加熱して過熱水蒸気とするもので、発生効率は６０％程度である。

鋳造品１を取り付け固定する鋳造品取付台１１は、ベース１６上にダンパー１７を介して載設されたもので、その一側面側に鋳造品１をセットしてクランプ１８で固定するようになっている。また、鋳造品取付台１１は、ベース１６上に立設された支持フレーム１９に設けてある起振機１５によって振動され、この鋳造品取付台１１の振動が鋳造品１に与えられるようになっている。

鋳造品１に打撃を与える打撃手段としてのエアハンマー１４は、図１に簡略図示するように、鋳造品取付台１１に取付け固定される鋳造品１の上方に昇降自在に設けられたもので、鋳造品１の上面に近接する所定位置まで降下して、鋳造品１の上面に打撃を与えるようになっている。エアハンマー１４の打撃力は適宜に調整可能である。

次に、上記のような砂中子除去装置１０を使用して、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２を除去する方法について説明する。

鋳型から取り出された直後の鋳造品１は、まだ高温であり、砂中子２を鋳込んでいる。この状態の鋳造品１を、図１に示すように鋳造品取付台１１にセットして固定する。この後、過熱水蒸気供給配管部１３の先端部１３ａを、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２の上端部に近接させて、開口３の上端部３ａを覆う状態とし、この状態で、常圧（大気圧）より高い圧力、例えば０．２ＭＰａで、温度が例えば約３５０℃の過熱水蒸気Ｓを、砂中子２に吹き込む。

尚、図１には、過熱水蒸気供給配管部１３の先端部１３ａは固定的に図示しているが、実際には、左右上下に移動可能で、その先端部１３ａが砂中子２の上端部に自在に近接できるようになっている。

上記のように鋳造品１に鋳込まれている砂中子２の上端部に過熱水蒸気供給配管部１３の先端部１３ａを被せた状態で、上記のような圧力が０．２ＭＰａ、温度が約３５０℃の過熱水蒸気Ｓが中子２に吹き込まれると、この過熱水蒸気Ｓによって、砂中子２が加熱され始めて、砂中子２の保形力が低下していく。砂中子２の保形用樹脂であるフェノール樹脂は高温に曝されると分解し、２００℃前後でも分解が進行し、保形力が低下するから、上記３５０℃の過熱水蒸気Ｓの吹き込みによって、砂中子２の保形力は次第に低下していく。

ここで、過熱水蒸気の特性について説明すると、過熱水蒸気は、１００℃で沸騰気化した水分子（空気を含まない）を常圧のまま、１００℃以上に加熱した高温の水蒸気のことで、温度の上限は１０００℃以上まで上昇させることは可能である。この過熱水蒸気は、同じ温度の高温空気と比べて約４倍の熱容量を持っていることから、対象物を極めて短時間で完全に乾燥させることができる。また、過熱水蒸気の伝熱特性は、高温空気が対流伝熱のみであるのに対し、対象表面での水蒸気の凝縮による大きな凝縮伝熱が加味され、対象物の温度が極めて短時間に上昇することである。また、過熱水蒸気は、１７０℃よりも低温域では、保水性が強く、それ以上の高温域では、乾燥力が非常に強くなると共に、脱脂洗浄作用を発揮する。

従って、図１に示すように、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に対しその上方から、上記のような特性を有する過熱水蒸気Ｓを、上記のように圧力が０．２ＭＰａで、温度が約３５０℃の条件下で、例えば３０分間吹き込むことによって、砂中子２は、バインダー樹脂であるフェノール樹脂及び油分を含む不純物が分解焼失・脱脂洗浄されて、完全な乾燥状態となると共に、砂中子２の保形力が失われた状態となり、従ってこの砂中子２は、開口３の下端部３ｂから自重により自然落下し、鋳造品１から完全に除去排出される。

上述の方法の説明は、過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程だけで、砂中子２を鋳造品１から完全に除去排出させることができた場合であるが、この熱水蒸気Ｓの吹き込み工程だけでは砂中子２が鋳造品１内に残存するような状態であれば、この熱水蒸気Ｓの吹き込み工程の後の段階で、エアハンマー１４による打撃又は起振機１５による振動の何れか、あるいはその打撃及び振動の両方を鋳造品１に与えることによって、砂中子２を鋳造品１から確実に除去排出することができる。

また、打撃及び又は振動を鋳造品１に与える工程は、砂中子２の材質、容量、形状等によって、上記のように過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程の後に行なってもよいし、過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程の前に行なってもよく、また過熱水蒸気Ｓの吹き込み工程と同時に平行して行なってもよい。何れにしても、鋳造品１に打撃を与えることにより、砂中子２にクラックを発生させて、砂中子２の崩壊を容易にすることができるし、また鋳造品１に振動を与えることにより、砂中子２の全体に振動による衝撃を与えて砂中子２の崩壊を容易にすることができる。

この発明において、過熱水蒸気の温度は、砂中子２の保形用樹脂であるバインダー樹脂の保形力が低下する温度以上の温度であることと、バインダー樹脂の分解促進、乾燥力の増大及び脱脂洗浄作用の促進という観点から、３００℃以上が好ましく、更には５００℃以上が好ましい。また、過熱水蒸気の圧力は、常圧（大気圧）である約０．１ＭＰａより高い例えば０．２ＭＰａから０．３ＭＰａの範囲が好ましい。

上述したこの発明の砂中子除去方法によれば、鋳造品１に鋳込まれている砂中子２に、この砂中子２の保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度を有する過熱水蒸気Ｓを吹き込むことにより、砂中子２を極めて短時間で、保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度に上昇させることができ、それにより保形力を低下させると共に、砂中子２をその崩壊が容易となる完全な乾燥状態にし、しかして鋳造品１から砂中子２を短時間で確実に除去排出することができる。

この発明の砂中子除去方法は、鋳造品１がアルミニウム製の場合に特に有効とされる。即ち、鋳造品１が鋳鉄製のものであれば、鋳型に流される溶湯の温度が非常に高いため、鋳造品１に鋳込まれた砂中子２のバインダー樹脂が燃え尽きてしまい、鋳造品１からの砂中子２の除去は容易であるが、アルミニウム製の鋳造品１の場合は、溶湯の温度が低く、砂中子２のバインダー樹脂が燃え尽きないため、中子の保形力が弱まらず、従って砂中子２の除去が非常に難しいのである。然るに、この発明の砂中子除去方法によれば、砂中子２を極めて短時間で、保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度に上昇できて、保形力を低下させると共に、砂中子２を完全な乾燥状態にすることができるため、砂中子２を鋳造品１から短時間で確実に除去排出できるのである。

Ｓ過熱水蒸気
１鋳造品
２砂中子
３鋳造品の開口
１０砂中子除去装置
１１鋳造品取付台
１２過熱水蒸気発生装置
１３過熱水蒸気供給配管部
１４打撃手段
１５振動手段
１６ベース
１７ダンパー
１９支持フレーム

Claims

砂中子を用いて鋳造した直後に鋳造品から砂中子を除去する方法であって、鋳造品に鋳込まれている砂中子に、砂中子の保形用樹脂の保形力が低下する温度以上の温度を有する過熱水蒸気を吹き込むことによって、砂中子の保形力を低下させるようにしたことを特徴とする砂中子の除去方法。
前記砂中子に過熱水蒸気の吹き込みを行なう工程の後の段階で、鋳造品に打撃及び又は振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
前記砂中子に過熱水蒸気の吹き込みを行なう工程の前の段階で、鋳造品に打撃及び又は振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
前記砂中子に過熱水蒸気の吹き込みを行なう工程と平行して、鋳造品に打撃及び又は振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の砂中子の除去方法。
砂中子を用いて鋳造した直後に鋳造品から砂中子を除去する装置であって、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれている砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部とを備えている砂中子の除去装置。
砂中子を用いて鋳造した直後に鋳造品から砂中子を除去する装置であって、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれている砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、鋳造品に打撃を与える打撃手段と、鋳造品に振動を与える振動手段とを備えている砂中子の除去装置。