JP2965230B2 - 鋳造品の湯口系部離脱方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】この発明は、鋳物製造工程の中の湯口系
部を鋳造品から離脱してしまう方法に関するものであ
り、特に自動機械化に適した新規な離脱方法を提供しよ
うとするものである。

【０００２】

【従来技術】各種製造機械部品、自動車部品、民生機械
部品等々各種金属製品において、鋳物製品は、その製
法、性状からして欠くことができない重要な金属製品の
一つとして極めて長い歴史を有し、我々の産業を支え続
けてきている。これ程の鋳物も、その製造工程において
は、金属を溶かし、鋳型に注ぎ、凝固させて型を取り外
し、余分な部分を除去して点検、清掃、仕上げるという
工程について基本的に今も昔も変わりはなく、したがっ
て、この一連の作業工程を踏襲する限り避けては通れな
い高温、騒音、悪臭、粉塵、噴煙、残滓汚染等による作
業環境上の弊害が当然今でもそのまま残り、どのように
してそれらを克服していくかは、鋳物業界における長年
の懸案となってきていた。

【０００３】特に、このところの我が国の世界でも希な
経済の高度成長下にあって、それでなくとも第三次産業
側への大量な労働力の流出で、第二次産業、第一次産業
全体が労働力不足をかこっている中では、仮令高賃金を
保証し得たとしても、劣悪で苛酷な労働を余儀無くされ
るような環境下での作業を強いる業種として止どまり続
ける限り、昨今の就業条件に合わない業種として敬遠さ
れ、今後の労働力確保の見通しが全く断たないことにな
ってしまう。加えて、我が国産業界全体の労賃高騰化現
象の下でのコスト・パーフォーマンスは、どの業界にと
っても極めて重要な経営安定化要件の一つであるとする
厳しい経済理念も手伝って、殊に作業環境の悪さでその
代表格的な立場にあるこの鋳物業界においては、好むと
好まざるとに係わらず、旧態以前とした製造工程の合理
化、自動化の実現が急務の実態となっている。

【０００４】このような要請から、既に溶解工程、鋳型
形成工程、注湯工程、型ばらし工程、鋳肌清掃工程、鋳
ばり仕上げ工程については、可能なかぎり自動化が進め
られ、合理化の点で既に多大の効果を上げている。ま
た、湯口系部の離脱、除去工程についても、例えば、球
状黒鉛鋳鉄や銅合金、アルミニウム合金鋳物のように延
性の高い材質の場合には主として切断処理によって、ま
た、ねずみ鋳鉄や可鍛鋳鉄用白銑等のように脆い材質の
場合には、堰の形状、寸法等を予め工夫した上でシェイ
クアウトマシーンあるいはモールドタンブラを採用する
ことによって十分その自動化に成功しているケースもあ
って、鋳物の種類よっては全ての工程を自動化すること
が可能な場合もある。しかし、湯口系部の断面積の大き
いものの場合には、仮令それが脆い材質のものでも上記
したような手段での離脱が不可能で、鋳造品をスラット
コンベア上に流しながら、人力によりハンマで叩き折る
というのが普通で、したがって、これらについての自動
化は未だ実現し得ていないのが実情である。

【０００５】この発明は、以上のような状況に対処すべ
く、鋭意開発研究を継続してきた結果、遂に、仮令湯口
系部の断面積の大きい鋳造品の場合にあっても、人手に
よらずチャッキング→加振という機械化可能な作業工程
による極めて実用的な鋳造品の湯口系部離脱方法の実現
化に成功したものであり、以下においてその成果を詳述
しようとするものである。

【発明の構成】図解によって示すこの発明を代表する幾
つかの実施例からも理解されるように、この発明は、基
本的に次のような構成を要旨とするものである。即ち、
溶融金属を鋳型に注湯後、所定時間放置して凝固させ、
その鋳造品（鋳型内に注湯された部分全体、即ち、鋳物
製品部および湯口、ストレーナ、押し湯、湯道、堰等）
が固有する遷移温度の中の少なくとも下位遷移温度以上
となる高温域において鋳造品全体を共振させ、湯口系部
を鋳物製品部から離脱させてしまう鋳造品の湯口系部離
脱方法である。

【０００６】金属材料は、溶融金属が冷めて凝固が始ま
り、次第に温度を下げていく過程で、引張り強度が大き
く変異していくことは一般によく知られている。遷移温
度とは、その変異する引張り強度が、一定の温度変化で
あるにも拘らず急激に変異してしまう辺りの温度域を指
すものであり、凝固が始まる高温域から常温に至る過程
において、凝固点を過ぎてから急激に引張り強さを増し
始める温度域、即ち凝固点側に現れる上位遷移温度と、
更に温度が下がっていって急激に引張り強さを増加させ
ていき、今度はその急激な引張り強度の変化が突然鈍化
し始めてしまう辺りの温度域、即ち常温側に現れる下位
遷移温度とがあり、両遷移温度とも鋳物の種類によって
異なった値を示す。

【０００７】例えば、図３のグラフに示す球状黒鉛鋳鉄
（ＦＣＤ４５０、常温引張り強度４５０ニユートン／平
方粍）を例にとれば、上位遷移温度が摂氏約７００度辺
り、下位遷移温度が摂氏約５００度辺りにあり、上位遷
移温度における引張り強度は常温のそれの略２割程度、
下位遷移温度ではそれが略８割程度とこの間の引張り強
度の変化は極めて大きく、その間の引張り強度の変化
は、グラフが示すとおり、略直線的且つ急激な強度増加
となっていくことが解る。

【０００８】この発明では、この両遷移温度の中、少な
くとも下位遷移温度よりも高い温度域側、望ましくはそ
の中間辺りの温度域かそれより高い温度域の、少なくと
もその鋳造品の引張り強度において常温引張り強度の略
１／２以下の値を示す温度域を選択し、鋳造品全体にそ
の鋳物の有する固有振動数の振動を与えることによって
全体を共振状態にするものである。

【０００９】この状態に置かれた鋳造品は、その鋳物製
品部と、湯口、湯道、押湯等の不要部分（湯口系部）と
の間の、予め最も断面積を小さく形成してある堰を節と
して、何れかの側、即ち鋳物製品部あるいは湯口系部の
中、チャッキングされていない側の塊が固有の共振現象
を示して振れることから、節である堰に大きな曲げ応力
の発生を促す。しかし、鋳造品自体が、下位遷移温度以
上の高温域内にあって、本来有する引張り強度から見て
極めて脆弱な値（常温引張り強度の略１／２程度あるい
はそれ以下）しか発揮し得ない性状のものに予め規制さ
れた状態で加振しているため、この共振現象が起きて短
い時間の中に、堰は耐えられず簡単に破壊し、少なくと
も湯口系部と鋳物製品部とは確実に離脱されてしまうこ
とになる。

【００１０】この共振状態を惹起させている間に装置側
が受ける衝撃加速度は、従前までの人力によるハンマー
打撃衝撃力やエアハンマー衝撃力のそれに比較して遥か
に小さい値であり、ロボット化のネックとなっていた衝
撃吸収機構を、従前のものとは違い極めて簡素化された
もので済ますことを可能にするものであることから、鋳
造品の規制された温度域内での共振工程は、この発明の
技術的思想として欠くことができない極めて重要な構成
要件である。以下では、この発明の技術的思想に基づく
具体例を、図示した二つのモデル化して表現した事例に
よって説示することにする。

【００１１】

【実施例１】図１ａ〜ｄの工程図に示すとおり、鋳造
品、即ち、鋳物製品部１、および鋳物製品部１となる部
分以外の湯口２、湯道３、堰４等湯口系部への加振を鋳
型５内で実施するようにした事例が、先ずこの発明の技
術的思想に包含される。即ち、図１ａの状態で所定温度
域まで冷ました（第１工程）後、チャック機構７のチャ
ック部７１を砂型である鋳物砂６内に突っ込み、湯口
（可能であれば他の湯口系部）２を挾着する第２工程。

【００１２】続いて、そのまま鋳造品１〜４を鋳物砂６
内に止どめたまま（同図ｂ）、チャック機構７を通じて
所定振動数の振動を付与する第３工程。この発明の技術
的思想を実現する上で都合の良い温度域としては、例え
ば、図３のグラフに示した球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ４５
０、常温引張強度４５０ニユートン／平方粍）による鋳
物製品１を製造する場合、上位遷移温度の温度域（約摂
氏７００度）が二点鎖線αで、また、下位遷移温度の温
度域（約摂氏５００度）が二点鎖線βで示されており、
それら遷移温度の中の少なくとも下位遷移温度、即ち摂
氏約５００度以上の高温域側であって、望ましくはその
鋳造品の引張り強度において略１／２程度あるいはそれ
以下の値を示す辺り、即ち略摂氏６００度辺りあるいは
それ以上の高温域でチャッキングに支障のない温度域に
おいて、この鋳造品１〜４固有の振動数１２０ヘルツ前
後の振動数を、チャック機構７のチャック部７１を通じ
て鋳造品１〜４全体に付与するようにするものである。

【００１３】なお、この工程における加振時には、それ
まで突き固められていた鋳物砂６および鋳型５である上
枠５１，下枠５２に対しても、当然のことながら振動が
伝わることから、鋳型５の種類によってはこれら上下枠
５１，５２が外れてしまったり、鋳造品１〜４を中心に
鋳型５全体が踊り出してしまう虞もある外、それまで突
き固められて固まっていた鋳物砂６が崩れて上鋳枠５２
から溢れ出して飛散する虞等も想定されるため、生産ラ
インとしてロボット化するに際しては予めそれらに対処
できる有効な対策が施されるべきである。

【００１４】こうして、適宜時間（この時間は湯口系部
２〜４および鋳物製品１の大きさ、形状、材質、温度等
によって異なる）加振工程を経過させた後、図１ｃの如
く、チャック機構７を引上げ、同チャック部７１に湯口
系部２〜４をくわえさせたまま鋳型５および同鋳物砂６
から離脱してしまう第４工程。そして、最後の図１ｄの
ようにして適宜公知の手段によって鋳物製品１を鋳物砂
６内から取り出して回収する第５工程を経過すれば、こ
の発明の鋳造品の湯口系部離脱方法を完遂する。

【００１５】

【実施例２】次に、図２ａ〜ｄに示すとおり、鋳造品１
〜４への加振を鋳型５外で実施するようにした事例も、
この発明の技術的思想に包含している。即ち、図２ａの
状態で所定温度域まで冷ました（第１工程）後、同図ｂ
の如くしてチャック機構７のチャック部７１を砂型であ
る鋳物砂６内に突っ込み、湯口（可能であれば他の湯口
系部）２を挾着する第２工程。続いて、同図ｃに示され
ているように、チャック部７１で掴まれた鋳造品１〜４
全体を鋳型５外に取り出す第３工程。この第３工程にお
ける鋳造品１〜４全体を鋳物砂６から取り出し易くする
ために、必要があれば、第２工程段階で、チャック機構
７を通じて鋳造品１〜４全体に適当に（後述の固有振動
数である必要はない）振動を加え、固められている鋳物
砂６を崩すと同時に、鋳造品１〜４表面に付着している
鋳物砂６を取り払うようにすることも可能である。

【００１６】その後、前記実施例の加振工程同様、鋳造
品１〜４固有の振動数によって、適宜時間（この時間
が、湯口系部２〜４および鋳物製品１の大きさ、形状、
材質、温度等によって異なることは前記実施例１の場合
と同様）チャック機構７を通じて振動を付与する第４工
程（図２ｃ）。そして、所定時間の加振工程を経過させ
る間に、同図ｄの如く、チャック機構７の同チャック部
７１に湯口系部２〜４をくわえたまま、鋳物製品部１だ
けを離脱、回収してしまう第５工程の、以上第１〜５工
程によってこの発明の鋳造品の湯口系部離脱方法を完遂
することになる。

【００１７】以上、この発明を代表する２実施例を、モ
デル化した工程図によって示したが、上記実施例２にお
ける第１工程の後、第２工程に入る前の段階、即ち、鋳
物砂６内にある鋳造品１〜４の適所を挾着する前に、従
前までの型ばらし同様にして鋳型５および鋳物砂６を取
り払い、鋳造品１〜４を裸にした後、チャック機構７の
チャック部７１で湯口（可能であれば他の湯口系部）２
を挾着するようにしても、上記実施例２第２工程後の鋳
造品１〜４全体を鋳型５外に取り出した状態と同一状態
を実現できることから、実施例２にはこれら実質的に同
一となる代替工程も包含されるものであり、したがっ
て、この発明の技術的思想には、規制された条件下での
加振工程、およびその過程の中で鋳物製品部１から湯口
系部２〜４を離脱させる工程までを挾む前後の工程につ
いては、上記した２実施例の事例に拘束されるものでは
ない。

【００１８】

【作用効果】以上のとおりの構成からなるこの発明の鋳
造品の湯口系部離脱方法は、溶融金属が冷めてその凝固
点を過ぎた後、引張り強さを急激に変化させる上下遷移
温度の中、少なくとも下位遷移温度以上、特に望ましく
はその中間辺りの温度域あるいはそれよりも高温域側に
おいては、その鋳造品１〜４の引張り強度が通常（常温
域）のそれの略１／２以下という極めて脆弱な性状下に
置かれてしまうという知見と、更に、固体には共振状態
となる固有の振動域があるという知見とに基づいて開
発、完成した新規な湯口系部離脱方法であって、従前ま
での例えば特開昭５８−７４２７０号発明で提案されて
いる二段階加振方法のように略衝撃波に等しい振動を必
要とするものでもなければ、ましてや特開平３−１３３
５６１号発明や既に市販されているエアハンマーを利用
したノックアウトマシーンのように衝撃加速度が約１５
０Ｇにも達してしまう方法等と大きく異なり、この発明
を実施する際の加振装置となるチャック機構側へ加わる
振動衝撃は、遥かに小さいものとなる。

【００１９】したがって、従前までのものが大掛かりな
衝撃吸収機構を組み込む必要性があること、およびその
際に発生する騒音を防止する有効な対策を必要とするこ
とと等から、思うようなロボット化がこれまで進まなか
ったのに対し、この発明の方法によれば、それら従前ま
でのもののような障害が極めて少ないこと、更に好都合
に鋳造品１〜４が鋳型５内で所定の姿勢に止どまってい
てチャック機構７のチャック部７１で所定の箇所を捕ら
え易いこと等の利点から、最後まで残されていたこの湯
口系部２〜４の鋳物製品部１からの離脱工程について
も、ようやくその自動化の見通しがつくこととなり、既
に自動化されている鋳物製造工程のその他の工程に連続
させることによって、鋳物製造ライン全体が自動化可能
になるものである。

【００２０】特に、この発明を実施する上で代表的な具
体例の一つとして示した実施例１では、鋳型５内で加振
という工程となって鋳物製品部１が鋳物砂６内に取り残
される形となるため、鋳物製品部１が形状複雑で薄肉鋳
物であるのか、熱間衝撃による変形や亀裂発生の虞の少
ない丸物、肉厚物であるのかによって、型ばらし方法を
ピックアップ方式にするかダンプ方式やパンチダウン方
式にするか適宜選択が可能になるという利点があり、ま
た、同実施例２によれば、型ばらしに全く関係なく鋳物
製品と湯口系部との離脱、回収が可能になり、自動化ラ
インの組み方をそれだけ整然としたものにすることがで
きるという特徴を発揮する。

【００２１】叙上の如く、この発明の鋳造品の湯口系部
離脱方法は、全産業分野の中でも最も労働環境の悪い産
業の一つといわれ、それが製造工程の自動化の困難さに
大きく由来していたと見なされてきた鋳物製造業を、他
の産業同様かそれに近い環境の業界に脱皮させるために
大いにその威力を発揮するものと予想され、労働力不足
への有効な対応策および製品コストの安定化要因として
高い評価がなされるものと期待される。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明を説明するためにその工程をモデル化
して示す代表的な実施例の幾つかを示しているに過ぎな
い。

【図 １】第１ないし５工程からなる離脱方法を説明す
る工程図である。

【図 ２】第１ないし５工程からなる他の離脱方法を説
明する工程図である。

【図３】球状黒鉛鋳鉄の引張り強度の変化を示す図表で
ある。

【符号の説明】

１ 鋳物製品 ２ 湯口 ３ 湯道 ４ 堰 ５ 鋳型 ５１ 同下枠 ５２ 同上枠 ６ 鋳物砂 ７ チャック機構 ７１ 同チャック部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田 中 善 衛 山形市沼木字車の前683 山形県工業技 術センター内 (72)発明者 山 田 享 山形市沼木字車の前683 山形県工業技 術センター内 (72)発明者 久 松 徳 郎 山形市沼木字車の前683 山形県工業技 術センター内 (72)発明者 小 林 誠 也 山形市沼木字車の前683 山形県工業技 術センター内 (56)参考文献 特開 平６−297133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−91870（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−56161（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 31/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属を鋳型に注湯後、所定時間放置
   して凝固させ、その鋳造品が固有する遷移温度の中の少
   なくとも下位遷移温度以上となる高温域において鋳造品
   全体を共振させ、湯口系部を鋳物製品部から離脱させて
   しまう鋳造品の湯口系部離脱方法。