JP3170973B2 - ガス硬化鋳型の造型方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス硬化性鋳物砂を用
いた鋳型（若しくは中子）の造型方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のシェル鋳型（鋳型には中子を含
む）は、鋳型硬化のために時間の掛かる加熱行程等を必
要とするため比較的生産性が低く、そのため硬化ガスを
通過させることによって短時間で鋳型を硬化することが
でき生産性の向上が期待できるガス硬化鋳型（若しくは
中子、以下鋳型に代表させて説明する。）が近年採用さ
れているが、このものにあっては以下のような不具合が
あった。

【０００３】つまり、ガス硬化鋳型に用いるフェノール
樹脂等を粘結剤（砂粒同士を結合し、粘結性を与えて鋳
型を成型し易くするためのもの）とするガス硬化性鋳物
砂は、該粘結剤が常温液状であるため、硬化前の混練砂
の状態は湿態であり、従来のシェル鋳型に用いるような
乾燥状態に近い混練砂に較べ、流動性が低いため、複雑
形状の鋳型においては鋳型に充填不良部位が発生し易
く、鋳物に駄肉を生じてしまうと共に、充填密度が低い
ために鋳型への溶湯のしみ込み・焼き付等が発生し易い
ため、良好な鋳物を得ることができないという問題があ
った。

【０００４】このような問題を解決するため、例えば、
特開平４−３６１８５２号公報に開示されるガス硬化性
鋳型の造型方法では、混練砂の金型への充填時に３次元
振動を与えることで、流動性の低い混練砂を金型内の隅
々まで行き渡らせると共に、充填密度を向上させて、良
好な鋳型を得ようとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、ガス硬化処理前の鋳型については十分な充填
性を持って造型することはできても、鋳型を硬化ガスに
より硬化させる際の硬化不良、すなわち複雑形状の鋳型
を硬化させる場合等において、硬化ガスが金型内全体に
行き渡らず未硬化部分が残存する、という問題を解決す
ることはできなかった。

【０００６】そこで、例えば、実開平４−１３４２４１
号公報には、硬化ガスを金型内に通気させる際に、先
に、硬化前の鋳型を内装した状態の金型内を密閉空間と
し、該状態で硬化ガスを鋳型に吹き込むようにすると共
に、タイマー制御により所定時間経過後に前記密閉を解
除して排気ブロワーにより強制的に硬化ガスを吸引・排
出するようにして、硬化ガスの密閉空間への吹き込みに
より未硬化部分の改善を図るものが開示されている。

【０００７】しかしながら、上記のように、鋳型を保持
する金型を密閉した状態で、硬化ガスを吹き込む程度で
は、その量も少なく十分に硬化ガスを鋳型（金型内）の
隅々まで行き渡らせることができなかった。また、その
後の排気ブロワーによる直接的な吸引では、充填密度を
向上させる効果も少なく、硬化ガスが行き渡らない部分
を残したまま排気開始となってしまうため、硬化ガスの
偏流が生じることと相俟って、結局、未硬化部分が残存
するという問題を解決することはできなかった。

【０００８】また、他には、硬化ガスを排気ブロワーで
吸引する際に、金型からの硬化ガスの排出孔として複数
設けられるベントホールの開口面積をそれぞれ適宜変更
することで、金型内の硬化ガスの流れを改善して、金型
内の硬化ガスの偏流を防止するようにしたものが市販
（商品名「ガッシングベントホール」）されてはいるも
のの、このものであっても、金型内を硬化ガスが流れを
持って通過するのであるから偏流を完全には排除仕切れ
ず、硬化ガスを鋳型（金型）内全体に行き渡らせること
は困難であった。

【０００９】さらに、特開昭４６−３１０３号公報、特
開昭５６−１３１０４４号公報に開示されるように、減
圧ボックス内に硬化前のガス硬化鋳型を置き、該減圧ボ
ックス内を減圧した状態で、硬化ガスを該減圧ボックス
内に供給するようにしたものがあるが、このものでは、
十分な高真空度を確保しないと鋳型表面の硬化はできて
も鋳型内部まで硬化させるのは困難であると共に、減圧
ボックス内を減圧するので、鋳型に対して充填密度を高
めるような効果を奏し得なかった。

【００１０】また、特開昭６０−２３８０６２号公報、
実開昭６０−１９５１４３号公報に開示されるように、
鋳型を保持する金型内を密閉空間とし、該密閉空間を減
圧維持しつつ硬化ガスを導入するようにしたものが開示
されているが、このものでは、前記減圧維持する密閉空
間容積が略金型内容積に等しく小さいために、減圧維持
時間が短く、減圧状態において硬化ガスを鋳型（金型）
内全体に十分な量の硬化ガスを行き渡らせることができ
ず、未硬化部分を良好に改善することができなかった。
したがって、このものでは、未硬化部分を良好に排除す
るためには、減圧度合いを高めるか、或いは複数回に渡
ってガス硬化処理を行う必要があり、極めて生産性が低
かった。さらに、減圧度合いを高くすると、鋳型の縮み
代が大きくなって、鋳物の寸法精度が低下するという問
題もあった。

【００１１】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、生産性を損なうことなく、硬化ガスを金型内
全体に効率良く行き渡らせて鋳型の硬化不良を防止する
と共に、鋳型の充填密度を向上させ、以って良好な鋳型
を造型することができるガス硬化鋳型の造型方法を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、金
型内に保持される混練砂をガス硬化する前に大気圧力−
５０ｍｍＨｇ〜−５００ｍｍＨｇに調整した減圧タンク
と前記金型内とを連通させることで前記金型内を減圧す
ると共に、所定時間減圧を維持した状態で硬化ガスを前
記金型内に導入するガス硬化鋳型の造型方法であって、
前記減圧タンクは、前記金型内を減圧すると共に、減圧
状態で金型内の混練砂の隅々まで硬化ガスを滞留しつつ
引き込むことができる容量に設定されることを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】該方法によれば、ガス硬化処理前に、比較的小
さな減圧度合いの大気圧力−５０ｍｍＨｇ〜−５００ｍ
ｍＨｇ間の圧力に減圧した減圧タンクと、混練砂を保持
する金型内と、を連通させることにより、瞬間的に前記
金型内を減圧する。これにより、鋳型の寸法精度の低下
を排除しつつ、良好に充填密度を向上させる。また、所
定時間減圧を維持した状態で硬化ガスを導入させること
で、硬化ガスを滞留させつつ金型内の混練砂の隅々まで
行き渡らせ、未硬化部分の発生を排除する。ここで、減
圧タンクの容量は、金型内を減圧すると共に、減圧状態
で金型内の混練砂の隅々まで硬化ガスを滞留しつつ引き
込むことができる容量に設定されているため、硬化ガス
を混練砂の隅々まで行き渡らせるのに１回のガス硬化処
理で済む。

【００１４】したがって、大気圧力−５０ｍｍＨｇ以下
の減圧では、充填密度の改善及び未硬化部分の改善が期
待できないという問題や、大気圧力−５００ｍｍＨｇ以
上の減圧では、充填密度の改善及び未硬化部分の改善は
大きいものの鋳型の縮み代が大きく鋳型の寸法精度が低
下するという問題を排除しつつ、高品質な鋳型を造型す
ることができる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付の図面に基
づき説明する。ところで、本実施例にかかるガス硬化鋳
型の造型装置では、鋳型造型用の金型１は、図５、図６
に示すように、造型された鋳型18を取り出し可能に、上
型２と下型３とが結合・分離可能な一般的なものを用い
ている。

【００１６】まず初めに、金型１内に混練砂５を充填さ
せるブロー充填処理を行なう。該ブロー充填処理は、図
１に示すように、上型２と下型３とを結合した後、ブロ
ーヘッド３を上型２の上面に圧着させ、図示しないブロ
ワーよりブローヘッド３内に供給されるブローエアによ
り、混練砂５をブロー口４を介して金型１内にブロー充
填する。なお、ブロー充填時の鋳型内エアーは、ベント
ホール６を介して金型１外へ排出される。

【００１７】このようにして、金型１内への混練砂５の
ブロー充填が完了すると、つづいてブロー充填された混
練砂５をガス硬化させるガス硬化処理が行なわれる。該
ガス硬化処理は、図２に示すように、硬化ガスガッシン
グヘッド７を前記金型１の上型２の上面に、排気チャン
バー11を下型３の下面に圧着させて行なわれる。

【００１８】硬化ガスガッシングヘッド７には、硬化ガ
ス発生機10に連通する硬化ガス供給通路８が接続され、
該硬化ガス供給通路８には硬化ガス開閉弁９が介装され
ている。一方、排気チャンバー11には、減圧吸引・排気
ポンプ16に連通する減圧吸引・排気通路12が接続され、
該減圧吸引・排気通路12には減圧タンク14が介装されて
いる。さらに、前記減圧吸引・排気通路12には、減圧タ
ンク14を挟んで両側に１次開閉弁13と２次開閉弁15とが
介装されている。なお、前記減圧タンク14には、圧力調
整弁17が設けられている。

【００１９】上記の構成により、本実施例では、以下の
ようにしてガス硬化処理を行う。先ず、硬化ガスの導入
に先だって、前記硬化ガス開閉弁９及び１次開閉弁13を
閉弁し、２次開閉弁15を開弁した状態において、減圧吸
引・排気ポンプ16を駆動し、減圧タンク14内を減圧す
る。このとき、減圧タンク14内の圧力は、圧力調整弁17
により、比較的減圧度合いの小さい大気圧力−５０ｍｍ
Ｈｇ〜−５００ｍｍＨｇ間の所定の設定圧力に調整され
る。

【００２０】なお、減圧タンク14の容量は、後述する
において、減圧を維持した状態で、金型１内の混練砂５
の隅々まで硬化ガスを滞留させつつ導くと共に、かつ硬
化が効率良く行えるように順次新しい硬化ガスを混練砂
５の隅々まで行き渡らせるのに十分な量の硬化ガスを引
き込むことができる（換言すれば、かかる作用を奏する
ことができる減圧維持時間を与えることができる）容量
に設定してある。

【００２１】ところで、大気圧力−５０ｍｍＨｇ以下の
減圧では、充填密度の改善及び未硬化部分の改善が期待
できない。一方、大気圧力−５００ｍｍＨｇ以上の減圧
では、充填密度の改善及び未硬化部分の改善は大きいも
のの、混練砂５の縮み代が大きくなり、鋳型18の寸法精
度が低下するという問題がある。 次に、減圧タンク14内の圧力が、所定の設定圧力に調
整された状態において、２次開閉弁15を閉弁する（該状
態は、図３のを示している。）。

【００２２】そして、１次開閉弁13を開弁する（該状
態は、図３のを示している。）。これにより、硬化ガ
ス開閉弁９と２次開閉弁15により形成される密閉空間内
の圧力が、大気圧力−５０ｍｍＨｇ〜−５００ｍｍＨｇ
間の圧力に調整された減圧タンク14を介して減圧され
る。該減圧時に、混練砂５の砂粒間の空気が瞬間的に減
圧タンク14側へ吸引されるので、圧力衝撃により混練砂
５の砂粒相互の間隔が狭まり、充填密度が向上する。

【００２３】該状態を所定時間（圧力が平衡状態にな
るのに要する時間）維持した後、硬化ガス開閉弁９を開
弁する（該状態は、図３のを示している。）。これに
より、硬化ガス発生機10から硬化ガスが金型１内を通り
減圧タンク14に向けて導入され、金型１内の混練砂５
（鋳型）が未硬化部が生じることなく良好に硬化され
る。

【００２４】つまり、減圧状態で硬化ガスを導入する
と、前記密閉空間内は全ての部分において圧力の均衡を
保とうとして硬化ガスを引き込むため、金型１内の混練
砂５の隅々まで硬化ガスが滞留しつつ引き込まれること
になる。したがって、ブロワー等によって直接硬化ガス
を単に金型１内の混練砂５を通過させるもののように、
硬化ガスの流速が速く偏流が大きいために、金型１内の
混練砂５の隅々まで硬化ガスが行き渡らずに、未硬化部
分が残存するようなことがない。

【００２５】しかも、本実施例では、減圧タンク14の容
量を利用して、金型１内の混練砂５の隅々まで行き渡る
硬化ガス量（若しくは減圧維持時間）を増加させている
ので、順次新しい硬化ガスを混練砂５の隅々まで行き渡
らせることができ、即ち、新しい硬化ガスと反応後の古
い硬化ガスとの換気が混練砂５の隅々で行われるので、
略完全に未硬化部分の発生を排除することができる。し
たがって、減圧度合いも小さくて済む。

【００２６】そして、ガス硬化反応に必要な所定時間
経過（例えば１〜２秒）後に、２次開閉弁15を開弁する
（該状態は、図３のを示している）。これは、金型１
内の混練砂５の砂粒間に硬化ガスを一定時間滞留させる
ための時間であり、反応速度が比較的遅いアルカリ性フ
ェノール樹脂等を用いた場合には、特に必要な時間であ
る。

【００２７】さらに所定時間経過後、前記密閉空間が
大気圧へ戻ってから、硬化ガス開閉弁９を閉弁して、硬
化ガスの供給を停止して、ガス硬化処理を終了する。上
記のガス硬化処理終了後は、図４に示すように、前記金
型１の上型２と下型３とを分離し、硬化された鋳型18を
取り出して鋳型18の造型が完了する。このように、本実
施例によれば、ガス硬化処理前に、金型１内を比較的小
さな減圧度合いの大気圧力−５０ｍｍＨｇ〜−５００ｍ
ｍＨｇ間の圧力に減圧された減圧タンク14を介して減圧
することで、鋳型の寸法精度の低下を排除しつつ、良好
に充填密度を向上させることができる。

【００２８】さらに、減圧状態を維持しつつ硬化ガスを
導入させることで、金型１内の混練砂５の隅々まで硬化
ガスを滞留させつつ行き渡らせることができると共に、
減圧タンク14の容量を利用して、金型１内の混練砂５の
隅々まで行き渡る硬化ガス量（若しくは減圧維持時間）
を増加させているので、順次新しい硬化ガスを混練砂５
の隅々まで行き渡らせることが可能となる。このため、
小さな減圧度合いであっても、複数回ガス硬化処理を繰
り返すことなく略完全に未硬化部分の発生を排除するこ
とができる。

【００２９】これにより、高品質な鋳型を造型すること
ができるのは勿論、減圧が小さくて済むので、前記減圧
吸引・排気ポンプ16の容量も少なくて済み、また各部の
シールに関しても簡略化でき、以って装置の小型・簡略
化が図れる。さらには、複数回ガス硬化処理を繰り返す
必要がなく、また減圧度合いが小さいので減圧吸引・排
気ポンプ16の駆動時間も少なくて済むのでガス硬化処理
時間を短縮することができ、さらには高精度な鋳物が得
られること（歩留りが良くなること）と相俟って、大幅
な生産性の向上が図れる。

【００３０】なお、本実施例において、減圧タンク14内
の減圧度合いを変えた場合における鋳型の評価結果を、
以下の表に示しておく。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるガ
ス硬化鋳型の造型方法によれば、ガス硬化処理前に、比
較的小さな減圧度合いの大気圧力−５０ｍｍＨｇ〜−５
００ｍｍＨｇ間の圧力に減圧した減圧タンクと、混練砂
を保持する金型内と、を連通させて前記金型内を減圧す
るようにしたので、これにより鋳型の寸法精度の低下を
排除しつつ、良好に充填密度を向上させることができ
る。また、所定時間減圧を維持した状態で硬化ガスを導
入することで、硬化ガスを滞留させつつ金型内の混練砂
の隅々まで行き渡らせることができるので、未硬化部分
の発生を排除することができる。したがって、大気圧力
−５０ｍｍＨｇ以下の減圧では、充填密度の改善及び未
硬化部分の改善が期待できないような問題や、大気圧力
−５００ｍｍＨｇ以上の減圧では、充填密度の改善及び
未硬化部分の改善は大きいものの鋳型の縮み代が大きく
鋳型の寸法精度が低下するという問題を排除しつつ、高
品質な鋳型を造型することができる。また、減圧タンク
は、金型内を減圧すると共に、減圧状態で金型内の混練
砂の隅々まで硬化ガスを滞留しつつ引き込むことができ
る容量に設定されているため、硬化ガスを混練砂の隅々
まで行き渡らせるのに１回のガス硬化処理で済み、生産
性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる混練砂のブロー充填
装置の構成図。

【図２】同上実施例におけるガス硬化処理装置の構成
図。

【図３】同上実施例におけるガス硬化処理時の各開閉弁
の開閉状態を説明する図。

【図４】金型１の上型２と下型３とが分離され硬化完了
後の鋳型18が取り出される様子を示す図。

【図５】金型１の分離状態図。

【図６】金型１の結合状態図。

【符号の説明】

１ 金型 ２ 上型 ３ 下型 ５ 混練砂 ７ 硬化ガスガッシングヘッド １０ 硬化ガス発生機 １１ 排気チャンバー １２ 減圧吸引・排気通路 １３ １次開閉弁 １４ 減圧タンク １５ ２次開閉弁 １６ 減圧吸引・排気ポンプ １８ 鋳型

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型内に保持される混練砂をガス硬化する
   前に大気圧力−５０ｍｍＨｇ〜−５００ｍｍＨｇに調整
   した減圧タンクと前記金型内とを連通させることで前記
   金型内を減圧すると共に、所定時間減圧を維持した状態
   で硬化ガスを前記金型内に導入するガス硬化鋳型の造型
   方法であって、 前記減圧タンクは、前記金型内を減圧すると共に、減圧
   状態で金型内の混練砂の隅々まで硬化ガスを滞留しつつ
   引き込むことができる容量に設定される ことを特徴とす
   るガス硬化鋳型の造型方法。