JP4268201B2 - 鋳造用砂中子の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳物の製造に用いられる砂中子を製造する方法及びその装置に関する。

鋳造に用いる砂中子の製造方法としては、シェルモールド法やコールドボックス法がよく知られている。シェルモールド法は、例えば特許文献１に示すように、珪砂等の表面をフェノール樹脂等の熱硬化性レジンで被覆したレジンサンドを加圧空気と共に金型内に充填して金型を加熱して、硬化した砂中子を得るもので、コールドボックス法は、例えば特許文献２に示すように、珪砂にバインダーとなるウレタン系樹脂をコーティングしてなる鋳砂を真空状態の金型に充填し、アミン系ガス触媒等の硬化ガスによって硬化させて砂中子を得るものである。なお、バインダーは樹脂粒として珪砂等に混合する場合もある。

特開平７−１５５８９４号公報 特開平９−１４１３９０号公報

このうちシェルモールド法は、金型を金属製として加熱手段を付加する必要があるため、設備が大型となって段取り替え等が面倒で、製造コストもかさむ。これに対してコールドボックス法は、常温で成型できるために木型やプラスチック型等が採用でき、製造コストが低減される上、段取り替え等も簡単に行えて硬化時間も短いといった利点がある。しかし、砂中子が常に無垢となるため、砂中子の重量が大きくなって取扱に不便となる上、鋳砂やガスの使用量も多くなってしまう。
そして、両者共に鋳砂の充填による成型であるため、砂中子の形状によっては充填性が悪くなって形状不良や強度低下を発生させる問題があった。

そこで、本発明は、コールドボックスによる低コストや段取り替えの至便といった利点を維持しつつ、砂中子を軽量化して材料費も低減でき、而も充填性を良好として密度や強度を高くし、品質の向上も期待できる鋳造用砂中子の製造方法及び製造装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、内部にキャビティを有する成型ドラム内に、バインダーを加えた鋳砂を投入し、成型ドラムを軸線回りで回転させると共に成型ドラム内に硬化ガスを注入して、鋳砂を遠心力を利用してキャビティ内面に沿って硬化させる鋳造用砂中子の製造方法であって、硬化ガスの注入を、成型ドラムの回転時に注入してキャビティ内の鋳砂の内側表面を硬化させる一回目と、その後成型ドラムの回転を停止させてキャビティを密閉した状態で高圧で注入し、鋳砂全体を硬化させる二回目とに分けて行うことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、一回目の内側表面の硬化と二回目の全体硬化との目的に合った適切な硬化ガスを注入するために、一回目は霧状の硬化ガスを、二回目は気化した硬化ガスを夫々注入することを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、内部にキャビティを有する成型ドラムと、その成型ドラムを軸線回りで回転させる回転駆動手段と、成型ドラム内に硬化ガスを注入するガス注入手段とを備え、成型ドラム内に、バインダーを加えた鋳砂を投入し、回転駆動手段で成型ドラムを回転させると共にガス注入手段によって成型ドラム内に硬化ガスを注入して、鋳砂を遠心力を利用してキャビティ内面に沿って硬化させる鋳造用砂中子の製造装置であって、ガス注入手段は、硬化ガスの注入を、成型ドラムの回転時に行ってキャビティ内の鋳砂の内側表面を硬化させる一回目と、その後回転駆動手段が成型ドラムの回転を停止させた状態で、キャビティを密閉して高圧で注入し、鋳砂全体を硬化させる二回目とに分けて行うことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３の目的に加えて、一回目の内側表面の硬化と二回目の全体硬化との目的に合った適切な形態で硬化ガスを注入するために、ガス注入手段は、一回目は霧状の硬化ガスを、二回目は気化した硬化ガスを夫々注入することを特徴とするものである。
なお、本発明において「高圧」とは、大気圧よりも高い所定圧力を言う。

本発明によれば、遠心力を利用して成型を行うことで、充填性が良好となり、密度や強度が高くなって縁部まで精度よく成型され、表面も滑らかになる。よって、品質の高い砂中子が得られる。
また、砂中子が常に中空となるため、砂中子の軽量化が図られて取扱に至便となる上、鋳砂やガスの使用量も少なくて済み、材料費の低減に繋がる。
さらに、コールドボックス法と同様に常温で成型できるため、木型やプラスチック型等が採用でき、製造コストが低減される。勿論段取りやその変更も簡単に行える。
特に、硬化ガスの注入を二回に分けて、一回目で鋳砂の内側表面を、二回目で鋳砂全体を硬化させるようにしたことで、遠心力による成型が円滑に行われ、肉厚が均等でより品質の良い砂中子が得られる。
請求項２及び４に記載の発明によれば、上記効果に加えて、一回目と二回目とで硬化ガスの注入状態を変えたことで、一回目の内側表面の硬化と二回目の全体硬化との目的に合致した適切な形態で注入可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、鋳造用砂中子の製造装置の一例を示す側面図、図２はその平面図、図３はその正面図で、製造装置１の機台２上には、２本の平行な回転軸３，３が所定間隔をおいて軸支され、その回転軸３の中間部には、軸方向の中心がその前後よりも突出する突条５となる一対のローラ４，４が、軸方向へ所定間隔をおいて結合されて、両回転軸３，３のローラ４，４上に、成型ドラム６が載置されている。この成型ドラム６は、ローラ４の突条５が嵌合する凹溝７，７を軸方向の前後に備え、各ローラ４の突条５が凹溝７に夫々嵌合することで、ローラ４上で回転可能に支持されるもので、機台２の下方には、モータ８が設けられ、その出力軸に設けたプーリ９と、一方の回転軸３の先端に設けたプーリ１０との間にベルト１１が張設されて、モータ８の駆動によって一方の回転軸３が回転可能となっている。この回転軸３の回転により、ローラ４，４上で支持される成型ドラム６が軸線回りで回転することになる。すなわち、回転軸３、モータ８、プーリ９，１０、ベルト１１が回転駆動手段となる。

成型ドラム６は、内部に砂中子の形状を有するキャビティ１２を形成した中空状で、一方の端面の中心に、キャビティ１２と連通する透孔１３が形成されている。また、成型ドラム６は、軸心を通る切断面によって一対の割り型に分割可能となっており、両割り型を組み付けてロックリング１４，１４を外装させることで組み付け状態が維持されるようになっている。
１５，１５・・は、成型ドラム６に所定の列数及び間隔で設けられたベントホールで、このベントホール１５は、図４に示すように、成型ドラム６の半径方向へ穿設されて、キャビティ１２の内面側では、複数のスリット１７，１７・・を形成したホールキャップ１６が、端面がキャビティ１２の内面と面一となるように嵌着されている。このスリット１７により、ベントホール１５では気体のみが通過可能となる。

一方、機台２上で成型ドラム６の透孔１３形成側には、ガス注入手段となる注入ユニット１８が設けられている。この注入ユニット１８は、前後一対のブラケット１９，１９によってエアシリンダ等のアクチュエータ２０を成型ドラム６に向けて水平に支持し、そのアクチュエータ２０の動作ロッド２１の先端に連結した円形のプレート２２に、成型ドラム６の透孔１３に向けて２本のノズル２３，２４を突設したもので、このうち一方のノズル２３には、硬化ガスとなる液化したアミンガスを貯留する図示しないタンクにバルブを介して接続されて、アミンガスを霧状に噴霧可能となっている。また、他方のノズル２４には、前記タンクと図示しないコンプレッサとがバルブを介して接続されて、タンク内で気化したアミンガスを圧縮空気と共に噴出可能となっている。

以上の如く構成された製造装置１を用いた砂中子の製造方法を説明する。
まず、図５（Ａ）に示すように、成型ドラム６内に、ウレタン系樹脂等のバインダーの粒を珪砂に混合してなる鋳砂２５を所定量注入する。
次に、モータ８を駆動させて回転軸３を回転させ、ローラ４を介して成型ドラム６を回転させる。この回転は、例えば毎分５００〜７００回転程度の速度で行う。よって、鋳砂２５は遠心力によってキャビティ１２の内周面に押し付けられ、キャビティ１２の内周面全体へ均等に広がる。ここで同図（Ｂ）に示すように、アクチュエータ２０の動作によってプレート２２を、端面との間に数センチの距離を残して近接するまで前進させ、ノズル２３を透孔１３からキャビティ１２内に差し込み、この状態でノズル２３から数秒間アミンガスを霧状に噴霧する（一回目の注入）。すると、アミンガスとバインダーとの反応によって鋳砂２５の内側表面が硬化し、キャビティ１２の内周面全体へ広がった形状が保持される。

次に、モータ８を停止させて回転軸３及び成型ドラム６の回転を停止させ、同図（Ｃ）に示すように、アクチュエータ２０の動作によってプレート２２を、成型ドラム６の端面に当接するまで前進させてキャビティ１２を密閉する。この状態で、今度はノズル２４から気化したアミンガスを圧縮空気（例えば２気圧程度）と共に例えば３０秒〜１分間程度噴出させる（二回目の注入）。よって、キャビティ１２内に噴出された高圧の気化ガスが鋳砂２５を通って各ベントホール１５から放射状に排出されることで、バインダーが万遍なく反応して鋳砂２５が硬化する。
硬化が完了すると、同図（Ｄ）に示すように割り型６ａ，６ｂの一方を取り外して脱型すれば、成型された砂中子２６を取り出すことができる。
なお、上記製造方法において、モータ８の回転／停止、アクチュエータ２０の伸縮、ノズル２３，２４からのアミンガスの注入動作は、予めプログラムを設定した制御盤によって自動的に行うことは勿論、モータ８、アクチュエータ２０、ノズル２３，２４を夫々制御盤に設けた個別のスイッチの操作によって任意のタイミングで行うこともできる。

このように、上記形態の砂中子の製造装置及び製造方法によれば、遠心力を利用して成型を行うことで、充填性が良好となり、密度や強度が高くなって縁部まで精度よく成型され、表面も滑らかになる。よって、品質の高い砂中子が得られる。
また、砂中子が常に中空となるため、砂中子の軽量化が図られて取扱に至便となる上、鋳砂やガスの使用量も少なくて済み、材料費の低減に繋がる。
さらに、コールドボックス法と同様に常温で成型できるため、木型やプラスチック型等が採用でき、製造コストが低減される。勿論段取りやその変更も簡単に行える。

特にここでは、アミンガスの注入を、成型ドラム６の回転時に注入してキャビティ１２内の鋳砂の内側表面を硬化させる一回目と、その後成型ドラム６の回転を停止させてキャビティ１２を密閉した状態で高圧で注入し、鋳砂全体を硬化させる二回目とに分けて行うようにしたことで、遠心力による成型が円滑に行われ、肉厚が均等でより品質の良い砂中子が得られる。
また、一回目は霧状のアミンガスを、二回目は気化したアミンガスを夫々注入するようにしているため、一回目の内側表面の硬化と二回目の全体硬化との目的に合致した適切な形態で注入可能となる。

なお、成型ドラムは、上記形態のような二分割に限らず、キャビティの形状によっては三分割以上で形成してもよいし、分割方向も、軸心と平行となる以外に軸心と直交方向の切断面で分割することもできる。割り型の連結構造もロックリング以外を採用して差し支えない。
また、回転駆動手段は、モータと回転軸との間の回転伝達や、回転軸と成型ドラムとの間の回転伝達にギヤを使用する等、適宜設計変更可能で、成型ドラムの回転数等も砂中子の形態等に応じて選択すれば良い。
さらに、ガス注入手段も、切替バルブによって噴霧ガスと気化ガスとの噴出の切替ができれば、単一のノズルを使用してもよいし、アクチュエータも油圧シリンダ等に代えてもよい。また、上記形態では、一回目の注入を噴霧ガス、二回目の注入を気化ガスとしているが、キャビティの形態やバインダーの種類等に応じて二回共に気化ガスを注入する等しても差し支えない。注入時間も適宜選択できる。勿論硬化ガスもアミンガスに限らず、亜硫酸ガスやＣＯ_２ガスが利用できる。
その他、鋳砂も、珪砂以外の他の砂やウレタン系以外の他の樹脂を使用して得るようにしても差し支えないし、バインダーは予め珪砂等の表面にコーティングしてもよい。

砂中子の製造装置の側面図である。 砂中子の製造装置の平面図である。 砂中子の製造装置の正面図である。 ベントホールの説明図で、上が平面、下が断面を夫々示す。 （Ａ）〜（Ｄ）は砂中子の製造方法を示す説明図である。

符号の説明

１・・製造装置、２・・機台、３・・回転軸、４・・ローラ、６・・成型ドラム、８・・モータ、１２・・キャビティ、１３・・透孔、１５・・ベントホール、１６・・ホールキャップ、１８・・注入ユニット、２０・・アクチュエータ、２２・・プレート、２３，２４・・ノズル、２５・・鋳砂、２６・・砂中子。

Claims (4)

1. 内部にキャビティを有する成型ドラム内に、バインダーを加えた鋳砂を投入し、前記成型ドラムを軸線回りで回転させると共に前記成型ドラム内に硬化ガスを注入して、前記鋳砂を遠心力を利用して前記キャビティ内面に沿って硬化させる鋳造用砂中子の製造方法であって、
   前記硬化ガスの注入を、前記成型ドラムの回転時に注入して前記キャビティ内の鋳砂の内側表面を硬化させる一回目と、その後前記成型ドラムの回転を停止させて前記キャビティを密閉した状態で高圧で注入し、前記鋳砂全体を硬化させる二回目とに分けて行うことを特徴とする鋳造用砂中子の製造方法。
2. 一回目は霧状の硬化ガスが、二回目は気化した硬化ガスが夫々注入されることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用砂中子の製造方法。
3. 内部にキャビティを有する成型ドラムと、その成型ドラムを軸線回りで回転させる回転駆動手段と、前記成型ドラム内に硬化ガスを注入するガス注入手段とを備え、前記成型ドラム内に、バインダーを加えた鋳砂を投入し、前記回転駆動手段で前記成型ドラムを回転させると共に前記ガス注入手段によって前記成型ドラム内に硬化ガスを注入して、前記鋳砂を遠心力を利用して前記キャビティ内面に沿って硬化させる鋳造用砂中子の製造装置であって、
   前記ガス注入手段は、前記硬化ガスの注入を、前記成型ドラムの回転時に行って前記キャビティ内の鋳砂の内側表面を硬化させる一回目と、その後回転駆動手段が前記成型ドラムの回転を停止させた状態で、前記キャビティを密閉して高圧で注入し、前記鋳砂全体を硬化させる二回目とに分けて行うことを特徴とする鋳造用砂中子の製造装置。
4. ガス注入手段は、一回目は霧状の硬化ガスを、二回目は気化した硬化ガスを夫々注入することを特徴とする請求項３に記載の鋳造用砂中子の製造装置。

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