JP4840898B2

JP4840898B2 - 中子製造装置

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Publication number: JP4840898B2
Application number: JP2004372663A
Authority: JP
Inventors: 島憲一郎江; 田正宏梶
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006175490A

Description

本発明は、ガス硬化性の中子を製造するためのガス硬化中子造型機において、所定の中子砂を型に充填後に、硬化ガス又は触媒ガスを型内に充填して、中子の硬化を助成する中子製造装置に関する。

従来、例えば、シリンダブロックの鋳造等で使用するガス硬化をベースとした中子を作る中子製造方法では、図７で示すように、金型１と、金型に中子砂を投入するための図示しない中子砂投入装置と、エアヒータ２と硬化ガス気化装置３と硬化ガス気化装置からの硬化ガス及びエアヒータからの熱風を金型に供給するガッシングヘッド４とから成る硬化ガス供給手段２０と、金型1の型クランプ装置の排出口に接続された排気管Ｐｅと、その排気管Ｐｅに介装され、金型１から空気或いは硬化ガスを排出する排気ブロワ６と、から成る中子製造装置が使用されている。

使用する中子砂にはベース材料である原砂とガス硬化型樹脂である、所謂「コールドボックス」と少量の自硬性材料とから成る混合砂が用いられる。
「ガス硬化性中子砂」は、図１０に示すように、砂に混ぜたガス硬化型樹脂４０を混ぜ、砂の粒子３０をそのガス硬化型樹脂４０で包んだ状態の材料Ｍに、硬化用のガスである、例えばトリエチルアミンガス８を触れさせる、即ち、砂の粒子３０をそのガス硬化型樹脂４０で包んだような粒子の間に当該硬化用ガス８を通じると、ガス硬化型樹脂４０がトリエチルアミンガス８を触媒として化学反応を起こし、砂の粒子３０をそのガス硬化型樹脂４０で包んだような材料Ｍは、硬化する。

ここで、従来の中子製造装置では、図９に示すように、金型１の排出口１２側には金型１内に供給した硬化用ガス８を滞留させるような手段、例えば排出量調節弁のようなものがない。
一方、図８の金型内の内圧変化特性線Ｐに示すように、金型１内への硬化ガスの供給工程では一定の圧力値（Ｐ３とＰ４の中間の値）を保ち、ガス排気工程でも一定の圧力値（Ｐ１の値）を保っている。
従って、図９の金型１の流入口１１から供給された硬化用ガスは、排出口１２に向って略直線的に進み、そのため、内部の隅々に硬化ガスが行き渡り難く、特に、硬化ガス８の流路Ｆの対角の隅角部１３，１４には極めて届き難い。

上述の問題を解消するために、従来は、硬化ガスの供給工程及び排気工程に長時間をかけざるを得なかった。その為、供給する硬化ガスの量も多量を必要とした。

その他にも、硬化ガスを導入してガス硬化鋳物砂を硬化させる鋳造技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、当該鋳造技術は、上述した各種問題を解消するものではない。
特開平９−２２５５８３号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ガス硬化をベースとした中子を作る中子製造において、中子の製造に要する時間を短縮し、硬化ガスの供給量を削減する中子製造装置の提供を目的としている。

本発明によれば、エアヒータ（２）と、硬化ガス気化手段（３）と、硬化ガスおよび前記エアヒータ（２）からの熱風を供給するガッシングヘッド（４）とよりなる硬化ガス供給手段（２０）が中子を成形するための型（１）に接続され、その型（１）からエアまたは硬化ガスを排出する排気管（Ｐ５）に排気ブロワ（６）が介装されており、所定の中子砂を型（１）に充填後にその型（１）に硬化ガスを充填して中子の硬化を助成する中子製造装置において、前記型（１）と排気ブロワ（６）との間の排気管（Ｐ５）にはエア量または硬化ガス量を調節する排気量調節弁（５）が介装され、その排気量調節弁（５）および前記排気ブロワ（６）にはこれらの排気量調節弁（５）の開度および排気ブロワ（６）を制御する制御手段（１０）が接続されており、その制御手段（１０）は、前記排気量調節弁（５）の開度を第１の所定値まで減少させ所定時間（Ｔ１）保って型（１）内の空気を硬化ガスに入れ替え（ステップＳ４〜Ｓ５）、さらに排気量調節弁（５）の開度を第２の所定値まで絞り別の所定時間（Ｔ２）保って硬化ガスを供給し（ステップＳ６〜Ｓ７）、硬化ガスの供給を完了した後に排気量調節弁（５）の開度の増加・減少を繰り返し、以って型（１）内を流れる硬化ガスの流線（Ｆ）を蛇行或いは拡散させる制御機能を有している。

上述する構成を具備する本発明によれば、中子を成形するための型（１）と、型（１）に硬化ガス（８）を供給するための硬化ガス供給手段（エアヒーター２、硬化ガス気化手段３、ガッシングヘッド４）と、型（１）から空気或いは硬化ガス（８）を排出する排出手段（排出量調節弁５）と、制御手段（１０）とを含み、該制御手段（１０）は、硬化ガス（８）によって型（１）内の空気をパージする際と、硬化ガス（８）によって型（１）内の空気をパージした後に硬化ガス（８）を型（１）内に供給する際と、硬化ガス（８）を型（１）内から排出する初期の段階の各々で、硬化ガス（８）が型（１）内を流れる流線（Ｆ）が蛇行或いは拡散せしめる様に前記排出手段（５）を開閉制御するため、硬化ガス（８）が型（１）内に供給されれば、硬化ガス（８）は型（１）内の空気といち早く入れ替わり、型（１）内を加圧し、ガスを効率的に拡散させ、硬化ガス（８）の浸透を促進させる。
更に、ガスの型（１）内からの排気工程においてはガスに脈動を与え、排気を円滑に進める。
したがって、全体の工程時間が短縮され、生産性が大幅に向上する。

また、制御手段（１０）は、硬化ガス（８）によって型（１）内の空気をパージする際と、硬化ガス（８）によって型（１）内の空気をパージした後に硬化ガス（８）を型（１）内に供給する際の各々で、硬化ガス（８）が型（１）内を流れる流線（Ｆ）が蛇行或いは拡散せしめる様に前記排出手段（５）を開閉制御するため、硬化ガス（８）は、型（１）内の広い範囲に行き渡り、効率良く中子砂の硬化を促進し、そのため、効果ガスの使用量も大幅に削減出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１において、本実施形態の中子製造装置は、型(金型)１と、型１に中子砂を投入するための図示しない中子砂投入装置と、型１に硬化ガス及び熱風を供給する硬化ガス供給手段２０と、型１から空気或いは硬化ガスを排出するための排気ブロワ６と、金型１から排出される硬化ガス量及び空気量を調節する排出量調節弁(以降、排出量調節弁を排気弁という)５と、排気弁５の開度を制御するための制御手段であるコントロールユニット１０とを有している。

前記硬化ガス供給手段２０は、エアヒータ２と、硬化剤気化装置３とガッシングヘッド４とを有している。

エアヒータ２には空気を供給する空気供給管Ｐ１と、エアヒータ２と硬化剤気化装置３とを連通してエアヒータ２で温められた空気を硬化剤気化装置３に供給する連通管Ｐ２とが装着されている。
硬化剤気化装置３では、エアヒータ２で加熱された空気が供給され、その加熱空気に、例えばトリエチルアミンを噴霧して気化させる。

硬化剤気化装置３とガッシングヘッド４との間は熱風供給管Ｐ２を硬化ガス供給管Ｐ３で連通されており、硬化剤気化装置３で気化された硬化ガス、（例えば、トリエチルアミンガス）８をガッシングヘッド４に供給する。
図1において符号８はエアヒータ２で温められた空気を示す。

図２は、金型１の断面及び排出流量調節弁５を模式的に示した図である。図２において符号１１は金型１の流入口を、符号１２は排気口を夫々示す。
再び図１を参照して、金型１の排気口１２には排気管Ｐ５が接続され、その途中には流過順に排出量調節弁５と排気ブロワ６が介装されており、排出量調節弁５と前記コントロールユニット１０とは制御信号ラインＬ１で接続され、排気ブロワ６とコントロールユニット１０とは制御信号ラインＬ２で接続されている。
中子砂を型１内に投入するに際しては、上述したガッシングヘッド４ではなく、図示しない中子砂供給装置のホッパ部が型１の流入口１１に接続されて中子砂が型１内に投入される。

本実施形態の中子製造システムでは、コントロールユニット１０によって、金型１の排出口１２側の前記排気管Ｐ５に介装された排出量調節弁５の開度を制御する（開度を絞る）ことで、ガス流入口１１から供給された硬化ガス８は、図２に示すように、例えば流線Ｆ１やＦ２のように、流入口１１・排出口１２を結ぶ図示しない直線の対角の角隅部１３,１４に接近して、即ち、金型１内で拡散して、排出口１２から排出される。

上述した構成の実施形態による中子製造方法は、金型１内にガス硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂、で包囲された砂を投入する工程（中子砂投入工程Ｓ２）と、金型１内に硬化ガス、例えばトリエチルアミンガス８を供給する工程（硬化剤ガス吹き込み工程Ｓ３〜Ｓ８）と、硬化ガス８を型１から排出する工程（硬化剤ガス排出工程Ｓ９〜Ｓ１５）と、硬化ガス８が型１内を流れる流線Ｆ１、Ｆ２が蛇行或いは拡散する様に硬化ガス８或いは空気８０を型１から排出する排出量調節弁５を開閉制御する工程（排出制御工程Ｓ４〜Ｓ１５）とを有している。
そして、その排出制御工程（Ｓ４〜Ｓ１５）は、硬化ガス８によって型１内の空気をパージする際、即ち、硬化ガス８をそれまで型１内にあった空気と入れ替える際（Ｓ４、Ｓ５）と、硬化ガス８によって型１内の空気をパージした後に更に硬化ガス８を型１内に供給し続ける際（Ｓ６〜Ｓ８）と、硬化ガス８を型１内から排出する初期の段階（Ｓ９〜Ｓ１３）の各々で行われる。

図３は、本実施形態における排出量調節バルブの開度と、各工程、即ち、中子砂吹き込み工程ＳＰ１（Ｓ２）、硬化剤ガス吹き込み工程ＳＰ２（Ｓ３〜Ｓ９）、硬化剤ガス排出工程ＳＰ３（Ｓ９〜Ｓ１５）、及びそれ以降の中子取り出し工程Ｓ１７との関係を示したバルブ開度制御特性図である。縦軸はバルブ開度を、横軸は時間をとっている。
尚、上記の括弧内の符号Ｓ２〜Ｓ１７は工程の流れを説明するフローチャート（図５）の工程番号（ステップＮＯ）と符合している。
図３の２点鎖線は、従来技術(金型の排出口に接続された排出管中に排気遮断弁はあるが、開度の調整が出来ないタイプ)におけるバルブ開閉特性を示す特性線である。

図３に関しては、図６の製造工程のフローチャートを用いての製造方法の流れの説明の際に同時に詳細に説明する。

図４は、金型１内の圧力の大きさの時間変化(圧力特性線Ｐ)と、排出量調節弁５の開度の時間変化との関係(開度特性線α)を対比させて示した特性図である。ともに、横軸に時間をとり、圧力の大きさは、単に比較として無次元量で表し、バルブ開度は１００分率（％）で表している。
図中、Ａの範囲は硬化ガスの供給工程の領域を、Ｂは硬化ガスの排気工程の領域を、Ｃは硬化ガスが気化して型1内の空気と入れ替わる領域を示している。
又、開度特性線αは、図３のＳ３〜Ｓ１６までのステップにおける制御特性と同一である。

図４に基づき、各工程における排気バルブ５の開度の変化する様子を型１内の圧力変化と関連付けて説明する。
先ず、特性図のスタート時点であって、ガス供給工程Ａの内、ａ１の部分では、バルブ開度を所定の範囲（ａ２）に達するまで減少させている。この時、型１の内圧は０からＰ２まで上昇する。しばらくその状態を保つ。
そして所定の開度範囲ａ２では一端弁開度をａ２に所定の時間（Ｔ１）保つ。型１の内圧も凡そＰ２を維持する。
ａ１からａ２に至るＣの領域（圧力の線図）では、ガッシングヘッド４（図１参照）から金型１に供給された硬化ガスが、型１内の空気と入れ替わる。

ａ３の部分では、更にバルブ開度を所定の開度範囲ａ４まで絞り、所定の開度範囲ａ４では一端弁開度をａ４に所定の時間（Ｔ２）保って硬化ガスを型１の隅々まで行き渡らせた後、ａ５の部分で、急速に弁開度を全開状態まで増加させる。
型１の内圧も更にＰ３まで上昇し、しばらくそのままの状態を保ち、その後、バルブ開度の全開操作によって内圧は急激に０まで減少する。

ガス排気工程Ｂに入り、ｂ１の部分では、バルブ開度を全開状態（１００％）と凡そ８０％の間を図示の例では、３回、周期的に変化させ、型１内のガス流に脈動を起こさせて(その間、内圧もＰ２からＰ１の間をサイクリックに変化し、脈動を起こしている)、硬化ガスの排出を円滑にさせている。その後、ｂ２の部分では、バルブ開度を所定の時間（Ｔ３）全開状態に保ち、型１の内圧をＰ１に維持する。
ここで、最終的に内圧が、大気圧(０：ａ１の状態)ではなく、Ｐ１を維持するのは、硬化ガスの供給が停止されても、エアヒータ２からはガッシングヘッド４を経由して依然として加熱された空気が送り込まれ続けるからである。
以降の工程は、図３のＳ１６以降と同様である。

次に、図５に基づき、図１、図３をも参照して、中子製造方法の全工程を工程順に説明する。

先ず、ステップＳ１で、排出量調節弁(排気弁)５の弁開度を全開にして、次のステップＳ２では金型１に、図示しない中子砂供給手段から中子砂を吹き込み、中子砂の金型１内への供給が終了したら、中子砂供給装置を金型の流入口１１から取外し、ステップＳ３に進む。

Ｓ３では、ガッシングヘッド４の図示しない排出口を金型１の流入口１１に接続した後、ガッシングヘッド４経由で、硬化剤気化装置３で気化した硬化ガスの型１内への供給を開始する。

次のステップＳ４では、弁開度を第１の所定量(図示の例では凡そ４０％：図３参照)まで減少させて、ステップＳ５に進む。
ステップＳ４からステップＳ５までの工程では、図４で説明したように、金型１内の内圧は０からＰ２まで昇圧されることで、それまで型１内にあった空気に硬化ガス８が入れ替わる。

ステップＳ５では、コントロールユニット１０は、弁解度が４０％の状態が所定時間(Ｔ１秒)経過したか否かを判断しており、Ｔ１秒が経過していれば(ステップＳ５のＹＥＳ)、次のステップＳ６に進む。一方、未だＴ１秒が経過していなければ(ステップＳ５のＮＯ)、ステップＳ５のループを繰り返す。
ステップＳ５からＳ７の間は、弁解度が絞られるため、硬化ガス８はガス硬化性樹脂に十分接触し、中子砂の硬化が促進する。

ステップＳ６では、コントロールユニット１０は、弁開度を第２の所定値、図示の例では凡そ１０％から全閉状態まで絞り込む。すると図４で説明したように、金型１内の内圧は、図示の例では凡そＰ３まで上昇する。

次のステップＳ７では、コントロールユニット１０は、弁開度が第２の所定値の状態を所定時間(Ｔ２秒)経過したか否かを判断して、Ｔ２秒経過したなら(ステップＳ７のＹＥＳ)、ステップＳ８に進む。一方、未だＴ２秒経過していなければ(ステップＳ７のＮＯ)、ステップＳ７のループを繰り返す。

次のステップＳ８では、弁開度を全開まで増加させ始める。そしてステップＳ９ではコントロールユニット１０は、弁開度が全開になったか否かを判断する。ステップＳ８からＳ９までの工程では、金型１内の内圧は、図４で説明したように、Ｐ１まで降下する。
ステップＳ４からＳ８の間で中子砂の樹脂の成分は硬化する。

ステップＳ１０では、中子７(図１参照)は硬化中であり、必要量の硬化ガス８の供給を完了し、同時に排気ブロワ６を作動させる(ステップＳ１１)。その直後、ステップＳ１２において、排気弁５の開度を、全開と凡そ８０％の間で開度の増加・減少を繰り返す。
その様に開度の増加・減少をサイクリックに繰り返すことで、金型１内の内圧も脈動を打つ様に変化して型の隅々まで硬化ガスを行き渡らせながら排気を行い硬化を促進させる。

ステップＳ１３では、コントロールユニット１０は、開度の増加・減少制御を所定回数、図示の例では３回繰り返したか否かを判断しており、３回繰り返したなら(ステップＳ１３のＹＥＳ)、次のステップＳ１４に進む。一方、未だ３回に至っていなければ(ステップＳ１３のＮＯ)、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２以降を繰り返す。

ステップＳ１４では、弁開度を全開状態にして、次のステップＳ１５では、弁開度を全開状態にしてから所定の時間(Ｔ３秒)経過したか否かを判断する。全開状態にしてからＴ３秒経過していれば(ステップＳ１５のＹＥＳ)、次のステップＳ１６に進み、Ｔ３秒経過していなければ(ステップＳ１５のＮＯ)、ステップＳ１５のループを繰り返す。

ステップＳ１６では、排気ブロワを停止させ、所定時間の経過を待って、ステップＳ１７で型１内の中子７を取り出して、１連の中子製造工程は終了する。

上述したような方法、即ち、排気管に排気量調節弁５を設け、当該弁の開度をきめ細かに調整しながら中子を製造するため、従来のように排出量調節弁５を設けないで排気管の開度を単に開閉(全開・全閉)するだけの場合に比べ、金型１内では、硬化ガスが好適に脈動、或いは拡散を起こす。
従って、硬化ガスが型１内に供給されれば、硬化ガスは型１内の空気といち早く入れ替わり、型１内を加圧し、ガスを効率的に拡散させ、硬化ガスの浸透を促進させる。
即ち、中子砂に含まれる、所謂「ガス硬化性樹脂」を迅速に硬化させることが出来る。
更に、硬化ガスの型１内からの排気工程においてはガスに脈動を与え、更に拡散を促しながら排気を行なうことで中子の硬化時間が短縮され、結果として排気時間が短縮される。
したがって、全体の工程時間が短縮され、生産性が大幅に向上する。
図３における時間ΔＴは、従来の装置によって中子を製造した場合の製造所要時間に対する短縮された時間を示す。
実測の結果、本実施形態の中子製造システムとその製造方法によって中子を製造した場合、従来方式に対して１２〜１３％の時間短縮効果が得られた。

また、図２で説明したように、コントロールユニット１０は、硬化ガスによって型１内の空気を一掃する際と、硬化ガスによって型１内の空気を一掃して入れ替えた後に硬化ガスを型１内に供給する際の各々で、硬化ガス８が型１内を流れる流線Ｆが蛇行或いは拡散せしめる様に排出量調節弁(排気バルブ)５を開閉制御するため、硬化ガス８は、型１内の広い範囲に行き渡り、効率良く中子砂の硬化を促進し、そのため、効果ガスの使用量も大幅に削減出来る。

図６は、図４の実施形態に対して、ガス投入工程Ａのバルブ開閉制御に、脈動を1回加えた場合の型内の圧力変化を示した図である。即ち、合計３回の脈動の内1回はガス投入工程Ａで、残りの２回はガスの排気工程Ｂで行った場合の型内の圧力変化を示す図である。
以上の変更点を除けば、図４の制御を行った場合と同様の制御を行う。また、図６のΔＴ２は、従来の方法に対する中子製造時間の短縮時間を示している。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではなく、例えば、排出量調節弁５の開閉制御によるガス流の脈動は４回以上行っても良い。

発明の実施形態における中子製造システムの構成を示す模式図。本発明の実施形態における金型内を流れる硬化ガスの流れを説明する簡略断面図。本発明の実施形態における排出量調節弁の開閉制御の制御パターンを示した弁開度特性図。本発明の実施形態における弁開度の変化と型内の内圧の変化を対比させて示した特性図。本発明の実施形態における製造工程の流れを説明するフローチャート。図４の制御パターンの変形例。従来の中子製造装置の構成を示した模式図。従来技術における排気弁の開閉パターンを示した特性図。従来技術における型内の硬化ガスの流れを説明する簡略断面図。ガス硬化性樹脂を使用する中子砂の硬化を説明する模式図。

符号の説明

１・・・型／金型
２・・・エアヒータ
３・・・硬化剤気化手段／硬化剤気化装置
４・・・ガッシングヘッド
５・・・排出量調節弁／排気バルブ
６・・・排気ブロワ
７・・・中子
８・・・硬化ガス
１０・・・制御手段／コントロールユニット
Ｌ１、Ｌ２・・・制御信号ライン

Claims

エアヒータ（２）と、硬化ガス気化手段（３）と、硬化ガスおよび前記エアヒータ（２）からの熱風を供給するガッシングヘッド（４）とよりなる硬化ガス供給手段（２０）が中子を成形するための型（１）に接続され、その型（１）からエアまたは硬化ガスを排出する排気管（Ｐ５）に排気ブロワ（６）が介装されており、所定の中子砂を型（１）に充填後にその型（１）に硬化ガスを充填して中子の硬化を助成する中子製造装置において、前記型（１）と排気ブロワ（６）との間の排気管（Ｐ５）にはエア量または硬化ガス量を調節する排気量調節弁（５）が介装され、その排気量調節弁（５）および前記排気ブロワ（６）にはこれらの排気量調節弁（５）の開度および排気ブロワ（６）を制御する制御手段（１０）が接続されており、その制御手段（１０）は、前記排気量調節弁（５）の開度を第１の所定値まで減少させ所定時間（Ｔ１）保って型（１）内の空気を硬化ガスに入れ替え、さらに排気量調節弁（５）の開度を第２の所定値まで絞り別の所定時間（Ｔ２）保って硬化ガスを供給し、硬化ガスの供給を完了した後に排気量調節弁（５）の開度の増加・減少を繰り返し、以って型（１）内を流れる硬化ガスの流線（Ｆ）を蛇行或いは拡散させる制御機能を有していることを特徴とする中子製造装置。