JP5038236B2 - 中子の支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、一端に受口、他端に挿し口を有する鋳鉄管を、遠心力鋳造法により製造する際に使用する中子の保持具に関するものである。

一端に受口１を、他端に挿し口２を有する鋳鉄管ｐを製造する際に、遠心力鋳造法が用いられる。

この遠心力鋳造法は、例えば、図５に基づいて説明すると、円筒形のモールド（鋳型）３をローラ４上に載置して、駆動力によって回転する前記ローラ４の回転力で、モールド３を管軸周りに回転させる。

モールド３を回転させながら、そのモールド３内面に、取鍋５から三角取鍋６を介して鋳込用トラフ７に溶湯ａを送り込む。
溶湯ａは、鋳込用トラフ７を通じてモールド３内に鋳込まれて(注湯されて)、モールド３の回転に伴う遠心力によって、所要厚の円筒状の溶湯層ｂを形成する。その後、溶湯層ｂが冷却とともに硬化すれば、モールド３内から鋳造管ｐが取り出される(例えば、特許文献１参照)。

この鋳造において、溶湯ａが鋳込まれる前に、図５に示すように、モールド３の受口１側の端部に、環状の中子１０が差し入れられる。この中子１０は、鋳物砂等で造型されたものが用いられる。

中子１０の外面は、前記鋳鉄管ｐの仕上がり状態における前記受口１の内面と同形状となっている。溶湯層ｂが凝固した後に中子１０を取り外せば、受口１の内面は所定の形状に形成されている。
このため、その受口１の内面形状を、切削等により成型加工する必要がないようになっている。

このように、モールド３内に中子１０を挿入するのは、図４（ａ）に示すように、受口１の内面ｓが、溶湯層ｂの前記受口１を除く一般部における円筒内面ｒよりも外径側に凹んでいるからであり、また、その受口１の内面ｓが、凹凸のある複雑な形状となっているからである。
この内面ｓの凹凸形状は、鋳鉄管ｐの受口１に、パッキン等を介して挿し口２が差し込まれるようになっていることに対応したものである。

なお、図４（ｂ）に示すように、中子１０の内径側にコアリング８を嵌め込む場合もある。このコアリング８は、断面Ｌ字状を成す環状の部材である。

コアリング８の後端部には、円筒部８ａから外径側に立ち上がるフランジ部８ｂが、またコアリング８の前端部には、外径側に向く突起部８ｃが設けられている。
コアリング８が、前記円筒部８ａ、フランジ部８ｂ、突起部８ｃを備えたことにより、中子１０とコアリング８とが同心に保持される。その状態で、フランジ部８ｂとモールド３の管軸方向端部とを当接させて、コアリング８をモールド３に対して正確に位置決めすることにより、コアリング８がガイドとして機能し、中子１０とモールド３との管軸心を合致させることができる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１５０４３２号公報（第６頁第１図及び第２図） 特開２０００−１５８１１２号公報（第４頁第１図）

前記中子１０は、充分な強度を有するものである必要がある。中子１０が充分な強度を有することで、その中子１０自体が破損することを防止する。

また、中子１０は、溶湯層ｂが凝固する際における受口１の鋳鉄の凝固収縮に対抗し、その凝固収縮を所定の量に抑える機能を発揮する。
このため、中子１０は、その溶湯層ｂの凝固収縮によって、ある程度、内径側に変形することを見込んで形成されるのが通常である。

すなわち、中子１０は、溶湯層ｂの凝固収縮に伴う変形量を予測して製作され、溶湯層ｂの凝固収縮によって変形した後の中子１０の外面が、鋳鉄管ｐの受口１内面における所定の仕上がり寸法（規格の寸法）に合致する寸法となっている。

しかし、溶湯層ｂが硬化する際におけるその溶湯層ｂの凝固収縮の度合いは、単に、鋳鉄管ｐの径や肉厚のみによって決まるのではなく、鋳鉄の成分や鋳造時の環境、例えば、気温、湿度、冷却速度等の要件によっても左右される。

したがって、各種要件の差異によって、溶湯層ｂに予測値よりも大きい凝固収縮が生じると、中子１０は、予測した変形量よりも内径側に大きく変形してしまうことも考えられる。
このような事態になると、溶湯層ｂの凝固収縮量が予測値を上回り、受口１の内面ｓは規格の寸法を満たすことができず、鋳鉄管ｐが不良品となってしまう。不良品の発生はコストアップに繋がるので好ましくない。

また、鋳造プロセスが異なると前記凝固収縮量も異なるので、鋳鉄管ｐの寸法が同一であっても、必ずしも、常に同一の中子１０を使用できるわけではないという問題もある。

そこで、この発明は、溶湯層の凝固収縮量の差異にかかわらず、受口の内面を所定の寸法に仕上げることができるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、中子とコアリングとの間に隙間を設けて、溶湯の注湯によって形成された溶湯層の凝固収縮と、それに伴う中子の変形をある程度許容するとともに、そのコアリングで中子の変形を抑えることにより、溶湯層の所定量以上の凝固収縮を抑えるようにしたものである。

この構成によれば、溶湯層に予測値よりも大きい凝固収縮が生じようとした際に、中子を介してコアリングがその収縮を抑えるので、受口内面は、規格の寸法を満たすことができる。
なお、溶湯層の凝固収縮をどの程度許容するかについては、その溶湯層に許容される凝固収縮量に応じて、それに対応する隙間量が生じる中子を用いることができる。

具体的な構成としては、円筒状のモールドの一端に環状の中子を取り付け、管軸周りに回転する前記モールド内に溶湯を注湯することにより溶湯層を形成し、その溶湯層により一端に受口、他端に挿し口を有する鋳鉄管を鋳造する際に、前記中子の内側にコアリングを差し入れて、そのコアリングを介して前記中子を前記モールドに取り付ける中子の支持構造において、前記中子は、前記受口の内面に沿って管軸方向に伸びる円筒状の張り出し部と、その張り出し部の一端から外径側に立ち上がり前記受口の端面に沿う基部とを備え、前記コアリングは前記張り出し部に沿って管軸方向に伸びる円筒部と、その円筒部の一端から外径側に立ち上がるフランジ部とを備え、前記基部を前記フランジ部に不動に固定するとともに、前記溶湯の凝固前における前記張り出し部の内周面と前記円筒部の外周面との間に、前記溶湯に許容される径方向への凝固収縮量に対応する径方向幅の隙間を設け、その隙間は、前記溶湯の凝固収縮に伴う前記張り出し部の内径側への変形により無くなるように設定されていることを特徴とする中子の支持構造を採用した。

この構成において、例えば、凝固収縮に伴って中子が変形しても、コアリングの円筒部が内径側へ全く変形しない強度を有する場合、中子の張り出し部は、前記隙間がゼロとなった後は、それ以上、内径側へは変形しない。この場合、前記隙間の径方向幅は、前記溶湯層に許容される径方向への凝固収縮量と同一とすれば、受口内面は、規格の寸法を満たすことができる。

また、前記溶湯層の凝固収縮に伴って、その溶湯層と前記張り出し部の厚さに収縮が見込まれる場合は、コアリングの円筒部の内径側への変形がないことを前提として、前記隙間は、前記溶湯層に許容される径方向への凝固収縮量から、前記溶湯層の凝固収縮に伴うその溶湯層と前記張り出し部の厚さの収縮量を差し引いた径方向幅とすれば、受口内面は、規格の寸法を満たすことができる。

これらの各構成において、前記フランジ部の外径部に、一端側から他端側に向かって突出する保持部を設け、前記基部の外周を前記保持部の内周に接触させながらその保持部内に前記基部を嵌め込むことにより、前記基部を前記フランジ部に不動に固定する構成を採用することができる。
コアリングのフランジ部と中子の基部とを不動に固定すれば、両者の一体化が容易である。

このように、コアリングで中子の変形を抑える構成を採用すると、鋳鉄管が完成した後、取り出した中子とコアリングとが固着して離れにくい事態が予測されるので、前記張り出し部の内周面と前記円筒部の外周面との間に塗型剤を介在させることが望ましい。塗型剤が介在すれば、中子とコアリングとの固着（焼き付き）を抑制し、両者の分離作業が容易となる。

また、前記張り出し部の内周面と前記円筒部の外周面とを、それぞれ、一端から他端に向かって縮径するテーパー面とした構成を採用することができる。
前記張り出し部の内周面と前記円筒部の外周面とをテーパー面とすれば、両テーパー面が所謂抜き勾配として機能し、両者の分離作業が容易となる。
なお、このテーパー面を備えた構成と、前記塗型剤を介在させた構成とを併用することもできる。

さらに、これらの各構成からなる中子の支持構造によって鋳鉄管を遠心鋳造する際における溶湯層の凝固収縮量の調整方法として、以下の構成を採用することができる。
すなわち、円筒状のモールドの一端に環状の中子を取り付け、管軸周りに回転する前記モールド内に溶湯を注湯することにより溶湯層を形成し、その溶湯層により一端に受口、他端に挿し口を有する鋳鉄管を鋳造する際に、前記中子の内側にコアリングを差し入れて、そのコアリングを介して前記中子を前記モールドに取り付け、前記中子は、前記受口の内面に沿って管軸方向に伸びる円筒状の張り出し部と、その張り出し部の一端から外径側に立ち上がり前記受口の端面に沿う基部とを備え、前記コアリングは前記張り出し部に沿って管軸方向に伸びる円筒部と、その円筒部の一端から外径側に立ち上がるフランジ部とを備え、前記基部を前記フランジ部に不動に固定し、前記溶湯層の凝固前における前記張り出し部の内周面と前記円筒部の外周面との間に隙間を設け、その隙間の径方向幅を調整することにより前記溶湯層に生じる径方向の凝固収縮量を調整することを特徴とする溶湯層の凝固収縮量の調整方法である。

このようにすれば、凝固収縮の度合いが異なる鋳造プロセスにおいても、溶湯層の凝固収縮量に応じた外径のコアリングを用いることで、同一の中子を用いることが可能となる。
また、コアリングの選択により隙間の径方向幅を適宜設定できるので、溶湯層の凝固収縮量の管理が容易である。

この発明は、中子とコアリングとの間に隙間を設けて、溶湯の注湯によって形成された溶湯層の凝固収縮と、それに伴う中子の変形をある程度許容するとともに、そのコアリングで中子の変形を抑えることにより、溶湯層の所定量以上の凝固収縮を抑えるようにしたので、溶湯層に予測値よりも大きい凝固収縮が生じようとした際に、中子を介してコアリングがその収縮を抑えることができる。このため、受口内面は、規格の寸法を満たすことができる。

この発明の実施形態を、図１乃至図３に基づいて説明する。
この実施形態は、鋳鉄管ｐを遠心力鋳造法で鋳造する際に用いる中子１０の支持構造に係るものである。

この遠心力鋳造法の主たる構成、及び鋳鉄管ｐの構成は、従来例の説明で使用した図５に示す通りである。以下、中子１０とそれを支持するコアリング２０の構成を中心に説明する。

中子１０は、円筒状のモールド３の一端にコアリング２０を介して取り付けられ、その取り付け状態で、管軸周りに回転する前記モールド３内に溶湯ａを注湯することにより溶湯層ｂを形成する。その溶湯層ｂが凝固することにより一端に受口１、他端に挿し口２を有する鋳鉄管ｐが鋳造される（図５参照）。

前記中子１０は、図１及び図２に示すように、前記鋳鉄管ｐの受口１の内周面１ｂに沿って管軸方向に伸びる円筒状の張り出し部１１と、その張り出し部１１の一端から外径側に立ち上がり前記受口１の端面に沿う基部１２とを備えている。

その基部１２の前記挿し口２に向く側の端面１２ｃ、及び前記張り出し部１１の外周面１１ａは、それぞれ、前記鋳鉄管ｐの仕上がり状態における前記受口１の内周面１ｂ及び端面１ｃと同形状となっている。
すなわち、溶湯層ｂが凝固した後に中子１０を取り外せば、受口１の内周面１ｂ及び端面１ｃは所定の形状に形成されるようになっている。

前記コアリング２０は、前記中子１０の張り出し部１１に沿って管軸方向に伸びる円筒部２１と、その円筒部２１の一端から外径側に立ち上がるフランジ部２２とを備えている。

そのフランジ部２２の外径部に、一端側から他端側に向かって突出する保持部２３が設けられている。

前記基部１２の外周面（外周）１２ａを、前記保持部２３の内周面（内周）２３ｂに接触させながらその保持部２３内に前記基部１２を嵌め込むことにより、前記基部１２が前記フランジ部２２に不動に固定される。この嵌め込みにより、中子１０とコアリング２０とは同心に調心された状態で固定されるようになっている。

前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとは、全周全長に亘って隙間ｗ２＝αが設けられている（図２（ａ）参照）。また、その内周面１１ｂと外周面２１ａは、一端から他端に向かって縮径する同一勾配のテーパー面となっている。

この実施形態の作用について説明すると、前記モールド３に、コアリング２０に支持された中子１０を取り付ける。

このとき、コアリング２０の前記フランジ部２２及び前記保持部２３の両外周面２２ａ，２３ａが、前記モールド３の内周面３ｂに接するので、その中子１０及びコアリング２０がモールド３に対して径方向に位置決めされる。
また、コアリング２０の前記保持部２３の端面２３ｃが、前記モールド３の端面３ｃに接するので、中子１０及びコアリング２０がモールド３に対して管軸方向に位置決めされる。

前記モールド３内に溶湯ａを注湯し、モールド３の回転に伴う遠心力によりモールド３内側に溶湯層ｂを形成する。

前記溶湯層ｂの凝固が始まると、その溶湯層ｂは、図２（ａ）から図２（ｂ）に示すように、径方向幅αだけ凝固収縮する。
この径方向幅αの凝固収縮により、中子１０の張り出し部１１が内径側へ押圧されて変形し、その変形により、前記隙間ｗ２は無くなってしまう。すなわち、ｗ２＝０となって、前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとが密着する。

ここで、コアリング２０は、自らの剛性により、内径側へ変形しないように設定されている。このため、中子１０のそれ以上の内径側への変形を抑えるように機能する。

溶湯層ｂはさらに凝固収縮し、前記溶湯層ｂは凝固開始から凝固終了までの間に、その凝固収縮に伴って、溶湯層ｂと前記張り出し部１１の厚さが径方向幅βだけ収縮する。
すなわち、図２（ｂ）から図２（ｃ）に示すように、前記溶湯層ｂと前記中子１０の張り出し部１１の厚さの合計が、径方向幅βだけ圧縮されるように変形する。

したがって、溶湯層ｂの凝固収縮は、前記径方向幅αとβを加えた寸法で停止し、それ以上、凝固収縮しない。図２（ｃ）では、モールド３の内周面３ｂと、受口１の外周面との隙間が、ｗ１＝α＋βとなった時点で凝固収縮が終了している。

この凝固収縮量の和（α＋β）は、予め、モールド３の内径に対して溶湯層ｂに許容される径方向への凝固収縮量と同じ値、あるいはその値に公差を見込んだ値に設定されているので、受口１の内周面１ｂは、所定の仕上がり寸法（規格の寸法）に合致する寸法となっている。

すなわち、前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとの隙間ｗ２の径方向幅は、前記溶湯層ｂに許容される径方向への凝固収縮量から、前記溶湯層ｂと前記中子１０の張り出し部１１を合わせた厚さ（径方向幅）の収縮量βを差し引いた径方向幅αに設定されているのである。

鋳鉄管ｐの鋳造が終われば、中子１０及びコアリング２０を取り外し、モールド３内か鋳鉄管ｐを取り出す。

このとき、前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとの間に塗型剤を介在させているので、取り外した中子１０とコアリング２０とが固着、あるいは焼き付きが生じて離れにくくなる事態を回避することができるようになっている。

また、前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとを、それぞれ、一端から他端に向かって縮径する同勾配のテーパー面としたことにより、両テーパー面が所謂抜き勾配として機能し、両者の分離作業が容易となる。

なお、同一の中子１０に対して、外径寸法の異なる（隙間ｗ２の異なる）コアリング２０を複数用意しておけば、凝固収縮の度合いが異なる鋳造プロセスにおいても、溶湯層ｂの凝固収縮量に応じた外径のコアリング２０を用いることで、同一の中子１０を用いることが可能となる。

このように、外径寸法の異なる複数のコアリング２０の中から最適なコアリング２０を選択することにより、溶湯層ｂの凝固収縮量の管理が容易となる。

一実施形態の要部拡大断面図 凝固収縮時の作用を示す説明図 同実施形態の中子とコアリングを示す斜視図 （ａ）は、受口の形状を示す説明図、（ｂ）は、従来のコアリングの説明図 遠心力鋳造法の説明図

符号の説明

１ 受口
１ｂ 内周面
１ｃ 端面
２ 挿し口
３ モールド
３ｂ 内周面
３ｃ 端面
４ ローラ
５ 取鍋
６ 三角取鍋
７ 鋳込用トラフ
８，２０ コアリング
１０ 中子
１１ 張り出し部
１１ａ，１２ａ 外周面
１１ｂ 内周面
１２ 基部
１２ｃ 端面
２１ 円筒部
２１ａ，２２ａ，２３ａ 外周面
２２ フランジ部
２３ 保持部
２３ｂ 内周面
２３ｃ 端面
ｗ 隙間
ｗ１，ｗ２ 隙間

Claims (6)

1. 円筒状のモールド３の一端に環状の中子１０を取り付け、管軸周りに回転する前記モールド３内に溶湯ａを注湯することにより溶湯層ｂを形成し、その溶湯層ｂにより一端に受口１、他端に挿し口２を有する鋳鉄管ｐを鋳造する際に、前記中子１０の内側にコアリング２０を差し入れて、そのコアリング２０を介して前記中子１０を前記モールド３に取り付ける中子の支持構造において、
   前記中子１０は、前記受口１の内面に沿って管軸方向に伸びる円筒状の張り出し部１１と、その張り出し部１１の一端から外径側に立ち上がり前記受口１の端面に沿う基部１２とを備え、前記コアリング２０は前記張り出し部１１に沿って管軸方向に伸びる円筒部２１と、その円筒部２１の一端から外径側に立ち上がるフランジ部２２とを備え、前記基部１２を前記フランジ部２２に不動に固定するとともに、前記溶湯層ｂの凝固前における前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとの間に、前記溶湯層ｂに許容される径方向への凝固収縮量に対応する径方向幅の隙間ｗ２を設け、その隙間ｗ２は、前記溶湯層ｂの凝固収縮に伴う前記張り出し部１１の内径側への変形により無くなるように設定されていることを特徴とする中子の支持構造。
2. 前記隙間ｗ２は、前記溶湯層ｂに許容される径方向への凝固収縮量から、前記溶湯層ｂの凝固収縮に伴うその溶湯層ｂと前記張り出し部１１の厚さの収縮量βを差し引いた径方向幅であることを特徴とする請求項１に記載の中子の支持構造。
3. 前記フランジ部２２の外径部に、一端側から他端側に向かって突出する保持部２３を設け、前記基部１２の外周１２ａを前記保持部２３の内周２３ｂに接触させながらその保持部２３内に前記基部１２を嵌め込むことにより、前記基部１２を前記フランジ部２２に不動に固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の中子の支持構造。
4. 前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとの間に塗型剤を介在させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の中子の支持構造。
5. 前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとを、それぞれ、一端から他端に向かって縮径するテーパー面としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の中子の支持構造。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の中子の支持構造によって鋳鉄管ｐを遠心鋳造する際における溶湯層ｂの凝固収縮量の調整方法であって、
   円筒状のモールド３の一端に環状の中子１０を取り付け、管軸周りに回転する前記モールド３内に溶湯ａを注湯することにより溶湯層ｂを形成し、その溶湯層ｂにより一端に受口１、他端に挿し口２を有する鋳鉄管ｐを鋳造する際に、前記中子１０の内側にコアリング２０を差し入れて、そのコアリング２０を介して前記中子１０を前記モールド３に取り付け、
   前記中子１０は、前記受口１の内面に沿って管軸方向に伸びる円筒状の張り出し部１１と、その張り出し部１１の一端から外径側に立ち上がり前記受口１の端面に沿う基部１２とを備え、前記コアリング２０は前記張り出し部１１に沿って管軸方向に伸びる円筒部２１と、その円筒部２１の一端から外径側に立ち上がるフランジ部２２とを備え、前記基部１２を前記フランジ部２２に不動に固定し、
   前記溶湯層ｂの凝固前における前記張り出し部１１の内周面１１ｂと前記円筒部２１の外周面２１ａとの間に隙間ｗ２を設け、その隙間ｗ２の径方向幅を調整することにより前記溶湯層ｂに生じる径方向の凝固収縮量を調整することを特徴とする溶湯層ｂの凝固収縮量の調整方法。

Images