JP5049001B2 - 鋳型造型装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス硬化性鋳物砂を用いて鋳型を製造する鋳型造型装置に関し、鋳型製造技術の分野に属する。

例えばエンジンのシリンダブロック鋳造用の中子等の製造方法として、溶剤で溶かしたフェノール樹脂とポリイソシアネート化合物等の２種の粘結剤を砂に加えて混練したガス硬化性鋳物砂（以下、「混練砂」という）をエアブローによって成形型内に吹き込み充填すると共に、その後、該型内にトリエチルアミンガス等の硬化促進ガスを通気させ、このガスの作用によって前記２種の粘結剤を硬化させることにより、鋳型を製造する方法が知られている。

その場合に、前記混練砂は予めブローヘッドに貯留され、該ブローヘッドから１回の造型作業ごとに必要量が成形型に充填されるのが通例で、その際、混練砂は、粘結剤が溶剤により適度に溶融された状態でブローヘッドに供給されるが、該ブローヘッドへの供給後、成形型への充填までの時間の経過によって硬化するという問題がある。これは、前記溶剤が揮発し、２種の粘結剤が型への充填前に反応、硬化することによるものである。

つまり、図６に示すように、ブローヘッドに供給された直後の混練砂は、溶剤Ａによって２種の粘結剤Ｂ１、Ｂ２の反応が抑えられ、これらの粘結剤Ｂ１、Ｂ２は反応硬化していない状態にあるが、ブローヘッドへの供給後、時間が経過すると、図７に示すように、溶剤Ａが揮発してしまって、粘結剤Ｂ１、Ｂ２が反応し、例えばフェノール樹脂とポリイソシアネート化合物の場合、ウレタン樹脂Ｂ３となって砂Ｃに固着した状態となる。

そして、混練砂がブローヘッド内でこのような状態となると、粘結剤の粘性が増加してエアブローによる成形型への充填性が悪化し、また充填後に成形型に供給される硬化促進ガスが十分に作用しなくなり、その結果、所要の強度を有する鋳型が得られないことになるのである。

ガス硬化性の混練砂を用いた造型作業における上記のような問題に対し、例えば特許文献１には、混練砂の可使時間を延長するために、鋳型製造工程中にブローヘッド内の混練砂に、例えば鋳型３００個製造当り、混練直後の含有量の一定範囲の割合の溶剤を追加供給することが記載されている。また、この文献には、混練砂中に残留している溶剤の量が温度等に依存することが示唆されている。

特開平３−４７６４７号公報

しかし、上記特許文献1に記載のものは、混練直後の含有量の一定範囲の割合で溶剤を追加供給しようとするものであり、また、定期的に追加供給する構成であるから、溶剤の追加供給量が一定しなかったり、前回の追加供給時から次回の追加供給時までの間に混練砂中の溶剤が揮発して含有率が変化することになる。したがって、各回の鋳型造型時における混練砂中の溶剤量が常に最適量とは限らないことになり、その結果、溶剤含有量が不足し或いは過剰となって、所要の強度を有する鋳型が得られないおそれがある。

そこで、本発明は、ガス硬化性の混練砂を用いる鋳型造型装置において、溶剤含有量を適切にコントロールすることにより、所要の強度を有する鋳型を安定的に製造可能とすることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項1に記載の発明は、溶剤で溶融された粘結剤と砂とを混練してなる混練砂をエアブローにより成形型のキャビティに吹き込み充填し、鋳型を造型する鋳型造型装置において、前記混練砂を収容し、下部に該混練砂をキャビティに吹き込むブローノズルを有するブローヘッドと、混練砂の吹き込み時に前記ブローヘッド内に加圧気体を供給する加圧気体供給装置と、ブローヘッド内の混練砂の温度を検出する砂温検出手段と、ブローヘッド内の混練砂の量を検出する砂量検出手段と、ブローヘッド内の混練砂に溶剤を噴霧する溶剤噴霧装置と、前記砂温検出手段で検出したブローヘッド内の混練砂の温度と砂量検出手段で検出した混練砂の量とに基づき、前記溶剤噴霧装置から噴霧する溶剤の量を制御する噴霧量制御手段とが備えられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の鋳型造型装置において、前記溶剤噴霧装置は、キャビティへの混練砂の充填時ごとに、噴霧量制御手段によって制御された量の溶剤を噴霧することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の鋳型造型装置において、前記加圧気体供給装置は、開時にブローヘッド内に加圧気体を供給する電磁弁を有すると共に、該加圧気体供給装置による加圧気体の供給量を加圧気体の圧力と前記電磁弁の開時間とから算出する加圧気体供給量算出手段が備えられ、前記噴霧量制御手段は、前記混練砂の温度と量とに加えて、前記加圧気体供給量算出手段で算出された加圧気体の供給量に基づき、前記溶剤噴霧装置から噴霧する溶剤の量を制御することを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋳型造型装置において、前記ブローヘッド内に、前記溶剤噴霧装置から溶剤を噴霧する際に該ブローヘッド内の混練砂を撹拌する撹拌装置が備えられていることを特徴とする。

以上のように構成したことにより、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、溶剤噴霧装置により、ブローヘッド内の混練砂に対して溶剤が噴霧されることにより、混練砂の成形型への吹き込み前に、揮発による溶剤の不足によりブローヘッド内で粘結剤が反応し、該粘結剤ないし混練砂が硬化することが抑制される。その場合に、前記溶剤噴霧装置による溶剤の噴霧量は、制御手段により、ブローヘッド内における混練砂の温度と混練砂の量とに基づいて制御されることになる。

つまり、ブローヘッド内の混練砂に含有されている溶剤の量は、その混練砂の量と、温度に応じた揮発量に依存するので、これらのパラメータを用いることによりブローヘッド内に残存している溶剤量が適正に推定されることになり、これにより、所要の強度の鋳型を得るための必要溶剤量に対する不足量、即ち前記溶剤噴霧装置によって噴霧すべき量が精度よく求められることになる。その結果、粘結剤の反応ないし硬化が効果的に抑制され、粘結剤の粘性が増加することなく、混練砂が成形型に良好に充填されると共に、硬化促進ガスが有効に作用することになって、所要の強度を有する鋳型が製造されることになる。

その場合に、請求項２に記載の発明によれば、溶剤の噴霧は、キャビティへの混練砂の充填時ごとに、ブローヘッド内における混練砂の温度と量とに基づいて制御された量で行われるから、キャビティへの充填時における混練砂中の溶剤の含有量が常に最適にコントロールされることになり、所要の強度を有する鋳型が安定的に製造されることになる。

また、請求項３に記載の発明によれば、溶剤噴霧量の制御に際して、前記混練砂の温度と量とに加え、混練砂充填時の加圧気体の供給量もパラメータとして考慮されることになるが、この加圧気体の供給量はブローヘッド内の溶剤の揮発量に対応するので、このパラメータを考慮することにより、ブローヘッド内に残存している溶剤量が一層適正に推定されることになり、したがって、前記溶剤噴霧装置による噴霧量がさらに適切に調整され、所要の強度を有する鋳型がさらに安定的に製造されることになる。

そして、請求項４に記載の発明によれば、溶剤噴霧装置によりブローヘッド内に溶剤が噴霧される際、具体的には、噴霧と並行して又は噴霧直後に、該ブローヘッド内に備えられた撹拌装置が混練砂を撹拌するので、成形型に充填される混練砂に溶剤が均等に分布することになり、所要の強度を有する鋳型が一層安定的に製造されることになる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図1に示すように、この実施の形態に係る鋳型造型装置１は、下部が砂吹込み部１１とされ、上部が該砂吹込み部１１に連通する砂収容部１２とされたブローヘッド１０と、該ブローヘッド１０における砂収容部１２の直上方に配置された混練機２０とを有し、ブローヘッド１０における砂吹込み部１１の下方に、上型５１、下型５２等でなる成形型５０が配置されるようになっている。

そして、前記ブローヘッド１０における砂吹込み部１１の下面には、下方へ延びる複数のブローノズル１３…１３が備えられ、これらのノズル１３…１３の下端部が、下方に配置された成形型５０（上型５１）の上面を貫通して該成形型５０のキャビティ５３内を臨むようになっており、ブローヘッド１０内の混練砂ｘがこれらのノズル１３…１３を通ってキャビティ５３内に供給されるようになっている。

また、ブローヘッド１０における砂収容部１２の側面には、エアブロー口１４と溶剤噴霧口１５とが開口され、エアブロー口１４には、常時一定圧力の加圧エアを貯留しているエアタンク３１から電磁弁３２を介して導かれたエア通路３３が接続され、溶剤噴霧口１５には溶剤噴霧装置３４から導かれた溶剤通路３５が接続されている。

また、該砂収容部１２の側面の比較的上方の位置には、該収容部１２内に収容されている混練砂ｘの上面の高さを検出することにより、ブローヘッド１０内に存在する砂量を検出する光学式センサからなる砂量センサ３６が取り付けられており、また、該砂収容部１２の側面の比較的下方の位置には、該砂収容部１２内の混練砂ｘの温度を検出する砂温センサ３７が取り付けられている。

さらに、ブローヘッド１０内には、砂吹込み部１１内の混練砂ｘを攪拌するアジテータ１６が配置され、該アジテータ１６を回転駆動するアジテータ駆動装置１７が備えられている。

一方、前記混練機２０は、下面が開口した混練容器２１と、その開口した下面を開閉するシャッター２２と、該シャッター２２を開閉させるシャッター駆動装置２３と、モータ２４によって回転して前記混練容器２１内の砂を攪拌する攪拌部材２５とを有する。

そして、シャッター２２が閉じている状態で、混練容器２１内に、例えば珪砂等の鋳物砂と、溶剤によって溶融されたフェノール樹脂でなる第１粘結剤と、同じく溶剤によって溶融されたポリイソシアネート化合物でなる第２粘結剤とが供給され、これらが前記攪拌部材２５によって攪拌されることにより、図７に示すような混練砂ｘが生成されるようになっており、前記シャッター２２が開いたときに、この混練砂ｘが下方のブローヘッド１０における砂収容部１２に投入されるようになっている。

ここで、前記第１粘結剤となるフェノール樹脂としては、例えば、ベンジルェーテル基をその分子内に有するフェノール、ノボラック又はこれらから誘導される樹脂が用いられる。また、前記第２粘結剤となるポリイソシアネート化合物としては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、4，4'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が用いられる。さらに、前記溶剤としては、例えば、脂肪族炭化水素系、脂環式炭化水素系、芳香族炭化水素系、ハロゲン化炭化水素系、ケトン系、エステル系、工一テル系、アルコール系等の有機溶剤の単独又は混合したものが用いられる。

以上の構成に加えて、この鋳型造型装置１にはコントロールユニット４０が備えられている。

このコントロールユニット４０は、ブローヘッド１０の下方に成形型５０がセットされたときに、前記電磁弁３２に開信号を出力する。これにより、エアタンク３１に貯留されている一定圧力の加圧エアが、所定時間、ブローヘッド１０における砂収容部１２の上部から該ブローヘッド１０内に吹き込まれ、その圧力によって砂吹込み部１１内の混練砂ｘがブローノズル１３…１３を通って成形型５０のキャビティ５３内に吹き込み充填されることになる。そして、その後、硬化促進ガス供給装置（図示せず）により、キャビティ５３内の混練砂ｘにトリエチルアミンガス等の硬化促進ガスが通気され、これにより、キャビティ５３内で粘結剤ないし混練砂が硬化し、所定形状の鋳型が製造されることになる。

また、コントロールユニット４０は、混練機２０における攪拌部材駆動用のモータ２４に駆動信号を出力し、混練容器２１内に供給されている鋳物砂と、溶剤によって溶融されたフェノール樹脂でなる第１粘結剤と、同じく溶剤によって溶融されたポリイソシアネート化合物でなる第２粘結剤とを混練して混練砂ｘを生成させると共に、砂量センサ３６からの信号が示すブローヘッド１０の砂収容部１２内の砂量が所定量以下に減少したときに、シャッター駆動装置２３に開信号を出力する。これにより、シャッター２２が開いて、混練容器２１内の混練砂ｘがブローヘッド１０の砂収容部１２に投入され、該ブローヘッド１０内には常に一定量以上の混練砂ｘが保持されて、鋳型製造作業が連続的に行われることになる。

さらに、コントロールユニット４０は、前記砂量センサ３６からの信号と、砂温センサ３７からの信号とを入力し、これらの信号が示すブローヘッド１０内における混練砂ｘの量及び温度と、前記エアタンク３１内の加圧エアの圧力と電磁弁３２の開時間とから求まるエアブロー量とから、溶剤の噴霧量を算出し、ブローヘッド１０内への溶剤の追加噴霧の制御を行う。また、これと併せて、アジテータ駆動装置１７に駆動信号を出力し、ブローヘッド１０内の混練砂ｘに追加噴霧された溶剤を均一に分布させる制御を行う。

次に、前記ブローヘッド１０内へ溶剤を追加噴霧する基本的な考え方について説明する。

図２に示すように、所定の鋳型（中子）強度を得るためには、粘結剤に対する溶剤の比率（重量％）をａからｂの間の比率にする必要がある。そこで、前記混練機２０で混練される混練砂ｘは、溶剤比率がａからｂの間の中間値に設定されている。ブローヘッド１０内の混練砂ｘは、エアブローにより吹き込み充填するごとに、砂温、砂量およびエアブロー量により溶剤揮発量が変化するため、この揮発溶剤量に相当する溶剤量を追加噴霧し、前記溶剤比率がａからｂの間、好ましくは中間値になるようにする。このような考えの基に、溶剤の追加噴霧制御を行う。

次に、前記コントロールユニット４０による溶剤の追加噴霧制御の具体的動作を図３に示すフローチャートに従って説明する。

まず、ステップＳ１で、図１に示す砂温センサ３７からの信号が示すブローヘッド１０内の混練砂ｘの温度を入力し、次いでステップＳ２で、砂量センサ３６からの信号が示すブローヘッド1１０内に存在する混練砂ｘの量を入カする。また、ステップＳ３で、エアタンク３１内に貯留している加圧エアの圧力と予め設定された電磁弁３２の開時間とから、１回の混練砂充填作業ごとに吹き込まれるエアブロー量を算出する。

そして、ステップＳ４で、この砂温、砂量及びエアブロー量をパラメータとして、混練砂充填作業ごとの溶剤揮発量を算出する。この算出は、次のように行われる。

図４及び図５は、砂量Ｘ３におけるエアブロー量Ｘ２と砂温Ｘ１とに関連した溶剤揮発量Ｙを示している。エアブロー量Ｘ２が多くなるほど、砂温Ｘ１が高くなるほど溶剤揮発量Ｙは増加し、また、砂量Ｘ３が多いほど溶剤揮発量Ｙは増加する特性となる。この特性データは、最大の砂量の時と、最後の充填作業前の最小の砂量の時にエアブロー量と砂温とに関連した溶剤揮発量が予め実験により求められ、この特性データが前記コントロールユニット４０に記憶されている。ステップＳ５の溶剤噴霧量Ｚは、この特性データに基づいて設定される。

次に、砂量Ｘ３におけるエアブロー量Ｘ２と砂温Ｘ１とに関連した溶剤揮発量について、詳細に説明する。

混練砂充填前に、前記混練機２０で混練された混練砂ｘがブローヘッド１０の砂収容部１２に投入され、この時が最大の砂量（例えば１００Ｋｇ）となる。この時のエアブロー量と砂温とに関連した溶剤揮発量は、図４に示すような関係となる。そして、１回の混練砂充填作業ごとに、例えば２．５Ｋｇの混練砂を吹き込み、所定回数の充填作業を行い、最後の充填作業前の最小の砂量（例えば５０Ｋｇ）の時は、図５に示すような特性となる。なお、所定回数の混練砂充填作業が完了した後は、前記混練機２０で混練された混練砂ｘをブローヘッド１０内に追加投入して、上記最大の砂量（例えば１００Ｋｇ）となるようにする。その後も上記と同じ混練砂充填作業が行われる。

したがって、ブローヘッド１０の混練砂ｘの砂量Ｘ３が最大の時は、図４の特性データにより、砂量センサ３６により検出された砂量Ｘ３と、砂温センサ３７により検出された砂温Ｘ１及びエアブロー量Ｘ２とから溶剤揮発量Ｙが算出される。

また、ブローヘッド１０の混練砂ｘの砂量Ｘ３が混練砂充填作業ごとに変化する際は、砂量センサ３６により検出された砂量Ｘ３と、砂温センサ３７により検出された砂温Ｘ１及びエアブロー量Ｘ２とから図４及び図５の特性データを読み取り、下記の式により溶剤揮発量Ｙが算出される。

溶剤揮発量Ｙ＝（砂量最大時の溶剤揮発量Ｙ−砂量最小時の溶剤揮発量Ｙ）×（最大砂量−各充填前の砂量）／（最大砂量−最小砂量）
さらに、ブローヘッド１０の混練砂ｘの砂量Ｘ３が最小の時は、図５の特性データにより、砂量センサ３６により検出された砂量Ｘ３と、砂温センサ３７により検出された砂温Ｘ１及びエアブロー量Ｘ２とから溶剤揮発量Ｙが算出される。

上記のようにステップＳ５で、溶剤噴霧量Ｚが設定された後は、ステップＳ６で、この量Ｚを噴霧するように溶剤噴霧装置３４に噴霧信号を出力すると共に、ステップＳ７で、アジテータ駆動装置１７に駆動信号を出力し、その後、ステップＳ８で、電磁弁３２を所定時間、開くように信号を出力する。

これにより、成形型５０のキャビティ５３内には所要の強度が得られる量の溶剤が均等に混ぜ合わされた混練砂ｘが吹込み充填されることになる。そして、以上の処理が各充填作業時ごとに行われることにより、所要の強度を有する鋳型が安定して製造されることになる。

なお、前記実施の形態においては、図４及び図５の特性データに基づいて溶剤噴霧量Ｚを設定するようにしているが、これに替えて、各混練砂充填時ごとに砂量Ｘ３におけるエアブロー量Ｘ２と砂温Ｘ１とに関連した溶剤揮発量Ｙの特性データを実験により求め、この特性デ一タを前記コントルールユニツト４０に記憶させ、各混練砂充填時ごとに特性データを読み取って溶剤噴霧量Ｚを設定するようにしても良い。

また、各混練砂充填時のエアブロー量を変化させることなく、決められた所定値に設定している際は、所定値のエアブロー量Ｘ２に対応した砂温Ｘ１と砂量Ｘ３とに関連した溶剤揮発量Ｙの特性データに基づいて溶剤噴霧量Ｚを設定することになる。

以上のように本発明によれば、ガス硬化性鋳物砂を用いる鋳型造型装置として、所要の強度を有する鋳型が安定して製造されることになるから、この種の鋳型の製造産業において好適に利用される可能性がある。

本発明の実施の形態に係る鋳型造型装置の概略構成図である。 鋳型強度と粘結剤の溶剤比率との相関図である。 溶剤追加噴霧制御の動作を示すフローチャートである。 砂量最大時のエアブロー量Ｘ２と砂温Ｘ１と溶剤揮発量Ｘ３との関係を示す特性図である。 砂量最小時のエアブロー量Ｘ２と砂温Ｘ１と溶剤揮発量Ｘ３との関係を示す特性図である。 粘結剤Ｂ１、Ｂ２が被覆された混錬砂を示す模式図である。 溶剤が不足している状態を示す図６と同様の模式図である。

符号の説明

１ 鋳型造型装置
１０ ブローヘッド
１３ ブローノズル
１６ アジテータ(撹拌装置)
３１ エアタンク(加圧気体供給装置)
３２ 電磁弁(加圧気体供給装置)
３５ 溶剤噴霧装置
３６ 砂量検出手段
３７ 砂温検出手段
４０ コントロールユニット（噴霧量制御手段、加圧気体供給量検出手段）
５０ 成形型
５３ キャビティ
ｘ 混練砂

Claims (4)

1. 溶剤で溶融された粘結剤と砂とを混練してなる混練砂をエアブローにより成形型のキャビティに吹き込み充填し、鋳型を造型する鋳型造型装置において、
   前記混練砂を収容し、下部に該混練砂をキャビティに吹き込むブローノズルを有するブローヘッドと、
   混練砂の吹き込み時に前記ブローヘッド内に加圧気体を供給する加圧気体供給装置と、
   ブローヘッド内の混練砂の温度を検出する砂温検出手段と、
   ブローヘッド内の混練砂の量を検出する砂量検出手段と、
   ブローヘッド内の混練砂に溶剤を噴霧する溶剤噴霧装置と、
   前記砂温検出手段で検出したブローヘッド内の混練砂の温度と砂量検出手段で検出した混練砂の量とに基づき、前記溶剤噴霧装置から噴霧する溶剤の量を制御する噴霧量制御手段とが備えられていることを特徴とする鋳型造型装置。
2. 前記請求項１に記載の鋳型造型装置において、
   前記溶剤噴霧装置は、キャビティへの混練砂の充填時ごとに、噴霧量制御手段によって制御された量の溶剤を噴霧することを特徴とする鋳型造型装置。
3. 前記請求項１又は請求項２に記載の鋳型造型装置において、
   前記加圧気体供給装置は、開時にブローヘッド内に加圧気体を供給する電磁弁を有すると共に、
   該加圧気体供給装置による加圧気体の供給量を加圧気体の圧力と前記電磁弁の開時間とから算出する加圧気体供給量算出手段が備えられ、
   前記噴霧量制御手段は、前記混練砂の温度と量とに加えて、前記加圧気体供給量算出手段で算出された加圧気体の供給量に基づき、前記溶剤噴霧装置から噴霧する溶剤の量を制御することを特徴とする鋳型造型装置。
4. 前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋳型造型装置において、
   前記ブローヘッド内に、前記溶剤噴霧装置から溶剤を噴霧する際に該ブローヘッド内の混練砂を撹拌する撹拌装置が備えられていることを特徴とする鋳型造型装置。

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