JP5755574B2

JP5755574B2 - 離型装置

Info

Publication number: JP5755574B2
Application number: JP2012013133A
Authority: JP
Inventors: 正臣光武; 智和須田; 浩庸渡辺; 加藤　裕介; 裕介加藤; 敏彦善甫
Original assignee: Sintokogio Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sintokogio Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: JP2013151007A

Description

本発明は、発泡砂を金型に充填して固化させた造型品を金型から離型するための離型装置に関するものである。

エンジンのシリンダブロックやシリンヘッド等を鋳造する際、ウォータジャケットや吸排気ポート等の中空部を形成するために崩壊性の砂中子が用いられる。砂中子は、例えば特許文献１に記載されているように、熱可塑性樹脂で被覆したシェル砂を砂吹込み装置のノズルから圧縮空気によって金型に吹込み、キャビティ内に充填し、加熱して固めることによって所定の形状に形成される。そして、金型のキャビティ内で固化した造型品は、型開きし、上方のシェル砂の吹込み口に押出ピンを挿入して押出すことにより、離型される。

実開平５−８８７４１号公報

これに対して、水ガラスを含むバインダーを骨材と共に撹拌して発泡させた発泡砂を用いて中子等の造型を行う技術がある。このように、発泡砂を金型のキャビティに充填して造型を行う場合、発泡砂の加熱、硬化の過程で水分の蒸発及び気泡の熱膨張により、キャビティの内圧が高まるため、造型品は、表層部に水ガラス及び骨材が集積して緻密で強度の高い硬化層が形成される一方、内部に密度が低く脆い脆弱部が形成される。これにより、発泡砂により造型された中子は、鋳造時には、中子として充分な強度を確保しつつ、鋳造後は、崩壊性に優れ、鋳造品から容易に取除くことができる。

しかしながら、上記従来の押出ピンを用いて金型から造型品を押出すようにした離型装置を発泡砂による造型に適用した場合、次のような問題を生じる。
上述のように、発泡砂は、金型のキャビティ内で硬化する際、表層に硬化層が形成され、内部に脆い脆弱部が形成されるため、押出ピンを金型の発泡砂の充填口に挿入して造型品を押し出そうとすると、押出ピンが脆弱部に貫入してしまい、造型品をうまく押し出すことができず、離型不良が発生する。

そこで、造型品の内部の強度を高めるため、発泡砂の充填時間を長くし、充填圧力を高くし、あるいは、金型の加熱温度を低くすることが考えられる。しかしながら、充填時間を長くすると、造型に時間がかかり効率が悪い。充填圧力を高くすると、金型のパーティングラインにバリが生じ易くなり、更に、造型品が金型にはり付き易くなるため、離型不良の原因となる。また、金型の加熱温度を低くすると、発泡砂の硬化時間が長くなり、効率が悪く、更に、造型品に水分が残留しやすくなり、鋳造時に水素ガスの発生によるピンポール欠陥が生じ易くなる。もとより、造型品の内部の強度を高めると、鋳造後の崩壊性が損なわれることにもなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発泡砂による造型品を円滑に金型から離型することができる離型装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、水ガラスを含むバインダーを骨材と共に撹拌して発泡させた発泡砂を金型のキャビティ内に充填して固化させた造型品を前記金型から離型させるための離型装置であって、
前記金型を型開きしたとき、前記金型に挿入して前記造型品を前記金型から押出す押出ピンを備え、該押出ピンは、基端側の押出部に対して先端側の貫入部が細い段付形状であり、離型時に前記貫入部が前記造型品に貫入して、前記貫入部の周囲の発泡砂を押し固めて強度を高めた押圧部を形成し、前記押出部と前記貫入部との間の段部により、前記押圧部を押圧して前記造型品を押出すことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（５）の内容が請求項１乃至５に対応する。
（１）水ガラスを含むバインダーを骨材と共に撹拌して発泡させた発泡砂を金型のキャビティ内に充填して固化させた造型品を前記金型から離型させるための離型装置であって、
前記金型を型開きしたとき、前記金型に挿入して前記造型品を前記金型から押出す押出ピンを備え、該押出ピンは、基端側の押出部に対して先端側の貫入部が細い段付形状であり、離型時に前記貫入部が前記造型品に貫入して、前記貫入部の周囲の発泡砂を押し固めて強度を高めた押圧部を形成し、前記押出部と前記貫入部との間の段部により、前記押圧部を押圧して前記造型品を押出すことを特徴とする離型装置。
このように構成することにより、押出ピンの貫入部が造型品に貫入することにより、貫入部の周囲の発泡砂が押し固められ、この押し固められた部分を押出ピンの段部で押圧することができ、押出ピンによって造型品を押し出して離型することができる。
押出ピンの押出部及び貫入部は、円形断面に限らず、押出部に対して貫入部の断面積が小さく、貫入部が造型品に貫入し、押出部と貫入部との間の段部により造型品を押し出すことができればよい。
（２）（１）の構成において、前記押出ピンは、前記発泡砂を前記金型のキャビティ内に充填するための充填口に挿入されることを特徴とする離型装置。
このように構成することにより、充填口内で形成された充填棒を押出ピンによって押圧して造型品を押し出すことができる。充填棒は、造型品の使用時には取除かれるので、押出ピンで押圧したとき、充填棒が多少損傷しても、造型品に影響することがない。
（３）（１）又は（２）の構成において、前記貫入部及び前記押出部は、円柱状であることを特徴とする離型装置。
（４）（３）の構成において、前記貫入部の先端部は、テーパ状に形成されていることを特徴とする離型装置。
（５）（１）又は（２）の構成において、前記貫入部は、テーパ状に形成されていることを特徴とする離型装置。
（４）及び（５）の構成により、貫入部を造型品に貫入しやすくなり、貫入時に造型品を崩壊し難くすることができる。ここで、テーパ状とは、その先端部が平坦な場合及び尖っている場合を含むものとする。

本発明に係る離型装置によれば、発泡砂による造型品を円滑に金型から離型することができる。

本発明の一実施形態に係る離型装置を用いた発泡砂による造型工程を示す概略図である。図1に示す離型装置による離型工程を示す概略図である。金型のキャビティ内で発泡砂が硬化する過程を示す説明図である。発泡砂の組成を示すイメージ図である。図１に示す離型装置に用いられる押出ピンの変形例の側面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る砂型造型装置１は、発泡砂Ｓを固めて砂中子Ｗを造型するものであって、砂中子Ｗを造型するためのキャビティＣを有する金型２と、金型２のキャビティＣに発泡砂Ｓを充填するための充填装置３と、キャビティＣ内で造型された砂中子Ｗを離型するための離型装置４とを備えている。

本実施形態において使用する発泡砂Ｓは、骨材である砂を水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、水及び界面活性剤を含む水溶性無機バインダーと混合し、混錬して発泡状態としたものである。発泡砂Ｓを構成する粒子の状態のイメージを図４に示す。図４（Ａ）は、砂の粒子７の表面に泡８が吸着した状態を示し、図４（Ｂ）は、泡８の一部を拡大して示している。図４（Ｂ）に示すように、発泡砂Ｓは、水ガラス水溶液（水を符号１０、水ガラスを符号１１で示す）の表面を界面活性剤９で覆って泡８を形成し、この泡８が界面活性剤９を介して砂の粒子７の表面に吸着して発泡状態となっており、適度な粘性を有している。ここで、砂に対して、水ガラスのモル比１．０〜３．０、重量比０．４〜３．０％、水の重量比１．５〜５．０％、界面活性剤の重量比０．００３〜２．０％程度とすることにより、適度な粘性を有する発泡砂Ｓを得ることができる。

図１を参照して、金型２は、水平方向のパーティングラインＰを有する上型２Ａと下型２Ｂとを備え、上型２Ａと下型２Ｂとを型締めしてキャビティＣを形成する。金型２には、キャビティＣと充填装置３の砂槽１２とを連通する充填口５が設けられている。充填口５は、造型された砂中子Ｗの離型性を考慮して抜き勾配が設けられて、下型２Ｂ側に向って拡開するテーパ状に形成されている。

充填装置３は、発泡砂Ｓを混錬し、貯留する砂槽１２と、砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧する加圧機構１３を備えている。そして、型締めされた金型２上に砂槽１２をセットし、加圧機構１３によって砂槽１２内の発泡砂Ｓを加圧することにより、充填口５を介して金型２のキャビティＣ内に発泡砂Ｓを充填する。金型２は、１５０℃〜３００℃程度に加熱されており、キャビティＣに充填された発泡砂Ｓの水分を蒸発させて発泡砂Ｓを固化させる。その後、金型２を開いて造型された砂中子Ｗを取出す。このとき、充填口５内の発泡砂Ｓが砂中子Ｗと一体に固化されてテーパ状の充填棒１６が形成される。充填棒１６は、砂中子Ｗを使用する際には取除かれる。

図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、離型装置４は、充填装置３により金型２のキャビティＣに発泡砂Ｓを充填し、固化させた後、金型２にセットされる平板状の押出板１４を備えている。押出板１４には、金型２の充填口５の開口部に対向させて押出ピン１５が立設されている。押出板１４は、金型２の開閉に連動して昇降動可能となっており、図１（Ｂ）に示すように、金型２が閉じた状態のとき、上型２Ａの上方に配置され、図１（Ｃ）に示すように、型開き時には上型２Ａ上に下降して押出ピン１５を充填口５に挿入する。

図２（Ａ）に示すように、押出ピン１５は、基端側の大径の押出部１５Ａと先端側の小径の貫入部１５Ｂとを有する段付の円柱状の部材であり、大径の押出部１５Ａは、テーパ状に形成された充填口５の小径側の開口部に所定の隙間をもって挿入可能な外径を有している。押出ピン１５の押出部１５Ａの外径は、金型２及び押出ピン１５の熱膨張及び収縮を考慮して、充填口５に干渉しないように決定され、本実施形態では、一例として、充填口５の直径８ｍｍ程度に対して、押出部１５Ａの直径６ｍｍ程度としている。

押出ピン１５の貫入部１５Ｂは、押出部１５Ａよりも充分小径で、図２（Ｂ）に示すように、押圧板１４が下降して充填口５内に挿入されたとき、充填口５内で固化した充填棒１６に貫入し、このとき、その周囲の発泡砂Ｓを充填口５の側壁に押付けて、押し固めて押圧部１８Ａを形成するようになっている。

ここで、金型２のキャビティＣに充填された発泡砂Ｓが固化する過程について、図３を参照して説明する。
金型２のキャビティＣ内に充填された発泡砂Ｓは、金型２の加熱により、水分が蒸発して固化する。このとき、図３（Ａ）に示すように、加熱により、発泡砂Ｓ中の気泡８及び水蒸気が膨張してキャビティＣの内圧が上昇する。そして、図３（Ｂ）に示すように、気泡８及び水蒸気が金型２のキャビティＣの内壁に沿ってパーティングラインＰ等によって形成される排気流路を通って外部へ排出される際、発泡砂Ｓを組成する水ガラス（バインダー）及び骨材がキャビティＣの内壁側に押しやられて、キャビティＣの内壁付近の水ガラス及び骨材の密度が高まる。その結果、図３（Ｃ）に示すように、キャビティＣ内で固化した砂中子Ｗは、キャビティＣの内壁に接した表層部に水ガラス及び骨材の密度が高く、緻密な硬化層１７が形成され、内部の密度が低下し、中心部には、崩壊し易い脆弱部１８が形成される。

これにより、図２（Ａ）に示すように、金型２の充填口５内に形成される充填棒１６においては、充填口５の内壁に接した表層部には、水ガラス及び骨材の密度が高く、緻密な硬化層１７が形成され、内部の密度が低下し、中心部には、崩壊し易い脆弱部１８が形成されることになる。

次に、金型２のキャビティＣ内で固化した砂中子Ｗを離型する工程について、図２を参照して説明する。
図２（Ａ）に示すように、金型２の上型２Ａの上方に押出板１４を配置し、上型２Ａと下型２Ｂとを型開きして、押出板１４を上型２Ａ上に下降させる。これにより、図２（Ｂ）に示すように、先ず、押出ピン１５の先端の貫入部１５Ｂが上型２Ａの充填口５内で固化された充填棒１６の中心部の脆弱部１８に貫入し、貫入部１５Ｂと押出部１５Ａとの間の段部１５Ｃが充填棒１６の先端部（上端部）に当接する。

このとき、貫入部１５Ｂが貫入した脆弱部１８は、貫入部１５Ｂによって充填口５のテーパ状の側壁側に押しやられて、硬化層１７の内周側で押し固められ、密度が高められた押圧部１８Ａを形成する。更に、押出板１４を下降させると、図２（Ｃ）に示すように、貫入部１５Ｂと押出部１５Ａとの間の段部１５Ｃにより充填棒１６が下方に押し出されて、充填棒１６と共に砂中子Ｗが上型２Ａから離型する。このとき、段部１５Ｃが当接する充填棒１６の先端部は、貫入部１５Ｂの貫入により押し固められて強度が高められた押圧部１８Ａとなっているので、押出部１５Ａが貫入したり、崩壊したりすることがなく、造型された砂中子Ｗを上型２Ａから円滑に離型させることができる。

この場合、押出ピン１５の段部１５Ｃが当接する充填棒１６の内部の脆弱部１８は、貫入部１５Ｂの貫入により押し固められて、強度が充分に高められた押圧部１８Ａを形成しているので、段部１５Ｃの外周縁部を充填棒１６の外周部の硬化層１７に当接させる必要がない。これにより、押出ピン１５の押出部１５Ａと充填口５との隙間を大きくとることができ、熱膨張、収縮を考慮したこれらの寸法公差を大きくすることができる。なお、段部１５Ｃの外周縁部が充填棒１６の外周部の硬化層１７に当接するようにしてもよい。

上記実施形態において、押出ピン１５の貫入部１５Ｂは、図２に示す円柱状に限らず、例えば、図５（Ａ）に示すように、先端部を尖らせて円錐部１５Ｄを形成し、また、図５（Ｂ）に示すように、全体を円錐状に形成してもよい。これにより、貫入部１５Ｂが充填口５内の充填棒１６に貫入し易くなり、貫入時の充填棒１６の崩壊を抑制することができる。なお、円錐部１５Ｄ及び円錐状の貫入部１５Ｂは、その先端部を平坦にしてテーパ状としてもよい。更に、貫入部１５Ｂは、図２及び図５に示す形状のほか、充填口５内の充填棒１６に貫入して、周囲の脆弱部１８を充填口５の側壁との間で適度に押し固めて押圧部１８Ａを形成できるものであれば、他の形状及び大きさとしてもよい。

また、金型２の充填口５は、上記実施形態では１つのみ図示されているが、キャビティＣの大きさ及び形状に応じて複数設けることができ、これに応じて押出ピン１５を複数設けて、複数の充填口５の一部又は全てに押出ピン１５を挿入するようにしてもよい。

２…金型、４…離型装置、１５…押出ピン、１５Ａ…押出部、１５Ｂ…貫入部、１５Ｃ…段部、１６…充填棒（造型品）、Ｃ…キャビティ、Ｓ…発泡砂

Claims

水ガラスを含むバインダーを骨材と共に撹拌して発泡させた発泡砂を金型のキャビティ内に充填して固化させた造型品を前記金型から離型させるための離型装置であって、
前記金型を型開きしたとき、前記金型に挿入して前記造型品を前記金型から押出す押出ピンを備え、該押出ピンは、基端側の押出部に対して先端側の貫入部が細い段付形状であり、離型時に前記貫入部が前記造型品に貫入して、前記貫入部の周囲の発泡砂を押し固めて強度を高めた押圧部を形成し、前記押出部と前記貫入部との間の段部により、前記押圧部を押圧して前記造型品を押出すことを特徴とする離型装置。
前記押出ピンは、前記発泡砂を前記金型のキャビティ内に充填するための充填口に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の離型装置。
前記貫入部及び前記押出部は、円柱状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の離型装置。
前記貫入部の先端部は、テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の離型装置。
前記貫入部は、テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の離型装置。