JP5758312B2 - 鋳物製造装置及び鋳物製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空部を有する鋳物を製造する鋳物製造装置及び鋳物製造方法に関する。

中空部を有する鋳物を製造する際は、図１０（Ａ）に示すように、下型４ａ内及び上型４ｂ内にそれぞれ下中子６ａ、上中子６ｂを配置して下型４ａと上型４ｂとを接合する。そして、湯口から溶湯を流し込み、溶湯が冷えて固まったら鋳物を取出す。その後、下中子６ａ及び上中子６ｂを除去し、表面処理等の後処理をして製品とする。この方法で鋳物を製造すると、図１０（Ｂ）に示すように、溶湯を鋳型４内に流し込む際に、巾木部１２と上型４ｂの内壁との隙間分（中子６を確実に納めるために必要な隙間）だけ中子６が溶湯によって押し上げられて浮いてしまう場合があった。また、溶湯の流し込みにより中子６が上方へたわんでしまう場合があった。中子６が浮いたり、変形したりすると、鋳物の肉厚に差異が生じてしまうため、製造後、肉厚を調整する加工作業を行う必要がある。即ち鋳放しでは所定の肉厚の寸法を確保することができなかった。

そこで、図１１に示すように、上型４ｂの内壁と中子６との間にケレン７を介装して、中子６の浮きを防止する方法がある（例えば、特許文献１）。ケレン７には、鋳造時に溶湯の熱によって消失する素材（例えば、樹脂，低融点金属）で形成されるものと、鋳造しようとしている鋳物と同じ材質からなり、製造される鋳物に包含されるものとがある。

特開平６−０３１３９２号公報

しかしながら、中子と上型の内壁との間にケレンを配置する方法では、鋳造時に溶湯の熱によって消失する素材を用いた場合、ケレンと溶湯とは材質や組成が異なるので、製造された鋳物内に異物が混入した状態となり、成分不良や介在物欠陥が発生するおそれがあった。また、鋳造しようとしている鋳物と同じ材質を用いた場合、溶湯の注入時に湯流れ不良が発生したり、温度等の諸条件が整わないと、なじみ性が悪い状態でケレンが鋳物内に残ってしまい、ケレンが残置している部位に隙間が発生するおそれがあった。

このため、ケレンの適用を禁止する製品も少なくなく、この場合には、中子の浮きを考慮して、鋳物が余肉を有するように製造される。したがって、余肉分の材料代がかかるため、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。

そこで、本発明は係る従来技術の問題点に鑑み、中子の浮きを防止可能な鋳物製造装置及び鋳物製造方法を提供する。

上述した問題を解決する本発明に係る鋳物製造装置は、棒状の芯金を内包する中子を鋳枠で囲まれた鋳型の中に配置して中空部を有する鋳物を製造する鋳物製造装置であって、
前記鋳型は下型と上型とを備えるとともに、前記中子は割面が水平面をなし前記下型内に配置される下中子と前記上型内に配置される上中子とを備え、それぞれの中子の両端部には巾木部が延設形成され、一方の巾木部から他方の巾木部までを貫通するように前記芯金が配置され、それぞれの中子の両側方に位置する前記鋳枠及び前記鋳型を貫通するとともに、前記鋳枠及び前記鋳型の少なくとも何れか一方にて支持され、端部が前記芯金の端部に係合するネジ機構からなる係合手段を備え、前記係合手段は、前記芯金の軸心の延長線上で、且つ前記芯金の両側の位置にそれぞれ設けられており、両方の前記係合手段により前記芯金に圧縮力又は引張力を付与することにより前記下中子及び前記上中子を前記鋳型内の所定位置に固定することを特徴とする。

上記鋳物製造装置によれば、鋳型は下型と上型とを備えるとともに、中子は割面が水平面をなし下型内に配置される下中子と上型内に配置される上中子とを備え、それぞれの中子の両端部には巾木部が延設形成され、一方の巾木部から他方の巾木部までを貫通するように芯金が配置され、それぞれの中子の両側方に位置する鋳枠及び鋳型を貫通して芯金の端部に係合するネジ機構からなる係合手段を備えているため、当該係合手段で芯金の端部を係合することにより中子を所定位置に固定することができる。これにより、鋳型内に溶湯を鋳込んだ際に、中子が浮くことを防止できるため、予め設計等により決定された所定の肉厚の鋳物を製造することができる。したがって、余肉分の材料代を削除することができるため、製造コストを低減することができる。

また、前記係合手段は、前記芯金の軸心の延長線上で、且つ前記芯金の両側の位置にそれぞれ設けられており、両方の前記係合手段により前記芯金に圧縮力又は引張力を付与することを特徴とする。

このように、係合手段が芯金の両側にそれぞれ設けられており、両係合手段で芯金に圧縮力又は引張力を付与するため、鋳型内に溶湯を鋳込んだ際に、中子がたわむことを防止できる。これにより、所定の肉厚の鋳物をより正確に製造することができる。

また、前記係合手段は、前記芯金の端部に設けられた雌ネジ部と、前記雌ネジ部に螺合可能な雄ネジ部を有し、前記鋳枠及び前記鋳型を貫通する棒状の支持体と、を備えてもよい。

このように、係合手段は、芯金の端部に設けられた雌ネジ部と、当該雌ネジ部に螺合可能な雄ネジ部を有する棒状の支持体と、を備えているため、雄ネジ部を雌ネジ部に螺合させて支持体を鋳枠及び鋳型内に配置することで、中子を所定位置に固定することができる。また、雄ネジ部と雌ネジ部との螺合は容易なので、短時間で芯金と係合手段とを係合することができる。

また、前記係合手段は、前記芯金の端部に設けられた雄ネジ部と、前記雄ネジ部に螺合可能な雌ネジ部を有し、前記鋳枠及び前記鋳型を貫通する棒状の支持体と、を備えてもよい。

このように、係合手段は、芯金の端部に設けられた雄ネジ部と、当該雄ネジ部に螺合可能な雌ネジ部を有する棒状の支持体と、を備えているため、雌ネジ部を雄ネジ部に螺合させて支持体を鋳枠及び鋳型内に配置することで、中子を所定位置に固定することができる。また、雄ネジ部と雌ネジ部との螺合は容易なので、短時間で芯金と係合手段とを係合することができる。

また、本発明に係る鋳物製造方法は、棒状の芯金を内包する中子を鋳枠で囲まれた鋳型の中に配置して、前記中子と前記鋳型との間に溶湯を鋳込んで中空部を有する鋳物を製造する鋳物製造方法であって、
前記中子を前記鋳型内に配置する中子配置工程と、
前記芯金の軸心の延長線上で、且つ前記芯金の両側にそれぞれ係合可能なネジ機構からなる係合手段を、前記中子の両側方に位置する前記鋳枠及び前記鋳型に貫通させて、前記係合手段の端部を前記芯金の両端部に係合し、両方の前記係合手段により前記芯金に圧縮力又は引張力を付与して前記中子を前記鋳型内の所定の位置に固定する固定工程と、
前記中子と前記鋳型との間に溶湯を鋳込む注湯工程と、を備え、
前記中子配置工程及び前記固定工程によって、前記鋳型の下型内に下中子を配置して固定し、その後、同様に前記鋳型の上型内に上中子を配置して固定し、その後、下中子を内包する下型の上に上中子を内包する上型を載置し、下型の割面と上型の割面とを密着させて接合した後に前記注湯工程によって溶湯を鋳込むことを特徴とする。

上記鋳物製造方法によれば、鋳枠及び鋳型を貫通して芯金の端部に係合するネジ機構からなる係合手段で芯金の端部を係合することにより中子を所定位置に固定することができる。これにより、中子配置工程及び固定工程によって、鋳型の下型内に下中子を配置して固定し、その後、同様に鋳型の上型内に上中子を配置して固定し、その後、下中子を内包する下型の上に上中子を内包する上型を載置し、下型の割面と上型の割面とを密着させて接合した後に注湯工程によって鋳型内に溶湯を鋳込んだ際に、中子が浮くことを防止できるため、予め設計等により決定された所定の肉厚の鋳物を正確に製造することができる。したがって、余肉分の材料代を削除することができるため、製造コストを低減することができる。

また、前記芯金の軸心の延長線上で、且つ前記芯金の両側に前記係合手段をそれぞれ設けて、両方の前記係合手段により前記芯金に圧縮力又は引張力を付与することを特徴としている。

このように、係合手段が芯金の両側にそれぞれ設けられており、両係合手段で芯金に圧縮力又は引張力を付与するため、鋳型内に溶湯を鋳込んだ際に、中子がたわむことを防止できる。これにより、所定の肉厚の鋳物をより正確に製造することができる。

本発明によれば、中子の浮きを防止可能な鋳物製造装置及び鋳物製造方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る鋳物製造装置の断面図である。 下中子の断面図である。 下中子の巾木部の一部を削除した状態を示す断面図である。 （Ａ）は鋳型及び鋳枠の平面図である。（Ｂ）は鋳型及び鋳枠の正面図である。（Ｃ）は鋳型及び鋳枠の側面図である。 鋳型の溝付近を示す拡大斜視図である。 下型内に下中子を配置した状態を示す図である。 下型の溝に砂を埋め戻している状態を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る下中子の断面図である。 支持体の断面図である。 （Ａ）は従来の鋳物製造方法を示す断面図である。（Ｂ）は従来の鋳物製造方法を示す断面図である。 中子と鋳型の内壁との間にケレンを設置した状態を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、以下の実施形態では、中空の円筒管を製造する場合について説明するが、円筒管に限定されるものではなく、本発明は中子を使用して製造する鋳物に対して適用可能である。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る鋳物製造装置の断面図である。
図１に示すように、鋳物製造装置１は、鋳枠２と、鋳枠２内に設置される鋳型４と、鋳型４内に配置される中子６と、鋳枠２及び鋳型４を貫通するように配置され、中子６内の芯金１０ａに係合可能な係合手段８と、を備えている。

中子６は、割面６ｃが水平面をなす下中子６ａと上中子６ｂとから成り、下中子６ａ及び上中子６ｂの外形は、それぞれ円筒管の内形に対応するように形成されている。
また、下中子６ａ及び上中子６ｂは、複数の棒状の芯金１０に砂を被覆して略半円柱状に形成されている。下中子６ａ及び上中子６ｂの両端部には、それぞれ巾木部１２が延設形成されている。一方の巾木部１２から他方の巾木部１２までを貫通するように配置されている芯金１０ａの両端には砂が被覆されておらず、芯金１０ａの両端部が露出した状態となっている。当該芯金１０ａには複数の芯金１０ｂが格子状に溶接等により接続され、下中子６ａ内及び上中子６ｂ内に埋設されている。

係合手段８は、芯金１０ａの両端部にそれぞれ溶接等により取り付けられたナット１６と、鋳枠２及び鋳型４を貫通してナット１６に螺合するボルト１４と、を備えている。
ボルト１４のネジ部１４ａをナット１６に螺合することにより、下中子６ａ及び上中子６ｂの上下左右方向への移動を制限し、下中子６ａ及び上中子６ｂを所定の位置で固定することができる。これにより、中子６を鋳型４内のキャビティの中心位置で固定することができる。したがって、キャビティ内に溶湯が鋳込まれる際の中子６の浮きを防止できる。さらに、ボルト１４を締め付けることにより、芯金１０に張力を付与することができる。これにより、溶湯の鋳込みにより中子６が上方へたわむことを防止できる。

次に、中子６の製作方法について説明する。中子６を構成する下中子６ａ及び上中子６ｂの製作方法は同一なので、以下の説明では、下中子６ａの製作方法についてのみ説明する。

図２は、下中子６ａの断面図である。図２に示すように、格子状に形成された複数の芯金１０（＝１０ａ、１０ｂ）を覆うように砂を固めて略半円柱状の下中子６ａを形成する。複数の芯金１０（＝１０ａ、１０ｂ）を砂で覆う前に、一方の巾木部１２から他方の巾木部１２までを貫通する芯金１０ａの両端には、それぞれナット１６を溶接等にて取り付けておく。芯金１０ａの両端に取り付けたナット１６には、共に右ネジが形成されている。本実施形態では、右ネジが形成されたナット１６を芯金１０の両端に取り付けたが、これに限定されるものではなく、例えば、芯金１０ａが下中子６ａ内に回転可能に設けられている場合には、芯金１０ａの一方側端部に右ネジのナット１６を、他方側端部に左ネジのナット１６を取り付ける。これにより、一方側からボルト１４を締め付けようと時計回りに回転させた際に、他方側のナット１６に螺合しているボルトを緩めてしまうことを防止できる。

その後、砂が固まったら、図３に示すように、両巾木部１２の側面部分の砂を除去してナット１６を露出させる。

上述した方法により製作された下中子６ａ及び上中子６ｂが配置される鋳型４は、図１に示すように、型割面４ｃが水平面をなす下型４ａと上型４ｂとから成り、下型４ａには製造する円筒管の外形に対応したキャビティの下側半分が、上型４ｂにはキャビティの上側半分が形成されている。また、下型４ａ及び上型４ｂには、中子の巾木部１２を支持するためのキャビティも形成されている。

次に、鋳型４の製作方法について説明する。鋳型４を構成する上型４ｂ及び下型４ａの製作方法はほぼ同一なので、以下の説明では、下型４ａの製作方法についてのみ説明する。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、それぞれ鋳型４及び鋳枠２の平面図、正面図、側面図である。また、図５は、鋳型４の溝２０付近を示す拡大斜視図である。
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）及び図５に示すように、鋳枠２内に砂を固めて、鋳造する円筒管の外形に対応したキャビティを形成するとともに、下中子４ａの巾木部１２を載置するためのキャビティも形成する。また、巾木部１２が載置される箇所と鋳枠２との間の下型４ａに、ボルト１４のネジ部１４ａを挿通させるための溝２０を形成する。この溝２０は、芯金１０ａの軸心の延長線上に形成される。なお、溝２０は、ボルト１４をナット１６に螺合させた後、砂により埋め戻される。したがって、溶湯をキャビティ内に鋳込む際には、溝２０は埋め戻された状態である。

鋳枠２には、ボルト１４のネジ部１４ａを挿通させるための孔２２を形成する。この孔２２は、芯金１０ａの軸心の延長線上に形成される。芯金１０ａが所定位置よりも多少ずれた位置に配置された場合でも、ボルト１４と螺合可能となるように、孔２２の径は、ボルト１４のネジ部１４ａの径よりもかなり大きく形成されている。ただし、孔２２の径は、ボルト１４の頭部１４ｂが鋳枠２に当接可能となるように頭部１４ａの外寸よりも小さく形成されている。
なお、本実施形態では、孔２２をネジ部１４ａの径よりもかなり大きく形成した場合につい説明したが、これに限定されるものではなく、ネジ部１４ａの径よりもわずかに大きく形成してもよい。

図６は、下型４ａ内に下中子６ａを配置した状態を示す図である。
図６に示すように、上述した方法にて作成された下型４ａ内に下中子６ａを配置した後、鋳枠２の両外側からそれぞれボルト１４のネジ部１４ａを鋳枠２の孔２２及び鋳型４の溝２０内に挿通させて、各ネジ部１４ａを各ナット１６に螺合させる。そして、両ボルト１４を締め付けながら、芯金１０に引張力を付与するとともに、下中子６ａの位置を固定する。

図７は、下型４ａの溝２０に砂を埋め戻している状態を示す図である。
図７に示すように、両ボルト１４を各ナット１６に螺合させて下中子６ａの位置を固定したら、下型４ａの各溝２０内に砂を込めて両溝２０を埋める。

そして、下中子６ａ及び下型４ａと同様に、上中子６ｂ及び上型４ｂを製作する。その後、上中子６ｂを上型４ｂ内に内包し、下中子６ａを内包する下型４ａ上に上型４ｂを載置する。
下型４ａの割面４ｃと上型４ｂの割面４ｃとを密着させて接合した後、上型４ｂの湯口から溶湯を流し込み、円筒管を製造する。かかる場合に、下中子６ａ及び上中子６ｂは共に所定位置に固定されているため、溶湯を鋳込んでも下中子６ａ及び上中子６ｂが浮き上がることはない。

上述したように、本実施形態に係る鋳物製造装置１によれば、鋳枠２及び鋳型４を貫通して芯金１０ａのナット１６に螺合するボルト１４を備えているため、中子６を所定位置に固定することができる。これにより、鋳型４内に溶湯を鋳込んだ際に、中子６が浮くことを防止できるため、予め設計等により決定された所定の肉厚の鋳物を製造することができる。したがって、余肉分の材料代を削除することができるため、製造コストを低減することができる。
また、ボルト１４が芯金１０ａの両側にそれぞれ設けられており、両ボルト１４で芯金１０ａに引張力を付与するため、鋳型４内に溶湯を鋳込んだ際に、中子６が上方へたわむことを防止できる。これにより、所定の肉厚の鋳物をより正確に製造することができる。
さらに、ボルト１４とナット１６との螺合は容易なので、短時間で中子６を所定位置に固定することができる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態の係合手段は、第一実施形態の芯金１０ａの両端部のナット１６を雄ネジにしたものである。

図８は、本発明の第二実施形態に係る下中子６ａの断面図である。図９は、支持体の断面図である。
図８及び図９に示すように、本発明の第二実施形態に係る係合手段２８は、芯金１０ａの両端部に延設された雄ネジ部３０と、当該雄ネジ部３０に螺合可能な雌ネジ部３２を有する棒状の支持体３６と、を備えている。
支持体３６の一方側端部、他方側端部には、それぞれ雌ネジ部３２、頭部３４が形成されている。支持体３６の雌ネジ部３２を鋳枠２の孔２２及び下型４ａの溝２０内に挿通させて、芯金１０ａの雄ネジ部３０に螺合することにより、下中子６ａの上下左右方向への移動を制限し、下中子６ａを所定位置で固定することができる。これにより、キャビティ内に溶湯が鋳込まれる際の下中子６ａの浮きを防止できる。また、支持体３６を締め付けることにより、芯金１０ａに引張力を付与することができる。これにより、溶湯により下中子６ａが上方へたわむことを防止できる。
なお、本実施形態では、係合手段２８で下中子６ａを支持する場合について説明したが、上中子６ｂへの適用も可能である。

上述したように、本実施形態に係る本実施形態に係る鋳物製造装置１によれば、支持体３６の雌ネジ部３２を芯金１０ａの雄ネジ部３０に螺合することは容易なので、短時間で下中子６ａを所定位置に固定することができる。なお、本実施形態でも第一実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した各実施形態においては、ネジ機構を利用して芯金１０ａを所定位置に固定する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、芯金１０ａに係合して当該芯金１０ａを固定できるものであればよい。
また、上述した各実施形態においては、芯金１０ａに引張力を付与する場合について説明したが、これに限定されるものでは無く、圧縮力を付与してもよい。

１ 鋳物製造装置
２ 鋳枠
４ 鋳型
４ａ 下型
４ｂ 上型
４ｃ 割面
６ 中子
６ａ 下中子
６ｂ 上中子
６ｃ 割面
７ ケレン
８ 係合手段
１０ 芯金（＝１０ａ、１０ｂ）
１２ 巾木部
１４ ボルト
１４ａ ネジ部
１４ｂ 頭部
１６ ナット
２０ 溝
２２ 孔
２８ 係合手段
３０ 雄ネジ部
３２ 雌ネジ部
３４ 頭部
３６ 支持体

Claims (4)

1. 棒状の芯金を内包する中子を鋳枠で囲まれた鋳型の中に配置して中空部を有する鋳物を製造する鋳物製造装置であって、
   前記鋳型は下型と上型とを備えるとともに、前記中子は割面が水平面をなし前記下型内に配置される下中子と前記上型内に配置される上中子とを備え、それぞれの中子の両端部には巾木部が延設形成され、一方の巾木部から他方の巾木部までを貫通するように前記芯金が配置され、
   それぞれの中子の両側方に位置する前記鋳枠及び前記鋳型を貫通するとともに、前記鋳枠及び前記鋳型の少なくとも何れか一方にて支持され、端部が前記芯金の端部に係合するネジ機構からなる係合手段を備え、
   前記係合手段は、前記芯金の軸心の延長線上で、且つ前記芯金の両側の位置にそれぞれ設けられており、両方の前記係合手段により前記芯金に圧縮力又は引張力を付与することにより前記下中子及び前記上中子を前記鋳型内の所定位置に固定することを特徴とする鋳物製造装置。
2. 前記係合手段は、
   前記芯金の端部に設けられた雌ネジ部と、
   前記雌ネジ部に螺合可能な雄ネジ部を有し、前記鋳枠及び前記鋳型を貫通する棒状の支持体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の鋳物製造装置。
3. 前記係合手段は、
   前記芯金の端部に設けられた雄ネジ部と、
   前記雄ネジ部に螺合可能な雌ネジ部を有し、前記鋳枠及び前記鋳型を貫通する棒状の支持体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の鋳物製造装置。
4. 棒状の芯金を内包する中子を鋳枠で囲まれた鋳型の中に配置して、前記中子と前記鋳型との間に溶湯を鋳込んで中空部を有する鋳物を製造する鋳物製造方法であって、
   前記中子を前記鋳型内に配置する中子配置工程と、
   前記芯金の軸心の延長線上で、且つ前記芯金の両側にそれぞれ係合可能なネジ機構からなる係合手段を、前記中子の両側方に位置する前記鋳枠及び前記鋳型に貫通させて、前記係合手段の端部を前記芯金の両端部に係合し、両方の前記係合手段により前記芯金に圧縮力又は引張力を付与して前記中子を前記鋳型内の所定の位置に固定する固定工程と、
   前記中子と前記鋳型との間に溶湯を鋳込む注湯工程と、を備え、
   前記中子配置工程及び前記固定工程によって、前記鋳型の下型内に下中子を配置して固定し、その後、同様に前記鋳型の上型内に上中子を配置して固定し、その後、下中子を内包する下型の上に上中子を内包する上型を載置し、下型の割面と上型の割面とを密着させて接合した後に前記注湯工程によって溶湯を鋳込むことを特徴とする鋳物製造方法。
   

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