JP5829946B2 - 離型装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型に湿砂を充填して固化させた造型品を金型から円滑に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加熱、硬化する過程で、気泡の熱膨張及び水分の蒸発により内圧が上昇し、水分及びバインダーが表層（金型との境界）に滲み出すことになる。このため、滲み出した水分及びバインダーが金型のキャビティの内面に露出した押出ピンの先端部に接触することにより、造型品が押出ピンの先端部に貼り付き、離型の際、造型品が損傷する虞がある。
なお、発泡砂以外の水溶性のバインダー等を用いた湿砂の場合でも、固化する際、加熱により水分が蒸発する過程でバインダー及び水分が金型との境界に滲み出すので、同様の問題を生じる。

本発明は上記の点に鑑みて成されたものであり、押出ピンが造型品に貼り付くのを防止して、造型品を金型から円滑に離型できるようにす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、湿砂を金型のキャビティ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において、
前記金型のキャビティ内に突出して前記造型品を前記金型から押出す押出ピンを備え、前記押出ピンの前記キャビティ内に充填された湿砂に接触する先端部に、前記造型品との貼付を防止する貼り付き防止手段を設けたことを特徴とする。

（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（３）及び（５）の内容が請求項１乃至４にそれぞれ対応する。
（１）湿砂を金型のキャビティ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において、
前記金型のキャビティ内に突出して前記造型品を前記金型から押出す押出ピンを備え、前記押出ピンの前記キャビティ内に充填された湿砂に接触する先端部に、前記造型品との貼付を防止する貼り付き防止手段を設けたことを特徴とする離型装置。
造型品が押出ピンに貼り付くのを防止して、離型を円滑に行うことができる。
（２）（１）の構成において、前記貼り付き防止手段は、前記押出ピンの先端部からエアを吹出すエア吹出手段であることを特徴とする離型装置。
エアの吹出しにより、湿砂と押出ピンとの密着を抑制してこれらの貼り付きを防止する。また、エアがキャビティと湿砂との境界を通って流れ、金型のパーティングライン等の隙間から外部へ排出されることにより、境界に集まる湿砂の水分、バインダー等を除去することができ、造型品の貼り付きを抑制する。
（３）（２）の構成において、前記エア吹出手段のエアの吹出口は、前記湿砂の粒子が侵入しない大きさに形成されていることを特徴とする離型装置。
（４）（３）の構成において、前記吹出口は、スリット状であることを特徴とする離型装置。
（５）（１）乃至（４）のいずれかの構成において、前記湿砂は、発泡砂であることを特徴とする離型装置。
発泡砂は、加熱、固化の過程で、水分の蒸発、気泡の熱膨張によりキャビティの内圧が高まり、水分及びバインダーがキャビティの内面との境界に集まり易いので、（１）乃至（４）の構成が特に有効である。

本発明に係る離型装置によれば、押出ピンが造型品に貼り付くのを防止して、造型品を金型から円滑に離型することができる。

本発明の第１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に示す離型装置の要部である押出ピンの先端部を拡大して示す縦断面図である。 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。 本発明の第２実施形態に係る離型装置に用いられる押出ピンの先端部を拡大して示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１（Ａ）に示すように、第１実施形態に係る砂型造型装置１は、湿砂である発泡砂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、混練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（Ａ）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を混練し、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。

離型装置４は、砂中子Ｗを上型２Ａから離型するための上型離型部４Ａ（図１（Ｂ）参照）と砂中子Ｗを下型２Ｂから離型するための下型離型部４Ｂとを備えている。
上型離型部４Ａは、図１（Ｂ）に示すように、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に挿入される押出ピン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、上型２Ａの上方に配置され、図１（Ｂ）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１（Ａ）に示すように、下型離型部４Ｂは、下型２Ｂの下方に昇降動可能に設けられたプレート２０を備えている。プレート２０には、下型２Ｂに挿入される１つ又は複数（図示の例では４本）の中空の押出ピン２１が立設されている。押出ピン２１は、一端部が下型２Ｂに摺動可能に挿入され、その先端部が下型２Ｂを貫通してキャビティＣの内面から突出可能になっている。そして、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、プレート２０が下降したとき、押出ピン２１の先端部が下型２ＢのキャビティＣの内面とほぼ面一、あるいは、キャビティＣの内面から僅かに突出又は後退した位置にあり、図１（Ｃ）に示すように、プレート２０が上昇したとき、押出ピン２１の先端部が下型２ＢのキャビティＣの内面から突出するようになっている。プレート２０は、例えばエア又は油圧駆動のシリンダ装置等の駆動手段（図示せず）によって駆動することができる。

押出ピン２１の他端部は、プレート２０を貫通して、プレート２０の下側に設けられた共通のエア室２２に接続されている。エア室２２には、所定圧力の圧縮エアを供給するエア源２３が接続されている。エア源２３として、各種エアツール等に圧縮エアを供給するための工場設備であるエア配管をエア室２２に接続してもよい。

図２（Ａ）に示すように、下型２Ｂに挿入された押出ピン２１の先端部には、通気ノズル２４（貼り付き防止手段、エア吹出し手段）が取付けられている。通気ノズル２４は、中空の押出ピン２１の内部に形成されたエア通路２１ＡからキャビティＣ内にエアを吹出す複数のスリット状の吹出口２４Ａを有するスリットベントである。スリット状の吹出口２４Ａは、キャビティＣ内に充填された発泡砂Ｓの粒子が侵入しない程度の大きさとする。また、押出ピン２１の先端部すなわち通気ノズル２４と下型２Ｂとの摺動部の隙間もキャビティＣ内に充填された発泡砂Ｓの粒子が侵入しない程度の大きさとする。そして、エア源２３からエア室２２に所定圧力の圧縮エアを供給し、このエアを押出ピン２１の通路２１Ａを通して通気ノズル２４の吹出口２４ＡからキャビティＣ内に吹出す。通気ノズル２４は、発泡砂Ｓが貼り付きにくくするため、表面を平滑にし、発泡砂Ｓのバインダーが貼り付きにくい材質とし、又は、そのような材質のコーティングを施すとよい。

次に、砂型造型装置１により、砂中子Ｗを造型する工程について説明する。
図１（Ａ）に示すように、上型２Ａと下型２Ｂとを型締めしてキャビティＣを形成し、金型２に充填装置３をセットする。このとき、離型装置４では、プレート２０を下降させて押出ピン２１をキャビティＣから後退させておく。そして、加圧機構１３により、砂槽１２内の発泡砂Ｓを充填口５を通して、加熱された金型２のキャビティＣに充填する。

このとき、エア源２３からエア室２２に圧縮エアを供給して押出ピン２１の通路２１Ａを通して通気ノズル２４の吹出口２４ＡからキャビティＣ内にエアを吹出す。図２（Ａ）中に矢印で示すように、通気ノズル２４の吹出口２４Ａから吹出されたエアは、キャビティＣ内に充填された発泡砂Ｓと、押出ピン２１の先端部すなわち通気ノズル２４の先端部及びキャビティＣの内面との境界面を通り、パーティングラインＰ等の金型２の隙間から外部に流出する。これにより、これらの境界面に空気層が形成されて、発泡砂ＳとキャビティＣの内面及び押出ピン２１の先端部との密着を抑制する。

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。

また、キャビティＣの内圧の上昇により、発泡砂Ｓ中の水分と共にバインダー成分が外側（キャビティＣの内壁側）に移動し、造型された砂中子Ｗを押出ピン２１の先端に貼り付かせる原因となる。これに対して、離型装置４では、図２（Ａ）に示すように、押出ピン２１の通気ノズル２４の吹出口２４Ａから吹出されたエアの流れにより、通気ノズル２４の先端部及びキャビティＣの内面と発泡砂Ｓとの境界面に移動した水分及びバインダー成分を押し流して、これらの境界面から除去する。これにより、固化した砂中子Ｗと押出ピン２１（通気ノズル２４）との貼り付きを防止することができる。

そして、キャビティＣ内の発泡砂Ｓが固化した後、図１（Ｂ）に示すように、金型２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、押出板１４を上型２Ａ上に下降させて押出ピン１５を充填口５に挿入し、固化した砂中子Ｗを上型２Ａから押出して離型する。

次に、図１（Ｃ）及び図２（Ｂ）に示すように、プレート２０を上昇させて、押出ピン２１を下型２ＢのキャビティＣ内に突出させ、固化した砂中子Ｗを下型２Ｂから押出して離型する。このとき、発泡砂Ｓの充填及び固化中に押出ピン２１の通気ノズル２４の吹出口２４Ａから吹出したエアによって発泡砂ＳとキャビティＣの内面及び押出ピン２１（通気ノズル２４）の先端部との密着を抑制すると共に、これらの境界に集まる水分及びバインダー成分を除去することにより、固化した砂中子Ｗと押出ピン２１との貼り付きが防止されるので、離型を円滑に行うことができる。

次に本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、以下の説明において、要部である押出ピンの先端部のみを図示し、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図５に示すように、本実施形態では、エア室２２及びエア源２３を省略し、押出ピン２１の先端部に、通気ノズル２４の代りに貼り付き防止部材２５（貼り付き防止手段）が取付けられている。貼り付き防止部材２５は、発泡砂Ｓと接触する表面が平滑で、バインダーが貼り付きにくい合成樹脂等の材質で形成され、又は、そのような材質のコーティングが施されている。これにより、固化した砂中子Ｗと押出ピン２１との貼り付きを防止して、離型を円滑に行うことができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、一例として、発泡砂Ｓを用いて砂中子Ｗを造型する場合について説明しているが、本発明は、発泡砂以外の水溶性のバインダー等を用いた湿砂を用いて造型を行う場合においても同様に適用することができ、造型品と押出ピンとの貼り付きを防止して、離型を円滑に行うことができる。

２…金型、４…離型装置、２１…押出ピン、２４…通気ノズル（貼り付き防止手段）、Ｃ…キャビティ、Ｓ…発泡砂、Ｗ…砂中子（造型品）

Claims (4)

1. 湿砂を金型のキャビティ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において、
   前記金型のキャビティ内に突出して前記造型品を前記金型から押出す押出ピンを備え、前記押出ピンの前記キャビティ内に充填された湿砂に接触する先端部に、前記造型品との貼付を防止する貼り付き防止手段を設けたことを特徴とする離型装置。
2. 前記貼り付き防止手段は、前記押出ピンの先端部からエアを吹出すエア吹出手段であることを特徴とする請求項１に記載の離型装置。
3. 前記エア吹出手段のエアの吹出口は、前記湿砂の粒子が侵入しない大きさに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の離型装置。
4. 前記湿砂は、発泡砂であ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離型装置。

Images