JPH0113939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、精密鋳造、特に既成形部材と組合せ
て鋳型中に置き鋳造後に既成形部材を一体に組込
んだ鋳物に適当な空所を形成する精密鋳造、に適
した水溶性ないしは水崩壊性中子、特に、誘導電
動機用キヤストロータの通風ダクト形成用水溶性
中子に関する。 一般に、誘導電動機用キヤストロータは、第５
図の断面図に示すように、ロータシヤフト６の外
周に、導体孔を有する円盤状の鉄心板４が通風間
隙（ダクトスペース）１１を介して積層されてな
る鉄心積層ブロツク５が固着形成されており、積
層ブロツク５の導体孔には軸方向に貫通する導体
１２が充填され、さらに、積層ブロツク５の上下
端には短絡環１９が設けられている。また、必要
に応じて、冷却羽根１８が設けられている。冷却
用の通風は、図中の矢印の様にロータシヤフト６
の側部から流入し各通風間隙１１を通つて流出す
る。第６図は別の態様に係るキヤストロータの例
であり、この例の場合は、鉄心板４に通風用の流
通孔４ａが形成されており、冷却用通風は図中の
矢印の様に流通する。 複雑な形状の鋳物に適当な空間部を形成するた
めに中子を用いた一体鋳造成形が好ましい場合が
多い。その一つの典型例として、本発明者らは、
既に水溶性中子を用いる誘導電動機用の通風ダク
ト付きキヤストロータの製造法を提案している
（特開昭55−70443号公報）。 すなわち、珪素鋼板等の鉄心板を積層して締付
けた後、鉄心板の打抜き穴によつて形成されたス
ロツト（導体孔）内にアルミニウムなどの導体金
属の溶湯を注入して導体を成形するとともに、短
絡環および冷却羽根をも一体成形してかご形誘導
電動機用回転子（キヤストロータ）を製造する方
法は広く知られている。鋳造には一般にダイキヤ
スト法や低圧鋳造法が用いられる。このキヤスト
ロータのうち、大容量の誘導電動機用には、電動
機運転時のロータの冷却効率を大きくするため、
それぞれ複数枚積層した鉄心板のブロツクとブロ
ツクとの間に導体のみが接続され鉄心板の存在し
ない空間部を設けて通風ダクトとしているもの
（通風ダクト付きキヤストロータ）がある。 この通風ダクトの成形法としては、従来、導体
金属の溶湯を鋳込んでから通風間隙用の穴をドリ
ルなどにより穿孔する方法、ロータのスロツト
（導体孔）形状に成形した薄鋼板をスロツト数だ
け鉄心スロツト部に溶接して通風間隙を設けてか
ら導体金属を鋳造する方法、低融点金属を用い通
風ダクトの幅で且つ鉄心板のスロツトと同様のス
ロツトを有するダクトスペーサを予め形成し、鉄
心ブロツク間に積層し導体金属を鋳込んだ後にロ
ータを低融点金属の融点まで加熱して溶融し、必
要に応じてロータを回転させつつ溶融した低融点
金属を除去する方法などがある。しかし、これら
の方法は、いずれも多くの工数を要するのみなら
ず、ドリルにて穿孔する方法においては、穿孔す
る際にロータバー（導体）を損傷する危険があ
り、溶接を用いる方法では鋳造時に薄鋼板の間隙
から導体金属の溶湯が吹き出し通風間隙を詰らせ
る欠点がある。また低融点の金属で形成したダク
トスペーサは導体金属を鋳込む際、導体金属中に
溶け込んだり、また除去時の加熱のため高温作業
となり作業環境が悪くなる。また除去の効率化の
ためにロータを回転させる際も、導体の変形を防
ぐためには回転速度は低速とならざるを得ず、ス
ペーサの除去に長時間を要する。 上述したように、通風ダクトの形成のために低
融点金属成形体の代りに水溶性中子をスペーサと
して用いれば、上述した従来の通風ダクト形成に
伴う主要な欠点は殆ど除かれる。すなわち、この
ような水溶性中子を用いれば、導体金属を鋳込ん
だ後に、鋳造体に水を作用させて中子を溶解ない
しは崩壊除去することが可能になり、作業環境の
悪化を伴わずに容易に通風ダクトが形成される。 しかしながら、このような水溶性中子を使用す
る通風ダクト付きキヤストロータの製造法にもい
くつかの問題点がある。それは、主として、従来
の水溶性中子材料が、上述したようなキヤストロ
ータ用精密鋳造に用いるために要求される適性を
満たしていないことによる。一般に水溶性中子あ
るいはその材料に要求される特性としては以下の
ようなものがある。(イ)適当な造型性を有するこ
と。(ロ)鋳型強度が優れること。特に上記した通風
ダクト付きキヤストロータの製造のように、既成
形部材（鉄心板）と組合せて使用するためには、
組合せ体の一体性を向上するための締め付けが行
われるために、それに耐える抗圧力が必要であ
る。また、鋳型強度は、低圧鋳造法、ダイカスト
法等の加圧鋳造法における溶湯圧力に耐えるため
にも必要である。(ハ)速やかに崩壊可能であるこ
と。(ニ)過剰な吸湿性を有さず、少なくとも通常の
乾燥器内では保存可能であること。(ホ)適当な寸法
精度を有すること。(ヘ)平滑な鋳肌を与えること。 従来、水溶性中子材料として提案されるものは
多いが、上記の要求特性を必ずしも満足するもの
ではない。たとえば、少量の炭酸バリウムを加え
た炭酸ナトリウムの溶融成形体（特公昭50−
15211号公報）などをはじめとする水溶性塩の溶
融成形体は、強度、鋳肌等は優れるものの、熱膨
張係数が一般に大で、寸法精度が劣ること、崩壊
除去に時間がかかること、多くの溶融塩を使用す
るため製造コストが高くなること、などの欠点が
ある。また、アルミナ・サンドと水溶性炭酸塩
（炭酸ナトリウム又は炭酸カリウム）との混練成
形体（特公昭50−28057号）は崩壊性、造型性等
は良好であるが、鋳型強度が低いため重力鋳造法
はともかく、溶融金属の圧力がかかる低圧鋳造法
ならびにより高い圧力のかかるダイガスト法には
使用不可能である。また、上述した鉄心板等とと
もに締め付ける際の圧力にも耐え得ない。 本発明は、上述した水溶性中子に要求される諸
特性を満たす新規な材料からなるキヤストロータ
の通風ダクト形成用水溶性中子を提供することを
目的とする。 本発明者らの研究によれば、鋳物砂の粘結剤と
して炭酸カリウムを単用する場合には、限られた
強度（抗圧力）の中子が得られるに過ぎないが、
これに炭酸バリウムおよびケイ酸アルカリから選
ばれた第２粘結剤を併用することにより飛躍的に
改善された強度を有し且つ崩壊性その他の諸特性
も優れた水溶性中子が得られることが見出され
た。すなわち、本発明の通風ダクト形成用水溶性
中子は、砂骨材と、炭酸カリウムからなる第１粘
結剤と、炭酸バリウムおよびケイ酸アルカリから
選ばれた少なくとも一つの第２粘結剤との混合物
の成形体からなることを特徴とするものである。 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ更に
詳細に説明する。以下の記載において、「部」お
よび「％」は特に断らない限り重量基準とする。 本発明の水溶性中子は、一例として、斜視図を
第１図に示すようなキヤストロータの通風ダクト
形成用中子として具体化される。この中子１は、
導体孔（スロツト）２および内孔（シヤフト孔）
３を有しロータの通風ダクトの幅と同じ厚さに形
成した円盤形状である。 この中子は、前述したように砂骨材と、炭酸カ
リウム（第１粘結剤）と、炭酸バリウムおよび／
またはケイ酸アルカリ（第２粘結剤）の混合物か
らなり、これら原料を適量の水とともに混練後、
所定の形状を有するたとえば木型あるいは発泡プ
ラスチツク型等からなる型中に装入しつき固めて
造型し、乾燥することにより得られる。 砂骨材としては、アルミナサンド、ジルコンサ
ンド、ケイ砂など通常、鋳物砂用の砂骨材として
用いられるものが用いられる。なかでも、特に強
度の大なる用途にはアルミナサンドが好ましく、
ひけ巣の発生を嫌う用途にはジルコンサンドの方
が好ましい。一般にジルコンサンド10〜50％を配
合したアルミナサンドを用いる場合に最も望まし
い結果が得られる。鋳物砂の平均粒度は、35〜
150メツシユ程度が好ましい。 炭酸カリウムは、砂骨材100部に対して10〜50
部の範囲で使用することが好ましい。炭酸カリウ
ムが10部未満では、中子の強度が不足し、50部を
超えても却つて強度が低下し、経済的にも不利で
ある。特に好ましくは10〜30部の範囲が用いられ
る。 炭酸バリウムおよびケイ酸アルカリから選ばれ
る第２粘結剤は、炭酸カリウムとの組合せにより
飛躍的に強度の改善された中子を与えるものであ
り、砂骨材100部に対して炭酸バリウムは１〜30
部、特に１〜15部、ケイ酸アルカリ、好ましくは
ケイ酸ナトリウム、は１〜15部、特に１〜６部の
範囲が好ましく用いられる。いずれも１部未満で
は添加効果が乏しく、過剰に加えると中子成形用
組成物の流動性が過剰となり、造型が困難とな
り、更にはケイ酸アルカリの添加量が増加するに
従い鋳造後の崩壊性も悪くなる。 炭酸バリウムの添加量を増加して抗圧力を高く
することは造型に要するコストが上昇し好ましく
ない。 これら、炭酸バリウムとケイ酸アルカリは併用
することもでき、併用の場合もそれぞれ上記量範
囲で使用可能である。併用すれば、一層強度の改
善された中子が得られる。 水は、上記原料成分中の水溶性成分を溶解し、
成形用組成物全体に成形に適した稠度を与えるた
めに用いるものであり、一般には組成物をスラリ
ーというよりは湿つた砂状にする量、たとえば、
砂骨材100部に対して５〜20部（ケイ酸アルカリ
は水ガラス状態において保存されているので、こ
の中に含有されている水分量も含む）の量が用い
られる。造型後に乾燥を行ない鋳型抗圧力を増加
されることを考慮すると造型に支障のない限り少
ない方が適切である。 上記原料成分から本発明の中子を成形するため
のより好ましい態様を説明すれば、まず、可溶性
の炭酸カリウム（ケイ酸アルカリを用いる場合は
これとケイ酸アルカリ）を所定量の好ましくは沸
騰水に近い温度に加熱した水に溶解し、別途100
〜150℃程度に予熱した砂骨材（炭酸バリウムを
使用する場合には、これと炭酸バリウムの混合
物）に上記溶液を加えて混練する。溶液と砂骨材
の混練は、冷却しないうちに行う方が得られる中
子の成形強度が優れる。次いで、混練物を所定の
中に投入し、つき固めて造型後、80〜110℃で２
〜５時間乾燥し、抜型して中子を得る。成型した
中子を保存するためには、吸湿による強度低下を
防止するために、乾燥器あるいは非透湿性の袋に
シリカゲル等の乾燥剤とともに保存するのがよ
い。 上述のようにして得られた中子１を用いて行な
うキヤストロータの製造法について第２図〜第４
図により説明する。まず、所定の外径・内径でさ
らにスロツトを打抜いて得た珪素鋼板等からなる
円板状の鉄心板４を多数枚用意しておく。 次に、鉄心板４の内径と同じ外径を有する棒状
の治具６をガイドとしてその外側に鉄心板４をス
ロツトの位置合せをしながら積層する。 所定枚数積層した後、その上に予め準備した一
枚の中子１を導体孔（スロツト）２が鉄心板４の
スロツトと連通するように位置合せして載置す
る。さらに、この上に鉄心板４の積層と中子１の
載置作業を繰り返して、所定枚数（図示例は５
枚）の中子を挟持し、所定の積厚に形成した鉄心
ブロツク５を得る。 次に、この鉄心ブロツク５をプレス等の押圧機
により充分圧縮して締め付け、固定治具６ａによ
りしつかりと固定する。 次に、この鉄心ブロツク５を第２図に示したよ
うに通常の金型７の中に装着して、ダイキヤスト
あるいは低圧鋳造法により、アルミニウムなどの
導体金属の溶湯を注湯して、導体孔２、金型７内
の冷却羽根成形空間８および短絡環成形空間９内
へ充填する。 金型７から取出した状態の鋳造成形体を第３図
に示す。この成形体には、導体１２、冷却羽根１
８および短絡環１９が形成されているが、未だ中
子１が介在している。したがつて、この成形体を
水あるいは温水中へ浸漬するかあるいは、その中
子１部分に水をかけてやれば中子１中の水溶性粘
結剤の溶解とともに中子１が崩壊して除去され第
３図の−線の方向から見た部分側面図である
第４図に示すように、通風間隙（ダクト）１１の
形成されたキヤストロータが得られる。中子１の
水による崩壊は、鋳造成形体が冷却してからでも
容易に行うことができるが、熱いうちに行えば、
中子の除去後、残熱によりキヤストロータの乾燥
も容易に行える。 上述したように、本発明によれば、造型性、強
度および崩壊性等の要求特性に優れ、特に既成形
部品との組合せにより鋳型を形成するに適した水
溶性中子が提供される。また、この中子を用いる
ことにより容易かつ経済的な通風ダクト付きキヤ
ストロータの製造方法も提供される。 以下、本発明の水溶性中子の特性評価例を示
す。すなわち、下表１に示す組成（表中の数字は
「重量部」を意味する）の各原料から中子特性評
価試験片（径50mm×高さ50mmの円筒状）を作製し
た。すなわち、試料は、所定量の沸騰水に炭酸カ
リウム（およびケイ酸アルカリ）を溶解した溶液
を、予め約150℃に予熱した砂骨材（および炭酸
バリウムとの粉体混合物）に加え３分間混練し、
熱いうちに試験片製造用の円筒に装入し、３回つ
き固め、脱型後、95℃で３時間乾燥し、デシケー
ター中で放冷して試験片を得た。砂骨材として
は、アルミナサンド（JIS5号）、ジルコンサンド
（JIS6号）、ケイ砂（JIS5号）を用いた。 抗圧強度は、上記試験片をアムスラー型試験機
により、４Kg／cm²／砂の圧縮速度で高さ方向に圧
縮し、破壊荷重を断面積で除して得た値である。 造型性は中子箱の中へ混練した砂を搗き固めた
ときにおける成形性で評価し、スラリー状になり
搗き固めできないものや逆に乾燥した状態に近く
搗き固めたとき成形されにくいものは造型性が悪
いと評価し、つき固め時よくしまつて成形される
ものは造型性が良い。 また崩壊性は、造型した中子を用いて溶融金属
を注湯した後、中子材料へ水をかけるなど水によ
る処理をすることにより造型された砂が結合力を
失い個々の粉体となり粉体としての流動性を有し
崩れる程度をいう。 測定結果をまとめて表１に示す。

【表】

【表】 表１を見ると、粘結剤として炭酸ナトリウムの
代りに炭酸カリウムを用いることにより抗圧力が
数倍になること、また、炭酸カリウムに加えて炭
酸バリウムとケイ酸ナトリウムの少なくとも一方
を加えることにより抗圧力が飛躍的に上昇するこ
と、ならびに適切な組成比を選べば抗圧力、造型
性、崩壊性を兼ね備え、加圧鋳造も可能な中子が
得られることが理解できる。ちなみに、重力鋳造
法でも10Kg／cm²以上の抗圧力を有することが望ま
しく、低圧鋳造法では20Kg／cm²以上、ダイカスト
法では100Kg／cm²以上の抗圧力が必要とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水溶性中子の一例としての通
風ダクトスペーサの斜視図、第２図はダクトスペ
ーサとしての中子を鉄心板の間に積層し積層体を
金型内に置いた状態の断面図、第３図は鋳造成形
体（中子を保持する状態でのキヤストロータ）の
断面図、第４図は製品キヤストロータの部分右側
図面、第５図および第６図は誘導電動機用キヤス
トロータの一般的構成を示す断面図である。 １……中子、２……導体孔、３……シヤフト
孔、４……鉄心板、５……積層ブロツク、６……
治具、７……金型、８……冷却羽根成形空間、９
……短絡環成形空間、１１……通風ダクト、１２
……導体、１８……冷却羽根、１９……短絡環。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 砂骨材100重量部と、炭酸カリウム10〜50重
   量部からなる第１粘結剤と、１〜50重量部の炭酸
   バリウムおよび１〜15重量部のケイ酸アルカリの
   少なくとも一方からなる第２粘結剤と、水５〜20
   重量部とを混練し成形し乾燥してなることを特徴
   とするキヤストロータの通風ダクト形成用水溶性
   中子。