JPH07239322A - 型砂の成型特性を確定する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 型砂の目的用途別に重要な特性を一層短時間
で一層容易に測定することを可能とする、型砂の特性及
び／又は組成を確定するための方法と装置を提供するこ
と。 【構成】 型砂試料の超音波測定を行うと共に、その試
料の少なくも１種の他の特性を測定又は確定して、これ
ら両者の測定結果を組合わせ更に他の測定結果を組合わ
せ利用して、型砂の組成及び／又は成型技術特性を確定
する。装置は、試料体の少なくも１端表面上に超音波変
換器を設けて測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して、鋳
造加工における型砂又は型砂として用いられる物質又は
材料（以下型砂材と称する）の弾性特性及び非弾性特性
（弾性波の伝ぱん及び吸収特性）を測定すると共に、こ
れに加えて他の物性及び／又は技術・製造上の特性を測
定することにより、型砂又は型砂材の特性及びそれらの
成分を確定するための試験法に関するものである。この
試験法によれば測定が容易である（非破壊法である、高
速である、自動化が可能である）ことにより、型砂材の
試験のため及び鋳型と中子の準備・製造における品質の
監視及び制御のための新規な試験方法及び装置（システ
ム）の開発が可能となる。

【０００２】また、本発明は、型砂材の試料採取装置
と、型砂材試料を好ましくは予め圧縮させた付形試料体
の形で収容する試験スリーブとを備えた、鋳造加工型砂
の特性を検知するための、特にこの型砂の特性及び／又
は組成を確定するための装置にも関するものである。

【０００３】

【従来の技術】型砂又は型砂材の加工技術上の特性は、
材料関連要因、技術上の要因及び装置関連要因の組合わ
せを意味するものであるが、それら要因のそれぞれが型
砂の準備、成型及び／又は鋳造の工程に影響を及ぼすも
のである。型砂材の組成と、その品質と、鋳型の品質と
いう一連の要因は鋳造品の品質に大きく影響する。この
ため、問題となるのが、材料の変化に直接影響を及ぼ
し、鋳型製造又は成型技術に関連した特性に影響する特
性値の試験ということである。

【０００４】型砂材の従来の試験法においては、材料の
品質を、実際のものに近い条件下におくことがしばしば
行われているが、これには比較的に大量の時間を要し、
このため「反応の感度」が障害となる程度にまで減ぜら
れ、この「感度」についての試験結果の記述の意義が欠
陥のあるものとなりがちであった。最新の測定技術の原
理に基づき展開された応用物理における方法により、種
々の物性とそれらの、特に物性上及び技術・製造上のパ
ラメータとの関係の詳細な確定が可能となった。鋳造に
特有の条件を考慮に入れて、そのような方法を型砂材の
試験及び制御法を実際に行うことに利用することが可能
であり、またこれにより従来の試験法に比較して多大な
効果（例えば、特に自動化の実現を可能とすること、試
験所要時間を大幅に短縮すること等）をあげることが出
来る。このことは、電磁法を利用して粘度結合型砂材中
の水分を測定する場合或いは電気的方法により中子を製
造する際の固化状態を測定する場合を考えてみると非常
に明らかである。粘土結合型砂材 粘土結合型砂材の成型技術関連特性は、主として圧縮性
及び圧縮強度により確定されるが、それらの値は含水
率、粒度分析特性値（スラッジ含量）及び粘土の結合性
成分（活性粘土）の割合に依存する。これらの特性値の
最も普通に行われている確定法は、多くの鋳造加工にお
いてふるい法、沈でん法及び吸着法の形で行われている
方法である。これらの試験法自体は充分に好適なもので
あるのだが、ただ、特に時間に関し経済的でなく、また
自動化が不可能であり経過の同時監視或いはその場にお
ける監視を行いながら実施出来ない不都合がある。型砂
材の最適特性制御のための既に知られている自動システ
ムにより、圧縮性と含水率及び圧縮強度とせん断強度又
は変形限界については測定が行われている。これらの測
定は、含水率確定のための測定を例外として、型砂材の
混合が行われた後に実行されており、またこれらの測定
結果に基づき、次の混合投入のための粘土及び水の計量
が行われている。このような公知方法（システム）のひ
とつの欠点は、先に用いた投入物（混合物）につき測定
した値から次に用いる混合投入物の量を計算して求める
ために作業の間に起こるスラッジ成分及び活性粘土の変
動或いは変化について全く考慮が払われないか或いは充
分な考慮が払われていないことである。この問題を解決
するために、プロセスデータ（例えば型砂／鋳物比及び
鋳型内に配される中子の量）が利用される。しかし、こ
のデータを個々の混合投入物と組合わせると信頼性が欠
けることになる（例えば、型砂材の循環における中子砂
の排出、移送の際の使用済砂の浸潤）。このことは、実
際には、採用すべき価が不正確なものであり、またこの
ことが作業制御の成否に好ましくない影響を当然及ぼす
ことになるということを意味している。

【０００５】使用済型砂の品質の同時又はその場での
（attendant)確定を可能とする解決策がドイツ特許明細
書（ＤＤ−ＰＳ）第２５３１９７号に開示されている。
この明細書は、使用済型砂中の水、スラッジ及び活性粘
土の含量をオンライン確定する方法を提案しており、こ
の方法によると、型砂材のレントゲン又はガンマ放射及
び超音波速度の減衰を測定する。しかし、放射分析測定
作業に課せられた法的要件（保安要件、メンテナンス要
件）が強化されたため上記の方法の転用はなし得ない。合成樹脂及び水ガラス結合型砂材 有機結合剤及び水ガラス結合型砂材の均一性及び品質の
制御においては、そのような型砂材混合物の付形試料体
の機械的特性を確定する。これは、主として曲げ強度の
試験の問題であるが、その他の強度（例えばせん断強度
及び圧縮強度）の測定の問題も含まれる。また、型砂材
混合物の流動学上の特性の試験（例えば変形試験、加工
可能状態の持続性試験）も行われる。固化により達せら
れる強度の確定が型砂材の品質の基本的な判定基準とな
るので、通常固化特性も測定されるのであるが、強度は
固化過程の持続期間に依存して示される。これらの試験
法を用いて同時又はその場での測定を行うことは不可能
である。費用の点から、監視及び制御作業の自動化又は
オンラインによる実行は好ましくないか或いは不可能で
ある。

【０００６】ドイツ特許明細書（ＤＤ−ＰＳ）第３１５
２０７３号は中子砂の品質の同時確定及び制御を実施す
るための提案を開示している。この提案によると、付形
試料体の固化の前後において、導電度を測定することに
より、固化の所要時間を計算により求め、またこの導電
度の変化域を同時的に確定している。ここで測定される
導電度は、中子が確実に先に設定された強度特性を達成
するようになるという、この中子の硬度に対応するとい
うものであり、従って中子の品質制御の判断基準として
利用されている。この方法のひとつの欠点は、現にある
ものとは異なる型砂材（システム）への応用の目的で、
電気物理的特性の評価を行うためにはそれが適応性に欠
けるということである。鋳造加工における使用済砂の再生 今は、鋳造加工における使用済砂（以下、古砂と称す
る）の再生の効果の評価のためにもっぱら参照されてい
るのは古砂の特性値（「洗い可能な物質」及び「点火に
よる損失」）である。これらの特性値を確定するための
試験方法は、粘土結合型砂材の従来公知の試験法から公
知であり、それらの利点及び欠点もそれら従来公知の試
験法のものと同様であるので、先に行った「粘度結合型
砂材」についての記載の部分を参照されたい。

【０００７】次に、装置に関し、多くの場合既に高度に
自動化された装置が、鋳造加工において広く利用されて
いる。それらの装置において、中空円筒状の試験スリー
ブに、最初は加圧の行われない状態で型砂の充填が行わ
れる。このため、試験スリーブの開口下底部は、少なく
も１時的に、圧力板又はこれと同様な部材により閉ざさ
れる。このようにして充填の行われた試験スリーブは圧
縮加工部に運ばれ、そこで試験スリーブの開口頂部から
加圧スタンプが型砂上に押し下げられて、この型砂の圧
縮付形が行われる。この圧縮付形が行われる時、試験ス
リーブ中を加圧スタンプが移動する距離を計測すること
により、型砂の圧縮性を確定することが出来る。

【０００８】装置の、次の部位において、例えば最初試
験スリーブを閉じていた圧力板を移動させた後或いは試
験スリーブを付形試料体と共に圧力板から外した後に、
上記の加圧スタンプ或いは他のスタンプにより付形試料
体を試験スリーブ外に押し出すことにより、付形試料体
のせん断強度が測定可能となる。次いで、試験スリーブ
外に突出した付形試料体の部分を、横方向に作動するフ
ォークによりせん断することが出来るのであるが、この
時フォークに作用する力を測定する。せん断強度の測定
に加えて、種々のセンサーを利用しまた接触又は非接触
測定法により、例えば水分及びその他のパラメータを確
定するための、更に他の自動測定部を設けることも可能
である。

【０００９】しかし、測定方法及び試験方法のある種の
ものは経済的に比較的不利なものであり、特に、主とし
て注目されるのは活性ベントナイトとスラッジの含量で
あるが、型砂の組成を示すようにすることは経済的に行
い得ない。活性ベントナイトの含量及びスラッジの含量
は型砂の成型技術上の特性に大きな影響を及ぼすもので
ある。従って、一層短時間でかつ一層簡単な方法で、そ
れぞれの目的用途に応じ重要な、型砂の特性を確定する
ことの可能な装置が求められている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
同時又はその場での監視及び制御及び目的で、適応性及
び生産性が高く、品質保証の確保し得る鋳型及び中子製
造装置の要件を満足させることの出来る、鋳造加工にお
ける型砂又は型砂材の特性及び組成を確定するための試
験法を提供することである。本発明の目的は、技術的要
因及び時間的要因について最も経済的であり、型砂材の
物性及びそれらの技術・製造関連パラメータとの関係を
測定することにより、多様な型砂材に応用可能な方法を
提供することである。また、本発明の目的は特殊な付形
試料体及び鋳型と中子に関し、超音波特性値を測定する
ことにより型砂材の特性（組成、強度特性）につき正確
な表示を可能とし、更に型砂材の品質の監視及び制御を
可能とすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳造加工型砂
材（システム）の特性及び組成を確定するための試験法
を実現し、それに基づき個々の型砂材のための試験法を
開発し、またこの方法を適応性が高く、高い生産性を有
する鋳型及び中子の製造装置による製造の品質を保証す
るために利用することを課題としている。

【００１２】本発明によれば、この課題は超音波を利用
して型砂材の弾性特性及び非弾性特性（超音波の伝ぱん
及び吸収）を測定すると共に、これに加えて他の物性値
（例えば含水率又は結合剤及び固化剤の含量）及び／又
は技術・製造上の特性値（例えば、特に圧縮性、固化プ
ロセスの持続性）を測定することにより、型砂材の特性
及び成分を確定することにより解決される。超音波速度
を特別な係合条件（係合又は接触圧、時間）において、
また特別な超音波周波数で特別な試料に関し又は同時又
はその場での（in sito)測定により確定する。本発明に
よれば、測定対象の鋳造型砂材の種類別に、以下に記載
する確定方法が開発される。

【００１３】本発明の装置に関しては、先に記載した課
題は圧縮付形された型砂材から成る付形試料体の少なく
も一端表面上に超音波変換器を設けた装置を提供するこ
とにより解決される。粘土結合型砂材 圧縮性、含水率及び超音波速度は型砂材又は鋳造加工か
らの古砂（使用済型砂）により異なり、また粒度分析特
性（スラッジ又は微細成分含量）及び活性粘土含量は超
音波測定の結果として確定される。

【００１４】上記特性の値を測定するため、型砂材又は
鋳造加工の古砂から試料を採取し、採取試料を振動させ
て所定体積の付形体とし、これを所定圧力で圧縮する
（圧縮性の確定）。圧縮させた試料、即ち付形試料体に
所定の係合条件（係合又は圧接圧力、係合時間）及び所
定の超音波周波数で、超音波透過試験を行い、これによ
り付形試料体の超音波（透過又は伝ぱん）速度を測定す
る。含水率は試料の採取時又はその前に確定することが
出来る。

【００１５】粒度分析値（スラッジ含量及び微細成分割
合）は次式により確定される。 粒度分析値 ＝ｆ（含水率、超音波速度） 活性粘土含量は、既に知られている粒度分析特性値の条
件下で、次式により確定される。 活性粘土含量＝ｆ（圧縮性、超音波速度）又は 活性粘土含量＝ｆ（含水率、圧縮性） 上記の粒度分析特性値及び活性粘土含量の確定を行うた
めには、予め、対象型砂から採取した試料混合物の既に
知られている組成により補正直線を確定しておき、それ
らを従来の補間法に従い利用する。測定された粒度分析
値及び活性粘土含量は、測定された含水率及び圧縮性値
と共に、型砂材の準備に際し、投入物又は混合物の成分
制御値として利用し得る。合成樹脂及び水ガラス結合型砂材 固化の追跡及び制御 固化特性の測定 新たに調製した型砂材混合物の試料を採取する。実施す
る固化法の種類に従い、固化工程に入る前或いはその開
始直後に、採取試料を振動させて所定体積の付形体と
し、これを所定圧力で圧縮する。圧縮させた試料即ち付
形試料体又は検体に、所定の連結或いは係合条件（連結
又は係合圧力及びその時間）及び所定の超音波周波数で
超音波透過試験を行い、これにより付形検体の超音波
（透過又は伝ぱん）速度を測定する。このようにして記
録された超音波速度値は固化工程（プロセス）の持続時
間に従い示される。即ち、固化が進むにつれて、超音波
速度は増大する。超音波速度−固化時間を示す曲線の傾
向が、固化工程に影響を与える障害特性値（水晶砂のス
ラッジ含量）測定の基準となる。固化の際の或る時点で
の超音波速度がその時達した強度の値に相当し、従って
これにより従来の試験法により行われていた強度試験に
代えることが出来る。鋳型及び中子の固化の追跡及び制御 上述した固化特性の記録法は鋳型及び中子のいずれにつ
いても実施可能である。この方法により所定の強度特性
の達成されたことが示される。更に、超音波透過試験の
行われた鋳型又は中子の試料に割れ（クラック）が生じ
た場合には、超音波速度に明らかな減速がみられるの
で、そのような状態は容易に検知し得る。

【００１６】

【実施例】粘土結合型砂材 粘土結合型砂材の調製に際しては、鋳造工程からの古砂
（使用済型砂）に、水、基本型砂材及び粘土の計量され
た量を加えることにより、鋳型技術関連特性の補正を行
う必要がある。これら特性の制御は、調製作業の際に発
生するスラッジ含量の変動又はバラツキを考慮に入れて
始めて可能となるものであり、それを行った後に含水量
の調節を行う。更に、活性粘度の量を測定考慮に入れた
後、目的に応じ活性粘土の追加すべき量を計量して強度
設定を行う。

【００１７】本発明の方法においては、混合機の上流位
置に配された、古砂から試料を採取する試料採取装置を
用いて、混合機から或いはその下流部位から型砂材を取
出し一定の体積の試料を準備する。次に、ピストン又は
スタンプを用いて採取試料の圧縮を行う。誘電率測定式
のセンサを圧縮試料上に配し、これにより古砂又は使用
済型砂材の含水率を測定する。含水率は温度深針を用い
て測定された古砂又は型砂材の温度を考慮に入れて確定
される。型砂材の試験に際しても、含水率を混合作業時
に確定し得る。次の工程において、特別の連結又は係合
条件（連結又は係合圧力及びその時間）で、超音波測定
ヘッドを試料に連結又は係合させ、誘導距離記録装置を
用いて試料の深さを計算し、その結果から圧縮体を測定
する。次に、所定の超音波周波数で試料の超音波透過試
験を行い、超音波の流れ(running) 時間を測定する。先
に測定した試料の深さ値を加え、超音波の流れ時間から
超音波速度を確定する。

【００１８】上述の超音波変換器により、型砂材付形試
料体又は検体中の超音波の伝ぱん速度及び減衰を測定す
ることが可能であり、またこの測定結果から型砂材の弾
性特性及び非弾性特性についての結論を得ることが出来
る。これらの特性は、直接的に所定の目的用途に型砂が
適していることを示す物性特性として役立つか、或いは
経験上既知の値又は適宜の一連の試験結果に基づき、活
性ベントナイト及びスラッジの含量につき結論を引き出
すことを可能とするものである。適当な試験条件下に測
定された超音波速度値と減衰値の関係から、或る目的用
途に型砂材が適しているか否かにつき最終的な結論を引
き出すことが可能であること、特に型砂材に所望の特性
を与えるためにそれに加えるべき成分を示すことが可能
となることが判明している。加えることの考慮される物
質例は先に述べた物質、即ち活性ベントナイト、スラッ
ジ、新しい砂及び水である。従って、超音波測定は間接
的に型砂の組成に関する結論を可能とし、その結論に基
づき型砂を所望に従い変えることを可能とする。特に、
型砂の組成につき信頼し得る結論を可能とするために必
要なその他の定量分析法に比較して、超音波測定は、所
要装置に関し一層経済的で、一層短時間で行い得る測定
法である。

【００１９】上記測定法に相当する方法の発明に関する
特許出願がベルクアカデミーフライベルク（Bergakadem
ie Freiberg)を出願人として、本願と同時に提出されて
いるが、この特許出願は基本的な測定法を開示している
ので、この点に関しては、この特許出願を参照すること
とする。本発明の１実施例において、付形検体又は試料
体の両端部のそれぞれに超音波変換器が配される。これ
らの超音波変換器の一方を発信機又は発生器として作動
させ、反対側に配された他方のものを受信機又は検出器
として作動させることが可能であり、この構成により、
付形検体を通して流れる超音波の流れ (running)時間、
この検体又は試料体を通じての振幅の変化及び場合によ
ってはその他の位相のとび（ジャンプ）を測定する。し
かし、ただ１個の超音波変換器を用いてこれと同様な測
定を行うことも可能である。この場合には、超音波変換
器によりひとつの短いパルスを発生させ、また付形試料
体から送り戻されて来るエコーを受信させてそれを適宜
電気装置により分析させる構成とする。また、この場合
には超音波変換器の配された側とは反対側の付形試料体
の端部上に表面形成部材を設けて、超音波を正しく反射
させるようにするのが有利である。

【００２０】好ましい実施例において、試験スリーブを
実質的に円筒形としており、円柱状の付形試料体の端部
に配した板又はスタンプ（又はピストン）に超音波変換
器を設けている。２枚の板の一方を加圧スタンプとする
と共にその反対側に設けた他方のものを圧力板又は逆圧
板とし、またこれらの加圧スタンプ及び圧力板により圧
縮（試験）部を構成する。例えば、両端の開口した円筒
形の試験スリーブを圧力板上に置き、このスリーブにふ
るいがけした型砂及び／又は塊状物を除去した型砂の充
填を行い、ストリッパ（掻き取り具）を用いて、試験ス
リーブがその上端部まで正確、均一に充填された状態と
する。この状態において、試験スリーブを圧縮（作業）
部に移動させ、そこで円筒形の試験スリーブに可能な限
り密に嵌合するスタンプを付形試料体又は検体の端面上
に配してそれをスリーブ中に圧入する。これにより、付
形検体は圧縮され、所定圧力により圧縮された検体の体
積と、先に型砂の充填の行われた試験スリーブの総容積
との比から圧縮性が測定される。超音波変換器を、圧縮
部の加圧スタンプに直接設けると共に、試験スリーブの
底部の圧力板に他の超音波変換器を設けることが可能で
ある。スタンプを型砂試料に押し付ける試験圧力を設定
する加圧装置に少なくも２段の圧力切換えが可能な圧力
調節装置を設けるのも有利である。この構成によれば、
試料の圧縮作業のための試験圧力とは独立して、通常こ
の試験圧力よりは低い圧力を超音波測定のために選定す
ることが可能となる。

【００２１】上記の構成に代えて、特に試料の圧縮作業
の際に加えられる圧力により型砂と接触する超音波変換
器の表面が損傷を受けるおそれのある場合或いは適宜の
保護層を適用し得ない場合、更に或いは測定結果が大き
くゆがめられるおそれのある場合には、圧縮部とは独立
した部位の表面形成部材に超音波変換器を設けることも
極めて容易である。この場合には、付形検体のせん断強
度を測定するための測定部のスタンプ及び適宜の逆圧板
に超音波変換器を設けることが可能である。

【００２２】せん断強度の測定は、スタンプにより付形
試料体を試験スリーブ外に押し出した状態で行われる
が、このために加えられる圧力は圧縮作業に必要な圧力
に比較して大幅に低いものである。所望の超音波測定
は、付形試料体が上記のように試験スリーブ外に押し出
される前に、スタンプと適宜の逆圧板が試験スリーブの
下端面に配された状態時に行うことが出来る。せん断強
度の測定時には、試験スリーブをしっかりと固定し、測
定部のスタンプを押し下げることにより、付形試料体が
試験スリーブの下底から押し出されるのである。従っ
て、これに先立ち、逆圧板を移動させておかねばならぬ
ことは明らかである。

【００２３】せん断強度の測定時には、付形試料体に向
けてフォークが横方向に運動し、このせん断作業時に発
生する力の測定が行われる。本発明の他の実施例おいて
は、同一の表面上に或いは相互に近接した表面上に２個
の超音波変換器が隣接状に設けられており、それらの一
方が発信機として、また他方が受信機として作動するよ
うに構成されている。この場合においてもまた、付形試
料体の超音波変換器の設けられた側とは反対の側に超音
波を正しく反射する表面形成部材を設けるのが有利であ
る。

【００２４】本発明の上記以外の構成特徴、作用効果及
び可能な利用分野は、添付図面を参照して以下に行う実
施例の記載から明らかとなるであろう。先ず、図１を参
照して型砂又は型砂材の試験を行うための従来の装置例
につき説明を記載するが、この装置は本発明の特徴によ
り有利に変更完成し得るものである。

【００２５】図１の左方部分に試料採取部Ｉが示されて
いるが、そこにおいて、砂床Ｓから型砂の試料を採取す
る試料採取装置１の設けられていることが理解されよ
う。この試料採取装置１は、昇降シリンダ２により駆動
されて、排出シリンダ３に向けて試料を持ち上げ、チョ
ッパじょうご４中に又は対応ふるい４上にそれを空け
る。型砂の試料は、チョッパじょうご４の下方で、下底
板２７上に立てられた円筒形の試験スリーブ５に充填さ
れるのであるが、試験スリーブ５の下底は下底板２７に
より閉ざされている。試料採取装置１によりじょうご又
はふるい４に空けられる試料の量は、試験スリーブ５を
充分にみたすような量である。スリーブ５は、次に下底
板２７上を右方に送られるのであるが、この下底板２７
は回転テーブル又はベルトコンベヤの形のものであって
良く、これによりスリーブ５を充填状態の測定手段７に
送る。この測定手段７に送られる途中で、ストリッパ
（掻き取り具）６の下方を通過するが、このストリッパ
６により、試験スリーブ５の頂縁の上方に山となってい
る試料の過量部分が掻き落とされ、これにより試料の表
面が試験スリーブ５の頂縁の面と同一となるように構成
されている。この状態が測定手段７によりチェックされ
る。このように充填の行われた試験スリーブ５は次に圧
縮（作業又は試験）部IIに進められ、そこで試験スリー
ブ５の内径に一致する寸法の加圧スタンプ又はピストン
２１が油圧加圧シリンダ８により試験スリーブ５内の型
砂の表面上に下降させられる。加圧シリンダ８により正
確に設定された圧力がスタンプ又はピストン２１により
型砂試料に負荷され、圧縮性が測定されるのであるが、
これは型砂の体積変化の結果であり、具体的には試験ス
リーブの高さに関し、スタンプ２１が試験スリーブ５内
を移動した距離として計測されるものである。圧縮部II
には適宜の計測装置９が設けられている。

【００２６】上記の下底板２７が圧力板又は逆圧板とし
て機能するものであり、またそれが圧縮部IIにおいて適
宜に支持されていることは理解されよう。以下に記載す
るように、この圧縮部IIに超音波測定装置（システム）
を設けることが可能である。圧縮された付形試料体１５
と共に試験スリーブ５は次にこの試料体１５のせん断強
度を測定するための測定部IIIに進められる。この測定
のため試料１５は、シリンダ装置１０により駆動される
スタンプ２１により、試験スリーブ５外にわずかに突出
するよう押し下げられ、次いで、試験スリーブ５外に突
出した試料体１５の下方部分がフォーク１１により横方
向にせん断される。この時、要する力がフォーク１１又
はその支持具で測定される。このせん断強度の測定に代
えて、図１の作業又は測定部IVに示されるように、圧縮
強度を測定することも可能である。この場合には、シリ
ンダ１２により駆動されるスタンプが付形試料体１５を
完全に試験スリーブ５外に押し出し、この試料体１５は
逆圧板１３上で下降運動を続けるスタンプにより押しつ
ぶされ、この時逆圧板１３に作用する力が力の支承手段
１４により測定される。

【００２７】図２は、例えば上述した圧縮部IIにおい
て、超音波測定装置（システム）の設置を実現し得るこ
とを示している。この目的のため、試料体（型砂試料）
１５に接触する加圧スタンプ２１の前方又は下方の面に
くぼみ部が設けられ、その中に超音波変換器２０が、そ
の前方又は下方の面がスタンプ２１の対応する面と同一
となるように嵌め込まれている。超音波変換器２０の電
気接続は図２に示されていないが、スタンプ２１の背側
に穴を設け、公知の方法により配線を行い得ることは明
らかである。

【００２８】上述のスタンプ２１の場合と同様に、下底
板又は逆圧板２７にもくぼみ部が設けられ、その中に超
音波変換器６２が嵌め込まれ、上記の場合と同様にこの
超音波変換器２６の、付形試料体１５に面する表面は、
スタンプ２１の対応する面と同一となっている。破線に
より示されているように、逆圧板２７は、昇降部材２８
により下方の位置２９へと枢動又は回動可能となってお
り、このため運び腕に固定可能な試験スリーブ内の付形
試料体１５を圧縮部IIにおける測定の完了後、逆圧板２
７に接触しない状態で移動させることが出来、従って摩
擦により超音波変換器２６の表面が摩損することが防止
されるようになっている。

【００２９】油圧シリンダ２２に、圧力供給ライン２４
から、２個の異なる圧力制御弁２３、２３ａを介して圧
力の負荷が行われるようになっている。これらの圧力制
御弁２３, ２３ａの一方のものは圧縮性測定の際に作動
するものであるが、この測定は試験スリーブ５中をスタ
ンプ２１が進んだ距離を目盛り器（スケール）２５で読
むことにより、或いは自動的に検出することにより行う
ことが出来る。次に、圧力制御弁の他方のものが作動さ
れるが、この弁は油圧シリンダ２２に比較的に低い圧力
を送り、この比較的低い圧力でスタンプ２１が付形試料
体１５の表面を押圧する。この状態で、付形試料体１５
の超音波測定が行われるのであるが、この時例えば超音
波変換器２０の方が発信機としてまた超音波変換器２６
の方が受信機として作動する。これらの超音波変換器の
ための電子測定装置は理論的に公知であるので、ここに
その詳細を記載する必要はないものとおもわれる。特
に、付形試料体１５を通過する超音波インパルスの流れ
（running)速度を測定するのであるが、試験スリーブ５
の深さ又は高さとスタンプ２１の圧縮運動距離により異
なる付形試料体１５の深さ又は高さから超音波速度を計
算することもまた可能である。超音波の減衰を測定する
こともまた可能であるが、これは好ましくはスタンプ２
１の表面と逆圧板２７の表面との間を往復反響する、短
い超音波インパルスのひとつまたはそれ以上の連続エコ
ーを検出することにより行う。

【００３０】超音波測定が完了すると、超音波変換器２
０と共にスタンプ２１を試験スリーブ５から引き抜き、
逆圧板２７を下方に枢動又は曲げさせる。これにより、
付形試料体１５を非接触状態で次の装置部分（ステーシ
ョン）に送ることが出来る。図３は、付形試料体１５の
せん断強度を測定するための測定部を示すが、この部に
も上記と同様に超音波測定装置を設けることが出来る。
図１の圧縮部IIで予め圧縮された付形試料体１５が試験
スリーブ５に入ったまま、このせん断強度の測定部に移
される。せん断強度の測定が行われる前に、先ずスタン
プ３４が円柱状の試料体１５の下端面に押し付けられ、
またスタンプ３１が試験スリーブ５中を頂部から下降さ
せられて、試料体１５の上端面に当接する。スタンプ３
１に超音波変換器３０がまたスタンプ３４に超音波変換
器３３が、スタンプと変換器の面を同一にして設けられ
ているが、これらの超音波変換器の配線及び電気接続の
詳細の図示及び記載は必要ないとおもわれる。スタンプ
３１は所定の圧力で型砂の試料体１５の面上に下降させ
られるが、これは圧力を一定とすることにより、測定結
果の比較が一層容易となるからである。もっとも、測定
結果の圧力依存性が同一種の一連の試験において検出さ
れるようであるならば、この条件（一定の圧力）は欠く
ことの出来ないものとなる。

【００３１】目盛り器（スケール）３２は、試験スリー
ブ５中の超音波変換器の運動距離を確定するために、試
料体１５の高さを読み取るためのものである。しかし、
この試料体の高さは、上述した圧縮部における測定値と
することも可能である。超音波測定が完了すると、スタ
ンプ３４が油圧シリンダ３５により下降させられ、他方
スタンプ３１は試料体１５を所定距離だけ試験スリーブ
５外下方に押し出し、この試料体１５に対し、せん断作
業を行うフォーク３６が係合可能となるようにする。フ
ォーク３６が試験スリーブ５の下方外方に突出した試料
体１５の部分をせん断する時、フォーク３６のための駆
動装置（システム）３７がフォーク３６に作用する力を
測定する。

【００３２】図１の右方端の作業又は測定部IVに示され
るように、圧縮強度の測定部に超音波変換器を設けるこ
ともまた可能である。この場合にも、スタンプ１３と、
上方から下降させられる他のスタンプのそれぞれに超音
波変換器を設けることが出来る。なお、スタンプ１３
を、試験スリーブ５の底部を閉じることの出来るよう充
分な高さ位置まで駆動可能とすることが有利である。し
かし、これに代え、スタンプ１３とは独立した逆圧板を
試験スリーブ５の下方に設けることも可能である。な
お、この場合には、逆圧板に超音波変換器を設け、この
逆圧板を試験スリーブ５から下方に回動又は傾斜可能に
構成する。

【００３３】図４は、試験スリーブ５の下方の逆圧板４
３に２個の超音波変換器４１，４２を設けた実施例を示
す。超音波変換器４１から発せられる超音波が図４に示
される試験スリーブ５の両側壁によっても反射される
が、主として、試験スリーブ５の上方側にあるスタンプ
４４により反射され、超音波変換器４２により受信され
る。超音波速度は、超音波の流れ時間と試料体の深さ又
は高さとから計算される。更に他の実施例においては、
超音波変換器４１，４２をひとつのものとすること、即
ち１個の超音波変換器４１を発信機と受信機の作動をさ
せるものとすることも、公知の変換器接続電子切換え技
術により容易に可能である。

【００３４】図５は、超音波変換器５２を設けたスタン
プ又は加圧板５０を示すが、図示のようにこれらの加圧
板と変換器の面を同一にしてある。超音波変換器５２を
とり巻く形で加熱コイル５１も加圧板５０中に設けられ
ていて、このコイル５１により加圧板５０は加熱され、
圧力負荷が変化することによりスタンプ又は加圧板５０
上で型砂が圧縮された場合に起こることのあるこの型砂
の粘着又は付着が防止されるようになっている。

【００３５】従来公知の自動試験装置に比較して、本発
明による装置は、圧縮性測定装置、せん断力測定装置及
び圧縮強度測定装置等の従来公知の試験装置と組合わさ
れて、型砂又は型砂材の重要な特性を一層完全にまた一
層短時間で測定することを可能とする。特に、超音波測
定を、上述したその他の試験法と組合わせたことによ
り、型砂組成の定量分析の必要を解消することが出来
る。これは、超音波測定の結果を、少なくも圧縮性及び
せん断強度等の、他の容易に測定可能な特性値と組合わ
せることにより、型砂の組成についての充分な情報が得
られるからである。この点に関し、超音波測定の結果と
それぞれの組成の関係が判明するのに必要な測定が全て
行われればそれで一連の測定は充分であり、これが行わ
れれば超音波測定の結果に基づき組成についての結論を
引き出すことが可能である。勿論、種々の型砂に種々の
異なった結合剤が含まれている事実を考慮に入れる必要
がある。

【００３６】本発明の装置は、例えばセラミック物質、
土壌の機械的試験、建築材料等といった他の産業分野に
おいても勿論利用可能である。型砂材の成型技術上の特
性の同時又はその場での制御（attendant control)を可
能とするためのデータは含水率、圧縮性及び超音波速度
の三種の関連特性値から導かれる。 スラッジ含量：図６に示されるように、超音波速度が含
水率と共に、補正直線によりスラッジ含量に関する情報
を与える。補正直線は、測定対象物である型砂材から採
取した既知の組成の試料混合物により描かれ、また従来
技術の補間法が利用される。

【００３７】スラッジ含量の確定（図６）： 測定値：ＷＧ_actual , Ｖ_actual 補正直線： ＳＧ_i-1＝Ｖ_i-1＝ａ_i-1 ^*ＷＧ_actual＋ｂ_i-1 ＳＧ_i ＝Ｖ_i ＝ａ_i ^*ＷＧ_actual＋ｂ_i ＳＧ_i-1＝Ｖ_i-1＝ａ_i-1 ^*ＷＧ_actual＋ｂ_i+1 個々の補正直線間の広がり帯： Δ_{i-1 i}＝Δ_{i i-1}＝（Ｖ_i-1−Ｖ₁)／２ Δ_{i+1 i}＝Δ_{i i+1}＝（Ｖ_i−Ｖ_i+1)／２ 比較：Ｖ₁−Δ_{i i+1}＜Ｖ_actual＜Ｖ₁＋Δ_{i i-1} 結論：ＳＧ_actual＝ＳＧ_i 活性粘土の確定：圧縮性が、含水率と既知のスラッジ含
量と共に、補正直線により活性粘土含量を決定する。補
正直線を描くには、スラッジ物質により必要とされる補
正要因が更に判定される。現実の状態が測定されたなら
ば、呼び値との比較を行う。プロセス計算機から調製機
に対応設定パルスが送られ、鋳造工程からの古砂（使用
済型砂）、基本型砂材料、粘土及び水の所定混合量が一
緒に混合される。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数の測定又は作業部（ステーション）を有
し、それらのひとつに超音波測定装置を設けることが可
能な、型砂の試験を行うための自動装置を示す略示説明
図である。

【図２】型砂の試験を行うための装置の測定又は作業部
に超音波変換器を設ける一例を示す略示図である。

【図３】図２と同様な超音波変換器設置の他例を示す略
示図である。

【図４】図２及び図３と同様な超音波変換器設置の更に
他の例を示す略示図である。

【図５】加熱装置を備えた超音波測定スタンプを示す略
示断面図（上）と平面図（下）である。

【図６】型砂試料の超音波（透過）速度、含水率及びそ
の他の特性の間の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…試料採取装置 ５…試験スリーブ １３，２７，４３…下底板或いは圧力板又は逆圧板 １５…(圧縮された付形）試料体 ２０, ２６, ３０, ３３, ４1, ４２，５２…超音波変
換器(超音波測定装置) ２１，４４，５０…(加圧）スタンプ又はピストン（５
０…加圧板）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年４月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】スラッジ含量の確定（図６）： 測定値：ＷＧ_{ａｃｔｕａｌ}， Ｖ_{ａｃｔｕａｌ} 補正直線： ＳＧ_ｉ−１＝Ｖ_ｉ−１＝ａ_ｉ−１ ^＊ＷＧ_{ａｃｔｕａｌ}＋
ｂ_ｉ−１ ＳＧ_ｉ＝Ｖ_ｉ ＝ａ_ｉ ^＊ＷＧ_{ａｃｔｕａｌ}＋ｂ_ｉ ＳＧ _ｉ＋１ ＝Ｖ _ｉ＋１ ＝ａ _ｉ＋１ ^＊ＷＧ_{ａｃｔｕａｌ}＋
ｂ_ｉ＋１ 個々の補正直線間の広がり帯： Δ_{ｉ−１ ｉ}＝Δ_{ｉ ｉ−１}＝（Ｖ_ｉ−１−Ｖ_１）／２ Δ_{ｉ＋１ ｉ}＝Δ_{ｉ ｉ＋１}＝（Ｖ_ｉ−Ｖ_ｉ＋１）／２ 比較：Ｖ_１−Δ_{ｉ ｉ＋１}＜Ｖ_{ａｃｔｕаｌ}＜Ｖ_１＋Δ
_{ｉ ｉ−１} 結論：ＳＧ_{ａｃｔｕａｌ}＝ＳＧ_ｉ 活性粘土の確定：圧縮性が、含水率と既知のスラッジ含
量と共に、補正直線により活性粘土含量を決定する。補
正直線を描くには、スラッジ物質により必要とされる補
正要因が更に判定される。現実の状態が測定されたなら
ば、呼び値との比較を行う。プロセス計算機から調製機
に対応設定パルスが送られ、鋳造工程からの古砂（使用
済型砂）、基本型砂材料、粘土及び水の所定混合量が一
緒に混合される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルナー ティルヒ ドイツ連邦共和国、09559 フライベルク、 シェムニツァー シュトラーセ、18 (72)発明者 トーマス シューツター ドイツ連邦共和国、86187 アウグスブル ク、エルンスト−モーリツ−アルント−シ ュトラーセ、34 (72)発明者 マリアン イワノフ ドイツ連邦共和国、09599 フライベルク、 ウインクラーシュトラーセ、16／117

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型砂のいくつかの成型特性を、この型砂
   試料を容れた試験スリーブ（５）内で確定するようにし
   た鋳造用型砂の特性及び／又は組成の確定方法におい
   て、型砂試料の超音波測定を行うと共に、この測定とは
   独立して、更に前記型砂試料の少なくも一種の特性を測
   定及び確定し、この結果と前記超音波測定の結果とを組
   合わせて型砂の成型特性及び／又は組成を確定すること
   を特徴とする方法。
2. 【請求項２】 型砂試料の弾性特性と非弾性又は吸収特
   性とを超音波速度と超音波振幅の測定値に基づき確定す
   ることを特徴とする請求項１の方法。
3. 【請求項３】 型砂試料の少なくも一表面で超音波を反
   射させてその位相及び振幅を確定することを特徴とする
   請求項１又は２の方法。
4. 【請求項４】 型砂試料の２端部のそれぞれに超音波変
   換器を配置し、それらの一方のものを超音波送信機、他
   方のものを受信機として作動させることを特徴とする請
   求項１ないし３のいずれかの方法。
5. 【請求項５】 型砂試料の一表面上に２個の超音波変換
   器を隣接させて配置し、それらの少なくも一方を超音波
   反射波の受信機として作動させることを特徴とする請求
   項１ないし３のいずれかの方法。
6. 【請求項６】 型砂試料に対する超音波変換器の係合圧
   力を調節可能にして超音波測定を行うことを特徴とする
   請求項１ないし５のいずれかの方法。
7. 【請求項７】 型砂試料の超音波測定による測定値に加
   える他の測定値として、この試料の圧縮性を測定するこ
   とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの方法。
8. 【請求項８】 型砂試料の超音波測定による測定値に加
   える他の物性測定値として、この試料の含水率を測定す
   ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの方
   法。
9. 【請求項９】 型砂試料の超音波測定による測定値に加
   える他の測定値として、この試料中の結合剤及び／又は
   固化剤の含量を測定することを特徴とする請求項１ない
   し８のいずれかの方法。
10. 【請求項１０】 型砂試料の直接的に測定されない特性
    及び組成は、経験上の数学関数関係に基づき測定された
    特性から測定することを特徴とする請求項１ないし８の
    いずれかの方法。
11. 【請求項１１】 型砂試料の直接的に測定されない特性
    及び組成は、目盛り表を利用し、場合によっては補間法
    による測定値に基づき測定することを特徴とする請求項
    １ないし９の方法。
12. 【請求項１２】 超音波を利用して弾性特性及び非弾性
    特性（超音波の伝ぱん及び吸収特性）を測定すると共
    に、これに加えて他の物理的及び／又は成型技術上の特
    性値を組合わせることを特徴とする、型砂材の品質又は
    組成（基本砂、再生砂、結合剤等）を評価するための、
    型砂材の組成及び成分の特性の確定方法。
13. 【請求項１３】 超音波速度（又は超音波流れ時間）、
    水分、温度及び圧縮性を測定して、鋳造用の型砂材及び
    ／又は使用済砂中の活性粘土含量及びスラッジ含量につ
    いての結果を引き出すようにする、請求項１２の粘土結
    合型砂材の品質又は組成を確定する方法。
14. 【請求項１４】 超音波特性値（例えば超音波速度）の
    変化を追跡することにより、型砂剤及び中子試料の固化
    及び状態の測定を行う、請求項１２の合成樹脂及び水ガ
    ラス結合型砂材の品質又は組成を確定する方法。
15. 【請求項１５】 超音波特性値（例えば超音波速度、超
    音波減衰）を用い、障害成分（例えば微細成分）の割合
    を測定する、請求項１２の再生型砂材の品質を確定する
    方法。
16. 【請求項１６】 試料採取装置と、型砂試料を好ましく
    は予め圧縮させた付形試料体の形で収容する試験スリー
    ブとを有する装置であって、付形試料体の少なくも一端
    表面上に超音波変換器を設けたことを特徴とする、型砂
    の特性及び／又は組成を確定するための装置。
17. 【請求項１７】 付形試料体の両端のそれぞれに超音波
    変換器を設けたことを特徴とする請求項１６の装置。
18. 【請求項１８】 付形試料体が円柱状のものであって、
    その一端面上又は両端面上に超音波変換器を設けたこと
    を特徴とする請求項１６又は１７の装置。
19. 【請求項１９】 加圧スタンプ及び／又はその反対側に
    配された圧力板に超音波変換器を設けたことを特徴とす
    る請求項１６ないし１８のいずれかの装置。
20. 【請求項２０】 型砂試料の圧縮加圧される表面から離
    れた表面上に超音波変換器を配したことを特徴とする請
    求項１６ないし１８のいずれかの装置。
21. 【請求項２１】 超音波変換器を設けた表面又は部材を
    付形試料体に対し接近及び離反運動可能としたことを特
    徴とする請求項１６ないし２０のいずれかの装置。
22. 【請求項２２】 加圧スタンプの圧力調整のために少な
    くも２段の圧力切換えが可能な圧力調整装置を設けたこ
    とを特徴とする請求項１９の装置。
23. 【請求項２３】 付形試料体に加圧を行う表面が少なく
    も部分的に加熱可能であることを特徴とする請求項１６
    ないし２２のいずれかの装置。
24. 【請求項２４】 ２個の超音波変換器が、反射表面の反
    対側の一表面上に隣接状に設けられていることを特徴と
    する請求項１６ないし２３のいずれかの装置。