JPWO2011077771A1 - 半自動減圧鋳型造型鋳造ライン - Google Patents

Abstract

砂の充填や型ばらしが容易で環境にやさしい鋳物づくりのための半自動減圧鋳型造型鋳造ラインを提供する。この半自動減圧鋳型造型鋳造ラインは、真空ポンプを有する真空ポンプユニットと、砂供給装置と、造型装置と、上下鋳枠配置設備と、注湯装置と、型ばらし装置と、砂処理装置と、を含む。半自動減圧鋳型造型鋳造ラインは更に、前記造型装置を前記砂供給装置に連結すると共に、前記造型装置に設けられたターンテーブルと、このターンテーブル上に配置された模型箱であり、この模型箱は、模型を取付けた模型板の下部に中空室を画成し、この中空室と模型板表面を細孔により連通された模型箱とを更に備えることにより、前記模型箱の中空室を前記真空ポンプユニットに連通させた状態にして、前記模型箱を前記ターンテーブルによりフィルム成形、塗型剤塗布、塗型乾燥、枠セット、砂入れ充填、及び抜型の各位置に順次循環移動させる。【選択図】 図１

Description

関連出願の参照
この出願は２００９年１２月２６日に日本国特許庁へ出願された特許願第２００９−２９６４６６号の利益を主張しており、当該出願の開示事項の全体が参照により本明細書に組み込まれているものとする。

本発明は、減圧鋳型造型鋳造ラインに関する。より詳しくは、半自動で減圧鋳型を造型し鋳造する半自動減圧鋳型造型鋳造ラインに関する。

従来、多品種少量の鋳物を鋳造するための生型鋳型造型鋳造ラインは公知である（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この生型鋳型造型鋳造ラインでは、大型の鋳物の鋳造への適用が困難である。
そこで、大型の鋳物を鋳造するためには自硬性プロセスを用いた造型鋳造ラインを用いることがある（例えば、特許文献２参照）。ところが、自硬性プロセスでは砂の充填や型ばらしが困難であり、生産性が高くないので、多品種の大型鋳物の量産には不向きであるという問題がある。更に、自硬性プロセスは粘結剤を用いており、それによる廃棄物や有害ガスの発散があるので、環境にやさしい鋳物づくりとは言えない。そこで、減圧鋳型を用いた造型鋳造ラインを用いることが考えられ、低いイニシャルコストで多品種に対応できる半自動減圧鋳型造型鋳造ラインが求められている。
[関連技術文献]
[特許文献]

[特許文献１]特開２００９−０５０８８６号公報（新東工業株式会社）
[特許文献２]特開平０７−１３２３４４号公報（ダイハツ金属工業株式会社）
これらの文献の開示事項の全体が参照により本明細書に組み込まれているものとする。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、砂の充填や型ばらしが容易で環境にやさしい鋳物づくりに適する、低いイニシャルコストで多品種に対応できる半自動減圧鋳型造型鋳造ラインを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインは、真空ポンプを有する真空ポンプユニットと、砂供給装置と、造型装置と、上下鋳枠配置設備と、注湯装置と、型ばらし装置と、砂処理装置と、を含む半自動減圧鋳型造型鋳造ラインにおいて、
前記造型装置を前記砂供給装置に連結すると共に、
前記造型装置に設けられたターンテーブルと、
このターンテーブル上に配置された模型箱であり、この模型箱は、模型を取付けた模型板の下部に中空室を画成し、この中空室と模型板表面を細孔により連通された模型箱とを更に備えることにより、
前記模型箱の中空室を前記真空ポンプユニットに連通させた状態にして、前記模型箱を前記ターンテーブルによりフィルム成形、塗型剤塗布、塗型乾燥、枠セット、砂入れ充填、及び抜型の各位置に順次循環移動させることを特徴とする。

このような半自動減圧鋳型造型鋳造ラインによれば、砂の充填や型ばらしが容易で環境にやさしい鋳物づくりのために、低いイニシャルコストで多品種に対応できるラインを提供できるという利点がある。

また、本発明の一実施形態によれば、真空ポンプユニットは、模型箱及び上下鋳枠の中空室と真空ポンプとを、配管及びホースを介して連通する真空ポンプユニットである。その真空ポンプは、造型装置から防音隔離して設けることが好ましい。これにより、真空ポンプの騒音が工場に伝わらないため、作業者の作業環境がよくなる。

さらに、本発明の一実施形態によれば、上下鋳枠配置設備は、鋳枠合わせステーションから注湯ステーションに亘って配置する。これにより、鋳枠合わせから注湯まで効率的なラインを構成することができる。上下鋳枠配置設備は、例えばクレーンであり、枠合わせした上下鋳枠は、作業者がクレーンで短時間に搬送することができるという利点がある。
また、上下鋳枠配置設備は、上下鋳枠循環設備としてもよく、鋳枠合わせステーションから注湯ステーションを経て型ばらしステーションに順次自動循環移動させることもできる。
このように上下鋳枠を移動させる手段として、クレーンを使用するか循環設備を使用するかは任意であり、本発明を限定するものではない。但し、特に大型の鋳物のための上下鋳枠の移動には、循環設備を使用するよりも、クレーンを用いる方が駆動動力に大きなエネルギを要しないので効率的であろう。

さらに、本発明の一実施形態によれば、砂処理装置が、砂冷却装置を有することが好ましい。これによりライン内で循環して砂を有効に活用することができる。
砂冷却装置は縦型にしてもよく、横型にしてもよい。縦型の砂冷却装置は、その設置面積を狭くできるという利点がある。一方、横型の砂冷却装置は、その設置面積は広くなるが、多量の砂及び高温の砂を冷却できるという利点がある。従って大型の鋳物には横型の砂冷却装置の使用が好ましいであろう。

加えて、本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインにおいては、１０分から２０分に１枠（上鋳枠＋下鋳枠）の割合で造型されることが好ましい。この速度によれば、半自動化のラインの中で作業者が快適に、かつ、安全に作業をすることができるという利点がある。この速度より造型速度が速くなると作業者の作業が難しくなる。一方、この速度より造型速度が遅くなると、生産が効率的でなくなる。

そして、本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインにおいて鋳枠の好ましい大きさの例は、縦１０００ｍｍから２５００ｍｍ、横１０００ｍｍから２５００ｍｍ、上鋳枠高さ１５０ｍｍから１５００ｍｍ、下鋳枠高さ１５０ｍｍから１５００ｍｍである。この範囲によれば、中型や大型の鋳物を効率よく鋳造可能な鋳型を提供できるという利点がある。
一般に、一辺が３０００ｍｍを超える鋳物の鋳造には、自硬性プロセスによる方が好ましい。一方、一辺が３０００ｍｍを超える鋳物の量産物は殆どない。更に、鋳枠一辺が１０００ｍｍより小さい鋳物の鋳造には、生型を用いる方が有利な場合が多い。

また、本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインにおいては、鋳枠に作られた鋳型に注湯して鋳造される鋳物としては、例えばマンホールの蓋、アルミフェンス、ピアノフレーム、自動車部品、機械部品などであるが、これらに限定されるものではない。また、これらの鋳物の重量は約１００Ｋｇから約２０００Ｋｇの範囲であることが好ましい。この範囲によれば、中型や大型の鋳物を効率よく提供できるという利点がある。

本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインによれば、造型装置を備えた造型ステーションにおいて、作業者が、フィルム成形、塗型、枠セット及び抜型の作業をなすことができる。これらの作業は、鋳造ラインにおいては自動化の実現が最も困難でコストも要するが、本発明によれば作業者が手作業で容易に実施できるという利点がある。

本発明の上述及び他の目的及び効果は添付図面を参照する以下の説明により一層明らかになろう。

本発明の一実施例の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインのレイアウトを概略的に示す図である。 本発明の一実施例に用いる造型装置の側面概略図である。 本発明の一実施例に用いる模型箱の断面概略図である。 本発明の一実施例に用いる真空ポンプユニットの正面概略図である。 本発明の一実施例に用いる砂供給装置の正面概略図である。 本発明の一実施例に用いる上下鋳枠配置設備の平面概略図である。 本発明の一実施例に用いる砂処理装置の一例としての砂ふるい装置の正面概略図である。

ここで、本明細書において用いられる用語「半自動減圧鋳型造型鋳造ライン」とは、造型、注湯、型ばらし、製品取り出しの一部を作業者が手動で行なう造型鋳造ラインをいう。「真空ポンプユニット」とは、減圧鋳型を造型する際の減圧を確保するための真空ポンプとその周辺装置をいう。「砂供給装置」とは、上下鋳枠に砂を供給する装置をいう。「造型装置」とは、フィルム成形、塗型、枠セット、砂入れ充填及び抜型をなす装置をいう。

また、本発明における注湯装置は、取鍋を通常用いる。本明細書において、用語「砂処理装置」とは、砂から鉄片などを除去する装置であり、例えば砂ふるい装置である。この砂処理装置は砂を冷却する冷却装置を備えていてもよい。「造型ステーション」とは、造型をなす位置をいう。また、「鋳枠合わせステーション」とは、造型ステーションにおいて造型された鋳型内蔵の上下鋳枠を合わせる位置をいう。さらに、「注湯ステーション」とは、鋳型内蔵の上下鋳枠に注湯装置によって注湯を行なう位置をいう。

本明細書において、用語「フィルム成形」とは、減圧鋳型造型に用いるフィルムを加熱軟化させて模型表面に密着成形させることをいう。「塗型」とは、砂型の表面に塗布することで鋳型の表面を改良する材料をいう。「枠セット」とは、上鋳枠又は下鋳枠を模型箱の上に載せることをいう。「抜型」とは、模型から半割の砂を内蔵した（鋳型内蔵の）上鋳枠又は下鋳枠を抜き上げ分離することをいう。

また、本明細書において用いられる用語「一枠」とは、上鋳枠及び下鋳枠を重ね合わせたものをいう。
以上に示した用語は、本発明の理解を容易にするために示したのであり、ここに示した定義に厳格に限定することを意図したものではなく、それらの均等物も特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内に含まれることに留意されたい。

以下、図面に基づき発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例による半自動減圧鋳型造型鋳造ラインの概要の一例である。半自動減圧鋳型造型鋳造ラインＬは、基本的に、真空ポンプユニット１と、砂供給装置２と、この砂供給装置２に連結された造型装置３と、上下鋳枠配置設備４と、注湯装置５と、型ばらし装置１４と、砂処理装置６と、を有している。

また、造型装置３は、図２に示すように、ターンテーブル７上に模型箱８を配置して、前記真空ポンプユニット１に配管１０およびホース１１を介して連通させた状態にして前記模型箱８をフィルム成形、塗型剤塗布、塗型乾燥、枠セット、抜型位置Bと、砂入れ充填位置Cとの各位置に順次循環移動可能に構成されている。後述のように配管１０およびホース１１、上下鋳枠配置設備４（図１、図６）を構成している。

そして、造型装置３が配置された造型ステーションＡでは、作業者が、フィルム成形、塗型、枠セット、砂入れ充填及び抜型の作業をなす。

また、取鍋を有する注湯装置５は、注湯ステーションＥに配置されており、重ね合わされた上下鋳枠Ｗに対し、取鍋を傾動させることにより、取鍋内に保持された溶湯を注湯する。

このように、本実施例における注湯装置は、取鍋を傾けて注湯する傾注式であるが、本発明においては、これに限定されることなく、傾注式の他、ダム式、底注ぎ式、ダム型取鍋、底注ぎ取鍋、リフト取鍋、ドラム形取鍋、ギヤ式取鍋など様々な取鍋の運搬方法や注湯方式を用いることができる。

図３は、本発明の実施例に用いる模型箱の断面概略図である。模型箱８は、模型を取付けた模型板８ａの下部に中空室８ｂを画成し、この中空室８ｂと模型板表面８ｃとは、模型板８ａに設けられた細孔９により連通されている。

図４は、本発明の実施例に用いる真空ポンプユニット１の正面概略図である。真空ポンプ１ｂは防音壁１ａで囲んで、前記真空ポンプ１ｂの騒音が外部に漏れないようにすることが好ましい。前記真空ポンプユニット１は、配管１０およびホース１１によって前記模型箱８の中空室８ｂ及び上下鋳枠Ｗの中空室（図示せず）に接続されている（図１、図２参照）。

図５は、本発明の実施例に用いる砂供給装置の正面概略図である。ホッパ２ａを有する砂供給装置２は、前記砂処理装置６（図１，図７）に連結され、前記砂処理装置６によって処理された砂Ｓをホッパ２ａで貯留する。また、ホッパ２ａに貯留された砂Sは、作業者による砂供給装置の操作によって、前記造型装置３を介して上鋳枠Ｗ１または下鋳枠Ｗ２をセットされた模型上の空間に供給できる（図２参照）。

図６は、本発明の実施例に用いる上下鋳枠配置設備の平面概略図である。上下鋳枠配置設備４は、前記真空ポンプユニット１に連結された配管１０と、前記配管１０に一端が接続されたホース１１とからなる。前記ホース１１の他端は、真空ポンプユニット１が駆動しているときに上下鋳枠Ｗの中空室（図示せず）に対して常時吸引をなすように、上下鋳枠Ｗの中空室に接続可能である。

図７は、本発明の実施例に用いる砂処理装置の一例としての砂ふるい装置の正面概略図である。砂ふるい装置６は、型ばらし装置１４によって鋳物から分離された乾燥砂を投入する砂投入口６ａと、振動モータ６ｂによって振動するメッシュ６ｃと、発塵を防止するフッド６ｄとからなる。この砂ふるい装置６は、乾燥砂を前記メッシュ６ｃに振動させながら通過させることにより、砂以外の異物、例えば、鉄片、フィルム片、中子塊などを除去する。

以下、これらの構成を用いた本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインの動作について説明する。
図１の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインＬにおいては、真空ポンプユニット１が作動しているとする。造型装置３では、上述のように、模型箱８が、模型を取付けた模型板８ａの下部に中空室８ｂを画成し、この中空室８ｂと模型板表面８ｃとが細孔９により連通されている（図３参照）。

ついで、図３において、作業者は、フィルム吸着用の前記細孔９を穿たれた模型に加熱柔化したフィルムをかぶせる。ついで、真空ポンプユニット１による吸引によってフィルムを模型に吸着させ、成形を行い（フィルム成形）、フィルムに塗型剤を吹き付ける（塗型）。吸引機構を備えた上鋳枠Ｗ１を模型上に載せる（枠セット）。

そして、砂供給装置２（図５参照）から造型装置３に載置された模型箱８と鋳枠空間に粘結剤を含まない乾燥砂Ｓが供給され、振動機１２によって振動させることで充填される。振動充填後、模型の反対側にシール用のプラスチックフィルムを張る。その後、鋳型内を減圧したあと、模型側の吸引を解除し、抜型を行なう（抜型）。このようにして砂内蔵の上鋳枠Ｗ１を造型し、同様の手順で砂内蔵の下鋳枠Ｗ２を造型する。そして、鋳枠合わせステーションＤで、上鋳枠と下鋳枠を鋳枠合わせする。枠合わせをしたのち、クランプ治具によって、上下鋳枠同士を締結する。

なお、本実施例では前記振動機１２は、上下の縦振動を行っているが、これに限定されることなく、横振動、円振動、楕円振動などを用いることもできる。

なお、本実施例では、フィルム成形、塗型剤塗布、塗型乾燥、枠セット、及び抜型を行なう位置は同じ場所である。すなわち、位置Ｂにおいて、フィルム成形、塗型剤塗布、塗型乾燥、枠セットを行ったのち前記ターンテーブル７を作動させて、前記模型箱８を位置Ｃに移動させる。次に、位置Ｃにおいて、砂入れ充填を行ったのち、前記ターンテーブル７を作動させて、位置Ｂに戻し抜型を行っている。

その後、枠合わせされた上下鋳枠Ｗは、鋳枠合わせステーションＤから注湯ステーションＥにかけて配置されている上下鋳枠配置設備４により移動させられる。例えばその移動方法は、作業者がクレーン１３などによって短時間に搬送する（図１参照）。その後、注湯が行なわれ、冷却後、型ばらしステーションＦにある型ばらし装置１４に運ばれて、真空を切断することにより容易に、上下鋳枠から鋳物と乾燥砂を分離する。

なお、本実施例では、砂処理装置６は横型砂冷却装置１５を備えているので（図１参照）、注湯により高温になった砂を大量に迅速に冷却することができる。横型は冷却を水冷と空冷を組み合わせて行なうので効率的である。具体的には、砂冷却の能力は、前記横型砂冷却装置１５の入口での砂の温度が４００℃まで対応できる。

実験例

一つの大型バルブ部品Ｖ（図示せず）を上記実施例の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインで製造した実験について以下説明する。この実験例では、大型バルブ部品Ｖのための鋳枠の大きさは、縦２０００ｍｍ、横２０００ｍｍ、上鋳枠高さ１１００ｍｍ、下鋳枠高さ５００ｍｍであり、製品（即ち大型バルブ部品Ｖ）の重量は１７００Ｋｇであった。本実験例によれば、この大型バルブ部品Ｖの造型には４．８時間、型ばらしには１．５時間を要するのみであった。即ち計６．３時間である。

比較例

比較のために、上述の実験例と同様の寸法及び重量条件で同様な大型バルブ部品Ｖを従来のフランプロセスで製造した場合には、造型には９．３時間、型ばらしには６時間が必要であった。即ち一つの大型バルブ部品Ｖの造型及び型ばらしのために計１５．３時間を要した。

以上から、本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインの実験例によれば、従来のフランプロセスに比べ一つの大型バルブ部品Ｖを製造するだけで９時間の製造時間削減の効果があることが判明した。このように本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインによれば、従来のフランプロセスに比べて製品の製造時間を短縮することができる。
以上、本発明の半自動減圧鋳型造型鋳造ラインについて、特定の鋳物製品における具体的な寸法及び重量を参照して説明した。しかしながら、これらは本発明の説明を容易にする意図で示した過ぎず、本発明の範囲を制限するものではないことに留意されたい。当業者には、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨と目的を逸脱することなく、様々な変更例や変形例をなすことが可能であろう。

１ 真空ポンプユニット
１ｂ 真空ポンプ
２ 砂供給装置
３ 造型装置
４ 上下鋳枠配置設備
５ 注湯装置
６ 砂処理装置
７ ターンテーブル
８ 模型箱
８ａ 模型板
８ｂ 中空室
８ｃ 模型板表面
９ 細孔
１０ 配管
１１ ホース
１５ 砂冷却装置
Ａ 造型ステーション
Ｄ 鋳枠合わせステーション
Ｅ 注湯ステーション
Ｌ 半自動減圧鋳型造型鋳造ライン

Claims (12)

1. 真空ポンプを有する真空ポンプユニットと、砂供給装置と、造型装置と、上下鋳枠配置設備と、注湯装置と、型ばらし装置と、砂処理装置と、を含む半自動減圧鋳型造型鋳造ラインにおいて、
   前記造型装置を前記砂供給装置に連結すると共に、
   前記造型装置に設けられたターンテーブルと、
   このターンテーブル上に配置された模型箱であり、この模型箱は、模型を取付けた模型板の下部に中空室を画成し、この中空室と模型板表面を細孔により連通された模型箱とを更に備えることにより、
   前記模型箱の中空室を前記真空ポンプユニットに連通させた状態にして、前記模型箱を前記ターンテーブルによりフィルム成形、塗型剤塗布、塗型乾燥、枠セット、砂入れ充填、及び抜型の各位置に順次循環移動させることを特徴とする半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
2. 造型に用いる上下鋳枠が中空室を有すると共に、
   前記真空ポンプユニットは前記模型箱及び前記上下鋳枠の中空室と前記真空ポンプとを連通するように適合されており、
   前記真空ポンプは、前記造型装置から防音隔離して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
3. 前記半自動減圧鋳型造型鋳造ラインは、造型された鋳型内蔵の上下鋳枠を重ね合わせる鋳枠合わせステーションと、鋳型内蔵の上下鋳枠に前記注湯装置によって注湯をなす注湯ステーションとを更に備え、前記上下鋳枠配置設備が、前記鋳枠合わせステーションから前記注湯ステーションに亘って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
4. 前記砂処理装置が、砂冷却装置を有することを特徴とする請求項１に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
5. 前記砂冷却装置が、縦型であることを特徴とする請求項４に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
6. 前記砂冷却装置が、横型であることを特徴とする請求項４に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
7. 前記砂処理装置が、砂ふるい装置である請求項１に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
8. 前記上鋳枠と前記下鋳枠を合わせたものを一枠として、１０分から２０分に一枠の割合で造型されることを特徴とする請求項１に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
9. 前記鋳枠の大きさが縦１０００ｍｍから２５００ｍｍ、横１０００ｍｍから２５００ｍｍ、前記上鋳枠の高さが１５０ｍｍから１５００ｍｍ、前記下鋳枠の高さが１５０ｍｍから１５００ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
10. 前記鋳枠に作られた鋳型に注湯して鋳造される鋳物が、少なくともマンホールの蓋、アルミフェンス、ピアノフレーム、自動車部品、機械部品のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
11. 前記鋳物の重量が１００Ｋｇから２０００Ｋｇであることを特徴とする請求項１０に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。
12. 前記半自動減圧鋳型造型鋳造ラインは、前記造型装置が配置された造型ステーションを更に備え、この造型ステーションで、作業者が、フィルム成形、塗型、枠セット及び抜型をなすことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の半自動減圧鋳型造型鋳造ライン。

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