WO2017099040A1 - 中子造型方法および中子造型装置 - Google Patents

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frame
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core mold
mold
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一之 堤
優作 高川
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores

Definitions

  • the present invention relates to a core molding method for molding a complex-shaped core (sand mold) necessary for casting a product having a twisted shape, such as a male rotor and a female rotor of a screw compressor, using the core mold, and
  • the present invention relates to a core molding apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a core molding method in which a core necessary for casting a near net-shaped casting is molded using a core mold. And in patent document 1, while rotating the core type
  • Patent Document 1 has the following problems.
  • the core mold when the core mold is placed in the frame along the vertical direction and the self-hardening sand is packed into the frame from the top, it is necessary to lay down the frame filled with the self-hardening sand sideways. Becomes worse.
  • mold it is necessary to adjust the position of the fallen frame, and workability
  • An object of the present invention is to provide a core molding method and a core molding apparatus capable of improving the workability and molding a core having a good shape.
  • the core molding method according to the present invention is a core molding method in which a core having a twisted shape is molded by using the core mold, and after the core mold is arranged in the vertical direction in a frame that opens upward.
  • a curing step in which self-hardening sand obtained by kneading sand, resin and curing agent is packed into the frame from above the frame and cured; and the core mold and the frame centering on the core axis And removing the core mold in the vertical direction from the core formed by hardening the self-hardening sand.
  • the core molding apparatus is a core molding apparatus for molding a core having a twisted shape using a core mold, wherein the upper part is opened, and the core mold is arranged along the vertical direction inside.
  • a self-hardening sand obtained by kneading sand, a resin, and a curing agent and packed inside from above, and the core mold and the frame around the core mold axis.
  • a rotation driving device for removing the core mold in the vertical direction from the core formed by hardening the self-hardening sand.
  • the core mold is arranged in the vertical direction in the frame, and self-hardening sand is packed into the frame from above the frame and cured. And a core type
  • Core molding method In the core molding method according to the first embodiment of the present invention, for example, a complicated core (sand mold) required for casting a product having a twisted shape, such as a male rotor and a female rotor of a screw compressor, is used. This is a method of making using a child mold.
  • This core molding method has a curing step and a die-cutting step.
  • the curing process consists of placing a twisted wooden or metal core or resin core in the frame, then filling the frame with self-hardening sand, which is a mixture of sand, resin and curing agent, and curing. It is a process to make.
  • the core mold is arranged along the vertical direction in a frame that opens upward. Then, the self-hardening sand is filled into the frame from above the frame and cured.
  • Sand used for self-hardening sand is new sand or recycled sand having a polygonal shape or a spherical shape and a particle size of AFS 130 or less.
  • the resin used for self-hardening sand as a binder is an acid curable furan resin containing furfuryl alcohol, and the amount of addition to the sand is 0.8%.
  • curing agent used for self-hardening sand as a hardening catalyst is a hardening
  • the addition amount with respect to furan resin is 40%.
  • the kneading of the sand, the resin and the curing agent it is preferable to first knead the sand and the curing agent, and then add the resin and further knead.
  • a general-purpose household mixer can be suitably used for kneading.
  • Self-hardening sand is obtained by kneading the sand and the curing agent for 45 seconds with a home mixer, then adding the resin and kneading for another 45 seconds. This self-hardening sand is packed from above into a wooden or metal or resin frame in which the core mold is arranged in the vertical direction.
  • the self-hardening sand is packed in the frame along the axial direction of the core while the self-hardening sand is vibrated.
  • the self-hardening sand hardens and shrinks as time passes.
  • the punching process is a process of pulling the core mold from the core formed by hardening the self-hardening sand while relatively rotating the core mold and the frame around the core mold axis. After a predetermined curing time has elapsed, the core mold and the frame are rotated relative to each other about the core mold axis, whereby the core mold is removed vertically from the core.
  • the curing time is an elapsed time from the end of kneading of the sand, the resin and the curing agent.
  • the core mold is fixed so as not to rotate, and the frame is rotated in the horizontal direction. Further, the frame is rotated in the horizontal direction while pulling the core mold upward with a tension higher than the load of the core mold.
  • the screw-shaped core mold is pulled out from the core along the vertical direction. At this time, the core mold is pulled upward from the core by setting the rotation direction of the frame so that the core mold comes out upward.
  • the core molding apparatus performs the above-described core molding method.
  • FIG. 1 which is a side view
  • the core molding apparatus 1 has a frame 2 made of wood, metal, or resin that is open at the top.
  • the frame 2 is placed on the frame base 3.
  • a screw-shaped core mold 4 is arranged along the vertical direction.
  • the shaft 4 a of the core mold 4 is held by the shaft holder 5 so as not to rotate.
  • the frame 2 is filled with self-hardening sand obtained by kneading sand, resin, and a curing agent from above.
  • the frame base 3 is provided with a side plate 3 a that can advance and retract in the horizontal direction with respect to the frame 2 for each of the four side surfaces of the frame 2.
  • the frame 2 is fixed on the frame 3 by bringing the side plates 3 a into contact with the four side surfaces of the frame 2 placed on the frame 3. At this time, the frame 2 is fixed on the frame base 3 so that the central axis of the frame 2 coincides with the central axis of the motor 7 described later.
  • the shaft holder 5 that holds the shaft 4a of the core mold 4 is movable in the vertical direction along the rail 12 laid on the side surface of the gantry 11 along the vertical direction.
  • the core molding device 1 has a rotation drive device 6 that relatively rotates the core die 4 and the frame 2 around the axis of the core die 4.
  • the rotary drive device 6 includes a motor 7, a power source 8, and an inverter 9.
  • the motor 7 is fixed to the gantry 11 via the motor fixture 10.
  • the motor 7 is electrically connected to the power source 8 via the inverter 9.
  • the rotational speed of the motor 7 is adjusted by the inverter 9.
  • the core molding apparatus 1 has a tensioning device 13.
  • the pulling device 13 pulls and winds the wire 14 connected to the shaft holder 5.
  • the tensioning device 13 pulls the shaft holder 5 and thus the core mold 4 upward with a tension equal to or higher than the load of the core mold 4. More specifically, the tension device 13 pulls the shaft holder 5 upward with a tension equal to or greater than the total load of the core mold 4, the shaft holder 5, and the wire 14.
  • the tension device 13 is a balancer.
  • the motor 7 rotates the frame 3 in the horizontal direction.
  • the frame 2 fixed on the frame base 3 rotates in the horizontal direction.
  • the rotation direction of the frame 2 is set so that the core mold 4 comes out of the core 15 upward.
  • FIG. 2 which is a side view of the frame 2
  • the bottom plate 2a of the frame 2 is provided with a cylindrical recess 2b into which the cylindrical shaft 4a of the core mold 4 is fitted.
  • the shaft 4a of the core mold 4 and the recess 2b of the bottom plate 2a constitute an adjustment mechanism that aligns the central axis of the core mold 4 with the central axis of the frame 2.
  • the center axis of the core mold 4 and the center axis of the frame 2 are matched by fitting the shaft 4 a of the core mold 4 into the recess 2 b. Therefore, when the frame 2 is rotated in the horizontal direction, the central axis of the core mold 4, the central axis of the frame 2, and the central axis of the motor 7 coincide.
  • FIG. 3 which is a side view of the frame 2
  • a conical recess 2c is provided on the bottom plate 2a of the frame 2 and fitted. You may make it fit.
  • the core mold 4 is disposed in the frame 2 along the vertical direction, and the shaft 4 a of the core mold 4 is held by the shaft holder 5.
  • the center axis of the core mold 4 and the center axis of the frame 2 are made to coincide with each other by fitting the shaft 4a of the core mold 4 into the recess 2b.
  • the central axis of the core mold 4 and the central axis of the motor 7 coincide with each other. Therefore, when the frame 2 is rotated by the motor 7, the frictional force generated between the core 15 and the core mold 4 is reduced. The coefficient of friction can be minimized. Thereby, since the core 15 can be rotated stably, the core 15 with little internal variation without internal damage can be formed.
  • self-hardening sand is poured into the inside of the frame 2 from above the frame 2. Then, the self-hardening sand is packed in the frame 2 along the axial direction of the core mold 4 while vibrating the self-hardening sand by hitting each side surface of the frame 2 with a hammer.
  • the frame 2 is rotated in the horizontal direction by rotating the frame base 3 in the horizontal direction with the motor 7.
  • the frame 2 is rotated while pulling the shaft holder 5 upward with a tension higher than the load of the core mold 4 by the tension device 13.
  • the screw-shaped core mold 4 comes out of the core 15 along the vertical direction.
  • the rotation direction of the frame 2 is set so that the core mold 4 comes out upward. Therefore, the core mold 4 is pulled upward from the core 15.
  • the shaft holder 5 moves upward along the rail 12, and the wire 14 is wound around the tension device 13.
  • the core mold 4 stops above the core 15 while being suspended by the shaft holder 5.
  • the core mold 4 is arranged in the frame 2 along the vertical direction, and self-hardening sand is packed into the frame 2 from above the frame 2 and cured. And the core type
  • mold 4 is punched up and down from the core 15 formed by hardening self-hardening sand. Since the core mold 4 arranged along the vertical direction is removed in the vertical direction, there is no need to change the posture of the frame 2. Therefore, the axis of the motor 7 can be aligned with the core mold 4 in advance. Thereby, workability
  • the self-hardening sand since self-hardening sand is packed in the frame 2 from the top of the frame 2, the self-hardening sand can be sufficiently filled in the valley portion of the core mold 4 having a twisted shape. Thereby, the core 15 having a good shape can be formed.
  • the core mold 4 is removed from the core 15 in the vertical direction.
  • the core mold 4 is rotated in the horizontal direction, since the core mold 4 moves in the vertical direction with respect to the core 15, it is necessary to move the motor that rotates the core mold 4 in the vertical direction.
  • a moving mechanism and a space for retracting the motor are required, which complicates and enlarges the apparatus. Therefore, by rotating the frame 2 in the horizontal direction, the core mold 4 can be removed from the core 15 without moving the frame 2 in the vertical direction. This eliminates the need for a mechanism for moving the motor 7 and a space for retracting the motor 7, thereby simplifying and downsizing the apparatus.
  • the core mold 4 is pulled upward from the core 15 while pulling the core mold 4 upward with a tension higher than the load of the core mold 4. As a result, the core mold 4 does not move downward during or after the core mold 4 is pulled out, so that the load of the core mold 4 acts on the core 15 and the core 15 is deformed in the axial direction. Can be prevented.
  • the center axis of the core mold 4 is aligned with the center axis of the frame 2, so that the core mold 4 and the frame 2 are relatively rotated.
  • the central axis of the core mold 4, the central axis of the frame 2, and the central axis of the motor 7 can be matched.
  • the core molding device 201 has a weight 21 connected to the shaft 4a of the core mold 4 by a wire 22, and the tension by the weight 21 is the shaft 4a of the core mold 4.
  • the structure which supports the wire 22 with the pulleys 23 and 24 so that it may act may be sufficient.
  • the tension of the weight 21 is equal to or greater than the total load of the core mold 4 and the wire 22. Even with such a configuration, it is possible to prevent the core mold 4 from moving downward during or after the core mold 4 is pulled out.
  • the core mold 4 is arranged in the vertical direction in the frame 2, and the frame 2 from above the frame 2. Fill with self-hardening sand and let it harden. And the core type
  • mold 4 is punched up and down from the core 15 formed by hardening self-hardening sand. Since the core mold 4 arranged along the vertical direction is removed in the vertical direction, there is no need to change the posture of the frame 2. Therefore, the axis of the motor 7 can be aligned with the core mold 4 in advance. Thereby, workability
  • the self-hardening sand since self-hardening sand is packed in the frame 2 from the top of the frame 2, the self-hardening sand can be sufficiently filled in the valley portion of the core mold 4 having a twisted shape. Thereby, the core 15 having a good shape can be formed.
  • the core mold 4 is removed from the core 15 in the vertical direction.
  • the core mold 4 is rotated in the horizontal direction, since the core mold 4 moves in the vertical direction with respect to the core 15, it is necessary to move the motor that rotates the core mold 4 in the vertical direction.
  • a moving mechanism and a space for retracting the motor are required, which complicates and enlarges the apparatus. Therefore, by rotating the frame 2 in the horizontal direction, the core mold 4 can be removed from the core 15 without moving the frame 2 in the vertical direction. This eliminates the need for a mechanism for moving the motor 7 and a space for retracting the motor 7, thereby simplifying and downsizing the apparatus.
  • the core mold 4 is pulled upward from the core 15 while pulling the core mold 4 upward with a tension higher than the load of the core mold 4. As a result, the core mold 4 does not move downward during or after the core mold 4 is pulled out, so that the load of the core mold 4 acts on the core 15 and the core 15 is deformed in the axial direction. Can be prevented.
  • the center axis of the core mold 4 is aligned with the center axis of the frame 2, so that the core mold 4 and the frame 2 are relatively rotated.
  • the central axis of the core mold 4, the central axis of the frame 2, and the central axis of the motor 7 can be matched.
  • the core molding method of the present embodiment is different from the core molding method of the first embodiment in that, in the curing step, an amount of self-hardening sand overflowing from the frame is introduced into the frame and then the self-hardening sand overflowing from the frame. It is a point which flattens the upper end surface of self-hardening sand in a frame by removing.
  • the upper end surface of the self-hardening sand in a frame is planarized by removing the self-hardening sand overflowing from the frame. Thereby, the upper end surface of the core can be formed with high accuracy.
  • the removal of unnecessary self-hardening sand may be performed during the hardening of the self-hardening sand or after the hardening of the self-hardening sand as long as it is before the die-cutting process. If the upper end surface of the core is to be cured after the core mold has been removed, the locally thinned portion, such as around the hole after the core mold has been removed, is likely to be damaged. Therefore, the upper end surface of the self-hardening sand in the frame is flattened before removing the core mold. Further, it is preferable to flatten the upper end surface of the self-hardening sand in the frame after the self-hardening sand exhibits a certain strength so as not to be damaged by a slight external force.
  • ⁇ Unnecessary self-hardening sand is removed with a removal device in which the lower end is in contact with the upper end surface of the core type arranged in the frame.
  • the core molding apparatus performs the core molding method described above.
  • the core molding device 301 has a removal device 31 as shown in FIG. 5 which is a side view. An amount of self-hardening sand overflowing from the frame 2 is introduced into the frame 2.
  • the removal device 31 is attached to the shaft 4 a of the core mold 4.
  • the removing device 31 can rotate around the shaft 4 a of the core mold 4.
  • the removing device 31 is a cylindrical tube through which the shaft 4a of the core mold 4 is inserted. It has the member 31a and the spatula-shaped removal member 31b attached to the outer peripheral surface of the cylinder member 31a.
  • the inner diameter of the cylindrical member 31 a is made larger than the outer diameter of the shaft 4 a of the core mold 4.
  • the removing member 31b scrapes off the self-hardening sand overflowing from the frame 2 when the removing device 31 is rotated.
  • Two removal members 31b are provided at intervals of 180 degrees in the circumferential direction of the cylindrical member 31a. The length of the removing member 31b is set such that the end of the removing member 31b is located inside the frame 2.
  • the number of removing members 31b may be one.
  • the number of removing members 31b may be provided in the circumferential direction of the cylindrical member 31a, for example, at intervals of 120 degrees. Of course, four or more may be provided.
  • FIG. 9A which is a side view of FIG. 6A viewed from the direction A
  • the thickness of the removal member 31b is uniform from the upper end to the lower end.
  • the thickness of the removal member 31b may be reduced gradually from an upper end to a lower end.
  • the removal member 31b may be inclined or curved at the lower end portion opposite to the rotation direction (arrow direction). May be. By doing in this way, the ability to scrape self-hardening sand can be improved.
  • the removal device 31 is retracted above the frame 2 so as not to interfere with the charging when the self-hardening sand is charged. After the self-hardening sand is charged, the removal device 31 is disposed so that the lower end of the removal device 31 is in contact with the upper end surface of the core mold 4 as shown by a broken line in FIG. And when the removal apparatus 31 is rotated manually, the self-hardening sand overflowing from the frame 2 is scraped off by the removal member 31b.
  • the removal device 31 may be configured to be detached from the shaft 4a of the core mold 4 when the self-hardening sand is charged and attached to the shaft 4a of the core mold 4 after the self-hardening sand is charged.
  • the self-hardening sand in the frame 2 may be deficient due to a change in the bulk density of the self-hardening sand. Therefore, in this embodiment, an amount of self-hardening sand overflowing from the frame 2 is introduced into the frame 2.
  • the upper end surface of the self-hardening sand in the frame 2 is flattened by removing the self-hardening sand overflowing from the frame 2 before removing the core mold 4. Thereby, the upper end surface of the core 15 can be accurately formed.
  • the removal device 31 by rotating the removal device 31 around the shaft 4a of the core mold 4, the self-hardening sand overflowing from the frame 2 is scraped off by the removal member 31b of the removal device 31. Thereby, the upper end surface of the self-hardening sand in the frame 2 can be suitably flattened.
  • the removal device 31 may have a brush 31c instead of the spatula-shaped removal member 31b.
  • the brush 31c By scraping off the self-hardening sand overflowing from the frame 2 with a plurality of bristles of the brush 31c, the upper end surface of the self-hardening sand in the frame 2 can be suitably flattened. Moreover, if it is the brush 31c, the load to the self-hardening sand in the frame 2 can be reduced.
  • the removing device 31 includes a disk-shaped plate member 31d, and a plurality of plate members 31d are provided.
  • the notch part may be formed.
  • the notch is bent from the plate member 31d so that the tip is positioned downward. Therefore, a hole is opened in the plate member 31d where the notch is formed.
  • the self-hardening sand shaved off at the notch moves to the upper surface of the plate member 31d through the hole, and is manually removed from above the plate member 31d. Even if it is such a structure, the upper end surface of self-hardening sand in the frame 2 can be planarized suitably.
  • the plate member 31d is not limited to a disk shape, and may be a fan shape.
  • the amount of self-hardening sand overflowing from the frame 2 is poured into the frame 2 and then disposed in the frame 2.
  • the upper end surface of the self-hardening sand in the frame 2 is flattened by removing the self-hardening sand overflowing from the frame 2 with the removing device 31 whose lower end is in contact with the upper end surface of the child mold 4.
  • the self-hardening sand in the frame 2 may be deficient due to a change in the bulk density of the self-hardening sand.
  • the self-hardening sand will not be insufficient, but when the self-hardening sand overflowing from the frame 2 is hardened as it is, the upper end surface of the core 15 does not become flat, and the core 15 is placed in the main mold. Shape error may occur. Therefore, the upper end surface of the self-hardening sand in the frame 2 is flattened by removing the self-hardening sand overflowing from the frame 2 before removing the core mold 4. Thereby, the upper end surface of the core 15 can be accurately formed.
  • the removing device 31 by rotating the removing device 31 around the shaft 4a of the core mold 4, the self-hardening sand overflowing from the frame 2 is scraped off by the spatula-shaped removing member 31b of the removing device 31. Thereby, the upper end surface of the self-hardening sand in the frame 2 can be suitably flattened.

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Abstract

作業性を向上させるとともに、形状の良好な中子を造型することができるようにする。　上方が開放する枠（２）内に中子型（４）を上下方向に沿って配置した後に、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂を枠（２）の上から枠（２）内に詰めて硬化させる。その後、中子型（４）の軸を中心に中子型（４）と枠（２）とを相対回転させながら、自硬性砂が硬化してなる中子（１５）から中子型（４）を上下方向に抜型する。

Description

中子造型方法および中子造型装置
　本発明は、スクリュ圧縮機の雄ロータや雌ロータのような、ねじれ形状を有する製品の鋳造に必要な複雑形状の中子（砂型）を、中子型を用いて造型する中子造型方法および中子造型装置に関する。
　スクリュ圧縮機の雄ロータや雌ロータのような、ねじれ形状を有する製品は、ニアネットシェイプ化（加工代を小さくすることで、最終製品形状に近づけること）した鋳物を鋳造作製し、これに仕上げ加工することで製造される。
　特許文献１には、ニアネットシェイプ化した鋳物を鋳造するのに必要な中子を中子型を用いて造型する中子造型方法が開示されている。そして、特許文献１では、枠内に水平方向に沿って配置された中子型をその軸を中心に回転させながら、自硬性砂が硬化してなる中子から中子型を水平方向に抜型している。
日本国特開２０１５－１２８７９１号公報
　しかしながら、特許文献１では、次のような問題がある。即ち、枠内に中子型を上下方向に沿って配置し、上から枠内に自硬性砂を詰める場合、自硬性砂を詰めた枠を横に倒す必要があり、重量が増えるほど作業性が悪くなる。また、中子型を回転させるモータと中子型との軸を合わせるために、倒した枠の位置を調整する必要があり、重量が増えるほど作業性が悪くなる。
　一方、枠内に中子型を水平方向に沿って配置し、横から枠内に自硬性砂を詰める場合、枠の姿勢を変える必要がない。よって、予めモータと中子型との軸合わせをしておくことができる。しかし、横から枠内に自硬性砂を詰める場合、ねじれ形状を有する中子型の谷部に自硬性砂を充填しにくいため、造型された中子に形状不良が生じやすい。
　本発明の目的は、作業性を向上させるとともに、形状の良好な中子を造型することが可能な中子造型方法および中子造型装置を提供することである。
　本発明における中子造型方法は、ねじれ形状を有する中子を中子型を用いて造型する中子造型方法において、上方が開放する枠内に前記中子型を上下方向に沿って配置した後に、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂を前記枠の上から前記枠内に詰めて硬化させる硬化工程と、前記中子型の軸を中心に前記中子型と前記枠とを相対回転させながら、前記自硬性砂が硬化してなる前記中子から前記中子型を前記上下方向に抜型する抜型工程と、を有することを特徴とする。
　また、本発明における中子造型装置は、ねじれ形状を有する中子を中子型を用いて造型する中子造型装置において、上方が開放し、内部に前記中子型が上下方向に沿って配置されるとともに、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂が上から内部に詰められて硬化される枠と、前記中子型の軸を中心に前記中子型と前記枠とを相対回転させることで、前記自硬性砂が硬化してなる前記中子から前記中子型を前記上下方向に抜型させる回転駆動装置と、を有することを特徴とする。
　本発明によると、枠内に中子型を上下方向に沿って配置しておき、枠の上から枠内に自硬性砂を詰めて硬化させる。そして、自硬性砂が硬化してなる中子から中子型を上下方向に抜型する。上下方向に沿って配置した中子型を上下方向に抜型するので、枠の姿勢を変える必要がない。よって、予め中子型に対してモータの軸合わせをしておくことができる。これにより、作業性を向上させることができる。また、枠の上から枠内に自硬性砂を詰めるので、ねじれ形状を有する中子型の谷部に自硬性砂を十分に充填することができる。これにより、形状の良好な中子を造型することができる。
中子造型装置の構成を示す側面図である。 枠の側面図である。 枠の側面図である。 中子造型装置の構成を示す側面図である。 中子造型装置の構成を示す側面図である。 除去装置の側面図である。 除去装置の上面図である。 除去装置の上面図である。 除去装置の上面図である。 図６ＡをＡ方向から見た側面図である。 図６ＡをＡ方向から見た側面図である。 図６ＡをＡ方向から見た側面図である。 除去装置の側面図である。 除去装置の側面図である。 除去装置の上面図である。
　以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
［第１実施形態］
（中子造型方法）
　本発明の第１実施形態による中子造型方法は、例えば、スクリュ圧縮機の雄ロータや雌ロータのような、ねじれ形状を有する製品の鋳造に必要な複雑形状の中子（砂型）を、中子型を用いて造型する方法である。この中子造型方法は、硬化工程と、抜型工程と、を有している。
（硬化工程）
　硬化工程は、ねじれ形状を有する木製または金属製、あるいは樹脂製の中子型を枠内に配置した後に、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂を枠内に詰めて硬化させる工程である。
　本実施形態においては、上方が開放する枠内に中子型を上下方向に沿って配置する。そして、自硬性砂を枠の上から枠内に詰めて硬化させる。
　自硬性砂に用いる砂は、形状が多角形状または球状で、粒度がＡＦＳ１３０以下の新砂または再生砂である。また、粘結剤として自硬性砂に用いる樹脂は、フルフリルアルコールを含有する酸硬化性のフラン樹脂であって、砂に対する添加量は０．８％である。また、硬化触媒として自硬性砂に用いる硬化剤は、キシレンスルホン酸系硬化剤および硫酸系硬化剤を混合した、フラン樹脂用の硬化剤であって、フラン樹脂に対する添加量は４０％である。このような砂や樹脂、硬化剤を自硬性砂に用いることで、中子を好適に造型することができる。
　砂と樹脂と硬化剤との混練としては、まず、砂と硬化剤とを混練し、その後、樹脂を加えてさらに混練することが好ましい。混練には、汎用の家庭用ミキサーを好適に用いることができる。家庭用ミキサーで、砂と硬化剤とを４５秒混練し、その後、樹脂を加えてさらに４５秒混練することで、自硬性砂とする。この自硬性砂を、中子型が上下方向に沿って内部に配置された木製または金属製、あるいは樹脂製の枠内に上から詰める。このとき、自硬性砂を加振しながら、中子型の軸方向に沿って自硬性砂を枠内に詰める。樹脂と硬化剤とが不可逆的な脱水縮合反応を起こすことで、時間の経過に伴って自硬性砂が硬化・収縮する。
（抜型工程）
　抜型工程は、中子型の軸を中心に中子型と枠とを相対回転させながら、自硬性砂が硬化してなる中子から中子型を抜型する工程である。所定の硬化時間が経過した後に、中子型の軸を中心に中子型と枠とを相対回転させることで、中子から中子型を上下方向に抜型する。ここで、硬化時間は、砂と樹脂と硬化剤との混練終了からの経過時間である。
　本実施形態においては、中子型が回転しないように固定しておき、枠を水平方向に回転させる。また、中子型の荷重以上の張力で中子型を上方向に引っ張りながら、枠を水平方向に回転させる。枠を水平方向に回転させることで、スクリュ形状の中子型は、中子から上下方向に沿って抜け出す。このとき、中子型が上方向に抜け出るように、枠の回転方向を設定することで、中子型は中子から上方向に抜型する。
（中子造型装置）
　本発明の第１実施形態による中子造型装置は、上述した中子造型方法を行うものである。中子造型装置１は、側面図である図１に示すように、上方が開放した木製または金属製、あるいは樹脂製の枠２を有している。枠２は、枠台３上に載置される。枠２の内部には、スクリュ形状の中子型４が上下方向に沿って配置される。中子型４の軸４ａは、軸保持具５により回転不能に保持される。枠２の内部には、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂が上から詰められる。
　枠台３は、枠２に対して水平方向に進退可能な側板３ａを、枠２の４つの側面の各々に対して備えている。枠台３上に載置された枠２の４つの側面に側板３ａをそれぞれ当接させることで、枠２が枠台３上に固定される。このとき、枠２の中心軸が、後述するモータ７の中心軸と一致するように、枠２が枠台３上に固定される。
　中子型４の軸４ａを保持する軸保持具５は、上下方向に沿って架台１１の側面に敷設されたレール１２に沿って上下方向に移動可能にされている。
　また、中子造型装置１は、中子型４の軸を中心に中子型４と枠２とを相対回転させる回転駆動装置６を有している。回転駆動装置６は、モータ７と、電源８と、インバータ９とを備えている。モータ７は、モータ固定具１０を介して架台１１に固定されている。
　モータ７は、インバータ９を介して電源８に電気的に接続されている。モータ７の回転速度は、インバータ９により調整される。
　また、中子造型装置１は、引張装置１３を有している。この引張装置１３は、軸保持具５に接続されているワイヤ１４を引っ張って巻き取るものである。引張装置１３は、中子型４の荷重以上の張力で軸保持具５、ひいては、中子型４を上方向に引っ張る。より具体的には、引張装置１３は、中子型４と軸保持具５とワイヤ１４の合計荷重と同等または同等以上の張力で軸保持具５を上方向に引っ張る。本実施形態において、引張装置１３はバランサーである。
　モータ７は、枠台３を水平方向に回転させる。これにより、枠台３上に固定された枠２が水平方向に回転する。ここで、中子型４が中子１５から上方向に抜け出るように、枠２の回転方向が設定されている。
　ここで、枠２の側面図である図２に示すように、枠２の底板２ａには、中子型４の円柱状の軸４ａが嵌る円柱状の凹部２ｂが設けられている。中子型４の軸４ａと、底板２ａの凹部２ｂとは、中子型４の中心軸と枠２の中心軸とを一致させる調整機構を構成している。枠２の内部に中子型４を配置する際に、凹部２ｂに中子型４の軸４ａを嵌めることで、中子型４の中心軸と枠２の中心軸とが一致する。よって、枠２を水平方向に回転させる際に、中子型４の中心軸と、枠２の中心軸と、モータ７の中心軸とが一致する。
　なお、枠２の側面図である図３に示すように、中子型４の軸４ａの端が円錐状である場合には、枠２の底板２ａに円錐状の凹部２ｃを設けて、嵌め合うようにしてもよい。
　このような構成において、図１に示すように、まず、上方が開放した枠２を枠台３上に載置し、枠２の側面に側板３ａを当接させることで、枠２を枠台３上に固定する。このとき、枠２の中心軸を、モータ７の中心軸と一致させる。
　次に、枠２の内部に中子型４を上下方向に沿って配置し、中子型４の軸４ａを軸保持具５で保持する。このとき、凹部２ｂに中子型４の軸４ａを嵌めることで、中子型４の中心軸と枠２の中心軸とを一致させる。これにより、中子型４の中心軸とモータ７の中心軸とが一致するので、モータ７で枠２を回転させた際に、中子１５と中子型４との間に生じる摩擦力の摩擦係数を最小とすることができる。これにより、中子１５を安定して回転させることができるので、内部破損のない、形状のばらつきの小さい中子１５を造型することができる。
　次に、枠２の上方から枠２の内部に自硬性砂を投入する。そして、枠２の各側面をハンマーで叩いて自硬性砂を加振しながら自硬性砂を中子型４の軸方向に沿って枠２内に詰める。
　所定の硬化時間が経過した後に、モータ７で枠台３を水平方向に回転させることで、枠２を水平方向に回転させる。枠２の回転は、引張装置１３で軸保持具５を中子型４の荷重以上の張力で上方向に引っ張りながら行う。中子型４が回転しないようにしながら枠２を回転させることで、スクリュ形状の中子型４は、中子１５から上下方向に沿って抜け出してくる。ここで、中子型４が上方向に抜け出るように、枠２の回転方向が設定されている。よって、中子型４は中子１５から上方向に抜型していく。抜型中に、軸保持具５はレール１２に沿って上方向に移動し、ワイヤ１４は引張装置１３に巻き取られていく。このようにして、中子型４が中子１５から完全に抜型すると、中子型４は軸保持具５で吊られた状態で中子１５の上方で停止する。
　このように、枠２内に中子型４を上下方向に沿って配置しておき、枠２の上から枠２内に自硬性砂を詰めて硬化させる。そして、自硬性砂が硬化してなる中子１５から中子型４を上下方向に抜型する。上下方向に沿って配置した中子型４を上下方向に抜型するので、枠２の姿勢を変える必要がない。よって、予め中子型４に対してモータ７の軸合わせをしておくことができる。これにより、作業性を向上させることができる。また、枠２の上から枠２内に自硬性砂を詰めるので、ねじれ形状を有する中子型４の谷部に自硬性砂を十分に充填することができる。これにより、形状の良好な中子１５を造型することができる。
　また、枠２を水平方向に回転させることで、中子１５から中子型４を上下方向に抜型する。中子型４を水平方向に回転させる場合、中子１５に対して中子型４が上下方向に移動するため、中子型４を回転させるモータを上下方向に移動させる必要があり、モータを移動させる機構やモータを退避させるスペースが必要となり、装置が複雑化・大型化する。そこで、枠２を水平方向に回転させることで、枠２を上下方向に移動させることなく、中子１５から中子型４を抜型することができる。これにより、モータ７を移動させる機構やモータ７を退避させるスペースが不要となるので、装置を単純化・小型化することができる。
　また、中子型４の荷重以上の張力で中子型４を上方向に引っ張りながら、中子１５から中子型４を上方向に抜型する。これにより、中子型４の抜型中や抜型後に中子型４が下方向に移動しないので、中子型４の荷重が中子１５に作用して中子１５が軸方向に変形するのを防止することができる。
　また、枠２内に中子型４を配置する際に、中子型４の中心軸と枠２の中心軸とを一致させることで、中子型４と枠２とを相対回転させる際に、中子型４の中心軸と、枠２の中心軸と、モータ７の中心軸とを一致させることができる。
（変形例）
　なお、引張装置１３により、中子型４の荷重以上の張力で中子型４を上方向に引っ張る構成に限定されない。側面図である図４に示すように、中子造型装置２０１は、中子型４の軸４ａにワイヤ２２で接続された錘２１を有し、錘２１による張力が中子型４の軸４ａに作用するように、滑車２３，２４でワイヤ２２を支持する構成であってもよい。錘２１の張力は、中子型４とワイヤ２２との合計荷重と同等または同等以上である。このような構成であっても、中子型４の抜型中や抜型後に中子型４が下方向に移動しないようにすることができる。
（効果）
　以上に述べたように、本実施形態に係る中子造型方法および中子造型装置によると、枠２内に中子型４を上下方向に沿って配置しておき、枠２の上から枠２内に自硬性砂を詰めて硬化させる。そして、自硬性砂が硬化してなる中子１５から中子型４を上下方向に抜型する。上下方向に沿って配置した中子型４を上下方向に抜型するので、枠２の姿勢を変える必要がない。よって、予め中子型４に対してモータ７の軸合わせをしておくことができる。これにより、作業性を向上させることができる。また、枠２の上から枠２内に自硬性砂を詰めるので、ねじれ形状を有する中子型４の谷部に自硬性砂を十分に充填することができる。これにより、形状の良好な中子１５を造型することができる。
　また、枠２を水平方向に回転させることで、中子１５から中子型４を上下方向に抜型する。中子型４を水平方向に回転させる場合、中子１５に対して中子型４が上下方向に移動するため、中子型４を回転させるモータを上下方向に移動させる必要があり、モータを移動させる機構やモータを退避させるスペースが必要となり、装置が複雑化・大型化する。そこで、枠２を水平方向に回転させることで、枠２を上下方向に移動させることなく、中子１５から中子型４を抜型することができる。これにより、モータ７を移動させる機構やモータ７を退避させるスペースが不要となるので、装置を単純化・小型化することができる。
　また、中子型４の荷重以上の張力で中子型４を上方向に引っ張りながら、中子１５から中子型４を上方向に抜型する。これにより、中子型４の抜型中や抜型後に中子型４が下方向に移動しないので、中子型４の荷重が中子１５に作用して中子１５が軸方向に変形するのを防止することができる。
　また、枠２内に中子型４を配置する際に、中子型４の中心軸と枠２の中心軸とを一致させることで、中子型４と枠２とを相対回転させる際に、中子型４の中心軸と、枠２の中心軸と、モータ７の中心軸とを一致させることができる。
［第２実施形態］
（中子造型方法）
　次に、本発明の第２実施形態に係る中子造型方法について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態の中子造型方法が第１実施形態の中子造型方法と異なる点は、硬化工程において、枠から溢れる量の自硬性砂を枠内に投入した後に、枠から溢れた自硬性砂を除去することで、枠内の自硬性砂の上端面を平坦化する点である。
（硬化工程）
　自硬性砂を枠の上から枠内に詰めた場合、自硬性砂のかさ密度などの変化により、枠内の自硬性砂に不足が生じる場合がある。そこで、硬化工程では、枠から溢れる量の自硬性砂を枠内に投入する。これにより、自硬性砂が不足することはなくなるが、枠から溢れた自硬性砂がそのまま硬化すると、中子の上端面が平坦にならず、中子を主型に設置するときに形状誤差が生じる恐れがある。そこで、抜型工程を行う前に、枠から溢れた自硬性砂を除去することで、枠内の自硬性砂の上端面を平坦化する。これにより、中子の上端面を精度よく形成することができる。
　なお、事前に自硬性砂の適切な投入量を把握しておき、その量を計測して枠内に投入することが考えられる。しかし、自硬性砂のかさ密度などの変化により不要部分や不足が生じるリスクがある。そこで、枠から溢れるだけの、十分な量の自硬性砂を枠内に投入した後に、枠から溢れた自硬性砂を除去する方が合理的である。
　不要な自硬性砂の除去は、抜型工程を行う前であれば、自硬性砂の硬化中に行ってもよいし、自硬性砂の硬化後に行ってもよい。中子型の抜型後に、中子の上端面を養生しようとすると、中子型を抜いた後の穴周りなど、局所的に肉厚が薄くなっている部分が損傷しやすい。そのために、中子型を抜く前に、枠内の自硬性砂の上端面を平坦化する。また、わずかな外力で損傷しないように、自硬性砂にある程度の強度が発現してから、枠内の自硬性砂の上端面を平坦化するのが好ましい。
　不要な自硬性砂の除去は、枠内に配置された中子型の上端面に下端が接する除去装置で行う。中子型の軸を中心に除去装置を回転させることで、除去装置が有するへら状の部材で枠から溢れた自硬性砂を削り取る。
（中子造型装置）
　第２実施形態による中子造型装置は、上述した中子造型方法を行うものである。中子造型装置３０１は、側面図である図５に示すように、除去装置３１を有している。枠２内には、枠２から溢れる量の自硬性砂が投入される。
　除去装置３１は、中子型４の軸４ａに取り付けられている。除去装置３１は、中子型４の軸４ａを中心に回転可能である。
　除去装置３１の側面図である図６Ａ、および、除去装置３１の上面図である図６Ｂに示すように、除去装置３１は、中子型４の軸４ａが内部を挿通される筒状の筒部材３１ａと、筒部材３１ａの外周面に取り付けられたへら状の除去部材３１ｂとを有している。筒部材３１ａの内径は、中子型４の軸４ａの外径よりも大きくされている。除去部材３１ｂは、除去装置３１が回転された際に、枠２から溢れた自硬性砂を削り取る。除去部材３１ｂは、筒部材３１ａの周方向に１８０度の間隔で２つ設けられている。除去部材３１ｂの長さは、枠２の内側に除去部材３１ｂの端が位置する長さにされている。
　なお、除去装置３１の上面図である図７に示すように、除去部材３１ｂは１つであってもよい。また、除去装置３１の上面図である図８に示すように、除去部材３１ｂは、筒部材３１ａの周方向に例えば１２０度の間隔で３つ設けられていてもよい。もちろん、４つ以上設けられていてもよい。
　図６ＡをＡ方向から見た側面図である図９Ａに示すように、除去部材３１ｂの厚みは、上端から下端にわたって一様である。なお、図６ＡをＡ方向から見た側面図である図９Ｂに示すように、除去部材３１ｂの厚みは、上端から下端にかけて漸減していてもよい。このように、下端側の厚みを薄くすることで、自硬性砂を削り取る能力を向上させることができる。また、図６ＡをＡ方向から見た側面図である図９Ｃに示すように、除去部材３１ｂは、下端部が回転方向（矢印方向）とは反対側に傾斜されていたり、湾曲されていたりしてもよい。このようにすることでも、自硬性砂を削り取る能力を向上させることができる。
　図５に実線で示すように、除去装置３１は、自硬性砂の投入時に、投入の邪魔にならないように枠２の上方に退避される。自硬性砂の投入後は、図５に破線で示すように、除去装置３１の下端が中子型４の上端面に接するように配置される。そして、除去装置３１が手動で回転されることで、枠２から溢れた自硬性砂が除去部材３１ｂで削り落とされる。なお、除去装置３１は、自硬性砂の投入時に中子型４の軸４ａから取り外され、自硬性砂の投入後に中子型４の軸４ａに取り付けられる構成であってもよい。
　自硬性砂を枠２の上から枠２内に詰めた場合、自硬性砂のかさ密度などの変化により、枠２内の自硬性砂に不足が生じる場合がある。そこで、本実施形態では、枠２から溢れる量の自硬性砂を枠２内に投入する。これにより、自硬性砂が不足することはなくなるが、枠２から溢れた自硬性砂がそのまま硬化すると、中子１５の上端面が平坦にならず、中子１５を主型に設置するときに形状誤差が生じる恐れがある。そこで、中子型４を抜型する前に、枠２から溢れた自硬性砂を除去することで、枠２内の自硬性砂の上端面を平坦化する。これにより、中子１５の上端面を精度よく形成することができる。
　また、中子型４の軸４ａを中心に除去装置３１を回転させることで、除去装置３１が有する除去部材３１ｂで枠２から溢れた自硬性砂を削り取る。これにより、枠２内の自硬性砂の上端面を好適に平坦化することができる。
　なお、除去装置３１の側面図である図１０に示すように、除去装置３１は、へら状の除去部材３１ｂの代わりに、ブラシ３１ｃを有していてもよい。ブラシ３１ｃの複数の毛で枠２から溢れた自硬性砂を削り取ることで、枠２内の自硬性砂の上端面を好適に平坦化することができる。また、ブラシ３１ｃであれば、枠２内の自硬性砂への負荷を低減させることができる。
　また、除去装置３１の側面図である図１１Ａ、および、除去装置３１の上面図である図１１Ｂに示すように、除去装置３１は、円盤状の板部材３１ｄを有し、板部材３１ｄに複数の切欠き部が形成されていてもよい。切欠き部は、板部材３１ｄから切り欠かれて先端が下方に位置するように折り曲げられている。そのため、切欠き部が形成された個所では、板部材３１ｄに穴が開いている。切欠き部で削り取られた自硬性砂は、穴を通って板部材３１ｄの上面に移動し、板部材３１ｄの上から手動で除去されることになる。このような構成であっても、枠２内の自硬性砂の上端面を好適に平坦化することができる。なお、板部材３１ｄは円盤状に限定されず、扇状であってもよい。
（効果）
　以上に述べたように、本実施形態に係る中子造型方法および中子造型装置によると、枠２から溢れる量の自硬性砂を枠２内に投入した後に、枠２内に配置された中子型４の上端面に下端が接する除去装置３１で枠２から溢れた自硬性砂を除去することで、枠２内の自硬性砂の上端面を平坦化する。自硬性砂を枠２の上から枠２内に詰めた場合、自硬性砂のかさ密度などの変化により、枠２内の自硬性砂に不足が生じる場合がある。そこで、枠２から溢れる量の自硬性砂を枠２内に投入する。これにより、自硬性砂が不足することはなくなるが、枠２から溢れた自硬性砂がそのまま硬化すると、中子１５の上端面が平坦にならず、中子１５を主型に設置するときに形状誤差が生じる恐れがある。そこで、中子型４を抜型する前に、枠２から溢れた自硬性砂を除去することで、枠２内の自硬性砂の上端面を平坦化する。これにより、中子１５の上端面を精度よく形成することができる。
　また、中子型４の軸４ａを中心に除去装置３１を回転させることで、除去装置３１が有するへら状の除去部材３１ｂで枠２から溢れた自硬性砂を削り取る。これにより、枠２内の自硬性砂の上端面を好適に平坦化することができる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
　本出願は、２０１５年１２月９日出願の日本国特許出願（特願２０１５－２４０５０４）、及び２０１６年５月１７日出願の日本国特許出願（特願２０１６－０９８７３６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　　１，２０１，３０１　中子造型装置
　　２　枠
　　２ａ　底板
　　２ｂ，２ｃ　凹部
　　３　枠台
　　３ａ　側板
　　４　中子型
　　４ａ　軸
　　５　軸保持具
　　６　回転駆動装置
　　７　モータ
　　８　電源
　　９　インバータ
　１０　モータ固定具
　１１　架台
　１２　レール
　１３　引張装置
　１４　ワイヤ
　１５　中子
　２１　錘
　２２　ワイヤ
　２３，２４　滑車

Claims (16)

  1. 　ねじれ形状を有する中子を中子型を用いて造型する中子造型方法において、
    　上方が開放する枠内に前記中子型を上下方向に沿って配置した後に、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂を前記枠の上から前記枠内に詰めて硬化させる硬化工程と、
    　前記中子型の軸を中心に前記中子型と前記枠とを相対回転させながら、前記自硬性砂が硬化してなる前記中子から前記中子型を前記上下方向に抜型する抜型工程と、
    を有することを特徴とする中子造型方法。
  2. 　前記抜型工程において、前記枠を水平方向に回転させることで、前記中子から前記中子型を前記上下方向に抜型することを特徴とする請求項１に記載の中子造型方法。
  3. 　前記抜型工程において、前記中子型の荷重以上の張力で前記中子型を上方向に引っ張りながら、前記枠を水平方向に回転させることで、前記中子から前記中子型を前記上方向に抜型することを特徴とする請求項２に記載の中子造型方法。
  4. 　前記硬化工程において、前記枠内に前記中子型を配置する際に、前記中子型の中心軸と前記枠の中心軸とを一致させることを特徴とする請求項１に記載の中子造型方法。
  5. 　前記硬化工程において、前記枠内に前記中子型を配置する際に、前記中子型の中心軸と前記枠の中心軸とを一致させることを特徴とする請求項２に記載の中子造型方法。
  6. 　前記硬化工程において、前記枠内に前記中子型を配置する際に、前記中子型の中心軸と前記枠の中心軸とを一致させることを特徴とする請求項３に記載の中子造型方法。
  7. 　前記硬化工程において、前記枠から溢れる量の前記自硬性砂を前記枠内に投入した後に、前記枠内に配置された前記中子型の上端面に下端が接する除去装置で前記枠から溢れた前記自硬性砂を除去することで、前記枠内の前記自硬性砂の上端面を平坦化することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の中子造型方法。
  8. 　前記中子型の軸を中心に前記除去装置を回転させることで、前記除去装置が有するへら状の部材で前記枠から溢れた前記自硬性砂を削り取ることを特徴とする請求項７に記載の中子造型方法。
  9. 　ねじれ形状を有する中子を中子型を用いて造型する中子造型装置において、
    　上方が開放し、内部に前記中子型が上下方向に沿って配置されるとともに、砂と樹脂と硬化剤とを混練してなる自硬性砂が上から内部に詰められて硬化される枠と、
    　前記中子型の軸を中心に前記中子型と前記枠とを相対回転させることで、前記自硬性砂が硬化してなる前記中子から前記中子型を前記上下方向に抜型させる回転駆動装置と、
    を有することを特徴とする中子造型装置。
  10. 　前記回転駆動装置は、前記枠を水平方向に回転させることで、前記中子から前記中子型を前記上下方向に抜型させることを特徴とする請求項９に記載の中子造型装置。
  11. 　前記中子型の荷重以上の張力で前記中子型を上方向に引っ張る引張装置をさらに有し、
    　前記回転駆動装置は、前記枠を水平方向に回転させることで、前記中子から前記中子型を前記上方向に抜型することを特徴とする請求項１０に記載の中子造型装置。
  12. 　前記中子型の中心軸と前記枠の中心軸とを一致させる調整機構をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の中子造型装置。
  13. 　前記中子型の中心軸と前記枠の中心軸とを一致させる調整機構をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の中子造型装置。
  14. 　前記中子型の中心軸と前記枠の中心軸とを一致させる調整機構をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の中子造型装置。
  15. 　前記枠内には、前記枠から溢れる量の前記自硬性砂が投入され、
    　前記枠内に配置された前記中子型の上端面に下端が接し、前記枠から溢れた前記自硬性砂を除去することで、前記枠内の前記自硬性砂の上端面を平坦化する除去装置をさらに有することを特徴とする請求項９～１４のいずれか１項に記載の中子造型装置。
  16. 　前記除去装置は、前記中子型の軸を中心に回転可能であり、
    　前記除去装置は、前記枠から溢れた前記自硬性砂を削り取るへら状の部材を有することを特徴とする請求項１５に記載の中子造型装置。
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