(57)【要約】    【課題】  鋳型造型用の鋳物砂と粘結剤との混練条件と鋳型の強度との相関性に基づいて、適切な混練条件を効率よく設定可能とする方法を提供することを課題とする。    【解決手段】  鋳物砂に代わるセラミック球粒子と粘結剤とを混練し、硬化させて作成した混練物について、前記各セラミック球粒子の粘結剤による接触点数と各接触点における接触距離とを計測し、混練度を示すパラメータとして接触点数と接触距離の平均値と接触距離のばらつき量とを求め、これらのパラメータと混練物の強度との相関式を重回帰分析手法を用いて求めると共に、評価対象の混練物について、前記接触点数、接触距離の平均値及び接触距離のばらつき量を求め、これを前記相関式に代入して該評価対象混練物の強度を評価する。【選択図】    図４
2008114245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂と粘結剤との混練物を用いて製造した鋳型の強度評価方法であって、
鋳物砂に代えて所定粒径のセラミック球粒子を用い、該セラミック球粒子と所定量の粘結剤とを混練して混練物を作成する工程と、
前記混練物を硬化させる工程と、
硬化した混練物に対し、光学式計測装置を用いて一定範囲の視野における各セラミック球粒子の粘結剤による接触点数と各接触点における接触距離とを計測し、混練度を示すパラメータとして、接触点数と接触距離の平均値と接触距離のばらつき量とを求める工程と、
該混練物を破断して強度を求める工程と、
混練条件を変更して作成した複数の混練物について求めた前記パラメータと強度のデータとから重回帰分析により混練度と強度との相関式を求める工程と、
前記セラミック球粒子を用いて作成した評価対象の混練物について、前記接触点数、接触距離の平均値及び接触距離のばらつき量を求め、これを前記相関式に代入して該評価対象混練物の強度を評価する工程と
を有することを特徴とする鋳型の強度評価方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の鋳型の強度評価方法において、
強度の評価は、混練装置における撹拌部材の形状と混練容器の傾斜角度とを変更して作成した混練物を評価対象として行うことを特徴とする鋳型の強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス硬化性鋳物砂を用いた鋳型の強度評価方法に関し、鋳型製造技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジンのシリンダブロック鋳造用の中子等の製造方法として、溶剤で溶かしたフェノール樹脂とポリイソシアネート化合物等の２種の粘結剤を砂に加えて混練したガス硬化性鋳物砂（以下、「混練砂」という）をエアブローによって成形型内に吹き込み充填すると共に、その後、該型内にトリエチルアミンガス等の硬化促進ガスを通気させ、このガスの作用によって前記２種の粘結剤を硬化させることにより、鋳型を製造する方法が知られている。
【０００３】
その場合に、鋳物砂に対する前記粘結剤の混合率が成形された鋳型の強度に関わることが知られており、特許文献１には、中子等として使用した後の鋳型を壊して得た鋳物砂を再度使用して鋳型を製造する場合に、使用後の鋳型の一部について引張破断荷重を求め、その荷重に基づいて、次に使用する鋳物砂に追加する粘結剤の量を調整するようにした発明が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４２１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記特許文献1に記載の発明によれば、鋳物砂に混合される粘結剤の量は適切に調整されることが期待されるが、量が適切であれば所要の強度の鋳型が得られるとは限らず、鋳物砂中で粘結剤が偏分布している場合、鋳型に部分的に強度が不足する箇所が生じることになる。したがって、混練砂の生成時には、鋳物砂と粘結剤とを十分に混練させる必要がある。
【０００６】
そこで、従来においては、鋳物砂と粘結剤とを混練する混練装置の仕様等の混練条件を設定するに際し、例えば混練容器の傾斜角や撹拌部材の形状等を種々変更し、各条件で混練した混練砂を用いて鋳型を成形した後、その鋳型を破断して強度を測定することにより、最適の混練条件を見出すようにしていた。
【０００７】
しかし、このような方法では、条件を変更しながら実際に多数の鋳型を製造し、そのそれぞれについて破断テストを行わなければならず、そのため、最適の混練条件を見出すのに多大の時間と労力とを要することとなっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、鋳型造型用のガス硬化性混練砂について、鋳物砂と粘結剤との混練状態と鋳型の強度との相関性に基づいて該鋳型の強度を評価する方法を見出し、混練装置の仕様やその他の混練条件の設定に要する時間や労力を大幅に削減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１０】
まず、本願の請求項1に記載の発明は、鋳物砂と粘結剤との混練物を用いて製造した鋳型の強度評価方法であって、鋳物砂に代えて所定粒径のセラミック球粒子を用い、該セラミック球粒子と所定量の粘結剤とを混練して混練物を作成する工程と、前記混練物を硬化させる工程と、硬化した混練物に対し、光学式計測装置を用いて一定範囲の視野における各セラミック球粒子の粘結剤による接触点数と各接触点における接触距離とを計測し、混練度を示すパラメータとして、接触点数と接触距離の平均値と接触距離のばらつき量とを求める工程と、該混練物を破断して強度を求める工程と、混練条件を変更して作成した複数の混練物について求めた前記パラメータと強度のデータとから重回帰分析により混練度と強度との相関式を求める工程と、前記セラミック球粒子を用いて作成した評価対象の混練物について、前記接触点数、接触距離の平均値及び接触距離のばらつき量を求め、これを前記相関式に代入して該評価対象混練物の強度を評価する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の鋳型の強度評価方法において、強度の評価は、混練装置における撹拌部材の形状と混練容器の傾斜角度とを変更して作成した混練物を評価対象として行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように構成したことにより、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
【００１３】
まず、請求項１に記載の発明では、セラミック球粒子と粘結剤との混練物の混練度を、光学式計測装置による計測に基づいて求めた各セラミック球粒子の接触点数と接触距離の平均値と接触距離のばらつき量とをパラメータとして捉えれば、これに重回帰分析手法を適用することにより、その混練物でなる鋳型の強度が評価可能な相関式が得られるとの知見に基づき、予めこの相関式を求めておく。
【００１４】
そして、混練装置の仕様等の混練条件の設定に際し、各条件で生成した混練物について、前記パラメータを求めて相関式に代入すれば、その混練物でなる鋳型について、破断等によることなく、強度の評価が可能となる。したがって、混練物生成の条件を異ならせて製造した多数の鋳型について、いちいち破断等による強度の確認を行う必要がなくなり、混練装置の仕様決定等の作業の効率が大幅に向上することになる。
【００１５】
その場合に、この発明では、形状や大きさが一定しない鋳物砂に代えて粒径が一定のセラミック球粒子を用いるので、相関式を求めるときと、その相関式を用いて評価対象の混練物ないし鋳型の強度を評価するときとで、鋳物砂のばらつきによる誤差の発生が回避され、高い評価精度が得られることになる。
【００１６】
そして、請求項２に記載の発明によれば、以上のような混練条件ごとの強度の評価が、混練装置における撹拌部材の形状と混練容器の傾斜角度とを変更して作成した混練物を評価対象として行われるので、最適な撹拌部材の形状や混練容器の傾斜角度が容易に決定され、混練装置の設計効率が向上することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明方法の実施の形態について説明する。
【００１８】
まず、この方法で用いる混練度を示すパラメータを取得するための装置について説明する。
【００１９】
図１は、鋳物砂に代えて用いる小さなセラミック球粒子と粘結剤とを混練する混練装置の概略構成を示すもので、この混練装置１０は、ほぼコ字状の支持フレーム１１の底部に設置されて、前記セラミック球粒子と粘結剤とが投入される混練容器１２と、支持フレーム１１の上部に設置されたモータ１３により回転駆動されて、混練容器１２内でセラミック球粒子と粘結剤とを撹拌する撹拌羽根１４とが備えられている。
【００２０】
そして、前記支持フレーム１１が、固定台１５に支点１６を介して揺動可能に取り付けられていることにより、鎖線で示すように、前記混練容器１２と撹拌羽根１４とが任意の角度に傾斜可能とされており、また、撹拌羽根１４の形状の変更や撹拌時間の設定等が可能とされている。
【００２１】
図２は、前記混練装置１０で生成されたセラミック球粒子と粘結剤とでなる混練物を硬化させてテストピースを作成する混練物硬化装置の概略構成を示すもので、この硬化装置２０は、ほぼコ字状の支持フレーム２１の底部に設置された混練物Ｘの収納容器２２と、支持フレーム２１の上部に取り付けられたエアシリンダ２３により、前記容器２２内の混練物Ｘを加圧する加圧盤２４とを有する。また、この硬化装置２０の容器２２には、加圧された混練物Ｘに硬化促進ガスを通気させる通気装置２５が備えられており、これらにより、硬化した混練物（以下、「テストピースＹ」という）が作成されるようになっている。
【００２２】
図３は、前記混練物硬化装置２０によって作成されたテストピースＹについて、セラミック球粒子と粘結剤との混練度を示すパラメータを取得するための光学式計測装置を示すもので、この計測装置３０は、テストピースＹの表面を光学式に観測するマイクロスコープ３１と、このマイクロスコープ３１によって観測したテストピースＹの表面を拡大して表示すると共に、画像処理技術を用いて粘結剤が被覆されたセラミック球粒子同士の粘結剤による接触状態を計測する画像処理装置３２とを有する。
【００２３】
この画像処理装置３２は、図４に示すように、マイクロスコープ３１の一視野３３において、隣接するセラミック球粒子ｘ…ｘ同士の粘結剤による接触点ａ、ｂ、ｃ…の数と、各接触点ａ、ｂ、ｃ…における粘結剤による接触距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ…の合計値（以下、単に「接触距離」という）とを取得するようになっている。
【００２４】
なお、一つのテストピースＹについて、視野を代えて、前記接触点数と接触距離とを複数組取得し、これらのデータから、そのテストピースＹの全視野についての接触点数の平均値と、接触距離の平均値と、接触距離の標準偏差（以下、「ばらつき量」という）とを求め、この３つの値を、そのテストピースＹについての混練度を示すパラメータとして採用する。
【００２５】
次に、上記のようにして取得したテストピースＹについての混練度を示すパラメータと、そのテストピースＹを実際に破断させたときの抗折力のデータとから、これらのパラメータと強度との相関関係を確認する。
【００２６】
この実施の形態では、相関関係の確認実験を次の条件で行った。
（１）セラミック球粒子：直径０．５ｍｍの窒化珪素ボール、２００ｇ
（２）粘結剤：アシュランド社製レジンを１．０重量％
（３）混練時間：１０、１５、２０、３０、４０、５０秒
（４）加圧条件：２Ｋｇ／ｃｍ２
（５）硬化促進ガス：トリエチルアミンガス
以上の条件で、各混練時間について３個、合計１８個のテストピースを作成し、各テストピースについて、抗折力を測定した。その結果は、図５に示すとおりであり、混練時間が２０秒までは、混練時間が長くなるほど抗折力が大きくなり、それ以上に時間では、抗折力がほぼ一定することが確認された。
【００２７】
次に、前記１８個のテストピースの抗折力と各パラメータとの相関関係をまとめると、図６〜図８に示す通りであって、接触点数の平均値が大きくなるほど抗折力が大きくなり、接触距離の平均値が大きくなるほど抗折力が大きくなり、接触距離のばらつき量が大きくなるほど抗折力が小さくなる傾向が認められた。
【００２８】
そして、これら３つのパラメータを総合して、これらと抗折力との間に重相関が存在するか否かを重回帰分析により確認した。その結果は、図９に示す通りであって、３つのパラメータを総合した混練度に相当する重相関データと、テストピースの抗折力との間に重相関が存在することが確認された。
【００２９】
つまり、重回帰分析の結果、一般的に０．７以上で相関関係ありとされる相関係数として、０．９より大きな値が得られた。また、各パラメータに係る係数として、接触点数の平均値に対しては、約４．６、接触距離の平均値に対しては、約０．２、接触距離のばらつき量に対しては、約−０．８という値が得られ、さらに、切片として、約−１．０という値が得られた。その結果、次式で示す相関式が得られた。
【００３０】
抗折力＝４．６×接触点数の平均値
＋０．２×接触距離の平均値
−０．８×接触距離のばらつき量
−１．０
したがって、前記混練装置１０及び混練物硬化装置２０を用いて評価対象のテストピースを作成し、そのテストピースについて、光学式計測装置３０の画像処理データから３つのパラメータを求め、その値を前記相関式に代入すれば、テストピースについて実際に抗折力を求めるための破断テストを行わなくても、そのテストピースについての抗折力が求まることになる。
【００３１】
なお、図１０は、混練条件として、図１に示す混練装置１０における混練容器１２の傾斜角度と撹拌羽根１４の回転速度とを異ならせて作成したテストピースについて、パラメータを前記相関式に代入して得られた抗折力を示すもので、撹拌羽根１４の回転速度による差は少ないものの、混練容器１２を傾斜させることにより得られたテストピースの強度（抗折力）が増大することが確認された。
【００３２】
また、図１１は、混練条件として、前記混練装置１０における混練羽根１４の形状を異ならせて作成したテストピースについて、パラメータを前記相関式に代入して得られた抗折力を示すもので、これによれば、撹拌羽根１４の形状がテストピースの強度に影響することが確認された。
【００３３】
このように、前記相関式を用いれば、混練装置１０と混練物硬化装置２０とを用いてテストピースを作成し、光学式計測装置３０を用いてセラッミク球粒子同士の粘結剤による接触点数、接触距離等を画像処理により計測すれば、そのテストピースについての抗折力を計算で求めることが可能となり、前記混練容器１２の傾斜角度や混練羽根１４の形状等の混練条件と強度との関係が、各テストピースについての破断テストによることなく評価することが可能となる。
【００３４】
その場合に、この方法では、鋳物砂に代えて粒径が一定のセラミック球を用いるので、前記相関式を求めるときと、その相関式を用いて評価対象のテストピースの強度を評価するときとで、鋳物砂のばらつきによる誤差の発生が回避され、高い評価精度が得られることになる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように本発明によれば、ガス硬化性鋳物砂を用いた鋳型の強度の評価に関して、鋳物砂と粘結剤との混練度を示すパラメータを用いることにより、各混練条件ごとの鋳型の強度を効率よく評価することが可能となり、したがって、この種の鋳型の製造産業において好適に利用される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態で用いる混練装置の概略構成図である。
【図２】同じく混練物硬化装置の概略構成図である。
【図３】同じく混練物を画像処理して混練状態を示すパラメータを計測する光学式計測装置の概略構成図である。
【図４】前記パラメータの説明図である。
【図５】混練時間と抗折力との関係を示す図である。
【図６】接触点数の平均値と抗折力との関係を示す相関図である。
【図７】接触距離の平均値と抗折力との関係を示す相関図である。
【図８】接触距離のばらつき量と抗折力との関係を示す相関図である。
【図９】混練度と抗折力との重相関関係を示す相関図である。
【図１０】混練装置の姿勢と抗折力との関係を示す図である。
【図１１】各種形状の撹拌部材を示す図である。
【図１２】撹拌部材の形状と抗折力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    混練装置
１２    混練容器
１４    撹拌部材
２０    混練物硬化装置
３０    光学式計測装置
【図１】
2008114245.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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