(57)【要約】【課題】複雑形状で厚肉部と薄肉部の差が大きい中子でも、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保し、また、塗型工程をなくして作業環境を良くするとともに通気度を確保して鋳造後の鋳造部材の品質を向上し、鋳鋼などを鋳造後の鋳物表面に浸炭発生を少なくして被削性を向上でき、さらに、設備の保守管理が容易で、かつ中子と鋳造部材を安価に高い生産性で製作できる生砂中子、その造型方法とその造型装置及びそれにより得られる鋳造部材を提供する。【解決手段】生砂中子は、セラミック製人工球状粒子と、実質的に活性粘土及び水分からなる生砂を、予備キャビティ内に上方から吹き込んだ後、横方向から多数の圧縮型で圧縮成形する。造型された生砂中子に塗型を施すことなく鋳造に供し、得られた鋳造部材の生砂中子と接した鋳物表面の硬度を、ＨＶ４５５以下とする。【選択図】　　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に人工砂粒子と、活性粘土及び水分からなる生砂で造型されていることを特徴とする生砂中子。
【請求項２】
前記人工砂粒子が、ムライト、ジルコン、またはアルミナからなることを特徴とする請求項１に記載の生砂中子。
【請求項３】
前記生砂中子は、嵩密度が１．５０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生砂中子。
【請求項４】
実質的に人工砂粒子に活性粘土及び水分を添加した生砂を、予備キャビティ内に上方から吹込んだ後、横方向から複数の圧縮型で圧縮成形することを特徴とする生砂中子の造型方法。
【請求項５】
実質的に人工砂粒子に活性粘土及び水分を添加した生砂を、予備キャビティ内に上方から吹込む砂吹込み手段と、横方向から複数の圧縮型で圧縮成形する圧縮手段と、を備えたことを特徴とする生砂中子の造型装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３何れかに記載の生砂中子を用いて得られた鋳造部材。
【請求項７】
前記鋳造部材が鋳鋼であり、かつ前記生砂中子と接した鋳物表面の硬度がＨＶ４５５以下であることを特徴とする請求項６に記載の鋳造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造に用いられる生砂中子、その造型方法とその造型装置及びそれにより得られる鋳造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳造に用いられる中子は、強度及び寸法精度の点から、シェルモールド法、コールドボックス法、ＣＯ２法などにより造型されてきている。
【０００３】
一方、上述したシェルモールド法、コールドボックス法、ＣＯ２法などによらず、生砂で中子を造型することが考えられる。例えば、特許文献１には、昇降可能な下型及び盛型に対して固定上型と昇降可能なスライド型とを対応させ、所望中子の形状よりも上半部形状が上下方向に拡大された寸法の予備成形キャビティを画成し、この予備成形キャビティに生砂を吹込み充填して予備成形体を造型し、この予備成形体の厚肉部と薄肉部の両方を所望中子の形状になるまで下型側から圧縮して、複雑形状の中子であってもほぼ均一な強度の中子に造型できるとともに寸法精度においても良好な生砂中子に造型することが可能であるとする、生砂中子の造型装置の記載がある。さらに、特許文献２には、砂吹込み型と昇降可能に構成した金型とで予備成形体を得た後、砂吹込み型と金型との間位置へ圧縮型を挿入した後、該圧縮型と金型とで予備成形体を圧縮することで前記特許文献１と同様の効果を得ようとする生砂中子造型装置の記載がある。
【０００４】
また、特許文献３に開示される生砂中子の造型方法では、中央部と端部とで太さが異なる段付形状の中子またはこの段付形状のものを屈曲させた形状の中子を造型する方法に関して、所望中子の外形形状と同一形状を成すキャビティ部（Ａ）（Ｂ）の上下に加えて圧縮代としての凹部（ａ’）（ｂ’）（ａ’’）（ｂ’’）を、Ａ／Ａ＋ａ’＋ａ’’＝Ｂ／Ｂ＋ｂ’＋ｂ’’の面積比率関係にして突出させて画成したブローキャビティ内に、生砂を吹込み充填し、前記凹部（ａ’）（ｂ’）、（ａ’’）（ｂ’’）内に充填された生砂を上下方向から前記キャビティ部（Ａ）（Ｂ）へ押し込み圧縮することにより、圧縮比率が同じになるようにして、均一な強度と良好な寸法精度を備えた段付中子の造型方法の記載がある。
【０００５】
また、特許文献４には、中子の強度を上げるために、鋳物砂に水及びソルビット（ソルビトールまたはグルシトールとも称される。ＣＨ２ＯＨ・（ＣＨＯＨ）４ＣＨ２ＯＨ）を加えて混合し、中子を作るための生砂を製造することを特徴とする中子用生砂の製造方法の開示がある。
【０００６】
【特許文献１】
特公平５−３４１０５号公報
【特許文献２】
特公平５−２７５０４号公報
【特許文献３】
特開平１−１９７０４５号公報
【特許文献４】
特許第２８４６７５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシェルモールド法、コールドボックス法、ＣＯ２法などで中子を造型した場合、中子のコストが高価であるとともに、鋳造後の鋳造部材において砂粒子の鋳物表面への焼付き欠陥を防止するために塗型が必要なことが多い。塗型工程は、中子を塗型剤の槽内に浸漬、または刷毛で手塗り、或はスプレーガンで塗布した後、火炎などで焼成乾燥させる工程からなり、通常、手作業に頼るため、作業中に塗型剤が滴下したり飛散して作業者の衣類や周囲に付着したり、塗型剤そのものや、これを焼成乾燥する時に煙や臭気で職場の空気が汚染されやすいなど作業環境を損なうこととなる。また、塗型工程は中子の製造時間を延ばし生産性を低下させる。特に、鋳造部材が鋳鋼などの場合、鋳造時の注湯温度が高いので、溶湯に対する砂粒子の耐火度が不足して、鋳物表面への砂粒子の焼付きが発生しやすい。このため従来の中子では、耐火度の高い塗型剤を中子の表面に塗布する塗型が必要になることが多い。一方、塗型は焼付き防止には効果があるが、中子の表面を塗型剤が被覆してしまうため中子の通気度が悪くなって、鋳造時、中子の粘結剤が熱分解することによって発生するガスが鋳型外へ抜けるのを妨げ溶湯中に巻き込みやすく、鋳造された鋳物にガス欠陥が発生しやすい。また、鋳造部材が鋳鋼などの場合、塗型剤に添加される黒鉛や、高温の溶湯により燃焼炭化した粘結剤が直接影響し、或は、塗型剤に含まれる粘結剤やアルコール系溶剤の熱分解により発生したメタン、一酸化炭素等のガス成分が溶湯中あるいは凝固後の鋳物中に侵入することにより鋳物表面に浸炭が生じやすい。浸炭を生ずると鋳物表面の硬度が増加して、加工工程において被削性を損なうなどの問題がある。
【０００８】
また、特許文献１に記載の造型装置で、通常の珪砂を用いた生砂で中子を造型した場合、全体に均一な鋳型強度が得られるものの、（１）厚肉部と薄肉部との圧縮比率がほぼ等しいため、一体に成形される生砂中子の部位により、例えば、薄肉部のように鋳型強度が必要な部位は高い圧縮比率とし、一方で、厚肉部のように鋳造時のガス抜けを良好にするため鋳型強度を抑えて通気度を向上したり、突起部のように鋳型強度を上げすぎると抜型性が損われる部位にあっては圧縮比率を低くするなど、部位ごとに必要な中子の特性を得るために圧縮比率を調整することができない。（２）キャビティに充填された生砂を圧縮（スクイズ）する面が、下型側の一方のみのため、圧縮される面から離れた他方の面である上型側の砂詰りが悪化し、鋳型強度が不足して、ハンドリング時や母型（主型ともいう）に挿着する過程で擦り減ったり壊れたり、また、溶湯が直接触れる部位では注湯時に中子表面が削られたりするおそれがある。即ち、下型側で適切な鋳型強度を得ようとすれば上型側の鋳型強度に不足が生ずる。特に、上型に突起部など複雑形状のキャビティを画成するとその部分の鋳型強度が著しく低下するおそれがある。また、これを避けるために高い鋳型強度が必要な部位を下型側のみに画成することとなると、上型と下型からなる中子取り型の設計の自由度が制限され、造型できる中子形状が制限されてしまうため、工業的な有益性を損うこととなり問題である。さらに、特許文献２に記載の造型装置によっても上述の特許文献１に記載の造型装置と同様の問題点（上記（１）（２）の記載）があり、加えて、特許文献２に開示の造型装置では、砂吹込み型と圧縮型とを別々に構成しているので、予備成形体を成形する段階の前と後で両者を交換する必要があり、交換のための搬送装置や位置決め手段などが必要となり、造型装置が大型化、複雑化し、装置の保守管理が煩雑になるばかりか、これに伴って中子の造型サイクルタイムも長くなり、生産性の低下や製造コストの増加を招く。また、中子の造型サイクルタイムが、中子を挿着する母型の造型サイクルタイムより長くなれば、中子を母型より先に造型し保管する必要が生じ、保管スペースの確保や、保管した中子の在庫管理が必要になるなどさらに生産効率を悪化させることとなる。
【０００９】
また、特許文献３に記載された造型方法でも、太さが異なる部位での圧縮比率を等しくして、全体に均一な鋳型強度が得られるものの、上述の特許文献１と同様の問題点（上記（１）（２）の記載）がある。加えて、特許文献３に開示された上下１対の圧縮型のみで中子を造型する方法では、単純な平板や円筒の組み合わせからなる段付中子は造型できても、例えば、厚肉部と薄肉部の差が大きい形状、屈曲が極端に大きい形状、複雑に分岐した部分を有する形状、複数の突起部を有する形状など、より複雑形状の中子を造型する場合には、仮に全体に均一な鋳型強度が必要な中子を造型する場合であっても、中子の全ての部位に等しい圧縮比率を設定し、均一な鋳型強度を備えた中子を得ることは容易ではない。さらに、きめ細かく、部位ごとに必要な中子の特性を得るために圧縮比率を調整することはより困難である。
【００１０】
また、特許文献４に記載の、鋳物砂に水及びソルビットを加えて混合する方法は、ソルビットそのもののコスト、ソルビットを添加するための設備や、添加量を調整するための管理工数が増えることによるコスト増加につながり、加えて、ソルビットは低温になると固化してしまう性質を有するため、設備に付着したソルビットの除去、また、冬場はソルビットが固化しないための温度管理が必要になるなど、設備の保守管理の面で問題がある。また、ソルビットを添加した中子で鋳造部材を鋳造した場合、高温の溶湯によりソルビットが燃焼して炭化するので、鋳造部材が鋳鋼の場合、鋳物表面に浸炭が生じ、塗型を施した場合と同様、鋳物表面が高硬度となり、被削性を損なうおそれがある。また、ソルビット以外の添加剤として、デキストリンや澱粉など、母型用として生砂に添加される添加剤を添加する場合にも、余分なコストや管理工数の増加を招く他、特に、鋳造部材が鋳鋼の場合、鋳造時の添加剤の炭化により、鋳物表面に浸炭が生じ、被削性を損なうおそれがある。
【００１１】
従って本発明の目的は、上記従来の中子の問題点を解決し、複雑形状の中子でも、ハンドリング時や母型に挿着する過程で取り扱う部位、溶湯が直接触れる部位などが、取り扱い時に擦り減ったり壊れたり、注湯時に中子表面が削られたりすることがなく、塗型をなくして塗型工程での作業環境を良くするとともに、鋳造後の鋳造部材の品質を向上できる生砂中子を提供することにある。
【００１２】
また、本発明は、係る生砂中子を、ガス抜けや抜型性の悪い部位は、鋳型強度が過剰となるのを抑えて通気度や抜型性を向上するなど、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保して造型する造型方法を提供すること、また、この造型方法を実現し、設備の保守管理が容易で、中子と鋳造部材を安価に高い生産性で製作するための造型装置を提供することにある。さらに、係る生砂中子を用いて得られた高品質で安価な鋳造部材、特に、鋳鋼などを鋳造後の鋳物表面の浸炭発生を少なくして被削性を向上することができる鋳造部材を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究した結果、人工砂粒子に活性粘土及び水分を添加した生砂を用いて中子を造型すれば、上記目的を達成できるとの知見を得、本発明に想到した。
【００１４】
即ち、本発明に係る生砂中子は、実質的に人工砂粒子と、活性粘土及び水分からなる生砂で造型されていることを特徴とする。本発明の生砂中子は、通常の珪砂（自然砂）からなる中子に較べて、生砂の骨材である砂粒子を、造粒体を高温で焼成して造られる人工砂粒子としているので、砂粒子の組織が緻密で、圧縮時の造型圧が高くても破砕したり摩滅することが少なく、また、その粒形が球形状に近いため、生砂の吹込みや圧縮時の充填性が良いので、鋳型強度を高くできる。従って、例えば、自動車用部品である排気マニホルド、タービンハウジング、デフケース、キャリア等の鋳造部材の中子形状にみられる、屈曲が極端に大きい形状、複雑に分岐した部分を有する形状、複数の突起部を有する形状など、複雑形状の中子でも、ハンドリング時や母型に挿着する過程で取り扱う部位、溶湯が直接触れる部位などが、取り扱い時に擦り減ったり壊れたり、注湯時に中子表面が削られたりすることがなく、鋳造後の鋳造部材の品質を向上できる中子となる。
【００１５】
人工砂粒子の粒度指数ＡＦＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｆｏｕｄｒｙ　Ｓｏｃｉｅｔｙ）は、鋳造部材の材質、大きさ、形状、要求品質や、注湯温度などの鋳造条件によって選択すればよく、特に限定されるものではないが、粒度指数がＡＦＳ４０未満では砂粒径が大きすぎて、鋳造時に砂粒子間への溶湯の差し込みが多くなり、また、ＡＦＳ１８０を超えると砂粒径が小さすぎて通気度を悪化させるので、ＡＦＳ５０〜８０から選択することが好ましい。
【００１６】
活性粘土は、ベントナイトなどで、好ましくは生砂比５〜９重量％とすることで、人工砂粒子同士の粘結剤として作用する。また水分は、好ましくは生砂比２〜４重量％とすることで、活性粘土を膨潤させて粘結力を発現し、造型後に適切な鋳型強度を有する中子となる。
【００１７】
ここで、実質的とは、鋳造後の鋳物に焼付き、ガス欠陥、型くずれ、砂かみなどの外観上の欠陥を生じたり、鋳鋼を鋳造した場合に鋳物表面に浸炭を生じ被削性を損なうなど、鋳物の品質に悪影響を及ぼすことなく、また、余分なコストや管理工数の増加を招かない範囲で、通常の珪砂、活性粘土、水分以外の添加があり得ることを言う。
【００１８】
人工砂粒子は、前述したとおり生砂中子を得るために有効な骨材である反面、現在、工業的に市販されているものはその価格が高価である。一方、通常の珪砂は人工砂粒子に較べ安価なことから、これを人工砂粒子に少量添加することで中子とこれを用いた鋳造部材を安価に製作することが可能である。この際、上述のとおり、鋳物の品質に悪影響を及ぼさない範囲で添加しなければならないことはいうまでもない。
【００１９】
生砂の骨材に実質的に人工砂粒子を使用すれば、ソルビットや、母型用として生砂に添加される添加剤であるデキストリン、澱粉などの活性粘土、水分以外の添加剤を添加混合しなくとも、或は、鋳造部材の品質に悪影響を及ぼさない程度の僅かな使用で済むので、鋳型強度、通気度、抜型性など中子に要求される特性を確保できる。鋳造部材が鋳鋼ではなく鋳鉄の場合には、鋳鉄は基地中に黒鉛を含む材料であり、鋳造時の添加剤の炭化により鋳物表面が浸炭して被削性が低下するという問題はない。従って、鋳鉄の場合には、活性粘土、水分以外のソルビット、デキストリン、澱粉など、通常は母型の鋳型強度や表面安定性の向上のために使用される添加剤を本発明の中子の生砂に添加することで、これら添加剤の母型における効果を中子でも得られるので有効である。
【００２０】
珪砂や添加剤を添加する場合、その適正な添加量は、それらの種類や銘柄によって変ってくるので、鋳型強度、通気度、抜型性など中子に要求される特性や鋳造部材の品質を勘案しながら実験的、経験的に決定する必要がある。
【００２１】
本発明の生砂中子は、生砂の骨材に通常の珪砂に較べて耐火度が高い人工砂粒子を使用することで、鋳鋼のように溶湯の注湯温度が高い鋳造部材の鋳造を行っても、鋳物表面への砂粒子の焼付き欠陥を抑制できる。このため従来の中子に必要であった塗型をなくせるか、或は、塗型の被覆の厚さを薄くするなど僅かな塗型で済むので、塗型工程での作業環境を改善できる。また、塗型をなくせるので中子の通気度が確保されるとともに、塗型による鋳物表面の浸炭を抑えることができるので、鋳物のガス欠陥の発生や被削性の悪化を抑制して鋳造後の鋳造部材の品質を向上できる。
【００２２】
さらに、塗型や、活性粘土、水分以外の添加剤の添加混合が不要か、僅かな使用で済むことから、設備の保守管理が容易で、コストアップや管理工数の増加を抑えられるので、中子とこれを用いた鋳造部材を安価に製作できる。
【００２３】
本発明に係る生砂中子は、前記人工砂粒子が、ムライト、ジルコン、またはアルミナからなることが好ましい。人工砂粒子をムライト、ジルコン、またはアルミナより選択することで、生砂中子の耐火度が確保される。なお、中子の製造コストの面からはムライトが好ましい。
【００２４】
本発明に係る生砂中子は、前記生砂中子の嵩密度が１．５０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする。ここでいう嵩密度は、造型完了後の中子の嵩密度（以下、嵩密度という。）であり、中子の重量（ｇ）を体積（ｃｍ３）で除した値（ｇ／ｃｍ３）で、中子の砂粒の充填性を示す指標の１つである。嵩密度が１．５０ｇ／ｃｍ３未満では、充填性が低く十分な鋳型強度を確保できないので、ハンドリング時や母型に挿着する過程で取り扱う部位、溶湯が直接触れる部位などが、取り扱い時に擦り減ったり壊れたり、また、注湯時に中子表面が削られたりするおそれがある。嵩密度を１．５０ｇ／ｃｍ３以上とすれば、鋳型強度を確保でき、さらに、砂粒の充填性が高いので鋳造における砂粒子間への溶湯の差し込みに起因する焼付きを抑制できる。嵩密度を１．６０ｇ／ｃｍ３を超える値とすれば、より充填性と鋳型強度が向上するので好ましい。
【００２５】
本発明に係る生砂中子の造型方法は、実質的に人工砂粒子に活性粘土及び水分を添加した生砂を、予備キャビティ内に上方から吹込んだ後、横方向から複数の圧縮型で圧縮成形することを特徴とする。本発明の造型方法によれば、前記生砂を予備キャビティ内に上方から下方に向かって吹込むことで、横方向から吹込む場合に比較して、砂粒に加わる重力加速度と慣性力を利用できるので、生砂が予備キャビティの隅々まで充填され、生砂の充填性が良くなって中子の鋳型強度を高くできる。さらに、予備キャビティに吹込んだ生砂を横方向から複数の圧縮型で圧縮成形することで、ハンドリング時や母型に挿着する過程で取り扱う部位、溶湯が直接触れる部位などは、圧縮比率を高く設定して鋳型強度を所定の値とし、また、ガス抜けや抜型性の悪い部位は、圧縮比率を低く設定して鋳型強度が過剰となるのを抑えて通気度や抜型性を向上するなど、中子の各部位の圧縮比率を調整できるので、複雑形状の中子でも、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保できる。なお、本発明での圧縮比率は、圧縮代と、完成後（出来上り）の中子における圧縮方向の所望の肉厚寸法との比率、即ち、圧縮比率＝（圧縮代／所望中子寸法）と定義する。
【００２６】
本発明に係る生砂中子の造型方法では、圧縮比率を３５％以上に設定すれば、造型完了後の中子の嵩密度が１．５０ｇ／ｃｍ３以上となり、充填性と鋳型強度を確保できる。さらに、圧縮比率を５０％以上に設定すれば、嵩密度が１．６０ｇ／ｃｍ３を超える値となり、より充填性と鋳型強度が向上するので好ましい。圧縮比率が３５％未満では、ハンドリングや主型に挿着時に、中子が擦り減ったり壊れたりしやすい。一方、鋳型強度の上昇と共に通気度は低下する。圧縮比率が６５％を超えると通気度が悪くなって、ガス欠陥を助長するなど、鋳造後の鋳物の品質を悪くする。従って、圧縮比率は３５〜６５％とするのが好ましい。
【００２７】
本発明に係る生砂中子の造型装置は、実質的に人工砂粒子に活性粘土及び水分を添加した生砂を、予備キャビティ内に上方から吹込む砂吹込み手段と、横方向から複数の圧縮型で圧縮成形する圧縮手段と、を備えたことを特徴とする。本発明の造型装置によれば、前記生砂を予備キャビティの上方から下向きに吹込む砂吹込み手段を備えるので、砂粒に加わる重力加速度と慣性力を利用でき、生砂の充填性が良くなって鋳型強度を高くできる。さらに、予備キャビティに吹込んだ生砂を横方向から複数の圧縮型で圧縮成形する圧縮手段を備えるので、中子の各部位の圧縮比率を調整できる。従って、本発明の造型方法を実現でき、複雑形状の中子でも、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保した中子を造型できる。
【００２８】
さらに、必要に応じて、予備キャビティに排気のためのベントホールを多数設けたり、予備キャビティの空間が上方から下方に向って広がるように中子取り型（後述する、固定型、可動型、圧縮型、ガイド型の総称で、以下、中子取り型という。）を設計することで、生砂を吹込んだ時の、砂粒に加わる重力加速度と慣性力をより有効に利用できるので、生砂が予備キャビティの隅々まで充填され鋳型強度を一層向上できるので好ましい。
【００２９】
本発明に係る鋳造部材は、本発明に係る生砂中子を用いて得られたことを特徴とする。本発明に係る生砂中子を用いて鋳造された鋳造部材は、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保した中子を使用するので、取り扱い時に擦り減ったり壊れたり、注湯時に中子表面が削られたりすることで生ずる鋳物の型くずれ、砂かみなどの欠陥を低減でき、また、中子の通気度が確保されガス欠陥が抑えられるなど、中子に起因する鋳造欠陥を抑制して品質の向上が可能となる。また、上述のとおり、中子費を低く抑えることができるので安価な鋳造部材となる。
【００３０】
そして、本発明に係る鋳造部材は、鋳鋼であり、かつ前記生砂中子と接した鋳物表面の硬度がＨＶ４５５以下であることを特徴とする。本発明に係る生砂中子を用いて鋳造された鋳造部材が鋳鋼の場合には、中子への塗型や、活性粘土、水分以外の添加剤の添加混合が不要か、僅かな使用で済むことから、鋳造後の中子と接した鋳物表面に浸炭が生ずることが少なく、浸炭による鋳物表面の硬度増加がないので被削性を向上することができる。そして、鋳物表面の硬度がＨＶ４５５以下ならば被削性が高く、加工における加工工具の損耗が少ないので、工具交換による生産ロスや工具費を低く抑えることができる。従って、加工工程を含めた生産性の向上や、加工費の低減が図れるので安価な鋳造部材となる。被削性を向上するには、鋳物表面の硬度はＨＶ４５５以下が好ましく、ＨＶ３５０以下とすればより好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図１乃至図５に基づき詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の人工砂粒子に活性粘土及び水分を添加した生砂で造型した寄せ中子（製品の外形のうちアンダーカットととなる部位を形成する中子）の斜視図である。図１の寄せ中子１は、大きさが、幅約１２０ｍｍ、長さ約１２０ｍｍ、高さ約１１０ｍｍで、厚肉部１Ａの高さは１１０ｍｍ、薄肉部１Ｂの高さは２４ｍｍ、厚肉部１Ｃの高さは４５ｍｍで厚肉部と薄肉部の差が大きく、ボス部１ａ、１ｂなどの突起部や、湾曲した掘り込み部を有するなど、複雑形状の中子である。寄せ中子１は、粒度指数ＡＦＳ４０〜１８０のムライト材からなる人工砂粒子に、活性粘土としてベントナイト５〜９重量％、水分２〜４重量％を添加して混合混練したのち、後述する造型装置及び造型装置の一部を構成する中子取り型で造型する。
【００３２】
図１の寄せ中子１の造型について、図２及び図３をもとに説明する。図２は中子の造型装置の側面図を示し、図３は造型装置の一部を構成し、後述する固定型、可動型、圧縮型からなる中子取り型の平面図を示す。
【００３３】
図２の生砂中子の造型装置は、左側に、ベース１１と一体となった架台１２上に機枠１３もまた一体的に設けている。この機枠１３の左端には成型シリンダ１４を取り付けており、機枠１３の右端には固定型１５を取り付けている。機枠１３の両側面にはブラケット１６を介してシリンダ１７を取り付け、固定型１５の両側面にはピン１８を中心に旋回するフック１９を取り付け、シリンダ１７のロッド先端とフック１９はピン２０で係合させている。
【００３４】
また、図２の中子の造型装置は、右側に、ベース１１と一体のベッド２１上を摺動可能にスライド２２を設け、このスライド２２上にはブラケット２３を機枠２６の両側に立設固定し、ピン２５で機枠２６を支持している。機枠２６の右端には成型シリンダ２７を取り付け、機枠２６の左端には可動型２８を取り付けている。また可動型２８の両側面にはピン２９を頭を出して植え込んでいる。スライド２２上後部には、ブラケット２４を介してシリンダ３０を取り付け、このシリンダ３０のロッド先端と機枠２６とはリンク３１を介して連結している。また、ベース１１左上にはシリンダ３２を取り付け、このシリンダ３２のロッド先端とスライド２２下のブラケット３３を係合している。
【００３５】
さらに、固定型１５の上方には、後述する予備キャビティに生砂を吹込むための砂吹込み手段であるブロータンク３４を設け、ブロータンク３４の先端部（図示せず）は、固定型１５の吹込み口３５に対し上下方向移動可能にしている。また、機枠２６内には、造型の終わった寄せ中子１を取り出すための図示しない押出しシリンダと押出しピンを設けている。なお、１０は予備キャビティ、二点鎖線はスライド２２が後退した状態を示す。
【００３６】
次に、図３に示す造型装置の一部を構成する中子取り型は、左側の機枠１３の左端に取り付けた成型シリンダ１４、機枠１３の右端に取り付けた固定型１５、右側の機枠２６の右端に取り付けた成型シリンダ２７、機枠２６の左端に取り付けた可動型２８の構成は、図２の中子の造型装置で説明したとおりである。さらに、この中子取り型の左側で、成型シリンダ１４のロッド先端に、連結板３６及び先端が中子の一部形状を有する圧縮型３７を取り付けている。また連結板３６には複数の成型シリンダ３８を取り付け、この成型シリンダ３８のロッド先端は別の連結板３９に連結している。そして、別の連結板３９に、先端が中子の一部形状を有する圧縮型４０を取り付けている。
【００３７】
また、中子取り型の右側で、成型シリンダ２７のロッド先端に、先端が中子の一部形状を有する圧縮型４１を取り付けている。また機枠２６内には別の成型シリンダ４２を取り付け、この成型シリンダ４２のロッド先端を連結板４３と連結している。そして、連結板４３には、先端が中子の一部形状を有する圧縮型４４を取り付けている。
【００３８】
そして、固定型１５内で圧縮型３７及び圧縮型４０が左方に後退し、可動型２８内で圧縮型４１及び圧縮型４４が右方に後退して形成される空間を予備キャビティ１０としている。また、予備キャビティ１０を形成する圧縮型３７、４０、４１、４４には、排気のためのベントホール（図示せず）を多数設けている。
【００３９】
上述のとおり、本発明の生砂中子の造型装置は、予備キャビティ１０の上方に、生砂を吹込むためのブロータンク３４からなる砂吹込み手段と、予備キャビティ１０に吹込んだ生砂を横方向から複数の圧縮型で圧縮成形するための成型シリンダ１４、２７、３８、４２、連結板３６、３９、４３、及び圧縮型３７、４０、４１、４４からなる圧縮手段とを備えている。
【００４０】
本発明の造型装置の砂吹込み手段としては、圧縮空気を利用することが工業的、経済的には好ましいが、これに限定されるものではなく、火薬等の爆発による圧力を利用してもよい。また、圧縮手段としては、成型シリンダの動力源として、油圧、空気圧などが利用できるが、制御が容易で高出力の油圧シリンダを使用するのが好ましい。
【００４１】
次に、本発明の生砂中子の造型方法について、図２に示す中子の造型装置、及び図３に示す固定型、可動型、圧縮型からなる中子取り型の動作順序に沿って説明する。（１）先ず、スライド２２上後部のシリンダ３０のロッドを縮ませて、ロッドに連結したリンク３１を介し機枠２６を９０°左旋回（矢印Ａで示す）させ、可動型２８の型合わせ面を垂直にして、二点鎖線の状態にする。（２）次に、シリンダ３２のロッドを縮ませて、スライド２２を左方に前進（矢印Ｂで示す）させる。そして、固定型１５と可動型２８の型合わせ面を接触させて型合わせし、成形シリンダ１４、２７、３８、４２を後退させることで予備キャビティ１０を形成する。（３）次に、機枠１３両側面のシリンダ１７のロッドを伸張し、フック１９を左旋回（矢印Ｃで示す）して、フック１９を可動型２８両側面のピン２９に係合させ、可動型２８を固定型１５に密着させる。（４）次に、ブロータンク３４の先端部を固定型１５の吹込み口３５に密着させる。この状態でブロータンク３４内へ圧縮空気を供給し、内部に収容されている生砂を吹込み口３５を介して、予備キャビティ１０の上方から下向きに吹込み充填して予備成形体を造型する。（５）次に、成型シリンダ１４、２７、３８、４２を前進させ、圧縮型３７、４０、４１、４４で、予備成形体を後述する所定の圧縮比率で圧縮して中子を成形する。（６）次に、固定型１５側の成型シリンダ１４、３８を後退させる。（７）この間に、ブロータンク３４の先端部を固定型１５の吹込み口３５から離れさせる。（８）次に、機枠１３両側面のシリンダ１７のロッドを縮ませて、フック１９を右旋回（矢印Ｄで示す）させ、フック１９をピン２９から離れさせる。（９）次に、シリンダ３２のロッドを伸張（矢印Ｅで示す）させ、スライド２２を二点鎖線で示す後退位置まで戻す。（１０）次に、スライド２２上後部のシリンダ３０のロッドを伸張させて、リンク３１を介して機枠２６を９０°右旋回（矢印Ｆで示す）して型合わせ面を上向きする。（１１）そして、造型の終わった寄せ中子１を、図示しない押出しシリンダを伸張させ、押出しピンを突出させて、可動型２８から取り出す。上記（１）〜（１１）の工程を１サイクルとして、以後同じサイクルを繰り返すことで生砂中子を連続して造型することができる。
【００４２】
本造型方法では、圧縮比率は中子造型における重要な設計項目の１つであり、中子の所望寸法、抜型性、必要な鋳型強度、通気度などの特性と造型完了後の中子の嵩密度を勘案して設定する。例えば、圧縮比率を３５％以上に設定すれば、嵩密度が１．５０ｇ／ｃｍ３以上となり、充填性と鋳型強度を確保できる。さらに、圧縮比率を５０％以上に設定すれば、嵩密度が１．６０ｇ／ｃｍ３を超える値となり、より充填性と鋳型強度が向上するので好ましい。
【００４３】
設計した圧縮比率を具現するには、各成形シリンダ１４、２７、３８、４２のロッドの前進端（中子の所望寸法となる位置）から、予備キャビティ１０を形成するためにロッドを後退させた後退端（圧縮代を付与した位置）までのロッドの移動距離が、設定した圧縮比率から求められる圧縮代の寸法と等しくなるようにすればよい。成形シリンダのロッドの移動距離は、市販のシリンダの中から適切なストロークを有するものを選択するか、前進・後退端位置の調整機能を有するシリンダを選択するか、或は、成型シリンダのロッド先端に、圧縮型とは離間して前進・後退端位置を規制するストパーを取り付けることで容易に設定できる。
【００４４】
前述のとおり、本発明の生砂中子の造型方法によれば、生砂を予備キャビティの上方から下向きに重力加速度と慣性力を利用して吹込むので、充填性が良くなって鋳型強度を高くできる。また、予備キャビティに吹込んだ生砂を横方向から複数の圧縮型で圧縮成形するので、ハンドリング時や母型に挿着する過程で取り扱う部位、溶湯が直接触れる部位などは、圧縮比率を高く設定して鋳型強度を所定の値とし、また、ガス抜けや抜型性の悪い部位は、圧縮比率を低く設定して鋳型強度が過剰となるのを抑えて通気度や抜型性を向上するなど、各圧縮型ごと、即ち、中子の部位ごとに圧縮比率を調整することが可能である。従って、例えば、厚肉部と薄肉部の差が大きい形状、屈曲が極端に大きい形状、複雑に分岐した部分を有する形状、複数の突起部を有する形状など、複雑形状の中子でも、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保した中子を造型できる。
【００４５】
また、左右両方の成型シリンダと圧縮型とで予備成形体を圧縮成形するので、圧縮（スクイズ）する面が何れか一方に限定されず、両方の面での鋳型強度が確保されるとともに、中子取り型の設計の自由度が制限されない。
【００４６】
さらに、本発明の造型方法によれば、砂吹込みから圧縮成型に至る工程が連続的であり、従来の技術で述べた特許文献２に記載されているように、工程の途中で砂吹込み型（或はブロー型）と圧縮型とを交換するための、搬送、位置決めなどの余分な時間が不要となり、中子の造型サイクルタイムを短縮できる。
【００４７】
一方、本発明の生砂中子の造型装置によれば、本発明の造型方法を実現でき、前述したように造型工程が単純なので、造型装置がコンパクトでシンプルとなり、設備の保守管理も容易となる。また、造型サイクルタイムを短縮できるので、中子とこれを用いた鋳造部材を安価に高い生産性で製作できる。
【００４８】
図４は、図１の寄せ中子１を、塗型を施さず母型に挿着し、自動車用部品である排気マニホルドを鋳造するためのキャビティを形成した鋳型の断面図である。図４で、下鋳枠５１内の母型を構成する下鋳型５２には、ポート中子５３が幅木部５３ａで位置決めして挿着されている。また、下鋳型５２には寄せ中子１がボス部１ａほかで位置決めして挿着されている。そして、下鋳型５２には母型を構成する上鋳型５４を、下鋳枠５１及び上鋳枠５５に設けた位置決めピン・ブッシュ（図示せず）で型合わせしている。これにより、排気マニホルドの取付フランジのキャビティ５６ａ、枝管のキャビティ５６ｂ、集合管のキャビティ５６ｃなどが形成される。また、上鋳型５４には湯口５４ａを、下鋳型５２及び上鋳型５４には湯道、堰（いずれも図示せず）を形成している。本発明による寄せ中子１は、各部位で必要な鋳型強度を確保しているので、ハンドリングし、また、母型である下鋳型５２に挿着する過程で取り扱う部位が、擦り減ったり壊れたりする問題は少ない。
【００４９】
また、図４の鋳型に、例えば、重量比で、Ｃ：０．２〜１．０％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜２０％、Ｗ：１〜６％、Ｎｂ：０．５〜６％を含むオーステナイト系耐熱鋳鋼組成となる溶湯を、１５００〜１６５０℃で湯口５４ａから注湯しても、寄せ中子１は、注湯時に溶湯が直接触れる部位は、鋳型強度を所定の値としているので表面が削られたりすることがなく、また、厚肉部などガス抜けの悪い部位は、通気度を向上するなど、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保し、加えて、塗型を施してないので通気度がより確保され、鋳造後の鋳造部材に発生する中子に起因する型くずれ、砂かみ、ガス欠陥など、外観上の欠陥を抑制して鋳造部材の品質を向上できる。また、寄せ中子１に塗型を施してないので、寄せ中子１と接した排気マニホルドの鋳物表面は、浸炭の発生が少なく硬度がＨＶ４５５以下となるので、加工の必要なフランジ部などの被削性を向上できる。
【００５０】
上述の実施の形態では、突起部を有する形状である、寄せ中子１の造型について例示したが、本発明により得られる生砂中子は、これに限定されるものではなく、排気マニホルドのポート中子５３のような、屈曲が極端に大きく、複雑に分岐した部分を有する複雑形状の中子であっても製作することが可能である。
【００５１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の別の実施の形態である造型装置の一部を構成する、後述する固定型、可動型、圧縮型、ガイド型からなる中子取り型の側断面図であり、前述の図２の中子造型装置に取り付けている。この中子取り型は、実施の形態１に対し、圧縮型をさらに細かく分割した構造としている。
【００５２】
図５で、固定型５７の上方には、後述する予備キャビティに生砂を吹込むための砂吹込み手段であるブロータンク４４を設け、ブロータンク４４の先端部（図示せず）は、固定型５７の吹込み口６９に対し上下方向移動可能にしている。
【００５３】
図５で、固定型５７の左端には成型シリンダ５８ａ、５８ｂと、ガイドシリンダ５９を取り付け、各成型シリンダ５８ａ、５８ｂの各ロッド先端には、各々の右端に中子のキャビティの一部を形成した圧縮型６０ａ、６０ｂを、またガイドシリンダ５９のロッド先端には、中子のキャビティの一部を形成するとともに固定型５７内の側面を摺動するガイド型６１を取り付けている。
【００５４】
一方、図５で、可動型６２の右端には成型シリンダ６３ａ、６３ｂと、ガイドシリンダ６４を取り付け、各成型シリンダ６３ａ、６３ｂの各ロッド先端には、各々の左端に中子のキャビティの一部を形成した圧縮型６５ａ、６５ｂを、またガイドシリンダ６４のロッド先端には、中子のキャビティの一部を形成するとともに可動型６２内の側面を摺動するガイド型６６を取り付けている。なお、固定型や可動型で形成する部位が、型合わせ面から深かったり、抜け勾配が少ないなど、中子の形状によっては、造型した中子を中子取り型から取り出す際に、取り出しが困難だったり、中子が壊れたりする。図５のように、固定型５７または可動型６２とは別体に、ガイド型６１、６６を取り付けることで、中子取り型からの中子の取り出しが容易になる。図５では、ガイド型は固定型内または可動型内の内周の側面を摺動する実施の形態を示したが、ガイド型は内周の側面に限らず、固定型内または可動型内の必要な部位に取り付けることができる。
【００５５】
さらに、圧縮型６５ａと圧縮型６５ｂの右端には各々局部成形シリンダ６７ａ、６７ｂを取り付けている。そして、各局部成形シリンダ６７ａ、６７ｂの先端には、各圧縮型６５ａ、６５ｂ内に嵌合してボス部を局部的に圧縮できる局部圧縮型６８ａ、６８ｂを図示しない連結部を介し取り付けている。なお、圧縮型及び局部圧縮型は、縦方向に多段に重ねて形成することも可能である。
【００５６】
固定型５７内で圧縮型６０ａ、６０ｂが左方に後退し、また同じ固定型５７内でガイド型６１が右方に前進し、一方、可動型６２内で圧縮型６５ａ、６５ｂ及び局部圧縮型６８ａ、６８ｂが右方に後退し、また同じ可動型６２内でガイド型６６が左方に前進して形成される空間を予備キャビティ７０としている。また、圧縮型６０ａ、６０ｂ、６５ａ、６５ｂ、局部圧縮型６８ａ、６８ｂ、及びガイド型６１、６６には、排気のためのベントホール（図示せず）を多数設けている。さらに、予備キャビティ７０の空間を上方から下方に向って広がるように中子取り型を設計している。
【００５７】
上述のとおり、実施の形態２の生砂中子の造型装置は、予備キャビティ７０の上方に、生砂を吹込むためのブロータンク４４からなる砂吹込み手段と、予備キャビティ７０に吹込んだ生砂を横方向から複数の圧縮型で圧縮成形するための成型シリンダ５８ａ、５８ｂ、６３ａ、６３ｂ、局部成形シリンダ６７ａ、６７ｂ、圧縮型６０ａ、６０ｂ、６５ａ、６５ｂ、及び局部圧縮型６８ａ、６８ｂからなる圧縮手段とを備えている。
【００５８】
次に、図５の中子取り型を用いた生砂中子の造型方法について説明する。なお、図２の造型装置の動作は、実施の形態１と同様なので省略する。（１）先ず、固定型５７と可動型６２を型合わせし、固定型５７内で圧縮型６０ａ、６０ｂを左方に後退させ、また同じ固定型５７内でガイド型６１を右方に前進させ、一方、可動型６２内で圧縮型６５ａ、６５ｂ及び局部圧縮型６８ａ、６８ｂを右方に後退させ、また同じ可動型６２内でガイド型６６を左方に前進させることで予備キャビティ７０を形成する。（２）次に、ブロータンク４４の先端部を固定型５７の吹込み口６９に密着させる。この状態でブロータンク４４内へ圧縮空気を供給し、内部に収容されている生砂を吹込み口６９を介して、予備キャビティ７０の上方から下向きに吹込み充填して予備成形体を造型する。（３）次に、成型シリンダ５８ａ、５８ｂ、６３ａ、６３ｂ、及び局部成形シリンダ６７ａ、６７ｂを前進（矢印で示す）させ、圧縮型６０ａ、６０ｂ、６５ａ、６５ｂ、及び局部圧縮型６８ａ、６８ｂで予備成形体を所定の圧縮比率で圧縮して中子を造型する。（４）次に、固定型５７側の成型シリンダ５８ａ、５８ｂを後退させる。（５）また、ガイドシリンダ５９、６４のロッドを縮めてガイド型６１、６６を後退（矢印で示す）させる。（６）この間に、ブロータンク４４の先端部を固定型５７の吹込み口６９から離れさせる。（７）次に、可動型６２を二点鎖線で示す位置に戻す。（８）そして、実施の形態１と同様に造型の終わった中子を可動型６２から取り出す。上記（１）〜（８）の工程を１サイクルとして、以後同じサイクルを繰り返すことで生砂中子を連続して造型することができる。
【００５９】
実施の形態２の生砂中子の造型装置と造型方法によれば、実施の形態１と同様な作用効果を奏して生砂中子を得られるほか、加えて以下の作用効果が得られる。即ち、生砂中子の各部位を、成型シリンダ５８ａ、５８ｂ、６３ａ、６３ｂ、局部成形シリンダ６７ａ、６７ｂ、圧縮型６０ａ、６０ｂ、６５ａ、６５ｂ、及び局部圧縮型６８ａ、６８ｂからなる細かに分割された圧縮手段により圧縮成形するので、中子の各部位ごとに圧縮比率をより細かく設定することができるので、複雑形状の中子であっても、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保できる。
【００６０】
前述のとおり、固定型５７または可動型６２とは別体にガイド型６１、６６を取り付けることで、中子取り型からの中子の取り出しが容易になる。
【００６１】
また、予備キャビティ７０の空間を上方から下方に向って広がるように中子取り型を設計することで、吹込まれる砂粒が拡散していくと考えられる方向と、キャビティの形状が一致しているので、砂粒に加わる慣性力をより有効に利用でき、生砂が予備キャビティ７０の隅々まで充填され鋳型強度を向上できる。
【００６２】
さらに、圧縮手段を成型シリンダ及び圧縮型のみで構成し、実施の形態１で示した連結板を不要としたので中子取り型の構造がよりシンプルになり、造型装置の設備の保守管理がより容易となる。
【００６３】
【実施例】
実施の形態１で示した本発明の生砂中子を、図１の寄せ中子１を対象に、粒度指数ＡＦＳ６５のムライト材からなる人工砂粒子に、活性粘土としてベントナイト６重量％、水分３．５重量％を添加して混合混練したのち、本発明の造型方法により、図２に示す造型装置及び図３に示す中子取り型で造型した。そしてこの寄せ中子１を用いて、実施の形態１で述べた排気マニホルドとなるキャビティを形成した鋳型に、オーステナイト系耐熱鋳鋼組成となる溶湯を注湯し、排気マニホルドの鋳造部材を製作した。この際、造型時の圧縮比率の設定を３５〜６５％の範囲で変更して発明例１〜７とした。
【００６４】
一方、下記以外は発明例と同一条件（活性粘土としてベントナイト６重量％、水分３．５重量％を添加して混合混練）として中子を造型し、この中子を用いて、上記同様に排気マニホルドの鋳造部材を製作し比較例１〜４とした。まず、生砂の骨材を、粒度指数がＡＦＳ６５の通常の珪砂としたものを比較例１とし、比較例１の通常の珪砂からなる生砂に、さらにソルビットを生砂比０．３重量％添加混合したものを比較例２とした。また、発明例４の人工砂粒子からなる生砂に、ソルビットを生砂比０．３重量％添加混合したものを比較例３とした。なお、比較例１〜３は全て圧縮比率を５０％に設定した。そして、従来のシェルモールド法で造型したシェル中子に塗型を施したものを比較例４とした。
【００６５】
発明例１〜７及び比較例２〜４の中子について、嵩密度、鋳型強度、通気度を測定した。鋳型強度は、（スイス国）ＧＥＯＲＧ　ＦＩＳＣＨＥＲ社製の、測定範囲が３１Ｎ／ｃｍ２までの電子鋳型強度計　Ｔｙｐｅ　ＰＦＰを用い、寄せ中子１の数箇所に測定子を当てて測定した。また、通気度は、嵩密度を再現した試験片により、（ＪＩＳ）Ｚ２６０１−１９９３「鋳物砂の通気度試験方法」に従って行った。
【００６６】
また、発明例１〜７及び比較例２〜４の中子を用いて得られた鋳造部材である排気マニホルドについて、鋳造時に中子と接した部位の鋳物表面のマイクロビッカース硬度（ＨＶ）を測定するとともに、当該部位を切断して切り出し、顕微鏡観察にて浸炭の有無を調査した。
【００６７】
また、中子と鋳物の品質として、中子については、角部の擦り減り及び壊れ欠陥の発生率を、鋳物については、中子に起因すると思われる焼付き、ガス欠陥、型くずれ、砂かみなど、外観上の欠陥発生率を調査した。なお、中子と鋳物の品質は、欠陥の発生率が２％未満のものを（◎）、２〜５％のものを（○）、５％を超えるものを（×）とした。なお、中子の壊れについては、中子取り型から造型後の中子を取り出す時の抜型不具合の発生率を含めた。
【００６８】
そして、鋳物の被削性を調査するため、被削性試験の１つであるドリル試験を実施した。ドリル試験は、表１に示すような条件で、１０回の穴明けを行った後、ドリルの逃げ面摩耗幅を測定し、さらに１穴当りの摩耗幅を比較した。以上の測定、調査、試験の結果をまとめて表２に示す。
【００６９】
2004001083.tif 000003
【００７０】
2004001083.tif 000004
【００７１】
2004001083.tif 000005
【００７２】
表２から、発明例１〜７の生砂中子は、鋳型強度と通気度が確保され、角部の擦り減りや壊れが少なく、鋳造部材としたときの鋳物品質、被削性も優れていることがわかる。特に、圧縮比率を３５％以上に設定すれば嵩密度が１．５０ｇ／ｃｍ３以上となり、十分な中子及び鋳物の品質が確保され、圧縮比率を５０％以上に設定すれば嵩密度が１．６０ｇ／ｃｍ３を超える値となり、より優れた中子及び鋳物の品質が確保されることがわかる。
【００７３】
一方、骨材を通常の珪砂とした比較例１では、造型後に可動型から取り出す段階で崩壊するか、仮に取り出しできても、取り扱い中や鋳型強度を測定する際に割れを生じ崩壊した。このため、生砂中子として成形はできるものの、中子の評価や鋳造に供することができず、実質的に造型不可であった。また、通常の珪砂を用いた生砂にソルビットを添加混合した比較例２は、比較例１よりも崩壊する頻度が減少し、鋳型強度と通気度は確保されたものの、依然、崩壊の傾向を有しており、中子品質として不十分であった。また、鋳物の外観上の欠陥として、注湯の際に中子に割れが生じたことに起因すると思われる鋳バリ状の欠陥が多発し、鋳物品質も不十分であった。この原因は、通常の珪砂の粒子は組織が粗く耐破砕性が低いので、生砂中子を成形するために必要な高い圧縮圧力を加えると、粒子レベルで破砕が発生し、これを起点に中子に割れを生じ、造型後の取り出し、取り扱い、注湯時に崩壊に至るものと考えられる。砂粒子が緻密な組織からなる人工砂粒子を用いることで、崩壊することのない生砂中子を造型できることがわかった。
【００７４】
表２では示さないものの、上述の比較例２で、ソルビットの添加により崩壊の頻度が減少したことから、ソルビットの添加量を生砂比１．０重量％に増加して生砂中子を造型した。その結果、崩壊の頻度はさらに減少したものの、造型後の生砂中子を取り出す際に、突起部であるボス部などが、固定型、可動型、圧縮型からなる中子取り型内に残留する抜型不具合が多発した。また、中子取り型やブロータンクへの生砂の付着が激しく、また、ブロータンク内で生砂の棚吊りも発生した。ソルビットの添加は生砂に粘着性を与え、流動性が悪化することがわかった。また、発明例４の人工砂粒子からなる生砂にソルビットを添加混合した比較例３では、中子の崩壊は発生せず、鋳型強度と通気度は確保されたものの、上述の比較例２でソルビットの添加量を生砂比１．０重量％に増加した場合と同様に、抜型不具合が散発し、また、中子取り型やブロータンクへの生砂の付着が発生した。ソルビットを添加しない発明例１〜７では、抜型不具合や造型装置への生砂付着は発生せず中子品質と生産性の面で優れていることがわかった。
【００７５】
そして、表２から、発明例１〜７と比較例２〜４を較べると、発明例１〜７のソルビットの添加や塗型のない中子を用いて鋳造した鋳物では、中子と接した部位の鋳物表面に浸炭が発生せず、鋳物表面の硬度が低く、加工工具であるドリルの摩耗量が少なく被削性に優れる。そして、被削性を向上するには、鋳物表面の硬度はＨＶ４５５以下であれば良いことがわかる。
【００７６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明のとおり、本発明の生砂中子によれば、複雑形状の中子でも、ハンドリング時や母型に挿着する過程で取り扱う部位、溶湯が直接触れる部位などが、取り扱い時に擦り減ったり壊れたり、注湯時に中子表面が削られたりすることがなく、塗型をなくして塗型工程での作業環境を良くするとともに、鋳造後の鋳造部材の品質を向上できる。
【００７７】
また、本発明の生砂中子の造型方法によれば、ガス抜けや抜型性の悪い部位は、鋳型強度が過剰となるのを抑えて通気度や抜型性を向上するなど、各部位で必要な鋳型強度、通気度などの特性を確保できる。また、本発明の生砂中子の造型装置によれば、本発明の造型方法を実現し、設備の保守管理が容易で、中子と鋳造部材を安価に高い生産性で製作できる。さらに、本発明の生砂中子により得られる鋳造部材によれば、高品質で安価な鋳造部材が得られ、特に、鋳鋼などを鋳造後の鋳物表面の浸炭発生を少なくして被削性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
実施の形態１の人工砂粒子を生砂とした寄せ中子の斜視図である。
【図２】
実施の形態１の生砂中子の造型装置の側面図である。
【図３】
実施の形態１の生砂中子の造型装置の一部を構成する中子取り型の平面図である。
【図４】
実施の形態１の寄せ中子を母型に挿着し、排気マニホルドを鋳造するためにキャビティを形成した鋳型の断面図である。
【図５】
実施の形態２の生砂中子の造型装置の一部を構成する中子取り型の側断面図である。
【符号の説明】
１：寄せ中子
１Ａ、１Ｃ：厚肉部
１Ｂ：薄肉部
１ａ、１ｂ：ボス部
１０、７０：予備キャビティ
１１：ベース
１２：架台
１３、２６：機枠
１４、２７、３８、４２、５８ａ、５８ｂ、６３ａ、６３ｂ：成型シリンダ
１５、５７：固定型
１６、２３、２４、３３：ブラケット
１７、３０、３２：シリンダ
１８、２０、２５、２９：ピン
１９：フック
２１：ベッド
２２：スライド
２８、６２：可動型
３１：リンク
３４、４４：ブロータンク
３５、６９：吹込み口
３６、３９、４３：連結板
３７、４０、４１、４４、６０ａ、６０ｂ、６５ａ、６５ｂ：圧縮型
５１：下鋳枠
５２：下鋳型
５３：ポート中子
５３ａ：幅木部
５４：上鋳型
５４ａ：湯口
５５：上鋳枠
５６ａ：取付フランジのキャビティ
５６ｂ：枝管のキャビティ
５６ｃ：集合管のキャビティ
５９、６４：ガイドシリンダ
６１、６６：ガイド型
６７ａ、６７ｂ：局部成形シリンダ
６８ａ、６８ｂ：局部圧縮型
【図１】
2004001083.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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