(57)【要約】【課題】高い品質の砂型を安定して得ることが可能な砂型造型方法を提供する。【解決手段】キャビティ（造型部）を４７（kPa）以下に減圧したことにより、当該キャビティに充填された水ガラスを含む中子砂（原料）の水分を８０℃の温度で除去することが可能であり、延いては当該中子砂を焼成させることができる。これにより、金型と中子砂との温度差を小さくして中子砂の潜熱に起因する金型の熱歪みを抑止することが可能であり、高い品質の中子を安定して得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に充填された水ガラスを含む原料を焼成させて砂型を造型する方法であって、
上型と下型とを型閉じして金型内部に造型部を形成するステップと、
金型と当該金型に設けられた押出しピンとの隙間を通して前記造型部を減圧させるステップと、
予め定められた圧力以下に維持された減圧下にある前記造型部へ原料を注入するステップと、
前記造型部に充填された原料を前記減圧下で焼成させるステップと、
を含むことを特徴とする砂型造型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に充填された水ガラスを含む原料を焼成させて鋳造用砂型を造型する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳造用砂型の造型時における金型は、大気圧下（例えば「１００（kPa）」）にあるキャビティ内で水ガラスを含む原料を焼成させるため、温度が２００℃超に保持されていた。例えば、特許文献１には、ヒータにより加熱された金型のキャビティ内に中子砂（水ガラスを含む原料）を充填し、当該中子砂を焼成させて中子（砂型）を造型する装置が開示されている。
【０００３】
このように、高温の金型に中子砂を充填すると、中子砂の潜熱により金型に不均一な温度分布が生じて当該金型に熱歪みが発生し、造型された中子の品質（性状）がばらつく虞がある。また、中子砂のキャビティへの射出注入時に、金型との界面にある、すなわち、金型に接している中子砂から急激に焼成が進行するため、中子砂の射出注入を短時間（例えば「１秒以下」）で完了させる必要があり、射出注入動作の高速化に伴い、装置が大型化且つ複雑化する。さらに、金型の温度を高温（例えば「２００℃超」）に保持するには、多大なエネルギーを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２８７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高い品質の砂型を安定して得ることが可能な砂型造型方法を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の砂型造型方法は、金型に充填された水ガラスを含む原料を焼成させて砂型を造型する方法であって、上型と下型とを型閉じして金型内部に造型部を形成するステップと、金型と当該金型に設けられた押出しピンとの隙間を通して前記造型部を減圧させるステップと、予め定められた圧力以下に維持された減圧下にある前記造型部へ原料を注入するステップと、前記造型部に充填された原料を前記減圧下で焼成させるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、造型部における飽和水蒸気圧が低下するので、造型部に充填された原料に含まれる水分をより低い温度で除去する（沸騰及び蒸発させる）ことが可能であり、大気圧下にある造型部との比較で金型をより低い温度に設定することができる。これにより、金型と中子砂との温度差が小さくなり、中子砂の潜熱に起因する金型の熱歪みが抑止される。その結果、安定した品質の砂型を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る砂型造型方法に用いられる中子造型装置の概念図である。
【図２】本実施形態に係る砂型造型方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
ここでは、図１に示される中子造型装置１を用いて、金型２に充填された水ガラス（ケイ酸ナトリウム溶液）を含む中子砂（原料）を焼結させて中子（砂型）を造型する方法を説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して、中子造型装置１の概略を説明する。中子造型装置１は、上型３と下型４とから成る金型２を備える。金型２は、型開閉機構（図示省略）により上型３と下型４とが型閉じ（型締め）されることにより、内部にキャビティ５（造型部）が形成される。上型３には、造型された中子をキャビティ５の造型面６から分離させるための押出し機構７が設けられる。押出し機構７は、上型３を上下方向に貫通する複数本（図１では「５本」）の押出しピン８と、各押出しピン８の上端が接続される押出し板９と、当該押出し板９を上下方向に駆動する駆動機構（図示省略）とを含む。
【００１１】
なお、金型２は、当該金型２を昇温させ、且つ予め定められた温度に維持するヒータ（図示省略）を備える。また、上型３には、当該上型３の上面１０と造型面６とを連通、換言すると、キャビティ５と後述する減圧室１５とを連通し、且つ対応する各押出しピン８が挿通される複数個のピン挿通孔１１が設けられる。そして、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２（クリアランス）は、中子砂の砂径（原料に含まれる人工砂の外径）よりも小さく、且つ空気の流通が確保されるように設定される。
【００１２】
一方、中子造型装置１は、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２を通して金型２のキャビティ５（造型部）を減圧させる減圧手段１３を備える。減圧手段１３は、上型３の上面１０に設けられる減圧マニホールド１４と、当該減圧マニホールド１４と上型３の上面１０との間に形成された前述の減圧室１５を減圧させる真空ポンプ１６と、を有する。減圧マニホールド１４には、各押出しピン８が挿通される複数個のピン挿通孔１７が設けられる。なお、各押出しピン１１と対応する各ピン挿通孔１７との隙間（図示省略）は、各押出しピン１１と対応する各ピン挿通孔１７との摺動（相対移動）を妨げることがない範囲内で、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２よりも小さく設定される。
【００１３】
このように、減圧室１５は、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２を通して金型２のキャビティ５に連通されている。従って、真空ポンプ１６が作動して減圧マニホールド１４の減圧室１５が減圧されると、減圧室１５の圧力低下に伴い、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２を通して、金型２のキャビティ５（造型部）が減圧される。なお、金型２には、上型３と下型４との間、且つキャビティ５と金型２の側面との間を水平に延びる中子砂注入路１８が設けられる。また、中子砂注入路１８には、混練された中子砂を射出して金型２のキャビティ５へ注入する射出装置（図示省略）が連結される。
【００１４】
次に、図２に示されるフローチャートを参照して、前述の中子造型装置１を用いた中子（砂型）の造型方法を説明する。
まず、型開閉機構により上型３と下型４とを型閉じ（型締め）させて金型２内部にキャビティ５（造型部）を形成する（図２におけるステップ１）。なお、金型２は、ヒータにより昇温され、８０℃の温度に維持される。また、各押出しピン８は、初期状態である上昇端に位置している。
【００１５】
型閉じ完了後、減圧手段１３の真空ポンプ１６を作動させ、減圧マニホールド１４の減圧室１５を減圧する（図２におけるステップ２）。当該減圧室１５の圧力低下に伴い、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２を通して、金型２のキャビティ５が減圧される。なお、本実施形態において、キャビティ５（造型部）は、４７（kPa）以下まで減圧される。ここで、８０℃の温度における飽和水蒸気圧は、４７．３６（kPa）である。従って、４７（kPa）以下まで減圧された状態下においては、中子砂（原料）を８０℃に昇温させることにより、当該中子砂に含まれる水分を除去する（沸騰及び蒸発させる）ことが可能である。
【００１６】
次に、減圧下にあるキャビティ５（造型部）、すなわち、減圧手段１３により予め定められた圧力である４７（kPa）以下の圧力に維持されたキャビティ５へ、水ガラス（ケイ酸ナトリウム溶液）を含む混練された中子砂（原料）を注入する（図２におけるステップ３）。なお、混練された中子砂は、射出装置により、金型２の中子砂注入路１８からキャビティ５へ射出注入され、当該キャビティ５に充填される。そして、キャビティ５に充填された中子砂を、減圧手段１３による減圧下で一定の時間焼成させる（図２におけるステップ４）。
【００１７】
中子砂の焼成の完了後、型開閉機構により金型２を型開きさせる（図２におけるステップ５）。ここで、金型２の型開閉動作に伴い、押出し機構７の各押出しピン８が上型３に対して下方向へ駆動され、焼成により成形された中子（砂型）が上型３から分離される。そして、型開き完了後、下型４に残された中子は、ロボット等の搬出装置により取り出される（図２におけるステップ６）。
【００１８】
この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、キャビティ５（造型部）を４７（kPa）以下に減圧したことにより、当該キャビティ５に充填された水ガラスを含む中子砂（原料）の水分を、８０℃の温度で沸騰及び蒸発させることができる。換言すると、金型２の温度を８０℃に昇温させて維持することにより、キャビティ５に充填された中子砂に含まれる水分を除去することが可能であり、延いては当該中子砂を焼成させることができる。よって、金型２の設定温度を、従来の大気圧下にあるキャビティ５に対応させた２００℃超から、８０℃へ下げることができる。
【００１９】
これにより、従来、高温下にある金型２に中子砂を充填すると、中子砂の潜熱により金型２に不均一な温度分布が生じて当該金型２に熱歪みが発生し、造型された中子（砂型）の品質（性状）がばらつく原因になっていたが、本実施形態では、金型２と中子砂との温度差を小さくして中子砂の潜熱に起因する金型２の熱歪みを抑止することが可能であり、高い品質の中子を安定して得ることができる。さらに、キャビティ５に充填された中子砂の表面と内部との温度差を小さくすることが可能であり、中子の品質をより向上させることができる。
【００２０】
また、金型２の温度を８０℃に設定することができるため、中子砂のキャビティ５への射出注入時に、金型２との界面にある中子砂から急激に焼成が進行することを抑止することが可能である。このため、従来のように、中子砂の射出注入を短時間（例えば「１秒以下」）で完了させる必要がなく、装置を小型化且つ単純化することができる。
さらに、金型２の温度を昇温及び維持するのに消費されるエネルギーを低減することが可能であり、ランニングコスト及び製造コストを削減することができる。
【００２１】
また、本実施形態では、各押出しピン８と対応する各ピン挿通孔１１との隙間１２を通してキャビティ５（造型部）を減圧する、換言すると、上型３と当該上型３に設けられた各押出しピン８との隙間を通してキャビティ５を減圧するので、減圧時において、キャビティ５内の空気を上方向へ流通させることが可能であり、例えば、下型４に形成された隙間を通してキャビティ５を減圧する場合と比較して、より能率的にキャビティ５を減圧することができる。
さらに、本実施形態では、減圧下にあるキャビティ５に中子砂が射出注入されるので、中子砂を能率的に且つ確実にキャビティ５に充填することができる。
【００２２】
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
本実施形態では、押出し機構７を上型３に設けた形態を例示したが、押出し機構７は、下型４に設けることが可能である。この場合、減圧手段１３は、下型４に設けられた減圧マニホールド１４の減圧室１５を減圧することにより、下型４と各押出しピン８との隙間１２を通してキャビティ５（造型部）を減圧する。
また、キャビティ５の設定圧力（減圧後の造型部の圧力）は、金型２の設定温度に対応して飽和水蒸気圧表に基づき定められるものであって、本実施形態の４７（kPa）以下に限定することを意図するものではない。
【符号の説明】
【００２３】
２  金型、３  上型、４  下型、５  キャビティ（造型部）、８  押出しピン、１２  隙間
【図１】
2017136609.tif 000003
【図２】
2017136609.tif 000004