シェルモールド造型装置及びシェルモールド造型方法
【課題】 造形されたシェルモールドの表面粗度の向上を図ることができ、その結果、このシェルモールドを使用した鋳物製品の品質を向上でき、特に、複数の羽根通路が形成されている羽根車を鋳造するために使用される鋳造用中子を造型することに適したシェルモールド造型装置及びシェルモールド造型方法を提供すること。
【解決手段】 圧縮空気がブロワ４から砂タンク２内へ供給されると、砂タンク２内に貯留されている造型砂が圧縮空気と一緒に、複数のブローノズル８からブロー孔１３を通じて造型金型１０の造型キャビティ１１内へ吹き込まれる。このとき、造型キャビティ１１内には外周部から中心部へ向かう気流が作り出され、この気流に乗って造型砂が、造型キャビティ１１の外周部から中心部へ向けて吹き込まれ充填される。
【解決手段】 圧縮空気がブロワ４から砂タンク２内へ供給されると、砂タンク２内に貯留されている造型砂が圧縮空気と一緒に、複数のブローノズル８からブロー孔１３を通じて造型金型１０の造型キャビティ１１内へ吹き込まれる。このとき、造型キャビティ１１内には外周部から中心部へ向かう気流が作り出され、この気流に乗って造型砂が、造型キャビティ１１の外周部から中心部へ向けて吹き込まれ充填される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用のシェルモールドを造型するためのシェルモールド造型装置及びシェルモールド造型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シェル鋳型（中子を含む。以下「シェルモールド」ともいう。）の造型方法、いわゆるシェルモールド法は、樹脂被覆砂粒（Resin Coated Sand（一般に「ＲＣＳ」と略称されている。））などの造型砂を使用して鋳型を造型する方法である。このシェルモールド法に用いられる造型砂の一例であるＲＣＳは、珪砂などの砂粒と、その砂粒表面に被覆される樹脂被覆層とから形成されている。また、ＲＣＳにおける各砂粒表面の樹脂被覆層は、フェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂から組成されており、各砂粒同士の結合材として機能するものである。
【０００３】
このようなＲＣＳを用いるシェルモールド法によれば、加熱されている造型金型内にＲＣＳが重力方式又は吹込方式により充填され、そのＲＣＳの各砂粒の樹脂被覆層が溶融され、その溶融した結合材を介して各砂粒同士が結合される。この結合後、ＲＣＳの結合材が硬化すると、ＲＣＳが造型金型内のキャビティ形状に合致したものに造型され、それを造型金型から離型させれば、硬化造型物であるシェル鋳型が取得されるのである。
【０００４】
このようなシェルモールド法については既に種々の提案がなされており、例えば、下記する特許文献１記載の中子造型装置が知られている。この中子造型装置によれば、トップブロー方式のブローヘッドによって、造型砂が、型温２００℃〜２５０℃に加熱されている造型金型の上方から、その造型金型内に一旦略満杯状態にまで吹き込まれる。そして、この後、加振機による三次元的振動が造型金型に加えられ、その後更に、その三次元振動が加えられている造型金型内に再び造型砂が吹き込まれて中子が造型される。
【０００５】
ところで、下記する特許文献２にあるように、遠心ポンプなどの遠心式流体機械の羽根車を鋳造する場合には、その羽根車内の羽根通路を形成するための鋳型の一部として薄肉状の鋳造用中子が使用されている。そして、この特許文献２では、かかる薄肉状の鋳造用中子を製造する場合に、シェルモールド法を用いずに、中子取り型を回転させつつ、その上端開口部から内部にゾル状のスラリーを流し込み、そのスラリーを乾燥固化させた後に、中子取り型から脱型して、羽根車の鋳造用中子を造型している。
【０００６】
これに対して、本願出願人は、特許文献２記載の鋳型製造方法で製造される鋳造用中子、即ち、羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子を、従来からシェルモールド法によって造型している。従来において本願出願人が採用してきた造型方法によれば、特許文献２にある中子取り型に形態が近似した造型金型を加熱して、その上端開口部からトップブロー方式によって造型金型内に造型砂を吹き込んで、造型砂を結合硬化させて、羽根車の鋳造用中子を造型していた。
【特許文献１】特開平７−２９０１８９号公報
【特許文献２】特開平１１−３０９５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した本願出願人採用の造型方法では、その造型方法によって羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子を造型した場合に、その鋳造用中子の表面粗度（表面あらさ）が大きくなってしまうため、この鋳造用中子を用いて鋳造された羽根通路内壁の表面粗度の低下や、その他の鋳造品質の低下を招来し、結果、その羽根車を用いた遠心式流体機械の静粛性の悪化や、エネルギー効率の低下を招いてしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、造形されたシェルモールドの表面粗度の向上を図ることができ、その結果、このシェルモールドを使用した鋳物製品の品質を向上でき、特に、複数の羽根通路が形成されている羽根車を鋳造するために使用される鋳造用中子を造型することに適したシェルモールド造型装置及びシェルモールド造型方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために請求項１記載のシェルモールド造型装置は、中心部から外周部へ向かって放射状に延びる空洞である複数の放射状キャビティを有する造型型と、その造型型の外周部に開設され前記複数の放射状キャビティの個々に連通される複数のブロー孔と、その複数のブロー孔に接続されて前記複数の放射状キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記造型型の中心部に開設され、その造型型の外部と前記複数の放射状キャビティとを連通させる排気孔とを備えている。
【００１０】
この請求項１記載のシェルモールド造型装置によれば、圧送手段によって圧縮空気が複数のブローノズルへ供給されると、この圧縮空気の流れと一緒になって造型砂が複数のブローノズルへ供給される。このとき、圧縮空気は、各ブローノズルから造型型の各ブロー孔を通じて各放射状キャビティへ吹き込まれ、造型型の外周部から各放射状キャビティを通じて造型型の中心部へ向かう気流を作り出す。そして、この気流に乗って造型砂が加熱されている造型型の各放射状キャビティ内へ吹き込まれて充填される。
【００１１】
複数の放射状キャビティへ吹き込まれた圧縮空気及び造型砂は、造型型の外周部から中心部へと向かって流れて、そのうち造型砂が造型型内に残されて各放射状キャビティ内に充填されるが、圧縮空気は造型型の中心部にある排気孔から造型型外へ排気される。造型型内に充填された造型砂は、造型型の加熱によって結合硬化し、複数の放射状キャビティに合致した形状のものに造型される。そして、これを造型型から離型させれば、中心部から放射状に複数の部位が延びる硬化造型物がシェルモールドとして取得される。
【００１２】
請求項２記載のシェルモールド造型装置は、請求項１記載のシェルモールド造型装置において、前記造型型内の中心部に設けられる空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てが連通され、かつ、前記排気孔とも連通されている中央キャビティを備えている。
【００１３】
この請求項２記載のシェルモールド造型装置によれば、請求項１記載のシェルモールド造型装置と同様な作用や効果を奏することに加えて、各ブロー孔から各放射状キャビティ内へ吹き込まれた圧縮空気は、中央キャビティを経て排気孔から造型型外へ排出されることで、造型型の外周部から各放射状キャビティを通じて造型型の中心部にある中央キャビティへ向かう気流を作り出す。そして、この圧縮空気の気流によって、造型砂は、各放射状キャビティを通じて造型型の外周部から中央キャビティへと運ばれて、中央キャビティ及び各放射状キャビティに充填される。
【００１４】
請求項３記載のシェルモールド造型装置は、請求項１又は２に記載のシェルモールド造型装置において、前記造型型内の外周部に環状に周設される空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てと連通され、かつ、前記複数のブロー孔の全てとも連通されている環状キャビティを備えている。
【００１５】
この請求項３記載のシェルモールド造型装置によれば、請求項１又は２に記載のシェルモールド造型装置と同様な作用や効果を奏することに加えて、環状キャビティは、造型型の外周部に環状に周設されており、全ての放射状キャビティと連通されている。しかも、この環状キャビティには全てのブロー孔が連通されている。よって、ある１つのブロー孔から造型方内へ流入した造型砂は、必ずしも１つの放射状キャビティに吹き込まれるのではなく、環状キャビティを通じて幾つもの放射状キャビティへ分散して吹き込ませることもできる。
【００１６】
したがって、例えば、複数ある放射状キャビティのいずれかで何らかの原因で局部的に気圧が低下したとしても、即座に、環状キャビティを通じて造型型内の別のキャビティから圧縮空気が補われるなどされるので、局所的気圧低下に起因する造型砂の充填不足を防止でき、そのような造型砂の充填不足により陥没や巣などの欠陥がシェルモールドに生じることを回避することができる。
【００１７】
また、例えば、各ブロー孔に接続されるブローノズルの数が放射状キャビティの数に比べて少なくても、全ての放射状キャビティに対して造型砂を満遍なく吹き込んで充填することが実現できることとなるため、各放射状キャビティ毎にブローノズルを配設する必要がなく、ブローノズルの設置個数を必要最小限に抑制することができる場合もある。
【００１８】
請求項４記載のシェルモールド造型装置は、略薄板状の空洞である薄肉キャビティを有する造型型と、その造型型の外周部に開設され前記薄肉キャビティ内に連通される複数のブロー孔と、その複数のブロー孔に接続されて前記薄肉キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記薄肉キャビティの中心部に開設され、その造型型の外部と連通する排気孔とを備えている。
【００１９】
この請求項４記載のシェルモールド造型装置によれば、圧送手段によって圧縮空気が複数のブローノズルへ供給されると、この圧縮空気の流れと一緒になって造型砂が複数のブローノズルへ供給される。このとき、圧縮空気は、各ブローノズルから造型型の各ブロー孔を通じて薄肉キャビティ内へ吹き込まれることで、その薄肉キャビティの外周部から中心部へ向かう気流を作り出す。そして、この気流に乗って造型砂が加熱されている造型型の薄肉キャビティ内へ吹き込まれて充填される。
【００２０】
薄肉キャビティへ吹き込まれた圧縮空気及び造型砂は、造型砂を造型型内に残して圧縮空気のみが薄肉キャビティの中心部に開設されている排気孔から造型型外へ排気される。そして、造型型内に充填された造型砂が、造型型の加熱によって結合硬化すると、造型砂が略薄板状に造型され、それを造型金型から離型させれば、略薄板状のシェルモールドとして取得される。
【００２１】
請求項５記載のシェルモールド造型装置は、請求項１から４のいずれかに記載のシェルモールド造型装置において、前記造型型内に形成される造型キャビティは、ポンプなどの遠心式流体機械の羽根車の羽根通路の形状に適合した形状を有するものであって、この造型キャビティによって造型される被造形物が羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子である。
【００２２】
請求項６記載のシェルモールド造型方法は、請求項１又は４に記載のシェルモールド造型装置を用いて行う方法であって、圧送手段から供給される圧縮空気を、複数のブローノズルから複数のブロー孔を通じてキャビティ内へ吹き込み、そのキャビティ内に造型型の外周部から中心部へ向かう気流を生じさせて、その圧縮空気の気流に乗せて一緒に造型砂をキャビティ内に吹き込んで充填させて、その造型砂を搬送する圧縮空気を造型型の中心部に開設される排気孔から造型型外へ排気させる充填工程と、その充填工程中又はその充填工程後に造型型を加熱して、その造型型内に吹き込まれた造型砂を結合硬化させる加熱工程とを備えている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のシェルモールド造型装置やシェルモールド造型方法によれば、複数のキャビティが中心部から外周部へ向けて放射状に形成されている造型型、又は、キャビティが略薄板状に形成されている造型型を用いてシェルモールドを造型する場合に、その造型されたシェルモールドの表面粗度の向上を図ることができ、その結果、このシェルモールドを使用した鋳物製品の品質を向上できるという効果がある。
【００２４】
例えば、羽根車を鋳造するための薄肉状の鋳造用中子を造型するような場合には、その鋳造用中子の表面粗度を小さくでき、その鋳造用中子を用いて鋳造される羽根車の羽根通路内壁の表面を滑らかに仕上げて、鋳造品質を高めることができる。結果、この中子を用いて鋳造された羽根車を適用した流体機械の静粛性の向上でき、エネルギー効率の向上を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例であるシェルモールド造型装置１（図２参照）によって造型される被造形物の説明図であり、具体的には、鋳造用中子５０を図示したものである。ここで、図１（ａ）は、鋳造用中子５０の平面図であり、図１（ｂ）は、鋳造用中子５０の側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＣ−Ｃ’線における縦端面図である。
【００２６】
図１に図示している鋳造用中子５０は、遠心ポンプなどの遠心式流体機械に装備される羽根車を鋳造する場合に、その羽根車における複数の羽根通路を形成するために用いられる中子５０であり、平面視略円形状に形成されている。この鋳造用中子５０は、その中央部（中心部）に設けられる略円柱状のボス部５１と、そのボス部５１の周囲に連設される略薄板円盤状の円盤部５２と、その円盤部５２の表面に渦巻き模様を描くように形成される複数のスリット５３とを備えている。なお、本実施例の鋳造用中子５０には、合計６本のスリット５３が形成されている。
【００２７】
複数のスリット５３は、鋳造用中子５０のボス部５１周囲から円盤部５２の外周近傍まで放射状に延びており、個々のスリット５３については細長くかつ弧状曲線的な筋状に形成されている。ここで、これらの複数のスリット５３は、鋳造用中子５０を用いて鋳造される羽根車の羽根を形成するための鋳造キャビティとして機能するものであり、これらの各スリット５３間に設けられる部位５４は、鋳造用中子５０を用いて鋳造される羽根車の羽根通路を形成するものである。
【００２８】
図２は、本実施例のシェルモールド造型装置（以下単に「造型装置」という。）１の内部構造を示す縦断面図であり、図中では、合計６つずつあるホースプラグ６、圧送ホース７、ブローノズル８、及び、嵌合凹部１２の一部のみを図示している。
【００２９】
造型装置１は、上記した鋳造用中子５０をシェルモールド法を用いて造型するための装置であって、図２に示すように、その上部に造型砂を貯留するための略中空円筒状の砂タンク２が配設されており、この砂タンク２の上端部を閉塞する天板２ａに給気プラグ３が設けられている。給気プラグ３は、その内周部に給気孔３ａが貫通形成されており、この給気孔３ａを通じてブロワ４から供給される圧縮空気が砂タンク２内へ送風される。
【００３０】
ブロワ４は、砂タンク２へ圧縮空気を供給するための送風機であり、例えば、本実施例においては略４気圧から略６気圧（略０．４ＭＰａ〜略０．６ＭＰａ）の圧縮空気を送風することが可能なものを用いている。また、砂タンク２の下端部は、略中空逆円錐台状または略擂鉢状の形態を有したセパレータ５によって閉塞されており、このセパレータ５の内部が砂タンク２の内部と一体となって造型砂を貯留する空間を形成している。
【００３１】
セパレータ５の外周面には、複数のホースプラグ６がセパレータ５の外周方向に略等間隔で接続されており、これらのホースプラグ６には圧送ホース７が１本ずつ接続されている。また、これらの各圧送ホース７の先端にはブローノズル８が１個ずつ接続されており、砂タンク２内にある造型砂は、ブロワ４から供給される圧縮空気の気流を用いて複数のブローノズル８から分散して造型金型１０内へ吹き込まれるように構成されている。ここに複数のブローノズル８は、造型金型１０内の造型キャビティ１１に造型砂を吹き込むためのノズルである。
【００３２】
造型金型１０は、造型砂を用いて所定形状の被造形物を成型（造型）するためのシェルモールド用金型であって、本実施例では、上記した鋳造用中子５０を造型するためのものである。この造型金型１０の内部には、上記した鋳造用中子５０を造型するための空洞であって、その鋳造用中子５０の形状に適合した内部形状を有している造型キャビティ１１が形成されている。また、造型金型１０の内部には、造型キャビティ１１の形成箇所を避けて、この造型金型１０自体を加熱するための加熱ヒータ（図示せず）が内蔵されており、この加熱ヒータの発熱によって造型キャビティ１１内を所定温度に加熱することができるように構成されている。
【００３３】
また、造型金型１０の外周面には、断面視略コ字形の嵌合凹部１２がブローノズル８の個数分だけ凹設されている。この嵌合凹部１２は、ブローノズル８を脱着可能に嵌着させるための凹部であり、造型金型１０の外周方向に略等間隔で複数設けられている。このため、これら複数の嵌合凹部１２に嵌合されることで、複数のブローノズル８は造型金型１０の外周方向に略等間隔で配設されるのである。
【００３４】
図３は、図２の部分的拡大図である。図３に示すように、各嵌合凹部１２内にはブローノズル８のノズル孔８ａと連通するブロー孔１３が開口形成されており、このブロー孔１３は造型キャビティ１１内部と連通されている。本実施例では、セパレータ５に合計６個のホースプラグ６が接続されており、この各ホースプラグ６に接続される合計６本の圧送ホース７を介して、合計６個のブローノズル８に分散して造型砂が供給され、その６個のブローノズル８から合計６個のブロー孔１３を通じて造型キャビティ１１へ造型砂がそれぞれ吹き込まれるように構成されている。
【００３５】
また、造型キャビティ１１は、中央キャビティ１１ａと、複数の放射状キャビティ１１ｂと、環状キャビティ１１ｃとが一体的に連設されて１つの空洞を形成したものである。まず、中央キャビティ１１ａは、造型金型１０内の中心部に設けられる造型用の空洞であって、主として鋳造用中子５０のボス部５１を造型するためのものである。そして、この中央キャビティ１１ａの周囲には全ての放射状キャビティ１１ｂが連通されている（図４参照）。なお、放射状キャビティ１１ｂと環状キャビティ１１ｃとの連設部分では、これら両者の厚みが等しくなっている。
【００３６】
複数の放射状キャビティ１１ｂは、中央キャビティ１１ａが形成されている造型金型１０の中心部から外周部へ向かって延びる造型用の空洞であって、上記した鋳造用中子５０の円盤部５２を造型するために適合した略薄板状の空洞に形成されている。また、環状キャビティ１１ｃは、造型金型１０内の最外周部近傍に設けられる造型用の空洞であって、放射状キャビティ１１ｂとブロー孔１３との間に介在して、これらを相互に連通させている。更に、造型金型１０のキャビティ内には、上記した複数の放射状キャビティ１１ｂの相互間を仕切る複数枚の隔壁１４が設けられている（図４参照）。
【００３７】
また、中央キャビティ１１ａの上端部は造型金型１０の上端面まで貫通しており、この中央キャビティ１１ａの上端部開口には空気抜き板１５が覆設されている。空気抜き板１５は、その中央部に中央キャビティ１１ａの上端部開口より僅かに小径の通気孔１５ａが上下に貫通して形成されており、この通気孔１５ａと中央キャビティ１１ａとの間には金網製の網部材１６が介設されている。
【００３８】
網部材１６は、造型砂の粒子より小さな細孔を多数有している網状体であり、多数の細孔を通じて中央キャビティ１１ａと通気孔１５ａとの間に通気性を確保する一方で、造型砂が中央キャビティ１１ａから通気孔１５ａに漏出することを防止するためのものである。また、空気抜き板１５の上端面には複数の排気溝１５ｂが凹設されており、この各排気溝１５ｂは、通気孔１５ａ内周から空気抜き板１５の外周まで連続形成されている。
【００３９】
また更に、この排気溝１５ｂが凹設されている空気抜き板１５の上端面にはスペーサ１７の下板部１７ｂが載置されている。スペーサ１７は、その下板部１７ｂによって空気抜き板１５の通気孔１５ａを閉塞する一方で、その上板部１７ａによって砂タンク２及びセパレータ５を下方から支持するものであり、これらの上板部１７ａ及び下板部１７ｂが略円筒状の胴部１７ｃの上下端面に当着されて形成されている。
【００４０】
スペーサ１７の上板部１７ａ及び下板部１７ｂは略円盤状に形成されており、その下板部１７ｂの外径は空気抜き板１５の通気孔１５ａの内径よりも大きく形成されている。このため、スペーサ１７の下板部１７ｂは、通気孔１５ａを閉塞するとともに、その通気孔１５ａの周縁部に重畳されることで複数の排気溝１５ｂの上方を塞いでいる。この結果、スペーサ１７の下板部１７ｂと空気抜き板１５との間には、通気孔１５ａから略水平方向に連通した複数の排気通路１８が形成される。
【００４１】
このように形成された複数の排気通路１８は、網部材１６及び空気抜き板１５の通気孔１５ａを介して造型金型１０の中央キャビティ１１ａと連通されており、その中央キャビティ１１ａから流出する空気を大気中へ排出するための通路である。
【００４２】
図４は、造型金型１０の内部構造を示す平面図であり、ブローノズル８が嵌合凹部１２に嵌着された状態で図示したものである。図４に示すように、造型金型１０は平面視略円形状に形成されており、その外周面には複数のブローノズル８が外周方向に略等間隔で取着されている。この複数のブローノズル８は、造型金型１０の嵌合凹部１２に１個ずつ嵌着されており、この嵌着によって造型金型１０の外周方向に略等間隔で形成されている各ブロー孔１３と接続されている。
【００４３】
ここで、ブローノズル８の先端面であってノズル孔８ａの穿設箇所を避けた部分には、そのノズル孔８ａから僅かに外側に一対の永久磁石８ｂ，８ｃが埋設されている。これに対して、ブローノズル８の嵌合凹部１２におけるブローノズル８の先端面との当接面は磁性材料で形成されており、嵌合凹部１２に嵌着されたブローノズル８が、一対の永久磁石８ｂ，８ｃの磁力により造型金型１０に吸着されるように構成されている。
【００４４】
また、造型キャビティ１１は、この造型キャビティ１１内で造型される鋳造用中子５０の外形に適合した平面視略円形状に形成されている。そして、造型キャビティ１１の中心部には上記した中央キャビティ１１ａが設けられており、この中央キャビティ１１ａの周囲からは、複数枚の隔壁１４が造型金型１０の内周壁面直前（環状キャビティ１１ｃの手前）まで放射状に延設されている。そして、これらの複数枚の隔壁１４は、それぞれ細長く弧状曲線的な薄板状に形成されている。
【００４５】
具体的に、造型キャビティ１１には、それの底面から合計６枚の隔壁１４が立設されており、これらの隔壁１４によって鋳造用中子５０における複数のスリット５３が造型される。そして、これらの各隔壁１４間には、羽根車の羽根通路に対応する放射状キャビティ１１ｂが形成されており、この造型金型１０には合計６個の放射状キャビティ１１ｂが形成されている。そして、各放射状キャビティ１１ｂは、造型金型１０の中心部から外周部に向かって徐々に拡幅されながら連通した空洞であり、造型金型１０の周回方向に僅かに湾曲されている。
【００４６】
また、造型金型１０には、これらの放射状キャビティ１１ｂより外側を取り巻くように周回する環状キャビティ１１ｃが周設されており、この環状キャビティ１１ｃには全ての放射状キャビティ１１ｂが連通されている。そして、各放射状キャビティ１１ｂの外周側の開放端には、環状キャビティ１１ｃ越しに、その放射状キャビティ１１ｂに向けて造型砂を吹き込む各ブロー孔１３が対向して開設されている。
【００４７】
図５（ａ）は、造型金型１０の側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の部分的拡大図であり、これらの図中の２点鎖線は、嵌合凹部１２に嵌着されるブローノズル８を示す想像線である。図５に示すように、ブロー孔１３は、造型キャビティ１１の周方向に沿って細長く、造型金型１０の外周面に略水平直線状に開設した長孔であり、この長孔の長手方向中央にブローノズル８のノズル孔８ａが接続されるように形成されている。なお、ブロー孔１３の短手方向幅は環状キャビティ１１ｃの厚みと略等しくされている。
【００４８】
また、ブローノズル８のノズル孔８ａは、ブロー孔１３に対して僅かに小さく又は略等しく略水平直線状に開口された長孔に形成されており、ブローノズル８が嵌合凹部１２に嵌着されると、ブロー孔１３と共に造型キャビティ１１の周方向に沿って細長く延びた状態となる。このようにすることで、薄肉状でかつ放射状に仕切られている造型キャビティ１１内へ、造型砂をより円滑に吹き込めるように構成されている。
【００４９】
次に、上記のように構成された造型装置１を用いた造型方法について説明する。圧縮空気がブロワ４から砂タンク２内へ供給されると、砂タンク２内に貯留されている造型砂が圧縮空気と一緒に押し流されて、セパレータ５から各圧送ホース７へ分散供給される。すると、複数の圧送ホース７へ供給された圧縮空気及び造型砂の混合流は複数のブローノズル８へ供給され、これらのブローノズル８から各ブロー孔１３を通じて造型金型１０の造型キャビティ１１内へ吹き込まれる。
【００５０】
このとき、造型金型１０内に吹き込まれた混合流のうちの圧縮空気は、各ブロー孔１３から環状キャビティ１１ｃを通過して各放射状キャビティ１１ｂへ流入し、その各放射状キャビティ１１ｂから中央キャビティ１１ａを経た後に網部材１６の各細孔を通じて空気抜き板１５の通気孔１５ａへ流入して、そこから複数の排気通路１８を通じて大気中へ排出される。
【００５１】
この結果、造型キャビティ１１内には、それの外周部から中心部へ向かう気流が作り出され、この気流に乗って造型砂が、造型キャビティ１１の外周部から中心部へ向けて吹き込まれ充填される。そして、造型砂の充填中又はその充填後に造型金型１０が加熱ヒータによって所定温度に加熱されると、造型キャビティ１１内に充填された造型砂が結合硬化されて、鋳造用中子５０が造型金型１０内で造型される。そして、これが造型金型１０から離型されると、羽根車の羽根通路を鋳造するために使用される鋳造用中子５０が取得されるのである。
【００５２】
そして、本実施例により鋳造用中子５０を製造した場合と、上記段落［０００６］に記載した従来法（以下「比較例」という。）により鋳造用中子５０を製造した場合とで、双方の鋳造用中子５０の表面粗さと、これらの中子５０を用いて鋳造された鋳物製品の表面粗さとを比較した。すると、下記する通り、本実施例による鋳造用中子５０とそれを用いた鋳物製品とが、いずれも比較例に比べてより表面粗さが良好となり、品質として高いものが得られることが確認された。
【００５３】
具体的に、本実施例の鋳造用中子５０は、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１１８．２８で、算術平均粗さ（Ｒａ）が１８．４２であるのに対して、比較例の鋳造用中子５０では、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１３９．２８で、算術平均粗さ（Ｒａ）が２３．６３であった。また、本実施例による鋳物製品は、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２９．３５で、算術平均粗さ（Ｒａ）が４．９７であるのに対して、比較例による鋳物製品では、十点平均粗さ（Ｒｚ）が４９．９７で、算術平均粗さ（Ｒａ）が８．００であった。
【００５４】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、各部材についての個数や形状やサイズ、又は、各工程の温度条件などについて、種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、本実施例では、造型金型１０で造型されるシェルモールドとして鋳造用中子５０を例に説明したが、かかるシェルモールドの種類は必ずしも中子に限定されるものではなく、中子を除く鋳型の造型に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例であるシェルモールド造型装置によって造型される鋳造用中子の説明図であって、（ａ）は、鋳造用中子の平面図であり、（ｂ）は、鋳造用中子の側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線における縦端面図である。
【図２】本実施例のシェルモールド造型装置の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】図２の部分的拡大図である。
【図４】造型金型の内部構造を示す平面図であり、ブローノズルが嵌合凹部に嵌着された状態で図示したものである。
【図５】（ａ）は、造型金型の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分的拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ シェルモールド造型装置
２ 砂タンク（圧送手段の一部）
３ 給気プラグ（圧送手段の一部）
４ ブロワ（圧送手段の一部）
５ セパレータ（圧送手段の一部）
６ ホースプラグ（圧送手段の一部）
７ 圧送ホース（圧送手段の一部）
８ ブローノズル
１０ 造型型
１１ 造型キャビティ（造型キャビティ）
１１ａ 中央キャビティ（中央キャビティ、排気孔の一部）
１１ｂ 放射状キャビティ（放射状キャビティ、薄肉キャビティ）
１１ｃ 環状キャビティ
１３ ブロー孔
１５ａ 通気孔（排気孔の一部）
１６ 網部材（排気孔の一部）
１８ 排気通路（排気孔の一部）
５０ 鋳造用中子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用のシェルモールドを造型するためのシェルモールド造型装置及びシェルモールド造型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シェル鋳型（中子を含む。以下「シェルモールド」ともいう。）の造型方法、いわゆるシェルモールド法は、樹脂被覆砂粒（Resin Coated Sand（一般に「ＲＣＳ」と略称されている。））などの造型砂を使用して鋳型を造型する方法である。このシェルモールド法に用いられる造型砂の一例であるＲＣＳは、珪砂などの砂粒と、その砂粒表面に被覆される樹脂被覆層とから形成されている。また、ＲＣＳにおける各砂粒表面の樹脂被覆層は、フェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂から組成されており、各砂粒同士の結合材として機能するものである。
【０００３】
このようなＲＣＳを用いるシェルモールド法によれば、加熱されている造型金型内にＲＣＳが重力方式又は吹込方式により充填され、そのＲＣＳの各砂粒の樹脂被覆層が溶融され、その溶融した結合材を介して各砂粒同士が結合される。この結合後、ＲＣＳの結合材が硬化すると、ＲＣＳが造型金型内のキャビティ形状に合致したものに造型され、それを造型金型から離型させれば、硬化造型物であるシェル鋳型が取得されるのである。
【０００４】
このようなシェルモールド法については既に種々の提案がなされており、例えば、下記する特許文献１記載の中子造型装置が知られている。この中子造型装置によれば、トップブロー方式のブローヘッドによって、造型砂が、型温２００℃〜２５０℃に加熱されている造型金型の上方から、その造型金型内に一旦略満杯状態にまで吹き込まれる。そして、この後、加振機による三次元的振動が造型金型に加えられ、その後更に、その三次元振動が加えられている造型金型内に再び造型砂が吹き込まれて中子が造型される。
【０００５】
ところで、下記する特許文献２にあるように、遠心ポンプなどの遠心式流体機械の羽根車を鋳造する場合には、その羽根車内の羽根通路を形成するための鋳型の一部として薄肉状の鋳造用中子が使用されている。そして、この特許文献２では、かかる薄肉状の鋳造用中子を製造する場合に、シェルモールド法を用いずに、中子取り型を回転させつつ、その上端開口部から内部にゾル状のスラリーを流し込み、そのスラリーを乾燥固化させた後に、中子取り型から脱型して、羽根車の鋳造用中子を造型している。
【０００６】
これに対して、本願出願人は、特許文献２記載の鋳型製造方法で製造される鋳造用中子、即ち、羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子を、従来からシェルモールド法によって造型している。従来において本願出願人が採用してきた造型方法によれば、特許文献２にある中子取り型に形態が近似した造型金型を加熱して、その上端開口部からトップブロー方式によって造型金型内に造型砂を吹き込んで、造型砂を結合硬化させて、羽根車の鋳造用中子を造型していた。
【特許文献１】特開平７−２９０１８９号公報
【特許文献２】特開平１１−３０９５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した本願出願人採用の造型方法では、その造型方法によって羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子を造型した場合に、その鋳造用中子の表面粗度（表面あらさ）が大きくなってしまうため、この鋳造用中子を用いて鋳造された羽根通路内壁の表面粗度の低下や、その他の鋳造品質の低下を招来し、結果、その羽根車を用いた遠心式流体機械の静粛性の悪化や、エネルギー効率の低下を招いてしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、造形されたシェルモールドの表面粗度の向上を図ることができ、その結果、このシェルモールドを使用した鋳物製品の品質を向上でき、特に、複数の羽根通路が形成されている羽根車を鋳造するために使用される鋳造用中子を造型することに適したシェルモールド造型装置及びシェルモールド造型方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために請求項１記載のシェルモールド造型装置は、中心部から外周部へ向かって放射状に延びる空洞である複数の放射状キャビティを有する造型型と、その造型型の外周部に開設され前記複数の放射状キャビティの個々に連通される複数のブロー孔と、その複数のブロー孔に接続されて前記複数の放射状キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記造型型の中心部に開設され、その造型型の外部と前記複数の放射状キャビティとを連通させる排気孔とを備えている。
【００１０】
この請求項１記載のシェルモールド造型装置によれば、圧送手段によって圧縮空気が複数のブローノズルへ供給されると、この圧縮空気の流れと一緒になって造型砂が複数のブローノズルへ供給される。このとき、圧縮空気は、各ブローノズルから造型型の各ブロー孔を通じて各放射状キャビティへ吹き込まれ、造型型の外周部から各放射状キャビティを通じて造型型の中心部へ向かう気流を作り出す。そして、この気流に乗って造型砂が加熱されている造型型の各放射状キャビティ内へ吹き込まれて充填される。
【００１１】
複数の放射状キャビティへ吹き込まれた圧縮空気及び造型砂は、造型型の外周部から中心部へと向かって流れて、そのうち造型砂が造型型内に残されて各放射状キャビティ内に充填されるが、圧縮空気は造型型の中心部にある排気孔から造型型外へ排気される。造型型内に充填された造型砂は、造型型の加熱によって結合硬化し、複数の放射状キャビティに合致した形状のものに造型される。そして、これを造型型から離型させれば、中心部から放射状に複数の部位が延びる硬化造型物がシェルモールドとして取得される。
【００１２】
請求項２記載のシェルモールド造型装置は、請求項１記載のシェルモールド造型装置において、前記造型型内の中心部に設けられる空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てが連通され、かつ、前記排気孔とも連通されている中央キャビティを備えている。
【００１３】
この請求項２記載のシェルモールド造型装置によれば、請求項１記載のシェルモールド造型装置と同様な作用や効果を奏することに加えて、各ブロー孔から各放射状キャビティ内へ吹き込まれた圧縮空気は、中央キャビティを経て排気孔から造型型外へ排出されることで、造型型の外周部から各放射状キャビティを通じて造型型の中心部にある中央キャビティへ向かう気流を作り出す。そして、この圧縮空気の気流によって、造型砂は、各放射状キャビティを通じて造型型の外周部から中央キャビティへと運ばれて、中央キャビティ及び各放射状キャビティに充填される。
【００１４】
請求項３記載のシェルモールド造型装置は、請求項１又は２に記載のシェルモールド造型装置において、前記造型型内の外周部に環状に周設される空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てと連通され、かつ、前記複数のブロー孔の全てとも連通されている環状キャビティを備えている。
【００１５】
この請求項３記載のシェルモールド造型装置によれば、請求項１又は２に記載のシェルモールド造型装置と同様な作用や効果を奏することに加えて、環状キャビティは、造型型の外周部に環状に周設されており、全ての放射状キャビティと連通されている。しかも、この環状キャビティには全てのブロー孔が連通されている。よって、ある１つのブロー孔から造型方内へ流入した造型砂は、必ずしも１つの放射状キャビティに吹き込まれるのではなく、環状キャビティを通じて幾つもの放射状キャビティへ分散して吹き込ませることもできる。
【００１６】
したがって、例えば、複数ある放射状キャビティのいずれかで何らかの原因で局部的に気圧が低下したとしても、即座に、環状キャビティを通じて造型型内の別のキャビティから圧縮空気が補われるなどされるので、局所的気圧低下に起因する造型砂の充填不足を防止でき、そのような造型砂の充填不足により陥没や巣などの欠陥がシェルモールドに生じることを回避することができる。
【００１７】
また、例えば、各ブロー孔に接続されるブローノズルの数が放射状キャビティの数に比べて少なくても、全ての放射状キャビティに対して造型砂を満遍なく吹き込んで充填することが実現できることとなるため、各放射状キャビティ毎にブローノズルを配設する必要がなく、ブローノズルの設置個数を必要最小限に抑制することができる場合もある。
【００１８】
請求項４記載のシェルモールド造型装置は、略薄板状の空洞である薄肉キャビティを有する造型型と、その造型型の外周部に開設され前記薄肉キャビティ内に連通される複数のブロー孔と、その複数のブロー孔に接続されて前記薄肉キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記薄肉キャビティの中心部に開設され、その造型型の外部と連通する排気孔とを備えている。
【００１９】
この請求項４記載のシェルモールド造型装置によれば、圧送手段によって圧縮空気が複数のブローノズルへ供給されると、この圧縮空気の流れと一緒になって造型砂が複数のブローノズルへ供給される。このとき、圧縮空気は、各ブローノズルから造型型の各ブロー孔を通じて薄肉キャビティ内へ吹き込まれることで、その薄肉キャビティの外周部から中心部へ向かう気流を作り出す。そして、この気流に乗って造型砂が加熱されている造型型の薄肉キャビティ内へ吹き込まれて充填される。
【００２０】
薄肉キャビティへ吹き込まれた圧縮空気及び造型砂は、造型砂を造型型内に残して圧縮空気のみが薄肉キャビティの中心部に開設されている排気孔から造型型外へ排気される。そして、造型型内に充填された造型砂が、造型型の加熱によって結合硬化すると、造型砂が略薄板状に造型され、それを造型金型から離型させれば、略薄板状のシェルモールドとして取得される。
【００２１】
請求項５記載のシェルモールド造型装置は、請求項１から４のいずれかに記載のシェルモールド造型装置において、前記造型型内に形成される造型キャビティは、ポンプなどの遠心式流体機械の羽根車の羽根通路の形状に適合した形状を有するものであって、この造型キャビティによって造型される被造形物が羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子である。
【００２２】
請求項６記載のシェルモールド造型方法は、請求項１又は４に記載のシェルモールド造型装置を用いて行う方法であって、圧送手段から供給される圧縮空気を、複数のブローノズルから複数のブロー孔を通じてキャビティ内へ吹き込み、そのキャビティ内に造型型の外周部から中心部へ向かう気流を生じさせて、その圧縮空気の気流に乗せて一緒に造型砂をキャビティ内に吹き込んで充填させて、その造型砂を搬送する圧縮空気を造型型の中心部に開設される排気孔から造型型外へ排気させる充填工程と、その充填工程中又はその充填工程後に造型型を加熱して、その造型型内に吹き込まれた造型砂を結合硬化させる加熱工程とを備えている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のシェルモールド造型装置やシェルモールド造型方法によれば、複数のキャビティが中心部から外周部へ向けて放射状に形成されている造型型、又は、キャビティが略薄板状に形成されている造型型を用いてシェルモールドを造型する場合に、その造型されたシェルモールドの表面粗度の向上を図ることができ、その結果、このシェルモールドを使用した鋳物製品の品質を向上できるという効果がある。
【００２４】
例えば、羽根車を鋳造するための薄肉状の鋳造用中子を造型するような場合には、その鋳造用中子の表面粗度を小さくでき、その鋳造用中子を用いて鋳造される羽根車の羽根通路内壁の表面を滑らかに仕上げて、鋳造品質を高めることができる。結果、この中子を用いて鋳造された羽根車を適用した流体機械の静粛性の向上でき、エネルギー効率の向上を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例であるシェルモールド造型装置１（図２参照）によって造型される被造形物の説明図であり、具体的には、鋳造用中子５０を図示したものである。ここで、図１（ａ）は、鋳造用中子５０の平面図であり、図１（ｂ）は、鋳造用中子５０の側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＣ−Ｃ’線における縦端面図である。
【００２６】
図１に図示している鋳造用中子５０は、遠心ポンプなどの遠心式流体機械に装備される羽根車を鋳造する場合に、その羽根車における複数の羽根通路を形成するために用いられる中子５０であり、平面視略円形状に形成されている。この鋳造用中子５０は、その中央部（中心部）に設けられる略円柱状のボス部５１と、そのボス部５１の周囲に連設される略薄板円盤状の円盤部５２と、その円盤部５２の表面に渦巻き模様を描くように形成される複数のスリット５３とを備えている。なお、本実施例の鋳造用中子５０には、合計６本のスリット５３が形成されている。
【００２７】
複数のスリット５３は、鋳造用中子５０のボス部５１周囲から円盤部５２の外周近傍まで放射状に延びており、個々のスリット５３については細長くかつ弧状曲線的な筋状に形成されている。ここで、これらの複数のスリット５３は、鋳造用中子５０を用いて鋳造される羽根車の羽根を形成するための鋳造キャビティとして機能するものであり、これらの各スリット５３間に設けられる部位５４は、鋳造用中子５０を用いて鋳造される羽根車の羽根通路を形成するものである。
【００２８】
図２は、本実施例のシェルモールド造型装置（以下単に「造型装置」という。）１の内部構造を示す縦断面図であり、図中では、合計６つずつあるホースプラグ６、圧送ホース７、ブローノズル８、及び、嵌合凹部１２の一部のみを図示している。
【００２９】
造型装置１は、上記した鋳造用中子５０をシェルモールド法を用いて造型するための装置であって、図２に示すように、その上部に造型砂を貯留するための略中空円筒状の砂タンク２が配設されており、この砂タンク２の上端部を閉塞する天板２ａに給気プラグ３が設けられている。給気プラグ３は、その内周部に給気孔３ａが貫通形成されており、この給気孔３ａを通じてブロワ４から供給される圧縮空気が砂タンク２内へ送風される。
【００３０】
ブロワ４は、砂タンク２へ圧縮空気を供給するための送風機であり、例えば、本実施例においては略４気圧から略６気圧（略０．４ＭＰａ〜略０．６ＭＰａ）の圧縮空気を送風することが可能なものを用いている。また、砂タンク２の下端部は、略中空逆円錐台状または略擂鉢状の形態を有したセパレータ５によって閉塞されており、このセパレータ５の内部が砂タンク２の内部と一体となって造型砂を貯留する空間を形成している。
【００３１】
セパレータ５の外周面には、複数のホースプラグ６がセパレータ５の外周方向に略等間隔で接続されており、これらのホースプラグ６には圧送ホース７が１本ずつ接続されている。また、これらの各圧送ホース７の先端にはブローノズル８が１個ずつ接続されており、砂タンク２内にある造型砂は、ブロワ４から供給される圧縮空気の気流を用いて複数のブローノズル８から分散して造型金型１０内へ吹き込まれるように構成されている。ここに複数のブローノズル８は、造型金型１０内の造型キャビティ１１に造型砂を吹き込むためのノズルである。
【００３２】
造型金型１０は、造型砂を用いて所定形状の被造形物を成型（造型）するためのシェルモールド用金型であって、本実施例では、上記した鋳造用中子５０を造型するためのものである。この造型金型１０の内部には、上記した鋳造用中子５０を造型するための空洞であって、その鋳造用中子５０の形状に適合した内部形状を有している造型キャビティ１１が形成されている。また、造型金型１０の内部には、造型キャビティ１１の形成箇所を避けて、この造型金型１０自体を加熱するための加熱ヒータ（図示せず）が内蔵されており、この加熱ヒータの発熱によって造型キャビティ１１内を所定温度に加熱することができるように構成されている。
【００３３】
また、造型金型１０の外周面には、断面視略コ字形の嵌合凹部１２がブローノズル８の個数分だけ凹設されている。この嵌合凹部１２は、ブローノズル８を脱着可能に嵌着させるための凹部であり、造型金型１０の外周方向に略等間隔で複数設けられている。このため、これら複数の嵌合凹部１２に嵌合されることで、複数のブローノズル８は造型金型１０の外周方向に略等間隔で配設されるのである。
【００３４】
図３は、図２の部分的拡大図である。図３に示すように、各嵌合凹部１２内にはブローノズル８のノズル孔８ａと連通するブロー孔１３が開口形成されており、このブロー孔１３は造型キャビティ１１内部と連通されている。本実施例では、セパレータ５に合計６個のホースプラグ６が接続されており、この各ホースプラグ６に接続される合計６本の圧送ホース７を介して、合計６個のブローノズル８に分散して造型砂が供給され、その６個のブローノズル８から合計６個のブロー孔１３を通じて造型キャビティ１１へ造型砂がそれぞれ吹き込まれるように構成されている。
【００３５】
また、造型キャビティ１１は、中央キャビティ１１ａと、複数の放射状キャビティ１１ｂと、環状キャビティ１１ｃとが一体的に連設されて１つの空洞を形成したものである。まず、中央キャビティ１１ａは、造型金型１０内の中心部に設けられる造型用の空洞であって、主として鋳造用中子５０のボス部５１を造型するためのものである。そして、この中央キャビティ１１ａの周囲には全ての放射状キャビティ１１ｂが連通されている（図４参照）。なお、放射状キャビティ１１ｂと環状キャビティ１１ｃとの連設部分では、これら両者の厚みが等しくなっている。
【００３６】
複数の放射状キャビティ１１ｂは、中央キャビティ１１ａが形成されている造型金型１０の中心部から外周部へ向かって延びる造型用の空洞であって、上記した鋳造用中子５０の円盤部５２を造型するために適合した略薄板状の空洞に形成されている。また、環状キャビティ１１ｃは、造型金型１０内の最外周部近傍に設けられる造型用の空洞であって、放射状キャビティ１１ｂとブロー孔１３との間に介在して、これらを相互に連通させている。更に、造型金型１０のキャビティ内には、上記した複数の放射状キャビティ１１ｂの相互間を仕切る複数枚の隔壁１４が設けられている（図４参照）。
【００３７】
また、中央キャビティ１１ａの上端部は造型金型１０の上端面まで貫通しており、この中央キャビティ１１ａの上端部開口には空気抜き板１５が覆設されている。空気抜き板１５は、その中央部に中央キャビティ１１ａの上端部開口より僅かに小径の通気孔１５ａが上下に貫通して形成されており、この通気孔１５ａと中央キャビティ１１ａとの間には金網製の網部材１６が介設されている。
【００３８】
網部材１６は、造型砂の粒子より小さな細孔を多数有している網状体であり、多数の細孔を通じて中央キャビティ１１ａと通気孔１５ａとの間に通気性を確保する一方で、造型砂が中央キャビティ１１ａから通気孔１５ａに漏出することを防止するためのものである。また、空気抜き板１５の上端面には複数の排気溝１５ｂが凹設されており、この各排気溝１５ｂは、通気孔１５ａ内周から空気抜き板１５の外周まで連続形成されている。
【００３９】
また更に、この排気溝１５ｂが凹設されている空気抜き板１５の上端面にはスペーサ１７の下板部１７ｂが載置されている。スペーサ１７は、その下板部１７ｂによって空気抜き板１５の通気孔１５ａを閉塞する一方で、その上板部１７ａによって砂タンク２及びセパレータ５を下方から支持するものであり、これらの上板部１７ａ及び下板部１７ｂが略円筒状の胴部１７ｃの上下端面に当着されて形成されている。
【００４０】
スペーサ１７の上板部１７ａ及び下板部１７ｂは略円盤状に形成されており、その下板部１７ｂの外径は空気抜き板１５の通気孔１５ａの内径よりも大きく形成されている。このため、スペーサ１７の下板部１７ｂは、通気孔１５ａを閉塞するとともに、その通気孔１５ａの周縁部に重畳されることで複数の排気溝１５ｂの上方を塞いでいる。この結果、スペーサ１７の下板部１７ｂと空気抜き板１５との間には、通気孔１５ａから略水平方向に連通した複数の排気通路１８が形成される。
【００４１】
このように形成された複数の排気通路１８は、網部材１６及び空気抜き板１５の通気孔１５ａを介して造型金型１０の中央キャビティ１１ａと連通されており、その中央キャビティ１１ａから流出する空気を大気中へ排出するための通路である。
【００４２】
図４は、造型金型１０の内部構造を示す平面図であり、ブローノズル８が嵌合凹部１２に嵌着された状態で図示したものである。図４に示すように、造型金型１０は平面視略円形状に形成されており、その外周面には複数のブローノズル８が外周方向に略等間隔で取着されている。この複数のブローノズル８は、造型金型１０の嵌合凹部１２に１個ずつ嵌着されており、この嵌着によって造型金型１０の外周方向に略等間隔で形成されている各ブロー孔１３と接続されている。
【００４３】
ここで、ブローノズル８の先端面であってノズル孔８ａの穿設箇所を避けた部分には、そのノズル孔８ａから僅かに外側に一対の永久磁石８ｂ，８ｃが埋設されている。これに対して、ブローノズル８の嵌合凹部１２におけるブローノズル８の先端面との当接面は磁性材料で形成されており、嵌合凹部１２に嵌着されたブローノズル８が、一対の永久磁石８ｂ，８ｃの磁力により造型金型１０に吸着されるように構成されている。
【００４４】
また、造型キャビティ１１は、この造型キャビティ１１内で造型される鋳造用中子５０の外形に適合した平面視略円形状に形成されている。そして、造型キャビティ１１の中心部には上記した中央キャビティ１１ａが設けられており、この中央キャビティ１１ａの周囲からは、複数枚の隔壁１４が造型金型１０の内周壁面直前（環状キャビティ１１ｃの手前）まで放射状に延設されている。そして、これらの複数枚の隔壁１４は、それぞれ細長く弧状曲線的な薄板状に形成されている。
【００４５】
具体的に、造型キャビティ１１には、それの底面から合計６枚の隔壁１４が立設されており、これらの隔壁１４によって鋳造用中子５０における複数のスリット５３が造型される。そして、これらの各隔壁１４間には、羽根車の羽根通路に対応する放射状キャビティ１１ｂが形成されており、この造型金型１０には合計６個の放射状キャビティ１１ｂが形成されている。そして、各放射状キャビティ１１ｂは、造型金型１０の中心部から外周部に向かって徐々に拡幅されながら連通した空洞であり、造型金型１０の周回方向に僅かに湾曲されている。
【００４６】
また、造型金型１０には、これらの放射状キャビティ１１ｂより外側を取り巻くように周回する環状キャビティ１１ｃが周設されており、この環状キャビティ１１ｃには全ての放射状キャビティ１１ｂが連通されている。そして、各放射状キャビティ１１ｂの外周側の開放端には、環状キャビティ１１ｃ越しに、その放射状キャビティ１１ｂに向けて造型砂を吹き込む各ブロー孔１３が対向して開設されている。
【００４７】
図５（ａ）は、造型金型１０の側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の部分的拡大図であり、これらの図中の２点鎖線は、嵌合凹部１２に嵌着されるブローノズル８を示す想像線である。図５に示すように、ブロー孔１３は、造型キャビティ１１の周方向に沿って細長く、造型金型１０の外周面に略水平直線状に開設した長孔であり、この長孔の長手方向中央にブローノズル８のノズル孔８ａが接続されるように形成されている。なお、ブロー孔１３の短手方向幅は環状キャビティ１１ｃの厚みと略等しくされている。
【００４８】
また、ブローノズル８のノズル孔８ａは、ブロー孔１３に対して僅かに小さく又は略等しく略水平直線状に開口された長孔に形成されており、ブローノズル８が嵌合凹部１２に嵌着されると、ブロー孔１３と共に造型キャビティ１１の周方向に沿って細長く延びた状態となる。このようにすることで、薄肉状でかつ放射状に仕切られている造型キャビティ１１内へ、造型砂をより円滑に吹き込めるように構成されている。
【００４９】
次に、上記のように構成された造型装置１を用いた造型方法について説明する。圧縮空気がブロワ４から砂タンク２内へ供給されると、砂タンク２内に貯留されている造型砂が圧縮空気と一緒に押し流されて、セパレータ５から各圧送ホース７へ分散供給される。すると、複数の圧送ホース７へ供給された圧縮空気及び造型砂の混合流は複数のブローノズル８へ供給され、これらのブローノズル８から各ブロー孔１３を通じて造型金型１０の造型キャビティ１１内へ吹き込まれる。
【００５０】
このとき、造型金型１０内に吹き込まれた混合流のうちの圧縮空気は、各ブロー孔１３から環状キャビティ１１ｃを通過して各放射状キャビティ１１ｂへ流入し、その各放射状キャビティ１１ｂから中央キャビティ１１ａを経た後に網部材１６の各細孔を通じて空気抜き板１５の通気孔１５ａへ流入して、そこから複数の排気通路１８を通じて大気中へ排出される。
【００５１】
この結果、造型キャビティ１１内には、それの外周部から中心部へ向かう気流が作り出され、この気流に乗って造型砂が、造型キャビティ１１の外周部から中心部へ向けて吹き込まれ充填される。そして、造型砂の充填中又はその充填後に造型金型１０が加熱ヒータによって所定温度に加熱されると、造型キャビティ１１内に充填された造型砂が結合硬化されて、鋳造用中子５０が造型金型１０内で造型される。そして、これが造型金型１０から離型されると、羽根車の羽根通路を鋳造するために使用される鋳造用中子５０が取得されるのである。
【００５２】
そして、本実施例により鋳造用中子５０を製造した場合と、上記段落［０００６］に記載した従来法（以下「比較例」という。）により鋳造用中子５０を製造した場合とで、双方の鋳造用中子５０の表面粗さと、これらの中子５０を用いて鋳造された鋳物製品の表面粗さとを比較した。すると、下記する通り、本実施例による鋳造用中子５０とそれを用いた鋳物製品とが、いずれも比較例に比べてより表面粗さが良好となり、品質として高いものが得られることが確認された。
【００５３】
具体的に、本実施例の鋳造用中子５０は、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１１８．２８で、算術平均粗さ（Ｒａ）が１８．４２であるのに対して、比較例の鋳造用中子５０では、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１３９．２８で、算術平均粗さ（Ｒａ）が２３．６３であった。また、本実施例による鋳物製品は、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２９．３５で、算術平均粗さ（Ｒａ）が４．９７であるのに対して、比較例による鋳物製品では、十点平均粗さ（Ｒｚ）が４９．９７で、算術平均粗さ（Ｒａ）が８．００であった。
【００５４】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、各部材についての個数や形状やサイズ、又は、各工程の温度条件などについて、種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、本実施例では、造型金型１０で造型されるシェルモールドとして鋳造用中子５０を例に説明したが、かかるシェルモールドの種類は必ずしも中子に限定されるものではなく、中子を除く鋳型の造型に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例であるシェルモールド造型装置によって造型される鋳造用中子の説明図であって、（ａ）は、鋳造用中子の平面図であり、（ｂ）は、鋳造用中子の側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線における縦端面図である。
【図２】本実施例のシェルモールド造型装置の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】図２の部分的拡大図である。
【図４】造型金型の内部構造を示す平面図であり、ブローノズルが嵌合凹部に嵌着された状態で図示したものである。
【図５】（ａ）は、造型金型の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分的拡大図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ シェルモールド造型装置
２ 砂タンク（圧送手段の一部）
３ 給気プラグ（圧送手段の一部）
４ ブロワ（圧送手段の一部）
５ セパレータ（圧送手段の一部）
６ ホースプラグ（圧送手段の一部）
７ 圧送ホース（圧送手段の一部）
８ ブローノズル
１０ 造型型
１１ 造型キャビティ（造型キャビティ）
１１ａ 中央キャビティ（中央キャビティ、排気孔の一部）
１１ｂ 放射状キャビティ（放射状キャビティ、薄肉キャビティ）
１１ｃ 環状キャビティ
１３ ブロー孔
１５ａ 通気孔（排気孔の一部）
１６ 網部材（排気孔の一部）
１８ 排気通路（排気孔の一部）
５０ 鋳造用中子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部から外周部へ向かって放射状に延びる空洞である複数の放射状キャビティを有する造型型と、
その造型型の外周部に開設され前記複数の放射状キャビティの個々に連通される複数のブロー孔と、
その複数のブロー孔に接続されて前記複数の放射状キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、
その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、
その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記造型型の中心部に開設され、その造型型の外部と前記複数の放射状キャビティとを連通させる排気孔とを備えていることを特徴とするシェルモールド造型装置。
【請求項２】
前記造型型内の中心部に設けられる空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てが連通され、かつ、前記排気孔とも連通されている中央キャビティを備えていることを特徴とする請求項１記載のシェルモールド造型装置。
【請求項３】
前記造型型内の外周部に環状に周設される空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てと連通され、かつ、前記複数のブロー孔の全てとも連通されている環状キャビティを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシェルモールド造型装置。
【請求項４】
略薄板状の空洞である薄肉キャビティを有する造型型と、
その造型型の外周部に開設され前記薄肉キャビティ内に連通される複数のブロー孔と、
その複数のブロー孔に接続されて前記薄肉キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、
その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、
その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記薄肉キャビティの中心部に開設され、その造型型の外部と連通する排気孔とを備えていることを特徴とするシェルモールド造型装置。
【請求項５】
前記造型型内に形成される造型キャビティは、ポンプなどの遠心式流体機械の羽根車の羽根通路の形状に適合した形状を有するものであって、この造型キャビティによって造型される被造形物が羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシェルモールド造型装置。
【請求項６】
請求項１又は４に記載のシェルモールド造型装置を用いて行う方法であって、
圧送手段から供給される圧縮空気を、複数のブローノズルから複数のブロー孔を通じてキャビティ内へ吹き込み、そのキャビティ内に造型型の外周部から中心部へ向かう気流を生じさせて、その圧縮空気の気流に乗せて一緒に造型砂をキャビティ内に吹き込んで充填させて、その造型砂を搬送する圧縮空気を造型型の中心部に開設される排気孔から造型型外へ排気させる充填工程と、
その充填工程中又はその充填工程後に造型型を加熱して、その造型型内に吹き込まれた造型砂を結合硬化させる加熱工程とを備えていることを特徴とするシェルモールド造型方法。
【請求項１】
中心部から外周部へ向かって放射状に延びる空洞である複数の放射状キャビティを有する造型型と、
その造型型の外周部に開設され前記複数の放射状キャビティの個々に連通される複数のブロー孔と、
その複数のブロー孔に接続されて前記複数の放射状キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、
その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、
その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記造型型の中心部に開設され、その造型型の外部と前記複数の放射状キャビティとを連通させる排気孔とを備えていることを特徴とするシェルモールド造型装置。
【請求項２】
前記造型型内の中心部に設けられる空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てが連通され、かつ、前記排気孔とも連通されている中央キャビティを備えていることを特徴とする請求項１記載のシェルモールド造型装置。
【請求項３】
前記造型型内の外周部に環状に周設される空洞であって、前記複数の放射状キャビティの全てと連通され、かつ、前記複数のブロー孔の全てとも連通されている環状キャビティを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシェルモールド造型装置。
【請求項４】
略薄板状の空洞である薄肉キャビティを有する造型型と、
その造型型の外周部に開設され前記薄肉キャビティ内に連通される複数のブロー孔と、
その複数のブロー孔に接続されて前記薄肉キャビティ内へ前記造型型の外周部から中心部へ向けて造型砂を吹き込む複数のブローノズルと、
その複数のブローノズルに対して圧縮空気によって造型砂を供給する圧送手段と、
その圧送手段による圧縮空気を前記造型型外へ排気するために前記薄肉キャビティの中心部に開設され、その造型型の外部と連通する排気孔とを備えていることを特徴とするシェルモールド造型装置。
【請求項５】
前記造型型内に形成される造型キャビティは、ポンプなどの遠心式流体機械の羽根車の羽根通路の形状に適合した形状を有するものであって、この造型キャビティによって造型される被造形物が羽根車の羽根通路を形成するための薄肉状の鋳造用中子であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシェルモールド造型装置。
【請求項６】
請求項１又は４に記載のシェルモールド造型装置を用いて行う方法であって、
圧送手段から供給される圧縮空気を、複数のブローノズルから複数のブロー孔を通じてキャビティ内へ吹き込み、そのキャビティ内に造型型の外周部から中心部へ向かう気流を生じさせて、その圧縮空気の気流に乗せて一緒に造型砂をキャビティ内に吹き込んで充填させて、その造型砂を搬送する圧縮空気を造型型の中心部に開設される排気孔から造型型外へ排気させる充填工程と、
その充填工程中又はその充填工程後に造型型を加熱して、その造型型内に吹き込まれた造型砂を結合硬化させる加熱工程とを備えていることを特徴とするシェルモールド造型方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２７５９２７（Ｐ２００７−２７５９２７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０５１７９（Ｐ２００６−１０５１７９）
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（５０６１１８４１２）有限会社小松鋳型製作所 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（５０６１１８４１２）有限会社小松鋳型製作所 (5)
【Ｆターム（参考）】
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