JP2017189796A

JP2017189796A - 中子造形装置

Info

Publication number: JP2017189796A
Application number: JP2016080465A
Authority: JP
Inventors: 直哉梶田; Naoya Kajita; 潤司淺野; Junji Asano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2017-10-19

Abstract

【課題】中子の造形設備を小型化して、設備コストを抑えつつ、造形時間を短縮することができる中子造形装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の中子造形装置は、成形型５、クランプ機構７、型締め機構９、マイクロ波加熱装置１１及び充填装置を備えている。この中子造形装置は、型締め機構９により、型締めされた成形型６をクランプ機構７によって、型締め状態を保持し、順次中子砂３を成形型６のキャビティ１５内に充填し、マイクロ波加熱装置１１によって、中子砂３を加熱、固化することで、中子を造形する。これにより、複数の成形型５を準備し、各成形型５を型締め機構９、充填装置及びマイクロ波加熱装置１１に順次搬送して、各工程を同時に行うことができる。このように、複数の成形型５を運用することで、複数の中子を効率よく造形することができ、造形時間を短縮し、また、生産設備を小型化し、設備コストを抑えることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、砂と、水ガラスを含むバインダと、を混練した中子砂を焼成して中子を造形するための中子造形装置に関するものである。

中子砂を加熱し、固化して中子を造形する従来の中子造形装置の一例について、図５を参照して説明する。図５に示すように、中子造形装置１０１は、成形型１０５と、この成形型１０５を高温に保ち続けるために、固定型１０５ａ及び可動型１０５ｂに内蔵されたヒータ１０４と、焼成中、成形型１０５が型開きしないように、成形型１０５を拘束する型締め機構１０９と、を備えている。この中子造形装置１０１は、複数（図示の例では３つ）の中子を並行して造形する場合、中子の造形数に応じて複数設けられる。

また、砂中子を造形する中子造形装置に関する先行技術として、例えば特許文献１には、上段及び下段に２つずつ配置した４つの成形型と、上段及び下段の各２つの成形型を同時に型締め及び型開きする型締及び型開機構と、上下移動して、上段の一方の成形型及び下段の一方の成形型に接続可能なブロードヘッドと、上段の他方の成形型及び下段の他方の成形型に接続可能なブロードヘッドと、を備えた砂型造形装置が開示されている。この砂型造形装置は、４つの成形型を型締及び型開機構によって同時に型締めし、各ブロードヘッドによって、上段の２つの成形型のキャビティ内に鋳物砂を吹き込んで鋳物砂の焼成を開始した後、各ブロードヘッドを移動させて、下段の２つの成形型に鋳物砂を吹き込み、順次、鋳物砂の吹き込み及び焼成を行うようにしている。

特開平７−８８５９５号公報

しかしながら、上述の図５に示す従来の中子造形装置１０１では、次のような問題がある。中子造形装置１０１は、複数の中子を並行して造形する場合、各成形型１０５にヒータ１０４及び型締め機構１０９が設けられているので、生産設備が大きくなる。また、成形型１０５のヒータ１０４に電力を供給するために電力供給システムが必要となり、設備が大きく、コストもかかるという問題がある。

また、上述の特許文献１に記載された砂型造形装置では、上段及び下段に２つずつ配置した４つの成形型を同時に型締めする型締及び型開機構、及び、移動可能な２つのブロードヘッドが必要であり、構造が複雑で、設備が大きく、コストもかかる。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、中子の造形設備を小型化して、設備コストを抑えつつ、造形時間を短縮することができる中子造形装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る中子造形装置は、砂と、水ガラスを含むバインダと、を混練した中子砂を成形型のキャビティ内に充填し、中子砂を加熱して固化することにより中子を造形する中子造形装置であって、
前記成形型に型締め力を付与する型締め機構と、
前記成形型に一体に設けられて、型締め力を保持するクランプ機構と、
前記キャビティ内に充填された中子砂をマイクロ波によって加熱するマイクロ波加熱装置と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、型締め機構により、型締めされた成形型をクランプ機構によって、型締め状態を保持し、順次、中子砂を充填し、マイクロ波加熱装置によって、中子砂を加熱、固化することができるので、中子の造形設備を小型化し、設備コストを抑えつつ、造形時間を短縮することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る中子造形装置により、複数の成形型を用いて、順次中子を造形する工程を示す説明図である。図１の中子造形装置の成形型及び型締め機構を示す断面図である。図２の成形型をマイクロ波加熱装置内に設置した状態の断面図である。図１の中子造形装置による中子の造形工程を示す概略図である。従来の中子造形装置を示す概略断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る中子造形装置を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
本実施形態の中子造形装置１は、砂と、水ガラスを含むバインダと、を混練した中子砂を加熱、固化して、中子を造形するためのものである。図１〜図３に示すように、中子造形装置１は、成形型５と、クランプ機構７と、型締め機構９と、マイクロ波加熱装置１１と、充填装置１３と、を備えている。なお、中子砂３（図３及び図４参照）は、砂と、水ガラスを含むバインダと、を混練して発泡状態にしたものである。

成形型５は、熱膨張率が低く、断熱性及び絶縁性を有する材料（例えば、アルミナセラミックス）からなり、型締め機構９、マイクロ波加熱装置１１及び充填装置１３とは別体で、これらとは分離可能に設けられている。この成形型５は、固定型５ａと、可動型５ｂと、ベース部５ｃと、を備え、固定型５ａと可動型５ｂとを型締めしてキャビティ１５を形成する。固定型５ａは、ベース部５ｃに固定されている（図２参照）。可動型５ｂは、後述するクランプ機構７のスイング部８と係合する係合部６が形成されている（図４（ｄ）及び（ｅ）参照）。

クランプ機構７は、成形型５に型締め機構９によって付与された型締め力を保持するものであり、固定型５ａ及び可動型５ｂの側部に複数配置されて、ベース部５ｃに固定されている。このクランプ機構７は、スイング部８と、ねじ部１０と、基台１２とを備えている。スイング部８は、ねじ部１０に取付けられ、クランプ位置（図４（ａ）参照）とアンクランプ位置（図４（ｄ）及び（ｅ）参照）との間を移動可能である。また、スイング部８は、ねじ部１０を回転させることにより、ねじ部１０の軸方向に沿って移動可能となっている。そして、固定型５ａと可動型５ｂとを閉じ、スイング部８をクランプ位置に移動させ、可動型５ｂの係合部６に係合させた状態で、ねじ部１０を回転させることにより、型締めを行うことができる。基台１２は、成形型５のベース部５ｃに固定されている。

型締め機構９は、成形型５を型締め及び型開きするためのものであり、本実施形態では、クランプ機構７のねじ部１０を回転駆動可能なナットランナである。この型締め機構９は、成形型５を型締めする場合、クランプ機構７のねじ部１０に正方向の回転を与えて、スイング部８を軸方向下方に移動させ、成形型５に型締め力を付与する。また、成形型５を型開きする場合、ねじ部１０に逆方向の回転を与えて、スイング部８を軸方向上方に移動させ、成形型５の型開きを可能にする。

マイクロ波加熱装置１１は、成形型５のキャビティ１５内に充填された中子砂３にマイクロ波を照射し、加熱するためのものである。このマイクロ波加熱装置１１は、マグネトロン発振器１７と、アンテナ１９と、シールド２１とを備えている。マグネトロン発振器１７は、アンテナ１９と接続されており、電源（図示せず）から電力が供給されることで発振し、アンテナ１９から２４５０ＭＨｚの周波数のマイクロ波を放出させる。シールド２１は、成形型５を覆う金属製メッシュシールドであり、アンテナ１９から放出されたマイクロ波の外部への漏洩を防止する。このシールド２１は、メッシュの隙間がマイクロ波の波長（約１２ｃｍ）よりも小さく形成されている。

充填装置１３は、シリンダ等の加圧機構（図示せず）により、成形型５のキャビティ１５内に中子砂３を充填するものである。また、成形型５を型締め機構９、マイクロ波加熱装置１１及び充填装置１３へ搬送するコンベア、走行台車等の搬送手段が適宜設けられる。

次に、本実施形態の中子造形装置１の造形工程について、図１及び図４を参照して説明する。
まず、成形型５を閉じて型締め機構９にセットし、クランプ機構７のスイング部８をアンクランプ位置（図４（ｅ）参照）からクランプ位置（図４（ａ））に移動させて、可動型５ｂの係合部６に係合させる。その後、型締め機構９によって、クランプ機構７のねじ部１０を正方向に回転させることで、スイング部８を軸方向下方に移動させ、成形型５に型締め力を付与して、成形型５を型締めする（図１（ａ）及び図４（ａ）参照）。このとき、型締め機構９による回転駆動を解除しても、クランプ機構７により、型締め力が保持される。

次に、型締めされた成形型５を充填装置１３に搬送して、充填装置１３と接続させ、成形型５のキャビティ１５内に中子砂３を充填する（図１（ｂ）及び図４（ｂ）の矢印参照）。

次に、中子砂３を充填した成形型５をマイクロ波加熱装置１１に搬送して、マイクロ波加熱装置１１のシールド２１内に配置する。そして、マイクロ波加熱装置１１のマグネトロン発振器１７及びアンテナ１９によって、中子砂３にマイクロ波を照射して、中子砂３を加熱して固化させる（図１（ｃ）及び図４（ｃ）参照）。焼成中、適宜クランプ機構７のねじ部１０を緩め、僅かに成形型５を開いて水分の蒸発を促進させる。

次に、成形型５をシールド２１内から取出し、型締め機構９によって、ねじ部１０を逆方向に回転させ、スイング部８を軸方向上方に移動させて、成形型５に付与された型締め力を弱める。その後、スイング部８をクランプ位置からアンクランプ位置に移動させて、成形型５を型開きし、焼成品１４を取り出す（図１（ｄ）及び図４（ｄ）参照）。

次に、成形型５を清掃し、離型剤を塗布する（図１（ｅ）及び図４（ｅ）参照）。

本実施形態に係る中子造形装置１によれば、クランプ機構７を一体に設けた成形型５は、型締め機構９、充填装置１３及びマイクロ波加熱装置１１に順次搬送して、中子を造形するので、複数の成形型５を準備し、それぞれの成形型５を型締め機構９、充填装置１３及びマイクロ波加熱装置１１に順次搬送して、各工程を同時に行うことができる。このように、複数の成形型５を運用することができるため、複数の中子を効率よく造形することができ、造形時間を短縮することができる。また、生産設備を小型化し、設備コストを抑えることができる。

更に、マイクロ波加熱装置１１のマイクロ波によって、成形型５のキャビティ１５内に充填した中子砂３を直接加熱しているため、成形型５を加熱する必要がなくなり、また、断熱性の成形型５を用いることにより、成形型５が高温になりにくい。これにより、成形型５の熱膨張を抑制することができるので、クランプ機構７による成形型５の型締め力を軽減でき、小さな型締め力で成形型を型締めできる。また、加熱のための消費電力を低減することができる。

１…中子造形装置、３…中子砂、５…成形型、７…クランプ機構、９…型締め機構、１１…マイクロ波加熱装置、１５…キャビティ

Claims

砂と、水ガラスを含むバインダと、を混練した中子砂を成形型のキャビティ内に充填し、中子砂を加熱して固化することにより中子を造形する中子造形装置であって、
前記成形型に型締め力を付与する型締め機構と、
前記成形型に一体に設けられて、型締め力を保持するクランプ機構と、
前記キャビティ内に充填された中子砂をマイクロ波によって加熱するマイクロ波加熱装置と、を備えていることを特徴とする中子造形装置。