特許 6396876 混練砂の充填方法及び充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6396876

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】混練砂の充填方法及び充填装置

(51)【国際特許分類】

   B22C 9/10 20060101AFI20180913BHJP

   B22C 5/12 20060101ALI20180913BHJP

   B22C 9/02 20060101ALI20180913BHJP

   B22C 9/00 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   B22C9/10 E

   B22C5/12

   B22C9/02 101

   B22C9/00 E

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-218484(P2015-218484)

(22)【出願日】2015年11月6日

(65)【公開番号】特開2017-87243(P2017-87243A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2017年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】特許業務法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀬古 雅英

(72)【発明者】

【氏名】森川 将史

(72)【発明者】

【氏名】前川 工

(72)【発明者】

【氏名】永冶 崇

(72)【発明者】

【氏名】菅野 敏男

(72)【発明者】

【氏名】栗田 洋行

【審査官】 荒木 英則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００４６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０７７６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３７２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８８５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４７１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３９９４３３２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２５２２２１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｃ ９／００− ９／１０

Ｂ２２Ｃ ５／００− ５／１８

Ｂ２２Ｃ １５／００−１５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発泡混練砂を混練砂用釜内から金型内へ充填する充填方法であって、
前記混練砂用釜内の発泡混練砂を圧入部材の移動によって前記金型内に圧入する際、前記圧入部材の移動開始から前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を監視すると共に前記圧入部材の移動位置を監視して、
発泡混練砂が金型内に流入し始める圧入開始時点を前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力により把握し、
前記圧入開始時点と、前記圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点とから発泡混錬砂の金型内への充填時間を算出して、該充填時間により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことを特徴とする混練砂の充填方法。

【請求項2】

発泡混練砂を混練砂用釜内から金型内へ充填する充填方法であって、
前記混練砂用釜内の発泡混練砂を圧入部材の移動によって前記金型内に圧入する際、前記圧入部材の移動開始から前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を監視すると共に前記圧入部材の移動位置を監視して、
発泡混練砂が金型内に流入し始める圧入開始時点を前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力により把握し、該圧入開始時点における前記圧入部材の圧入開始位置を把握して、
前記圧入部材を、前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に向かって移動させる際、該圧入部材に設けた抜気用バルブの開放により発泡混練砂層の上面との間のエアを抜気しながら移動させ、前記圧入部材が予め設定した位置に到達した時点で前記抜気用バルブを閉塞して、
予め設定した、前記抜気用バルブを閉塞する時の前記圧入部材の位置と、前記圧入開始時点の前記圧入部材の圧入開始位置とから金型内へのエアの流入量を算出して、該エアの流入量により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことを特徴とする混練砂の充填方法。

【請求項3】

発泡混練砂を金型内へ充填する充填装置であって、
発泡混練砂が貯留される混練砂用釜と、
該混練砂用釜内を進退運動可能で、前記混練砂用釜内の発泡混練砂を金型内へ圧入する圧入部材を有するシリンダ装置と、
前記圧入部材の移動位置を検出する位置検出センサと、
前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を検出する圧力検出センサと、
発泡混練砂が金型内に流入し始める圧入開始時点を前記圧力検出センサの検出結果により把握して、前記圧入開始時点と、前記圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点とから発泡混錬砂の金型内への充填時間を算出して、該充填時間により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行う評価部と、
を備えることを特徴とする混練砂の充填装置。

【請求項4】

発泡混練砂を金型内へ充填する充填装置であって、
発泡混練砂が貯留される混練砂用釜と、
該混練砂用釜内を進退運動可能で、前記混練砂用釜内の発泡混練砂を金型内へ圧入する圧入部材を有するシリンダ装置と、
前記圧入部材の移動位置を検出する位置検出センサと、
前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を検出する圧力検出センサと、
前記圧入部材に設けられ、前記混練砂用釜の内部空間と外部空間との間を連通・遮断すべく開閉する抜気用バルブと、
前記圧入部材が前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に向かって移動する際前記圧入部材が予め設定した位置に到達したことを前記位置検出センサにて検知した時点で前記抜気用バルブを開状態から閉状態に切り替える制御部と、
予め設定した、前記抜気用バルブを閉塞する時の前記圧入部材の位置と、前記圧入開始時点における前記圧入部材の圧入開始位置とから金型内へのエアの流入量を算出して、該エアの流入量により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行う評価部と、
を備えることを特徴とする混練砂の充填装置。

【請求項5】

前記圧力検出センサは、前記圧入部材に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の混錬砂の充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中子を金型内で成形するために、混練砂を金型に充填する充填方法及び充填装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、鋳型に溶湯を圧入し、冷却凝固させて鋳造品を製造する精密鋳造技術では、機械部品等の鋳造品の内部に空間を設けるために、混練砂を硬化してなる中子が広く利用されている。該中子は、混練砂用釜内から金型内へ混練砂を圧入、充填して成形（造型）される。

【0003】

そこで、従来の混練砂の充填方法は、混練砂用釜内に混練砂が所定量貯留されており、混練砂用釜内を圧入部材が移動することによって、混練砂用釜内の混練砂を金型内に圧入、充填している。この時、混練砂が金型内に流入し始める圧入開始から圧入完了までの圧入部材の平均速度が、目標速度として設定された圧入部材の速度に近づくように、圧入部材を駆動させるシリンダ装置の出力を設定している。そして、従来の混練砂の充填方法では、圧入部材の移動位置を監視しており、この充填の際に記録された、時間に対する圧入部材の移動位置の波形から、混練砂が金型内に流入し始めた時の、圧入開始時点及び圧入部材の圧入開始位置を推測して、また、圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点及び圧入部材の圧入完了位置を把握することで、圧入開始から圧入完了までの圧入部材の平均速度を推測で算出して、この算出結果に基づいて、混練砂の金型内への充填評価を行っていた。

【0004】

しかしながら、上述の従来の充填方法では、時間に対する圧入部材の移動位置の波形から、圧入開始時点及び圧入部材の圧入開始位置を推測で求めており、実際の、圧入開始時点及び圧入部材の圧入開始位置を把握することができず、圧入開始から圧入完了までの圧入部材の平均速度を精度良く算出することができなかった。このため、この記録から得られる充填評価に対して信頼性が欠けていた。しかも、混練砂用釜内の混練砂量の変化や、混練砂用釜内の混練砂層の上面に接触する前の圧入部材の速度変化により、混練砂が金型内に流入し始めた時の、圧入開始時点及び圧入部材の圧入開始位置が変化する可能性があり、この従来の充填方法では、ロバスト性が考慮できていない。さらに付け加えると、混練砂用釜は金属製であるために、圧入部材が混練砂層の上面に接触して、混練砂が金型内に流入し始める様子を作業者が目視することができず、作業者の目視によって上述した問題を解決することもできない。

【0005】

しかも、従来の充填方法では、混練砂用釜の内部空間と外部空間との間を連通・遮断すべく開閉する抜気用バルブが圧入部材に備えられており、圧入部材が予め設定した位置（圧入開始に相当する位置）に到達した時点で抜気用バルブが開状態から閉状態に切り替わるように制御されている。しかしながら、上述したように、実際の、圧入部材の圧入開始位置を把握することができないために、予め設定した、抜気用バルブを閉塞する時の圧入部材の位置と、圧入部材の圧入開始位置との差分を精度良く把握することができず、ひいては、金型内へのエアの流入量を精度良く把握することができず、この観点からも充填評価に対して信頼性が欠けていた。

【0006】

そこで、従来の混練砂の充填方法として、特許文献１には発泡混練物の造型装置が開示されている。この特許文献１の発明に係る造型装置には、ピストンを進退運動させる進退移動機構と、シリンダ内のエアを抜気する抜気孔を開閉する開閉駆動機構と、ピストンの位置を検出する位置検出センサと、ピストンの移動速度を検出する速度検出センサと、シリンダ内の発泡混練物に作用する押圧力を検出する圧力検出センサと、これら位置検出センサ、速度検出センサ及び圧力検出センサからの検出結果に基づいて、進退移動機構及び開閉駆動機構を制御する制御部とが備えられている。

【0007】

この造型装置の制御部は、具体的に以下の制御を行っている。
（１）位置検出センサの検出結果に基づいて、シリンダ内に供給された発泡混練物にピストンが接する位置として想定された想定位置にピストンが達しているか否かを判断して開閉駆動機構を開閉制御する。
（２）速度検出センサの検出結果に基づいて、この速度検出センサで検出した移動速度と予め設定したピストンの移動速度とが一致するように進退移動機構を制御する。

【0008】

（３）圧力検出センサの検出結果に基づいて、予め設定した圧力値に一致するように進退移動機構を制御する。また、圧力検出センサで検出した圧力値がピストンで発泡混練物を押圧し終える場合（押圧最終状態）に想定される圧力値以上の場合に、ピストンの移動を停止するように進退移動機構を制御する。
（４）圧力検出センサの検出結果に基づいて、検出した圧力値がピストンで発泡混練物を押圧し始める場合に想定される圧力値未満の場合に開閉駆動機構を開制御し、検出した圧力値がピストンで発泡混練物を押圧し始める場合に想定される圧力値以上の場合に開閉駆動機構を閉制御する。

【0009】

そして、当該造型装置は、ピストンの移動速度、位置及びシリンダ内の発泡混練物に作用する押圧力を監視して、制御部により上述した制御が可能であるので、より良好な充填をするための条件（ピストンの最適な移動速度、位置、及び押圧力）を見出すことができ、その条件下で発泡混練物を金型内へ充填することができるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１４−４６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上述したように、特許文献１の発明に係る混練砂の造型装置は、あくまでも、ピストンの移動速度、位置、及びシリンダ内の発泡混練物に作用する押圧力を監視して、これらを制御部により制御することで、より良好な充填に導くものである。しかしながら、この造型装置では、ピストンの移動速度、位置、及びシリンダ内の発泡混練物に作用する押圧力を監視して、これらの検出結果を混練砂の金型内への充填評価には用いておらず、そのような技術思想はない。しかも、この造型装置は、特に、複雑な制御を行う制御部を備えているため、設備費として負担が大きくなり採用が困難になる。

【0012】

そのために、より良好な充填に導く複雑な制御部を備えていないシンプルな充填装置、すなわち、既存の充填装置も対象範囲となり得る充填装置において、混練砂が金型内に流入し始めた時の、圧入開始時点及び圧入部材の圧入開始位置を精度良く把握して、混練砂が金型内に充填された際の充填評価の信頼性を向上させる必要性がある。

【0013】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、混練砂が金型内に流入し始めた時の、圧入開始時点及び圧入部材の圧入開始位置を精度良く把握し、その結果、混練砂の金型内への充填評価の信頼性を向上させる混練砂の充填方法、及び設備費を抑制した上で、混練砂の金型内への充填評価の信頼性を向上させる混練砂の充填装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明の、第１の混練砂の充填方法に係る発明は、発泡混練砂を混練砂用釜内から金型内へ充填する充填方法であって、前記混練砂用釜内の発泡混練砂を圧入部材の移動によって前記金型内に圧入する際、前記圧入部材の移動開始から前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を監視すると共に前記圧入部材の移動位置を監視して、発泡混練砂が金型内に流入し始める圧入開始時点を前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力により把握し、前記圧入開始時点と、前記圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点とから発泡混錬砂の金型内への充填時間を算出して、該充填時間により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことを特徴とするものである。
本発明の、第２の混練砂の充填方法に係る発明は、発泡混練砂を混練砂用釜内から金型内へ充填する充填方法であって、前記混練砂用釜内の発泡混練砂を圧入部材の移動によって前記金型内に圧入する際、前記圧入部材の移動開始から前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を監視すると共に前記圧入部材の移動位置を監視して、発泡混練砂が金型内に流入し始める圧入開始時点を前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力により把握し、該圧入開始時点における前記圧入部材の圧入開始位置を把握して、前記圧入部材を、前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に向かって移動させる際、該圧入部材に設けた抜気用バルブの開放により発泡混練砂層の上面との間のエアを抜気しながら移動させ、前記圧入部材が予め設定した位置に到達した時点で前記抜気用バルブを閉塞して、予め設定した、前記抜気用バルブを閉塞する時の前記圧入部材の位置と、前記圧入開始時点の前記圧入部材の圧入開始位置とから金型内へのエアの流入量を算出して、該エアの流入量により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことを特徴とするものである。

【0015】

また、本発明の、第１の混練砂の充填装置に係る発明は、発泡混練砂を金型内へ充填する充填装置であって、発泡混練砂が貯留される混練砂用釜と、該混練砂用釜内を進退運動可能で、前記混練砂用釜内の発泡混練砂を金型内へ圧入する圧入部材を有するシリンダ装置と、前記圧入部材の移動位置を検出する位置検出センサと、前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を検出する圧力検出センサと、発泡混練砂が金型内に流入し始める圧入開始時点を前記圧力検出センサの検出結果により把握して、前記圧入開始時点と、前記圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点とから発泡混錬砂の金型内への充填時間を算出して、該充填時間により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行う評価部と、を備えることを特徴とするものである。
本発明の、第２の混練砂の充填装置に係る発明は、発泡混練砂を金型内へ充填する充填装置であって、発泡混練砂が貯留される混練砂用釜と、該混練砂用釜内を進退運動可能で、前記混練砂用釜内の発泡混練砂を金型内へ圧入する圧入部材を有するシリンダ装置と、前記圧入部材の移動位置を検出する位置検出センサと、前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に作用する押圧力を検出する圧力検出センサと、前記圧入部材に設けられ、前記混練砂用釜の内部空間と外部空間との間を連通・遮断すべく開閉する抜気用バルブと、前記圧入部材が前記混練砂用釜内の発泡混練砂層に向かって移動する際前記圧入部材が予め設定した位置に到達したことを前記位置検出センサにて検知した時点で前記抜気用バルブを開状態から閉状態に切り替える制御部と、予め設定した、前記抜気用バルブを閉塞する時の前記圧入部材の位置と、前記圧入開始時点における前記圧入部材の圧入開始位置とから金型内へのエアの流入量を算出して、該エアの流入量により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行う評価部と、を備えることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0016】

請求項１の混練砂の充填方法に係る発明によれば、従来、推測で求めていた、発泡混練砂が金型内に流入し始めた時の圧入開始時点を精度良く把握することができ、また、圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点を把握して、これら圧入開始時点及び圧入完了時点から混練砂の金型内への充填時間を精度良く把握することができる。そして、当該充填時間の観点から、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うので、その信頼性を向上させることができる。
請求項２の混練砂の充填方法に係る発明によれば、予め設定した、抜気用バルブを閉塞する時の圧入部材の位置と、圧入開始時点の圧入部材の圧入開始位置とから金型内へのエアの流入量を精度良く把握することができる。そして、当該エアの流入量の観点から、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことができ、その信頼性を向上させることができる。

【0017】

請求項３の混練砂の充填装置に係る発明によれば、既存の充填装置に圧力検出センサを加えるだけの構成で、圧入部材による圧入開始時点を精度良く把握することができ、設備費を抑制した上で、信頼性の高い混練砂の金型内への充填評価を行うことができる。具体的には、評価部にて、圧入開始時点と、圧入部材に付与される限界圧力により該圧入部材が停止した圧入完了時点とから発泡混錬砂の金型内への充填時間を算出する。そして、当該充填時間の観点から、信頼性の高い発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことができる。しかも、評価部は単純な算出回路を備えるだけであるので、設備費を最小限に留めることができる。
請求項４の混練砂の充填装置に係る発明によれば、既存の充填装置と略同じ構成部材を備え、設備費を抑制した上で、評価部にて、金型内へのエアの流入量の観点から、信頼性の高い発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことができる。具体的には、評価部にて、予め設定した、抜気用バルブを閉塞する時の圧入部材の位置と、圧入開始時点における圧入部材の圧入開始位置とから金型内へのエアの流入量を算出して、該エアの流入量により、発泡混練砂の金型内への充填評価を行うことができる。
請求項５の混練砂の充填装置に係る発明によれば、圧力検出センサが、圧入部材に設けられているので、発泡混練砂を形成する際の圧力検出センサの損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る充填装置の概略図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る充填装置により混練砂を混練砂用釜から金型のキャビティ内へ充填する様子を段階的に示した図である。

【図3】図３は、図２から連続する、本発明の実施の形態に係る充填装置により混練砂を混練砂用釜から金型のキャビティ内へ充填する様子を段階的に示した図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係る充填装置の位置検出センサ及び圧力検出センサから評価部に伝達された検出内容を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る充填装置１は、図１に示すように、混練砂Ｓが貯留される混練砂用釜２と、混練砂用釜２内を進退運動可能であり、混練砂用釜２内の混練砂Ｓを金型１０内へ圧入する圧入部材２７を有するシリンダ装置３と、該混練砂用釜２内の混練砂層Ｓに作用する押圧力を検出する圧力検出センサ４と、圧入部材２７の移動位置を検出する、例えばエンコーダ等で構成される位置検出センサ５と、圧入部材２７の小径板状部３０に設けられ、混練砂用釜２の外部空間と内部空間との間、すなわち、小径板状部３０の上側空間１８と下側空間１９との間を連通・遮断すべく開閉する抜気用バルブ６と、位置検出センサ５からの検出信号によりシリンダ装置３の駆動を制御すると共に抜気用バルブ６を開閉制御する制御部７と、位置検出センサ５及び圧力検出センサ４の検出結果に基づき、混練砂Ｓの金型１０内への充填評価を行う評価部８と、を備えている。

【0020】

金型１０は、パーティングラインＰによって分割される固定型１１と可動型１２とを備え、固定型１１と可動型１２とを型締めしてその内部にキャビティ１３が形成される。金型１０の上部には、キャビティ１３と連通する混練砂Ｓの受入孔１４が形成される。この金型１０の上方に、本充填装置１が設置可能になる。

【0021】

混練砂用釜２は、有底筒状に形成され、内部に平面視略円形状の開口が軸方向に沿って貫通する釜本体２０と、該釜本体２０の下端開口を塞ぐ板状の底壁部２１とからなる。底壁部２１には充填孔２２が設けられている。底壁部２１の下面に板状の断熱材１５が取り付けられる。断熱材１５は底壁部２１よりもその横断面積がはるかに小さく形成される。断熱材１５には、底壁部２１の充填孔２２と連通する連通孔１６が形成される。この混練砂用釜２内に混練砂Ｓが所定量貯留される。混練砂Ｓは、人工砂と、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）、水及び界面活性剤を含む水溶性無機バインダーとを混合し、混練して発泡状態としたもので、適度に粘性を有するものである。なお、本実施形態では、混練砂用釜２内にて、上述した構成部材が混合、混練されて発泡状態となる混練砂Ｓが形成される。

【0022】

シリンダ装置３は、エア供給源から圧縮エアが供給されるシリンダ本体２５と、シリンダ本体２５から伸縮するピストンロッド２６と、該ピストンロッド２６の先端に一体的に連結される圧入部材２７とから構成される。シリンダ装置３のエア供給源は、制御部７と電気的に接続されている。シリンダ装置３には、ピストンロッド２６のストローク量（移動位置）、ひいては圧入部材２７の移動位置を検出する位置検出センサ５が設けられている。位置検出センサ５は、制御部７及び評価部８に電気的にそれぞれ接続されている。圧入部材２７は、混練砂用釜２内を進退運動可能で、該混練砂用釜２内を摺動する小径板状部３０と、該小径板状部３０より大径で、且つ混練砂用釜２の外径より大径である大径板状部３１と、これら小径板状部３０と大径板状部３１とを連結する複数の連結シャフト部３２とを備えている。小径板状部３０の上方に大径板状部３１が位置する。小径板状部３０と大径板状部３１とは同心状に配置される。ピストンロッド２６の先端に大径板状部３１が一体的に連結される。小径板状部３０の外周面には環状のパッキン３３が装着されている。小径板状部３０には、混練砂用釜２内の混練砂層Ｓに作用する押圧力を検出する圧力検出センサ４が組み込まれている。詳しくは、圧力検出センサ４はそのセンサ面が混練砂用釜２内に臨み、混練砂層Ｓに接触するように小径板状部３０に組み込まれている。そして、圧力検出センサ４によりそのセンサ面に接触する混練砂層Ｓからの押圧力を検出することで、圧入部材２７により混練砂層Ｓに作用する押圧力を検出している。圧力検出センサ４は電気的に評価部８と接続される。

【0023】

圧入部材２７の小径板状部３０に、抜気用バルブ６が配置されている。抜気用バルブ６は、小径板状部３０の軸方向に貫通する抜気孔３５内にスライド自在に配置される抜気用ピストン部３６と、抜気用ピストン部３６を抜気孔３５内に挿入・離間するように移動させる駆動機構３７とを備えている。そして、抜気用バルブ６を開制御すると、駆動機構３７の駆動により、抜気用ピストン部３６が抜気孔３５から離間するように移動して、抜気孔３５が開放されることで、小径板状部３０の上側空間１８（混練砂用釜２の外部空間）と下側空間１９（混練砂用釜２の内部空間）との間が連通される。一方、抜気用バルブ６を閉制御すると、駆動機構３７の駆動により、抜気用ピストン部３６が抜気孔３５内に密着するように挿入されて、抜気孔３５が閉塞されることで、小径板状部３０の上側空間１８と下側空間１９との間が遮断される。抜気用バルブ６の駆動機構３７は制御部７と電気的に接続されている。

【0024】

次に、本発明の実施形態に係る充填装置１を使用して、混練砂用釜２内の混練砂Ｓを金型１０内のキャビティ１３へ充填する充填方法を図２及び図３に基づいて、図４も参照しながら説明する。
まず、人工砂と、水ガラス、水及び界面活性剤を含む水溶性無機バインダーとを混練砂用釜２内にて、混合、混練して発泡状態の混練砂Ｓが所定量形成される。この混錬の際には、断熱材１５の連通孔１６は図示しない栓体により閉塞されている。なお、混練砂用釜２内に貯留される混練砂Ｓの量は、金型１０のキャビティ１３内に圧入される所定量よりも多くなる。そして、図２（ａ）に示すように、前記栓体を取り外し、混練砂用釜２が金型１０上に、断熱材１５の連通孔１６が金型１０の受入孔１４に連通するようにセットされる。この時、混練砂Ｓは粘性があるために、混練砂用釜２内の混練砂Ｓが断熱材１５の連通孔１６から漏れ出ることはない。続いて、混練砂用釜２の上方にシリンダ装置３がセットされる。この時、抜気用バルブ６は開放された状態である。

【0025】

次に、制御部７からの信号によりシリンダ装置３を駆動させて、ピストンロッド２６をシリンダ本体２５から伸びる方向に移動させる。すると、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、圧入部材２７の小径板状部３０が混練砂用釜２内に進入して混練砂用釜２内を摺動しつつ、混練砂用釜２内の混練砂層Ｓに向かって移動する。この時、圧入部材２７の小径板状部３０と混練砂層Ｓの上面との間（下側空間１９）のエアは、抜気用バルブ６から抜気される。また、圧入部材２７が移動を開始した時点から、圧入部材２７の移動位置が位置検出センサ５により常時検出されて、その検出結果が制御部７及び評価部８にそれぞれ伝達される。また、圧入部材２７が移動を開始した時点から、混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓに作用する押圧力が圧力検出センサ４により常時検出されて、その検出結果が評価部８に伝達される。

【0026】

また、図４も参照して、圧入部材２７の小径板状部３０が、予め設定した速度切替位置Ｌ１（図２（ｂ）に示す位置）に到達したことを位置検出センサ５が検出すると、その検出信号が制御部７を介してシリンダ装置３に伝達されて、シリンダ装置３のピストンロッド２６の速度が高速に切り替りその移動が継続される。この時のシリンダ装置３の出力は、混練砂Ｓが金型１０内に流入し始める圧入開始から圧入完了までの圧入部材２７の平均速度が、予め目標速度として設定された速度に近づくように設定されている。

【0027】

その後、図４も参照して、圧入部材２７の移動が継続され、図２（ｃ）に示すように、圧入部材２７の小径板状部３０が、混練砂層Ｓの上面に近接して、予め設定した抜気バルブ閉塞位置Ｌ２に到達したことを位置検出センサ５が検出すると、その検出信号が制御部７を介して抜気用バルブ６の駆動機構３７に伝達される。その結果、抜気用バルブ６が閉塞されて、小径板状部３０の上側空間１８と下側空間１９との間が遮断される。その後、図３（ｄ）に示すように、圧入部材２７の小径板状部３０が混練砂層Ｓの上面に接触して、圧入部材２７の押圧力により、混練砂用釜２内の混練砂Ｓが底壁部２１の充填孔２２、断熱材１５の連通孔１６及び金型１０の受入孔１４を経由して金型１０のキャビティ１３内に圧入される。圧入の際、圧入部材２７には、混練砂用釜２内の混練砂層Ｓからの反力、及び小径板状部３０の外周に設けたパッキン３３と混練砂用釜２（釜本体２０）の内壁面との間の摺動抵抗が付与される。なお、抜気用バルブ６を閉状態にした後に、圧入部材２７の小径板状部３０が混練砂層Ｓの上面に接触して、混練砂Ｓが混練砂用釜２内から金型１０のキャビティ１３内へ圧入され始めるので、抜気バルブ閉塞位置Ｌ２に到達した小径板状部３０と、混練砂層Ｓの上面との間（下側空間１９）のエアが混練砂Ｓと共に金型１０のキャビティ１３内に流入するようになる。

【0028】

その後、図３（ｅ）に示すように、圧入部材２７に限界圧力が付与された時点で、圧入部材２７が停止される。なお、上述した限界圧力は、シリンダ装置３からの最大出力と、圧入部材２７に付与される、混練砂用釜２内の混練砂層Ｓからの反力、及び小径板状部３０の外周に設けたパッキン３３と混練砂用釜２（釜本体２０）の内壁面との間の摺動抵抗とが釣り合った時の圧力である。そして、圧入部材２７が所定時間停止していることを位置検出センサ５が検知すると、その検知信号が制御部７を介してシリンダ装置３に伝達されて、シリンダ装置３の駆動が停止される。この時点が、混練砂Ｓの混練砂用釜２から金型１０内への圧入完了時点ｔ２となる。なお、位置検出センサ５からの検出結果ではなく、圧入部材２７に限界圧力が所定時間付与されたことをシリンダ装置３により検出した時点で、シリンダ装置３の駆動を停止させる共に圧入部材２７を停止させるように構成してもよい。この圧入完了時、圧入部材２７の大径板状部３１は混練砂用釜２の上端に近接した位置に停止される。

【0029】

そして、評価部８は、位置検出センサ５及び圧力検出センサ４からの検出結果、すなわち、図４に示すグラフを取得している。該評価部８では、図４に示すグラフに基づいて、まず、圧力検出センサ４により混練砂用釜２内の混練砂層Ｓに作用する押圧力を検出したとき、すなわち、図４の混練砂層Ｓへの押圧力の波形にてその立ち上がる起点が、混練砂Ｓが金型１０内に流入し始める圧入開始時点ｔ１として把握され、この圧入開始時点ｔ１における圧入部材２７の圧入開始位置Ｌ３が位置検出センサ５の検出結果（圧入部材２７の位置波形）により把握される。また、圧入部材２７の停止を位置検出センサ５にて検知した時点を圧入完了時点ｔ２として把握して、この圧入完了時点ｔ２における圧入部材２７の圧入完了位置Ｌ４が把握される。これらの情報から、圧入開始から圧入完了までの充填時間（圧入完了時点ｔ２−圧入開始時点ｔ１）を算出すると共に、圧入開始から圧入完了までの圧入部材２７の平均速度（（圧入完了位置Ｌ４−圧入開始位置Ｌ３）／充填時間）を算出する。また、予め設定した、抜気用バルブ６が閉塞された時の圧入部材２７の抜気バルブ閉塞位置Ｌ２と、圧入開始時点ｔ１の圧入部材２７の圧入開始位置Ｌ３とから金型１０内へのエアの流入量（（圧入開始位置Ｌ３−抜気バルブ閉塞位置Ｌ２）×釜本体２０内の横断面積）を算出する。

【0030】

そして最終的に、評価部８にて、圧入開始から圧入完了までの充填時間、及び金型１０内へのエアの流入量に基づいて、混練砂Ｓの金型１０内への充填評価が行われる。この充填評価は、金型１０内で成形された造型品自体の評価にも繋がるものである。なお、充填評価の方法は、例えば、充填時間の上限値を設定しておき、この上限値を閾値として、充填時間が上限値を超えない場合は良判定となり、超えた場合には不良判定となる。一方、エアの流入量も、例えば、その上限値を設定しておき、この上限値を閾値として、エアの流入量が上限値を超えない場合は良判定となり、超えた場合には不良判定となる。

【0031】

なお、評価部８にて、圧入開始から圧入完了までの圧入部材２７の平均速度を算出しており、この平均速度と予め設定した目標速度とを比較することで、混練砂Ｓの金型１０内への充填評価を行うこともできる。しかしながら、本実施形態では、あくまでも、圧入開始から圧入完了までの充填時間、及び金型１０内へのエアの流入量を、混練砂Ｓの金型１０内への充填評価に用いており、従来採用していた圧入部材２７の平均速度による充填評価よりも実態に沿う評価を行うことができる。そこで、圧入部材２７の平均速度と、予め設定した目標速度とを比較した評価内容は参考程度に留めている。

【0032】

ところで、図４における、圧力検出センサ４により検出された、混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓへ作用する押圧力の波形を参照すると、圧入開始時点ｔ１から急激に立ち上がり所定時間後にピーク圧に達し、その後緩やかに下降して圧入完了時点ｔ２となるが、この初期の波形は混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓ全体に作用する押圧力の推移を示すものではないと推測される。すなわち、初期の波形では混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓの挙動が安定せずに静圧状態となっていないため、圧力検出センサ４により局所的な圧力が一時的に検出されてピーク圧に達しているものと推測される。そして、ピーク圧を過ぎ圧入完了に近づくにつれて、徐々に混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓの挙動が安定して静圧状態に近づき、圧力検出センサ４によって混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓ全体に作用する押圧力を検出するようになると考えられる。しかしながら、図４の混練砂層Ｓへの押圧力の波形においてその立ち上がる起点が、混錬砂用釜２内の混練砂層Ｓに圧入部材２７からの押圧力が作用し始めた時点であることは間違いないと判断できる。

【0033】

以上説明した、本発明の実施の形態では、混練砂用釜２内の混練砂Ｓを圧入部材２７の移動によって金型１０内に圧入する際、圧入部材２７の移動開始から混練砂用釜２内の混練砂層Ｓに作用する押圧力を圧力検出センサ４にて監視すると共に、圧入部材２７の移動位置を位置検出センサ５にて監視して、混練砂Ｓが金型１０内に流入し始める圧入開始時点ｔ１を圧力検出センサ４の検出結果に基づいて把握して、該圧入開始時点ｔ１における圧入部材２７の圧入開始位置Ｌ３を位置検出センサ５により把握することができる。その結果、従来、推測で求めていた、混練砂Ｓが金型１０内に流入し始めた時の、圧入開始時点ｔ１及び圧入部材２７の圧入開始位置Ｌ３を精度良く把握することができる。これにより、圧入開始から圧入完了までの充填時間と、充填時の金型１０内へのエアの流入量とを精度良く算出することができ、混練砂Ｓの金型１０内への充填評価に対する信頼性を向上させることができる。

【0034】

本発明の実施の形態に係る混練砂の充填装置１では、混練砂用釜２にて、人工砂と、水ガラス、水及び界面活性剤を含む水溶性無機バインダーとを混合し、混練して発泡状態の混練砂Ｓを形成しているため、圧入部材２７の小径板状部３０に圧力検出センサ４を備えたことで、圧力検出センサ４の損傷を抑制することができる。すなわち、混練砂用釜２側に圧力検出センサ４を装着した場合、混練砂用釜２内で、上述した構成部材を混合、混練している最中に圧力検出センサ４が損傷する虞があるが、圧入部材２７の小径板状部３０に圧力検出センサ４を備えることにより、この問題を解消することができる。

【符号の説明】

【0035】

１ 充填装置，２ 混錬砂用釜，３ シリンダ装置，４ 圧力検出センサ，５ 位置検出センサ，６ 抜気用バルブ，７ 制御部，８ 評価部，１０ 金型，１８ 上側空間（外部空間），１９ 下側空間（内部空間），２７ 圧入部材，３０ 小径板状部，Ｓ 混練砂（混練砂層）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】