特開 2025-24483 鋳物砂の検査方法及び検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025024483

(43)【公開日】2025-02-20

(54)【発明の名称】鋳物砂の検査方法及び検査装置

(51)【国際特許分類】

   B22C 1/00 20060101AFI20250213BHJP

   B22C 9/00 20060101ALI20250213BHJP

【ＦＩ】

B22C1/00 L

B22C9/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023128629

(22)【出願日】2023-08-07

(71)【出願人】

【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】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(74)【代理人】

【識別番号】100211052

【弁理士】

【氏名又は名称】奥村 大輔

(72)【発明者】

【氏名】小倉 裕一

【テーマコード（参考）】

4E092

【Ｆターム（参考）】

4E092AA02

4E092AA03

(57)【要約】

【課題】鋳物砂の検査時間を短縮する。
【解決手段】
一態様に係る鋳物砂の検査方法は、試験筒内に鋳物砂を投入する工程と、試験筒内の鋳物砂を圧縮して試験片を作製しながら鋳物砂のコンパクタビリティ（ＣＢ）を測定する工程と、試験片を圧縮して試験片の圧縮強度を測定する工程と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験筒内に鋳物砂を投入する工程と、
前記試験筒内の前記鋳物砂を圧縮して試験片を作製しながら前記鋳物砂のコンパクタビリティ（ＣＢ）を測定する工程と、
前記試験片を圧縮して前記試験片の圧縮強度を測定する工程と、
を含む、鋳物砂の検査方法。

【請求項2】

前記鋳物砂のＣＢの予測値を取得する工程と、
前記ＣＢの予測値に基づいて、目標高さの前記試験片を作製するために前記試験筒内に投入すべき鋳物砂の量を決定する工程と、
を更に含む、請求項１に記載の検査方法。

【請求項3】

前記試験筒内に投入すべき鋳物砂の量に基づいて、前記試験筒内で昇降可能な加圧板の位置を調整する工程を更に含む、請求項２に記載の検査方法。

【請求項4】

前記試験片の高さを測定する工程と、
前記試験片の目標高さと前記試験片の高さの測定値との差に基づいて前記圧縮強度を補正する工程と、
を更に含む、請求項１に記載の検査方法。

【請求項5】

前記試験片の高さの測定値が前記目標高さよりも大きい場合には、測定された前記圧縮強度が大きくなるように補正し、前記試験片の高さの測定値が前記目標高さよりも小さい場合には、測定された前記圧縮強度が小さくなるように補正する、請求項４に記載の検査方法。

【請求項6】

前記試験片を作製する前に、前記鋳物砂の温度を測定する工程を更に含む、請求項１に記載の検査方法。

【請求項7】

前記鋳物砂の温度を測定した後に、前記鋳物砂の水分量を測定する工程を更に含む、請求項６に記載の検査方法。

【請求項8】

前記圧縮強度を測定する前に、前記試験片の通気度を測定する工程を更に含む、請求項１に記載の検査方法。

【請求項9】

軸線方向に延在する試験筒と、
前記試験筒内に鋳物砂を供給するシュートと、
前記試験筒内で前記軸線方向に移動可能な加圧板を有する押圧ロッドと、
前記押圧ロッドに接続され、前記軸線方向に進退可能なピストンロッドを有するシリンダと、
前記押圧ロッドと前記ピストンロッドとの間に配置された荷重センサと、
前記シュート及び前記シリンダの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記シュートを制御して前記試験筒内に前記鋳物砂を投入する投入制御部と、
前記試験筒内の前記鋳物砂を前記加圧板で圧縮して試験片を作製しながら前記鋳物砂のコンパクタビリティ（ＣＢ）を測定するＣＢ測定部と、
前記試験片を圧縮して破壊したときに前記荷重センサで計測された荷重に基づいて前記試験片の圧縮強度を測定する圧縮強度測定部と、
を含む、検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋳物砂の検査方法及び検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鋳造用の鋳型として、鋳物砂を造型した砂型が広く利用されている。例えば、砂型の一種である生砂型は、粘結剤及び添加物をケイ砂に添加した鋳物砂を用いて作製される。一般的に、鋳造に使用された生砂型は、一旦破砕され、回収された鋳物砂に粘結剤及び添加物を添加して、再生砂として再利用される。再生された鋳物砂の品質は、鋳物の精度に影響を与えるため、鋳造工場において鋳物砂の品質が管理されている。具体的には、コンパクタビリティ（ＣＢ）、水分量、温度、通気度及び圧縮強度といった鋳物砂の特性を示すパラメータが砂型の造型前に測定され、これらのパラメータが管理値の範囲内にあるか否かが確認される。

【0003】

鋳物砂を検査するための技術として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１に記載の装置は、試験筒と、当該試験筒内で昇降する加圧板を有する押圧ロッドと、当該押圧ロッドに連結されたピストンロッドを有するシリンダとを備え、予め測定された鋳物砂のＣＢに基づいて加圧板を位置決めしてから試験筒内に鋳物砂を供給し、当該鋳物砂を試験筒内で圧縮して所定高さ（５０ｍｍ）の試験片を作製し、当該試験片を所定の圧力で圧縮して破壊したときの荷重から試験片の圧縮強度を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９－３１８５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、特許文献１に記載の装置では、所定高さの試験片を作製するために事前に鋳物砂のＣＢを測定し、その後に圧縮強度を測定している。すなわち、この装置では、鋳物砂のサンプルを二回に分けて投入して、各サンプルから鋳物砂のＣＢ及び圧縮強度を個別に測定しているため、鋳物砂の検査時間が長くなることが問題となる。

【0006】

そこで本開示は、鋳物砂の検査時間を短縮することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様に係る鋳物砂の検査方法は、試験筒内に鋳物砂を投入する工程と、試験筒内の鋳物砂を圧縮して試験片を作製しながら鋳物砂のコンパクタビリティ（ＣＢ）を測定する工程と、試験片を圧縮して試験片の圧縮強度を測定する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、鋳物砂の検査時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る検査装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】制御装置の機能的構成を示すブロック図である。

【図3】一実施形態に係る検査方法を示すフローチャートである。

【図4】検査装置の動作を示す図である。

【図5】検査装置の動作を示す図である。

【図6】検査装置の動作を示す図である。

【図7】試験片の高さと圧縮強度との関係を示すグラフである。

【図8】補正前の圧縮強度と補正後の圧縮強度の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。図面は、理解の容易化のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率及び角度等は図面に記載のものに限定されない。本明細書において、「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

【0011】

図１は、一実施形態に係る検査装置１の構成を概略的に示す図である。検査装置１は、鋳型の造型に使用される鋳物砂の特性を検査する。鋳物砂は、砂型の原料であり、典型的には生型砂である。生型砂は、例えば、ケイ砂、粘結剤及び添加物を混練して作製される。生型用の粘結剤としては、例えばベントナイトが用いられる。添加物としては、例えば水、石炭粉及びデンプン等が用いられる。

【0012】

鋳物の精度は鋳物砂の特性に影響を受けるため、鋳型の造型前に鋳物砂の特性が検査される。鋳物砂の特性を示すパラメータとしては、例えば、コンパクタビリティ（ＣＢ）、水分量、温度、通気度及び圧縮強度が挙げられる。鋳物砂の特性を示すパラメータは、検査装置１によって測定され、記憶される。鋳物の不良が発生した際に、記憶されたパラメータが読み出され、鋳物の不良を抑制するための活動に利用される。

【0013】

ＣＢは、鋳物砂を一定の力で圧縮したときの収縮率［％］である。水分量は、鋳物砂中の遊離水分量を表している。圧縮強度［Ｎ／ｃｍ^２］は、標準試験片を圧縮して破壊したときの荷重を標準試験片の断面積で除した値である。標準試験片は、ＪＩＳ Ｚ ２６０１「鋳物砂の試験方法」で規定された方法で作製される。具体的に、ＪＩＳ Ｚ ２６０１には、試験筒内の鋳物砂を所定の圧力で突き固めて高さ５０ｍｍ±１ｍｍの標準試験片を作製し、当該標準試験片を用いて圧縮強度を測定することが定められている。

【0014】

図１に示すように、検査装置１は、試験筒１１、シュート１２、押圧ロッド１３、第１シリンダ１４、荷重センサ１５、第２シリンダ１６、スクレーパ１７、及び制御装置１８を備えている。試験筒１１は、例えば鋼製の円筒形の筒体であり、鋳物砂を収容するための内部空間１１ｓを画成している。試験筒１１は、支持部材３を介してフレーム２に支持されている。試験筒１１は、上部開口１１ａ及び下部開口１１ｂを有し、当該上部開口１１ａと下部開口１１ｂとの間で軸線Ｚに沿って延在している。以下、軸線Ｚに沿った方向を「軸線方向」ということがある。典型的には、軸線方向は、上下方向に一致する。試験筒１１の内径は、軸線方向において一定である。

【0015】

シュート１２は、試験筒１１の上方に設けられている。シュート１２は、不図示のタンクに貯留された鋳物砂が試験筒１１内に投入されるようにガイドする。シュート１２は、開閉可能な排出口を有し、当該排出口を開閉することにより試験筒１１への鋳物砂の供給又は供給停止が切り替え可能であってもよい。排出口の開閉は、制御装置１８によって制御される。

【0016】

押圧ロッド１３は、軸線Ｚに沿って延在し、その上部が試験筒１１内に挿入されている。押圧ロッド１３の上端には、加圧板２０が設けられている。加圧板２０は、例えば円盤状の板であり、試験筒１１の内部空間１１ｓに配置されている。押圧ロッド１３の下端は、後述する第１シリンダ１４のピストンロッド２２に接続されている。押圧ロッド１３は、ピストンロッド２２の昇降に伴って軸線方向に移動する。

【0017】

第１シリンダ１４は、試験筒１１の下方に設けられている。第１シリンダ１４は、シリンダ本体２１、ピストンロッド２２及びモータ２３を備えている。シリンダ本体２１は、検査装置１の底部に配置された架台４上に配置され、ピストンロッド２２を進退可能に支持している。ピストンロッド２２は、シリンダ本体２１から軸線Ｚに沿って上方に延在し、シリンダ本体２１に対して昇降可能に設けられている。ピストンロッド２２の上端は、押圧ロッド１３の下端に接続されている。押圧ロッド１３の加圧板２０は、ピストンロッド２２の昇降に伴って試験筒１１内で軸線方向（上下方向）に移動する。

【0018】

モータ２３は、例えばピストンロッド２２を昇降するサーボモータである。モータ２３は、モータ本体２３ａ及びエンコーダ２３ｂを含んでいる。モータ本体２３ａは、外部電源から供給された電力によって出力軸を駆動する。モータ本体２３ａの駆動力は、シリンダ本体２１を介してピストンロッド２２に伝達され、当該ピストンロッド２２を軸線Ｚに沿って昇降させる。エンコーダ２３ｂは、モータ本体２３ａの出力軸の回転角を検出する。出力軸の回転角は、押圧ロッド１３の軸線方向の移動距離に対応している。エンコーダ２３ｂは、出力軸の回転角から軸線方向における加圧板２０の位置を特定する。

【0019】

荷重センサ１５は、押圧ロッド１３とピストンロッド２２との間に配置されている。荷重センサ１５は、例えばロードセルであり、ピストンロッド２２から押圧ロッド１３に加えられた荷重を計測する。荷重センサ１５は、計測された荷重を示す情報を制御装置１８に出力する。

【0020】

第２シリンダ１６は、試験筒１１の側方に設けられている。第２シリンダ１６は、シリンダ本体２５、ピストンロッド２６及びモータ２７を備えている。シリンダ本体２５は、フレーム２に支持され、ピストンロッド２６を軸線Ｚに垂直な方向（水平方向）に進退可能に支持している。ピストンロッド２６は、シリンダ本体２５から水平方向に延在し、シリンダ本体２５に対して進退可能に設けられている。ピストンロッド２６の先端は、スクレーパ１７に連結されている。スクレーパ１７は、ピストンロッド２６の進退に伴って水平方向に移動する。

【0021】

モータ２７は、例えばピストンロッド２６を駆動するサーボモータである。モータ２７は、モータ本体２７ａ及びエンコーダ２７ｂを含んでいる。モータ本体２７ａは、外部電源から供給された電力によって出力軸を駆動する。モータ本体２７ａの駆動力は、シリンダ本体２５を介してピストンロッド２６に伝達され、当該ピストンロッド２６を水平方向に移動させる。エンコーダ２７ｂは、モータ本体２７ａの出力軸の回転角を検出する。出力軸の回転角は、スクレーパ１７の水平方向の移動距離に対応している。エンコーダ２７ｂは、出力軸の回転角から水平方向におけるスクレーパ１７の位置を特定する。

【0022】

スクレーパ１７は、第２シリンダ１６のピストンロッド２６に連結されている。スクレーパ１７は、試験筒１１の上部開口１１ａを閉鎖するための閉鎖面１７ａと、閉鎖面１７ａよりも上方に配置された測定面１７ｂとを有している。閉鎖面１７ａ及び測定面１７ｂは、軸線Ｚに垂直な平面であり、下方に向けられている。閉鎖面１７ａは、軸線方向において試験筒１１の上部開口１１ａと実質的に同じ高さ位置に配置されている。軸線方向における閉鎖面１７ａと測定面１７ｂとの間の距離は、試験片の目標高さよりも高く設定されている。

【0023】

スクレーパ１７は、ピストンロッド２６の進退に伴って水平方向に移動する。具体的には、スクレーパ１７は、閉鎖面１７ａが試験筒１１の上部開口１１ａを閉鎖する閉鎖位置と、シュート１２から試験筒１１への鋳物砂の供給経路に対してオフセットされた退避位置と、測定面１７ｂが試験筒１１の上部開口１１ａの上方に配置される測定位置との間で移動可能である。

【0024】

検査装置１は、レール３６及びスライダ３７を更に備えていてもよい。レール３６は、フレーム２の上部に固定され、ピストンロッド２６に平行に延在している。スライダ３７は、レール３６にスライド可能に取り付けられている。スライダ３７は、ボルト等によってスクレーパ１７に連結されている。ピストンロッド２６が前進又は後退すると、スライダ３７は、レール３６に沿ってスライドし、スクレーパ１７を水平方向に案内する。

【0025】

また、検査装置１は、鋳物砂の特性を測定するための各種センサを備えている。具体的には、検査装置１は、温度センサ３１、水分センサ３２及び圧力センサ３３を備えている。温度センサ３１は、試験筒１１の上方に配置され、鋳物砂の温度を測定する。水分センサ３２は、試験筒１１に設けられ、試験筒１１の内部空間１１ｓに収容された鋳物砂の水分量を測定する。圧力センサ３３は、試験筒１１に設けられ、試験筒１１の内部空間１１ｓの圧力を測定する。

【0026】

制御装置１８は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、検査装置１の全体の動作を制御する。制御装置１８の記憶部には、制御装置１８で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムが格納されている。制御装置１８は、シュート１２、第１シリンダ１４、荷重センサ１５、第２シリンダ１６、エンコーダ２３ｂ，２７ｂ、温度センサ３１、水分センサ３２及び圧力センサ３３と通信可能に接続されている。

【0027】

制御装置１８は、シュート１２、第１シリンダ１４及び第２シリンダ１６に制御信号を送出して、シュート１２、第１シリンダ１４及び第２シリンダ１６の動作を制御する。また、制御装置１８は、荷重センサ１５、温度センサ３１、水分センサ３２及び圧力センサ３３の測定値を受信して、鋳物砂の特性を示すパラメータを測定する。

【0028】

図２は、制御装置１８の機能的構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置１８は、機能的構成として、制御部４０及び測定部５０を備えている。制御部４０は、予測値取得部４１、投入量決定部４２、投入制御部４３、第１シリンダ制御部４４及び第２シリンダ制御部４５を含んでいる。

【0029】

予測値取得部４１は、鋳物砂のＣＢの予測値を取得する。熟練のオペレータは、鋳物砂の見た目、手触り、天候等から鋳物砂のＣＢを予測することができる場合がある。この場合には、予測値取得部４１は、例えばオペレータから入力装置を介して入力されたＣＢの予測値を取得する。なお、予測値取得部４１は、過去に測定された鋳物砂のＣＢをＣＢの予測値として取得してもよい。例えば、鋳物砂の処理ライン毎に過去に測定された鋳物砂のＣＢが記憶部に記憶されており、予測値取得部４１は、対応する処理ラインのＣＢを記憶部から読み出して、ＣＢの予測値として取得してもよい。

【0030】

投入量決定部４２は、目標高さ（例えば、５０ｍｍ）の試験片を作製するために試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量を決定する。試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量は、作製すべき試験片の目標高さとＣＢの予測値とから求められる。試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量は、圧縮前の鋳物砂の高さで表される。圧縮前の鋳物砂の高さとは、加圧板２０の高さを基準とした試験筒１１内の圧縮前の鋳物砂の高さである。以下の説明では、圧縮前の鋳物砂の高さを「砂入れ高さ」ということがある。例えば、試験片の目標高さをＨｔとし、ＣＢの予測値をＣＢｐとした場合には、試験筒１１の砂入れ高さＨ１は、下記式（１）のように算出される。

【0031】

Ｈ１＝１００×Ｈｔ／（１００－ＣＢｐ） ・・・（１）

【0032】

式（１）で求められる砂入れ高さＨ１は、目標高さＨｔの試験片を作製するために試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量に相当する。上記のように、ＣＢの予測値ＣＢｐが低いほど砂入れ高さＨ１は低くなり、ＣＢの予測値ＣＢｐが高いほど砂入れ高さＨ１は高くなる。なお、予測値取得部４１は、目標高さＨｔの試験片を作製するために試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量の予測値をオペレータから取得してもよい。オペレータによって鋳物砂の量の予測値が入力された場合には、ＣＢの予測値を取得せずに、当該予測値を試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量として決定してもよい。

【0033】

投入制御部４３は、シュート１２を制御して試験筒１１内に鋳物砂を供給する。例えば、投入制御部４３は、投入量決定部４２によって決定された量の鋳物砂が試験筒１１内に投入されるようにシュート１２を制御する。

【0034】

第１シリンダ制御部４４は、第１シリンダ１４のモータ２３を制御して、ピストンロッド２２のストローク量（上昇距離又は下降距離）を調整する。ピストンロッド２２のストローク量に応じて、軸線方向における加圧板２０の位置が調整される。軸線方向における加圧板２０の位置は、エンコーダ２３ｂの出力に基づいて特定される。すなわち、第１シリンダ制御部４４は、エンコーダ２３ｂの出力に基づいて上下方向における加圧板２０の位置を制御する。軸線方向における加圧板の位置に応じて、試験筒１１の深さ、すなわち砂入れ高さＨ１が変化する。

【0035】

第２シリンダ制御部４５は、第２シリンダ１６のモータ２７を制御して、ピストンロッド２６のストローク量を調整する。ピストンロッド２６のストローク量に応じて、水平方向におけるスクレーパ１７の位置が調整される。水平方向におけるスクレーパ１７の位置は、エンコーダ２７ｂの出力に基づいて特定される。すなわち、第２シリンダ制御部４５は、エンコーダ２７ｂの出力に基づいて水平方向におけるスクレーパ１７の位置を制御する。

【0036】

測定部５０は、温度測定部５１、水分量測定部５２、ＣＢ測定部５３、通気度測定部５４、圧縮強度測定部５５及び圧縮強度補正部５６を含んでいる。温度測定部５１は、温度センサ３１の出力値に基づいて鋳物砂の温度を測定する。水分量測定部５２は、水分センサ３２の出力値に基づいて鋳物砂の水分量を測定する。

【0037】

ＣＢ測定部５３は、圧縮前の試験筒１１内の鋳物砂の高さと、圧縮後の試験筒１１内の鋳物砂の高さの差とに基づいて鋳物砂のＣＢを測定する。圧縮前の鋳物砂の高さとは、加圧板２０の高さを基準とした試験筒１１内の鋳物砂の表面高さ、すなわち砂入れ高さである。圧縮後の鋳物砂の高さとは、鋳物砂を圧縮して作製された試験片の高さである。なお、試験筒１１内の鋳物砂の高さは、エンコーダ２３ｂの出力から定まる第１シリンダ１４のストローク量に基づいて特定される。

【0038】

通気度測定部５４は、試験片の通気度を測定する。具体的には、通気度測定部５４は、試験片を通過するように空気源３５から試験筒１１内に空気を供給し、試験筒１１内の圧力が一定になったときの空気の流量に基づいて、試験片の通気度を測定する。

【0039】

圧縮強度測定部５５は、試験片の圧縮強度を測定する。具体的には、圧縮強度測定部５５は、試験片を圧縮して破壊したときの荷重を荷重センサ１５から取得し、当該荷重に基づいて試験片の圧縮強度を測定する。

【0040】

圧縮強度補正部５６は、試験片の目標高さと試験片の高さの測定値との差に基づいて圧縮強度を補正する。例えば、圧縮強度補正部５６は、試験片の高さの測定値が目標高さよりも大きい場合には、測定された圧縮強度が大きくなるように補正し、試験片の高さの測定値が目標高さよりも小さい場合には、測定された圧縮強度が小さくなるように補正する。測定部５０は、測定された鋳物砂の温度、水分量、ＣＢ、通気度、及び、補正された圧縮強度を記憶部に格納すると共に、表示装置６０に表示する。

【0041】

以下、検査装置１を用いた鋳物砂の検査方法について説明する。図３は、一実施形態に係る鋳物砂の検査方法を示すフローチャートである。この検査方法では、試験筒１１に投入された鋳物砂Ｓ１からＣＢ及び圧縮強度が測定される。図３の各ステップは、制御装置１８が検査装置１の各要素を制御することにより実行される。

【0042】

図３に示すように、まず制御装置１８の予測値取得部４１が、鋳物砂Ｓ１のＣＢの予測値を取得する（ステップＳＴ１）。ＣＢの予測値は、例えば、オペレータによって検査装置１に入力される。なお、予測値取得部４１は、過去に測定された鋳物砂Ｓ１のＣＢを記憶部から読み出して、ＣＢの予測値としてもよい。

【0043】

次に、投入量決定部４２は、目標高さ（例えば、５０ｍｍ）の試験片Ｓ２を作製するために試験筒１１内に投入すべき鋳物砂Ｓ１の量を決定する（ステップＳＴ２）。例えば、投入量決定部４２は、試験片Ｓ２の目標高さ及びＣＢの予測値を上記式（１）に代入して、砂入れ高さＨ１を求める。上記のように、試験筒１１の径は軸線方向において一定であるため、砂入れ高さＨ１は、目標高さの試験片Ｓ２を作製するために試験筒１１内に投入すべき鋳物砂Ｓ１の量に相当する。

【0044】

次に、図４（ａ）に示すように、第１シリンダ制御部４４が第１シリンダ１４のストローク量を制御して、加圧板２０と試験筒１１の上部開口１１ａとの間の距離がステップＳＴ２で求められた砂入れ高さＨ１になるように、加圧板２０の位置を調整する（ステップＳＴ３）。次に、図４（ｂ）に示すように、第２シリンダ制御部４５が第２シリンダ１６を制御してスクレーパ１７を退避位置に配置する。そして、投入制御部４３がシュート１２を制御して鋳物砂Ｓ１を試験筒１１内に投入する（ステップＳＴ４）。このとき、シュート１２は、鋳物砂Ｓ１が試験筒１１の上部開口１１ａから溢れるように、鋳物砂Ｓ１を試験筒１１内に投入する。

【0045】

次に、温度センサ３１によって鋳物砂Ｓ１の温度が測定される（ステップＳＴ５）。温度測定部５１は、鋳物砂Ｓ１の温度を示す情報を温度センサ３１から取得して記憶する。

【0046】

次に、図４（ｃ）に示すように、第２シリンダ制御部４５が第２シリンダ１６のピストンロッド２６を前進させ、スクレーパ１７を閉鎖位置に配置する。スクレーパ１７が退避位置から閉鎖位置に移動することにより、試験筒１１から溢れた余剰の鋳物砂Ｓ１の一部が取り除かれる。スクレーパ１７が閉鎖位置に配置されることにより、試験筒１１の上部開口１１ａはスクレーパ１７の閉鎖面１７ａに覆われ、閉鎖される。これにより、圧縮前の鋳物砂Ｓ１の高さが砂入れ高さＨ１に一致する。

【0047】

次に、図５（ａ）に示すように、第１シリンダ制御部４４が第１シリンダ１４のピストンロッド２２を上昇させ、加圧板２０から鋳物砂Ｓ１に規定の圧力を加える。これにより、鋳物砂Ｓ１が加圧板２０とスクレーパ１７の閉鎖面１７ａとの間で圧縮され、鋳物砂Ｓ１の試験片Ｓ２が作製される（ステップＳＴ６）。このとき、加圧板２０から鋳物砂Ｓ１に加えられる圧力は、荷重センサ１５によって計測され、規定の圧力になるようにフィードバックされる。

【0048】

次に、ＣＢ測定部５３が、試験片Ｓ２の高さＨ２を測定する（ステップＳＴ７）。試験片の高さＨ２は、エンコーダ２３ｂの出力によって定まる加圧板２０の位置に基づいて求められる。ステップＳＴ７で測定された試験片の高さＨ２は、試験片Ｓ２の高さの測定値である。次に、ＣＢ測定部５３は、鋳物砂Ｓ１のＣＢを算出する（ステップＳＴ８）。鋳物砂Ｓ１のＣＢは、圧縮前の鋳物砂Ｓ１の高さ（すなわち、砂入れ高さＨ１）と、鋳物砂Ｓ１を圧縮して作製された試験片Ｓ２の高さＨ２との差に基づいて求められる。具体的には、ＣＢ［％］は、下記式（２）から求められる。

【0049】

ＣＢ＝（Ｈ１－Ｈ２）／Ｈ１×１００ ・・・（２）

【0050】

上記のように、ＣＢ測定部５３は、試験筒１１内の鋳物砂Ｓ１を圧縮して試験片Ｓ２を作製しながら鋳物砂Ｓ１のＣＢを測定している。式（２）で測定された鋳物砂Ｓ１のＣＢは、ＣＢの測定値である。

【0051】

次に、水分センサ３２によって試験片Ｓ２に含まれる水分量が測定される（ステップＳＴ９）。水分量測定部５２は、試験片Ｓ２に含まれる水分量を示す情報を水分センサ３２から取得して記憶する。なお、水分量測定部５２は、試験片Ｓ２の作製前に水分量を測定してもよい。

【0052】

次に、図５（ｂ）に示すように、第２シリンダ制御部４５が第２シリンダ１６のピストンロッド２６を前進させる。これにより、スクレーパ１７が前進し、試験筒１１の上面に残る余剰の鋳物砂Ｓ１が除去される。

【0053】

次に、試験片Ｓ２の通気度が測定される（ステップＳＴ１０）。図５（ｃ）に示すように、試験片Ｓ２の通気度を測定するために、まず第１シリンダ制御部４４が、第１シリンダ１４のピストンロッド２２を下降させると共に、第２シリンダ制御部４５が、第２シリンダ１６を制御してスクレーパ１７を測定位置に移動させる。そして、通気度測定部５４は、空気源３５を制御して、加圧板２０と試験片Ｓ２との間に形成された隙間を通じて試験筒１１内に空気３５ａを供給し、試験片Ｓ２に空気３５ａを通す。そして、通気度測定部５４は、圧力センサ３３を監視しながら試験筒１１内の圧力が一定になるように空気３５ａの流量を調整し、圧力が一定になったときの空気３５ａの流量に基づいて通気度を求める。例えば、圧力センサ３３で計測された内部空間１１ｓの圧力をｐとし、空気３５ａの流量をＦとした場合には、通気度Ｐは、下記式（３）から求められる。

【0054】

Ｐ＝（Ｆ×Ｈ２）／ｐ ・・・（３）

【0055】

次に、試験片Ｓ２の圧縮強度が測定される（ステップＳＴ１１）。図６（ａ）に示すように、圧縮強度測定部５５は、試験片Ｓ２の圧縮強度を測定するために、第１シリンダ１４のピストンロッド２２を上昇させ、試験片Ｓ２を測定面１７ｂに当接させる。そして、圧縮強度測定部５５は、ピストンロッド２２を更に上昇させ、加圧板２０から試験片Ｓ２に規定の圧力を加え、試験片Ｓ２を破壊する。そして、圧縮強度測定部５５は、試験片Ｓ２が破壊されたときの荷重を荷重センサ１５から取得する。

【0056】

次いで、圧縮強度測定部５５は、試験片Ｓ２が破壊されたときの荷重を試験片Ｓ２の断面積（すなわち、内部空間１１ｃの断面積）で除して、圧縮強度を得る。すなわち、試験筒１１の内部空間１１ｓの軸線Ｚに垂直な断面積をＡ［ｃｍ^２］とし、試験片Ｓ２の破壊荷重をＷ［Ｎ］とした場合には、試験片Ｓ２の圧縮強度σ［Ｎ／ｃｍ^２］は、下記式（４）から求められる。

【0057】

σ＝Ｗ／Ａ ・・・（４）

【0058】

圧縮強度σの測定後、図６（ｂ）に示すように、第２シリンダ制御部４５が第２シリンダ１６のピストンロッド２６を前進させる。これにより、試験片Ｓ２が除去される。

【0059】

次に、目標高さと試験片Ｓ２の高さの測定値との差に基づいて、圧縮強度σが補正される（ステップＳＴ１２）。砂入れ高さＨ１は、ＣＢの予測値から求められるため、鋳物砂Ｓ１を圧縮して作製された試験片Ｓ２の高さＨ２は、目標高さからずれていることがある。圧縮強度σは試験片Ｓ２の高さＨ２に依存するため、試験片Ｓ２の高さＨ２が目標高さからずれている場合には、式（４）で求められた圧縮強度σは、真の圧縮強度からずれた値となる。

【0060】

例えば、図７は、同じ鋳物砂を用いて異なる高さの試験片を作製し、各試験片の圧縮強度を測定したときの試験片の高さと圧縮強度との関係を示すグラフである。図７に示すように、試験片の高さと圧縮強度との間には線形の関係が確認される。具体的には、試験片の高さが高くなるほど圧縮強度の測定値は真の圧縮強度に対して小さくなり、試験片の高さが低くなるほど圧縮強度の測定値は真の圧縮強度に対して大きくなる。

【0061】

この関係を利用すると、図８に示すように、試験片の高さが目標高さ（５０ｍｍ）よりも高い場合には圧縮強度の測定値が大きくなるように補正し、試験片の高さが目標高さ（５０ｍｍ）よりも小さい場合には圧縮強度の測定値が小さくするように補正することにより、圧縮強度の測定値を真の圧縮強度に近づけることができる。

【0062】

そこで、圧縮強度補正部５６は、ステップＳＴ７で測定された試験片Ｓ２の高さＨ２が目標高さよりも大きい場合には、測定された圧縮強度σが大きくなるように補正し、試験片Ｓ２の高さＨ２が目標高さよりも小さい場合には、測定された圧縮強度σが小さくなるように補正する。なお、試験片Ｓ２の高さＨ２と目標高さとの差が大きいほど、圧縮強度σの補正量は大きくなる。一連のステップで測定されたＣＢ、温度、水分量、通気度及び圧縮強度の補正値は、表示装置６０に表示される。

【0063】

以上説明したように、一実施形態に係る検査方法では、試験筒１１内の鋳物砂Ｓ１を圧縮して試験片Ｓ２を作製しながら鋳物砂Ｓ１のＣＢを測定しているので、試験筒１１に投入された一回分の鋳物砂Ｓ１のサンプルから鋳物砂Ｓ１のＣＢ及び圧縮強度を測定することができる。これにより、鋳物砂Ｓ１を二回に分けて投入する必要がなくなるため、検査の工程数が削減される。その結果、鋳物砂Ｓ１の検査時間を短縮することができる。

【0064】

また、この検査方法では、試験片Ｓ２の高さＨ２が目標高さよりも高い場合には、圧縮強度が大きくなるように補正され、試験片Ｓ２の高さＨ２が目標高さよりも小さい場合には、圧縮強度が小さくなるように補正されるので、圧縮強度の測定値を真の圧縮強度に近づけることができる。なお、式（３）に示すように、通気度Ｐの計算には、試験片Ｓ２の高さＨ２が含まれているので、試験片Ｓ２の高さＨ２が目標高さに対してずれている場合であっても通気度Ｐの測定に対する影響は小さい。

【0065】

以上、種々の実施形態に係る鋳物砂の検査方法及び検査装置１について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。すなわち、上述した実施形態は例示説明を目的とするものであり、本発明の範囲を制限するものではないことに留意すべきである。

【0066】

例えば、上記実施形態では、ＣＢの予測値を用いて試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量を決定しているが、ＣＢの予測値を用いずに試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量を決定してもよい。例えば、オペレータによって鋳物砂の量の予測値が入力された場合には、当該鋳物砂の量の予測値を試験筒１１内に投入すべき鋳物砂の量として決定してもよい。また、ＣＢを高い精度で予測することができる場合には、必ずしも圧縮強度の測定値を補正しなくてもよい。

【0067】

また、上記実施形態では、加圧板２０の位置を制御することにより試験筒１１内に投入される鋳物砂の量を調整しているが、加圧板２０を最下位置に配置したままにし、シュート１２からの鋳物砂の供給量を調整することにより、試験筒１１内に投入される鋳物砂の量を調整してもよい。

【0068】

上記実施形態では、鋳物砂の特性を示すパラメータとして、ＣＢ、温度、水分量、通気度及び圧縮強度を測定しているが、少なくとも一つのパラメータを測定すればよい。例えば、一実施形態では、鋳物砂を試験筒１１内で圧縮して目標高さの試験片を作製し、当該試験片を用いて圧縮強度のみを測定してもよい。試験片の圧縮強度のみを測定する場合であっても、試験片の高さが目標高さからずれる場合がある。この場合には、圧縮強度の測定値を補正することによって、圧縮強度の測定値を真の圧縮強度に近づけることができる。

【0069】

本開示は以下の内容を含む。

【0070】

［条項１］ 一態様に係る鋳物砂の検査方法は、試験筒内に鋳物砂を投入する工程と、試験筒内の鋳物砂を圧縮して試験片を作製しながら鋳物砂のコンパクタビリティ（ＣＢ）を測定する工程と、試験片を圧縮して試験片の圧縮強度を測定する工程と、を含む。

【0071】

上記検査方法では、試験筒内の鋳物砂を圧縮して試験片を作製しながら鋳物砂のＣＢを測定しているので、試験筒に投入された一回分の鋳物砂のサンプルから鋳物砂のＣＢ及び圧縮強度を測定することができる。これにより、鋳物砂を二回に分けて投入する必要がなくなるため、検査の工程数が削減される。その結果、鋳物砂の検査時間を短縮することができる。

【0072】

［条項２］ 条項１に記載の検査方法は、鋳物砂のＣＢの予測値を取得する工程と、ＣＢの予測値に基づいて、目標高さの試験片を作製するために試験筒内に投入すべき鋳物砂の量を決定する工程と、を更に含んでもよい。ＣＢの予測値に基づいて試験筒内に供給すべき鋳物砂の量を決定することにより、試験片の高さを目標高さに近づけることができる。試験片の高さを目標高さに近づけることにより、圧縮強度の測定精度を高めることができる。

【0073】

［条項３］ 試験筒内に投入すべき鋳物砂の量に基づいて、試験筒内で昇降可能な加圧板の位置を調整する工程を更に含む、条項２に記載の検査方法。

【0074】

［条項４］ 条項１～３の何れか一項に記載の検査方法は、試験片の高さを測定する工程と、試験片の目標高さと試験片の高さの測定値との差に基づいて圧縮強度を補正する工程と、を更に含んでもよい。試験片を圧縮して破壊したときの荷重は試験片の高さに依存するため、試験片の実際の高さが目標高さに対してずれている場合には、圧縮強度の測定精度が低下する。これに対して、本態様では、試験片の目標高さと試験片の高さの測定値との差に基づいて圧縮強度を補正しているので、圧縮強度の測定値を真の圧縮強度に近づけることができる。

【0075】

［条項５］ 条項４に記載の検査方法では、試験片の高さの測定値が目標高さよりも大きい場合には、測定された圧縮強度が大きくなるように補正し、試験片の高さの測定値が目標高さよりも小さい場合には、測定された圧縮強度が小さくなるように補正してもよい。試験片の高さが目標高さよりも高い場合には、圧縮強度の測定値は真の圧縮強度よりも低くなるので、圧縮強度を大きくすることにより、圧縮強度の測定値を真の圧縮強度に近づけることができる。反対に、試験片の高さが目標高さよりも小さい場合には、圧縮強度の測定値は真の圧縮強度よりも高くなるので、圧縮強度を小さくすることにより、圧縮強度の測定値を真の圧縮強度に近づけることができる。

【0076】

［条項６］ 条項１～５の何れか一項に記載の検査方法は、試験片を作製する前に、鋳物砂の温度を測定する工程を更に含んでもよい。

【0077】

［条項７］ 条項６に記載の検査方法は、鋳物砂の温度を測定した後に、鋳物砂の水分量を測定する工程を更に含んでもよい。

【0078】

［条項８］ 条項１～７の何れか一項に記載の検査方法は、圧縮強度を測定する前に、試験片の通気度を測定する工程を更に含んでもよい。

【0079】

［条項９］ 一態様に係る鋳物砂の検査装置は、軸線方向に延在する試験筒と、試験筒内に鋳物砂を供給するシュートと、試験筒内で軸線方向に移動可能な加圧板を有する押圧ロッドと、押圧ロッドに接続され、軸線方向に進退可能なピストンロッドを有するシリンダと、押圧ロッドとピストンロッドとの間に配置された荷重センサと、シュート及びシリンダの動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、シュートを制御して試験筒内に鋳物砂を投入する投入制御部と、試験筒内の鋳物砂を加圧板で圧縮して試験片を作製しながら鋳物砂のコンパクタビリティ（ＣＢ）を測定するＣＢ測定部と、試験片を圧縮して破壊したときに荷重センサで計測された荷重に基づいて試験片の圧縮強度を測定する圧縮強度測定部と、を含む。

【0080】

上記検査装置では、試験筒内の鋳物砂を圧縮して試験片を作製しながら鋳物砂のＣＢが測定されるので、試験筒に投入された一回分の鋳物砂のサンプルから鋳物砂のＣＢ及び圧縮強度を測定することができる。これにより、鋳物砂を二回に分けて投入する必要がなくなるため、検査の工程数が削減される。その結果、鋳物砂の検査時間を短縮することができる。

【符号の説明】

【0081】

１…検査装置、１１…試験筒、１２…シュート、１３…押圧ロッド、１５…荷重センサ、１８…制御装置、２０…加圧板、２２，２６…ピストンロッド、４３…投入制御部、５３…ＣＢ測定部、５５…圧縮強度測定部、Ｓ１…鋳物砂、Ｓ２…試験片。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】