7165614 角度付き直管の製造方法

(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】

(24)【登録日】2022-10-26

(45)【発行日】2022-11-04

(54)【発明の名称】角度付き直管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 13/10 20060101AFI20221027BHJP

   B22D 13/02 20060101ALI20221027BHJP

   B22D 25/02 20060101ALI20221027BHJP

   F16L 9/02 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

B22D13/10 508A

B22D13/02 501B

B22D13/10 507

B22D13/02 501F

B22D25/02 C

F16L9/02

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019063730

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020163395

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100112575

【弁理士】

【氏名又は名称】田川 孝由

(74)【代理人】

【識別番号】100167380

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 隆

(72)【発明者】

【氏名】森田 裕也

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２３１０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６４９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－５６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２０６５４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １３／１０

Ｂ２２Ｄ １３／０２

Ｂ２２Ｄ ２５／０２

Ｆ１６Ｌ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直管部（１）と、その一端の受口部（２）と、他端の挿し口部（３）とからなり、前記受口部（２）の外表面が前記直管部（１）の軸心（ｏ）と平行となっているとともに、受口部（２）の内表面は直管部（１）の軸心（ｏ）と所要の角度（θ）で傾斜している、角度付き直管（Ｐ）の遠心鋳造による製造方法であって、
上記受口部（２）内面に沿う外周面を有する中子（１８）を、前記受口部（２）にその中子（１８）の軸心（ｃ）を直管部（１）の軸心（ｏ）に対して所要角度（θ）傾けて装填すると共に、その中子（１８）と受口部（２）に鋳込まれる鋳鉄の合計の重心が直管部（１）の軸心（ｏ）に近づくように、中子（１８）にカウンターウエイト（３０）を設けた角度付き直管の製造方法。

【請求項2】

直管部（１）と、その一端の受口部（２）と、他端の挿し口部（３）とからなり、前記受口部（２）の外表面が前記直管部（１）の軸心（ｏ）と平行となっているとともに、受口部（２）の内表面は直管部（１）の軸心（ｏ）と所要の角度（θ）で傾斜している、角度付き直管（Ｐ）の遠心鋳造による製造方法であって、
上記受口部（２）の鋳込み部分の仕上げ代（ｂ３）を、中子（１８）と受口部（２）に鋳込まれる鋳鉄の合計の重心が直管部（１）の中心軸（ｏ）に近づくように設けた角度付き直管の製造方法。

【請求項3】

直管部（１）と、その一端の受口部（２）と、他端の挿し口部（３）とからなり、前記受口部（２）の外表面が前記直管部（１）の軸心（ｏ）と平行となっているとともに、受口部（２）の内表面は直管部（１）の軸心（ｏ）と所要の角度（θ）で傾斜している、角度付き直管（Ｐ）の遠心鋳造による製造方法であって、
上記受口部（２）内面に沿う外周面を有する中子（１８）を、前記受口部（２）にその中子（１８）の軸心（ｃ）を直管部（１）の軸心（ｏ）に対して所要角度（θ）傾けて装填すると共に、前記中子（１８）と受口部（２）の合計の重心が直管部（１）の中心軸（ｏ）に近づくように、遠心鋳造用モールド（１１）にカウンターウエイト（３０）を設けた角度付き直管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、角度付き直管を遠心鋳造によって製造する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

水道管等に広く使用されている鋳鉄管は、図５に示すように、内外径が一定な円筒形の直管部１と、その一端に設けられ内外径が直管部１より大きい受口部２と、他端に設けられ内径が直管部１と等しい挿し口部３と、から構成されるものが多い。この鋳鉄管Ｐ_１は、同図鎖線で示すように、一の鋳鉄管Ｐ_１の受口部２に他の鋳鉄管Ｐ_１の挿し口部３を挿し入れて直線状に管路を構築する場合に使用され、主に遠心鋳造によって製造される。

【0003】

一方、曲線部を有する管路にはその曲線部においては曲管が使用される。この曲管は遠心鋳造が困難であり、主に、置き注ぎ法によって製造され、その製造コストが高い物となっている。
このため、図６に示す、図５の直管Ｐ_１において、上記受口部２の外表面が上記直管部１の軸心（中心軸）ｏと平行となっているとともに、受口部２の内表面は直管部１の軸心ｏと所要の角度θで傾斜している、角度付き直管Ｐが提案されている（特許文献１、第４図参照）。この角度付き直管Ｐは、遠心鋳造によって製作し得るとしており（特許文献１、第６図参照）、一の鋳鉄管Ｐの受口部２に他の鋳鉄管Ｐの挿し口部３を挿し入れて各接続部において角度θずつ屈曲させて曲線管路を構築する。

【0004】

ところで、遠心鋳造は、鋳造物内部にブローホール、引け巣等の欠陥が生じ難く、材質も微密となり、機械的性質等の良好な品質の鋳造物を円滑に得ることができる。このため、水道管等に広く使用される鋳鉄管の多くは、その遠心鋳造法によって製造されている。
その遠心鋳造機は、例えば、図７に示すように、円筒状モールド（鋳型）１１をローラ１２により回転させるとともに、取鍋１３、１４を介して鋳込用トラフ２０に溶湯ａを送り込み、そのトラフ２０を介して溶湯ａを前記回転するモールド１１内に鋳込んで（注湯して）、遠心力により、溶湯ａをモールド１１内面に均一に分布させることにより、原則、軸心回りに管厚の均一な円筒状溶湯層（鋳鉄管）Ｐを形成する。

【0005】

このとき、同図に示すように、トラフ２０を固定し、モールド１１を台車１５によりその長さ方向に移動させたり、トラフ２０を台車１５によりモールド１１の長さ方向に移動させたりする等して、トラフ２０とモールド１１をその長さ方向（軸心方向）に相対的に移動させて鋳込む（特許文献２段落０００３、図１）。
トラフ２０は、通常、取鍋１４からの溶湯ａを案内するシュート２１と、そのシュート２１を支持固定して台車１５に固定のシュートケース２２と、そのシュートケース２２に固定されてシュート２１からの溶湯ａをモールド１１内に導くライナー２３とからなる。図中、１４ａは取鍋１４の支持台、１６は台車１５の移動用レール、１７は台車１５上のモールド１１を被うケーシング（カバー）であり、省略する（取り付けない）場合もある。

【0006】

この鋳鉄管Ｐの遠心製造において、特に、大口径管については、中子１８によって受口部２を形成することが多い。このとき、鋳放しから製品形状を作り、焼鈍を行った後に、寸法公差内に形状を作るのが困難であり、また遠心鋳造の特徴として不純物が内面に浮上してきて良好な鋳肌を得ることが困難であることから、図８、図９に示すように、切削等による加工を前提として加工代ｂ（編み斜線部分ｂ_１、同ｂ_２）を設けることがある。
このとき、図８に示すように、受口部２の開口に堰板１９のみを設けて、遠心鋳造することが考えられる（可能である）が、図９に示す、堰板１９付きの中子１８によって加工代ｂ_２を確保する場合に比べて、加工によって除去しなくては成らない部分（鉄部分）が多く（ｂ_１＞ｂ_２）、歩留まりが悪く、加工時間が長くなる。

【0007】

また、角度付き直管Ｐの受口部２内面を切削加工（仕上げ加工）によって形成する場合、直管１の軸心ｏの同一垂直面（図６において上下方向の垂直面）で切断し、その上部分断面２ａと下部分断面２ｂとに分割し、図１０（ａ）に示すように、その両部分断面２ａ、２ｂを突き合わせ、同図（ｂ）に示すように、下部分断面２ｂを上部分断面２ａに重ねると、同図（ｃ）に示すように、両部分断面２ａ、２ｂの鋳込み部分が重なる部分（同図（ｂ）の点部分）は加工代取り合いとなる。このため、この加工代ｂの取り合い部分の外周面形状を有する中子１８とすれば、その中子１８は軸心ｏの周りに線対称であり（断面一次モーメントが同じであり）、その中子１８による遠心鋳造によって鋳鉄管Ｐを製造し、その中子１８によって形成された図１０（ｃ）の内面形状受口部２において、その受口部２の軸心（中心軸）ｃを中心にした回転切削により図６（図１０（ａ））に示す受口部２を切削して角度付き直管Ｐを得ることが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】実公平０１－８７８６号公報

【文献】特開２００６－１５０４３２号公報

【文献】特開２０１１－２１２７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記特許文献１における角度付き直管Ｐの遠心鋳造は、受口部２に中子１８を装填しているが（同文献第６図参照）、その中子１８及び受口部２の鋳込み部の両軸心ｃが直管部１の重心（中心軸）ｏに一致しないこととなるため（ずれることとなるため）（本願図１参照）、モールド１１の回転時、その回転軸は直管部１の軸心ｏであることから、モールド１１、中子１８及び鋳込まれる角度付き直管Ｐの軸心ｏに対するその全長に亘る断面一次モーメントが異なり、遠心力によってモールド１１が振動する。このため、モールド１１がローラ１２から逸脱したりして遠心鋳造が困難となったり、鋳造品質が悪くなったりしている。

【0010】

また、上記の切削による角度付き直管Ｐの製造は、切削による仕上げ代が多く、作業性が悪い上に、加工代ｂの取り合い部分も小さく製造コストの低減を大きく図ることができない。例えば、ＵＲ形（Ｒ方式）φ２６００×４ｍ、θ：３°の継手構造の受口部２にあっては、図１０（ｄ）において、仕上げ代の取り合い部分ｂの鋳込み鉄重量は数百ｋｇ程度の削減となるだけである。

【0011】

この発明は、以上の実状の下、遠心鋳造によって角度付き直管Ｐを円滑に製造するとともに製造コストの低減を図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を達成するため、この発明は、まず、中子を斜めに装填してその中子の外周面で形成される角度付き直管Ｐの受口部内面を仕上げ代の少ないものとしたのである。
中子を傾ければ（軸心ｏに対し中子の軸心ｃを傾ければ）、外周面が角度付き直管Ｐの受口部内面形状に近づいたものとすることができる。すなわち、仕上げ代が極めて少ないものとすることができる。
つぎに、中子やモールドにカウンターウエイト（バランスウエイト）を付設したり、仕上げ代を変化させたり、して、モールドの軸心全長に亘ってその周りのつり合いを取るようにしたのである。
このようにして釣り合いをとれば、遠心力によってモールド１１が振動することは極めて少ない。

【0013】

具体的には、直管部と、その一端の受口部と、他端の挿し口部とからなり、前記受口部の外表面が前記直管部の軸心と平行となっているとともに、受口部の内表面は直管部の軸心と所要の角度で傾斜している、角度付き直管の遠心鋳造による製造方法において、前記受口部内面に沿う外周面を有する中子を、前記受口部にその中子の軸心を直管部の軸心に対して所要角度傾けて装填すると共に、その中子と受口部に鋳込まれる鋳鉄の合計の重心が直管部の中心軸に近づくように、中子又はモールドにカウンターウエイトを設けたり、
上記受口部の鋳込み部分の仕上げ代を、中子と受口部に鋳込まれる鋳鉄の合計の重心が直管部の中心軸に近づくように設ける構成を採用できる。

【発明の効果】

【0014】

この発明は、以上のように構成して、モールドの軸心全長に亘ってその周りのつり合いを取るようにしたので、角度付き直管の遠心鋳造において、遠心力によってモールドが振動することが極めて少なく、円滑かつ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この発明に係る角度付き直管の製造方法の一実施形態の一部断面図

【図2】同他の実施形態の一部断面図

【図3】同実施形態の中子の作成態様一部断面図

【図4】同他の実施形態の一部断面図

【図5】鋳鉄管の断面図

【図6】角度付き鋳鉄管の一部断面図

【図7】遠心鋳造の概略断面図

【図8】鋳鉄管の製造説明用一部断面図

【図9】鋳鉄管の他の製造説明用一部断面図

【図10】鋳鉄管の鋳込み作用説明図

【発明を実施するための形態】

【0016】

この発明に係る角度付き直管Ｐの製造方法の一実施形態を図１に示す。この実施形態の角度付き直管Ｐは、同図に示すように、直管部１と、その一端の受口部２と、他端の挿し口部３とからなり、受口部２の外表面が直管部１の軸心ｏと平行となっているとともに、受口部２の内表面は直管部１の軸心ｏと所要の角度θで傾斜している。この角度θは１～５度である。

【0017】

受口部２の内面を形成する中子１８は、仕上げ代ｂ_２を取った外周面を有し、その軸心ｃを直管部１の軸心ｏに対してθ度傾けてモールド１１に装填する。このとき、中子１８の軸心ｃがモールド１１の軸心ｏに対してθ度傾いているため、その中子１８を含めた軸心ｏ周りの断面一次モーメントが均一とならない。
このため、同図に示すように、中子１８の外周面一部を欠如して、上記軸心ｏ周りの断面一次モーメントが均一となるように、黒塗り部分の仕上げ代ｂ_３をさらに形成するようにする。このとき、図１において、受口部２の上側奥側肉厚部２ａ_１は同下側肉厚部２ｂ_１に対して開口側（図１の左側）に長いため、軸心ｏの周りの断面一次モーメントは上側に向かって大きくなる。このため、仕上げ代ｂ_３は下側に形成することなり、その仕上げ代ｂ_３は、３Ｄ－ＣＡＤ（３次元コンピュータ支援設計）によって仕上げ代ｂ_３を取らない状態で、図１の図面を作成し、その図面における重心位置が軸心ｏからどの程度ずれているかを確認して受口部内径にだいたいの重量をつけ、３Ｄ－ＣＡＤによって再計算して重心位置が軸心ｏ上にくるようにする。このとき、仕上げ代ｂ_３の断面（図１）は、周方向両側に向かって徐々に厚みが減少したり、段階的（ブロック状）に減少したりして仕上げ部ｂ_２に吸収されるようにする。

【0018】

このようにして、図１に示す、中子１８をモールド１１の受口部に装填した状態において、図７に示す、モールド１１を左方に移動し、注湯（注ぎ込む溶湯）ａは受口部２側から挿し口部３側に向かって行う遠心鋳造によって角度付き鋳鉄管Ｐの鋳込み鉄管を製造する。このとき、注湯ａの当初は、受口部２の仕上げ代ｂ_２、ｂ_３を含めた全域に溶湯ａが回るように、モールド１１の回転は緩やかとし、溶湯ａの全て鋳込み完了後、通常の高速回転に移行する。例えば、呼び径：１５００の場合、鋳込み時、ＧＮｏ．：２０～２４、高速回転時、ＧＮｏ．：４９～５７とする。なお、ＧＮｏ．は、管の回転によって発生する遠心力を表す指標であって、ＧＮｏ．＝Ｖ２／ｒ×１／ｇで示される（Ｖ：管の周速、ｒ：管の半径、ｇ：重力加速度）。

【0019】

この製造作用は、受口部２における中子１８を含めた軸心ｏに対する断面一次モーメントがモールド軸心ｏ全長に亘ってほぼ同じとなってその重心は軸心ｏ上に位置するため、モールド１１は振動することなく回転して円滑な鋳込みが行われる。
このようにして鋳込まれた鋳鉄管は、受口部２の内面を、その軸心ｃ（軸心ｏ）を中心として、上部分２ａは仕上げ部分ｂ_２、下部分２ｂは仕上げ部分ｂ_２及びｂ_３を、をそれぞれ切削することによって、図１０（ａ）に示す上部分断面２ａと下部分断面２ｂを有する、図６に示す角度付き鋳鉄管Ｐを得る。

【0020】

図２の実施形態は、中子１８内にカウンターウエイト３０を埋設し、そのカウンターウエイト３０でもって、受口部２における、中子１８を含めた軸心ｏ周りの断面一次モーメントが均一となるようにしたものである。このカウンターウエイト３０の大きさ・重さは、上記と同様に、３Ｄ－ＣＡＤによってカウンターウエイト３０を付けない状態で、図１の図面を作成し、その図面における重心位置が軸心ｏからどの程度ずれているかを確認し、適宜な中子１８及びその孔内に適宜な重さのカウンターウエイト３０をいれて、３Ｄ－ＣＡＤによって再計算して重心位置が軸心ｏ上にくるようにする。

【0021】

そのカウンターウエイト３０の中子１８における嵌め込み孔は、例えば、特許文献３記載の保持バンドを用いて中子１８を形成する場合、図３に示すように、保持バンド３１を内型とし、外型３２との間で砂からなる中子１８を成形する際、その保持バンド３１の外側に所要形状の抜き勾配を設けた木型３３をいれて前記嵌め込み孔３４を形成する。この形成手段によると、角度θが変われば、木型３３をそれに応じた形状にして対応できる。このカウンターウエイト３０は中子１８に埋設した態様も採用できる。

【0022】

この図２に示す、中子１８を受口部２に装填した状態において、同様に、図７に示す遠心鋳造によって角度付き鋳鉄管Ｐの鋳込み鉄管を作成する。このとき、カウンターウエイト３０の存在によって受口部２における中子１８を含めた断面一次モーメントがモールド軸心ｏ全長に亘ってほぼ同じとなってその重心は軸心ｏ上に位置するため、モールド１１は振動することなく回転して円滑な鋳込みが行われる。その鋳込まれた鋳鉄管は角度付き直管Ｐとなる。この角度付き直管Ｐは，仕上げ代を形成していないが、中子１８の外周面精度を高めることによってその仕上げ代は極めて少ないものとし得る。

【0023】

カウンターウエイト３０は、図１鎖線で示すように、モールド１１の外面に、モールド１１の回転によって落下しないように、ボルト止め、溶接等の適宜手段によって固定することもできる。このカウンターウエイト３０の大きさ・重さ・取付位置は、上記と同様に、３Ｄ－ＣＡＤによってカウンターウエイト３０を付けない状態で、図１の図面を作成し、その図面における重心位置が軸心ｏからどの程度ずれているかを確認し、適宜なカウンターウエイト３０を、適宜な大きさ・重さ・位置として、３Ｄ－ＣＡＤによって再計算して重心位置が軸心ｏ上にくるようにする。

【0024】

このカウンターウエイト３０付きのモールド１１によれば、同様に、図７に示す遠心鋳造によれば、受口部２における中子１８を含めた断面一次モーメントがモールド軸心ｏ全長に亘ってほぼ同じとなってその重心は軸心ｏ上に位置するため、モールド１１は振動することなく回転して円滑な鋳込みが行われる。その鋳込まれた鋳鉄管は角度付き直管Ｐとなる。

【0025】

なお、図１に示す実施形態において、図２に示す、仕上げ代ｂ_２を取らない中子１８とすることもできる。このとき、仕上げ代ｂ_３を設けることは勿論である。
また、カウンターウエイト３０を中子１８に取り付ける場合、図４に示すように、溝部２ｃを仕上げ加工する仕上げ代ｂ_２を形成するようにすることもできる。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0026】

１ 鋳鉄管の直管部
２ 同受口部
３ 同挿し口部
１１ モールド
１８ 中子
１９ 堰板
２０ 湯込みトラフ（鋳込用トラフ）
３０ カウンターウエイト
ａ 溶湯（注湯）
ｂ_１、ｂ_２ 仕上げ代
ｂ_３ 重心調整用仕上げ代
ｃ 角度付き直管の受口部の軸心（中心軸）
ｏ 同直管部（モールド）の軸心（中心軸）
θ 角度付き直管の受口部の軸心の傾斜角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】