特許 7567743 中子造形装置、及び中子造形方法

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】中子造形装置、及び中子造形方法

(51)【国際特許分類】

   B22C 9/10 20060101AFI20241008BHJP

   B22C 13/12 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

B22C9/10 G

B22C13/12

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021165851

(22)【出願日】2021-10-08

(65)【公開番号】P2023056572

(43)【公開日】2023-04-20

【審査請求日】2023-10-26

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 健久

【審査官】有田 恭子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０６９３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８７２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００４６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８０３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７２７６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｃ ９／１０

Ｂ２２Ｃ １３／０８，１３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中子の原料を混練するための混練槽と、
前記混練槽に前記原料を供給する原料供給ユニットと、
前記混練槽内において混練された前記原料からなる混練材を収容し、前記中子を造形する金型と、
前記混練槽内の前記混練材を前記金型に射出するピストンと、
前記原料供給ユニットから前記混練槽への前記原料の供給量を制御する制御部と、を備える中子造形装置であって、
前記制御部は、
予め定められた前記射出完了時の前記中子造形装置内における前記混練材の全体基準容量Ｖ _Ｍｓｔｄ から、前記射出後の前記混練槽内に残存する前記混練材の混練槽容量Ｖ _Ｔ を差分することによって、前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量ΔＶを算出し、
前記全体容量変化量ΔＶに、前記造形された中子の密度ρ _ｎ を乗じて、前記原料の供給量Ｍ _Ｓ１ を決定する、
中子造形装置。

【請求項2】

前記混練槽と前記金型とに間に設けられ、前記混練材が通過可能な通過孔を有する射出プレートをさらに備え、
前記ピストンは、前記混練槽内の前記混練材を前記射出プレートの前記通過孔を通過させて前記金型に射出し、
前記制御部は、
前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量Ｖｐと、
前記金型が混練材を収容する容量Ｖｎと、
予め定められた前記射出完了時の前記混練槽内における前記混練材の混練槽内基準容量Ｖ _Ｔｓｔｄ との和を求めることによって、前記混練材の全体基準容量Ｖ _Ｍｓｔｄ を算出する、請求項１に記載の中子造形装置。

【請求項3】

前記ピストンの位置を検出する位置センサをさらに備え、
前記制御部は、
前記混練槽内基準容量Ｖ _Ｔｓｔｄ とに基づく射出完了時の前記ピストンの基準位置Ｌｓｔｄと、前記検出された射出完了時の前記ピストンの位置Ｌｐｓｔとの差分ΔＬに基づいて、前記混練槽内基準容量Ｖ _Ｔｓｔｄ と前記混練槽容量Ｖ _Ｔ との差分である混練槽内容量変化量ΔＶ _Ｔ を求め、
前記混練槽内容量変化量ΔＶ _Ｔ と、前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量Ｖｐと、前記金型が混練材を収容する容量Ｖｎとに基づいて、前記全体容量変化量ΔＶを算出する、
請求項２に記載の中子造形装置。

【請求項4】

混練槽に中子の原料を供給するステップと、
前記混練槽内において前記原料を混練するステップと、
前記混練槽内において混練された前記原料からなる混練材をピストンによって金型に射出し、前記中子を造形するステップと、
予め定められた前記射出完了時の中子造形装置内における前記混練材の全体基準容量Ｖ _Ｍｓｔｄ から、前記射出後の前記混練槽内に残存する前記混練材の混練槽容量Ｖ _Ｔ を差分することによって、前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量ΔＶを算出するステップと、
前記全体容量変化量ΔＶに、前記造形された中子の密度ρ _ｎ を乗じて、前記原料の供給量Ｍ _Ｓ１ を決定するステップと、を備えた、
中子造形方法。

【請求項5】

前記中子を造形するステップにおいて、
前記混練槽内において混練された前記原料からなる混練材をピストンによって射出プレートの通過孔を通過させて金型に射出し、前記中子を造形し、
前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量ΔＶを算出するステップの前において、
前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量Ｖｐと、
前記金型が混練材を収容する容量Ｖｎと、
予め定められた前記射出完了時の前記混練槽内における前記混練材の混練槽内基準容量Ｖ _Ｔｓｔｄ との和を求めることによって、前記混練材の全体基準容量Ｖ _Ｍｓｔｄ を算出するステップをさらに備えた、
請求項４に記載の中子造形方法。

【請求項6】

前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量ΔＶを算出するステップは、
前記混練槽内基準容量Ｖ _Ｔｓｔｄ に基づく射出完了時の前記ピストンの基準位置Ｌｓｔｄと、射出完了時のピストンの位置Ｌｐｓｔとの差分ΔＬに基づいて、前記混練槽内基準容量Ｖ _Ｔｓｔｄ と前記混練槽容量Ｖ _Ｔ との差分である混練槽内容量変化量ΔＶ _Ｔ を求めるステップと、
前記混練槽内容量変化量ΔＶ _Ｔ と、前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量Ｖｐと、前記金型が混練材を収容する容量Ｖｎとに基づいて、前記全体容量変化量ΔＶを算出するステップとをさらに備えた、
請求項５に記載の中子造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中子造形装置、及び中子造形方法に関し、特に、鋳造用の中子を造形するための中子造形装置、及び中子造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示される中子造形装置は、混練槽内の混練材を金型に射出するピストンを備える。当該中子造形装置は、予め定められた射出ピストンの基準位置と、射出後の射出ピストンの位置との差分とを求める。当該中子造形装置は、その求めた差分と、砂比重（密度）と、混練槽断面積との積を算出することによって、中子砂の供給量を求める。当該基準位置は、例えば、実験によって求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０６９３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者等は、以下の課題を発見した。
射出前の中子砂の密度と、射出後の中子の密度とは、密度が異なる場合がある。また、上記した積は、射出前後における混練槽内の混練材の容量変化に相当する。このような場合、射出完了時のピストンの位置が、想定された位置から大きく変動することがある。そのため、中子の原料の供給量を算出する精度が低下するおそれがあった。

【0005】

本発明は、上述した課題を鑑み、中子の原料の供給量の算出精度の低下するおそれを抑制することができる中子造形装置、及び中子造形方法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】

【0006】

本発明の一態様に係る中子造形装置は、
中子の原料を混練するための混練槽と、
前記混練槽に前記原料を供給する原料供給ユニットと、
前記混練槽内において混練された前記原料からなる混練材を収容し、前記中子を造形する金型と、
前記混練槽内の前記混練材を前記金型に射出するピストンと、
前記原料供給ユニットから前記混練槽への前記原料の供給量を制御する制御部と、を備える中子造形装置であって、
前記制御部は、
予め定められた前記射出完了時の前記中子造形装置内における前記混練材の全体基準容量から、前記射出後の前記混練槽内に残存する前記混練材の混練槽容量を差分することによって、前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量を算出し、
前記全体容量変化量に、前記造形された中子の密度を乗じて、前記原料の供給量を決定する。

【0007】

このような構成によれば、射出後における造形された中子の密度、及び、射出後における中子造形装置全体内の混練材の容量変化を用いて、原料の供給量を求める。そのため、射出前後の中子の密度変化による中子の原料の供給量の算出精度への影響が無い。よって、中子の原料の供給量の算出精度の低下するおそれを抑制することができる。

【0008】

また、前記混練槽と前記金型とに間に設けられ、前記混練材が通過可能な通過孔を有する射出プレートをさらに備え、
前記ピストンは、前記混練槽内の前記混練材を前記射出プレートの前記通過孔を通過させて前記金型に射出し、
前記制御部は、
前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量と、
前記金型が混練材を収容する容量と、
予め定められた前記射出完了時の前記混練槽内における前記混練材の混練槽内基準容量との和を求めることによって、前記混練材の全体基準容量を算出してもよい。

【0009】

このような構成によれば、予め算出可能な、射出プレート及び金型における混練材の容量と、混練槽内基準容量とを用いて、混練材の全体基準容量を算出することができる。そのため、中子の原料の供給量の算出精度の向上を図ることができる。

【0010】

また、前記ピストンの位置を検出する位置センサをさらに備え、
前記制御部は、
前記混練槽内基準容量に基づく射出完了時の前記ピストンの基準位置と、前記検出された射出完了時の前記ピストンの位置との差分に基づいて、前記混練槽内基準容量と前記混練槽容量との差分である混練槽内容量変化量を求め、
前記混練槽内容量変化量と、前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量と、前記金型が混練材を収容する容量とに基づいて、前記全体容量変化量を算出してもよい。

【0011】

このような構成によれば、ピストンの位置に基づいて、全体容量変化量を算出することができる。そのため、中子の原料の供給量を容易に射出毎に算出することができる。

【0012】

本発明の一態様に係る中子造形方法によれば、
混練槽に中子の原料を供給するステップと、
前記混練槽内において前記原料を混練するステップと、
前記混練槽内において混練された前記原料からなる混練材をピストンによって金型に射出し、前記中子を造形するステップと、
予め定められた前記射出完了時の中子造形装置内における前記混練材の全体基準容量から、前記射出後の前記混練槽内に残存する前記混練材の混練槽容量を差分することによって、前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量を算出するステップと、
前記全体容量変化量に、前記造形された中子の密度を乗じて、前記原料の供給量を決定するステップと、を備える。

【0013】

このような構成によれば、射出後における造形された中子の密度、及び、射出後における中子造形装置全体内の混練材の容量変化を用いて、原料の供給量を求める。そのため、射出前後の中子の密度変化による中子の原料の供給量の算出精度への影響を抑制する。よって、中子の原料の供給量の算出精度の低下するおそれを抑制することができる。

【0014】

また、前記中子を造形するステップにおいて、
前記混練槽内において混練された前記原料からなる混練材をピストンによって射出プレートの通過孔を通過させて金型に射出し、前記中子を造形し、
前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量を算出するステップの前において、
前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量と、
前記金型が混練材を収容する容量と、
予め定められた前記射出完了時の前記混練槽内における前記混練材の混練槽内基準容量との和を求めることによって、前記混練材の全体基準容量を算出するステップをさらに備える。

【0015】

このような構成によれば、予め求めることができる、射出プレート及び金型における混練材の容量と、混練槽内基準容量とを用いて、混練材の全体基準容量を算出することができる。そのため、中子の原料の供給量の算出精度の向上を図ることができる。

【0016】

また、前記射出後の前記中子造形装置内における前記混練材の全体容量変化量を算出するステップは、
前記混練槽内基準容量に基づく射出完了時の前記ピストンの基準位置と、射出完了時のピストンの位置との差分に基づいて、前記混練槽内基準容量と前記混練槽容量との差分である混練槽内容量変化量を求めるステップと、
前記混練槽内容量変化量と、前記射出プレートの前記通過孔が混錬材を収容する容量と、前記金型が混練材を収容する容量とに基づいて、前記全体容量変化量を算出するステップとをさらに備える。

【0017】

このような構成によれば、ピストンの位置に基づいて、全体容量変化量を算出することができる。そのため、中子の原料の供給量を容易に射出毎に算出することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、中子の原料の供給量の算出精度の低下するおそれを抑制することができる中子造形装置、及び中子造形方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施の形態１に係る中子造形装置の断面図である。

【図2】実施の形態１に係る中子造形装置の断面図である。

【図3】実施の形態１に係る中子造形装置の断面図である。

【図4】実施の形態１に係る中子造形方法を示すフローチャートである。

【図5】実施の形態１に係る中子造形装置の一具体例の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0021】

（実施の形態１）
図１～図３を参照して実施の形態１について説明する。図１～図３は、実施の形態１に係る中子造形装置の断面図である。

【0022】

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ＸＹＺ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、Ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ＸＹ平面が水平面であり、図面間で共通である。

【0023】

図１に示すように、中子造形装置１００は、混練槽２０、原料供給ユニット３０、制御部４０、ピストン５０、シリンダ６０、及び金型７０を備える。本実施の形態に係る中子造形装置１００は、射出プレート８０をさらに備える。

【0024】

混練槽２０は、上部が開口していると共に底部を有する円筒状部材である。当該円筒状部材の内側空間の断面積である混練槽断面積Ａ_Ｔは、軸方向において一定の大きさであるとよい。貫通孔２１が混練槽２０の底部に設けられている。図１に示すように、混練槽２０には、混練材Ｓ２が供給されている。例えば、砂、水、水ガラス、界面活性剤などの液状の添加剤を適宜、混練することによって、混練材Ｓ２を得ることができる。砂の具体例としては、エスパール（山川産業社製）、ルナモス（花王クエーカー社製）、グリンビーズ（キンセイマテック社製）、ＡＣアルミナサンド（瓢屋社製）などを挙げることができる。なお、水ガラスはバインダである。バインダは、水ガラスに限定されるものではなく、適宜選択可能である。

【0025】

原料供給ユニット３０は、混練材Ｓ２を混練槽２０に供給する。具体的には、まず、原料供給ユニット３０は、砂、水、水ガラス、界面活性剤などの液状の添加剤を混練槽２０に供給する。より具体的には、原料供給ユニット３０は、所定の質量の砂を混練槽２０に供給する。また、原料供給ユニット３０は、中子を造形する度に、混練槽２０に供給する砂の質量を変更することができるとよい。原料供給ユニット３０は、混練槽２０内において砂、水、水ガラス、界面活性剤などの液状の添加剤を混練して、混練材Ｓ２を混練槽２０に供給する。

【0026】

図２、及び図３に示すように、ピストン５０は、シリンダ６０によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動することができる。ここで、ピストン５０が前進するとは、ピストン５０が鉛直下向き（Ｚ軸方向マイナス側）に移動することであり、ピストン５０が後退するとは、ピストン５０が鉛直上向き（Ｚ軸方向プラス側）に移動することである。図２に示すように、ピストン５０が前進することにより、混練槽２０内の混練材Ｓ２が金型７０に射出される。

【0027】

金型７０は、ピストン５０が射出した混練材Ｓ２を収容し、中子を造形する。金型７０は、開閉可能な第１の型７１、及び第２の型７２を備える。図１に示すように、第１の型７１、及び第２の型７２が閉まると、内側空間７３が形成される。内側空間７３は、キャビティやランナー等を含む。当該キャビティは、上記造形された中子と略同じ形状である。金型７０が混練材Ｓ２を収容する容量Ｖｎは、内側空間７３の体積と略同じ大きさである。第１の型７１、及び第２の型７２が開くと、内側空間７３に相当する空間が外側に露出する。

【0028】

本実施の形態に係る射出プレート８０は、混練槽２０と金型７０とに間に設けられている。射出プレート８０は、混練材Ｓ２が通過可能な通過孔８１を有する。混練槽２０の貫通孔２１と、射出プレート８０の通過孔８１と、金型７０の内側空間７３とが連続している。混練材Ｓ２は、混練槽２０の内側から、貫通孔２１と通過孔８１とを通過して、金型７０の内側空間７３に到達する。混練材Ｓ２は、通過孔８１及び内側空間７３に収容される。通過孔８１は、所定の容量Ｖｐの混練材Ｓ２を収容することができる。

【0029】

シリンダ６０は、シリンダ本体６１とシリンダロッド６２とから構成されている。シリンダロッド６２の先端にピストン５０が取り付けられている。
また、シリンダ６０には例えばリニアエンコーダなどの位置センサ６３が内蔵されている。そのため、シリンダ６０からピストン位置を示す位置信号ｐｓｔが制御部４０に出力される。位置センサ６３がシリンダ６０に内蔵されているため、外付けの場合に比べて、耐久性に優れている。但し、位置センサ６３は、シリンダ６０に内蔵されている必要はない。

【0030】

制御部４０は、演算装置と、メモリとを備える。メモリは、所定のプログラムを記録する。演算装置は、メモリに記録されたプログラムを読み込んで実行する。制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース（Ｉ／Ｆ）等からなるコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインタフェースは、データバス等を介して相互に接続されている。

【0031】

制御部４０は、予め定められた射出完了時の中子造形装置１００内における混練材Ｓ２の全体基準容量Ｖ_Ｍｓｔｄから、射出後の混練槽２０内に残存する混練材Ｓ３１の混練槽容量Ｖ_Ｔを差分することによって、射出後の中子造形装置１００内における混練材Ｓ２の全体容量変化量ΔＶを算出する。なお、射出後の中子造形装置１００内における混練材Ｓ２は、後述する成形体Ｓ３０に相当する。混練槽容量Ｖ_Ｔと全体容量変化量ΔＶとの関係式（１）を以下に示す。
ΔＶ＝Ｖ_Ｍｓｔｄ－Ｖ_Ｔ …（１）

【0032】

さらに、制御部４０は、全体容量変化量ΔＶに、造形された中子の密度ρ_ｎを乗じて、原料の供給量Ｍ_Ｓ１を決定する。中子の密度ρ_ｎは、予め、実験等によって計測することによって、求めることができる。
原料の供給量Ｍ_Ｓ１と、全体容量変化量ΔＶと、造形された中子の密度ρ_ｎとの関係式（２）を以下に示す。
Ｍ_Ｓ１＝ΔＶ×ρ_ｎ …（２）

【0033】

なお、制御部４０は、射出プレート８０の通過孔８１が混練材Ｓ２を収容する容量Ｖｐと、金型７０が混練材Ｓ２を収容する容量Ｖｎと、予め定められた射出完了時の混練槽２０内における混練材Ｓ２の混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄとの和を求めることによって、混練材Ｓ２の全体基準容量Ｖ_Ｍｓｔｄを算出してもよい。全体基準容量Ｖ_Ｍｓｔｄと、通過孔８１の容量Ｖｐと、金型７０が混練材Ｓ２を収容する容量Ｖｎと、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄとの関係式（３）を以下に示す。
Ｖ_Ｍｓｔｄ＝Ｖｐ＋Ｖｎ＋Ｖ_Ｔｓｔｄ …（３）

【0034】

また、制御部４０は、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄに基づく射出完了時のピストン５０の基準位置Ｌｓｔｄと、検出された射出完了時のピストン５０の位置Ｌｐｓｔとの差分ΔＬに基づいて、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄと混練槽容量Ｖ_Ｔとの差分である混練槽内容量変化量ΔＶ_Ｔを求めてもよい。基準位置Ｌｓｔｄと、射出完了時のピストン５０の位置Ｌｐｓｔと、混練槽内容量変化量ΔＶ_Ｔと、混練槽断面積Ａ_Ｔとの関係式（４）を以下に示す。
ΔＶ_Ｔ＝（Ｌｐｓｔ－Ｌｓｔｄ）×Ａ_Ｔ …（４）
ここで、混練槽内容量変化量ΔＶ_Ｔと、混練槽容量Ｖ_Ｔと、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄとの関係式（５）を以下に示す。
ΔＶ_Ｔ＝Ｖ_Ｔ－Ｖ_Ｔｓｔｄ …（５）

【0035】

さらに、制御部４０は、混練槽内容量変化量ΔＶ_Ｔと、射出プレート８０の通過孔８１が混練材Ｓ２を収容する容量Ｖｐと、金型７０が混練材Ｓ２を収容する容量Ｖｎとに基づいて、全体容量変化量ΔＶを算出してもよい。なお、容量Ｖｐは、後述する成形体Ｓ３２の体積と同じである。また、容量Ｖｎは、後述する成形体Ｓ３３の体積と同じである。
上記した数式（１）～（５）に基づいて、原料の供給量Ｍ_Ｓ１を算出可能な式（６）を導出することができる。
Ｍ_Ｓ１＝ΔＶ×ρ_ｎ
＝(Ｖ_Ｍｓｔｄ－Ｖ_Ｔ)×ρ_ｎ
＝（Ｖｐ＋Ｖｎ－（Ｖ_Ｔ－Ｖ_Ｔｓｔｄ）×ρ_ｎ
＝（Ｖｐ＋Ｖｎ－ΔＶ_Ｔ）×ρ_ｎ
＝［Ｖｐ＋Ｖｎ－(Ｌｐｓｔ－Ｌｓｔｄ)×Ａ_Ｔ］×ρ_ｎ …（６）

【0036】

射出完了時のピストン５０の基準位置Ｌｓｔｄは、予め定められた射出完了時の混練槽２０内における混練材Ｓ２の混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄに基づく。混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄは、一定であるとよい。具体的には、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄは、ピストン５０が混練材Ｓ２を射出する度に変動しないことが望ましい。混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄは、例えば実験により求めることができる。具体的には、例えば混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄをある値に設定し、実際に中子を造形した際の射出完了時のピストン５０の位置を測定する。そして、目標とする射出完了時のピストン５０の位置とのずれに基づいて、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄの値を修正する。このような工程を少なくとも１回行って混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄを決定することができる。混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄを決定することによって、射出完了時のピストン５０の基準位置Ｌｓｔｄを決定することができる。

【0037】

なお、適宜、バインダ供給量、界面活性剤供給量、及び水供給量を考慮して、原料の供給量Ｍ_Ｓ１の大きさを調整してもよい。

【0038】

（中子造形方法）
次に、図４を参照して、実施の形態１に係る中子造形方法について説明する。図４は、実施の形態１に係る中子造形方法を示すフローチャートである。図４の説明に当たっては、図１～図３も参照する。

【0039】

原料供給ユニット３０から中子の原料を所定の質量分、秤量する（ステップＳＴ１）。初回に供給する原料の質量は、造形する中子の質量よりも大きく、例えば倍～数倍程度である。

【0040】

次いで、この秤量した原料を用いて、混練材Ｓ２を製造し、混練槽２０に供給する（ステップＳＴ２）。具体的には、混練槽２０内で混練羽根等を用いて原料を混練し、混練材Ｓ２を製造する。

【0041】

次いで、図１、及び図２に示すように、混練槽２０内の混練材Ｓ２をピストン５０によって金型７０に射出し、成形体Ｓ３０を造形する（ステップＳＴ３）。なお、混練槽２０を金型７０上に移送した後、ステップＳＴ３を実施するとよい。成形体Ｓ３０は、混練材Ｓ３１と、成形体Ｓ３２と、成形体Ｓ３３とを含む。混練材Ｓ３１は、混練槽２０に残存する。成形体Ｓ３２は、射出プレート８０の通過孔８１に残存する。成形体Ｓ３３は、金型７０の内側空間７３に残存する。

【0042】

次いで、制御部４０は、射出後における成形体Ｓ３０の全体容量変化量ΔＶを算出し、この算出した全体容量変化量ΔＶに、造形された中子の密度ρ_ｎを乗じて、原料の供給量Ｍ_Ｓ１を決定する（ステップＳＴ４）。

【0043】

次いで、図３に示すように、金型７０から射出後における成形体Ｓ３２、Ｓ３３を取り出す（ステップＳＴ５）。具体的には、第１の型７１及び第２の型７２を開き、射出後における成形体Ｓ３２、Ｓ３３を金型７０から取り出す。射出後における混練材Ｓ３１は、混練槽２０に残存する。さらに、成形体Ｓ３３から不要な部分をトリミングすることによって、中子を得ることができる。

【0044】

次に、目標射出回数に到達していなければ（ステップＳＴ６：ＮＯ）、ステップＳＴ１に戻り、ステップＳＴ４において決定した供給量の原料を秤量する。一方、目標射出回数に到達していれば（ステップＳＴ６：ＹＥＳ）、中子を連続的に造形することを終了する。

【0045】

以上より、上記した中子の造形方法によれば、射出後における造形された中子の密度ρ_ｎ、及び、射出後における中子造形装置１００全体内の混練材Ｓ２の全体容量変化量ΔＶを用いて、原料の供給量Ｍ_Ｓ１を求める。そのため、射出前後の中子の密度変化による中子の原料の供給量Ｍ_Ｓ１の算出精度への影響が無い。よって、中子の原料の供給量Ｍ_Ｓ１の算出精度の低下するおそれを抑制することができる。

【0046】

また、上記した中子の造形方法によれば、予め求めることができる、射出プレート８０
及び金型７０における混練材Ｓ２の容量Ｖｐ、Ｖｎと、混練槽内基準容量Ｖ_Ｔｓｔｄを用いて、混練材の全体基準容量Ｖ_Ｍｓｔｄを算出することができる。そのため、中子の原料の供給量Ｍ_Ｓ１の算出精度の向上を図ることができる。

【0047】

また、上記した中子の造形方法によれば、ピストンの位置Ｌｐｓｔに基づいて、全体容量変化量ΔＶを算出することができる。そのため、中子の原料の供給量Ｍ_Ｓ１を容易に射出毎に算出することができる。

【0048】

（一具体例）
図５を参照して、実施の形態１に係る中子造形装置の一具体例について説明する。図５は、図１－図３に示す中子造形装置の一具体例の断面図である。

【0049】

図５に示すように、中子造形装置１００ａは、図１に示す中子造形装置１００の構成に加えて、弁２２、混練羽根２３、及び回転ロッド２４を備える。中子造形装置１００ａは、図１に示す原料供給ユニット３０の一具体例である原料供給ユニット３０ａを備える。

【0050】

混練槽２０には、開口している上部から中子の原料となる砂Ｓ１、水、水ガラス、界面活性剤などの液状の添加剤が供給される。

【0051】

貫通孔２１には、例えばゴム状の弁２２が取り付けられている。弁２２により、混練槽２０に供給された砂Ｓ１などの原料や混練後の混練材Ｓ２が混練槽２０から漏れることを抑制することができる。他方、弁２２の中央部は、例えば平面視＋（プラス）状であって、上下方向（Ｚ軸方向）に貫通した切り込みが設けられている。そのため、図１、及び図２に示すように、混練槽２０内の混練材Ｓ２を加圧して射出する際には、切り込みによって弁２２が開口することができる。

【0052】

図５に示すように、混練槽２０は、例えば上面が水平な台座１０上に載置されている。台座１０の上面には、混練槽２０の底部に設けられた貫通孔２１と嵌合する凸部１１が形成されている。すなわち、混練槽２０の貫通孔２１に台座１０の凸部１１が嵌合し、貫通孔２１に取り付けられた弁２２を下側から支持している。このような構成により、例えば混練中においても、混練材Ｓ２が混練槽２０から漏れることを抑制することができる。

【0053】

混練槽２０に供給された砂Ｓ１などの原料を混練羽根２３により混練することにより、混練材Ｓ２が得られる。混練羽根２３は鉛直方向（Ｚ軸方向）に延設された回転ロッド２４に固定された単数又は複数の板状部材から構成されている。混練羽根２３を構成する板状部材の法線方向は、いずれもＺ軸方向と垂直である。回転ロッド２４は図示しないモータなどの駆動源に連結されており、回転ロッド２４を軸として混練羽根２３が回転する。ここで、回転ロッド２４の中心軸と、混練槽２０の中心軸とは一致していることが好ましい。

【0054】

また、混練羽根２３は回転ロッド２４と共に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動することができる。図５には、混練羽根２３が上方（Ｚ軸プラス側）に退避し、回転していない状態が模式的に示されている。混練羽根２３が下降して（Ｚ軸マイナス側に移動して）、混練槽２０に挿入したまま、回転することができる。

【0055】

原料供給ユニット３０は、ホッパ３１、シャッタ３２、秤量皿３３、秤量計３４、砂投入シュート３５、ポンプ３６～３８を備えている。
ホッパ３１は、混練槽２０に供給するための砂Ｓ１が貯蔵されている。ホッパ３１の排出口３１ａには、開閉自在なシャッタ３２が取り付けられており、排出口３１ａから秤量皿３３へ投下する砂Ｓ１の量を調整することができる。シャッタ３２の開閉及び開度は、制御部４０から出力される制御信号ｃｔｒ１により制御される。

【0056】

秤量皿３３は秤量計３４上に載置されており、秤量皿３３上に投下された砂Ｓ１の質量が計測される。秤量計３４には例えばロードセルが内蔵されており、秤量計３４によって計測された質量が、電気信号である質量信号ｍｓとして制御部４０に出力される。すなわち、制御部４０は、質量信号ｍｓに基づいて制御信号ｃｔｒ１を生成し、シャッタ３２の開閉及び開度をフィードバック制御している。

【0057】

具体的には、制御部４０は、例えば以下のような制御を行う。秤量皿３３への砂Ｓ１の投下が開始される際、制御部４０はシャッタ３２を全開にするための制御信号ｃｔｒ１を出力する。その後、秤量計３４から出力される質量信号ｍｓが、制御部４０が決定しておいた供給量に近付いたら、制御部４０はシャッタ３２の開度を小さくするための制御信号ｃｔｒ１を出力する。そして、秤量計３４から出力される質量信号ｍｓが、制御部４０が決定しておいた供給量に到達したら、制御部４０はシャッタ３２を閉じるための制御信号ｃｔｒ１を出力する。

【0058】

秤量皿３３上に投下された砂Ｓ１の質量が、制御部４０が決定しておいた供給量に到達したら、例えば秤量皿３３がＹ軸周りに傾転し、秤量皿３３上の砂Ｓ１が砂投入シュート３５を介して混練槽２０に供給される。

【0059】

ポンプ３６～３８は、それぞれ水、水ガラス、界面活性剤を混練槽２０に供給するためのダイアフラムポンプである。ポンプ３６から供給される水の量は、制御部４０から出力される制御信号ｃｔｒ２により制御される。同様に、ポンプ３７から供給される水ガラスの量は、制御部４０から出力される制御信号ｃｔｒ３により制御される。同様に、ポンプ３８から供給される界面活性剤の量は、制御部４０から出力される制御信号ｃｔｒ４により制御される。例えば、制御信号ｃｔｒ２～ｃｔｒ４はパルス信号であって、パルス信号の回数に応じた量の水、水ガラス、界面活性剤が、ダイアフラムポンプであるポンプ３６～３８から供給される。

【0060】

台座１０上に載置された混練槽２０内において砂Ｓ１などの原料を混練した後、混練材Ｓ２を収容した混練槽２０は、台座１０上から金型７０上に移送される。図５において、金型７０上の混練槽２０は二点鎖線で示されている。

【0061】

なお、上記したプログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0062】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

【符号の説明】

【0063】

１００、１００ａ 中子造形装置
１０ 台座 １１ 凸部
２０ 混練槽 ２１ 貫通孔
２２ 弁 ２３ 混練羽根
２４ 回転ロッド
３０、３０ａ 原料供給ユニット
３１ ホッパ ３１ａ 排出口
３２ シャッタ ３３ 秤量皿
３４ 秤量計 ３５ 砂投入シュート
３６、３７、３８ ポンプ
４０ 制御部 ５０ ピストン
６０ シリンダ ６１ シリンダ本体
６２ シリンダロッド ６３ 位置センサ
７０ 金型 ７１ 第１の型
７２ 第２の型 ７３ 内側空間
８０ 射出プレート ８１ 通過孔
ｃｔｒ１、ｃｔｒ２、ｃｔｒ３、ｃｔｒ４ 制御信号
Ｌｐｓｔ 射出完了時のピストン５０の位置
Ｌｓｔｄ 射出完了時のピストン５０の基準位置
ΔＬ 差分
ｍｓ 質量信号 ｐｓｔ 位置信号
Ｓ１ 砂 Ｓ２、Ｓ３１ 混練材
Ｓ３０ 成形体 Ｓ３２、Ｓ３３ 成形体
ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５、ＳＴ６ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】