JP5517246B2 - 鋳型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造に用いられる鋳型の製造方法に関するものである。

現在使用されている鋳型は一般に、生砂型、高圧造型、高速造型など粘土類等を粘結剤として用いる普通鋳型と、熱硬化性鋳型、自硬性鋳型、ガス硬化鋳型、精密鋳造用鋳型など硬化性粘結剤を用いる特殊鋳型と、その他の鋳型とに分類される。

これらの鋳型には一長一短があるが、鋳型を製造する際に高温の加熱が必要であったり、粘結剤の硬化に時間を要して短時間で安定して鋳型を製造することが難しかったり、鋳型を製造する際に有毒ガスが発生するおそれがあったりするなどの問題を有することが多い。

そこで本出願人は、粘結剤を耐火骨材に混合して調製されるコーテッドサンドを型内に充填し、この型内に水蒸気を吹き込んで、粘結剤を水蒸気で加熱して固化乃至硬化させることによって、鋳型を製造する方法を提案している。

図５は水蒸気を用いて鋳型を製造する方法の一例を示すものである（特許文献１，２等参照）。図５（ａ）に示すように、内部にキャビティ１０を設けて形成した型１の上面に注入口１１が設けてあり、型１の下面には網１２で塞いだ排気口１３が設けてある。コーテッドサンド２はホッパー１４内に貯蔵してあり、ホッパー１４にはコック１５付きの空気供給管１６が接続してある。そしてホッパー１４の下端のノズル口１７を型１の注入口１１に合致させた後、コック１５を開いて空気をホッパー１４に吹き込むことによって、ホッパー１４内を加圧し、ホッパー１４内のコーテッドサンド２をこの空気圧で図５（ｂ）のように型１内に吹き込み、型１のキャビティ１０内にコーテッドサンド２を充填する。排気口１３は網１２で塞いであるので、コーテッドサンド２が排気口１３から洩れ出すことはない。

このように型１内にコーテッドサンド２を充填した後、型１の注入口１１からホッパー１４を外し、次に図５（ｃ）のようにコック１８付の水蒸気パイプ１９を注入口１１に接続する。そしてコック１８を開いて水蒸気パイプ１９から水蒸気を型１のキャビティ１０内に吹き込む。水蒸気は型１内に充填されたコーテッドサンド２の粒子間を通過してコーテッドサンド２を加熱した後、排気口１３から排出される。水蒸気は高い凝縮潜熱を有するので、このように水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気がコーテッドサンド２に接する際にこの潜熱が伝達され、型１内のコーテッドサンド２の全体を瞬時に加熱することができ、短時間で粘結剤を固化乃至硬化させることができるものである。従って、型を高温に加熱しておく必要なく、安定して短時間で鋳型を造型することができるものであり、また有毒ガスの発生を防ぐこともできるのである。

特許第３５６３９７３号公報 特許第４１８１２５１号公報

上記のようにコーテッドサンド２を充填した型１内に水蒸気を吹き込んで加熱することによって、鋳型を製造するにあたって、この製造の工程は、図５（ａ）（ｂ）のように、ホッパー１４を型１に接続し、型１内にコーテッドサンド２を供給して充填する工程と、図５（ｃ）のように、水蒸気パイプ１９を型１に接続して型１内に水蒸気を吹き込む工程からなる。

ここで、図５（ａ）（ｂ）の工程で、型１内にコーテッドサンド２を供給して充填するのに要する時間は大よそ１０〜３０秒程度であり、図５（ｃ）の工程で、型１内に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２の粘結剤を固化乃至硬化させるのに要する時間は大よそ１０〜６０秒程度である。

このように、水蒸気を型１内に吹き込んでコーテッドサンド２を加熱する時間の他に、型１内にコーテッドサンド２を供給して充填する時間が必要であり、水蒸気を用いてコーテッドサンド２を加熱することによって粘結剤を硬化乃至固化させる時間を短くすることができるものの、鋳型を造型するのに要する工程全体の時間は、十分に満足するほど、短いものとはいえないものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、鋳型を造型する工程の時間を短縮することができる鋳型の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る鋳型の製造方法は、粘結剤と耐火骨材を含有して調製されるコーテッドサンド２を型１内に供給して充填し、コーテッドサンド２を充填したこの型１内に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２を加熱することによって、鋳型を製造するにあたって、コーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気を型１内に吹き込むことを特徴とするものである。

このように、コーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気を型１内に吹き込むことによって、コーテッドサンド２を型１内に供給している間も型１内に水蒸気を吹き込んで、コーテッドサンド２を水蒸気で加熱することができるものであり、型１内に充填したコーテッドサンド２の粘結剤を硬化乃至固化させるのに要する時間を短くすることができ、鋳型を造型する工程の時間を短縮することができるものである。

また本発明は、水蒸気の圧力でコーテッドサンド２を型１内に送り込むことによって、コーテッドサンド２を型１内に供給しつつ同時に水蒸気を型１内に吹き込むようにしたことを特徴とするものである。

この方法によれば、水蒸気の圧力を利用してコーテッドサンド２を型１内に供給することができるものであり、コーテッドサンド２を型１内に供給するための別途の動力を不要にすることができるものである。

また本発明は、コーテッドサンド２を型１内に供給するサンド供給路３を囲むように水蒸気供給路４を形成し、サンド供給路３からコーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気供給路４から水蒸気を型１内に吹き込むようにしたことを特徴とするものである。

この方法によれば、サンド供給路３から供給されるコーテッドサンド２に水蒸気供給路４から吐出される水蒸気を均一に混合しつつ、型１内に充填することができるものであり、コーテッドサンド２を均一に加熱することができるものである。

また本発明は、水蒸気供給路４を囲むように、コーテッドサンド２を型１内に供給するサンド供給路３を形成し、サンド供給路３からコーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気供給路４から水蒸気を型１内に吹き込むようにしたことを特徴とするものである。

この方法によれば、サンド供給路３から供給されるコーテッドサンド２に水蒸気供給路４から吐出される水蒸気を均一に混合しつつ、型１内に充填することができるものであり、コーテッドサンド２を均一に加熱することができるものである。

また本発明は、型１内に水蒸気を吹き込みながら、型内に吹き込まれた水蒸気を吸引して型１外に強制的に排出することを特徴とするものである。

このように水蒸気を型１外に強制的に排出することによって、水蒸気が型１内に滞留することがなくなり、水蒸気による加熱の効率が高まって、より短時間で鋳型を製造することができるものである。

また本発明は、型内に、圧力０．１２７５ＭＰａ以上の水蒸気を吹き込むことを特徴とするものである。

水蒸気をこのような圧力で型１内に吹き込むことによって、型１内に充填されているコーテッドサンド２の全体に水蒸気を行き渡らせることができ、コーテッドサンド１を均一に加熱して、均質な鋳型を製造することができるものである。

また本発明は、型１内に吹き込む水蒸気が過熱水蒸気であることを特徴とするものである。

過熱水蒸気は高温の乾き蒸気であって、水蒸気としてこのように過熱水蒸気を用いることによって、型１内で水蒸気から凝縮水が生成されることが少なくなり、型１内のコーテッドサンド２の温度上昇の速度を速めることができるものである。

また本発明は、コーテッドサンド２を予備加熱した後、型１内に供給して充填することを特徴とするものである。

型１内に水蒸気を吹き込んで潜熱でコーテッドサンド２を加熱するにあたって、コーテッドサンド２に奪われる潜熱の熱量を低減して、水蒸気から凝縮水が生成されることを抑制することができ、コーテッドサンド２の粘結剤が固化乃至硬化する温度以上にまで型１内の温度を上昇させる速度を速めることができるものである。

また本発明は、加熱した型１内に、コーテッドサンド２を充填することを特徴とするものである。

このように型１を加熱しておくことによって、型１内に吹き込んだ水蒸気が冷やされて凝縮水が生成されることを抑制でき、型１内のコーテッドサンド２の温度を上昇させる速度を速めることができるものである。

また本発明は、コーテッドサンドの粘結剤が熱硬化性樹脂であることを特徴とするものである。

この発明によれば、熱硬化性樹脂によって耐火骨材を固結させることができるものであり、耐火骨材の結合強度が高い鋳型を得ることができるものである。

また本発明は、コーテッドサンド２の粘結剤が糖類であることを特徴とするものである。

この発明によれば、糖類をバインダーとして耐火骨材を固結させることができるものであり、糖類は加熱分解されても炭酸ガスと水を放出する程度であって、有毒なガスを放出するようなことがなく、環境を汚染することがない鋳型を製造することができるものである。しかも糖類は容易に加熱分解されるものであって、崩壊性が良好な鋳型を得ることができるものである。

本発明によれば、コーテッドサンドを型内に供給しつつ、同時に水蒸気を型内に吹き込むようにしたので、コーテッドサンドを型内に供給している間も型内に水蒸気を吹き込んで、型内のコーテッドサンドを水蒸気で加熱することができるものであり、型内に充填したコーテッドサンドの粘結剤を硬化乃至固化させるのに要する時間を短くすることができ、鋳型を造型する工程の時間を短縮することができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ各工程での概略断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 従来例を示すものであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

コーテッドサンドは、耐火骨材に粘結剤を混合することによって、耐火骨材の表面を粘結剤で被覆して形成されるものである。

耐火骨材としては、特に限定されるものではないが、硅砂、山砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、その他、人工砂などを例示することができるものであり、これらを１種単独で用いる他、複数種を混合して用いることもできる。

また粘結剤としては、熱硬化性樹脂を用いるのが一般的であるが、糖類を用いることもできる。熱硬化性樹脂と糖類を併用して粘結剤として用いるようにしてもよい。

粘結剤に用いる熱硬化性樹脂としては、レゾール型、ノボラック型、ベンジリックエーテル型などのフェノール樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などを挙げることができるものであり、これらに硬化剤としてイソシアネート化合物、有機エステル類、ヘキサメチレンテトラミンなどを、硬化触媒として第三級アミン、ピリジン誘導体、有機スルホン酸などをそれぞれ配合し、熱硬化性にして使用することができるものである。これらのなかでもフェノール樹脂が好ましい。

フェノール樹脂はフェノール類とホルムアルデヒド類を反応触媒の存在下で反応させることによって調製することができる。

ここでフェノール類は、フェノール及びフェノールの誘導体を意味するものであり、例えばフェノールの他に、ｍ−クレゾール、レゾルシノール、３，５−キシレノールなどの３官能性のもの、ビスフェノールＡ、ジヒドロキシジフェニルメタンなどの４官能性のもの、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔｅｒ−ブチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−クミルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、２，４又は２，６−キシレノールなどの２官能性のｏ−又はｐ−置換のフェノール類を挙げることができ、さらに塩素又は臭素で置換されたハロゲン化フェノールなども用いることができる。勿論、これらから１種を選択して用いる他、複数種のものを混合して用いることもできる。

またホルムアルデヒド類としては、水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、トリオキサン、テトラオキサンのような形態のものを用いることもでき、その他、ホルムアルデヒドの一部をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えて使用することも可能である。

上記のフェノール類とホルムアルデヒド類との配合比率は、フェノール類とホルムアルデヒドのモル比が１：０．６〜１：３．５の範囲になるように設定するのが好ましい。

反応触媒は、ノボラック型フェノール樹脂を調製する場合は、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸、あるいはシュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機酸、さらに酢酸亜鉛などを用いることができる。またレゾール型フェノール樹脂を調製する場合は、アルカリ土類金属の酸化物や水酸化物を用いることができ、さらにジメチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、ジシアンジアミドなどの脂肪族の第一級、第二級、第三級アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンなどの芳香環を有する脂肪族アミン、アニリン、１，５−ナフタレンジアミンなどの芳香族アミン、アンモニア、ヘキサメチレンテトラミンなどや、その他二価金属のナフテン酸や二価金属の水酸化物等を用いることもできる。

フェノール樹脂粘結剤を希釈して使用する場合、希釈用の溶剤としてはアルコール類、ケトン類、エステル類、多価アルコールなどを用いることができる。

また、粘結剤に使用する糖類としては、単糖類、少糖類、多糖類を用いることができ、各種の単糖類、少糖類、多糖類のなかから、１種を選んで単独で用いる他、複数種を選んで併用することもできる。

単糖類としては、特に限定されるものではないが、グルコース（ブドウ糖）、フルクトース（果糖）、ガラクトースなどを挙げることができる。

また少糖類としては、マルトース（麦芽糖）、スクロース（ショ糖）、ラクトース（乳糖）、セロビオースなどの二糖類を挙げることができる。

さらに多糖類としては、でんぷん糖、デキストリン、ザンサンガム、カードラン、プルラン、シクロアミロース、キチン、セルロース、でんぷんなどがあり、これらのうち一種を選択して、あるいは複数種を併用して、用いることができる。またでんぷんとしては、未加工でんぷん及び加工でんぷんが挙げられる。具体的には馬鈴薯でんぷん、コーンスターチ、ハイアミロース、甘藷でんぷん、タピオカでんぷん、サゴでんぷん、米でんぷん、アマランサスでんぷんなどの未加工でんぷん、及びこれらの加工でんぷん（焙焼デキストリン、酵素変性デキストリン、酸処理でんぷん、酸化でんぷん、ジアルデヒド化でんぷん、エーテル化でんぷん（カルボキシメチルでんぷん、ヒドロキシアルキルでんぷん、カチオンでんぷん、メチロール化でんぷんなど）、エステル化でんぷん（酢酸でんぷん、リン酸でんぷん、コハク酸でんぷん、オクテニルコハク酸でんぷん、マレイン酸でんぷん、高級脂肪酸エステル化でんぷんなど）、架橋でんぷん、クラフト化でんぷん、及び湿熱処理でんぷんなどが挙げられる。これらのなかでも、焙焼デキストリン、酵素変性デキストリン、酸処理でんぷん、酸化でんぷんのように低分子化されたもの、及び架橋でんぷんなどの粘度の低いでんぷんが好ましい。

粘結剤には、糖類、特に多糖類の硬化剤として、カルボン酸を含有するようにしてもよい。カルボン酸としては、特に限定されるものではないが、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラジカルボン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体などを挙げることができる。粘結剤中のカルボン酸の含有量は、糖類に対するカルボン酸の配合量が、糖類１００質量部に対してカルボン酸０．１〜１０質量部となる範囲が好ましい。カルボン酸は予め水に溶解させた状態で糖類と混合するのが、硬化剤としての効果を高く発揮するので好ましい。

さらに、コーテッドサンドの流動性を良くするために、粘結剤に滑剤を含有させるようにしてもよい。滑剤としては、パラフィンワックスやカルナバワックス等の脂肪族炭化水素系滑剤、高級脂肪族系アルコール、エチレンビスステアリン酸アマイドやステアリン酸アマイド等の脂肪族アマイド系滑剤、金属石けん系滑剤、脂肪酸エステル系滑剤、複合滑剤などを用いることができるが、なかでも金属石けん系滑剤が好ましい。金属石けん系滑剤としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウムなどや、これらを複数種組み合わせたものを用いることができる。

そして、耐火骨材の粒子に粘結剤や滑剤などを配合して混合することによって、耐火骨材の表面に粘結剤を含有するコーティング層を被覆して、コーテッドサンドを得ることができるものである。耐火骨材に被覆する粘結剤の量は、成分や用途などに応じて異なり一概に規定できないが、耐火骨材１００質量部に対して粘結剤が０．５〜４．０質量部、滑剤が固形分で０．０２〜０．１５質量部の範囲になるように設定するのが一般的に好ましい。耐火骨材の表面に粘結剤を被覆する方法としては、ホットコート法、コールドコート法、セミホットコート法、粉末溶剤法などがある。

ホットコート法は、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に固形の粘結剤を添加して混合し、耐火骨材による加熱で固形の粘結剤を溶融させることによって、溶融した粘結剤で耐火骨材の表面を濡らして被覆させ、この後、この混合を保持したまま冷却することによって、粒状でさらさらしたコーテッドサンドを得る方法である。あるいは、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に、水などの溶剤に溶解又は分散させた粘結剤を混合して被覆し、溶剤を揮散させることによって、コーテッドサンドを得る方法である。

コールドコート法は、粘結剤を水やメタノールなどの溶剤に溶解して液状になし、これを耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、コーテッドサンドを得る方法である。

セミホットコート法は、上記の溶剤に溶解した粘結剤を、５０〜９０℃に加熱した耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、コーテッドサンドを得る方法である。

粉末溶剤法は、固形の粘結剤を粉砕し、この粉砕粘結剤を耐火骨材の粒子に添加してさらに水やメタノールなどの溶剤を添加し、これを混合して溶剤を揮発させることによって、コーテッドサンドを得る方法である。

以上のいずれの方法においても、耐火骨材の表面に常温（３０℃）で固形の粘結剤からなるコーティング層を被覆して、粒状でさらさらしたコーテッドサンドを得ることができるが、作業性などの点においてホットコート法が好ましい。また上記のように耐火骨材に粘結剤を混合する際に、必要に応じて硬化剤や、耐火骨材と粘結剤とを親和させるためのシランカップリング剤など各種のカップリング剤や、また黒鉛等の炭素質材料などを配合することもできる。

粘結剤として熱硬化性樹脂と糖類を併用する場合、熱硬化性樹脂と糖類を同時に耐火骨材に被覆することによって、熱硬化性樹脂と糖類が混在した粘結剤のコーティング層を形成する方法、耐火骨材の表面に熱硬化性樹脂を被覆した後、糖類を被覆することによって、２層構成にコーティング層を形成する方法、耐火骨材の表面に糖類を被覆した後、熱硬化性樹脂を被覆することによって、２層構成にコーティング層を形成する方法などがあり、いずれの方法であってもよい。

次に、上記のように調製されるコーテッドサンドを用いて鋳型を製造する方法の一例を、図１によって説明する。

型１は内部にキャビティ１０を設けて形成されるものであり、この型１は例えば縦割や横割に開くことができるように構成されている。型１の上面には注入口１１が設けてあり、型１の下面には金網等の網１２で塞いだ排気口１３が設けてある。型１のこの注入口１１にはホッパー２１を、その下端のノズル口２２によって接続することができるようになっている。このホッパー２１の上部には水蒸気供給パイプ２３が接続してあり、水蒸気供給パイプ２３に設けたコック２４を開くことによって、ボイラーなどの水蒸気発生装置２９で発生した水蒸気をホッパー２１内に供給することができるようにしてある。またホッパー２１の上端にはサンド貯留タンク２５がサンド供給パイプ２６で接続してあり、サンド供給パイプ２６に設けたコック２７を開くことによって、サンド貯留タンク２５内に貯留されたコーテッドサンド２がサンド供給パイプ２６を通してホッパー２１内に供給されるようにしてある。

そして、型１の注入口１１にホッパー２１のノズル口２２を接続し、まず、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を閉じた状態で、サンド供給パイプ２６のコック２７を開くことによって、サンド貯留タンク２５内に貯留されたコーテッドサンド２を図１（ａ）のようにホッパー２１に供給する。このとき、型１のキャビティ１０内に充填するのに必要な量のコーテッドサンド２がホッパー２１に供給されるようになっている。

次に、サンド供給パイプ２６のコック２７を閉じると共に、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開き、水蒸気供給パイプ２３を通して水蒸気をホッパー２１内に供給して吹き込む。このように水蒸気をホッパー２１内に供給して吹き込むと、ホッパー２１内が水蒸気の圧力で加圧され、ホッパー２１内のコーテッドサンド２はノズル口２２から押し出されて、注入口１１から型１のキャビティ１０内に吹き込まれ、図１（ｂ）のように、型１内にコーテッドサンド２を充填することができる。このように水蒸気の圧力を利用して、型１内にコーテッドサンド２を供給して充填することができるものであり、コーテッドサンド２を型１に充填するための特別な装置を不要にすることができるものである。排気口１３は網１２で塞いであるので、コーテッドサンド２が排気口１３から洩れ出すことはない。

そしてこのように型１内にコーテッドサンド２を充填した後も、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いた状態が継続されるものであり、水蒸気供給パイプ２３からホッパー２１を介して型１内に水蒸気が吹き込まれる。型１内に水蒸気が吹き込まれて、コーテッドサンド２の表面に水蒸気が接触することによって、水蒸気が有する高い潜熱によってコーテッドサンド２を直接加熱することができ、コーテッドサンド２の温度は１００℃付近にまで急速に上昇する。しかも水蒸気はコーテッドサンド２の粒子間を通って型１内の全体に浸透し、型１内のコーテッドサンド２を均一な温度に加熱することができるものである。型１内に注入口１１から吹き込まれた水蒸気は、型１内のコーテッドサンド２を加熱した後、排気口１３から排気される。

型１内に吹き込まれた水蒸気の潜熱でこのようにコーテッドサンド２を急速に加熱して、コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で固化乃至硬化させることができるものであるが、上記のように、水蒸気の圧力を利用して型１にコーテッドサンド２を充填するようにしてあるので、型１にコーテッドサンド２を供給し始める時点から、水蒸気はコーテッドサンド２とともに型１内に吹き込まれ始めている。すなわち、コーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気が型１内に吹き込まれているものであり、型１にコーテッドサンド２を充填する工程の間も、コーテッドサンド２は水蒸気で加熱されている。従って、型１内に充填されたコーテッドサンド２の粘結剤を、型１内に吹き込んだ水蒸気で加熱して、粘結剤を固化乃至硬化させるのに要する時間を短縮することができるものであり、型１にコーテッドサンド２を供給し始めてから、型１内のコーテッドサンド２の粘結剤を固化乃至硬化させて鋳型Ａを成形するまでの、鋳型Ａの造型時間を短くすることができるものである。

このように型１内で鋳型Ａを造型した後、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を閉じ、次に型１を開いて鋳型Ａを脱型することによって、鋳型Ａを得ることできる。そしてこの後に、型１を再度閉じて、前記の工程の最初に戻り、ここまでを１サイクルとして、鋳型Ａの製造を行なうことができるものである。勿論、これのみに限定されるものではなく、型１内で鋳型Ａを造型した後、この型１をホッパー２１から外して鋳型Ａを脱型する工程へと移動させ、キャビティ１０内が空になった別の型１をホッパー２１に接続することによって、前記の工程の最初に戻るまでを１サイクルとして、鋳型Ａの製造を行なうこともできる。

図２は他の実施の形態の一例を示すものであり、型１の排気口１３に吸引パイプ３２が接続してある。吸引パイプ３２には真空ポンプなどが接続してあり、型１内を吸引パイプ１２で吸引しながら、上記のように型１内に水蒸気を吹き込むようにしてある。このように型１内を吸引しながら水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気は型１内に充填されたコーテッドサンド２の粒子間を通過した後に、強制的に排気口１３から排出されるものであり、水蒸気が型１内に滞留することがなくなり、水蒸気による加熱の効率が高まって、より短時間で鋳型Ａを製造することが可能になるものである。

図３は本発明の他の実施の形態の一例を示すものである。サンド貯留タンク２５の下端にサンド供給路３が垂下して設けてあり、またサンド貯留タンク２５には空気供給管３４を接続して、サンド貯留タンク２５内を空気圧で加圧するようにしてある。サンド供給路３にはコック３５が設けてあり、このコック３５を開くことによって、サンド貯留タンク２５内のコーテッドサンド２をサンド供給路３を通して送り出すことができるようなっている。このサンド供給路３の外周に水蒸気供給路４が設けてある。サンド供給路３と水蒸気供給路４はそれぞれパイプなどで形成してあり、サンド供給路３の外周を水蒸気供給路４で囲む二重パイプ状に形成してある。水蒸気供給路４には水蒸気供給パイプ２３が接続してあり、水蒸気供給パイプ２３に設けたコック２４を開くことによって、ボイラーなどの水蒸気発生装置２９で発生した水蒸気を水蒸気供給路４に供給することができるようにしてある。サンド供給路３の下端開口と水蒸気供給路４の下端開口は同心円状に一致させて、ノズル口３６として形成してある。

型１は上記の実施の形態と同様に形成されているものであり、その注入口１１にノズル口３６を接続し、サンド供給路３のコック３５を開くと共に、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開く。すると、サンド貯留タンク２５内に貯留されたコーテッドサンド２がサンド供給路３を通過して注入口１１から型１内に吹き込まれ、このとき同時に水蒸気供給路４を通して水蒸気が注入口１１から型１内に吹き込まれる。型１にコーテッドサンド２を吹き込んで、型１内がコーテッドサンド２で充填された後、サンド供給路３のコック３５を閉じてコーテッドサンド２の供給を停止する。このようにコック３５を閉じた後も、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いた状態を継続することによって、水蒸気供給路４から型１内に水蒸気が吹き込まれるものであり、型１内に充填されたコーテッドサンド２を水蒸気によって加熱し、鋳型Ａを製造することができるものである。

この実施の形態においても、サンド供給路３からコーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気供給路４から水蒸気が型１内に吹き込まれているものであり、型１にコーテッドサンド２を充填する工程の間も、コーテッドサンド２は水蒸気で加熱されている。従って、型１内に充填されたコーテッドサンド２の粘結剤を、型１内に吹き込んだ水蒸気で加熱して、粘結剤を固化乃至硬化させるのに要する時間を短縮することができるものであり、型１にコーテッドサンド２を供給し始めてから、型１内のコーテッドサンド２の粘結剤を固化乃至硬化させて鋳型Ａを成形するまでの、鋳型Ａの造型時間を短くすることができるものである。またこのとき、サンド供給路３から供給されるコーテッドサンド２に水蒸気供給路４から吐出される水蒸気を均一に混合しながら、型１内にコーテッドサンド２を充填することができるものであり、コーテッドサンド２を均一に加熱して、均質な鋳型Ａを得ることができるものである。

図４は本発明の他の実施の形態の一例を示すものである。サンド貯留タンク２５の下端にサンド供給路３が垂下して設けてある。そしてこのサンド供給路３内に水蒸気供給路４が設けてあり、つまり水蒸気供給路４の外周をサンド供給路３で囲むように二重パイプ状に形成してある。水蒸気供給路４には水蒸気供給パイプ２３が接続してあり、水蒸気供給パイプ２３に設けたコック２４を開くことによって、ボイラーなどの水蒸気発生装置２９で発生した水蒸気を水蒸気供給路４に供給することができるようにしてある。水蒸気供給路４の下端開口は内径が小さくなるように絞ってエジェクタノズル３８として形成してある。またサンド供給路３の下端開口はエジェクタノズル３８よりやや下側に突出するように位置させて、同様に内径を絞ってノズル口３９として形成してある。

型１の構成は上記と同じであり、型１の注入口１１にノズル口３９を接続し、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開くと、水蒸気供給パイプ２３から水蒸気供給路４に供給された水蒸気は、エジェクタノズル３８から高速流となって型１内に吹き込まれる。このように水蒸気がエジェクタノズル３８を高速流で通過すると、ベンチュリー効果でサンド供給路３のノズル口３９内が負圧になって、サンド貯留タンク２５内のコーテッドサンド２はサンド供給路３へと吸い込まれ、エジェクタノズル３８から型１内に吹き込まれる水蒸気の流れと共にコーテッドサンド２も型１内に吹き込まれる。このように、水蒸気を利用して型１内にコーテッドサンド２を供給して充填することができるものであり、コーテッドサンド２を型１に充填するための特別な装置を不要にすることができるものである。そして、型１内にコーテッドサンド２が充填された後も型１内への水蒸気の供給を継続することによって、型１内のコーテッドサンド２を水蒸気によって加熱し、鋳型を製造することができるものである。

この実施の形態においても、サンド供給路３からコーテッドサンド２を型１内に供給しつつ、同時に水蒸気供給路４から水蒸気が型１内に吹き込まれているものであり、型１にコーテッドサンド２を充填する工程の間も、コーテッドサンド２は水蒸気で加熱されている。従って、型１内にコーテッドサンド２を充填し終わった後に、型１内に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２を加熱して粘結剤を固化乃至硬化させるのに要する時間を短縮することができるものであり、型１にコーテッドサンド２を供給し始めてから、型１内のコーテッドサンド２の粘結剤を固化乃至硬化させて鋳型Ａを成形するまでの、鋳型Ａの造型時間を短くすることができるものである。またこのとき、水蒸気供給路４から吐出される水蒸気によってサンド供給路３から供給されるコーテッドサンド２を型１内に供給するようにしているので、コーテッドサンド２に水蒸気を均一に混合しながら、型１内にコーテッドサンド２を充填することができるものであり、コーテッドサンド２を均一に加熱して、均質な鋳型Ａを得ることができるものである。

ここで、本発明において水蒸気としては、ボイラーなどの水蒸気発生装置２９で発生した飽和水蒸気をそのまま用いることができるが、過熱水蒸気を用いるのが好ましい。過熱水蒸気は、水蒸気発生装置２９で発生した飽和水蒸気を過熱器３０でさらに加熱して、沸点以上の温度とした完全気体状態の水蒸気であり、１００℃以上の乾き蒸気である。飽和水蒸気を加熱して得られる過熱水蒸気は、圧力を上げないで定圧膨張させたものであってもよく、あるいは膨張させないで圧力を上げた加圧水蒸気であってもよい。過熱水蒸気の温度は特に限定されるものではなく、過熱水蒸気は９００℃程度にまで温度を高めることができるので、１００〜９００℃の間で必要に応じた温度に設定すればよい。図１乃至図４の実施の形態に示すように、水蒸気供給パイプ２３に加熱器３を接続しておくことによって、容易に過熱水蒸気を生成して型３に供給することができる。

また水蒸気は、０．１２７５ＭＰａ（水蒸気発生装置２９から送り出される水蒸気のゲージ圧に換算すると０．２ＭＰａ）以上の圧力で型１内に吹き込むようにするのが好ましい。このような圧力の水蒸気を型１内に吹き込むことによって、型１内に充填したコーテッドサンド２の全体に水蒸気を行き渡らせることが容易になるものであり、型１内のコーテッドサンド２を均一に加熱して、均質な鋳型を製造することができるものである。水蒸気の圧力の上限は特に設定されないが、０．６ＭＰａ程度が実用上の上限である。

また水蒸気としては、空気との混合気体を用いることもできる。水蒸気は冷却により凝縮水が生成されると急激に体積が小さくなって圧力が低下する。このために、水蒸気を単独で用いると、このように凝縮水の生成による体積減少で圧力が低下した場合に、型１の奥に水蒸気が行き渡り難くなる。これに対して、水蒸気を空気と混合して用いると、空気の圧力で水蒸気を型１の奥に行き渡らすことができるものであり、型１内に充填したコーテッドサンド２を均一に加熱することができるものである。

尚、本発明において、コーテッドサンド２を予備加熱して型１に供給するのが好ましい。この予備加熱は、電気ヒーターで加熱したり、水蒸気を熱交換させて発生させた熱風で加熱したり、ガスの燃焼や油の燃焼により発生させた熱風で加熱したり、電磁誘導（ＩＨ）で加熱したり、任意の方法で行なうことができる。予備加熱したコーテッドサンド２をホッパー２１やサンド貯留タンク２５に供給するようにしてもよいが、コーテッドサンド２の予備加熱をホッパー２１やサンド貯留タンク２５内で行なうこともできる。

例えば、ホッパー２１やサンド貯留タンク２５に熱交換器を付設して、ホッパー２１やサンド貯留タンク２５内のコーテッドサンド２を熱交換器で予備加熱することができる。このとき、本発明では上記のように型１内のコーテッドサンド２を加熱する水蒸気を発生させる水蒸気発生装置２９を具備するので、この水蒸気発生装置２９から発生する水蒸気を熱交換器に通してコーテッドサンド２を予備加熱するようにすれば、コーテッドサンド２を予備加熱するための加熱源を別途設備するような必要がなくなるものである。

ここで、既述のように、型１内に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２を加熱するにあたって、水蒸気の潜熱でコーテッドサンド２の温度を１００℃付近にまで急速に上昇させることができるが、潜熱がコーテッドサンド２に奪われることによって水蒸気は凝縮し、凝縮水が型１内に生成される。そしてコーテッドサンド２を１００℃以上の温度に上昇させるには、この凝縮水を蒸発させる必要がある。この凝縮水はその後に吹き込まれる水蒸気による加熱で蒸発されるが、凝縮水を蒸発させる効率が低い。これに対して、型１内に充填されるコーテッドサンド２がこのように予備加熱されていると、コーテッドサンド２に奪われる水蒸気の潜熱の熱量を少なくすることができるものであり、水蒸気が潜熱を奪われて生成される凝縮水の量を低減することができるものである。そしてこのように型１内に生成される凝縮水の量が少ないぶん、後から吹き込まれる水蒸気の潜熱で凝縮水を迅速に蒸発させることができるものであり、短時間で１００℃以上の温度に上昇させることができるものである。

コーテッドサンド２を予備加熱する温度は、常温以上であればよく、特に限定されるものではないが、コーテッドサンド２の粘結剤として熱硬化性樹脂を使用する場合、熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度以下であることが望ましい。特に粘結剤の熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である場合、予備加熱温度はその融着点以下であることが、コーテッドサンド２を型１内に吹き込み易い点で望ましい。

このようにコーテッドサンド２の予備加熱温度は常温以上であればよいが、予備加熱温度が３０℃以上であると、季節による製造条件の変化を少なくして、安定した品質で鋳型を製造することができることにもなるものである。すなわち従来、コーテッドサンド２は雰囲気温度のまま使用されることが一般的であり、夏場の雰囲気温度と冬場の雰囲気温度が大きく異なるために、夏場と冬場ではコーテッドサンド２の温度が大きく異なる状態で使用されることになって、季節による製造条件の変化が大きく、安定した品質で鋳型を製造することが難しい。そこで、予備加熱温度を３０℃以上に設定すれば、冬場であっても夏場であってもコーテッドサンド２の温度を同じ条件にすることができるものであり、季節による製造条件の変化を少なくして、安定した品質で鋳型を製造することができるものである。

またコーテッドサンド２の予備加熱温度が５０℃以上であると、型１内での凝縮水の生成を低減する効果を高く得ることができるものであり、型１内で生成される凝縮水を迅速に蒸発させて、型１内の温度上昇の速度をより速めることができるものである。

さらにコーテッドサンド２の予備加熱温度が１００℃以上であると、型１内で凝縮水が殆ど生成されないようにすることが可能になり、型１内の温度上昇の速度をより速めることができるものである。

また、上記のように型１内に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンド２を加熱し、コーテッドサンド２の温度が１００℃付近にまで上昇した後に、加熱気体を型１内に吹き込むようにしてもよい。加熱気体は水分含有率が上記の水蒸気より低いものであればよく、加熱した空気を用いることができる。また上記の水蒸気に加熱空気を混合して含有水分量を低くすることによって、この混合気体を加熱気体として用いることもできる。この加熱気体の温度は特に限定されるものではなく、１００℃以上であり、且つコーテッドサンド２の粘結剤が固化乃至硬化する温度以上のものであればよい。

このように加熱気体を型１内に吹き込むと、加熱気体は水蒸気よりも含有される水分量が少なく、湿度の低い乾燥気体であるので、型１内で上記のように生成された凝縮水を短時間で蒸発させて乾燥することができるものである。ここで、過熱水蒸気及び加熱空気の気流で水の蒸発実験を行なった場合、温度が１７０℃付近以下では、過熱水蒸気中への水の蒸発速度より、加熱空気中への水の蒸発が大きくなることが報告されている（T.Yosida,Hyodo,T.,Ind.Eng.Chem.Process Des.Dev.,9(2),207-214(1970)）。この報告にもみられるように、加熱気体を型１内に吹き込むことによって、水蒸気を吹き込み続ける場合よりも、短時間で凝縮水を蒸発させて乾燥することができるものである。従って、より短時間で１００℃以上にコーテッドサンド２の温度を上昇させることが可能になるものであり、短い加熱時間で強度の高い鋳型を製造することが可能になるものである。

尚、既述のように水蒸気で凝縮水を加熱して蒸発させる場合、この水蒸気は凝縮によって体積が小さくなり、圧力が低下して型１内に凝縮水が滞留したり、乾燥や温度上昇が遅くなったりするが、加熱気体は凝縮による体積収縮がなく、圧力低下が殆どないので、注入口４から排出口６に至るまで加熱気体が型１内に行き渡り、型１内の全体で均一に加熱気体の温度を作用させて、乾燥や温度上昇が速やかに行なわれるものである。

加熱気体を型１内に吹き込む時間は、加熱気体の温度や型１内への吹き込み流量、型１内のコーテッドサンド２の充填量、型１内の凝縮水の量などで変動するが、通常、５〜３０秒程度の短時間である。従って、水蒸気を型１内に吹き込み始めてから、１０秒〜１分程度の短時間で、鋳型を製造することが可能である。

また本発明において、型１を予め加熱しておいて、この予備加熱した型１内にコーテッドサンド２を充填するようにしてもよい。このように型１を予備加熱しておけば、型１内に吹き込んだ水蒸気の潜熱が型１に奪われることを低減することができ、凝縮水が生成されることを低減する効果をより高く得ることができるものであり、型１内の温度上昇の速度をより速めることができるものである。型１の加熱温度は、７０℃以上に設定されるものである。型１の加熱温度の上限は特に限定されるものではないが、実用上２５０℃程度が上限である。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
図１の装置を用いて、鋳型の製造を行なった。

型１のキャビティ１０は３０ｃｍ×１０ｃｍ×４ｃｍの寸法であり、１５０℃に加熱して用いた。

ホッパー２１には、ボイラーからなる水蒸気発生装置２９と、過熱器（野村技工（株）製「ＧＥ−１００」）３０とを接続した。水蒸気発生装置２９はゲージ圧力０．４ＭＰａ、温度１４３℃の飽和水蒸気を発生するものであり、過熱器３０は、この飽和水蒸気を加熱して、３５０℃、０．４５ＭＰａの過熱水蒸気として８０ｋｇ／ｈの流量で供給するものである。

サンド貯留タンク２５には、次のようにして得たコーテッドサンド２を貯留した。まず１４５℃に加熱したフラタリーサンド３０ｋｇをワールミキサーに入れ、これにレゾール型フェノール樹脂（リグナイト（株）製「ＬＴ−１５」）を５４０ｇ加え、３０秒間混練した後、さらに４５０ｇの水を添加して十分に混練した。次いでさらにステアリン酸カルシウム３０ｇを添加して３０秒間混練した後、エアーレーションを行なうことによって、粘結剤として融着点１０８℃のフェノール樹脂が１．８質量％付着したレジンコーテッドサンド２を得た。

そして、型１の上面の注入口１１にホッパー２１のノズル口２２を接続し、まず、サンド供給パイプ２６のコック２７を開いて、サンド貯留タンク２５内のコーテッドサンド２をホッパー２１に２．１ｋｇ供給した。このようにホッパー２１に２．１ｋｇのコーテッドサンド２を供給するのに要した時間は２秒であった。

次に、サンド供給パイプ２６のコック２７を閉じた後、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開くことによって、過熱水蒸気をホッパー２１内に供給した。このように水蒸気をホッパー２１内に供給して吹き込むことによって、ホッパー２１内のコーテッドサンド２は型１のキャビティ１０内に吹き込まれ、型１内にコーテッドサンド２が充填された。このように型１内にコーテッドサンド２を充填するのに要した時間は６秒であった。

ここで、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いてから閉じるまでの時間を１７秒に設定して、型１内にコーテッドサンド２が充填された後も、型１内への過熱水蒸気の吹き込みを継続した。そして水蒸気供給パイプ２３のコック２４を閉じた後、型１を開いて、３０ｃｍ×１０ｃｍ×４ｃｍの寸法に造型した鋳型を得た。

従って、実施例１では、鋳型の造型に要した総時間は１９秒であった。

（実施例２〜４）
水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いてから閉じるまでの時間を実施例２では１２秒、実施例３では２２秒、実施例４では２７秒に設定するようにした他は、実施例１と同様にして、鋳型を得た。

従って、鋳型の造型に要した総時間は、実施例２では１４秒、実施例３では２４秒、実施例４では２９秒であった。

（実施例５〜７）
コーテッドサンド２として、次ようにして得たものを用いた。１３０℃に加熱したフラタリー硅砂３０ｋｇをワールミキサーに入れ、これにデキストリン（日澱化學（株）製「ＮＤ−Ｓ」）６００ｇを水４５０ｇに溶解乃至分散させた水溶液を加え、約９０秒間混練した。崩壊した後、滑剤としてステアリン酸カルシウム３０ｇを添加して１５秒間混練し、さらにエアーレーションを行なうことによって、粘結剤として糖類が２．０質量％付着したコーテッドサンドを得た。

そして、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いてから閉じるまでの時間を実施例５では１７秒、実施例６では２２秒、実施例７では２７秒に設定するようにした他は、実施例１と同様にして、鋳型を得た。

従って、鋳型の造型に要した総時間は、実施例５では１９秒、実施例６では２４秒、実施例７では２９秒であった。

（比較例１〜２）
図５の装置を用いて、鋳型の製造を行なった。型１の構成は上記の図１のものと同じである。またコーテッドサンド２として、実施例１と同じ、粘結剤としてフェノール樹脂が付着したレジンコーテッドサンド２を用いた。

そしてまず、図５（ａ）（ｂ）のように、型１にホッパー１４を接続し、ホッパー１４から２．１ｋｇのコーテッドサンド２を型１内に供給して、型１内にコーテッドサンド２を充填した。このように型１内にコーテッドサンド２を充填するのに要した時間は６秒であった。

次に図５（ｃ）のように、型１に水蒸気パイプ１９を接続し、コック１８を開いて過熱水蒸気を型１内に吹き込んだ。過熱水蒸気の供給条件は実施例１と同じである。そして水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いてから閉じるまでの時間を、比較例１では１３秒、比較例２では１７秒に設定して、型１内に過熱水蒸気を吹き込み、水蒸気パイプ１９のコック１８を閉じた後、型１を開いて、３０ｃｍ×１０ｃｍ×４ｃｍの寸法に造型した鋳型を得た。

従って、鋳型の造型に要した総時間は、比較例１では１９秒、比較例２では２３秒であった。

（比較例３〜４）
図５の装置を用いて、鋳型の製造を行なった。またコーテッドサンド２として、実施例５〜６と同じ、粘結剤として糖類が付着したレジンコーテッドサンド２を用いた。

そして、水蒸気供給パイプ２３のコック２４を開いてから閉じるまでの時間を比較例３では１３秒、比較例４では１７秒に設定するようにした他は、上記の比較例１〜２と同様にして、鋳型を得た。

従って、鋳型の造型に要した総時間は、比較例３では１９秒、比較例４では２３秒であった。

上記の実施例１〜７及び比較例１〜４で得た鋳型について、質量と、曲げ強さを測定した。曲げ強さの測定はＪＩＳ Ｋ６９１０に準拠して行なった。結果を表１に示す。

実施例１と比較例１の比較、及び実施例５と比較例３の比較から明らかなように、鋳型の造型時間が等しくなるように設定すると、比較例１や比較例３では水蒸気の吹き込み時間が短くなるため、鋳型の強度が低下した。一方、実施例１と比較例２の比較、及び実施例５と比較例４の比較から明らかなように、鋳型の強度が同じになるように水蒸気の吹き込み時間を同じに設定すると、比較例２や比較例４では鋳型の造型時間が長くなった。

尚、図５の装置では、型１にホッパー１４を接続した図５（ｂ）の状態から、図５（ｃ）のように型１に水蒸気パイプ１９を接続する、接続の切り換えに２０秒を要するものであり、従って比較例１〜４のものでは、鋳型の造型時間は実際には表１の時間より２０秒長いものであった。

そして表１にみられるように、各実施例のものは、鋳型の造型の時間を短くしても、比較例と同等あるいはそれ以上の曲げ強さを有する鋳型を得ることができるものであった。

１ 型
２ コーテッドサンド
３ サンド供給路
４ 水蒸気供給路

Claims (11)

1. 粘結剤と耐火骨材を含有して調製されるコーテッドサンドを型内に供給して充填し、コーテッドサンドを充填したこの型内に水蒸気を吹き込んでコーテッドサンドを加熱することによって、鋳型を製造するにあたって、コーテッドサンドを型内に供給しつつ、同時に水蒸気を型内に吹き込むことを特徴とする鋳型の製造方法。
2. 水蒸気の圧力でコーテッドサンドを型内に送り込むことによって、コーテッドサンドを型内に供給しつつ同時に水蒸気を型内に吹き込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
3. コーテッドサンドを型内に供給するサンド供給路を囲むように水蒸気供給路を形成し、サンド供給路からコーテッドサンドを型内に供給しつつ、同時に水蒸気供給路から水蒸気を型内に吹き込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
4. 水蒸気供給路を囲むように、コーテッドサンドを型内に供給するサンド供給路を形成し、サンド供給路からコーテッドサンドを型内に供給しつつ、同時に水蒸気供給路から水蒸気を型内に吹き込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
5. 型内に水蒸気を吹き込みながら、型内に吹き込まれた水蒸気を吸引して型外に強制的に排出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
6. 型内に、圧力０．１２７５ＭＰａ以上の水蒸気を吹き込むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
7. 上記の水蒸気が過熱水蒸気であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
8. コーテッドサンドを予備加熱した後、型内に供給して充填することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
9. 加熱した型内に、コーテッドサンドを充填することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
10. コーテッドサンドの粘結剤が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
11. コーテッドサンドの粘結剤が糖類であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の鋳型の製造方法。

Images