JP2006289373A - 鋳型砂混練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】砂に添加剤を添加して混練するための鋳型砂混練装置において、砂の温度調整をすることにより、鋳型砂の品質の安定と、鋳型砂の製造の効率化を図る。
【解決手段】加熱された砂が投入される容器２０と、該容器２０の内容物の温度を保持するための保温手段２１と、該容器２０を加熱する加熱手段２２と、該容器２０の内容物を攪拌するための攪拌翼２５とを具備し、砂と樹脂系粘結剤８とを混練する高温槽１６と、高温槽からの砂が投入される容器２６と、該容器２６の内容物を強制的に冷却させる冷却手段２７と、該容器２６内の気体を強制的に排出させる排気手段２８と、該容器２６の内容物を攪拌するための攪拌翼２９とを具備し、砂と硬化剤７、滑剤６、その他の添加剤を混練する低温槽１７とで、砂と添加剤とを混練して鋳型砂を調製する鋳型砂混練装置１５を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造品の製造に使用される鋳型を構成する鋳型砂を調整するために利用される鋳型砂混練装置に関する。

シェルモールド法は、フェノール樹脂等の合成樹脂が熱により硬化する性質を応用し，加熱した金型の模型にシェル砂をかぶせて模型の熱により砂を硬化させる鋳型製作法である。このシェルモールド法に使用する、フェノール樹脂を粘結材とした鋳物砂（シェル砂）は、生砂に粘結剤や硬化剤、滑剤等を混合したものである。

鋳型砂は、鋳型砂混練装置の混練容器内において、該混練容器に備えられた攪拌翼にて、砂と、樹脂系粘結剤や硬化剤その他の添加剤が混合・混練されて、調製される。鋳型砂混練装置として、一槽の混練容器で混練処理が行われるバッチ方式のものと、複数の混練容器で混練処理が行われる連続方式のものとが、知られている。

バッチ方式の混練装置の場合、一槽の混練容器に、加熱された砂が投入され、砂に樹脂系粘結剤が添加されたのち、砂の昇温に合わせて他の添加剤が添加されて、混練が行われ、最後に砂が乾態自由流動性となるまで冷却され、混練装置より鋳型砂として排出される。

一方、連続方式の混練装置の場合、例えば、特許文献１に記載されるように、硬化剤崩壊用のヒータを備えた前段混練ケースと後段混練ケースとが、連続して配置され、生砂が攪拌翼にて攪拌されながら前段混練ケース、後段混練ケースの順に移動するうちに、前段混練ケースにて砂と硬化剤とが混合され、後段混練ケースにて砂に樹脂系粘結剤が混合される。
特開昭６２−７２７４５号公報

上記のようなバッチ方式の混練装置の場合、一槽の混練容器で混練と冷却を行うことから、容器の温度がサイクル毎に上昇・低下を繰り返し、サイクルを繰り返すことにより容器の温度が上昇するため、添加剤を加える際の温度調整が困難であり、鋳型砂の品質にばらつきを発生させる原因の一つとなっていた。
また、サイクルを繰り返すことにより容器の温度が上昇するため、サイクル開始時の容器温度が所定の温度に満たなければ容器を予熱することが必要であり、一方で、サイクルを繰り返すことにより、サイクル開始時の容器温度が所定の温度よりも高くなれば容器を冷却することが必要であった。
そして、混練装置から鋳型砂を排出する際には、扱いが簡便となるようにできるだけ常温に近い低温で排出することが好ましいが、次サイクルのための加熱の制約から、混練容器の温度を降下させることが、大幅なエネルギーのロスに繋がるため、困難であった。

また、上記特許文献１に記載の連続方式の混練装置では、攪拌翼とケース内壁との間の間隙に硬化した鋳型砂が付着することを防止するために、ケースにヒータが備えられているが、このヒータは、硬化剤による砂の硬化を防止することを目的としてケースを加熱するものであり、砂へ添加剤を加える際の砂の温度を調整することを目的としたものではない。

上記に鑑み、本発明では、砂に添加剤を添加して混練するための鋳型砂混練装置において、砂の温度調整をすることにより、鋳型砂の品質の安定と、鋳型砂の製造の効率化を図る。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、砂と添加剤とを混練して鋳型砂を調製する装置であって、加熱された砂が投入される容器と、該容器の内容物の温度を保持するための保温手段と、該容器の内容物を攪拌するための攪拌手段とを具備し、砂と樹脂系粘結剤とを混練する高温槽と、高温槽からの砂が投入される容器と、該容器の内容物を強制的に冷却させる冷却手段と、該容器の内容物を攪拌するための攪拌手段とを具備し、砂と硬化剤及びその他の添加剤を混練する低温槽とで、構成するものである。

請求項２においては、前記高温槽に、容器を加熱するための加熱手段を備えるものである。

請求項３においては、前記低温槽に、容器内の気体を強制的に排出する排気手段を備えるものである。

請求項４においては、前記鋳型砂混練装置において、前記高温槽の容器の排出口が、前記低温槽の容器の投入口に開口するように、高温槽と低温槽とを連続的に配置するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、保温や強制冷却による砂の温度調節が可能となるので、樹脂系粘結剤や硬化剤や他の添加剤を、砂の温度が各添加剤を添加するために適した温度となった状態で添加でき、鋳型砂の品質を安定させることができる。
また、高温槽は、一サイクル分の砂の処理を終えた後も、その容器の温度を次のサイクルの処理に適した高温に保持させることができ、一方、低温槽は、一サイクル分の砂の処理を終えた後の容器は次のサイクルの処理に適した状態に冷却されることとなるので、一つの容器で昇温と冷却とを繰り返すよりも、容器の昇温や冷却に係る時間やエネルギーのロスを低減させることができ、効率の良い操業とすることができる。

請求項２においては、加熱手段にて容器を加熱して該容器の温度を砂と樹脂系粘結剤との混練に好適な温度に上昇させることができる。

請求項３においては、排気手段にて低温槽容器内の気体を外部へ強制的に排気することで、冷却を促進できる。

請求項４においては、鋳型砂混練装置において、高温槽と低温槽での処理を連続的に行い、バッチ式とする場合と比較して効率的な処理を行える。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る鋳型砂混練装置を具備する鋳型砂調製システムの全体的な構成を示した図、図２は鋳型砂調製の流れを示す図である。

図１に示すように、本発明の実施例に係る鋳型砂調製システム１０には、生砂投入装置１１と、加熱装置１３と、混練装置１５とが具備される。

前記生砂投入装置１１は、鋳型砂となる生砂９を保持するとともに、一サイクルに相当する量の生砂を加熱装置１３に投入するためのものである。生砂投入装置１１は加熱装置１３と搬送路１２により連結される。

前記加熱装置１３は、生砂投入装置１１にて搬送・投入された生砂を、所定の処理温度まで加熱するためのものである。加熱装置１３は加熱ヒータ等の加熱手段を備え、該加熱手段により、樹脂系粘結剤８を混合させるために適した温度（例えば、１７０℃程度）にまで生砂を昇温する。

前記混練装置１５は、前記加熱装置１３で加熱された砂に添加剤を加えると共に、砂と添加剤とを混ぜ合わせて混練するものである。本発明に係る混練装置１５では、砂と添加剤とを混練するための容器として、高温槽１６と、低温槽１７とを備えることを特徴としている。なお、上記砂に加えられる添加剤とは、樹脂系粘結剤８、硬化剤７、滑剤６、その他、鋳型砂を調製するための添加剤である。

高温槽１６には、前記加熱装置１３で加熱された砂が搬送路１４を通じて投入される。
該高温槽１６では、投入された砂に樹脂系粘結剤８が加えられ、これらが混練される。前記高温槽１６には、容器２０と、該容器２０の内容物の温度を保持するための保温手段２１と、該容器２０を加熱するための加熱手段２２と、該容器２０の内容物を攪拌するための攪拌手段である攪拌翼２５とが、備えられる。なお、容器２０は坩堝型としているが、縦筒型、横筒型などとすることもでき、本実施例に限定されない。

前記保温手段２１と加熱手段２２とは、加熱装置１３から搬送されてきた高温の砂の温度を保持した状態で、樹脂系粘結剤８と混練させるために高温槽１６に備えられる。加熱手段２２にて、該高温槽１６の容器２０は樹脂系粘結剤８と砂とを混練するために好適な温度に昇温され、また、高温槽１６に備えられた保温手段２１にて、この好適な温度が保持され、砂と樹脂系粘結剤８との混練が好適な温度で為される。

但し、高温槽１６の容器２０に、加熱手段２２を備えずに、保温手段２１と攪拌翼２５とを備えることもできる。この場合、加熱装置１３で加熱された砂と容器２０との温度差により、初期の処理サイクルでは砂の温度が低下することが予測されるため、熱砂を通すなどして容器２を予熱させる必要があるが、処理サイクルを繰り返すことにより、容器２０の温度は上昇し、容器２０の予熱は不要となる。従って、この場合も、樹脂系粘結剤８と砂とを混練するために好適な温度の範囲内で、樹脂系粘結剤８と砂とを混練させることができる。

なお、砂と樹脂系粘結剤８とを混練するために好適な温度とは、樹脂系粘結剤８が砂に絡み易い粘度となるまで溶解して、樹脂系粘結剤８が砂表面に均一に広がり、砂を樹脂系粘結剤８でむら無くコーティングできる温度であり、例えば、１７０℃程度である。

前記保温手段２１は、例えば本実施例のように、容器２０の周囲に設けられた保温断熱材のように、容器２０を保温して砂を間接的に保温するものとすることができる。但し、前記保温手段２１は、本実施例に限定されるものではなく、容器２０に保持された砂を直接的又は間接的に保温できるものであれば良い。
また、前記加熱手段２２は、例えば本実施例のように、容器２０の周囲に設けられた電熱線から成る加熱ヒータのように、容器２０を加熱して該容器２０の温度を上昇させるものとすることができる。但し、前記加熱手段２２は、本実施例に限定されるものではなく、高周波加熱方式や火炎加熱方式の加熱手段など、容器２０を加熱できるものであれば良い。

高温槽１６の容器２０は、砂を搬送するための搬送路１４を介して前記加熱装置１３と連結されるとともに、低温槽１７へ砂を搬出するための排出口２４が備えられる。なお、本実施例においては、排出口２４にはシャッター２３が設けられ、該シャッター２３が操作されることにて排出口２４が開閉され、高温槽１６内への砂の保持と、高温槽１６から低温槽１７への砂の排出とが切り換えられる。

低温槽１７には高温槽１６にて樹脂系粘結剤８が添加された砂が投入され、投入された砂に、ヘキサメチレンテトラミン（ヘキサミン）などの硬化剤７や、ステアリン酸カルシウム（ステカル）などの滑剤６やその他の添加剤がさらに添加され、これらが混練される。この低温槽１７には、容器２６と、該容器２６の内容物の温度を降下させるための冷却手段２７と、容器２６内の気体を強制的に排出する排気手段２８と、該容器２６の内容物を攪拌するための攪拌翼２９とが、備えられる。なお、容器２６は坩堝型としているが、縦筒型、横筒型などとすることもでき、本実施例に限定されない。

低温槽１７には、高温槽１６にあった高温の砂を強制的に冷却するために、冷却手段２７と排気手段２８とが備えられる。低温槽１７では、砂に硬化剤７が添加されたのち、約７０〜６０℃程度にまで強制冷却されて砂同士の固着が少なくなった状態で、砂に滑剤６が添加され、さらにほぼ常温となるまで強制冷却されて乾態自由流動性となれば、低温槽１７より排出される。

なお、上記排気手段２８を低温槽１７に備えない構成とすることもできるが、低温槽１７にて砂に添加される硬化剤７は水に溶解された水溶液の状態で投入され、硬化剤７と砂との混練時に大量の水蒸気が発生するので、この水蒸気や容器２６内の高温の気体を排気手段２８にて強制的に容器２６の外へ排出することにて、砂の冷却の促進が期待されるので、排気手段２８を低温槽１７に備えることが好ましい。

上記のように強制冷却のための冷却手段２７と排気手段２８とを低温槽１７に備えることにより、砂の冷却に要する時間を短縮することができ、処理の時短を図ることができる。また、砂の温度を確実に降下させ、砂の温度を把握した状態で、硬化剤７や滑剤６等の添加剤を添加することができるので、鋳型砂の品質を安定させることができる。

なお、前記冷却手段２７は、例えば本実施例のように、容器２６の周囲に形成された水等の冷媒を導通させる冷却ジャケットのように、容器２６を介して間接的に砂を冷却するものとすることができる。但し、冷却手段２７は上記本実施例に限定されるものではなく、容器２６内に冷風を供給して砂を直接冷却する冷風供給装置など、容器２６に保持された砂を直接的又は間接的に冷却できるものであれば良い。
また、前記排気手段２８は、例えば本実施例のように、容器２６に備えた排気ファンとすることができる。但し、排気手段２８は上記本実施例に限定されるものではなく、容器２６内の気体を吸引して外部へ排出する真空ポンプなど、容器２６内の気体を強制的に容器２０外へ排出できるものであれば良い。

低温槽１７の容器２６には、混練されて鋳型砂となった砂を排出する排出口３０が設けられる。該排出口３０にも、前記高温槽１６と同様に可動のシャッター３１が備えられ、該シャッター３１を操作することにより、排出口３０が開閉される。排出口３０が開放されれば、低温槽１７から搬送容器１８等に、鋳型砂となった砂が排出される。低温槽１７から排出された鋳型砂は、常温に近い温度まで冷却されているのでその扱いが簡易である。

なお、上記実施例に係る混練装置１５では、高温槽１６に低温槽１７へ砂を排出する排出口２４が設けられるとともに、該排出口２４の下方に低温槽１７が開口するよう配置されるため、排出口２４が開口されれば、高温槽１６の容器２０に保持されている砂は、低温槽１７の容器２６に投入される。このように、高温槽１６の容器２０と低温槽１７の容器２６とを、砂に対する処理の流れに合わせて連続的に配置して、砂を連続的に処理できる連続式の混練装置１５としている。但し、高温槽１６と低温槽１７とを、いずれか一方、若しくは両方をバッチ式とすることもできる。

続いて、上記鋳型砂調製システム１０における鋳型砂の調製方法について、図２に示す流れ図を用いて説明する。

まず、生砂投入装置１１に保持されている生砂９が、一サイクル分だけ該生砂投入装置１１より搬送路１２を通って加熱装置１３に投入される（Ｓ１１）。加熱装置１３では、生砂が加熱され、所定の温度（樹脂系粘結剤８と砂とを混練させるために好適な温度）まで昇温される（Ｓ１２）。

加熱装置１３にて所定の温度となった砂は、搬送路１４を通って、混練装置１５の高温槽１６に投入される（Ｓ１３）。高温槽１６では、樹脂系粘結剤８が砂に添加されるとともに、攪拌翼２５により攪拌されることによって、樹脂系粘結剤８が砂に混練される（Ｓ１４）。このとき、高温槽１６の加熱手段２２及び保温手段２１により、砂は高温の状態を保持したまま混練される。

そして、高温槽１６において砂に樹脂系粘結剤８が混練されれば、この砂が混練装置１５の低温槽１７に投入される（Ｓ１５）。低温槽１７では、水に溶かれた硬化剤７が砂に添加され、攪拌翼２９にて攪拌されるとともに冷却される（Ｓ１６）。硬化剤７は水に溶解された状態で投入されるため、硬化剤７と砂との混練時に、水の蒸発により砂の温度が１００℃以下まで冷却される。

さらに、砂は低温槽１７の冷却手段２７や排気手段２８により冷却されて、約７０〜６０℃の滑剤６を加えるために適した温度となった状態で、滑剤６や他の添加剤が添加され、攪拌翼２９にて攪拌されるとともに、ほぼ常温となるまで冷却される（Ｓ１７）。このようにして、混練装置１５において、樹脂系粘結剤８、硬化剤７、滑剤６や他の添加剤が、砂に順に添加され、混練された砂は、鋳型砂となり、低温槽１７から排出される（Ｓ１８）。

上述のように、本発明に係る混練装置１５を採用することにより、保温や強制冷却による砂の温度調節が可能となるので、樹脂系粘結剤８、硬化剤７、滑剤６や他の添加剤を、砂の温度が各添加剤を添加するために適した温度となった状態で添加でき、鋳型砂の品質を安定させることができる。

また、混練装置１５において、高温槽１６は、一サイクル分の砂の処理を終えた後も、その容器２０の温度を次のサイクルの処理に適した高温に保持させることができ、一方、低温槽１７は、一サイクル分の砂の処理を終えた後の容器２６は次のサイクルの処理に適した状態に冷却されることとなる。従って、一つの容器で昇温と冷却とを繰り返すよりも、容器２０の昇温や冷却に係る時間やエネルギーのロスを低減させることができ、効率の良い操業となる。

本発明の実施例に係る鋳型砂混練装置を具備する鋳型砂調製システムの全体的な構成を示した図。 鋳型砂調製の流れを示す図。

符号の説明

６ 滑剤
７ 硬化剤
８ 樹脂系粘結剤
９ 生砂
１０ 鋳型砂調製システム
１１ 生砂投入装置
１３ 加熱装置
１５ 混練装置
１６ 高温槽
１７ 低温槽
２０ 容器
２１ 保温手段
２２ 加熱手段
２５ 攪拌翼
２６ 容器
２７ 冷却手段
２８ 排気手段
２９ 攪拌翼

Claims (4)

1. 砂と添加剤とを混練して鋳型砂を調製する装置であって、
   加熱された砂が投入される容器と、該容器の内容物の温度を保持するための保温手段と、該容器の内容物を攪拌するための攪拌手段とを具備し、砂と樹脂系粘結剤とを混練する高温槽と、
   高温槽からの砂が投入される容器と、該容器の内容物を強制的に冷却させる冷却手段と、該容器の内容物を攪拌するための攪拌手段とを具備し、砂と硬化剤及びその他の添加剤を混練する低温槽とで、
   構成することを特徴とする鋳型砂混練装置。
2. 前記高温槽に、容器を加熱するための加熱手段を備える、
   請求項１に記載の鋳型砂混練装置。
3. 前記低温槽に、容器内の気体を強制的に排出する排気手段を備える、
   請求項１又は請求項２に記載の鋳型砂混練装置。
4. 前記鋳型砂混練装置において、
   前記高温槽の容器の排出口が、前記低温槽の容器の投入口に開口するように、高温槽と低温槽とを連続的に配置する、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鋳型砂混練装置。
   
   

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