JP2009241094A - 水溶性鋳型の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、過熱水蒸気を用いて前記鋳物砂を湿潤させたのち乾燥させることにより、鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置において、エネルギコストを抑えて効率よく鋳物砂の温度を高くする。
【解決手段】成形型キャビティ５３に充填する鋳物砂Ｓを収容する鋳物砂収容装置２０と、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓを成形型キャビティ５３に充填する鋳物砂充填装置３０と、鋳物砂充填装置３０による鋳物砂Ｓの充填時から又は充填後から成形型キャビティ５３に過熱水蒸気を導入することにより鋳物砂Ｓの湿潤及び乾燥を行う過熱水蒸気供給装置４０とを備え、成形型キャビティ５３に向かう過熱水蒸気が流れる過熱水蒸気供給装置４０の配管４４を鋳物砂収容装置２０の内部に配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水溶性鋳型の製造装置、より詳しくは、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置に関する。

従来、珪砂等の耐火性粒状物に硫酸マグネシウム等の硫酸化合物を主成分とする水溶性粘結剤を水と共に混合して該水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を作製し、この鋳物砂を成形型のキャビティに充填して造型することにより鋳造用の鋳型を製造することが知られている。このようにして製造された鋳型は、水没させることで容易に崩壊でき、また粘結剤を回収して再使用できるという利点がある。

ところが、水溶性粘結剤を被覆するときに水を使用するから、作製した鋳物砂はそのままでは湿潤状態で流動性が低く、成形型キャビティへの充填性に劣るという問題がある。

そこで、特許文献１には、作製した鋳物砂の水分の少なくとも一部を加熱や減圧吸引等で除去し、鋳物砂の流動性を高めた状態で該鋳物砂を成形型キャビティに充填することが開示されている。さらに、前記特許文献１には、粘結剤の粘結力を十分に発現させるため、前記鋳物砂の成形型キャビティへの充填時から又は充填後から、該鋳物砂に過熱水蒸気を供給することで、過熱水蒸気の一部を結露させて鋳物砂に水分を補給し、その後、過熱水蒸気の供給を継続することで、該鋳物砂を乾燥させて鋳型に造型することが開示されている。

これによれば、鋳物砂を成形型キャビティに充填する際には、該鋳物砂の水分が減って成形型キャビティへの充填性が向上すると共に、成形型キャビティ内においては、鋳物砂が湿潤状態に戻されて、粘結剤の粘結力が回復し、製造された鋳型の強度確保も図られることとなる。

特開２００４−２４９３３９（段落００１６）

ところで、前記特許文献１に開示の技術において鋳物砂の湿潤及び乾燥に用いられる過熱水蒸気は、一般に、飽和水蒸気をさらに加熱してより大きな熱エネルギを付与したものであり、低温度の物質と接触すると、該物質に熱を与えて温度を上昇させつつ、自身は沸点温度に降下して凝縮・結露し、水となって相手物質に付着する性質、つまり湿潤させる性質を有するものである。そして、相手物質の温度が自身の露点温度に達したときに湿潤が完了し、それ以降は、それ以上結露することなく相手物質の乾燥に転じる。つまり、乾燥に転じるまでの結露量と相手物質の温度上昇幅とは比例する関係にあり、過熱水蒸気と相手物質との温度差に応じた量の水分が供給されることとなる。

したがって、前記のような水溶性鋳型の製造において、成形型キャビティに充填する鋳物砂の温度が低過ぎると、該鋳物砂に過度の水分が供給され、該鋳物砂が過度に湿潤状態となって、被覆していた粘結剤が流失してしまい、その結果、鋳物砂が固まらずに造型不良が生じるという不具合がある。特に、前述したように、過熱水蒸気は飽和水蒸気よりも高温に過熱されているから、鋳物砂との温度差が大きくなり、前記のような造型不良の不具合が頻発する傾向にある。

このような造型不良の不具合を抑制するためには、接触時における過熱水蒸気と鋳物砂との温度差を小さくすることが提案され、その場合に、過熱水蒸気の温度を予め低くしておくことと、鋳物砂の温度を予め高くしておくこととの２つが考えられるが、前者で対策すると、過熱水蒸気の温度を低くした分、鋳物砂の湿潤及び乾燥に時間がかかり、鋳型の生産性の低下を招いてしまう。そこで、後者で対策することが好ましいが、その場合に、いかにエネルギコストを抑えて効率よく鋳物砂の温度を高くするかが重要課題となる。

本発明は、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置における前記のような問題に対処するもので、製造工程中に鋳物砂が過度に湿潤状態となるのを未然に防止するために、過熱水蒸気との接触時における鋳物砂の温度を予め高くしておくよう対策を講じる場合に、エネルギコストを抑えて効率よく鋳物砂の温度を高くすることを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置であって、前記成形型キャビティに充填する鋳物砂を収容する鋳物砂収容装置と、この鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂を前記成形型キャビティに充填する鋳物砂充填装置と、この鋳物砂充填装置による鋳物砂の充填時から又は充填後から前記成形型キャビティに過熱水蒸気を導入することにより前記鋳物砂の湿潤及び乾燥を行う過熱水蒸気供給装置とが備えられ、前記成形型キャビティに向かう過熱水蒸気が流れる前記過熱水蒸気供給装置の配管が前記鋳物砂収容装置の内部に配設されていることを特徴とする。

ここで、前記「配管」は、鋳物砂の湿潤のために成形型キャビティに導入される過熱水蒸気がその中を流れるものである。

また、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記鋳物砂収容装置に、鋳物砂を成形型キャビティに供給するためのノズルが設けられ、前記配管は、前記ノズルの近傍に配設されていることを特徴とする。

また、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記配管から、過熱水蒸気を成形型キャビティに導入するためのノズル管が分岐され、このノズル管が前記鋳物砂収容装置のノズルの内部に配設されていることを特徴とする。

また、本願の請求項４に記載の発明は、前記請求項１から３のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂を加熱するためのヒータと、前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度を検出する鋳物砂温度検出手段と、この鋳物砂温度検出手段で検出される温度が所定温度よりも低いとき、前記ヒータを作動させるヒータ作動手段とが備えられていることを特徴とする。

ここで、鋳物砂の「所定温度」は、過熱水蒸気の温度及び過熱水蒸気との温度差の目標値に応じて設定される。また、過熱水蒸気との目標温度差は、鋳物砂への水分供給量（鋳物砂の湿潤度合い）の目標値に基いて定められる。そして、鋳物砂への目標水分供給量は、鋳物砂を被覆している粘結剤の量や種類等に依存して決定される。

また、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項１から３のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記配管に加えて、前記鋳物砂収容装置の内部に配設され、過熱水蒸気が循環して流れる循環配管と、前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度を検出する鋳物砂温度検出手段と、この鋳物砂温度検出手段で検出される温度に応じて、前記循環配管を流れる過熱水蒸気の量を調整する過熱水蒸気循環量調整手段とが備えられていることを特徴とする。

ここで、前記「循環配管」は、鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度を高めるために循環される過熱水蒸気がその中を流れるものである。

また、本願の請求項６に記載の発明は、前記請求項１から５のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記成形型のキャビティ形成面を加熱するためのヒータが備えられていることを特徴とする。

また、本願の請求項７に記載の発明は、前記請求項１から６のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記成形型キャビティの内部圧力を低減する減圧手段と、前記成形型キャビティに充填されている鋳物砂の温度を検出する第２の鋳物砂温度検出手段と、この第２の鋳物砂温度検出手段で検出される温度が過熱水蒸気の露点温度に達したとき、前記減圧手段を作動させる減圧作動手段とが備えられていることを特徴とする。

また、本願の請求項８に記載の発明は、前記請求項１から７のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、前記成形型キャビティに充填されている鋳物砂の水分量を検出する水分量検出手段が備えられていることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置において、成形型キャビティに充填する鋳物砂、すなわち、例えば鋳物砂の水分の少なくとも一部が除去されて流動性が高められた状態にある、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を、鋳物砂収容装置に収容し、この鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂を鋳物砂充填装置で成形型キャビティに充填し、この鋳物砂充填装置による鋳物砂の充填時から又は充填後から過熱水蒸気供給装置で成形型キャビティに過熱水蒸気を導入することにより前記鋳物砂の湿潤及び乾燥を行うようにしたから、これらの充填、湿潤、乾燥の各工程を経ることにより、過熱水蒸気と鋳物砂との温度差に応じた量の水分が鋳物砂に供給されて、鋳物砂が湿潤状態となり、粘結剤の粘結力が十分に発現されて、乾燥後に強度に優れる鋳物が製造されることとなる。

そのうえで、過熱水蒸気供給装置の配管であって、その中を成形型キャビティに向かう過熱水蒸気が流れる配管を、鋳物砂収容装置の内部に配設したから、この配管を流れる過熱水蒸気の温度で、前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂、つまり成形型キャビティに充填される前の鋳物砂が加熱され、過熱水蒸気と接触する前に予め鋳物砂の温度が高められることとなる。

その結果、過熱水蒸気と鋳物砂とが接触したときの両者の温度差が小さくなり、鋳物砂に結露し供給される水分量が過度に多くならず、したがって鋳物砂が過度に湿潤状態となることが防がれて、鋳物砂を被覆していた粘結剤が流失し、鋳物砂が固まらずに造型不良が生じるという不具合が回避されることとなる。

しかも、過熱水蒸気の温度で鋳物砂が加熱されるから、両者の温度差が確実に縮小されることとなる。

そして、成形型キャビティに充填する前の鋳物砂を加熱する専用の機器に頼らずに、過熱水蒸気の熱エネルギを有効利用するから、エネルギコストを抑えて効率よく鋳物砂の温度を高くすることが可能となる。

その場合に、請求項２に記載の発明によれば、前記配管（以下、「加熱用配管」ということがある）を、鋳物砂を成形型キャビティに供給するためのノズルの近傍に配設したから、成形型キャビティに充填される前の鋳物砂のうちでも成形型キャビティに充填される直前の鋳物砂の温度が予め高められることとなり、成形型キャビティに充填されるまでに鋳物砂の温度が再び下がるというような不具合が回避される。

次に、請求項３に記載の発明によれば、加熱用配管から過熱水蒸気を成形型キャビティに導入するためのノズル管を分岐させ、このノズル管を鋳物砂収容装置のノズルの内部に配設したから、例えば、鋳物砂を成形型キャビティに供給するための菅と、過熱水蒸気を成形型キャビティに導入するための管とが二重構造となって、当該水溶性鋳型の製造装置のコンパクト化が図られる。さらに、加熱用配管を流れる過熱水蒸気の温度で予め高められた鋳物砂の温度が成形型キャビティに充填されるまでに再び下がるというような不具合の回避にも寄与する。

次に、請求項４に記載の発明によれば、鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度が所定温度よりも低いときは、鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂を加熱するためのヒータを作動させるようにしたから、例えば前記加熱用配管による鋳物砂の加熱が不十分であるような場合に、その不足分をこのヒータによる鋳物砂の加熱で補うことが可能となり、過熱水蒸気と鋳物砂との温度差を安定して小さくすることができる。

一方、請求項５に記載の発明によれば、前記のような加熱用配管の他に、過熱水蒸気が循環して流れる循環配管を鋳物砂収容装置の内部に配設し、鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度に応じて、この循環配管を流れる過熱水蒸気の量を調整するようにしたから、鋳物砂の温度が相対的に低いときには循環配管を流れる過熱水蒸気の流量を多くし、鋳物砂の温度が相対的に高いときには循環配管を流れる過熱水蒸気の流量を少なくすることによって、例えば鋳物砂の温度を所定温度（請求項４でいう所定温度と同意義のもの）に調整することが可能となる。

次に、請求項６に記載の発明によれば、成形型のキャビティ形成面を加熱するためのヒータを備えたから、このヒータを作動させることにより、成形型キャビティに導入された過熱水蒸気がキャビティ形成面に多量に結露し、その水分で、成形型キャビティに充填された鋳物砂を被覆していた粘結剤が流失するというような不具合が解消されることとなる。

次に、請求項７に記載の発明によれば、成形型キャビティに充填されている鋳物砂の温度が過熱水蒸気の露点温度に達したときに成形型キャビティの内部圧力を減圧するようにしたから、過熱水蒸気による水分供給の完了（鋳物砂の湿潤の完了）直後から、キャビティ内部の水分の蒸発が促進され、鋳物砂の乾燥時間ひいては鋳型の製造サイクルが短縮化し、鋳型の生産性向上に寄与することとなる。

そして、請求項８に記載の発明によれば、成形型キャビティに充填されている鋳物砂の水分量が検出可能となるから、該鋳物砂の乾燥状態が判り、適正な時期に成形型を型開きすることが可能となる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。

図１は、本実施形態に係る水溶性鋳型の製造装置１の全体構成図である。この装置１は、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓを成形型５０のキャビティ５３に充填し、該鋳物砂Ｓを過熱水蒸気を用いて湿潤させた後、引き続き過熱水蒸気を用いて該鋳物砂Ｓを乾燥させることにより鋳型を製造するように構成されたものである。

この製造装置１は、主たる構成要素として、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓを一時貯留する砂タンク１０と、この砂タンク１０から投下されて成形型５０のキャビティ５３に充填されることとなる鋳物砂Ｓを収容する鋳物砂収容装置２０と、この鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓを成形型５０のキャビティ５３に充填する鋳物砂充填装置としてのエアブロー装置３０と、このエアブロー装置３０による鋳物砂Ｓの成形型キャビティ５３への充填時から（第２〜第４実施形態：図６、図７、図９参照）又は充填後から（第１実施形態：図５参照）、成形型キャビティ５３に過熱水蒸気を導入することにより、鋳物砂Ｓの湿潤とその後の乾燥とを行う過熱水蒸気供給装置４０とを備えている。

砂タンク１０は、タンク本体１１に搬入管１２を介して鋳物砂供給装置１３から水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓが矢印アで示すように搬入されるようになっている。

ここで、砂タンク１０に搬入される、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓは、例えば、珪砂等の耐火性粒状物に硫酸マグネシウム等の硫酸化合物を主成分とする水溶性粘結剤が水と共に混合された後、加熱や減圧吸引等で水分の少なくとも一部が除去されて流動性が高められた状態にある鋳物砂Ｓである。

また、その場合における、耐火性粒状物と、水溶性粘結剤と、水との配合としては、例えば、耐火性粒状物１００重量部に対し、水溶性粘結剤が３．５重量部、水が１．０重量部のものが好ましい。

さらに、水溶性粘結剤の組成としては、例えば、硫酸マグネシウム・７水和塩（ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）が４８．４重量％、硫酸ナトリウム・１０水和塩（Ｎａ_２ＳＯ４・１０Ｈ_２Ｏ）が１４．１重量％、ホウ砂（Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ）が３５．０重量％、及びリン酸３カルシウム（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）が２．５重量％のものが好適である。

図１に戻り、砂タンク１０の下端と鋳物砂収容装置２０の上端との間に、砂タンク１０から鋳物砂Ｓを鋳物砂収容装置２０に投下するためのシャッタ部材７１及び該シャッタ部材７１のアクチュエータ７０が配置されている。

鋳物砂収容装置２０は、上半部の筒状部２１と、下半部のブローヘッド部２２とが連結され、ブローヘッド部２２の下面が底板２３で閉鎖された構造である。底板２３には、鋳物砂Ｓを成形型キャビティ５３に供給するための複数のノズル２４…２４が下方に延びて設けられている。

ブローヘッド部２２には、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓ、本実施形態では特に鋳物砂収容装置２０の下端部近傍に収容されている鋳物砂Ｓの温度を検出する第１砂温度計２５と、同じく鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓを加熱するための砂ヒータ２６と、前記底板２３を加熱するためのブローヘッドヒータ２７とが具備されている。

一方、筒状部２１の上端部近傍には、エアブロー装置３０から加圧エアが矢印イで示すように圧送されてくるブローエア送り管３１が接続されている。この送り管３１を介して圧送されてきた加圧エアの圧力により、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓが前記ノズル２４…２４を介して矢印ウで示すように成形型キャビティ５３に供給されることとなる。

過熱水蒸気供給装置４０は、飽和水蒸気発生装置４１から飽和水蒸気の供給を受けて過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置４２を有する。この過熱水蒸気生成装置４２で生成された過熱水蒸気は、外部配管４３及び内部配管４４を介して成形型キャビティ５３に導入される。

ここで、外部配管４３は鋳物砂収容装置２０の外部に配設された配管であり、内部配管４４は鋳物砂収容装置２０の内部に配設された配管であって、いずれの配管４３，４４も、成形型キャビティ５３に向かう過熱水蒸気がその中を流れる配管である。

そして、内部配管４４は、鋳物砂収容装置２０の下端部近傍に配設されて、前記ノズル２４…２４の近傍（直上部）に位置している。

したがって、加熱用配管であるこの内部配管４４を流れる過熱水蒸気の温度で、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓ、つまり成形型キャビティ５３に充填される前の鋳物砂Ｓが加熱され、過熱水蒸気と接触する前に予め鋳物砂Ｓの温度が高められることとなる。

また、内部配管４４から、過熱水蒸気を成形型キャビティ５３に導入するための複数のノズル管４５…４５が分岐されて下方に延び、このノズル管４５…４５が鋳物砂収容装置２０のノズル２４…２４の内部に配設されている。

その結果、図２に拡大して示すように、鋳物砂Ｓを成形型キャビティ５３に供給するためのノズル２４と、過熱水蒸気を成形型キャビティ５３に導入するためのノズル管４５とが外内に二重構造となっている。

また、図３に示すように、本実施形態では、内部配管４４は２本あり（外部配管４３から分岐している）、これらの内部配管４４，４４の中間部、及び、内部配管４４，４４とブローヘッド部２２の壁面との中間部に、前記砂ヒータ２６が計３本配置されている。

過熱水蒸気供給装置４０には、その他、過熱水蒸気生成装置４２で生成された過熱水蒸気の温度を検出する温度計４６と、同じく過熱水蒸気生成装置４２で生成された過熱水蒸気の圧力を検出する圧力計４７と、外部配管４３の開度を調節する電磁弁４８とが具備されている。前記電磁弁４８は、内部配管４４が２本に分岐する分岐部より上流側に配置されており、この電磁弁４８で外部配管４３を開くことにより、過熱水蒸気生成装置４２で生成された過熱水蒸気が内部配管４４，４４及びノズル管４５…４５を介して矢印エで示すように成形型キャビティ５３に導入されることとなる。

ここで、前記過熱水蒸気生成装置４２は、およそ２００℃〜５００℃の温度の過熱水蒸気を生成することが可能になっている。そして、前記温度計４６で検出された過熱水蒸気の温度、前記圧力計４７で検出された過熱水蒸気の圧力、前記電磁弁４８の開度等に基いて、成形型キャビティ５３に導入した過熱水蒸気の流量や質量等が算出される。

この水溶性鋳型の製造装置１は、鋳物砂収容装置２０の下方に成形型５０を備えている。成形型５０は、相互に対接（型締め）又は離反（型開き）する一対の型（上型５１及び下型５２）を有し、図１で示す型締め時に成形型５０の内部に所定形状のキャビティ５３が形成される。

なお、成形型５０を前記のように型締め又は型開きさせるための、例えばエアシリンダ等で構成される成形型駆動装置５９が備えられている（図４参照）。

成形型５０には、上型５１及び下型５２をそれぞれ加熱することにより成形型５０のキャビティ形成面を加熱するための成形型ヒータ５４，５４と、成形型キャビティ５３に充填されている鋳物砂Ｓの温度を検出する第２砂温度計５５と、同じく成形型キャビティ５３に充填されている鋳物砂Ｓの水分量を検出する水分量検出手段としての水分量センサ５６とが具備されている。

水分量センサ５６は、例えば正負の電極間を流れる電気の抵抗値から水分量を求める形式のものである。

さらに、この水溶性鋳型の製造装置１は、成形型キャビティ５３の内部圧力を低減する減圧手段としての吸引ポンプ６０を備えている。この吸引ポンプ６０は、下型５２に形成された複数のベント孔６１…６１及び成形型５０の外部に配設された吸引管６２を介して矢印オで示すように型締め状態の成形型５０の内部に形成されたキャビティ５３内の気体を成形型５０の外部へ排気するものである。

そして、図４に示すように、この水溶性鋳型の製造装置１には、前記各種計器類から検出信号を入力すると共に、前記各種装置類へ制御信号を出力する制御ユニット８０が備えられている。そして、この制御ユニット８０が行う制御動作により、この水溶性鋳型の製造装置１において、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓを成形型キャビティ５３に充填する充填工程と、鋳物砂Ｓを過熱水蒸気を用いて湿潤させる湿潤工程と、鋳物砂Ｓを引き続き過熱水蒸気を用いて乾燥させる乾燥工程とが実行されて、鋳型が製造されることとなる。

次に、この制御ユニット８０が行う具体的制御動作の１例を、図５に示すタイムチャートを参照して説明する（第１の実施形態）。

まず、成形型５０は型締め状態にあり、キャビティ５３は空である。時刻ａ〜時刻ｂの間、エアブロー装置３０が作動して、成形型キャビティ５３に所定量の鋳物砂Ｓが充填される（充填工程）。また、吸引ポンプ６０が弱作動して成形型キャビティ５３内の気体を成形型５０の外部へ比較的緩慢に排気する。

次いで、時刻ｂ〜時刻ｄの間、電磁弁４８が開いて、成形型キャビティ５３に過熱水蒸気が導入される。つまり、エアブロー装置３０によって鋳物砂Ｓが成形型キャビティ５３に充填された後から、成形型キャビティ５３に過熱水蒸気が導入されることとなる。これにより、鋳物砂Ｓと過熱水蒸気とが接触し合い、鋳物砂Ｓは過熱水蒸気から熱を与えられて温度が上昇し、一方、過熱水蒸気は沸点温度に降下して凝縮・結露し、水となって鋳物砂Ｓに付着し、鋳物砂Ｓを湿潤させる（湿潤工程）。

そして、第２砂温度計５５で検出される、成形型キャビティ５３に充填されている鋳物砂Ｓの温度が過熱水蒸気の露点温度（この露点温度は成形型キャビティ５３の内部圧力に依存して変化する（成形型キャビティ５３の内部圧力は成形型キャビティ５３への過熱水蒸気の導入量や吸引ポンプ６０の作動状態に応じて決まる））に達した時刻ｃに鋳物砂Ｓの湿潤が完了し、それ以降は鋳物砂Ｓの乾燥に転じる（乾燥工程）。

なお、吸引ポンプ６０は、乾燥が終了する時刻ｄまで弱作動が続けられる。時刻ｄは、水分量センサ５６により検出された成形型キャビティ５３に充填されている鋳物砂Ｓの水分量が予め設定された乾燥完了判定値まで低下した時刻である。この時刻ｄに過熱水蒸気の導入が停止され、その後、成形型５０が型開きされることとなる。

以上説明したように、本実施形態においては、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓを成形型５０のキャビティ５３に充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置１において、成形型キャビティ５３に充填する鋳物砂Ｓ、すなわち、例えば鋳物砂Ｓの水分の少なくとも一部が除去されて流動性が高められた状態にある、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂Ｓを、鋳物砂収容装置２０に収容し、この鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓをエアブロー装置３０で成形型キャビティ５３に充填し、このエアブロー装置３０による鋳物砂Ｓの充填後から過熱水蒸気供給装置４０で成形型キャビティ５３に過熱水蒸気を導入することにより前記鋳物砂Ｓの湿潤及び乾燥を行うようにしたから、これらの充填、湿潤、乾燥の各工程を経ることにより、過熱水蒸気と鋳物砂Ｓとの温度差に応じた量の水分が鋳物砂Ｓに供給されて、鋳物砂Ｓが湿潤状態となり、粘結剤の粘結力が十分に発現されて、乾燥後に強度に優れる鋳物が製造されることとなる。

そのうえで、過熱水蒸気供給装置４０の配管であって、その中を成形型キャビティ５３に向かう過熱水蒸気が流れる内部配管４４を、鋳物砂収容装置２０の内部に配設したから、この内部配管４４を流れる過熱水蒸気の温度で、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓ、つまり成形型キャビティ５３に充填される前の鋳物砂Ｓが加熱され、過熱水蒸気と接触する前に予め鋳物砂Ｓの温度が高められることとなる。

その結果、過熱水蒸気と鋳物砂Ｓとが接触したときの両者の温度差が小さくなり、鋳物砂Ｓに結露し供給される水分量が過度に多くならず、したがって鋳物砂Ｓが過度に湿潤状態となることが防がれて、鋳物砂Ｓを被覆していた粘結剤が流失し、鋳物砂Ｓが固まらずに造型不良が生じるという不具合が回避されることとなる。

しかも、過熱水蒸気の温度で鋳物砂Ｓが加熱されるから、両者の温度差が確実に縮小されることとなる。

そして、成形型キャビティ５３に充填する前の鋳物砂Ｓを加熱する専用の機器に頼らずに、過熱水蒸気の熱エネルギを有効利用するから、エネルギコストを抑えて効率よく鋳物砂Ｓの温度を高くすることが可能となる。

また、内部配管４４を、鋳物砂Ｓを成形型キャビティ５３に供給するための鋳物砂収容装置２０のノズル２４の近傍に配設したから、成形型キャビティ５３に充填される前の鋳物砂Ｓのうちでも成形型キャビティ５３に充填される直前の鋳物砂Ｓの温度が予め高められることとなり、成形型キャビティ５３に充填されるまでに鋳物砂Ｓの温度が再び下がるというような不具合が回避される。

また、内部配管４４から過熱水蒸気を成形型キャビティ５３に導入するためのノズル管４５を分岐させ、このノズル管４５を鋳物砂収容装置２０のノズル２４の内部に配設したから、図２に示したように、鋳物砂Ｓを成形型キャビティ５３に供給するためのノズル２４と、過熱水蒸気を成形型キャビティ５３に導入するためのノズル管４５とが外内に二重構造となって、当該水溶性鋳型の製造装置１のコンパクト化が図られる。さらに、内部配管４４を流れる過熱水蒸気の温度で予め高められた鋳物砂Ｓの温度が成形型キャビティ５３に充填されるまでに再び下がるというような不具合の回避にも寄与する。

また、必要であれば、状況に応じて、第１砂温度計２５で検出される、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓの温度が所定の目標温度（符号αを付す）よりも低いときは、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓを加熱するための砂ヒータ２６を作動させるようにすれば（図４から明らかなように制御ユニット８０がヒータ作動手段である）、例えば内部配管４４による鋳物砂Ｓの加熱が不十分であるような場合に、その不足分を前記砂ヒータ２６による鋳物砂Ｓの加熱で補うことが可能となり、過熱水蒸気と鋳物砂Ｓとの温度差を安定して小さくすることができる。

また、鋳物砂収容装置２０の底板２３を加熱するためのブローヘッドヒータ２７を作動させるようにすれば（図４から明らかなように制御ユニット８０がこの場合のヒータ作動手段である）、これもまた、内部配管４４を流れる過熱水蒸気の温度で予め高められた鋳物砂Ｓの温度が成形型キャビティ５３に充填されるまでに再び下がるというような不具合の回避に寄与することとなる。

また、成形型５０のキャビティ形成面を加熱するための成形型ヒータ５４を作動させるようにすれば（図４から明らかなように制御ユニット８０がこの場合のヒータ作動手段である）、成形型キャビティ５３に導入された過熱水蒸気がキャビティ形成面に多量に結露し、その水分で、成形型キャビティ５３に充填された鋳物砂Ｓを被覆していた粘結剤が流失するというような不具合が解消されることとなる。

また、水分量センサ５６により、成形型キャビティ５３に充填されている鋳物砂Ｓの水分量が検出可能であるから、該鋳物砂Ｓの乾燥状態が判り、適正な時期に成形型５０を型開きすることが可能となる。

次に、前記制御ユニット８０が行う具体的制御動作の別の例を、図６に示すタイムチャートを参照して説明する（第２の実施形態）。ただし、先の実施形態と同じ又は類似する部分は説明を省略し、この第２実施形態の特徴部分のみ説明する。

図６から明らかなように、この第２実施形態は、エアブロー装置３０によって鋳物砂Ｓが成形型キャビティ５３に充填されているときから、並行して、成形型キャビティ５３に過熱水蒸気が導入される場合の例である。つまり、電磁弁４８が開くことによる成形型キャビティ５３への過熱水蒸気の導入が、エアブロー装置３０が作動することによる成形型キャビティ５３への鋳物砂Ｓの充填が開始される時刻ａから同時に開始されている。

この結果、第１実施形態と比べて、湿潤工程が早期に完了し、乾燥工程が早期に開始し完了することとなり、鋳型の製造サイクルが短縮化し、鋳型の生産性向上に寄与することとなる。

次に、前記制御ユニット８０が行う具体的制御動作のさらに別の例を、図７に示すタイムチャートを参照して説明する（第３の実施形態）。ただし、先の実施形態と同じ又は類似する部分は説明を省略し、この第３実施形態の特徴部分のみ説明する。

図７から明らかなように、この第３実施形態では、第２砂温度計５５で検出される、成形型キャビティ５３に充填されている鋳物砂Ｓの温度が過熱水蒸気の露点温度（この露点温度は成形型キャビティ５３の内部圧力に依存して変化する（成形型キャビティ５３の内部圧力は成形型キャビティ５３への過熱水蒸気の導入量や吸引ポンプ６０の作動状態に応じて決まる））に達した時刻ｃに、電磁弁４８を閉じて成形型キャビティ５３への過熱水蒸気の導入を停止する。

そして、前記時刻ｃに、吸引ポンプ６０を強作動に切り替えて、成形型キャビティ５３内の気体を成形型５０の外部へ比較的急激に排気する。これにより、成形型キャビティ５３の内部圧力が減圧（急減圧）されることとなり（図４から明らかなように制御ユニット８０が減圧作動手段である）、これに起因して、過熱水蒸気による鋳物砂Ｓの湿潤が完了した直後から、キャビティ５３の内部の水分の蒸発が促進され、第２実施形態と比べて、鋳物砂Ｓの乾燥時間（乾燥工程）ひいては鋳型の製造サイクルがより一層短縮化し、鋳型の生産性向上により一層寄与することとなる。

なお、減圧の度合いに応じて、前記時刻ｃ以降も継続して過熱水蒸気を成形型キャビティ５３に導入するようにしてもよい。

次に、前記制御ユニット８０が行う具体的制御動作のさらに別の例を、図９に示すタイムチャートを参照して説明する（第４の実施形態）。ただし、先の実施形態と同じ又は類似する部分は説明を省略し、この第４実施形態の特徴部分のみ説明する。

まず、この第４実施形態では、図８に示すように、前記内部配管４４の他に、過熱水蒸気が循環して流れる循環配管４４ａが鋳物砂収容装置２０の内部に配設されている。より具体的には、この循環配管４４ａは、およそ図１に矢印VIIで示した位置にあり、前記内部配管４４の直上方に配設されている。

この循環配管４４ａは、外部配管４３とは別に過熱水蒸気生成装置４２から延びており、この循環配管４４ａ上に、該循環配管４４ａの開度を調節する循環用電磁弁４８ａ（図４、図９参照）が配設されて、この循環用電磁弁４８ａの開動作により、過熱水蒸気生成装置４２で生成された過熱水蒸気が、鋳物砂Ｓの湿潤用に成形型キャビティ５３へ導入される過熱水蒸気とは別に、矢印カで示すように循環配管４４ａを通過して再び過熱水蒸気生成装置４２に戻るようになっている。

つまり、この循環配管４４ａを流れる過熱水蒸気の温度によっても、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓ、つまり成形型キャビティ５３に充填される前の鋳物砂Ｓが加熱され、過熱水蒸気と接触する前に予め鋳物砂Ｓの温度が安定して高められることとなる。

したがって、第１砂温度計２５で検出される、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓの温度に応じて、前記循環用電磁弁４８ａの開度等を調節して、前記循環配管４４ａを流れる過熱水蒸気の流量を調整するようにすれば（図４から明らかなように制御ユニット８０が過熱水蒸気循環量調整手段である）、前記鋳物砂Ｓの温度が相対的に低いときには循環配管４４ａを流れる過熱水蒸気の流量を多くし、逆に前記鋳物砂Ｓの温度が相対的に高いときには循環配管４４ａを流れる過熱水蒸気の流量を少なくすることによって、例えば前記鋳物砂Ｓの温度を所定の目標温度（第１の実施形態で符号αを付した所定の目標温度と同意義のもの）に調整することが可能となる。

以上のことから、この第４実施形態では、図９に示すように、第３実施形態と異なり、前記循環用電磁弁４８ａを常時ＯＮにして、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓの加熱を、内部配管４４による加熱に加えて、連続して行っている。

なお、図９では、循環用電磁弁４８ａのＯＮ状態（開度）は一定値に図示されているが、前述したように、第１砂温度計２５で検出される、鋳物砂収容装置２０に収容されている鋳物砂Ｓの温度に応じて、循環用電磁弁４８ａのＯＮ状態（開度）は増減調節されている。

以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置において、製造工程中に鋳物砂が過度に湿潤状態となるのを未然に防止するために、過熱水蒸気との接触時における鋳物砂の温度を予め高くしておくよう対策を講じる場合に、エネルギコストを抑えて効率よく鋳物砂の温度を高くすることが可能な技術であるから、水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂から鋳型を製造する技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。

本発明の最良の実施形態に係る水溶性鋳型の製造装置の全体構成を示すための部分的に破断した側面図である。 図１の矢印IIから見た部分拡大断面図である。 図１の矢印IIIから見た部分拡大断面図である。 前記水溶性鋳型の製造装置のシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る水溶性鋳型の製造装置の具体的動作を示すタイムチャートである。 同じく第２の実施形態に係るタイムチャートである。 同じく第３の実施形態に係るタイムチャートである。 図１の矢印VIIIの位置における図３に類似の部分拡大断面図である。 同じく第４の実施形態に係るタイムチャートである。

符号の説明

１ 水溶性鋳型の製造装置
２０ 鋳物砂収容装置
２４ ノズル
２５ 第１砂温度計（鋳物砂温度検出手段）
２６ 砂ヒータ
３０ エアブロー装置（鋳物砂充填装置）
４０ 過熱水蒸気供給装置
４４ 内部配管
４４ａ 循環配管
４５ ノズル管
４８ 電磁弁
４８ａ 循環用電磁弁
５０ 成形型
５３ キャビティ
５４ 成形型ヒータ
５５ 第２砂温度計（第２の鋳物砂温度検出手段）
５６ 水分量センサ（水分量検出手段）
６０ 吸引ポンプ（減圧手段）
８０ 制御ユニット（ヒータ作動手段、過熱水蒸気循環量調整手段、減圧作動手段）
Ｓ 鋳物砂

Claims (8)

1. 水溶性粘結剤が被覆された鋳物砂を成形型のキャビティに充填し、湿潤させた後、乾燥させることにより鋳型を製造する水溶性鋳型の製造装置であって、
   前記成形型キャビティに充填する鋳物砂を収容する鋳物砂収容装置と、
   この鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂を前記成形型キャビティに充填する鋳物砂充填装置と、
   この鋳物砂充填装置による鋳物砂の充填時から又は充填後から前記成形型キャビティに過熱水蒸気を導入することにより前記鋳物砂の湿潤及び乾燥を行う過熱水蒸気供給装置とが備えられ、
   前記成形型キャビティに向かう過熱水蒸気が流れる前記過熱水蒸気供給装置の配管が前記鋳物砂収容装置の内部に配設されていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
2. 前記請求項１に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記鋳物砂収容装置に、鋳物砂を成形型キャビティに供給するためのノズルが設けられ、
   前記配管は、前記ノズルの近傍に配設されていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
3. 前記請求項２に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記配管から、過熱水蒸気を成形型キャビティに導入するためのノズル管が分岐され、このノズル管が前記鋳物砂収容装置のノズルの内部に配設されていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
4. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂を加熱するためのヒータと、
   前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度を検出する鋳物砂温度検出手段と、
   この鋳物砂温度検出手段で検出される温度が所定温度よりも低いとき、前記ヒータを作動させるヒータ作動手段とが備えられていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
5. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記配管に加えて、前記鋳物砂収容装置の内部に配設され、過熱水蒸気が循環して流れる循環配管と、
   前記鋳物砂収容装置に収容されている鋳物砂の温度を検出する鋳物砂温度検出手段と、
   この鋳物砂温度検出手段で検出される温度に応じて、前記循環配管を流れる過熱水蒸気の量を調整する過熱水蒸気循環量調整手段とが備えられていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
6. 前記請求項１から５のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記成形型のキャビティ形成面を加熱するためのヒータが備えられていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
7. 前記請求項１から６のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記成形型キャビティの内部圧力を低減する減圧手段と、
   前記成形型キャビティに充填されている鋳物砂の温度を検出する第２の鋳物砂温度検出手段と、
   この第２の鋳物砂温度検出手段で検出される温度が過熱水蒸気の露点温度に達したとき、前記減圧手段を作動させる減圧作動手段とが備えられていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。
8. 前記請求項１から７のいずれか１項に記載の水溶性鋳型の製造装置において、
   前記成形型キャビティに充填されている鋳物砂の水分量を検出する水分量検出手段が備えられていることを特徴とする水溶性鋳型の製造装置。

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