JP2015062919A - 鋳型の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形型に無数に穿設した通気孔を介して過熱水蒸気をキャビティ内のコーテッドサンドの隅々に行き渡らせることができると共に、通気孔へのコーテッドサンドの詰まり無くするようにした鋳型の製造装置を提供する。【解決手段】内部にキャビティ１を形成し、通気孔２をほぼ全域に無数に穿設した成形型３と、サンド供給口１０側を除く成形型３の内面に張設され、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さないメッシュ部材５と、キャビティ１内にコーテッドサンド４を供給するコーテッドサンド供給部６と、成形型３の周囲より成形型３の通気孔２及びメッシュ部材５を介してキャビティ１内に過熱水蒸気７を供給する過熱水蒸気供給部８と、キャビティ１から過熱水蒸気７を排出する過熱水蒸気排出部９とからなる。【選択図】図３

Description

本発明は、鋳造に使用される鋳型の製造装置に関するものである。

従来より、骨材に熱硬化性樹脂等の粘結剤を被覆して調製されるコーテッドサンドを用いた鋳型を製造するのに、加熱した成形型のキャビティ内にコーテッドサンドを供給し、成形型による加熱によって粘結剤を熱硬化させ、骨材を硬化した粘結剤で結合して鋳物を製造している。

これによると、生産性が良好で安定した品質の鋳型を製造できるが、成形型を高い温度に加熱する必要があるため、コーテッドサンドの粘結剤として用いられるフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が反応してアンモニアやホルムアルデヒド等の有害物質が発生し、作業環境を悪くするという問題があり、またコーテッドサンドのうち成形型に接する部分は急激に加熱されるため、製造された鋳型が反りなどの変形を生じ易いという問題がある。

上記の問題を解決するものとして、例えば下記のような特許文献１が提案されている。これは、成形型内にコーテッドサンドを充填した後、成形型内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気により成形型内のコーテッドサンドを加熱して粘結剤を硬化させ、鋳型を製造する方法である。この方法によれば、水蒸気の熱でコーテッドサンドを加熱するため、高温の成形型に接触してコーテッドサンドから有害物質が発生するのを防止することができる。

しかし、特許文献１の方法では、成形型内への水蒸気の供給を、成形型に設けた一箇所あるいはせいぜい数箇所の供給孔から行なうようにするため、成形型内に供給したコーテッドサンドの隅々にまで水蒸気を行き渡らせることが難しく、成形型内のコーテッドサンド全体を均一に加熱することが困難であるという問題がある。

このような問題の対応方法として、例えば下記のような特許文献２が提案されている。これは、成形型に型加熱用空洞路と、この型加熱用空洞路とキャビティとの間に複数の蒸気導入路が設けられており、水蒸気が型加熱用空洞路を通って複数設けられた蒸気導入路からキャビティ内へ供給される鋳型の製造装置である。この製造装置によれば、キャビティ内の全体に均一に水蒸気を供給して、キャビティ内のコーテッドサンドの全体を均一に加熱することができる。

特開２０００−１０７８３５号 特開２０１１−２３０１８０号

しかし、特許文献２の方法では、蒸気導入路から水蒸気がキャビティ内に吹き出しているので、蒸気導入路の内径がコーテッドサンドの直径より大きいものであっても、蒸気導入路内にコーテッドサンドが入り込まないとしているが、キャビティ内へ充填されたコーテッドサンドは成形型内で加圧された状態で保持されており、また鋳型の成形工程においては蒸気導入路から常に蒸気が供給されているわけではないため、蒸気導入路内へコーテッドサンドが入り込んで詰まるという問題がある。また、蒸気導入路からキャビティ内へ水蒸気を供給するときに、水蒸気が直接鋳型の表面に当たるため、水蒸気が直接当たった部分の鋳肌が悪くなるという問題がある。また、成形型の形状が複雑であり、成形型の製造やメンテナンスが困難であるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、成形型内に充填したコーテッドサンドが詰まることなく製造でき、コーテッドサンド全体を均一に加熱することができ、それにより外観が良く、均質な鋳型を製造できる鋳型の製造装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の鋳型の製造装置は、図１〜図４に示すように、内部にキャビティ１を形成し、通気孔２を無数に穿設した成形型３と、サンド供給口１０側を除く成形型３の内面全域に張設され、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さないメッシュ部材５と、前記キャビティ１内にコーテッドサンド４を供給するコーテッドサンド供給部６と、成形型３の周囲より成形型３の通気孔２及びメッシュ部材５を介してキャビティ１内に過熱水蒸気７を供給するガス供給部８と、前記キャビティ１からガス７を排出するガス排出部９と、からなることを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の鋳型の製造装置において、前記成形型３の通気孔２の孔径は、コーテッドサンド４の平均粒径よりも大きいことを特徴とする。

請求項３は、請求項１または２に記載の鋳型の製造装置において、前記メッシュ部材５の目開きが２００μｍ以下であることを特徴とする。

請求項４に係る発明の鋳型の製造装置は、図５〜図７に示すように、内部にキャビティ１を形成し、コーテッドサンド４の平均粒径よりも小さい孔径を有する通気孔２２を無数に穿設した成形型３と、前記キャビティ１内にコーテッドサンド４を供給するコーテッドサンド供給部６と、成形型３の周囲より成形型３の通気孔２２を介してキャビティ１内にガス７を供給するガス供給部８と、前記キャビティ１からガス７を排出するガス排出部９と、からなることを特徴とする。

請求項５は、請求項４に記載の鋳型の製造装置において、前記通気孔２２の孔径が、２００μｍ以下であることを特徴とする。

請求項６は、請求項４または５に記載の鋳型の製造装置において、前記通気孔２２がレーザーによって穿設されてなることを特徴とする。

請求項７は、請求項４〜６の何れかに記載の鋳型の製造装置において、前記キャビティ１内周面と成形型３外周面との肉厚が２０ｍｍ以下で形成されていることを特徴としている。

請求項８は、請求項１〜７の何れかに記載の鋳型の製造装置において、前記キャビティ１内周面の面積に対する前記通気孔２，２２の開口の総面積の比が、１００：０．０１〜１００：１０の範囲にあることを特徴とする。

請求項９は、請求項１〜８の何れかに記載の鋳型の製造装置において、前記ガス供給部８は、成形型３の外周に沿うように設けられたガス導入部１３を含むことを特徴としている。

請求項１０は、請求項９に記載の鋳型の製造装置において、前記ガス供給部８に圧力調整手段を備えることを特徴とする。

請求項１１は、請求項１〜１０の何れかに記載の鋳型の製造装置において、前記ガス排出部９に排出されるガス７を吸引する吸引手段を備えることを特徴とする。
│

│請求項１２は、請求項１〜１１の何れかに記載の鋳型の製造装置において、鋳型の抜型がガス７の圧力で行なわれることを特徴とする。

請求項１３は、請求項１〜１２の何れかに記載の鋳型の製造装置において、前記ガス７が、アミン類、エステル類、炭酸ガス、水蒸気、過熱水蒸気、空気、加熱空気、不活性ガス、加熱不活性ガスから選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする。

請求項１４は、請求項１〜１３の何れかに記載の鋳型の製造装置において、前記コーテッドサンド４の粘結剤が、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、糖類、たんぱく質類、水ガラス、無機塩類であることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付し、そしてガスとして過熱水蒸気７を用いた場合について説明すると、請求項１に係る発明の鋳型の製造装置は、図１〜図４に示すように、内部にキャビティ１を形成し、通気孔２を無数に穿設した成形型３には、サンド供給口１０側を除く成形型３の内面全域にメッシュ部材５を張設し、ガス供給部８からのガス７を、成形型３の周囲より通気孔２及びメッシュ部材５を介しキャビティ１内に供給することによりキャビティ１内のコーテッドサンド４を加熱するようにしたもので、メッシュ部材５は、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さないから、キャビティ１内に供給されたコーテッドサンド４が成形型３の通気孔２に詰まることがなく、過熱水蒸気７を成形型３の通気孔２からメッシュ部材５を介してキャビティ１内に有効に供給でき、キャビティ内のコーテッドサンドの隅々まで行き渡らせることができ、それによりコーテッドサンド４をより一層均一に加熱できて、均質の鋳型を製造することができる。また、過熱水蒸気７は、同じ温度の高温空気や飽和水蒸気に比べて、熱容量が格段に大きいため、キャビティ１内のコーテッドサンド４全体を瞬時に加熱し粘結剤を硬化させることができて、短時間で鋳型を製造することができる。この通気孔２は、通常は断面が円形状の丸孔であるが、切れ目状のスリットでもよい。また、無数に穿設した通気孔２は、具体的には５０個以上、より好ましくは１００個以上設けると良い。

また、何回も鋳型を製造しているうちに、メッシュ部材５にコーテッドサンド４の粒子が付着してこびりついた状態となったり、メッシュ部材５の一部が破れたような時には、そのメッシュ部材５を成形型３から剥がすことにより、新しいものと簡単に取り替えることができる。この場合、成形型３の内面側にメッシュ部材５が張設されるから、通気孔２の孔径は、コーテッドサンド４の平均粒径より小さくてもよいし、大きくてもよい。

請求項２に記載のように、成形型３の内面にメッシュ部材５が張設されている場合は、成形型３の通気孔２の孔径を、コーテッドサンド４の平均粒径よりも大きくすれば、コーテッドサンド４の平均粒径より小径の通気孔２を穿設する場合に比べ、成形型３全体に穿設される通気孔２の数を減少できる。そして、この通気孔２は、レーザー加工機などで機械的に穿設されるものであるため、穿設する通気孔２の数を減少できれば、それだけ孔開け作業の省力化が図られる。また、通気孔２の孔径をコーテッドサンド４の平均粒径より大きくすることで、孔掃除が容易となる。

請求項３に記載のように、メッシュ部材５の目開きを２００μｍ以下にすることにより、コーテッドサンド４の粒子を確実に通さなくすると共に、空気を通すようにすることができる。

請求項４に係る発明の鋳型の製造装置は、図５〜図７に示すように、内部にキャビティ１を形成する成形型３には、コーテッドサンド４の平均粒径よりも小さい孔径を有する通気孔２２を無数に穿設し、この成形型３の周囲より通気孔２２を介しキャビティ１内に供給することによりキャビティ１内のコーテッドサンド４を加熱するようにしたので、コーテッドサンド４が通気孔２２に入り込んで通気孔２２の流入を阻止されることがなく、成形型３の周囲からの過熱水蒸気７を通気孔２２を通じてキャビティ１内に流入させ、キャビティ１内のコーテッドサンド４の隅々に渡らせることができ、それによりコーテッドサンド４を均一に加熱して、均質の鋳型を製造することができる。また、過熱水蒸気７は、同じ温度の高温空気や飽和水蒸気に比べて、熱容量が格段に大きいため、キャビティ１内のコーテッドサンド４全体を瞬時に加熱して粘結剤を硬化させることができ、従って短時間で鋳型を製造することができる。

尚、通気孔２２は、通常は断面が円形状の丸孔であるが、切れ目状のスリットでもよい。従って、丸孔の場合は、その内径をコーテッドサンド４の平均粒径より小さく形成するが、スリットの場合には、その幅をコーテッドサンド４の平均粒径より小さく形成する。この通気孔２２は、丸孔でもスリットであっても、機械的に穿設されるもので、成形型３の内外両面側を真っ直ぐに貫通しており、その内面は平滑であるから、過熱水蒸気７の流通がスムーズとなり、孔掃除も容易となる。

請求項５に記載のように、通気孔２２の孔径を２００μｍ以下にすることにより、成形型３はコーテッドサンド４の粒子を確実に通さなくすると共に、空気を通すようにすることができる。また、請求項６に記載のように、通気孔２２がレーザーによって穿設されることで、ミリ以下の小口径の孔を安定して確実に形成できると共に、無数にある通気孔２２の穿設をより短時間で行なうことができる。このとき、請求項７に記載のように、キャビティ１内周面と成形型３外周面との肉厚が２０ｍｍ以下で形成されると良く、キャビティ１の全方向からレーザーによって通気孔２２を形成することができる。尚、成形型３の外周面とは、キャビティ１を形成する成形型本体部の外周側であっても良い。

請求項８に記載のように、キャビティ１内周面の面積に対する前記通気孔２，２２の開口の総面積の比が、１００：０．０１〜１００：１０の範囲にあることにより、キャビティ１の容量に対して鋳型の成型に十分な過熱水蒸気７をキャビティ１内に供給することができ、安定した加熱を行なうことができる。

請求項９に記載のように、ガス供給部８の一部として、成形型３の外周に沿うようにガス導入部１３を設けたことにより、過熱水蒸気７をガス導入部１３から成形型３の各通気孔２２を一様に通過させることができ、それによりキャビティ１内のコーテッドサンド４の全体をより一層均一に加熱することができる。

請求項１０に記載のように、ガス供給部８に圧力調整手段を備えることにより、ガス供給部８から供給される過熱水蒸気７の圧力が一定に調整され、通気孔２，２２を通ってキャビティ１内に供給される過熱水蒸気７を、供給圧力のばらつきを抑えて全ての通気孔２から安定した過熱水蒸気７の供給を行なうことができる。

請求項１１に記載のように、ガス排出部９に排出されるガスを吸引する吸引手段を備えることにより、キャビティ１内へ供給した過熱水蒸気７がより早くキャビティ１内を通過して成形型３内の加熱を促進させると共に、余分な過熱水蒸気７を排出することで鋳型の効果を促進させることができる。

請求項１２に記載のように、鋳型の抜型をガス７の圧力で行なうことにより、鋳型の離型を容易にさせ、成形型３のキャビティ１の形状によってエジェクタピンを設けなくてもガスの圧力のみで離型を行なうことができ、成形型３の簡略化が可能となる。

請求項１３に記載のように、キャビティ１内に供給するガス７は、過熱水蒸気だけでなく、アミン類、エステル類、炭酸ガス、水蒸気、過熱水蒸気、空気、加熱空気、不活性ガス、加熱不活性ガスから選ばれる少なくとも１種以上であると良い。また、請求項１４に記載のように、コーテッドサンド４の粘結剤は、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、糖類、たんぱく質類、水ガラス、無機塩類を用いても良い。

ガスと粘結剤との組み合わせとしては、例えば熱硬化性樹脂の粘結剤で被覆したコーテッドサンドを過熱水蒸気、加熱空気、加熱不活性ガスを用いてコーテッドサンドを加熱させることで硬化させたり、アミン類やエステル類を用いて硬化させたりしても良い。また、粘結剤を水溶性の熱硬化性樹脂、糖類、たんぱく質類、水ガラスまたは無機塩類で被覆したコーテッドサンドを水蒸気、過熱水蒸気で湿らせた後に空気、加熱空気、加熱不活性ガスなどで乾燥させることで硬化させたりしても良い。このとき、ガスの供給による硬化だけでなく、成形型を加熱温調して型内での加熱による硬化を併用しても良い。

本発明の第一実施形態にかかる鋳型製造装置の全体を示す断面図である。 同上の鋳型製造装置の成形型及びメッシュ部材を示す分解斜視図である。 同上の鋳型製造装置の動作を示す断面図である。 同上の鋳型製造装置の動作を示す断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる鋳型製造装置の全体を示す、図１と同様な断面図である。 同上の鋳型製造装置の動作を示す、図３と同様な断面図である。 同上の鋳型製造装置の動作を示す、図４と同様な断面図である。

以下に本発明の好適な第一の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態においては、ガスとして過熱水蒸気を供給することでコーテッドサンドを硬化させて鋳型を製造する。先ず、成形型内面にメッシュ部材を備えた鋳型の製造装置について説明すると、この製造装置は、内部にキャビティ１を形成し、通気孔２を無数に穿設した成形型３と、サンド供給口１０側を除く成形型３の内面全域に張設され、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さないメッシュ部材５と、前記キャビティ１内にコーテッドサンド４を供給するコーテッドサンド供給部６と、成形型３の周囲より成形型３の通気孔２を介してキャビティ１内に過熱水蒸気（ガス）７を供給する過熱水蒸気供給部（ガス供給部）８と、前記キャビティ１から過熱水蒸気７を排出する過熱水蒸気排出部（ガス排出部）９とによって構成される。成形型３には、図１に示すように、サンド供給口１０を形成した上板１１が、キャビティ１の上端開口を塞ぐように配置される。

上記鋳型の製造装置の構造について更に詳しく説明すれば、図２に示すように、成形型３は、一対の割型３１，３２からなるもので、両割型３１，３２を連結することによって、図１に示すように、内部に例えば円筒状のキャビティ１が形成される。各割型３１，３２は、有底半円筒状の成形型本体部３１ａ，３２ａと、この成形型本体部３１ａ，３２ａの背面側に箱状に一体に形成された箱状枠部３１ｂ，３２ｂと、この箱状枠部３１ｂ，３２ｂの背面側開口を塞ぐ背面板３３，３４とからなるもので、有底半円筒状の成形型本体部３１ａ，３２ａに、通気孔２が無数に穿設されている。この通気孔２は、孔開け用の旋盤加工機によって、成形型本体部３１ａ，３２ａの内外両面側を直線状に貫通するように穿設される。尚、通気孔２は、通常は断面が円形状の丸孔であるが、切れ目状のスリットでもよく、このスリットは、旋盤加工機やレーザー加工機などによって簡単に穿設できるものである。

通気孔２の孔径は、コーテッドサンド４の平均粒径よりも大きく、例えば２．５ｍｍとされる。このように通気孔２の孔径を、コーテッドサンド４の平均粒径よりも大きくした場合は、孔径を例えば０．２ｍｍ程度に小さく形成する場合に比べると、旋盤加工機で成形型３に穿設する通気孔２の数を少なくでき、従ってそれだけ孔開け作業が簡単となる。また、そのように通気孔２の孔径を大きくすることで、孔掃除が容易となる。このように通気孔２の孔径を、コーテッドサンド４の平均粒径より大きく、例えば２．５ｍｍ程度にできるのは、成形型３の内面側に、空気は通すがコーテッドサンド４の粒子は通さないメッシュ部材５を設けたからである。

コーテッドサンド４は、珪砂等の骨材に熱硬化性樹脂等の粘結剤で被覆することによって調製される。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂等が使用される。コーテッドサンド４の平均粒径としては、粗いものが４００〜６００μｍ程度（例えば、５００μｍ）であり、細かいものが２５０〜３５０μｍ程度（例えば、３００μｍ）である。

成形型３の内面に張設されるメッシュ部材５は、図２に示すように、一対の半割体５１，５２からなり、各半割体５１，５２は、半円筒部５１ａ，５２ａと、半円形底部５１ｂ，５２ｂとからなるもので、成形型３の半割体５１，５２の夫々内面に密着するように張設される。このメッシュ部材５は、例えばステンレス製の金網からなるもので、その厚みは、例えば０．３５ｍｍであり、その網目の目開きは、コーテッドサンド４の平均粒径より小さく、バインダー被覆砂の平均粒径から２００μｍ以下が良く、例えば１５０〜１８０μｍ程度である。尚、各半割体５１，５２には半円筒部５１ａ，５２ａの両側部に、張出片５１ｃ，５２ｃが設けられている。また、このときのキャビティ１の内周面の面積と、キャビティ１内周に開口する通気孔２の開口（メッシュ部材５の開口部分）の総面積の比が、１００：０．０１〜１００：１０の範囲にあると良く、例えば１００：１〜１００：３程度である。

上記のメッシュ部材５を成形型３の内面に張設するには、各半割体５１，５２の半円筒部５１ａ，５２ａ及び半円形底部５１ｂ，５２ｂを、割型３１，３２からなる成形型本体部３１ａ，３２ａの内面全体に密接させて、例えば溶接により張り付け、また張出片５１ｃ，５２ｃを各半割体５１，５２の対向壁面部３１ｃ，３２ｃに密接させて同様に張り付ける。張出片５１ｃ，５２ｃは、両半割体５１，５２の連結時に両半割体５１，５２の対向壁面部３１ｃ，３２ｃ間に挟み込まれる。

尚、メッシュ部材５は、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さず、しかもシート状で高耐熱性のものであれば、この実施形態で使用した金網に限らず、どのようなものでもよい。

コーテッドサンド供給部６は、図１に示すように、コーテッドサンド４を貯蔵するホッパー６１と、このホッパー６１の下端部に設けたシャッター６２とを備えており、このシャッター６２を開くことによって、コーテッドサンド４が、成形型３の上板１１に設けたサンド供給口１０を介して供給されるようになっている。また、コーテッドサンド供給部６内でコーテッドサンド４を３０℃〜１００℃に予熱しておいても良い。

過熱水蒸気供給部（ガス供給部）８は、成形型３の周囲より成形型３の通気孔２及びメッシュ部材５を介してキャビティ１内に過熱水蒸気７を供給するもので、図１に示すように、過熱水蒸気発生装置１２と、成形型３の外周に沿うように設けられた過熱水蒸気導入部（ガス導入部）１３と、過熱水蒸気発生装置１２で発生した過熱水蒸気７を過熱水蒸気導入部１３に供給するように配管された過熱水蒸気配管部１４とからなり、過熱水蒸気配管部１４の入口部にはバルブ１５が設けられていて、このバルブ１５を開くことにより、過熱水蒸気発生装置１２からの過熱水蒸気７が過熱水蒸気配管部１４を通じて過熱水蒸気導入部１３に供給され、この過熱水蒸気導入部１３に供給された過熱水蒸気７が、成形型３に無数に穿設した通気孔２を通過し、メッシュ部材５を通過してキャビティ１に供給されるようになっている。ここで過熱水蒸気供給部８に圧力調整手段を備えても良く、過熱水蒸気発生装置１２から過熱水蒸気配管部１４を通って過熱水蒸気導入部１３に至るまでの経路の何れかの位置に少なくとも１つ設けられ、例えばバルブ１５を圧力調整弁としても良い。圧力調整手段を用いることにより、過熱水蒸気供給部８から供給される過熱水蒸気７の圧力が一定に調整され、過熱水蒸気導入部１３から通気孔２を通ってキャビティ１内へ供給される過熱水蒸気７を、供給圧力のばらつきを抑えて全ての通気孔２から安定した過熱水蒸気７の供給を行なうことができる。

過熱水蒸気発生装置１２は、電磁誘導加熱による過熱水蒸気発生装置で、水から直接、例えば５００℃の過熱水蒸気を９０％以上の高効率で作り出すことができる。因みに、在来のタイプの過熱水蒸気発生装置は、化石燃料等で加熱されるボイラーによって飽和水蒸気を作り、これを同じく化石燃料等で再加熱することで過熱水蒸気とするもので、発生効率は６０％程度である。

過熱水蒸気導入部１３は、図１及び図２に示すように、各割型３１，３２の成形型本体部３１ａ，３２ａの背面側に一体に形成された箱状枠部３１ｂ，３２ｂの内部に形成されるもので、その背面部が背面板３３，３４で塞がれ、この背面板３３，３４に過熱水蒸気配管部１４の出口端部１４ｏが貫通している。

過熱水蒸気排出部９は、図１に示すように、吸引ポンプ１６を有し、この吸引ポンプ１６は、管状の吸引ダクト１７を介して、成形型３の底部下方に設けられた広口ダクト１８に接続されている。広口ダクト１８は、成形型３の底部に配設されている過熱水蒸気排出用の多数の通気孔２に臨むように広口に形成されている。尚、過熱水蒸気排出部９は、キャビティ１内の過熱水蒸気７を吸引ポンプ１６で強制排出するようなものではなく、成形型３の通気孔２及びメッシュ部材５を通じて自然排気させるようなものでもよい。

上記のように構成される鋳型製造装置の使用による鋳型の製造について、図３及び図４を参照しながら以下に説明する。

先ず、図３に示すように、成形型３のサンド供給口１０にコーテッドサンド供給部６を接続した状態で、シャッター６２を開くと、ホッパー６１内のコーテッドサンド４がサンド供給口１０を通じて成形型３のキャビティ１内に供給される。この時、ホッパー６１内を高圧エアで加圧してコーテッドサンド４をキャビティ１内に噴射するようにすれば、コーテッドサンド４をキャビティ１内に効率良く供給することができる。

キャビティ１内へのコーテッドサンド４の供給を終えたならば、図４に示すように、成形型３のサンド供給口１０からコーテッドサンド供給部６を切り離して、そのサンド供給口１０を例えば塞ぎ板１９で塞いだ後、過熱水蒸気供給部８のバルブ１５を開いて過熱水蒸気７をキャビティ１内に供給する。過熱水蒸気供給部８から過熱水蒸気７を供給する際に、過熱水蒸気排出部９の吸引ポンプ１６を作動させることにより、キャビティ１内に供給された過熱水蒸気７は、キャビティ１内のコーテッドサンド４の粒子間を通過して強制的に成形型３の底部の過熱水蒸気排出用の通気孔２から排出される。尚、吸引ポンプ１６を作動させることなく、過熱水蒸気７を自然排気してもよい。

この過熱水蒸気７の供給過程を更に説明すれば、過熱水蒸気発生装置１２からの過熱水蒸気７は、過熱水蒸気配管部１４を通じて過熱水蒸気導入部１３に供給される。過熱水蒸気導入部１３は、成形型３の外周に沿うように設けられているから、この過熱水蒸気導入部１３内に供給された過熱水蒸気７は、通気孔２が無数に穿設されている成形型３の外周部全体を覆う状態となって、成形型３の各通気孔２を一様に通過し、更に成形型３の内面に張設されているメッシュ部材５を通過してキャビティ１に流入し、キャビティ１内に供給されたコーテッドサンド４の隅々まで行き渡って、コーテッドサンド４の全体を均一に加熱することができる。

この場合、過熱水蒸気７は、コーテッドサンド４の粘結剤である熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度でキャビティ１内に供給される。この過熱水蒸気７の温度は、例えば３００〜５００℃の範囲内の所要温度に設定される。また、過熱水蒸気７の圧力は、例えば０．１５〜０．８ＭＰａの範囲内の所要圧力に設定される。この圧力は、過熱水蒸気供給部８に圧力調整手段を備えて一定の圧力に調整されて供給することが望ましい。

尚、この過熱水蒸気７は、１００℃で沸騰気化した水分子（空気を含まない）を常圧のまま、１００℃以上に加熱した高温の水蒸気で、同じ温度の高温空気や飽和水蒸気に比べて約４倍の熱容量をもっている。従って、このような過熱水蒸気７を、所要の温度及び圧力で成形型３のキャビティ１内に供給することにより、キャビティ１内のコーテッドサンド４全体を瞬時に加熱して粘結剤を硬化させることができる。従って、成形型３を余熱しておく必要がなく、安定して短時間で鋳型を製造することができる。

そして、上述した鋳型製造装置では、サンド供給口１０側を除く成形型３の内面全域に、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さないメッシュ部材５を張設していることから、このメッシュ部材５によって、通気孔２へのコーテッドサンド４の詰まり無くすることができる。また、メッシュ部材５が、コーテッドサンド４の平均粒径よりも小さい網目を有する金網からなる場合、このメッシュ部材５の金網自体は、厚みが１ミリ以下の薄いシート状であるため、コーテッドサンド４の粒子が詰まり難く、また詰まった時も、ブラシ等で掃除することによって詰まりを簡単に解消することができる。

また、何回も鋳型を製造しているうちに、メッシュ部材５にコーテッドサンド４の粒子が付着してこびりついた状態となったり、メッシュ部材５の一部が破れたような時には、そのメッシュ部材５を成形型３から剥がすことにより、新しいものと簡単に取り替えることができる。因に、成形型を焼結金属からなる多孔質材料で形成して、その多孔が通気孔であるとした場合、その多孔質材料の孔にコーテッドサンドの粒子が詰まるなどして、成形型が使用できなくなった時は、成形型そのものを取り替える必要があることから、非常に不経済である。この点、メッシュ部材５だけを取り替えればよいから、極めて経済的である。

過熱水蒸気７をキャビティ１内に供給してコーテッドサンド４を硬化させた後、コーテッドサンド供給部６を成形型３のサンド供給口１０から外し、成形型３の上部を覆っている上板１１を成形型３から取り外し、また過熱水蒸気供給部８及び過熱水蒸気排出部９を成形型３の割型３１，３２から適宜に分離させた状態で、成形型３の割型３１，３２を引き離して型開きし、鋳型を取り出す。尚、過熱水蒸気７の供給圧力を例えば０．４ＭＰａ程度に設定した場合、キャビティ１内で形成された鋳型の型離れが良好であった。

また、鋳型の製造に先立って、成形型３を余熱することが必要な場合には、成形型３に過熱水蒸気供給部８をセットした状態で過熱水蒸気７をキャビティ１内に供給することによって、この過熱水蒸気７で成形型３の全体を加熱することができる。従って、成形型３を余熱するためのヒーター等の加熱装置が不要となる利点がある。

以上、成形型３の内面側に、空気は通すが、コーテッドサンド４の粒子は通さないメッシュ部材５を備えた鋳型の製造装置について説明したが、次に、第二の実施形態として、そのようなメッシュ部材５を有していない鋳型の製造装置について、図５〜図７によって説明する。尚、この第二実施形態としての鋳型の製造装置は、成形型３の内面側にメッシュ部材５を備えていないだけで、その他の構成については図１〜図４に示す第一実施形態の鋳型の製造装置とほとんど同じである。

メッシュ部材５を備えていない鋳型の製造装置は、先ず図５に示すように、内部にキャビティ１を形成し、コーテッドサンド４の平均粒径よりも小さい孔径を有する通気孔２を無数に穿設した成形型３と、前記キャビティ１内にコーテッドサンド４を供給するコーテッドサンド供給部６と、成形型３の周囲より成形型３の通気孔２２を介してキャビティ１内にガスとしての過熱水蒸気７を供給する過熱水蒸気供給部（ガス供給部）８と、前記キャビティ１から過熱水蒸気７を排出する過熱水蒸気排出部（ガス排出部）９とを備えて構成されている。

成形型３は、図２からメッシュ部材５を除外すれば分かるように、一対の割型３１，３２からなるもので、両割型３１，３２を連結することによって、内部に円筒状のキャビティ１が形成される。各割型３１，３２は、有底半円筒状の成形型本体部３１ａ，３２ａと、この成形型本体部３１ａ，３２ａの背面側に箱状に一体に形成された箱状枠部３１ｂ，３２ｂと、この箱状枠部３１ｂ，３２ｂの背面側開口を塞ぐ背面板３３，３４とからなるもので、有底半円筒状の成形型本体部３１ａ，３２ａに、通気孔２２が無数に穿設されている。この通気孔２２は、孔あけ用のレーザー加工機により、成形型本体部３１ａ，３２ａの内外両面側を直線状に貫通するように穿設される。尚、過熱水蒸気供給部８の構成によっては、キャビティ１の側面側だけでなく、上面側に通気孔２２を設けても良く、下面側から過熱水蒸気７を供給する構成にしても良い。

そして、通気孔２２の孔径は、コーテッドサンド４の平均粒径よりも小さく、例えば０．２ｍｍ（２００μｍ）とされる。即ち、コーテッドサンド４の平均粒径としては、粗いもので４００〜６００μｍ程度、細かいもので２５０〜３５０μｍ程度であるから、通気孔２２の孔径が０．２ｍｍ（２００μｍ）であれば、コーテッドサンド４の平均粒径より小さい。尚、この通気孔２２は、通常は断面が円形状の丸孔であるが、切れ目状のスリットでもよい。従って、丸孔の場合は、その内径をコーテッドサンド４の平均粒径より小さく形成するが、スリットの場合には、スリット幅をコーテッドサンド４の平均粒径より小さく形成すればよい。

上記鋳型製造装置の使用による鋳型の製造について、図６及び図７を参照して説明すると、先ず、図６に示すように、成形型３のサンド供給口１０にコーテッドサンド供給部６を接続した状態で、シャッター６２を開くと、ホッパー６１内のコーテッドサンド４がサンド供給口１０を通じて成形型３のキャビティ１内に供給される。キャビティ１内へのコーテッドサンド４の供給を終えたならば、図７に示すように、成形型３のサンド供給口１０からコーテッドサンド供給部６を切り離して、そのサンド供給口１０を例えば塞ぎ板１９で塞いだ後、過熱水蒸気供給部８のバルブ１５を開いて過熱水蒸気７をキャビティ１内に供給する。過熱水蒸気供給部８から過熱水蒸気７を供給する際に、過熱水蒸気排出部９の吸引ポンプ１６を作動させることにより、キャビティ１内に供給された過熱水蒸気７は、キャビティ１内のコーテッドサンド４の粒子間を通過して強制的に成形型３の底部の過熱水蒸気排出用の通気孔２２から排出される。

この場合、過熱水蒸気７は、過熱水蒸気発生装置１２から過熱水蒸気配管部１４を通じて過熱水蒸気導入部１３に供給される。過熱水蒸気導入部１３は、成形型３の外周に沿うように設けられているから、この過熱水蒸気導入部１３内に供給された過熱水蒸気７は、通気孔２２が無数に穿設されている成形型３の外周部全体を覆う状態となって、成形型３の各通気孔２２を一様に通過してキャビティ１に流入し、キャビティ１内に供給されたコーテッドサンド４の隅々まで行き渡って、コーテッドサンド４の全体を均一に加熱することができる。

上記のように、この鋳型製造装置によれば、内部にキャビティ１を形成する成形型３に、コーテッドサンド４の平均粒径より小さい孔径を有する通気孔２２を無数に穿設し、この成形型３の周囲より通気孔２２を介しキャビティ１内に供給することによりキャビティ１内のコーテッドサンド４を加熱するようにしたから、キャビティ１内のコーテッドサンド４が通気孔２２に入り込んで通気孔２２の流入を阻止することがなく、成形型３の周囲からの過熱水蒸気７を通気孔２２を通じキャビティ１内に流入させて、キャビティ１内のコーテッドサンド４の隅々に渡らせることができ、それによりコーテッドサンド４を均一に加熱して、均質の鋳型を製造することができる。また過熱水蒸気７は、同じ温度の高温空気や飽和水蒸気に比べて、熱容量が格段に大きいため、キャビティ１内のコーテッドサンド４全体を瞬時に加熱し粘結剤を硬化させることができて、短時間で鋳型を製造することができる。

また、成形型３の通気孔２２は、丸孔にしても、スリットにしても、例えばレーザー加工機によって機械的に穿設されるもので、成形型３の内外両面側を真っ直ぐに貫通していて、その内面は平滑であるから、過熱水蒸気７の流通がスムーズで、その孔掃除が容易となる。このとき、成形型３の両割型３１，３２を構成する成形型本体部３１ａ，３２ａの外周面（過熱水蒸気導入部１３を構成する面）とキャビティ１内周面との肉厚が２０ｍｍ以下でほぼ同一の肉厚で形成されることで、レーザーによる穿設が安定して制御されて行なうことができる。尚、肉厚は２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは６ｍｍ以下が良い。また、通気孔２２の内径を２００μｍ以下にすることにより、コーテッドサンドの粒子を確実に通さずに空気を通すと共に、孔径が小さいために通気孔２２から吹き込まれる過熱水蒸気７による鋳肌の悪化を抑えて外観の良い鋳型を形成することができる。因に、通気孔２２が、例えば焼結金属からなる多孔質材料に形成された孔であれば、その孔は、直線状ではなく、複雑に曲がりくねっていたり、孔内面が凸凹状を呈しているから、過熱水蒸気の流通が悪く、孔掃除もできないことになる。また、成形型が焼結金属からなる多孔質材料で形成される場合は、成形型を作るための成形型が必要となるため、製作コストが非常に高くつく。

１ キャビティ
２ 通気孔
３ 成形型
４ コーテッドサンド
５ メッシュ部材
６ コーテッドサンド供給部
７ 過熱水蒸気（ガス）
８ 過熱水蒸気供給部（ガス供給部）
９ 過熱水蒸気排出部（ガス排出部）
１０ サンド供給口
１３ 過熱水蒸気導入部（ガス導入部）
２２ 通気孔

Claims (14)

1. 内部にキャビティを形成し、通気孔を無数に穿設した成形型と、
   サンド供給口側を除く成形型の内面全域に張設され、空気は通すが、コーテッドサンドの粒子は通さないメッシュ部材と、
   前記キャビティ内にコーテッドサンドを供給するコーテッドサンド供給部と、
   成形型の周囲より成形型の通気孔及びメッシュ部材を介してキャビティ内にガスを供給するガス供給部と、
   前記キャビティからガスを排出するガス排出部と、からなることを特徴とする鋳型の製造装置。
2. 前記成形型の通気孔の孔径は、コーテッドサンドの平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造装置。
3. 前記メッシュ部材の目開きが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳型の製造装置。
4. 内部にキャビティを形成し、コーテッドサンドの平均粒径よりも小さい孔径を有する通気孔を無数に穿設した成形型と、
   前記キャビティ内にコーテッドサンドを供給するコーテッドサンド供給部と、
   成形型の周囲より成形型の通気孔を介してキャビティ内にガスを供給するガス供給部と、
   前記キャビティからガスを排出するガス排出部と、からなることを特徴とする鋳型の製造装置。
5. 前記成形型の通気孔の孔径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の鋳型の製造装置。
6. 前記成形型の通気孔がレーザーによって穿設されてなることを特徴とする請求項４または５に記載の鋳型の製造装置。
7. 前記キャビティ内周面と成形型外周面との肉厚が２０ｍｍ以下で形成されていることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の鋳型の製造装置。
8. 前記キャビティ内周面の面積に対する前記通気孔の開口の総面積の比が、１００：０．０１〜１００：１０の範囲にあることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の鋳型の製造装置。
9. 前記ガス供給部は、成形型の外周に沿うように設けられたガス導入部を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の鋳型の製造装置。
10. 前記ガス供給部に圧力調整手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の鋳型の製造装置。
11. 前記ガス排出部に排出されるガスを吸引する吸引手段を備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の鋳型の製造装置。
12. 鋳型の抜型がガスの圧力で行なわれることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の鋳型の製造装置。
13. 前記ガスが、アミン類、エステル類、炭酸ガス、水蒸気、過熱水蒸気、空気、加熱空気、不活性ガス、加熱不活性ガスから選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の鋳型の製造装置。
14. 前記コーテッドサンドの粘結剤が、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、糖類、たんぱく質類、水ガラス、無機塩類であることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の鋳型の製造装置。

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