JP2018134679A - 生型砂の注水混練システム - Google Patents

Abstract

【課題】生型砂への注水量をより適切に制御して、より安定した性状を有する混練砂を作成する注水混練システムを提供すること。【解決手段】生型砂の注水混練システムであって、計量された生型砂を貯留する計量ホッパと、生型砂と水とを混練する混練機と、計量ホッパ内の生型砂を混練機に放出し、又は、放出を遮断する砂投入手段と、混練機内の生型砂に対して注水を行う注水装置と、一対の電極で構成され、計量ホッパ内に貯留された生型砂の水分量を電極間の電位差を測定することにより測定する水分センサと、水分センサの出力に基づいて注水装置による注水量を制御し、砂投入手段を制御する混練制御装置と、を備えたこと、を特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、生型砂の注水混練システムに関する。

従来から、鋳物砂にベントナイト等の添加剤（粘結剤）が加えられた生型砂に水を注水し、混練する混練機が知られている（例えば、特許文献１参照）

特開２０１３−２３７０８６号公報

以前より、生型砂への注水量をより適切に制御して、より安定した性状を有する混練砂を作成する注水混練システムが望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生型砂への注水量をより適切に制御して、より安定した性状を有する混練砂を作成する注水混練システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明における注水混練システムは、計量された生型砂を貯留する計量ホッパと、生型砂と水とを混練する混練機と、前記計量ホッパ内の生型砂を前記混練機に放出し、又は、放出を遮断する砂投入手段と、前記混練機内の生型砂に対して注水を行う注水装置と、一対の電極で構成され、前記計量ホッパ内に貯留された生型砂の水分量を前記電極間の電位差を測定することにより測定する水分センサと、前記水分センサの出力に基づいて前記注水装置による注水量を制御し、砂投入手段を制御する混練制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、生型砂と水の割合を調整し、生型砂への注水量をより適切に制御して、より安定した性状を有する混練砂を作成することができるという効果を奏する。

本実施の形態に係る生型砂の注水混練システムの正面図である 生型砂の注水混練システムの機能構成を表すブロック図である。 混練制御装置と、計量ホッパ、砂投入シリンダ、注水ユニット、水分センサ、及び、温度センサとの関係を表すブロック図である。 注水ユニットを表す図である。 注水ユニットによる注水の仕組みを説明する図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 水分センサの電極の詳細を表す図である。 水分センサの一対の電極間の水平距離をＡからＢに変更することが可能なことを表す図である。 水分センサ（一対の電極）と水分量算出部の構成を表す図である。 調整を終了した直後と２週間稼働した後に水分センサが測定した水分電圧と実測水分の関係を示すグラフである。 水分センサが測定した水分電圧と実測水分の関係を示すグラフである。 一対の電極間の距離と水分電圧の関係を示すグラフである。 本実施の形態に係る注水混練システムを用いた生型砂の混練方法を示すフローチャートである。 砂計量方法を示すフローチャートである。 注水ユニットの操作方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明による生型砂の注水混練システムを実施するための形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態に係る生型砂の注水混練システムの正面図である。また、図２は、生型砂の注水混練システムの機能構成を表すブロック図である。注水混練システム１は、生型砂に粘結剤と水を加えて、それらを混合して一定の性状を有する混練砂を作製する。注水混練システム１は、混練ユニット２、計量ホッパ３、砂投入シリンダ４、粘結剤投入装置５、ＣＢコントローラ６、注水ユニット７、水分センサ８、及び、温度センサ９を備えている。

混練ユニット２は、混練機１０、及び、混練制御装置１１を備えている。混練機１０は、計量ホッパ３から投入された生型砂に、粘結剤投入装置５から放出された粘結剤と、注水ユニット７から注水された水とを加えて混練し、混練砂を作製する。

混練制御装置１１は、砂投入シリンダ４の開く動作、注水ユニット７の注水動作、及び、混練機１０の動作を制御する。混練制御装置１１は、計量ホッパ３内に貯留された生型砂の量、計量ホッパ３内に設置された水分センサ８の水分測定値、及び、計量ホッパ３内に設置された温度センサ９の温度測定値に基づいて、注水ユニット７が注水する水の量を決定することにより、混練機１０内の生型砂の水分量を制御する。混練制御装置１１は、水分センサ８の測定値及び温度センサ９の測定値から生型砂の水分量を算出する水分量算出部１２を備えている。水分量算出部１２については、後ほど水分センサ８及び温度センサ９の説明時に詳細に説明する。混練制御装置１１は、砂投入信号及び注水要求信号を発信する。

図３は、混練制御装置１１と、計量ホッパ３、砂投入シリンダ４、注水ユニット７、水分センサ８、及び、温度センサ９との関係を表すブロック図である。混練制御装置１１は、水分センサ８から水分測定値、温度センサ９から温度測定値、及び、計量ホッパ３から計量完了信号を受信する。また、混練制御装置１１は、砂投入シリンダ４に、砂投入シリンダ４を開いて生型砂の混練機１０への投入を指示する砂投入信号、及び、注水ユニット７に、注水及び注水量を指示する注水要求信号を送信する。混練制御装置１１は、計量ホッパ３、砂投入シリンダ４、注水ユニット７、水分センサ８、及び、温度センサ９と電気的に接続された、例えば、コンピューター、又は、ＰＬＣである。

計量ホッパ３は、計量ホッパ３に備えられた砂計量手段（図示せず）で生型砂を計量し、貯留する。そして、計量ホッパ３は、生型砂の計量完了後、混練制御装置１１に計量完了信号を発信する。なお、本実施の形態において生型砂の計量は、計量ホッパ３にて行っているが、別に砂計量を行う装置を備え、本計量ホッパ３を計量された生型砂の貯留のみに使用することも可能である。計量ホッパ３は、混練機１０の上部に配置される。なお、砂計量手段は混練機１０の起動信号を受けて作動するが、その他、作業者の手動信号での作動等もある。

砂投入シリンダ４は、混練制御装置１１からの指示に基づき計量ホッパ３と混練機１０の間を開き、タイマー制御により一定の時間が経過した後、計量ホッパ３と混練機１０の間を閉じる。具体的には、砂投入シリンダ４を開くことにより計量ホッパ３内の生型砂を混練機１０へ放出し、生型砂の混練機１０への投入後に砂投入シリンダ４を閉じることにより、次の混練バッチ用に計量ホッパ３に新たに生型砂を計量したとき計量ホッパ３から混練機１０へ生型砂が流入することを防ぐ。砂投入シリンダ４は、計量ホッパ３と混練機１０との間に設置される。

粘結剤投入装置５は、混練制御装置１１からの指示、又は、作業者からの指示により、粘結剤を混練機１０内へ放出する。粘結剤投入装置５は、図示されていないが、混練機１０の上部に配置される。なお、本実施の形態では、粘結剤としてベントナイトを用いる。

ＣＢコントローラ６は、混練された砂の性状であるＣＢ値（コンパクタビリティ値）を測定するとともに、混練された砂が所望のＣＢ値か否かを判断し、混練砂が所望のＣＢ値ではない場合、追加注水を指示する。ＣＢコントローラ６は、コンピューター、又は、ＰＬＣを有している。

（注水ユニット）
注水ユニット７は、水を混練機１０内に注水し、混練ユニット２内の生型砂と粘結剤に対して最適の注水量を添加する。図４は、注水ユニット７を表す図である。また、図５は、注水ユニット７による注水の仕組みを説明する図である。注水ユニット７は、注水装置１３、及び、注水制御装置１４を備えている。

注水装置１３は、水源からの水を混練機１０へ注水する。注水装置１３は、注水タンク１５、給水バルブ１６、満レベル計１７、加圧バルブ１８、注水バルブ小１９、注水バルブ大２０、及び、デジタル流量計２１を備えている。

注水タンク１５は、水道管等の水源からの水を蓄える。給水バルブ１６は、弁（バルブ）を開閉することにより注水タンク１５へ供給する水の量を調整する。給水バルブ１６は、水源と注水タンク１５との間に設けられる。満レベル計１７は、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態であるかを測定する。満レベル計１７は、注水タンク１５の、注水タンク１５内の水が満杯になった時の水面と同じ高さの位置に設けられる。加圧バルブ１８は、弁（バルブ）を開閉することにより注水タンク１５内を加圧する圧縮空気の量を調整する。加圧バルブ１８は、圧縮空気源と注水タンク１５との間に設けられる。

注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０は、弁（バルブ）を開閉することにより注水タンク１５から混練機１０へ流れる水の量を調整する。注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０は、注水タンク１５と混練機１０の間で並列に接続される。デジタル流量計２１は、注水タンク１５から放出される水の流量を測定する。デジタル流量計２１は、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０より下流の位置に配置される。そして、注水タンク１５内の水は、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０、及び、デジタル流量計２１を経由し、混練機１０へ注水される。

ここで、弁が開いている時に、注水バルブ小１９に流れる水の量が注水バルブ大２０に流れる水の量より少なくなるように設定する。例えば、注水バルブ小１９に流れる水の量と注水バルブ大２０に流れる水の量の流量比を、１：２から１：１０の間に設定する。

注水制御装置１４は、注水装置１３を制御し、注水タンク１５へ水を供給する。また、注水制御装置１４は、混練制御装置１１からの注水要求信号に基づいて注水装置１３を制御し、注水タンク１５から混練機１０へ注水する水の量を調整する。具体的には、給水バルブ１６の開閉を制御することにより、注水タンク１５へ水を供給し、加圧バルブ１８、注水バルブ小１９、及び、注水バルブ大２０の開閉を制御することにより、混練機１０へ注水する水の量を調整する。

次に、注水ユニット７が水源から注水タンク１５へ水を供給する仕組みを説明する。初めに、混練機１０が起動すると、注水制御装置１４は、満レベル計１７により、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態であるかを測定する。そして、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態でない場合、注水制御装置１４は、給水バルブ１６を開くように指示し、その結果、給水バルブ１６が開かれ、注水タンク１５への水の供給が開始される。注水タンク１５内の水の量が満杯の状態となると、注水制御装置１４は、給水バルブ１６を閉じるように指示し、その結果、給水バルブ１６が閉じられ、注水タンク１５への水の供給が終了する。なお、混練機１０の起動時点で、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態である場合は、注水制御装置１４は、特に何も指示をしない。

さらに、注水ユニット７が注水タンク１５から混練機１０へ水を注水した後にも、注水制御装置１４は、満レベル計１７により、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態であるかを監視する。混練機１０の起動中は、注水制御装置１４は、混練機１０への水の注水時以外、常に、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態であるように、注水タンク１５内の水の量を制御する。

次に、注水ユニット７が注水タンク１５から混練機１０へ水を注水する仕組みを説明する。初めに、注水制御装置１４は、混練制御装置１１から注水要求信号を受信すると、加圧バルブ１８を開くように指示し、その結果、圧縮空気が注水タンク１５へ供給され注水タンク１５内部が加圧される。次に、注水制御装置１４は、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０を開くように指示し、その結果、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０が開かれ、混練機１０への注水が開始される。デジタル流量計２１は、注水量を積算し、その値が当初予定した必要注水量に対する設定注水量に達した時、大流量が流れている注水バルブ大２０が閉じられて、少流量が流れている注水バルブ小１９だけで注水が継続される。

注水制御装置１４が注水バルブ小１９に対して閉信号を発信してから、注水バルブ小１９による注水が止まるまでの水量は、予め把握されている。そして、積算された注水量が、目標水量からその注水が止まるまでの水量を減じた量になったときに、注水制御装置１４は注水バルブ小１９の閉信号を発信する。なお、注水が止まるまでの水量は必ずしも測定によって把握する必要は無く、目標水量に対する注水完了時のデジタル流量計２１の計測値により加減してもよい。これらの工程により、注水装置１３における水圧の変化や配管の詰まりが生じても正確な注水が可能になる。注水の完了後、注水制御装置１４は、加圧バルブ１８を閉じるように指示し、その結果、圧縮空気が注水タンク１５から排出され、注水タンク１５内部の圧力は加圧前の状態に戻る。

なお、本実施の形態では、デジタル流量計２１は、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０の下流に配置されるが、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０から注水タンク１５までの経路上に配置されても良い。すなわち、デジタル流量計２１が注水タンク１５から放出される水の流量を測定した後、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０に水が流れるようにしても良い。

（水分センサ及び温度センサ）
図６は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図７は、水分センサ８の電極の詳細を表す図である。水分センサ８は、計量ホッパ３内に投入された砂の水分量を測定する。水分センサ８は、一対の棒状の電極２２からなり、これら一対の電極間の水分を測定する。

水分センサ８（一対の電極２２）は、計量ホッパ３の上部に設けられた水分センサ支持装置２３に絶縁物を介して計量ホッパ３内に取り付けられる。水分センサ支持装置２３には長穴が切ってあり、横方法に移動することが可能であり、水分センサ８自体はパイプクランプで挟んでいるため上下方向に移動することも可能である。よって、水分センサ支持装置２３は、水分センサ８（一対の電極２２）の計量ホッパ３に対する設置の高さと水分センサ８（一対の電極２２）間の水平距離を自由に調整可能な構成となっている。詳細すると、一対の前記電極は、水分センサ支持装置２３により、水平方向に離間と接近が可能なように構成されるとともに、上下方向に上昇と下降が可能なように構成される。

このように、一対の電極２２間の距離を調整することにより、水分の計測範囲を広くすることができる。図６をみると、一対の電極２２が距離Ａだけ離れた状態で計量ホッパ３の上方から下方に向けて設置され、その上端が計量ホッパ３の上面から露出している。図８は、水分センサ８の一対の電極２２間の水平距離をＡからＢに変更することが可能なことを表す図である。

本実施の形態では、電極２２は、上部と下部の２ヵ所で水分量を測定している。電極２２は、上部電極配線接続部２４、下部電極配線接続部２５、上部電極配線接続部材２６、下部電極配線接続部材２７、上部電極部２８、下部電極部２９、上部電極導電部材３０、下部電極導電部材（軸部品）３１、絶縁部材３２、及び、ナット３３を備えている。

上部電極配線接続部２４は、上部電極配線接続部材２６と混練制御装置１１（水分量算出部１２）とを、電線等を介して電気的に接続する。下部電極配線接続部２５は、下部電極配線接続部材２７と混練制御装置１１（水分量算出部１２）とを、電線等を介して電気的に接続する。

上部電極部２８は、計量ホッパ３の上層部分の生型砂と電気的に接触し、対向する一対の電極２２の間に流れる電流値の測定に用いられる。下部電極部２９は、計量ホッパ３の下層部分の生型砂と電気的に接触し、対向する一対の電極２２の間に流れる電流値の測定に用いられる。

上部電極導電部材３０は、上部電極配線接続部材２６と上部電極部２８とを電気的に接続する。下部電極導電部材（軸部品）３１は、電極２２の中心部に配置され、上部電極配線接続部材２７と下部電極部２９とを電気的に接続するとともに、電極２２の軸となる部分である。

絶縁部材３２は、上部電極配線接続部２４、上部電極配線接続部材２６、上部電極部２８、及び、上部電極導電部材３０で構成される、上部で水分量を測定するために必要な構成部材と、下部電極配線接続部２５、下部電極配線接続部材２７、下部電極部２９、及び、下部電極導電部材（軸部品）３１で構成される、下部で水分量を測定するために必要な構成部材とを電気的に絶縁する。

具体的には、電極２２の中心部にある下部電極導電部材（軸部品）３１の周囲に略管状体の絶縁部材３２が配置され、さらに、絶縁部材３２の周囲に略管状体の上部電極導電部材３０が配置された構造となっている。従って、上部電極部２８と下部電極部２９は、絶縁部材３２を境に上下別々の測定部を形成している。

なお、上部電極部２８と下部電極部２９と、その間に配置された絶縁部材３２から構成される先端の部分は一体化されている。

ナット３３は、電極２２の各構成要素を固定している。そして、電極２２は、ナット３３を緩めることにより、前述した先端の部分を容易に取り外すことができる構造となっている。そのため、生型砂と接触して先端の部分が摩耗しても、その部分だけ新しい部品と交換することが可能である。ナット３３を締めると、各構成要素が固定され、下部電極導電部材３１を通じて下部電極配線接続部材２７と下部電極部２９が電気的に接続されるとともに、上部電極導電部材３０を通じて上部電極配線接続部材２６と上部電極部２８が電気的に接続される。

図１に示すように、温度センサ９は、計量ホッパ３内に投入された生型砂の温度を測定する。温度センサ９は、計量ホッパ３の上部に設けられた温度センサ支持装置（図示せず）に取り付けられ、計量ホッパ３内に設置される。温度センサ支持装置には長穴が切ってあり、横方法に移動することが可能であり、温度センサ９自体はパイプクランプで挟んでいるため上下方向に移動することも可能である。よって、温度センサ９は、水分センサ８の設置された位置に対して自由に調整可能な構成となっている。通常、温度センサ９は、その測定部が、水分センサ８（一対の電極２２）の上部電極部２８及び下部電極部２９に対応する位置になるように調整される。

次に、水分センサ８（一対の電極２２）を制御して生型砂の水分量を算出する水分量算出部１２について説明する。図９は、水分センサ８（一対の電極２２）と水分量算出部１２の構成を表す図である。一対の電極２２は、水分量算出部１２に電気的に接続されている。水分量算出部１２は、矩形波定電流供給手段３４、スイッチ３５、電圧平滑測定手段３６、電圧値補正手段３７、及び、水分量換算手段３８を備えている。

矩形波定電流供給手段３４は、一対の電極２２のそれぞれの上部電極部２８及び下部電極部２９に、上部電極配線接続部２４及び下部電極配線接続部２５を介して低周波矩形波定電流を供給する。スイッチ３５は、矩形波定電流供給手段３４から２つの電極２２に供給する低周波矩形波定電流を、上部電極部２８に供給するか、下部電極部２９に供給するかを切り替える。よって、対向する上部電極部２８の間に供給する低周波矩形波定電流、及び、対向する下部電極部２９の間に供給する低周波矩形波定電流は、スイッチングにより供給タイミングをずらしているため、上部電極部２８及び下部電極部２９に同時に供給されることはない。

電圧平滑測定手段３６は、生型砂を介して一対の電極２２の上部電極部２８の間に流れる電流により、一対の電極２２の上部電極配線接続部２４間に生じる電圧を平滑化するとともに測定する。同様に、電圧平滑測定手段３６は、生型砂を介して一対の電極２２の下部電極部２９の間に流れる電流により、一対の電極２２の下部電極配線接続部２５間に生じる電圧を平滑化するとともに測定する。

電圧値補正手段３７は、電圧平滑測定手段３６から得た平滑電圧値を温度センサ９からの温度の測定結果に基づき補正する。水分量換算手段３８は、電圧値補正手段３７によって補正された平滑電圧値に基づき生型砂の水分量を換算する。

水分量を測定すべき生型砂の中に水分センサ８（一対の電極２２）を配置した後、矩形波定電流供給手段３４により一対の電極２２の上部電極部２８及び下部電極部２９に低周波矩形波定電流を供給して一対の電極２２の上部電極部２８の間、及び、一対の電極２２の下部電極部２９の間に生型砂を介して電流を流すとともに、２つの上部電極配線接続部２４の間に生じる電圧、及び、２つの下部電極配線接続部２５の間に生じる電圧を電圧平滑測定手段３６によって平滑化するとともに測定する。

次いで、温度センサ９の測定結果に基づき、電圧値補正手段３７が電圧平滑測定手段３６から得た平滑電圧値を補正し、この補正した平滑電圧値に基づき水分量換算手段３８が生型砂の水分量を換算する。これにより、実際の生型砂の水分量が算出される。なお、電極２２の上部電極部２８による測定と、電極２２の下部電極部２９による測定は、交互に行われる。

大容量のホッパを用いる場合、生型砂層の上下層を上部電極部２８及び下部電極部２９でそれぞれ計測して値を平均化することにより測定精度が向上させることが可能である。一方、少容量のホッパを用いる場合、上部電極部２８及び下部電極部２９のいずれかの測定のみで必要な測定精度を得ることが可能である。

従来は、生型砂が計量ホッパ３に貯留される前のベルトコンベア上に平行板電極式の水分センサを設置し、ベルトコンベア上を流れてくる生型砂の水分の量を測定していた。しかしながら、水分センサが生型砂層中に一定の深さで埋まっていないと同じ条件で水分の量を測定することができないため、生型砂を定量切り出す定量切り出し用ホッパが必要であり、また、レイアウトによっては混練直前の水分を測定することはできないという問題があった。また、ベルトコンベア上を流れてくる生型砂に対して測定を行うため、測定精度が安定しないという問題があった。

一方、本実施の形態に係る水分センサ８は、一対の棒状の電極２２であるため、上述した以外にも、以下のような利点を有する。
・設置に際しベルトコンベアや定量切り出し用ホッパが必要なく既設設備への導入が容易である。
・生型砂投入直前の水分量を測定することが可能である。
・ベルトコンベアに設置し、流れてくる生型砂を測定する平行板電極式の水分センサと比べて、センサ自身の生型砂の摩擦が小さく、摩耗しにくい。
・貯留された生型砂の水分量を測定するので、測定精度が安定している。
・水分センサ８（及び温度センサ９）は、計量ホッパ３に水分センサ支持装置２３（及び温度センサ支持装置）を取り付けることにより、容易に取り付けることが可能であるので、既設の設備に追加改造する際にも、改造が少なく容易に導入できる。
・計量ホッパ３内に水分センサ８（及び温度センサ９）を設置することができるので、水分センサ８（及び温度センサ９）を設置するための特別な場所を取らない。
・計量ホッパ３から水分センサ８（及び温度センサ９）が露出しているため外から容易に水分センサ８間の距離と水分センサ８（及び温度センサ９）の挿入深さを変更することが可能である。

本実施の形態の注水混練システム１を実際に稼働させ、水分センサ８の測定精度を評価した。

実験１：調整を終了した直後に水分センサ８で測定した生型砂の水分量と、調整終了後、注水混練システム１を２週間稼働した後に水分センサ８で測定した生型砂の水分量とを測定した。なお、注水混練システム１の稼働中に水分センサ８の清掃は一切行わなかった。図１０は、調整を終了した直後と２週間稼働した後に水分センサ８が測定した水分電圧と実測水分の関係を示すグラフである。従来のセンサは、注水混練システム１を１日稼働しただけで、センサの測定部に生型砂が付着し測定が不安定となることがあった。一方、本実施の形態の水分センサ８は、注水混練システム１を稼働後、２週間経過しても測定精度は低下しなかった。

実験２：水分センサ８が測定可能な生型砂の水分量の範囲の確認を行った。図１１は、水分センサ８が測定した水分電圧と実測水分の関係を示すグラフである。従来のセンサは、生型砂の水分量が３％程度の高水分域は測定不能であった。一方、本実施の形態の水分センサ８は、生型砂の水分量が３％程度でも測定可能であった。

実験３：生型砂の水分量を一定の状態にして、一対の電極２２間の距離を離していき、その時の水分電圧を測定した。測定は、生型砂の水分量が、２．２％、１．９％、及び、１．４％の場合でそれぞれ行った。図１２は、一対の電極２２間の距離と水分電圧の関係を示すグラフである。本実施の形態の水分センサ８は、同じ水分量の生型砂を測定しても電極２２間の距離を離すと水分電圧が低下した。よって測定する生型砂の水分量が高くても、電極２２間の距離を離すことで測定範囲を広げることが可能である。

（注水混練方法）
次に、本実施の形態に係る注水混練システム１を用いた生型砂の混練方法について説明する。図１３は、本実施の形態に係る注水混練システム１を用いた生型砂の混練方法を示すフローチャートである。

初めに、混練機１０を起動する（ステップＳ１）。混練機１０の起動と同時に混練機１０に投入する生型砂を計量する砂計量を開始する（ステップＳ２）。次に、砂計量が完了し、混練制御装置１１から砂投入信号を砂投入シリンダ４へ送信する。砂投入信号を受信すると砂投入シリンダ４が開き、生型砂が計量ホッパ３から混練機１０に投入される（ステップＳ３）。砂投入シリンダ４は、タイマー制御により一定の時間が経過した後、計量ホッパ３と混練機１０の間を閉じる。

次に、混練制御装置１１の指示により、粘結剤が粘結剤投入装置５から混練機１０に投入される（ステップＳ４）。次に、混練制御装置１１は、混練機１０に指示をし、混練機１０による混練が開始される（ステップＳ５）。

次に、混練制御装置１１は、注水要求信号を注水ユニット７の注水制御装置１４へ送信する。注水ユニット７の注水制御装置１４は、注水要求信号を受信すると、注水操作を開始する（ステップＳ６）。そして、注水ユニット７の注水タンク１５から水が混練機１０に注水される。なお、注水ユニット７による注水操作については、後ほど詳細に説明する。

次に、ＣＢコントローラ６は、ＣＢ値を測定し（ステップＳ７）、混練砂が所望のＣＢ値か否かを判断する（ステップＳ８）。ＣＢコントローラ６が、混練砂が所望のＣＢ値ではないと判断した場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ＣＢコントローラ６は、必要な注水量を計算し（ステップＳ９）、計算した量の水を再び混練機１１に注水するように混練制御装置１１を通じて注水ユニット７に指示をする（注水要求信号を送信する）。そして、ステップＳ６に戻り、注水ユニット７の注水制御装置１４が、再び注水操作を開始する。

ＣＢコントローラ６が、混練砂が所望のＣＢ値であると判断した場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、混練砂を混練機１０から排出する（ステップＳ１０）。

次に、混練制御装置１１は、混練する予定の生型砂の量から、連続して混練作業を行うか否かを判断する（ステップＳ１１）。混練制御装置１１は、連続して混練作業を行うと判断した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ３へ戻り、砂計量（ステップＳ２）の完了を待ってステップＳ３以降の工程を繰り返す。また、混練制御装置１１は、連続して混練作業を行わないと判断した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、混練機１０を停止させ（ステップＳ１２）、混練作業が終了する。なお、注水量とＣＢ値の変化量を次回の注水量にフィードバックし、次回以降の注水量の精度を高めていく。

（砂計量）
次に、砂の計量方法について詳細に説明する。図１４は、砂計量方法を示すフローチャートである。初めに混練機１０の起動と同時に、計量ホッパ３に備えられた砂計量手段（図示せず）により計量ホッパ３内の生型砂の重量を計測し、計量ホッパ３内が空であることを確認する（ステップＳ１０１）。計量ホッパ３より空信号を受けた混練制御装置１１は、計量ホッパ３に備えられた砂投入手段（図示せず）を作動して計量ホッパ３に生型砂を投入する（ステップＳ１０２）。次に、砂計量手段は、生型砂を計量し、貯留する（ステップＳ１０３）。なお、生型砂の計量方法としては、ロードセルによる計量、タイマー計量、レベル計による計量等がある。計量ホッパ３は、生型砂の計量完了後、混練制御装置１１に計量完了信号を発信する。

次に、混練制御装置１１は、計量ホッパ３から計量完了信号を受信すると、水分センサ８で投入された生型砂の水分量を測定するとともに、温度センサ９で投入された生型砂の温度を測定する（ステップＳ１０４）。次に、混練制御装置１１は、水分センサ８で測定された水分測定値と温度センサ９で測定された温度測定値、及び、計量ホッパ３内に貯留された生型砂の量をもとに注水量を計算する（ステップＳ１０５）。注水量の計算が終了すると砂計量の一工程が完了する（ステップ１０６）。

次に、混練制御装置１１は、次の砂計量を継続するか否かを判断する（ステップＳ１０７）。混練制御装置１１は、砂計量を継続すると判断した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１に戻り、以降の工程を繰り返す。混練制御装置１１は、砂計量を継続しないと判断した場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、砂計量を終了する。

（注水ユニット操作）
次に、注水ユニット７による注水ユニット操作について詳細に説明する。図１５は、注水ユニット７の操作方法を示すフローチャートである。初めに、混練機１０が起動すると、注水制御装置１４は、満レベル計１７により、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態であるか否かを判断する（ステップＳ１００１）。注水制御装置１４は、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態でないと判断した場合（ステップＳ１００１：Ｎｏ）、給水バルブ１６を開くように指示し、給水バルブ１６が開かれ、注水タンク１５への水の供給が開始される（ステップＳ１００２）。次に、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態となると（ステップＳ１００３）、注水制御装置１４は、給水バルブ１６を閉じるように指示し、給水バルブ１６が閉じられ（ステップＳ１００４）、ステップＳ１００５へ進む。

注水制御装置１４は、注水タンク１５内の水の量が満杯の状態であると判断した場合（Ｓ１００１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１００５へ進む。

ステップＳ１００５において、注水ユニット７の注水制御装置１４は、注水要求信号を受信すると、注水操作を開始する。従って、図１５におけるステップＳ１００１〜Ｓ１００４までのステップは、図１３におけるステップＳ１〜Ｓ５の間に注水ユニット７で実際に行われる動作であり、図１５におけるステップＳ１００５以降のステップが図１３のステップＳ６で行われる動作に相当する。

ステップＳ１００５において、注水制御装置１４は、注水要求信号を受信すると、加圧バルブ１８を開くように指示し、圧縮空気が注水タンク１５へ供給され注水タンク１５内部が加圧される（ステップＳ１００６）。次に、注水制御装置１４は、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０を開くように指示し、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０が開かれ、混練機１０への注水が開始される（ステップＳ１００７）。

デジタル流量計２１により積算された注水量が計算された所定量になると（ステップＳ１００８）、注水制御装置１４は、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０を閉じるように指示し、注水バルブ小１９及び注水バルブ大２０が閉じられ、混練機１０への注水が終了する（ステップＳ１００９）。注水操作の完了後、注水制御装置１４は、加圧バルブ１８を閉じるように指示し、圧縮空気が注水タンク１５から排出され、注水タンク１５内部の圧力は加圧前の状態に戻る（ステップＳ１０１０）。

次に、注水制御装置１４は、混練機１０が運転中であるか否かを判断する（ステップＳ１０１１）。注水制御装置１４は、混練機１０が運転中であると判断した場合（ステップＳ１０１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１００１へ戻り、引き続き、注水ユニット７の操作を行う。注水制御装置１４は、混練機１０が運転中でないと判断した場合（ステップＳ１０１１：Ｎｏ）、注水ユニット７の操作を終了する。

（変形例）
水分センサ支持装置２３が混練制御装置１１からの指示により、水分センサ８（一対の電極２２）の設置の高さと水分センサ８（一対の電極２２）間の水平距離を駆動装置等を使用して自動で調整するように設計しても良い。同様に、温度センサ支持装置が混練制御装置１１からの指示により、温度センサ９の上下位置、及び、水平位置を駆動装置等を使用して自動で調整するように設計しても良い。混練制御装置１１が水分センサ８で測定された水分測定値を考慮して、水分センサ支持装置２３及び温度センサ支持装置へ的確な指示をすることが可能である。

また、本実施の形態では、電極２２は上部電極部２８と下部電極部２９の２ヵ所の測定部を有しているが、２ヵ所に限定されない。例えば、計量ホッパ３に投入される生型砂の量や、計量ホッパ３の大きさ、形状等に合わせて、電極２２の先端の部分の長さも変わるため、測定部の箇所を１ヵ所だけにしたり、３ヵ所以上設けるようにしても良い。

また、混練機１０内に、水分センサを別に設け、ＣＢコントローラ６と接続するように構成するようにしても良い。このように構成することにより、混練機１１内の混練砂の水分量を測定し、水分量が大きい場合は、ＣＢコントローラ６に接続された混練制御装置１１から混練ユニット２へ生型砂を追加投入するように指示し、水分量が少ない場合は、ＣＢコントローラ６に接続された混練制御装置１１から注水ユニット７へ水を追加注入するように指示することが可能となる。さらに、混練完了後の水分を測定し、その結果を次回以降のバッチの注水量にフィードバックすることも可能となる。

また、注水混練システムにＣＢコントローラ６が備えられていなくても良い。その場合は、作業者がＣＢ値を直接測定する。その結果、混練砂が所望のＣＢ値ではなかった場合、混練機１０に付加された追加注水ボタンを手動で押すことにより注水バルブ小１９及び／又は注水バルブ大２０を再度開き追加注水を行う。

このように、本実施の形態に係る注水混練システムによれば、混練制御装置が注水混練システムを制御することにより、生型砂への注水量をより適切に制御して、より安定した性状を有する混練砂を作成することが可能となる。

また、本実施の形態に係る注水混練システムによれば、混練制御装置だけで生型砂と水の割合を制御することができるので、既設設備を大幅に改造することなく、導入することが可能となる。

１ 注水混練システム
２ 混練ユニット
３ 計量ホッパ
４ 砂投入シリンダ
５ 粘結剤投入装置
６ ＣＢコントローラ
７ 注水ユニット
８ 水分センサ
９ 温度センサ
１０ 混練機
１１ 混練制御装置
１２ 水分量算出部
１３ 注水装置
１４ 注水制御装置
１５ 注水タンク
１６ 給水バルブ
１７ 満レベル計
１８ 加圧バルブ
１９ 注水バルブ小
２０ 注水バルブ大
２１ デジタル流量計
２２ 電極
２３ 水分センサ支持装置
２４ 上部電極配線接続部
２５ 下部電極配線接続部
２６ 上部電極配線接続部材
２７ 下部電極配線接続部材
２８ 上部電極部
２９ 下部電極部
３０ 上部電極導電部材
３１ 下部電極導電部材（軸部品）
３２ 絶縁部材
３３ ナット
３４ 矩形波定電流供給手段
３５ スイッチ
３６ 電圧平滑測定手段
３７ 電圧値補正手段
３８ 水分量換算手段

Claims (14)

1. 生型砂の注水混練システムであって、
   計量された生型砂を貯留する計量ホッパと、
   生型砂と水とを混練する混練機と、
   前記計量ホッパ内の生型砂を前記混練機に放出し、又は、放出を遮断する砂投入手段と、
   前記混練機内の生型砂に対して注水を行う注水装置と、
   一対の電極で構成され、前記計量ホッパ内に貯留された生型砂の水分量を前記電極間の電位差を測定することにより測定する水分センサと、
   前記水分センサの出力に基づいて前記注水装置による注水量を制御し、砂投入手段を制御する混練制御装置と、を備えたこと
   を特徴とする生型砂の注水混練システム。
2. 前記注水装置を制御する注水制御装置をさらに備え、前記混練制御装置は、前記砂投入手段に開くことを指示する砂投入信号、及び、前記注水制御装置に注水及び注水量を指示する注水要求信号を少なくとも送信すること、
   を特徴とする請求項１に記載の生型砂の注水混練システム。
3. 前記電極は棒状であり、生型砂と電気的に接触する測定部を備えること、を特徴とする請求項１又は２に記載の生型砂の注水混練システム。
4. 前記測定部が複数箇所設けられていること、を特徴とする請求項３に記載の生型砂の注水混練システム。
5. 前記電極は、前記測定部と絶縁部とからなる先端の部分が取り外し可能であること、を特徴とする請求項３又は４に記載の生型砂の注水混練システム。
6. 前記水分センサが、前記計量ホッパ内の複数箇所に設けられていること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
7. 前記計量ホッパの上部には、水分センサ支持装置が設けられ、一対の前記電極は前記水分センサ支持装置に水平方向に離間した状態でそれぞれ生型砂内部へ埋設されるように下方へ吊下されていること、を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
8. 一対の前記電極は、水平方向に離間、接近自在、及び、上下方向に上昇、下降自在とされていること、を特徴とする請求項７に記載の生型砂の注水混練システム。
9. 前記計量ホッパに貯留された生型砂の温度を測定する温度センサをさらに備えたこと、を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
10. 前記混練制御装置は、前記水分センサの測定値、及び、前記温度センサの測定値から生型砂の水分量を算出する水分量算出部をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
11. 前記注水装置は、デジタル流量計、及び、大流量と小流量の２つの注水系統を備えたこと、を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
12. 前記注水装置は、水が蓄えられている注水タンクをさらに備えたこと、を特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
13. 混練された砂のＣＢ値を測定するＣＢコントローラをさらに備え、前記混練制御装置が前記ＣＢコントローラの測定値に基づいて、前記注水制御装置に追加注水の指示をすること、を特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。
14. 粘結剤を前記混練機内へ放出する粘結剤投入装置をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の生型砂の注水混練システム。

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