JP2796735B2 - 焼成鋳型の脱煙・脱臭方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐熱性粒状物を熱硬化性樹脂粘結剤で結合
した焼成鋳型、例えばシェルモールドサンドを用いたシ
ェル鋳型等の脱煙・脱臭方法に関する。焼成鋳型は、エ
キゾーストマニホールド、エンジンヘッドカバー、エン
ジンブロック等を製作するための鋳型あるいは中子とし
て利用されている。また、アルミニウムや鋳鉄の重力鋳
造、アルミニウムの低圧鋳造、真空鋳造等、多くの鋳造
分野において使用されている。

［従来の技術］ エキゾーストマニホールドやエンジンヘッドカバー
等、複雑な形状の製品の製作には、耐熱性粒状物、例え
ば珪砂に、熱硬化性のフェノール樹脂を粘結剤として添
加し、焼成して得た鋳型あるいは中子（以下、焼成鋳型
という）が広く使用されている。

焼成鋳型を製造する方法としては、珪砂をフェノール
樹脂粘結剤で被覆したシェルモールドサンドを用いるシ
ェルモールド法が多用され、このシェルモールドサンド
を所望形状の金型２内に充填して（第２図）、焼成炉１
内で加熱し、フェノール樹脂を硬化させる。得られた焼
成鋳型３は、通常、金型２から取出した後、種類別に分
類してパレットＰ上に並べ、放置して冷却する。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記したような焼成鋳型の製造において
は、フェノール樹脂の硬化反応時に大量の悪臭ガスを発
生するという問題があり、作業環境の悪化が従来より大
きな問題となっていた。

このため、悪臭防止の対策が種々検討されており、例
えば、上記第２図の製造工程中、焼成鋳型３の焼成から
金型２からの焼成鋳型３の取出しまでの工程では、作業
空間の密閉、排気ダクト４の設置といった対策が取られ
ている。

しかしながら、金型２から取出した焼成鋳型３を冷却
する工程では、人手による作業が多く、広い空間を必要
とするため、悪臭対策が不十分で、通常は、扇風機等に
より悪臭ガスが作業者の方向へ流れないようにする程度
の対策しか取られていない。特に、焼成直後の焼成鋳型
３は高温で、余熱で反応が進行するため、室温となるま
で悪臭ガスやその煙が発生し、これが工場内および工場
敷地内に拡散して、作業環境を損なうおそれがある。

悪臭の拡散を防止するには、焼成後の鋳型を排気ダク
トを接続した密閉容器内に入れて数分間放置し、悪臭が
発生しなくなってからパレット上に並べるということが
考えられるが、脱臭に時間がかかり、作業性が悪い。

しかして本発明の目的は、大規模な設備変更をするこ
となく、焼成直後の鋳型から発生する煙、悪臭ガスを速
やかに低減し、作業環境の改善を図ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、上記実情に鑑み鋭意検討し、その結
果、耐熱性粒状物に粘結剤として熱硬化性樹脂を添加し
焼成して得た焼成鋳型を、気体を流通することによって
浮遊、流動させた耐熱性の無機粉体内に埋没し、焼成鋳
型と無機粉体とを所定時間接触させることを特徴とする
焼成鋳型の脱煙・脱臭方法が容易になされることを見出
した。

本発明において、焼成鋳型を構成する基材となる耐熱
性粒状物としては、耐熱性で高温焼成（通常250℃以
上）により分解しない材料であればいずれでも使用で
き、一般には経済性等の点から珪砂が広く用いられる。
人工のセラミックス粉末等も使用可能であるが、経済性
が劣る。

耐熱性粒状物の粒度は、鋳型の種類、形状等により好
適な範囲が異なり、通常、35〜270メッシュ（420〜53μ
ｍ）の範囲で適宜選択される。例えば中子として用いる
場合には、内部で発生するガスがよく抜けるように48〜
100メッシュ（297〜149μｍ）のものを適宜混合して使
用するのがよい。

耐熱性粒状物を結合する粘結剤としては、フェノール
樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に使用される。具体的に
は、ノボラック型のフェノール樹脂にヘキサメチレンテ
トラミン等の硬化剤を添加したもの等が使用され、加熱
により硬化して耐熱性粒状物を強固に結合する。

耐熱性粒状物と粘結剤とは、焼成中型を製造する際に
混合してもよいが、予め耐熱性粒状物を粘結剤で被覆し
た市販のシェルモールドサンドを用いると製造が容易に
なる。耐熱性粒状物と粘結剤の配合割合は、製品の大き
さや使用位置、鋳造方法等により適宜変更される。

焼成鋳型を製造する場合には、このシェルモールドサ
ンドを鋳型形状に合せて作製した金型内に充填し、焼成
炉内で加熱する。焼成温度は、金型温度が粘結剤の硬化
温度以上、通常250℃以上となるようにし、１〜５分間
程度保持して硬化させる。

焼成後、金型から取出した焼成鋳型は、速やかに耐熱
性の無機粉体と接触させ、脱煙・脱臭を行なう。

無機粉体としては、耐熱性で熱による変質がなく、焼
成鋳型と熱交換を行なってこれを速やかに冷却するもの
であればよい。例えば焼成鋳型の基材である珪砂は、熱
伝導性に優れ、しかも同材質であるため、焼成鋳型表面
に微粉末が付着しても後工程に影響がないので好まし
い。

珪砂以外には、多孔質物、例えば園芸用として用いら
れる大谷石、鹿沼土、軽石、あるいはセピオライト等の
含水ケイ酸マグネシウム質粘度鉱物（以下、含水系粘土
鉱物という）、ゼオライト、活性炭等を使用してもよ
く、吸着性に富むため悪臭成分の吸着体として作用し、
脱臭効果を高める。特に、含水系粘土鉱物は軽くて比較
的少ない空気量で使用することができ、接触による熱移
動のみでなく、保有する付着水や結晶水が蒸気として逃
げる際の蒸発熱での周囲の熱を奪い、冷却効果を高め
る。

粉体の粒径は、気体を流通させることにより容易に浮
上り、流動することが可能であればよく、珪砂の場合、
６号砂（主な粘度が48〜100メッシュ;297〜149μｍ）、
７号砂（主な粘度が48〜150メッシュ;297〜105μｍ）が
好適に使用できる。多孔質物の場合は10メッシュ（1.68
mm）以下、好ましくは12メッシュ（1.41mm）以下で、32
5メッシュ（44μｍ）以下の粒度のものを30％以上含む
ものが好適に使用される。

なお、無機粉体として金属粉末を使用してもよく、熱
導電性に優れるので冷却効果率が高い。

脱煙・脱臭を行なう際には、第１図に示すように、無
機粉体５を、焼成鋳型３より十分大きな容量を有する容
器（以下、流動槽と称する）６内に充填し、流動槽６内
に気体７を供給することによって無機粉体５を浮遊、流
動させる。このようにした無機粉体５の中に焼成鋳型３
を埋没し両者を所定時間接触させる。

流動槽は、焼成鋳型およびその保持具が入る大きさ
で、かつ粉体を流動させる十分な余地があればよい。容
量が大きい方が脱煙・脱臭効果は高いが、経済性は低下
するので、一般には、焼成鋳型または保持具を含めた外
形寸法に相当する容積に対し、10〜70倍の容積を有する
ことが好ましい。

流動槽内に供給する気体はガス体であればよいが、可
燃性や毒性のあるものは好ましくない。経済的には、空
気、特に工業的に汎用されている圧縮空気が好適であ
る。また、気体内の湿度は特定する必要はないが、水分
が蒸発する際の蒸発熱で冷却効果が向上するので、５〜
70％湿度の空気を使用するとより効果的である。

流動槽内への気体の供給は、例えば、第１図のよう
に、流動槽６の底面に多数の小孔８を設けて行なう。小
孔８の形状は、粉体５が均等に浮上るように、気体７の
出方を調節可能で、かつ気体７を導入しないときには、
粉体５が小孔８内に入ることのないような形状とする。
例えば、皿小ネジのような笠付きで、ネジ止めのできる
ものや、気体が通るときに浮上り、停止すると下がって
粉体を入れないような弁方式とすればよい。

接触時間、つまり、焼成鋳型が冷却されて煙や悪臭の
発生がなくなるまでに要する時間は、使用する粉体の種
類によって異なり、例えば、珪砂の６号砂、７号砂では
焼成鋳型の肉厚10mm当り５秒間以上の接触で効果が見ら
れる。また、含水系粘度鉱物は、焼成鋳型の肉厚10mm当
り１秒間以上の接触で効果が見られるが、悪臭ガスの拡
散をより少なくするためには、接触時間を５〜10秒程度
とすることが好ましい。これにより、例えばアンモニア
ガス濃度を1/5〜1/7程度に低減することができる。

［作用］ 焼成直後の鋳型は高温であり、そのまま放置すると、
余熱で反応が進行してアンモニア等の悪臭ガスや煙を発
生する。本発明は、焼成鋳型を直ちに冷却して悪臭ガス
や煙の発生を抑制しようとするもので、焼成鋳型は、流
動する無機粉体との接触による熱移動により、また無機
粉体を流動化するために供給される気体により、急激に
冷却される。これにより、焼成鋳型の温度は急激に低下
し（例えば珪砂、含水系粘土鉱物では15秒間の接触で表
面温度が180〜190℃から40〜50℃低下し、約140℃以下
になる）、硬化反応が終了して、悪臭ガスや煙の発生が
なくなる。さらに、無機粉体が発生する悪臭ガスの吸着
体として作用し、あるいは流通する気体や無機粉体中に
水分が含まれる場合にはその蒸発熱により冷却がより効
果的に行なわれ、短時間で脱煙、脱臭がなされる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発
明はその要旨を越えない限りこれら実施例により限定さ
れるものではない。

実施例１ 外径80mm、内径60mm、高さ137mm、壁面厚さ10mm、底
面厚さ17mm、抜き勾配２゜のカップ形状の焼成鋳型（焼
成後重量約470g）を以下のようにして作製した。

鋳型材料としては、フェノール樹脂をコーティングし
た市販のシェルモールドサンド（珪砂100部、フェノー
ル樹脂2.9部）を用い、これを所定形状の金型に充填し
て焼成炉内に入れ、金型温度250℃、焼成炉温度400℃の
条件で１分30秒保持した。

次いで、焼成鋳型を金型より取出して速やかに流動槽
に入れ、脱煙・脱臭を行なった。金型より取出した焼成
鋳型の表面温度は180〜190℃であった。

流動槽は内寸法で縦300mm、横300mm、高さ400mmと
し、この中に主な粒度が48〜100メッシュ（粒径297〜14
9μｍ）の各種粉体を300mmの高さまで入れて、流動槽底
面に設けた小孔より圧縮空気を導入して粉体を浮遊、流
動化（焼成中型が抵抗なく粉体中に入る状態）した。粉
体としては珪砂、および含水系粘土鉱物を使用した。ま
た、このときの空気流量は、珪砂で240/min、含水系
粘土鉱物で40/minであった。

このようにした流動槽に、金型より取出した直後の焼
成鋳型を入れ、流動する粉体内に埋没させた状態で保持
した。所定時間経過後の発煙状態を目視により観察し、
結果をそれぞれ第１表に示した。また、市販の臭気セン
サにより相対臭気強度の測定を行ない、臭気強度と接触
時間の関係を第３図に示した。さらに、悪臭ガスの代表
的成分であるアンモニア濃度をガス検知管にて測定し、
接触時間による変化を第４図に示した。第３図には、流
動槽から1m離れた位置での人体による官能試験結果を併
せて示した。

さらに比較のため、焼成鋳型を流動槽に入れず、放置
した場合を比較例として上記各図表に示した。第３図、
第４図では、接触時間０秒の測定値として示してある。

各図、表に明らかなように、粉体と接触させずに放置
した比較例では、約３分後まで煙を出し続け、その後も
近くでは悪臭がする状態であったが、焼成鋳型を粉体と
接触させることにより、煙、悪臭ガスの発生が急速に低
減していることがわかる。臭気強度値は、珪砂では５秒
間の接触で1/3以下に、含水系粘土鉱物では１秒間の接
触で1/4以下と、大幅な低減効果が見られ、また、アン
モニア濃度は、１秒間の接触で、両者とも5000ppmから2
000ppm程度まで低減した。官能試験の結果も良好で、15
秒間の接触で、いずれの場合もほとんど臭気が感じられ
ないまでになった。

なお、発生すると考えられる他の悪臭成分で、フェノ
ール、キシレン、ホルムアルデヒド、および一酸化炭素
についても、５秒以上粉体と接触させることで約半分の
濃度に低下することが確認された。また、二酸化炭素、
酢酸、ギ酸、スチレン、トルエン等は、ガス検知管によ
る測定で全く検出されなかった。

さらに、上記の焼成、脱臭工程を、粉体との接触を15
秒間とし、５分間隔で連続して行なったところ、良好な
結果が得られ、連続使用に対しても何ら問題がないこと
がわかった。ただし、含水系粘土鉱物を使用した場合に
は、焼成鋳型を埋没させる粉体の中央付近の温度が上昇
する傾向があるため、流動槽内にすのこ状の板を取付
け、横方向に時々往復させて、粉体を移動させ、温度の
均一化を図った。この温度上昇は極めてゆっくりなた
め、浮遊した無機粉体の上部、中央および下部に当る流
動槽の側面より気体を導入空気と直角方向に間欠的に流
すことにより、あるいはプロペラ状の撹拌機を上部から
入れて粉体を撹拌してもよい。なお、焼成鋳型の表面に
は粉体の微粉末が付着するが、鋳造工程に影響を与える
ことはなかった。

実施例２ 内径80mm、高さ90mm、抜き勾配２゜の底付きの金型を
300℃に加熱し、この中に実施例１と同じ組成のシェル
モールドサンドを一杯に入れた。約１分間保持した後、
金型を逆転させて未焼成のシェルモールドサンドを取出
し、厚さ約８〜9mmのカップ形状の焼成鋳型を得た。

次いで、この焼成鋳型を流動槽に入れ、粉体として含
水系粘土鉱物（主な粒度が12〜325メッシュ（粒径1.41m
m〜44μｍ）で、325メッシュ以下を30％含む）を用い
て、実施例１と同様の方法で脱煙・脱臭を行なった。空
気流量は10/minであった。

約５分間隔で、鋳型の焼成、および脱煙・脱臭を連続
して行なったところ、実施例１同様、良好な結果が得ら
れ、煙・悪臭の著しい低減効果が見られた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、焼成鋳型の脱
煙・脱臭を容易にかつ短時間で行なうことができ、作業
環境を著しく改善することができる。しかも、作業性の
低下や、大幅な設備変更をする必要がないので、経済性
に優れ、工業的に極めて大きな価値を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焼成鋳型の脱煙・脱臭工程を示す
図、第２図は従来の焼成鋳型の製造工程を示す図、第３
図および第４図はそれぞれ本発明実施例における相対臭
気強度変化およびアンモニア濃度変化を示す特性図であ
る。 １……焼成炉 ２……金型 ３……焼成鋳型 ５……無機粉体 ６……流動槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22C 9/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱性粒状物に粘結剤として熱硬化性樹脂
   を添加し焼成して得た焼成鋳型を、気体を流通すること
   によって浮遊、流動させた耐熱性の無機粉体内に埋没
   し、焼成鋳型と無機粉体とを所定時間接触させることを
   特徴とする焼成鋳型の脱煙・脱臭方法。