JP3098613B2

JP3098613B2 - 有機自硬性鋳型を用いた鋳造法

Info

Publication number: JP3098613B2
Application number: JP04137842A
Authority: JP
Inventors: 孝男堀江; 正一酒井
Original assignee: 株式会社岡本
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 2000-10-16
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JPH05305385A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、有機自硬性鋳型を用いた鋳造法
に係り、特に金属溶湯の注湯時に有機自硬性鋳型から発
生する臭いの問題を効果的に解消する技術に関するもの
である。

【０００２】

【背景技術】従来より、目的とする形状の鋳物製品を得
るべく、自硬性鋳型を用いた所定の金属溶湯の鋳造操作
が、広く採用されてきている。そして、そこで用いられ
る自硬性鋳型を大別すると、使用する粘結剤により、有
機自硬性鋳型と無機自硬性鋳型とに分けることが出来る
が、現在は、有機自硬性鋳型を用いた鋳造法、例えばフ
ランノーベーク鋳型法が、砂の再生率、鋳造コスト、鋳
物品質、生産性等の点で優れ、最も多く採用されてい
る。

【０００３】ところで、無機自硬性鋳型に対し、有機自
硬性鋳型は、鋳物砂の粘結剤である樹脂及びその硬化剤
に有機物を用いることから、金属溶湯の注湯時に鋳型内
の樹脂や硬化剤が分解せしめられることとなり、それに
よって不快な臭い乃至はガスが発生することは、宿命的
な問題であるとされている。例えば、フランノーベーク
鋳型法の場合において、その基本的な樹脂化反応は、フ
ルフリルアルコールの第１級アルコール基とフラン環の
５位の水素との脱水縮合反応と考えられるが、鋳型内に
注湯される溶湯により、鋳物砂中の樹脂及び硬化剤は分
解燃焼し、ＣＯ₂、ＳＯ₂を主とするガスを発生せし
め、これが臭い発生の原因となっているのである。

【０００４】このような有機自硬性鋳型に宿命的に内在
する臭いの発生について、その問題を解消すべく、従来
から種々なる対策が講じられてきている。例えば、燃焼
法として、有機自硬性鋳型から発生した臭気成分を高温
で酸化することにより、無臭のガスに分解・変換して、
脱臭を行なう方法が提案され、また活性炭、活性白土等
の物理吸着を利用したり、イオン交換樹脂等の化学吸着
を利用した吸着法、更には吸収筒内で吸収液に酸化剤と
酸化触媒を添加し、臭気ガス成分を吸収液に吸収させる
と同時に、薬剤により酸化分解する薬液酸化洗浄法等が
提案され、鋳造工場の実情に応じて採用されてきてい
る。

【０００５】しかしながら、それら従来の脱臭技術は、
鋳造工場の臭気を公害対策の面から処理しようとするも
のであって、鋳造工場全体の臭気対策であるところか
ら、設備が著しく大型化し、設備コストも膨大となり、
比較的企業規模の小さな鋳造工場にとって、そのような
脱臭技術の採用は、極めて困難なものであった。しか
も、鋳造工場における臭気の発生は、連続的なものでは
ないところから、発生した臭気を如何に効率良く処理す
るか、どうかの点についても、大きな問題を内在するも
のであったのである。

【０００６】また、上記の如き従来の脱臭技術は、公害
対策の面から、鋳造工場全体を対象としたものであるた
めに、鋳造工場内において作業する作業者の作業環境の
改善の面からは、何等顧慮されておらず、そのような作
業環境の改善には殆ど寄与していないのが実情である。

【０００７】

【解決課題】そこで、本発明は、かかる事情を背景にし
て為されたものであって、その課題とするところは、有
機自硬性鋳型を用いた鋳造法において、その臭気発生源
での脱臭を図り、鋳造工場内における作業環境の改善を
達成し、ひいては鋳造工場全体の公害対策に効果的に寄
与することにあり、また大型の脱臭設備を用いることな
く、発生する臭気の処理に適宜に応じられ得、更には脱
臭コストの低減をも図り得る技術を提供することにあ
る。

【０００８】

【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、有機自硬性の鋳物砂にて所定の鋳枠内
に鋳造キャビティを形成して、造型された有機自硬性鋳
型を用い、かかる鋳型内の鋳造キャビティに所定の金属
溶湯を注湯して、目的とする鋳物製品を鋳造するに際
し、前記有機自硬性鋳型における鋳枠の内側に位置する
ように吸気層を設けて、該吸気層を外部の排気通路に接
続せしめる一方、該排気通路上に、上流側より、吸気手
段、圧縮機、蓄圧器、並びに所定の容器内に脱臭剤を充
填してなる脱臭器を順次設けて、前記金属溶湯の注湯時
に鋳物砂から生じる臭気乃至はガスを、該吸気手段の吸
引作用によって排気通路に導き、そして該圧縮機にて圧
縮した後、前記蓄圧器を介して、前記脱臭器に流入させ
ると共に、その臭気乃至はガスを、脱臭器内の圧力が所
定の圧力に到達するまで、該脱臭器内に滞留させるよう
にしたことを特徴とする有機自硬性鋳型を用いた鋳造法
を、その要旨とするものである。

【０００９】

【具体的構成・実施例】ところで、図１には、かかる本
発明に従う鋳造法を実施するべく構成された、有機自硬
性鋳型及びそれに接続された排気通路の一例が概略的に
示されており、互いに重ね合わされた状態で一体的な有
機自硬性鋳型を構成する上型２及び下型４には、それぞ
れ、エアホース３４が接続されることによって、排気通
路が形成されている。そして、該排気通路上には、上流
側より、吸気手段たる真空ポンプ８、圧縮機１０、蓄圧
器１２、並びに脱臭器１４が順次設けられ、該通路の末
端は排気口１６として開口せしめられる。また、真空ポ
ンプ８の上流にはボールバルブ１７が設けられており、
更に、脱臭器１４に対しては、その上流に電磁弁１８
が、その下流にリリーフバルブ１９が設けられている。

【００１０】そして、図２〜図４には、その有機自硬性
鋳型の構造が詳しく示されている。それらの図におい
て、有機自硬性鋳型は、上型２と下型４とが定盤６上に
おいて重ね合わされて、構成されており、その内部に
は、目的とする製品形状を与える鋳造キャビティ２０が
形成されている。また、この上型２及び下型４は、それ
ぞれ、有機自硬性の鋳物砂２６が鋳枠たる上枠２２及び
下枠２４内にそれぞれ充填せしめられることによって、
形成されているのである。

【００１１】すなわち、それら上、下型２，４の上枠２
２及び下枠２４内には、鋳造キャビティ２０のキャビテ
ィ面を構成する所定厚さの肌砂層の背後に、例えば片
状、球状、塊状等の各種形状の金属材、セラミックス材
等の耐熱性のボリューム増加材２８が充填され、更にそ
の背後に、鋳物砂２６にてバックサンド部が形成され、
以て目的とする鋳型が造型されている。このような鋳型
構造を採用することによって、鋳物砂２６の使用量が効
果的に低減されて、コストダウンが図られ得ると共に、
充填されるボリューム増加材２８間における間隙の存在
によって、所定の金属溶湯を注湯した際の臭気乃至はガ
スの発生に対して、その吸引を効果的に実現し得るので
ある。なお、図において、２５は中子であり、この中子
２５の内部にも、ボリューム増加材２８が充填され、中
子２５において発生する臭気乃至はガスが上型２や下型
４の外周部側に容易に導かれ得るようになっている。ま
た、２９は湯口であって、この湯口２９を通じて、所定
の金属溶湯が鋳造キャビティ２０内へ導かれるようにな
っている。更に、３０は押湯である。

【００１２】そして、上型２及び下型４には、図から明
らかなように、それぞれ、その上枠２２及び下枠２４の
内側に沿って、パンチングメタル等の剛性を有する所定
の多孔板３１が配設され、この多孔板３１よりも外側と
なる上枠２２や下枠２４との間に、通気空間たる吸気層
３２が形成されている。なお、この多孔板３１の内側に
は、鋳物砂２６やボリューム増加材２８が充填されるも
のであるところから、かかる多孔板３１は、それら鋳物
砂２６やボリューム増加材２８を吸気層３２へ漏出させ
ない程度の大きさの細孔を多数有するものとして形成さ
れている。また、かかる多孔板３１は、通気性を考慮し
た上で、それぞれ細孔の大きさが異なる複数枚のものを
重ねて設けても良い（図６参照）。

【００１３】さらに、吸気層３２は、ここでは、上枠２
２や下枠２４の内周面に沿って、その全長に亘って設け
られているが、鋳物砂２６において発生する臭気やガス
が外部に漏れ出すことなく、有効に吸引されることとな
るならば、吸気層３２は、鋳枠（２２，２４）の内周部
の所定長さの領域において設けられているだけであって
も、何等差支えない。尤も、そのような臭気乃至はガス
の有効な吸引のためには、例示の如き矩形の鋳枠（２
２，２４）の場合において、その対向する少なくとも２
辺の内側に吸気層３２が設けられていることが望まし
い。

【００１４】なお、このような有機自硬性の鋳型（上型
２，下型４）の造型に際しては、先ず、所定の定盤上
に、内周面に多孔板（３１）を取り付けてなる鋳枠（２
２，２４）を載置し、次いでこの鋳枠（２２，２４）内
に、目的とする製品キャビティ形状（２０）の所定部分
を与える模型が配置された状態において、有機自硬性の
鋳物砂（２６）が投入されて、模型の表面に所定厚み、
好適には３０〜５０ｍｍ程度の肌砂層が形成される。な
お、有機自硬性の鋳物砂（２６）としては、従来と同様
なものが用いられるものであって、例えば珪砂の如き鋳
物砂材料に対し、有機質粘結剤としてフラン系樹脂、フ
ェノール系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂が配合され、
またそのような樹脂を硬化せしめるための硬化剤が添加
せしめられてなるものである。

【００１５】次いで、かかる肌砂層が形成された後に、
セラミックスボール等の耐熱性のボリューム増加材（２
８）が投入されて充填され、更にその上に鋳物砂（２
６）が裏砂として投入され、バックサンド部が形成され
る。なお、鋳型内の鋳物砂（２６）とボリューム増加材
（２８）との比率は、製品の形状、寸法、重量、更には
鋳枠の構造等に応じて適宜に設定されるものであるが、
鋳枠内の３０〜４０％の容積を、該ボリューム増加材に
て置き換えることは可能であり、それによって鋳型全体
の強度を低下させることはない。

【００１６】その後、鋳型（２，４）の表面層が硬化す
るのを待って抜型が行なわれ、そしてその抜型された模
型は次の造型に使用され得るように、直ちに、先の充填
工程に戻される一方、得られた鋳型（２，４）は必要に
応じて塗型工程に移送されて塗型された後、次の鋳造工
程のために、それら上型（２）と下型（４）は、図２に
示される如く、定盤（６）上において、別途上記鋳型の
造型と同様にして造型された中子（２５）と共に型合わ
せされ、図２に示される如き鋳型構造に組み立てられる
のである。

【００１７】そして、図４から明らかなように、上型２
及び下型４には、それぞれ、その上枠２２及び下枠２４
に対して、エアホース３４がエアカプラー３６及びボー
ルバルブ１７を介して取り付けられており、それら上枠
２２及び下枠２４の内側に形成された吸気層３２に連通
せしめられている。そして、前記真空ポンプ８に対し
て、エアホース３４が接続せしめられることにより、ボ
ールバルブ１７による吸気作用の制御のもとに、吸気層
３２を通じて、上型２及び下型４内が吸引・排気せしめ
られるようになっているのである。なお、真空ポンプ８
としては、従来から使用されている公知の各種ものが使
用され得、その下流側の排気通路上に設けられる前記圧
縮機１０や前記蓄圧器１２としても、公知の各種ものが
使用されることとなる。

【００１８】一方、図５には、排気通路上に設置される
前記脱臭器１４の構造の一例が示されている。そこにお
いて、３８は容器本体であり、内部に４本の鋼管４０が
互いに平行に配列され、溶接固定されている。それによ
って、各鋼管４０内を順次通過して、流入口４２から流
出口４４に至る、蛇行状に屈曲した通路が形成されてお
り、該通路内には、ゼオライト等の所定の粒状乃至は塊
状の脱臭剤４６が充填されている。また、４８は、脱臭
剤４６の漏出を防止するために取り付けられた通気性の
フィルターであり、例えば、前記鋳型の鋳枠（２２，２
４）の内側に配設された多孔板３１等が取り付けられ
る。従って、流入口４２から流入せしめられた臭気乃至
はガスは、かかる蛇行状の通路を通過する間に、脱臭剤
４６と効果的に接触せしめられ、有効に吸着されること
となるのである。

【００１９】なお、脱臭剤４６は、臭気の吸着による除
去を基本とするものであり、一般的にゼオライト、活性
炭、セピライト等の吸着脱臭剤が用いられることとなる
が、特に脱臭効率を常に一定に保つには、定期的な交換
が必要であり、コスト的にも安価であることが望ましい
ことから、天然ゼオライトよりも、フライアッシュを原
料とした人工ゼオライトの使用が最も有利である。

【００２０】そして、本発明に従う鋳造法にあっては、
このようにして得られた排気通路を備えた鋳型に対し
て、その湯口２９から、常法に従って、所定の金属溶
湯、例えば鋳鉄溶湯や溶鋼等が注湯される際に、ボール
バルブ１７やエアカプラー３６を介して上枠２２や下枠
２４の内側の吸気層３２に接続されたエアホース３４を
通じて、吸気手段たる真空ポンプ８にて吸気せしめるも
のである。これにより、鋳型内で発生する臭気乃至はガ
スが効果的に吸引除去されて、目的とする鋳物製品の鋳
造が行なわれることとなるのである。この際、鋳型に
は、吸気を均等にする吸気層３２が設けられているとこ
ろから、図６に示すように、接続されたエアホース３４
を介しての吸気が安定して行なわれ得るのである。

【００２１】なお、注湯によって発生する臭気乃至はガ
スは、金属溶湯に触れる肌砂層（スキンサンド部）から
の発生が著しく多く、上型２の上部や下型４の下部のバ
ックサンド部では、熱による影響は少なく、臭気乃至は
ガスの発生は少ない。そして、例示の如き、鋳型の中間
部にボリューム増加材２８を充填してなる鋳型構造にあ
っては、このような鋳型内部に位置する肌砂層から発生
する臭気乃至はガスが、より有効に吸気層３２へ導かれ
ることとなる。何故なら、例えば、ボリューム増加材２
８として、３５ｍｍφ程度の直径を有するセラミックス
ボールを用いた場合において、それらセラミックスボー
ルの交点には、一片が６ｍｍ程度の三角形の隙間が生
じ、この隙間は３次元的に連鎖するところから、エアホ
ース３４を通じて、外部から強制吸引されることによ
り、生じた臭気乃至はガスは、そのような隙間を通じて
容易に鋳型内を通過し、吸気層３２に到達して、鋳型外
へ導かれ得るからである。

【００２２】このように、溶湯に触れた肌砂層から生じ
た臭気乃至はガスは、透過性の良いボリューム増加材２
８の充填部を通じて、それに接する吸気層３２へ導かれ
ることとなるが、上型２上部及び下型４下部のバックサ
ンド部は、一般に細かい砂が用いられることから、充填
密度が高く、また熱による影響も少ないために、外部に
対するシールの役目を果たし、上記の如き臭気乃至はガ
スの吸気層３２側への流れをより有効なものとしている
のである。しかも、このように、鋳型の上下のバックサ
ンド部が、外部に対するシールの役目を果たすことによ
って、エアホース３４を通じての吸引作用を、ボールバ
ルブ１７にて遮断しても、鋳型（２，４）内の減圧が或
る程度は維持され、これにより鋳型内に生じた臭気乃至
はガスが、鋳型外に漏出するようなことも全く解消せし
め得るのである。

【００２３】また、上記のように、エアホース３４を通
じて鋳型（２，４）内が吸気せしめられることによっ
て、金属溶湯の注湯時に生じるガスは、鋳物砂２６間、
特にボリューム増加材２８の間隙を通って急速に吸気層
３２に導かれ、鋳型全体から速やかに吸引され、外部へ
除去せしめられるところから、そのような発生ガスによ
る鋳造製品における鋳造欠陥（ガス欠陥）の発生防止に
も、大きな効果を発揮し得るのである。

【００２４】このようにして排気通路に導かれた臭気乃
至は排ガスは、真空ポンプ８を通過した後、圧縮機１０
にて圧縮せしめられ、蓄圧器１２内に蓄積されることと
なる。そして、定期的に電磁弁１８が開かれることによ
って、脱臭器１４内へ強制的に送り込まれ、ゼオライト
等の脱臭剤４６の中を通過させられて、脱臭されるので
ある。しかも、その際、脱臭器１４の下流にリリーフバ
ルブ１９が設けられているために、臭気乃至は排ガス
は、単に脱臭器１４を通過させられるのではなく、脱臭
器１４内に臭気乃至は排ガスが充満し、所定の圧力に到
達するまで、脱臭器１４内に封じ込められ、滞留させら
れることとなる。

【００２５】それによって、脱臭器１４内でガスの濃度
が高められると共に、ガスと脱臭剤４６との接触時間が
長くされるため、臭気乃至は排ガスと脱臭剤４６との接
触機会が増加させられて、極めて効果的に気体中の臭気
が吸着され、吸着除去されるガス量が増加させられるの
であり、その結果、脱臭効率が大幅に向上され得るので
ある。しかる後、脱臭器１４内の圧が一定以上となった
場合に、リリーフバルブ１９が開いて、脱臭された清浄
な空気が排気口１６より外部に排出されることとなる。
なお、外部へ排出される空気は圧が高いものであるた
め、排気口１６にはサイレンサを取り付けることが望ま
しい。

【００２６】ところで、本発明において、エアホース３
４を通じての鋳型（２，４）からの吸気は、鋳物砂２６
から臭気乃至はガスが生じる注湯時のみで充分であり、
鋳造キャビティ２０内に注湯された金属溶湯の冷却固化
工程では、ボールバルブ１７の操作により、鋳型（２，
４）は、外部の吸気手段（真空ポンプ８）から遮断され
ることとなる。

【００２７】そして、注湯された金属溶湯の冷却固化が
完了すると、鋳型（２，４）が型ばらしされて、鋳型内
に形成された鋳物製品が取り出される。また、型ばらし
が行なわれた鋳物砂からは、マグネットセパレータによ
って、鋳物砂に混入した鋳物バリ、鉄片、鉄粉等の介在
物が磁気によって分離される一方、適当な分離装置によ
り、ボリューム増加材２８が鋳物砂から分離され、そし
てそれら鋳物砂及びボリューム増加材が回収されて、再
使用されることとなる。

【００２８】以上、本発明の代表的な具体例に基づい
て、本発明の具体的構成、そしてその作用について説明
してきたが、本発明が、そのような例示の具体例のみに
限定して解釈されるものでは決してなく、本発明の趣旨
を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づき、種
々なる変更、修正、改良等を加えた形態において実施す
ることが出来、それらの実施形態をも、本発明が含むも
のであることが理解されるべきである。

【００２９】例えば、例示の具体例では、ボリューム増
加材を充填してなる鋳型構造が示され、それが本発明の
最も好ましい実施形態ではあるが、本発明が、また、ボ
リューム増加材を充填していない鋳物砂のみから構成さ
れる鋳型構造に対しても、適用され得るものであること
は言うまでもないところである。

【００３０】また、本発明にあっては、鋳物砂からの分
離や回収を考慮して、ボリューム増加材に対して、耐熱
性のみでなく、磁性をも付与せしめることが望ましく、
それにより、鋳物バリ等を除去するマグネットセパレー
タ等をそのまま用いて、ボリューム増加材を容易に回収
することが出来ることとなり、鋳造の自動化が図られ得
ると共に、特別の分離装置も不要となる等の優れた効果
が得られることとなる。そのようなボリューム増加材と
しては、金属材料の他に、磁性材料を内在せしめた各種
の耐熱性の材料が考えられるが、本願出願人が先に出願
した特願平１−４０９４８号明細書に開示されている如
き、磁性材料を内在したセラミックスボールが特に好適
に用いられる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う有機自硬性鋳型を用いた鋳造法にあっては、鋳枠
の内側に吸気層を設け、また該吸気層に連通する排気通
路を設けて、外部の吸気手段による吸引作用によって、
鋳型内への金属溶湯の注湯時に鋳物砂から生じる臭気乃
至はガスを排気通路に導くと共に、そのガスを圧縮した
状態で脱臭器に流入させ、且つ脱臭器内の圧力が所定の
圧力に到達するまで、そのガスを脱臭器内に滞留させる
ようにすることから、かかる臭気乃至はガスを極めて効
果的に吸着除去して、鋳型外への放出を効果的に阻止し
得ることとなったのである。それ故に、個々の鋳型、換
言すれば臭気発生源での脱臭が効果的に図られ得、鋳造
工場における作業環境の改善が有利に為され得ることと
なったのである。また、この脱臭器は、従来のものに比
して、容量的に非常に小さく、設置スペースが大幅に節
減され得る利点があり、コスト的にも安く、鋳造工場に
おける公害対策にも膨大な設備投資をすることなく、実
用的な脱臭装置として、大きく寄与することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる有機自硬性鋳型及びそれに
接続された排気通路の構成の一例を概略的に示す説明図
である。

【図２】図１における有機自硬性鋳型を示す縦断面説明
図である。

【図３】図２の有機自硬性鋳型の平面断面を示す説明図
である。

【図４】図３におけるIV−IV線断面を示す断面説明図で
ある。

【図５】図１における脱臭器を示す縦断面説明図であ
る。

【図６】図４の断面形態における吸気の流れを示す要部
説明図である。

【符号の説明】

２上型４下型６定盤８真空ポンプ１０圧縮機１２蓄圧器１４脱臭器１６排気口１７ボールバルブ１８電磁弁１９リリーフバルブ２０鋳造キャビティ２２上枠２４下枠２６鋳物砂２８ボリューム増加材３１多孔板３２吸気層３４エアホース３８容器本体４０鋼管４２流入口４４流出口４６脱臭剤４８フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−21147（ＪＰ，Ａ) 特開平３−254333（ＪＰ，Ａ) 特開平１−180769（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−189454（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−46160（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22C 1/00 B22C 5/00 - 9/30 B22D 18/00 - 18/08 B22D 33/00 - 47/02 B01D 53/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有機自硬性の鋳物砂にて所定の鋳枠内に
鋳造キャビティを形成して、造型された有機自硬性鋳型
を用い、かかる鋳型内の鋳造キャビティに所定の金属溶
湯を注湯して、目的とする鋳物製品を鋳造するに際し、前記有機自硬性鋳型における鋳枠の内側に位置するよう
に吸気層を設けて、該吸気層を外部の排気通路に接続せ
しめる一方、該排気通路上に、上流側より、吸気手段、
圧縮機、蓄圧器、並びに所定の容器内に脱臭剤を充填し
てなる脱臭器を順次設けて、前記金属溶湯の注湯時に鋳
物砂から生じる臭気乃至はガスを、該吸気手段の吸引作
用によって排気通路に導き、そして該圧縮機にて圧縮し
た後、前記蓄圧器を介して、前記脱臭器に流入させると
共に、その臭気乃至はガスを、脱臭器内の圧力が所定の
圧力に到達するまで、該脱臭器内に滞留させるようにし
たことを特徴とする有機自硬性鋳型を用いた鋳造法。