JP4238932B2 - 発泡性混合物の管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、発泡性混合物の管理方法に関する。さらに詳しくは、粒子状骨材、水溶性バインダおよび水を混合し、攪拌してなる発泡性混合物を、加熱された金型のキャビティに圧入方式により充填して鋳型、たとえば主型や中子などを造型するにあたり、前記発泡性混合物を所定の正常状態に製造するための発泡性混合物の管理方法に関する。

近年、鋳造後の崩壊性が良いとして、粒子状骨材の粘結剤として水溶性バインダを用い、かつ加熱により水分を蒸発させて水溶性バインダを硬化させることにより鋳型を造型することが提案されている。

この種の鋳型を造型するための鋳型造型装置として、たとえば上下方向へ延びる円筒と、この円筒内に上下動可能に配設されたプランジャと、円筒の下端開口を開閉するゲートとを、昇降可能に設けて、流動砂の金型への圧入手段を構成し、さらに、前記円筒の中段に開口を設けてこの開口に、流動砂を得るミキサーを接続したものがある(特開昭５５−５４２４１号公報参照)。

また、前記従来の鋳型造型装置においては、円筒の中段にもゲートを設けたり、円筒や下側のゲートやプランジャのレベルを変えたりして、金型に圧入するため円筒に投入される流動砂の分量を変更することができるようにされている。

しかしながら、前記従来の鋳型造型装置では、水溶性バインダを粘結剤とした鋳型材料である発泡性混合物は、水分が低すぎるときは、混合物の流動性が悪化し、充填が充分に確保できないため、水分を追加しさらに混練する必要がある。

また、発泡性混合物の粘度が高過ぎる場合も、金型のキャビティへの発泡性混合物の充填が充分に確保できないため、再混練する必要がある。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、金型に圧入する前の発泡性混合物の状態を監視し、かつ管理して、造型時の充填性を安定させることにより、鋳型強度を均一に製造することができる発泡性混合物の管理方法を提供することを目的とする。

本発明の発泡性混合物の管理方法は、粒子状骨材、水溶性バインダおよび水を混合し、攪拌してなる発泡性混合物を、加熱された金型のキャビティに圧入方式により充填して鋳型を造型するにあたり、前記発泡性混合物の混合状態を管理する発泡性混合物の管理方法であって、（ａ）前記発泡性混合物の温度を測定する工程と、（ｂ）予め求められている、該温度と相関関係がある、発泡性混合物を圧入方式により充填して鋳型を造型することが可能な、造型可能混合状態から、前記測定した温度に基づいて、前記発泡性混合物の水分および粘度の基準値を決定する工程と、（ｃ）前記発泡性混合物の水分を測定する工程と、（ｄ）当該測定した水分が前記水分の基準値の範囲内にあるか否かを判断する工程と、（ｅ）前記測定した水分が前記水分の基準値の範囲内にある場合、前記発泡性混合物の粘度を測定する工程と、（ｆ）当該測定した粘度が前記粘度の基準値の範囲内にあるか否かを判断する工程と、（ｇ）前記測定した粘度が前記粘度の基準値の範囲内にある場合、前記発泡性混合物が正常状態にあると判定する工程とを含むことを特徴としている。

本発明によれば、造型時の充填性を安定させることにより、鋳型強度を均一に製造することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の発泡性混合物の管理方法を説明する。まず、本発明に用いられる鋳型造型装置は、図１〜２に示されるように、定盤状の機台１に２個の上向きのシリンダ２、２が設置してあり、さらに前記機台１の四隅には４本のガイドロッド３、３がそれぞれ立設してある。前記２個のシリンダ２、２のピストンロッドの上端間には前記４本のガイドロッド３、３に摺動および昇降可能に装架した昇降フレーム４が下面にて架設してあり、昇降フレーム４の上面には水平割金型５の下金型６が取り付けてある。また、下金型６の真上には前記水平割金型５の上金型７が前記ガイドロッド３における前記下金型６の上方に装着された４組の支持機構８、８によって支持して配置されている。

また、前記４本のガイドロッド３、３の上端間には左右方向へ延びる天井フレーム９が架設してあり、天井フレーム９の下部における右側位置には、攪拌槽としての機能と、圧入筒としての機能を併せ持つ混合物収納手段１０が、第１走行台車１１を介して左側へ移動可能にして配置してあり、前記混合物収納手段１０は、直方体を成すとともに上下に貫通する中空を有する中空直方体１２と、この中空直方体１２の下端に固着してこれの下端開口部を閉鎖しかつ混合物を射出する複数の射出孔１３、１３を透設した底板１４とで構成してあり、この底板１４は上部を水冷構造にしてあり、また下部を断熱材で構成されている。

また、前記天井フレーム９の上面における右側位置には、前記混合物収納手段１０内に投入される粒子状骨材、常温で可溶性である水溶性バインダおよび水を混合し、攪拌発泡させる攪拌羽根機構１５が装着されている。なお、前記粒子状骨材としては、たとえば硅砂とすることができる。また、該粒子状骨材の粘結剤としての水溶性バインダとしては、ポリビニルアルコールとすることができる。前記攪拌羽根機構１５においては、攪拌羽根１６がモータ１７の出力軸に伝動機構１８を介して連結してあり、前記モータ１７は前記天井フレーム９に装着された下向きのシリンダ１９の縮伸作動によって昇降する支持部材２０に装着してあり、さらに、支持部材２０には前記混合物収納手段１０の上端開口部を閉鎖するカバー２１が装着してあって、前記攪拌羽根１６および前記カバー２１は、前記シリンダ１９の縮伸作動によって昇降するようになっている。

また、前記天井フレーム９における前記攪拌羽根機構１５の真下位置には、前記混合物収納手段１０の射出孔１３、１３を閉塞する栓手段２２が配設してあり、栓手段２２においては、前記射出孔１３、１３に入出可能な複数の栓２３、２３が支持板２４を介して上向きのシリンダ２５のピストンロッドの上端に装着してあって、栓２３、２３はシリンダ２５の伸縮作動によって上下動するようになっており、前記シリンダ２５は支持部材２６、２６を介して前記天井フレーム９に装着してある。なお、複数の前記栓２３、２３を前記射出孔１３、１３に挿入することにより射出孔１３、１３を清掃することもできる。

また、前記天井フレーム９の上面における前記水平割金型５の真上位置には、前記混合物収納手段１０内の混合物を押圧して前記混合物収納手段１０の射出孔１３、１３から射出する押圧機構２７が装着してあり、押圧機構２７においては、上下に貫通する複数の排気孔２８、２８を有するピストン２９が下向きのシリンダ３０の縮伸作動によって上下動するようになっている。

また、前記天井フレーム９の下部における左側位置には、前記上金型７から鋳型を押し出す鋳型押出し機構３１が、第２走行台車３２を介して右側へ移動可能にして配置してあり、鋳型押出し機構３１においては、複数の鋳型押出しピン３３、３３が押出し板３４を介して下向きのシリンダ３５のピストンロッドの下端に装着してあって、前記鋳型押出しピン３３、３３は前記シリンダ３５の縮伸作動によって上下動するようになっている。

本発明は、所定の品質をもった鋳型を製造するためには、発泡性混合物の管理が重要であることに鑑み、前記鋳型造型装置を用いて、前記発泡性混合物を加熱された金型のキャビティに圧入方式により充填して鋳型を造型するにあたり、該金型に圧入する前の前記発泡性混合物の状態を監視し、管理するようにしている。

すなわち、本発明は、まず発泡性混合物の温度を測定したのち、予め求められている、該温度と相関関係がある、発泡性混合物を圧入方式により充填して鋳型を造型することが可能な、造型可能混合状態（水分、粘度、砂の種類や粒度、バインダの種類や量に影響する）の関係から前記測定した温度に基づいて、前記発泡性混合物の混合状態を示す水分と粘度の基準値を決定する。

ついで前記発泡性混合物の混合状態を測定したのち、当該測定した状態値（水分と粘度の値）が前記基準値の範囲（たとえば、基準値の上限しきい値と下限しきい値のあいだ）内にあるか否かを判断する。

ついで当該判断に基づいて、前記発泡性混合物が正常状態にあるか、または前記発泡性混合物を調整するかを判定する。かかる判断により、前記発泡性混合物が正常状態、すなわち測定した状態値が基準値の範囲内にあると判定される場合、該発泡性混合物を加熱された金型のキャビティに圧入方式により充填して鋳型を造型する。一方、前記発泡性混合物を調整、すなわち測定した状態値が基準値の範囲内にないと判定される場合、粘度および／または水分の成分調整を行ったのち、再度、発泡性混合物の状態の監視を続行する。

つぎに、本発明の一実施の形態にかかわる管理方法の手順を図３に基づいてさらに説明する。

（ａ）図３に示されるように、発泡性混合物の温度Ｔを温度計測手段により測定する（ステップＳ１）。

該発泡性混合物は、混合物収納手段内に投入された粒子状骨材、水溶性バインダおよび水を攪拌羽根機構により混合し、攪拌発泡されている。なお、前記粒子状骨材としては、たとえば硅砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂または各種の人工骨材などとすることができる。また、該粒子状骨材の粘結剤としての水溶性バインダとしては、ポリビニルアルコール、たとえばケン化度８０モル％から９５モル％までのポリビニルアルコールもしくはその誘導体、および／またはα化澱粉、デキストリンもしくはその誘導体、サポニン、糖類などとすることができる。該水溶性バインダは前記粒子状骨材に対し、たとえば０．３ｗｔ％〜１０ｗｔ％重量部を含有させる。また、水はアルカリ性の水以外の水である。水は前記粒子状骨材および水溶性バインダに対し、たとえば２〜１０％である。また、前記温度計測手段としては、とくに限定されるものではないが、接触型または非接触型の温度計測手段、たとえば接触型の温度検出器として、熱電対方式の温度センサなどを用いることができ、また非接触型の温度検出器として、レーザや、赤外線（サーモグラフ）、超音波などを用いた方式の温度センサを用いることができる。

（ｂ）ついで予め求められている発泡性混合物の造型可能混合状態の関係から前記測定した温度に基づいて、前記発泡性混合物の混合状態を示す、造型の品質に影響を及ぼす水分および粘度の基準値Ｗｓ、Ｖｓを決定する（ステップＳ２）。

発泡性混合物の温度変化や、水分、粘度の度合いなどによって、混合物の流動性や、気泡率が変化し、たとえば造型時の充填性や、鋳型強度などの鋳型の造型品質が異なることから、予め温度、水分および粘度などの相関関係が前記発泡性混合物の造型可能混合状態の関係として実験にて求められている。

（ｃ）ついで前記発泡性混合物の混合状態を示す水分Ｖを水分計測手段により測定する（ステップＳ３）。

前記水分計測手段は、とくに限定されるものではないが、たとえば電気抵抗測定法またはマイクロ波測定法などを用いた水分検出器や、１部をサンプリングした発泡性混合物を別の場所で加熱することにより、水分を蒸発させその重量減少から水分を測定する加熱減量方式の計測器などを用いることができる。

（ｄ）ついで測定した水分Ｗが前記水分の基準値Ｗｓの範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ４）。

つまり発泡性混合物の水分Ｗが、該水分の基準値Ｗｓの範囲である上限しきい値Ｗｓuthと下限しきい値Ｗｓdthとのあいだにあるか否かを判断する。上限しきい値Ｗｓuthと下限しきい値Ｗｓdthは、それぞれ実験にて予め設定することができる。

（ｅ）ついで前記測定した水分Ｗが前記水分の基準値Ｗｓの範囲内にある場合、前記発泡性混合物の混合状態を示す粘度Ｗを粘度計測手段により測定する（ステップＳ５）。

前記粘度計測手段は、とくに限定されるものではないが、プローブ圧入方式や、プローブ回転方式、プローブ圧入および回転方式または見かけ粘度測定方式を用いた粘度計測手段を用いることができる。たとえば前記プローブ圧入方式としては、棒状のプローブの先端に球状または円柱状の部分（なお、この部分は一体であるか別体であるは問わない）を設け、このプローブの先端を発泡性混合物内へ圧入する際の負荷(抵抗力)を測定して該発泡性混合物の粘度を相対的に測定する粘度検出器とすることができる。また、前記プローブ回転方式としては、棒状のプローブの先端に球状または円柱状の部分（なお、この部分は一体であるか別体であるは問わない）を設け、このプローブの先端を発泡性混合物内へ圧入しながら回転させて、プローブに生ずる負荷(抵抗力／トルク)を測定して該発泡性混合物の粘度を相対的に測定する粘度検出器とすることができる。また、前記プローブ圧入および回転方式としては、棒状のプローブの先端に円盤状またはファン状の部分（なお、この部分は一体であるか別体であるは問わない）を設け、このプローブの先端を発泡性混合物内へ圧入したのち、これを回転させてプローブに生ずる負荷(トルク)を測定して発泡性混合物の粘度を相対的に測定する粘度検出器とすることができる。さらに見かけ粘度測定方式としては、一定口径の開口部を有するシリンダ状体の中に発泡性混合物を入れ、この発泡性混合物へ一定圧力を加えることによって、開口部から発泡性混合物が流出する速度によって見かけ粘度を相対的に測定する粘度検出器とすることができる。とくに見かけ粘度測定方式の粘度検出器（粘度計測手段）は、非ニュートン流体であることから、プローブの圧入方式、回転方式または圧入および回転方式の粘度検出器（粘度計測手段）を用いるのが好ましい。

（ｆ）ついで当該測定した粘度Ｖが前記粘度の基準値Ｖｓの範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ６）。

つまり発泡性混合物の粘度が、該粘度の基準値の範囲である基準値の上限しきい値と下限しきい値のあいだにあるか否かを判断する。

（ｇ）ついで前記測定した粘度Ｖが前記粘度の基準値Ｖｓの範囲内にある場合、前記発泡性混合物が正常状態にあると判定し（ステップＳ７）、造型を開始する。

（ｈ）なお、前記ステップＳ４において、前記測定した水分Ｗが前記水分の基準値Ｗｓの範囲（しきい値Ｗｓdth、Ｗｓuth）内にない場合には、不足分の水を補給（添加）して前記発泡性混合物を再度撹拌し、練り込む（混練）する（ステップＳ８）。

（ｉ）また、前記ステップＳ６において、前記測定した粘度Ｖが前記粘度の基準値Ｖｓの範囲（しきい値Ｖｓdth、Ｖｓuth）内にない場合には、所定の粘度が出るように前記発泡性混合物を再度撹拌し、練り込む（混練）する（ステップＳ９）。

なお、本発明において、前記発泡性混合物の温度、粘度および水分の測定は、前記温度センサ、粘度検出器および水分検出器を前記混合物収納手段の内部または外部に設置し、計測する。

また、本発明において、前記温度などの測定は、混合物収納手段から該発泡性混合物を採取してバッチ方式により行うか、または該混合物収納手段に前記計測手段を装着して連続的に行うことができる。

また、本発明において、前記粘度および水分の数量は、粒子状骨材の種類および水溶性バインダの種類を変えることで変動するため、最適な範囲を特定することは難しいが、たとえば砂温度が０〜４０℃に対して、粘度の基準値は０．５〜５Ｐａ・ｓであり、水分の基準値は２〜１０ｗｔ％である。

つぎに、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

実施例
本実施例では、粒子状骨材として珪砂を、水溶性バインダとしてポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）、澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ ニッシ製）およびクエン酸（扶桑化学製）を用いた。そして、砂の温度が２０℃であることから、粘度の基準値が２Ｐａ・ｓおよび水分の基準値が４．５ｗｔ％になるように発泡性混合物を調整するために、珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部に対して、ポリビニルアルコール０．２重量部、澱粉０．８重量部、クエン酸０．２重量部および水５重量部をミキサーにより攪拌混合し、発泡させた。

そして、この発泡後前記２０℃に基づいて混合物の粘度および水分を測定した結果、粘度は０．５〜３．５Ｐａ・ｓであり、水分は２．５〜７ｗｔ％であった。これらの数値が充分基準値の範囲（粘度のしきい値１．５および水分のしきい値２．５）内であることを確認したのち、造型を行った。これにより、本実施例における管理方法により、造型時の充填性を安定させることができることがわかった。

つぎに、本発明により鋳型を造型する前記鋳型造型装置の動作を説明する。図１に示されるように、栓手段２２の栓２３、２３によって射出孔１３、１３を閉鎖したのち、前記混合物収納手段１０内に、たとえば粒子状骨材としての硅砂、水溶性バインダとしてのポリビニルアルコールおよび水を投入する。そして、混合物収納手段１０の上端開口部をカバー２１で閉鎖する。

ついで攪拌羽根機構１５のモータ１７を駆動して攪拌羽根１６を回転させて、硅砂、ポリビニルアルコールおよび水を混合し、攪拌して発泡させた発泡性混合物を製造する。

続いて、攪拌羽根機構１５のシリンダ１９を収縮作動して攪拌羽根１６およびカバー２１を上昇させる。そして、前記手順にしたがって、該混合物収納手段１０に設けられる温度センサＤ１、粘度検出器Ｄ２および水分検出器Ｄ３により発泡性混合物の性状が正常状態に管理されていることを確認したうえで、栓手段２２のシリンダ２５を収縮作動して栓２３、２３を射出孔１３、１３から抜き出し射出孔１３、１３を開口する。

ついで鋳型押出し機構３１を第２走行台車３２を介して、また混合物収納手段１０を第１走行台車１１を介してそれぞれ左側へ移動させ、混合物収納手段１０を加熱された水平割金型５の真上に移送し、続いて、シリンダ２、２を伸長作動して下金型６を昇降フレーム４を介し上昇させて下金型６上に上金型７を、上金型７上に混合物収納手段１０を順次載せるとともに混合物収納手段１０下面を上金型７上面に当接する。

ついで、図２に示されるように、押圧機構２７のシリンダ３０を伸長作動してピストン２９を下降させ、このピストン２９の下降途中で、ピストン２９と混合物の間の空気を排気孔２８、２８から排出した後、排気孔２８、２８の上端開口部を図示しない弁手段で閉鎖し、混合物収納手段１０内の混合物を押圧して水平割金型５のキャビティ内に混合物を圧入して充填する。なお、水平割金型５に充填された混合物は、水平割金型５の熱によって水分が蒸発して固化する。混合物の水平割金型５への充填完了後、シリンダ３０を収縮作動してピストン２９を上昇させ、続いて、鋳型押出し機構３１を第２走行台車３２を介して、また混合物収納手段１０を第１走行台車１１を介してそれぞれ右側へ移動させ、鋳型押出し機構３１を水平割金型５の真上に、また混合物収納手段１０を攪拌羽根機構１５の真下にそれぞれ戻す。

ついで鋳型押出し機構３１のシリンダ３５を伸長作動して鋳型押出しピン３３、３３を上金型７に挿入するとともに、シリンダ２、２を収縮作動して下金型６を下降させて鋳型を上金型７から分離し、続いて、図示しない鋳型押出し機構により鋳型を下金型６から押し上げる。一方、攪拌羽根機構１５の真下に戻した混合物収納手段１０には、つぎの鋳型造型のために硅砂、ポリビニルアルコールおよび水を所要量追加する。

なお、前記実施の形態では、混合物収納手段１０内、の混合物を押圧機構２７のピストン２９の圧入による圧入方式で水平割金型５に圧入しているが、これに限定されるものではなく、図４に示されるように、圧縮空気で圧入する圧入方式によっても同様の作用効果を得流ことができる。すなわち、前記実施の形態において、ピストン２９の代りに、混合物収納手段１０の上端開口部を気密に閉鎖しかつ圧縮空気源に接続するカバー４２を、押圧機構２７のシリンダ４３のピストンロッドの下端に設けて、混合物の水平割金型５への圧入に際しては混合物収納手段１０内の混合物の上面に圧縮空気を供給するようにしてもよい。また、この場合、攪拌機構と圧縮空気を圧入する機構が一体化してもよい。

図１は本発明にかかわる鋳造造型装置の一部切欠き断面の正面図である。 図２は図１に示す鋳造造型装置の動作を説明する図であって、混合物収納手段内の発泡性混合物を水平割金型に圧入する状態を示す。 図３は本発明の一実施の形態にかかわるフローチャートである。 図４は本発明にかかわる他の鋳造造型装置の一部切欠き断面の正面図である。

Claims (8)

1. 粒子状骨材、水溶性バインダおよび水を混合し、攪拌してなる発泡性混合物を、加熱された金型のキャビティに圧入方式により充填して鋳型を造型するにあたり、前記発泡性混合物の混合状態を管理する発泡性混合物の管理方法であって、
   （ａ）前記発泡性混合物の温度を測定する工程と、
   （ｂ）予め求められている、該温度と相関関係がある、発泡性混合物を圧入方式により充填して鋳型を造型することが可能な、造型可能混合状態から、前記測定した温度に基づいて、前記発泡性混合物の水分および粘度の基準値を決定する工程と、
   （ｃ）前記発泡性混合物の水分を測定する工程と、
   （ｄ）当該測定した水分が前記水分の基準値の範囲内にあるか否かを判断する工程と、
   （ｅ）前記測定した水分が前記水分の基準値の範囲内にある場合、前記発泡性混合物の粘度を測定する工程と、
   （ｆ）当該測定した粘度が前記粘度の基準値の範囲内にあるか否かを判断する工程と、
   （ｇ）前記測定した粘度が前記粘度の基準値の範囲内にある場合、前記発泡性混合物が正常状態にあると判定する工程と
   を含むことを特徴とする発泡性混合物の管理方法。
2. 前記測定した水分が前記水分の基準値の範囲内にない場合には、不足分の水を補給したのち、前記発泡性混合物を再度混練する請求項３記載の発泡性混合物の管理方法。
3. 前記測定した粘度が前記粘度の基準値の範囲内にない場合には、前記発泡性混合物を再度混練する請求項３または４記載の発泡性混合物の管理方法。
4. 前記発泡性混合物の温度を接触型または非接触型の温度計測手段で測定する請求項５記載の発泡性混合物の管理方法。
5. 前記発泡性混合物の水分を電気抵抗測定法またはマイクロ波測定法の水分計測手段で測定する請求項５記載の発泡性混合物の管理方法。
6. 前記発泡性混合物の粘度をプローブの圧入方式、回転方式または圧入および回転方式の粘度計測手段で測定する請求項５記載の発泡性混合物の管理方法。
7. 前記発泡性混合物の温度、水分および粘度の測定を該発泡性混合物の混合物収納手段から該発泡性混合物を採取してバッチ方式により行う請求項５記載の発泡性混合物の管理方法。
8. 前記発泡性混合物の温度、水分および粘度の測定を該発泡性混合物の混合物収納手段に計測手段を装着して連続的に行う請求項５記載の発泡性混合物の管理方法。

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