JP5212842B2 - 人工砂を用いたシェルモールド造型システムと該システムに用いるシェル砂。 - Google Patents

Description

本発明は、人工砂を用いたシェルモールド造型システムと該システムに用いるシェル砂に関する。

シェルモールド造型は、シェルコーティングサンドをメーカーより購入し、一度だけ使用したら廃棄する使い捨てが主流であった。
また、大量生産する鋳造工場では、一度使用した砂の不純物を焙焼炉で燃焼除去し、再使用する方式も採られていた（特許文献１）。

既知の通り、シェルコーティングサンドを用いたシェルモールド造型は、一般に、加熱した金型を備えた常盤にシェルコーティングサンドを付着させ、レジンを軟化させて型に沿わせて砂の粒子を結合させて型を形成するのであり、この型にバックアップ材を付加して鋳型を形成し、注湯することで鋳造を行う。

特開平７−３１４０８０ 特開平７−３１４０８２

上述したシェルコーティングサンドをメーカーより購入し、一度だけ使用したら廃棄する使い捨ては、少量の鋳造に適しているとはいえ、大量のサンドの廃棄は大きな損失となるともに廃棄処理に問題を生じ、レジン（フェノール樹脂）の残渣が付着したサンドは、そのまま廃棄できず、レジンの焼却、或いは物理的分離処理による廃棄処分が必要となる。
また、大量生産を目的とした場合の砂の再生利用しついては、焙焼炉を用いた燃焼分離処理（特許文献１）を行うが、これにはＣＯ２の排出を伴うという不利益がある。

本発明は、かかる問題点に鑑み、少量生産を目的とした循環型のシェルモールド造型システムを提案するものであり、市販のシェルモールドサンドを購入するのではなく、現場においてシェルモールドサンドを形成し、且つ、注湯後にＣＯ２を削減できる方式でサンドの分離再使用を可能にすることができるシステムを構築することを目的とする。

本発明にかかる人工砂を用いるシェルモールド造型システムは、上記目的を達成するために、人工砂を用いたシェルモールド造型システムであって、
人工砂とパウダーレジンと灯油とを混練してシェル砂を得る混練工程、但し、前記パウダーレジンは、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％であり、灯油は、重量百分率として、人工砂１００％に対して０．１−０．２％であること、
該シェル砂をシェル造型機に供給して所定の温度にて造型を行ってシェル型を得る成型工程、
前記シェル型にバックアップ材を供給してシェル鋳型を得る鋳型工程、
注湯後のシェル鋳型粉砕の後に前記バックアップ材とシェル回収砂とを分離する鋳型粉砕工程、
前記バックアップ材を次のシェル鋳型形成のために循環させるバックアップ材循環工程、
前記シェル回収砂は乾式摩擦方式によって研磨する再生工程、
前記研磨工程で得られた再生人工砂と不純物とを分離する分離工程、
前記分離工程で得られた再生人工砂は次のシェル砂形成のために一旦貯蔵された後に、次期のシェル砂を得る工程に循環使用する工程、
とからなることを特徴とする。

また、本発明にかかるシェル砂は、上記人工砂を用いたシェルモールド造型システムにおいて用いるシェル砂であって、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％のパウダーレジン及び０．１−０．２％の灯油を混練して得られたシェル砂であることを特徴とする。

発明を実施するための好適形態

本発明の実施に際しては、前記パウダーレジンは、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％であり、灯油は、０．１−０．２％であり、循環使用する人工砂は、再生人工砂を９７−９９％とし、これに新人工砂を１−３％追加して総量を１００％とすることが好ましい。
また、前記再生人工砂と不純物とを分離する分離工程は、集塵装置を用いた流動エアー方式により微粉を分級分離する集塵工程と、篩いにより異物混入除去を行う篩い工程とにより行うことが好ましい。

発明の効果

木発明によれば、少量生産（鋳造）を目的とした循環型のシェルモールド造型システムを提案するものであり、現場において人工砂とパウダーレジンによりシェルモールドサンドを形成し、且つ、注湯後にＣＯ２を削減できる摩擦方式でサンドの分離再使用を可能にすることができる利点がある。
この摩擦方式のサンドの分離再生は、機械式であるために大量処理には不向きではあるが、少量生産を目的としたサンド量では十分に可能であり、再生砂に再度パウダーレジンを付加して混練することで、非常に効率的、経済的な循環型のシェルモールド造型が可能となったものである。
本発明のその他の具体的な利点は、以下の実施例の説明から明らかとなろう。

本発明のシステムを示すフローチャート。 本発明のシステムを実施する装置の平面図。 図２におけるＺ−Ｚ矢視図。 図２におけるＹ−Ｙ矢視図。 図２におけるＸ−Ｘ矢視図。 図２におけるＷ−Ｗ矢視図。 本発明のシステムにおける摩擦研磨の結果を示す粒度分布比較図。 本発明のシステムにおける摩擦研磨の再生と従来の焼成再生とを比較する粒度分布表である。 本発明のシステムにおける摩擦研磨の再生と従来の焼成再生とを比較するＣＯ２発生比較表である。

以下、本発明にかかる人工砂を用いたシェルモールド造型システムと該システムに用いるシェル砂の好適実施例について、図面に基づいて詳述する。
図１は、人工砂を用いたシェルモールド造型システムのフローチャートであり、次の工程で実施される。図２乃至図６は、そのシステムを実施するに、シェル砂の生成と再生を行うための装置を示す。
先ず、人工砂とパウダーレジンと灯油とを混練してシェル砂を得る混練工程が行われる。この混練工程は、図２乃至図６の混練機（ミキサー）１で行われる。
ここでは、パウダーホッパー２に収容されたパウダーレジンとしては、フェノール樹脂を用いる。このパウダーレジンの量は、重量百分率として、人工砂１００％に対して３％で実施されるのが好ましい。前記人工砂としては、新砂、また、再生砂を用いる場合は、その総量を１００％とみる。その人工砂は、サンドホッパー３に収容されている。

次いで、該シェル砂をシェル造型機に供給して所定の温度にて造型を行ってシェル型を得る成型工程が行われる。当該成型工程は、ここでは図示していないが、公知の手段（金型加熱）を用いて行われる。
次いで、前記シェル型にバックアップ材（シェル型の周囲を補強）を供給してシェル鋳型を得る鋳型工程が行われる。図示していないが、この工程では、従来通り、所要の鋳枠が使用される。

次いで、注湯後のシェル鋳型粉砕の後に前記バックアップ材とシェル回収砂とを分離する鋳型粉砕工程が行われる。即ち、図３に示すように、クレーンで運ばれてきた鋳枠をサンドクラッシャー４の上でバラシ、粉砕して後にバックアップ材とシェル回収砂とが分離される。この工程では、スクリーン型の篩い機５が使用される。
そして、前記バックアップ材を次のシェル鋳型形成のために循環させるバックアップ材循環工程が行われる。この循環工程の手段については図示していないが、注湯が行われる現場へ搬送されることで行われる。

次いで、前記シェル回収砂は乾式摩擦方式によって研磨する再生工程が行われる。ここでは、乾式摩擦の砂再生機６が用いられる。その砂再生機の構造としては、例えば、上述した特許文献２に記載の鋳物砂再生装置が使用される。
そして、砂再生機６による前記研磨工程で得られた再生人工砂と不純物とを分離する分離工程が行われる。
この実施例では、２段階の分離工程が実施される。第１は、流動エアー方式により、微粉を除去するが、これには、集塵機（図外）が用いられる。この集塵機で収集されたダスト（微粉）は廃棄処分される。第２は、篩い分け機８により異物混入を除去することである。その異物については、別途廃棄処分される。

次いで、前記分離工程で得られた再生人工砂は次のシェル砂形成のために一旦貯蔵された後に、次期のシェル砂を得る工程に循環使用する工程が行われる。この貯蔵は、再生貯蔵サンドホッパー９でなされる。

上述したパウダーレジンは、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％であれば目的が達成でき、同様に、灯油は、０．１−０．２％であればよく、また、循環使用する再生人工砂は、９８％で実施するのが好ましいが、９７−９９％であればよく、これに新人工砂を１−３％追加するのが好ましい。
このように、人工砂を用いたシェルモールド造型システムにおいて用いるシェル砂としては、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％のパウダーレジン及び０．１−０．２％の灯油を混練して得られたシェル砂を用いることになる。

図７は、乾式摩擦の砂再生機６により注湯後のシェル砂を研磨した結果を示す粒度分布比較表であり、▲１▼は、元砂を示し、▲２▼は、２７００ｒｐｍで１８０秒処理したとき、▲３▼は、同じく２４０秒処理したとき、▲４▼は、３００秒処理したとき、▲５▼は、発生したダストを示す。
この表から、砂再生機６によって、ほぼ元砂の粒度に近づいた研磨結果が得られることが分かり、再生循環使用可能であることが分かる。

図８は、上述の砂再生機６による研磨の結果と従来の焼成再生の砂の粒度分布を比較するものである。砂再生機６の実施は、２７００ｒｐｍで３００秒行った。
この表において、▲１▼は、従来の焼成再生の砂の粒度分布を示し、▲２▼は、本発明の研磨再生の粒度分布を示す。この表から、本発明の研磨再生によれば、１００メッシュを中心として、平均化された粒度分布となっており、１００メッシュ近辺での偏りが著しい従来の焼成再生よりも再生性に優いることが分かる。

図９は、従来の流動焙焼炉を用いた再生と本発明の研磨再生とのＣＯ２比較表である。
実施は、６ｔ／ｈ処理で、従来の流動焙焼炉を用いた再生の場合、流動焙焼炉、冷却装置、機械式再生機（３回処理）で行い、本発明の研磨再生の場合、砂再生機６のみ１０回処理とした。結果として、４７％のＣＯ２削減が期待できた。

このように、バッチタイプの砂再生機６でも、少量の研磨処理では十分な再生が可能であり、従来の焙焼方式の再生による大量のＣＯ２排出を行うことなく、実現できるのであり、少量生産の鋳物製造ラインでは、このサンドの循環方式が極めて経済的に機能することが分かるのである。

１：混練機
２：パウダーホッパー
３：サンホッパー
４：サンドクラッシャー
６：砂再生機
７：集塵機
８：篩い分け機
９：再生貯蔵サンドホッパー

Claims (4)

1. 人工砂を用いたシェルモールド造型システムであって、
   人工砂とパウダーレジンと灯油とを混練してシェル砂を得る混練工程、但し、前記パウダーレジンは、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％であり、灯油は、重量百分率として、人工砂１００％に対して０．１−０．２％であること、
   該シェル砂をシェル造型機に供給して所定の温度にて造型を行ってシェル型を得る成型工程、
   前記シェル型にバックアップ材を供給してシェル鋳型を得る鋳型工程、
   注湯後のシェル鋳型粉砕の後に前記バックアップ材とシェル回収砂とを分離する鋳型粉砕工程、
   前記バックアップ材を次のシェル鋳型形成のために循環させるバックアップ材循環工程、
   前記シェル回収砂は乾式摩擦方式によって研磨する再生工程、
   前記研磨工程で得られた再生人工砂と不純物とを分離する分離工程、
   前記分離工程で得られた再生人工砂は次のシェル砂形成のために一旦貯蔵された後に、次期のシェル砂を得る工程に循環使用する工程、
   とからなる、
   人工砂を用いたシェルモールド造型システム。
2. 循環使用する人工砂は、重量百分率として、再生人工砂が９７−９９％に、新人工砂を１−３％追加して総量を１００％とすることで構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の人工砂を用いたシェルモールド造型システム。
3. 前記再生人工砂と不純物とを分離する分離工程は、集塵装置を用いた流動エアー方式により微粉を分級分離する集塵工程と、篩いにより異物混入除去を行う篩い工程とにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人工砂を用いるシェルモールド造型システム。
4. 請求項１又は請求項２に記載の人工砂を用いたシェルモールド造型システムにおいて用いるシェル砂であって、重量百分率として、人工砂１００％に対して２−４％のパウダーレジン及び０．１−０．２％の灯油を混練して得られたシェル砂。

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