JP6558858B2 - 混練機構、造型装置及び発泡混合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、混練機構、造型装置及び発泡混合物の製造方法に関する。

撹拌槽に粒子状骨材、水溶性バインダ及び水を入れて撹拌することで発泡混合物を得る方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４２８３８５号公報 特開２０１３−１８０３００号公報

しかしながら、そのような技術では、流動性の良好な発泡混合物を得るまでに比較的時間を要する。なお、撹拌槽の充填ノズルに挿入した押込み棒からエアを吹出すことで砂の撹拌を促進しようとする技術があるが（例えば、引用文献２参照）、この技術ではエア吹出口の位置や数が充填ノズルの位置や数によって制限されるうえ、充填ノズルの近傍の砂の撹拌に寄与するものに過ぎない。

本発明は、上記事実を考慮して、流動性の良好な発泡混合物を得るまでの時間を短縮することができる混練機構、造型装置及び発泡混合物の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明の混練機構は、粒子状骨材及び添加物を貯留する撹拌槽と、前記撹拌槽の中の粒子状骨材及び添加物を撹拌する撹拌羽根と、前記撹拌羽根にエア供給口が形成され、前記エア供給口から前記撹拌槽の中にエアの供給が可能なエア供給機構と、を有する。

上記構成によれば、撹拌槽の中に貯留された粒子状骨材及び添加物が撹拌羽根によって撹拌される。ここで、撹拌羽根にはエア供給口が形成されており、エア供給機構はエア供給口から撹拌槽の中にエアの供給が可能となっている。そして、粒子状骨材及び添加物が撹拌羽根によって撹拌されながら、エア供給口から撹拌槽の中にエアが供給されると、粒子状骨材及び添加物の中に効率的にエアを含ませることができるので、撹拌羽根からエアが供給されない場合と比べて、短時間の撹拌で流動性の良好な発泡混合物を得ることができる。

請求項２に記載する本発明の混練機構は、請求項１に記載の構成において、前記エア供給機構のエア流通路には、前記撹拌槽の中に供給するエアを加湿する加湿機構が設けられている。

上記構成によれば、エア供給機構のエア流通路に設けられた加湿機構が、撹拌槽の中に供給するエアを加湿する。そして、粒子状骨材及び添加物が撹拌羽根によって撹拌されながら、エア供給口から撹拌槽の中に加湿されたエアが供給されると、粒子状骨材及び添加物の混合物にはエアに加えて水分が供給されることになる。このため、例えば、撹拌槽の中の混合物の当初の水分比率が抑えられていてかつ撹拌中の混合物が乾燥し易い環境下にあっても、別途水分を補給することなく、混合物の乾燥を抑えることができるので、発泡が安定的に進行する。

請求項３に記載する本発明の混練機構は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記撹拌羽根は、断面中空形状の枠体と、前記枠体に取り付けられて前記枠体の枠内側に配置された網部と、を備えると共に、前記枠体の枠内側に臨む部位に前記エア供給口が形成されている。

上記構成によれば、撹拌羽根は枠体とその枠内側に配置された網部とを備えているので、撹拌時には、枠体の枠内側を通過させる粒子状骨材と添加物との混合物を網部によって細かく分断させて混合物の中にエアを含ませることができる。ここで、断面中空形状の枠体の枠内側に臨む部位にはエア供給口が形成されているため、枠体の枠内側を通過させる混合物にエアが吹き込まれるので、撹拌中の混合物の中に一層効率的にエアを含ませることができる。

請求項４に記載する本発明の混練機構は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記撹拌羽根は、所定の回転方向に回転する回転軸に取り付けられた断面中空形状の枠体と、前記枠体に取り付けられて前記枠体の枠内側に配置された網部と、を備えると共に、前記枠体には前記回転軸の回転時に前記枠体が回転移動する側とは反対側に向く部位に前記エア供給口が形成されている。

上記構成によれば、撹拌羽根は枠体とその枠内側に配置された網部とを備えているので、撹拌時には、枠体の枠内側を通過させる粒子状骨材と添加物との混合物を網部によって細かく分断させて混合物の中にエアを含ませることができる。ここで、断面中空形状の枠体は、所定の回転方向に回転する回転軸に取り付けられており、枠体には回転軸の回転時に枠体が回転移動する側とは反対側に向く部位にエア供給口が形成されている。このため、撹拌羽根による撹拌時には、枠体が回転移動する側とは反対側の領域に乱流が生じると共にそのような乱流が生じている領域にエアが吹き込まれるので、混合物の中に一層効率的にエアを含ませることができる。

請求項５に記載する本発明の混練機構は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成において、軸線が鉛直方向に沿って設定されると共に下端部に前記撹拌羽根が取り付けられ、自身の軸線周りに回転可能に配置された回転軸と、前記回転軸の内部を通り、前記エア供給口から前記撹拌槽の中に供給するエアを流通させるチューブと、前記回転軸の上端部を上方側から覆うと共に、前記回転軸の上端部の外周側に配置された軸受を介して前記回転軸に連結されたジョイント部と、を有し、前記チューブが前記ジョイント部の下部及び側部を通って前記ジョイント部を貫通した状態で配置されて前記ジョイント部の側部に支持されている。

上記構成によれば、撹拌羽根が下端部に取り付けられた回転軸は、自身の軸線周りに回転可能に配置されており、回転軸の上端部を上方側から覆うジョイント部は、回転軸の上端部の外周側に配置された軸受を介して回転軸に連結されている。このため、回転軸が自身の軸線周りに回転しても、ジョイント部は回転しない。また、エア供給口から撹拌槽の中に供給するエアを流通させるチューブは回転軸の内部を通っているが、当該チューブはジョイント部の下部及び側部を通ってジョイント部を貫通した状態で配置されてジョイント部の側部に支持されているので、チューブが回転軸と共に回転してもジョイント部がチューブを支持する位置は維持される。これにより、回転軸の回転時にチューブが絡まるのを防止することができる。

請求項６に記載する本発明の混練機構は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の構成において、前記エア供給機構のエア流通路に圧力センサが配置されている。

上記構成によれば、エア供給口が目詰まりしている場合にはエア供給口が目詰まりしていない場合よりも圧力センサの検出値が高くなるので、エア供給口の目詰まり状態を間接的に検出することができる。

請求項７に記載する本発明の混練機構は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の構成において、前記エア供給口の直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている。

上記構成によれば、エア供給口の直径を０．１ｍｍ以上にすることで圧力損失が抑えられてエアの良好な吹き出しが可能となっており、また、エア供給口の直径を０．３ｍｍ以下にすることで撹拌後に撹拌羽根を撹拌槽の中から上方側に移動させる際に粒子状骨材がエア供給口からエア流通路に入り込むのを防止又は抑制することができる。

請求項８に記載する本発明の造型装置は、一方の型と他方の型とで鋳型造型用空間を形成すると共に、上側に配置される上壁部に被充填口が貫通形成された金型と、前記撹拌槽の底部に充填口が貫通形成され、前記撹拌槽が、前記撹拌槽の中の粒子状骨材及び添加物を前記撹拌羽根によって撹拌可能な第一位置と、前記充填口が前記被充填口の直上となる第二位置と、の間で移動可能に配置された、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の混練機構と、前記第一位置に配置された状態の前記撹拌槽の前記充填口を閉塞する充填口閉塞機構と、前記第一位置に配置された状態の前記撹拌槽に粒子状骨材及び添加物を供給する材料供給部と、前記第二位置に配置された状態の前記撹拌槽の内容物を上方側から押圧する押圧機構と、を有する。

上記構成によれば、第一位置に撹拌槽が配置された状態では、撹拌槽の底部の充填口が充填口閉塞機構によって閉塞され、材料供給部から撹拌槽に粒子状骨材及び添加物が供給される。そして、撹拌槽の中の粒子状骨材及び添加物が撹拌羽根によって撹拌されながら、エア供給口から撹拌槽の中にエアが供給されると、粒子状骨材及び添加物の中に効率的にエアを含ませることができ、短時間の撹拌で流動性の良好な発泡混合物を得ることができる。一方、撹拌槽の充填口が金型の上壁部の被充填口の直上となる第二位置に撹拌槽が配置された状態では、撹拌槽の内容物である発泡混合物が押圧機構によって上方側から押圧される。これにより、発泡混合物は、充填口及び被充填口を通った後、一方の型と他方の型とで形成された鋳型造型用空間に充填され、固化することで鋳型に造型される。

請求項９に記載する本発明の発泡混合物の製造方法は、撹拌槽と、前記撹拌槽の内容物を撹拌する撹拌羽根と、前記撹拌羽根にエア供給口が形成されて前記エア供給口から前記撹拌槽の中にエアの供給が可能なエア供給機構と、を用いた、発泡混合物の製造方法であって、前記撹拌槽の中で粒子状骨材、水溶性バインダ、発泡剤及び水を前記撹拌羽根によって撹拌しながら前記エア供給機構によって前記エア供給口から前記撹拌槽の中にエアを供給する。

上記構成によれば、撹拌槽の中で粒子状骨材、水溶性バインダ、発泡剤及び水を撹拌羽根によって撹拌しながら、撹拌羽根に形成されたエア供給口からエア供給機構によって撹拌槽の中にエアを供給する。これにより、粒子状骨材、水溶性バインダ、発泡剤及び水の混合物の中に効率的にエアを含ませることができるので、撹拌羽根からエアが供給されない場合と比べて、短時間の撹拌で流動性の良好な発泡混合物を得ることができる。

請求項１０に記載する本発明の発泡混合物の製造方法は、請求項９に記載の構成において、前記エア供給機構は、エアを加湿してから当該エアを前記エア供給口から前記撹拌槽の中に供給する。

上記構成によれば、エア供給口から撹拌槽の中に加湿されたエアが供給される。このため、例えば、撹拌槽の中の混合物の当初の水分比率が抑えられていてかつ撹拌中の混合物が乾燥し易い環境下にあっても、別途水分を補給することなく、混合物の乾燥を抑えることができるので、発泡が安定的に進行する。

以上説明したように、本発明によれば、流動性の良好な発泡混合物を得るまでの時間を短縮することができるという優れた効果を有する。

本発明の一実施形態に係る造型装置を示す概略正面図である。 図１の造型装置の一部である混練機構の一部を模式的に示す概略構成図である。 動粘測定装置を正面視で示す概略構成図である。 混練中の砂を抜き取って測定した結果を示すグラフである。図４（Ａ）は動粘測定した結果を示す。図４（Ｂ）は水分測定した結果を示す。 実験のフローを示す図である。 変形例の要部を示す図である。図６（Ａ）は正面図を示す。図６（Ｂ）は枠体の模式的な平面図を示す。

本発明の一実施形態に係る混練機構を備えた造型装置及び発泡混合物の製造方法について図１〜図５を用いて説明する。図１には、本実施形態に係る造型装置１０が概略正面図で示されている。

（造型装置の全体構成）
まず、図１に示される造型装置１０の全体構成について概説する。

造型装置１０は、装置右側に混練機構１２を有する。混練機構１２は、粒子状骨材としての砂及び添加物を貯留する撹拌槽２０（「混練槽」ともいう。）を備えると共に、撹拌槽２０の中の内容物（砂及び添加物）を撹拌する撹拌羽根としての撹拌翼２４（「混練翼」ともいう。）を備える。容器状とされた撹拌槽２０の底部２０Ｂには複数の充填口２２が貫通形成されており、図中において撹拌槽２０の下方側には充填口２２を閉塞可能な充填口閉塞機構２６が設けられている。また、混練機構１２は、撹拌翼２４を、撹拌槽２０の内部に位置させる使用位置（図１に示される位置）と、撹拌槽２０の内部から上方側へ退避させる退避位置（図示省略）と、の間で（矢印Ｙ方向に）移動させる混練翼移動機構２８を備える。

また、造型装置１０は、混練機構１２の撹拌槽２０を装置左右方向に延びるフレーム部３０に沿って（矢印Ｘ方向に）移動させるための水平移動機構３２を備える。水平移動機構３２は、撹拌翼２４が退避位置に配置された状態で、撹拌槽２０を、撹拌翼２４の下方側となる第一位置としての混練用位置（図１に示される位置と同じ位置）と、前記混練用位置よりも装置左側の第二位置としての充填用位置（図示省略）と、の間で移動させるための機構とされている。前記混練用位置は、撹拌槽２０の中の砂及び添加物を撹拌翼２４によって撹拌可能な位置に設定され、前記充填用位置は、いずれも後述する金型４０と押圧機構１６との間の位置に設定されている。

また、造型装置１０は、混練機構１２よりも装置左側でかつ装置下部側に金型機構１４を有する。金型機構１４は、混練機構１２で混練された発泡混合物を所定の形状に成形するための金型４０を備える。また、金型機構１４の直上側で装置上部には、押圧機構１６（充填機構）が設けられている。押圧機構１６は、撹拌槽２０が前記充填用位置（図示省略）に配置された状態での当該撹拌槽２０の内容物である発泡混合物を上方側から押圧して撹拌槽２０の充填口２２から金型４０に発泡混合物を充填（射出）させるように構成されている。さらに、金型機構１４よりも装置上方側かつ押圧機構１６よりも装置下方側には、撹拌槽２０の装置左側に鋳型押出機構１８（上金型鋳型押出機構）が設けられている。鋳型押出機構１８は、金型機構１４と連動して金型４０を開くことで金型４０から鋳型を取り出すための機構とされる。また、鋳型押出機構１８は、本実施形態では撹拌槽２０に連結部１９を介して装置左右方向に連結されており、撹拌槽２０と共に装置左右方向に移動可能とされている。

（各機構の概説）
次に、各機構について概説する。

金型機構１４では、金型４０が一方の型としての上型４２と他方の型としての下型４４とで鋳型造型用空間を形成する。すなわち、本実施形態における金型４０は、水平割の金型とされている。下型４４は、昇降フレーム１４Ａの上面に取り付けられている。昇降フレーム１４Ａは、機台１４Ｂの四隅部において装置上下方向に立設されたガイドロッド１４Ｃに沿って昇降可能とされると共に、昇降フレーム１４Ａの下方側において上向きに設置されたシリンダ１４Ｄのピストンロッド１４Ｄ１に支持されている。すなわち、昇降フレーム１４Ａは、シリンダ１４Ｄのピストンロッド１４Ｄ１の伸縮に応じて昇降するようになっている。これに対して、上型４２は、下型４４の直上に配置され、ガイドロッド１４Ｃに装着された支持機構部１４Ｅに支持されている。また、上型４２の上壁部４２Ａ（金型４０において上側に配置される上壁部）には被充填口４６が貫通形成されている。

金型機構１４の直上側で装置上部に設けられた押圧機構１６は、フレーム部３０の天井部３０Ａに設けられ、ピストン１６Ａを備える。このピストン１６Ａには複数の排気孔（図示省略）が貫通形成されている。また、ピストン１６Ａは、下向きのシリンダ１６Ｂのピストンロッド１６Ｂ１の下端部側に接続されており、シリンダ１６Ｂの作動により上下動するようになっている。

押圧機構１６よりも装置下方側で撹拌槽２０の装置左側に設けられた鋳型押出機構１８は、鋳型押出用部材１８Ａを備える。鋳型押出用部材１８Ａには、複数の鋳型押出ピンが形成され、これらの鋳型押出ピンは、上型４２に形成された被充填口４６に挿入可能とされている。鋳型押出用部材１８Ａは、下向きのシリンダ１８Ｂのピストンロッド１８Ｂ１の下端部側に接続されており、シリンダ１８Ｂの作動により上下動するようになっている。

撹拌槽２０及び鋳型押出機構１８を装置左右方向に移動させるための水平移動機構３２は、フレーム部３０に装置左右方向に延びるガイド部３２Ａを備えると共に、ガイド部３２Ａに沿って走行可能な走行台車（図示省略）を備えている。すなわち、水平移動機構３２は、前記走行台車がガイド部３２Ａに沿って走行（移動）することで、撹拌槽２０及び鋳型押出機構１８を移動させるようになっている。なお、フレーム部３０は、前述したガイドロッド１４Ｃの上端部に固定されている。また、撹拌槽２０の前記充填用位置（図示省略）は、撹拌槽２０の充填口２２が上型４２の被充填口４６の直上となる位置とされている。また、図中では、鋳型押出機構１８が金型４０の直上から装置左側に退避した位置に配置された状態を二点鎖線で示している。

混練機構１２は、前述したように撹拌槽２０を備えている。撹拌槽２０は、上下方向を中心軸線方向とする筒状部２０Ａと、筒状部２０Ａの下端に固着されて筒状部２０Ａの下端側開口部を塞ぐ底部２０Ｂと、を備えている。本実施形態では、撹拌槽２０の容積は、金型４０の鋳型造型用空間の容積よりもかなり大きく設定されている。また、筒状部２０Ａの上端側開口部には蓋４８が配置可能とされている。

また、混練機構１２は、撹拌翼２４を作動させるための混練翼作動機構５０をフレーム部３０の天井部３０Ａ側に備える。混練翼作動機構５０は、撹拌翼２４を回転させるための回転軸５２を備え、その回転軸５２が自身の軸線周りに回転可能に配置されかつ駆動力伝達部５０Ｂを介してモータ５０Ｍの出力軸に接続された構成となっている。すなわち、混練機構１２は、撹拌槽２０が混練用位置（図１に示される撹拌槽２０の位置と同じ位置）に配置された状態でモータ５０Ｍが作動することで当該撹拌槽２０の内容物を撹拌翼２４が混練するようになっている。なお、回転軸５２は、その軸線が鉛直方向に沿って設定されている。この回転軸５２は、撹拌翼２４に接続された翼側回転軸５２Ｃと、駆動力伝達部５０Ｂにより伝達された駆動力を受ける駆動側回転軸５２Ａと、翼側回転軸５２Ｃと駆動側回転軸５２Ａとを連結する連結部５２Ｂと、で構成されている。

また、混練翼移動機構２８は、下向きのシリンダ２８Ａと、シリンダ２８Ａの作動に応じて昇降する昇降台部２８Ｂと、を備えている。昇降台部２８Ｂは、軸受部２８Ｃを介して駆動側回転軸５２Ａを回転可能に支持すると共に、他部材を介して蓋４８及びモータ５０Ｍを支持している。これにより、シリンダ２８Ａの作動に応じて撹拌翼２４、蓋４８及びモータ５０Ｍが昇降する構成となっている。

また、混練翼作動機構５０の下方側に設けられた充填口閉塞機構２６は、撹拌槽２０の底部２０Ｂの充填口２２の閉塞用として止めピン２６Ａ（栓）を充填口２２の数と同数備えている。止めピン２６Ａは、水平配置されたベースプレート２６Ｂから上方側に突出している。また、ベースプレート２６Ｂは、上向きのシリンダ２６Ｃのピストンロッド２６Ｃ１の上端部に取り付けられており、シリンダ２６Ｃの作動により上下動するようになっている。そして、充填口閉塞機構２６は、撹拌槽２０が混練用位置（図１に示される撹拌槽２０の位置と同じ位置）に配置された状態での当該撹拌槽２０の充填口２２を止めピン２６Ａで閉塞することが可能とされている。なお、充填口閉塞機構２６のシリンダ２６Ｃは、部材を介してフレーム部３０に支持されている。

（混練機構の詳細説明）
次に、図２を参照しながら混練機構１２について更に説明する。図２には、混練機構１２の一部が模式的な概略構成図で示されている。

図２に示されるように、混練機構１２は、撹拌槽２０が混練用位置（図２に示される撹拌槽２０の位置）に配置された状態において当該撹拌槽２０に砂及び添加物（水溶性バインダ、発泡剤及び水）を供給する材料供給部５４を備える。材料供給部５４は、砂供給部５６、バインダ供給部５８、発泡剤供給部６０、及び水供給部６２を備える。

砂供給部５６は、砂を貯留すると共に砂を供給可能な砂供給装置５６Ａ（ブロック化して図示）を備えると共に、砂供給装置５６Ａにより供給された砂を受ける砂投入シュート５６Ｂを備える。砂供給装置５６Ａは、図示しない開閉ゲートを備え、砂の供給量を調整できるようになっている。また、砂投入シュート５６Ｂは、傾斜状とされ、その下端部が撹拌槽２０の上端開口部の内側に配置されている。

なお、粒子状骨材としての砂には、例えば、硅砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂等の他、各種の人工砂（いわゆる人工骨材）を適用することができる。

バインダ供給部５８は、水溶性バインダを貯留すると共にポンプで水溶性バインダを供給するバインダ供給装置５８Ａ（ブロック化して図示）を備えると共に、バインダ供給装置５８Ａに接続されたバインダ流通路５８Ｂを備える。また、バインダ供給部５８には、バインダ流通路５８Ｂの下流側端部に取り付けられた弁装置５８Ｃが蓋４８に設置されている。弁装置５８Ｃは、バインダ流通路５８Ｂの下流側通路の開閉用とされた弁（図示省略）を備えると共に、前記弁を開閉させる開閉機構（図示省略）を備える。バインダ供給部５８の下流側端部を構成する供給口５８Ｄは、撹拌槽２０の上方側に配置されて撹拌槽２０の内側へ向けられている。

発泡剤供給部６０は、液状の発泡剤を貯留すると共にポンプで発泡剤を供給する発泡剤供給装置６０Ａ（ブロック化して図示）を備えると共に、発泡剤供給装置６０Ａに接続された発泡剤流通路６０Ｂを備える。なお、本実施形態では、発泡剤供給装置６０Ａに貯留される液状の発泡剤には界面活性剤が添加されている。また、発泡剤供給部６０には、発泡剤流通路６０Ｂの下流側端部に取り付けられた弁装置６０Ｃが設けられている。弁装置６０Ｃは、発泡剤流通路６０Ｂの下流側通路の開閉用とされた弁（図示省略）を備えると共に、前記弁を開閉させる開閉機構（図示省略）を備える。発泡剤供給部６０の下流側端部を構成する供給口６０Ｄは、撹拌槽２０の上方側に配置されて撹拌槽２０の内側へ向けられている。

水供給部６２は、水を貯留すると共にポンプで水を供給する水供給装置６２Ａ（ブロック化して図示）を備えると共に、水供給装置６２Ａに接続された水流通路６２Ｂを備える。また、水供給部６２には、水流通路６２Ｂの下流側端部に取り付けられた弁装置６２Ｃが蓋４８に設置されている。弁装置６２Ｃは、水流通路６２Ｂの下流側通路の開閉用とされた弁（図示省略）を備えると共に、前記弁を開閉させる開閉機構（図示省略）を備える。水供給部６２の下流側端部を構成する供給口６２Ｄは、撹拌槽２０の上方側に配置されて撹拌槽２０の内側へ向けられている。

一方、撹拌翼２４は、回転軸５２の下端部すなわち翼側回転軸５２Ｃの下端部に取り付けられて断面中空形状でかつ矩形枠状の枠体２４Ａを備えると共に、枠体２４Ａに取り付けられて枠体２４Ａの枠内側に配置された網部２４Ｂを備えている。撹拌翼２４の網部２４Ｂは、枠体２４Ａの枠内側の全域に設けられ、ワイヤで構成されて格子状の粗い網目を有している。また、撹拌翼２４の枠体２４Ａは、その上部を構成して横方向に延びる上枠部２４Ａ１と、この上枠部２４Ａ１と平行に配置された下枠部２４Ａ２と、上枠部２４Ａ１及び下枠部２４Ａ２を繋いで互いに平行に配置される一対の側枠部２４Ａ３と、を備えている。上枠部２４Ａ１、下枠部２４Ａ２及び側枠部２４Ａ３は、各々の軸線に直交する断面形状が矩形状とされている。

撹拌翼２４の枠体２４Ａの枠内側に臨む部位２４Ｉには、部分拡大図に示されるように、複数（一例として計２０個）のエア供給口７０が形成されている。エア供給口７０は、本実施形態では一例として、下枠部２４Ａ２の両サイド側の部位及び側枠部２４Ａ３の下部に設定されている。また、エア供給口７０の直径は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている。これらのエア供給口７０は、エア供給機構６４の一部を構成している。

エア供給機構６４は、エアを供給する図中右端に示されるコンプレッサ６６（ブロック化して図示）を備えると共に、コンプレッサ６６に接続されてコンプレッサ６６との接続部からエア供給口７０までエアを流通させるためのエア流通路６８を備える。これにより、エア供給機構６４は、エア供給口７０から撹拌槽２０の中にエアの供給が可能とされている。なお、撹拌槽２０の中に供給するエアの圧力は、本実施形態では一例として０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａとされている。エア供給機構６４のエア流通路６８は、コンプレッサ６６と水タンク７６とを繋ぐ第一チューブ７４と、水タンク７６と、水タンク７６と枠体２４Ａとを繋ぐと共に回転軸５２の内部を通る第二チューブ７８と、枠体２４Ａと、で形成されている。

水タンク７６には水９０が貯留されており、第一チューブ７４の下流側端部は水９０の中に配置され、第二チューブ７８の上流側端部は水タンク７６の天板部７６Ａ（すなわち水９０よりも上方側）に配置されている。このような第一チューブ７４、水タンク７６及び第二チューブ７８の配置構成により、撹拌槽２０の中に供給するエアを加湿するようになっている（水散気による加湿）。すなわち、エア供給機構６４のエア流通路６８には、水タンク７６を含んで構成された加湿機構７２が設けられている。なお、撹拌槽２０の中に供給するエアの湿度は、本実施形態では一例として５０％〜１００％とされている。

また、第二チューブ７８は、駆動側回転軸５２Ａの上方側でジョイント部９２に装着されている。ジョイント部９２は、回転軸５２の上端部すなわち駆動側回転軸５２Ａの上端部を上方側から覆うと共に、部分拡大図に示されるように、駆動側回転軸５２Ａ（回転軸５２）の上端部の外周側に配置された軸受９４を介して駆動側回転軸５２Ａ（回転軸５２）に連結されている。これにより、回転軸５２が回転してもジョイント部９２は回転しない構造になっている。そして、第二チューブ７８がジョイント部９２の下部の孔部及び側部の孔部を通ってジョイント部９２を貫通した状態で配置されてジョイント部９２の側部に支持されている。

また、エア流通路６８（本実施形態では一例として第一チューブ７４で形成される通路）には、弁装置９６が配置されている。弁装置９６は、エア流通路６８の所定部位の開閉用とされた弁（図示省略）を備えると共に、前記弁を開閉させる開閉機構（図示省略）を備える。また、エア流通路６８（本実施形態では一例として第二チューブ７８で形成される通路）には、圧力センサ９８が配置されている。圧力センサ９８は、エア流通路６８における所定空間の圧力を測定する。

（鋳型の造型）
次に、本実施形態の造型装置１０（図１参照）による砂鋳型（砂中子）の造型について概説する。

まず、撹拌槽２０が混練用位置（図２に示される位置）に配置され、撹拌槽２０の底部２０Ｂの充填口２２が充填口閉塞機構２６（図１参照）の止めピン２６Ａによって閉塞される。この混練用位置（図２に示される位置）に配置された状態の撹拌槽２０には、材料供給部５４から砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水がそれぞれ供給される。そして、撹拌槽２０の中の混合物ａ（砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水）が撹拌翼２４によって撹拌されながら、エア供給機構６４によってエア供給口７０から撹拌槽２０の中にエアが供給される。これにより、発泡混合物が得られる。

一方、図１に示される金型４０は、シリンダ１４Ｄの作動により下型４４を上昇させることで、上型４２及び下型４４が合わせられてかつ所定の高さ位置に配置され（図示省略）、更に２５０℃程度に加熱される。

これに対して、撹拌槽２０は、その底部２０Ｂの充填口２２から止めピン２６Ａが抜かれる。また、混練翼移動機構２８によって撹拌翼２４が撹拌槽２０の内部から上方側へ退避させられると共に蓋４８も上方側へ退避させられる。次に、撹拌槽２０及び鋳型押出機構１８が水平移動機構３２によって図中左側にスライド移動させられ、撹拌槽２０の充填口２２が上型４２の上壁部４２Ａの被充填口４６の真上となる位置（充填用位置）に撹拌槽２０が配置させられる。

この状態で撹拌槽２０の内容物である発泡混合物が押圧機構１６のピストン１６Ａによって上方側から押圧されると、発泡混合物は、撹拌槽２０の充填口２２及び上型４２の被充填口４６を通った後、上型４２と下型４４とで形成された鋳型造型用空間に充填（押圧射出）される。そして、加熱された金型４０の熱により発泡混合物が乾燥して固化し、鋳型が造型される。

次に、撹拌槽２０及び鋳型押出機構１８が水平移動機構３２によって図中右側にスライド移動させられ、撹拌槽２０が混練用位置に戻されると共に、鋳型押出機構１８が上型４２の直上に配置される。混練用位置に戻された撹拌槽２０には、図２に示されるように底部２０Ｂの充填口２２に止めピン２６Ａが挿入され、材料供給部５４から砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水及がそれぞれ追加供給（補充）される。そして、撹拌槽２０の中の混合物ａが撹拌翼２４によって撹拌されながらエア供給機構６４によってエア供給口７０から撹拌槽２０の中にエアが供給されて次回の鋳型造型用の発泡混合物が製造される。一方、図１に示される上型４２の被充填口４６には、鋳型押出機構１８の鋳型押出用部材１８Ａの鋳型押出ピンが挿入されると共に下型４４が下降する等して造型された鋳型が取り出される。

（発泡混合物の製造方法及び混練機構の作用・効果）
次に、図２を参照しながら発泡混合物の製造方法について説明すると共に、混練機構１２の作用及び効果について説明する。

本実施形態の発泡混合物の製造方法では、撹拌槽２０の中で砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水を撹拌翼２４によって撹拌しながらエア供給機構６４によってエア供給口７０から撹拌槽２０の中にエアを供給する。これにより、砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水の混合物ａの中に効率的にエアを含ませることができると共に、撹拌翼２４の回転によってエアを均一的に分散させることができる。したがって、本実施形態の場合には、撹拌翼２４からエアが供給されない場合と比べて、短時間の撹拌で流動性の良好な発泡混合物を得ることができる。

また、本実施形態の混練機構１２では、撹拌翼２４は、枠体２４Ａと、その枠内側に配置された網部２４Ｂと、を備えているので、撹拌時には、枠体２４Ａの枠内側を通過させる砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水の混合物ａを網部２４Ｂによって細かく分断させて混合物ａの中にエアを含ませることができる。ここで、断面中空形状の枠体２４Ａの枠内側に臨む部位にはエア供給口７０が形成されているため、枠体２４Ａの枠内側を通過させる混合物ａにエアが吹き込まれるので、撹拌中の混合物ａの中に一層効率的にエアを含ませることができる。

また、本実施形態では、エア供給機構６４は、加湿機構７２でエアを加湿してから当該エアをエア供給口７０から撹拌槽２０の中に供給する。このため、例えば、撹拌槽２０の中の混合物ａの当初の水分比率が抑えられていてかつ撹拌中の混合物ａが乾燥し易い環境下にあっても、別途水分を補給することなく、混合物ａの乾燥を抑えることができるので、発泡が安定的に進行する。

図４には、エア供給口から撹拌槽の中に加湿したエアが供給された場合と、エア供給口から撹拌槽の中に加湿しないエアが供給された場合とで、動粘測定結果（図４（Ａ））及び水分測定結果（図４（Ｂ））を比較したグラフが示されている。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、横軸は何回目の追加混練後の抜き取りであるか（詳細後述）を示しており、図４（Ａ）の縦軸は動粘測定した結果を示し、図４（Ｂ）の縦軸は水分測定した結果を示している。なお、横軸の０は初期混練後の抜き取りを示している（後述）。図４（Ａ）のグラフにおいて、白抜き三角印は湿度１００％に加湿したエアが供給された場合を示し、白抜き丸印は加湿しないエアが供給された場合を示す。また、図４（Ｂ）のグラフにおいて、黒塗りの三角印は湿度１００％に加湿したエアが供給された場合を示し、黒塗りの丸印は加湿しないエアが供給された場合を示す。

図４に測定結果が示された実験の方法について説明する。まず、図５を参照しながら実験のフローについて説明する。この実験では、最初に、材料（砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水）を約５ｋｇ（詳細後述）投入し（Ｓ１）、初期の混練（撹拌）を４２０秒行う（Ｓ２）。次に、砂等で構成される混合物を３．１ｋｇ分抜き取り（Ｓ３）、抜き取った混合物についての動粘測定及び水分測定を行う（Ｓ４）。なお、動粘測定については後述する。次に、砂等で構成される混合物（すなわち、砂、水溶性バインダ、発泡剤及び水）を３．１ｋｇ分補充し（Ｓ５）、追加の混練（撹拌）を４５秒行う（Ｓ６）。その後はＳ３に戻り、Ｓ３〜Ｓ６を５回繰り返す。

本実験では、砂としてはエスパール＃９０（山川産業株式会社製）、水溶性バインダとしては３号水ガラス、発泡剤としてはアデカホープＹＥＳ−２５（株式会社ＡＤＥＫＡ製）が適用されている。砂の初期投入量は５ｋｇである。また、水溶性バインダは砂に対して０．６５ｗｔ％、発泡剤は砂に対して０．０３ｗｔ％、水は砂に対して３．２０ｗｔ％がそれぞれ供給される。また、エア供給口から供給するエアのエア流量は、８Ｌ／分とされている。また、エアを加湿する場合については、エア流通路に水量５Ｌの水タンク（図２の水タンク７６に相当するタンク）を２個設け、これら２個の水タンクを通ったエア（換言すれば水タンクを２回通ったエア）がエア供給口から供給されるようにした。なお、本実験時の外気温は６〜８℃、湿度は２３％である。

次に、図３を参照しながら、動粘測定の方法について概説する。図３には、動粘測定に用いる測定装置８０が示されている。

測定装置８０は、内径５０ｍｍで中心軸が鉛直方向となるように配置される円筒部材８２と、円筒部材８２の中に入れられた測定対象の混合物ｂを上方側から押す円柱状の錘８４と、円筒部材８２の下端開口部８２Ａを支持して水平に配置されるベースプレート８６と、を備える。そして、ベースプレート８６には、円筒部材８２の下端開口部８２Ａの中心部に対応する部位に小径の孔部８６Ａが貫通形成されている。

測定時には、円筒部材８２の中に混合物ｂを入れ、その後に混合物ｂの上に錘８４を載せ、錘８４で混合物ｂを上方側から押す。そして、円筒部材８２に予め設定した上下二点間を混合物ｂが何秒で通り抜けるのかを測定する。

図４（Ｂ）に示されるように、エア供給口から撹拌槽の中に加湿しないエアが供給された場合（黒塗りの丸印の場合）には、混合物における水分割合（％）が漸減した。これに対して、エア供給口から撹拌槽の中に加湿した湿度１００％のエアが供給された場合（黒塗りの三角印の場合）には、混合物における水分割合（％）が２．９０％プラスマイナス０．０５％の範囲内に収まった。

また、図４（Ａ）に示されるように、エア供給口から撹拌槽の中に加湿しないエアが供給された場合（白抜き丸印の場合）には、回数を重ねるごとに動粘測定値が徐々に増加する傾向（混練状態が徐々に悪化する傾向）にあった。これに対して、エア供給口から撹拌槽の中に加湿した湿度１００％のエアが供給された場合（白抜き三角印の場合）には、動粘測定値が安定していること（混練状態が安定していること）が判る。

図２に戻り、混練機構１２の作用及び効果について説明すると、本実施形態では、撹拌翼２４が下端部に取り付けられた回転軸５２は、自身の軸線周りに回転可能に配置されており、回転軸５２の上端部を上方側から覆うジョイント部９２は、回転軸５２の上端部の外周側に配置された軸受９４を介して回転軸５２に連結されている。このため、回転軸５２が自身の軸線周りに回転しても、ジョイント部９２は回転しない。また、エア供給口７０から撹拌槽２０の中に供給するエアを流通させる第二チューブ７８は回転軸５２の内部を通っているが、第二チューブ７８はジョイント部９２の下部及び側部を通ってジョイント部９２を貫通した状態で配置されてジョイント部９２の側部に支持されているので、第二チューブ７８が回転軸５２と共に回転してもジョイント部９２が第二チューブ７８を支持する位置は維持される。これにより、回転軸５２の回転時に第二チューブ７８が絡まるのを防止することができる。

また、本実施形態では、エア供給機構６４のエア流通路６８に圧力センサ９８が配置されている。このため、エア供給口７０が目詰まりしている場合にはエア供給口７０が目詰まりしていない場合よりも圧力センサ９８の検出値が高くなるので、エア供給口７０の目詰まり状態を間接的に検出することができる。

また、本実施形態では、エア供給口７０の直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている。エア供給口７０の直径を０．１ｍｍ以上にすることで圧力損失が抑えられてエアの良好な吹き出しが可能となっており、また、エア供給口７０の直径を０．３ｍｍ以下にすることで撹拌後に撹拌翼２４を撹拌槽２０の中から上方側に移動させる際に砂がエア供給口７０からエア流通路６８に入り込むのを防止又は抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、流動性の良好な発泡混合物を得るまでの時間を短縮することができる。

（実施形態の変形例）
次に、上記実施形態の変形例について、図６を用いて説明する。図６には、上記実施形態の変形例の要部が示されている。図６（Ａ）は変形例の要部の正面図を示し、図６（Ｂ）は枠体の模式的な平面図を示す。これらの図に示されるように、この変形例は、上記実施形態の枠体２４Ａ（図２参照）に代えて、枠体１００Ａを備える点で、上記実施形態とは異なる。他の構成は、上記実施形態と同様の構成となっている。なお、上記実施形態と同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示される撹拌羽根としての撹拌翼１００は、上記実施形態の枠体２４Ａ（図２参照）に代えて枠体１００Ａを備える点を除き、上記実施形態の撹拌翼２４と同様の構成となっている。枠体１００Ａは、所定の回転方向（図６（Ｂ）の矢印５２Ｒ参照）に回転する回転軸５２の下端部すなわち翼側回転軸５２Ｃの下端部に取り付けられて断面中空形状でかつ矩形枠状に形成されている。図６（Ａ）に示されるように、枠体１００Ａは、上記実施形態の枠体２４Ａ（図２参照）と同様に、上枠部１００Ａ１、下枠部１００Ａ２及び一対の側枠部１００Ａ３を備えており、上枠部１００Ａ１、下枠部１００Ａ２及び側枠部１００Ａ３は、各々の軸線に直交する断面形状が矩形状とされている。枠体１００Ａには、上記実施形態の枠体２４Ａ（図２参照）と同様に網部２４Ｂが取り付けられている。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、枠体１００Ａには、回転軸５２の回転時に枠体１００Ａが回転移動する側（図６（Ｂ）の矢印１００Ｒ参照）とは反対側に向く部位に複数のエア供給口１０２が形成されている。言い換えれば、回転軸５２の回転方向５２Ｒ（図６（Ｂ）参照）とは反対側にエアが吹き出すようにエア供給口１０２が形成されている。なお、図６（Ｂ）では、エア供給口１０２からのエアの吹き出し方向を矢印１０２Ｂで示す。エア供給口１０２は、本実施形態では一例として、図６（Ａ）に示される一対の側枠部１００Ａ３及び下枠部１００Ａ２の両サイド側の部位に設定されている。なお、エア供給口１０２の直径は、上記実施形態のエア供給口７０（図２参照）の直径と同様に設定されている。

この変形例によれば、前述した第１実施形態とほぼ同様の作用及び効果が得られる。また、この変形例では、撹拌翼１００による撹拌時には、図６（Ｂ）に示される枠体１００Ａが回転移動する側（矢印１００Ｒ参照）とは反対側の領域に乱流が生じると共にそのような乱流が生じている領域にエアが吹き込まれるので、混合物ａ（図６（Ａ）参照）の中に一層効率的にエアを含ませることができる。

（実施形態の補足説明）
なお、上記実施形態では、図２に示されるエア供給機構６４のエア流通路６８には、撹拌槽２０の中に供給するエアを加湿する加湿機構７２が設けられ、エア供給機構６４は、エアを加湿してから当該エアをエア供給口７０から撹拌槽２０の中に供給しているが、例えば、多湿の環境下で混練機構が作動する場合や撹拌槽の蓋の密閉性が高い場合、あるいは撹拌中に別途水分を補給する場合や撹拌槽の中の混合物の当初の水分比率が高く設定されている場合等には、エア供給機構は、加湿機構を備えなくてもよく、加湿しないエアを撹拌槽の中に供給してもよい。

また、撹拌槽の中に供給するエアを加湿する方法は、加熱蒸発散気、超音波加湿、水噴霧等のような上記実施形態以外の方法でもよい。

また、上記実施形態等では、撹拌羽根としての撹拌翼２４、１００は、枠体２４Ａ、１００Ａ及び網部２４Ｂを備えているが、撹拌羽根は、例えば、プロペラ型の撹拌羽根等のような他の撹拌羽根であってもよい。

また、上記実施形態では、エア流通路６８に圧力センサ９８が配置されているが、圧力センサの代わりに流量計を配置する構成でもよい。流量計を配置することにより、圧力センサと同じくエア供給口の目詰まり状態を検出することができる。また、これらの構成が好ましいが、エア流通路に圧力センサ及び流量計のいずれも配置しない構成も採り得る。

また、上記実施形態では、エア供給口７０、１０２の直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されており、このような構成が好ましいが、エア供給口の直径は必ずしも上記の設定に限定されるものではない。すなわち、エア供給口の直径や数は、適用される砂の粒子径、砂の粒子量、バインダの種類の違い等により適宜設定し得る。

また、上記実施形態では、図１に示される金型４０は水平割の金型とされているが、上記実施形態の変形例として、金型は、垂直割の金型とされて一方の型と他方の型とで鋳型造型用空間を形成すると共に当該金型において上側に配置される上壁部に被充填口が貫通形成されている金型であってもよい。

なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 造型装置
１２ 混練機構
１６ 押圧機構
２０ 撹拌槽
２２ 充填口
２４ 撹拌翼（撹拌羽根）
２４Ａ 枠体
２４Ｂ 網部
２６ 充填口閉塞機構
４０ 金型
４２ 上型（一方の型）
４２Ａ 上壁部
４４ 下型（他方の型）
４６ 被充填口
５２ 回転軸
５４ 材料供給部
６４ エア供給機構
６８ エア流通路
７０ エア供給口
７２ 加湿機構
７８ 第二チューブ（チューブ）
９２ ジョイント部
９８ 圧力センサ
１００ 撹拌翼（撹拌羽根）
１００Ａ 枠体
１０２ エア供給口

Claims (10)

1. 粒子状骨材及び添加物を貯留する撹拌槽と、
   前記撹拌槽の中の粒子状骨材及び添加物を撹拌する撹拌羽根と、
   前記撹拌羽根にエア供給口が形成され、前記エア供給口から前記撹拌槽の中にエアの供給が可能なエア供給機構と、
   を有する混練機構。
2. 前記エア供給機構のエア流通路には、前記撹拌槽の中に供給するエアを加湿する加湿機構が設けられている、請求項１に記載の混練機構。
3. 前記撹拌羽根は、断面中空形状の枠体と、前記枠体に取り付けられて前記枠体の枠内側に配置された網部と、を備えると共に、前記枠体の枠内側に臨む部位に前記エア供給口が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の混練機構。
4. 前記撹拌羽根は、所定の回転方向に回転する回転軸に取り付けられた断面中空形状の枠体と、前記枠体に取り付けられて前記枠体の枠内側に配置された網部と、を備えると共に、前記枠体には前記回転軸の回転時に前記枠体が回転移動する側とは反対側に向く部位に前記エア供給口が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の混練機構。
5. 軸線が鉛直方向に沿って設定されると共に下端部に前記撹拌羽根が取り付けられ、自身の軸線周りに回転可能に配置された回転軸と、
   前記回転軸の内部を通り、前記エア供給口から前記撹拌槽の中に供給するエアを流通させるチューブと、
   前記回転軸の上端部を上方側から覆うと共に、前記回転軸の上端部の外周側に配置された軸受を介して前記回転軸に連結されたジョイント部と、
   を有し、
   前記チューブが前記ジョイント部の下部及び側部を通って前記ジョイント部を貫通した状態で配置されて前記ジョイント部の側部に支持されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の混練機構。
6. 前記エア供給機構のエア流通路に圧力センサが配置されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の混練機構。
7. 前記エア供給口の直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の混練機構。
8. 一方の型と他方の型とで鋳型造型用空間を形成すると共に、上側に配置される上壁部に被充填口が貫通形成された金型と、
   前記撹拌槽の底部に充填口が貫通形成され、前記撹拌槽が、前記撹拌槽の中の粒子状骨材及び添加物を前記撹拌羽根によって撹拌可能な第一位置と、前記充填口が前記被充填口の直上となる第二位置と、の間で移動可能に配置された、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の混練機構と、
   前記第一位置に配置された状態の前記撹拌槽の前記充填口を閉塞する充填口閉塞機構と、
   前記第一位置に配置された状態の前記撹拌槽に粒子状骨材及び添加物を供給する材料供給部と、
   前記第二位置に配置された状態の前記撹拌槽の内容物を上方側から押圧する押圧機構と、
   を有する造型装置。
9. 撹拌槽と、前記撹拌槽の内容物を撹拌する撹拌羽根と、前記撹拌羽根にエア供給口が形成されて前記エア供給口から前記撹拌槽の中にエアの供給が可能なエア供給機構と、を用いた、発泡混合物の製造方法であって、
   前記撹拌槽の中で粒子状骨材、水溶性バインダ、発泡剤及び水を前記撹拌羽根によって撹拌しながら前記エア供給機構によって前記エア供給口から前記撹拌槽の中にエアを供給する、発泡混合物の製造方法。
10. 前記エア供給機構は、エアを加湿してから当該エアを前記エア供給口から前記撹拌槽の中に供給する、請求項９に記載の発泡混合物の製造方法。