JP7276178B2

JP7276178B2 - 中子の製造方法

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Publication number: JP7276178B2
Application number: JP2020011839A
Authority: JP
Inventors: 大輔山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: JP2021115614A

Description

本発明は中子の製造方法に関し、例えば、バインダとして水ガラスを用いた中子の製造方法に関する。

一般的に、中子を造型するための砂（中子砂）は再利用される。鋳造用の中子を造形する場合、砂同士を粘着させるために鋳物砂にバインダを混合する。特許文献１には、バインダとして水ガラスを用いた場合に、鋳造に用いた中子から水ガラスを分離することにより、中子砂を再利用した時の中子の強度を向上させることができる中子砂の再利用方法が開示されている。

特開２０１７－０７７５６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法では、洗浄や剥離の工程を経ても、再生された中子砂に活性バインダの残留がある場合、新しい鋳物砂を使って造型する時と同じ量でバインダを添加すると、バインダを過剰に添加することになり、狙った鋳型強度が得られなくなるという問題がある。

本発明では、中子砂とバインダを混合することにより製造される中子の強度を制御できる中子の製造方法を提供する。

一実施の形態に係る中子の製造方法は、中子砂とバインダを混合することにより製造される中子の製造方法であって、鋳造に用いた第１中子を解砕して解砕中子砂を得るステップと、前記解砕中子砂から粒径が所定以上の粒状体を除去して再生砂を得るステップと、前記再生砂を溶液に加えて前記バインダが溶解した溶液を生成するステップと、前記溶液に含まれるバインダの量を測定するステップと、前記溶液に含まれるバインダの量から前記再生砂に含まれる活性バインダの量を推定するステップと、前記推定された活性バインダの量に基づいて、前記再生砂にバインダを添加して造形される第２中子中に含まれるバインダの量を予め設定した濃度に調整して前記第２中子を製造するステップと、を備える。

本発明により、中子砂を再利用して製造した中子の強度を調整できる。

実施の形態１に係る中子砂の再利用方法を例示したフローチャート図である。実施の形態１に係る中子砂の再利用方法を例示した図である。再生砂中のバインダ量に関し、各測定日における中子砂の再生方法の違いによる再生砂中のバインダ残留量を例示したグラフである。実施の形態２に係る中子の製造フローにおけるバインダ補正を例示した図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本実施形態に係る中子の製造方法は、鋳物砂とバインダとを混合した中子砂を用いた中子の製造方法である。本実施形態に係る中子の製造方法では、特に、アルミ鋳造に使用した中子から得られる中子砂を再利用して中子を造形する際に追加して添加するバインダ量を調整することで、再生中子砂を用いた中子の強度を制御するところに特徴の１つを有する。

（実施の形態１）
まず、図１～図３を参照して本実施形態に係る中子砂の再利用方法の実施の形態について説明する。そこで、図１に実施の形態１に係る中子砂の再利用方法を例示したフローチャート図を示す。図１に示すように、実施の形態１に係る中子砂の再利用方法はステップＳ１～Ｓ６の６つの工程を有する。

ステップＳ１の解砕工程では、鋳造に用いた第１中子を解砕して解砕中子砂を得る。ステップＳ２の除去工程では、解砕中子砂から粒径が所定以上の粒状体を除去して再生砂を得る。ステップＳ３の溶解工程では、再生砂を溶液に加えてバインダが溶解した溶液を生成する。ステップＳ４の測定工程では、溶液に含まれるバインダの量を測定する。

ステップＳ５の推定工程では、溶液に含まれるバインダの量から再生砂に含まれる活性バインダの量を推定する。ステップＳ６の調整工程では、推定された活性バインダの量に基づいて、再生砂にバインダを添加して造形される第２中子中に含まれるバインダの量を予め設定した濃度に調整して第２中子を製造する。本実施形態では、材料としてケイ酸ナトリウムから成るバインダを用いることができる。

続いて、図１で説明した各工程について詳細に説明する。そこで、図２に実施の形態１に係る中子砂の再利用方法を例示した図を示す。図２に示すように、ステップＳ１では、解砕装置７を用いて鋳造に用いた第１中子を解砕して解砕中子砂８を得る。続いて、ステップＳ２では、ステップＳ１で得られた解砕中子砂８をメッシュにより篩い分ける。不活性バインダは中子砂に付着し大粒径の粒状体を形成するため、メッシュにより粒径が所定以上の粒状体を除去して再生砂１０を得る。

ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた再生砂１０と蒸留水１１を容器１２の中に投入し、攪拌装置１３を用いて一定時間攪拌することにより活性バインダのみを溶出させた水溶液１４を生成した後、水溶液１４を分離する。容器１２には、例えば、ビーカー等を用いることができ、攪拌装置１３には、例えば、マグネティックスターラーや超音波洗浄機等を用いることができる。ステップＳ４では、ステップＳ３で分離した水溶液１４に酸性溶液１５を加え、ＰＨ測定器１６を用いて水溶液１４の液性が中性となるまで中和滴定する。酸性溶液１５には、例えば、塩酸、硫酸水溶液等を用いることができ、ＰＨ測定器１６には、例えば、フェノールフタレインやＰＨ試験紙等を用いることができる。

ステップＳ５では、ステップＳ４において中和に用いた酸消費量から、再生砂１０に残留する活性バインダの量を算出する。ステップＳ６では、ステップＳ５において算出されたバインダ量と所定の強度の第２中子を製造するために必要なバインダ量に基づいて、新たに添加するバインダ量を算出する。ステップＳ５及びステップＳ６の算出には、例えば、コンピュータ上で動作する計算ソフトウェアを用いる事ができる。そして、再生砂１０に算出された量のバインダ９を添加し、第２中子の製造に用いられる中子砂を生成し、当該中子砂を用いて狙った強度の第２中子を製造する。なお、ステップＳ２において解砕中子砂８から除去された粒径が所定以上の粒状体の量に応じて、第２中子を製造する前に不足する量の鋳物砂１７を添加してもよい。

ここで、図３に再生砂中のバインダ量に関し、各測定日における中子砂の再生方法の違いによる再生砂中のバインダ残留量を例示したグラフを示す。グラフの横軸は、測定日を示し、縦軸は、再生砂の質量に対する再生砂中のバインダ量の質量の割合を示す。

実施形態に係る中子砂の再生方法はメッシュにより粒径が所定以上の粒状体を除去して再生砂１０を得るステップ２の除去工程とバインダを溶出させるステップ３の溶解工程を有することを特徴の１つとする。実施形態に係る中子砂の再生方法により、ステップＳ１とステップＳ２を経て得られた水溶液１４に酸性溶液１５を加えて中和滴定を行った場合、ステップＳ２において中子砂に付着した不活性バインダが除去され、得られた再生砂１０に残留するバインダは活性バインダのみを含み、再生砂１０と蒸留水１１を攪拌することにより得られた水溶液１４は水溶性であるバインダのみを含む。つまり、ステップ４の測定工程では活性バインダ量のみを測定することができ、測定結果から次の中子造形時のバインダ添加量を補正することにより中子の強度を調整できる。

一方、比較例はステップＳ２の除去工程とステップＳ３の溶解工程の無い中子砂の再生方法である。比較例は、ステップＳ１の解砕工程と加熱工程を経て得られた再生砂に酸性溶液を加えて中和滴定を行った場合、再生砂に残留するバインダは活性バインダと不活性バインダを含むため、中和滴定時に加えられる酸性溶液により両方のバインダを溶出してバインダ量が測定される。つまり、活性バインダと不活性バインダを判別することは困難であり、測定結果から次の中子造形時にバインダ添加量を補正することができない。

上記のような理由から、図３に示したグラフでは、比較例において測定される値には活性バインダと不活性バインダの濃度が含まれてしまい、高い濃度が計測される。そして比較例にかかる測定からは活性バインダの量を正確に見積もることが出来ない。一方、実施形態にかかる測定では、活性バインダの量のみを精度よく測定することができる。

例えば、比較例のように、バインダとして水ガラスを用いた中子砂の再生方法では、鋳造後に不要になった中子を解砕、加熱、剥離、分離回収する工程を経て、中子砂に付着している不純物や水ガラスを除去することにより中子砂が再生砂として再利用されていた。そして、再生砂に酸性溶液を加え、酸に溶出した水ガラスの量を求めることにより、再生砂中の水ガラスの残留量を測定する。

しかしながら、上述の再生方法では、洗浄や剥離の工程を経ても、再生砂に水ガラスが残留する場合があった。残留した水ガラスは、硬化に寄与する活性な水ガラスと硬化を阻害する不活性な水ガラスを含んでいる。一般的に、再生砂に残留する水ガラス量の指標として酸消費量等が知られており、日本鋳造技術協会規格：「ＪＡＣＴ試験法Ｓ－４」に規定される「鋳物砂の酸消費量試験法」では、酸により再生砂が含む両方の水ガラスを溶出するため、活性な水ガラスと不活性な水ガラスを判別することが困難であった。したがって、特許文献１に記載の方法のように、鋳物砂を使って造型する時と同量の水ガラスを添加すると、水ガラスを過剰に添加することになり、狙った鋳型強度が得られなくなるという問題があった。

また、活性バインダは加熱により不活性化する。つまり、上述の再生方法では、加熱の工程を経ることにより中子砂に残留する活性バインダが不活性化し、活性バインダ量が減少するため、次の中子造形時に添加するバインダ量を増やして減少分を補う必要があった。

これに対し本発明は、鋳造後に不要になった中子砂に含まれる活性バインダのみを測定することにより、再生砂１０を用いて狙った強度の中子を製造するために添加するバインダ９の必要量を推定することができる。

さらに、一連の処理工程に加熱を伴わないため、活性バインダ量の減少を抑制し、次の中子造形時に添加するバインダ量を低減することができる。

（実施の形態２）
次に、図４を参照して本実施形態に係る中子の製造フローにおけるバインダ補正の実施の形態について説明する。

図４に示すように、中子造形では、鋳物砂あるいは再生砂１８が入った混錬兼射出釜１９の中に砂供給切出装置２０を用いて鋳物砂１７とバインダ投入装置２１を用いてバインダ９を投入し混錬羽２２を用いて混錬する。その後、射出装置２３を用いて造形金型に射出充填した混錬砂２４を加熱により固めて第１中子を造形し、造形した中子は鋳造に用いられる。鋳造は、例えば、６５０℃～７５０℃の溶湯温度におけるアルミ鋳造である。

中子砂を再利用するために、鋳造により形成された鋳物から使用済みの第１中子を振るい落として中子砂を得る。その後、実施の形態１に示した解砕工程（ステップＳ１）、除去工程（ステップＳ２）、溶解工程（ステップＳ３）の順に処理し、得られた水溶液１４に酸性溶液１５を加え、水溶液１４のＰＨを判定できる測定器２５を用いて水溶液の液性が中性となるまで中和滴定する。測定器２５には、例えば、ＰＨ測定器、ナトリウム濃度測定器を用いることができる。続いて、中和に用いた酸消費量から、バインダ量を調整するプログラムを用いて、算出式により第２中子の造形時に添加するバインダ量を算出する。そして、混錬兼射出釜１９の中に再生中子砂と不足する量の鋳物砂１７と算出された量のバインダ９を添加し、第２中子の製造に用いられる中子砂を生成し、当該中子砂を用いて狙った強度の第２中子を製造する。上記一連の中子の製造方法は繰り返し行うことができる。

以上、本発明に係る中子の製造方法の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

７解砕装置
８解砕中子砂
９バインダ
１０再生砂
１１蒸留水
１２容器
１３攪拌装置
１４水溶液
１５酸性溶液
１６ＰＨ測定器
１７鋳物砂
１８鋳物砂あるいは再生砂
１９混錬兼射出釜
２０砂供給切出装置
２１バインダ投入装置
２２混錬羽
２３射出装置
２４混錬砂
２５測定器

Claims

中子砂とバインダを混合することにより製造される中子の製造方法であって、
鋳造に用いた第１中子を解砕して解砕中子砂を得るステップと、
前記解砕中子砂から粒径が所定以上の粒状体を除去して再生砂を得るステップと、
前記再生砂から取り出した測定サンプルを溶液に加えて前記バインダが溶解した溶液を生成するステップと、
前記溶液に含まれるバインダの量を測定するステップと、
測定された前記溶液に含まれるバインダの量から前記再生砂の全体に含まれる活性バインダの量を推定するステップと、
推定された前記活性バインダの量に基づいて、前記再生砂にバインダを添加して造形される第２中子中に含まれるバインダの量を予め設定した濃度に調整して前記第２中子を製造するステップと、を備える、
中子の製造方法。