JP7456372B2 - 砂供給装置 - Google Patents

Description

本開示は、砂供給装置に関する。

特許文献１は、造型機の砂タンクに鋳物砂を圧送する圧送エア系統を開示する。造型機の砂タンクにはレベル計が設けられる。圧送エア系統は、レベル計の信号に応じて造型機の砂タンクに鋳物砂を圧送する。

実公平３－２８０号公報

特許文献１記載のように鋳物砂を圧送により砂タンクに供給する場合には、砂タンク内の空気を逃がすための排気口を砂タンクに設ける必要がある。このような排気口から微粉などが外部に漏れることを防止するために、排気口にはフィルタを設けることが考えられる。

ところで、無機中子に用いられる砂は、水ガラスなどの無機バインダ及び添加物が付与された上で混練され、造型される。造型プロセス中に製品から分離した砂は回収され、再生プロセスを経て再利用される。しかしながら、再生プロセスにおいて砂と無機バインダとを完全に分離させることは困難であり、再生プロセス後の砂は、無機バインダの微粉を僅かに含む。このような無機バインダの微粉を含む無機中子用の砂を特許文献１記載のように圧送により砂タンクに供給する場合、無機バインダの微粉は砂タンクの排気口から排出されるのでフィルタで集塵することができる。しかしながら、フィルタに付着した無機バインダの微粉が砂タンク内に落下した場合、無機バインダの含有量が増加するため、無機中子の製品の品質に影響を与えるおそれがある。

本開示は、圧送された無機中子用の砂を貯留し、貯留した無機中子用の砂を混練機へ供給する砂供給装置において、無機中子の製品の品質低下を抑制する技術を提供する。

本開示に係る砂供給装置は、無機中子用の砂を混練機へ供給する装置である。砂供給装置は、砂タンク、排気ダクト及びフィルタを備える。砂タンクは、供給口を有する。供給口は、砂を空気で圧送する圧送エア系統が接続される。排気ダクトは、砂タンクと外部とを接続する。フィルタは、排気ダクトに設けられ、空気が通過する。フィルタと砂タンクとは鉛直方向からみて重ならないように配置される。

この砂供給装置では、排気ダクトに設けられたフィルタと砂タンクとが鉛直方向からみて重ならないように配置される。このため、砂供給装置は、フィルタに付着した無機バインダの微粉が砂タンク内に落下することを回避できる。よって、砂供給装置は、無機中子の製品の品質低下を抑制できる。

一実施形態においては、排気ダクトは、砂タンクの上部に接続され、第１屈曲部と第２屈曲部とを有してもよい。第１屈曲部は、砂タンクから上昇した空気が下降するように屈曲される。第２屈曲部は、第１屈曲部を通過した空気が上昇するように屈曲される。フィルタは、第２屈曲部よりも下流側に位置するように排気ダクトに設けられてもよい。この場合、空気は第１屈曲部を通過することで下降し、第２屈曲部を通過することで上昇する。空気に含まれる砂は、第２屈曲部付近で落下し、空気とともに上昇しない。このため、フィルタには砂がある程度除去された空気が通過することになる。よって、この砂供給装置は、砂詰まりによるフィルタ性能の低下を抑制できる。

一実施形態においては、砂供給装置は、回収バルブを備えてもよい。回収バルブは、フィルタから落下した微粉を回収するために、排気ダクトにおける第１屈曲部とフィルタとの間に設けられる。この場合、砂供給装置は、排気ダクトから微粉を容易に回収させることができる。

一実施形態においては、砂タンクは、貯留した砂を下方へ排出する排出口を有し、砂供給装置は、ホッパ、上部開閉機構、及び、下部開閉機構を備えてもよい。ホッパは、砂タンクの下方に配置され、砂タンクの排出口から砂が供給される。上部開閉機構は、砂タンクの排出口とホッパとの間に配置される。下部開閉機構は、上部開閉機構とホッパとの間に配置される。単一の開閉機構を用いて空気及び砂の流れを制御する場合、弁座が砂を巻き込んで摩耗するおそれがある。これに対して、この砂供給装置は、二重の開閉機構を有する。これにより、例えば上部開閉機構が砂を止めつつ空気を通過させることができる。よって、下部開閉機構は、砂を巻き込むことなく、空気の流通を遮断できる。このように、二重の開閉機構を有することで、バルブの摩耗を抑制できる。

一実施形態においては、砂供給装置は、ホッパの排気口に設けられるセパレータを備えてもよい。この場合、砂供給装置は、砂詰まりを回避しつつ、供給された砂がホッパの排気口から排出されることを抑制できる。

一実施形態においては、砂供給装置は、圧力計及び制御部を備えてもよい。圧力計は、砂タンク内の圧力を測定する。制御部は圧力計の検出結果に基づいてフィルタの詰まりを検知する。制御部は、例えば砂タンク内の圧力が大気圧以上に上昇している場合には、排気ダクトから砂タンク内の空気が十分に抜けていない、つまりフィルタの目詰まりが発生していると判定できる。

本開示によれば、圧送された無機中子用の砂を貯留し、貯留した無機中子用の砂を混練機へ供給する砂供給装置において、無機中子の製品の品質低下を抑制できる。

本開示に係る砂供給装置の構成の一例を示す概要図である。 図１の砂タンクの上面図である。 二重バタフライバルブ構造の動作を示すフローチャートである。 フィルタ詰まり検知方法のフローチャートである。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附す。図中において、ＸＹ方向が水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である。

［砂供給装置の構成］
図１は、本開示に係る砂供給装置の構成の一例を示す概要図である。図２は、図１の砂タンクの上面図である。図１に示される砂供給装置１は、中子造型設備に備わる。中子造型設備は、無機中子を製造する。無機中子とは、砂を固めるバインダに無機材料を用いた中子である。無機材料のバインダ（無機バインダ）の一例は、水ガラスである。中子造型設備では、無機中子用の砂が砂供給装置１から計量機２へ供給される。計量機２は、受け取った砂の量を計量しつつ、予め定められた量の砂を混練機３へと供給する。混練機３では、供給される砂の量に対して予め定められた量の無機バインダ及び添加剤が付与されて、混練される。混練機３は、混練した砂を図示しない造型機へと供給する。造型機では、混練された砂を用いて無機中子が製造される。その後、ブラスト装置などで無機中子の仕上げが行われる。造型プロセス中に製品から分離した砂は回収され、回収用タンクに集約される。圧送エア系統４は、回収した砂と新砂とを混合した砂（再生砂）を砂供給装置１へ空気で圧送する。圧送エア系統４は、一般的には設備として工場に設けられるものであり、一例として圧縮空気の空気源、圧送する対象である砂を貯留するタンク及び砂供給装置１へ接続される配管を有する。このように、中子造型設備では、無機中子用の砂が再利用される。

図１及び図２に示されるように、砂供給装置１は、中空の容器である砂タンク１０を備える。砂タンク１０は、ベース１１から立設されたフレーム１２に支持される。砂タンク１０は、圧送エア系統４が接続される供給口１０ａを有する。供給口１０ａは、砂タンク１０の上面に設けられ、圧送エア系統４の配管と接続する。砂タンク１０の内部には、圧送エア系統４により圧送された砂を貯留する内部空間が画成される。砂タンク１０は、内部空間の下方から貯留した砂を排出する排出口１０ｂを有する。なお、排出口１０ｂは後述する開閉機構によって開閉制御される。

砂タンク１０には、圧送エア系統４から供給された空気を抜くために砂タンク１０と外部とを接続する排気ダクト１３が設けられる。排気ダクト１３は、砂タンク１０の上部（一例として砂タンクの上面）に設けられた接続口１０ｃを介して砂タンク１０と接続される。これにより、圧送エア系統４により供給された砂及び空気のうち、空気が排気ダクト１３から装置外部へと排気され、砂タンク１０の内部空間に砂が貯留される。

排気ダクト１３は、第１屈曲部１３ａ及び第２屈曲部１３ｂを有する。屈曲部とは、ダクトの軸線が直線的ではなく曲線を含む部分である。第１屈曲部１３ａは、砂タンク１０から上昇した空気が下降するように屈曲される。より具体的な一例として、第１屈曲部１３ａは、砂タンク１０の接続口１０ｃから上方へ延びるように延在するダクト部分と、当該ダクト部分に並設された上下方向に延びるダクト部分とを接続する箇所である。このように、第１屈曲部１３ａでは、流通する空気の方向が上方向から下方向へと１８０°変更される。

第２屈曲部１３ｂは、第１屈曲部１３ａを通過した空気が上昇するように屈曲される。より具体的な一例として、第２屈曲部１３ｂは、第１屈曲部１３ａに接続された上下方向に延びるダクト部分と、当該ダクト部分に並設された上下方向に延びるダクト部分とを接続する箇所である。このように、第２屈曲部１３ｂでは、流通する空気の方向が下方向から上方向へと１８０°変更される。

排気ダクト１３には、フィルタ１４が設けられる。フィルタ１４は、排気ダクト１３内を流通する空気を通過させる。フィルタ１４は、例えば繊維を積層させた構造を有し、空気を通過させつつ空気に含まれる微粉を捕捉する。微粉は、細かい粉末であり、無機バインダの微粉、及び、砂が削れることにより生じる粉塵などを含む。フィルタ１４は、例えば、図１に示されるように、第２屈曲部１３ｂよりも下流側に位置するように排気ダクト１３に設けられる。

フィルタ１４と砂タンク１０とは、鉛直方向からみて重ならないように配置される。これにより、フィルタ１４により捕捉された微粉がフィルタ１４から落下したときに砂タンク１０内に混入することを回避できる。

排気ダクト１３における第１屈曲部１３ａとフィルタ１４との間には、回収バルブ１５が設けられる。図１に示されるように、回収バルブ１５は、第２屈曲部１３ｂ付近に設けられる。フィルタ１４から落下した微粉は、第２屈曲部１３ｂ付近に集約される。回収バルブ１５を開とすることで、排気ダクト１３内の微粉が回収容器１６に収容される。

砂タンク１０の上面には、レベル計１７及び圧力計１８が設けられる。レベル計１７は、砂タンク１０の内部に貯留された砂の分量を計測するセンサである。レベル計１７は、砂タンク１０の上面の貫通孔１０ｄを介して砂タンク１０の内部空間と接続される。圧力計１８は、砂タンク１０の内部の圧力を計測するセンサである。圧力計１８は、砂タンク１０の上面の貫通孔１０ｅを介して砂タンク１０の内部空間と接続される。

砂タンク１０の下方には、中空の容器である供給ホッパ１９が配置される。供給ホッパ１９は、上部に形成された投入口１９ａを有する。投入口１９ａには、砂タンク１０の排出口１０ｂから砂が供給される。砂タンク１０の排出口１０ｂと供給ホッパ１９の投入口１９ａとの間には、供給ホッパ１９への砂供給を制御するために、２つの開閉機構が設けられる。開閉機構は、排出口１０ｂを開閉する。開閉機構は、バタフライバルブ、ゲートバルブ、ロータリーバルブ、ピンチバルブ、ボールバルブ等を用いることができる。一実施形態では、バタフライバルブを用いた場合を説明する。砂タンク１０の排出口１０ｂと供給ホッパ１９の投入口１９ａとの間には、２つのバタフライバルブが設けられ、二重バルブ構造を構成する。上部バタフライバルブ２０（上部開閉機構の一例）は、砂タンク１０の排出口１０ｂと供給ホッパ１９との間に配置される。下部バタフライバルブ２１（下部開閉機構の一例）は、上部バタフライバルブ２０の下流側に配置される。つまり、下部バタフライバルブ２１は、上部バタフライバルブ２０と供給ホッパ１９との間に配置される。

上部バタフライバルブ２０及び下部バタフライバルブ２１は、砂タンク１０から供給ホッパ１９へ砂を供給するときに開とされ、砂供給を停止するときは閉とされる。より具体的な一例として、上部バタフライバルブ２０は、閉のときに、砂の落下を防止しつつ空気を通過させる程度に弁座を締める。下部バタフライバルブ２１は、上部バタフライバルブ２０が閉とされた後に、弁座を完全に締め切って空気の流通を遮断する。

供給ホッパ１９も砂タンク１０と同様に中空容器であるため、空気を逃がすための排気口が設けられる。そして、供給ホッパ１９の排気口には、セパレータ２２が取り付けられる。セパレータ２２は、空気と微粉を分離し、空気を外部に排気する。セパレータとして、例えば遠心力を利用して微粉と空気とを分離するサイクロン式セパレータが用いられる。また、供給ホッパ１９には、砂タンク１０と同様にレベル計２３が取り付けられ、内部の砂の残量を測定できる。

供給ホッパ１９は、下部に形成された排出口１９ｂを有する。供給ホッパ１９は、予め定められた量の砂を計量機２へ供給する。

上述した砂供給装置１は、制御装置２４（制御部の一例）によって動作が統括される。制御装置２４は、一例として、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。制御装置２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（RandomAccess Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリと、タッチパネル、マウス、キーボード、ディスプレイなどの入出力装置と、ネットワークカードなどの通信装置とを含むコンピュータシステムを含んでいてもよい。制御装置２４は、砂供給装置１に設けられたセンサの検出結果に基づいて砂供給装置１の動作を制御することができる。

例えば、制御装置２４は、砂タンク１０のレベル計１７から砂量が下限閾値よりも小さいことを示す空信号を受信した場合、砂タンク１０に砂を供給する準備を開始する。制御装置２４は、砂を圧送するように圧送エア系統４へ制御信号を出力する。圧送エア系統４から圧送中の信号が来ている間、上部バタフライバルブ２０及び下部バタフライバルブ２１を閉とする。圧送エア系統４から圧送中の信号が来ている間、上部バタフライバルブ２０及び下部バタフライバルブ２１はインターロックが働いており、開き信号を受け付けないようにしている。そのため、例えば供給ホッパ１９が空となっていても上部バタフライバルブ２０及び下部バタフライバルブ２１の開き信号を受け付けないようにしている。これにより、砂の圧送中にバタフライバルブが開いてしまうことによりエアが供給ホッパ１９に入ってしまい、排出口１９ｂから砂が吹きこぼれてしまうことを防止することができる。制御装置２４は、砂タンク１０のレベル計１７から砂量が上限閾値よりも大きいことを示す満信号を受信した場合、砂の圧送を停止するように圧送エア系統４へ制御信号を出力する。このように、砂タンク１０内の砂の量は、制御装置２４によって管理される。

（二重バタフライバルブ構造の動作）
制御装置２４は、砂タンク１０から供給ホッパ１９へ砂を供給するときに、二重バタフライバルブ構造を動作させる。図３は、二重バタフライバルブ構造の動作を示すフローチャートである。図３に示されるように、制御装置２４は、ステップＳ１０として、供給ホッパ１９のレベル計２３から砂量が下限閾値よりも小さいことを示す空信号を受信したか否かを判定する。

空信号を受信したと判定された場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御装置２４は、ステップＳ１２として、下部バタフライバルブ２１を開とする。続いて、制御装置２４は、ステップＳ１４として、上部バタフライバルブ２０を開とする。これにより、砂タンク１０から供給ホッパ１９へ砂が供給され始める。制御装置２４は、ステップＳ１６として、供給ホッパ１９のレベル計２３から砂量が上限閾値よりも大きいことを示す満信号を受信したか否かを判定する。

満信号を受信していないと判定された場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１２及びステップＳ１４が繰り返し実行される。つまり、二重バタフライバルブ構造の開状態が維持される。満信号を受信したと判定された場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御装置２４は、ステップＳ１８として、上部バタフライバルブ２０を閉とする。制御装置２４は、砂を止めつつ空気を通過させるように、上部バタフライバルブ２０の弁座を、隙間を空けて締める。続いて、制御装置２４は、ステップＳ２０として、下部バタフライバルブ２１を閉とする。制御装置２４は、下部バタフライバルブ２１の弁座を完全に締め切ることで空気の流通を遮断する。

制御装置２４は、空信号を受信していないと判定された場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ２０が終了した場合には、図３に示されるフローチャートを終了する。図３に示されるフローチャートを実行することで、バタフライバルブの摩耗を抑制しつつ、砂タンク１０から供給ホッパ１９へ砂を供給できる。

（フィルタ詰まり検知）
制御装置２４は、砂タンク１０の圧力を監視し、フィルタ１４の詰まりを検知することができる。図４は、フィルタ詰まり検知方法のフローチャートである。図４に示されるフローチャートは、圧送エア系統４による圧送中以外のタイミングで実行される。

図４に示されるように、制御装置２４は、ステップＳ３０として、圧力計１８から砂タンク１０の圧力の測定結果を取得する。続いて、制御装置２４は、ステップＳ３２として、砂タンク１０の圧力が大気圧以上であるか否かを判定する。砂タンク１０の圧力が大気圧以上であると判定された場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、制御装置２４は、ステップＳ３４としてフィルタ１４の詰まりを検知する。制御装置２４は、フィルタ１４の詰まりを報知するために、警報音を出力してもよいし、ディスプレイ装置に警報情報を表示させてもよい。制御装置２４は、砂タンク１０の圧力が大気圧以上ではないと判定された場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、ステップＳ３４が終了した場合には、図４に示されるフローチャートを終了する。図４に示されるフローチャートを実行することで、フィルタ１４の詰まりを検知することができる。

（実施形態のまとめ）
本開示に係る砂供給装置１では、排気ダクト１３に設けられたフィルタ１４と砂タンク１０とが鉛直方向からみて重ならないように配置される。このため、砂供給装置１は、フィルタ１４に付着した無機バインダの微粉が砂タンク１０内に落下することを回避できる。よって、砂供給装置１は、無機中子の製品の品質低下を抑制できる。

砂供給装置１では、空気は第１屈曲部１３ａを通過することで下降し、第２屈曲部１３ｂを通過することで上昇する。空気に含まれる砂は、第２屈曲部１３ｂ付近で落下し、空気とともに上昇しない。このため、フィルタ１４には砂がある程度除去された空気が通過することになる。よって、砂供給装置１は、砂詰まりによるフィルタ性能の低下を抑制できる。

砂供給装置１では、回収バルブ１５を備えているため、排気ダクト１３から微粉を容易に回収させることができる。

砂供給装置１は、砂タンク１０と供給ホッパ１９との間に二重バタフライバルブ構成を有するため、バルブの摩耗を抑制できる。バタフライバルブを用いた場合、空気を遮断する際にはバタフライバルブの弁座を完全に締め切る必要がある。単一のバタフライバルブを用いて空気及び砂の流れを制御する場合、弁座が砂を巻き込んで摩耗するおそれがある。これに対して、砂供給装置１は、二重のバルブ構成を有する。これにより、例えば上部バタフライバルブ２０が隙間を空けて弁座を締めることにより砂を止めつつ空気を通過させることができる。よって、下部バタフライバルブ２１は、砂を巻き込むことなく、弁座を完全に締め切って空気の流通を遮断できる。このように、二重のバルブ構成を有することで、バルブの摩耗を抑制できる。

砂供給装置１は、供給ホッパ１９の排気口に設けられるセパレータ２２を備えるため、砂詰まりを回避しつつ、供給された砂が供給ホッパ１９の排気口から排出されることを抑制できる。

砂供給装置１においては、制御装置２４が砂タンク１０内の圧力に基づいてフィルタ１４の目詰まりを検知できる。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

例えば、フィルタ１４と砂タンク１０との位置関係、及びフィルタ１４と砂タンク１０とを接続する排気ダクト１３の形状は図１に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、フィルタ１４が砂タンク１０の斜め上方に位置してもよい。排気ダクト１３も第１屈曲部１３ａ及び第２屈曲部１３ｂを必ずしも有する必要はない。砂供給装置１は、回収バルブ１５を備えなくてもよい。

また、制御装置２４は、砂タンク１０から供給ホッパ１９に砂を供給中に計量機２が反応した場合に、排気ダクト１３及び砂タンク１０に残圧があると判定してもよい。そして、制御装置２４は、フィルタ１４の詰まりが発生したと判定してもよい。

１…砂供給装置、３…混練機、４…圧送エア系統、１０…砂タンク、１０ａ…供給口、１０ｂ，１９ｂ…排出口、１３…排気ダクト、１３ａ…第１屈曲部、１３ｂ…第２屈曲部、１４…フィルタ、１５…回収バルブ、１８…圧力計、２０…上部バタフライバルブ、２１…下部バタフライバルブ、２２…セパレータ。

Claims (6)

1. 無機中子用の砂を混練機へ供給する砂供給装置であって、
   前記砂を空気で圧送する圧送エア系統が接続される供給口を有する砂タンクと、
   前記砂タンクと外部とを接続する排気ダクトと、
   前記排気ダクトに設けられ、空気が通過するフィルタと、
   を備え、
   前記フィルタと前記砂タンクとは鉛直方向からみて重ならないように配置される、
   砂供給装置。
2. 前記排気ダクトは、
   前記砂タンクの上部に接続され、
   前記砂タンクから上昇した空気が下降するように屈曲された第１屈曲部と、前記第１屈曲部を通過した空気が上昇するように屈曲された第２屈曲部とを有し、
   前記フィルタは、前記第２屈曲部よりも下流側に位置するように前記排気ダクトに設けられる、請求項１に記載の砂供給装置。
3. 前記排気ダクトにおける前記第１屈曲部と前記フィルタとの間に設けられ、前記フィルタから落下した微粉を回収するための回収バルブを備える請求項２に記載の砂供給装置。
4. 前記砂タンクは、貯留した前記砂を下方へ排出する排出口を有し、
   前記砂タンクの下方に配置され、前記砂タンクの排出口から前記砂が供給されるホッパと、
   前記砂タンクの排出口と前記ホッパとの間に配置された上部開閉機構と、
   前記上部開閉機構と前記ホッパとの間に配置された下部開閉機構と、
   を備える請求項１～３の何れか一項に記載の砂供給装置。
5. 前記ホッパの排気口に設けられるセパレータを備える請求項４に記載の砂供給装置。
6. 前記砂タンク内の圧力を測定する圧力計と、
   前記圧力計の検出結果に基づいて前記フィルタの詰まりを検知する制御部と、
   を備える請求項１～５の何れか一項に記載の砂供給装置。

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