(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硅砂に対し２〜１２重量％の水分を添加した鋳物砂を混練造型した鋳型を凍結により硬化する凍結鋳型を形成させる凍結鋳型の造型法において、
前記鋳物砂を流動化させ、流動化した鋳物砂を模型の周囲に確実に充填して流動鋳型を形成させるため、前記硅砂に対して０．０５〜３重量％の高起泡性界面活性剤を添加混練し、混練により起泡した泡を含み流動する流動砂を前記模型の周囲に流し込み成形させ、成形した流動鋳型を凍結させることを特徴とする凍結鋳型の造型法。
【請求項２】
前記界面活性剤は、アニオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の凍結鋳型の造型法。
【請求項３】
前記泡を含む流動砂は、ＮＣＯ基を有する有機物質よりなるガス発生剤を前記硅砂に対し０．０１〜３重量％の添加を行い、水との反応によりＣＯ２ガスを発生させ、前記泡を含む流動砂の消泡による体積収縮を吸収させることを特徴とする請求項１記載の凍結鋳型の造型法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、アニオン界面活性剤にＡＥ減水剤を混合させることを特徴とする請求項１記載の凍結鋳型の造型法。
【請求項５】
前記界面活性剤は、硅砂に対し０．０５〜３．０重量％を添加させることを特徴とする請求項１記載の凍結鋳型の造型法。
【請求項６】
前記鋳物砂は、再使用を目的とする回収砂または再生砂が主体であることを特徴とする請求項１記載の凍結鋳型の造型法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定量の水を混合した鋳物砂により、型枠に内蔵させた模型の周囲に充填して鋳型を形成し、得られた鋳型を凍結による硬化をさせて凍結鋳型を得る凍結鋳型の造型法において、
前記模型の周囲に充填する所定水分を含む鋳物砂に流動性を与えるため、所定の界面活性剤を添加して、複雑形状を持つ模型に対してもその周囲に容易に充填させ成形された流動鋳型を用意し、成形された流動鋳型を凍結により硬化させて凍結鋳型を得る凍結鋳型の造型法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記鋳物砂に所定量の水を混合し、混合した鋳物砂を使用して形成された鋳型を凍結させて凍結鋳型を造る凍結鋳型の製造法は、例えば特公昭５６−３０１０７号公報に開示されている。
前記公報に開示されている発明によれば、凍結に使用する冷媒は、窒素をはじめとする液化ガス若しくはドライアイス等が使用されている。
また、冷凍機を用いた低温空気を鋳型内に通過させて凍結させる方法に係わる提案が特開平１１−１３８２３５号公報に開示されている。
【０００３】
ところで、前記流動鋳型については、骨材としては硅砂が使用され、バインダに粘結剤として水ガラスやセメント、その他にリン酸、アルミン酸ナトリウム等の無機粘結剤を使用した自硬性鋳型や、同じく粘結剤にフラン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂成分等の有機粘結剤を使用した自硬性鋳型やガス硬化鋳型には、流動鋳型造型法が使用されている。
則ち、セメント流動鋳型造型法では、硅砂にセメントと水及び界面活性剤を添加してミキサで混練し流動砂を形成させ鋳枠に流し込む方法が取られ、
また、水ガラス系の自硬性鋳型の場合は、水ガラスと界面活性剤を硅砂に添加してミキサで混練し流動砂を形成させて鋳枠に流し込む方法が取られている。
【０００４】
一方、流動鋳型ではない凍結鋳型に使用される従来の鋳型の場合、人手や機械での砂込みができない複雑な形状を持つ製品に対する鋳型には、中子や割り型を介して煩雑な作業を必要とするが、流動鋳型が可能であれば流動砂を流し込むだけで複雑な製品に対する鋳型も簡単に形成できる。
しかし、前記有機粘結剤を使用した自硬性鋳型やガス硬化鋳型に使用されている流動鋳型造型法の場合は、前記したように流動砂を鋳枠に流し込むだけで複雑な模型に対する鋳型も容易にできるわけであるが、下記問題点を内蔵している。
【０００５】
則ち、前記セメントや水ガラス等の無機粘結剤を使用する流動鋳型造型法においては、
バインダであるセメントや水ガラス等の粘結剤が無機質であるため、一度硬化した鋳型の鋳物砂を再利用することは困難で、再利用するためには多大な労力を必要としている。
また、フラン、フェノールなどの有機バインと水で流動鋳型を作成した場合でも、砂への付着物が残留するため鋳物砂の再利用には限界がある。
また、これら有機・無機のバインダを用いた場合の流動鋳型では、鋳型の崩壊性が悪いという問題があり、特にセメント使用の場合は問題が多い。
また、注湯時の熱分解によるガス発生は作業環境を悪くするという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そして、流動鋳型に使用する界面活性剤については、
上記、有機・無機の粘結剤をバインダとして添加する流動鋳型造型法の場合においては、混練の際発生する連行空気により発生する泡の安定性が良好であるため、ＡＥ減水剤と呼ばれる減水効果とともに混練の際微細な気泡を連行する界面活性剤の一種が使用されている。
【０００７】
しかし、水分の添加量が少なく、水のみを使用する凍結鋳型においては、混練の際発生する連行空気による泡の動粘性が低いため前記ＡＥ減水剤では消泡が速く、鋳物砂を鋳枠に流し込んだ直後に消泡を開始され、流し込まれた鋳物砂が模型の細部まで達しない問題や充填した砂の下がりが極端に発生し、例えばフランジ部の下部に空洞を形成する問題がある。
【０００８】
ところで、手動及び機械的エネルギにより泡を生ぜしめ、流動させた鋳物砂を模型の周囲に流動させて造型するが、この造型性には粘結性、抗力性、流動性と水分の影響があり、高い流動性により、水分や粘結剤は少なくてすむとともに、均一な型の強度構成を形成することができる。
【０００９】
本発明は、上記従来の硅砂などを骨材とし所定量の水を添加した凍結鋳型に使用する鋳物砂に、適当な添加剤を添加して、混練の際の連行空気により発生する泡の増大と、発生した泡を安定した状態に維持させ、流動化を可能とする流動砂を形成させ、該流動砂の使用により形成された流動鋳型を凍結する凍結鋳型の造型法の提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の凍結鋳型の造型法は、
硅砂に対し２〜１２重量％の水分を添加した鋳物砂を混練造型した鋳型を凍結により硬化する凍結鋳型を形成させる凍結鋳型の造型法において、
前記鋳物砂を流動化させ、流動化した鋳物砂を模型の周囲に確実に充填して流動鋳型を形成させるため、前記硅砂に対して０．０５〜３重量％の高起泡性界面活性剤を添加混練し、混練により起泡した泡を含み流動する流動砂を前記模型の周囲に流し込み成形させ、成形した流動鋳型を凍結させることを特徴とする。
【００１１】
前記本発明の凍結鋳型の造型法は、従来より使用されてきた生砂型の素材に流動性と造型性を与えるとともに、硬化型鋳型に見られる欠陥である崩壊性の改善と砂の回収率の改善、ガス等の発生することのない作業環境を改善する特性を与え、流動鋳型の形成を可能としたものである。
【００１２】
則ち、従来の硅砂に対し１〜１２重量％の水分を混合した鋳物砂に、高い起泡性を持つ界面活性剤を前記硅砂に対し０．０５〜３重量％添加し、混練に際し連行空気により起泡した微細な泡を発生させて流動砂を形成させ、該流動砂を鋳枠内への流し込む際には模型の周辺の隅々まで確実且つ均一に充填させ、流動鋳型を形成させて、形成された鋳型に対し凍結を行い凍結鋳型を造型させたものである。
【００１３】
上記高起泡性の界面活性剤の使用により、水を用いた流動鋳型と凍結鋳型の組合せにより、高い崩壊性と且つ鋳物砂の再利用が可能な鋳型の造型を可能とするとともに、また硬化型に見られたガスや臭気の発生、煙の発生もなく良好な作業環境のもとに鋳型の造型ができ、且つ従来の人手や機械では砂込めが複雑な模型に対する造型も可能にしている。
【００１４】
また、前記界面活性剤は、アニオン界面活性剤であり、好ましくはスルホコハク酸塩であるのが良い。
【００１５】
前記発明は、本発明の凍結鋳型の造型法に使用する流動砂の形成用に用意した高起泡性の界面活性剤の構成について記載したもので、使用する界面活性剤はアニオン活性剤であり、好ましくはコハク酸塩の牛脂アミド系を使用するようにしたもので、本願発明者等が鋭意努力して得られた最適な起泡安定剤である。
【００１６】
また、前記凍結鋳型に使用する泡を含む流動砂は、ＮＣＯ基を有する有機物質よりなるガス発生剤を前記硅砂に対し０．０１〜３重量％の添加を行い、水との反応によりＣＯ２ガスを発生させ、前記泡を含む流動砂の消泡による体積収縮を吸収させる構成が好ましい。
【００１７】
本発明の界面活性剤の特にコハク酸塩の牛脂アミド系の使用による凍結鋳型の造型法においては、流動砂に含まれる気泡は安定化し消泡は起きにくくなり、砂下がりは少なくなる。則ち、造型後直ちに急冷して泡が消える前に凍結を終了させた場合は、砂の下がりが見られず問題を起こすことがないが、時間を掛けて凍結させる場合は徐々にではあるが砂の下がりが見られ完全とは言えない状況にある。
前記発明は、この砂下がりの問題の完全解決のためになされたもので、ＮＣＯ基を有する有機化合物で例えばポリメチレンポリフェニールポリイソシアネートをガス発生剤として使用添加したもので、構造式が「Ｒ〜Ｎ＝Ｃ＝Ｏ」であるＮＣＯ基を有する有機物質の例えばポリメチレンポリフェニールポリイソシアネートを添加し、水と反応してＣＯ２ガスを発生させ、消える泡と略同等の泡を発生させ、前記消泡による体積収縮を吸収させ、凍結に時間を掛けて行なう場合も消泡による影響を吸収するようにしてある。
【００１８】
また、前記本発明の凍結鋳型の造型法に使用する界面活性剤は、アニオン界面活性剤にＡＥ減水剤を混合させることが好ましい。
【００１９】
前記発明は、前記本発明の凍結鋳型の造型に使用する流動鋳型の流動砂の形成に使用する高気泡性のアニオン界面活性剤への、界面活性剤の一種であるＡＥ減水剤の一部混合について記載したものである。
則ち、前記ＡＥ減水剤は、コンクリートの混和に作業性を損なう事無く減水を可能とし強度向上を図るとともに、混練の際、空気をコンクリート中に微細な気泡として連行する特性を利用してその一部を代用しても良いことを記載している。
【００２０】
また、前記本発明の凍結鋳型の造型法に使用する界面活性剤は、硅砂に対し０．０５〜３．０重量％を添加させることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の凍結鋳型の造型法に使用する鋳物砂は、再使用を目的とする回収砂または再生砂が主体であることが好ましい。
【００２２】
本発明の凍結鋳型の造型に使用する流動鋳型は前記したように崩壊性に富み、砂の回収は可能となり、省エネ循環式鋳造工程を形成できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。なお、図１に示す実施形態は、加水１０を含む混練工程１１、流動鋳型の造型処理工程１２、凍結鋳型の凍結処理工程１３、塗型処理工程１４、鋳造処理工程１５、砂の再使用処理工程１６よりなり、且つ前記加水１０による水を使用した省エネ型リサイクル鋳造システムのフローチャートで、該省エネ型リサイクル鋳造システムは前記流動鋳型の造型処理工程１２の使用によって初めてより効率的省エネサイクルを可能としたものである。
【００２４】
上記鋳造システムのフローチャートは、前記したように、加水１０及びスルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤１０ａ及びＮＣＯ基を持つ有機物質１０ｂを添加して、前段で回収冷却した砂（硅砂）を混練する混練工程１１と、混練した鋳物砂より流動鋳型を造る造形処理工程１２と、造型処理された鋳型を凍結する凍結鋳型の凍結処理工程１３と、凍結した鋳型に塗型をする塗型処理工程１４と、塗型処理をした凍結鋳型により鋳造する鋳造処理工程１５と、鋳造終了後の鋳型より砂の再使用を図る砂の再使用処理工程１６とより、閉サイクルを形成している。
【００２５】
前記鋳造処理工程１５では、前段で形成された凍結鋳型を型合わせ工程１５ａで型合わせをし、型合わせの終了した鋳型に溶湯工程１７を経た湯を注湯工程１５ｂで注湯をし、さらに凝固工程１５ｃを経て鋳型内の高温湯の凝固をさせ、ついで、鋳型のばらし工程１５ｄで鋳型のばらしを行い、ついで仕上げ工程１５ｅを経て所要の鋳造製品を得るようにしてある。
一方前記ばらし工程１５ｄにより崩壊された鋳型より砂回収工程１６ａにより砂（硅砂）の回収を行い、砂冷却工程１６ｂにより回収された砂を約４０℃程度に冷却して混練工程１１へ還送して、硅砂のリサイクル過程を形成させている。前記還送された硅砂は再び前記混練工程１１で加水１０とスルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤１０ａ、及びＮＣＯ基を持つ有機物質１０ｂの添加を受けて次工程の流動鋳型の造形処理工程１２へ循環する。
【００２６】
則ち、上記実施の形態に係わる凍結鋳型の凍結処理工程１３は、その前段の流動鋳型の造型処理工程１２により得られた流動鋳型１２ｂに対し凍結処理をしたものである。前記流動鋳型１２ｂは、図に示すように流動鋳型の造型処理工程１２において、該造型に必要な流動砂１２ａを硅砂（砂の再使用処理工程１６により得られた砂）と加水１０との間の混練工程１１による混練に際して、スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤１０ａの添加により流動性と造型性を持つ流動砂１２ａの形成を可能とし、該流動砂１２ａの形成により複雑な形状を持つ模型にも対応できる流動鋳型１２ｂの造型を可能としたものである。
上記流動性と造型性を前記砂と水、界面活性剤１０ａとよりなる流動砂１２ａに与えることにより、当該鋳物砂は最小の水を使用して、最小の機械的エネルギによる砂込みにより複雑な形状に対しても同一形状の空間の形成を可能とするするとともに、均質且つ高い鋳型強度の鋳型の形成を可能としたものである。
【００２７】
なお、前記スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤１０ａの添加量は、硅砂に対し０．０５〜３重量％で好ましくは０．１〜０．３重量％が望ましい。
【００２８】
上記、流動鋳型１２ｂの凍結処理工程１３により鋳造に必要な鋳型強度を与え、
且つ塗型処理工程１４により低温鋳型に高温注湯に対応する高温強度を与え高効率の鋳造を可能とするとともに、バインダに水のみの使用により完全リサイクル循環型鋳造システムの形成を可能としている。
【００２９】
なお、混練工程１１におけるＮＣＯ基を有する有機物質１０ｂの添加は、前記凍結鋳型の凍結処理工程１３が長時間にわたる場合に起きる流動砂中の連行空気の泡の消泡に起因する砂の沈降を吸収するために、水と反応してＣＯ２ガスを発生する部材を添付したものである。
【００３０】
上記ＮＣＯ基を有する有機物質１０ｂの添加量は、硅砂に対し、０．０１〜３重量％が好ましい。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例をもって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでない。
図２（Ａ）は、実施例１の場合の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、図２（Ｂ）は実施例２の場合の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、図２（Ｃ）は実施例３の場合の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、図３（Ａ）は比較例１の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、図３（Ｂ）は比較例２の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、図３（Ｃ）は比較例３の従来の生砂型の鋳込み砂を鋳枠内へ手込めした場合の砂の状況を示す図である。
【００３２】
［実施例１］
界面活性剤；スルホコハク酸塩牛脂アミド界面活性剤  ０．２重量％
ガス発生剤；ポリメチレンポリフェニールポリイソシアネート０．１重量％
水分      ；３．５重量％
この場合は、図２（Ａ）に示すように、スルホコハク酸塩牛脂アミド界面活性剤にガス発生剤を併用した場合で、３時間以上経過しても砂の下がりは認められなかった。
また、流動性も良好で砂の充填率も良好であった。
【００３３】
［実施例２］
界面活性剤；スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤  ０．１重量％
及びＡＥ減水剤  ０．１重量％
ガス発生剤；ポリメチレンポリフェニ−ルポリイソシアネート０．１重量％
水分      ；３．５重量％
この場合は、図２（Ｂ）に示すように、スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤とＡＥ減水剤とを混合した場合で流動性には問題はなかった。
これは、スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤がある程度添加されていれば、他の界面活性剤で代用可能なことを示している。
【００３４】
［実施例３］
界面活性剤；スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤  ０．２重量％
ガス発生剤；なし
水分      ；３．５重量％
この場合は、図２（Ｃ）に示すように、スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤のみで、ポリメチレンポリフェニールポリイソシアネートを添加しなかった場合で、流動性は十分であったが、時間を掛けて徐々に充填した砂が沈降する傾向が示されている。但し、砂の押し湯効果により上面の砂が下がるのみで、下段のフランジ部の下部は十分に砂が充填されている。
なお、実作業においては、流動砂を模型より高く充填して置く場合が多いため、ポリメチレンポリフェニールポリイソシアネートを添加しなくても良い場合も多い。
【００３５】
［比較例１］
界面活性剤；ＡＥ減水剤  ０．４％
ガス発生剤；ポリメチレンポリフェニールポリイソシアネート０．１重量％
水分      ；３．５重量％
この場合は、図３（Ａ）に示すように、ＡＥ減水剤のみで流動化させた砂に、ガス発生剤のポリメチレンポリフェニールポリイソシアネートを使用した場合で、ＡＥ減水剤のみでは流動化させた砂は消泡が速く、ポリメチレンポリフェニールポリイソシアネートを添加しても消泡を吸収することが出来ないことが示されている。
これは、界面活性剤が泡の動粘性に与える影響によるものと考えられ、ＡＥ減水剤のみで流動させた場合は消泡が優先するので、その結果下段フランジの下に隙間状空間が形成される。
【００３６】
［比較例２］
界面活性剤；スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤  ０．２重量％
ガス発生剤；ＣａＯ  ０．３重量％添加
水分      ；３．５重量％
この場合は、図３（Ｂ）に示すように、スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤とガス発生剤に水と反応してガスを発生する酸化カルシウム（ＣａＯ）を添加した場合で、この場合は、発生したガスが砂の隙間を経て通過していくためか、砂の下がりに対してそれを防止する効果はなかった。界面活性剤と混合が可能な液体物質で、且つ水と反応するものでなければ効果がないものと考えられる。
【００３７】
［比較例３］
界面活性剤；なし
ガス発生剤；なし
水分      ；３．５重量％
この場合は、従来の生砂型の鋳込み砂を手込めした場合で、図３（Ｃ）に示すように、手が下の方まで入らない下段のフランジ下部の隅に充填の不十分な部位が見受けられた。
【００３８】
【発明の効果】
流動砂による流動鋳型に凍結鋳型造型法を組合わせた本発明によれば、複雑な模型（製品）に対する鋳型の造型を可能にするとともに、砂の再生利用、高い崩壊性、良好な作業環境等により、高効率の廃棄物を出さない低コストの循環型鋳造システムを形成できる。
また、流動鋳型の界面活性剤にスルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤を主体とする構成により、連行空気による微細な泡の安定且つ均一な発生が可能となり、消泡の発生を抑えるとともに、高い流動性と造型性と均一性を鋳物砂に与えることができる。
また、砂にＮＣＯ基を有する有機化合物を使用することにより、長時間放置しても鋳枠内の砂の沈降を防止できる。
また、水をバインダとしたため、地球環境に優しく、作業者を砂込め作業から解放した作業環境に優しい鋳型造形法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の流動鋳型を使用した省エネ型リサイクル鋳造システムのフローチャート図である。
【図２】  （Ａ）は実施例１の場合の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、  （Ｂ）は実施例２の場合の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、（Ｃ）は実施例３の場合の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図である。
【図３】  （Ａ）は比較例１の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、（Ｂ）は比較例２の鋳枠内へ充填した砂の状況を示す図で、（Ｃ）は比較例３の従来の生砂型の鋳込み砂を鋳枠内へ手込めした場合の砂の状況を示す図である。
【符号の説明】
１０      加水
１０ａ    スルホコハク酸塩牛脂アミド系界面活性剤
１０ｂ    ＮＣＯを有する有機物質
１１      混練工程
１２      流動鋳型の造形処理工程
１２ａ    流動砂
１２ｂ    流動鋳型
１３      凍結鋳型の凍結処理工程
【図１】
0003640248.tif 000002
【図２】
0003640248.tif 000003
【図３】
0003640248.tif 000004