(57)【要約】【課題】凝縮水の乾燥時間を短縮して、安定して短時間で鋳型を製造することができる鋳型の製造方法を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂の粘結剤を表面に被覆した粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填する。高温高湿気体を成形型内に通すことによって、高温高湿気体の顕熱と凝縮潜熱により粘結剤コーテッド耐火物の温度を上昇させ、継続して成形型内に通される高温高湿気体で加熱して成形型内の凝縮水を蒸発させると共に粘結剤コーテッド耐火物の粘結剤を硬化させる。そしてこの高温高湿気体として、温度１２０℃以上、水蒸気濃度１０〜９５％のものを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂の粘結剤を表面に被覆した粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填し、温度１２０℃以上、水蒸気濃度１０〜９５％の高温高湿気体を成形型内に通すことによって、高温高湿気体の顕熱と凝縮潜熱により粘結剤コーテッド耐火物の温度を上昇させ、継続して成形型内に通される高温高湿気体で加熱して成形型内の凝縮水を蒸発させると共に粘結剤コーテッド耐火物の粘結剤を硬化させることを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項２】
上記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂から選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
【請求項３】
上記の高温高湿気体は、水蒸気と空気の混合気体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳型の製造方法。
【請求項４】
上記の高温高湿気体として、水蒸気と気体を混合比率を調整して混合することによって調製したものを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【請求項５】
上記の水蒸気として過熱水蒸気を用いることを特徴とする請求項３又は４に記載の鋳型の製造方法。
【請求項６】
上記の高温高湿気体として、気体中で水を気化させることによって調製したものを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【請求項７】
成形型内に高温高湿気体を供給しながら、高温高湿気体を成形型外に強制排出することによって、成形型に高温高湿気体を通すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【請求項８】
上記の高温高湿気体の水蒸気濃度を時間と共に低くなるように調整して、成形型内に通すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【請求項９】
成形型に高温高湿気体を通した後、高温高湿気体より水蒸気濃度が低い気体を成形型に通して凝縮水を蒸発させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【請求項１０】
上記の高温高湿気体を成形型に吹き込む圧力により粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填し、引き続いてこの高温高湿気体を成形型内に通すことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造に用いられる鋳型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている鋳型は一般に、生砂型、高圧造型、高速造型など粘土類等を粘結剤として用いる普通鋳型と、熱硬化性鋳型、自硬性鋳型、ガス硬化鋳型、精密鋳造用鋳型など硬化性樹脂粘結剤を用いる特殊鋳型と、その他の鋳型とに分類される。
【０００３】
これらの鋳型には一長一短があるが、鋳型を製造する際に高温の加熱が必要であったり、粘結剤の硬化に時間を要して短時間で安定して鋳型を製造することが難しかったり、鋳型を製造する際に有毒ガスが発生するおそれがあったりするなどの問題を有することが多い。
【０００４】
そこで本出願人は、熱硬化性樹脂からなる粘結剤を耐火骨材の表面に被覆して調製される粘結剤コーテッド耐火物を用いて鋳型を製造するにあたって、粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填し、この成形型内に水蒸気を吹き込んで粘結剤コーテッド耐火物を加熱して、熱硬化性樹脂の粘結剤を硬化させることによって、鋳型造型をする方法を提案している（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、水蒸気は高い凝縮潜熱と顕熱を有するので、粘結剤コーテッド耐火物を充填した成形型内に水蒸気を吹き込むと、水蒸気が粘結剤コーテッド耐火物に接する際に凝縮潜熱と顕熱が粘結剤コーテッド耐火物に伝達され、粘結剤コーテッド耐火物を瞬時に加熱して熱硬化性樹脂の粘結剤を硬化させることができるものである。従って、成形型を高温に加熱しておく必要がなく、安定して短時間で鋳型を製造することができると共に、有毒ガスの発生も防ぐことができるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５６３９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように粘結剤コーテッド耐火物を充填した成形型内に水蒸気を吹き込んで加熱するにあたって、水蒸気の凝縮潜熱と顕熱が粘結剤コーテッド耐火物に伝達されることによって、成形型内で凝縮水が生成され、粘結剤コーテッド耐火物の表面に凝縮水が付着することになる。成形型内の温度が１００℃付近に達するまで凝縮水は生成されるが、この凝縮水は、続いて吹き込まれる水蒸気で加熱されて蒸発し、凝縮水の蒸発と共に温度が１００℃以上に上昇し、粘結剤コーテッド耐火物の粘結剤を硬化させることができるものである。水蒸気として過熱水蒸気を用いる場合には、この温度上昇はより速くなる。
【０００８】
ここで、工業的に用いられる水蒸気は、ボイラーなどで水を加熱して沸騰させることによって得ることができる。大気圧下では１００℃の水蒸気が、加圧状態では１００℃以上の高温の水蒸気が得られ、水蒸気濃度が実質的に１００％の飽和水蒸気である。また過熱水蒸気を用いることもあるが、過熱水蒸気は飽和水蒸気をその温度より高い温度に加熱したものであり、この場合も水蒸気濃度が実質的に１００％の水蒸気である。
【０００９】
このように水蒸気には多量の水分が含まれているものであり、水蒸気を成形型内に通すと成形型内で多量の凝縮水が生成されることになる。従って、引き続いて成形型に通される水蒸気で粘結剤コーテッド耐火物を加熱して凝縮水を蒸発させるのに必要な時間が長くなり、短時間で鋳型を製造することが難しくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、凝縮水の乾燥時間を短縮して、安定して短時間で鋳型を製造することができる鋳型の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る鋳型の製造方法は、熱硬化性樹脂の粘結剤を表面に被覆した粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填し、温度１２０℃以上、水蒸気濃度１０〜９５％の高温高湿気体を成形型内に通すことによって、高温高湿気体の顕熱と凝縮潜熱により粘結剤コーテッド耐火物の温度を上昇させ、継続して成形型内に通される高温高湿気体で加熱して成形型内の凝縮水を蒸発させると共に粘結剤コーテッド耐火物の粘結剤を硬化させることを特徴とするものである。
【００１２】
粘結剤コーテッド耐火物を充填した成形型内に高温高湿気体を通すと、高温高湿気体の高温が粘結剤コーテッド耐火物に作用すると共に高温高湿気体の顕熱と高温高湿気体中の水蒸気の凝縮潜熱が粘結剤コーテッド耐火物に作用し、粘結剤コーテッド耐火物の熱硬化性樹脂粘結剤を瞬時に加熱して硬化させることができるものである。
【００１３】
そして成形型内に通す高温高湿気体は、温度が１２０℃以上、水蒸気濃度１０〜９５％であるので、高温高湿気体中の含有水分量は、従来から使用される水蒸気に比べると大幅に少ないものであって、成形型内で生成される凝縮水の量が少なくなり、凝縮水を蒸発させるのに要する時間を短縮することができ、鋳型の成形時間を短くすることができるものである。
【００１４】
本発明において上記熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂から選ばれるものを用いることができる。
【００１５】
また本発明において、上記の高温高湿気体は、水蒸気と空気の混合気体であることを特徴とするものである。
【００１６】
高温高湿気体として空気中に水蒸気が含まれる混合気体を用いることによって、安価に調製した高温高湿気体を使用して、コスト安価に鋳型を製造することができるものである。
【００１７】
また本発明は、上記の高温高湿気体として、水蒸気と気体を混合比率を調整して混合することによって調製したものを用いることを特徴とするものである。
【００１８】
水蒸気と気体の混合比率を調整することによって、目的とする水蒸気濃度の高温高湿気体を容易に調製することができるものである。
【００１９】
また、上記の水蒸気として過熱水蒸気を用いることができる。過熱水蒸気は大きな熱エネルギーを持つので、粘結剤コーテッド耐火物を加熱する効率が高く、鋳型の成形時間をより短縮することができるものである。
【００２０】
また本発明において、上記の高温高湿気体として、気体中で水を気化させることによって調製したものを用いることができる。
【００２１】
気体中で水を気化させることによって、気体に水蒸気が混合された高温高湿気体を容易に調製することができるものである。
【００２２】
また本発明において、成形型内に高温高湿気体を吹き込みながら、高温高湿気体を成形型外に強制排出することによって、成形型に高温高湿気体を通すようにしてもよい。
【００２３】
このように成形型内に吹き込んだ高温高湿気体を成形型外に強制排出することによって、成形型に高温高湿気体を通して粘結剤コーテッド耐火物を加熱する効率を高めることができるものである。
【００２４】
また本発明において、高温高湿気体の水蒸気濃度を時間と共に低くなるように調整して、成形型内に通すようにしてもよい。
【００２５】
このようにすれば、成形型に高温高湿気体を通す初期は、高温高湿気体の水蒸気濃度が高いので、高温高湿気体の水蒸気の凝縮潜熱と顕熱が効率良く粘結剤コーテッド耐火物に伝達され、粘結剤コーテッド耐火物を１００℃付近にまでより速く加熱することができると共に、成形型に高温高湿気体を通す終期は、高温高湿気体の水蒸気濃度が低いので、凝縮水を蒸発させる効率が高く、熱硬化性樹脂の粘結剤が硬化する温度への上昇時間を短縮することができるものである。
【００２６】
また本発明において、成形型に高温高湿気体を通した後、高温高湿気体より水蒸気濃度が低い気体を成形型に通して粘結剤を乾燥固化させるようにしてもよい。
【００２７】
このように高温高湿気体より乾いた気体を成形型に通すことによって、成形型内の凝縮水を効率良く蒸発させることができ、鋳型の成形時間を短くすることができるものである。
【００２８】
また本発明において、高温高湿気体を成形型に吹き込む圧力により粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填し、引き続いてこの高温高湿気体を成形型内に通すようにしてもよい。
【００２９】
この場合には、高温高湿気体を利用して粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填することができるものであり、しかも成形型に粘結剤コーテッド耐火物を充填する工程と高温高湿気体を成形型に通す工程を一連の流れで行なうこことができ、成形に要する時間をより短縮することが可能になるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、成形型内に通す高温高湿気体は、温度が１２０℃以上、水蒸気濃度が１０〜９５％であるので、高温高湿気体中の含有水分量は、従来から使用される水蒸気に比べると大幅に少ないものであって、成形型内で生成される凝縮水が少なくなり、凝縮水を蒸発させるのに要する時間を短縮することができ、鋳型の成形時間を短くすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ各工程での概略断面図である。
【図２】同上に用いる高温高湿気体を調製する装置を示すものであり、（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ概略図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
粘結剤コーテッド耐火物は、耐火骨材の粒子の表面を粘結剤を含有するコーティング層で被覆することによって形成されるものである。耐火骨材としては、特に限定されるものではないが、硅砂、山砂、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、再生砂、その他、人工砂などを例示することができるものであり、これらを１種単独で用いる他、複数種を混合して用いることもできる。
【００３４】
そして本発明では、熱硬化性樹脂からなる粘結剤を用いてコーティング層を耐火骨材にコーティングして形成した粘結剤コーテッド耐火物を使用するものである。この熱硬化性樹脂としては、レゾール型、ノボラック型、ベンジリックエーテル型などのフェノール樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などを挙げることができるものであり、これらに硬化剤としてイソシアネート化合物、有機エステル類、ヘキサメチレンテトラミンなどを、硬化触媒として第三級アミン、ピリジン誘導体、有機スルホン酸などをそれぞれ配合し、熱硬化性にして使用することができるものである。
【００３５】
粘結剤としてフェノール樹脂を用いる場合、フェノール樹脂はフェノール類とホルムアルデヒド類を反応触媒の存在下で反応させることによって調製することができる。
【００３６】
ここでフェノール類は、フェノール及びフェノールの誘導体を意味するものであり、例えばフェノールの他に、ｍ−クレゾール、レゾルシノール、３，５−キシレノールなどの３官能性のもの、ビスフェノールＡ、ジヒドロキシジフェニルメタンなどの４官能性のもの、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔｅｒ−ブチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−クミルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、２，４又は２，６−キシレノールなどの２官能性のｏ−又はｐ−置換のフェノール類を挙げることができ、さらに塩素又は臭素で置換されたハロゲン化フェノールなども用いることができる。勿論、これらから１種を選択して用いる他、複数種のものを混合して用いることもできる。
【００３７】
またホルムアルデヒド類としては、水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、トリオキサン、テトラオキサンのような形態のものを用いることもでき、その他、ホルムアルデヒドの一部をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えて使用することも可能である。
【００３８】
上記のフェノール類とホルムアルデヒド類との配合比率は、フェノール類とホルムアルデヒドのモル比が１：０．６〜１：３．５の範囲になるように設定するのが好ましい。
【００３９】
また反応触媒は、ノボラック型フェノール樹脂を調製する場合は、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸、あるいはシュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機酸、さらに酢酸亜鉛などを用いることができる。レゾール型フェノール樹脂を調製する場合は、アルカリ土類金属の酸化物や水酸化物を用いることができ、さらにジメチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、ジシアンジアミドなどの脂肪族の第一級、第二級、第三級アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンなどの芳香環を有する脂肪族アミン、アニリン、１，５−ナフタレンジアミンなどの芳香族アミン、アンモニア、ヘキサメチレンテトラミンなどや、その他二価金属のナフテン酸や二価金属の水酸化物等を用いることもできる。
【００４０】
粘結剤としてノボラック型フェノール樹脂を使用する場合は、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを併用するのが好ましい。レゾール型フェノール樹脂はそれのみで使用する他に、ノボラック型フェノール樹脂と混合して使用することもできる。
【００４１】
また粘結剤を希釈して使用する場合、希釈用の溶剤としてはアルコール類、ケトン類、エステル類、多価アルコールなどを用いることができる。
【００４２】
さらに、粘結剤コーテッド耐火物の流動性を良くするために、コーティング層に滑剤を含有させるようにしてもよい。滑剤としては、パラフィンワックスやカルナバワックス等の脂肪族炭化水素系滑剤、高級脂肪族系アルコール、エチレンビスステアリン酸アマイドやステアリン酸アマイド等の脂肪族アマイド系滑剤、金属石けん系滑剤、脂肪酸エステル系滑剤、複合滑剤などを用いることができるが、なかでも金属石けん系滑剤が好ましい。金属石けん系滑剤としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウムなどや、これらを複数種組み合わせたものを用いることができる。これらの滑剤は粉末状や液状で使用することができる。
【００４３】
そして耐火骨材の粒子に上記のフェノール樹脂など熱硬化性樹脂からなる粘結剤、必要に応じて滑剤などを配合して混合することによって、耐火骨材の表面に粘結剤を含有するコーティング層を被覆して、粘結剤コーテッド耐火物を調製することができるものである。
【００４４】
耐火骨材に被覆するコーティング層の量は、成分や用途などに応じて異なり一概に規定できないが、耐火骨材１００質量部に対して粘結剤が０．５〜６．０質量部、滑剤が固形分で０．０２〜０．１５質量部の範囲になるように設定するのが一般的に好ましい。耐火骨材の表面にコーティング層を被覆する方法としては、ホットコート法、コールドコート法、セミホットコート法、粉末溶剤法などがある。
【００４５】
ホットコート法は、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に固形の粘結剤を添加して混合し、耐火骨材による加熱で固形の粘結剤を溶融させることによって、溶融した粘結剤で耐火骨材の表面を濡らして被覆させ、この後、この混合を保持したまま冷却することによって、粒状でさらさらした粘結剤コーテッド耐火物を得る方法である。あるいは、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に、水などの溶剤に溶解又は分散させた粘結剤を混合して被覆し、溶剤を揮散させることによって、粘結剤コーテッド耐火物を得る方法である。
【００４６】
コールドコート法は、粘結剤を水やメタノールなどの溶剤に分散乃至溶解して液状になし、これを耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッド耐火物を得る方法である。
【００４７】
セミホットコート法は、上記の溶剤に分散乃至溶解した粘結剤を、５０〜９０℃に加熱した耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッド耐火物を得る方法である。
【００４８】
粉末溶剤法は、固形の粘結剤を粉砕し、この粉砕粘結剤を耐火骨材の粒子に添加してさらに水やメタノールなどの溶剤を添加し、これを混合して溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッド耐火物を得る方法である。
【００４９】
以上のいずれの方法においても、耐火骨材の表面を常温（３０℃）で固形のコーティング層で被覆して、粒状でさらさらとした流動性を有する粘結剤コーテッド耐火物を得ることができるが、作業性などの点においてホットコート法が好ましい。また上記のように耐火骨材に粘結剤を混合する際に、必要に応じて硬化剤や、耐火骨材と粘結剤とを親和させるためのシランカップリング剤など各種のカップリング剤や、また黒鉛等の炭素質材料などを配合することもできる。
【００５０】
上記のように調製した粘結剤コーテッド耐火物を用いて鋳型を製造するにあたって、本発明は、成形型内に粘結剤コーテッド耐火物を充填し、次にこの成形型内に高温高湿気体を通すことによって、行なうものである。
【００５１】
すなわち、図１（ａ）に示すように、内部にキャビティ３を設けて形成した成形型１の上面に注入口４が設けてあり、成形型１の下面には金網等の網５で塞いだ排出口６が設けてある。この型は縦割りあるいは横割に割ることができるようになっている。粘結剤コーテッド耐火物２はホッパー７内に貯蔵してあり、ホッパー７にはコック８付きの空気供給管９が接続してある。そしてホッパー７の下端のノズル口７ａを成形型１の注入口４に合致させた後、コック８を閉から開に切り代えることによって、ホッパー７内に空気を吹き込んで加圧し、ホッパー７内の粘結剤コーテッド耐火物２を成形型１内に吹き込んで、成形型１のキャビティ３内に粘結剤コーテッド耐火物２を充填するようになっている。排出口６は網５で塞いであるので、粘結剤コーテッド耐火物２が排出口６から洩れ出すことはない。注入口４や排出口６を図１の実施の形態のように成形型１に複数設ける場合、複数の注入口４のうち一箇所あるいは複数箇所から粘結剤コーテッド耐火物２を入れるようにすればよい。
【００５２】
ここで、粘結剤コーテッド耐火物２のコーティング層は固形の粘結剤からなるものであるので、粘結剤コーテッド耐火物２は表面に粘着性を有することがなく、流動性が良好である。従って上記のように成形型１に粘結剤コーテッド耐火物２を充填するにあたって、型１のキャビティ３内へスムーズに粘結剤コーテッド耐火物２を流し込むことができ、充填性良く成形型１内に粘結剤コーテッド耐火物２を充填することができるものであり、充填不良が発生することを防ぐことができるものである。
【００５３】
上記のように型１内に粘結剤コーテッド耐火物２を充填した後、型１の注入口４からホッパー７を外すと共に、図１（ｂ）のように各注入口４に給気パイプ１０を接続する。給気パイプ１０には高温高湿気体が供給されるようになっている。
【００５４】
本発明において用いるこの高温高湿気体は、水蒸気と水蒸気以外の気体との混合気体である。この水蒸気以外の気体としては空気の他に窒素ガスなど任意のガスを用いることができるが、コストや使い易さの点などから、空気を用いるのが好ましい。そして本発明において高温高湿気体は、温度が１２０℃以上、水蒸気濃度が１０〜９５％の範囲のものを用いるものである。この水蒸気濃度は、高温高湿気体中において水蒸気の体積が占める割合（近似的に水蒸気分圧／全圧）をいうものであり、例えば、
水蒸気濃度（％）＝
［水蒸気の体積／（水蒸気の体積＋水蒸気以外の気体の体積）］×１００
の式から求められる。
【００５５】
ここで、このような高温高湿気体は、水蒸気と空気などの気体とを混合することによって調製することができる。水蒸気と空気などの気体との混合比率を調整することによって、水蒸気濃度を１０〜９５％の範囲に容易に設定することができるものである。また高温高湿気体の温度は、水蒸気と空気などの気体を混合した後に加熱したり、あるいは気体を予め所定温度に加熱しておくなどすることによって、１２０℃以上に容易に設定することができる。
【００５６】
図２（ａ）は高温高湿気体を調製する装置の一例を示すものであり、ボイラーなどで形成される水蒸気生成装置１５と気体供給装置１６がヒーター付きの混合器１７に接続してある。気体供給装置１６は、気体として大気中の空気を用いる場合にはブロワーやコンプレッサーなどで形成されるものであり、気体として窒素ガスなどを用いる場合にはガスボンベなどで形成されるものである。混合器１７と水蒸気生成装置１５や気体供給装置１６の間にはバルブ１８，１９が設けてある。
【００５７】
このものにあって、水蒸気生成装置１５から水蒸気を、気体供給装置１６から空気などの気体を、それぞれ混合器１７に供給し、混合器１７内で混合しながらヒーターで所定温度に加熱することによって、高温高湿気体を調製することができる。このとき、バルブ１８，１９の操作で水蒸気生成装置１５から送られる水蒸気と気体供給装置１６から供給される気体の比率を調節することによって高温高湿気体の水蒸気濃度を任意に調整することができる。このように調製された高温高湿気体は、上記の給気パイプ１０に供給されるものである。
【００５８】
ここで、水蒸気としては飽和水蒸気をそのまま用いることができるが、過熱水蒸気を用いることもできる。過熱水蒸気は、飽和水蒸気を水の沸点以上の温度に加熱して得られる水蒸気である。過熱水蒸気は、飽和水蒸気を圧力を上げないで定圧膨張させつつ加熱して得られた常圧過熱素蒸気であってもよく、飽和水蒸気を膨張させないで加熱して得られた加圧過熱水蒸気であってもよい。過熱水蒸気の温度は特に限定されるものではなく、１００〜９００℃程度の間で必要に応じた温度に設定すればよい。
【００５９】
図２（ｂ）の例では、水蒸気生成装置１５に過熱器２０が接続してあり、水蒸気生成装置１５で生成された水蒸気を過熱器２０に通して加熱して、１００℃以上の過熱水蒸気にした後、バルブ１８を通して混合器１７に供給するようにしてある。尚、図２（ａ）（ｂ）の装置において、水蒸気と空気などの気体との混合気体を加熱して温度調整する必要がないときには、混合器１７は不要であり、水蒸気と気体を配管内で混合して混合気体を調製することが可能である。
【００６０】
高温高湿気体として特に高い温度・高い湿度のものを調製する場合には、１００℃以上の過熱水蒸気と１００℃以上に加熱した高温の空気など水蒸気以外の気体を混合するのが好ましい。図２（ｃ）はその装置の一例を示すものであり、水蒸気生成装置１５に過熱器２０を接続すると共に、気体供給装置１６にヒーターなどを備えた加熱器２１が接続してある。
【００６１】
そして水蒸気生成装置１５で生成された水蒸気を過熱器２０に通して１００℃以上の所定温度の過熱水蒸気にし、この過熱水蒸気はバルブ１８を通して混合器１７に供給される。また気体供給装置１６から空気などの気体を加熱器２１に通して１００℃以上の所定温度の高温気体にし、この高温気体はバルブ１９を通して混合器１７に供給され、過熱水蒸気と高温気体の混合気体として高温高湿気体を調製することができる。混合器１７にはヒーターが内蔵してあり、高温高湿気体をさらに加熱することが可能であるが、過熱水蒸気と高温気体との混合気体を加熱する必要がないときには、混合器１７は不要であり、過熱水蒸気と高温気体は配管内で混合されて混合気体になる。
【００６２】
また、高温高湿気体は空気などの水蒸気以外の気体中で水を気化させることによっても調製することができる。例えば図２（ｄ）のように加熱器２３に空気などの気体と水とを供給し、加熱器２３内で水を加熱して気化させることによって、気化した水の水蒸気と空気などの気体とが混合された高温高湿気体を調製することができる。このとき、図２（ｄ）の実線のように、気体に水を噴霧したり滴下したりして気体に水滴を混合した状態で加熱器２３に送るようにしてもよく、また図２（ｄ）の破線のように、気体とは別に水を加熱器２３に直接供給するようにしてもよい。
【００６３】
上記した図１（ｂ）のように成形型１の各注入口４に給気パイプ１０を接続し、コック１１を開くことによって、上記のように調製した高温高湿気体が給気パイプ１０を通して成形型１のキャビティ３内に吹き込まれる。成形型１内に吹き込まれた高温高湿気体は、キャビティ３に充填された粘結剤コーテッド耐火物２の粒子間を通過した後、排出口６から排出される。
【００６４】
そしてこのように成形型１内に高温高湿気体を吹き込むと、高温高湿気体が粘結剤コーテッド耐火物２に接触することによって、高温高湿気体の高温の顕熱が粘結剤コーテッド耐火物２に伝熱されると共に、高温高湿気体中の水蒸気から潜熱が粘結剤コーテッド耐火物２に奪われて凝縮し、水蒸気が凝縮する際のこの凝縮潜熱が粘結剤コーテッド耐火物２に伝熱される。高温高湿気体の顕熱と凝縮潜熱で粘結剤コーテッド耐火物２の温度は１００℃付近にまで急速に上昇する。粘結剤コーテッド耐火物２が１００℃付近にまで加熱される時間は、高温高湿気体の温度や水蒸気濃度、成形型１内への吹き込み流量、成形型１内の粘結剤コーテッド耐火物２の充填量などで変動するが、通常、２〜３０秒程度の短時間である。型１内に注入口４から吹き込まれた水蒸気は、成形型１内を通過した後、排出口６から排気される。
【００６５】
このように、粘結剤コーテッド耐火物２を充填した成形型１内に高温高湿気体を通すことによって、粘結剤コーテッド耐火物２を１００℃付近まで短時間で加熱することができる。そして、成形型１内で高温高湿気体から凝縮水が生成されるので、粘結剤コーテッド耐火物２を１００℃以上の温度に上昇させるには、成形型１内の凝縮水を蒸発させる必要があるが、引き続いで成形型１内に通される高温高湿気体による加熱によって、成形型１内のこの凝縮水は蒸発される。ここで、成形型１に通す高温高湿気体は温度が１２０℃以上、水蒸気濃度が１０〜９５％であり、高湿度ではあるが、飽和状態の水蒸気よりも含有する水分量は低い。このため、高温高湿気体が成形型１内の粘結剤コーテッド耐火物２によって冷却されて温度低下して生成される凝縮水の量を少なくすることができるものであり、成形型１内の凝縮水を蒸発させる時間は短時間で済むものである。
【００６６】
成形型１内の凝縮水が蒸発すると、高温高湿気体によって粘結剤コーテッド耐火物２は１００℃以上の温度に急加熱され、熱硬化性樹脂からなる粘結剤を硬化温度以上の温度にまで短時間で上昇させることができるものであり、熱硬化性樹脂からなる粘結剤の溶融・硬化によって、粘結剤コーテッド耐火物の粒子を結合させて鋳型を成形することができるものである。
【００６７】
粘結剤コーテッド耐火物２を充填した成形型１内に高温高湿気体を通し始めてから、熱硬化性樹脂の粘結剤が硬化して鋳型の成形が完了するまでの時間は、高温高湿気体の温度や水蒸気濃度、成形型１内への吹き込み流量、成形型１内の粘結剤コーテッド耐火物２の充填量などで変動するが、通常、１０秒から１分程度の短時間である。このようにして成形された鋳型は、成形型１を開いて取り出すことができる。
【００６８】
上記のように成形型１内で多量の凝縮水が生成されないように、高温高湿気体は水蒸気濃度が９５％以下であることが必要である。しかし水蒸気濃度が低いと、高温高湿気体中での水蒸気の凝縮潜熱が低くなり、高温高湿気体による加熱効率が低下するおそれがあるので、水蒸気濃度は１０％以上であることが必要である。このように本発明において高温高湿気体の水蒸気濃度は１０〜９５％の範囲に設定されるが、２０〜９０％の範囲が好ましく、３０〜８０％の範囲がより好ましい。
【００６９】
また高温高湿気体の温度が低いと、高温高湿気体で粘結剤コーテッド耐火物２を加熱したり、凝縮水を蒸発させたりする効率が悪くなり、粘結剤コーテッド耐火物２の粘結剤を硬化させるのに長時間を要することになるので、高温高湿気体の温度は１２０℃以上である必要がある。高温高湿気体の温度の上限は特に設定されるものではないが、粘結剤コーテッド耐火物２の粘結剤の熱硬化性樹脂の熱分解温度以下であることが望ましい。
【００７０】
上記の実施の形態では、成形型１内に通過させる高温高湿気体は、成形の工程の初期から後期に至るまで、温度と水蒸気濃度が同じをものを用いるようにしたが、初期の時点では水蒸気濃度が高く、終期の時点では水蒸気濃度が低くなるように、時間と共に水蒸気濃度を低下させるよう変化させながら、高温高湿気体を成形型１に通すようにしてもよい。このように成形型１に高温高湿気体を通過させる初期の段階で、高温高湿気体の水蒸気濃度が高いと、高温高湿気体中の水蒸気の凝縮潜熱が効率良く粘結剤コーテッド耐火物に伝達され、粘結剤コーテッド耐火物を１００℃付近にまでより速く加熱することができるものである。また成形型に高温高湿気体を通す後期の段階で、高温高湿気体の水蒸気濃度が低いと、凝縮水を蒸発させる効率が高くなり、熱硬化性樹脂の粘結剤が硬化する温度にまで温度上昇させる時間を短縮することができるものである。
【００７１】
このように高温高湿気体の水蒸気濃度を時間と共に低くなるように変化させるには、例えば図２（ａ）〜（ｃ）のバルブ１８，１９の開放量を調整して、水蒸気と空気などの気体との混合比率を変化させることによって、容易に行なうことができる。また高温高湿気体の水蒸気濃度を時間と共に変化させるにあたっては、水蒸気濃度が連続的に低下するよう変化させるようにしてもよく、水蒸気濃度が段階的に低下するよう変化させるようにしてもよい。
【００７２】
また、上記のように成形型１に高温高湿気体を通した後、高温高湿気体の供給を停止して、高温高湿気体より水蒸気濃度が低い気体を成形型１に通すようにしてもよい。この気体としては、水蒸気以外の気体であればよく、加熱した空気や、その他加熱した窒素ガスなどを用いることができる。この気体は高温高湿気体よりも湿度が低い乾いた気体であるので、成形型１内の凝縮水を蒸発させる効率が高く、凝縮水を蒸発させて除去する時間を短縮することができるものである。またこの気体は加熱して用いることによって、成形型１内の凝縮水を蒸発させる効率をより高めることができるものである。この加熱気体の温度は特に限定されるものではなく、粘結剤コーテッド耐火物の粘結剤の熱硬化性樹脂の硬化温度以上で且つ熱硬化性樹脂を熱分解させない温度以下であればよい。
【００７３】
図３の実施の形態は、成形型１の排出口６に吸引パイプ１２を接続するようにしたものであり、吸引パイプ１２には真空ポンプなどが接続してある。そして成形型１内を吸引パイプ１２で吸引しながら、上記のように給気パイプ１０から成形型１内に高温高湿気体を吹き込むようにしてある。このように成形型１内を吸引しながら高温高湿気体を吹き込むことによって、高温高湿気体は成形型１内に充填された粘結剤コーテッド耐火物２の粒子間を通過した後に、強制的に排出口６から排出されるものであり、高温高湿気体が成形型１内に滞留することがなくなる。このため、高温高湿気体による加熱の効率が高まって、より短時間で鋳型を製造することが可能になるものである。
【００７４】
また上記の実施の形態では、成形型１に粘結剤コーテッド耐火物２を充填した後、成形型１に高温高圧気体を吹き込むようにしたが、高温高湿気体を成形型に吹き込む圧力を利用して、粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に充填するようにしてもよい。この場合は、高温高湿気体で粘結剤コーテッド耐火物を成形型内に吹き込んで充填した後、引き続いてこの高温高湿気体を成形型内に通すことによって、鋳型の成形を行なうことができるものである。
【００７５】
例えば図１（ａ）の装置において、ホッパー７に接続したコック８付きの空気供給管９に高温高湿気体が供給されるようにしておく。そしてホッパー７のノズル口７ａを成形型１の注入口４に合致させた後、コック８を閉から開に切り代えることによって、ホッパー７内に高温高湿気体を吹き込んで加圧し、この圧力でホッパー７内の粘結剤コーテッド耐火物２を成形型１内に吹き込んで充填することができる。次に、このまま空気供給管９への高温高湿気体の供給を継続すると、高温高湿気体はホッパー７内及びノズル口７ａを通って注入口４から成形型１内に吹き込まれ成形型１内を通過し、成形型１内に充填された粘結剤コーテッド耐火物２を高温高湿気体で加熱することができるものであり、上記と同様にして、成形を行なうことができるものである。
【００７６】
従ってこの場合は、成形型１に粘結剤コーテッド耐火物２を充填する工程と高温高湿気体を成形型１に通す工程を一連の流れで行なうこことができるものであり、上記した実施の形態のように、成形型１に粘結剤コーテッド耐火物２を充填した後、成形型１からホッパー７の接続を外し、図１（ｂ）のように成形型１に給気パイプ１０を接続して高温高湿気体を成形型１に供給するというような、成形型１への粘結剤コーテッド耐火物２の充填と高温高湿気体の供給を別の工程で行なう必要がなくなり、成形に要する時間をより短縮することが可能になるものである。
【実施例】
【００７７】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００７８】
（粘結剤コーテッド耐火物の製造例）
１４５℃に加熱したフラタリーサンド３０ｋｇをワールミキサーに入れ、これにレゾール型フェノール樹脂（リグナイト（株）製「ＬＴ−１５」）を５４０ｇ加え、３０秒間混練した後、さらに４５０ｇの水を添加して十分に混練した。次いでさらにステアリン酸カルシウム３０ｇを添加して３０秒間混練した後、エアーレーションを行なうことによって、融着点９８℃のフェノール樹脂が１．８質量％付着した粘結剤コーテッド耐火物を得た。
【００７９】
（実施例１）
キャビティ３の大きさが３０ｃｍ×１０ｃｍ×４ｃｍに形成された図１のような成形型１を１５０℃に予熱して用いた。この成形型１の下面の３箇所の排出口６にはそれぞれ温度センサーを配置して設けてあり、排出口６から排出される気体の温度測定をすることができるようにしてある。
【００８０】
そしてまず、成形型１の上面の３箇所の注入口４のうち中央の注入口４にホッパー７を接続すると共に他の２ヶ所の注入口４を閉じ、上記の粘結剤コーテッド耐火物を、ゲージ圧力０．１ＭＰａの空気圧で成形型１内に吹き込んで充填した。
【００８１】
次に、成形型１の上面の３箇所の注入口４に給気パイプ１０を接続し、高温高湿気体を成形型１内に吹き込んだ。高温高湿気体は、図２（ｃ）の装置で調製したものを用いた。すなわち、ボイラーからなる水蒸気生成装置１５で発生させたゲージ圧力０．３ＭＰａ、温度１４３℃の飽和水蒸気を、過熱器２０（野村技工（株）製過熱蒸気発生装置「ＧＥ−１００」）で加熱して３５０℃、ゲージ圧力０．３５ＭＰａの過熱水蒸気を生成させ、またコンプレッサーからなる気体供給装置１６で２５℃、相対湿度６３％の空気（絶対湿度０．０１２６ｋｇ／ｋｇＤＡ）を加熱器（（株）竹網製作所製高温・高圧熱風用ヒータ「ＳＨＰ４０  ３２００−１．５Ｋ」）に通して３５０℃の加熱空気を生成させた。そしてバルブ１８，１９で過熱水蒸気を４０ｋｇ／ｈの流量に、加熱空気を２０ｍ３／ｈ［大気圧，０℃換算値＝２５．８ｋｇ／ｈ（＝０．３ｋｇ水蒸気／ｈ＋２５．５ｋｇ乾燥空気／ｈ）］の流量にそれぞれ調整して混合することによって、高温高湿気体を調製した。この高温高湿気体は、水蒸気濃度（理想気体として計算）が約７２％であり、露点温度は９１℃、温度３５０℃である。
【００８２】
そして高温高湿気体を、成形型１に１０秒間、２０秒間、３０秒間、４０秒間、５０秒間、６０秒間通すことによって、鋳型を成形した。
【００８３】
（比較例１）
図２（ｃ）の装置においてバルブ１９を閉じ、水蒸気生成装置１５と過熱器２０により生成させた３５０℃、ゲージ圧力０．３５ＭＰａの過熱水蒸気を４０ｋｇ／ｈの流量で成形型１に吹き込むようにした。その他は実施例１と同様にして鋳型を成形した。
【００８４】
上記の実施例１及び比較例１において、高温高湿気体あるいは過熱水蒸気の吹き込み終了時点での、成形型１の３箇所の排出口６の温度を温度センサーで測定し、その平均値を表１に示す。
【００８５】
また鋳型を成形型１から取り出す際の臭いを作業者の臭覚で評価し、鋳型を取り出す際に鋳型が崩れることなく取り出すことができるか否かをチェックした。崩れることなく取り出せる場合を「○」、一部に欠けが発生する場合を「△」、崩壊して鋳型として取り出すことができない場合を「×」と評価して、結果を表１に示す。
【００８６】
さらに取り出した鋳型の重さを測定した。このとき、成形型の下方にバットを配置した状態で成形型を開き、成形型のキャビティの内面に粘結剤コーテッド耐火物が付着している場合にはこの粘結剤コーテッド耐火物を払い出してバットに受け、このバット上に受けた粘結剤コーテッド耐火物も合わせて鋳型の重さとした。さらに鋳型から切り出した幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚み１０ｍｍの試験片について、曲げ強さをＪＩＳ  Ｋ  ６９１０の曲げ強さ試験法に準拠して測定し、結果を表１に示す。
【００８７】
【表１】
2014065049.tif 000003
【００８８】
表１にみられるように、温度３５０℃、水蒸気濃度７２％の高温高湿気体を用いた実施例１では、３０秒間吹き込む成形で、強度が高い正常な鋳型を得ることができたのに対して、過熱水蒸気を用いた比較例１では、４０秒間以上の吹き込みが必要であることが確認される。
【００８９】
（実施例２）
図２（ｃ）の装置において、過熱器２０及び加熱器２１によって過熱水蒸気と加熱空気の温度を調整し、またバルブ１８，１９によって過熱水蒸気と加熱空気の混合比率を調整し、表２に示す温度と水蒸気濃度の高温高湿気体を調製した。そしてこの高温高湿気体を用い、高温高湿気体の吹き込み時間を３０秒間に設定するようにした他は、実施例１と同様にして鋳型を成形した。
【００９０】
（比較例２）
図２（ｃ）の装置において、過熱器２０及び加熱器２１によって過熱水蒸気と加熱空気の温度を調整し、またバルブ１８，１９によって過熱水蒸気と加熱空気の混合比率を調整し、表２に示す温度と水蒸気濃度の高温高湿気体を調製した。そしてこの高温高湿気体を用い、高温高湿気体の吹き込み時間を３０秒間に設定するようにした他は、実施例１と同様にして鋳型を成形した。
【００９１】
実施例２及び比較例２において、上記と同様にして、鋳型取り出しの可否をチェックし、鋳型の重さ、曲げ強さを測定した。さらに鋳型の強度（ぼろつき）を、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００「塗料一般試験方法」（８．４．２  手かき法）に準拠して測定した。結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
2014065049.tif 000004
【００９３】
表２にみられるように、水蒸気濃度が１０〜９５％の範囲内の高温高湿気体を用いた実施例２では、３０秒間の吹き込みで正常な鋳型を成形することができるものであった。一方、比較例２のように水蒸気濃度が５％や９８％の高温高湿気体を用いた場合には、粘結剤の硬化が不十分であって、鋳型を成形型から取り出すことが困難であり、吹き込み時間が３０秒では粘結剤の加熱が不十分で、吹き込み時間を長くする必要があることが確認される。
【符号の説明】
【００９４】
１  成形型
２  粘結剤コーテッド耐火物
【図１】
2014065049.tif 000005
【図２】
2014065049.tif 000006
【図３】
2014065049.tif 000007