(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌容器内で石膏スラリーを攪拌しつつ発泡させる回転円板を、その石膏スラリーの初期液面高さより低く、かつ攪拌により生ずる曲面状のスラリー液面下に円板面の一部のみが埋没する一定高さにセットし、発泡操作中はその高さを固定して回転させ、発泡増量に伴うスラリー液面の上昇により円板面の全体がスラリー液面中に埋没したときにそれ以上の発泡が自然に停止することを利用して発泡増量を所期の値に制御することを特徴とする発泡石膏スラリーの攪拌方法。
【請求項２】
攪拌重量に応じて、攪拌容器内の石膏スラリーの初期液面高さと回転円板の高さを一定としたまま、攪拌容器の直径を変えることを特徴とする請求項１に記載の発泡石膏スラリーの攪拌方法。
【請求項３】
回転円板の中心軸を、攪拌容器の中心からずらせた位置にセットすることを特徴とする請求項１に記載の発泡石膏スラリーの攪拌方法。
【請求項４】
回転円板の中心軸を、水平面に対して斜めにセットすることを特徴とする請求項１に記載の発泡石膏スラリーの攪拌方法。
【請求項５】
所定の発泡増量に達した後に、回転円板を当初にセットした高さから下降させて気泡の微細化を図る工程を付加した請求項１に記載の発泡石膏スラリーの攪拌方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造用鋳型等として用いられる発泡石膏を得るための発泡石膏スラリーの攪拌方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛合金、アルミニウム合金、一部の銅合金等を鋳造するための鋳型材の一つとして、石膏がある。石膏は、▲１▼水と混練してスラリー状にでき、かつ比較的短時間に硬化させることができる、▲２▼形状転写精度に優れ、寸法精度も良好である、▲３▼硬化後の強度が高い、▲４▼安価で入手し易い、等の利点があるため、これらの利点を生かして主として精密鋳造分野で用いられている。
【０００３】
鋳型材としての石膏は、非発泡石膏として用いる場合と界面活性剤を加えて発泡石膏として用いる場合があるが、発泡石膏は石膏スラリーの攪拌時にスラリー内に空気を意図的に巻き込ませ、その気泡によりかさを増加させて低密度化させ、硬化後の軽量性および通気性を飛躍的に向上させることができる。このため発泡石膏は、特に形状転写精度を要求される場合、ピンホール等の鋳造欠陥の発生を極力抑えたい場合、型バラシ等の崩壊性を向上させたい場合、石膏の使用量を極小化したい場合等に用いられている。
【０００４】
このような発泡石膏の鋳型材としての能力を最大限引き出すポイントは、制御された発泡状態、すなわち石膏スラリーを意図した発泡増量に保ち、かつ微細で均一な気泡状態とする攪拌作業にある。この攪拌作業は一般的に次のように行われていた。
【０００５】
図１１、図１２に示すように、攪拌機５１としては５００  〜１５００ｒｐｍ  のモータ等を用い、攪拌容器径の半分程度の直径を持つゴム円板５２付きのシャフト５３を回転させる。攪拌容器５４としてはゴム円板５２が干渉しにくく、かつスラリー液面高さの変化による単純計算だけで発泡増量を計算できるように、側面に勾配のない円筒形の容器が普通である。この攪拌容器５４の内側面に発泡増量チェック用のゲージを取り付けておく。
【０００６】
この攪拌容器５４に所定量の水を予め計量しておき、その中に該当量の石膏を散布し、しばらく静置した後に攪拌機５１のゴム円板５２により攪拌する。スラリー中に空気を巻き込ませ発泡させるためには、図１２に示すようにゴム円板５２をスラリー面近くまで引き上げ、前記ゲージで所定の容量（初期スラリー容量の１．３  〜１．８  倍）  になるまでスラリー面の上昇に伴って円板を引き上げ、目的位置までスラリー面が来たらゴム円板５２を底近くまで下げて気泡の微細化を行い、良好なスラリーを得る。一連の攪拌時間は通常１  〜４  分程度であり、得られた発泡石膏のスラリーを所定の型に流し込み、３０〜６０分後に脱型し石膏型を得るのである。
【０００７】
このように、従来の発泡石膏スラリーの攪拌は作業者の目視による攪拌機５１の制御と攪拌時間の調整を必要とし、作業者間のバラツキも大きく、作業の機械化も困難であった。またこのバラツキにより石膏型そのものの品質（通気性、強度、密度等）もバラツキ易く、これを鋳型として用いた場合、鋳物での寸法バラツキの発生につながる。このため、精密鋳造用に使用する場合には単に石膏型だけの問題にとどまらず、鋳物の精度にも重大な影響を及ぼすおそれがある。なお、非発泡石膏を用いればこれらの問題は克服し易いが、通気性の悪さによる鋳造欠陥の発生や鋳型の大重量化等の別の問題が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来技術の欠点を克服し、石膏スラリー攪拌時の発泡増量を正確に制御することができ、それにより安定した品質の発泡石膏スラリーを得ることができる発泡石膏スラリーの攪拌方法を提供するためになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者はこの課題を解決するために、発泡石膏スラリーの攪拌による発泡増量のメカニズムを追求した。その結果、ゴム円板等の回転円板によって石膏スラリー中に空気を巻き込ませることができるのは、回転円板の表面に付着した空気が慣性力により回転円板とともに石膏スラリー中に入るためであり、石膏スラリー中において回転円板の表面から離れた空気は、石膏スラリーの界面張力により球状の気泡となって取り込まれるというメカニズムを解明した。なおゴム円板が用いられるのは、巻き込まれる空気量のバランスがよく、高速で微量ずつの空気が石膏スラリー中に取り込まれるので、浮上分離しにくいためである。
【００１０】
またこの知見から、回転円板の表面が空気と接触していない状態では、回転円板を回転させてもそれ以上の発泡増量は生じないと言える。従って回転円板を一定の高さにセットしておき、発泡増量により回転円板の表面が完全に石膏スラリーの液面以下に埋没すれば、それ以上の発泡増量は自然に停止することとなる。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、攪拌容器内で石膏スラリーを攪拌しつつ発泡させる回転円板を、その石膏スラリーの初期液面高さより低く、かつ攪拌により生ずる曲面状のスラリー液面下に円板面の一部のみが埋没する一定高さにセットし、発泡操作中はその高さを固定して回転させ、発泡増量に伴うスラリー液面の上昇により円板面の全体がスラリー液面中に埋没したときにそれ以上の発泡が自然に停止することを利用して発泡増量を所期の値に制御することを特徴とするものである。なお、要求される攪拌重量に応じて、攪拌容器内の石膏スラリーの初期液面高さと回転円板の高さを一定としたまま、攪拌容器の直径を変えることができる。また回転円板の中心軸を、攪拌容器の中心からずらせた位置にセットしたり、回転円板の中心軸を水平面に対して斜めにセットすることもできる。更に所定の発泡増量に達した後に、回転円板を当初にセットした高さから下降させて気泡の微細化を図る工程を付加することが好ましい。
【００１２】
本発明においては、従来のように発泡状況を見ながら回転円板の高さを人手により上下させるのではなく、回転円板を一定高さにセットして攪拌を進行させる。そしてその高さだけによって発泡石膏スラリーの発泡率を任意に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を示す。
図１に示すように、石膏スラリーの入った攪拌容器１内に回転円板２をセットし、モータ３により中心軸４の回りに回転させる。回転円板２としてはゴム円板が普通であるが、金属円板や孔明き金属円板等を用いてもよい。この回転円板２の高さは、攪拌容器内の石膏スラリーの初期液面高さよりも低く、かつ攪拌により生ずる曲面状のスラリー液面下に円板面の一部のみが埋没する高さとする。このように発泡操作中はその高さを固定して石膏スラリーを攪拌すれば、円板面の空気中に露出した部分から空気が石膏スラリー中に取り込まれ、発泡増量が進行する。そして発泡増量により石膏スラリーの液面が上昇して円板面の全体がスラリー液面中に埋没すると、モータ３を停止させなくてもそれ以上の発泡が自然に停止する。このため、石膏スラリーの初期液面高さと回転円板２の高さとによって、発泡増量を所期の値に制御することが可能となる。
産性向上にも大きく寄与することができる。
【００１４】
このように本発明では石膏スラリーの初期液面高さと回転円板２の高さとによって発泡増量を制御するため、要求される攪拌重量が変化した場合にその都度これらの高さを計算することは煩雑である。このため、図２に示すように要求される攪拌重量に応じて、直径の異なる複数種類の攪拌容器１を準備しておき、石膏スラリーの初期液面高さと回転円板２の高さを常に一定としたまま、同一条件で攪拌することが好ましい。
【００１５】
図３は好ましい回転円板２の配置を示す図である。図示のように、回転円板２の直径ｄを攪拌容器１の直径Ｄの１／３  〜２／３  とし、かつ回転円板２の中心軸４を、攪拌容器２の中心からずらせた位置にセットすることが好ましい。その偏心量αは、Ａ≦α≦（Ｄ−ｄ）／２  が好ましい。その理由は、回転円板２を偏心させることにより攪拌容器１の内部に形成される回転放物面状のスラリー液面を回転円板２が横断し、周速の速い外周部が空気と接して効率よく空気を巻き込み気泡の微細化をはかることができるためである。
【００１６】
また図４に示すように、回転円板２の中心軸４を水平面に対して斜めにセットすることもできる。このように回転円板２を傾斜させれば、回転円板２が空気と接触できる最終位置を高くすることができ、発泡増量を高めることができる。
【００１７】
図５の実施形態では、同一の中心軸４に２枚の回転円板２が所定の間隔で取り付けられている。この場合、下側の回転円板２は攪拌初期の渦流発生を行わせ、発泡が進行してスラリー面が上昇した時に上側の回転円板２により空気の巻き込みが行われる。これにより攪拌の途中で回転円板２を持ち上げたと同じ効果を得ることができる。この場合、下側の回転円板２は攪拌初期の渦流発生のためのものであるから、複数枚の羽根を持つ攪拌羽根としてもよい。
【００１８】
なお、発泡増量させたスラリー中には粗大な気泡が多く含まれており、このままの状態で型に流し込むと製品表面にトラップされて不具合を招く場合がある。このため、上記のようにして所定の発泡増量に達した後に、図６に示すように回転円板２を攪拌容器１の底部付近まで深く下降させ、完全浸漬状態で回転させることにより気泡の微細化を図る工程を付加することが好ましい。この場合には回転円板２を多少上下させてもよい。
【００１９】
攪拌によって生ずる遠心力により、微細な気泡は攪拌容器１の外周側に移動し、粗大な気泡は中心部に集まる性質がある。このため気泡の微細化を図る場合には図６に示すように回転円板２を攪拌容器１の中心に移動させ、粗大な気泡を回転円板２により破砕することが好ましい。
【００２０】
なお、発泡石膏の発泡増量が増すとともに密度が低下して通気性が上がるが、逆に強度が低下して行くためにやみくもに高い発泡増量を狙うには問題があり、通常用いられる発泡増量は３０〜８０ｖｏｌ  ％である。実現可能な最大発泡率はその石膏自体の特性（スラリーの粘性及び発泡剤添加量）で決定され、実用的にはこの最大発泡率を目安として攪拌するのが一般的である。これは大出力・高回転モータにより過剰な攪拌を行えば最大発泡率で安定するため、管理し易いためである。このため最大発泡率以下の任意の発泡率に制御することは従来は不可能であったが、本発明によれば任意の発泡率に制御することが可能である。
【００２１】
このように本発明によれば、従来のようにスラリーの液面高さを確認しながら回転円板２の高さを上下動させ、発泡増量の管理を行う必要がない。従って、本発明によれば石膏スラリーの初期液面高さと回転円板２の高さ設定というシンプルな管理だけで、意図した任意の発泡率の石膏スラリーを得ることができる。また本発明によれば攪拌中に複雑な制御を行う必要がないため、攪拌作業の機械化・自動化が極めて容易に実施できる。すなわち、従来法を自動化するためにはセンサーによりスラリー液面を検出しながら回転円板２の高さを上下させる必要があり、制御系やセンサーが高価となるが、本発明によれば攪拌位置固定（発泡位置と微細化位置の２位置固定とすれば完璧）、攪拌時間固定のもっとも簡単なシーケンス制御で対応でき、場合によっては機械的動作のみでも可能である。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
なお、以下の実施例では基本条件を次の通り一定とした。
・使用石膏：ノリタケカンパニーリミテド製発泡石膏Ｇ−１６（パウダー温２５℃）
・混水条件：石膏パウダー１ｋｇ  に対して水７００ｇの割合で混合（水温２０℃）
・攪拌機：〔自動攪拌の場合〕電動モータ４００Ｗ，１１００ｒｐｍ
〔手動攪拌の場合〕電動モータ２３０Ｗ，１５００ｒｐｍ
・所定量の水を容器に計量した後、石膏パウダーを散布し、攪拌という手順を踏んだ。
【００２３】
（実施例１）
図７に示すような攪拌容器と偏心位置にセットされたゴム円板を用い、以下のような攪拌条件により、全て自動攪拌にて１０回ずつ石膏スラリーを攪拌した。発泡増量の結果はｎ＝１０の結果の平均及び標準偏差である。なお、水と石膏パウダーの計量精度は±１ｗｔ  ％以内であった。
表１に示すように、攪拌作業時に特別なフィードバック制御をすることなく、ゴム円板に高さｈを変えるだけで意図した発泡増量の石膏スラリーを安定的に作成することができた。
【００２４】
【表１】
0003560491.tif 000002
【００２５】
（比較例）
実施例１で使用したと同じ攪拌容器とゴム円板の組み合わせを用いて、ゲージ目視を行いながら手動攪拌による発泡増量制御でそれぞれ１０回ずつ石膏スラリーを作成した結果を表２に示す。この場合、ゴム円板の位置は熟練作業者の判断で随時変化させた。実施例１と同様、水と石膏パウダーの計量精度は±１ｗｔ  ％以内であった。Ｎｏ．１３  〜Ｎｏ．１５  は発泡増量５０ｖｏｌ  ％を狙って行い、Ｎｏ．１６  〜Ｎｏ．１８  は発泡増量４０ｖｏｌ  ％を狙って行い、Ｎｏ．１９  〜Ｎｏ．２１  は発泡増量３５ｖｏｌ  ％を狙って行った。
表２に示されるように、熟練作業者による攪拌であっても、発泡増量管理精度は低くなった。
【００２６】
【表２】
0003560491.tif 000003
【００２７】
（実施例２）
実施例１で使用したと同じ攪拌容器とゴム円板の組み合わせを用い、基本的に同じ条件で石膏スラリーの自動攪拌を行った。ただし実施例２ではゴム円板の中心軸と攪拌容器の中心軸を同一とした。１０回ずつ石膏スラリーを作成した結果を表３に示す。
この場合には実施例１と比較して発泡増量が減少し、発泡増量のバラツキもやや大きくなった。
【００２８】
【表３】
0003560491.tif 000004
【００２９】
（実施例３）
図８に示すように、直径３２３．３ｍｍ  の攪拌容器に石膏パウダー８．０ｋｇ  、水５．６ｋｇ  を入れ、直径１５５ｍｍ  のゴム円板の下に二枚羽根の予備攪拌羽根を設置した状態で発泡攪拌７０ｓｅｃ  、微細化攪拌４０ｓｅｃ  の自動攪拌を１０回実施した。その結果、発泡増量の平均値は５９．２ｖｏｌ  ％、その標準偏差σｎ−１  は１．３ｖｏｌ％となり、実施例１のＮｏ．６の場合と比較して発泡増量を約１０％増加させることができた。
【００３０】
（実施例４）
図９に示すような形状のゴム型に、実施例１のＮｏ．３〜６  及び比較例のＮｏ．１４  、１５で作成した発泡石膏スラリーを流し込み、５０分後に脱型し、脱型時のデザイン欠けの発生状況を調査した。その結果、実施例１の発泡石膏スラリーを用いた場合には、石膏型作成総数４０個中、脱型時のデザイン欠け発生数は３  個であり、脱型不良率は７．５  ％であった。これに対して比較例の発泡石膏スラリーを用いた場合には、石膏型作成総数２０個中、脱型時のデザイン欠け発生数は３  個であり、脱型不良率は１５％であった。このように、本発明により得られた発泡石膏スラリーを用いれば、石膏型としての強度面でもバラツキが少なく良好であることが分かる。
【００３１】
（実施例５）
実施例４で作成した石膏型を１８０  ℃×１５ｈｒに加熱したうえ徐冷する方法で乾燥させた後、Ａ；実施例１の石膏型、Ｂ；比較例の石膏型のそれぞれについて、５個１組で１リングのリング状鋳型を作成し、図１０に示すような鋳造方案でＡ，Ｂそれぞれ３リングずつアルミ合金を鋳造した。
鋳造条件；使用アルミ合金ＡＣ４Ｃ、鋳込み温度６９０  ℃、枠予熱温度１５０  ℃、鋳込み重量２３０ｋｇ  、鋳込み後１２ｈｒ大気放冷後型バラシ。
得られた鋳物の真円度特性は表４の通りであり、本発明を利用して作成した石膏型を用いた鋳物の方が寸法特性が良いことが分かる。なお真円度は１リング当たり４０ポイントの測定値から求めた。
【００３２】
【表４】
0003560491.tif 000005
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば発泡石膏スラリーを意図する発泡増量で作成することができる。また攪拌作業を単純化できるので自動化対応も楽にできるようになるとともに、石膏型ならびにその石膏型を鋳型として用いた鋳物の品質向上及び生産性向上にも大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】実施例１を示す断面図である。
【図８】実施例３を示す断面図である。
【図９】実施例４のゴム型を示す断面図である。
【図１０】実施例５の鋳造方案を示す断面図である。
【図１１】従来の攪拌機の斜視図である。
【図１２】従来の攪拌方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  攪拌容器、２  回転円板、３  モータ、４  中心軸
【図１】
0003560491.tif 000006
【図２】
0003560491.tif 000007
【図３】
0003560491.tif 000008
【図４】
0003560491.tif 000009
【図５】
0003560491.tif 000010
【図６】
0003560491.tif 000011
【図７】
0003560491.tif 000012
【図８】
0003560491.tif 000013
【図９】
0003560491.tif 000014
【図１０】
0003560491.tif 000015
【図１１】
0003560491.tif 000016
【図１２】
0003560491.tif 000017