(57)【要約】【課題】  作業工数を増加させることなくクラックなどのない高品質の石膏鋳型を得られる乾燥作業を効率的に行うことができる石膏鋳型乾燥方法を供する。【解決手段】  加熱温度を上昇させながら石膏鋳型を加熱して脱水させる加熱工程と加熱温度を下降させながら石膏鋳型を冷却して結晶を変態させる冷却工程とからなり加熱温度制御により石膏鋳型を乾燥させる石膏鋳型乾燥方法において、加熱温度を段階的に上昇させることで加熱工程が実行され、加熱温度を段階的に下降させることで冷却工程が実行される石膏鋳型乾燥方法。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱温度を上昇させながら石膏鋳型を加熱して脱水させる加熱工程と加熱温度を下降させながら石膏鋳型を冷却して結晶を変態させる冷却工程とからなり加熱温度制御により石膏鋳型を乾燥させる石膏鋳型乾燥方法において、
加熱温度を段階的に上昇させることで加熱工程が実行され、加熱温度を段階的に下降させることで冷却工程が実行されることを特徴とする石膏鋳型乾燥方法。
【請求項２】
所定加熱温度を少なくとも最低維持時間一定に維持し、最低維持時間経過時に石膏鋳型の表面温度と内部温度の温度差が所定温度差以下にない場合は所定温度差以下になるまで維持時間を延長する制御を所定加熱温度ごとに行い加熱温度を段階的に変化させることを特徴とする請求項１記載の石膏鋳型乾燥方法。
【請求項３】
前記所定温度差が約10℃であることを特徴とする請求項２記載の石膏鋳型乾燥方法。
【請求項４】
前記加熱工程では、段階的に設定される所定加熱温度が、約120℃，約140℃，約160℃，約180℃，約230℃であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の石膏鋳型乾燥方法。
【請求項５】
前記冷却工程では、段階的に設定される所定加熱温度が、約180℃および約150℃であることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか記載の石膏鋳型乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石膏鋳型の乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石膏鋳型を製造する方法は、まず水に石膏を添加して撹拌して均一なスラリーにし、模型をセットした鋳枠内にこのスラリーを流し込み、スラリーが硬化した後、型抜きし、乾燥することで、石膏鋳型を製造する。
【０００３】
特に鋳肌や寸法精度に優れる鋳造用の石膏鋳型を製造する場合に、石膏中の水分の放出と結晶を変態して安定した結晶形態とする乾燥工程は最も重要な工程である。
石膏は熱伝導率が小さいので、石膏の表面と内部とで温度差を生じやすく、加熱乾燥工程においてこの温度差が大きくなり過ぎると、脱水による収縮率が表面と内部とで異なることで、クラックが生じるおそれがある。
【０００４】
そのため、従来の乾燥工程においては、石膏の表面と内部の温度差が大きくならないように、極めて緩慢に加熱し、次いで緩慢に冷却していたので、乾燥時間は長時間かかり、非効率的であった。
【０００５】
そこで、石膏鋳型に同石膏鋳型外と連通する貫通孔を備えて、石膏鋳型の表面とともに内部も貫通孔を通して熱が直接与えられるようにして表面と内部の温度差をなくしクラックの発生を防止する例（特許文献１参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平７−２５６３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、石膏鋳型に貫通孔を形成する加工を必要として、作業工数が増加することになるとともに、鋳型の形状によってはこの貫通孔の形成が難しい場合がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、作業工数を増加させることなくクラックなどのない高品質の石膏鋳型を得られる乾燥作業を効率的に行うことができる石膏鋳型乾燥方法を供する点にある。
【課題を解決するための手段および効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、加熱温度を上昇させながら石膏鋳型を加熱して脱水させる加熱工程と加熱温度を下降させながら石膏鋳型を冷却して結晶を変態させる冷却工程とからなり加熱温度制御により石膏鋳型を乾燥させる石膏鋳型乾燥方法において、加熱温度を段階的に上昇させることで加熱工程が実行され、加熱温度を段階的に下降させることで冷却工程が実行される石膏鋳型乾燥方法とした。
【０００９】
加熱工程で加熱温度を段階的に上昇させる加熱温度制御を行うので、加熱温度を一定に維持する段階で石膏鋳型の表面と内部の温度差を小さくでき、加熱工程全般に亘って石膏鋳型の表面と内部の温度差が所定温度以上に大きくなるのを回避してクラックの発生を防止しながら脱水を十分行う加熱工程を効率的に実行することができる。
【００１０】
また、冷却工程で加熱温度を段階的に下降させる加熱温度制御を行うので、加熱温度を一定に維持する段階で石膏鋳型の結晶形態をより安定した結晶形態に効率良く変態させることができるとともに、石膏鋳型の表面と内部の温度差が大きくなるのを防止することができる。
以上の加熱工程および冷却工程の双方を効率良く実行することができるので、乾燥工程の作業時間の短縮を図ることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の石膏鋳型乾燥方法において、所定加熱温度を少なくとも最低維持時間一定に維持し、最低維持時間経過時に石膏鋳型の表面温度と内部温度の温度差が所定温度差以下にない場合は所定温度差以下になるまで維持時間を延長する制御を所定加熱温度ごとに行い加熱温度を段階的に変化させることを特徴とする。
【００１２】
所定加熱温度を少なくとも最低維持時間一定に維持し、最低維持時間経過時に石膏鋳型の表面温度と内部温度の温度差が所定温度差以下にない場合は所定温度差以下になるまで維持時間を延長するので、脱水または結晶変態の作業を確実に行いながら、所定加熱温度ごとに石膏鋳型の表面温度と内部温度の温度差が所定温度差以下に抑えられ、温度差が大きくなり過ぎてクラックが発生するのが防止され効率良く脱水および結晶変態をなし、高品質の石膏鋳型を得ることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の石膏鋳型乾燥方法において、前記所定温度差が約10℃であることを特徴とする。
【００１４】
所定加熱温度ごとに石膏鋳型の表面温度と内部温度の温度差が約10℃以下に抑えられるので、乾燥工程全般に亘って該温度差が10℃を大きく上回ることがなく、クラックの発生を防止して効率良く乾燥させることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、前記加熱工程では、段階的に設定される所定加熱温度が、約120℃，約140℃，約160℃，約180℃，約230℃であることを特徴とする。
【００１６】
加熱工程で、加熱温度を約120℃に一定に維持することで、石膏鋳型の付着水の放出による膨張変形を緩和することができ、約140℃に一定に維持することで、付着水の放出後の収縮変形を緩和することができ、約160℃に一定に維持することで、石膏鋳型の結晶水の放出開始による膨張変形を緩和することができ、約180℃に一定に維持することで、結晶水の放出中における膨張変形を緩和することができ、約230℃に一定に維持することで、結晶水の完全放出を確保することができる。
このように石膏鋳型の膨張収縮の変形を緩和しながら脱水を完遂して鋳型の乾燥割れを防止しながら水分巣の発生を回避して高品質の石膏鋳型を得ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項２から請求項４までのいずれか記載の石膏鋳型乾燥方法において、前記冷却工程では、段階的に設定される所定加熱温度が、約180℃および約150℃であることを特徴とする。
【００１８】
冷却工程で、加熱温度を約180℃一定に維持することで、斜方晶の結晶形態がより安定した六方晶または立方晶に効率良く変態することができるとともに変態に伴う収縮変形を緩和することができ、加熱温度を約150℃一定に所定時間維持することで、六方晶の結晶形態がより安定した立方晶に効率良く変態することができるとともに変態に伴う収縮変形を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図３に基づいて説明する。
本実施の形態に係る石膏鋳型１は、タイヤを加硫成型するアルミニウム合金製の金型を鋳造する鋳型であり、石膏を水に溶かしたスラリーを鋳枠内で硬化して、型抜きした石膏鋳型１を、図１および図２に示す乾燥炉10で乾燥させる。
【００２０】
乾燥炉10は、石膏鋳型１を載置する台車11と台車11の全体を覆い加熱する釣鐘状の蓋部材21とからなる。
台車11は、４隅に車輪12を備えた矩形の基台13に支柱14が立設し、支柱14の途中高さに円板状の載置板15，16が適当な間隔を存して固着されている。
【００２１】
この上下２段の載置板15，16に、それぞれ型抜きした石膏鋳型１を載置するが、各載置板15，16には支柱14を中心に等距離位置に互いに等間隔に石膏鋳型１が載置される。
【００２２】
１つの石膏鋳型１には、温度センサ17，18がその表面と内部に装着されて、石膏鋳型１の表面温度と内部温度を検出することができる。
温度センサ17，18からは信号線17ａ，18ａが延出し、支柱14内を通って基台13の下方にぬけている。
【００２３】
一方、蓋部材21は、側壁22内にヒータ23が内蔵されている。
ヒータ23は釣鐘状の側壁22に中央最高部から放射方向に互いに等間隔に配設されて内部を略均等に加熱することができる。
この等間隔に配設されるヒータ23，23間の側壁22に縦に長尺の開口が形成されていて、同開口を開閉扉24が開閉自在に閉塞できるようになっている。
【００２４】
この釣鐘状の蓋部材21を台車11に被せ、台車11全体を蓋部材21が覆うようにして、ヒータ23を働かせると、蓋部材21内の載置板15，16に載置された複数の石膏鋳型１を偏りなく均等に加熱することができる。
また、開閉扉24を開き蓋部材21の開口を開放すると、内部を冷却することができる。
【００２５】
以上のような乾燥炉10によって、型抜きされた石膏鋳型１が乾燥される。
図３は、本実施の形態における該乾燥炉10による乾燥工程の加熱温度制御の過程と同温度制御による石膏鋳型１の表面と内部の温度変化を示したものである。
【００２６】
図３において、折れ線で示される実線がヒータによる加熱温度Ｈを示し、１点鎖線が石膏鋳型１の表面温度Ｔｏを示し、２点鎖線が石膏鋳型１の内部温度Ｔｉを示している。
石膏鋳型１の表面温度Ｔｏおよび内部温度Ｔｉは、前記温度センサ17，18によって検出することができる。
【００２７】
乾燥工程は、加熱温度を上昇させながら石膏鋳型１を加熱して脱水させる加熱工程と加熱温度を下降させながら石膏鋳型を冷却して結晶を変態させる冷却工程とからなる。
加熱工程においては、ヒータ設定温度を230℃程度まで段階的に上昇させるが、このヒータ設定温度Ｈの上昇に伴い石膏鋳型１の表面温度Ｔｏが僅かに遅れて追随して上昇する。
石膏鋳型１の表面温度Ｔｏの上昇変化率は、加熱温度の上昇変化率に略等しい。
【００２８】
これに対して、石膏鋳型１の内部温度Ｔｉは、石膏の熱伝達率が小さいので、表面温度Ｔｏよりさらに遅れて上昇する。
そして、内部温度Ｔｉの上昇変化率も表面温度Ｔｏの上昇変化率よりいくらか小さいので、ヒータによる加熱温度を上昇させているときは、石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴは徐々に大きくなっていく。
【００２９】
冷却工程においても同様に、ヒータ設定温度を段階的に下降させるが、このヒータ設定温度Ｈの下降に伴い石膏鋳型１の表面温度Ｔｏが僅かに遅れて追随して下降する。
さらに遅れて石膏鋳型１の内部温度Ｔｉが下降している。
【００３０】
そして、内部温度Ｔｉの下降変化率も表面温度Ｔｏの下降変化率よりいくらか小さいので、ヒータ設定温度を下降させているときは、石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴは徐々に大きくなっていく。
【００３１】
段階的に設定される加熱温度は、加熱工程で120℃，140℃，160℃，180℃，230℃の５段階であり、冷却工程で180℃および150℃の２段階である。
各設定加熱温度ごとにそれぞれ脱水または結晶変態の作業を確実に行うことができる最低維持時間が決められており、設定加熱温度を少なくとも決められた最低維持時間は一定に維持するよう制御される。
【００３２】
石膏は、概ね石膏の結晶と水分で構成されており、結晶としては立方晶，六方晶，斜方晶の３形態があり、立方晶，六方晶，斜方晶の順に安定度が低下する。
また、石膏に含まれる水分は、結晶内にとり込まれる結晶水と、結晶表面に付着する付着水と、その他残りの遊離水とからなる。
【００３３】
石膏に含まれるこれら水分の脱水が加熱工程で行われ、脱水後に結晶形態をより安定した形態に変態させるのが冷却工程である。
【００３４】
まず、加熱工程の第１段階Ｓ１では、加熱温度120℃一定に少なくとも最低維持時間ｔ１の２時間維持される。
加熱温度120℃近傍で石膏鋳型の付着水の放出があり、120℃一定に維持することで、付着水の放出による石膏鋳型１の膨張変形を緩和することができる。
そして少なくとも２時間120℃一定に維持することで、付着水の必要な放出を確保することができる。
【００３５】
図３に示す例では、第１段階Ｓ１の加熱温度120℃一定に維持する時間が、最低維持時間ｔ１の２時間を越えているが、これは、最低維持時間ｔ１経過時の石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴが10℃を越えていたので、温度差ΔＴが10℃以下となるまで維持時間を延長したものである。
【００３６】
なお、最低維持時間ｔ１経過時に温度差ΔＴが10℃以下であれば、維持時間を延長しない。
したがって、第１段階Ｓ１の終了時には、石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴは常に10℃以下となっている。
【００３７】
次ぎの第２段階Ｓ２では、加熱温度140℃一定に少なくとも最低維持時間ｔ２の１時間維持される。
加熱温度140℃近傍で石膏鋳型の付着水の放出後の収縮変形があり、140℃一定に維持することで、石膏鋳型の収縮変形を緩和することができる。
図３に示す例の第２段階Ｓ２では、最低維持時間ｔ２の１時間経過時の前記温度差ΔＴが10℃以下で、維持時間は延長されていない。
【００３８】
次ぎの第３段階Ｓ３では、加熱温度160℃一定に少なくとも最低維持時間ｔ３の２時間維持される。
加熱温度160℃近傍で石膏鋳型の結晶水の放出が開始し、160℃一定に維持することで、結晶水の放出による石膏鋳型１の膨張変形を緩和することができる。
【００３９】
そして少なくとも２時間160℃一定に維持することで、結晶水の放出開始時としては十分である。
図３に示す例の第３段階Ｓ３では、最低維持時間ｔ３の２時間経過時の前記温度差ΔＴが10℃以下で、維持時間は延長されていない。
【００４０】
次ぎの第４段階Ｓ４では、加熱温度180℃一定に少なくとも最低維持時間ｔ４の１時間維持される。
加熱温度180℃近傍で石膏鋳型の結晶水の放出が継続しており、180℃一定に維持することで、結晶水の放出による石膏鋳型１の膨張変形を緩和することができる。
【００４１】
そして少なくとも１時間180℃一定に維持することで、結晶水の必要な放出を確保することができる。
図３に示す例の第４段階Ｓ４では、最低維持時間ｔ４の１時間経過時の前記温度差ΔＴが10℃を越えているので、温度差ΔＴが10℃以下となるまで維持時間を延長している。
【００４２】
次いで、加熱工程の最後の第５段階Ｓ５では、加熱温度230℃一定に維持時間ｔ５の３時間維持される。
加熱温度230℃近傍で維持時間ｔ５の３時間維持されることで、石膏鋳型の結晶水の完全放出が確保される。
なお、維持時間ｔ５は、最低維持時間ではなく、３時間あれば前記温度差ΔＴは10℃以下となっており、延長することはない。
【００４３】
以上で石膏鋳型１から脱水を行う加熱工程を終了して、次ぎに冷却工程に入り、加熱温度を下げるとともに、乾燥炉10の釣鐘状の蓋部材21の開閉扉24を開いて内部の熱を放熱して冷却する。
【００４４】
まず、第６段階Ｓ６では、加熱温度180℃一定に少なくとも最低維持時間ｔ６の１時間維持される。
加熱温度180℃まで低下すると、結晶水放出後の冷却に伴う結晶１次変態による収縮変形があり、180℃一定に維持することで、結晶１次変態を効率良く実行するとともに、この収縮変形を緩和することができる。
【００４５】
この結晶１次変態により斜方晶の結晶形態がより安定した六方晶または立方晶に変態する。
図３に示す例の第６段階Ｓ６では、最低維持時間ｔ６の１時間経過時の前記温度差ΔＴが10℃を越えているので、温度差ΔＴが10℃以下となるまで維持時間を延長している。
【００４６】
次ぎの第７段階Ｓ７では、加熱温度150℃一定に少なくとも最低維持時間ｔ７の１時間維持される。
加熱温度150℃まで低下すると、結晶水放出後の冷却に伴う結晶２次変態による収縮変形があり、180℃一定に維持することで、結晶２次変態を効率良く実行するとともに、この収縮変形を緩和することができる。
【００４７】
この結晶２次変態により六方晶の結晶形態がより安定した立方晶に変態する。
こうして石膏鋳型１の結晶形態は、最も安定した立方晶に全て変態することで、石膏鋳型１の強度は高く維持される。
図３に示す例の第７段階Ｓ７では、最低維持時間ｔ７の１時間経過時の前記温度差ΔＴが10℃以下で、維持時間は延長されていない。
【００４８】
その後、さらに冷却して加熱温度を下げ、120℃以下で石膏鋳型１を取り出す。
好ましくは、70℃付近で取り出すのが良い。
なお、120℃領域以下からは、乾燥設備内の湿度に応じて鋳型に水分が吸収されるため、外気を遮断して冷却する必要がある。
【００４９】
以上のように、加熱工程で加熱温度を段階的に上昇させるので、脱水に伴う石膏鋳型１の膨張変形を緩和し、冷却工程で加熱温度を段階的に下降させるので、脱水後の冷却による結晶変態に伴う石膏鋳型１の収縮変形を緩和することができ、石膏鋳型１の変形歪みを防止することができる。
【００５０】
所定加熱温度を少なくとも最低維持時間一定に維持し、最低維持時間経過時に石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴが10℃以下にない場合は10℃以下になるまで維持時間を延長するので、脱水または結晶変態の作業を確実に行いながら、所定加熱温度ごとに石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴが10℃以下に抑えられ、温度差が大きくなり過ぎてクラックが発生するのが防止され効率良く脱水および結晶変態をなす。
【００５１】
以上の本実施の形態に係る石膏鋳型乾燥方法により乾燥させた石膏鋳型は、クラックは皆無であり、鋳造巣も０個ないし２個と極めて少ない高品質の石膏鋳型である。
上記温度制御をせずに、石膏鋳型１の表面温度Ｔｏと内部温度Ｔｉの温度差ΔＴが、いずれかの段階で10℃を大きく上回ることがあると、クラックが生じ、鋳造巣も10個以上の多数形成されてしまう。
【００５２】
本実施の形態に係る石膏鋳型乾燥方法は、石膏鋳型に貫通孔などの加工を施すことがなく、作業工数を増加することなく、効率的に乾燥作業を行うので、作業時間も短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る乾燥炉の蓋部材を開いた状態の斜視図である。
【図２】同蓋部材を閉じた状態の斜視図である。
【図３】本実施の形態における乾燥炉による乾燥工程の加熱温度制御の過程と同温度制御による石膏鋳型の表面と内部の温度変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１…石膏鋳型、10…乾燥炉、11…台車、12…車輪、13…基台、14…支柱、15，16…載置板、17，18…温度センサ、21…蓋部材、22…側壁、23…ヒータ、24…開閉扉。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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