(57)【要約】鋳造プロセスで使用するための造型品を製造する方法において、砂粒子をタンパク質及び水と混合して砂粒子にタンパク質を被覆する。次いで、タンパク質を被覆した砂粒子を乾燥し、パターン型に吹き込んで、被覆砂粒子の積極的冷却を行なうことなしに造型品を形成する。次いで、その造型品に蒸気を通過させて、タンパク質を水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間に結合を形成させる。最後に、熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させる。これをもって、溶融金属を鋳造するのに使用するためのタンパク質被覆の砂型中子が形成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造プロセスで使用するための造型品を製造する方法であって、
ａ．砂粒子にタンパク質及び水を混合して砂粒子にタンパク質を被覆すること、
ｂ．タンパク質を被覆した砂粒子を乾燥すること、
ｃ．乾燥したタンパク質被覆砂粒子を積極的冷却を行なうことなしに型に吹き込むこと、
ｄ．タンパク質被覆砂粒子に蒸気を通過させて、タンパク質を水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間に結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｅ．熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させること、
を含んでなる、造型品の製造方法。
【請求項２】
前記タンパク質がゼラチンのタイプである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ゼラチンを前記砂の重量の約０．５〜２．０％で使用する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ゼラチン対水の比が、約１：１〜１：５である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ゼラチン対水の比が、約１：２〜１：３である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記乾燥工程を熱を使用して実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱が約６０〜１２０℃である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記混合及び乾燥工程を同時に実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記蒸気を、約３〜４ｐｓｉで約２０秒間にわたって前記造型品に通過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記の熱い乾燥空気を約１５０秒間にわたって前記造型型に通過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記の熱い乾燥空気が、ほぼ周囲温度から３００℃までである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記の熱い乾燥空気が、約１００〜１５０℃である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
下記の工程：
ａ．熱を供給しながら、砂粒子にゼラチン及び水を混合して、熱によってゼラチンを溶融させ、砂粒子に対するゼラチンの被覆を行い、かつゼラチンを被覆した砂粒子を乾燥すること、
ｂ．乾燥したゼラチン被覆砂粒子を積極的冷却を行なうことなしに型に吹き込むこと、
ｃ．ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間に結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｄ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項１４】
前記熱が約６０〜１２０℃である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
下記の工程：
ａ．砂粒子にゼラチン及び水を混合して混合物を調製すること、
ｂ．前記混合物に熱を供給して、砂粒子に対するゼラチンの被覆を行い、かつ水を乾燥させて混合物を乾燥すること、
ｃ．前記混合物を磨砕して、その混合物を自由流動性となすこと、
ｄ．乾燥したゼラチン被覆砂粒子を型に吹き込むこと、
ｅ．前記ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間に結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｆ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項１６】
前記混合物を１つのオーブンで加熱し、乾燥する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
下記の工程：
ａ．砂粒子を４０℃超まで加熱すること、
ｂ．加熱した砂粒子にゼラチン及び水を混合して、加熱した砂粒子でゼラチンを溶融させ、砂粒子をゼラチンで被覆すること、
ｃ．ゼラチン被覆砂粒子を乾燥すること、
ｄ．乾燥したゼラチン被覆砂粒子を型に吹き込むこと、
ｅ．前記ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間に結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｆ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項１８】
前記混合及び乾燥工程を同時に実施する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
下記の工程：
ａ．砂粒子にタンパク質及び水を混合して砂粒子に対してタンパク質の被覆を行うこと、
ｂ．タンパク質被覆砂粒子を乾燥すること、
ｃ．乾燥したタンパク質被覆砂粒子を型に吹き込むこと、
ｄ．前記砂粒子を被覆したタンパク質を前記型の内部で再水和して、隣接する砂粒子の間に結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｅ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項２０】
前記タンパク質がゼラチンのタイプである、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンドコア（砂型中子）及び砂型中子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を鋳造するための鋳型は、鋳造品の内部及び外部の形状を規定するためにいくつかの型部材を一緒に機能させることを含んでいる。そのような型部材には、鋳造品の内部キャビティを形成し、造型するためのコア（中子）部材がある。中子部材は、一般的には、砂にバインダを混合し、砂−バインダ混合物を金属鋳造品を製造するのに所望の形状に付形するためのパターンを備えた型にその砂−バインダ混合物を導入し、そしてパターン型内でバインダをキュアリング／硬化させてバインダを硬化させ、かつ型成形性材料の形状を固定することによって製造されている。
【０００３】
砂のためのバインダとしてはゼラチンが使用されている。ゼラチンが望ましい理由としては、それが水溶性であり、環境にやさしく、多くの砂−バインダシステムで使用されている合成樹脂に比較してコスト的に安いということが挙げられる。加えて、合成樹脂バインダで必要とされるものに比較して、バインダを熱的に減成させるためにゼラチンのタンパク質構造の結合を破壊するのに必要とされる熱がより少量である。結果として、型部材が中子である場合には、溶融金属の熱によってゼラチンバインダが容易に分解せしめられ、よって、例えば振動や打撃のような追加の処理を最小限に抑えたなかで鋳造品から中子の砂型を容易に取り除くことが可能である。さらに、ゼラチンは水溶性であるので、鋳造品から機械的に取り除き得なかった砂を水を使って容易に洗い流すことができる。また、ゼラチンには溶解性があるので、他の型部材を作成するために砂をリサイクルし、再使用するため、砂からバインダを洗い流すことが容易に可能であり、よって、型ごとに新品の砂を使用するコストを削減することができる。
【０００４】
ゼラチンは、コラーゲン、動物類のスキン、骨、皮及び白色結合組織の主たる蛋白成分を部分的に加水分解することによって得られる蛋白物質であり、本質的には、主としてグリシン、プロリン、ヒドロキシプロリン、アラニン及びグルタミン酸を包含するアミノ酸を含むポリペプチド類の均質な混合物である。ゼラチンは、精肉産業の副産物として商業的に市販されている。“乾燥した”市販のゼラチンは、実際、それに同伴した水が約９〜１２重量％であり、そして約１．３〜１．４の比重をもった本質的に無味無臭の脆い固体である。ゼラチンは、約１５，０００から２５０，０００超までの間で変動する広範囲の分子量を有しているけれども、当業者の公知な適当な分別法によって互いを分離することが可能である。ゼラチンは、“ブルーム(Bloom)”評価点又は数として知られたカテゴリーによって分類することができる。ブルーム評価点又は数は、異なるゼラチンから形成されたゲルの強度を格付けするためのシステムであるブルーム法によって決定される。高いブルーム評価点／数を有しているゼラチンは、低いブルーム評価点／数を有しているゼラチンよりも平均分子量がより大きなポリペプチド類から主として構成されている。ブルーム評価点／数は、ゼラチンから形成されたゲルの強度を評価することによって決定される。一般的には、ブルーム試験のために使用されるものと同一のゼラチンサンプルを使用することによって、ブルーム評価点／数と同時にゼラチンの粘度が測定される。ゼラチンの粘度は、一般的にはブルーム評価点／数と相関関係がある。換言すると、ブルーム評価点／数が増加した場合には粘度も増加する。
【０００５】
米国特許第５，３２０，１５７号(Siak et al.)は、砂型中子部材のためのものであって、バインダ中に第２鉄化合物が混入されている改良されたゼラチンバインダを教示している。第２鉄化合物は、鋳造プロセスにおけるバインダの熱的破壊を促進して、使用の済んだ砂を鋳造品から取り除くのを簡単にする。
【０００６】
米国特許第５，５８２，２３１号(Siak et al.)は、ゼラチン被覆の砂を型に吹き込む前にそのゼラチン被覆の砂を、再水和を伴ってあるいは伴わないで、周囲温度あるいはそれ以下まで冷却することを要求している。この冷却工程を行うと、水和された時にゼラチン被覆がゲル化し、砂の粘着性がより低くなるであろう。冷却工程は、溶融金属が存在するために環境が一般的に温かい金属鋳造向上の場合、経費のかかる冷却システムを必要とする可能性がある。水和を行った場合には、被覆後の砂の温度が周囲温度を上回り、ゼラチンゲルの被覆が溶融し、砂が粘着性を示して、砂の流動性が阻害されることとなる。しかし、もしも水和後の被覆砂を冷却したとしても、その被覆砂は依然として、乾燥した砂や、フェノール系ウレタン（コールドボックス）樹脂を被覆した砂と同じレベルで流動することがない。
【０００７】
Siak et al.に対するもう１つの特許である米国特許第５，７４９，４０９号において、ゼラチン被覆砂から形成された鋳造用中子に対して屈折性粒子のトップコートを適用する方法が開示されている。中子の表面に対して有機の防水層が適用され、次いで耐熱性の粒子が水性懸濁液として適用される。防水層は、水性懸濁液中の水に由来する劣化から中子を保護する。中子は、米国特許第５，３２０，１５７号の記載に従って形成される。
【０００８】
米国特許第２，１４５，３１７号(Salzberg)は、鋳造用の焼成中子を製造するため、例えばゼラチンのような蛋白材料と結晶化可能な炭水化物の混合物を結合材料として使用することを教示している。中子の型の形成方法は、一般的な言葉で検討されている。
【０００９】
水を使用して鋳造製品から砂型中子を取り除く方法は、米国特許第５，２６２，１００号(Moore et al.)において教示されている。この特許は、炭水化物や例えばゼラチンのようなタンパク質を包含するバインダ材料を開示している。中子砂型を形成するための一般的な方法が記載されている。
【００１０】
米国特許第５，５８０，４００号(Anderson et al.)は、ゼラチンを含む有機バインダによって繊維強化凝集物を一緒に保持することによって形成されたパッケージング材料を開示している。成形品を形成するための種々の方法が開示されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
鋳造プロセスで使用するための造型品を製造するものであって、好ましい１態様による方法では、砂粒子にタンパク質及び水と混合して砂粒子に対してタンパク質の被覆を行う。次いで、タンパク質を被覆した砂粒子を乾燥し、積極的冷却（アクティブ・クーリング）を行なうことなくパターン型に吹き込む。次いで、タンパク質被覆砂粒子に蒸気を通過させて、タンパク質を水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間に結合を形成させ、造型品を形成する。その後、熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させる。
【００１２】
砂型中子を製造するものであって、好ましい１態様による方法では、熱を供給しながら、砂粒子にゼラチン及び水を混合する。熱がゼラチンを溶融させ、砂粒子に対するゼラチンの被覆を行い、かつゼラチンを被覆した砂粒子を乾燥する。乾燥したゼラチン被覆砂粒子を積極的冷却を行なうことなしに型に吹き込み、次いで、ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間で結合を形成させて造型品を形成する。次いで、熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させる。
【００１３】
砂型中子を製造するものであって、もう１つの好ましい態様による方法では、砂粒子にゼラチン及び水を混合して混合物を調製する。その混合物に熱を供給して、砂粒子に対するゼラチンの被覆を行い、かつ水を乾燥させて混合物を乾燥する。次いで、乾燥した混合物を磨砕して、その混合物を自由流動性となし、そして乾燥したゼラチン被覆砂粒子を型に吹き込む。ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間で結合を形成させて造型品を形成する。熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させる。
【００１４】
砂型中子を製造するものであって、もう１つの好ましい態様による方法では、砂粒子を４０℃超まで加熱し、次いでゼラチン及び水を混合する。その際、加熱した砂粒子でゼラチンを溶融させ、砂粒子をゼラチンで被覆する。次いで、ゼラチン被覆砂粒子を乾燥し、型に吹き込む。ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間で結合を形成させて造型品を形成する。熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させる。
【００１５】
砂型中子を製造するものであって、もう１つの好ましい態様による方法では、砂粒子にタンパク質及び水を混合して砂粒子に対してタンパク質の被覆を行う。次いで、タンパク質被覆砂粒子を乾燥し、型に吹き込む。次いで、砂粒子を被覆したタンパク質を型の内部で再水和して、隣接する砂粒子の間で結合を形成させて造型品を形成する。次いで、熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、砂型中子を製造するための従来の方法を示している。従来の技術は、一般的に、砂粒子にゼラチンの水溶液を約８０〜１００℃で被覆し、被覆後の粒子をほぼ周囲温度（例えば、２１±２℃）まで冷却して、中子のブロー成形に先がけてゼラチンのゲル化を促進し、次いで、ゲル被覆の砂をコンディショニングして被覆中の水含有量を７０〜８５重量％になすことを提案している。このプロセスでは、コアボックスに砂を吹き込む前に砂の冷却を行っていることが重要である。なぜなら、もしも砂が温かい場合、ゼラチンが粘着性となり、コアボックス中に砂が容易に流動しなくなるであろうからである。被覆し、コンディショニングした後の砂をパターン型に吹き込むけれども、このパターン型は、ゼラチンゲルの溶融と砂粒子間におけるゼラチン結合の形成を促進するため、８０〜１２０℃であるかもしくはそのような温度まで加熱される。ゼラチンは、多孔質の造型中子に熱い乾燥空気を通過させることによって硬化せしめられ、水の含有量が１５重量％未満まで低下される。吹き込み工程中における温度の調整は、ゼラチンの早期の乾燥を防止することに関して臨界的であると思われる。早期の乾燥は、被覆後の砂における“粘着性発現”を引き起こし、装置を閉塞させる。
【００１７】
図２は、鋳造プロセスで使用するための造型品を製造するための、好ましい態様による方法を示したものである。一般的に述べると、本発明は、乾燥したゼラチン被覆砂粒子を使用し、それらの被覆砂粒子をコアボックスに吹き込み、コアボックス内を通過する蒸気でゼラチンを水和し、溶融させ、次いで、乾燥空気のパージでゼラチンを乾燥して隣接する砂粒子の間でゼラチンを硬化させることを含む方法である。本発明の好ましい１態様は、参照することによってその記載を本願明細書に記載したこととする米国特許第５，５８２，２３１号(Siak et al.)に開示されるタイプのゼラチンを利用する。なお、この技術分野において公知なその他のゼラチン又はタンパク質バインダを本プロセスで使用できることを理解されたい。しかし、本発明の場合、被覆後の砂を積極的冷却することを必要とせず、また、被覆後の砂は、乾燥した砂と同様に優れた流動特性を有している。ゼラチンを被覆した砂が流動特性を有しているということは、商業的な鋳造工場で使用されている自動中子製造装置において砂を適正に機能させるという点において重要である。砂は、中子吹き込みの準備中、中子製造装置の上に配置されたホッパーから砂カセットに容易に流動するものでなければならない。またその後、砂は、高圧空気を使用して中子の吹き込みを行う間、コアボックス中に均一に流動するものでなければならない。
【００１８】
この好ましい態様において、最初に、熱源を備えたマラー（混合機）で砂粒子、水及びゼラチンを砂粒子がゼラチンで被覆されるまで混合し、次いでゼラチンを乾燥する。ゼラチンは、砂の重量の約０．５〜２．０％で使用する。ゼラチン対水の比は、約４０℃であるところのゼラチンの融点超に加熱した時にゼラチンの溶液が形成され、そのゼラチン溶液が、砂粒子の周囲を流動してそれらの粒子を被覆するのに十分に低い粘度を備えるのに十分であるようにすべきである。ゼラチン対水の比は、約１：１〜１：５とすべきであり、ゼラチン対水の最適な比は、１：２〜１：３である。この点に関して、過剰量の水は、乾燥プロセスでそれを除去するためにより多量のエネルギーを必要とする。水は、ゼラチンを溶融させるのに必要とされるものよりも過剰量の熱を混合物に対して供給することによって、混合を行う間にゼラチン被覆砂粒子から乾燥させることができる。実際において、このことは約６０〜１２０℃の温度を使用することを意味し、混合物の最適温度は、約８０〜９０℃である。熱源は、加熱されたマラーであってもよく、あるいはマラー中で砂を水及びゼラチンと混合する前に加熱された砂であってもよい。本発明ではマラーを利用しているけれども、ゼラチン、砂及び水を妥当な長さの時間で均一に混合できるような任意のタイプの混合装置（ミキサー）を使用してもよい。混合工程で熱を使用することで、ゼラチンが溶融せしめられて砂粒子を被覆し、過剰の熱によってゼラチン被覆砂粒子から水分が乾燥せしめられる。ゼラチンは、そのゼラチンがゼラチン重量を基準にして１５％未満の水分を含有するように乾燥されるべきである。ミキサー中で混合物を乾燥するのが便宜であるが、これは、ミキサーによって被覆砂を粉砕して、型に移したり吹き込んだりするのが容易な自由流動性材料となすことができるからである。乾燥したゼラチン被覆砂粒子は、それをマラーから取り出した時、約６５〜９５℃である。しかし、ゼラチン被覆砂粒子は、ゼラチンを乾燥し、そして風乾するかもしくは上記温度のオーブンで乾燥する前にミキサーから取り出すことができる。次いで、乾燥した被覆砂を磨砕して、型に吹き込むためにそれを自由流動性となす必要性があるであろう。再びゼラチンを乾燥して、それがゼラチンの重量を基準にして１５％未満の水分を含有するようにすべきである。
【００１９】
加熱されたマラーで砂に被覆を施し、ゼラチンを乾燥させた後、従来の技術において必要とされているような、被覆砂粒子を型に吹き込む前にその被覆砂粒子を積極的に冷却することは不必要である。システムの大きさによるけれども、被覆砂粒子をマラーから型に移す間に被覆砂粒子についてある程度の冷却を行なってもよく、但し、被覆砂粒子の積極的冷却は、本プロセスにおける必要な工程ではない。本発明によれば、被覆工程において回収された乾燥した被覆砂粒子をパターン型に直接的に吹き込むことによって、積極的冷却及びコンディショニングの工程を省略することができる。被覆砂粒子を型に吹き込む際の温度は、その温度が水の沸点を下回る限りにおいて、問題とはならない。乾燥した自由流動性の被覆砂粒子は、それをパターン型に吹き込んでいる間に一緒に塊状化したりパターン型の側壁に付着したりすることがなく、また、このことは、パターン型内において砂粒子中に空隙が形成されないので、均一な砂型を作製する手助けでもある。
【００２０】
中心部の断面積が１平方インチである標準的な形状を備えた“イヌ骨状(dog bone)”試験中子を使用した好ましい態様において、約１００ｇの乾燥した被覆シリカ砂粒子を約２１〜６６℃の好ましい温度範囲の型に吹き込む。本発明において使用した“イヌ骨状”試験中子は、参照することによってその内容を記載したものとする文献：Procedure AFS3301-00-S, Mold & Core Test Handbook, 3rd Edition, American Foundry Society, Des Plaines, Illinois, Copyright 2001に示され、記載された寸法を有している。次いで、３〜４ｐｓｉの低圧蒸気を約１０５℃の中子型に約２０秒間にわたって通過させてゼラチンを水和し、隣接した砂粒子間におけるゼラチンの結合を促進させる。必要とされる蒸気の量は、適当量の水分を提供して、砂を被覆したゼラチンが水和され、溶融され、そして砂粒子間で流動して砂粒子間の結合を形成するのに十分なものである。蒸気の使用量を定量することは難しいけれども、蒸気の重量はおそらくは使用されたゼラチンの重量の約１〜２倍である。型及び被覆砂の温度は、砂の上で水が凝縮してゼラチンを溶融させるようなものとなすべきであり、このことは一般に、温度は１００℃よりも低温であるべきであることを意味している。
【００２１】
最後に、熱い乾燥空気を約１５０秒間にわたって中子型を通過させ、ゼラチンを硬化させる。乾燥空気の温度は、周囲温度の近傍から３００℃までの非常に広い範囲であることができ、好ましい範囲は約１００〜１５０℃である。乾燥空気で、型内の砂から水分を除去する。型と砂の熱は、最終的に水分を蒸発させるのに十分なエネルギーを供給するであろうし、その結果、ゼラチンは、そのゼラチンの重量の約１５％未満の水分を含有し、また堅いので、砂型中子はそれを型から取り出した後でもその形状を保持するであろう。加熱された空気を使用すると、乾燥工程が単に促進されるであろうし、また、中子を製造するのに要する時間が短縮されるので有利である。蒸気及び乾燥空気を型に通す時間は、型の寸法、型内における砂の量、型の温度及び蒸気の使用量に応じて変化させてもよいということが理解される。
【００２２】
次いで、ゼラチン被覆後の砂型中子を取り出し、使用の準備をする。本発明の場合、冷却工程を省略することによってエネルギーを節約することができ、また、砂を型に吹き込む前のコンディショニング工程を省略することによってプロセスの効率を向上させることができる。また、市販の中子吹き込み装置における砂成形カセットやブロープレートを積極的冷却に供する必要性がなくなる。さらに加えて、本発明では、加熱されたコアボックスと接触したチューブによって引き起こされるブローチューブ内におけるゼラチン被覆砂の乾燥及び硬化が省略される。
【００２３】
先に検討したように、ゼラチン被覆砂から砂型中子を製造するために使用される標準的な方法は、砂を室温もしくはそれ以下まで冷却し、次いで、ゼラチンを水和させるため、２〜３％の冷水（ゼラチン被覆１％と仮定して砂重量に基づく）を添加することからなっている。この混合物を加熱された中子型に吹き込み、短時間の一時停止時間の後、熱い空気を中子に通してゼラチンを乾燥させ、砂型中子を硬化させる。ここで、水和後の砂の温度をゼラチン被覆の融点を下回るようにすることが重要である。もしも中子の吹き込みを行なう前にゼラチンの溶融が開始すると、砂が粘着性を帯びるようになるであろうし、また、型に対して均一な吹き込みを行なうことができないであろう。水和後の砂を低温に保つこの要求のため、機械や周囲の温度がしばしばゼラチンの融点（ゼラチンは、約２５〜３０℃の融点を有する）を上回ることが起こり得るような鋳造工場では、砂を冷却することが実際の実施において必要となる。鋳造環境において水和後の砂を冷却するという要求を回避するため、乾燥した被覆砂を型に吹き込み、その型に蒸気をフラッシュし、次いで熱い空気で乾燥するという試験を設定した。
【００２４】
初期の試験では、シリカ砂の一種である４０８６ｇの標準的な５５ｇｆｎ（grain fineness number；砂の平均粒径の測定値である）湖砂を使用した。１９９９年２月下旬のテクニサンド(Technisand)産の１％ＧＭＢＯＮＤTMゼラチンで被覆した砂を室温被覆砂として使用した。加熱された被覆砂を作製するため、この砂を約１０５℃まで加熱し、約４１ｇの１％ＧＭＢＯＮＤTMゼラチンとともに電気的に加熱されたマラーに収容した。次いで、８２ｇの水をマラーに添加し、砂が乾燥し、自由流動状態となるまで砂を混合した。約５５℃でイヌ骨状中子を製造するため、乾燥砂をマラーから直接的に取り出した。図３は、ゼラチン被覆砂をそれを中子型に吹き込む前に水和するのではなくて、中子型内においてゼラチン被覆砂を水和するために蒸気を使用することについて評価を行なうために使用した装置の据え付けを示したものである。
【００２５】
初期の試験において、上記した寸法を有し、良好な強度（２００ｐｓｉよりも大きな破壊力）をもち、約１００ｇのシリカ砂を含有し、中心部断面積が１平方インチである標準形状を備えた“イヌ骨状”中子を次のような方法で製造した：最初に、被覆直後であって周囲温度あるいは約５５℃の乾燥した被覆砂を約１００℃のイヌ骨状中子型に吹き込んだ。その型に、乾燥空気装入口を使用して蒸気を２０秒間にわたってフラッシュした。３〜４ｐｓｉの蒸気を使用して、約１０４〜１０６℃となった。次いで、５０ｐｓｉで約２００℃の熱い乾燥空気を空気装入口を使用して１５０秒間にわたって型にフラッシュした。なお、１５０秒間とは、通常のイヌ骨中子の製造手順で使用される時間であり、より短縮された時間を使用できた。破壊強度は良好であったけれども、表面仕上げの状態は、標準的なイヌ骨状中子とまったく同じように良好ではなかった。このことは、蒸気のために空気装入口を使用したこと及び（又は）蒸気の管路において少量の凝縮物があったことに原因があるものと推測される。
【００２６】
これらの試験から、最適な設定値を決定した。中子型の最良温度は約１００℃であり、吹き込み用の空気は１００ｐｓｉで室温である。蒸気は３ｐｓｉであり、コアボックスは、そのコアボックスの内側に凝縮物が蓄積するのを防止するために水抜きを行なうパージを備える。コアボックスを通って蒸気が連続的に流れることが重要であり、その結果、コアボックスの内側に水が溜まることはない。砂の装入口を開口部を覆うカードで塞ぎ、乾燥空気を型内を通過させる一方で加圧された砂のカセットによって押さえつける。最良の乾燥空気圧力は５０ｐｓｉであり、温度は２００℃であり、一時停止時間は１５秒間であり、そして乾燥時間は１５０秒間である。結果は、下記の第１表に記載してある。これらの設定値は、良好な破壊強度及び妥当な表面硬さを有するイヌ骨状中子を製造することに関して見出された最適値である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
いろいろな設定値の試験において満足度に乏しい結果が得られた。型を標準水和砂イヌ骨状中子プロセスで使用される１４９℃とした場合には、破壊強度は満足できるものであったけれども、表面が非常に劣ったものであった。このことは、おそらく、型の表面において砂が非常に熱く、蒸気がゼラチンを水和し、結合させたことに原因がある。型を７０℃とした場合には、イヌ骨状中子をオーブンで乾燥するまで破壊強度は不可であることが認められた。砂装入口にカバーを付けないで、それをフォイルプレート内で使用して加圧砂カセットを押し付けるようにした時、乾燥空気を導入した場合に、固化が始まる前の段階で砂の一部が頂部から吹き出してしまった。砂装入口を塞いだ場合には、イヌ骨状中子型の頂部の角に備えた空気抜きから空気がなおも逃出可能である。乾燥空気の圧力を１００ｐｓｉから５０ｐｓｉまで低下させた場合には、砂が吹き出る傾向が低下せしめられるか、さもなければイヌ骨状中子の底にある２個の空気装入口で複数の細孔が作られた。１４９℃の標準空気温度の時、イヌ骨状中子は、１５０秒間の間に完全に乾燥したとは認められなかったけれども、温度を２００℃まで上昇させた場合には、イヌ骨状中子が乾燥したことが認められた。蒸気の圧力を増加させると、空気装入口のところで複数の細孔の形成が引き起こされた。ちょうど２０秒間を超える蒸気時間を適用した場合、過剰な水分が添加されたことが認められた。約１０秒で、イヌ骨状中子型の空気抜きから蒸気が流れ出ているのを見ることができ、２０秒間の蒸気パージの時、より短時間である場合に比較してより一貫性のある結果が得られるということが認められた。型の両側面に装入口を設けたことで、特に蒸気乾燥空気装入口が配置されている側面で、最適な設定値を使用したイヌ骨状中子の表面硬さをおそらくは改良することができた。
【００２９】
上述の詳細な説明、実施例及びデータは、本発明の組成物の製造及び使用について完全に記載するものである。本発明の精神及び範囲から外れることなく本発明の多くの態様を実施できるので、本発明は、添付の特許請求の範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】砂型中子を製造するための従来の方法を示したものである。
【図２】砂型中子を製造するための本発明の方法を示したものである。
【図３】中子用の型でゼラチン被覆砂型を水和するために蒸気を使用することを評価するために使用される装置の据え付けを示したものである。
【図１】
2005519765.tif 000003
【図２】
2005519765.tif 000004
【図３】
2005519765.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月28日(2005.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造プロセスで使用するための造型品を製造する方法であって、
ａ．砂粒子にタンパク質及び水を混合して砂粒子にタンパク質を被覆すること、
ｂ．タンパク質を被覆した砂粒子を乾燥すること、
ｃ．乾燥したタンパク質被覆砂粒子を積極的冷却を行なうことなしに型に吹き込むこと、
ｄ．タンパク質被覆砂粒子に蒸気を通過させて、タンパク質を水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間にタンパク質結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｅ．熱い乾燥空気を造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させること、
を含んでなる、造型品の製造方法。
【請求項２】
前記タンパク質がゼラチンのタイプである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ゼラチンを前記砂の重量の０．５〜２．０％で使用する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ゼラチン対水の比が、１：１〜１：５である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ゼラチン対水の比が、１：２〜１：３である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記乾燥工程を熱を使用して実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱が６０〜１２０℃である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記混合及び乾燥工程を同時に実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記蒸気を、３〜４ｐｓｉで２０秒間にわたって前記造型品に通過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記の熱い乾燥空気を１５０秒間にわたって前記造型品に通過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記の熱い乾燥空気が、周囲温度から３００℃までである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記の熱い乾燥空気が、１００〜１５０℃である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
下記の工程：
ａ．熱を供給しながら、砂粒子にゼラチン及び水を混合して、熱によってゼラチンを溶融させ、砂粒子に対するゼラチンの被覆を行い、かつゼラチンを被覆した砂粒子を乾燥すること、
ｂ．乾燥したゼラチン被覆砂粒子を積極的冷却を行なうことなしに型に吹き込むこと、
ｃ．ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間にゼラチン結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｄ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項１４】
前記熱が６０〜１２０℃である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
下記の工程：
ａ．砂粒子にゼラチン及び水を混合して混合物を調製すること、
ｂ．前記混合物に熱を供給して、砂粒子に対するゼラチンの被覆を行い、かつ水を乾燥させて混合物を乾燥すること、
ｃ．前記混合物を磨砕して、その混合物を自由流動性となすこと、
ｄ．乾燥したゼラチン被覆砂粒子を型に吹き込むこと、
ｅ．前記ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間にゼラチン結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｆ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項１６】
前記混合物を１つのオーブンで加熱し、乾燥する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
下記の工程：
ａ．砂粒子を４０℃超まで加熱すること、
ｂ．加熱した砂粒子にゼラチン及び水を混合して、加熱した砂粒子でゼラチンを溶融させ、砂粒子をゼラチンで被覆すること、
ｃ．ゼラチン被覆砂粒子を乾燥すること、
ｄ．乾燥したゼラチン被覆砂粒子を型に吹き込むこと、
ｅ．前記ゼラチン被覆砂粒子に蒸気を通過させて、ゼラチンを水和し、溶融させ、よって、隣接する砂粒子の間にゼラチン結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｆ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のゼラチン結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項１８】
前記混合及び乾燥工程を同時に実施する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
下記の工程：
ａ．砂粒子にタンパク質及び水を混合して砂粒子に対してタンパク質の被覆を行うこと、
ｂ．タンパク質被覆砂粒子を乾燥すること、
ｃ．乾燥したタンパク質被覆砂粒子を型に吹き込むこと、
ｄ．前記砂粒子を被覆したタンパク質を前記型の内部で再水和して、隣接する砂粒子の間にタンパク質結合を形成させて造型品を形成すること、及び
ｅ．熱い乾燥空気を前記造型品に通過させて、隣接する砂粒子間のタンパク質結合を硬化させること、
を含んでなる、砂型中子の製造方法。
【請求項２０】
前記タンパク質がゼラチンのタイプである、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2005519765.tif 000006
2005519765.tif 000007