(57)【要約】【課題】鋳造品から砂中子を短時間で効率良く除去できるとともに、除去崩壊した廃砂をそのまま再生（再使用）できる除去装置を提供する。【解決手段】砂中子１が鋳込まれた造品２から砂中子１を除去する装置１０であり、この除去装置１０は、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する装置であって、
過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれた砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源とを備えている砂中子の除去装置。
【請求項２】
砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する装置であって、
過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれた砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源と、鋳造品に打撃を与える打撃手段及び又は鋳造品に振動を与える振動手段とを備えている砂中子の除去装置。
【請求項３】
前記過熱水蒸気発生装置が、飽和水蒸気を作るボイラーと、このボイラーで作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーターとからなる場合に、前記酸素供給源は、ボイラーとヒーターとをつなぐ飽和水蒸気管路に夫々接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂中子の除去装置。
【請求項４】
前記過熱水蒸気発生装置が、飽和水蒸気を作るボイラーと、このボイラーで作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーターとからなる場合に、前記酸素供給源は、ヒーターから出てくる過熱水蒸気を砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部に夫々接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂中子の除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去するための砂中子の除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジンのシリンダヘッドは鋳造によって製造される。このシリンダヘッドには冷却水通路が必要とされ、しかして冷却水通路である中空部を形成する鋳造品を鋳造するために砂中子を用いる。砂中子を用いて鋳造すると、砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去することにより、冷却水通路を内部に形成した鋳造品が得られる。
【０００３】
図４の(a) は、内部に冷却水通路を成形するために冷却水通路の形状を有する砂中子１を一対の分割型２０ａ，２０ｂからなる鋳型２０のキャビティ２１内の所定位置にセットして、シリンダヘッドの一部を鋳造する場合を示している。鋳造にあたり、湯口２３からアルミ溶湯を注入してキャビティ２１内の砂中子１の周りに流し込み、その後に鋳型２０の分割型２０ａ，２０ｂを分離することにより、図４の(b) に示すように砂中子１が鋳込まれた鋳造品（シリンダヘッドの一部）２２が現出され、そしてその後、鋳造品２２から砂中子１を除去することによって、冷却水通路１４が成形された鋳造品２２を取り出すことができる。
【０００４】
一般に、砂中子は、鋳型に金属の溶湯を充填する間、形状を維持している必要がある。このため、砂中子を形成するケイ砂（ＳiＯ2が主成分）等の砂粒子がフェノール樹脂等の保形用樹脂（バインダー）によって結合され、更に砂中子の表面が同じくフェノール樹脂等の保形用樹脂によってコーティングされ、そのような保形用樹脂によって砂粒子と砂粒子との結合力を高める技術が汎用されている。保形用樹脂によって保形力が高められた砂中子は強固で、鋳型に金属溶湯を充填する間に形状が崩れることがない。しかしながら、鋳造品形成後に、砂中子は、鋳造品から除去する必要があるが、砂中子は保形用樹脂によって保形力が高められており、非常に強固であり、容易なことでは除去することができない。
【０００５】
従来の砂中子除去装置としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、砂中子が鋳込まれている鋳造品に対し、チッピングハンマー装置によって打撃を与えながら、エア噴出装置から鋳造品の砂中子に対し圧縮エアを吹き込むようにしたものである。この方法は、打撃によるショックで砂中子にクラックを発生させ、圧縮空気のエアブローによって砂中子の崩壊を促進するとういものである。
【０００６】
また、従来の砂中子除去装置として、下記の特許文献２に記載されているものがある。これは、砂中子が充填され排砂口を有する鋳造品を所定の衝撃力で打撃する砂中子崩壊工程と、この砂中子崩壊工程の衝撃力よりも小さい衝撃力で打撃する排砂工程とを有する砂中子除去方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−９９６２号公報
【特許文献２】特開平０７−３１４１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の装置では、打撃によって砂中子にクラックを発生させ、圧縮空気で砂粒子を吹き飛ばすだけでは、砂粒子を十分に除去しきれないことがあり、その場合には、鋳造品から砂を完全に除去するための更なる工程が必要となり、結局、砂中子の除去に相当な時間がかかる。また、特許文献２の装置では、鋳造強度よりも強い衝撃力を与えた場合には砂除去作業中に鋳物が破損してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、鋳造品から砂中子を短時間で効率良く除去できると共に、除去崩壊した廃砂をそのまま再生（再使用）することができる砂中子の除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する装置であって、
過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源６とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する装置であって、
過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源６と、鋳造品２に打撃を与える打撃手段１２及び又は鋳造品に振動を与える振動手段１３とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３は、請求項１又は２に記載の砂中子の除去装置において、前記過熱水蒸気発生装置３が、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７で作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーター８とからなる場合に、前記酸素供給源６は、ボイラー７とヒーター８とをつなぐ飽和水蒸気管路９に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４は、請求項１又は２に記載の砂中子の除去装置において、前記過熱水蒸気発生装置３が、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７で作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーター８とからなる場合に、前記酸素供給源６は、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気を砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の砂中子の除去装置によれば、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な所要温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に混入した酸素とを砂中子１に吹き込むと、砂中子１の保形用樹脂、例えばフェノール樹脂が燃焼して気化し、砂中子１の保形力が低下する。即ち、砂中子１に、最大値７００°Ｃ、例えば６５０℃という高温の過熱水蒸気とこれに積極的に混入した酸素を吹き込むことから、保形用樹脂であるフェノール樹脂は、酸素との化合（酸化反応）により、実験の結果約８６０°Ｃという高温に昇温した燃焼ガスによって燃焼され、ＣＯ2 とＨ2 Ｏとに分解し、大気中に放出される。このような保形用樹脂の燃焼分解によって、砂中子１は、巨視的に多孔状となって砂密度が減少し、砂中子１の保形力が短時間で急激に低下するから、鋳造品２からの砂中子１を短時間に除去でき、鋳造品２を効率よく製造することができる。また砂中子１の保形用樹脂が完全燃焼して分解することにより、残存する廃砂を砂粒子として、そのまま再使用することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、砂中子１に過熱水蒸気と酸素とを吹き込んだ後に、鋳造品２に対し、打撃手段１２による打撃及び又は振動手段１３による振動を与えてもよく、またその打撃及び又は振動は、過熱水蒸気と酸素との吹き込みを行なう前でもよいし、更には過熱水蒸気と酸素との吹き込みと平行して、打撃及び又は振動を与えるようにしてもよい。いずれにしても、鋳造品２に打撃及び又は振動を与えることにより、砂中子１にクラックを発生させて、砂中子１の崩壊を一層容易にすることができる。そして、砂中子１に対する過熱水蒸気と酸素との吹き込みと、鋳造品２への打撃及び又は振動とを併用することにより、鋳造品２からの砂中子１の除去・排出をより短時間で確実に行なうことができる。
【００１６】
過熱水蒸気発生装置３が、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７で作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーター８とからなる場合は、酸素供給源６は、請求項３のように、ボイラー７とヒーター８とをつなぐ飽和水蒸気管路９に接続してもよいし（図１参照）、また請求項４のように、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気を砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４に接続してもよい（図３参照）。請求項３のように酸素供給源６をヒーター８の前に接続すれば、ヒーター８によって飽和水蒸気と酸素とが同時に加熱され、高温の過熱水蒸気を供給できる利点があり、また請求項４のように、酸素供給源６をヒーター８の後に接続すれば、酸素供給源６からの酸素がヒーター８に触れることがないため、ヒーター８を構成する部品が酸化劣化することがない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る砂中子の砂中子除去装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の砂中子除去装置の一部を示すもので、砂中子が鋳込まれてい鋳造品部分の拡大図である。
【図３】砂中子除去装置の他の実施形態を示す図１と同様な説明図である。
【図４】(a) は砂中子を鋳込んだ製品を鋳造する場合の鋳型を示し、(b) は(a) の鋳型により鋳造されて、砂中子が鋳込まれている鋳造品を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１には本発明の一実施形態による中子除去装置１０を示しており、この砂中子除去装置１０は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去するもので、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、この過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に混入させるための酸素供給源６とを備えている。
【００１９】
過熱水蒸気発生装置３は、例えば約１１０°Ｃの飽和水蒸気を発生させるボイラー７と、このボイラー７によって発生した飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるためのヒーター８、例えば高周波誘導加熱装置とからなり、ボイラー７からの飽和水蒸気は、飽和水蒸気送給管部９によってヒーター８に送給され、ヒーター８からの過熱水蒸気は、過熱水蒸気供給配管部４によって鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に吹き込まれるようになっている。そして、酸素供給源６は、酸素ガスが圧縮充填された酸素ボンベ５Ａと、外気を導入して圧縮空気を生成するためるコンプレッサー５Ｂとからなり、酸素ボンベ５Ａ又は外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂの何れかを選択的に使用にするようになっている。この酸素供給源６は、ボイラー７とヒーター８とをつなぐ飽和水蒸気送給管路９に接続配管されている。図１において、Ｖ１〜Ｖ５は夫々開閉操作弁を示す。
【００２０】
図１に示す砂中子１は、この砂中子１が鋳込まれているアルミニウム製の鋳造品２を砂中子除去装置１０にセットした状態で概略的に示したものである。鋳造品２は、鋳型（図４に示す鋳型２０を参照）から取り出された直後に砂中子除去装置１０に対し砂中子１を鋳込んだ状態でセットされる。ここに示される鋳造品２は、エンジンのシリンダヘッドの一部を例示したもので、内部に冷却水通路を成形するために、冷却水通路の形状を有する砂中子１を鋳込んだ状態で鋳造される。そして、この砂中子１を除去することによって、鋳造品２を上下に貫通する開口１４（図２参照）が形成される。
【００２１】
砂中子１は、ケイ砂（ＳiＯ2が主成分）等からなる砂粒子の表面に保形用樹脂（バインダー）、例えばフェノール樹脂がコーティングされたレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）によって形成され、更には砂中子１の表面が同じフェノール樹脂等の保形用樹脂によってコーティングされ、その保形用樹脂によって砂粒子と砂粒子との結合力が高められ、砂中子１全体の保形力が高められている。保形用樹脂として、フェノール樹脂の他にはウレタン樹脂が使用される。
【００２２】
砂中子除去装置１０の一部を示す図２において、砂中子１が鋳込まれているアルミニウム製の鋳造品２は、鋳造品取付台１１に取り付けられている。また、この砂中子除去装置１０は、鋳造品２に打撃を与える打撃手段としてのエアハンマー１２、及び鋳造品取付台１１を介して鋳造品２に振動を与える振動手段としての起振機１３とを備えている。尚、この実施形態では、エアハンマー１２（打撃手段）と起振機１３（振動手段）との両方を備えているが、打撃手段のみでもよいし、振動手段のみでもよい。
【００２３】
鋳造品２を取り付け固定する鋳造品取付台１１は、ベース１５上にダンパー１６を介して載設されたもので、その一側面側に鋳造品２をセットしてクランプ１７により固定するようになっている。また、鋳造品取付台１１は、ベース１５上に立設された支持フレーム１８に設けてある起振機１３によって振動され、この鋳造品取付台１１の振動が鋳造品２に与えられるようになっている。
【００２４】
また、鋳造品２に打撃を与える打撃手段としてのエアハンマー１２は、図２に簡略図示するように、鋳造品取付台１１に取付け固定される鋳造品２の上方に昇降自在に設けられたもので、鋳造品２の上面に近接する所定位置まで降下して、鋳造品２の上面に打撃を与えるようになっている。エアハンマー１２の打撃力は適宜に調整可能である。
【００２５】
尚、この実施形態に示した過熱水蒸気発生装置３は、飽和水蒸気を作るボイラー７と、このボイラー７によって作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるためのヒーター８とからなるものであるが、過熱水蒸気発生装置３としては、ボイラー部とヒーター部とが一体になった過熱水蒸気発生装置を使用してもよい。
【００２６】
次に、上述した図１及び図２に示すような砂中子除去装置１０を使用して、鋳造品２に鋳込まれている砂中子１を除去する装置について以下に説明する。
【００２７】
鋳型から取り出された直後の鋳造品２は、まだ高温であり、砂中子１を鋳込んでいる。この状態の鋳造品２を図２示すように鋳造品取付台１１にセットして固定し、過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａを砂中子１側に接続する。この時、図１に示す開閉操作弁Ｖ１〜Ｖ５は夫々閉じている。それから、開閉操作弁Ｖ１、Ｖ２及びＶ３を夫々開放操作し、過熱水蒸気発生装置３のボイラー７及びヒーター８を作動させ、ボイラー７で作られた飽和水蒸気をヒーター８に送給して過熱水蒸気を発生させ、この過熱水蒸気を過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａから砂中子１の上端部に供給して、砂中子１への過熱水蒸気の吹き込みを開始する。この時、過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａから供給される過熱水蒸気の圧力は、大気圧（０．１ＭＰａ）より高く、例えば０．２ＭＰａとされ、この過熱水蒸気の温度は、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な所要温度、例えば約６５０℃とされる。尚、ボイラー７で作られてヒーター８へ送られる飽和水蒸気の圧力は０．２ＭＰａとされる。
【００２８】
こうして砂中子１への過熱水蒸気の吹き込みを開始したならば、酸素供給源６の酸素ボンベ５Ａ又は外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂのうち例えば酸素ボンベ５Ａ側の開閉操作弁Ｖ４を開放操作して、この酸素ボンベ５Ａから飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気に、この飽和水蒸気と同じく０．２ＭＰａの酸素を連続的に混入させる。酸素を混入した飽和水蒸気は、ヒーター８で加熱されて過熱水蒸気となり、この過熱水蒸気と酸素の混合ガスＳ（図２参照）が過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａから砂中子１の上端部に吹き込まれる。尚、図２には、過熱水蒸気供給配管部４の先端部４ａは固定的に図示しているが、実際には、左右上下に移動可能で、その先端部４ａが砂中子１の上端部に近接自在となっている。
【００２９】
上記のように圧力が約０．２ＭＰａ、温度が約６５０℃の過熱水蒸気と酸素の混合ガスＳを砂中子１に例えば５分間吹き込むと、砂中子１の保形用樹脂である例えばフェノール樹脂は、高温の混合ガスＳの酸素に触れることにより完全に燃焼して気化し、砂中子１の保形力が低下する。即ち、砂中子１には、例えば６５０℃という高温の過熱水蒸気とこれに積極的に混入された酸素とが吹き込まれるため、保形用樹脂であるフェノール樹脂は、酸素との化合（酸化反応）により約８６０°Ｃの高温燃焼ガスとなって完全燃焼してＣＯ2 とＨ2 Ｏとに分解し、大気中に放出される。このようなフェノール樹脂の燃焼分解により、砂中子１は、巨視的に見て多孔状となって砂密度が減少し、砂中子１の保形力が短時間で急激に低下する。そして砂中子１の保形用樹脂が完全燃焼して分解することにより、残存する廃砂を砂粒子として、そのまま使用することができる。この場合、大気中に放出されるＣＯ2 とＨ2 Ｏは無害であるから、環境にも優しい。
【００３０】
因に、砂中子１に過熱水蒸気が吹き込まれても、砂中子１に酸素が供給されなければ、保形用樹脂が炭化反応を起こして、その炭化物がそのまま砂中子１中に残存することになるため、砂中子１は硬くなって崩壊しにくく、廃砂の再生にあたっては再生処理が必要となる。また、砂中子１に酸素を供給しなくても、鋳造品２の隙間等から空気が入り込むことがあるが、そのように隙間等から入り込む程度の空気では酸素の供給が不十分であり、保形用樹脂は燃焼不十分となって、炭化反応を起こすことがある。従って、砂中子１の保形用樹脂を酸化させるためには、砂中子１に吹き込まれる過熱水蒸気に対し酸素を積極的に導入する必要がある。
【００３１】
ここで、過熱水蒸気の特性について説明すると、過熱水蒸気は、１００℃で沸騰気化した水分子（空気を含まない）を常圧のまま、１００℃以上に加熱した高温の水蒸気のことで、温度の上限は１０００℃以上まで上昇させることは可能である。この過熱水蒸気は、同じ温度の高温空気と比べて約４倍の熱容量を有していることから、対象物を極めて短時間で完全に乾燥させることができる。また、過熱水蒸気の伝熱特性は、高温空気が対流伝熱のみであるのに対し、対象表面での水蒸気の凝縮による大きな凝縮伝熱が加味されて、対象物の温度が極めて短時間に上昇することである。また、過熱水蒸気は、１７０℃よりも低温域では、保水性が強く、それ以上の高温域では、乾燥力が非常に強くなると共に、脱脂洗浄作用を発揮する。
【００３２】
従って、図１及び図２に示すように、鋳造品２に鋳込まれている砂中子１に対しその上方から、上記のような特性を有する過熱水蒸気と、これに間断なく積極的に混入される酸素との混合ガスＳを、その圧力が約０．２ＭＰａ、温度が約６５０℃の条件下で、例えば５分間吹き込むと、砂中子１中に例えば８６０°Ｃの高温の燃焼ガスに昇温されることになり、これによって砂中子１中の保形用樹脂が完全に燃焼して気化し、砂密度が減少し、砂中子１の保形力が急激に低下して、容易に崩落可能な状態となり、図２に示す開口１４の下端部１４ａから自重によって自然落下し、鋳造品２から完全に除去排出される。
【００３３】
上述した砂中子除去装置の説明では、砂中子１への過熱水蒸気の吹き込み開始後に、酸素供給源６の酸素ボンベ５Ａと外気を導入して圧縮空気を生成するためのコンプレッサー５Ｂのうち酸素ボンベ５Ａ側の開閉操作弁Ｖ４を開放操作して、この酸素ボンベ５Ａから飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気に酸素を供給したが、酸素ボンベ５Ａに代えてコンプレッサー５Ｂを減圧調整弁（レギュレーター）で０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａに減圧した圧縮空気を開閉操作弁Ｖ５で開放操作して、飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気に空気を供給してもよい。圧縮空気の組成は、約８割が窒素、約２割りが酸素であるから、この圧縮空気中の酸素をそのまま利用することができる。
【００３４】
また、上述した砂中子除去方法の説明では、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な所要の高温に加熱された過熱水蒸気とこれに積極的に混入された酸素とを砂中子１に吹き込んで、そのような高温の過熱水蒸気と酸素が砂中子１の保形用樹脂に触れることによって、その保形用樹脂を燃焼させ、それにより砂中子１の保形力を低下させるようにしているが、このような工程だけでは、砂中子１を鋳造品２から完全に除去排出させることができない場合には、過熱水蒸気と酸素との吹き込み工程の後の段階で、エアハンマー１２による打撃又は起振機１３による振動の何れか、あるいはその打撃及び振動の両方を鋳造品２に与えることによって、砂中子１を鋳造品２からより確実に除去排出することができる。
【００３５】
また、打撃及び又は振動を鋳造品２に与える工程は、砂中子１の材質、容量、形状等により、上記のように過熱水蒸気と酸素との吹き込み工程の後に行なってもよいし、過熱水蒸気と酸素の吹き込み工程の前に行なってもよく、また過熱水蒸気と酸素の吹き込み工程と同時に平行して行なってもよい。何れにしても、鋳造品２に打撃を与えることにより、砂中子１にクラックを発生させて、砂中子１の崩壊を容易にすることができるし、また鋳造品２に振動を与えることにより、砂中子１の全体に振動による衝撃を与えて砂中子１の崩壊を容易にすることができる。
【００３６】
図１に示す砂中子除去装置１０では、酸素供給源６を、過熱水蒸気発生装置３のボイラー７とヒーター８をつなぐ飽和水蒸気送給管路９に接続しているが、この酸素供給源６は、図３に示す砂中子除去装置１０のように、過熱水蒸気発生装置３のヒーター８と砂中子１とをつなぐ過熱水蒸気供給配管部４に夫々つないで、酸素を、ヒーター８から出てくる過熱水蒸気に混入させるようにしてもよい。図１に示すように、ヒーター８の前に酸素供給源６を設けることによって、ヒーター８の構成部品が若干酸化劣化されるという難点があるが、ヒーター８によって飽和水蒸気と酸素とが同時に加熱され、高温の過熱水蒸気を供給することができる利点がある。これに対し、図３に示すように、ヒーター８の後に酸素供給源６を設けることによって、過熱水蒸気が酸素供給源６の冷たい酸素に触れることで若干温度の低下した過熱水蒸気が供給されるという難点はあるが、酸素供給源６の酸素がヒーター８に触れることがないため、ヒーター８の構成部品が酸化劣化することがなく、長期に亘って安定した使用ができるという利点があることがうかがわれる。また、図１及び図３に示す砂中子除去装置１０では、酸素供給源６として、酸素ボンベ５Ａと空気ボンベ５Ｂを並設して何れかを選択的に使用できるようにしているが、酸素ボンベ５Ａのみ、あるいは外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂのみ設けてもよい。
【００３７】
図１〜図３に示す砂中子除去装置１０によって、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去するに当たって、約６９０°Ｃの過熱水蒸気に酸素供給源６からの酸素が混入された混合燃焼ガスを、鋳造品２に鋳込まれている砂中子１中に吹き込むことによって、混合燃焼ガスが砂中子１の保形用樹脂であるフェノール樹脂に接することによって約８６０°Ｃまで急上昇して該フェノール樹脂をＣＯ2 とＨ2 Ｏとに分解して砂中子１中のフェノール樹脂をほぼ完全に燃焼除去することが実験の結果判明している。一例を挙げると重量比２．５％のフェノール樹脂が混合されるている砂中子１に最大値７００°Ｃ、具体的には約６９０°Ｃの上記混合燃焼ガスを吹き込むことによって約８６０°Ｃに昇温しフェノール樹脂をほぼ完全燃焼して、砂中子１中に残存する保形用樹脂（フェノール樹脂）の残存比率を示すイグロス値（砂中子１中の残存樹脂量が低いほどイグロス値が低くなる。）は−０．０７％という完全除去された数値を示し、又、他の一例を挙げると、重量比２．７％のフェノール樹脂が混合されている砂中子１中に同様の条件で混合燃焼ガスを吹き込むことによってフェノール樹脂のイグロス値が０．０４％というほぼ完全除去された数値を示した。これにより、砂中子１は鋳造品２中で完全崩壊されて廃砂状態で取り出され、従来のように鋳造品２中に砂中子１が残存することはなく、又、取り出された廃砂は樹脂成分が残存しないから新砂として再使用することが可能である。
【００３８】
上述した本発明の砂中子除去装置を実施するにあたり、過熱水蒸気の温度は、過熱水蒸気を砂中子に吹き込んだ時に砂中子の保形用樹脂が燃焼可能な温度であればよく、好ましくは５００℃〜７００°とされる。また、過熱水蒸気の圧力は、大気圧である０．１ＭＰａより高い例えば０．２〜０．３ＭＰａの範囲が好ましい。また酸素ボンベ５Ａ又は外気取り入れ用コンプレッサー５Ｂから酸素又は空気を飽和水蒸気送給管部９内の飽和水蒸気又は過熱水蒸気供給配管部４内の過熱水蒸気に混入させる時の圧力は、過熱水蒸気の圧力と同じ例えば０．２〜０．３ＭＰａの範囲とされる。
【００３９】
また、上述した本発明装置を実施するにあたって、酸素供給源６からの過熱水蒸気への酸素の混入時期は、過熱水蒸気が砂中子１に吹き込まれて、砂中子１がこの過熱水蒸気で予め所要温度に加熱された後でもよいし、酸素が過熱水蒸気が砂中子１に吹き込まれるのと同時でもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１            砂中子
２            鋳造品
３            過熱水蒸気発生装置
４            過熱水蒸気供給配管部
５Ａ          酸素ボンベ
５Ｂ          外気取り入れ用コンプレッサー
６            酸素供給源
７            過熱水蒸気発生装置のボイラー
８            過熱水蒸気発生装置のヒーター
９            飽和水蒸気送給管部
１０          開口
１１          鋳造品取付台
１２          エアハンマー（打撃手段）
１３          起振機（振動手段）
１４          開口
１５          ベース
１６          ダンパー
１７          クランプ
１８          支持フレーム
２０          鋳型
２１          鋳造品
２２          鋳造品
【図１】
2015139793.tif 000003
【図２】
2015139793.tif 000004
【図３】
2015139793.tif 000005
【図４】
2015139793.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月3日(2014.10.3)
【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】
砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する装置であって、
５００℃〜７００℃の過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれた砂中子に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で混入させるための酸素供給源とを備えている砂中子の除去装置。
【請求項２】
砂中子が鋳込まれている鋳造品から砂中子を除去する装置であって、
５００℃〜７００℃の過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気を鋳造品に鋳込まれた砂中子に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で混入させるための酸素供給源と、鋳造品に打撃を与える打撃手段及び／又は鋳造品に振動を与える振動手段とを備えている砂中子の除去装置。
【請求項３】
前記過熱水蒸気発生装置が、飽和水蒸気を作るボイラーと、このボイラーで作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーターとからなる場合に、前記酸素供給源は、ボイラーとヒーターとをつなぐ飽和水蒸気管路に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂中子の除去装置。
【請求項４】
前記過熱水蒸気発生装置が、飽和水蒸気を作るボイラーと、このボイラーで作った飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させるヒーターとからなる場合に、前記酸素供給源は、ヒーターから出てくる過熱水蒸気を砂中子に吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の砂中子の除去装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する装置であって、
５００℃〜７００℃の過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で混入させるための酸素供給源６とを備えていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項２に係る発明は、砂中子１が鋳込まれている鋳造品２から砂中子１を除去する装置であって、
５００℃〜７００℃の過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３と、過熱水蒸気発生装置３で発生した過熱水蒸気を鋳造品２に鋳込まれた砂中子１に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で吹き込むように配管された過熱水蒸気供給配管部４と、前記過熱水蒸気に酸素を積極的に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で混入させるための酸素供給源６と、鋳造品２に打撃を与える打撃手段１２及び／又は鋳造品に振動を与える振動手段１３とを備えていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の砂中子の除去装置によれば、砂中子１の保形用樹脂が燃焼可能な５００℃〜７００℃の温度に加熱した過熱水蒸気とこの過熱水蒸気に積極的に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で混入した酸素とを砂中子１に０．２〜０．３ＭＰａの圧力で吹き込むと、砂中子１の保形用樹脂、例えばフェノール樹脂が燃焼して気化し、砂中子１の保形力が低下する。即ち、砂中子１に、最大値７００°Ｃ、例えば６５０℃という高温の過熱水蒸気とこれに積極的に混入した酸素を吹き込むことから、保形用樹脂であるフェノール樹脂は、酸素との化合（酸化反応）により、実験の結果約８６０°Ｃという高温に昇温した燃焼ガスによって燃焼され、ＣＯ2 とＨ2 Ｏとに分解し、大気中に放出される。このような保形用樹脂の燃焼分解によって、砂中子１は、巨視的に多孔状となって砂密度が減少し、砂中子１の保形力が短時間で急激に低下するから、鋳造品２からの砂中子１を短時間に除去でき、鋳造品２を効率よく製造することができる。また砂中子１の保形用樹脂が完全燃焼して分解することにより、残存する廃砂を砂粒子として、そのまま再使用することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、砂中子１に５００℃〜７００℃の温度の過熱水蒸気と酸素とを０．２〜０．３ＭＰａの圧力で吹き込んだ後に、鋳造品２に対し、打撃手段１２による打撃及び／又は振動手段１３による振動を与えてもよく、またその打撃及び／又は振動は、過熱水蒸気と酸素との吹き込みを行なう前でもよいし、更には過熱水蒸気と酸素との吹き込みと平行して、打撃及び／又は振動を与えるようにしてもよい。いずれにしても、鋳造品２に打撃及び／又は振動を与えることにより、砂中子１にクラックを発生させて、砂中子１の崩壊を一層容易にすることができる。そして、砂中子１に対する過熱水蒸気と酸素との吹き込みと、鋳造品２への打撃及び／又は振動とを併用することにより、鋳造品２からの砂中子１の除去・排出をより短時間で確実に行なうことができる。