(57)【要約】【課題】マイクロ波照射による鋳物砂の硬化工程において、模型の温度上昇を抑制して生産性の優れた鋳型造型方法を提供する。また樹脂製模型の変形を抑制して模型精度の低下を抑制することが可能な鋳型造型方法を提供する。さらに、鋳型形状が複雑なものである場合であっても、確実な硬化作用が得られ、マイクロ波照射時間を短くでき、そのため鋳型製造能率を向上することが可能な鋳型造型方法を提供する。【解決手段】水溶性粘結剤と耐火物粒子とを混合した鋳物砂を樹脂製の模型内に充填し、マイクロ波照射により鋳物砂を硬化させる鋳型造型方法において、上記マイクロ波照射を減圧雰囲気下（５０〜４７４ｈＰａ、好ましくは８０〜２００ｈＰａ）において行う。この結果、鋳物砂の硬化温度を低温化できる。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶性粘結剤と耐火物粒子とを混合した鋳物砂を模型内に充填し、マイクロ波照射により鋳物砂を硬化させる鋳型造型方法において、上記マイクロ波照射を減圧雰囲気下において行うことを特徴とする鋳型造型方法。
【請求項２】
上記可溶性粘結剤が、水溶性粘結剤であることを特徴とする請求項１の鋳型造型方法。
【請求項３】
上記減圧雰囲気が、５０〜４７４ｈＰａであることを特徴とする請求項２の鋳型造型方法。
【請求項４】
上記減圧雰囲気が、３５℃〜８０℃において水が沸騰する蒸気圧相当の圧力であることを特徴とする請求項２の鋳型造型方法。
【請求項５】
上記減圧雰囲気が、８０〜２００ｈＰａであることを特徴とする請求項３の鋳型造型方法。
【請求項６】
上記減圧雰囲気が、４５℃〜６０℃において水が沸騰する蒸気圧相当の圧力であることを特徴とする請求項４の鋳型造型方法。
【請求項７】
上記模型が、樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの鋳型造型方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋳型造型方法に関するものであって、特に模型の温度上昇を抑制し生産性の向上を図ることが可能な鋳型造型方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鋳型造型方法について、本願発明の実施形態を示す図でもある図１〜図５に示す中子造型工程に基づいて説明する。まず、液状の塗型液１を、中子取り２の内部へ注入し、中子取り２の内周面の全面に塗型液１を行き渡らせる。この場合の塗型液１としては、水５０部と水ガラス５０部とを混合した液体に、ケイ石粉末、あるいはアルミナ粉末を加えた無機系水溶性塗型液を使用する。次に図２に示すように、中子取り２を反転し、内部の塗型液１を排出する。これで中子取り２の内部に略均一に塗型液１が塗布されたことになる。次に図３のように、中子取り２の内部にコーテッドサンド３を充填する。この場合のコーテッドサンド３としては、ケイ砂にケイ酸ソーダやケイ酸カリ等の無機系粘結剤をコーティングし、これを乾燥した乾燥状態の鋳物砂を使用する。そして次に、図４に示すように、マイクロ波照射によりこれらを加熱してコーテッドサンド３及び塗型液１を硬化させる。図５のように、硬化した中子４を中子取り２から取り出すと、中子取り２の内部の模型面形状が正確に転写されると共に、その表面に硬質の塗膜を有する中子４を製造することができる。
【０００３】
上記において鋳物砂が硬化するのは、次のような理由に依る。すなわち、マイクロ波を照射すると、塗型液１における誘電損失の大きい水分が選択的に加熱され、自己発熱により水蒸気となって中子取り２の外部へ排出される。このときコーテッドサンド３の無機系粘結剤が再び溶解し、乾燥硬化するためである。
【０００４】
上記のような鋳型造型方法においては、マイクロ波を使用することから、中子取り２等の模型として、金型を使用することは不可能である。そのため、セラミックスや樹脂にて製作された模型が使用されている。この内、樹脂製の模型としては、主としてポリスチレン樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂が使用されているのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記鋳型造型方法におけるマイクロ波照射工程においては、鋳物砂は１００℃近くにまで加熱され、また模型温度もそれと共に上昇し、６０℃〜１００℃近くにまで温度上昇する。そうすると模型２がセラミックス製であっても、また樹脂製であっても、図１に示す塗型液１の排出後、直ちに溶剤としての水分が飛散してしまい、その後に充填するコーテッドサンド３を硬化できなくなるとの問題が生じる。従って、模型が所定温度（例えば、５０℃）以下に温度低下するまで待機する必要が生じ、このことが生産性を低下させる原因となっている。
【０００６】
また、鋳型形状が複雑なものの場合、例えば図６に示すＡ部のような位置においては、マイクロ波照射によって発生する水蒸気が模型内に閉じ込められて外部へと放出されにくくなる。
【０００７】
このように水蒸気が外部へと放出されにくい部分Ａにおいては、鋳物砂が硬化し難く、ボロツキが生じ易くなる。またこのような部分Ａを充分に硬化させようとするとマイクロ波の照射時間が長くなって、鋳型製造能率の低下を招くことになると共に、模型の温度をますます高くすることになる。
【０００８】
また樹脂製模型を使用する場合、樹脂は熱膨張率が大きいので、模型には大きな熱変形が生じる。このような熱変形は、マイクロ波が照射される度毎に繰返される。そして模型が温度上昇により膨張すると、分割構成された模型の合せ面が変形して、両者の合せ面が合致し難くなる。そうすると製造された鋳型（中子）に砂バリが生じる等して、鋳型（中子）の精度低下を招くことになる。このため模型の温度低下を待つことになるが、樹脂製模型は冷却しにくいので、待機時間が長期化し、生産性を低下させる原因となっている。また高温で使用することは、模型の寿命を低下させる原因にもなっている。
【０００９】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、マイクロ波照射による鋳物砂の硬化工程において、模型の温度上昇を抑制し、生産性を従来よりも向上することが可能な鋳型造型方法を提供することにある。また、鋳型形状が複雑なものである場合であっても、確実な硬化作用が得られ、マイクロ波照射時間を短くできると共に、鋳型製造能率を向上することができ、しかも溶剤をより低温でボイリングさせることにより、模型の温度上昇を抑制することが可能な鋳型造型方法を提供することもこの発明の目的である。さらに樹脂製模型を使用する場合において、模型の温度上昇による変形を抑制して、製造される鋳型精度を向上することの可能な鋳型造型方法を提供することもこの発明の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の鋳型造型方法は、可溶性粘結剤と耐火物粒子とを混合した鋳物砂を模型内に充填し、マイクロ波照射により鋳物砂を硬化させる鋳型造型方法において、上記マイクロ波照射を減圧雰囲気下において行うことを特徴としている。なお、可溶性粘結剤とは、粘結剤と溶剤との混合物を意味する。すなわち水を溶剤としてこれと粘結剤とを混合した物（乾燥した物を含む）、水にアルコール等の他の溶剤を加えたものを溶剤としてこれと粘結剤とを混合した物、あるいは他の溶剤を用いてこれと粘結剤とを混合した物を意味する。
【００１１】
上記請求項１の鋳型造型方法においては、減圧雰囲気下においてマイクロ波照射を行うようにしているので、溶剤の気化温度（沸点）が低下する。従って、従来よりも低温領域において溶剤が除去され、鋳物砂の硬化現象が生じる。また発生した蒸気は、模型の閉口部から外部へ放出されるので、溶剤蒸気の流動化を図ることができる。
【００１２】
また請求項２の鋳型造型方法は、上記可溶性粘結剤が、水溶性粘結剤であることを特徴としている。ここにいう、水溶性粘結剤とは、水だけを溶剤としこれと粘結剤とを混合した物、及び水にアルコール等の他の溶剤を加えたものを溶剤としこれと粘結剤とを混合した物、及びこれら混合物を乾燥した物を含むものである。
【００１３】
請求項２の鋳型造型方法によれば、粘結剤の取扱いが容易となり、その実施が容易となる。
【００１４】
請求項３の鋳型造型方法は、上記減圧雰囲気が、５０〜４７４ｈＰａであること特徴としている。
【００１５】
請求項４の鋳型造型方法は、上記減圧雰囲気が、３５℃〜８０℃において水が沸騰する蒸気圧相当の圧力であることを特徴としている。
【００１６】
上記請求項３及び請求項４の鋳型造型方法における圧力範囲を選択すれば、その実施に好適である。
【００１７】
さらに請求項５の鋳型造型方法のように、減圧雰囲気を、８０〜２００ｈＰａとなるようにしたり、あるいは請求項６のように水の気化温度（沸点）が４５℃〜６０℃の範囲となるような減圧雰囲気にすれば、模型の低温化、水蒸気の流動化を一段と促進でき、その実施には特に好ましい。
【００１８】
請求項７の鋳型造型方法は、上記模型が、樹脂によって構成されていることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の鋳型造型方法によれば、模型の温度上昇が抑制され、樹脂材に生じる変形量が減少する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の鋳型造型方法の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
まず、液状の塗型液１を、模型としての中子取り２の内部へ注入し、中子取り２の内周面の全面に塗型液１を行き渡らせる。この場合の塗型液１としては、水５０部と水ガラス５０部とを混合した液体に、ケイ石粉末、あるいはアルミナ粉末を加えた無機系水溶性塗型液を使用する。次に図２に示すように、中子取り２を反転し、内部の塗型液１を排出する。これで中子取り２の内部に略均一に塗型液１が塗布されたことになる。次に図３のように、中子取り２の内部にコーテッドサンド３を充填する。この場合のコーテッドサンド３としては、ケイ砂にケイ酸ソーダやケイ酸カリ等の無機系粘結剤をコーティングし、これを乾燥した乾燥状態の鋳物砂を使用する。そして次に、図４に示すように、マイクロ波照射によりこれらを加熱してコーテッドサンド３及び塗型液１を硬化させる。
【００２２】
この実施形態における特徴的な点は、図４に示すマイクロ波照射によるコーテッドサンド（鋳物砂）３の硬化工程において、真空ポンプＰを使用し、減圧雰囲気下においてマイクロ波を照射する点にある。図７に、水の蒸気圧と温度との関係を示しているが、同図のように、雰囲気圧力を７４ｈＰａ程度に減圧すれば、水分は約４０℃において蒸気化（沸騰）する。また雰囲気圧力を４７４ｈＰａ程度に減圧すれば、水分は約８０℃において蒸気化（沸騰）する。そしてこのように水の沸点を低くし、水蒸気温度を低下させることにより、コーテッドサンド３の硬化温度を低下することができる。コーテッドサンド３の硬化温度は、できるだけ低温で、かつ室温よりもやや高温の温度範囲、つまり４５℃〜６０℃（雰囲気圧力８０ｈＰａ〜２００ｈＰａ）であるのが特に好ましいが、４０℃〜８０℃（雰囲気圧力７４ｈＰａ〜４７４ｈＰａ）の温度範囲においても充分に使用可能である。
【００２３】
図５のように、硬化した中子４を中子取り２から取り出すと、中子取り２の内部の模型面形状が正確に転写されると共に、その表面に硬質の塗膜を有する中子４を製造することができる。
【００２４】
上記マイクロ波照射によるコーテッドサンド３の硬化工程においては、塗型液１における誘電損失の大きい水分が選択的に加熱され、自己発熱により水蒸気となって中子取り２の外部へ排出される。このときコーテッドサンド３の無機系粘結剤が再び溶解し、乾燥硬化する。この場合、マイクロ波照射を減圧雰囲気下において行っているので、水分が水蒸気となる温度は、従来のように大気圧下で行うよりも充分に低くなる。この結果、中子取り２の温度上昇が抑制され、中子取り２の冷却に要する待機時間を従来よりも短縮でき、中子４の製造能率を向上することが可能となる。また、中子取り２の温度上昇が抑制される結果、中子取り２に使用しているポリスチレン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材に生じる変形量が低減する。その結果、中子取り２の精度低下、製造される鋳型精度の低下が大幅に抑制されると共に、中子取り２の使用寿命を向上し得ることになる。
【００２５】
また、発生した水蒸気は、中子取り２の上部開口部から外部へと放出されるので、水蒸気の流動化を図ることができる。従って複雑形状の中子４であっても、均一な硬度で、かつ短時間内に硬化可能となる。
【００２６】
次にこの発明の鋳型造型方法のさらに具体的な実施例について説明する。ウレタン樹脂型を用いて、砂重量２０００ｇの十字架状中子の硬化テストを実施した。鋳物砂として、ケイ酸ソーダ（水ガラス）を４重量％添加した未乾燥のコーテッドサンドを使用した。加熱用のマイクロ波出力を１ＫＷとし、雰囲気圧力とマイクロ波照射時間を変化させた。その結果を、表１に示している。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記において、雰囲気圧力が５０ｈＰａでは、樹脂型の温度は低いが、中子の表面安定性が少し悪くなる傾向が見られる。２５ｈＰａでは、中子の表面安定性が悪くなり、得られた中子は、使用上問題がある。また、４７４ｈＰａでは、手で擦っても砂落ちしない充分な硬度の中子が得られるが、樹脂型温度が高くなる。そして、上記のことから、雰囲気圧力５０ｈＰａ〜４７４ｈＰａ（水の沸点３５℃〜８０℃）の範囲において充分に使用可能であることが明らかである。また、雰囲気圧力８０ｈＰａ〜２００ｈＰａ（水の沸点４５℃〜６０℃）の範囲であるのが特に好ましいことが明らかである。例えば、雰囲気圧力９０ｈＰａ、マイクロ波照射時間３分間の実施例においては、中子（砂）の温度は、約７０℃、樹脂型の表面温度は、約５５℃であり、樹脂型の温度上昇を抑制しながら、充分な硬度を有する中子が得られた。
【００２９】
また、上記に加え、さらに次のような知見を得た。中子の製造品質及び樹脂型の温度上昇は、マイクロ波の出力、マイクロ波の照射時間によって変動し、またその際の適正雰囲気圧力も種々変動する。減圧とマイクロ波照射とを同時に開始する場合と、減圧の終了後にマイクロ波照射を開始する場合とでは、後者の方が硬化状態は良好であるが、減圧すべき空間部が小さい場合や、ポンプ能力が充分にある場合には、略同じ製造品質の中子が得られる。また、塗型を施した後で乾燥砂を充填し、減圧雰囲気下においてマイクロ波照射を行う場合には直径２０ｍｍ程度の小型の中子では良好な結果が得られるものの、直径３０ｍｍ以上の中子の場合には中心部の硬度が不足する状態となる。従って、このような場合には、コーテッドサンド３の乾燥工程において、０．５重量％程度の水分を残存させたり、あるいは乾燥したコーテッドサンド３に０．５重量％程度の水分を含ませた状態で実施するのが好ましい。
【００３０】
以上にこの発明の鋳型造型方法の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記においては中子製造工程について説明しているが、これは中子に限らず、種々の鋳型製造に適用可能である。また上記においては、乾燥したコーテッドサンド３を使用し、塗型液１中の水分を水蒸気源としているが、塗型液１を使用せず、未乾燥のコーテッドサンド３を用いる造型法においても全く同様に実施可能である。さらに、上記においては、水分除去（乾燥）によって鋳物砂を硬化させるための水溶性粘結剤としてケイ酸ソーダ（水ガラス）、ケイ酸カリを使用した例を示したが、これ以外の無機系粘結剤あるいは澱粉（コーンスターチ）のような水溶性の有機系粘結剤を使用することも可能である。上記においては、溶剤として水を用いた例を示しているが、水とアルコール（メタノール、エタノール）等の他の溶剤を混合したものを溶剤としたり、あるいは水以外の他の溶剤を使用することも可能であり、粘結剤も上記に限られるものではない。なお、水以外の溶剤を使用する場合において、これがマイクロ波が作用し難いものの場合には、鋳物砂中にカーボン等を添加して昇温を助けるようにするのが好ましい。また上記図４においてはマイクロ波照射用チャンバー内を減圧するようにしているが、模型内部を直接的に減圧するように構成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
上記請求項１の鋳型造型方法によれば、従来よりも低温領域において溶剤が気化、除去されるので、模型温度を低下させることができる。そのため模型冷却に要する待機時間を従来よりも短縮でき、鋳型の製造能率を向上することが可能となる。
また蒸気の流動化が図れるので、複雑な形状の鋳型であっても、均一な硬度で、かつ短時間内に硬化可能となる。
【００３２】
請求項２のように水溶性粘結剤を使用し、また請求項３及び請求項４のような雰囲気圧力範囲を選択すれば、その実施に好適である。
【００３３】
請求項５、請求項６のような減圧雰囲気にすれば、模型の低温化、水蒸気の流動化を一段と促進でき、その実施には特に好ましい。
【００３４】
請求項７の鋳型造型方法によれば、従来よりも低温領域において溶剤が気化、除去され、鋳物砂の硬化現象が生じるようにしているので、模型の温度上昇が抑制され、樹脂材に生じる変形量が低減する。この結果、模型の精度低下、製造される鋳型精度の低下が抑制されると共に、模型の使用寿命を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の鋳型造型方法を中子製造工程に適用した実施形態において、塗型液を注入する工程を示す説明斜視図である。
【図２】上記実施形態において、塗型液を排出する工程を示す説明斜視図である。
【図３】上記実施形態において、コーテッドサンドを注入する工程を示す説明斜視図である。
【図４】上記実施形態において、マイクロ波を照射する鋳物砂の硬化工程を示す説明斜視図である。
【図５】上記実施形態において、中子を取出す工程を示す説明斜視図である。
【図６】水蒸気の滞留状態を示す説明図である。
【図７】水の蒸気圧と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　塗型液
２　中子取り
３　コーテッドサンド
４　中子
Ｐ　真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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