(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型と、無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型とを組み合わせて造型された砂型を砕いて得られる鋳物砂の再生方法であって、
上記鋳物砂を研磨する研磨工程と、
上記鋳物砂を焙焼する焙焼工程と、を含み、
上記有機バインダは、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダであり、
上記無機バインダは、水ガラスを主体とする無機バインダであり、
上記焙焼工程において、上記無機バインダを用いた鋳物砂を第１焙焼温度で焙焼し、
上記第１焙焼温度は、上記無機バインダ中のナトリウムの沸点以上の温度であって、上記焙焼工程後の上記無機バインダを用いた鋳物砂と上記有機バインダとを混練させた際に、上記有機バインダが硬化しない温度以上の温度である
ことを特徴とする鋳物砂の再生方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳物砂の再生方法において、
上記第１焙焼温度は、９００℃以上の温度である
ことを特徴とする鋳物砂の再生方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鋳物砂の再生方法において、
上記焙焼工程は、上記有機バインダを用いた鋳物砂を、上記第１焙焼温度よりも低い第２焙焼温度で焙焼する第１焙焼工程と、
上記無機バインダを用いた鋳物砂を、上記第１焙焼温度で焙焼する第２焙焼工程と、を含む
ことを特徴とする鋳物砂の再生方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の鋳物砂の再生方法において、
上記鋳型は、１つ又は複数の中子を含み、
上記無機バインダを用いた鋳物砂は、上記中子に用いられている
ことを特徴とする鋳物砂の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物砂の再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋳造後の鋳型から鋳物砂を回収し、該鋳物砂に付着した粘結剤を除去する再生処理を行うことで鋳物砂を再生させる方法が知られている。特許文献１には、回収された鋳物砂を乾式研磨再生機により研磨する研磨工程を有する再生方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２５７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鋳物砂に用いる粘結剤としては、フェノール樹脂及びポリイソシアネート化合物などを主体とする有機バインダや水ガラスなどを主体とする無機バインダが用いられるが、例えば、鋳型のうち、高強度が求められるものは無機バインダを用いた鋳物砂で造型し、その他のものは有機バインダを用いた鋳物砂で造型し、それらを組み合わせて、砂型を造型することが検討されている。
【０００５】
このような、有機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型と無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型とを組み合わせた砂型（以下、単に「組み合わせ砂型」ということがある）を造型する際に、以前の鋳型をばらして回収した鋳物砂を再生させた再生砂が用いられることがある。このとき、無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型をばらして回収した鋳物砂を再生させた再生砂において、上記再生砂の表面に無機バインダが残留していると、上記再生砂を有機バインダと混練させた際に、無機バインダによって、有機バインダの硬化が促進されることがある。
【０００６】
例えば、無機バインダとして、水ガラス（珪酸ナトリウム）を主体とする無機バインダを用い、有機バインダとして、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダを用いているとする。
【０００７】
一般に、有機バインダを用いた鋳物砂での造型においては、鋳物砂を成形型に充填させた後、トリエチルアミンなどのアミンガスを通気させることによって、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応が促進され、有機バインダが硬化する。
【０００８】
ここで、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応は、アミンガスでなくとも、ポリイソシアネート化合物中のイソシアネートの炭素を活性化させるものであれば促進されてしまう。上記イソシアネートの炭素を活性化させる物質として、水酸基が挙げられるところ、水ガラス中には、ナトリウムイオンが空気中の水分と反応することで発生した水酸基が存在している。すなわち、上記無機バインダが付着した再生砂には、水酸基が残留しているため、上記再生砂を上記有機バインダと混練させると、上記有機バインダの硬化が促進される。
【０００９】
再生砂を用いた鋳物砂を成形型に充填する前に有機バインダの硬化が促進されてしまうと、上記鋳物砂の流動性が低下して、成形型への上記鋳物砂の充填率が悪化したり、成形型に充填した後に、成形型に供給される硬化促進ガスが十分に作用しなくなったりして、上記再生砂を用いて造型された鋳型の強度が所望の強度を満たさなくなる。そのため、組み合わせ砂型を造型する際に、無機バインダを用いた鋳物砂から再生された再生砂を利用できなくなる。
【００１０】
このような問題を回避するために、特許文献１に記載の鋳物砂の再生方法では、無機バインダを用いて造型された鋳型や中子から回収された鋳物砂を研磨して、該鋳物砂に付着した粘結剤としての無機バインダを除去する工程が行われているが、研磨するだけでは、鋳物砂の表面の無機バインダを除去しきれないおそれがある。
【００１１】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、無機バインダを用いた鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化を回避させて、有機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型と無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型とを組み合わせた砂型を造型する際に、無機バインダを用いた鋳物砂から再生された再生砂を利用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、有機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型と、無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型とを組み合わせて造型された砂型を砕いて得られる鋳物砂の再生方法を対象として、上記鋳物砂を研磨する研磨工程と、上記鋳物砂を焙焼する焙焼工程と、を含み、上記有機バインダは、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダであり、上記無機バインダは、水ガラスを主体とする無機バインダであり、上記焙焼工程において、上記無機バインダを用いた鋳物砂を第１焙焼温度で焙焼し、上記第１焙焼温度は、上記無機バインダ中のナトリウムの沸点以上の温度であって、上記焙焼工程後の上記無機バインダを用いた鋳物砂と上記有機バインダとを混練させた際に、上記有機バインダが硬化しない温度以上の温度である、ものとした。
【００１３】
これによると、上記焙焼工程後の鋳物砂と上記有機バインダとを混練させた際に、上記有機バインダが硬化しない温度以上の温度である第１焙焼温度で鋳物砂が焙焼されることによって、有機バインダと再生砂（焙焼後の鋳物砂）とを混練させた際の有機バインダの硬化を回避することができる。
【００１４】
無機バインダとして、水ガラス（珪酸ナトリウム）を主体とする無機バインダを用い、有機バインダとして、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダを用いているとする。この場合、第１焙焼温度をナトリウムの沸点以上の温度にすれば、無機バインダ中のナトリウムが気化するため、ナトリウムイオンの濃度が低下する。これにより、ナトリウムイオンが空気中の水分と反応して水酸基が発生するのを防止することができ、水酸基と有機バインダとの反応が回避されるため、再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化を回避することができる。この結果、無機バインダを用いた鋳物砂を再生砂として利用できるようになる。また、第１焙焼温度をナトリウムと珪酸とが固溶する温度以上の温度にすれば、ナトリウムと珪酸との固溶体が生成されるため、ナトリウムが不活性状態となり、ナトリウムイオンの濃度が低下する。これでも、水酸基の発生を防止して、有機バインダの硬化を回避することができるため、組み合わせ砂型を造型する際に、無機バインダを用いた鋳物砂から再生された再生砂を利用できるようになる。
【００１５】
上記鋳物砂の再生方法の一実施形態において、上記第１焙焼温度は、９００℃以上の温度である、ことが望ましい。
【００１６】
すなわち、上記第１焙焼温度を９００℃以上の温度にすれば、少なくとも、無機バインダとして、水ガラスを主体とする無機バインダを用いる場合には、有機バインダと再生砂（焙焼後の鋳物砂）とを混練させた際の有機バインダの硬化を回避することができる。
【００１７】
上記鋳物砂の再生方法において、上記焙焼工程は、上記有機バインダを用いた鋳物砂を、上記第１焙焼温度よりも低い第２焙焼温度で焙焼する第１焙焼工程と、上記無機バインダを用いた鋳物砂を、上記第１焙焼温度で焙焼する第２焙焼工程と、を含む、ことが望ましい。
【００１８】
すなわち、無機バインダを用いた鋳物砂については、有機バインダが硬化しないように処理を施す必要があるが、有機バインダを用いた鋳物砂については、特別な処理を施す必要がない。そのため、有機バインダを用いた鋳物砂は、第１焙焼工程にて、上記第１焙焼温度よりも低い第２焙焼温度で焙焼し、無機バインダを用いた鋳物砂は、第２焙焼工程にて、第１焙焼温度で焙焼するようにすることで、第１焙焼温度で鋳物砂を焙焼するためのコストを削減することができる。
【００１９】
上記鋳物砂の再生方法において、上記鋳型は、１つ又は複数の中子を含み、上記無機バインダを用いた鋳物砂は、上記中子に用いられている、ことが望ましい。
【００２０】
すなわち、一般に、無機バインダは有機バインダと比較して高価であるが、中子に無機バインダを用いた鋳物砂を用いるようにすることで、シリンダブロックのウォータジャケットを形成するための中子など、高強度が要求される鋳型のみを無機バインダを用いた鋳物砂で造型することができる。これにより、鋳型の製造コストを削減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明に係る鋳物砂の再生方法は、鋳物砂を研磨する研磨工程と、鋳物砂を焙焼する焙焼工程と、を含み、焙焼工程において、無機バインダを用いた鋳物砂を第１焙焼温度で焙焼し、第１焙焼温度は、焙焼工程後の鋳物砂と有機バインダとを混練させた際に、有機バインダが硬化しない温度以上の温度であるため、無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型から再生された再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化が回避される。これにより、有機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型と無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型とを組み合わせた砂型を造型する際に、無機バインダを用いた鋳物砂から再生された再生砂を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る鋳物砂の再生方法を含む鋳造の各工程を示すフローチャートである。
【図２】鋳物砂の再生方法の各工程を示すフローチャートである。
【図３】アミンガスによる有機バインダの硬化メカニズムを説明するための図である。
【図４】無機バインダによる有機バインダの硬化メカニズムを説明するための図である。
【図５】第２焙焼工程における焙焼温度と焙焼後の第２鋳物砂のナトリウムイオン濃度との関係、及び第２焙焼工程における焙焼温度と該焙焼温度で焙焼させた第２鋳物砂を用いた鋳物砂で造型された中子の強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る鋳物砂の再生方法を含む鋳造の各工程を示すフローチャートである。本実施形態では、例として、シリンダブロックを製造するときのフローチャートを示している。
【００２５】
シリンダブロックを製造するには、先ず、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４及びステップＳ１０５〜ステップＳ１０８で、鋳造に用いられる砂型を造型する。本実施形態では、砂型は、有機バインダを用いた鋳物砂（以下、第１鋳物砂という）で造型された鋳型と、無機バインダを用いた鋳物砂（以下、第２鋳物砂という）で造型された鋳型とを組み合わせて造型された砂型（以下、組み合わせ砂型という）である。また、本実施形態では、第２鋳物砂は、鋳型に含まれる複数の中子のうちウォータジャケットを形成するための中子（以下、ＷＪ中子という）のみに用いられ、第１鋳物砂は、ＷＪ中子以外の鋳型に用いられる。
【００２６】
また、本実施形態では、無機バインダとして、水ガラス（珪酸ナトリウム）を主体とする無機バインダを用い、有機バインダとして、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダを用いている。フェノール樹脂は、ベンジルエーテル基をその分子内に要するフェノール、ノボラック又はこれらから誘導される樹脂である。上記ポリイソシアネート化合物は、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、４，４′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等である。尚、以下の説明において、単に「無機バインダ」といったときは、水ガラスを主体とする無機バインダのことを意味し、単に「有機バインダ」といったときは、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物と主体とする有機バインダのことを意味する。
【００２７】
ＷＪ中子の造型について具体的に説明する。先ず、ステップＳ１０１で、砂と無機バインダとを混練させる。これにより、砂の表面が無機バインダで覆われて、第２鋳物砂が生成される。このとき、砂は、珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、合成ムライト砂、及びアルミナ系骨材粒子などであり、天然砂であっても人工砂であってもよい。次のステップＳ１０２では、第２鋳物砂をシリンダブロックのウォータジャケットを型取った成形型のキャビティ内に充填させる。充填後、ステップＳ１０３で、水ガラスがガラス化しない程度の温度の空気を成形型内に通気させて、無機バインダを乾燥させる。乾燥させることで、無機バインダ中の余分な水分が除去されて、無機バインダによって砂同士が結合される。これにより、ＷＪ中子が造型される。そして、ステップＳ１０４で、成形型を外してＷＪ中子を取り出す。
【００２８】
一方、ＷＪ中子以外の鋳型は、コールドボックス法、特にアミンコールドボックス法によって造型される。具体的には、先ず、ステップＳ１０５で、砂と有機バインダとを混練させる。これにより、砂の表面が有機バインダに覆われて、第１鋳物砂が生成される。次のステップＳ１０６では、第１鋳物砂を成形型のキャビティ内に充填させる。充填後、ステップＳ１０７で、触媒ガスとしてのアミンガスを充填された鋳物砂の間に通気させる。詳しくは後述するが、アミンガスを通気させることによって、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応が進行し、ウレタン樹脂が生成される。これにより、有機バインダが硬化して、ＷＪ中子以外の鋳型が造型される。そして、ステップＳ１０８で、成形型を外してＷＪ中子以外の鋳型を取り出す。尚、アミンガスとしては、トリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジイソプロピルアミン等が用いられる。
【００２９】
次に、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４及びステップＳ１０５〜Ｓ１０８で造型された鋳型を組み合わせた組み合わせ砂型に、アルミニウム合金等の注湯を流し込み、シリンダブロックを鋳造する。
【００３０】
シリンダブロックを鋳造した後、ステップＳ１１０において、鋳型とともに、鋳造されたシリンダブロックを冷却する。
【００３１】
冷却後、ステップＳ１１１で、第１砂出しを行う。第１砂出しは、外部から鋳型に振動を加えて、鋳型を砕くことで行う。第１砂出しでは、主にＷＪ中子以外の鋳型に用いられた鋳物砂、すなわち、第１鋳物砂の砂出しを行う。一般に、無機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型（本実施形態では、ＷＪ中子）の方が、有機バインダを用いた鋳物砂で造型された鋳型（本実施形態では、ＷＪ中子以外の鋳型）に比べて強度が高い。そのため、ＷＪ中子以外の鋳型が砕かれかつＷＪ中子が砕かれない程度の強度の振動を加えることによって、ＷＪ中子以外の鋳型に対して選択的に砂出しを実行することができる。
【００３２】
第１砂出しが完了した後、ステップＳ１１２で、第１砂出しによって砕かれた鋳物砂を回収する。このステップＳ１１２で回収された鋳物砂は、後述する再生工程（Ｓ１１５）で、再生処理が施される。
【００３３】
次に、ステップＳ１１３において、第２砂出しを行う。第２砂出しは、外部からＷＪ中子に振動を加えて、ＷＪ中子を砕くことで行う。これにより、第２鋳物砂の砂出しが完了する。このステップＳ１１３の後には、第１及び第２砂出しが完了したシリンダブロックが回収される。
【００３４】
第２砂出しが完了した後、ステップＳ１１４において、第２砂出しによって砕かれた鋳物砂を回収する。このステップＳ１１４で回収された鋳物砂は、後述する再生工程（Ｓ１１５）で、再生処理が施される。
【００３５】
各鋳物砂の回収が完了した後は、ステップＳ１１５において、再生工程を実行し、各鋳物砂を再生させる。ステップＳ１１５の再生工程の詳細については、後述する。
【００３６】
再生工程によって再生された鋳物砂は、再生砂として貯蔵され、次の組み合わせ砂型を造型するために再利用される。
【００３７】
次に、ステップＳ１１５における再生工程について、図２のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
再生工程では、まず、ステップＳ２０１にて、第１焙焼工程を実行する。第１焙焼工程では、周知の焙焼炉によって、ステップＳ１１２で回収された鋳物砂を第２焙焼温度で焙焼する。この第１焙焼工程で焙焼される鋳物砂は、ほとんどが第１鋳物砂である。上記第２焙焼温度は、後述する第１焙焼温度よりも低い温度であり、例えば、７００℃程度である。この第２焙焼温度で第１鋳物砂を焙焼させることによって、第１鋳物砂に付着した有機バインダが燃焼して、焼失される。これにより、焙焼後には有機バインダが付着していない状態の砂が残る。
【００３９】
次に、ステップＳ２０２で、第１砂出し（ステップＳ１１１）及び鋳物砂の回収（ステップＳ１１２）の際に、第１鋳物砂中に紛れ込んだ、第２鋳物砂を回収する。第１砂出しでは、ＷＪ中子が砕かれない程度の強度の振動によって、砂出しが実行されているが、第１砂出しの際に、ＷＪ中子の一部に強い負荷が加えられて、該ＷＪ中子の一部が砕かれてしまうことがある。そのため、ステップＳ１１２で回収された鋳物砂の中には、第２鋳物砂が混入していることがあり、該第２鋳物砂を回収する必要がある。ここで、無機バインダの主体である水ガラスは、７００℃程度では焼失しないため、第２鋳物砂は、第１焙焼工程後であっても、鋳物砂同士が互いに結合した状態で残留する。つまり、第１焙焼工程を経た時点での第２鋳物砂の径は、第１鋳物砂の径よりも大きい。そのため、上記第２鋳物砂の径よりも小さくかつ第１鋳物砂の径よりも大きい孔で形成された篩を用いて、第１焙焼工程後の鋳物砂を篩うことによって、上記第２鋳物砂を回収することができる。
【００４０】
第２鋳物砂を回収した後は、ステップＳ２０３で、第２鋳物砂が除去された第１焙焼工程後の第１鋳物砂を回収する。
【００４１】
次に、ステップＳ２０４において、研磨工程を実行する。研磨工程では、周知の研磨機によって、ステップＳ１１４及びステップＳ２０２で回収された第２鋳物砂を研磨する。この研磨工程によって、第２鋳物砂の表面に付着した無機バインダの一部が削り取られる。
【００４２】
研磨が完了した後は、ステップＳ２０５において、第２焙焼工程を実行する。第２焙焼工程では、研磨された第２鋳物砂を、周知の焙焼炉によって、第１焙焼温度で焙焼する。
【００４３】
第２焙焼工程後は、ステップＳ２０６において、第２焙焼工程後の第２鋳物砂を回収する。
【００４４】
ステップＳ２０３及びステップＳ２０６において、回収された第１及び第２鋳物砂は、上述したように再生砂として貯蔵され、次の鋳型を造型するために再利用される。
【００４５】
ここで、第２鋳物砂を再生させて、再生砂として利用するとき、該再生砂の表面に無機バインダが残留していると、該再生砂を有機バインダと混練させたときに、有機バインダが硬化することがある。
【００４６】
この有機バインダが硬化するメカニズムについて、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００４７】
図３は、図１のステップＳ１０７で示したアミンガスによって有機バインダが硬化するメカニズムである。上述したように、本実施形態では、有機バインダは、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダである。このときポリイソシアネート化合物中のイソシアネートの炭素は、炭素よりも電気陰性度の高い酸素と窒素とが角度を成すように結合しているため、相対的に正の極性を持つ。ここにアミンガスが導入されると、アミンガス中の窒素が相対的に負の極性を有するために、アミンガス中の窒素によって、ポリイソシアネート化合物中のイソシアネートの炭素が活性化され、イソシアネートの炭素と窒素との２重結合のうちの一方の結合が解除される。その後、上記炭素及び窒素は、フェノール樹脂中のメチロール基と結合し、この結合によりウレタン樹脂が生成される。これによって、有機バインダが硬化する。
【００４８】
上述のように、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とを主体とする有機バインダは、アミンガスによって、ポリイソシアネート化合物中のイソシアネートの炭素が活性化されることで、ウレタン化反応が促進されて硬化する。すなわち、アミンガス以外のものであっても、イソシアネートの炭素を活性化させて、炭素と窒素との２重結合のうちの一方の結合を解除させるような反応を促進させるものであれば、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応を促進させて、有機バインダを硬化させることができる。
【００４９】
図４は、無機バインダによって有機バインダが硬化するメカニズムを示す。上述したように、本実施形態では、無機バインダは、水ガラスを主体とする無機バインダである。水ガラスには潮解性があり、水ガラス中のナトリウムは、以下の化学式に示すように、空気中の水分と反応して水酸基を発生させる。
【００５０】
２Ｎａ＋  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ２Ｎａ＋  ＋  ２ＯＨ−  ＋  Ｈ２
すなわち、無機バインダが残留した再生砂の表面には、上記化学式の反応によって水酸基が発生している。水酸基は負の極性を有しているため、表面に水酸基が発生した再生砂を上記有機バインダと混練させると、図４に示すように、水酸基がアミンガスの代わりに触媒の役割を果たして、イソシアネートの炭素を活性化させ、炭素と窒素との２重結合のうちの一方の結合を解除させる。これにより、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応が促進され、有機バインダの硬化が促進される。
【００５１】
このように、再生砂の表面に無機バインダが残留し、それによって水酸基が発生すると、上記再生砂と有機バインダとを混練させた際に、有機バインダの硬化が促進されてしまう。再生砂を用いた鋳物砂を成形型に充填する前に、有機バインダの硬化が促進されてしまうと、該鋳物砂の流動性が低下して、成形型への砂の充填率が悪化したり、成形型に充填した後に、成形型に供給されるアミンガスが十分に作用しなくなったりして、造型された鋳型の強度が所望の強度を満たさなくなる。そのため、再生砂の表面に水酸基を発生させないようにしなければ、組み合わせ砂型を造型する際に、無機バインダを用いた鋳物砂（すなわち、第２鋳物砂）から再生された再生砂を利用できなくなる。
【００５２】
そこで、本実施形態では、第２鋳物砂を焙焼する第２焙焼工程における第１焙焼温度を、第２焙焼工程後の第２鋳物砂、すなわち第２鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練させた際に、有機バインダが硬化しない温度以上の温度、具体的には、９００℃以上の温度にして、再生砂の表面に水酸基を発生させないようにしている。
【００５３】
第１焙焼温度を９００℃以上の温度にすると、焙焼温度が、ナトリウムの沸点を超えるため、ナトリウムが昇華して、無機バインダ中のナトリウムイオンの濃度が低下する。ナトリウムイオンの濃度が低下すると、上記化学式で示した反応が発生しにくくなり、水酸基の濃度が低下する。そのため、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応が促進されにくくなる。これにより、第２鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化が抑制される。
【００５４】
また、第１焙焼温度を９００℃以上の温度にすることにより、ナトリウムの一部が無機バインダ中の珪酸に固溶して、ナトリウムと珪酸との固溶体が形成される。固溶体が形成されると、ナトリウムが不活性状態となり、イオン化しなくなるため、無機バインダ中のナトリウムイオンの濃度が低下する。これにより、上記化学式で示した反応が発生しにくくなり、水酸基の濃度が低下するため、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応が抑制されて、第２鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化が抑制される。
【００５５】
上述のように、第１焙焼温度を９００℃以上の温度にすることにより、再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化が抑制されるため、組み合わせ砂型を造型する際に、第２鋳物砂から再生された再生砂を利用できるようになる。
【００５６】
尚、焙焼温度を１２００℃よりも高い温度にすると、鋳物砂を構成する砂自体が焼失してしまうおそれがあるため、第１焙焼温度としては９００℃以上かつ１２００℃以下が望ましい。
【００５７】
次に、図５を参照しながら、実際に第１焙焼温度を９００℃以上の温度にした場合の効果について説明する。
【００５８】
図５は、第２焙焼工程における焙焼温度と焙焼後の第２鋳物砂中のナトリウムイオンの濃度との関係、及び第２焙焼工程における焙焼温度と該焙焼温度で焙焼させた第２鋳物砂を用いた鋳物砂で造型された中子の強度との関係を示す。このとき、中子は第２鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練した鋳物砂で造型している。図５において、折れ線のグラフは、焙焼後の第２鋳物砂のナトリウムイオンの濃度を表すグラフであり、棒グラフは、第２鋳物砂から再生された再生砂で形成された中子の強度を表すグラフであり、グラフ中に破線で示す線は、中子強度の規格強度を表す線である。また、棒グラフにおいて、白塗りのグラフは造型直後の中子の強度を表し、斜線のグラフは造型してから１時間が経過した後の中子の強度（以下、１ｈｒ後強度という）を表す。さらに、図５において、最も右側に示す棒グラフは、比較例として新砂（再生前の鋳物砂）で造型した中子の強度を表している。尚、７００℃から８００℃までの間の焙焼温度で焙焼した再生砂については、中子の強度を計測していないため、図示していない。また、７００℃で焙焼した再生砂で造型した中子については、計測できない程度にまで強度が低下していたため、図示していない。
【００５９】
図５のナトリウムイオンの濃度のグラフによると、焙焼温度を７００℃から９００℃まで上昇させるにつれて、再生砂中のナトリウムイオンの濃度が低下し、９００℃では、ほぼ０になっていることが分かる。これは、上述したように、ナトリウムが昇華する又はナトリウムが珪酸と固溶するためである。尚、焙焼温度を７００℃から僅かに上昇させただけでもナトリウムイオンの濃度が低下しているのは、焙焼炉内に温度分布があり、例えば、焙焼炉内における熱源の近くでは、焙焼温度がナトリウムの沸点を超えることがあるためである。
【００６０】
また、図５の中子強度のグラフによると、焼結温度を８００℃から９００℃まで上昇させると、造型直後の強度及び１ｈｒ後強度が上昇し、焙焼温度が９００℃の場合は、新砂で造型した中子の強度と同程度になることが分かる。これは、ナトリウムイオン濃度が低下した結果、水酸基の発生が抑えられ、第２鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練した際の有機バインダの硬化が抑制されるためである。また、図５の中子強度のグラフによると、焙焼温度が９００℃の場合は、造型直後の強度と１ｈｒ後強度とが共に中子の強度規格を満たしている一方、焙焼温度が８００℃の場合は、造型直後の強度は強度規格を満たしているが、１ｈｒ後強度は強度規格を満たしていないことが分かる。すなわち、無機バインダとして水ガラスを用いている場合は、第１焙焼温度を９００℃以上にすれば、中子の強度規格を満たされるため、組み合わせ砂型を造型する際に、第２鋳物砂から再生された再生砂を利用できるようになることを示している。
【００６１】
したがって、本実施形態では、第２鋳物砂を研磨する研磨工程と、第１及び第２鋳物砂を焙焼する焙焼工程と、を含み、第２鋳物砂を第１焙焼温度で焙焼し、第１焙焼温度は、焙焼工程後の第２鋳物砂と有機バインダとを混練させた際に、有機バインダが硬化しない温度以上の温度であるため、第２鋳物砂から再生された再生砂と有機バインダとを混練させた際の有機バインダの硬化を回避することができる。この結果、組み合わせ砂型を造型する際に、第２鋳物砂から再生された再生砂を利用できるようになる。
【００６２】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００６３】
例えば、本実施形態では、研磨工程において、第２鋳物砂のみを研磨しているが、これに限らず、第１鋳物砂及び第２鋳物砂の全てを研磨するようにしてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、焙焼工程を第１焙焼工程と第２焙焼工程との２回に分けて実行しているが、これに限らず、焙焼工程を１回のみ実行するようにしてもよい。尚、このときは、第１鋳物砂及び第２鋳物砂の全てを第１焙焼温度で焙焼するようにする。
【００６５】
さらに、本実施形態では、ＷＪ中子のみを無機バインダを用いた鋳物砂で造型するようにしているが、これに限らず、全ての中子を無機バインダを用いた鋳物砂で造型するようにしてもよい。
【００６６】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、無機バインダを用いた鋳物砂の再生方法として有用である。
【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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