(57)【要約】【課題】  従来のシェル砂型製造方法及び装置では、加熱媒体からの熱が金型の表面からのみシェル砂に伝達されるため中心のシェル砂に伝達されにくく、シェル砂の硬化時間を十分に短縮することができなかった。また、金型に接している表面は硬化し易いものの、シェル砂の中心部に近くなるほど熱の伝わりが遅いため、殆ど硬化に至ってない。また、型の予熱がない又は予熱温度がシェル砂の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度に比べて低いため、加熱媒体からの熱が型に吸収されて、シェル砂の硬化時間を十分に短縮することができなかった。【解決手段】  シェル砂５に含まれる熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱された金型１内へ充填されるシェル砂５に、熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上の過熱水蒸気を通過させることにより、シェル砂５を硬化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱された金型内へ充填されるシェル砂に、シェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上の過熱水蒸気を通過させることにより、シェル砂を硬化させることを特徴とするシェル砂型製造方法。
【請求項２】
金型をシェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱する工程と、金型のキャビティにシェル砂を充填する工程と、充填したシェル砂に過熱水蒸気を供給してシェル砂を硬化させる工程とを備えることを特徴とするシェル砂型製造方法。
【請求項３】
シェル砂が充填されるキャビティを有する金型と、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生器とを備え、
前記金型には、過熱水蒸気をキャビティへ供給するための供給経路、及びキャビティから過熱水蒸気を排出するための排出経路が形成されることを特徴とするシェル砂型製造装置。
【請求項４】
前記金型には複数の排出経路が形成され、少なくとも一部の排出経路には、過熱水蒸気を排出方向へ吸引するポンプが接続されることを特徴とする請求項３に記載のシェル砂型製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造に用いられるシェル砂型製造方法及び装置に関し、特に、シェル砂を短時間で硬化させてシェル砂型の造型時間を短縮したり、臭気の低減を図ったりすることができるシェル砂型製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シェル砂型は、鋳型の一種であり、鋳物の鋳造等に用いられるものである。
一般的に、シェル砂型の製造は、熱硬化性樹脂と鋳物砂とを含むシェル砂を、離型剤が塗布された金型のキャビティ内に充填した後、金型を加熱することでシェル砂を硬化させ、硬化したシェル砂を金型から離型することで行われている。
このように、金型を加熱してシェル砂を硬化させる場合は、まず金型の熱がシェル砂の金型に接触する部分に伝達され、その後この部分からシェル砂の他の部分へ熱が伝わっていくので、シェル砂全体が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度にまで加熱されるのには長時間を要していた。
【０００３】
そこで、シェル砂の硬化時間を短縮するべく、高温の空気等の気体を加熱媒体としてシェル砂に通気させることで、シェル砂を硬化させる技術（特許文献１参照）や、シェル砂を充填した型内に水蒸気を吹き込むことでシェル砂を硬化させる技術（特許文献２参照）が考案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３７０４４号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２０００−１０７８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の、高温の気体をシェル砂に通気させる特許文献１に記載された技術の場合、シェル砂全体に気体を接触させることが可能となるが、通気される気体が乾燥気体であるため、気体の熱がシェル砂に伝達されにくく、シェル砂の硬化時間を十分に短縮することができなかった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術では、加熱媒体として水蒸気を用いているが、型の予熱がないため、または予熱温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度もしくは硬化開始温度に比べて低いため、水蒸気からの熱が型に吸収されて、シェル砂へ伝達される熱量が減少し、シェル砂の硬化時間を十分に短縮することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、シェル砂の硬化時間を十分に短縮したり、臭気の低減を図ったりすることができるシェル砂型製造方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明のシェル砂型製造方法及び装置は、以下の特徴を有する。
即ち、本発明のシェル砂型製造方法は、シェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱された金型内へ充填されるシェル砂に、シェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上の熱容量の高い過熱水蒸気を通過させることにより、シェル砂を硬化させるものである。
具体的には、本シェル砂型製造方法は、金型をシェル砂樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱する工程と、金型のキャビティにシェル砂を充填する工程と、充填したシェル砂に過熱水蒸気を供給してシェル砂を硬化させる工程とを備えている。
このように、加熱媒体として過熱水蒸気を用いることで、シェル砂の熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間を短縮することができ、その結果シェル砂の硬化時間を短くすることができる。
また、金型を、シェル砂の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように加熱・保持することで、金型との界面のシェル砂を早急に硬化可能な温度以上または硬化開始温度まで加熱するとともに、過熱水蒸気からシェル砂に伝達された熱が、金型１側へ逃げることを防止して、シェル砂の硬化時間をさらに短縮している。
さらに、過熱水蒸気を吹き込むことで、金型の表面から離れている中心部の常温のシェル砂を、極めて短時間に硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上に加熱することができるため、シェル砂型の造型が容易となる。
これにより、キャビティ内のシェル砂の造型時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００１０】
また、本発明のシェル砂型製造装置は、シェル砂が充填されるキャビティを有する金型と、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生器とを備え、前記金型には、過熱水蒸気をキャビティへ供給するための供給経路、及びキャビティから水蒸気を排出するための排出経路が形成されている。
これにより、キャビティ内のシェル砂に過熱水蒸気を供給することが可能となって、シェル砂の熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間を短縮することができ、その結果シェル砂の硬化時間を短くすることができる。
そして、キャビティ内のシェル砂の造型時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記金型には複数の排出経路が形成され、少なくとも一部の排出経路には、過熱水蒸気を排出方向へ吸引するポンプが接続されている。
キャビティの形状や金型の構造等により、そのままではキャビティ内に過熱水蒸気の通過しにくい箇所がある場合は、過熱水蒸気を排出方向へ吸引するポンプが接続された排出経路をその箇所に配置することで、その箇所への過熱水蒸気の供給量を増加させ、他の箇所のシェル砂と同様の速い時間で硬化させることができる。
これにより、キャビティ内のシェル砂の硬化時間を全体的に縮めて、シェル砂型の造型時間を短縮することができるとともに、樹脂が硬化するときに発生する臭気も吸引排出されるため、作業環境を著しく向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シェル砂の硬化時間を短くすることができ、キャビティ内のシェル砂の造型時間を大幅に短縮することが可能となる。
また、キャビティの形状や金型の構造等により、そのままではキャビティ内に過熱水蒸気の通過しにくい箇所がある場合でも、キャビティ内のシェル砂の硬化時間を全体的に縮めて、シェル砂型の造型時間を短縮することができるとともに、樹脂が硬化するときに発生する臭気も吸引排出されるため、作業環境を著しく向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
まず、本発明のシェル砂型製造装置について説明する。
図１に示すように、シェル砂型製造装置は、上型１ａ及び下型１ｂにて構成される金型１と、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生器２とを備えており、金型１にはブロープレート４が付設されている。
【００１４】
過熱水蒸気発生器２と金型１とは、ブロープレート４を介して送風管３により接続されており、過熱水蒸気発生器２にて発生した過熱水蒸気は、送風管３からブロープレート４に形成される送風路４１を通じて金型１へ送風される。
なお、過熱水蒸気とは、飽和水蒸気をさらに加熱してその飽和温度以上の温度に上げたものをいい、例えば大気圧で１００℃よりも高温の水蒸気が過熱水蒸気となる。
【００１５】
金型１にはシェル砂５が充填されるキャビティ１１が形成されており、該キャビティ１１は、金型１に形成される複数の供給経路１２により、ブロープレート４の送風路４１と接続されている。なお、ここでいう「シェル砂」とは、「レジンコーテッドサンド」のことをいう。
また、キャビティ１１から供給経路１２の反対側へ延出する複数の排出経路１３が、金型１に形成されている。
なお、供給経路１２及び排出経路１３は、本実施形態では複数経路形成しているが、一経路のみ形成することも可能である。
【００１６】
このように構成されるシェル砂型製造装置においては、過熱水蒸気発生器２で発生した過熱水蒸気が、送風管３及び送風路４１を通じて供給経路１２へ送風され、キャビティ１１に充填されたシェル砂５を通過した後に、排出経路１３を通じて外部へ排出される。
【００１７】
シェル砂５は、鋳物砂と、シェル砂樹脂としての熱硬化性樹脂とを含んでおり、加熱されることで熱硬化性樹脂の硬化が進行し、所定の形状に形成されたシェル砂５がその形状で硬化する。
シェル砂型製造装置では、過熱水蒸気がキャビティ１１を通過することで、該キャビティ１１に充填されたシェル砂５が加熱され硬化する。
なお、ここでいう「シェル砂樹脂」とは、「レジンコーテッドサンドに用いる樹脂」のことをいう。
【００１８】
次に、本シェル砂型製造装置を用いてシェル砂型を製造する際のフローについて説明する。なお、ここでいう「シェル砂型」とは、「鋳型」のことをいう。
図２に示すように、シェル砂型を製造する際には、まず金型１を所定の温度にまで加熱するとともに（Ｓ０１）、金型１の上型１ａと下型１ｂとを閉じて（Ｓ０２）、閉じた金型１のキャビティ１１内にシェル砂５を充填する（Ｓ０３）。
【００１９】
次に、過熱水蒸気発生器２により過熱水蒸気を発生させ、キャビティ１１内に過熱水蒸気を供給する（Ｓ０４）。キャビティ１１内に供給された過熱水蒸気はシェル砂５を通過して、排出経路１３から外部へ排出される。
過熱水蒸気の供給は、シェル砂５が硬化するまで継続される。
【００２０】
シェル砂５が硬化した後は過熱水蒸気の供給を停止し、金型１を開いて（Ｓ０５）、ワーク（硬化したシェル砂５）を取り出す（Ｓ０６）。
以降、金型１を所定の加熱温度に保持しながら、Ｓ０２からＳ０６のステップを繰り返し行う。
【００２１】
ここで、シェル砂５をキャビティ１１へ充填し過熱水蒸気の供給を開始してから、シェル砂５が硬化するまでの時間は、シェル砂５に含まれる熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間に、熱硬化性樹脂が硬化を開始してから硬化終了に至るまでの時間を加えたものである。
【００２２】
本シェル砂型製造装置では、シェル砂５の加熱媒体として「過熱水蒸気」を用いているが、これは加熱媒体として過熱水蒸気を用いると、被加熱物の温度上昇が速いからである。
例えば、図３に示すように、前述の特許文献１に記載される技術における高温の空気等といった高温ガスを加熱媒体として用いて、被加熱物であるワークを加熱した場合には、ワークの温度は時間とともに徐々に上昇していき、加熱開始から時間ｔ２で目標温度Ｔに達する。
【００２３】
これに対し、加熱媒体として過熱水蒸気を用いた場合は、加熱開始から急激に温度が上昇して、時間ｔ１で目標温度に達する。
過熱水蒸気を用いた場合の時間ｔ１は、高温ガスを用いた場合の時間ｔ２の十分の一程度である。
【００２４】
このように、加熱媒体として過熱水蒸気を用いると温度上昇速度を顕著に速くすることができるため、シェル砂５の熱硬化性樹脂が硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱されるまでの時間を短縮することができ、その結果シェル砂５の硬化時間を短くすることができる。
【００２５】
また、キャビティ１１内に供給する過熱水蒸気の温度は、キャビティ１１内へ供給された時点でシェル砂５の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように設定している。
つまり、本シェル砂型製造装置では、通過させる過熱水蒸気からの熱をシェル砂５へ伝導することで、該シェル砂５を硬化させるようにしているため、キャビティ１１内に供給された時点での過熱水蒸気の温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも高くなるように設定している。
【００２６】
また、シェル砂５を充填する前から加熱しておく金型１の温度も、以下の理由により、シェル砂５の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように設定している。
つまり、金型１の加熱温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも低いと、キャビティ１１に充填されたシェル砂５に金型１の熱が吸収されて温度が下がるため、金型１との界面部分の温度も硬化可能な温度または硬化開始温度よりも低くなる。そのままでは金型１との界面部分のシェル砂５は硬化しない。
従って、シェル砂５が硬化を開始するためには、供給された過熱水蒸気からの熱がシェル砂５に伝達されて、金型１との界面のシェル砂５が硬化可能な温度または硬化開始温度まで加熱される必要があるが、これではシェル砂５が硬化するまでに長時間を要してしまうことになる。
さらに、金型１の加熱温度が熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも低いと、過熱水蒸気からシェル砂５に伝達された熱が、金型１側へ逃げてしまうため、シェル砂５を硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱するのに時間がかかってしまう。
【００２７】
そこで、本シェル砂型製造装置では、金型１との界面のシェル砂５を早急に硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上にまで加熱するとともに、過熱水蒸気からシェル砂５に伝達された熱が、金型１側へ逃げることを防止するために、金型１の加熱温度がシェル砂５の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上となるように加熱・保持している。
【００２８】
以上のように、金型１の予熱温度、及び過熱水蒸気の温度をシェル砂５の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度以上または硬化開始温度以上とすることで、シェル砂５の硬化時間を短縮することを可能としている。
なお、図４に示すように、シェル砂５の熱硬化性樹脂の硬化時間（図４ではゲル化時間で表している）は、温度が高くなる程短くなるため、硬化時間を短縮するためには、樹脂の特性等が変化しない程度に、金型１の予熱温度及び過熱水蒸気の温度を高くするのが望ましい。
【００２９】
次に、過熱水蒸気の使用の有無及び金型１の加熱温度の違いによる、シェル砂５の硬化状態、すなわちキャビティ１１に充填されたシェル砂５の造型性の比較を行った結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１における金型温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、全てシェル砂５の熱硬化性樹脂の硬化可能な温度または硬化開始温度よりも高く、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃの順に高温となっている。
また、過熱水蒸気の供給時間又はワークの型内保持時間を示すｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅは、ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃ＜ｔｄ＜ｔｅの順に長くなっている。
【００３２】
表１にみられるように、加熱媒体として過熱水蒸気を使用した場合と使用していない場合とでは、全ての金型温度Ｔａ・Ｔｂ・Ｔｃにおいて、過熱水蒸気を使用した場合の方が造型可能な最短時間がかなり短くなっていることが確認される。
また、過熱水蒸気を使用した場合と使用していない場合との何れにおいても、金型温度Ｔａ・Ｔｂ・Ｔｃが高くなるにつれて、造型可能な最短時間が短くなることが確認される。
そして、加熱媒体として過熱水蒸気を使用し、金型１の加熱温度を最も高いＴｃとすることで、ｔａやｔｂといった短時間でシェル砂５の造型が可能となっている。
【００３３】
次に、シェル砂型製造装置の第二の実施形態について説明する。
図５に示すシェル砂型製造装置は、図１に示したシェル砂型製造装置の金型１におけるキャビティ１１からの排気経路として、吸引排気経路１４をさらに設けたものである。
吸引排気経路１４は、サージタンク６を介して吸引ポンプ７に接続されており、該吸引ポンプ７により真空吸引されている。
【００３４】
シェル砂型を造型する際、キャビティ１１の形状や金型１の構造等によっては、キャビティ１１内に過熱水蒸気の通過しにくい箇所が生じる場合がある。
このような過熱水蒸気が通過しにくい箇所ではシェル砂５の硬化時間が長くなるため、シェル砂５の造型時間も全体的に延びる原因となる。
【００３５】
そこで、本実施形態のシェル砂型製造装置では、そのままでは過熱水蒸気が通過しにくい箇所に吸引排気経路１４を設けて真空吸引することで、その箇所への過熱水蒸気の供給量を増加させ、他の箇所のシェル砂５と同様の速い時間で硬化させるようにしている。
すなわち、過熱水蒸気を排出方向へ吸引する吸引ポンプ７が接続された排出経路である吸引排出経路１４を、キャビティ１１内における、そのままでは過熱水蒸気が通過しにくい箇所に配置することで、その箇所への過熱水蒸気の供給量を増加させ、他の箇所のシェル砂と同様の速い時間で硬化させることができる。
これにより、キャビティ１１内のシェル砂５の硬化時間を全体的に縮めて、シェル砂型の造型時間を短縮することができる。
なお、真空吸引を行う吸引排気経路１４は適宜複数箇所に設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のシェル砂型製造装置を示す概略図である。
【図２】本発明のシェル砂型製造方法のフローを示す図である。
【図３】加熱媒体として、過熱水蒸気を使用した場合と高温ガスを使用した場合とでのワーク温度の上昇度合いを示す図である。
【図４】シェル砂の熱硬化性樹脂の温度によるゲル化時間の変化を示す図である。
【図５】シェル砂型製造装置の第二の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  金型
２  過熱水蒸気発生器
５  シェル砂
１１  キャビティ
１３  排気経路
【図１】
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【図２】
2005138117.tif 000005
【図３】
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【図４】
2005138117.tif 000007
【図５】
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