(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に水溶性無機塩バインダーが被覆された鋳物砂粒子を含む、鋳造品内の水溶性中子を水溶することで、該水溶性中子を鋳物砂と水溶性無機塩バインダー水溶液を含むスラリー状混合物にして、前記鋳造品から前記スラリー状混合物を回収する砂落とし工程と、
該回収されたスラリー状混合物を型内のキャビティと連接したスラリーボックス内に収容する収容工程と、
該スラリーボックス内のスラリー状混合物にスラリー流動用エアーを吹き込んでスラリー状混合物を流動化する流動化工程と、
該流動化されたスラリー状混合物の鋳物砂を新たな中子砂として型内のキャビティに充填する充填工程と、
該キャビティ内に充填された中子砂を乾燥する乾燥工程と、を含み、
前記スラリーボックス内のスラリー状混合物の組成を、水溶性無機塩バインダー水溶液／鋳物砂の容積比で１．０以上にすることを特徴とする鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項２】
前記流動化工程において、前記スラリーボックス内に吹き込まれたスラリー流動用エアーを、前記スラリーボックスに設けられたスラリー流動用エアー開放弁より排気することを特徴とする請求項１に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項３】
前記流動化工程において、前記スラリーボックス内のスラリー状混合物にスラリー流動用エアーを吹き込むための該スラリー流動用エアーの給気及び排気を停止するとほぼ同時に、前記充填工程において、前記流動化されたスラリー状混合物の鋳物砂を新たな中子砂として型内のキャビティに充填するための充填エアーを前記スラリーボックスに吹き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項４】
前記砂落とし工程後の前記スラリー状混合物に含まれる、鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水の量比を計測するとともに、該量比を調製すること、又は前記スラリー状混合物にフィラーが添加されている場合は、前記砂落とし工程後の前記スラリー状混合物に含まれる、鋳物砂、水溶性無機塩バインダー、水及びフィラーの量比を計測するとともに、該量比を調製することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項５】
前記量比の計測と調製が、前記スラリー状混合物中の水溶性無機塩濃度の計測と調製であることを特徴とする請求項４に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項６】
前記スラリー状混合物中の水溶性無機塩濃度の計測と調製は、該スラリー状混合物中の前記鋳物砂と、前記水溶性無機塩バインダー水溶液とを均一化した後の塩溶液の比重を計測し、組成が一定であれば水溶性無機塩濃度と比重とがほぼ比例関係にあることを利用して、前記調製を行うことを特徴とする請求項５に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項７】
前記スラリー状混合物中の水溶性無機塩濃度を２８〜３４重量％に調製することを特徴とする請求項５または６に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項８】
前記砂落し後の量比の計測と調製が、前記スラリー状混合物中のフィラー量の計測と調製であることを特徴とする請求項４に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項９】
前記スラリー状混合物中のフィラー量の計測と調製が、該スラリー状混合物中の前記鋳物砂と前記水溶性無機塩バインダー水溶液と前記フィラーとを均一化した後の塩溶液の密度を計測し、組成が一定であればフィラー添加量と密度とがほぼ比例関係にあることを利用して、前記調整を行うことを特徴とする請求項８に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項１０】
前記砂落し工程後の前記量比の計測と調製が、前記スラリー状混合物の定量計量であることを特徴とする請求項４に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項１１】
前記スラリー状混合物の定量計量は、前記砂落とし工程後、スラリー状の前記鋳物砂が沈殿したスラリー状混合物が入った液槽内に、該スラリー状混合物を容器高さ以上の深さに入れた容器を沈め、該容器の上部より開放された下底部と上底部に通気孔を有する定量計量筒を挿入し、該定量計量筒の上底と該液槽の塩溶液上面を一致させ、この状態で該通気孔を閉じ、該定量計量筒を引き上げて、該定量計量筒内のスラリー状鋳物の砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈを計量するものであることを特徴とする請求項１０に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項１２】
前記砂落し後の前記液槽内の定量計量されたスラリー状混合物を、前記液槽から、前記スラリーボックス内へ移し替えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項１３】
前記落とし工程から前記乾燥工程までの工程と、乾燥工程後の水溶性中子を用いて鋳造品を鋳造する鋳造工程と、を一連の工程として繰り返すことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法を含むアルミ合金鋳造方法であって、回収されたスラリー状混合物の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーを再利用してアルミニウム合金の鋳造を行うことを特徴とするアルミ合金鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶性中子から鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーを再利用する方法、及びそれに用いる中子造型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳型に溶湯を圧入し，急冷凝固させて鋳物を製造する精密鋳造技術においては、機械部品等の精密鋳造品の内部に空間を設けるために、中子が広く利用されている。例えば、アルミ合金を使ったシリンダの内部空間、エグゾースト内部の冷却媒体通路の作製に中子は不可欠なものである。
【０００３】
中子の強度を増加させるためには、樹脂等のバインダーが使用されている。例えば、鋳物砂・特に中子砂に使われるバインダーには熱硬化樹脂を用いたシェルモールド法、ガス硬化性樹脂を用いたコールドボックス法等が主流であるがこの砂再生法は焙焼又は機械力による研磨等で行っており、多くのエネルギー消費と大量の微紛が発生している。具体的には、焙焼再生法では、６００℃以上に加熱して樹脂分を完全に燃焼させるため、焙焼時のエネルギー多消費、粉塵発生が避けられなかった。
【０００４】
又、無機バインダーには水ガラス等が従来より用いられているが、その砂再生は粉砕、研磨等で多くの動力と発塵を伴ない、鋳造工場の避けられない問題とされていた。即ち、乾式再生法（摩擦・研磨法）では、鋳物砂表面付着の樹脂分等を機械的力で除去するため、砂の摩耗が多く、また粉塵ダストの廃棄物を多量に発生している。エネルギー的には焙焼より有利であるが電力使用量は多い。更に、除去された残留バインダーは再使用できない。このように、無機バインダーを用いた場合の乾式再生法は、エネルギー多消費、粉塵、臭気、廃棄物等の問題を有するものであった。
【０００５】
しかも、焙焼再生法、乾式再生法（摩擦・研磨法）の両方法とも、鋳物砂の一部を再利用するだけであり、そのプロセスの特徴とあいまって、鋳造後砂に付着しているバインダーの性質は元に戻らないので、破棄するしかなく、そのために多量のエネルギーと粉塵・臭気を発生させている。
【０００６】
また、下記特許文献１には、有機バインダーを含む砂を特定範囲のＰＨ値となるように塩基または酸で中和して再生し、これを鋳物砂として再利用する技術が開示されている。しかし、この方法も、鋳造後砂に付着しているバインダーの性質は元に戻らないので、破棄するしかなく、そのために多量のエネルギーと粉塵・臭気を発生させている。
【０００７】
一方、中子バインダとして無機塩を用いることにより、鋳造時のガス発生量を低減させ、鋳造後は中子砂落しを水で行うことのできる水溶性中子が考えられている。しかしながら、非水溶性中子と同様に水溶性中子では、大量に発生する鋳物砂と無機バインダーの処理を如何にするかという問題があった。
【０００８】
一方、水溶性中子バインダーとしては、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）が知られている。しかながら、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）水溶液は、以下の欠点を有している。１）粘着力が弱く、中子強度が充分ではない。２）バインダー必要量が多くなり（水の量も増加する）、鋳物砂の流動性が悪化し、中子造型時にブロー充填性が不十分である。
【０００９】
そこで、本発明者らは、十分な中子強度と可溶性を併せ持つ水溶性中子バインダを提供することを目的として、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）から選択されるカチオンと、ＳＯ４２−、ＣＯ３２−、ＨＣＯ３２−、Ｂ４Ｏ７−から選択されるアニオンとの組み合わせからなる水溶性無機塩の１種以上（但し、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）のみの場合を除く）から成る水溶性中子バインダーを発明した（下記特許文献２）。特に、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）０〜９９．９重量％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、４ホウ酸ナトリウム（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）から選択される１種以上１００〜０．１重量％から成る水溶性中子バインダーが好適であることを見出した。
【００１０】
同じく、本発明者らは、高温強度と、砂落しの容易性の目安となる水可溶性を併せ持つ水溶性中子を提供することを目的として、鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダで被覆された水溶性中子において、該水溶性無機塩バインダに、珪砂（珪粉）、アルミナ、チタン酸カリウム、炭化珪素、珪酸ジルコン、繊維状チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マグネシウムから選択される無機フィラーの１種以上が添加されている高強度水溶性中子を発明した（下記特許文献３）。
【００１１】
公知の水溶性バインダーを添加した水溶性無機中子砂（水分換算で２〜１０％対砂、以下ウェットサンドと称す）によるプロセスは鋳造製品内の中子を水（又は、塩水溶液）で洗い流す。洗い流された砂は多量の塩溶液を含んでいる（以下スラリー砂と称す）。従って中子砂作製には遠心機などによる脱水工程及び塩溶液微調製のための混練工程が必要である。
【００１２】
そこで、本発明者らは、特許文献２及び特許文献３の、砂落しが容易な水溶性無機バインダーの開発に基づいて、使用後の鋳物砂及び無機バインダーの両者をほぼ完全に再生・リサイクルする方法を提供し、水溶性中子を更に実用性のあるものとするとともに、環境性に優れたものとすることを目的として、水溶性中子から鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーをほぼ完全に再利用する方法を提供することを目的として、鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子を用いた鋳造品から後記水溶性無機塩バインダー及び水からなる上澄み液の水圧を用いて該鋳物砂を除去する工程と、該除去された鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水からなる混合物を貯蔵して、水溶性無機塩バインダー及び水からなる上澄み液と、主として鋳物砂からなり少量の水溶性無機塩バインダー及び水からなるスラリーに分離する沈殿工程と、該スラリーの水分を所定濃度まで脱水する工程と、該所定濃度まで脱水されたスラリーを再利用する工程を含む鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法を発明した（下記特許文献４）。
【００１３】
従来の再利用技術（中子砂がウェットサンド）の問題点としては下記の事項が挙げられる。
１）スラリー砂からウェットサンド状態の中子砂を作製する脱水工程及び混練工程が必要。
２）脱水工程は砂中の塩溶液（水分）を遠心効果の制御によりほぼ調製できるが精度的に難しい。
３）脱水した砂はホッパー等、保管中の自然乾燥を防ぐために密閉等の構造が必要で設備が複雑になる。
４）目標の塩溶液（水分）の中子砂を作製するには、脱水砂の砂中の塩溶液（水分）量、及び砂量制御など計測を備えた混練工程が必要。
【００１４】
これらの問題点が発生する理由は、砂落し後のスラリー砂と中子砂（ウェットサンド）で、組成的に大きな差があることに起因する。例えば、砂／塩溶液の重量比はスラリー砂は１／０．３〜５０に対し、ウェットサンドは１／０．０３〜０．１０と大きく相違している。
【００１５】
【特許文献１】特開平３−２３８１４１号公報
【特許文献２】特開２００５−０６６６３４号公報
【特許文献３】特開平２００５−０５９０８１号公報
【特許文献４】特開平２００５−１３８１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献４の発明は、中子造型、中子乾燥、中子保管、鋳造、砂落し、の一連の工程の後、回収された鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水からなる混合物を貯蔵して、水溶性無機塩バインダー及び水からなる上澄み液と、主として鋳物砂からなり少量の水溶性無機塩バインダー及び水からなるスラリーに分離する沈殿工程と、該スラリーの水分を所定濃度まで脱水する工程といった諸工程で、混合物の混練と再生を行なうものであり、再生サイクルが複雑であった。
【００１７】
上記問題に鑑み、本発明は、砂落しが容易な水溶性無機バインダーの開発に基づいて、使用後の鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水からなるスラリーをほぼ直接的に利用して、再利用する方法及び中子造型装置を提供し、水溶性中子を更に実用性のあるものとするとともに、環境性に優れたものとすることを目的とする。より具体的には、水溶性無機バインダーを使用した中子の造型工法において、鋳造製品内の中子を水（又は、塩水溶液）で砂落ししたスラリー砂をそのまま中子砂として造型機の型内に充填し、その後水分乾燥して中子を成形する方法及び装置であって、従来の中子工法で必要な再生・混練工程を必要としないリサイクル中子造型の方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、スラリー砂に対して特定の処理を施すことで、適正な流動化状態とし、スムースにキャビティ内に充填できることを見出し、本発明に到達した。
【００１９】
即ち、第１に、本発明は、鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法の発明であり、以下の工程を含む。１）鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子を用いた鋳造品から鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂を回収する工程、２）該鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂を鋳物型内のキャビティと連接したスラリーボックス中に入れる工程、３）該スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂にスラリー流動用エアーを吹き込んでスラリー状鋳物砂を流動化する工程、４）該流動化されたスラリー状鋳物砂を新たな中子砂として型内のキャビティに充填する工程、５）該キャビティ内に充填された中子砂を乾燥する工程。
【００２０】
本発明の３）該スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂にスラリー流動用エアーを吹き込む工程において、スラリー砂はエアによって攪拌され余剰の塩溶液が砂粒間に均一混合し、適正な流動化状態になる。
【００２１】
本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法は、本発明者らの発明になる上記特許文献４の方法と比べて、砂落しで回収された鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂をほぼ直接的に、再度中子造型工程で使用することができるので、水溶性中子を更に実用性のあるものとするとともに、環境性に優れたものとすることができる。
【００２２】
本発明において、スラリー流動用エアーの流動性を高めるために、前記スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂にスラリー流動用エアーを吹き込む工程において、該吹き込まれたスラリー流動用エアーは該スラリーボックスに設けられたスラリー流動用エアー開放弁より排気することが好ましい。
【００２３】
本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法においては、スラリー状鋳物砂の流動性を高めたタイミングで次工程に送ることが好ましいので、前記スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂にスラリー流動用エアーを吹き込むための該スラリー流動用エアーの給気及び排気を停止するとほぼ同時に、前記流動化されたスラリー状鋳物砂を新たな中子砂として型内のキャビティに充填するための充填エアーを該スラリーボックスに吹き込むことが好ましい。
【００２４】
本発明において、スラリー状鋳物砂の流動化率を高めるために、前記スラリーボックスへ投入するスラリー状鋳物砂の組成は、水溶性無機塩バインダー水溶液／鋳物砂が容積比で０．９以上であることが好ましい。
【００２５】
上記の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法において、工程の途中で適宜、鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水の量比、並びに所望により添加されたフィラーの量比を計量するとともに所定の量比に調製することが好ましい。例えば、前記鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子を用いた鋳造品から鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂を回収する工程後に、砂落し後の鋳物砂、水溶性無機塩バインダー及び水の量比を計量するとともに所定の量比に調製する、又は該スラリー状鋳物砂にフィラーが添加されている場合は鋳物砂、水溶性無機塩バインダー、水及びフィラーの量比を計量するとともに所定の量比に調製する。
【００２６】
ここで、量比の計量及び所定の量比に調製する場合としては以下の場合が好ましく例示される。
１）前記砂落し後の量比の計測と調製が、前記スラリー状鋳物砂中の水溶性無機塩濃度の計測と調製である。具体的には、（ａ）スラリー状鋳物砂中の水溶性無機塩濃度の計測と調製は、該スラリー状鋳物砂と洗い落としに用いられた洗浄水である余剰の塩溶液を均一化した後の塩溶液の比重を計測し、組成が一定であれば水溶性無機塩濃度と比重とがほぼ比例関係にあることを利用する方法が挙げられる。他の方法は、（ｂ）前記スラリー状鋳物砂中の水溶性無機塩濃度の計測と調製は、該スラリー状鋳物砂と洗い落としに用いられた洗浄水である余剰の塩溶液を均一化した後の塩溶液の糖度を計測し、組成が一定であれば水溶性無機塩濃度と糖度とがほぼ比例関係にあることを利用するものである。
上記方法によって、前記スラリー状鋳物砂中の水溶性無機塩濃度を２０〜３４重量％に調製することが好ましい。
【００２７】
２）前記砂落し後の量比の計測と調製が、前記スラリー状鋳物砂中のフィラー量の計測と調製である。具体的には、（ｃ）前記スラリー状鋳物砂中のフィラー量の計測と調製が、該スラリー状鋳物砂と洗い落としに用いられた洗浄水である余剰の塩溶液と該フィラーとを均一化した後の塩溶液の密度を計測し、組成が一定であればフィラー添加量と密度とがほぼ比例関係にあることを利用する方法が挙げられる。
３）前記砂落し後の量比の計測と調製が、前記スラリー状鋳物砂の定量計量である。具体的には、前記スラリー状鋳物砂の定量計量は、液槽中に、該スラリー状鋳物砂を容器高さ以上の深さに入れた容器を沈め、該容器の上部より開放された下底部と上底部に通気孔を有する定量計量筒を挿入し、該定量計量筒の上底と該液槽の塩溶液上面を一致させ、この状態で該通気孔を閉じ、該定量計量筒を引き上げて、該定量計量筒内のスラリー砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈを計量する方法が挙げられる。
【００２８】
本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法において、再利用するスラリー状鋳物砂中の各成分を一定にするために、前記砂落し後に定量計量されたスラリー状鋳物砂を前記スラリーボックス中に移し替えることが好ましい。
【００２９】
本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法は繰り返し行なうことが好ましく、中子造型工程、乾燥工程、鋳造工程、砂落し工程、スラリー計量・調製工程の一連の工程を繰り返すことが好ましい。
【００３０】
第２に、本発明は、上記の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法を実施するための装置の発明である。即ち、鋳物砂粒子の表面が水溶性無機塩バインダーで被覆された水溶性中子を用いた鋳造品から鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂を回収して再利用する中子造型装置であって、スラリーボックス（Ａ）と鋳物型（Ｂ）からなり、該スラリーボックス（Ａ）は、鋳物型のスラリー状鋳物砂挿入口と連接したスラリー充填用開閉バルブと、該スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂にスラリー流動用エアーを吹き込むスラリー流動用エアー弁と、該スラリー流動用エアーを排気するスラリー流動用エアー開放弁と、該スラリーボックス中のスラリー状鋳物砂を鋳物型内のキャビティに充填する充填用エアー弁とを有し、鋳物型（Ｂ）は、内部にキャビティと、該キャビティ内を排気するための排気ベントとを有する。
【００３１】
第３に、本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用用中子造型装置に付随する器具として、スラリー状鋳物砂の定量計量に用いるための計量装置が挙げられる。即ち、本発明は、砂落し後のスラリー状鋳物砂の定量計量に用いるための計量装置であって、液槽中に該スラリー状鋳物砂を容器高さ以上の深さに入れる容器と、該容器の上部の開放された下底部と、該容器の上底部に有する通気孔とを有する定量計量筒である。
【００３２】
本発明の定量計量筒は、前記砂落し後に定量計量されたスラリー状鋳物砂を前記スラリーボックス中に移し替える際に、再利用するスラリー状鋳物砂中の各成分を一定にするために好適に用いられる。
【００３３】
第４に、本発明は、中子造型工程、鋳造工程、及び砂落し工程を含むアルミ合金鋳造方法の発明であり、該中子造型工程で上記の方法で回収されたスラリー状鋳物砂を再利用することを特徴とする。本発明により、例えば、アルミ合金シリンダ等の精密鋳造品を製造することが出来る。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、鋳物砂粒子の表面が無機塩バインダで被覆された水溶性中子を用いる鋳造時に、使用後の鋳物砂及び無機バインダーの両者をほぼ完全に再生・リサイクルすることが出来る。特に、本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーの再利用方法は、砂落しで回収された鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂をほぼ直接的に、再度中子造型工程で使用することができるので、水溶性中子を更に実用性のあるものとするとともに、環境性に優れたものとすることができる。
【００３５】
加えて、水又はバインダー水溶液を用いて鋳物砂の砂落しをすれば、鋳造品に加熱・衝撃を加えることなく砂落し出来るので、軽量薄肉鋳物の鋳造が可能となる。又、粉塵の発生も全くないので、集塵機等の公害対策も不用であり、砂の消耗もなく、ダスト処理も必要ない。更に、アルミ品等では鋳造後の高温粗材でも水で砂落し可能なので、粗材冷却も兼用できるので、生産工程が短縮でき、かつ省エネにも寄与できる。
【００３６】
砂落しで回収された鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂をほぼ直接的に、再度中子造型工程で使用するので、従来の砂混練装置が不用である。よって、砂混練に伴う砂計量、バインダーの計量、及び投入装置等が不要となる。又、中子に付着したバインダーも再度利用されるので、バインダーの再利用が極めて容易で１００％近い効率のリサイクルができる。
【００３７】
更に、主たる再生装置はスラリーボックス（Ａ）と鋳物型（Ｂ）からなるため、従来の焙焼法や研磨再生法等に比べ設備がシンプル化でき、臭気・粉塵発生もなく省エネ化も進み、画期的なコスト削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１に、従来法による水溶性中子造型再利用プロセス（図１（Ａ））と本発明の水溶性中子造型再利用プロセス（図１（Ｂ））を対比して示す。従来法では砂落し後に混練、再生などの諸操作が必要であるのに対して、本発明では砂落し後に定量計量されたスラリー砂を次の中子造型工程に移し替え、直接的に使用する。
【００３９】
図２に、本発明の、砂落し後のスラリー砂による中子造型工程の概要を示す。砂落し工程後に鋳造品内の中子を洗い流したスラリー混合物は、上澄み液の余剰な塩溶液と、沈殿したスラリー状鋳物砂（砂と塩の混合物）とからなる。このスラリー混合物に、塩水溶液の濃度調整と砂／塩水溶液の定量計量を施し、スラリーボックス（Ａ）と鋳物型（Ｂ）からなる再生装置のスラリーボックス（Ａ）に投入する。スラリーボックス（Ａ）にはエアーが吹き込まれ、スラリー状鋳物砂を流動化させ、鋳物型（Ｂ）へ充填する。こうして再利用されたスラリー砂による中子造型が行なわれる。
【００４０】
図３に、砂落し後のスラリー砂の組成例と、これを塩濃度調製とフィラー量調製した後の中子砂の組成例を示す。調整後に塩濃度等が適正に保たれることが分かる。
【００４１】
本発明で用いられる鋳物砂粒子は、従来知られたものを用いることができる。具体的には、ＳｉＣ，アルミナ，ムライト，シリカ，ジルコン等を用いることが好ましい。これらは、優れた強度、低熱膨張率を有するとともに入手が比較的容易であり、強度，寸法精度等に優れた水溶性中子を製造することができる。
【００４２】
本発明で用いられる水溶性無機バインダーは限定されないが、特に、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）から選択されるカチオンと、ＳＯ４２−、ＣＯ３２−、ＨＣＯ３２−、Ｂ４Ｏ７−から選択されるアニオンとの組み合わせからなる水溶性無機塩の１種以上を用いることで、十分な中子強度と水可溶性を併せ持つ水溶性中子を得ることができる。その中でも、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）が好ましい。又、水溶性無機塩として、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）０〜１００重量％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、４ホウ酸ナトリウム（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）から選択される１種以上１００〜０重量％からなる混合系も好ましい。この水溶性中子を用いることで、鋳造時に型崩れせず、鋳造後の砂落しが水圧で容易に行うことができる。
【００４３】
本発明の水溶性中子では、鋳物砂に対する無機塩バインダー添加量の合計量は０．８〜１０重量％であることが好ましく、４〜７重量％であることがより好ましい。
【００４４】
又、本発明では、鋳物砂粒子の表面が無機塩バインダーで被覆され、該鋳物砂粒子の隙間に無機微粉末が充填された水溶性中子を用いることが出来る。無機微粉末を充填させることで、水溶性中子の流動性と充填性を低下させずに、強度を向上させることが出来る。無機微粉末としては、カオリン、タルクが好ましく例示される。鋳物砂に対して、水溶性無機塩バインダー４〜７％、無機微粉末が１〜７％であることが好ましい。
【００４５】
又、本発明では、水溶性無機塩バインダーに、珪砂（珪粉）、アルミナ、チタン酸カリウム、炭化珪素、珪酸ジルコン、繊維状チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マグネシウムから選択される無機フィラーの１種以上を添加することが出来る。無機フィラーを添加することで、高温強度と、砂落しの容易性の目安となる水可溶性を併せ持つ水溶性中子が得られる。
【００４６】
本発明の水溶性中子では、前記無機フィラーを添加する場合は鋳物砂に対して０．２〜１０重量％であることが好ましい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
［流動化スラリーの充填方法］
図４に、本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーを含むスラリー状鋳物砂の再利用装置の概略を示す。スラリー砂と余剰な塩溶液からなるスラリー１をスラリーボックス２に挿入した状態から流動エアー３を吹込むと、スラリー１は流動エアー３により攪拌され、余剰の塩溶液が砂粒間に均一混合し流動化状態になる。流動エアー３はスラリー流動用エアー開放弁４より排気する。スラリーが流動化状態になったら流動用エアーの給・排気を停止すると同時に充填エアー５を吹き込む。流動化スラリー砂はスラリー充填用開閉バルブ６を介して鋳物型７内のキャビティ８に充填される。鋳物型７には排気ベント９が設けられている。
表１に、本発明の流動化スラリー砂と従来のスラリー砂の中子の充填性を示す。
【００４８】
【表１】
0004473208.tif 000002
【００４９】
表１の結果から、中子の充填密度は流動化スラリー砂により約１．０から１．５％向上することが分かる。
【００５０】
［流動化実験］
図５に、流動化実験の模式図を示す。流動化前のスラリー砂の状態［Ｉ］は、砂の空隙には塩溶液が満たされていて、塩溶液中に砂が沈殿／堆積している。又、上部には余剰の塩溶液が存在する。下部からのエアー供給により砂と塩溶液は混合／攪拌され流動層を形成し均一な組成［ＩＩ］となる。エアーを停止しても砂の再沈殿が起こるまで、しばらくこの状態は維持される。この際、余剰塩溶液が少ないと図５の下部の枠で示す流動しない部位が発生する。
【００５１】
図６に、塩溶液／砂容積比と流動化率の関係を示す。前提条件としては、下記の通りである。
塩溶液比重：１．３ｇ／ｃｃ
砂見掛け比重：１．７３ｇ／ｃｃ
砂真比重：２．７ｇ／ｃｃ
砂空隙率：３５．９３％
【００５２】
図６の結果から、塩溶液／砂容積比を１．０以上にすると流動化率１００％（どの部位も流動している状態）にすることができることを示す。即ち、流動化スラリー作製には適正な塩溶液／砂容積比砂が存在し、その値は０．８以上である。但し、砂、塩種が変わると若干変化する。
【００５３】
［砂落し後のスラリー砂の塩濃度の計測と調製］
図７に、砂落し工程で製品内中子を洗い流したスラリー混合物の模式図を示す。鋳物製品１１の中子１２は洗浄液１３を循環することにより、中子１２の結晶塩が融解し、洗い流される。洗浄液１３は真水から中子砂スラリー組成の飽和濃度以下（３４．３％）の塩溶液であれば良く、例えば２８％のものが使用される。結晶塩は、融解し、洗い流すことができる。洗い流される砂と塩溶液１４は、液槽１５に貯蔵される。液槽１５内はスラリー状鋳物砂１６と、余剰な塩溶液１７からなる。極力、砂を含まない塩溶液を洗浄液１３として繰り返し循環・使用する。洗い流される中子１２の塩量は、洗浄液１３に融解するので液槽の塩溶液濃度は処理製品数に応じてほぼ比例的に変化する。塩溶液濃度は中子砂スラリー組成の飽和濃度以下であれば洗浄液として使用できる。飽和濃度以上になると結晶が生成し沈殿するが、塩溶液濃度は飽和濃度であるため洗浄液として使用できる。しかし結晶を溶解するには攪拌が必要で時間も掛かるため、塩濃度調製上、極力飽和濃度以下に保つ方が良い。液槽１５に貯蔵されるスラリー砂を中子砂として使用するためには塩溶液の濃度を計測し、調製することが必要である。本発明による手法は後述する。
【００５４】
［砂落し後のスラリー砂の塩濃度を計測し、中子砂としてのスラリー砂の塩濃度に調整する手法］
図８に、ＭｇＳＯ４／Ｎａ２ＳＯ４比が一定における、濃度と比重の関係を示す。同様に、図９に、ＭｇＳＯ４／Ｎａ２ＳＯ４比が一定における、濃度と糖度の関係を示す。図８及び図９の結果より、濃度と比重、濃度と糖度とも濃度と高い比例関係にあることが分かる。本計測では、液槽に貯蔵されるスラリー砂の塩濃度は処理製品数、水の蒸発、溶液の飛散、製品への溶液付着等様々な要因で変化する。中子砂として使用するために、変化する塩溶液の濃度は比重もしくは糖度で計測する。その際、スラリー砂は攪拌してスラリー状鋳物砂と余剰の塩溶液を均一化したあと、塩溶液の濃度及び糖度を計測する方が良い。中子砂スラリーの濃度を調製するには水で希釈するか、より高濃度の塩溶液で濃縮すれば良い。
【００５５】
［砂落し後のスラリー砂のフィラー量の計測と調製］
図７と同様に、図１０に、中子砂にフィラーを使用するケースについて、砂落し工程で製品内中子を洗い流したスラリー混合物の模式図を示す。鋳物製品１１の中子１２は、洗浄液１３を循環することにより、中子１２の結晶塩が融解し、洗い流される。洗浄液１３は真水から中子砂スラリー組成の飽和濃度以下（３４．３％）の塩溶液であれば、結晶塩は融解し洗い流すことができる。洗い流した砂と塩溶液は液槽１５に貯蔵される。液槽１５内はスラリー状鋳物砂１６と、余剰な塩溶液１７と、フィラー１８からなる。極力、砂とフィラーを含まない塩溶液を洗浄液１３として繰り返し循環・使用する。洗い流される中子１２に含まれるフィラーは洗浄液１３と共に洗い流される。液槽１５のフィラー量は処理製品数に応じてほぼ比例的に変化する。液槽１５に貯蔵されるスラリー砂を中子砂として使用するためにはフィラー量を計測し、調製することが必要である。本発明による手法を後述する。
【００５６】
［砂落し後のスラリー砂のフィラー量を計測し、中子砂としてのスラリー砂のフィラ量に調整する手法］
図１１に、ＭｇＳＯ４／Ｎａ２ＳＯ４比が一定で、濃度一定の塩溶液において、フィラー含有量と溶液密度の関係を示す。条件は以下の通りである。
塩溶液濃度：２８％（Ｍｇ２ＳＯ４１７．４％、Ｎａ２ＳＯ４１０．６％）
フィラー：Ａｌ（ローソーダアルミナ、ＬＳ−２３５Ｃ、粒子径０．５μｍ）
α−Ａｌ２Ｏ３の密度：文献値（３．９８ｇ／ｃｃ）
【００５７】
図１１の結果より、フィラー含有量と溶液密度は高い比例関係にあることが分かる。液槽に貯蔵されるスラリー砂のフィラー量は、処理製品数、溶液の飛散、製品への溶液付着等様々な要因で変化する。溶液濃度を中子砂スラリーの濃度に調製し、その溶液の密度を計測する。その際、スラリー砂は攪拌してスラリー状鋳物砂と余剰の塩溶液とフィラーを均一化した塩溶液の密度を計測する。中子砂スラリーのフィラー量に調製するには不足分を添加する方が良い。多い場合はフィラー堆積層の除去他、手段はあるが面倒である。
【００５８】
［中子砂としてのスラリー砂（塩溶液、砂）の定量計量］
中子砂としてのスラリー砂は、流動化率を１００％にするため適正な塩溶液／砂容積比（約０．８０以上）にすることが重要であることは上述の通りである。図１２に示すように、適正な塩溶液／砂容積比０．８０以上の状態は、塩溶液中に砂が沈殿／堆積しており、砂の空隙には塩溶液が満たされている。又、上部には余剰の塩溶液が存在する。すなわち、スラリー砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈがそれぞれある固有値を有する状態である。
【００５９】
図１３に、スラリー砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈをコントロールするための装置を示す。液槽２１に容器２３を内蔵する。容器２３はスラリー砂層高さＨｓより大きい深さを有する。液槽２１には、上部に液排出穴２７を有しており、液層はこの位置（一定レベル）に保たれる。容器２３の液槽２１内でのセット位置及び液排出穴２７は必要に応じて任意に変化する機能を付加させることもできる。スラリー砂供給２４より、濃度及びフィラー量を調製済みのスラリーを容器２３に入るように供給する。ここで、砂／塩溶液比、供給量は厳密でなくても良い。容器２３にはスラリー砂２５が次第に沈殿・堆積していく。容器２３にスラリー砂が充満し終わると、スラリー砂は容器２３より溢れ、液槽２１の底には溢れたスラリー砂２６が堆積する。塩溶液２２は次第に増加し、液排出穴２７より排出される。容器２３に満杯となったスラリー砂の上面はわずかに凸状になっているため機械的に平板で掻き落とすことにより平坦となる。又、機械的振動でも平坦になる。容器２３にはスラリー砂層高さＨｓより大きい深さのスラリー砂が貯まり、上面には余剰液高さｈが存在する。
【００６０】
次に、図１４を用いて、スラリー砂と塩溶液の定量計量方法について説明する。容器２３には、スラリー砂層高さＨｓより大きい深さのスラリー砂が貯まり、上面には余剰液高さｈが存在する。上方より定量計量筒２８を挿入する。図１５に、定量計量筒２８の構造を示す。定量計量筒は上面に通気孔３１を有し、開閉できる機能を有す。通気孔３１を開けた状態で、静かに容器２３に挿入する。定量計量筒２８内へまず塩溶液３２ついでスラリー砂３３が挿入深さに応じて進入する。一方、定量計量筒２８内の空気は通気孔３１より排出される。定量計量筒の上底と液槽２１の塩溶液上面が一致した位置で挿入を停止する。定量計量筒２８内には空気は殆ど存在しない。この状態で通気孔３１を閉じ、静かに定量計量筒３１を引き上げる。定量計量筒２８の長さをスラリー砂層高さＨｓ＋余剰液高さｈにすれば、定量計量筒２８内はスラリー砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈの内容物となる。
【００６１】
［造型機のスラリーボックスヘの中子砂の移し替え］
図４と図１４を用いて、造型機のスラリーボックスヘの中子砂スラリーの定量移し替えを説明する。スラリー砂層高さＨｓと余剰液高さｈのコントロール装置は、中子充填工程の近傍に設置する。定量計量筒２８に汲み上げたスラリー砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈの内容物をスラリーボックス２上に移動し、定量計量筒の通気孔を開ける。内容物は、自重によりスラリーボックス２内に落下する。この手法でスラリーボックスに必要な中子砂スラリを精度よく供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明により、砂落しで回収された鋳物砂と水溶性無機塩バインダーからなるスラリー状鋳物砂をほぼ直接的に、再度中子造型工程で使用することができるので、水溶性中子を更に実用性のあるものとするとともに、環境性に優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】従来法による水溶性中子造型再利用プロセス（図１（Ａ））と本発明の水溶性中子造型再利用プロセス（図１（Ｂ））を対比して示す。
【図２】本発明の、砂落し後のスラリー砂による中子造型工程の概要を示す。
【図３】砂落し後のスラリー砂の組成例と、これを塩濃度調製とフィラー量調製した後の中子砂の組成例を示す。
【図４】本発明の鋳物砂及び水溶性無機塩バインダーを含むスラリー状鋳物砂の再利用装置の概略を示す。
【図５】流動化実験の模式図を示す。
【図６】塩溶液／砂容積比と流動化率の関係を示す。
【図７】砂落し工程で製品内中子を洗い流したスラリー混合物の模式図を示す。
【図８】Ｍｇ２ＳＯ４／Ｎａ２ＳＯ４比が一定における、濃度と比重の関係を示す。
【図９】Ｍｇ２ＳＯ４／Ｎａ２ＳＯ４比が一定における、濃度と糖度の関係を示す。
【図１０】中子砂にフィラーを使用するケースについて、砂落し工程で製品内中子を洗い流したスラリー混合物の模式図を示す。
【図１１】Ｍｇ２ＳＯ４／Ｎａ２ＳＯ４比が一定で、濃度一定の塩溶液において、フィラー含有量と溶液密度の関係を示す。
【図１２】適正な塩溶液／砂容積比１．０以上の状態を示す。
【図１３】スラリー砂層高さＨｓ及び余剰液高さｈをコントロールするための装置を示す。
【図１４】スラリー砂と塩溶液の定量計量方法について説明する図。
【図１５】定量計量筒の構造を示す。
【符号の説明】
【００６４】
１：スラリー、２：スラリーボックス、３：流動エアー、４：スラリー流動用エアー開放弁、５：充填エアー、６：スラリー充填用開閉バルブ、７：鋳物型、８：キャビティ、９：排気ベント。
１１：鋳物製品、１２：中子、１３：洗浄液、１４：洗い流される砂と塩溶液、１５：液槽、１６：スラリー状鋳物砂、１７：余剰な塩溶液、１８：フィラー。
２１：液槽、２２：塩溶液、２３：容器、２４：スラリー砂供給、２５：スラリー砂、２６：溢れたスラリー砂、２７：液排出穴、２８：定量計量筒。
３１：通気孔、３２：塩溶液、３３：スラリー砂。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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