(57)【要約】【課題】コールドボックス法においても利用可能な無機バインダ使用の再生鋳物砂を製造する、簡便で生産性の高い再生方法を提供する。【解決手段】本発明の鋳物砂の再生方法は、鋳型に使用された鋳物砂の再生方法であって、水ガラスを主体とするバインダにより被覆されている鋳物砂からなる鋳型を解砕して解砕片を得る工程と、前記解砕片に酸溶液を加えて、前記鋳物砂の研磨を行う研磨工程とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に使用された鋳物砂の再生方法であって、
水ガラスを主体とするバインダにより被覆されている鋳物砂からなる鋳型を解砕して解砕片を得る工程と、
前記解砕片に酸溶液を加えて、前記鋳物砂の研磨を行う研磨工程と
を含む、鋳物砂の再生方法。
【請求項２】
前記酸溶液に含まれる酸の量は、前記鋳物砂を被覆する前記バインダに含まれるアルカリ成分を中和可能な量である、請求項１に記載されている鋳物砂の再生方法。
【請求項３】
前記研磨工程において、前記酸溶液に含まれる水分は蒸発して排出され、中和により生成した塩は集塵装置により排出される、請求項１又は２に記載されている鋳物砂の再生方法。
【請求項４】
前記研磨工程の後に、前記鋳物砂の分級を行う分級工程を含む、請求項１から３のいずれか一つに記載されている鋳物砂の再生方法。
【請求項５】
水ガラスを主体とするバインダにより被覆されている鋳物砂を研磨する研磨装置であって、
前記鋳物砂を被覆する前記バインダに含まれるアルカリ成分を中和可能な量の酸溶液を前記鋳物砂に加える酸溶液添加部を備えている、研磨装置。
【請求項６】
前記酸溶液添加部は前記酸溶液を前記鋳物砂に撒く散布装置である、請求項５に記載されている研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物砂の再生方法およびそれに用いる研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エンジンのシリンダヘッド鋳造用の中子等の鋳型を製造する方法として、溶剤で溶かしたフェノール樹脂とポリイソシアネート化合物等の２種の粘結剤を砂に加えて混練してガス硬化性鋳物砂を形成し、この鋳物砂をエアブローによって成形型内に吹き込み充填し、その後この成形型内にトリエチルアミン等からなる硬化促進ガスを通気させてこのガスの作用によって前記２種の粘結剤を硬化させることにより、鋳型を製造する方法が従来より知られている（例えば、特許文献１）。この方法は、鋳型を硬化させる際に加熱する必要がないので、コールドボックス法と呼ばれている。
【０００３】
上述の有機系のバインダを用いた鋳型は、鋳造時の熱によりバインダが燃えてしまい、ガスが発生する。このガスは異臭がするため、ガスがそのまま外部に排出されないように集めて処理をする工程が必要になり、処理費用が必要になるため高コストになっていた。
【０００４】
そこでこのような有機系のバインダに代えて、無機バインダを利用した鋳型用の成形材料混合物が提案されている（例えば、特許文献２）。特許文献２において開示されている鋳型用の成形材料混合物は、加熱によって水分を除去して硬化させて鋳型にしている。そして、工業的用途に適した時間内に鋳型を硬化させるために、造型用型の中に熱風を吹き込んで水分の除去を促進させている。
【０００５】
また、上述の無機バインダを利用した鋳型用の成形材料混合物を再利用するための再生方法も提案されている（例えば、特許文献３）。特許文献３では、水ガラスの付着した使用済み鋳物砂を再生処理するため、水ガラスをベースとし微粒金属酸化物の添加された粘結剤の付着した使用済み鋳物砂を少なくとも２００℃の温度に加熱して熱処理することにより再生を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４９３５２号公報
【特許文献２】特表２０１１−５００３３０号公報
【特許文献３】特表２０１０−５１９０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３によって再生された鋳物砂をコールドボックス法の鋳型に用いたところ全く固まらなくなり、鋳型を作成できないという問題が生じた。特許文献３によって再生された鋳物砂を初めて使用する鋳物砂に数％混合させた場合であっても、コールドボックスの鋳型は固まらなくなってしまった。そのため、コールドボックスによる鋳型の製造・再生と、無機バインダを利用した鋳型の製造・再生とを、鋳物砂のコンタミネーションが生じないように厳格に分離をしなくてはならず、コストが増加していた。
【０００８】
本発明は、か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、コールドボックス法においても利用可能な無機バインダ使用の再生鋳物砂を製造する、簡便で生産性の高い再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鋳物砂の再生方法は、鋳型に使用された鋳物砂の再生方法であって、水ガラスを主体とするバインダにより被覆されている鋳物砂からなる鋳型を解砕して解砕片を得る工程と、前記解砕片に酸溶液を加えて、前記鋳物砂の研磨を行う研磨工程とを含む構成を有している。研磨工程において、水ガラスのアルカリ成分を酸溶液によって中和すると共に、鋳物砂を被覆している水ガラスを主体とするバインダの少なくとも一部を研磨により削り落として鋳物砂の再生を行う。
【００１０】
前記酸溶液に含まれる酸の量は、前記鋳物砂を被覆する前記バインダに含まれるアルカリ成分を中和可能な量であることが好ましい。これにより再生された鋳物砂は中性となる。
【００１１】
前記研磨工程において、前記酸溶液に含まれる水分は蒸発して排出され、中和により生成した塩は集塵装置により排出されることが好ましい。これにより研磨工程において削り落とされたバインダとともに塩が集塵装置によって排出される。
【００１２】
前記研磨工程の後に、前記鋳物砂の分級を行う分級工程を含むことが好ましい。再生された鋳物砂は分級により、鋳物砂として適した大きさのものだけに分けられる。
【００１３】
本発明の研磨装置は、水ガラスを主体とするバインダにより被覆されている鋳物砂を研磨する研磨装置であって、前記鋳物砂を被覆する前記バインダに含まれるアルカリ成分を中和可能な量の酸溶液を前記鋳物砂に加える酸溶液添加部を備えている構成を有している。この装置を用いれば研磨を行う際にアルカリ成分の中和も同時に確実に行われる。
【００１４】
前記酸溶液添加部は前記酸溶液を前記鋳物砂に撒く散布装置であることが好ましい。この構成により酸溶液が鋳物砂全体にほぼ均一に散布される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では研磨工程において酸溶液を加えて中和を行っているので、再生後の鋳物砂が中性となりコールドボックスにおいて使用することが可能となるとともに、無機バインダ用の鋳物砂の再生方法としても熱処理工程が不要となり、処理時間の短縮ができコストダウンもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る研磨装置の模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１８】
（実施形態）
本実施形態の再生方法は、鋳物砂に水ガラスを主体とするバインダを混合させた、鋳型造型用の成形材料混合物を用いて鋳型を造型し、その鋳型を鋳造に使用した後、再生して再生鋳物砂を製造する方法である。
【００１９】
鋳物砂としては、従来より使用されている種々の鋳物砂を使用することができ、例えばケイ砂またはジルコンサンドを使用することができる。シャモットファイバーなどの繊維状耐火性成形材料も適切である。他の適切な鋳物砂としては、例えばオリビン、クロム鉱砂、バーミキュライトがある。
【００２０】
水ガラスとしては、成形材料混合物で結合剤（バインダ）として既に使用されてきたような従来の水ガラスを使用できる。これらの水ガラスは、溶解ナトリウムまたはカリウムシリケートを含み、ガラス状カリウムおよびナトリウムシリケートを水に溶解することにより調製できる。水ガラスは、１．６〜４．０、特に２．０〜３．５の範囲でＳｉＯ２／Ｍ２Ｏ比を有することが好ましく、ここで、Ｍはナトリウムおよび／またはカリウムを表す。水ガラスは、３０〜６０重量％の範囲で固形分を有することが好ましい。固形分は、水ガラス中に存在するＳｉＯ２およびＭ２Ｏの量に対するものである。水ガラス系結合剤は、結合作用を有する水ガラス以外に他の成分を含有していてもよい。しかし結合剤として純粋な水ガラスを使用することが好ましい。水ガラスの固形分は、８０重量％超、より好ましくは少なくとも９０重量％、特に好ましくは少なくとも９５重量％、およびさらに少なくとも９８重量％のアルカリシリケートから好ましくはなる。結合剤がホスフェートを含有する場合、その割合は、Ｐ２Ｏ５として計算し、水ガラスの固形分に対するとき、好ましくは１０重量％未満、より好ましくは５重量％未満、さらには２重量％未満である。
【００２１】
本実施形態の鋳型造型用の成形材料混合物には、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび酸化亜鉛からなる群から選択される微粒子状の金属酸化物を所定の割合で含有していることが好ましい。微粒子状の金属酸化物の平均主要粒径は、好ましくは０．１０μｍ〜１μｍの間であってよい。しかし、主要粒子の凝集により、金属酸化物の粒径は、好ましくは３００μｍ未満、特に２００μｍ未満、とりわけ１００μｍ未満である。ある実施形態によれば、粒径は５μｍ超、別の実施形態によれば、１０μｍ超、別の実施形態によれば、１５μｍ超である。平均粒径は、好ましくは５〜９０μｍの範囲、特に好ましくは１０〜８０μｍの範囲、とりわけ好ましくは１５〜５０μｍの範囲である。粒径は、例えばふるい分析により決定できる。６３μｍのメッシュサイズを有するふるい上の残渣が、１０重量％未満、好ましくは８重量％未満である場合が特に好ましい。
【００２２】
二酸化ケイ素を、微粒子状の金属酸化物として使用する場合が特に好ましく、この場合、合成的に製造された非晶質二酸化ケイ素が特に好ましい。
【００２３】
微粒子二酸化ケイ素は、鋳物砂と同等とみなすことはできない。例えば、ケイ砂を、耐火性基礎成形材料（鋳物砂）として使用する場合、ケイ砂は、微粒子二酸化ケイ素の機能を満たすこともできない。ケイ砂は、Ｘ線回折パターンで非常に明確な反射性を有する一方で、非晶質二酸化ケイ素は、結晶性が低く、したがってかなり広範な反射性を有する。
【００２４】
ケイ酸沈殿物または発熱性ケイ酸を、微粒子二酸化ケイ素として使用することが好ましい。したがって、これらのケイ酸も、同様に、混合物で使用してもよい。ケイ酸沈殿物は、アルカリシリケート水溶液と鉱酸との反応により得られる。次いで、得られた沈殿物を分離し、乾燥して、粉砕する。発熱性シリカという用語は、高温でのガス相からの凝固により得られるシリカを指す。発熱性シリカは、例えば四塩化ケイ素の火炎加水分解により、または一酸化ケイ素ガスを形成し、次いで二酸化ケイ素に酸化するコークスもしくは無煙炭によりケイ砂を減少させることによる電気アーク炉で製造できる。電気アーク炉法により製造された発熱性シリカは、炭素を依然として含有し得る。沈殿シリカおよび発熱性シリカは、本発明の成形混合物に同様に適している。これらのシリカは、以下「合成非晶質二酸化ケイ素」と称される。
【００２５】
発熱性ケイ酸は、非常に大きい比表面積により特徴付けられる。したがって、微粒子二酸化ケイ素は、１０ｍ２／ｇ超、別の実施形態によれば１５ｍ２／ｇ超の比表面積を有することが好ましい。ある実施形態によれば、微粒子二酸化ケイ素は、４０ｍ２／ｇ未満、別の実施形態によれば３０ｍ２／ｇ未満の比表面積を有する。比表面積は、ＤＩＮ６６１３１に従って窒素吸着により決定できる。
【００２６】
ある実施形態によれば、非晶質、非圧縮微粒子二酸化ケイ素は、１００ｍ３／ｋｇ超、別の実施形態によれば１５０ｍ３／ｋｇ超の嵩密度を有する。ある実施形態によれば、非晶質、非圧縮微粒子二酸化ケイ素は、５００ｍ２／ｇ未満の嵩密度、別の実施形態によれば４００ｍ２／ｇ未満の嵩密度を有する。
【００２７】
バインダとしての働きは、強アルカリ性水ガラスが、合成非晶質二酸化ケイ素の表面上に存在するシラノール基と反応することができ、水分蒸発により、二酸化ケイ素とその時点で固体の水ガラスとの間に強い結合が形成されることによるものと想定される。
【００２８】
本実施形態の鋳型造型用の成形材料混合物には、表面活性物質が含まれていることが好ましい。表面活性物質は、水面上に単分子層を形成できる、すなわち、例えば膜を形成できる物質である。さらに、表面活性物質は、水の表面張力を低下させる。適切な表面活性物質としては、例えばシリコーン油がある。
【００２９】
表面活性物質としては、界面活性剤が特に好ましい。界面活性剤は、親水性部分および疎水性部分を含み、その特性は、例えば水相において、界面活性剤がミセルを形成するか、または界面で蓄積できるようにバランスが取られていることである。
【００３０】
原則として、すべての部類の界面活性剤を使用することができる。アニオン性界面活性剤以外に、非イオン性、カチオン性および両性の界面活性剤も適している。例示の目的のために、非イオン性界面活性剤としては、例えばエトキシ化またはプロポキシ化長鎖アルコール、アミンまたは酸、例えば脂肪アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、脂肪アミンエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、対応するプロポキシレート、またはさらに糖界面活性剤、例えば脂肪アルコール系ポリグリコシドが挙げられる。脂肪アルコールは、８〜２０個の炭素原子を含むことが好ましい。適切なカチオン性界面活性剤としては、アルキルアンモニウム化合物およびイミダゾリニウム化合物がある。
【００３１】
アニオン性界面活性剤が界面活性剤として特に好ましい。アニオン性界面活性剤は、極性親水性基として、スルフェート基、スルホネート基、ホスフェート基またはカルボキシレート基を含有することが好ましく、スルフェート基およびホスフェート基が特に好ましい。スルフェート基を含有するアニオン性界面活性剤を使用する場合、硫酸モノエステルを使用することが特に好ましい。ホスフェート基を、極性アニオン性界面活性剤基として使用する場合、オルトリン酸のモノエステルおよびジエステルが特に好ましい。
【００３２】
本実施形態で用いられる界面活性剤に共通する特性は、非極性疎水性部分が、好ましくは６個の炭素原子を有し、特に好ましくは８〜２０個の炭素原子を有するアルキル基、アリール基および／またはアラルキル基により構成されていることが好ましいことである。疎水性部分は、直鎖構造と分岐構造の両方を有していてもよい。様々な界面活性剤の混合物も使用できる。
【００３３】
本実施形態の鋳型造型用の成形材料混合物において、純粋な表面活性物質は、鋳物砂の重量に対して、０．００１〜１重量％、特に０．０１〜０．５重量％の比率で含有されていることが好ましい。このような表面活性物質は、２０％〜８０％溶液で広く市販されている。この場合、表面活性物質の水溶液が好ましい。
【００３４】
原則として、表面活性物質は、別の成分として、またはさらに固相成分を介して、例えば結合剤に溶解させた形態で成形材料混合物に加えることができる。表面活性物質は、結合剤に溶解させるのが特に好ましい。
【００３５】
本実施形態において、鋳物を造型するための鋳物砂の少なくとも一部は、再生された鋳物砂を含んでいてもよい。すなわち、本実施形態に係る再生方法を適用する使用済みの鋳型には、その原料の一部として再生された鋳物砂を含んでいてもよい。再生された鋳物砂は、少なくとも１回は鋳型を製造するために既に使用され、それを鋳型を製造するプロセスに戻すことができるようにその後再調節された鋳物砂である。再調節は任意の方法で行えばよいが、後述する本実施形態に係る再生方法で再生することが好ましい。あるいは、例えば、使用済み鋳物砂は、機械的に再生されてもよく、この場合、鋳造後に使用済み鋳物砂上に残っている結合剤残渣または分解生成物が、擦ることで除去される。これに関しては、例えば砂粒が、その周りの砂粒と衝突し、結合剤残渣が衝撃によりたたき落とされるように、砂を勢いよく振とうしてもよい。次いで、結合剤残渣を、ふるいにかけ、除去することにより、再生鋳物砂から分離できる。
【００３６】
本実施形態において、少なくとも１種の炭水化物が、成形材料混合物に加えられてもよい。炭水化物を成形材料混合物に加えると、製造直後だけでなく、長期間の貯蔵後も高強度を保持する無機結合剤系の鋳型を製造できる。さらに、金属鋳造により、非常に良好な表面品質を有する鋳造品が生成され、離型後の鋳造品の表面上の後処理はほとんど必要ない。高分子オリゴ糖類、さらには多糖類は、単糖類または二糖類と同様に炭水化物として使用できる。
【００３７】
成形材料混合物は、特に非常に薄い部分を有する鋳型を製造しているとき、ホスフェートを含有する化合物を含むことが好ましい。これに関連して、有機リン化合物または無機リン化合物のいずれかが使用できる。金属鋳造中、任意の望ましくない副反応が生じるのを避けるために、リン含有化合物中のリンが、酸化状態Ｖで好ましくは存在することがさらに好ましい。リン含有化合物を加えることにより、鋳型の安定性をさらに高めることができる。これは、溶融金属が、鋳造中に局面に遭遇するとき、それにより生成された高い金属静圧が、強力な浸食作用を有し、特に鋳型の薄肉部分の変形を起こし得るため、特に重要である。
【００３８】
これに関連して、リン含有化合物は、ホスフェートまたは酸化リンの形態で存在することが好ましい。ホスフェートは、アルカリまたはアルカリ土類金属ホスフェートであってよく、ナトリウム塩が特に好ましい。原則として、アンモニウムホスフェート、または他の金属イオンのホスフェートが使用できる。しかし、好ましいと考えられるアルカリまたはアルカリ土類金属ホスフェートが、容易に利用でき、任意の量で安価に入手できる。
【００３９】
リン含有化合物を酸化リンの形態で成形材料混合物に加える場合、酸化リンは五酸化リンであることが好ましい。しかし、三酸化リンおよび四酸化リンも使用できる。
【００４０】
鋳物砂に対するリン含有化合物の好ましい割合は、０．０５〜１．０重量％の間である。該割合が０．０５重量％未満の場合、鋳型の寸法安定性に対する顕著な効果は認められない。ホスフェートの割合が１．０重量％を超える場合、鋳型の熱安定性は、急激に低下する。リン含有化合物の割合は、０．１０〜０．５重量％の間の範囲で選択されることが好ましい。リン含有化合物は、Ｐ２Ｏ５として計算したとき、０．５〜９０重量％の間のリンを含有していることが好ましい。無機リン化合物を使用する場合、それらは、Ｐ２Ｏ５として計算したとき、好ましくは４０〜９０重量％、特に５０〜８０重量％のリンを含有している。有機リン化合物を使用する場合、それらは、Ｐ２Ｏ５として計算したとき、好ましくは０．５〜３０重量％、特に１〜２０重量％のリンを含有している。
【００４１】
結合剤（バインダ）、すなわち水ガラスおよび微粒子状の金属酸化物、特に合成非晶質二酸化ケイ素、ならびに表面活性物質は、好ましくは２０重量％未満、特に１５重量％未満の割合で成形材料混合物中に存在する。その時、結合剤の割合は、結合剤の固形成分を指す。大量の鋳物砂、例えばケイ砂を使用する場合、結合剤は、１０重量％未満、好ましくは８重量％未満、特に好ましくは５重量％未満の割合で存在することが好ましい。低密度の鋳物砂、例えば中空ミクロスフェアを使用する場合、結合剤の割合は相応に増加する。鋳物砂中の粒子の凝集を確実にするために、結合剤の割合は、１重量％超、あるいは１．５重量％超となるように選択される。
【００４２】
微粒子状の金属酸化物、特に合成非晶質二酸化ケイ素は、結合剤の重量に基づき、結合剤の全重量に対して、好ましくは２〜８０重量％、より好ましくは３〜６０重量％、特に好ましくは４〜５０重量％の割合で存在する。
【００４３】
本実施形態において、鋳型を造型する方法は特に限定されず、公知の方法やその他いろいろな方法を採用することができるが、例えば、上述の鋳物砂に水ガラスを主体とする上述のバインダ（結合剤）を混合させる混合工程と、バインダを混合させた鋳物砂を造型用型のキャビティに充填して造型用型によって加熱する加熱工程と、キャビティから硬化したバインダ混合鋳物砂を取り出す取り出し工程とが含まれている方法を採用してもよい。
【００４４】
上述の混合工程において成形材料混合物を製造するとき、まず鋳物砂を混合容器に入れることが好ましく、次いで結合剤の固形成分（複数可）を加えて、鋳物砂と混合する。混合時間は、鋳物砂と固形結合剤成分とが密に混合されるように選択される。混合時間は、製造すべき成形材料混合物の量および使用する混合装置に依存する。混合時間は１〜５分の間で選択されることが好ましい。次いで、好ましくは混合物をやはり撹拌しながら、結合剤の液体成分を加え、次いで、鋳物砂の粒子が、結合剤層で均一に被覆されるまで、混合物を混合し続ける。ここでもまた、混合時間は、製造すべき成形材料混合物の量および使用する混合装置に依存する。混合時間は１〜５分の間で選択されることが好ましい。液体成分という用語は、様々な液体成分の混合物とすべての個々の液体成分の全体の両方を指し、ここでこれらの最後は、個々に加えることもできる。同様に、固形成分という用語は、個別にまたは一緒に上記の固形成分の混合物と、すべての個々の固形成分の全体の両方を指し、これらの最後は、成形材料混合物に一緒または交互のいずれかで加えられてもよい。
【００４５】
あるいは、結合剤の液体成分は、まず鋳物砂、次いで固体成分に加えることもできる。さらに別のやり方として、鋳物砂の重量に対して０．０５〜０．３％の水を、まず鋳物砂、続いて結合剤の固形成分および液体成分に加える。このやり方では、成形材料混合物の処理時間に対して驚くほど明白な効果を実現できる。本発明者らは、固形結合剤成分の脱水作用がこうして低下し、それにより硬化プロセスが遅延すると想定する。
【００４６】
次いで、加熱工程の前半の工程において成形材料混合物を所望の形状にする。このやり方については、従来の方法を使用する。例えば、成形材料混合物を、中子射出成形機で圧縮空気の補助により造型用型のキャビティ内に射出してもよい。
【００４７】
続いて、加熱工程の後半の工程として結合剤中に存在する水を蒸発させるために、成形材料混合物を加熱により硬化させる。加熱は、造型用型のキャビティ内で行う。すなわち造型用型を所定の温度に加熱しておいて、それにより成形材料混合物を加熱して硬化させる。造型用型を１００℃以上２００℃以下にして、キャビティ内で成形材料混合物を３０秒以上６０秒以下保持して加熱することにより、鋳型を完全に硬化させることができる。あるいは熱風をキャビティに吹き込んで鋳型を硬化させてもよい。
【００４８】
次にこうして作製した鋳型を用いて鋳造を行い金属部品を製造する。鋳造の方法は特に限定されない。
【００４９】
鋳造を行った鋳型は、再生されて鋳物砂になる。本実施形態における再生方法は、鋳型を解砕して解砕片を得る解砕工程と、解砕片に酸溶液を加えて、鋳物砂の研磨を行う研磨工程とを含んでいる。
【００５０】
特許文献３においては、上述の水ガラスを主体とする無機バインダを使用した鋳物砂を再生するために、少なくとも２００℃の温度により熱処理される。この熱処理により、バインダ中の水ガラスにおけるＳｉＯＨ基を脱水化かつＳｉＯ２化させて、吸水を防ぎＮａ＋の溶出を抑制することにより、酸消費量を低下させている。これにより水ガラスを主体とする無機バインダを再生鋳物砂に使用して再度鋳型を作製するために必要な酸消費量にまで低下させることができるとされている。しかしながら、コールドボックス法に用いるにはさらに酸消費量を下げて中性にする必要がある。この場合、熱処理によって中性にするためにはさらに高温にしたり処理時間を長くする必要があり、工程時間が長くなり、コストも大きく増大してしまう。本実施形態では、熱処理を行わずに酸消費量を下げて再生された鋳物砂表面を中性にして、無機バインダでも有機バインダでも使用できるようにしている。熱処理を行わないのでコストが下がる。
【００５１】
本実施形態の解砕工程では、研磨工程において短時間に研磨ができるように鋳型を小さいな解砕片に解砕する。研磨工程へ導入される解砕片は数ｍｍ程度以下とすることが好ましい。短時間で研磨を行うためには、解砕片が鋳物砂の一粒一粒に近いぐらいまでの大きさになっていることが好ましいが、解砕工程において解砕片の大きさを小さくするための時間と、解砕片を研磨工程において研磨する時間とを両方考慮すると、上述の解砕片の大きさの範囲であることが好ましい。なお、解砕は何段階かに分けて行い、順次解砕片を小さくしていってもよい。
【００５２】
研磨工程では、図１に示す研磨装置１に解砕片を解砕片投入口２から投入して研磨を行う。研磨工程においては、まずは解砕片が回転するロータ３により鋳物砂８一粒一粒に解砕され、さらに鋳物砂８の表面を被覆している水ガラスを主体とするバインダが削り落とされるが、その過程において鋳物砂８に対して酸溶液が酸溶液添加部のノズル７から散布により加えられる。研磨装置１に投入された解砕片の重量よりバインダの量を算出することができ、バインダ中のアルカリ量も算出できる。従って、そのアルカリを中和可能な量の酸溶液を鋳物砂８に加える。酸溶液の量は解砕片の重量に従って決まるため、研磨装置１に備え付けられた散布装置（酸溶液添加部）が解砕片の重量に応じた必要量の酸溶液を算出して散布を行う。なお、研磨は鋳物砂同士の衝突・擦り合い、あるいは研磨部材と鋳物砂との衝突・擦り合いにより行われる。
【００５３】
酸の種類は特に限定されないが、コストや安全性を考慮してリン酸、硫酸、塩酸などの無機酸、あるいはクエン酸等の有機酸などを用いることができる。コールドボックス法において使用可能な鋳物砂のｐＨは６．５から８．０であるので、中和によりｐＨが６．５から８．０となるように、酸溶液の量を調整する。酸溶液は鋳物砂に対して均一に加えられるように、シャワーのような散布により鋳物砂に加えることが好ましい。酸の濃度は特に限定されないが、散布の均一性や、コスト、安全面、工程の安定性などを考慮して決定することが好ましい。
【００５４】
研磨工程においては、削り取られたバインダの粉塵、および中和により生じる塩の粉塵が空中に飛散するとともに、摩擦熱と中和熱が発生して酸溶液の水分が蒸発するので、これらを送出管９を経由させて集塵装置により研磨装置１の外に排出する。これにより研磨工程が終了する際には、鋳物砂からバインダ及び塩の大部分が除去され、かつ乾燥した鋳物砂が得られる。
【００５５】
研磨工程が終了したら排出口１１から鋳物砂８を排出させる。この際、研磨装置１の底に傾斜板１２が備えられていると、スムースに排出が行われる。そして排出された鋳物砂に対しては分級を行うことが好ましい。分級は市販の分級機によって６００μｍ以上５３μｍ以下の砂粒を除く。これにより大きさのそろった鋳物砂となり、再利用により鋳型とした際に十分な強度を得ることができる。
【００５６】
以上の再生が終了したら、再生した鋳物砂を再使用して鋳型を作製する。この際、無機バインダを使用して鋳型を作製してもよいし、有機バインダを用いてコールドボックス法により鋳型を作製してもよい。本実施形態に係る再生方法により再生した鋳物砂を用いれば、無機バインダを使用しても有機バインダを使用しても十分な強度を備えた鋳型を作製することができる。
【００５７】
（実験）
鋳物砂としてケイ砂（これを未使用砂という）を用い、バインダＨＣ２０００（ＡＳＫケミカルズジャパン株式会社製）を鋳物砂に対して２．０質量％と、プロモータＴＣ５０００（ＡＳＫケミカルズジャパン株式会社製）を鋳物砂に対して１．３質量％を加えてミキサーにて数分間混練を行って、成形材料混合物を得た。ＨＣ２０００とＴＣ５０００とを合わせたものが水ガラスを主体とするバインダである。
【００５８】
作成した成形材料混合物１０ｋｇを造型用型のキャビティ内に充填した。充填物に５０〜１００℃の温風を２０〜６０秒間吹き込んだ後、造型用型の温度を１１０℃として６０秒間加熱して鋳型を作製した。
【００５９】
この鋳型を用いてＳ／Ｍ比：７／４にて、鋳込み温度７４０℃としてアルミの鋳造を行った。鋳造を行って鋳造物を取り出した後、鋳型をハンマーにて解砕して径５ｍｍ以下の破片（解砕片）にした。この解砕片のうち一粒一粒の砂の状態にまで砕かれたものを鋳造砂という。
【００６０】
解砕片を研磨装置であるハイブリッドサンドマスター（日本鋳造株式会社製）に投入し、回転数２０００ｒｐｍにて６０分間の研磨を行った。研磨中は発生した粉塵を集塵機により吸い取って除去した。研磨を行った後の砂を（鋳造＋研磨）砂という。
【００６１】
（鋳造＋研磨）砂を３−１ＤＣ炉に投入して広げ、静止状態で４００℃、３時間焙焼を行った。焙焼後の砂を（鋳造＋研磨＋焙焼）砂という。
【００６２】
一方、研磨・焙焼を行っていない鋳造砂２０ｇを乳鉢に取り、８５％のリン酸溶液０．７０６ｇを鋳造砂に加えて乳棒を用いて研磨を行った。すなわち、鋳造砂を被覆している水ガラスのアルカリ成分の量を計算して、それを中和するのに必要な酸の量が、鋳造砂に対して３質量％のリン酸であることが計算によりわかっていたので、その量のリン酸を加えた。この研磨を行った後の砂を（鋳造＋酸添加・研磨）砂という。
【００６３】
上記の各砂の特性を表１に示す。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
砂の特性の計測方法は以下の通りである。酸消費量は、日本鋳造協会のＪＡＣＴ試験法Ｓ−４「鋳物砂の酸消費量試験法」を用いて計測した。水素イオン指数（ｐＨ）は、日本鋳造協会のＪＡＣＴ試験法Ｓ−３「鋳物砂のｐＨ試験法」を用いて計測した。充填密度は、日本鋳造協会のＪＡＣＴ試験法Ｓ−１０「鋳物砂の充填性（かさ比重）試験法」を用いて計測した。粒度は、日本鋳造協会のＪＡＣＴ試験法Ｓ−１「鋳物砂の粒度試験法」を用いて計測した。なお、水ガラスを主体としたバインダを用いる鋳物砂を鋳型に利用できるための条件（規格）は、酸消費量が１０ｍｌ／５０ｇ未満、充填密度が１．５５ｇ／ｃｃ超、粒度が５５〜６１である。一方、コールドボックス法に用いる鋳物砂を鋳型に利用できるための条件（規格）は、ｐＨが６．５〜８．０、充填密度が１．５５ｇ／ｃｃ超、粒度が５５〜６１である。
【００６６】
鋳造砂は水ガラスを主体とするバインダにより被覆されているため、酸消費量が大きく、ｐＨも１１を超える強いアルカリ性を示している。さらに充填密度も未使用砂に比べて小さくなり、バインダの被覆により砂の形状が球形から大きく外れていることがわかる。そして粒度も規格よりも小さい５３．４である。
【００６７】
これをハイブリッドサンドマスターを用いて研磨することにより、（鋳造＋研磨）砂は酸消費量が鋳造砂の６０％弱となるが、ｐＨは１０．５４であってｐＨの低下度合は小さい。酸消費量もｐＨも再利用の規格から外れた値である。一方、研磨により充填密度は大きくなり、粒度も大きくなって、両方とも再利用の規格内になっている。
【００６８】
さらに焙焼を行うと、加熱により水ガラスの脱水反応が起こり、酸消費量が１０ｍｌ／５０ｇ未満となり、水ガラスを主体としたバインダを用いる鋳物砂を鋳型に利用できるための酸消費量の条件は満たすようになるが、ｐＨは１０．４７でありコールドボックス法に用いる鋳物砂を鋳型に利用できるためのｐＨの条件は満たしていない。
【００６９】
一方、（鋳造＋酸添加・研磨）砂は、ｐＨが６．９１となり、充填密度、粒度と合わせてコールドボックス法に用いる鋳物砂を鋳型に利用できるための条件を満たしている。また、水ガラスを主体としたバインダを用いる鋳物砂を鋳型に利用できるための条件も満たしている。
【００７０】
なお、ハイブリッドサンドマスターに酸溶液の散布装置を取り付けて、研磨時に酸溶液を解砕片に散布するようにすれば、研磨終了後にｐＨが６．５〜８．０の範囲内である（鋳造＋酸添加・研磨）砂を得ることができる。図１に示すように、酸溶液散布装置は、研磨装置（ハイブリッドサンドマスター）１本体とは別に酸溶液を溜めるための容器４と、この容器４から酸溶液を研磨装置１本体に送出するポンプ５及び送出パイプ６と、研磨装置１内の鋳物砂８の上方から酸溶液を散布するためのノズル７を有する構成とすればよい。散布される酸溶液の総量は予め計算によって求められるので、流量計とタイマとを有する流量制御部１０によって酸溶液の散布量を調整すればよい。
【００７１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１      研磨装置
７      ノズル
８      鋳物砂
【図１】
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