JP5393344B2 - 水溶性鋳型の造型法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳物砂に水溶性無機塩が添加された混練鋳物砂を造型用型に吹き込み充填して鋳型を造型し、該鋳型を使用済後、水接触（水洗浄）により崩壊させて、少なくとも鋳物砂の再利用が可能とされている水溶性鋳型の造型法に関する。

ここでは、鋳型として、主として中子を例に採り説明するが、外型にも本発明は適用可能である。

特許文献１の段落０００２には、中子に関して、「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。」と記載されている。

上記のような中子のリサイクル造型法、即ち、水溶性中子の砂落とし後、回収した鋳物砂及び水溶性無機塩バインダー（無機結合剤）を再生利用するリサイクル造型法は、産業廃棄物を大量発生させないため、昨今、環境的見地から着目されている。

このような水溶性中子を用いたリサイクル造型法を記載した特許文献として、特許文献１や特許文献２がある。以下に、特許文献１における水溶性中子に関する記載を一部編集上の変更を加えて引用する（段落０００７〜００１５）。なお、下記引用文中における、［特許文献２・３・４］は、明細書本文中の特許文献３・４・２にそれぞれ対応する。

「一方、中子バインダー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。

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。

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ーを提供することを目的として、Ｍｇ²⁺、Ｎａ⁺、Ｃａ²⁺から選択されるカチオンと、ＳＯ₄ ^2-、ＣＯ₃ ^2-、ＨＣＯ₃ ^-、Ｂ₄Ｏ₇ ^2-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質量％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）から選択される１種以上100〜0.1質量％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。

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ー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）。

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。

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）。

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。

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（砂含有液）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／塩溶液の重量比において、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。」

なお、上記砂落としで発生したスラリー砂から回収したウェットサンド状態の中子砂（スラリー）は、混練されて造型用中子砂とされる工程で調製されて、通常、無機バインダー水溶液／鋳物砂（容積比）≧１の造型用スラリー砂とされる（特許文献１請求項４等）。

このため、特許文献１では、下記構成の鋳物砂および水溶性無機塩バインダーの再利用方法（中子のリサイクル造型法）が提案されている（請求項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と、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を吹き込んでスラリー状鋳物砂を流動化する工程と、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と、該キャビティ内に充填された中子砂を乾燥する工程とを含む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。」

特開２００７−１５２３６８号公報 特開２００５−１３８１４１号公報 特開２００５−０６６６３４号公報 特開２００５−０５９０８１号公報

上記特許文献１・２に記載の中子のリサイクル造型法において、更なる生産性の向上、具体的には、1)造型時間の短縮、2)熱コストの低減、3)離型性の向上、4)寸法精度の向上等が要求されるようになってきている。

本発明は、上記課題のうち1)造型時間の短縮、2)熱コストの低減、3)離型性の向上を図ることのできる、新規な構成の水溶性鋳型の造型法を提供することを目的（課題）とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意開発に努力をする過程で、離型前鋳型の乾燥処理を、所定の減圧下の水沸点より高く、かつ、大気圧下水沸点より低い温度で行なえば（望ましくは、鋳物砂等を加熱しておく。）、乾燥時間が大幅に短縮でき、離型性も向上することを知見して、下記構成の水溶性鋳型の造型法に想到した。

鋳物砂に水溶性無機塩が添加された混練鋳物砂を造型用型に吹き込み充填して鋳型を造型し、該鋳型を使用済後、水接触させて崩壊させて、鋳物砂の再利用が可能とされている水溶性鋳型の造型法であって、
離型前鋳型の乾燥処理を、該離型前鋳型の温度が、後記減圧下水沸点より高く、かつ、大気圧下水沸点より低い温度にある状態として、造型用型を減圧下に置いて、押出離型可能又は取り扱い可能な強度以上になる乾燥強度になるまで水分蒸発させることにより行うことを特徴とする。

本発明を適用する水溶性鋳型（中子）の造型法における、リサイクル工程も含めた流れ図である。 本発明で使用する中子造型装置の概略断面図である。 中子砂水分（Ｘ）と流動化率（Ｙ）との関係グラフ図である。 砂加熱・混練工程（Ａ）および吹き込み充填工程（Ｂ）の説明用流れ図である。 水の飽和蒸気圧／温度曲線図である。 前乾燥（減圧乾燥）および押出離型工程の説明用流れ図である。 離型完了および後乾燥（大気圧加熱乾燥）工程の説明用流れ図である。 特許文献１図７からの引用図（中子の洗浄工程の説明図）である。 離型前中子を減圧乾燥（減圧度63hPa）した実験における混練砂温度と水分蒸発率との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について、水溶性鋳型（中子）の造型法において、図１に示す如く、中子のリサイクル造型をする場合について説明する。

即ち、中子のリサイクル造型は、1)砂加熱・混練→2)吹込み充填→3)前乾燥（減圧乾燥；離型前乾燥）→4)離型→5)後乾燥（加熱乾燥；離型後燥硬化）→6）鋳型組み付け→7)注湯→8)水洗浄（型崩壊）→9）再利用作業（分離・再調製）→１）砂加熱・混練の各工程を繰り返すものである。

以下、各工程について説明する。なお、以下の説明で、配合単位を示す「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味する。

なお、本実施形態に使用する中子造型装置としては、特に限定されないが、例えば、図２に示すものを使用できる。本発明は、基本的に特許文献１を従来例とする改良発明であり、特許文献１の記載から多くを、適宜、変更を加えて引用してある。特許文献１の対応箇所は、必要に応じて記載してある。なお、特許文献１における「流動用エア」と「充填用エア」に関する記載は、逆と考えるので、そのように訂正引用してある。

この中子造型装置は、中子砂混練槽１と中子砂ホッパー２と中子型７とからなる。中子砂混練槽１は、内部に混練用攪拌機１ａを備えているとともに、その底部には中子砂ホッパー２と中子砂送り管１ｂを備えている。中子砂ホッパー２は、中子型７の砂充填口７ｃと連接した砂充填用開閉弁６と、該中子砂ホッパー２内の中子砂Ｓに充填用エアＡ１を吹き込む充填用エア吹込み弁３と、該充填用エアを排気する充填用エア排気弁４とを備えている。また、中子型７は、内部にキャビティ８と、該キャビティ８内を排気するための主ベント（排気ベント）９とを有し、さらには、キャビティ８の附形面には、中子型７の表面に連通する多数の通気兼脱水孔（副ベント：図示せず）を有する。なお、キャビティ８から充填砂が排出されないように、主ベント９は中子砂粒子より小さい構造のスリット構造とされ、通気兼脱水孔は中子砂粒子が通過したり詰まったりしない小径とされている。

１）砂加熱・混練工程（図４（Ａ））：
なお、図４は、図２の中子造型装置において、混練槽と混練ホッパーとを一緒にして図示してある。このため、以下、中子造型装置に関連する図符号は、図２におけるものを指す。

水溶性中子の中子砂（混練鋳物砂）の組成は、鋳物砂に水溶性無機塩が添加された混練鋳物砂を造型用型に吹き込み充填して鋳型を造型し、該鋳型を使用済後、水洗浄（水接触）により崩壊されて、鋳物砂の再利用が可能とされているものであれば、特に限定されない。

しかし、下記組成とすることが、吹き込み充填性及び離型性に優れており、望ましい。

即ち、中子砂の組成を、所定のエア流動化実験を行なったとき、図３に示す中子砂水分（Ｘ）と流動化率（Ｙ）との関係グラフ図において、Ｙが極小値を示すＸより中子砂水分が高く、且つ、必要強度を確保できる量の結合剤水溶液（水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液）が添加されているものとする。

上記水溶性無機塩として、Ｍｇ²⁺、Ｎａ⁺、Ｃａ²⁺から選択されるカチオンと、ＳＯ₄ ^2-、ＣＯ₃ ^2-、ＨＣＯ₃ ^-、Ｂ₄Ｏ₇ ^2-から選択されるアニオンとの組み合わせの１種以上からなり、かつ、常温で結晶水を有するものを主成分として使用することが望ましい。代表的には、ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏを挙げることができる。

そして、中子砂水分：２〜13％、さらには３〜８％の範囲で設定することが望ましい。また、乾燥中子における水溶性無機塩（結合剤）添加量：１〜６％、さらには、1.5〜４％となるような範囲で設定することが望ましい。

水分が過少であると、流動性は向上するが、造型中子中に含まれる結合剤添加率が過少となって、中子強度（抗折強度）を確保し難くなる。結合剤水溶液の比率が過多となると、実用的な流動性を確保し難くなるとともに、本発明の効果（造型サイクルの短縮等）を得難くなる。

具体的な上記水溶性無機塩としては、前述の如く、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）が好ましく、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）50〜98％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）から選択される１種以上２〜５０％の混合系が、より好ましい。硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）50〜90％と、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）から選択される１種以上10〜50％からなる混合系が、さらに好ましい。これら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（特許文献１段落００４２から一部変更して引用）。

そして、このときの結合剤水溶液の塩濃度は、中子強度確保の見地から、飽和、又はそれに近い濃度、例えば、上記硫酸マグネシウム系の場合、通常20〜35％、望ましくは25〜32％とする。

そして、結合剤添加量（含有率）は、乾燥中子において、通常、１〜６％、望ましくは、1.5〜４％となる量とする。本発明においては、中子砂に補強のためのフィラーを添加しないため、上記結合剤添加量は、通常、鋳物砂と結合剤（無水換算）の合計量、さらには、無機微粉末を添加する場合は、それも加えた合計量（100％）に対する比率となる。

なお、無機微粉末は、鋳物砂の粒子間隙間を埋めて、中子強度を向上させると考えられ、添加することが好ましい。例えば、カオリン、タルクを使用できる。

前記結合剤添加量は、従来におけるそれ「４〜７％」（特許文献１段落００４３）より低く、結合剤使用量が少なくて済むとともに、従来の如く、結合剤を過剰添加する問題点、中子型への張り付きが発生しない。したがって、離型剤も特殊なものを使用せず、且つ、少量で済むとともに、離型抵抗も小さい。よって、離型時の中子に要求される強度も大きなものが要求されず、中子砂にフィラーの添加も不要となる。

本発明で用いられる鋳物砂は、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。

上記鋳物砂と結合剤水溶液（塩溶液）からなる中子砂Ｓを、中子砂混練槽１に投入し、混練攪拌する。

２）吹込み充填工程（図４（Ｂ））
上記のようにして調製した混練中子砂は、下記の如く充填する（図２参照）。

混練中子砂を所定量、送り管１ｂを介してホッパー２に、自重落下により送入する。この状態で、充填用エアＡ１をエア吹込み用開閉弁３を介して吹込むと、中子砂Ｓは砂充填用開閉弁６を介して鋳物型７内のキャビティ８に充填される。なお、該中子砂Ｓの充填完了後、充填用エアＡ１は充填用エア排気弁４により排気する。

ここで、混練前の鋳物砂又は混練中子砂Ｓは、離型前の中子型（造型用型）７が減圧下に置かれたとき、該減圧下水沸点よりも高い温度で、かつ、大気圧下水沸点（100℃）未満の温度を有するものであれば、特に限定されない。例えば、減圧下水沸点より、通常、20℃以上、望ましくは30℃、さらに望ましくは40℃高い温度とする。したがって、例えば、減圧度が63ｈＰａ（沸点約37℃）としたとき、混練・充填工程による温度低下を平均３℃とすると、60℃以上、望ましくは70℃以上、さらに望ましくは80℃以上とする。上限は大気圧下水沸点(100℃)未満、望ましくは、95℃未満とする。なお、減圧度と沸点の関係は、図５に示すような飽和蒸気圧／温度曲線図から求めることができる。

通常、鋳物砂を加熱しておく。加熱態様としては、棚段で乾燥炉や加熱炉で加熱したり、シーズドヒータを差し込んで加熱したりする態様が考えられる。

そして、キャビティ８に充填された中子砂Ｓは、充填用エアＡ１の充填圧により圧縮されると同時に、主ベント９や副ベントから排気脱水される（図２参照）。このときの脱水量は通常、数％である。

３・４）前乾燥（減圧乾燥）・離型工程（図６・７）
こうして脱水された離型前の造型中子（鋳型）１２は、中子型７とともに連続的に減圧室１１へ搬送されて、減圧乾燥される。このときの混練砂の水分が蒸発率略75％以上、望ましくは蒸発率略80％以上に脱水（乾燥）されると押出し離型可能乃至取り扱い可能な強度になることを確認している。また、その脱水時間は、鋳型が小さい場合（1350ｃｃ）、10秒〜2分で、離型後取り扱い可能な強度以上に乾燥できることも確認している（実験例参照）。なお、鋳型が大きい場合（例えば、10Ｌ以上）は、乾燥時間が長くなり、数分〜10分必要となると考えられる。

このときの減圧度（真空度）は、32ｈＰａ（水沸点25℃）〜699ｈＰａ（水沸点90℃）、の範囲から適宜選択し、望ましくは、56ｈＰａ（水沸点35℃）〜199ｈＰａ（水沸点60℃）、さらに望ましくは、74ｈＰａ（水沸点40℃）〜123ｈＰａ（水沸点50℃）の範囲が好適である。

減圧度（真空度）が高いと、減圧室に高シール性を要求されるが、減圧度対応水沸点を低くでき乾燥効率が向上する（より短時間乾燥が可能となる）。他方、減圧度が低いと、減圧室１１に高シール性を要求されないが、減圧度対応水沸点が相対的に高くなり短時間乾燥および熱効率の向上が期待できなくなる。

中子１２の離型（取り出し）は、下記の如く行なう。

中子型（造型用型）７を開く。このとき、中子１２は、上型７ｂから離脱するが、下型７ｂとは接したままである。次に、図示の如く、下型７ｂ上で、中子１２を部分押し出しする。そして、この部分押し出しした状態を２分以上維持（通常、２〜３分）する。これにより、さらに、中子１２の強度が増大することも確認している。その理由は、下記の如くであると推定される。

減圧乾燥時に結合剤の主成分であるＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏは、結晶水も全部又は一部飛んだ状態となる(一水塩)。なお、飽和水溶液からは、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）は、1.8〜48.1℃（常温）では七水塩が、48.1〜67.5℃では六水塩、67.5℃以上からは一水塩が析出するとされている（大木他編「化学辞典第1版」東京化学同人）。

大気中に中子１２を放置することにより、結合剤成分である硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）が、水和して六水塩乃至七水塩に戻ることにより、膨張して中子の固化強度が増大する。

そして、押出ピン等を用いて中子１２を下型７ｂから離脱させて中子１２の離型を完了する（図７の左側）。この離型工程の離型抵抗は低く、脱水工程を経たのみの中子締結力で離型が可能である。その理由は、余剰の結合剤を使用しないためと推定される。

５)後乾燥（加熱乾燥：離型後乾燥）工程（図７）
離型した中子１２は、従来と同様、後乾燥工程を経て、中子製品とする。該乾燥方法は、後乾燥をマイクロ波加熱（図７（Ａ））、又は熱風加熱（図７（Ｂ））により行なう。後乾燥は、従来の如く、200℃×１ｈの如く高温乾燥する必要はなく、100℃以上、例えば、150℃×１〜２分で処理すれば、十分であることを確認している。この乾燥処理は、結晶水（配位水、陰イオン水）以外の、中子の強度増大に寄与していない余分な付着水を飛ばすことを目的とするものであり、従来の如く、焼結を予定しておらず、短時間の加熱乾燥で、又は時間はある程度かかるが常温（放置）乾燥で十分であると考えられる。

６・７・８）組み付け・注湯・水洗浄工程（図１参照）
そして、当該中子を使用して鋳造後、中子の砂落としを、洗浄液を用いて行なう。

例えば、図８に示す如く、鋳物１４内の中子１２は洗浄液１３を循環させることにより、中子１２の結晶塩が融解し、洗い流される。洗浄液１３は真水から結合剤の飽和濃度以下（34.3％）の塩溶液であればよく、例えば28％のものが使用できる。結晶塩は、融解し、洗い流すことができる。洗い流される砂と結合剤水溶液（塩溶液）は、液槽１５に貯蔵される。液槽１５内は鋳物砂１６と、希釈された結合剤水溶液１７とからなる。

そして、沈降分離操作および溢流分離操作を経て、鋳物砂１６を結合剤水溶液１７から分離させる。鋳物砂１６が分離された結合剤水溶液１７は、適宜、加熱濃縮（脱水）して、鋳物砂への添加結合剤水溶液として再使用する。

なお、特許文献１の如く、沈降分離操作後の、上澄み液（砂を含まない結合剤水溶液）を洗浄液１３として繰り返し循環・使用することもできる。

洗い流される中子１２内の結合剤は、洗浄液１３に溶解するので液槽の結合剤水溶液の塩濃度は処理製品数に応じてほぼ比例的に変化する。当該塩濃度が、溶解度（飽和濃度）以下であれば洗浄液として使用できる。なお、溶解度以上に結合剤が含まれている場合は、結晶が生成し沈殿するが、溶解度以下になるように加熱攪拌すれば結合剤が溶けるため洗浄液として使用できる。しかし、その操作を不要とするため、結合剤濃度は、常温（工場内温度）の溶解度以下とすることが望ましい。

上記分離した鋳物砂（ウエット砂）と結合剤水溶液(適宜濃縮して)とを、設定混合比率で混合して再生中子砂の調製を行なう。

再生中子砂の調製は、結合剤水溶液の組成が一定であれば水溶性無機塩濃度と糖度及び比重がほぼ比例関係にあることを利用して行なう。即ち、鋳物砂付着結合剤水溶液の糖度を測定するとともに、前記結合剤水溶液の比重を測定することにより、鋳物砂（ウエット砂）と結合剤水溶液との混合比率を容易に求めることができる。

そして、再生中子砂を用いて中子を造型する。こうして、中子のリサイクル造型が可能となる。

こうして、中子の砂落としで発生した、砂含有液から鋳物砂および結合剤水溶液を中子造型で使用でき、しかも、造型時間の短縮も可能となるのでので、水溶性中子を更に実用性のあるものとすることができるとともに、環境性に優れたものとすることができる。

以下、本発明の実施例に基づいて、さらに、詳細に説明する。

結合剤水溶液は、添加水と結合剤（2MgSO₄・7H₂O／Na₂SO₄）とを等量（1／１）混合して調製した。このとき、質量組成比は、2MgSO₄・7H₂O／Na₂SO₄≒2×246／142≒0.776／0.224≒3.64、2MgSO₄／Na₂SO₄≒2×120／142≒0.628／0.372≒1.69となる。また、2MgSO₄／Na₂SO₄質量組成比は、結合剤の見掛け量に対する実質量は、2MgSO₄・Na₂SO₄／2（MgSO₄・7H₂O）・Na₂SO₄≒（2×120＋142）／（2×246＋142）≒0.602倍、結晶水含量は約0.4倍である。結合剤水溶液中の水分合計量は、結合剤水溶液の約0.7倍＝（1.0＋0.4）／2.0となる。

なお、本発明の実施例における結合剤水溶液の塩濃度（2MgSO₄・Na₂SO₄）は、見掛け結合剤濃度50％であるため、50％×0.602≒約30.1％となる。そして、そのときの結合剤水溶液の比重は、1.33となる。

また、鋳物砂は、見掛け比重：1.73、砂真比重：2.7、空隙率：35.93％のものを使用した。

当該結合剤水溶液を使用して、下記の如く中子砂を調製して、中子の造型を行った。

合計水分が約２％となるように、即ち、結合剤水溶液添加量3.10％（結合剤添加量1.55％、水分：1.55＋1.55×0.4＝2.17％）の中子砂を調製後、図２に示すような造型装置を用いて、中子造型を行なった。

このとき、原料砂は60〜90℃の範囲で、10℃間隔で予熱したものを使用した。

中子型としては、ウォータジャケット中子用（キャビティ容量（中子砂充填量）：1350ｃｃ、キャビティ面積：1400ｃｍ²、最小隙間：３ｍｍ）を用い、前準備として前記キャビティ面に市販の汎用離型剤を５ｍＬ塗布した。なお、中子型は、加温せず、常温とした。

充填エア圧は、第一段:200kPa×5秒、第二段：400kPa×5秒とした。

該充填後、中子型を、減圧度（63hPa：相対圧−0.095ＭＰａ、対応水沸点：約42.5℃）に調整した減圧室に、２分間導入した。そして、乾燥中子を離型した。

そして、各試料について、それぞれ水分蒸発率（Ｒ）を下記式について求めた。

Ｒ＝100×（乾燥後試験片重量−乾燥前試験片重量）
／乾燥前試験片重量×結合剤水溶液添加率×0.70
その結果を示す図９から、離型後の取り扱い可能な強度が水分蒸発率75％近くで十分得られ、当該乾燥度は、鋳物砂予熱温度と減圧度対応水沸点の差が25℃（混練砂温度：70℃、減圧度対応水沸点：42.5℃）の場合、減圧乾燥時間、60秒で十分であることが確認できた。したがって、30℃以上であれば、乾燥時間は60秒より遥かに短くてよく（例えば、30秒以内）、15℃の場合でも、60秒余り乾燥すればよいことが推定される。

本発明により造型サイクルが格段に短縮でき、且つ、造型のためのエネルギーも格段に節約できることが確認できた。

１：混練槽
２：中子砂ホッパー
３：充填用エア吹き込み弁
４：充填用エア排気弁
７：中子型
７ａ：中子型の上型
７ｂ：中子型の下型
８：キャビティ
１１：減圧室
Ｓ：中子砂

Claims (10)

1. 鋳物砂に水溶性無機塩からなる結合剤の水溶液（以下「結合剤水溶液」という。）が添加された混練鋳物砂を造型用型に吹き込み充填して鋳型を造型し、該鋳型を使用済後、水接触により崩壊させて、鋳物砂の再利用が可能とされている水溶性鋳型の造型法であって、
   離型前鋳型の乾燥（前乾燥）を、該離型前鋳型の温度を、後記減圧下における水沸点より高く、かつ、大気圧下水沸点より低い温度にある状態として、造型用型を減圧下に置いて、押出離型可能又は取り扱い可能な強度以上になる乾燥強度になるまで水分蒸発させることにより行なうに際して、
   前記鋳型の離型完了を、前記造型用型を開き、前記鋳型を部分押し出しした状態を２分以上維持した後に行なうこと、
   を特徴とする水溶性鋳型の造型法。
2. 充填前の前記鋳物砂又は前記混練鋳物砂の温度を、前記減圧下水沸点より高い温度とすることを特徴とする請求項１記載の水溶性鋳型の造型法。
3. 前記減圧下水沸点を、25〜90℃に設定することを特徴とする請求項２記載の水溶性鋳型の造型法。
4. 前記離型前鋳型の温度と前記減圧下水沸点の温度差を20℃以上に設定することを特徴する請求項３記載の水溶性鋳型の造型法。
5. 前記離型完了後の鋳型を、さらに、大気圧下加熱により後乾燥させることを特徴とする請求項４記載の水溶性鋳型の造型法。
6. 前記大気圧下加熱としてマイクロ波加熱又は熱風加熱を選択することを特徴とする請求項５記載の水溶性鋳型の造型法。
7. 前記水分蒸発の蒸発率を75質量％以上とすることを特徴とする請求項１〜６いずれか一記載の水溶性鋳型の造型法。
8. 前記水溶性無機塩として、Ｍｇ²⁺、Ｎａ⁺、Ｃａ^2＋から選択されるカチオンと、ＳＯ₄ ^2-、ＣＯ₃ ^2-、ＨＣＯ^3-、Ｂ₄Ｏ₇ ^2-から選択されるアニオンとの組み合わせからなり、かつ、常温で結晶水を有するものを使用するとともに、
   混練鋳物砂水分：２〜13質量％の範囲で設定するとともに、乾燥鋳型における結合剤添加量：１〜６質量％となるような範囲で設定することを特徴とする請求項１〜７いずれか一記載の水溶性鋳型の造型法。
9. 前記結合剤水溶液の塩濃度（無水物換算）を、20〜35質量％とすることを特徴とする請求項８記載の水溶性鋳型の造型法。
10. 前記水溶性鋳型を中子とすることを特徴とする請求項１〜９いずれか一記載の水溶性鋳型の造型法。

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