鋳型の製造方法
【課題】変形が発生するようなことなく、中空に鋳型を成形することができる鋳型の製造方法を提供する。
【解決手段】成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出する。次いで成形型１内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進行させる。成形型１内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気の凝縮潜熱及び顕熱で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱して、短時間で粘結剤を硬化させることができ、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層に自重による変形が発生する前に粘結剤を硬化させることができる。
【解決手段】成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出する。次いで成形型１内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進行させる。成形型１内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気の凝縮潜熱及び顕熱で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱して、短時間で粘結剤を硬化させることができ、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層に自重による変形が発生する前に粘結剤を硬化させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘結剤コーテッドサンドを用いて鋳型を製造するにあたって、中空に鋳型を成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粘結剤を耐火骨材に混合して調製される粘結剤コーテッドサンド（いわゆるレジンコーテッドサンド）を用いて鋳型を製造する方法の一つとして、高温に加熱された成形型内に粘結剤コーテッドサンドを注入して充填し、粘結剤コーテッドサンドの粘結剤を成形型の熱で加熱硬化させることによって、耐火骨材を粘結剤で結合して鋳型を成形する方法がある。
【０００３】
そしてこのように成形型内に充填した粘結剤コーテッドサンドを成形型の熱で加熱して鋳型を成形するにあたって、成形型内に充填した後に、成形型を上下に反転させて、成形型内に充填した粘結剤コーテッドサンドのうち未硬化の粘結剤コーテッドサンドを成形型内から排出することによって、中空の鋳型を成形することが従来から行なわれている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００４】
粘結剤コーテッドサンドを用いて形成される鋳型において、例えばシェル鋳型において、特に鋳型が中子の場合は、鋳造時に発生するガスで欠陥が発生することを低減するため、鋳型は中空であることが望ましいとされており、また高価な粘結剤コーテッドサンド（レジンコーテッドサンド）を節減できるうえでも中空の鋳型であることが望ましいとされている。
【０００５】
このような中空の鋳型を製造する方法の一例を図５に示す。成形型１には上面に注入口３が形成されており、また成形型１は内蔵する電気ヒーターなどで高温に加熱されている。そしてまず注入口３から粘結剤コーテッドサンド２を注入して、図５（ａ）のように成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填する。成形型１内に充填された粘結剤コーテッドサンド２は成形型１の熱で加熱され、成形型１の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２から硬化が進行する。そこで、成形型１の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤は硬化が進行しているが、内部の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤は未硬化であるときに、成形型１を図５（ｂ）のように上下反転させ、注入口３を下向きにすると、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２は注入口３から排出されると共に、硬化が進行している粘結剤コーテッドサンド２は層状に固結しているので、成形型１の内周に接する粘結剤コーテッドサンド２の層は成形型１内に残る。
【０００６】
次に、図５（ｃ）のように成形型１を元の状態に戻し、所定時間放置することによって、成形型１の熱で成形型１内に層状に残る粘結剤コーテッドサンド２を加熱し、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させる。成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、中央部の粘結剤コーテッドサンド２が未硬化のうちに上記のように成形型１を反転して排出する必要があるので、成形型１の内周に接する粘結剤コーテッドサンド２の層の粘結剤も完全に硬化するまでには至っておらず、半硬化あるいはゲル化の段階または粘結剤が熱溶融している状態である。このため、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を成形型１から排出した後も、所定時間放置して成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を成形型１の熱で加熱し、この粘結剤コーテッドサンド２の層の粘結剤の硬化を進行させて完全に硬化させる必要があるのである。
【０００７】
このようにして成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層の粘結剤を完全に硬化させることによって、図５（ｅ）のような中空の鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を開いて脱型することによって、中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３３９７４７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、成形型１の内面に接して層状に残る粘結剤コーテッドサンド２を成形型１の熱で加熱して完全に硬化させるようにしているが、成形型１から粘結剤コーテッドサンド２に伝熱される熱では、粘結剤コーテッドサンド２の加熱速度が遅く、短時間で粘結剤を完全に硬化させることはできない。
【００１０】
そして粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤が十分に硬化していない状態では、粘結剤による結合力が小さいので成形型１内に形成される粘結剤コーテッドサンド２の層は強度が低い。このため、粘結剤が完全に硬化するまでに時間がかかると、図５（ｄ）に示すように、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層のうち、垂直乃至下向きの個所にいわゆるピールバックが発生するおそれがある。すなわち、この粘結剤コーテッドサンド２の層のうちキャビティ６に接している部分は成形型１の熱が直接作用するので、硬化が進んでキャビティ６の内面に密接しているが、その内側の部分の粘結剤コーテッドサンド２は硬化がまだ不十分であるために軟化状態であり、この軟化状態の部分が十分に硬化するまでに時間がかかると、支えがない垂直乃至下向きの個所において、この軟化状態の部分が自重で層間剥離するというピールバックが発生するものである。
【００１１】
従って、成形型１内で中空に成形される鋳型Ａに、図５（ｆ）に示すような剥離部２５が生じ、またこの剥離部２５は図５（ｇ）のように鋳型Ａ内に脱落することもある。そしてこのようにピールバック不良が発生すると、層間剥離が発生した部分では鋳型Ａの厚みが想定した厚みよりも薄くなる。従って、この鋳型Ａを用いて鋳造を行なうと、流し込む溶湯の熱衝撃や溶湯の重みで層間剥離して厚みの薄くなった部分に割れが生じるおそれがあり、鋳型Ａ内に溶湯が流れ込んで凝固するなど、鋳物に不良が発生し易くなるという問題を有するものであった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ピールバックなどの不良が発生するようなことなく、鋳型を成形することができる鋳型の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る鋳型の製造方法は、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出し、次いで成形型１内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進行させることを特徴とするものである。
【００１４】
このように、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、成形型１内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気の凝縮潜熱及び顕熱で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱することができ、短時間で粘結剤を硬化させることができるものであり、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層に自重による層間剥離が発生する前に粘結剤を硬化させることができ、ピールバックなどの不良が生じることなく鋳型Ａを成形することができるものである。
【００１５】
また本発明は、成形型１の上部に注入口３を形成し、注入口３から成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１を上下反転させて注入口から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することを特徴とするものである。
【００１６】
この方法によれば、成形型１を反転させることによって、粘結剤コーテッドサンド２を注入した注入口３を利用して、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２の排出を行なうことができるものであり、成形型１を複雑な構造に形成する必要がなくなるものである。
【００１７】
また本発明は、上記のように成形型１を上下反転させて粘結剤コーテッドサンド２を排出した後、さらに成形型１を上下反転させ、注入口３から成形型１内に水蒸気を吹き込むことを特徴とするものである。
【００１８】
この方法によれば、粘結剤コーテッドサンド２を注入及び排出する注入口３を利用して、水蒸気の吹き込みを行なうことができるものであり、成形型１を複雑な構造に形成する必要がなくなるものである。
【００１９】
また本発明は、注入口３を設けた成形型１の下部に排出口４を形成し、注入口３から成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、排出口４を開いて未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することを特徴とするものである。
【００２０】
この方法によれば、成形型１を上下反転させる必要なく、成形型１の下部の排出口４から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することができるものであり、成形型１を上下反転させるための機構を設ける必要がなくなるものである。
【００２１】
また本発明は、成形型１より熱伝導性の低い栓２１で排出口４を塞いだ状態で成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、栓２１を抜いて排出口４を開口させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することを特徴とするものである。
【００２２】
このように排出口４を熱伝導性の低い栓２１で塞ぐことによって、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２への熱の伝導を抑制して硬化が進行しないようすることができ、排出口４の部分が硬化の進行した粘結剤コーテッドサンド２で塞がれて、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出できなくなることを未然に防ぐことができるものである。
【００２３】
また本発明は、上記の水蒸気として、過熱水蒸気を用いることを特徴とするものである。
【００２４】
過熱水蒸気は高温の乾き空気であって、成形型１内で水蒸気から凝縮水が過剰に生成されることが少なくなり、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の温度上昇速度を一層速めることができると共に、鋳型に水分が含まれることを低減することができるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出し、次いで成形型１内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進行させるようにしたものである。そしてこのように、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、成形型１内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気の凝縮潜熱及び顕熱で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱することができ、短時間で粘結剤を硬化させることができるものであって、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層に自重による層間剥離が発生する前に粘結剤を硬化させることができるものであり、ピールバックなどの不良が生じることなく中空の鋳型Ａを成形することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）は鋳型の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）は鋳型の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）は鋳型の概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図５】従来例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）（ｆ）（ｇ）は鋳型の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、図１（ａ）のように成形型１は内部にキャビティ６を設けると共に上面にこのキャビティ６に連通する注入口３を設けることによって形成されるものである。この成形型１は一対の型１ａ，１ｂからなるものであり、型１ａ，１ｂのうち少なくとも一方の対向面にエアーベント７を形成するための溝が設けてある。エアーベント７は粘結剤コーテッドサンド２は通過させないが水蒸気などの気体は容易に通過する寸法に形成されるものである。そして一対の型１ａ，１ｂを合致させるように型締めすることによって、成形型１を形成することができるものである。
【００２９】
この成形型１には、電気ヒーターを埋め込むなどして発熱手段を設けてあり、高温に加熱することができるようにしてある。成形型１の加熱温度は粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の種類などに応じて設定されるものであるが、通常は２００〜３５０℃程度である。
【００３０】
一方、粘結剤コーテッドサンド２は、レジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）とも呼ばれるものであり、耐火骨材に粘結剤を混合することによって、耐火骨材の表面を粘結剤で被覆して形成されるものである。本発明において耐火骨材としては、特に限定されるものではないが、硅砂、山砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、再生砂、その他、人工砂などを例示することができるものであり、これらを１種単独で用いる他、複数種を混合して用いることもできる。
【００３１】
また粘結剤としては、鋳型用の粘結剤コーテッドサンド（レジンコーテッドサンド）に使用されるものであれば、特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂を用いるのが一般的である。
【００３２】
熱硬化性樹脂としては、レゾール型、ノボラック型、ベンジリックエーテル型などのフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などを挙げることができるものであり、これらに硬化剤としてイソシアネート化合物、有機エステル類、ヘキサメチレンテトラミンなどを、硬化触媒として第三級アミン、ピリジン誘導体、有機スルホン酸などをそれぞれ配合し、熱硬化性にして使用することができるものである。これらは一種を単独で用いる他、複数種を併用することもできる。
【００３３】
粘結剤としてフェノール樹脂を用いる場合、フェノール樹脂はフェノール類とホルムアルデヒド類を反応触媒の存在下で反応させることによって調製することができる。
【００３４】
ここでフェノール類は、フェノール及びフェノールの誘導体を意味するものであり、例えばフェノールの他に、ｍ−クレゾール、レゾルシノール、３，５−キシレノールなどの３官能性のもの、ビスフェノールＡ、ジヒドロキシジフェニルメタンなどの４官能性のもの、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔｅｒ−ブチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−クミルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、２，４又は２，６−キシレノールなどの２官能性のｏ−又はｐ−置換のフェノール類を挙げることができ、さらに塩素又は臭素で置換されたハロゲン化フェノールなども用いることができる。勿論、これらから１種を選択して用いる他、複数種のものを混合して用いることもできる。
【００３５】
またホルムアルデヒド類としては、水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、トリオキサン、テトラオキサンのような形態のものを用いることもでき、その他、ホルムアルデヒドの一部をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えて使用することも可能である。
【００３６】
上記のフェノール類とホルムアルデヒド類との配合比率は、フェノール類とホルムアルデヒドのモル比が１：０．６〜１：３．５の範囲になるように設定するのが好ましい。
【００３７】
また反応触媒は、ノボラック型フェノール樹脂を調製する場合は、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸、あるいはシュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機酸、さらに酢酸亜鉛などを用いることができる。またレゾール型フェノール樹脂を調製する場合は、アルカリ土類金属の酸化物や水酸化物を用いることができ、さらにジメチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、ジシアンジアミドなどの脂肪族の第一級、第二級、第三級アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンなどの芳香環を有する脂肪族アミン、アニリン、１，５−ナフタレンジアミンなどの芳香族アミン、アンモニア、ヘキサメチレンテトラミンなどや、その他二価金属のナフテン酸や二価金属の水酸化物等を用いることもできる。
【００３８】
また、粘結剤として上記のようにフェノール樹脂を用いる場合、硬化速度を速めるために、フェノール樹脂に二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールを１〜６０質量％含有させるようにしてもよい。
【００３９】
ここで二価フェノールとしては、特に限定されるものではないが、カテコール（融点１０５℃）、アルキルカテコール、ヒドロキノン（融点１７０．３℃）、レゾルシン（融点１１０℃）、アルキルレゾルシン、４−ヘキシルレゾルシン（化学式（１））などを挙げることができる。また、三価フェノールとしては、特に限定されるものではないが、ピロガロール（融点１３３℃）、フロログルシン（融点２１９℃：化学式（２））などを挙げることができる。これら二価あるいは三価の多価フェノールは、一種を単独で用いる他、複数種を併用することもできる。
【００４０】
【化１】
【００４１】
フェノール樹脂粘結剤は、フェノール樹脂中に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールが反応して結合した状態であってもよく、またフェノール樹脂に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールが反応していない状態で混合されたものであってもよい。さらに二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールの一部がフェノール樹脂中に反応して結合していると共に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールの他の一部がフェノール樹脂と反応せずに混合しているものであってもよい。
【００４２】
フェノール樹脂中に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールを反応させて結合したものとしてフェノール樹脂粘結剤を調製するにあたっては、上記のように一価のフェノール類とアルデヒド類を触媒の存在下で反応させてフェノール樹脂を合成する際に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールを添加して反応させることによって行なうことができる。
【００４３】
このとき、一価のフェノール類とアルデヒド類を反応させる合成の初期から多価フェノールを添加することによって、一価のフェノール類と多価フェノールをそれぞれアルデヒド類と反応させて、フェノール樹脂中に多価フェノールが結合して取り込まれたフェノール樹脂粘結剤組成物を調製することができる。
【００４４】
あるいは、一価のフェノール類とアルデヒド類を反応させてフェノール樹脂を合成する途中の段階で多価フェノールを添加することによって、多価フェノールの一部をアルデヒド類と反応させて、フェノール樹脂中に多価フェノールの一部が結合して取り込まれると共に、多価フェノールの他の一部がフェノール樹脂と反応せずに混合した状態で、フェノール樹脂粘結剤を調製することができる。
【００４５】
さらに、一価のフェノール類とアルデヒド類を反応させてフェノール樹脂の合成を終了した後、反応系からフェノール樹脂を取り出す前に多価フェノールを添加し、フェノール樹脂と多価フェノールを溶融混合することによって、フェノール樹脂に多価フェノールを混合した状態のフェノール樹脂粘結剤を得ることができる。
【００４６】
フェノール樹脂中に多価フェノールが含有されたこのフェノール樹脂粘結剤にあって、フェノール樹脂中の多価フェノールの含有量は、１〜６０質量％の範囲に設定されるものである。多価フェノールの含有量は３〜６０質量％の範囲がより好ましく、特に好ましくは５〜３０質量％である。多価フェノールの含有量が少ないと、フェノール樹脂中に多価フェノールを含有させることで、多価フェノールの高い反応性によってゲル化時間を短縮し、フェノール樹脂粘結剤の硬化時間を短くする効果を十分に得ることができない。逆に多価フェノールの含有量が多すぎると、ゲル化反応を制御することが難しくなり、硬化時間が速くなりすぎて作業性に問題が生じるおそれがある。
【００４７】
フェノール樹脂中に二価や三価のフェノールが含有されたこのフェノール樹脂粘結剤のゲル化時間は、１３０℃の測定温度で１００秒以下であることが好ましく、８０秒以下であることがより好ましい。ゲル化時間がこれより長いと、フェノール樹脂粘結剤の硬化時間を短くする効果を十分に得ることができない。ゲル化時間の下限は特に設定されるものではないが、作業性の点からすると、ゲル化時間は１０秒以上であることが望ましい。このゲル化時間は、ＪＡＣＴ試験法 ＲＳ−５に準拠して測定した数値である。ここで、ＪＡＣＴ試験法 ＲＳ−５では測定温度が１５０℃に設定されているが、本発明で用いるフェノール樹脂粘結剤はゲル化時間が短く、１５０℃の温度で測定するとゲル化時間が短すぎて測定が困難であり、測定結果にばらつきが生じ易いと共に、ゲル化時間の差を確認することが難しくなるので、測定温度を１３０℃と低い温度に設定して行なうようにしている。
【００４８】
そして、耐火骨材の粒子に粘結剤を配合して混合することによって、耐火骨材の表面に粘結剤を被覆して、本発明において用いる粘結剤コーテッドサンド２を得ることができるものである。
【００４９】
耐火骨材に被覆する粘結剤の量は、成分や用途などに応じて異なり一概に規定できないが、耐火骨材１００質量部に対して粘結剤が０．５〜４．０質量部の範囲が一般に好ましく、滑剤は固形分で０．０２〜０．１５質量部の範囲になるように設定するのが一般的に好ましい。耐火骨材の表面に粘結剤を被覆する方法としては、ホットコート法、コールドコート法、セミホットコート法、粉末溶剤法などがある。
【００５０】
ホットコート法は、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に固形の粘結剤を添加して混合し、耐火骨材による加熱で固形の粘結剤を溶融させることによって、溶融した粘結剤で耐火骨材の表面を濡らして被覆させ、この後、この混合を保持したまま冷却することによって、粒状でさらさらした粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。あるいは、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に、水などの溶剤に溶解又は分散させた粘結剤を混合して被覆し、溶剤を揮散させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５１】
コールドコート法は、粘結剤を水やメタノールなどの溶剤に分散乃至溶解して液状になし、これを耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５２】
セミホットコート法は、上記の溶剤に分散乃至溶解した粘結剤を、５０〜９０℃に加熱した耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５３】
粉末溶剤法は、固形の粘結剤を粉砕し、この粉砕粘結剤を耐火骨材の粒子に添加してさらに水やメタノールなどの溶剤を添加し、これを混合して溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５４】
以上のいずれの方法においても、耐火骨材の表面を常温（３０℃）で固形のコーティング層で被覆して、粒状でさらさらした粘結剤コーテッドサンドを得ることができるが、作業性などの点においてホットコート法が好ましい。また上記のように耐火骨材に粘結剤を混合する際に、必要に応じて硬化剤や、耐火骨材と粘結剤とを親和させるためのシランカップリング剤など各種のカップリング剤や、また黒鉛等の炭素質材料などを配合することもできる。
【００５５】
上記のように調製される粘結剤コーテッドサンド２を成形型１に注入するにあたって、粘結剤コーテッドサンド２はサンド供給ヘッド９に供給される。そしてサンド供給ヘッド９のノズル１０を成形型１の注入口３に図１（ｂ）のように接続し、サンド供給ヘッド９に連結したエアー配管１１から高圧エアーをサンド供給ヘッド９に供給することによって、このエアー圧で粘結剤コーテッドサンド２をノズル１０から注入口３を通して成形型１のキャビティ２内に注入することができるものである。粘結剤コーテッドサンド２と共にキャビティ６内に吹き込まれるエアーはエアーベント７から排出されるものであり、キャビティ６内に粘結剤コーテッドサンド２を充填することができるものである。
【００５６】
このように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填して所定時間経過すると、成形型１が有する高温が粘結剤コーテッドサンド２に伝熱され、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２が加熱されて、粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化が進行する。成形型１内に充填された粘結剤コーテッドサンド２には、まずキャビティ６の内面に接している部分に熱が伝わって加熱されるので、粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化はキャビティ６の内面に接している部分で進行が始まり、キャビティ６の内面から離れている中央部の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤に硬化が始まるのは遅い。
【００５７】
そこで、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているが、中央部の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤は硬化が始まらず進行していない時間のタイミングで、図１（ｃ）のように成形型１を上下に回転させて１８０°反転させる。このように成形型１を上下反転させて注入口３を下向きにすると、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、粘結剤が未硬化の粘結剤コーテッドサンド２はばらばらの粒子であるので、注入口３から排出される。一方、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているので、粘結剤の溶融・硬化により粒子が結合され、粘結剤コーテッドサンド２の層として一体化している。従って、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層が中空形状で成形型１内に残ることになる。
【００５８】
ここで、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出するために、成形型１を上下反転するまでの時間は、粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の種類や、成形型１の温度、成形型１内に残す粘結剤コーテッドサンド２の層の厚みなどに応じて調整されるものであるが、一般的に５〜６０秒程度が好ましい。成形型１を反転させるまでの時間が短いと、成形型１内に残る粘結剤コーテッドサンド２の層の厚みが薄くなり、成形される鋳型の厚みが薄くなって強度の上で問題が生じる。逆に成形型１を反転させるまでの時間が長いと、排出される未硬化の粘結剤コーテッドサンド２の量が少なくなり、鋳型を中空に形成することによって得られる効果が不十分になる。
【００５９】
尚、キャビティ６に接する粘結剤コーテッドサンド２のうち、注入口３に対向する部分には成形型１の熱は作用し難いので、この部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化は進行し難い。このため、硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で注入口３が塞がれることはなく、上記のように注入口３から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく排出することができるものである。
【００６０】
ただ、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから成形型１を上下反転するまでの時間を長くする場合など、注入口３の付近の粘結剤コーテッドサンド２も硬化が進行して、この硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で注入口３が塞がれる場合がある。このときには、成形型１を上下反転しても、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することができなくなる。そこでこのときには、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填した後、図４（ａ）に示すように、注入口３よりも深い長さを有する栓１５を注入口３に挿入し、栓１５の先端部を粘結剤コーテッドサンド２内に差し込むようにすればよい。栓１５は、成形型１の温度に耐える耐熱性を有し、かつ成形型１よりも熱伝導性が低い断熱性を有する材料で形成するのが好ましく、例えば耐熱性ゴムなどで栓１５を形成することができる。このように断熱性の高い栓１５を差し込むことによって、注入口３に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２に成形型１の熱が伝熱されることを抑制できるものであり、注入口３に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化が進行して注入口３を塞ぐことを防ぐことができるものである。従って、成形型１を反転する直前に栓１５を注入口３から抜いて、成形型１を反転させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく注入口３から排出することができるものである。
【００６１】
上記のように未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、キャビティ６の内面に接して残される粘結剤コーテッドサンド２の層において、粘結剤は硬化が十分に進行しておらず、半硬化あるいはゲル化の段階または粘結剤が熱溶融している状態であるので、成形型１内のこの粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱して、粘結剤の硬化をさらに進行させて完全に硬化させる必要がある。本発明は、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進める加熱を、水蒸気によって行なうようにしたものである。
【００６２】
すなわち、上記のように未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出して、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層を中空形状で成形型１内に残した後、成形型１を再度上下に反転させて、注入口３を上向きにし、図１（ｄ）のように水蒸気供給ヘッド１７のノズル１８を注入口３に接続する。水蒸気供給ヘッド１７には蒸気ホース１９が連結してあって、蒸気ホース１９から水蒸気供給ヘッド１７に水蒸気が供給されており、ノズル１８から注入口３を通して水蒸気を成形型１のキャビティ６内に吹き込むことができるものである。成形型１内に吹き込まれた水蒸気は、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を通過した後、エアーベント７から排気される。粘結剤コーテッドサンド２の層は粘結剤で結合されて固まっているが、粘結剤は完全に硬化しておらず、耐火骨材の粒子間に隙間が多数形成されているので、水蒸気はこの骨材粒子間の隙間を容易に通過して、エアーベント７から排気されるものである。
【００６３】
そして上記のように成形型１内に水蒸気を吹き込むと、粘結剤コーテッドサンド２の表面に水蒸気が接触することによって、水蒸気は潜熱と顕熱が粘結剤コーテッドサンド２に奪われて凝縮するが、水蒸気は高い潜熱と顕熱を有するので、水蒸気が凝縮する際に伝熱されるこの潜熱で粘結剤コーテッドサンド２の温度を急速に上昇させることができるものである。また水蒸気の凝縮で成形型１内に生成される凝縮水は、その後に成形型１内に吹き込まれる水蒸気による加熱で蒸発されるので、成形型１内の温度は水蒸気の温度付近にまで急速に上昇し、この温度で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱することができるものである。特に水蒸気は、粘結剤コーテッドサンド２の各粒子に直接接触して加熱するので、殆ど瞬時に粘結剤コーテッドサンド２を高温に加熱することができるものである。
【００６４】
このように成形型１に水蒸気を吹き込んで、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱し、粘結剤の硬化を進行させて完全硬化させることによって、鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を型開きして型１ａ，１ｂを分離させることによって、図１（ｅ）のような中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【００６５】
ここで、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層を水蒸気によって急速に加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で硬化させることができるものであり、粘結剤コーテッドサンド２の層を完全硬化させるのに要する時間は、水蒸気の温度や成形型１内への吹き込み流量、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層の厚みなどで変動するが、通常、３〜４０秒程度の短時間である。そして、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層は粘結剤の硬化が不十分であるために結合力が小さく、強度が低いが、粘結剤コーテッドサンド２の層のうち垂直乃至下向きの個所に、図５（ｄ）のように自重で層間剥離する前に、短時間で粘結剤を十分に硬化させることができるものであり、ピールバック不良が発生するようなことなく、中空の鋳型Ａを成形することがきるものである。
【００６６】
本発明において、水蒸気としては飽和水蒸気をそのまま用いることができるが、過熱水蒸気を用いるのが好ましい。過熱水蒸気は、飽和水蒸気をさらに加熱して、沸点以上の温度とした完全気体状態の水蒸気であり、１００℃以上の乾き蒸気である。飽和水蒸気を加熱して得られる過熱水蒸気は、圧力を上げないで定圧膨張させたものであってもよく、あるいは膨張させないで圧力を上げた加圧水蒸気であってもよい。成形型１内に吹き込む過熱水蒸気の温度は特に限定されるものではなく、過熱水蒸気は９００℃程度にまで温度を高めることができるので、１００〜９００℃の間で必要に応じた温度に設定すればよい。
【００６７】
上記のように中空の鋳型Ａを成形するにあたって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出したあとの孔として鋳型Ａに図１（ｅ）のような開口ａが形成されることになる。鋳型Ａは鋳造の際に中子などとして主として使用されるが、鋳造の作業にこの開口ａが支障とならないのであれば、開口ａを有するこの鋳型Ａをそのまま使用することができる。一方、鋳造の作業に開口ａが支障となる場合には、粘結剤コーテッドサンド２を用いて別途成形した蓋材を用い、この蓋材を開口ａに差し込んで接着したり、あるいは耐火骨材を液状の粘結剤と混練した成形材料を開口ａに詰め込んで加熱硬化させたりして、開口ａを塞ぐようにすればよい。
【００６８】
図２は他の実施の形態を示すものであり、図１の実施の形態では、注入口３を成形型１に小さな口として形成したが、図２では注入口３を大きく開口して形成してある。すなわち、図２（ａ）に示すように成形型１の下面に注入口３を大きく開口して設けてあり、成形型１内のキャビティ６は注入口３によって全体が開口している。また型１ａ，１ｂの間にはエアーベント７が形成してある。
【００６９】
そしてこの成形型１を上下反転して注入口３を上向きにし、この状態で図２（ｂ）のように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填する。注入口３は大きく開口するので、上記の図１（ｂ）のようなサンド供給ヘッド９を用いてエアー圧で粘結剤コーテッドサンド２を注入する必要はなく、粘結剤コーテッドサンド２を流し込む作業などでキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填することができる。
【００７０】
このように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填して所定時間経過し、成形型１が有する高温が粘結剤コーテッドサンド２に伝熱され、キャビティ６の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２が進行した時点で、成形型１を上下反転し、注入口３を下向きにする。成形型１を上下反転すると、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、粘結剤が未硬化の粘結剤コーテッドサンド２はばらばらの粒子であるので、下方に開口する注入口３から排出される。一方、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているので、粘結剤の溶融・硬化により粒子が結合され、粘結剤コーテッドサンド２の層として一体化している。従って図２（ｃ）に示すように、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層が中空形状で成形型１内に残ることになる。成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから、成形型１を上下反転するまでの時間は、図１の実施の形態と同様に、５秒〜６０秒程度が好ましい。
【００７１】
次に、上記のように未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出して、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層を中空形状で成形型１内に残した後、成形型１を再度上下に反転させて、注入口３を上向きにし、成形型１内に水蒸気を吹き込む。水蒸気の吹き込みは図１（ｄ）と同様に水蒸気供給ヘッド１７を用いて行なうことができるが、注入口３が大きく開口しているので、図２（ｄ）のように、ノズル１８の外周に蓋片２４を大きく張り出して設けたものを用い、蓋片２４で注入口３に蓋をして注入口３を密閉した状態でノズル１８が注入口３に接続されるようにするのが望ましい。そしてノズル１８から注入口３を通して水蒸気を成形型１のキャビティ６内に吹き込む。成形型１内に吹き込まれた水蒸気は、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を通過した後、エアーベント７から排気される。
【００７２】
このように成形型１に水蒸気を吹き込んで、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱し、粘結剤の硬化を進行させて完全硬化させることによって、鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を型開きして型１ａ，１ｂを分離させることによって、図２（ｅ）のような中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【００７３】
ここで、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層を水蒸気によって急速に加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で硬化させることができるものであり、粘結剤コーテッドサンド２の層を完全硬化させるのに要する時間は、図１の場合と同様に、通常、３〜４０秒程度の短時間である。そして、図２のようなキャビティ６を有する成形型１で鋳型を成形する場合、図２（ｄ）のように成形型１内に残る粘結剤コーテッドサンド２の層のうち、キャビティ６の垂直な面に張り付いている個所に層間剥離が生じ易いが、このような層間剥離が発生する前に、水蒸気加熱により短時間で粘結剤を完全に硬化させることができるものであり、ピールバック不良が発生するようなことなく、中空の鋳型Ａを成形することがきるものである。
【００７４】
次に図３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、成形型１として上部に注入口３を、下部に排出口４を設けたものを用いるものであり、図３（ａ）に示すように成形型１の上面に注入口３を形成すると共に下面に排出口４を形成するようにしてある。また型１ａ，１ｂの間にはエアーベント７が形成してある。
【００７５】
成形型１に粘結剤コーテッドサンド２を注入する前に、排出口４に栓２１をして、排出口４を栓２１で塞いでおく。栓２１は、成形型１の温度に耐える耐熱性を有し、かつ成形型１よりも熱伝導性が低い断熱性を有する材料で形成するのが好ましく、例えば耐熱性ゴムなどで栓２１を形成することができる。
【００７６】
そしてサンド供給ヘッド９のノズル１０を成形型１の注入口３に図３（ｂ）のように接続し、サンド供給ヘッド９に連結したエアー配管１１から高圧エアーをサンド供給ヘッド９に供給することによって、このエアー圧で粘結剤コーテッドサンド２をノズル１０から注入口３を通して成形型１のキャビティ２内に注入することができるものである。粘結剤コーテッドサンド２と共にキャビティ６内に吹き込まれるエアーはエアーベント７から排出されるものであり、キャビティ６内に粘結剤コーテッドサンド２を充填することができるものである。成形型１の下端の排出口４は栓２１で塞がれているので、粘結剤コーテッドサンド２が排出口４から漏れ出ることはない。
【００７７】
このように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填して所定時間経過し、成形型１が有する高温が粘結剤コーテッドサンド２に伝熱され、キャビティ６の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２が進行した時点で、成形型１の下面の排出口４から栓２１を抜き、排出口４を開口させる。成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから、栓２１を抜いて排出口４を開口させるまでの時間は、図１の実施の形態における成形型１を上下反転するまでの時間と同様に、１０〜６０秒程度が好ましい。
【００７８】
このように栓２１を抜いて排出口４を開口させると、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、粘結剤が未硬化の粘結剤コーテッドサンド２が排出口４から排出される。一方、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているので、粘結剤により粒子が結合され、粘結剤コーテッドサンド２の層として固まっている。従って、図３（ｃ）のように、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層が中空形状で成形型１内に残ることになる。
【００７９】
ここで、排出口４には成形型１よりも熱伝導性が低い断熱性を有する栓２１が差し込んであるため、キャビティ６に接する粘結剤コーテッドサンド２のうち、排出口４に対向する部分には成形型１の熱が作用し難くなっており、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化は進行し難い。このため、硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で排出口４が塞がれることはなく、栓２１を抜いて排出口４を開くことによって未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく排出することができるものである。
【００８０】
ただ、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから栓２１を抜いて排出を行なうまでの時間を長くする場合など、排出口４の付近の粘結剤コーテッドサンド２も硬化が進行して、この硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で排出口４が塞がれる場合がある。そこでこのときには、図４（ｂ）に示すように、栓２１を排出口４よりも深い長さで形成し、栓２１を排出口４に差し込むと、栓２１の先端部がキャビティ６の内面よりも内方へ突出するようにするのがよい。このようにすると、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２に成形型１の熱が伝熱されることを抑制できるものであり、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化が進行して排出口４を塞ぐようなことを防ぐことができるものである。従って、排出口４から栓２１を抜いて開口させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく排出口４から排出することができるものである。
【００８１】
上記のように成形型１のキャビティ６内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出して、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層を中空形状で成形型１内に残した後、図３（ｄ）のように、成形型１の上面の注入口３に水蒸気供給ヘッド１７のノズル１８を接続し、ノズル１８から注入口３を通して水蒸気を成形型１のキャビティ６内に吹き込む。このとき、水蒸気が排出口４から短絡的に出て行かないように、排出口４に栓２２を差し込んで塞ぐようにしてもよい。このように成形型１内に吹き込まれた水蒸気は、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を通過した後、エアーベント７から排気される。
【００８２】
このように成形型１に水蒸気を吹き込んで、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱し、粘結剤の硬化を進行させて完全硬化させることによって、鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を型開きして型１ａ，１ｂを分離させることによって、図３（ｅ）のような中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【００８３】
ここで、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層を水蒸気によって急速に加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で硬化させることができるものであり、粘結剤コーテッドサンド２の層を完全硬化させるのに要する時間は、図１の場合と同様に、通常、３〜４０秒程度の短時間である。そして、粘結剤コーテッドサンド２の層のうち垂直乃至下向き個所に既述の図５（ｄ）のように自重で層間剥離が発生する前に、短時間で粘結剤を完全に硬化させることができるものであり、ピールバック不良などが発生するようなことなく、中空の鋳型Ａを成形することがきるものである。
【００８４】
この図３の実施の形態では、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２は成形型１の下面に設けた排出口４から排出することができるものである。従って、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出するにあたって成形型１を上下に反転させるような必要がなく、成形型１を上下に反転させるための機構を備える必要がなくなるものである。
【００８５】
またこの実施の形態では、中空の鋳型Ａには注入口３の部分と排出口４の部分に開口ａ，ｂが形成されることになる。鋳型Ａは鋳造の際に中子などとして主として使用されるが、鋳造の作業にこの開口ａ，ｂが支障とならないのであれば、開口ａ，ｂを有するこの鋳型Ａをそのまま使用することができる。一方、鋳造の作業に開口ａ，ｂが支障となる場合には、粘結剤コーテッドサンド２を用いて別途成形した蓋材を用い、この蓋材を開口ａ，ｂに差し込んで接着したり、あるいは耐火骨材を液状の粘結剤と混練した成形材料を開口ａ，ｂに詰め込んで加熱硬化させたりして、開口ａ，ｂを塞ぐようにすればよい。
【実施例】
【００８６】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００８７】
（実施例１）
成形型１として、内径が１００ｍｍの球形のキャビティ６を有し、上面に直径１０ｍｍの注入口３を設けて形成したものを用いた（図１（ａ）参照）。そしてこの成形型１を、内蔵する電気ヒーターで２５０℃に加熱して使用した。
【００８８】
一方、１４５℃に加熱したフラタリーサンド３０ｋｇをワールミキサーに入れ、これにレゾール型フェノール樹脂（リグナイト（株）製「ＬＴ−１５」）を５４０ｇ加え、３０秒間混練した後、さらに４５０ｇの水を添加して十分に混練した。次いでさらにステアリン酸カルシウム３０ｇを添加して３０秒間混練した後、エアーレーションを行なうことによって、粘結剤として融着点１０８℃のフェノール樹脂が１．８質量％付着した粘結剤コーテッドサンド２を得た。
【００８９】
そしてまず、成形型１の注入口３にサンド供給ヘッド９を接続し、粘結剤コーテッドサンド２を注入口３から、ゲージ圧力０．１ＭＰａの空気圧で成形型１内に吹き込んで充填した（図１（ｂ）参照）。
【００９０】
次に、成形型１への粘結剤コーテッドサンド２の充填完了から、１５秒間経過した後、成形型１を上下反転させ、注入口３から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図１（ｃ）参照）。
【００９１】
この後、直ちに成形型１を上下反転して元の状態に戻し、成形型１の注入口３に水蒸気供給ヘッド１７を接続し、ボイラーで発生させたゲージ圧力０．４ＭＰａ、温度１４３℃の飽和水蒸気を過熱蒸気発生装置（野村技工（株）製「ＧＥ−１００」）で加熱して調製される、３５０℃、ゲージ圧力０．４５ＭＰａの過熱水蒸気を、６０ｋｇ／ｈの流量で供給して、成形型１内にこの過熱水蒸気を吹き込んだ（図１（ｄ）参照）。
【００９２】
この過熱水蒸気の吹き込みを１５秒間行なった後、直ちに成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した（図１（ｅ）参照）。この鋳型Ａは肉厚が約１０ｍｍの中空の球形に成形されていた。そして鋳型Ａはキャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍの完全な球形であり、内部にも層間剥離など変形の発生はみられなかった。
【００９３】
（比較例１）
上記の実施例１と同様にして、成形型１に粘結剤コーテッドサンド２を注入し（図１（ｂ）参照）、成形型１を上下反転させて成形型１から粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図１（ｃ）参照）。この後、再度成形型１を反転させて注入口３を上向きにし、この状態で４０秒間放置した。
【００９４】
次に成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した。この鋳型Ａは中空の球形に成形されていた。そしてこの鋳型Ａは、キャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍであったが、上部内に層間剥離によって二重層になる変形があり、図５（ｆ）のようなピールバック不良が発生しているものであった。
【００９５】
（実施例２）
成形型１として、内径が１００ｍｍの球形のキャビティ６を有し、上面に直径１０ｍｍの注入口３を、下面に直径１０ｍｍの排出口４を設けて形成したものを用いた（図３（ａ）参照）。そしてこの成形型１を、内蔵する電気ヒーターで２５０℃に加熱して使用した。
【００９６】
そしてまず、排出口４に耐熱ゴムの栓２１を差し込んで塞ぎ、成形型１の注入口３にサンド供給ヘッド９を接続して、粘結剤コーテッドサンド２を注入口３から、ゲージ圧力０．１ＭＰａの空気圧で成形型１内に吹き込んで充填した（図３（ｂ）参照）。
【００９７】
次に、成形型１への粘結剤コーテッドサンド２の充填の完了から、１０秒間経過した後、排出口４の栓２１を抜き、排出口４から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図３（ｃ）参照）。
【００９８】
未硬化の粘結剤コーテッドサンド２の排出を完了した後、直ちに排出口４に耐熱ゴムの栓２２を差し込んで、成形型１の注入口３に水蒸気供給ヘッド１７を接続し、ボイラーで発生させたゲージ圧力０．４ＭＰａ、温度１４３℃の飽和水蒸気を過熱蒸気発生装置（野村技工（株）製「ＧＥ−１００」）で加熱して調製される、３５０℃、ゲージ圧力０．４５ＭＰａの過熱水蒸気を、６０ｋｇ／ｈの流量で供給して、成形型１内にこの過熱水蒸気を吹き込んだ（図３（ｄ）参照）。
【００９９】
この過熱水蒸気の吹き込みを１５秒間行なった後、直ちに成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した（図３（ｅ）参照）。この鋳型Ａは肉厚が約１０ｍｍの中空の球形に成形されていた。そして鋳型Ａはキャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍの完全な球形であり、内部にも層間剥離など変形の発生はみられなかった。
【０１００】
（比較例２）
上記の実施例２と同様にして、成形型１に注入口３から粘結剤コーテッドサンド２を注入し（図３（ｂ）参照）、栓２１を抜いて排出口４から粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図３（ｃ）参照）。そしてこの状態で４０秒間放置した。
【０１０１】
次に成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した。この鋳型Ａは中空の球形に成形されていた。そしてこの鋳型Ａは、キャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍであったが、上部内に層間剥離によって二重層になる変形があり、図５（ｆ）のようなピールバック不良が発生しているものであった。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 成形型
２ 粘結剤コーテッドサンド
３ 注入口
４ 排出口
６ キャビティ
７ エアーベント
９ サンド供給ヘッド
１７ 水蒸気供給ヘッド
２１ 栓
Ａ 鋳型
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘結剤コーテッドサンドを用いて鋳型を製造するにあたって、中空に鋳型を成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粘結剤を耐火骨材に混合して調製される粘結剤コーテッドサンド（いわゆるレジンコーテッドサンド）を用いて鋳型を製造する方法の一つとして、高温に加熱された成形型内に粘結剤コーテッドサンドを注入して充填し、粘結剤コーテッドサンドの粘結剤を成形型の熱で加熱硬化させることによって、耐火骨材を粘結剤で結合して鋳型を成形する方法がある。
【０００３】
そしてこのように成形型内に充填した粘結剤コーテッドサンドを成形型の熱で加熱して鋳型を成形するにあたって、成形型内に充填した後に、成形型を上下に反転させて、成形型内に充填した粘結剤コーテッドサンドのうち未硬化の粘結剤コーテッドサンドを成形型内から排出することによって、中空の鋳型を成形することが従来から行なわれている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００４】
粘結剤コーテッドサンドを用いて形成される鋳型において、例えばシェル鋳型において、特に鋳型が中子の場合は、鋳造時に発生するガスで欠陥が発生することを低減するため、鋳型は中空であることが望ましいとされており、また高価な粘結剤コーテッドサンド（レジンコーテッドサンド）を節減できるうえでも中空の鋳型であることが望ましいとされている。
【０００５】
このような中空の鋳型を製造する方法の一例を図５に示す。成形型１には上面に注入口３が形成されており、また成形型１は内蔵する電気ヒーターなどで高温に加熱されている。そしてまず注入口３から粘結剤コーテッドサンド２を注入して、図５（ａ）のように成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填する。成形型１内に充填された粘結剤コーテッドサンド２は成形型１の熱で加熱され、成形型１の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２から硬化が進行する。そこで、成形型１の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤は硬化が進行しているが、内部の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤は未硬化であるときに、成形型１を図５（ｂ）のように上下反転させ、注入口３を下向きにすると、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２は注入口３から排出されると共に、硬化が進行している粘結剤コーテッドサンド２は層状に固結しているので、成形型１の内周に接する粘結剤コーテッドサンド２の層は成形型１内に残る。
【０００６】
次に、図５（ｃ）のように成形型１を元の状態に戻し、所定時間放置することによって、成形型１の熱で成形型１内に層状に残る粘結剤コーテッドサンド２を加熱し、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させる。成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、中央部の粘結剤コーテッドサンド２が未硬化のうちに上記のように成形型１を反転して排出する必要があるので、成形型１の内周に接する粘結剤コーテッドサンド２の層の粘結剤も完全に硬化するまでには至っておらず、半硬化あるいはゲル化の段階または粘結剤が熱溶融している状態である。このため、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を成形型１から排出した後も、所定時間放置して成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を成形型１の熱で加熱し、この粘結剤コーテッドサンド２の層の粘結剤の硬化を進行させて完全に硬化させる必要があるのである。
【０００７】
このようにして成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層の粘結剤を完全に硬化させることによって、図５（ｅ）のような中空の鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を開いて脱型することによって、中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３３９７４７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、成形型１の内面に接して層状に残る粘結剤コーテッドサンド２を成形型１の熱で加熱して完全に硬化させるようにしているが、成形型１から粘結剤コーテッドサンド２に伝熱される熱では、粘結剤コーテッドサンド２の加熱速度が遅く、短時間で粘結剤を完全に硬化させることはできない。
【００１０】
そして粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤が十分に硬化していない状態では、粘結剤による結合力が小さいので成形型１内に形成される粘結剤コーテッドサンド２の層は強度が低い。このため、粘結剤が完全に硬化するまでに時間がかかると、図５（ｄ）に示すように、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層のうち、垂直乃至下向きの個所にいわゆるピールバックが発生するおそれがある。すなわち、この粘結剤コーテッドサンド２の層のうちキャビティ６に接している部分は成形型１の熱が直接作用するので、硬化が進んでキャビティ６の内面に密接しているが、その内側の部分の粘結剤コーテッドサンド２は硬化がまだ不十分であるために軟化状態であり、この軟化状態の部分が十分に硬化するまでに時間がかかると、支えがない垂直乃至下向きの個所において、この軟化状態の部分が自重で層間剥離するというピールバックが発生するものである。
【００１１】
従って、成形型１内で中空に成形される鋳型Ａに、図５（ｆ）に示すような剥離部２５が生じ、またこの剥離部２５は図５（ｇ）のように鋳型Ａ内に脱落することもある。そしてこのようにピールバック不良が発生すると、層間剥離が発生した部分では鋳型Ａの厚みが想定した厚みよりも薄くなる。従って、この鋳型Ａを用いて鋳造を行なうと、流し込む溶湯の熱衝撃や溶湯の重みで層間剥離して厚みの薄くなった部分に割れが生じるおそれがあり、鋳型Ａ内に溶湯が流れ込んで凝固するなど、鋳物に不良が発生し易くなるという問題を有するものであった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ピールバックなどの不良が発生するようなことなく、鋳型を成形することができる鋳型の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る鋳型の製造方法は、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出し、次いで成形型１内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進行させることを特徴とするものである。
【００１４】
このように、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、成形型１内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気の凝縮潜熱及び顕熱で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱することができ、短時間で粘結剤を硬化させることができるものであり、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層に自重による層間剥離が発生する前に粘結剤を硬化させることができ、ピールバックなどの不良が生じることなく鋳型Ａを成形することができるものである。
【００１５】
また本発明は、成形型１の上部に注入口３を形成し、注入口３から成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１を上下反転させて注入口から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することを特徴とするものである。
【００１６】
この方法によれば、成形型１を反転させることによって、粘結剤コーテッドサンド２を注入した注入口３を利用して、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２の排出を行なうことができるものであり、成形型１を複雑な構造に形成する必要がなくなるものである。
【００１７】
また本発明は、上記のように成形型１を上下反転させて粘結剤コーテッドサンド２を排出した後、さらに成形型１を上下反転させ、注入口３から成形型１内に水蒸気を吹き込むことを特徴とするものである。
【００１８】
この方法によれば、粘結剤コーテッドサンド２を注入及び排出する注入口３を利用して、水蒸気の吹き込みを行なうことができるものであり、成形型１を複雑な構造に形成する必要がなくなるものである。
【００１９】
また本発明は、注入口３を設けた成形型１の下部に排出口４を形成し、注入口３から成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、排出口４を開いて未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することを特徴とするものである。
【００２０】
この方法によれば、成形型１を上下反転させる必要なく、成形型１の下部の排出口４から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することができるものであり、成形型１を上下反転させるための機構を設ける必要がなくなるものである。
【００２１】
また本発明は、成形型１より熱伝導性の低い栓２１で排出口４を塞いだ状態で成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、栓２１を抜いて排出口４を開口させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することを特徴とするものである。
【００２２】
このように排出口４を熱伝導性の低い栓２１で塞ぐことによって、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２への熱の伝導を抑制して硬化が進行しないようすることができ、排出口４の部分が硬化の進行した粘結剤コーテッドサンド２で塞がれて、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出できなくなることを未然に防ぐことができるものである。
【００２３】
また本発明は、上記の水蒸気として、過熱水蒸気を用いることを特徴とするものである。
【００２４】
過熱水蒸気は高温の乾き空気であって、成形型１内で水蒸気から凝縮水が過剰に生成されることが少なくなり、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の温度上昇速度を一層速めることができると共に、鋳型に水分が含まれることを低減することができるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填し、成形型１の熱で成形型１に接する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化を進行させた後、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出し、次いで成形型１内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２を加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進行させるようにしたものである。そしてこのように、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、成形型１内に水蒸気を吹き込むことによって、水蒸気の凝縮潜熱及び顕熱で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱することができ、短時間で粘結剤を硬化させることができるものであって、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層に自重による層間剥離が発生する前に粘結剤を硬化させることができるものであり、ピールバックなどの不良が生じることなく中空の鋳型Ａを成形することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）は鋳型の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）は鋳型の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）は鋳型の概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示すものであり、（ａ）（ｂ）は断面図である。
【図５】従来例を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各工程の概略断面図、（ｅ）（ｆ）（ｇ）は鋳型の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、図１（ａ）のように成形型１は内部にキャビティ６を設けると共に上面にこのキャビティ６に連通する注入口３を設けることによって形成されるものである。この成形型１は一対の型１ａ，１ｂからなるものであり、型１ａ，１ｂのうち少なくとも一方の対向面にエアーベント７を形成するための溝が設けてある。エアーベント７は粘結剤コーテッドサンド２は通過させないが水蒸気などの気体は容易に通過する寸法に形成されるものである。そして一対の型１ａ，１ｂを合致させるように型締めすることによって、成形型１を形成することができるものである。
【００２９】
この成形型１には、電気ヒーターを埋め込むなどして発熱手段を設けてあり、高温に加熱することができるようにしてある。成形型１の加熱温度は粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の種類などに応じて設定されるものであるが、通常は２００〜３５０℃程度である。
【００３０】
一方、粘結剤コーテッドサンド２は、レジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）とも呼ばれるものであり、耐火骨材に粘結剤を混合することによって、耐火骨材の表面を粘結剤で被覆して形成されるものである。本発明において耐火骨材としては、特に限定されるものではないが、硅砂、山砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、再生砂、その他、人工砂などを例示することができるものであり、これらを１種単独で用いる他、複数種を混合して用いることもできる。
【００３１】
また粘結剤としては、鋳型用の粘結剤コーテッドサンド（レジンコーテッドサンド）に使用されるものであれば、特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂を用いるのが一般的である。
【００３２】
熱硬化性樹脂としては、レゾール型、ノボラック型、ベンジリックエーテル型などのフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などを挙げることができるものであり、これらに硬化剤としてイソシアネート化合物、有機エステル類、ヘキサメチレンテトラミンなどを、硬化触媒として第三級アミン、ピリジン誘導体、有機スルホン酸などをそれぞれ配合し、熱硬化性にして使用することができるものである。これらは一種を単独で用いる他、複数種を併用することもできる。
【００３３】
粘結剤としてフェノール樹脂を用いる場合、フェノール樹脂はフェノール類とホルムアルデヒド類を反応触媒の存在下で反応させることによって調製することができる。
【００３４】
ここでフェノール類は、フェノール及びフェノールの誘導体を意味するものであり、例えばフェノールの他に、ｍ−クレゾール、レゾルシノール、３，５−キシレノールなどの３官能性のもの、ビスフェノールＡ、ジヒドロキシジフェニルメタンなどの４官能性のもの、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔｅｒ−ブチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−クミルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、２，４又は２，６−キシレノールなどの２官能性のｏ−又はｐ−置換のフェノール類を挙げることができ、さらに塩素又は臭素で置換されたハロゲン化フェノールなども用いることができる。勿論、これらから１種を選択して用いる他、複数種のものを混合して用いることもできる。
【００３５】
またホルムアルデヒド類としては、水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、トリオキサン、テトラオキサンのような形態のものを用いることもでき、その他、ホルムアルデヒドの一部をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えて使用することも可能である。
【００３６】
上記のフェノール類とホルムアルデヒド類との配合比率は、フェノール類とホルムアルデヒドのモル比が１：０．６〜１：３．５の範囲になるように設定するのが好ましい。
【００３７】
また反応触媒は、ノボラック型フェノール樹脂を調製する場合は、塩酸、硫酸、リン酸などの無機酸、あるいはシュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機酸、さらに酢酸亜鉛などを用いることができる。またレゾール型フェノール樹脂を調製する場合は、アルカリ土類金属の酸化物や水酸化物を用いることができ、さらにジメチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、ジシアンジアミドなどの脂肪族の第一級、第二級、第三級アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンなどの芳香環を有する脂肪族アミン、アニリン、１，５−ナフタレンジアミンなどの芳香族アミン、アンモニア、ヘキサメチレンテトラミンなどや、その他二価金属のナフテン酸や二価金属の水酸化物等を用いることもできる。
【００３８】
また、粘結剤として上記のようにフェノール樹脂を用いる場合、硬化速度を速めるために、フェノール樹脂に二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールを１〜６０質量％含有させるようにしてもよい。
【００３９】
ここで二価フェノールとしては、特に限定されるものではないが、カテコール（融点１０５℃）、アルキルカテコール、ヒドロキノン（融点１７０．３℃）、レゾルシン（融点１１０℃）、アルキルレゾルシン、４−ヘキシルレゾルシン（化学式（１））などを挙げることができる。また、三価フェノールとしては、特に限定されるものではないが、ピロガロール（融点１３３℃）、フロログルシン（融点２１９℃：化学式（２））などを挙げることができる。これら二価あるいは三価の多価フェノールは、一種を単独で用いる他、複数種を併用することもできる。
【００４０】
【化１】
【００４１】
フェノール樹脂粘結剤は、フェノール樹脂中に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールが反応して結合した状態であってもよく、またフェノール樹脂に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールが反応していない状態で混合されたものであってもよい。さらに二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールの一部がフェノール樹脂中に反応して結合していると共に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールの他の一部がフェノール樹脂と反応せずに混合しているものであってもよい。
【００４２】
フェノール樹脂中に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールを反応させて結合したものとしてフェノール樹脂粘結剤を調製するにあたっては、上記のように一価のフェノール類とアルデヒド類を触媒の存在下で反応させてフェノール樹脂を合成する際に、二価フェノール、三価フェノールから選ばれる多価フェノールを添加して反応させることによって行なうことができる。
【００４３】
このとき、一価のフェノール類とアルデヒド類を反応させる合成の初期から多価フェノールを添加することによって、一価のフェノール類と多価フェノールをそれぞれアルデヒド類と反応させて、フェノール樹脂中に多価フェノールが結合して取り込まれたフェノール樹脂粘結剤組成物を調製することができる。
【００４４】
あるいは、一価のフェノール類とアルデヒド類を反応させてフェノール樹脂を合成する途中の段階で多価フェノールを添加することによって、多価フェノールの一部をアルデヒド類と反応させて、フェノール樹脂中に多価フェノールの一部が結合して取り込まれると共に、多価フェノールの他の一部がフェノール樹脂と反応せずに混合した状態で、フェノール樹脂粘結剤を調製することができる。
【００４５】
さらに、一価のフェノール類とアルデヒド類を反応させてフェノール樹脂の合成を終了した後、反応系からフェノール樹脂を取り出す前に多価フェノールを添加し、フェノール樹脂と多価フェノールを溶融混合することによって、フェノール樹脂に多価フェノールを混合した状態のフェノール樹脂粘結剤を得ることができる。
【００４６】
フェノール樹脂中に多価フェノールが含有されたこのフェノール樹脂粘結剤にあって、フェノール樹脂中の多価フェノールの含有量は、１〜６０質量％の範囲に設定されるものである。多価フェノールの含有量は３〜６０質量％の範囲がより好ましく、特に好ましくは５〜３０質量％である。多価フェノールの含有量が少ないと、フェノール樹脂中に多価フェノールを含有させることで、多価フェノールの高い反応性によってゲル化時間を短縮し、フェノール樹脂粘結剤の硬化時間を短くする効果を十分に得ることができない。逆に多価フェノールの含有量が多すぎると、ゲル化反応を制御することが難しくなり、硬化時間が速くなりすぎて作業性に問題が生じるおそれがある。
【００４７】
フェノール樹脂中に二価や三価のフェノールが含有されたこのフェノール樹脂粘結剤のゲル化時間は、１３０℃の測定温度で１００秒以下であることが好ましく、８０秒以下であることがより好ましい。ゲル化時間がこれより長いと、フェノール樹脂粘結剤の硬化時間を短くする効果を十分に得ることができない。ゲル化時間の下限は特に設定されるものではないが、作業性の点からすると、ゲル化時間は１０秒以上であることが望ましい。このゲル化時間は、ＪＡＣＴ試験法 ＲＳ−５に準拠して測定した数値である。ここで、ＪＡＣＴ試験法 ＲＳ−５では測定温度が１５０℃に設定されているが、本発明で用いるフェノール樹脂粘結剤はゲル化時間が短く、１５０℃の温度で測定するとゲル化時間が短すぎて測定が困難であり、測定結果にばらつきが生じ易いと共に、ゲル化時間の差を確認することが難しくなるので、測定温度を１３０℃と低い温度に設定して行なうようにしている。
【００４８】
そして、耐火骨材の粒子に粘結剤を配合して混合することによって、耐火骨材の表面に粘結剤を被覆して、本発明において用いる粘結剤コーテッドサンド２を得ることができるものである。
【００４９】
耐火骨材に被覆する粘結剤の量は、成分や用途などに応じて異なり一概に規定できないが、耐火骨材１００質量部に対して粘結剤が０．５〜４．０質量部の範囲が一般に好ましく、滑剤は固形分で０．０２〜０．１５質量部の範囲になるように設定するのが一般的に好ましい。耐火骨材の表面に粘結剤を被覆する方法としては、ホットコート法、コールドコート法、セミホットコート法、粉末溶剤法などがある。
【００５０】
ホットコート法は、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に固形の粘結剤を添加して混合し、耐火骨材による加熱で固形の粘結剤を溶融させることによって、溶融した粘結剤で耐火骨材の表面を濡らして被覆させ、この後、この混合を保持したまま冷却することによって、粒状でさらさらした粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。あるいは、１１０〜１８０℃に加熱した耐火骨材に、水などの溶剤に溶解又は分散させた粘結剤を混合して被覆し、溶剤を揮散させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５１】
コールドコート法は、粘結剤を水やメタノールなどの溶剤に分散乃至溶解して液状になし、これを耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５２】
セミホットコート法は、上記の溶剤に分散乃至溶解した粘結剤を、５０〜９０℃に加熱した耐火骨材の粒子に添加して混合し、溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５３】
粉末溶剤法は、固形の粘結剤を粉砕し、この粉砕粘結剤を耐火骨材の粒子に添加してさらに水やメタノールなどの溶剤を添加し、これを混合して溶剤を揮発させることによって、粘結剤コーテッドサンドを得る方法である。
【００５４】
以上のいずれの方法においても、耐火骨材の表面を常温（３０℃）で固形のコーティング層で被覆して、粒状でさらさらした粘結剤コーテッドサンドを得ることができるが、作業性などの点においてホットコート法が好ましい。また上記のように耐火骨材に粘結剤を混合する際に、必要に応じて硬化剤や、耐火骨材と粘結剤とを親和させるためのシランカップリング剤など各種のカップリング剤や、また黒鉛等の炭素質材料などを配合することもできる。
【００５５】
上記のように調製される粘結剤コーテッドサンド２を成形型１に注入するにあたって、粘結剤コーテッドサンド２はサンド供給ヘッド９に供給される。そしてサンド供給ヘッド９のノズル１０を成形型１の注入口３に図１（ｂ）のように接続し、サンド供給ヘッド９に連結したエアー配管１１から高圧エアーをサンド供給ヘッド９に供給することによって、このエアー圧で粘結剤コーテッドサンド２をノズル１０から注入口３を通して成形型１のキャビティ２内に注入することができるものである。粘結剤コーテッドサンド２と共にキャビティ６内に吹き込まれるエアーはエアーベント７から排出されるものであり、キャビティ６内に粘結剤コーテッドサンド２を充填することができるものである。
【００５６】
このように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填して所定時間経過すると、成形型１が有する高温が粘結剤コーテッドサンド２に伝熱され、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２が加熱されて、粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化が進行する。成形型１内に充填された粘結剤コーテッドサンド２には、まずキャビティ６の内面に接している部分に熱が伝わって加熱されるので、粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化はキャビティ６の内面に接している部分で進行が始まり、キャビティ６の内面から離れている中央部の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤に硬化が始まるのは遅い。
【００５７】
そこで、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているが、中央部の粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤は硬化が始まらず進行していない時間のタイミングで、図１（ｃ）のように成形型１を上下に回転させて１８０°反転させる。このように成形型１を上下反転させて注入口３を下向きにすると、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、粘結剤が未硬化の粘結剤コーテッドサンド２はばらばらの粒子であるので、注入口３から排出される。一方、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているので、粘結剤の溶融・硬化により粒子が結合され、粘結剤コーテッドサンド２の層として一体化している。従って、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層が中空形状で成形型１内に残ることになる。
【００５８】
ここで、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出するために、成形型１を上下反転するまでの時間は、粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の種類や、成形型１の温度、成形型１内に残す粘結剤コーテッドサンド２の層の厚みなどに応じて調整されるものであるが、一般的に５〜６０秒程度が好ましい。成形型１を反転させるまでの時間が短いと、成形型１内に残る粘結剤コーテッドサンド２の層の厚みが薄くなり、成形される鋳型の厚みが薄くなって強度の上で問題が生じる。逆に成形型１を反転させるまでの時間が長いと、排出される未硬化の粘結剤コーテッドサンド２の量が少なくなり、鋳型を中空に形成することによって得られる効果が不十分になる。
【００５９】
尚、キャビティ６に接する粘結剤コーテッドサンド２のうち、注入口３に対向する部分には成形型１の熱は作用し難いので、この部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化は進行し難い。このため、硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で注入口３が塞がれることはなく、上記のように注入口３から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく排出することができるものである。
【００６０】
ただ、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから成形型１を上下反転するまでの時間を長くする場合など、注入口３の付近の粘結剤コーテッドサンド２も硬化が進行して、この硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で注入口３が塞がれる場合がある。このときには、成形型１を上下反転しても、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出することができなくなる。そこでこのときには、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填した後、図４（ａ）に示すように、注入口３よりも深い長さを有する栓１５を注入口３に挿入し、栓１５の先端部を粘結剤コーテッドサンド２内に差し込むようにすればよい。栓１５は、成形型１の温度に耐える耐熱性を有し、かつ成形型１よりも熱伝導性が低い断熱性を有する材料で形成するのが好ましく、例えば耐熱性ゴムなどで栓１５を形成することができる。このように断熱性の高い栓１５を差し込むことによって、注入口３に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２に成形型１の熱が伝熱されることを抑制できるものであり、注入口３に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化が進行して注入口３を塞ぐことを防ぐことができるものである。従って、成形型１を反転する直前に栓１５を注入口３から抜いて、成形型１を反転させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく注入口３から排出することができるものである。
【００６１】
上記のように未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した後に、キャビティ６の内面に接して残される粘結剤コーテッドサンド２の層において、粘結剤は硬化が十分に進行しておらず、半硬化あるいはゲル化の段階または粘結剤が熱溶融している状態であるので、成形型１内のこの粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱して、粘結剤の硬化をさらに進行させて完全に硬化させる必要がある。本発明は、この粘結剤コーテッドサンド２の硬化をさらに進める加熱を、水蒸気によって行なうようにしたものである。
【００６２】
すなわち、上記のように未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出して、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層を中空形状で成形型１内に残した後、成形型１を再度上下に反転させて、注入口３を上向きにし、図１（ｄ）のように水蒸気供給ヘッド１７のノズル１８を注入口３に接続する。水蒸気供給ヘッド１７には蒸気ホース１９が連結してあって、蒸気ホース１９から水蒸気供給ヘッド１７に水蒸気が供給されており、ノズル１８から注入口３を通して水蒸気を成形型１のキャビティ６内に吹き込むことができるものである。成形型１内に吹き込まれた水蒸気は、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を通過した後、エアーベント７から排気される。粘結剤コーテッドサンド２の層は粘結剤で結合されて固まっているが、粘結剤は完全に硬化しておらず、耐火骨材の粒子間に隙間が多数形成されているので、水蒸気はこの骨材粒子間の隙間を容易に通過して、エアーベント７から排気されるものである。
【００６３】
そして上記のように成形型１内に水蒸気を吹き込むと、粘結剤コーテッドサンド２の表面に水蒸気が接触することによって、水蒸気は潜熱と顕熱が粘結剤コーテッドサンド２に奪われて凝縮するが、水蒸気は高い潜熱と顕熱を有するので、水蒸気が凝縮する際に伝熱されるこの潜熱で粘結剤コーテッドサンド２の温度を急速に上昇させることができるものである。また水蒸気の凝縮で成形型１内に生成される凝縮水は、その後に成形型１内に吹き込まれる水蒸気による加熱で蒸発されるので、成形型１内の温度は水蒸気の温度付近にまで急速に上昇し、この温度で粘結剤コーテッドサンド２を急速に加熱することができるものである。特に水蒸気は、粘結剤コーテッドサンド２の各粒子に直接接触して加熱するので、殆ど瞬時に粘結剤コーテッドサンド２を高温に加熱することができるものである。
【００６４】
このように成形型１に水蒸気を吹き込んで、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱し、粘結剤の硬化を進行させて完全硬化させることによって、鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を型開きして型１ａ，１ｂを分離させることによって、図１（ｅ）のような中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【００６５】
ここで、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層を水蒸気によって急速に加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で硬化させることができるものであり、粘結剤コーテッドサンド２の層を完全硬化させるのに要する時間は、水蒸気の温度や成形型１内への吹き込み流量、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層の厚みなどで変動するが、通常、３〜４０秒程度の短時間である。そして、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層は粘結剤の硬化が不十分であるために結合力が小さく、強度が低いが、粘結剤コーテッドサンド２の層のうち垂直乃至下向きの個所に、図５（ｄ）のように自重で層間剥離する前に、短時間で粘結剤を十分に硬化させることができるものであり、ピールバック不良が発生するようなことなく、中空の鋳型Ａを成形することがきるものである。
【００６６】
本発明において、水蒸気としては飽和水蒸気をそのまま用いることができるが、過熱水蒸気を用いるのが好ましい。過熱水蒸気は、飽和水蒸気をさらに加熱して、沸点以上の温度とした完全気体状態の水蒸気であり、１００℃以上の乾き蒸気である。飽和水蒸気を加熱して得られる過熱水蒸気は、圧力を上げないで定圧膨張させたものであってもよく、あるいは膨張させないで圧力を上げた加圧水蒸気であってもよい。成形型１内に吹き込む過熱水蒸気の温度は特に限定されるものではなく、過熱水蒸気は９００℃程度にまで温度を高めることができるので、１００〜９００℃の間で必要に応じた温度に設定すればよい。
【００６７】
上記のように中空の鋳型Ａを成形するにあたって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出したあとの孔として鋳型Ａに図１（ｅ）のような開口ａが形成されることになる。鋳型Ａは鋳造の際に中子などとして主として使用されるが、鋳造の作業にこの開口ａが支障とならないのであれば、開口ａを有するこの鋳型Ａをそのまま使用することができる。一方、鋳造の作業に開口ａが支障となる場合には、粘結剤コーテッドサンド２を用いて別途成形した蓋材を用い、この蓋材を開口ａに差し込んで接着したり、あるいは耐火骨材を液状の粘結剤と混練した成形材料を開口ａに詰め込んで加熱硬化させたりして、開口ａを塞ぐようにすればよい。
【００６８】
図２は他の実施の形態を示すものであり、図１の実施の形態では、注入口３を成形型１に小さな口として形成したが、図２では注入口３を大きく開口して形成してある。すなわち、図２（ａ）に示すように成形型１の下面に注入口３を大きく開口して設けてあり、成形型１内のキャビティ６は注入口３によって全体が開口している。また型１ａ，１ｂの間にはエアーベント７が形成してある。
【００６９】
そしてこの成形型１を上下反転して注入口３を上向きにし、この状態で図２（ｂ）のように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填する。注入口３は大きく開口するので、上記の図１（ｂ）のようなサンド供給ヘッド９を用いてエアー圧で粘結剤コーテッドサンド２を注入する必要はなく、粘結剤コーテッドサンド２を流し込む作業などでキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填することができる。
【００７０】
このように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填して所定時間経過し、成形型１が有する高温が粘結剤コーテッドサンド２に伝熱され、キャビティ６の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２が進行した時点で、成形型１を上下反転し、注入口３を下向きにする。成形型１を上下反転すると、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、粘結剤が未硬化の粘結剤コーテッドサンド２はばらばらの粒子であるので、下方に開口する注入口３から排出される。一方、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているので、粘結剤の溶融・硬化により粒子が結合され、粘結剤コーテッドサンド２の層として一体化している。従って図２（ｃ）に示すように、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層が中空形状で成形型１内に残ることになる。成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから、成形型１を上下反転するまでの時間は、図１の実施の形態と同様に、５秒〜６０秒程度が好ましい。
【００７１】
次に、上記のように未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出して、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層を中空形状で成形型１内に残した後、成形型１を再度上下に反転させて、注入口３を上向きにし、成形型１内に水蒸気を吹き込む。水蒸気の吹き込みは図１（ｄ）と同様に水蒸気供給ヘッド１７を用いて行なうことができるが、注入口３が大きく開口しているので、図２（ｄ）のように、ノズル１８の外周に蓋片２４を大きく張り出して設けたものを用い、蓋片２４で注入口３に蓋をして注入口３を密閉した状態でノズル１８が注入口３に接続されるようにするのが望ましい。そしてノズル１８から注入口３を通して水蒸気を成形型１のキャビティ６内に吹き込む。成形型１内に吹き込まれた水蒸気は、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を通過した後、エアーベント７から排気される。
【００７２】
このように成形型１に水蒸気を吹き込んで、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱し、粘結剤の硬化を進行させて完全硬化させることによって、鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を型開きして型１ａ，１ｂを分離させることによって、図２（ｅ）のような中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【００７３】
ここで、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層を水蒸気によって急速に加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で硬化させることができるものであり、粘結剤コーテッドサンド２の層を完全硬化させるのに要する時間は、図１の場合と同様に、通常、３〜４０秒程度の短時間である。そして、図２のようなキャビティ６を有する成形型１で鋳型を成形する場合、図２（ｄ）のように成形型１内に残る粘結剤コーテッドサンド２の層のうち、キャビティ６の垂直な面に張り付いている個所に層間剥離が生じ易いが、このような層間剥離が発生する前に、水蒸気加熱により短時間で粘結剤を完全に硬化させることができるものであり、ピールバック不良が発生するようなことなく、中空の鋳型Ａを成形することがきるものである。
【００７４】
次に図３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、成形型１として上部に注入口３を、下部に排出口４を設けたものを用いるものであり、図３（ａ）に示すように成形型１の上面に注入口３を形成すると共に下面に排出口４を形成するようにしてある。また型１ａ，１ｂの間にはエアーベント７が形成してある。
【００７５】
成形型１に粘結剤コーテッドサンド２を注入する前に、排出口４に栓２１をして、排出口４を栓２１で塞いでおく。栓２１は、成形型１の温度に耐える耐熱性を有し、かつ成形型１よりも熱伝導性が低い断熱性を有する材料で形成するのが好ましく、例えば耐熱性ゴムなどで栓２１を形成することができる。
【００７６】
そしてサンド供給ヘッド９のノズル１０を成形型１の注入口３に図３（ｂ）のように接続し、サンド供給ヘッド９に連結したエアー配管１１から高圧エアーをサンド供給ヘッド９に供給することによって、このエアー圧で粘結剤コーテッドサンド２をノズル１０から注入口３を通して成形型１のキャビティ２内に注入することができるものである。粘結剤コーテッドサンド２と共にキャビティ６内に吹き込まれるエアーはエアーベント７から排出されるものであり、キャビティ６内に粘結剤コーテッドサンド２を充填することができるものである。成形型１の下端の排出口４は栓２１で塞がれているので、粘結剤コーテッドサンド２が排出口４から漏れ出ることはない。
【００７７】
このように成形型１のキャビティ６に粘結剤コーテッドサンド２を充填して所定時間経過し、成形型１が有する高温が粘結剤コーテッドサンド２に伝熱され、キャビティ６の内面に接している部分の粘結剤コーテッドサンド２が進行した時点で、成形型１の下面の排出口４から栓２１を抜き、排出口４を開口させる。成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから、栓２１を抜いて排出口４を開口させるまでの時間は、図１の実施の形態における成形型１を上下反転するまでの時間と同様に、１０〜６０秒程度が好ましい。
【００７８】
このように栓２１を抜いて排出口４を開口させると、キャビティ６内の粘結剤コーテッドサンド２のうち、粘結剤が未硬化の粘結剤コーテッドサンド２が排出口４から排出される。一方、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤の硬化は進行しているので、粘結剤により粒子が結合され、粘結剤コーテッドサンド２の層として固まっている。従って、図３（ｃ）のように、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層が中空形状で成形型１内に残ることになる。
【００７９】
ここで、排出口４には成形型１よりも熱伝導性が低い断熱性を有する栓２１が差し込んであるため、キャビティ６に接する粘結剤コーテッドサンド２のうち、排出口４に対向する部分には成形型１の熱が作用し難くなっており、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化は進行し難い。このため、硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で排出口４が塞がれることはなく、栓２１を抜いて排出口４を開くことによって未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく排出することができるものである。
【００８０】
ただ、成形型１内に粘結剤コーテッドサンド２を充填してから栓２１を抜いて排出を行なうまでの時間を長くする場合など、排出口４の付近の粘結剤コーテッドサンド２も硬化が進行して、この硬化が進行した粘結剤コーテッドサンド２で排出口４が塞がれる場合がある。そこでこのときには、図４（ｂ）に示すように、栓２１を排出口４よりも深い長さで形成し、栓２１を排出口４に差し込むと、栓２１の先端部がキャビティ６の内面よりも内方へ突出するようにするのがよい。このようにすると、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２に成形型１の熱が伝熱されることを抑制できるものであり、排出口４に対向する部分の粘結剤コーテッドサンド２の硬化が進行して排出口４を塞ぐようなことを防ぐことができるものである。従って、排出口４から栓２１を抜いて開口させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を支障なく排出口４から排出することができるものである。
【００８１】
上記のように成形型１のキャビティ６内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出して、キャビティ６の内面に接している粘結剤コーテッドサンド２の層を中空形状で成形型１内に残した後、図３（ｄ）のように、成形型１の上面の注入口３に水蒸気供給ヘッド１７のノズル１８を接続し、ノズル１８から注入口３を通して水蒸気を成形型１のキャビティ６内に吹き込む。このとき、水蒸気が排出口４から短絡的に出て行かないように、排出口４に栓２２を差し込んで塞ぐようにしてもよい。このように成形型１内に吹き込まれた水蒸気は、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を通過した後、エアーベント７から排気される。
【００８２】
このように成形型１に水蒸気を吹き込んで、キャビティ６の内周の粘結剤コーテッドサンド２の層を加熱し、粘結剤の硬化を進行させて完全硬化させることによって、鋳型Ａを成形することができるものであり、成形型１を型開きして型１ａ，１ｂを分離させることによって、図３（ｅ）のような中空の鋳型Ａを得ることができるものである。
【００８３】
ここで、成形型１内の粘結剤コーテッドサンド２の層を水蒸気によって急速に加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンド２の粘結剤を短時間で硬化させることができるものであり、粘結剤コーテッドサンド２の層を完全硬化させるのに要する時間は、図１の場合と同様に、通常、３〜４０秒程度の短時間である。そして、粘結剤コーテッドサンド２の層のうち垂直乃至下向き個所に既述の図５（ｄ）のように自重で層間剥離が発生する前に、短時間で粘結剤を完全に硬化させることができるものであり、ピールバック不良などが発生するようなことなく、中空の鋳型Ａを成形することがきるものである。
【００８４】
この図３の実施の形態では、未硬化の粘結剤コーテッドサンド２は成形型１の下面に設けた排出口４から排出することができるものである。従って、成形型１内から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出するにあたって成形型１を上下に反転させるような必要がなく、成形型１を上下に反転させるための機構を備える必要がなくなるものである。
【００８５】
またこの実施の形態では、中空の鋳型Ａには注入口３の部分と排出口４の部分に開口ａ，ｂが形成されることになる。鋳型Ａは鋳造の際に中子などとして主として使用されるが、鋳造の作業にこの開口ａ，ｂが支障とならないのであれば、開口ａ，ｂを有するこの鋳型Ａをそのまま使用することができる。一方、鋳造の作業に開口ａ，ｂが支障となる場合には、粘結剤コーテッドサンド２を用いて別途成形した蓋材を用い、この蓋材を開口ａ，ｂに差し込んで接着したり、あるいは耐火骨材を液状の粘結剤と混練した成形材料を開口ａ，ｂに詰め込んで加熱硬化させたりして、開口ａ，ｂを塞ぐようにすればよい。
【実施例】
【００８６】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００８７】
（実施例１）
成形型１として、内径が１００ｍｍの球形のキャビティ６を有し、上面に直径１０ｍｍの注入口３を設けて形成したものを用いた（図１（ａ）参照）。そしてこの成形型１を、内蔵する電気ヒーターで２５０℃に加熱して使用した。
【００８８】
一方、１４５℃に加熱したフラタリーサンド３０ｋｇをワールミキサーに入れ、これにレゾール型フェノール樹脂（リグナイト（株）製「ＬＴ−１５」）を５４０ｇ加え、３０秒間混練した後、さらに４５０ｇの水を添加して十分に混練した。次いでさらにステアリン酸カルシウム３０ｇを添加して３０秒間混練した後、エアーレーションを行なうことによって、粘結剤として融着点１０８℃のフェノール樹脂が１．８質量％付着した粘結剤コーテッドサンド２を得た。
【００８９】
そしてまず、成形型１の注入口３にサンド供給ヘッド９を接続し、粘結剤コーテッドサンド２を注入口３から、ゲージ圧力０．１ＭＰａの空気圧で成形型１内に吹き込んで充填した（図１（ｂ）参照）。
【００９０】
次に、成形型１への粘結剤コーテッドサンド２の充填完了から、１５秒間経過した後、成形型１を上下反転させ、注入口３から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図１（ｃ）参照）。
【００９１】
この後、直ちに成形型１を上下反転して元の状態に戻し、成形型１の注入口３に水蒸気供給ヘッド１７を接続し、ボイラーで発生させたゲージ圧力０．４ＭＰａ、温度１４３℃の飽和水蒸気を過熱蒸気発生装置（野村技工（株）製「ＧＥ−１００」）で加熱して調製される、３５０℃、ゲージ圧力０．４５ＭＰａの過熱水蒸気を、６０ｋｇ／ｈの流量で供給して、成形型１内にこの過熱水蒸気を吹き込んだ（図１（ｄ）参照）。
【００９２】
この過熱水蒸気の吹き込みを１５秒間行なった後、直ちに成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した（図１（ｅ）参照）。この鋳型Ａは肉厚が約１０ｍｍの中空の球形に成形されていた。そして鋳型Ａはキャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍの完全な球形であり、内部にも層間剥離など変形の発生はみられなかった。
【００９３】
（比較例１）
上記の実施例１と同様にして、成形型１に粘結剤コーテッドサンド２を注入し（図１（ｂ）参照）、成形型１を上下反転させて成形型１から粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図１（ｃ）参照）。この後、再度成形型１を反転させて注入口３を上向きにし、この状態で４０秒間放置した。
【００９４】
次に成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した。この鋳型Ａは中空の球形に成形されていた。そしてこの鋳型Ａは、キャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍであったが、上部内に層間剥離によって二重層になる変形があり、図５（ｆ）のようなピールバック不良が発生しているものであった。
【００９５】
（実施例２）
成形型１として、内径が１００ｍｍの球形のキャビティ６を有し、上面に直径１０ｍｍの注入口３を、下面に直径１０ｍｍの排出口４を設けて形成したものを用いた（図３（ａ）参照）。そしてこの成形型１を、内蔵する電気ヒーターで２５０℃に加熱して使用した。
【００９６】
そしてまず、排出口４に耐熱ゴムの栓２１を差し込んで塞ぎ、成形型１の注入口３にサンド供給ヘッド９を接続して、粘結剤コーテッドサンド２を注入口３から、ゲージ圧力０．１ＭＰａの空気圧で成形型１内に吹き込んで充填した（図３（ｂ）参照）。
【００９７】
次に、成形型１への粘結剤コーテッドサンド２の充填の完了から、１０秒間経過した後、排出口４の栓２１を抜き、排出口４から未硬化の粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図３（ｃ）参照）。
【００９８】
未硬化の粘結剤コーテッドサンド２の排出を完了した後、直ちに排出口４に耐熱ゴムの栓２２を差し込んで、成形型１の注入口３に水蒸気供給ヘッド１７を接続し、ボイラーで発生させたゲージ圧力０．４ＭＰａ、温度１４３℃の飽和水蒸気を過熱蒸気発生装置（野村技工（株）製「ＧＥ−１００」）で加熱して調製される、３５０℃、ゲージ圧力０．４５ＭＰａの過熱水蒸気を、６０ｋｇ／ｈの流量で供給して、成形型１内にこの過熱水蒸気を吹き込んだ（図３（ｄ）参照）。
【００９９】
この過熱水蒸気の吹き込みを１５秒間行なった後、直ちに成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した（図３（ｅ）参照）。この鋳型Ａは肉厚が約１０ｍｍの中空の球形に成形されていた。そして鋳型Ａはキャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍの完全な球形であり、内部にも層間剥離など変形の発生はみられなかった。
【０１００】
（比較例２）
上記の実施例２と同様にして、成形型１に注入口３から粘結剤コーテッドサンド２を注入し（図３（ｂ）参照）、栓２１を抜いて排出口４から粘結剤コーテッドサンド２を排出した（図３（ｃ）参照）。そしてこの状態で４０秒間放置した。
【０１０１】
次に成形型１を開き、成形された鋳型Ａを取り出した。この鋳型Ａは中空の球形に成形されていた。そしてこの鋳型Ａは、キャビティ６の形状と同じ直径１００ｍｍであったが、上部内に層間剥離によって二重層になる変形があり、図５（ｆ）のようなピールバック不良が発生しているものであった。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 成形型
２ 粘結剤コーテッドサンド
３ 注入口
４ 排出口
６ キャビティ
７ エアーベント
９ サンド供給ヘッド
１７ 水蒸気供給ヘッド
２１ 栓
Ａ 鋳型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、成形型の熱で成形型に接する部分の粘結剤コーテッドサンドの硬化を進行させた後、成形型内から未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出し、次いで成形型内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型内の粘結剤コーテッドサンドを加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンドの硬化をさらに進行させることを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項２】
成形型の上部に注入口を形成し、注入口から成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、成形型の熱で成形型に接する部分の粘結剤コーテッドサンドの硬化を進行させた後、成形型を上下反転させて注入口から未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出することを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
【請求項３】
成形型を上下反転させて粘結剤コーテッドサンドを排出した後、さらに成形型を上下反転させ、注入口から成形型内に水蒸気を吹き込むことを特徴とする請求項２に記載の鋳型の製造方法。
【請求項４】
注入口を設けた成形型の下部に排出口を形成し、注入口から成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、成形型の熱で成形型に接する部分の粘結剤コーテッドサンドの硬化を進行させた後、排出口を開いて未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出することを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
【請求項５】
成形型より熱伝導性の低い栓で排出口を塞いだ状態で成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、栓を抜いて排出口を開口させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出することを特徴とする請求項４に記載の鋳型の製造方法。
【請求項６】
水蒸気として、過熱水蒸気を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【請求項１】
成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、成形型の熱で成形型に接する部分の粘結剤コーテッドサンドの硬化を進行させた後、成形型内から未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出し、次いで成形型内に水蒸気を吹き込んで水蒸気により成形型内の粘結剤コーテッドサンドを加熱することによって、この粘結剤コーテッドサンドの硬化をさらに進行させることを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項２】
成形型の上部に注入口を形成し、注入口から成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、成形型の熱で成形型に接する部分の粘結剤コーテッドサンドの硬化を進行させた後、成形型を上下反転させて注入口から未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出することを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
【請求項３】
成形型を上下反転させて粘結剤コーテッドサンドを排出した後、さらに成形型を上下反転させ、注入口から成形型内に水蒸気を吹き込むことを特徴とする請求項２に記載の鋳型の製造方法。
【請求項４】
注入口を設けた成形型の下部に排出口を形成し、注入口から成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、成形型の熱で成形型に接する部分の粘結剤コーテッドサンドの硬化を進行させた後、排出口を開いて未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出することを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
【請求項５】
成形型より熱伝導性の低い栓で排出口を塞いだ状態で成形型内に粘結剤コーテッドサンドを充填し、栓を抜いて排出口を開口させることによって、未硬化の粘結剤コーテッドサンドを排出することを特徴とする請求項４に記載の鋳型の製造方法。
【請求項６】
水蒸気として、過熱水蒸気を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鋳型の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９１０９２（Ｐ２０１３−９１０９２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５９１３（Ｐ２０１１−２３５９１３）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（３１２００５１８６）リグナイト株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（３１２００５１８６）リグナイト株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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