JP6378157B2 - 発泡砂の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、砂型造形用の発泡砂の製造方法およびその製造装置に関する。
エンジンのシリンダブロックやシリンヘッド等を鋳造する際、ウォータジャケットや吸排気ポート等の中空部を形成するために崩壊性の砂型（中子）が用いられており、砂型は、発泡砂により造形されることがある。
このような発泡砂は、砂粒子の表面に、水ガラス、水および界面活性剤を含む泡体が付着（吸着）しており、水ガラスが、砂粒子同士を結合するバインダーとして作用している。前記発泡砂の製造方法として、例えば以下に示す製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この製造方法では、骨材となる砂粒子からなる砂（砂粒子の集合体）に、水ガラス、水および界面活性剤を投入し、これらを混練することにより、水ガラス、水および界面活性剤からなる組成物を発泡させて、砂粒子の表面に泡体を付着させている。
しかしながら、特許文献１に係る発泡砂の製造方法は、界面活性剤による発泡を、砂と水ガラス等を混練する際に行っている。このため、砂と水ガラス等が均一に混練されていても、界面活性剤による発泡が十分でないことがある。これにより、仮にこれらが均一に混練されていたとしても、発泡砂が所望の発泡状態となるまで（すなわち砂粒子の表面に所望の泡体が形成されるまで）、これらをさらに混練せねばならず、混練時間を延長しなければならなかった。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、発泡砂を製造する際の混練時間を短縮することができる、砂型造形用の発泡砂の製造方法およびこれを行うための製造装置を提供することにある。
上記の課題を解決すべく、本発明に係る発泡砂の製造方法は、砂粒子の表面に、水ガラス、水、および界面活性剤を含む泡体が付着した、砂型造形用の発泡砂の製造方法であって、前記製造方法では、前記界面活性剤が溶解した界面活性剤水溶液を発泡させて、前記界面活性剤水溶液から泡状物を生成し、生成した前記泡状物、前記水ガラス、および前記水を、前記砂粒子からなる砂と共に混練することを特徴とする。
本発明によれば、まず、界面活性剤水溶液を発泡させて、界面活性剤水溶液から泡状物を生成する。生成した泡状物、水ガラス、および水を、砂と共に混練するので、これらを均一に混練すれば、さらなる混練を利用した界面活性剤による発泡の時間（泡立て時間）を短縮することができる。なお、本発明でいう「砂」とは「砂粒子」の集合体のことをいう。
より好ましくは、前記界面活性剤水溶液を発泡させる工程において、複数の細孔に、前記界面活性剤水溶液をエアと共に通過させることにより、前記界面活性剤水溶液を発泡させる。
この態様によれば、複数の細孔に、前記界面活性剤水溶液をエアと共に通過させることにより界面活性剤水溶液を発泡させるので、界面活性剤水溶液から、より微細かつ均一に泡状物を、短時間で生成することができる。
本願では、上述した発泡砂の製造方法を好適に行うための製造装置を開示する。本発明に係る発泡砂の製造装置は、砂粒子の表面に、水ガラス、水、および界面活性剤を含む泡体が付着した、砂型造形用の発泡砂の製造装置であって、前記製造装置は、前記砂粒子からなる砂を収容する収容部と、前記収容部に、前記水ガラスを投入する水ガラス投入部と、前記収容部に、前記水を投入する水投入部と、前記界面活性剤が溶解した界面活性剤水溶液を発泡させて泡状物を生成し、前記収容部に、前記泡状物を投入する泡状物投入部と、前記収容部に投入された前記水ガラス、前記水、および前記泡状物と共に、前記砂を前記収容部内で混練する混練部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、混練部で混練する前に、収容部に液体である界面活性剤水溶液を投入するのではなく、泡状物投入部で、界面活性剤水溶液を発泡させ、界面活性剤水溶液から泡状物を生成し、これを収容部に投入することができる。そして、この泡状物、水ガラス、および水を、砂粒子からなる砂（粉末）が収容された収容部に投入し、混練部で、泡状物、水ガラス、および水を、砂と共に混練することができる。
このように、本発明に係る製造装置を用いれば、混練前に生成した泡状物、水ガラス、および水を、砂と共に混練するので、これらを均一に混練すれば、さらなる混練を利用した界面活性剤による発泡の生成時間を短縮することができる。これにより、これまでよりも短時間に、発泡砂を製造することができる。
より好ましい態様としては、前記泡状物投入部は、前記界面活性剤水溶液を供給する液供給管と、エアを供給するエア供給管と、前記液供給管から供給された前記界面活性剤水溶液と前記エア供給管から供給された前記エアとを合流させる合流部と、前記合流部で合流した前記界面活性剤水溶液を前記エアとともに通過させ、前記界面活性剤水溶液を発泡させる複数の細孔が形成された多孔体と、を備える。
この態様によれば、合流部で、液供給管から供給された界面活性剤水溶液とエア供給管から供給されたエアとを合流させ、多孔体の複数の細孔に、界面活性剤水溶液をエアと共に通過させることにより、界面活性剤水溶液を発泡させることができる。これにより、泡状物投入部で、界面活性剤水溶液から微細かつ均一に泡状物を、短時間で生成することができる。
好ましい第１の態様としては、前記製造装置は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、を制御する制御部をさらに備えており、前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始させ、その後、前記液供給管による前記供給の停止に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を一旦停止させた後、一旦停止前の前記エアの圧力よりも高圧のエアが所定時間供給されるように前記エア供給管による前記エアの供給を再開させる。
この態様によれば、泡状物が投入された後、エア供給管から高圧のエアが合流部に所定時間供給されるので、多孔体等に残留した界面活性剤水溶液を排出することができる。これにより、界面活性剤水溶液が多孔体から垂れることを防止するまたは抑制することができる。
好ましい第２の態様としては、前記製造装置は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、を制御する制御部をさらに備えており、前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始させ、その後、前記液供給管により前記供給の停止をさせてから、所定時間経過後に、前記エア供給管による前記エアの供給を停止させる。
この態様によれば、泡状物が投入された後も、エア供給管からエアが合流部に継続して所定時間供給されるので、この場合も、多孔体等に残留した界面活性剤水溶液を排出することができる。これにより、界面活性剤水溶液が多孔体から垂れることを防止するまたは抑制することができる。
好ましい第３の態様としては、前記製造装置は、前記合流部に接続され、作動により前記合流部の内部を負圧にする負圧機構と、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、前記負圧機構の作動およびその作動停止と、を制御する制御部と、をさらに備えており、前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始させ、その後、前記液供給管による前記供給の停止に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を停止させてから、前記負圧機構を所定時間作動させる。
この態様によれば、泡状物が投入された後、負圧機構により、合流部の内部を、所定時間負圧にすることができるので、多孔体等に残留した界面活性剤水溶液を合流部から吸い出すことができる。これにより、界面活性剤水溶液が多孔体から収容部に垂れることを防止するまたは抑制することができる。
好ましい第４の態様としては、前記多孔体の下方に配置され、開弁時に前記多孔体からの前記泡状物の投入を行い、閉弁時に前記多孔体からの前記泡状物の投入を停止する開閉弁を備えており、前記製造装置は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、前記開閉弁の開弁および閉弁と、を制御する制御部を備えており、前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始するとともに前記開閉弁を開弁させ、その後、前記液供給管による前記供給の停止に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を停止させてから、所定時間経過後に前記開閉弁を閉弁させる。
この態様によれば、泡状物が投入された後、開閉弁により、所定時間経過後に、多孔体等に残留した界面活性剤水溶液の流出を防止すことができる。これにより、多孔体等に残留した界面活性剤水溶液が収容部に垂れることを防止するまたは抑制することができる。
好ましい態様としては、前記エア供給管のエア流路内の前記エアの圧力を測定する圧力センサが配置されている。この態様によれば、エア供給管によるエアの供給不良を確認し、泡状物の生成不良を未然に防ぐことができる。
本発明によれば、発泡砂を製造する際の混練時間を短縮することができる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
１．発泡砂の製造装置１について
図１は、本発明に係る発泡砂の製造装置１の模式的斜視図であり、図２は、図１に示す発泡砂の製造装置１の泡状物投入部２０の断面図である。図３（ａ）は、図１の製造装置１で製造された発泡砂ｓの模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の発泡砂ｓの泡体ｆの拡大図である。
１．発泡砂の製造装置１について
図１は、本発明に係る発泡砂の製造装置１の模式的斜視図であり、図２は、図１に示す発泡砂の製造装置１の泡状物投入部２０の断面図である。図３（ａ）は、図１の製造装置１で製造された発泡砂ｓの模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の発泡砂ｓの泡体ｆの拡大図である。
本実施形態に係る発泡砂の製造装置１は、鋳造時の中子（砂型）に使用に好適な砂型造形用の発泡砂を製造する装置である。具体的には、本実施形態では、製造装置１を用いて、砂、水ガラス、水、および界面活性剤を混練し、図３（ａ），（ｂ）に示すように、砂粒子ｐの表面に、水ガラスｂ、水ｗ、および界面活性剤ｃを含む泡体ｆが付着した発泡砂ｓを製造する。
図１に示すように、製造装置１は、収容槽（収容部）１１と、水供給管（水投入部）１５、水ガラス供給管（水ガラス投入部）１６、泡状物投入部２０、および混練器（混練部）１２をさらに備えている。収容槽１１は、砂粒子からなる砂を収容する容器であり、収容槽１１は、砂および水ガラス等を混練する混練釜の役割も果している。
混練器１２は、砂および水ガラス等を混練する網目状の羽根部１２ａと、羽根部１２ａを支持するシャフト部１２ｂとを備えている。収容槽１１の内部には、羽根部１２ａが配置され、シャフト部１２ｂに接続されたモータ（図示せず）を駆動することにより、シャフト部１２ｂと共に羽根部１２ａを所定の回転速度で回転させることができる。収容槽１１の上方には、水供給管１５と、水ガラス供給管１６と、泡状物投入部２０と、が配置されている。
具体的には、水供給管１５は、収容槽１１に水ｗを供給する配管であり、一端が水供給源（図示せず）に接続されており、他端が収容槽１１に水ｗが投入（供給）されるように配置されている。同様に、水ガラス供給管１６は、収容槽１１に水ガラスｂを供給する配管であり、一端がガラス供給源（図示せず）に接続されており、他端が収容槽１１に水ガラスｂが投入（供給）されるように配置されている。
さらに、泡状物投入部２０は、水ｗに界面活性剤ｃが溶解した界面活性剤水溶液ｅを発泡させて、泡状物ｄを生成し、これを収容槽１１に投入する器具であり、液供給管２２、エア供給管２３、合流部２１、および多孔体２６を少なくとも備えている。
より具体的には、図２に示すように、液供給管２２は、発泡前の液状の界面活性剤水溶液ｅを供給する配管であり、その一端は、界面活性剤水溶液ｅの供給源（図示せず）に接続されており、その他端は、合流部２１の上部に接続されている。エア供給管２３は、エアａを供給する配管であり、その一端は、コンプレッサ等のエア供給源（図示せず）に接続されており、その他端は、合流部２１の側部に接続されている。
合流部２１は、液供給管２２から供給された界面活性剤水溶液ｅと、エア供給管２３から供給されたエアａとを合流させる部分であり、その下部には、界面活性剤水溶液ｅとエアａとを排出する排出部２４が形成されている。排出部２４の先端には、多孔体２６が取り付けられている。
多孔体２６は、例えば、焼結金属などの多孔性を有したものであり、合流部２１で合流した界面活性剤水溶液ｅをエアａとともに通過させる複数の細孔が形成されている。複数の細孔は、排出部２４と泡状物投入部２０の外部とを連通する孔であり、界面活性剤水溶液ｅおよびエアａが通過することにより、泡状物ｄを生成することができる大きさおよび形状になっている。たとえば、多孔体２６としては、ろ過精度１２０μｍ程度の多孔質材料（焼結金属）を挙げることができる。
本実施形態では、製造装置１は、界面活性剤水溶液ｅを発泡させる発泡用エア（エアａ）と、泡状物ｄの生成終了後、泡状物投入部２０に残存した泡状物ｄをそこから排出する排出用エアと、を選択してエア供給管２３に流すことが可能なように構成されている。
ここで、排出用エアの圧力（０．２〜０．３５ＭＰａ）は、発泡用エアの圧力（０．０５〜０．１５ＭＰａ（最適設定圧０．１ＭＰａ））よりも高い。製造装置１では、エア供給管２３の上流側で、発泡用エアと排出用エアが切換可能、またはこれらの圧力に圧力変更可能となっている。
２．発泡砂の製造方法について
図１および図２に示す発泡砂の製造装置１を用いた製造方法を説明する。まず、収容槽１１に、所望の量の砂を投入する。次に、混練器１２で混練する前に、泡状物投入部２０で、界面活性剤水溶液ｅを発泡させ、界面活性剤水溶液ｅから泡状物ｄを生成し、これを収容槽１１に投入する。これと同時に、水供給管１５から収容槽１１に所定の量の水ｗを投入し、さらに、水ガラス供給管１６から、所定の量の水ガラスを投入する。
図１および図２に示す発泡砂の製造装置１を用いた製造方法を説明する。まず、収容槽１１に、所望の量の砂を投入する。次に、混練器１２で混練する前に、泡状物投入部２０で、界面活性剤水溶液ｅを発泡させ、界面活性剤水溶液ｅから泡状物ｄを生成し、これを収容槽１１に投入する。これと同時に、水供給管１５から収容槽１１に所定の量の水ｗを投入し、さらに、水ガラス供給管１６から、所定の量の水ガラスを投入する。
収容槽１１に投入する水ガラス（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏ）は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）と、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）と水（Ｈ２Ｏ）とを含む混合物である。後述する泡体ｆ（図３（ａ）参照）を形成し、発泡砂の造形性を確保することができるのであれば、これらの割合（モル比）は特に限定されるものでない。
収容槽１１に投入する界面活性剤ｃには、例えばアニオン界面活性剤を挙げることができ、例えば硫酸塩系のアニオン界面活性剤が好ましいが、界面活性剤水溶液ｅを発泡させることができ、界面活性剤ｃにより泡体ｆ（図３（ｂ）参照）を形成することができるものであれば、特に限定されるものではない。
ここで、界面活性剤ｃは、界面活性剤水溶液ｅに対して、たとえば、１〜１２質量％含有することが好ましい。このような範囲で、界面活性剤ｃを含有させることにより、界面活性剤水溶液ｅを発泡させ、泡状物ｄを好適に生成することができる。
泡状物投入部２０による泡状物ｄの生成を、図２を参照しながら説明する。まず、界面活性剤水溶液ｅを液供給管２２から供給し、これと同時に、エア供給管２３からエアａを供給する。液供給管２２から供給された界面活性剤水溶液ｗとエア供給管２３から供給されたエアａとは、合流部２１で合流する。
エアａに合流した界面活性剤水溶液ｗは、エアａにより排出部２４を介して多孔体２６に搬送される。多孔体２６には、複数の細孔が形成されており、複数の細孔に界面活性剤水溶液ｅをエアａと共に通過させることにより、界面活性剤水溶液ｅを発泡させることができる。これにより、界面活性剤水溶液ｅからなる泡状物ｄが生成される。
このような結果、例えば、撹拌等により界面活性剤水溶液ｅを発泡させる場合に比べて、泡状物投入部２０で、界面活性剤水溶液ｅから微細かつ均一に泡状物ｄを、短時間で生成することができる。なお、泡状物ｄを投入後には、多孔体２６等に残存した泡状物ｄが排出されるように、エア供給管２３に流れるエアを、発泡用エア（エアａ）から排出用エアに切り替え、排出用エアを５〜３０秒流す。
次に、界面活性剤水溶液ｅが発泡した泡状物ｄ、水ガラスｂ、および水ｗを収容槽１１に投入完了後、収容槽１１に収容された砂と共に、混練器１２で混練する。具体的には、シャフト部１２ｂに接続されたモータ（図示せず）を駆動し、シャフト部１２ｂと共に羽根部１２ａを所定の回転速度で回転させる。これにより、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、砂粒子ｐの表面に、水ガラスｂ、水ｗ、および界面活性剤ｃを含む泡体ｆが付着した発泡砂ｓを得ることができる。
具体的には、発泡砂ｓに含まれる砂粒子ｐには、水ガラスｂの水溶液の表面を界面活性剤ｃで覆った泡体ｆが形成される。
ここで、例えば、砂に対して、水ガラスのモル比（二酸化珪素の酸化ナトリウムに対する混合比率）０．５〜３．０、重量比０．４〜３．０％、水の重量比１．５〜５．０％、界面活性剤の重量比０．００３〜２．０％程度とすることにより、適度な粘性を有する発泡砂ｓを得ることができる。
このように、本実施形態によれば、界面活性剤水溶液ｅを発泡させて、界面活性剤水溶液ｅから泡状物ｄを生成する。生成した泡状物ｄ、水ガラスｂ、および水ｗを、砂と共に混練するので、これらを均一に混練すれば、砂粒子ｐの表面には、所望の状態の泡体ｆが付着（吸着）しているので、さらなる混練を利用した界面活性剤ｃによる発泡の時間（泡立て時間）を短縮することができる。
３．製造装置１の第１〜第４変形例について
以下に、図１に示す製造装置１に係る第１〜第４変形例を示す。以下に示す変形例では、制御部３０Ａ〜３０Ｄを備えており、制御部３０Ａ〜３０Ｄの制御により、泡状物を生成する。なお、図１に示す製造装置１と相違する点のみを、図４〜図７を参照しながら、以下に詳述する。
以下に、図１に示す製造装置１に係る第１〜第４変形例を示す。以下に示す変形例では、制御部３０Ａ〜３０Ｄを備えており、制御部３０Ａ〜３０Ｄの制御により、泡状物を生成する。なお、図１に示す製造装置１と相違する点のみを、図４〜図７を参照しながら、以下に詳述する。
３−１．第１変形例について
図４（ａ）に示すように、第１変形例では、制御部３０Ａは、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給の開始およびその供給の停止と、エア供給管２３によるエアａ，ａ１の供給の開始およびその供給の停止と、を制御する。
図４（ａ）に示すように、第１変形例では、制御部３０Ａは、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給の開始およびその供給の停止と、エア供給管２３によるエアａ，ａ１の供給の開始およびその供給の停止と、を制御する。
具体的には、この変形例では、液供給管２２は、電磁弁２２ａを介して、界面活性剤水溶液ｅの供給源に接続されている。制御部３０Ａは、電磁弁２２ａに接続されており、これに制御信号を入力することにより、電磁弁２２ａを制御し、界面活性剤水溶液ｅの供給およびその供給停止（非供給）を選択することができる。
一方、エア供給管２３は、電磁弁（三方弁）２３ａを介して、上述した発泡用のエアａの供給源と、発泡用のエアａよりも高圧の排出用のエアａ１の供給源に接続されている。制御部３０Ａは、電磁弁２３ａに接続されており、これに制御信号を入力することにより、電磁弁２３ａを制御し、発泡用のエアａの供給、排出用のエアａ１の供給、およびエアａ，ａ１の供給停止（非供給）を選択することができる。
本変形例では、図４（ｂ）に示すように、制御部３０Ａは、発泡砂の製造開始に、電磁弁２２ａ，２３ａを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を開始し、これに合わせて、エア供給管２３による発泡用のエアａの供給を開始する。
その後、制御部３０Ａは、所定の量の泡状物が投入された後、電磁弁２２ａ，２３ａを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を停止させ、これに合わせて、エア供給管２３による発泡用のエアａの供給を一旦停止させる（図４（ｂ）の時刻ｔ１参照）。
その後、制御部３０Ａは、一旦停止前の発泡用のエアａの圧力よりも高圧の排出用のエアａ１が所定時間供給されるように、電磁弁２３ａを制御し、エア供給管２３によるエアの供給を再開させる。
これにより、泡状物の投入終了後、泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅをそこから排出することができ、多孔体２６からの界面活性剤水溶液ｅの液だれを防止するまたは抑制することができる。なお、本変形例では、制御部３０Ａは、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御したが、発泡用のエアａおよび排出用のエアａ１の供給源であるコンプレッサ、さらには界面活性剤水溶液ｅの供給源となるポンプ等を直接制御してもよい。
３−２．第２変形例について
図５（ａ）に示すように、第２変形例が、第１変形例と相違する点は、高圧の排出用のエアａ１を用いずに、（発泡用の）エアａで泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを排出する点である。なお、第１変形例と共通する構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図５（ａ）に示すように、第２変形例が、第１変形例と相違する点は、高圧の排出用のエアａ１を用いずに、（発泡用の）エアａで泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを排出する点である。なお、第１変形例と共通する構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
第２変形例では、エア供給管２３は、電磁弁２３ｂを介して、（発泡用の）エアａの供給源に接続されている。制御部３０Ｂは、電磁弁２２ａに接続されており、これに制御信号を送ることにより、電磁弁２３ｂを制御し、エアａの供給および供給停止（非供給）を選択することができる。
本変形例では、図５（ｂ）に示すように、制御部３０Ｂは、発泡砂の製造開始に、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を開始し、これに合わせて、エア供給管２３によるエアａの供給を開始する。
その後、制御部３０Ｂは、所定の量の泡状物が投入された後、電磁弁２２ａを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を停止させる（図５（ｂ）の時刻ｔ１参照）。第２変形例では、この供給の停止から、エアａの供給を所定時間継続して行い、その後（すなわち所定時間経過後）電磁弁２３ｂを制御し、エア供給管２３によるエアａの供給を停止させる（図５（ｂ）の時刻ｔ２参照）。
これにより、泡状物の投入終了後、エアａにより、泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅをそこから排出することができ、多孔体２６からの界面活性剤水溶液ｅの液だれを防止するまたは抑制することができる。なお、本変形例では、制御部３０Ｂは、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御したが、エアａの供給源であるコンプレッサ、および界面活性剤水溶液ｅの供給源となるポンプ等を直接制御してもよい。
３−３．第３変形例について
図６（ａ）に示すように、第３変形例が、第２変形例と相違する点は、エアａで泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを排出せず、負圧機構により投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを吸い出す点である。なお、第２変形例と共通する構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図６（ａ）に示すように、第３変形例が、第２変形例と相違する点は、エアａで泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを排出せず、負圧機構により投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを吸い出す点である。なお、第２変形例と共通する構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図６（ａ）に示すように、泡状物投入部２０は、合流部２１に接続された排出管２８を備えており、排出管２８は、電磁弁２８ａを介して、負圧ポンプ（吸い込みポンプ）２８ｂに接続されている。これにより、負圧ポンプ２８ｂを作動させることにより、合流部２１の内部を負圧にすることができる。なお、排出管２８、電磁弁２８ａ、および負圧ポンプ２８ｂが、本発明でいう負圧機構に相当する。合流部２１内に負圧を発生させることができるのであれば、負圧ポンプ２８ｂの代わりに、シリンダ機構等を用いてもよい。
第３変形例では、制御部３０Ｃは、第２変形例と同様に、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御し、さらに、電磁弁２８ａの開弁および閉弁を制御することにより、負圧機構の作動およびその作動停止を選択して制御することができる。
本変形例では、図６（ｂ）に示すように、制御部３０Ｃは、発泡砂の製造開始に、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を開始し、これに合わせて、エア供給管２３によるエアａの供給を開始する。
その後、制御部３０Ｃは、所定の量の泡状物が投入された後、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を停止させ、これに合わせて、エア供給管２３によるエアａの供給を停止させる（図６（ｂ）の時刻ｔ１参照）。
その後、制御部３０Ｃは、電磁弁２８ａを所定時間、開弁状態に制御し（負圧機構を所定時間作動させ）、負圧ポンプ２８ｂにより、泡状物投入部２０に残存した界面活性剤水溶液ｅを吸い出す。これにより、多孔体２６からの界面活性剤水溶液ｅの液だれを防止するまたは抑制することができる。なお、本変形例では、電磁弁２８ａを制御したが、電磁弁２８ａを設けずに、負圧ポンプ２８ｂの作動および作動停止を直接制御してもよい。
３−４．第４変形例について
図７（ａ）に示すように、第４変形例が、第２変形例と相違する点は、エアａで泡状物投入部２０に残存した泡状物を排出せず、開閉弁２９により残存した泡状物の排出を防止した点である。なお、第２変形例と共通する構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図７（ａ）に示すように、第４変形例が、第２変形例と相違する点は、エアａで泡状物投入部２０に残存した泡状物を排出せず、開閉弁２９により残存した泡状物の排出を防止した点である。なお、第２変形例と共通する構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図７（ａ）に示すように、泡状物投入部２０の多孔体２６の下方に開閉弁２９を配置している。開閉弁２９は、開弁時に多孔体２６からの泡状物の投入を行い、閉弁時に多孔体２６からの泡状物の投入を停止するように、泡状物投入部２０に接続されている。制御部３０Ｄは、開閉弁２９に接続されており、これに制御信号を送ることにより、開閉弁２９の開弁および閉弁を選択することができる。
本変形例では、図７（ｂ）に示すように、制御部３０Ｄは、発泡砂の製造開始に、電磁弁２２ａ，２３ｂおよび開閉弁２９を制御する。具体的には、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を開始し、これに合わせて、エア供給管２３によるエアａの供給を開始するとともに、開閉弁２９を開弁させる。
その後、制御部３０Ｄは、所定の量の泡状物が投入された後、電磁弁２２ａ，２３ｂを制御し、液供給管２２による界面活性剤水溶液ｅの供給を停止させ、これに合わせて、エア供給管２３によるエアａの供給を停止させる（図７（ｂ）の時刻ｔ１参照）。その後、制御部３０Ｄは、所定時間経過後に開閉弁２９を閉弁する（図７（ｂ）の時刻ｔ３参照）。
これにより、所定時間経過後に開閉弁２９を閉弁することにより、泡状物投入部２０にある界面活性剤水溶液ｅを出し切り、その後、多孔体２６からの界面活性剤水溶液ｅの液だれを防止するまたは抑制することができる。
以下の本発明を、実施例により説明する。
（実施例）
図１に示す製造装置を用いて、発泡砂を生成した。まず、収容槽に投入される砂が５０００ｇとなり、収容槽に投入される水ガラスが砂の重量に対して０．６５％、界面活性剤が砂の重量に対して０．０３％、水が砂の重量に対して３．２％となるように、砂、水ガラス、界面活性剤、および水を準備した。
図１に示す製造装置を用いて、発泡砂を生成した。まず、収容槽に投入される砂が５０００ｇとなり、収容槽に投入される水ガラスが砂の重量に対して０．６５％、界面活性剤が砂の重量に対して０．０３％、水が砂の重量に対して３．２％となるように、砂、水ガラス、界面活性剤、および水を準備した。
収容槽に砂を投入し、次に、界面活性剤を３質量％含有した界面活性剤水溶液を準備した。界面活性剤水溶液に合流させるエアの圧力を０．１ＭＰａとし、泡状物投入部で、界面活性剤水溶液を発泡させ、泡状物を生成し、界面活性剤が上述した量となるように、泡状物を収容槽に投入した。これと同時に水ガラスと、水とが、上述した量となるように、これらを収容槽に投入し、砂、泡状物、水ガラス、水を混練し、発泡砂を作製した。
ここで、混練開始からの混練時間は１分〜５分までとし、１分間隔で発泡砂を採取し、図８に示す、容器４１および錘４３からなる器具を用いて、発泡砂の動粘度を測定した。具体的には、図８に示すように、容器４１の上部まで発泡砂を収容し、その上から計測部分（計測区間）Ｌを示した錘４３を載せた。これにより、錘４３の自重で、発泡砂ｓが押圧され、容器４１の底部の穴４２から発泡砂が抜け、錘４３が下方に移動した。このとき、錘４３に示した計測部分Ｌが、容器４１の開口縁を通過する時間（通過時間）を動粘度として測定した。この結果を、図９に示す。
なお、砂の動粘度が短いと、容器４１の穴４２からの発泡砂の排出が速くなるため、計測部分Ｌの通過時間が短くなり、発泡砂としては良品であると判断できる。今回は、動粘度（通過時間）が２秒以下で、砂粒子の表面に泡体が均一に付着し、良好な発泡砂であると判断する。
（比較例）
実施例と同じように、発泡砂を作製した。実施例と相違する点は、界面活性剤水溶液を発泡させず、直接、収容槽に投入した点である。そして、実施例と同様に、混練時間を１分〜５分までとし、１分間隔で発泡砂を採取し、図８に示す、容器４１および錘４３からなる器具を用いて、発泡砂の動粘度を測定した。
実施例と同じように、発泡砂を作製した。実施例と相違する点は、界面活性剤水溶液を発泡させず、直接、収容槽に投入した点である。そして、実施例と同様に、混練時間を１分〜５分までとし、１分間隔で発泡砂を採取し、図８に示す、容器４１および錘４３からなる器具を用いて、発泡砂の動粘度を測定した。
（結果および考察）
図９に示すように、実施例の場合には、いずれの混練時間であっても、動粘度が２秒以下であった。一方、比較例の場合には、混練時間１分間では、動粘度が２秒を超えており、その後、混練時間が経過するに伴い、動粘度が、実施例のものに近づいた。
図９に示すように、実施例の場合には、いずれの混練時間であっても、動粘度が２秒以下であった。一方、比較例の場合には、混練時間１分間では、動粘度が２秒を超えており、その後、混練時間が経過するに伴い、動粘度が、実施例のものに近づいた。
実施例の場合には、混練時から、界面活性剤水溶液を発泡させた泡状物を投入したことにより、混練開始から早期に砂粒子の表面には十分に泡体が形成されていたと考えられる。
一方、比較例の場合には、混練開始から、混練が進むにしたがって砂粒子の表面に泡体が形成されると考えられ、混練時間１分間では、充分に泡体が形成されていなかったと考えられる。この結果から、実施例の如く、混練前に界面活性剤水溶液から泡状物を生成すれば、発泡砂の製造時間（混練時間）を短縮することができると考えられる。
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。また、前記実施形態および複数の変形例は、適宜組み合わせて実施可能である。
本実施系形態では、合流部における、界面活性剤溶液とエアが流れる流路は、Ｔ字状の流路であったが、この流路の形状は、たとえばＹ字状であってもよい。
また、本実施系形態のエア供給管のエア流路内のエアの圧力を測定する圧力センサが配置してもよい。これにより、エア供給管によるエアの供給不良を確認し、泡状物の生成不良を未然に防ぐことができる。
１…発泡砂の製造装置、１１…収容槽（収容部）、１２…混練器（混練部）、１２ａ…羽根部、１２ｂ…シャフト部、１５…水供給管（水投入部）、１６…水ガラス供給管（水ガラス投入部）、２０…泡状物投入部、２１…合流部、２２…液供給管、２２ａ…電磁弁、２３…エア供給管、２３ａ，２３ｂ…電磁弁、２４…排出部、２６…多孔体、２８…排出管、２８ａ…電磁弁、２８ｂ…負圧ポンプ、２９…開閉弁、３０Ａ〜３０Ｄ…制御部、ａ…エア、ｂ…水ガラス、ｃ…界面活性剤、ｄ…泡状物、ｅ…界面活性剤水溶液、ｆ…泡体、ｓ…発泡砂、ｗ…水
Claims (9)
- 砂粒子の表面に、水ガラス、水、および界面活性剤を含む泡体が付着した、砂型造形用の発泡砂の製造方法であって、
前記製造方法では、前記界面活性剤が溶解した界面活性剤水溶液を発泡させて、前記界面活性剤水溶液から泡状物を生成し、
生成した前記泡状物、前記水ガラス、および前記水を、前記砂粒子からなる砂と共に混練することを特徴とする発泡砂の製造方法。 - 前記泡状物を生成する工程において、複数の細孔に、前記界面活性剤水溶液をエアと共に通過させることにより、前記界面活性剤水溶液を発泡させることを特徴とする請求項１に記載の発泡砂の製造方法。
- 砂粒子の表面に、水ガラス、水、および界面活性剤を含む泡体が付着した、砂型造形用の発泡砂の製造装置であって、
前記製造装置は、前記砂粒子からなる砂を収容する収容部と、
前記収容部に、前記水ガラスを投入する水ガラス投入部と、
前記収容部に、前記水を投入する水投入部と、
前記界面活性剤が溶解した界面活性剤水溶液を発泡させて泡状物を生成し、前記収容部に、前記泡状物を投入する泡状物投入部と、
前記収容部に投入された前記水ガラス、前記水、および前記泡状物と共に、前記砂を前記収容部内で混練する混練部と、を備えることを特徴とする発泡砂の製造装置。 - 前記泡状物投入部は、
前記界面活性剤水溶液を供給する液供給管と、
エアを供給するエア供給管と、
前記液供給管から供給された前記界面活性剤水溶液と前記エア供給管から供給された前記エアとを合流させる合流部と、
前記合流部で合流した前記界面活性剤水溶液を前記エアとともに通過させ、前記界面活性剤水溶液を発泡させる複数の細孔が形成された多孔体と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の発泡砂の製造装置。 - 前記製造装置は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、を制御する制御部をさらに備えており、
前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始させ、その後、前記液供給管による前記供給の停止に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を一旦停止させた後、一旦停止前の前記エアの圧力よりも高圧のエアが所定時間供給されるように前記エア供給管による前記エアの供給を再開させることを特徴とする請求項４に記載の発泡砂の製造装置。 - 前記製造装置は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、を制御する制御部をさらに備えており、
前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始させ、その後、前記液供給管により前記供給の停止をさせてから、所定時間経過後に、前記エア供給管による前記エアの供給を停止させることを特徴とする請求項４に記載の発泡砂の製造装置。 - 前記製造装置は、前記合流部に接続され、作動により前記合流部の内部を負圧にする負圧機構と、
前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、前記負圧機構の作動およびその作動停止と、を制御する制御部と、をさらに備えており、
前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始させ、その後、前記液供給管による前記供給の停止に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を停止させてから、前記負圧機構を所定時間作動させることを特徴とする請求項４に記載の発泡砂の製造装置。 - 前記多孔体の下方に配置され、開弁時に前記多孔体からの前記泡状物の投入を行い、閉弁時に前記多孔体からの前記泡状物の投入を停止する開閉弁を備えており、
前記製造装置は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始およびその供給の停止と、前記エア供給管による前記エアの供給の開始およびその供給の停止と、前記開閉弁の開弁および閉弁と、を制御する制御部を備えており、
前記制御部は、前記液供給管による前記界面活性剤水溶液の供給の開始に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を開始するとともに前記開閉弁を開弁させ、その後、前記液供給管による前記供給の停止に合わせて、前記エア供給管による前記エアの供給を停止させてから、所定時間経過後に前記開閉弁を閉弁させることを特徴とする請求項４に記載の発泡砂の製造装置。 - 前記エア供給管のエア流路内の前記エアの圧力を測定する圧力センサが配置されていることを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の発泡砂の製造装置。
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