特開 2024-143503 鋳型および鋳型の再利用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143503

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】鋳型および鋳型の再利用方法

(51)【国際特許分類】

   B22C 9/02 20060101AFI20241003BHJP

   B22C 5/04 20060101ALI20241003BHJP

   B22C 1/08 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B22C9/02 103D

B22C5/04

B22C1/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056224

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】301065892

【氏名又は名称】株式会社アドヴィックス

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】内田 龍貴

(72)【発明者】

【氏名】水田 和甫

【テーマコード（参考）】

4E092

【Ｆターム（参考）】

4E092AA01

4E092AA04

4E092AA47

(57)【要約】

【課題】鋳型の再利用が環境へ与える負荷を低減する。
【解決手段】鋳型は、セラミックス粒子とアルカリ分との混合物からなる無焼成セラミックス（１０）で形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス粒子とアルカリ分との混合物からなる無焼成セラミックスで形成されていることを特徴とする鋳型。

【請求項2】

請求項１に記載の鋳型を解砕して、粒子表面が再活性化されたセラミックス粒子とアルカリ分とに分離する解砕ステップと、
前記セラミックス粒子と前記アルカリ分とを水溶液で混合したアルカリ混合物を得る混錬ステップと、
前記混錬ステップで混錬された前記アルカリ混合物を低温加熱して、前記無焼成セラミックスを得る取得ステップと、
を有していることを特徴とする鋳型の再利用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋳型および鋳型の再利用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、バインダに水ガラスを用いた中子砂の再利用方法が開示されている。この再利用方法は、中子を３００℃から５５０℃までの間の温度で加熱する加熱工程を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１５８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、環境への負荷低減の観点から、そのような高温で加熱する熱処理を用いない鋳型の再利用方法が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る鋳型は、セラミックス粒子とアルカリ分との混合物からなる無焼成セラミックスで形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、鋳型を再利用する際に環境へ与える負荷を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の一実施形態に係る鋳型を模式的に示した図である。

【図2】（ａ）本開示の一実施形態に係る鋳型に用いられる無焼成セラミックを模式的に示した図である。（ｂ）複数のセラミック粒子の結合の説明に用いる図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る鋳型の再利用方法を例示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本開示の一実施形態に係る鋳型の一例を模式的に示した図である。図１に示す鋳型１は、中子２および主型３を備えている。中子２および主型３は、無焼成セラミックで形成されている。中子２は、主型３の中へ配置されている。中子２と主型３との間には、溶融した材料を流し入れるための隙間４が設けられている。

【0009】

図２の（ａ）は、本開示の一実施形態に係る鋳型に用いられる無焼成セラミックを模式的に示した図である。図２の（ａ）に示す無焼成セラミックス１０は、複数のセラミック粒子１１が結合して形成されている。ここで、セラミック粒子１１としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄(Ｆｅ_２Ｏ_３)、酸化カルシウム(ＣａＯ)、酸化マグネシウム(ＭｇＯ)、酸化ナトリウム(Ｎａ_２Ｏ)、チタニア（ＴｉＯ_２）、酸化カリウム(Ｋ_２Ｏ)、ジルコニア（ＺｒＯ_２）およびそれらの任意の組み合わせの複合酸化物、ならびに炭化ケイ素（ＳｉＣ）が例示される。セラミック粒子１１は、メカノケミカル処理により粒子表面が活性化されている。

【0010】

図２の（ｂ）は、複数のセラミック粒子の結合の説明に用いる図である。図２の（ｂ）に示すセラミック粒子１１は、その粒子表面に活性表面３１が形成されている。複数のセラミック粒子１１は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ分２０が溶解したアルカリ水溶液に混合され、１００℃以下の温度で加熱することで粒子同士が結合する。図２の（ａ）では、複数のセラミック粒子１１の活性表面３１が結合することにより結合部３０が形成されている。複数のセラミック粒子１１の活性表面３１のうち、結合部３０が形成されなかった部位には、アルカリ分２０が付着している。
図１に示した鋳型１は、図２に示したアルカリ分２０が溶解したアルカリ水溶液で形成される無焼成セラミックス１０で形成されている。

【0011】

図３は、本開示の一実施形態に係る鋳型の再利用方法を例示したフローチャートである。図３に示すように、本開示の一実施形態に係る鋳型１の再利用方法は、解砕ステップＳ１００、ｐＨ調整ステップＳ２００、型入れステップＳ３００、固化ステップＳ４００、鋳造ステップＳ５００、および回収ステップＳ６００を有している。

【0012】

図３に示す鋳型１の再利用方法では、解砕ステップＳ１００から回収ステップＳ６００までの各ステップを繰り返し実行する。以下では、鋳造ステップＳ５００から順に説明する。
鋳造ステップＳ５００では、鋳型１を用いて鋳物が鋳造される。鋳物の鋳造に使用された鋳型１は、鋳型１から鋳物を取り出すときに破壊される。
回収ステップＳ６００では、鋳造ステップＳ５００において破壊された鋳型１の欠片を回収する。

【0013】

解砕ステップＳ１００では、回収ステップＳ６００にて回収された鋳型１の欠片を粒状態になるまで解砕し、セラミック粒子１１の粒子表面からアルカリ分２０を剥離させる。これにより、セラミック粒子１１の粒子表面が再活性化され、活性表面３１が形成される。

【0014】

ｐＨ調整ステップＳ２００は、混錬ステップの一例である。ｐＨ調整ステップＳ２００では、鋳型１のｐＨ調整のため、アルカリ性の水溶液のｐＨを適切に調整する。ｐＨ調整ステップＳ２００では、解砕ステップＳ１００で解砕された鋳型１に、解砕された鋳型１の質量に合わせた水またはアルカリ溶液を加えることにより、混合物の質量とｐＨが調整される。解砕ステップＳ１００においてセラミック粒子１１の粒子表面から剥離されたアルカリ分２０を水溶液に溶解させることにより、混合物のｐＨを調整することにしてもよい。鋳型１は、その表面のｐＨが鋳型１の強度に影響を与える可能性がある。例えば、鋳型１のｐＨを所定値よりも高くすることにより、鋳型１の強度が向上する可能性がある。

【0015】

型入れステップＳ３００では、ｐＨ調整ステップＳ２００で鋳型１から、粒子表面を再活性化させた無焼成セラミックス１０のセラミック粒子１１と分解されたアルカリ分を得て、水またはアルカリ水溶液で混合されたアルカリ混合物を鋳型１の金型に入れる。鋳型１の金型とは、無焼成セラミックス１０を用いて、中子２および主型３を鋳造するための金型である。

【0016】

固化ステップＳ４００では、型入れステップＳ３００においてセラミック粒子１１を入れた鋳型１の金型を１００℃以下の温度で加熱し、無焼成セラミックス１０を固化させる。これにより、無焼成セラミックス１０を再利用した鋳型１が形成される。
鋳造ステップＳ５００では、固化ステップＳ４００において形成された鋳型１を用いて新たな鋳物が鋳造される。

【0017】

〔まとめ〕
本開示の一態様に係る鋳型は、無焼成セラミックスで形成されている。
本開示では、無焼成セラミックスで鋳型を形成することにより、従来よりも低温で鋳型を再利用することができる。その結果、鋳型を再利用する際に環境へ与える負荷を低減することができる。

【0018】

本開示の一態様に係る鋳型の再利用方法は、鋳型を解砕して、粒子表面が再活性化されたセラミックス粒子とアルカリ分とに分離する解砕ステップと、前記セラミックス粒子と前記アルカリ分とを水溶液で混合したアルカリ混合物を得る混錬ステップと、前記混錬ステップで混錬された前記アルカリ混合物を低温加熱して、前記無焼成セラミックスを得る取得ステップと、を有している。
アルカリ分を除去するための工程の中に加熱する加熱処理が含まれていないため、鋳型を再利用する際のエネルギ消費が少なく、環境へ与える負荷を低減することができる。

【0019】

本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0020】

１ 鋳型
１０ 無焼成セラミックス
３１ 活性表面
Ｓ１００ 解砕ステップ
Ｓ２００ ｐＨ調整ステップ（混錬ステップ）
Ｓ３００ 型入れステップ
Ｓ４００ 固化ステップ

【図1】

【図2】

【図3】