JP2001286983A

JP2001286983A - 細孔を有する鋳造品の製造方法及びこの方法に用いる細孔用中子

Info

Publication number: JP2001286983A
Application number: JP2000101991A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nishimura; 雅行西村
Original assignee: NISHIMURA SHOTEN KK
Current assignee: NISHIMURA SHOTEN KK
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-10-16

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、機械加工によらなければ設けることが
できなかった細孔をきわめて容易に設けることができる
細孔用中子を提供する。【解決手段】金属線１２を中子核とし、この金属線１
２を、無機物質と有機物質との混合物からなる被覆膜１
８で被覆し、溶湯の熱により被覆膜１８の一部が炭化物
に、被覆膜の他の一部が酸化物に変化するようにする。
有機物質としては、紙又は布などが用いられ、無機物質
としては、珪酸リチウム、珪酸ソーダ、珪酸カリウム、
リン酸アルミニウムなどの無機化学薬品が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来機械加工によ
らなければ設けることができなかった細孔を有する鋳造
品の製造方法及びこの方法に用いる細孔用中子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の中子は、その材料と工法より、大
別すれば次の４種類に分類できる。即ち、（１）珪砂と粘土を混合し、造形後乾燥させてつくる
中子。（２）珪酸ソーダを粘結剤として造形し、炭酸ガス
（ＣＯ₂）を通して硬化させてつくる炭酸ガス中子。（３）フェノール樹脂を主粘結剤とし、レジンの作用
で砂粒子を結合してつくるシェル中子。（４）精密鋳造の技法でつくるセラミックス中子。これら中子は、中子核材に砂を用い、かつ粘結剤を用い
て造型している。なお、従来技術では、鋳造時に１．０
mm前後の細孔を形成させることは技術的、コスト的に非
常に困難であるとされ、このような細孔は機械加工によ
り設けられていた。なお、機械加工とは、具体的にはド
リルによる穴あけであるが、ドリル長さにより制限があ
る。また、曲孔や角孔を作ることができない。後述のよ
うに、本発明の中子を用いてできる孔は、いかなる機械
加工によってもできない孔をつくるところに特徴があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術における孔作
製用の中子は、いずれの材料と工法を採用したとして
も、以下に述べる中子に求められる三性質を、同時に満
たすことは技術的、コスト的に非常に困難であるとされ
ていた。鋳造品の中空形状をつくるための中子に求めら
れる性質は、（イ）溶湯の流れ及び溶湯の凝固時に起こ
る収縮の締めつけ力に対し壊れない十分な強度を有する
こと、（ロ）鋳肌に焼付きが起こらない十分な耐熱性を
有すること、（ハ）鋳バラシ時、中子が容易に崩壊する
ことなどである。細孔をつくるための中子にも、これら
３つの要求を同時に解決することが求められる。

【０００４】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
本発明の目的は、従来、機械加工によらなければ設ける
ことができなかった１．０mm前後の細孔を有する鋳造品
の製造方法及びこの方法に用いる細孔用中子を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の細孔を有する鋳造品の製造方法は、金属
線の表面に無機物質と有機物質との混合物からなる被覆
膜を設けた中子を鋳型内にセットした後、溶湯を注入
（注湯）し、被覆膜が溶湯に触れその熱により一部を炭
化物に、他の一部を酸化物に変化させ、溶湯が凝固・冷
却した後、型ばらしを行って、鋳造物から金属線を引き
抜くように構成される。

【０００６】この製造方法において、有機物質として
は、紙又は布などが用いられる。また、無機物質として
は、珪酸リチウム、珪酸ソーダ、珪酸カリウム及びリン
酸アルミニウムなどの少なくともいずれかの無機化学薬
品が用いられる。

【０００７】本発明の細孔用中子は、金属線を中子核と
し、この金属線を、無機物質と有機物質との混合物から
なる被覆膜で被覆し、溶湯の熱により被覆膜の一部が炭
化物に、被覆膜の他の一部が酸化物に変化するようにし
てなることを特徴としている。

【０００８】被覆膜としては、無機物質の水溶液を有機
物質に含浸させたものの膜などが用いられる。また、被
覆膜として、粉砕した有機物質に無機物質の水溶液を加
えてスラリー状又はペースト状にしたものを塗布した膜
などが用いられる場合もある。また、有機物質として、
紙又は布などが用いられ、無機物質として、珪酸リチウ
ム、珪酸ソーダ、珪酸カリウム及びリン酸アルミニウム
などの少なくともいずれかの無機化学薬品などが用いら
れる。本明細書における細孔とは、１mm前後で、かつ孔
長が直径の２０倍以上の孔のことを言う。

【０００９】本発明における中子は、金属線を中子核と
し、その周囲を均一な被覆膜にて被覆することによって
完成する。金属線の断面形状は、細孔の断面形状と相似
形とし、その材質は溶湯の鋳込み温度及び中子が受ける
溶湯からの熱量の大小によって決定される。被覆膜は、
空隙を有する有機物質に、耐熱性、熱硬化性、不燃性、
安定性、浸透性に優れた性質をもつ化学薬品でその空隙
を充填することによって得られる。

【００１０】つぎに、［発明が解決しようとする課題］
の項における（イ）、（ロ）、（ハ）に対応して解決手
段及び作用について説明する。（イ）まず、中子に強度を得ることは、中子核材に金
属線を用いることにより解決できた。基本的には、砂と
粘結剤でできた従来技術によるいかなる中子よりも高い
強度が得られ、鋳造時に中子が変形したり壊れること
は、一切なかった。金属線にどのような材質を選ぶかに
ついては、中子の寸法、形状、中子が鋳造時に受ける溶
湯からの熱量及びコストなどを検討し決めればよい。一
般的に言えば、軟鋼線の使用を基準とし、より細くて長
い中子、溶解温度が高い金属、取り囲む溶湯量が多い中
子についてはステンレス鋼線が有効であり、反対に溶解
温度の低い軽合金鋳物については、アルミニウム線や銅
線を用いて問題はない。

【００１１】（ロ）被覆膜をもたない金属線を単体で
中子として使用することは不可能である。もし、そのよ
うな中子を使用すれば、表面が溶湯と反応し、焼付きや
溶損を起こし、中子としての役目を果し得ない。金属線
を溶湯熱から保護する方法として、本発明においては、
熱の不良導体である酸化物を被覆材に配合することによ
り金属線の急激な温度上昇を遅らせることに成功した。
鋳込みが終り、溶湯が凝固を始める時点の中子表面は、
溶湯熱により最高温度に達するが、中子核である金属線
は被覆膜に保護され、焼付きや溶損することはない。ま
た、被覆膜が溶湯に触れた時、被覆材の一部は炭化さ
れ、これが黒鉛塗型剤と同様の作用、即ち被覆膜に耐熱
性を与え、焼付きのない滑めらかな鋳肌をつくることに
寄与している。被覆膜の膜厚と化学薬品の種類及び濃度
は、金属線の材質選定時に行ったと同様、中子径、溶湯
温度及び中子が受ける熱量の大小などを考慮して決め
る。

【００１２】（ハ）鋳込みが終了し、溶湯が凝固し冷
却した後、鋳造品から中子核を取り除く。この時、中子
核を取り囲む被覆膜は、熱による化学変化を起こしてお
り、脆くて小さな力で崩壊する状態に変化している。一
方、金属線は鋳造後も、鋳造前と殆んど変らぬ強度を有
し、容易に取り除くことができる。

【００１３】被覆膜としては、一例をあげれば、手すき
和紙に珪酸リチウム（ＳｉＯ₂２０％、Ｌｉ₂Ｏ２．２
％）の水溶液を含浸させ、乾燥させて完成する。この被
覆膜は、鋳造時、溶湯に触れ、瞬時に化学反応を起こ
し、一部は炭化し被覆膜に耐熱性を与え、一部は酸化物
となり熱伝導を遅らせ、金属線が溶湯熱により急激に加
熱されることを抑え、結果として中子核としての金属線
が変形したり溶損することを防止する。被覆膜（手すぎ
和紙＋珪酸リチウム）が溶湯熱によりどのように変化し
たかを、反応生成物において確認した。次に、その試験
結果を示す。

【００１４】（イ）組成分析（蛍光Ｘ線による参考
値）は表１の如くであった。

【００１５】

【表１】

【００１６】（ロ）炭素（Ｃ）とリチウム（Ｌｉ）の
定量分析Ｃ：３９．９（wt％）Ｌｉ：２．１３（wt％）（ハ）成分形態（Ｘ線回折分析による）反応生成物は非晶質物質（主成分で炭素（Ｃ）主体の物
質と考えられる）＋Ｌｉ₂Ｓｉ₂Ｏ₅（メタ二珪酸リチ
ウム）＋ＳｉＯ₂（珪酸）＋Ｌｉ₂ＳｉＯ₃（メタ珪酸
リチウム）で形成されている。

【００１７】図７は中子用被覆膜（材）反応生成物の定
性分析結果（蛍光Ｘ線分析結果）を示すグラフであり、
図８は反応生成物のＸ線回折分析（結晶構造のＸ線解
析）結果を示すグラフであり、図９は反応生成物のＸ線
回折分析（結晶構造のＸ線解析）結果（生データ）を示
すグラフであり、図１０は反応生成物のデータベース検
索（結晶構造のＸ線解析）結果を示すグラフである。

【００１８】本発明の中子を用いることにより、従来技
術では殆んど不可能であった細孔を容易にあけることが
できる。実験段階においては、孔長さ５０mmに対し、
０．５mm径の極細孔を得ることにも成功している。細孔
を必要とする部品の一例は、空気孔、ガス抜き孔、流体
の通路孔などである。このような細孔を有する鋳物部品
が機械加工によらないで製造可能となれば、いろいろな
産業分野で、機械や装置を構成する部品を、新しい視点
より設計することが可能となった。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。図１は本発明の実施の第１形態による細孔
用中子の縦断面であり、図２は図１における鎖線円で囲
まれた部分の拡大図である。１０は細孔用中子で、この
中子１０は中子核となる金属線１２を、無機物質１４と
有機物質１６との混合物からなる被覆膜１８で被覆して
構成されたものである。

【００２０】有機物質１６としては紙や布などが用いら
れ、無機物質１４としては、珪酸リチウム、珪酸ソーダ
（珪酸ナトリウム）、珪酸カリウム、リン酸アルミニウ
ムなどの無機化学薬品などが用いられる。被覆膜１８
は、例えば紙や布などに上記の無機化学薬品の水溶液を
含浸させたものを被覆して形成したり、又は紙などをミ
キサーにかけて粉砕し、この粉砕物に上記の無機化学薬
品の水溶液を加えスラリー状又はペースト状にして塗布
することにより形成することができる。

【００２１】このようにして構成された細孔用中子１０
は、鋳造時に溶湯に接触して高温の溶湯の熱により一部
が、すなわち有機物質が炭化物に、他の一部が、すなわ
ち無機物質が酸化物に変化する。

【００２２】本発明の細孔用中子１０を用いることによ
り、図３（ａ）〜（ｅ）に示すような異形状の断面を有
する細孔２０、２２、２４、２６、２８を備えた鋳造品
３０を製造することができる。また、図４（ａ）〜
（ｃ）に示すような直孔３２、曲孔３４、枝分れ孔３６
を有する鋳造品３０を製造することができる。

【００２３】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。実施例１図５に示す形状の直孔３８を有する鋳造品４０を、以下
のようにして製造した。鋳造品４０の寸法、材質、鋳込
み温度は次の通りであった。鋳造品寸法：長さ５０mm×直径３５mmの円柱形細孔寸法：長さ５０mm×孔径１．０mm 鋳造品材質：ＦＣ２００鋳込み温度：１４００℃

【００２４】鋳型として、図６に示すような炭酸ガス鋳
型４２を用いた。４４は上型、４６は下型、４８は湯
道、５０は細孔用中子である。この中子５０はつぎのよ
うにして製造した。すなわち、０．１mm厚の手すき和紙
に珪酸リチウムの水溶液を含浸させ、定盤上にて直径
０．６mmの金属線（中子核）に巻きつけた。直径が１．
０mmに達するように巻き付けた後、電気炉内にて乾燥
し、細孔用中子を完成させた。

【００２５】このようにして製造された細孔用中子５０
の仕様はつぎの通りであった。中子核寸法：長さ７０mm×直径０．６mm 金属線材質：軟鋼線被覆材：手すき紙０．２mm厚珪酸リチウム（ＳｉＯ₂ ２０％、Ｌｉ₂Ｏ２．２％）中子寸法：長さ７０mm×直径１．０mm（幅木の片側長
さ：１０mm）

【００２６】つぎに鋳込み操作について説明する。図６
に示すように、鋳型４２内に、上記のようにして作られ
た中子５０をセットし注湯した。金属が凝固、冷却した
後、型ばらしをして鋳造物から金属線を取り除き、細孔
寸法と表面状態を検査し、工程を完了した。

【００２７】本出願人は、これまでに、本発明により製
作した中子を用いて鋳鉄、鋳鋼、銅合金、軽合金の鋳造
品に、径１．０mmの細孔を作ることに試験的に成功して
いる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）本発明の細孔用中子を用いることにより、従来
技術では技術的、コスト的にきわめて困難であるとされ
ていた細孔を鋳造品に作ることを可能にした。その細孔
は、丸孔のみならず、正方形、長方形、菱形、半円形、
楕円形、星形などの任意の断面形状を有する細孔、或い
は直孔以外に曲孔、角孔や枝分れ孔などの任意方向の細
孔の形状とすることができる。（２）本発明の中子は、特別に高価な原料を使うもの
ではなく、また製作に当っても、特別な設備や熟練を必
要としない。このことは、中子を安価で量産できること
を意味し、鋳造業者、ひいては細孔部品のユーザーにと
って大きなメリットとなる。（３）副次的な利点として、中子核に使用する金属線
は繰返し再利用することが可能であり、またフェノール
樹脂を粘結剤に使うシェル中子の製作時にみられる独特
な臭気もなく、作業環境を良好に保つことができる。（４）本発明は、細孔を有する鋳造品を、きわめて容
易に、かつ安価に製造することを可能にした。機械部品
の設計者は、新しい視点で、細孔部品を設計することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による細孔用中子の縦
断面図である。

【図２】図１における鎖線円で囲まれた部分の拡大図で
ある。

【図３】細孔の横断面形状を示す図で、図３（ａ）は丸
孔を、図３（ｂ）は矩形孔を、図３（ｃ）は菱形孔を、
図３（ｄ）は半円形孔を、図３（ｅ）は星形孔を示して
いる。

【図４】細孔の縦断面形状を示す図で、図４（ａ）は直
孔を、図４（ｂ）は曲孔を、図４（ｃ）は枝分れ孔を示
している。

【図５】実施例において得られた直孔を有する鋳造品を
示す断面図である。

【図６】実施例において用いられた鋳型及びこの鋳型内
に中子をセットした状態を示す断面説明図である。

【図７】中子用被覆膜の反応生成物の定性分析結果を示
すグラフである。

【図８】中子用被覆膜の反応生成物のＸ線回折分析結果
を示すグラフである。

【図９】中子用被覆膜の反応生成物のＸ線回折分析結果
（生データ）を示すグラフである。

【図１０】中子用被覆膜の反応生成物のデータベース検
索結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０、５０細孔用中子１２金属線（中子核）１４無機物質１６有機物質１８被覆膜２０、２２、２４、２６、２８細孔３０、４０鋳造品３２直孔３４曲孔３６枝分れ孔３８直孔４２炭酸ガス鋳型４４上型４６下型４８湯道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｃ 9/24 Ｂ２２Ｃ 9/24 ＺＢ２２Ｄ 18/04 Ｂ２２Ｄ 18/04 Ｂ 29/00 29/00 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属線の表面に無機物質と有機物質との
混合物からなる被覆膜を設けた中子を鋳型内にセットし
た後、溶湯を注入し、被覆膜が溶湯に触れその熱により
一部を炭化物に、他の一部を酸化物に変化させ、溶湯が
凝固・冷却した後、型ばらしを行って、鋳造物から金属
線を引き抜くことを特徴とする細孔を有する鋳造品の製
造方法。
【請求項２】有機物質が紙又は布である請求項１記載
の細孔を有する鋳造品の製造方法。
【請求項３】無機物質が、珪酸リチウム、珪酸ソー
ダ、珪酸カリウム及びリン酸アルミニウムの少なくとも
いずれかの無機化学薬品である請求項１又は２記載の細
孔を有する鋳造品の製造方法。
【請求項４】金属線を中子核とし、この金属線を、無
機物質と有機物質との混合物からなる被覆膜で被覆し、
溶湯の熱により被覆膜の一部が炭化物に、被覆膜の他の
一部が酸化物に変化するようにしてなることを特徴とす
る細孔用中子。
【請求項５】被覆膜が、無機物質の水溶液を有機物質
に含浸させたものの膜である請求項４記載の細孔用中
子。
【請求項６】被覆膜が、粉砕した有機物質に無機物質
の水溶液を加えてスラリー状又はペースト状にしたもの
を塗布した膜である請求項４記載の細孔用中子。
【請求項７】有機物質が紙又は布である請求項４、５
又は６記載の細孔用中子。
【請求項８】無機物質が、珪酸リチウム、珪酸ソー
ダ、珪酸カリウム及びリン酸アルミニウムの少なくとも
いずれかの無機化学薬品である請求項４〜７のいずれか
に記載の細孔用中子。