JP2010094680A

JP2010094680A - 鋳物製造用構造体の製造方法

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Publication number: JP2010094680A
Application number: JP2008264775A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Kamisawa; 智史神澤
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-04-30
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: JP5441387B2

Abstract

【課題】複雑な形状であっても成形性に優れ、鋳物のガス欠陥を低減可能な鋳物製造用構造体を製造できる、鋳物製造用構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子、水溶性高分子化合物及び沸点（℃）が前記熱膨張性粒子の膨張開始温度（℃）以上である分散媒を含有するスラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形する工程を有する鋳物製造用構造体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋳物の製造時に用いられる鋳型等の構造体の製造方法、該方法により得られた鋳物製造用構造体、及び該構造体を用いた鋳物の製造方法に関する。

鋳物は、一般に、木型や金型などをもとに鋳物砂で内部にキャビティを有する鋳型を形成するとともに、必要に応じて該キャビティ内に中子を配した後、該キャビティに溶湯を供給して製造されている。

木型、金型は、加工に熟練を要し高価な設備も必要で、高価で重い等の欠点とともに廃棄物処理の問題も有し、量産の鋳物のほかには使用が困難である。また、鋳物砂を用いる砂型は、通常の砂にバインダーを添加し、硬化させて形状を保持させているため、砂の再利用には、再生処理工程が必須となる上、再生処理の際にダストなどの廃棄物が発生するなどの問題も有している。加えて、中子を砂型で製造する場合は、上記課題に加え中子自身の質量のため作業性が悪く、さらには、鋳込み時の強度保持と鋳込み後の中子除去性という相反する性能が要求される。

このような課題を解決する技術として、成形性や形状保持性に優れる、有機繊維、無機繊維、無機粒子及び熱硬化性樹脂を含有する鋳物製造用構造体を得る技術が知られている。更に、複雑な形状であっても細部にわたって精度よく賦形がなされた鋳物製造用構造体を得る技術として、有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂に加えて、熱膨張性粒子を含有させ、鋳物製造用構造体を得る技術（特許文献１、２参照）が開示されている。

特開２００６−３４６７４７号公報特開２００７−１４４５１１号公報

特許文献１、２の技術は、鋳込み時の強度保持及び鋳込み後の中子除去性に効果を有するものの、複雑な形状の鋳物製造用構造体を用いて鋳物の製造を行った場合には、鋳物にガス欠陥が発生することがあった。よって、この課題を改善し得る手段が強く望まれていた。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複雑な形状であっても成形性に優れ、鋳物のガス欠陥を低減可能な鋳物製造用構造体を製造できる、鋳物製造用構造体の製造方法及びそれにより得られた鋳物製造用構造体、並びにかかる鋳物製造用構造体を用いた鋳物の製造方法を提供することにある。

本発明は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子、水溶性高分子化合物及び分散媒を含有するスラリー状組成物を用い、加熱成形する鋳物製造用構造体の製造方法であって、分散媒の沸点（℃）が熱膨張性粒子の膨張開始温度（℃）以上である鋳物製造用構造体の製造方法に関する。

また、本発明は、上記本発明の製造方法によって得られた鋳物製造用構造体であって、通気度が６〜１２０である鋳物製造用構造体に関する。

また、本発明は、上記本発明の鋳物製造用構造体を使用して溶融金属を鋳込む鋳造工程を具備する鋳物の製造方法に関する。

本発明によれば、複雑な形状であっても成形性に優れ、鋳物のガス欠陥を低減可能な鋳物製造用構造体を製造できる、鋳物製造用構造体の製造方法及びそれにより得られた鋳物製造用構造体、並びにかかる鋳物製造用構造体を用いた鋳物の製造方法が提供される。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。
＜スラリー状組成物＞
本発明のスラリー状組成物は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子、水溶性高分子化合物及び分散媒を含有するものである。

（ｉ）無機粒子
本発明に係るスラリー状組成物に用いられる無機粒子としては、黒鉛、黒曜石、雲母、ムライト、シリカ、マグネシア等が挙げられる。無機粒子は、これらを単独又は二以上を選択して用いることができる。鋳物のガス欠陥低減の観点から、黒鉛が好ましく、更に黒鉛の中でも、土状黒鉛及び人造黒鉛から選ばれる少なくとも１種が好ましく、人造黒鉛を用いることがより好ましい。

前記無機粒子の平均粒子径は、鋳物のガス欠陥低減の観点から、８０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましく、１５０μｍ以上が更に好ましい。また、前記無機粒子の平均粒子径は、鋳物製造用構造体の熱間強度の観点から、２０００μｍ以下が好ましく、１０００μｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下が更に好ましい。かかる観点から、前記無機粒子の平均粒子径は、８０〜２０００μｍが好ましく、１００〜１０００μｍがより好ましく、１５０〜５００μｍが更に好ましい。

ここで、無機粒子の平均粒子径は下記の第１の測定方法で測定し、算出される平均粒子径が２００μｍ以上の場合は、その値を平均粒径とし、算出される平均粒径が２００μｍ未満の場合には、下記の第２の測定方法で測定することにより求めることができる。

〔第１の測定方法〕
ＪＩＳＺ２６０１（１９９３）「鋳物砂の試験方法」附属書２に規定する方法に基づいて測定し、質量累積５０％をもって平均粒子径とした。前記質量累積は、各ふるい面上の粒子を、ＪＩＳＺ２６０１（１９９３）解説表２に示す「径の平均Ｄｎ（ｍｍ）」とみなして計算するものとする。

〔第２の測定方法〕
レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積累積５０％の平均粒子径である。分析条件は下記の通りである。
・測定方法：フロー法
・屈折率：無機粒子によって変動（ＬＡ−９２０付属のマニュアル参照）
・分散媒：イオン交換水＋ヘキサメタリン酸ナトリウム０．１％混合
・分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
・試料濃度：２ｍｇ／１００ｃｍ³

本発明に係るスラリー状組成物中の前記無機粒子の含有量は、鋳物製造用構造体の熱間強度を向上させる観点から、前記無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子及び水溶性高分子化合物（以下、「無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子及び水溶性高分子化合物」を「スラリー状組成物の固形分材料」という）の総質量に対し、好ましくは３０〜９０質量％、より好ましくは４０〜８５質量％、更に好ましくは５０〜８０質量％である。

（ii）無機繊維
本発明に係るスラリー状組成物に用いられる無機繊維としては、炭素繊維、ロックウール等の人造鉱物繊維、セラミック繊維、天然鉱物繊維が挙げられる。無機繊維は、これらを単独又は二以上を選択して用いることができる。そして、これらの中でも、熱硬化性樹脂の炭化に伴う収縮抑制の観点から、炭素繊維が好ましく、ピッチ系やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維がより好ましく、ＰＡＮ系の炭素繊維が更に好ましい。

前記無機繊維は、鋳物製造用構造体の熱間強度の観点から、平均繊維長が好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、更に好ましくは２ｍｍ以上である。また、鋳物製造用構造体の成形性の観点から平均繊維長が好ましくは１５ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下、更に好ましくは５ｍｍ以下である。かかる観点から、前記無機繊維の平均繊維長は、好ましくは０．５〜１５ｍｍ、より好ましくは１〜８ｍｍ、更に好ましくは２〜５ｍｍである。

また、前記無機繊維は、鋳物製造用構造体の熱間強度、鋳物製造用構造体の成形性の観点から、長軸／短軸比は、好ましくは１〜５０００、より好ましくは１０〜２０００、更に好ましくは５０〜１０００である。

本発明に係るスラリー状組成物中の前記無機繊維の含有量は、鋳物製造用構造体の熱間強度の観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、更に好ましくは５質量％以上である。また、鋳物製造用構造体の成形性の観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下、更に好ましくは１５質量％以下である。かかる観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは２〜２０質量％、更に好ましくは５〜１５質量％である。

（iii）熱硬化性樹脂
本発明に係るスラリー状組成物に用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、鋳造時における熱分解ガスの発生量が少なく、燃焼抑制効果があること、熱分解（炭化）後における残炭率が２５％以上と高く、構造体を鋳型に用いた場合に炭化皮膜を形成して良好な鋳肌を得ることができる点からフェノール樹脂を用いることが好ましい。

前記フェノール樹脂としては、ノボラックフェノール樹脂、レゾールタイプ等のフェノール樹脂、尿素、メラミン、エポキシ等で変性した変性フェノール樹脂等が挙げられる。中でも、レゾールタイプのフェノール樹脂を用いる事で、酸、アミン等の硬化剤を必要とせず、構造体成形時の臭気や、構造体を鋳型として用いた場合の鋳物欠陥を低減することができるので、好ましい。

本発明に係るスラリー状組成物中の前記熱硬化性樹脂の含有量は、鋳物製造用構造体の熱間強度の観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、更に好ましくは５質量％以上である。また、鋳物のガス欠陥低減効果の観点から、前記熱硬化性樹脂は、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２０質量％以下、更に好ましくは１５質量％以下である。かかる観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、前記熱硬化性樹脂の含有量は、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは２〜２０質量％、更に好ましくは５〜１５質量％である。

（iv）熱膨張性粒子
本発明では、膨張開始温度（℃）が分散媒の沸点（℃）以下である熱膨張性粒子が用いられる。これにより、精度よく賦形がなされ、かつ高通気度の鋳物製造用構造体が得られ、鋳物のガス欠陥を大きく低減することが可能である。更に、前記熱膨張性粒子は、鋳物製造用構造体の複雑な形状の成形性及び高通気度を得ることによる鋳物のガス欠陥低減の観点から、前記熱膨張性粒子の膨張開始温度は、前記分散媒の沸点に対し、好ましくは５〜１００℃低く、より好ましくは１０〜８０℃低く、更に好ましくは１０〜７０℃低い。

ここで、前記熱膨張性粒子の膨張開始温度（℃）は、特開平１１−２６１５号公報における体積変化開始温度（特開平１１−２６１５号公報の段落００１２等参照）であり、本発明では、昇温速度１０℃／分の条件で昇温させた際の体積変化開始温度を指す。

なお、熱膨張性粒子の体積変化開始温度に幅がある場合は、当該体積変化開始温度の最小値を熱膨張性粒子の膨張開始温度とみなす。

前記熱膨張性粒子としては、熱可塑性樹脂を殻壁とし、低沸点炭化水素を内包（マイクロカプセル化）したものが挙げられる。

前記熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリル共重合体、塩化ビニリデン・アクリロニトリル共重合体、ポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・ブテン共重合体、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸エステル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル・共役ジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、メタクリル酸エステル・スチレン共重合体（ＭＳ樹脂）、メタクリル酸エステル・共役ジエン・スチレン共重合体（ＭＢＳ樹脂）、スチレン・無水マレイン酸共重合体（ＳＭＡ樹脂）、スチレン・共役ジエン共重合体及びその水素添加樹脂（ＳＢＳ、ＳＩＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ）、スチレン系エラストマー）ポリアミド系樹脂（ポリアミド、ポリアミド系エラストマー）、ポリエステル系樹脂（ポリエステル、ポリエステル系エラストマー）、ポリウレタン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などが挙げられる。前記熱可塑性樹脂は、鋳物製造用構造体の成形性の観点からアクリロニトリル共重合体が好ましい。

また、前記低沸点炭化水素としては、イソブタン、ノルマルブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、石油エーテル、ネオペンタン、プロパン、プロピレン、ブテンなどが挙げられる。低沸点化合物は、鋳物のガス欠陥低減効果（鋳物製造用構造体の通気性向上）の観点から、前記低沸点化合物の炭素数６以下、沸点が８０℃未満の炭化水素化合物が好ましい。熱膨張性粒子は、これらを単独又は二以上を選択して用いることができる。

前記熱膨張性粒子は、熱により膨張し、かつ膨張前の平均直径が、成形性の観点から、好ましくは１〜６０μｍ、より好ましくは２〜５０μｍであり、更に好ましくは５〜３０μｍである。また、８０〜２００℃で加熱すると、直径が３〜１０倍に膨張するものが好ましい。

本発明に係るスラリー状組成物中の前記熱膨張性粒子の含有量は、複雑な形状であっても細部にわたって精度よく賦形がなされた鋳物製造用構造体を得る観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上である。また、前記熱膨張性粒子の含有量は、鋳物のガス欠陥低減効果に優れる観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、更に好ましくは５質量％以下である。かかる観点から、前記熱膨張性粒子の含有量は、スラリー状組成物の固形分材料の総質量に対し、好ましくは０．１〜１５質量％、より好ましくは０．５〜１０質量％、更に好ましくは０．５〜５質量％である。

（ｖ）水溶性高分子化合物
本発明では、鋳物製造用構造体の製造原料であるスラリー状組成物に、鋳物製造用構造体の成形性向上の観点から、水溶性高分子化合物を添加することが必須である。ここで水溶性高分子化合物は、２５℃の水１００ｇに対して、１ｇ以上溶解し、かつ重量平均分子量が、１万〜１０００万であるものを意味し、１万〜５００万であるものが好ましい。

前記水溶性高分子には、天然高分子のアラビアガム、トラガントガム、キサンタンガム、グアーガム、ローカストビーンガム、ジェランガム、アルギン酸、カラギーナン、半合成高分子のメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カチオン化セルロース、合成高分子のポリアクリル酸、ポリ−α−ヒドロキシアクリル酸、アクリル酸系共重合体、アクリル酸エステル系共重合体、メタクリル酸エステル系、ノニオン系ポリアクリルアミド、アニオン系ポリアクリルアミド、カチオン系ポリアクリルアミド、ポリアミノアルキルメタクリレート、アクリルアミド／アクリル酸共重合体、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化マレイン酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリエーテル変性シリコーン、またはこれらの変性物などを挙げることができる。これらは塩であってもよい。水溶性高分子は、これらを単独又は二以上を選択して用いることができる。これらの中でも、水に対する増粘作用及び鋳物製造用構造体の成形性の観点から、半合成高分子、なかでも、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース又はその塩、カチオン化セルロース等のセルロース誘導体が好ましく、更にカルボキシメチルセルロース又はその塩が好ましい。

本発明に係るスラリー状組成物中の前記水溶性高分子の含有量は、鋳物のガス欠陥低減効果の観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総量に対して、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下、更に好ましくは５質量％以下である。また、前記水溶性高分子の含有量は、鋳物製造用構造体の成形性の観点から、スラリー状組成物の固形分材料の総量に対して、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上、更に好ましくは１質量％以上である。かかる観点から、前記水溶性高分子の含有量は、スラリー状組成物の固形分材料の総量に対して好ましくは０．１〜２０質量％、より好ましくは０．５〜１０質量％、更に好ましくは１〜５質量％である。

（vi）分散媒
本発明に係るスラリー状組成物では、沸点が熱膨張性粒子の膨張開始温度以上である分散媒が用いられる。分散媒としては、水の他、エタノール、メタノール、ジクロロメタン、アセトン、キシレンなどの溶剤が挙げられる。これらを単独又は二以上を混合して用いることができる。その中でも、取り扱い易さの点から、水が好ましい。

前記分散媒は、複雑な形状の鋳物製造用構造体であり、かつ高通気度である鋳物製造用構造体を得ることで、鋳物のガス欠陥低減が可能な観点から、前記分散媒の沸点は、熱膨張性粒子の膨張開始温度に対し、好ましくは５〜１００℃高く、より好ましくは１０〜８０℃高く、更に好ましくは１０〜７０℃高い。すなわち、前記分散媒の沸点と前記熱膨張性粒子の膨張開始温度との差〔分散媒の沸点（℃）−熱膨張性粒子の膨張開始温度（℃）〕が、好ましくは５〜１００℃、より好ましくは１０〜８０℃、更に好ましくは１０〜７０℃である。

本発明に係るスラリー状組成物は、分散媒を好ましくは３０〜８０質量％、より好ましくは４０〜７０質量％、更に好ましくは４５〜６５質量％含有する。

（vii）その他
本発明に係るスラリー状組成物において、前記無機粒子及び前記熱膨張性粒子の配合比は、鋳物のガス欠陥低減の観点から、前記無機粒子／前記熱膨張性粒子／＝４０／１５〜８０／０．１（質量比率）が好ましい。

本発明に係るスラリー状組成物において、前記無機粒子、前記無機繊維、前記熱硬化性樹脂、前記熱膨張性粒子、前記水溶性高分子化合物の配合比（質量比率）は、鋳物製造用構造体の熱間強度、鋳物のガス欠陥低減効果の観点から、好ましくは前記無機粒子／前記無機繊維／前記熱硬化性樹脂／前記熱膨張性粒子／前記水溶性高分子化合物＝４０〜９０／１〜２０／１〜３０／０．１〜１５／０．１〜２０（質量比率）、より好ましくは５５〜８５／２〜１８／２〜１８／０．５〜１２／０．５〜１０（質量比率）、更に好ましくは５０〜８０／５〜１５／５〜１５／０．５〜５／１〜５（質量比率）である（ただし、上記質量比率に用いる各成分の数値の合計は１００である。）。

本発明に係るスラリー状組成物は、より複雑な形状の鋳物製造用構造体における成形性、鋳物のガス欠陥低減効果の観点から、有機繊維の含有量が少ない方が好ましい。この観点から、前記有機繊維とスラリー状組成物の固形分材料の総量の配合比（質量比率）が、好ましくは前記有機繊維／スラリー状組成物の固形分材料の総量＝０．１（質量比率）以下、より好ましくは０．０５（質量比率）以下である。更に、前記スラリー状組成物に有機繊維を含有しないことが、よりさらに好ましい。

＜鋳物製造用構造体の製造方法＞
本発明の鋳物製造用構造体の製造方法は、前記無機粒子、前記無機繊維、前記熱硬化性樹脂、前記熱膨張性粒子、前記水溶性高分子化合物及び前記分散媒を含有するスラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形する工程を有する鋳物製造用構造体の製造方法であって、前記分散媒の沸点（℃）が熱膨張性粒子の膨張開始温度（℃）以上であるものである。

本発明の鋳物製造用構造体の製造方法に使用する成形型は、例えば、図１に示す中空棒状品に対応したキャビティを有する主型と中空を形成する心材とを備えることによって構成される。成形型の温度は、分散媒の蒸発、熱硬化性樹脂の硬化や熱膨張性粒子の膨張を考慮して、１２０〜２５０℃程度に加熱される。成形型にはゲートの開閉手段を設けることにより、スラリー状組成物が成形型に充填される。充填圧力は、エア圧力を手段にした場合は、０．５〜３ＭＰａ程度が好適である。

本発明の鋳物製造用構造体の製造方法は前記スラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形するものであり、好ましくは加熱成形する工程において前記スラリー状組成物を１２０〜２５０℃に加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させる。

次に、成形型に充填された前記本発明に係るスラリー状組成物は、成形型の加熱により発生した分散媒由来の蒸気及び熱硬化性樹脂由来のガス等を成形型外へ放出させつつ乾燥させ、冷却後、必要に応じてトリミング、薬剤の塗布等を行うことによって、本発明の鋳物製造用構造体を製造することができる。

＜鋳物製造用構造体＞
本発明の製造方法によって得られた鋳物製造用構造体は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子及び水溶性高分子化合物を含有するものである。

本発明の鋳物製造用構造体の通気度は、鋳物のガス欠陥低減効果に優れる観点から、好ましくは６以上、安定した鋳物のガス欠陥低減効果発現の観点から、より好ましくは１０以上、更に好ましくは１５以上である。また、本発明の鋳物製造用構造体の通気度は、鋳物のガス欠陥低減効果に優れる観点と構造体が鋳込み時においても十分な熱間強度を有する観点から、好ましくは１２０以下、より好ましくは１００以下、更に好ましくは８０以下である。かかる観点から、前記鋳物製造用構造体の通気度は、好ましくは６〜１２０、より好ましくは１０〜１００、更に好ましくは１５〜８０である。

前記鋳物製造用構造体の通気度は、例えば、（１）前記鋳物製造用構造体の密度を低減する、（２）前記熱膨張性粒子の膨張開始温度が前記分散媒の沸点に対し、５〜１００℃低いものを選択する（前記熱膨張性粒子の膨張開始温度と分散媒の沸点を適切に調節する）ことで、数値を大きくできる、すなわち通気度を向上できる。さらに、前記熱膨張性粒子の膨張開始温度と分散媒の沸点の適切な調節は、鋳物製造用構造体の密度を下げるよりも通気度向上に対する効果が大きい。尚、通気度は、実施例記載の測定方法により求めることができる。

本実施形態の鋳物製造用構造体の厚みは、その用途、及び構造体における部位に応じて適宜設定することができるが、溶融金属と接する部分における厚みは、好ましくは０．２〜５ｍｍ、より好ましくは０．２〜４ｍｍ、更に好ましくは０．４〜３ｍｍである。前記厚みが前記下限値以上であれば、鋳込み時に鋳物製造用構造体の形状機能が維持でき、前記上限値以下であれば、鋳込み時における熱分解ガス発生量が低減され、鋳物の表面欠陥が発生しにくくなる。

本発明により得られた鋳物製造用構造体は、内面に鋳物製品形状のキャビティを有する主型、主型に入れて使用する中子、或いは湯道などの注湯系部材、フィルター保持具等に適用することができるが、本発明の鋳物製造用構造体は表面平滑性に優れており、良好な鋳肌の鋳物を得ることができるため、主型や中子への適用が好ましい。特に本発明の鋳物製造用構造体は、鋳物のガス欠陥低減効果に優れる為、注型時に溶湯金属に覆われてガス欠陥が発生しやすくなる中子への適用に適しており、中空中子への適用により適している。

＜鋳物の製造方法＞
次に、本発明の鋳物製造用構造体を用いた鋳物の製造方法を、その好ましい実施形態に基づいて説明する。本実施形態の鋳物の製造方法では、上述のようにして得られた鋳物製造用構造体を鋳物砂内の所定位置に埋設して造型する。鋳物砂には、従来からこの種の鋳物の製造に用いられている通常のものを特に制限なく用いることができる。

そして、注湯口から溶融金属を注ぎ入れ、鋳込みを行う。このとき、本発明の構造体は、熱間強度が維持され、鋳物製造用構造体の熱分解に伴う熱収縮が小さいため、各鋳物製造用構造体のひび割れや、鋳物製造用構造体自体の破損が抑制され、溶融金属の鋳物用構造体への差込みや鋳物砂などの付着も生じにくい。

鋳込みを終えた後、所定の温度まで冷却し、鋳枠を解体して鋳物砂を取り除き、さらにブラスト処理によって鋳物製造用構造体を取り除いて鋳物を露呈させる。この時、前記硬化性樹脂が熱分解しているため、鋳物製造用構造体の除去処理は容易である。その後必要に応じて鋳物にトリミング処理等の後処理を施して鋳物の製造を完了する。

更に好ましい鋳物の製造方法としては、本発明の鋳物製造用構造体を中空中子として使用する態様であり、鋳型内に中空中子を、中空中子の開口部の少なくとも１つが鋳型外に開放するように配置し、次いで、鋳型内に溶融金属を注湯する方法が挙げられる。

具体的には、図３に示すように、図１の中空中子を主型に配置し、ケレンにより中空中子を支持し、中空中子の開口部の１つが鋳型外に開放するように配置し、次いで、鋳型内に溶融金属を注湯して鋳物を製造する方法が挙げられる。尚、中空中子の開口部の１つが鋳型外に開放するように配置する方法としては、主型に中空中子の中空部と連通するように開口部を備える方法でもかまわない。

実施例１〜７及び比較例１〜７
＜スラリー状組成物の調製＞
無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子化合物及び熱膨張性粒子の組成及び配合率（質量比率）が表１に示すようなスラリー状組成物の固形分材料１００ｇを攪拌混合により調製した後、このスラリー状組成物の固形分材料に分散媒１４０ｇを添加し、２０〜４０℃において２０００ｒｐｍで１０分間攪拌して、スラリー状組成物の固形分材料濃度が４１．７質量％（スラリー状組成物中、スラリー状組成物の固形分材料が４１．７質量％）、分散媒濃度が５８．３質量％（スラリー状組成物中、分散媒が５８．３質量％）であるスラリー状組成物を調製した。尚、表１に示すそれぞれの成分は、下記の通りである。

［無機粒子］
人造黒鉛：（株）中越黒鉛工業所製「Ｇ−３０」平均粒子径２１０μｍ
土状黒鉛：（株）中越黒鉛工業所製「ＡＥ−１」平均粒子径４２５μｍ

［無機繊維］
炭素繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レーヨン（株）製、商品名「パイロフィルチョップドファイバー」、平均繊維長３ｍｍ）

［熱硬化性樹脂］
フェノール樹脂：（エア・ウォーター（株）製「ベルパールＳ−８９０」）レゾールタイプ

［水溶性高分子化合物］
ＣＭＣ：カルボキシルメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬（株）製「セロゲンＭＰ−６０」、重量平均分子量：３７万〜４０万、２５℃の水１００ｇに対して、３ｇ以上溶解）

［熱膨張性粒子］
熱膨張性粒子１：松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−３６」（膨張開始温度：７５℃）
熱膨張性粒子２：松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−１０５Ｄ」（膨張開始温度：１３０℃）

［分散媒］
水：水道水沸点：１００℃
キシレン：和光純薬工業（株）製規格：試薬一級沸点：１４０℃
アセトン：和光純薬工業（株）製規格：和光一級沸点：５６．５℃
ジクロロメタン：和光純薬工業（株）製規格：和光一級沸点：４０．２℃

＜鋳物製造用構造体の製造＞
図１に示す中空棒状品に対応するキャビティを有する主型と中空を形成する心材を備える成形型に、上記で調製したスラリー状組成物をエア圧力１ＭＰａで、１６０℃に加熱された成形型へ充填した。５分間加熱することにより、外形１１ｍｍ（中空部径５ｍｍ）×長さ３８０ｍｍの図１に示す中空棒状品（鋳物製造用構造体）を得た。

＜鋳物製造用構造体の通気度測定方法＞
ＪＩＳＺ２６０１（１９９３）「鋳物砂の試験方法」に基づいて規定された、「消失模型用塗型剤の標準試験方法」（平成８年３月社団法人日本鋳造工学会関西支部）の「５．通気度測定法」に従い、当該刊行物（２４ページ図５−２）に記載された通気度測定装置（コンプレッサー空気通気方式）と同等原理の装置を用いて測定した。通気度Ｐは「Ｐ＝（ｈ／（ａ×ｐ））×ｖ」で表わされる。式中はそれぞれ、ｈ：試験片厚さ（ｃｍ）、ａ：試験片断面積（ｃｍ²）、ｐ：通気抵抗（ｃｍＨ₂Ｏ）、ｖ：空気の流量（ｃｍ³／ｍｉｎ）である。

ここで、試験片厚さは前記中空棒状品（鋳物製造用構造体）の肉厚すなわち「（外径−中空部直径）／２」とし、試験片断面積は「中空部直径×円周率×長さ」とした。

測定に際して、図２に示すとおり通気度試験器には前記中空棒状品の中空部に漏れなく接続できるようゴムチューブ及び接続冶具（パッキン）を取り付け、更に前記中空棒状品の中空部の片端に前記接続冶具を隙間無く接続し、他方の片端を空気の漏れを防ぐためパッキンで塞ぎ、測定を行った。

＜鋳物の鋳造＞
図３に示すように図１の中空棒状品（中空中子）を主型に配置した鋳型を使用し、下記溶湯を注入して下記形態の鋳物を鋳造した。
溶湯：鋳鉄ＪＩＳＦＣ３００相当、溶湯温度１４００℃
鋳物の形態：外径５４ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、中空部径１１ｍｍの中空棒状
鋳型（主型）：シェルモールド鋳型で鋳物中心線を水平分割面とした上下割型

＜鋳物の評価＞
上記で得られた鋳物表面の欠陥を評点で評価した。この評点は、鋳物を軸方向に１６分割のエリアに区切り、それぞれのエリアについて、上型側表面、下型側表面及び断面に発生する欠陥の有無で点数を集計して比較した。前記各エリアにおける点数は、下記（１）〜（９）の欠陥ごとに、存在しなければ１点、存在すれば、欠陥１つにつき−１点とした。結果として、エリア毎に９点満点、鋳物全体で９×１６＝１４４点満点となる。ここで、合計点数を１００／１４４倍し、鋳物全体で、１００点満点となるように評点を付した。結果を表１に示した。
〔上型側表面〕
（１）砂の焼着欠陥
（２）ピンホール欠陥（１ｍｍ以上の球状）
（３）クレーター状欠陥（３ｍｍ以上の浅い凹み）
〔下型側表面〕
（４）砂の焼着欠陥
（５）ピンホール欠陥（１ｍｍ以上の球状）
（６）クレーター状欠陥（３ｍｍ以上の浅い凹み）
〔断面〕
（７）砂の焼着欠陥
（８）ピンホール欠陥（１ｍｍ以上の球状）
（９）クレーター状欠陥（３ｍｍ以上の浅い凹み）

表１に示すように、分散媒の沸点が熱膨張性粒子の膨張開始温度以上である実施例１〜７では、中空棒状品（鋳物製造用構造体）は適度な通気性を有する為、鋳物のガス欠陥に起因する欠陥（砂の燃着欠陥、ピンホール欠陥、クレーター状欠陥）が顕著に低減された鋳物が得られていることがわかる。これに対し、分散媒の沸点が熱膨張性粒子の膨張開始温度以下である比較例１〜７では、中空棒状品（鋳物製造用構造体）の通気性が十分ではないため、得られた鋳物における欠陥発生を十分に低減できていないことがわかる。尚、表１の結果においては、通気度と鋳物評点には、鋳込み時の注湯温度、注湯時間、気象条件（特に湿度）の多少の差により完全に相関はないが、通気度を高くする（通気度の数値を大きくする）ことで、鋳物評点が向上する傾向があることを読み取ることができる。

実施例及び比較例で製造した中空棒状品を模式的に示す斜視図である。実施例及び比較例で用いた、中空棒状品の通気度測定方法である。実施例及び比較例で用いた鋳型を示す概略図である。鋳物表面の欠陥評価用に鋳物を軸方向に１６分割した箇所を示す概略図である。

Claims

無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱膨張性粒子、水溶性高分子化合物及び分散媒を含有するスラリー状組成物を成形型内に充填し、加熱成形する工程を有する鋳物製造用構造体の製造方法であって、分散媒の沸点（℃）が熱膨張性粒子の膨張開始温度（℃）以上である鋳物製造用構造体の製造方法。
前記無機粒子及び前記熱膨張性粒子の配合比が、前記無機粒子／前記熱膨張性粒子／＝４０／１５〜８０／０．１（質量比率）である請求項１記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
無機粒子が、土状黒鉛及び人造黒鉛から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
加熱成形する工程において前記スラリー状組成物を１２０〜２５０℃に加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させる請求項１〜３の何れか一項記載の鋳物製造用構造体の製造方法。
請求項１〜４の何れか一項記載の製造方法によって得られた鋳物製造用構造体であって、通気度が６〜１２０である鋳物製造用構造体。
請求項５記載の鋳物製造用構造体に溶融金属を鋳込む鋳造工程を具備する鋳物の製造方法。