JP2010142857A - 鋳物製造用構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯を鋳込んだときに生じるガスの発生量を低減できるとともに、通気性を高めることができる鋳物製造用構造体の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の鋳物製造用構造体の製造方法は、（１）無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子を含有する組成物を用いて製造された鋳物製造用構造体の前駆体を加熱して、該前駆体中の該熱硬化性樹脂を硬化させる第１の工程と、（２）第１の工程に付された後の前記前駆体を、第１の工程の加熱温度よりも高い温度で加熱する第２の工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋳物の製造のために用いられる鋳物製造用構造体を製造する方法に関する。

鋳物は、一般に、木型や金型などを元に、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。

鋳物砂を用いた砂型は、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ので、砂の再利用には再生処理工程が必須となる。更に、再生処理の際にダストなどの廃棄物が発生する。中子を砂型で製造する場合は、これらの不都合に加え、中子自身の重量に起因して取り扱いに難がある。更に、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。

そこで本出願人は先に、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提案した（特許文献１及び２参照）。この構造体は、鋳込時において熱間強度及び形状保持性に優れるという利点を有する。したがって、この構造体を用いて鋳物を製造すると、鋳造時に鋳物砂をバインダーで硬化させる必要がないので、鋳造後に機械的研磨によって砂を再生する必要がなく、従来に比べて廃棄物を低減できるという利点がある。

しかし、当該技術分野においては、中空形状や複雑な立体形状の鋳物を、高精度で、かつ高い表面平滑性で鋳造し得る技術がますます要求されている。

特開２００５−３４９４２８号公報 特開２００６−３４６７４７号公報

本発明の目的は、前述した従来技術よりも一層良好な鋳物を製造し得る技術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、水溶性高分子及び熱膨張性粒子を含有する組成物を用いて製造された鋳物製造用構造体の前駆体を加熱して、該前駆体中の該熱硬化性樹脂を硬化させる第１の工程と、
第１の工程に付された後の前記前駆体を、第１の工程の加熱温度よりも高い温度で加熱する第２の工程とを含む鋳物製造用構造体の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、溶湯を鋳込んだときに鋳物製造用構造体から生じるガスの発生量を低減でき、該構造体の通気性を高めることができる。したがって本発明に従い製造された鋳物製造用構造体を用いることで、ガスの発生に起因する鋳造の乱れが効果的に防止され、安定な鋳造を行うことができる。

本発明の鋳物製造用構造体の製造方法は、第１の加熱工程と第２の加熱工程に大別される。第１の加熱工程は、目的とする鋳物製造用構造体の前駆体を加熱する工程である。第２の加熱工程は、第１の工程に付された前駆体を加熱して、目的とする鋳物製造用構造体を得る工程である。以下、それぞれの工程について説明する。

第１の加熱工程においては、目的とする鋳物製造用構造体の前駆体を準備する。前駆体は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子を含有する組成物を用いて製造される。前駆体は、種々の方法で製造することができる。例えば成形原料として、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子、熱膨張性粒子及び分散媒を含有するドウ状の前駆体製造用組成物を調製し、この組成物を成形型に注入して前駆体を得る方法を採用することができる。この組成物には、必要に応じ、着色剤、離型剤等の他の成分を適宜の割合で添加することもできる。

前駆体製造用組成物の調製においては、均一に混合できる観点及び成形性向上の観点から、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子を、予め乾式で混合することが好ましい。混合物は次いで分散媒に分散される。得られた分散体を混練機で混練してドウ状の組成物に調製する。前駆体製造用組成物をドウ状に調製するとは、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子と分散媒とを捏和混練し、流動性を有しながらも無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子と分散媒とが容易に分離することがない状態に調製することをいう。

前駆体の製造に使用される成形型は、目的とする前駆体に対応した形状のキャビティを有する主型と、必要に応じて中空を形成する芯材とによって構成されている。成形型には、例えばゲート等の開閉手段が設けられている。このゲートを開いた状態で、前駆体製造用組成物を成形型のキャビティ内に充填する。充填には例えば高圧エアを用いることができる。この場合には、エアの圧力を０．１〜３ＭＰａ程度にすることが好適である。このようにして、湿潤状態の前駆体が成形型内に形成される。ここで、鋳物製造用構造体のうち、第１の加熱工程の前と、第２の加熱工程の前のものを前駆体という。

前駆体の製造方法の別法として、先に述べた特許文献１及び２に記載されている湿式抄造法も採用することができる。湿式抄造法においては、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子、熱膨張性粒子及び分散媒を含有する前駆体製造用組成物のスラリーを調製し、得られたスラリーを成形型に供給して湿式抄造を行う。抄造工程では、例えば２個で一組をなす割型を突き合わせることにより、前駆体の外形に略対応した形状を有し、かつ外部に向けて開口するキャビティが内部に形成される成形型を用いる。各割型には、外部とキャビティとを連通する多数の連通孔を設けておくとともに、各割型の内面を、所定の大きさの網目を有するネットによって被覆しておく。そして、成形型のキャビティ内に所定量の原料スラリーを、送圧ポンプ等を用いて注入する。これとともに、連通孔を通じて分散媒を成形型の外に吸引排出し、ネットにスラリーの固形分を堆積させる。スラリーの加圧注入の圧力は０．０１〜５ＭＰａ、特に０．０１〜３ＭＰａであることが好ましい。固形分が所定量堆積したら、スラリーの注入を停止し、次いでキャビティ内に空気を圧入して堆積物を所定の含水率になるまで脱水する。これよって、湿潤状態の前駆体が成形型内に形成される。

上述したいずれの方法を採用する場合においても、製造された前駆体を第１の加熱工程に付して、該前駆体に含まれている熱硬化性樹脂を硬化させる。加熱により熱硬化性樹脂が硬化することで、目的とする構造体の形状保持性が高まるとともに、熱膨張性粒子が膨張されながら乾燥成形が進行するので、成形型への前駆体の転写性が向上し、表面の平滑性に優れた鋳物製造用構造体の前駆体を得ることができる。

第１の加熱工程における加熱は、前駆体を成形型内に保持した状態で行ってもよく、あるいは成形型から取り出して行ってもよい。上述のとおり、前駆体は湿潤状態で得られるので、その取り扱い性を考慮すると、前駆体を成形型内に保持した状態で加熱工程に付すことが有利である。

第１の工程における加熱温度は、前駆体に含まれている熱硬化性樹脂を硬化させ得る温度とする。この温度は、使用する熱硬化性樹脂の種類に応じて適切に決定することができる。熱硬化性樹脂の硬化温度をＭｃ（℃）で表した場合、第１の工程における加熱温度は、Ｍｃ−５０℃〜Ｍｃ＋７０℃、特にＭｃ−５０℃〜Ｍｃ＋５０℃であることが好ましい。加熱時間も、使用する熱硬化性樹脂の種類に応じて適切に決定することができる。一般に、前記の温度範囲を１〜１８０分間、特に５〜６０分間保持することで、熱硬化性樹脂を十分に硬化させることができる。

本発明において、熱硬化性樹脂の硬化温度とは、樹脂材料の硬化反応の測定に使用される示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により求められた温度である。すなわち、１０ｍｇの試料を昇温レートが５℃／分の条件で加熱する過程において得られる熱量と温度との関係を、縦軸に熱量、横軸に温度としたグラフにプロットすると一部に上に凸な曲線（発熱ピーク）が得られる。この上に凸な曲線のうち，ガラス転移温度以上において最も低温側で極大値となるときの温度を硬化温度とする。なお、フェノール樹脂は硬化の際に水分蒸発をともなうため、高圧示差走査熱量測定（ＰＤＳＣ）により求めることが、より望ましい。

第１の工程において準備する前駆体を、上述したいずれの方法によって製造する場合においても、前駆体製造用組成物における各成分の配合比（質量％）は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の固形分総質量に対し、以下のとおりであることが好ましい。無機粒子については、４０〜９０質量％、特に６０〜８５質量％であることが、鋳込み時の構造体の形状保持性が良好になる点、及び構造体の表面性及び離型性が良好になる点から好ましい。無機繊維については、１〜２０質量％、特に２〜１６質量％であることが、構造体の成形性、及び鋳込み時の構造体の形状保持性が良好になる点から好ましい。熱硬化性樹脂については、１〜３０質量％、特に２〜２５質量％であることが、構造体の成形性及び表面平滑性、並びに鋳込み後の構造体の形状保持性が良好となる点から好ましい。水溶性高分子については、０．１〜１０質量％、特に０．５〜７質量％であることが前駆体製造用組成物を成形型内に充填する際に、成形原料中の分散媒が分離することなく流動性が良好な状態で充填が可能になるとともに、得られる構造体の通気性が良好となるので好ましい。熱膨張性粒子については、０．１〜１０質量％、特に０．１〜５質量％であることが、前駆体の成形型からの転写性、表面の平滑性が良好になる点から好ましい。

前駆体製造用組成物に含まれる無機粒子は、目的とする鋳物製造用構造体の耐熱性を向上させるために用いられる。無機粒子としては、例えば黒鉛、黒曜石、雲母、ムライト、シリカ、マグネシア、タルク等が用いられる。これらのうち、耐焼着性の観点から、黒鉛を用いることが好ましい。一般に黒鉛は、鱗状黒鉛や土状黒鉛のように天然に産出されるものと、石油コークス、カーボンブラック又はピッチなどを原料に人工的に製造される人造黒鉛とに分類される。また鱗状黒鉛は、形状が薄片状であることが特徴である。鋳物製造用構造体の通気性を向上させ、鋳造中に発生するガスを効率的に外部へ放出させる観点からは、薄片状で平面的に積層しやすい鱗状黒鉛よりも、土状黒鉛及び人造黒鉛から選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。更に、品質が安定し、鋳物製造用構造体の通気度を制御し易い観点から、人造黒鉛を用いることが一層好ましい。これらの無機粒子は単独で又は二種以上を併用しても良い。

無機粒子の平均粒子径は、鋳物製造用構造体の通気性を向上させる観点から、８０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましい。また、無機粒子の平均粒子径は、鋳物製造用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、３０００μｍ以下が好ましく、２５００μｍ以下がより好ましい。かかる観点から、無機粒子の平均粒子径は、８０〜３０００μｍが好ましく、１００〜２５００μｍがより好ましい。

無機粒子の平均粒子径は、下記の第１の測度方法で測定し、呼び寸法４２５μｍ以上のふるい面上の粒子重量合計が、全試料質量の１０％を超える場合は、第１の測定方法で算出される平均粒子径によって求める。そうでない場合は、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＞
ＪＩＳ Ｚ２６０１（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、重量累積５０％をもって平均粒子径とした。重量累積は、各ふるい面上の粒子を、ＪＩＳ Ｚ２６０１（１９９３）解説表２に示す「径の平均Ｄｎ（ｍｍ）」とみなして計算した。

＜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。分析条件は下記のとおりである。
・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質量％混合
・分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
・試料濃度：２ｍｇ／１００ｃｃ

無機繊維は、主として鋳物製造用構造体の骨格をなすものである。無機繊維は、例えば鋳造時の溶融金属の熱によっても燃焼せずにその形状を維持する。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、天然鉱物繊維等が挙げられる。無機繊維は、一種又は二種以上を選択して用いることができる。これらの無機繊維のうち、熱硬化性樹脂の炭化に伴う収縮を効果的に抑える点から、高温でも高強度を有する繊維である炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維としては、ピッチ系やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維が更に好ましく、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維が一層好ましい。無機繊維は、鋳物製造用構造体の成形性及び均一性の観点から平均繊維長が０．５〜１５ｍｍ、特に１〜８ｍｍであることが好ましい。

熱硬化性樹脂は、鋳物製造用構造体の常温強度及び熱間強度を維持させるとともに、鋳物製造用構造体の表面性を良好とし、鋳物製造用構造体を鋳型として用いて製造された鋳物の表面粗度を向上させるために用いられる。熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等が挙げられる。これらのうち、特に、鋳造時における熱硬化性樹脂の分解ガスの発生量が少なく、燃焼抑制効果があり、熱分解（炭化）後における残炭率が高く（例えば２５％以上）、鋳物製造用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。フェノール樹脂としては、硬化剤を必要とするノボラックフェノール樹脂及び硬化剤の必要ないレゾールフェノール樹脂のいずれもが用いられる。熱硬化性樹脂は、一種又は二種以上を選択して用いることができる。

フェノール樹脂の中でも、レゾールフェノール樹脂を単独又は併用すると、酸やアミン等の硬化剤を必要とせず、鋳物製造用構造体成形時の臭気を低減でき、また鋳物製造用構造体を鋳型として用いた場合に鋳造欠陥を低減することができるので一層好ましい。レゾールフェノール樹脂としては、例えば、旭有機材工業（株）製商品名ＫＬ４０００、エア・ウォーター（株）製ベルパール（登録商標）Ｓ−８９０などの市販品を用いることができる。

水溶性高分子は、鋳物製造用構造体の成形性を向上させるために用いられる。水溶性高分子は、組成物中においてポリマー分子鎖によるマトリクスを形成して分散媒との分離を抑制していると考えられる。また、組成物中の固形物の凝集を抑制し、該組成物の流動性を確保し、鋳物製造用構造体の成形性向上に寄与していると考えられる。本発明において水溶性高分子とは、通常（例えば２５℃）の使用条件下で水を吸着又は吸収する高分子化合物を意味する。例えば、２５℃の純水に対して１．０質量％以上溶解する水溶性高分子を用いることが好ましい。水溶性高分子としては、増粘性の多糖類、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。これらの水溶性高分子のうち、成形性の向上の観点から増粘性の多糖類を用いることが好ましい。増粘性の多糖類とは、水系で増粘性を発現する多糖類である。例えば、キサンタンガム、タマリンドガム、ジェランガム、グアーガム、ローカストビーンガム、タラガム等のガム剤、カルボキシメチルセルロース（以下、「ＣＭＣ」という）、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体、カラギーナン、プルラン、ペクチン、アルギン酸、寒天等が挙げられる。これら多糖類のうち、寒天のような天然物よりも、非天然物、例えばＣＭＣのようなセルロース誘導体や化学修飾物を用いることが好ましい。前駆体製造用組成物における水溶性高分子の配合量を少量としても、その性能が発揮されるからである。水溶性高分子の重量平均分子量は、好ましくは１万〜３００万であり、より好ましくは２万〜１００万である。

熱膨張性粒子は、上述した水溶性高分子と同様に、鋳物製造用構造体の成形性を向上させるために用いられる。熱膨張性粒子としては、熱可塑性樹脂の殻壁に、気化して膨張する膨張剤を内包したマイクロカプセルを用いることが好ましい。マイクロカプセルは、例えば８０〜２００℃で加熱すると、直径が３〜５倍、体積が５０〜１００倍に膨張することが好ましい。膨張前の熱膨張性粒子の平均粒径は、好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍである。熱膨張性粒子の膨張がかかる範囲内であると、膨張による成形精度への悪影響を抑えた上で添加効果が十分に得られやすい。

マイクロカプセルの殻壁を構成する熱可塑性樹脂としては、例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、アクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体又はこれらの組合せ等が挙げられる。これらのうち、適切な膨張開始温度や高い膨張率が得られる観点から、アクリロニトリル若しくは塩化ビニリデンからなる重合体又はそれらを１つ以上含む共重合体で殻壁を構成することが好ましい。殻壁に内包される膨張剤としては、例えばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、イソブタン、石油エーテル等の低沸点の有機溶剤が挙げられる。

上述の各成分とともに用いられ、前駆体製造用組成物を構成する分散媒としては、例えば水、エタノール、メタノール等の溶剤又はこれらの混合系等の水系の分散媒が挙げられる。成形体の品質の安定性、経済性、取り扱い易さ等の点から、特に水を用いることが好ましい。前駆体製造用組成物がドウ状のものである場合、前駆体製造用組成物における分散媒の量は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の固形分総質量に対し、好ましくは１０〜３００質量％であり、更に好ましくは５０〜２５０質量％であり、一層好ましくは１００〜２００質量％である。この範囲とすることで、無機粒子や無機繊維と分散媒とが容易に分離することがない状態になるように前駆体製造用組成物を調製することができる。前駆体製造用組成物が湿式抄造用のスラリーの状態である場合、前駆体製造用組成物における分散媒の量は、該分散媒の質量に対する、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の固形分総質量が、０．１〜３質量％、特に０．５〜２質量％となるような量であることが好ましい。

第１の加熱工程において熱硬化性樹脂の硬化が行われた前駆体は、次いで第２の加熱工程に付される。第２の加熱工程は、第１の加熱工程に引き続く連続工程として行われてもよい。つまり、第１の加熱工程の後に、成形型の更に温度を上昇させて第２の加熱工程を行ってもよい。あるいは第１の加熱工程の完了後、前駆体を一旦室温まで放冷した後に改めて加熱を行ってもよい。前者の場合、前駆体を成形型内に保持した状態で、該前駆体を第２の加熱工程に付すことが好ましい。後者の場合には、前駆体を成形型内に保持した状態で、該前駆体を第２の加熱工程に付してもよく、あるいは前駆体を成形型から取り出して第２の加熱工程に付してもよい。

第２の加熱工程は、第１の加熱工程の加熱温度よりも高い温度で行う。好ましくは、第１の加熱工程の加熱温度よりも４０℃以上高い温度、更に好ましくは７０℃以上、一層好ましくは８０℃以上の高い温度で行う。第２の加熱工程を行うことで、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の熱分解に起因するガスが型外に放出されるので、鋳型製造用構造体を用いて鋳物を鋳造するときに、これらの物質からガスが発生しづらくなるか、ガスが発生したとしても、その発生時期を遅らせることができるので、ガスの発生に起因する鋳造の乱れが効果的に防止され、安定な鋳造を行うことができる。また、熱硬化性樹脂の硬化が一層進行するので、目的とする鋳物製造用構造体の形状保持性が高まる。

上述の観点から、第２の加熱工程における加熱は、前駆体中の熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で、かつ水溶性高分子及び熱膨張性粒子の熱分解温度以上で行うことが好ましい。また、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の熱分解温度とは、常圧下において、これらの物質を熱重量測定（ＴＧ）したときに、水分の蒸発温度以上で、重量変化の傾きが大きく変化する温度のことである。例えば、水分蒸発温度１００℃以上であって、温度差が４０℃の間での重量変化の割合が１％以上となる温度をもって、熱分解温度とすることができる。

第２の加熱工程における加熱温度及び時間は、得られる鋳物製造用構造体からのガス発生量及び該構造体の強度に関係する。加熱温度が高い場合や加熱時間が長い場合には、鋳物製造用構造体から発生するガスの量を低減させることはできるが、その反面、該構造体の強度が低下する傾向にある。該構造体の強度低下は、鋳造操作にマイナスに作用する。この観点から、第２の加熱工程における加熱は、得られる鋳物製造用構造体の曲げ強度が１ＭＰａ以上なる加熱温度及び／又は加熱時間で行うことが好ましい。

以上の観点から、第２の加熱工程における温度の上限は、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の熱分解温度のうち、高い方の熱分解温度をＭｄ（℃）で表した場合、Ｍｄ＋１８０℃以下、特にＭｄ＋１５０℃以下とすることが好ましい。加熱時間は、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子の種類にもよるが、一般に前記の温度範囲を１〜６０分間、特に１〜３０分間、とりわけ２〜１０分間に保持することが好ましい。

このようにして目的とする鋳物製造用構造体が得られる。この構造体は、上述のとおり２つの加熱工程を経て得られたものなので、それに含まれる熱硬化性樹脂の硬化によって形状保持性が高く、また鋳造時にガスの発生量が少ないか、更に、通気性が高いものである。前駆体を、一度の加熱で第２の加熱工程の温度にまで加熱してしまうと、熱膨張性粒子の膨張が阻害され成形精度に悪影響を及ぼす。更に、分散媒の乾燥が急激に行われることで前駆体製造用組成物の流動性が低下し成形性が低下するという不都合がある。これに対して、２つの加熱工程を行う本実施形態の製造方法によれば、そのような不都合はない。

本実施形態に従い製造された鋳物製造用構造体の通気性に関し、後述する方法で測定された通気度は、好ましくは１〜５００リットル／（ｃｍ²・分）、更に好ましくは２〜５００リットル／（ｃｍ²・分）という高い値になる。したがって、本実施形態に従い製造された鋳物製造用構造体は、特に、複雑な形状の鋳物を造型するような厳しい条件で発生するガス欠陥の低減に顕著な効果を発揮する。

鋳物製造用構造体の使用前（鋳造に供せられる前）の質量含水率は５質量％以下が好ましく、２質量％以下がより好ましい。含水率が低いほど、鋳造時の水蒸気に由来するガス発生量を低く抑えることができ、ガス欠陥を低減できる。

このようにして得られた鋳物製造用構造体には必要に応じてトリミングや薬剤の塗布等を行うことができる。この構造体中における無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂の配合比（質量比率）は、無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂＝４０〜９０／１〜２０／１〜３０（質量比率）が好ましく、５０〜８５／２〜１６／２〜２５（質量比率）がより好ましく、５０〜８５／２〜１６／２〜２０（質量比率）が更に好ましい。また、構造体の厚さは０．２〜５ｍｍが好ましく、０．７〜１．５ｍｍがより好ましい。厚みがこの範囲内であると、熱膨張性粒子の膨張の成形性に及ぼす影響を抑えた上で、構造体の強度を十分に確保でき、鋳造時のガスの発生も抑えることができる。

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、その主型に入れて使用する中子、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。特に、本実施形態で得られた鋳物製造用構造体を主型や中子として用いると、良好な鋳肌の鋳物を得ることができるので好ましい。とりわけ、本実施形態で得られた鋳物製造用構造体は、鋳物のガス欠陥低減効果に優れるので、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が好ましく、中空中子への適用がより好ましい。

本実施形態で得られた鋳物製造用構造体を例えば主型として用いる場合には、該構造体を鋳物砂内の所定位置に埋設して造型すればよい。鋳物砂には、従来この種の鋳物の製造に用いられている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、本実施形態で得られた鋳物製造用構造体は、ガスの発生量が低減されており、またガスの発生時期が遅くなっており、更に通気性の高いものなので、鋳物のガス欠陥が低減されたものとなる。また、該構造体は、熱間強度が維持され、熱分解に伴う熱収縮が小さいので、該構造体のひび割れや該構造体自体の破損が抑制され、溶融金属の該構造体への差し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、更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。このとき、熱硬化性樹脂は熱分解しているので、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は、本実施形態で得られた鋳物製造用構造体を中空中子として使用する態様である。この場合には、鋳型内に中空中子を、該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。具体的には、中空中子を主型に配置し、必要によってはケレンにより中空中子を支持し、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して鋳物を製造する方法が挙げられる。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する方法として、主型に中空中子の中空部と連通するように開口部を設ける方法を採用してもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。特に断らない限り「％」は「質量％」を意味する。

〔実施例１〕
（１）前駆体製造用組成物の調製
以下の表１に示す配合からなるドウ状の前駆体製造用組成物を調製した。なお、同表に記載のフェノール樹脂の硬化温度（Ｍｃ）は２００℃であった。

（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、中空を形成する芯材とを備える成形型に、前駆体製造用組成物をエア圧力１ＭＰａで充填し、前駆体を成形した。成形型は２００℃に加熱しておいた（第１の加熱工程）。この加熱によって、前駆体に含まれている分散媒由来の蒸気や、フェノール樹脂由来のガスを成形型外へ放出させつつフェノール樹脂を硬化させた。乾燥時間は２分間とした。次いで、得られた前駆体を３６０℃に設定した熱風式加熱炉に３分間入れ、ＣＭＣや熱膨張性粒子由来のガスを成形型外へ放出させつつ、フェノール樹脂を更に硬化させた（第２の加熱工程）。このようにして目的とする鋳物製造用構造体を得た。

〔実施例２ないし７〕
第２の加熱工程の条件として、以下の表２に示す条件を採用した以外は、実施例１と同様にして鋳物製造用構造体を得た。

〔比較例１〕
実施例１において、第１の加熱工程の温度を２００℃とし、かつ第２の加熱工程を行わない以外は実施例１と同様にして鋳物製造用構造体を得た。

〔比較例２及び３〕
第２の加熱工程の条件として、以下の表２に示す条件を採用した以外は、実施例１と同様にして鋳物製造用構造体を得た。

〔評価〕
実施例１ないし７及び比較例１で得られた構造体について、曲げ強度及び通気度を以下の方法で測定した。それらの結果を表２に示す。また、実施例１及び比較例１で得られた構造体について、ガス発生量及びガス発生速度を以下の方法で測定した。その結果を図２に示す。

〔曲げ強度〕
曲げ強度とは最大曲げ応力をいう。（株）オリエンテックの万能試験機（テンシロン）を用いて３点曲げ試験を行い、曲げ強度の測定を行った。すなわち、支点間距離を５０ｍｍに設定した該万能試験機付属の３点曲げ試験ジグ上に鋳物製造用構造体を設置し、支点間の中央部に上部から圧子を用いて鋳物用構造体に集中荷重を加えたときの最大荷重を測定し、下記式１より最大曲げ応力を算出した。なお、負荷速度は２５ｍｍ／分で一定とした。
最大曲げ応力〔ＭＰａ〕＝測定サンプルに加わる最大モーメント〔Ｎ・ｍｍ〕／測定サンプルの断面係数〔ｍｍ³〕 （１）

〔通気度〕
ＪＩＳ Ｚ２６０１（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＝（Ｖ×ｈ）／（ｐ×ａ×ｔ）」で表される。式中、Ｖは通過空気量（ｃｍ³）、ｈは試験片厚さ（ｃｍ）、Ｐは空気圧（ｃｍＨ₂Ｏ）、ａは試験片断面積（ｃｍ²）、ｔはＶが通過するに要する時間（ｍｉｎ）である。試験片厚さは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３に示すとおり、鋳物製造用構造体の中空部に漏れなく接続できるよう、通気度試験器にゴムチューブ及び接続冶具（パッキン）を取り付けた。更に、鋳物製造用構造体の中空部片端に前記の接続冶具を隙間なく接続し、もう片端をパッキン等で塞ぎ空気の漏れを防いで測定を行った。

〔ガス発生量及びガス発生速度〕
ＨＡＲＲＹ Ｗ．ＤＩＥＴＥＲＴ ＣＯ．製のガス圧力測定装置（機器名称：Ｎｏ．６８２ ＧＡＳ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＴＥＳＴＥＲ）を用いて測定した。すなわち、炉内温度を予め１０００℃に上昇、安定させておき、鋳物製造用構造体の任意の箇所から質量０．１００ｇを採取することで測定サンプルとし、該測定サンプルを前記ガス圧力測定装置の所定の箇所に設置し、前記ガス圧力測定装置の取扱説明書に従い鋳物製造用構造体から発生するガスの発生量及びガス発生速度を測定した。なお、ガス発生量及びガス発生速度のデータ処理には、（株）島津製作所製のクロマトパックＣ−Ｒ４Ａを用いた。

表２に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた鋳物製造用構造体は、容易に崩壊し得ることのない１ＭＰａ以上の曲げ強度を有し、かつ通気度に関しては比較例１で得られた鋳物製造用構造体よりも値が大きい（通気度が高い）ことが判る。また、図２に示す結果から明らかなとおり、実施例１で得られた鋳物製造用構造体は、比較例１で得られた鋳物製造用構造体に比べ、ガスの発生量が少なく、かつガスの発生速度が遅いことが判る。

図１は、実施例及び比較例で製造された鋳物製造用構造体に対応する中空棒状品の鋳物を示す模式図である。 図２は、実施例１及び比較例１で得られた鋳物製造用構造体のガス発生量及びガス発生速度の測定結果を示すグラフである。 図３は、各実施例及び比較例で得られた鋳物製造用構造体の通気度を測定するための装置を示す模式図である。

Claims (6)

1. 無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性高分子及び熱膨張性粒子を含有する組成物を用いて製造された鋳物製造用構造体の前駆体を加熱して、該前駆体中の該熱硬化性樹脂を硬化させる第１の工程と、
   第１の工程に付された後の前記前駆体を、第１の工程の加熱温度よりも高い温度で加熱する第２の工程とを含む鋳物製造用構造体の製造方法。
2. 第２の工程における加熱を、前記前駆体中の前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で、かつ前記水溶性高分子及び前記熱膨張性粒子の熱分解温度以上で行う請求項１記載の製造方法。
3. 第２の工程における加熱を、得られる鋳物製造用構造体の曲げ強度が１ＭＰａ以上となる加熱温度及び／又は加熱時間で行う請求項１又は２記載の製造方法。
4. 第２の工程における加熱時間を１〜６０分とする請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記水溶性高分子が、増粘性の多糖類である請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法。
6. 無機粒子、無機繊維及び熱硬化性樹脂を含有する鋳物製造用構造体であって、
   前記構造体の通気度が、１〜５００リットル／（ｃｍ²・分）である鋳物製造用構造体。

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