JP2021171813A - 鋳型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度や耐湿性や引っ掻き硬度等の鋳型特性の向上された鋳型を、工業的に有利に製造し得る方法を、提供する。【解決手段】乾態のコーテッドサンドに、水性媒体を添加して、混練するに際して、かかる乾態のコーテッドサンドを予熱した後、水性媒体の添加を行って、混練を実施することにより、乾態のコーテッドサンドを湿態化せしめ、そして、その得られた湿態化コーテッドサンドを、その加温状態を保持しつつ、予熱された所定の成形型に充填して、造型を行なうようにする。【選択図】なし

Description

本発明は、鋳型の製造方法に係り、特に、鋳型特性に優れた鋳型を有利に製造し得る方法に関するものである。

従来より、金属溶湯の鋳造に用いられる鋳型の一つとして、耐火性骨材（鋳物砂）の表面を、所定のバインダ（粘結剤）にて被覆してなる構造のコーテッドサンド（鋳型材料）を用いて、目的とする形状に造型して得られたものが、用いられてきている。そして、そのようなコーテッドサンドにおけるバインダとしては、水ガラスの如き無機系バインダの他、フェノール樹脂やフラン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂からなる有機系バインダが用いられており、また、それらバインダを用いて、自硬性鋳型を造型する手法も、実用化されている。

そして、それらバインダのうちの水溶性バインダは、水溶液の形態において用いられており、それが所定の耐火性骨材に混練せしめられることにより、かかる耐火性骨材の表面を水溶性バインダにて被覆してなる形態のコーテッドサンドとして形成された後、鋳型の造型を行なう手法としても、各種の方法が提案されている。また、そのようなコーテッドサンドを用いた鋳型の造型においては、一般に、コーテッドサンドの固化や硬化を迅速に進めて、所望の強度等の特性を得るべく、コーテッドサンドの充填される成形型は、所定の温度に予熱せしめられている。

例えば、特開２０１２−７６１１５号公報においては、かかる水溶性バインダの一つである水ガラスを用いて、所定の耐火性骨材を被覆せしめてなる、流動性が良好な乾態のコーテッドサンドを、成形型に充填した後、型内に水蒸気を吹き込んだり、水分を供給したりして、コーテッドサンドの表面のバインダ層を湿らせ、次いで加熱することによって固化せしめて、目的とする形状の鋳型を製造する手法が提案され、それによって、流動性が良好であり、耐熱性や強度に優れた鋳型を提供し得るとされている。

しかしながら、そのような鋳型の製造手法にあっては、成形型に充填されたコーテッドサンドに対して、水蒸気や水分が供給されて、その湿態化が行なわれるものであるところから、充填されたコーテッドサンドの全体が均一に湿態化され難く、そのために、造型された鋳型の物性が、鋳型の部位によって異なるものとなり、不均一となる問題が内在している。また、かかる水分の供給によって、コーテッドサンドを被覆する水溶性バインダの溶解が充分でないと、コーテッドサンド同士の接着部分において、その接着層の骨材側部位と骨材間の中間部位との間に濃度差（バインダ成分の濃度差）が生じて、耐湿性が悪化するようになるのである。特に、かかる濃度差は、バインダとして水ガラスが用いられたときに惹起され易く、そこでは、バインダ層の表面に、水に溶解され易いナトリウム分が多く存在して、骨材側には、ケイ酸分が溶け残る形となることによって、耐湿性の悪化が惹起されるようになるのである。しかも、成形型内に充填されたコーテッドサンドの湿潤化のために、水蒸気や水分が過剰に供給されたり、或いは、不均一に供給されて、過剰の水分が部分的に存在するような場合にあっては、その部分を加熱して、乾燥せしめ、固化するには、時間がかかるようになり、そのために、造型サイクルが長くなる問題を内在しており、また、成形型内でのコーテッドサンドの充填層の乾燥が不充分なまま、鋳型を取り出した場合にあっては、残留する水分によって、鋳型の耐湿性が悪くなる等の問題も惹起することとなる。

また、特表２０１２−５０１８５０号公報においては、耐火性骨材である鉱物砂や合成砂の表面に水ガラス層が形成されてなる乾態のコーテッドサンドを用いて、それを、２０℃乃至１６０℃の温度に予熱された成形型内に充填した後、水蒸気を吹き込む一方、その充填されたコーテッドサンドを硬化せしめることにより、目的とする鋳型を造型する手法が、提案されている。

ところで、かくの如き造型手法において、成形型に充填されるコーテッドサンドは、一般に、常温状態で提供されるものであるところから、そのような常温状態のコーテッドサンドが、予熱された成形型内に充填されて、造型が行なわれると、その充填されたコーテッドサンドに対する熱の伝達が不均一となり易く、そのために、コーテッドサンドの固化乃至は硬化にムラが惹起されて、得られる鋳型の強度が低下する等の、鋳型物性の安定した発現が困難となる問題が内在している。しかも、そのような常温状態のコーテッドサンドは、予熱された成形型に充填されても、直ぐには、その温度が上昇され難いものであるところから、水ガラスの溶解が不充分となる恐れがあり、これによって、コーテッドサンド同士の接着力が弱くなって、鋳型強度を充分に発揮することが出来ない問題も、内在しているのである。

特開２０１２−７６１１５号公報 特表２０１２−５０１８５０号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、鋳型の改良された製造方法を提供することにあり、また、他の課題とするところは、強度や耐湿性、引っ掻き硬度等の鋳型特性の向上された鋳型を、工業的に有利に製造し得る方法を、提供することにある。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組み合わせにおいて、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されるものではなく、明細書全体の記載から把握される発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。

そこで、本発明は、先ず、前記した課題を解決すべく、耐火性骨材の表面を水溶性バインダにて被覆して得られる乾態のコーテッドサンドに、水性媒体を添加して、混練するに際して、該乾態のコーテッドサンドを予熱した後、かかる水性媒体の添加を行って、混練を実施することにより、該乾態のコーテッドサンドを湿態化せしめ、そして、その得られた湿態化コーテッドサンドを、その加温状態を保持しつつ、予熱された所定の成形型に充填して、造型することを特徴とする鋳型の製造方法を、その要旨とするものである。

なお、このような本発明に従う鋳型の製造方法の望ましい態様の一つによれば、前記加温状態にある湿態のコーテッドサンドが、３０℃〜１００℃の温度を有しており、また前記乾態のコーテッドサンドの予熱温度としては、３２℃〜１５０℃の範囲内の温度が、有利に採用されることとなる。

また、本発明にあっては、前記水性媒体は、その沸点未満の温度に予熱されていることが望ましく、そしてその予熱温度としては、３０℃〜１００℃の範囲内の温度が好適に採用されることとなる。

さらに、本発明に従う鋳型の製造方法の望ましい態様の他の一つによれば、前記乾態のコーテッドサンドには、充填性向上剤や耐湿性改善剤が含有せしめられ、これによって、鋳型の造型性や得られた鋳型の特性が、有利に向上せしめられ得るのである。

そして、本発明にあっては、水性媒体は、乾態のコーテッドサンドの１００質量部に対して、０．３〜６質量部となる割合において、かかるコーテッドサンドに添加せしめられることが望ましい。

また、本発明に従う鋳型の製造方法の別の望ましい態様によれば、前記成形型は、４０℃〜２５０℃の温度に加熱されている。

加えて、本発明にあっては、前記水溶性バインダとしては、可溶性のケイ酸化合物が、好適に用いられることとなる。

このように、本発明に従う鋳型の製造方法にあっては、粘結剤として水ガラス等の水溶性バインダを用いて得られた乾態のコーテッドサンドを、水性媒体の添加に先立って、所定の温度に予熱した後、当該水性媒体の添加を行ない、そして混練することにより、湿態化されたコーテッドサンドを形成せしめ、次いでそれを、かかる湿態化時の加温状態のまま、予熱された成形型を用いて、造型せしめるものであるところから、コーテッドサンドにおける水溶性バインダからなる被覆層の、バインダとしての効果を有利に高め得て、得られる鋳型の曲げ強度や耐湿性が効果的に向上せしめられ得ることとなることに加えて、鋳型の引っ掻き硬度をも有利に向上せしめ得ることとなるのであり、以て、鋳型特性に優れた鋳型を、工業的に有利に製造し得ることとなったのである。

ところで、本発明に従う鋳型の製造方法において、予め準備される乾態のコーテッドサンドは、一般に、耐火性骨材に対して、粘結剤として、水溶液の状態にある水溶性バインダを混合せしめ、そしてその混合物から水分を蒸発させることにより、換言すれば水溶液の状態にある水溶性バインダの水分を蒸発させることによって、製造されるものである。そして、その得られたコーテッドサンドは、粘結剤である水溶性バインダの固形分からなる乾燥した被覆層が、所定厚さにおいて、かかる耐火性骨材の表面に形成されてなる、乾態のものであって、良好な常温流動性を有しているものである。

また、かかるコーテッドサンドにおいて、乾態状態を与える水分量の範囲は、水溶性バインダの性質によって異なるものとなる。このため、本発明における乾態とは、水分量に関わらず、動的安息角を測定した時に、動的安息角の測定値が得られるものをいうこととする。ここで、動的安息角とは、軸方向の一方の端部が透明な板材で閉塞されてなる円筒内にコーテッドサンドを収容して（例えば、直径７．２ｃｍ×高さ１０ｃｍの容器に、その体積の半分まで、コーテッドサンドを入れる）、軸心が水平方向となるように保持し、一定速度（例えば、２５ｒｐｍ）で水平な軸心回りに回転させることにより、円筒内で流動しているコーテッドサンド層の斜面が平坦面状となったときに、その斜面と水平面との間で形成する角度を測定したものである。そして、この動的安息角は、８０°以下であることが好ましく、中でも４５°以下がより好ましく、更には３０°以下がより一層好ましい。特に、耐火性骨材が球状である場合において、動的安息角を４５°以下とすることが、容易に実現可能となる。なお、コーテッドサンドが湿ったような状態で、円筒内で流動せずに、コーテッドサンド層の斜面が平坦面として形成されず、動的安息角が測定できないものを、湿態のコーテッドサンドと称することとする。

そして、本発明においては、造型原料として、上述の如き乾態のコーテッドサンドを用いることとしたことにより、その可使時間が長くなり、貯蔵安定性が有利に向上せしめられ得るところから、そのような乾態のコーテッドサンドを、造型現場とは異なる、工場等の場所において、予め大量に準備しておき、その一部を造型現場に運搬して、目的とする鋳型の造型に用いるようにすることが出来ることとなり、以て、造型作業の効率化にも大いに寄与せしめ得ることとなるのである。

ここにおいて、上述の如きコーテッドサンドを構成する耐火性骨材としては、鋳型の基材として機能する耐火性物質であって、従来から鋳型用として利用されている各種の耐火性粒状乃至は粉状材料が何れも用いられ得、具体的には、ケイ砂、再生ケイ砂をはじめ、アルミナサンド、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド等の特殊砂や、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系スラグ、転炉スラグ等のスラグ系粒子；アルミナ系粒子、ムライト系粒子等の人工粒子及びこれらの再生粒子；アルミナボール、マグネシアクリンカー等を挙げることが出来る。また、これらの耐火性骨材は、新砂であっても、或いは、鋳物砂として鋳型の造型に一回或いは複数回使用された再生砂または回収砂であっても、更には、そのような再生砂や回収砂に新砂を加えて混合せしめてなる混合砂であっても、何ら差支えない。そして、そのような耐火性骨材は、一般に、ＡＦＳ指数で４０〜１３０程度の粒度のものとして、好ましくは、６０〜１１０程度の粒度のものとして、用いられることとなる。

このような耐火性骨材は、球状のものであることが好ましく、具体的には粒形係数が１．２以下、より好ましくは１．０〜１．１であることが望ましい。粒形係数が１．２以下である耐火性骨材を用いることにより、流動性や充填性が良くなって、骨材同士の接点数が多くなるところから、同じ強度を発現するために必要な粘結剤の量や添加物量を少なくすることができる。なお、ここで用いられる骨材の粒形係数は、一般に、粒子の外形形状を示す一つの尺度として採用され、粒形指数とも称されるものであって、その値が１に近付く程、球形（真球）に近付くことを意味しているものである。そして、そのような粒形係数は、公知の各種の手法で測定された砂表面積を用いて算出された値にて表わされるものであって、例えば、砂表面積測定器（ジョージ・フィッシャー社製）を用いて、１ｇあたりの実際の砂粒の表面積を測定し、それを、理論的表面積で除した値を意味するものである。なお、理論的表面積とは、砂粒が全て球形であると仮定した場合の表面積である。

また、上述の如き耐火性骨材を被覆するバインダは、粘結剤とも呼称されるものであって、本発明においては、水溶性のバインダが用いられることとなる。この水溶性バインダとしては、水溶性である限りにおいて、無機高分子、熱硬化性樹脂、糖類、合成高分子、塩類、タンパク質の何れをも用いることが出来る。そして、これらは、単独で用いられてもよく、また二つ以上を選択して用いられてもよいが、特に、無機高分子を用いることが好ましい。また、これらの水溶性バインダは、事前に水や溶剤で希釈して用いられてもよい。

そして、そのような水溶性バインダとして用いられる無機高分子としては、水ガラス、コロイダルシリカ、アルキルシリケート、ベントナイト、セメント等を挙げることが出来るが、それらの中でも、水ガラスが好適に用いられることとなる。また、かかる水ガラスは、可溶性のケイ酸化合物の溶液であって、そのようなケイ酸化合物としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸アンモニウム等やそれらの水和物、例えばメタケイ酸ナトリウム９水和物、メタケイ酸ナトリウム５水和物等を挙げることが出来るが、特に、本発明にあっては、ケイ酸ナトリウム（ケイ酸ソーダ）が有利に用いられることとなる。

さらに、そのようなケイ酸ナトリウムは、通常、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比により、１号〜５号の種類に分類されて、用いられている。具体的には、ケイ酸ナトリウム１号は、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が２．０〜２．３であるものであり、またケイ酸ナトリウム２号は、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が２．４〜２．６であるものであり、更にケイ酸ナトリウム３号は、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が２．８〜３．３であるものである。加えて、ケイ酸ナトリウム４号は、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が３．３〜３．５であるものであり、またケイ酸ナトリウム５号は、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が３．６〜３．８であるものである。これらの中で、ケイ酸ナトリウム１号〜３号は、ＪＩＳ−Ｋ−１４０８にても規定されている。そして、これらのケイ酸ナトリウムは、単独での使用の他、混合して用いられてもよく、また混合することで、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比を任意に調製することも可能である。なお、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比は、上記したケイ酸ナトリウム１号〜５号にて規定されている範囲に限定されるものではなく、例えば０．８〜４．０の範囲であれば良い。

なお、本発明において用いられる乾態のコーテッドサンドを有利に得るべく、粘結剤として用いられる水ガラスを構成するケイ酸ナトリウムは、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が、一般に１．９以上、好ましくは２．０以上、より好ましくは２．１以上であることが望ましく、上記したケイ酸ナトリウムの分類において、１号及び２号に相当するケイ酸ナトリウムが、特に有利に用いられることとなる。かかるケイ酸ナトリウム１号及び２号は、それぞれ、水ガラス中のケイ酸ナトリウム濃度が広い範囲においても、安定して、特性の良好な乾態のコーテッドサンドを与えるものである。また、そのようなケイ酸ナトリウムにおけるＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比の上限は、水溶液の形態にある水ガラスの特性に応じて適宜に選定されることとなるが、一般に３．５以下、好ましくは３．２以下、より好ましくは２．７以下とされることとなる。ここで、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比が１．９よりも小さくなると、水ガラスの粘性が低くなり、水分量をかなり低くしなければ、乾態とすることが困難となるのであり、一方３．５よりも大きくなると、水への溶解度が低下して、耐火性骨材の表面への付着が充分でないために、接着面積が稼げず、鋳型強度が低下する問題を生じる。

また、本発明において用いられる水ガラスは、水に溶けた状態のケイ酸化合物の溶液のことを意味し、市場において購入されたままの原液の状態において用いられる他、そのような原液に水を添加して、希釈した状態において用いられることとなる。そして、そのような水ガラスから、水や溶剤等の、揮発する物質を除いた固形分（水ガラス成分）を不揮発分と言い、これが、上記したケイ酸ナトリウム等の可溶性のケイ酸化合物に相当するものである。また、そのような不揮発分（固形分）の割合が高い程、水ガラス中のケイ酸化合物濃度は、高くなるものである。従って、本発明において用いられる水ガラスの不揮発分とは、それが原液のみにて構成される場合においては、かかる原液中の水分量を除いた割合に相当することとなり、一方、原液を水にて希釈して得られる希釈液が用いられる場合にあっては、原液中の水分量と希釈に用いられた水の量とを除いた残余の量が、使用される水ガラスの不揮発分に相当することとなる。

そして、そのような水ガラス中の不揮発分は、水ガラス成分（可溶性ケイ酸化合物）の種類等に応じて適宜の割合とされることとなるが、有利には、２０〜５０質量％の割合において含有せしめられていることが望ましい。この不揮発分に相当する水ガラス成分を適度に水溶液中に存在せしめることによって、耐火性骨材との混合（混練）時に、かかる耐火性骨材に対して、ムラなく、均一に、水ガラス成分を被覆させることが出来、それによって、目的とする鋳型を、本発明に従って有利に造型することが可能となる。なお、水ガラス中における水ガラス成分の濃度が低くなり過ぎて、不揮発分の合計量が２０質量％未満となると、コーテッドサンドの乾燥のために、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりする必要があり、そのために、エネルギーロス等の問題が惹起されるようになる。また、水ガラス中における不揮発分の割合が高くなり過ぎると、耐火性骨材の表面を、水ガラス成分にて均一に被覆することが困難となり、目的とする鋳型の特性の向上にも問題を惹起するところから、かかる不揮発分は５０質量％以下、従って水分量が５０質量％以上の割合となるように、水溶液の形態にある水ガラスを調製することが望ましい。

ところで、上記した無機高分子以外の水溶性バインダの一つである熱硬化性樹脂としては、レゾール型のフェノール樹脂、フラン樹脂、水溶性エポキシ樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、水溶性不飽和ポリエステル樹脂、水溶性アルキド樹脂等を挙げることが出来る。また、この熱硬化性樹脂に対して、酸やエステル類等の硬化剤を配合して、その熱硬化特性を向上せしめることも、有利に採用されるところである。なお、それら熱硬化性樹脂の中でも、レゾール型のフェノール樹脂の使用が好ましく、そのようなフェノール樹脂は、フェノール類とホルムアルデヒド類とを反応触媒の存在下で反応させることによって、調製することが出来る。また、本発明においては、かかるフェノール樹脂として、水溶性のアルカリレゾール樹脂が好適なものとして挙げられる。このようなアルカリレゾール樹脂を用いると、鋳鉄・鋳鋼等の幅広い分野で用いられ得る鋳型を提供することが出来る。

また、水溶性バインダの他の一つである糖類としては、単糖類、少糖類、多糖類等の公知のものを用いることが出来、各種の単糖類、少糖類、多糖類の中から、１種を選んで単独で用いても、また複数種を併用して用いても、何等差し支えない。それらのうち、単糖類としては、グルコース（ブドウ糖）、フルクトース（果糖）、ガラクトース等を挙げることが出来、少糖類としては、マルトース（麦芽糖）、スクロース（ショ糖）、ラクトース（乳糖）、セロビオース等の二糖類を挙げることが出来る。そして、多糖類としては、でんぷん糖、デキストリン、ザンサンガム、カードラン、プルラン、シクロアミロース、キチン、セルロース、でんぷん等を挙げることが出来る。この他にも、アラビアガム等の植物粘質物のガム類を用いてもよく、更に糖類、特に多糖類の硬化剤として、カルボン酸を用いることも出来る。

さらに、水溶性バインダとして用いられる合成高分子としては、ポリエチレンオキシド、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共重合体、ポリアクリルアミド、アニオン化ポリアクリルアミド、カチオン化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重合体、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、ポリ酢酸ビニルまたはこれらの変性物等を挙げることが出来る。そして、これらは単独で用いられたり、複数を選択して用いられたりされることとなる。

更にまた、塩類としては、水を加えた後、乾燥させることによって、固まるものが用いられ、例えば硫酸マグネシウムや硫酸ナトリウム等の硫酸塩、臭化ナトリウムや臭化カリウム等の臭化物、炭酸ナトリウムや炭酸カリウム等の炭酸塩、塩化バリウムや塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物等を挙げることが出来る。加えて、タンパク質としては、ゼラチン、膠等を挙げることが出来る。

そして、上述の如き水溶性バインダは、耐火性骨材の１００質量部に対して、不揮発分のみとして考えた場合の固形分換算で０．１〜５質量部の割合において用いられることが望ましく、中でも、０．２〜２．５質量部の割合が特に有利に採用されて、耐火性骨材の表面に、所定の被覆層が形成されることとなる。ここで、固形分の測定は、従来と同様にして実施され、例えば国際公開公報：ＷＯ２０１９／１３２００６号に記載の方法に従って、測定することが可能である。

なお、この水溶性バインダの使用量が少なくなり過ぎると、耐火性骨材の表面に、被覆層が形成され難くなって、コーテッドサンドの固化乃至は硬化が充分に行われ難くなる問題を生じる。また、水溶性バインダの使用量が多くなり過ぎても、耐火性骨材の表面に、余分に、水溶性バインダが付着して、均一な被覆層が形成され難くなると共に、コーテッドサンドが相互に固着して団塊化（複合粒子化）する恐れもあり、そのために、鋳型物性に悪影響をもたらし、また金属溶湯を鋳込んだ後の中子の砂落としを難しくする問題も惹起するようになる。

そして、本発明にあっては、上記した水溶性バインダを用いて、それによる被覆層を耐火性骨材の表面に形成してなる乾態のコーテッドサンドが、その対象とされるものであるが、そのような被覆層には、必要に応じて、各種の添加剤を適宜に含有せしめることも可能である。なお、そのような添加剤を被覆層に含有せしめるには、水溶性バインダに、所定の添加剤を予め配合した後、耐火性骨材と混練又は混合せしめる方法や、水溶性バインダとは別個に、所定の添加剤を、耐火性骨材に対して添加して、水溶性バインダと共に、全体を均一に混練乃至は混合せしめる方法等が、採用される。なお、水溶性バインダと添加剤は、同時に、または時間差を設けて、混練乃至は混合せしめることが出来る。

そのような添加剤の一つとして、本発明においては、充填性向上剤が、有利に用いられることとなる。かかる充填性向上剤は粒子状の物であり、この充填性向上剤が、得られるコーテッドサンドの粒子表面、換言すれば、耐火性骨材を被覆する水溶性バインダ層の表面に、その一部が露呈するように、存在せしめられることによって、成形型（金型）にコーテッドサンドを充填すべく、コーテッドサンドを流動させる際に、コーテッドサンド同士が、充填性向上剤を介して接触するようになることで、コーテッドサンドの粒子間の摩擦が効果的に低減され得て、その流動性が有利に向上するようになることに加えて、成形型へのコーテッドサンドの充填性の向上や、成形型等の造型装置へのコーテッドサンドの付着の防止等の効果を有利に享受し得ることとなる。この充填性向上剤としては、球状シリコーン樹脂パウダ（粒子）や無機酸化物粒子などが挙げられるが、特に球状シリコーン樹脂パウダ（粒子）が有利に用いられることとなる。

なお、かかる球状のシリコーン樹脂パウダにおける球状とは、一般に認識される程度の球状を意味するものであって、必ずしも真球状であることが必要とされるものではないが、通常、真球度が０．５以上であるものが用いられ、好ましくは０．７以上、更に好ましくは０．９以上であるものが、有利に用いられることとなる。ここで、真球度とは、走査型電子顕微鏡を用いた観察において、単粒子のものを無作為に１０個選択し、その投影形状から得られたアスペクト比（短径／長径の比）の平均値を意味するものである。

また、そのような球状のシリコーン樹脂パウダとしては、耐火性骨材よりも粒子径が小さなものであって、その平均粒子径が、一般に０．０１μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以上２５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下、更に好ましくは０．２μｍ以上３μｍ以下であるものが、有利に用いられることとなる。このような平均粒子径の球状のシリコーン樹脂パウダは、混合せしめられる耐火性骨材よりも粒径が小さなものであるために、耐火性骨材間に入り込み易く、また均一に分散せしめられ得て、コーテッドサンドの粒子表面に均一に存在せしめられ得ることとなる。

さらに、かかる球状のシリコーン樹脂パウダの使用量としては、耐火性骨材の表面の被覆層を構成する水溶性バインダの固形分の１００質量部に対して、０．１〜５００質量部、好ましくは０．３〜３００質量部、より好ましくは０．５〜２００質量部、更に好ましくは０．７５〜１００質量部、最も好ましくは１〜５０質量部の割合が採用される。このように、所定の平均粒子径を有する球状のシリコーン樹脂パウダを、所定の割合において、耐火性骨材表面の水溶性バインダ被覆層に含有せしめることにより、本発明に従う効果をより有利に享受することが可能となるのである。なお、シリコーン樹脂パウダの平均粒子径は、レーザ回折式の粒度分布測定装置等によって測定される粒度分布より、求めることが出来る。

ところで、上述の如き球状のシリコーン樹脂パウダは、球状で、撥粘結剤性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、公知の各種のシリコーン樹脂粒子が適宜に選択されて、用いられることとなる。なお、シリコーン樹脂としては、オルガノポリシロキサンを主成分とするものであることが好ましく、またオルガノポリシロキサンは、シルセスキオキサンからなるものがより好ましい。更に、かかるシルセスキオキサンは、ポリメチルシルセスキオキサンであることが、特に望ましい。球状のシリコーン樹脂パウダを構成するオルガノポリシロキサンが、シルセスキオキサンであることにより、更にシルセスキオキサンが、ポリメチルシルセスキオキサンであることにより、有効な撥粘結剤性を有すると共に、ケイ素の含有率が高くなり、耐熱性が優れた球状粒子を得ることが出来る。そして、そのような特性が付与されることにより、鋳型造型時の熱によって熱分解や融解が惹起され難いために、造形時や鋳造時でも球形を有利に保つことが出来、以て充填性や強度向上の効果を有利に維持することが出来ると共に、造型の際の臭気や煙を抑えることが出来るために、鋳造時においても、砂付着の防止効果や鋳肌の向上効果をより一層有利に発揮することが出来ることとなる。

また、無機酸化物粒子としては、球状粒子でも、非球状粒子でも良いが、球状粒子である方が、より良好な鋳肌を有する鋳造製品を得ることが可能となる点において、好ましい。無機酸化物粒子を構成する材質については、特に限定されるものではないが、無機金属酸化物であることが好ましい。この無機金属酸化物からなる粒子としては、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等からなる粒子が有利に用いられる。なお、二酸化珪素には、結晶質と非晶質とがあるが、非晶質の方が望ましく、そして非晶質二酸化珪素としては、沈殿シリカ、電気アーク中又は火炎加水分解で生成した焼成シリカ、ＺｒＳｉＯ₄ の熱分解により生成したシリカ、酸素を含むガスで金属珪素を酸化することにより生成した二酸化珪素、溶融及びその後の急冷により結晶石英から生成される球状粒子である石英ガラス粉末等を、例示することが出来る。無機酸化物粒子の球状の状態、平均粒子径、使用量の範囲は、球状シリコーン樹脂パウダと同様である。

さらに、本発明においては、上述の如き充填性向上剤と共に、又はそれとは別に、耐湿性改善剤が、添加剤として用いられて、含有せしめられていることが好ましい。このように、コーテッドサンドに耐湿性改善剤が含有せしめられることにより、最終的に得られる鋳型の更なる耐湿性の向上を図ることが出来ることとなる。

ここで、そのような耐湿性改善剤としては、コーテッドサンドにおいて従来より用いられているものであれば、本発明の効果を阻害しないものである限り、如何なるものであっても、使用可能である。具体的には、炭酸亜鉛、塩基性炭酸亜鉛、炭酸鉄、炭酸マンガン、炭酸銅、炭酸アルミニウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸リチウム、四ホウ酸アンモニウム、四ホウ酸カルシウム、四ホウ酸ストロンチウム、四ホウ酸銀、メタホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、メタホウ酸リチウム、メタホウ酸アンモニウム、メタホウ酸カルシウム、メタホウ酸銀、メタホウ酸銅、メタホウ酸鉛、メタホウ酸マグネシウム等のホウ酸塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム、硫酸チタン、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸銅等の硫酸塩、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸チタン、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛等のリン酸塩、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛等の水酸化物、珪素、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、リチウム、銅、鉄、ホウ素、ジルコニウム等の酸化物等を、例示することが出来る。それらの中でも、特に塩基性炭酸亜鉛、四ホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、硫酸リチウム、水酸化リチウムは、水溶性バインダとして水ガラスを用いた場合に、より有利に耐湿性を向上させることが可能である。上記した耐湿性改善剤は、単独で用いられ得ることは勿論のこと、２種以上のものを併用することも可能である。なお、先に列記した耐湿性改善剤の中には、水溶性バインダとして使用可能な化合物も含まれているが、かかる化合物にあっては、それとは異なる水溶性バインダを用いる場合において、耐湿性改善剤として作用させることが可能である。

そして、そのような耐湿性改善剤の使用量としては、その総量において、液状の水溶性バインダの固形分の１００質量部に対して、一般に０．５〜５０質量部程度であることが好ましく、中でも１〜２０質量部がより好ましく、特に２〜１５質量部が更に好ましいものである。この耐湿性改善剤の添加効果を有利に享受するためには、０．５質量部以上の使用量であることが望ましく、一方、その添加量が多過ぎると、水溶性バインダの結合を阻害し、最終的に得られる鋳型の強度が低下する等の問題を惹起する恐れがあるところから、５０質量部以下とされることが望ましい。

また、その他の添加剤として、耐火性骨材と水溶性バインダとの結合を強化するカップリング剤を含有せしめることも有効であり、例えば、シランカップリング剤、ジルコンカップリング剤、チタンカップリング剤等を用いることが出来る。また、コーテッドサンドの流動性の向上に寄与する滑剤の含有も有効であり、例えば、パラフィンワックス、合成ポリエチレンワックス、モンタン酸ワックス等のワックス類；ステアリン酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド等の脂肪酸アマイド類；メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド等のアルキレン脂肪酸アマイド類；ステアリン酸、ステアリルアルコール；ステアリン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等のステアリン酸金属塩；ステアリン酸モノグリセリド、ステアリルステアレート、硬化油等を使用することが可能である。更に、離型剤として、パラフィン、ワックス、軽油、マシン油、スピンドル油、絶縁油、廃油、植物油、脂肪酸エステル、有機酸、黒鉛微粒子、雲母、蛭石、フッ素系離型剤、シリコーン系離型剤等も使用可能である。そして、これらその他の添加剤は、それぞれ、水溶性バインダ中の不揮発成分に対して、一般に、５質量％以下、好ましくは３質量％以下の割合において、含有せしめられる。

ところで、本発明において、予め準備される乾態のコーテッドサンドを製造するに際しては、一般に、耐火性骨材に対して、粘結剤としての水溶性バインダを、必要に応じて用いられる添加剤と共に、常法に従って混練乃至は混合せしめて、均一に混和し、かかる耐火性骨材の表面を水溶性バインダにて被覆するようにすると共に、そのような水溶性バインダの水分を蒸散せしめることによって、常温流動性を有する乾態の粉末状コーテッドサンドを得る手法が、採用されることとなるが、その際における被覆層の水分の蒸散は、水溶性バインダの固化乃至は硬化が進む前に迅速に行われる必要があり、そのために、本発明にあっては、耐火性骨材に対して、水溶液の形態にある水溶性バインダを投入（混合）してから、５分以内に、より好ましくは３分以内に、含有水分を飛ばして、乾態の粉末状コーテッドサンドとすることが望ましい。かかる蒸散の時間が長くなると、混和（混練）サイクルが長くなり、生産性が低下する他、水溶性バインダが空気中のＣＯ₂ に触れる時間が長くなって、失活する等の問題を生じる恐れが高くなるからである。

なお、そのような乾態のコーテッドサンドの製造工程において、かかる水溶性バインダ中の水分を迅速に蒸散せしめるための有効な手段の一つとして、耐火性骨材を予め加熱しておき、それに、水溶液の形態にある水溶性バインダを混練乃至は混合して、混和せしめるようにする手法が、好適に採用される。この予め加熱された耐火性骨材に、水溶性バインダを混練乃至は混合せしめるようにすることによって、水溶性バインダ中の水分は、そのような耐火性骨材の熱にて、極めて迅速に蒸散せしめられ得ることとなるのであり、以て、得られるコーテッドサンドの水分量を効果的に低下せしめ得て、常温流動性を有する乾態の粉体が、有利に得られることとなるのである。なお、かかる耐火性骨材の予熱温度としては、水溶性バインダの含有水分量やその配合量等に応じて、適宜に選定されることとなるが、一般に１００℃〜１６０℃程度、好ましくは１００℃〜１４０℃程度の温度に、耐火性骨材を加熱して行うことが望ましい。この予熱温度が低くなり過ぎると、水分の蒸散を効果的に行うことが出来ず、乾燥に時間がかかるようになるところから、１００℃以上の温度を採用することが望ましいのであり、また予熱温度が高くなり過ぎると、得られるコーテッドサンドの冷却時に、水溶性バインダ成分の硬化が進み、加えて複合粒子化が進行するようになるところから、コーテッドサンドとしての機能、特に強度の如き物性に問題を生じるようになる。

このようにして得られる乾態の粉末状コーテッドサンドの含水分量は、一般に、水溶性バインダの固形分量に対して５〜５５質量％程度、中でも１０〜５０質量％であることが望ましい。特に、水溶性バインダが水ガラスである場合においては、かかる含水分量を２０〜５０質量％に調製してなるコーテッドサンドとして、形成されることとなる。これに対して、この含水分量が５質量％よりも少なくなると、水ガラス等の水溶性バインダがガラス化して、再び水分を添加しても、溶液状に戻らなくなってしまう問題があり、一方、５５質量％よりも多くなると、乾態状態ではなく、湿態状態となり、常温流動性を有しないものとなるのである。なお、水溶性バインダの種類によっては、乾態のコーテッドサンドにおける水分量が水溶性バインダの固形分量に対して５５質量％を超えても、乾態の状態を示すものがある。ここでは、乾態であるかどうかは、動的安息角を有しているかどうかで判断することとする。

そして、本発明にあっては、上述の如くして得られた乾態のコーテッドサンドを用い、それを、鋳型の製造場所たる造型現場まで運搬した後、その造型現場にて、かかる乾態のコーテッドサンドを、所定の温度に加熱した後、適当なミキサ（混合装置）に投入して、後から投入される水性媒体と共に、このミキサ（混合装置）内において混練・混合することにより、乾態のコーテッドサンドを湿態化せしめて、目的とする湿態のコーテッドサンドが形成されることとなるのである。また、乾態のコーテッドサンドを加熱する方法としては、乾態のコーテッドサンドを所定の温度に加熱できるものであれば良いが、恒温槽によるものや、特開２００１−３２１８８６号公報、特開２００９−１４２８３０号公報、国際公開公報：ＷＯ２０１０／１４３７４６号などに記載の温度調節ユニットが、好適に用いられる。

なお、ここで用いられる混合／混練手段であるミキサとしては、投入されたコーテッドサンドが充分に撹拌・混合（混練）され得るものであると共に、必要に応じて、ヒータの如き加熱手段や熱風等の吹込み手段を備えて、混練されるコーテッドサンドの加熱が可能となるようにした公知の混合装置が、適宜に選択されて、用いられることとなる。また、このようなミキサは、乾態のコーテッドサンドの投入に先立って、予熱されていることが望ましく、具体的には、ミキサに設けられたヒータや循環する熱媒体等の加熱手段や、熱風等の吹込み手段を用いて、ミキサにおけるコーテッドサンド接触壁面の予熱温度が、一般に３２℃〜１５０℃程度、好ましくは３５℃〜１２０℃程度、より好ましくは４０℃〜１１０℃程度の温度に加熱せしめられて、投入された乾態のコーテッドサンドの温度保持や更なる加熱が有利に行なわれ得るようになっている。

次いで、かかるミキサ内に投入された乾態のコーテッドサンドには、その混練下において、所定の水性媒体が添加されて、その湿態化が行なわれることとなる。なお、そのようなミキサ内における乾態のコーテッドサンドと水性媒体との混練は、一般に０．５分〜３０分程度、好ましくは１分〜１５分程度、より好ましくは３分〜１０分程度を要して実施され、これによって、添加される水性媒体による乾態のコーテッドサンドの湿態化が効果的に行なわれ得るようになると共に、湿態化されたコーテッドサンドが、熱い状態下において、従って造型に有効な温度下において、ミキサから取り出され得ることとなるのである。

ところで、かくの如き乾態のコーテッドサンドの湿態化のために、ミキサ内に添加される水性媒体には、水そのものが用いられる他、水に、公知の各種の添加剤を必要に応じて添加含有せしめてなる水溶液乃至は水分散液が、用いられることとなる。なお、必要に応じて用いられる添加剤としては、例えば、陽イオン性、陰イオン性、両性、非イオン性、シリコーン系、フッ素系等の各種の界面活性剤や、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールがあり、それらの添加によって、湿態化されたコーテッドサンドの流動性の向上や保湿性の向上等の特性の向上を図ることが出来る。また、公知の如き、酸やエステル等の硬化剤、金属塩や金属粉末等の硬化促進剤を添加することも、有利に採用されるところである。更には、シリカ、アルミナ、酸化チタン等の無機酸化物粒子の添加も有効であり、この球状粒子の添加によって、鋳型造型に際してのコーテッドサンドの充填性の向上に有利に寄与させることが出来る。なお、無機酸化物粒子や球状シリコーン粒子等の充填性向上剤は、乾態のコーテッドサンドに添加しても良く、また水性媒体と共に添加しても良い。

また、上述の湿態化に用いられる水性媒体の使用量としては、ミキサ内における乾態のコーテッドサンドの湿態化の程度に応じて、適宜に設定されることとなるが、一般に、乾態のコーテッドサンドの１００質量部に対して、０．３〜６質量部の割合において、好ましくは０．５〜４質量部の割合において、より好ましくは０．７５〜３．５質量部の割合において、適宜に決定されることとなる。なお、この水性媒体の添加量が少なくなり過ぎると、乾態のコーテッドサンドの湿態化を充分に実現することが出来ず、そのために、コーテッドサンド間の相互の接着が弱くなることにより、またコーテッドサンドの流動性が悪化して、成形型への充填性が悪くなる結果、得られる鋳型の強度が低下する等の問題を惹起する。一方、水性媒体の使用量（添加量）が多くなり過ぎると、成形型への充填作業が困難となる問題に加えて、成形型への充填後の乾燥操作に時間を要し、造型時間が長くなってしまう等の問題を惹起する。

さらに、予熱された耐火性骨材との混練のために、ミキサに添加される水性媒体にあっても、それが、その沸点未満の温度に予熱されていることが望ましく、一般に、３０℃〜１００℃、好ましくは３５℃〜９５℃、より好ましくは４０℃〜９０℃の範囲内の予熱温度が採用されることとなる。このように、予熱された水性媒体が、加熱された乾態のコーテッドサンドに混練せしめられることによって、コーテッドサンド表面の水溶性バインダからなる被覆層の、バインダとしての効果が有利に高められ得て、本発明の効果がより一層有利に実現され得ることとなるのである。特に、そのような混練形態の採用によって、水溶性バインダの粘度が低い状態に維持され得ることとなることにより、添加剤として用いられる球状のシリコーン樹脂パウダが被覆層中に存在すると、それが、形成される湿態のコーテッドサンドの表面に露呈され易く、それによって、シリコーン樹脂パウダの添加効果をより一層有利に発揮せしめることが出来るのである。

なお、このようにして得られる常温流動性を有しない湿態のコーテッドサンドは、湿態を呈する程度において、その含水分量が適宜に調整され得るものであるところ、一般に、その含水分量は、水溶性バインダの固形分量に対して５５質量％より多くなるように調整され、好ましくは７０〜９００質量％となるように、より好ましくは９５〜５００質量％となるように調整されて、製造される。このような含水分量に調整された湿態のコーテッドサンドにあっては、鋳型造型時に、成形型内へ充填する際のブローエアによって、乾燥し、成形型内への充填が阻害されることを効果的に防止しつつ、湿態のコーテッドサンドとしての湿潤さを保つことが出来ることに加え、そのようなコーテッドサンドを用いて造型された鋳型においても、優れた特性が付与されたものとなる。

そして、本発明にあっては、上述の如くして形成された乾態のコーテッドサンドの湿態化物をミキサから取り出して得られる、一般に３０℃〜１００℃程度、好ましくは３５℃〜９０℃程度、より好ましくは４０℃〜８０℃程度の温度の湿態のコーテッドサンドを、冷却することなく、そのまま、その加温（熱い）状態を保持しつつ、予熱された所定の成形型、具体的には、成形型の成形キャビティ内に充填して、かかる湿態のコーテッドサンドの乾燥を実施して、固化乃至は硬化させることにより、得られる鋳型の特性が効果的に向上せしめられ得ることとなる。即ち、３０℃〜１００℃程度の熱いままの温度でミキサから取り出された湿態のコーテッドサンドは、そのような温度に加温された状態のまま、予熱された成形型に充填せしめられることとなるところから、かかる充填された湿態のコーテッドサンドに対する熱の伝達が効果的に行なわれ得ることとなるのであり、以て、コーテッドサンドの相互の結合が有利に図られ得て、鋳型強度が安定して実現され得ることとなり、加えて、鋳型の耐湿特性の向上、更には引っ掻き硬度の向上をも、有利に実現され得るのである。

また、このように、成形型内に充填された湿態のコーテッドサンドを乾燥させて、固化乃至は硬化させることにより、目的とする鋳型の造型を行うに際しては、かかる湿態のコーテッドサンドの乾燥を有利に行なうべく、予め加熱された成形型が、有利に用いられることとなる。この予め加熱された成形型を用いることにより、充填された湿態のコーテッドサンドの乾燥が、効果的に進行せしめられることによって、造型時間が有利に短縮せしめられ得るのである。なお、そのような成形型の加熱温度としては、一般に、４０℃〜２５０℃、好ましくは７０℃〜２００℃、更に好ましくは１００℃〜１７５℃の範囲内の温度が採用されることとなる。この加熱温度が、４０℃未満となると、加熱による乾燥促進効果を充分に発揮させ難く、造型時間が長くなる問題があり、また２５０℃よりも高くなると、成形型内に充填される湿態のコーテッドサンドの固化乃至は硬化が早くなり過ぎて、その充填性が悪化することとなる他、湿態のコーテッドサンドが乾燥し過ぎて、粘着性がなくなり、接着効果が低くなって、得られる鋳型の強度が低下する等の問題も惹起されるようになる。

そして、成形型内に充填された湿態のコーテッドサンドの乾燥を促進せしめるべく、かかる充填された湿態のコーテッドサンドを、マイクロ波にて、直接に加熱するようにすることも有効であり、特に鋳型成形型が樹脂型である場合において、好適に採用されるところである。更に、湿態のコーテッドサンドを充填した成形型内に、加熱空気または乾燥空気を導入して、かかる湿態のコーテッドサンドの充填層を通過させることによって、乾燥を促進し、より迅速に、充填された湿態のコーテッドサンドの固化乃至は硬化を図るようにすることも有効である。加えて、湿態のコーテッドサンドを充填した成形型を減圧吸引することにより、かかる成形型内を減圧乾燥させることも、有効な乾燥手段の一つであり、特に、樹脂型の如き熱影響を受け易い材質の成形型においては、有利に採用されるところである。

さらに、本発明にあっては、上述の如く、成形型内に充填された湿態のコーテッドサンドから、その湿態化に用いられた水性媒体の水分を除去せしめることにより、目的とする鋳型が造型されることとなるのであるが、その際、コーテッドサンドの表面の被覆層を構成する水ガラスは、通常、何等の添加剤も加えられていなければ、水の蒸発、乾燥により固化し、また硬化剤として、酸化物や塩等が加えられておれば、硬化せしめられることとなる。そして、そのような水ガラスの硬化のために、湿態のコーテッドサンドを充填した成形型内に、炭酸ガス又は有機エステルガスを、通気せしめることも有効であり、これによって、従来と同様に、水ガラスを迅速に硬化せしめて、造型速度を有利に高めることが可能となる。なお、有機エステルガスとしては、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、γ−ブチロラクトン、β−プロピオラクトン、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、グリセリンジアセテート、トリアセチン、プロピレンカーボネート等がガス状又は霧状にされて、用いられる。

なお、本発明に従って、乾態のコーテッドサンドを混練・加熱下において湿態化せしめた後、それを、特定の加温状態下において、予熱された成形型に充填して、造型する方法としては、公知の各種の造型手法が適宜に採用されるところであり、これによって、目的とする鋳型が工業的に有利に製造されることとなる。

以上、本発明の実施形態について詳述して来たが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではない。そして、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において、実施され得るものであり、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、幾つかの実施例を用いて、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、また、そのような実施例の記載によって、何等限定的に解釈されるものでないことが理解されるべきである。なお、以下の実施例や比較例において、「％」及び「部」は、特に断りのない限りにおいて、何れも、質量基準にて示されている。また、実施例や比較例で得られた鋳型の曲げ強度や引っ掻き硬度は、それぞれ、以下のようにして測定されるものである。

−曲げ強度（ｋｇｆ／ｃｍ²）の測定−
実施例や比較例で得られた湿態のコーテッドサンドを用いて造型された、幅：２５．４ｍｍ×高さ：２５．４ｍｍ×長さ：２００ｍｍの大きさの試験片について、その破壊荷重を、測定器（高千穂精機株式会社製：デジタル鋳物砂強度試験機）を用いて、測定して、その測定により得られた破壊荷重を用いて、曲げ強度（抗折強度）を、下記の式により、算出する。
曲げ強度＝１．５×ＬＷ／ａｂ^２
［但し、Ｌ：支点間距離（ｃｍ）、Ｗ：破壊荷重（ｋｇｆ）、ａ：試験片の幅（ｃｍ）、ｂ：試験片の厚み（ｃｍ）］
そして、かかる曲げ強度の測定を、造型直後の鋳型について、更には、造型から１時間又は２４時間の間、２３℃×６０％ＲＨの環境下において保持された鋳型について、実施すると共に、その得られた造型２４時間後の曲げ強度と１時間後の曲げ強度の比率を用いて、強度保持率を求めて、得られた鋳型の耐湿特性を評価した。

−引っ掻き硬度（ｍｍ）の測定−
実施例や比較例で得られた湿態のコーテッドサンドを用いて造型された、幅：２５．４ｍｍ×高さ：２５．４ｍｍ×長さ：２００ｍｍの大きさの試験片について、造型から１時間の間、２３℃×６０％ＲＨの環境下に保持されたものの引っ掻き硬度を、引っ掻き硬度計（ＧＦ式）を用いて、測定する（ｎ＝３、平均値）。具体的には、引っ掻き硬度の測定は、先ず、試験片表面に引っ掻き硬度計の先端の歯を押し当てて、上部の黒いレバーを時計回りに１周、そして反時計回りに１周回し、更にその回転作業を５回繰り返すことで、徐々に歯がめり込んでいくところから、かかる歯のめり込んだ深さを、側面の目盛（ｍｍ）から、読み取ることにより、行なわれる。引っ掻き硬度は、その測定値が小さい程高く、また大きい程低いことを示している。

−乾態のコーテッドサンドの製造例１−
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるエスパール＃６０Ｌ（商品名：山川産業株式会社製）を準備すると共に、粘結剤（水溶性バインダ）として用いられる水ガラスとして、市販品：２号ケイ酸ナトリウム（商品名：富士化学株式会社製、ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏのモル比：２．５、固形分：３５％）を準備した。そして、上記のエスパール＃６０Ｌの１００部を約１２０℃の温度に加熱した後、品川式万能撹拌機（５ＤＭ−ｒ型）（株式会社ダルトン製）に投入し、更に、前記水ガラスの１．０部を添加して、混練を行なうことにより、常温で自由流動性のある乾態のコーテッドサンド（ＤＣＳ１）を得た。かかるＤＣＳ１の含水分量を測定したところ、ＤＣＳ中の水ガラスの固形分量に対して３２％であった

−乾態のコーテッドサンドの製造例２−
添加剤として、充填性向上剤である球状のシリコーン樹脂粒子である、Tospearl 120（商品名：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、粒径：２．０μｍ）の０．０５部を更に加えたこと以外は、上記の「乾態のコーテッドサンドの製造例１」と同様にして、常温で自由流動性のある乾態のコーテッドサンド（ＤＣＳ２）を得た。この得られたＤＣＳ２の含水分量は、ＤＣＳ中の水ガラスの固形分量に対して３３％であった。

−乾態のコーテッドサンドの製造例３−
「乾態のコーテッドサンドの製造例２」において、添加剤として、耐湿性改善剤である炭酸亜鉛の０．１部を更に添加したこと以外は、「乾態のコーテッドサンドの製造例２」と同様にして、常温で自由流動性のある乾態のコーテッドサンド（ＤＣＳ３）を得た。かかるＤＣＳ３の含水分量を測定したところ、ＤＣＳ中の水ガラスの固形分量に対して３３％であった。

−鋳型の造型例−
（実施例１）
先ず、前記した「乾態のコーテッドサンドの製造例１」において得られた、ＤＣＳ１の１００部を、約５０℃の温度に予熱した後、ミキサに投入した。そして、かかる予熱されたＤＣＳ１に対して、常温の水を、１．０％の割合で添加して、混練することにより、かかるＤＣＳ１を湿潤化せしめて、常温流動性を有しない湿態のコーテッドサンド（ＷＣＳ）を得た。なお、この得られたＷＣＳの含水分量を測定したところ、ＷＣＳ中の水ガラスの固形分量に対して３１７％であった。

次いで、かかるＤＣＳ１の湿潤化によって得られた、常温流動性を有していない湿態のコーテッドサンド（ＷＣＳ）を、ミキサから取り出し、冷却することなく、その熱い状態のまま、直ちに、１５０℃の温度に予熱された成形金型内に、圧力：０．３ＭＰａのゲージ圧にて吹き込んで、充填せしめて、３０秒間保持した後、約１２０℃の熱風を３０秒間吹き込むことにより、乾燥固化させ、そしてその後、成形金型より取り出すことにより、試験片としての鋳型を得た。

（実施例２）
「乾態のコーテッドサンドの製造例２」において得られたＤＣＳ２を用いたこと、及びＤＣＳ２の予熱温度を約３０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして、含水分量が３１８％のＷＣＳを形成せしめた後、ミキサから取り出された熱い状態下のＷＣＳを、冷却することなく、そのまま、実施例１と同様にして造型を行なって、試験片としての鋳型を得た。

（実施例３〜６）
ＤＣＳ２の予熱温度を約４０℃、約５０℃、約７０℃、又は約９０℃としたこと以外は、実施例２と同様にして、湿態化を行ない、それぞれ、含水分量が３１６％、３１０％、３０５％、又は２９３％のＷＣＳを形成せしめた後、ミキサから取り出されたＷＣＳを、熱い状態のまま、実施例２と同様にして造型を行なうことにより、試験片としての鋳型を、それぞれ、作製した。

（実施例７）
ＤＣＳ２に添加せしめられる水の温度を約５０℃としたこと以外は、実施例４と同様にして、ＤＣＳ２の湿態化を行ない、含水分量が３０５％のＷＣＳを形成せしめた後、ミキサから取り出された熱い状態のＷＣＳを、そのまま、実施例４と同様にして、造型を行なうことにより、試験片としての鋳型を作製した。

（実施例８）
「乾態のコーテッドサンドの製造例３」において得られたＤＣＳ３を用いたこと以外は、実施例４と同様にして、含水分量が３０２％のＷＣＳを形成せしめ、そして、それをミキサから取り出した後、冷却することなく、そのままの熱い状態下において、実施例４と同様にして造型を行なって、試験片としての鋳型を得た。

（比較例１）
実施例１において、ＤＣＳ１の予備加熱を行なうことなく、常温状態のＤＣＳ１を用いることとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ＤＣＳ１の湿態化を実施し、その得られたＷＣＳ（含水分量：３１９％）を、実施例１と同様にして、成形金型に充填して、造型を行ない、試験片としての鋳型を作製した。

（比較例２）
実施例２において、ＤＣＳ２を予熱することなく、常温状態で用いたこと以外は、実施例２と同様にして、ＤＣＳ２の湿態化を行ない、その得られたＷＣＳ（含水分量：３２０％）を、実施例２と同様にして、成形金型に充填して、造型を行なうことにより、試験片としての鋳型を作製した。

−鋳型物性の評価−
上記の実施例１〜８及び比較例１〜２において得られた各鋳型（試験片）を用いて、それぞれの曲げ強度や引っ掻き硬度を、前記した手法に従って測定し、それらの結果を、下記表１及び表２に示した。

かかる表１及び表２の結果から明らかな如く、乾態のコーテッドサンド（ＤＣＳ１〜３）を、予備加熱した後、水を添加して混練せしめることにより、得られた湿態のコーテッドサンド（ＷＣＳ）を、そのまま用いて、予熱された成形金型にて造型されてなる実施例１〜８に係る鋳型（試験片）にあっては、優れた曲げ強度や引っ掻き硬度を有していると共に、耐湿強度、更には経時的な強度保持率においても、優れていることが認められるのである。

これに対して、比較例１〜２に示される如く、乾態のコーテッドサンド（ＤＣＳ１〜２）を、予備加熱することなく、常温状態下において湿態化して、得られた湿態のコーテッドサンド（ＷＣＳ）から造型される鋳型にあっては、造型直後の曲げ強度が低く、また、造型１時間後や２４時間後の曲げ強度においても充分ではなく、且つ吸湿後の強度保持率においても見劣りがするものであり、更に、造型１時間後の鋳型の引っ掻き硬度も充分ではないことが認められる。

Claims (10)

1. 耐火性骨材の表面を水溶性バインダにて被覆して得られる乾態のコーテッドサンドに、水性媒体を添加して、混練するに際して、該乾態のコーテッドサンドを予熱した後、かかる水性媒体の添加を行って、混練を実施することにより、該乾態のコーテッドサンドを湿態化せしめ、そして、その得られた湿態化コーテッドサンドを、その加温状態を保持しつつ、予熱された所定の成形型に充填して、造型することを特徴とする鋳型の製造方法。
2. 前記加温状態にある湿態のコーテッドサンドが、３０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。
3. 前記乾態のコーテッドサンドの予熱温度が、３２℃〜１５０℃であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳型の製造方法。
4. 前記水性媒体が、その沸点未満の温度に予熱されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の鋳型の製造方法。
5. 前記水性媒体の予熱温度が、３０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項４に記載の鋳型の製造方法。
6. 前記乾態のコーテッドサンドが、充填性向上剤を含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の鋳型の製造方法。
7. 前記乾態のコーテッドサンドが、耐湿性改善剤を含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の鋳型の製造方法。
8. 前記水性媒体が、前記乾態のコーテッドサンドの１００質量部に対して、０．３〜６質量部となる割合において、添加せしめられることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の鋳型の製造方法。
9. 前記成形型が、４０℃〜２５０℃の温度に加熱されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の鋳型の製造方法。
10. 前記水溶性バインダが、可溶性のケイ酸化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の鋳型の製造方法。