JPWO2016031642A1 - 鋳造用生型、及びそれを用いた鋳造物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
各々キャビティ部を有する少なくとも一対の生型部材を前記キャビティ部が整合するように重ねることにより、金属溶湯が流入するキャビティを形成した鋳造用生型であって、前記生型部材の各々は粘結材及び水分を含有する鋳物砂で造型され、各生型部材の少なくとも前記キャビティ部の表面に硬化樹脂を主体とした被覆層が形成されており、前記被覆層は、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有し、かつ前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が生型内部の水分量より少ない鋳造用生型。
Description
本発明は、鋳肌欠陥が少なく鋳肌品質が向上した鋳造物品を製造するのに好適な鋳造用生型、及びかかる鋳造用生型を用いて鋳造物品を製造する方法に関し、特にS含有量が少なくても鋳肌欠陥が少なく鋳肌品質が向上した耐熱鋳鋼品を製造するのに好適な鋳造用生型、及びそれを用いた耐熱鋳鋼品の製造方法に関する。
鋳造物品の製造に用いる鋳造用生型（以下単に「生型」とも言う）を形成する鋳物砂は、生型が所望の範囲の通気度、強度、キャビティ表面の安定性、コンパクタビリティ（CB値）等の物性を有するように、骨材としての砂、ベントナイト等の粘結材、二次添加物としての炭素含有物質（石炭、澱粉等）、及び水分等を適宜な割合で混錬することにより得られる。水分は粘結材の粘結性を発現させるための必須成分であるが、水分を含む鋳物砂で生型を形成した場合、水分と高温の金属溶湯との接触により発生する水蒸気や分解ガス（例えば水素ガス）のために、鋳造物品の表面に凹凸、ピンホール等の鋳肌欠陥が形成され、鋳肌品質が低下するという問題がある。
生型用鋳物砂に添加する水分に起因した鋳物の鋳造欠陥を防止するために、特開平11-309544号は、鋳型表面に塗布する塗型剤として、ギルソナイト、エンジンオイル及びフェノール樹脂から選ばれる少なくとも一種を含有し、1300℃より低い温度（例えば、約200℃）で熱分解して炭化水素ガスを発生する塗型剤を開示している。熱分解により発生した炭化水素ガスは、鋳型内の水分を還元して安定な分子状水素に変化させ、もって鋳型内の水分が溶湯と接触してピンホール等の鋳肌欠陥を形成するのを防止する。
しかし、最近自動車用鋳造物品（足回り部品、エンジン部品等）では、軽量化と強度を両立するために鋳肌品質の更なる向上が要請されており、特開平11-309544号の塗型剤では、鋳肌欠陥の低減効果が十分でない。
また、ターボハウジング等耐熱性が要求される鋳造物品にはステンレス系耐熱鋳鋼が使用されるが、ステンレス系耐熱鋳鋼では不純物であるS（硫黄）ができるだけ少ない必要がある。しかし、Sを低減するとステンレス系耐熱鋳鋼の溶湯と生型との濡れ性が低下し、鋳肌品質が劣化するおそれがあることが分った。
従って本発明の目的は、粘結材及び水分を含有する鋳物砂からなる鋳造用生型、及びかかる鋳造用生型を用いて鋳肌欠陥が少なく鋳肌品質が向上した鋳造物品を製造する方法を提供することである。
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、(a) 金属溶湯に触れる生型のキャビティ表層の水分量を生型内部より低くするとともに、(b) 水分量の低減にともなう強度低下を被覆層で補うことにより、鋳肌欠陥が少なく鋳肌品質が向上した鋳造物品を製造できることを発見し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の鋳造用生型は各々キャビティ部を有する少なくとも一対の生型部材を有し、前記生型部材は前記キャビティ部が整合するように重ねられて、金属溶湯が流入するキャビティが形成されており、
前記生型部材の各々は粘結材及び水分を含有する鋳物砂で造型され、
各生型部材の少なくとも前記キャビティ部の表面に硬化樹脂を主体とした被覆層が形成されており、
前記被覆層は、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有し、かつ
前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が前記表層を除く生型部分の平均水分量より少ないことを特徴とする。
前記生型部材の各々は粘結材及び水分を含有する鋳物砂で造型され、
各生型部材の少なくとも前記キャビティ部の表面に硬化樹脂を主体とした被覆層が形成されており、
前記被覆層は、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有し、かつ
前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が前記表層を除く生型部分の平均水分量より少ないことを特徴とする。
本発明の鋳造物品の製造方法は、
粘結材及び水分を含有する鋳物砂を造型し、各々キャビティ部を有する少なくとも一対の生型部材を造型する工程と、
硬化性樹脂を含有する被覆液を各生型部材の少なくとも前記キャビティ部に塗布する工程と、
前記キャビティ部が整合してキャビティを形成するように前記生型部材を型合わせして、少なくともキャビティ表面に硬化性樹脂を主体とした被覆層が形成された鋳造用生型を形成する工程と、
前記型合わせ工程の前又は後に、前記硬化性樹脂を硬化させて、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有する被覆層を形成する工程と、
前記硬化性樹脂の硬化の際に又はその後に、前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が生型内部の水分量より少なくなるように乾燥させる工程と、
前記被覆層の表面温度が50℃以上の状態で、前記キャビティに金属溶湯を鋳込む工程とを有することを特徴とする方法。
粘結材及び水分を含有する鋳物砂を造型し、各々キャビティ部を有する少なくとも一対の生型部材を造型する工程と、
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前記硬化性樹脂の硬化の際に又はその後に、前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が生型内部の水分量より少なくなるように乾燥させる工程と、
前記被覆層の表面温度が50℃以上の状態で、前記キャビティに金属溶湯を鋳込む工程とを有することを特徴とする方法。
前記通気孔は、前記被覆層にほぼ均一に分布し、かつ連通する多数の細孔であるのが好ましい。
前記被覆層の通気度（JIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法で測定）は50〜200であるのが好ましい。
前記被覆層の自硬性硬度計で測定した平均硬度が50〜95の範囲内であるのが好ましい。
前記表層における水分量は2.5質量％以下であるのが好ましい。
熱硬化性樹脂を含有する被覆液を使用し、前記型合わせ工程の前又は後に、前記被覆液を塗布した前記生型部材を加熱処理することにより、前記熱硬化性樹脂を硬化させるとともに前記表層を乾燥させるのが好ましい。
前記被覆液の塗布量は単位面積当たり100〜550 g/m2であるのが好ましい。
本発明の鋳造用生型は、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有する被覆層を有し、かつ前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が生型内部の水分量より少ないので、前記被覆層の表面温度が50℃以上の状態で前記キャビティに金属溶湯を鋳込むことにより、鋳肌欠陥が少なく鋳肌品質が向上した鋳造物品を製造することができる。本発明の方法は、特にS含有量が少ない耐熱鋳鋼の鋳造に好適である。
本発明の実施形態を添付図面を参照して以下詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更及び改良を加えることができる。また、一つの実施形態の説明は、特に断りがなければ他の実施形態にも適用される。
[1] 鋳造用生型の構成
図1に示すように、本発明の鋳造用生型1は、粘結材及び水分を含有する鋳物砂で造型された第一の生型部材（上型）1aと第二の生型部材（下型）1bを、見切り面1eで型合わせした構成を有する。重ね合わされた上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka，1kbは一体化されて、キャビティ1kを構成する。キャビティ1kは、鋳造物品を形成するキャビティ（「製品キャビティ」とも言う）1k-1のみならず、湯道を形成するキャビティ（単に「湯道」とも言う）1k-2を有し、さらに押湯、堰、湯口等を有しても良い。従って、本明細書において単に「キャビティ」という場合、製品キャビティのみならず、金属溶湯が入る全ての空間（湯道、押湯、堰、湯口等）を含むものとする。図1には型枠が省略されているが、通常生型1の周囲に型枠を配置する。
図1に示すように、本発明の鋳造用生型1は、粘結材及び水分を含有する鋳物砂で造型された第一の生型部材（上型）1aと第二の生型部材（下型）1bを、見切り面1eで型合わせした構成を有する。重ね合わされた上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka，1kbは一体化されて、キャビティ1kを構成する。キャビティ1kは、鋳造物品を形成するキャビティ（「製品キャビティ」とも言う）1k-1のみならず、湯道を形成するキャビティ（単に「湯道」とも言う）1k-2を有し、さらに押湯、堰、湯口等を有しても良い。従って、本明細書において単に「キャビティ」という場合、製品キャビティのみならず、金属溶湯が入る全ての空間（湯道、押湯、堰、湯口等）を含むものとする。図1には型枠が省略されているが、通常生型1の周囲に型枠を配置する。
(1) キャビティの被覆層及び表層
図1及び図2に示すように、鋳造物品の鋳肌品質を向上させるため、上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka，1kbの表面及び見切り面1eに樹脂被覆層1fが形成されている。後述のように表層の水分量を低減すると強度が低下するので、被覆層1fは、表層を補強する作用も有する。図示の例では、キャビティ1kだけでなく見切り面1eにも被覆層1fが形成されているが、鋳肌品質の向上という観点からは、少なくとも製品キャビティ1k-1に形成されていれば良い。キャビティ1kの表面に塗布された樹脂被覆液は砂2及び粘結材等の隙間（連通孔）3に浸透するので、得られる被覆層1fは、鋳型表面から内部まで連通する通気孔4を有する。
図1及び図2に示すように、鋳造物品の鋳肌品質を向上させるため、上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka，1kbの表面及び見切り面1eに樹脂被覆層1fが形成されている。後述のように表層の水分量を低減すると強度が低下するので、被覆層1fは、表層を補強する作用も有する。図示の例では、キャビティ1kだけでなく見切り面1eにも被覆層1fが形成されているが、鋳肌品質の向上という観点からは、少なくとも製品キャビティ1k-1に形成されていれば良い。キャビティ1kの表面に塗布された樹脂被覆液は砂2及び粘結材等の隙間（連通孔）3に浸透するので、得られる被覆層1fは、鋳型表面から内部まで連通する通気孔4を有する。
キャビティ1k（特に製品キャビティ1k-1）における被覆層1fの厚さT1は3 mm以下であるのが好ましい。被覆層1fが厚すぎると、被覆層1fの通気度が不十分になる。従って、被覆層1fの厚さT1の上限は2.5 mmであるのがより好ましい。一方、被覆層1fが薄すぎると、鋳造作業中に被覆層1fが破損したり剥離したりしやすい。被覆層1fが破損又は剥離すると、溶湯が生型の砂2と直接接触し、砂焼付が生じる。このため、被覆層1fの厚さT1は0.5 mm以上であるのが好ましく、1 mm以上であるのがより好ましい。なお、樹脂被覆液の浸透により形成される被覆層1fの厚さT1は通常一定でないので、厚さT1は複数個所の断面で測定した値の平均値とする。
キャビティ1kの表面から所定の深さまでの領域（被覆層1fを含む）では、キャビティ1kの表面に接する金属溶湯の熱により水蒸気等のガスが大量に発生する。水蒸気が高温の金属溶湯に接すると、溶湯の表層部に巻き込まれ、鋳造物品の鋳肌品質の低下の原因となる。良好な鋳肌の鋳造物品を得るためには、キャビティ1kの表面から所定の深さまでの領域（以下「表層」と呼ぶ）1gの水分量は生型内部（表層1gを除く生型部分）1hの水分量より少ない必要がある。表層1gは被覆層1f及びその内側の生型領域からなるが、その水分量が鋳造物品の鋳肌品質に影響を与える範囲は表面からほぼ5 mmの深さT2までの範囲である。従って図2に示すように、表層1gを、鋳造用生型1の表面から5 mmの深さT2までで、被覆層1fを含む領域と定義する。表層1gより内側の生型内部1hでは、水分量はほぼ一定である。表層1gにおける水分量は生型内部1hの水分量より少ない必要があり、特に表層1gにおける水分量は2.5質量％以下であるのが好ましく、2質量％以下であるのがより好ましい。表層1gの水分量の下限は0.5質量％で良い。生型内部1hの水分量は、鋳造用生型により異なるが、一般に3〜5質量％程度である。表層1gにおける水分量を低減することにより、健全な鋳肌品質を有する鋳造物品が得られる。
(2) 被覆層の通気孔
被覆層1fの通気孔4により、(a) 表層1g中の水分が蒸散でき、もって生型内部1hの水分を維持しつつ表層1gの水分量を最適に制御できるだけでなく、(b) 溶湯から生じるガスが外部へ放出されるので、ガスが鋳物物品に残存するのを防止し、もって湯境、ピンホール等の欠陥を防止することができる。大きな通気度及び良好な湯流れを確保することにより、溶湯中のガスを生型中に逃げやすくして湯境、ピンホール等の欠陥を低減するために、通気孔4は連通する多数の細孔からなるのが好ましい。また、このような効果をキャビティ上の部位に関係なく均一に得るために、細孔は均一に分散しているのが好ましい。被覆層1fを含むキャビティ1kの表層1gの通気度（JIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法で測定）は、50〜200であるのが好ましい。
被覆層1fの通気孔4により、(a) 表層1g中の水分が蒸散でき、もって生型内部1hの水分を維持しつつ表層1gの水分量を最適に制御できるだけでなく、(b) 溶湯から生じるガスが外部へ放出されるので、ガスが鋳物物品に残存するのを防止し、もって湯境、ピンホール等の欠陥を防止することができる。大きな通気度及び良好な湯流れを確保することにより、溶湯中のガスを生型中に逃げやすくして湯境、ピンホール等の欠陥を低減するために、通気孔4は連通する多数の細孔からなるのが好ましい。また、このような効果をキャビティ上の部位に関係なく均一に得るために、細孔は均一に分散しているのが好ましい。被覆層1fを含むキャビティ1kの表層1gの通気度（JIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法で測定）は、50〜200であるのが好ましい。
(3) 硬化性樹脂
通気孔を有する高強度の被覆層1fを効率的に形成するために、被覆層1fを構成する硬化性樹脂は熱硬化性樹脂であるのが好ましい。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、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等が挙げられる。熱硬化性樹脂からなる被覆層1fは、高温の金属溶湯に触れると容易に分解してガス化するので、鋳造物品の表面浸炭を抑制できる。被覆層1fは平均50〜95の硬度を有するのが好ましい。被覆層1fの硬度は、自硬性硬度計（株式会社ナカヤマ製、型式：NK-009）により測定する。被覆層1fの硬度が低すぎると、被覆層1fの強度が低くすぎ、生型が型壊れするおそれがある。一方、被覆層1fの硬度が高すぎると、通気孔4が少なすぎて、十分な通気度が確保できず、鋳造物品にガス欠陥が発生するおそれがある。
通気孔を有する高強度の被覆層1fを効率的に形成するために、被覆層1fを構成する硬化性樹脂は熱硬化性樹脂であるのが好ましい。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、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等が挙げられる。熱硬化性樹脂からなる被覆層1fは、高温の金属溶湯に触れると容易に分解してガス化するので、鋳造物品の表面浸炭を抑制できる。被覆層1fは平均50〜95の硬度を有するのが好ましい。被覆層1fの硬度は、自硬性硬度計（株式会社ナカヤマ製、型式：NK-009）により測定する。被覆層1fの硬度が低すぎると、被覆層1fの強度が低くすぎ、生型が型壊れするおそれがある。一方、被覆層1fの硬度が高すぎると、通気孔4が少なすぎて、十分な通気度が確保できず、鋳造物品にガス欠陥が発生するおそれがある。
[2] 鋳造物品の製造方法
(A) 第一及び第二の製造方法
鋳造物品の第一の製造方法は図3(a) 示すフローチャートに従って行い、第二の製造方法は図3(b) に示すフローチャートに従って行う。第一の方法S1では、加熱処理工程を型合わせ工程の前に行い、第二の方法S2では、加熱処理工程を型合わせ工程の後に行う。これ以外の点では、両者は異ならない。従って、特に断りがなければ、第一及び第二の製造方法を以下まとめて説明する。
(A) 第一及び第二の製造方法
鋳造物品の第一の製造方法は図3(a) 示すフローチャートに従って行い、第二の製造方法は図3(b) に示すフローチャートに従って行う。第一の方法S1では、加熱処理工程を型合わせ工程の前に行い、第二の方法S2では、加熱処理工程を型合わせ工程の後に行う。これ以外の点では、両者は異ならない。従って、特に断りがなければ、第一及び第二の製造方法を以下まとめて説明する。
(1) 造型工程S11（S21）
図4(a) に示すように、鋳物砂を造型し、型合わせにより所望の製品キャビティ1kを形成するキャビティ部1ka及び1kbを有する第一の生型部材（上型）1a及び第二の生型部材（下型）1bを作成する。上型1a及び下型1bは、例えば、所望のキャビティ部1ka及び1kbが形成された模型を定盤上にセットし、さらに模型を囲むように鋳枠を定盤上にセットした後、鋳枠内に鋳物砂を投入し、鋳物砂をジョルトスクイーズ法等の方法で圧縮成形し、次いで模型を抜くことにより造型することができる。
図4(a) に示すように、鋳物砂を造型し、型合わせにより所望の製品キャビティ1kを形成するキャビティ部1ka及び1kbを有する第一の生型部材（上型）1a及び第二の生型部材（下型）1bを作成する。上型1a及び下型1bは、例えば、所望のキャビティ部1ka及び1kbが形成された模型を定盤上にセットし、さらに模型を囲むように鋳枠を定盤上にセットした後、鋳枠内に鋳物砂を投入し、鋳物砂をジョルトスクイーズ法等の方法で圧縮成形し、次いで模型を抜くことにより造型することができる。
所望の特性を有する鋳物砂は、所定量の砂、粘結材、水分、及び必要に応じ炭素成分を混錬することにより調製することができる。鋳物砂の組成は生型の特性に応じて異なるが、一般に100質量部の砂、5〜12質量部の粘結材、及び3〜6質量部の水分を含有する。従って、鋳物砂中の水分量は2.8〜5質量％となる。炭素成分を添加する場合、その量を砂100質量部に対して3質量部以下とするのが好ましい。
鋳物砂を構成する骨材としての砂は通常の鋳物砂用で良く、例えば山砂、半合成砂、合成砂を使用することができる。山砂としては、少なくとも2質量％の粘土を含有する天然の山砂（例えば、愛知県の野間砂、大阪府の河内砂等）が挙げられる。半合成砂としては、山砂にケイ砂、粘結材及び添加剤を適当に配合したものが挙げられる。合成砂としては、山砂を全く使用せずに、原料砂に粘結材及び添加剤を配合したものが挙げられる。合成砂に使用する原料砂としては、ガイロメケイ砂、浜砂及び川砂等の天然ケイ砂、人造ケイ砂、ジルコンケイ酸、オリピン砂、クロマイト砂等が挙げられる。これらの砂は単独でも2種以上を組合せても良い。
粘結材としては、木簡粘土、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリン等が挙げられる。これらの粘結材は単独でも2種以上を組合せても良い。また、炭素成分としては、石炭、黒鉛、コークス及びアスファルトの他に、デキストリン、澱粉等が挙げられる。これらの炭素成分は単独でも2種以上を組合せても良い。
(2) 塗布工程S12（S22）
図4(b) に示すように、上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka及び1kbの表面に硬化性樹脂を含有する被覆液1nを塗布する。被覆液1nは刷毛等により塗布できるが、水平方向に移動する噴霧ノズル10から噴霧すると、被覆液1nの塗布量が安定し、均一な被覆層1fが得られる。
図4(b) に示すように、上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka及び1kbの表面に硬化性樹脂を含有する被覆液1nを塗布する。被覆液1nは刷毛等により塗布できるが、水平方向に移動する噴霧ノズル10から噴霧すると、被覆液1nの塗布量が安定し、均一な被覆層1fが得られる。
硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガス硬化性樹脂、自硬性樹脂等が挙げられるが、簡単な加熱処理により硬化する熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解した被覆液1nを塗布した後、加熱処理すると、被覆液1nの乾燥、被覆層1fの通気孔の形成、及び表層1gの水分調整（乾燥）を同時に行うことができる。
被覆液1nは10〜100 mPa・sの粘度に調整するのが好ましい。この範囲の粘度を有する被覆液1nは、図2に示すように、キャビティ部1ka及び1kbの表面から砂粒子2の隙間3を通って内部に浸透するので、厚さT1（好ましくは0.5〜3 mm）の範囲の被覆層1fが得られる。被覆液1nの粘度は、JIS K6910に記載のブルックフィールド粘度計で測定する。
被覆液1nの粘度が100 mPa・s超であると、被覆液1nは生型内部に浸透しにくいので、(a) 被覆層1fがキャビティ部1ka及び1kbの表面近傍にのみ形成され、剥離しやすいだけでなく、(b) 被覆層1fが十分な通気孔4を有さない。一方、被覆液1nの粘度が10 mPa・s未満であると、被覆液1nが生型内部に過剰に浸透し、最適な厚さT1を超える脆弱な被覆層1fが形成される。
上記範囲の粘度を有する被覆液1nの樹脂分は20〜70質量％であるのが好ましい。被覆液1n中における硬化性樹脂の割合が20質量％未満であると、十分な強度の被覆層1fが得られない。また、被覆液1n中における硬化性樹脂の割合が70質量％超であると、被覆液1nが粘稠すぎて、硬化性樹脂が鋳物砂に十分に浸透せず、また得られる被覆層1fが十分な通気孔を有さない。
被覆液1nの塗布量は100〜550 g/m2とするのが好ましい。被覆液1nの塗布量が100 g/m2未満であると、被覆層1fが十分に厚くならず、剥離しやすい。一方、被覆液1nの塗布量が550 g/m2超であると、被覆液1nが過剰に浸透し、得られる被覆層1fは厚くなりすぎるだけでなく、十分な強度を有さない。
第一の方法S1では、上型1a及び下型1bを型合わせする前にキャビティ部1ka及び1kbに被覆液1nを塗布するが、被覆液1nの塗布時期はこれに限定されず、第二の方法S2のように上型1a及び下型1bを型合わせした後でも良い。型合わせ工程後に被覆液1nの塗布工程を行う場合、型合わせされた上型1a及び下型1bの型合わせ面に被覆液1nは塗布されない。
(3) 被覆層の形成工程S13a（S24a）
図4(c) に示すように、加熱処理により、上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka及び1kbに塗布した被覆液1nの乾燥するとともに、得られる硬化性樹脂層1n’を硬化させ、自硬性硬度計で測定した平均硬度が50〜95の被覆層1fを形成する。硬化性樹脂層1n’の硬化方法は硬化性樹脂の種類に応じて決める。例えば熱硬化性樹脂の場合、水平方向に移動するノズル11から温風を吹き付けるか、水平方向に並列する加熱手段（例えば、白熱灯）により加熱する。また、ガス硬化性樹脂の場合、密閉室の中に生型を配置し、樹脂硬化用ガスを密閉室に注入する。
図4(c) に示すように、加熱処理により、上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka及び1kbに塗布した被覆液1nの乾燥するとともに、得られる硬化性樹脂層1n’を硬化させ、自硬性硬度計で測定した平均硬度が50〜95の被覆層1fを形成する。硬化性樹脂層1n’の硬化方法は硬化性樹脂の種類に応じて決める。例えば熱硬化性樹脂の場合、水平方向に移動するノズル11から温風を吹き付けるか、水平方向に並列する加熱手段（例えば、白熱灯）により加熱する。また、ガス硬化性樹脂の場合、密閉室の中に生型を配置し、樹脂硬化用ガスを密閉室に注入する。
(4) 表層の乾燥工程S13b（S24b）
図4(c) に示すように、加熱処理により、得られた被覆層1fとその内側の領域（表層）1gに存在する水分を蒸発させ、表層1gの水分量を生型内部1hより少なくさせる。表層1gの水分量は2.5質量％以下が好ましい。表層1gの水分量の下限は0.5質量％が好ましい。乾燥方法は特に限定されず、例えば図4(c) に示すように水平方向に移動するノズル11から温風を吹き付けるか、水平方向に並列させた加熱手段（例えば、白熱灯）で乾燥する。
図4(c) に示すように、加熱処理により、得られた被覆層1fとその内側の領域（表層）1gに存在する水分を蒸発させ、表層1gの水分量を生型内部1hより少なくさせる。表層1gの水分量は2.5質量％以下が好ましい。表層1gの水分量の下限は0.5質量％が好ましい。乾燥方法は特に限定されず、例えば図4(c) に示すように水平方向に移動するノズル11から温風を吹き付けるか、水平方向に並列させた加熱手段（例えば、白熱灯）で乾燥する。
熱硬化性樹脂を含有する被覆液を使用し、熱硬化性樹脂を加熱により硬化させる場合、被覆層1fの形成工程（S13a，S24a）及び表層1gの乾燥工程（S13b，S24b）を一回の加熱処理工程（S13，S24）により同時に行うことができる。被覆層1fの表面温度が100℃以上となるように加熱処理すると、硬化処理及び乾燥処理の時間を短縮できる。
(5) 型合わせ工程S15（S25）
加熱処理工程（S13，S24）の後、図4(d) に示すように、被覆層1fを形成した上型1aと下型1bとを型合わせすると、キャビティ部1ka及び1kbが整合してキャビティ1kを形成し、図1に示す一体的なキャビティ1kを有する鋳造用生型1が得られる。
加熱処理工程（S13，S24）の後、図4(d) に示すように、被覆層1fを形成した上型1aと下型1bとを型合わせすると、キャビティ部1ka及び1kbが整合してキャビティ1kを形成し、図1に示す一体的なキャビティ1kを有する鋳造用生型1が得られる。
(6) 注湯工程
上型1aと下型1bとを型合わせした鋳造用生型1の製品キャビティ1k-1に湯道1k-2を通じて溶湯を鋳込むことにより、鋳造物品を製造する。注湯工程は被覆層1fの表面温度が50℃以上の状態で開始する。加熱処理工程（S13，S24）の後、時間の経過に伴い被覆層1fの温度が低下するとともに、生型内部1hの水分が表面側に移動することにより表層1gの水分量が増加する。被覆層1fの表面温度が50℃以上であると、表層1gの水分量の増加を抑制できる。また、被覆層1fの表面温度が50℃以上と高いと、キャビティ1kとその中を流れる溶湯との摩擦を小さくすることができ、湯境不良や砂入り不良を効果的に低減できる。被覆層1fの表面温度は熱硬化性樹脂の硬化温度より高くする必要はなく、上限は100℃で良い。
上型1aと下型1bとを型合わせした鋳造用生型1の製品キャビティ1k-1に湯道1k-2を通じて溶湯を鋳込むことにより、鋳造物品を製造する。注湯工程は被覆層1fの表面温度が50℃以上の状態で開始する。加熱処理工程（S13，S24）の後、時間の経過に伴い被覆層1fの温度が低下するとともに、生型内部1hの水分が表面側に移動することにより表層1gの水分量が増加する。被覆層1fの表面温度が50℃以上であると、表層1gの水分量の増加を抑制できる。また、被覆層1fの表面温度が50℃以上と高いと、キャビティ1kとその中を流れる溶湯との摩擦を小さくすることができ、湯境不良や砂入り不良を効果的に低減できる。被覆層1fの表面温度は熱硬化性樹脂の硬化温度より高くする必要はなく、上限は100℃で良い。
第一の方法S1では図3(a) に示すように型合わせ工程S15の前に加熱処理工程S13を行うが、第二の方法S2のように図3(b) に示すように型合わせ工程S23の後に加熱処理工程S14を行っても良い。第二の方法S2でも、上記と同様にキャビティ表層1gの水分量を生型内部1hより低くできる。
(B) 第三の製造方法
鋳造物品の第三の製造方法を図5及び図6を参照して説明する。図6において図4と同じ部位に同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図5に示すように、第三の方法S3は熱硬化性樹脂を使用し、第一及び第二の加熱処理工程S33、S35により熱硬化性樹脂の硬化処理及び表層1gの乾燥処理を行う。造型工程S31、塗布工程S32、型合わせ工程S34及び注湯工程S36は基本的に第一の方法と同じである。
鋳造物品の第三の製造方法を図5及び図6を参照して説明する。図6において図4と同じ部位に同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図5に示すように、第三の方法S3は熱硬化性樹脂を使用し、第一及び第二の加熱処理工程S33、S35により熱硬化性樹脂の硬化処理及び表層1gの乾燥処理を行う。造型工程S31、塗布工程S32、型合わせ工程S34及び注湯工程S36は基本的に第一の方法と同じである。
第三の方法S3では、図6(a) に示す造型工程S31で形成された上型1a及び下型1bのキャビティ部1ka，1kbに、図6(b) に示す塗布工程S32で被覆液1nを塗布する。図6(c) に示す第一の加熱処理工程S33で、ノズル11から温風を被覆液1nの層1n’に吹き付け、加熱することにより被覆層より硬度の低い半硬化層1Lを形成する。その後、図6(d) に示す型合わせ工程S34で、半硬化層1Lが形成された上型1a及び下型1bを型合わせする。図6(e) に示す第二の加熱処理工程S35で、ノズル11から温風を湯口を経てキャビティ1kに吹込み、半硬化層1Lを更に加熱して被覆層1fを形成する。
本来の硬度を有する被覆層1fを形成する第二の加熱処理工程S35の前に、予備的な加熱硬化処理工程である第一の加熱処理工程S33を設け、半硬化層1Lを形成することにより、熱硬化性樹脂の急激な硬化にともなう割れ等を低減することができる。この観点から、図6(c) に示す第一の加熱処理工程S33後に形成された半硬化層1Lは30〜45の平均硬度（自硬性硬度計で測定）を有するのが好ましく、半硬化層1Lを更に加熱し硬化させてなる被覆層1fは50〜95の平均硬度（自硬性硬度計で測定）を有するのが好ましい。
実施例1
図3(b) に示す手順で第二の方法S2を実施する。
図3(b) に示す手順で第二の方法S2を実施する。
(1) 造型工程S21
100質量部の珪砂に5質量部の粘結材及び水分を混練することにより、水分量が4.5質量％の鋳物砂を調製した。鋳造用模型を定盤上にセットした後、模型を囲むように内側が0.5 m×0.6 mの鋳枠（図示せず）を定盤上にセットし、鋳枠の内側に鋳物砂を投入した後、ジョルトスキーズ法で圧縮造型し、図4(a) に示すキャビティ部1ka及び1kbを有する上型1a及び下型1bを2個ずつ形成した。自硬性硬度計（株式会社ナカヤマ製のNK-009）を使用し、鋳枠から50 mm以上離れた位置で、上型及び下型1a，1bの各キャビティ1kの表面の硬度を5か所測定し、平均硬度を求めた。その結果、上型及び下型1a，1bの平均硬度はいずれも20であった。
100質量部の珪砂に5質量部の粘結材及び水分を混練することにより、水分量が4.5質量％の鋳物砂を調製した。鋳造用模型を定盤上にセットした後、模型を囲むように内側が0.5 m×0.6 mの鋳枠（図示せず）を定盤上にセットし、鋳枠の内側に鋳物砂を投入した後、ジョルトスキーズ法で圧縮造型し、図4(a) に示すキャビティ部1ka及び1kbを有する上型1a及び下型1bを2個ずつ形成した。自硬性硬度計（株式会社ナカヤマ製のNK-009）を使用し、鋳枠から50 mm以上離れた位置で、上型及び下型1a，1bの各キャビティ1kの表面の硬度を5か所測定し、平均硬度を求めた。その結果、上型及び下型1a，1bの平均硬度はいずれも20であった。
(2) 塗布工程S22
2組の上型及び下型1a，1bのキャビティ部1ka，1kbの表面及び型合わせ面（見切り面）1eに、ノズル10より、300 g/m2の被覆液1n（フェノール樹脂のエタノール溶液、フェノール樹脂濃度：30質量％、粘度：15 mPa・S）をスプレー塗布した。
2組の上型及び下型1a，1bのキャビティ部1ka，1kbの表面及び型合わせ面（見切り面）1eに、ノズル10より、300 g/m2の被覆液1n（フェノール樹脂のエタノール溶液、フェノール樹脂濃度：30質量％、粘度：15 mPa・S）をスプレー塗布した。
(3) 型合わせ工程S23
被覆液1nを塗布した2組の上型及び下型1a，1bを型合わせし、2つの生型1を形成した。
被覆液1nを塗布した2組の上型及び下型1a，1bを型合わせし、2つの生型1を形成した。
(4) 加熱処理工程S24
各生型1の湯口より105℃の温風をキャビティ1kに圧送することにより、被覆液1nを乾燥させてフェノール樹脂を加熱硬化させるとともに、キャビティ部1kの表層1gを乾燥させ、通気孔4を有する被覆層1fを有するとともに、表層1gの水分量を低減させた2つの（第一及び第二の）生型1を得た。乾燥した第一及び第二の被覆生型1のキャビティ表層温度（非接触表面温度計で測定）はいずれも50℃であった。第一の被覆生型1について、上型及び下型1a，1bの被覆層1fの通気度をJIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法によりそれぞれ測定した。その結果、被覆層1fの通気度は平均110であった。
各生型1の湯口より105℃の温風をキャビティ1kに圧送することにより、被覆液1nを乾燥させてフェノール樹脂を加熱硬化させるとともに、キャビティ部1kの表層1gを乾燥させ、通気孔4を有する被覆層1fを有するとともに、表層1gの水分量を低減させた2つの（第一及び第二の）生型1を得た。乾燥した第一及び第二の被覆生型1のキャビティ表層温度（非接触表面温度計で測定）はいずれも50℃であった。第一の被覆生型1について、上型及び下型1a，1bの被覆層1fの通気度をJIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法によりそれぞれ測定した。その結果、被覆層1fの通気度は平均110であった。
第二の被覆生型1について、キャビティ表面より深さ5 mmまでの範囲の表層1gの5か所から5個のサンプルを採取した。各サンプルについて、105±5℃に15分間保持する前後の重量を測定し、両者の差を求めた。5個のサンプルの重量差を平均し、表層1gの水分量に相当する乾燥減量を求めた。その結果、表層1gの水分量は1.5質量％であることが分った。
表層1g以外の生型部分（生型内部）1hの水分量はほぼ一定であるので、表層1gを切り取った後の生型部分から深さ15〜20 mm（表面から深さ20〜25 mm）の部分を切り取り、上記と同じ方法により水分量を測定し、表層1g以外の生型部分（生型内部）1hの平均水分量とした。その結果、生型内部1hの水分量は3.7質量％であることが分った。また、キャビティ表層の別部位よりスプーンで縦×横×深さが各3 cmのブロックを5個切り取り、被覆層1fを壊さないようにしてブロックから砂を刷毛で除去し、被覆層1fの厚さをノギスで測定し、平均した。また、上記と同じ自硬性硬度計を用いた方法により、被覆層1fの硬度を測定した。その結果、被覆層1fの平均硬度は76であった。
(5) 注湯工程S25
第一の被覆生型1に、EU Standard EN10295で規定された1.4848材（C：0.4質量%、Si：1.7質量%、Mn：1.8質量%、P：0.03質量%、Cr：25.0質量%、Mo：0.4質量%、Ni：19.0質量%、及びS：0.03質量％）の溶湯を1600℃で注湯した。
第一の被覆生型1に、EU Standard EN10295で規定された1.4848材（C：0.4質量%、Si：1.7質量%、Mn：1.8質量%、P：0.03質量%、Cr：25.0質量%、Mo：0.4質量%、Ni：19.0質量%、及びS：0.03質量％）の溶湯を1600℃で注湯した。
(6) 評価
得られた鋳鋼品の外観を観察し、ピンホールや砂入り欠陥等の外観不良の発生割合を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎：ピンホールや砂入り欠陥等の外観不良の発生割合が1％以下。
○：上記外観不良の発生割合が1％を超え2％以下。
×：上記外観不良の発生割合が2％超。
得られた鋳鋼品の外観を観察し、ピンホールや砂入り欠陥等の外観不良の発生割合を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎：ピンホールや砂入り欠陥等の外観不良の発生割合が1％以下。
○：上記外観不良の発生割合が1％を超え2％以下。
×：上記外観不良の発生割合が2％超。
比較例1
塗布工程S22及び加熱処理工程S24を省略した以外実施例1と同様にして、生型1を形成し、鋳鋼品を製造した。鋳鋼品の外観の観察結果を表1に示す。比較例1の生型1は被覆層を有さないので、溶湯は鋳物砂に直接接触し、生型中の水分の蒸発により鋳物表面に広範囲にピンホール欠陥が発生した。
塗布工程S22及び加熱処理工程S24を省略した以外実施例1と同様にして、生型1を形成し、鋳鋼品を製造した。鋳鋼品の外観の観察結果を表1に示す。比較例1の生型1は被覆層を有さないので、溶湯は鋳物砂に直接接触し、生型中の水分の蒸発により鋳物表面に広範囲にピンホール欠陥が発生した。
実施例2及び3
実施例1と被覆液の塗布量を変更した以外実施例1と同様にして被覆生型1を形成し、鋳鋼品を製造した。鋳鋼品の外観の観察結果を表1に示す。
実施例1と被覆液の塗布量を変更した以外実施例1と同様にして被覆生型1を形成し、鋳鋼品を製造した。鋳鋼品の外観の観察結果を表1に示す。
実施例4及び5
被覆液の粘度及び塗布量を変更した以外実施例1と同様にして、被覆生型1を形成し、鋳鋼品を製造した。鋳鋼品の外観の観察結果を表1に示す。実施例4では実施例1より被覆液の塗布量が多いために被覆層1fの通気度が小さく、得られた鋳鋼品に僅かにピンホールが認められた。また、実施例5では実施例1より被覆液の粘度が高く、塗布量が少なかったので、被覆層1fの硬度が実施例1より低く、得られた鋳鋼品に僅かに砂入りが認められた。
被覆液の粘度及び塗布量を変更した以外実施例1と同様にして、被覆生型1を形成し、鋳鋼品を製造した。鋳鋼品の外観の観察結果を表1に示す。実施例4では実施例1より被覆液の塗布量が多いために被覆層1fの通気度が小さく、得られた鋳鋼品に僅かにピンホールが認められた。また、実施例5では実施例1より被覆液の粘度が高く、塗布量が少なかったので、被覆層1fの硬度が実施例1より低く、得られた鋳鋼品に僅かに砂入りが認められた。
1 生型
1a 第一の生型部材（上型）
1b 第二の生型部材（下型）
1k キャビティ
1ka，1kb キャビティ部
1k-1 製品キャビティ
1k-2 湯道
1e 見切り面
1f 被覆層
1g 表層
1h 生型内部
1n 被覆液
1n’ 被覆液の層（硬化性樹脂層）
1L 半硬化層
2 砂粒子
3 隙間
4 通気孔
10，11 ノズル
T1 被覆層の厚さ
T2 表層の厚さ
1a 第一の生型部材（上型）
1b 第二の生型部材（下型）
1k キャビティ
1ka，1kb キャビティ部
1k-1 製品キャビティ
1k-2 湯道
1e 見切り面
1f 被覆層
1g 表層
1h 生型内部
1n 被覆液
1n’ 被覆液の層（硬化性樹脂層）
1L 半硬化層
2 砂粒子
3 隙間
4 通気孔
10，11 ノズル
T1 被覆層の厚さ
T2 表層の厚さ
(5) 型合わせ工程S14（S23）
加熱処理工程（S13，S24）の後、図4(d) に示すように、被覆層1fを形成した上型1aと下型1bとを型合わせすると、キャビティ部1ka及び1kbが整合してキャビティ1kを形成し、図1に示す一体的なキャビティ1kを有する鋳造用生型1が得られる。
加熱処理工程（S13，S24）の後、図4(d) に示すように、被覆層1fを形成した上型1aと下型1bとを型合わせすると、キャビティ部1ka及び1kbが整合してキャビティ1kを形成し、図1に示す一体的なキャビティ1kを有する鋳造用生型1が得られる。
第一の方法S1では図3(a) に示すように型合わせ工程S14の前に加熱処理工程S13を行うが、第二の方法S2のように図3(b) に示すように型合わせ工程S23の後に加熱処理工程S24を行っても良い。第二の方法S2でも、上記と同様にキャビティ表層1gの水分量を生型内部1hより低くできる。
(4) 加熱処理工程S24
各生型1の湯口より105℃の温風をキャビティ1kに圧送することにより、被覆液1nを乾燥させてフェノール樹脂を加熱硬化させるとともに、キャビティ1kの表層1gを乾燥させ、通気孔4を有する被覆層1fを有するとともに、表層1gの水分量を低減させた2つの（第一及び第二の）生型1を得た。乾燥した第一及び第二の被覆生型1のキャビティ表層温度（非接触表面温度計で測定）はいずれも50℃であった。第一の被覆生型1について、上型及び下型1a，1bの被覆層1fの通気度をJIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法によりそれぞれ測定した。その結果、被覆層1fの通気度は平均110であった。
各生型1の湯口より105℃の温風をキャビティ1kに圧送することにより、被覆液1nを乾燥させてフェノール樹脂を加熱硬化させるとともに、キャビティ1kの表層1gを乾燥させ、通気孔4を有する被覆層1fを有するとともに、表層1gの水分量を低減させた2つの（第一及び第二の）生型1を得た。乾燥した第一及び第二の被覆生型1のキャビティ表層温度（非接触表面温度計で測定）はいずれも50℃であった。第一の被覆生型1について、上型及び下型1a，1bの被覆層1fの通気度をJIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法によりそれぞれ測定した。その結果、被覆層1fの通気度は平均110であった。
Claims (12)
- 各々キャビティ部を有する少なくとも一対の生型部材を有し、前記生型部材は前記キャビティ部が整合するように重ねられて、金属溶湯が流入するキャビティが形成された鋳造用生型であって、
前記生型部材の各々は粘結材及び水分を含有する鋳物砂で造型され、
各生型部材の少なくとも前記キャビティ部の表面に硬化樹脂を主体とした被覆層が形成されており、
前記被覆層は、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有し、かつ
前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が前記表層を除く生型部分の平均水分量より少ないことを特徴とする鋳造用生型。 - 請求項1に記載の鋳造用生型において、前記通気孔が前記被覆層にほぼ均一に分布し、かつ連通する多数の細孔であることを特徴とする鋳造用生型。
- 請求項1又は2に記載の鋳造用生型において、前記被覆層の通気度（JIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法で測定）が50〜200であることを特徴とする鋳造用生型。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の鋳造用鋳型において、前記被覆層の自硬性硬度計で測定した平均硬度が50〜95の範囲内であることを特徴とする鋳造用鋳型。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の鋳造用鋳型において、前記表層における水分量が2.5質量％以下であることを特徴とする鋳造用生型。
- 鋳造物品の製造方法であって、
粘結材及び水分を含有する鋳物砂を造型し、各々キャビティ部を有する少なくとも一対の生型部材を造型する工程と、
硬化性樹脂を含有する被覆液を各生型部材の少なくとも前記キャビティ部に塗布する工程と、
前記キャビティ部が整合してキャビティを形成するように前記生型部材を型合わせして、少なくともキャビティ表面に硬化性樹脂を主体とした被覆層が形成された鋳造用生型を形成する工程と、
前記型合わせ工程の前又は後に、前記硬化性樹脂を硬化させて、注湯により発生するガスを逃がすのに十分な通気度の通気孔を有する被覆層を形成する工程と、
前記硬化性樹脂の硬化と同時に又はその後に、前記被覆層を含む前記キャビティの表面から深さ5 mmまでの表層における水分量が生型内部の水分量より少なくなるように乾燥させる工程と、
前記被覆層の表面温度が50℃以上の状態で、前記キャビティに金属溶湯を鋳込む工程とを有することを特徴とする方法。 - 請求項6に記載の鋳造物品の製造方法において、
前記被覆液が熱硬化性樹脂を含有し、
前記型合わせ工程の前又は後に、前記被覆液を塗布した前記生型部材を加熱処理することにより、前記熱硬化性樹脂を硬化させるとともに前記表層を乾燥させることを特徴とする方法。 - 請求項6又は7に記載の鋳造物品の製造方法において、前記被覆液の塗布量が単位面積当たり100〜550 g/m2であることを特徴とする方法。
- 請求項6〜8のいずれかに記載の鋳造物品の製造方法において、前記通気孔が前記被覆層にほぼ均一に分布し、連通した多数の細孔であることを特徴とする方法。
- 請求項6〜9のいずれかに記載の鋳造物品の製造方法において、前記被覆層の通気度（JIS Z2601で規定される大オリフィスを使用した迅速法で測定）が50〜200であることを特徴とする方法。
- 請求項6〜10のいずれかに記載の鋳造物品の製造方法において、前記被覆層の自硬性硬度計で測定した平均硬度値が50〜95の範囲内であることを特徴とする方法。
- 請求項6〜11のいずれかに記載の鋳造物品の製造方法において、前記乾燥工程で前記表層における水分量を2.5質量％以下にすることを特徴とする方法。
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