(57)【要約】【課題】軽量性および強度のバランスに優れた鋳型を実現できる耐火性骨材を提供する。【解決手段】無機系粘結剤を用いる鋳型の造型に鋳物砂として用いられる耐火性骨材であって、真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材。上記耐火性骨材はＳｉＯ２を９０質量％以上含むことが好ましく、非晶化度が８０％以上であることが好ましく、球形度が０．８０以上であることが好ましく、平均粒子径が０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機系粘結剤を用いる鋳型の造型に鋳物砂として用いられる耐火性骨材であって、
真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材。
【請求項２】
ＳｉＯ２を９０質量％以上含む、請求項１に記載の耐火性骨材。
【請求項３】
非晶化度が８０％以上である、請求項１または２に記載の耐火性骨材。
【請求項４】
球形度が０．８０以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の耐火性骨材。
【請求項５】
平均粒子径が０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の耐火性骨材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の耐火性骨材と、無機系粘結剤と、を含む鋳物砂組成物。
【請求項７】
前記無機系粘結剤がアルカリ金属ケイ酸塩を含む、請求項６に記載の鋳物砂組成物。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の耐火性骨材と、前記耐火性骨材の表面に形成され、かつ、前記無機系粘結剤により構成された無機系粘結剤層と、を含むコーテッドサンドである、請求項６または７に記載の鋳物砂組成物。
【請求項９】
前記無機系粘結剤層上および無機系粘結剤層中の少なくとも一方に無機微粒子をさらに含む、請求項８に記載の鋳物砂組成物。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の鋳物砂組成物により構成された鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火性骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物の鋳造に用いられる鋳型としては、例えば、耐火性骨材と無機系粘結剤とを含む鋳物砂を用いて、目的とする形状に造型して得られたものが知られている。
耐火性骨材と無機系粘結剤とを含む鋳物砂に関する技術としては、例えば、特許文献１（特公昭５３−０２５８０３号公報）および特許文献２（国際公開第２０１４／０９８１２９号）に記載のものが挙げられる。
【０００３】
特許文献１には、ケイ砂などの耐火物粒子にあらかじめ水ガラスにカ性アルカリを添加して調整したメタケイ酸アルカリ溶液を添加混練するかあるいは混練中さらにアルコール類を添加し、結晶性ケイ酸アルカリを上記ケイ砂等の耐火物粒子表面に析出被着させたのち、Ｆｅ−Ｓｉ精錬時に発生しＳｉＯ２を主成分とする微粒ダストを添加混和してなる粉粒体配合砂をすくなくとも上記結晶性ケイ酸アルカリの融点以上に加熱して硬化させることを特徴とする鋳型の製作方法が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、加熱した耐火性骨材に対して、粘結剤として水ガラス水溶液を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、かかる耐火性骨材の表面に該粘結剤の被覆層を形成してなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにして、その水分率が０．５質量％以下となるように調整されていることを特徴とするコーテッドサンドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５３−０２５８０３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０９８１２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鋳型のハンドリング性を改善する観点から、鋳型には高強度であるとともに、軽量化が求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量性および強度のバランスに優れた鋳型を実現できる耐火性骨材に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、軽量性および強度のバランスに優れた鋳型を実現するために鋭意検討した。その結果、本発明者らは、真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材を無機系粘結剤とともに用いた場合に軽量性および強度のバランスに優れた鋳型が得られることを見出した。
【０００８】
本発明によれば、
無機系粘結剤を用いる鋳型の造型に鋳物砂として用いられる耐火性骨材であって、
真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材が提供される。
【０００９】
さらに、本発明によれば、
上記耐火性骨材と、無機系粘結剤と、を含む鋳物砂組成物が提供される。
【００１０】
さらに、本発明によれば、
上記鋳物砂組成物により構成された鋳造用鋳型が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量性および強度のバランスに優れた鋳型を実現できる耐火性骨材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。また、本明細書中において、数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」は特に断りがなければＡ以上Ｂ以下の範囲を表す。また、各実施形態に記載される構成・要素は発明の効果を損なわない限りにおいて適宜組み合わせることもできる。
【００１３】
［耐火性骨材（Ａ）］
はじめに、本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）について説明する。
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）は、無機系粘結剤を用いる鋳型の造型に鋳物砂として用いられる耐火性骨材であって、真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である。ここで、本実施形態において、耐火性骨材（Ａ）は耐火性粒子の粒子群で構成される。
【００１４】
前述したように、本発明者らは、軽量性および強度のバランスに優れた鋳型を実現するために鋭意検討した。その結果、真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材を用いた場合に軽量性および強度のバランスに優れた鋳型が得られることを見出した。
ここで、真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材を用いた場合に軽量性および強度のバランスに優れた鋳型が得られる理由は必ずしも明らかではないが、真比重が上記上限値以下であり、かつ、球状であることにより金型への耐火性骨材の充填性が向上し、その結果、鋳型の強度を高くでき、さらに真比重が上記上限値以下であることにより、鋳型をより軽量にできるからだと考えられる。
【００１５】
耐火性骨材（Ａ）の真比重は２．５０ｇ／ｃｍ３以下であるが、得られる鋳型の強度を高強度に保ちながら、より一層軽量化する観点から、２．３０ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、２．２０ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２．１５ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。
また、耐火性骨材（Ａ）の真比重は、鋳型強度向上の観点から、１．５０ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、１．８０ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、２．００ｇ／ｃｍ３以上がさらに好ましい。
【００１６】
ここで、本実施形態において、例えば、耐火性骨材（Ａ）に含まれるＳｉＯ２の含有量を高めたり、非晶化度を高めたり、火炎溶融法により球状化する方法で製造したりすること等によって、耐火性骨材（Ａ）の真比重を上記上限値以下に調整することが可能である。
【００１７】
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）の真比重は、ＪＩＳ  Ｒ２２０５に従い、比重ビン法を用いて測定することができる。
【００１８】
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）は人工砂が好ましい。人工砂とは、天然より産出する鋳物砂ではなく、人工的に金属酸化物の成分を調製し、溶融または焼結した鋳物砂のことを表す。また、使用済みの耐火性骨材を回収した回収砂や、回収砂に再生処理を施した再生砂なども使用できる。
【００１９】
耐火性骨材（Ａ）は、鋳型強度および耐火性向上の観点や、低熱膨張性の観点から、耐火性骨材（Ａ）に含まれる全成分の合計を１００質量％としたとき、ＳｉＯ２を９０質量％以上１００質量％以下含むことが好ましく、９５質量％以上１００質量％以下含むことがより好ましく、９７質量％以上１００質量％以下含むことがさらに好ましい。
耐火性骨材（Ａ）中のＳｉＯ２の含有量は公知の分析方法、例えば、湿式重量法または蛍光Ｘ線法等を用いて測定することができる。
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）がＳｉＯ２を含む場合、ＳｉＯ２以外の成分として含まれ得るものとしては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等の金属酸化物が挙げられる。耐火性向上の観点からは、これらの合計量は耐火性骨材（Ａ）中１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。
【００２０】
耐火性骨材（Ａ）の非晶化度は、骨材の表面がより平滑になって鋳型強度がより向上する観点や、低熱膨張性を得る観点から、８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましく、９３％以上がさらに好ましく、９５％以上がより更に好ましい。
耐火性骨材（Ａ）の非晶化度の上限は特に限定されないが、例えば、１００％以下であり、９９％以下であってもよい。
【００２１】
耐火性骨材（Ａ）の非晶化度の制御方法には様々な手法があるが、一般には溶融物を急冷させるような製造方法を用いることが好ましい。例えば、原料を溶融させ、エアーで風砕させ急冷する方法や、火炎中において処理し、急冷させる方法がある。いずれにおいても、冷却方法は材質、粒径によって様々な速度で適宜選択されればよい。また、一旦結晶化したものを熱処理と冷却処理にて非晶化させる方法も考えられる。これらの中でも、加熱と冷却が容易に制御できる火炎溶融法を用いたものが好ましい。
【００２２】
耐火性骨材（Ａ）の非晶化度は、下記に示されるＸ線回折法によって求めることができる。
（Ｘ線回折法）
耐火性骨材（Ａ）を乳鉢で粉砕し、粉末Ｘ線回折装置のＸ線ガラスホルダーに圧着して測定する。粉末Ｘ線回折装置は、理学電機社製ＭｕｌｔｉＦｌｅｘ（光源ＣｕＫα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ）を用い、２θ＝５〜９０°の範囲で走査間隔０．０１°、走査速度２°／ｍｉｎ、スリット  ＤＳ１、ＳＳ１、ＲＳ０．３ｍｍにて行う。２θ＝１０°〜５０°の範囲で、低角度側及び高角度側のＸ線強度を直線で結び、直線下の面積をバックグラウンドとし、機器付属のソフトを用いて結晶化度を求め、１００から引いて非晶化度とする。具体的には、バックグラウンドより上の面積について、非晶質ピーク（ハロー）と各結晶性成分をカーブフィッティングにより分離し、それぞれの面積を求め、下記式にて非晶化度（％）を計算する。
非晶化度（％）＝ハローの面積／（結晶性成分面積＋ハロー面積）×１００
【００２３】
耐火性骨材（Ａ）は球状である。ここで、本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）が球状とはボールのような丸い形状をしたものをいい、より具体的には、球形度が好ましくは０．８０以上、より好ましくは０．８３以上、さらに好ましくは０．８６以上、より更に好ましくは０．８８以上のものをいう。本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）の球形度が上記下限値以上であると、流動性、鋳型品質および鋳型強度向上の観点や、鋳型の造型しやすさの観点から好ましい。
本実施形態において、耐火性骨材（Ａ）の球形度は、光学顕微鏡またはデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により得られた耐火性粒子の像（写真）を画像解析することにより、耐火性粒子の粒子投影断面の面積及び該断面の周囲長を求め、次いで、〔粒子投影断面の面積（ｍｍ２）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）〕／〔粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）〕を計算し、任意の５０個の耐火性粒子につき、それぞれ得られた値を平均して求めることができる。
【００２４】
耐火性骨材（Ａ）の平均粒子径は、鋳型品質および鋳型強度向上の観点や、鋳型の造型のし易さやの観点から、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましい。また、耐火性骨材（Ａ）の平均粒子径が上記下限値以上であると、鋳型の製造の際に、無機系粘結剤の使用量を減らすことができるため、耐火性骨材（Ａ）の再生がより容易となるため好ましい。
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）の平均粒子径は、鋳型品質および鋳型強度向上の観点や、鋳型の造型しやすさの観点から、２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下がさらに好ましい。また、耐火性骨材（Ａ）の平均粒子径が上記上限値以下であると、鋳型の製造の際に、空隙率が小さくなり、鋳型強度を高められるため好ましい。
本実施形態において、耐火性骨材（Ａ）の平均粒子径は、下記方法により測定することができる。
【００２５】
（平均粒子径の測定方法）
耐火性粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた耐火性粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の耐火性粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とする。長軸径と短軸径は、以下のように定義される。粒子を平面上に安定させ、その粒子の平面上への投影像を２本の平行線ではさんだとき、その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径といい、一方、この平行線に直角な方向の２本の平行線で粒子をはさむときの距離を長軸径という。
耐火性粒子の長軸径と短軸径は、光学顕微鏡またはデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により該粒子の像（写真）を撮影し、得られた像を画像解析することにより求めることができる。
【００２６】
［耐火性骨材（Ａ）の製造方法］
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）は、例えば、原料である粉末粒子を、火炎中で溶融して球状化する工程を含む方法（例えば、火炎溶融法）により作製することができる。
以下、火炎溶融法を用いた耐火性骨材（Ａ）の製造方法の一例を説明する。
【００２７】
出発原料である粉末粒子を溶融する際、当該粒子に水分が含まれると、該水分が蒸発するため、得られる耐火性骨材（Ａ）の球形度の低下をもたらす。したがって、出発原料の含水率（重量％）としては、得られる耐火性骨材（Ａ）の球形度を適切な範囲に調節する観点から、１０重量％以下が好ましく、３重量％以下がより好ましく、１重量％以下がさらに好ましい。含水率は粉末粒子１０ｇを８００℃で１時間加熱した時の減量により求めることができる。
【００２８】
出発原料は、例えば、耐火性を有する鉱産原料および合成原料から選ぶことができる。ＳｉＯ２源としての原料として、例えば、珪石、珪砂、石英、クリストバライト、非晶質シリカ等を挙げることができる。これらの原料はそれぞれ単独で、もしくは２種以上を混合して使用することができる。選択された出発原料は、その含水率を低下させるため、あるいはその溶融を容易にするために仮焼して使用するのが好ましい。
【００２９】
出発原料としての粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程では、上記のような出発原料を酸素等のキャリアガスに分散させ、火炎中に投入することによって溶融し、球状化を行う（火炎溶融法）。好適な態様においては、下記火炎中に投入する。
用いる火炎はプロパン、ブタン、メタン、天然液化ガス、ＬＰＧ、重油、灯油、軽油、微粉炭等の燃料を酸素と燃焼させることによって発生させることができる。燃料の対酸素比は完全燃焼の観点から容量比で１．０１〜１．３が好ましい。高温の火炎を発生させる観点から、酸素付加空気バーナー、酸素・ガスバーナーが好適である。さらに酸素・ガスバーナーが好適である。
【００３０】
火炎中への粉末粒子の投入は、キャリアガス中に分散して行なう。キャリアガスとしては、酸素が好適に用いられる。この場合、キャリアガスの酸素は燃料燃焼用として消費できる利点がある。ガス中の粉体濃度は、粉末粒子の充分な分散性を確保する観点から、０．１〜２０ｋｇ／Ｎｍ３が好ましく、０．２〜１０ｋｇ／Ｎｍ３がより好ましい。
【００３１】
火炎中での球状化を速やかに行なうと共に、単分散した耐火性骨材（Ａ）を得る観点から、原料粉末粒子の形状と組成を選択することが好ましい。形状としては、火炎中での滞留時間確保や溶融、球状化を速やかに行なう観点から、原料粉末粒子の長軸径／短軸径比が９以下であるのが好ましく、より好ましくは４以下、さらに好ましくは２以下である。
また、粉末粒子は、Ｎ２不活性ガス等を電離させて生じるプラズマジェット火炎中でも好適に溶融し、球状化できる。
なお、火炎の温度としては、１８００〜３０００℃程度が適当である。
【００３２】
以上の方法により、本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）を得ることができる。
【００３３】
本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）は単独で、もしくは珪砂等のその他の公知の耐火性骨材と組み合わせて、粘土、アルカリ金属ケイ酸塩、シリカゾル等の無機系粘結剤と混合され、所望の鋳造用鋳型を用いて公知の方法にしたがって造型することができる。
以下、本実施形態に係る耐火性骨材（Ａ）を無機系粘結剤と混合することにより得られる鋳物砂組成物について説明する。
【００３４】
［鋳物砂組成物（Ｃ）］
本実施形態に係る鋳物砂組成物（Ｃ）は、耐火性骨材（Ａ）と、無機系粘結剤（Ｂ）と、を含む。本実施形態に係る鋳物砂組成物（Ｃ）は、耐火性骨材（Ａ）と、耐火性骨材（Ａ）の表面に形成され、かつ、無機系粘結剤（Ｂ）により構成された無機系粘結剤層とを含む、いわゆるコーテッドサンドであってもよい。
【００３５】
鋳物砂組成物（Ｃ）に含まれる無機系粘結剤（Ｂ）の含有量は、高強度の鋳造用鋳型を得る観点から、耐火性骨材（Ａ）１００質量部に対して、例えば０．０５質量部以上であり、好ましくは０．１質量部以上、より好ましくは０．５質量部以上である。
また、鋳物砂組成物（Ｃ）に含まれる無機系粘結剤（Ｂ）の含有量は、高強度の鋳造用鋳型を得る観点から、耐火性骨材（Ａ）１００質量部に対して、例えば１０質量部以下であり、好ましくは８質量部以下、より好ましくは６質量部以下である。
【００３６】
無機系粘結剤（Ｂ）としては、例えば、粘土、アルカリ金属ケイ酸塩、シリカゾル、エチルシリケート、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩等が挙げられる。
これらの中でもアルカリ金属ケイ酸塩が好ましい。アルカリ金属ケイ酸塩は、水に溶かして水ガラスの状態で用いることができる。また、アルカリ金属ケイ酸塩は、水和物とすることで、水に溶かさない状態でも用いることができる。
【００３７】
アルカリ金属ケイ酸塩としては、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、コロイダルシリカ、アルキルシリケート等が挙げられる。また、複数のアルカリ金属ケイ酸塩を混合して用いてもよい。
ケイ酸ナトリウムを用いた場合には、取扱いの観点からＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏのモル比が２．０〜３．３が好ましく、２．１〜３．１がより好ましい。
アルカリ金属ケイ酸塩の中でも、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およびメタケイ酸カリウムから選択される少なくとも一種の化合物が好ましく、メタケイ酸ナトリウムおよびメタケイ酸カリウムから選択される少なくとも一種の化合物がより好ましい。
ここで、アルカリ金属ケイ酸塩は水和物であってもよい。
【００３８】
本実施形態に係る鋳物砂組成物（Ｃ）は、カップリング剤、滑剤、離型剤等のその他の添加剤を含んでもよい。
カップリング剤としては特に限定されないが、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が挙げられる。
滑剤としては特に限定されないが、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；硬化油等が挙げられる。
離型剤としては特に限定されないが、例えば、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が挙げられる。
【００３９】
本実施形態に係る鋳物砂組成物（Ｃ）が、耐火性骨材（Ａ）と、耐火性骨材（Ａ）の表面に形成され、かつ、無機系粘結剤（Ｂ）により構成された無機系粘結剤層とを含むコーテッドサンドの場合、例えば、以下の方法により製造することができる。
例えば、加熱した耐火性骨材（Ａ）に対して、無機系粘結剤（Ｂ）の水溶液や無機系粘結剤（Ｂ）の溶融液を、必要に応じて添加剤と共に、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（Ａ）の表面を無機系粘結剤（Ｂ）にて被覆するようにすることによって製造することができる。
【００４０】
本実施形態に係る鋳物砂組成物（Ｃ）が、耐火性骨材（Ａ）と、耐火性骨材（Ａ）の表面に形成され、かつ、無機系粘結剤（Ｂ）により構成された無機系粘結剤層とを含むコーテッドサンドの場合、無機系粘結剤層上および無機系粘結剤層中の少なくとも一方に無機微粒子をさらに含むことが好ましく、無機系粘結剤層上に無機微粒子をさらに含むことがより好ましい。本実施形態に係る無機微粒子は、無機系粘結剤層上と無機系粘結剤層中の両方に含まれていてもよい。
こうすることで、コーテッドサンドの粒子同士が無機微粒子を介してより強固に結着し、その結果、得られる鋳型の単位質量当たりの強度をさらに向上させることができる。
ここで、無機系粘結剤層上の無機微粒子は、無機系粘結剤層に一部埋め込まれていてもよい。
【００４１】
上記無機微粒子としては特に限定されないが、例えば、シリカ粒子、シリコン粒子等が挙げられ、シリカ粒子が好ましく、非晶性シリカ粒子がより好ましい。これらの無機微粒子は一種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、無機微粒子としてシリカ粒子を用いる場合、鋳物砂組成物（Ｃ）同士の融結性向上の観点から、耐火性骨材（Ａ）に含まれる全成分の合計を１００質量％としたとき、耐火性骨材（Ａ）は、ＳｉＯ２を９０質量％以上１００質量％以下含むことが好ましく、９２質量％以上１００質量％以下含むことがより好ましく、９５質量％以上１００質量％以下含むことがさらに好ましい。
【００４２】
非晶性シリカ粒子の非晶化度は、コーテッドサンドの粒子同士が無機微粒子を介してより強固に結着させる観点から、８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましく、９３％以上がさらに好ましく、９５％以上がより更に好ましい。
非晶性シリカ粒子の非晶化度の上限は特に限定されないが、例えば、１００％以下であり、９９％以下であってもよい。
【００４３】
また、上記無機微粒子のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径ｄ５０は、単位質量当たりの鋳型強度向上やハンドリング性の観点から、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．３μｍ以上、さらに好ましくは０．４μｍ以上であり、単位質量当たりの鋳型強度向上の観点から、好ましくは２．０μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以下である。
ここで、上記無機微粒子のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径ｄ５０は、例えばコーテッドサンドから無機系粘結剤層を水で溶解させて除去し、無機微粒子を取り出し、次いで、得られた無機微粒子の粒度をレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定することによって得ることができる。
また、上記無機微粒子のレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径ｄ５０は、原料である無機微粒子の粒度をレーザー回折散乱式粒度分布測定法で測定することによって得ることもできる。
【００４４】
また、走査型電子顕微鏡の観察画像から求められる、上記無機微粒子の平均粒子径は、単位質量当たりの鋳型強度向上やハンドリング性の観点から、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．３μｍ以上、さらに好ましくは０．４μｍ以上であり、単位質量当たりの鋳型強度向上の観点から、好ましくは２．０μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以下である。
ここで、走査型電子顕微鏡の観察画像から求められる、上記無機微粒子の平均粒子径は、種々の画像解析手法を用いることができる。前処理として不規則な粒子選別を行ってもよい。例えば、元素を頼りに無機系粘結剤層と無機微粒子を判定した後に、任意の無機微粒子を１００個選択し、それらの粒子径を測定し、最大粒子径から数えて１０個と最低粒子径から数えて１０個の合計２０個の無機微粒子を除いた８０個の無機微粒子の粒子径の平均値を上記無機微粒子の平均粒子径とすることができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る鋳物砂組成物（Ｃ）に含まれる無機微粒子の含有量は、単位質量当たりの鋳型強度向上やハンドリング性の観点から、耐火性骨材（Ａ）１００質量部に対して、０．１質量部以上が好ましく、０．２質量部以上がより好ましく、そして１０質量部以下が好ましく、５質量部以下がより好ましく、３質量部以下がさらに好ましい。
【００４６】
［鋳造用鋳型］
つぎに、本実施形態に係る鋳造用鋳型について説明する。
本実施形態に係る鋳造用鋳型は、鋳物砂組成物（Ｐ）により構成される。
本実施形態に係る鋳造用鋳型の製造方法は、特に限定されないが、例えば、成形金型内に鋳物砂組成物（Ｐ）を充填して、加熱硬化させる方法が挙げられる。また、公知の各種の造型手法を適用することが可能である。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００４８】
上述した実施形態に関し、本発明はさらに以下の耐火性骨材、鋳物砂組成物および鋳造用鋳型を開示する。
＜１＞
無機系粘結剤を用いる鋳型の造型に鋳物砂として用いられる耐火性骨材であって、
真比重が２．５０ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、球状である耐火性骨材。
＜２＞
前記真比重が、好ましくは２．３０ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは２．２０ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは２．１５ｇ／ｃｍ３以下、また好ましくは１．５０ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは１．８０ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．００ｇ／ｃｍ３以上である、前記＜１＞に記載の耐火性骨材。
＜３＞
ＳｉＯ２を好ましくは９０質量％以上含み、より好ましくは９０質量％以上１００質量％以下含み、さらに好ましくは９２質量％以上１００質量％以下含み、より更に好ましくは９５質量％以上１００質量％以下含む、前記＜１＞または＜２＞に記載の耐火性骨材。
＜４＞
非晶化度が、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９３％以上、より更に好ましくは９５％以上であり、また例えば１００％以下、９９％以下であってもよい、前記＜１＞乃至＜３＞のいずれか一つに記載の耐火性骨材。
＜５＞
球形度が、好ましくは０．８０以上、より好ましくは０．８３以上、さらに好ましくは０．８６以上、より更に好ましくは０．８８以上である、前記＜１＞乃至＜４＞のいずれか一つに記載の耐火性骨材。
＜６＞
平均粒子径が、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．１ｍｍ以上であり、また好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である、前記＜１＞乃至＜５＞のいずれか一つに記載の耐火性骨材。
＜７＞
前記耐火性骨材が人工砂を含む、前記＜１＞乃至＜６＞のいずれか一つに記載の耐火性骨材。
＜８＞
前記＜１＞乃至＜７＞のいずれか一つに記載の耐火性骨材と、無機系粘結剤と、を含む鋳物砂組成物。
＜９＞
前記無機系粘結剤が、好ましくはアルカリ金属ケイ酸塩を含み、より好ましくはケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウムおよびメタケイ酸カリウムから選択される少なくとも一種の化合物を含み、さらに好ましくはメタケイ酸ナトリウムおよびメタケイ酸カリウムから選択される少なくとも一種の化合物を含む、前記＜８＞に記載の鋳物砂組成物。
＜１０＞
前記無機系粘結剤が、好ましくはメタケイ酸塩水和物を含み、より好ましくはメタケイ酸塩５水和物およびメタケイ酸塩９水和物から選択される少なくとも一種の化合物を含み、さらに好ましくはメタケイ酸ナトリウム水和物およびメタケイ酸カリウム水和物から選択される少なくとも一種の化合物を含み、さらにより好ましくはメタケイ酸ナトリウム５水和物、メタケイ酸ナトリウム９水和物、メタケイ酸カリウム５水和物およびメタケイ酸カリウム９水和物から選択される少なくとも一種の化合物を含み、より更に好ましくはメタケイ酸ナトリウム５水和物およびメタケイ酸ナトリウム９水和物から選択される少なくとも一種の化合物を含む、前記＜８＞または＜９＞に記載の鋳物砂組成物。
＜１１＞
前記鋳物砂組成物に含まれる前記無機系粘結剤の含有量が、前記耐火性骨材１００質量部に対して、好ましくは０．０５質量部以上、より好ましくは０．１質量部以上、さらに好ましくは０．５質量部以上であり、また例えば１０質量部以下、好ましくは８質量部以下、より好ましくは６質量部以下である、前記＜８＞乃至＜１０＞のいずれか一つに記載の鋳物砂組成物。
＜１２＞
前記＜１＞乃至＜７＞のいずれか一つに記載の耐火性骨材と、前記耐火性骨材の表面に形成され、かつ、前記無機系粘結剤により構成された無機系粘結剤層と、を含むコーテッドサンドである、前記＜８＞乃至＜１１＞のいずれか一つに記載の鋳物砂組成物。
＜１３＞
前記無機系粘結剤層上および無機系粘結剤層中の少なくとも一方に無機微粒子をさらに含む、前記＜１２＞に記載の鋳物砂組成物。
＜１４＞
前記無機微粒子が、好ましくはシリカ粒子およびシリコン粒子から選択される少なくとも一種の粒子を含み、より好ましくはシリカ粒子を含み、さらに好ましくは非晶性シリカ粒子を含む、前記＜１３＞に記載の鋳物砂組成物。
＜１５＞
前記無機微粒子が非晶性シリカ粒子を含み、
前記非晶性シリカ粒子の非晶化度が、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９３％以上、より更に好ましくは９５％以上であり、また例えば１００％以下、９９％以下であってもよい、前記＜１３＞または＜１４＞に記載の鋳物砂組成物。
＜１６＞
前記無機微粒子の平均粒子径が、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．３μｍ以上、さらに好ましくは０．４μｍ以上であり、また好ましくは２．０μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以下である、前記＜１３＞乃至＜１５＞のいずれか一つに記載の鋳物砂組成物。
＜１７＞
前記鋳物砂組成物に含まれる前記無機微粒子の含有量が、前記耐火性骨材１００質量部に対して、好ましくは０．１質量部以上、より好ましくは０．２質量部以上、また好ましくは１０質量部以下、より好ましくは５質量部以下、さらに好ましくは３質量部以下である、前記＜１３＞乃至＜１６＞のいずれか一つに記載の鋳物砂組成物。
＜１８＞
前記＜８＞乃至＜１７＞のいずれか一つに記載の鋳物砂組成物により構成された鋳造用鋳型。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
［１］測定方法
はじめに、以下の実施例および比較例における測定方法を説明する。
【００５１】
（１）耐火性骨材の平均粒子径
耐火性粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた耐火性粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の耐火性粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とした。
耐火性粒子の長軸径と短軸径は、デジタルスコープ（キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により該粒子の像（写真）を撮影し、得られた像を画像解析することにより求めた。
【００５２】
（２）無機微粒子の平均粒子径
レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて、レーザー回折法により、無機微粒子の粒度分布を測定した。測定結果から、無機微粒子について、重量基準の累積分布における５０％累積時の粒径（ｄ５０、平均粒子径）を求めた。
【００５３】
（３）耐火性骨材の化学組成比
耐火性骨材中の各成分の組成比は、蛍光Ｘ線法によって測定した。
【００５４】
（４）耐火性骨材の非晶化度
耐火性骨材を乳鉢で粉砕し、粉末Ｘ線回折装置のＸ線ガラスホルダーに圧着して測定した。粉末Ｘ線回折装置は、理学電機社製ＭｕｌｔｉＦｌｅｘ（光源ＣｕＫα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ）を用い、２θ＝５〜９０°の範囲で走査間隔０．０１°、走査速度２°／ｍｉｎ、スリット  ＤＳ１、ＳＳ１、ＲＳ０．３ｍｍにて行った。２θ＝１０°〜５０°の範囲で、低角度側及び高角度側のＸ線強度を直線で結び、直線下の面積をバックグラウンドとし、機器付属のソフトを用いて結晶化度を求め、１００から引いて非晶化度とした。具体的には、バックグラウンドより上の面積について、非晶質ピーク（ハロー）と各結晶性成分をカーブフィッティングにより分離し、それぞれの面積を求め、下記式にて非晶化度（％）を計算した。
非晶化度（％）＝ハローの面積／（結晶性成分面積＋ハロー面積）×１００
【００５５】
（５）耐火性骨材の真比重
耐火性骨材の真比重は、ＪＩＳ  Ｒ２２０５に従い、比重ビン法を用いて測定した。
【００５６】
（６）耐火性骨材の球形度
耐火性骨材の球形度は、デジタルスコープ（キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により得られた耐火性粒子の像（写真）を画像解析することにより、耐火性粒子の粒子投影断面の面積及び該断面の周囲長を求め、次いで、〔粒子投影断面の面積（ｍｍ２）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）〕／〔粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）〕を計算し、任意の５０個の耐火性粒子につき、それぞれ得られた値を平均して求めた。
【００５７】
［２］評価方法
つぎに、以下の実施例および比較例における評価方法を説明する。
【００５８】
（１）鋳型の作製
実施例および比較例で得られた鋳物砂組成物を用いて、以下の方法によりそれぞれ鋳型を作製した。
・小金型（加圧）
所定温度に加熱した、１０×１０×６０ｍｍの試験片を造型できる横置き５本取り金型に鋳物砂組成物を詰めコテにて加圧充填した後、所定時間加熱することにより硬化後、試験片を得た。
【００５９】
（２）鋳型密度
鋳型密度は、試験片重量を測定し、寸法測定により算出した体積にて除することにより算出した。
【００６０】
（３）鋳型の曲げ強度
小金型を用いた試験片に関しては、株式会社イマダ製  縦型電動計測スタンドにデジタルフォースゲージＺＴＳ−５００Ｎを取り付け、ＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１準拠の方法により測定した。
【００６１】
［３］材料
つぎに、以下の実施例および比較例において使用した材料について説明する。
【００６２】
（１）耐火性骨材
・耐火性骨材１：球状溶融シリカ（火炎溶融法により、天然珪砂を球状化することによって作製したもの）
・耐火性骨材２：珪砂（三河珪石社製、Ｒ６号）
・耐火性骨材３：球状溶融シリカ（火炎溶融法により、天然珪砂を球状化することによって作製したもの）
【００６３】
耐火性骨材１〜３の物性を表１にそれぞれ示す。
【００６４】
【表１】
2020006412.tif 000002
【００６５】
（２）無機系粘結剤
・無機系粘結剤１：メタケイ酸ナトリウム９水塩（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）
・無機系粘結剤２：水ガラス水溶液Ａ（ケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝２．１）を水で希釈して、固形分（水ガラス水溶液から水分量を除いたもの）濃度を３５質量％とした水ガラス水溶液）
・無機系粘結剤３：水ガラス水溶液Ｂ（ケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝２．１）を水で希釈して、固形分（水ガラス水溶液から水分量を除いたもの）濃度を４５質量％とした水ガラス水溶液）
・無機系粘結剤４：水ガラス水溶液Ｃ（ケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝３．１）を水で希釈して、固形分（水ガラス水溶液から水分量を除いたもの）濃度を３５質量％とした水ガラス水溶液）
【００６６】
（３）無機微粒子
・無機微粒子１：非晶性シリカ粒子（均粒子径ｄ５０：０．４μｍ）
・無機微粒子２：非晶性シリカ粒子（平均粒子径ｄ５０：０．６μｍ）
【００６７】
＜実施例１＞
１０５℃の温度に加熱した耐火性骨材１を攪拌機に投入した後、６５℃まで冷却した。次いで、無機系粘結剤１を、耐火性骨材１（１００質量部）に対して、３質量部の割合で添加して、冷却しつつ混練を行うことにより、無機系粘結剤１を結晶化しつつ粉砕して鋳物砂組成物１を得た。得られた鋳物砂組成物１に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００６８】
＜実施例２＞
実施例１で得られた鋳物砂組成物１（１０３質量部）と無機微粒子１（０．６質量部）とを攪拌機に投入した後、２５℃の温度で撹拌混合することによって、鋳物砂組成物１の無機系粘結剤層上に無機微粒子１をコートし、鋳物砂組成物２を得た。得られた鋳物砂組成物２に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００６９】
＜実施例３＞
２５℃の温度に加熱した耐火性骨材１を攪拌機に投入した後、無機系粘結剤２を、耐火性骨材１（１００質量部）に対して、１．２質量部の割合で添加して、１分間の混練を行ない、鋳物砂組成物３を得た。得られた鋳物砂組成物３に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７０】
＜実施例４＞
実施例３で得られた鋳物砂組成物３（１０１．２質量部）と無機微粒子１（０．６質量部）とを攪拌機に投入した後、２５℃の温度で撹拌混合することによって、鋳物砂組成物３の無機系粘結剤層上に無機微粒子１をコートし、鋳物砂組成物４を得た。得られた鋳物砂組成物４に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７１】
＜実施例５＞
無機系粘結剤として、無機系粘結剤２の代わりに無機系粘結剤３を用いた以外は実施例３と同様の方法により鋳物砂組成物５を得た。得られた鋳物砂組成物５に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７２】
＜実施例６＞
無機系粘結剤１を、耐火性骨材１（１００質量部）に対して、５質量部の割合で添加した以外は実施例１と同様の方法により鋳物砂組成物６を得た。得られた鋳物砂組成物６に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７３】
＜比較例１＞
耐火性骨材として、耐火性骨材１の代わりに耐火性骨材２を用いた以外は実施例１と同様の方法により鋳物砂組成物７を得た。得られた鋳物砂組成物７に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７４】
＜比較例２＞
耐火性骨材として、耐火性骨材１の代わりに耐火性骨材２を用いた以外は実施例３と同様の方法により鋳物砂組成物８を得た。得られた鋳物砂組成物８に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７５】
＜比較例３＞
耐火性骨材として、耐火性骨材１の代わりに耐火性骨材２を用いた以外は実施例５と同様の方法により鋳物砂組成物９を得た。得られた鋳物砂組成物９に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７６】
＜実施例７＞
耐火性骨材として、耐火性骨材１の代わりに耐火性骨材３を用いた以外は実施例１と同様の方法により鋳物砂組成物１０を得た。得られた鋳物砂組成物１０に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７７】
＜実施例８＞
無機系粘結剤として、無機系粘結剤２の代わりに無機系粘結剤４を用いた以外は実施例３と同様の方法により鋳物砂組成物１１を得た。得られた鋳物砂組成物１１に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７８】
＜実施例９＞
無機微粒子として、無機微粒子１の代わりに無機微粒子２を用いた以外は実施例２と同様の方法により鋳物砂組成物１２を得た。得られた鋳物砂組成部１２に対して上記評価をおこなった。得られた結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】
2020006412.tif 000003
【００８０】
実施例１〜９の鋳物砂組成物を用いて得られた鋳型は、比較例１〜３の鋳物砂組成物を用いて得られた鋳型に比べて、単位質量あたりの曲げ強度が高く、軽量性および強度のバランスに優れていた。
以上から、本実施形態に係る耐火性骨材および鋳物砂組成物によれば、軽量性および強度のバランスに優れた鋳型を実現できることが確認できた。