(57)【要約】【課題】造型工程において破損しにくく、製品の質量均一性および厚さ均一性を向上させることができる、鋳造用ランナー保護管およびその製造方法を提供する。【解決手段】有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを含み、当該スラリー組成物の総質量に対する有機繊維の含有量が２６質量％〜４０質量％であり、無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含む鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物から形成された鋳造用ランナー保護管、及びその製造方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物から形成された鋳造用ランナー保護管であって、
前記スラリー組成物は、有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを含み、
前記スラリー組成物の総質量に対する前記有機繊維の使用量は、２６質量％〜４０質量％であり、前記無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含む、
鋳造用ランナー保護管。
【請求項２】
前記スラリー組成物の総質量に対して、前記無機繊維の使用量は５質量％以下であり、前記熱硬化性樹脂の使用量は１０質量％以下であり、前記熱可塑性樹脂の使用量は１０質量％以下であり、前記無機粒子の使用量は１０質量％〜４０質量％であり、前記無機バインダーの使用量は５質量％以下である、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項３】
前記有機繊維がパルプを含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂を含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂がエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコールまたは酢酸ビニルを含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項６】
前記無機粒子がアモルファスグラファイト、マイカ粉末、シリカフューム粉末または二酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項７】
前記無機バインダーがコロイドシリカ液を含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋳造用ランナー保護管の製造方法であって、
原料となる有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを順次水に加えて均一に攪拌してスラリーを得て、得られたスラリーをさらに水で希釈して、鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物を調製する工程であって、前記有機繊維の使用量は、前記スラリー組成物の総質量に対して２６質量％〜４０質量％であり、前記無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含む工程と、
前記スラリー組成物を成形型により機械成形して、鋳造用ランナー保護管のウェット生地を形成する工程と、
前記ウェット生地に対して乾燥及び熱プレス成型加工を行って、鋳造用ランナー保護管を製造する工程
を含む、鋳造用ランナー保護管の製造方法。
【請求項９】
前記スラリー組成物における水：原料の質量比が２５％〜４０％となるように前記スラリーを水で希釈する、請求項８に記載の鋳造用ランナー保護管の製造方法。
【請求項１０】
前記熱プレス成型加工において、圧力を１０Ｋｇ／ｃｍ３〜２０Ｋｇ／ｃｍ３とする、請求項８に記載の鋳造用ランナー保護管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用ランナー保護管およびその製造方法に関するものであり、特に、造型工程において破損しにくい鋳造用ランナー保護管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造用ランナー保護管は、鋳造業界で広く使用されている技術の１つである。従来技術では、鋳造用ランナー保護管は通常セラミックのような耐火材料を使用して製造され、製造工程では先に管状の生地を形成し、乾燥後に耐火性セラミック管に高温焼成する。鋳造用ランナー保護管を使用する場合は、それを鋳物砂の中に埋め入れ、溶鉄が型のキャビティに進入するための通路とする。鋳造用ランナー保護管の基本的な機能は、溶鉄の流動過程において、鋳物砂が流れたり、貼り付いたりすることを防ぎ、溶鉄冷却後に鉄が貼り付いたり、砂が貼りついたりすることを防ぐことにある。実際には、鋳造用ランナー保護管は、上記の目的を達成するために、材料の耐火特性を利用して溶鉄を鋳物砂から隔離する。しかし、製品の靭性が十分ではない場合、それは造型工程中に損傷してしまう可能性があり、かつ製品の質量均一性および厚さ均一性もまた重要である。加えて、成型工程で起こる型の貼り付き問題もまた、製造工程における不都合をもたらす可能性がある。
【０００３】
以上を踏まえ、造型工程で破損しにくい鋳造用ランナー保護管を発展させると同時に、製造コストを低減することが、現在の研究が必要とされる重要な課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、造型工程において破損しにくく、製品の質量均一性および厚さ均一性を向上させることができる鋳造用ランナー保護管およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の鋳造用ランナー保護管は、有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを含むスラリー組成物からなる。有機繊維の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して２６質量％〜４０質量％であり、無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含む。
【０００６】
本発明の実施形態の一つでは、スラリー組成物の総質量に対して、無機繊維の使用量は５質量％以下、熱硬化性樹脂の使用量は１０質量％以下、熱可塑性樹脂の使用量は１０質量％以下、無機粒子の使用量は１０質量％〜４０質量％、無機バインダーの使用量は５質量％以下である。
【０００７】
本発明の実施形態の一つでは、有機繊維はパルプを含む。
【０００８】
本発明の実施形態の一つでは、熱硬化性樹脂はフェノール樹脂を含む。
【０００９】
本発明の実施形態の一つでは、熱可塑性樹脂はエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコールまたは酢酸ビニルを含む。
【００１０】
本発明の実施形態の一つでは、無機粒子はアモルファスグラファイト、マイカ粉末、シリカフューム粉末または二酸化ケイ素を含む。
【００１１】
本発明の実施形態の一つでは、無機バインダーはコロイドシリカ液を含む。
【００１２】
本発明の鋳造用ランナー保護管の製造方法は、上記鋳造用ランナー保護管を製造するための以下の工程を含む。有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを順次水に加えて均一に攪拌してスラリーを得て、得られたスラリーを水で希釈して、鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物を調製する。有機繊維の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して２６質量％〜４０質量％であり、無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含む。その後、このスラリー組成物を成形型により機械成形して、鋳造用ランナー保護管のウェット生地を形成する。その後、ウェット生地に対して乾燥と熱プレス成型加工を行って鋳造用ランナー保護管を製造する。
【００１３】
本発明の実施形態の一つでは、スラリー組成物における水：原料の質量比が２５％〜４０％ととなるようにスラリーを水で希釈する。
【００１４】
本発明の実施形態の一つでは、熱プレス成型加工における圧力が１０Ｋｇ／ｃｍ３〜２０Ｋｇ／ｃｍ３である。
【発明の効果】
【００１５】
上記に基づいて、本発明は、構造強度を高める生分解性ＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含むとともに、有機繊維の使用量を高めて、製品の靭性を増強し、造型工程で容易に破損しない、鋳造用ランナー保護管を提供する。同時に、本発明は、上記鋳造用鋳造保護管の製造に使用され、成型圧力を高めることにより、有機繊維の使用量を多くすることにより起こりやすい密度低下の問題を効果的に克服し、更には成型工程での型への貼り付きの問題を改善することができる、鋳造用ランナー保護管の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の上記及びその他の目的、特長、優れた点を更に明確に理解できるよう、次に本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、これらの実施形態は例示に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
【００１８】
本発明は、鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物から形成された鋳造用ランナー保護管を提供する。当該スラリー組成物は、有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを含む。次に、ここで言及した成分について詳細に説明する。
【００１９】
＜有機繊維＞
本発明における有機繊維は、例えば古紙パルプのようなパルプを含むことが好ましい。よって、古紙と水をパルプに調製してもよい。したがって、本発明は古紙を回収して二次使用することができ、これは現代の産業によって提唱されている環境保護およびグリーンエネルギー需要と一致している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、有機繊維は、例えば紙繊維、再生繊維、木質繊維、木綿、竹繊維、わらなどの他の材料であってもよい。有機繊維の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して、例えば、２６質量％から４０質量％である。有機繊維の使用量が上記範囲内であると、有機繊維の含有量を多くすることにより製品の靭性を効果的に向上させることができ、造型工程で破損しにくくなる。
【００２０】
＜無機繊維＞
本発明における無機繊維は、セラミック繊維を含むことが好ましい。無機繊維の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して、例えば５質量％以下である。無機繊維の使用量が上記範囲内であると、無機繊維の使用量を少なくすることにより、切断時や使用時に無機繊維が人体の皮膚表面に付着して皮膚を刺激することを防止することができる。より具体的には、本発明で使用するセラミック繊維は、例えば、ＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維である。本発明においては、先行技術で使用されるケイ酸アルミニウムセラミック繊維、ジルコン酸アルミニウムセラミック繊維、アスベストまたはガラス繊維のような発がん性物質、或いは、潜在的な発がん性物質と比較して、人体によってより容易に排出されるＣａＯ−ＭｇＯ系のセラミック繊維を選択している。ＣａＯ−ＭｇＯ系のセラミック繊維は、さらに生分解性繊維でもある。したがって、本発明は、鋳造用ランナー保護管の構造強度および耐火特性を向上させると同時に、人体に対する無毒性および環境への優しさにも配慮している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば他のセラミック繊維、鉱物繊維、珪質土繊維、金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの他の材料を無機繊維として使用することもできる。
【００２１】
＜熱硬化性樹脂＞
本発明における熱硬化性樹脂はフェノール樹脂を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して、例えば、１０質量％以下である。熱硬化性樹脂の使用量が上記範囲内であると、熱硬化性樹脂の使用量を少なくすることにより、成型工程で樹脂が金型に付着することを回避でき、洗浄時間の浪費を効果的に防止できる。熱硬化性樹脂は、本発明の鋳造用ランナー保護管の製造における有機バインダーとして使用することができる。なお、本発明に用いられるフェノール樹脂は、現在知られている熱硬化性樹脂の中で、耐熱温度が最も高い熱硬化性樹脂であり、かつ残炭率が最も高い樹脂でもある。よって、酸素が存在しない状況でフェノール樹脂が高温に置かれると炭化して炭化物となり、炭化物は高温に対する耐熱特性を有する。同時にフェノール樹脂は防湿機能も有しており、適量のフェノール樹脂を添加することで紙繊維を防湿することができる。したがって、本発明は、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用いて鋳造用ランナー保護管を製造することにより、鋳造用ランナー保護管の耐火温度および防湿性を向上させることができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばデンプン、デキストリン、キサンタンガムのような他の材料を熱硬化性樹脂として使用することもできる。
【００２２】
＜熱可塑性樹脂＞
本発明における熱可塑性樹脂は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または酢酸ビニルを含むことが好ましい。熱可塑性樹脂の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して、例えば１０質量％以下である。熱可塑性樹脂は、本発明の鋳造用ランナー保護管の製造における有機バインダーおよび紙補強剤として使用することができ、後段の成型工程に寄与するだけでなく、撥水性を有し、更には紙の強度を増加させる効果を有する。
【００２３】
＜無機粒子＞
本発明における無機粒子は、アモルファスグラファイト、マイカ粉末、シリカフューム粉末、または二酸化ケイ素を含むことが好ましい。無機粒子の使用量は、スラリー組成物の総質量に対して、例えば１０質量％から４０質量％である。より詳細には、グラファイトの耐熱性は、酸素が存在しない状況では２０００℃を超え、さらには２２００℃に達することができ、鋳造部材の中では、酸素を欠いた状態に曝される。マイカは９５０℃で相変化してセラミック効果のある材料となり、熱間強度を高めることができる。しかし、相変化の過程において溶鉄によりパンチングされ易いため、多くを添加することはできず、過度にセラミック化すると後続の製造工程に支障が出る。シリカフューム粉末は一般的に使用されているフライアッシュ（ｆｌｙ  ａｓｈ）である。これは火力発電所で炭素粉末を燃焼した後に発生する廃棄物である。微粉炭が炉の高温領域を通過すると、揮発性物質が燃焼除去されて、微粉炭中に存在する粘土や石英などの鉱物質不純物が高温で溶解され、発生した水素と窒素が溶融物を膨潤させて中空体または破裂した中空体を形成する。そしてこれらの物質が最終的に低温領域に送られて、冷却されてガラス球状の微粒子となり、大部分の粒子は高温に伴って放出され、集塵機により捕集して集められる。二酸化ケイ素は一般的で安価な耐火材料であり、鋳造の砂型と同じ材質であるので、同じ膨張係数を有する。しかしながら、本発明における無機粒子はこれに限定されるものではなく、石英粉末、ギブサイト、アルミナ、マグネシア、ジルコン粉末、ワックス粉末、タルク粉末、長石粉末、カオリン、かんらん石粉末、中空アルミナなどの他の材料を使用することもできる。
【００２４】
＜無機バインダー＞
本発明の無機バインダーは、コロイドシリカ液を含むことが好ましい。無機バインダーの使用量は、スラリー組成物の総質量に対して、例えば５質量％以下である。より詳細には、コロイドシリカ液は、高温安定性（熱間強度）、１５００℃〜１６００℃の高温耐性、接着性、成膜性、および大きな比表面積などの優れた特性を有するため、製造する鋳造用ランナー保護管の高温安定性（熱間強度）を改善することができる。しかしながら、本発明における無機バインダーはこれに限定されるものではなく、例えば硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、ベントナイトなどの他の材料を使用することもできる。
【００２５】
本発明はまた、鋳造用ランナー保護管の製造方法も提供する。鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物に含まれる、原料となる有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーについては、先に詳述したものと同様である。よって、以下の鋳造用ランナー保護管の製造方法の説明においては、製造原料の詳細な説明は省略する。
【００２６】
本発明は、以下の工程を含む鋳造用ランナー保護管の製造方法を提供する。
【００２７】
まず、有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子及び無機バインダーを順次水に添加し、均一に攪拌してスラリーを得る。得られたスラリーを含む貯蔵タンクに水を流入させ、水：原料の質量比が２５％〜４０％となるようにスラリーを水で希釈して、スラリー組成物を調製する。水：原料の質量比を上記範囲内に制御することにより、鋳造用ランナー保護管の厚さを制御することが可能となり、製造される完成品の管厚を工業的要求に合わせることができる。製造される完成品の管厚は、例えば２ｍｍである。
【００２８】
次に、成形型によりスラリー組成物を機械成形して、鋳造用ランナー保護管のウェット生地を形成する。金型部分については、金型構造は左型と右型からなる。左右の金型を型締状態で成形し、金型内に所定量のスラリー組成物を注入して遠心分離原理により水を取り出す。遠心時間は、例えば１５秒〜３０秒、遠心速度は例えば６０００ｒｐｍ〜１６０００ｒｐｍである。金型の後端にはバネとバッフルが設けられており、遠心分離工程中に遠心力によってバッフルが開かれて水分を排出させる。遠心脱水法を定量化することにより、製品の均一性を向上させることができ、各製品の質量を均一にすることができ、また厚さを均一にすることができる。
【００２９】
その後、ウェット生地を低温乾燥し、熱プレス成型して鋳造用ランナー保護管を製造する。具体的には、乾燥型として金属金型を用い、この金属金型にキャビティ形成面と外部とを連通する複数の連通孔を形成する。半乾から８割乾燥させたウェット生地を１２０℃から２００℃に加熱した乾燥型に移し、乾燥型の上部開口部から袋状の弾性型コアを挿入する。次に、密閉された乾燥型内で、弾性型コア内に加圧空気（１０Ｋｇ／ｃｍ３〜２０Ｋｇ／ｃｍ３）を注入して弾性型コアを膨張させ、弾性型コアを利用してウェット生地を乾燥型の内面に押し付けて、鋳造用ランナー保護管の密度と構造強度を高めるとともに、成型する。熱プレス成型加工の圧力が１０Ｋｇ／ｃｍ３〜２０Ｋｇ／ｃｍ３に高められているので、スラリー中の有機繊維の含有量の増加に起因する密度低下の欠点が改善され、製品密度は、例えば０．９ｇ／ｃｍ３〜１．０ｇ／ｃｍ３に維持される。また、成型圧力が上記範囲内であると、圧縮強度を高めて密度をより強固にすることができるので、成型工程における金型への貼り付きの問題を改善することができ、より少ない樹脂を使用しても同等の強度を達成することができる。加圧乾燥（６０秒〜１８０秒）を行った後、弾性型コア内の加圧空気を取り除き、弾性型コアを収縮させて乾燥型から取り出す。次に、成形体を乾燥型から取り出して、オーブンを使用して１００℃から１５０℃で１０分から１時間乾燥し、鋳造用ランナー保護管を製造する。
【００３０】
上記をまとめると、本発明は、構造強度を増加させる生分解性ＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含むとともに、有機繊維の使用量を増やすことにより、製品の靭性を増強し、造型工程において破損しにくくする。また、無機繊維の使用量を少なくすることにより、切断時や使用時に無機繊維が人体の皮膚表面に付着して皮膚を刺激することを防止した、鋳造用ランナー保護管を提供する。同時に、本発明は、成型圧力を高めることにより、有機繊維の使用量を多くしたときにより起こりやすい密度低下の問題を効果的に克服し、更には成型工程での型への貼り付きの問題を改善することができる。また、より少ない樹脂を使用しても同等の強度を達成することができ、製造工程における利便性を向上させるとともに、洗浄のために時間が浪費されるという欠点を防ぐことができる、前記鋳造用ランナー保護管の製造に使用される鋳造用ランナー保護管の製造方法を提供する。
【００３１】
以上のように、本発明を実施形態を開示したが、もとより、上記記載は本発明を限定するためのものではない。当業者であれば容易に理解できるように、本発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月11日(2020.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物から形成された鋳造用ランナー保護管であって、
前記スラリー組成物は、有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを含み、
前記スラリー組成物の総質量に対する前記有機繊維の使用量は、２６質量％〜４０質量％であり、前記無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含み、
鋳造用ランナー保護管は均一な質量および均一な厚さを有する、
鋳造用ランナー保護管。
【請求項２】
前記スラリー組成物の総質量に対して、前記無機繊維の使用量は５質量％以下であり、前記熱硬化性樹脂の使用量は１０質量％以下であり、前記熱可塑性樹脂の使用量は１０質量％以下であり、前記無機粒子の使用量は１０質量％〜４０質量％であり、前記無機バインダーの使用量は５質量％以下である、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項３】
前記有機繊維がパルプを含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂を含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂がエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコールまたは酢酸ビニルを含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項６】
前記無機粒子がアモルファスグラファイト、マイカ粉末、シリカフューム粉末または二酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項７】
前記無機バインダーがコロイドシリカ液を含む、請求項１に記載の鋳造用ランナー保護管。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋳造用ランナー保護管の製造方法であって、
原料となる有機繊維、無機繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、無機粒子および無機バインダーを順次水に加えて均一に攪拌してスラリーを得て、得られたスラリーをさらに水で希釈して、鋳造用ランナー保護管形成用のスラリー組成物を調製する工程であって、前記有機繊維の使用量は、前記スラリー組成物の総質量に対して２６質量％〜４０質量％であり、前記無機繊維はＣａＯ−ＭｇＯ系セラミック繊維を含む工程と、
前記スラリー組成物を成形型により機械成形し、遠心脱水で鋳造用ランナー保護管のウェット生地を形成する工程と、
前記ウェット生地に対して乾燥及び熱プレス成型加工を行って、鋳造用ランナー保護管を製造する工程
を含む、鋳造用ランナー保護管の製造方法。
【請求項９】
前記スラリー組成物における水：原料の質量比が２５％〜４０％となるように前記スラリーを水で希釈する、請求項８に記載の鋳造用ランナー保護管の製造方法。
【請求項１０】
前記熱プレス成型加工において、圧力を１０Ｋｇ／ｃｍ３〜２０Ｋｇ／ｃｍ３とする、請求項８に記載の鋳造用ランナー保護管の製造方法。