(57)【要約】【課題】複雑な形状であっても細部にわたって精度よく賦形がなされた鋳型用成形体を提供すること。【解決手段】本発明の鋳型用成形体は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、及び２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓであるカルボキシビニルポリマーを含有している。また、前記無機粒子が黒鉛を含み、前記無機繊維が炭素繊維であり、前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、及び２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓであるカルボキシビニルポリマー、を含有する鋳型用成形体。
【請求項２】
前記無機粒子が黒鉛を含み、前記無機繊維が炭素繊維であり、前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である請求項１記載の鋳型用成形体。
【請求項３】
更に、熱膨張性粒子を含有する請求項１又は２記載の鋳型用成形体。
【請求項４】
無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂及び２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓであるカルボキシビニルポリマーを分散媒に分散させて得られる成形原料を成形型内に充填し、該成形型を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させて成形する工程を有する鋳型用成形体の製造方法。
【請求項５】
前記成形原料が、更に、熱膨張性粒子を前記分散媒に分散させてなり、前記成形型の加熱によって前記熱膨張性粒子を膨張させて成形する工程を有する請求項４記載の鋳型用成形体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項記載の鋳型用成形体に溶融金属を鋳込む工程を有する鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機粒子を含有する鋳型用成形体及びその製造方法に関わり、更に、該鋳型用成形体を鋳物製造用の鋳型として用いる鋳物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鋳物の製造方法において中空形状の鋳物を鋳造する場合には、鋳物砂で中子を形成し、主型内に該中子をセットし、溶融金属を鋳込み、冷却後に型を開いて鋳物を脱型した後、中子を崩壊、除去し所望の鋳物を得ている。
【０００３】
ところで、中子は、通常のシェル鋳型砂（ノボラックフェノール樹脂とヘキサミン硬化剤の被覆砂）にバインダーを添加した鋳物砂を硬化させることによって賦形されているので、鋳造時にアミンやホルムアルデヒド等の分解ガスが発生する課題があった。また、脆いため、主型へセットするときや、ケレンを装着するとき、さらに注湯時に破損しやすい点が課題としてあった。さらに、砂を再利用する場合には再生処理が必要となるが、この再生処理の際にダストなどの廃棄物が発生する問題も生じている。
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、鋳造に用いる鋳型用成形体を、有機繊維、無機繊維及び熱硬化性樹脂を含む成形体で構成したものである。この技術による鋳型用成形体は、従来の鋳砂を用いた鋳型用成形体に比べ、薄肉・軽量で加工性に優れている。また上述の廃棄物が発生する問題もない。しかし、この鋳型用成形体は、抄造により製造するため、より簡便な方法で製造出来る鋳型用成形体が望まれていた。また、抄造による製造では、鋳型用成形体の肉厚が大きく変化するような複雑な形状を成形することが困難であった。
【０００５】
また、特許文献２には、水硬性物質、超微粉及び耐熱骨材を主成分とした混練物を用い、硬化後の圧縮強度が５０〜４００ｋｇｆ／ｃｍ2であり、使用温度が２５０〜１１００℃である高温成形型が記載されている。減水剤としてポリアクリル酸塩が記載され、成形型の製造が容易になるものの、高温時のガス発生の課題については認識されていない。
【０００６】
一方、特許文献３には、有機繊維とバインダーとを含む原料を射出成形し、成形体を成形する技術が提案されているが、成形体の肉厚が大きく変化するような複雑な形状を成形する観点では好適であるが、材料の主成分が有機物であるため、この技術を用いて作られた成形体は、有機物が燃焼した際に分解ガスが多量に発生するため、鋳型に用いることができなかった。さらに、射出成形する際に原料に含まれている水等の分散媒が分離してしまうことが多かった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８１４７２号公報
【特許文献２】特開平２−８９５３８号公報
【特許文献３】特開平１１−２８００００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、使用時の分解ガスの発生が低く抑えられ、常温強度、熱間強度及び使用後の取り扱い性にも優れる鋳型用成形体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、無機繊維、熱硬化性樹脂、及び２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓであるカルボキシビニルポリマー（以下、単にカルボキシビニルポリマーという場合もある）、を含有する鋳型用成形体に関する。
【００１０】
また、本発明は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂及び２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓであるカルボキシビニルポリマーを分散媒に分散させて得られる成形原料を成形型内に充填し、該成形型を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させて成形する工程を有する鋳型用成形体の製造方法に関する。
【００１１】
また、本発明は、上記本発明の鋳型用成形体に溶融金属を鋳込む工程を有する鋳物の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、使用時の分解ガスの発生が低く抑えられ、常温強度、熱間強度及び使用後の取り扱い性にも優れる鋳型用成形体及びその製造方法、該鋳型用成形体を鋳型として用いた鋳物の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。
【００１４】
まず、本発明の成形体を、鋳物製造用の中子（鋳型等）に適用した実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
本実施形態の成形体は、無機粒子を主成分とし、無機繊維、熱硬化性樹脂、及び前記特定のカルボキシビニルポリマーを含有している。本明細書において、無機粒子を主成分とするとは、成形体に含まれる全成分中で無機粒子が、質量比率で最も多いことをいう。
【００１６】
本実施形態の成形体は、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、及びカルボキシビニルポリマー（固形分）の総質量に対し、各成分の配合比（質量比率）は、無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂／カルボキシビニルポリマー＝４０〜９０／１〜２０／１〜３０／０．５〜１０（質量比率）が好ましく、５０〜８５／２〜１６／２〜２０／１〜５（質量比率）がより好ましい。（ただし上記質量比率の合計は１００である。）
【００１７】
前記無機粒子の配合が前記範囲であると、鋳込み時での鋳型として用いた成形体の形状保持性（以下、単に形状保持性という）、鋳物の成形品の表面性が良好となり、また鋳造後の鋳物の鋳型からの離型性も良好となる。前記無機繊維の配合比が前記範囲であると、鋳型用成形体の成形性、鋳込み時の形状保持性が良好である。前記熱硬化性樹脂の配合比が前記範囲であると、鋳型用成形体の成形性、鋳込み後の形状保持性、鋳物の表面平滑性が良好である。前記カルボキシビニルポリマーの配合比が前記範囲であると、成形材料（無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂、カルボキシビニルポリマー等）を成形型内に充填する際に、成形材料と後述の分散媒が分離することなくスラリー状組成物の流動性が良好となる。
【００１８】
前記無機粒子としては、板状黒鉛（鱗状黒鉛）、土状黒鉛等の黒鉛、人造黒鉛粉（電極用炭素を加工時の発生した切粉など）、黒曜石、雲母、ムライト、シリカ、マグネシア、タルク等が挙げられる。無機粒子は、一種又は二種以上を選択して用いることが出来る。成形性、コストの点から黒鉛、更に、板状黒鉛（鱗状黒鉛）、人造黒鉛粉を用いることが好ましい。
【００１９】
前記無機繊維は、主として成形体の骨格をなし、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。前記無機繊維としては、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、天然鉱物繊維が挙げられる。前記無機繊維は、一種又は二種以上を選択して用いることが出来る。これらの中でも、前記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ピッチ系やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維を用いることが好ましく、更にＰＡＮ系の炭素繊維が好ましい。
【００２０】
前記無機繊維は、鋳型等の成形性及び均一性の観点から平均繊維長が０．５〜１５ｍｍ、更に１〜８ｍｍであるものが好ましい。
【００２１】
前記熱硬化性樹脂は、成形体の常温強度及び熱間強度を維持させるとともに、成形体の表面性を良好とし、成形体を鋳型として用いた場合に鋳物の表面粗度を向上させる上で必要な成分である。前記熱硬化性樹脂としては、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。これらの中でも、更に、可燃ガスの発生が少なく、燃焼抑制効果があり、熱分解（炭化）後における残炭率が２５％以上と高く、成形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出来る点からフェノール樹脂を用いることが好ましい。フェノール樹脂には、硬化剤を必要とするノボラックフェノール樹脂、硬化剤の必要ないレゾールタイプ等のフェノール樹脂が用いられる。前記熱硬化性樹脂は、一種又は二種以上を選択して用いることが出来る。
【００２２】
本発明で用いるカルボキシビニルポリマーは、成形体の転写性を良好にする観点から、２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上であり、好ましくは２００ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは２５０ｍＰａ・ｓ以上である。また、該粘度は、１０，０００ｍＰａ・ｓ以下であり、好ましくは９，０００ｍＰａ・ｓ以下であり、より好ましくは８，０００ｍＰａ・ｓ以下である。この粘度は、Ｂ II形粘度計のローターＮｏ．３を用いて回転数６０ｒｐｍで測定されたものであり、具体的には、以下の方法で測定されたものである〔以下、粘度（Ｉ）という〕。また、この粘度（Ｉ）と同様にして、ただし、ローター回転数を６ｒｐｍとして測定された２５℃における０．１質量％水溶液粘度〔以下、粘度(II)という〕が、５０ｍＰａ・ｓ以上、更に８０ｍＰａ・ｓ以上、より更に１００ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、また、５，０００ｍＰａ・ｓ以下、更に３，０００ｍＰａ・ｓ以下、より更に２，０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。また、チキソトロピー性の指標である粘度（Ｉ）と粘度（II）の比は、粘度（Ｉ）／粘度（II）で１．５０〜５．００、更に１．７５〜４．７５、より更に２．００〜４．５０であることが好ましい。
【００２３】
＜粘度(I)及び粘度(II)の測定方法＞
攪拌装置を備えた１リットルビーカーを準備し、カルボキシビニルポリマー０．８０ｇを正確に秤り取り、９００ｇの水道水（軟水）に分散させる。続いて、２５質量％苛性ソーダ水溶液０．８０ｇを正確に秤り取り、添加する。その後、分散液が完全に溶解して均一溶液になるまで室温で２時間攪拌し続ける。カルボキシビニルポリマー水溶液が均一になったことを確かめた後、ｐＨメーターでｐＨを測定する。この時点におけるｐＨは６〜７になることがある。続いてｐＨを７．５になるまで２５質量％苛性ソーダ水溶液を数滴滴下した後、カルボキシビニルポリマー水溶液が１０００．０ｇになるよう水道水（軟水）を追加添加し均一になるよう攪拌装置で攪拌し０．１質量％カルボキシビニルポリマー水溶液を得る。
【００２４】
２４時間後、前記０．１質量％カルボキシビニルポリマー水溶液約２５０ｃｃを内径４３ｍｍ、高さ２００ｍｍのトールビーカーに移し取り、０．１質量％カルボキシビニルポリマー水溶液を２５℃の恒温水槽に前記トールビーカーを浸漬させる。前記カルボキシビニルポリマー水溶液が２５℃になったことを確認し、溶液粘度を測定する。
測定装置：Ｂ II形粘度計（東機産業株式会社製）
ローター：Ｎｏ．３
回転数：６０ｒｐｍ又は６ｒｐｍ
【００２５】
一例として、カーボポール９４０は、粘度（Ｉ）が２３８０ｍＰａ・ｓ、粘度（II）が５３６ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）が４．４４であり、カーボポールＵＬＴＲＥＺ  ２１は、粘度（Ｉ）が３００ｍＰａ・ｓ、粘度（II）が１２２ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）が２．４６であり、カーボポールＥＴＤ２０２０は、粘度（Ｉ）が７１４０ｍＰａ・ｓ、粘度（II）が１７１０ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）が４．１８である。また、減水剤として知られている重量平均分子量２０００のポリアクリル酸ソーダは、粘度（Ｉ）が４０ｍＰａ・ｓ、粘度（II）が３０ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）が１．３３である。
【００２６】
本発明で用いるカルボキシビニルポリマーは、２５℃における０．１質量％水溶液粘度が１００〜１００００ｍＰａ・ｓである。具体的には、アクリル酸モノマー類であるアクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸アルキル（炭素数１０〜３０）エステルの単独重合体又はこれらを構成モノマーとして含む共重合体が挙げられ、中でも、ペンタエリスチルアリルエーテル、スクロースアリルエーテル及びプロピレンアリルエーテルから選ばれる架橋剤で架橋されたものが好ましい。一般的な合成法として、前記アクリル酸モノマー類（場合によりアルカリで部分中和したもの）を含むモノマーを、構成モノマーに前記架橋剤を含む場合はその存在下、ラジカル開始剤〔過硫酸カリウム（ＫＰＳ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、過酸化ベンゾイルなど〕でラジカル重合反応を経て得られる。又、カルボキシビニルポリマーの分子量は、成形原料（ドウ状物等）の状態の面から、重量平均分子量（ポリスチレン換算）で３０万以上５００万以下が好ましい。カルボキシビニルポリマーの具体例としてカーボポール９４０、カーボポール９８０、カーボポール９８１が挙げられる。なかでも、アクリル酸・メタクリル酸アルキル（炭素数１０〜３０）エステル共重合体の具体例としてカーボポールＰＥＭＵＬＥＮ ＴＲ−１、カーボポールＰＥＭＵＬＥＮ ＴＲ−２、カーボポールＵＬＴＲＥＺ  ２１、カーボポールＵＬＴＲＥＺ  １０、カーボポール１３４２、カーボポール１３８２、カーボポールＥＴＤ２０２０（何れも米国ルブリゾール社製）などが挙げられる。これらのカルボキシビニルポリマーを合成する段階で、一部又は全部が中和され塩の形態をとってもよい。カルボキシビニルポリマーを合成させる段階で使用される塩基（中和剤）として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属塩、水酸化アンモニウム、有機アミン、塩基性アミノ酸等の塩基性物質を用いることが出来る。本発明における、カルボキシビニルポリマーとしては、メタクリル酸アルキル（炭素数１０〜３０）エステルを構成モノマーとして含む重合体が好ましく、なかでもアクリル酸とメタクリル酸アルキル（炭素数１０〜３０）エステルとの共重合体が好ましく、更には、架橋剤で架橋された、重量平均分子量３０万〜５００万のカルボキシビニルポリマーが好ましい。
【００２７】
カルボキシビニルポリマーは、本発明に用いる成形原料（例えばドウ状物）を調製する段階においても少なくとも一部を中和してもよい。具体的には、塩基としては前記と同様の塩基性物質を用いることが出来る。また、適当な塩基性物質を成形原料調製用の分散混合物中に配合してもよい。
【００２８】
本発明では、成形原料は、スラリー状であることが好ましく、更にドウ状物であることが好ましい。また、鋳型の成形性の面から成形原料（なかでも分散媒として水を含む成形原料）の２５℃におけるｐＨは５〜１２が好ましく、更に６〜１０が好ましく、６．５〜９がより好ましい。このｐＨは、通常、成形原料の水相部分のｐＨであり、成形原料がドウ状物のようにそのままではｐＨの測定が困難である場合は、ドウ状物等の測定対象物１０ｇに対し純水３０ｇの質量比率で希釈した希釈混合物（スラリー等）についてｐＨを測定するものとする。
【００２９】
本発明では、前記特定のカルボキシビニルポリマーを使用することにより、適度な増粘性が発現できることから、従来使用されているポリビニルアルコールやポリアクリルアミド系凝集剤や減水剤としてのポリアクリル酸を用いた場合よりも、ドウ状物等の成形原料を製造する際の流動性及び鋳型の成形性に優れ、その結果、分解ガスの低減、常温強度、熱間強度、鋳型の使用後の取り扱い性に顕著に優れる鋳型用成形体が得られることを見出した。加えて本発明で用いるカルボキシビニルポリマーは低添加量で優れた効果を得ることが出来、鋳造時における熱分解ガスを最小限に抑制出来るため、鋳造された鋳物品質が向上することを見出した。なお、通常、減水剤に用いられるポリアクリル酸の重量平均分子量は３００〜３０００程度であり、上記の通り、粘度（Ｉ）は４０ｍＰａ・ｓ程度となる。
【００３０】
本実施形態の成形体は、熱膨張性粒子を含んでいることが好ましい。前記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が好ましい。該マイクロカプセルは、８０〜２００℃で加熱すると、直径が好ましくは３〜５倍、体積が好ましくは５０〜１００倍に膨張し、膨張前の平均粒径が好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの粒子が好ましい。熱膨張性粒子の膨張が斯かる範囲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ることが出来る。前記熱膨張性粒子は、膨張前の平均直径が好ましくは５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍのものが好ましい。
【００３１】
前記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、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、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み合わせが挙げられる。前記殻壁に内包される膨張剤としては、プロパン、ブタン、ペンタン、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。
【００３２】
前記熱膨張性粒子は、前記無機粒子、前記無機繊維、前記有機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記熱膨張性粒子の総質量に対し、０．５〜１０％（質量％）含んでいることが好ましく、１〜５％（質量％）含んでいることがより好ましい。熱膨張性粒子を斯かる範囲で含んでいると膨張により成形材料が型の細部にわたり充填され、型の形状を充実に転写でき、添加効果が十分に得られる。また、前記範囲の場合には大量の熱膨張性粒子を含まないため、過膨張を防ぐことができ、余分な冷却時間を必要としないため、高い生産性を維持することが出来る。
【００３３】
本実施形態の成形体には、前記各成分以外に、着色剤、離型剤、コロイダルシリカ等の他の成分を適宜の割合で添加することも出来る。また、本実施形態の成形体には、その効果に悪影響を及ぼさない範囲で有樹繊維を含ませることが出来る。前記有機繊維には、紙繊維（パルプ繊維）、フィブリル化した合成繊維、再生繊維（例えば、レーヨン繊維）等が挙げられる。有機繊維は、一種又は二種以上を選択して用いることが出来る。成形性、乾燥後の強度、コストの点から、紙繊維が好ましい。
【００３４】
本実施形態の成形体は、水を含む原料から製造された場合は、該成形体の使用前（鋳造に供せられる前）の質量含水率は５％以下が好ましく、２％以下がより好ましい。含水率が低いほど、鋳造時の熱硬化性樹脂の熱分解（炭化）に起因するガス発生量を低く抑えることが出来る。
【００３５】
図１は、本発明の成形体を、内部が中空の棒状の中子に適用した一実施形態の模式図である。
成形体１０の先端部１０１は閉じており、後端部１０２は開いている。また、成形体１０は外径が太くなる部分を有しており、本実施形態では後端部１０２の外径が他の部分よりも太く形成されている。本発明の成形体は、このような中空で細長い棒状の形態を有する成形体に好適である。
【００３６】
次に、本発明の成形体の製造方法をその好ましい実施形態として、上記実施形態の成形体１０の製造方法に基づいて説明する。
【００３７】
図２は、実施形態の成形体の製造方法を実施するための製造装置の一実施形態模式図である。これらの図において、符号１は製造装置を示している。
【００３８】
図２に示すように、製造装置１は、成形型２と、成形型２内に挿入される芯材３と、成形型２のゲートの開閉手段４と、成形型２内への原料の供給手段５とを備えている。
【００３９】
成形型２は、一対で一組の割型２Ａ、２Ｂから構成される。成形型２は、これらの割型を組み合わせることによって、内部にキャビティ２０が形成されるとともに、該キャビティに通じるゲート孔２１及び芯材３の出入口２２が形成される。各割型の内面で作られるキャビティの形成面が、成形体１０の外形形状に対応している。割型２Ｂには、ゲート孔２１に通じる原料注入口２３が形成されている。割型は、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属で構成される。成形型２は、図示しない型締め手段のプラテンに取り付けられ、上下方向に開閉される。また、各割型は、図示しない加熱手段によって所定の温度に加熱される。
【００４０】
芯材３は、先端部にテーパー部３０が設けられた棒状の形態を有している。この芯材３の外表面が成形体１０の中空部分の内表面形状に対応している。芯材３は、図示しない駆動手段によって前後に駆動され、成形型２の出入口２２を通して出し入れされる。
【００４１】
ゲートの開閉手段４は、ゲート孔２１内を摺動するゲートピン４０を備えている。ゲートピン４０は図示しない駆動手段によって前後に駆動され、先端部分が成形型２のゲート孔２１内を摺動する。
【００４２】
原料の供給手段５は、いわゆる流体圧シリンダー・ピストンユニットで構成されている。原料の供給手段５は、原料が収容されるシリンダー５０と、シリンダー５０内で摺動するピストン５１と、ピストン５１で押された原料を吐出するノズル５２とを備えている。原料の供給手段は、ノズル５２が、原料注入口２３に挿入された状態で、シリンダー５０内に加圧空気等の流体が供給されることによって、ピストン５１が上昇し、シリンダー５０内の原料１００がノズル５２を通じてゲート孔２１に供給される。
【００４３】
製造装置１は、成形型２、芯材３、ゲート開閉手段４及び原料の供給手段５を後述するような手順に従って作動させるシーケンサーを備えた制御手段（図示せず）を備えている。
【００４４】
次に、本発明の成形体の製造方法を、上記製造装置１を用いた前記成形体１０の製造方法による実施形態に基づいて図２〜図６を参照しながら説明する。
【００４５】
本実施形態の成形体の製造方法は、前記無機粒子、前記無機繊維、前記熱硬化性樹脂及び前記カルボキシビニルポリマー剤を予め乾式で混合する。熱膨張性粒子を含ませる場合には、この乾式混合のときに含ませる。そしてこれらの混合物を、分散媒に分散させて、例えば混練機で混練し、好ましくは原料をドウ状に調製する。
【００４６】
前記分散媒としては、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分散媒が挙げられる。成形体の品質の安定性、費用、取り扱い易さ等の点から水が好ましい。
【００４７】
ここで、原料をドウ状に調製するとは、無機粒子、無機繊維等の固体成分（固体分散質）と分散媒を捏和混練し、流動性を有しながらも無機粒子、無機繊維等の固体成分（固体分散質）と分散媒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。こうしたドウ状の成形原料を用いることは成形性の観点から好ましく、具体的には、成形型（金型等）への充填性が良好となり、また、成形型のスリット等からの液状物の漏洩を抑制できるため、バリの発生といった成形不良も低減できる。
【００４８】
次に、図２に示すように成形型２を型締めするとともに、芯材３及びゲートピン４０をセットする。このときの成形型の温度は分散媒の蒸発、熱硬化性樹脂の硬化速度、熱膨張性粒子の膨張速度、材料の焦げ付き等を考慮すると、１２０〜２５０℃が好ましい。そして、図３に示すように、前記原料の供給手段５のピストン５１を上昇させることによって、原料１００を注入口２３から成形型２内に加圧しながら充填する。原料の供給手段５の加圧流体にエアを使用した場合には、エア圧は０．５〜３ＭＰａが好ましい。
【００４９】
次に、図４に示すように、ゲートピン４０を前記駆動手段によって前進させキャビティ２０を密閉状態とする。
【００５０】
所定時間の加熱後、成形体１０内部からの蒸気抜きのために、成形途中に一旦、芯材３を前記駆動手段によって後退させ、図５に示すように、テーパー部３０が出入口２２にかかるところで芯材３の引き出しを停止する。そして、蒸気抜きを行い、急激な脱気による成形体の損傷を抑える。
【００５１】
必要な蒸気抜きを行った後、所定時間の加熱を続けて成形体の乾燥を行う。そして、図６に示すように、ゲートピン４０を後退させ、成形型２を開き、成形体１０を取り出す。成形体１０は、冷却後必要に応じてトリミング、薬剤の塗布、再加熱処理等の後処理を行って製造を完了する。
【００５２】
本実施形態の成形体は、無機粒子を主成分とし、無機繊維、熱硬化性樹脂、水溶性の高分子化合物からなるカルボキシビニルポリマーを含有しており、軽量であり、常温強度が高く、ケレンなどを使用して中子として使用する等ときの取り扱い性に優れている。また、使用時において熱分解に伴うガスの発生が少ないため、環境に及ぼす悪影響を低く抑えることが出来る。また、寸法精度が高く、熱間強度も高いので、高精度の鋳物を安定的に製造することが出来る。熱膨張性粒子を含ませた場合には、細部に亘って成形精度の高い成形体であるので、より高精度の鋳物を製造することが出来る。また、内部が中空であるので、より軽量であり、鋳造時に発生する分解ガスを中空部から外部へと排出することが可能となり、更に使用後は、ブラスト処理等によって容易に細かくすることができ、鋳造後の取り扱いにも優れている。
【００５３】
本実施形態の成形体の製造方法は、上記効果を奏する成形体を好適に製造することが出来る。更に、芯材３を成形途中に一旦引き出して上記抜きを行った後、乾燥を行うので、蒸気爆発などによる成形体の損傷を抑えて高速で製造することが出来る。
【００５４】
次に、本発明の鋳物の製造方法を、前記成形体からなる中子を鋳型等として使用し、内部が中空の棒状の鋳物を製造する方法に適用した実施形態に基づいて説明する。
【００５５】
本実施形態の鋳物の製造方法は、図７（平面図）に示すように、主型１１の下型１１Ａのキャビティ内１１１に所定間隔おきにケレン１２を配置し、これらのケレン１２で成形体１０を支持する。そして、下型１１Ａの上に上型（図示せず）をセットし、注入口１３から溶融金属を鋳込む。主型１１には成形体１０の中空部と連通するようにガス抜き口１４が具備されており、鋳込み時に発生する成形体の分解ガスがここから外部へと排出される。
【００５６】
主型１１及びケレン１２には、従来から鋳造に使用されている公知のものを、鋳造する鋳物の材質・形態及び成形体１０の形態に合わせて使用することが出来る。また、溶融金属には、従来から使用されている通常のものを制限なく使用することが出来る。
【００５７】
鋳込んだ溶融金属が十分に冷えた後、主型等の脱型を行い、所望の鋳物を取り出す。そして、内部に残った成形体１０を残部をブラスト処理等によって除去し、必要に応じ、トリミング等を施して鋳物の製造を完了する。
【００５８】
本実施形態の成形体１０を使用した鋳物の製造方法によれば、内部が中空の棒状の鋳物を精度よく好適に製造することが出来る。
【００５９】
本発明は、前記実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することが出来る。
【００６０】
本発明の成形体は、前記実施形態のような鋳造に使用される中子の他、鋳型（主型）、湯道、湯止り、受口、湯口、湯口底、せき、ガス抜き、揚り、押湯等の構造体及びその他の付帯構造体の用途に好適である。また、耐熱性を要する鋳造分野以外の用途にも適用でき、その用途に応じた形状の細部に亘って成形精度の高いものとすることが出来る。
【００６１】
なお、鋳込み時に発生する分解ガスの量が少なく、本発明の実施に影響を与えない程度であれば、本発明の成形体に有機繊維を含んでいても良い。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は、本実施例に何ら制限されない。
【００６３】
下記実施例１〜３及び比較例１〜２のようにして、下記組成の原料から下記の寸法形状の成形体を作製し、その常温強度、熱間強度、使用後の崩壊性を下記のように評価した。結果を表１に示した。また、得られた成形体を中子（鋳型等）として使用して中空の棒状の鋳物を製造した。得られた鋳物について、中空部の形状転写性等を下記のように評価した。結果を表２に示した。
【００６４】
〔実施例１〕
（１）成形体の原料としてのドウ状物の調製
混練機として、（株）シンキー製「あわとり練太郎」を用いて、無機粒子、無機繊維、熱硬化性樹脂及びカルボキシビニルポリマーを下記の配合率（質量比率）に従い混合したものを１００質量部とした後、この混合物に分散媒として水１５０質量部を添加し、５分間捏和混練し、水分率６０質量％（固形分４０質量％）のドウ状物２５０ｇを調製した。捏和混練中にドウ状物の温度は２５℃から６０℃まで上昇した。
【００６５】
＜原料の配合成分＞
無機粒子：土状黒鉛
無機繊維：ＰＡＮ炭素繊維（三菱レーヨン（株）製、商品名「パイロフィル」）、繊維長：３ｍｍ、収縮率：０．１％）
熱硬化性樹脂：フェノール樹脂（エア・ウォーター（株）製「ベルパールＳ−８９０」）
カルボキシビニルポリマー：カーボポールＳ−９４０〔米国ルブリゾール社製、粘度（Ｉ）２３８０ｍＰａ・ｓ、粘度（II）５３６ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）４．４４〕
成分質量配合率（％）：無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂／カルボキシビニルポリマー＝７０／８／２０／２
分散媒：水
【００６６】
（２）ドウ状物のｐＨ調整
前記ドウ状物の２５℃でのｐＨ（前記定義によるｐＨ）が７〜８になるよう、ｐＨ調整剤として２５％苛性ソーダ水溶液を添加した。その際、カーボポールＳ−９４０の２質量部に対し、２５％苛性ソーダ水溶液は２質量部を添加した。なお、ｐＨ測定には、試料（ドウ状物）１０ｇを純水３０ｇで希釈したスラリーを用いた。
【００６７】
（３）射出成形による成形体の製造
前記ドウ状物を以下の条件で射出成形して成形体を得た。
原料供給手段のエア圧力：１ＭＰａ
成形型温度：１８０℃
成形体の寸法形状：外径１４ｍｍ、長さ３００ｍｍ、中空部径８ｍｍの中空棒状品
【００６８】
（４）鋳造体の鋳造
得られた成形体を中子として使用し、下記成分の溶湯を注入して下記の形態の鋳物を鋳造した。
溶湯：鋳鉄  ＪＩＳ  ＦＣ１００相当、溶湯温度１４００℃
鋳物の形態：外径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、中空部径１４ｍｍの中空棒状品。
【００６９】
〔実施例２〕
実施例１の原料に下記熱膨張性粒子を下記の配合比で含有させた以外は、実施例１と同様にして成形体を作製した。
熱膨張性粒子：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬（株）製、商品名「マツモトマイクロスフェアーＦ−７９３Ｄ」
成分質量配合率（％）：無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂／カルボキシビニルポリマー／熱膨張性粒子＝６８／８／２０／２／２
【００７０】
〔実施例３〕
実施例２で用いたカーボポールＳ−９４０（米国ルブリゾール社製）代わりに、カルボキシビニルポリマーとしてアクリル酸・メタクリル酸アルキル（炭素数１０〜３０）エステル共重合体〔カーボポールＵＬＴＲＥＺ  ２１、米国ルブリゾール社製、粘度（Ｉ）３００ｍＰａ・ｓ、粘度（II）１２２ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）２．４６〕を用い、原料の配合比を下記の通りとした以外は、実施例２と同様にして成形体を作製した。
成分質量配合率（％）：無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂／カルボキシビニルポリマー／熱膨張性粒子＝６８／８／２０／２／２
【００７１】
〔比較例１〕
実施例１で用いたカルボキシビニルポリマーの代わりに、ポリビニルアルコール〔日本合成化学（株）製、ゴーセノールＮＭ−１４、粘度（Ｉ）（ｐＨ調整なし）１．５ｍＰａ・ｓ、粘度（II）（ｐＨ調整なし）１．３ｍＰａ・ｓ、粘度（Ｉ）／粘度（II）１．１５４〕を用い、原料の配合比を下記の通りとした以外は、実施例１と同様にして成形体を作製した。
成分質量配合率（％）：無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂／ポリビニルアルコール＝７０／８／２０／２
【００７２】
〔比較例２〕
実施例１で用いたカルボキシビニルポリマーの代わりに、ポリアクリルアミド系凝集剤（三井サイテック（株）製  Ａ１１０）を用い、原料の配合比を下記の通りとした以外は、実施例１と同様にして成形体を作製した。
成分質量配合率（％）：無機粒子／無機繊維／熱硬化性樹脂／ポリアクリルアミド系凝集剤＝７０／８／２０／２
【００７３】
〔成形体の常温強度の評価〕
以下の基準で、成形体の常温強度を評価した。
Ａ：鋳型への配置時及びケレンの装着時に折れや欠けが発生することがない。
Ｂ：鋳型への配置時及びケレンの装着時に折れや欠けが発生したり、成形体の欠損部が鋳型内に脱落したりしている。
【００７４】
〔成形体の熱間強度の評価〕
鋳物に形成された中空部の形状及び、表面性を目視判断することによって、以下の基準で成形体の熱間強度を評価した。
Ａ：中空部に、溶湯圧による曲がり、差込み、焼着不良の何れも認められない。
Ｂ：中空部に、溶湯圧による曲がり、差込み、焼着不良の何れかが認められる。
【００７５】
〔鋳型としての使用後における成形体の崩壊性の評価〕
鋳物へサンドブラスト処理を施し、中空部に残った成形体の残存物の有無を目視判断することによって、以下の基準で使用後の成形体の崩壊性を評価した。
Ａ：中空部内面に成形体の残渣物が認められない。
Ｂ：中空部内面に成形体の残渣物が認められる。
【００７６】
【表１】
2010120064.tif 000003
【００７７】
＜結果＞
表１に示したように、本発明で得られた成形体は鋳造用の中子として十分な性能を有するものであった。
【００７８】
〔鋳物の中空部の形状転写性の評価〕
中空棒状の鋳物を軸方向に分割カットし目視判断することによって、以下の基準で得られた鋳物の中空部の形状転写性、ガス欠陥の有無を評価した。
【００７９】
〔形状転写性の評価基準〕
Ａ：中空部が成形体の形状と同一に形成され、鋳物の中空部表面に光沢を有する。
Ｂ：中空部が成形体の形状と同一に形成されているが、鋳物の中空部表面に光沢はない。
Ｃ：中空部の一部もしくは全部が、成形体と同一の形状をなしていない。
【００８０】
〔ガス欠陥の評価基準〕
Ａ：中空部内面にガス欠陥の存在が認められない。
Ｂ：中空部内面にガス欠陥の存在が認められる。
【００８１】
【表２】
2010120064.tif 000004
【００８２】
＜結果＞
表２に示したように、得られた鋳物は十分な性能を有するものであった。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の成形体の一実施形態を示す半断面図である。
【図２】本発明の成形体の製造方法を実施するための製造装置の一実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図３】同製造装置を使用した本発明の成形体の製造方法の一実施形態における原料の供給工程を模式的に示す部分断面図である。
【図４】同製造装置を使用した本発明の成形体の製造方法の一実施形態における成形工程を模式的に示す部分断面図である。
【図５】同製造装置を使用した本発明の成形体の製造方法の一実施形態における加熱乾燥工程を模式的に示す部分断面図である。
【図６】同製造装置を使用した本発明の成形体の製造方法の一実施形態における脱型工程を模式的に示す部分断面図である。
【図７】本発明の成形体の一実施形態を使用した鋳物の製造方法において、主型に該成形体をセットした状態を平面的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  成形体の製造装置
２  成形型
２Ａ、２Ｂ  割型
２０  キャビティ
２１  ゲート孔
２２  出入口
３  芯材
３０テーパー部
４  ゲート開閉手段
４０  ゲートピン
５  原料供給手段
５０  シリンダー
５１  ピストン
５２  ノズル
１０  成形体
１１（１１Ａ）  主型（下型）
１２  ケレン
１３  注入口
１４  ガス抜き口
【図１】
2010120064.tif 000005
【図２】
2010120064.tif 000006
【図３】
2010120064.tif 000007
【図４】
2010120064.tif 000008
【図５】
2010120064.tif 000009
【図６】
2010120064.tif 000010
【図７】
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