(57)【要約】【課題】型製作に手間がかからず、鋳造品の表面に欠陥が生じるのを抑えることを目的とする。【解決手段】粗粒子１１と微粒子１２とにより砂型１０を形成することにより、砂型１０を、粗粒子１１間に微粒子１２が介在した細密充填構造とし、粗粒子１１間の微粒子１２によって、溶湯が粗粒子１１間に差し込むのを防ぐ。しかも、粗粒子１１間の微粒子１２を粗粒子１１よりも通気性の高い材料で形成し、砂型１０内で発生するガスを通気させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の粒子と第二の粒子とを混合することによって形成され、
前記第一の粒子および前記第二の粒子は、１５００℃以上の耐熱性を有するとともに、
前記第二の粒子は前記第一の粒子よりも粒径が小さく、かつ通気度の高い材料で形成されていることを特徴とする鋳造用砂型。
【請求項２】
前記第二の粒子は、第一の粒子に対し、粒径が０．０１倍以上０．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用砂型。
【請求項３】
前記第二の粒子は、多孔質体であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳造用砂型。
【請求項４】
ＪＩＳ法における鋳型通気度が１５０以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋳造用砂型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用砂型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造用の型枠として、少量生産を行う場合や、大重量の鋳造品を製作する場合等に、砂型が多用されている。
このような砂型を用いて鋳造を行う場合、形成される鋳造品の表面に欠陥が生じることがある。欠陥が生じた場合、不良品となって歩留まりが低下したり、欠陥の補修に多大な手間とコストがかかる。
【０００３】
このような鋳造品の表面に生じる欠陥としては、ガス欠陥、焼き付き欠陥がある。
ガス欠陥は、砂型に含まれる樹脂のバインダが砂型に流し込まれる溶湯によって加熱されて発生するガスや、金属溶湯の原材料に含まれる水分によって発生するガス、砂型に溶湯を注入するときに周囲から巻き込まれる空気等によって、鋳造品の表面が荒れるものである。
また、焼き付き欠陥は、溶融金属が砂型と結着してしまうことによって生じるもので、溶融金属が砂型を構成する砂の粒子間に溶け込み、砂型と鋳造品とが物理的に結びついてしまう物理的焼き付きと、溶融金属に含まれる成分が砂型を形成する材料と化学的に反応して砂型と鋳造品とが結びついてしまう化学的焼き付きとがある。
【０００４】
このような鋳造品の表面に生じる欠陥を防ぐための手法として、特許文献１には、砂型において溶湯と接触する部分を形成する肌砂には粒径の小さな粒子を用い、それ以外の部分を形成する裏砂には粒径の大きな粒子を用いる技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、砂型において溶湯と接触する部分に、シリカ繊維からなる布状体を設ける構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２５７６７８号公報
【特許文献２】実用新案登録第１７８５７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のように、砂型において溶湯と接触する部分を粒径の小さな粒子で形成すると、溶湯金属が砂型の砂の粒子間に差し込んでしまう焼き付き欠陥については抑えることができるものの、成形時に発生するガスや空気の逃げ場がないため、ガス欠陥が増えるという問題がある。
また、砂型において、溶湯と接触する部分を粒径の小さな粒子で形成し、それ以外の部分を粒径の大きな粒子を形成するのには、型製作の手間がかかるという問題もある。
【０００８】
特許文献２に記載の技術においては、砂型において溶湯と接触する部分にシリカ繊維からなる布状体を設けなければならず、この場合も、型製作の手間がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、型製作に手間がかからず、鋳造品の表面に欠陥が生じるのを抑えることのできる鋳造用砂型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の鋳造用砂型は、第一の粒子と第二の粒子とを混合することによって形成され、前記第一の粒子および前記第二の粒子は、１５００℃以上の耐熱性を有するとともに、前記第二の粒子は前記第一の粒子よりも粒径が小さく、かつ通気度の高い材料で形成されていることを特徴とする。
このような鋳造用砂型においては、第一の粒子の間に、第一の粒子よりも粒径の小さな第二の粒子が介在することとなる。これにより、鋳造時に溶湯が第一の粒子の間に入り込むのを防ぐことができる。しかも、第二の粒子は第一の粒子よりも通気度が高いため、砂型内で発生したガスを逃がすことができる。
また、このような砂型は、第一の粒子と第二の粒子を混合することで、容易に形成することができる。
【００１１】
本発明の鋳造用砂型において、前記第二の粒子は、第一の粒子に対し、粒径が０．０１倍以上０．５倍以下であるのが好ましい。第二の粒子の第一の粒子に対する粒径のより好ましい倍率は、０．０５倍以上０．２５倍以下、さらに好ましい倍率は、０．１０倍以上０．１６倍以下である。
これにより、第一の粒子どうしの間隔が広がりすぎて溶湯が第一の粒子間に差し込むのを防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明の鋳造用砂型において、前記第二の粒子は、多孔質体であるのが好ましい。これにより、第二の粒子は、通気性を有することとなる。
【００１３】
さらに、本発明の鋳造用砂型において、ＪＩＳ法における鋳型通気度が１５０以上であるのが好ましい。これにより、砂型全体として、砂が他内で発生したガスを外部に確実に逃がすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鋳造用砂型によれば、型製作に手間がかからず、鋳造品の表面に欠陥が生じるのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の鋳造用砂型の一部を拡大した断面図である。
【図２】本発明の鋳造用砂型を形成する粒子構造を示す図である。
【図３】本発明の鋳造用砂型において、粗粒子に対する微粒子の配合量を異ならせたときの欠陥の発生状況の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る鋳造用砂型の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、鋳造用の砂型１０は、粒径の大きな粗粒子（第一の粒子）１１と、粗粒子１１に比較して粒径の小さな微粒子（第二の粒子）１２を用いて形成され、微粒子１２が、複数の粗粒子１１間に介在するようになっている。
砂型１０を形成する材料は、粗粒子１１、微粒子１２以外にもバインダ等の添加剤が添加されていてもよい。
【００１７】
ここで、粗粒子１１、微粒子１２は、いずれも、耐熱温度１５００℃以上の材料で形成するのが好ましい。
【００１８】
また、粗粒子１１と微粒子１２の粒径（平均粒径）は、粗粒子１１の半径をＲ１、微粒子１２の半径をＲ２とした場合、０．０１×Ｒ１≦Ｒ２≦０．５×Ｒ１、より好ましくは０．０５×Ｒ１≦Ｒ２≦０．２５×Ｒ１、さらに好ましくは、０．１０×Ｒ１≦Ｒ２≦０．１６×Ｒ１とするのが好ましい。これは、以下のような根拠に基づく。
【００１９】
すなわち、図２に示すように、多数の粗粒子１１が最も高い密度で配置された場合、互いに隣接する３つの粗粒子１１，１１，１１が正三角形状に並んで互いに接することになる。これに対し、微粒子１２は、３つの粗粒子１１，１１，１１に接するよう挟み込まれる。
【００２０】
このように互いに接した３つの粗粒子１１の中心１１Ａ同士を結ぶことで形成される三角形Ｔは、３辺の長さ（図２における頂点Ａと頂点Ｂを結ぶ辺の長さＡＢ）は、
長さＡＢ＝２×Ｒ１      …（１）
であり、頂点Ａと頂点Ｂの中点Ｃまでの長さＡＣは、
長さＡＣ＝Ｒ１      …（２）
となる。
また、微粒子１２の中心Ｄと三角形Ｔの頂点Ａとを結ぶ辺の長さＡＤは、
長さＡＤ＝Ｒ１＋Ｒ２      …（３）
となる。
また、中心Ｄと頂点Ａとを結ぶ辺と、頂点Ａと中点Ｃを結ぶ辺との交差角度Θは、Θ＝３０°であるので、
ＣＯＳ３０°＝長さＡＣ／長さＡＤ＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）      …（４）
である。ここで、粗粒子１１の半径Ｒ１＝１とすると、上式（４）から、
Ｒ２≒０．１６Ｒ１
となる。したがって、粗粒子１１と微粒子１２の粒径は、上記したような範囲内とするのが好ましい。
【００２１】
さらに、粗粒子１１，微粒子１２は、球状粒子であるのが好ましい。
また、微粒子１２は、比重１．０ｇ／ｃｍ３以下の多孔質体であるのが好ましい。これによって、粗粒子１１間に介在する微粒子１２によって、ガスの通気性が確保される。
これら粗粒子１１と微粒子１２は、粗粒子１１に対する微粒子１２の配合比（重量比）が、１５％以上となるようにするのが好ましい。
そして、上記条件を満足する粗粒子１１、微粒子１２を用いて砂型１０を形成することによって、砂型１０の鋳型通気度（ＪＩＳ法）が１５０以上となるようにするのが好ましい。
上記のような条件を満足する材料としては、粗粒子１１に、例えば粒径５００μｍ程度のケイ砂，ムライト砂，クロマイト砂等を用いる場合、粒径２００μｍ程度の黒曜石パーライト（人工発泡体）や、真珠岩パーライト、フライアッシュ、等を用いるのが好ましい。
【００２２】
このような粗粒子１１、微粒子１２から形成される砂型１０は、粗粒子１１と微粒子１２を所定の配合比で混合し、これらを砂型１０形成用の雌型に注入し、所定形状に成形することで形成する。
【００２３】
上記したように、粗粒子１１と微粒子１２とにより砂型１０を形成することにより、砂型１０は、粗粒子１１間に微粒子１２が介在した細密充填構造となる。この粗粒子１１間の微粒子１２によって、溶湯１００が粗粒子１１間に差し込むのを防ぐことができる。
しかも、粗粒子１１間の微粒子１２が粗粒子１１よりも通気性の高い材料で形成されているため、砂型１０内で発生するガスを通気させることができる。
このようにして、砂型１０によって形成される鋳造品の表面と砂型１０とが結着する焼き付き欠陥と、砂型１０内で発生するガスによって鋳造品の表面が荒れるガス欠陥とを防止することができる。しかも、このような砂型１０は、粗粒子１１と微粒子１２とを混合して製作するのみであり、二重構造等とする必要もなく、砂型１０の製作に手間がかかることもない。
【実施例】
【００２４】
ここで、上記したような粗粒子１１、微粒子１２を用い、その配合比を異ならせたときの、焼き付き欠陥とガス欠陥の発生度合いを調べたのでその結果を示す。
粗粒子１１には、５０％粒径１５０μｍのムライト砂を用い、微粒子１２には、５０％粒径２０μｍのフライアッシュを用いた。
このような粗粒子１１と微粒子を、粗粒子１１に対する微粒子１２の配合量が、５，１０，１５，２０ｗｔ％となるようにし、一辺が１００ｍｍの立方体を形成するための砂型１０を形成した。そして、この砂型に、ＳＣＰＨ２１（高温高圧用鋳鋼品：ＪＩＳ材料）、１５６０℃の溶湯を注入し、大気圧下で鋳造を行った。
【００２５】
そして、砂型１０から鋳造品を取り出し、その表面において焼き付き欠陥が生じている面積と、ガス欠陥の発生個数とを調べた。
その結果を図３に示す。
【００２６】
この図３に示すように、粗粒子１１に対する微粒子１２の配合量が、１５％以上となることで、焼き付き欠陥、ガス欠陥の発生が顕著に減少していることが確認された。
【符号の説明】
【００２７】
１０  砂型
１１  粗粒子（第一の粒子）
１２  微粒子（第二の粒子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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