(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性アルカリ金属塩マトリクス中に平均粒径が０．８〜４ｍｍのアルカリ土類金属酸化物粒子が分散されてなる鋳造用中子。
【請求項２】
アルカリ土類金属酸化物が、カルシウム、マグネシウムおよびバリウムの少なくとも一種の酸化物である請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項３】
アルカリ土類金属酸化物が、カルシウムの酸化物である請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項４】
水溶性アルカリ金属塩が、ナトリウムおよび／またはカリウムの、塩化物、硝酸塩および硫酸塩の少なくとも一種からなる請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造用中子。
【請求項５】
水溶性アルカリ金属塩が、塩化ナトリウムと塩化カリウムの混合物である請求項４に記載の鋳造用中子。
【請求項６】
アルカリ土類金属酸化物粒子に加えて、アルカリ土類金属酸化物以外の耐火物粒子が分散されている請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造用中子。
【請求項７】
粒径が１〜５ｍｍの範囲にあるアルカリ土類金属水酸化物粒子を水溶性アルカリ金属塩の熔湯中に分散させ、脱水によりアルカリ土類金属酸化物粒子に変換させた後に型中に流し込み、冷却固化させる請求項１〜６のいずれかに記載の鋳造用中子の製造方法。
【請求項８】
アルカリ土類金属水酸化物粒子と水溶性アルカリ金属塩の粉粒体との混合物を加熱し、水溶性アルカリ金属塩を融解させることにより、アルカリ土類金属水酸化物またはその脱水による酸化物粒子が分散した水溶性アルカリ金属塩の熔湯を形成する請求項７に記載の鋳造用中子の製造方法。
【請求項９】
粒径が１〜５ｍｍの範囲にあるアルカリ土類金属水酸化物粒子が、アルカリ土類金属水酸化物あるいは酸化物に水を加え、ペースト状になるまで混和した後、乾燥・固化し、適宜粉砕した後、篩い分けして、粒径を調整することにより得られている請求項７または８に記載の鋳造用中子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載の鋳造用中子を配置した鋳型中に金属熔湯を流し込み、冷却固化して中子を内蔵する金属鋳物を鋳型から取り出した後、中子を水と接触させ、アルカリ土類金属粒子のアルカリ土類金属水酸化物粒子への変換による膨張により水溶性アルカリ金属塩に亀裂を発生させ、中子の崩壊および溶解を促進させて取り除いて、金属鋳物製品を回収する鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト鋳造等の鋳造方法において、崩壊性を改善した中子を効率的に製造する技術ならびにその中子を用いる鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト製法の鋳造において、複雑な内部形状を有する鋳造物を成形しようとする場合には、中子が使用される。このようなダイカスト製法に用いられる中子として、塩類等を用いて形成され、鋳造後に水に溶解させて鋳造品から除去される水溶性中子が開発されている(特許文献１〜３参照)。【０００３】
上記した水溶性中子を用いてダイカスト鋳造を行う場合、特に高圧でダイカスト鋳造を行う場合には、鋳造時の溶湯の速度が速く、水溶性中子への衝撃力も大きいため、水溶性中子に高い強度が要求される。そこで、水溶性中子の高強度化が図られるが、水溶性中子の強度を高めると、鋳造品から水溶性中子を除去する際の水溶性中子の崩壊性が悪化してしまう。【０００４】
そこで、塩などの水溶性成分を主成分とした水溶性中子の崩壊を促進するために、種々の方法が考案されている。例えば、生石灰（酸化カルシウム）、酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属化合物粉末を、主たる中子成分としてのアルカリ金属塩中に混合した水溶性中子を用い金属の鋳造後に水と接触させた際に、アルカリ土類金属化合物粉末を水により膨張させることで、水溶性中子の崩壊性を向上させる方法(特許文献4参照)が考案されている。しかしながら、本発明者らの研究によれば、このようなアルカリ土類金属化合物の添加によっても所望の崩壊性の向上が得られず、却って、中子の鋳造性（注型性）が損なわれる等の不都合性が見出された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３１６６４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４４４６０号公報
【特許文献３】特開２００７−２９６５６６号公報
【特許文献４】特開２００６−７２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の主要な目的は、崩壊性を向上した水溶性中子、その効率的な製造法、更にはその中子を用いる効率的な鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らの研究によれば、従来、粉末状態で用いられていた崩壊促進剤のアルカリ土類金属酸化物を、適当な粒径まで肥大させた粒状物として、アルカリ金属塩マトリクス中に分散させることにより、水との相互作用による状態変化およびアルカリ金属塩マトリクスとの相対的状態変化を利用することが、上述の目的の達成のために極めて有効であること見出された。すなわち、本発明の鋳造用中子は、水溶性アルカリ金属塩マトリクス中に平均粒径が０．８〜４ｍｍのアルカリ土類金属酸化物粒子が分散されてなることを特徴とするものである。【０００８】
本発明者らが上述の目的で研究して本発明に到達した経緯について若干付言する。従来、崩壊促進剤のアルカリ土類金属酸化物が、粉末状態で添加されていたのは、アルカリ金属塩マトリクス中に分散アルカリ土類金属酸化物が粒状であると、形成された中子と接触する金属熔湯が固化する際に、鋳肌の荒れ欠陥を生ずることを危惧されたためであると解される。しかしながら、本発明者らの試験によれば、崩壊促進剤として分散されたアルカリ土類金属酸化物は、平均粒径（本書において、特に断らない限り、沈降法によるストークス相当径（ＪＩＳ Ｚ８９０１）により求めた体積平均粒径を意味する)が４ｍｍ程度までは顕著な鋳肌の荒れを起こすことがなく、その粒径を増大させることにより、以下のような作用効果が得られる。（イ）アルカリ土類金属酸化物粒子が水と接触すると水１分子を吸収してアルカリ土類金属水酸化物に変化するがその際に比重が２０〜５０％低下し、これに伴い粒径が８〜２０％増大し、これがアルカリ金属塩マトリクスにクラックを与え、その水接触下での崩壊を促進するが、その効果は粒径が大なるほど大きい。（ロ）粉末状態のアルカリ土類金属酸化物の添加量を増大すると、マトリクスアルカリ金属塩の熔湯の粘度増大により中子の鋳造性（注型性）が低下するが、粒状化することにより粘度増大に直接寄与する表面積の増大が抑制されるので、鋳造性をそれほど損なわずに、崩壊性を向上することができる。【０００９】
また、本発明の鋳造用中子は、平均粒径が０．８〜４ｍｍのアルカリ土類金属酸化物粒子を直接原料として形成することもできるが、好ましくは、若干大粒径のアルカリ土類金属水酸化物を前駆体として用いることが好ましい。すなわち、本発明の鋳造用中子の製造方法は、粒径が１〜５ｍｍの範囲にあるアルカリ土類金属水酸化物粒子を水溶性アルカリ金属塩の熔湯中に分散させ、脱水によりアルカリ土類金属酸化物粒子に変換させた後に型中に流し込み、冷却固化させることを特徴とするものである。前駆体としてのアルカリ土類金属水酸化物粒子は、水溶性アルカリ金属塩の融点である約４００〜１１００℃より低い、３５０〜８００℃において、水１分子を失うと共に若干収縮してより小粒径のアルカリ土類金属酸化物粒子に変化して効果的な崩壊促進剤を形成する。アルカリ土類金属酸化物粒子を直接用いることなく、アルカリ土類金属水酸化物を前駆体として用いると、水を用いた固化・粉砕等を経て、崩壊促進剤の微粉化を防止しつつ、効率的な粒状化が可能になる。【００１０】
また本発明は上記鋳造用中子を用いる効率的な鋳造方法をも提供するものであり、より詳しくは、上記本発明の鋳造用中子を配置した鋳型中に金属熔湯を流し込み、冷却固化して中子を内蔵する金属鋳物を鋳型から取り出した後、中子を水と接触させ、アルカリ土類金属粒子のアルカリ土類金属水酸化物粒子への変換による膨張により水溶性アルカリ金属塩に亀裂を発生させ、中子の崩壊および溶解を促進させて取り除いて、金属鋳物製品を回収することを特徴とするものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の鋳造用中子を、主としてその好ましい製造法である本発明の鋳造用中子の製造方法の実施態様にそって、逐次説明する。
【００１２】
（水溶性アルカリ金属塩）
本発明の鋳造用中子の主成分は、マトリクスを形成する水溶性アルカリ金属塩である。その好ましい具体例としては、ナトリウムおよび／またはカリウムの、塩化物、硝酸塩および硫酸塩の少なくとも一種が挙げられる。これら水溶性アルカリ金属塩は、必要に応じて二種以上を混合して低融点化することにより、約４００〜１０００℃の融点とすることが好ましい。特に好ましい具体例としては、塩化ナトリウム（融点：約８００℃）と塩化カリウム（融点:約７７６℃）の混合物（例えば、その約５５:４５（重量比）（＝約０．６:０．４（モル比）混合物の融点は約６７２℃となる）が挙げられる。これら水溶性アルカリ金属塩は、一般に粉粒体形状で供給されるが、いずれにしても熔融されるので、その粒径は、特に限定されない。
【００１３】
（アルカリ土類金属水酸化物）
本発明の鋳造用中子において、水溶性アルカリ金属塩マトリクスに崩壊促進剤として分散されるのは、アルカリ土類金属酸化物粒子であるが、上述したように、これは、本発明の方法により、アルカリ土類金属水酸化物粒子を経由して形成することが好ましい。アルカリ土類金属水酸化物としては、ベリリウム（Ｂｅ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ)，バリウム（Ｂａ)等の水酸化物があるが、毒性のないこと、化学的な安定性の観点で、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ)２）が、好ましく用いられる。これらは、それぞれ３５０℃以上、５８０℃以上および４０８℃以上に加熱されると、すなわち約４００〜１０００℃に調製した融点を有する水溶性アルカリ金属塩の熔湯中で、水１分子を失って、酸化マグネシウム（ＭｇＯ；融点:２８５２℃）、酸化カルシウム（ＣａＯ；融点:２５７０℃）、酸化バリウム（ＢａＯ；融点:１９１８℃）に変化して、それぞれの粒子として分散する。
【００１４】
これらアルカリ土類金属水酸化物は、一般に、粒径が１００〜２００μｍ程度の粉末状で市販されているが、粒径が１〜５ｍｍに肥大させた粒子として本発明法に供されることが好ましい。その粒径肥大の方法は任意であり、ミスト状の水の吹付により粘着性とした粉末の凝集等の方法も用いられるが、より好ましくは、アルカリ土類金属水酸化物あるいは酸化物に水を加え、ペースト状になるまで混和した後、乾燥・固化し、適宜粉砕した後、篩い分けして、粒径を調整する方法が、均一な粒径で微粉を含まず、緻密なアルカリ土類金属水酸化物粒子を得るうえで好ましい。粉砕手段として、任意の粗砕機あるいは中砕機が用いられるほか、簡便には金槌あるいは木槌でも容易に粒状化が可能であり、微粉の発生も少ない。篩い分けは、例えばＪＩＳ標準フルイ（ＪＩＳ  Ｚ８８０１−１９８２）により目開き１ｍｍ篩い上で、目開きが約５ｍｍ篩い下（より具体的には目開き５．６６ｍｍあるいは４．７６ｍｍ下）、好ましくは４ｍｍ篩い下、を採取することにより、所望の粒径範囲のアルカリ土類金属水酸化物粒子が得られる。
【００１５】
アルカリ土類金属水酸化物粒子は、水溶性アルカリ金属塩１００重量部あたり、４０重量部以下、特に２３〜３１重量部の割合で用いることが好ましい。過少であると、得られる中子の崩壊性促進効果が乏しく、過多であると、鋳造性が悪化する。結果として得られる中子中には、アルカリ土類金属水酸化物粒子の１０〜３０％減（Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯの場合は２４％減）の重量のアルカリ土類金属酸化物粒子が分散されることとなる。
【００１６】
（アルカリ土類金属酸化物以外の耐火物粒子）
本発明の鋳造用中子には、上記したアルカリ土類金属酸化物に加えて、シリカ、アルミナ、ムライト等の、アルカリ土類金属酸化物以外の耐火物粒子を、中子の強度を上げる目的で添加することができる。このような目的で添加する、耐火物粒子の平均粒径は、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、その下限は４０μｍ以上であることが好ましい。また、その添加量は、水溶性アルカリ金属塩１００重量部あたり、５０重量部以下、特に３２〜４４重量部の範囲であることが好ましい。５０重量部を超えて添加すると、鋳造性が悪化する。
【００１７】
（中子の製造）
本発明法に従う鋳造用中子の製造のためには、上記のようにして得られたアルカリ土類金属水酸化物粒子を、水溶性アルカリ金属塩の熔湯中に分散させ、アルカリ土類金属酸化物粒子に変換させる。このためには、アルカリ土類金属水酸化物粒子を、予め形成した水溶性アルカリ金属塩の熔湯中に添加すればよいが、より良い分散状態を得るためには、水溶性アルカリ金属塩の粉粒体と、上記で得られたアルカリ土類金属水酸化物粒子と、必要に応じて加えられるその他の耐火物粒子等の添加物を、粉粒体状態で混合して得た混合物を、炉中で加熱して、水溶性アルカリ金属塩を融解させ、その熔湯中にアルカリ土類金属水酸化物粒子を分散させた状態を形成し、アルカリ土類金属水酸化物の脱水により形成されたアルカリ土類金属酸化物粒子を、結果的にアルカリ金属塩の熔湯中に分散させればよい。上述したように、アルカリ金属塩の融点は、約４００〜１０００℃程度に調製可能であり、これは、一般にアルカリ土類金属水酸化物の脱水温度である３５０〜６００℃より高いので、通常速やかに、アルカリ土類金属酸化物粒子（およびその他の耐火物粒子）を分散させたアルカリ金属塩の熔湯が形成される。
【００１８】
次いで、上記で形成されたアルカリ金属塩の熔湯を、中子の鋳型中に流し込み、冷却固化後、脱型させることにより、崩壊性促進剤としてのアルカリ土類金属水酸化物粒子を分散させた水溶性アルカリ金属塩からなる本発明の中子が形成される。
【００１９】
（鋳造）
本発明の中子は、これをダイカスト鋳造用鋳型中に配置した後、金属熔湯を流し込み、冷却固化して中子を内蔵する金属鋳物を鋳型から取り出した後、中子を水と接触させ、アルカリ土類金属粒子のアルカリ土類金属水酸化物粒子への変換による膨張により水溶性アルカリ金属塩に亀裂を発生させ、中子の崩壊および溶解を促進させて取り除けば、金属鋳物製品が回収される。本発明の鋳造用中子は耐圧性が高いので、アルミニウム合金、マグネシウム合金、真鍮合金の加圧鋳造に適している。
【実施例】
【００２０】
以下、予備実験例、実施例、比較例により、本発明をより具体的に説明する。【００２１】
＜＜予備実験＞＞
［中子の調製］
原料として以下を含む組成の中子を調製することとした。
・水溶性アルカリ金属塩:ＮａＣｌ：ＫＣｌ＝６：４（モル比）混合物、（融点＝約６７２℃）（ＮａＣｌ：大塚化学(株)、  ＫＣｌ：和光純薬工業(株)製）  １００重量部
・アルカリ土類金属水酸化物:Ｃａ（ＯＨ）２粉末（平均粒径:１５０μｍ）（マルアイ石灰工業(株)製）２３重量部、３１重量部および３８重量部の３レベル
・その他耐火物
セラビーズ（融点＝約１８２５℃、粒径＝約０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ）（ナイガイ社製「ナイガイセラビーズ６０」）２１重量部
ムライト粉末（融点＝約１７５０℃）（稲垣鉱業社製「ムライトフラワー」）２１重量部【００２２】
＜アルカリ土類金属水酸化物粉粒体の調製＞
・Ｃａ（ＯＨ）２粉末（１）：上記Ｃａ（ＯＨ）２粉末をそのまま用いた。
・Ｃａ（ＯＨ）２塊（２）：上記Ｃａ（ＯＨ）２粉末にミスト状の水を吹き付け、粘着性の凝集粒子に、他の原料（ＮａＣｌ：ＫＣｌ混合物、セラビーズ、ムライト）を混合することにより、粒径が大略３ｍｍの塊状物を形成した。
・Ｃａ（ＯＨ）２塊（３）：上記Ｃａ（ＯＨ）２粉末にミスト状の水を吹き付け、粘着性の凝集粒子を乾燥して、粒径が大略３ｍｍのＣａ（ＯＨ）２凝集塊を形成した。
・Ｃａ（ＯＨ）２粒子（４）：上記Ｃａ（ＯＨ）２粉末に水を加え、トレー上でペースト状となるまで混和した後、オーブンで乾燥することにより形成したスレート状のＣａ（ＯＨ）２塊を金槌とすりばちで粉砕して大略、平均粒径が３ｍｍのＣａ（ＯＨ）２粒子を得た。【００２３】
＜中子の調製＞
上記で得られた３種（但し、Ｃａ（ＯＨ）２塊（２）については、すでに他の原料と混合済み）のＣａ（ＯＨ）２粉粒体をそれぞれ、他の原料、すなわちＮａＣｌ：ＫＣｌ混合物、セラビーズおよびムライトフラワーと乾式混合し、得られた各Ｃａ（ＯＨ）２配合レベルあたり３種、計１２種の中子原料を、それぞれ７４０℃の炉中で加熱することにより、Ｃａ（ＯＨ）２等が分散されたアルカリ金属熔融塩を得、それぞれ４００℃の中子成形用金型（ＳＫＤ６１）に注型し、固化後、脱型して、長さ９０ｍｍ、断面１０ｍｍ角の中子を得た。【００２４】
上記で得られた１２種の中子について、それぞれ、以下の評価を行なった。
（鋳造性）
熔融塩を金型に注ぐ際の、熔融塩の状態と金型への流動状態を目視にて確認し、鋳造性を以下の基準で評価した。
・Ａ:溶融塩の粘度が非常に低く、金型に注ぎ込みやすい。
・Ｂ：溶融塩の粘度に問題は無く、鋳造出来る。
・Ｃ：溶融塩の粘度が高いが、鋳造出来る。
・Ｄ：溶融塩の粘度が高く、鋳造が不可能である。【００２５】
（崩壊性）
中子を２００ｍｌの水中に１時間浸漬させ、中子の崩壊状態を観察して、以下の基準で評価した。
・Ａ:崩壊性が非常に良く、中子が半分崩壊している。
・Ａ−:鋳造不良品が多くなる傾向が見られたが、鋳造可能品についての崩壊性は非常に良く、中子が半分崩壊している。
・Ｂ：中子の表面から崩壊し始めている。
・Ｃ：中子の表面に小さなクラックが発生している。
・Ｄ：鋳造不可能（粘度が高すぎるため満足した中子が鋳造出来ない。） 【００２６】
結果をまとめて次表１に示す。
【表１】
0005874735.tif 000002
【００２７】
＜＜実施例および比較例＞＞
上記予備試験において形成したＣａ（ＯＨ）２粒子（４）を、ＪＩＳ標準フルイ（ＪＩＳ  Ｚ８８０１−１９８２）により目開き１ｍｍ篩いと４ｍｍ篩いにかけ、目開き１ｍｍ篩い下、目開き１ｍｍ篩い上〜４ｍｍ篩い下および目開き４ｍｍ篩い上、の３種の粒子区分に分割した。【００２８】
（実施例）
上記で得られたＣａ（ＯＨ）２粒子（４）の篩い分けによる目開き１ｍｍ篩い上〜４ｍｍ篩い下粒子２３重量部と、前記予備実験例で用いたＮａＣｌ：ＫＣｌ混合物１００重量部、セラビーズ２１重量部およびムライト粉末２１重量部とを乾式混合し、得られた粉粒体状中子原料を、上記予備実験と同様にして、７４０℃の炉中で加熱することにより、Ｃａ（ＯＨ）２等が分散されたアルカリ金属熔融塩を得、それぞれ４００℃の中子成形用金型（ＳＫＤ６１）に注型し、固化後、脱型して、長さ９０ｍｍ、断面１０ｍｍ角の中子を得た。【００２９】
（比較例１）
Ｃａ（ＯＨ）２粒子（４）の篩い分けによる目開き１ｍｍ篩い上〜４ｍｍ篩い下粒子の代わりに、予備実験で用いたＣａ（ＯＨ）２粉末（１）を用いる以外は、上記実施例と同様にして中子を得た。【００３０】
（比較例２）
Ｃａ（ＯＨ）２粒子（４）の篩い分けによる目開き１ｍｍ篩い上〜４ｍｍ篩い下粒子の代わりに、目開き１ｍｍ篩い下粒子を用いる以外は、上記実施例と同様にして中子を得た。【００３１】
（比較例３）
Ｃａ（ＯＨ）２粒子（４）の篩い分けによる目開き１ｍｍ篩い上〜４ｍｍ篩い下粒子の代わりに、目開き４ｍｍ篩い上粒子を用いる以外は、上記実施例と同様にして中子を得た。【００３２】
＜評価＞
上記実施例ならびに比較例１〜３で得られた中子について、それぞれ前記予備実験と同様に鋳造性および崩壊性を評価したほか、金属鋳造品の鋳肌（表面仕上がり状態）に反映される中子の表面状態を目視にて確認し、評価した。【００３３】
結果をまとめて、次表に示す
0005874735.tif 000003
上記表２に示した評価結果の内容は以下の通り。
【００３４】
（鋳造性）
・Ａ：溶融塩の粘度が低く、鋳造性を良好に保ったまま鋳造出来た。
・Ｂ：溶融塩の粘度に問題は無く、鋳造出来た。
・Ｃ：溶融塩にムラがあり、大きな塊状のものが多く流動性が悪くなった。【００３５】
（崩壊性）
・Ａ：次々と塩中子に大きなクラックが発生し、中子は崩壊していた。
・Ｂ：中子の表面全域に小さなクラックが発生していた。
・Ｃ：崩壊性にバラツキが生じ、崩壊部分と崩壊していない部分との差が大きくなった。【００３６】
(鋳肌)
Ａ：中子表面にはしわの発生が少なく、鋳肌に問題はなかった。
Ｃ：中子の表面にＣａＯの塊が発生しており、表面は荒れていた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上記表２に示す結果からも分るように、本発明によれば、アルカリ金属塩からなる水溶性塩中子に添加して崩壊促進剤として用いるアルカリ土類金属酸化物を、従来の粉末形態から、適切な粒径の粒状物として配合することにより、崩壊性が良好な中子を効率的に製造可能となった。