(57)【要約】【課題】鋳造時のガス抜けが良好で、凹凸の少ない表面を鋳物に与えうる中子製造用の粘結剤含有砂を提供することを課題とする。【解決手段】人工砂及び／又は天然砂に由来する骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む中子製造用の粘結剤含有砂であって、前記粘結剤含有砂は、横軸が粒径で縦軸が質量％の粒径分布において、２つ以上のピークを示し、前記２つ以上のピークの内、最も高いピークとその次に高いピークとが、１３７〜３５０μｍの粒径差を示し、最も高いピークとその次に高いピークの内、粒径の大きな側を第１ピークとし、粒径の小さな側を第２ピークとすると、前記第２ピークが、７５〜１５０μｍの粒径を示し、前記第２ピークが、前記第１ピークに対して、０．２〜１．５倍の質量％を示すことを特徴とする中子製造用の粘結剤含有砂により上記課題を解決する。【選択図】図１
2018161660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工砂及び／又は天然砂に由来する骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む中子製造用の粘結剤含有砂であって、
前記粘結剤含有砂は、横軸が粒径で縦軸が質量％の粒径分布において、２つ以上のピークを示し、
前記２つ以上のピークの内、最も高いピークとその次に高いピークとが、１３７〜３５０μｍの粒径差を示し、
最も高いピークとその次に高いピークの内、粒径の大きな側を第１ピークとし、粒径の小さな側を第２ピークとすると、前記第２ピークが、７５〜１５０μｍの粒径を示し、
前記第２ピークが、前記第１ピークに対して、０．２〜１．５倍の質量％を示すことを特徴とする中子製造用の粘結剤含有砂。
【請求項２】
前記粒径分布が２つのピークを有する請求項１に記載の中子製造用の粘結剤含有砂。
【請求項３】
前記粒径分布において、前記第１ピークと第２ピークとの間での最も小さい質量％を示す粒径を最小ボトムとすると、前記最小ボトムが、前記第２ピークに対して、０．０１〜０．６倍の質量％を示す請求項１又は２に記載の中子製造用の粘結剤含有砂。
【請求項４】
前記第１ピークと第２ピークとの質量％の合計値が、４０〜１００質量％である請求項１〜３のいずれか１つに記載の中子製造用の粘結剤含有砂。
【請求項５】
前記粒径分布が、５３μｍ、７５μｍ、１０６μｍ、１５０μｍ、２１２μｍ、３００μｍ、４２５μｍ、６００μｍ及び８５０μｍの目開きの９個の篩をこの順で積層した分級器で前記粘着剤含有砂を篩分けて得られた、横軸が目開き値で縦軸が質量％の１０個の柱から構成される柱状グラフで表現され、
前記最も高いピークとその次に高いピークとが、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱とに対応し、
前記１３７〜３５０μｍの粒径差が、前記最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱との目開き値の差に対応し、
前記７５〜１５０μｍの粒径が、前記最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱の内、粒径の小さい側の柱の目開き値に対応する請求項１〜４のいずれか１つに記載の中子製造用の粘結剤含有砂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中子製造用の粘結剤含有砂に関する。更に詳しくは、本発明は、鋳造時のガス抜けが良好で、凹凸の少ない表面を鋳物に与えうる中子製造用の粘結剤含有砂に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物工業において、中空を有する鋳物は、主型と中子を組み合わせた鋳型を用いて形成されている。中子は、例えば、シェルモールド法のような造型法で形成されている。シェルモールド法は、樹脂を被覆した砂（レジンコーテッドサンド：ＲＣＳ）を予熱した金型に充填し、焼成して鋳型を作る方法である。
中子は、鋳物の内側を形成するために使用され、その内側は、加工することが困難な場合が多い。そのため内側は特に加工されずにそのまま使用に供されることが増えている。鋳物の内側は、中子の表面状態がそのまま反映されるため、その内側の凹凸を抑制する目的で、中子の形成に粒径の細かい砂を使用することが提案されている（特開２００２−１９２３０５号公報：特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９２３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
粒径の細かい砂を用いて中子を形成すると、鋳型の内面の凹凸を抑制できる。しかし、粒径の細かい砂は、鋳造時に鋳型から生じるガス（樹脂のような粘結剤に由来するガス）が抜けにくく、かえって鋳物の表面に凹凸やガス欠陥を発生させることがある。そのため、鋳造時のガス抜けが良好で、凹凸の少ない表面を鋳物に与えうる中子製造用の粘結剤含有砂の提供が望まれていた。
更に、中子は、鋳物の外面を形成するための主型と共に用いられる。この主型には、ガス抜けを優先して、比較的粒径の粗い砂が用いられている。鋳造後、主型と中子を構成していた砂は、焼成及び磨鉱等の処理を経て、主型を製造するための再生砂として利用される。ここで、中子の形成に使用された粒径の細かい砂は、再生砂から得られる主型のガス抜けを低下させるため、この低下の少ない中子製造用の粘結剤含有砂の提供も望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者等は、上記課題を解決するために、中子製造用の粘結剤含有砂の粒径を種々変更して中子を作製し、その中子を用いて鋳物を製造した。その結果、発明者等は粒径に特定の分布を有する中子製造用の粘結剤含有砂であれば、鋳造時のガス抜けが良好で、凹凸の少ない表面を鋳物に与えうることを見い出し、本発明に至った。特に、この中子製造用の粘結剤含有砂は、形成された中子の表面に、粒径の細かい砂を多く存在させ得ることを発明者等は意外にも見い出している。
かくして本発明によれば、人工砂及び／又は天然砂に由来する骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む中子製造用の粘結剤含有砂であって、
前記粘結剤含有砂は、横軸が粒径で縦軸が質量％の粒径分布において、２つ以上のピークを示し、
前記２つ以上のピークの内、最も高いピークとその次に高いピークとが、１３７〜３５０μｍの粒径差を示し、
最も高いピークとその次に高いピークの内、粒径の大きな側を第１ピークとし、粒径の小さな側を第２ピークとすると、前記第２ピークが、７５〜１５０μｍの粒径を示し、
前記第２ピークが、前記第１ピークに対して、０．２〜１．５倍の質量％を示すことを特徴とする中子製造用の粘結剤含有砂が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、鋳造時のガス抜けが良好で、凹凸の少ない表面を鋳物に与えうる中子製造用の粘結剤含有砂を提供できる。
【０００７】
また、以下のいずれかの場合、鋳造時のガス抜けが良好で、凹凸の少ない表面を鋳物により与えうる中子製造用の粘結剤含有砂を提供できる。
（１）粒径分布が２つのピークを有する。
（２）粒径分布において、第１ピークと第２ピークとの間での最も小さい質量％を示す粒径を最小ボトムとすると、最小ボトムが、第２ピークに対して、０．０１〜０．６倍の質量％を示す。
（３）第１ピークと第２ピークとの質量％の合計値が、４０〜１００質量％である。
【０００８】
（４）粒径分布が、５３μｍ、７５μｍ、１０６μｍ、１５０μｍ、２１２μｍ、３００μｍ、４２５μｍ、６００μｍ及び８５０μｍの目開きの９個の篩をこの順で積層した分級器で前記粘着剤含有砂を篩分けて得られた、横軸が目開き値で縦軸が質量％の１０個の柱から構成される柱状グラフで表現され、
最も高いピークとその次に高いピークとが、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱とに対応し、
１３７〜３５０μｍの粒径差が、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱との目開き値の差に対応し、
７５〜１５０μｍの粒径が、前記最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱の内、粒径の小さい側の柱の目開き値に対応する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の粘結剤含有砂の粒径分布を示す折れ線グラフ及び柱状グラフである。
【図２】実施例１と比較例１の鋳物の断面写真である。
【図３】実施例１と比較例１におけるＲａを求めるための粗さ曲線である。
【図４】実施例２で使用した金型の概略説明図である。
【図５】実施例２で使用した充填機の概略説明図である。
【図６】実施例２の試験片番号９の顕微鏡写真及びその二値化図である。
【図７】実施例２の試験片番号１１の顕微鏡写真及びその二値化図である。
【図８】実施例２の試験片番号１２の顕微鏡写真及びその二値化図である。
【図９】実施例２の試験片番号１７の顕微鏡写真及びその二値化図である。
【図１０】実施例２の試験片番号１９の顕微鏡写真及びその二値化図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（中子製造用の粘結剤含有砂）
中子（鋳物の中空部を作るために生型と共に使用される鋳型）製造用の粘結剤含有砂（以下、単に粘結剤含有砂ともいう）は、構成要素として、人工砂及び／又は天然砂に由来する骨材と、粘結剤と、滑剤とを含み、特定の粒径分布を有している。
（ｉ）粒径分布
粘結剤含有砂は、横軸が粒径で縦軸が質量％の粒径分布において、２つ以上のピークを示す。ピーク数は、３つでも、４つでもよいが、製造容易性の観点から２つであることが好ましい。
２つ以上のピークの内、最も高いピークとその次に高いピークとは、１３７〜３５０μｍの粒径差を示す。粒径が１３７μｍ未満又は３５０μｍより大きい場合、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とを両立し難いことがある。
最も高いピークとその次に高いピークの内、粒径の大きな側を第１ピークとし、粒径の小さな側を第２ピークとすると、第２ピークは、７５〜１５０μｍの粒径を示す。
第２ピークが、第１ピークに対して、０．２〜１．５倍の質量％を示す。第２ピークがこの倍数内の質量％を有することで、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とをより両立することが可能となる。倍数は、０．３〜１．３倍であることが好ましく、０．３〜１．１倍であることがより好ましい。
【００１１】
第１ピークと第２ピークとの質量％の合計値は、４０〜１００質量％であることが好ましい。合計値がこの範囲内であることで、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とをより両立することが可能となる。合計値は、４５〜９５質量％であることがより好ましく、４８〜９３質量％であることが更に好ましい。
粒径分布において、第１ピークと第２ピークとの間での最も小さい質量％を示す粒径を最小ボトムとすると、この最小ボトムは、第２ピークに対して、０．０１〜０．６倍の質量％を示すことが好ましい。上記値がこの倍数内の質量％を有することで、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とをより両立することが可能となる。
なお、粒径分布は、公知の種々の方法により作成できる。種々の方法としては、例えば、篩分け法、画像解析法、コールター法、遠心沈降法、レーザー回折散乱法等の方法が挙げられる。これら粒径分布の作成方法の内、篩分け法が、当該分野で所望の粒径の砂を分級する際に多用されており、多量の砂から粒径分布を得るための方法として、使用する装置及び精度の観点から適切である。
【００１２】
粒径分布の一例を図１に示す。図１は、篩分け法により作成された粒径分布であり、粒径分布は、点線の折れ線グラフとして示されている。図１は、実施例１で使用されている粘結剤含有砂の粒径分布である。図１の横軸は粒径であり、紙面の左から右へ向かって粒径が大きくなっている。縦軸は質量％である。
図１のグラフは以下のようにして得られている。
即ち、５３μｍ、７５μｍ、１０６μｍ、１５０μｍ、２１２μｍ、３００μｍ、４２５μｍ、６００μｍ及び８５０μｍの目開きの９個の篩をこの順で積層した分級器を用意する。篩分けは、分級器の一番上の目開き８５０μｍの篩の上に原料を載せ、ロータップ型篩い機のような篩い分け機械を使用して行うことができる。篩分けにより９個の篩上に残った砂を、８５０μｍの粒径の砂、６００μｍの粒径の砂、４２５μｍの粒径の砂、３００μｍの粒径の砂、２１２μｍの粒径の砂、１５０μｍの粒径の砂、１０６μｍの粒径の砂、７５μｍの粒径の砂及び５３μｍの粒径の砂とし、目開き５３μｍの篩を通過した砂を粒径５３μｍ未満の砂（以下、ＰＡＮ）とする。篩分けにより、粒径の異なる１０種の砂が得られる。上記１０種の砂の質量を測定し、測定値を全質量に対する％（質量％）に換算する。図１のグラフは、換算値を、横軸を粒径、縦軸を質量％として、グラフ化することにより得ることができる。この粒径分布は、ＪＩＳの鋳物砂の粒径試験方法（Ｚ２６０１）に準じて測定した値である。
【００１３】
図１中、Ａは最も高くかつ粒径の大きな側のピークとしての第１ピークであり、Ｂはその次に高くかつ粒径の小さな側のピークとしての第２ピークである。また、Ｃは、第１ピークと第２ピークでの間の最も小さい質量％を示す最小ボトムである。なお、図１において、Ａの質量％は、６００μｍ未満、４２５μｍ以上の粒径の砂の質量％の合計値を意味し、Ｂの質量％は、２１２μｍ未満、１５０μｍ以上の粒径の砂の質量％の合計値を意味し、Ｃの質量％は、３００μｍ未満、２１２μｍ以上の粒径の砂の質量％の合計値を意味する。
【００１４】
ところで、粒径分布は、上記換算値を、横軸を目開き値、縦軸を質量％として、グラフ化した柱状グラフでも示すことができる。そのような柱状グラフは、例えば、図１の実線で示されている。
柱状グラフの個々の柱と折れ線グラフの個々のピークとの対応は、次の通りである。
（ｉ）第１ピークと第２ピークとが、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱との内、目開き値の大きな側の柱と小さな側の柱とに対応する。
（ｉｉ）１３７〜３５０μｍの粒径差が、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱との目開き値の差に対応する。
（ｉｉｉ）７５〜１５０μｍの粒径が、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱の内、目開き値の小さな側の柱の目開き値に対応する。
（ｉｖ）最小ボトムが、最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱との間での最も小さい質量％を示す柱に対応する。
柱状グラフに基づけば、本発明の粘結剤含有砂は、以下のように表現することも可能である。
「人工砂及び／又は天然砂に由来する骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む中子製造用の粘結剤含有砂であって、
前記粘結剤含有砂は、
５３μｍ、７５μｍ、１０６μｍ、１５０μｍ、２１２μｍ、３００μｍ、４２５μｍ、６００μｍ及び８５０μｍの目開きの９個の篩をこの順で積層した分級器で前記粘着剤含有砂を篩分けて得られた、横軸が目開き値で縦軸が質量％の１０個の柱から構成される柱状グラフにおいて、
（ａ）２つ以上のピークが存在する
（ｂ）前記２つ以上のピークの内、最も大きな質量％を示す目開き値とその次に大きな質量％を示す柱の目開き値との差が、１３７〜３５０μｍである
（ｃ）前記最も大きな質量％を示す柱とその次に大きな質量％を示す柱の内、粒径の小さな側の柱の目開き値が、７５〜１５０μｍである
を示す粒径分布を有することを特徴とする中子製造用の粘結剤含有砂。」
【００１５】
図１に示す柱状グラフは２つのピークを有し、それらピークは４２５μｍの目開き値と１５０μｍの目開き値とに対応する。２つのピーク位置の内、最も大きな質量％を示すピーク（目開きの大きな側の柱；以下、単に大きな側の柱ともいう）は４２５μｍの粒径に対応し、その次に大きな質量％を示すピーク（目開きの小さな側の柱；以下、単に小さな側の柱ともいう）は１５０μｍの目開き値に対応する。図１において、目開き値の大きな側の柱と小さな側の柱との目開き値の差は、２７５μｍとなる。図１を用いた柱状グラフの説明は、一例であり、本発明はこの説明に限定されることはない。
【００１６】
柱状グラフには、２以上のピークが存在している。ピーク数は、３つでも、４つでもよいが、製造の容易性観点から２つであることが好ましい。
大きな側の柱と小さな側の柱との目開き値の差は、１３７〜３５０μｍである。差が１３７μｍ未満又は３５０μｍより大きい場合、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とを両立し難いことがある。差は、１３７μｍ、１５０μｍ、１９４μｍ、２１３μｍ、２２５μｍ、２７５μｍ、３００μｍ、３１９μｍ及び３５０μｍを取り得る。
小さな側の柱の目開き値は、７５〜１５０μｍである。つまり、小さな側の柱の目開き値は、７５μｍ、１０６μｍ及び１５０μｍのいずれかをとり得る。
上記目開き値の差を考慮すると、大きな側の柱の目開き値は、小さな側の柱の目開きが７５μｍの場合、２１２μｍ、３００μｍ及び４２５μｍのいずれか、小さな側の柱の目開き値が１０６μｍ又は１５０μｍの場合、３００μｍ及び４２５μｍのいずれかをとり得る。
小さな側の柱は、大きな側の柱に対して、０．２〜１．５倍の質量％を示すことが好ましい。小さな側の柱がこの倍数内の質量％を有することで、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とをより両立することが可能となる。
【００１７】
小さな側の柱と大きな側の柱との質量％の合計値は、４０〜１００質量％であることが好ましい。合計値がこの範囲内であることで、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とをより両立することが可能となる。
小さな側の柱と大きな側の柱との間での最も小さい質量％を示す柱が、小さな側の柱に対して、０．０１〜０．６倍の質量％を示すことが好ましい。最も小さい質量％を示す柱とは、図１を例とすると、２１２μｍの目開き値の砂を表す柱に対応する。この規定は、小さな側の柱と大きな側の柱とが、どの程度の明確なピークであるのかを示す指標としている。上記値がこの倍数内の質量％を有することで、鋳造時のガス抜けと、鋳物表面の凹凸の低減とをより両立することが可能となる。
【００１８】
（ｉｉ）構成要素
粘結剤含有砂は、骨材と、粘結剤と、滑剤とを含む。
（１）骨材
骨材は、人工砂及び／又は天然砂に由来する。人工砂及び天然砂は、特に限定されず、アルミナ砂、ケイ砂、ジルコン砂、クロマイト砂、ＭｇＯ・ＳｉＯ２系砂及びこれら砂の混合砂等が挙げられる。人工砂及び天然砂には、主成分以外に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯ２、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２等の他の成分が含まれていてもよい。
骨材は、上記粘結剤含有砂に対応する粒径分布を有し得る。
また、骨材は、丸い粒形を有することが好ましい。
【００１９】
（２）滑剤
滑剤は、特に限定されず、例えば、ステアリン酸カルシウムのような公知の滑剤を使用できる。
滑剤は、粘結剤上に存在することが好ましい。
滑剤は、骨材と粘結剤の合計１００質量部あたり、０．０１〜０．２質量部含まれていることが好ましい。含有量が０．０１質量部未満の場合、鋳型製造の際の粘結剤含有砂の流動性が十分でないため、鋳物の表面に荒れが生じたりすることがある。また、粘結剤含有砂が、それを保存するフレコンバッグ等の内部でブロッキングしてしまう可能性が高くなる。含有量が０．２質量部より多い場合、鋳型強度の低下が生じることがある。
なお、粘結剤含有砂を構成する滑剤量は、適当な溶剤を用いて滑剤を単離し、単離物を、赤外分光分析法、ガスクロマトグラフィ法、液体クロマトグラフィ法、ＮＭＲ法等の公知の方法で分析することで測定できる。
【００２０】
（３）粘結剤
粘結剤は、特に限定されず、フラン樹脂、フェノール樹脂、オイルウレタン樹脂、フェノールウレタン樹脂、アルカリフェノール樹脂、ケイ酸ソーダ、ベントナイト等が挙げられる。粘結剤は、その種類に応じた硬化剤で硬化できる。フラン樹脂用の硬化剤としては、硫酸、リン酸、リン酸エステル、ピロリン酸等の無機酸、キシレンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸等が挙げられる。アルカリフェノール樹脂用の硬化剤としては、ラクトン類（例えば、プロピオンラクトン）、ギ酸エチル、ギ酸メチル、トリアセチン等の有機エステル等が挙げられる。フェノール樹脂用の硬化剤としては、ヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。フェノールウレタン樹脂用の硬化剤としては、トリエチルアミン、ピリジン系化合物等が挙げられる。ケイ酸ソーダ用の硬化剤としては、炭酸ガス、ダイカルシウムシリケート、有機エステル等が挙げられる。
粘結剤は、骨材１００質量部あたり、０．４〜３質量部含まれていることが好ましい。含有量が０．４質量部未満の場合、骨材間の結合が十分でないため、鋳型強度が低下することがある。含有量が３質量部より多い場合、鋳物の表面に粘結剤由来成分が付着することがある。
【００２１】
（４）粘結剤含有砂の製造方法
粘結剤含有砂は、公知の方法で製造できる。例えば、骨材となる原料砂をミキサー中で加温及び混合しつつ、ミキサー内に粘結剤を投入することにより、粘結剤と骨材との混合物を得る。ここで、粘結剤が硬化性樹脂を硬化剤で硬化させることで得られる場合、最初に硬化性樹脂をミキサー内に投入し、その後、硬化剤を投入して硬化性樹脂を硬化させることで粘結剤を得ることができる。次いで、ミキサー内に滑剤を投入することにより、粘結剤と骨材との混合物を滑剤と混合することで、粘結剤含有砂を製造できる。
粘結剤含有砂を上記粒径分布に調製する方法としては、例えば、２つのピークを有する粘結剤含有砂を得ようとする場合、
（ａ）１つのピークを有する第１の骨材と、第１の骨材とは異なる位置に１つのピークを有する第２の骨材とを混合した後、上記製造方法に付す方法
（ｂ）１つのピークを有する第１の骨材を上記製造方法に付して得た第１の粘結剤含有砂と、第１の骨材とは異なる位置に１つのピークを有する第２の骨材を上記製造方法に付して得た第２の粘結剤含有砂とを混合する方法
が挙げられる。３つ以上のピークを有する粘結剤含有砂を得ようとする場合は、ピークの数に応じた種類の骨材を用意すればよい。
【００２２】
（５）中子の製造方法
中子の製造方法は、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用できる。
例えば、中子の形状に対応する空間を有する金型を用意する。この金型内に、粘結剤含有砂を充填し、次いで、加熱することにより粘結剤を硬化させて粘結剤含有砂を相互に融着させることで、中子を製造できる。
金型内への粘結剤含有砂の充填方法は、金型内を粘結剤含有砂で満たすことができさえすれば、特に限定されない。例えば、加圧空気のような加圧ガスを用いて金型内に粘結剤含有砂を吹き込む（ブローする）ことにより、金型内に粘結剤含有砂を充填する方法（以下、ブロー充填法ともいう）が挙げられる。ブロー充填法において、加圧ガスは０．２〜０．４ＭＰａの圧力（ゲージ圧）で粘結剤含有砂を吹き込むことが好ましい。金型は、粘結剤含有砂投入時に温度が低下することがあるので、予め２００℃以上に加熱しておくことが好ましい。
本発明の粘結剤含有砂をブロー充填法に使用すれば、次のような効果を更に得ることができる。即ち、粘結剤含有砂からブロー充填法により得られた鋳型は、金型に沿う表面に粒径の細かい砂を存在させることが可能であり、鋳型の内部に粒径の粗い砂を多い割合で存在させることが可能である。例えば、粘結剤含有砂に対応する柱状グラフ中の小さい側の柱の質量％とその両隣の柱の質量％との合計値の１．２倍以上の割合で粒径の細かい砂を表面に存在させることが可能である。また、表面に粒径の細かい砂が多い割合で存在することは、鋳型の表面の拡大写真及び鋳型の断面の拡大写真を比較することでも確認できる。
中子を構成する砂の粒径が上記状態であることで、中子の表面に多く存在する粒径の細かい砂により中子の表面の凹凸の抑制でき、中子の中心に多く存在する粒径の粗い砂により鋳造時のガス抜けを向上できる。
【００２３】
（７）鋳物の製造方法
鋳物は、それに対応する空間を有する鋳型を砂で造形し、その空間に溶融した金属を流し込み、溶融金属を冷却することにより製造できる。この鋳型は、鋳物の外側の表面を形作る主型と、内側の表面を形作る中子との組み合わせから構成される。主型は、骨材と粘結剤とを含む主型形成用骨材から形成され、粘結剤にベントナイトを使用した場合は生型と、熱硬化性樹脂を使用した場合は樹脂型と称される。
鋳型内の鋳物は、鋳型をばらすことにより取り出すことができる。ばらされた鋳型は、焼成及び磨鉱を経て個々の骨材に再生され、再生骨材として主型の製造に使用される。このように、中子を構成していた骨材は、再生骨材として主型の製造に使用されることになるが、本発明の粘結剤含有砂を鋳物の製造方法に使用すれば、次のような効果を更に得ることができる。即ち、中子製造用の骨材には、鋳物の内側の表面の凹凸をできるだけ少なくすることが望まれる観点から、粒径の細かい骨材が使用される。これに対して主型は、溶融した金属を流し込む際に主型から生じるガスの抜けを向上させる観点から、粒径の粗い骨材が使用される。粒径の細かい骨材は、再生骨材から形成される鋳型のガスの抜けを低下させるため、粒径の粗い骨材を新たに加える方法や、中子を構成していた骨材が主型を構成していた骨材と混合しないようにする方法により、この低下の抑制が従来行われていた。本発明の粘結剤含有砂は、粒径の細かい骨材の存在量を少なくできているため、従来行われていた抑制方法を考慮することなく、骨材を再生できる。
【実施例】
【００２４】
以下の実施例では、表１に示す粒径分布（質量％分布）のひとつのシャープなピークを有する６種類の砂１〜６及びひとつのブロードなピークを有する４種類の砂７〜１０を使用して粘結剤含有砂を製造した。表１中、砂１〜３、８は山川産業社製の高純度けい砂であり、砂４〜７、１０は山川産業社製のＮＥサンドであり、砂９は山川産業社製の再生けい砂である。ｔｒは痕跡量を意味する。
【００２５】
【表１】
2018161660.tif 000003
【００２６】
実施例１
この実施例では、砂７と８を使用した。具体的には、砂７と砂８とを５：５（質量比）で混合し、得られた混合砂を１６０℃に加熱した後、ミキサー（遠州鉄工社製ＮＳＣ−１型）に入れ、混合砂の温度を１５０℃に保持した。混合砂１００質量部に対して０．８質量部の樹脂（日立化成社製ノボラック系フェノール樹脂）を添加しつつ混合砂を攪拌することで、樹脂と骨材の混合物を得た。次に、混合物を攪拌しつつ、樹脂１００質量部に対して１５質量部のヘキサメチレンテトラミン（硬化剤）と、骨材１００質量部に対して１．３質量部の水（硬化剤の分散媒）とを添加することで、樹脂を硬化させて粘結剤と骨材との混合物を得た。硬化剤の添加約２０秒後、冷却を開始し、冷却を約２０秒行った。次いで、粘結剤と骨材との混合物を攪拌しつつ、粘結剤と骨材との混合物１００質量部に対して０．０６質量部の滑剤（ステアリン酸カルシウム）を添加して、約１５秒間攪拌することで、粘結剤含有砂を得た。なお、得られた粘結剤含有砂の粒径分布を表２に示す。表２に対応する折れ線グラフ及び柱状グラフを図１に示す。
【００２７】
【表２】
2018161660.tif 000004
【００２８】
得られた粘結剤含有砂を用いて、下記手順で、鋳物を製造した。得られた鋳物の断面写真を図２（ａ）に示す。
（１）中子造型
中子焼成機を構成するホッパー内の粘結剤含有砂を、２５０〜３００℃に加熱された金型内に吹き込んだ。金型内で粘結剤含有砂を焼成及び冷却することにより中子を得た。得られた中子にバリ取等の処理を施した。
（２）鋳型造型
鋳物の外形形状を有する模型を用いて、中子を設置するためのキャビティを備えた主型を造形した。キャビティに中子セット機を用いて中子を納めることで、鋳型を得た。
（３）注湯
１４００〜１４３０℃の熔湯を、７〜１０ｋｇ／ｓｅｃの速度で、鋳型へ流し込むことにより充填させた。
（４）解枠
注湯完了後の鋳型を９０分程度冷却した後、鋳物を鋳型から取り出した。取り出された鋳物を、湯口や湯道等の不要部分を除去しつつ、更に１５０分程度冷却した。冷却後の鋳物に付着した砂を、ショットブラストにより除去した。
【００２９】
比較例１
下記表３に示す粒径分布の粘結剤含有砂（１つのブロードなピークを有する砂）を使用すること以外は、実施例１と同様にして鋳物を製造した。得られた鋳物の断面写真を図２（ｂ）に示す。比較例１での粘結剤含有砂形成用の骨材は、砂９と砂１０とを７：３（質量比）で混合したものである。
【００３０】
【表３】
2018161660.tif 000005
【００３１】
実施例１と比較例１の鋳物について、図２（ａ）と２（ｂ）に示す中子が接していた９か所の位置の凹凸を測定した。凹凸はＲａ（算術表面粗さ）として表した。Ｒａの測定には、ミツトヨ社製表面粗さ測定器（サーフテストＳＪ３０１）を用いた。測定評価長さを１６ｍｍとした。Ｒａは、例えば図３に示すような粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、下記式によって求められる値をμｍで表したものとした。
【００３２】
【数１】
2018161660.tif 000006
【００３３】
得られたＲａ値を表４に示す。
【００３４】
【表４】
2018161660.tif 000007
【００３５】
表４から、実施例１の粘結剤含有砂は、中子が接していた表面を比較例１より平滑にできることが分かる。
【００３６】
実施例２
表１に示した砂１〜６を組み合わせること以外は実施例１と同様にして、下記表５に示す粒径分布の粘結剤含有砂を得た。なお、試験片番号２、３、５、６、８、９、１４、１６、１７、２２、２３は本発明の範囲に含まれる粘結剤含有砂である。
【００３７】
【表５】
2018161660.tif 000008
【００３８】
得られた粘結剤含有砂を、図４に示す金型内に、図５の充填機に示すように０．３ＭＰａの加圧空気を１５秒間吹き込むことで充填し、金型を４００℃の温度雰囲気の炉に１００秒入れ、冷却後の金型をばらすことで直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍの円柱状の試験片を得た。金型に充填された粘結剤含有砂の充填率を以下の方法で測定した。
（充填率）
充填率（％）＝試験片の充填比重÷真比重×１００
図４（ａ）及び（ｂ）は平板金型板の上面及び側面、図４（ｃ）及び（ｄ）は半割金型の上面及び側面、図４（ｅ）は結束リング金型の上面、図４（ｆ）及び（ｇ）は砂吹き入れ孔付上蓋用金型の上面及び側面、図４（ｈ）は図４（ａ）〜（ｅ）をセットした状態の上面、図４（ｉ）は図４（ａ）〜（ｇ）をセットした状態の上面に対応する図である。
図５中、１は金型、２は金型を載せる台、３はサンドタンク、４はエア吹き込み口を意味する。
【００３９】
得られた試験片の表面状態を観察し、粒径の細かい砂が試験片の表面に占める割合を以下の方法で測定し、結果を表６に示す。
まず、実体顕微鏡を用いて、試験片表面を撮影した。倍率は３０〜５０倍とした。得られた画像を画像解析ソフト（イノテック社製Ｑｕｉｃｋ  Ｇｒａｉｎ）を用いて計算機に読み込ませた。このソフトを用いて砂の面積率（写真の全面積に占める細砂又は粗砂の面積率）を算出するために二値化処理を行った。二値化処理データからソフトを用いて上記割合を求めた。なお、測定箇所は、円柱状の試験片の砂吹き入れ孔付上蓋用金型に面していた円形面を上面とすると、その上面の１か所、側面の上部の２か所、側面の下部の２か所の計５か所とし、表６に示した値は５か所の平均値を意味する。
なお、試験片番号９、１１、１２、１７及び１９の顕微鏡写真を図６〜１０に示す。図中、（ａ−１）は側面の上部の写真を、（ａ１−１）及び（ａ２−１）は側面の上部２か所の写真を、（ｂ−１）は側面の下部の写真を、（ｂ１−１）及び（ｂ２−１）は側面の下部２か所の写真を、（ｃ）及び（ｃ−１）は上面の写真を、それぞれ意味する。（ａ−２）、（ａ１−２）、（ａ２−２）、（ｂ−２）、（ｂ１−２）、（ｂ２−２）及び（ｃ−２）は、写真（ａ−１）、（ａ１−１）、（ａ２−１）、（ｂ−１）、（ｂ１−１）、（ｂ２−１）及び（ｃ−１）の二値化図を、それぞれ意味する。
【００４０】
【表６】
2018161660.tif 000009
【００４１】
表６から、特定の範囲の粒径分布を有する実施例の粘結剤含有砂は、仕込み時の細かな砂の割合より、試験片の表面に存在する細かな砂の割合が顕著に多いことが分かる。この結果は、中子に接する表面が滑らである鋳物を製造可能であることを意味する。
【００４２】
実施例３
生型用の粘結剤含有砂に中子形成用の粘結剤含有砂（実施例１と同じ粘結剤含有砂）が混合することにより与える影響をシミュレーションにより確認した。混合回数は５回とし、全粘結剤含有砂に占める中子形成用の粘結剤含有砂の割合を５％とした。両砂の粒径分布を下記表７に、シミュレーションを下記表８に示す。
【００４３】
【表７】
2018161660.tif 000010
【００４４】
【表８】
2018161660.tif 000011
【００４５】
表８から、生型用の粘結剤含有砂に本発明の中子形成用の粘結剤含有砂を繰り返し混合しても、生型用の粘結剤含有砂の粒径分布は大きな影響を受けないことが分かる。
【符号の説明】
【００４６】
１  金型、２  台、３  サンドタンク、４  エア吹き込み口
【図１】
2018161660.tif 000012
【図２】
2018161660.tif 000013
【図３】
2018161660.tif 000014
【図４】
2018161660.tif 000015
【図５】
2018161660.tif 000016
【図６】
2018161660.tif 000017
【図７】
2018161660.tif 000018
【図８】
2018161660.tif 000019
【図９】
2018161660.tif 000020
【図１０】
2018161660.tif 000021