(57)【要約】【課題】  製造コストの低減を図りつつも、熱膨張率の小さい高精度の鋳型を提供することが可能な鋳物砂、及びその製造方法、並びにその鋳物砂を使用した鋳型を提供する。【解決手段】  鋳物砂は、磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を粉砕してなる陶磁器粉砕物であって各粒子が略球状をなしているものを使用して得られたものである。該鋳物砂は、磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を粉砕する粉砕工程及び陶磁器粉砕物を分級する第１分級工程からなり、粒径を２．０ｍｍ以下とする第１過程と、陶磁器粉砕物を磨鉱して各粒子を略球状とする磨鉱工程及び陶磁器粉砕物を分級する第２分級工程からなる第２過程と、を経て製造される。そして陶磁器粉砕物からなる鋳物砂、または該鋳物砂と他のセラミックス砂との混合鋳物砂を所定形状に成型して、鋳型が得られる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陶磁器粉砕物であって、各粒子が略球状をなしている
ことを特徴とする鋳物砂。
【請求項２】
上記陶磁器粉砕物は、磁器および／または陶器の廃棄物を粉砕してなる
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳物砂。
【請求項３】
磁器および／または陶器を粉砕して陶磁器粉砕物を得る粉砕工程、及び、該粉砕工程で得られた陶磁器粉砕物を分級する第１分級工程、からなり、該陶磁器粉砕物の粒径を２．０ｍｍ以下とする第１過程と、
上記第１過程で得られた陶磁器粉砕物を磨鉱して各粒子を略球状とする磨鉱工程、及び、該磨鉱工程で表面研磨された陶磁器粉砕物を分級する第２分級工程、からなる第２過程と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の鋳物砂の製造方法。
【請求項４】
磁器および／または陶器の廃棄物を粉砕して陶磁器粉砕物を得る粉砕工程、及び、該粉砕工程で得られた陶磁器粉砕物を分級する第１分級工程、からなり、該陶磁器粉砕物の粒径を２．０ｍｍ以下とする第１過程と、
上記第１過程で得られた陶磁器粉砕物を磨鉱して各粒子を略球状とする磨鉱工程、及び、該磨鉱工程で表面研磨された陶磁器粉砕物を分級する第２分級工程、からなる第２過程と、
からなることを特徴とする請求項２に記載の鋳物砂の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の鋳物砂、または該鋳物砂と他のセラミックス砂との混合鋳物砂を所定形状に成型してなる
ことを特徴とする鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陶磁器粉砕物、特には磁器および／または陶器の廃棄物を粉砕してなる陶磁器粉砕物を利用した鋳物砂、及びその製造方法、並びにその鋳物砂を使用した鋳型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳型を造型するための鋳物砂の骨材には、ＳｉＯ２を主成分とする珪砂が使用されるが、該珪砂を使用した鋳型については、鋳造中の５００℃以上という高温による珪砂の結晶変態〔α型（低温型）からβ型（高温型）に変態する〕に起因して１〜２％程度の熱膨張を起こすため、鋳型割れや成型精度の低下による鋳物欠陥が生じるという問題がある。
このような問題を解決するべく、特許文献１には熱膨張率が小さい多孔質セラミックス粒状体、又はこの多孔質セラミックス粒状体と珪砂との混合物を鋳物砂として使用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２４５９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来の多孔質セラミックス粒状体を得るには、微粉末粒子を厳重な管理のもとに造粒、焼結しなければならず、多大なる費用、労力、時間を要するため、該多孔質セラミックス粒状体を利用した鋳物砂及び該鋳物砂からなる鋳型は、その製造コストの低減が困難であるという問題があった。
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、製造コストの低減を図りつつも、熱膨張率を小さくすることができる鋳物砂、及びその製造方法、並びにその鋳物砂を使用した鋳型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の鋳物砂の発明は、陶磁器粉砕物であって、各粒子が略球状をなしていることを要旨とする。
上記発明によれば、陶磁器粉砕物は入手及び製造が容易であり、また該陶磁器粉砕物において陶器も磁器も粘度等を練り固めて焼いたものであり、陶器であれば１０００〜１３００℃で焼かれ、磁器に至っては１３００℃程度で焼成されたものであるため、それらの粉砕物である陶磁器粉砕物は熱履歴があり、鋳造時の温度程度であれば、ほとんど熱膨張を起こさない。また各粒子が略球状をなしているため、充填密度が高くなり、更に形状安定性が高くなるため型精度も高い。従って本発明では製造コストの低減を図りつつも、熱膨張率が小さく、型精度の良好な鋳物砂が得られる。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋳物砂の発明において、上記陶磁器粉砕物は、磁器および／または陶器の廃棄物を粉砕してなることを要旨とする。
上記発明によれば、陶磁器粉砕物の原料に磁器および／または陶器の廃棄物を利用することで、鋳物砂の製造コストのさらなる低減と、鋳物砂の原料調達における省資源化を達成することができる。
【０００７】
請求項３に記載の鋳物砂の製造方法の発明は、請求項１に記載の鋳物砂の製造方法であって、磁器および／または陶器を粉砕して陶磁器粉砕物を得る粉砕工程、及び、該粉砕工程で得られた陶磁器粉砕物を分級する第１分級工程、からなり、該陶磁器粉砕物の粒径を２．０ｍｍ以下とする第１過程と、上記第１段階で得られた陶磁器粉砕物を磨鉱して各粒子を略球状とする磨鉱工程、及び、該磨鉱工程で表面研磨された陶磁器粉砕物を分級する第２分級工程、からなる第２過程と、からなることを要旨とする。
上記発明によれば、第１分級工程によって鋳型を造型するのに良好な粒径に揃えることができ、磨鉱工程によって陶磁器粉砕物の各粒子を略球状とすることができるとともに、第２分級工程によって該磨鉱によって生じた磨鉱屑を除去することができる。
なお本願発明における粒径は、試験用ふるい（ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１）を使用した分級によるものとする。
【０００８】
請求項４に記載の鋳物砂の製造方法の発明は、請求項２に記載の鋳物砂の製造方法であって、磁器および／または陶器の廃棄物を粉砕して陶磁器粉砕物を得る粉砕工程、及び、該粉砕工程で得られた陶磁器粉砕物を分級する第１分級工程、からなり、該陶磁器粉砕物の粒径を２．０ｍｍ以下とする第１過程と、上記第１段階で得られた陶磁器粉砕物を磨鉱して各粒子を略球状とする磨鉱工程、及び、該磨鉱工程で表面研磨された陶磁器粉砕物を分級する第２分級工程、からなる第２過程と、からなることを要旨とする。
上記発明によれば、第１分級工程によって鋳型を造型するのに良好な粒径に揃えることができ、磨鉱工程によって陶磁器粉砕物の各粒子を略球状とすることができるとともに、第２分級工程によって該磨鉱によって生じた磨鉱屑を除去することができ、さらに磁器および／または陶器の廃棄物を利用することで鋳物砂の製造コストのさらなる低減と、鋳物砂の原料調達における省資源化を達成することができる。
【０００９】
請求項５に記載の鋳型の発明は、請求項１又は請求項２に記載の鋳物砂、または該鋳物砂と他のセラミックス砂との混合鋳物砂を所定形状に成型してなることを要旨とする。
上記発明によれば、陶磁器粉砕物からなる鋳物砂を利用することで鋳型の製造コストの低減を図ることが出来るとともに、該陶磁器粉砕物には熱履歴があるから、該陶磁器粉砕物を利用した鋳物砂は鋳造時の温度であればほとんど熱膨張しないため、該鋳物砂を使用することで、ほとんど熱膨張しない高精度の鋳型を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鋳物砂を使用すれば、製造コストの低減を図りつつも、熱膨張率の小さい高精度の鋳型を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した一実施形態について説明する。
本発明の鋳物砂は、陶磁器粉砕物を主たる骨材として使用することによって製造されたものである。
該陶磁器粉砕物とは、磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を粉砕してなるものである。磁器あるいは陶器は、長石、珪石、粘土の３成分を練り固めて焼いたものであり、例えば茶碗、湯飲み等といった食器、タイルなどといった用途で広く利用されている。従って磁器および／または陶器の廃棄物は、多量に発生するものであるから、その入手には費用、労力、時間をほとんど要さず、材料調達における省資源化を図ることが出来る。さらにまた、このような磁器および／または陶器の廃棄物は、通常であれば埋め立てしか廃棄の手段がなく、環境負荷となっていたが、鋳物砂として再利用（リサイクル）することで、環境負荷の軽減をも図ることが出来る。
陶磁器粉砕物において磁器と陶器を比較した場合、磁器は陶器に比べて長石が多い分、高い温度で焼成されるため、ガラス質を多く含み、吸水率が略０％であり、焼きしまっているため、１０００℃雰囲気下における熱膨張率が極端に低く、鋳物砂の原料としてより好ましい。加えて、陶磁器粉砕物の１０００℃雰囲気下における熱膨張率は０．２０〜０．２５％であり、同雰囲気下における珪砂の熱膨張率１．００〜２．００％に比べて、非常に低い。
なお該鋳物砂は、その骨材の全てに陶磁器粉砕物を使用してもよく、また所望に応じて珪砂、スラグ砂、ムライト系人工砂などの他のセラミックス砂を骨材に使用した鋳物砂と混合することで混合鋳物砂としてもよい。
【００１２】
上記鋳物砂は、第１過程である粉砕工程及び第１分級工程と、第２過程である磨鉱工程及び第２分級工程と、を経て製造される。
該第１過程の粉砕工程では、磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物が粉砕されて陶磁器粉砕物が得られる。該磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を粉砕する設備としては、例えばインペラーブレーカーが使用される。
なお該インペラーブレーカーは、回転する羽根車によって磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を飛ばし、この磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を壁面に衝突させることにより、該磁器および／または陶器、あるいはそれらの廃棄物を粉砕して陶磁器粉砕物を得るものであり、該羽根車の回転速度をコントロールすることによって陶磁器粉砕物の粒径を調整することが可能であるため、粉砕歩留りが高く、粉砕後の粒形状を球状化し易いという利点を有する。
該第１過程の第１分級工程では、陶磁器粉砕物が、その粒度が鋳物砂として最適なものとなるように篩い分けされる。すなわち、上記粉砕工程後の陶磁器粉砕物は、その粒径が広域に分布しているため、鋳型を造型するのに良好な粒径の分布とするべく、第１分級工程が実施される。該粉砕工程後の陶磁器粉砕物の分級には、例えば水平式振動篩い等の篩別手段が使用される。
【００１３】
上記の粉砕工程及び第１分級工程からなる第１過程は、該第１分級工程を実施した後の陶磁器粉砕物の粒径が２．０ｍｍ以下、望ましくは１．２ｍｍ以下となるように実施される。すなわち、該第１過程においては、粉砕工程及び第１分級工程が、陶磁器粉砕物の粒径を２．０ｍｍ以下とするのに必要な回数だけ繰り返し行われる。例えば１回目の粉砕工程及び第１分級工程を合わせて一次処理とすれば、該一次処理では陶磁器粉砕物の粒径が５ｍｍとなるように各工程を実施し、２回目の二次処理では陶磁器粉砕物の粒径が２．０ｍｍ以下となるように各工程を実施する。
該第１過程においては、作業の効率化という観点から、陶磁器粉砕物の粒径が５ｍｍ程度となるように一次処理として粗粉砕を行い、粒径が５ｍｍ以下のものを分級した後、二次処理として一次処理後の陶磁器粉砕物に対して粒径が５〜２．０ｍｍとなるように細粉砕を行い、該細粉砕された後の陶磁器粉砕物を粒径が２．０ｍｍ以下となるように分級することが望ましい。ここで、粗粉砕後に分級された粒径が５ｍｍを超えるものは再び粗粉砕することが望ましく、細粉砕後に分級された粒径が２．０ｍｍを超えるものは再び細粉砕することが望ましい。
【００１４】
該第２過程の磨鉱工程では、上記第１過程後の陶磁器粉砕物に対し、各粒子が略球状となるように、磨鉱が行われる。すなわち、第１過程のみ施された状態の陶磁器粉砕物は、各粒子の形状が角型または尖角型になっている。このため、仮に、この陶磁器粉砕物をそのまま鋳物砂として使用すると、充填密度が低くなって鋳型の強度が低下してしまう。このため陶磁器粉砕物の各粒子の形状を球形に近づける磨鉱処理が必要となる。
該磨鉱工程では、例えば容器内部に砥粒が充填されたミキサーであるロータリーリクレーマ等の磨鉱手段を使用し、該容器を高速回転させることで、該容器内に投入された陶磁器粉砕物に遠心力を与え、容器内に堆積している砥粒に加速された陶磁器粉砕物を衝突させることで、該陶磁器粉砕物の各粒子の表面を磨いて角取りを行う（遠心力摩擦法）。上記磨鉱処理された陶磁器粉砕物の各粒子は、丸みを帯び、粒子表面が滑らかになる。
【００１５】
該第２過程の第２分級工程では、上記磨鉱工程で陶磁器粉砕物の各粒子が表面研磨された結果生じた磨鉱屑等の微粉を除去するとともに、陶磁器粉砕物の粒径を鋳物砂の骨材として通常使用される粒径に揃えるために行われる。
すなわち、上記のように陶磁器粉砕物が磨鉱されると各粒子の表面が剥離して生じた微粉が陶磁器粉砕物内に混在してしまうが、このような微粉は鋳型の通気性悪化を招くため可能な限り取り除くことが望ましい。また一方、十分に磨鉱されずに粒径が大きなままの粒子が陶磁器粉砕物中に混在してしまうと、陶磁器粉砕物の粒子が不揃いとなって鋳型精度の低下を招いてしまうので、このような粒径が大きなままの粒子も可能な限り取り除くことが望ましい。
該第２分級工程で微粉を除去する場合、例えば陶磁器粉砕物を層状に配置して下方から圧縮空気を送り込んで該陶磁器粉砕物を流動させる流動床式分級装置等の分級手段が用いられ、磨鉱屑等の微粉は圧縮空気によって吹き飛ばされ、集塵機によって回収されて陶磁器粉砕物中から除去される。また粒径が大きなままの粒子を除去する場合、例えば水平式振動篩い等の篩別手段が使用される。
【００１６】
陶磁器粉砕物は、鋳造品の形状や要求される鋳肌表面粗度、あるいは使用するバインダーに応じて数種類の粒径に分級する必要があるが、上記の第２過程は、鋳物砂の骨材として通常使用される粒径であるという観点から、陶磁器粉砕物の粒径が８５０〜７５μｍとなるように実施されることが望ましい。該第２過程で磨鉱後に分級された粒径が８５０μｍを超える陶磁器粉砕物は、上記第１過程で再び細粉砕することが望ましく、粒径が７５μｍ未満の微粉は集塵等して除去することが望ましい。
【００１７】
上記のようにして陶磁器粉砕物から製造された鋳物砂、あるいは該鋳物砂に他のセラミックス砂を混合した混合鋳物砂は、所定形状に成型されて鋳型（砂鋳型）となる。
なお、砂鋳型には、鋳物砂または混合鋳物砂に粘結剤（バインダー）を添加して所定形状に成型したものと、例えば該鋳物砂または該混合鋳物砂を型に入れた状態で吸引や圧縮などすることにより、粘結剤を使用せずに所定形状に成型したものとがあり、目的とする砂鋳型に応じて粘結剤の使用の有無が使い分けされる。粘結剤を使用する砂鋳型の具体例としては、生型、乾燥型などの粘土系鋳型、あるいはセメント鋳型、Ｎプロ鋳型、ダイカル鋳型、水ガラス・エステル鋳型などの無機系鋳型や、フラン鋳型、フェノール鋳型、オイルウレタン鋳型、フェノールウレタン鋳型、フェノール・エステル鋳型などの有機系鋳型のような自硬性鋳型、あるいはシェル鋳型、ウォームボックス鋳型、油砂鋳型などの熱硬化性鋳型、あるいはＣＯ２鋳型、ＶＲＨ鋳型などの無機系鋳型や、アミン・コールドボックス鋳型、フラン・ＳＯ２鋳型、フェノール・ギ酸メチル鋳型、フェノール・ＣＯ２鋳型などの有機系鋳型のようなガス硬化性鋳型が挙げられる。粘結剤を使用しない砂鋳型の具体例としては、消失模型鋳型、減圧造型鋳型、精密鋳造鋳型等が挙げられる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明をさらに具体化した実施例について説明する。
［実施例１］
磁器の廃棄物のみを上記各工程に従って粉砕、磨鉱及び分級して、粒径８５０μｍ以下の陶磁器粉砕物を得たうえで、該陶磁器粉砕物を骨材に使用した鋳物砂を得た。該鋳物砂１００質量部に対してノボラック型フェノール系樹脂を１．８質量部添加し、混練したものを、直径２８ｍｍ、長さ５０ｍｍの横円柱形にプレス成形し、該成形物を２５０℃の温度で焼成して、実施例１の試料を得た。
［実施例２］
磁器の廃棄物のみからなる陶磁器粉砕物と珪砂とが、重量比で４０：６０となるように混合して、粒径８５０μｍ以下の混合鋳物砂を得た以外は、上記実施例１と同様にして実施例２の試料を得た。
［比較例１］
珪砂のみからなる鋳物砂を使用した以外は、上記実施例１と同様にして比較例１の試料を得た。
［性能評価］
上記実施例１，２及び比較例１の試料を１０００℃の雰囲気内に２４０秒間放置して、各円柱の長さ変化を測定することにより熱膨張率を計算した。なお熱膨張率の計算は、（変化後の長さ−変化前の長さ）÷変化前の長さ×１００［％］とした。
さらに上記実施例１，２及び比較例１の試料について、ＪＡＣＴ（ＳＭ−１）法にて鋳型強度（抗折力）を測定した。なお鋳型強度については、５０ｋｇ／ｃｍ２を必要強度と定めた。
上記熱膨張率と鋳型強度の測定結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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表１の結果、実施例１，２及び比較例１の全てが鋳型強度については必要強度を満たしていたが、熱膨張率については比較例１の１．３％に対し、実施例１は０．２％、実施例２は０．６０％であった。よって陶磁器粉砕物を骨材に使用した鋳物砂の熱膨張率は、珪砂に比べて非常に小さいことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の陶磁器粉砕物から製造された鋳物砂は、陶磁器粉砕物が入手容易であるため製造コストの低減を図ることが出来るとともに、殆ど熱膨張することがないため、該鋳物砂を用いて造型された鋳型は、鋳型割れが発生したり、成型精度に狂いが生じたりすることがなく、また鋳物製品の品質も向上するため、産業上の利用可能性がある。