(57)【要約】【課題】本発明は鋳造用の主型及び中子（以下、単に鋳型という）の製造に用いられるシェルモールド用鋳型材料、コールドボックス用鋳型材料、有機エステル硬化用鋳型材料などの有機物質が鋳造時の曝熱により熱分解することに伴うヤニやススなどの高沸点熱分解生成物の発生量を精度良く測定する方法である。【解決手段】本発明は、Ａ）加熱装置、Ｂ）一方の端のみが開口した、試料を入れる耐熱管、Ｃ）高沸点熱分解生成物（ヤニ、スス）を吸着する物質からなり、有機バインダーを用いた鋳型より発生する熱分解生成物（ヤニ、スス）を定量測定する装置において、底部に試料を充てんしたＢ）をＡ）に側面方向から挿入することによりＢ）の内部に温度勾配をつけ、Ｂ）の内部において少なくとも１００℃から４００℃を網羅する範囲にＣ）を設置することにより、試料から発生した高沸点熱分解生成物をＣ）が捕捉することを特徴とする測定方法である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）加熱装置、Ｂ）一方の端のみが開口した耐熱管、Ｃ)高沸点熱分解生成物（ヤニ、スス）を吸着する物質から構成され、有機バインダーを用いた鋳型より発生する高沸点熱分解生成物を定量測定する装置において、底部に試料を充てんしたＢ）を、Ｂ）の内部に温度勾配をつけ、Ｂ）の内部において少なくとも１００℃から４００℃を網羅する範囲にＣ）を設置することにより、試料から発生した高沸点熱分解生成物をＣ）が捕捉することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
Ｃ)の高沸点熱分解生成物を吸着する物質が円筒渦巻き状もしくは円柱状に成形されていることを特長とする請求項１記載の測定方法。
【請求項３】
円筒渦巻き状もしくは円柱状の高沸点熱分解生成物を吸着する物質の最大径が耐熱管の内径の０．５倍から０．９倍の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は鋳造用の主型及び中子（以下、単に鋳型という）の製造に用いられるシェルモールド用鋳型材料、コールドボックス用鋳型材料、有機エステル硬化用鋳型材料などの有機物質が鋳造時の曝熱により熱分解することに伴うヤニやススなどの熱分解生成物の発生量を精度良く測定する方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳型の製造には、シェルモールド法、コールドボックス法、有機エステル硬化法など、熱硬化性フェノール樹脂を主成分とした有機バインダーを用いる。これらのバインダーを耐火性粒子と適当な混練機中で混練して、耐火性粒子の表面に熱硬化性フェノール樹脂の薄層を形成したレジンコーテッドサンドを作り、金型もしくは木型に型込めし、加熱、触媒添加（もしくは通気）等の方法で硬化させ、鋳型を製造する。
【０００３】
近年、自動車用部品は軽量化が進み、金属材料は従来の鉄、鋼からアルミ等の非鉄低融点合金に移行しつつある。量産アルミ鋳物では、主型に金型、中子にシェルモールド法による砂型が一般に用いられているが、さらに最近では鋳物製品の機械強度を高め、さらには鋳造時間の短縮を図るために鋳造時に金型を冷却する等の手法が用いられ、鋳物製品の品質と生産性は格段に向上している。
【０００４】
ところが、鋳物製造方法が進歩するに従い、従来観察されなかった樹脂の熱分解生成物に起因するスス欠陥、ヤニ詰まりなどの鋳造欠陥の発生が問題になってきている。これらは合金の溶湯温度が従来の鉄の溶湯温度に比べ低くなり、樹脂の熱分解が十分に進まずに高沸点ガス成分が増加したことと金型温度が低くなったことにより高沸点熱分解生成物が金型表面で凝結してしまうことによる。鋳物を連続製造することによりこれらの高沸点熱分解生成物は堆積し、寸法精度を悪化させたり、あるいは金型に貫通させたガス抜き穴を詰まらせることにより、ガス欠陥や湯回り不良などを引き起こす。これらの欠陥を防ぐために金型清掃回数を増やすことは生産性を著しく悪化させる。このような問題に対し、これらを改善するためにバインダーの改良は急務である。その為には鋳型材料から発生する高沸点熱分解生成物の量を実験室で正確に評価する方法を確立することが求められている。なお、特許文献１には高沸点熱分解生成物の評価法が述べられているが、この方法では吸着材の設置温度域が規定されておらず、また、その範囲も狭いものであり、限定された狭い範囲の沸点を持つ高沸点熱分解生成物しか捕捉できず特に比較的高沸点の熱分解生成物が評価できないため正確な定量が出来ていない。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１４５５４８号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況のもとで、鋳型材料から発生する高沸点熱分解生成物の量を実験室で正確に評価する方法に関するものである。すなわち、鋳造機で実際に発生する高沸点熱分解生成物の発生状況と高い相関性を持つ高沸点熱分解生成物の定量方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋳造機で実際に発生する高沸点熱分解生成物の発生状況と高い相関性を持つ高沸点熱分解生成物の正確な定量方法を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、高沸点熱分解生成物を吸着する物質を特定の形状に成形し、規定された温度範囲中に設置することにより本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、Ａ）加熱装置、Ｂ）片口の試料を入れる耐熱管、Ｃ）高沸点熱分解生成物を吸着する物質からなり、有機バインダーを用いた鋳型より発生する高沸点熱分解生成物を定量測定する装置において、底部に試料を充てんしたＢ）をＡ）に側面から挿入することによりＢ）の内部に温度勾配をつけ、Ｂ）の内部において少なくとも１００℃から４００℃を網羅する範囲にＣ）を設置することにより、試料から発生した高沸点熱分解生成物をＣ）が捕捉することを特徴とする測定方法であり、さらに好ましくはＣ）が円筒渦巻き状に成形されてあり、更にその最大径が耐熱管の内径の０．５から０．９倍である事を特徴とする高沸点熱分解生成物の測定方法である。
【０００９】
本発明の測定装置は、Ａ）加熱装置、Ｂ）片口の試料を入れる耐熱管、Ｃ）高沸点熱分解生成物を吸着する物質からなり、例えば図１に示すような装置であるが、これに限定するものではない。Ａ）の加熱装置としては電気炉、電磁式加熱装置、直火等があるが、安定して高温雰囲気を作り出せるものであれば形式、形状は問わない。加熱温度は４００℃から１０００℃、好ましくは５００℃〜７００℃である。４００℃以下では鋳型材料の熱分解が十分に進行しない為、高沸点熱分解生成物が発生し難い。また有機化合物の熱分解には１０００℃以上の曝熱は実用的でない。Ｂ）は加熱装置による曝熱に対し耐熱性のある片口の管で、ガラス製、石英製、セラミック製が好ましい。金属製の管では熱伝導率が高く、十分な温度勾配が取れない。測定にあたっては実施する温度域に対し十分な耐熱性があるものを使用する。大きさは長さ１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは１５０ｍｍ〜３００ｍｍ、内径１０ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは１５ｍｍ〜３０ｍｍの円筒状もしくは角柱状である。設置位置は試料設置位置を上述の炉内温度と同温度になるように炉内中心部に設置し、かつ試験管開口部が１００℃以下となるように設置する。さらに、Ｃ）を４００℃から１００℃を網羅するよう長さを調節し、耐熱管内にセットする。４００℃〜１００℃の温度分布を持たせることにより、熱分解した様々な分子量、構造の有機分解ガス、換言すれば沸点が４００℃〜１００℃の範囲にある分解ガスが全てＣ）上で凝結して採取できる。Ｃ）の吸着する物質としてはグラスウール、スチールウール、石綿、アルミ箔等が上げられるが、特に好ましいのはアルミ箔である。さらに、アルミ箔を円筒渦巻き状に成形したものを使用すると、表面積が大きくて吸着性がよく、かつ管中心部を通過する分解ガスも捕捉でき、ガラス面よりも温度上昇が遅い事からも効率的に分解ガスを捕捉して精度良く高沸点熱分解生成物の量を定量する事が可能となった。また、渦巻き形状の最大径が耐熱管の内径に比べて小さい値となっていることから、耐熱管との接触を最小限とすることができ、耐熱管からの熱伝導を最小限に押さえることが可能となり、高沸点熱分解生成物を効率良く捕捉することが可能である。
【００１０】
試料は鋳型もしくはレジンコーテットサンド（ＲＣＳ）でも良い。試料量は１ｇ〜１００ｇ、好ましくは３ｇ〜２０ｇである。これより少ないとヤニの量が少なく測定が困難であり、１００ｇ以上では装置が大型化し、実用的な試験といえない。
【００１１】
Ｂ）管の内部雰囲気はＮ２ガスパージしても良い。また、外部雰囲気はダクトで吸引しても良い。但し、比較試料は同一条件下で測定する事が好ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００１３】
試料の作成▲１▼
予め１４０〜１５０℃に加熱した珪砂８０００部にノボラック型フェノール樹脂１２０部を添加し、遠州鉄工製スピードマラーで６０秒間混練し、更にヘキサミン１８部を水１２０部に溶解した水溶液を添加し、樹脂被覆砂が崩壊するまで混練した後、ステアリン酸カルシウム８部を添加し、１０秒間混合し、樹脂被覆砂（ＲＣＳ１）を得た。さらに２５０℃に加熱した金型にＲＣＳ１を自然落下で投入し６０秒間放置後抜型し、１０×１０×６０ｍｍのテストピース鋳型（ＴＰ−１）を得た。
【００１４】
試料の作成▲２▼
予め１４０〜１５０℃に加熱した珪砂８０００部にヤニ対策を施したノボラック型フェノール樹脂１２０部を添加し、遠州鉄工製スピードマラーで６０秒間混練し、更にヘキサミン１８部を水１２０部に溶解した水溶液を添加し、樹脂被覆砂が崩壊するまで混練した後、ステアリン酸カルシウム８部を添加し、１０秒間混合し、樹脂被覆砂（ＲＣＳ２）を得た。さらに２５０℃に加熱した金型にＲＣＳ１を自然落下で投入し６０秒間放置後抜型し、１０×１０×６０ｍｍのテストピース鋳型（ＴＰ−２）を得た。
【００１５】
実施例１
ガラス試験管（内径１６ｍｍ×長さ１８０ｍｍ）内にＲＣＳ１を５ｇ入れ、長さ１２０ｍｍ、幅５０ｍｍのアルミ箔を１０ｍｍ径の円筒渦巻状に巻いたアルミホイルを差し込む（アルミホイルは予め重量を測定しておく）さらに、これらを６００℃の電気炉に側面から挿入、セットする。このとき、ＲＣＳ１の有るガラス製試験管底部は約６００℃、開口部は約１００℃になるように配置する。アルミ箔は、ガラス製試験管内部において高温側先端４５０℃〜低温側先端１００℃の地点に配置する。７分後、アルミ箔を取り出し、重量を測定する。同様に、ＴＰ１、ＲＣＳ２、ＴＰ２も測定を行った。次式より高沸点熱分解生成物量を求めた。
熱分解生成量（ｐｐｍ／耐火性骨材重量）＝（曝熱後アルミ箔重量（ｇ）−実験前アルミ箔重量（ｇ））×１０６／鋳型材料（ｇ）
【００１６】
実施例２
実施例１のアルミ箔をグラスウールに変更し、１０ｍｍ径、長さ１２０ｍｍの円柱状に成形する。グラスウールは高温側先端４５０℃〜低温側先端１００℃の地点に配置する。その他の装置条件は実施例１に同じ。
【００１７】
比較例１
ガラス試験管（内径１６ｍｍ×長さ１８０ｍｍ）内にＲＣＳ１を入れ、丸めたグラスウールをガラス管先端にセットする。（グラスウールは予め重量を測定しておく）さらに、これらを６００℃の電気炉にセットする。７分後、グラスウールを取り出し、重量を測定する。以下、高沸点熱分解生成物の算出方法は実施例１に同じ。
【００１８】
比較例２
ガラス試験管（内径１６ｍｍ×長さ１８０ｍｍ）内にＲＣＳ１を入れ、試験管の入り口内面にあらかじめ秤量したアルミ箔（縦７０ｍｍ×幅５０ｍｍ）を内壁に装着し、さらに、これらを６００℃の電気炉にセットする。７分間曝熱したのち取り出し、その重量を測定した。以下、高沸点熱分解生成物の算出方法は実施例１に同じ。
【００１９】
熱分解生成物の発生量の測定結果を表１に示す。表１より、実施例１の方法が最も高沸点熱分解生成物の吸着量が大きく、タイプの異なる２つの樹脂の差を明確に表していることがわかる。さらに、比較例１、２では各試料の差が明確に判定できていない。
【００２０】
【表１】
2004188472.tif 000002
【００２１】
さらにＲＣＳ１及びＲＣＳ２を用いて自動車エンジンのシリンダヘッドの鋳造を低圧鋳造法にて実施した。連続して鋳造を行い、金型内のガス通気口（ベントホール）のヤニ詰まり発生状況の確認を行った。結果を表２に示す。各材料のヤニ発生状況に明らかな差が出た。この差を明確に表していたのが本発明に基づく実施例１、２の方法であった。この結果により、本発明が産業の発展に有効な測定法であることは明白である。
【００２２】
【表２】
2004188472.tif 000003
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば鋳造時に鋳型材料から発生する高沸点熱分解生成物の量を実験室で正確に評価する事が可能となり、良質で高生産性の軽合金鋳物鋳造を可能とする材料開発に大いに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳型材料から発生する熱分解生成物を定量測定する装置の説明図である。
【符号の簡単な説明】
１  電気炉
２  耐熱管
３  アルミ箔
４  試料
【図１】
2004188472.tif 000004