(57)【要約】【課題】鋳物砂用耐火性粒状物に水分に加えてアルコールを添加することで鋳物砂の流動性を改善して成型型への鋳物砂の充填性を向上させる。【解決手段】この鋳造用鋳型の製造方法では、粘結剤被覆工程において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とアルコールとを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作るので、鋳物砂の流動性が改善され、充填工程における鋳物砂の成型型への充填性が向上し、乾燥工程で鋳物砂を乾燥して得られた鋳型に鋳造欠陥が生じるのを極力防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、
鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とアルコールとを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、
鋳物砂を成形型に充填する充填工程と、
成形型に充填された鋳物砂を乾燥させる乾燥工程と、
を備えたことを特徴とする鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項２】
鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子が吸水性を有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項３】
前記無機硫酸化合物には、硫酸マグネシウムが含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項４】
前記乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項５】
前記成形型が通気性を有するセラミック型であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の鋳造用鋳型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造用鋳型の製造方法に関し、特に、水溶性の粘結剤を用いるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、鋳造用鋳型の製造方法として、鋳物砂用耐火性粒状物に、水溶性の粘結剤と水とを加えて鋳物砂を作り、この鋳物砂を成形型に充填して造型して鋳型を得る方法がある。例えば、水溶性の粘結剤として、水に対して易溶性の硫酸マグネシウム等の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤を用いた、水溶性鋳造用鋳型の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１１９７２４号公報（第１−２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記特許文献１に記載の鋳型の製造方法においては、鋳物砂用耐火性粒状物の表面に水溶性の粘結剤を確実に被覆させるために、粘結剤を溶解可能な量の水を粘結剤と共に添加することが必要である。つまり、鋳物砂は、水分を含んだ、いわゆる、ウェットサンドの状態となるため、鋳物砂の流動性が低く、このままの状態で鋳物砂を成形型へ充填すると、特に、複雑形状を有する成形型に充填する際には、その充填性が悪くなる。そして、この鋳物砂を造型して得られた鋳型に鋳込み金属を充填する際には充填不良が生じやすく、鋳造時に、焼き付き欠陥、砂かみ欠陥、割れ欠陥、変形などの鋳造欠陥が生じる虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、鋳物砂の流動性を改善して成型型への鋳物砂の充填性を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂を造型して鋳造用鋳型を製造する鋳造用鋳型の製造方法において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とアルコールとを加え鋳物砂用耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、鋳物砂を成形型に充填する充填工程と、成形型に充填された鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この鋳造用鋳型の製造方法においては、粘結剤被覆工程において、鋳物砂用耐火性粒状物に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とを加えて鋳物砂用耐火性粒状物に水に溶解した粘結剤を被覆して鋳物砂を作る。ここで、粘結剤としては、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ニッケル等、水溶性を示す種々の硫酸化合物を１種類単独であるいは複数種類組み合わせたものを使用できる。そして、充填工程において鋳物砂を成形型に充填した後、乾燥工程において成形型に充填された鋳物砂を乾燥させて、鋳型の製造を完了する。
【０００８】
ところで、粘結剤被覆工程において、粘結剤を溶解させるために、鋳物砂に水を加えることから鋳物砂の充填性が悪くなってしまうが、充填性を向上させるために加える水の量を減らせば、無機硫酸化合物を主体とする粘結剤が鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子の表面に十分に被覆されなくなり、鋳型に十分な強度が発現しなくなる虞がある。そこで、粘結剤被覆工程において、水に加えてアルコールを鋳物砂用耐火性粒状物に加えることで、鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子の表面の表面張力を低下させて、成型型への鋳物砂の充填性を向上させる。
【０００９】
請求項２の鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１の発明において、鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子が吸水性を有することを特徴とするものである。従って、粘結剤被覆工程において鋳物砂用耐火性粒状物に加えられた水分の一部が、鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子に吸収されて、各粒子の表面に存在する水分の量が減少するため、各粒子の表面張力が低下して成型型への鋳物砂の充填性が向上する。
【００１０】
請求項３の鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１又は２の発明において、前記無機硫酸化合物には、硫酸マグネシウムが含まれることを特徴とするものである。硫酸マグネシウムは水に対する溶解性が良好であるため、この硫酸マグネシウムを含む粘結剤を用いることで水溶性の鋳造用鋳型を製造することができ、注湯後に水を加えるだけで鋳型を崩壊させて粘結剤を回収して、粘結剤を繰り返し使用することも容易となる。
【００１１】
請求項４の鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜３の発明において、前記乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させることを特徴とするものである。一般的に、乾燥工程で鋳物砂を乾燥したときに、無機硫酸化合物が無水和物で存在するよりも結晶水を有する水和物の状態で存在する場合の方が、鋳型の強度は高くなる。そこで、乾燥工程において鋳物砂にマイクロ波を照射すると、鋳物砂内の水分は無機硫酸化合物の結晶水よりも誘電率が高いため、結晶水よりも先に蒸発しやすくなるので、無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ水を除去することが可能になり、鋳型の乾燥状態において無機硫酸化合物を水和物の状態で存在させることができる。
【００１２】
請求項５の鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１〜４の発明において、前記成形型が通気性を有するセラミック型であることを特徴とするものである。従って、乾燥工程で鋳物砂を乾燥する際に、蒸発した水分を通気性のセラミック型から均等に外部へ放出させることができるため、鋳型の強度を均一化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、鋳物砂を造型してアルミニウム合金鋳造用鋳型を製造する水溶性鋳造用鋳型の製造方法に適用した一例である。
図１に示すように、この水溶性鋳造用鋳型の製造方法は、鋳物砂用耐火性粒状物（以下、耐火性粒状物という）に水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と水とアルコールとを加え耐火性粒状物に粘結剤を被覆して鋳物砂を作る粘結剤被覆工程と、鋳物砂を成形型に充填する充填工程と、成形型に充填された鋳物砂を乾燥させる乾燥工程とを備えている。
【００１４】
まず、粘結剤被覆工程において、珪砂等の耐火性粒状物に、水溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤と、この粘結剤を溶解可能な量の水とを加えて混合させ、水に溶解させた粘結剤を耐火性粒状物の表面に被覆して鋳物砂を作る。ここで、粘結剤に含まれる無機硫酸化合物は、融点がアルミニウム合金鋳造の平均的な注湯温度である７７０℃以上で、且つ、水に対して易溶であることが望ましい。具体的には、表１に示す、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸ニッケル、硫酸マンガン等である。このような易溶性の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤を用いることで、注湯後に水を加えるだけで鋳型を崩壊させて粘結剤を回収し、粘結剤を繰り返し使用することも容易となる。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
ところで、これら無機硫酸化合物は、含有する結晶水の量により発現する強度にかなり差が出る。例えば、図２は、硫酸マグネシウムの水和量と鋳型強度の関係を示し、以下のような実験により得られたものである。即ち、耐火性粒状物としてフラタリー珪砂１００重量部を用い、これに硫酸マグネシウム・７水和物３重量部と水とを添加して鋳物砂とした。造型は直径３０ｍｍ、高さ５０ｍｍの試験片をＪＩＳ  Ｚ  ２６０１に定められる試験片搗き固め機を用いて３回搗き固めて成型し試験片とした。そして、出力７００Ｗのマイクロ波を照射して試験片を乾燥させた。
【００１７】
この際、乾燥時間（マイクロ波の照射時間）を調整することにより試験片中の硫酸マグネシウムが含有する結晶水量を変化させて、夫々の試験片の圧縮強度を測定した。試験片中の硫酸マグネシウムの結晶水量の算出は、マイクロ波乾燥後の試験片をさらに３００℃で硫酸マグネシウムが完全に無水和物となるまで乾燥させ、この乾燥前後で減った試験片の重量を、試験片内の硫酸マグネシウムが含有する結晶水の量とみなし、添加した硫酸マグネシウムの量からモル比により算出した。
【００１８】
硫酸マグネシウムの水和物は１，４，７及び１２水和物であるが、図２で示すように、約１〜６水和物のものが鋳型用として利用可能であり、さらに、強度が発現する好ましい範囲は１〜５水和物である。従って、乾燥状態で鋳型内の硫酸マグネシウムが１〜５水和物相当の結晶水を含有することが望ましい。さらに望ましくは、硫酸マグネシウムが２〜４水和物相当の結晶水を含有することが望ましい。
【００１９】
ところで、この水溶性の粘結剤を完全に溶解させるために、耐火性粒状物に相当量の水を添加する必要があるが、鋳物砂内部に含まれる水分により鋳物砂の流動性が悪くなり、次の充填工程において成形型に鋳物砂を充填するのが困難になる。そこで、この粘結剤被覆工程において、耐火性粒状物に対して水に加えてアルコールを添加することで、耐火性粒状物の表面張力を低下させて、成型型への鋳物砂の充填性を向上させる。
【００２０】
また、耐火性粒状物としては、図５のような珪砂の他、各粒子の表面に多数の気孔が形成されているために、これら気孔に水分を吸着させることが可能な、セラビーズ（図６（ａ），（ｂ）参照）等の吸水性を有する種々の耐火性粒状物を用いることもできる。このような吸水性の耐火性粒状物を用いて鋳物砂を作製した場合には、粘結剤を溶解させるために耐火性粒状物に加えられた水分の一部が、各粒子の気孔内に吸着されて粒子の表面に付着する水分が減少することになり、鋳物砂の流動性が改善され、次の充填工程における成形型への充填性が向上する。
【００２１】
次に、充填工程において、ブローイング造型により成形型内に鋳物砂を充填する。図３に示すように、水分除去工程で水分の少なくとも一部を除去された鋳物砂Ｓを成形型１の中子成形キャビティ２内に吹き込む。ここで、成形型１は、通気性を有するセラミック型であり、上下に２分割された型分割体１ａ，１ｂで構成され、成形型１は、マイクロ波を透過する合成樹脂製のケース部材３で覆われている。鋳物砂Ｓをキャビティ２内に充填する際には、成形型１の上側に設置したブローヘッド４内に加圧エアを作用させ、ブローノズル５を介して成形型１の内部に形成された中子成形キャビティ２内に鋳物砂Ｓを吹き込み、このキャビティ２内に鋳物砂Ｓを加圧充填して鋳物砂Ｓで所定の形状に造型する。
【００２２】
そして、乾燥工程において、鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させて鋳型を作る。図４に示すように、この乾燥工程においては、鋳物砂Ｓを充填した成形型１に対して均等にマイクロ波が照射されるようにスターラー６を回転させつつ、マグネトロン７からマイクロ波を所定時間照射する。このマイクロ波は成形型１を透過してキャビティ２内の鋳物砂Ｓに作用する。ここで、前記水分補給工程において水分を補給された鋳物砂Ｓ内には、自由水と無機硫酸化合物の結晶水という２つの状態で水分が存在するが、自由水の方が結晶水よりも誘電率が高いため、自由水が結晶水よりも先に蒸発しやすくなり、鋳物砂Ｓ内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ鋳物砂Ｓ内の自由水を蒸発させる。
【００２３】
鋳物砂内の水分が蒸発して発生した水蒸気は、吸引ポンプ８により吸引フード９、吸引ホース１０を介して成形型１の外部へ排出される。このようにして鋳物砂を乾燥させることで、乾燥状態において粘結剤の無機硫酸化合物が結晶水を含有することになって強度が発現するため、乾燥により得られる鋳型の強度を十分に確保することができる。
【００２４】
ここで、成形型１は通気性を有するセラミック型であり、蒸発した水分が成形型１から均等に外部へ放出されるため、無機硫酸化合物が含有する結晶水の量のばらつきを極力抑えて、得られた鋳型の強度を均一化することができる。
尚、キャビティ２を形成する成形型１は、セラミック型に限らず、合成樹脂製の型など、マイクロ波を透過するものであれば、他の材質のものでも使用できる。
【００２５】
次に、前述したように、粘結剤被覆工程において耐火性粒状物として吸水性の耐火性粒状物を使用した場合、あるいは、耐火性粒状物に水に加えてアルコールを添加して鋳物砂を作製した場合に、鋳物砂の充填性がどのように改善されるかを実験により検証した。
【００２６】
まず、耐火性粒状物として、図５に示すような表面に気孔のない珪砂（ウェドロン珪砂）と、図６〜図９に示すような、各粒子の表面が凸凹状に形成されており多数の気孔を有する吸水性の耐火性粒状物とを夫々使用し、これら耐火性粒状物に水だけを添加した場合について説明する。吸水性の耐火性粒状物としては、セラビーズ（図６）、セラミックビーズ（図７）、２種類のオーリチック砂１，２（図８、図９）を使用した。ここで、セラビーズやセラミックビーズは、カオリン、アルミナ等の微粒子を焼結して粒状としたものである。また、オーリチック砂は、生型で使用される生型砂より全粘土粉を除去したものであり、珪砂の回りに粘土が焼結してガラス状になったものが付着している。
【００２７】
そして、まず、これら耐火性粒状物の吸水性について実験した。図５の珪砂及び図６〜図９の吸水性の耐火性粒状物を夫々水中に１時間浸してから、ろ紙により表面の付着水を取り除き、その後、１１０℃で２時間乾燥させて、乾燥前後の重量の変化量から吸着水分量を求めた。その結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２において、珪砂中の水分は、珪砂の表面に付着している水分量であると考えられるが、その珪砂の水分量に対して、気孔を有する吸水性の耐火性粒状物の水分量は２倍以上であり、気孔を有する耐火性粒状物に水分が吸着されていることがわかる。
【００３０】
次に、吸水性の耐火性粒状物を用いた鋳物砂の圧縮強度と充填性について実験した。ここで、前述の吸水性実験で１時間水中に浸した後の珪砂及び吸水性の耐火性粒状物に、粘結剤としての硫酸マグネシウム・７水和物を１．４２５重量％及びリン酸二水素ナトリウムを０．０７５重量％と、所定量の水を加えて粘結剤を溶解させ、これらを混練して全体の水分量が０．５〜２．０重量％となるような鋳物砂を作製した。そして、この混練砂を３回ラミングしてφ３０ｍｍ×５０ｍｍの圧縮試験片を形成し、出力７００Ｗのマイクロ波により１分加熱して硬化させ、冷却後に強度測定を行った。
【００３１】
また、充填性の確認については、前記の鋳物砂を、ブロー成形機を用いてブロー圧２０ｐｓｉ（約０．１４Ｍｐａ）、ブロータイム０．５秒でブローイングして鋳型密度を求め、この値と、ＪＩＳＺ２６０１の試験片搗き固め器を用いて３回ラミングして成型した圧縮試験片の密度の比率から、以下のようにして充填率を算出した。
充填率（％）＝（ＪＩＳＺ２６０１によるラミング後の密度／ブロー成型後の密度）×１００
これら圧縮強度及び充填性に関する実験の結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
表３より、予め吸水させた吸水性を有する耐火性粒状物を用いた場合には、気孔を有さない珪砂を用いた場合に比べて鋳物砂の充填性が向上していることがわかる。しかし、セラミックビーズやオーリチック砂を用いた鋳物砂では、水分量が多く粘結剤が十分に溶解して各粒子に被覆されていると考えられる状態でも強度が不足しており、吸水性の耐火性粒状物の中では、セラビーズが最も実用に適していると思われる。従って、以下の実験では、吸水性を有する耐火性粒状物としてセラビーズを使用する。
【００３４】
以上の実験では、予め吸水させた耐火性粒状物に粘結剤と水とを加えて鋳物砂を作製したが、乾燥した珪砂及びセラビーズを、粘結剤（硫酸マグネシウム・７水和物１．４２５重量％、リン酸二水素ナトリウム０．０７５重量％）を溶解させた水溶液中に１時間浸してからろ紙により表面の付着水を取り除き、その後、１１０℃で２時間乾燥させて吸着水溶液量を測定し、さらに、その吸着水溶液中の吸着水分量を求めた。その結果を表４に示す。この場合でも、珪砂に対してセラビーズの吸着水分量は２倍以上であり、気孔を有するセラビーズに粘結剤の水溶液及び水分が吸着されていることがわかる。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
さらに、表４の吸水性実験と同様にして１時間水溶液中に浸した後の珪砂及びセラビーズを用いて、全体の水分量が０．５〜２．０重量％となるように鋳物砂を作製して、圧縮強度を測定するとともに充填率を算出すると、表５のようになる。
【００３７】
【表５】
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【００３８】
表５より、気孔を有するセラビーズでは珪砂に比べて充填性が向上していることがわかる。また、粘結剤が十分に溶解するだけの水分量を与えると、圧縮強度はやや低めではあるが実用には耐えうる。
【００３９】
以上の実験により、耐火性粒状物にセラビーズを用いることにより、鋳物砂の充填性がある程度改善されることがわかる。しかし、気孔内の空隙が全体の体積の１０％弱もあるとされているセラビーズに対して、実際に吸着された水分量はかなり少ない（０．３８重量％）。これは、水の表面張力が高いために、気孔内に十分に水が浸透しないことが原因と考えられる。そこで、表面張力の低いアルコールを水と混ぜて混合溶液（水とアルコールの混合比率：７５対２５、または、５０対５０）を作り、この混合溶液中にセラビーズを浸して前述の実験と同様にして混合溶液の吸着量を測定し、測定された吸着量と混合溶液の混合比率とにより吸着水分量を求めた。その結果を表６に示す。
【００４０】
【表６】
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【００４１】
表６より、水にセラビーズを浸透させた場合に比べて、水とエタノールの混合溶液、あるいは水とメタノールの混合溶液にセラビーズを浸透させた場合には、セラビーズへの吸着水分量が１．５倍程度増加しており、アルコールを添加することによりセラビーズに水分が吸着しやすくなることがわかる。
【００４２】
さらに、水とアルコールの混合溶液を吸着させたセラビーズを用いた鋳物砂の、圧縮強度及び充填性について実験を行った。ここで、圧縮強度の測定に関しては、水とアルコールの混合溶液を吸着させたセラビーズに、粘結剤（硫酸マグネシウム・７水和物１．４２５重量％、リン酸二水素ナトリウム０．０７５重量％）と所定量の水を加えて粘結剤を溶解させ、これらを混練して全体の水分量が０．５〜２．０重量％となるような鋳物砂を作製した。そして、この鋳物砂を密閉容器中で６０℃に昇温し、８０℃の金型中で３回ラミングして、φ２８ｍｍ×５０ｍｍの試験片を作製した。また、充填性に関しては、前述の水のみを吸着させた実験（表３）と同様にして鋳物砂の充填率を求めた。その結果を表７に示す。
【００４３】
【表７】
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【００４４】
表７からわかるように、水とアルコールの混合溶液を吸着させたセラビーズを用いた場合には、水だけを吸着させた場合に比べて明らかに充填性が向上している。これは、水に比べて混合溶液の表面張力が低く、気孔内に水分が浸透しやすくなってセラビーズの各粒子の表面に付着する水分が減少することに加え、各粒子の表面においても表面張力が低下して各粒子の流動性が増すことに起因していると考えられる。
【００４５】
さて、以上の実験においては、耐火性粒状物として、セラビーズ等、各粒子が吸水性を有する耐火性粒状物を用いていたが、珪砂に粘結剤と水とアルコールとを加えて鋳物砂とした場合においても、強度及び充填性が改善されるかどうかを検証した。
【００４６】
まず、珪砂またはセラビーズに、硫酸マグネシウムとリン酸二水素ナトリウムからなる粘結剤と、水または水とエタノールの混合溶液を加えて鋳物砂とし、この鋳物砂を密閉容器中で６０℃に昇温し、８０℃の金型中で３回ラミングし、３０秒硬化させて、φ２８ｍｍ×５０ｍｍの試験片を作製した。尚、水だけを添加した場合には、ラミング後にエアパージを１５秒行って表面の水分を除去した。エタノールを添加した場合にはエアパージは行わなかった。これは、エタノールを添加した場合には水だけを添加した場合に比べて試験片の硬化が速かったためであるが、エタノールの比熱が水の比熱に比べて小さいことも影響していると思われる。その結果を表８に示す。
【００４７】
【表８】
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【００４８】
珪砂に水とエタノールの混合溶液を加えて鋳物砂を作製した場合には、水のみを加えて鋳物砂を作製した場合に比べて充填性が向上している。さらに、エタノールの添加量が０．１重量％の場合では、添加した粘結剤の量にかかわらず鋳物砂の圧縮強度も向上している。
さらに、他の種類のアルコールとして、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加した場合、さらに、参考としてトルエンを添加した場合の、鋳物砂の圧縮強度と充填率を表９に示す。
【００４９】
【表９】
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【００５０】
メタノール、ＩＰＡを添加した場合においても、水のみを加えた場合に比べて充填性が向上し、アルコールの添加量が０．１重量％の場合においては圧縮強度も１割以上上昇している。但し、トルエンを添加した場合には充填性についての効果は認められない。
尚、エタノールやメタノール、ＩＰＡ等のアルコールの添加量が多い場合には、鋳物砂を乾燥して鋳型を硬化させる際に、アルコールが急激に気化して鋳型が崩れやすくなる虞があるため、乾燥工程においては、鋳物砂の加熱を緩やかに行って鋳物砂の温度を急激に上げないようにすることが望ましい。
【００５１】
ところで、表８、表９において、耐火性粒状物に、０．１重量％程度のアルコールを水とともに加えると、水のみを加えた場合に比べて圧縮強度が大きくなっている。これは、次のような要因によるものと考えられる。
【００５２】
前述したように、硫酸マグネシウム等の無機硫酸化合物を主体とする粘結剤を用いた鋳物砂は、無機硫酸化合物が結晶水を有する水和物の状態で強度が発現する。ところで、例えば、硫酸マグネシウムは、温度により、無水和物から１２水和物までの種々の状態で存在し、−３．８〜１．８℃では１２水和物、１．８〜４８．３℃では７水和物、４８．３〜６８℃では６水和物、２００℃以上で無水和物となる。そして、最も強度が発現する２〜４水和物となるのは、８０℃前後の温度にある場合と考えられる。
【００５３】
ところで、メタノール、エタノール、ＩＰＡの沸点は、夫々６５．６℃、７８．３℃、８２．７℃であるため、図１０に示すように、水とアルコールを混合させた混合溶液を加熱していくと、８０℃前後の温度で気液平衡の状態となり、この８０℃前後の温度状態がしばらく続くことになる。従って、乾燥工程において、耐火性粒状物に粘結剤と水とアルコールを加えて作製した鋳物砂を乾燥する際に、鋳物砂の温度が８０℃前後となる可能性が高くなり、乾燥後の鋳型内の硫酸マグネシウムが２〜４水和物の状態で存在しやすくなる。
【００５４】
以上説明した鋳造用鋳型の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
１）粘結剤被覆工程において、水に加えてアルコールを耐火性粒状物に加えることで、耐火性粒状物の各粒子の表面の表面張力が低下するため、成形型への鋳物砂の充填性を向上させることができる。また、アルコールを適量加えることにより鋳型の強度を向上させることも可能になる。
【００５５】
２）粘結剤被覆工程において、耐火性粒状物として各粒子が吸水性を有する耐火性粒状物を用いることで、粘結剤を溶解させるために加えられた水分の一部が、耐火性粒状物の各粒子に吸収され、各粒子の表面に存在する水分の量が減少するため、各粒子の表面張力が低下して鋳物砂の充填性が向上する。
【００５６】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１］粘結剤被覆工程において耐火性粒状物に加えるアルコールとしては、前述のメタノール、エタノール、ＩＰＡの他、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、アリルアルコール等、他の低級アルコールを用いてもよい。さらに、高級アルコールを用いても同様の効果が得られる可能性がある。
【００５７】
２］前記実施形態では、耐火性粒状物として珪砂単独、あるいは、吸水性を有するセラビーズを単独で使用しているが、複数種類の耐火性粒状物を混合して使用してもよい。
３］乾燥工程における、鋳物砂の乾燥方法としては、前述のマイクロ波や過熱蒸気による乾燥の他、鋳型に温風を供給してその熱により水分を蒸発させる方法、金型を加熱してその中に鋳物砂を充填して硬化させる方法、成形型内に鋳物砂を充填させた後に減圧して水分を蒸発させる方法などを適用できる。さらに、これらの方法を組み合わせて適用してもよい。
【００５８】
４］鋳物砂あるいは粘結剤には、鋳造欠陥を防止するために通常鋳物砂に添加されるベンガラ、鉄粉、石炭粉、黒鉛粉、木粉、タルク、澱粉、穀物粉、シリカフラワー、ジルコンフラワー、オリビンフラワーなどを所定量配合できる。
【００５９】
さらに、鋳物砂あるいは粘結剤には、型への充填性を改善するために、無機潤滑剤として二硫化タングステン、二硫化モリブデン、有機潤滑剤として炭化水素系、ポリアルキレングリコール、シリコーン系、フッ素系、フェニルエーテル、リン酸エステル潤滑剤を所定量配合できる。
さらに、鋳型にはアルコール性塗型、水性塗型、粉末塗型、表面安定剤、ひけ防止用テルル粉末などの通常、鋳型表面に塗布する造型材料を用いることができる。
【００６０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、粘結剤被覆工程において、水に加えてアルコールを鋳物砂用耐火性粒状物に加えるので、鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子の表面の表面張力が低下するため、成形型への鋳物砂の充填性を向上させることができる。
【００６１】
請求項２の発明によれば、粘結剤被覆工程において鋳物砂用耐火性粒状物に加えられた水分の一部が、鋳物砂用耐火性粒状物の各粒子に吸収されて、各粒子の表面に存在する水分の量が減少するため、各粒子の表面張力が低下して鋳物砂の充填性が向上する。
【００６２】
請求項３の発明によれば、無機硫酸化合物に硫酸マグネシウムが含まれ、この硫酸マグネシウムは水に対する溶解性が良好であるため、硫酸マグネシウムを含む粘結剤を用いることで水溶性の鋳造用鋳型を製造することができ、注湯後に水を加えるだけで鋳型を崩壊させて粘結剤を回収することも容易になる。
【００６３】
請求項４の発明によれば、乾燥工程において鋳物砂にマイクロ波を照射して鋳物砂を乾燥させるので、鋳物砂内の無機硫酸化合物が少なくとも一部の結晶水を含有する状態を維持しつつ水を除去することが可能になり、鋳型の乾燥状態において無機硫酸化合物を水和物の状態で存在させて、鋳型の強度を発現させることができる。
【００６４】
請求項５の発明によれば、乾燥工程で鋳物砂を乾燥する際に、蒸発した水分を通気性のセラミック型から均等に外部へ放出させることができるため、鋳型の強度を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水溶性鋳造用鋳型の製造方法を示す工程図である。
【図２】硫酸マグネシウム水和物と圧縮強度の関係を示す図である。
【図３】充填工程における鋳物砂の型への充填作業を説明する説明図である。
【図４】乾燥工程におけるマイクロ波による乾燥作業を説明する説明図である。
【図５】電子顕微鏡による珪砂の粒子全体の写真である。
【図６】セラビーズの粒子の写真であり、（ａ）は粒子全体の写真、（ｂ）は粒子表面を拡大した写真である。
【図７】セラミックビーズの粒子の写真であり、（ａ）は粒子全体の写真、（ｂ）は粒子表面を拡大した写真である。
【図８】オーリチック砂（オーリチック砂１）の粒子の写真であり、（ａ）は粒子全体の写真、（ｂ）は粒子表面を拡大した写真である。
【図９】別のオーリチック砂（オーリチック砂２）の粒子の写真であり、（ａ）は粒子全体の写真、（ｂ）は粒子表面を拡大した写真である。
【図１０】水とアルコールの混合溶液の温度変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ    鋳物砂
１    成形型
２    キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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