(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性無機粒状物と、無機質および有機質の繊維状物質、結合材とよりなり、消失模型鋳造法におけるφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して使用することを特徴とする中子形成用組成物。
【請求項２】
無機質繊維状物質がセラミックス繊維、鉱滓繊維から選ばれた繊維状物質である請求項１に記載の消失模型鋳造法におけるφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して使用する中子形成用組成物。
【請求項３】
有機質繊維状物質がセルロース系繊維、木質繊維、パルプから選ばれた繊維状物質である請求項１に記載の消失模型鋳造法におけるφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して使用する中子形成用組成物。
【請求項４】
中子形成用組成物が耐熱性無機粒状物７０〜９０重量％、繊維状物質５〜１５重量％、結合材５〜１５重量％の割合の混合組成物である請求項１に記載の消失模型鋳造法におけるφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して使用する中子形成用組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、消失模型を用いて製造する鋳造物において、該鋳造物に貫通細孔などを形成するために、消失模型の対応する貫通細孔部に充填して用いる中子形成用組成物に係り、溶湯の温度より高い融点を有し、低熱膨張と高強度を有する中子形成用組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳物にφ１０ｍｍ以下の細孔を設ける場合、セラミック溶射した鋼管を鋳物の中にいれて溶着させる、いわゆる鋳ぐるみによる方法や、粘結または焼結により得たシェル中子等を用いる方法、あるいは鋳造後に機械加工によって孔明けする方法などが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したセラミック溶射した鋼管の鋳ぐるみ方法は、鋼管の製作に過大な費用を要するとともに、鋳造時鋼管に溶湯が急冷されて溶湯の温度が急速に低下して湯境を発生させたり、溶湯が鋼管を溶解してしまって孔が詰まってしまったりすることが問題となっている。
【０００４】
また、粘結または焼結して作ったシェル中子の場合には、φ１０ｍｍ以下の細孔のために作業中に破損したり、中子の熱膨張によって外周のコーティングが破壊されてしまい、そのため溶湯が中子の砂と一体になって孔詰まりを生ずるという問題があった。さらに、鋳造後の鋳造物に機械加工にて孔をあける方法では、孔をあける位置が限定されるうえに費用が過大になる問題があり、いずれの方法も実用化には至っていないというのが現状である。
【０００５】
上記に鑑み、この発明は従来の方法とは異なって、消失模型を用いて鋳造物を製造するに当たって、該鋳造物にφ１０ｍｍ以下の貫通細孔などを形成するために、消失模型の対応するφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して用いる、耐熱性無機粒状物質と無機質および有機質の繊維状物質と結合材とよりなり、強度に優れ、かつ孔詰まり不良の原因となる熱膨張を抑え、しかも鋳造後に簡単に除去できて所望の細孔を形成することのできる中子形成用組成物を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、耐熱性無機粒状物と、無機質および有機質の繊維状物質、結合材とよりなり、消失模型鋳造法におけるφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して使用する中子形成用組成物を特徴とするものである。
【０００７】
上記請求項１の発明において、無機質繊維状物質はセラミックス繊維、鉱滓繊維から選ばれた繊維状物質であり（請求項２）、また有機質繊維状物質はセルロース系繊維、木質繊維、パルプから選ばれた繊維状物質である（請求項３）であることが好ましい。さらに、この組成物は耐熱性無機粒状物７０〜９０重量％、繊維状物質５〜１５重量％、結合材５〜１５重量％の割合の混合組成物である（請求項４）ことが好ましい。
【０００８】
上記請求項１の発明によれば、中子形成用組成物が耐熱性無機粒状物と該組成物に高強度を付与する無機質の繊維状物質、該組成物中の主成分である耐熱性無機粒状物の熱膨張を吸収するための有機質繊維状物質、さらに該組成物を一体として硬化せしめる結合材とよりなるので、フルモールド鋳造法における発泡ポリスチレンあるいは発泡ＰＭＭＡ等の発泡成形材料よりなる消失模型の所要個所に形成した１個または複数個のφ１０ｍｍ以下の貫通細孔内に該組成物をその両端が細孔外に突出するように充填しておき、該消失模型を鋳物砂中に埋設し、該鋳型に溶湯を注湯することによって、溶湯と接触して該消失模型が消失した空間内に溶湯が充満して鋳造物を得るに当たっても、上記消失模型内の細孔内の組成物は溶湯の温度より高い融点を有しているので、何ら溶湯の影響を受けることなく鋳造物中に存在することができるのであり、この鋳造物を冷却、解枠したのちに、針金等で突くだけで細孔内の組成物は簡単に除去され、鋳造物に所望のφ１０ｍｍ以下の貫通細孔を形成することができるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の中子形成用組成物において、耐熱性無機粒状物としては、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＦｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 等の単独または複合体が用いられるが、これらにさらに黒鉛、ホウ素、フッ素等のような耐熱性物質の単体あるいは複合物を加えたものでもよい。
【００１０】
これら耐熱性無機粒状物は、０．１〜１０００μｍの粒径のものが好ましい。
これは、１０００μｍ以上の粒径では繊維物質、結合材と混合して組成物としたときに空隙が大きすぎて溶湯がしみ込むおそれがあり、また０．１μｍより小さいと組成物内の発生ガスの放散路がなくなってしまって組成物としての物性や性能が十分に発揮されない。
【００１１】
無機質繊維状物質としては、アルミナ・シリカ繊維、炭化珪素繊維などのセラミック繊維や鉱滓繊維、石英繊維などの高強度を有していて、組成物の強度を向上させる目的に適うものが好ましい。また、有機質の繊維状物質としては、セルロース系繊維、木質繊維、パルプ、竹繊維、オガ屑、モミ殻など組成物中の耐熱性無機粒状物の熱膨張を吸収する物質が用いられる。
【００１２】
結合材としては、一般に塗料、接着剤の結合成分として用いられるものであれば、特に限定されるものではないが、作業性や安全性を考慮すると、アルコール系ないしは水系の樹脂が好ましい。
【００１３】
そのような樹脂としては、例えば、水溶性または水分散性の天然高分子、アクリル樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂などを挙げることができる。水溶性または水分散性の天然高分子としては、ゼラチン、コロイド状アルブミン、カゼイン、レシチンなどのタンパク質、ヒドロキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、寒天、澱粉誘導体などの糖誘導体等があり、水溶性または水分散性のアクリル樹脂としては、例えば（メタ）アクリル酸のカルボキシル基含有化合物と（メタ）アクリル酸エステルまたはスチレンとの共重合体などが用いられる。
【００１４】
また、水溶性または水分散性のビニル樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどが用いられるが、これらの結合材は、必要に応じて１種または２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
さらに、一般的な塗料ないしは接着剤に添加される消泡剤、防腐剤、有機溶剤、増粘剤、分散剤、界面活性剤、中和剤等を必要に応じて配合することもできる。
【００１６】
この発明の組成物は、上記した耐熱性無機粒状物、繊維状物質、結合材を耐熱性無機粒状物７０〜９０重量％、繊維状物質５〜１５重量％、結合材５〜１５重量％の割合で混合したものであり、これを円筒網状体に入れて脱水したのち、半硬化させてから所望の形状にして上記した消失模型に形成したφ１０ｍｍ以下の貫通細孔に充填して使用する。上記繊維状物質においては、無機質と有機質のものを併用するが、両者の比率はほぼ等量または無機質の繊維状物質を多く用いることが好ましい。
【００１７】
以下、この発明の中子形成用組成物を用いた、貫通細孔を有する鋳造物の製造法の一例を消失模型鋳造法（フルモールド法）について図を参照して説明する。図１はこの発明の組成物を用いて消失模型鋳造を行う装置の態様を示す説明図、図２はこの発明の組成物を用いた消失模型鋳造における製造過程の説明図である。
【００１８】
図１において、２は発泡ポリスチレン、発泡ＰＭＭＡ等の発泡成形材料を用いて得た消失模型である。そして、この消失模型２により所望個所にφ１０ｍｍ以下の貫通細孔を有する鋳造物を得るために、図１の該消失模型２にはその対応する位置にφ１０ｍｍ以下の細孔４が３ケ所に明けられており、この細孔４には何れもこの発明の中子形成用組成物６が棒状に半硬化した状態で充填されている。この細孔４に充填される棒状組成物６はその両端６ａ、６ｂを何れも消失模型本体２の外側に突出させ、消失模型２を型枠８の所定位置に鋳物砂１０にて埋設したときに両端６ａ、６ｂをも鋳物砂１０にて支持固定させる。
【００１９】
２２はタンディッシュ２０に接続する湯口であり、溶湯はこの湯口２２から湯道２４を通り、湯道２４から細孔４に充填されている棒状組成物６に平行に消失模型２に向けて設けた堰２６から一様に注湯されるようになっている。この溶湯の注湯によって消失模型２は消失し、消失した空間内に溶湯が充満して消失模型に相当する鋳造物が得られるが、この際に消失模型２内の棒状組成物６は溶湯の温度より高い融点を有する耐熱性の組成物であるから溶湯の影響を受けずに残存させることができる。しかも棒状組成物６の両端６ａ、６ｂが鋳物砂１０にて支持固定されているので、溶湯の注湯によってもその位置を保持するすることができるのである。そして、鋳造後冷却、解枠して鋳造物を取り出したのち、鋳造物中の棒状組成物６は、例えば針金等の棒状物を突き通すことによって簡単に鋳造物から脱離除去することができ、所望の貫通細孔４を有する鋳造物を得ることができるのである。
【００２０】
この発明の中子形成用組成物を用いて貫通細孔を有する鋳造物の製造を、その製造過程を示す図２に基づいて説明すると、まず所定の形状にした消失模型２の所望個所にφ１０ｍｍ以下の細孔４を形成する（図２（ａ））。次に上記で形成した消失模型２の細孔４内にこの発明の中子形成用組成物を棒状物６としてその両端６ａ、６ｂが消失模型２の外側に突出するように充填する（図２（ｂ））。その後、この消失模型２を図１のように型枠８内に入れ、鋳物砂１０で埋設する。次いで、棒状組成物６に平行に消失模型２に向けて設けた堰２６からタンディッシュ２０から湯口２２、湯道２４を経た溶湯を注湯して消失模型２が消失した空間内に溶湯を満たす。冷却後、解枠することにより図２（ｃ）に示すように棒状組成物６を満たしたままの鋳造物Ｂが得られる。最後にこの鋳造物Ｂに残存する棒状組成物６に針金等の棒状体を通すことで上記残存棒状組成物６は容易に脱離除去することができ、図２（ｄ）に示すような貫通した細孔４を設けた鋳造物Ａが得られるのである。
【００２１】
上記はこの発明の中子形成用組成物を貫通細孔を形成させた鋳造物を得る際の充填物として用いる例について説明したが、この組成物はその他に該組成物を大きな形状の硬化構造物としておき、これを適宜の形状に加工することによって、鋳造におけるシェル中子のような用途にも適用することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例によりこの発明を説明するが、この発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
発泡スチロールを用いて５００×４００×１００ｍｍの図１に示すような形状の消失模型２を作り、この模型２内に等間隔にφ１０ｍｍの３本の細孔４を開け、これらの細孔４の中に天然珪砂（−７０メッシュ）８４重量％、スラグウール３重量％、パルプ６重量％、コーンスターチ５重量％、フェノール樹脂２重量％を配合し混合した組成物の半硬化した棒状物６を両端６ａ、６ｂが若干突き出るように充填した。そして図１に示すような態様にて棒状物６に平行に配置した堰２６からタンディッシュ２０からの球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ６００）の１３８０°Ｃの溶湯を消失模型２に注湯して鋳造を行った。冷却後解枠して取り出した鋳造物について３本の棒状物６をそれぞれ針金あるいはハンドドリルで穿孔したところ、棒状物は破砕脱離して容易に貫通細孔４を形成した鋳造物を得ることができた。
【００２３】
実施例２
自動車用プレス金型の下型パンチ（１５００×１０００×４００、鋳物重量１３５０ｋｇ）の消失模型にφ１０ｍｍの６本の細孔を設け、上記実施例１と同じ半硬化した棒状組成物を充填し、実施例１と同じようにしてねずみ鋳鉄（ＦＣ３００）の１３７０°Ｃの溶湯を注湯して鋳造を行った。冷却後解枠して取り出した鋳造物について６本の棒状物にそれぞれ針金を用いて穿孔したところ、棒状物は破砕脱離して容易に貫通細孔を形成した鋳造物を得ることができた。
【００２４】
実施例３
実施例１と同じ５００×４００×１００ｍｍの発泡スチロール製消失模型２に等間隔にφ１０ｍｍ×１５０ｍｍの３本の細孔を明け、この３本の細孔内に、本発明の組成物として（１）実施例１で用いたと同じ棒状体、（２）硅砂に粘結剤としてフラン樹脂を加えて硬化させた棒状体、（３）砂のまわりにフェノール樹脂をまぶしたコーテッドサンドを焼き固めて作った棒状体、の３種類の棒状体をそれぞれセットし、実施例１と同じようにして鋳造を行った。そして、冷却解枠後、鋳造物のそれぞれの棒状体についてハンドドリルで穿孔を試みたところ、（２）の棒状体は焼結してしまっていて全く破砕することができず、また（３）の棒状体は僅か５ｍｍ程度までしか破砕できなかったが、本発明の棒状体（１）は破砕脱離して貫通した細孔を形成することができた。
【００２５】
上記実施例１、２で用いた半硬化棒状組成物をφ２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試料片とし、不活性ガス（窒素ガス）の雰囲気中で１２００°Ｃまで加熱していく過程における熱膨張率を測定した。比較としてけい砂、浜砂、山砂、オリビン砂、クロマイト砂、シャモット砂、ジルコン砂などの各種砂を用い、それぞれを突き固めたφ２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試料片としたものについて同様の条件で熱膨張率を測定した。その結果は図３の通りであり、本発明の組成物の熱膨張率が非常に小さいことが認められた。
【００２６】
また、上記実施例１、２で用いた半硬化棒状組成物のφ８ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試料片および山砂をコーテッドサンドの形態にして焼き固めた同じ形状の試料片について、ミネベア社製の引張圧縮試験機（ＴＣＭ式１００  １０００Ｎ）を用いて、曲げ先端：ｒ＝１０ｍｍ、曲げ支持スパーン：７０ｍｍ、試験速度：１ｍｍ／ｍｉｎの条件で曲げ試験を行ったところ、最大曲げ荷重は比較試料片が５Ｎであるのに対し、本発明の試料片は４９Ｎと格段のすぐれた結果を示した。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は耐熱性無機粒状物と、無機質および有機質の繊維状物質、結合材とよりなり、鋳型のφ１０ｍｍ以下の貫通細孔部に充填して使用する中子形成用組成物であって、該組成物の耐熱性を向上せしめる無機質繊維状物質としてセラミックス繊維、鉱滓繊維から選ばれた繊維状物質を用い、また該組成物中の主成分である耐熱性無機粒状物の熱膨張を吸収するための有機質繊維状物質としてセルロース系繊維、木質繊維、パルプから選ばれた繊維状物質を用いるものであり、しかもこれら上記した材料を耐熱性無機粒状物７０〜９０重量％、繊維状物質５〜１５重量％、結合材５〜１５重量％の割合で混合し、これを円筒網状体に入れて脱水したのち半硬化させてから所望の棒状形状の組成物とするものである。そして、該組成物を例えばフルモールド鋳造法における発泡ポリスチレンあるいは発泡ＰＭＭＡ等の発泡成形材料よりなる消失模型の所要個所に形成した１個または複数個のφ１０ｍｍ以下の細孔内に、その両端が細孔外に突出するように充填しておき、該消失模型を鋳物砂中に埋設し、該鋳型に溶湯を注湯することによって、溶湯と接触して該消失模型が消失した空間内に溶湯が充満して鋳造物を得るに当たっても、上記消失模型内の細孔内の組成物は溶湯の温度より高い融点を有するので、何ら溶湯の影響を受けることなく鋳造物中に存在することができるのであり、しかもこの鋳造物を冷却、解枠したのちに、針金等で突くだけで細孔内の組成物は簡単に脱離除去でき、従って鋳造物に所望のφ１０ｍｍ以下の貫通細孔を容易に形成することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の中子形成用組成物を用いて、フルモールド鋳造を行う装置の一態様を示す断面図である。
【図２】この発明の中子形成用組成物を用いたフルモールド鋳造における製造過程を示す説明図である。
【図３】この発明の組成物の熱膨張率を示す線図である。
【符号の説明】
２  消失模型
４  細孔
６  中子形成用組成物
１０  鋳物砂
２０  タンディッシュ
２２  湯口
２４  湯道
２６  堰
Ａ  鋳造物
Ｂ  鋳造物（貫通細孔を有する最終製品）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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