JP2003230940A - 鋳型の中子形成用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通細孔を有する鋳造物を得る際に鋳型の細
孔に充填し、鋳造後に脱離除去可能な中子形成用組成物
を提供する。 【解決手段】 耐熱性無機粒状物と、無機質および有機
質の繊維状物質、結合材とよりなる鋳型の中子形成用組
成物６であって、この組成物６を消失模型２に形成した
φ１０以下の細孔４内に充填しておいて鋳造し、鋳造後
に該組成物６を脱離除去することにより貫通細孔４を有
する鋳造物を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋳型を用いて製
造する鋳造物において、該鋳造物に貫通細孔などを形成
するために鋳型の対応する孔部に充填して用いる、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１０φ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、１０φ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、孔を開
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、鋳型を用いて鋳造物を製造するに当たって、該
鋳造物に細孔などを形成するために用いる鋳型の対応す
る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、結合材とよりなる鋳型の中子形成用組成物であ
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、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φ１０以下の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、所望のφ１０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 Ｏ
₃ 、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、０．１〜１０
００μｍの粒径のものが好ましい。これは、１０００μ
ｍ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５〜１
５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φ１０以下の細孔に充
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フルモー
ルド鋳造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フルモールド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フル
モールド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φ１０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φ１０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φ１０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１３８
０°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φ１０
ｍｍ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（Ｔ
ＣＭ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：１
ｍｍ／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
合材とよりなる鋳型の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φ１０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φ１０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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 智汎 兵庫県姫路市大津区勘兵衛町３丁目12番地 虹技ファウンドリー株式会社内 (72)発明者 大森 章 兵庫県神戸市長田区一番町５丁目８番地 虹技株式会社内 (72)発明者 白山 啓二 兵庫県姫路市大津区勘兵衛町３丁目12番地 虹技株式会社内 Ｆターム(参考） 4E092 AA04 AA05 AA10 AA57 AA60 BA04 BA08 CA03 4E093 QA10 QB10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、結合材とよりなることを特徴とする鋳
   型の中子形成用組成物。
2. 【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
   の鋳型の中子形成用組成物。
3. 【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に記載の鋳型の中子形成用組成物。
4. 【請求項４】 中子形成用組成物が耐熱性無機粒状物７
   ０〜９０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
   の鋳型の中子形成用組成物