鋳物砂
【課題】 流動性に優れ、高強度で低熱膨張性の鋳造用鋳型を製造する事ができる鋳物砂を提供する。
【解決手段】 非晶化度が５０〜１００％である鋳物砂。該鋳物砂は、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有すること、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５であること、平均粒径が０．０５〜２ｍｍであること、球形度が０．９５以上であること、耐火度がＳＫ１５以上であること、火炎溶融法により製造されたことが好ましい。
【解決手段】 非晶化度が５０〜１００％である鋳物砂。該鋳物砂は、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有すること、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５であること、平均粒径が０．０５〜２ｍｍであること、球形度が０．９５以上であること、耐火度がＳＫ１５以上であること、火炎溶融法により製造されたことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金等の鋳造用鋳型に使用される球状鋳物砂およびその製造方法、ならびに鋳造用鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から鋳物砂として珪砂が広く使用されている。珪砂は鉱産物であるため形態が不定形であり、流動性に欠け、充填性が悪い。それゆえ、珪砂からなる鋳型の表面は荒く、従って、鋳造品（鋳物）の表面が荒れ、後工程である研磨工程への負荷が大きくなる。また、珪砂の構成鉱物である石英は鋳造時の熱負荷によりクリストバライト等へ結晶変態し、その時の体積変化により崩壊するため、珪砂は鋳物砂としての再生効率が低い。これらの問題を解決する手段として、球状鋳物砂（たとえば、特許文献１参照）や、高珪酸質球状鋳物砂およびその製造方法（たとえば、特許文献２参照）が開示されている。これらは、原料組成物を球形に造粒した後、ロータリーキルン等で焼成するものである。しかしながら、得られる鋳物砂の球形度は低く、そのため流動性および充填性は不充分であり、鋳物表面の荒れを改善する効果は小さい。また、焼結法であるため多くの開気孔が存在した吸水率の大きい多孔質のものしか得られない。その結果、鋳型の強度が不充分であったり、鋳型作製時に多量のバインダーを必要とするため、鋳物砂としての再生が困難となる。また、珪砂では結晶変態がみられるため、鋳型の熱膨張が大きい。
【０００３】
近年の鋳物部品への要求として、より高精度な鋳物が求められている。より高精度な鋳物を得るためには、熱により変形しない低熱膨張な鋳型が求められている。
【０００４】
これらの問題を解決する手段として、ムライト、フォレステライト等のより低熱膨張な原料を用い形状を球形とした鋳物砂（骨材）が開示されている。例えば、ムライト系鋳物砂としては、スプレードライにより造粒後焼成した鋳物砂（特許文献３）、高珪酸質球状鋳物砂（特許文献４）、溶融ムライトにエアーを吹き付けて得られる球状の鋳物砂（特許文献５）等がある。また、フォレステライト系としては、特許文献６等の溶融ニッケルスラグを風砕後磨耗処理した球状鋳物砂等が開示されている。
【特許文献１】特開平４−３６７３４９号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平５−１６９１８４号公報（第２頁）
【特許文献３】特開平４−３６７３４９号公報
【特許文献４】特開平５−１６９１８４号公報
【特許文献５】特開２００３−２５１４３４号公報
【特許文献６】特開平１１−１８８４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３、４は、造粒焼成法によるものであり、得られたムライト系鋳物砂は表面に凹凸が発生し、鋳型強度が低くなる。また、特許文献５は、溶融風砕法によるものであるが、表面を拡大して観察するとムライトの結晶が析出しており、やはり凹凸が観察され、鋳型強度、熱膨張率が未だ不十分である。また、特許文献６のフォレステライト系の鋳物砂は、熱膨張率が十分に低いとは言い難いため、より高精度な鋳物を得るためには未だ不十分である。
【０００６】
本発明は、流動性に優れ、高強度で低熱膨張性の鋳造用鋳型を製造する事ができる鋳物砂並びに該鋳造用鋳型を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究の結果、鋳物砂の非晶化度を特定の割合とすることにより、鋳物砂自体の表面が平滑で、かつ低熱膨張率である鋳物砂を得ることが出来ることを見いだし、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、非晶化度が５０〜１００％である鋳物砂に関する。また、本発明は、該本発明の鋳物砂を用いた鋳型、及び該本発明の鋳型を用いて製造された鋳物に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の鋳物砂は流動性に優れ、また、高強度で、更に低熱膨張な鋳型を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の鋳物砂は、特定の非晶化度を持つことを特徴とする。非晶化度が低く結晶が存在すると、粒子の表面形状に大きく影響を及ぼし、鋳物砂の表面に結晶が析出し、表面を凸凹にする要因となる。また、熱膨張率が高くなるため、高精度な鋳物が得られなくなる。
【００１１】
本発明の鋳物砂は、非晶化度が５０〜１００％、好ましくは６０〜１００％、より好ましくは７０〜１００％、更に好ましくは８０〜１００％、特に好ましくは９０〜１００％である。鋳物砂の非晶化度が５０％以上であると、当該鋳物砂の表面が平滑になり、鋳型強度が向上するため好ましい。また、さらに熱膨張の観点からも、鋳物砂の非晶化度は、好ましくは６０％であり、より好ましくは７０％以上であり、更に好ましくは９９％以上である。物質は一般に高温に成ると膨張するが、非晶質物質の場合、その膨張を吸収できるゆるんだ構造である為、熱膨張率が小さくなるものと推察される。
【００１２】
鋳物砂の非晶化度の制御方法には様々な手法があるが、一般には溶融物を急冷させるような製造方法を用いると好ましい。例えば、原料を溶融させ、エアーで風砕させ急冷する方法や、火炎中において処理し、急冷させる方法がある。いずれにおいても、冷却方法は材質、粒径によって様々な速度で適宜選択されれば良い。また、一旦結晶化したものを熱処理と冷却処理にて非晶化させる方法も考えられる。これらの中でも、加熱と冷却が容易に制御できる火炎溶融法を用いたものが好ましい。
【００１３】
本発明の鋳物砂の非晶化度は、下記に示されるＸ線回折によって求めることが出来る。
＜Ｘ線回折＞
鋳物砂を乳鉢で粉砕し、粉末Ｘ線回折装置のＸ線ガラスホルダーに圧着して測定する。粉末Ｘ線回折装置は、理学電機製MultiFlex（光源ＣｕＫα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ）を用い、２θ＝５〜９０°の範囲で走査間隔０．０１°、走査速度２°／ｍｉｎ、スリット ＤＳ１、ＳＳ１、ＲＳ０．３ｍｍにて行う。２θ＝１０°〜５０°の範囲で、低角度側及び高角度側のＸ線強度を直線で結び、直線下の面積をバックグラウンドとし、機器付属のソフトを用いて結晶化度を求め、１００から引いて非晶化度とした。具体的には、バックグラウンドより上の面積について、非晶質ピーク（ハロー）と各結晶性成分をカーブフィッティングにより分離し、それぞれの面積を求め、下記式にて非晶化度（％）を計算する。
非晶化度（％）＝ハローの面積／（結晶性成分面積＋ハロー面積）×１００
【００１４】
また更に本発明の鋳物砂の表面形状は、非晶化度が高く表面に結晶が生じないため、凹凸が少ない。特に本発明の鋳物砂の表面の粗さＲａは、鋳型強度、鋳物砂の流動性の観点から０．２０以下が好ましく、０．１０以下がより好ましい。ここで、本発明の鋳物砂の表面のＲａの測定方法は、レーザー顕微鏡（キーエンス製VK8500）を用いて測定することが出来る。鋳物砂は球形であるため、投影された粒子の中心部から粒径の約１／１０の長さの線粗さを測定し求める。具体的には粒径１００μｍの粒子については粒子のほぼ中心部から１０μｍの長さにおけるＲａを３点取り平均を求める。これを任意の粒子１０個について実施し、砂表面の平均粗さとする。
【００１５】
本発明の鋳物砂は、広く鋳造分野で用いられる耐火性の粒状骨材を指し、珪砂等の無機化合物、特に金属酸化物を主成分とするものであるが、その組成については、鋳造する金属にあわせた耐熱性を持つ成分を適宜選択すれば良い。ここで「主成分」とは、無機化合物が合計量で鋳物砂全体の全成分中に８０重量％以上含有されていることをいう。主成分として無機化合物、特に無機酸化物やセラミックス等の耐火物が適している。例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃａ等の金属の酸化物、窒化物、炭化物等やそれらの混合物が挙げられる。それらの中でも、耐火性の観点からは、主成分としてＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2、これらの混合物を含んでいるものが好ましく、より好ましくは混合物が好ましい。また、低膨張の観点からＳｉＯ2を主成分として含むものが好ましい。また、鋳物砂は鋳込み後再利用されることが多く、非晶質の部分が結晶化してしまう場合がある。この再利用後の砂の熱膨張率の観点から、結晶化しても比較的熱膨張率が低い組成であることが好ましい。具体的には、その結晶がムライトやフォレステライトとなる組成が好ましく、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物やＭｇＯとＳｉＯ2の混合物が好ましい。なお、上記成分以外にも、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ等の金属酸化物等を含みうるが、耐火性向上の観点からは、これらの合計量は鋳物砂中５重量％以下が好ましい。
【００１６】
本発明の鋳物砂の平均粒径は０．０５〜２ｍｍ、更には０．０５〜１．５ｍｍの範囲が、鋳型の通気性や強度、更には鋳物表面性の点で好ましい。鋳型強度の面からは０．０５〜１ｍｍが好ましく、鋳物砂の再生効率を高める観点から０．０５〜０．５ｍｍが好ましく０．０５〜０．３５ｍｍが更に好ましい。
【００１７】
本発明の鋳物砂の形状は、角がとれた形状であること、より好ましくは球状であることが、鋳型強度向上効果が更に得られるため好ましい。球状とは、球形度０．８５以上、好ましくは０．８８以上、より好ましくは０．９０以上のものをいう。特に、本発明の鋳物砂は、球形度が０．９５以上、更に０．９８以上であることが好ましい。本発明の球状鋳物砂の形状である球状であるか否かについては、たとえば、後述の実施例に記載するように、鋳物砂を光学顕微鏡やデジタルスコープ（たとえば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）等で観察し、判定することができる。
【００１８】
前記平均粒径は以下のようにして求めることができる。すなわち、球状鋳物砂粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた球状鋳物砂粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の球状鋳物砂粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とする。長軸径と短軸径は、以下のように定義される。粒子を平面上に安定させ、その粒子の平面上への投影像を２本の平行線ではさんだとき、その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径といい、一方、この平行線に直角な方向の２本の平行線で粒子をはさむときの距離を長軸径という。
【００１９】
なお、球状鋳物砂粒子の長軸径と短軸径は、光学顕微鏡またはデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により該粒子の像（写真）を得、得られた像を画像解析することにより求めることができる。また、球形度は、得られた像を画像解析することにより、該粒子の粒子投影断面の面積および該断面の周囲長を求め、次いで、〔粒子投影断面の面積（ｍｍ2）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）〕／〔粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）〕を計算し、任意の５０個の球状鋳物砂粒子につき、それぞれ得られた値を平均して求める。
【００２０】
また、本発明の鋳物砂の耐火度は、鋳物（溶湯）の材質によって適宜選択できるが、ＳＫ１５以上（１４３５℃以上）、更にＳＫ３３以上（１７３０℃以上）、特にＳＫ３５以上（１７７０℃以上）であることが好ましい。この耐火度は、一定温度条件で加熱したとき、同一又は最も近い軟化変化状態を示した標準温度錐（ゲーゲル錐：略称ＳＫ）の番号であり、ＪＩＳ Ｒ２２０４耐火煉瓦の耐火度の試験方法に基づいて測定される。
【００２１】
また、本発明の鋳物砂の吸水率（重量％）としては、鋳型の製造の際に使用する粘結剤の鋳物砂内部への吸収による粘結剤使用量の増加の抑制や、鋳型強度の向上等の観点から、３重量％以下が好ましく、０．８重量％以下がより好ましく、０．３重量％以下がさらに好ましい。吸水率はＪＩＳ Ａ１１０９細骨材の吸水率測定方法に従って測定することができる。
【００２２】
鋳造用鋳型の製造に使用する観点から、本発明の鋳物砂の粒子密度（ｇ／ｃｍ3）としては、１〜３．５ｇ／ｃｍ3の範囲であるのが好ましい。より高強度の鋳型を所望する場合、該粒子密度としては２．５〜３．５ｇ／ｃｍ3の範囲であるのが好ましい。この範囲のものは中実で緻密であり高強度の鋳型が得られる。また、軽量な鋳型を所望する場合、該粒子密度としては１〜２．５ｇ／ｃｍ3の範囲であるのが好ましい。この範囲のものは内部に空間を有する多孔質であり軽量な鋳型が得られる。粒子密度は、ＪＩＳ Ｒ１６２０の粒子密度測定法に従って測定することができる。
【００２３】
また、本発明の鋳物砂は、他の従来公知の砂と混合使用しても構わない。特に５０重量％以上本発明の鋳物砂が含まれていることが、鋳型の強度向上の観点から好ましい。また、低熱膨張率の観点からは、５重量％からでも熱膨張率が下がる効果があり、他の従来公知の砂の特徴を生かしつつ、混合量に応じて更に熱膨張率を下げることが出来る。
【００２４】
本発明の鋳物砂及び該鋳物砂と公知の鋳物砂との混合物からなる鋳物砂（以下これらの鋳物砂を本発明の鋳物砂と略記することもある）は鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金等の鋳型用途に好適に使用されうる。また、金属、プラスチック等への充填材としても使用できる。また、特にアルミニウム、マグネシウム等の比較的溶融温度が低い金属においては、熱膨張率が鋳鉄等に比べ低く押さえることが出来、好ましい。
【００２５】
本発明の鋳物砂を用いて、これら材質を鋳造して寸法精度が高い鋳物が得られる。具体的な鋳物の例としては、建設機械の油圧バルブ、モーター、金型、エンジンフレーム、工作機械、建築部材等に用いられる、部材、部品等が挙げられる。
【００２６】
本発明の鋳物砂は、従来公知の鋳型バインダー、例えば、粘土、水ガラス、シリカゾル、無機塩、エチルシリケート等の無機質バインダー、フラン樹脂、フェノール樹脂、アルカリフェノール樹脂、シェルモールド法、フェノールウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やメチレンジアクリルアミド等の不飽和基を有する樹脂等の有機バインダーを用いて、それぞれ従来公知の硬化方法により鋳型とする。これらバインダーは、本発明の鋳型砂１００重量部に対して、通常０．０５〜１０重量部添加するのが好適である。また、従来公知のシランカップリング剤、添加剤等を用いても構わない。
【００２７】
また、低熱膨張性であるためシェルモールド法、フランウォームボックス等の加熱硬化型バインダーに用いれば成形時と冷却時の寸法変化が少なく好適である。更に表面が平滑で、流動性に優れることから、積層造型法（例えば特表２００４−５０８９４１号、特開２０００−２４７５０号）や、消失模型法、Ｖプロセス等のバインダーを用いない鋳型造型法にも好適である。以上のような優れた性質を持つ鋳型、鋳物、部品等の構造物は本発明に包含される。
【００２８】
非晶化度が上記特定範囲にある本発明の鋳物砂は、金属酸化物としてＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびこれらの混合物を主成分として含有することが好ましく、混合物の場合は、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５であることが好ましい。具体的には、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５、平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍである、火炎溶融法で製造された球状鋳物砂が好ましい。また、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５、平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である球状鋳物砂が好ましい。ここで「主成分」とは、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2が合計量で鋳物砂全体の全成分中に８０重量％以上含有されていることをいう。本発明の球状鋳物砂の主成分であるＡｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2の含有量としては、耐火性の向上という観点から、それらの合計量として、球状鋳物砂の全成分中、好ましくは８５〜１００重量％、より好ましくは９０〜１００重量％である。また、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率は１〜１５が好ましく、耐火性および鋳物砂の再生効率の向上の観点から、１．２〜１２がより好ましく、１．５〜９が更に好ましい。
【００２９】
火炎溶融法により得られた球状鋳物砂は、球形度が高く、緻密であるという構造的特徴を有する。当該構造的特徴は、流動性、鋳型強度、鋳造された鋳物の表面平滑性の向上に大きく寄与する。そして、非晶化度の制御の点でも、火炎溶融法は好ましい。上記した本発明の球状鋳物砂は、具体的には、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分とする、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が０．９〜１７、平均粒径が０．０５〜２ｍｍの粉末粒子（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2の供給源）を出発原料とし、当該粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程を含む製造方法により得ることができる。
【００３０】
出発原料は、たとえば、耐火性を有する鉱産原料および合成原料から選ぶことができる。Ａｌ2Ｏ3源としての原料として、ボーキサイト、バン土頁岩、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等を挙げることができる。また、ＳｉＯ2源としての原料として、珪石、珪砂、石英、クリストバライト、非晶質シリカ、長石、パイロフィライト等を挙げることができる。また、（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）源としての原料として、カオリン、バン土頁岩、ボーキサイト、雲母、シリマナイト、アンダルサイト、ムライト、ゼオライト、モンモリロナイト、ハイロサイト等を挙げることができる。
【００３１】
出発原料としての粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程では、出発原料（粉末粒子）を酸素等のキャリアガスに分散させ、プロパン、ブタン、メタン、天然液化ガス、ＬＰＧ、重油、灯油、軽油、微粉炭等の燃料を酸素と燃焼させることによって発生させた火炎中に投入することによって溶融し、球状化を行う（火炎溶融法）。その後、冷却することにより、非晶化度が５０〜１００％である本発明に係る鋳物砂を得ることができる。
【００３２】
冷却方法は、空冷や水冷によって行うことができ、急冷することが好ましい。冷却速度は、鋳物砂の組成や粒径によって異なるので、それぞれの処方について鋳物砂の非晶化度が５０〜１００％になるよう適宜調整される。
【実施例】
【００３３】
実施例１〜２
原料粉末として、実施例１ではＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計で９５重量％含有し、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が２．２のムライト粉末を、また実施例２ではＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計で９３重量％含有し、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１．６の仮焼バン頁粉末を用い、これら原料粉末を、酸素をキャリアガスとしてＬＰＧを燃焼させ約２０００℃にした火炎の中に投入し、火炎溶融法にて球状の鋳物砂を得た。得られた鋳物砂の平均粒径は実施例１が１５６μｍ、実施例２が１７３μmであった。球形度は実施例１が０．９９、実施例２が０．９８であった。Ｘ線回折分析を２θ＝１０〜５０°の範囲で行い、結晶性のピークと非晶性のピークをそれぞれカーブフィッテングにて求めた。その結果、非晶化度は実施例１が７１．０％、実施例２が７５．０％であった。
【００３４】
比較例１
実施例１と同様の原料粉末を用い、スプレードライヤーを用いて球状にした粒子を電気炉で焼成することにより球状鋳物砂を得た。非晶化度は３０．０％であった。
【００３５】
比較例２
実施例１と同様の原料粉末を用い、アーク炉にて溶融させ電融アトマイズ法で球状粒子を得た。非晶化度は４５．０％であった。
【００３６】
比較例３
火炎溶融後、粒子を電気炉内で、１５００℃で３０分間保持し、１日かけて徐々に温度を低下させていった以外は実施例１と同様の方法で球状の鋳物砂を得た。非晶化度は４０．０％であった。
【００３７】
実施例３
市販のアモルファスシリカ破砕品（ＳｉＯ2含量９９．８％）粉末を実施例１と同様の火炎溶融法にて球状鋳物砂を得た。その結果、非晶化度は９９．５％であった。
【００３８】
比較例４
市販の珪砂（アルバニー８号）を用いた。
【００３９】
実施例４
ＳｉＯ2を５４重量％、ＭｇＯを３４重量％、Ｆｅ2Ｏ3を８重量％、Ａｌ2Ｏ3を２重量％含むフォレステライト主成分とする粉末を電気炉にて溶融し、風砕処理を行なった。この際、水冷させることにより急冷し、球状鋳物砂を得た。非晶化度は７８．０％であった。
【００４０】
比較例５
実施例４と同様の粉末を電気炉にて溶融し、風砕処理を行い、球状鋳物砂を得た。非晶化度は２０．０％であった。
【００４１】
実施例５
市販の珪砂（アルバニー７号、ＳｉＯ2含量９９．８％）を用いて実施例１と同様の火炎溶融法にて鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は非晶化度７９％であり、球形度は０．８９と比較的低いが原料粉末に比較して角が取れたものであった。
【００４２】
比較例６
市販の珪砂（ユニミン）を用いた。本珪砂は天然に産出された角が取れた珪砂で、球形度は０．８９であるが非晶化度は０．５％であった。
【００４３】
なお、実施例１、比較例１、２及び４にて得られた鋳物砂を、ＳＥＭを用いて表面を観察した写真（３００倍）を図１に示す。実施例１の鋳物砂は比較例の鋳物砂と比べて非常に平滑な表面が得られていることがわかる。
【００４４】
試験例
上記実施例及び比較例で得られた鋳物砂を用いて、鋳型強度の測定と鋳型の熱膨張試験を下記のように行なった。結果を表１に示す。なお、表１中には、鋳物砂の非晶化度、平均粒径、球形度、耐火度、表面粗さ（何れも測定方法は前記の通り）も併せて示した。
【００４５】
（１）鋳型強度の測定
実施例１から４、比較例１から５の鋳物砂について、バインダーとしてフラン樹脂（カオーライトナー３４０Ｂ）を該砂に対して１．０重量％、フラン樹脂用硬化剤を４０重量％（対樹脂）添加し、５０ｍｍφ×５０ｍｍｈのテストピース枠に充填し、２５℃にて硬化させ、２４時間経過したときのテスト鋳型の圧縮強度をを測定した。圧縮強度はＪＩＳ
Ｚ ２６０４−１９７６に記載された方法で測定した。使用する硬化剤は砂の種類に応じて適宜調整した。
【００４６】
（２）熱膨張試験
実施例１から４、比較例１から５の鋳物砂を使用し、バインダーとしてアルカリフェノール樹脂（花王クエーカー社製Ｓ−６６０）を使用し、有機エステル硬化剤として花王クエーカー社製ＱＸ−１３０を使用し〔それらの使用量はそれぞれ１．２重量％（対鋳物砂）及び２０重量％（対樹脂）〕、直径３０ｃｍ×高さ５０ｍｍの試験片を成型した。成型時の周囲温度は２５℃で、湿度は５５％ＲＨであった。試験片を２４時間放置してバインダーを硬化させた後、１０００℃の炉に入れ、６００秒後までの寸法変化を測定し、その最大値を用い初期寸法と比較して熱膨張率とした。
【００４７】
（３）なお、実施例１の球状鋳物砂を用い、上記熱膨張試験と同様に樹脂と硬化剤を適用し、図２の試験片（７段ステップコーン、重量約１３．５Ｋｇ）の中子、主型の双方を２５℃、５５％ＲＨの条件下で作製した。ＦＣ２５０の鋳鉄を１４００℃で注湯し、図２の試験片を鋳造した。その結果、内面は、熱膨張による鋳型割れ、ベーニングが発生せず、非常に良好であった。
【００４８】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１、比較例１、２及び４で得られた鋳物砂のＳＥＭ写真である。
【図２】実施例１の評価で用いた７段ステップコーン試験片の断面概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金等の鋳造用鋳型に使用される球状鋳物砂およびその製造方法、ならびに鋳造用鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から鋳物砂として珪砂が広く使用されている。珪砂は鉱産物であるため形態が不定形であり、流動性に欠け、充填性が悪い。それゆえ、珪砂からなる鋳型の表面は荒く、従って、鋳造品（鋳物）の表面が荒れ、後工程である研磨工程への負荷が大きくなる。また、珪砂の構成鉱物である石英は鋳造時の熱負荷によりクリストバライト等へ結晶変態し、その時の体積変化により崩壊するため、珪砂は鋳物砂としての再生効率が低い。これらの問題を解決する手段として、球状鋳物砂（たとえば、特許文献１参照）や、高珪酸質球状鋳物砂およびその製造方法（たとえば、特許文献２参照）が開示されている。これらは、原料組成物を球形に造粒した後、ロータリーキルン等で焼成するものである。しかしながら、得られる鋳物砂の球形度は低く、そのため流動性および充填性は不充分であり、鋳物表面の荒れを改善する効果は小さい。また、焼結法であるため多くの開気孔が存在した吸水率の大きい多孔質のものしか得られない。その結果、鋳型の強度が不充分であったり、鋳型作製時に多量のバインダーを必要とするため、鋳物砂としての再生が困難となる。また、珪砂では結晶変態がみられるため、鋳型の熱膨張が大きい。
【０００３】
近年の鋳物部品への要求として、より高精度な鋳物が求められている。より高精度な鋳物を得るためには、熱により変形しない低熱膨張な鋳型が求められている。
【０００４】
これらの問題を解決する手段として、ムライト、フォレステライト等のより低熱膨張な原料を用い形状を球形とした鋳物砂（骨材）が開示されている。例えば、ムライト系鋳物砂としては、スプレードライにより造粒後焼成した鋳物砂（特許文献３）、高珪酸質球状鋳物砂（特許文献４）、溶融ムライトにエアーを吹き付けて得られる球状の鋳物砂（特許文献５）等がある。また、フォレステライト系としては、特許文献６等の溶融ニッケルスラグを風砕後磨耗処理した球状鋳物砂等が開示されている。
【特許文献１】特開平４−３６７３４９号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平５−１６９１８４号公報（第２頁）
【特許文献３】特開平４−３６７３４９号公報
【特許文献４】特開平５−１６９１８４号公報
【特許文献５】特開２００３−２５１４３４号公報
【特許文献６】特開平１１−１８８４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献３、４は、造粒焼成法によるものであり、得られたムライト系鋳物砂は表面に凹凸が発生し、鋳型強度が低くなる。また、特許文献５は、溶融風砕法によるものであるが、表面を拡大して観察するとムライトの結晶が析出しており、やはり凹凸が観察され、鋳型強度、熱膨張率が未だ不十分である。また、特許文献６のフォレステライト系の鋳物砂は、熱膨張率が十分に低いとは言い難いため、より高精度な鋳物を得るためには未だ不十分である。
【０００６】
本発明は、流動性に優れ、高強度で低熱膨張性の鋳造用鋳型を製造する事ができる鋳物砂並びに該鋳造用鋳型を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究の結果、鋳物砂の非晶化度を特定の割合とすることにより、鋳物砂自体の表面が平滑で、かつ低熱膨張率である鋳物砂を得ることが出来ることを見いだし、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、非晶化度が５０〜１００％である鋳物砂に関する。また、本発明は、該本発明の鋳物砂を用いた鋳型、及び該本発明の鋳型を用いて製造された鋳物に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の鋳物砂は流動性に優れ、また、高強度で、更に低熱膨張な鋳型を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の鋳物砂は、特定の非晶化度を持つことを特徴とする。非晶化度が低く結晶が存在すると、粒子の表面形状に大きく影響を及ぼし、鋳物砂の表面に結晶が析出し、表面を凸凹にする要因となる。また、熱膨張率が高くなるため、高精度な鋳物が得られなくなる。
【００１１】
本発明の鋳物砂は、非晶化度が５０〜１００％、好ましくは６０〜１００％、より好ましくは７０〜１００％、更に好ましくは８０〜１００％、特に好ましくは９０〜１００％である。鋳物砂の非晶化度が５０％以上であると、当該鋳物砂の表面が平滑になり、鋳型強度が向上するため好ましい。また、さらに熱膨張の観点からも、鋳物砂の非晶化度は、好ましくは６０％であり、より好ましくは７０％以上であり、更に好ましくは９９％以上である。物質は一般に高温に成ると膨張するが、非晶質物質の場合、その膨張を吸収できるゆるんだ構造である為、熱膨張率が小さくなるものと推察される。
【００１２】
鋳物砂の非晶化度の制御方法には様々な手法があるが、一般には溶融物を急冷させるような製造方法を用いると好ましい。例えば、原料を溶融させ、エアーで風砕させ急冷する方法や、火炎中において処理し、急冷させる方法がある。いずれにおいても、冷却方法は材質、粒径によって様々な速度で適宜選択されれば良い。また、一旦結晶化したものを熱処理と冷却処理にて非晶化させる方法も考えられる。これらの中でも、加熱と冷却が容易に制御できる火炎溶融法を用いたものが好ましい。
【００１３】
本発明の鋳物砂の非晶化度は、下記に示されるＸ線回折によって求めることが出来る。
＜Ｘ線回折＞
鋳物砂を乳鉢で粉砕し、粉末Ｘ線回折装置のＸ線ガラスホルダーに圧着して測定する。粉末Ｘ線回折装置は、理学電機製MultiFlex（光源ＣｕＫα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ）を用い、２θ＝５〜９０°の範囲で走査間隔０．０１°、走査速度２°／ｍｉｎ、スリット ＤＳ１、ＳＳ１、ＲＳ０．３ｍｍにて行う。２θ＝１０°〜５０°の範囲で、低角度側及び高角度側のＸ線強度を直線で結び、直線下の面積をバックグラウンドとし、機器付属のソフトを用いて結晶化度を求め、１００から引いて非晶化度とした。具体的には、バックグラウンドより上の面積について、非晶質ピーク（ハロー）と各結晶性成分をカーブフィッティングにより分離し、それぞれの面積を求め、下記式にて非晶化度（％）を計算する。
非晶化度（％）＝ハローの面積／（結晶性成分面積＋ハロー面積）×１００
【００１４】
また更に本発明の鋳物砂の表面形状は、非晶化度が高く表面に結晶が生じないため、凹凸が少ない。特に本発明の鋳物砂の表面の粗さＲａは、鋳型強度、鋳物砂の流動性の観点から０．２０以下が好ましく、０．１０以下がより好ましい。ここで、本発明の鋳物砂の表面のＲａの測定方法は、レーザー顕微鏡（キーエンス製VK8500）を用いて測定することが出来る。鋳物砂は球形であるため、投影された粒子の中心部から粒径の約１／１０の長さの線粗さを測定し求める。具体的には粒径１００μｍの粒子については粒子のほぼ中心部から１０μｍの長さにおけるＲａを３点取り平均を求める。これを任意の粒子１０個について実施し、砂表面の平均粗さとする。
【００１５】
本発明の鋳物砂は、広く鋳造分野で用いられる耐火性の粒状骨材を指し、珪砂等の無機化合物、特に金属酸化物を主成分とするものであるが、その組成については、鋳造する金属にあわせた耐熱性を持つ成分を適宜選択すれば良い。ここで「主成分」とは、無機化合物が合計量で鋳物砂全体の全成分中に８０重量％以上含有されていることをいう。主成分として無機化合物、特に無機酸化物やセラミックス等の耐火物が適している。例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃａ等の金属の酸化物、窒化物、炭化物等やそれらの混合物が挙げられる。それらの中でも、耐火性の観点からは、主成分としてＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2、これらの混合物を含んでいるものが好ましく、より好ましくは混合物が好ましい。また、低膨張の観点からＳｉＯ2を主成分として含むものが好ましい。また、鋳物砂は鋳込み後再利用されることが多く、非晶質の部分が結晶化してしまう場合がある。この再利用後の砂の熱膨張率の観点から、結晶化しても比較的熱膨張率が低い組成であることが好ましい。具体的には、その結晶がムライトやフォレステライトとなる組成が好ましく、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物やＭｇＯとＳｉＯ2の混合物が好ましい。なお、上記成分以外にも、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ等の金属酸化物等を含みうるが、耐火性向上の観点からは、これらの合計量は鋳物砂中５重量％以下が好ましい。
【００１６】
本発明の鋳物砂の平均粒径は０．０５〜２ｍｍ、更には０．０５〜１．５ｍｍの範囲が、鋳型の通気性や強度、更には鋳物表面性の点で好ましい。鋳型強度の面からは０．０５〜１ｍｍが好ましく、鋳物砂の再生効率を高める観点から０．０５〜０．５ｍｍが好ましく０．０５〜０．３５ｍｍが更に好ましい。
【００１７】
本発明の鋳物砂の形状は、角がとれた形状であること、より好ましくは球状であることが、鋳型強度向上効果が更に得られるため好ましい。球状とは、球形度０．８５以上、好ましくは０．８８以上、より好ましくは０．９０以上のものをいう。特に、本発明の鋳物砂は、球形度が０．９５以上、更に０．９８以上であることが好ましい。本発明の球状鋳物砂の形状である球状であるか否かについては、たとえば、後述の実施例に記載するように、鋳物砂を光学顕微鏡やデジタルスコープ（たとえば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）等で観察し、判定することができる。
【００１８】
前記平均粒径は以下のようにして求めることができる。すなわち、球状鋳物砂粒子の粒子投影断面からの球形度＝１の場合は直径（ｍｍ）を測定し、一方、球形度＜１の場合はランダムに配向させた球状鋳物砂粒子の長軸径（ｍｍ）と短軸径（ｍｍ）を測定して（長軸径＋短軸径）／２を求め、任意の１００個の球状鋳物砂粒子につき、それぞれ得られた値を平均して平均粒径（ｍｍ）とする。長軸径と短軸径は、以下のように定義される。粒子を平面上に安定させ、その粒子の平面上への投影像を２本の平行線ではさんだとき、その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径といい、一方、この平行線に直角な方向の２本の平行線で粒子をはさむときの距離を長軸径という。
【００１９】
なお、球状鋳物砂粒子の長軸径と短軸径は、光学顕微鏡またはデジタルスコープ（例えば、キーエンス社製、ＶＨ−８０００型）により該粒子の像（写真）を得、得られた像を画像解析することにより求めることができる。また、球形度は、得られた像を画像解析することにより、該粒子の粒子投影断面の面積および該断面の周囲長を求め、次いで、〔粒子投影断面の面積（ｍｍ2）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）〕／〔粒子投影断面の周囲長（ｍｍ）〕を計算し、任意の５０個の球状鋳物砂粒子につき、それぞれ得られた値を平均して求める。
【００２０】
また、本発明の鋳物砂の耐火度は、鋳物（溶湯）の材質によって適宜選択できるが、ＳＫ１５以上（１４３５℃以上）、更にＳＫ３３以上（１７３０℃以上）、特にＳＫ３５以上（１７７０℃以上）であることが好ましい。この耐火度は、一定温度条件で加熱したとき、同一又は最も近い軟化変化状態を示した標準温度錐（ゲーゲル錐：略称ＳＫ）の番号であり、ＪＩＳ Ｒ２２０４耐火煉瓦の耐火度の試験方法に基づいて測定される。
【００２１】
また、本発明の鋳物砂の吸水率（重量％）としては、鋳型の製造の際に使用する粘結剤の鋳物砂内部への吸収による粘結剤使用量の増加の抑制や、鋳型強度の向上等の観点から、３重量％以下が好ましく、０．８重量％以下がより好ましく、０．３重量％以下がさらに好ましい。吸水率はＪＩＳ Ａ１１０９細骨材の吸水率測定方法に従って測定することができる。
【００２２】
鋳造用鋳型の製造に使用する観点から、本発明の鋳物砂の粒子密度（ｇ／ｃｍ3）としては、１〜３．５ｇ／ｃｍ3の範囲であるのが好ましい。より高強度の鋳型を所望する場合、該粒子密度としては２．５〜３．５ｇ／ｃｍ3の範囲であるのが好ましい。この範囲のものは中実で緻密であり高強度の鋳型が得られる。また、軽量な鋳型を所望する場合、該粒子密度としては１〜２．５ｇ／ｃｍ3の範囲であるのが好ましい。この範囲のものは内部に空間を有する多孔質であり軽量な鋳型が得られる。粒子密度は、ＪＩＳ Ｒ１６２０の粒子密度測定法に従って測定することができる。
【００２３】
また、本発明の鋳物砂は、他の従来公知の砂と混合使用しても構わない。特に５０重量％以上本発明の鋳物砂が含まれていることが、鋳型の強度向上の観点から好ましい。また、低熱膨張率の観点からは、５重量％からでも熱膨張率が下がる効果があり、他の従来公知の砂の特徴を生かしつつ、混合量に応じて更に熱膨張率を下げることが出来る。
【００２４】
本発明の鋳物砂及び該鋳物砂と公知の鋳物砂との混合物からなる鋳物砂（以下これらの鋳物砂を本発明の鋳物砂と略記することもある）は鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金等の鋳型用途に好適に使用されうる。また、金属、プラスチック等への充填材としても使用できる。また、特にアルミニウム、マグネシウム等の比較的溶融温度が低い金属においては、熱膨張率が鋳鉄等に比べ低く押さえることが出来、好ましい。
【００２５】
本発明の鋳物砂を用いて、これら材質を鋳造して寸法精度が高い鋳物が得られる。具体的な鋳物の例としては、建設機械の油圧バルブ、モーター、金型、エンジンフレーム、工作機械、建築部材等に用いられる、部材、部品等が挙げられる。
【００２６】
本発明の鋳物砂は、従来公知の鋳型バインダー、例えば、粘土、水ガラス、シリカゾル、無機塩、エチルシリケート等の無機質バインダー、フラン樹脂、フェノール樹脂、アルカリフェノール樹脂、シェルモールド法、フェノールウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やメチレンジアクリルアミド等の不飽和基を有する樹脂等の有機バインダーを用いて、それぞれ従来公知の硬化方法により鋳型とする。これらバインダーは、本発明の鋳型砂１００重量部に対して、通常０．０５〜１０重量部添加するのが好適である。また、従来公知のシランカップリング剤、添加剤等を用いても構わない。
【００２７】
また、低熱膨張性であるためシェルモールド法、フランウォームボックス等の加熱硬化型バインダーに用いれば成形時と冷却時の寸法変化が少なく好適である。更に表面が平滑で、流動性に優れることから、積層造型法（例えば特表２００４−５０８９４１号、特開２０００−２４７５０号）や、消失模型法、Ｖプロセス等のバインダーを用いない鋳型造型法にも好適である。以上のような優れた性質を持つ鋳型、鋳物、部品等の構造物は本発明に包含される。
【００２８】
非晶化度が上記特定範囲にある本発明の鋳物砂は、金属酸化物としてＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびこれらの混合物を主成分として含有することが好ましく、混合物の場合は、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５であることが好ましい。具体的には、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５、平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍである、火炎溶融法で製造された球状鋳物砂が好ましい。また、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５、平均粒径が０．０５〜１．５ｍｍ、球形度が０．９５以上である球状鋳物砂が好ましい。ここで「主成分」とは、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2が合計量で鋳物砂全体の全成分中に８０重量％以上含有されていることをいう。本発明の球状鋳物砂の主成分であるＡｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2の含有量としては、耐火性の向上という観点から、それらの合計量として、球状鋳物砂の全成分中、好ましくは８５〜１００重量％、より好ましくは９０〜１００重量％である。また、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率は１〜１５が好ましく、耐火性および鋳物砂の再生効率の向上の観点から、１．２〜１２がより好ましく、１．５〜９が更に好ましい。
【００２９】
火炎溶融法により得られた球状鋳物砂は、球形度が高く、緻密であるという構造的特徴を有する。当該構造的特徴は、流動性、鋳型強度、鋳造された鋳物の表面平滑性の向上に大きく寄与する。そして、非晶化度の制御の点でも、火炎溶融法は好ましい。上記した本発明の球状鋳物砂は、具体的には、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分とする、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が０．９〜１７、平均粒径が０．０５〜２ｍｍの粉末粒子（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2の供給源）を出発原料とし、当該粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程を含む製造方法により得ることができる。
【００３０】
出発原料は、たとえば、耐火性を有する鉱産原料および合成原料から選ぶことができる。Ａｌ2Ｏ3源としての原料として、ボーキサイト、バン土頁岩、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等を挙げることができる。また、ＳｉＯ2源としての原料として、珪石、珪砂、石英、クリストバライト、非晶質シリカ、長石、パイロフィライト等を挙げることができる。また、（Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）源としての原料として、カオリン、バン土頁岩、ボーキサイト、雲母、シリマナイト、アンダルサイト、ムライト、ゼオライト、モンモリロナイト、ハイロサイト等を挙げることができる。
【００３１】
出発原料としての粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程では、出発原料（粉末粒子）を酸素等のキャリアガスに分散させ、プロパン、ブタン、メタン、天然液化ガス、ＬＰＧ、重油、灯油、軽油、微粉炭等の燃料を酸素と燃焼させることによって発生させた火炎中に投入することによって溶融し、球状化を行う（火炎溶融法）。その後、冷却することにより、非晶化度が５０〜１００％である本発明に係る鋳物砂を得ることができる。
【００３２】
冷却方法は、空冷や水冷によって行うことができ、急冷することが好ましい。冷却速度は、鋳物砂の組成や粒径によって異なるので、それぞれの処方について鋳物砂の非晶化度が５０〜１００％になるよう適宜調整される。
【実施例】
【００３３】
実施例１〜２
原料粉末として、実施例１ではＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計で９５重量％含有し、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が２．２のムライト粉末を、また実施例２ではＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2を合計で９３重量％含有し、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１．６の仮焼バン頁粉末を用い、これら原料粉末を、酸素をキャリアガスとしてＬＰＧを燃焼させ約２０００℃にした火炎の中に投入し、火炎溶融法にて球状の鋳物砂を得た。得られた鋳物砂の平均粒径は実施例１が１５６μｍ、実施例２が１７３μmであった。球形度は実施例１が０．９９、実施例２が０．９８であった。Ｘ線回折分析を２θ＝１０〜５０°の範囲で行い、結晶性のピークと非晶性のピークをそれぞれカーブフィッテングにて求めた。その結果、非晶化度は実施例１が７１．０％、実施例２が７５．０％であった。
【００３４】
比較例１
実施例１と同様の原料粉末を用い、スプレードライヤーを用いて球状にした粒子を電気炉で焼成することにより球状鋳物砂を得た。非晶化度は３０．０％であった。
【００３５】
比較例２
実施例１と同様の原料粉末を用い、アーク炉にて溶融させ電融アトマイズ法で球状粒子を得た。非晶化度は４５．０％であった。
【００３６】
比較例３
火炎溶融後、粒子を電気炉内で、１５００℃で３０分間保持し、１日かけて徐々に温度を低下させていった以外は実施例１と同様の方法で球状の鋳物砂を得た。非晶化度は４０．０％であった。
【００３７】
実施例３
市販のアモルファスシリカ破砕品（ＳｉＯ2含量９９．８％）粉末を実施例１と同様の火炎溶融法にて球状鋳物砂を得た。その結果、非晶化度は９９．５％であった。
【００３８】
比較例４
市販の珪砂（アルバニー８号）を用いた。
【００３９】
実施例４
ＳｉＯ2を５４重量％、ＭｇＯを３４重量％、Ｆｅ2Ｏ3を８重量％、Ａｌ2Ｏ3を２重量％含むフォレステライト主成分とする粉末を電気炉にて溶融し、風砕処理を行なった。この際、水冷させることにより急冷し、球状鋳物砂を得た。非晶化度は７８．０％であった。
【００４０】
比較例５
実施例４と同様の粉末を電気炉にて溶融し、風砕処理を行い、球状鋳物砂を得た。非晶化度は２０．０％であった。
【００４１】
実施例５
市販の珪砂（アルバニー７号、ＳｉＯ2含量９９．８％）を用いて実施例１と同様の火炎溶融法にて鋳物砂を得た。得られた鋳物砂は非晶化度７９％であり、球形度は０．８９と比較的低いが原料粉末に比較して角が取れたものであった。
【００４２】
比較例６
市販の珪砂（ユニミン）を用いた。本珪砂は天然に産出された角が取れた珪砂で、球形度は０．８９であるが非晶化度は０．５％であった。
【００４３】
なお、実施例１、比較例１、２及び４にて得られた鋳物砂を、ＳＥＭを用いて表面を観察した写真（３００倍）を図１に示す。実施例１の鋳物砂は比較例の鋳物砂と比べて非常に平滑な表面が得られていることがわかる。
【００４４】
試験例
上記実施例及び比較例で得られた鋳物砂を用いて、鋳型強度の測定と鋳型の熱膨張試験を下記のように行なった。結果を表１に示す。なお、表１中には、鋳物砂の非晶化度、平均粒径、球形度、耐火度、表面粗さ（何れも測定方法は前記の通り）も併せて示した。
【００４５】
（１）鋳型強度の測定
実施例１から４、比較例１から５の鋳物砂について、バインダーとしてフラン樹脂（カオーライトナー３４０Ｂ）を該砂に対して１．０重量％、フラン樹脂用硬化剤を４０重量％（対樹脂）添加し、５０ｍｍφ×５０ｍｍｈのテストピース枠に充填し、２５℃にて硬化させ、２４時間経過したときのテスト鋳型の圧縮強度をを測定した。圧縮強度はＪＩＳ
Ｚ ２６０４−１９７６に記載された方法で測定した。使用する硬化剤は砂の種類に応じて適宜調整した。
【００４６】
（２）熱膨張試験
実施例１から４、比較例１から５の鋳物砂を使用し、バインダーとしてアルカリフェノール樹脂（花王クエーカー社製Ｓ−６６０）を使用し、有機エステル硬化剤として花王クエーカー社製ＱＸ−１３０を使用し〔それらの使用量はそれぞれ１．２重量％（対鋳物砂）及び２０重量％（対樹脂）〕、直径３０ｃｍ×高さ５０ｍｍの試験片を成型した。成型時の周囲温度は２５℃で、湿度は５５％ＲＨであった。試験片を２４時間放置してバインダーを硬化させた後、１０００℃の炉に入れ、６００秒後までの寸法変化を測定し、その最大値を用い初期寸法と比較して熱膨張率とした。
【００４７】
（３）なお、実施例１の球状鋳物砂を用い、上記熱膨張試験と同様に樹脂と硬化剤を適用し、図２の試験片（７段ステップコーン、重量約１３．５Ｋｇ）の中子、主型の双方を２５℃、５５％ＲＨの条件下で作製した。ＦＣ２５０の鋳鉄を１４００℃で注湯し、図２の試験片を鋳造した。その結果、内面は、熱膨張による鋳型割れ、ベーニングが発生せず、非常に良好であった。
【００４８】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１、比較例１、２及び４で得られた鋳物砂のＳＥＭ写真である。
【図２】実施例１の評価で用いた７段ステップコーン試験片の断面概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶化度が５０〜１００％である鋳物砂。
【請求項２】
球形度が０．９５以上である請求項１記載の鋳物砂。
【請求項３】
Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５である請求項１又は２項記載の鋳物砂。
【請求項４】
ＳｉＯ2を主成分として含有する請求項１又は２項記載の鋳物砂。
【請求項５】
平均粒径が０．０５〜２ｍｍである請求項１〜４の何れか１項記載の鋳物砂。
【請求項６】
火炎溶融法にて製造された請求項１〜５の何れか１項記載の鋳物砂。
【請求項７】
耐火度がＳＫ１５以上である請求項１〜６の何れか１項記載の鋳物砂。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項記載の鋳物砂を用いた鋳型。
【請求項９】
請求項８記載の鋳型を用いて製造された鋳物。
【請求項１】
非晶化度が５０〜１００％である鋳物砂。
【請求項２】
球形度が０．９５以上である請求項１記載の鋳物砂。
【請求項３】
Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2を主成分として含有してなり、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比率が１〜１５である請求項１又は２項記載の鋳物砂。
【請求項４】
ＳｉＯ2を主成分として含有する請求項１又は２項記載の鋳物砂。
【請求項５】
平均粒径が０．０５〜２ｍｍである請求項１〜４の何れか１項記載の鋳物砂。
【請求項６】
火炎溶融法にて製造された請求項１〜５の何れか１項記載の鋳物砂。
【請求項７】
耐火度がＳＫ１５以上である請求項１〜６の何れか１項記載の鋳物砂。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項記載の鋳物砂を用いた鋳型。
【請求項９】
請求項８記載の鋳型を用いて製造された鋳物。
【図２】
【図１】
【図１】
【公開番号】特開２００６−７３１９（Ｐ２００６−７３１９Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４５３８８（Ｐ２００５−１４５３８８）
【出願日】平成１７年５月１８日（２００５．５．１８）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１８日（２００５．５．１８）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
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