JP7055753B2 - コーテッドサンド及びその製造方法並びにこれを用いた鋳型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーテッドサンド及びその製造方法並びにこれを用いた鋳型の製造方法に係り、特に、最終的に得られる鋳型が、優れた強度を発揮すると共に崩壊性においても優れたものとなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドに関するものである。

従来より、金属溶湯の鋳造に用いられる鋳型の一つとして、耐火性骨材からなる鋳型砂を所定の粘結材にて被覆してなるコーテッドサンドを用いて、目的とする形状に造型して得られたものが、用いられている。具体的には、日本鋳造工学会編の「鋳造工学便覧」第７８～９０頁には、そのようなコーテッドサンドにおける粘結剤として、水ガラスの如き無機系粘結剤の他、フェノール樹脂やフラン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂を用いた有機系粘結剤が明らかにされており、また、それら粘結剤を用いて自硬性鋳型を造型する手法も、明らかにされている。

例えば、特開２０１２－０７６１１５号公報（特許文献１）においては、粘結剤として水ガラスを用いた粘結剤コーテッド耐火物として、耐火骨材の表面に水ガラスを含有する固形のコーティング層が被覆されてなる、流動性が良好な粘結剤コーテッド耐火物（コーテッドサンド）が、明らかにされている。そこにおいて、そのような流動性が良好な粘結剤コーテッド耐火物（コーテッドサンド）は、鋳型造型のための成形型の成形キャビティ内に充填せしめられた後、水蒸気が通気せしめられることにより、かかる粘結剤コーテッド耐火物（コーテッドサンド）の固化が進行し、目的とする鋳型を得る手法が、明らかにされているのである。

しかしながら、特許文献１に開示の如き、従来の乾態のコーテッドサンドにあっては、そこに開示の手法、具体的には、成形キャビティ内に充填せしめた後、コーテッドサンドの充填相内に水蒸気を通気する手法に従って造型する場合、成形型内にコーテッドサンドを一旦、充填すると、かかる成形型内におけるコーテッドサンドの充填性が向上する余地がないという問題がある。その一方、得られる鋳型の崩壊性にあっても、未だ不十分であり、改善の余地が残されているのである。

特開２０１２－７６１１５号公報

「鋳造工学便覧」第７８～９０頁

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為されたものであって、その解決すべき課題とするところは、最終的に得られる鋳型が、優れた強度を発揮すると共に崩壊性においても優れたものとなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを提供することにある。また、本発明は、そのような優れたコーテッドサンドを用いた鋳型の製造方法を提供することをも、その解決課題とするものである。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいて採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載から把握され得る発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。

（１） 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有す る乾態のコーテッドサンドにして、該被覆層に、真球度が０．９以上の球状粒子が 含有せしめられていることを特徴とするコーテッドサンド。
（２） 前記球状粒子の真球度が０．９３以上である前記態様（１）に記載のコーテッド サンド。
（３） 含水分量が、前記被覆層における水ガラスの固形分量の５～５５質量％である前 記態様（１）又は前記態様（２）に記載のコーテッドサンド。
（４） 前記球状粒子の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の１００質量部 に対して、０．１～５００質量部である前記態様（１）乃至前記態様（３）の何れ か１つに記載のコーテッドサンド。
（５） 前記球状粒子の平均粒子径が０．１～２０．０μｍである前記態様（１）乃至前 記態様（４）の何れか１つに記載のコーテッドサンド。
（６） 前記球状粒子が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム又は酸化チタンからなる球状 粒子より選ばれる一種又は二種以上のものである前記態様（１）乃至前記態様（５ ）の何れか１つに記載のコーテッドサンド。
（７） 前記球状粒子の平均粒子径ｄ１と前記耐火性骨材の平均粒子径ｄ２とが、下記式 （１）を満たす前記態様（１）乃至前記態様（６）の何れか１つに記載のコーテッ ドサンド。
４×ｄ１≦ｄ２≦５０００×ｄ１ ・・・（１）
（８） 前記耐火性骨材が球状である前記態様（１）乃至前記態様（７）の何れか１項に 記載のコーテッドサンド。
（９） 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有す る乾態のコーテッドサンドの製造方法にして、加熱した耐火性骨材に対して、水ガ ラスを主成分とする粘結剤、及び真球度が０．９以上の球状粒子を混和せしめ、水 分を蒸発させることにより、該耐火性骨材の表面が水ガラス及び球状粒子を含む被 覆層にて覆われてなり、含水分量が該被覆層における水ガラスの固形分量の５～５ ５質量％であるコーテッドサンドを製造することを特徴とするコーテッドサンドの 製造方法。
（１０） 前記態様（１）乃至前記態様（８）の何れか１つに記載のコーテッドサンドを 用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後 、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめること により、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
（１１） 前記態様（１）乃至前記態様（８）の何れか１つに記載のコーテッドサンドに 水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した 後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする 鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
（１２） 前記成形型の保持中に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前 記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられる前記態様（１０）又は前記態様 （１１）に記載の鋳型の製造方法。

このように、本発明に従う常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにあっては、耐火性骨材の表面を覆う被覆層に、粘結剤としての水ガラスと共に球状粒子が含有せしめられて、構成されるものである。このような本発明のコーテッドサンドが成形型内（より詳細には成形型の成形キャビティ内）に充填され、その充填されたコーテッドサンド（充填相）に対して水蒸気の通気等によって水分が供給されると、球状粒子は、供給された水分によって溶液状となった水ガラスと共に耐火性骨材間を効果的に流動し、その結果、成形型内（成形キャビティ内）におけるコーテッドサンドの充填性が有利に向上せしめられるのである。そして、そのような充填性がより向上した状態で、水ガラスが固化乃至は硬化することによって得られる鋳型にあっては、球状粒子が隣接する耐火性骨材間の隙間に効果的に介在することとなり、以て、優れた強度を発揮することとなるのである。

また、本発明の常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを用いて得られる鋳型においては、耐火性骨材と、球状粒子と、固化乃至は硬化した水ガラスとによって、石垣に類似した構造を呈することとなり、これにより、溶湯注入時の高圧にも耐え得る強度を発揮する。更には、高温の溶湯が鋳型内に注入されると、鋳型において耐火性骨材間を結合している水ガラスが分解されるところ、耐火性骨材間に球状粒子が存在していることから、本発明のコーテッドサンドを用いて得られる鋳型においては、水ガラスによる耐火性骨材間の結合作用が、従来と比較すると、溶湯の注入後から早期に喪失することとなり、以て、崩壊性に優れたものとなるのである。

実施例において中子の崩壊性を測定するために用いた鋳造試験用砂型の縦断面説明図である。 実施例において廃中子を内包したアルミニウム合金鋳物の縦断面説明図である。

ところで、本発明に従うコーテッドサンドは、一般に、耐火性骨材に対して、粘結剤として、水溶液の状態にある水ガラスを混合せしめ、そしてその混合物から水分を蒸発させることにより、換言すれば水溶液の状態にある水ガラスの水分を蒸発させることによって、製造されるものであり、粘結剤である水ガラスの固形分からなる乾燥した被覆層が、所定厚さにおいて、かかる耐火性骨材の表面に形成されてなる、乾態のものであって、良好な常温流動性を有しているものである。

ここで、本発明における「常温流動性を有する乾態のコーテッドサンド」とは、含水分量にかかわらず、動的安息角を測定した際に測定値が得られるコーテッドサンドを意味する。この動的安息角とは、軸方向の一方の端部が透明な板材で閉塞されてなる円筒内にコーテッドサンドを収容して（例えば、直径７．２ｃｍ×高さ１０ｃｍの容器に、その体積の半分まで、コーテッドサンドを入れる）、軸心が水平方向となるように保持し、一定速度（例えば、２５ｒｐｍ）で水平な軸心回りに回転させることにより、円筒内で流動しているコーテッドサンド層の斜面が平坦面状となり、かかる斜面と水平面との間に形成される角度をいう。本発明に従うコーテッドサンドの動的安息角は、８０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましく、３０°以下であることが更に好ましい。本発明においては、球状の耐火性骨材を用いることにより、動的安息角が４５°以下のコーテッドサンドが有利に得られる。なお、例えばコーテッドサンドが湿ったような状態で、円筒内で流動せずに、コーテッドサンド層の斜面が平坦面として形成されず、その結果、動的安息角を測定することができないものは、湿態のコーテッドサンドと称することとする。

本発明に従う常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドは、その含水分量が、耐火性骨材の表面を覆う被覆層に含まれる水ガラスの固形分量に対して、５～５５質量％の割合に相当する量であることが望ましく、１０～５０質量％であることがより望ましく、２０～５０質量％であることが最も望ましい。コーテッドサンドにおける含水分量が、被覆層中の水ガラスの固形分量に対して５質量％に相当する量よりも少なくなると、水ガラスがガラス化して、鋳型造型の際に再び水を添加しても、溶液状に戻らない恐れがあり、一方、５５質量％に相当する量よりも多くなると、コーテッドサンドが乾態状態とはならない恐れがある。なお、コーテッドサンドにおける含水分量の測定方法としては、特に限定されるものではなく、水ガラス等の種類に応じた手法が適宜に採用可能である。具体的には、後掲の実施例の欄に記載の測定方法を、例示することが出来る。また、コーテッドサンドの被覆層中に、水分を含む有機分（例えば、界面活性剤や保湿剤等）を添加剤として含有せしめた場合には、かかる有機分中の水分も加味して、含水分量を測定（算出）する必要がある。

本発明のコーテッドサンドを構成する耐火性骨材としては、鋳型の基材として機能する耐火性物質であって、従来から鋳型用として利用されている各種の耐火性粒状乃至は粉状材料が何れも用いられ得、具体的には、ケイ砂、再生ケイ砂をはじめとして、アルミナサンド、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド等の特殊砂や、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系スラグ、転炉スラグ等のスラグ系粒子；アルミナ系粒子、ムライト系粒子等の人工粒子及びこれらの再生粒子；アルミナボール、マグネシアクリンカー等を、挙げることが出来る。なお、これらの耐火性骨材は、新砂であっても、或いは、鋳物砂として鋳型の造型に一回或いは複数回使用された再生砂または回収砂であっても、更には、そのような再生砂や回収砂に新砂を加えて混合せしめてなる混合砂であっても、何ら差支えない。そして、そのような耐火性骨材は、一般に、ＡＦＳ指数で４０～１３０程度の粒度のものとして、好ましくは、５０～１１０程度の粒度のものとして、用いられることとなる。

また、耐火性骨材は球状のものが好ましく、具体的には粒形係数が１．２以下、より好ましくは１．０～１．１である耐火性骨材が望ましい。粒形係数が１．２以下である耐火性骨材を用いることにより、鋳型造型時の流動性や充填性が向上し、骨材同士の接点数が多くなるところから、同じ強度を発現するために必要な粘結剤や添加物の量を少なくすることが出来る。なお、ここで用いられる骨材の粒形係数は、一般に、粒子の外形形状を示す一つの尺度として採用され、粒形指数とも称されているものであって、その値が１に近付く程、球形（真球）に近付くことを意味するものである。そして、そのような粒形係数は、公知の各種の手法で測定された骨材の表面積（砂表面積）を用いて算出された値にて表わされるものであって、例えば、砂表面積測定器（ジョージ・フィッシャー社製）を用いて、１ｇあたりの実際の骨材粒子（砂粒）の表面積を測定し、それを、理論的表面積で除した値を意味するものである。なお、理論的表面積とは、骨材粒子（砂粒）が全て球形であると仮定した場合の表面積である。

本発明に係るコーテッドサンドにおいては、上述の如き耐火性骨材を被覆する粘結剤として、水ガラスを主成分とするものが用いられることとなる。水ガラスとは、水溶性のケイ酸化合物であり、そのようなケイ酸化合物としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸アンモニウム等を挙げることが出来るが、それらの中でも、特に、ケイ酸ナトリウム（ケイ酸ソーダ）が本発明では有利に用いられることとなる。また、粘結剤としては、水ガラスを主成分として用いる限りにおいて、種々の水溶性バインダ、例えば、熱硬化性樹脂、糖類、タンパク質、合成高分子、塩類や無機高分子等を併用することが可能である。なお、他の水溶性バインダを水ガラスと併用する場合、粘結剤全体における水ガラスの割合は、６０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは８０質量％以上、最も好ましくは９０％質量以上である。

ここで、ケイ酸ナトリウムは、通常、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比により、１号～５号の種類に分類されて、用いられている。具体的には、ケイ酸ナトリウム１号は、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が２．０～２．３であるものであり、またケイ酸ナトリウム２号は、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が２．４～２．６であるものであり、更にケイ酸ナトリウム３号は、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が２．８～３．３であるものである。加えて、ケイ酸ナトリウム４号は、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が３．３～３．５であるものであり、またケイ酸ナトリウム５号は、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が３．６～３．８であるものである。これらの中で、ケイ酸ナトリウム１号～３号は、ＪＩＳ－Ｋ－１４０８にても規定されている。そして、これら各種のケイ酸ナトリウムは、本発明において、単独での使用の他、混合して用いられても良く、また混合することで、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比を調製することも可能である。

本発明においては、乾態のコーテッドサンドを有利に得るべく、粘結剤として用いられる水ガラスを構成するケイ酸ナトリウムは、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が、一般に１．９以上、好ましくは２．０以上、より好ましくは２．１以上であることが望ましく、上記したケイ酸ナトリウムの分類において、１号及び２号に相当するケイ酸ナトリウムが、特に有利に用いられることとなる。かかるケイ酸ナトリウム１号及び２号は、それぞれ、水ガラス中のケイ酸ナトリウム濃度が広い範囲においても、安定して、特性の良好な乾態のコーテッドサンドを与えるものである。また、そのようなケイ酸ナトリウムにおけるＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比の上限は、水溶液の形態にある水ガラスの特性に応じて適宜に選定されることとなるが、一般に３．５以下、好ましくは３．２以下、より好ましくは２．７以下とされることとなる。ここで、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比が１．９よりも小さくなると、水ガラスの粘性が低くなり、水分量をかなり低くしなければ、コーテッドサンドを乾態とすることが困難となる恐れがあり、その一方、３．５よりも大きくなると、水への溶解度が低下して、接着面積が稼げず、最終的に得られる鋳型の強度が低下する恐れがある。

また、本発明において用いられる水ガラスは、水に溶けた状態のケイ酸化合物の溶液のことを意味し、市場において購入されたままの原液の状態において用いられる他、そのような原液に水を添加して、希釈した状態において用いられることとなる。そして、そのような水ガラスから、水や溶剤等の、揮発する物質を除いた不揮発分（水ガラス成分）を固形分と言い、これが、上記したケイ酸ナトリウム等の可溶性のケイ酸化合物に相当するものである。また、そのような固形分（不揮発分）の割合が高い程、水ガラス中のケイ酸化合物濃度は、高くなるものである。従って、本発明において用いられる水ガラスの固形分とは、それが原液のみにて構成される場合においては、かかる原液中の水分量を除いた量に相当することとなり、一方、原液を水にて希釈して得られる希釈液が用いられる場合にあっては、原液中の水分量と希釈に用いられた水の量とを除いた量が、使用される水ガラスの固形分に相当することとなる。

そして、そのような水ガラス中の固形分（不揮発分）は、水ガラス成分（可溶性ケイ酸化合物）の種類等に応じて適宜の割合とされることとなるが、有利には、２０～５０質量％の割合において含有せしめられていることが望ましい。この固形分に相当する水ガラス成分を適度に水溶液中に存在せしめることによって、耐火性骨材との混合（混練）時に、かかる耐火性骨材に対して、ムラなく、均一に、水ガラス成分を被覆させることが出来、それによって、目的とする鋳型を有利に造型することが可能となる。なお、水ガラス中における水ガラス成分の濃度が低くなり過ぎて、固形分の合計量が２０質量％未満となると、コーテッドサンドの乾燥のために、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりする必要があり、そのために、エネルギーロス等の問題が惹起されるようになる。また、水ガラス中における固形分の割合が高くなり過ぎると、耐火性骨材の表面を、水ガラス成分にて均一に被覆することが困難となり、目的とする鋳型の特性の向上にも問題を惹起するところから、かかる固形分は５０質量％以下、従って水分量が５０質量％以上の割合となるように、水溶液の形態にある水ガラスを調製することが望ましい。

そして、かかる水ガラスは、耐火性骨材の１００質量部に対して、不揮発分のみとして考えた場合の固形分換算で０．１～５．０質量部の割合において、好ましくは０．１～２．５質量部の割合において用いられることが望ましく、中でも、０．２～２．０質量部の割合が特に有利に採用されて、耐火性骨材の表面に、所定の被覆層が形成されることとなる。ここで、固形分の測定は、以下のようにして実施される。即ち、アルミ箔製皿（縦：９ｃｍ、横：９ｃｍ、高さ：１．５ｃｍ）内に、試料１０ｇを秤量して収容し、１８０±１℃に保持した加熱板上に置き、２０分間放置した後、かかる試料皿を反転させて、更に２０分間、上記加熱板上に放置する。その後、試料皿を加熱板上から取り出して、デシケータ中で放冷した後、秤量を行って、次式により、固形分（質量％）が算出される。
固形分（質量％）＝［乾燥後の質量（ｇ）／乾燥前の質量（ｇ）］
×１００

なお、本発明において水ガラスの使用量が少なくなり過ぎると、耐火性骨材の表面に被覆層が形成され難くなり、鋳型造型時のコーテッドサンドの固化乃至は硬化が充分に進行し難くなる恐れがある。また、水ガラスの使用量が多くなり過ぎても、耐火性骨材の表面に、余分な量の水ガラスが付着して、均一な被覆層が形成され難くなると共に、コーテッドサンドが相互に固着して団塊化（複合粒子化）する恐れもあり、そのために、最終的に得られる鋳型の物性に悪影響をもたらし、加えて、金属を鋳込んだ後の中子の砂落としを難しくする問題も惹起する恐れがある。

そして、本発明に従うコーテッドサンドにおいては、耐火性骨材の表面を覆う、水ガラスを含む被覆層中に、球状粒子が含有せしめられているところに、大きな技術的特徴が存しているのである。このような、水ガラスを含む被覆層中に球状粒子を含むコーテッドサンドが成形型内（成形型の成形キャビティ内）に充填され、その充填されたコーテッドサンド（充填相）に対して、水蒸気の通気等によって水分が供給されると、被覆層中の球状粒子は、供給された水分によって溶液状となった水ガラスと共に耐火性骨材間を効果的に流動し、その結果、成形型内（成形キャビティ内）におけるコーテッドサンドの充填性が有利に向上せしめられることとなる。そして、そのような充填性がより向上した状態で、水ガラスが固化乃至は硬化することによって得られる鋳型にあっては、球状粒子が隣接する耐火性骨材間の隙間に効果的に介在することとなり、以て、優れた強度を発揮することとなるのである。

また、本発明の常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを用いて得られる鋳型においては、耐火性骨材と、球状粒子と、固化乃至は硬化した水ガラスとによって、石垣に類似した構造を呈することとなり、これにより、溶湯注入時の高圧にも耐え得る強度を発揮する。更には、高温の溶湯が鋳型内に注入されると、鋳型において耐火性骨材間を結合している水ガラスが分解されるところ、耐火性骨材間に球状粒子が存在していることから、本発明のコーテッドサンドを用いて得られる鋳型においては、水ガラスによる耐火性骨材間の結合作用が、従来と比較すると、溶湯注入後から早期に喪失することとなり、以て、崩壊性も優れたものとなるのである。

ここで、本発明の常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにおいて、その被覆層に含有せしめられる球状粒子は、その平均粒子径が、好ましくは０．１～２０．０μｍのもの、より好ましくは０．１～１０μｍのもの、最も好ましくは０．５～５．０μｍのものが、用いられる。また、本発明において、球状粒子の含有量は、被覆層における水ガラスの固形分の１００質量部に対して、０．１～５００質量部であり、好ましくは０．３～３００質量部であり、より好ましくは０．５～２００質量部であり、さらに好ましくは０．７５～１００質量部であり、最も好ましくは１．０～５０質量部である。このように、所定の平均粒子径を有する球状粒子を、所定の割合において被覆層に含有せしめることにより、上記した効果をより有利に享受することが可能である。なお、球状粒子の平均粒子径は、レーザ回折式の粒度分布測定装置等によって測定される粒度分布より、求めることが可能である。

また、本発明にあっては、鋳型造型に当たり水分が供給された際に、隣接する耐火性骨材間の隙間において、溶液状となった水ガラスと共に球状粒子が有利に流動し、耐火性骨材間に効果的に介在するようにすべく、球状粒子の平均粒子径：ｄ１と耐火性骨材の平均粒子径：ｄ２とは、下記式（１）を満たすことが好ましく、また下記式（２）を満たすことがより好ましく、更に下記式（３）を満たすことが最も好ましい。なお、耐火性骨材の平均粒子径についても、レーザ回折式の粒度分布測定装置等によって測定される粒度分布より、求めることが可能である。
４×ｄ１≦ｄ２≦５０００×ｄ１ ・・・（１）
６×ｄ１≦ｄ２≦３０００×ｄ１ ・・・（２）
７×ｄ１≦ｄ２≦２５００×ｄ１ ・・・（３）

なお、本発明において用いられる球状粒子は、球状を呈するものであれば良く、必ずしも真球状を呈することは必要とされないところ、通常、真球度が０．５以上であるものが、好ましくは０．７以上であるものが、更に好ましくは０．９以上であるものが、有利に用いられることとなる。ここで、真球度とは、走査型電子顕微鏡観察において、単粒子のものを無作為に１０個選択し、その投影形状から得られたアスペクト比（短径／長径の比）の平均値を意味している。なお、球状ではない粒子（非球状粒子）の表面には突起や窪みが存在していることから、例えば、非球状粒子が、供給された水分によって溶液状となった水ガラスと共に耐火性骨材の粒子間を流動しようとすると、非球状粒子表面の突起等と耐火性骨材粒子や他の非球状粒子との衝突により、滑り止め作用が生じてしまい、耐火性骨材粒子間への水ガラス及び非球状粒子の流動が妨げられる。このため、本発明において非球状粒子を用いると、最終的に得られる鋳型の充填性や、その強度を低下させる恐れがある。

また、本発明において用いられる球状粒子を構成する材質については、特に限定されるものではないが、無機金属酸化物であることが好ましい。無機金属酸化物からなる粒子としては、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等からなる粒子が有利に用いられるのであり、それらの中でも、特に、二酸化珪素粒子は、強アルカリ性の水ガラスが二酸化珪素の表面上に形成されたシラノール基と反応することが出来、また水の蒸発に際して、二酸化珪素と固形となった水ガラスとの間に強固な結合が形成されて、鋳型強度を向上させ得る点において、好ましい。なお、二酸化珪素には晶質と非晶質とがあるが、非晶質の方が望ましく、非晶質二酸化珪素としては、沈殿シリカ、電気アーク中又は火炎加水分解で生成した焼成シリカ、ＺｒＳｉＯ₄ の熱分解により生成したシリカ、酸素を含むガスで金属珪素の酸化により生成した二酸化珪素、溶融及びその後の急冷により結晶石英から生成された球状粒子の石英ガラス粉末等を、例示することが出来る。これらは、単独で用いられ得ることは勿論のこと、２種以上のものを混合して用いることも可能である。なお、本発明において、二酸化珪素は無機金属酸化物として扱うものとする。

さらに、本発明のコーテッドサンドにおいては、その被覆層中に、上述した球状粒子の他にも、必要に応じて、各種の添加剤を適宜に含有せしめることも可能である。

そのような添加剤の一つとして、界面活性剤を例示することが出来る。本発明のコーテッドサンドにおける被覆層に界面活性剤を含有せしめると、コーテッドサンドにおける水の浸透性、換言すればコーテッドサンドの水に対する濡れ性が、効果的に向上するところから、成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンドに対して、従来より少量の水分を供給した場合であっても、成形キャビティ内のコーテッドサンドの全体が有利に湿態化して湿潤状態となる。このように、コーテッドサンドへ添加する水分の量が少量に抑えられることから、造型された鋳型の成形型からの離型性が更に向上すると共に、得られる鋳型は、より優れた強度を発揮することとなるのである。

本発明においては、従来より公知の各種界面活性剤、例えば、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤等の何れにあっても、本発明の目的を阻害しない限りにおいて、使用することが可能である。なお、シリコーン系界面活性剤とは、非極性部位としてシロキサン構造を有する界面活性剤を、また、フッ素系界面活性剤とは、パーフルオロアルキル基を有する界面活性剤を、特に示すものである。また、本発明における界面活性剤の含有量は、被覆層における水ガラスの固形分量の１００質量部に対して、０．１～２０．０質量部であることが望ましく、中でも０．５～１５．０質量部が好ましく、特に０．７５～１２．５質量部であることが好ましい。含有せしめられる界面活性剤の量が少なすぎると、上記した効果を有利に享受することが出来ない恐れがあり、その一方、界面活性剤の量が多すぎても、使用量に応じた効果の向上が認められず、また、界面活性剤の沸点によっては水ガラスが乾態化する際に界面活性剤が固体化せずに、乾態のコーテッドサンドを得ようとしても得られない恐れがあり、更には、費用対効果の観点より得策ではない。

また、本発明のコーテッドサンドにおける被覆層には、保湿剤を更に含有せしめても良い。水ガラスを含む被覆層に保湿剤を含有せしめることにより、鋳型造型の際に、水分に濡れて湿態化したコーテッドサンドの湿潤性を、加熱によって固化又は硬化されるまで、安定して維持することが可能となる。本発明における保湿剤の含有量は、被覆層における水ガラスの固形分の１００質量部に対して、０．１～２０．０質量部であることが望ましく、中でも０．５～１５．０質量部がより望ましく、０．７５～１２．５質量部であることが最も望ましい。また、そのような保湿剤としては、多価アルコール、水溶性高分子、炭化水素類、糖類、タンパク質、無機化合物等を用いることが出来る。

具体的には、多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、１，２－ブタンジオール、１，２－ペンタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，２－ヘキサンジオール、２－エチル－１，３－ヘキサンジオール、１，６－ヘキサンジオール、１，２－ヘプタンジオール、１，２－オクタンジオール、１，２，６－ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。水溶性高分子化合物としては、特に分子量１０００当り、アルコール性水酸基を５～２５個有している化合物を指すものである。このような水溶性高分子化合物としては、ポリビニルアルコール及びその各種変性物等のビニルアルコール系重合体；アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、アルキルヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体；アルキル澱粉、カルボキシルメチル澱粉、酸化澱粉などの澱粉誘導体；ポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性高分子等が挙げられる。炭化水素類としては、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、石油エーテル、石油ベンジル、テトラリン、デカリン、ターシャリーアミルベンゼン、ジメチルナフタリン等が挙げられる。糖類としては、単糖類、オリゴ糖、デキストリン等の多糖類等を挙げることが出来、その中で、単糖類は、加水分解によって更に簡単な糖類に分解することの出来ない糖類であり、好ましくは三炭糖（炭素原子３個を持つ単糖類）～十炭糖（炭素原子１０個を持つ単糖類）、より好ましくは六炭糖（炭素原子６個を持つ単糖類）である。また、タンパク質としては、ゼラチン等が挙げられる。加えて、無機化合物としては、食塩、硫酸ソーダ、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、ケイ酸塩等が挙げられる。これら各種の保湿剤を、単独で、又は２種類以上を混合して、用いることが出来る。

なお、従来より公知の各種保湿剤には、水溶性のものから難水溶性のものまで含まれているが、本発明においては、常温（２５℃）の水に投入した際に、粘度の上昇が低い保湿剤が有利に用いられる。具体的には、水溶性の保湿剤の場合、常温の水に、水の質量の２０％に相当する量の保湿剤を投入し、１時間撹拌し、かかる撹拌後の溶液の粘度が０．８～１０ｃＰ、好ましくは０．８～５ｃＰの保湿剤が、有利に用いられる。一方、難水溶性の保湿剤は、水中に分散すれば保湿剤としての効果を発揮するものであるところ、難水溶性の保湿剤であっても、常温の水に、水の質量の２０％に相当する量の保湿剤を投入し、１時間撹拌し、かかる撹拌後の溶液（水と保湿剤の混合物）をろ過し、得られるろ液の粘度が上記範囲内にあるものが、有利に用いられる。以上より、本発明において有利に用いられる保湿剤としては、グリセリン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリアクリル酸ナトリウム等の吸水性高分子、ポリビニルアルコール等のビニルアルコール系重合体、重量平均分子量が５００００以上のポリエチレングリコール（ポリエチレンオキサイド）等を、挙げることが出来る。

さらに、本発明においては、被覆層中に耐湿性向上剤を含有せしめても良い。被覆層中に耐湿性向上剤を含有せしめることにより、最終的に得られる鋳型の耐湿性の向上を図ることが出来る。本発明において用いられる耐湿性向上剤としては、コーテッドサンドにおいて従来より用いられているものであれば、本発明の効果を阻害しないものである限り、如何なるものであっても使用可能である。具体的には、炭酸亜鉛、塩基性炭酸亜鉛、炭酸鉄、炭酸マンガン、炭酸銅、炭酸アルミニウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸リチウム、四ホウ酸アンモニウム、四ホウ酸カルシウム、四ホウ酸ストロンチウム、四ホウ酸銀、メタホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、メタホウ酸リチウム、メタホウ酸アンモニウム、メタホウ酸カルシウム、メタホウ酸銀 メタホウ酸銅、メタホウ酸鉛、メタホウ酸マグネシウム等のホウ酸塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム、硫酸チタン、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸銅等の硫酸塩、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸チタン、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛等のリン酸塩、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛等の水酸化物、珪素、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、リチウム、銅、鉄、ホウ素、ジルコニウム等の酸化物等を、例示することが出来る。それらの中でも、特に塩基性炭酸亜鉛、四ホウ酸ナトリウム、メタホウ酸カリウム、硫酸リチウム、水酸化リチウムは、より有利に耐湿性を向上させることが可能である。上記したものを始めとする耐湿性向上剤は、単独で用いられ得ることは勿論のこと、２種以上のものを併用することも可能である。

なお、そのような耐湿性向上剤の使用量としては、その総量において、水ガラスの固形分１００質量部に対して、一般に、０．５～５０質量部程度であることが好ましく、中でも、１～２０質量部がより好ましく、特に、２～１５質量部が更に好ましい。耐湿性向上剤の添加効果を有利に享受するために、０．５質量部以上の使用量であることが望ましいのであり、一方、その添加量が多すぎると、水ガラスの結合を阻害し、最終的に得られる鋳型の強度が低下する等の問題を惹起する恐れがあるところから、５０質量部以下とされることが望ましいのである。

加えて、その他の添加剤として、耐火性骨材と水ガラスとの結合を強化するカップリング剤を含有せしめることも有効であり、例えば、シランカップリング剤、ジルコンカップリング剤、チタンカップリング剤等を用いることが出来る。また、コーテッドサンドの流動性の向上に寄与する滑剤の含有も有効であり、例えば、パラフィンワックス、合成ポリエチレンワックス、モンタン酸ワックス等のワックス類；ステアリン酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド等の脂肪酸アマイド類；メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド等のアルキレン脂肪酸アマイド類；ステアリン酸、ステアリルアルコール；ステアリン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等のステアリン酸金属塩；ステアリン酸モノグリセリド、ステアリルステアレート、硬化油等を使用することが可能である。更に、離型剤として、パラフィン、ワックス、軽油、マシン油、スピンドル油、絶縁油、廃油、植物油、脂肪酸エステル、有機酸、黒鉛微粒子、雲母、蛭石、フッ素系離型剤、シリコーン系離型剤等も使用可能である。そして、これらその他の添加剤は、それぞれ、コーテッドサンドの被覆層における水ガラスの固形分に対して、一般に、５質量％以下、好ましくは３質量％以下の割合となるような量において、被覆層に含有せしめられる。

ところで、本発明に従う常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドを製造するに際しては、一般に、耐火性骨材に対して、粘結剤としての水ガラスと、球状粒子と、必要に応じて用いられる添加剤とを添加し、混練乃至は混合せしめて均一に混和し、かかる耐火性骨材の表面を球状粒子を含む水ガラスにて被覆するようにすると共に、そのような水ガラスの水分を蒸散せしめることによって、耐火性骨材の表面に、水ガラス及び球状粒子を含む被覆層を形成せしめる手法が採用される。そのような手法において、被覆層の水分の蒸散は、水ガラスの固化乃至は硬化が進む前に迅速に行なわれる必要があるところから、耐火性骨材に対して、水溶液の形態にある水ガラスを投入（混合）してから、一般には５分以内に、より好ましくは３分以内に、含有水分を飛ばして、乾態の粉末状コーテッドサンドとすることが望ましい。かかる蒸散の時間が長くなると、混和（混練）サイクルが長くなり、コーテッドサンドの生産性が低下する他、水ガラスが空気中のＣＯ₂ に触れる時間が長くなって、失活する等の問題を生じる恐れが高くなるからである。

また、上述したコーテッドサンドの製造工程において、水ガラス中の水分を迅速に蒸散せしめるための有効な手段の一つとして、耐火性骨材を予め加熱しておき、それに、水溶液の形態にある水ガラス及び球状粒子を混練乃至は混合して、混和せしめるようにする手法が、採用される。この予め加熱された耐火性骨材に、水ガラス及び球状粒子を混練乃至は混合せしめるようにすることによって、水ガラス中の水分は、そのような耐火性骨材の熱にて、極めて迅速に蒸散せしめられ得ることとなるのであり、以て、得られるコーテッドサンドの水分量を効果的に低下せしめ得て、常温流動性を有する乾態の粉体が、有利に得られることとなるのである。ここで、耐火性骨材の予熱温度としては、水ガラスの含有水分量やその配合量等に応じて、適宜に選定されることとなるが、一般には１００～１６０℃程度の温度が、好ましくは１００～１４０℃程度の温度が、採用される。この予熱温度が低すぎると、水分の蒸散を効果的に行うことが出来ず、乾燥に時間がかかるようになるところから、１００℃以上の温度を採用することが望ましいのであり、また予熱温度が高すぎると、得られるコーテッドサンドの冷却時に、水ガラス成分の硬化が進み、加えて複合粒子化が進行するようになるところから、コーテッドサンドとしての機能、特に、最終的に得られる鋳型の強度等の物性に問題を生じるようになる。

なお、本発明のコーテッドサンドにおいて、水ガラスを含む被覆層に含有せしめられる球状粒子や、必要に応じて用いられる他の添加剤、例えば界面活性剤や保湿剤等は、予め水ガラスを混合した状態で耐火性骨材に添加し、混練しても良く、また、混練時に水ガラスとは別個に添加して混練しても良く、更には混練時に、水ガラスの投入との間に時間差を設けて投入し、混練しても良い。そのため、本発明のコーテッドサンドにおける被覆層は、例えば、水ガラスと球状粒子等とが渾然一体となった状態において、或いは、耐火性骨材の表面から外方に向かって、水ガラスの固形分（不揮発分）の濃度が漸次減少又は増加する一方で、球状粒子等の濃度は漸次増加又は減少するような状態において、構成されることとなる。混練等に際して、水ガラス及び球状粒子を耐火性骨材に対して投入するタイミングとしては、先ずは水ガラスを投入して混練し、その後に（時間差を設けて）球状粒子を投入することが望ましい。このような順序に従うことにより、得られるコーテッドサンドの表面において、被覆層の表面近くに球状粒子が存在せしめられるところから、そのようなコーテッドサンドを用いて造型された鋳型は、より優れた充填性を発揮することとなる。また、混練機（ミキサ）内に水ガラスを投入すると、水ガラスに含まれる水分が蒸散するに従って混練物の粘性が増加し、ミキサのモーター負荷が上昇するところ、かかるミキサのモーター負荷が最大となる前に球状粒子を投入することにより、耐火性骨材の表面を覆う軟化状態の水ガラスに球状粒子を効果的に付着させることが出来、最終的に得られるコーテッドサンドにおいて、球状粒子の脱落が有利に防止されると共に、表面に球状粒子が均一に分布しているコーテッドサンドが有利に得られるという効果も享受することが出来る。なお、本発明のコーテッドサンドを製造するに際して、粘結剤としての水ガラスは、粘度を調節するために水で希釈されたものであっても用いることが可能であり、更には、耐火性骨材との混練乃至は混合時に、水ガラスと水とを個別に添加することも可能である。

上述の如き製法に従って、本発明に従う常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドは、含水分量が、耐火性骨材の表面を覆う被覆層に含まれる水ガラスの固形分量に対して、好ましくは５～５５質量％の割合に相当する量となるように、より好ましくは１０～５０質量％の割合に相当する量となるように、最も好ましくは２０～５０質量％の割合に相当する量となるように、製造されるのである。

ところで、本発明に従う乾態のコーテッドサンドを用いて鋳型を造型する際の方法としては、以下の二つの方法を例示することが出来る。第一の方法においては、鋳型の製造場所たる造型現場にて、乾態のコーテッドサンドと水とを混練することにより、コーテッドサンドを湿態化させて湿潤状態とし、その湿潤状態とされたコーテッドサンドを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填する一方、かかる成形型を９０～２００℃の温度に加熱して、充填されたコーテッドサンドが成形型内で乾燥されるまで、保持されることとなる。第二の方法においては、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内にコーテッドサンドを充填した後に、水蒸気を吹き込み、この水蒸気の通気によって、コーテッドサンドの充填相が湿らされて湿潤状態となり、その後、９０～２００℃に加熱された成形型内で乾燥するまで保持されることとなる。

その際、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドが充填せしめられる、金型や木型等の成形型は、予め加熱により保温されていることが望ましく、それによって、水蒸気によって湿態化されたコーテッドサンドの乾燥が、有利に進行せしめられ得るのである。なお、その予熱による保温温度としては、一般に、９０～２００℃程度、特に１００～１４０℃程度の温度が、望ましい。この保温温度が高すぎると、成形型の表面にまで蒸気が通り難くなるのであり、一方、温度が低すぎると、造型された鋳型の乾燥に時間を要するようになる。加えて、かかる成形型内に充填せしめられる乾態のコーテッドサンドも、有利には、予熱されていることが望ましい。一般に、３０℃以上の温度に加温されたコーテッドサンドを、成形型に充填せしめるようにすることによって、得られる鋳型の抗折強度がより有利に高められ得ることとなるのである。このようなコーテッドサンドの加温温度としては、好ましくは３０～１００℃程度とされ、特に、４０～８０℃程度の温度に加温されたコーテッドサンドが、有利に用いられることとなる。

上記した第一の方法において、乾態のコーテッドサンドに水を加えて湿態化する工程は、単に、乾態のコーテッドサンドと所定量の水とを適当なミキサに投入して、混合せしめることにより、実施することが可能であるところから、極めて単純な作業にて実施され得て、作業環境の悪い造型現場においても、極めて簡単に且つ容易に行い得るという利点がある。なお、水の添加時には、他の添加剤を添加することも可能である。また、上記第一の方法においては、成形型の加熱に代えて、成形型内に充填された湿潤状態のコーテッドサンドに対して、乾燥空気や乾燥加熱空気、窒素ガス等を吹き込むことにより、コーテッドサンドを乾燥させ、固化乃至は硬化させることも可能である。

一方、上記した第二の方法においては、上記の如く加熱された成形型内に、具体的には、その成形キャビティ内に、本発明に従う乾態のコーテッドサンドを充填せしめた後、そこに形成される充填相内に、成形型に設けられた通気口を通じて、水蒸気を加圧下に通気させて、かかる充填相を構成するコーテッドサンドを湿態化させて（湿らせて）、コーテッドサンドの被覆層に含まれる水ガラスによってコーテッドサンドを相互に結合させて連結せしめ、一体的な鋳型形状のコーテッドサンド集合体（結合物）が形成されるのである。なお、水ガラスは、通常、何の添加剤も加えられていなければ、水の蒸発乾固により固化し、また硬化剤としての酸化物や塩が加えられている場合には、硬化することとなるのである。実用的には、硬化剤が添加されることとなるところから、充填相は硬化されたものとなるが、単に、固化されたものであっても、何等差支えない。

ここで、そのような成形型の通気口を通じて吹き込まれて、コーテッドサンドの充填相内を通気せしめられる水蒸気の温度としては、一般に、８０～１５０℃程度、より望ましくは９５～１２０℃程度とされる。高温の水蒸気温度を採用すると、その生産のために多量のエネルギーが必要となるところから、特に１００℃付近の水蒸気温度が有利に採用されることとなる。また、通気せしめられる水蒸気の圧力としては、ゲージ圧で、０．０１～０．３ＭＰａ程度、より好ましくは０．０１～０．１ＭＰａ程度の値が有利に採用されるのである。コーテッドサンドの通気性が良い場合において、水蒸気を通気させるための圧力が、前記したゲージ圧程度であれば、成形型内に形成される鋳型に、満遍なく、水蒸気を通気させることが出来るのであり、しかも水蒸気の通気時間及び鋳型の乾燥時間が短時間で済み、造型速度を短縮することが出来る特徴がある。また、そのようなゲージ圧であれば、コーテッドサンドの通気性が悪い場合においても、造型が可能となる利点がある。なお、ゲージ圧が高すぎると、通気口付近でしみつきが発生する恐れがあり、一方、ゲージ圧が低すぎると、コーテッドサンドの充填相の全体に通気せず、コーテッドサンドを充分に湿らせることが出来ない恐れがある。

また、かくの如く水蒸気を通気させる方法としては、成形型に設けた通気口から水蒸気を吹き込み、成形型の成形キャビティ内に充填されたコーテッドサンド（相）内を通気せしめる手法が採用され、更にその通気時間としては、かかる充填されたコーテッドサンドの表面に水蒸気を供給して、その表面の被覆層に含まれる粘結剤たる水ガラスを充分に湿らせ、コーテッドサンドを相互に結合（接合）し得るような時間が、成形型の大きさや通気口の数等によって、適宜に選定されることとなるが、一般に、２秒程度から６０秒程度までの通気時間が、採用されることとなる。この水蒸気の通気時間が短すぎると、コーテッドサンド表面を充分に湿らせることが困難となるからであり、また通気時間が長すぎると、コーテッドサンド表面の粘結剤（水ガラス）が溶解乃至流出する恐れ等が生じるからである。また、この成形型内に充填されたコーテッドサンド内における水蒸気の通気性は、かかる成形型の排気口から型内の雰囲気を吸引しつつ、水蒸気の通気を行なうことによって、より向上させることが可能である。

さらに、本発明のコーテッドサンドを用いて鋳型を製造するに際して、上述した第一の方法及び第二の方法においては、湿ったコーテッドサンドの充填相を積極的に乾燥させるべく、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスを吹き込み、かかる充填相に通気せしめるようにする手法が、好適に採用される。このような乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスの通気によって、コーテッドサンドの充填相の内部に至るまで十分に且つ迅速に乾燥させて、かかる充填相の固化乃至は硬化をより一層有利に促進せしめ、以て、硬化速度を有利に高めると共に、得られる鋳型の抗折強度等の特性をも有利に高め得ることとなる他、鋳型の造型時間の短縮にも、有利に寄与し得るのである。

また、成形型の保持中に、水ガラスの硬化を促進させるための添加剤として、成形型内に硬化剤を添加しても良い。硬化剤で粘結剤（水ガラス）を中和することで、その固化をより促進させることが可能である。なお、硬化剤の通気は、成形型での保持中であれば、いずれのタイミングで行っても良く、水蒸気の通気と同時に、又は乾燥空気等の通気と同時に行なっても、何等差支えない。

硬化剤としては、二酸化炭素（炭酸水）、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、シュウ酸、カルボン酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸や、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、γ－ブチロラクトン、γ－プロピオンラクトン、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、グリセリンジアセテート、トリアセチン、プロピレンカーボネート等のエステルや、メタノール、エタノール、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール等の一価のアルコール等を、例示することが出来る。これら硬化剤は、単独で用いられ得ることは勿論のこと、２種以上のものを混合して、使用することも可能である。なお、これらの硬化剤は、成形型の保持中にガス状又は霧状にしたものを、成形型内に通気すると良く、乾態のコーテッドサンドに水を加えて湿態化する場合には、水と共に硬化剤を加えても良い。

さらにまた、本発明のコーテッドサンドを用いて鋳型を製造するに際しては、上述した、成形型内にコーテッドサンドを充填して成形する手法の他、公知の各種の造型手法が適宜に採用され得ることは、言うまでもないところである。

以下に、幾つかの実施例を用いて、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等限定的に解釈されるものでないことが理解されるべきである。なお、以下の実施例や比較例において、「％」及び「部」は、特に断りのない限りにおいて、何れも、質量基準にて示されている。また、実施例や比較例で得られたコーテッドサンド（ＣＳ）の水分量、充填性、充填流動性、強度の評価は、それぞれ、以下のようにして行った。

－水ガラスの固形分に対する水分量の測定－
空焼して秤量したるつぼに、各ＣＳを１０ｇ秤量して収容し、９００℃にて１時間曝熱した後の質量減少量（％）を用いて、ＣＳ中の水分量（Ｗ１）を、下記の式（４）より算出する。なお、秤量は、小数点以下第４位まで計測する。次に、ＣＳに対する水ガラスの固形分量（Ｂ１）を、下記の式（５）を用いて算出し、その後、ＣＳ中の水分量（Ｗ１）及びＣＳに対する水ガラスの固形分量（Ｂ１）より、水ガラスの固形分量に対する水分量（被覆層における水ガラスの固形分量に対するＣＳの水分量：Ｗ２）を、下記の式（６）を用いて算出する。以上の如くして算出されたＷ２を、下記表１及び表２において「含水分量」として示す。
Ｗ１＝［（Ｍ１－Ｍ２）／Ｍ３］×１００ ・・・（４）
［Ｗ１：ＣＳ中の水分量（％）、Ｍ１：焼成前のるつぼとＣＳの合計
質量（ｇ）、Ｍ２：焼成後のるつぼとＣＳの合計質量（ｇ）、Ｍ３
：焼成前のＣＳの質量（ｇ）］
Ｂ１＝［Ｂ２／（１００＋Ｂ２）］×（１００－Ｗ１） ・・・（５）
［Ｂ１：ＣＳに対する水ガラスの固形分量（％）、Ｂ２：砂の１００
部に対して添加した水ガラスの固形分量（部）、Ｗ１：ＣＳ中の水
分量（％）］
Ｗ２＝（Ｗ１／Ｂ１）×１００ ・・・（６）
［Ｗ２：被覆層における水ガラスの固形分量に対するＣＳの水分量（
％）、Ｗ１：ＣＳ中の水分量（％）、Ｂ１：ＣＳに対する水ガラス
の固形分量（％）］

－抗折強度の測定－
各ＣＳを用いて得られた、幅：２．５４ｃｍ×高さ：２．５４ｃｍ×長さ：２０ｃｍの大きさの試験片について、その破壊荷重を、測定器（高千穂精機株式会社製：デジタル鋳物砂強度試験機）を用いて、測定する。そして、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式（７）により、算出する。
抗折強度（Ｎ／ｃｍ² ）＝１．５×（Ｌ×Ｗ）／（ａ×ｂ² ）
・・・（７）
［Ｌ：支点間距離（ｃｍ）、Ｗ：破壊荷重（Ｎ）、ａ：試験片の幅（
ｃｍ）、ｂ：試験片の厚み（ｃｍ）］

－充填率（％）の測定－
各実施例又は各比較例において造型して得られた、幅：２．５４ｃｍ×高さ：２．５４ｃｍ×長さ：２０ｃｍの大きさの鋳型を、それぞれ試験片として用いて、骨材の真比重に対する各試験片の比重（質量を試験片の体積で除して算出する）の割合を、百分率で算出する。
充填率（％）＝｛［各試験片の質量（ｇ）／体積（ｃｍ³ ）］
／骨材の真比重（ｇ／ｃｍ³ ）｝×１００

－中子崩壊性試験－
先ず、図１に示されるように、予め常温自硬性砂で作製された、上部に溶湯注入口２と下部に中子の幅木固定部４（この部分は鋳物からの廃中子の排出口となる）を有する半割れ中空主型６（キャビティ直径：６ｃｍ、高さ：６ｃｍ）内に、各々のＣＳを用いて作製した幅木部８を有する円形無空中子１０（直径：５ｃｍ、高さ：５ｃｍ）を、幅木固定部４で接着固定した後、更に相方中空主型６を接着固定して、鋳造試験用砂型１２を作製する。次に、この鋳造試験用砂型１２の溶湯注入口２からアルミニウム合金溶湯（温度：７１０±５℃）を注湯し、凝固せしめた後、主型６を壊して、図２に示す円形の廃中子排出口１４（直径：１．６ｃｍ）を有する鋳物１６を取り出す。そして、所定の温度となったところで、かかる得られた鋳物１６に対して、圧力：０．２ＭＰａにて、エアーハンマーにより１回に３秒間の衝撃を与え、排出口１４から排出する。中子砂が１００％排出されるまでエアーハンマーによる衝撃を繰り返し、その回数を表記した。

－平均粒子径－
日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置（製品名：ＭＴ３２００II）を用いて、粒度分布から、積算値５０％の粒子径を平均粒子径（Ｄ₅₀）として測定した。なお、実施例及び比較例で用いた球状粒子及び非球状粒子について、上記測定装置を用いて平均粒子径を測定したところ、各メーカーの公表値との間の誤差が１０％以内であったため、以下において、球状粒子及び非球状粒子の平均粒子径はメーカーの公表値を示す。

－乾態ＣＳの製造例１－
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス＃５０（商品名、花王クエーカー株式会社製、平均粒子径：２９２．１μｍ、粒径係数：１．０１）を準備すると共に、粘結剤たる水ガラスとして、市販品である２号ケイ酸ナトリウム（商品名、富士化学株式会社製、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比：２．５、固形成分：４１．３％）を準備した。そして、上記のルナモス＃５０を約１２０℃の温度に加熱した後、品川式万能攪拌機（５ＤＭ－ｒ型）（株式会社ダルトン製）に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス＃５０の１００部に対して、１．２１部（固形成分：０．５０部）の割合で、また球状粒子として、球状二酸化ケイ素粒子であるエルケムマイクロシリカ（商品名、エルケム・ジャパン株式会社製、平均粒子径：０．１５μｍ、真球度：０．９６）を０．０５部（水ガラスの固形分１００部に対して１０部）の割合で添加して、３分間の混練を行ない、水分を蒸発せしめる一方、砂粒塊が崩壊するまで攪拌混合せしめ、更にステアリン酸カルシウムの０．０１部（水ガラスの固形分１００部に対して２部）を加えて攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンド：ＣＳ１を得た。かかる混練後のＣＳ１の含水分量を測定したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例２－
添加する球状粒子を、球状二酸化ケイ素粒子であるＨＳ３１１（商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径：２．２μｍ、真球度：０．９８）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ２を得た。得られたＣＳ２の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例３－
添加する球状粒子を、球状二酸化ケイ素粒子であるＨＳ３１２（商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径：９．５μｍ、真球度：０．９６）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ３を得た。得られたＣＳ３の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例４－
添加する球状粒子を、球状二酸化ケイ素粒子であるＨＳ２０６（商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径：１２．０μｍ、真球度：０．９７）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ４を得た。得られたＣＳ４の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例５－
添加する球状粒子を、球状二酸化ケイ素粒子であるサンスフェアＮＰ－２００（商品名、ＡＧＣエスアイテック株式会社製、平均粒子径：１８．２μｍ、真球度：０．９７）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ５を得た。得られたＣＳ５の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例６－
添加する球状粒子を、球状酸化アルミニウム粒子であるＡＺ２－７５（商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径：２．５μｍ、真球度：０．９５）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ６を得た。得られたＣＳ６の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例７－
添加する球状粒子を、球状酸化アルミニウム粒子であるＡＺ４－７５（商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径：４．５μｍ、真球度：０．９６）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ７を得た。得られたＣＳ７の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例８－
添加する球状粒子を、球状酸化アルミニウム粒子であるＡＺ１０－７５（商品名、新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、平均粒子径：１０．５μｍ、真球度：０．９４）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ８を得た。得られたＣＳ８の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例９－
添加する球状粒子を、球状酸化チタン粒子であるＳＧ－ＴＯ２００（商品名、Ｓｕｋｇｙｕｎｇ ＡＴ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製、平均粒子径：０．２μｍ、真球度：０．９３）とした以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ９を得た。得られたＣＳ９の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１０－
粘結剤たる水ガラスとして、市販品の１号ケイ酸ナトリウム（商品名、富士化学株式会社製、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比：２．１、固形成分：４８．５％）を用い、その添加量を、耐火性骨材（ルナモス＃５０）の１００部に対して１．０３部（固形成分０．５０部）としたこと以外は、上記製造例２と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１０を得た。得られたＣＳ１０の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１１－
粘結剤たる水ガラスとして、市販品の３号ケイ酸ナトリウム（商品名、富士化学株式会社製、ＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂Ｏ のモル比：３．２、固形成分：３８％）を用い、その添加量を、耐火性骨材（ルナモス＃５０）の１００部に対して１．３２部（固形成分０．５０部）としたこと以外は、上記製造例２と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１１を得た。得られたＣＳ１１の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１２－
球状粒子の添加量を０．５部としたこと以外は、上記製造例２と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１２を得た。得られたＣＳ１２の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１３－
球状粒子の添加量を１．０部としたこと以外は、上記製造例２と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１３を得た。得られたＣＳ１３の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１４－
球状粒子を添加しないこと以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１４を得た。得られたＣＳ１４の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１５－
球状粒子に代えて、非球状二酸化ケイ素粒子であるサンラブリー（商品名、ＡＧＣエスアイテック株式会社製、平均粒子径：４．１μｍ）を用いた以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１５を得た。得られたＣＳ１５の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１６－
球状粒子に代えて、非球状酸化チタン粒子であるＫＡ－１０（商品名、チタン工業株式会社製、平均粒子径：０．４μｍ）を用いた以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１６を得た。得られたＣＳ１６の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－乾態ＣＳの製造例１７－
球状粒子に代えて、非球状酸化チタン粒子であるＳＴＴ－６５Ｃ－Ｓ（商品名、チタン工業株式会社製、平均粒子径：０．０４μｍ）を用いた以外は、上記製造例１と同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のＣＳ１７を得た。得られたＣＳ１７の含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の４０質量％に相当する量であった。

－鋳型の造型例（実施例１～１３、比較例１～４）－
上記した各手順に従って製造されたＣＳ（温度：２０℃）を、１１０℃に加熱された成形金型内に、圧力：０．３ＭＰａのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、更に０．０５ＭＰａのゲージ圧力の下で、温度：９９℃の水蒸気を５秒間吹き込み、成形金型内に充填したコーテッドサンド相に通気せしめた。次いで、そのような水蒸気の通気が終了した後、０．０３ＭＰａのゲージ圧力の下で、温度１５０℃の熱風を２分間吹き込み、成形金型内に充填されたＣＳをそれぞれ硬化させることにより、試験片［２．５４ｃｍ×２．５４ｃｍ×２０．０ｃｍ］として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。なお、実施例及び比較例の各々に係る鋳型（試験片）を作製する際に使用したＣＳは、下記表１乃至表３に示す通りである。

上記の実施例１～１３及び比較例１～４で得られた各々の鋳型（試験片）について、前述の試験法に従って、充填性の測定及び強度の測定を実施した。また、ＣＳ１～１７を用いて、図１に示す鋳造試験用砂型を作製し、その中子の崩壊性を前述の試験法に従って評価した。それらの結果を、下記表１乃至表３に示した。

かかる表１乃至表３の結果から明らかなように、本発明に従う、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにあっては、これを用いて得られる鋳型が、優れた強度（抗折強度）を発揮すると共に、優れた崩壊性をも有することが、認められる。

次に、上記した各手順に従って製造されたＣＳ２、ＣＳ６、ＣＳ９、ＣＳ１４（温度：２０℃）を常温のまま、品川式万能撹拌機（５ＤＭ－ｒ型、株式会社ダルトン製）に投入し、更に、水を、ＣＳの１００部に対して２．０部の割合にて、撹拌機内に添加し、撹拌することにより、湿態化させたＣＳを準備した。撹拌機内より取り出した湿態状のＣＳを、１５０℃に加熱された成形金型内に充填した後、成形金型内で保持し、０．０３ＭＰａのゲージ圧力の下で、温度１５０℃の熱風を９０秒間吹き込み、かかる成形型内に充填されたＣＳを各々、固化（硬化）させることにより、試験片［２．５４ｃｍ×２．５４ｃｍ×２０．０ｃｍ］として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。なお、実施例１４～１６、比較例５の各々に係る鋳型（試験片）を作製する際に使用したＣＳは、下記表４に示す通りである。

また、上述のように所定量の水を添加することによって湿態化させたＣＳを用いて、図１に示す円形無空中子を作製し、かかる中子の崩壊性を前述の試験法に従って評価した。なお、中子作製の際の各種条件（成形型の加熱温度等）については、上述した鋳型（試験片）作製の際の条件と同一とした。試験結果を、下記表４に示した。

かかる表４の結果からも明らかなように、本発明に従うコーテッドサンドに水を添加して湿態化させたものを用いて、鋳型を成形した場合、それによって得られる鋳型は、水蒸気の通気によって得られる鋳型と比較して、より高い強度を発揮し、同程度の充填性や崩壊性を発揮するものであることが、認められるのである。

２ 溶湯注入口 ４ 幅木固定部
６ 主型 ８ 幅木部
１０ 中子 １２ 砂型
１４ 廃中子排出口 １６ 鋳物

Claims (10)

1. 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドにして、
   前記被覆層に、真球度が０．９以上の球状粒子が含有せしめられており、
   前記耐火性骨材は、粒形係数が１．２以下である球状を呈するものであり、
   前記球状粒子の平均粒子径ｄ１と前記耐火性骨材の平均粒子径ｄ２とが、下記式（１）を満たすことを特徴とするコーテッドサンド。
   ４×ｄ１≦ｄ２≦５０００×ｄ１ ・・・（１）
2. 前記球状粒子の真球度が０．９３以上である請求項１に記載のコーテッドサンド。
3. 含水分量が、前記被覆層における水ガラスの固形分量の５～５５質量％である請求項１又は請求項２に記載のコーテッドサンド。
4. 前記球状粒子の含有量が、前記被覆層における水ガラスの固形分の１００質量部に対して、０．１～５００質量部である請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のコーテッドサンド。
5. 前記球状粒子の平均粒子径が０．１～２０．０μｍである請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のコーテッドサンド。
6. 前記球状粒子が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム又は酸化チタンからなる球状粒子より選ばれる一種又は二種以上のものである請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のコーテッドサンド。
7. 耐火性骨材の表面が水ガラスを含む被覆層にて覆われてなる、常温流動性を有する乾態のコーテッドサンドの製造方法にして、
   粒形係数が１．２以下である球状を呈し、平均粒子径がｄ２である耐火性骨材と、真球度が０．９以上であり、平均粒子径がｄ１である球状粒子とを、ｄ１及びｄ２が下記式（１）を満たす条件の下に用いて、
   ４×ｄ１≦ｄ２≦５０００×ｄ１ ・・・（１）
   加熱した前記耐火性骨材に対して、水ガラスを主成分とする粘結剤、及び前記球状粒子を混和せしめ、水分を蒸発させることにより、該耐火性骨材の表面が水ガラス及び該球状粒子を含む被覆層にて覆われてなり、含水分量が該被覆層における水ガラスの固形分量の５～５５質量％であるコーテッドサンドを製造することを特徴とするコーテッドサンドの製造方法。
8. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のコーテッドサンドを用い、それを、目的とする鋳型を与える成形型の成形キャビティ内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
9. 請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のコーテッドサンドに水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
10. 前記成形型の保持中に、さらに、乾燥空気、加熱乾燥空気又は窒素ガスが、前記成形型の成形キャビティ内に通気せしめられる請求項８又は請求項９に記載の鋳型の製造方法。
    

Images