1985		2006
	AVERAGE	STDEV	AVERAGE	STDEV
compactability vol%	38.0	8.5	29.6	2.2
specimen density g/cm3	1.434	0.050	1.444	0.028
compression strength　 N/cm2	11.5	3.6	16.2	2.2
Permeability	147	43	137	17
surface stability index mass%	82.7	6.3	76.6	5.9
moisture mass%	3.7	0.9	2.8	0.3
total clay mass%	11.3	2.1	9.3	1.4
active clay mass%	8.1	2.1	7.8	1.1
loss on ignition mass%	3.3	1.3	3.63	0.72
grain fineness distribution JIS.FN	115.0	14.2	111.1	17.8
carbonaceous materials mass%	2.8	1.3	3.22	0.74
metallics mass%	1.3	0.6	0.82	0.22
inert fines mass%	1.7	1.8	0.26	0.44
low refractoriness materials mass%	20.4	9.0	21.1	3.1
quartz content mass%	65.8	10.0	67.0	3.3

●コンパクタビリティ（Compactability）
コンパクタビリティは，生型砂が3360μmの篩いを通過させ，φ５０×１１０の容器に投入し，３回ラミングした試験片の高さにより，次式から計算できる．

▲Fig.12　コンパクタビリティ試験器

測定方法から明らかなように，コンパクタビリティは，流動性を表す特性である．
また，コンパクタビリティは，およそ25～55%の間で水分と相関があり，Fig.13に見られる様な直線的な関係がある．
したがって，コンパクタビリティを測定することで水分を推定することができる．
ただし，これは活性粘土分,全粘土分,オーリチック分などの生型砂組成が一定の時に当てはまる．
つまり，コンパクタビリティと水分の相関が無くなる時は，生型砂組成が変化している時と判断することができる．

▲Fig.13　コンパクタビリティと水分の関係

コンパクタビリティは，管理値として適正な値を決める必要がある．
最近の高速・高圧造型機では，造型時に35%前後に管理する事が多い．
低圧造型機では40～50%になる．コンパクタビリティは，低い場合と高い場合で発生する問題が異なる．そのために適正な値を決める必要がある．
Table10にコンパクタビリティの変化による問題をまとめた．

Table10　コンパクタビリティの高低による問題

low level	high level
a)sand inclusions b)mold drop c)erosion d)crush e)broken edges f)scab g)expansion defects	a)oversize castings b)mold-wall movement c)blowholes d)pinholes e)rough surfaces f)shake-out problems g)collapsibility h)penetration i)burn on

●水分（Moisture）
水分は，コンパクタビリティと相関があるために，水分量の変化と鋳造欠陥の関係は，Table6と同一となる．
生型砂組成が一定の時，相関があるために，相関がなくなった時は，生型砂組成が変化したと考えればよい．
コンパクタビリティが一定であるにもかかわらず，水分が増加している場合と減少している場合の生型砂組成の変化をTable11にまとめた．

Table11　生型砂組成の変動と水分の関係

increasing moisture	decreasing moisture
a)increase in MB-clay b)increase in total clay c)increase in oolitics d)increase in fines e)increase in additives f)low mixing efficiency	a)reduction in MB-clay b)reduction in total clay c)reduction in oolitics d)reduction in fines e)reduction in additives f)high mixing effeciecy

水分は生型砂の電気抵抗，密度，トルク，電磁波等から間接的に自動測定することが可能ではあるが，データをコンバートする際にエラーが生じやすい．
生型砂を乾燥して測定する方法は正確であるが，測定に時間を要する．自動測定で頻度よく測定し，１日に１度か２度乾燥による方法でチェックするとよい．

●試験片重量（密度）（Specimen weight(density)）
試験片密度は，抗圧力を測定する際の試験片の密度である．試験片密度が低いことはオーリチックが増加していることを示している．その結果，焼付き（目さし）が増加し， 生型砂の水分添加量が増加する．試験片密度が高い場合は，膨張系の欠陥や砂かみ欠陥が増加する．
Fig.14に，試験片重量と石英含有量の関係を示した．
試験片重量を測定する事で石英含有量を推定する事が可能である．石英含有量は，シリカプログラム試験で正確な値を測定できる．試験片重量からの推定は，エラーが入りやすいが迅速である．

▲Specimen weight,g
Fig.14 試験片重量と石英量の関係

●抗圧力，せん断力（Green compression strength, Shearing strength）
湿態抗圧力は，生型砂の強度を代表的に表す特性である．
ベントナイト添加量が15%までは，量が増えるにしたがって抗圧力が増加する．15%以上になるとけい砂の内部摩擦応力が低下するために，抗圧力がサチレイトしそれ以上は上がらなくなる．
鋳物砂の強度発現は以下の要因から成り立っている． 　　　
　 （1）クーロン力（Coulomb's force） 　　　
　 （2）ファン・デル・ワールス力（Van der Waals' force）
　 （3）水の表面張力（surface tension of water）
　 （4）けい砂の内部摩擦応力（frictional stress of sand grain） 　
鋳物砂は，けい砂－ベントナイト－水の混合物であり，それらの比率は一般的には，けい砂は85～95%，ベントナイトは3～15%，水は1～7%である．これらの比率の中で，ベントナイトに対して水が20～35%の間で最も抗圧力が高くなる．また，混練効率が強度に対して重要なファクターとなる．
抗圧力の他に，鋳型の強度を測定する方法としては，せん断力,引張力ある．これらは，強度発現の要因の内，内部摩擦応力の寄与率が小さくなり，（1）～（3）のベントナイト－水の要因が高くなる．
抗圧力は（4）の寄与率が高い．抗圧力を測定すると，砂－ベントナイト－水の強度が測定でき，剪断力や引張力を測定すると，ベントナイト－水の強度を測定することになる．

●通気度（Permeability）
通気度は，試験片密度に左右される特性であり，試験片密度が上昇するにしたがって低下する．
試験片密度と通気度の間には，高い負の相関がある．
ただし，試験片密度が各生型砂組成の比重と生型砂特性の充填性の影響を受けるのに対して，湿態通気度は，生型砂 特性の充填性と鋳物砂の粒度構成の影響を受ける．
通気度の値は，一般的には120～180が主体である．通気度が低いと，ガス欠陥（ブローホール）が発生しやすくなるが，鋳肌は良好になる．
逆に通気度が高くなるとガス欠陥は少なくなるが，物理的焼付き欠陥が発生しやすくなる．
また，鋳型の熱伝導性は，空気（蒸気）を媒体として熱が伝わるので，通気度が高いと熱が伝わりやすくなる．

●全粘土分（Total clay）
全粘土分は，JIS Z 2601（鋳物砂の粘土分試験方法）によって測定できる．
この粘土分は粘土鉱物学的な粘土を指すものではなく，20μｍ以下の粒子を意味する．
つまり，20μｍ 以下の粒子であれば，ベントナイト，けい砂，澱粉，石炭粉等の微粒子を全て指す．測定はストークスの法則を利用している．
20μｍ以上の粒子は，水中では5分間で150ｍｍ以上沈降しない性質を利用して測定している．

●活性粘土分（Active clay,M.B.clay）
活性粘土分は，鋳物砂中のベントナイト量を直接的に求める方法である．
ベントナイトがメチレンブルー（methylen blue）を吸着することを利用した試験である．
ベントナイトは種類によって，methylen blueを吸着する量が異なり，鋳物砂のメチレンブルー吸着量を測定するとベントナイトの吸着量から計算できる． 　
活性粘土分を測定する際に，鋳物砂の分散方法を変えると測定値が異なってくる．
これは，ベントナイトが熱影響により結晶相関が接近しかけているからである．
強力に分散させると接近しかけたベントナイトも定量することができる．分散方法が弱いと層間の離れたベントナイトのみの定量となる．強力な分散方法とは，ピロリン酸ソーダを分散剤にして煮沸撹拌する方法である．弱い分散方法とは，硫酸を分散剤にして超音波で分散させる方法である．

●灼熱減量（Loss on ignition）
灼熱減量は，乾燥鋳物砂を1000℃で2時間焼成した時の減量パーセントである．
意味するところは，石炭粉，澱粉等の二次添加材，ベントナイト，けい砂の結晶水，中子等に含まれるバインダーなどである． 　
二次添加材を使用しない鋳物工場では，灼熱減量が1%前後になる．鋳物工場全体の平均は3%程度になる．
鋳物工場の砂管理者の考えによって異なるが，FCDのラインでは石炭粉を多く添加し灼熱減量を4%程度に管理するケースがある．石炭粉から発生する還元性ガスによって，ピンホールが抑制されるからである．
ＦＣのラインでは，通常は2.5～3.0% である．灼熱減量が少ないと物理的焼付き（目さし）が発生し，多いとブローホールが発生する．
FCとFCDを交互に鋳込むラインでは，灼熱減量の設定に苦慮する．FCDにおけるピンホールの発生具合で設定値を決めている．

●粒度分布（Grain fineness distribution）
粒度分布は解粒法と団粒法がある．
解粒法は，粘土分を除去した後の鋳物砂の粒度分布である．
団粒法は，粘土分を除去しないで乾燥のみ鋳物砂に加えた後に粒度分布を測定したものである．
２つの粒度分布を対比すると粘土分の付着具合が判断できる．例えば，200ｍｅｓｈ以降で解粒法と団粒法に差があれば，微粉状態の粘土が多いと考えられる．
また，26ｍｅｓｈ以上でそれらの差が多いと，ダマが多いと考えられる．

シリカプログラムは生型砂組成を測定する試験方法であり，通常，化学分析によりシリカ分を定量し，他の項目を計算によって算出している．
Fig.15にこの試験方法のフローチャートを示す．Table12にシリカプログラムの項目を示す．
シリカプログラム試験をすることで生型砂組成が明確になり，生型砂の管理が容易になるが，シリカプログラム試験ではシリカ分以外は全て計算値になるので，その算出方法と用語の意味を十分に理解する必要がある．
例えは，炭素質とは全炭素量では無く，灼熱減量から無機質物質の灼熱減量（結 晶水）を補正した値である．
また，金属分は，塩酸可溶分のことであり，鉄分を意味する物ではない．
オーリチック分の意味についても混乱が多々あるので，Table12にあわせてその定義をまとめた．

Table12　シリカプログラム試験項目とその意味

項　目	計算法あるいは用語の意味
炭素質（Carbonaceous materials）	灼熱減量－ （けい砂及びベントナイトの灼熱減量）
金属分（Metallics）	塩酸可溶分
不活性微粉（Inert fines）	全粘土分－活性粘土分＋炭素質＋金属分
オーリチック分（oolitic materials）	りん酸可溶分 （基礎砂のりん酸可溶分で補正）
シリカ分（Quartz content）	実測値（乾燥生型砂中のシリカ分）
フラックス分（Fluxing materials）	オーリチック分＋不活性微粉
清浄度（Percentage cleanliness）	全粘土分除去後の水洗砂中のシリカ分

▲Fig.15　シリカプログラムのフローチャート
（測定時間，作業時間）

シリカプログラム試験は，生型砂を熱リン酸により溶解し，これに溶解しない石英を定量し，基礎砂と称される新砂のオーリチック分相当で補正してオーリチック分を求める試験方法である．
ところが，この熱リン酸可溶分（低耐火度物質）を慣例的にオーリチック分と呼ぶことが多く，これが混乱の元となっている．
　　 熱リン酸可溶分（低耐火度物質）=オーリチック分+長石
基礎砂による補正は，鋳造工場が様々なけい砂を不特定の比率で使用することで，補正ができなくなっている．
代表的なけい砂のオーリチック分相当（長石等）を，Table13に示す．けい砂の種類によって，オーリチック分相当は大きく異なる．

Table13　代表的なけい砂のオーリチック分相当（長石）　%

	灼熱減量	全粘土分	金属分	オーリチック 相当	シリカ分
再生砂	0.1	0.4	0.5	10.8	87.8
温泉津けい砂	0.4	0.1	0.4	12.9	86.1
河村けい砂－１	0.6	0.1	0.8	26.3	71.6
河村けい砂－２	0.7	0.5	0.9	27.8	69.0
最上けい砂	0.4	0.2	0.1	16.0	85.1
秩父けい砂	0.6	0.4	1.5	5.3	93.2
浜岡けい砂	1.1	0.4	3.5	54.2	42.4
白銀けい砂	0.2	0.2	0.2	2.4	97.1
三河けい砂	0.2	0.4	0.4	5.4	93.4
フラタリー	0.1	0.1	0.2	0.9	98.6
フリーマントル	0.1	0.1	0.1	0.5	99.5

従来のシリカプログラム分析では，オーリチック分と長石の分離定量が難しいことから，筆者らはＸ線回折を用いて，同一の生型砂の石英量と長石量を求め，オーリチックを計算する方法を確率している．
Fig.16にＸ線回折によるけい砂の石英と長石の回折チャートを示す．
オーリチックはガラス状物質であるために，Ｘ線の回折が生じないが，石英及び長石は鉱物であるために回折ピークが生じる．
これらを定量することで，生型砂中の石英量と長石量を知ることが可能である．

▲Fig.16　補正Ｘ線回折オーリチック試験法による石英と長石の回折チャート
Ｑ：石英　Ｆ：長石

Fig.17に補正X線回折オーリチック試験によって求めた生型砂のオーリチック分を示す．
あわせて，低耐火度物質（長石を含むオーリチック）と長石を示す．
オーリチック分は6.9%が平均であり，およそ2～12%の範囲に多く分布していることが明らかとなっている．

▲Fig.17　補正X線回折オーリチック試験によるオーリチック分

本編は，1998年10月に発行したTSUCHIYOSHI技術NEWSの技術論文を当社のホームページにアップするに当たり改訂したものである．
いささか古くなったデータや時代の流れにそぐわない箇所を書き改めた．
前回同様に，生型型材料とその試験方法に関する基礎レベルの内容としてまとめている．
生型試験方法及び測定の例については，弊社の生型分析結果報告書（鋳造工場の生型砂を弊社で分析）の項目順に準拠して記述しているので対比して見ていただければ幸いである．

【参考文献】
1） 太田英明：鋳型の生産技術（素形材センター）（1995）15
2） D.M.Stefanescu,S.R.Giese,T.S.Piwonka,A.M.Lane:AFS Trans.104(1996)1233
3） R.E.Grim：Clay Mineralagy（McGRAW-HILL）（1968）79
4） R.E.Grim：Applied Clay Mineralogy（McGRAW-HILL）（1962）181
5） 鈴木繁男，田村太郎，二木邦夫：鋳型用澱粉（日本綜合鋳物センター）（1996）18
6） 黒川豊，尾添伸明，太田英明：鋳造工学70（1998）7，495
7） H.W.Dietert，A.L.Graham，R.Piaski，F.Hofmann：AFS Trans.83（1975）233
8） F.Hofmann，F.Satmar：AFS Trans.88（1980）177
9） 黒川豊，市岡雅義，太田英明，三宅秀和：鋳造工学71（1999）614
10) 黒川豊，水田豊昭，矢尾井潤，太田英明，三宅秀和：鋳造工学72（2000）346
11) 黒川豊，矢尾井潤，上林仁司，太田英明，三宅秀和：鋳造工学73（2001）187