コラム

鋳造プロセスにおける中子の定義

鋳造とは、金属を融点以上に加熱して液体にし、型に流し込んで固めることで目的の形状を作り出す金属加工法です。この鋳造プロセスにおいて、「中子（なかご）」とは、鋳物製品の内部に空洞を設けるために使用される鋳型の一種を指します。

中子は、特に鈴のように複雑な中空構造を持つ製品や、内部に空間が必要な製品を製造する際に不可欠な要素となります。中子を金型内に正確に設置し、そこに溶融した金属を流し込むことで、中子で覆われた部分が空洞として形成されるのです。

中子は、鋳造品の寸法精度や内部構造に直接影響を与えるため、その設計と配置には精密さが求められます。不安定な状態や不適切な配置は、製品の肉厚のばらつきなどを引き起こす原因となります。

中子が果たす主要な機能（内部形状の形成など）

鋳造プロセスにおける中子は、製品に中空構造や複雑な内部形状を形成するために不可欠です。鈴や水道の蛇口のように、内部に空洞を持つ製品を鋳造する際に、中子は砂型とは別に配置されます。

中子を金型内に設置し、溶湯を流し込むことで、中子によって形成される空間が空洞として製品に残ります。また、中子は注湯される溶湯の温度や圧力に耐えうる強度と、鋳造後の取り出しやすさも求められるでしょう。安定した中子の設置は、鋳物製品の肉厚を均一に保ち、寸法精度を高めるうえで非常に大切です。

中子の重要性：製品の品質と機能に与える影響

鋳造プロセスにおいて、中子は最終製品の品質と機能に不可欠な役割を果たしています。特に、内部に空洞を持つ複雑な形状の製品を製造する際には、中子の精度が製品全体の品質を大きく左右します。中子の主な役割は以下の通りです。

• 内部形状の形成
• 寸法精度の確保
• 機能性の付与

中子のわずかな寸法誤差や形状のずれは、製品の気密性や強度、さらには流体の流れやすさといった機能にも影響を及ぼします。例えば、水栓金具においては、水流の制御や漏水の防止に内部形状が大きく関わるため、中子の精度が製品の性能に直結します。

したがって、高品質な鋳物製品を安定して製造するためには、中子の設計・製造段階での精密な管理が極めて重要です。

生砂型中子

鋳造において最も歴史のある造型法の一つが、生砂型中子です。この中子は、珪砂にベントナイトなどの粘結剤を混ぜて作られます。

生砂型中子は、そのシンプルな構造と材料の入手しやすさから、古くから多くの鋳物製品の製造に用いられてきました。しかし、強度の面で限界があるため、複雑な形状や高い寸法精度が求められる製品への適用は限定的です。そのため、試作品の製作や、強度よりもコストを重視するような場合に適しています。

熱硬化型中子

熱硬化型中子は、シェルモールド法によって製造される中子であり、「レジンコーテッドサンド（RCS）」と呼ばれる、樹脂でコーティングされた砂を使用します。このRCSを高温の金型に吹き付けて熱を加え、樹脂を硬化させることで中子の形成が可能です。

熱硬化型中子は、その名の通り熱を加えることで硬化する樹脂が使用されており、高い強度と優れた耐熱性を備えています。これにより、高温の溶湯が注ぎ込まれる鋳造プロセスにおいても、中子が変形したり崩壊したりするリスクを低減できるでしょう。

また、熱硬化型中子は寸法安定性にも優れています。これは、硬化後の収縮が少なく、精密な形状を維持できるため、製品の寸法精度向上に大きく貢献します。特に、自動車部品や水栓金具といった、高い精度が求められる製品の製造において、そのメリットは顕著です。

ガス硬化型中子

ガス硬化型中子は、ケイ砂と水ガラスを混合して造型した後、炭酸ガスを吹き付けて硬化させる方法で製造されます。この方式は、その高い寸法精度と強度から、複雑な形状や精密さが求められる製品の鋳造に適しています。

特に、寸法精度が重視される自動車部品や工作機械部品などの製造において、その利点が活かされるでしょう。しかし、一度使用した砂の再利用には専用の設備が必要となるため、その点は考慮が必要です。また、硬化に炭酸ガスを使用するため、適切なガス設備と安全管理が求められます。

自硬性型中子

自硬性型中子は、加熱せずに常温で砂を固める造型法です。主に有機系のフラン樹脂と硬化剤を組み合わせたフラン自硬性などが代表的な例として挙げられます。

自硬性型中子は、その名の通り、混合した材料が自然に硬化していくため、型締めが不要という大きなメリットがあります。これにより、鋳造工程における型締めや解放といった作業が省略され、生産効率の向上が期待できるでしょう。

また、硬化プロセスが比較的迅速であるため、生産サイクルの短縮にも貢献します。材料コストについては、特殊な設備や硬化剤を必要としない場合が多く、初期投資やランニングコストを抑えられる可能性もあります。

これらの特徴から、自硬性型中子は、生産効率を重視し、かつコストを抑えたい場合に有効な選択肢となりえるでしょう。

シェル中子（シェルモールド法における中子）

シェル中子は、シェルモールド法という鋳造技術で用いられる中子です。この方法は、高温に熱した金型に、フェノール樹脂でコーティングされた珪砂（レジンコーテッドサンド：RCS）を吹き付け、熱によって硬化させて中子を成形します。完成した中子は、二枚貝の殻のような薄い形状となるのが特徴です。

シェル中子を用いたシェルモールド鋳造法は、その精巧な作りから、製品の寸法精度が非常に高いという利点があります。これにより、複雑な形状や精密な設計が求められる部品の製造にも対応可能です。

また、鋳物の表面（鋳肌）も滑らかに仕上がるため、後加工の負担を軽減し、美しい外観を実現できます。さらに、シェル中子は比較的薄い鋳型でありながら強度が高いため、熱による金属の膨張にも強く、安定した品質での鋳造が可能です。これらの特性から、自動車部品や水栓金具など、高い精度と良好な表面品質が求められる製品の大量生産に適しています。