JPH0468061B2

JPH0468061B2 -

Info

Publication number: JPH0468061B2
Application number: JP59167301A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Gunji; Takeo Ishizuka; Hisashi Nakane; Katsuyuki Oota
Original assignee: JIDOSHA IMONO KK; TOKYO OKA KOGYO KK
Current assignee: JIDOSHA IMONO KK; TOKYO OKA KOGYO KK
Priority date: 1984-08-11
Filing date: 1984-08-11
Publication date: 1992-10-30
Also published as: JPS6146350A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、生型用鋳物砂による鋳造用鋳型の製
造方法に関し、さらに詳しくいえば、造型された
鋳型の表面部を固める方法に関する。〔技術の背景〕鋳物工業において使用される鋳型は、一般にケ
イ砂を主材料とした鋳物砂により造型されてい
る。すなわち、ケイ砂にベントナイト等の粘結剤
を混入させたものを目的の形に圧縮成型すること
によつて鋳型とする、いわゆる生砂型が用いられ
ている。この方法は中小鋳物品の製造には多くの
利点をもち有効であつて広く用いられているが、
放置すると鋳型の表面が脆弱となりやすく、脆弱
となつた後には溶融金属の流れによつて鋳型表面
の砂粒が脱落して砂喰いなどの欠陥の原因とな
り、また手で触れるとさらに砂粒の脱落が烈しい
ので強固に搗き固めたものでも、そのまま中子と
して用いることはできなかつた。これら生砂型の
欠点を防ぐには、主型を造型した後、可及的速や
かに注湯するとか、中子には塗型を施すなどの対
策を講ずるのが普通であつた。特に中子は周囲を
溶湯で包まれるので、その条件は苛酷であり、近
年これらの問題点を改善するべく鋳型の製造方法
が各種提案されている。〔従来技術と問題点〕従来の鋳型製造方法としては、上記した生砂型
による方法のほか、その生砂型の欠点を改善した
方法として、例えば無機物質であるケイ酸ソーダ
（水ガラス）を鋳物砂の結合剤として配合したも
のを使用し、造型後、炭酸ガスを通気させて鋳型
全体を固化させる方法、または結合剤として有機
物質であるフエノール樹脂やフラン樹脂をケイ砂
に配合して造型後、鋳型全体を固化させる方法、
あるいはイソキユア樹脂を配合した鋳物砂により
造型後アミン系ガスを通じて鋳型全体を固化させ
る方法などが知られている。これらの方法によれば、生砂型に比べて強度は
増大し表面の脆弱さも改善されるが、鋳型全体を
固化させるため前者の無機系結合剤を用いたもの
では、鋳型の崩壊性が悪く鋳物砂の再生使用が困
難であり、また水に溶けてアルカリ性を呈するた
め廃棄処理に制約があるなどの欠点を有してい
る。後者の有機系結合剤を用いたものは、一般に
高価であるうえ有毒ガスを使用する場合もあり、
また溶融金属の注湯時や砂の混練時に刺激臭を発
生し、混練後の鋳物砂の可使時間も短いなどの欠
点を有している。さらに結合剤として上記ケイ酸
ソーダ、フエノール樹脂、フラン樹脂またはイソ
キユア樹脂などを鋳物砂に配合させる方法では、
鋳物砂中にベントナイトなどの微粉が含まれてい
ると、結合剤がこれに吸着消費されて本来の作用
が十分に発揮できない。また、これらの方法では
鋳型全体を固化させてしまうため鋳型が強すぎ
て、中子として使用した場合、溶融金属の凝固時
に起こる金属の収縮を吸収できず鋳物に亀裂を生
じやすい。また、デキストリンを鋳型の塗型剤として鋳型
表面に塗布した後、乾燥固化する方法も知られて
いるが、この方法では、塗布したデキストリンが
乾燥固化された後でも鋳型自身のもつている水分
あるいは大気中の水分を吸収し、軟化され、脆く
なりやすく、特に鋳型の表面安定度が経時的に低
下してゆくため鋳型の保存性および作業性に問題
があり実用的なものではない。このため鋳物工業においては、より実用性の高
い鋳型の製造方法を開発することが強く望まれて
いた。本発明者らは以前、感光性樹脂液を鋳型表面に
塗布した後、露光処理を行うことによつて、その
表面に硬化層を有する鋳型の製造方法を開発した
（特願昭58−245189号）。しかし、この方法は光を
用いるという繁雑さがあつた。〔発明の目的〕本発明者らは、より安価でしかも実用的な鋳型
を得るべく鋭意研究を進めた結果、鋳型表面にポ
リビニルアルコールを含有する水溶液を塗布し、
加熱処理を施すことで、鋳型表面部を固めて得ら
れる鋳型によつて、その目的が達成できることを
見い出し、本発明を完成した。〔発明の構成〕すなわち、本発明は、生型用鋳物砂により造型
された鋳型表面に、重合度が200〜3000であり、
かつ、ケン化度が50〜98モル％であるポリビニル
アルコール１〜50重量％を含むポリビニルアルコ
ール水溶液、または他の樹脂水溶液に１〜50重量
％の割合で部分ケン化ポリビニルアルコールもし
くは完全ケン化ポリビニルアルコールを添加して
得られた水溶液を塗布した後、加熱処理を施し、
鋳型表面部を固めることを特徴とする鋳型製造方
法である。以下、本発明を詳細に説明する。（生型用鋳物砂）本発明において用いられる生型用鋳物砂として
は、粘結剤としてベントナイトなどを配合した一
般に鋳物工業において用いられている鋳物砂が使
用できる。また、この鋳物砂はかならずしも新し
く配合したものである必要はなく、生型用鋳物砂
として造型、注湯され型ばらしして得られる戻り
砂に加水して、混練したものであつてもよい。このような生型用鋳物砂を使用して、鋳型を造
型する方法としては、機械的に圧縮する方法、手
込めにする方法など、公知の鋳型造型方法を用い
ることができる。上記したような方法により目的の型に鋳型を造
型した後、その鋳型表面に、ポリビニルアルコー
ルを含有する水溶液を塗布する。（ポリビニルアルコールを含有する水溶液）本発明で用いられるポリビニルアルコールを含
有する水溶液としては、ポリビニルアルコール水
溶液でもよいし、また他の樹脂水溶液にポリビニ
ルアルコールを溶解したものでもよい。（ポリビニルアルコール水溶液）ポリビニルアルコール水溶液に使用するポリビ
ニルアルコールとしては、一般に市販されている
重合度が200〜3000のものも使用できるが、好ま
しくは、重合度が300〜2400程度のものが用いら
れる。重合度があまり高いと、得られるポリビニ
ルアルコール水溶液の粘度が高くなるから、鋳型
表面に均一に塗布することが困難となる。また逆
に重合度が低いと、塗布性は良くなるが加熱硬化
されて得られる鋳型の強度は不十分となり、ま
た、粘度が低いため鋳型へのしみ込み量が多くな
るから、満足な塗布層が得られないため好ましく
ない。さらに、使用するポリビニルアルコールのケン
化度も考えなくてはならない。ポリビニルアルコ
ールのケン化度は高くても低くても水への溶解性
は悪くなり、粘度の高い水溶液になる。このた
め、本発明に用いるポリビニルアルコール水溶液
を調整するためには、ケン化度が50〜98モル％程
度のポリビニルアルコールを用いるのが好まし
い。また、ポリビニルアルコール水溶液の濃度とし
ては、１〜50重量％のものが使用できるが、塗布
性及び硬化強度を考慮すると特に好ましい濃度は
２〜30重量％である。１重量％よりも少ない場合
には、加熱硬化させて得られる鋳型の強度は不十
分となり、50重量％を超えた場合には、使用する
ポリビニルアルコールの重合度にもよるが、得ら
れるポリビニルアルコール溶液の粘度が高くなる
ため、鋳型表面に均一に塗布することが困難とな
り、好ましくない。（他樹脂を含有するポリビニルアルコール水溶
液）本発明で用いられる他樹脂水溶液としては、ポ
リアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリイタコン
酸、ポリビニル酢酸、ポリクロトン酸、ポリマレ
イン酸などの酸系ポリマー、ポリクロチルアルコ
ール、ポリメチルブチノール、ポリアリルカルビ
ノール、ポリヒドロキシプロピルメタクリレー
ト、ポリプロピレングリコールモノアセテートな
どのアルコール系ポリマー、ポリアクリルアミ
ド、ポリメタクリルアミド、ポリイソプロピルア
クリルアミド、ポリアリルアミンなどのアミドま
たはアミン系ポリマー、ヒドロキシエチルセルロ
ース、カルボキシメチルセルロースなどの変性セ
ルロース、アルデヒド系ポリマー、エーテル系ポ
リマー、水溶液アルキド樹脂などの水溶性樹脂を
水に溶解したものがある。また、水溶性コポリマー型のスチレン−アクリ
ルアミド、スチレン−無水マレイン酸、ポリビニ
ルピロリドン−メチルビニルエーテル、ポリエチ
レンオキシドの水溶液も本発明に含まれる。上記した、他樹脂水溶液に添加するポリビニル
アルコールとしては、重合度およびケン化度は特
に限定はなく、部分ケン化ポリビニルアルコー
ル、完全ケン化ポリビニルアルコールなどが使用
できる。そして、他樹脂水溶液に対するポリビニ
ルアルコールの濃度は１〜50重量％であつて、特
に好ましくは２〜10重量％である。１重量％より
も少ない場合には、加熱硬化されて得られる鋳型
の強度は不十分となり、50重量％を超えた場合に
は、使用するポリビニルアルコールの重合度にも
よるが、得られるポリビニルアルコール溶液の粘
度が高くなるため、鋳型表面に均一に塗布するこ
とが困難となり、好ましくない。（ポリビニルアルコールの特例）さらに本発明に用いられるポリビニルアルコー
ルを含有する水溶液としては、成分としてポリビ
ニルアルコールを含有する水溶性感光性樹脂液で
あつてもよい。この場合、水溶性感光性樹脂液中
のポリビニルアルコールの濃度は１〜50重量％、
特に好ましくは、２〜20重量％である。ポリビニ
ルアルコールの濃度がこの範囲より低いと塗布液
の鋳型表面への接着力が低下し、逆に多くなると
粘度が著しく増大してしまうため作業上好ましく
ない。（塗布と鋳型表面を固める方法）本発明方法では、上記したようなポリビニルア
ルコールを含有する水溶液を造型された鋳型表面
にスプレー塗布法、ハケ塗り法、ローラー塗布法
により塗布した後、加熱処理を施すことによつて
鋳型表面を固める。この加熱処理の方法として
は、バーナーであぶる方法、熱風を吹きつける方
法、電熱や赤外線などを熱源とした加熱器中に入
れる方法、マイクロ波加熱器に入れる方法、また
は使用するポリビニルアルコールの水溶液の中
に、メタノール、エタノールなどの可燃性物質を
添加しておいて、その溶液を鋳型表面に塗布した
後、直ちに塗布層に着火することによつて、その
可燃性物質を燃焼させる方法などがある。燃焼さ
せる方法においては、可燃性物質を燃焼させた
後、鋳型表面の固まり具合が不足の場合には、さ
らに前記した他の加熱処理を施してもよい。可燃
性物質の添加量としては、ポリビニルアルコール
を含有する水溶液に対して少なくとも50容量％以
上が好ましく、これ以下では、可燃性物質の燃焼
による鋳型表面の固まりが不十分となりやすいか
ら好ましくない。また、このような加熱処理は単独でも行われる
が、併用することにより加熱処理時間の短縮が可
能となり実用上好ましい。また鋳型を成型した後、これを使用するまでに
十分な時間があるときは、成型した鋳型をそのま
ま放置するか、あるいは成型直後に短時間の加熱
処理を施し、持ち運び可能な程度に鋳型表面部を
固め、適当な場所に格納貯蔵することなどで自然
乾燥させ、鋳型表面部をさらに固めておき、希望
するときに取り出して使用するという方法も可能
である。この方法は、成型作業の平準化、及び熱
エネルギーの節約に役立つ有用な方法である。本発明方法は、鋳型において中子だけでなく主
型に対しても有効に用いることができる。（ホウ素化合物の作用）本発明方法において、ホウ素化合物を配合した
生型用鋳型砂を用いることにより、硬度の高い外
皮を有する鋳型を得ることができる。すなわち、
ポリビニルアルコールが鋳型表面に混在するホウ
素化合物と反応して、鋳型表面上でゲル化し、塗
布液が鋳型内部に浸透しにくくなるため比較的膜
厚のある安定した塗布層の形成が可能となり、そ
の後の加熱処理により硬度の高い外皮を有する鋳
型を形成できるためであり、本発明方法において
極めて有効である。この場合ホウ素化合物を配合した生型用鋳物砂
の調製方法としては、１〜10重量％程度のホウ
酸、ホウ砂などのホウ素化合物を含有した水溶液
を、生型用鋳物砂に対し0.5〜10重量％添加し、
サンドミルなどで混練すればよい。こうすること
によつて鋳型表面全体にポリビニルアルコールの
ゲル化層を効率よく形成することができる。（その他の配合物）ポリビニルアルコールを含有する水溶液にデキ
ストリンなどの従来使用されている塗型剤を配合
すれば、鋳型表面部の固まりを速め、また強化す
る効果がある。〔実施例〕以下に実施例及び比較例を記載して、本発明を
具体的に説明する。なお、以下の実施例は単なる
例示であつて、本発明の方法をなんら限定するも
のではない。実施例１ダクタイル鋳鉄工場現用の６号相当ケイ砂を骨
材とし、ナトリウム系ベントナイトを主粘結剤と
して調製した生型用鋳物砂を３回搗き固め、直径
50mm、高さ50mmの試験片を標準法により作成し
た。次に、重合度1000、ケン化度90モル％のポリ
ビニルアルコールの2.5重量％水溶液をスプレー
により、塗布量が約0.1g／cm²の割合になるように
試験片表面に塗布した後、バーナーにより150〜
180℃で15分間、加熱処理を施し、試験片表面部
を固めた。冷却後、標準法により圧縮強さ、表面
安定度及び硬度を測定した結果を第１表にまとめ
た。比較のため塗布を行わなかつた試験片につい
ても測定した。

【表】実施例２実施例１と同様の生型用鋳物砂を使用して試験
片を作成した。次いで、特公昭54−3796号公報に
記載されているように水10重量部にメチルヒドロ
キノン0.025重量部を溶かし、これにジメチロー
ル尿素ジメチルエーテル74重量部、Ｎ−メチロー
ルアクリルアミド202重量部、塩化アンモニウム
２重量部を加えて80℃に加熱し、２時間かきま
ぜ、次いでこの反応混合物をアセトン1000重量部
中に注加し、沈殿物をろ過して除き、ろ液を蒸留
してアセトンを除いて得られた縮合重合物10重量
部と、重合度500でケン化度86〜89モル％のポリ
ビニルアルコール10重量部と、アントラキノン−
２，７−ジスルホン酸ナトリウム0.135重量部と
を90℃の湯浴中で加熱溶解し、かきまぜて得られ
た水溶性感光性樹脂の５重量％（ポリビニルアル
コールの量約2.5重量％）の水溶液および30重量
％（ポリビニルアルコールの量約15重量％）の水
溶液をスプレーによつて塗布量が約0.1g／cm²の割
合になるように試験片表面に塗布し、バーナーに
より150〜180℃で15分間加熱処理を施し、試験片
表面部を固め、冷却後、標準法により圧縮強さ、
表面安定度、硬度を測定した。その結果を第２表
にまとめた。

【表】実施例３ダクタイル鋳鉄工場現用の生型用鋳型造型ライ
ンからの戻り砂５Kgに２重量％のホウ酸水溶液
150gを添加して、小型試験ミルで５分間混練し
た鋳物砂を用い、実施例１と同様にして標準試験
片を作り、試験片表面に実施例１で用いたポリビ
ニルアルコールを５重量％に調整した水溶液を塗
布量が約0.1g／cm²の割合になるように塗布した
後、試験片を150〜180℃の熱風乾燥器中に入れ、
約15分間加熱処理を施して試験片表面部を固め
た。この試験片とホウ素化合物を含まない生型用
鋳物砂を用い、上記と同様の試験片を作成し、お
のおのについて、経時的に生型硬度計による硬さ
を測定した。その結果を第３表に示す。

【表】実施例４実施例３で用いたホウ素化合物を配合させた生
型用鋳物砂を使用して造型した自動車用デフケー
ス鋳型の表面に、実施例３で用いた５重量％ポリ
ビニルアルコール水溶液を、塗布量が約0.1g／cm²
の割合になるように塗布したのち、約150〜180℃
の熱風乾燥器内で約15分間加熱処理を施して鋳型
表面部を固め、得られた鋳型にダクタイル鋳鉄溶
湯を鋳込んだ結果、製品に鋳造欠陥の発生は見ら
れず、鋳肌は滑らかで十分実用可能であつた。実施例５実施例３で用いたホウ素化合物を配合させた生
型用鋳物砂を使用して、実施例１と同様に標準試
験片を作成し、その表面に実施例２で使用した30
重量％水溶性感光性樹脂液と工業用エチルアルコ
ール（ネオコール、日本化成品工業社製）とを
35：65の割合に混合したものをスプレーにより塗
布量が約0.1g／cm²の割合になるように塗布した。
次いで、直ちに試験片表面に着火してエチルアル
コールを燃焼させ、試験片表面部を固め、冷却
後、標準法により表面安定度および圧縮強さを経
時的に測定した。また、着火燃焼した後、バーナーにより150〜
180℃で加熱処理を５分間および10分間行つたも
のについてもそれぞれ経時的に表面安定度および
圧縮強さを測定した。その結果を第４表にまとめ
た。

【表】上記の塗布液を、自動車用部品デフケースの中
子表面にスプレーにより、塗布量が約0.1g／cm²の
割合になるように塗布し、着火燃焼後、バーナー
により150〜180℃で、５分間加熱処理を施した中
子を使用し、ダクタイル鋳鉄溶湯を鋳込んだとこ
ろ全く欠陥を生ぜず十分製品として使用可能なも
のができた。実施例６実施例１と同様の生型用鋳物砂を使用して標準
法により作成した試験片を用意した、これにサン
ローズ（商品名、山陽国策パルプ社製の変性セル
ロース）の2.5重量％水溶液200重量部に、クラレ
ポバール（商品名、クラレ社製、重合度が1700、
ケン化度が98モル％のポリビニルアルコール）５
重量部を加えて混合することによつて、ポリビニ
ルアルコールの量として2.5重量％の水溶性樹脂
液を得た。次いで、この水溶性樹脂液をスプレー
により、塗布量が約0.1g／cm²の割合いになるよう
に試験片表面に塗布した後、下記の３種の加熱方
法を実施した。 (1) バーナーにより150〜180℃で15分間加熱、 (2) バーナーにより150〜180℃で３分間加熱後、
５時間室温で放置、 (3) バーナーにより150〜180℃で３分間加熱後、
さらにマイクロ波加熱器、いわゆる市販家庭用
電子レンジにより５分間マイクロ波加熱。上記の３種の加熱処理を施した試験片について
標準法により圧縮強さ、表面安定度及び硬度を測
定し、その結果を第５表にまとめた。比較のため
水溶性樹脂液を塗布しないで成型のままの試験片
についても測定した。

【表】第５表により、次の事実を確認した。 (1) バーナーで３分間という短い加熱処理をした
直後の鋳型は、あまり実用的なものではないこ
と。 (2) バーナーで３分間という短い加熱処理をした
後、さらに室温下で５時間放置すれば実用的な
鋳型になること。 (3) バーナーで３分間の加熱処理とマイクロ波加
熱処理とを併用することにより、加熱処理時間
がバーナーのみによる加熱処理の約半分に短縮
できること。比較例実施例１と同様の試験片を２個作成し、一方に
は実施例１で用いた2.5重量％のポリビニルアル
コール水溶液をスプレーにより、塗布量が約
0.1g／cm²となるように試験片表面に塗布し、他方
には10重量％デキストリン水溶液をスプレーで約
0.3g／cm²となるように試験片表面に塗布した。次
いで、両方の試験片を150〜180℃で15分間、バー
ナーにより加熱処理を行い、試験片表面部を固め
た。冷却後、それぞれの試験片を、底部分に水を
入れたデシケーター中に放置し、表面安定度を経
時的に測定した。その結果を第１図に示す。第１
図において〇で示した点を結んだ線は、本発明方
法によつて得られた試験片の成績であり、△で示
した点を結んだ線はデキストリン水溶液を使用し
て得られた試験片の成績を示す。第１図から明白
であるように、本発明方法による試験片の表面安
定度が変わらないのに対し、デキストリン水溶液
を使用したものは急激に劣化した。発明の効果本発明に従つてポリビニルアルコールを含有す
る水溶液を鋳型表面に塗布すると、その水溶液は
鋳型表面上に塗布層を形成するとともに鋳型中に
も浸透する。そして加熱処理を施すことにより、
塗布層から水などの溶液を蒸発させ、ポリビニル
アルコールを固形化して鋳型表面部を連続的に結
合せしめて固め、厚さ数mm程度の強固な鋳型表面
を形成し、内部は比較的柔軟な鋳物砂により造型
された鋳型ができる。この鋳型は表面が脆弱でなく、中子して手で持
ち運び、鋳型にセツトすることが容易であり、溶
融金属が鋳込まれた時の圧力や熱に耐えることが
できる。また、鋳型の内部は柔軟であるから金属
の凝固時に起こる収縮を十分吸収するなりよりを
も合わせて有し、従来の鋳型が強固すぎることに
より生ずる鋳物の亀裂発生を防止することがで
き、加えて鋳型の崩壊性もよいなどの効果を有す
る。さらに本発明の方法による鋳型表面は硬化層で
被覆されているため、内部の鋳物砂は鋳型を形成
できるものであれば、従来公知のどのようなもの
でも使用することが可能であり、鋳型として使用
後に崩壊させて得られる戻り砂を用いても何ら支
障がない。したがつて安価で実用性の高い鋳型を
容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳型の表面安定度の経時変化を示す
グラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１生型用鋳物砂により造型された鋳型表面に、
重合度が200〜3000であり、かつ、ケン化度が50
〜98モル％であるポリビニルアルコール１〜50重
量％を含むポリビニルアルコール水溶液、または
他の樹脂水溶液に１〜50重量％の割合で部分ケン
化ポリビニルアルコールもしくは完全ケン化ポリ
ビニルアルコールを添加して得られた水溶液を塗
布した後、加熱処理を施し、鋳型表面部を固める
ことを特徴とする鋳型製造方法。