JPH06501425A - 水分散可能な型、その型の製造方法及びその型を使用する鋳造方法 - Google Patents

水分散可能な型、その型の製造方法及びその型を使用する鋳造方法

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JPH06501425A JP3516492A JP51649291A JPH06501425A JP H06501425 A JPH06501425 A JP H06501425A JP 3516492 A JP3516492 A JP 3516492A JP 51649291 A JP51649291 A JP 51649291A JP H06501425 A JPH06501425 A JP H06501425A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 水分散可能な型における、あるいは、関連した改良本発明は、鋳物注型物品また は射出成型物品を製造するのに使用される水分散可能な型に関するものである。
本明細書中で使用される“型(would)“という用語は、キャビティを有す る、あるいは有しない注型品を製造するための型と、キャビティ含有注型におけ るキャビティを製造するためのコアと、ならびにこのような型およびコアの組み 合わせとを包含するものである1本明細書中で使用される“注型(castin g)という用語は、鋳物注型およびその他の、例えば、射出成型等の成形方法を 包含するものである。
コアおよび型は、砂またはその他の耐火性粒状材料から製造され、コア/型の形 成を可能にする流動性、コア/型を形成後直ちに取り扱い可能とする剥離強さお よび注型中に生ずる条件に耐えられるだけの極限強さ等の必要とされる性質を付 与するために結合剤を添加するのが慣用的である。
耐火性粒状材料および結合剤は、ラミング(ra■組ng)、プレス成形、ブロ ー成形、適当な形成手段、例えば、箱型、モールディングフラスコ、あるいは、 真空箱(モールディングもしくはモールドボックス)等への混合物の押出を含む 種々の方法によりコアまたは型に形成される。型は、一般に、形成手段内に残さ れるか、あるいは、形成手段から取り外され、コアは、要すれば、コアが未処理 強度より強強度に硬化される硬化工程後に、形成手段から取り外される。硬化工 程を省略する場合、コアは、形成手段から取り外される際に、混合物がつぶれな いだけの十分な未処理強度を必要とする。ついで、コアまたは型は、硬化され、 人工的に硬化または焼付けられて、溶融金属の圧力および浸蝕硬化に耐え、金属 が固化するまで破壊または変形することなくその形状を保持するようにさらにそ の強度を向上させられる。耐火性粒状材料用のある種の結合剤は、注型後、キャ ビティから取り外すことが困難なコアを生ずる。ある種のコア、特に、ケイ酸ナ トリウム結合財分用いるものは、高注型温度にさらされると、強度が増強する。
その結果、コアは、水分散可能なでなく、注型からそれを取り出すために機械的 に分解することが困難となる。
注型物品の製造用に、その周囲に金属または合金を注型されたセラミック組成物 製のコアまたはインサートを用いることは周知である。このコアまたはインサー トは、注型後、機械的手段、例えば、パーカッションドリリング(percus siondrilling)により、あるいは、複雑な形状または脆い注型物品 の場合には、注型金属と反応しない溶剤に溶解させることにより取り出される。
これとは別に、有機結合剤を使用する場合には、注型およびコアは、加熱してそ の注型品の融点に達する温度とし、有機結合剤を分解することもできる。
好適なコアは、一連の要件を満たす必要がある1例えば、造形することができ、 注型工程中、その形状を保持する必要がある。また、高温に耐える必要がある。
さらに、注型品を損傷することなく注型から取り出し可能である必要がある。し かも、注型品を損傷したり、脆弱にすることのない一種または複数種の材料で製 造する必要がある6コアは、安定であり、高品位の表面仕上げを付与する必要が ある。 US−A1764575、tls−A−3963818およびIts− A−46297011は、それぞれ、注型方法において、分散可能なのコアを使 用する方法を開示している0例えば、US−A−4629708は、水溶性の塩 、ケイ酸カルシウムおよび結合剤の混合物を使用する。水溶性塩の好適な材料例 としては、塩化カリウム、メタケイ酸ナトリウムが挙げられ、塩化ナトリウムが 好ましい、結合剤は、パラフィンワックス、合成有機樹脂、シリコン樹脂であっ てもよく、好ましくは、ポリエチレングリコールである。この混合物は、射出成 形され、ついで、有機物を追放するために燃やされ、水溶性の塩の粒子を焼結す る。注型後、コアは、水に溶解させることにより除去される。
コア材料の性質は、コアの除去に要する時閉が商業的に許容されないことを意味 する。比較的長時間注型と接触させられる溶液は腐蝕を生ずることがある。
11S−A−3764575には、水溶性の塩、例えば、アルカリまたはアルカ リ土類金属の塩化物、硫酸塩またはホウ酸塩(ボレート)、水力ラスおよび結合 剤としての合成樹脂を含むコアが開示されている。
US−A−3963818には、上記腐蝕問題を回避することが請求されている 。この明細書は、乾燥した無機塩、例えば、塩fヒナトリウムを1.5〜4トン /平方センナメートルの圧力で圧縮することを開示している。しかし、実際の鋳 造条件下では、圧縮された無機塩が溶解しても、腐蝕を生じないことが判明して いる。さらに、コア形成用の圧縮成形技術は、使用できるコアの範囲を限定し、 複雑なコアを形成することはできない、また、このようなコアは、高圧ダイカス ト用に十分な強度となりにくい。
ケイ酸ナトリウムのキャストコア(cast core)の使用も示唆されてい る。しかし、これは、比較的高温でのメルト形成を含み、キャストコアは、比較 的低溶解性を有し、水を用いる除去に長時間3要する。高温金属(hot■et al )との接触もコアに初期亀裂(incipient crack)を生じ 、凹凸のある表面を有する注型品を生ずる。リン酸塩、例えば、リン酸ナトリウ ムのような結晶質のリン酸塩の使用は、tls−A−1751482に示唆され ている。しかし、この材料は、安定な型を与えない。
キャビティフリーの注型品分製造するために使用される土砂型は、それらが低コ ストであり、優れた成形性を有するために、広範に受け入れられている。このよ うな型においては、まず、砂と結合剤、例えば、ベントナイトとの混合物を造形 することにより、機械的な力により、生強度が達成される。このような型は、例 えば、鋳鉄から大形の注型物品を製造する場合には、ゲイ砂が酸化された鉄と反 応してケイ酸鉄を形成し、生成する注型品に付着するので、使用するのが困難で ある。このことは、注型品が、注型後、振動、騒音およびダストを生ずるショ/ トブラスチング等の方法により仕上げする必要があることを意味する。自己硬化 性の型は、種々の結合剤を用いて製造することができる。しかし、従来の自己硬 化性型は、水不溶性であり、注型品は、型に強力な衝撃を付加することにより、 型から取り出す必要が多い。これには、型振動、重騒音およびダストをともない 、これらは、すべて、作業環境を悪くする。
本発明に従えば、注型品製造用の水分散可能な型であって、該型が、水不溶性の 粒状材料およびそのための結合剤を含み、前記結合剤が、ポリホスフェート値お よび/またはボレートイオン類を含む型が提供される。
好ましくは、上記ポリホスフェート値および、/またはボレートイオン類は、そ れぞれ、少なくともIMの水溶性ホスフェートおよび77′またはボレートガラ スから誘導された。
一つの好ましい実施態様においては、結合剤は、少なくとも1種の水溶性ガラス の水溶液の形態で粒状材料と混合された。もう一つの好ましい実施態様において は、結合剤は、少なくとも1種の水溶性ガラスの粒子の形態で粒状材料と混合さ れ、ポリホスフェート値および7/またはボレートイオン類は、粒状材料とガラ ス粒子との混合物を水と混合することにより形成された。ガラス粒子は、その全 体あるいは一部が水に溶解し、それにより、ポリホスフェート値および/または ボレートイオン類を形成する。
水溶性のガラスは、全体がガラス質であってもよく、一部が失透していてもよい 。後者の場合には、水溶性ガラスが加熱および冷却されることにより、非晶質ま たはガラス相に結晶質の領域を形成した。
理論に結び付ける意図はないが、ポリホスフェート値が形成され、続いて、それ ぞれの水溶性ガラスが水溶液に溶解すると考えられる。これらの鎖は、型全体に 相互架橋マトリックスを形成し、これは、化学結合した水分子により、鏝の水素 結合により増強される。過剰の水を除去した後、生成する乾燥型は、水不溶性粒 状材料と堅固に結合したポリホスフェートマトリックスを保持する。過剰の水を 除去しない場合には、生成する湿潤混合物は、水の存在により、構造的に弱く、 一般に、型またはコアとして使用できない。また、過剰の水は、注型工程中にス チームを発生し、当業者には周知であるが、生成する注型品の品質を落とす。
一般に、型の主要な成分は、鋳物砂のような耐火性の水不溶性粒状材料、例えば 、シリカ、オリビネ(olivine) 、クロマイト(chrosite)も しくはジルコンサンド(zircon 5and)等であるか、あるいは、もう 一つの水不溶性粒状耐火性材料、例えば、アルミナ、アルミノシリゲートまたは 溶融シリカである。鋳物作業に使用されるシリカサンド類は、通常、5iOz9 8重1%を含有する。型は、型の性能を向上させるために工夫されたその他の添 加剤少量を含有してもよい。
好ましくは、結合剤は、粒状材料と結合剤との総重量基準で、少なくとも0゜2 5重量%含まれ、粒状材料は、同基準で、99.75重量%以下含まれる。さら に好ましくは、結合剤は、粒状材料と結合剤との総重量基準で、0.5〜50重 量%含まれ、粒状材料は、同基準で、99.5〜50重量%含まれる。
本発明は、注型品製造用の水分散可能な型の製造方法であって、該方法が、(a 、) 水不溶性粒状材料を付与し;(b) 前記fi状材料を、ポリホスフェー ト鎖および/まなはボレートイオン類を含む結合剤と合わせて前記ポリボスフェ ート原および/またはイオン類を水に溶解させ; (c) 工程(b)中または工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物 音所望の形状に形成し; さらに、 (d) 前記混合物がら遊離の水を除去する、各工程を含む方法も提供する。
好ましくは、上記水溶性のリン酸塩(ボスフェート)ガラスは、P2O530〜 80モル%、R202o〜70モル%、Moo〜30モル%およびL20,0〜 15モル%[式中、Rは、Na、KまたはLLであり、Mは、Ca、Mgまたは Znであり、さらに、Lは、AI、FeまたはBである。コを含む。
前述したように、ポリホスフェート頒および/またはボレートイオン類は、さら に、化学的に結合した水分子による水素結合を含む相互架橋マトリックスを形成 すると考えられる。好ましくは、水除去工程(d)は、単に、混合物から遊離の 水を除去し、化学的に結合した水は除去しない、一般に、化学的に結合した水を 全部除去することは、水素結合を破壊し几たがって、構造を弱くするので、望ま しくない、しがし、場合によっては、化学的に結合された水を除去することも望 ましく、このことは、例えば、Na2O/ P 20,2成分ガラスについては 、遊離の水を低温、例えば、約150’Cで一度除去した後、350’Cに加熱 することにより行われる。
本発明は、さらに、注型品製造用の水分散可能な型を製造する方法で島って、該 方法が、 (a) 水不溶性の粒状材料を付与し。
(b) 前記粒状材料を、少なくとも1種の水溶性リン酸塩および、/またはボ レートガラスから誘導される結合剤および水と合わせ;(c) 工程(b)中ま たは工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を所望の形状に形成し;  さらに、 (d) 前記混合物から水を除去する、各工程を含む方法も提供する。
単に結合剤を形成するために、リン酸塩またはボレートガラスを使用することは 、型が高温に加熱される場合に揮発または燃焼する有機材料を全く使用しないた めのものである。
本発明は、キャビティの形成を含む注型方法に使用されるコア形成において特に 貴重なものである。
一つの実施態様においては、工程(b)において粒状材料と混合される結合剤は 、少なくとも1種の水溶性ガラスの水溶液の形態である。
もう一つの実施態様においては、工程(b)において粒状材料と混合される結合 剤は、少なくとも1種の水溶性ガラスの粒子形態であり、ポリホスフェート鎖お よび/またはボレートイオン類は、耐火性粒状材料およびガラス粒子の混合物を 水と混合することにより形成される。
第2の実施i様においては、水は、混合物の総重量基準で、13重量%以下加え ることができる。水は、形成工程中に、真空箱内で混合物をブローする前、ある いは、間または後に、加えてもよい。
混合物を真空箱に排出する間または後に、混合物に水を加える場合には、水は、 典型的には、スチームの形態または微細な噴射水として加える。好ましくは、ス チームまたは噴射水を、加圧下、混合物に通すと、混合物は、十分に湿潤される 。
しかし、箱型を使用する場合には、箱型に移す前に混合物を湿潤することが好ま しいことが判明した。
加湿したガラス粒子またはガラス粒子と砂との混合物は、添加水の存在下におい てさえも、流動性の混合物を形成する。水は、ガラス表面を十分に溶解し、ポリ ホスフェート鎖および/またはボレートイオン1分与え、これが相互作用してマ トリツクスを形成し、耐火性粒子のゲル化作用または相互接着を起こしやすいと 考えられる。この結果、箱型から移すことのできる圧縮されたコアを生じ、遊離 の水を除去した後、通常の鋳物作業条件下で取り扱っても損傷を与えることがな い。
使用する水の量は、混合物が十分に湿潤し、耐火性粒子が互いに接着する程度と する。ガラス含量が増大すると、全ガラス粒子を湿潤するためにさらに多量の水 を必要とするようになる。砂をガラスと混合する前に水を導入する場合には、ガ ラスを水に添加するように注意を払う必要があり、この逆では適切な稠度は得ら れない。ガラス量が多い場合、例えば5%より多い場合、混合物を箱型に排出す る前または間に全ガラス(例えば、5%より多い)を完全に溶解するために十分 な水を添加すると、混合物は、湿潤かつ粘着性となり過ぎ、その結果、混合物は 、凝集性の塊となり、コアを造形するために使用される箱型に流入させることが できなくなる。
一般に、大部分の粒子寸法では、水の量が13重量%以下では、問題を生じない ことが判明した。個々の水含量の選択は、特に、コア混合物を箱型に排出する前 に水を添加する場合には、水が混合物と接触する時間、温度および使用されるガ ラスの溶解性による。一般に水含量が多いと、生成するコアが高強度となりやす い。個々の状況下で使用される水の適量は、比較的簡単な試験により、個々のパ ラメータに関して決定することができる6水の量は、存在するガラスのタイプお よび量に間して調節してもよい、かくして、水は、ガラス粒子全部を完全に溶解 するに十分な量とすることができ、あるいは、ガラス粒子を部分的にのみ溶解す る量とし、それにより、残るガラス粒子を型またはコア内に残留させることがで きる。典型的には、粗い鋳物砂(例えば、AFS50)および微細な鋳物砂(例 えば、AFSloo)の両者に対して、ガラス:水の好ましい重量比は、水をガ ラス粒子および砂の混合物に添加する場合、1:1〜1.5であることが判明し た。
コアは、注型品の生成仕上げを向上させるために被覆してもよいが、塗料中に遊 離または過剰の水があると、コアの品質をおとすので、その塗料が遊離または過 剰の水を含まないように注意を払う必要がある。
好ましくは、水溶性のり〉酸塩ガラスは、P2O530〜80モル%、R,O2 0〜70モル%、M00〜30モル%およびり、O,0〜15モル%[式中、R は、Na、KiたはLfであり、Mは、Ca、Mg4たはZnであり、さらに、 Lは、AI、FeまたはBである。]を含む。さらに好ましくは、水溶性のリン 酸塩ガラスは、P 20s 58〜72重量%、Na2042〜28重1%およ びCa00〜16重量%を含む。
このようなガラスは、重量%で以下の組成のガラスを含む。
+23456 P2O57(L2 67.4 64.6 61.8 59.0 60.5Na2 0 29.g 216 27.4 26.2 25.0 39.5CaO−48 12160 可溶性ガラスとしては、25℃で、溶液または溶解性速度0.1〜1,000m g7cm”/hrを有するガラスを使用するのが好ましい、ガラスは、リン酸塩 ガラスについて、好ましくは、25℃で、少なくとも200g/lの飽和溶解度 を、さらに好ましくは、800g/I以上の飽和溶解度分有し、ホウ酸塩(ボレ ート)ガラス類については、少なくとも50g/Iの飽和溶解度を有する。
一般的に使用可能なリン酸塩ガラスは、Na2O・P2O,の2成分系のもので ある。に20または混合アルカリ金属酸化物を含有するガラスの選択は、同様の 基準でなすことができる。しかし、Ki0および/またはアルカリ金属酸化物の 混合物を含有するガラスは、それ程、満足するものではない、何故ならば、それ らは、さらに失透しやすく、さらに、高コストになりやすいからである。
好ましいガラスは、Na2O: P2O52成分系のリン酸塩ガラスであり、モ ル比が5Na20対3 P 20 s近傍のものである。このようなガラス類は 、組成がわずかに変化するが、我々は、p、os60.5重量?6、N a 2 039−5重1%を含有するガラスを使用して満足することができた。このよう なガラスは、nが窟中のリン酸基の数を表す場合、平均値n=4.11を有する リン酸塩の鎖を有する。結合剤として使用する場合に、長鎖、例えば、n=30 を有するガラスは、型を取り扱う際および注型用にそれを使用する際に遭遇する 条件に耐えられる十分な強度を有する型を生成するが、ある種の注型方法、例え ば、アルミニウムのダイカストにおいては、使用後に、砕解および除去を達成す るために、水を用いて比較的長時間の処理を必要とする型を生成する。典型的に は、鎖長的30を有するガラスを用いた型は、水中で約10分間のソーキングを 、取り出し用に水を用いて30秒間のフラッジを必要とする。他方、鎖長的4の ガラスについては、水中でのソーキング1分間未満およびフラッジ30秒間であ る。したがって、迅速な取り出しが必要とされる場合には、頭具が短い程、好ま しい。
我々は、結合剤として使用するために、種々の水溶性ポリリン酸ナトリウムガラ ス類の適合性を評価するために種々の研究分行った。以下の表は、試験した幾つ かのガラスの組成を示す。
ガラス試料 PzOswtl NazOwt$ 水」FL−□ ! 69.0 30.5 残り 2 67.0 32.5 残り 3 65.0 34゜5 残り 4 63.8 36.5 残り 5 60.5 39.0 残り 6 58.0 4+、5 残り 我々は、ポリリン酸ナトリウムガラスのNazo含量が多くなると、リン酸塩鎖 長が、一般に、短くなり、このことが、ひいては、リン酸塩結合剤で形成された コアの引張強さを増強しやすいことに気付いた。理論的裏付けはないが、リン酸 塩鎖長が短い程、水素結合が有効に働き、存在する原末端リン酸塩基が多い程、 強固な水素結合を形成することができると我々は考える。我々は、また、ポリリ ン酸ナトリウムガラスでは、Na、O含Iが増大すると、このようなガラスを結 合剤として用いるコアの分散性が増大しやすいことも見いだした。このことは、 一部水和されたガラスが十分に再水和(rehydrate)され、溶液に溶解 する能力が組成における少量の変化により影響を受けること分示すものと我々は 考える。
また、我々は、Nano含量が増大すると、ポリリン酸ナトリウムガラスの溶液 の粘度が増大しやすいことを見いだした。この粘度の増大傾向は5恐らく、水溶 液中で水素結合しやすいことを示すものと我々は考える。このことは、ひいては 、所定のポリリン酸ナトリウムガラスが、良好な溶解性と引張強さを付与するた めの結合剤として有効である適合性を示すものと多分考えられる1本明細書中で 先に特記したように、ガラスは、迅速かつ十分に、水溶液に溶解することができ るように、十分に高い飽和溶解度および溶解速度を有する必要がある。上記表に 特記したガラス謬は全て、十分な溶解速度および飽和溶解度値を有する。コアを 形成するためのポリリン酸塩ガラス類の選択の重要な実際的な特徴は、コアが使 用に付されるために必要とされる保存寿命に関係することも我々は発見した。我 々は、ポリリン酸ナトリウムガラスのNazO含量が増大すると、生成するコア が大気中の水分により少なくとも一部再水和される傾向が増大し、このことは、 結果的にコアの引張強さを低減し、それにより、コアの有効保存寿命を短くする ことを見いだした。このように、引張強さが低減されると、コアは、注型工程に 先立ち破壊されるか、あるいは、注型中に破壊される。さらに、我々は、所定の 注型方法における種々のポリリン酸ナトリウムガラス類の適合性が、生成するコ アが注型工程中に付される温度に依存することを見いだした。このことは、注型 工程の温度がコア中の結合剤に影響を及ぼし、その結果コアの分散可能なに影響 を及ぼすことによると我々は考える。アルミニウムグラビテイダイカスト(al uminius gravity dje casting)中のサンドコア( sand core)の使用については、コアの中心が約400℃の温度とされ るが、コアの表層は500℃の温度に達する。
コアの分散性は、一般に、コアが付される温度が高くなるにつれて低下する。ま た、組成による分散可能なの変化は、種々の温度で変化する。注型工程後のコア の非分散性は、先にポリリン酸ナトリウム結合剤に結合したコア中の全ての結合 水が除去されることに関係する。種々のポリリン酸ナトリウム結合剤の水損(w ater 1oss)を評定するために、水和したガラス顛について、示差熱分 析を行った。
示差熱分析により、水損と温度との間の関係が得られた。示差熱分析は、多数の ポリリン酸ナトリウムガラス類について行い、場合によっては、特定の温度の後 、さらなる重量損失が実質的になくなり、このことは、その温度で、全ての結合 水がガラスから失われたことを示唆することが判明した。我々は、この温度が注 型工程中にコアが付される温度より低い場合には、注型工程中にコアから過剰の 水が除去された結果、コアがポストキャスティング分散可能なに乏しいことを示 唆することを見いだした。好適なコア結合剤もまた、例えば、寸法安定性に優れ 、注型工程中に変形することなく、ガス発生が少なく、さらに溶融金属流中で表 面腐蝕が少ない等満足すべきコアを製造することのできるその他の多数の特徴を 必要とされる。
全体として、結合剤の選択と適合性とに影響を及ぼす種々のファクタがあるよう である。所定の用途については、結合剤の選択は、試行錯誤技術により、経験的 に決定することができる。しかし、前述のコメントは、結合剤の佐賀に影響を及 ぼすファクタについて一般的な示唆を与える。驚くべきことにこれらのファクタ を組み合わせると、無機結合材料、例えば、ポリリン酸塩は、注型工程の温度に 付すことができ、また、容易に可溶性のまま残り、ポリリン酸塩材料の結合剤に よって結合されたサンドコアは、高温注型工程後退速に水に分散される。
好ましくは、形成工程において、混合物は、コアブロアー(core blow er)により箱型内にブローされる。
好ましくは、工程(b)において、結合剤は、粒状材料および結合剤の総重量基 準で、少なくとも025重量%含まれ、粒状材料は、同基準で、99.75重量 %以以下法れる。さらに好ましくは、工程(b)において、結合剤は、粒状材料 および結合剤の総重量基準で、0.5〜50重量/(含まれ、粒状材料は、同基 準で、99.5〜50重量%含まれる。
粒状材料の粒子寸法が比較的小さい場合には、結合剤マトリックスが対応して広 い表面積を付与する大多数の粒子と結合するように、比較的多量の結合剤が必要 とされる。
結合剤の量が、砂またはその他の粒状材料の量に比べて少ない場合には、水およ びガラスをガラスの水溶液の形態で導入するのが好ましいことが見いだされた。
典型的には、粗い鋳物砂(例えば、AFS50)については、ガラス溶液を製造 する際のガラス;水の好ましい重量比は、1:0.75〜1であり、微細な鋳物 砂(例えば、AFSloo)については、等価なガラス:水比は、1:1〜1゜ 5である。粉末形態のガラスは、単に、水に加え、高剪断ミキサーで混合し、十 分な溶液とする。ついで、この溶液の一部は、耐火性粒状材料に添加され、例え ば、80℃に予熱された箱型中で混合物を約80ボンド/平方インチの圧力で圧 縮空気を用いてブローする前に、完全に混合し、ついで、周囲温度で約50秒間 圧縮空気を用いてパージする。このようにして、良好な取り扱い強さを有するコ アが得られる。型も形成することができる6型からの水除去は、多数の方式で行 うことができる。コアの場合、箱型内でコアを初期処理すると、コアを箱から取 り出す際に水の除去を完成させるために必要とされる時間が短縮できる。好まし いルートは、箱型を50〜90℃の範囲の温度に加熱し、80ボンド7/平方イ ンチの圧力で、コア寸法およびガラス組成に応じて圧縮空気で30秒〜1分間パ ージすることである。ついで、コアは、損傷することなく、オーブンに移され、 そこで、120℃〜150℃の範囲の温度に加熱することにより遊離の水の最終 除去が達成される。未加熱の箱型と60〜80ボンド/平方インチの範囲の圧力 を有する圧縮空気パージを使用すると、コアをパージしながら約4分間放置し取 り扱い可能なコアを得ることが必要である。
50〜90℃の範囲の温度と、約80ボンド/平方インチの圧力とで、圧縮空気 は使用することができ、この場合、コアは約1分後移すことが可能である。我々 は、ガラス溶液を使用することにより、箱型の予熱温度が100℃を越えた場合 、圧縮空気パージ時間が約10〜15秒間に短縮され、最終乾燥工程が必要でな いことを見いだした0箱型がマイクロ波に対して実質的に透過性である材料、例 えば、エポキシ樹脂製である場合には、コア包含ボックスは、マイクロ波オーブ ンに移され、コアは、約700ワツトの電力を用いて約2分間乾燥され、オーブ ン内での20〜150℃の最終乾燥工程を必要としない、約25℃の温度(室温 )および700 rgtiHg減圧での減圧乾燥を用いることもできる。さらに 別法としては、ブロー冷却、すなわち、室温の乾燥空気をコアにほぼ4〜20分 間通すこともある。
注型後の型の取り外しは、注型品を水浴でソーキングし、ついで、その注型品と 水でフラッジすることにより簡単に行うことができる。コアの場合に高圧での水 の使用は、特に複誰な型を使用する場合に、コアの分散可能なを助成する。コア 形成に使用される水中に湿潤剤が存在すると、上記分散を補助する。これとは別 に、低濃度のアルカリイオン類の存在が許容される場合には、型混合物中の少量 の炭酸ナトリウム、好ましくは、炭酸ナトリウム・10水和物は、水を吸収しな いので、特に、コアをフラッジするために、希酸、例えば、クエン酸を使用する 場合に、コアの分散可能なを補助することができる。
以下の実施例は、本発明を説明するためのもので、本発明をなんら限定するもの ではない。
大施泗−ユ BISから入手されるシェルフオード50 (Chelford 50)砂32 gを、P2O567,4重量%、Na、028.6重量%およびCa04重量% の重量パーセント組成を有するガラス8gと混合した。ガラスは、粒子寸法15 0〜500μmの形態であった。ガラスおよび砂に水1gを加え、完全に混合し た。コア組成は、砂80重量%、ガラス20重量26であった。
ついで、混合物を、80ボンド/平方インチの圧力でコアブローした。型に入れ て10分後、コアは、まだ幾分柔らかかったが、取り出し、150℃で、30分 間加熱すると5良好な構造と鮮鋭度とを有するコアを生成した。
ついで、コアは、a物性型におけるキャビティフォーマ−(cavity fo rmer)として使用した。約680℃のアルミニウムをコアの周りに注ぎ、冷 却した。冷却後、注型品を水でフラッジし、ガラス/砂コアを取り出した。生成 するキャビティは、コアの形状と合致し、許容されないような表面損傷の徴候を 示さなかった。
X旌己−スaよだユ 実施例1の混合物と同様にして、以下の混合物を調製し、これらを60ボンド2 /平方インチの圧力でコアブローした以外は、実施例1の方法に従い、鋳物注型 品を製造するために使用した。
(重責以下余白) 実施例 シェルフオード ガラスI ガラス粒子 水□ 3岐(4)−m−ゴ搬 −一一 −1迭り匍−ユ2 36(90wtl> 4(IOwt$) 75〜2 50 13 32(ltowt$) 8(20wt$) 150〜500 0. 51ガラス組成は、実施例1で使用したものと同様である。
砂およびガラスの重量の後のカッコ内の数値は、コア中の砂ニガラスの比を示す 。
大施賢−A シェルフオード50砂32gおよび実施例1において使用したものと同様の組成 を有するガラス8gとを用いて、ガラス/砂混合物を調製した。ガラスは、75 〜250μmの範囲の粒子の形態であった。
ついで、生成した乾燥混合物を80ボンド/平方インチの圧力でコアブローした 。ついで、スチームの形態の水1gを砂およびガラスの乾燥混合物を入れた箱型 に加えた。箱型に入れて6分後、コアは、まだ幾分柔らかがったが5箱型に入れ たまま、150℃の空気を送風した。これにより、取り扱い可能なコアを生成し 、ついで、このコアを箱型から取り出し、150℃のオーブン中に30分間置き 、良好な構造と鮮鋭度とを有するコアを得た。コアは、砂8o重量%とガラス2 0重1%とを含有していた。ついで、実施例1の鋳物注型方法に従い、コアをp 20s61.8重量%、Na2026.2重量%およびCaO12,0重量%の 重量パーセント組成を有する第1のガラス36gを、P2O,70,2重量%お よびNaz0298重量%の重量組成を有するさらに溶解度の高い第2のガラス 4gに加えた。この2つのガラスは、75〜250μmの範囲の寸法を有する粒 子の形態であった。このガラス顕を混合し、水2gをこのガラス想に加えた。
生成する混合物を1分間激しく撹拌した。得られるガラス組成物は、第1のガラ ス組成90重I%、第2のガラス組成物1σ重1%であった。本実施例において は、低溶解度のガラスは、不活性な耐火物として機能し、先の実施例における耐 火性の砂と等価である。ついで、コア′5:110℃で20分間加熱して過剰の 水?追放した以外は、実施例1の方法に従い、この混合物を使用して、S物性型 品を製造した。
寒旌−−互 シェルフオード60砂20g’r、P2O570,2重1%およびNa2029 .8重量%の重1パーセント組成を有するガラス20gと混合した。ガラスは、 以下の重量篩画分を有する粒子の形態であった。
33.2$ 355〜500us 7.9$ 250〜355u 37、OS 150〜250n 12.2s 75〜15hm 7、H53〜75μm 2.6$ 53+ua未満 乾燥混合物をプラスチックシート上に均一に散布し、凝集を避けるために、水3 gをこの混合物上に均一に散布しな、ついで、湿潤混合物を収集し、破砕機中で 混合した。コア組成は、砂50重量%、ガラス50重1kygであった。
混合物を箱型中80ボンド、7′平方インチの圧力でコアブローした。3分後、 コアおよび箱型を第2のコアブロアー中に移し、そこで1周囲温度の圧縮空気を 圧力50ボンド/平方インチで4分間コアに“ブリード(bleed)”した。
本明細書中において、′周囲温度(agbient temperature> ”という用語は、はぼ25℃の温度を意味する。ついで、コアを取り出し、11 0℃で20分間加熱し、しかる後、コアは、実施例1の鋳物注型方法における使 用に供した。
衷旌伍−ユ 220570.2重量%およびNa2029.8重量%の重量パーセント組成を 有するガラス5gを水2gに、連続的に撹拌しながら、緩やかに加えた。ガラス は、50〜500μmの範囲の粒子の形態であった。
ついで、生成したスラリーをシェルフオード50砂35gと混合した。
しかる後、この混合物を使用して、実施例6の方法に従い、コアを製造した。
ついで、このコアを使用して、実施fM1の方法に従い、鋳物注型品を製造した 。
コア組成は、砂875重量%、ガラス12.5重1%であった。
叉旌鑓一旦 シェルフオード60砂36gを実施例7で使用したガラス40gと混合した。つ いで、水2gを、ガラスと砂とに混合した。しかる後、混合物を使用して、実施 例6の方法に従い、コアを製造した。ついで、このコアを使用して、実施例1の 方法に従い、鋳物注型物品を製造した。コア組成は、砂90重量%、ガラス10 重1%であった。
シェルフオード60砂4gを、P2O5646重量%、Na2026.4重量% およびCaO8,0重量%の重量パーセント組成を有するガラス36gと混合し た。ガラスは、75〜250μmの範囲の粒子形態であった。水4gを、ガラス および砂に添加して、完全に混合した。コア組成は、砂10重量%、ガラス90 重量%であった。
ついで、この混合物を使用して、第2のコアブロアーから50℃に加熱した圧縮 空気を50ボンド/平方インチの圧力で4分間コアに通してブリードした以外は 、実施倒毛の方法に従い、コアを製造した。しかる後、このコア分使用して、実 施例1の方法に従い、鋳物注型品を製造した。
寒麿湾−1旦 シェルフオード6o砂36gを、P2O570,2重量%およびNa2029. 8重量%の重量パーセント組成を有するガラス4gと混合した。ガラスは、寸法 500μm以下を有する粒子の形態であった。水1.2gをこの乾燥混合物に加 え、ビーカー中で混合した。コア組成は、砂90重量%、ガラス10重量%であ った。
ついで、生成した混合物分エポキシ樹脂の箱型中で60ボンド/平方インチの圧 力でコアブローした。内部にコアを有する箱型を直ちに700ワツトのマイクロ 波オーブンに移し、最大電圧で2分間加熱した。しかる後、箱型からコアを取り 出し、実施例1の鋳物注型方法における使用に供した。
(重責以下余白) 犬施賢−11 AFS100砂95gを、P2O,60,5重量%およびNa、039.5重量 %の重量パーセント組成を有するガラス5gと混合した。ガラスは、500μm 未満の粒子寸法を有した。水4gをこの乾燥混合物に加え、全体を完全に混合ん した。ついで、この混合物を70℃に予熱した金属箱型中80ボンド/平方イン チの圧力で圧縮空気でブローした1箱を周囲温度および80ボンド/平方インチ の圧力の圧縮空気でパージすることにより、コアを乾燥して、取り扱いやすい形 態とした。ついで、コアを取り出し、150℃のオーブン中に30分間置き、注 型する前に残留する遊離水を全て除去した。オーブンから取り出したコアについ て試験したところ、引張強さ160ボンド/平方インチおよび圧縮強さ1,04 0ボンド、/平方インチを有することがわかった。
X麿凹−1ユ コアと、乾燥後、350℃のオーブンに30分間入れて完全に水をフリーにする さらなる工程を加えて実施例11を繰り返した。
X麿医−11 P20s70.2重1%、Na、029.8重1%の重量パーセント組成を有す る異なるガラス組成で実施例11を繰り返した。コアを乾燥オーブンから取り出 す場合、水を完全にフリーにするためには、350°Cで30分間加熱する必要 があることが判明した。
大護匹−11 P2O,702重量%およびN a 2029 、8重量%の重量パーセント組 成を有し、実施例6で使用したガラスとおなし粒子寸法を有するガラス15gを AFS100砂285g上285g、ついで、水道水12gを加え、混合物を完 全に混合した。しかる後、60℃に加熱した箱型中で、混合物を80ボンド/平 方インチの圧縮空気でブローした。ついで7周囲温度の圧縮空気を60秒間加熱 した箱にブローした。コアは、その良好な取り扱いやすさのために、箱から直ち に取り出すことができ、さらに乾燥するために、150℃のオーブンに移した。
く重責以下余白) 去旌Li旦 、AFS100砂90gと、P2O,70,2重量%およびNa2039−8重 量%の重量パーセント組成を有する粒状ガラスLogとを用いてガラス/砂混合 物を調製した。水道水4gをこの混合物に加え、完全に混合を行った。ついで、 80ボンド/平方インチの圧力の圧縮空気を用いて、箱型中、混合物をブローし た。
生成したコアは、良好な圧縮および構造を有し、注型に使用する前に、さらなる 乾燥に供した。AFS100砂95gと、P2O560,5重量%およびNa: 039.5重量%の重量パーセント組成を有するガラス5gとを含有するガラス /砂混合物を用い、水4gと混合し、50ボンド/平方インチの圧力でブローす ることにより、同様な結果が得られた。この後者の混合物は、低ブロー圧力を使 用した第1の混合物に比べ、流動性が向上した。
大旌斑−上旦 P、0,60.5重1%およびNa:039.5重1%の組成を有する粉末ガラ ス60gを冷水道水100m1に加え高剪断ブレンダーで10秒間混合し、適切 にそれを溶解した。混合物総重量に対して最終結合剤含量1.0重1%を与える この溶液2.6gをAFS50砂97.4gに加え、この2つを高剪断ミキサー 、例えば、登録商標ケンウッドシェフ(Kenwood Chef)ミキサーで 1分間の回転数的120回/′分で1分間完全に混合した。ついで、混合物を8 0℃に加熱した箱型内で80ボンド/平方インチの圧縮空気を用いてブローした 。しかる後、箱型を80ボンド、/平方インチの圧力の圧縮空気を用いて周囲温 度で50秒間パージした。
取り出したコアは、ドツグボーン(dog bone)形状の試験片であり、1 50℃に30分間保持することにより、残留水分を除去した後、引張強さ196 ボンド/平方インチを有することが判明した。
大旌泗−11 P2O,60,5重量%およびNa2039,5重量%の重量パーセント組成を 有する粉末状ガラス60gを、冷水道水100@lに加え、高剪断ミキサー中で 10秒間混合し、十分溶液とした。混合物総重量に対して、最終結合剤含量2重 量%を与える上記溶液5gを、へFS100砂95gに添加し、ミキサー中で1 20回転/′分の回転数で1分間混合した。ついで、混合物を80℃に加熱した 箱型中で80ボンド/平方インチの圧力の圧縮空気を用いてブローした。しかる 後、80ボンド/平方インチの圧縮空気を箱型に30秒間通してパージし、つい で、ドツグボーン形状の試験片を良好な取り扱い強度で取り出した。この混合物 の残りとさらに同一の混合物とを用いて、さらに9f[IJの試験片を作成した 。各試験片を150℃で30分間加熱することにより、各試験片から残留水分を 除去した。
10個のドツグボーン形状試験片をインストロン1195強度測定器(rnst ron1195 strength measuring machine)で 張力モード(tension mode)で5KNロードセルおよびクロスヘッ ド速度51/分を用いて強度試験した。10個の結果の平均は、202Nであり 、これは、163.9ポンド7/平方インチの引張強さに等しい。
同一の組成を有するさらなる混合物を作成した。これを圧縮して、圧縮強度測定 用に好適な小さな円筒形状の試験片を形成した。これらの試験片は、同様に、1 50℃で17′2時間乾燥した。10個の同一な試験片を、インストロン119 5で圧縮モードで50KNロードセルおよびクロスヘッド速度2+111/’分 を用いて、強度試験した。10の結果の平均は、圧縮強度1,180ボンド/平 方インチに等しかった。
天旌巳−1互 本実鉋例は、小さなアルミニウム造形品を注型するための小さな砂型の製造を例 示するものである。P2O,60,5重量%およびN a2039 、5重量% の組成を有するガラス20 gを、水30s+1に加え、高剪断ミキサーで10 秒間混合し、十分な溶液としな、上記溶液2,5gをAFS50砂97.5gに 加え、中空プし−ドを備えたロータリーオービタルミキサー(rotary o rbital m1xer)で完全に混合した。得られた混合物は、本質的に円 筒形状のスチールフォーマ−(steel former)に圧縮され、造形さ れたスチールパンチ(steel punch)が混合物を通して押し出され、 溶融アルミニウムを注ぐ内部穴(internal hole)を付与した。形 成された混合物は、型(former)から静かに軽く打ち出され、オーブンに 移して、150℃で1772時閏加時閉た。ついで、型は、注型工程に供された 。型は、重量60gで、ガラス含量1重量%を有した。
X麿褒−1旦 溶液1.25gのみをAFS50砂98.75gに加えた以外は、実施例18を 繰り返した。得られた型は、ガラス含量0.5重量%を有した。
夾施伍一旦旦 溶液0.625gのみをAFS50砂99.375gに加えた以外は、再度、実 施例18を繰り返した。得られた型は、ガラス含量0,25重量%を有した。
X1最−11 P2O,60,5重量%およびN azo 39 、5重量%の組成を有する粉 末状ガラス2Qgを、冷水道水3011に加え、高剪断ミキサーで10秒間混合 し、十分な溶液とした。上記溶液30gをAFS100m1物砂1kgと中空ブ レードを備えたロータリーオービタルミキサー(rotary orbital  m1xer)で完全に混合した。得られた混合物を加熱しない木製箱型中50 ボンド/平方インチでブローした。ついで、50ボンド/平方インチの圧縮空気 を箱型の頂部の流入オリフィスを通して10分間パージした。しかる後、箱型を 転倒し、50ボンド/平方インチの圧縮空気を箱型底部の同寸法のオリフィスを 通してやはり10分間パージした1箱型から取り出すと、コアは、良好な取り扱 い強度を有し、オーブンに移し、150℃で1時間加熱した0重量が600gで あるコアは、可溶性のリン酸塩ガラス1.8重1%を含有した1円筒形状のコア は、ついで、注型工程に供された0本実施例は、高温コア強化工程に先立つコア から水を除去するための低温の使用を例示するものである。
叉應N−ユl 実施例21と同様の混合物を、同様の木製箱型中で、50ボンド/平方インチの 圧力でブローした0箱型は、加熱しなかった。ブロー後直ちに、水平面に沿って 、箱型を2つの部分に分離し、柔らかいコアを箱型の底半分に残した0箱型半分 内の全コアを60℃の減圧オーブンに移した。圧力を700關Hgに低下させ、 3時間保持した。しかる後、減圧を解除し、コアを箱型半分から取り出し、十分 に乾燥させ、注型工程に供した。
犬旌阿−λ旦 AFS50砂95gを、BzOz62モル%およびN a 2038モル%のモ ルパーセント組成を有するボレートガラス5gと混合した。水Logを混合物に 加え、全組成物を完全に混合した。得られた混合物を、65℃に加熱した箱型中 、80ボンド/平方インチの圧力でブローし、ついで、80ボンド/平方インチ の圧力の圧縮空気を用いて、120秒間パージした。コアは、許容される取り扱 い強度を有し、オーブンに移され、150℃に30分間加熱された。しかる後、 コアを使用して、実施例2と同様にして、アルミニウムから鍔物注型品を製造し た。コアは、キャビティから容易に取り外すことができ、キャビティはコア形状 に合致し、許容可能な表面仕上げを有した。
犬施医−11 BzOs62モル%およびN a 2038モル?≦のモルパーセント組成を有 し、粒子寸法範囲250μm未満を有するボウ酸塩(ボレート)ガラス4gをA FSI00鋳物砂96gと完全に混合した。水道水5gを加え、完全に混合した 。得られた混合物を65℃に加熱した箱型内でブローし、ついで、80ボンド/ 平方インチの圧縮空気で60秒問パージした。このコアは、許容可能な取り扱い 強度を有し、オーブンに移し、150℃で172時間加熱した。しかる後、コア はアルミニウムグラビテイダイカスト法に使用された。
これらホウ酸塩(ボレート)ガラス顕のそれぞれ4gは、以下の組成・モル$B zOi モル$Naz。
A 52 4g B 54 46 を有し、粒子寸法250μm未満で、AFS80M物砂96g物理96g、水道 水5gを加え、完全に混合した。得られた混合物を90℃に加熱した箱型内でブ ローし、ついで、80ボンド/平方インチの圧縮空気で90秒間パージした。コ アは、許容可能な取り扱い強度を有し、オーブン中に移して、150℃で1/2 時間加熱した。しかる後、コアは、アルミニウムグラビテイダイカスト法に使用 大旌倒一旦互 920354モル?6およびNaz○46モル%のモルパーセント組成を有する 粉末ガラス20gを50℃の水道水30■1に加え、高剪断ミキサー中で10秒 間混合し、十分な溶液としな。得られた溶液15gを中空ブレードを備えたロー リーオービタルミキサー中で、AFS鋳物砂285gと1分間完全に混合した。
ミキサーの容量は、3リツトルであった。
得られた混合物を、90℃に加熱された箱型中でブローし、80ボンド/平方イ ンチの圧縮空気で60秒間パージした。コアは、許容可能な取り扱い強度を有し 、オーブンに移して、150℃で1/2時間加熱した。しかる後、コアをアルミ ニウムグラビテイダイカスト法に使用した。
X施凹−λユ P2O570,2重量%およびNa2029.8重量%の重量パーセント組成と 粒子寸法250μm未満を有するガラス15gを、AFS50鋳物砂285gと 混合した。水道水12gを加え、完全に混合した。得られた混合物を、60℃の 箱型中、周囲温度および80ボンド/平方インチの圧力の圧縮空気を用いてブロ ーした。ついで、圧縮空気を箱型に通して80ボンド/平方インチの圧力で1分 間ブローした。このコアは、良好な取り扱い強度を有し、箱型から直ちに取り出 し、オーブンに移して、150℃で1/2時間加熱した。ついで、270g重量 のこのコアをグラビテイキャスティングダイ中に配し、自動車用途用の水ポンプ ハウジング570gを製造した。しかる後、700℃のアルミニウムを閉鎖した グイ中に注いだ。1分後、ダイを開放し、内部コアが無傷のまま、アルミニウム 注型品が取り出された。内部コアを具備した注型品を20分間冷却し、ついで、 冷水道水のスチールバス(still bath)に浸漬した。10分後、注型 品をバスから取り出した。はぼ50%のコアが、このソーキング中に分散された ことが判明した。
残るコアは、柔らかくなり、除去するために水ホースで30秒問フラッジする必 要があった。得られた水ポンプ注型品は、砂粒子を付着せず、良好な内表面仕上 げを有した。
(重責以下余白) 大旗」−ユ1 P2O570,2重1%およびNa2029.8重量%の重量パーセント組成と 粒子寸法250μm未満を有するガラス6gを、AFS100鋳物砂74gと混 合した。水道水3.2mlを加え、完全に混合した。混合物を、60℃の箱型中 、周囲温度および80ボンド/平方インチ圧力の圧縮空気を用いてブローした。
ついで、箱型を通して、80ポンド/′平方インチの圧力で、圧縮空気を1分間 ブローした。コアは、良好な取り扱い強度を有し、直ちに取り出して、オーブン に移して、150℃で1/2時間加熱した。得られたコアは、重J160gであ り、互いの面から伸長する一つのプリントエンド(print−end)を有す るディスク形状であった。注型中の金属侵入を排除するために、コアは、インプ ロピルアルコール(1,PA、)主体のゲイ酸ジルコニウムスラリー塗料で浸漬 被覆した。しかる後、コアは、アルミニウム高圧ダイカスト法での使用に供した 。
注型条件二 金属温度 −700±20℃金属速度 −39,2m/s 圧力の強さ −13,5000ボンド7/平方インチ充填時間 −0,05秒 ゲートの大きさ −80關2 得ちれた注型品は、はぼ300g重量であるが、これを、内部コアを無傷のまま グイから取り出し、冷水のスチールバス中に浸漬した。10分後、注型品をバス から取り出した。コアのあるものは、このソーキング中に壊れることが見られた 。残るコアは、柔らかで、80ボンド/′平方インチの圧力の噴射水でわずか2 0f+間のフラッジを必要とし、コアのラスト(last)を十分に取り出すこ とができた。得られたアルミニウム注型品は、砂の粒子およびアルミニウムの侵 入を含まず、良好な鮮鋭度を有した。
大施凹一旦ユ 本実施例は、一部失透したガラスを使用する。P2O,58重量%およびNa2 042重量%を含有する800℃の溶融ガラスを、スチルテーブル上で注型した 。
溶融ガラスが固化すると、固体ガラスがガラスおよび失透相の混合物を含有する ように失透相が形成された。
この一部失透したガラスは、圧浸され篩にかけて寸法50μm以上の粒子を除去 した。この篩にかけた粉末を中空ブレードを備えたロータリーオービタルミキサ ーを用いて、AFS100鋳物砂200gと完全に混合した。冷水道水10■l をこの混合物に加え、ロータリーオービタルミキサーを用いて、得られた湿潤混 合物を完全に混合した。得られた混合物は、70ポンド/平方インチの圧力の圧 縮空気を用いて、90℃に加熱した箱型内でブローされる充填物を形成した。つ いで、ブローされた充填物は、70ボンド、/平方インチの圧力と周囲温度の圧 縮空気を用いて90秒間パージされた。得られたコアは、良好な取り扱い強度を 有し、ついで、オーブンに移して、150℃で1時間加熱した。
しかる後、コアを収り出し、アルミニウムグラビテイダイカスト法に使用した。
寒瀘河一旦旦 本実施例は、結合剤として、溶融ホウ酸ナトリウムの使用を例示するものである 。炭酸ナトリウム(無IC)とオルトホウ酸との混合物を、温度を900℃〜1 ゜200℃の範囲、好ましくは、その範囲の最高温度に加熱することにより、溶 融ホウ酸ナトリウムを調製した。溶融ホウ酸ナトリウム結合剤は、ナトリウムテ トラボレートおよび炭酸ナトリウムの混合物から、ならびに、ジボラントリオキ シドおよび炭酸ナトリウムから調製することもできた。
結合剤の調製においては、上記リストアツブした混合物の選択された一つから形 成される溶融材料を、粉砕して粒子寸法500μm未満とした。上申の結合剤濃 度の異なる2つのタイプの結合剤を形成した。
結合剤中、2重量?このボレート濃度では、成分の配合比は、溶融ホウ酸塩(ボ レーN2.Og、水4.0gおよび砂(AFSloo)98.0gであり、結合 剤中、6重量%のホウ酸塩(ボレート)については、配合比は、溶融ホウ酸塩( ボレート>6.0g、水10.0gおよび砂(AFSloo)94.0gであっ た。
結合剤溶液は、溶融ホウ酸塩(ボレート)粉末を、激しく撹拌しつつ、約60℃ の水に」加することにより調製した。ついで、ケンウッドにブレードミキサー( にer+voodに組xer) 分用いて、結合剤溶液の適量を鋳物砂と混合し た。砂/結合剤混合物の一部は、ライトスクールサンドラマ−(Ridscal e 5and ra龍er)を用いて、“ドツグボーン(dog bone)” 試験片に圧縮した。製造した試験片全部を150℃で1時間乾燥した。しかる後 、得られた例は、引張強度および分散性について実験した。
これら実験の結果を以下の表に示す、ナトリウムオキシド(Na、O)および酸 化ホウ素(B 20 ) )のモルパーセント当量は、試験したそれぞれの結合 剤について示す。
スX殖企躬盪庶 モル2 引張り強度(p、s、i、) 分散時間Na2OBzOz <秒) 1’laX l1lin 9 42 48 250 225 240 <60五X殖金ヱ盪鷹 モル2 引張り強度(p、s、i、) 分散時間Na2Oa、o、 (秒) )lax Min 玉虫 48 52 >368 340 357 5結合剤が、分散時間が短いとともに 良好な引張強度を有することが分かるであろう。
150℃の乾燥工程後、さらに、400℃で1時間乾燥した対応試料について試 験を繰り返した。得られた試料は、約20p、S、i、未満と引張強度が弱く、 分散時間は、対応するオリジナル試料のものよりも一般に長かった。
(重責以下余白) 犬施伝−11 本実施例は、実施例30のホウ酸ナトリウムと同様にして調製した溶融ホウ酸カ リウムの使用を例示するものである。“ドツグボーン(dog bone)”試 験片を溶融温度1.200℃で調製し、乾燥し、熱処理し、実施例30における と同様に試験した。結合剤のホウ酸塩濃度2重量%を有する試料は、K2O48 モル%およびBzos52モル%のモルパーセント当量濃度を有した。
モル2 引張り強度(p、s、i、) 分散時間に20 B20* (秒) Illax Win 9 48 52 225 210 243 <5試料は、良好な引張強度と分散時間 とを有した。さらに400℃で乾燥したさらなる試料も試験したが、これは、平 均引張強度的55p、s、i、であり、150℃で乾燥した試料よりも幾分長い 分散時間を有していた。
犬旌医一旦ユ 本実施例は、非溶融ホウ酸ナトリウム溶液結合剤の使用を例示するものである。
結合剤溶液の調製において、水を激しく撹拌しながら、これに水酸化ナトリウム を少量づつ加えた。ホウ酸を少量加え、温度80℃〜90℃に維持した。酸化ナ トリウムと等価な酸化ホウ素との種々のモルパーセントを有する多数の結合剤溶 液試料を調製した。ついで、結合剤溶液の適量を鋳物砂(AFSloo)と混合 することにより試験片を調製し、2%w/wの混合物を得た。混合物において、 好適な分散性を得るには、結合剤溶液に対して50%W/豐のさらなる水の添加 が必要であった。ドツグボーン(dog bone)を作成し、150℃で1〜 2時間乾燥し、引張強度を試験した。
Na、○およびB20.の種々のモルパーセンテージを有する種々の結合剤およ び異なる乾燥条件についての試験結果を以下に示す。
(重責以下余白) モル2 引張り強度(p、s、i、) Na:Oa2off 150℃/lhr 150℃/2hr−−(1ヱリ 町i x gin ±均 48 52 21.0 190 203 210 180 19945 55  215 160 1ull 195 +60 177試料は、満足する引張強度 を示した。
大旗月一旦ユ 本実施例は、結合剤として、テトラリン酸のナトリウム塩の使用を例示するもの である。
モル%Nano: P2O,比59.6 :40.4 (ポリリン酸ガラス試料 N05に等価である。)のポリリン酸ナトリウムを含有する結合剤溶液とテトラ リン酸と炭酸ナトリウムとから調製した。
、へFSiOO砂に対して2%鹸胃の固形結合剤を含有する試験片(ドツグボー ン)を作成した。引張強度および分散性試験を150℃で2時間乾燥したものに ついて行い、“ドツグボーン”を熱処理した。
試験結果を以下に示す。
モル2 引張り強度(p、s、i、) 分散時間Na2OP2O,(秒〉 Wax Win 玉当 59.6 40.4 165 130 146 <5試料は、満足する引張強度 を有した。
ついで、さらに、400℃で乾燥したさらなる試料を作成した。これらの試料は 、引張強度が約2Qp、s、i、未満と弱く、分散時間もほぼ2分と長かった。
ル較大旗偲−ユ 9 リン ナトリウムのP、0570.2重1%およびNa、 029.8重量%の組成を有するリン酸塩ガラスと等価な重量パーセント組成を 有する結晶性リン酸ナトリウム75gをAFS100鋳物砂92.5gと完全に 混合し、ついで、水道水4gを混合した。混合物を60℃に予熱した金属箱型中 60ボンド/平方インチの圧力でブローした。
ついで、周囲温度の圧縮空気を箱型に通し60秒間パージした。結晶性リン酸ナ トリウムを用いて、箱型から取り出す際に、コアはつぶれた。等価なリン酸塩ガ ラスの場合の等価な処理では、良好な取り扱い特性を有するコアを生成した。
ル較m倒−1ケイ ナトリウムガラスの 用AFS100鋳物砂90gと、N  a 2045モル%および5iOz55モル%のモルパーセント組成ならびに粒 子寸法範囲0〜250μmを有するゲイ酸塩ガラス10gとを混合した。上記に 水4gを加え、完全に混合した。得られた混合物を70℃に加熱した箱型中80 ボンド、/平方インチの圧力でブローした。ついで、箱型を周囲温度の圧縮空気 で90秒間パージした。
得られたコアは、良好な取り扱い強度を有し、ついで、オーブン中150℃で1 /2時間乾燥した。得られた乾燥コアは1重JL60gで、互いの面から沖長す る一つのプリントエンド(print end)を有するディスク形状であった 。
しかる後、300gのアルミニウム注型品を作成する小さなグラビテイキャステ ィングダイにコアを配した。このダイを閉鏝し、700℃の溶融アルミニウムを ダイに注いだ。1分後、ダイを分離し、内部コアを無傷のまま注型品と取り出し た。注型品は、10分間冷却され、続いて、50℃の水道水の撹拌浴に移した。
1時間後、コアは、無傷のまま、注型品内にあり、水ホースでフラッジしたが、 注型品からコアは取り出せなかった。
手続補正書 平成5年 8月2q日 PCT/GB91101793 平成 3年特許願第516492号 2、発明の名称 水分散可能な型における、あるいは、関連した改良3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 ボーデン(ニーケイ)リミテッド4、代 理 人 住 所 東京都千代田区大手町二丁目2番1号新大手町ビル206区 電話(3270)−6641〜6 −−−4氏名 (2770)弁理士湯浅恭ヨ ニー2−5、補正の対象 明細書 (1)請求の範囲を次のように訂正する。
「1.注型品製造用の水分散可能な型であって、該型が、水不溶性の粒状材料お よびそのための結合剤を含み、前記結合剤がポリホスフェート鎖および/または ボレートイオン類を含む型。
2、注型品製造用の水分散可能な型を製造するための方法であって、該方法が、 (a)水不溶性の粒状材料を付与し; (b)前記粒状材料を、ポリホスフェート鎖および/またはボレートイオン類を 含む結合剤と合わせ、前記鎖および/またはイオン類を水に溶解させ; (C)工程(b)中または工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を 所望の形状に形成し;さらに、 (d)前記混合物から遊離の水を除去する、各工程を含む方法。
3、形成工程(C)において、前記粒状材料および結合剤の混合物が、真空箱中 、加圧下でブローされ、それにより、前記混合物を所望の形状に造形する請求項 2に記載の方法。
4、前記真空箱内で前記混合物をブローした後、混合物で満たされた前記真空箱 が圧縮パージ空気でパージされる請求項3に記載の方法。
5、注型可能な材料を注型するための方法であって、該方法が、請求項1に従う か、または請求項2の方法に従い、水分散可能な型を製造し、注型可能な材料を 型に接触させて注ぎ、この材料を、型の表面形状に合うように、型と接触させて 固化させ、さらに、この型を水溶液で処理することにより、固形の注型材料から 型を分散させる各工程を含む方法。
6、注型品製造用の水分散可能な型を製造するための方法であって、該方法が、 (a)水不溶性の粒状材料を付与し: (b)前記粒状材料を、少なくとも1種の水溶性ホスフェートおよび/またはボ レートガラスから誘導される結合剤および水と合わせ; (C)工程(b)中または工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を 所望の形状に形成し;さらに、 (d)前記混合物から遊離の水を除去する、各工程を含む方法。」 (2)明細書第28頁末行の次に新行で始まる下記を挿入する。
r 本発明の実施の態様は次の通りである。
1、 注型品製造用の水分散可能な型であって、該型が、水不溶性の粒状材料お よびそのための結合剤を含み、前記結合剤がポリホスフェート鎖および/または ボレートイオン類を含む型。
2、 前記ポリホスフェート鎖および/またはボレートイオン類が、それぞれ、 少なくとも1種の水溶性リン酸塩ガラスおよび/またはホスフェートガラスから 誘導される上記1に記載の水分散可能な型。
3、 前記ガラスが一部失透した上記2に記載の水分散可能な型。
4、 前記結合剤がポリホスフェート鎖および/またはボレートイオン類を含有 する少なくとも1種の水可溶性水溶液の形態で前記粒状材料と混合された上記2 または3に記載の水分散可能な型。
5、 前記結合剤が、少なくとも1種の水可溶性ガラスの粒子の形態で前記粒状 材料と混合され、前記ポリホスフェート鎖および/またはボレートイオン類が、 水を前記粒状材料およびガラス粒子の混合物と混合することにより形成された上 記2または3に記載の水分散可能な型。
6、 前記水溶性ホスフェートガラスが、P2O530〜80モル%、R202 0〜70モル%、Mo 0〜30モル%およびL2o30〜15モル%[式中、 Rは、Na、KまたはLiであり、Mは、Ca、MgまたはZnであり、さらに 、Lは、AI、FeまたはBである。]を含む上記2〜5のいずれか1項に記載 の水分散可能な型。
7、 前記水溶性ホスフェートガラスが、P2O558〜72重量%、N a  z 042〜28重量%およびCa0O〜16重量%を含む上記6に記載の水分 散可能な型。
8、 前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基準で、少なくとも0.2 5重量%含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.75重量%以下含まれる上 記1〜7のいずれか1項に記載の水分散可能な型。
9、 前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基準で、0.5〜25重量 %含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.5〜75重量%含まれる上記8記 載の水分散可能な型。
10、 前記粒状材料が鋳物砂である上記1〜9のいずれか1項に記載の水分散 可能な型。
11、 型がコアである上記1〜10のいずれか1項に記載の水分散可能な型。
12、 注型品製造用の水分散可能な型を製造するための方法であって、該方法 が、 (a)水不溶性の粒状材料を付与し; (b)前記粒状材料を、ポリホスフェート鎖および/またはボレートイオン類を 含む結合剤と合わせ、前記鎖および/またはイオン類を水に溶解させ; (C)工程(b)中または工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を 所望の形状に形成し:さらに、 (d)前記混合物から遊離の水を除去する、各工程を含む方法。
13、 前記ポリホスフェート鎖および/またはボレートイオン類が、それぞれ 、少なくとも1種の水溶性ホスフェートガラスおよび/またはボレートガラスか ら誘導された上記12に記載の方法。
14、 工程(b)において、前記粒状材料と混合した結合剤が少なくとも前記 1種の水溶性ガラスの水溶液である上記13記載の方法。
15、 工程(b)において、前記粒状材料と混合する結合剤が少なくとも前記 1種の水溶性ガラスの粒子の形態であり、前記ポリホスフェート鎖および/また はボレートイオン類が、水と、粒状材料およびガラス粒子の混合物との混合によ り形成される上記13に記載の方法。
16、 水が、前記混合物の総重量基準で、13重量%以下の量加えられる上記 15に記載の方法。
17、 工程(b)において、前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基 準で、少なくとも0.25重量%含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.7 5重量%以下含まれる上記12〜16のいずれか1項に記載の方法。
18、 工程(b)において、前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基 準で0.5〜25重量%含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99゜5〜75重 量%含まれる上記17記載の方法。
19、 前記水溶性ホスフェートガラスが、P2O530〜80モル%、P2O 20〜70モル%、MOO〜30モル%およびL 2030〜15モル%[式中 、Rは、Na、KまたはLiであり、Mは、Ca、MgまたはZnであり、さら に、Lは、A1、FeまたはBである。]を含む上記13〜16のいずれか1項 に記載の方法。
20、 前記水溶性ホスフェートガラスがP2O558〜72重量%、N a  2042〜28重量%およびCa00〜16重量%を含む上記19に記載の方法 。
21、 形成工程(c)において、前記粒状材料および結合剤の混合物が、真空 箱中、加圧下でブローされ、それにより、前記混合物を所望の形状に造形する上 記12〜20のいずれか1項に記載の方法。
22、 前記真空箱が、混合物をその中にブローする前に、加熱される上記21 記載の方法。
23、 前記混合物を圧縮空気によりブローする上記21または22に記載の方 法。
24、 前記真空箱内で前記混合物をブローした後、混合物で満たされた前記真 空箱が圧縮パージ空気でパージされる上記21〜23のいずれか1項に記載の方 法。
25、 前記圧縮パージ空気が高温である上記24記載の方法。
26、 前記高温が50〜90℃である上記25記載の方法。
27、 前記圧縮パージ空気が、遊離または非化学結合した水を混合物から除去 する上記24または26に記載の方法。
28、 工程(d)において、水が混合物から加熱により除去される上記21〜 27のいずれか1項に記載の方法。
29、 前記混合物が100℃以上の温度に加熱され、実質的にすべての遊離、 非化学結合した水を前記混合物から除去する上記28記載の方法。
30、 前記混合物が、前記真空箱から取り出された後、ホットエアーオーブン 中で加熱される上記28または29に記載の方法。
31、 前記真空箱が、実質的に、マイクロ波に対して透過性であり、前記混合 物が、マイクロ波により真空箱内で加熱される上記28または29に記載の方法 。
32、 前記耐火性粒状材料が鋳物砂である上記12〜31のいずれか1項に記 載の方法。
33、 前記型がコアである上記12〜32のいずれか1項に記載の方法。
34、 注型可能な材料を注型するための方法であって、該方法が、上記1に従 うか、または上記12の方法に従い、水分散可能な型を製造し、注型可能な材料 を型に接触させて注ぎ、この材料を、型の表面形状に合うように、型と接触させ て固化させ、さらに、この型を水溶液で処理することにより、固形の注型材料か ら型を分散させる各工程を含む方法。
35、 前記注型可能な材料が液体金属である上記34記載の方法。
36、 注型品製造用の水分散可能な型を製造するための方法であって、該方法 が、 (a)水不溶性の粒状材料を付与し; (b)前記粒状材料を、少なくとも1種の水溶性ホスフェートおよび/またはボ レートガラスから誘導される結合剤および水と合わせ; (c)工程(b)中または工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を 所望の形状に形成し:さらに、 (d)前記混合物から遊離の水を除去する、各工程を含む方法。」

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.注型品製造用の水分散可能な型であって、該型が、水不溶性の粒状材料およ びそのための結合剤を含み、前記結合剤がポリリン酸塩鎖および/またはボレー トイオン類を含む型。
  2. 2.前記ポリリン酸塩鎖および/またはボレートイオン類が、それぞれ、少なく とも1種の水溶性リン酸塩ガラスおよび/またはホウ酸塩ガラスから誘導された 請求項1に記載の水分散可能な型。
  3. 3.前記ガラスが一部失透した請求項2に記載の水分散可能な型。
  4. 4.前記結合剤がポリリン酸塩鎖および/またはボレートイオン類を含有する少 なくとも1種の水可溶性水溶液の形態で前記粒状材料と混合された請求項2また は3に記載の水分散可能な型。
  5. 5.前記結合剤が、少なくとも1種の水可溶性ガラスの粒子の形態で前記粒状材 料と混合され、前記ポリリン酸塩鎖および/またはボレートイオン類が、水を前 記粒状材料およびガラス粒子の混合物と混合することにより形成された請求項2 または3に記載の水分散可能な型。
  6. 6.前記水溶性リン酸塩ガラスが、P2O530〜80モル%、R2O20〜7 0モル%、MO0〜30モル%およびL2O30〜15モル%[式中、Rは、N a、KまたはLiであり、Mは、Ca、MgまたはZnであり、さらに、Lは、 Al、FeまたはBである。]を含む請求項2〜5のいずれか1項に記載の水分 散可能な型。
  7. 7.前記水溶性リン酸塩ガラスが、P2O558〜72重量%、Na2O42〜 28重量%およびCaO0〜16重量%を含む請求項6に記載の水分散可能な型 。
  8. 8.前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基準で、少なくとも0.25 重量%含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.75重量%以下含まれる請求 項1〜7のいずれか1項に記載の水分散可能な型。
  9. 9.前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基準で、0.5〜25重量% 含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.5〜75重量%含まれる請求項8記 載の水分散可能な型。
  10. 10.前記粒状材料が鋳物砂である請求項1〜9のいずれか1項に記載の水分散 可能な型。
  11. 11.型がコアである請求項1〜10のいずれか1項に記載の水分散可能な型。
  12. 12.注型品製造用の水分散可能な型を製造するための方法であって、該方法が 、 (a)水不溶性の粒状材料を付与し; (b)前記粒状材料を、ポリリン酸塩鎖および/またはボレートイオン類を含む 結合剤と合わせ、前記鎖および/またはイオン類を水に溶解させ; (c)工程(b)中または工程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を 所望の形状に形成し;さらに、 (d)前記混合物から遊離の水を除去する、各工程を含む方法。
  13. 13.前記ポリリン酸鎖および/またはボレートイオン類が、それぞれ、少なく とも1種の水溶性リン酸塩ガラスおよび/またはボレートガラスから誘導された 請求項12に記載の方法。
  14. 14.工程(b)において、前記粒状材料と混合した結合剤が少なくとも前記1 種の水溶性ガラスの水溶液である請求項13記載の方法。
  15. 15.工程(b)において、前記粒状材料と混合する結合剤が少なくとも前記1 種の水溶性ガラスの粒子の形態であり、前記ポリリン酸鎖および/またはボレー トイオン類が、水と、粒状材料およびガラス粒子の混合物との混合により形成さ れる請求項13に記載の方法。
  16. 16.水が、前記混合物の総重量基準で、13重量%以下の量加えられる請求項 15に記載の方法。
  17. 17.工程(b)において、前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基準 で、少なくとも0.25重量%含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.75 重量%以下含まれる請求項12〜16のいずれか1項に記載の方法。
  18. 18.工程(b)において、前記結合剤が、粒状材料および結合剤の総重量基準 で、0.5〜25重量%含まれ、前記粒状材料が、同基準で、99.5〜75重 量%含まれる請求項17記載の方法。
  19. 19.前記水溶性リン酸塩ガラスが、P2O530〜80モル%、R2O20〜 70モル%、MO0〜30モル%およびL2O30〜15モル%[式中、Rは、 Na、KまたはLiであり、Mは、Ca、Mgまたは2nであり、さらに、Lは 、Al、FeまたはBである。]を含む請求項13〜16のいずれか1項に記載 の方法。
  20. 20.前記水溶性リン酸塩ガラスが、P2O558〜72重量%、Na2O42 〜28重量%およびCaO0〜16重量%を含む請求項19に記載の方法。
  21. 21.形成工程(c)において、前記粒状材料および結合剤の混合物が、真空箱 中、加圧下でブローされ、それにより、前記混合物を所望の形状に造形する請求 項12〜20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 22.前記真空箱が、混合物をその中にブローする前に、加熱される請求項21 記載の方法。
  23. 23.前記混合物を圧縮空気によりブローする請求項21または22に記載の方 法。
  24. 24.前記真空箱内で前記混合物をブローした後、混合物で満たされた前記真空 箱が圧縮パージ空気でパージされる請求項21〜23のいずれか1項に記載の方 法。
  25. 25.前記圧縮パージ空気が高温である請求項24記載の方法。
  26. 26.前記高温が50〜90℃である請求項25記載の方法。
  27. 27.前記圧縮パージ空気が、遊離または非化学結合した水を混合物から除去す る請求項24または26に記載の方法。
  28. 28.工程(d)において、水が混合物から加熱により除去される請求項21〜 27のいずれか1項に記載の方法。
  29. 29.前記混合物が100℃以上の温度に加熱され、実質的にすべての遊離、非 化学結合した水を前記混合物から除去する請求項28記載の方法。
  30. 30.前記混合物が、前記真空箱から取り出された後、ホットエアーオーブン中 で加熱される請求項28または29に記載の方法。
  31. 31.前記真空箱が、実質的に、マイクロ波に対して透過性であり、前記混合物 が、マイクロ波により真空箱内で加熱される請求項28または29に記載の方法 。
  32. 32.前記耐火性粒状材料が鋳物砂である請求項12〜31のいずれか1項に記 載の方法。
  33. 33.前記型がコアである請求項12〜32のいずれか1項に記載の方法。
  34. 34.注型可能な材料を注型するための方法であって、該方法が、請求項1に従 うか、または請求項12の方法に従い、水分散可能なの型を製造し、注型可能な 材料を型に接触させて注ぎ、この材料を、型の表面形状に合うように、型と接触 させて固化させ、さらに、この型を水溶液で処理することにより、固形の注型材 料から型を分散させる各工程を含む方法。
  35. 35.前記注型可能な材料が液体金属である請求項34記載の方法。
  36. 36.注型品製造用の水分散可能な型を製造するための方法であって、該方法が 、 (a)水不溶性の粒状材料を付与し; (h)前記粒状材料を、少なくとも1種の水溶性リン酸塩および/またはボレー トガラスから誘導される結合剤および水と合わせ;(c)工程(b)中または工 程(b)後に、前記粒状材料および結合剤混合物を所望の形状に形成し;さらに 、 (d)前記混合物から遊離の水を除去する、各工程を含む方法。
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