JPH07106420B2 - 鋳型材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシェルモールド鋳造法に使用される鋳型、特に
アルミニウム合金鋳物又は軽合金鋳物などの鋳造におい
て、鋳造後の砂落とし作業性が容易な鋳型の作製に有用
な鋳型材料に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

従来より、アルミニウム合金鋳物等の鋳造で用いられる
鋳型には、熱安定性に優れたフェノール系樹脂が結合剤
として一般的に使用されている。したがって、鋳造後に
鋳物製品より容易に鋳砂が排出除去され得る性質（この
性質を鋳型の易崩壊性という）については必ずしも満足
し得るものではなく鋳型が殆ど崩壊せずに鋳物中に残存
する傾向にある。そのため、アルミニウム合金鋳物等の
製造に際しては、鋳物にノックアウトマシーン等で衝撃
を与えて鋳型を崩壊除去したり、更には高温焼成炉中で
数時間にわたって熱処理を施す、所謂「砂焼き工程」を
設けることによって鋳物中より残砂を除去する方法が一
般的に実施されており、多大の労力と時間とエネルギー
が費やされている現状である。

更に、最近の自動車鋳物は薄肉軽量化および構造の複雑
化と共にアルミニウム合金等の使用が増加する傾向にあ
り、鋳造後における鋳型の崩壊性の改善は自動車業界に
おいて重要且つ緊急な課題とされている。

そこで、本出願人はこの様な事情に鑑み鋳型の崩壊性改
善について研究を行なったところ、フェノール樹脂の熱
分解促進に対しアルカリ金属塩が有効であることを見出
し、先に崩壊性改善剤として芳香族カルボン酸のアルカ
リ金属塩を使用した鋳型材料を開発し特開昭62−124046
号として提案した。しかしながら、この鋳型材料は従来
材料より良好な易崩壊性を与えるものの業界の要望を必
ずしも十分に満足させ得るものとは言えず更に改良が必
要であること、もと鋳型材料が吸湿してブロッキングし
易いという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、実用に支障のない鋳型強度と良好な造型
性（硬化速度）及び耐ブロッキング性を備え、しかも鋳
造後の鋳型の崩壊性に一層優れた鋳型を与える鋳型材料
の開発を目的に鋭意検討を重ねた結果、崩壊性改善剤と
してタングステン酸アルカリ金属塩及び／又はモリブデ
ン酸アルカリ金属塩を用いた鋳型材料は上記目的を達成
し得ることを見出し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は鋳物砂、フェノール系樹脂及び崩壊
性改善剤を必須成分とする鋳型材料において、該崩壊性
改善剤としてタングステン酸アルカリ金属塩及び／又は
モリブデン酸アルカリ金属塩を用いたことを特徴とする
鋳型材料を提供するものである。

以下、本発明の鋳型材料について詳細に説明する。

本発明における鋳物砂は、特に限定はなく、金属の鋳造
に耐え得る耐火性を有し、約0.05〜1.0mm程度の粒径を
有する耐火性骨材であれば使用することができる。具体
的に例示すれば、天然けい砂、人造けい砂、再生砂等の
如きケイ砂、オリビンサンド、ジルコンサンド、アルミ
ナサンド、クロマイトサンド等の如き特殊砂、フエロク
ロム系スラグ、フエロニッケル系スラグ、転炉スラグ等
の如き耐火性砂粒状骨材、セラビーズ等の如き多孔性砂
粒状骨材などがある。

本発明において鋳物砂の結合剤として用いられるフェノ
ール系樹脂としては、フェノール類とアルデヒド類を触
媒の存在下又は不存在下に反応させて得られるノボラッ
ク型、ノボラックにメチロール基を付加させたノボラッ
クレゾール型、アルカリレゾール型、アンモニアレゾー
ル型及びベンジリックエーテル型フェノール樹脂等の如
き無変性フェノール樹脂、又はこれら無変性フェノール
樹脂の製造開始時、途中又は終了後に必要に応じて任意
の変性剤を添加して反応もしくは混合して得られる変性
フェノール樹脂などが例示される。

上記フェノール類としては、フェノール、クレゾール、
キシレノール、パラ−ｔ−ブチルフェノール、パラクミ
ルフェノール、フェニルフェノール、レゾルノール、カ
テコール、ハイドロキノン、ピロガロール、ビスフェノ
ールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ及びフェ
ノール類の製造時に副生するレゾルシノール残渣、カテ
コール残渣、クレゾール残渣、キシレノール残渣等の如
きフェノール系残渣などがある。

アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、パラホルム
アルデヒド、トリオキサン、ポリアセタール、ヘキサメ
チレンテトラミン、アセトアルデヒド、グリオキザー
ル、フルフラール、ベンズアルデヒドなどがある。

反応触媒としては、KOH,NaOH,Na₃PO₄,K₂CO₃等のアルカ
リ金属化合物、Ba（OH）₂,Ca（OH）₂,CaO,MgO等のアル
カリ土類金属化合物及びアンモニア、ヘキサメチレンテ
トラミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、
エチレンジアミン等のアミン系化合物などのアルカリ性
触媒、または塩酸、硫酸等の無機酸、修酸、ポラトルエ
ンスルホン酸等の有機酸、カルボン酸、ナフテン酸及び
硼酸等のMn塩、Zn塩、Pb塩等の二価金属塩及び塩化亜鉛
等のルイス酸などの酸性触媒がある。

変性剤としては、尿素、メラミン、アニリン、フルフラ
ール、フリフリルアルコールエピクロロヒドリン、カシ
ューナットシェルオイル、トール油、ポリビニールアル
コール、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、キシ
レン樹脂、酢酸ビニール樹脂、ポリアミド樹脂、アクリ
ル樹脂、ポリエチレン樹脂などがある。

なお、これらのフェノール類、アルデヒド類、反応触媒
及び変性剤は、それぞれ例示されたものに限定されるも
のではなく、更にそれぞれは単独で又は２種以上を組み
合わせて用いることができる。

通常、これらのフェノール系樹脂は固体状、液体状（又
はワニス状）又はエマルジョン等の任意の形態で使用さ
れる。また、従来より一般的に使用されている任意の配
合剤、アミノ系シラン、エポキシ系シラン、メルカプト
系シラン等のシランカップリング剤を始めとしたチタネ
ート系、ジルコアルミネート系、アルミニウム系、ボロ
ン系等の如きカップリング剤、エチレンビスステアリン
酸アマイド、オキシステアリン酸アマイド、メチロール
アマイド等の如き脂肪酸アマイド類、パラフィンワック
ス、カルナバワックス等の如きワックス等、安息香酸、
サリチル酸、レゾルシノール、カテコール、ビスフェノ
ールA.ビスフェノールＳ等の如き硬化促進剤、又は必要
に応じてヘキサメチレンテトラミン、ベンガラ、砂鉄な
どを配合することができる。

フェノール系樹脂の配合量は、使用材料の特性や要求性
能などの諸条件に応じて適宜選択される性質のものがあ
るが、一般的には鋳物砂に対して0.2〜10重量％であ
り、好ましくは0.5〜５重量％の範囲から選ばれる。

本発明において、鋳造後の鋳型の崩壊性に有効な添加剤
として用いられる崩壊性改善剤はタングステン酸アルカ
リ金属塩及びモリブテン酸アルカリ金属塩である。具体
的には、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カ
リウム、モリブデン酸ナトリウム及びモリブテン酸カリ
ウムであり、これらは単独で又は２種以上を組み合わせ
て用いることができる。

崩壊性改善剤の配合量は、フェノール系樹脂に対して通
常0.5〜30重量％であり、好ましくは１〜20重量％の範
囲から選ばれる。配合量が0.5重量％未満の場合は、鋳
造後の鋳型の崩壊性を改善することが出来ず。また30重
量％を越えると鋳型強度が著しく低下し実用に供し得な
い。

崩壊性改善剤の配合方法には、通常、鋳物砂と崩壊性
改善剤を混合した後に樹脂を添加混合する方法、鋳物
砂に樹脂と崩壊性改善剤を同時に添加混合する方法、
鋳物砂と樹脂を混合した後に崩壊性改善剤を添加混合す
る方法、予め崩壊性改善剤を溶融混合して得た樹脂と
鋳物砂を混合する方法などが採用される。

また、本発明の鋳型鋳型材料は、従来より鋳造分野で一
般的に実施されている方法、例えばドライホットコート
法、セミホットコート法、コールドコート法、粉末溶剤
法等を利用して製造することができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、実施
例は技術思想の限定を意図したものではない。なお、各
実施例中の「％」は特に断わりのない限りすべて重量基
準であり、また諸特性は次の試験法により測定されたも
のである。

鋳型強度（抗折力）:JIS−Ｋ−6910 ベンド（mm）:JACT試験法SM−３ なお、ベンドは硬化特性の評価方法で数値が小さいほど
硬化速度は速いと判定する。

融着点（℃）:JACT試験法Ｃ−１ 耐ブロッキング性:500ccビーカーに鋳型材料800gを
採取し、温度50℃、湿度90％、荷重1kgで２時間放置し
た後、室温まで冷却して鋳型材料のブロッキング率
（％）を求めた。

崩壊性：先ず、崩壊性試験用中子として第１図に示
すドグボーン型抗張力試験片１（幅40mm長さ75mm厚さ25
mm）を鋳型材料で作成する。次に、試験片より少し大き
い空間を有する第１図に示す主型２（幅80mm長さ125mm
厚さ75mm）を別途作成し、この主型内に中子試験片を固
定した後、これにアルミニウム合金溶油（温度720±５
℃）を注湯して室温まで放置冷却させて第２図に示す鋳
物３を作成する。得られた鋳物３の所定箇所に圧力0.4k
g/cm²のエヤハンマーにより振動を与え、予め鋳物に設
けられた排出口４（直径16mm）より排出される鋳物砂の
重量を時間毎に測定しつつ中子が全部排出されるまで行
なった。崩壊性は、排出された鋳物砂の重量を排出され
た鋳物砂の総重量で除して重量％で表示した。

〔実施例１〜５及び比較例１〜２〕 約140〜150℃に予熱したフラタリーサンド・5000g、ノ
ボラック型フェノール樹脂80g及び表−１に示す所定量
の崩壊性改善剤を実験用スピードミキサーに入れて撹拌
しつつ50秒間混練した後、冷却水75gにヘキサメチレン
テトラミン12gを溶解させたヘキサ水溶液を全量投入す
ると共に送風冷却しながら40〜60秒間撹拌混合を行な
い、更にステアリン酸カルシウム5gを加えて15秒間撹拌
混合して取り出し、実施例１〜５の鋳型材料を得た。な
お、比較のため崩壊性改善剤を使用しない比較例１、及
び従来の崩壊性改善剤としてサリチル酸カリウムを使用
した比較例２の鋳型材料を得た。

得られた鋳型材料の鋳型強度、硬化速度、融着点及び崩
壊性については、前記試験法により測定し、その結果を
表−１に併記する。

〔実施例６〜８及び比較例３〕 約140〜150℃に予熱したフラタリーサンド5000g、オン
モニアレゾール型フェノール樹脂54g、ノボラック型フ
ェノール樹脂36g及び表−１に示す所定量の崩壊性改善
剤を実験用スピードミキサーに入れて撹拌しつつ50秒間
混練した後、冷却水75gを投入すると共に送風冷却しな
がら40〜60秒間撹拌混合を行ない、更にステアリン酸カ
ルシウム5gを加えて15秒間撹拌混合して取り出し、実施
例６及び７の鋳型材料を得た。また、アンモニアレゾー
ル型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂及び
崩壊性改善剤等を所定量配合した後に２軸押出機を用い
て作成した棒状樹脂90gを結合剤として使用して崩壊性
改善剤の添加を除く以外は実施例６及び７と同様にして
実施例８の鋳型材料を得た。なお、比較のため崩壊性改
善剤を使用しない比較例３の鋳型材料を得た。

得られた鋳型材料の鋳型強度、硬化速度、融着点及び崩
壊性については、前記試験法により測定し、その結果を
表−１に併記する。

〔発明の効果〕 以上詳述した如く、本発明の鋳型材料は、実用上支障の
ない鋳型強度と、良好な造型性（硬化速度）及び耐ブロ
ッキング性を備え、しかも鋳造後の鋳型の崩壊性に優れ
るなどの特徴を有する。そのため、従来より砂落とし工
程において費やされていた時間、労力、エネルギー費な
どを大幅に削減し得ると共に生産効率の向上が図れるな
ど極めて大きな経済性を提供できる。ま、砂落としに使
用されるノックアウトマシーン等の衝撃圧を低下させう
るため、鋳物製品の損傷に伴う歩留りの低下、若しくは
補修作業の煩雑さを回避し得るのみならず低騒音化によ
る作業環境の改善が図れるなどの有用性を提供できる。
このように、本発明の鋳型材料は鋳物分野において工業
的利用価値の極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は実施例に記載した崩壊性を測定する
ための試験用鋳型及びその使用状態を示す断面図であ
る。 １……試験片、２……上型、 ３……鋳物、４……排出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳物砂、フェノール系樹脂及び崩壊性改善
   剤を必須成分とする鋳型材料において、該崩壊性改善剤
   としてタングステン酸アルカリ金属塩及び／又はモリブ
   デン酸アルカリ金属塩を用いたことを特徴とする鋳型材
   料。