JPS5812095B2 - 鋳物用砂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳物用鋳型を成型するさいに用いられる鋳物砂
組成物に係り、鋳込み後の崩壊性の良好なる組成物に関
するものである。

かかる鋳物砂を用いて鋳造用鋳型を得るには、たとえば
シェルモールド法によるときは、フェノール樹脂を主成
分とする結合剤で砂を固めて成型することが一般に行な
われている。

ところで、このようにして得られた鋳型は、鋳鉄の如き
溶湯温度が１，０００℃を超えるような高温下において
は、鋳込み後の崩壊性は良好であるものの、アルミニウ
ムの如く溶湯温度が７００℃程度という比較的低温の場
合にはこの崩壊性が悪い。

そこで、中子の崩壊性が悪い場合には、鋳物の内部に鋳
型の一部が付着されたまま残留することがある処から、
そのような鋳型に対しては、鋳込み後に砂焼きを行なっ
たり、ＳｉＯ２の純度が高くて粗い珪砂を用いると共に
結合剤の添加量を減らすなどの方法で崩壊性を向上させ
てはいるけれども、砂焼きには多大の熱エネルギーを要
するし、粗粒珪砂を用いて結合剤量を減らす場合には鋳
肌が荒れやすくなるなどの欠点がある。

そのほかにも、鋳造後における崩壊性良好な鋳型を作る
ための検討が種々なされてはいるが、未だ十分な効果を
奏する手段は見出されていない。

そもそも注湯後に溶湯に囲まれる中子が崩壊するために
は、砂の結合剤は還元雰囲気において分解して結合力を
失う必要があるが、かかる結合剤がフェノール樹脂硬化
物などの有機物である場合には、還元雰囲気よりもむし
ろ酸化雰囲気において分解しやすい。

そのために、熱分解によって酸素を放出して酸化雰囲気
に近づけるような物質を加えることにより結合剤を酸化
分解させ、鋳型の崩壊性を向上させる方法も提案されて
いる。

このような物質の使用例については幾つかの報告がなさ
れ、たとえば特公昭５４−１６２６２２号明細書には炭
酸亜鉛を用いた例があるが、この炭酸亜鉛を含んだ結合
剤は （イ）鋳型を形成したさい、十分な強度を賦与すること
、 （ロ）アルミニウム合金におけるように比較的低温度で
鋳込んだ場合にも、注湯後に鋳型に外力を加えたさいに
容易に崩壊させうろこと、 （ハ）崩壊後の焼砂中に有害な物質を含まぬこと、およ
び に）鋳込み時、または鋳込み直後の鋳型の温度が上昇し
たさい、悪臭などの人体に好ましくないガスを多量に出
さぬこと の諸条件を満足すると記載されている。

しかし、炭酸亜鉛を使用して鋳型の鋳込み後の崩壊性が
良好となるのは、ポリエステル樹脂の如き特定の有機物
を結合剤とした場合に限られるもので、とりわけ、最も
一般的な結合剤たるフェノール樹脂に対しては、この炭
酸亜鉛の崩壊性助長効果は頗る小さい。

しかるに、本発明者らは有機物結合剤に対して特定のジ
カルボン酸誘導体を使用した鋳物砂が極めて鋳込み後の
鋳型の崩壊性にすぐれており、とくにフェノール樹脂を
結合剤とする場合にも、鋳込み後の崩壊性にすぐれた鋳
型を作りうることを見出した。

すなわち、本発明は有機物を結合剤とし、この有機物結
合剤を加熱によって硬化させて鋳型を成形させうる鋳物
川砂に、該結合剤の１００重量部に対して、炭素数４以
下のジカルボン酸類の金属塩もしくは金属水素塩または
それらの水和物を０．５〜３０重量部の割合で用いてな
る鋳物用砂組成物を提供するものである。

ここにおいて、上記したジカルボン酸類の金属塩もしく
は金属水素塩またはそれらの水和物として代表的なもの
を挙げれば、シュウ酸鉛、シュウ酸鉛、シュウ酸カリウ
ム、シュウ酸ニッケル、シュウ酸ストロンチウム、シュ
ウ酸水素カリウム、酒石酸カリウムまたは酒石酸水素ナ
トリウムなどであり、そしてそれらの水和物であるが、
これらのうちでも特に好ましいものは、２００℃以上６
００°Ｃ以下の分解点を有する化合物である。

これらのジカルボン酸誘導体は単独で、あるいは２種以
上を組み合わせて使用することができる。

このように、ジカルボン酸誘導体として炭素数４以下の
化合物に限定される理由は、一種の酸素供給剤として作
用する当該化合物が分子中に酸素原子を大きな割合で含
むものであるためと考えられる。

事実、ジカルボン酸類はもとよりのこと、モノカルボン
酸類にあっても、炭素数が５以上になると酸素供給剤と
しての能力が低下して本発明の目的には適当でなく、ま
たスルホニル基やニトロ基などの如く、分子構造中に酸
素原子を多く含んだ４化合物もあるにはあるが、これら
は毒性の強い分解ガスを発生するために使用に供しえな
い。

他方、本発明組成物の結合剤成分である前記有機物とし
て代表的なものを挙げれば、ノボラック型フェノール樹
脂をはじめとして、レゾール型フェノール樹脂、ポリエ
ステル樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、ポリイソシアネ
ート類またはテンプン類などである。

本発明組成物は主成分として前記したそれぞれ有機物結
合剤とジカルボン酸類の金属塩、金属水素塩またはそれ
らの水和物なるジカルボン酸誘導体とを含んで成るもの
であるが、使用すべきジカルボン酸誘導体は鋳物砂の硬
化温度に依存するもので、この硬化温度以上の分解点を
もった化合物を使用することが必要であり、このように
することによって鋳型成型時における当該ジカルボン酸
誘導体の分解が進行して鋳込み後における鋳型の崩壊が
十分に行なわれるのである。

本発明組成物を得るにさいしては種々の方法が採用でき
るが、大約次の如き方法によるのが適当である。

（１）前記ジカルボン酸誘導体を予め前記の有機物結合
剤中に溶解または分散させておき、そこへ砂を混合せし
めるか、あるいはこのジカルボン酸誘導体を溶解ないし
は分散させて得られた結合剤を砂に被覆する方法、 （２）有機物結合剤と砂とを混合し、または該結合剤を
砂に被覆する工程中にジカルボン酸誘導体を添加せしめ
る方法、 （３）あらかじめジカルボン酸誘導体６を加えた砂に有
機物結合剤を被覆せしめるか、または混合せしめる方法
、および （４）有機物結合剤を含んだ鋳物川砂にジカルボン酸誘
導体を混合せしめる方法。

これらの種々の方法により本発明組成物を得るにさいし
て用いられる前記ジカルボン酸誘導体の量としては、前
記した有機物結合剤の１００重量部に対して０．５〜３
０重量部、好ましくは２〜１０重量部の範囲内が適当で
ある。

このジカルボン酸誘導体の使用量が少なすぎるときは鋳
込み後の鋳型の崩壊性が悪くなり、逆に多すぎるときは
鋳物砂の融着点が低下して成型後の鋳型の強度が小さく
なるので、いずれも好ましくない。

かくして得られた本発明組成物には公知慣用の充填剤が
添加できることは勿論であり、本発明組成物は主として
アルミニウム用、さらには銅合金用の鋳造に差し向けら
れる。

次に、本発明を実施例および比較例、ならびにそれらの
各側で得られた応用試験結果により具体的に説明するが
、以下において特に断りのない限り、部は重量部を意味
するものとする。

実施例 １ 予め１５０℃に加熱させておいた、ＳｉＯ２純度が９９
％以上で、ＡＦＳ粒度指数が６０±３なる珪砂（以下、
これを単に珪砂と略記する。

）の１００部に、 「ファウンドレツズＴＤ−３４０２
−Ｂ」（犬日本インキ化学工業■製ノボラック型フェノ
ール樹脂）の２．５部とシュウ酸銀１／２水和物の０．
１５部とを加え、ワールミキサーで１分間混練させた。

次いで、これにヘキサメチレンテトラミン（以下、ヘキ
サミンと略記する。

）０．３７５部を１，５部の水に溶解させたヘキサミン
溶液を加えて１分間混練させたのち、さらにステアリン
酸カルシウム０．１部を加えて２０秒間混練させて鋳物
用砂組成物を得た。

実施例 ２ 予め１５０℃に加熱させておいた珪砂の１００部に［フ
ァウンドレツズＴＤ−３４０２−Ｂｊの２．５部を加え
てワールミキサーで１分間混練させ、次いでこれにヘキ
サミン０．３７５部とシュウ酸水素カリウム０．１５部
とを１．５部の水に溶解させてなる溶液を加えて１分間
混練させ、さらにステアリン酸カルシウム０．１部を加
えて２０秒間混練させて鋳物用砂組成物を得た。

実施例 ３ １００部の「ファウンドレツズＴＤ−３４０２−Ｂ」を
１５０℃に加熱して溶融させ、次いで６部のシュウ酸ニ
ッケル２水和物を加え、よく攪拌して均一に混合し、冷
却して樹脂組成物を得た。

別に、予め１５０℃に加熱しておいた１００部の珪砂に
、２．６５部の樹脂組成物を３メツシユの篩を通過して
２０メツシユの篩上に残るように粗砕させて加え、ワー
ルミキサーで１分間混練させた。

以後は、実施例１と同様の操作を繰り返して鋳物用砂組
成物を得た。

実施例 ４ シュウ酸水素カリウムの添加を、ステアリン酸カルシウ
ムの添加までの操作を実施例２と同様に行なったのちに
得られる樹脂被覆砂の１０３部に対して０，１５部使用
して行なった以外は、実施例２と同様にして鋳物用組成
物を得た。

実施例 ５ フェノールの１００部と３７％ホルムアルデヒド水溶液
の１２０部と２５％アンモニア水溶液の１２部とを６５
℃で２時間反応せしめたのち、反応液中に存在する水や
未反応物などの低沸点物を減圧蒸留することにより除去
せしめて、１５０℃におけるゲル化時間が９０秒になっ
た時点で取り出して、直ちに冷却させて軟化点８５℃な
る固形レゾール型フェノール樹脂を得た。

別に、予め１５０℃に加熱させておいた１００部の珪砂
に、２．５部の固型レゾール型フェノール樹脂を３メツ
シユの篩を通過して２０メツシユの篩上に残るように粗
砕させて加え、ワールミキサーで１分間混練させた。

次いで、これに１．５部の水と０．１５部のシュウ酸銀
１／２水和物とを加えて１分間混練させ、さらにステア
リン酸カルシウムを０．１部加えて２０秒間混練させて
鋳物用砂組成物を得た。

実施例 ６ 予め１７０℃に加熱させておいた１００部の珪砂に、３
．０部のポリエステル樹脂と０．１５部のシュウ酸銀１
／２水和物とを加えてワールミキサーで１分間混練させ
た。

次いで、これにターシャリ−ブチルパーベンゾエート０
．０３部とジクミルパーオキシド０．０９部を加えて３
分３０秒間混練させ、さらに０．１部のステアリン酸カ
ルシウムを加えて２０秒間混練させて鋳物用砂組成物を
得た。

なお、本例で使用した上記ポリエステル樹脂は、「パノ
ラツクＢＡ−２２３」（大日本インキ化学工業■製ポリ
エステル樹脂）の９５部とジアリルフタレートの５部と
を溶融混合させたものを３メツシユの篩を通過して２０
メツシユの篩上に残るように粗砕せしめたものである。

比較例 １ シュウ酸銀１／２水和物の使用を一切欠く以外は、実施
例１と同様の操作を繰り返して鋳物用砂組成物を得た。

比較例 ２ シュウ酸銀１／２水和物に替えて同量の塩基性炭酸亜鉛
を用いる以外は、実施例１と同様に行なつて鋳物用砂組
成物を得た。

比較例 ３ シュウ酸銀１／２水和物の使用を一切欠如させる以外は
、実施例５と同様に行なって鋳物用砂組成物を得た。

比較例 ４ シュウ酸銀１／２水和物の使用を一切欠く以外は、実施
例６と同様にして鋳物用砂組成物を得た。

比較例 ５ シュウ酸銀１／２水和物の代わりに同量の塩基性炭酸亜
鉛を用いる以外は、実施例６と同様にして鋳物用砂組成
物を得た。

実施例１〜６および比較例１〜５において得られた各種
の鋳物用砂組成物を用いて、融着点、曲げ強さ、および
崩壊性なる項目の応用試験を行なった。

それらの試験要領を下記に、試験結果を第１表にまとめ
て示す。

融着点 ＪＡＣＴ（製造技術普及協会）試験法Ｃ−１に準じて測
定した。

曲げ強さ ＪＩＳ Ｋ−６９１０に準じて測定したが、実施例１
〜５および比較例１〜３で得られた鋳物用砂組成物に対
しては、金型温度を２５０℃とし、焼成時間を６０秒間
としてテストピースを作製し、他方、実施例６および比
較例４，５で得られた組成物に対しては、金型温度を１
９０℃とし、焼成時間を１５０秒間としてテストピース
を作製した。

崩壊性 実施例１〜５および比較例１〜３で得られた鋳物用砂組
成物に対しては、それぞれの組成物を各別に、２３０℃
に加熱した金型に流し込んで２分間保持したのち、２５
０℃の炉中で１分間焼成させて８５部ＭｔφＸ１０ｍの
テストピースを作製した。

他方、実施例６および比較例４，５で得られた。

組成物に対しては、それぞれの組成物を各別に、１９０
℃に加熱した金型に流し込んで３分間保持したのち、２
５０℃の炉中で２分間焼成させて８５ｍｍφＸ１０ｍｍ
のテストピースを作製した。

かくして得られた都合１１種のテストピースを・各別に
アルミニウム箔で二重にくるんで５００℃の炉中に２０
分間放置して、次いでこのように加熱処理されたテスト
ピースをロータツブ篩分は機を用いて１０メツシユの篩
上で砂落しを行ない、ナス１〜ピースが篩上に全く残ら
なくなるまでの時間（秒数）を測定するか、あるいは砂
落しを開始して４分後の砂落ち量の砂落し開始前のテス
トピース重量に対する割合（％値）を測定するかの測定
を、それぞれのテストピースについて４回行なって、そ
の平均値を以て崩壊性の値とした。

実施例 ７ １００部の珪砂と０．５部の「キャタリストＰＤ−２」
（犬日本インキ化学工業■製硬化剤）とをワールミキサ
ー中で１分間混練させ、次いでこれに０．０８部の酒石
酸カリウムと［ファウンドレツズＴＤ−８０７− ２、０部とを加えて１分間混練させて鋳物川砂樹脂組成
物を得た。

比較例 ６ 酒石酸カリウムを全く用いない以外は、実施例７と同様
の操作を繰り返して鋳物川砂樹脂組成物を得た。

実施例７および比較例６において得られたそれぞれの鋳
物用砂組成物を用いて、曲げ強さ、および崩壊性なる項
目の応用試験を行なった。

試験は、まずそれぞれの砂組成物を２３０℃に加熱され
た金型に５Ｋｇ／ｃｒＡなる吹込み圧で吹き込んで３０
秒間焼成させて２０ｍＸ ２０ｍｍＸ １２０調なる大
きさのテストピースを作製し、次いでかくして得られた
テストピースを用いて、ＪＩＳＫ−６９１０に準じて曲
げ強さを測定することにより、他方、このテストピース
をアルミニウム箔で二重にくるんで５００℃の炉中に１
０分間保持して加熱処理を行なったのち、ロータツブ篩
分は機を用いて１０メツシユ篩上で砂落しを行なってテ
ストピースが篩上に残らなくなるまでの時間、つまり崩
壊に要する時間（秒数）を測定することにより行なわれ
た。

それらの試験結果は第２表にまとめて示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有機物を結合剤とし、これを加熱によって硬化させ
   て鋳型を成型させうる鋳物川砂に、上記結合剤の１００
   重量部に対して、炭素数４以下のジカルボン酸類の金属
   塩もしくは金属水素塩またはそれらの水和物を０．５〜
   ３０重量部の割合で用いることを特徴とする鋳物用砂組
   成物。