JPS6082247A - 鋳型製造用有機自硬性砂 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、有機増粘剤を含有する鋳型製造用有機自硬性
砂に関する。

〔発明０技術的背景とその問題点〕 鋳型製造用砂の一般的な構成成分は珪砂などの粒状耐火
物および有機質もしくは無機佃の粘結剤であり、要求さ
れる目的に応じて、さらに種々の補助添加剤が加えられ
る。有機自硬性砂は、珪砂などの粒状耐火物に粘結剤と
してフラン樹脂、フェノール樹脂もしくは尿素樹脂また
はこれらの混合物などの合成樹脂を使用するとともに、
この粘結剤に対する酸性硬化触媒を添加混練した砂であ
る。

耐火物の砂、有機質粘結剤および触Ｗを含む有機自硬件
砂は、流動性を有する状態で鋳型に装入されて室温で必
要な強度に硬化する。この有機自硬四重は水分を殆ど含
んでいないために鋳型乾燥に要するエネルギー消費を低
減せしめ、また使用後の耐火物表面に有機質粘結剤の樹
脂および触媒が残留するために再生砂を使用すれば粘結
剤および触媒の使用量も減少せしめるという利点を有し
ている。

し々）しながら、有様自硬四重は非常に晶い流動性を有
するために、木型模型を用いて造型する場合は現型模型
を用いる造型法によるしがない。すなわち、作られるべ
き鋳造物の形状と等しい形状の木型模型（現型模型）の
周囲に砂を流し込んで造型する方法に適するのみである
。これに対し、軸に取付けた板を回転させて砂型を造る
廻し型の造型法および導き板とゲージによる掻取り板で
砂を掻取りながら造る掻き型（引き型）の造型法に有機
自硬性砂は不向である。したがって、製品形状が廻し型
および引き型の造型法に適するものであっても、有機自
硬性砂を使用する梠合は費用と手数の掛る現型によるし
かない。従来、製品形状が廻し型および引き型の造型法
Ｋ　：４するものであるとき、セメント、水ガラスなど
の焦機質粘結剤が用いられる。そのために、ｒ４１物工
場において有機η粘結剤用の砂と無４先質粘結剤用の砂
とを分けて砂塊破砕、ふるい分け、回収などの砂管理を
し、それの一本化をすることができない。これは、有機
質自硬性砂がｐＨ３ｉ！度の酸性域で硬化するのに対し
、セメント系自硬件砂および水ガラス系自硬性砂などが
ｐＨ１３〜１４のアルカリ性域で硬化するために、硬化
メカニズムの相反するｊ’ｉ生砂を一緒に回収などの砂
管理することは、その後の造型および鋳造物の品質に問
題を生じるからである。

〔発明の目的〕

本発明ｉ末上述した背塁技術の問題点を解決すべくなさ
れたものであり、その目的とするところは廻し型および
引き型の造型法に適した粘性および可使時間を有し、し
たがって、鋳造工程におい′Ｃ砂の管理を一本化できる
鋳型製造用の有様自硬四重を提供することである。

〔発明の概要〕

上述の目的を達成するためには、戸し型および引き型の
造型法に適した粘性を有するように粘性有供物を有機自
硬性砂に含め、しかもこの粘性有徒物について次の諸条
件を満足するものでなくてはならない。

（イ）粘性有機物を含めることにより、造型後の鋳型の
盛付は部、尖端部、垂直部および角部が崩れ落ちない良
好な成形性を与えること。

（ロ）廻し型および引き型の造型法では手作粟が多く造
型開始から完了までに時間を、要するために、砂の可使
時間の延長が望ましい。したがって、鋳造品の形状、大
きさおよび造型工数を考慮した砂の可使時間にすること
が可能であること。

（ハ）一般に、粘結剤以外の有機物を砂に加えると、鋳
型として必要な強度が低下する。したがって、この粘性
有機物を砂に含めても必要な強度を確保することができ
ること。

に）従来の有機自硬性砂に粘性有機物を含めてもこの有
機自硬性砂の性賀に悲影響を与えないこと。

本発明者らは、種々の粘性有イ（モ物について試験研究
をした結果、架橋型アクリル酸系ポリマー、ポリアクリ
ル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピ
ロリドンのうち少なくとも一種からなるものを有機増粘
剤として有機自硬四重に含有せしめれば、上述の諸条件
を満たすことを見い出し本発明を完成するに至った。す
なわち、本発明の鋳型製造用有機自硬性砂は、１ｔｉｒ
ｌ大四重、フラン樹脂、フェノール樹脂および尿素樹脂
のうち少なくとも一棹からなる有機質粘結剤と、前記粘
結剤に対１−る酸性硬化触媒とからなるか！型製造用有
機自硬性砂において、架橋型子クリル酸系ポリマー、ポ
リアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシドコニお
よびポリビニルピロリドンのうち少なくとも一種からな
る有機増粘剤を含有することを特徴とするものである。

〔発明の詳細な説明〕

本発明に用いる耐火物には、砂粒として鋳物砂に用いら
れるもの、通常珪砂などがある。本発明において耐火物
に新砂もしくは再生砂またはこれらの混合物のいずれを
使用してもよい。

本発明における有挾質粘結剤は、一般に有機自硬性砂に
用いられる有様重合物であり、好ましくは、フルフリル
アルコールの初期重合物、フルフリルアルコールとフェ
ノール、クレゾールおよびキシレノールなどのフェノー
ル類または尿素との共３を合物、フェノール類とホルム
アルデヒドとの初期重合物、ホルムアルデヒド、フェノ
ール類と尿素との共頂合物、尿素とホルムアルデヒドと
の初期重合物がある。有機増粘剤を含むことＫより鋳型
強度が低下する傾向を示す。したがって、若干量だけ粘
結剤を増すことが望ましい。例えば、粘結剤の添加量は
、耐火物１００重合部に対して１．０〜１．５重量部で
あることが好ましい。

本発明に用いる酸性硬化触媒は、有機自硬性砂の粘結剤
を造型中に硬化させる働きを示し、リン酸や硫酸などの
無機酸またはベンゼンスルホン酸およびトルエンスルホ
ン酸などの有機酸が好適である。

本発明に用いる有機増粘剤は、自硬性砂の粘性を高める
ものであり、架橋型アクＩ７　）し酸系ポリマー、ポリ
アクリ／Ｉ／ｉＶＪナトリウム、ポリエチレンオキシド
およびポリビニルピロリドンのうち少なくとも一種から
なるものである。

本発明における架橋型アクリル酸系ポリマーは、アクリ
ル酸または四重Δ以下のメタアクリル酸をそれに混した
ものをモノマーとし、さらにエチレン等の改質用モノマ
ーを加え、または加えることなく、これらモノマーと共
重合させることによって、いわゆる三次元構造のポリマ
ーを与える多官能性有機架槁剤と、安すれば適当な媒体
中において重合開始剤の存在下で架橋共重合させたもの
である。架曲剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニル
ジオキサン、シュクロース譚ポリアリルコニーチル、ペ
ンタエリストリール３ポリアリル讐エーテル、トリアリ
ルクジアヌレート、グリコール知−ジアリルーエーテル
等があり、重合開始剤としては、無機および有税の過酸
化物とか、有機アゾ系化合物が使用されている。架ＪＪ
ｆｉ−Ｊアクｌ）　）ｖ酸系ポリマーの市販品としては
米国グツドリッチ社のカーボボール（商標）、日本純稿
（株）のシュンロン（商＆ｊ′、）および相光純蘂工業
（株）のノ・イビスワコー（商標）等がある。有機増粘
剤として架橋型アクリル６父系ポリマーを用いた場合、
その−計は耐火物１００重川部用対し好ましくは０゜０
３〜０．７重量部、さらに好ましくは０．０５〜（Ｌ５
重世部である。

ここで、最低限度未満では鋳型の成形性が悪く、他方、
最高限度を超えると粘度が増して作業能率を低下させ、
また製造コストを上げる。

ポリアクリル酸ナトリウムが有４丁！シ増粘剤として用
いられた場合、その良好な添加おは、耐火物１００重号
部に対して好ましくは０．３〜５．０重量部、さらに好
ましくは０．５〜３．０重月部である。ここで、ん低限
度未満では鋳型の良好な成形性が得られず、最高限度を
超えると砂の製造コストな冒める。

本発明においてポリエチレンオキシドを、増粘剤として
用いたＷ合、１人物１００：ｍ升部に対して０．２〜２
．５重号部、特に、０．３〜２．０重量部の含有割合で
良好な成形性および鋳型強度を得る。この最低限度未満
では鋳型の垂直面の高さに限界があり、他方この最高限
界量を超えると作業性および経済性を捗なう。

本発明において、ポリビニルピロリドンの含有割合が耐
火物１００重月部に対して好ましくは帆２〜４．０重景
部、さ重量好ましくは０．３〜３．５重量部の範囲であ
る場合、良好な成形性および鋳型強度を得る。この最高
限度を超えると作業性および経済性を損ない、他方この
最低限界娼“未満では鋳型の垂直面の高さに限界がある
。

本発明における有機自硬性砂は、有機増粘剤を粉末状お
よび粒状などの固体状でまたは、好ましくは溶剤（分散
剤を含む）によって液状化した状態で耐火物に添加混練
してなるものであってもよい。この溶剤として、例えば
、流動パラフィン、キシレン、トルエンおよびベンゼン
などがある。

溶剤と増粘剤との割合は、添加混線時における定量ポン
プの最高移送粘度以下の粘度にする必要があり、この意
味から増粘剤５〜５０香量チに溶剤を９５〜５０重量％
添加することが望ましい。

次いで、不発明に係る有機自硬型子の製造方法の一例を
、添付図面を参照しつつ詳述する。９４＋１図は製造方
法の工程図の一例を示す。この図に示されるように、耐
火物Ａと増粘剤りまたは耐火物Ａと溶剤Ｅで溶カ・ｉ−
または分散され液状化された液状増粘剤ＤＡとを混練工
程（１）で混線する。次いで、この混線物に混線工程（
２）で？１ｌＪＩ化触１１４ａを添加して混練する。さ
らに混練工：＃（３１にオ６いて粘結剤Ｂを添加混（マ
・１！シて、目的物である有４・：１−自硬性砂Ｆを得
る。なお、各ｒＪ、し分の添加１１０序は上記に限らず
任意であり、また耐火物Ａ、粘結剤Ｂ、硬化触媒Ｃおよ
び増粘剤りまたは液状増粘剤り几を同時に添加混練して
もよい。

〔実施例〕

次に本発明を実施例と参考例とをもって具体的に説明す
る。用いた供試材は以下の通りである。

（Ａ）耐火物；再生砂９５重量％＋最上珪砂５Ｓ景チ（
Ｂ）有機質粘結剤；尿素７ラン樹脂（＋３４０Ｂ、花王
りエーカー（株）製） （０）Ｎ（ｔＪ［；　パラトルエンスルホンＩｉ、１　
（０−１４、花王りエーカー（株）製） （Ｄ）有機増粘剤；架橋型アクリ／Ｌ／酸系ポリマー（
粉末、相光純薬工業（株）！Ａ）、ポリアクリル酸ナト
リウム（粉末、相光純薬工業（株）製）、ポリエチレン
オキシド（粉末、μ鉄化学工業（昧）製）、ポリビニル
ピロリドン（粉末、試薬） （Ｅ）溶剤；流動パラフィン（（株）松材石油研究所製
）、キシレン（試薬）、ベンゼン（試薬）、トルエン（
試薬） 実施例１〜１５ 前記した供試材を用いて、第１図に示した手順で本発明
の有機自硬性砂をｉｉｌ、！ｉＩ製した。実施例１〜１
２において、耐火物Ａと増粘剤りとを混練工程１で１０
秒間混練し、直ちに工程２で硬化触媒Ｃを添加し、３θ
ｉン間混練した。次いで、混線工程３で粘結剤Ｂを添加
し３０秒間混練して有機自硬性砂１゛を得た。混練は混
練機（品用式）を用いて３０００６７回の混＃１！伊で
行った。各ｂｙ分の配合割合は第１辰に示す。

＠１表　有機自硬型子の配合（重量部）実施例１３〜１
５において、増粘剤を溶剤によって第２表に示した割合
で溶解ないしは分散して液状として用いた以外、実施例
１〜１２と同様に行った。

各成分の配合割合は第２表に示す、 第２表　液状増粘剤（重帯％） 参考例１〜３ 実施例１−１５と比較するために、従来の有機自硬性砂
（参考例１）、有機質粘結剤および硬化触媒を増量した
有機自硬性砂（勾考例２）および従来の無機質自硬性砂
（参考例３）を調製した。各成分の配合割合は第３．４
表に示す。なお、この無機質自硬性砂は耐火物とセメン
トとを混練し、次いで水を添加して調製した。

第３表　参考例−１，２の砂の配合 第４表　セメント自硬性砂の配合 評価試験 （イ）成形性試験 実施例１〜１５および参考例１〜３の自硬性砂を用いて
成形性試験を行った。各砂を混線後に直ちに２００　（
１）　ｘ　５０　（ｗ）　ｘ　２５　（ｈ）　ｃｍの試
験片（密度１．５８　ｇ／ａｍ３）を作成した。試駆方
法は、第２図に示すように行なわれた。すなわち、測定
台１１上にビニールシート１２を敷き、このシー）１２
上に試験片１３を乗せる。シー）１２を手前下方の矢印
方向に移動させることによって、測定台１１から試験片
１３を突き出させる。突き出た試験片先端１５が砂の自
重により途中から折れ受台１４に落下する。落下した砂
の重量を測定する。その結果を第５表に示す。

廻し型および引き型の造型法に適するか否かの基準は一
般的に、鋳型の垂直面の高さが１５０ｍｍ以下では落下
重量３５〜３８ｇを必要とし、その高さが１５０〜３０
０ｍｍではその重＄３８〜４０ｇを必要とし、さらにそ
の高さが３００ｍｍ以上ではその重量４０ｇ以上を必要
とする。

第５表かられかるよ・うに、参考例１〜２の増粘剤を含
まない有機自硬性砂ではいずれも成形性が悪く廻し型お
よび引き型の造型法に適していない。

これに対して本発明の有機自硬性砂では３６〜５２ｇの
範囲にあり比較的良好な成形性を示している。

なお、参考例３の無機自硬性砂の場合も５６ｇと高い成
形性を示す。また、一般に、砂の成形性の悪いものは受
台ｉ４に破壊飛散するのに反し、成形性の良いものは折
れた先端部分が落下しても形状が保たれていることが観
察された。

（ロ）可使時間試験 実施例１〜１５、および参考例１〜２による自硬性砂を
用いて可使時間を試験した。すなわち、混線から種々の
時間を経過した砂を各々木型に込め付けて試験片（直径
５Ｑ　ｍｍ　Ｘ高さ５０　ｍｍ）を成形し、それらの試
験片を２４時間自然放置した。Ｕ時間放置後に銃型強度
２０　ｋｇ／　ａｍ２以上を保つことのできる経過時間
から可使時間を決定した。その結果を第５表に示す。

廻し型および引き型の造型法では現型の造型法に比較し
て手作業が多く造型開始がら完了までに時間がかかるた
めに、砂の可使時間の延長が要求される。第５表に示さ
れるように、実施例（実施例９を除く）では参考例１〜
２に比較して可使時間が相当に改善されていることがわ
かる。

（ハ）経時強度および表面安定度試駆 実施例１〜１５および参考例１〜２の自硬性砂を用いて
経時強度および表面安定度の試験を行なった。混線後に
６砂を木型に込め付け１時間経過後に型から取り出し試
験片（直径５９　ａｎ　Ｘ高さ５０ｍｍ）に成形した。

２時間、４時間および冴時間の経過後圧、試験片の強度
を測定した。

また、２４時間自然放置した上記の試験片の、ｆｉｉを
測定し、次いでロータツブ試験器に設置した１０メツシ
ユふるい上に重量を測定した試験片を載せてこの試験片
を２分間振動させた。再び試験片の重量を測定して振動
による重量減少を計算した。

この重量減少から表面安定度（Ｓ、Ｓ、工）をめた。

これらの結果を第５表に示す。

第５表　評価試験の結果 第５表から明らかなように、従来の自硬性砂（参考例１
）および粘結剤を増量した自硬性砂（参考例２）に比べ
て、実施例１〜１５の自硬性砂の鋳型強度が比較的に低
く、さらに有機増粘剤を増すにしたがって強度が低下す
る傾向にある。しかしながら、粘結剤を少しだけ増量す
ることによって強度低下を防止することができ、また一
般に要求される鋳型強度は小型の場合２０　ｋｇ　／　
Ｃｍ”以上、大型の場合２５　ｋｇ　／　ｃｍで足りる
。それゆえに、実施例１〜■５はいずれも強度について
合格している。

また、表面安定度については、約９０重：１１１５重量
−であれば、溶湯の流速および溶湯圧に十分耐え、かつ
平滑な表面を持つ鋳造品が得られる鋳型であるため、い
ずれの実施例も使用上問題はな−１゜ に）鋳込試験 （ａ）　実施例３．４．７の自硬性砂を用いて、第３図
（ａ）に示すように廻し型造型法により最大径９ＱＱ　
Ｉｎｎ　Ｘ最大高さａｏＯｍｍ、重量約８９３ｋｇの鋳
造品のためのｔ型を製作した。すなわち、鋳型製造に必
要な金枠２１を用意するとともに金枠２１の配置の規準
となる受台２２を中央部に盛った自硬型子２５の上に設
置するとともに該受台２２に対向する上部支持部材囚を
設置し、これらに廻し型冴を取り付けたスピシドル２７
を回転自在に取付け、廻しＷ２４を回転させなから自硬
性抄部を補充して盛伺けつつ造型する。この鋳型に塗型
剤を塗布しかつ上型２６を載せて注湯した。

（１））　実施例１Ｏ１１３，１６の自硬性砂を用いて
、第３図（１１）に示１゛ようにり１き型造型法により
縦７００１１皿Ｘ横７００１１１！ｌ１ｌｘ高さ３ＱＱ
　ｍｍ、重量約１．０５８　ｋｇの鋳造品のための鋳型
を製作した。前記（＆）と同様に金枠３１に高さ基準と
なるガイド板３２を定め、このガイド板３２に沿って引
艙型３３を１・４面に対し上下の方向に移動させながら
、自硬性砂：Ｉ４を入れて鋳型を造型した。Ｐ型が硬化
した後に水溶性塗型剤な塗布し、バニナー乾燥後上型３
５を載せて注湯した。

（ａ）および（１））の溶湯はいずれも材質Ｇｏ（ＰＣ
−３０相当）、鋳込温度１３００℃（０，ＰｌＭ）であ
った。各科の鋳造品についての、シ９ットプラスト処理
後および全面模様加工後の欠陥の有無を観察した。

その結果、いずれも欠陥は見られなかった。

〔発明の効果〕

本発明により次の効果が得られろ。

（イ）本発明による有機増粘剤を０礁型子に含めたこと
により、有機自硬件砂の粘性が高められ、有機自硬性砂
であっても廻し型および引き型の造型法に使用すること
ができる。また、成形性が高められ、したがって手作業
によって複雑な盛り付けなどが可能となる。さらに砂の
可使時間が延長されて、鋳造凸の形状、寸法および造型
工数を配慮した可使時間にすることができる。

（ロ）従来、現型の造型法には流動性の高い有機自硬性
砂が用いられ、他方戸し型および引争型の造型法には無
機自硬性砂が用いられ、それぞれ態別に砂の管理が行な
われていた。しかし、本発明の有機自硬性砂により、い
ずれの造型法においても有機自硬性砂を用いることがで
きるので鋳物工場において砂の管理を一本化でき、さら
に砂の回収再生高を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の有機自硬性砂の装造方法の一例を示す
工程図、第２図は成形性試験の説明図、第３図（ａ）は
鋳込試験に用いた廻し型造型、法の説明図、および第３
図（１））は鋳込試験に用いた引ぎ型造型法の説明図で
ある。 １１・・・測定台、１２・・・ビニールシー）、１３・
・・試験片、１４・・・受台、１５・・・折れた試験片
、２１川金枠、２２・・・受台、２３・・・上部支持部
材、２４・・・廻し型、２５・・・自硬性砂、２６・・
・上型、２７・・・スピンドル、３１・・・金枠、３２
・・・ガイド板、３３・・・引き型、３４・・・自硬性
砂、３５・・・上型。 出願人代理人　猪　股　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重、耐火物と、フラン樹脂、フェノール樹脂および尿素
   樹脂のうち少なくとも一種からなる有機質粘結剤と、前
   記粘結剤に対する酸性硬化触媒とからなる鋳型製造用有
   機自硬性砂において、架橋型四重リル酸系ポリマー、ポ
   リアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド１．・
   ′およびポリビニルピロリドンのうち少なくとも一種か
   らなる有機増粘剤を含有すること、を！］１・徴とする
   鋳型製造用有機自硬性砂。 ２、有機増粘剤四重て架橋型アクリル酸系ポリマーを、
   耐火物ｌｏｏＭｒ量部に対して０．０５〜０．５重量部
   の會１］合で含有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の鋳型製造用有機自硬性砂。 ３、有機増粘剤四重てポリアクリル酸ナトリウムを、耐
   火物ｚｏｏ重量部に対して０．５〜３．０重量部の割合
   で含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の鋳型製造用有拐自硬性砂。 ４、有機増粘剤としてポリエチレンオキシドを、耐火物
   １００重量部に対して０．３〜２．０重量部の割合で含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の門
   型製造用有杭自硬性砂。 ５、有機増粘剤としてポリビニルピロリドンを、耐火物
   ｔｏｏｎ’を部に対して０．３〜３．ｓ７ｔ、９部の割
   合で含有することを特徴とする特許請求の範ｌ１１１第
   １項記載の鋳型製造用有機１個１性砂。 ６、溶剤によって液状化された有ワ゛ヲ増粘剤を添加混
   練してなることを特徴とする特許請求の範囲ｔＢ１ない
   し５項のうちいずれか１項記載の鋳型製造用有機自硬性
   砂。 ７、溶剤が流動四重フィンであることを特徴とする特許
   請求の範囲第６項記載の同型製造用有機自硬性砂。 ８、溶剤がキシレノであることを’ｌ！「（ｌとする特
   許請求の範囲第６項記載の１型製造用有４ｅ自硬性砂。 ９、溶剤がベンゼンであることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項記載の鋳型製造用有機自硬性砂。 １０、溶剤がト０技ンであることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載の鋳型製造用有接自硬四重。