JP2000107835A - 鋳型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型をさほど高温に加熱する必要なく短時間で
安定して鋳型を製造することができ、また有害化学物質
を用いる必要なくしかも有毒ガスが発生することなく鋳
型を製造することができる鋳型の製造方法を提供する。 【解決手段】 熱硬化性樹脂粘結剤を耐火骨材に混合し
て調製されるレジンコーテッドサンド２を型１内に充填
する。この型１内に水蒸気を吹き込んで粘結剤を硬化さ
せて鋳型を得る。水蒸気によって型１内のレジンコーテ
ッドサンド２の全体を瞬時に加熱して粘結剤を硬化させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造に用いられる
鋳型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在使用されている鋳型は、生砂型や高
圧造型、高速造型など粘土類等を粘結剤として用いる普
通鋳型と、熱硬化性鋳型、自硬性鋳型、ガス硬化鋳型、
精密鋳造用鋳型など硬化性粘結剤を用いる特殊鋳型と、
その他の鋳型とに分類される。

【０００３】普通鋳型は最も一般的な鋳型であり、鋳型
砂を繰り返し使用することができて安価であるために、
今なお鋳型の中心になっている。しかし、普通鋳型は粘
土類や亜麻仁油などを粘結剤として用いるために、鋳型
を加熱セットするにあたって１７０〜１８０℃の温度で
数十分から数時間程度の長時間を必要とし、生産性が低
いと共に、長時間を要する加熱セットの間に鋳型に垂れ
変形や崩壊などの型くずれが生じるおそれがある。さら
に、鋳込み時にガスの発生が多いため、ガス圧で鋳型が
破損されたり鋳物に欠陥が発生したりし易いなどの問題
がある。

【０００４】一方、特殊鋳型は硬化性粘結剤を用い、加
熱硬化あるいは、硬化剤や硬化触媒などの併用による常
温硬化で粘結剤を迅速に硬化させることができ、生産性
が高く、また安定した品質をもった造型を行なうことが
できるものであり、そしてこの特殊鋳型は手込めや注
型、ブロー等で造型して硬化性粘結剤を硬化させ、次い
で水平割りや垂直割り、ダンプボックス法などで模型を
抜き取ることによって製造される。

【０００５】この特殊鋳型の一つである熱硬化性鋳型に
は、シェルモールド法、小松ＫＹ法などがある。これら
の粘結剤にはフェノール樹脂が使用され、耐火骨材の表
面を熱硬化性樹脂粘結剤で被覆して調製される常温で自
由流動性を持ったレジンコーテッドサンドが用いられて
いる。そして、ガスバーナーや電気ヒーターなどで２５
０℃以上に加熱した型の表面にレジンコーテッドサンド
を熱融着させて鋳型を作るダンプボックス方式や、ある
いは加熱した金型のキャビティにレジンコーテッドサン
ドを吹き込んで粘結剤を熱硬化させて鋳型を作る方式が
ある。しかしこの場合、生産性を向上させるために、型
の温度をより高くする必要があるという問題があり、ま
たこのように高温で加熱をすると、フェノール樹脂が硬
化する際にその急激な反応に伴ってアンモニアガスやホ
ルムアルデヒド、フェノールなどが発生し、作業環境の
悪化を招くという問題がある。

【０００６】また自硬性鋳型には、エステル硬化鋳型、
Ｎプロセス、フェノールウレタン鋳型、ポリオールウレ
タン自硬性鋳型、フランノーベーク鋳型、フェノールノ
ーベーク鋳型、エステル硬化フェノールノーベーク鋳
型、減圧造型法、ＳＶプロセス造型法、ボールサンドプ
ロセスなどがある。これらのうち、熱硬化性樹脂などの
有機物を粘結剤として用いる自硬性鋳型は、耐火骨材
と、熱硬化性樹脂と、熱硬化性樹脂を室温で硬化させる
ための硬化剤と、また硬化触媒として有機酸や無機酸な
どの強酸とをミキサーで混練して調製したレジンコーテ
ッドサンドを型に充填し、室温で養生して粘結剤を硬化
させた後に、抜型して得られる鋳型である。この場合、
レジンコーテッドサンドの調製とともに粘結剤の硬化が
進行しているために、短時間に作業を終わらないと型へ
の充填不良を起こしたり、鋳型の強度低下を招くおそれ
があるなど、安定した造型が難しいという問題がある。

【０００７】また、ガス硬化鋳型には、ＣＯ₂プロセ
ス、有機ＣＯ₂プロセス、ＶＲＨプロセス、アミンコー
ルドボックス鋳型、エステルコールドボックス鋳型など
がある。これらのうち有機物を粘結剤として用いるガス
硬化鋳型は、耐火骨材と粘結剤とをミキサーで混練して
調製したレジンコーテッドサンドを型に吹き込んだり、
手込めなどして充填し、次ぎに室温で硬化させるために
粘結剤と反応するガスや、反応触媒のガスを型に吹き込
み、粘結剤を硬化させた後、抜型して得られる鋳型であ
る。このガス硬化鋳型の場合、レジンコーテッドサンド
の可使時間は自硬性鋳型に比較して長く、硬化時間は極
めて短いという長所を有する。

【０００８】しかし、熱硬化性樹脂など有機系の粘結剤
を用いたレジンコーテッドサンドの場合、室温で硬化さ
せるために第三級アミン、ＳＯ₂、蟻酸メチルなどのガ
スを吹き込んで硬化させることになるが、これらの化学
物質は殆どが有害であり、しかも低沸点で取り扱いが難
しく、防毒ガスを着用するなど極めて慎重に取り扱う必
要があり、また鋳型中に残ったガスは大気中に放出する
ことができないため、薬品で中和したり液体に吸収させ
てから処理をするなど、煩雑な操作が必要になるという
問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたものであり、型をさほど高温に加熱する必
要がなく、短時間で安定して鋳型を製造することがで
き、また有害化学物質を用いる必要なくしかも有毒ガス
が発生することなく鋳型を製造することができる鋳型の
製造方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳型の製造
方法は、熱硬化性樹脂粘結剤を耐火骨材に混合して調製
されるレジンコーテッドサンドを型内に充填し、この型
内に水蒸気を吹き込んで粘結剤を硬化させることを特徴
とするものである。尚、本出願人はこの方法をスチーム
ブロー造型法（Steam blow molding process）と呼んで
いる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１２】本発明において粘結剤としては、レゾール
型、ノボラック型、ベンジリックエーテル型などのフェ
ノール樹脂、フラン樹脂、イソシアネート化合物、アミ
ンポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などの
熱硬化性樹脂を用いるものであり、これらに硬化剤とし
てイソシアネート化合物、有機エステル類、ヘキサメチ
レンテトラミンなどを、硬化触媒として第三級アミン、
ピリジン誘導体、有機スルホン酸などをそれぞれ配合
し、加熱硬化型の自硬化性にして使用することができる
ものである。

【００１３】粘結剤としてフェノール樹脂を用いる場
合、フェノール樹脂はフェノール類とホルムアルデヒド
類を反応触媒の存在下で反応させることによって調製す
ることができる。

【００１４】ここでフェノール類は、フェノール及びフ
ェノールの誘導体を意味するものであり、例えばフェノ
ールの他に、ｍ−クレゾール、レゾルシノール、３，５
−キシレノールなどの３官能性のもの、ビスフェノール
Ａ、ジヒドロキシジフェニルメタンなどの４官能性のも
の、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔｅｒ−ブ
チルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−クミル
フェノール、ｐ−ノニルフェノール、２，４又は２，６
−キシレノールなどの２官能性のｏ−又はｐ−置換のフ
ェノール類を挙げることができ、さらに塩素又は臭素で
置換されたハロゲン化フェノールなども用いることがで
きる。勿論、これらから１種を選択して用いる他、複数
種のものを混合して用いることもできる。

【００１５】またホルムアルデヒド類としては、水溶液
の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホルムア
ルデヒドやアセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、トリ
オキサン、テトラオキサンのような形態のものを用いる
こともでき、その他、ホルムアルデヒドの一部をフルフ
ラールやフルフリルアルコールに置き換えて使用するこ
とも可能である。

【００１６】上記のフェノール類とホルムアルデヒド類
との配合比率は、フェノール類とホルムアルデヒドのモ
ル比が１：０．６〜１：３．５の範囲になるように設定
するのが好ましい。

【００１７】また反応触媒は、ノボラック型フェノール
樹脂を調製する場合は、塩酸、硫酸、リン酸などの無機
酸、あるいはシュウ酸、パラトルエンスルホン酸、ベン
ゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機酸、さ
らに酢酸亜鉛などを用いることができる。またレゾール
型フェノール樹脂を調製する場合は、アルカリ土類金属
の酸化物や水酸化物を用いることができ、さらにジメチ
ルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン、ジブチル
アミン、トリブチルアミン、ジエチレントリアミン、ジ
シアンジアミドなどの脂肪族の第一級、第二級、第三級
アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンなどの芳香環
を有する脂肪族アミン、アニリン、１，５−ナフタレン
ジアミンなどの芳香族アミン、アンモニア、ヘキサメチ
レンテトラミンなどや、その他二価金属のナフテン酸や
二価金属の水酸化物等を用いることもできる。

【００１８】また粘結剤を希釈して使用する場合、希釈
用の溶剤としてはアルコール類、ケトン類、エステル
類、多価アルコールなどを用いることができる。

【００１９】そして上記の熱硬化性樹脂粘結剤を、けい
砂などの耐火骨材と混合することによって、耐火骨材の
表面を熱硬化性樹脂粘結剤で被覆したレジンコーテッド
サンドを調製することができるものである。

【００２０】ここで、アミン・コールドボックス鋳型を
例にとってレジンコーテッドサンドを具体的に説明する
と、フェノール類とホルムアルデヒド類とを反応触媒の
存在下で反応させ、反応生成物を脱水することによって
得たベンジリックエーテル型フェノール樹脂をそのまま
あるいはエーテル系、エステル系、石油系等の溶剤で希
釈して液状にし、これをＡ液とする。またイソシアネー
ト化合物をそのままあるいは溶剤で希釈してＢ液とす
る。このイソシアネート化合物としては、−ＮＣＯ基を
２個以上持つものであれば特に制限されないが、４，
４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジ
イソシアネート、ｍ−キシレンジイソシアネート、ナフ
タレンジイソシアネートなどの芳香族イソシアネート、
ヘキサメチレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタ
ンジイソシアネート、リジンジイソシアネートなどの脂
肪族イソシアネート、さらにはｐ−フェニレンジイソシ
アネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、イソホロ
ンジイソシアネート、ブロック型ポリイソシアネート、
イソシアネートの二量体、イソシアネートの三量体など
の液状又は固形状のものなどを使用することができる。
このＡ液やＢ液の希釈用の溶剤としては、水酸基を含有
しないものが好ましく、脂肪族、脂環族、芳香族炭化水
素系の溶剤、ハロゲン化炭化水素溶剤、エーテル類、ケ
トン類、エステル類、多価アルコールの誘導体や、これ
らの混合物を使用することができ、その代表的なものと
して、灯油、シクロヘキサン、キシレン、クメン、塩化
メチレン、１，１，１−トリクロロエタンシクロヘキサ
ン、イソホロン、フタル酸ジブチル、エチルセロソルブ
アセテートプロピレンカーボネートなどを挙げることが
できる。そして耐火骨材にＡ液を加えて混練し、さらに
これにＢ液を加えて混練することによって、耐火骨材に
熱硬化性樹脂粘結剤を被覆したレジンコーテッドサンド
を得ることができるものである。

【００２１】次に、上記のように調製されるレジンコー
テッドサンドを用いて鋳型を製造する方法の一例を図１
を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、内部に
成形用空所３を設けて形成した型１の上面に注入孔４が
設けてあり、型１の下面には金網等の網５で塞いだベン
トホール６が設けてある。この型は縦割りあるいは横割
に割ることができるようになっている。またレジンコー
テッドサンド２はホッパー７内に貯蔵してあり、ホッパ
ー７にはコック８付きの空気供給管９が接続してある。
そしてホッパー７の下端のノズル口９ａを型１の注入孔
４に合致させた後、コック８を閉から開に切り代えるこ
とによって、ホッパー７内に１ｋｇｆ／ｃｍ²程度の圧
力で空気を吹き込んで加圧し、ホッパー７内のレジンコ
ーテッドサンド２を図１（ｂ）のように型１内に吹き込
んで、型１の成形用空所３内にレジンコーテッドサンド
２を充填する。ベントホール６は網５で塞いであるの
で、レジンコーテッドサンド２がベントホール６から洩
れ出すことはない。

【００２２】上記のように型１内にレジンコーテッドサ
ンド２を充填した後、型１の注入孔４からホッパー７を
外すと共に図１（ｃ）のように水蒸気パイプ１０を接続
し、コック１１を開いて型１の成形用空所３内に水蒸気
を吹き込む。水蒸気は型１内に充填されたレジンコーテ
ッドサンド２の粒子間を通過してレジンコーテッドサン
ド２を加熱した後、網５を通してベントホール６から排
出される。このように水蒸気を吹き込むことによって、
型１内のレジンコーテッドサンド２の全体を瞬時に加熱
し、熱硬化性樹脂粘結剤の硬化を促進させると共に硬化
に至らせることができる。従って、型１を高温に加熱し
ておく必要なく、水蒸気による加熱で熱硬化性樹脂粘結
剤を硬化させることができるものであり、また型１内の
レジンコーテッドサンド２の全体を水蒸気によって均一
に短時間で加熱することができ、安定して短時間に熱硬
化性樹脂粘結剤を硬化させることができるものである。
しかも、硬化剤や硬化触媒のような有害化学物質の蒸気
を型１内に吹き込む場合のような、作業環境を悪化させ
るようなこともなくなるものである。型１内のレジンコ
ーテッドサンド２の熱硬化性樹脂粘結剤を硬化させるこ
の水蒸気としては、温度が１１０〜１８０℃程度、蒸気
圧が１．５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²程度のものが好まし
く、このように比較的低温の水蒸気によって熱硬化性樹
脂粘結剤を硬化させることができ、高温で加熱して熱硬
化性樹脂粘結剤を硬化させる場合のような、急激な硬化
反応に伴ってアンモニアやホルムアルデヒド、フェノー
ルなどのガスが発生することを抑制することができるも
のであり、またこれらのガスが多少発生しても、水蒸気
の水分に吸収されて洗い流され、作業環境を悪化させる
臭気の発生を防ぐことができるものである。本発明にお
いて水蒸気としては、飽和水蒸気をさらに加熱してその
飽和温度以上に上げた過熱蒸気を用いることもできる。

【００２３】上記のように型１内に充填したレジンコー
テッドサンド２の粘結剤を硬化させることによって、型
１内で鋳型を成形することができるものであり、鋳型は
型１を割ることによって取り出すことができる。ここ
で、型１内に吹き込んだ水蒸気が凝縮することを防止す
るために、型１を予め加熱しておいてもよい。また水蒸
気によって鋳型内に含有されることになる水分を除去す
るために、鋳型を乾燥機などに入れて乾燥するようにし
てもよい。

【００２４】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００２５】（実施例１）反応容器にフェノール７５２
重量部、３７％ホルマリン８７５重量部、ナフテン酸鉛
１．５重量部を仕込み、約６０分を要して還流させ、そ
のまま３時間反応させた。このものを常圧で１１０℃ま
で脱水した後、５０トールの減圧下、１２０℃まで脱液
を行ない、半固体状のベンジリックエーテル型フェノー
ル樹脂を得た。得られたこの樹脂５００重量部に芳香族
炭化水素系溶剤（エクソン化学株式会社製「ソルベッソ
１５０」）を５００重量部加えて溶解させ、２５℃にお
ける粘度が５０センチポアズのＡ液を得た。

【００２６】一方、ポリメリックＭＤＩ（三井化学株式
会社製「コスモネート２００」）７００重量部に芳香族
炭化水素系溶剤（エクソン化学株式会社製「ソルベッソ
１００」）を３００重量部加えて溶解させ、２５℃にお
ける粘度が８０センチポアズのＢ液を得た。

【００２７】次ぎに、フラッタリーけい砂１０ｋｇをワ
ールミキサーに入れ、Ａ液１００ｇを加えて３０秒間混
練し、さらにこれにＢ液１００ｇを加えて６０秒間混練
した後、ワールミキサーから払い出すことによって、液
量が重量比率で２％の湿態状のレジンコーテッドサンド
を得た。

【００２８】次ぎに、図１（ａ）のような直径５０ｍ
ｍ、高さ５０ｍｍの円筒状の成形用空所３を設けた型１
を用い、レジンコーテッドサンド２をホッパー７から１
ｋｇｆ／ｃｍ²の空気圧で１０秒間吹き込むことによっ
て、図１（ｂ）のように型１に吹き込み充填した。次い
でこの型１に図１（ｃ）のように水蒸気パイプ１０を接
続し、温度１５１℃、蒸気圧５ｋｇｆ／ｃｍ²の水蒸気
を１５秒間吹き込んだ後、直ちに型１から脱型すること
によって、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒状の評価
用鋳型を得た。

【００２９】（実施例２）型１を予め１００℃に加熱し
て用いるようにした他は、実施例１と同様にして評価用
鋳型を得た。

【００３０】（実施例３）反応容器にフェノール９４０
重量部、３７％ホルマリン６４９重量部、シュウ酸４．
７重量部を仕込み、約６０分を要して還流させ、そのま
ま１２０分間反応させた。このものを常圧で内温１６０
℃まで脱水を行なった後、１００トールで減圧脱水を行
なうことによって、軟化点が９５℃のノボラック型フェ
ノール樹脂を得た。

【００３１】次ぎに、１４５℃に加熱したフラッタリー
けい砂３０ｋｇをワールミキサーに入れ、ノボラック型
フェノール樹脂を４５０ｇ加えて３０秒間混練した後、
ヘキサメチレンテトラミン６７．５ｇを４５０ｇの水に
溶解させたものを添加し、砂粒が崩壊するまで混練し
た。次いでさらにステアリン酸カルシウム３０ｇを添加
し、３０秒間混練した後にこれを払い出してエアーレー
ションを行ない、樹脂量が重量比で１．５％のレジンコ
ーテッドサンドを得た。

【００３２】このレジンコーテッドサンドを用いる他
は、実施例１と同様にして評価用鋳型を得た。

【００３３】（比較例１）実施例１で得たレジンコーテ
ッドサンド２を図１（ｂ）のように型１内に充填した
後、図２に示すように、型１の注入孔４に硬化触媒吹き
込み筒１３をセットした。硬化触媒吹き込み筒１３内に
は金網１４を張ると共に金網１４の上にトリエチルアミ
ンを染み込ませた脱脂綿１５が配置してあり、硬化触媒
吹き込み筒１３の後端に接続したコック１６付きの空気
供給管１７から１ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で空気を吹き込
むことによって、空気とトリエチルアミンとの混合気体
を１０秒間、型１内に送り込んだ後、直ちに型１から脱
型することによって評価用鋳型を得た。

【００３４】（比較例２）実施例３で得たレジンコーテ
ッドサンド２を用い、予め２５０℃に加熱した型１内に
図１（ｂ）のように１ｋｇｆ／ｃｍ²の空気圧で吹き込
んでレジンコーテッドサンド２を充填した後、型１を２
５０℃の乾燥機に３分間入れて焼成し、この後に型１か
ら脱型して評価用鋳型を得た。

【００３５】上記の実施例１〜３及び比較例１，２にお
いて、鋳型の造型時の臭いと、脱型時の臭いを、作業者
の臭覚によって評価した。また、鋳型の脱型直後の圧縮
強さと、鋳型を１０５℃の乾燥機中で６０分養生して冷
却した後の圧縮強さを測定した。これらの結果を表１に
示す。

【００３６】

【表１】 表１にみられるように、各実施例のものは、臭気が少な
いのに対し、各比較例のものは臭気が強く、作業環境が
悪いものであった。また実施例１，２と比較例１との比
較、実施例３と比較例２の比較にみられるように、実施
例のものは比較例のものと同等の物性を有することが確
認される。

【００３７】

【発明の効果】上記のように本発明は、熱硬化性樹脂粘
結剤を耐火骨材に混合して調製されるレジンコーテッド
サンドを型内に充填し、この型内に水蒸気を吹き込んで
粘結剤を硬化させるようにしたので、水蒸気によって型
内のレジンコーテッドサンドの全体を瞬時に加熱して粘
結剤を硬化させることができ、型を高温に加熱しておく
必要なく、安定して短時間に鋳型を造型することができ
るものであり、しかも硬化剤や硬化触媒のような有害化
学物質の蒸気を型内に吹き込む場合や、型を高温に加熱
して熱硬化性樹脂粘結剤を硬化させる場合のような、有
害物質によって作業環境を悪化させるようなことがなく
なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ断面図である。

【図２】比較の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 型 ２ レジンコーテッドサンド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂粘結剤を耐火骨材に混合し
   て調製されるレジンコーテッドサンドを型内に充填し、
   この型内に水蒸気を吹き込んで粘結剤を硬化させること
   を特徴とする鋳型の製造方法。