JP2001047189A - 鋳物用砂型の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機系粘結剤を用いて製造された鋳型は、注
湯時に熱分解し多量の有機ガスを発生し作業環境の悪化
と鋳物に対してガス欠陥を引き起こす要因となる。一
方、無機系粘結剤を用いて製造された鋳型は、鋳込み後
の崩壊性が悪く、仕上げ工数が増え、砂の回収や再利用
に問題があり、廃棄砂によって生ずる環境悪化などの問
題がある。現在、これらの問題を解決することが強く求
められている。 【解決手段】 有機系粘結剤（エステル硬化フェノール
ホルムアルデヒド樹脂）を用いて造型した鋳型と無機系
粘結剤（水ガラスエステル法）を用いて鋳造した鋳型を
必要に応じて部位を規定し、使い分けすることにより、
注湯時における多量の有機ガスを発生することなく、鋳
型の崩壊性、砂再生に優れた鋳型を造型することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、自硬性粘結剤を用
いて鋳型を形成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳物の製造において使用される鋳物用砂
型（以下鋳型と省略する）の製造方法は、大別して２通
りの方法がある。即ち、鋳物用砂（以下砂と省略する）
を有機系粘結剤で硬化させて鋳型を製造する方法と、無
機系粘結剤で硬化させて鋳型を製造する方法である。そ
のうち、前者の有機系粘結剤を用いて鋳型を製造する方
法としては、砂に混合したアルカリレゾール型フェノー
ル・ホルムアルデヒド樹脂をエステル類で硬化させて砂
を固める方法、砂に混合したフラン樹脂やレゾール型フ
ェノール樹脂を有機スルホン酸等の強酸性を呈する硬化
剤で硬化させて砂を固める方法、砂に混合したフェノー
ル樹脂とポリイソシアネートを塩基性触媒でウレタン化
反応を起こさせて砂を固める方法などが知られている。
又、後者の無機系粘結剤を用いて鋳型を製造する方法と
しては、砂に混合した水ガラスをエステル類で硬化させ
て砂を固める方法、砂に混合した水ガラスを、二酸化炭
素を通気させて砂を固める方法、セメントで砂を固めて
鋳型を製造する方法等が知られている。一方、鋳型の部
位の使い分けに関しては、ジルコン砂、クロマイト砂、
ムライト砂の様な耐火度の高い砂を溶湯温度が高い部位
や冷却速度の遅い部位にのみ使用する、いわゆるポケッ
トサンドや、溶湯と鋳型が直接接触する鋳型表面に、い
わゆる肌砂に耐火度の高い砂を使用する事は、一般的に
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】有機系粘結剤を用いて
製造された鋳型は、溶湯の高温に晒されると粘結剤が熱
分解し、多量のガスを発生して鋳物に対してガス欠陥を
引き起こす要因となる。又、フラン樹脂やレゾール型フ
ェノール樹脂粘結剤では、硬化用触媒として有機スルホ
ン酸を用いる為、ここに含まれる硫黄が球状化黒鉛鋳鉄
における球状化阻害、浸硫など鋳物に対して悪影響を及
ぼす。又、無機系粘結剤を用いて製造された鋳型は、鋳
込み後の鋳型崩壊性が悪く、仕上げ工数が増え、又、砂
の回収や再利用に問題があり、廃棄砂によって生ずる環
境悪化等の問題がある。双方の各粘結剤の欠点を補う
為、有機系粘結剤と無機系粘結剤を混合しエステル類で
硬化させる方法が特開昭６４−２２４４６で提唱されて
いるが、この方法では、双方の長所が活かされ目的を達
成出来る場合もあるが、逆に欠点が補いきれず不十分な
場合も少なくない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機系粘結剤
と無機系粘結剤を鋳型の部位に使い分けをして、前述の
各粘結剤が有する欠点を解消する様に考案された鋳型の
形成方法に関するものである。つまり、ガス欠陥、浸硫
等、有機系粘結剤に由来する鋳造欠陥が発生し易い部
位、又は、欠陥の元となる部位には無機系粘結剤を使用
し、逆に、鋳込み後の鋳型崩壊性が要求される部位に
は、有機系粘結剤を使用する事である。本法では、従来
の有機系粘結剤と無機系粘結剤の混合とは異なり、任意
の部位にそれぞれの粘結剤を使用する為、それぞれの粘
結剤が持つ長所が活かされる。更に、粘結剤を混合しな
い為、沈殿の発生や反応性阻害を起こす有機系粘結剤と
無機系粘結剤の組合せを選択することが可能となる。本
発明に用いる有機系粘結剤としては、公知の方法によっ
て得られた前述の酸硬化フランホルムアルデヒド樹脂、
酸硬化フェノールホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹
脂、エステル硬化アルカリフェノールホルムアルデヒド
樹脂を用いる事ができる。ここでは、とりわけ有効であ
るエステル硬化フェノールホルムアルデヒド樹脂につい
て詳細を記す。このエステル硬化フェノール類ホルムア
ルデヒド樹脂のフェノール類は、フェノール、ビスフェ
ノールＡ等があるが、いずれも使用してもよく、又、２
種類以上の混合物であってもよい。又、アルカリ性触媒
として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リ
チウム等のアルカリ水和物があるが、いずれも使用して
もよく、又、２種類以上の混合物であってもよい。さら
に前述のエステル硬化フェノール類ホルムアルデヒド樹
脂（以下フェノール樹脂と省略する）の有効固形分は、
３０〜８０重量％、好ましくは４０〜７０重量％のもの
がよい。本発明に用いる無機系粘結剤としては、水ガラ
スを用いた公知の方法であるＣＯ_２法、ダイカル法、Ｎ
プロセス法、エステル法を用いることが出来、とりわ
け、エステル法が有効であるので、その詳細を示す。こ
のエステル法に用いる水ガラスは、代表的な物として珪
酸ソーダ、又は、珪酸カリウムを用い、２種類以上の混
合物でもよい。それらの無機粘結剤のモル比１．５〜
４．０、ボーメ度３４〜５８（２０℃）の物を使用す
る。次に、前述のフェノール樹脂及び水ガラスを硬化さ
せるのに、硬化剤としてエステル類を用いる。代表的な
エステルは、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラク
トン、トリアセチン、エチレングリコールジアセテー
ト、二塩基酸エステルなどが挙げられ、又、その他のエ
ステル類も使用する事が出来る。このエステルは、有機
系粘結剤と無機系粘結剤の共通硬化剤であるので、両混
練砂の境で障害を起こす事はない。次に、前述の、水ガ
ラスの硬化速度の調整、鋳型の充填性向上の為に水を用
いる事も出来る。この水の添加量の有効範囲は、０．２
５〜８．０重量％である。本発明は、最初に砂に前述の
水ガラスを１．０〜８．０重量％、より好ましくは、
１．５〜３．０重量％と、さらに前述のエステル類の硬
化剤を０．１５〜１．６重量％、より好ましくは、０．
２〜０．６重量％、さらに前述の水０．２５〜８．０重
量％、より好ましくは、１．５〜３．０重量％を添加し
て十分混合させ、その混練砂を鋳物と直接当たる肌面に
充填させ、可使時間内に前述のフェノール樹脂を０．５
〜３．０重量％、より好ましくは０．７〜２．０重量％
と、さらに前述のエステル類を０．０８〜１．０重量
％、より好ましくは０．１〜０．６重量％を添加して十
分混合させ、又、充填性向上の為、必要に応じ前述の水
を０．２５〜８．０重量％添加させ、その混練砂を先に
充填した混練砂の上に充填して鋳型を製造する事にあ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に具体例を示す。又、例中の
％あるいは部はすべて重量％あるいは重量部である。

【０００６】（実施例１） 有機粘結剤として、フェノール２８部に４８％水酸化
カリウム水溶液２７部、水１０部を撹拌機、温度計、コ
ンデンサーを備えたフラスコに仕込み、その混合液中に
５０％濃度のホルマリン３５部を滴下、撹拌しながら７
０℃に加温し、粘度が１００ｍ．Ｐａ．ｓ（２５℃）に
達するまで反応を続けた。反応終了後、常温まで冷却
し、０．５部のシランカップリング剤を加え、有効固形
分５０％のフェノール樹脂を合成した。 無機粘結剤として、２号水ガラス；（モル比２．４〜
２．５、富士化学（株）製）を準備した。 硬化剤として、トリアセチンを準備した。 硬化速度調節、鋳型の充填性向上の為、水を準備し
た。 飯豊Ｆ−６号珪砂１００重量部にを３．０％、を
０．６％を添加して十分混合した後、５０φ×５０ｍｍ
の圧縮強さ測定用の木型に約１／４の高さまで充填し、
又、５００φ×１００ｍｍの鋳物作製用木型（Ｓ／Ｍ
比、３．０）の廻りに約５０ｍｍの厚さに混練砂を充填
した。そして、可使時間内に飯豊Ｆ−６号珪砂１００重
量部にを１．５％、を０．３％添加して十分混合し
た後、先に充填してある混練砂の上に充填し鋳型試験片
と注湯試験用鋳型を作製した。そして、鋳型試験片を２
５℃での経時圧縮強さを測定し、又、注湯試験用鋳型を
用いて銅合金（ＣＡＣ−３０１）の鋳込みを行い鋳物を
検証した。得られた結果を（表−１）に示す。

【０００７】（実施例２）飯豊Ｆ−６号珪砂１００重量
部にを３．０％、を０．６％、を２．５％を添加
して十分混合した後、５０φ×５０ｍｍの圧縮強さ測定
用の木型に約１／４の高さまで充填し、又、５００φ×
１００ｍｍの鋳物作製用木型（Ｓ／Ｍ比、３．０）の廻
りに約５０ｍｍの厚さに混練砂を充填した。そして、可
使時間内に飯豊Ｆ−６号珪砂１００重量部にを１．５
％、を０．３％、を０．３％添加して十分混合した
後、先に充填してある混練砂の上に充填し鋳型試験片と
注湯試験用鋳型を作製した。そして、鋳型試験片を２５
℃での経時圧縮強さを測定し、又、注湯試験用鋳型を用
いて銅合金（ＣＡＣ−３０１）の鋳込みを行い鋳物を検
証した。得られた結果を（表−１）に示す。

【０００８】（比較例１）飯豊Ｆ−６号珪砂１００重量
部にを１．５％、を０．３％して十分混合した後、
５０φ×５０ｍｍの圧縮強さ測定用の木型に充填し、
又、５００φ×１００ｍｍの鋳物作製用木型（Ｓ／Ｍ
比、３．０）に混練砂を充填した。そして、鋳型試験片
を２５℃での経時圧縮強さを測定し、又、注湯試験用鋳
型を用いて銅合金（ＣＡＣ−３０１）の鋳込みを行い鋳
物を検証した。得られた結果を(表−１）に示す。

【０００９】（比較例２）飯豊Ｆ−６号珪砂１００重量
部にを３．０％、を０．６％して十分混合した後、
５０φ×５０ｍｍの圧縮強さ測定用の木型に充填し、
又、５００φ×１００ｍｍの鋳物作製用木型（Ｓ／M
比、３．０）に混練砂を充填した。そして、鋳型試験片
を２５℃での経時圧縮強さを測定し、又、注湯試験用鋳
型を用いて銅合金（ＣＡＣ−３０１）の鋳込みを行い鋳
物を検証した。得られた結果を（表−１）に示す。

【００１０】（比較例３）有機系粘結剤と無機系粘結剤
を混合使用した特開昭６４−２２４４６飯豊Ｆ−６号珪
砂１００重量部にを１．０％、を２．３％、を
０．４８％添加して十分混合した後、５０φ×５０ｍｍ
の圧縮強さ測定用の木型（Ｓ／Ｍ比、３．０）に充填
し、試験片を２５℃で経時圧縮強さを測定し、又、注湯
用試験鋳型を用いて銅合金（ＣＡＣ−３０１）の鋳込み
を行い鋳物を検証した。得られた結果を（表−１）に示
す。

【００１１】

【発明の効果】上記の実施例で明白な様に、本発明は、
有機系粘結剤であるアルカリレゾール型フェノール類・
ホルムアルデヒド樹脂を鋳込み後の崩壊性を要求される
部位に使用し、無機系粘結剤である水ガラスをガス欠陥
等、有機系粘結剤に由来する鋳造欠陥が発生し易い部位
に使用する。その結果、必要充分な鋳型強度を有しなが
ら、ガス欠陥を防止出来、鋳型崩壊性に優れた鋳型とな
る。そして、この様にして部位に使い分けをして形成し
た鋳型は、有機系、無機系粘結剤のそれぞれの長所を合
わせ持つ。さらに、本発明では、有機系粘結剤と無機系
粘結剤を混合使用した特開昭６４−２２４４６と比較し
て、無機系粘結剤の使用を必要最小限に押さえる事が出
来るので、格段に崩壊性と砂再生が有利となる。特に鋳
物のガス欠陥が顕著に現れる大型銅合金には、優れた効
果を発揮する。以上の説明からも明らかなように、作業
環境の改善、鋳物のガス欠陥、砂の回収や再利用による
生産コストの削減、鋳物の歩留向上に効果的である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊田 文夫 群馬県高崎市宿大類町700番地 群栄化学 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E092 AA18 AA26 AA45 AA60 BA09 BA10 BA11 CA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳物用鋳型を形成することにあって、有
   機系粘結剤と無機系粘結剤を鋳型の部位に使い分けし造
   型する事を特徴とする鋳物用鋳型の形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１の有機系粘結剤にあって、固形
   分濃度２０〜７０重量％のエステル硬化フェノールホル
   ムアルデヒド樹脂を使用する砂に対して、０．５〜３．
   ０重量％を含有する事を特徴とする請求項１に記載の鋳
   型用砂型の形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１の無機系粘結剤あって固形分濃
   度２０〜７０重量％、モル比１．６〜４．０（ＳｉＯ_２
   ／Ｍ、Ｍ＝Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ）、ボーメ度３４〜５８
   （２０℃）の水ガラスを使用する砂に対して、１．０〜
   ８．０重量％を含有する事を特徴とする請求項１又は２
   に記載の鋳物用砂型の形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の有機系粘結剤及び無機系
   粘結剤を硬化させる方法において、エステル類を砂に対
   して、０．０８〜１．６重量％を添加する事を特徴とす
   る請求項１〜３に記載の鋳物用砂型の形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載の鋳物用砂型の形成
   方法にあって、使用する砂に対して０．２５〜８．０重
   量％の水を添加する事を特徴とする請求項１〜４に記載
   の鋳物用砂型の形成方法。