JP2005537935A - スリーブ、その製造方法、およびそれを製造するための混合物 - Google Patents

Abstract

本発明は、小型フィーダのためのスリーブを製造する方法に関する。本発明によれば、フッ素を含まない混合物であって、珪酸アルミニウム微小球体、被酸化性金属（例えば、アルミニウム粉体）、酸化剤および発熱反応開始剤のためのマグネシウムを含む混合物が、吹込成形によって、２つの雄部分を含む型内に導入されて、２つの開口部を有し、１つの開口部が使用前にプラグでシールされている、スリーブを生成する。

Description

発明の詳細な説明

技術分野
本発明は、特にタクタイル鋳鉄で鋳造製品を得るに際して適用可能な、小型押湯を得るための発熱性スリーブ、ならびに、吹込成形および硬化によりそれを製造する方法、ならびに当該スリーブを構成する混合物に関する。

背景技術
鋳造金属製品の製造は、溶融した金属を型に注ぐこと、冷却により金属を凝固させること、および型を除去し又は破壊することによって、形成された製品を型から取り出す又は抜き出すことを含む。

型は金属であり得、あるいは型は種々の材料（セラミックス、グラファイト、および大部分は砂）の集合体により形成され得る。これらの型は、内部キャビティと外部との間の連通のために、スプルーまたはランナーを有する必要がある。溶融した金属が成型もしくは鋳造段階でこれらのスプルーまたはランナーを通過して注がれる。冷却プロセスの間の金属の収縮に起因して、オーバーフロー（または越流）が型の内部で予測されなければならない。オーバーフローは、金属中の収縮または空洞を相殺することを意図して押湯を形成する目的で、予備の溶融樹脂により満たされる。押湯の目的は、製品中で金属が収縮したときに、製品に金属を供給することである。そのために、押湯中において、金属は、製品よりも長い時間、液体状態のままであることを要する。そのために、押湯は通常何らかのスリーブで被覆され、断熱性および／または発熱性の材料から成り、これは、鋳造金属において空洞が生成したときに、その流動性を保証するために、押湯に含まれる金属の冷却を遅くする。

押湯の周囲の発熱性スリーブを使用することは、収縮の問題を軽減し、鋳造製品の品質を向上せしめ、このことは、より小さい押湯（小型押湯またはミニ・デッドヘッド）が用いられることを許容し、これらのことは生産を向上させ、鋳造製品と押湯の接触面積（これを取り除くことには費用がかかる）を減少させる。

公知の発熱性スリーブは、湿式プロセスで製造される繊維をベースとするものであり、当該湿式プロセスは、発熱反応を生成することが可能な材料の混合物と組み合わされた繊維状耐熱性材料を用いて開始される。発熱反応を生成することが可能な材料の混合物は、被酸化性金属（常套的にアルミニウムがもっとも多く使用される）、酸化剤、および発熱反応の開始剤または融剤（常套的にフッ素化化合物である）により構成される。被酸化性金属は酸化剤および融剤と混合され、且つ過剰な熱に曝されると、酸化されて、進行する反応に比例して熱を放出する。

砂をベースとする発熱性スリーブもまた公知であり、ダクタイル鋳鉄の鋳造において高く評価されている。これらの砂をベースとする高密度のスリーブは、より多くのアルミニウムを含んでいて、生成される熱量が非常に高くなるようになっている。この熱は、押湯中の金属の温度に好ましく影響を及ぼす前に、砂をベースとするスリーブの温度を上昇させるために必要である。

１９９７年に、繊維を含まないスリーブの技術が導入され、発熱性スリーブの新たな選択肢がもたらされた。特許出願ＷＯ９７／００１７２は、型内に吹き込み可能な混合物をベースとして、寸法が正確な発熱性および／または断熱スリーブを製造するための、吹込成形およびコールドボックス硬化の方法を開示している。当該混合物は、アルミナ含有量が３８重量％未満である珪酸アルミニウムの微小球体、コールドボックス硬化のための結合剤、および必要に応じて繊維でない充填物から成る。発熱性スリーブの製造のための一般的な組成は、アルミナ含有量が３８％未満である中空の微小球体、アルミニウム粉体、酸化鉄およびフッ素化された融剤としての氷晶石を含む。

現在、鋳造工業において、スリーブは、いわゆる小型押湯（mini-deadheads）を得るために存在し、その機能は、製品が凝固中に収縮している間に製品に液体の金属を供給することである。

常套的な発熱性スリーブとの基本的な相違は、後者が金属の液体をより長い時間保持することであり、それにより、同じ供給操作について必要な金属、即ち、小型押湯の体積が、より小さくなる。

この結果は、スリーブの発熱負荷を増加させることにより達成されるが、この増加した発熱性は、望ましくない付随的な問題を生じさせる。例えば、
１．押湯中の過剰な残留アルミニウム（これは後で鋳直される）が、溶融した製品において小孔（またはポア）を生じさせるという問題がある。
「フィッシュ・アイ」として知られる欠陥は、鋳造製品における表面の欠陥であり、汚染された砂の回収（または採取）中に生成される物質の蓄積に由来し、基本的にはアルミニウム（これは高い割合で発熱性スリーブ中に見られる）に由来する。
この欠陥は、例えば、ＷＯ９７／００１７２で説明されているように、アルミナ含有量の低い珪酸アルミニウムの中空微小球体を使用することによって、克服される。
２．製品とスリーブとの接触エリアにおける結節（または小塊）の劣化。このことは、顧客が必要とする小節に関する仕様と一致しないため、製品の不合格につながる。
この第２の問題は、発熱性反応における開始投入物として常套的に用いられているフッ素化された材料から生じる過剰のフッ素に由来する。
この問題を避けるために、スリーブを製品と接触させないか（これはより多くの金属を使用することを必要とする）、あるいは、フッ化物を含まない中間のビスケット（または素焼体）が用いられて、スリーブの口部に重ねられる。ビスケットは、同等の中央開口部を有し、実際のスリーブが製品と接触することを防止している。このビスケット、その製造およびスリーブへの取り付けは、実質的に費用が追加されることを意味する。

発明の概要
本発明は、フッ化物を含まないビスケットの使用を必要とせず、また、製品とスリーブとの接触を避けるための他の要素の使用を何ら必要とせず、さらには、押湯にてノッチを生成して鋳造した製品からそれを後で分離することを容易にする、小型押湯を得るためのスリーブであって、吹込成形（またはブローイング）可能な混合物であって、必要とされる熱を供給するための発熱反応をもたらす、フッ素を含まない混合物をベースとするスリーブを提供するという課題からなされたものである。

これの開始点は、第一に、フッ化物を含まないスリーブを構成するであろう混合物を、一方において硬化したスリーブの取り出しを可能にし、他方において２つのオリフィスを得ることを可能にする、２つのコアを有する型内で吹込成形することである。２つのオリフィスのうち一方は、スリーブの実際の口部にあり、二重の内周面取り部を有するそのオリフィスは、スリーブが鋳造の際にその機能を発揮するときに、押湯において対応するノッチ（またはノッチの同等物）を生成することを可能にする。口部と反対側のベース中の別のオリフィスは、スリーブが硬化した後に、安価な材料で閉じられる。それは、スリーブの該エリアが、鋳造プロセスにおいて、何ら操作上の機能を有さず、砂または他の望ましくない物質が押湯中に入るのを防止する目的のために閉じられることを要するのみであるということによる。

小型押湯を得るためのこの発熱性のスリーブは、（ａ）珪酸アルミナの中空球体および（ｂ）下記のものを含む発熱性材料を含む、フッ化物を含まない混合物のコールドボックス吹込成形およびその後の硬化により得られる。
ａ）断熱／耐熱材料
ｂ）被酸化性金属
ｃ）酸化剤
ｄ）反応開始要素としてのマグネシウム
ｅ）コールドボックスで精製される触媒

珪酸アルミニウムの中空微小球体は基本的に断熱材料として使用される。これらの珪酸アルミニウム球体と砂の混合物がまた、断熱特性を損ねるものの、スリーブの機械特性を向上させることが必要であるときに使用され得る。

被酸化性金属として、アルミニウム、シリコンおよび他のものを使用でき、好ましくは、微細な粉末および粗い粉末のアルミニウムの組み合わせを使用できる。

酸化剤として、硝酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩および金属酸化物（例えば、酸化鉄および酸化マグネシウム）を使用することができ、当然のことながら、それらの組み合わせを使用することができる。

発熱反応の開始剤として、マグネシウムが使用される。

混合物が型内に吹込成形され、スリーブが抜き出され且つ硬化されると、口部に対向する（又は口部と反対側の）オリフィスがプラグで閉じられる。プラグは、プラスチック、木、おがくず、砂等から形成することができ、スリーブと同じ材料で形成されてもよい。

これらのスリーブの使用は、高品質の製品を、押湯−製品の接触領域にてグラファイトの結節（nodule）を劣化させることなく、押湯と製品との間の接触をベースとする同等な品質の製品、および中間ビスケットを介して製品を与える他の常套的な手順よりも比較的小さい、少ないコストで、製造することを可能にする。

発明の詳細な説明
１つの要旨において、本発明は、吹込成形およびコールドボックス硬化により、小型押湯を得るための発熱性スリーブを製造する方法であって、
（Ａ）吹込成形（またはブローイングもしくはブロー成形）により、コールドボックス硬化型内で、スリーブの口部で二重の面取り部を構成する２つのコアと型との間に規定される空間に、吹込成形可能な混合物を導入して、両端にて開口している未硬化のスリーブを得ること、
（Ｂ）（Ａ）で作製した未硬化のスリーブをコールドボックス硬化触媒と接触させること、
（Ｃ）（Ｂ）で得られたスリーブを硬化させること、
（Ｄ）硬化したスリーブを型から取り出すこと、および
（Ｅ）スリーブの口部とは反対のオリフィスにプラグを配置すること
を含み、前記混合物は、
ａ）スリーブを製造するための、フッ素を含まない組成物であって、
ａ．１）断熱／耐熱材料
ａ．２）発熱反応を生成し得る酸化剤および被酸化性金属、および該反応の開始物質としてのマグネシウムを含む発熱性混合物
をベースとするもの
ｂ）コールドボックス硬化のための結合剤
を含むものである、方法に関する。

図２において見られるように、従来技術に属する常套的な手順（図１参照）とは対照的に、本発明により開示される手順において、発熱性スリーブを製造するためのフッ化物を含まない混合物は、型（３）とコア（２、２’）との間に規定される空間に、型内で、吹込成形される（図２Ａ参照）。コア（２、２’）は、後のスリーブの抜き出しを許容すると同時に、その口部にて、二重の面取り部（８）を形成する。スリーブ（１）が硬化すると、それは型から取り出されて、押湯（４）用のボイド（または中空）を与える（図２Ｂ参照）。最後に、鋳造操作中に砂または他の望ましくない要素（または元素）が押湯用のキャビティの内部に入るのを防止することを目的として、プラグ（９）が、スリーブ（１）の開口端部に配置される（図２Ｃ参照）。

スリーブの二重の面取り部（８）は、押湯に、製品から押湯を分離するための切断ラインを規定し促進する形態に等しい、溝もしくはスロットを形成するであろう。

スリーブを製造するためのフッ化物を含まない組成物に存在する、断熱／耐熱材料（ａ．１）は、基本的に、珪酸アルミニウムの中空微小球体を含む材料であるが、それはまた、断熱性能を犠牲にすることにより、スリーブの機械特性を向上させることが望まれるという条件の下で、一定量の砂を含み得る。

一般に、断熱／耐熱材料（ａ．１）の量は、フッ化物を含まない組成物の全量に対して、３０〜７０重量％である。

スリーブを製造するためのフッ化物を含まない組成物に存在する発熱性材料（ａ．２）は、発熱反応を生成しうる被酸化性金属および酸化剤を含み、当該発熱性材料は、
（ｉ）１または複数の被酸化性金属、好ましくは、粉状および粒状アルミニウムの混合物とともに、発熱反応の開始要素としてのマグネシウム、
（ii）被酸化性金属と反応し、金属の注入（または鋳込み）温度にて発熱反応を生成することができる酸化剤であって、（ａ）アルカリ金属またはアルカリ土類の塩、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類の硝酸塩、塩素酸塩および過マンガン酸塩；（ｂ）金属酸化物、例えば、酸化鉄および酸化マグネシウム、好ましくは酸化鉄；ならびに（ｃ）（ａ）および（ｂ）の混合物により形成される群から選択される酸化剤
を含む。当該発熱性材料（ａ．２）は、非繊維性の形態であって、吹込成形可能である。

本発明により発熱性スリーブを製造するための組成物の特性は、当該組成物は、発熱性反応において開始剤として常套的に用いられている無機のフッ化融剤を含まないということに存する。それの代わりに、マグネシウムが使用され、それは、より低い温度にて反応し、それにより、被酸化性金属と酸化剤との間で生じる発熱性反応がより早く開始する。

被酸化性金属と酸化剤との反応は、熱を生じる発熱性反応であり、該反応により発熱性スリーブの加熱特性が向上する。したがって、スプルー中の溶融した材料の温度の損失は低減され、当該材料はより長い間、より熱い状態および液体状態に維持される。

スリーブにおいて達成することが望まれる発熱特性のレベルに応じて、発熱性材料（ａ．２）における被酸化性金属の量は、スリーブの製造するためのフッ化物フリーの組成物の全体に対して、２０〜３０重量％である。

本発明により開示される手順は、要素Ａにて適当な重量比で存在する多量の断熱材料（ａ．１）および発熱性材料（ａ．２）を使用することによって、断熱および発熱特性の望ましいバランスを有する、発熱性スリーブが得られることを可能にする。

本発明により開示されるスリーブの製造手順に従って、スリーブ製造用の混合物で使用することができるコールドボックス硬化結合剤は、公知である。原則として、スリーブ製造用のフッ化物を含まない組成物を、スリーブの形態に保つことができ、硬化触媒の存在で重合する、任意のコールドボックス硬化結合剤を使用することができる。例えば、適当な触媒により気相にて活性化される、フェノール樹脂、フェノール−ウレタン樹脂、エポキシアクリル酸樹脂、アルカリ性フェノール樹脂、シリケートの樹脂等を使用することができる。特定の形態において、このコールドボックス硬化結合剤は、ＳＯ_２（ガス）により活性化されるエポキシアクリル酸樹脂、およびコールドボックス硬化結合剤ＥＸＡＣＴＣＡＳＴ（登録商標）（Ａｓｈｌａｎｄ）として公知である、アミン（ガス）により活性化されるフェノール−ウレタン樹脂から選択される。

コールドボックス硬化結合剤の必要量は、スリーブの形態を保持し、その効果的な硬化を許容するのに有効な量であり、即ち、硬化プロセスの後に取り扱うことができるスリーブを製造せしめるような量である。例えば、コールドボックス硬化結合剤の量は、スリーブを製造するための組成物の全量に対して１〜１０％である。

コールドボックス硬化のための触媒は、ガスの形態にて適用され、スリーブが処理できる堅さ（または密度もしくは濃度）に達するまで、スリーブを通過させられる。ガス相の触媒は、用いられるコールドボックス硬化結合剤に応じて、アミン、二酸化炭素、蟻酸メチル、二酸化硫黄などであり得る。

適切に操作し、且つスリーブ製造用の組成物の成分を適切に選択して、内部および外部寸法の精度が高い発熱性スリーブが得られる。これは、製造された後に、追加の操作を実施することが必要とされずに、鋳造用の型のアセンブリに容易に連結することができる。

本発明により開示される手順に従って得られる発熱性スリーブは、本発明の追加の要旨を構成する。

図２において見られ得るように、この発明により提供されるスリーブ（１）は、
（ｉ）押湯（４）を含むように意図されたボイドを囲み、且つ二重の面取り部（８）をその口部に有する、ボディ、および
（ii）口部と反対側のベースにおけるプラグ（９）
を含む。

本発明により提供されるスリーブに存在する、二重の面取り部（８）は、混合物の吹込成形の間の２つのコア（２、２’）の結合された作用に起因するものである。二重の面取り部（８）は、押湯にて、溝またはスロットを規定し、溝またはスロットは鋳造製品から押湯を分離することを容易にする。

本発明により提供される、２つのコアの組み合わされた作用を含むスリーブの製造手順に起因して、２つの開放端部が生成される。当該端部の一方は、二重の面取り部（８）を含み、他方の開口端部は、型にスリーブを取り付ける間及び当然のことながら鋳造操作の間に、砂または他の望ましくない要素がスリーブの内側に移ることを防止する目的で、プラグ（９）により閉じられる。したがって、プラグ（９）は、構造的な目的を有しておらず、また、押湯の形成または作用に干渉せず、このため、プラグの製造に使用される材料は、実際には任意の材料であり得るが、有利には、安価な材料、例えば、プラスチック、木、おがくず、紙、砂等であってよく、あるいは、実際にスリーブを構成する材料であってもよい。

比較のために、同じ発熱容量について発熱性スリーブを得るための吹込成形可能な混合物であって、フッ化融剤およびフッ素を含まない融剤を有する混合物の表を示す。

同程度の発熱性の混合物のコスト

図１は、従来技術に属する、スリーブを常套の吹込成形およびコールドボックス硬化の手順により製造する工程を示す。この場合、スリーブを製造するための混合物は、コア（２）と連携する型（３）内に吹込成形される（図１Ａ）；次に、スリーブ（１）は硬化され、型から取り出されて、押湯（４）用のボイドを形成する（図１Ｂ）；最後に、溶融物が通過するためのオリフィス（６）を有する中間ビスケット（５）が取り付けられる（図１Ｃ）。 図２は、本発明により開示される、吹込成形およびコールドボックス硬化の手順に従って本発明の発熱性スリーブを製造する工程を示す。

Claims (11)

1. 吹込成形およびコールドボックス硬化により、鋳造型のための発熱性スリーブを製造する方法であって、
   （Ａ）吹込成形により、コールドボックス硬化型内に、スリーブの口部にて２つの面取り部を構成する２つのコアと型との間に規定される空間に、発熱性スリーブを製造するための混合物を導入し、両端にて開口している未硬化のスリーブであって、一方の口部が内部二重面取り部を有し、他方の開口部が平坦である、未硬化のスリーブを得ること、
   （Ｂ）（Ａ）で作製した未硬化のスリーブを当該未硬化のスリーブを硬化させる触媒と接触させること、
   （Ｃ）（Ｂ）で得られたスリーブを硬化させること、
   （Ｄ）硬化したスリーブを型から取り出すこと、および
   （Ｅ）スリーブの口部と反対のベースの開口部にプラグを配置すること
   を含む方法であり、発熱性スリーブを製造するための前記混合物は、
   ａ）スリーブ製造のための、フッ素を含まない組成物であって、
   ａ．１）断熱／耐熱材料
   ａ．２）発熱反応を生成し得る酸化剤および被酸化性金属、および該反応の開始物質としてのマグネシウムをベースとする発熱性混合物
   ｂ）コールドボックス硬化のための結合剤
   を含むものである、方法。
2. 耐熱特性を有する断熱材料（ａ．１）が、中空の微小球体の形態である珪酸アルミニウムである、請求項１に記載の方法。
3. 被酸化性金属がアルミニウム、好ましくはこの金属の微細な粉体および粗い粉体の混合物である、請求項１に記載の方法。
4. 酸化剤が、アルカリ金属またはアルカリ土類の塩、金属酸化物およびそれらの混合物により形成される群から選択される、請求項１に記載の方法。
5. 酸化剤が、アルカリ金属またはアルカリ土類の硝酸塩、塩素酸塩、過マンガン酸塩、酸化鉄、酸化マグネシウム、およびそれらの混合物により形成される群から選択される、請求項１および４のいずれかに記載の方法。
6. 前記発熱材料（ａ．２）が非繊維形態である、即ち、吹込成形可能な形態である、請求項１に記載の方法。
7. 前記コールドボックス硬化結合剤が、フェノール樹脂、フェノールウレタン樹脂、アクリル酸樹脂、アルカリ性フェノール樹脂、およびシリケートの樹脂により形成される群から選択される、請求項１に記載の方法。
8. 前記コールドボックス硬化結合剤が、ＳＯ_２（ガス）により活性化されるアクリル酸樹脂、アミン（ガス）により活性化されるフェノール−ウレタン樹脂により形成される群から選択される、請求項１２に記載の方法。
9. 工程（Ｂ）において、工程（Ａ）で作製された未硬化のスリーブを、当該スリーブを硬化させるのに適当な気相中で触媒と接触させる、請求項１に記載の方法。
10. 未硬化のスリーブを硬化させる前記触媒が、フェノール−ウレタン樹脂を活性化させるガス状のアミン；アクリル酸樹脂を活性化させるＳＯ_２（ガス）；アルカリ性フェノール樹脂を活性化させるＣＯ_２（ガス）または蟻酸メチル（ガス）；珪酸ナトリウム樹脂を活性化させるＣＯ_２（ガス）から選択される気相の触媒である、請求項１に記載の方法。
11. 成形され、型から取り出され、硬化させられるときに、溝またはスロットと等価の形態を押湯中に生成する内周面取り部を備えた押湯を形成する溶融物の入口のための口部を有し、口部と反対側のオリフィスが、プラスチック、木、おがくず、砂、またはスリーブを構成する実際の材料から成るプラグで閉鎖されていることを特徴とする、請求項１によるスリーブ。
    
    

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