JP2006187797A - 鋳型用塗型剤組成物及びそれを塗布せしめた鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳型の機械的強度を効果的に向上せしめ得る鋳型用塗型剤組成物、及び、この鋳型用塗型剤組成物が塗布されて、その機械的強度が有利に向上せしめられた鋳型を提供すること。
【解決手段】 鋳型表面に塗布せしめる塗型剤組成物として、ヘキサメチレンテトラミンを含有するものを採用した。
【選択図】 な し

Description

本発明は、鋳型用塗型剤組成物及びそれを塗布せしめた鋳型に係り、特に、砂中子等の鋳造用鋳型の機械的強度を有利に向上せしめ得る塗型剤組成物、及びそのような塗型剤組成物を塗布せしめた鋳型に関するものである。

鋳型の造型方法としては、常温自硬性法やシェルモールド法、アミンコールドボックス法等があるが、近年、鋳型の寸法精度や生産性に優れている等の理由から、アミンコールドボックス法が重要視されている。具体的には、アミンコールドボックス法とは、通常、粒状耐火性鋳物砂に対して、ミキサーを用いて、有機溶剤を溶媒とするフェノール樹脂溶液とポリイソシアネート化合物溶液とからなる有機粘結剤を混練することにより、鋳物砂の表面を有機粘結剤で被覆してなる鋳物砂組成物（混練砂）を製造した後、かかる鋳物砂組成物を、所定の造型用成形型内に吹き込んで鋳型を成形し、これに、アミン系ガス等の触媒ガスを通気せしめることにより、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応を促進して、鋳物砂組成物を硬化させ、目的とする鋳型を短時間で作製する方法である。

しかしながら、一般に、アミンコールドボックス法により得られる鋳型は、シェルモールド法等により得られる鋳型と比較して、抗折力で表わされる機械的強度が低くなる傾向がある。このため、アミンコールドボックス法により得られる鋳型を用いると、鋳造時における溶融金属の衝撃又は熱履歴等に起因して、スクワレ、焼着、ベーニング等の鋳物欠陥を引き起こす恐れがあった。

そこで、従来より、アミンコールドボックス法により得られる鋳型の機械的強度を向上させることを目的として、種々の手法が提案されているのであり、そのような手法の一つとして、鋳物砂組成物におけるレジン（樹脂）の配合比率を高める手法が挙げられる。しかしながら、かかる手法は、コストの上昇を招くばかりでなく、鋳造時に鋳型から発生するガス量が増加し、これによって鋳物のガス欠陥を引き起こす等の問題があった。

また、鋳型の表面（成形キャビティ面）に塗型剤を塗布することによって、鋳型の高強度化を図る手法も提案されている。かかる手法は、鋳造用砂型においては、溶融金属と鋳型表面との化学反応や、鋳物の焼着欠陥の発生等を防止することを目的として、鋳型表面に塗型剤を塗布することにより、鋳型表面を保護することが一般的に行なわれているところ、そのような塗型剤として、所定の成分を含有するものを用いて、かかる塗型剤を鋳型表面に塗布した後、塗型剤中の成分を硬化せしめることにより、鋳型の抗折強度を向上させるという手法である。なお、塗型剤は、作業性を考慮して、各種の溶剤又は水によって適宜に希釈されて、使用されるものであるが、揮発性に優れたアルコール系溶剤を用いた塗型剤（アルコール系塗型剤）は、作業性が特に優れている。また、一般に、アルコール系塗型剤は、耐火骨材、焼結剤、粘結剤等で構成されている。

そのような鋳型の高強度化を目的とする塗型剤としては、従来より様々なものが提案されているのであり、例えば、特許文献１（特開２００１−３８４４８号公報）においては、アルミン酸塩水溶液よりなるバインダーと、該バインダーの加水分解反応を抑制するための加水分解抑制剤とを含有してなることを特徴とする鋳造砂型用塗型剤が提案されている。

しかしながら、かかる特許文献１に提案されているような、従来の鋳型用塗型剤組成物にあっては、鋳型の高強度化を図るためには、鋳型表面に重ねて塗る必要があったのであり、作業性を低下させることなく鋳型の高強度化を達成することが困難なものであった。

特開２００１−３８４４８号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、鋳型の高強度化を有利に達成することが出来る鋳型用塗型剤組成物、及びそのような鋳型用塗型剤組成物が塗布されて、その機械的強度が効果的に向上せしめられた鋳型を提供することにある。

そして、本発明者が、鋳型用塗型剤組成物に関して鋭意検討を重ねた結果、ヘキサメチレンテトラミンを必須の含有成分とする塗型剤組成物を鋳型に塗布し、かかる塗布後の鋳型を着火乾燥せしめると、得られた鋳型にあっては、その機械的強度が効果的に向上することを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、鋳型表面に塗布せしめる塗型剤組成物であって、ヘキサメチレンテトラミンを含有することを特徴とする鋳型用塗型剤組成物を、その要旨とするものである。

ここで、そのような鋳型用塗型剤組成物は、有利には、アルコール系溶剤を含有するものである。

さらに、本発明は、上述したような鋳型用塗型剤組成物を塗布した後、着火乾燥せしめてなる鋳型をも、その要旨とするものである。

このように、本発明に従う鋳型用塗型剤組成物にあっては、必須の構成成分として、ヘキサメチレンテトラミンを含有しているところから、そのような鋳型用塗型剤組成物を鋳型に塗布した後、着火乾燥せしめて得られる鋳型にあっては、その機械的強度が、有利に向上するのである。従って、そのような優れた機械的強度を発揮する鋳型を用いて鋳造を行なうと、スクワレ、焼着、又はベーニング等の鋳物欠陥の発生が効果的に防止され得ることとなる。

また、そのような鋳型用塗型剤組成物の中でも、特に、溶媒として、揮発性に優れたアルコール系溶剤を含有するものは、鋳型に塗布する際の作業性が優れたものとなるのである。

ところで、本発明に従う鋳型用塗型剤組成物にあっては、ヘキサメチレンテトラミンを必須の構成成分とするものであるが、その製造方法としては、従来より一般的に用いられている鋳型用塗型剤組成物を基材として用いて、かかる基材に、ヘキサメチレンテトラミンを混合せしめる手法が、有利に採用される。

ここで、基材となる塗型剤組成物としては、例えば、シリカ粉等の耐火性骨材、ベントナイト等の粘結剤、及び溶媒等から構成される汎用的なものを挙げることが出来るが、本発明においては、従来から公知の塗型剤組成物であれば、特に限定されることなく、如何なるものであっても好適に用いることが可能である。

また、従来より公知の塗型剤組成物は、上述したように、所定の溶媒に各種成分が配合されて、構成されているものであるが、本発明において、基材となる塗型剤組成物を構成する溶媒としては、特に限定されるものではなく、有機溶媒、水等、又はそれらの混合物を用いることが出来る。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール等のアルコール系溶剤や、キシレン、トルエン等の芳香族系溶剤、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤等を挙げることが出来るが、本発明においては、鋳型表面へ塗布する際の作業性、及びかかる作業の安全性の確保等の観点から、アルコール系溶剤が、有利に用いられる。

かかるアルコール系溶剤としては、特に、炭素数が１〜３のアルコール（低級アルコール）が好ましく、具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール等の他に、回収（再利用）アルコール等を例示することが出来る。これらは、単独で用い得ることは勿論のこと、２種以上を併用して用いることも可能であるが、本発明においては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールが、特に有利に用いられる。なお、アルコール系溶剤に対する水の比率が高すぎると、鋳型へ塗布した後の着火乾燥工程において、鋳型表面から溶剤が十分に揮発せず、着火乾燥後の鋳型が十分な機械的強度を発揮しない恐れがあるところから、本発明に従う鋳型用塗型剤組成物において、アルコール系溶剤と水とを併用する場合には、アルコール系溶剤が、溶媒全量の８０重量％以上となるように調製することが好ましく、より好ましくは、アルコール系溶剤のみを溶媒として用いることが望ましい。

そして、上述したような従来の塗型剤組成物に対して、ヘキサメチレンテトラミンを混合せしめることにより、本発明の鋳型用塗型剤組成物が製造されるのである。本発明において用いられるヘキサメチレンテトラミンは、市販品に限定されず、如何なるものであっても用いることが可能であるが、純度：９９．５％以上、水分含有量：０．５％以下、ｐＨ：７．５以上、灰分：０．０１％以下の粉末状のものが有利に用いられる。

また、本発明において、ヘキサメチレンテトラミンは、鋳型用塗型剤組成物の１〜３０重量％の割合となるような量的範囲において、好ましくは、３〜２０重量％の割合となるような量的範囲において、添加されることとなる。

さらに、本発明の鋳型用塗型剤組成物にあっては、従来から塗型剤組成物に用いられている公知の各種添加物を、目的に応じて、必要な量的割合において、配合せしめることも可能である。

かくして、本発明に従う鋳型用塗型剤組成物は、基材となる従来の塗型剤組成物に対して、ヘキサメチレンテトラミンと、必要に応じて他の添加物を更に配合し、従来より公知の各種手法によって混合せしめることにより、有利に製造されるのである。

そして、このようにして得られた鋳型用塗型剤組成物を、耐火性粒子よりなる鋳型の表面に塗布し、その後、着火乾燥せしめると、得られた鋳型にあっては、その機械的強度が有利に向上せしめられたものとなるのである。なお、塗型剤組成物が塗布された鋳型の着火乾燥は、従来より公知の各種手法に従って実施される。

なお、本発明において、水を溶媒として用いた塗型剤組成物や、水と他の溶剤とを併用したものについては、そのような塗型剤組成物を塗布した後、直ちに着火乾燥を実施しても、鋳型表面に残留する水分によって、着火乾燥による鋳型の高強度化が十分に図れない恐れがある。従って、このような塗型剤組成物にあっては、鋳型表面に塗布せしめた後、必要に応じて、かかる鋳型を一般的な手法に従って乾燥した後、着火乾燥が実施されることとなる。

また、塗型剤組成物を鋳型表面に塗布する手法としては、特に限定されるものではなく、ハケ等を用いて鋳型に塗る手法や、噴霧（ぶっかけ）、どぶ漬け等の従来より公知の各種手法が、何れも採用可能である。

本発明の鋳型用塗型剤組成物は、従来より公知の各種造型法によって製造される鋳型であれば、如何なるものに対しても用いることが出来るが、有利には、鋳物砂を、樹脂系粘結剤によって硬化せしめることにより造型する手法、具体的には、シェルモールド法、常温自硬性法、アミンコールドボックス法等によって製造された鋳型に対して用いられ得るのであり、中でも、アミンコールドボックス法に従って製造された鋳型に対して、特に有利に用いられる。

以下に、本発明の実施例を幾つか示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等が加え得るものであることが、理解されるべきである。なお、本実施例において、アミンコールドボックス鋳型強度の測定は、以下のようにして行なった。

−アミンコールドボックス鋳型強度の測定−
合成ムライト砂に、フェノールウレタンレジンを、２．０重量％の割合となるように配合して、混練することにより、鋳物砂組成物を調製した。得られた鋳物砂組成物を、コールドボックス造型機のサンドマガジン内に投入し、曲げ強度試験片作製用金型内に、ゲージ圧：０．３ＭＰａで充填した。次いで、かかる金型内に、ガスジェネレーターにより、ゲージ圧：０．２ＭＰａで１秒間、トリエチルアミンを通気した後、ゲージ圧：０．２ＭＰａで１０秒間、エアパージし、抜型することにより、幅：３０ｍｍ×長さ：８５ｍｍ×厚み：１０ｍｍの、鋳物砂組成物よりなる試験片を作製した。そして、得られた試験片そのものについて、又は、塗型剤組成物を塗布（どぶ漬け）後、着火乾燥せしめた試験片について、曲げ強度（Ｎ／ｃｍ² ）を、デジタル鋳物砂強度試験機（高千穂精機社製）を用いて測定した。

〈実施例１〉
基材としての塗型剤組成物として、ハードミックスＨＫ−５（商品名、株式会社ツチヨシアクティ製）を用いて、このハードミックスＨＫ−５を、全体の比重が２５ボーメ度となるようにイソプロピルアルコールで希釈した後、所定量のヘキサメチレンテトラミンを添加して、ヘキサメチレンテトラミンを５重量％の割合において含有する鋳型用塗型剤組成物を調製した。そして、別途準備した、鋳物砂組成物よりなる試験片を、調製した鋳型用塗型剤組成物の中にどぶ漬けして、試験片の表面に塗型剤組成物を塗布せしめた後、着火乾燥を実施し、得られた試験片について、上記の手法に従って、その鋳型強度を測定した。その結果を、下記表１に示す。

〈実施例２〜４〉
ヘキサメチレンテトラミンの添加量を変更した以外は実施例１と同様の手法に従って、ヘキサメチレンテトラミンを１０重量％、１５重量％、２０重量％の割合において含有する３種類の鋳型用塗型剤組成物を調製した。各々の鋳型用塗型剤組成物について、実施例１と同様に、試験片に塗布し、着火乾燥せしめた後、得られた各試験片の鋳型強度を測定した。その結果を、下記表１に示す。

〈比較例１〉
鋳型用塗型剤組成物として、ヘキサメチレンテトラミンを含まない実施例１の塗型剤組成物（ハードミックスＨＫ−５をイソプロピルアルコールで希釈したもの）を用いて、かかる塗型剤組成物を、実施例１と同様に、試験片に塗布し、着火乾燥せしめた後、得られた試験片の鋳型強度を測定した。その結果を、下記表１に示す。

〈比較例２〉
塗型剤組成物を塗布していない試験片の鋳型強度を測定し、その結果を、下記表１に示した。

かかる表１の結果からも明らかなように、本発明の如き、ヘキサメチレンテトラミンを含有する塗型剤組成物を塗布した後、着火乾燥して得られた試験片（実施例１〜４）にあっては、ヘキサメチレンテトラミンを含有しない塗型剤組成物を塗布後、着火乾燥せしめたもの（比較例１）や、塗型剤組成物を塗布していないもの（比較例２）と比較して、優れた強度を発揮することが認められた。また、塗型剤組成物中におけるヘキサメチレンテトラミンの含有量が多くなるほど、塗型剤組成物が塗布された試験片が高い強度を示すことも、確認されたのである。

Claims (3)

1. 鋳型表面に塗布せしめる塗型剤組成物であって、ヘキサメチレンテトラミンを含有することを特徴とする鋳型用塗型剤組成物。
2. アルコール系溶剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳型用塗型剤組成物。
3. 請求項１又は請求項２に記載の鋳型用塗型剤組成物を塗布した後、着火乾燥せしめてなる鋳型。