JP2010274313A - 砂型鋳造用塗型剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】たれを低減し、適切な厚みの塗型膜が得られる砂型鋳造用塗型剤組成物を提供する。
【解決手段】球形度０．８８〜１．００の球状耐火性骨材と、球形度０．３０以上０．８８未満の非球状耐火性骨材とを含有する砂型鋳造用塗型剤組成物であって、前記球状耐火性骨材と前記非球状耐火性骨材の重量比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）が、０．０１０〜０．１３６であり、前記球状耐火性骨材及び前記非球状耐火性骨材が、何れも非中空である砂型鋳造用塗型剤組成物とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金等の鋳造に使用される砂型用の塗型剤組成物に関する。

砂型に使用される鋳造用塗型剤としては、溶融金属が接する砂型（鋳型）表面に塗布して塗型膜を塗装することにより、砂型の表面を保護するものが知られている。このような鋳造用塗型剤は、溶融金属と砂型表面との化学反応や、鋳物の焼着欠陥の発生を防止するために用いられる。

従来の砂型鋳造用塗型剤組成物として、例えば、特許文献１〜３には、球形度０．８８〜１．００の耐火性骨材（Ａ）と、球形度０．８８未満の耐火性骨材（Ｂ）とを、重量比（Ａ／Ｂ）＝０．１７６〜９．０００の範囲で含有する塗型剤組成物が開示されている。また、特許文献４には、耐火性骨材として、無機中空球を含有する塗型剤組成物が開示されている。

特開２００５−２２４８１５号公報 特開２００７−２９９６９号公報 特開２００７−２９９７０号公報 特許第２９３８５７０号公報

しかしながら、従来の砂型鋳造用塗型剤組成物では、砂型表面に塗布した後、塗布面に筋状のたれが発生する場合があり、このたれを修復するのに長時間を要していた。また、従来の砂型鋳造用塗型剤組成物では、塗型膜の厚みを適切な範囲に保ちながらたれを抑制することが困難であった。このような課題について、従来の砂型鋳造用塗型剤組成物は充分に検討されていなかった。

本発明は、たれを低減し、適切な厚みの塗型膜が得られる砂型鋳造用塗型剤組成物を提供する。

本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物は、球形度０．８８〜１．００の球状耐火性骨材と、球形度０．３０以上０．８８未満の非球状耐火性骨材とを含有する砂型鋳造用塗型剤組成物であって、前記球状耐火性骨材と前記非球状耐火性骨材の重量比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）が、０．０１０〜０．１３６であり、前記球状耐火性骨材及び前記非球状耐火性骨材が、何れも非中空である砂型鋳造用塗型剤組成物である。

本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物によれば、球状耐火性骨材と非球状耐火性骨材の重量比を適切な範囲とし、かつこれらの耐火性骨材が非中空であるため、塗型剤組成物の流動性を適切な範囲に維持することができる。これにより、たれを低減し、適切な厚みの塗型膜が得られる砂型鋳造用塗型剤組成物を提供できる。

本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物（以下、単に「塗型剤組成物」ともいう）は、球形度０．８８〜１．００の球状耐火性骨材と、球形度０．３０以上０．８８未満の非球状耐火性骨材とを、重量比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）＝０．０１０〜０．１３６の範囲で含有する。また、球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材が、何れも非中空である。以下、本発明の塗型剤組成物に含有される（又は含有され得る）成分について説明する。

＜球状耐火性骨材＞
本発明では、球形度０．８８〜１．００の球状耐火性骨材が用いられる。ここで、球形度は、耐火性骨材粒子個々の走査型電子顕微鏡により得られた像（写真）を画像解析して得られる粒子投影断面の面積および周囲長から、［粒子投影断面の面積（ｍｍ^２）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）］／［粒子投影断面の円周長（ｍｍ）］を求め、これを任意の５０個の耐火性骨材粒子について平均した値である。球状耐火性骨材の球形度は、たれを低減させる観点から、０．９５〜１．００が好ましく、０．９７〜０．９９がより好ましい。

耐火性骨材を球状化する方法としては、（１）原料スラリーをスプレードライして得た顆粒をロータリーキルンなどで焼成する造粒焼成法、（２）溶融原料にエアーを吹き付け球状化する電融アトマイズ法、更には（３）原料として微細粉末を用い、これを火炎中で溶融し球形化する火炎溶融法などが有る。

（１）の造粒焼成法は、例えば特開平５−１６９１８４号公報を参照して行うことができる。また、（２）の電融アトマイズ法は、例えば特開２０００−２５１４３４号公報を参照して行うことができる。また、（３）の火炎溶融法は、例えば特開２００１−２６１３２８号公報を参照して行うことができる。本発明では、球形度及び表面の平滑性が高い骨材が得られる観点、及び耐焼着性の観点から、火炎溶融法が好ましい。

本発明の球状耐火性骨材は、耐焼着性の観点から、結晶化度が０〜５０％であることが好ましく、０〜３０％であることがより好ましく、０〜１０％であることが更に好ましい。ここで、結晶化度は、Ｘ線回折装置（理学電気工業製Ｍｕｌｔｉｆｌｅｘ）を用い、全ピーク面積（非晶成分＋結晶成分のピーク面積）に対する結晶成分のピーク面積比［結晶成分のピーク面積／全ピーク面積］に１００を乗じて算出されるものである。分析条件は下記の通りである。
管球：Ｃｕ ４０ｋｖ、４０ｍＡ
ゴニオメーター：広角ゴニオメーター
ＳＣＡＮ：５°〜９０°、２°／ｍｉｎ（０．０２°／０．６ｓｅｃ）
スリット：ＤＳ１°、ＳＳ１°、ＲＳ０．３ｍｍ

上記結晶化度の調整は、例えば特開２００１−２６１３２８号公報記載の製造方法を参照して行うことができる。その際、基本的には、溶融時の滞留時間、原料粉末の結晶化度などが、球状耐火性骨材の結晶化度に影響するため、これらを考慮して製造を行うが、一般的には急速冷却すれば、結晶化度は低下する。

また、本発明の球状耐火性骨材は、たれを低減させる観点から、平均粒径が０．５〜１００μｍであることが好ましく、１〜３０μｍであることがより好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。ここで、平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積中位粒径（Ｄ５０）である。分析条件は下記の通りである。
測定方法：フロー法
分散媒：イオン交換水にヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１重量％）を加えた溶媒
分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
試料濃度：２ｍｇ／１００ｍｌ

また、本発明の球状耐火性骨材の粒径分布は、たれ低減と適切な膜厚の確保の観点からシャープな方が好ましい。

＜非球状耐火性骨材＞
本発明では、上述した球状耐火性骨材とともに、球形度０．３０以上０．８８未満の非球状耐火性骨材も用いられる。非球状耐火性骨材の球形度は、経済性、入手容易性及び適切な厚みの塗型膜を得る観点から、０．４５〜０．８５が好ましく、０．５５〜０．７０がより好ましい。

非球状耐火性骨材の製造方法としては、ボールミルやレーモンドミルなどによって耐火性骨材原料を機械的に粉砕する方法が挙げられる。非球状耐火性骨材の平均粒径は、たれを低減させる観点から、５〜１５０μｍであることが好ましく、５〜１００μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることが更に好ましい。

本発明の塗型剤組成物は、たれの低減と適切な膜厚の確保の観点から、球状耐火性骨材と非球状耐火性骨材とを、重量比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）＝０．０１０〜０．１３６の範囲で含有する。同様の観点から、上記重量比は、０．０２０〜０．１１１であることが好ましく、０．０３１〜０．０９９であることがより好ましく、０．０４２〜０．０７５であることが更に好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物は、たれの低減と適切な膜厚の確保の観点から、球状耐火性骨材と非球状耐火性骨材の球形度比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）が１．０〜３．３であることが好ましく、２．０〜３．３であることがより好ましく、２．５〜３．３であることが更に好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物は、たれを低減させる観点から、使用する球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材が、何れも非中空である。ここで、「非中空」とは、耐火性骨材の真気孔率が１０％以下であることをいう。この真気孔率は、ＪＩＳＺ８８０７ ２の「比重ビンによる測定法」により耐火性骨材の比重を測定し、更にＪＩＳＲ２６２４ ３．２の「真比重の測定法」により耐火性骨材の真比重を測定し、ＪＩＳＲ２６１４ ５の計算方法に基づき以下の式により得られる。
真気孔率（％）＝（１−比重／真比重）×１００

本発明の塗型剤組成物は、たれを低減させる観点から、使用する球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材の真気孔率が、何れも５％以下であることが好ましく、４％以下であることがより好ましく、３％以下であることが更に好ましい。また、耐火性骨材の添加量が少ない場合でも効果を発揮させる観点から、使用する球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材の真気孔率が、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。

本発明では、耐火性、経済性、および、溶融金属との耐反応性の観点から、使用する球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材が、ムライト、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコン、アルミナシリケート、黒鉛、黒曜石、オリビン、タルク及び雲母から選ばれる１種以上からなることが好ましい。

なかでも、球状耐火性骨材については、耐火性、比重、球状化処理のしやすさの観点から、ムライト、アルミナ及びアルミナシリケートから選ばれる１種以上からなるものが好ましく、ムライト及びアルミナから選ばれる１種以上からなるものがより好ましい。また、非球状耐火性骨材については、耐火性、経済性、および、溶融金属との耐反応性の観点から、シリカ、マグネシア、ジルコン、黒鉛、黒曜石、オリビン、タルク及び雲母から選ばれる１種以上からなるものが好ましく、シリカ及び黒鉛（中でも鱗状黒鉛）からなるものがより好ましい。

本発明で使用する球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材は、耐火性の観点から、何れも融点が１０００℃以上であることが好ましく、１１００℃以上であることがより好ましい。また、球状耐火性骨材については、球状化処理のしやすさの観点から、融点が２５００℃以下であることが好ましく、２０００℃以下であることがより好ましい。よって、球状耐火性骨材については、融点が１０００〜２５００℃であることが好ましく、１１００〜２０００℃であることがより好ましい。

＜粘結剤＞
本発明の塗型剤組成物には、粘結剤として、常温で強い塗型膜を形成できる多糖類等の糖類、フェノール、ロジン、石油樹脂のような有機粘結剤や、鋳込み時に塗型膜の熱間強度を上げるためのベントナイト、エチルシリケート、ケイ酸ソーダなどの無機粘結剤が含有されていてもよい。条件によりこれらの粘結剤を併用してもよい。塗型剤組成物中の粘結剤の含有量は、塗型膜強度の向上及び熱分解ガス量の低減の観点から、耐火性骨材（球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材）の合計１００重量部に対し、０．５〜１０重量部が好ましく、１〜５重量部がより好ましい。

＜溶媒＞
本発明の塗型剤組成物には、溶媒として、水性溶媒、又は油性溶媒が含有されていてもよい。水性溶媒は、安全性や経済性の点で好ましく、油性溶媒は、浸透性や乾燥性の点で好ましい。水性溶媒の場合は、水が主溶媒となる。油性溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール系溶剤、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が使用できる。好ましくは低級アルコール系溶剤であり、メタノールがより好ましい。芳香族溶剤及び炭化水素系溶剤は、補助溶剤として使用してもよい。何れの場合も、塗型剤組成物中の溶媒の含有量は、適切な膜厚の確保及びたれ低減の観点から、耐火性骨材（球状耐火性骨材及び非球状耐火性骨材）の合計１００重量部に対し、１０〜５００重量部が好ましく、１０〜１００重量部がより好ましい。

＜その他の添加剤＞
また、本発明の塗型剤組成物には、ヒドロキシアルキル化セルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダ等の増粘剤等、その他の添加剤も添加できる。

本発明の塗型剤組成物を砂型（鋳型）に塗布する方法は、特に限定されず、例えば、流し塗り（ブッカケ法）、浸漬（ドブ漬け法）、刷毛塗り、スプレー塗布等の従来知られている方法が使用できる。ただし、従来の塗型剤組成物を用いて流し塗りで塗布するとたれが発生し易くなることから、本発明の効果を有効に発揮させるには、流し塗りで塗布する方法が好ましい。また、砂型に用いる鋳物砂としては、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂等の新砂又はこれらの再生砂が使用される。鋳物砂は、粘結剤を添加せずに用いることもでき、その場合には充填性が良好であるが、高い砂型強度が要求される場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。

なお、上記砂型は、一般的に、フラン樹脂、アルカリフェノール樹脂等の有機粘結剤や水ガラス等の無機粘結剤を鋳物砂に混合し、製品（鋳物）と同一形状の木型のまわりに充填した後、硬化、抜型して得られる、製品形状を反転させたものである。

また、一般的に、塗型剤組成物は、保存時においては溶媒濃度が低い（固形分濃度が高い）状態の組成物（保存用組成物）としておき、使用時に適正な粘度が得られるように、溶媒で希釈して使用される。上記高固形分濃度の組成物（保存用組成物）は、溶媒量等を調整して、通常、針入度２００程度とすればよい。上記使用時の適正な粘度は、アルコール系塗型剤では５〜５０ボーメ、水系塗型剤では３０〜８０ボーメである。

本発明の塗型剤組成物を用いて鋳物を製造すると、たれの転写の影響が少ない鋳肌が美麗な鋳物が得られるため、複雑な構造や、鋳肌表面の美しさが要求されるもの等に好適である。具体的な鋳物の例としては、建設機械の油圧バルブ、モーター、金型、エンジンフレーム、工作機械、建築部材等に用いられる、部材、部品等が挙げられる。

以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。

＜塗型剤組成物の調製＞
表１に示す耐火性骨材を表２に示す重量比で混合した後、これら耐火性骨材の合計１００重量部に対し、Ｎａベントナイト２重量部、天然の多糖類樹脂２重量部及び水２０重量部を混合し、混練機にて３０分間混練し、ペースト状の塗型剤組成物を得た。なお、表１の球状耐火性骨材は、非中空のものは火炎溶融法により、中空のものは加熱発泡法により製造されたものであり、表１の非球状耐火性骨材は、何れもボールミル粉砕法により製造されたものである。表１のムライトＡ及びムライトＢの製造方法については、下記に示すとおりである。なお、得られた塗型剤組成物を離合社製針入度測定装置（８００Ｓ−０１）により測定したところ、針入度は何れも２００であった。

＜ムライトＡ及びムライトＢの製造方法＞
ＬＰＧ（プロパンガス）を対酸素比（容量比）１：１で燃焼させた火炎（温度２０００℃）中に、出発原料である平均粒径２０μｍのムライト粉末をキャリアガス（酸素）により投入し、球状ムライト粒子であるムライトＡ（球形度０．９８）を得た。また、火炎温度が１９００℃であること以外は、上記ムライトＡと同様の方法により球状ムライト粒子であるムライトＢ（球形度０．９０）を得た。

＜たれ試験＞
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を鋳物砂として使用し、花王クエーカー製フラン樹脂（３４０Ｂ）を鋳物砂１００重量部に対して０．８重量部添加し、更に花王クエーカー製硬化剤（ＴＫ−３）をフラン樹脂１００重量部に対して４０重量部添加して得られた混練砂を型込めし、幅１５ｍｍ×深さ５ｍｍの溝部を設けた高さ３００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚み３０ｍｍの板状試験片を作製した。この試験片を６０度の傾斜壁に立てかけ、上記の調製方法により得られた各塗型剤組成物をブッカケ可能な濃度（４０〜４４ボーメ）に調整しブッカケを行なった。そして、ブッカケ直後から３０秒経過した後、試験片を反転させ、その際に発生するたれの程度を目視により下記の４段階で評価した。結果を表２に示す。

（たれ試験評価基準）
１：たれが非常に多く発生する。
２：たれが多く発生する。
３：たれが僅かに発生する。
４：たれが認められない、又は、たれが殆ど発生しない。

＜塗型膜の厚み測定＞
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を鋳物砂として使用し、花王クエーカー製フラン樹脂（３４０Ｂ）を鋳物砂１００重量部に対して０．８重量部添加し、更に花王クエーカー製硬化剤（ＴＫ−３）をフラン樹脂１００重量部に対して４０重量部添加して得られた混練砂を型込めし、高さ３００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚み３０ｍｍの板状試験片を作製した。この試験片を９０度の壁（垂直壁）に立てかけ、上記の調製方法により得られた各塗型剤組成物をブッカケ可能な濃度（４０〜４４ボーメ）に調整しブッカケを行なった。ブッカケ直後から３０秒経過した後、塗布面の上辺から５０ｍｍの箇所の塗型膜の厚みを膜厚計（ＡＳＡＨＩ ＳＵＮＡＣ製：３型ウエットシックネスゲージ）にて測定した。結果を表２に示す。通常、塗型膜の厚みが３００〜８００μｍの場合は適正使用範囲であるが、２５０μｍ以下の場合は焼着欠陥が増加するおそれがある。

表２に示すように、実施例１〜５は、たれ試験及び塗型膜の厚みの何れについても良好な結果が得られた。一方、比較例１〜６は、たれ試験及び塗型膜の厚みの何れか一方について、実施例１〜５に比べて顕著に劣る結果が得られた。この結果から、本発明によれば、たれを低減し、適切な厚みの塗型膜が得られる塗型剤組成物を提供できることが確認された。

Claims (5)

1. 球形度０．８８〜１．００の球状耐火性骨材と、球形度０．３０以上０．８８未満の非球状耐火性骨材とを含有する砂型鋳造用塗型剤組成物であって、
   前記球状耐火性骨材と前記非球状耐火性骨材の重量比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）が、０．０１０〜０．１３６であり、
   前記球状耐火性骨材及び前記非球状耐火性骨材が、何れも非中空である、砂型鋳造用塗型剤組成物。
2. 前記球状耐火性骨材と前記非球状耐火性骨材の球形度比（球状耐火性骨材／非球状耐火性骨材）が、１．０〜３．３である請求項１記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
3. 前記球状耐火性骨材が、ムライト、アルミナ、及びアルミナシリケートから選ばれる１種以上からなり、
   前記非球状耐火性骨材が、シリカ、マグネシア、ジルコン、黒鉛、黒曜石、オリビン、タルク及び雲母から選ばれる１種以上からなる請求項１又は２記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
4. 前記球状耐火性骨材の平均粒径が０．５〜１００μｍであり、
   前記非球状耐火性骨材の平均粒径が５〜１５０μｍである請求項１〜３の何れか１項記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
5. 前記球状耐火性骨材が、火炎溶融法で製造されたものである請求項１〜４の何れか１項記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。