JP2022152231A - Mold production method - Google Patents

Mold production method Download PDF

Info

Publication number
JP2022152231A
JP2022152231A JP2021054923A JP2021054923A JP2022152231A JP 2022152231 A JP2022152231 A JP 2022152231A JP 2021054923 A JP2021054923 A JP 2021054923A JP 2021054923 A JP2021054923 A JP 2021054923A JP 2022152231 A JP2022152231 A JP 2022152231A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
water glass
curing
precursor
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021054923A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
幸佑 竹下
Yukihiro Takeshita
康弘 永井
Yasuhiro Nagai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gun Ei Chemical Industry Co Ltd filed Critical Gun Ei Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP2021054923A priority Critical patent/JP2022152231A/en
Publication of JP2022152231A publication Critical patent/JP2022152231A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

To provide a mold production method capable of producing a mold having excellent heat resistance.SOLUTION: A mold production method comprises: an impregnation step in which a mold precursor as a hardened material comprising a refractory granular material and an organic binder is separately impregnated with colloidal silica and water glass; and a hardening step in which the water glass impregnated into the mold precursor is hardened.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、鋳型の製造方法に関する。 The present invention relates to a mold manufacturing method.

従来、鋳造用鋳型(以下、単に「鋳型」ともいう。)には普通鋳型と特殊鋳型とがあり、普通鋳型には生型と乾燥型がある。一方、特殊鋳型には熱硬化鋳型、自硬性鋳型、ガス硬化鋳型がある。
鋳型の材料には珪砂などの耐火性粒状材料が用いられるが、耐火性粒状材料だけでは乾燥すると崩れやすいため粘結剤を加えて崩れにくくしている。
普通鋳型にはベントナイトなどの粘土が粘結剤として用いられる。一方、特殊鋳型にはフェノール樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂などの有機粘結剤や、水ガラスなどの無機粘結剤が用いられる。
Conventionally, casting molds (hereinafter also referred to simply as "molds") include normal molds and special molds, and normal molds include green molds and dry molds. On the other hand, special molds include thermosetting molds, self-hardening molds, and gas-hardening molds.
Refractory granular material such as silica sand is used as the material for the mold, but because the refractory granular material alone tends to crumble when dried, a binder is added to prevent crumbling.
Clays such as bentonite are commonly used as binders in molds. On the other hand, for special molds, organic binders such as phenol resin, furan resin, and urethane resin, and inorganic binders such as water glass are used.

例えば特許文献1、2には、有機粘結剤で造型した鋳型に、無機粘結剤として特定のモル比(SiOとNaOのモル比)の水ガラスを含浸させた後に焼成する鋳型の製造方法が開示されている。
特許文献3には、有機粘結剤で造型した鋳型に、塩化ナトリウム等の水溶性無機塩を含浸させ後に焼成する鋳型の製造方法が開示されている。
特許文献4には、耐火成形基材の薄層を形成する工程と、薄層の所定の場所に水ガラスとバインダとを印刷する工程とを繰り返す三次元積層造形により鋳型を製造する方法が開示されている。
For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a mold that is baked after being impregnated with water glass having a specific molar ratio (molar ratio of SiO 2 and Na 2 O) as an inorganic binder in a mold molded with an organic binder. is disclosed.
Patent Document 3 discloses a method for manufacturing a mold, in which a mold molded with an organic binder is impregnated with a water-soluble inorganic salt such as sodium chloride, and then baked.
Patent Document 4 discloses a method of manufacturing a mold by three-dimensional additive manufacturing, in which the steps of forming a thin layer of a refractory molding substrate and printing water glass and a binder on predetermined locations of the thin layer are repeated. It is

特開平3-248740号公報JP-A-3-248740 特開2018-158377号公報JP 2018-158377 A 特開2020-22981号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-22981 特表2017-538585号公報Japanese Patent Publication No. 2017-538585

しかしながら、特許文献1~4に記載の方法の場合、鋳型の耐熱性が不充分となる場合がある。鋳型は鉄、銅、アルミニウム等の金属を高温で溶かした液体(溶湯)が注湯され高温に曝されるため、鋳型の耐熱性が低いと焼き付きや照らされ等の鋳造欠陥が発生したり、変形したりすることがある。そのため、鋳型には高温に曝されても充分な強度を発現できる耐熱性が求められる。
本発明は、耐熱性に優れる鋳型を製造できる鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
However, in the case of the methods described in Patent Documents 1 to 4, the heat resistance of the mold may be insufficient. The mold is exposed to high temperature by pouring a liquid (molten metal) that melts metals such as iron, copper, and aluminum at high temperature. It may be deformed. Therefore, the mold is required to have heat resistance so that it can exhibit sufficient strength even when exposed to high temperatures.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a mold that can manufacture a mold having excellent heat resistance.

本発明は、以下の態様を有する。
[1] 耐火性粒状材料と、有機粘結剤とを含む混合物の硬化物である鋳型前駆体に、コロイダルシリカ及び水ガラスを別々に含浸させる含浸工程と、
前記鋳型前駆体に含浸させた前記水ガラスを硬化させる硬化工程と、
を含む、鋳型の製造方法。
[2] 前記硬化工程の後に焼成工程をさらに含む、前記[1]の鋳型の製造方法。
[3] 前記鋳型前駆体を三次元積層造形により製造する、前記[1]又は[2]の鋳型の製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] an impregnation step of separately impregnating colloidal silica and water glass into a template precursor, which is a cured mixture of a refractory granular material and an organic binder;
a curing step of curing the water glass impregnated in the mold precursor;
A method of manufacturing a mold, comprising:
[2] The mold manufacturing method according to [1], further comprising a baking step after the curing step.
[3] The mold manufacturing method according to [1] or [2], wherein the mold precursor is manufactured by three-dimensional additive manufacturing.

本発明によれば、耐熱性に優れる鋳型を製造できる鋳型の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the casting_mold|template which can manufacture the casting_mold|template which is excellent in heat resistance can be provided.

実施例17で製造した鋳型前駆体を模式的に示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。It is a figure which shows typically the casting_mold|template precursor manufactured in Example 17, (a) is a perspective view, (b) is a side view. 実施例17で得られたテストピース(焼成体)の写真である。4 is a photograph of a test piece (fired body) obtained in Example 17. FIG. 比較例11で得られたテストピース(焼成体)の写真である。4 is a photograph of a test piece (fired body) obtained in Comparative Example 11. FIG.

[鋳型の製造方法]
以下、本発明の鋳型の製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の鋳型の製造方法では、鋳型前駆体にコロイダルシリカ及び水ガラスを別々に含浸させた後に(含浸工程)、水ガラスを硬化させて(硬化工程)、鋳型を得る。
本実施形態の鋳型の製造方法は、硬化工程の後に、以下に示す焼成工程をさらに含んでいてもよい。
なお、本明細書において、硬化工程により得られる鋳型と、焼成工程により得られる鋳型とを区別するために、硬化工程により得られる鋳型を「硬化体」ともいい、焼成工程により得られる鋳型を「焼成体」ともいう。
[Mold manufacturing method]
An embodiment of the mold manufacturing method of the present invention will be described below.
In the mold manufacturing method of the present embodiment, a mold is obtained by impregnating a mold precursor with colloidal silica and water glass separately (impregnation step) and then curing the water glass (hardening step).
The mold manufacturing method of the present embodiment may further include the following baking step after the curing step.
In this specification, in order to distinguish between the mold obtained by the curing process and the mold obtained by the baking process, the mold obtained by the curing process is also referred to as a "cured body", and the mold obtained by the baking process is referred to as " Also called "fired body".

<鋳型前駆体>
鋳型前駆体は、耐火性粒状材料と、有機粘結剤とを含む混合物の硬化物である。
鋳型前駆体を製造するに際して、耐火性粒状材料及び有機粘結剤に加えて、硬化剤を併用することが好ましい。
鋳型前駆体は、必要に応じて耐火性粒状材料、有機粘結剤及び硬化剤以外の成分(任意成分)を含んでいてもよい。
<Template precursor>
A mold precursor is a cured mixture comprising a refractory particulate material and an organic binder.
When producing the mold precursor, it is preferable to use a curing agent together with the refractory granular material and the organic binder.
The mold precursor may optionally contain components (optional components) other than the refractory particulate material, organic binder and curing agent.

(耐火性粒状材料)
耐火性粒状材料としては、珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、非晶質シリカ、アルミナ砂、ムライト砂等の天然砂;人工砂などの従来公知のものを使用できる。また、使用済みの耐火性粒状材料を回収したもの(回収砂)や再生処理したもの(再生砂)なども使用できる。これら耐火性粒状材料は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(refractory granular material)
As the refractory granular material, conventionally known materials such as natural sand such as silica sand, chromite sand, zircon sand, olivine sand, amorphous silica, alumina sand and mullite sand; artificial sand and the like can be used. In addition, used refractory granular material recovered (recovered sand) or reclaimed (reclaimed sand) can also be used. These refractory granular materials may be used singly or in combination of two or more.

耐火性粒状材料の平均粒子径は50~600μmが好ましく、60~550μmがより好ましく、75~500μmがさらに好ましい。耐火性粒状材料の平均粒子径が上記下限値以上であれば、強度の高い鋳型が得られる。耐火性粒状材料の平均粒子径が上記上限値以下であれば、該鋳型を用いて鋳造される鋳物の表面性にも優れる。特に、耐火性粒状材料の平均粒子径が300μm以下であれば、三次元積層造形により鋳型前駆体を製造する場合に好適であり、面相度に優れた鋳型が得られる。
耐火性粒状材料の平均粒子径は、動的光散乱法により測定した耐火性粒状材料の体積累計50%のメディアン径である。
The average particle size of the refractory granular material is preferably 50-600 μm, more preferably 60-550 μm, even more preferably 75-500 μm. If the average particle size of the refractory granular material is at least the above lower limit, a mold with high strength can be obtained. If the average particle size of the refractory granular material is equal to or less than the above upper limit, the surface properties of castings cast using the mold will be excellent. In particular, if the average particle size of the refractory granular material is 300 μm or less, it is suitable for producing a mold precursor by three-dimensional layered manufacturing, and a mold having excellent surface compatibility can be obtained.
The average particle diameter of the refractory granular material is the median diameter of 50% of the cumulative volume of the refractory granular material measured by the dynamic light scattering method.

(有機粘結剤)
有機粘結剤としては、シェルモールド法で鋳型を製造する際に用いられる粘結剤、アミンコールドボックス法で鋳型を製造する際に用いられる粘結剤、アルカリフェノール樹脂、酸硬化性粘結剤などが挙げられる。これら有機粘結剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、酸硬化性粘結剤が好ましい。
(organic binder)
Examples of organic binders include binders used when manufacturing molds by the shell mold method, binders used when manufacturing molds by the amine cold box method, alkali phenol resins, and acid-curable binders. etc. These organic binders may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Among these, acid-curable binders are preferred.

シェルモールド法で鋳型を製造する際に用いられる粘結剤としては、例えばノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などが挙げられる。
ノボラック型フェノール樹脂は、酸性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られたものであり、通常、固体である。
フェノール類としては、例えばフェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-キシレノール、3,5-キシレノール、m-エチルフェノール、m-プロピルフェノール、m-ブチルフェノール、p-ブチルフェノール、o-ブチルフェノール、レゾルシノール、ハイドロキノン、カテコール、3-メトキシフェノール、4-メトキシフェノール、3-メチルカテコール、4-メチルカテコール、メチルハイドロキノン、2-メチルレゾルシノール、2,3-ジメチルハイドロキノン、2,5-ジメチルレゾルシノール、2-エトキシフェノール、4-エトキシフェノール、4-エチルレゾルシノール、3-エトキシ-4-メトキシフェノール、2-プロペニルフェノール、2-イソプロピルフェノール、3-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、3,4,5-トリメチルフェノール、2-イソプロポキシフェノール、4-ピロポキシフェノール、2-アリルフェノール、3,4,5-トリメトキシフェノール、4-イソプロピル-3-メチルフェノール、ピロガロール、フロログリシノール、1,2,4-ベンゼントリオール、5-イソプロピル-3-メチルフェノール、4-ブトキシフェノール、4-t-ブチルカテコール、t-ブチルハイドロキノン、4-t-ペンチルフェノール、2-t-ブチル-5-メチルフェノール、2-フェニルフェノール、3-フェニルフェノール、4-フェニルフェノール、3-フェノキシフェノール、4-フェノキシフェノール、4-へキシルオキシフェノール、4-ヘキサノイルレゾルシノール、3,5-ジイソプロピルカテコール、4-ヘキシルレゾルシノール、4-ヘプチルオキシフェノール、3,5-ジ-t-ブチルフェノール、3,5-ジ-t-ブチルカテコール、2,5-ジ-t-ブチルハイドロキノン、ジ-sec-ブチルフェノール、4-クミルフェノール、ノニルフェノール、2-シクロペンチルフェノール、4-シクロペンチルフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールFなどが挙げられる。これらフェノール類は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of binders used in producing molds by the shell molding method include novolac-type phenolic resins and resol-type phenolic resins.
Novolak-type phenolic resins are obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an acidic catalyst, and are usually solid.
Examples of phenols include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 3,5-xylenol, m-ethylphenol, m-propylphenol, m-butylphenol, p-butylphenol, o-butylphenol, resorcinol, hydroquinone, catechol, 3-methoxyphenol, 4-methoxyphenol, 3-methylcatechol, 4-methylcatechol, methylhydroquinone, 2-methylresorcinol, 2,3-dimethylhydroquinone, 2,5-dimethyl resorcinol, 2-ethoxyphenol, 4-ethoxyphenol, 4-ethylresorcinol, 3-ethoxy-4-methoxyphenol, 2-propenylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 3,4, 5-trimethylphenol, 2-isopropoxyphenol, 4-pyropoxyphenol, 2-allylphenol, 3,4,5-trimethoxyphenol, 4-isopropyl-3-methylphenol, pyrogallol, phloroglicinol, 1,2 , 4-benzenetriol, 5-isopropyl-3-methylphenol, 4-butoxyphenol, 4-t-butylcatechol, t-butylhydroquinone, 4-t-pentylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, 2-phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3-phenoxyphenol, 4-phenoxyphenol, 4-hexyloxyphenol, 4-hexanoylresorcinol, 3,5-diisopropylcatechol, 4-hexylresorcinol, 4-heptyloxyphenol, 3,5-di-t-butylphenol, 3,5-di-t-butylcatechol, 2,5-di-t-butylhydroquinone, di-sec-butylphenol, 4-cumylphenol, nonylphenol, 2-cyclopentylphenol, 4-cyclopentylphenol, bisphenol A, bisphenol F and the like. These phenols may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

アルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、トリオキサン、フルフラール、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、メチルヘミホルマール、エチルへミホルマール、プロピルへミホルマール、サリチルアルデヒド、グリオキザール、ブチルヘミホルマール、フェニルへミホルマール、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α-フェニルプロピルアルデヒド、β-フェニルプロピルアルデヒド、o-ヒドロキシベンズアルデヒド、m-ヒドロキシベンズアルデヒド、p-ヒドロキシベンズアルデヒド、o-クロロベンズアルデヒド、o-ニトロベンズアルデヒド、m-ニトロベンズアルデヒド、p-ニトロベンズアルデヒド、o―メチルベンズアルデヒド、m-メチルベンズアルデヒド、p-メチルベンズアルデヒド、p-エチルベンズアルデヒド、p-n-ブチルベンズアルデヒドなどが挙げられる。これらアルデヒド類は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
酸性触媒としては、例えば塩酸、硫酸、リン酸、蟻酸、酢酸、蓚酸、酪酸、乳酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、硼酸などが挙げられる。これら酸性触媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、塩化亜鉛もしくは酢酸亜鉛などの金属塩を使用したり、酸性触媒と組み合わせて使用したりしてもよい。
Examples of aldehydes include formaldehyde, trioxane, furfural, paraformaldehyde, benzaldehyde, methylhemiformal, ethylhemiformal, propylhemiformal, salicylaldehyde, glyoxal, butylhemiformal, phenylhemiformal, acetaldehyde, propylaldehyde, phenylacetaldehyde, α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, o-hydroxybenzaldehyde, m-hydroxybenzaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, o-nitrobenzaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, p-nitrobenzaldehyde, o-methyl benzaldehyde, m-methylbenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde, p-ethylbenzaldehyde, pn-butylbenzaldehyde and the like. These aldehydes may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Examples of acidic catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, butyric acid, lactic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid and boric acid. These acidic catalysts may be used singly or in combination of two or more. Metal salts such as zinc chloride or zinc acetate may also be used, or used in combination with an acidic catalyst.

なお、ノボラック型フェノール樹脂には、鋳型強度の改善を目的として、製造過程シランカップリング剤が配合される場合がある。製造過程でシランカップリング剤が配合されない場合は、ノボラック型フェノール樹脂とシランカップリング剤とを併用してもよい。
シランカップリング剤としては、後述の酸硬化性樹脂の説明において例示されるシランカップリング剤が挙げられる。
A silane coupling agent may be added to the novolak-type phenol resin during the manufacturing process for the purpose of improving mold strength. If the silane coupling agent is not blended in the manufacturing process, the novolac phenolic resin and the silane coupling agent may be used together.
Examples of the silane coupling agent include silane coupling agents exemplified in the explanation of the acid-curable resin below.

レゾール型フェノール樹脂は、塩基性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られたものである。
フェノール類及びアルデヒド類としては、ノボラック型フェノール樹脂の説明において先に例示したフェノール類及びアルデヒド類などが挙げられる。
塩基性触媒としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、ヘキサミン、アミンなどが挙げられる。これら塩基性触媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
A resol-type phenolic resin is obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of a basic catalyst.
Examples of phenols and aldehydes include the phenols and aldehydes exemplified above in the description of the novolak-type phenolic resin.
Examples of basic catalysts include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, hexamine, and amines. These basic catalysts may be used singly or in combination of two or more.

レゾール型フェノール樹脂は、通常、水等の溶媒に分散された状態で得られる(以下、この状態のレゾール型フェノール樹脂を「液状レゾール型フェノール樹脂」という。)。
レゾール型フェノール樹脂は、液状で用いてもよいし、液状レゾール型フェノール樹脂を脱水処理などして溶媒を除去し、常温で乾燥させて固形状にして用いてもよい。
なお、レゾール型フェノール樹脂にも、鋳型強度の改善を目的として、製造過程シランカップリング剤が配合される場合がある。製造過程でシランカップリング剤が配合されない場合は、レゾール型フェノール樹脂とシランカップリング剤とを併用してもよい。
A resol-type phenolic resin is usually obtained in a state of being dispersed in a solvent such as water (hereinafter, a resol-type phenolic resin in this state is referred to as a "liquid resol-type phenolic resin").
The resol-type phenolic resin may be used in a liquid state, or the liquid resol-type phenolic resin may be subjected to a dehydration treatment or the like to remove the solvent, and dried at room temperature to be used in a solid state.
In some cases, a resol type phenolic resin is also mixed with a silane coupling agent during the manufacturing process for the purpose of improving mold strength. If the silane coupling agent is not blended in the manufacturing process, the resol-type phenolic resin and the silane coupling agent may be used together.

アミンコールドボックス法で鋳型を製造する際に用いられる粘結剤としては、例えば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溶液とから構成される二液性粘結剤などが挙げられる。 Examples of the binder used in producing the mold by the amine cold box method include a two-liquid binder composed of a phenol resin solution and a polyisocyanate solution using an organic solvent as a solvent.

アルカリフェノール樹脂は、アルカリ金属の水酸化物の存在下、常法により、フェノール類及びビスフェノール類よりなる群から選択される1種以上(以下、「フェノール系化合物」という。)と、アルデヒド類とを水系で反応させることで得られる。
フェノール類及びアルデヒド類としては、ノボラック型フェノール樹脂の説明において先に例示したフェノール類及びアルデヒド類などが挙げられる。
ビスフェノール類としては、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールC、ビスフェノールS、ビスフェノールZなどが挙げられる。
フェノール系化合物としては、フェノール類及びビスフェノール類のいずれか一方を単独で用いてもよいし、フェノール類及びビスフェノール類を混合して用いてもよい。
The alkali phenol resin is prepared by a conventional method in the presence of an alkali metal hydroxide, with one or more selected from the group consisting of phenols and bisphenols (hereinafter referred to as "phenol compounds") and aldehydes. is obtained by reacting in an aqueous system.
Examples of phenols and aldehydes include the phenols and aldehydes exemplified above in the description of the novolak-type phenolic resin.
Examples of bisphenols include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol C, bisphenol S, bisphenol Z and the like.
As the phenolic compound, either one of phenols and bisphenols may be used alone, or a mixture of phenols and bisphenols may be used.

アルカリ金属の水酸化物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどが挙げられる。これらの中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。これらアルカリ金属の水酸化物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of alkali metal hydroxides include sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide. Among these, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferred. These alkali metal hydroxides may be used singly or in combination of two or more.

酸硬化性樹脂としては、フルフリルアルコール、フラン樹脂などが挙げられる。また、先に例示したレゾール型フェノール樹脂を酸硬化性樹脂として用いてもよい。
これらの中でも、フルフリルアルコール、フラン樹脂が好ましく、フルフリルアルコールがより好ましい。
Examples of acid-curable resins include furfuryl alcohol and furan resin. Moreover, you may use the resol type phenol resin illustrated previously as an acid hardening resin.
Among these, furfuryl alcohol and furan resin are preferred, and furfuryl alcohol is more preferred.

フラン樹脂は、フルフリルアルコール、尿素、ホルムアルデヒド等を主原料としている樹脂で、酸触媒により脱水反応しながら重縮合し、硬化するものである。
フラン樹脂としては、フルフリルアルコール又はフルフリルアルコールと尿素のいずれかとアルデヒド類との縮合物又は共縮合物の1種又は2種以上、並びにフルフリルアルコールとの混合物を主成分とし、必要に応じてフェノール類及びビスフェノール類の少なくとも一方とを含むものを用いることが好ましい。
フェノール類及びアルデヒド類としては、ノボラック型フェノール樹脂の説明において先に例示したフェノール類及びアルデヒド類などが挙げられる。
Furan resin is a resin containing furfuryl alcohol, urea, formaldehyde, etc. as main raw materials, and is cured by polycondensation while undergoing dehydration reaction with an acid catalyst.
The furan resin is mainly composed of one or more condensates or co-condensates of furfuryl alcohol or furfuryl alcohol and urea with aldehydes, and mixtures with furfuryl alcohol. It is preferable to use one containing at least one of phenols and bisphenols.
Examples of phenols and aldehydes include the phenols and aldehydes exemplified above in the description of the novolak-type phenolic resin.

フラン樹脂の特に好ましい態様として以下の2つが挙げられる。なお、以下における(共)縮合物とは、縮合物及び共縮合物の少なくとも一方を意味する。
i)尿素、フルフリルアルコール及びアルデヒド類を縮合させて得られる(共)縮合物(a)と、フルフリルアルコールと、必要に応じてフェノール類及びビスフェノール類の少なくとも一方との混合物。
ii)尿素とアルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールと、必要に応じてフェノール類及びビスフェノール類の少なくとも一方との混合物。
Two particularly preferred embodiments of the furan resin are listed below. In addition, the (co)condensate below means at least one of a condensate and a cocondensate.
i) A mixture of a (co)condensate (a) obtained by condensing urea, furfuryl alcohol and aldehydes with furfuryl alcohol and optionally at least one of phenols and bisphenols.
ii) mixtures of condensates of urea and aldehydes, furfuryl alcohol and optionally at least one of phenols and bisphenols.

なお、フラン樹脂として、上述した以外にも、例えば2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類及びビスフェノール類からなる群より選ばれる1種以上と、フルフリルアルコールとの混合物;尿素とアルデヒド類との縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物などを用いることもできる。 As the furan resin, in addition to those described above, for example, a mixture of one or more selected from the group consisting of 2,5-bis(hydroxymethyl)furan, phenols and bisphenols, and furfuryl alcohol; urea and aldehyde A condensate with a condensate, a mixture of furfuryl alcohol and 2,5-bis(hydroxymethyl)furan, and the like can also be used.

酸硬化性樹脂には、鋳型の強度を高める目的で、シランカップリング剤が含まれていてもよい。
シランカップリング剤としては、例えばN-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
The acid-curable resin may contain a silane coupling agent for the purpose of increasing the strength of the mold.
Silane coupling agents include, for example, N-β(aminoethyl)γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxysilane. propyltrimethoxysilane and the like.

酸硬化性樹脂がシランカップリング剤を含む場合、シランカップリング剤の含有量は、酸硬化性樹脂の固形分の総質量に対して、0.01~3質量%が好ましく、0.1~2質量%がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が上記下限値以上であれば、鋳型の強度を向上させる効果が充分得られる。鋳型の強度向上効果は、シランカップリング剤の含有量が増えるほど得られやすくなる傾向にあるが、増えすぎても効果は頭打ちになるだけである。よって、シランカップリング剤の含有量は3質量%以下が好ましい。
なお、酸硬化性樹脂の固形分とは、100℃での不揮発分を示す。
When the acid-curable resin contains a silane coupling agent, the content of the silane coupling agent is preferably 0.01 to 3% by mass, preferably 0.1 to 3% by mass, based on the total mass of the solid content of the acid-curable resin. 2% by mass is more preferred. If the content of the silane coupling agent is at least the above lower limit, the effect of improving the strength of the mold can be sufficiently obtained. The effect of improving the strength of the mold tends to be more likely to be obtained as the content of the silane coupling agent increases. Therefore, the content of the silane coupling agent is preferably 3% by mass or less.
The solid content of the acid-curable resin indicates the non-volatile content at 100°C.

酸硬化性樹脂には、硬化速度を速める目的で、硬化促進剤が含まれていてもよい。
硬化促進剤としては、レゾルシノール、ホルマリン、フルフラールなどが挙げられる。これらの中でも、鋳型造型時に発生するホルムアルデヒドを低減する効果も得られる点で、レゾルシノールが好ましい。
酸硬化性樹脂が硬化促進剤を含む場合、硬化促進剤の含有量は、酸硬化性樹脂の固形分の総質量に対して、1~20質量%が好ましく、2~15質量%がより好ましい。硬化促進剤の含有量が上記下限値以上であれば、硬化速度が充分に速まる。硬化速度は、硬化促進剤の含有量が増えるほど得られやすくなる傾向にあるが、増えすぎても効果は頭打ちになるだけである。よって、硬化促進剤の含有量は20質量%以下が好ましい。
なお、ホルムアルデヒドを低減する観点では、レゾルシノール以外にも尿素、没食子酸、ピロガロールを用いてもよい。
The acid-curable resin may contain a curing accelerator for the purpose of increasing the curing speed.
Curing accelerators include resorcinol, formalin, furfural, and the like. Among these, resorcinol is preferable because it also has the effect of reducing formaldehyde generated during mold making.
When the acid-curable resin contains a curing accelerator, the content of the curing accelerator is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 2 to 15% by mass, based on the total mass of the solid content of the acid-curable resin. . When the content of the curing accelerator is at least the above lower limit, the curing speed is sufficiently increased. The curing speed tends to be more easily obtained as the content of the curing accelerator increases, but if the content is too high, the effect will only plateau. Therefore, the content of the curing accelerator is preferably 20% by mass or less.
From the viewpoint of reducing formaldehyde, urea, gallic acid, and pyrogallol may be used in addition to resorcinol.

(硬化剤)
硬化剤としては、有機粘結剤の種類や硬化方法に応じて、公知の硬化剤の中から選択して用いればよい。
例えば、有機粘結剤としてシェルモールド法で鋳型を製造する際に用いられる粘結剤を用いる場合、硬化剤としては、ヘキサメチレンテトラミンが好ましい。
有機粘結剤としてアミンコールドボックス法で鋳型を製造する際に用いられる粘結剤を用いる場合、硬化剤としては、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミンガスが好ましい。これら硬化剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
有機粘結剤としてアルカリフェノール樹脂を用いる場合、硬化剤としては、自硬性鋳型造型法においてはギ酸メチル、ギ酸エチル、トリアセチン、ジアセチン、モノアセチン、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールモノアセテート、γ-ブチロラクトン、プロピオラクトン、ε-カプロラクトンなどが好ましい。ガス硬化鋳型造型法においては、揮発性が高いエステル類が好ましく、ギ酸メチルなどがより好ましい。
有機粘結剤として酸硬化性樹脂を用いる場合、硬化剤としては、硫酸、リン酸、塩酸などの無機酸;有機スルホン酸(例えばキシレンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸等)、カルボン酸(例えばギ酸、酢酸、シュウ酸、乳酸、マレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、マロン酸、コハク酸、安息香酸等)などの有機酸が好ましい。
これら硬化剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(curing agent)
The curing agent may be selected from known curing agents according to the type of organic binder and curing method.
For example, in the case of using a binder that is used in manufacturing a mold by the shell mold method as the organic binder, hexamethylenetetramine is preferred as the curing agent.
When using the binder used when producing a mold by the amine cold box method as the organic binder, the curing agent is preferably an amine gas such as triethylamine or diethylamine. These curing agents may be used singly or in combination of two or more.
When an alkali phenol resin is used as an organic binder, curing agents include methyl formate, ethyl formate, triacetin, diacetin, monoacetin, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol monoacetate, γ-butyrolactone, Propiolactone, ε-caprolactone and the like are preferred. In the gas curing mold making method, highly volatile esters are preferred, and methyl formate and the like are more preferred.
When an acid-curable resin is used as the organic binder, inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, and hydrochloric acid are used as the curing agent; etc.), carboxylic acids (eg, formic acid, acetic acid, oxalic acid, lactic acid, maleic acid, malic acid, citric acid, tartaric acid, malonic acid, succinic acid, benzoic acid, etc.).
These curing agents may be used singly or in combination of two or more.

なお、硬化剤は水溶液の状態で、すなわち硬化剤水溶液として用いることができる。
硬化剤水溶液の総質量に対する硬化剤の含有量は、20~75質量%が好ましく、30~70質量%がより好ましい。
硬化剤水溶液の総質量に対する水の含有量は、25~80質量%が好ましく、30~70質量%がより好ましい。
硬化剤水溶液には、水以外の溶媒(他の溶媒)が含まれていてもよく、他の溶媒としてはメタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール類が挙げられる。
The curing agent can be used in the form of an aqueous solution, that is, as an aqueous curing agent solution.
The content of the curing agent with respect to the total mass of the aqueous curing agent solution is preferably 20 to 75% by mass, more preferably 30 to 70% by mass.
The water content is preferably 25 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass, relative to the total mass of the aqueous curing agent solution.
The aqueous curing agent solution may contain a solvent (another solvent) other than water, and examples of other solvents include alcohols such as methanol, ethanol, and butanol.

(任意成分)
任意成分としては、例えばシランカップリング剤、滑剤、崩壊剤、硬化促進剤などが挙げられる。
シランカップリング剤としては、酸硬化性樹脂の説明において先に例示したシランカップリング剤が挙げられる。
滑剤としては、例えば脂肪酸アミド、ステアリン酸カルシウムなどが挙げられる。
崩壊剤としては、例えば硝酸塩などが挙げられる。
硬化促進剤としては、例えば安息香酸、サリチル酸などが挙げられる。
(Optional component)
Optional components include, for example, silane coupling agents, lubricants, disintegrants, and curing accelerators.
Examples of the silane coupling agent include the silane coupling agents exemplified above in the explanation of the acid-curable resin.
Examples of lubricants include fatty acid amides and calcium stearate.
Disintegrants include, for example, nitrates.
Examples of hardening accelerators include benzoic acid and salicylic acid.

(鋳型前駆体の製造方法)
鋳型前駆体は、例えば下記方法(I)、方法(II)により得られる。
方法(I):耐火性粒状材料と、有機粘結剤と、必要に応じて任意成分とを含む混合物(以下、「混合物(A)」ともいう。)を鋳型造型用型に充填し、有機粘結剤を硬化させて鋳型前駆体を製造する方法。
方法(II):三次元積層造形により鋳型前駆体を製造する方法。
(Method for producing template precursor)
A template precursor is obtained, for example, by the following method (I) or method (II).
Method (I): A mixture (hereinafter also referred to as “mixture (A)”) containing a refractory granular material, an organic binder, and optionally optional ingredients is filled into a mold for molding, and the organic A method for producing a mold precursor by curing a binder.
Method (II): A method of manufacturing a template precursor by three-dimensional additive manufacturing.

<<方法(I)>>
方法(I)において、混合物(A)は、例えば耐火性粒状材料と、有機粘結剤と、必要に応じて任成成分とを混合することで製造できる。こうして得られた混合物(A)を「混練砂」ともいう。
混合物(A)における有機粘結剤の含有量は、耐火性粒状材料100質量部に対して、0.1~5質量部が好ましく、0.5~3.5質量部がより好ましい。有機粘結剤の含有量が上記下限値以上であれば、後述の硬化工程までの間、充分な強度を維持できる。有機粘結剤の含有量が上記上限値以下であれば、注湯後の鋳型を解体しやすい。加えて、注湯時における酸硬化性粘結剤の熱分解によるガスの発生量を低減できる。
<<Method (I)>>
In method (I), the mixture (A) can be prepared, for example, by mixing the refractory particulate material, the organic binder and optional ingredients. The mixture (A) thus obtained is also called "kneaded sand".
The content of the organic binder in the mixture (A) is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.5 to 3.5 parts by mass, based on 100 parts by mass of the refractory granular material. If the content of the organic binder is at least the above lower limit, sufficient strength can be maintained until the curing step described later. If the content of the organic binder is equal to or less than the above upper limit, the mold can be easily dismantled after pouring. In addition, the amount of gas generated due to thermal decomposition of the acid-curable binder during pouring can be reduced.

有機粘結剤を硬化させる方法としては、熱硬化、常温硬化、ガス硬化などが挙げられる。ここで、「常温硬化」とは、外部からの加熱やガスの通気などを行わなくても常温で硬化することである。
有機粘結剤を熱硬化又は常温硬化により硬化させる場合、すなわち、熱硬化鋳型造型法や自硬性鋳型造型法により鋳型を製造する場合、混合物(A)は硬化剤を含むことが好ましい。以下、硬化剤を含む混合物(A)を特に「混合物(A1)」ともいう。
混合物(A1)における硬化剤の含有量は、耐火性粒状材料100質量部に対して0.1~0.5質量部が好ましく、0.2~0.4質量部がより好ましい。硬化剤の含有量が上記範囲内であれば、強度がより高い鋳型が得られやすい。
Methods for curing the organic binder include heat curing, normal temperature curing, gas curing and the like. Here, "normal temperature curing" means curing at normal temperature without external heating or gas ventilation.
When the organic binder is cured by thermosetting or normal temperature curing, that is, when a mold is produced by a thermosetting mold making method or a self-hardening mold making method, the mixture (A) preferably contains a curing agent. Hereinafter, the mixture (A) containing the curing agent is also particularly referred to as "mixture (A1)".
The content of the curing agent in the mixture (A1) is preferably 0.1 to 0.5 parts by mass, more preferably 0.2 to 0.4 parts by mass, per 100 parts by mass of the refractory granular material. If the content of the curing agent is within the above range, a mold with higher strength can be easily obtained.

混合物(A1)は、例えば耐火性粒状材料と、有機粘結剤と、硬化剤水溶液と、必要に応じて任意成分とを混合して、製造できる。
また、例えば耐火性粒状材料を所定の温度に加熱しておき、加熱した耐火性粒状材料に硬化剤水溶液を添加して被覆砂を製造し、得られた被覆砂と、有機粘結剤と、必要に応じて任意成分とを混合して、混合物(A1)を製造してもよい。耐火性粒状材料の加熱温度は、硬化剤水溶液に含まれる溶媒の沸点より高い温度が好ましく、通常は、100~150℃である。
The mixture (A1) can be produced, for example, by mixing a refractory granular material, an organic binder, an aqueous curing agent solution, and optionally optional ingredients.
Alternatively, for example, a refractory granular material is heated to a predetermined temperature, and an aqueous hardening agent solution is added to the heated refractory granular material to produce coated sand, and the resulting coated sand, an organic binder, Optionally, optional ingredients may be mixed to produce a mixture (A1). The heating temperature of the refractory granular material is preferably a temperature higher than the boiling point of the solvent contained in the aqueous curing agent solution, usually 100 to 150°C.

有機粘結剤をガス硬化により硬化させる場合、すなわち、ガス硬化鋳型造型法により鋳型を製造する場合、混合物(A)を鋳型造型用型に充填し、ガス状の硬化剤を通気させて有機粘結剤を硬化させる。
ガス状の硬化剤の通気流量及び通気時間は、通常のガス硬化鋳型造型法における通気流量及び通気時間の範囲内であれば、特に制限されない。
When the organic binder is cured by gas curing, that is, when the mold is produced by the gas curing mold making method, the mixture (A) is filled in the mold for making the mold, and the gaseous curing agent is passed through to form the organic binder. Allow the binder to harden.
The aeration flow rate and aeration time of the gaseous curing agent are not particularly limited as long as they are within the range of the aeration flow rate and aeration time in a normal gas curing mold making method.

有機粘結剤を熱硬化、常温硬化、ガス硬化などの方法で硬化させることで、混合物(A)の硬化物からなる鋳型前駆体が得られる。
得られた鋳型前駆体は鋳型造型用型から取り出しておく。鋳型前駆体は有機粘結剤の硬化物によってその形状を維持できるので、鋳型造型用型から取り出しても崩れにくい。
By curing the organic binder by a method such as heat curing, normal temperature curing, gas curing, etc., a mold precursor composed of a cured product of the mixture (A) can be obtained.
The template precursor thus obtained is removed from the template-making mold. Since the mold precursor can maintain its shape due to the cured organic binder, it does not easily collapse even when it is taken out from the mold for molding.

<<方法(II)>>
方法(II)の場合、耐火性粒状材料と、硬化剤と、必要に応じて任意成分とを含む混合物(以下、「混合物(B)」ともいう。)を層状に敷き詰める工程(以下、「工程(a)」ともいう。)と、層状に敷き詰められた混合物(B)を目的の3次元積層造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた被覆砂に有機粘結剤を選択的に射出して硬化させる工程(以下、「工程(b)」ともいう。)とを、目的の3次元積層造形物が造形されるまで繰り返すことで、鋳型前駆体を製造する。
方法(II)で用いる有機粘結剤としては、酸硬化性樹脂が好ましい。
<<Method (II)>>
In the case of method (II), a step of spreading a mixture (hereinafter also referred to as "mixture (B)") containing a refractory granular material, a curing agent, and optional components as necessary (hereinafter referred to as "step (a)”), and an organic binder is added to the coated sand spread in layers so as to bond the mixture (B) spread in layers to correspond to the target three-dimensional laminate model. A mold precursor is manufactured by repeating the step of selectively injecting and curing (hereinafter also referred to as “step (b)”) until the desired three-dimensional laminate-molded article is formed.
Acid-curable resins are preferred as the organic binder used in method (II).

混合物(B)は、例えば耐火性粒状材料と、硬化剤と、必要に応じて任意成分とを混合して、製造できる。
また、例えば耐火性粒状材料を所定の温度に加熱しておき、加熱した耐火性粒状材料に硬化剤水溶液を添加して被覆砂を製造し、これを混合物(B)として用いてもよいし、必要に応じて被覆砂と任意成分とを混合したものを混合物(B)として用いてもよい。
Mixture (B) can be produced, for example, by mixing the refractory particulate material, the curing agent and optionally optional ingredients.
Alternatively, for example, a refractory granular material may be heated to a predetermined temperature, and an aqueous hardening agent solution may be added to the heated refractory granular material to produce coated sand, which may be used as the mixture (B), A mixture of coated sand and optional components may be used as the mixture (B), if desired.

工程(a)及び工程(b)は、例えば印刷造形法を用いた3次元積層装置を用い、以下のようにして行われる。
3次元積層装置としては、ブレード機構と、印刷ノズルヘッド機構と、造形テーブル機構とを備えるものが好ましい。さらに、各機構の動作を造形対象物の3次元データを用いて制御する制御部を備えていることが好ましい。
ブレード機構は、リコータを含み、金属ケースの底面又は有機粘結剤で結合済みの造形部の上層に、被覆砂を所定の厚みで積層するものである。
印刷ノズルヘッド機構は、積層された被覆砂に対して有機粘結剤による印刷を行い、被覆砂を結合することによって1層毎の造形を行うものである。
造形テーブル機構は、1層の造形が終了すると1層分の距離だけ下降して、所定の厚みでの積層造形を実現するものである。
Process (a) and process (b) are performed as follows, for example, using a three-dimensional lamination apparatus using a printing modeling method.
The three-dimensional stacking device preferably includes a blade mechanism, a print nozzle head mechanism, and a modeling table mechanism. Furthermore, it is preferable to include a control unit that controls the operation of each mechanism using the three-dimensional data of the object to be formed.
The blade mechanism includes a recoater, and coats sand with a predetermined thickness on the bottom surface of the metal case or on the upper layer of the shaped part that has already been bonded with an organic binder.
The printing nozzle head mechanism prints with an organic binding agent on the layered coated sand, and forms each layer by binding the coated sand.
When the modeling of one layer is completed, the modeling table mechanism descends by a distance corresponding to one layer to realize layered modeling with a predetermined thickness.

まず、印刷造形法を用いた3次元積層装置を用い、リコータを有するブレード機構により混合物(B)を3次元積層装置に設置された金属ケースの底面に積層する(工程(a))。ついで、積層した混合物(B)の上に、目的の3次元積層造形物(3次元積層造形鋳型)の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッド機構により印刷ノズルヘッドを走査させて、有機粘結剤を印刷(射出)する(工程(b))。金属ケースの底面は造形テーブルとなっており、上下に可動することができる。有機粘結剤を印刷した後、金属ケースの底面(造形テーブル)を1層分降下させ、先と同様にして混合物(B)を積層し(工程(a))、その上に有機粘結剤を印刷する(工程(b))。これら積層と印刷の操作を、目的の3次元積層造形物が造形されるまで繰り返す。1層の厚さは、100~500μmが好ましく、200~300μmがより好ましい。 First, using a three-dimensional lamination apparatus using a printing molding method, the mixture (B) is laminated on the bottom surface of a metal case installed in the three-dimensional lamination apparatus by means of a blade mechanism having a recoater (step (a)). Then, on the layered mixture (B), the print nozzle head is scanned by the print nozzle head mechanism based on the data obtained by 3D CAD designing the shape of the desired three-dimensional laminate model (three-dimensional laminate model) to print (inject) the organic binder (step (b)). The bottom of the metal case is a modeling table that can be moved up and down. After printing the organic binding agent, the bottom surface of the metal case (modeling table) is lowered by one layer, and the mixture (B) is laminated in the same manner as before (step (a)), and the organic binding agent is placed thereon. is printed (step (b)). These stacking and printing operations are repeated until a desired three-dimensional laminate-molded article is manufactured. The thickness of one layer is preferably 100-500 μm, more preferably 200-300 μm.

有機粘結剤を印刷する際の塗布量は固形分換算で、その印刷領域における1層分の混合物(B)中の耐火性粒状材料100質量部に対して、0.4質量部以上が好ましく、0.4~4.6質量部がより好ましく、0.5~4質量部がさらに好ましく、0.6~3質量部が特に好ましく、0.7~2質量部が最も好ましい。 The coating amount of the organic binder when printing is preferably 0.4 parts by mass or more in terms of solid content, with respect to 100 parts by mass of the refractory granular material in the mixture (B) for one layer in the printing area. , more preferably 0.4 to 4.6 parts by mass, more preferably 0.5 to 4 parts by mass, particularly preferably 0.6 to 3 parts by mass, and most preferably 0.7 to 2 parts by mass.

方法(II)で得られる鋳型前駆体は、混合物(B)の粉末の中で埋もれながら造形される。よって、有機粘結剤が印刷されていない領域(非印刷領域)の混合物(B)をブラシや掃除機等で除去して、鋳型前駆体を取り出す。鋳型前駆体は有機粘結剤の硬化物によってその形状を維持できるので、鋳型前駆体を取り出しても崩れにくい。
なお、本明細書において、方法(II)で得られる鋳型前駆体を「三次元積層造形物」ともいう。
The template precursor obtained by the method (II) is shaped while being buried in the powder of the mixture (B). Therefore, the mixture (B) in the area where the organic binder is not printed (non-printed area) is removed with a brush, a vacuum cleaner, or the like, and the mold precursor is taken out. Since the mold precursor can maintain its shape due to the cured organic binder, it does not easily collapse even when the mold precursor is taken out.
In addition, in this specification, the template precursor obtained by the method (II) is also referred to as a "three-dimensional laminate-molded article".

<含浸工程>
含浸工程は、鋳型前駆体にコロイダルシリカ及び水ガラスを別々に含浸させる工程である。
コロイダルシリカは、シリカ粒子(SiO)が水又は有機溶媒に分散した分散液である。
コロイダルシリカとしては特に限定されず、従来公知のものを使用でき、例えばコロイダルシリカとしては、例えば酸性を示す水性コロイダルシリカ、アルカリ性を示す水性コロイダルシリカ、カチオン性コロイダルシリカなどが挙げられる。
<Impregnation process>
The impregnation step is a step of separately impregnating the template precursor with colloidal silica and water glass.
Colloidal silica is a dispersion of silica particles (SiO 2 ) dispersed in water or an organic solvent.
Colloidal silica is not particularly limited, and conventionally known colloidal silica can be used. Examples of colloidal silica include aqueous colloidal silica exhibiting acidity, aqueous colloidal silica exhibiting alkalinity, and cationic colloidal silica.

酸性を示す水性コロイダルシリカとしては、例えば日産化学株式会社製の商品名:スノーテックスOXS(SiO固形分10質量%)、スノーテックスOS(SiO固形分20質量%)、スノーテックスO(SiO固形分20質量%)、スノーテックスO-40(SiO固形分40質量%)、スノーテックスOL(SiO固形分20質量%)、スノーテックスOYL(SiO固形分20質量%)、スノーテックスOUP(SiO固形分15質量%)などが挙げられる。
アルカリ性を示す水性コロイダルシリカとしては、例えば日産化学株式会社製の商品名:スノーテックスXS(SiO固形分20質量%)、スノーテックス30(SiO固形分30質量%)、スノーテックス50-T(SiO固形分48質量%)、スノーテックス30L(SiO固形分30質量%)、スノーテックスUP(SiO固形分20質量%)、スノーテックスNXS(SiO固形分15質量%)、スノーテックスNS(SiO固形分20質量%)、スノーテックスN(SiO固形分20質量%)、スノーテックスN-40(SiO固形分40質量%)などが挙げられる。
カチオン性コロイダルシリカとしては、例えば日産化学株式会社製の商品名:スノーテックスAK(SiO固形分20質量%)、スノーテックスAK-L(SiO固形分20質量%)、スノーテックスAK-YL(SiO固形分30質量%)などが挙げられる。
有機溶媒に分散したコロイダルシリカとしては、例えば日産化学株式会社製の商品名:オルガノシリカゾルIPA-ST(SiO固形分30質量%、溶媒イソプロピルアルコール)、メタノールシリカゾル(SiO固形分30質量%、溶媒メチルアルコール)などが挙げられる。
これらコロイダルシリカは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
As aqueous colloidal silica exhibiting acidity, for example, the product names manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.: Snowtex OXS ( SiO2 solid content 10% by mass), Snowtex OS ( SiO2 solid content 20% by mass), Snowtex O (SiO 2 solids content 20% by weight), Snowtex O-40 ( SiO2 solids content 40% by weight), Snowtex OL ( SiO2 solids content 20% by weight), Snowtex OYL ( SiO2 solids content 20% by weight), Snowtex Tex OUP ( SiO2 solid content 15% by weight) and the like.
Examples of water-based colloidal silica exhibiting alkalinity include product names manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.: Snowtex XS ( SiO2 solid content: 20% by mass), Snowtex30 ( SiO2 solid content: 30% by mass), Snowtex50-T. ( SiO2 solids 48% by weight), Snowtex 30L ( SiO2 solids 30% by weight), Snowtex UP ( SiO2 solids 20% by weight), Snowtex NXS ( SiO2 solids 15% by weight), Snow Tex NS (SiO 2 solid content 20% by weight), Snowtex N (SiO 2 solid content 20% by weight), Snowtex N-40 (SiO 2 solid content 40% by weight) and the like.
Examples of cationic colloidal silica include product names manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.: Snowtex AK ( SiO2 solid content: 20% by mass), Snowtex AK-L ( SiO2 solid content: 20% by mass), and Snowtex AK-YL. (SiO 2 solid content 30% by mass).
As colloidal silica dispersed in an organic solvent, for example, the product name manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.: Organosilica sol IPA-ST (SiO 2 solid content 30% by mass, solvent isopropyl alcohol), Methanol silica sol (SiO 2 solid content 30% by mass, solvent methyl alcohol) and the like.
These colloidal silica may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

コロイダルシリカの含浸方法としては特に制限されないが、例えばコロイダルシリカに鋳型前駆体を浸漬する方法(どぶ漬け法);流し塗り(ぶっかけ)法、スプレー法、刷毛塗り法等により、コロイダルシリカを鋳型前駆体に塗布する方法などが挙げられる。 The method for impregnating colloidal silica is not particularly limited, but for example, a method of immersing a template precursor in colloidal silica (dipping method); Examples include a method of applying to the body.

コロイダルシリカの含浸量は、1~10質量%が好ましく、2~8質量%がより好ましく、3~7質量%がさらに好ましい。コロイダルシリカの含浸量が上記下限値以上でれば、鋳型全体としてのSiOとM(M=KO又はNaO)のモル比(SiO/M)が充分に高まり、鋳型の耐熱性がより向上する。コロイダルシリカの含浸量が上記上限値以下でれば、モル比を高め過ぎずに、鋳型の強度を維持できる。
以下、本明細書において鋳型全体としてのSiOとM(M=KO又はNaO)のモル比(SiO/M)を「鋳型のモル比」ともいう。
コロイダルシリカの含浸量の求め方の詳細は、後述する実施例において説明する。
The impregnated amount of colloidal silica is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 8% by mass, and even more preferably 3 to 7% by mass. If the impregnated amount of colloidal silica is at least the above lower limit, the molar ratio (SiO 2 /M) of SiO 2 and M (M=K 2 O or Na 2 O) as the entire mold is sufficiently increased, and the heat resistance of the mold is increased. more improved. If the impregnated amount of colloidal silica is equal to or less than the above upper limit, the strength of the mold can be maintained without excessively increasing the molar ratio.
Hereinafter, the molar ratio (SiO 2 /M) of SiO 2 and M (M=K 2 O or Na 2 O) in the template as a whole is also referred to as the "molar ratio of the template".
The details of how to determine the impregnated amount of colloidal silica will be described in Examples described later.

水ガラスとしては特に限定されず、従来公知のものを使用できる。例えば珪酸ナトリウム(具体的にはJIS K 1408:1966に記載されている1号、2号、3号やメタ珪酸ナトリウム(1種、2種))、珪酸カリウムや、これらの混合物を用いることができる。
また、水ガラスにおけるSiOとM(M=KO又はNaO)のモル比(SiO/M)は、1.9~4.0が好ましく、2.0~3.5がより好ましく、2.0~3.2がさらに好ましく、2.0以上3.1未満が特に好ましく、2.1~3.0が最も好ましい。水ガラスのモル比が上記下限値以上であれば、充分な硬化速度が得られる。水ガラスのモル比が上記上限値以下であれば、水ガラスが析出しにくく、鋳型前駆体に水ガラスが充分に含浸する。
The water glass is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. For example, sodium silicate (specifically, Nos. 1, 2, and 3 described in JIS K 1408: 1966 and sodium metasilicate (types 1 and 2)), potassium silicate, and mixtures thereof can be used. can.
In addition, the molar ratio (SiO 2 /M) of SiO 2 and M (M=K 2 O or Na 2 O) in water glass is preferably 1.9 to 4.0, more preferably 2.0 to 3.5. It is preferably from 2.0 to 3.2, more preferably from 2.0 to less than 3.1, and most preferably from 2.1 to 3.0. If the molar ratio of water glass is at least the above lower limit, a sufficient curing speed can be obtained. If the molar ratio of water glass is equal to or less than the above upper limit, water glass is less likely to precipitate and the mold precursor is sufficiently impregnated with water glass.

水ガラスの含浸方法としては特に制限されないが、コロイダルシリカの含浸方法と同様の方法が挙げられる。
水ガラスの含浸量は、1~10質量%が好ましく、2~8質量%がより好ましく、3~7質量%がさらに好ましい。水ガラスの含浸量が上記下限値以上でれば、鋳型のモル比が充分に高まり、鋳型の耐熱性がより向上する。水ガラスの含浸量が上記上限値以下でれば、鋳型中のアルカリ金属量を抑制し、鋳型のモル比の低下を防ぐことができる。
水ガラスの含浸量の求め方の詳細は、後述する実施例において説明する。
The method of impregnating water glass is not particularly limited, but the same method as the impregnating method of colloidal silica can be used.
The impregnated amount of water glass is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 8% by mass, and even more preferably 3 to 7% by mass. When the impregnated amount of water glass is at least the above lower limit, the molar ratio of the mold is sufficiently increased, and the heat resistance of the mold is further improved. If the impregnated amount of water glass is equal to or less than the above upper limit, it is possible to suppress the amount of alkali metal in the mold and prevent a decrease in the molar ratio of the mold.
The details of how to determine the impregnation amount of water glass will be described in Examples described later.

鋳型前駆体へのコロイダルシリカ及び水ガラスの含浸順序としては特に制限されない。
鋳型前駆体へのコロイダルシリカの含浸工程を「工程(α)」とし、鋳型前駆体への水ガラスの含浸工程を「工程(β)」としたときに、工程(α)の後に工程(β)を行ってもよいし、工程(β)の後に工程(α)を行ってもよい。また、工程(α)と工程(β)とを繰り返し行ってもよい。
鋳型のモル比がより高まり、鋳型の耐熱性がより向上する観点では、工程(α)の後に工程(β)を行うことが好ましい。
The order of impregnating the template precursor with colloidal silica and water glass is not particularly limited.
When the step of impregnating the template precursor with colloidal silica is referred to as “step (α)” and the step of impregnating the template precursor with water glass is referred to as “step (β)”, step (β ) may be performed, or step (α) may be performed after step (β). Also, the step (α) and the step (β) may be repeated.
From the viewpoint of further increasing the molar ratio of the template and further improving the heat resistance of the template, it is preferable to perform the step (β) after the step (α).

また、工程(α)と工程(β)との間、又は工程(β)と工程(α)の間で乾燥工程を行ってもよい。特に、工程(α)の後に工程(β)を行う場合は、耐火性粒状材料にコロイダルシリカが充分に付着しやすくなるとともに、水ガラスの鋳型表面への析出を抑制できる観点から、工程(α)と工程(β)との間に乾燥工程を行うことが好ましい。
工程(α)と工程(β)との間に乾燥工程を行う場合、乾燥温度は100~200℃が好ましく、110~150℃がより好ましく、120~130℃がさらに好ましい。乾燥温度が上記下限値以上であれば、コロイダルシリカに含まれる溶媒の除去、及び鋳型中の粘結剤の硬化をより高めることができる。乾燥温度が上記上限値以下であれば、鋳型中の粘結剤の分解を抑制することができる。乾燥時間は特に制限されず、鋳型の形状や大きさに応じて適宜決定すればよい。
工程(β)と工程(α)との間に乾燥工程を行う場合、乾燥温度は100~200℃が好ましく、110~150℃がより好ましく、120~130℃がさらに好ましい。乾燥温度が上記下限値以上であれば、水ガラスに含まれる溶媒の除去、及び鋳型中の粘結剤の硬化をより高めることができる。乾燥温度が上記上限値以下であれば、鋳型中の粘結剤の分解を抑制することができる。乾燥時間は特に制限されず、鋳型の形状や大きさに応じて適宜決定すればよい。
乾燥工程を行う場合は、乾燥工程の後、鋳型前駆体を室温(25℃)まで冷却した後に工程(α)又は工程(β)を行うことが好ましい。
Moreover, a drying step may be performed between the step (α) and the step (β) or between the step (β) and the step (α). In particular, when the step (β) is performed after the step (α), the colloidal silica can sufficiently adhere to the refractory granular material, and the precipitation of the water glass on the mold surface can be suppressed. ) and step (β), a drying step is preferably carried out.
When the drying step is performed between the step (α) and the step (β), the drying temperature is preferably 100 to 200°C, more preferably 110 to 150°C, even more preferably 120 to 130°C. If the drying temperature is at least the above lower limit, removal of the solvent contained in the colloidal silica and hardening of the binder in the mold can be further enhanced. If the drying temperature is equal to or lower than the above upper limit, decomposition of the binder in the mold can be suppressed. The drying time is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the shape and size of the mold.
When the drying step is performed between the step (β) and the step (α), the drying temperature is preferably 100 to 200°C, more preferably 110 to 150°C, even more preferably 120 to 130°C. If the drying temperature is at least the above lower limit, removal of the solvent contained in the water glass and hardening of the binder in the mold can be further enhanced. If the drying temperature is equal to or lower than the above upper limit, decomposition of the binder in the mold can be suppressed. The drying time is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the shape and size of the mold.
When the drying step is performed, it is preferable to perform step (α) or step (β) after cooling the template precursor to room temperature (25° C.) after the drying step.

<硬化工程>
硬化工程は、鋳型前駆体に含浸させた水ガラスを硬化させる工程である。
硬化温度は、100~300℃が好ましく、100~250℃がより好ましく、100~200℃がさらに好ましい。硬化温度が上記下限値以上であれば、水ガラスが短時間で充分に硬化する。乾燥温度が上記上限値以下であれば、鋳型中の粘結剤の分解を抑制でき、常温時の強度が優れる。なお、上述した乾燥工程を行う場合、硬化温度は乾燥温度よりも高いことが好ましい。
硬化時間は特に制限されず、鋳型の形状や大きさに応じて適宜決定すればよい。
<Curing process>
The curing step is a step of curing the water glass impregnated with the mold precursor.
The curing temperature is preferably 100 to 300°C, more preferably 100 to 250°C, even more preferably 100 to 200°C. If the curing temperature is at least the above lower limit, the water glass will be sufficiently cured in a short time. If the drying temperature is equal to or lower than the above upper limit, the decomposition of the binder in the mold can be suppressed, and the strength at room temperature is excellent. In addition, when performing the drying process mentioned above, it is preferable that the curing temperature is higher than the drying temperature.
The curing time is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the shape and size of the mold.

硬化工程後の鋳型のモル比は4~10が好ましく、5~9がより好ましく、6~8がさらに好ましい。鋳型のモル比が上記下限値以上であれば、鋳型の耐熱性がより向上する。その結果、鋳型が高温に曝されても耐えられる程度の強度を維持しつつ、鋳型の形状を良好に維持できる。特に鋳型が複雑な形状であっても、その形状を良好に維持できる。鋳型のモル比が高くなるほど、耐熱性も高まる傾向にあるが、モル比が高くなりすぎると、無機粘結剤としての接着力は逆に低下し、強度が低下することがある。鋳型のモル比が上記範囲内であれば、鋳型の耐熱性と強度のバランスに優れる。
特に、前駆体鋳型を方法(ii)で製造した場合、硬化工程後の鋳型のモル比は5~9が好ましく、5.5~7がより好ましい。
鋳型のモル比の求め方の詳細は、後述する実施例において説明する。
The molar ratio of the mold after the curing step is preferably 4-10, more preferably 5-9, even more preferably 6-8. When the molar ratio of the template is at least the above lower limit, the heat resistance of the template is further improved. As a result, the shape of the mold can be favorably maintained while maintaining strength to the extent that the mold can withstand exposure to high temperatures. In particular, even if the mold has a complicated shape, the shape can be maintained well. The higher the molar ratio of the mold, the higher the heat resistance tends to be, but if the molar ratio is too high, the adhesive strength as an inorganic binder may be lowered and the strength may be lowered. When the molar ratio of the mold is within the above range, the mold has an excellent balance between heat resistance and strength.
In particular, when the precursor template is produced by method (ii), the molar ratio of the template after the curing step is preferably 5-9, more preferably 5.5-7.
The details of how to determine the molar ratio of the template will be described in Examples described later.

水ガラスの硬化の後に室温(25℃)まで冷却し(冷却工程)、鋳型(硬化体)を得る。
冷却方法としては公知の方法を採用でき、例えば室温で自然冷却する方法、送風を利用して強制冷却する方法などが挙げられる。
After hardening the water glass, it is cooled to room temperature (25° C.) (cooling step) to obtain a mold (hardened body).
As a cooling method, a known method can be employed, and examples thereof include a method of natural cooling at room temperature, a method of forced cooling using air blowing, and the like.

硬化工程で得られた鋳型(硬化体)には、有機粘結剤の硬化物と、無機粘結剤の硬化物(主に水ガラスの硬化物)が含まれているが、有機粘結剤及びその硬化物は注湯時に熱分解することがある。有機粘結剤及びその硬化物が熱分解するとガス(熱分解ガス)が発生し、鋳物に欠陥が生じたり、臭気による作業環境が悪化したりする場合がある。
そこで、鋳型から有機粘結剤及びその硬化物を消失させたい場合には、後述の焼成工程を行うことが好ましい。
なお、硬化工程の後に焼成工程を行う場合は、硬化工程と焼成工程の間に冷却工程を設けなくてもよい。
The template (cured body) obtained in the curing step contains the cured organic binder and the cured inorganic binder (mainly the cured water glass). And its cured product may be thermally decomposed during pouring. Thermal decomposition of the organic binder and its cured product generates gas (pyrolysis gas), which may cause defects in castings and worsen the working environment due to odor.
Therefore, when it is desired to eliminate the organic binder and its cured product from the mold, it is preferable to carry out the baking step described later.
In addition, when performing a baking process after a hardening process, it is not necessary to provide a cooling process between a hardening process and a baking process.

<焼成工程>
焼成工程は、硬化工程で得られた鋳型(硬化体)を焼成する工程である。
焼成工程を行うことで、硬化体に含まれる有機粘結剤及びその硬化物が熱分解してガス化し、熱分解ガスとして鋳型から除去される。
焼成工程で得られた鋳型(焼成体)には、無機粘結剤の硬化物(主に水ガラスの硬化物)が含まれる。
<Baking process>
The baking step is a step of baking the mold (cured body) obtained in the curing step.
By performing the baking step, the organic binder contained in the cured body and its cured product are thermally decomposed and gasified, and are removed from the mold as thermal decomposition gas.
The mold (fired body) obtained in the firing step contains a hardened inorganic binder (mainly a hardened water glass).

焼成温度は、硬化体に含まれる有機粘結剤の種類に応じて決定すればよいが、有機粘結剤の分解温度以上が好ましく、コロイダルシリカ及び水ガラスの分解温度未満が好ましい。
具体的には、焼成温度は350~1000℃が好ましく、400~800℃がより好ましい。焼成温度が上記下限値以上であれば、有機粘結剤及びその硬化物が充分に熱分解する。焼成温度が上記限上値以下であれば、コロイダルシリカ及び水ガラスや、水ガラス等の硬化物が熱分解しにくい。
焼成時間は、硬化体に含まれる有機粘結剤及びその硬化物が充分に熱分解する時間であれば特に制限されず、鋳型の形状や大きさに応じて適宜決定すればよい。
硬化体の焼成方法としては公知の方法を採用でき、例えば電気炉、オーブンを用いる方法などが挙げられる。
The firing temperature may be determined according to the type of the organic binder contained in the cured body, but is preferably at least the decomposition temperature of the organic binder and preferably below the decomposition temperature of colloidal silica and water glass.
Specifically, the firing temperature is preferably 350 to 1000°C, more preferably 400 to 800°C. When the baking temperature is at least the above lower limit, the organic binder and its cured product are sufficiently thermally decomposed. If the firing temperature is equal to or lower than the above upper limit, colloidal silica and water glass, and hardened materials such as water glass, are less likely to be thermally decomposed.
The baking time is not particularly limited as long as the organic binder contained in the cured product and the cured product thereof are sufficiently thermally decomposed, and may be appropriately determined according to the shape and size of the mold.
As a method for baking the cured product, a known method can be employed, and examples thereof include a method using an electric furnace and an oven.

硬化体の焼成の後に室温(25℃)まで冷却し(冷却工程)、鋳型(焼成体)を得る。
冷却方法としては公知の方法を採用でき、例えば室温で自然冷却する方法、送風を利用して強制冷却する方法などが挙げられる。
After baking the cured body, it is cooled to room temperature (25° C.) (cooling step) to obtain a mold (fired body).
As a cooling method, a known method can be employed, and examples thereof include a method of natural cooling at room temperature, a method of forced cooling using air blowing, and the like.

<作用効果>
上述したように、従来、有機粘結剤で造型した鋳型(鋳型前駆体)に水ガラスを含浸させて鋳型を製造したり、水ガラスを用い、三次元積層造形により鋳型を製造したりする方法が知られている。水ガラスのモル比が高いと析出が生じるため、水ガラスの含浸性が低下する傾向にあることから、モル比の低い水ガラスを使用することが一般的である。
しかし、モル比の低い水ガラスは低融点であることから、モル比の低い水ガラスを用いて製造した鋳型は耐熱性が低く、注湯時の温度が高い鋳物を鋳造する場合には不向きである。鋳型の耐熱性が低いと焼き付きや照らされ等の鋳造欠陥や変形が発生することがある。
<Effect>
As described above, conventionally, a mold is produced by impregnating a mold (mold precursor) molded with an organic binder with water glass, or a mold is produced by three-dimensional additive manufacturing using water glass. It has been known. When the molar ratio of water glass is high, precipitation occurs, and the impregnability of water glass tends to decrease. Therefore, it is common to use water glass with a low molar ratio.
However, since water glass with a low molar ratio has a low melting point, a mold manufactured using water glass with a low molar ratio has low heat resistance and is not suitable for casting castings that require high pouring temperatures. be. If the heat resistance of the mold is low, casting defects and deformation such as seizure and glare may occur.

本実施形態の鋳型の製造方法によれば、有機粘結剤で作製した鋳型前駆体にコロイダルシリカと水ガラスを別々に含浸させるので、鋳型のモル比が高まり、耐熱性に優れる鋳型を製造でき、鋳型が高温に曝されても耐えられる程度の強度を維持しつつ、鋳型の形状を良好に維持できる。また、モル比の高い水ガラスを用いる必要がないため、鋳型前駆体に水ガラスを充分に含浸できる。 According to the mold manufacturing method of the present embodiment, colloidal silica and water glass are separately impregnated into a mold precursor made of an organic binder, so that the molar ratio of the mold is increased and a mold having excellent heat resistance can be produced. , the shape of the mold can be favorably maintained while maintaining strength to the extent that the mold can withstand exposure to high temperatures. Moreover, since it is not necessary to use water glass with a high molar ratio, the mold precursor can be sufficiently impregnated with water glass.

なお、耐火性粒状材料と粘結剤とを混合して混練砂を鋳型造型用型に充填して鋳型を製造する方法であれば、粘結剤としてモル比の高い水ガラスを使用することもできる。しかし、この方法は、複雑な形状の鋳型を製造するには不向きである。
しかし、本実施形態の鋳型の製造方法であれば、鋳型前駆体を三次元積層造形により製造することも可能であり、複雑な形状の鋳型であっても容易に製造できる。
In the case of a method of manufacturing a casting mold by mixing a refractory granular material and a binding agent and filling the kneaded sand into a casting mold, it is also possible to use water glass with a high molar ratio as the binding agent. can. However, this method is unsuitable for manufacturing molds with complex shapes.
However, with the mold manufacturing method of the present embodiment, it is also possible to manufacture a mold precursor by three-dimensional layered manufacturing, and even a mold with a complicated shape can be easily manufactured.

また、本実施形態の鋳型の製造方法であれば、硬化工程における硬化温度を必要以上に高くする必要がなく、例えば100~300℃程度の比較的低い温度で、水ガラスは充分に硬化する。そのため、硬化工程の間に鋳型前駆体中の有機粘結剤及びその硬化物が熱分解しにくく、有機粘結剤及びその硬化物が熱分解する前に無機粘結剤である水ガラスの粘結力が充分に発揮され、複雑な形状の鋳型であっても変形しにくく、寸法精度の良好な鋳型が得られやすい。
しかも、硬化工程の後に焼成工程を行えば、鋳型から有機粘結剤及びその硬化物が充分に除去されるので、鋳造時に有機粘結剤及びその硬化物の熱分解ガスが発生しにくい。そのため、鋳造時の作業環境が良好であり、かつ熱分解ガスに起因する鋳物の欠陥を抑制できる。
Further, with the mold manufacturing method of the present embodiment, there is no need to increase the curing temperature in the curing step more than necessary, and the water glass is sufficiently cured at a relatively low temperature of, for example, about 100 to 300°C. Therefore, the organic binder and its cured product in the mold precursor are less likely to be thermally decomposed during the curing step, and the water glass, which is an inorganic binder, is hardened before the organic binder and its cured product are thermally decomposed. Cohesive force is sufficiently exerted, even a mold with a complicated shape is difficult to deform, and a mold with good dimensional accuracy can be easily obtained.
Moreover, if the baking process is performed after the curing process, the organic binder and its hardened material are sufficiently removed from the mold, so that the organic binder and its hardened material hardly generate thermal decomposition gas during casting. Therefore, the working environment during casting is favorable, and defects in castings caused by pyrolysis gas can be suppressed.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。各例で用いた材料を以下に示す。また、各種測定方法は以下の通りである。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these. The materials used in each example are shown below. Moreover, various measuring methods are as follows.

[使用材料]
耐火性粒状材料として、焼結法により得られた人工砂(Al-SiOを95質量%含むもの、伊藤忠セラテック株式会社製の商品名「CB-X#1450」、粒子径53~150μm)を用いた。
[Materials used]
As the refractory granular material, artificial sand obtained by a sintering method (containing 95% by mass of Al 2 O 3 —SiO 2 , trade name “CB-X#1450” manufactured by Itochu Ceratec Co., Ltd., particle diameter 53 to 150 μm) was used.

有機粘結剤として、以下に示すものを用いた。
・有機粘結剤(i):フルフリルアルコールを87.8質量部と、ビスフェノールAを10.0質量部と、レゾルシノールを2.0質量部と、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシランを0.2質量部との混合物であるフラン系バインダ。
・有機粘結剤(ii):フルフリルアルコールを89.8質量部と、レゾルシノールを10.0質量部と、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシランを0.2質量部との混合物であるフラン系バインダ。
As the organic binder, the following was used.
- Organic binder (i): 87.8 parts by mass of furfuryl alcohol, 10.0 parts by mass of bisphenol A, 2.0 parts by mass of resorcinol, and N-β (aminoethyl) γ-aminopropyl A furan-based binder which is a mixture with 0.2 parts by mass of methyldimethoxysilane.
・Organic binder (ii): 89.8 parts by mass of furfuryl alcohol, 10.0 parts by mass of resorcinol, and 0.2 parts by mass of N-β (aminoethyl)γ-aminopropylmethyldimethoxysilane A furan-based binder that is a mixture of

硬化剤として、以下に示すものを用いた。
・硬化剤(iii):キシレンスルホン酸55質量部と、硫酸10質量部と、水35質量部との混合物である硬化剤水溶液。
・硬化剤(iv):キシレンスルホン酸60質量部と、水40質量部との混合物である硬化剤水溶液。
As the curing agent, the one shown below was used.
Curing agent (iii): an aqueous curing agent solution which is a mixture of 55 parts by mass of xylenesulfonic acid, 10 parts by mass of sulfuric acid, and 35 parts by mass of water.
Curing agent (iv): an aqueous curing agent solution which is a mixture of 60 parts by mass of xylenesulfonic acid and 40 parts by mass of water.

コロイダルシリカとして、平均粒子径が9nmのシリカ粒子が水に分散した分散液(日産化学株式会社製、商品名「スノーテックスOS」、SiO固形分20質量%)を用いた。 As colloidal silica, a dispersion of silica particles with an average particle size of 9 nm dispersed in water (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., trade name “Snowtex OS”, SiO 2 solid content 20% by mass) was used.

水ガラスとして、以下に示すものを用いた。
・水ガラス(v):富士化学工業株式会社製の珪酸ナトリウム水溶液(モル比(SiO/NaO):2.1)に水を添加し、25℃での比重が1.242となるように調整した水溶液。
・水ガラス(vi):富士化学工業株式会社製の珪酸ナトリウム水溶液(モル比(SiO/NaO):2.3)に水を添加し、25℃での比重が1.214となるように調整した水溶液。
・水ガラス(vii):富士化学工業株式会社製の珪酸ナトリウム水溶液(モル比(SiO/NaO):2.5)に水を添加し、25℃での比重が1.210となるように調整した水溶液。
・水ガラス(viii):富士化学工業株式会社製の珪酸ナトリウム水溶液(モル比(SiO/NaO):2.7)に水を添加し、25℃での比重が1.206となるように調整した水溶液。
・水ガラス(ix):富士化学工業株式会社製の珪酸ナトリウム水溶液(モル比(SiO/NaO):3.2)に水を添加し、25℃での比重が1.174となるように調整した水溶液。
As the water glass, the one shown below was used.
Water glass (v): water is added to an aqueous sodium silicate solution (molar ratio (SiO 2 /Na 2 O): 2.1) manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., and the specific gravity at 25 ° C. becomes 1.242. Aqueous solution prepared as follows.
Water glass (vi): water is added to an aqueous sodium silicate solution (molar ratio (SiO 2 /Na 2 O): 2.3) manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., and the specific gravity at 25 ° C. becomes 1.214. Aqueous solution prepared as follows.
Water glass (vii): water is added to an aqueous sodium silicate solution (molar ratio (SiO 2 /Na 2 O): 2.5) manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., and the specific gravity at 25 ° C. becomes 1.210. Aqueous solution prepared as follows.
Water glass (viii): water is added to an aqueous sodium silicate solution (molar ratio (SiO 2 /Na 2 O): 2.7) manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., and the specific gravity at 25 ° C. becomes 1.206. Aqueous solution prepared as follows.
Water glass (ix): water is added to an aqueous sodium silicate solution (molar ratio (SiO 2 /Na 2 O): 3.2) manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., and the specific gravity at 25 ° C. becomes 1.174. Aqueous solution prepared as follows.

[算出方法]
<コロイダルシリカの含浸量の算出>
コロイダルシリカを含浸する直前の鋳型前駆体の質量(W)を測定した。コロイダルシリカを含浸させ、加熱処理した後の鋳型前駆体の質量(W)を測定した。下記式(1)よりコロイダルシリカの含浸量(S)を求めた。
コロイダルシリカの含浸量[質量%]=(W-W)/W×100 ・・・(1)
[Calculation method]
<Calculation of impregnation amount of colloidal silica>
The mass (W A ) of the template precursor just prior to impregnation with colloidal silica was measured. The mass (W B ) of the template precursor after being impregnated with colloidal silica and heat-treated was measured. The impregnation amount (S) of colloidal silica was obtained from the following formula (1).
Colloidal silica impregnation amount [% by mass] = (W B -W A )/W A ×100 (1)

<水ガラスの含浸量の算出>
水ガラスを含浸する前の直鋳型前駆体の質量(W)を測定した。水ガラスを含浸させ、加熱処理した後の鋳型前駆体の質量(W)を測定した。下記式(2)より水ガラスの含浸量(G)を求めた。
水ガラスの含浸量[質量%]=(W-W)/W×100 ・・・(2)
<Calculation of water glass impregnation amount>
The mass (W C ) of the direct mold precursor before impregnation with water glass was measured. The mass (W D ) of the template precursor after being impregnated with water glass and heat-treated was measured. The impregnation amount (G) of water glass was obtained from the following formula (2).
Water glass impregnation amount [mass%] = (W D −W C )/W C ×100 (2)

<コロイダルシリカ及び水ガラスの総含浸量の算出>
工程(α)と工程(β)との間、又は工程(β)と工程(α)の間で乾燥工程を行わずに鋳型を製造した場合は、以下のようにコロイダルシリカ及び水ガラスの総含浸量として算出した。
コロイダルシリカ及び水ガラスを含浸する直前の鋳型前駆体の質量(W)を測定した。コロイダルシリカ及び水ガラスの一方を含浸させた後、残りの一方を含浸させ、加熱処理した後の鋳型前駆体の質量(W)を測定した。下記式(3)よりコロイダルシリカの含浸量を求めた。
総含浸量[質量%]=(W-W)/W×100 ・・・(3)
<Calculation of total impregnation amount of colloidal silica and water glass>
If the mold is manufactured without a drying step between steps (α) and (β) or between steps (β) and (α), the total amount of colloidal silica and water glass is reduced as follows. It was calculated as an impregnation amount.
The mass (W E ) of the template precursor just prior to impregnation with colloidal silica and water glass was measured. After one of colloidal silica and water glass was impregnated, the remaining one was impregnated, and the mass (W F ) of the template precursor after heat treatment was measured. The impregnation amount of colloidal silica was obtained from the following formula (3).
Total impregnation amount [mass%] = ( WF - WE ) / WE x 100 (3)

<鋳型のモル比の算出>
鋳型(テストピース)のモル比(SiO/NaO)を下記式(4)より求めた。なお、下記式(4)中のMは下記式(5)より求め、下記式(4)中のMは下記式(6)より求めた。
SiO/NaO=M/M ・・・(4)
[mol]=(G/100)/(60.1×N+62.0) ・・・(5)
[mol]=(M×N)+{(S/100)/60.1} ・・・(6)
なお、式(5)及び式(6)中の「N」は鋳型前駆体に含浸させた水ガラスのモル比であり、「G」は水ガラスの含浸量であり、「S」はコロイダルシリカの含浸量である。
<Calculation of molar ratio of template>
The molar ratio (SiO 2 /Na 2 O) of the template (test piece) was obtained from the following formula (4). M1 in the following formula ( 4 ) was obtained from the following formula (5), and M2 in the following formula (4) was obtained from the following formula (6).
SiO2 / Na2O = M2 /M1 ( 4 )
M 1 [mol]=(G/100)/(60.1×N+62.0) (5)
M 2 [mol]=(M 1 ×N)+{(S/100)/60.1} (6)
In the formulas (5) and (6), "N" is the molar ratio of water glass impregnated in the mold precursor, "G" is the impregnation amount of water glass, and "S" is colloidal silica. is the impregnation amount.

[測定方法]
<曲げ強さの測定>
各実施例および比較例で得られたテストピースの曲げ強さをJACT試験法SM-1に記載の測定方法を用いて測定した。
[Measuring method]
<Measurement of bending strength>
The bending strength of the test piece obtained in each example and comparative example was measured using the measuring method described in JACT test method SM-1.

<ガス発生量の測定>
鋳型を1000℃の雰囲気下で5分間加熱処理し、鋳物を作製する際と同様の雰囲気に鋳型を曝した。加熱処理時におけるガス発生量をJACT試験法M-5「ガス発生量測定法」に従って測定した。
<Measurement of gas generation amount>
The mold was heat-treated in an atmosphere of 1000° C. for 5 minutes, exposing the mold to the same atmosphere as when producing castings. The amount of gas generated during the heat treatment was measured according to JACT test method M-5 "Method for measuring the amount of gas generated".

[実施例1]
<鋳型前駆体の製造>
耐火性粒状材料100質量部と硬化剤(iii)0.3質量部とをミキサーに投入し、1分間撹拌した。引き続き、有機粘結剤(i)1.5質量部を添加して、さらに1分間撹拌し、混合物(A1-1)を得た。
得られた混合物(A1-1)を、直ちに温度25℃、湿度50%の条件下、縦10mm、横60mm、高さ10mmの直方体の型が形成された鋳型前駆体作製用の木型に充填して硬化させ、硬化開始から3時間経過後に木型から、縦10mm、横60mm、高さ10mmの直方体状の鋳型前駆体を取り出し(抜型時間3時間)、温度25℃、湿度50%の条件下、硬化開始から24時間放置した。
[Example 1]
<Production of template precursor>
100 parts by mass of the refractory granular material and 0.3 parts by mass of the curing agent (iii) were put into a mixer and stirred for 1 minute. Subsequently, 1.5 parts by mass of the organic binder (i) was added, and the mixture was further stirred for 1 minute to obtain a mixture (A1-1).
The resulting mixture (A1-1) was immediately filled into a wooden mold for producing a mold precursor, which had a rectangular parallelepiped shape of 10 mm long, 60 mm wide and 10 mm high under conditions of a temperature of 25° C. and a humidity of 50%. After 3 hours from the start of curing, a rectangular parallelepiped mold precursor having a length of 10 mm, a width of 60 mm, and a height of 10 mm was removed (cutting time: 3 hours), temperature 25 ° C., humidity 50%. At the bottom, it was left for 24 hours from the start of curing.

<テストピースの製造>
放置後の鋳型前駆体にコロイダルシリカを室温(25℃)で60秒含浸させた後(工程(α))、120℃で1時間、加熱処理した(乾燥工程)。乾燥工程後の鋳型前駆体を室温(25℃)まで冷却し、水ガラス(v)を室温(25℃)で60秒含浸させた後(工程(β))、200℃で1時間、加熱処理した(硬化工程)。硬化工程後の鋳型前駆体を室温(25℃)まで冷却し、テストピース(硬化体)を得た。
なお、工程(α)はコロイダルシリカに鋳型前駆体を浸漬する方法により行い、工程(β)は水ガラスに鋳型前駆体を浸漬する方法により行った。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(硬化体)のモル比を算出した。結果を表1に示す。
得られたテストピース(硬化体)の曲げ強さ及びガス発生量を測定した。結果を表1に示す。
別途、テストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で5分間、加熱処理した。電気炉から取り出した直後のテストピースの曲げ強さを測定した。結果を表1に示す。
<Production of test piece>
The mold precursor after standing was impregnated with colloidal silica at room temperature (25° C.) for 60 seconds (step (α)), and then heat-treated at 120° C. for 1 hour (drying step). After the drying step, the template precursor is cooled to room temperature (25°C), impregnated with water glass (v) at room temperature (25°C) for 60 seconds (step (β)), and then heat-treated at 200°C for 1 hour. (curing step). After the curing step, the mold precursor was cooled to room temperature (25° C.) to obtain a test piece (cured body).
The step (α) was performed by immersing the template precursor in colloidal silica, and the step (β) was performed by immersing the template precursor in water glass.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (hardened body) as a mold were calculated. Table 1 shows the results.
The bending strength and gas generation rate of the obtained test piece (cured body) were measured. Table 1 shows the results.
Separately, the test piece (cured body) was heat-treated for 5 minutes in an electric furnace set at 800°C. The bending strength of the test piece immediately after being taken out from the electric furnace was measured. Table 1 shows the results.

[実施例2~5]
表1に示す種類の水ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造し、各種測定等を行った。結果を表1に示す。
[Examples 2 to 5]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 1, except that the types of water glass shown in Table 1 were used, and various measurements and the like were performed. Table 1 shows the results.

[比較例1]
実施例1と同様にして鋳型前駆体を製造した。
放置後の鋳型前駆体を120℃で1時間、加熱処理したものをテストピースとして用い、各種測定等を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
A template precursor was produced in the same manner as in Example 1.
The mold precursor after standing was heat-treated at 120° C. for 1 hour and used as a test piece for various measurements. Table 2 shows the results.

[比較例2]
工程(β)及び硬化工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてテストピースを製造し、各種測定等を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 2]
A test piece was produced in the same manner as in Example 1, except that the step (β) and the curing step were not performed, and various measurements and the like were performed. Table 2 shows the results.

[比較例3~7]
表1に示す種類の水ガラスを用い、かつ工程(α)及び乾燥工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてテストピースを製造し、各種測定等を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Examples 3 to 7]
A test piece was produced in the same manner as in Example 1, except that water glass of the type shown in Table 1 was used and the step (α) and the drying step were not performed, and various measurements and the like were performed. Table 2 shows the results.

Figure 2022152231000001
Figure 2022152231000001

Figure 2022152231000002
Figure 2022152231000002

表1の結果より、実施例1~5で得られたテストピース(硬化体)は、800℃の高温で加熱処理しても曲げ強さが高く、高温に曝されても耐えられる程度の耐熱性を有していた。また、800℃の高温で加熱処理しても形状の変化は認められなかった。
対して、表2の結果より、比較例1、2で得られたテストピースは、800℃の高温で加熱処理すると電気炉から取り出した際に崩壊したため、曲げ強さは測定できず、耐熱性に劣っていた。
比較例3~7で得られたテストピースは、800℃の高温で加熱処理すると電気炉から取り出した際に変形したため、曲げ強さは測定できず、耐熱性に劣っていた。
From the results in Table 1, the test pieces (cured bodies) obtained in Examples 1 to 5 have high bending strength even when heat-treated at a high temperature of 800 ° C., and are heat resistant enough to withstand exposure to high temperatures. had sex. Further, no change in shape was observed even after heat treatment at a high temperature of 800°C.
On the other hand, from the results in Table 2, the test pieces obtained in Comparative Examples 1 and 2 collapsed when taken out from the electric furnace when heat-treated at a high temperature of 800 ° C. Therefore, the bending strength could not be measured, and the heat resistance was inferior to
When the test pieces obtained in Comparative Examples 3 to 7 were heat-treated at a high temperature of 800° C., they were deformed when they were taken out from the electric furnace.

[実施例6~10]
表3に示す種類の水ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造した。
得られたテストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で1時間、加熱処理した(焼成工程)。電気炉内の温度が32℃になるまで放冷し、その間、焼成工程後の鋳型前駆体を電気炉内にて放置した後、電気炉内から取り出し、さらに室温(25℃)まで冷却し、テストピース(焼成体)を得た。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(焼成体)のモル比を算出した。結果を表3に示す。
得られたテストピース(焼成体)の曲げ強さ及びガス発生量を測定した。結果を表3に示す。
別途、テストピース(焼成体)を800℃に設定した電気炉内で5分間、加熱処理した。電気炉から取り出した直後のテストピースの曲げ強さを測定した。結果を表3に示す。
[Examples 6 to 10]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 1, except that the water glass of the type shown in Table 3 was used.
The obtained test piece (cured body) was heat-treated for 1 hour in an electric furnace set at 800° C. (baking step). Allow to cool until the temperature in the electric furnace reaches 32° C. In the meantime, leave the mold precursor after the firing step in the electric furnace, remove it from the electric furnace, further cool it to room temperature (25° C.), A test piece (fired body) was obtained.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (fired body) as a mold were calculated. Table 3 shows the results.
The bending strength and gas generation rate of the obtained test piece (fired body) were measured. Table 3 shows the results.
Separately, the test piece (fired body) was heat-treated for 5 minutes in an electric furnace set at 800°C. The bending strength of the test piece immediately after being taken out from the electric furnace was measured. Table 3 shows the results.

[比較例8]
表3に示す種類の水ガラスを用い、かつ工程(α)及び乾燥工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造した。
得られたテストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で1時間、加熱処理した(焼成工程)。電気炉内の温度が32℃になるまで放冷し、その間、焼成工程後の鋳型前駆体を電気炉内にて放置した後、電気炉内から取り出し、さらに室温(25℃)まで冷却し、テストピース(焼成体)を得た。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(焼成体)のモル比を算出した。結果を表3に示す。
得られたテストピース(焼成体)の曲げ強さ及びガス発生量を測定した。結果を表3に示す。
別途、テストピース(焼成体)を800℃に設定した電気炉内で5分間、加熱処理した。電気炉から取り出した直後のテストピースの曲げ強さを測定した。結果を表3に示す。
[Comparative Example 8]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 1, except that water glass of the type shown in Table 3 was used and the step (α) and the drying step were not performed.
The obtained test piece (cured body) was heat-treated for 1 hour in an electric furnace set at 800° C. (baking step). Allow to cool until the temperature in the electric furnace reaches 32° C. In the meantime, leave the mold precursor after the firing step in the electric furnace, remove it from the electric furnace, further cool it to room temperature (25° C.), A test piece (fired body) was obtained.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (fired body) as a mold were calculated. Table 3 shows the results.
The bending strength and gas generation rate of the obtained test piece (fired body) were measured. Table 3 shows the results.
Separately, the test piece (fired body) was heat-treated for 5 minutes in an electric furnace set at 800°C. The bending strength of the test piece immediately after being taken out from the electric furnace was measured. Table 3 shows the results.

Figure 2022152231000003
Figure 2022152231000003

表3の結果より、実施例6~10で得られたテストピース(焼成体)は、800℃の高温で加熱処理しても曲げ強さが高く、高温に曝されても耐えられる程度の耐熱性を有していた。また、800℃の高温で加熱処理しても形状の変化は認められなかった。加えて、実施例6~10で得られたテストピース(焼成体)は、ガスの発生量も少なかった。
対して、比較例8で得られたテストピースは、800℃の高温で加熱処理した後の曲げ強さが実施例6~10で得られたテストピースに比べて低く、耐熱性に劣っていた。
From the results in Table 3, the test pieces (fired bodies) obtained in Examples 6 to 10 have high bending strength even when heat-treated at a high temperature of 800 ° C., and are heat resistant enough to withstand exposure to high temperatures. had sex. Further, no change in shape was observed even after heat treatment at a high temperature of 800°C. In addition, the test pieces (fired bodies) obtained in Examples 6 to 10 generated less gas.
On the other hand, the test piece obtained in Comparative Example 8 had a lower bending strength after heat treatment at a high temperature of 800° C. than the test pieces obtained in Examples 6 to 10, and was inferior in heat resistance. .

[実施例11]
表4に示す種類の水ガラスを用いた以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造し、各種測定等を行った。結果を表4に示す。
[Example 11]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 1, except that the water glass of the type shown in Table 4 was used, and various measurements and the like were performed. Table 4 shows the results.

[実施例12]
表4に示す種類の水ガラスを用い、かつ工程(α)と工程(β)の順序を入れ替えた以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造し、各種測定等を行った。結果を表4に示す。
[Example 12]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 1, except that water glass of the type shown in Table 4 was used, and the order of step (α) and step (β) was changed, and various measurements were performed. gone. Table 4 shows the results.

[実施例13]
表4に示す種類の水ガラスを用い、かつ工程(α)と工程(β)の間の乾燥工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造し、各種測定等を行った。結果を表4に示す。
[Example 13]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 1, except that the type of water glass shown in Table 4 was used and the drying step between the steps (α) and (β) was not performed. Various measurements were performed. Table 4 shows the results.

[実施例14]
表4に示す種類の水ガラスを用い、かつ工程(α)と工程(β)の順序を入れ替え、さらに工程(β)と工程(α)の間の乾燥工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてテストピース(硬化体)を製造し、各種測定等を行った。結果を表4に示す。
[Example 14]
Example except that water glass of the type shown in Table 4 was used, the order of step (α) and step (β) was reversed, and the drying step between step (β) and step (α) was not performed. A test piece (cured body) was produced in the same manner as in 1, and various measurements and the like were performed. Table 4 shows the results.

Figure 2022152231000004
Figure 2022152231000004

表4の結果より、実施例11~14で得られたテストピース(硬化体)は、800℃の高温で加熱処理しても曲げ強さが高く、高温に曝されても耐えられる程度の耐熱性を有していた。
特に、実施例11、13で得られたテストピース(硬化体)は、800℃の高温で加熱処理しても形状の変化は認められなかった。
なお、実施例12、14で得られたテストピース(硬化体)は、800℃の高温で加熱処理すると形状の変化が若干、認められたが、実用上、問題のない程度であった。
また、実施例13で得られたテストピース(硬化体)は、表面に析出物が若干、認められたが、実用上、問題のない程度であった。
From the results in Table 4, the test pieces (cured bodies) obtained in Examples 11 to 14 have high bending strength even when heat-treated at a high temperature of 800 ° C., and are heat resistant enough to withstand exposure to high temperatures. had sex.
In particular, the test pieces (cured bodies) obtained in Examples 11 and 13 did not change in shape even after being heat-treated at a high temperature of 800°C.
The test pieces (cured bodies) obtained in Examples 12 and 14 slightly changed in shape when heat-treated at a high temperature of 800° C., but this was of no practical problem.
In addition, the test piece (hardened body) obtained in Example 13 had some precipitates on the surface, but it was practically acceptable.

[実施例15]
<鋳型前駆体の製造>
耐火性粒状材料100質量部を120℃に加熱した。次いで、加熱した耐火性粒状材料に硬化剤(iv)を0.5質量部添加し、3分間撹拌して混合物(B-1)を得た。
印刷造形法を用いた三次元積層造形装置(シーメット株式会社製の製品名「砂型積層造形装置 SCM-800」)を用い、リコータを有するブレード機構により混合物(B-1)を三次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層した(工程(a))。このとき、リコータのシャッター開口度を49.5°に設定した。
次いで、積層した混合物(B-1)の上に、鋳型前駆体の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、一層分の混合物(B-1)中の耐火性粒状材料100質量部に対して2.0質量部となる吐出量で有機粘結剤(ii)を印刷した(工程(b))。有機粘結剤(ii)を印刷した後、金属ケースの底面(造形テーブル)を一層分(280μm)降下させ、先と同様にして混合物(B-1)を積層し(工程(a))、その上に一層分の混合物(B-1)中の耐火性粒状材料100質量部に対して2.0質量部となる吐出量で有機粘結剤(ii)を印刷した(工程(b))。これら工程(a)と工程(b)を繰り返し行った後、有機粘結剤(ii)の非印刷部分の混合物(B-1)をブラシで除去し、縦10mm、横60mm、高さ10mmの直方体状の鋳型前駆体を得た。
[Example 15]
<Production of template precursor>
100 parts by weight of the refractory particulate material was heated to 120°C. Next, 0.5 part by mass of the curing agent (iv) was added to the heated refractory granular material and stirred for 3 minutes to obtain a mixture (B-1).
Using a three-dimensional additive manufacturing apparatus using a printing method (product name "sand mold additive manufacturing apparatus SCM-800" manufactured by CMET Co., Ltd.), the mixture (B-1) is processed by a blade mechanism having a recoater. (step (a)). At this time, the shutter aperture of the recoater was set to 49.5°.
Next, on the layered mixture (B-1), the print nozzle head is scanned based on the data obtained by 3D CAD designing the shape of the template precursor, and the mixture (B-1) for one layer is scanned. The organic binder (ii) was printed at a discharge amount of 2.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the refractory granular material (step (b)). After printing the organic binder (ii), the bottom of the metal case (modeling table) is lowered by one layer (280 μm), and the mixture (B-1) is laminated in the same manner as above (step (a)), The organic binder (ii) was printed thereon at a discharge amount of 2.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the refractory granular material in the mixture (B-1) for one layer (step (b)). . After repeating these steps (a) and (b), the mixture (B-1) of the non-printed portion of the organic binder (ii) was removed with a brush, and a 10 mm long, 60 mm wide and 10 mm high A rectangular parallelepiped template precursor was obtained.

<テストピースの製造>
鋳型前駆体にコロイダルシリカを室温(25℃)で60秒含浸させた後(工程(α))、120℃で1時間、加熱処理した(乾燥工程)。乾燥工程後の鋳型前駆体を室温(25℃)まで冷却し、水ガラス(v)を室温(25℃)で60秒含浸させた後(工程(β))、200℃で1時間、加熱処理した(硬化工程)。硬化工程後の鋳型前駆体を室温(25℃)まで冷却し、テストピース(硬化体)を得た。
なお、工程(α)はコロイダルシリカに鋳型前駆体を浸漬する方法により行い、工程(β)は水ガラスに鋳型前駆体を浸漬する方法により行った。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(硬化体)のモル比を算出した。結果を表5に示す。
得られたテストピース(硬化体)の曲げ強さ及びガス発生量を測定した。結果を表5に示す。
別途、テストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で5分間、加熱処理した。電気炉から取り出した直後のテストピースの曲げ強さを測定した。結果を表5に示す。
<Production of test piece>
After the mold precursor was impregnated with colloidal silica at room temperature (25° C.) for 60 seconds (step (α)), it was heat-treated at 120° C. for 1 hour (drying step). After the drying step, the template precursor is cooled to room temperature (25°C), impregnated with water glass (v) at room temperature (25°C) for 60 seconds (step (β)), and then heat-treated at 200°C for 1 hour. (curing step). After the curing step, the mold precursor was cooled to room temperature (25° C.) to obtain a test piece (cured body).
The step (α) was performed by immersing the template precursor in colloidal silica, and the step (β) was performed by immersing the template precursor in water glass.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (hardened body) as a mold were calculated. Table 5 shows the results.
The bending strength and gas generation rate of the obtained test piece (cured body) were measured. Table 5 shows the results.
Separately, the test piece (cured body) was heat-treated for 5 minutes in an electric furnace set at 800°C. The bending strength of the test piece immediately after being taken out from the electric furnace was measured. Table 5 shows the results.

[実施例16]
実施例15と同様にしてテストピース(硬化体)を製造した。
得られたテストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で1時間、加熱処理した(焼成工程)。電気炉内の温度が32℃になるまで放冷し、その間、焼成工程後の鋳型前駆体を電気炉内にて放置した後、電気炉内から取り出し、さらに室温(25℃)まで冷却し、テストピース(焼成体)を得た。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(焼成体)のモル比を算出した。結果を表5に示す。
得られたテストピース(焼成体)の曲げ強さ及びガス発生量を測定した。結果を表5に示す。
別途、テストピース(焼成体)を800℃に設定した電気炉内で5分間、加熱処理した。電気炉から取り出した直後のテストピースの曲げ強さを測定した。結果を表5に示す。
[Example 16]
A test piece (cured body) was produced in the same manner as in Example 15.
The obtained test piece (cured body) was heat-treated for 1 hour in an electric furnace set at 800° C. (baking step). Allow to cool until the temperature in the electric furnace reaches 32° C. In the meantime, leave the mold precursor after the firing step in the electric furnace, remove it from the electric furnace, further cool it to room temperature (25° C.), A test piece (fired body) was obtained.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (fired body) as a mold were calculated. Table 5 shows the results.
The bending strength and gas generation rate of the obtained test piece (fired body) were measured. Table 5 shows the results.
Separately, the test piece (fired body) was heat-treated for 5 minutes in an electric furnace set at 800°C. The bending strength of the test piece immediately after being taken out from the electric furnace was measured. Table 5 shows the results.

[比較例9]
実施例15と同様にして鋳型前駆体を製造した。
鋳型前駆体を120℃で1時間、加熱処理したものをテストピースとして用い、各種測定等を行った。結果を表5に示す。
[Comparative Example 9]
A template precursor was produced in the same manner as in Example 15.
A mold precursor was heat-treated at 120° C. for 1 hour and used as a test piece for various measurements. Table 5 shows the results.

[比較例10]
工程(α)及び乾燥工程を行わなかった以外は、実施例15と同様にしてテストピースを製造し、各種測定等を行った。結果を表5に示す。
[Comparative Example 10]
A test piece was produced in the same manner as in Example 15, except that the step (α) and the drying step were not performed, and various measurements and the like were performed. Table 5 shows the results.

Figure 2022152231000005
Figure 2022152231000005

表5の結果より、実施例15で得られたテストピース(硬化体)、及び実施例16で得られたテストピース(焼成体)は、800℃の高温で加熱処理しても曲げ強さが高く、高温に曝されても耐えられる程度の耐熱性を有していた。また、800℃の高温で加熱処理しても形状の変化は認められなかった。特に、実施例16で得られたテストピース(焼成体)は、ガスの発生量も少なかった。
対して、比較例9で得られたテストピースは、800℃の高温で加熱処理すると電気炉から取り出した際に崩壊したため、曲げ強さは測定できず、耐熱性に劣っていた。
比較例10で得られたテストピースは、800℃の高温で加熱処理すると電気炉から取り出した際に変形したため、曲げ強さは測定できず、耐熱性に劣っていた。
From the results in Table 5, the test piece (cured body) obtained in Example 15 and the test piece (fired body) obtained in Example 16 had bending strength even after heat treatment at a high temperature of 800 ° C. It had high heat resistance to the extent that it could withstand exposure to high temperatures. Further, no change in shape was observed even after heat treatment at a high temperature of 800°C. In particular, the test piece (fired body) obtained in Example 16 produced a small amount of gas.
On the other hand, the test piece obtained in Comparative Example 9, when heat-treated at a high temperature of 800° C., collapsed when it was taken out from the electric furnace.
When the test piece obtained in Comparative Example 10 was heat-treated at a high temperature of 800° C., it was deformed when it was taken out from the electric furnace.

[実施例17]
鋳型前駆体の形状が図1に示す形状となるように3DCAD設計した以外は、実施例15と同様にして鋳型前駆体を製造した。
得られた鋳型前駆体を用い、乾燥工程における乾燥時間を3.5時間に変更し、硬化工程における硬化時間を2.5時間に変更した以外は実施例15と同様にしてテストピース(硬化体)を製造した。
得られたテストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で1時間、加熱処理した(焼成工程)。電気炉内の温度が32℃になるまで放冷し、その間、焼成工程後の鋳型前駆体を電気炉内にて放置した後、電気炉内から取り出し、さらに室温(25℃)まで冷却し、テストピース(焼成体)を得た。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(焼成体)のモル比を算出した。結果を表6に示す。
また、得られたテストピース(焼成体)の写真を図2に示す。図2中の距離R2を測定したところ、18.39mmであった。図1中の距離R1(20mm)と、図2中の距離R2(18.39mm)との差(R1-R2)は1.61mmであり、これを変形量とした。
[Example 17]
A template precursor was produced in the same manner as in Example 15, except that the shape of the template precursor was 3D CAD designed to have the shape shown in FIG.
Using the obtained mold precursor, the test piece (cured body ) was manufactured.
The obtained test piece (cured body) was heat-treated for 1 hour in an electric furnace set at 800° C. (baking step). Allow to cool until the temperature in the electric furnace reaches 32° C. In the meantime, leave the mold precursor after the firing step in the electric furnace, remove it from the electric furnace, further cool it to room temperature (25° C.), A test piece (fired body) was obtained.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (fired body) as a mold were calculated. Table 6 shows the results.
A photograph of the obtained test piece (fired body) is shown in FIG. When the distance R2 in FIG. 2 was measured, it was 18.39 mm. The difference (R1-R2) between the distance R1 (20 mm) in FIG. 1 and the distance R2 (18.39 mm) in FIG.

[比較例11]
鋳型前駆体の形状が図1に示す形状となるように3DCAD設計した以外は、実施例15と同様にして鋳型前駆体を製造した。
得られた鋳型前駆体を用い、硬化工程における硬化時間を2.5時間に変更し、かつ工程(α)及び乾燥工程を行わなかった以外は実施例15と同様にしてテストピース(硬化体)を製造した。
得られたテストピース(硬化体)を800℃に設定した電気炉内で1時間、加熱処理した(焼成工程)。電気炉内の温度が32℃になるまで放冷し、その間、焼成工程後の鋳型前駆体を電気炉内にて放置した後、電気炉内から取り出し、さらに室温(25℃)まで冷却し、テストピース(焼成体)を得た。
コロイダルシリカ及び水ガラスの含浸量と、鋳型としてテストピース(焼成体)のモル比を算出した。結果を表6に示す。
また、得られたテストピース(焼成体)の写真を図3に示す。
[Comparative Example 11]
A template precursor was produced in the same manner as in Example 15, except that the shape of the template precursor was 3D CAD designed to have the shape shown in FIG.
Test piece (cured body) in the same manner as in Example 15 except that the obtained mold precursor was used, the curing time in the curing step was changed to 2.5 hours, and the step (α) and the drying step were not performed. manufactured.
The obtained test piece (cured body) was heat-treated for 1 hour in an electric furnace set at 800° C. (baking step). Allow to cool until the temperature in the electric furnace reaches 32° C. In the meantime, leave the mold precursor after the firing step in the electric furnace, remove it from the electric furnace, further cool it to room temperature (25° C.), A test piece (fired body) was obtained.
The impregnated amounts of colloidal silica and water glass and the molar ratio of a test piece (fired body) as a mold were calculated. Table 6 shows the results.
A photograph of the obtained test piece (fired body) is shown in FIG.

Figure 2022152231000006
Figure 2022152231000006

図2に示すように、実施例17で得られたテストピース(硬化体)は、複雑な形状でありながら、800℃の高温で加熱処理しても、最も変形した箇所における変形量は1.61mmであり、変形しにくかった。
対して、図3に示すように、比較例11で得られたテストピース(硬化体)は、800℃の高温で加熱処理すると、その形状が大きく変形し、耐熱性に劣っていた。
As shown in FIG. 2, although the test piece (cured body) obtained in Example 17 had a complicated shape, even when it was heat-treated at a high temperature of 800.degree. It was 61 mm and was difficult to deform.
On the other hand, as shown in FIG. 3, the test piece (cured body) obtained in Comparative Example 11 was greatly deformed when heat-treated at a high temperature of 800° C., and was inferior in heat resistance.

Claims (3)

耐火性粒状材料と、有機粘結剤とを含む混合物の硬化物である鋳型前駆体に、コロイダルシリカ及び水ガラスを別々に含浸させる含浸工程と、
前記鋳型前駆体に含浸させた前記水ガラスを硬化させる硬化工程と、
を含む、鋳型の製造方法。
an impregnation step of separately impregnating colloidal silica and water glass into a template precursor, which is a cured mixture of a refractory granular material and an organic binder;
a curing step of curing the water glass impregnated in the mold precursor;
A method of manufacturing a mold, comprising:
前記硬化工程の後に焼成工程をさらに含む、請求項1に記載の鋳型の製造方法。 The mold manufacturing method according to claim 1, further comprising a baking step after the curing step. 前記鋳型前駆体を三次元積層造形により製造する、請求項1又は2に記載の鋳型の製造方法。 The mold manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the mold precursor is manufactured by three-dimensional layered manufacturing.
JP2021054923A 2021-03-29 2021-03-29 Mold production method Pending JP2022152231A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021054923A JP2022152231A (en) 2021-03-29 2021-03-29 Mold production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021054923A JP2022152231A (en) 2021-03-29 2021-03-29 Mold production method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022152231A true JP2022152231A (en) 2022-10-12

Family

ID=83556514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021054923A Pending JP2022152231A (en) 2021-03-29 2021-03-29 Mold production method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022152231A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3040136B1 (en) Molding method for laminated mold
JP6470542B2 (en) Molding method of laminated mold
JP7122977B2 (en) Mold material composition and mold manufacturing method using the same
JP6193884B2 (en) Coated sand, method for producing the same, and method for producing a mold
CN110719838B (en) Method for producing three-dimensional layered mold body
US8919421B2 (en) Catalysts comprising methane sulfonic acid for the acid hardening method
CN109982786B (en) Precoated sand, method for producing same, and method for producing mold using same
WO2016143050A1 (en) Organic binder, granular material, device for producing three-dimensional-laminate moudling mould, and method for producing three-dimensional-laminate moulding mould
JP6289648B1 (en) Granular material, method for producing granular material, and method for producing three-dimensional additive manufacturing mold
JP2015193035A (en) Method of manufacturing three-dimensional laminated formed object
JP7222676B2 (en) Coated sand, its manufacturing method, and casting mold manufacturing method
Mhamane et al. Analysis of chemically bonded sand used for molding in foundry
US9067259B2 (en) Method for producing a body made from a granular mixture
JP7175822B2 (en) Sand composition, method for producing same, and method for producing mold
JP2022152231A (en) Mold production method
JP6868333B2 (en) Sand mold manufacturing method and sand mold
JP7121580B2 (en) Mold manufacturing method
JP7291570B2 (en) Binder composition kit, hardener composition, sand composition and method for producing mold
JP6104088B2 (en) Manufacturing method of resin coated sand
JP7266394B2 (en) Binder composition, sand composition and mold manufacturing method
JP6121121B2 (en) Mold manufacturing method
JP7527939B2 (en) Resin-coated sand with excellent mold disintegration properties
JP2017100163A (en) Molding sand
JP7341609B2 (en) Molding composition for suppressing phenol odor
CN115461171A (en) Method for manufacturing casting mold

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240913