JP3145548B2 - シェルモールド用鋳型材料 - Google Patents

シェルモールド用鋳型材料

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JP3145548B2 JP27581193A JP27581193A JP3145548B2 JP 3145548 B2 JP3145548 B2 JP 3145548B2 JP 27581193 A JP27581193 A JP 27581193A JP 27581193 A JP27581193 A JP 27581193A JP 3145548 B2 JP3145548 B2 JP 3145548B2
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文幸 小川
貴之 尾田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鋳造用の主型及び中子
(以下、単に鋳型という)の製造に用いられる改良され
たシェルモールド用鋳型材料、さらに詳しくは、熱硬化
性フェノール樹脂の熱分解に伴うヤニやススなどの熱分
解生成物の発生量が少ない鋳型の製造に有用なシェルモ
ールド用鋳型材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、鋳型の製造に用いられるシェルモ
ールド用鋳型材料としては、熱硬化性フェノール樹脂と
この樹脂の溶融点以上の温度に予熱された耐火性粒子と
を適当な混練機中で混練して、耐火性粒子の表面に熱硬
化性フェノール樹脂の薄層を形成したレジンコーテッド
サンドが主に使用されている。
【0003】ところで、近年、シェルモールド鋳造法に
より製造されている自動車用鋳鉄鋳物は、自動車の高性
能化及び軽量化に応じて薄肉化の傾向にあるため、従来
観察されなかった樹脂の熱分解生成物に起因するスス欠
陥などの鋳造欠陥の発生が問題になってきている。この
ような問題に対し、ベンガラに代表される酸化鉄を含む
鋳型の使用が試みられているが、まだ十分なものとはい
えない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、実用上支障のない鋳型強度を有し、しか
も熱硬化性フェノール樹脂の熱分解に伴うヤニやススな
どの熱分解生成物の発生量が少ない鋳型を製造するため
のシェルモールド用鋳型材料を提供することを目的とし
てなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ヤニやス
スの発生が少ないシェルモールド用鋳型材料を開発すべ
く鋭意研究を重ねた結果、特定の第二銅化合物、又はこ
の第二銅化合物と酸化鉄との混合物を用いると、熱硬化
性フェノール樹脂の熱分解に伴って生じる熱分解生成物
の低減に極めて有効であることを見出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、(A)耐火性粒子、
(B)熱硬化性フェノール樹脂、及び(C)二価の銅の
酸化物、水酸化物及び硝酸塩の中から選ばれた少なくと
も1種の第二銅化合物を含有し、かつ(C)成分の含有
量が、(A)成分100重量部に対して0.2〜2重量
部であることを特徴とするシェルモールド用鋳型材料、
並びに前記(A)成分、(B)成分、及び(C′)
(イ)前記第二銅化合物と(ロ)酸化第二鉄との混合物
を含有し、かつ(C′)成分の含有量が(A)成分10
0重量部に対して0.2〜2重量部であって、(C′)
成分中の第二銅化合物の含有量が10重量%以上である
ことを特徴とするシェルモールド用鋳型材料を提供する
ものである。
【0007】本発明の鋳型材料において、(A)成分と
して用いられる耐火性粒子は、鋳造に耐えることのでき
る耐火性と鋳型に適した適宜の粒径、例えば0.05〜
1mm程度の粒径を有する粒子であって、このようなも
のとしては、例えばケイ砂をはじめ、オリビンサンド、
ジルコンサンド、クロマトサンド、アルミナサンドなど
の特殊砂、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系ス
ラグ、転炉スラグなどのスラグ系粒子、ナイガイセラビ
ーズなどの多孔質粒子及びこれらの再生粒子などが挙げ
られるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
これらの耐火性粒子はそれぞれ単独で用いてもよいし、
2種以上を混合して用いてもよい。
【0008】また、本発明の鋳型材料において、(B)
成分として用いられる熱硬化性フェノール樹脂は、硬化
剤の存在下又は不存在下で加熱により熱硬化するととも
に、耐火性粒子の結合剤として作用するものであって、
このようなものとしては、例えば、それ自体は熱硬化性
でないが、硬化剤として、例えばヘキサメチレンテトラ
ミンや後記の自硬化性フェノール樹脂を併用して熱硬化
性が付与されたノボラック型フェノール樹脂、又はアン
モニアレゾール型、ベンジリックエーテル型及びレゾー
ル型を典型とする自硬化性フェノール樹脂などが挙げら
れる。
【0009】本発明の鋳型材料においては、前記(B)
成分の熱硬化性フェノール樹脂は単独で用いてもよい
し、2種以上を組み合わせて用いてもよい。またその配
合量は特に制限されないが、一般的には(A)成分の耐
火性粒子100重量部に対して0.1〜10重量部、好
ましくは0.1〜5重量部の範囲で選ばれる。
【0010】さらに、本発明の鋳型材料において、
(C)成分として用いられる第二銅化合物は、前記
(B)成分の熱硬化性フェノール樹脂の熱分解に伴って
発生するヤニやススなどの熱分解生成物を低減させる作
用を有するもので、二価の銅の酸化物、水酸化物及び硝
酸塩の中から選ばれた少なくとも1種が用いられる。
【0011】この第二銅化合物としては、例えば酸化第
二銅、水酸化第二銅、硝酸第二銅などが挙げられる。中
でも、鋳型強度、経済性及び熱分解生成物低減効果の点
から、酸化第二銅が好ましい。
【0012】本発明の鋳型材料においては、前記(C)
成分の第二銅化合物は単独で用いてもよいし、2種以上
を組み合わせて用いてもよい。またその配合量は、
(A)成分の耐火性粒子100重量部に対して0.2〜
2重量部、好ましくは0.3〜1.5重量部、より好ま
しくは0.3〜1.0重量部の範囲で選ばれる。この量
が0.2重量部未満では熱分解生成物の低減効果が十分
に発揮されないし、2重量部を超えるとその量の割には
熱分解生成物の低減効果の向上がみられず、むしろ経済
的に不利となる。
【0013】本発明の鋳型材料においては、前記第二銅
化合物の配合量を減少させて、経済的に有利にするため
に、前記(C)成分の代わりに、(C′)成分として
(イ)この第二銅化合物と(ロ)酸化第二鉄との混合物
を用いてもよい。この酸化第二鉄としては、酸化第二鉄
以外に四三酸化鉄も用いられる。酸化第二鉄と第二銅化
合物との組合せについては、酸化第二鉄と酸化第二銅と
の組合せが好適である。
【0014】本発明の鋳型材料においては、(C′)成
分、すなわち第二銅化合物と酸化第二鉄との混合物の含
有量は、(A)成分の耐火性粒子100重量部に対して
0.2〜2重量部、好ましくは0.3〜1.5重量部、
より好ましくは0.3〜1.0重量部の範囲で選ばれ
る。この量が0.2重量部未満では熱分解生成物の低減
効果が十分に発揮されないし、2重量部を超えるとその
量の割には熱分解生成物の低減効果の向上がみられず、
むしろ経済的に不利となる。
【0015】またこの第二銅化合物と酸化第二鉄との混
合物中における第二銅化合物の含有量は、10重量%以
上、好ましくは20〜80重量%の範囲で選ばれる。こ
の含有量が10重量%未満では熱分解生成物の低減効果
が十分に発揮されない。前記範囲であれば、第二銅化合
物を単独で用いる場合と遜色のない効果を示し、かつ経
済的に有利となり、実用上極めて好ましい。
【0016】本発明の鋳型材料には、前記(A)成分、
(B)成分及び(C)成分又は(C′)成分以外に、所
望に応じ、従来シェルモールド用鋳型材料に一般的に用
いられている添加成分、例えばN‐β(アミノエチル)
γ‐アミノプロピルトリメトキシシラン、γ‐アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、γ‐アミノプロピルエチル
ジエトキシシランなどのアミノシラン、γ‐グリシドキ
シプロピルトリメトキシシラン、β‐(3,4‐エポキ
シシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどのエ
ポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリ
ス(β‐メトキシ)シラン、ビニルトリス(β‐メトキ
シエトキシ)シランなどのビニルシランなどのシランカ
ップリング剤や、脂肪族アマイド、ステアリン酸カルシ
ウム、カルナバワックスなどの離型剤、さらには消臭剤
などを配合することができる。
【0017】本発明のシェルモールド用鋳型材料は、当
該技術分野で一般的に採用されている被覆方法、例え
ば、ホットマーリング法、セミホットマーリング法、コ
ールドマーリング法などによって製造することができ
る。
【0018】
【発明の効果】本発明のシェルモールド用鋳型材料によ
れば、実用上支障のない鋳型強度を有し、かつ熱分解生
成物の発生量を従来技術より大幅に低減することができ
る。そのため、ススやヤニの発生による鋳造欠陥に基づ
く鋳物の生産効率の低下を解消するのみならず、鋳物製
品の薄肉化を可能にすることができる。
【0019】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。
【0020】なお、シェルモールド用鋳型材料の曲げ強
度及び熱分解生成物の発生量を次に示す方法に従って測
定した。 (1)曲げ強度 JIS K6910に準じて測定した。 (2)熱分解生成物の発生量 まずガラス試験管(内径16mm×長さ180mm)内
にシェルモールド用鋳型材料25gを入れ、次に試験管
の入り口内面にあらかじめ秤量したアルミ箔(縦70m
m×幅50mm)を装着し、最後にガラス管(内径6m
m×長さ180mm)を備えたシリコンゴムを付して熱
分解生成物の発生量測定器を作製した。次いで、600
℃に保持された管状炉内に前記測定器を設置して7分間
曝熱したのち取出し、常温まで放置冷却し、該測定器か
らアルミ箔を取出し、その重量を測定した。そして、熱
分解生成物の発生量(ppm/耐火性粒子)は、下記の
計算式により算出した。
【0021】
【数1】
【0022】実施例1〜4 遠州鉄工製ワールミキサー内に、あらかじめ140〜1
60℃に加熱したケイ砂4kgとアミノシランを含むノ
ボラック型フェノール樹脂120g及び表1に示す第二
銅化合物又は第二銅化合物と酸化第二鉄との混合物20
gを仕込み、60秒間混練したのち、硬化剤としてヘキ
サメチレンテトラミン18gを含む水溶液60gを添加
し、ブロワーで送風しながら砂の塊が崩れるまで混練
し、次いでステアリン酸カルシウム4gを添加してシェ
ルモールド用鋳型材料を得た。
【0023】この鋳型材料について、曲げ強度と熱分解
生成物の発生量を測定した。その結果を表1に示す。
【0024】比較例1〜6 実施例1において、酸化第二銅20g(耐火性粒子に対
して0.5重量%)の代わりに、表2に示す種類と量の
(C)又は(C′)成分を用いた以外は、実施例1と同
様にしてシェルモールド用鋳型材料を調製した[ただ
し、比較例1は(C)又は(C′)成分を使用していな
い]。
【0025】この鋳型材料について、曲げ強度と熱分解
生成物の発生量を測定した。その結果を表1及び表2に
示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】上記表より明らかなように、(1)本発明
のシェルモールド用鋳型材料は、実用上支障のない鋳型
の強度を有し、しかも(C)又は(C′)成分を用いな
い従来材料(比較例1)よりも熱分解生成物の発生量は
減少する、(2)酸化第二鉄単独(比較例2)では、熱
分解生成物の発生量低減にあまり効果がないが、第二銅
化合物との併用(実施例4)により、熱分解生成物の発
生量は極めて低減できる、(3)(C)成分の使用量と
しては、比較例3の結果から、0.2重量%未満では熱
分解生成物の低減効果がほとんどない、(4)第二銅化
合物と酸化第二鉄との混合物中の第二銅化合物の含有量
が10重量%未満では、比較例4の結果から、熱分解生
成物の低減効果が酸化第二鉄単独の場合と変わらない、
(5)第二銅化合物以外の金属化合物でも熱分解生成物
の低減効果はあるが、不十分である(比較例5、6)、
ことが確認された。
【0029】実施例5、6 実施例1に準じて調製したシェルモールド用鋳型材料を
用いて、試験用ベンチレートディスクブレーキ中子を作
製し、これを生型砂で作製した主型内にセットしたの
ち、1400℃の溶融鋳鉄を注湯し、室温まで放置冷却
して従来より薄肉の鋳物(ベンチレートディスクブレー
キ)を得た。次いで、該鋳物のスス欠陥などの鋳造欠陥
の存否を調査するために、カラーチェック試験を行って
赤色斑点の数を目視で確認した(実施例5)。また、同
様の鋳造試験を実施例4に準じて調製したシェルモール
ド用鋳型材料を用いて実施した(実施例6)。それらの
結果を表3に示す。
【0030】比較例7 実施例5に記載のシェルモールド用鋳型材料に代えて比
較例1に準じて調製したシェルモールド用鋳型材料を用
いた以外は、実施例5と同様にして、比較対照用の薄肉
鋳物を作製し、該鋳物のスス欠陥などの鋳造欠陥の存否
について調査を行った。その結果を表3に示す。
【0031】
【表3】
【0032】表3より明らかなように、本発明のシェル
モールド用鋳型材料は、薄肉鋳物におけるスス欠陥など
の鋳造欠陥を解消できることが確認された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷部 秀和 愛知県丹羽郡扶桑町大字南山名字新津26 番地の4 旭有機材工業株式会社 愛知 工場内 (56)参考文献 特開 昭52−131926(JP,A) 特開 平6−122042(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22C 1/00 - 1/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)耐火性粒子、(B)熱硬化性フェ
    ノール樹脂、及び(C)二価の銅の酸化物、水酸化物及
    び硝酸塩の中から選ばれた少なくとも1種の第二銅化合
    物を含有し、かつ(C)成分の含有量が、(A)成分1
    00重量部に対して0.2〜2重量部であることを特徴
    とするシェルモールド用鋳型材料。
  2. 【請求項2】 (A)耐火性粒子、(B)熱硬化性フェ
    ノール樹脂、及び(C′)(イ)二価の銅の酸化物、水
    酸化物及び硝酸塩の中から選ばれた少なくとも1種の第
    二銅化合物と(ロ)酸化第二鉄との混合物を含有し、か
    つ(C′)成分の含有量が、(A)成分100重量部に
    対して0.2〜2重量部であって、(C′)成分中の第
    二銅化合物の含有量が10重量%以上であることを特徴
    とするシェルモールド用鋳型材料。
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