JP3278168B2 - スリーブ、その製造法及び用途 - Google Patents

スリーブ、その製造法及び用途

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JP3278168B2 JP53451197A JP53451197A JP3278168B2 JP 3278168 B2 JP3278168 B2 JP 3278168B2 JP 53451197 A JP53451197 A JP 53451197A JP 53451197 A JP53451197 A JP 53451197A JP 3278168 B2 JP3278168 B2 JP 3278168B2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/082—Sprues, pouring cups

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、発熱及び／又は断熱スリーブ、その製造
法、及びその用途に関する。そのスリーブは、（１）ス
リーブを提供できるスリーブ組成物、及び（２）化学結
合剤から成るスリーブ配合物を成形することによって製
造される。そのスリーブは、触媒の共存下でコールドボ
ックス又はノーベークの硬化プロセスによって硬化され
る。また、本発明は、スリーブを構成要素の一つとする
鋳造アセンブリを使用した金属部品の鋳造法にも関す
る。さらに、本発明は、その鋳造法によって製造された
鋳物に関する。
背景技術 鋳造アセンブリは、注入カップ、ゲート系（下向湯
口、ランナー、チョークを含む）、鋳型、中子、ライ
ザ、スリーブ、及び他の構成要素から成る。金属鋳物を
作るために、溶湯金属は鋳造アセンブリの注入カップに
注入され、ゲート系を通って鋳型及び／又は中子アセン
ブリへ流れ、そこで冷却し凝固する。その金属部品は、
鋳型及び／又は中子アセンブリから分離することによっ
て取り出される。
鋳造アセンブリに使用される鋳型及び／又は中子アセ
ンブリは、しばしばノーベーク法又はコールドボックス
法によって、砂や他の鋳物用骨材及び結合剤で作られ
る。鋳物用骨材は化学結合剤と混合されて、典型的に成
形後に液体又は蒸気触媒の共存下で硬化される。鋳型及
び／又は中子アセンブリの製造に使用される典型的な骨
材は、シリカ砂、かんらん石、石英、ジルコン砂、及び
ケイ酸マグネシウム砂のような高密度及び高熱伝導率の
骨材である。これらの骨材から鋳型及び／又は中子を商
業的レベルで製造するのに使用される結合剤の量は、典
型的に骨材の重量及び種類を基準にして1.0〜2.25重量
％である。
鋳物用配合物（混合物）の密度は、典型的に1.2〜1.8
g/ccであり、かかる骨材の熱伝導率は典型的に0.8〜1.0
W/m.K.の範囲にある。得られた鋳型及び／又は中子は、
熱を発生しないから発熱性ではない。鋳型及び／又は中
子は、断熱性であるが、断熱体として余り有効ではな
い。事実、鋳型と中子は熱を吸収する。
ライザ又はフィーダは、鋳造プロセス中に生じる金属
の収縮又は空洞（巣）を補うために必要な過剰の溶融金
属を含有するリザーバである。ライザからの金属は、鋳
造金属が収縮するときにかかる鋳物の巣を充てんする。
従って、ライザからの金属は長時間液体状態のままにさ
れ、それによって金属が冷却し凝固する際に鋳難に金属
を提供する。ライザに溶融金属をホットにかつ液体状態
に保つために、スリーブは、鋳造アセンブリのライザ及
び他の部品を囲む又は封入するために使用される。溶融
金属の温度及びライザの金属が溶けた侭である時間は、
スリーブの組成及びスリーブ壁の厚さ、等の関数であ
る。
それらの関数に役立つために、スリーブは発熱及び／
又は断熱性をもたなければならない。スリーブの発熱及
び断熱性は、スリーブが挿入される鋳型アセンブリの熱
特性とは種類も程度も異なる。主に、発熱性スリーブ
は、ライザの比熱要件の全て又はいくらかを満たし、ラ
イザにおける溶融金属の温度損失を制限する熱を放出す
ることによって作用し、それによって金属をより熱くか
つ長く液体に保つ。一方、断熱性スリーブは、溶融金属
を周囲の鋳型アセンブリから断熱することによってライ
ザにおける溶融金属を維持する。
鋳型及び中子は、スリーブの機能に役立たせることが
できる熱特性をもたない。それらは発熱性でなく、断熱
体として十分に有効でなくて、溶融金属をホットに液体
に保つには熱を余りにも吸収し過ぎる。鋳型及び中子に
使用される組成物は、必要な熱特性と密度をもたないの
でスリーブの製造には有用でない。
スリーブを作るのに使用される典型的な材料は、アル
ミニウム、酸化剤、繊維、充填材、及び耐火材料、特に
アルミナ、アルミノシリケート、中空アルミノシリケー
ト球の形態のアルミノシリケートである。スリーブ配合
物における材料の種類及び量は、作るスリーブの性質に
依存する。スリーブ組成物の典型的な密度は0.4〜0.8g/
mlの範囲内である。アルミニウムの室温における熱伝導
率は典型的に200W/m.K.以上であるが、室温における中
空アルミノシリケート微小球の熱伝導率は0.05〜0.5W/
m.K.の範囲内である。熱損失を最小にし、金属をできる
だけ長時間液体状態に保つためには、ある程度、スリー
ブは全て断熱性、又は断熱性と発熱性の両方をもつ必要
がある。
“ラミング”、“バキューミング”、及び“ブローイ
ング又はシューチング”と３つの基本的工程を用いてス
リーブを製造する。ラミング及びブローイングは、基本
的にスリーブ組成物と結合剤を圧縮してスリーブの形状
にする方法である。ラミングはスリーブ配合物（スリー
ブ組成物と結合剤）を木材、プラスチック及び／又は金
属製のスリーブ型に充てんすることから成る。バキュー
ミングは、耐火物及び／又は繊維の水性スラリーに真空
を印加し、過剰の水を吸水除去してスリーブを成形する
ことから成る。典型的に、スリーブを成形するために、
ラミング、バキューミング、又はブローイングを用いる
かは、成形されたスリーブがオーブンで乾燥して含有水
を除去してスリーブを成形するか否かである。含有水が
除去されない場合には火、水が熱い金属と接触したとき
に蒸発して安全性の点で危険である。これらのプロセス
がない場合には、成形されたスリーブは液体又は蒸気触
媒で化学的に硬化される。
これらの組成物は、場合によっては、繊維を中空アル
ミノシリケート微小球で部分的又は完全に改質される
（国際公開番号、WO94/23865を参照）。この方法は、ス
リーブの断熱特性を変えることができ、かつスリーブを
製造し、鋳造工程にスリーブを使用する作業者の健康と
安全性の問題をもたらす繊維の使用を低減又は排除す
る。
スリーブでの問題点の一つは、スリーブの外部寸法が
正確でないことである。その結果、スリーブの外形が、
スリーブを挿入する鋳型の内部キャビティと寸法的に一
致しないことである。その低寸法精度を補うために、ス
リーブをあと込め挿入する鋳型のキャビティをオーバー
サイズにする、又はスリーブをライザ・キャビティに挿
入するときに押込み変形する“クラッシュ・リブ（crus
h rib鋳型アセンブリに形成又配置して、スリーブをそ
こに固定する手段を設ける必要がしばしばある。また、
スリーブを鋳型の上に配置し、鋳型をスリーブの回りに
作って、寸法的に不正確なスリーブの問題を回避してい
る。
スリーブの別の問題は、ライザ・リザーバにおける溶
融金属を熱くて液状に保つのに必要な熱特性に欠けるこ
とである。その結果、鋳物に巣ができることである。こ
れらの鋳物の欠陥はスクラップをもたらし、時間と金属
の無駄となる。
鋳造アセンブリのランナー、湯口、及び他の構成要素
も、それらと接触する溶融金属の温度を繊維するための
カバーとして断熱及び発熱用スリーブを使用できる。
発明の開示 この発明は、発熱及び／又は断熱スリーブを製造する
ノーベークおよびコールドボックス法、該方法によって
製造されたスリーブ、及び金属鋳物の製造におけるスリ
ーブの使用に関する。典型的に、発熱性を有するスリー
ブを製造するコールドボックス法は、次の工程（Ａ）〜
（Ｃ）から成る： （Ａ）（１） 酸化性金属と、発熱反応を生じることが
できる酸化剤から成るスリーブ組成物；及び （２） 有効結合量の化学反応性有機コールドボック
ス結合剤、から成る発熱スリーブ配合物をスリーブの型
に導入して未硬化スリーブを形成する工程； （Ｂ） 前記発熱スリーブ配合物で形成された未硬化ス
リーブに揮発性硬化用触媒を接触させる工程；及び （Ｃ） 工程（Ｂ）で得られた前記スリーブが取扱いが
できるようになるまで、該スリーブを硬化させる工程。
ノーベーク法における硬化触媒は、液体であって、成形
前にスリーブ組成物、結合剤、及び他の成分と混合す
る。コールドボックス法におけるスリーブ混合物は、最
初に成形し次に種々の硬化触媒と接触させる。ノーベー
クおよびコールドボックス法のスリーブ混合物の成分
は、均一に混合できるので、混合物はそのコンシステン
シーを保ち性質が全体的に均一なスリーブを生成でき
る。
ノーベークおよびコールドボックス法は、化学的に硬
化したスリーブを与える。これらの方法は、単位時間当
りの生産量が従来の方法と比べて高い。その上、作業者
が長期間吸入したとき呼吸問題をもたらす恐れのある繊
維類にさらされないので、原料及びスリーブと接触する
作業者の健康と安全性に対して危険が少ない。
また、本発明は、この方法によって製造されたスリー
ブに関する。本法によって製造されたスリーブは寸法精
度がよい。これによってスリーブの鋳型への挿入が容易
にできる。ライザのスリーブは自動的な方法で鋳型アセ
ンブリに挿入でき、それによって成型法の生産性を一層
改善できる。スリーブの密度及び厚さが常に終始一貫し
かつ寸法が正確であるので、スリーブはオーバーサイズ
にならず、かつ“クラッシュ・リブ”又はスリーブをそ
の場所に保つためのリブを備えた鋳型を使用する必要が
ない。さらに、スリーブは熱安定性がよいので、そのス
リーブを使用して鋳型アセンブリで製造した鋳型は収縮
欠陥がない。
また、本発明はスリーブが一つの部品である鋳型アセ
ンブリに鉄及び非鉄金属部品の鋳造、及びこの鋳造法に
よって作った部品に関する。これらのスリーブを使用し
て作った鋳物は、サンドライザ・キャビティのリザーバ
に含有される溶融金属に比べて、スリーブ・ライザのリ
ザーバの溶融金属を少なくするので、廃棄物が少ない。
その結果、ライザにおける金属の利用度が良くて、同一
量の溶融金属でより多くの鋳物が作られる。
用語の定義 次の定義は、請求項及び明細書における用語のために
用いる： 鋳造アセンブリ：溶融金属が鋳型アセンブリに流れ、冷
却して金属部品を成型する鋳造アセンブリに溶融金属を
注入することによって、金属鋳物の製造に使用される注
入カップ、下向湯口、ゲート系（下向湯口、ランナー、
チョーク）、鋳型、中子、ライザ、スリーブ、等のよう
な鋳造構成要素のアセンブリ。
化学結合：スリーブ組成物と混合される結合剤と触媒の
化学反応によって、生じる結合。
コールドボックス：種々の触媒を利用して鋳型又は中子
を硬化させる鋳型又は中子の製造法。
下向湯口：溶融金属が注入される鋳造アセンブリの主供
給路。
EXACTCASTTM コールドボックス結合剤:2液型のポリウレタン−形成用
コールド・ボックス結合剤であって、部Ｉが米国特許第
3,485,797号に記載したものに類似のフェノール樹脂で
ある。その樹脂は芳香族、エステル及び脂肪族溶媒とシ
ランの混合体に溶解される。部IIはポリイソシアネート
成分であって、ポリメチレンポリフェニルイソシアネー
ト、主に芳香族溶媒と少量の脂肪族溶媒の溶媒混合体、
及び可使時間延長剤からなる。
EXACTCASTTM ノーベーク結合剤:2型液のポリウレタン−形成用ノーベ
ーク結合剤であってEXACTCASTTMコールドボックス結合
剤に類似する。これは可使時間延長剤やシランを含有し
ない。
発熱性スリーブ：挿入される鋳型／中子アセンブリに比
較して発熱性をもったスリーブ。スリーブの発熱性は、
酸化性金属（例えば、アルミニウム金属）及び反応して
熱を発生する酸化剤によって生じる。
EXTENDOSPHERES SG:PQ社によって販売される中空アルミ
ノシリケート微小球体であって、粒径が10〜35μ、アル
ミナ含量が微小球体を基準にして28〜33重量％である。
EXTENDOSPHERES SLG:PQ社によって販売される中空アル
ミノシリケート微小球体であって、粒径が10〜300μ、
アルミナ含量が微小球体を基準にして少なくとも40重量
％である。
ゲート系：金属が注入コップから鋳型及び／又は中子ア
センブリへ輸送される系。ゲート系の構成要素は下向湯
口、ランナ−、チョーク、等を含む。
取扱適性：場所から場所へたるむ又は破断することなく
運べるスリーブ。
絶縁耐火材料：室温での熱伝導率が0.7W/m.K.以下、望
ましくは0.5W/m.K.以下の耐火材料。
断熱スリーブ：挿入される鋳型／中子より高い断熱性を
有するスリーブ。断熱スリーブは典型的に繊維及び／又
は中空微小球体のような低密度材料を含む。
鋳型アセンブリ：鋳物用骨材（典型的に砂）と鋳物用結
合剤から作った鋳型／中子のアセンブリ。
ノーベーク：液体触媒を利用して鋳型や中子を硬化させ
る鋳型又は中子の製造法。
注入カップ：鋳造アセンブリを充てんするために溶融金
属が注入されるキャビティ。
耐火物：典型的に室温での熱伝導率が0.8W/m.K.以上の
セラミックタイプの材料であって、例えば、1700℃と高
温の溶融金属と接触した時に本質的に変化することなく
極めて高温にたえることができる。
ライザ：鋳造アセンブリの鋳型又は鋳造にキャビティに
接続されて、凝固の際に鋳物の巣を防止するのに過剰溶
融金属用のリザーバとして作用する。
スリーブ：スリーブ組成物から作られる発熱及び／又は
断熱性を有して、ライザ、ランナー、注入コップ、湯
口、等のような鋳造アセンブリの構成要素の一部又は全
体をカバーする成形用型物。スリーブは種々の形状、例
えば、円筒、ドーム、コップ、板、中子を有しうる。
スリーブ組成物：発熱及び／又は断熱性をもったスリー
ブを提供できる組成物。スリーブ組成物は、特にアルミ
ノシリケート微小球体の形態のアルミニウム金属及び／
又はアルミノシリケートを一般に含有する。必要な性質
に依存して、スリ−ブ組成物はアルミナ、耐火物、酸化
物、フッ化物、及び充てん剤も含有できる。
スリーブ混合物：スリーブ組成物と化学結合剤から成
り、ノーベーク又はコールドボックス法によってスリー
ブを成形できる混合物。
W/m.K.:熱伝導率の単位＝ワット／メータ−ケルビン。
図面の簡単な説明 図１は注入コップ、湯口２、ランナー３、サイドライ
ザ用スリーブ４、サイドライザ５、トップライザ用スリ
ーブ６、トップライザー７、鋳型及び／又は中子アセン
ブリ８から成る簡単な鋳造アセンブリを示す。溶融金属
は注入コップ１に注入されて、湯口２を流れて、ランナ
ー３及びゲート系の他の部分へ流れ、最終的に鋳型及び
中子アセンブリ８へ流れる。ライザ５、７は、鋳物か冷
却し、収縮してライザから溶融金属を引き出す時に利用
される過剰の溶融金属用リサーバである。鋳型及び／又
は中子アセンブリ８に挿入されるスリーブ４、６は、ラ
イザ５、７を囲んで、ライザのリザーバの溶融金属が余
り急速に冷却するのを抑える。
図２は、溶融金属を熱くかつ液体に保つスリーブの効
果を示すグラフである。
図３は、ライザ１の金属及び鋳物３の金属に巣２があ
ることを示す。
図４は、鋳物３を示し、ライザ１の金属には巣３があ
るが、鋳物３の金属には巣がないことを示す。この鋳物
は欠陥がなく使用できる。
発明を実施するための最良の実施態様 主題の方法に使用されるスリーブ配合物は、（１）ス
リーブ組成物と（２）有効量の化学反応性結合剤を含有
する。そのスリーブ配合物は、成形してスリーブに有効
量の硬化触媒を接触させることによって硬化される。
発熱及び／又は断熱スリーブの製造に使用するスリー
ブ組成物についての新規性はない。スリーブを製造する
技術において既知のスリーブ組成物は、いずれもスリー
ブの製造に使用できる。スリーブ組成物は発熱及び／又
は断熱材料（典型的に無機質）を含有する。その発熱及
び／又は断熱材料は、典型的にアルミニウム含有材料、
望ましくはアルミニウム金属、アルミノシリケート、ア
ルミナ、及びそれらの混合物から成る群から選んだもの
に、最適には、アルミノシリケートが中空微小球の形態
のものである。
発熱材料は、酸化性金属及び金属を注入できる温度で
発熱反応を生じることができる酸化剤である。酸化性金
属は典型的にアルミニウムであるが、マグネシウム及び
類似の金属を使用できる。断熱材料は典型的にアルミナ
又はアルミノシリケート、望ましくは中空微小球のアル
ミノシリケートである。
発熱スリーブの酸化性金属としてアルミニウム金属を
使用する時には、典型的にアルミニウム粉末及び／又は
アルミニウム顆粒の形態で使用する。発熱スリーブに使
用する酸化剤は、酸化鉄、酸化マグネシウム、硫酸塩、
過マンガン酸カリウム等を含む。それらを含有するライ
ザスリーブが通気性であるから、酸化物は金属アルミニ
ウム燃料成分を満たす理論量で存在する必要はない。従
って、酸化剤からの酸素は、アルミニウム燃料が燃焼す
るとき大気中の酸素によって供給される。典型的に、ア
ルミニウムと酸化剤の重量比は、約10:1〜2:1、好適に
は約5:1〜4:1である。
発熱スリーブの熱特性は、発生した熱によって高めら
れ、ライザにおける溶融金属の温度ロスを少なくし、そ
れによって溶融金属をより熱くして液体を長く維持す
る。その発熱量は、室温で150W/m.K.以上、典型的には2
00W/m.K.以上の熱伝導率をもつアルミニウム金属の反応
から得られる。鋳型及び／又は中子は発熱性を示さな
い。
前記のように、スリーブの断熱特性はアルミノシリケ
ート・ゼーオスフィアを含む中空アルミノシリケート微
小球によって提供することが望ましい。中空アルミノシ
リケート微小球で作られたスリーブは低密度、低熱伝導
率、及び優れた断熱特性を有する。中空アルミノシリケ
ート微小球の熱伝導率は、室温で約0.05〜0.5W/m.K.、
典型的には約0.1〜0.5W/m.K.の範囲内である。
スリーブの断熱及び発熱特性は変えることができる
が、注入される鋳型アセンブリとはその程度及び／又は
種類において異なる熱特性を有する。
スリーブに要求される発熱特性の程度に依存して、ス
リーブのアルミニウム含量は、スリーブ組成物の重量を
基準にして０〜50重量％、典型的には５〜40重量％に範
囲内である。
スリーブに要求される断熱特性の程度に依存して、ス
リーブの中級アルミノシリケートの含量は、スリーブ組
成物の重量を基準にして０〜100重量％、典型的には40
〜90重量％に範囲内である。スリーブにおいては、殆ん
どの場合に断熱性と発熱性の両方が必要であるから、ア
ルミニウム金属と中空アルミノシリケート微小球の両方
を使用する。アルミニウム金属と中空アルミノシリケー
ト微小球の両方を使用するスリーブにおけるアルミニウ
ム金属と中空アルミノシリケート微小球の重量比は、典
型的に約1:9〜1:1,望ましくは約1:1〜1:1.5である。
中空アルミノシリケート微小球は典型的に約3mmの粒
径と壁厚を有する。1mm以下の粒径と粒径の約10％の壁
厚をもつ中空アルミノシリケート微小球が望ましい。ア
ルミノシリケート以外の材料で作り断熱性をもつ中空微
小球も中空アルミノシリケート微小球の代わりに使用
に、又は併用できる。
中空アルミノシリケート微小球におけるアルミナとSi
O2としてのシリカとの重量％は、用途によって、中空ア
ルミノシリケート微小球の全重量を基準にして例えば、
25:75〜75:25,典型的に33:67〜50:50の範囲内で変える
ことができる。文献から、高アルミナ含量の中空アルミ
ノシリケート微小球が、高融点をもつので、1300〜1700
℃の鋳造温度を有する鉄鋼のような金属の注入に使用す
るスリーブの製造に良いことが知られている。従って、
これらの中空アルミノシリケート微小球で作ったスリー
ブは高温で容易に劣化しない。
耐火物は、性能の点で必ずしも望ましくないけれど
も、高密度及び高熱伝導率のために、スリーブ混合物に
高融点を与えるのでスリーブは鋳造プロセス中に溶融金
属と接触する時に劣化しないので、スリーブ組成物に使
用でかる。かかる耐火物の例は、シリカ、マグネシア、
アルミナ、かんらん石、アルミノシリケート及び炭化ケ
イ素、等を含む。これらの耐火物は、スリーブ組成物の
重量を基準にして50重量％以下、好適には25重量％以下
を使用することが望ましい。アルミナを耐火物として使
用する時には、50重量％以下、好適には10重量％以下の
量で使用する。
スリーブ組成物の密度は、典型的に約0.1〜0.9g/cc,
好適には約0.2〜0.8g/ccの範囲にある。発熱スリーブ用
組成物の密度は、典型的に約0.3〜0.9g/cc,好適には約
0.5〜0.8g/ccの範囲にある。断熱スリーブ用組成物の密
度は、典型的に約0.1〜0.7g/cc,好適には約0.3〜0.6g/c
cの範囲にある。
さらに、スリーブ用組成物は、種々の繊維及び添加
物、例えば、氷晶石（Na3AlF6）、四フッ化カリウムア
ルミニウム、六フッ化カリウムアルミニウムを含有でき
る。
スリーブ組成物と混合してスリーブ配合物を生成する
結合剤は、技術的に周知である。スリーブ配合物をスリ
ーブの形に十分に保持して、硬化用触媒の共存下で重合
するノーベークまたはコールドボックス・結合剤はいず
れも硬化する。かかる結合剤の例は、フェノール樹脂、
フェノールウレタン結合剤、フラン結合剤、アルカリ性
フェノールレゾール結合剤、及びエポキシ−アクリル結
合剤、等である。アッシュランド・ケミカル社によって
販売のEXACTCASTTMとしてしられるエポキシ−アクリル
及びフェノールウレタン結合剤が特に望ましい。フェノ
ールウレタン結合剤は米国特許第3,485,497号及び第3,4
09,579号に記載されている。これらの結合剤は、二液系
であって、一方はフェノール樹脂成分、他方はポリイソ
シャナート成分からなる。酸化剤の共存下で二酸化硫黄
で硬化されるエポキシ−アクリル結合剤は米国特許第4,
526,219号に記載されている。
必要な結合剤の量は、スリーブの形状を維持し、有効
な硬化をさせる、即ち、硬化後に取扱い又は自立できる
スリーブを製造するのに有効な量である。結合剤の有効
量はスリーブ組成物の重量を基準にして約４重量％以上
である。結合剤の量は、約５〜15重量％、好適には約６
〜12重量％の範囲にあるのが望ましい。
ノーベーク法によるスリーブの硬化は、液体硬化触媒
とスリーブ配合物を混合（又は液体硬化触媒とスリーブ
配合物を最初に混合）し、触媒を含有するスリーブ配合
物を成形し、成形スリーブを典型的に室温で加熱するこ
となく硬化させることによって生じる。望ましい液体硬
化触媒は、第三級アミンであり、好適なノーベーク法
は、米国特許第3,485,797号に記載されている。液体硬
化触媒の特定例は、アルキル基の炭素原子数が１〜４の
４−アルキルピリジン、イソキノリン、フェノールピリ
ジンのようなアリールピリジン、ピリジン、アクリジ
ン、２−メトキシピリジン、ピリダジン、３−クロロピ
リジン、キノリン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−エチ
ルイミダゾール、４、４−ジピリジン、４−フェニルプ
ロピルピリジン、１−メチルベンズイミダゾール、及び
１、４−チアジンを含む。
コールドボックル法によるスリーブの硬化は、スリー
ブ配合物を型にブローイング又はラミングし、そのスリ
ーブをガス状触媒と接触させることによって生じる。第
三級アミン、二酸化炭素、メチルホルメート、及び二酸
化硫黄のような種々の蒸気又は蒸気／ガス混合体又はガ
スは、選択する化学結合剤に依存して使用される。当業
者は、ガス状硬化剤が使用する結合剤に適当であること
がわかる。例えば、アミン蒸気／ガス混合体はフェノー
ル−ウレタン樹脂に使用する。二酸化硫黄（酸化剤と共
に）はエポキシ−アクリル樹脂に使用する（米国特許第
4,526,219号参照）。二酸化炭素（米国特許第4,985,489
号参照）又はメチルエステル（米国特許第4,750,716号
参照）はアルカリ性フェノールレゾール樹脂に使用され
る。また、二酸化炭素（米国特許第4,391,642号参照）
はケイ酸塩を主剤とした結合剤に使用される。
結合剤は、米国特許第3,409,579号に記載されている
ように、トリエチルアミンのような第三級アミンガスを
成型したスリーブ配合物に通すことによって硬化された
EXACTCASTTMコールドボックスフェノールウレタン結合
剤、又は米国特許第4,526,219号に記載されているよう
な酸化剤の共存下で二酸化硫黄によって硬化されたエポ
キシ−アクリル結合剤が望ましい。典型的なガス供給時
間は0.5〜3.0秒、望ましくは0.5〜2.0秒である。パージ
時間は1.0〜60秒，望ましくは1.0〜10秒である。
実 施 例 次の実施例の全てにおいて、使用結合剤は特定のノー
ベーク又はコールドボックスフェノール−ウレタン結合
剤（部Ｉと部IIとの比は55/45であった）であった。ス
リーブ配合物は、スリーブ組成物と結合剤をミキサ（Ho
bart Ｎ−50）で約２〜４分間混合することによって調
製した。ノーベーク・スリーブ組成物における液体硬化
触媒は成形前にスリーブ配合物に添加する。調製された
スリーブは内径90mm、外形130mm、高さ200mmの円筒スリ
ーブであった。全ての場合に使用した結合剤の量は、比
較例Ａを除いて、スリーブ組成物の重量を基準にして8.
8重量％であった。文字入りの実施例は全てシリカ砂を
スリーブ組成物として使用した対照品である。部及び％
は全て、特に断らない限りスリーブ組成物の重量を基準
した重量％である。
比較例Ａ （シリカ砂から成形したスリーブ） スリーブ組成物として100部のシリカを使用し、それ
に約1.3重量％のノーベーク結合剤（ECXACTCAST、商
標）を混合して、スリーブ配合物を成形した。次にそ
の、スリーブ配合物に約１重量％の液体第三級アミン
（Air Productsで販売の商標PPOLYCAT 41）触媒を添
加し、得られた配合物を円筒形スリーブに成形する。
取扱のためにスリーブの強さを示すスリーブの引張特
性を測定して、表１に示す。スリーブの引張強さは、相
対湿度100％でコアボックスから取り出した直後（30
分）、１時間、４時間、及び24時間後に測定する。
引張強さは良好であったが、スリーブで作った鋼鋳物
は図３に示すように収縮を生じた。その収縮は、スリー
ブの使用に対して熱特定が適切でないために生じた。こ
れらの鋳物は欠陥があり、スクラップにした。
実施例１ （ノーベーク法による断熱スリーブの調製） スリーブ組成物として100部のSG EXTENDOSPHERESを
使用し、それに約8.8重量％のノーベーク結合剤（ECXAC
TCAST、商標）を混合したことを除いて比較例Ａのノー
ベーク法に従って、スリーブ配合物を成形した。次にそ
の、スリーブ配合物に約１重量％の液体第三級アミン
（PPOLYCAT41）触媒を添加し、得られた配合物を円筒形
スリーブに成形する。
取扱のためにスリーブの強さを示すスリーブの引張特
性を測定して、表１に示す。スリーブの引張強さは、相
対湿度（RH）100％でコアボックスから取り出し直後（3
0分）、１時間、４時間、及び24時間後に測定する。
スリーブは寸法的に内外部とも正確である。
実施例２ （中空アミノシリケート微小球含有断熱スリーブのコー
ルドボックス法による調製） スリーブ組成物として100部のSG EXTENDOSPHERESを
使用し、それに約8.8重量％のコールドボックス結合剤
（ECXACTCAST、商標）を混合して、スリーブ配合物を成
形した。実施例１のスリーブ配合物をスリーブの形状を
もった型内に吹込み成形し、米国特許第3,409,579号に
記載の既知方法に従って、圧力2.7kg/cm2でトリアミン
を含む窒素ガスで処理する。2.5秒のガス処理時間後、
4.2kg/cm2の圧力で約60秒間空気でパージする。
コアボックスから取り出した直後（30秒）、スリーブ
の引張強さを措定したことを除いて、硬化スリーブの引
張強さを実施例１のように測定する。スリーブの引張強
さを表１に示す。スリーブは寸法的に内外部とも正確で
ある。
実施例３ （シリコーン樹脂で実施例２） スリーブ配合物に1.2重量％のシリコーン樹脂を添加
したことを除いて、実施例２の方法に従った。スリーブ
の引張強さを表１に示す。スリーブは寸法的に内外部と
も正確である。
実施例４ （コールドボックス法による発熱スリーブの調製） 使用したスリーブ組成物が、55％SLG EXTENDOSPHERE
S,16.5％微粒アルミニウム、16.5％アルミニウム粉末、
７％マグネタイト、及び５％氷晶石から成ったことを除
いて、実施例２の方法に従った。硬化スリーブの引張強
さを実施例２のように測定する。スリーブの引張強さを
表１に示す。スリーブは寸法的に内外部とも正確であ
る。
実施例５ （ノーベーク法によるシリカ含有発熱スリーブの調製） 使用したスリーブ組成物が、50％Wedron540シリカ
砂、10％アルミナ及び40％の実施例４のスリーブ配合物
から成ったことを除いて、実施例１の方法に従った。硬
化スリーブの引張強さを実施例２のように測定する。ス
リーブの引張強さを表１に示す。スリーブは寸法的に内
外部とも正確である。
実施例６ （コールドボックス法によるシリカ含有発熱スリーブの
調製） 使用したスリーブ組成物が、50％Wedron540シリカ
砂、10％アルミナ及び40％の実施例４のスリーブ配合物
から成ったことを除いて、実施例２の方法に従った。硬
化スリーブの引張強さを実施例２のように測定する。ス
リーブの引張強さを表１に示す。スリーブは寸法的に内
外部とも正確である。
実施例７ （スリーブの組成） 次の成分をHobart Ｎ−50ミキサーで約４分間混合す
ることによって調製する： 50％シリカ砂、 10％酸化鉄、 10％アルミナ、 ３％硝酸ナトリウム、 20％アルミニウム粉末、及び 10％のこ屑。
そのスリーブの組成を用いて、コールドボックス法及
びノーベーク法によって円筒形スリーブを成形する。そ
れらのスリーブの発熱及び絶縁性は、アルミニウム金属
及びアルミナの量を変えることによって変化する。
スリーブＡ及び１−７から作った鋳物 比較例Ａ及び実施例１−７のスリーブを使用して鋳造
アセンブリのトップライザを囲むことによってスリーブ
を試験する。鋳造アセンブリに注入した金属は鋼（炭素
含量0.13％）であって、1650℃の温度で注入する。スリ
ーブＡで作った鋳物は収縮して、欠陥鋳物となりスクラ
ップにした。スリーブ１〜７で作った鋳物は、図４に示
すように収縮しなかった。図４の鋳物の上のライザに若
干の収縮を示すが、鋳物の収縮はなかった。スリーブを
コールドボックス法及びノーベーク法で作ったスリーブ
の場合は全て鋳物の収縮は生じなかった。
これらの結果を表２に要約する。
図面の簡単な説明 図１は、鋳造アセンプリに挿入された２つのライザ・
スリーブ（サイドライザ・スリーブ及びトップライザ・
スリーブ）を有する鋳造アセンブリを示す。
図２は、溶融金属を熱くかつ液体に保つスリーブの使
用硬化を示すグラフである。
図３は、使用したスリーブの熱特性が不適当のために
鋳物の収縮（引け巣）が生じた鋳物を示す。
図４は、金属ライザの局部的収縮（引け巣）はある
が、鋳物の収縮（引け巣）のない鋳物を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−158752（ＪＰ，Ａ) 国際公開94／23865（ＷＯ，Ａ１) 造型技術教本編集部会編，鋳造技術シ リーズ２ 鋳型の生産技術，日本，財団 法人 素形材センター，1995年 １月20 日，ｐ175−181，ｐ254−258 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22C 1/00 - 3/00 B22C 9/08

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）から成ることを
    特徴とする、発熱性を有するスリーブを製造するコール
    ドボックス法： （Ａ）（１） 酸化性金属と、発熱反応を生じることが
    できる酸化剤から成るスリーブ組成物；及び （２） 有効結合量の化学反応性有機コールドボックス
    結合剤、から成る発熱スリーブ配合物をスリーブの型に
    導入して未硬化スリーブを形成する工程； （Ｂ） 前記発熱スリーブ配合物で形成された未硬化ス
    リーブに揮発性硬化用触媒を接触させる工程；及び （Ｃ） 工程（Ｂ）で得られた前記スリーブが取扱いが
    できるようになるまで、該スリーブを硬化させる工程。
  2. 【請求項２】前記酸化性金属がアルミニウムである請求
    項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記スリーブ組成物におけるアルミニウム
    の量が、スリーブ組成物の重量を基準にして５〜40重量
    ％である請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】前記アルミニウム金属が、アルミニウム粉
    末から成る請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】前記有機コールドボックス結合剤の量が、
    スリーブ組成物の重量を基準にして５〜15重量％である
    請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】前記有機コールドボックス結合剤が、フェ
    ノールウレタン結合剤、エポキシ−アクリル結合剤、ア
    ルカリ性フェノールレゾール結合剤及びフラン結合剤か
    ら成る群から選択される請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】前記有機コールドボックス結合剤が、フェ
    ノールウレタン結合剤から成る請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】前記スリーブ組成物が、アルミノシリケー
    ト材も含有する請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】前記アルミノシリケート材が中空アルミノ
    シリケート微小球体の形態である請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記中空アルミノシリケート微小球体に
    対するアルミニウムの重量比が、1:9〜1:1である請求項
    ９記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記揮発性硬化用触媒が第三級アミンで
    ある請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記酸化剤が酸化鉄である請求項１記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、10、11、及び12に記載の方法によって製造され
    るスリーブ。
  14. 【請求項１４】下記の工程（Ａ）〜（Ｄ）から成ること
    を特徴とする鋳物の製造法： （Ａ） 請求項13の発熱スリーブを鋳型アセンブリから
    成る鋳造アセンブリに挿入する工程； （Ｂ） 前記鋳造アセンブリに液体状態の金属を注入す
    る工程； （Ｃ） 前記金属を放冷して、凝固させる工程；及び （Ｄ） 得られた鋳物を鋳造アセンブリから分離する工
    程。
  15. 【請求項１５】請求項14の方法によって製造された鋳
    物。
  16. 【請求項１６】下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）から成ること
    を特徴とする断熱性を有するスリーブを製造するコール
    ドボックス法： （Ａ）（１） 断熱用耐火材料と、 （２） 有効結合量の化学反応性有機コールドボックス
    結合剤、から成る断熱スリーブ配合物をスリーブの型に
    導入して未硬化断熱スリーブを形成する工程； （Ｂ） 前記未硬化断熱スリーブにガス状硬化用触媒を
    接触させる工程；及び （Ｃ） 工程（Ｂ）で得られた前記スリーブが取扱いが
    できるようになるまで、該スリーブを硬化させる工程。
  17. 【請求項１７】前記断熱スリーブの熱伝導率が、室温で
    0.05〜0.5W/m.K.である請求項16記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記スリーブ配合物の密度が、0.1〜0.9
    g/ccである請求項16記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記有機コールドボックス結合剤が、フ
    ェノールウレタン結合剤、エポキシ−アクリル結合剤、
    アルカリ性フェノールレゾール結合剤及びフラン結合剤
    から成る群から選択される請求項16記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記有機コールドボックス結合剤が、フ
    ェノールウレタン結合剤から成る請求項19記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記断熱スリーブ組成物が、アルミノシ
    リケート材から成る請求項16記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記アルミノシリケート材が中空アルミ
    ノシリケート微小球体から成り、前記断熱スリーブ組成
    物の量を基準にして40〜100重量％の量で存在する請求
    項21記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記有機コールドボックス結合剤の量
    が、スリーブ組成物の重量を基準にして５〜15重量％で
    ある請求項16記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記揮発性硬化用触媒が第三級アミンで
    ある請求項16記載の方法。
  25. 【請求項２５】請求項16、17、18、19、20、21、22、2
    3、24に従って製造されたスリーブ。
  26. 【請求項２６】下記の工程（Ａ）〜（Ｄ）から成ること
    を特徴とする鋳物の製造法： （Ａ） 請求項25の断熱スリーブを鋳型アセンブリから
    成る鋳造アセンブリに挿入する工程； （Ｂ） 前記鋳造アセンブリに液体状態の金属を注入す
    る工程； （Ｃ） 前記金属を放冷して、凝固させる工程；及び （Ｄ） 得られた鋳物を鋳造アセンブリから分離する工
    程。
  27. 【請求項２７】請求項26の方法によって製造される鋳
    物。
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