JP4301343B2 - 鋳型の造型方法 - Google Patents
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Description
本発明は鋳型の造型方法に関する。更に詳しくは、粒子状骨材、水溶性バインダー、界面活性剤及び水を攪拌して得られる発泡した混合物から造型される鋳型であって、高強度で耐熱性を有し、不快な臭気を殆ど発生しない鋳型を造型する方法に関する。
従来の中空中子の造型方法としては、例えば特開昭６３−１１５６４９号公報に開示された方法が知られている。この方法は、粒子状骨材である珪砂と、この珪砂の結合剤とからなる未硬化状態の鋳物砂（粒子状混合物）に界面活性剤の水溶液を添加して攪拌し、この粒子状骨材を泡立てる工程と、この粒子状骨材を泡立てた発泡性骨材混合物を加熱された金型へ注入する工程と、その注入物を前記加熱された金型内に所定時間保持し、水分を蒸発させる工程とからなる。
この造型方法に用いる粘結剤としては、同公報にはフェノール樹脂が記載されている。しかしながら、フェノール樹脂を用いると、金型の熱によりバインダーを硬化させる際に、ホルムアルデヒド、フェノールおよびアンモニアなど、人体に悪影響を与えると共に不快な臭気を伴う有害ガスが発生する。
従って本発明の目的は、砂、バインダーを含有する骨材混合物を造型する際に、或いはこの骨材混合物を造型した鋳型、例えば鋳造用中子を使用して溶湯を注湯する際に、バインダーが分解しても、人体に悪影響を与えると共に不快な臭気を伴う有害ガスが発生せず、且つ鋳造後の崩壊性の優れた鋳型の造型方法を提供することである。
また、鋳型強度を向上させることができる鋳型の造型方法を提供することも本発明の目的の一部である。
本発明は鋳型を造型する方法を提供し、この方法は、粒子状骨材、１種類または複数種類の水溶性バインダー、界面活性剤、架橋剤及び水を混合しながら攪拌して発泡させることにより、発泡性の骨材混合物を調整する調整工程と、
この発泡性骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する充填工程と、
充填した発泡性骨材混合物中の水分を蒸発させて発泡性骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する造型工程と、
造型された鋳型を前記鋳型造型用空間から取り出す工程とを含む。
この発泡性骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する充填工程と、
充填した発泡性骨材混合物中の水分を蒸発させて発泡性骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する造型工程と、
造型された鋳型を前記鋳型造型用空間から取り出す工程とを含む。
この方法における界面活性剤は、架橋剤と架橋反応を起こす界面活性剤であることが好ましい。
界面活性剤は非イオン界面活性剤で、且つＨＬＢ値が８以上２０未満であることが好ましい。ＨＬＢ値とは、界面活性剤の水と油（水に不溶性の有機化合物）への親和性の程度を表す値である。ＨＬＢ値は０から２０までの値をとり、０に近いほど親油性が高く２０に近いほど親水性が高くなる。ＨＬＢ値はアトラス法、グリフイン法など計算によって算出するか、高速液体クロマトグラフィーでの保持時間から決定することができる。ＨＬＢ値が８未満であると、その非イオン界面活性剤は水に分散しにくく、充分な泡立ちが得られないため発泡性骨材混合物を得ることができない。ＨＬＢ値が８以上あれば水に安定して分散し、充分な泡立ちが得られるため発泡性骨材混合物が得られる。
鋳型造型空間は金型により規定されており、充填工程は、発泡性骨材混合物を金型の前記鋳型造型用空間へ加圧充填することによりなされることが好ましい。
この加圧充填は、シリンダに装填された発泡性骨材混合物を金型の鋳型造型用空間に直接加圧して充填するか、或いは発泡性骨材混合物を金型の鋳型造型用空間に圧縮空気により加圧して充填する。
造型工程における水分は、加熱された金型の熱により蒸発させるのが好ましい。
水溶性バインダーは常温下では水溶性である。
水溶性バインダーは糖類であるか、或いはこの糖類の誘導体である。
水溶性バインダーの含量は前記粒子状骨材１００重量部に対して０．１乃至５．０重量部である。
架橋剤は好ましくはカルボキシル基を有する化合物である。このカルボキシル基を有する化合物は、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸及びメチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体またはイソブチン−無水マレイン酸共重合体である。
本発明によれば、粒子状骨材、水溶性バインダー、界面活性剤、及び水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤を混合して得られる発泡性骨材混合物を鋳型造型用空間（キャビティ）にその細部まで充填することができ、注湯時に鋳型からのガス発生量が低減するので、鋳物のガス欠陥を低減することができる。
また発泡性骨材混合物を造型するとき、またはその骨材混合物を造型した鋳型、例えば鋳造用中子を使用して溶湯を注湯するときに、バインダーが分解されても、従来のようなフェノール樹脂を使用していないので、人体に悪影響を与えると共に不快な臭気を伴う有害ガスが発生しない。
また、鋳造後の崩壊性の優れた鋳型を得ることができる。
更に、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性イオン界面活性剤を用いて得られた鋳型（中子）は、非イオン界面活性剤を使用した場合に比べて、鋳型強度が低下してしまうので、非イオン界面活性剤を使用することにより、発泡性骨材混合物を鋳型造型用空間に細部まで充填し、かつ充分な鋳型強度および耐湿性を得ることができる。
本発明の上述及び更なる特徴及び利点は添付図面を参照する以下の詳細な説明により明らかになる。
以下、本発明の鋳型の造型方法を説明する。本発明の鋳型の造型方法は、粒子状骨材、１種類または複数種類の水溶性バインダー、界面活性剤、架橋剤および水を含む骨材混合物を攪拌することによって発泡させて、発泡性骨材混合物を調整する調整工程と、該発泡性骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する充填工程と、充填した発泡性骨材混合物中の水分を蒸発させて発泡性骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する造型工程と、造型された鋳型を前記鋳型造型用空間から取り出す取出し工程とを含んでいる。
本発明における粒子状骨材は、珪砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、各種人工骨材等のうち１種類以上のものからなる耐熱性粒状物である。
本発明における１種類または複数種類の水溶性バインダーは、常温の水に可溶であり、且つ水分を蒸発させることにより固まる粘結剤及び発泡骨材混練物の粘度を調整する増粘剤である。増粘剤とは、水に溶解または分散して粘稠性を生じる高分子物質を意味し、糊料とも称される。水溶性バインダーとして、糖類の中でも澱粉若しくはその誘導体、サポニンなどの多糖類、又は砂糖などの二糖類を用いる。
また、常温において水溶性である水溶性バインダーは、泡立てられた発泡性骨材混合物を得るときに、水溶性バインダーと水とを加熱することなく混合することができる。一方、常温下では水に可溶でない水溶性バインダーは、加熱しなければ水と混合できない。そのような常温下では水に可溶ではない水溶性バインダーを用いるには、一旦加熱して水に混合した後、常温まで冷却した水溶性バインダー水溶液を調整すればよい。
澱粉の例としては、馬鈴薯、とうもろこし、タピオカ、および小麦粉由来のα化澱粉、デキストリンが挙げられる。澱粉誘導体の例としては、エーテル化澱粉、エステル化澱粉および架橋澱粉が挙げられる。また砂糖はショ糖のことでブドウ糖と果糖が一個ずつ結合した糖類である。例としては上白糖、グラニュー糖が挙げられる。本発明に用いる水溶性バインダーは入手が容易である。また、α化澱粉、デキストリン、砂糖等は特に安価である。ここで、α化澱粉、デキストリンもしくはその誘導体、サポニン、砂糖は、常温の水に可溶である。増粘剤の例としては、澱粉、キサンタンガム、グァーガム、アラビアガムなどが挙げられる。
本発明において使用する水溶性バインダーは、フェノール樹脂と比べて分解温度が低いため、本発明による方法で造型された鋳型は鋳造時の熱で分解しやすい。そのため、鋳造後の崩壊性の優れた鋳型となる。
本発明において、水溶性バインダーの含量は、骨材１００重量部に対して、０.１乃至５.０重量部であることが望ましい。これは水溶性バインダーの量が０．１重量部未満では充分な強度を有する造型鋳型が得られず、水溶性バインダーの量が５．０重量部を超えると得られた鋳型の強度が過剰になるためである。
本発明の鋳型のように、水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤を添加することにより、水溶性バインダーを被覆した粒子状骨材同士の結合が強化される。しかも、水溶性バインダーと水分子との反応が起こりにくくなって、造型した鋳型は高湿度下においても充分な性質を保つことができる。
本発明において用いられる界面活性剤の添加量は、骨材１００重量部に対して０．０１乃至１．０重量部であることが望ましい。これは界面活性剤の量が０．０１重量部未満であると充分な泡立ちが得られないため、発泡性骨材混合物が得られず、界面活性剤の量が１．０重量部あれば発泡性骨材混合物として充分な流動性を有すためである。
本発明において用いられる架橋剤は、エステル結合により架橋するシュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸等のカルボキシル基を有する化合物及びメチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体のような水溶液になるとカルボキシル基を有する化合物である。また、本発明において用いられる架橋剤は、鋳型の造型時または注湯時に有害ガスの発生が少ないエステル結合をする架橋剤、即ち、カルボキシル基を有する架橋剤の使用が好ましい。
本発明において用いられる架橋剤の添加量は、水溶性バインダーに対し５乃至３００重量％とする。これは、架橋剤の量が水溶性バインダーに対し５重量％に満たないと架橋反応による効果が充分でなく、造型鋳型が高湿度下におかれた場合、充分な強度を保つことができないためである。また、架橋剤の量が水溶性バインダーに対し３００重量％を超えると、高湿度下におかれた場合に充分な強度を保つことができるものの、その効果は３００重量％の効果と変わらないため、３００重量％より多い量の架橋剤の添加は経済的でなく好ましくない。
本発明において架橋剤は、水溶液として用いられ、たとえば、ブタンテトラカルボン酸、クエン酸、メチルビニルエーテル―無水マレイン酸共重合体の場合、１０重量％以上の濃度の水溶液として用いられる。
本発明において、発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する方法は、発泡させた骨材混合物をシリンダ内に装填して直接加圧する方法、または、エアにより加圧する方法でも可能である。ここで、シリンダによる直接加圧とは、混合物収納手段としてのシリンダ内の混合物を押圧機構のプランジャー（ピストン）の圧入による直接加圧の圧入方式で金型に圧入することをいう。
また、圧縮空気による加圧とは、前記混合物収納手段内の混合物を押圧機構のプランジャー（ピストン）の圧入する方法において、たとえば、図１に示されるように、ピストンの代りに、混合物収納手段としてのシリンダ１の上端開口部を密封部材２を設けて気密に閉鎖し、かつ圧縮空気源に接続し、エア経路３aを形成したカバー３を、シリンダ１の上端密閉部に設けて、金型４のキャビティ５への圧入に際してはシリンダ１内の発泡性骨材混合物６の上面に圧縮空気を供給する方法をいう。
本発明の鋳型の造型方法において、鋳型造型用空間に充填した発泡性骨材混合物の水を蒸発させる方法としては、鋳型造型用空間を構成する金型等を高温に加熱するもの、加熱水蒸気またはマイクロ波を発泡性骨材混合物に照射するもの、発泡性骨材混合物を充填した鋳型造型用空間を減圧環境下に放置するもの、または必要に応じた鋳型造型用空間内への通気等がある。
鋳型造型用空間を構成する高温に加熱された金型による骨材混合物中の水分の蒸発の場合では、攪拌により、骨材混合物中に分散した気泡およびバインダー中の水分が、加熱された金型の熱により鋳型中心部に集まることから、その中心部においては骨材の充填密度が低い鋳型となる。その鋳型を鋳造に用いると、中心部が低充填密度になっていることから、結果的に使用する粒子状骨材、バインダーの量の削減、また鋳型の空孔部が多いことからバインダーの分解によるガス等の排出が容易となる。
本発明における界面活性剤は、水に溶けたときの分子の解離状態によって４種類に大別される。即ち、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性イオン界面活性剤である。ここで、界面活性剤の定義は、化学的に「水と油を混ぜ合わせるもの」である。界面活性剤は分子内に疎水基と親水基を有し、水や油などの液体に溶けるか分散して、選択的に界面に吸着する物質である。したがって、本発明における界面活性剤は、起泡、泡立ちという作用をなす。
４種類の界面活性剤のうち、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、又は両性イオン界面活性剤を用いて得られた鋳型（中子）は、後述するように、それらの界面活性剤が分子内に水酸基を持たないため、架橋剤との架橋反応を起こさない。このため、充分な鋳型強度が得られない。これに対し、非イオン界面活性剤を使用すると、水溶性バインダーおよび界面活性剤の分子内に親水基である水酸基（ＯＨ）と架橋剤の分子内のカルボキシル基（ＣＯＯＨ）がエステル結合による架橋反応で三次元網目構造を形成するため、充分な鋳型強度が得られる。
そこで本発明においては、充分な鋳型強度を得るために、非イオン界面活性剤を使用するのが好ましい。
本発明の鋳型のように、水溶性バインダーおよび界面活性剤と架橋反応を起こす架橋剤である非イオン界面活性剤を添加することにより、水溶性バインダーを被覆した粒子状骨材同士の結合が強化される。しかも、水溶性バインダーと水分子との反応が起こりにくくなって、造型した鋳型は高湿度下においても充分な性質を保つことができる。
非イオン界面活性剤には、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、グリセリン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、などが挙げられるが、その中でもＨＬＢ値が８以上のものを用いる。また、好ましくは天然ヤシ油やパーム油のような植物油が原料であるものは安全性が高く実用上無害である。
以下、本発明の鋳型の造型方法を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
第１実施例
表１ 骨材混合物１１の組成（水を除く）
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ-Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
表１ 骨材混合物１１の組成（水を除く）
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ-Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
第１実施例では、表１に示す組成の骨材混合物と、水４重量部とを混合機（愛工舎製作所製卓上ミキサー）を用いて約２００ｒｐｍで約５分間攪拌混合して発泡させて、発泡性骨材混合物１１を調整した。次いで、図２に示されるように、この発泡性骨材混合物１１をプランジャー１２のシリンダ１３内に投入し、続いて、２５０℃に加熱された曲げ試験用造型金型１４の容量約８０ｃｍ３のキャビティ１５にシリンダ面圧０．４ＭＰａで加圧充填した（充填工程）。
この加熱された金型に充填された発泡性骨材混合物を２分間放置して、金型の熱により水分を蒸発させ、発泡性骨材混合物を固化させた（固化工程）。バインダーと架橋剤を架橋反応させた後、金型１４のキャビティ１５から鋳型を取り出した。この鋳型から二つの曲げ試験片を作成し、湿度３０％の恒湿槽内と、湿度９０％以上の恒湿槽内とにそれぞれ２４時間保持した後、これらの試験片について曲げ強さを測定した。
その結果、湿度３０％では４．９ＭＰａ、湿度９８％では２．３ＭＰａの強度がそれぞれ得られた。この湿度３０％で４．９ＭＰａの鋳型強度は、シェルモールド法によって得られた鋳型とほぼ同等の強度（鋳造工学便覧、２.１シェルモールド法参照）を発現していることになり、鋳型の使用上全く問題のない強度である。また、湿度９０％以上で２４時間放置した後、鋳型強度で２ＭＰａ以上あれば鋳型の取り扱いには問題ない強度であり、鋳型として充分使用できる強度である。
第２実施例
表２ 骨材混合物の組成（水を除く）
人工砂（エスパール♯６０ 山川産業株式会社）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
表２ 骨材混合物の組成（水を除く）
人工砂（エスパール♯６０ 山川産業株式会社）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
第２実施例では、表２に示す組成の骨材混合物と水２．５重量部と混合機（愛工舎製作所製卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍで約５分間攪拌混合して発泡させて、発泡性骨材混合物を調整した（調整工程）。次いで、図２に示されるように、この発泡性骨材混合物をシリンダ１３内に投入し、２７０℃に加熱された曲げ試験用造型金型１４の容量約８０ｃｍ３のキャビティ１５にシリンダ面圧０．４ＭＰａで加圧充填した（充填工程）。次いで９０秒間放置して、金型の熱により発泡性骨材混合物中の水分を蒸発させて固化させ（造型工程）、バインダーと架橋剤を架橋反応させた後、金型１４のキャビティ１５から試験片としての鋳型を取り出した。この後、湿度３０％の恒湿槽内と、湿度９０％以上の恒湿槽内とにそれぞれ２４時間保持した試験片の曲げ強さを測定した。
その結果、湿度３０％では９．５ＭＰａ、湿度９８％では３ＭＰａの強度がそれぞれ得られ、これは鋳型の使用上全く問題ない強度である。
第３実施例
表３ 骨材混合物の組成（水を除く）
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ、株式会社ニッシ製）１．０重量部
界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
表３ 骨材混合物の組成（水を除く）
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ、株式会社ニッシ製）１．０重量部
界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
第３実施例では、表３に示す組成の骨材混合物と水４．５重量部とを混合機（愛工舎製作所製卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍで約５分間攪拌混合し発泡させ、発泡性骨材混合物を調整した（調整工程）。次いで、図２に示されるように、発泡性骨材混合物をシリンダ１３内に投入し、２７０℃に加熱された造型金型１４ａの容量約１４０ｃｍ３のキャビティ１５にシリンダ面圧０．４ＭＰａで加圧充填した（充填工程）。続いて９０秒間放置して、金型の熱により、発泡性骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた（造型工程）後、鋳型金型１４ａのキャビティ１５から試験片Ａとしての鋳型を取り出した(取り出し工程)。
この後、得られた試験片の表面層を１ｍｍ程度、金属やすりで削り落とし、約１ｇ採取し、日本鋳造技術協会が規定するＪＡＣＴ試験法Ｍ―５のガス発生量測定方法に従い、ガス圧―容量変換方式にてガス発生量を求め、分子量を計算した。この結果を表４に示す。
第４実施例
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ 株式会社ニッシ製）と界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）とクエン酸（扶桑化学株式会社製）の割合が１：０．３：５の混合物を２５０℃の高温槽に１０分間入れ、取り出した混合物をヘリウム雰囲気で５９０℃の熱分解炉中に５秒間放置した。次いで、熱分解により発生したガスを、５０℃で１０分間保持した後、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で２４０℃まで昇温させて、１５分間保持する条件の下で、カラム内をとおし、質量分析計にてガスの種類を分析した。図３に示されるように、バインダーから発生するガスの成分を質量計により解析した結果、二酸化炭素およびフルフラールが検出された。従来のシェル中子焼成時では、フェノール樹脂とヘキサミン（硬化剤）の熱分解によって、臭気原因物質であるアンモニア、ホルムアルデヒド、フェノール類などの不快な臭気が発生するが、本発明による鋳型からはそれらのガスが発生しないことが判明した。
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ 株式会社ニッシ製）と界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）とクエン酸（扶桑化学株式会社製）の割合が１：０．３：５の混合物を２５０℃の高温槽に１０分間入れ、取り出した混合物をヘリウム雰囲気で５９０℃の熱分解炉中に５秒間放置した。次いで、熱分解により発生したガスを、５０℃で１０分間保持した後、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で２４０℃まで昇温させて、１５分間保持する条件の下で、カラム内をとおし、質量分析計にてガスの種類を分析した。図３に示されるように、バインダーから発生するガスの成分を質量計により解析した結果、二酸化炭素およびフルフラールが検出された。従来のシェル中子焼成時では、フェノール樹脂とヘキサミン（硬化剤）の熱分解によって、臭気原因物質であるアンモニア、ホルムアルデヒド、フェノール類などの不快な臭気が発生するが、本発明による鋳型からはそれらのガスが発生しないことが判明した。
第５実施例
第５実施例では、各種界面活性剤と架橋剤が架橋反応を起こすか否かを確認する実験をなした。
第５実施例では、各種界面活性剤と架橋剤が架橋反応を起こすか否かを確認する実験をなした。
表５ 骨材混合物の組成
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
非イオン界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：１．０重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
非イオン界面活性剤（ポリグリセリン脂肪酸エステル）：１．０重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
表５に示す組成と水とを混合機（愛工舎製作所製卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約５分間攪拌混合して発泡性骨材混合物を調整した(調整工程)。この発泡性混合物をＪＡＣＴ試験法ＳＭ−１で定められた曲げ試験片作成用金型に手込めにて充填した（充填工程）。次いで、２５０℃に保持された恒温槽内に４５分間投入して、乾燥固化させた（造型工程）後、鋳型としての曲げ試験片を取り出した。また、比較のために、表５の組成において、非イオン界面活性剤に代えて、陰イオン界面活性剤（アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム）、陽イオン界面活性剤（アルキルトリメチルアンモニウム塩）及び両性イオン界面活性剤（アルキルアミンオキシド）をそれぞれ用いた組成についても同様にして参照用試験片を作製した。これらの試験片を湿度３０％の恒湿槽内に保持し、曲げ強さを測定した。この結果を表６に示す。
表６から、カルボキシル基を有する架橋剤と架橋反応を起こす界面活性剤は非イオン界面活性剤であることが判明した。その他の界面活性剤は金型から取り出す際に崩れてしまうので、全く強度がない。
第６実施例
表７ 骨材混合物の組成
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
表８に示す各種非イオン界面活性剤：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社）０．５重量部
表７ 骨材混合物の組成
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
表８に示す各種非イオン界面活性剤：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社）０．５重量部
表７に示す組成と、水とを混合機（愛工舎製作所製卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍで約５分間攪拌混合し、発泡性骨材混合物が得られるか否かを目視試験により確認した。この結果を表８に示す。表８において「良」は良好な発泡性骨材混合物であることを、「可」は撹拌中は発泡性骨材混合物になるが、撹拌を止めるとすぐに泡が消えてしまい、流動性がない状態であることを、「不可」は発泡性骨材混合物にならないことをそれぞれ示している。
表８
非イオン界面活性剤 発泡性骨材混合物
種類 ＨＬＢ
ポリグリセリン脂肪酸エステル １５．５ 良
ポリオキシエチレンアルキルエーテル １０．５ 良
ポリオキシエチレンラウリルエーテル ８．１ 良
ソルビタン脂肪酸エステル ６．７ 可
ソルビタン脂肪酸エステル ５．０ 不可
プロピレングリコール脂肪酸エステル ３．９ 不可
表８から、非イオン界面活性剤の内でＨＬＢ値が８以上でないと発泡性骨材混合物が得られないことが判明した。
非イオン界面活性剤 発泡性骨材混合物
種類 ＨＬＢ
ポリグリセリン脂肪酸エステル １５．５ 良
ポリオキシエチレンアルキルエーテル １０．５ 良
ポリオキシエチレンラウリルエーテル ８．１ 良
ソルビタン脂肪酸エステル ６．７ 可
ソルビタン脂肪酸エステル ５．０ 不可
プロピレングリコール脂肪酸エステル ３．９ 不可
表８から、非イオン界面活性剤の内でＨＬＢ値が８以上でないと発泡性骨材混合物が得られないことが判明した。
第７実施例
表９ 骨材混合物の組成(水を除く)
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ-Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
非イオン界面活性剤（サンソフトＭ−１２ 太陽化学株式会社製）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
表９ 骨材混合物の組成(水を除く)
珪砂（フラタリーサンド）：１００重量部
澱粉（デキストリンＮＳＤ-Ｌ 株式会社ニッシ製）：１．０重量部
非イオン界面活性剤（サンソフトＭ−１２ 太陽化学株式会社製）：０．０３重量部
クエン酸（扶桑化学株式会社製）：０．５重量部
第７実施例においては、表９に示される組成の骨材混合物と水４重量部とを混合機（愛工舎製作所製卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍで約５分間攪拌混合して発泡させて、発泡性骨材混合物を調整した（調整工程）。次いで図２に示されるように、発泡性骨材混合物１１をシリンダ１３内に投入し、２５０℃に加熱された曲げ試験片作製用造型金型１４の容量約８０ｃｍ３のキャビティ１５にシリンダ面圧０．４ＭＰａで加圧充填した（充填工程）。続いて２分間放置して、金型の１４の熱により水分を蒸発させることにより、発泡性骨材混合物を固化させた（造型工程）後、金型１４のキャビティ１５から鋳型としての試験片を取り出した。また、比較のために、表９の組成において、非イオン界面活性剤に代えて、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤および両性イオン界面活性剤をそれぞれ用いた参照用試験片を作製した。この後、各試験片について、湿度３０％の恒湿槽内に保持したときの曲げ強さ、及び湿度９０％以上の恒湿槽内に２４時間保持したときの曲げ強さを測定した。この結果を表１０に示す。
表１０に明らかなように、非イオン界面活性剤を用いると、湿度３０％では４．９ＭＰａ、湿度９８％では２．３ＭＰａの強度がそれぞれ得られた。湿度３０％で４．９ＭＰａの鋳型強度はシェルモールド法によって得られた鋳型とほぼ同等の強度（鋳造工学便覧、２.１シェルモールド法参照）が発現していることになり、鋳型の使用上全く問題ない強度である。湿度９０％以上で２４時間放置した後、鋳型強度で２ＭＰａ以上あれば鋳型の取扱いに問題ない強度であり、鋳型として充分使用できる強度である。
しかし、それ以外の界面活性剤を使用した場合、架橋剤と架橋反応を起こさないために鋳型強度が低くなり、造型後の強度としてはシェルよりも低く、また、高湿度における強度も充分でないことが判明した。
本発明に係る鋳型の造型方法によれば、溶湯を注湯するときに、バインダーが分解されても、人体に悪影響を与えると共に不快な臭気も伴う有害ガスが発生しない。このため、アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属鋳物の鋳造に使用することができ、とくに中子の製造に適している。付言すれば、本発明に係る鋳型の造型方法により得られた鋳型は、非常に鋳ばりの少ないものである。
上述の各実施例は本発明を単に例示するものであって、本発明の限定を意図するものではなく、当業者には添付の請求項に規定された範囲内で様々な変更や変形をなせることが明らかである。
Claims (12)
- 鋳型を造型する方法であって、
粒子状骨材、１種類または複数種類の水溶性バインダー、界面活性剤、架橋剤及び水を混合しながら攪拌して発泡させることにより、発泡性の骨材混合物を調整すると共に、前記界面活性剤が前記架橋剤と架橋反応を起こす界面活性剤である調整工程と、
前記発泡性骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する充填工程と、
充填した発泡性骨材混合物中の水分を蒸発させて発泡性骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する造型工程と、
造型された鋳型を前記鋳型造型用空間から取り出す工程とを含む方法。 - 請求項１の方法において、前記界面活性剤が非イオン界面活性剤であり、且つＨＬＢ値が８以上２０未満である方法。
- 請求項１又は２の方法において、前記鋳型造型空間は金型により規定されており、前記充填工程は、前記発泡性骨材混合物を前記金型の前記鋳型造型用空間へ加圧充填する方法。
- 請求項３の方法において、前記加圧充填は、シリンダに装填された前記発泡性骨材混合物を前記金型の前記鋳型造型用空間に直接加圧して充填する方法。
- 請求項３の方法において、前記加圧充填は、前記発泡性骨材混合物を前記金型の鋳型造型用空間に圧縮空気により加圧して充填する方法。
- 請求項４又は５の方法において、前記造型工程における水分は、加熱された金型の熱により蒸発する方法。
- 請求項６の方法において、前記水溶性バインダーは常温下では水溶性である方法。
- 請求項６の方法において、前記水溶性バインダーは糖類であるか、或いはこの糖類の誘導体である方法。
- 請求項６の方法において、前記水溶性バインダーの含量は前記粒子状骨材１００重量部に対して０．１乃至５．０重量部である方法。
- 請求項６の方法において、前記架橋剤がカルボキシル基を有する化合物である方法。
- 請求項１０の方法において、前記カルボキシル基を有する化合物は、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸及びメチルビニルエー テル−無水マレイン酸共重合体またはイソブチン−無水マレイン酸共重合体である方法。
- 請求項３の方法において、前記造型工程における水分は、加熱された金型の熱により蒸発する方法。
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