JP4455314B2 - 塗型剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、塗型剤組成物に関する。

鋳造用塗型剤は、溶融金属が接する鋳型表面に塗布又は噴霧（ぶっかけも含む）して、塗膜を塗装することにより、鋳型の表面を保護し、溶融金属と鋳型表面との化学反応や、鋳物の焼着欠陥の発生を防止するために用いられるものである。このような塗型剤は、一般に、耐火性粒子、粘結剤、焼結剤、分散媒（溶媒）等で構成されている。これらのうち、耐火性粒子は塗型基材であり、鋳物の焼着防止を主目的とし、ジルコン、シリカ、マグネシア、クロマイト、黒鉛等の粉末（骨材）が用いられる。

特許文献１には、塗型剤にひる石、黒曜石、真珠岩、天然雲母など加熱により結晶水が膨張する物質を含む塗型剤を圧力鋳造用中子に塗布することが開示されている。特許文献２には、真珠岩、黒曜岩を加熱粉砕して塗型剤に用いることが開示されている。また、消失模型用の塗型剤に関して、特許文献３には、示差熱分析による吸熱ピーク温度が特定範囲にある鉱石を塗型剤に用いることが開示されている。また、特許文献４には、カルシウムベントナイト及びウンモを消失模型鋳造用に適した塗型剤に用いることが開示されている。
特開平３−２２６３３４号 特開昭５２−１８４２５号 特開２００３−２９０８６９号 特開２００１−３３４３４６号

しかしながら、鋳物品質の向上、特に平滑で高品質の鋳肌を得ることについては、更なる向上が望まれる。

また、特許文献１〜３で用いられている黒曜石、真珠岩及び松脂岩等の耐火性粒子は、焼着低減には有効であるが、溶湯の熱により膨張する性質があり、その結果、塗型を塗布した後のタレ筋部分が膨張する事によりそのタレ筋が膨らみ、鋳物表面での筋跡が深く残り平滑性が損なわれることがある。このため、焼着低減と平滑性の向上の両立は達成しがたい。また、特許文献４は、消失模型を用いた場合の焼着低減には有効であるが、他の鋳造法における平滑性についての言及はない。

本発明の課題は、耐焼着性に優れ、鋳肌が美麗な鋳物が得られる塗型剤組成物を提供することである。

本発明は、黒曜石、真珠岩及び松脂岩から選ばれる少なくとも一種の耐火性粒子（Ａ）〔以下、（Ａ）成分という〕と、ウンモ、長石及び高炉スラグから選ばれる少なくとも一種の耐火性粒子（Ｂ）〔以下、（Ｂ）成分という〕とを含有する塗型剤組成物に関する。

また、本発明は、鋳型表面に、上記本発明の塗型剤組成物を塗布してなる鋳型、及び該鋳型を用いて製造された鋳物に関する。

本発明によれば、耐焼着性に優れ、鋳肌が美麗な鋳物が得られる塗型剤組成物が提供される。

＜（Ａ）成分＞
本発明の（Ａ）成分は、黒曜石、真珠岩、松脂岩であり、いわゆるパーライトと呼ばれる鉱石の代表的組成は、ＳｉＯ₂が７６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が１２重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃が１重量％、ＣａＯが０．５重量％、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏがそれぞれ４重量％である。（Ａ）成分としては、鋳肌が美麗な鋳物が得られるという観点から、黒曜石が好ましい。

本発明に用いられる（Ａ）成分は、平均粒径が１〜１００μｍ、更に１０〜６０μｍの粉末状のものを用いるのが好ましい。

なお、本発明において、耐火性粒子の平均粒径は、レーザー回折の散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製 ＬＡ−９２０型）にて測定した単一粒子径分布のメジアン径である。

＜（Ｂ）成分＞
本発明の（Ｂ）成分のうち、ウンモは、ウンモ群とも呼ばれ、アルカリ金属を含むアルミノケイ酸塩である（化学大辞典１巻、昭和４３年７月１日、第６刷、共立出版株式会社）。ウンモには天然ウンモと人工ウンモがあり、天然ウンモとしては白ウンモ、金ウンモ、黒ウンモ等、好ましくは白ウンモが挙げられる。人工ウンモとしてはフッ素金ウンモ、フッ素四ケイ素ウンモ、テニオライト等のフッ素ウンモが挙げられる。

また、（Ｂ）成分のうち、長石としては、曹長石、正長石、灰長石等が挙げられる。

また、（Ｂ）成分のうち、高炉スラグとは、溶鉱炉で銑鉄を製造する際に得られる副産物であり、空中で徐冷した徐冷スラグと水中で急冷した急冷スラグ等が挙げられる。

本発明に用いられる（Ｂ）成分は、平均粒径が１〜１００μｍ、更に１０〜６０の粉末状のものを用いるのが好ましい。

（Ｂ）成分としては、塗布作業における鋳型の隠蔽性の観点から、ウンモが好ましい。

本発明では、（Ａ）成分に（Ｂ）成分を併用することにより、タレ跡が残っていても（Ａ）成分の膨張が抑えられる結果、タレ跡の影響が出にくく、得られた鋳物は鋳肌の凹凸がなく、平滑性に優れたものとなると推察される。

＜塗型剤組成物＞
本発明の塗型剤組成物は、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分と、この種の組成物に通常配合される、他の耐火性粒子、粘結剤等の成分と、分散媒とを含有する。また、組成物は、水系であってもアルコール系であってもよい。

本発明の塗型剤組成物において、（Ａ）成分の含有量は、全固形分中、１０〜５０重量％が好ましく、１０〜４０重量％がより好ましく、１５〜３５重量％が更に好ましい。なお、本発明の塗型剤組成物における固形分には、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、その他の耐火性粒子、ベントナイト等の焼結剤などがある。

また、本発明の塗型剤組成物において、（Ｂ）成分の含有量は、全固形分中、２〜４０重量％が好ましく、５〜３０重量％がより好ましく、１０〜２５重量％が更に好ましい。

本発明の塗型剤組成物においては、注湯時に発生する水分の影響を低減して美麗な鋳肌を得る観点から、全耐火性粒子中の（Ａ）成分の比率は、５０重量％以下、更に１０〜４０重量％であることが好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物においては、耐焼着性の観点から、全耐火性粒子中の（Ｂ）成分の比率は、４０重量％以下、更に５〜３０重量％が好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物においては、耐焼着性の観点から、全耐火性粒子中の（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計の比率は、１２〜８５重量％、更に２５〜６５重量％が好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物においては、耐焼着性と鋳肌の平滑性改善の観点から、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の重量比は、（Ｂ）／（Ａ）＝５／９５〜７５／２５、更に１０／９０〜６２／３８が好ましい。

本発明の塗型剤組成物では、本発明の効果を阻害しない範囲で、（Ａ）成分、（Ｂ）成分以外の耐火性粒子を使用できる。他の耐火性粒子としては、従来から鋳造の目的に応じて各種のものが利用されており、例えば黒鉛、シリカ、ムライト、ジルコン黒鉛等が挙げられる。

本発明の塗型剤組成物に用いる分散媒は、水性、油性いずれでもよいが、浸透性の点より油性のものが好ましい。油性塗型剤組成物の場合は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類、キシレン、トルエン等の芳香族溶剤、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤が使用できる。好ましくは低級アルコール類であり、特にメタノールが好ましい。芳香族溶剤及び炭化水素系溶剤は補助溶剤として使用してもよい。水性塗型剤組成物の場合は水が主分散媒となる。添加量は、油性の場合、低級アルコールであれば全耐火性粒子の合計１００重量部に対し、７０〜１１０重量部が好ましい。また、水性の場合、水は全耐火性粒子の合計１００重量部に対し、７０〜１３０重量部が好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物には、通常使用されるような粘結剤や焼結剤を配合できる。例えば、常温で強い塗型膜を形成できるフェノール、ロジン、石油樹脂のような有機粘結剤や、ケイ酸ソーダ、リン酸アルミなどの無機粘結剤がある。条件によりこれらのものを併用してもよい。粘結剤の添加量は、全耐火性粒子の合計１００重量部に対し、０．５〜２重量部が好ましい。

また、焼結剤としては、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト等のベントナイト、木節粘度等の粘土類、エチルシリケート、コロイダルシリカが挙げられる。焼結剤の添加量は、全耐火性粒子の合計１００重量部に対し、３〜１０重量部が好ましい。

その他に、本発明の塗型剤組成物に配合できる成分として、界面活性剤、分散剤、チキソトロピー性付与剤等が挙げられる。

本発明の塗型剤組成物は、一般的な塗型剤と同様に使用できるが、特に砂型用の塗型剤組成物として好適に用いることができる。

本発明の塗型剤組成物を鋳型に塗布する方法は、流し塗り（ブッカケ法）、浸漬する（ドブ漬け法）、刷毛塗り、スプレー塗布等の従来知られている方法の何れでも良いが、流し塗り法が好ましい。また鋳型に用いる鋳物砂としては、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂等の新砂又は再生砂が使用される。

本発明の鋳型を用いて製造される鋳物としては、鋳肌が美麗な鋳物が得られるため、複雑な構造や、鋳肌表面の美しさが要求されるものに好適である。具体的な鋳物の例としては、建設機械の油圧バルブ、モーター、金型、エンジンフレーム、工作機械、建築部材等に用いられる、部材、部品等が挙げられる。

（１）変形率
フリーマントル珪砂（５号）１００重量部に対して、有機スルホン酸硬化剤（花王クエーカー（株）製ＴＫ−３）を０．２重量部添加混練した後に、フラン樹脂（花王クエーカー（株）製３４０Ｂ）を０．８重量部混合した。これを用い深さ３０ｍｍ、縦３００ｍｍ、横３００ｍｍの直方体の鋳型を作製した。

２４時間放置後、鋳型の底面に、切り欠き部（幅５ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚み１ｍｍ）を有するプレート（厚み１ｍｍ）を固定して、表１に示す耐火性粒子を含有する以下の組成の塗型剤組成物を、該プレートの切り欠き部に流し込み、一定の膜厚の塗膜（タレ筋のモデル）を作製する。充分乾燥後、塗膜の３箇所を任意に選定し、ノギスでそれぞれの厚みを測定する。３箇所の測定結果の平均値をタレ筋の平均厚みＡとする。

上記塗膜が形成された鋳型に上型を被せた後、ＦＣ−２５０の熔湯を１４００℃で注湯し、２４時間経過後、フラン鋳型をばらし、ショットブラスト処理後、鋳物表面に転写された塗膜の凹部について、平均厚みＡを測定した部分に対応する３箇所の深さを測定し、その平均値を平均深さＢとする。（Ｂ／Ａ）×１００を変形率（％）とした。この値が大きくなるほど鋳物表面の凹部が深くなり品質の低下を招くことを意味する。結果を表１に示す。

なお、この試験で用いた塗型剤組成物の組成は、耐火性粒子１００重量部、水１００重量部、ナトリウムベントナイト５重量部、デキストリン１重量部、防腐剤０．１重量部である。

（２）焼着率
再生珪砂からなる直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの円柱状の中子に塗型剤組成物（上記（１）と同じものを使用した）を塗布した後、鋳物形状が直径３５０ｍｍ×高さ４００ｍｍとなる鋳型に中子８個を同一円周上（直径２５０ｍｍ）に均等に配置する。この鋳型に、溶湯（材質ＦＣ−２５０）を１４２０℃で注湯し、バラシ後、中子部分の焼着した容積を測定し、以下の式により焼着率を算出する。焼着率が大きいほど焼着が多く発生し品質の低下を招くことを意味する。結果を表１に示す。
焼着率（％）＝（中子部の焼着した容積／中子の全容積）×１００

Claims (4)

1. 黒曜石、真珠岩及び松脂岩から選ばれる少なくとも一種の耐火性粒子（Ａ）と、ウンモ、長石及び高炉スラグから選ばれる少なくとも一種の耐火性粒子（Ｂ）とを含有し、耐火性粒子（Ａ）と耐火性粒子（Ｂ）との重量比が、（Ｂ）／（Ａ）＝５／９５〜７５／２５である、塗型剤組成物。
2. 砂型用である請求項１記載の塗型剤組成物。
3. 鋳型表面に、請求項１又は２記載の塗型剤組成物を塗布してなる鋳型。
4. 請求項３記載の鋳型を用いて製造された鋳物。