JP5101947B2

JP5101947B2 - 鋳型の製造方法

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Publication number: JP5101947B2
Application number: JP2007208843A
Authority: JP
Inventors: 田中　　勉; 正勝岡本
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009039767A

Description

本発明は、水性塗型剤組成物を用いた鋳型の製造方法に関する。

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とを含有する塗型剤組成物が開示されている。特許文献２にはＡｌ₂Ｏ₃を４５重量％以上有する耐火性粒子と、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を含有する塗型剤組成物が開示されている。
特開２００６−１８１５７９号特開２００６−１９８６７７号

塗型剤のうち、水を分散媒体とする水性塗型剤を用いた場合、乾燥設備を持たない工場等ではバーナー乾燥が行われることがある。また、乾燥設備を持っている工場等であっても、塗型剤を塗布した砂型を乾燥設備に設置する際に、設置面に塗型が付着しないようにバーナーで部分的に乾燥させる場合がある。バーナー乾燥は急激な乾燥であるため、塗膜が剥がれてしまうことがあった。

本発明の課題は、バーナー乾燥等の急激な乾燥を行っても塗膜が剥がれにくい鋳型の製造方法を提供することである。

本発明は、鋳物砂から砂型を製造する工程（Ｉ）と、工程（Ｉ）により得られた砂型に鱗片状耐火性粒子を含有する水性塗型剤組成物を塗布する工程（II）と、工程（II）により得られた砂型の前記水性塗型剤組成物が塗布された部分の少なくとも一部を、火炎の接触により乾燥する工程（III）と、を有する鋳型の製造方法に関する。

本発明によれば、バーナー乾燥のような火炎による乾燥工程を含み、塗膜が剥がれにくい鋳型の製造方法が提供される。

工程（Ｉ）は、鋳物砂から所定の砂型を製造する工程であり、通常の方法に準じて行うことができる。鋳物砂には、適当な粘結剤などが添加され、硬化させて所定形状の砂型が得られる。

工程（II）は、工程（Ｉ）で得られた砂型に、鱗片状耐火性粒子を含有する水性塗型剤組成物を塗布する工程である。砂型に当該組成物を塗布する方法としては、流し塗りする方法（ぶっかけ法）、浸漬する方法（どぶ漬け法）、刷毛塗りする方法、スプレー塗布する方法などが挙げられる。ぶっかけ法は簡便性の面から好ましい方法である。

工程（II）で用いられる塗型剤組成物は、鱗片状耐火性粒子を含有する。ここで、鱗片状耐火性粒子とは、うろこ状の細片で、平坦な耐火性粒子をいう。

また、本発明に用いられる鱗片状耐火性粒子は、鱗片状の形状度合いを示す尺度としてアスペクト比を用いることができる。鱗片状耐火性粒子は、バーナー等の火炎の接触による乾燥時の塗膜剥がれを防止する観点から、アスペクト比が５〜８０の範囲のものが好ましく、１０〜７０がより好ましく、２０〜５０が更に好ましい。尚、このアスペクト比は、値が小さいほど球形に近く、値が大きいほど粒子の扁平性が高いことを示す。

ここで、このアスペクト比の測定は、鱗片状耐火性粒子を少量取り、マイクロスコープ（（株）キーエンス製ＶＨ−８０００）にて３００倍に拡大し、鱗片状耐火性粒子の任意の１００粒子における面方向最大径および厚さを計測し、それぞれの平均値を次の式〔（面方向最大径の平均値）／（厚さの平均値）〕を用いて求めることができる。

本発明に用いられる水性塗型剤組成物は、鱗片状耐火性粒子を少なくとも含有するが、鱗片状耐火性粒子以外の耐火性粒子を更に含有することが好ましい。本発明では、全耐火性粒子中、鱗片状耐火性粒子の比率は３．５重量％以上、更に７重量％以上、更に９〜２５重量％であることが好ましい。

本発明に用いるのに好ましい水性塗型剤組成物として、ムライト組成の耐火性粒子（ａ）〔以下、（ａ）成分という〕、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（ｂ）〔以下、（ｂ）成分という〕、並びに、アスペクト比５〜８０であり、ウンモ類、タルク及び黒鉛から選ばれる少なくとも一種の鱗片状耐火性粒子（ｃ）〔以下、（ｃ）成分という〕を含有する水性塗型剤組成物が挙げられる。以下、これらの（ａ）〜（ｃ）成分等について説明する。

＜（ａ）成分＞
本発明の水性塗型剤組成物に用いられる（ａ）成分は、ムライト組成の耐火性粒子である。ムライト組成の耐火性粒子とは、Ｘ線回折でムライト結晶が検出される耐火性粒子で、一般の合成ムライト、バンケツ、焦宝石、博山等も含まれる。白膜の付着しない綺麗な鋳肌を得られるという観点から、（ａ）成分は、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が４５〜９０重量％のムライト質のものが好ましく、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が６０〜７０重量％のムライト質のものがより好ましい。

本発明に用いられる（ａ）成分は、平均粒径が１〜１００μｍ、更に５〜６０μｍ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、各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＞
本発明の水性塗型剤組成物に用いられる（ｂ）成分は、黒曜石、真珠岩及び松脂岩である。これらの鉱石の代表的な組成は、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。鋳肌の平滑性という観点から、黒曜石が好ましい。

本発明に用いられる（ｂ）成分は、平均粒径が１〜１００μｍ、更に５〜６０μｍの粉末状のものを用いるのが好ましい。

＜（ｃ）成分＞
本発明の水性塗型剤組成物に用いられる（ｃ）成分は、鱗片状耐火性粒子であり、特に、ウンモ類、タルク及び黒鉛から選ばれる少なくとも一種の鱗片状耐火性粒子が好ましく、更に、アスペクト比５〜８０であり、ウンモ類、タルク及び黒鉛から選ばれる少なくとも一種の鱗片状耐火性粒子が好ましい。

（ｃ）成分のうち、ウンモ類は、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、ウンモ族のセリサイト（絹雲母）もウンモの一種である。

また、（ｃ）成分のうち、タルクは、水酸化マグネシウムとケイ酸塩からなる鉱物で、粘土鉱物の一種であり、本発明では鱗片状であるもの、更にはアスペクト比５〜８０のものが用いられる。

また、（ｃ）成分のうち、黒鉛は、鱗状黒鉛や鱗片状黒鉛が挙げられる。

（ｃ）成分としては、塗布作業における鋳型の隠蔽性、或いは塗型の明色性の観点及びバーナー等の火炎の接触による乾燥時の塗膜剥がれを防止する観点から、ウンモ類が好ましい。

本発明に用いられる（ｃ）成分は、バーナー等の火炎の接触による乾燥時の塗膜剥がれを防止する観点から、平均粒径が５０〜１５０μｍ、更に６０〜１２０μｍの粉末状のものを用いるのが好ましい。

かかる水性塗型剤組成物では、耐火性粒子（ａ）と耐火性粒子（ｂ）との重量比は、（ａ）／（ｂ）＝１〜９、更に１〜４であることが、鋳物からの塗膜剥がれの観点から好ましい。

また、かかる水性塗型剤組成物では、バーナー等の火炎の接触による乾燥時の塗膜剥がれを防止、塗膜強度及び塗膜の平滑性の観点から、耐火性粒子（ａ）と耐火性粒子（ｂ）の総重量と、鱗片状耐火性粒子（ｃ）との重量比は、〔（ａ）+（ｂ）〕／（ｃ）＝１〜２５であることが好ましく、更に９〜１２であることがより好ましい。

本発明に用いられる塗型剤組成物は、水を含有する水性の組成物である。水は、耐火性粒子の合計１００重量部に対し、２０〜１５０重量部が好ましく、５０〜１３０重量部がより好ましい。

また、本発明に用いられる塗型剤組成物には、通常使用されるような粘結剤を配合できる。例えば、常温で強い塗型膜を形成できるアラビアガム、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、木節粘土、アタパルジャイト等の粘土類、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、本発明に用いられる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。

なお、鋳物砂は粘結剤を添加せずに用いることもでき、その場合には充填性が良好であるが、鋳型強度が必要な場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。

工程（III）は、上記のような工程（II）により得られた砂型の水性塗型剤組成物が塗布された部分の少なくとも一部を、火炎の接触により乾燥する工程である。具体的には、塗布した塗膜表面の水分の光沢がなくなるまで、火炎の接触により乾燥する。乾燥時間は、乾燥する部分の大きさにもよるが、３０秒〜１０分程度行われる。また、火炎の温度は好ましくは８００〜１９００℃（火炎の温度は、外炎の温度を測定して得られる）であり、火炎を発現する手段としては、バーナーを用いることが好ましい。バーナーの乾燥器具としては、ＬＰボンベに接続されたトラスコ中山社製、品番ＴＢ−Ｌ１０、新富士社製、品番ＲＥ−７などが挙げられる。

水性の塗型剤組成物は分散媒体が水であるため、常温では乾燥が緩慢であり、これを塗布した砂型は、次の工程、例えば砂型全体の緩やかな乾燥工程等に供する場合に、設置器具などとの接触部位を確保するまでに時間がかかる。このため、バーナー乾燥などの強制的な乾燥がしばしば行われる。しかしながら、例えば、塗型剤の耐火性骨材として、ムライトと黒曜石を塗型剤として配合すると、粒子同士の大きな凝集力が生じる。よってバーナー乾燥を行い急激な乾燥が起こると塗膜が剥がれ易い。これに対して、本発明では、ウンモ等の鱗片状耐火性粒子を用いることにより、バーナー等の火炎の接触による乾燥時においても塗膜が剥がれにくい塗型を得ることができる。その理由は明らかではないが、鱗片状の耐火性粒子が塗膜表面を強く保護している為と考えられ、水素結合力の高いウンモではその効果がより顕著であるものと考えられる。

工程（III）を経た鋳型は、更に、１００〜２００℃での乾燥工程に供することが好ましい。

本発明で得られた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。

表１に示す組成の成分を、関東混合機工業株式会社製ＫＴＭ−１０型ミキサーで２５０ｒｐｍ、１０分間混練した。出来たペースト品を６０ボーメ度に希釈した。これを水性塗型剤組成物として用いた。

フリーマントル砂１００重量部に対し、バインダーとしてフラン樹脂（カオーライトナー３４０Ｂ、花王クエーカー（株））１．０重量部及びその硬化剤（ＴＫ−３、花王クエーカー（株））０．４重量部を加え平板状（形状８０ｍｍ×８０ｍｍ×１０ｍｍ）の鋳型を作製した。鋳型に水性塗型剤組成物をハケ塗り（塗膜が０．５ｍｍになるように塗布）し、直後にＰＲＩＮＣＥＧＡＳトーチバーナー（火口型式：ＧＴ−５０００）にてバーナー乾燥（火炎温度：１０００℃）し、塗膜のバーナー乾燥による剥がれ状況を画像解析（解析ソフト：WｉｎROOF、デジタルカメラ：Panasonic社製 DMC-FX1）により、剥がれ部分の面積を、塗型剤組成物を塗布した面積全体に対する百分率（％）で求めた。結果を表１に示す。

また、上記平板状鋳型５枚を、内径３５０ｍｍ、高さ３８０ｍｍで底部を有する円筒形の鋳型（中心に直径４０ｍｍの円形のムクリ上げの堰をもつ）のドーナッツ状の底部に平置きして接着する（図１、２、図中の寸法単位はｍｍである）。その際、鋳型の内壁と平板状鋳型の８０ｍｍの一辺が鋳型の円周方向を向くように均等に配置し、その一辺と側壁との最大距離は２０ｍｍとした（図２）。また、鋳型底部と平板状の鋳型の接着には、ニッシン産業製、ニッシン鋳型用プラスチックシール、マネワンタッチを用い、接着後２４時間放置して接着剤を充分乾燥させた。この鋳型に、ＦＣ−２５０、２５０ｋｇの溶湯を１４００℃で鋳込み、ばらし後の鋳物の焼着状態を観察した。結果を表１に示す。

実施例において焼着状態の評価に用いた鋳型を示す概略図である。図１の鋳型の平面概略図である。

Claims

鋳物砂から砂型を製造する工程（Ｉ）と、工程（Ｉ）により得られた砂型に鱗片状耐火性粒子を含有する水性塗型剤組成物を塗布する工程（II）と、工程（II）により得られた砂型の前記水性塗型剤組成物が塗布された部分の少なくとも一部を、火炎の接触により乾燥する工程（III）と、を有する鋳型の製造方法であって、
前記水性塗型剤組成物が、ムライト組成の耐火性粒子（ａ）、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（ｂ）、並びに、アスペクト比５〜８０であり、ウンモ類、タルク及び黒鉛から選ばれる少なくとも一種の鱗片状耐火性粒子（ｃ）を含有する、
鋳型の製造方法。
前記水性塗型剤組成物における耐火性粒子（ａ）と耐火性粒子（ｂ）の総重量と、鱗片状耐火性粒子（ｃ）との重量比が、〔（ａ）+（ｂ）〕／（ｃ）＝１〜２５である、請求項１記載の鋳型の製造方法。
耐火性粒子（ｂ）が黒曜石である、請求項１又は２記載の鋳型の製造方法。
鱗片状耐火性粒子（ｃ）がウンモ類である、請求項１〜３の何れか１項記載の鋳型の製造方法。
火炎をバーナーにより供給する、請求項１〜４の何れか１項記載の鋳型の製造方法。