JP5971553B2

JP5971553B2 - 鋳型及び鋳型の製造方法

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Publication number: JP5971553B2
Application number: JP2012108659A
Authority: JP
Inventors: 基男須永; 弘磯部; 哲治松下; 小菅　勝典; 勝典小菅
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Fuji Chemical Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Fuji Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: JP2013233584A

Description

本発明は、鋳型及び鋳型の製造方法に関する。

近年、自動車産業、建設、工作機械等広い産業分野において、複雑な形状の薄肉軽量鋳物の需用が飛躍的に増大している。鋳物の製造には、有機系粘結剤を用いたシェル鋳型とコールドボックス鋳型が一般的に使用されているが、これらの有機系粘結剤を用いた鋳型は、注湯による有害ガスの発生という問題があるため、水ガラス等の無機粘結剤を用いた鋳型が注目されている。

従来の無機粘結剤を用いた鋳型は、使用後（鋳物の製造後）においても強度が高いため、使用後の鋳型を崩壊させ、鋳型砂を再生することが困難であった。
そこで、鋳型を９００〜１１００℃もの高温（鋳型の使用時における温度よりも遥かに高い温度）で処理したり（特許文献１参照）、マイクロ波を照射すること（特許文献２参照）で、鋳型の崩壊性を向上させる技術が提案されている。

特開平６−３４４０７６号公報特開平７−３０３９３５号公報

しかしながら、特許文献１、２記載の技術では、鋳型の崩壊性を向上させるために、高温焼成用の設備や、マイクロ波照射の設備が必要になってしまう。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、特別な設備を用いなくとも、使用後における崩壊性が高い鋳型、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の鋳型は、鋳物砂と、珪酸ソーダと、シリカ系多孔性材料と、を含むことを特徴とする。
本発明の鋳型は、初期強度（使用時おける強度）は充分に高く、且つ、使用後（鋳物の製造後）は崩壊し易い（崩壊性が高い）。そのため、鋳型からの鋳物の取り出しや鋳物砂の再生が容易である。また、本発明の鋳型においては、崩壊性を高めるための特別な設備が必要ない。

本発明の鋳型は、例えば、前記珪酸ソーダと前記シリカ系多孔性材料とを含む粘結剤を含むことが好ましい。この場合、上述した効果が一層顕著となる。
本発明の鋳型において、例えば、１００重量部の前記鋳物砂に対し、０．５〜２重量部の前記シリカ系多孔性材料を含むことが好ましい。この場合、上述した効果が一層顕著となる。また、シリカ系多孔性材料の添加量を調整することで、鋳型の初期強度、及び使用後の崩壊性を制御することができる。

本発明の鋳型の製造方法は、前記鋳物砂、前記珪酸ソーダ、及び前記シリカ系多孔性材料の混合物を所定の形状に成形し、炭酸ガスを含むガスで硬化させることを特徴とする。この製造方法で製造した鋳型は、使用時には必要な強度を保ちながら、使用後は崩壊性が高い。そのため、鋳型からの鋳物の取り出しや鋳物砂の再生が容易である。また、本発明の製造方法で製造した鋳型においては、崩壊性を高めるための特別な設備が必要ない。

本発明の鋳型の製造方法においては、先に、鋳物砂とシリカ系多孔性材料とを混合し、その後、珪酸ソーダを加えることが好ましい。こうすることで、混合物の作成が容易になる。
前記シリカ系多孔性材料としては、ＳｉＯ₂を主原料とする多孔性材料が広く該当する。前記シリカ系多孔性材料としては、例えば、シリカゲル、メソポーラスシリカ、マクロポーラスシリカ等が挙げられる。これらのシリカ系多孔性材料を用いることにより、上述した効果が一層顕著となる。シリカ系多孔性材料の物性は、以下の範囲が好ましい。この範囲内であることにより、上述した効果が一層顕著となる。

比表面積：140 〜 800 m²/g
平均細孔径：2 〜 530nm
細孔容量：0.5 〜4.0 ml/g
なお、比表面積の測定方法はBET法である。また、平均細孔径の測定方法は、ミクロ孔の場合はJH法、マクロ孔の場合は水銀圧入法である。また、細孔容量の測定方法はガス吸着法である。

前記鋳物砂は特に限定されず、一般的な鋳物砂を広く用いることができる。鋳物砂としては、例えば、山砂、珪砂、粘土等が挙げられる。
前記珪酸ソーダの配合量は、例えば、鋳物砂とシリカ系多孔性材料との合計量を１００重量部としたとき、０．５〜２重量部の範囲が好ましい。この範囲内であることにより、上述した効果が一層著しい。

本発明の実施形態を説明する。
１．シリカ系多孔性材料の製造
（１−１）以下のようにして、メソポーラスシリカ１を製造した。

１５％硝酸７７００ｍｌに、ブロックコポリマー（市販のBASF製Pluronic P104 ）２８０ｇを加えて、温度を３５℃に調整した。そこに、シリカ濃度６．０％に調整した市販の３号ケイ酸ソーダ２８００ｇを加え、６００ｒｐｍで液全体を4時間攪拌した。攪拌終了後、ｐＨ＝７となるまで水洗を行い、さらに、６００℃で４時間、焼成を行って、メソポーラスシリカ１を得た。
（１−２）以下のようにして、メソポーラスシリカ２を製造した。

前記（１−１）で製造したメソポーラスシリカ１を更に、温度８００℃で４時間焼成して細孔構造を変化させ、メソポーラスシリカ２を得た。
（１−３）以下のようにして、マクロポーラスシリカを製造した。

シリカ濃度５．０ｗｔ％に希釈した市販の２号ケイ酸ナトリウム水溶液４０００ｇに、塩化ナトリウム１０００ｇを溶解させ、塩含有ケイ酸ナトリウム水溶液を調製した。次に、藤▲崎▼電気株式会社製マイクロミストドライヤMDL-050Bを使用して、この塩含有ケイ酸ナトリウム水溶液を、入口温度１６０℃、出口温度８０℃の条件で噴霧乾燥させた。そして、バグフィルターで噴霧乾燥品を１２００ｇ回収した。次に、噴霧乾燥品を温度４０℃の８％塩酸に分散し、１０分間攪拌してアルカリ分の中和と塩化ナトリウムの溶解を行った。その後、ろ過・水洗・乾燥し、マクロポーラスシリカを得た。

２．鋳型の製造
鋳型の製造方法は、以下の（２−１）〜（２−４）のとおりである。
（２−１）鋳物砂であるフラタリーサンド（三菱商事建材）１００重量部に、シリカ系多孔性材料１重量部を添加し、攪拌機を用いて充分混合した。
（２−２）前記（２−１）で作成した混合物１００重量部に、１号珪酸ソーダ（SiO₂: 27.83重量％、Na₂O：13.66重量％、モル比2.1）５重量部を添加し、充分混合した。
（２−３）前記（２−２）で作成した混合物１５０ｇを型枠に入れ、つき固め器を用いてつき固め、型枠の形に成形した。
（２−４）前記（２−３）で成形したものに、ＣＯ₂ガスを、３０ｍＬ／ｍｉｎの流量で、１５分間吹きつけて硬化させた。その後、硬化したものを型枠から取り出し、２４時間放置して、鋳型を完成した。この鋳型において、珪酸ソーダとシリカ系多孔性材料とから成る粘結剤が、鋳物砂同士を固着させている。

上記（２−１）〜（２−４）の製造方法を、シリカ系多孔性材料が、メソポーラスシリカ１の場合、メソポーラスシリカ２の場合、シリカゲルの場合、及びマクロポーラスシリカの場合について、それぞれ実施した。なお、シリカゲルは、富士化学株式会社製のMB4Bである。

なお、上記のシリカ系多孔性材料は、表１に示す物性を有する。

シリカ系多孔性材料がメソポーラスシリカ１の場合に製造された鋳型を鋳型Ａとし、シリカ系多孔性材料がメソポーラスシリカ２の場合に製造された鋳型を鋳型Ｂとし、シリカ系多孔性材料がシリカゲルの場合に製造された鋳型を鋳型Ｃとし、シリカ系多孔性材料がマクロポーラスシリカの場合に製造された鋳型を鋳型Ｄとする。

また、比較例として、シリカ系多孔性材料を添加せず、それ以外の点では前記（２−２）〜（２−４）と同様にして、鋳型Ｒを製造した。
３．鋳型の使用方法
鋳型Ａ〜Ｄは、通常の鋳型と同様に、鋳物の製造のために使用できる。使用時における鋳型の温度は、５００〜７００℃程度となる。

４．鋳型の評価
鋳型Ａ〜Ｄ、Ｒのそれぞれについて、未焼成の状態と、７００℃で１０分間焼成した後の状態とで、強度を測定した。なお、７００℃での１０分間焼成は、鋳型の使用時に近い条件である。強度の測定には、ABM-100SIV(株式会社東京試験機製)を用い、１軸圧縮強
度を測定した。その結果を表２に示す。表２には、焼成によって強度が低下した率も示す。

表２に示すように、鋳型Ａ〜Ｄは、未焼成の状態では強度が高く、且つ焼成後は著しく強度が低下していた。そのため、鋳型を使用する際の強度を確保しながら、鋳型の使用後は、容易に鋳型を崩壊させて鋳物を取り出し、鋳物砂を再生することができる。また、鋳型Ａ〜Ｄの崩壊性を向上させるために、特別な設備を用いる必要がない。

一方、鋳型Ｒは、焼成後においても強度が高かった。そのため、鋳型Ｒは、使用後に崩壊させることが困難である。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば、１００重量部の鋳物砂に対し、シリカ系多孔性材料の配合量は、０．５〜２重量部の範囲内で適宜調整できる。シリカ系多孔性材料の配合量を多くすることで、鋳型の使用後における崩壊性を一層向上させることができる。また、シリカ系多孔性材料の配合量を少なくすることで、鋳型の初期強度を高くすることができる。

また、フラタリーサンドの代わりに、他の鋳物砂を用いても、略同様の効果を奏することができる。

Claims

鋳物砂と、
珪酸ソーダと、
シリカ系多孔性材料と、
を含み、
１００重量部の前記鋳物砂に対し、０．５〜２重量部の前記シリカ系多孔性材料を含むことを特徴とする鋳型。
前記シリカ系多孔性材料が、シリカゲル、メソポーラスシリカ、及びマクロポーラスシリカから成る群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の鋳型。
鋳物砂と、珪酸ソーダと、シリカ系多孔性材料と、を含む鋳型の製造方法であって、
前記鋳物砂、前記珪酸ソーダ、及び前記シリカ系多孔性材料の混合物を所定の形状に成形し、炭酸ガスを含むガスで硬化させることを特徴とする鋳型の製造方法。