JPH0481243A - 溶融金属鋳造用型材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、新規な溶融金属鋳造用型材に関する。

〈従来の技術〉 従来より、 アルミニウム、銅、 鋳鉄等の金属 の鋳造用型材としては、珪砂等の砂と、フラン樹脂、水
ガラス等の有機、無機粘結剤とを混合したもの・が、広
く使用されている。　このような従来からの型材を用い
て鋳造した場合、通常の方法では、厚さ８ｍｍ以下の薄
肉製品の鋳造は困難であり、従って、鋳造品といえば厚
物であるかのように考えられてきた。　これは、薄物で
は、溶融金属が鋳型内を流動する際、鋳型に熱を奪われ
て固化しやすいためと考えられた。

ところが、時代的要求により、従来鋳造品が多用されて
きた分野、特に自動車部品、電気部品関連分野でも、軽
薄短小化の傾向にあり、従って、薄肉の鋳造品に対する
要求が高まってきている。　また、鋳造品に対する別の
要求として、鋳肌の向上、寸法精度の向上等の品質向上
がある。

ところで、薄肉の鋳造品を得る方法としては、型温を上
げる方法、減圧で鋳込む方法等が、また、薄肉かつ寸法
精度の優れた鋳造品を得る方法としては、ロストワック
ス法、ショウプロセス法等のいわゆる精密鋳造方法が知
られている。　しかし、型温を上げる方法や減圧で鋳込
む方法では、必ずしも良好な製品か得られず、かつ、コ
ストも高い。　また、ロストワックス法は、ワックス模
型成形用金型を必要とするため、少量の、例えは試作用
には、合理的な方法とは言えない。　そして、いずれの
精密鋳造方法も、高価なセラミックスを型材として使用
する必要がある、工程が複雑で特殊な装置が必要である
という欠点があり、従って、精密鋳造方法は、どんな製
造業者でも実施可能であるとはいえない。　さらに、精
密鋳造方法は、鋳造して製品を得るのに日数を要するた
め、製品の納期が逼迫したした状況では採用で鮒ないと
いう問題がある。

〈発明か解決しようとする課題〉 本発明は、かかる従来の鋳造方法及びそれに用いられて
いた鋳造用型旧の問題点を解決することを目的とする。

　具体的には、本発明は、寸法精度の良好な薄肉鋳造品
を容易に得ることができ、内部歪か小さく、ネズミ鋳鉄
の鋳造に使用するとＦｅ、、Ｃ（ステアタイト）の発生
か少なく、加工が容易で特に試作に好適な溶融金属鋳造
用型材の提供を目的とする。

〈課題を解決するだめの手段〉 すなわち、本発明は、フェノール樹脂発泡体を炭素化し
てなる嵩密度が０１〜０８ｇ／ｃｍ’の炭素多孔体が、
型材の溶融金属と接触する部分の少なくとも一部に設け
られていることを特徴とする溶融金属鋳造用型材を提供
するものである。

以下、本発明に係わる溶融金属鋳造用型材について、具
体的に説明する。

本発明に係わる溶融金属鋳造用型材の溶融金属と接触す
る部分の少なくとも一部に設けられている炭素多孔体は
、フェノール樹脂発泡体を炭素化することにＪ：って得
られる。

このフェノール樹脂発泡体は、フェノール樹脂を発泡硬
化させることにより得られ、このようなフェノール樹脂
としては、レゾール型フェノール樹脂が用いられる。

レゾール型フェノール樹脂は、公知の方法に従って、フ
ェノール類とアルデヒド類とをアルカリ触媒の存在下で
反応させることにより得られる。

フェノール類としては、具体的には、フェノール、クレ
ゾール、キシレノールおよびレゾルシンなどが用いられ
る。

アルデヒド類としては、具体的には、ホルムアルデヒド
、アセトアルデヒドおよびフルフラールなどが用いられ
る。

アルカリ触媒としては、具体的には、 ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＮＨ３，ＮＨ４０Ｈ，−１１−タノ
ールアミンおよびエチレンジアミンなどが用いられる。

レゾール型フェノール樹脂を発泡させるための発泡剤と
しては、従来公知の種々の分解型発泡剤および蒸発型発
泡剤を用いることができる。　このうち、蒸発型発泡剤
が好ましく、具体的には、パラフィン系炭化水素類、ア
ルコール類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素類等を例
示てきるが、なかでも、ハロゲン化炭化水素類を最も好
ましく用いることができる。

ハロゲン化炭化水素類としては、具体的には、ジクロロ
トリフルオロエタン（フロン１２３ｂ）、トリクロロモ
ノフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタン、テト
ラクロロジフルオロエタン、トリクロロトリフルオロメ
タンジクロロテトラフルオロエタン、ジクロロトリフル
オロエタンなどがあげられ、好適に用いられる。　これ
らのうち、特に、フロン１２３ｂのような常温ないしそ
れより若干高い温度に沸点を有するものが、特に好まし
く用いられる。

なお、発泡剤は、レゾール型フェノール樹脂１００重量
部に対し、１〜３０重量部を用いることか好ましい。

レゾール型フェノール樹脂を発泡、硬化させるために、
発泡剤とともに硬化剤が用いられるが、このような硬化
剤としては、従来公知の種々の硬化剤が、プレポリマー
の種類に応じて選択され、使用される。　具体的には、
硫酸、塩酸、リン酸、フェノールスルホン酸、ベンゼン
スルホン酸、トルエンスルホン酸、メタクレゾールスル
ホン酸、レゾルシノールスルホン酸、ブチルスルホン酸
、プロピルスルホン酸などがあげられる。

このような硬化剤は、通常、レゾール型フェノール樹脂
１００重量部に対し、３〜３０重量部の割合で用いられ
る。

また、フェノール樹脂発泡体を得るに際し、必要に応じ
てさらに他の成分、たとえば整泡剤や充填剤を併用して
もかまわない。

上記のようなレゾール型フェノール樹脂、発泡剤および
硬化剤からのフェノール樹脂発泡体の製造は、これらの
原料を一挙にもしくは逐次に混合攪拌して得られた、ク
リーム状のフェノール樹脂プレポリマー組成物を、たと
えば保温された金型内もしくは２重帯状コンベアー上に
供給し、フェノール樹脂プレポリマー組成物を発泡、硬
化させて行われる。　得られた樹脂発泡体は、必要に応
じて切断してもよい。

このようにして得られたフェノール樹脂発泡体の成形体
は、そのまま直接か、もしくは適宜切断されて所望の形
状とされたのち、非酸化性又は微酸化性雰囲気下で焼成
され、炭素化される。

すなわち、減圧下またはＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス
、ハロゲンガス、アンモニアガス、水素ガス、−酸化炭
素ガス等の中で、好ましくは６００℃以上、さらに好ま
しくは９００℃以上の温度で焼成する。　このようにし
て、発泡体は炭素化され、強度に優れる炭素多孔体が得
られる。　焼成温度が６００℃以上であると、十分に炭
素化され、かつ、使用時に再度寸法変化を生じることの
ない炭素多孔体が得られる。

炭素化において、意図的に黒鉛化まで進めたい場合には
、焼成温度を１８００℃以上にすることで可能である。

　黒鉛化した炭素多孔体は、耐酸化性および機械的強度
の点において、特に優れたものとなる。

また、焼成時の昇温速度は、特に制限はないものの、一
般に樹脂の分解が開始される２００〜６００℃付近にか
けては、徐々に行うほうが好ましい。

このようにして得られた炭素多孔体は、嵩密度が０　、
　１〜０　、８　ｇ　／　ｃ　ｍ　３、好ましくは０　
、２〜０　、　５　ｇ　／ａｍ３の範囲内にある。　嵩
密度が上記範囲内であると、強度が鋳造操作時の応力に
耐えることができ、断熱性能に優れ、熱容量が適当とな
る。

本発明の溶融金属鋳造用型材は、前記した炭素多孔体が
、型材の溶融金属と接触する部分の少なくとも一部に設
けられているものである。

従って、本発明の型材は、型材全体が前記炭素多孔体で
作られていてもよいし、外部は金属、砂、石膏等で作ら
れ、内部の溶融金属と接触する部分の少なくとも一部は
、前記炭素多孔体で作られていてもよい。　なお、溶融
金属と接触する部分のうちの一部、例えば湯口部、押湯
部、薄肉部等が前記炭素多孔体で作られる場合、残部は
金属、砂、石膏等で作られる。

本発明の溶融金属鋳造用型材には、前記した炭素多孔体
が使用されたために、下記のような、従来に無い特長が
ある。

その第１は、薄物の鋳造が容易である点である。

本発明の炭素多孔体が使用された型材を用いた場合、厚
さ２〜３ｍｍ程度の物まで容易に鋳造できる。　これは
、炭素多孔体は断熱性がよく、嵩密度が小さく、熱容量
が小さいことから、熱の逃げが少なく、溶融金属が固化
することなく鋳型の隅にまで到達できるためと推定され
る。

その第２は、内部の応力の小さい、また、鋳鉄において
は、チル（Ｆ、、　Ｃステアタイト）の少ない鋳造品が
得られる点である。

これも、第１の特長同様、炭素多孔体を用いたために、
溶融金属が除冷で固化されるために得られる特長である
。

なお、鋳鉄において、このデルの発生のないことは、次
の切削工程が容易になるという利点ももたらす。

その第３は、寸法精度が良く、鋳肌の優れた鋳造物が得
られる点である。　従って、本発明の型材は精密鋳造に
用いることがてきる。

この第３の特長のうち、寸法精度に関しては、炭素多孔
体が耐熱性に優れており、高温での変形がなく、かつ線
膨張率が２×１０″６／℃と小さいことから、また、鋳
肌に関しては、炭素多孔体が微細な発泡による多孔構造
の表面を有しているため、溶融金属の表面張力の働きに
より、鋳肌の凹凸が少なくなるためと考えられる。　更
に、この特長のために、フライス等の機械加工あるいは
ベーパー仕上げ等の手作業が容易となり、寸法精度を要
する型としての加工が容易となるという利点ももたらさ
れる。

その第４は、型材に特別にガス抜き穴を設りなくても、
鋳造品にガスの巻き込み等のトラブルが発生しないどう
点である。

これは、素材たる炭素多孔体が連続気泡を有しているた
め、鋳造時に発生するガスの抜けが良いために示される
特長である。

その第５は、従来の鋳物砂を型材として用いた場合にし
ばしば発生していたような脱型時のトラブルかなく、か
つ塗り型を必要としない点にある。

これは、炭素多孔体と溶融金属との反応がほとんどない
こと、炭素多孔体の線膨張率が金属のそれに比べて小さ
いこと、及び炭素多孔体の強度が適度であることから示
される特長である。

上記のような特長を有する本発明の型材は、その優れた
耐熱性のため、に、アルミニウム、銅等の比較的低融点
の金属の鋳造用型詞としてはもちろんのこと、鋳鉄のみ
ならず、耐熱鋼等の高融点を有する金属の鋳造用型材と
しても使用し得る。

〈実施例〉 次に、実施例を挙げて本発明の効果を更に具体的に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、これらの
実施例になんら制約されるものではない。

（実施例１） レゾール１００重量部、硬化剤としてのパラトルエンス
ルポン酸１０重量部および発泡剤としてのジクロロトリ
フルオロエタン（フロン１２３ｂ）１重量部を高速ミキ
サーで充分に攪拌・混合した後、該混合物を木型内に流
し込み、蓋をし、８０℃のエアーオーブン内に３０分放
置することにより、嵩密度０．３０ｇ／ｃｍ３のフェノ
ール樹脂発泡体を得た。

この発泡体から、縦２０ｃｍ、横２０ｃｍ。

厚さ５ｃｍの板を切り出した。

この板をマツフル炉に入れ、霊囲気をＮ２に置換後、昇
温速度６０℃／分で温度８００℃まで昇温し、次いで黒
鉛化炉に穆し、同じ＜Ｎ２雰囲気中で、昇温速度５℃／
分で２０００℃まで昇温し、同温度で１時間放置するこ
とにより、炭素多孔体板状物を製造した。

次に、この炭素多孔体板状物を素材とし、フライス盤お
よび穴あけ治具を用いて、第１図に示す形状で、製品部
の厚さｈが３ｍｍの鋳型を作製した。　なお、同図中、
１は湯口、２は製品部、３は堰であり、４で示した箇所
は、炭素多孔体板状物製の部分である。

ねずみ鋳鉄を高周波真空溶解炉を用いて溶解し、１４０
０℃に保った状態でこの鋳型に鋳込み、鋳造品を得た。

この鋳造品の充填率、鋳肌、寸法精度、チル発生の有無
を評価した結果を表１に示す。

なお、充填率は、流れ試験で求め、鋳型の製品部の底部
の面積（巾４０ｍｍｘ長さ２２０ｍｍ、面積８８ｃｍ２
）を１００とし、鋳型に充填された鋳鉄で覆われた底部
の面積の割合を％で表示した。　表面粗さ（鋳肌の凹凸
の度合）は、表面粗さ試験機で求めた。　寸法精度は、
鋳造品のコーナ一部のＲを観察することにより判定した
。　また、チルの発生の有無は、鋳造品の端部からＩｃ
ｍの部分を切断し、切断面を硝酸／メタノール混液（５
：　９５）で腐食後、顕微鏡で倍率１００倍で観察する
ことにより判定した。

（実施例２〜３） 製品部の厚さｈをそれぞれ２．５ｍｍ、２ｍｍとする以
外は、実施例１と同様に行った。

結果を表１に示す。

（比較例１） 実施例１で用いた炭素多孔体の代わりに、珪砂とフラン
樹脂とからなる自硬性鋳物砂を用い、実施例１と同様の
湯口、製品部の形状で、製品部の厚さが５ｍｍの鋳造用
砂型を作製した。　この砂型に実施例１と同様の方法で
溶解したねずみ鋳鉄を鋳込み、得られた鋳造品を評価し
た。　結果を表１に示す。

（比較例２〜３） 製品部の厚さを３ｍｍ、２ｍｍとする以外は、比較例１
と同様に行った。　結果を表１に示す。

表　　１ 〈発明の効果〉 本発明により、寸法精度の良好な薄肉鋳造品を容易に得
ることができ、内部歪が小さく、ネズミ鋳鉄の鋳造に使
用するとＦｅ３　Ｃ（ステアタイト）の発生が少なく、
加工が容易で特に試作に好適な溶融金属鋳造用型材が提
供される。

本発明の型材を用いると、寸法精度、鋳肌に優れ、内部
応力の小さい薄肉鋳造品を容易に製造でき、また、鋳造
品製造時のガスの巻き込み等のトラブルや脱型時のトラ
ブルがなくなるので、従来の型材を用いた場合に比べ、
工業上極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例で用いた鋳型を示す 欠測面図である。 部切 符号の説明 １・・・湯口、 ２・・・製品部、 ３・・・堰、 ４・・・炭素多孔体板状物製の部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フェノール樹脂発泡体を炭素化してなる嵩密度が
   ０．１〜０．８ｇ／ｃｍ＾３の炭素多孔体が、型材の溶
   融金属と接触する部分の少なくとも一部に設けられてい
   ることを特徴とする溶融金属鋳造用型材。