JPH0550175A

JPH0550175A - 鋳物砂型の製造方法

Info

Publication number: JPH0550175A
Application number: JP21363491A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshida; 昭吉田; Naoki Kiyouchika; 直喜京近; Tsutomu Tanaka; 田中　　勉
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-02

Abstract

(57)【要約】【目的】自硬性鋳型及びガス硬化性鋳型における鋳物
用砂型を製造する際に、水溶性フェノール樹脂を粘結剤
として用い、この粘結剤を有機エステルで硬化させるプ
ロセスを用いる改良された鋳物用砂型の製造方法を提供
する。【構成】水溶性フェノール樹脂を有機エステルで硬化
させる鋳物用砂型を製造する方法において、新砂に対す
る灼熱減量比率の差が1.70重量％以下である再生砂を使
用することを特徴とする鋳物砂型の製造方法。【効果】本発明の鋳物砂型の製造方法を用いることに
より、高強度の鋳型が得られ、鋳型強度の保持、粘結剤
の使用量の低減が可能となり、健全な鋳物が製造でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自硬性鋳型及びガス硬
化性鋳型における鋳物用砂型の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】更に詳しくは、水溶性フェノール樹脂を粘
結剤として用い、これを有機エステルで硬化せしめるプ
ロセスを用いる鋳物砂型の製造方法の改良に関するもの
である。

【０００３】

【従来の技術】有機粘結剤を用いて主型や中子のような
鋳型を製造する造型法として、自硬性鋳型法、コールド
ボックス鋳型法、クローニング法（シェル法）は公知で
ある。特に有機自硬性鋳型造型法は、機械鋳物分野を中
心に生産性、鋳物品質、安全衛生上の観点から無機系に
代わって既に汎用的な造型法となっている。一方、従
来、中、高速で鋳型を製造するには、フェノール樹脂を
粒状耐火物に被覆した、所謂コーテッドサンド(Coated
Sand) を加熱硬化して鋳型を製造するクローニング法が
幅広く使用されている。しかし、鋳型製造時の省エネル
ギー、鋳型生産速度、更に鋳型、鋳物の品質を改善する
ために、ガス状又はエロゾル状物質で常温硬化させるコ
ールドボックス鋳型法が、クローニング法を代替する鋳
型の製造法として、鋳物業界で真剣に導入が試みられて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】有機自硬性鋳型造型法
及びガス硬化性鋳型造型法に用いられる粘結剤として、
水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、これを有機エステ
ルで硬化せしめる鋳物砂用粘結剤組成物が、特開昭50−
130627号公報、特開昭58−154433号公報、及び特開昭58
−154434号公報等により公知である。この粘結剤を用い
た鋳型造型法は、粘結剤中に硫黄原子を含まないため、
酸硬化性樹脂を用いた鋳物造型法に比較して浸硫による
影響が少ないと言う特徴を有する反面、得られる鋳型の
強度が低いため、造型に必要となる樹脂の添加量が非常
に多く、注湯時の発生ガス量が多く、ガス欠陥が出やす
いという問題点を有している。更に経済性も良くないと
いった欠点や、特に一旦鋳造した後、再使用を目的とす
る回収砂や複数繰り返して使用した再生砂を用いるほ
ど、鋳型強度が劣る等の欠点を有しており、改良が望ま
れている。通常この粘結剤を用いて得られる鋳型の強度
を向上させるために、粘結剤にシランカップリング剤が
併用されており、その効果も認められるものの、酸硬化
性樹脂に比べると未だ効果は低く、更にその改良が望ま
れている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記問題
点を解決すべく鋭意研究の結果、水溶性フェノール樹脂
を粘結剤とし、これを有機エステルで硬化せしめるプロ
セスで鋳物用砂型を製造する際、使用される砂の性質に
着目したところ、再使用のために回収又は再生した耐火
性粒状材料（以下再生砂という）と新砂との灼熱減量％
の差が1.70重量％以下である再生砂を使用することによ
り、再生砂として繰り返し使用しても鋳型の強度が低下
せず、十分実用性のある鋳型強度を保持することを見出
し、本発明を完成するに到ったものである。更に本発明
者等は本発明の方法に用いる再生砂のアルカリ重量％
（再生砂に付着するアルカリの含有比率）が鋳造するた
めに十分な鋳型強度を保持できる重要な因子であること
を見出した。即ち使用する再生砂のアルカリ重量％は新
砂のアルカリ重量％との差が0.25重量％以下であること
が望ましい。又、再生砂の新砂時のSiO₂成分が99.5重量
％以下からなる硅砂を使用すれば鋳型強度が保持される
ことを見出した。

【０００６】即ち本発明は、水溶性フェノール樹脂を有
機エステルで硬化させる鋳物用砂型を製造する方法にお
いて、新砂に対する灼熱減量比率の差が1.70重量％以下
である再生砂を使用することを特徴とする鋳物砂型の製
造方法に関する。この灼熱減量比率の差は1.00重量％以
下であることが望ましい。又アルカリ重量％の新砂との
差は0.25重量％以下、好ましくは0.20重量％以下であ
る。水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、これを有機エ
ステルにより硬化させる鋳物用砂型を製造する場合、本
発明で規定する再生砂を使用すれば繰り返し使用しても
鋳型強度が低下しない十分実用性のある鋳型が得られ
る。従来、このような粘結剤を用いて、前記に示す灼熱
減量％及びアルカリ重量％の再生砂を使用して、造型、
鋳込み、再生を繰り返し行う場合、鋳型強度が低下しな
いということは全く知られていなかった。再生砂の灼熱
減量％及びアルカリ重量％を低下させるという手段とし
て、再生砂表面を機械的摩耗による再生方法、又は焙焼
による再生方法、又は水洗による再生方法等は公知であ
り、特に限定されるものではない。本発明によれば該粘
結剤を用いた再生砂での鋳型製造プロセスについて再生
砂の灼熱減量％及びアルカリ重量％の新砂の夫等との差
が本発明で示す値以下のものを使用することにより、再
生砂として繰り返し使用する場合において鋳型強度を一
層保持されるものである。

【０００７】耐火性粒状材料としてはクロマイトサン
ド、ジルコンサンド、オリビンサンド、アルミナサン
ド、ムライトサンド、合成サンド等が使用される。硅砂
についてはSiO₂成分が99.5重量％以下からなるものが好
ましい。具体的にSiO₂成分が99.5重量％以下である硅砂
としては日光硅砂、小名浜硅砂、遠州硅砂、掛津浮選硅
砂、飯豊硅砂、弥生硅砂、三河硅砂、浅利硅砂、内海硅
砂、瀬戸硅砂、石見硅砂、アヤラギ硅砂、温泉津硅砂、
コニカル硅砂、フーカーサンド等が挙げられる。一方、
SiO₂成分が99.5重量％以上である硅砂としてはフリーマ
ントル、フラタリー、パールサンド、ウェドロン、サラ
ワクサンド、インドネシアサンド等が挙げられるが、こ
れらの硅砂は再生砂として繰り返し使用する毎に鋳型強
度が急速に低下する傾向がみられる。そのためこれらの
硅砂を用いて鋳型を製造しても鋳造するに不適正な鋳型
強度の低下がみられ実用上問題となるものであり、砂噛
み、すくわれ等の鋳物欠陥となり易いものとなる。ま
た、従来よりシランカップリング剤が鋳型強度を向上さ
せるために有効であるとして、粘結剤の一成分として広
く使用されているが、前記水溶性フェノール樹脂を粘結
剤として用いた再生砂を再び造型した場合においても、
鋳型強度が再生の繰り返し回数と共に次第に低下すると
いった問題があり、再生機の再生段数や再生効率を高く
しなければ鋳型強度が回復しない。そのため回収再生率
が80〜85％近くになり、酸硬化性樹脂を用いた場合より
顕著に低い。

【０００８】本発明において、鋳物用砂型を自硬性鋳型
造型法によって製造するには該再生砂 100重量部に、粘
結剤として水溶性フェノール樹脂水溶液 0.4〜15重量
部、好ましくは 0.6〜５重量部、及び硬化剤である有機
エステル0.05〜９重量部、好ましくは0.1 〜５重量部を
周知の方法で混練し、従来の自硬性鋳型製造プロセスを
そのまま利用して鋳型を製造することができる。また、
該粘結剤に、シランカップリング剤を併用する場合、シ
ランカップリング剤は該粘結剤 100重量部に対して0.00
1 〜１重量部、好ましくは0.002 〜0.5重量部を添加
し、上記と同様のプロセスによって鋳型を製造すること
ができる。

【０００９】本発明に用いられる有機エステルとして
は、ラクトン類或は炭素数１〜10の一価又は多価アルコ
ールと、炭素数１〜10の有機カルボン酸より誘導される
有機エステルの単独若しくは混合物とが用いられるが、
自硬性鋳型造型法では、γ−ブチロラクトン、プロピオ
ンラクトン、ε−カプロラクトン、ギ酸エチル、エチレ
ングリコールジアセテート、エチレングリコールモノア
セテート、及びトリアセチン等を用いるのが好ましく、
またガス硬化性鋳型造型法では、ギ酸メチルを用いるの
が好ましい。

【００１０】本発明に用いられる水溶性フェノール樹脂
とは、有機エステルで硬化可能な樹脂であり、例えばフ
ェノール、クレゾール、レゾルシノール、3,5−キシレ
ノール、ビスフェノールＡ、その他の置換フェノールを
含めたフェノール類を、大量のアルカリ性物質の水溶液
の中で、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフ
ラールアルデヒド及びアルデヒドの混合物等との反応に
よって得られるフェノール樹脂が挙げられる。また、こ
れらに尿素、メラミン、シクロヘキサノン等のホルマリ
ン縮合が可能なモノマーを、重量比で主たる構成単位と
ならない程度に共縮合させても良い。これらの水溶性フ
ェノール樹脂の製造の際に用いられる適当なアルカリ性
物質は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リ
チウム及びこれらの混合物であるが、水酸化カリウムが
最も好ましい。

【００１１】本発明に用いられるシランカップリング剤
としては、公知のものが用いられるが、好ましいものと
してγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−（２
−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、
及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が
挙げられる。本発明においては、このシランカップリン
グ剤を粘結剤に併用するのが好ましい。

【００１２】

【実施例】以下実施例をもって本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。実施例１〜６及び比較例１〜４自硬性鋳型造型法において、各再生砂の灼熱減量％及び
アルカリ重量％と鋳型強度について評価した。即ち、再
生砂の調整方法で得られた各種再生硅砂 100重量部に対
し、硬化剤であるトリアセチン0.375 重量部、及びγ−
アミノプロピルトリエトキシシラン0.5 重量％（対フェ
ノール樹脂）を含有する水溶性フェノール樹脂（固形分
49％、重量平均分子量2300) を1.5 重量部添加混練して
なる混合砂を用い、50mmφ×50mmｈのテストピース用模
型に充填し、室温が25℃、60％RHの恒温室に24時間放置
した後、これらのテストピースの鋳型強度を測定した。
また、再生クロマイトサンド及び再生ジルコンサンドは
100重量部に対し、硬化剤であるトリアセチン0.200 重
量部、該水溶性フェノール樹脂を 1.0重量部用いた以外
は、前記と同条件で測定した。抗圧力の測定結果を表１
に示す。

【００１３】再生砂の調製方法耐火性粒状材料としての鋳物砂は表１に示す各種珪砂の
新砂 100重量部に対し、硬化剤であるトリアセチン0.37
5 重量部、及びγ−アミノプロピルトリエトキシシラン
0.5重量％（対フェノール樹脂）を含有する水溶性フェ
ノール樹脂（固形分49％、重量平均分子量2300）を 1.5
重量部添加混練した混合物より造型した鋳型を用い、FC
−25（ S／M ＝3.5)を鋳造し、回収した砂をクラッシャ
ーにかけ、日本鋳造製Ｍ型ロータリークレーマーを用い
て再生（Ａ再生、１パス）した。再びこの再生砂を使用
して、以上の工程を９回繰り返して得られた再生砂を、
上記の試験用の鋳型の調製に用いた。また、再生クロマ
イトサンド及び再生ジルコンサンドは 100重量部に対
し、硬化剤であるトリアセチン0.200 重量部、該水溶性
フェノール樹脂を 1.0重量部用いた以外は、上記と同条
件で再生砂の調製方法を行った。また、表１に示すよう
に、各種再生砂の灼熱減量％及びＫ％の値については上
記ロータリークレーマーを用いてパス回数を調整して得
られたものを使用した。

【００１４】灼熱減量％(Loss of Ignition,LOI ％）の
測定方法灼熱減量％（LOI ％）の測定に使用する坩堝の重量を正
確に秤量し、被試験砂を 105℃で１時間乾燥したものよ
り、被試験砂約10.0gr採取した後、これを正確に秤量す
る。その後1000℃のマッフル炉に２時間曝熱させる。そ
の後、この坩堝を取り出し、室温まで冷却し乾燥用デシ
ケーターに保存する。その後、この坩堝を取り出し正確
に秤量し LOI％を算出する。尚、表１に示す LOI％につ
いては再生砂と該再生砂の新砂との差を示したものであ
る。

【００１５】アルカリ重量％の測定方法アルカリ重量％の測定については原子吸光分析法で行い
表１〜３の値については再生砂と該再生砂の新砂との差
を示したものである（以下Ｋ％と表示する）。原子吸光
分析装置：日本ジャーレル・アッシュ（株）製 AA−IM
KII型

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例７〜10及び比較例５〜６自硬性鋳型造型法において、各鋳込み造型回数の鋳型強
度について評価した。即ち、表２に示す各種新砂 100重
量部に対し、硬化剤であるトリアセチン0.375重量部、
及びγ−アミノプロピルトリエトキシシラン 0.5重量％
（対フェノール樹脂）を含有する水溶性フェノール樹脂
（固形分49％、重量平均分子量2300）を1.5 重量部添加
混練してなる混合物から造型した鋳型を用い、FC−25
（ S／M 比3.5)を鋳造し、鋳造後、鋳物を取り除き、回
収した砂をクラッシャーにかけ、日本鋳造製Ｍ型ロータ
リークレマーを用いて再生（Ａ再生４パス）し再生砂を
得た。再び、この再生砂を用いて上記の造型、鋳造、砂
の再生等の工程を９回繰り返した。鋳型強度測定用のテ
ストピースの作製は造型回数１回目（新砂造型時）、造
型回数５回目、造型回数10回目の混合砂を用い、50mmφ
×50mmｈのテストピース用模型に充填し、室温が25℃、
60％RHの恒温室に24時間放置した後、これらのテストピ
ースの鋳型強度を測定した。抗圧力の測定結果を表２に
示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】* 新砂を使用 ** 再生砂を使用実施例11〜12及び比較例７ガス硬化性鋳型造型法において、各鋳込み造型回数の鋳
型強度について評価した。即ち、表３に示す各種新砂 1
00重量部に対し、γ−アミノプロピルトリエトキシシラ
ン 0.5重量％（対フェノール樹脂）を含有する水溶性フ
ェノール樹脂（固形分49％、重量平均分子量2300）を
2.0重量部添加混練してなる混合物をガス硬化用鋳型模
型に充填し、ガス用硬化剤であるギ酸メチル0.750 重量
部をガッシングし造型した鋳型を用い、FC−25（ S／M
比3.5)を鋳造し、鋳造後、鋳物を取り除き、回収した砂
をクラッシャーにかけ、日本鋳造製Ｍ型ロータリークレ
マーを用いて再生（Ａ再生４パス）し再生砂を得た。再
び、この再生砂を用いて上記の造型、鋳造、砂の再生等
の工程を９回繰り返した。鋳型強度測定用のテストピー
スの作製は造型回数１回目（新砂造型時）、造型回数５
回目、造型回数10回目の混合砂を用い、50mmφ×50mmｈ
のテストピース用模型に充填し、室温が25℃、60％RHの
恒温室に24時間放置した後、これらのテストピースの鋳
型強度を測定した。

【００２０】

【表３】

【００２１】* 新砂を使用 ** 再生砂を使用

【００２２】

【発明の効果】上記の実施例で明白なように、再生砂を
使用して鋳型を製造する場合、本発明で規定される灼熱
減量％及びアルカリ重量％（Ｋ％）を有する再生砂を用
いることにより、高強度の鋳型が得られる。更に、硅砂
の場合、該再生砂の新砂時のSiO₂成分が99.5重量％以下
からなる硅砂を再生砂として繰り返し使用する場合にお
いて鋳型強度が一層保持され、その結果粘結剤の使用量
の低減が可能となり、鋳物砂の回収及び再生が非常に容
易となり、又鋳込時の鋳型から発生するガス発生量を減
少し得るので、ガス欠陥の発生を抑制し、健全な鋳物が
製造でき、実用上非常に有益なものとなる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性フェノール樹脂を有機エステル
で硬化させる鋳物用砂型を製造する方法において、新砂
に対する灼熱減量比率の差が1.70重量％以下である再生
砂を使用することを特徴とする鋳物砂型の製造方法。
【請求項２】水溶性フェノール樹脂を有機エステルで
硬化させる鋳物用砂型を製造する方法において、再生砂
の新砂に対するアルカリ重量％の差が、0.25％以下であ
る鋳物砂型の製造方法。
【請求項３】再生砂の新砂時のSiO₂成分が99.5重量％
以下である珪砂を使用することを特徴とする鋳物砂型の
製造方法。