JPH0957391A - シェルモールド用鋳型材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳型の崩壊性に優れるシェルモールド用鋳型
材料、特に非鉄鋳物のシェルモールド鋳造法に用いられ
る鋳型の製造に使用され、低温領域でも良好な鋳型の崩
壊性を示すシェルモールド用鋳型材料を提供する。 【解決手段】 耐火性粒子、フェノール系樹脂、及び鋳
型崩壊性向上剤を必須成分とするシェルモールド用鋳型
材料において、鋳型崩壊性向上剤として、酸素含有量２
５重量％以上の含酸素炭化水素系化合物とアルカリ金属
硝酸塩との組合せを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なシェルモー
ルド用鋳型材料、さらに詳しくは、シェルモールド鋳造
法に用いられる鋳型（主型や中子）の製造に使用され、
特に低融点の金属を鋳造した際の鋳型の崩壊性に優れる
シェルモールド用鋳型材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム合金、マグネシウム
合金、銅合金などの非鉄鋳物や、鋳鋼、鋳鉄などの鉄鋳
物の砂型鋳造においては、耐火性粒子にフェノール系樹
脂を被覆して成る熱硬化性の鋳型材料で製造されたシェ
ル鋳型が、主型や中子として広く用いられている。

【０００３】しかしながら、従来の鋳型材料で製造され
たシェル鋳型を非鉄鋳物の中子として用いた場合、前記
フェノール系樹脂は耐熱性に優れる結合剤であることか
ら、鋳造後でも中子は高い強度を保持し、鋳物の内部で
崩壊せずに残存することが多い。したがって、鋳造後の
鋳物には、残留中子砂を取り出すために、例えばチッピ
ングマシンなどによる衝撃処理や４００〜５００℃の温
度での熱処理が施されており、多大の労力やエネルギー
が費やされている。なかでも自動車関連のアルミニウム
中空鋳物は、近年の軽量化指向に伴う薄肉化傾向にある
ため、鋳造後の中子の崩壊性を向上させることがますま
す重要な課題となっている。また、鋳造後の主型の壊れ
にくさを改善し、鋳物を取り出す際の労力の負荷を軽減
することも要求されている。

【０００４】このようなニーズに対応するために、例え
ば鋳造時に樹脂結合剤の分解を促進させ、鋳型の強度を
弱めて崩壊性を改善するための添加剤、具体的には粉末
状の硝酸カリウムや硝酸ナトリウムなどを用いる方法が
提案されている（特公昭３１−７２５６号公報）。しか
しながら、この種の添加剤を用いた鋳型材料は、十分な
熱量が溶融金属から鋳型に供給される箇所（鋳型の到達
温度が高い箇所）では良好な鋳型の崩壊性を示す反面、
十分な熱量が溶融金属から鋳型に供給されない箇所（鋳
型の到達温度が低い箇所）では鋳型の崩壊性が不十分で
あるという欠点を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のシェルモールド用鋳型材料がもつ欠点を克服し、
鋳型の崩壊性に優れるシェルモールド用鋳型材料、特に
アルミニウム合金などの非鉄鋳物のシェルモールド鋳造
法に用いられる鋳型（主型や中子）の製造に使用され、
十分な熱量が溶融金属から鋳型に供給されない箇所、す
なわち低温域でも良好な鋳型の崩壊性を示すシェルモー
ルド用鋳型材料を提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の好
ましい性質を有するシェルモールド用鋳型材料を開発す
べく鋭意研究を重ねた結果、耐火性粒子とフェノール系
樹脂と特定の鋳型崩壊性向上剤とを必須成分とする材料
がその目的に適合しうることを見出し、この知見に基づ
いて本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、耐火性粒子、フェノ
ール系樹脂及び鋳型崩壊性向上剤を必須成分とするシェ
ルモールド用鋳型材料において、鋳型崩壊性向上剤とし
て、（Ａ）酸素含有量２５重量％以上の含酸素炭化水素
系化合物及び（Ｂ）アルカリ金属硝酸塩を、それぞれフ
ェノール系樹脂の重量に基づき２〜３０重量％及び２〜
５０重量％の割合で用いることを特徴とするシェルモー
ルド用鋳型材料を提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の鋳型材料において用いら
れる耐火性粒子は、鋳型の基材をなすものであって、鋳
造に耐えうる耐火性と鋳型形成に適した粒径を有する無
機粒子であればよく、特に制限はない。このような耐火
性粒子の例としては、ケイ砂の他にオリビンサンド、ジ
ルコンサンド、クロマイトサンド、アルミナサンドなど
の特殊砂、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系ス
ラグ、転炉スラグなどのスラグ系粒子、ナイガイセラビ
ーズのような多孔質粒子あるいはこれらを鋳造後に回収
再生した再生粒子などが挙げられる。これらは単独で用
いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【０００９】一方、本発明の鋳型材料において用いられ
るフェノール系樹脂は、前記耐火性粒子を結合保持する
結合剤として機能するものであって、フェノール類とア
ルデヒド類との反応生成物を主体とし、かつ硬化剤の存
在下又は非存在下で加熱硬化する性質を有する樹脂であ
ればよく、特に制限はない。このようなフェノール系樹
脂の例としては、ノボラック型フェノール樹脂、レゾー
ル型フェノール樹脂、含窒素レゾール型フェノール樹
脂、ベンジルエーテル型フェノール樹脂、及びこれらフ
ェノール樹脂と例えばエポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミ
ン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ系化
合物、メラミン系化合物、尿素系化合物などとを混合又
は反応して成る変性フェノール樹脂などが挙げられる。
これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせ
て用いてもよい。なお、ノボラック型フェノール樹脂
は、単独で用いる場合、鋳型材料製造時に例えばヘキサ
メチレンテトラミンのような硬化剤を併用して熱硬化性
を付与する必要がある。

【００１０】このようなフェノール系樹脂の配合量は、
要求される強度、崩壊性及びその他の特性を考慮して選
ばれるが、一般的には、耐火性粒子１００重量部に対し
て固形分換算で０．５〜５重量部、好ましくは１．５〜
２．５重量部の範囲で選ばれる。また、このフェノール
系樹脂の使用形態については特に制限はないが、一般的
には適当な形状の固体であり、必要に応じて樹脂液や溶
液として用いられる。また、固液併用しても差し支えな
い。

【００１１】本発明の鋳型材料においては、前記フェノ
ール系樹脂は、鋳型材料の品質改善（強度、滑性など）
に有用なアミノ系、エポキシ系、ビニル系のシランカッ
プリング剤や滑剤と組み合わせて用いることが好まし
い。前記シランカップリング剤の代表的な例としては、
γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ‐β‐（ア
ミノエチル）‐γ‐アミノプロピルトリメトキシシラ
ン、γ‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β
‐（３，４‐エポキシシクロヘキシル）‐エチルトリメ
トキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリ
ス（β‐メトキシ）シラン、ビニルトリス（β‐メトキ
シエトキシ）シランなどが挙げられる。また、前記滑剤
の代表的な例としては、エチレンビスステアリン酸アマ
イド、メチレンビスステアリン酸アマイド、オキシステ
アリン酸アマイド、メチロールステアリン酸アマイドな
どが挙げられる。

【００１２】本発明の鋳型材料において用いられる鋳型
崩壊性向上剤は、耐火性粒子を結合している硬化フェノ
ール系樹脂を熱劣化させて鋳型の強度を弱める機能を有
するものであり、本発明においては、このような機能を
有する鋳型崩壊性向上剤として、（Ａ）酸素含有量が２
５重量％以上の含酸素炭化水素系化合物と（Ｂ）アルカ
リ金属硝酸塩との組合せが用いられる。

【００１３】前記（Ａ）成分の含酸素炭化水素系化合物
の酸素含有量が２５重量％未満では鋳造時に鋳型の強度
を弱める機能が低温域において十分に発揮されず、本発
明の目的が達せられない。酸素含有量が２５重量％以上
の含酸素炭化水素系化合物としては、例えば低級カルボ
ン酸類や多価カルボン酸類や対応する有機スルホン酸類
又はそれらのエステル類若しくは無機酸エステル類、低
級アルコール類、多価アルコール類、低級エーテル類、
パーオキシド類などが挙げられるが、これらの中で、取
扱い時の安全性の面から、カルボン酸類及び多価アルコ
ール類が好ましい。

【００１４】前記低級カルボン酸類、多価カルボン酸類
としては特に制限はないが、例えばマレイン酸、フマル
酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、アジピ
ン酸などに代表される固体カルボン酸類が好ましい。ま
た、有機スルホン酸類としては、例えばエタンスルホン
酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸のような低
級アルカンスルホン酸を挙げることができるし、無機酸
エステル類としては、低級アルキル基をもつ硫酸エステ
ルやリン酸エステルを挙げることができる。これらの中
で、鋳型強度及び臭気の点からは、化学便覧（改訂３
版）基礎編ＩＩに記載されるｐＫａ（水溶液中での有機
化合物の酸解離定数の逆数の対数値）が４．０、とりわ
け４．２以上のコハク酸、安息香酸、アジピン酸などの
固体カルボン酸類が好適である。また、前記多価アルコ
ール類としては、例えばプロピレングリコール、グリセ
リン、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパ
ン、ペンタエリトリトール、ポリビニルアルコールなど
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。こ
れらの中で、鋳型材料の融着点の面からは、ネオペンチ
ルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリト
リトール、ポリビニルアルコールなどの固体多価アルコ
ール類が好適である。これらの含酸素炭化水素系化合物
は単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用い
てもよい。

【００１５】一方、前記（Ｂ）成分のアルカリ金属硝酸
塩としては、例えば硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝
酸リチウム、硝酸セシウムなどが挙げられるが、これら
の中で、商業的に入手しやすく、経済性の面から、硝酸
カリウム及び硝酸ナトリウムが好適である。これらのア
ルカリ金属硝酸塩は単独で用いてもよいし、２種以上を
組み合わせて用いてもよく、また、取扱い時の安全性の
点から、適当な濃度の水溶液、例えば１０〜５０重量％
濃度の水溶液として用いるのが有利である。

【００１６】本発明の鋳型材料における鋳型崩壊性向上
剤の配合量については、フェノール系樹脂（固形分換
算）の重量に基づき、前記（Ａ）成分を２〜３０重量
％、（Ｂ）成分を２〜５０重量％の割合で配合する。
（Ａ）成分の配合量が２重量％未満では鋳型の低温域で
の崩壊性改善効果が十分に発揮されないし、３０重量％
を超えると鋳型強度が著しく低下する。また、（Ｂ）成
分の配合量が２重量％未満では鋳型の崩壊性改善効果が
十分に発揮されないし、５０重量％を超えると添加量が
増大する割には崩壊性改善効果の向上がみられず経済的
に不利である。鋳型の崩壊性改善効果及び鋳型強度のバ
ランスの面から、より好ましい鋳型崩壊性向上剤の配合
量は、（Ａ）成分２〜２０重量％及び（Ｂ）成分２〜２
０重量％の範囲である。

【００１７】本発明の鋳型材料には、上記必須成分以外
に必要に応じて各種の添加剤、例えばステアリン酸カル
シウムなどの固結防止剤、離型剤、消臭剤、ベンガラ、
砂鉄などを配合しても差し支えない。

【００１８】本発明のシェルモールド用鋳型材料は、当
該技術分野で従来採用されてきたドライホットコート
法、セミホットコート法、コールドコート法、粉末溶剤
法などのいずれの方法によっても製造することができる
が、生産性、品質などの観点からドライホットコート法
を用いるのが好ましい。

【００１９】

【発明の効果】本発明のシェルモールド用鋳型材料によ
れば、従来の鋳型材料よりも低温域（３００〜３５０
℃）での鋳型の崩壊性を向上させることができる。した
がって、鋳物の生産効率の向上、作業環境（騒音や高
熱）の改善及びそれに伴う省エネルギーに寄与すること
ができる。

【００２０】本発明のシェルモールド用鋳型材料は、特
にアルミニウム合金などの非鉄鋳物のシェルモールド鋳
造法に用いられる鋳型（主型や中子）の製造に好適に使
用される。

【００２１】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。なお、得られたシェルモールド用鋳
型材料については、下記項目の試験を実施した。 （１）曲げ強度 ＪＩＳ Ｋ−６９１０に準拠して測定した。 （２）強度劣化率（％） 強度劣化率（％）は、鋳型の崩壊性良否を判断するため
の指標であって、具体的には、まずＪＩＳ Ｋ−６９１
０に準拠して曲げ強度測定用試験片（厚み１０ｍｍ×幅
１０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）を造型し、その曲げ強度（常
態強度Ａ）を測定する。次に、この試験片をアルミニウ
ム箔（縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍ）で完全に包み込ん
で鋳型崩壊性供試体を作製し、次いでこの供試体を所定
温度に保持された熱風循環式電気炉中で所定時間放置し
たのち取り出し、常温まで放置冷却後、アルミニウム箔
を取り除いて得た試験片の曲げ強度（残留強度Ｂ）を測
定し、強度劣化率を次式により算出する。 強度劣化率（％）＝［（常態強度Ａ−残留強度Ｂ）／常
態強度Ａ］×１００ 強度劣化率（％）の数値が大きいほど、鋳型の崩壊性が
良好であることを意味する。

【００２２】実施例１ 遠州鉄工（株）製ワールミキサー内に約１５０℃に予熱
したケイ砂５ｋｇ、シランカップリング剤及び滑剤含有
ノボラック型フェノール樹脂８５ｇ及び鋳型崩壊性向上
剤の（Ａ）成分としてアジピン酸８．５ｇを入れてから
６０秒間混練したのち、（Ｂ）成分として硝酸カリウム
８．５ｇを水３４ｇに溶かした水溶液４２．５ｇ及びヘ
キサメチレンテトラミン１３ｇを水５０ｇに溶かした水
溶液６３ｇを添加した。ブロワーで送風しながら砂の塊
が崩れるまで混練したのち、ステアリン酸カルシウム５
ｇを加えてさらに１５秒間混合し、ミキサーより排出し
てシェルモールド用鋳型材料（以下、単に鋳型材料とい
う）を得た。この鋳型材料について、その曲げ強度及び
強度劣化率を測定した。結果を表１に示す。

【００２３】実施例２〜８ 実施例１において、鋳型崩壊性向上剤の（Ａ）及び
（Ｂ）成分を表１〜３に示す種類及び配合量に変更した
以外は実施例１と同様にして７種類の鋳型材料を得た。
なお、実施例６においては（Ａ）成分のペンタエリトリ
トール８．５ｇを３４ｇの熱水（温度８０℃以上）に溶
かした水溶液４２．５ｇを使用した。これらの鋳型材料
について、その曲げ強度及び強度劣化率を測定した。結
果を表１〜３に示す。

【００２４】実施例９ 遠州鉄工（株）製ワールミキサー内に約１４０℃に予熱
したケイ砂５ｋｇとシランカップリング剤及び滑剤含有
アンモニアレゾール型フェノール樹脂８５ｇとを入れて
から４０秒間混練したのち、鋳型崩壊性向上剤の（Ａ）
成分としてペンタエリトリトール６．８ｇを３４ｇの熱
水（温度８０℃以上）に溶かした水溶液４０．８ｇと
（Ｂ）成分として硝酸ナトリウム８．５ｇを水３７．５
ｇに溶かした水溶液４６ｇを添加した。ブロワーで送風
しながら砂の塊が崩れるまで混練したのち、ステアリン
酸カルシウム５ｇを加えてさらに１５秒間混合し、ミキ
サーより排出して鋳型材料を得た。この鋳型材料につい
て、その曲げ強度及び強度劣化率を測定した。結果を表
３に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】比較例１〜４ 実施例１において、鋳型崩壊性向上剤の（Ａ）及び
（Ｂ）成分を表４及び表５に示す配合量に変更した以外
は実施例１と同様にして３種類の鋳型材料を得た。これ
らの鋳型材料について、その曲げ強度及び強度劣化率を
測定した。結果を表４及び表５に示す。

【００２９】比較例５ 実施例９において、鋳型崩壊性向上剤の（Ａ）成分を使
用しなかったこと以外は実施例９と同様にして鋳型材料
を得た。この鋳型材料について、その曲げ強度及び強度
劣化率を測定した。結果を表５に示す。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】表１〜５から明らかなように、本発明の鋳
型材料は（Ａ）成分を用いない従来材料よりも３００〜
３５０℃の低温域での鋳型の崩壊性が向上し、しかも実
用上支障のない鋳型強度を有することが確認された（実
施例１〜９）。しかし、（Ａ）成分として酸素含有量が
２５重量％未満のステアリン酸を用いた場合には低温域
での鋳型の崩壊性向上効果は不十分であることが確認さ
れた（比較例４）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火性粒子、フェノール系樹脂及び鋳型
   崩壊性向上剤を必須成分とするシェルモールド用鋳型材
   料において、鋳型崩壊性向上剤として、（Ａ）酸素含有
   量２５重量％以上の含酸素炭化水素系化合物及び（Ｂ）
   アルカリ金属硝酸塩を、それぞれフェノール系樹脂の重
   量に基づき２〜３０重量％及び２〜５０重量％の割合で
   用いることを特徴とするシェルモールド用鋳型材料。
2. 【請求項２】 （Ａ）成分の含酸素炭化水素系化合物が
   カルボン酸類及び多価アルコール類の中から選ばれた少
   なくとも１種である請求項１記載のシェルモールド用鋳
   型材料。
3. 【請求項３】 カルボン酸類及び多価アルコール類が、
   それぞれ固体状のものである請求項２記載のシェルモー
   ルド用鋳型材料。