JPWO2005023457A1 - 鋳型の造型方法及び金属鋳造用中子 - Google Patents

Abstract

本発明は、バインダーが加熱されても、人体に悪影響を及ぼすガスを殆ど発生しない鋳型の造型方法及び金属鋳造用中子を提供する。より詳細には、本発明は、粒状骨材に水溶性バインダーと水から成る骨材混合物を、攪拌することにより発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、水分を蒸発させて固化することを含む、鋳型の造型方法及び金属鋳造用中子を提供する。１の実施態様では、架橋剤を添加して、鋳型を造型空間から取り出す前後にさらに硬化させることもできる。さらに、本発明の造型方法に用いられる鋳型造型用骨材混合物を提供する。

Description

本発明は、バインダーを含有する鋳型造型材料を造型するとき、又はバインダーを含有する鋳型造型材料を造型した鋳造用中子を使用して溶湯を注湯するときに、バインダーが加熱されても、不快な臭気や人体に悪影響を及ぼすガスを殆ど発生しない鋳型の造型方法、その造型方法により製造された金属鋳造用中子に関する。さらに、本発明は、本発明の造型方法に用いられる鋳型造型用骨材混合物に関する。

特公平５−３２１４８号公報に示された造型方法の実施例１では、粘結剤にフェノール樹脂を用いているが、造型金型の熱によりバインダーを硬化させるときにホルムアルデヒド、フェノール及びアンモニアのような揮発ガスを発生する。発生したガスは、不快な臭気を発生させ、又、人体に悪影響を及ぼす。あるいは実施例２では水ガラスを用いているが、鋳造後の鋳型を再生利用することが困難なため廃棄物となるため好ましくない。

また、特開平１０−１９３０３３号公報は、バインダーを被覆させた砂を、加熱された造型用金型に吹き込み充填し、金型の熱により、充填した砂に被覆されたバインダーを硬化させる、いわゆるシェルモールド造型方法を開示している。

当該特許文献に示された造型方法では、金型の熱によりバインダーを硬化させるときにホルムアルデヒド、フェノール及びアンモニアのような揮発ガスを発生する。発生したガスは、不快な臭気を発生させ、また、人体に悪影響を及ぼす。また、この鋳型を、例えば、アルミニウム合金の鋳造に用いた場合、鋳型への注湯温度が７００℃前後であるため、樹脂系バインダーは、十分に揮発又は分解しない。その結果、注湯物が冷却した後に、中子を注湯物から容易に除去できないことがある。さらに、自動車エンジン用アルミニウム鋳物を製造するために用いられるウォータージャケット中子は、その形状が複雑で肉厚が薄くなっている。そこで、注湯した溶湯からの熱伝導により中子のバインダーが完全に焼成・分解されないと鋳物からの中子砂の除去が困難となる。この造型方法では溶湯からの熱だけでは中子のバインダーが完全に焼成・分解されないため、注湯後に鋳物及び中子を再加熱して除去しなければならない。

さらに、特開昭５９−４７０４３号公報に示されたように、架橋剤として多官能性アルデヒド、グリオキザール、尿素等を用いた粘結剤組成物を鋳造に用いた場合、ホルムアルデヒド等の有害ガスを発生させるため好ましくない。

また、特開昭５５−８３２８号公報に示された鋳型造型方法は、水及び水溶性バインダーを主体とするバインダーを配合した鋳物砂を冷凍し、この冷凍混合物を型に吹込み充填する時や２回目の吹込み充填を行うまでに、ブローヘッド内の硅砂の単粒同士が相互に凝集して粗大化するため、ブローヘッド内の混合物を連続して型に充填するのが極めて困難である。従って、この種の鋳型造型法は、従来、実用化されていないのが現状である。

なお、水溶性バインダーを用いた鋳造用中子を高湿度下に放置した場合、一般的に水溶性バインダーは吸水し結合が弱まり、中子が変形し、形を保つことができなくなることもある。鋳造に用いることができても、溶湯を鋳型に注湯した時に水分が加熱され水蒸気が発生し、注湯物中に空泡を発生させるという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明は、第１に、バインダーを含有する鋳型造型材料を造型するとき、又はバインダーを含有する鋳型造型材料を造型した鋳造用中子を使用して溶湯を注湯するときに、バインダーが加熱されても、不快な臭気や人体に悪影響を及ぼすガスを殆ど発生しない鋳型の造型方法、及びその造型方法により製造された中子を提供することを目的とする。

本発明は、第２に、バインダーと砂を含有する骨材混合物を鋳型造型用空間内の細部まで十分に充填することができる鋳型の造型方法、及びその造型方法により製造された中子を提供することを目的とする。

また、本発明は、第３に、注湯物が冷却した後、中子を容易に除去できる、金属鋳造用中子を提供することを目的とする。すなわち、非鉄系合金、例えば、アルミニウム合金の鋳造に中子として用いた場合、鋳型への溶湯の注湯温度が７００℃前後であり、鉄系材料の注湯温度約１４００℃より低温であっても、注湯した溶湯の熱でバインダーが揮発又は分解し、注湯物が冷却した後、容易に除去できる金属鋳造用中子を提供することを目的とする。

本発明は、第４に、砂とバインダーを含有する骨材混合物を造型した鋳造用中子が高湿度下においても保形性を維持することができる鋳型造型方法、及びその造型方法により製造された金属鋳造用中子を提供することを目的とする。

本発明は、第５に、良好な注湯物を製造できる、アルミニウム合金より注湯温度が高い、鉄系、銅合金等の金属用の中子を提供することを目的とする。

１の実施態様において、本発明は、粒子状骨材、水溶性バインダー及び水から成る骨材混合物を攪拌することにより、前記骨材混合物を発泡させ、その発泡骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、前記骨材混合物中の水分を蒸発させ、前記骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後、前記鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出すことを特徴とする鋳型の造型方法を提供する。

別の実施態様において、本発明は、粒子状骨材、水溶性バインダー、水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤、及び水から成る骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させその骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、その後、鋳型造型用空間内で骨材混合物中の水分を蒸発させ、かつ水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出すことを特徴とする鋳型の造型方法を提供する。

更なる実施態様において、本発明は、粒子状骨材、水溶性バインダー、水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤、及び水から成る骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させその骨材混合物を前記鋳型造型用空間に充填し、鋳型造型用空間内で骨材混合物中の水分を蒸発させた後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出し、その取り出した造型鋳型の水溶性バインダーと架橋剤とをより完全に架橋反応させることを特徴とする鋳型の造型方法を提供する。

また、本発明は、本発明の鋳型の造型方法により製造された金属鋳造用中子を提供する。

さらに、本発明は、本発明の鋳型の造型方法における使用に適切な鋳型造型用骨材混合物を提供する。当該鋳型造型用骨材混合物は、粒子状骨材が均一に分散されたホイップ・クリーム状となるまで発泡されることを特徴とする。

図１は、骨材混合物を攪拌することにより発泡させた写真である。 図２は、本発明を実施するための鋳型の造型装置の縦断正面図である。当該図において、符号１は混合物、符号２はシリンダ、符号３は鋳型造型用金型、及び符号４はキャビティを表す。 図３は、本発明のバインダーから発生するガスの成分を質量分析計により解析した結果である。

本発明の鋳型の造型方法は、粒子状骨材、１種類または複数種類の水溶性バインダー（場合により架橋剤を更に加える）及び水を含む骨材混合物を混合する工程と、この骨材混合物を攪拌することにより発泡させる工程と、発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する工程と、充填した骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する工程と、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す工程と、場合により前記取り出す工程前後に架橋剤を反応させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明において粒子状骨材は、珪砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、各種の人工骨材等の１種以上のものから成る。

本発明において、１種類または複数種類の水溶性バインダーは、水分を蒸発させることにより固まる粘結剤で、糖類、樹脂などが含まれる。

また、常温において水溶性であるものを用いることが好ましい。常温において水溶性である水溶性バインダーは水を添加し骨材混合物を作製するときに、水溶性バインダーと水を加熱することなく混合することができるが、常温で水に可溶でない水溶性バインダーは加熱しなければ水と混合できない。

しかし、このような加熱しなければ水と混合しない水溶性バインダーであっても加熱して水に混合した後、常温まで冷却した状態において当該水に溶解している水溶性バインダーであれば用いることができる。

本発明において水溶性バインダーを用いることにより、本発明の鋳型の造型方法により造型された中子に溶湯を注湯したときに、バインダーが容易に揮発又は分解し、容易に注湯物から中子を除去できる。

本発明に用いる水溶性バインダーは、ケン化度８０から９５モル％のポリビニルアルコールもしくはその誘導体あるいは、澱粉もしくはその誘導体、サポニン、又は糖類の１種類または複数種類であることが好ましい。ケン化度が９５より大きく９９モル％以下のものでお湯に溶けるものも使用することができる。ここで、ケン化度８０から９５モル％のポリビニルアルコールもしくはその誘導体、あるいは、α化澱粉、デキストリンもしくはその誘導体、サポニン、又は砂糖は、常温で水に可溶性である。ポリビニルアルコール誘導体の例として、酢酸基、カルボキシル基、酪酸基、シラノール基等含有ポリビニルアルコールが挙げられる。澱粉の例としては、馬鈴薯、とうもろこし、タピオカ、及び小麦等由来のα化澱粉、デキストリンが挙げられる。澱粉誘導体の例として、エーテル化澱粉、エステル化澱粉及び架橋澱粉が挙げられる。本発明において用いられる水溶性バインダーは、入手が容易であり、又、α化澱粉、デキストリンは特に安価である。また、糖類には、多糖類、二糖類、単糖類が含まれる。本明細書において、「多糖類」という語には、常温で水に可溶性である任意の植物性の多糖類が含まれる（ただし、セルロースは、含まない）。

本発明において、水溶性バインダーの含量は、骨材１００重量部に対して、０．１重量部乃至５．０重量部であることが望ましい。水溶性バインダーの量が０．１重量部未満では十分な強度を有する造型鋳型が得られず、水溶性バインダーの量が５．０重量部を超えると得られた鋳型が過剰な強度を有する。また、本発明における水溶性バインダーは、発泡し易さという点ではポリビニルアルコール及びサポニンが優れており、不快な臭気を発生させないという点では澱粉及び糖類が優れているためこれらの配合割合を適宜調整して実際の鋳型造型が行われる。

本発明において、場合により更に架橋剤を加えて、骨材混合物中に架橋剤を含有させ、架橋剤と水溶性バインダーとを架橋させる方法では、架橋剤に熱を付与することにより、架橋反応が促進される。これにより、水溶性バインダーの粒子状骨材同士に対する結合が強化され、水溶性バインダーと水分子との反応を起こしにくくなり、骨材混合物を造型した造型鋳型が高湿度下においても十分な性質を保つことができる。

本発明において用いられる架橋剤は、エステル結合による架橋をするシュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸等のカルボキシル基を有する化合物及びメチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体のような水溶液になるとカルボキシル基を有する化合物である。また、本発明において用いられる架橋剤は、鋳型の造型時又は注湯時に有害ガスの発生が少ない、エステル結合をする架橋剤、すなわち、カルボキシル基を有する架橋剤の使用が好ましい。

本発明において用いられる架橋剤の添加量は、水溶性バインダーに対し少なくとも５重量％、好ましくは５〜３００重量％である。架橋剤の量が水溶性バインダーに対し５重量％に満たないと架橋反応による効果が十分でなく、造型鋳型が高湿度下におかれた場合、十分な強度を保つことができない。又、架橋剤の量が水溶性バインダーに対し３００重量％を超えると、高湿度下におかれた場合に十分な強度を保つことができるが、その効果は、３００重量％の効果と変わらないため、３００重量％より多い量の架橋剤の添加は経済的でなく好ましくない。

本発明において架橋剤は水溶液として用いられ、例えば、ブタンテトラカルボン酸、クエン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体の場合、５重量％以上の濃度の水溶液として用いることが好ましい。

本発明において架橋反応は、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す前に又は取り出した後に行わせ得る。造型鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、架橋反応を起こす場合に、例えば、２２０℃の雰囲気下で２０分程度、又２５０℃の雰囲気下で１０分程度、より高い温度ではより短い時間で架橋反応させる。

本発明において、粒子状骨材、１種類または複数種類の水溶性バインダー（場合により架橋剤を更に加える）及び水を含む骨材混合物を混合する工程は、例えば、攪拌機を用いて行う。

本発明の鋳型造型方法において、上記の骨材混合物を攪拌することにより発泡させる工程では、骨材混合物を攪拌することにより、好ましくは気泡率５０％〜８０％になるよう発泡空気が均一に分散させる。気泡率が５０％未満では造型性が悪く、８０％以上では強度が不十分となる。それにより骨材混合物を鋳型造型用空間に加圧充填するときに骨材混合物が流動する効果が得られる（図１）。この発泡により、粒子状骨材混合物はホイップ・クリーム状に均一に分散されている。本発明において発泡とは、攪拌操作の停止後１０秒以上、好ましくは１５秒以上気泡率が５０％〜８０％の割合で骨材混合物中に存在していることを意味する。

ここで、気泡率（％）＝｛（混合物全体の体積）−（粒子状骨材、水溶性バインダー及び水の体積）／（混合物全体の体積）｝×１００で計算した。

なお、発泡させるための攪拌は、混合する攪拌機と同じ攪拌機を用いてもよく、別の攪拌機を用いても良い。攪拌により、生じた発泡空気を混合物中に均一に分散させる。

本発明において、発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する方法は、発泡させた骨材混合物をシリンダ内に入れ直接加圧する方法、あるいは、エアにより加圧する方法でも可能である。

ここで、シリンダによる直接加圧とは、シリンダ（混合物収納手段）内の混合物を押圧機構のピストンの圧入による直接加圧の圧入方式で金型に圧入することをいう。エアによる加圧とは、上述の混合物収納手段内の混合物を押圧機構のピストンの圧入する方法において、ピストンの代りに、混合物収納手段の上端開口部を気密に閉鎖しかつ圧縮空気源に接続するカバーを、押圧機構のシリンダのピストンロッドの下端に設けて、混合物の金型への圧入に際しては混合物収納手段内の混合物の上面に圧縮空気（エア）を供給する方法をいう。

本発明の鋳型造型方法において、充填した骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する工程において、水分を蒸発させる方法としては、鋳型造型用空間を画定する高温の金型による水分の蒸発、加熱水蒸気又はマイクロ波の照射、真空環境下での放置、必要に応じた鋳型造型用空間内への通気等がある。

鋳型造型用空間を画定する高温に加熱された金型による骨材混合物中の水分の蒸発の場合では、攪拌により、骨材混合物中に分散した気泡及びバインダー中の水分が、加熱された金型の熱により鋳型中心部に集まることから、その中心部においては骨材の充填密度が低い鋳型となる。その鋳型を鋳造に用いると、中心部が低充填密度になっていることから結果的にバインダー量が少なくなっていること、又、鋳型の空孔部が多いことからバインダーの分解によるガス等の排出が容易となる。

本発明の金属鋳造用中子は、上述の本発明の鋳型の造型方法により造型することにより得られる。本発明において用いられる水溶性バインダーは、鋳造用中子を造型する場合、非鉄系合金、例えばアルミニウム合金又はマグネシウム合金の鋳造に用いた場合、鋳型への注湯温度が７００℃前後で、鉄系材料の注湯温度約１４００℃より低温の溶湯を注湯しても、その熱で揮発、又は分解し注湯物が冷却した後、中子を容易に除去することができる。

また、鉄系金属の鋳造に本発明の鋳造用中子を利用する場合には、中子表面に塗型を施すことで正常な鉄系注湯物ができ、鋳型も容易に排出除去することができる。

さらに、本発明の金属鋳造用中子は、金属鋳造用中子の製造及び使用において発生するガスが、実質的に不快な臭気がなくビスケットを焼く匂いである。

また、架橋剤を使用する場合においてはバインダー溶液の保存は、ポリビニルアルコール若しくはその誘導体（水溶液）とその他のバインダーの２種類に分離されており、使用に際して両者を混合することが好ましい。

以下に、本発明の鋳型造型法について具体的に説明する。

（混合攪拌工程１）
粒子状骨材１００重量部、この粒子状骨材に対して０．１〜５．０重量部のバインダー成分となる水溶液及び、水溶性バインダー水溶液の水と添加する水の合計量が１乃至２０重量部になるような量の水を加え攪拌機にて攪拌し、気泡率５０％〜８０％になるよう骨材混練物を発泡させる。

（混合攪拌工程２）
粒子状骨材１００重量部、この粒子状骨材に対して０．１〜５．０重量部のバインダー成分となる水溶液、水溶性バインダーに対し５〜１００重量％の架橋剤の１０重量％以上の水溶液、及び水溶性バインダー水溶液の水分と架橋剤水溶液の水分と添加する水の合計量が１乃至２０重量部になるような量の水を加え攪拌機にて攪拌し、気泡率５０％〜８０％になるよう骨材混練物を発泡させる。

（造型工程）
次に図２に基づいて造型工程を説明する。前記混合攪拌工程２で得られた混合物１をシリンダ２内に投入し、その後、シリンダ２を伸長し、骨材混合物１をシリンダ２の上部に設置されており、２００〜２８０℃に保持されている鋳型造型用金型３のキャビティ４内に充填し、充填された骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させ、また架橋反応をさせた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出す。あるいは、鋳型造型用金型３内での架橋反応が不十分な場合、取り出した造型鋳型を水溶性バインダーと架橋剤が十分に架橋反応を起こす温度、好ましくは２００〜３００℃に保持された恒温槽内に水溶性バインダーと架橋剤が架橋反応を十分に起こす時間、好ましくは１０〜４０分投入し、十分架橋反応させた後に造型鋳型をその恒温槽から取り出す。

実施例１
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ ニッシ製）０．８重量部、クエン酸（扶桑化学製）０．２重量部と水５重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３分間攪拌混合し発泡させ、骨材混合物の気泡率を測定した結果及び他の条件による結果を表１に示す。又、図１にテストＮｏ．１の骨材混合物のＣＣＤ写真を示す。

図１のように気泡が骨材混合物中に十分均一に分布していることが分かる。又、表１のテストＮｏ．１〜７の条件の骨材混合物を（以下、図２を参照しながら説明する）前記シリンダ２内に投入しシリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで鋳型造型用金型３の電気カートリッジヒーターにより２５０℃に保持されており、容量約７０ｃｍ^３のキャビティ４内に約８０ｇ加圧充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出したところ十分使用できる造型鋳型を得ることができた。

実施例２
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＤ−Ｓ 日澱化学製）０．８重量部、ブタンテトラカルボン酸（リカシッドＢＴ−Ｗ 新日本理化製）０．２重量部と水５重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３分間攪拌混合し発泡させ、（以下、図２を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダ２内に投入しシリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで鋳型造型用金型３の電気カートリッジヒーターにより２２０℃に保持されており、容量約７０ｃｍ^３のキャビティ４内に約８０ｇ加圧充填し、３分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２２０℃に保持された恒温槽内に４０分間投入し、架橋反応させ、その後、恒温槽から取り出した。この造型鋳型を鋳造用金型の中子とし、注湯テストを行った。アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）を注湯温度７１０℃で注湯したところ、鋳造欠陥の発生はなかった。又、鋳型へ注湯温度７１０℃の溶湯を注湯したときにその熱でバインダーが揮発又は分解し、注湯物が冷却した後中子を容易に除去することができた。また、造型時あるいは注湯時に不快な臭いの発生はなく、ビスケットを焼くような匂いであった。

実施例３
実施例１と同様の造型方法により得られた鋳型にエタノール系塗型剤（スリーコートＭＴＳ−７２０Ａ 三河鉱産株式会社製）を塗布し、鋳造用の中子とし注湯テストを行った。鋳鉄（ＦＣＤ４５０）を注湯温度１３７０℃で注湯したところ、悪臭及び鋳造欠陥、変形の発生はなく良好な注湯物が得られた。また、注湯物より中子を容易に除去することができた。

実施例４
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ ニッシ製）０．８重量部、クエン酸（扶桑化学製）０．２重量部と水５重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３分間攪拌混合し発泡させ、（以下、図２を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダ２内に投入し、シリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで、鋳型造型用金型３の、電気カートリッジヒーターにより２２０〜２７０℃に保持されており、容量約８０ｃｍ^３のキャビティ４内に約９０ｇ加圧充填し、１〜３分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させ、架橋反応させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片（１０×１０×Ｌ６０）とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した結果を表２に示す。

表２から、湿度３０％の恒湿槽内に２４時間収容した造型鋳型は、表２のすべての条件で曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。ただし、金型温度２２０℃においては型内保持時間３分においても湿度９８％×２４ｈｒ後の鋳型強度が低くなっている。この条件では型内での架橋反応が充分でないため、金型内から取り出した後に２２０℃の雰囲気下で２０分程度、又２５０℃の雰囲気下で１０分程度の架橋処理が必要になる。

金型温度が２５０〜２７０℃であれば、型内保持時間１分で湿度９８％×２４ｈｒ後の強度は鋳型として十分使用できる強度が発現されており、金型から取り出した後の架橋処理は必要ない。

実施例５
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）０．３重量部、砂糖（フジ日本精糖製）１．０〜２．０重量部、クエン酸（扶桑化学製）０．４〜１．２重量部と水５重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３分間攪拌混合し発泡させ、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダ２内に投入し、シリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで、鋳型造型用金型３の、電気カートリッジヒーターにより２５０℃に保持されており、容量約８０ｃｍ^３のキャビティ４内に約９０ｇ加圧充填し、１〜３分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させ、架橋反応させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片（１０×１０×Ｌ６０）とし、湿度３０％の恒湿槽内に２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した結果を表３に示す。

実施例６
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＳＤ−１００ ニッシ製）０．８重量部と水５重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３分間攪拌混合し発泡させ、（以下、図２を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダ２内に投入し、シリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで、鋳型造型用金型３の、電気カートリッジヒーターにより２２０℃に保持されており、容量約８０ｃｍ^３のキャビティ４内に約９０ｇ加圧充填し、３分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２２０℃に保持された恒温槽内に４０分間投入し、架橋反応させ、その後、恒温槽から取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片（１０×１０×Ｌ６０）とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した。また、上記以外の条件によるテスト結果についても表４に示す。

この表４からは、湿度３０％の恒湿槽内に２４時間収容した造型鋳型は、表１のすべての条件で曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。湿度９８％の恒湿槽内に２４時間収容した場合においては、架橋剤を加えることにより、曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。

実施例７
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、サポニン（試薬 キシダ化学）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ ニッシ製）０．８重量部、クエン酸（扶桑化学製）０．４重量部と水６重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３ｍｉｎ攪拌混合し発泡させ、（以下、図２を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダ２内に投入し、シリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで、鋳型造型用金型３の、電気カートリッジヒーターにより２５０℃に保持されており、容量約８０ｃｍ^３のキャビティ４内に約９０ｇ加圧充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させ、架橋反応させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片（１０×１０×Ｌ６０）とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した。また、上記以外の条件によるテスト結果についても表５に示す。

この表５からは、水溶性バインダーとしてサポニンを用いても湿度３０％の恒湿槽内に２４時間収容した造型鋳型は、テストＮｏ．２〜５の条件で曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。しかし、Ｎｏ．１のサポニン単独では１．０ＭＰａ以下であった。Ｎｏ．２〜５のようにサポニンに架橋剤を添加することで架橋効果を起こし、湿度９８％×２４ｈｒ後の鋳型強度においても十分使用できる強度が発現されていることが分かる。

実施例８
ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）と澱粉（デキストリンＮＤ−Ｓ 日澱化学製）とクエン酸（扶桑化学製）の割合が１：４：２の混合物を２５０℃の恒温槽に１０分間入れ取り出した混合物をヘリウム雰囲気で５９０℃の熱分解炉の中に５秒間放置し、熱分解により発生したガスをカラム内（５０℃で１０分保持した後、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で２４０℃まで昇温し、１５ｍｉｎ保持）をとおし、質量分析計にてガスの種類を分析した。図３は、本発明のバインダーから発生するガスの成分を上述の質量分析計により解析した結果である。その結果、二酸化炭素、酢酸、フルフラールが検出された（図３）。

実施例９
珪砂（フラタリ−サンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５ 日本酢ビ・ポバール製）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＳＤ−Ｌ ニッシ製）０．８重量部、クエン酸（扶桑化学製）０．４重量部と水５重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約２００ｒｐｍにおいて約３分間攪拌混合し発泡させ、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダ２内に投入し、シリンダ面圧０．５ＭＰａのエアシリンダーで、鋳型造型用金型３の、電気カートリッジヒーターにより２５０℃に保持されており、容量約８０ｃｍ^３のキャビティ４内に約９０ｇ加圧充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させ、架橋反応させた後、鋳型造型用金型３のキャビティ４内から造型鋳型を取り出した。この造型鋳型を試験片（１０×１０×Ｌ６０）とし、各部の嵩密度およびバインダー量を測定した結果を表６に示す。

鋳型の中心部（表面から４〜５ｍｍ）は表面部（表面から０〜１ｍｍ）に比べ嵩密度が低く、バインダー量が少ないことが分かる。

本発明の鋳型造型方法により、造型、及び鋳造工程における注湯時において、有毒ガスを殆ど発生せず、注湯後の注湯物からも容易に造型鋳型を除去でき、造型時の鋳型造型用金型への充填性も良好である優れた効果が得られる。水溶性バインダーを架橋剤と架橋させることにより、さらに鋳型の耐湿性が得られる。

Claims (39)

1. （ａ）粒子状骨材、１種類以上の水溶性バインダー、及び水を含む骨材混合物を攪拌することにより当該骨材混合物を発泡させる工程、
   （ｂ）発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する工程、
   （ｃ）充填した骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する工程、及び
   （ｄ）造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す工程、
   を含むことを特徴とする鋳型の造型方法。
2. （ａ）粒子状骨材、１種類以上の水溶性バインダー、当該水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤、及び水を含む骨材混合物を撹拌することにより当該骨材混合物を発泡させる工程、
   （ｂ）発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する工程、
   （ｃ）充填した骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型すると共に、前記水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる工程、及び
   （ｄ）造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す工程、
   を含むことを特徴とする鋳型の造型方法。
3. （ａ）粒子状骨材、１種類以上の水溶性バインダー、当該水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤、及び水を含む骨材混合物を撹拌することにより当該骨材混合物を発泡させる工程、
   （ｂ）発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する工程、
   （ｃ）充填した骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する工程、
   （ｄ）造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す工程、及び
   （ｅ）前記水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる工程、
   を含むことを特徴とする鋳型の造型方法。
4. 前記発泡させた骨材混合物が、粒子状骨材が均一に分散されたホイップ・クリーム状となるまで発泡されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
5. 前記発泡させた骨材混合物が、気泡率が５０％乃至８０％であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
6. 前記工程（ｂ）において、前記発泡させた骨材混合物が、シリンダ内におけるピストンの圧入により直接加圧することによって、鋳型造型用空間に充填されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
7. 前記工程（ｂ）において、前記発泡させた骨材混合物が、シリンダ内に圧縮空気を供給することによって、鋳型造型用空間に充填されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
8. 前記工程（ｃ）において、前記充填した骨材混合物中の水分の蒸発が、加熱された金型の熱により蒸発されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
9. 前記工程（ｃ）において、前記充填した骨材混合物中の水分の蒸発により、骨材混合物中に分散した気泡及びバインダー中の水分が鋳型中心部に集まり、その中心部においては骨材の充填密度が低い鋳型となることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
10. 前記水溶性バインダーが常温で水に可溶性である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
11. 前記水溶性バインダーの少なくとも１種類が発泡性を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
12. 前記水溶性バインダーの少なくとも１種類が、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体、サポニン、澱粉もしくはその誘導体、及びその他の糖類よりなる群から選択される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
13. 前記水溶性バインダーが、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体と澱粉もしくはその誘導体の組合せ、サポニンと澱粉もしくはその誘導体の組合せ、及び、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体とその他の糖類の組合せよりなる群から選択される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
14. 前記糖類が、多糖類、二糖類、及び単糖類よりなる群から選択される、請求項１２又は１３に記載の鋳型の造型方法。
15. 前記水溶性バインダーが、粒子状骨材に対し０．１〜５．０重量部含有される、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
16. 前記架橋剤が、カルボキシル基を有する化合物から選択される、請求項２乃至１５のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法。
17. 前記のカルボキシル基を有する化合物が、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、及びイソブチレン−無水マレイン酸共重合体よりなる群から選択される、請求項１６に記載の鋳型の造型方法。
18. 前記架橋剤の添加量が、水溶性バインダーに対し少なくとも５重量％である、請求項１６又は１７に記載の鋳型の造型方法。
19. 前記水溶性バインダーが、ポリビニルアルコール若しくはその誘導体とその他のバインダーの２種類に分離されており、攪拌に際して両者を混合することを特徴とする請求項２又は３に記載の鋳型の造型方法。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の鋳型の造型方法により製造された、金属鋳造用中子。
21. 中心部の密度が表面部の密度より小さいことを特徴とする、請求項２０に記載の金属鋳造用中子。
22. 中心部における水溶性バインダーの量が表面部における水溶性バインダーの量より少ないことを特徴とする、請求項２０又は２１に記載の金属鋳造用中子。
23. 非鉄系合金の鋳造に用いられる、請求項２０又は２１に記載の金属鋳造用中子。
24. 前記非鉄系合金がアルミニウム合金又はマグネシウム合金である、請求項２３に記載の金属鋳造用中子。
25. 表面に塗型をした、請求項２０又は２１に記載の金属鋳造用中子。
26. 前記金属用鋳造中子の熱分解により発生するガスが、実質的に不快な臭気がなくビスケットを焼く匂いである、請求項２０乃至２５のいずれか１項に記載の金属鋳造用中子。
27. 前記金属用鋳造中子の熱分解により発生するガスが、二酸化炭素、酢酸、フルフラールを有効成分とすることを特徴とする、請求項２０乃至２６のいずれか１項に記載の金属鋳造用中子。
28. 粒子状骨材及び１種類以上の水溶性バインダーを含み、当該粒子状骨材が均一に分散されたホイップ・クリーム状となるまで発泡されていることを特徴とする、鋳型造型用骨材混合物。
29. 気泡率が５０％乃至８０％である、請求項２８に記載の鋳型造型用骨材混合物。
30. 前記水溶性バインダーが常温で水に可溶性である、請求項２８又は２９に記載の鋳型造型用骨材混合物。
31. 前記水溶性バインダーの少なくとも１種類が発泡性を有する、請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の鋳型造型用骨材混合物。
32. 前記水溶性バインダーの少なくとも１種類が、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体、サポニン、澱粉もしくはその誘導体、及びその他の糖類よりなる群から選択される、請求項２８乃至３１のいずれか１項に記載の鋳型造型用骨材混合物。
33. 前記水溶性バインダーが、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体と澱粉もしくはその誘導体の組合せ、サポニンと澱粉もしくはその誘導体の組合せ、及び、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体とその他の糖類の組合せよりなる群から選択される、請求項２８乃至３２のいずれか１項に記載の鋳型造型用骨材混合物。
34. 前記糖類が、多糖類、二糖類、及び単糖類よりなる群から選択される、請求項３２又は３３に記載の鋳型造型用骨材混合物。
35. 前記水溶性バインダーが、粒子状骨材に対し０．１〜５．０重量部含有される、請求項２８乃至３４のいずれか１項に記載の鋳型造型用骨材混合物。
36. 前記水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤をさらに含む、請求項２８乃至３５のいずれか１項に記載の鋳型造型用骨材混合物。
37. 前記架橋剤が、カルボキシル基を有する化合物から選択される、請求項３６に記載の鋳型造型用骨材混合物。
38. 前記のカルボキシル基を有する化合物が、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、及びイソブチレン−無水マレイン酸共重合体よりなる群から選択される、請求項３７に記載の鋳型造型用骨材混合物。
39. 前記架橋剤の添加量が、水溶性バインダーに対し５〜３００重量％である、請求項３６乃至３８のいずれか１項に記載の鋳型造型用骨材混合物。

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