WO2005113174A1 - レジンコーテッドサンド - Google Patents

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WO2005113174A1
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Yoshimitsu Ina
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Kao Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a resin-coated sand used for a molding die of steel, steel, aluminum, copper, and alloys thereof.
  • the shell molding method is a molding method in which a resin-coated sand in which natural sand is coated with a phenolic resin or the like is filled in a preheated mold and heated and cured, and is widely used in the construction industry.
  • Silica sand is widely used as an aggregate for resin-coated sand.Since sand is widely used, its shape is indeterminate and poor in fluidity. There are limits to what you can do.
  • silica sand has a large thermal expansion, and there is a problem in terms of dimensional accuracy.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-202577 discloses spherical sand produced by a flame melting method. And describes a type III method in which spherical sand, a furan resin, and an alkaline phenol resin are combined. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a resin-coated sand obtained by coating spherical binder sand having an average particle diameter of 0.02 to 1.5 mm and produced by a flame melting method with a binder composition.
  • the present invention also relates to a resin-coated sand obtained by coating a spherical sand having an average particle diameter of 0.2 to 1.5 mm and a water absorption of 0.5% by weight or less with a binder composition.
  • the present invention provides a mold obtained by using the resin-coated sand of the present invention, a product produced by using the mold, and a method of producing a mold by using the resin-coated sand of the present invention. Also provide.
  • the present invention also provides a use of the resin-coated sand used in the production of a mold. Detailed description of the invention
  • An object of the present invention is to provide a resin-coated sand capable of producing a mold for production having excellent fluidity, high strength, and a smooth surface.
  • the additive manufacturing method that has recently attracted attention is an additive manufacturing method.
  • the resin-coated sand proposed in the conventional method is not sufficient in terms of the mold strength and the discharge property of uncured sand.
  • Resin coated sand that can be suitably used in the method is desired.
  • the present inventors have found that refractory particles having a specific component composition and particle size, having a large sphericity, and having a low water absorption due to their smooth surface.
  • a resin-coated sand in which spherical sand is coated with a binder composition.
  • the present inventor has found that this resin-coated sand is suitable for a mold material used for producing a steel product and a steel product having a high filling temperature.
  • the resin sand which is excellent in fluidity
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The resin-coated sand of the present invention can withstand entrainment at high temperatures and is suitably used for steel and steel. Further, the resin sand of the present invention has a low expansion property, prevents structural defects (such as vaning and type cracking) due to sand expansion in the product, and improves the dimensional accuracy of the complicated product. Can respond to requests.
  • the present invention provides a resin coated sand suitable for a shell molding method. Furthermore, since the resin-coated sand of the present invention uses spherical green sand having a smooth surface, the resin-coated sand is excellent in sand discharging property, can cover the surface with a small amount of added resin, and has a good shape when formed into a ⁇ shape. Adhesion is formed and high ⁇ -shaped strength can be obtained. Therefore, a high-quality product can be manufactured with a small amount of resin decomposition gas generated at the time of charging. It is economical. Furthermore, the resin-coated sand of the present invention is excellent in fluidity, and can increase the filling of small details. In addition, the disintegration of type III after implantation is good. Due to its excellent properties, the resin sand of the present invention can be sufficiently replaced by expensive zircon sand and ceramic sand, which are used as special sand in a petroleum factory.
  • Spherical sand> Spherical sand used in the resin-coated sand (hereinafter abbreviated as RCS) of the present invention mainly includes two modes.
  • a first embodiment is a spherical sand produced by a flame melting method and having an average particle size of 0.02 to 1.5 mm.
  • a second embodiment is spherical sand having an average particle size of 0.02 to 1.5 mm and a water absorption of 0.5% by weight or less.
  • spherical sand The spherical sand of the present invention has a particular feature in that it has a specific component composition and an average particle diameter, and has a large sphericity. With such a configuration, it is possible to produce a mold for manufacturing having excellent fluidity, high strength and a smooth surface. In addition, the mold can be manufactured with a smaller amount of resin than before, and regeneration is easy.
  • the spherical shape which is the shape of the spherical sand of the present invention, means a sphericity of 0.88 or more, preferably 0.90 or more. Whether or not the particles are spherical is determined by, for example, using an optical microscope or a digital scope (for example, VH-800, manufactured by Keyence) as described in Examples below. Observe and judge.
  • a refractory and a refractory raw material known in the art which are formed into a spherical shape by a flame melting method, are used without any particular limitation.
  • these refractory and anti-fire feedstock from the viewpoint of fire resistance and Chasse of the availability, those mainly composed of S i 0 2, mainly composed of A 1 2 0 3 and S i O 2 things, 1 ⁇ that the ⁇ Oyobi 3 1 ⁇ 2 as a main component is preferable.
  • a refractory, in view of thermal expansion, especially those composed mainly of A 1 2 ⁇ 3 and S i 0 2 is preferred.
  • the “main component” means that the above components are 60% by weight in the total amount of the whole sand.
  • the total amount of these components is It is preferably 85 to 100% by weight, more preferably 90 to 100% by weight, based on all components.
  • spherical ⁇ sand present invention as components other than the main component is, for example, C aO, F e 2 ⁇ 3, T I_ ⁇ 2, K 2 0, ⁇ a 2 0 a metal such as Oxides. These are derived from the starting materials.
  • F e 2 ⁇ 3 and T i 0 2 preferably 5 wt% or less, respectively as their content.
  • the content of F e 2 0 3 is 2. More preferably 5 wt% or less, 2 wt% or less is more preferred.
  • the total content thereof is preferably 3% by weight or less, more preferably 1% by weight or less.
  • a 1 2 0 3 and S I_ ⁇ 2 weight ratio is from 1 to 1-5. From the viewpoint of improving fire resistance and the efficiency of regenerating sand, 1.2 to L2 is preferred, and 1.5 to 9 is more preferred.
  • Ca ⁇ ⁇ and MgO may be included as components other than the main components. In that case, from the viewpoint of improving the fire resistance of the spherical sand, the total content thereof is preferably 5% by weight or less.
  • the weight ratio of MgOZS i 0 2 is from 0.1 to 1 0 are preferred. From the viewpoints of spheroidization, corrosion resistance, fire resistance, and improvement in the regeneration efficiency of natural sand, 0.2 to 9 is preferable, and 0.3 to 5 is more preferable.
  • the M G_ ⁇ and S i 0 2 as a main component may include A 1 2 ⁇ 3 as a component other than the main component. This is derived from the raw material, but it improves the corrosion resistance of spherical sand. From the viewpoint, the content is preferably 10% by weight or less.
  • the average particle diameter (mm) of the spherical sand of the present invention is in the range of 0.02 to 1.5 mm.
  • the thickness is 0.02 mm or more, preferably 0.05 mm or more, the amount of resin required for the production of a mold can be reduced, and it becomes easy to regenerate as sand.
  • the thickness is 1.5 mm or less, the porosity of the ⁇ ⁇ ⁇ type is reduced, and the ⁇ type strength is improved, which is preferable.
  • the thickness is preferably 0.05 to lmm, more preferably 0.05 to 0.5mm, and particularly preferably 0.05 to 0.35mm.
  • the finally obtained RCS of the present invention preferably has the same range of the average particle diameter.
  • the average particle size can be determined as follows. In other words, when the sphericity from the projected cross section of the spherical sand particles is 1, the diameter (mm) is measured. On the other hand, when the sphericity is 1, the long axis diameter of the spherical sand particles (mm) is measured.
  • the short-axis diameter (mm) are measured to obtain (long-axis diameter + short-axis diameter) No.2, and for each of 100 spherical sand particles, the values obtained are averaged.
  • the major axis diameter and the minor axis diameter are defined as follows. When a particle is stabilized on a plane and the projected image of the particle on the plane is sandwiched between two parallel lines, the width of the particle that minimizes the interval between the parallel lines is called the minor axis diameter. The distance between two parallel lines perpendicular to the line when the particle is inserted is called the major axis diameter.
  • the major axis diameter and the minor axis diameter of the spherical sand particles are obtained by obtaining an image (photograph) of the particles by using an optical microscope or a digital scope (for example, VH-8000, manufactured by KEYENCE CORPORATION). Can be obtained by image analysis. Also, the sphericity is The obtained image is subjected to image analysis to determine the area of the particle projected cross section and the perimeter of the cross section of the particle, and then [the circumference of a perfect circle having the same area as the area (mm 2 ) of the particle projected cross section] Length (mm)] / [perimeter of particle projection cross section (mm)] is calculated, and the obtained values are averaged for any 50 spherical sand particles.
  • the spherical sand of the present invention preferably has a sphericity of 0.95 or more, more preferably 0.98 or more, from the viewpoint of improving the fluidity of the RCS. More preferably, it is 0.99 or more.
  • the finally obtained RCS of the present invention preferably has the same range of sphericity. Therefore, as the spherical shape ⁇ sand of the first aspect of the present invention, for example, eight 1 2 ⁇ 3 Oyobi 3 i 0 2 Ri name containing as a main component, A 1 2 0 3 S I_ ⁇ 2 weight ratio :!
  • Spherical sand produced by a flame melting method having an average particle size of 0.02 to 0.5 mm and a sphericity of 0.95 or more is preferred.
  • the spherical sand according to the first embodiment of the present invention is obtained by a flame melting method. Therefore, it has a structural characteristic of high sphericity and denseness. The structural characteristics greatly contribute to the improvement of fluidity, mold strength, and surface smoothness of the manufactured animal.
  • the water absorption (% by weight) of the spherical sand of the present invention is determined by suppressing the increase in the amount of resin used due to the absorption of the resin used in the manufacture of the mold into the sand.
  • the content is preferably 3% by weight or less, more preferably 0.8% by weight or less, further preferably 0.5% by weight or less, and particularly preferably 0.3% by weight or less.
  • the water absorption can be measured according to the method for measuring water absorption of JISA 1109 fine aggregate. If RCS coated with a binder or binder residue after incorporation remains, the components are removed by an appropriate method such as heat treatment (for example, 100 or more). After removal, the water absorption is measured. On the other hand, the water absorption of the spherical sand according to the second embodiment of the present invention is 0.5% by weight or less.
  • the content is preferably 0.3% by weight or less, and 0.1% by weight or less. % By weight or less is more preferable.
  • the water absorption of spherical sand is generally lower when the sand is prepared by the flame melting method than when the sand is prepared by a firing method other than the above method, as long as the sand has the same sphericity. .
  • the main component of the spherical ⁇ sand second aspect of the present invention is similar to the spherical ⁇ sand of the first aspect, refractory, from the viewpoint of thermal expansion, in particular A l 2 ⁇ 3 and S i is preferably one composed mainly of ⁇ 2, a 1 2 0 3 / S i ⁇ 2 weight ratio 1-1 5 are preferred.
  • the sphericity of the spherical mineral sand of the present invention is 0.98 or more
  • the spherical mineral sand is preferably contained in a mixture with a known fluid sand having low fluidity such as silica sand. volume
  • the natural sand comprising the mixture can sufficiently exhibit the desired effects of the present invention. That is, if the spherical natural sand of the present invention is gradually added to the known natural sand as described above, the desired effect of the present invention will be exhibited according to the amount of the addition. If the spherical sand of the present invention having the predetermined sphericity is contained in the sand of 50% by volume or more, the effect becomes remarkable.
  • the content of the spherical sand of the present invention having a sphericity of 0.98 or more in the sand of the mixture is more preferably 60% by volume or more, and still more preferably 80% by volume or more.
  • the spherical sand of the present invention is particularly preferably a sand having a sphericity of 0.98 or more because of its excellent utilization. Also, is it possible that a sand containing 50% by volume or more of such spherical sand can exhibit the same effect as the spherical sand of the present invention? Thus, such sand is also included in the present invention.
  • the spherical sand of the first embodiment of the present invention is produced by a flame melting method.
  • the spherical sand of the second aspect of the present invention can be produced by a known method such as a method of granulating and sintering and an electro-fusion atomizing method. It is preferable to produce by the flame fusion method similarly to the spherical sand of the first embodiment. Therefore, an example of the method for producing the spherical sand of the present invention by the flame melting method will be described below.
  • Spherical ⁇ sand of the present invention for example, eight 1 2 ⁇ 3 as a main component Oyobi 3 i ⁇ 2, A 1 2 0 3 / S I_ ⁇ 2 weight ratio of 0.9 to 1 7, the average Powder particles having a particle size of 0.05 to 2 mm can be obtained as a starting material by a production method including a step of melting the powder particles in a flame and spheroidizing them.
  • the raw material as a raw material and S i 0 2 source as A 1 2 ⁇ 3 source as described below be made of a mixture of, (a 1 2 ⁇ 3 + S i 0 2) even those made from the material alone as source, also, a 1 2 ⁇ 3 source as a raw material contact and / or S i ⁇ 2 sources as the the raw material (a 1 2 ⁇ 3 + S i 0 2) may be a mixture of the raw material as a source.
  • the content of the total amount of ⁇ 2, from the viewpoint of the total amount of A 1 2 ⁇ 3 and S i 0 2 in the resulting spherical ⁇ sand is made to be the 8 0 wt% or more in all components, preferably Is 7 5 % By weight, more preferably at least 80% by weight, still more preferably 85 to 100% by weight, particularly preferably 90 to 100% by weight.
  • the A 1 2 0 3 / S i ⁇ 2 weight ratio, from the viewpoint of A 1 2 ⁇ 3 ZS i ⁇ 2 weight ratio in the resulting spherical ⁇ sand is set to be 1 to 1-5, 0.9 To 17 and preferably 1 to 15.
  • the average particle size is 0.05 mm or more from the viewpoint of obtaining a monodispersed spherical sand, and 2 mm or less from the viewpoint of obtaining a sand having a desired sphericity. 0.05 to 2 mm to meet. Further, from the viewpoint of improving the sphericity of the obtained natural sand, 0.05 to 1.5 mm is preferable.
  • a 1 2 0 3 / S i ⁇ 2 weight ratio differs between the spherical ⁇ sand obtained raw material powder particles, and the A 1 2 0 lost amount of 3 and lost weight S i ⁇ 2 by material Because they are different.
  • the average particle size of the raw material powder particles may be in the above-mentioned range since the irregular-shaped powder becomes spherical and the particle size decreases, but the particle size of the originally spherical powder does not change.
  • the powder particles as the starting material taking into account the component evaporation during melting, the A 1 2 ⁇ 3 ZS i ⁇ 2 weight ratio and the average particle size is within the above range Prepare and use as appropriate.
  • the water content (% by weight) of the starting material is preferably 10% by weight or less and 3% by weight or less from the viewpoint of adjusting the water absorption and sphericity of the obtained spherical sand to an appropriate range. Is more preferable, and 1% by weight or less is further preferable. Water content Is measured by weight loss when 10 g of powder particles are heated at 800 ° C. for 1 hour.
  • Starting materials can be selected, for example, from refractory mineral and synthetic raw materials.
  • the raw material of the A 1 2 ⁇ 3 sources include Bokisai bets, alum shale, oxide ⁇ Rumi two ⁇ beam, aluminum hydroxide and the like.
  • the raw material as the Si 2 source include silica stone, silica sand, quartz, cristobalite, amorphous silica, feldspar, and pyrophyllite.
  • a raw material of the (A 1 2 0 3 + S i 0 2) source kaolin, alum shale, Bokisai DOO, mica, Shirimanai DOO, Andarusai DOO, mullite DOO, Zeorai DOO, montmorillonite preparative high port Sites and the like can be mentioned. These raw materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the selected starting material is preferably calcined to reduce its water content or to facilitate its melting. Examples of the calcined raw material powder particles include calcined bun page, calcined mullite, calcined bauxite, a mixture of calcined aluminum hydroxide and kaolin, and the like.
  • the starting material as described above is dispersed in a carrier gas such as oxygen and injected into a flame to be melted and spheroidized.
  • a carrier gas such as oxygen
  • Perform flame fusion method. In a preferred embodiment, it is charged into the following flame.
  • the flame used is propane, butane, methane, natural liquefied gas, LPG, heavy oil, kerosene
  • the ratio of fuel to oxygen is preferably from 1.01 to 1.3 in terms of volume ratio from the viewpoint of complete combustion.
  • an oxygen gas burner is preferable.
  • the structure of the burner is not particularly limited, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-418118 and Hei 11-1132
  • the burners disclosed in JP-A-421, JP-A-2000-205523 or JP-A-2000-346318 are exemplified.
  • the following method is suitable for spheroidizing the refractory raw material powder having a large average particle size in the range of 0.05 to 2 mm used in the production method of the present invention.
  • the introduction of powder particles into the flame is carried out by dispersing in a carrier gas.
  • Oxygen is preferably used as the carrier gas.
  • the oxygen of the carrier gas can be consumed for fuel combustion.
  • Powder concentration in the gas from the viewpoint of securing sufficient dispersibility of the powder particles, preferably 0. 1 ⁇ 20 k gZNm 3, 0. 2 ⁇ : 1 0 k gZNm 3 is more preferable.
  • the shape and composition of the raw material powder particles from the viewpoint of quickly performing spheroidization in a flame and obtaining a monodispersed spherical sand.
  • the ratio of the major axis to the minor axis of the raw material powder particles is preferably 9 or less, more preferably 4 or less, More preferably, it is 2 or less.
  • the composition from the viewpoint of obtaining monodispersed spherical particles which are not fused, it is particularly preferred that A 1 2 ⁇ 3 / S i 0 2 weight ratio is from 1.5 to 10.
  • the powder particles can be suitably melted and spheroidized even in a plasma jet flame generated by ionizing N 2 inert gas or the like.
  • the particle density (g / cm 3 ) of the spherical sand of the present invention is preferably in the range of 1 to 3.5 gZ cm 3 .
  • the particle density is preferably in the range of 2.5 to 3.5 gZcm 3 . In this range, a solid, dense and high-strength ⁇ type can be obtained.
  • the particle density is preferably in the range of 1 to 2.5 g / cm 3 . Those in this range are porous and have a space inside, so that a lightweight ⁇ type can be obtained.
  • the particle density can be measured according to the particle density measurement method of JISR 1620.
  • the spherical sand of the present invention preferably has a fire resistance of SK 17 (1480 ° C) or more, has a low thermal expansion property, and more preferably has a fire resistance of 1800 ° C or more.
  • the above is more preferred.
  • the upper limit is not particularly limited, but is preferably SK42 (2000) or less. This fire resistance was measured according to the Zegelkon method based on JISR2204.
  • the spherical sand of the present invention has a smaller surface area than a granular aggregate having a polygonal surface, a porous aggregate having a porous surface, or a spherical aggregate having a poor sphericity. Can cover the surface.
  • a granular aggregate having a polygonal surface a porous aggregate having a porous surface
  • a spherical aggregate having a poor sphericity Can cover the surface.
  • the surface of the limestone sand is smooth, good adhesion is formed even with a small amount of resin, and a high lipstick strength can be obtained.
  • the RCS of the present invention is obtained by coating the above spherical sand of the present invention with a binder composition.
  • the binder composition used in the present invention contains a resin, and if necessary, a disintegration accelerator and a lubricant. Agents, silane coupling agents, curing agents and the like.
  • the resin is not particularly limited as long as it has a property of maintaining the mutual binding of the green sand at the time of pouring and breaking down the mutual bonding of the green sand after the pouring.
  • the resin used in the present invention include a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, an epoxy resin, a diaryl phthalate resin, a polyurethane resin, and a silicone resin. Examples thereof include resin, polyimide resin, and furan resin, but are not particularly limited thereto. Of these, a phenolic resin such as a novolak resin or a resol resin is preferable.
  • a metal with a high pouring temperature for example,
  • the temperature at the time of pouring is usually from 130 to 160). Even at this temperature, it is particularly preferable to use a resin having the above properties.
  • the resin is preferably a resin that is solid at the time of being put into a mold, has a property of melting by the action of heating or the like, and has a property of binding the organic sand to each other.
  • the melting point and solid content of the resin are set so that the fusion point (J-catch test method I-1) of the obtained RCS is 50 to 200: and then 80 to L20. It is preferred to adjust and coat.
  • the content of the resin is 10 to 100% by weight, more preferably 50 to 98% by weight, particularly 60 to 90% by weight in the total solid content. preferable.
  • a conventionally known disintegration accelerator may be contained.
  • examples thereof include oxides of metals such as cobalt and nickel, various nitrates, phosphorus compounds, boric compounds such as triethyl borate and tributyl borate, and carboxylate salts.
  • the lubricant calcium stearate, ethylene bisstearate A mid or the like can be used.
  • the resin is a phenol resin
  • 0.2 to 7 parts by weight of the lubricant is contained with respect to 100 parts by weight of the phenol resin. It is preferable in view of the strength of the mold obtained by the shell mold method.
  • silane coupling agent ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltriethoxysilane and the like can be used.
  • the silane coupling agent when the resin is a phenol resin, the silane coupling agent is contained in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the phenol resin. This is preferred from the viewpoint of the strength and disintegration of the obtained ⁇ type.
  • a curing agent is added to the binder composition, especially hexamethylenetetramine for phenol resin. May be contained.
  • the content of hexamethylenetetraamine is preferably 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the phenol resin from the viewpoint of type III disintegration.
  • the amount of the binder composition to be used in the present invention may be any amount as long as the amount of the resin in the composition is the minimum amount necessary for binding spherical sand. In other words, an amount that does not impair the disintegration after loading is used.
  • the amount of the resin added is preferably 3 to 0.5 part by weight, more preferably 2.5 to 0.5 part by weight, per 100 parts by weight of the spherical sand of the present invention. 5 parts by weight.
  • the method for coating the spherical sand of the present invention with a binder composition is not particularly limited, and examples thereof include a conventionally known dry hot method, semi-hot method, and cold method.
  • the amount of resin to be coated can be reduced.
  • the ihot method is preferred.
  • the components of the binder composition may be used as a one-part composition containing all the components, or may be used separately.
  • a procedure similar to the dry hot method according to the JACT resin coated sand manufacturing operation standard of the Association for the Promotion of Construction Technology can be mentioned. That is, when a binder composition containing a phenol resin is used as the resin, the sand of the present invention is heated at a temperature of 130 to 160, and the binder composition is added thereto. The binder composition (the resin in the composition) is melted by kneading.
  • the temperature is lowered from 100 to 110 ° C, and a hardening agent such as hexamethylenetetramine, paraformaldehyde, and trioxane is added as an aqueous solution, for example, and further kneaded and solidified to coat the resin with the resin sand. Then, further kneading disintegrates into single particles to obtain the RCS of the present invention. It is preferable to add the lubricant at the stage where the kneaded material has begun to disintegrate into single particles after the hardener is added. In the case of a resole resin, a curing agent is not necessarily required, and RCS coated with the resin of the present invention can be obtained by simply heating.
  • a hardening agent such as hexamethylenetetramine, paraformaldehyde, and trioxane is added as an aqueous solution, for example, and further kneaded and solidified to coat the resin with the resin sand.
  • the RCS of the present invention can be used as a mold material for producing an animal. Furthermore, the RCS of the present invention uses spherical sand with a smooth surface, so that the surface can be covered with a small amount of added resin. To produce high-quality products with a low amount of resin decomposition gas generated at the time of filling, excellent fluidity, and high filling of mold details. It is possible to manufacture a hollow core, and it is particularly suitable for manufacturing a hollow core.
  • the RCS of the present invention can be used to produce a core such as a core having a particularly thin portion with high productivity. It has a thin part with a wall thickness of 5 mm or less, preferably 4 mm or less. Among them, the core has high fluidity and can prevent poor filling.
  • the “ ⁇ ” having a thin portion of 5 mm or less refers to a “ ⁇ ” in which the thickness of the narrowest portion of the ⁇ after molding is 5 mm or less.
  • the surface roughness Ra is preferably 20 m or less, and more preferably 1 to 15 tm. Ra can be measured by a surface roughness measuring instrument described in Examples described later.
  • the shell core used in the construction has the problem of degassing at the time of incorporation when used as a solid body, or reduction in the amount of RCS used, improvement in workability by reducing the weight of the core, and removal of sand from the construction product.
  • a hollow core may be manufactured, that is, a hollow core may be manufactured.
  • the core is hollowed out by filling the heated core with RCS, heating the core to form a hardened outer layer of the required thickness, and then discharging the uncured RCS inside. be able to.
  • the method of discharging the uncured RCS inside is to invert the mold and drop the RCS by gravity (inverted sand removal method), and in addition to this, apply vibration to accelerate the RCS drop (vibration discharge).
  • a product having a surface roughness Ra of preferably 8 m or less, more preferably 5 m or less can be obtained. It is suitably used for copper, steel, steel, aluminum, copper, magnesium and alloys thereof. Since the present invention can reduce the amount of resin added, It is suitable for copper, aluminum, magnesium, etc., which are severe against gas defects, because the amount of gas generated from the gas can be reduced. Ra can be measured by a surface roughness measuring instrument described later in Examples.
  • the animal of the present invention can also be used for those having the most complicated structure and requiring the beauty and dimensional accuracy of the skin surface.
  • animals include members and parts used for hydraulic valves, motors, dies, engine frames, machine tools, construction members, and the like of construction machines.In particular, piping parts, fins, and the like are used. Examples include complex motor parts (casings), pump parts that require smoothness (such as impellers), and parts for drive transmission devices.
  • the mold forming method using the RCS of the present invention is generally a shell mold method, but other thermosetting mold molding methods are also included, and the shell mold method is preferable. That is, the RCS of the present invention is thermosetting sand for green molding, and is particularly suitable as shell sand for molding.
  • the sand of the present invention is spherical and has a smooth surface, RCS made using the sand of the present invention has high fluidity, which may cause poor filling and breakage of a mold having a more complicated shape. Can be prevented. Further, the spherical sand of the present invention can cover its surface with a small amount of resin, and when a mold is made from RCS, good adhesion is formed and high mold strength is obtained. As described above, the spherical sand and RCS of the present invention can be used alone or obtained from conventionally known sand such as silica sand and fire-resistant aggregates.
  • RCS and conventionally known additives and the like can be appropriately mixed and used.
  • the additive manufacturing method for example, see Table 2
  • the RCS conventionally provided in the additive manufacturing method is obtained by coating a binder sand on a natural sand, but the shape of the RCS is irregular due to the irregular shape of the natural sand.
  • a large amount of resin is required to obtain the mold strength after curing, and there is a problem that a gas defect is caused when a foreign matter is introduced into the obtained mold.
  • spherical synthetic sand is used for RCS, but the conventional synthetic sand has insufficient sphericity, and the smoothness of the surface cannot be said to be sufficient. ⁇
  • a large amount of resin was required to obtain the mold strength. After the additive manufacturing, it is necessary to discharge the RCS in the uncured portion, but the flowability of the RCS for discharging was inadequate for complex ⁇ .
  • the RCS of the present invention can solve these problems.
  • the average particle size of the spherical sand used in the additive manufacturing method is as follows. If the particle size of the sand is too large, the surface unevenness of the sand layer is so large that the accuracy of the mold cannot be obtained. If it is too small, the surface irregularities in the sand layer can be reduced, but when kneading the organic sand and the binder composition to coat the binder composition, uniform kneading becomes difficult. From the viewpoint that the emission of generated gas becomes extremely poor at times, it is 0.02 to 1.5 mm, preferably 0.02 to 1 mm, more preferably 0.04 to '0.08, and 0.04 to 0.08. ⁇ 0.07 is particularly preferred.
  • the average particle size of spherical sand is 0.02 to 1.5 mm. It is preferable that the diameter distribution is narrow.
  • the thermal expansion property of the spherical sand is low. . This suppresses thermal expansion when the spherical sand is heated by the irradiation of heat rays, thereby increasing the accuracy of the molded mold. Also, during fabrication, distortion due to thermal deformation of the molded sand and core This is because cracking can be suppressed.
  • a spraying step of spraying the RCS of the present invention to form a thin sand layer, and an irradiation step of irradiating the sand layer with heat rays to cure the binder composition are performed.
  • the molding can be performed by laminating in the thickness direction.
  • the binder composition melts and then thermosets, bonding adjacent sand. Therefore, the resin in the binder composition is a thermosetting type such as a phenol resin.
  • the laser beam used in the irradiation process for example, C 0 2 laser, can choose YAG laser or the like, the visible, may be invisible any laser beam.
  • the resin has a fusion temperature of RCS of 100 or more.
  • the uncured layer of sand is discharged. Instead, the cavity is backed up with sand that is not coated with the binder composition. Even in the method of completing the advanced curing, the shape of the RCS is close to a true sphere and the amount of the coated binder composition is small, so that the uncured RCS is excellently discharged.
  • the ⁇ type produced from the RCS of the present invention since the ⁇ type produced from the RCS of the present invention has high strength, the amount of resin added for obtaining the same strength can be reduced. Therefore, it is economical and can be efficiently regenerated when reused as natural sand. Furthermore, the mold obtained by the RCS of the present invention eliminates mold cracking, vaning, and seizure after embedding. In addition, since the surface is smooth, the surface of the obtained product is smooth, and a product having a small load in a polishing process as a subsequent process can be obtained. In addition, the ⁇ ⁇ type can be easily collapsed by vibration or the like after pouring. Brief Description of Drawings
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the additive manufacturing method performed in Example 5 and the like.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a mold obtained by the lamination molding method performed in Example 5 and the like.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a method for evaluating sand discharge performance performed in Example 5 and the like.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a core manufacturing mold used in Example 6 and the like.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a core manufacturing method performed in Example 6 and the like.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a method for evaluating sand discharge performance performed in Example 6 and the like.
  • the present invention product 1 In the natural sands of Table 1, the present invention product 1, the baked mullite sand, and the electrofused sand were each obtained by the following methods.
  • a 1 2 0 3 / S I_ ⁇ 2 weight ratio 2. mixing aluminum hydroxide and force Orin so as to be 7, spherical powder particles using a spray drier (A 1 2 0 3 and S I_ ⁇ 2 was contained in a total amount of 96% by weight in an electric furnace at 1,500 for 1 hour to obtain spherical sand (fired mullite sand in Table 1).
  • the raw material of synthetic particles containing alumina and silica is melted in an arc furnace, eluted at a temperature of 160 Ot to 2200, and then subjected to air atomization to form a spherical sand (electroforming method shown in Table 1). Sand).
  • CS was manufactured. Specifically, after heating the sand at 150, the phenolic resin (AV Light, Asahi Organic Materials Industry Co., Ltd.) was added at 1.0 parts by weight to 100 parts by weight of the sand. And kneaded. Next, the temperature was lowered to 105 ° C., and at this temperature, an aqueous solution of hexamethylenetetramine (hardening agent) (concentration: 18% by weight) was added to 100 parts by weight of natural sand. 0.83 parts by weight (in terms of solid content, 0.15 parts by weight sound was added and kneaded, and further kneaded while blowing cold air. In addition, calcium stearate (lubricant) was added to improve fluidity. Was added and mixed with 100 parts by weight of natural sand to obtain RCS.
  • phenolic resin AV Light, Asahi Organic Materials Industry Co., Ltd.
  • Example 2 after the RCS of Example 1 was molded by a shell method to obtain a mold, sand subjected to roasting treatment at 100 ° C. for 30 minutes was used as regenerated roasted sand. .
  • Comparative Example 4 0.8 parts by weight of the phenol resin and 0.66 parts by weight of the aqueous hexamethylenetetramine solution (concentration: 18% by weight) were used for 100 parts by weight of the mineral sand. was manufactured as described above.
  • the amount of the phenolic resin per unit volume of RCS was reduced to be the same as in Example 1 and the like.
  • a test piece for bending force was baked at 25 Ot :, 90 seconds using RCS. Flexural strength was measured according to JIS K_6910 method. The density of this test piece is also shown in Table 3.
  • the coefficient of thermal expansion at 1 000 was measured using a thermal expansion measuring instrument.
  • the sphericity was measured by RCS photographing with a microscope and image analysis.
  • the fluidity was measured using a JISK 167 2 1 bulk specific gravity measuring instrument, taking an RCS of 100 Om in one cup, and putting this 100 m 1 RCS into the Kaza specific gravity measuring instrument. Evaluation was made by measuring the flow time. Table 1
  • Phenol resin 1.0 part by weight Hexamethylenetetramine 0.15 part by weight Water 0.67 part by weight Calcium stearate 0.05 part by weight
  • the RCS of the present invention has high fluidity and can fill finely shaped portions well when molding a mold. This is presumed to be due to the high sphericity and the smooth surface of the spherical sand of the present invention.
  • Example 1 has higher flexural power than the RCSs of Comparative Example 3. Further, even in comparison with Comparative Example 3, it can be seen that Example 1 has a smaller amount of resin per volume for developing equivalent bending force, which is more advantageous. For this reason, the amount of gas generated at the time of filling can be reduced, and gas defects of rust can be reduced. This is considered to be an effect derived from the fact that the spherical sand of the present invention has a high sphericity and a smooth surface, so that a small amount of resin can realize a sufficient square strength.
  • Examples 3 and 4 and Comparative Examples 5 and 6 RCS coated with resin in the same manner as in Example 1 using the natural sands of Table 1 and the molds obtained by using the composition of Table 4 were obtained.
  • Test was performed. First, the test core was fired at 250 for 90 seconds using RCS. The test core was set in a separately molded main mold, and a molten metal of about 147 iron (FC200) was poured. After cooling down (after leaving for 2 hours from the end of the cooling), type III cracks were observed. After that, the ⁇ type was collapsed by the core knock, and the core surface was observed for vaning and baking. The results are shown in Table 4. In Table 4, “ ⁇ ” of type II crack means that there is no type II crack, and “X” means that type II crack has occurred.
  • ⁇ in the vaning means that there is no baining
  • ⁇ means that a little baking has occurred
  • X means that the baining has occurred
  • ⁇ in the baking indicates that there is no baking
  • X indicates that baking has occurred.
  • Example 4 50 50 0 o ⁇ ⁇
  • Example 6 0 0 100 ⁇ ⁇ ⁇ Example 5 and Comparative Examples 7, 8
  • RCS was manufactured by the following method and evaluated by the following method. Table 6 shows the results
  • spherical spherical sand of the product 2 of the present invention in Table 5 obtained by the production method (flame melting method) and the mullite sand B of the firing method of Table 5 obtained by the firing method were used.
  • RCS was produced in the same manner as in Example 1 and the like, except that the components shown in Table 6 were used in these organic sands in the amounts shown in Table 6.
  • phenolic resin B is a phenolic resin of the novolak type
  • the fusion temperature of RCS is 110. The fusion temperature was measured based on JACT test method C-11 (fusion point test method).
  • Example 2 The same method as in Example 1 was used for the bending force.
  • a light-shielding mask is installed above the sand layer, and an irradiation step of irradiating heat rays through the light-shielding mask with an electric heater is performed.
  • the resin in the area of the sand layer that has been directly irradiated with the heat rays is thermoset and bonds the sand particles together to form a solidified layer.
  • the binder composition in the non-irradiated area of the sand layer that has not been irradiated with heat rays is uncured.
  • Such a spraying step and an irradiation step are alternately repeated to laminate the solidified layer in the thickness direction.
  • Laminate about 50 sheets Type II having a cylindrical cavity with a diameter of 30 mm and a depth of 30 mm shown in Fig. 2 was prepared.
  • the obtained ⁇ was inverted and the uncured RCS in the cylindrical cavity was discharged by gravity from the uncured portion having a diameter of 10 mm, and the weight (A) of the discharged RCS was measured. Thereafter, the mold was cracked and the weight (B) of the uncured RCS remaining inside was measured.
  • 100 XAZ (A + B) was defined as sand removal (%) (Fig. 3).
  • the product 2 of the present invention is obtained by manipulating the distribution of particle size using a sieve. Assuming that the total sand is 100%, those having a particle size of 50 m or more and 75; Approximately 60%, and those of 75 m or more and less than 100 zm were about 40% by weight. From this, it is considered that the particle size range of the product 2 of the present invention is 50 to 100 m. Table 6 Example 5 Comparative Example 7 Comparative Example 8
  • Phenol resin B heavy 2.0 2.0 4.0
  • Example 5 compared with Comparative Examples 7 and 8, the sand-removing property was higher, and the uncured RCS could be easily discharged. It can be easily presumed that discharge is easy even by vibration and suction.
  • Example 6 and Comparative Examples 9, 10 RCS was manufactured by the following method and evaluated by the following method. The results are shown in Table 7
  • RCS The product 1 of the present invention shown in Table 1 and calcined mullite sand were used.
  • RCS was produced in the same manner as in Example 1 and the like, except that the components shown in Table 7 were used in these natural sands in the amounts shown in Table 7.
  • phenol resin ⁇ is the same as in Example 5 and the like.
  • a mold split mold having a cylindrical cavity with an inner diameter of 50 mm and a depth of 50 mm shown in Fig. 4 was heated to 250, and the cavity was filled with RCS from an opening with a diameter of 10 mm. It was baked for 30 seconds (Fig. 5).
  • the RC S is slightly hardened by the heat of the mold near the opening, so after opening the opening with a drill with a diameter of about 10 mm, the mold is inverted and the uncured RC inside the 10 mm diameter hole is removed. S is discharged by gravity, and the weight of the discharged RC S (
  • the RSC in the uncured portion can be easily discharged.

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Abstract

　本発明は、平均粒径が０．０２～１．５ｍｍである、火炎熔融法で製造された球状鋳物砂を粘結剤組成物で被覆したレジンコーテッドサンドである。　

Description

明細書 レジンコ一テッ ドサンド 技術分野
本発明は、 錶鋼、 錶鉄、 アルミニウム、 銅およびこれらの合金等の铸造用铸型 に使用されるレジンコーテツ ドサンドに関する。
従来の技術
シェルモールド法は、 錶物砂にフエノール樹脂等を被覆したレジンコーテツ ド サンドを、 予熱した金型に充填し加熱硬化させる铸型造型法で、 銬造業界では広 く用いられている。 レジンコーテッ ドサンド用の骨材である铸物砂としては、 珪 砂が広く用いられているが、 形状が不定形で流動性に劣るため、 近年ますます複 雑化している中子形状への充填に対応するには限界がある。 また、 珪砂は熱膨張 が大きく、 寸法精度の面でも課題がある。
そこで、 これらの問題を解決する手段として、 造粒焼成法等により製造した球 状銹物砂を用いることも提案されているが、 得られる鍩物砂の球形度は低く、 多 孔質のものしか得られない。 そのためレジンコーテツ ドサンドとした場合に流動 性および充填性が不充分であり、 鐯物表面の荒れを改善する効果は小さい。 これ を改善するために特開 2 0 0 3 - 2 5 .1 4 3 4号公報では、 溶融原料を風砕処理 して球状鐯物砂とすることを提案しているが、 焼成法によるものと比較して球形 度および表面の平滑性は高くなるものの、 未だ充分なものは得られない。 また、 特開 2 0 0 4— 2 0 2 5 7 7号公報には、 火炎溶融方法で製造された球状鎵物砂 が開示されており、 球状铸物砂とフラン樹脂、 アルカリフエノール樹脂を組み合 わせた铸型法が記載されている。 発明の開示
本発明は、 平均粒径が 0 . 0 2〜 1 . 5 mmである、 火炎熔融法で製造された 球状錶物砂を、 粘結剤組成物で被覆したレジンコーテツ ドサンドに関する。 また、 本発明は、 平均粒径が 0 . 0 2〜 1 . 5 mm、 吸水率が 0 . 5重量％以 下の球状銬物砂を、 粘結剤組成物で被覆したレジンコーテツドサンドに関する。 また、 本発明は、 上記本発明の上記レジンコーテッ ドサンドを用いて得られる 銬型、 該铸型を用いて製造された錶物、 上記本発明の上記レジンコーテッ ドサン ドを用いて铸型を製造する方法も提供する。
さらに、 銬型の製造に用いる上記レジンコーテツドサンドの用途も提供する。 発明の詳細な説明
本発明は、 流動性に優れ、 高強度かつ、 表面が平滑な鍀造用鍀型を製造するこ とができるレジンコーテッ ドサンドを提供することを課題とする。 また、 近年注 目されている铸造法に積層造形法があるが、 従来この方法に提案されているレジ ンコーテツ ドサンドは鐯型強度、 未硬化砂の排出性といった点で十分とは言えず 、 この方法においても好適に使用できるレジンコーテツ ドサンドが望まれている 本発明者らは、 特定の成分組成および粒径を持ち、 球形度が大きく、 さらには 表面が平滑であるため吸水率が小さい耐火性粒子である球状鍀物砂を用いたレジ ンコーテッ ドサンドが鐯型用砂として優れた性能を発揮することを見出し、 本発 明を完成させるに至った。 本発明によれば、 球状鐯物砂が粘結剤組成物で被覆さ れたレジンコーテッドサンドが提供される。 本発明者は、 このレジンコーテッ ド サンドが、 銬込み温度の高い銬鋼品および铸鉄品の作製に用いる铸型材料に適し ていることを見出した。
本発明によれば、 流動性に優れ、 高強度かつ、 表面が平滑な錶造用踌型を製造 することができるレジンコ一テツドサンドが得られる。 本発明のレジンコーテツ ドサンドは、 高温での銬込みに耐えられ、 鐯鋼ゃ鐯鉄に好適に用いられる。 また 本発明のレジンコ一テッ ドサンドは、 低膨張性であり、 鍩造品において砂の膨張 に起因する錶造欠陥 （ベーニングおよび铸型割れなど） を防止し、 複雑な錶造品 の寸法精度の要求に対応できる。
本発明は、 シェルモールド法に好適なレジンコーテツ ドサンドを提供する。 さらに本発明のレジンコーテツドサンドは表面が平滑な球状铸物砂を用いるこ とから、 排砂性に優れ、 少ない樹脂添加量でその表面を覆うことができ、 錶型と した場合に良好な接着が形成され高い踌型強度を得ることができる。 そのため鍀 込み時の樹脂分解ガス発生量も少なく高品質の鐯物を製造できる。 かつ経済的で ある。 さらに本発明のレジンコーテッ ドサンドは流動性に優れ、 鐯型細部の充填 を高めることができる。 また、 鐯込み後における錡型の崩壊性が良好である。 本 発明のレジンコ一テッ ドサンドは、 その優れた特性により、 錶物工場で特殊砂と して採用されている高価なジルコンサンドおよびセラミックサンドに代替するこ とが充分可能である
ぐ球状錡物砂 > 本発明のレジンコーテッ ドサンド （以下 R C Sと略記する） に用いられる球状 錡物砂は大きく 2つの態様からなる。 第 1の態様は、 平均粒径が 0 . 0 2〜 1 . 5 mmである、 火炎熔融法で製造された球状鐯物砂である。 また、 第 2の態様は 、 平均粒径が 0 . 0 2〜 1 . 5 mm、 吸水率が 0 . 5重量％以下である球状錶物 砂である。 以下、 これら 2つを総称して 「球状鍩物砂」 ということがある。 本発明の球状銬物砂は、 特定の成分組成および平均粒径を持ち、 球形度が大き い点に大きな特徴の 1つを有する。 かかる構成を有することから、 流動性に優れ 、 高強度かつ表面が平滑な銬造用錶型の製造が可能となる。 また、 従来に比べて 少ない樹脂量で錶型を製造することができ、 再生が容易である。
本発明の球状錶物砂の形状である球状とは、 球形度 0 . 8 8以上、 好ましくは 0 . 9 0以上のものをいう。 球状であるか否かについては、 たとえば、 後述の実 施例に記載するように、 銬物砂を光学顕微鏡やデジタルスコープ （たとえば、 キ 一エンス社製、 V H— 8 0 0 0型） 等で観察し、 判定することができる。
本発明の球状錶物砂の主成分は、 従来公知の耐火物および耐火物原料を火炎溶 融法にて球状化したものが用いられ、 特に限定されない。 これら耐火物および耐 火物原料の中で、 耐火性や入手のしゃすさなどの観点から、 S i 02を主成分と したもの、 A 1 203および S i O 2を主成分としたもの、 1^ §〇ぉょび3 1 〇2を 主成分としたものが好ましい。 それらの中でも、 耐火性、 熱膨張性の観点から、 特に A 1 2〇3および S i 02を主成分としたものが好ましい。
ここで 「主成分」 とは、 上記成分が合計量で錶物砂全体の全成分中に 6 0重量
%以上、 好ましくは 8 0重量％以上含有されていることをいう。 主成分の含有量 としては、 耐火性の向上という観点から、 これら成分の合計量は、 球状銬物砂の 全成分中、 好ましくは 8 5〜 1 00重量％、 より好ましくは 90〜 1 00重量％ である。
なお、 本発明の球状鍩物砂に主成分以外の成分として含まれ得るものとしては 、 たとえば、 C aO、 F e2〇3、 T i〇2、 K20、 Ν a 20等の金属酸化物が挙げ られる。 これらは、 出発原料に由来するものである。
F e2〇3と T i 02が含まれる場合、 それらの含有量としてはそれぞれ 5重量％ 以下が好ましい。 また、 F e 203の含有量は 2. 5重量％以下がより好ましく、 2重量％以下がさらに好ましい。 K20と N a2〇が含まれる場合、 それらの含有 量としては合計量として 3重量％以下が好ましく、 より好ましくは 1重量％以下 である。
また、 A 1203および S i〇2を主成分とする場合、 A 1203/S i 02重量比率 は 1〜 1 5であることが好ましい。 耐火性および銬物砂の再生効率の向上の観点 から、 1. 2〜： L 2が好ましく、 1. 5〜 9がより好ましい。 また、 この A l 2 〇3および S i〇2、 若しくは S i〇2のみが主成分である場合、 主成分以外の成分 として C a〇と MgOが含まれ得る。 その場合、 球状錶物砂の耐火性の向上の観 点から、 それらの含有量としては合計量として 5重量％以下が好ましい。
また、 MgOおよび S i 02を主成分とする場合、 MgOZS i 02の重量比率 は 0. 1〜 1 0が好ましい。 球状化のし易さおよび耐蝕性、 耐火性および錶物砂 の再生効率の向上の観点から、 0. 2〜9が好ましく、 0. 3〜 5がより好まし い。
また、 この M g〇および S i 02が主成分である場合、 主成分以外の成分とし て A 12〇3が含まれうる。 これは原料に由来するが、 球状錶物砂の耐蝕性向上の 観点から含有量として 1 0重量％以下が好ましい。
本発明の球状錶物砂の平均粒径 （mm) は 0. 0 2〜 1. 5mmの範囲である 。 0. 0 2mm以上、 好ましくは 0. 05 mm以上であれば錶型の製造に要する 樹脂量を低減でき、 錶物砂として再生するのが容易となる。 一方、 1. 5mm以 下であれば錶型の空隙率が小さくなり、 铸型強度の向上に繁がるため好ましい。 球状錡物砂の再生効率を高める観点から、 0. 0 5〜 1. 5mm、 更に 0. 0 7 5〜 1. 5mmが好ましく、 一方、 鍩型強度を高める観点から、 0. 0 5〜 lm mが好ましい。 再生効率と銬型強度の両者を高める観点から、 0. 0 5〜 l mm 、 更に 0. 05〜0. 5mm、 特に 0. 0 5〜0. 3 5 mmが好ましい。 なお、 最終的に得られる本発明の R C Sも、 同様の平均粒子径の範囲が好ましい。 前記平均粒径は以下のようにして求めることができる。 すなわち、 球状鐯物砂 粒子の粒子投影断面からの球形度 = 1の場合は直径 （mm) を測定し、 一方、 球 形度ぐ 1の場合は球状铸物砂粒子の長軸径 （mm) と短軸径 （mm) を測定して (長軸径 +短軸径） ノ 2を求め、 任意の 1 0 0個の球状铸物砂粒子につき、 それ ぞれ得られた値を平均して平均粒径 （mm) とする。 長軸径と短軸径は、 以下の ように定義される。 粒子を平面上に安定させ、 その粒子の平面上への投影像を 2 本の平行線ではさんだとき、 その平行線の間隔が最小となる粒子の幅を短軸径と いい、 一方、 この平行線に直角な方向の 2本の平行線で粒子をはさむときの距離 を長軸径という。
なお、 球状鐯物砂粒子の長軸径と短軸径は、 光学顕微鏡またはデジタルスコー プ （例えば、 キーエンス社製、 VH— 8000型） により該粒子の像 （写真） を 得、 得られた像を画像解析することにより求めることができる。 また、 球形度は 、 得られた像を画像解析することにより、 該粒子の粒子投影断面の面積および該 断面の周囲長を求め、 次いで、 〔粒子投影断面の面積 （mm2) と同じ面積の真 円の円周長 （mm) 〕 / 〔粒子投影断面の周囲長 （mm) 〕 を計算し、 任意の 5 0個の球状鍩物砂粒子につき、 それぞれ得られた値を平均して求める。
本発明の球状鐯物砂としては、 R C Sの流動性の向上の観点から、 その球形度 が、 0 . 9 5以上であるものが好ましく、 ◦ . 9 8以上であるものがより好まし く、 0 . 9 9以上であるものがさらに好ましい。 なお、 最終的に得られる本発明 の R C Sも、 同様の球形度の範囲が好ましい。 よって、 本発明の第 1の態様の球 状鐯物砂としては、 たとえば、 八 1 2〇3ぉょび3 i 02を主成分として含有してな り、 A 1 203 S i〇2重量比率が：！〜 1 5、 平均粒径が 0 . 0 2〜 0 . 5 mm、 球形度が 0 . 9 5以上である火炎溶融法でつくられた球状铸物砂が好適である。 本発明の第 1の態様の球状鐯物砂は火炎溶融法により得られるものである。 従 つて、 球形度が高く、 緻密であるという構造的特徴を有する。 当該構造的特徴は 、 流動性、 銬型強度、 鐯造された錶物の表面平滑性の向上に大きく寄与する。 また、 本発明の球状铸物砂の吸水率 （重量％) としては、 铸型の製造の際に使 用する樹脂の铸物砂内部への吸収による樹脂使用量の増加の抑制や、 踌型強度の 向上等の観点から、 3重量％以下が好ましく、 0 . 8重量％以下がより好ましく 、 0 . 5重量％以下がさらに好ましく、 0 . 3重量％以下が特に好ましい。 吸水 率は J I S A 1 1 0 9細骨材の吸水率測定方法に従って測定することができる 。 また、 粘結剤で被覆された R C Sや、 铸込み後の粘結剤残分が残留している場 合は、 熱処理 （例えば 1 0 0 0で以上） 等、 適切な方法によって、 それら成分を 取り除いた後に吸水率を測定する。 一方、 本発明の第 2の態様の球状錶物砂の吸水率は 0 . 5重量％以下である。 铸型の製造の際に使用する樹脂の銬物砂内部への吸収による樹脂使用量の増加の 抑制や、 踌型強度の向上等の観点から、 0 . 3重量％以下が好ましく、 0 . 1重 量％以下がより好ましい。
なお、 球状銬物砂の吸水率は、 火炎溶融法により該砂を調製した場合、 該方法 以外の焼成方法により調製した砂と比べて、 同じ球形度であれば、 通常、 吸水率 は低くなる。
本発明の第 2の態様の球状踌物砂の主成分は、 第 1の態様の球状錶物砂と同様 であり、 耐火性、 熱膨張性の観点から、 特に A l 2〇3および S i 〇2を主成分とし たものが好ましく、 A 1 203/ S i 〇2重量比率は 1〜 1 5が好ましい。
一方、 本発明の球状銬物砂の球形度が 0 . 9 8以上である場合、 かかる球状铸 物砂が、 珪砂等の流動性の低い公知の踌物砂との混合物中に好ましくは 5 0体積
%以上含有されておれば、 該混合物からなる铸物砂は充分に本発明の所望の効果 を発揮し得る。 すなわち、 前記のような公知の铸物砂に本発明の球状銬物砂を徐 々に添加していけば、 添加量に応じて本発明の所望の効果を発揮するようになる が、 前記混合物からなる铸物砂中に、 前記所定の球形度を有する本発明の球状錶 物砂が 5 0体積％以上含まれると、 その効果は顕著になる。 なお、 当該混合物か らなる銬物砂中の、 球形度が 0 . 9 8以上である本発明の球状鐯物砂の含有量と しては、 より好ましくは 6 0体積％以上、 さらに好ましくは 8 0体積％以上であ る。 従って、 本発明の球状铸物砂としては、 その利用性に優れることから、 球形 度が 0 . 9 8以上であるものが特に好適である。 また、 かかる球状鐯物砂を 5 0 体積％以上含む銬物砂は、 本発明の球状鐯物砂と同等の効果を発揮し得ることか ら、 かかる鐯物砂も本発明に包含される。
前記の通り、 本発明の第 1の態様の球状铸物砂は火炎溶融法により製造される 。 一方、 本発明の第 2の態様の球状銬物砂は、 たとえば、 造粒して焼結する方法 、 電融アトマイズ法等の公知の方法により製造することが可能であるが、 中でも 、 本発明の第 1の態様の球状銬物砂と同様に火炎溶融法により製造するのが好適 である。 そこで、 以下においては、 火炎溶融法による、 本発明の球状錶物砂の製 造方法の一例を説明する。
本発明の球状銬物砂は、 例えば、 八 1 2〇3ぉょび3 i 〇2を主成分とする、 A 1 203/ S i〇2重量比率が 0 . 9〜 1 7、 平均粒径が 0 . 0 5〜 2 mmの粉末粒子 を出発原料とし、 当該粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程を含む製造方 法により得ることができる。
なお、 ここで 「A 1 203および S i〇2を主成分とする」 とは、 出発原料として の粉末粒子全体における全成分中に A 1 2〇3ぉょび3 i 02が合計量で 8 0重量％ 以上含有されていることをいう。 よって、 「A 1 2〇3および S i 〇2を主成分とす る」 限り、 当該粉末粒子としては、 後述するような A 1 2〇3源としての原料と S i 02源としての原料の混合物からなるものであっても、 （A 1 2〇3 + S i 02) 源としての原料単独からなるものであっても、 また、 A 1 2〇3源としての原料お よび/または S i 〇2源としての原料と （A 1 2〇3 + S i 02) 源としての原料と の混合物であってもよい。
出発原料としての前記粉末粒子においては、 主成分である A 1 2〇3および S i
〇2の合計量としての含有量は、 得られる球状鐯物砂中の A 1 2〇3および S i 02 の合計量が全成分中 8 0重量％以上になるようにする観点から、 好ましくは 7 5 重量％以上であり、 より好ましくは 8 0重量％以上であり、 さらに好ましくは 8 5〜 1 0 0重量％、 特に好ましくは 9 0〜： L 0 0重量％である。 A 1 203/ S i 〇2重量比率としては、 得られる球状铸物砂中の A 1 2〇3Z S i 〇2重量比率が 1 〜 1 5になるようにする観点から、 0 . 9〜 1 7であり、 好ましくは 1〜 1 5で ある。 平均粒径としては、 単分散の球状鍩物砂を得る観点から 0 . 0 5 mm以上 であり、 所望の球形度を有する錶物砂を得る観点から 2 m m以下であり、 それら の両観点を満たすため 0 . 0 5〜 2 mmである。 また、 得られる鐯物砂の球形度 の向上という観点からは、 0 . 0 5〜 1 . 5 m mが好ましい。
A 1 203/ S i 〇2重量比率が、 原料粉末粒子と得られる球状錶物砂とで異なる のは、 原料によって A 1 203の逸失量と S i 〇2の逸失量とが異なるためである。 また、 原料粉末粒子の平均粒径については、 不定型の粉末は球状になることで粒 径が減少するが、 もともと球状の粉末は粒径が変化しないので、 上記範囲であれ ばよい。
本発明の球状鐯物砂を得るためには、 出発原料としての粉末粒子は、 溶融時の 成分蒸発を考慮し、 A 1 2〇3Z S i 〇2重量比率および平均粒径が上記範囲内にな るよう調製して使用する。
出発原料である粉末粒子を溶融する際、 当該粒子に水分が含まれると、 該水分 が蒸発するため、 得られる錶物砂には当該水分の蒸発に伴って多数の開孔が形成 されることになる。 当該開孔の形成は、 踌物砂の吸水率の増加や、 球形度の低下 をもたらす。 従って、 出発原料の含水率 （重量％) としては、 得られる球状銬物 砂の吸水率および球形度を適切な範囲に調節する観点から、 1 0重量％以下が好 ましく、 3重量％以下がより好ましく、 1重量％以下がさらに好ましい。 含水率 は粉末粒子 1 0 gを 8 0 0 °Cで 1時間加熱した時の減量により測定する。
出発原料は、 たとえば、 耐火性を有する鉱産原料および合成原料から選ぶこと ができる。 A 1 2〇3源としての原料として、 ボーキサイ ト、 バン土頁岩、 酸化ァ ルミ二ゥム、 水酸化アルミニウム等を挙げることができる。 また、 S i 〇2源と しての原料として、 珪石、 珪砂、 石英、 クリストバライ ト、 非晶質シリカ、 長石 、 パイロフィライ ト等を挙げることができる。 また、 （A 1 203 + S i 02) 源と しての原料として、 カオリン、 バン土頁岩、 ボーキサイ ト、 雲母、 シリマナイ ト 、 アンダルサイ ト、 ムライ ト、 ゼォライ ト、 モンモリロナイ ト、 ハイ口サイ ト等 を挙げることができる。 これらの原料はそれぞれ単独で、 もしくは 2種以上を混 合して使用することができる。 選択された出発原料は、 その含水率を低下させる ため、 あるいはその溶融を容易にするために仮焼して使用するのが好ましい。 仮 焼された原料粉末粒子としては、 仮焼バン頁、 仮焼ムライ ト、 仮焼ボーキサイ ト 、 仮焼した水酸化アルミニウムとカオリンとの混合物等が例示される。
出発原料としての粉末粒子を火炎中で溶融して球状化する工程では、 上記のよ うな出発原料を酸素等のキヤリァガスに分散させ、 火炎中に投入することによつ て溶融し、 球状化を行う （火炎溶融法） 。 好適な態様においては、 下記火炎中に 、 投入する。
用いる火炎はプロパン、 ブタン、 メタン、 天然液化ガス、 L P G、 重油、 灯油
、 軽油、 微粉炭等の燃料を酸素と燃焼させることによって発生させる。 燃料の対 酸素比は完全燃焼の観点から容量比で 1 . 0 1〜 1 . 3が好ましい。 高温の火炎 を発生させる観点から、 酸素 ' ガスバーナーが好適である。 特にバーナーの構造 は限定するものではないが、 特開平 7— 4 8 1 1 8号公報、 特開平 1 1 一 1 3 2 421号公報、 特開 2000— 205523号公報または特開 2000— 346 3 18号公報で開示されているバーナーが例示される。
本発明の製造方法で用いる 0. 05 ~ 2 mmの範囲にある大きな平均粒径をも つ上記耐火性の原料粉末を球状化するには以下の手法が好適である。
火炎中への粉末粒子の投入は、 キャリアガス中に分散して行なう。 キャリアガ スとしては、 酸素が好適に用いられる。 この場合、 キャリアガスの酸素は燃料燃 焼用として消費できる利点がある。 ガス中の粉体濃度は、 粉末粒子の充分な分散 性を確保する観点から、 0. 1〜 20 k gZNm3が好ましく、 0. 2〜： 1 0 k gZNm3がより好ましい。
さらに、 火炎中に投入する際には、 メッシュ、 スタティックミキサー等を通過 させて分散性を高めることがより好ましい。
火炎中での球状化を速やかに行なうと共に、 単分散した球状鍀物砂を得る観点 から、 原料粉末粒子の形状と組成を選択することが好ましい。 形状としては、 火 炎中での滞留時間確保や溶融、 球状化を速やかに行なう観点から、 原料粉末粒子 の長軸径 短軸径比が 9以下であるのが好ましく、 より好ましくは 4以下、 さら に好ましくは 2以下である。 一方、 組成としては、 融着していない単分散の球状 粒子を得る観点から、 A 12〇3/S i 02重量比率が 1. 5〜10であるのが特に 好適である。
また、 粉末粒子は、 N2不活性ガス等を電離させて生じるプラズマジェッ ト火 炎中でも好適に溶融し、 球状化できる。
銬造用錶型の製造に使用する観点から、 本発明の球状銬物砂の粒子密度 （g/ cm3) としては、 1〜3. 5 gZ c m3の範囲であるのが好ましい。 より高強度 の銬型を所望する場合、 該粒子密度としては 2. 5〜3. 5 gZcm3の範囲で あるのが好ましい。 この範囲のものは中実で緻密であり高強度の鍩型が得られる 。 また、 軽量な踌型を所望する場合、 該粒子密度としては 1〜2. 5 g/cm3 の範囲であるのが好ましい。 この範囲のものは内部に空間を有する多孔質であり 軽量な錶型が得られる。 粒子密度は、 J I S R 1 6 20の粒子密度測定法に従 つて測定することができる。
本発明の球状鏵物砂は、 耐火度は SK 1 7 ( 1 480 °C ) 以上が好ましく、 低 熱膨張性で、 耐火度は 1 800°C以上がより好ましく、 SK 37 ( 1 8 2 5で） 以上が更に好ましい。 上限は特に限定されないが、 SK42 (20 00 ） 以下 が好ましい。 この耐火度は、 J I S R 2 2 04に基づくゼ一ゲルコーン法に 従って測定したものである。
また、 本発明の球状铸物砂は、 その表面積が多角型の粒状骨材、 表面が多孔性 の球状骨材や球形度の劣る球状骨材に比べ小さいため、 少ない樹脂添加量で錶物 砂の表面を覆うことができる。 また被覆された樹脂により踌物砂同士を接着し鐃 型を造る際には铸物砂の表面が平滑であるため少量の樹脂でも良好な接着が形成 され高い錶型強度を得ることができる。 その結果、 注湯時には湯の圧力に充分耐 えうるだけの強度を維持でき、 かつ铸込み後における崩壊性が良好な鐯物砂とな り得る。
<粘結剤組成物 >
本発明の RC Sは、 上記本発明の球状銬物砂を粘結剤組成物で被覆してなるも のである。
本発明に用いる粘結剤組成物は、 樹脂を含有し、 必要に応じて崩壊促進剤、 滑 剤、 シランカップリング剤、 硬化剤等を含有することができる。 樹脂は、 注湯時 には銬物砂の相互結着を維持し、 かつ注湯後に錡物砂相互の結着を崩壊させうる 性質を有する樹脂であれば特にこれに限定されない。 本発明に用いる樹脂として は、 例えば、 フエノール系樹脂、 ユリア系樹脂、 メラミン系樹脂、 不飽和ポリエ ステル系樹脂、 エポキシ系樹脂、 ジァリルフタレート系樹脂、 ポリウレ夕ン系樹 脂、 ケィ素系樹脂、 ポリイミ ド系樹脂、 フラン樹脂等が挙げられるが、 特にこれ に限定されない。 このうち、 ノボラック樹脂、 またはレゾール樹脂等のフエノー ル系樹脂が好ましい。 ここで、 注湯時の温度が高い金属を使用する場合 （例えば
、 鉄の場合注湯時の温度は、 通常 1 3 0 0から 1 6 0 0 である） 、 該温度でも 上記性質を有する樹脂を使用することが特に好ましい。
また、 樹脂としては、 型に投入する時点で固体であり、 加熱等の作用により溶 融し、 銬物砂相互を結着させる性質を持つものが好ましい。 一般的には、 得られ た R C Sの融着点 （J八 丁試験法〇— 1 ) が 5 0〜 2 0 0 ：、 更に 8 0〜： L 2 0 となるように樹脂の融点、 固形分を調整し被覆するのが好ましい。 このよう な特性を得るためには、 融点 （ J A C T試験法 R S— 1 ) が 5 0〜 1 5 0で、 更 に 6 0〜 9 0 °Cであるような樹脂を用いるのが好ましい。
本発明に係る粘結剤組成物中、 樹脂の含有量は、 全固形分中、 1 0〜 1 0 0重 量％、 更に 5 0〜 9 8重量％、 特に 6 0〜 9 0重量％が好ましい。
また、 従来公知の崩壊促進剤を含有させてもよい。 例えば、 コバルト、 ニッケ ル等の金属の酸化物、 各種硝酸塩、 リン化合物、 ホウ酸卜リエチル、 ホウ酸トリ ブチル等のホウ酸化合物、 カルボン酸塩等が挙げられる。
また、 滑剤としては、 ステアリン酸カルシウム、 エチレンビスステアリン酸ァ ミ ド等を使用することができる。 粘結剤組成物に滑剤を用いる場合、 樹脂がフエ ノール樹脂の場合は、 フエノール樹脂 1 0 0重量部に対して、 滑剤を 0 . 2〜 7 重量部含有させるのが、 R C Sの流動性やシェルモールド法によって得られた錶 型の強度の点で好ましい。
また、 シランカップリング剤としては、 ァ一グリシドキシプロビルトリメ トキ シシラン、 ァ一ァミノプロピルトリエトキシシラン等を使用することができる。 粘結剤組成物にシラン力ップリング剤を用いる場合、 樹脂がフエノール樹脂の場 合は、 フエノール樹脂 1 0 0重量部に対して、 シランカップリング剤を 0 . 0 1 〜 1 0重量部含有させるのが、 得られる鍩型の強度や崩壊性の点で好ましい。 また、 シェルモールド法によって得られる銹型の強度を向上させ、 また粘結剤 の硬化速度を速めるために、 粘結剤組成物中に硬化剤、 特にフエノール樹脂に対 してはへキサメチレンテトラミンを含有させておいてもよい。 へキサメチレンテ トラミンを含有させる場合の含有量は、 錶型の崩壊性の観点から、 フエノール樹 脂 1 0 0重量部に対して、 5〜 2 0重量部であることが好ましい。
本発明に用いる粘結剤組成物の添加量としては、 該組成物中の樹脂量が、 球状 铸物砂相互の結着に必要な最低量であればよい。 つまり、 錶込後の崩壊性を損な わない量が用いられる。 具体的には、 樹脂の添加量 （固形分換算） としては、 本 発明の球状銬物砂 1 0 0重量部当たり 3から 0 . 5重量部が好ましく、 より好ま しくは 2 . 5から 0 . 5重量部である。
粘結剤組成物による本発明の球状銬物砂の被覆方法は特に限定されないが、 従 来公知の方法であるドライホッ ト法、 セミホッ ト法、 コールド法等が挙げられる
。 本発明に用いるには、 被覆する樹脂の量を少なくすることができるので、 ドラ ィホッ ト法が好ましい。 なお、 上記粘結剤組成物の成分は、 全成分を含む 1剤型 の組成物として用いても良いし、 別々に用いても良い。
より具体的な被覆方法としては、 例えば社団法人錶造技術普及協会の J A C T レジンコーテツ ドサンド製造作業基準のドライホッ ト法と同様の手順が挙げられ る。 すなわち、 樹脂としてフエノール樹脂を含有する粘結剤組成物を用いた場合 、 本発明の鍩物砂を 1 3 0から 1 6 0での温度で加熱し、 そこに粘結剤組成物を 添加して混練することにより粘結剤組成物 （該組成物中の樹脂） を溶融する。 次 いで 1 0 0から 1 1 0 °Cの温度に下げ、 へキサメチレンテトラミン、 パラホルム アルデヒド、 トリォキサン等の硬化剤を例えば水溶液として添加して更に混練し 固化させることにより铸物砂に樹脂を被覆させ、 さらに混練することにより単粒 子に崩壊し、 本発明の R C Sを得ることができる。 滑剤は、 硬化剤を添加した後 、 混練物が単粒子に崩壊しはじめた段階で添加することが好ましい。 なお、 レゾ ール樹脂の場合は、 硬化剤は必ずしも必要とされず、 単に加熱することにより本 発明の樹脂で被覆された R C Sを得ることができる。
本発明の R C Sは、 铸物を作製する際の鐯型材料として使用できる。 さらに、 本発明の R C Sは、 表面が平滑な球状錶物砂を使用するため、 少ない樹脂添加量 でその表面を覆うことができ、 銬型とした場合に良好な接着が形成され高い錶型 強度を得ること、 そのため鐯込み時の樹脂分解ガス発生量も少なく高品質の錶物 を製造できること、 流動性に優れ、 銬型細部の充填を高めることができることか ら、 複雑な形状の中子、 中空中子の製造を可能とすることができ、 特に中空中子 の製造に好適である。
また、 本発明の R C Sは、 特に薄肉部分を持つ中子等の踌型を生産性高く製造 でき、 肉厚さが 5mm以下、 好ましくは 4mm以下の薄肉部分を持つ铸型、 なか でも中子については流動性が高く充填不良も防止できる。 なお、 ここで、 5mm 以下の薄肉部分を持つ銬型とは、 成型後の銬型の最狭部分の厚みが 5 mm以下で ある鍩型を表す。
本発明の銬型は、 表面粗さ R aが 20 m以下であることが好ましく、 更に 1 〜 1 5 tmであることが好ましい。 R aは、 後述の実施例記載の、 表面粗さ測定 器により測定できる。
铸造で用いられるシェル中子は、 中実体で使用する場合の鍩込み時のガス抜き の問題、 或いは RC S使用量の節減、 中子軽量化による作業性の改善、 銬造品か らの砂落しの簡易化を図るために、 その内部を中空にする、 所謂、 中空中子を製 造することがある。 中子の中空化は、 加熱した中子型に RC Sを充填し中子型を 加熱することにより所要の厚さの硬化外層を形成させた後、 内部の未硬化 R C S を排出することにより行なうことができる。 内部の未硬化 RC Sを排出する方法 としては、 型を反転して重力で R C Sを落下させる方法 （反転排砂法） 、 それに 加えて振動を与えることにより RC S落下を促進させる方法 （振動排砂法） 、 圧 搾空気にて未硬化 RC Sを吹き飛ばして排出させる方法 （エアブロー排砂法） 、 未硬化 RC Sを吸引ノズルにて吸引して排出させる方法 （吸引排砂法） や、 エア ブロー排砂法と吸引排砂法を同時に行う方法などが挙げられる。
本発明の中子等の铸型を用いることにより、 表面粗さ R aが好ましくは 8 m 以下、 より好ましくは 5 m以下である錶物を得ることが可能であり、 鐯物の組 成として、 鍩鋼、 錶鉄、 アルミニウム、 銅、 マグネシウムおよびこれらの合金等 の錶型用途に好適に使用される。 本発明は、 樹脂添加量を低減できるため、 錶型 からのガス発生量が少なく出来ることから、 ガス欠陥にシビアな銅、 アルミ、 マ グネシゥムなどに好適である。 R aは、 後述の実施例記載の、 表面粗さ測定器に より測定できる。
本発明の錶物としては、 最も複雑な構造を有し、 かつ銬肌表面の美しさ、 寸法 精度が要求されるものにも使用できる。 具体的な錶物の例としては、 建設機械の 油圧バルブ、 モーター、 金型、 エンジンフレーム、 工作機械、 建築部材等に用い られる、 部材、 部品等が挙げられ、 特に、 配管部品、 フィン部分や複雑なモー夕 一部品 （ケーシング） 、 平滑性が要求されるポンプ部品 （インペラ一など） 、 駆 動伝達装置の部品等が挙げられる。
本発明の RC Sを利用する铸型造型法は、 一般的にはシェルモールド法である が、 それ以外の熱硬化性錶型造型法も含められ、 シェルモールド法が望ましい。 すなわち、 本発明の RC Sは、 熱硬化性銬型造型用の铸物砂であり、 特にシェル モールド用铸物砂として好適である。
本発明の錶物砂は、 球状で表面が平滑であることから、 当該踌物砂を用いて作 製した RC Sは高流動性となり、 より複雑な形状の铸型への充填不良や破損を防 止することができる。 また、 本発明の球状踌物砂は、 少ない樹脂量でその表面を 覆うことができ、 RC Sから踌型を作製した場合、 良好な接着が形成され、 高い 錶型強度が得られる。 なお、 前述の通り、 本発明の球状銬物砂および RC Sは、 単独で、 もしくは珪砂等の従来公知の鐯物砂や耐火性骨材およびそれらから得た
RC S、 更には従来公知の添加剤等を適宜混合して、 使用することができる。 ま た、 かかる RC Sは球形で流動性が良好であるため、 積層造型法 （例えば特表 2
0 0 4— 5 0 8 94 1号、 特開 2 0 0 0— 24 7 5 0号） の積層の際にも好適に 使用できる。
積層造形法において従来より提供されている R C Sは、 鐯物砂に粘結剤組成物 を被覆したものであるが、 鍩物砂が不定形であるために R C Sの形状も不揃いと なり、 密に R C Sを散布することに課題があった。 また硬化後の鐯型強度を得る ために多くの樹脂が必要であり、 得られた鐯型に錶物を錶込む際にガス欠陥をも たらすという課題があった。 そのため RC Sに球形の合成砂が用いられるが、 従 来の合成砂では球形度が不十分であり、 また表面の平滑性が十分とはいえずその ため R C Sの散布性も不十分であるとともに錶型強度を得るため樹脂も多く必要 であった。 また積層造形後、 未硬化部の R C Sを排出することが必要であるが複 雑な形状の錶型について排出のための RC Sの流動性が不十分であった。 本発明 の R C Sではこれらの問題を解決することが可能である。
積層造形法に用いる球状銬物砂の平均粒径は、 鐯物砂の粒径が大き過ぎると、 砂層における表面の凹凸が大きく錶型の精度が得られない観点、 錶物砂の粒径が 小さすぎると、 砂層における表面の凹凸を小さくできるものの、 粘結剤組成物を 被覆させるために鍩物砂と粘結剤組成物とを混練するとき、 均一な混練が難しく なる観点、 更に銬造時において発生ガスの排出が極端に悪くなる観点から、 0. 0 2〜 1. 5 mmであり、 0. 02〜 lmmが好ましく、 0. 04〜'0. 0 8が より好ましく、 0. 04〜0. 0 7が特に好ましい。
また、 積層造形法に用いる場合、 球状銬物砂の平均粒径は、 0. 0 2〜 1. 5 mmであるが、 造型される踌型の精度を高める観点から、 球状銬物砂の粒径分布 は狭い方が好ましい。
また、 積層造形法に用いる場合、 球状鐯物砂の熱膨張性は低いことが好ましい 。 これは、 熱線の照射により球状鏵物砂が加熱されたときの熱膨張を抑え、 造型 される錶型の精度を高くでき、 また、 銬造時、 錶型の熱変形による歪や、 中子割 れを抑制できる観点からである。
積層造型法の好ましい方法としては、 本発明の R C Sを散布して薄い砂層を形 成する散布工程と、 砂層に熱線を照射して粘結剤組成物を硬化させる照射工程と を行い、 散布工程、 照射工程を交互に繰り返すことにより厚み方向に積層して造 形することができる。
熱線源としては電熱器、 レーザービームなどが好ましい。 熱線が R C Sに照射 されると、 粘結剤組成物は溶融後熱硬化し、 隣接する銬物砂が結合する。 従って 粘結剤組成物中の樹脂はフエノール樹脂等の熱硬化型である。 照射工程で用いる レーザビームとしては、 例えば、 C 02レーザ、 Y A Gレーザ等を選択でき、 可 視、 非可視いずれのレーザビームでも良い。
積層造形法における造形物の精度の確保を考慮すると、 樹脂は R C Sの融着温 度を 1 0 0で以上にするものが好ましい。 造型させた後、 未硬化層の砂を排出し 、 代わりに粘結剤組成物を被覆していない砂で空洞部をバックアップした後、 錶 型全体を加熱することにより錶型の熱硬化を更に進め硬化を完了させる方法にお いても、 R C Sの形状が真球に近く、 被覆粘結剤組成物が少ないことによって、 未硬化の R C Sの排出性に優れている。
上記の通り、 本発明の R C Sから作製した踌型は高強度であるため、 同等の強 度を得るための樹脂添加量を低減することができる。 したがって、 経済的である と共に、 錶物砂として再利用する際、 効率的に再生できる。 更に本発明の R C S によって得られた錶型は、 銬込み後の鍀型割れ、 ベーニング、 焼着を解消するこ とができ、 しかも表面が平滑であるため、 得られる鐯物の表面が平滑になり、 後 工程である研磨工程での負荷が小さい铸物が得られる。 また該鏵型は、 注湯後振 動等により容易に崩壊することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 実施例 5等で行った積層造型法の概略を示す図である。 図 2は、 実 施例 5等で行った積層造型法で得られた踌型の概略を示す図である。 図 3は、 実 施例 5等で行った排砂性の評価法を示す概略図である。 図 4は、 実施例 6等で用 いた中子製造用金型の概略を示す図である。 図 5は、 実施例 6等で行った中子製 造法の概略を示す図である。 図 6は、 実施例 6等で行った排砂性の評価法を示す 概略図である。 実施例
次の実施例は本発明の実施について述べる。 実施例は本発明の例示について 述べるものであり、 本発明を限定するためではない。
ぐ铸物砂の製造 >
表 1の鐯物砂中、 本発明品 1、 焼成法ムライ ト砂、 電融法砂は、 それぞれ以下 の方法で得られたものである。
( 1 ) 本発明品 1
A 1 203と S i 02を合計量で 9 6重量％含有する、 A 1 2〇3/ S i 〇2重量比率 が 2 . 7、 含水率が 0重量％、 平均粒径が 0 . 2 1 mm、 長軸径ノ短軸径比が 1
. 5、 のムライ ト粉末を出発原料とし、 当該粉末を、 酸素をキャリアガスとして 用い、 L P G (プロパンガス） を対酸素比 （容量比） 1. 1で燃焼させた火炎 （ 約 20 00で） 中に投入し、 単分散した球状銬物砂 （表 1の本発明品 1 ) を得た
(2) 焼成法ムライ 卜砂
A 1203/S i〇2重量比率が 2. 7となるよう水酸化アルミニウムと力オリン を混合し、 スプレードライヤーを用いて球状にした粉末粒子 （A 1203と S i〇2 を合計量で 96重量％含有） を電気炉中にて 1 500でで 1時間焼成することに より球状銬物砂 （表 1の焼成法ムライ ト砂） を得た。
(3) 電融法砂
アルミナとシリカを含む合成ムラィ 卜の原料をアーク炉にて溶融させ、 1 6 0 Ot〜 2 200 の温度で溶出させ、 風砕する電融アトマイズ法で球状錶物砂 （ 表 1の電融法砂） を得た。
実施例 1〜 2および比較例 1〜 4
( 1 ) RC Sの製造
铸物砂として上記で得られた踌物砂とフラタリー珪砂を用いた。 それらの化学 組成等を表 1に示した。 表 1中、 フラタリ一珪砂は従来の不定形珪砂であり、 焼 成法ムライ ト砂と電融法砂は、 従来の球状鐯物砂に相当する。
表 1の踌物砂と表 2に示す粘結剤組成物の各成分とを表 2の比率で用いて、 R
C Sを製造した。 具体的には、 鍩物砂を 1 50 で加熱した後、 銬物砂 1 0 0重 量部に対してフエノール樹脂 （AVライ ト、 旭有機材工業株式会社） を 1. 0重 量部添加して混練した。 次いで、 温度を 1 0 5°Cに下げ、 この温度でへキサメチ レンテトラミン水溶液 （硬化剤） （濃度 1 8重量％) を錶物砂 1 00重量部に対 して 0. 8 3重量部 （固形分換算では 0. 1 5重量音 添加して混練し、 更に冷 風を吹き込みながら混練した。 更に、 流動性を高めるためにステアリン酸カルシ ゥム （滑剤） を錶物砂 1 00重量部に対して 0. 0 5重量部添加して混練するこ とにより R C Sを得た。
なお、 実施例 2では、 実施例 1の R C Sをシェル法で成型し銬型を得た後、 1 0 0 0°Cにて 30分間焙焼処理を行った砂を焙焼再生砂として用いた。 また、 比 較例 4では、 铸物砂 1 0 0重量部に対してフエノール樹脂を 0. 8重量部、 へキ サメチレンテトラミン水溶液 （濃度 1 8重量％) を 0. 6 6重量部用いる以外は 上記と同様に製造した。 この比較例 4は、 RC Sの単位体積当たりのフエノール 樹脂量を減らして、 実施例 1等と同じに揃えたものである。
(2) 評価
上記で製造した RC Sについて、 粒度指数、 球形度、 1 000でにおける熱膨 張率、 流動性、 シェル法にて鍀型とした際の抗折カを測定した。 その結果を表 3 に示す。 また、 RC Sの単位体積当たりの樹脂量も併せて表 3に示した。
また、 RC Sを用い抗折カ用の試験片を 2 5 Ot:, 90秒で焼成した。 抗折カ は J I S K_ 69 1 0法に準じて測定した。 この試験片の密度も表 3に示した また、 1 000でにおける熱膨張率は、 熱膨張測定機を用いて測定した。 球形 度は、 顕微鏡にて RC Sを撮影し画像解析にて測定した。 流動性は J I S K一 6 7 2 1のカサ比重測定器を用い、 R C Sを 1 0 O.m 1カップにとり、 この 1 0 0 m 1の R C Sをカザ比重測定器のコ一ンに入れ流下させたときの流下時間を測 定することにより評価した。 表 1
Figure imgf000026_0001
表 2
踌物砂 100重量部 フエノール樹脂 1.0重量部 へキサメチレンテトラミン 0.15重量部 水 0.67重量部 ステアリン酸カルシウム 0.05重量部
表 3
Figure imgf000027_0001
表 3の結果から、 本発明の R C Sは流動性が高く铸型を造型する際に微細な形 状部に良好な充填をすることができる。 これは球形度が高いことと本発明の球状 踌物砂の表面が平滑であるためと推察される。
また、 実施例 1の R C Sは、 比較例 3以外の R C Sに比べて高い抗折カを有し ている。 そして、 比較例 3と対比しても、 同等の抗折カを発現するための体積当 たりの樹脂量は実施例 1の方が少なく、 より有利であることがわかる。 このため 錶込み時のガス発生量を低減でき銹物のガス欠陥を低減できる。 これは本発明の 球状踌物砂の球形度が高く表面が平滑であるため少量の樹脂により十分な踌型強 度を実現できることに由来する効果と考えられる。 実施例 3 〜 4および比較例 5 〜 6 表 1の錶物砂を用いて、 実施例 1 と同様に樹脂で被覆した R C Sを、 表 4の組 成で用いて得た錶型について、 それぞれ銬込み試験を行なった。 まず R C Sを用 い、 試験中子型を 2 5 0で ' 9 0秒で焼成した。 別に造型した主型に試験中子を セッ トし、 約 1 4 7 の錶鉄 （F C 2 0 0 ) の溶湯を注湯した。 鍩込み冷却後 (铸込み終了時より 2時間放置後） 、 踌型割れについて観察した。 その後、 鍩型 をコアノックにより崩壊し、 ベーニングおよび焼着に関して中子面を観察した。 その結果を表 4に示す。 なお、 表 4中、 鐯型割れの 「〇」 は錶型割れが無いこと を、 「X」 は錶型割れが発生したことを意味する。 また、 ベーニングの 「〇」 は ベーニングが無いことを、 「△」 はべ一二ングがやや発生したことを、 「X」 は ベーニングが発生したことを意味する。 また、 焼着の 「〇」 は焼着が無いことを 、 「X」 は焼着が発生したことを意味する。
表 4
錄物砂 (重量部） 踌物欠陥
本発明品 1 フラタリ-珪砂 電融法砂 铸型割れへ一ニンク 焼着
3 100 0 0 〇 〇 〇
施
例 4 50 50 0 o 〇 〇
比 5 0 100 0 X X 〇
較
例 6 0 0 100 〇 Δ 〇 実施例 5および比較例 7、 8
以下の方法で R C Sを製造し、 以下の方法で評価を行った。 結果を表 6に示す
( 1 ) R C Sの製造
表 1の本発明品 1と同様に製法 （火炎溶融法） により得た表 5の本発明品 2の 球状錶物砂、 焼成法により得た表 5の焼成法ムライ ト砂 Bを用いた。 これらの錶 物砂に、 表 6に示す成分を表 6に示す量で用い、 それ以外は実施例 1等と同様の 方法で RC Sを製造した。 なお、 表 6中、 フエノール樹脂 Bは、 ノボラックタイ プのフエノール樹脂であり、 RC Sの融着温度を 1 1 0 とするものである。 こ の融着温度は、 J ACT試験法 C一 1 (融着点試験法） に基づいて測定した。
(2) 評価
(2 - 1 )
抗折カは実施例 1と同様の方法を用いた。
(2 - 2)
RC Sを設置面に薄く散布して砂層を形成する。 砂層の厚みは 1 mmとした。 散布工程を終えたら、 次に砂層上空に遮光マスクを設置し、 電熱器にて遮光マス クを通して熱線を照射する照射工程を実行する。 砂層のうち、 熱線が直接照射さ れた照射領域の樹脂は、 熱硬化して砂粒子同士を結合させ、 固化層を形成する。 一方、 砂層のうち、 熱線が照射されなかった未照射領域の粘結剤組成物は未硬化 である。
このような散布工程、 照射工程を交互に繰り返して固化層を厚み方向に積層し
、 造形物としての錶造用の踌型を造形する （図 1 ) 。 積層枚数は 50枚程度行い 図 2に示す直径 30mm深さ 30 mmの円筒形空洞を持つ踌型を調製した。 得られた錶型を反転し直径 1 0 mmの未硬化部より円筒空洞内の未硬化 R C S を重力により排出し排出された RC Sの重量 （A) を測定した。 その後銬型を割 り内部に残った未硬化 R C Sの重量 （B) を測定した。 1 0 0 XAZ (A + B) を排砂性 （％) とした （図 3) 。
表 5
Figure imgf000030_0001
本発明品 2は、 篩を用いて粒径の分布を操作したものであり、 踌物砂全体を 1 00 %とすると、 粒径が 50 m以上で 7 5； m未満のものが重量比で約 6 0 % であり、 7 5 m以上で 1 0 0 zm未満のものが重量比で約 40 %であった。 こ のことから本発明品 2の粒径範囲は 50〜 1 0 0 mであると考えられる。 表 6 実施例 5 比較例 7 比較例 8
焼成法
種類 本発明品 2 焼成法
铸物砂 ムライト ί少 B ムラ仆砂 Β
重量部 100 100 100
フエノール樹脂 B 重" 2.0 2.0 4.0
(対銹物砂 100重量部）
へキサメチレンテトラミン 15 15 15
(対フ ノ -ル樹脂 B 100重量部）
ステアリン酸カルシウム 0.1 0.1 0.1
(対錶物砂 100重量部）
踌型抗折力 (MPa) 8.0 4.4 8.2
排砂性(％) 85 80 75
実施例 5では比較例 7および 8と比較し高い排砂性を示し容易に未硬化 R C S を排出することができた。 振動および吸引によっても排出が容易であることは容 易に推定できる。 実施例 6および比較例 9、 1 0 以下の方法で RC Sを製造し、 以下の方法で評価を行った。 結果を表 7に示す
( 1 ) RC Sの製造 表 1の本発明品 1、 焼成ムライ ト砂を用いた。 これらの踌物砂に、 表 7に示す 成分を表 7に示す量で用い、 それ以外は実施例 1等と同様の方法で RC Sを製造 した。 なお、 表 7中、 フエノール樹脂 Βは、 実施例 5等と同じものである。
(2) 評価 (2 - 1 ) 抗折カは実施例 1と同様の方法を用いた。 (2 - 2)
図 4に示した内径 5 0mm、 深さ 5 0 mmの円筒状空洞を有する金型 （割型） を 2 50でに加熱し、 空洞部に直径 1 0 mmの開口部より R C Sを充填し、 3 0 秒間焼成した （図 5) 。 開口部付近は金型の熱により若干 RC Sが硬化するため 、 開口部を直径約 1 0 mmのドリルで開封した後、 金型を反転しこの直径 1 0 m mの穴より内部の未硬化 RC Sを重力により排出し、 排出された RC Sの重量 （
A) を測定した （図 6) 。 その後銬型を割り内部に残った未硬化 RC Sの重量 （
B) を測定した。 これらから、 実施例 5等と同様に排砂性 （％) を求めた。 表 7
Figure imgf000032_0001
本発明の RC Sを用いた中空中子では、 未硬化部の RC Sの排出が容易であり
、 造形物の形状や寸法の高精度化、 高品質化に有利となる。 実施例 7および比較例 1 1
表 1の踌物砂を用いて実施例 1および比較例 1と同様に樹脂で被覆した R C S を用いて得た铸型について、 それぞれ铸込み試験を行った。 すなわち、 実施例 3 と同様の方法にて試験中子型を焼成し、 別に造型した主型に試験中子をセッ 卜し 、 アルミニウム鍩物 （成分 AC 4 C) を注湯した。 中子の銬型と踌物の中子面の 平滑性を表面粗さ測定器 （サーフコーター S E— 3 0 H、 小坂研究所製） により 、 表面粗さ （中心線平均粗さ ： R a) として測定した。 表面粗さの測定は、 铸型 、 踌物、 それぞれの表面について 5箇所行い、 その平均値を R aとした。 R aが 小さいほど表面平滑性に優れる。 結果を表 8に示す。 表 8
Figure imgf000033_0001
実施例 8および比較例 1 2〜： 1 3
フラタリ一珪砂を用いた R C Sを 80重量部と、 表 9に示す混合用 R C Sを 2
0重量部混合することにより、 混合 RC Sを得た。 尚、 それぞれの RC Sは、 フ ラタリー珪砂を用いた RC Sは比較例 2と同様にして、 また、 混合用 RC Sは実 施例 1及び比較例 1、 3と同様にして得られたものを用いた。 上記で製造した混 合 RC Sについて、 1 0 0 0* における熱膨張率、 流動性、 シェル法にて铸型と した際の抗折カを実施例 1 と同様の方法にて測定した。 結果を表 9に示す。 表 9
Figure imgf000034_0001
表 9に示されるように、 安価な珪砂よりなる RC Sの熱膨張率を改善するため に低熱膨張性の R C Sを少量混合して使用する際においても、 本発明の R C Sを 用いることにより、 従来の RC Sを併用する場合と比較して、 混合 RC Sの流動 性が良くなるとともに銬型強度を高めることができる。

Claims

請求の範囲
I . 平均粒径が 0. 0 2〜 1. 5mmである、 火炎熔融法で製造された球状铸 物砂を、 粘結剤組成物で被覆したレジンコーテツドサンド。
2. 平均粒径が 0. 0 2〜 1. 5mm、 吸水率が 0. 5重量％以下の球状踌物 砂を、 粘結剤組成物で被覆したレジンコーテツ ドサンド。
3. 球状鍩物砂が、 A 12〇3および S i〇2を主成分として含有してなり、 A 1 2〇3ZS i 02重量比率が 1〜 1 5である請求項 1または 2記載のレジンコーテツ ドサンド。
4. 粘結剤組成物が、 フエノール樹脂を含有する請求項 1〜 3何れか 1項記載 のレジンコーテツ ドサンド。
5. 積層造型法用である請求項 1〜4の何れか 1項記載のレジンコーテツ ドサ ンド。
6. 請求項 1〜 5の何れか 1項記載のレジンコーテツ ドサンドを用いて得られ る銬型。
7. 表面粗さ R aが 2 0 m以下である請求項 6記載の铸型。
8. 铸型が中子である請求項 6または 7記載の鐯型。
9. 中子が中空中子である請求項 8記載の鍀型。
1 0. 請求項 6〜 9何れか 1項記載の錶型を用いて錶造された錶物。
I I . 表面粗さ R aが 8 m以下である請求項 1 0記載の踌物。
1 2 - 錶型の製造に用いる請求項 1より 5のいずれかに記載したレジンコーテ ッ ドサンドの用途。
1 3. 請求項 1より 5のいずれかに記載したレジンコーテツ ドサンドを用いて 銬型を製造する方法
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