(57)【要約】      （修正有）【課題】耐焼着性が高く、塗布作業性が良好な砂型鋳造用塗型剤組成物、及びこれを用いた鋳物の製造方法を提供する。【解決手段】砂型鋳造用塗型剤組成物は、耐火性骨材、バインダー粒子及び溶媒を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物であって、前記バインダー粒子は、前記溶媒に不溶であり、９００℃における残炭率が２０重量％以上であり、かつ球形度が０．９０〜１．００である砂型鋳造用塗型剤組成物。また、鋳物の製造方法は、砂型表面１に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法であって、前記塗型剤組成物として砂型鋳造用塗型剤組成物を使用する鋳物の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性骨材、バインダー粒子及び溶媒を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物であって、
前記バインダー粒子は、前記溶媒に不溶であり、９００℃における残炭率が２０重量％以上であり、かつ球形度が０．９０〜１．００である、砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項２】
前記バインダー粒子が、フェノール系樹脂からなる請求項１記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項３】
前記バインダー粒子の平均粒径が、１〜８０μｍである請求項１又は２記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項４】
前記バインダー粒子の含有量が、前記耐火性骨材１００重量部に対して０．５〜１０重量部である請求項１〜３の何れか１項記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項５】
砂型表面に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法であって、
前記塗型剤組成物が、請求項１〜４の何れか１項記載の砂型鋳造用塗型剤組成物である、鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金等の鋳造に使用される砂型用の塗型剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
砂型に使用される鋳造用塗型剤としては、溶融金属が接する砂型（鋳型）表面に塗布して塗型膜を塗装することにより、砂型の表面を保護するものが知られている。このような鋳造用塗型剤は、溶融金属と砂型表面との化学反応や、鋳物の焼着欠陥の発生を防止するために用いられる。
【０００３】
従来の砂型鋳造用塗型剤組成物として、特許文献１には、球状砂、フェノール系有機高分子物質等の有機バインダー及び溶剤を含有する塗型剤組成物が開示されている。上記特許文献１に開示された塗型剤組成物によれば、通気度の高い減圧吸引鋳造用鋳型を作製できる。
【０００４】
他方、消失模型鋳造用塗型剤組成物として、特許文献２及び３に、球状又は立方体形状のポリスチレン系樹脂等からなる発泡合成樹脂を含有する塗型剤組成物が開示されている。上記特許文献２及び３に開示された塗型剤組成物によれば、発泡合成樹脂の熱分解に起因する鋳物欠陥を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９８１３４号公報
【特許文献２】特開２００１−１１０４号公報
【特許文献３】特開２００９−２１４１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の砂型鋳造用塗型剤組成物では、対象物の難易度が高い場合、即ち複雑な形状の鋳物を形成する場合には、鋳物の焼着欠陥の発生を確実に防止することが困難になるため、耐焼着性については、更なる向上が望まれている。
【０００７】
また、従来の砂型鋳造用塗型剤組成物では、砂型表面に塗型剤組成物を塗布する際の塗布作業性についても向上が望まれている。例えば、刷毛塗りで砂型表面に塗型剤組成物を塗布する場合は、砂型表面上における塗型剤組成物の伸び（刷毛伸び）が必ずしも良好ではなかった。塗布作業性が悪いと、鋳物の生産性が低下し、コスト高となる。このような課題について、従来の砂型鋳造用塗型剤組成物は充分に検討されていなかった。
【０００８】
本発明は、耐焼着性が高く、塗布作業性が良好な砂型鋳造用塗型剤組成物、及びこれを用いた鋳物の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物は、耐火性骨材、バインダー粒子及び溶媒を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物であって、前記バインダー粒子は、前記溶媒に不溶であり、９００℃における残炭率が２０重量％以上であり、かつ球形度が０．９０〜１．００である砂型鋳造用塗型剤組成物である。
【００１０】
また、本発明の鋳物の製造方法は、砂型表面に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法であって、前記塗型剤組成物として前記本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物を使用する鋳物の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物によれば、耐焼着性が高く、塗布作業性が良好な砂型鋳造用塗型剤組成物を提供できる。また、本発明の鋳物の製造方法によれば、上記本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物を用いるため、焼着欠陥を抑制できる上、鋳物の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】砂型（中子）の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物（以下、単に「塗型剤組成物」ともいう）に含有される成分について説明する。
【００１４】
＜耐火性骨材＞
本発明で使用される耐火性骨材は、特に限定されないが、耐火性、経済性、及び溶融金属との耐反応性の観点から、ムライト、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコン、アルミナシリケート、黒鉛、黒曜石、オリビン、タルク及び雲母から選ばれる１種以上からなることが好ましく、タルク、ジルコン及び黒鉛（中でも鱗状黒鉛）から選ばれる１種以上からなることがより好ましい。
【００１５】
本発明で使用される耐火性骨材は、塗布作業性を向上させる観点から、平均粒径が０．５〜１００μｍであることが好ましく、１〜３０μｍであることがより好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。ここで、耐火性骨材の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所社製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積中位粒径（Ｄ５０）である。分析条件は下記の通りである。
測定方法：フロー法
分散媒：イオン交換水にヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１重量％）を加えた溶媒
分散方法：攪拌、内蔵超音波照射（３分間）
試料濃度：２ｍｇ／１００ｍｌ
【００１６】
＜バインダー粒子＞
バインダー粒子は、鋳込み時において、耐火性骨材同士又は耐火性骨材と鋳型とを結合させる働きを持つもので、熱間強度を維持することができるものである。本発明で使用されるバインダー粒子は、耐焼着性の観点から、９００℃における残炭率（以下、単に「残炭率」ともいう）が２０重量％以上である。
【００１７】
残炭率とは、バインダー粒子中の有機分の固定炭素量である。測定方法は以下の手順にて行う。まず、バインダー粒子２ｇを１０５℃にて１２時間乾燥させた後の重量（１）を測定する。次いで、乾燥させたバインダー粒子を９００℃にて７分間、マッフル炉で密封加熱する。更に、マッフル炉の蓋を外して９００℃にて４時間加熱し、加熱後の残渣の重量（２）を測定する。重量（１）及び重量（２）から、以下の式で残炭率を算出する。
残炭率（重量％）＝重量（２）／重量（１）×１００
【００１８】
残炭率は、耐火性骨材をバインダー粒子によって結合することで鋳型の表面に形成された塗型膜の熱間強度の指標となるものである。即ち、残炭率は、バインダーとしての熱間強度を発現させる機能の指標となるものであり、高ければ高いほど好ましい。バインダー粒子の残炭率を２０重量％以上とすることによって、耐焼着性が高くなる理由は定かではないが、鋳込み時に塗型膜から発生する熱分解ガスを低減できるため、塗型膜中の空隙部分が低減され、焼着欠陥が抑制されると考えられる。
【００１９】
バインダー粒子の残炭率は、耐焼着性の観点から、４０重量％以上であることが好ましく、５０重量％以上であることがより好ましい。また、入手容易性の観点から、バインダー粒子の残炭率は、８０重量％以下であることが好ましく、７０重量％以下であることがより好ましい。なお、バインダー粒子の残炭率を上記範囲内に制御するには、例えばバインダー粒子として、後述する好適な樹脂からなるものを選択すればよい。好適な樹脂は、耐熱性に優れるフェノール系樹脂などであり、例えば重量平均分子量が１０００以上の樹脂の中から残炭率が２０重量％以上のものを選択すれば良い。
【００２０】
また、本発明で使用されるバインダー粒子は、塗布作業性、特に刷毛伸び性の観点から、球形度が０．９０〜１．００である。
【００２１】
上記球形度とは、バインダー粒子個々の走査型電子顕微鏡により得られた像（写真）を画像解析して得られる粒子投影断面の面積および周囲長から、［粒子投影断面の面積（ｍｍ２）と同じ面積の真円の円周長（ｍｍ）］／［粒子投影断面の円周長（ｍｍ）］を求め、これを任意の５０個のバインダー粒子について平均した値である。
【００２２】
バインダー粒子の球形度を０．９０〜１．００とすることによって、塗布作業性が向上する理由は定かではないが、塗型剤組成物に対して適度な流動性を付与できるため、塗布作業性、特に刷毛伸び性が向上すると考えられる。
【００２３】
バインダー粒子の球形度は、刷毛伸び性の観点から、０．９５〜１．００が好ましく、０．９７〜０．９９がより好ましい。なお、バインダー粒子の球形度を上記範囲内に制御するには、例えばバインダー粒子として、後述する好適な樹脂の中から球形度が上記範囲内に入るものを選択すればよい。
【００２４】
上記バインダー粒子としては、残炭率及び球形度が上記範囲内となる材料である限り、特に限定されないが、塗布作業時に形状を維持することによって塗布作業性を向上させる観点から、溶媒に不溶な材料が使用される。ここで、「溶媒に不溶」とは、塗型剤組成物に使用される溶媒１００ｇ（２５℃）に対する溶解度が１０ｇ未満であることを指す。
【００２５】
溶媒として水及び／又はアルコールを使用する場合、溶媒に不溶なバインダー粒子としては、フェノール系樹脂、ビニル系樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂等の樹脂からなるものが挙げられ、フェノール系樹脂からなるものが好ましい。
【００２６】
また、残炭率が２０重量％以上のバインダー粒子としては、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂、ウレタン系樹脂等の樹脂からなるものが挙げられ、フェノール系樹脂からなるものが好ましい。
【００２７】
使用できるフェノール系樹脂としては、フェノール、クレゾール、3,5−キシレノール、ノニルフェノール、ｐ−tert−ブチルフェノール、イソプロペニルフェノール、フェニルフェノール等のアルキルフェノール、ノボラック、レゾール、レゾルシノール、キシレノール、カテコール、ハイドロキノン、フロログルシノール等の多価フェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＣ、ビスフェノールＥ等のビスフェノール類等を原料として用いたフェノール系樹脂が挙げられる。なかでも、耐焼着性の観点から、ベンゼン環に結合したヒドロキシメチル基を有するフェノール樹脂が好ましい。
【００２８】
本発明で使用されるバインダー粒子の平均粒径は、塗布作業性、分散性及び耐焼着性の観点から１〜８０μｍであることが好ましく、２〜５０μｍであることがより好ましく、５〜３０μｍであることが更に好ましく、５〜２０μｍであることが更により好ましい。ここで、バインダー粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所社製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積中位粒径（Ｄ５０）である。分析条件は下記の通りである。
測定方法：湿式法
分散媒：水
分散方法：攪拌、内蔵超音波照射（３分間）
試料濃度：２００ｍｇ／１００ｍｌ
【００２９】
塗型剤組成物中のバインダー粒子の含有量は、塗型膜強度の向上、及び熱分解ガス量を低減して耐焼着性を向上させる観点から、耐火性骨材１００重量部に対し、０．５〜１０重量部が好ましく、１〜５重量部がより好ましい。
【００３０】
＜溶媒＞
本発明で使用される溶媒は、特に限定されないが、水及び／又はアルコール等が使用できる。水は、安全性や経済性の点で好ましい。アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノールなどが挙げられるが、コスト及び塗布作業性の観点からエタノールが好ましい。塗型剤組成物中の溶媒の含有量は、塗型膜の厚みを適切な範囲に維持する観点、及びたれ低減の観点から、耐火性骨材１００重量部に対し、１０〜５００重量部が好ましく、１０〜１００重量部がより好ましい。
【００３１】
＜その他の成分＞
本発明の塗型剤組成物に配合できるその他の成分として、アラビアガム等の粘結剤、アタパルジャイト、ベントナイト等の焼結剤、顔料や染料などの着色剤、塗布作業性を向上させるレオロジー調整剤、沈降防止剤、界面活性剤などの添加剤を使用できる。また、ヒドロキシアルキル化セルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダなどの増粘剤や防腐剤などの添加剤も使用できる。
【００３２】
本発明の塗型剤組成物は、砂型表面に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法に好適である。即ち、本発明の鋳物の製造方法は、砂型表面に前記本発明の塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法である。
【００３３】
本発明の塗型剤組成物を砂型（鋳型）に塗布する方法は、特に限定されず、例えば、流し塗り（ブッカケ法）、浸漬（ドブ漬け法）、刷毛塗り、スプレー塗布等の従来知られている方法が使用できる。なかでも、本発明の塗型剤組成物を刷毛塗りで塗布すると、本発明の効果（刷毛伸び性の向上）が有効に発揮されるため好ましい。また、砂型に用いる鋳物砂としては、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂等の新砂又はこれらの再生砂が使用される。鋳物砂は、粘結剤を添加せずに用いることもでき、その場合には充填性が良好であるが、高い砂型強度が要求される場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。
【００３４】
なお、上記砂型は、一般的に、フラン樹脂、アルカリフェノール樹脂等の有機粘結剤や水ガラス等の無機粘結剤を鋳物砂に混合し、製品（鋳物）と同一形状の木型のまわりに充填した後、硬化、抜型して得られるものである。
【００３５】
また、一般的に、塗型剤組成物は、保存時においては溶媒濃度が低い（固形分濃度が高い）状態の組成物（保存用組成物）としておき、使用時に適正な粘度が得られるように、溶媒で希釈して使用される。上記高固形分濃度の組成物（保存用組成物）は、溶媒量等を調整して、通常、針入度２００程度とすればよい。上記使用時の適正な粘度（濃度）は、３０〜８０ボーメである。
【００３６】
本発明の塗型剤組成物を用いて鋳物を製造すると、焼着欠陥が少なく、鋳肌が美麗な鋳物が得られるため、複雑な構造や、鋳肌表面の美しさが要求されるもの等に好適である。具体的な鋳物の例としては、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、部品等が挙げられる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３８】
＜塗型剤組成物の調製＞
表１（実施例）及び表２（比較例）に示す重量比で、耐火性骨材、バインダー、水、エタノール及び添加剤を混合し、２５℃において、混練機にて３０分間混練し、ペースト状の塗型剤組成物を得た。上記耐火性骨材は、いずれも、タルク（平均粒径２２μｍ） と、ジルコン（平均粒径７μｍ）と、鱗状黒鉛（平均粒径３９μｍ）とを、タルク：ジルコン：鱗状黒鉛＝４５：２５：３０の重量比で混合したものを用いた。また、上記添加剤は、いずれも、粘結剤（アラビアガム）と、焼結剤１（アタパルジャイト）と、焼結剤２（ベントナイト）と、アニオン性界面活性剤（ナフタレンスルフォン酸ナトリウム）と、臭素系防腐剤とを、粘結剤：焼結剤１：焼結剤２：アニオン性界面活性剤：臭素系防腐剤＝８．８：１４．６：７０．２：３．５：２．９の重量比で混合したものを用いた。得られた塗型剤組成物を離合社製針入度測定装置８００Ｓ−０１により測定したところ、針入度は何れも２００であった。なお、表１及び表２におけるバインダーの「溶媒に対する溶解性」は、水−エタノール混合溶媒（重量比は水：エタノール＝２５．０：２．０又は２５．６：２．０）１００ｇ（２５℃）に対し、バインダー１０ｇを添加し、超音波分散させた後、遠心分離機にて、３０００ｒｐｍにて１０分間処理した際に、沈殿物が生じた場合を「不溶」とし、沈殿物が生じなかった場合を「可溶」とした。
【００３９】
＜焼着試験＞
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を鋳物砂として使用し、花王クエーカー社製フラン樹脂（３４０Ｂ）を鋳物砂１００重量部に対して０．８重量部添加し、更に花王クエーカー社製硬化剤（ＴＫ−３）をフラン樹脂１００重量部に対して４０重量部添加して得られた混練砂を型込めし、図１に示す五角柱形状の中子１を８個作製した。そして、上記塗型剤組成物を表１及び表２に示す塗布時の濃度（ボーメ）となるように水で希釈した後、この希釈した塗型剤組成物に８個の中子１をそれぞれドブ漬けし、１０５℃の熱風で１時間乾燥した。次いで、直径３５０ｍｍ×高さ４００ｍｍの鋳物を形成するための主型の底面に、上記乾燥後の８個の中子を図１に示すように同一円周上（直径２５０ｍｍ）に均等に配置した。この鋳型に、溶湯（材質ＦＣ−２５０）を１４２０℃で注湯し、２４時間放置した。その後、鋳型をばらして鋳物を取り出し、得られた鋳物における中子が配置されていた空隙部内面の焼着した面積を測定し、以下の式により焼着率を算出した。結果を表１及び表２に示す。
焼着率（％）＝（中子が配置されていた空隙部内面の焼着した面積／中子が配置されていた空隙部内面の全面積）×１００
【００４０】
＜塗布試験＞
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を鋳物砂として使用し、花王クエーカー社製フラン樹脂（３４０Ｂ）を鋳物砂１００重量部に対して０．８重量部添加し、更に花王クエーカー社製硬化剤（ＴＫ−３）をフラン樹脂１００重量部に対して４０重量部添加して得られた混練砂を型込めし、縦３００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚み３０ｍｍの板状試験片を作製した。そして、上記塗型剤組成物を表１及び表２に示す塗布時の濃度（ボーメ）となるように水で希釈した後、上記試験片の表面に、上記希釈した塗型剤組成物を刷毛塗りで塗布した。その時の刷毛による塗りやすさ（刷毛伸び性）を下記の３段階で評価した。結果を表１及び表２に示す。
【００４１】
（刷毛伸び性評価基準）
１：伸びが悪い。
２：伸びが良い。
３：非常に伸びが良い。
【００４２】
【表１】
2011125925.tif 000003
【００４３】
【表２】
2011125925.tif 000004
【００４４】
表１に示すように、実施例１〜４は、焼着試験及び塗布試験の何れについても良好な結果が得られた。一方、表２に示すように、比較例１〜１４は、焼着試験及び塗布試験の少なくとも一方について、実施例１〜４に比べて顕著に劣る結果が得られた。この結果から、本発明によれば、耐焼着性に優れ、かつ塗布作業性（特に刷毛伸び性）の良い塗型剤組成物を提供できることが確認された。
【符号の説明】
【００４５】
１  中子
【図１】
2011125925.tif 000005