(57)【要約】【課題】梅雨時などの高湿度下における鋳物の製造においても塗型膜強度の低下が少なく、焼着欠陥の発生を抑制できる消失模型用塗型剤組成物を提供すること。【解決手段】  樹脂エマルジョンを含有する鋳型造型用粘結剤組成物と、耐火骨材とを含有し、前記鋳型造型用粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量が６．０％以下である消失模型用塗型剤組成物。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂エマルジョンを含有する鋳型造型用粘結剤組成物と、耐火骨材とを含有し、前記鋳型造型用粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量が６．０％以下である消失模型用塗型剤組成物。
【請求項２】
前記樹脂エマルジョンが酢酸ビニル系樹脂エマルジョンである請求項１に記載の消失模型用塗型剤組成物。
【請求項３】
前記樹脂エマルジョンがアクリル系樹脂エマルジョンである請求項１に記載の消失模型用塗型剤組成物。
【請求項４】
消失模型の表面に塗型膜を有する鋳物用消失模型の製造方法であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の消失模型用塗型剤組成物を前記消失模型の周囲に付着させて塗型膜を形成させる工程を有する、鋳物用消失模型の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、
前記鋳物用消失模型を鋳物砂に埋設する工程と、前記鋳物砂に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する、鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消失模型鋳造法に用いられる消失模型用塗型剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
消失模型鋳造法は、製品と同じ形状の合成樹脂発泡体模型を溶融金属（以下、「溶湯」ともいう）と置換させる鋳造法で、中子不要、型合せなどの煩雑な作業不要、設計変更が容易、短納期など数多くのメリットがある。しかしながら、残渣欠陥や焼着欠陥の低減などの課題が残されており、様々な改良研究が行われている。なお、残渣欠陥は、合成樹脂発泡体模型が溶融金属と置換する際、熱分解ガスの排出が不十分な場合に、熱分解残渣となり製品上部に巻き込む現象であり、焼着欠陥は、溶湯が塗型膜を破壊して砂型に漏れ出す現象である。
【０００３】
焼着欠陥を改善する消失模型用塗型剤組成物として、例えば、特許文献１には、耐火骨材として、ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）を含有するものや、特許文献２には、カルシウムベントナイト及びウンモから選ばれる１種以上を含有する塗型剤組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７３５０４号公報
【特許文献２】特開２００１−３３４３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、通常条件では焼着欠陥が発生しない塗型剤でも、梅雨時など湿度が極めて高い雰囲気下で鋳物を製造すると鋳物に焼着欠陥が発生する場合があることが判った。
【０００６】
本発明は、梅雨時などの高湿度下における鋳物の製造においても塗型膜の強度の低下が少なく、焼着欠陥の発生を抑制できる消失模型用塗型剤組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の消失模型用塗型剤組成物は、樹脂エマルジョンを含有する鋳型造型用粘結剤組成物と、耐火骨材とを含有し、前記鋳型造型用粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量が６．０％以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、梅雨時などの高湿度下における鋳物の製造においても塗型膜の強度の低下が少なく、焼着の発生を抑制できる消失模型用塗型剤組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の焼着欠陥の評価に用いた消失模型の形状を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜消失模型用塗型剤組成物＞
本実施形態の消失模型用塗型剤組成物（以下、単に「塗型剤組成物」ともいう）は、樹脂エマルジョンを含有する鋳型造型用粘結剤組成物（以下、単に「粘結剤組成物」ともいう）と、耐火骨材とを含有し、前記粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量が６．０％以下である。本実施形態の消失模型用塗型剤組成物によれば、梅雨時などの高湿度下における鋳物の製造においても塗型膜の強度の低下が少なく、焼着欠陥の発生を抑制できる。
【００１１】
〔耐火骨材〕
前記塗型剤組成物は、耐火骨材を含有する。当該耐火骨材は、従来から鋳造の目的に応じて利用されている耐火骨材を用いることができる。耐火骨材の例としては、雲母、黒曜石、真珠岩、松脂岩、正長石、曹長石、白瑠石、霞石、シリカ、アルミナ、ムライト、シャフトバンケツ、ダイアスポア、スピネル、マグネシア、オリビン、タルク、ジルコン、カオリン、シリマナイト、アンダルサイト、カイヤナイト、ギブサイト、黒砂石、デッカイト、灰長石、黒鉛ボーキサイトを焼成したもの等が挙げられる。これらの中でもシリカ、黒曜石、黒鉛が好ましい。当該耐火骨材は、上記の１種又は２種以上を用いることができる。
【００１２】
前記耐火骨材の平均粒子径は、残渣欠陥を防止する観点から２０μｍ以上が好ましく、４０μｍ以上がより好ましく、５０μｍ以上が更に好ましい。また、耐火骨材の平均粒子径は、焼着欠陥を防止する観点から４００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下がより好ましく、１５０μｍ以下が更に好ましい。また、耐火骨材の平均粒子径は２０〜４００μｍが好ましく、４０〜２００μｍがより好ましく、５０〜１５０μｍが更に好ましい。なお、前記耐火骨材の平均粒子径は、実施例に記載の方法により測定する。
【００１３】
前記塗型剤組成物の耐火骨材の含有量は、乾燥性やクラックなどの塗型膜の欠陥防止の観点から、３０質量％以上が好ましく、４０質量％以上がより好ましい。前記塗型剤組成物の耐火骨材の含有量は、塗布作業性の観点から、８０質量％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましい。また、本実施形態の塗型剤組成物の耐火骨材の含有量は、３０〜８０質量％が好ましく、４０〜７０質量％がより好ましい。
【００１４】
〔鋳型造型用粘結剤組成物〕
前記塗型剤組成物は、粘結剤組成物を含有する。前記粘結剤組成物は、梅雨時などの高湿度下における鋳物の製造において塗型膜の強度の低下を抑制し、焼着欠陥の発生を抑制する観点から、単体乾燥物の吸湿量が６．０％以下である。当該吸湿量は、塗型膜の強度の低下を抑制し、焼着欠陥の発生を抑制する観点から、４．５％以下が好ましい。前記粘結剤組成物の例としては樹脂エマルジョンが挙げられる。なお、本明細書において前記粘結剤組成物の単体乾燥物は実施例に記載の方法で得られた固体物を意味する。また、本明細書において単体乾燥物の吸湿量は実施例に記載の方法により得られた値を意味する。
【００１５】
前記樹脂エマルジョンは、前記塗型剤組成物において粘結剤として作用する。当該樹脂エマルジョンとしては、酢酸ビニル系樹脂エマルジョン、アクリル系樹脂エマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン、エチレン樹脂エマルジョン、シリコン樹脂エマルジョン、エポキシ樹脂エマルジョン、フッ素樹脂エマルジョン等が例示でき、これらの１種または２種以上を使用することができる。これらの中でも塗型膜強度の観点から酢酸ビニル系樹脂エマルジョンやアクリル系樹脂エマルジョンが好ましく、酢酸ビニル系樹脂エマルジョンがより好ましい。
【００１６】
酢酸ビニル系樹脂エマルジョンは、ポリビニルアルコール等を保護コロイドとして、酢酸ビニルモノマーと、当該酢酸ビニルモノマーと重合又は共重合可能なモノマーを乳化重合することにより得ることができるが、前記保護コロイドとしてポリビニルアルコール中のヒドロキシル基の水素原子がアセトアセチル基に変性されたアセトアセチル化ポリビニルアルコールや、高ケン化度のポリビニルアルコールを用いることによって前記樹脂エマルジョンの単体乾燥物の吸湿量を調整することができる。また、酢酸ビニルモノマーと重合又は共重合可能なモノマーとして、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル等の疎水性のモノマーを用いることによっても前記樹脂エマルジョンの単体乾燥物の吸湿量を調整することができる。
【００１７】
前記酢酸ビニル系樹脂エマルジョンの市販品としては、マルカボンド３２６（中部サイデン株式会社製）がある。
【００１８】
アクリル系樹脂エマルジョンは、界面活性剤を乳化安定剤として、アクリル酸エステルモノマーと、当該アクリル酸エステルモノマーと重合又は共重合可能なモノマーを乳化重合することにより得ることができる。当該アクリル酸エステルモノマーと共重合可能なモノマーとしてはメタクリル酸エステル、塩化ビニル等が挙げられる。
【００１９】
前記アクリル系樹脂エマルジョンとしては、ビニブラン２６８４（日信化学工業株式会社製）やビニブラン２５８５（日信化学工業株式会社製）等がある。
【００２０】
前記樹脂エマルジョンの最低造膜温度（ＭＦＴ）は、作業性の観点から低いほうが好ましく、例えば３０℃以下が好ましい。当該最低造膜温度は、実施例に記載の方法によって測定することができる。
【００２１】
なお、前記樹脂エマルジョンに含まれる樹脂の種類は、樹脂を構成する重合体の主成分（例えば５０質量％以上を占めるモノマー単位）によって決めることができる。例えば、エマルジョンに含まれる樹脂が、酢酸ビニルモノマー単位とアクリルモノマー単位を含み、酢酸ビニル系モノマー単位が５０質量％である場合、当該エマルジョンは酢酸ビニル系樹脂エマルジョンである。
【００２２】
前記樹脂エマルジョン中の単体乾燥物の含有量は、塗型膜の強度の低下を抑制し、焼着欠陥の発生を抑制する観点から、１０質量％以上が好ましく、２０質量％以上がより好ましい。前記樹脂エマルジョン中の単体乾燥物の含有量は、塗型膜製造時等のハンドリングの観点から、７０質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましい。また、前記樹脂エマルジョン中の単体乾燥物の含有量は、塗型膜の強度の低下を抑制し、焼着欠陥の発生を抑制する観点、及び塗布作業性の観点から１０〜７０質量％が好ましく、２０〜５０質量％がより好ましい。なお、本明細書において、前記樹脂エマルジョン中の単体乾燥物の質量は、実施例に記載の方法により測定される樹脂エマルジョンの５０℃／２５％ＲＨ質量を意味する。
【００２３】
前記塗型剤組成物中の前記単体乾燥物の含有量は、塗型膜の強度の低下を抑制し、焼着の発生を抑制する観点、前記耐火骨材１００質量部に対して、３質量部以上が好ましく、４質量部以上がより好ましい。前記塗型剤組成物中の前記単体乾燥物の含有量は、塗布作業性の観点から、前記耐火骨材１００質量部に対して、１５質量部以下が好ましく、１０質量部以下がより好ましい。前記塗型剤組成物中の前記単体乾燥物の含有量は、塗型膜の強度の低下を抑制し、焼着の発生を抑制する観点、及び塗布作業性の観点から、前記耐火骨材１００質量部に対して、３〜１５質量部が好ましく、４〜１０質量部がより好ましい。
【００２４】
前記粘結剤組成物は、前記樹脂エマルジョンに含まれる粘結剤以外に、消失模型用塗型剤に通常使用される粘結剤を含有してもよい。当該粘結剤としては、例えば、澱粉、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アラビアガム等の水溶性高分子や各種の樹脂エマルジョンが使用できる。前記樹脂エマルジョンに含まれる粘結剤以外の粘結剤の前記粘結剤組成物中の含有量は、塗型膜の強度の観点から、５質量％以下が好ましく、１質量％以下がより好ましく、実質的に０質量％が更に好ましい。
【００２５】
〔溶媒〕
前記塗型剤組成物は、消失模型用塗型剤に通常使用される溶媒を含有することができる。当該溶媒の例としては水が挙げられる。
【００２６】
前記溶媒の量は、塗布作業性の観点から、耐火骨材１００質量部に対し、１０質量部以上が好ましく、２０質量部以上がより好ましい。前記溶媒の量は、乾燥性の観点から、耐火骨材１００質量部に対し、８０質量部以下が好ましく、７０質量部以下がより好ましい。また、前記溶媒の量は、塗布作業性と乾燥性の観点から、耐火骨材１００質量部に対し、１０〜８０質量部が好ましく、２０〜７０質量部がより好ましい。
【００２７】
前記塗型剤組成物中の前記溶媒の含有量は、前記溶媒の種類や前記樹脂エマルジョンの分散媒の種類及び含有量によって適宜変更することができる。
【００２８】
〔焼結剤〕
前記塗型剤組成物は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、消失模型用塗型剤に通常使用される焼結剤を含有しても良い。当該焼結剤としては、例えば、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト等のベントナイト、木節粘土等の粘土類、エチルシリケート等が挙げられる。中でも、ベントナイトは、粘結剤としての役割の他、高温域においては焼結剤としての役割も果たすため好ましい。焼結剤の添加量は、高温時の塗型膜の強度の観点から、耐火骨材１００質量部に対し、０．５質量部以上が好ましく、１．０質量部以上がより好ましい。また、焼結剤の添加量は、高温時の塗型膜の強度の観点から、耐火骨材１００質量部に対し、３０質量部以下が好ましく、１５質量部以下がより好ましい。また、焼結剤の添加量は、高温時の塗型膜の強度の観点から、耐火骨材１００質量部に対し、０．５〜３０質量部が好ましく、１．０〜１５質量部がより好ましい
【００２９】
前記塗型剤組成物に配合できるその他の成分として、β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩、ポリビニルピロリドン等の分散剤、界面活性剤、防腐剤等が挙げられる。
【００３０】
前記塗型剤組成物は、消失模型の周囲に付着させる塗型剤組成物として好適に使用することができる。
【００３１】
＜鋳物用消失模型の製造方法＞
本実施形態の鋳物用消失模型の製造方法では、従来の鋳物用消失模型の製造方法を適用することができる。本実施形態の鋳物用消失模型の製造方法は、消失模型の周囲に塗型膜を有する鋳物用消失模型の製造方法であって、前記消失模型用塗型剤組成物を前記消失模型の周囲に付着させて塗型膜を形成させる工程を有する。
【００３２】
本実施形態の塗型剤組成物を付着させる消失模型としては、通常と同様の合成樹脂発泡体の模型を用いることができる。合成樹脂発泡体としては、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、又はこれらの共重合体等の発泡体が用いられる。本実施形態の塗型剤組成物を付着させる消失模型が発泡ポリスチレンである場合、本実施形態の塗型剤組成物の効果がより得られる。塗型剤組成物を消失模型に付着させて塗型膜を形成させる方法は、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の何れでも良い。
【００３３】
本実施形態の鋳物用消失模型の製造方法により得られた鋳物用消失模型は、消失模型鋳造法による鋳型の製造方法に好適に用いることができる。
【００３４】
＜鋳物の製造方法＞
本実施形態の消失模型鋳造法による鋳物の製造方法では、従来の消失模型鋳造法による鋳物の製造方法を適用することができる。本実施形態の鋳物の製造方法は、前記鋳物用消失模型の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、前記鋳物用消失模型を鋳物砂に埋設する工程と、前記鋳物砂に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する。
【００３５】
前記鋳物用消失模型を鋳物砂に埋設する工程で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、合成セラミック砂等の新砂又は再生砂が使用される。鋳物砂はバインダー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、高強度の鋳型が要求される場合には、従来公知のバインダーを添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。
【００３６】
前記バインダーを添加する実施形態の鋳物の製造方法は、前記鋳物用消失模型の製造方法によって得られた鋳物用消失模型を用いる鋳物の製造方法であって、前記鋳物砂に、バインダー及び当該バインダーを硬化させる硬化剤を加え、混練して混合物を調製する工程と、前記鋳物用消失模型を前記混合物に埋設する工程と、前記混合物に埋設した前記鋳物用消失模型に溶融金属を鋳込む工程とを有する。
【００３７】
前記バインダーとしては、通常使用されるようなバインダーを使用することができる。当該バインダーとしては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、澱粉、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アラビアガム等の水溶性高分子や各種の樹脂エマルジョンが使用できる。当該バインダーの含有量は、鋳型強度と経済性の観点から、鋳物砂１００質量部に対し、０．１質量部以上が好ましく、０．４質量部以上がより好ましい。また、当該バインダーの含有量は、鋳型強度と経済性の観点から、鋳物砂１００質量部に対し、５．０質量部以下が好ましく、２．０質量部以下がより好ましい。また、当該バインダーの含有量は、鋳型強度と経済性の観点から、鋳物砂１００質量部に対し、０．１〜５．０質量部が好ましく、０．４〜２．０質量部がより好ましい。
【００３８】
本実施形態の鋳物の製造方法において、鋳込み温度は、使用する金属により異なるが、鋳鉄系の場合は一般に１３３０〜１４１０℃であり、アルミニウム系の場合は一般に７００〜７５０℃であり、鋳鋼系の場合は一般に１４５０〜１５００℃である。本実施形態の消失模型鋳造法は、中でも、鋳鉄系に発生する焼着をより低減できる。
【００３９】
前記消失模型用塗型剤組成物を用いて鋳物を製造すると、焼着が少なく、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、自動車金型、工作機械、建設機械の油圧バルブ、モーター、エンジンフレーム、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】
【００４０】
以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。
【００４１】
＜評価方法＞
〔粘結剤組成物の最低造膜温度（ＭＦＴ）〕
ＪＩＳＫ６８２８−２（合成樹脂エマルジョン−第２部：白化温度及び最低造膜温度の求め方）に準拠して粘結剤組成物の最低造膜温度（ＭＦＴ）測定を行った。
【００４２】
〔粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量〕
テフロン（登録商標）シート上で、各粘結剤組成物を５０℃／２５％ＲＨに調整した恒温器内で１２時間以上乾燥して各粘結剤組成物の単体乾燥物を得た。当該粘結剤組成物の単体乾燥物の質量（５０℃／２５％ＲＨ質量）を測定した後、２５℃／９０％ＲＨの雰囲気下で２４時間保管し質量（２５℃／９０％ＲＨ質量）を測定した。以下計算式にて粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量（％）を算出した。
【００４３】
粘結剤組成物の単体乾燥物の吸湿量（％）＝（２５℃／９０％ＲＨ質量−５０℃／２５％ＲＨ質量）÷５０℃／２５％ＲＨ質量×１００
【００４４】
〔常湿強度〕
日本鋳造工学会関西支部が発行する「消失模型鋳造用塗型剤の試験方法（平成８年３月）」の「６．抗折力測定法」に準じて、塗型膜強度の測定を行なった。
【００４５】
〔高湿強度〕
日本鋳造工学会関西支部が発行する「消失模型鋳造用塗型剤の試験方法（平成８年３月）」の「６．抗折力測定法」に準じて、ＴＰの作製を行った。なおＴＰ作製後、２５℃／９０％ＲＨに調整可能な恒温器に２４時間保管して、同測定法に準じて強度測定を行った。
【００４６】
〔強度保持率〕
強度保持率は下記の式により求めた。
強度保持率＝（高湿強度）／（常湿強度）×１００の値とした。
【００４７】
〔焼着欠陥の評価〕
発泡ポリスチレン（発泡倍率５０倍）を用いて図１に示す形状の鋳物用消失模型を作製した。この消失模型の表面に上記塗型剤組成物を塗布し（乾燥膜厚：１．４ｍｍ）、鋳物用消失模型を作製した。塗型塗布後の乾燥は５０℃／２５％ＲＨの条件で１２時間乾燥した。その後、高湿度の条件にするため、２５℃／９０％ＲＨの条件で１２時間保管して鋳物用消失模型を完成させた。そして、フリーマントル珪砂（５号）１００質量部に有機スルホン酸硬化剤（花王クエーカー株式会社製、ＴＫ−２）を０．２質量部添加し、これらを混練した後に、フラン樹脂（花王クエーカー株式会社製、３４０Ｂ）を上記珪砂１００質量部に対して０．５質量部混合した。得られた混練砂に上記の鋳物用消失模型を埋設し、溶融金属が溢れない速度で堰から鋳込みを行い（鋳鉄：ＦＣ−２５０、鋳込み温度：１４００℃）、２４時間経過後、鋳型をばらして鋳物を取り出した。得られた鋳物の焼着欠陥について、ポケット部に焼着が全く無いものを「焼着あり」、焼着があるものを「焼着なし」として目視で評価した。
【００４８】
＜実施例１〜９、並びに比較例１及び２＞
〔塗型剤組成物の調製〕
耐火骨材（シリカ（６０質量％、平均粒子径８０μｍ）、黒曜石（２０質量％、平均粒子径９３μｍ）、黒鉛（２０質量％、平均粒子径７９μｍ））と、当該耐火骨材１００質量部に対し、下記表１に示す粘結剤組成物の５０℃／２５％ＲＨ質量が６．０質量部になるように調整、ノニオン性界面活性剤（花王株式会社製、エマルゲン１０６）３．０質量部、ベントナイト２．０質量部、並びにイオン交換水４０質量部を混合し、塗型剤組成物を調製した。なお、表１中、アクリル系樹脂エマルジョンＡはビニルブラン２６８４（日信化学工業株式会社製）、アクリル系樹脂エマルジョンＢはビニルブラン２５８５（日信化学工業株式会社製）、酢酸ビニル系樹脂エマルジョンＦはマルカボンド３２６（中部サイデン株式会社製）である。
【００４９】
【表１】
2019084566.tif 000003
【００５０】
前記方法により測定した評価結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
2019084566.tif 000004
【００５２】
実施例及び比較例で用いた粘結剤組成物は、常湿強度では何れも充分な強度を有しているが、比較例は高湿強度及び強度保持率が低いことから、高湿度下における鋳物の製造では塗型膜強度が低下し、焼着欠陥の発生頻度が高くなると考えられる。一方、実施例は、高湿強度及び強度保持率が高いことから、高湿度下における鋳物の製造でも塗型膜強度が低下し、焼着欠陥の発生を抑制できると考えられる。
【図１】
2019084566.tif 000005