(57)【要約】【課題】消失模型の凹部に砂を容易に十分に充填でき、凹部の焼き付き等のない品質に優れた鋳物を製造できるフルモールド鋳造用鋳型の造型法を提供する。【解決手段】消失模型を使用するフルモールド鋳造用鋳型の造型法において、該模型の凹部に耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂を充填する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消失模型を使用する鋳型造型法において、該模型の凹部に耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂を充填する工程を有する、フルモールド鋳造用鋳型の造型法。
【請求項２】
耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂を充填した後、その周囲に耐砂落ち角度が６０°未満の混練砂を充填する工程を有する請求項１記載のフルモールド鋳造用鋳型の造型法。
【請求項３】
耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂が、（ｉ）耐火性骨材、（ｉｉ）有機自硬性樹脂及び／又は有機炭酸ガス硬化性樹脂、並びに（ｉｉｉ）増粘性付与剤及び／又はオキシアニオン化合物を含有する請求項１又は２記載のフルモールド鋳造用鋳型の造型法。
【請求項４】
増粘性付与剤が、繊維素もしくはその誘導体系、タンパク質系、多糖類系、ポリビニル系、ポリアクリル酸系及びポリウレタン系から選ばれる少なくとも１種以上の有機高分子、並びにベントナイトから選ばれる請求項３記載のフルモールド鋳造用鋳型の造型法。
【請求項５】
有機自硬性樹脂及び／又は有機炭酸ガス硬化性樹脂が、フラン樹脂及び水溶性フェノール樹脂から選ばれる一種以上である請求項３又は４記載のフルモールド鋳造用鋳型の造型法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フルモールド鋳造用鋳型の造型法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルモールド鋳造法では、型枠内の発泡模型の周りに混練砂を充填するが、発泡模型は軟質で木型よりも強度が低く、過度の負荷をかけると壊れやすいため、強く砂込めすることが困難である。そのため、凹部を有する形状の消失模型を用いる場合は、充填不良が生じやすく、形状不良、溶湯の差し込み、焼着等により、品質の優れた鋳物が製造できない場合がある。
【０００３】
このような充填不良を解消するために、（１）予め充填しにくい箇所に混練砂を充填、固化させる方法（特許文献１）、（２）円運動の振動を与えて鋳型砂を充填する方法（特許文献２）、（３）加速度の異なる二段階の充填を行う方法（特許文献３）、（４）特定粒径の耐火性粒状骨材と非中空球状微粒子とを併用する方法（特許文献４）などが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−１３０７４１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７１７００号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２９６４２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２３９６８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術により、消失模型の凹部への混練砂の充填性はそれなりに得られるが、充填された砂が次の工程で流出したり、工程が複雑化したり、対応する装置が必要となったりする等、更なる改善が望まれている。従って、本発明の課題は、消失模型の凹部に混練砂を容易に十分に充填でき、凹部の焼き付き等のない品質に優れた鋳物を製造できる方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、消失模型を使用する鋳型造型法において、該模型の凹部に耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂を充填する工程を有する、フルモールド鋳造用鋳型の造型法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、予め消失模型の凹部に充填する耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂（以下、混練砂（Ｉ）という）が用いられる。ここで、耐砂落ち角度は、以下の方法により測定されるものである。
【０００８】
＜耐砂落ち角度＞
１２０ｍｍ×２５０ｍｍ×２５ｍｍの木枠に評価対象の混練砂を充填し、すぐに枠を抜き取った後、砂型を傾斜させ、崩れ落ちるまでの角度を耐砂落ち角度（°）とする。この試験方法を図１に模式的に示した。
【０００９】
混練砂の耐砂落ち角度は、粘結剤、水、増粘剤、オキシアニオン化合物等により調整できるが、少量で効果のある増粘剤、オキシアニオン化合物を少なくとも含有させることが好ましい。
【００１０】
本発明では、粘性の高い混練砂（Ｉ）を予め消失模型の凹部に充填することで、凹部の砂を安定化させることができる。その際、混練砂（Ｉ）にどの程度の粘性が必要かは、模型の規模に依存するところが大きく、一般に、小規模の模型では低粘性で良いが、耐砂落ち角度は６０°以上が必要であり、大規模の模型では高い粘性が要求されるが、充填性の点から耐砂落ち角度は９０°以下が必要である。低粘性で良い場合は、水だけでもある程度の粘性を付与できる。高い粘性が必要な場合は、増粘剤等を使用すればよい。ただし、鋳込みに際しては、鋳型自体の強度が要求されるので、粘結剤を使用することが好ましい。実施にあたっては、水、粘結剤、増粘剤等の組み合せで、適度な粘性と鋳型強度を維持するように添加量や比率を決定すればよい。
【００１１】
混練砂（Ｉ）としては、（ｉ）耐火性骨材、（ｉｉ）有機自硬性樹脂及び／又は有機炭酸ガス硬化性樹脂（以下、有機自硬性樹脂等という）、並びに（ｉｉｉ）増粘性付与剤及び／又はオキシアニオン化合物を含有する混練砂（以下、混練砂（Ｉ−１）という）が好ましい。
【００１２】
混練砂（Ｉ−１）において、耐火性骨材としては、従来公知のものであれば、どのようなものでも使用することができる。例えば、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂、ムライト砂等を使用することができる。耐火性骨材の平均粒径は、１００〜５０００μｍが好ましく、特に２００〜６００μｍが好ましい。耐火性骨材の形状は任意であって良いが、球形が好ましい。耐火性骨材の平均粒径は、ＪＩＳ  Ｚ  ２６０２記載の方法に準じ、メッシュによる篩い分けで、質量基準の５０％径として求めたものである。
【００１３】
また、有機自硬性樹脂としては、フラン樹脂、水溶性フェノール樹脂、フェノールウレタン樹脂等を用いることができる。なかでも、鋳型強度の観点から、フラン樹脂、水溶性フェノール樹脂、特に、水溶性のアルカリレゾール型フェノール系樹脂（以下、アルカリレゾール樹脂という）が好ましい。有機自硬性樹脂は、耐火性骨材１００重量部に対して、０．３〜６重量部、更に０．６〜４重量部（有姿）用いられることが好ましい。
【００１４】
フラン樹脂としては、フルフリルアルコールを主原料とする樹脂が挙げられ、ホルムアルデヒドや尿素等で変性されていてもよい。また、該フラン樹脂の硬化剤としては、キシレンスルホン酸、硫酸、リン酸等の酸性化合物が、樹脂１００重量部に対して５〜５０重量部用いられる。
【００１５】
アルカリレゾール樹脂は、フェノール、ビスフェノールＡ等のフェノール類をホルムアルデヒド等のアルデヒド類と水酸化カリウム等のアルカリ性触媒の存在下に縮合反応させて得られるアルカリ性フェノール樹脂を含有する固形分濃度が２５〜９５重量％、更に３５〜７０重量％の水溶液として用いられるのが好ましい。
【００１６】
該アルカリレゾール樹脂の硬化剤としては、γ−ブチロラクトン、プロピオンラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン類、炭素数１〜１０の１価又は多価アルコール類と炭素数１〜１０のカルボン酸との有機エステル、例えばエチレングリコールジアセテート、１，２−ブタンジオールジアセテート、トリアセチン等を挙げることができる。硬化剤は、有機自硬性樹脂（有姿）１００重量部に対して１〜４０重量部の範囲で用いられるのが好ましい。
【００１７】
また、アルカリレゾール樹脂を有機炭酸ガス硬化性樹脂として用い、オキシアニオン化合物の存在下で炭酸ガスで硬化してもよい。オキシアニオン化合物としては、硼酸や、四硼酸ナトリウム１０水和物（硼砂）、四硼酸カリウム１０水和物、メタ硼酸ナトリウム、五硼酸ナトリウム等の硼酸塩等の硼酸化合物、あるいはアルミン酸塩、スズ酸塩等が挙げられ、好ましくは硼酸、硼砂である。
【００１８】
なお、オキシアニオン化合物は、空気中の炭酸ガスの作用により混練砂表面の粘性増加にも寄与することから、耐砂落ち角度調整剤として用いることもできる（従って、この場合、硬化剤としてラクトン類や有機エステルを用いるのが好ましい。）。オキシアニオン化合物は、有機自硬性樹脂（有姿）１００重量部に対して１〜１０重量部の範囲で用いられるのが好ましい。
【００１９】
また、増粘性付与剤としては、少量でも系の粘性を増加できる化合物であればよく、（１）繊維素もしくはその誘導体系、タンパク質系、多糖類系、ポリビニル系、ポリアクリル酸系及びポリウレタン系から選ばれる少なくとも１種以上の有機高分子、並びに（２）ベントナイトから選ばれるものが好ましい。
【００２０】
有機高分子のうち、増粘効果の点から、好ましくは、繊維素もしくはその誘導体系高分子及びポリビニルピロリドンから選ばれる１種以上である。
【００２１】
また、ベントナイトの種類については、特に制限はないが、ワイオミングベントナイト等の外国産、西部ベントナイト、南部ベントナイト、豊順ベントナイト、三立ベントナイト等の国産の天然ベントナイト、天然ベントナイトを改質した有機ベントナイト、ベントナイトの純分を分離精製した精製ベントナイト等を利用することができる。
【００２２】
上記混練砂（Ｉ−１）において、前記有機高分子及び／又はベントナイトを、耐火性骨材１００重量部に対して、０．１〜５重量部、更に０．３〜３重量部（固形分）含有することが好ましい。
【００２３】
また、混練砂（Ｉ−１）では、有機自硬性樹脂等（有姿）／増粘性付与剤＝５０／５０〜９５／５、更に６０／４０〜９０／１０の重量比（重量比）であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に用いられる混練砂（Ｉ）としては、耐火性骨材、有機自硬性樹脂等、硬化剤、増粘性付与剤、オキシアニオン化合物の他に、更に有機エポキシ化合物が、可使時間や強度調整の点から添加されているもの（以下、混練砂（Ｉ−２）という）が好ましい。
【００２５】
混練砂（Ｉ−２）において、耐火性骨材、有機自硬性樹脂等、硬化剤（有機エステル等）、増粘性付与剤、オキシアニオン化合物は、上記混練砂（Ｉ−１）に示したものが使用できる。
【００２６】
有機エポキシ化合物としては、炭素数２〜２０の１価又は多価ヒドロキシ化合物及びその誘導体から選ばれる化合物のグリシジルエーテルが好ましく、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテルが特に好ましい。有機エポキシ化合物は、有機自硬性樹脂（有姿）１００重量部に対して１〜４０重量部の範囲で用いられるのが好ましい。
【００２７】
混練砂（Ｉ）は、適度な粘性を有しているため、凹部に充填後の脱落等がなく、硬化させずにそのまま次の工程を進めることが好ましいが、必要に応じて硬化させることもできる。
【００２８】
本発明では、混練砂（Ｉ）を充填した後、その周囲に耐砂落ち角度が６０°未満の混練砂（以下、混練砂（ＩＩ）という）を充填する工程を有することが好ましい。
【００２９】
耐砂落ち角度が６０°未満の混練砂（ＩＩ）は、通常、フルモールド鋳造用鋳型の造型法に用いられるものが使用でき、適宜、混練砂（Ｉ）で述べた耐火性骨材、有機自硬性樹脂等、硬化剤等を用いて調製することができる。本発明では、混練砂（Ｉ）により模型の見かけ上の凹凸が消滅し、表面が滑らかとなり、混練砂（ＩＩ）の充填が容易となるので、流動性の観点から、混練砂（ＩＩ）の耐砂落ち角度は６０°未満でよい。
【００３０】
混練砂（Ｉ−１）中の増粘性付与剤は、その量が過剰になると有機自硬性樹脂等の硬化に影響を及ぼすことがある。このため、混練砂（Ｉ）中の有機自硬性樹脂等の比率を大きくして、相対的に増粘性付与剤の量を低減することが好ましい。特に、混練砂（ＩＩ）が有機自硬性樹脂等を含有する場合、混練砂（Ｉ）、特に混練砂（Ｉ−１）中の有機自硬性樹脂等の比率は、混練砂（ＩＩ）中の有機自硬性樹脂等の比率よりも大きいことが好ましい。特に、〔（Ｉ−１）中の有機自硬性樹脂等の比率（重量％）〕／〔（ＩＩ）中の有機自硬性樹脂等の比率（重量％）〕＝１．３〜５（重量比）であることが好ましい。
【００３１】
本発明のフルモールド鋳造用鋳型の造型法では、凹部を有する消失模型の凹部に、予め混練砂（Ｉ）を充填する。混練砂（Ｉ）の充填方法は模型の規模によるが、手込めが一般的である。充填後は、見かけ上、模型の凹凸や空洞がない状態となる。その後、当該模型の周囲に、混練砂（ＩＩ）を充填し、適宜混練砂（ＩＩ）を硬化させてフルモールド鋳造用鋳型を造型する。
【００３２】
なお、消失模型は、合成樹脂発泡体、好ましくは塗型が塗布された合成樹脂発泡体からなるものが使用される。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。また、模型には、貫通孔が形成されていてもよい。
【００３３】
本発明の実施態様の一例を図２に示した。図２中、１は凹部を有する消失模型、２ａ、２ｂは混練砂（Ｉ）、３は混練砂（ＩＩ）、４は湯口陶管、５は鋳枠、６は湯道、７は堰である。また、図２（Ａ）は、側面からの概略図、図２（Ｂ）は平面からの概略図である。凹部を有する消失模型１の凹部に混練砂（Ｉ）２ａ、２ｂを充填し、消失模型１全体を、凹凸や空洞のない状態にする。ついで、鋳枠５内で、消失模型１に湯口陶管４を挿入し、混練砂（ＩＩ）６を充填する。必要に応じて、鋳枠５を振動させてもよい。
【００３４】
【実施例】
実施例１
ポリスチレン系樹脂発泡体（密度０．０２ｇ／ｃｍ３）を用いて図２のような凹部（φ５０ｍｍ×２００ｍｍの円柱状及び８０ｍｍ×９０ｍｍ×２００ｍｍの直方体状）を有する消失模型（模型寸法：２００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍＨ、消失模型の表面には、塗型：カオーライトナーＰＣ−２００（花王クエーカー（株）製）を刷毛塗りした。）を作製した。混練砂（Ｉ）として、カケツフセン５号砂１００重量部に対し、フラン樹脂：カオーライトナー３４０Ｂ（花王クエーカー（株）製）１．５重量部（有姿）、硬化剤：カオーライトナーＣ−１４（花王クエーカー（株）製）０．３重量部（有姿）、増粘性付与剤：カルボキシビニルポリマー（ハイビスワコー＃１０５（和光純薬工業（株）製））１重量部（固形分）を配合し、混練後、該模型の凹部に充填した。凹部からの砂のズレ落ちはほとんど無かった。混練砂（Ｉ）の耐砂落ち角度を測定したところ、８０°であった。
【００３５】
その後、その周囲に混練砂（ＩＩ）として、カケツフセン５号砂１００重量部に対し、フラン樹脂：カオーライトナー３４０Ｂ（花王クエーカー（株）製）０．７重量部（有姿）、硬化剤：カオーライトナーＣ−１４（花王クエーカー（株）製）０．３重量部（有姿）を配合し、混練後充填した。混練砂（ＩＩ）の耐砂落ち角度を測定したところ、３０°であった。
【００３６】
室温で１日放置して硬化後、該鋳型に鋳鉄の熔湯（ＦＣ−３００）を１３９０℃で鋳込んだ。得られた鋳物は凹部もほとんど焼きつきが見られなかった。
【００３７】
実施例２
実施例１と同じ消失模型を用い、混練砂（Ｉ）として、カケツフセン５号砂１００重量部に対し、有機エステル硬化型アルカリレゾール樹脂水溶液（カオーステップＳ−６６２（花王クエーカー（株）製）を３．５重量部（有姿）、有機エステル硬化剤（カオーステップＫＣ−１５０（花王クエーカー（株）製）を０．７重量部（有姿）、増粘剤ポリビニルピロリドン０．５重量部を配合し、混練後充填した。凹部からの砂のズレ落ちはほとんど無かった。同じ混練砂の耐砂落ち角度を測定したところ、８０°であった。
【００３８】
その後、その周囲に混練砂（ＩＩ）として、カケツフセン５号砂１００重量部に対し、有機エステル硬化型アルカリレゾール樹脂水溶液（カオーステップＳ−６６２（花王クエーカー（株）製）を１．３重量部（有姿）、有機エステル硬化剤（カオーステップＫＣ−１５０（花王クエーカー（株）製）を０．３重量部（有姿）配合し、混練後充填した。混練砂（ＩＩ）の耐砂落ち角度を測定したところ、４０°であった。
【００３９】
室温で１日放置して硬化後、該鋳型に鋳鉄の熔湯（ＦＣ−３００）を１３９０℃で鋳込んだ。得られた鋳物は凹部もほとんど焼きつきが見られなかった。
【００４０】
実施例３
５０％ＫＯＨ水溶液中に、ＫＯＨの２倍モル比のフェノールを加え、撹拌、溶解させた。この水溶液を８０℃に保持しながら、フェノール１モルに対して、ホルムアルデヒドが２モルとなるようにホルマリン（５０％）を徐々に加えて、フェノールのホルムアルデヒドとの縮合反応を進行させた。この反応溶液の粘度が１５０ｍＰａ・ｓ（２５℃）に達するまで、８０℃で反応を続けた。この粘度に達した時点で反応溶液を室温まで冷却し、フェノール１モルに対してＮａＯＨ０．５モルとなるように５０％ＮａＯＨ水溶液を加え、樹脂水溶液を得た。この樹脂水溶液のアルカリ性フェノール樹脂濃度は５０重量％である。この樹脂水溶液１００重量部に対して、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを０．５重量部、硼砂４重量部添加し、これを有機自硬性樹脂Ａとした。一方、硬化成分を含む組成物として、有機エポキシ化合物（デナコールＥＸ−３１３：グリセロールポリグリシジルエーテル（ナガセ化成（株）製）と有機エステル（カオーステップＫＣ−１５０（花王クエーカー（株）製）を２：１で混合したものを硬化剤Ｂとした。
【００４１】
実施例１と同じ消失模型を用い、混練砂（Ｉ）として、カケツフセン５号砂１００重量部に対し、上記有機自硬性樹脂Ａを２重量部、硬化剤Ｂを０．３重量部配合し、混練後、模型の凹部に充填した。凹部からの砂のズレ落ちはほとんど無かった。混練砂（Ｉ）の耐砂落ち角度を測定したところ、９０°であった。
【００４２】
その後、その周囲に混練砂（ＩＩ）として、実施例２の混練砂（ＩＩ）（耐砂落ち角度４０°）を充填した。
【００４３】
室温で１日放置後、該鋳型に鋳鉄の熔湯（ＦＣ−３００）を１３９０℃で鋳込んだ。得られた鋳物は凹部も焼きつきが見られなかった。
【００４４】
比較例１
実施例１と同じ消失模型を用い、実施例１の混練砂（ＩＩ）（耐砂落ち角度３０°）を用いて模型の凹部に充填した。凹部には砂がズレ落ちてうまく充填できなかったが、注意してその後同じ混練砂を周囲に充填した。
【００４５】
室温で１日放置後、該鋳型に鋳鉄の熔湯（ＦＣ−３００）を１３９０℃で鋳込んだ。得られた鋳物は充填の甘かった凹部で特に焼きつきがひどかった。
【００４６】
比較例２
実施例１と同じ消失模型を用い、実施例２の混練砂（ＩＩ）（耐砂落ち角度４０°）を用いて模型の凹部に充填した。凹部には砂がズレ落ちてうまく充填できなかったが、注意してその後同じ混練砂を周囲に充填した。
【００４７】
室温で１日放置後、該鋳型に鋳鉄の熔湯（ＦＣ−３００）を１３９０℃で鋳込んだ。得られた鋳物は充填の甘かった凹部で特に焼きつきがひどかった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、消失模型の凹部に砂を容易に十分に充填でき、凹部の焼き付き等のない、品質に優れた鋳物を製造できるフルモールド鋳造用鋳型の造型法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐砂落ち角度の測定方法を示す概略図
【図２】凹部を有する消失模型を用いた本発明の造型法の一例を示す概略図
【符号の説明】
１：消失模型
２ａ、２ｂ：耐砂落ち角度が６０〜９０°の混練砂
３：耐砂落ち角度が６０°未満の混練砂
【図１】
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【図２】
2004344927.tif 000004