(57)【要約】第１にバインダーが加熱されても、不快な臭気や人体に悪影響を及ぼすガスを発生しない乾燥骨材混合物を提供すること、第２にバインダーと粒子状骨材の骨材混合物を鋳型造型用空間の細部まで十分に充填することのできる鋳型造型方法を提供すること、第３にバインダーと粒子状骨材の骨材混合物を造型した造型鋳型が高湿度下においても十分な性質を保つことのできる鋳型造型方法を提供することを目的とする。粒状骨材に水溶性バインダーと水から成る骨材混合物を、混合しながら前記骨材混合物に含まれる水分を、加熱、減圧又は通気し蒸発させ単粒化した乾燥混合物を用いて、又、滑剤及び架橋剤を添加した鋳型を造型する方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状骨材、１種類又は複数種類の水溶性バインダー及び水から成る骨材混合物を混合しながら、前記骨材混合物に含まれる水分を蒸発させ単粒構造にした乾燥骨材混合物であって、造型にあたり該乾燥骨材混合物に水を添加し鋳型造型材料とする乾燥骨材混合物。
【請求項２】
前記水溶性バインダーが、粒子状骨材に対し０．１〜５．０重量部含有される、請求項１に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項３】
前記水溶性バインダーが常温で水に可溶性である、請求項１又は請求項２に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項４】
前記水溶性バインダーが、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体、及び／又は澱粉もしくはその誘導体である、請求項１乃至３のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項５】
滑剤がさらに含有されている、請求項１乃至４のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項６】
粒子状骨材、水溶性バインダー、水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤及び水から成る骨材混合物を混合しながら、前記バインダーと架橋剤が架橋反応を起こさないように前記骨材混合物に含まれる水分を蒸発させ単粒構造にした乾燥骨材混合物であって、造型にあたり該乾燥骨材混合物に水を添加して鋳型造型材料とする乾燥骨材混合物。
【請求項７】
前記水溶性バインダーが、粒子状骨材に対し０．１〜５．０重量部含有される、請求項６項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項８】
前記水溶性バインダーが常温で水に可溶性である、請求項６又は請求項７に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項９】
前記水溶性バインダーが、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体、及び／又は澱粉もしくはその誘導体である、請求項６乃至８のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１０】
前記架橋剤が、アルデヒド基を有する化合物、Ｎ−メチロール化合物、カルボキシル基を有する化合物、エポキシ化合物、活性化ビニル化合物、ジイソシアネート、及び錯化剤から成る群から選ばれる、請求項６乃至９のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１１】
前記のアルデヒド基を有する化合物がグリオキザールである、請求項１０に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１２】
Ｎ−メチロール化合物が、Ｎ−メチロール尿素及びＮ−メチロールメラミンから成る群から選ばれる、請求項１０に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１３】
前記のカルボキシル基を有する化合物が、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、ブタンテトラカルボン酸及びメチルビニルエーテル−マレイン酸共重合体から成る群から選ばれる、請求項１０に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１４】
滑剤がさらに含有されている、請求項６乃至１３のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１５】
請求項１乃至５のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１６】
請求項１乃至４のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物に滑剤を添加し、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１７】
骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する前に、鋳型造型用空間に１回に充填する量以上の量のその骨材混合物を容器内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下で攪拌することによって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する、請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１乃至４のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１９】
請求項６乃至１４のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、かつ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項２０】
請求項６乃至１４のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる、鋳型造型法。
【請求項２１】
請求項６乃至１３のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物に滑剤を添加し、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、かつ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項２２】
請求項６乃至１３のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物に滑剤を添加し、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる、鋳型造型法。
【請求項２３】
骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する前に、鋳型造型用空間に１回に充填する量以上の量のその骨材混合物を容器内に一時貯蔵するとともに、骨材混合物の水分が解凍しない環境下で攪拌することによって骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する、請求項１９乃至２２のいずれか１請求項に記載の造型法。
【請求項２４】
請求項６乃至１３のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、かつ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、造型された鋳型を前記鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項２５】
請求項６乃至１３のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる、鋳型造型法。
【請求項２６】
請求項１９乃至２５のいずれか１請求項に記載の鋳型造型法で造型されたアルミニウム合金鋳造用中子。
【請求項２７】
請求項１９乃至２５のいずれか１請求項に記載の鋳型造型法で造型され、表面に塗型をした鋳造用中子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、バインダーを含有する鋳型造型材料を造型するとき、又はバインダーを含有する鋳型造型材料を造型した鋳造用中子を使用して溶湯を注湯するときに、バインダーが加熱されても、不快な臭気や人体に悪影響を及ぼすガスを発生しない乾燥骨材混合物、その乾燥骨材混合物を用いた鋳型造型方法、及びその鋳型造型方法により作製された鋳造用中子に関する。
【背景技術】  従来、砂粒子同士を一つに合わせて結合させるためのバインダーとして有機及び無機の様々な種類のものが用いられてきた。この様なバインダーを用いて砂を固化した造型物は、例えば、鋳造に用いる鋳型キャビティの中に配置して鋳造物の内側表面を形成する中子に使用されている。例えば、このようなバインダーとしては、フェノール−ホルムアルデヒド系の樹脂が挙げられる。
鋳型造型方法としては、バインダーを被覆させた砂を、加熱された造型用金型に吹き込み充填し、金型の熱により、充填した砂に被覆されたバインダーを硬化させる、いわゆるシェルモールド造型方法がある（例えば、特開平１０−１９３０３３号公報参照）。
又、水と水溶性バインダーとを主体とするバインダーを配合した鋳物砂を混練しながら冷凍し、あらかじめ加熱しておいた型にこの冷凍鋳物砂を充填して乾燥、硬化させる鋳型造型方法がある（例えば、特開昭５５−８３２８号公報参照）。
上記特開平１０−１９３０３３号公報に示された造型方法では、金型の熱によりバインダーを硬化させるときにホルムアルデヒド、フェノール及びアンモニアのような揮発ガスを発生する。発生したガスは、不快な臭気を発生させたり、又、人体に悪影響を及ぼす。又、尿素−ホルムアルデヒド系及びフェノール−ホルムアルデヒド系の樹脂を含むバインダーを用いた鋳造用中子が鋳造鋳型に用いられるが、鉄系合金、軽合金などの溶湯を鋳型に注湯した時、バインダーが加熱され、揮発又は分解することによりガスが発生し、そのガスにより注湯物中に空泡を発生させることもある。
樹脂系バインダーを含有する鋳造用中子を一般的に非鉄系合金、例えばアルミニウム合金の鋳造に用いた場合、鋳型への注湯温度が７００℃前後であるため、樹脂系バインダーは、十分に揮発又は分解しない。その結果、注湯物が冷却した後に、中子を注湯物から容易に除去できないことがある。除去できない場合、中子に振動を与えたり、注湯物及び中子を再加熱しバインダーを揮発又は分解させ、除去しなければならない。
又、特開昭５５−８３２８号公報に示された造型方法は、水及び水溶性バインダーを主体とするバインダーを配合した鋳物砂を冷凍し、この冷凍混合物を型に吹込み充填する時や２回目の吹込み充填を行うまでに、ブローヘッド内の硅砂の単粒同士が相互に凝集して粗大化するため、ブローヘッド内の混合物を連続して型に充填するのが極めて困難である。従って、この種の鋳型造型法は、従来、実用化されていないのが現状である。
水溶性バインダーを用いた鋳造用中子を高湿度下に放置した場合、一般的に水溶性バインダーは吸水し結合が弱まり中子が変形したり、形を保つことができなくなることもある。鋳造に用いることができても、溶湯を鋳型に注湯した時に水分が加熱され水蒸気が発生し、注湯物中に空泡を発生させる。
【発明の開示】
本発明は、上記の問題を解消する乾燥骨材混合物及び鋳型造型法を提供する。第１に、本発明は、バインダーが加熱されても、不快な臭気や人体に悪影響を及ぼすガスを発生しない乾燥骨材混合物を提供することを目的とする。
第２に、本発明は、バインダーと砂を含有する骨材混合物を鋳型造型用空間内の細部まで十分に充填することができる鋳型造型法を提供することを目的とする。
第３に、本発明は、砂とバインダーを含有する骨材混合物を造型した鋳造用中子が高湿度下においても保形性を維持することができる鋳型造型法を提供することを目的とする。
さらに第４に、本発明は、良好な注湯物を製造でき、注湯物が冷却した後、中子を容易に除去できる、アルミニウム合金用中子を提供することを目的とする。そのアルミニウム合金用中子は、本発明の鋳型造型法により造型される。
第５に、本発明は、良好な注湯物を製造できる、鉄系、銅合金等の、アルミニウム合金より注湯温度が高い金属用の中子を提供することを目的とする。その鉄系等金属用の中子は、本発明の鋳型造型法により造型された中子の表面に塗型を施すことにより得られる。
本発明は、粒子状骨材、水溶性バインダー及び水から成る骨材混合物を混合しながら、前記骨材混合物に含まれる水分を蒸発させて単粒構造にした乾燥骨材混合物であって、造型にあたり該乾燥骨材混合物に水を添加して鋳型造型材料とする乾燥骨材混合物に関する。
他の態様として、本発明は、粒子状骨材、水溶性バインダー、水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤、及び水から成る骨材混合物を混合しながら、架橋反応を起こさせないように前記骨材混合物に含まれる水分を蒸発させて単粒構造にした乾燥骨材混合物であって、造型にあたり該乾燥骨材混合物に水を添加して鋳型造型材料とする乾燥骨材混合物に関する。
上記乾燥骨材混合物では、骨材は、水溶性バインダーにより被覆されている。
さらに他の１つの態様において、本発明の乾燥骨材混合物中に滑剤を含有させる。
又、本発明は、前記架橋剤を含有しない前記乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その単粒骨材混合物を鋳型造型用空間に充填した後、前記骨材混合物中の水分を蒸発させて前記骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出す鋳型造型法に関する。
又、本発明は、前記鋳型造型方法において、骨材混合物を冷凍し単粒構造にした後に、その単粒構造骨材混合物を、前記鋳型造型用空間に１回に充填する量以上に容器内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下で攪拌することによって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、その後、その単粒構造骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する、鋳型造型法に関する。
滑剤を含有しない乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍した後に、滑剤を添加すると、すでに滑剤を含有している乾燥混合物を用いる場合よりも、良好な効果が得られる。
又、他の態様として、本発明は、滑剤及び前記架橋剤を含有しない前記乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させ、その発泡骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、前記骨材混合物中の水分を蒸発させ、前記骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後、前記鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出す、鋳型造型方法に関する。
又、本発明は、前記架橋剤を含有する前記乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍固化し単粒構造にし、その単粒構造骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、前記骨材混合物中の水分を蒸発させて前記骨材混合物を固化させ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出す、鋳型造型法に関する。
又、本発明は、その鋳型造型法において、骨材混合物を冷凍し単粒構造とした後に、その単粒構造骨材混合物を、前記鋳型造型用空間に１回に充填する量以上に容器内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下で攪拌することによって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、その後、その単粒構造骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する、鋳型造型法に関する。
又、本発明は、前記架橋剤を含有する前記乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍固化し単粒構造にし、その単粒構造鋳型造型混合物を鋳型造型用空間内に充填し、加熱又は通気し、鋳型造型用空間内で骨材混合物中の水分を蒸発させた後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出し、その後、取り出した造型鋳型の水溶性バインダーと架橋剤とをより完全に架橋反応させる、鋳型造型方法に関する。
又、本発明は、その鋳型造型方法において、その単粒構造鋳型造型混合物を鋳型造型用空間に１回に充填する量以上に容器内に一時貯蔵するとともに、前記混合物の水分が解凍しない環境下での攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、鋳型造型用空間内に充填する、鋳型造型法に関する。
又、他の態様として、本発明は、前記架橋剤を含有する前記乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させその骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、その後、鋳型造型用空間内で骨材混合物中の水分を蒸発させ、かつ水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出す、鋳型造型方法に関する。
又、他の態様として、本発明は、前記架橋剤を含有する乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させその骨材混合物を前記鋳型造型用空間に充填し、鋳型造型用空間内で骨材混合物中の水分を蒸発させた後に、鋳型造型用空間から造型鋳型を取り出し、その取り出した造型鋳型の水溶性バインダーと架橋剤とをより完全に架橋反応させる、鋳型造型方法に関する。
さらに、本発明は、前記鋳型造型方法により造型するアルミニウム合金鋳造用中子を提供する。
本発明において粒子状骨材は、珪砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂等の１種以上のものから成る。
本発明の乾燥骨材混合物において水溶性バインダーを用いることにより、この乾燥骨材混合物を用いて本発明の鋳型造型方法により造型された中子に溶湯を注湯したときに、バインダーが容易に揮発又は分解し、容易に注湯物から中子を除去できる。
水溶性バインダーは、常温において水溶性であるものを用いることが好ましい。常温において水溶性である水溶性バインダーは、前記乾燥骨材混合物に水を添加し骨材混合物を作製するときに、粒状骨材に被覆させた水溶性バインダーと水を加熱することなく混合することができるが、常温で水に可溶でない水溶性バインダーは加熱しなければ水と混合できないために加熱しなくてはバインダーの効果を発揮しない。又、骨材混合物を冷凍固化して単粒構造にする場合に、加熱することは時間やエネルギーの無駄となる。
本発明に用いる水溶性バインダーは、ポリビニルアルコールもしくはその誘導体あるいは、澱粉もしくはその誘導体が好ましい。ポリビニルアルコール誘導体の例として、酢酸基、カルボキシル基、酪酸基、シラノール基等含有ポリビニルアルコールが挙げられる。澱粉の例としては、馬鈴薯、とうもろこし、タピオカ、及び小麦等由来の澱粉が挙げられる。澱粉誘導体の例として、エーテル化澱粉、エステル化澱粉及び架橋澱粉が挙げられる。熱可塑性澱粉、グラフト化澱粉等は、バインダーとして強度が十分でなく、本発明において用いられるのに適さない。本発明において用いられる水溶性バインダーは、入手が容易であり、又、澱粉は特に安価である。
本発明において、水溶性バインダーの含量は、骨材１００重量部に対して、０．１重量部乃至５．０重量部であることが望ましい。水溶性バインダーの量が０．１重量部未満では十分な強度を有する造型鋳型が得られず、水溶性バインダーの量が５．０重量部を超えると、冷凍した混合物の単粒構造の維持工程において大きな塊ができやすく、その混合物の単粒構造を十分に維持するのに時間や労力が必要となり、又、得られた鋳型が過剰な強度を有する。
乾燥骨材混合物を製造するために水分を蒸発させる前の骨材混合物では、架橋剤が含有されない場合、粒子状骨材に対して、水溶性バインダーの水分と、添加される水の合計量が実用的には約５乃至３０重量部になるような量で、又、架橋剤が含有される場合には、粒子状骨材に対して、水溶性バインダーの水分と、架橋剤水溶液の水分と、添加される水の合計量が実用的には約５乃至３０重量部になるような量で、水が添加されることが適している。水の含量が少なすぎると骨材を均一に被覆できず、多すぎると乾燥に時間がかかる。
乾燥骨材混合物を作製するために、骨材混合物に含まれる水分は、加熱、減圧又は通気することにより蒸発させる。
加熱により水分を蒸発させる場合、例えば、粒子状骨材、水溶性バインダー水溶液及び水を混練機中で攪拌しながら熱風発生器により、約１００℃の噴出し温度の熱風を攪拌混合物に約１０分間吹きつける。
減圧により水分を蒸発させる場合、例えば、２５℃に保持された恒温槽内にて０．０１ＭＰａの圧力を用いればよい。
通気の場合、加熱加圧空気を用いる。
本発明の乾燥骨材混合物では骨材は水溶性バインダーにより被覆されている。
本発明の乾燥骨材混合物中に最終的に含有される水の量は、好ましくは、前記混合物の重量に基づいて１．０重量％以下の量である。
本発明において、滑剤を使用すると、吹込充填において、次の吹込みを行なうまでにブローヘッド内での骨材粒子同士が相互に凝集するのを防止し、ある程度の連続の吹込みを可能にし、鋳型造型用空間への骨材混合物の安定で高い密度での充填を保証する。
本発明において用いられる滑剤の例として、流動パラフィン等の蝋状でないパラフィン類、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等のステアリン酸塩が挙げられる。前記骨材混合物を冷凍前又は冷凍後に滑材を添加することにより、この骨材混合物を容易に単粒構造にすることができる上に単粒構造を維持することができる。冷凍後に添加することにより滑剤の効果はより良好に発揮される。
滑剤としてステアリン酸カルシウムを用いた場合、その量は粒子状骨材に対して約０．０１重量部乃至０．１重量部である。
上記の、乾燥骨材混合物中に架橋剤を含有させ、架橋剤と水溶性バインダーとを架橋させる方法では、架橋剤に熱を付与することにより、架橋反応が起こり、水溶性バインダーの、粒子状骨材同士に対する結合が強化され、水溶性バインダーと水分子との反応を起こしにくくすることにより骨材混合物を造型した造型鋳型が高湿度下においても十分な性質を保つことができる。
本発明の乾燥骨材混合物を製造するために、加熱により水分を蒸発させる場合、水溶性バインダーと、水溶性バインダーと架橋反応する架橋剤が急速に架橋する温度以上に加熱されると、架橋反応が起こってしまい、後の造型工程で架橋反応が起こらず、造型鋳型に架橋の効果が得られなくなるため、架橋が急速に進む温度にまで加熱してはならない。
架橋剤として、ブタンテトラカルボン酸を用いる場合、ブタンテトラカルボン酸の融点、すなわち、１８０℃より低い温度で加熱しなくてはならない。
本発明において、用いられる架橋剤は、例えば、グリオキザールのようなアルデヒド基を有する化合物、又、Ｎ−メチロール尿素、Ｎ−メチロールメラミンのようなＮ−メチロール化合物、又、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、ブタンテトラカルボン酸及びメチルビニルエーテル−マレイン酸共重合体のようなカルボキシル基を有する化合物、又、その他エポキシ化合物、活性化ビニル化合物、ジイソシアネート、及び錯化剤等であるがそれらに限定されない。
エポキシ化合物の例は、エピクロルヒドリンが挙げられる。
活性化ビニル化合物の例は、ジビニルスルホンが挙げられる。
ジイソシアネートの例は、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４−トリレンジイソシアネートが挙げられる。
錯化剤の例は、Ｃｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｖ、又はＣｒを含む錯化剤である。錯化剤は、骨材を再循環させて使用する場合に、蓄積される金属が含まれるので好ましくない。
上記架橋剤において、鋳型造型時又は注湯時に有害ガスの発生が少ない、エステル結合による架橋剤、すなわち、カルボキシル基を有する架橋剤の使用が好ましい。
架橋剤の添加量は、水溶性バインダーに対し５〜５０重量％とする。架橋剤の量が水溶性バインダーに対し５重量％に満たないと架橋反応による効果が十分でなく、造型鋳型が高湿度下におかれた場合、十分な強度を保つことができない。又、架橋剤の量が水溶性バインダーに対し５０重量％を超えると、高湿度下におかれた場合に十分な強度を保つことができるが、その効果は、５０重量％の効果と変わらないため、５０重量％より多い量の架橋剤の添加は経済的でなく好ましくない。
架橋剤は水溶液として用いられ、例えば、ブタンテトラカルボン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体の場合、約２０重量％水溶液として用いられる。
本発明の鋳型造型法において、乾燥骨材混合物に添加される水の量は、乾燥骨材混合物１００重量部に対して０．５重量部乃至１０．０重量部である。本発明の乾燥骨材混合物に添加された水は水溶性バインダー中に分散し、造型工程において蒸発されてしまい、水分が蒸発する間にバインダーが粒子状骨材を固化させる。添加される水が０．５重量部未満であると水溶性バインダーの粘度が高くなりすぎるためバインダーが粒子状骨材同士を十分に結合できず、造型鋳型は十分な強度を得られない。又、添加される水が１０．０重量部を超えると造型工程において水分は蒸発されるため造型鋳型内部の空間となってしまい造型鋳型の強度が低下する。さらには、水分が多いため、蒸発させるのに必要な、より多くのエネルギーと時間を要することとなり経済的でなく好ましくない。
架橋反応は、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す前に又は取り出した後に行なわせ得る。取り出す前に架橋反応をさせるとき、造型サイクルが長くなり、サイクルが長くなることが生産上好ましくないときには取り出した後に架橋反応させればよい。
造型鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、架橋反応を起こす場合に、例えば、２２０℃の雰囲気下で４０分程度、又は２５０℃の雰囲気下で２０分程度、より高い温度ではより短い時間で架橋反応させる。
本発明の造型方法において、乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にすることにより、骨材混合物を鋳型造型用空間の細部まで十分に充填することができる。
この単粒構造とは、粒子状骨材の単粒子又は、粒子状骨材の粒子同士が結合したクラスター状の塊が鋳型造型用空間の細部まで十分に充填することができる大きさで鋳型造型用空間に均一分散している状態を付与する構造である。
本発明の造型法において、本発明の乾燥骨材混合物に水を添加して骨材混合物にしたものを冷凍したときに得られる単粒構造とは、骨材表面に冷凍したバインダー水溶液（乾燥混合物表面のバインダーが水に溶けたもの）が被覆された状態である。
冷凍させた骨材混合物の単粒構造を維持させる方法としては、骨材混合物の水分が解凍しない環境下での、例えば温度０℃以下の環境下での攪拌羽根を備えた攪拌装置による撹拌や、−２０℃乃至−３０℃又はそれより低い温度の空気のような低温の加圧気体の吹込みによる撹拌などがある。骨材混合物を単粒構造に維持させることにより、吹込み充填の場合に、次の吹込み充填を可能にする。
本発明の造型方法の１つの態様である、乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する方法では、骨材混合物を攪拌することにより、発泡空気が分散し、それにより骨材混合物を鋳型造型用空間に加圧充填するときに骨材混合物が流動する効果が得られる。従って、この造型方法において滑剤を用いる必要はない。
又、その造型方法では、攪拌により、骨材混合物中に分散した気孔、及びバインダー中の水分が、加熱された金型の熱により鋳型中心部に集まることから、その中心部においては骨材の充填密度が低い鋳型となる。その鋳型を鋳造に用いると、中心部が低充填密度になっていることから結果的にバインダー量が少なくなっており、従って、バインダーの分解によるガスは少なくなり、又、鋳型の空孔部が多いことからバインダーの分解によるガス等の排出が容易となる。
発泡させるための攪拌は、攪拌機を用いて行い得て、生じた発泡を混合物中に均一に分散させる。攪拌時間は、約１分間で十分である。
又、本発明の鋳造用中子が、本発明の鋳型造型方法により造型することにより得られる。本発明の鋳造用中子を、非鉄系合金、例えばアルミニウム合金の鋳造に用いた場合、鋳型への注湯温度が７００℃前後で、鉄系材料の注湯温度約１４００℃より低温の溶湯を注湯しても、その熱で、本発明において用いられる水溶性バインダーは、揮発又は分解するので、注湯物が冷却した後、中子を容易に除去することができる。又、本発明の鋳造用中子を、鉄系等金属の鋳造に利用する場合には、中子表面に塗型を施すことで良好な鉄系等金属注湯物ができ、鋳型も容易に除去することができる。塗型に用いられる塗型剤の例としては、エタノール系塗型剤、水系塗型剤等が挙げられる。
本発明において骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する方法としては、吹込み、加圧、鋳型造型用空間の減圧による吸い込み等がある。
又、鋳型造型用空間に充填された骨材混合物における水分を蒸発させる方法としては、鋳型造型用空間を画定する高温の金型による水分の蒸発、過熱水蒸気又はマイクロ波の照射、真空環境下での放置、必要に応じた鋳型造型用空間内への通気等がある。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の造型法の１つの方法を実施するための鋳型造型装置の概要を示す縦断正面図である。
図２は、本発明の造型法の他の方法を実施するための鋳型造型装置の概要を示す縦断正面図である。
図３は、骨材混合物を冷凍した後に、攪拌を行なった場合と、行なわなかった場合におけるキャビティ内の骨材混合物の充填密度を測定した結果を示すグラフである。
図４は、骨材混合物に滑剤が添加された場合と添加されない場合において、骨材混合物の３回の吹込みに一度、骨材混合物の攪拌を行なった場合におけるキャビティ内の混合物の充填速度を測定した結果を示すグラフである。
好ましい態様の形態
以下に、本発明の乾燥骨材混合物及び鋳型造型法について具体的に記載する。
乾燥骨材混合物作製（１）
粒子状骨材１００重量部、この粒子状骨材に対して０．１〜５．０重量部のバインダー成分となる水溶液及び、水溶性バインダー水溶液の水と添加する水の合計量が５乃至３０重量部になるような量の水を混合し、続いて熱風を照射してこの混合物中の水分を蒸発除去し、粒子状骨材表面に水溶性バインダーを被覆した乾燥状態の骨材混合物を製造する。
乾燥骨材混合物作製（２）
粒子状骨材１００重量部、この粒子状骨材に対して０．１〜５．０重量部のバインダー成分となる水溶液、水溶性バインダーに対し５〜５０重量％の架橋剤の約２０重量％水溶液、及び水溶性バインダー水溶液の水分と架橋剤水溶液の水分と添加する水の合計量が５乃至３０重量部になるような量の水を混合し、続いて熱風を照射してこの混合物中の水分を蒸発除去し、粒子状骨材表面に架橋剤を含有する水溶性バインダーを被覆した乾燥状態の骨材混合物を製造する。
造型方法（１）
次に図１に基づいて造型工程を説明する。乾燥骨材混合物作製（１）で得られた乾燥骨材混合物１００重量部に対し水を０．５〜１０．０重量部を添加し混合し、その後に、−２０〜−３０℃に保たれた冷凍庫内に設置された混合機にて混合することにより冷凍固化し単粒構造にし、鋳型造型用金型７のキャビティ８内に１回に充填する量以上の量を吹き込み用ブローヘッド２内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下での攪拌羽根５による攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４にて吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置されており、水が蒸発する温度以上で水溶性バインダーが急激に分解しない温度、好ましくは１５０〜２５０℃に保持されている鋳型造型用金型７のキャビティ８内に吹き込み充填し、充填された骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出す。
造型方法（２）
前記乾燥骨材混合物作製（２）で得られた乾燥骨材混合物１００重量部に対し水を０．５〜１０．０重量部を添加し混合し、混合しながら、−３０℃以下の窒素ガスにより冷凍固化し単粒構造にし、鋳型造型用金型７のキャビティ８に１回に充填する量以上の量を吹き込み用ブローヘッド２内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下での攪拌羽根５による攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４で吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を、吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置されており、水が蒸発する温度以上で水溶性バインダーが急激に分解しない温度、好ましくは１５０〜２５０℃に保持されている鋳型造型用金型７のキャビティ８内に吹き込み充填し、水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出す。その後、取り出した造型鋳型を水溶性バインダーと架橋剤が十分に架橋反応を起こす温度、好ましくは２００〜２５０℃に保持された恒温槽内に水溶性バインダーと架橋剤が架橋反応を十分に起こす時間、好ましくは２０〜９０分投入し、十分架橋反応させた後に造型鋳型をその恒温槽から取り出す。
なお、冷凍固化を、−２０℃乃至−３０℃の冷凍機の冷風を使用して行ない、他の工程は、上記のように行なってもよい。
造型方法（３）
前記乾燥骨材混合物作製（２）で得られた乾燥骨材混合物１００重量部に対し水を０．５〜１０．０重量部を添加し混合し、その後に、−２０〜−３０℃に保たれた冷凍庫内に設置された混合機にて混合することにより骨材混合物を冷凍固化し単粒構造にし、鋳型造型用金型７のキャビティ８内に１回に充填する量以上の量を吹き込み用ブローヘッド２内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下での攪拌羽根５による攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４で吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を、吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置されており、水が蒸発する温度以上で水溶性バインダーが急激に分解しない温度、好ましくは１５０〜２５０℃に保持されている鋳型造型用金型７のキャビティ８内に吹き込み充填し、充填された骨材混合物中の水分を蒸発させ、架橋反応させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出す。
造型方法（４）
次に図２に基づいて造型工程を説明する。前記乾燥骨材混合物作製（２）で得られた乾燥骨材混合物１００重量部に対し水を０．５〜１０．０重量部を添加し、得られた骨材混合物を攪拌混合することにより発泡させ、前記骨材混合物１をシリンダ３内に投入し、その後、シリンダ３を伸長し、骨材混合物１をシリンダ３の上部に設置されており、水が蒸発する温度以上で水溶性バインダーが急激に分解しない温度、好ましくは１５０〜２５０℃に保持されている鋳型造型用金型７のキャビティ８内に充填し、充填された骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出す。その後、取り出した造型鋳型を水溶性バインダーと架橋剤が十分に架橋反応を起こす温度、好ましくは２００〜２５０℃に保持された恒温槽内に水溶性バインダーと架橋剤が架橋反応を十分に起こす時間、好ましくは２０〜９０分投入し、十分架橋反応させた後に造型鋳型をその恒温槽から取り出す。
【実施例１】  前記乾燥骨材混合物作製（１）において得られた、珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、ポリビニルアルコール［Ｒ−２１０５、Ｒ−１１３０（共にシラノール基含有ポリビニルアルコール誘導体であり、Ｒ−２１０５は低粘度であり、Ｒ−１１３０は高粘度である）、ＰＶＡ１０５、ＰＶＡ１２４（共に完全懸化タイプポリビニルアルコールであり、ＰＶＡ１０５は低粘度であり、ＰＶＡ１２４は高粘度である（いずれもクラレ製））０．４重量部及び０．８重量部から成る乾燥骨材混合物１００重量部と水６部を混合した後、約−３０℃に保たれた冷凍庫内に設置された混合機により混合することにより骨材混合物を冷凍固化し単粒構造にし、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物を、約−３０℃の冷凍庫内で予め冷却されている吹き込み用ブローヘッド２内に約５００ｇ一時貯蔵するとともに、同じく約−３０℃に冷却されている攪拌羽根５による約６０ｒｐｍでの攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４にて吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置されており、鋳型造型用金型７の、電気カートリッジヒーターにより１５０℃に保持されており、容量約７０ｃｍ３のキャビティ８内に約１００ｇ吹き込み充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出した。
この造型鋳型を鋳造用金型の中子とし、注湯テストを行った。アルミニウム合金（ＡＣ４Ｂ）を注湯温度７１０℃で注湯したところ、いずれの４種類のポリビニルアルコール（水溶性バインダー）、及び２種類の添加量においても悪臭及び鋳造欠陥の発生はなかった。又、鋳型へ注湯温度７１０℃の溶湯を注湯したときにその熱でバインダーが揮発又は分解し、注湯物が冷却した後中子を容易に除去することができた。
【実施例２】  前記乾燥骨材混合物作製（２）において得られた、珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５  日本酢ビ・ポバール製）０．８重量部、架橋剤としてブタンテトラカルボン酸（リカシッドＢＴ−Ｗ  新日本理化製）０．３４重量部から成る乾燥骨材混合物１００重量部と水６重量部を混合した後、混合しながら−３０℃以下の窒素ガスで骨材混合物を冷凍固化し、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物を、約−３０℃の窒素ガスの通気により予め冷却されている吹き込み用ブローヘッド２内に約５００ｇ一時貯蔵するとともに、約−３０℃の窒素ガスの通気環境下で攪拌羽根５による約６０ｒｐｍでの攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４にて吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を、吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に、吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置されており、鋳型造型用金型７の、電気カートリッジヒーターにより１５０℃に保持されており、容量約７０ｃｍ３のキャビティ８内に約１００ｇ吹き込み充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７の１５０℃に保持されているキャビティ８内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２００℃に保持された恒温槽内に８０分間投入し、架橋反応を促進させ、その後、取り出し、湿度３０％の恒湿槽内にて常温に自然冷却させた。この造型鋳型を曲げ試験片とし、この状態での曲げ強さと試験片作製後３５０℃の恒温槽内に３０分保持した試験片の曲げ強さを測定し、強度劣化率を算出した。この強度劣化率はアルミニウム合金等の軽合金鋳造に用いた場合、容易に鋳造物から中子を除去できるかの目安とされる。このテスト結果を表１に示す。この結果より、同一条件のシェル（バインダーとしてフェノール樹脂）では、強度劣化率２０％前後、アルミニウム合金用のシェル［旭有機材工業のＡＤシェル（バインダーとしてアクリル系樹脂）］においても強度劣化率７０％前後であり、本発明のバインダーを用いた造型法で作製された造型鋳型が優れていることがわかる。
2004041460.tif 000003
本実施例の方法で作製された造型鋳型を試験片とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した。このテスト結果を表２に示す。この表２から架橋剤を添加した造型鋳型は、湿度９８％の恒湿槽内に２４時間収容しても、曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。又、架橋剤を含まないことを除いて上記方法と同様に作製した造型鋳型を用いて作成した試験片は、湿度３０％の恒湿槽内に収容した試験片は、本実施例の方法で作製された造型鋳型の試験片と同様の強度があったが、湿度９８％の恒湿槽内に収容した試験片は、曲げ強度が０．５ＭＰａ以下となった。従って、高湿度の環境下に放置させる可能性のある鋳型においては、本発明の骨材混合物に架橋剤を添加することが適していることがわかる。
2004041460.tif 000004
【実施例３】  実施例２に記載した方法での造型鋳型作製を複数回行い、骨材混合物１をキャビティ８内へ吹き込むに当り、骨材混合物１を吹き込む度に吹き込む前に攪拌羽根５による骨材混合物１の攪拌を行なった場合と、攪拌羽根５による骨材混合物１の攪拌を行なわなかったことを除く他は、実施例２に記載した手順で造型鋳型を複数回、作製した場合における、キャビティ８内の骨材混合物１の充填密度を測定した結果を図３に示す。図３からは、骨材混合物を吹き込む前に骨材混合物の攪拌を行なうと、安定して高い重点密度が得られるが、骨材混合物の攪拌を行なわないと、安定して高い重点密度が得られず、望ましい鋳型造型ができないことがわかる。
【実施例４】  実施例２に記載した方法による複数回の造型鋳型作製、並びに、実施例２における方法において、骨材混合物を冷凍させた後に、その冷凍された骨材混合物に、滑剤としてステアリン酸カルシウムを骨材に対して０．０１重量部添加して複数回の造型鋳型作製において、それぞれ、キャビティ８内への骨材混合物１を吹き込むに当り、３回の吹込みに一度、骨材混合物を吹き込む前に攪拌羽根による攪拌を行なった場合におけるキャビティ内の骨材混合物の充填密度を測定した結果を図４に示す。図４から、骨材混合物１に滑剤を添加することにより、３回の吹込みに１度だけ混合物の攪拌を行なっても、安定して高い充填密度が得られることがわかる。
【実施例５】  前記乾燥骨材混合物作製（２）において得られた、珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、澱粉（アミコールＫＦ  日澱化学製）２．０重量部、メチルビニルエーテル−無水マイレン酸共重合体（アイエスピー製のガントレッツＡＮ−１１９）０．８６重量部から成る乾燥骨材混合物１００重量部と水６重量部を混合した後、混合しながら−３０℃以下の窒素ガスで骨材混合物を冷凍固化し、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物を、約−３０℃の窒素ガスの通気により予め冷却されている吹き込み用ブローヘッド２内に約５００ｇ一時貯蔵するとともに、約−３０℃の窒素ガスの通気環境下で攪拌羽根５による約６０ｒｐｍでの攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４で吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を、吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に、吹き込み用ブローヘッド２の下部に股置され、鋳型造型用金型７の、電気カートリッジヒーターにより１５０℃に保持されており、容量約７０ｃｍ３のキャビティ８内に約１００ｇ吹き込み充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２５０℃に保持された恒温槽内に６０分間投入し、架橋反応させ、その後、取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した。このテストの結果を表３に示す。この表３からは、湿度９８％の恒湿槽内に２４時間収容しても、曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。
2004041460.tif 000005
【実施例６】  前記乾燥骨材混合物作製（２）において得られた、珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＬ−０５  日本酢ビ・ポバール製）０．２重量部、澱粉（デキストリンＮＤ−Ｓ  日澱化学製）１．０重量部、ブタンテトラカルボン酸（リカシッドＢＴ−Ｗ  新日本理化製）の０．８６重量部から成る乾燥骨材混合物１００重量部と水６重量部を混合した後、混合しながら−３０℃以下の窒素ガスで骨材混合物を冷凍固化し、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物を、約−３０℃の窒素ガスの通気により予め冷却されている吹き込み用ブローヘッド２内に約５００ｇ一時貯蔵するとともに、約−３０℃の窒素ガスの通気環境下で攪拌羽根５による約６０ｒｐｍでの攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４で吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を、吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に、吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置され、鋳型造型用金型７の、電気カートリッジヒーターにより２００℃に保持されており、容量約７０ｃｍ３のキャビティ８内に約１００ｇ吹き込み充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２５０℃に保持された恒温槽内に６０分間投入し、架橋反応させ、その後、取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した。このテストの結果を表３に示す。この表３からは、湿度９８％の恒湿槽内に２４時間収容しても、曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。
2004041460.tif 000006
【実施例７】  前記乾燥骨材混合物作製（２）において得られた、珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５  日本酢ビ・ポバール製）０．８重量部、架橋剤としてブタンテトラカルボン酸（リカシッドＢＴ−Ｗ  新日本理化製）０．２重量部から成る乾燥骨材混合物１００重量部と水６重量部を混合機（愛工舎卓上ミキサー）で約３００ｒｐｍにおいて攪拌混合し発泡させ、（以下、図２を参照しながら説明する）前記骨材混合物をシリンダー３内に投入し、シリンダー面圧０．５ＭＰａでのエアシリンダーで、鋳型造型用金型７の、電気カートリッジヒーターにより２００℃に保持されており、容量約７０ｃｍ３のキャビティ８内に約１００ｇ加圧充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２００℃に保持された恒温槽内に８０分間投入し、架橋反応させ、その後、恒温槽から取り出した。この造型鋳型を曲げ試験片とし、湿度３０％の恒湿槽内に保持した試験片、及び湿度９８％の恒湿槽内２４時間保持した試験片の充填密度、及び曲げ強さを測定した。このテストの結果を表４に示す。この表４からは、湿度９８％の恒湿槽内に２４時間収容しても、曲げ強さに関して鋳型として十分使用できる強度が保証されていることが分かる。
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【実施例８】  本実施例において、水溶性バインダーのみが異なる二種類の乾燥骨材混合物を用いて、それぞれ鋳造用の中子を作製した。その二種類の乾燥骨材混合物は、前記乾燥骨材混合物作製（２）において得られた、珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、ポリビニルアルコール（ＪＰ−０５  日本酢ビ・ポバール製）０．８重量部、架橋剤としてブタンテトラカルボン酸（リカシッドＢＴ−Ｗ  新日本理化製）０．２重量部から成る乾燥骨材混合物、並びに珪砂（フラタリーサンド）１００重量部、澱粉（アミコールＫＦ  日澱化学製）１．０重量部、架橋剤としてブタンテトラカルボン酸（リカシッドＢＴ−Ｗ  新日本理化製）０．２重量部から成る乾燥骨材混合物である。その各々の乾燥骨材混合物１００重量部と水５部をそれぞれ混合した後、混合しながら−３０℃以下の窒素ガスにより骨材混合物を冷凍固化し単粒構造にし、（以下、図１を参照しながら説明する）前記骨材混合物を、約−３０℃の窒素ガスの通気により予め冷却されている吹き込み用ブローヘッド２内に約５００ｇ一時貯蔵するとともに、約−３０℃の窒素ガスの通気環境下で攪拌羽根５による約６０ｒｐｍでの攪拌によって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、シリンダ３を降下させシリンダ３の先端に取り付けられたシール４にて吹き込み用ブローヘッド２を密閉する。その後、骨材混合物１を吹き込み用ブローヘッド２に取り付けられているエア導入管６から導入される圧縮空気と共に吹き込み用ブローヘッド２の下部に設置されており、鋳型造型用金型７の、電気カートリッジヒーターにより１５０℃に保持されており、容量約６０ｃｍ３のキャビティ８内に約９０ｇ吹き込み充填し、２分間保持し、骨材混合物中の水分を蒸発させ、固化させた後、鋳型造型用金型７のキャビティ８内から造型鋳型を取り出した。その後、造型鋳型を２２０℃に保持された恒温槽内に４０分間投入し、架橋反応させ、その後、取り出した。
エタノール系塗型剤（スリーコートＭＴＳ−７２０Ａ  三河鉱産株式会社製）を用いて、この造型鋳型の表面に塗型を施し、鋳造用の中子とし注湯テストを行った。鋳鉄（ＦＣ２５０）を注湯温度１４２０℃で注湯したところ、いずれの２種類の水溶性バインダーにおいても悪臭及び鋳造欠陥、変形の発生はなかった。また、注湯物が冷却した後中子を容易に除去することができた。
【産業上の利用可能性】  本発明の乾燥骨材混合物を用いた鋳型造型方法により、造型、及び鋳造工程における注湯時において、臭気、及び有毒ガスを発生せず、注湯後の注湯物からも容易に造型鋳型を除去でき、造型時の鋳型造型用金型への充填性も良好である優れた効果が得られる。水溶性バインダーを架橋剤と架橋させることにより、さらに鋳型の耐湿性が得られる。又、本発明により、複数回の造型鋳型作製においても安定した高充填密度を有する造型鋳型を作製できる。又、予め粒子状骨材の表面にバインダーを被覆していない場合、粒子状骨材とバインダー、架橋剤及び水を均一に粒子状骨材の表面に分散させる時間が必要となるが、本発明の乾燥骨材混合物は、予め粒子状骨材の表面にバインダーを被覆し、単粒化した乾燥骨材混合物を作製してあるので、造型ラインで骨材混合物を作製する時間が短縮される。又、冷凍固化し単粒構造にする工程で単粒構造にすることがより容易になる等の効果を有する。
【図１】
2004041460.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月29日(2003.7.29)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状骨材、常温で水に可溶性である１種類又は複数種類の水溶性バインダー及び水から成る骨材混合物を混合しながら、前記骨材混合物に含まれる水分を蒸発させ単粒構造にした乾燥骨材混合物であって、造型にあたり該乾燥骨材混合物に水を添加し鋳型造型材料とする乾燥骨材混合物。
【請求項２】
前記水溶性バインダーが、ケン化度８０モル％から９５モル％までのポリビニルアルコールもしくはその誘導体、及び／又はα化澱粉、デキストリンもしくはその誘導体である、請求項１に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項３】
前記水溶性バインダーが、粒子状骨材に対し０．１〜５．０重量部含有される、請求項１又は請求項２に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項４】
滑剤がさらに含有されている、請求項１乃至３のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項５】
粒子状骨材、常温で水に可溶性である水溶性バインダー、水溶性バインダーと架橋反応を起こす架橋剤及び水から成る骨材混合物を混合しながら、前記バインダーと架橋剤が架橋反応を起こさないように前記骨材混合物に含まれる水分を蒸発させ単粒構造にした乾燥骨材混合物であって、造型にあたり該乾燥骨材混合物に水を添加して鋳型造型材料とする乾燥骨材混合物。
【請求項６】
前記水溶性バインダーが、ケン化度８０モル％から９５モル％までのポリビニルアルコールもしくはその誘導体、及び／又はα化澱粉、デキストリンもしくはその誘導体である、請求項５に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項７】
前記水溶性バインダーが、粒子状骨材に対し０．１〜５．０重量部含有される、請求項５又は請求項６に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項８】
前記架橋剤又は架橋剤水溶液が、カルボキシル基を有する化合物から選ばれる、請求項５乃至７のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項９】
前記のカルボキシル基を有する化合物が、シュウ酸、マレイン酸、コハク酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体及びイソブチレン−無水マレイン酸共重合体から成る群から選ばれる、請求項８に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１０】
滑剤がさらに含有されている、請求項５乃至９のいずれか１請求項に記載の乾燥骨材混合物。
【請求項１１】
請求項１乃至４のいずれか１請求項に記載した常温の乾燥骨材混合物に常温の水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１２】
請求項１乃至３のいずれか１請求項に記載した常温の乾燥骨材混合物に常温の水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物に滑剤を添加し、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１３】
骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する前に、鋳型造型用空間に１回に充填する量以上の量のその骨材混合物を容器内に一時貯蔵するとともに、前記骨材混合物の水分が解凍しない環境下で攪拌することによって前記骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１乃至３のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１５】
請求項５乃至１０のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、かつ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１６】
請求項５乃至１０のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる、鋳型造型法。
【請求項１７】
請求項５乃至９のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物に滑剤を添加し、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、かつ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項１８】
請求項５乃至９のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を冷凍し単粒構造にし、その骨材混合物に滑剤を添加し、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる、鋳型造型法。
【請求項１９】
骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する前に、鋳型造型用空間に１回に充填する量以上の量のその骨材混合物を容器内に一時貯蔵するとともに、骨材混合物の水分が解凍しない環境下で攪拌することによって骨材混合物の前記単粒構造を維持させ、その後、その骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する、請求項１５乃至１８のいずれか１請求項に記載の造型法。
【請求項２０】
請求項５乃至９のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、かつ、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせた後に、造型された鋳型を前記鋳型造型用空間から取り出す、鋳型造型法。
【請求項２１】
請求項５乃至９のいずれか１請求項に記載した乾燥骨材混合物に水を添加した骨材混合物を攪拌することにより、骨材混合物を発泡させ、その発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填し、骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型させ、その造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出した後に、水溶性バインダーと架橋剤との架橋反応をさせる、鋳型造型法。
【請求項２２】
請求項１５乃至２１のいずれか１請求項に記載の鋳型造型法で造型されたアルミニウム合金鋳造用中子。
【請求項２３】
請求項１５乃至２１のいずれか１請求項に記載の鋳型造型法で造型され、表面に塗型をした鋳造用中子。
【国際調査報告】
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