(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性骨材と、水又は低級アルコールと、平均粒子径が７０〜５００ｎｍであるシリカゾルとを含有する塗型剤。
【請求項２】
雲母を含有した耐火性骨材を用いる請求項１記載の塗型剤。
【請求項３】
鋳型表面に請求項１又は２記載の塗型剤を塗装する塗装方法。
【請求項４】
消失模型表面に請求項１又は２記載の塗型剤を塗装する塗装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物を製造する際に用いる鋳型表面又は模型表面等に塗装する塗型剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳型に注湯して鋳物を製造する際、鋳型表面が溶湯の熱にさらされ、破壊されやすい状態になる。これを防止するため、従来より、鋳型表面に塗型剤を塗装することが行われている。また、合成樹脂発泡体よりなる消失鋳型を使用して鋳型を製造する際には、消失模型表面に塗型剤を塗装しておき、鋳型が溶湯の熱にさらされないようにすることも行われている。
【０００３】
このような塗型剤を使用した場合であっても、塗型膜（塗型剤を塗装して形成される膜）にヒビ割れがあると、溶湯が塗型膜のヒビ割れ部分から鋳型の砂粒中へ侵入し、鋳物に焼着欠陥が生じるということがあった。このため、ヒビ割れを防止するものとして、特開昭５３−３９２１６号公報に記載されたような塗型剤が提案されている。この塗型剤は、耐火性骨材と、ＳｉＯ2を生成するエチルシリケート加水分解溶液と、天然ロジンとを含有するものであり、特に天然ロジンが添加されていることによって、塗型膜のヒビ割れを防止するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明も、塗型膜にヒビ割れが生じにくい塗型剤を提供することを目的とするものである。しかし、特開昭５３−３９２１６号公報記載の技術とは異なり、平均粒子径が７０〜５００ｎｍであるシリカゾルを添加することにより、塗型膜のヒビ割れを防止しようというものである。
なお、塗型剤に、平均粒子径が１０〜３０ｎｍのシリカゾルを含有させたものとして、特開昭５０−２６２３号公報、特開昭５５−６１３４８号公報、特開昭６２−２８９３４３号公報、特開平１−２１８７３５号公報等がある。しかし、この平均粒子径の小さいシリカゾルは、塗型膜の強度を向上させるための粘結剤の一種であり、本発明の目的とする塗型膜のヒビ割れ防止には、顕著な効果はなく、逆にその凝集力により、ヒビ割れを促進する傾向が見られる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、耐火性骨材と、水又は低級アルコールと、平均粒子径が７０〜５００ｎｍであるシリカゾルとを含有することを特徴とする塗型剤に関するものである。
【０００６】
本発明で用いる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。具体的には、黒鉛，ジルコン，マグネシア，アルミナ，シリカ，雲母等を単独で又は混合して用いることができる。特に、本発明においては、雲母を含有する耐火性骨材を用いるのが好ましい。耐火性骨材中の雲母の含有量は５〜９０重量％が好ましく、１０〜５０重量％がより好ましい。なお、雲母は、雲母群とも呼ばれ、アルカリ金属を含むアルミノケイ酸塩である（化学大辞典１巻、昭和４３年７月１日、第６刷、共立出版株式会社）。雲母には、天然雲母と人工雲母があり、天然雲母としては、白雲母、金雲母、黒雲母等が用いられ、特に白雲母を用いるのが好ましい。人工雲母としては、フッ素金雲母、フッ素四ケイ素雲母、テニオライト等のフッ素雲母等が用いられる。
【０００７】
本発明で用いる水又は低級アルコールは、耐火性骨材１００質量部に対して、３０〜１５０質量部程度であるのが好ましい。水又は低級アルコールの量が３０質量部未満であると、得られる塗型剤の粘度が高くなり、塗装しにくくなる傾向が生じる。また、水又は低級アルコールの量が１５０質量部を超えると、塗型剤の粘度が低すぎて、この場合も塗装しにくくなる傾向が生じる。なお、本発明で用いる低級アルコールとしては、メタノール，エタノール，プロパノール，ブタノール等が用いられる。
【０００８】
本発明で用いるシリカゾルは、その平均粒子径が７０〜５００ｎｍのものを使用する。特に、１００〜４５０ｎｍのものが好ましい。ここで、平均粒子径は、ＢＥＴ法で求めたものである。シリカゾルは、耐火性骨材１００質量部に対して、０．５〜３０質量部程度が好ましく、特に１〜２０質量部程度がより好ましい。シリカゾルの量が０．５質量部未満になると、ヒビ割れ防止の効果が不十分になる傾向が生じる。また、シリカゾルの量が３０質量部を超えると、効果が飽和傾向となり、経済的ではない。また、耐火性骨材として雲母を含有するものを用いた場合、シリカゾルと雲母の共働作用により、ヒビ割れ防止の効果がより顕著になる。雲母を含有する耐火性骨材の場合、シリカゾルの量は比較的少なくて良く、耐火性骨材１００質量部に対して、０．５〜１０質量部程度で良く、好ましくは２〜９質量部程度で良い。
【０００９】
本発明に係る塗型剤には、耐火性骨材、水又は低級アルコール、平均粒子径が７０〜５００ｎｍのシリカゾルの他に、従来公知の各種物質が含有されていてもよい。例えば、塗型膜の強度向上のためのベントナイト（有機ベントナイトを含む。）や、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，ポリ酢酸ビニル，ノボラック型フェノール樹脂等の粘結剤が含有されていてもよい。これらの添加量は、耐火性骨材１００重量部に対して、０．５〜１０質量部程度が好ましい。
【００１０】
本発明に係る塗型剤は、鋳型表面に塗装して塗型膜を形成させる。そして、塗型膜が形成された鋳型に、溶湯を注ぐことによって、鋳物を得ることができる。また、合成樹脂発泡体からなる消失模型表面に塗装して塗型膜を形成させてもよい。この場合は、消失模型を埋設して鋳型を作製し、鋳型中の消失模型の箇所に溶湯を注ぐことによって、鋳物を得ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。本発明は、塗型剤に、平均粒子径が７０〜５００ｎｍであるシリカゾルとを含有させておくと、得られる塗型膜にヒビ割れが生じにくいとの知見に基づくものとして、解釈されるべきである。
【００１２】
以下の組成よりなる実施例１〜５、参考例１、比較例１及び２に係る塗型剤を得た。
実施例１
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．０質量部
シリカゾル（平均粒子径７０〜１００ｎｍ）            ５．２質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＳＴ−ＺＬ）
水                                                ３５．３質量部
【００１３】
参考例１
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．０質量部
シリカゾル（平均粒子径４０〜５０ｎｍ）              １．３質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＳＴ−ＯＬ）
水                                                ３９．２質量部
【００１４】
実施例２
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．０質量部
シリカゾル（平均粒子径１００ｎｍ）                  ５．２質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＭＰ−１０４０）
水                                                ３５．３質量部
【００１５】
実施例３
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．０質量部
シリカゾル（平均粒子径４５０ｎｍ）                  ５．２質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＭＰ−４５４０）
水                                                ３５．３質量部
【００１６】
実施例４
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              １．０質量部
有機ベントナイト                                    ３．０質量部
ノボラック型フェノール樹脂                          ０．５質量部
シリカゾル（平均粒子径７０〜１００ｎｍ）            ５．２質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＳＴ−ＺＬ）
メタノール                                        ３３．１質量部
【００１７】
実施例５
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
白雲母（耐火性骨材）                              １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．０質量部
シリカゾル（平均粒子径７０〜１００ｎｍ）            ２．６質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＳＴ−ＺＬ）
水                                                ３７．９質量部
【００１８】
比較例１
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．５質量部
シリカゾル（平均粒子径１０〜２０ｎｍ）              ５．２質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＳＴ−３０）
水                                                ３５．３質量部
【００１９】
比較例２
シリカ（耐火性骨材）                              ３０．０質量部
ジルコンフラワー（耐火性骨材）                    １２．０質量部
黒鉛（耐火性骨材）                                １０．０質量部
界面活性剤（市販ノニオン系界面活性剤）              ３．０質量部
ベントナイト                                        ２．５質量部
ポリ酢酸ビニル樹脂（固形分）                        ２．５質量部
シリカゾル（平均粒子径１０〜２０ｎｍ）              １．３質量部
（日産化学工業（株）製  スノーテックス  ＳＴ−３０）
水                                                ３９．２質量部
【００２０】
実施例１〜５、参考例１、比較例１及び２に係る各塗型剤につき、以下の方法でヒビ割れ評価及び焼着評価を行った。
〔ヒビ割れ評価〕
各塗型剤をキッチンミキサーで十分混合した後、発泡ポリスチレン板（発泡倍率５０倍）上に置いたステンレス枠（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×高さ３ｍｍ）内に流し込み、５０℃の熱風で２４時間乾燥した。そして、得られた塗型膜のヒビ割れの状態を目視により、次のとおり、評価した。その結果を、表１に示した。
◎・・・ヒビ割れが全く無い。
○・・・ヒビ割れが１〜２本有る。
△・・・ヒビ割れが３〜５本有る。
×・・・ヒビ割れが６本以上有る。
【００２１】
〔焼着評価〕
縦１７０ｍｍ×横２１０ｍｍ×高さ２１０ｍｍの直方体形状で、上面中央に縦６０ｍｍ×横１００ｍｍ×深さ１５５ｍｍの凹部を有する発泡ポリスチレン体（発泡倍率５０倍）よりなる消失模型を準備した。そして、各塗型剤をキッチンミキサーで十分混合した後、この消失模型の表面に塗装し、乾燥して厚み１ｍｍの塗型膜を形成した。塗型膜が設けられた消失模型を、混練砂に埋設して鋳型を得た。なお、混練砂としては、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）製ＴＫ−３）を０．２質量部添加混練した後に、フラン樹脂（花王クエーカー（株）製３４０Ｂ）を珪砂１００質量部に対して０．５質量部混合して得られたものである。
そして、この鋳型の消失模型の箇所に、溶湯を注いで鋳込みを行った（材質ＦＣ−２５０、鋳込み温度１４００℃）。得られた鋳物の底部及びコーナー部における焼着の有無を、目視により、次のとおり評価した。その結果を、表１に示した。
◎・・・焼着が認められない。
○・・・焼着がわずかに認められる。
×・・・焼着が認められる。
【００２２】
〔表１〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
焼着評価
━━━━━━━━━━━━━━
ヒビ割れ評価          コーナー部      底部
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実施例１          ○                    ◎            ◎
参考例１          ○                    ○            ◎
実施例２          ◎                    ◎            ◎
実施例３          ◎                    ◎            ◎
実施例４          ○                    ◎            ◎
実施例５          ◎                    ◎            ◎
比較例１          ×                    ×            ×
比較例２          △                    ×            ×
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【００２３】
以上の実施例１〜５、参考例１、比較例１及び２の結果からも明らかなように、平均粒子径の大きなシリカゾルが含有されている塗型剤を用いると、平均粒子径の小さいシリカゾルが含有されている塗型剤を用いた場合と比較して、得られる塗型膜にヒビ割れが生じにくく、しかも焼着も生じにくいことが分かる。
【００２４】
【作用】
本発明に係る塗型剤を用いると、塗型膜にヒビ割れが生じにくくなる作用は、定かではないが、以下のように推定される。即ち、平均粒子径７０〜５００ｎｍという比較的大粒子径のシリカゾルが存在すると、塗型剤中の耐火性骨材等が乾燥して塗型膜が形成される際に、その凝集応力が大粒子径のシリカゾルによって緩和され、その結果、塗型膜にヒビ割れが生じにくくなるのではないかと推定される。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る塗型剤を用いれば、塗型膜にヒビ割れが生じにくく、しかも得られる鋳物に焼着欠陥が生じにくいという効果を奏する。