(57)【要約】【課題】  浸硫現象の防止、耐焼着性、乾燥性をバランス良く向上させた砂型鋳造用の塗型剤組成物を提供する。【解決手段】  球形度が０．８８〜１．００である塩基性の耐火性骨材を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
球形度が０．８８〜１．００である塩基性の耐火性骨材を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項２】
塩基性の耐火性骨材が、マグネシア、オリビン、フォルステライト、スピネル、タルク、カルシアからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項３】
耐火性骨材の平均粒子径が０．１〜５０μｍである請求項１または２記載の砂型鋳造用塗型剤組成物。
【請求項４】
耐火性骨材が火炎溶融法で製造されたものである請求項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、請求項１〜４の何れか１項記載の塗型剤組成物を塗布してなる鋳型。
【請求項６】
請求項５記載の鋳型を用いて製造された鋳物。
【請求項７】
球形度が０．８８〜１．００で、塩基性である砂型鋳造用塗型剤用耐火性骨材。
【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】
フラン樹脂やフェノール樹脂などの有機自硬性鋳型は、高い生産性と古砂の回収、再生が容易であることなどの優れた特長を有するため少量多品種の鋳物工場の多くで使用されている。しかし、鋳込み時、有機酸が熱分解を起こし、ＳＯ2、Ｈ2Ｓ等の硫黄系ガスを発生するため、鋳造品の表面に浸硫現象が生じ、鋳物の諸特性を著しく低下させる。
【０００３】
浸硫現象による諸特性の低下として、普通鋳鉄では溶接性、靭性の低下、ステンレス鋼では耐食性の低下があり、ダクタイル鋳鉄では表面層に球状化不良組織が形成され、強度、靭性の低下が起こる。
【０００４】
この浸硫現象の防止対策として、硫黄系ガスと親和性の高い物質を処方（例えば特許文献１）することが知られている。また、特許文献２には、ひる石、黒曜石等の加熱によって膨張する物質を含む塗型剤が、更に、特許文献３には、低融点ガラス等の溶融ないし反応により被膜を形成する物質を含む塗型剤が記載されている。
【特許文献１】特開平１−１５２４６号公報
【特許文献２】特開平３−２２６３３４号公報
【特許文献３】特開平１１−３０９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年は、納期の短縮、高生産性、低コスト、環境配慮の要望が更に厳しくなり、塗型剤の要求性能も益々高くなっている。特に浸硫現象の防止、焼着欠陥の防止、速乾燥性については、前述の要望には欠くことのできない性能である。しかしながら、前記特許文献１の技術は、浸硫現象の防止に関わるもので、焼着欠陥の防止、速乾燥性などの塗型剤の必要特性をバランスよく向上できるものではなかった。また、前記文献２は、球状鋳物砂とフラン樹脂等とを組み合わせた鋳型法が記載されているものであり、塗型剤の改善に対して有効な示唆を与えるものではない。
【０００６】
本発明は、浸硫現象の防止、耐焼着性、乾燥性をバランス良く向上させた砂型鋳造用の塗型剤組成物の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、球形度が０．８８〜１．００である塩基性の耐火性骨材（以下、本発明に係る球状骨材ということもある）を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物に関する。
【０００８】
また、本発明は、砂型表面に、上記本発明の塗型剤組成物を塗布してなる鋳型、該鋳型を用いて製造された鋳物、並びに、球形度が０．８８〜１．００で、塩基性である砂型鋳造用塗型剤用耐火性骨材に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、浸硫現象の防止、耐焼着性、乾燥性をバランス良く向上させた砂型鋳造用の砂型鋳造用塗型剤組成物が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の塗型剤組成物は、球形度が０．８８〜１．００であり、かつ塩基性の耐火性骨材を含有する砂型鋳造用塗型剤組成物である。
【００１１】
本発明において、塩基性の耐火性骨材とは、アルカリ土類金属酸化物及びＭｇＯを主成分とする耐火性骨材であり、アルカリ土類金属酸化物及びＭｇＯの総量は耐火性骨材中に２５重量％以上含まれることが好ましく、５０重量％以上がより好ましく、８０重量％以上が更に好ましい。なお、本発明に係る球状骨材等、耐火性骨材中のアルカリ土類金属酸化物及びＭｇＯの総量は、ＪＩＳ  Ｒ２２１６に基づいてＸ線分析装置により測定することができる。
【００１２】
塩基性の耐火性骨材としては、硫黄との親和性が高いという観点から、マグネシア、オリビン、フォルステライト、スピネル、タルク、カルシアからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものが好ましく、オリビン、フォルステライト、スピネルがより好ましく、オリビンが更に好ましい。
【００１３】
本発明では、球形度が０．８８〜１．００の塩基性の耐火性骨材が用いられる。ここで、球形度は、耐火性骨材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個の耐火性骨材粒子について平均した値である。本発明に係る球状骨材の球形度は、本発明の効果がより顕著であることから、０．９５〜１．００が好ましい。
【００１４】
耐火性骨材を球状化する方法としては、（１）原料スラリーをスプレードライして得た顆粒をロータリーキルンなどで焼成した、表面がポーラスでやや球形度の低い骨材を得る造粒焼成法、（２）溶融原料にエアーを吹き付け球状化して得られる表面がほぼ平滑で球形度も高い骨材を得る電融アトマイズ法、更には（３）原料として微細粉末を用い、これを火炎中で溶融し球形化して表面の平滑性、球形度のより高い骨材を得る火炎溶融法などが有る。
【００１５】
（１）の造粒焼成法は、例えば特開平５−１６９１８４号公報を参照して行うことができる。また、（２）の電融アトマイズ法は、例えば特開２００１−６４７０３号公報を参照して行うことができる。また、（３）の火炎溶融法は、例えば特開２００１−２６１３２８号公報を参照して行うことができる。本発明では、表面平滑性、球形度の高い骨材が得られる（３）の火炎溶融法による骨材が、耐焼着性などの点より好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る球状骨材は、平均粒子径が０．１〜５０μｍ、更に１〜４０μｍ、特に５〜３５μｍであることが、塗膜強度、表面平滑性、焼着防止の点で好ましい。ここで、平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積累積５０％の平均粒子径である。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＋ヘキサメタリン酸ナトリウム０．１％混合
・分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
・試料濃度：２ｍｇ／１００ｃｃ
【００１７】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物は、砂落ち性の向上や原材料費の削減などの目的で、球形度が０．８８未満の耐火性骨材（以下、非球状骨材という）を含有することができる。
【００１８】
非球状骨材としては、黒鉛、雲母、タルク、マグネシア、オリビン、ジルコン、ジルコニア、スピネル、アルミナ、シャモット、アルミナシリケート、黒曜石、シリカ、ムライトからなるものが好ましい。
【００１９】
本発明に係る球状骨材（Ａ）と非球状骨材（Ｂ）の重量比は、（Ａ）／（Ｂ）で１５／８５〜９０／１０が好ましく、更に、（Ａ）／（Ｂ）＝３０／７０〜９０／１０、特に５０／５０〜９０／１０であることが、浸硫現象の防止、耐焼着性、乾燥性をバランス良く向上させる点で好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る球状骨材、更に非球状骨材は、それぞれ非中空のものが好ましい。
【００２１】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物は、球形度が０．８８〜１．００である塩基性の耐火性骨材、粘結剤、及び溶媒を含有する。
【００２２】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物中の耐火性骨材の含有量（本発明に係る球状骨材とそれ以外の耐火性骨材の合計含有量）は、本発明の目的を達成する観点から、好ましくは４０〜９０重量％であり、より好ましくは６０〜８０重量％である。
【００２３】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物に使用される粘結剤としては、例えば、常温で強い塗膜を形成できる糖類、フェノール、ロジン、石油樹脂のような有機粘結剤や、鋳込み時に塗膜の熱間強度を上げるためのベントナイト、エチルシリケート、ケイ酸ソーダなどの無機粘結剤がある。条件によりこれらのものを併用してもよい。粘結剤の組成物中の含有量は、耐火性骨材（本発明に係る球状骨材と非球状骨材等その他の耐火性骨材）の合計１００重量部に対し、０．５〜１０重量部、更に１〜５重量部が好ましい。
【００２４】
本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物に使用される溶媒としては、水性、油性いずれでもよい。油性では浸透性、乾燥性の点で、また水性では安全性の点で、それぞれ利点がある。油性塗型剤の場合は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール系溶剤、キシレン、トルエン等の芳香族系溶剤、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤が使用できる。好ましくは低級アルコール系溶剤であり、特にメタノールが好ましい。芳香族溶剤及び炭化水素系溶剤は補助溶剤として使用してもよい。水性塗型剤の場合は水が主溶媒となる。いずれの場合も、溶媒の組成物中の含有量は、耐火性骨材（本発明に係る球状骨材と非球状骨材等その他の耐火性骨材）の合計１００重量部に対し、１０〜５００重量部、更に１０〜１００重量部が好ましい。
【００２５】
また本発明の砂型鋳造用塗型剤組成物には、上記成分に加え、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など他の添加剤も併用できる。
【００２６】
本発明の塗型剤組成物は、砂型鋳造用として好適であり、浸硫現象の防止等に顕著な効果を示す。これは、塩基性の球状粒子が、砂と砂の空隙部分に極めて高く充填され、かつ砂型表面の膜の密度が高くなるため、浸硫現象の原因である硫黄系のガスを物理的に遮断するほか、化学的に捕捉する量も高くなるためであると考えられる。
【００２７】
本発明の塗型剤組成物を鋳型に塗布する方法は、流し塗り（ブッカケ法）、浸漬する（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が、流し塗り法が好ましい。また鋳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、鋳型強度が必要な場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。
【００２８】
なお、鋳型は、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、製品と同一形状の木型のまわりに充填後、硬化、抜型して得られる製品形状を反転させた砂型であり、その空隙（キャビティ）に溶湯を流し込んで製品とするものである。
【００２９】
一般的に、塗型は最初に溶剤濃度が低く、固形分濃度の高い組成物（保存用組成物）としておき、使用時に更に適正なスラリー粘度に希釈して使用される。このような高固形分の組成物は溶剤の量等を調整して通常針入度２００程度とし、使用時には更に溶剤で希釈して適度の粘度として使用する。塗布時の適正なスラリー粘度は、アルコール系塗型剤では５〜５０ボーメ、水系塗型剤では３０〜８０ボーメである。
【００３０】
本発明の鋳型を用いて製造される鋳物としては、浸硫の影響が少ない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】
【００３１】
〔Ｉ〕塗型剤組成物の調製
表１の耐火性骨材１００重量部に対し、ベントナイト２重量部、天然の多糖類樹脂（アラビアガム）２重量部及び水（針入度２００となる水の量）を混練機にて３０分間混練し、ペースト状（針入度２００、離合社製８００Ｓ−０１）の塗型剤組成物を得た。
【００３２】
〔II〕評価
（１）浸硫防止試験
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を、通常浸硫現象が起こりやすい条件である５℃に冷却し、花王クエーカー製フラン樹脂３４０Ｂ（フルフリルアルコール・尿素・ホルムアルデヒド縮合物）を鋳物砂に対して０．８重量％、花王クエーカー製硬化剤ＵＳ−３（有機スルフォン酸硬化剤）を対樹脂４０重量％にて１５０ｍｍ×１００ｍｍの角状試験片を作製した。この試験片に対し、前記の塗型剤組成物を更に水で希釈して表１の濃度（ボーメ度）に調整したものを塗布（ブッカケ法）し、十分に自然乾燥させた。その後、材質ＦＣＤ４５０、鋳込み温度１３８０℃の条件にて注湯した。試験片が雰囲気温度になるまで冷まして鋳物を取り出し、鋳物のコーナー部の金属組織を観察した。評価の判定は、金属顕微鏡を用いて撮影した画像をもとに、鋳物表面から発生した異常組織（ＪＩＳＧ５５０２に基づき算出した黒鉛球状化率が８０％以下の組織）の鋳物表面からの深さ（ｍｍ）を求めて評価した。
【００３３】
（２）耐焼着性試験
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を使用し、花王クエーカー製フラン樹脂３４０Ｂ（フルフリルアルコール・尿素・ホルムアルデヒド縮合物）を鋳物砂に対して０．８重量％、花王クエーカー製硬化剤ＴＫ−３（有機スルフォン酸硬化剤）を対樹脂４０重量％にて硬化させた直径３５０ｍｍ×高さ３７０ｍｍの円筒状の空間部を持つ鋳型を作製した。前記の塗型剤組成物を更に水で希釈して表１の濃度（ボーメ度）に調整したものを塗布（ドブ漬け法）し、十分に自然乾燥させた。その後、ＦＣ−２５０、鋳込み温度１４５０℃、重量２５０ｋｇの条件にて注湯した。試験片が雰囲気温度になるまで冷まして鋳物を取出し耐焼着性試験の判定を行った。耐焼着性試験の判定は以下の基準で行った。
［評価基準］
○：焼着発生なし
△：体積の小さい軽度の焼着がある
×：体積が大きい強固な焼着がある
【００３４】
（３）乾燥性試験
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を使用し、花王クエーカー製フラン樹脂３４０Ｂ（フルフリルアルコール・尿素・ホルムアルデヒド縮合物）を鋳物砂に対して０．８重量％、花王クエーカー製硬化剤ＴＫ−３（有機スルフォン酸硬化剤）を対樹脂４０重量％にて硬化させた内径１００ｍｍ×高さ１００ｍｍの試験片に、前記の塗型剤組成物を更に水で希釈して表１の濃度（ボーメ度）に調整したものを塗布した。その試験片を２５℃／５０％ＲＨに静置し、１５分毎に重量を測定し、重量減少が塗布した塗型重量に対して０．２％以下になった時点を乾燥終了とした。乾燥終了までの時間が短いほど乾燥性に優れる。
【００３５】
【表１】
2007029969.tif 000002
【００３６】
なお、表１中、実施例１〜３、比較例４の耐火性骨材は火炎溶融法で製造されたものである。