(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオール化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ａ成分）と、ポリイソシアネート化合物（Ｂ１成分）またはポリイソシアネート化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ｂ２成分）とから成る粘結剤を、粒状骨材に添加し、得られた混合物を模型に充填し、ついで、該混合物を、ガス状、またはエアロゾル状第三級アミンに接触させることによって固化させる鋳造用鋳型の製造方法において、
前記粒状骨材に、先ず所要量の５乃至６０重量パーセントのＡ成分を添加して、一次攪拌混合し、その後、さらに残りのＡ成分および、Ｂ１成分もしくはＢ２成分を添加し、二次攪拌混合する工程を有すること、を特徴とする前記鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造用鋳型の製造方法によって製造された鋳造用鋳型。
【請求項３】
ポリオール化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ａ成分）と、ポリイソシアネート化合物（Ｂ１成分）またはポリイソシアネート化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ｂ２成分）とから成る粘結剤、および硬化触媒である第三級アミンを、粒状骨材に添加し、攪拌混合し、得られた混合物を模型に充填し、固化させる鋳造用鋳型の製造方法において、
前記粒状骨材に、先ず所要量の５乃至６０重量パーセントのＡ成分を添加して、一次攪拌混合し、その後、さらに残りのＡ成分、Ｂ１成分もしくはＢ２成分、および硬化触媒を添加し、二次攪拌混合する工程を有すること、を特徴とする前記鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の鋳造用鋳型の製造方法によって製造された鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
粒状骨材を、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物を各々主成分とする有機溶剤溶液から成る粘結剤を用いて成形、硬化せしめて鋳造用鋳型を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造用鋳型（鋳型アセンブリーの各種粒状骨材製部材を含む）を製造する方法の一つとして、硅砂などの粒状骨材に、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物を各々主成分とする有機溶剤溶液から成る粘結剤を混合し、得られた混合物を模型に充填し、第三級アミン類の触媒作用によるウレタン化反応により硬化させることによって所望の鋳型を得る、いわゆるコールドボックス法、あるいはウレタン自硬性造型法が広く知られ実施されている。 これらの鋳型造型法は、いずれも室温での硬化が可能で、速硬性があり、しかも鋳造後、鋳型の崩壊に優れているので、鋳物からの分離が極めて容易であるなどの利点を備えていることから、省エネルギー、高生産性鋳型造型法として使用が拡大している。
【０００３】
前記コールドボックス法、またはウレタン自硬性造型法によって造型される鋳型は、脱型後も粘結剤のウレタン化反応が継続し、通常、常温下２４時間ないし３６時間経過後最高強度に到達する。しかしながら、鋳造工程において鋳型の強度がもっとも重要視されるのは、鋳型そのものが、金型、樹脂型、あるいは木型等の模型から脱型された時から、鋳型アセンブリーの形に組み立てられるまでの、比較的初期の段階においてである。 即ち、鋳型が模型から脱型される際、脱型用押し出し治具の圧力や型面の摩擦抵抗に耐え、さらに、その後の作業員、ロボットなどによるハンドリング、搬送などを経て鋳型アセンブリーとして組み上がるまでの工程中、変形や破損に耐えるだけの十分な強度が求められる。コールドボックス法、あるいはウレタン自硬性造型法によって造型される鋳型の強度は、使用する粘結剤の量を増せば高くなり、前記の鋳造工程の比較的初期の工程中の変形や、破損に対する耐性は高くなるが、高温の溶融金属が鋳型に注入された際に、粘結剤が過多であるとその熱分解ガスが鋳物の表面、あるいは表面下に欠陥を生ぜしめる傾向があり、また、当然、環境に放出される大気汚染物質の量も増え、更には経済的観点からも望ましいとはいえない。 よって、鋳型に用いる粘結剤の量は、必要強度が得られる限り少量であることが望ましい。
ところが、硅砂などの粒状骨材は、粘結剤が添加、混合されるまでに長い輸送、搬送の繰り返しを経ており、その過程で、静電気、あるいはその他の物理作用により、埃や、粒状骨材自体が破砕して生じる微粒子など、種々の異物をその表面に付着させている。このような表面状態を持った粒状骨材は、粘結剤を、前記Ａ成分とＢ成分を同時に、又は順次、またウレタン自硬性造型法に於いては更に触媒である第三級アミン類も同時に添加、混合しても、表面が粘結剤によって均一に被覆されにくく、また粘結剤被膜と表面の高い密着性も得られにくいため、その後の工程を経て製造された鋳型の強度が低くなってしまい、鋳型の破損を招くという問題があり、この問題を回避するため、粘結剤の使用量を増し、前記の鋳物欠陥、大気汚染、あるいは経済的問題発生を助長してしまうという困難さがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の実情に鑑みなされたものであり、静電気、その他の物理作用により、好ましくない表面状態を持った粒状骨材を使用しても、従来技術によるより高い強度を持ち、または、従来技術によるより少ない量の粘結剤で十分な強度を持った、鋳型を製造する方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するための方法を鋭意検討した結果、鋳型用粒状骨材と粘結剤の混合工程を、比較的少量のポリオール成分のみを粒状骨材に添加し、攪拌混合する第一次攪拌混合工程と、ポリオール成分及びポリイソシアネート成分（及び、ウレタン自硬性造型法においては、硬化触媒）を粒状骨材と同時に、又は順次混合攪拌する第二次混合攪拌工程とに分けて行うことによって上記課題の解決が可能であることを見出し本発明にいたった。
【０００６】
即ち、本発明の鋳造用鋳型の製造方法は、ポリオール化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ａ成分）と、ポリイソシアネート化合物（Ｂ１成分）またはポリイソシアネート化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ｂ２成分）とから成る粘結剤を、粒状骨材に添加し、攪拌混合し、得られた混合物を模型に充填し、次いで、該混合物に、ガス状、またはエアロゾル状第三級アミンを接触させることによって固化させる鋳造用鋳型の製造方法において、前記粒状骨材に、先ず所要量の、５ないし６０重量パーセントのＡ成分を添加して、一次攪拌混合し、その後、更に残りのＡ成分及び、Ｂ１成分もしくはＢ２成分を添加し、二次攪拌混合する工程を有することを特徴とする鋳造用鋳型の製造方法、及び前記鋳造用鋳型の製造方法によって製造された鋳造用鋳型であり、
【０００７】
また本発明は、ポリオール化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ａ成分）と、ポリイソシアネート化合物（Ｂ１成分）またはポリイソシアネート化合物を主成分とする有機溶剤溶液（Ｂ２成分）とから成る粘結剤、および硬化触媒である第三級アミンを、粒状骨材に添加し、攪拌混合し、得られた混合物を模型に充填し、固化させる鋳造用鋳型の製造方法において、前記粒状骨材に、先ず所要量の５乃至６０重量パーセントのＡ成分を添加して、一次攪拌混合し、その後、更に残りのＡ成分、Ｂ１成分もしくはＢ２成分、及び硬化触媒を添加し、二次攪拌混合する工程を有することを特徴とする鋳造用鋳型の製造方法、及び前記鋳造用鋳型の製造方法によって製造された鋳造用鋳型である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、粘結剤を、主成分であるポリオール化合物とポリイソシアネート化合物が１００重量部対１２０乃至１６５重量部の割合範囲で使用するが、ポリオール化合物１００重量部に対しイソシアネート化合物が１１０重量部乃至１５５重量部となる割合範囲が更に好適である。また、本発明の鋳造用鋳型の製造法においては、粒状骨材に粘結剤を２回添加混合するが、必要な鋳型強度を得るための粘結剤の主成分であるポリオール化合物とポリイソシアネート化合物の合計所要量は、粒状骨材１００重量部に対して0.２重量部乃至5.0重量部が好ましく、更に好ましくは0.４重量部乃至3.0重量部である。
【０００９】
本発明において使用できるポリオール化合物としては、フェノール類とホルムアルデヒドとの縮合・重合で得られる有機溶剤溶解性のベンジルエーテル樹脂、レゾール樹脂あるいはノボラック樹脂である。かかるポリオール化合物の、コールドボックス法用有機溶剤溶液の市販品の例としては、商品名、「ISOCURE パート Ｉ-３０８SR」（保土谷アシュランド(株)製）が、また、ウレタン自硬性造型法用有機溶剤溶液の市販品の例としては、商品名、「ＰＥＰ ＳＥＴ パートＲ−１６００」（保土谷アシュランド（株）製）が挙げられる。
【００１０】
ポリイソシアネート化合物としては、芳香族、脂肪族あるいは脂環式のポリイソシアネートを使用することが出来、具体的には、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、４，４−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートが挙げられる。かかるポリイソシアネート化合物の、コールドボックス法用有機溶剤溶液の市販品の例としては、商品名、「ISOCURE パート II-６０８Ｔ」（保土谷アシュランド(株)製）が、また、ウレタン自硬性造型法用有機溶剤溶液の市販品の例としては、商品名、「ＰＥＰ ＳＥＴ パートＭ」（保土谷アシュランド（株）製）が挙げられる。
【００１１】
本発明で使用できる粘結剤硬化用触媒は、第三級アミン化合物が好適であり、例示すると、コールドボックス造型法においては、トリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルイソプロピルアミン等の易気化性化合物をガス状、又はエアロゾル状としたものが、ウレタン自硬性造型法においては、４-フェニルプロピルピリジン、エチルモルホリン、Ｎ-メチルイミダゾール等をそのまま、もしくは有機溶剤により適宜希釈したものが好適に使用できる。又、かかるウレタン自硬性造型法用硬化触媒は、粘結剤のポリオール化合物成分に予め添加、混合しておくことも出来る。硬化用触媒の使用量は、コールドボックス造型法においても、ウレタン自硬性造型法においても、前記ポリオール化合物の使用量１００重量部に対して、0.1重量部乃至20.0重量部が好ましい。
【００１２】
本発明において使用できる粒状骨材は、鋳造業において鋳型用として一般に使用されている砂、例えば、硅砂、ジルコン砂、クロマイト砂、オリビン砂、人造ムライト砂、熔融シリカ砂等、ならびにこれらの砂を使用後再生したものがあり、また、鋳型の一部として使用される押し湯スリーブの造型に用いられるアルミナ・シリカ中空微小球、シラスバルーン、発泡パーライト、ガラスビーズ等の粒状骨材も使用できる。かかる粒状骨材は平均粒径が５０乃至１０００ミクロンの範囲にあることが好ましい。
【００１３】
本発明で使用される、粒状骨材と粘結剤（および、ウレタン自硬性造型法においては、硬化用触媒）を混合するためのミキサーとしては、鋳造業界で一般的に使用されているバッチ式ミキサー、あるいは連続式ミキサーのいずれでも、あるいはそれらの組み合わせでもよい。
【００１４】
本発明において、粘結剤と粒状骨材はミキサーにより、粒状骨材の表面が粘結剤の均質な膜によって、高い密着性をもって被覆されるように混合するものである。 先ず、所望量の粒状骨材をミキサーに投入し、攪拌しながら、かく投入した粒状骨材の量に対応して最終的に必要とするポリオール化合物成分量の5乃至60重量パーセントを添加し、１乃至２分間攪拌混合を続ける（第一次混合工程）。次いで、得られた混合物に残余のポリオール成分と所要量のイソシアネート化合物成分を添加し、１乃至２分間攪拌混合する（第二次混合工程）。ウレタン自硬性造型法にあっては、この第二次混合工程で所要量の硬化触媒を添加混合する。第一次混合工程終了後、直ちに第二次混合工程を行う必要が無い場合には、混合物を、ホッパー等の貯溜装置に貯溜し、必要に応じて前記第二次混合工程を行う。
【００１５】
第二次混合工程を経た粘結剤被覆粒状骨材は、ウレタン自硬性造型法にあっては、直ちに模型に充填し、硬化を待って、脱型し所望の鋳型を得る。コールドボックス造型法にあっては、前記粘結剤被覆粒状骨材を圧縮空気、または手込めによって模型に充填し、次いでガス状、またはエアロゾル状の第三級アミンを圧入/通過させることによって粘結剤を硬化させ脱型し、所望の鋳型を得る。
【００１６】
【実施例】
（実施例1）
粒状骨材として、国産天然硅砂の再生砂１００重量部を室温にて品川式ミキサーに投入し、攪拌しながらポリオール化合物の有機溶剤溶液（商品名「ISOCURE パート Ｉ−３０８ＳＲ」、保土谷アシュランド(株)製）０．１０重量部を添加し、90秒間混合後、24時間そのまま放置した。次いで、前記ポリオール化合物有機溶剤溶液を０．９０重量部と、ポリイソシアネート化合物の有機溶剤溶液(商品名、「ISOCURE パートII−６０８Ｔ」、保土谷アシュランド(株)製)１．００重量部とを添加し、90秒間混合を続けた。 かく得られた混合物を、前記混合直後に、各々通気装置に接続可能な、厚さ１0ｍｍ．、幅３0ｍｍ．、長さ８０ｍｍ．の曲げ強さ試験鋳型製作用金型に、砂吹き込み用アタッチメントを使って、吹き込み圧力３.４３MＰaにて充填し、次に、前記金型を通気装置に接続し、トリエチルアミンをポリオール化合物有機溶剤溶液に対し５重量パーセント注入/気化させ、40秒間通気し硬化させた後脱型する方法で、試験鋳型を製作した。前記方法で製作した試験鋳型を、脱型1分後、同1時間後、および同24時間後に、それぞれ曲げ強さを測定した。得られた曲げ強さの各平均値を表1に示した。
【００１７】
（実施例 ２）
粒状骨材として国産天然硅砂の再生砂１００重量部を、室温にて品川式ミキサーに投入し、攪拌しながらポリオール化合物の有機溶剤溶液（商品名「ISOCURE パート Ｉ−３０８ＳＲ」、保土谷アシュランド(株)製）０．１０重量部を添加し、90秒間混合後、３時間そのまま放置した。次いで、前記ポリオール化合物有機溶剤溶液を０．９０重量部と、ポリイソシアネート化合物の有機溶剤溶液(商品名、「ISOCURE パートII−６０８Ｔ」、保土谷アシュランド(株)製)１．００重量部とを添加し、90秒間混合を続けた。 かく得られた混合物を用いて、前記実施例 1と同じ態様で試験鋳型を製作し、曲げ強さを測定した。得られた曲げ強さの各平均値を表1に示した。
【００１８】
（比較例 １）
前記粒状骨材１００重量部を、室温にて品川式ミキサーに投入し、攪拌しながら前記ポリオール化合物有機溶剤溶液(商品名「ISOCURE パートI−３０８SR」、保土谷アシュランド(株)製)１．0重量部と、前記ポリイソシアネート化合物有機溶剤溶液（商品名「ISOCUREパートII−６０８T」、保土谷アシュランド（株）製）１．0重量部とを添加し、９０秒間混合を続けた。次いで、前記実施例 1と同じ態様で試験鋳型を製作し、曲げ強さを測定した。得られた曲げ強さの各平均値を表1に示した。
【００１９】
（実施例 ３）
粒状骨材としてフリマントル硅砂100重量部を室温にて品川式ミキサーに投入し、攪拌しながらポリオール化合物有機溶剤溶液(商品名「PEP SET パートR−1600」、保土谷アシュランド（株）製)０．０７５重量部を添加し、９０秒間混合後、24時間そのまま放置した。次いで、前記ポリオール化合物有機溶剤溶液を０．７１３重量部、ポリイソシアネート化合物有機溶剤溶液（商品名「PEP SETパートM」、保土谷アシュランド（株）製）０．７１３重量部、および硬化触媒（商品名「PEP SETパートK」、保土谷アシュランド（株）製）を、前記ポリオール化合物有機溶剤溶液の０。０５重量部添加し、９０秒間混合した。 混合後、かく得られた混合物を、直径50ｍｍ．、高さ５０ｍｍ．の試験鋳型製作用模型（１２個取り）に充填し、搗き固めた後、１５分間放置し硬化させた。硬化した鋳型の圧縮強さを、脱型直後と、同２４時間後に、各３個づつについて測定した。得られた圧縮強さの各平均値を表２に示す。
【００２０】
（比較例２）
粒状骨材としてフリマントル硅砂１００重量部を、室温にて品川式ミキサーに投入し、攪拌しながらポリオール化合物有機溶剤溶液（商品名「ＰＥＰ ＳＥＴ パートＲ−１６００」、保土谷アシュランド（株）製）０．７５重量部、ポリイソシアネート化合物有機溶剤溶液（商品名「PEP SET パート Ｍ」、保土谷アシュランド（株）製）０．７５重量部、および硬化触媒（商品名「PEP SET パート K」、保土谷アシュランド（株）製）を、前記ポリオール化合物有機溶剤溶液の５重量部添加し、９０秒間混合した。混合後、かく得られた混合物を直径５０ｍｍ．、高さ５０ｍｍ．の試験鋳型製作用模型（１２個取り）に充填し、搗き固めた後１５分間放置し硬化させた。硬化した鋳型の圧縮強さを、脱型直後と、同２４時間後に、各３個づつについて測定した。得られた圧縮強さの各平均値を表２に示す。
【００２１】
【表１】
0004032374.tif 000002
【００２２】
【表２】
0004032374.tif 000003
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明のとうり、また、上掲の表３、表４に示した本発明の製造方法、及び従来技術によってそれぞれ作成された鋳型の強度試験結果からも明らかなように、本発明の製造方法によって製造された鋳型は、従来技術によって製造された鋳型に比べ強度が高く、殊に、鋳造工程の比較的初期段階での強度発現に優れていることから、鋳型の破損や変形を大幅に減少させることが出来、あるいは、粘結剤の使用量を、従来技術による鋳型強度を得るに十分な水準まで、減少することにより粘結剤コストを低減し、更には、熱分解性ガスの減少により、鋳造欠陥の減少、環境汚染物質の排出減少等の効果がある。