(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイト、サポナイトおよびモンモリロナイトから選択される少なくとも１種類から得られる膨潤性粘土鉱物ゾルからなることを特徴とする生砂鋳型の表面安定剤。
【請求項２】
膨潤性粘土鉱物ゾル中の膨潤性粘土鉱物含有量が０．５〜６重量％である請求項１の生砂鋳型の表面安定剤。
【請求項３】
膨潤性粘土鉱物がベントナイト又はベントナイトを水簸して得たモンモリロナイトである請求項１又は２の生砂鋳型の表面安定剤。
【請求項４】
請求項１、２又は３の生砂鋳型の表面安定剤に、さらに天然造岩鉱物、リン状黒鉛及び／又は石炭粉を配合したことを特徴とする生砂鋳型の表面安定剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生砂鋳型に使用される表面安定剤に関するものである。
さらに詳しくは、鋳物（製品）不良特に砂カミ不良を軽減する効果があり、使用後の残留物による生砂型への悪影響を軽減した表面安定剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳物製造用鋳型として約７割を占める生砂鋳型は珪砂、ベントナイト、水を主体にデンプン、石炭粉を添加している。生砂鋳型の表面安定性は水分量との関係が大きく、通常その水分は全体重量の３〜５％といった狭い範囲で使用される例が多い。
近年、高速高圧造型化といった近代化が進む中、効率化のため造型時生砂が最適水分量になるように調整しているが、実際にはその最適水分が少ないために適正範囲が狭く、作業現場の環境・作業設備などの種々の要因から、水分が変化し易い（乾燥し易い）のが現状である。このことから、生型鋳型の表面安定性は設定値から外れ、鋳造欠陥特に砂カミ不良が発生し易い現状にある。
これらの鋳造欠陥を防止するために、現在ジルコンフラワー、シリカフラワー、アルミナなどの耐火物を主材とし、アルコールや揮発性ガス、接着剤から構成される表面安定剤やベンガラやデンプンを主材とし、無機粘結剤などから構成される表面安定剤が一般的に普及しているが、所期の目標を達成してはいない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、多くで使用されているジルコンフラワー、シリカフラワー、アルミナなどの耐火物を主材とし、アルコールや揮発性ガス、接着剤から構成される表面安定剤やベンガラやデンプンを主材とし、無機粘結剤などから構成される表面安定剤は、アルコールや揮発性ガスを使用するためにガスに起因する鋳造欠陥ピンホールや吹かれといた欠陥を、また焼成温度の低いデンプンを使用するものは鋳造欠陥焼き付き不良を、誘発する危険性が高い。
また、生砂型の材料として使用しない材料を主成分とし、繰り返し使用される生砂型に使用後の残留物が蓄積されることで、その生型砂への悪影響が懸念されている。
現在市販されている製品に以上のような種々の問題点がある。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表面安定性を向上させ砂カミ不良を軽減させ、さらに使用後残留物の生砂への悪影響を軽減した表面安定剤を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは表面安定剤について鋭意研究を積み重ねた結果、高膨潤性粘土から得られる粘土鉱物ゾルを主成分とし、さらに必要により雲母や長石などの天然造岩鉱物と、リン状黒鉛や弱粘結炭を原料とする石炭粉を配合することで生砂鋳型の表面安定剤とすれば、既存製品も持つ種々の問題点を解決しうることを見いだし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は
（１）ベントナイト、サポナイトおよびモンモリロナイトから選択される少なくとも１種類から得られる膨潤性粘土鉱物ゾルからなることを特徴とする生砂鋳型の表面安定剤、
（２）膨潤性粘土鉱物ゾル中の膨潤性粘土鉱物含有量が０．５〜６重量％である（１）項の生砂鋳型の表面安定剤、
（３）膨潤性粘土鉱物がベントナイト又はベントナイトを水簸して得たモンモリロナイトである（１）又は（２）項の生砂鋳型の表面安定剤、及び
（４）前記（１）、（２）又は（３）項の生砂鋳型の表面安定剤に、さらに天然造岩鉱物、リン状黒鉛及び／又は石炭粉を配合したことを特徴とする生砂鋳型の表面安定剤
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
現在多くで使用されている表面安定剤の主用成分ジルコンフラワー、シリカフラワー、アルミナなどの耐火物に換え、本発明は天然の高膨潤性粘土、またはこれらを化学的に修飾、変化させた合成粘土、例えばベントナイト（好ましくはＮａ−ベントナイト）、サポナイト、モンモリロナイトから選択される少なくとも１種類から得られる粘土鉱物ゾルを主成分としたもので、その中でも粘土鉱物はベントナイトが好ましく、ベントナイトから水簸して得たモンモリロナイトが特に好ましい。
膨潤性粘土鉱物ゾルは膨潤性粘土鉱物と水からなり、膨潤性粘土鉱物ゾル中の膨潤性粘土鉱物は通常０．５〜６重量％であり、好ましくは１〜５重量％である。
本発明において、膨潤性粘土鉱物ゾルは、膨潤性粘土鉱物粉末を所定割合で水中に常法によりコロイド分散させることにより製造できる。このとき使用する膨潤性粘土鉱物粉末の平均粒径は、特に制限はないが、好ましくは３０〜１０００μｍ、より好ましくは４０〜１５０μｍである。これが分散後は水媒体中で粒径が２〜１００倍になり膨潤する。
【０００６】
本発明の膨潤性粘土鉱物ゾルからなる表面安定剤を、生砂鋳型表面に塗布することで必要水分を供給し、高膨潤性粘土の水分保持能力で塗布後の生砂鋳型表面の水分減少量の低下を阻止し、さらに生砂鋳型表面砂粒子間間隙を高膨潤性粘土粒子で埋め表面を滑らかにすることで生砂鋳型表面安定性を向上させることで、鋳造欠陥砂カミ不良を低減させる。
また、生砂鋳型表面砂粒子間間隙を高膨潤性粘土粒子で埋め表面を滑らかにする効果を更に高めるために軟化温度の低い雲母や長石などの天然造岩鉱物を配合することが望ましく、特に微粉砕加工された雲母が、添加量が少なく効果をえやすいことから最も好ましい。
また、注湯時に還元ガスによるクッションを得るためにリン状黒鉛や弱粘結炭を原料とする石炭粉を配合することが望ましく、特に微紛砕加工されたシーコールが添加量が少なく先の効果をえやすいことからも最も好ましい。
【０００７】
天然造岩鉱物、リン状黒鉛及び／又は石炭粉は表面安定剤中、好ましくは０．３〜１０重量％配合され、より好ましくは０．５〜５重量％である。
この天然造岩鉱物、リン状黒鉛及び石炭粉の平均粒径は特に制限はないが、好ましくは３０〜１０００μｍ、より好ましくは４０〜１００μｍである。
生砂鋳型は繰り返し使用するためと、石炭粉やデンプンを使用するため、通常黒色であり、表面安定剤の均一塗布を簡易的に人の目で確認することを目的として、目立ち易い色で着色することが望ましく顔料、染料、特に食用色素などの少なくとも１種類配合することが望ましい。
すなわち、生型砂の主要構成物であるベントナイトから得られる粘土鉱物ゾルを主成分することや弱粘結炭を原料とする石炭粉を使用することで、表面安定剤使用後に生型砂中に残留しても砂に悪影響となる残留物質を軽減できる。
なお、現在使用されている表面安定剤の主要成分ジルコンフラワー、シリカフラワー、アルミナなどの耐火物を添加して、使用することは十分可能である。
【０００８】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【０００９】
実施例１〜５
実施例の配合については表１にまとめて示した。
比較例として、市販品Ａ（ジルコンフラワーを基材とし、有機粘結剤を含む物）・Ｂ（酸化鉄を基材とし、有機粘結剤（糖蜜）を含む物）。Ｃ（アルミナを基材とし、無機粘結剤・揮発性ガス・アルコールを含む物）の３種類の現在市販される表面安定剤を使用した。
【００１０】
なお、例中の表面安定剤使用による鋳物砂表面安定性時間的変化、実際の生砂鋳型で鋳造を行い鋳物（製品）による評価試験を、次に示す方法で行なった。
▲１▼表面安定剤使用による鋳物砂表面安定性の時間的変化
珪砂１００部、ベントナイト８部、水分３部の配合で混練した鋳物砂を用い、サンドランマー３回突き固めによって造型した高さ５０ｍｍ×底面底５０φの試験片に、実施例１〜５、比較例Ａ〜Ｃを同一量塗布し、５分・１０分・１５分・２０分後の表面安定性の変化で比較した。
なお、表面安定性の測定は８メッシュのふるい上に試料をのせ、ロータップ篩い分け試験機で６０秒間振動させ、処理前後の重量の残量率（％）で評価した。
【００１１】
▲２▼生砂鋳型で鋳造を行い鋳物（製品）による評価試験
珪砂１００部、ベントナイト６部、水分３部の配合で混練した鋳物砂を用い、砂カミ不良の発生率の高い模型を使用し、生砂鋳型を造型し、実施例１〜５、比較例Ａ〜Ｃを同一量塗布した後、注湯を行い鋳物を製造した。
上記操作を２回繰り返し行い、その製品表面の砂カミ不良の程度で上記内容に分類評価した。
◎印  ２個とも砂カミ不良無し
○印  ２個とも砂カミ不良あり（発生規模・小）
●印  ２個とも砂カミ不良あり（発生規模・大）
◇印  １個に不良無し、１個に砂カミ不良有り（発生規模・小）
△印  １個に不良無し、１個に砂カミ不良有り（発生規模・大）
▲印  １個に不良有り（発生規模・大）、１個に砂カミ不良有り（発生規模・小）
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【表２】
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【００１４】
表面安定剤使用による鋳物砂表面安定性（％）の時間的変化は実施例１〜５で比較品Ａ〜Ｃに比べ、向上する。
生砂鋳型で鋳造を行い鋳物（製品）による評価試験より、実施例１、４で比較品Ｂと同程度の結果が、実施例２、３、５では、全く不良は発生しなかった。また今回比較品として用いた物の中に、同様の結果となったものは存在しなかった。
これらのことから、実施例２、３、５は表面安定剤特に砂カミ不良の防止に効果がある。
【００１５】
実施例６
膨潤性粘土としてクニゲルＶ１（商品名、クニミネ工業（株）製、平均粒径６３μｍ）０．５ｋｇを水９．５リットルに加え、デスパミキサー（浅田鉄工（株）製）で十分攪拌、分散させたものを主材とし、これに前記と同様のリン状黒鉛１００ｇ、雲母１００ｇを添加して、表面安定剤を製造した。
このものについて、上記実施例１と同様に評価試験を行った。結果を表３に示した。なお、比較のために、前記の市販品Ｂについての結果も併せて示した。
【００１６】
実施例７
膨潤性粘土としてクニピアＦ（商品名、クニミネ工業（株）製、平均粒径４５μｍ）０．３ｋｇを水９．７リットルに加え、デスパミキサー（浅田鉄工（株）製）で十分攪拌、分散させたものを主材とし、これに前記と同様のリン状黒鉛１００ｇ、雲母１００ｇを添加して、表面安定剤を製造した。
このものについて、上記実施例６と同様に評価試験を行った。結果を表３に示した。
【００１７】
実施例８
膨潤性粘土としてスメクトンＳＡ（商品名、クニミネ工業（株）製、平均粒径４０μｍ）０．１ｋｇを水９．９リットルに加え、デスパミキサー（浅田鉄工（株）製）で十分攪拌、分散させたものを主材とし、これに前記と同様のリン状黒鉛１５０ｇ、雲母１５０ｇを添加して、表面安定剤を製造した。
このものについて、上記実施例６と同様に評価試験を行った。結果を表３に示した。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
表面安定剤使用による鋳物砂表面安定性（％）の時間的変化は実施例６〜８で比較品Ｂに比べて、向上することがわかった。
生砂鋳型で鋳造を行い鋳物（製品）による評価試験より、実施例６で比較品Ｂと同程度の結果が、実施例７、８では、全く不良は発生しなかった。また今回比較品として用いた物の中に、同様の結果となったものは存在しなかった。
これらのことから、実施例７、８は表面安定剤特に砂カミ不良の防止に効果があることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は市販品の抱える種々の問題を解決すると共に、鋳造欠陥砂カミ不良に対する効果を向上させ、生砂型と共通の材料を使用することで、生砂型への使用後の残留物の悪影響を軽減する効果などが期待される。