特許 6872207 砂鋳型造型用添加剤、砂鋳型造型用砂組成物、砂鋳型の製造方法及び砂鋳型

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872207

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】砂鋳型造型用添加剤、砂鋳型造型用砂組成物、砂鋳型の製造方法及び砂鋳型

(51)【国際特許分類】

   B22C 1/02 20060101AFI20210510BHJP

   B22C 1/18 20060101ALI20210510BHJP

   B22C 9/12 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   B22C1/02 Z

   B22C1/18 B

   B22C9/12 C

【請求項の数】11

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-173985(P2019-173985)

(22)【出願日】2019年9月25日

(65)【公開番号】特開2021-49550(P2021-49550A)

(43)【公開日】2021年4月1日

【審査請求日】2019年11月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000210654

【氏名又は名称】竹本油脂株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094190

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 清路

(74)【代理人】

【識別番号】100151644

【弁理士】

【氏名又は名称】平岩 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100151127

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 勝雅

(72)【発明者】

【氏名】加藤 裕介

(72)【発明者】

【氏名】青木 知裕

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 春馬

【審査官】 酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１６−５００３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１１６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４７−０３６１３３（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｃ １／００−９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発泡させて砂鋳型の造型に用いる、砂とアルカリ珪酸塩を含むバインダーとを含む砂組成物に配合される添加剤であって、
（Ａ）アルキル基の炭素原子数が９〜２２であるアルキルスルホン酸金属塩と、
（Ｂ）アルキル硫酸金属塩、（Ｃ）ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩、及び、（Ｄ）アルキルベンゼンスルホン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種と、
を含有することを特徴とする砂鋳型造型用添加剤。

【請求項2】

前記アルキル硫酸金属塩（Ｂ）及び前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩（Ｃ）の少なくとも一方を含有する請求項１に記載の砂鋳型造型用添加剤。

【請求項3】

前記アルキル硫酸金属塩（Ｂ）が、アルキル基の炭素原子数が８〜１８であるアルキル硫酸金属塩を含む請求項１又は２に記載の砂鋳型造型用添加剤。

【請求項4】

前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩（Ｃ）が、アルキル基の炭素原子数が１０〜１６であるポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の砂鋳型造型用添加剤。

【請求項5】

前記アルキルスルホン酸金属塩（Ａ）の含有割合が、前記アルキルスルホン酸金属塩（Ａ）、前記アルキル硫酸金属塩（Ｂ）、前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩（Ｃ）及び前記アルキルベンゼンスルホン酸金属塩（Ｄ）の合計を１００質量％とした場合に、８０〜９６質量％である請求項１から４のいずれか一項に記載の砂鋳型造型用添加剤。

【請求項6】

前記アルキル硫酸金属塩（Ｂ）及び前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩（Ｃ）を含有し、前記アルキルスルホン酸金属塩（Ａ）、前記アルキル硫酸金属塩（Ｂ）及び前記アルキルエーテル硫酸エステル金属塩（Ｃ）の含有割合が、これらの合計を１００質量％とした場合に、それぞれ、８０〜９６質量％、２〜１０質量％及び２〜１０質量％である請求項１から４のいずれか一項に記載の砂鋳型造型用添加剤。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の砂鋳型造型用添加剤と、砂とアルカリ珪酸塩を含むバインダーとを含有することを特徴とする砂鋳型造型用砂組成物。

【請求項8】

請求項７に記載の砂鋳型造型用砂組成物を成形することを特徴とする砂鋳型の製造方法。

【請求項9】

前記製造方法が、前記砂鋳型造型用砂組成物を撹拌して該砂鋳型造形用組成物を発泡させる工程と、得られた発泡組成物を鋳型造型用空間に充填する工程と、前記鋳型造型用空間内の充填物を固化させる工程と、を備える請求項８に記載の砂鋳型の製造方法。

【請求項10】

前記製造方法が、前記砂鋳型造型用添加剤を発泡させて泡状物を生成し、生成した前記泡状物と前記砂とを撹拌することにより前記砂鋳型造型用砂組成物を発泡させる工程と、得られた発泡組成物を鋳型造型用空間に充填する工程と、前記鋳型造型用空間内の充填物を固化させる工程と、を備える請求項８に記載の砂鋳型の製造方法。

【請求項11】

請求項１から６のいずれか一項に記載の砂鋳型造型用添加剤と、砂とを含有することを特徴とする砂鋳型。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、砂鋳型の造型に用いる砂組成物に配合される砂鋳型造型用添加剤、かかる添加剤を含有する砂鋳型造型用砂組成物、砂鋳型の製造方法及び砂鋳型に関する。

【背景技術】

【0002】

中空部を有する鋳造製品を得るために崩壊性の砂鋳型（中子）を用いる製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。この砂鋳型の成形時には、発泡砂を固めて砂鋳型を造型するためのキャビティを有する金型と、キャビティに発泡砂を充填する充填装置とを備える砂鋳型造型装置が用いられる。このとき、発泡砂としては、砂粒子及びバインダーを含む混合物を撹拌して発泡させてなる発泡砂が用いられる。このような発泡砂は、通常、砂粒子の表面に、砂粒子同士を結合するバインダー、水及び界面活性剤を含む泡体が付着（吸着）したものである。
特許文献１には、水ガラスをバインダーとして砂鋳型を造型する砂鋳型造型方法が開示されており、骨材となる砂粒子と、バインダーである水ガラスと、水と、界面活性剤とを混練し、発泡させてなる発泡砂が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１１１６０２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

砂鋳型の造型に用いる発泡砂の調製には、界面活性剤が不可欠であるが、その種類によっては、金型への充填性や、砂鋳型の生産性が不十分となる場合があった。
本発明が解決しようとする課題は、砂粒子（砂）と併用される添加剤であって、砂鋳型造型時における金型への充填性に優れ、且つ、砂鋳型の製造時間の短縮化を実現する砂組成物を与える砂鋳型造型用添加剤、かかる砂鋳型造型用添加剤を含有する砂鋳型造型用砂組成物、砂鋳型の製造方法及び砂鋳型を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明者らは、鋭意研究した結果、アルキル基の炭素原子数が９〜２２であるアルキルスルホン酸金属塩を含有する砂鋳型造型用添加剤、及び、かかる添加剤を含有する砂鋳型造型用砂組成物が上記課題を解決することを見出した。
本発明は、以下に示される。

【0006】

本発明の砂鋳型造型用添加剤は、アルキル基の炭素原子数が９〜２２であるアルキルスルホン酸金属塩（以下、「成分（Ａ）」ともいう）と、（Ｂ）アルキル硫酸金属塩、（Ｃ）ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩、及び、（Ｄ）アルキルベンゼンスルホン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種と、を含有する。

【0007】

本発明の砂鋳型造型用砂組成物は、かかる砂鋳型造型用添加剤と、砂とアルカリ珪酸塩を含むバインダーとを含有することを特徴とする。
本発明の砂鋳型の製造方法は、かかる砂鋳型造型用砂組成物を成形することを特徴とする。
本発明の砂鋳型は、かかる砂鋳型造型用添加剤と、砂とアルカリ珪酸塩を含むバインダーとを含有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の砂鋳型造型用添加剤を含有する砂鋳型造型用砂組成物は、これを発泡させて用いることにより砂鋳型造型時における金型への充填性に優れ、且つ、砂鋳型の製造時間を短縮できることから、砂鋳型の生産性に優れるという効果がある。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の砂鋳型造型用添加剤（以下、「本発明の添加剤」という）は、発泡させて砂鋳型の造型に用いる砂組成物（砂鋳型造型用砂組成物）に配合される添加剤であり、成分（Ａ）を含む添加剤である。

【0010】

上記成分（Ａ）は、アルキル基の炭素原子数が９〜２２のアルキルスルホン酸金属塩である。アルキル基は、好ましくは脂肪族炭化水素に由来する炭化水素基である。
炭素原子数が９〜２２のアルキルスルホン酸としては、ノニルスルホン酸、デシルスルホン酸、ウンデシルスルホン酸、ドデシルスルホン酸、トリデシルスルホン酸、テトラデシルスルホン酸、ペンタデシルスルホン酸、ヘキサデシルスルホン酸、ヘプタデシルスルホン酸、オクタデシルスルホン酸、ノナデシルスルホン酸、エイコシルスルホン酸、ヘンエイコシルスルホン酸及びドコシルスルホン酸が挙げられ、その金属塩は、１価金属塩及び多価金属塩のいずれでもよい。
上記成分（Ａ）は、１価金属塩が好ましく、砂鋳型造型用砂組成物の発泡性の観点から、水溶性を有するアルカリ金属塩（ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等）がより好ましい。特に好ましくは、ナトリウム塩である。
また、アルキルスルホン酸金属塩は、一般的に、第一級アルキルスルホン酸金属塩、第二級アルキルスルホン酸金属塩等があるが、第一級アルキルスルホン酸金属塩が好ましい。

【0011】

上記成分（Ａ）としては、具体的には、ノニルスルホン酸ナトリウム、デシルスルホン酸ナトリウム、ウンデシルスルホン酸ナトリウム、ドデシルスルホン酸ナトリウム、ドデシルスルホン酸リチウム、トリデシルスルホン酸ナトリウム、トリデシルスルホン酸リチウム、テトラデシルスルホン酸ナトリウム、テトラデシルスルホン酸リチウム、ペンタデシルスルホン酸ナトリウム、ペンタデシルスルホン酸リチウム、ヘキサデシルスルホン酸ナトリウム、ヘキサデシルスルホン酸リチウム、ヘプタデシルスルホン酸ナトリウム、ヘプタデシルスルホン酸リチウム、オクタデシルスルホン酸ナトリウム、オクタデシルスルホン酸リチウム、ノナデシルスルホン酸ナトリウム、エイコシルスルホン酸ナトリウム、エイコシルスルホン酸カリウム、ヘンエイコシルスルホン酸ナトリウム、ドコシルスルホン酸ナトリウム、ドコシルスルホン酸カリウム等が挙げられる。上記成分（Ａ）は、本発明の効果がより顕著であることから、アルキル基の炭素原子数が９〜１８のアルキルスルホン酸アルカリ金属塩が特に好ましい。
本発明の添加剤に含まれる成分（Ａ）は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。複数の成分（Ａ）を用いる場合、少なくとも、炭素原子数が９〜１８から選ばれたアルキル基を有するアルキルスルホン酸金属塩を含むことが好ましい。

【0012】

本発明の添加剤は、上記成分（Ａ）と併用することにより、本発明の効果を向上させる成分として、アルキル硫酸金属塩（以下、「成分（Ｂ）」という）、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩（以下、「成分（Ｃ）」という）、及び、アルキルベンゼンスルホン酸金属塩（以下、「成分（Ｄ）」という）から選ばれた少なくとも１種を含有する。

【0013】

上記成分（Ａ）の含有割合は、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の合計を１００質量％とした場合に、好ましくは８０〜９６質量％、より好ましくは９２〜９６質量％である。

【0014】

上記成分（Ｂ）は、アルキル硫酸金属塩であり、Ｒ^１−Ｏ−ＳＯ_３Ｍ^１（Ｒ^１は、アルキル基であり、Ｍ^１は金属原子である）で表される。この一般式において、Ｒ^１は、好ましくは、炭素原子数が８以上の、脂肪族炭化水素に由来する炭化水素基である。Ｍ^１は、１価金属原子及び多価金属原子のいずれでもよいが、好ましくはアルカリ金属原子であり、より好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫであり、特に好ましくはＮａである。
また、アルキル硫酸金属塩は、一般的に、第一級アルキル硫酸金属塩、第二級アルキル硫酸金属塩等があるが、第一級アルキル硫酸金属塩が好ましい。

【0015】

上記成分（Ｂ）としては、具体的には、オクチル硫酸ナトリウム、ノニル硫酸ナトリウム、デシル硫酸ナトリウム、デシル硫酸カリウム、ウンデシル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸リチウム、トリデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、ヘキサデシル硫酸ナトリウム、ヘプタデシル硫酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム等が挙げられる。上記成分（Ｂ）は、本発明の効果をより向上させることが可能であることから、アルキル基Ｒ^１の炭素原子数が８〜１８のアルキル硫酸アルカリ金属塩が好ましく、アルキル基Ｒ^１の炭素原子数が８〜１４のアルキル硫酸アルカリ金属塩が更に好ましい。
本発明の添加剤に含まれる成分（Ｂ）は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。

【0016】

上記成分（Ｃ）は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩であり、Ｒ^２−Ｏ−（Ｒ^３−Ｏ）_ｎ−ＳＯ_３Ｍ^２（Ｒ^２は、アルキル基であり、Ｒ^３は、アルキレン基であり、Ｍ^２は金属原子であり、ｎは２〜５である）で表される。この一般式において、Ｒ^２は、直鎖状又は分岐状の炭化水素基であり、好ましくは、炭素原子数が１０以上の、脂肪族炭化水素に由来する炭化水素基である。Ｒ^３は、好ましくは、炭素原子数が２以上のアルキレン基であり、より好ましくは炭素原子数が２〜４のアルキレン基（エチレン基、プロピレン基又はブチレン基）である。Ｍ^２は、１価金属原子及び多価金属原子のいずれでもよいが、好ましくはアルカリ金属原子であり、より好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫであり、特に好ましくはＮａである。また、複数のＲ^３は、１種のみでもよいし、２種以上でもよい。
上記ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩としては、上記一般式におけるＲ^２が第一級アルキル基であるポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩が好ましい。

【0017】

上記成分（Ｃ）としては、ポリオキシエチレンデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシプロピレンデシルエーテル硫酸カリウム、ポリオキシエチレンウンデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンドデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンドデシルエーテル硫酸リチウム、ポリオキシエチレントリデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンテトラデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンペンタデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンヘキサデシルエーテル硫酸ナトリウム等が挙げられる。上記成分（Ｃ）は、本発明の効果をより向上させることが可能であることから、アルキル基Ｒ^２の炭素原子数が１０〜１６のポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステルアルカリ金属塩が好ましく、アルキル基Ｒ^２の炭素原子数が１０〜１４のポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステルアルカリ金属塩が更に好ましい。また、付加しているアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、１，２−ブチレンオキサイド、１，４−ブチレンオキサイド等が挙げられるが、中でもエチレンオキサイドが好ましい。エチレンオキサイドのモル付加数としては、２〜５モルが好ましく、３〜４モルがより好ましい。
本発明の添加剤に含まれる成分（Ｃ）は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。

【0018】

上記成分（Ｄ）は、アルキルベンゼンスルホン酸金属塩であり、Ｒ^４−Ｏ−ＳＯ_３Ｍ^３（Ｒ^４は、アルキルフェニル基であり、Ｍ^３は金属原子である）で表される。この一般式において、Ｒ^４は、好ましくは、炭素原子数が７以上の、芳香環を含む炭化水素に由来する炭化水素基である。Ｍ^３は、１価金属原子及び多価金属原子のいずれでもよいが、好ましくはアルカリ金属原子であり、より好ましくは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫであり、特に好ましくはＮａである。
また、アルキルベンゼンスルホン酸金属塩は、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸金属塩及び分岐アルキルベンゼンスルホン酸金属塩のいずれでもよい。

【0019】

上記成分（Ｄ）としては、デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、デシルベンゼンスルホン酸カリウム、ウンデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、トリデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、テトラデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ペンタデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ヘキサデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。上記成分（Ｄ）は、本発明の効果をより向上させることが可能であることから、アルキルフェニル基Ｒ^４の炭素原子数が１６〜２２のアルキルベンゼンスルホン酸金属塩が好ましい。
本発明の添加剤に含まれる成分（Ｄ）は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。

【0020】

本発明の添加剤の組み合わせは以下に例示される。
（１）成分（Ａ）及び（Ｂ）の組み合わせ
（２）成分（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の組み合わせ
（３）成分（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）の組み合わせ
（４）成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の組み合わせ
（５）成分（Ａ）及び（Ｃ）の組み合わせ
（６）成分（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の組み合わせ
（７）成分（Ａ）及び（Ｄ）の組み合わせ
これらのうち、（１）、（２）及び（５）が好ましく、（２）が特に好ましい。

【0021】

本発明の添加剤が、成分（Ａ）と、成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた１種とを含有する場合、即ち、上記（１）、（５）及び（７）の場合、成分（Ａ）の含有割合は、成分（Ａ）、並びに、成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた１種の合計を１００質量％とした場合に、好ましくは８０〜９６質量％、より好ましくは９２〜９６質量％である。

【0022】

本発明の添加剤が、成分（Ａ）と、成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた２種とを含有する場合、即ち、上記（２）、（３）及び（６）の場合、成分（Ａ）の含有割合は、成分（Ａ）、並びに、成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた２種の合計を１００質量％とした場合に、好ましくは８０〜９６質量％、より好ましくは９２〜９６質量％である。

【0023】

特に、上記（２）において、成分（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の含有割合は、砂鋳型の製造時間を効果的に短縮する砂組成物が得られることから、成分（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の合計を１００質量％とした場合に、それぞれ、好ましくは８０〜９６質量％、２〜１０質量％及び２〜１０質量％、より好ましくは９２〜９６質量％、２〜４質量％及び２〜４質量％である。

【0024】

本発明の添加剤は、発泡させて砂鋳型の造型に用いる、砂とアルカリ珪酸塩を含むバインダーとを含む砂組成物に配合される添加剤であって、目的、用途等に応じて、砂とバインダーとを除く更に他の成分を含有することができる。
本発明の添加剤が含有することのできる更に他の成分としては、液状媒体、発泡剤等が挙げられる。

【0025】

上記液状媒体は、好ましくは水であり、必要により、有機溶剤を併含してもよい。
本発明の添加剤が水を含有する場合には、水が上記の成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を溶解するため、水溶液として取り扱いが容易である。本発明の添加剤が水及び水溶性バインダーを含有する場合にも同様に、取り扱いが容易となる。

【0026】

本発明の添加剤は、成分（Ａ）と、成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた少なくとも１種との組み合わせにより、得られる砂組成物を十分に発泡させることができるが、別途、発泡剤を含有してもよい。このような発泡剤としては、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を除く界面活性剤（成分（Ａ）を除くアルキルスルホン酸金属塩等）、サポニン、デンプン又はその誘導体、他の糖類（セルロース、フルクトース、アカルボース、ラフィノース、マルトトリオース、マルトース、スクラトース、トレハロース、ブドウ糖、果糖、オリゴ糖等）等が挙げられる。

【0027】

本発明の添加剤は、上記のように、砂とアルカリ珪酸塩を含むバインダーとを含む砂組成物に配合される添加剤である。このバインダーは、液状媒体（通常、水）に溶解する成分であることが好ましく、例えば、珪酸リチウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム等のアルカリ珪酸塩；珪酸アンモニウム、オルソリン酸塩、ピロリン酸塩、トリメタリン酸塩、ポリメタリン酸塩、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、アルキルシリケート等が挙げられる。これらのうち、本発明の添加剤が配合される砂組成物に用いられるバインダーとしては、アルカリ珪酸塩である。

【0028】

上記アルカリ珪酸塩としては、珪酸ナトリウム（水ガラス）が好ましく、モル比（ＳｉＯ_２及びＮａ_２Ｏの分子比）は、好ましくは１．２以上３．８以下、より好ましくは２．０以上３．３以下である。上記モル比が上記範囲にあると、アルカリ珪酸塩を含む添加剤を低温で長期保管した場合に、珪酸ナトリウムが変質しないため、好ましい。

【0029】

本発明の添加剤を添加する砂組成物におけるバインダーの含有割合は、以下の通りである。
本発明の添加剤における成分（Ａ）、成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の合計含有量を１００質量部とすると、バインダーの割合は、好ましくは２０〜５０００質量部、より好ましくは５０〜１５００質量部である。

【0030】

次に、本発明の砂鋳型造型用砂組成物（以下、「本発明の砂組成物」ともいう）について、説明する。
本発明の砂組成物は、上記本発明の添加剤と、砂と、アルカリ珪酸塩を含むバインダーと、を含有することを特徴とする組成物である。

【0031】

上記砂は、砂粒子を意味し、その構成材料は、特に限定されず、従来、公知のものを用いることができる。例えば、硅砂、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、人工砂等が挙げられる。本発明の砂組成物に含まれる砂の構成材料は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。これらの中で、人工砂を用いると、バインダーの添加量を低減しても、得られる砂鋳型に十分な強度を付与できることがある。

【0032】

上記砂の粒度指数（ＪＩＳ Ｚ２６０１−１９９３に準拠）は、ＪＩＳ；６３１（ＡＦＳ；３００）以下ＪＩＳ；５（ＡＦＳ；３）以上が好ましく、ＪＩＳ；３５５（ＡＦＳ；２００）以下ＪＩＳ；３１（ＡＦＳ；２０）以上が更に好ましい。粒度指数が上記範囲にあることにより、砂組成物の流動性に優れ、砂鋳型を造型する際の、砂組成物の金型への充填性が向上する。また、得られる砂鋳型の通気性が良好となる。

【0033】

上記砂の形状は、特に限定されるものではなく、丸形、角丸形、多角形、尖扁角形等、いかなる形状であってもよい。尚、砂組成物の流動性に優れ、砂鋳型を造型する際の、砂組成物の金型への充填性が向上し、また、得られる砂鋳型の通気性が良好であることから、特に丸形が好ましい。

【0034】

本発明の砂組成物は、触媒、酸化促進剤等、従来公知の成分を含有することができる。

【0035】

本発明の砂組成物は、成分（Ａ）と、（Ｂ）アルキル硫酸金属塩、（Ｃ）ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩、及び、（Ｄ）アルキルベンゼンスルホン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種と、アルカリ珪酸塩を含むバインダーと、砂とを含有する組成物である。
本発明の砂組成物において、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の合計量の砂に対する含有割合は、砂１００質量部に対して、好ましくは０．００５〜２．０質量部、更に好ましくは０．００５〜１．０質量部である。
本発明の砂組成物において、バインダー及び砂の含有割合は、バインダーの種類並びに砂の種類及び性状によって、設定されたものとすることができる。本発明の砂組成物では、バインダーの含有割合が、砂１００質量部に対して、好ましくは０．１〜２０質量部、更に好ましくは０．１〜１０質量部となるように、バインダー及び砂が配合されている。

【0036】

本発明の砂組成物は、砂鋳型の製造原料として好ましく用いられる。
本発明の砂鋳型製造方法は、上記本発明の砂組成物を成形することを特徴とする方法である。好ましい製造方法は、発泡させた砂組成物（以下、「発泡組成物」という）を用いる方法である。

【0037】

上記発泡組成物は、以下の方法により調製することができる。
（ｉ）成分（Ａ）並びに成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた少なくとも１種を含む本発明の添加剤と、バインダーと、液状媒体と、砂とを混合し発泡する方法
（ｉｉ）成分（Ａ）並びに成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた少なくとも１種と、液状媒体とを含む本発明の添加剤と、バインダーと、砂とを混合し発泡する方法
また、以下の方法により発泡組成物を製造することもできる。
（ｉｉｉ）成分（Ａ）並びに成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた少なくとも１種を含む本発明の添加剤を予め発泡させて、生成した泡状物と、バインダーと、液状媒体と、砂とを混合し発泡する方法
（ｉｖ）成分（Ａ）並びに成分（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）から選ばれた少なくとも１種と、液状媒体とを含む本発明の添加剤を予め発泡させて、生成した泡状物と、バインダーと、砂とを混合し発泡する方法

【0038】

（ｉｉｉ）〜（ｉｖ）において、本発明の添加剤を混ぜてから発泡させて泡状物を生成する方法としては、例えば、複数の細孔が形成された多孔体に、添加剤とバインダーを混ぜてエアと共に通過させる方法が挙げられる。
（ｉ）〜（ｉｖ）において、混合撹拌して砂組成物を発泡させる装置としては、従来、公知の混合装置又は混練装置を用いることができる。混合装置又は混練装置としては、例えば、愛工舎製作所社製「卓上ミキサー」、日本アイリッヒ社製「インテンシブ・ミキサー」、新東工業社製「シンプソン・ミックスマラー」等を用いることができる。

【0039】

本発明において、砂鋳型の造型に好適な発泡組成物の粘度は、好ましくは０．５〜１０Ｐａ・ｓ、より好ましくは０．５〜８Ｐａ・ｓである。尚、この粘度の測定方法は、後述の〔実施例〕に記載される。

【0040】

本発明の砂組成物を用いた成形工程では、上記発泡組成物を鋳型造型用の金型（加熱された金型）の空間に充填して、これを固化させることが好ましい。

【0041】

発泡組成物を用いた砂鋳型の造型方法は、特に限定されず、造型機による造型方法及び手込めによる造型方法のいずれでもよい。前者の方法で用いる造型機としては、例えば、ジョルト造型機、スクイズ造型機、ジョルトスクイズ造型機、サンドストリンガ造型機、ブロー造型機、プランジャー圧入造型機、三次元造型機等が挙げられる。

【0042】

上記発泡組成物を金型の空間に充填する方法は、特に限定されないが、通常、圧入法が適用される。また、用いる金型の温度は、特に限定されないが、通常、１００℃〜４００℃、好ましくは２００℃〜３００℃である。その後、金型に充填した発泡組成物を固化させる場合、金型の温度を一定としておいてよいし、変化させてもよい。発泡組成物が固化した後、金型から砂鋳型を取り出す場合、砂鋳型は、加熱状態及び冷却状態のいずれでもよい。

【0043】

本発明の砂鋳型を、金属又は合金の溶湯とともに用いることにより、所期の形状を有する鋳造品を容易に製造することができる。

【実施例】

【0044】

以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例及び比較例において、「％」は質量％を意味することがある。

【0045】

１．試験区分１（砂鋳型造型用添加剤（Ｉ）の製造）
砂鋳型造型用添加剤（Ｉ）の製造原料を以下に示す。

【0046】

１−１．成分（Ａ）
Ａ−１：アルキル基の炭素原子数が１４〜１８のアルキルスルホン酸ナトリウムの混合物（５種の化合物の混合物、即ち、アルキル基の炭素原子数が１４のテトラデシルスルホン酸ナトリウム、アルキル基の炭素原子数が１５のペンタデシルスルホン酸ナトリウム、アルキル基の炭素原子数が１６のヘキサデシルスルホン酸ナトリウム、アルキル基の炭素原子数が１７のヘプタデシルスルホン酸ナトリウム、及び、アルキル基の炭素原子数が１８のオクタデシルスルホン酸ナトリウムの混合物である。以下も同様である。）
Ａ−２：アルキル基の炭素原子数が９〜１３のアルキルスルホン酸ナトリウムの混合物（５種の化合物の混合物）
Ａ−３：アルキル基の炭素原子数が１９〜２２のアルキルスルホン酸カリウムの混合物（４種の化合物の混合物）
Ａ−４：アルキル基の炭素原子数が１９〜２２のアルキルスルホン酸リチウムの混合物（４種の化合物の混合物）
Ａ−５：アルキル基の炭素原子数が１９〜２２のアルキルスルホン酸ナトリウムの混合物（４種の化合物の混合物）

【0047】

１−２．成分（Ｂ）
Ｂ−１：アルキル基の炭素原子数が８〜１０のアルキル硫酸ナトリウムの混合物（３種の化合物の混合物）
Ｂ−２：アルキル基の炭素原子数が１０〜１４のアルキル硫酸ナトリウムの混合物（５種の化合物の混合物）
Ｂ−３：アルキル基の炭素原子数が１４〜１８のアルキル硫酸ナトリウムの混合物（５種の化合物の混合物）

【0048】

１−３．成分（Ｃ）
Ｃ−１：アルキル基の炭素原子数が１２〜１４のポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム（エチレンオキサイド３〜４モル付加）の混合物（３種の化合物の混合物）
Ｃ−２：アルキル基の炭素原子数が１０〜１２のポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム（エチレンオキサイド３〜４モル付加）の混合物（３種の化合物の混合物）
Ｃ−３：アルキル基の炭素原子数が１２〜１６のポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸カリウム（エチレンオキサイド２〜５モル付加）の混合物（５種の化合物の混合物）
Ｃ−４：アルキル基の炭素原子数が１２〜１６のポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸リチウム（エチレンオキサイド２〜５モル付加）の混合物（５種の化合物の混合物）

【0049】

１−４．成分（Ｄ）
Ｄ−１：アルキル基の炭素原子数が１０〜１６の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの混合物（７種の化合物の混合物）

【0050】

１−５．その他の成分
ａ−１：ドデシルエーテルホスフェートカリウム（エチレンオキサイド５モル付加）

【0051】

次に、上記の原料を用いて砂鋳型造型用添加剤を調製した例を示す。

【0052】

実施例１−１
アルキルスルホン酸金属塩Ａ−１と、アルキル硫酸金属塩Ｂ−１と、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル金属塩Ｃ−１とを、表１に示す割合で用いて、これらを均一混合し、砂鋳型造型用添加剤Ｈ−１を調製した。

【0053】

実施例１−２〜１−１０及び比較例１−１〜１−５
表１に示す成分を、所定の割合で用いて、実施例１−１と同様にして、Ｈ−２〜Ｈ−１２及びｈ−１〜ｈ−３を調製した。

【0054】

【表1】

【0055】

２．試験区分２（バインダーを含む砂鋳型造型用添加剤（ＩＩ）の製造及びその安定性評価）
実施例２−１〜２−１０及び比較例２−１〜２−５
珪酸ナトリウム１００質量部と、試験区分１で得られた砂鋳型造型用添加剤（Ｉ）８質量部と、水２４０質量部とを、ビーカーに入れ、これらをスターラーにより撹拌、混合し、表２に示す砂鋳型造型用添加剤Ｊ−１〜Ｊ−１２及びｊ−１〜ｊ−３を調製した。次いで、これらの砂鋳型造型用添加剤（ＩＩ）を２０℃で２４時間静置した後の状態を目視で観察し、以下の基準で砂鋳型造型用添加剤（ＩＩ）の安定性を評価した。その結果を表２にまとめて示した。
＜安定性の判定基準＞
１：沈殿及び分離が生じなかった
２：わずかに沈殿が生じたが、撹拌によって再分散した
３：分離及び沈殿が生じたが、撹拌による再分散が不可能であった

【0056】

【表2】

【0057】

表２から、以下のことが分かる。即ち、実施例２−１〜２−１０は、本発明の砂鋳型造型用添加剤の例であり、これらの水分散組成物は、安定性に優れることが分かる。

【0058】

３．試験区分３（発泡させた砂鋳型造型用砂組成物の調製及びその生産性の評価）
実施例３−１〜３−１０及び比較例３−１〜３−５
試験区分１で得られた砂鋳型造型用添加剤（Ｉ）と、下記３−１．のバインダーと、下記３−２．の砂と、水とを、表３に示す割合で用い、下記３−３．の４種類の調製手順により、発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（以下、「発泡組成物」ともいう）をそれぞれ調製した。砂鋳型の製造に用いられる発泡組成物の生産性は、砂鋳型の生産性に影響を与えるため、下記３−４．の方法により発泡組成物の粘度測定を行い、得られた発泡組成物の生産性を、下記３−５．の判定基準により評価した（表４参照）。

【0059】

３−１．バインダー
珪酸ナトリウムを用いた。
３−２．砂
Ｓ−１：キンセイマテック社製人工砂「グリーンビーズ ＡＦＳ；９０」（商品名）
Ｓ−２：山川産業社製人工砂「エスパール ＃６０Ｌ」（商品名）

【0060】

【表3】

【0061】

３−３．調製手順
（１）調製手順１
試験区分１で得られた砂鋳型造型用添加物（Ｉ）と、バインダーと、砂と、水とを、表３に示す割合で用い、これらの合計２０００グラムを卓上ミキサーにより、発泡状態になるまで撹拌、混合して、砂鋳型造型用砂組成物Ｎ−１〜Ｎ−１２及びｎ−１〜ｎ−３からなる発泡組成物を得た。
（２）調製手順２
試験区分１で得られた砂鋳型造型用添加物（Ｉ）と、バインダーと、水とを、表３に示す割合で、これらを５００ｍｌビーカーに入れた。次いで、これらをスターラーにより撹拌、混合し、混合物を密閉容器に移して、２０℃で１週間静置した。その後、表３に示す量の砂と上記混合物とを、合計２０００グラムとして卓上ミキサーにより、発泡状態になるまで撹拌、混合して、砂鋳型造型用砂組成物Ｎ−１〜Ｎ−１２及びｎ−１〜ｎ−３からなる発泡組成物を得た。
（３）調製手順３
試験区分１で得られた砂鋳型造型用添加物（Ｉ）と、バインダーと、水とを、表３に示す割合で、これらを５００ｍｌビーカーに入れた。次いで、これらをスターラーにより撹拌、混合し、混合物を密閉容器に移して、２０℃で１週間静置した。その後、この混合物を、本多プラス社製ポンプフォーマーボトルを用いて発泡させた。そして、表３に示す量の砂と発泡物とを、合計２０００グラムとして卓上ミキサーにより、発泡状態になるまで撹拌、混合して、砂鋳型造型用砂組成物Ｎ−１〜Ｎ−１２及びｎ−１〜ｎ−３からなる発泡組成物を得た。
（４）調製手順４
試験区分１で得られた砂鋳型造型用添加物（Ｉ）と、バインダーと、砂と、水とを、表３に示す割合で用い、これらの合計２０００グラムを卓上ミキサーにより、発泡状態になるまで撹拌、混合した。次いで、これらの組成物を、別々の密閉容器に移して、２０℃で１週間静置した。その後、これらの組成物を再度、卓上ミキサーに投入し、発泡状態になるまで撹拌、混合して、砂鋳型造型用砂組成物Ｎ−１〜Ｎ−１２及びｎ−１〜ｎ−３からなる発泡組成物を得た。

【0062】

３−４．発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物の粘度測定
発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（発泡組成物）の粘度を、粘度測定装置として自社製の測定治具を用いて測定した。
まず、底部に直径６ｍｍの細孔を有する内径４２ｍｍの円筒容器に発泡組成物を投入し、重量１ｋｇ、直径４０ｍｍの円柱状おもりにて、おもりの自重で加圧することで細孔より発泡組成物を排出させた。このとき、おもりが５０ｍｍ移動するのに要した時間を計測し、下記式により粘度μ（Ｐａ・ｓ）を算出した。粘度測定時の温度は２５℃である。
μ＝πＤ^４Ｐ_ｐｔ／（１２８Ｌ_１Ｌ_２Ｓ）
（式中、Ｄは、底部細孔の直径（ｍ）、Ｐ_ｐは、おもりの加圧力（Ｐａ）、ｔは、おもりが５０ｍｍ移動するのに要した時間（ｓ）、Ｌ_１は、おもりの移動距離（＝５０ｍｍ）、Ｌ_２は、底部細孔の板厚（ｍ）、Ｓは、円柱状おもりと円筒の面積の平均値（ｍ^２）である）

【0063】

３−５．発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物の生産性評価
全原料の混合を開始してから３０秒ごとに発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（発泡組成物）の粘度μを測定し、粘度μが１０Ｐａ・ｓ以下になるまでの調製時間を決定することにより、発泡組成物の生産性を下記の判定基準により評価した。尚、調製手順１〜３においては卓上ミキサーにより混合を開始してから粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるまでの時間を、「撹拌・混合時間」として測定し、調製手順４においては１週間静置した後に再度、卓上ミキサーにより混合を開始してから粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるまでの時間を、「撹拌・混合時間」として測定した。
＜生産性の判定基準＞
１：粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になる撹拌・混合時間が６０秒未満であった
２：粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になる撹拌・混合時間が６０秒以上１２０秒未満であった
３：粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になる撹拌・混合時間が１２０秒以上１８０秒未満であった
４：粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になる撹拌・混合時間が１８０秒以上３００秒未満であった
５：粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になる撹拌・混合時間が３００秒を超えた

【0064】

【表4】

【0065】

表４から、以下のことが分かる。即ち、実施例３−１〜３−１０は本発明の砂鋳型造型用砂組成物の例であり、一液材料として安定性に優れるだけでなく、一液材料を発泡させて用いることで、砂鋳型の製造に好適な組成物の製造時間を短縮することができた。また、一旦、調製した砂鋳型造型用砂組成物を静置した後であっても、再撹拌することで、好適な組成物が得られることが分かった。

【0066】

４．試験区分４（砂鋳型の生産性評価）
実施例４−１〜４−１０及び比較例４−１〜４−５
試験区分３の調製手順１で得られた発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるまで発泡させたもの）を用いて、下記（Ｘ）及び（Ｙ）の実験を行い、砂鋳型の生産性を評価した。

【0067】

（Ｘ）砂鋳型造型用砂組成物の充填性
発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（発泡組成物）を、２５０℃に熱した金型におけるテストピース造型用の空間（サイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×１５０ｍｍ）に充填し、発泡組成物が固化するまで焼成して、テストピースを作製し、その質量を測定した。
テストピースの質量から、発泡組成物の充填性を以下の基準で評価した。その結果を表５に示す。
＜発泡組成物の充填性の判定基準＞
１：テストピースの質量が２２５ｇ以上２２７ｇ未満であった
２：テストピースの質量が２２０ｇ以上２２５ｇ未満又は２２７ｇ以上２３５ｇ未満であった
３：テストピースの質量が２３５ｇ以上であった
４：テストピースの質量が２１０ｇ以上２２０ｇ未満であった
５：テストピースの質量が２１０ｇ未満であった

【0068】

（Ｙ）砂鋳型の製造時間
発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（発泡組成物）を、２５０℃に熱した金型における鋳型造型用の空間（内容積：約２５０ｃｍ^３）に充填し、発泡組成物が固化するまでの時間（製造時間）を測定した。下記基準に基づく結果を表５に示す。
＜砂鋳型の製造時間＞
１：比較例４−１に対し、製造時間が１０％を超えて短縮した
２：比較例４−１に対し、製造時間が５〜１０％短縮した
３：比較例４−１と同程度の製造時間であった

【0069】

【表5】

【0070】

表５から以下のことが分かる。即ち、実施例４−１〜４−１０は、本発明の砂鋳型造型用砂組成物を用いた例であり、比較例４−１〜４−５に比べて、砂鋳型の製造時間を短縮することができた。特に、実施例４−１〜４−３では、砂鋳型造型用砂組成物の金型への充填性に優れ、砂鋳型の生産性に優れていた。

【0071】

５．試験区分５
試験区分３の調製手順２〜４で得られた発泡状態の砂鋳型造型用砂組成物（粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるまで発泡させたもの）について、試験区分４と同様にして、砂鋳型の生産性を評価した。その結果、調製手順２〜４の砂鋳型造型用砂組成物（発泡組成物）を用いて得られたすべての砂鋳型においても試験区分４と同じ結果が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本発明の砂鋳型造型用添加剤は、これを発泡させて砂鋳型の造型に用いる砂鋳型造型用砂組成物に好適に配合される。そして、この砂鋳型造型用砂組成物を用いると、砂鋳型の製造時間を短縮できることから、各種の砂鋳型を効率よく生産することができる。特に、金属又は合金の鋳造に好適である。