特許 7577296 鋳物用砂型の製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】鋳物用砂型の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22C 1/10 20060101AFI20241028BHJP

   B22C 1/02 20060101ALI20241028BHJP

   B22C 1/18 20060101ALI20241028BHJP

   B22C 9/02 20060101ALI20241028BHJP

【ＦＩ】

B22C1/10 C

B22C1/02 C

B22C1/18 B

B22C9/02 103D

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020100085

(22)【出願日】2020-06-09

(65)【公開番号】P2021194647

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-03-17

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】391003598

【氏名又は名称】富士化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】合田 龍平

(72)【発明者】

【氏名】須永 基男

(72)【発明者】

【氏名】横井 光一

(72)【発明者】

【氏名】西野 英哉

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５３－０７２７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０１８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４８－０５３９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１１２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０４３０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５０－０２６４９８（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｃ １／００

Ｂ２２Ｃ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、前記鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる鋳物用砂型の製造方法であって、
前記鋳物用砂型製造用組成物を、１００質量部の鋳物砂と、２質量部以上１０質量部以下の珪酸ソーダと、３．５質量部以上１０質量部以下のメタ珪酸ソーダと、を含む配合成分を混合し、攪拌して製造する、
鋳物用砂型の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋳物用砂型製造用組成物、及び鋳物用砂型の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～３に鋳物用砂型製造用組成物が開示されている。鋳物用砂型製造用組成物は、鋳物用砂型を製造するために使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭５３－４３０３２号公報

【文献】特開昭５３－８１４３０号公報

【文献】特開昭５４－１０３７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鋳物用砂型を製造するとき、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、硬化させる。従来の鋳物用砂型製造用組成物は流動性が低かった。そのため、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することが困難であった。本開示の１つの局面では、型に充填することが容易である鋳物用砂型製造用組成物、及び鋳物用砂型の製造方法を提供することが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

（１）本開示の１つの局面は、１００質量部の鋳物砂と、２質量部以上１０質量部以下の珪酸ソーダと、３．５質量部以上１０質量部以下のメタ珪酸ソーダと、を含む鋳物用砂型製造用組成物である。

【0006】

本開示の１つの局面である鋳物用砂型製造用組成物は流動性が高い。そのため、本開示の１つの局面である鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することは容易である。
（２）本開示の別の局面は、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、前記鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる鋳物用砂型の製造方法である。前記鋳物用砂型製造用組成物は、１００質量部の鋳物砂と、２質量部以上１０質量部以下の珪酸ソーダと、３．５質量部以上１０質量部以下のメタ珪酸ソーダと、を含む。

【0007】

本開示の別の局面である鋳物用砂型の製造方法では、鋳物用砂型製造用組成物の流動性が高い。そのため、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することは容易である。
（３）本開示の別の局面は、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、前記鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる鋳物用砂型の製造方法である。前記鋳物用砂型製造用組成物は、１００質量部の鋳物砂と、２質量部以上１０質量部以下の珪酸ソーダと、を含む。前記鋳物用砂型製造用組成物を前記型に充填した後、硬化させる前に、前記鋳物用砂型製造用組成物に水を加える。

【0008】

本開示の別の局面である鋳物用砂型の製造方法では、少なくとも鋳物用砂型製造用組成物を型に充填する時点では、鋳物用砂型製造用組成物の流動性が高い。そのため、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することは容易である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
１．第１の鋳物用砂型製造用組成物の構成
第１の鋳物用砂型製造用組成物は、鋳物用砂型の製造に使用することができる。第１の鋳物用砂型製造用組成物は、１００質量部の鋳物砂と、２質量部以上１０質量部以下の珪酸ソーダと、３．５質量部以上１０質量部以下のメタ珪酸ソーダと、を含む。

【0010】

鋳物砂として、例えば、天然砂、人工砂等が挙げられる。天然砂として、例えば、フラタリー等が挙げられる。珪酸ソーダの形態は、例えば、粉末状である。珪酸ソーダは、粘結剤として機能する。第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、加熱すると、メタ珪酸ソーダの水和水が珪酸ソーダと反応することで、第１の鋳物用砂型製造用組成物が熱硬化し、鋳物用砂型となる。

【0011】

第１の鋳物用砂型製造用組成物の製造方法は、例えば、鋳物砂と、珪酸ソーダと、メタ珪酸ソーダとを含む原料を攪拌する方法である。攪拌時間は、例えば、１分間である。製造された第１の鋳物用砂型製造用組成物を、例えば、ビニール袋等の容器に密閉し、保管することが好ましい。

【0012】

第１の鋳物用砂型製造用組成物は、例えば、有機系バインダーを含まないか、有機系バインダーの含有量が少ない。有機系バインダーを含まないか、有機系バインダーの含有量が少ない場合、第１の鋳物用砂型製造用組成物は、環境や作業員への悪影響を抑制できる。

【0013】

第１の鋳物用砂型製造用組成物は、流動性が高い。流動性が高いため、第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することが容易である。第１の鋳物用砂型製造用組成物は、例えば、水和水を除き、水を含まない。第１の鋳物用砂型製造用組成物が、水和水を除き、水を含まない場合、第１の鋳物用砂型製造用組成物は、流動性が一層高い。

【0014】

第１の鋳物用砂型製造用組成物を用いて製造した鋳物用砂型は、強度及び抗折力が高く、熱崩壊性が良好である。第１の鋳物用砂型製造用組成物は、長期間保存することができる。
２．第２の鋳物用砂型製造用組成物の構成
第２の鋳物用砂型製造用組成物は、鋳物用砂型の製造に使用することができる。第２の鋳物用砂型製造用組成物は、１００質量部の鋳物砂と、２質量部以上１０質量部以下の珪酸ソーダと、を含む。

【0015】

鋳物砂として、例えば、天然砂、人工砂等が挙げられる。天然砂として、例えば、フラタリー等が挙げられる。珪酸ソーダの形態は、例えば、粉末状である。珪酸ソーダは、粘結剤として機能する。第２の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、水を加え、加熱すると、加えられた水が珪酸ソーダと反応することで、第２の鋳物用砂型製造用組成物が熱硬化し、鋳物用砂型となる。

【0016】

第２の鋳物用砂型製造用組成物の製造方法は、例えば、鋳物砂と、珪酸ソーダと、を含む原料を攪拌する方法である。攪拌時間は、例えば、１分間である。製造された第２の鋳物用砂型製造用組成物を、例えば、ビニール袋等の容器に密閉し、保管することが好ましい。

【0017】

第２の鋳物用砂型製造用組成物は、例えば、有機系バインダーを含まないか、有機系バインダーの含有量が少ない。有機系バインダーを含まないか、有機系バインダーの含有量が少ない場合、第２の鋳物用砂型製造用組成物は、環境や作業員への悪影響を抑制できる。

【0018】

第２の鋳物用砂型製造用組成物は、少なくとも型に充填される時点では流動性が高い。流動性が高いため、第２の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することが容易である。第２の鋳物用砂型製造用組成物は、例えば、型に充填される時点では、水を含まない。第２の鋳物用砂型製造用組成物が、型に充填される時点で水を含まない場合、第２の鋳物用砂型製造用組成物は、流動性が一層高い。

【0019】

第２の鋳物用砂型製造用組成物を用いて製造した鋳物用砂型は、強度及び抗折力が高く、熱崩壊性が良好である。第２の鋳物用砂型製造用組成物は、長期間保存することができる。
３．第１の鋳物用砂型の製造方法
第１の鋳物用砂型の製造方法では、第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填し、第１の鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる。硬化した第１の鋳物用砂型製造用組成物は鋳物用砂型である。最後に、鋳物用砂型を型から取り出す。

【0020】

第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填する方法として、例えば、木槌等でたたくことで型に軽く振動を与えながら、第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填する方法がある。
また、第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填する方法として、例えば、ブロー工法がある。ブロー工法は、例えば、以下の工法である。ブロー装置に第１の鋳物用砂型製造用組成物を投入し、密閉する。次に、コンプレッサーによって空気圧をかけ、吹き込み圧力１．０ＭＰａの条件で、第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に吹き込む。次に、振動台で型に振動をかける。第１の鋳物用砂型製造用組成物は流動性が高いため、第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することが容易である。

【0021】

第１の鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる方法として、例えば、第１の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法がある。第１の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法として、例えば、乾燥器を用いて８０℃以上に加熱する方法がある。第１の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法として、例えば、電子レンジを用いて加熱する方法がある。第１の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法として、例えば、乾燥器を用いて８０℃以上に加熱し、次に、電子レンジを用いて加熱する方法がある。

【0022】

第１の鋳物用砂型の製造方法により製造した鋳物用砂型は、強度及び抗折力が高く、熱崩壊性が良好である。
４．第２の鋳物用砂型の製造方法
第２の鋳物用砂型の製造方法では、第２の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填した後、硬化させる前に、第２の鋳物用砂型製造用組成物に水を加える。水を加えた後、第２の鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる。硬化した第２の鋳物用砂型製造用組成物は鋳物用砂型である。最後に、鋳物用砂型を型から取り出す。

【0023】

第２の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填する方法は、例えば、第１の鋳物用砂型の製造方法において第１の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填する方法と同様である。第２の鋳物用砂型製造用組成物は、少なくとも型に充填する時点では流動性が高いため、第２の鋳物用砂型製造用組成物を型に充填することが容易である。

【0024】

第２の鋳物用砂型製造用組成物を硬化させる方法として、例えば、第２の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法がある。第２の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法として、例えば、乾燥器を用いて８０℃以上に加熱する方法がある。第２の鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法として、例えば、電子レンジを用いて加熱する方法がある。第２鋳物用砂型製造用組成物を加熱する方法として、例えば、乾燥器を用いて８０℃以上に加熱し、次に、電子レンジを用いて加熱する方法がある。

【0025】

第２の鋳物用砂型の製造方法により製造した鋳物用砂型は、強度及び抗折力が高く、熱崩壊性が良好である。
５．実施例
（５－１）鋳物用砂型製造用組成物の製造
表１に示す配合成分を含む鋳物用砂型製造用組成物Ｓ１～Ｓ１６を製造した。

【0026】

【表1】

【0027】

Ｓ１～Ｓ１６の製造方法は、各配合成分を混合し、１分間攪拌する方法であった。表１における「ルナモス」及び「エスパール」はそれぞれ人工砂であった。表１における「珪酸ソーダ」は、３号粉末珪酸ソーダであった。表１における「メタ珪酸ソーダ」は、９水和物塩であった。表１における「メタ珪酸ソーダ」は、粒径を小さくするために予めすりつぶされたものであった。

【0028】

なお、Ｓ１０～Ｓ１６は、第１の鋳物用砂型製造用組成物に対応する。Ｓ３～Ｓ６は、第２の鋳物用砂型製造用組成物に対応する。
（５－２）Ｓ１～Ｓ２、Ｓ７～Ｓ１６を用いた鋳物用砂型の製造
Ｓ１～Ｓ２、Ｓ７～Ｓ１６のそれぞれについて、鋳物用砂型製造用組成物を用いて鋳物用砂型を製造した。製造方法は以下のとおりとした。まず、木槌等でたたくことで型に軽く振動を与えながら、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填した。次に、鋳物用砂型製造用組成物を加熱し硬化させた。硬化した鋳物用砂型製造用組成物は鋳物用砂型である。Ｓ１０～Ｓ１６を使用した場合、この製造方法は第１の鋳物用砂型の製造方法に対応する。

【0029】

加熱の方法は表１に示す方法であった。Ｓ１～Ｓ２、Ｓ７を使用した場合、電子レンジを用いて１．５分間加熱した。電子レンジの定格高周波出力は５００Ｗであった。Ｓ８～Ｓ９、Ｓ１３を使用した場合、乾燥器を用いて、表１に示す「加熱温度」で、表１に示す「加熱時間」の間加熱した。Ｓ１０～Ｓ１２、Ｓ１４～Ｓ１６を使用した場合、まず、乾燥器を用いて、表１に示す「加熱温度」で、表１に示す「加熱時間」の間加熱し、次に、電子レンジを用いて３分間加熱した。電子レンジの定格高周波出力は５００Ｗであった。

【0030】

（５－３）Ｓ３～Ｓ６を用いた鋳物用砂型の製造
Ｓ３～Ｓ６のそれぞれについて、鋳物用砂型製造用組成物を用いて鋳物用砂型を製造した。製造方法は以下のとおりとした。まず、木槌等でたたくことで型に軽く振動を与えながら、鋳物用砂型製造用組成物を型に充填した。次に、充填された鋳物用砂型製造用組成物に、表１における「充填後の水添加量」の列に記載された質量部の水を加えた。水を加えたとき、鋳物用砂型製造用組成物は未だ硬化していなかった。次に、鋳物用砂型製造用組成物を加熱し硬化させた。硬化した鋳物用砂型製造用組成物は鋳物用砂型である。加熱の方法は、表１に示すように、電子レンジを用いて１．５分間加熱する方法であった。電子レンジの定格高周波出力は５００Ｗであった。この製造方法は第２の鋳物用砂型の製造方法に対応する。

【0031】

（５－４）鋳物用砂型製造用組成物及び鋳物用砂型の評価方法
Ｓ１～Ｓ１６のそれぞれについて、初期強度、加熱後強度、熱崩壊率、及び広がり径を測定した。測定方法は以下のとおりであった。

【0032】

(i)初期強度
鋳物用砂型から、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱形ＪＩＳ試験体を作製した。株式会社東京試験機製の圧縮試験機ABM-100SIVを用いて、試験体の一軸圧縮強さを測定した。一軸圧縮強さの測定値を初期強度とした。

【0033】

(ii)加熱後強度
初期強度の測定に用いる試験体と同様の試験体を作製した。試験体を、７００℃に加熱した電気炉に入れ、１０分間加熱した。電気炉から取り出した試験体について、初期強度の測定の場合と同様の方法で一軸圧縮強さを測定した。一軸圧縮強さの測定値を加熱後強度とした。

【0034】

(iii)熱崩壊率
初期強度をＹ１とし、加熱後強度をＹ２としたとき、以下の式（１）で表される熱崩壊率Ｒを算出した。熱崩壊率Ｒの単位は％である。熱崩壊率は熱崩壊性を表す指標である。熱崩壊率が大きいほど、熱崩壊性が良好である。

【0035】

式（１） Ｒ＝（（Ｙ１－Ｙ２）／Ｙ１））×１００
(iv) 広がり径
Ｓ１～Ｓ１６のそれぞれについて、スランプコーン試験を行った。使用したスランプコーンの上端の内径は５０ｍｍであり、下端の内径は７０ｍｍであり、高さは８０ｍｍであった。このスランプコーンを、水平な台の上に設置した。次に、硬化していない鋳物用砂型製造用組成物をスランプコーンの中に充填した。次に、スランプコーンを上方に移動させ、鋳物用砂型製造用組成物からスランプコーンを引き抜いた。スランプコーンを引き抜いた後に、台の上で広がった鋳物用砂型製造用組成物の、水平方向における直径を測定した。直径の測定値を広がり径とした。Ｓ３～Ｓ６の場合、鋳物用砂型製造用組成物に水を添加していない状態で広がり径を測定した。

【0036】

広がり径は、鋳物用砂型製造用組成物の流動性を反映する指標である。鋳物用砂型製造用組成物の流動性が高いほど、広がり径は大きくなる。
（５－５）鋳物用砂型製造用組成物及び鋳物用砂型の評価結果
評価結果を表１に示す。Ｓ３～Ｓ６、Ｓ１０～Ｓ１６において、広がり径が大きかった。よって、Ｓ３～Ｓ６、Ｓ１０～Ｓ１６の鋳物用砂型製造用組成物は流動性が高く、型に充填することが容易である。

【0037】

Ｓ３～Ｓ６、Ｓ１０～Ｓ１６において、初期強度が高かった。よって、Ｓ３～Ｓ６、Ｓ１０～Ｓ１６の鋳物用砂型製造用組成物を用いて製造した鋳物用砂型は、強度が高かった。Ｓ３～Ｓ６、Ｓ１０～Ｓ１６において、熱崩壊率が高かった。よって、Ｓ３～Ｓ６、Ｓ１０～Ｓ１６の鋳物用砂型製造用組成物を用いて製造した鋳物用砂型は、熱崩壊性が良好であった。

【0038】

６．他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

【0039】

（６－１）鋳物用砂型製造用組成物は、鋳物砂、珪酸ソーダ、及びメタ珪酸ソーダに加えて、他の成分をさらに含んでいてもよい。
（６－２）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

【0040】

（６－３）上述した鋳物用砂型製造用組成物の他、当該鋳物用砂型製造用組成物を構成要素とするシステム、鋳物用砂型製造用組成物の製造方法、鋳物用砂型の製造方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。