JP2673858B2 - 崩壊性砂中子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えば，クローズドデ
ッキタイプの自動車用エンジン等アンダーカット部分を
有する鋳造品の高圧ダイカスト鋳造時に用いる耐圧性お
よび良好なコーティング性と崩壊良好性を有する崩壊性
砂中子およびその製造方法に関するものである。ここ
で，良好なコーティング性とは，砂中子原型にコーティ
ング剤をコーティングする際に，コーティング剤が，薄
い液状で砂中子原型の内部に広がった状態で深く浸み込
まずに，または，砂中子原型の表面からはじかれずに，
砂中子原型の表面層のみにかつ全面に，所定の厚さで均
一に，かつ，確実容易に強固に形成され，それが剥がれ
ないようにコーティングされることであり，鋳造時の高
圧の鋳込圧力に充分に耐え得ることである。また，崩壊
良好性とは，鋳造時には砂中子は崩壊しないが，鋳造後
に鋳造品を金型から取出した後は，鋳造品の中の砂中子
がわずかな衝撃でさらさらと崩壊し，砂がアンダーカッ
ト部の隅々に残ることなく確実容易に取出せるものを言
う。

【０００２】

【従来の技術】従来より，例えば，クローズドデッキタ
イプの自動車用エンジンブロックやその他のアンダーカ
ット部分を有するアルミニウム合金やマグネシウム合金
などの鋳造品をダイカストで鋳造して製造する場合，崩
壊性砂中子を用いてダイカスト鋳造することが行われて
いる。そして，崩壊性砂中子を造型する場合，まず，砂
中子造形用骨材を有機バインダを用いて所望の形に造型
し，次に，その造型した砂中子表面にコーティング液を
コーティングして，ダイカスト鋳造時に砂中子が破損し
たり，溶湯が砂中子内に侵入しないようにし，そして，
鋳造後には，ほとんど力を加えずに砂中子を崩壊させて
容易に取出させるようにし，かつ，砂が隅々まで充分に
取出させるようにすることが試みられている。

【０００３】勿論，その場合，砂中子造形用骨材の成
分，砂中子の造型方法，コーティング液の成分，コーテ
ィングの仕方など，従来よりいろいろ試みられている
が，充分に満足し得るものは得られていないのが現状で
ある。その中で，砂中子造形用骨材を固めて砂中子を造
型する方法として，ハードックス法，ウォームボッ
クス法，シェルモールド法，コールドボックス法等
がある。ハードックス法としては，例えば，特公昭６４
−９８９８号公報に記載されている技術が知られてい
る。この方法においては，砂中子は，砂中子造形用骨
材，フラン系樹脂および有機過酸化剤配合の配合砂から
なっており，亜硫酸ガスによって硬化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記ハードックス法に
おいては，砂中子造形用骨材にフラン系樹脂とフラン樹
脂の硬化触媒である有機過酸化物を配合，混練した配合
砂を所望の形状の金型内に充填して砂中子を造型する場
合，亜硫酸ガスを使用してフラン樹脂を硬化させて砂中
子を造型する。従って，砂中子造型に亜硫酸ガスを使用
するので，作業環境が悪く，国内では人体に悪影響を与
えるようなガスの使用は好まれない。また，仮に亜硫酸
ガスを使用するとしても，人体に悪影響を与えず，作業
環境も悪化させないようにするためには，そのための付
属設備の設置が大変であり，その設置，運転のための法
規制も受ける。

【０００５】そのために，本発明者は，フラン系樹脂を
有機過酸化物と亜硫酸ガスで硬化させるハードックス法
に代わって，フェノール樹脂をバインダとするシェルモ
ールド法の良さを見直すことにした。シェルモールド法
では，中子造形用骨材と結合剤の混合物を固めて砂中子
を造型するのに亜硫酸ガスを使用するのでなく，例え
ば，予めフェノールレジン等の石炭酸系合成樹脂をコー
ティングしたレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）を，砂
中子造形用金型に圧縮空気で吹込んで加熱硬化させて造
型する。しかし，この場合，前記ハードックス法で造型
した砂中子では，可成り良好に行われたコーティングと
同一のコーティング液を，シェルモールド法で造型した
砂中子表面にコーティングしても，コーティング液が砂
中子表面ではじいて濡れず，まったくコーティング層が
形成されなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては，砂中
子造形用骨材表面にフェノール樹脂を被覆したレジンコ
ーテッドサンド（ＲＣＳ）に，硫酸アルミニウムと，ア
ルカリ金属ないしはアンモニウム等の１価イオンの硫酸
塩からなる複塩Ｍ₁ Ａｌ（ＳＯ₄ ）₂ 〔Ｍ₁ ＝Ｎａ，
Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，ＮＨ₄ を少なくとも１種類以上〕，及
び又は，硫酸アルミニウムと２価金属イオンの硫酸塩か
らなる複塩Ｍ₂ ＳＯ₄ ・Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ） ₃ ，〔Ｍ₂ ＝
Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｚｎを少なくとも１種類以上〕を
０．１〜５ｗｔ％添加してＲＣＳに前記記載の硫酸アル
ミニウムの複塩を被覆する工程と，この硫酸アルミニウ
ム複塩を被覆したＲＣＳで砂中子を造型する工程と，こ
の造型した砂中子表面に微粉末状の耐火物を主成分とす
る中性の水分散体からなるスラリ状のコーティング液を
コーティングする工程と，このコーティングして得られ
た砂中子を乾燥する工程によって崩壊性砂中子を得る。

【０００７】

【作用】本発明においては，まず，例えば，前記したよ
うに硫酸アルミニウム複塩を配合したＲＣＳで砂中子を
造型したのち，この砂中子表面に微粉末状の耐火物を主
成分とする中性の水分散体からなるスラリ状のコーティ
ング液をコーティングして，ダイカスト鋳造時溶湯が砂
中子内に侵入しないように防止している。この場合，微
粉末状の耐火物を主成分とする中性の水分散体からなる
コーティング液には疎水性コロイダル粒子を含有し，こ
の疎水性コロイダル粒子は分散媒である水と接するの
で，その疎水性コロイダル粒子の表面には必ず−ＯＨ^-
イオンを吸着して電気的に負に荷電している。しかし，
水に分散した疎水性コロイド粒子の溶液は全体的には電
気的に中性であるので，疎水性コロイド粒子に荷電して
いる反対正の符号を持った荷電は分散媒である水のほう
に存在し，その様子を微視的に見ると並行コンデンサに
似た電気二重層を形成して安定化した状態にある。

【０００８】このようなコーティング液に，前記した方
法で造型した砂中子を浸漬すると，砂中子表面からはコ
ーティング液と反対の正に荷電した金属イオン，例え
ば，Ｍ ₁ イオン（Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，ＮＨ₄ ），Ｍ
₂ イオン（Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｚｎ）Ａｌイオンが溶出
して来るので，このイオンがコーティング液の疎水性コ
ロイド粒子界面に存在する電気二重層を中和して破壊す
るので，コロイド粒子は電荷を失って電気化学的に不安
定となり，そして，砂中子表面でゲル化反応を起こして
巨大分子になり，凝集する。その結果，砂中子表面に
は，例えば，０．２〜０．３ｍｍ厚さのコーティング層
が均一に形成される。

【０００９】このようにすれば，シェルモールド法で造
型した砂中子でもハードックス法で造型した砂中子と同
一のコーティング液を用いても，砂中子表面が適度に濡
れるのでコーティング液がはじかれることはなく，砂中
子表面にもコーティング層が形成され，そして砂中子表
面に所望の厚さで確実容易にコーティングすることがで
きる。そして，この発明によって得られた，崩壊性砂中
子を用いれば，高圧ダイカストのように高圧下での溶湯
鋳込時に砂中子が破損したり，コーティング層にクラッ
クが入ったりすることもないので，溶湯が砂中子内に侵
入しない。また，鋳造後に溶湯が固まって鋳込製品を金
型から取出した後，砂中子を崩壊させて取出す時，ほと
んど力を加えずに砂中子を崩壊させて容易に取出すこと
ができると共に，砂が鋳造製品の隅に残ることなく，隅
々まで砂を充分にかつ確実に取出すことができる。

【００１０】

【実施例】ＲＣＳは，混練温度，フェノールレジン等の
石炭酸系の合成樹脂の性状からコールド法，セミホット
法，ドライホット法で製造されるが，生産性，安定性，
コストの面からドライホット法が好ましい。ＲＣＳに硫
酸アルミニウムの複塩を被覆する場合の第１の実施例と
して，硫酸アルミニウムとアルカリ金属の１価イオンの
硫酸塩からなる複塩を用いた。この場合は，１３０〜１
６０℃に加熱されたフラタリーサンドに対して，フェノ
ールレジン１．５ｗｔ％，硫酸アルミニウムナトリウム
ＮａＡｌ（ＳＯ₄ ）₂０．１〜５ｗｔ％，ヘキサミン溶
液０．１５ｗｔ％，ステアリン酸カルシウム０．１ｗｔ
％を配合混合して，硫酸アルミニウムＮａＡｌ（ＳＯ
₄ ）₂ を被覆したＲＣＳを得た。この場合，添加する硫
酸アルミニウムナトリウムは水溶液を用いるのが良く，
その濃度は１０〜３５ｗｔ％で，好ましくは３０〜３５
ｗｔ％が良い。

【００１１】上記第２の実施例としては，硫酸アルミニ
ウムと２価金属イオンの硫酸塩からなる複塩を用いた。
この場合は，１３０〜１６０℃に加熱されたフラタリー
サンドに対して，フェノールレジン１．５ｗｔ％，硫酸
鉄アルミニウムＦｅＳＯ₄ ・Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ） ₃ ０．１
〜５ｗｔ％，ヘキサミン溶液０．１５ｗｔ％，ステアリ
ン酸カル０．１ｗｔ％を配合混練して，硫酸鉄アルミニ
ウムＦｅＳＯ₄ ・Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）₃ を被覆したＲＣＳ
を得た。この場合，添加する硫酸鉄アルミニウムは水溶
液を用いるのが良く，その濃度は１０〜２０ｗｔ％で，
好ましくは１５〜２０ｗｔ％が良い。上記２実施例共
に，ＲＣＳ製造時に硫酸アルミニウム複塩を添加した
が，市販のＲＣＳにこれらの硫酸アルミニウム複塩を添
加して乾燥後使用しても良い。そして，この硫酸アルミ
ニウム複塩の添加量は０．１ｗｔ％以下では効果がな
く，０．３〜２．５ｗｔ％の範囲が特に良好であった。

【００１２】このようにして得た硫酸アルミニウム複塩
を被覆したＲＣＳを，所定の砂中子形状のキャビティを
有する金型内に加圧空気と共に吹込み，いわゆる，シェ
ルモールド法と呼ばれている方法で砂中子を造型した。
この場合，砂中子造形用の金型の加熱温度は，例えば，
２００〜３００℃，好ましくは２３０〜２７０℃程度と
し，３０秒〜１分間金型内で加熱して砂中子を所定の強
度に硬化させた。例えば，坑折力２０〜５０ｋｇの砂中
子を得た。次に，上記のように造型された砂中子表面に
コーティング剤をコーティングする。この場合，この砂
中子をコーティング剤中に浸漬しても良いし，この砂中
子の表面にコーティング剤を刷毛塗りしたり，または吹
付けたりしても良い。

【００１３】コーティングはコロイダルシリカを含むコ
ーティング液に浸漬すると，コロイダルシリカが砂中子
の表面に接触する部分で，前記作用の項で示したような
反応が起こってゲル化し，その結果，コーティング液が
中子表面で凝集して粘度が増大し，所望のコーティング
層を有する砂中子となる。勿論，砂中子内部へのコーテ
ィング液のしみ込みも抑えられ，砂中子表面には均一な
コーティング層が形成される。コーティング液として
は，例えば，微粉末のヒューズシリカを３部と微粉末の
アルミナ１部を混合して，その１００部に対して，３０
％コロイダルシリカ１０部，ならびに水２０部を加え
て，ボールミルで一昼夜混練して，固形分が７０〜７５
％のスラリを調合して用いた。なお，このコーティング
剤のｐＨを６．５〜７．５に維持しなければ，撹拌下で
も沈殿，凝固することがある。

【００１４】そして，砂中子表面に形成するコーティン
グ層は１層または２層コーティングしてもよいが，鋳造
品の表面とコーティング層との離型性を良くするため
に，２層コーティングのほうが好ましい。２層コーティ
ングするためのコーティング液は，例えば，３％水溶性
フェノール樹脂溶液１リットルに対して，天然雲母５０
０グラム，湿潤剤として陰イオン性界面活性剤であるド
デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１０グラム，消泡
剤としてオクチルアルコール１グラムをそれぞれ添加し
て良く撹拌混合したものを用いた。

【００１５】以上のようにして造型された砂中子を，第
１層コーティング液に浸漬して砂中子表面にコーティン
グを施して，９０〜１００℃×１０分乾燥する。そし
て，引続き，第２層コーティング液を第１層コーティン
グ層の上に施した後中子を乾燥する。その結果，砂中子
表面にコーティングされたコーティング層は，第１層が
０．１０〜０．３０ｍｍ，第２層が０．０１〜０．０５
ｍｍのコーティング膜が形成される。一方，硫酸アルミ
ニウムナトリウムや硫酸鉄アルミニウムを添加しなかっ
たＲＣＳで造型した砂中子では，中子表面でコーティン
グ液が濡れずにはじかれてしまいコーティング層が砂中
子表面にほとんど形成されず，この状態のものを鋳造に
供すれば砂に溶湯が差込んでしまう。

【００１６】以上のような方法で造型，コーティングさ
れた砂中子を金型のキャビティ内に設置して，鋳造圧力
７００ｋｇ／ｃｍ² ，プランジャ速度０．２ｍ／秒，鋳
込温度７００℃の条件下でアルミニウム合金（ＡＤＣ−
１２）を鋳造した。鋳造後に通常のコアノックアウトマ
シンで砂落しを行ったところ，製品中の砂中子は完全に
崩壊しており，簡単にかつ完全に砂を排出することがで
きた。また，得られた鋳造製品の鋳肌は平滑でアルミニ
ウム溶湯の差込みはなく，健全な製品を得ることができ
た。

【００１７】しかし，硫酸アルミニウムナトリウムや硫
酸鉄アルミニウムで表面を被覆しなかったＲＣＳで造型
したシェルモールド法砂中子では，コーティング液が砂
中子表面で濡れずに弾かれてしまうので，砂中子表面に
は所定のコーティング層が形成されないので，鋳造の
際，砂中子内にアルミニウム溶湯の差込みが多数発生し
ているために製品に砂の焼付き，砂の崩壊性が悪い。ま
た，砂中子内に溶湯が差込まない部分でも鋳肌が平滑で
なく，砂中子本体の表面形状を転写したような凸凹が見
られた。以上は実施例として，硫酸アルミニウムナトリ
ウムや硫酸鉄アルミニウムの例を示したが，他の硫酸ア
ルミニウムの複塩を用いても同様な効果が得られる。ま
た，単独の塩をそれぞれの硫酸アルミニウム複塩の組成
と同じように混ぜても上記例と同じ効果が有る。

【００１８】

【発明の効果】このように，本発明においては，砂中子
造形用骨材にフェノール樹脂を被覆したＲＣＳに，硫酸
アルミニウムと，アルカリ金属ないしはアンモニウム等
の１価イオンの硫酸塩からなる複塩，及び又は，硫酸ア
ルミニウムと２価金属イオンの硫酸塩からなる複塩を，
０．１〜５ｗｔ％添加してＲＣＳに前記記載の硫酸アル
ミニウム複塩を被覆する工程と，この硫酸アルミニウム
複塩を被覆したＲＣＳで砂中子を造型する工程と，この
造型した砂中子の表面に粉末状の耐火物を主成分とする
中性の水分散体からなるスラリ状のコーティング液をコ
ーティングする工程と，このコーティングして得られた
砂中子を乾燥する工程によって崩壊性砂中子を製造する
ようにしたので，この砂中子はコロイダルシリカを含む
コーティング液に浸漬した時，砂中子内の金属イオンに
よってコロイダルシリカが砂中子表面に接触する部分で
瞬間的にゲル化を起こしてコーティング液が増粘するの
で，砂中子内部へのコーティング液の差込みが抑制さ
れ，均一な厚さを持ったコーティング層が形成される。

【００１９】従って，本発明で得られた崩壊性中子を用
いてダイカストのような高圧鋳造を行った場合，砂中子
内に溶湯が差込むことなく，鋳造後，製品から砂を排出
する際も，砂中子の崩壊性が良好なために，簡単確実か
つ完全に砂の排出を行うことができる。勿論，砂を排出
した後の鋳造製品の鋳肌面には砂は全く残留せず，非常
に平滑である。従って，このような砂中子を，例えば，
クローズドデッキタイプのエンジンブロックの冷却ジャ
ケット部分のように，非常に複雑な形状を有する製品を
鋳造する際に用いても，充分に満足いく作業状態と鋳造
製品を確実容易に得ることができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砂中子造形用骨材にフェノール樹脂を被
   覆したレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）に対して，硫
   酸アルミニウムと，アルカリ金属ないしはアンモニウム
   等の１価イオンの硫酸塩からなる複塩Ｍ₁ Ａｌ（ＳＯ
   ₄ ）₂ 〔Ｍ₁ ＝Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，ＮＨ₄ を少なく
   とも１種類以上〕，及び又は，硫酸アルミニウムと２価
   金属イオンの硫酸塩からなる複塩Ｍ₂ ＳＯ₄ ・Ａｌ₂
   （ＳＯ₄ ） ₃ ，〔Ｍ₂ ＝Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｚｎを少な
   くとも１種類以上〕を０．１〜５ｗｔ％添加してＲＣＳ
   に前記記載の硫酸アルミニウムの複塩を被覆する工程
   と，この硫酸アルミニウム複塩を被覆したＲＣＳで砂中
   子を造型する工程と，この造型した砂中子表面に微粉末
   状の耐火物を主成分とする中性の水分散体からなるスラ
   リ状のコーティング液をコーティングする工程と，この
   コーティングして得られた砂中子を乾燥する工程からな
   る崩壊性砂中子の製造方法。