JP2673859B2 - 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
中子造型用骨材に有機バインダを配合して所望の形の砂
中子を造型し，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，砂中子造型用骨材の成
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，従来よりいろいろと試みられている
が，充分に満足し得るものは未だ得られていないのが現
状である。その中で，砂中子造型用骨材を硬化させて砂
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，砂中子の組成は，砂中
子造型用骨材，フラン系樹脂及び有機過酸化物などの配
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，砂中子造型用骨材に有機バインダであるフラ
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，これに亜硫酸ガスを流してフラン樹脂を硬化させ，
砂中子を造型する。従って，ハードックス法は砂中子造
型時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】そこで，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，有機酸塩を主成分とする硬化剤を使用するウォ
ームボックス法の良さを見直すことにした。ウォームボ
ックス法は，中子造型用骨材とフラン系樹脂の配合砂を
硬化させ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，９０〜２００℃に加熱した砂中子造
型用金型に砂中子造型用骨材とフラン系樹脂及び同樹脂
の硬化剤を配合，混練した混合砂を圧縮空気で吹込んで
加熱硬化させて砂中子を造型する。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ウォ
ームボックス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の表面から内部にしみ込
むだけで，砂中子表面には，充分な厚さのコーティング
層が得られなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては，砂中
子造型用骨材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（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，Ｆ
ｅ，Ｍｇ，Ｚｎを少なくとも１種類以上〕を０．１〜５
ｗｔ％添加し，これにフラン系樹脂，同樹脂硬化用硬化
剤を配合，混練した配合砂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，前記した方
法で砂中子を造型した後，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
時の高圧下での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，そのコロイダル粒子の表面
には必ず水酸基イオン−ＯＨ^- 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，砂中子表面から疎水
性コロイダル粒子と反対の正に荷電した金属イオン，例
えばＭ₁ ⁺イオン（例えば，Ｎａ⁺ ，Ｋ⁺ ，Ｒｂ⁺ ，Ｃｓ
⁺ ，ＮＨ₄ ⁺），Ｍ₂ ⁺イオン（例えば，Ｃｕ²⁺，Ｆｅ²⁺，
Ｍｇ²⁺，Ｚｎ²⁺）及びアルミニウムイオンＡｌ⁺³が溶出
して来るので，この金属イオンがコーティング液の疎水
性コロイド粒子の界面に存在する電気二重層を中和して
破壊するので，疎水性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，砂中子表面上でゲル化
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】しかし，これら硫酸アルミニウムの複塩を
添加しなかった骨材で造型したウォームボックス法砂中
子では溶出する金属イオン濃度が極微小なので，このウ
ォームボックス砂中子をコーティング液に浸漬した場
合，砂中子表面上でゲル化反応が起こらないのでコーテ
ィング層が形成されず，そのため，コーティング液は毛
細管現象によって砂中子内部に浸透してしみ込みが生ず
る。以上のように，砂中子造型用骨材に硫酸アルミニウ
ムの複塩を被覆してコーティングの際に金属イオンが溶
出するようにすれば，ウォームボックス法で造型した砂
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，砂中子はコーティング液がしみ
込まず，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。

【００１０】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，鋳造後に溶湯が凝固して鋳造製
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。

【００１１】

【実施例】砂中子造型用骨材としては，通常の鋳物砂と
して使用されているフラタリサンドを用いた。そして，
砂中子造型に当っては，まず，フラタリサンド１００部
に対して３５％硫酸アルミニウムナトリウム水溶液（ナ
トリウム明礬）を０．１〜５重量部添加してよく混練
し，砂表面に硫酸アルミニウムナトリウムを被覆した。
なお，硫酸アルミニウムナトリウムは１０〜３５％の水
溶液として用いることもできる。また，固体粉末のまま
添加しても良いが，骨材に均一に硫酸アルミニウムナト
リウムを被覆させるには，水溶液で添加するのが良い。
そして，硫酸アルミニウムナトリウムの添加量は，骨材
に対して０．１％以下では効果がなく，０．３〜２．５
％の範囲が特に良好であった。

【００１２】次に，このようにして硫酸アルミニウムナ
トリウムを被覆処理したフラタリサンドに有機バインダ
を混合する。有機バインダとしては，フラン樹脂等の所
謂ウォームボックス法用のバインダを用いた。すなわ
ち，硫酸アルミニウムナトリウムで表面を被覆したフラ
タリサンド１００部，有機バインダとしてフラン樹脂
１．５部，フラン樹脂用硬化剤としてパラトルエンスル
ホン酸塩を主成分とする市販の硬化剤（花王クエーカー
製品ＦＣ−３１０，主成分パラトルエンスルホン酸銅
塩，塩化第二銅）０．６部，及び市販の添加剤（花王ク
エーカー製品，Ｊ−２０，主成分シラン化合物）０．０
６部を配合，混練したものを，所定の砂中子形状のキャ
ビティを有する金型内に圧縮空気と共に吹込み，例え
ば，ウォームボックス法と呼ばれている方法で砂中子を
造型した。この場合，砂中子造型用の金型の加熱温度
は，例えば，９０〜２００℃，好ましくは１２０〜１８
０℃程度とし，約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。

【００１３】次に，上記のように造型されたウォームボ
ックス砂中子表面にコーティング剤をコーティングす
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部と
水２０部を加えて，ボールミルで２４時間混練・粉砕し
て，固形分が８０〜８５％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】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５００グラム，
湿潤剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１
０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
ニウムナトリウムで処理しなかったフラタリサンドで造
型しただけの砂中子では，コーティング液が砂中子の内
部にしみ込んでコーティング層が砂中子表面にほとんど
形成されず，また，砂中子表面全体が斑な状態になっ
た。

【００１６】以上のような方法で造型してコーティング
されたウォームボックス法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で表
面を被覆しなかったフラタリサンドで造型したウォーム
ボックス法砂中子では，コーティング液が砂中子内部に
しみ込んで中子表面に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。以上は硫酸アルミニウムの複
塩として硫酸アルミニウムナトリウムの１例を述べた
が，硫酸鉄アルミニウムやその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。

【００１８】

【発明の効果】このように，本発明においては，砂中子
造型用骨材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Ｍ ₁ 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，Ｆ
ｅ，Ｍｇ，Ｚｎを少なくとも１種類以上〕を０．１〜５
ｗｔ％添加して砂中子造型用骨材に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
覆した骨材にフラン系樹脂，同硬化用硬化剤を配合，混
練した配合砂で砂中子を造型する工程と，この造型した
砂中子の表面上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，砂中子表面に溶出してくる金属
イオンＭ⁺ イオン（例えば，Ｎａ⁺ ，Ｋ⁺ ，Ｒｂ⁺ ，Ｃ
ｓ⁺ ，ＮＨ₄ ⁺），Ｍ²⁺イオン（例えば，Ｃｕ²⁺，Ｆ
ｅ²⁺，Ｍｇ²⁺，Ｍｎ²⁺，Ｚｎ ²⁺）及びアルミニウムイオ
ンＡｌ³⁺によってコーティング液中のコロイダルシリカ
が砂中子表面に接触する部分で瞬間的にゲル化反応を起
こしてコーティング液が増粘するので，砂中子内部への
コーティング液の浸透は抑制され，均一な厚さを持った
コーティング層が砂中子表面に形成される。

【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，鋳造製品から砂を
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，充分に満足ゆく作業状態と
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】 砂中子造型用骨材に対して，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 （ＳＯ
   ₄ ）₃ ，〔Ｍ₂ ＝Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｚｎを少なくとも
   １種類以上〕を０．１〜５ｗｔ％添加し，これにフラン
   樹脂，同樹脂硬化用硬化剤を配合，混練した配合砂で砂
   中子を造型する工程と，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。