JP2709675B2 - 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
ン剤をコーティングする際に，コーテイング剤が，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。

【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
中子原型造型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原型の表面にコーテ
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。勿論，その場合，砂中子原型造型用骨材の成分，砂
中子原型の造型方法，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。

【０００３】その中で，砂中子原型造型用骨材を固めて
砂中子原型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，砂中子原型は，
砂中子原型造型用骨材，フラン系樹脂および過酸化剤配
合の配合砂からなつており，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，砂中子原型造型用骨材にフラン系樹脂とフラ
ン樹脂硬化触媒である有機過酸化物を添加した配合砂を
所望の形状の金型内に充填して砂中子原型を造型する場
合，亜硫酸ガスを使用してフラン樹脂を硬化させて砂中
子原型を造型する。従って，砂中子原型造型に亜硫酸ガ
スを使用するので，作業環境が悪く，日本の工場では，
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，また，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，骨材のバインダ
であるフラン樹脂を有機過酸化物と亜硫酸ガスで硬化さ
せるのに代わって，フエ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，中子原型造型用骨材と結合剤の混合物を固
めて砂中子原型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
成樹脂をコーテイングしたレジンコーテッドサンド（Ｒ
ＣＳ）を，砂中子原型造型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原型では，かなり良好に行
われたコーティング液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原型の表面にコーティング
したが，コーティング液が濡れずに砂中子原型の表面で
コーティング液が弾かれてうまく中子原型の表面にコー
ティング層が形成されなかつた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、砂中
子原型造型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）に有機酸のナトリウム
塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩あるい
は亜鉛塩の少なくとも１種類の有機酸の金属塩を０．５
〜５％配合、混練して有機酸の金属塩をレジンコーテッ
ドサンドに被覆する工程と、この被覆したＲＣＳを用い
て砂中子原型を造型する工程と、この造型した砂中子原
型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，前記したよ
うに有機酸の金属塩を配合したＲＣＳで砂中子原型を造
型した後，この砂中子原型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して，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−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，コロイド粒子に荷電している反対
の正の符号を持った電荷は分散媒である水の方に存在
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】このコーティング液に，前記した方法で造
型した砂中子原型を浸漬すると，砂中子原型の表面から
はコーティング液と反対の正に荷電した金属イオンが溶
出して来るので，このイオンがコーティング液のコロイ
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，砂中子原型の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，砂中子原型の表
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。このようにすれば，シェルモ
ールド法で造型した砂中子原型でも，ハードックス法で
造型した砂中子原型と同一のコーティング液を用いて
も，砂中子原型の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い。その結果，シェルモールド
法で造型した砂中子原型の表面上にもコーティング層が
形成され，そして砂中子原型の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。

【０００９】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と
き，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、
コスト面からドライホット法が好ましい。そこで、１３
０〜１６０℃に加熱された砂に酢酸カルシウムを砂に対
し０．５〜５％、フェノール樹脂を１．５％添加し、そ
して、さらに硬化剤としてヘキサミン溶液を添加して酢
酸カルシウム被覆したＲＣＳを得た。なお、酢酸カルシ
ウムをＲＣＳを製造するときに添加したが、市販されて
いるＲＣＳに対しては同じ量の酢酸カルシウムを添加し
て乾燥後使用してもよい。

【００１１】このようにしてつくったＲＣＳを，所定の
砂中子原型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
いる方法で砂中子原型を造型した。この場合，砂中子原
型倍型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〜
２分間金型内で加熱して砂中子原型を所定の強度に硬化
させた。例えば，坑折力２０〜５０ｋｇの砂中子原型を
得た。

【００１２】次に，上記のように造型された砂中子原型
の表面にコーティング剤をコーティングする。この場
合，この砂中子原型をコーティング剤中に浸漬してもよ
いし，この砂中子原型の表面にコーティング剤を刷手塗
りしたり，または吹付けたりしてもよい。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原型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原型の表面で凝
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浸
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。

【００１３】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。そして，砂中子原型の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５
００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。

【００１４】以上のようにして造型された砂中子原型
を，第１層コーティング液に浸漬して砂中子原型の表面
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，砂中子原型を乾燥す
る。その結果，砂中子原型の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０．０１〜０．０５ｍｍのコーティング膜が形
成される。一方，酢酸カルシウムを添加しなかったＲＣ
Ｓで造型した砂中子原型では，砂中子原型の表面でコー
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
が砂中子原型の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。

【００１５】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／ｃｍ^２，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。しかし，酢酸カルシウムで表面を被覆しなかったＲ
ＣＳで造型したシェルモールド法砂中子原型では，コー
ティング液が砂中子原型の表面で濡れずに弾かれてしま
うので，砂中子原型の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
を転写したような凹凸が見られた。

【００１６】

【発明の効果】このように、本発明においては、砂中子
原型造型用骨材にフェノール樹脂を被覆したＲＣＳに有
機酸のナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カ
ルシウム塩あるいは亜鉛塩の少なくとも１種類の有機酸
の金属塩をＲＣＳに対して０．５〜５％添加してＲＣＳ
に有機酸の金属塩を被覆する工程と、この被覆したＲＣ
Ｓを用いて砂中子原型を造型する工程と、この砂中子原
型の表面上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原
型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、この砂中子原型はコロイダルシリカを含む
コーティング液に浸漬したとき、砂中子原型内のアルミ
ニウムイオンによってコロイダルシリカが砂中子原型の
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、砂中子原型の内部へのコーテ
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。従って、本発明で得られた崩
壊性砂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、充分に満足のい
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】 砂中子原型造型用骨材にフエノール樹脂
   を被覆したレジンコーテッドサンドに有機酸のナトリウ
   ム塩，カリウム塩，マグネシウム塩，カルシウム塩，あ
   るいは亜鉛塩の少なくとも１種類の有機酸の金属塩を
   ０．５〜５％配合，混練して有機酸の金属塩をレジンコ
   ーテッドサンドに被覆する工程と，この有機金属塩を被
   覆したレジンコーテッドサンドで砂中子原型を造型する
   工程と，この造型した砂中子原型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からなる崩壊
   性砂中子の製造方法。