JP2723149B2

JP2723149B2 - 圧力鋳造用中子

Info

Publication number: JP2723149B2
Application number: JP62058225A
Authority: JP
Inventors: 孝昭向井; 幸男山本
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPS63224838A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ダイカスト法等の圧力鋳造用として用いる
中子に関する。（従来の技術）従来より、このような中子として、砂粒をフェノール
樹脂で被覆したシェル砂いわゆるレジンコーテッドサン
ドを、例えば約250℃に加熱された成形型内に充填して
焼成することにより、上記シェル砂表面のフェノール樹
脂を粘結硬化せしめ、その後、成形型より離型するよう
にしたシェル中子が造型性に優れていることから一般に
よく知られている。ところで、このシェル中子を用いて鋳造品を鋳造する
場合、シェル中子は鋳造時における溶湯圧力の作用によ
り収縮する。そして、このようにシェル中子が収縮する
と、シェル中子を構成しているシェル砂の充填密度が増
大し、鋳造後にシェル中子を鋳造品より除去すべくシェ
ル中子に振動を加えても崩壊し難いという問題があっ
た。特に溶湯鍛造法等の高圧鋳造法で鋳造した場合にシ
ェル中子の崩壊性の低下が著しい。また、上記シェル中
子の崩壊性の低下は、上述の如くシェル中子の充填密度
の増大に伴ってシェル砂間の気孔率が低下して通気性が
悪化することから、シェル中子の砂粒を被覆しているフ
ェノール樹脂の酸素との接触が少なくなり、このためフ
ェノール樹脂を熱分解し難くなることにもよるものであ
る。そこで、上記シェル中子の崩壊性の向上を図る手段と
して、例えば特開昭53-95126号公報に開示されているよ
うに、珪砂100重量部に対しバインダとして水溶性澱粉
やゼラチン等の水溶性高分子0.1〜2.0重量部の水溶液
と、水溶性塩粒子１〜10重量部の水溶液とを混合して鋳
型を造型したものが提案されている。（発明が解決しようとする課題）ところが、上記公報のものは、珪砂同士を結合せしめ
るバインダとして水溶性高分子および水溶性塩粒子を用
いていることから、フェノール樹脂をバインダとして用
いた場合に比べて結合力が弱く、このため鋳型の強度が
低下してしまうという不具合が生ずる。また、鋳型が中
子である場合、該中子は一般にブロー成形等によって成
形されるが、上述の如くバインダとして水溶性塩粒子を
用いると、その潮解性により珪砂等の流動性が阻害され
て中子の造型に悪影響を及すおそれがある。本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、シェル中子の主構成物として珪砂
および水溶性塩粒子を、バインダとしてフェノール樹脂
等従来より汎用されているレジンをそれぞれ用いること
とする。この場合、上記シェル砂、水溶性塩粒子および
レジンの配合割合を特定することにより、ブロー成形時
等における上記水溶性塩粒子の潮解に起因する珪砂等の
流動性の阻害および珪砂等の結合力に起因する造型後に
おけるシェル中子の強度低下等を来たすことがなく、し
かも、鋳造後においてシェル中子の水中への浸漬による
上記水溶性塩粒子の溶解により珪砂間の間隙を大きくし
得、これによりブロー成形等によるシェル中子の良成形
性およびシェル中子の強度等を確保しつつ鋳造後におけ
るシェル中子の崩壊性の向上を図らんとすることにあ
る。さらには、中子表面に塗型材層を形成する際、スラ
リー液との接触による水溶性塩粒子の溶出量を少なくし
て中子強度を確保し、高圧の溶湯圧力が掛かる圧力鋳造
用中子として使用に耐え得るようにすることにある。（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、珪
砂60〜75重量％と水溶性塩粒子25〜40重量％とで構成さ
れた中子砂基材に対しバインダとしてのレジンを１〜５
重量％配合したものを成形型内に充填して焼成する構成
とする。この場合、該レジンが焼成後においても残存す
るようにする。さらに、塗型材を塗布乾燥してなる塗型
材層を中子表面に形成する。（作用）上記の構成により、本発明では、シェル中子は珪砂と
水溶性塩粒子とをレジンにより結合せしめて成形され、
しかも珪砂に対する水溶性塩粒子の配合割合が重量％で
60〜75:25〜40に設定され、かつこの配合物つまり中子
砂基材に対しレジンが１〜５重量％の割合で配合されて
いる。しかも、焼成後のシェル中子には上記レジンが消
失せずに残存している。さらに、塗型材を塗布乾燥して
なる塗型材層が中子表面に形成されている。このことから、ブロー成形時等における上記水溶性塩
粒子の潮解に起因する珪砂等の流動性が阻害されたり、
造型後におけるシェル中子の珪砂等がレジンにより強固
に結合されてその強度が低下したりすることがなく、し
かも鋳造後においてシェル中子の水中への浸漬による上
記水溶性塩粒子の溶解により珪砂間の間隙が大きくなさ
れ、これによりブロー成形等によるシェル中子の良成形
性およびシェル中子の強度等を確保しつつ鋳造後におけ
るシェル中子の崩壊性の向上が図られることとなる。さ
らには、中子表面に塗型材層を形成する際、水溶性塩粒
子が塗型材であるスラリー液中の水分に接触して溶出す
るが、上述の如く中子砂基材に占める水溶性塩粒子の量
は珪砂よりも少なく、よって水溶性塩粒子の溶出量はそ
れほど多くなく、中子強度が確保されて高圧の圧力鋳造
用中子として十分に使用に耐え得る。（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１図および第２図は自動車のロータリーピストンエ
ンジンのローターを鋳造する場合に適用した第１中子１
と第２中子２とからなる２分割タイプの本発明の実施例
に係る圧力鋳造用シェル中子３を示し、該シェル中子３
の上記両第１および第２中子1,2は形状が異なるほかは
同一に構成されているので、以下第１中子１について説
明することとし、第２中子２については同一の構成部分
については同一の符号を付してその詳細な説明を省略す
る。上記第１中子１は珪砂と水溶性塩粒子とからなる中子
砂基材をバインダとしてのレジンで被覆してなり、この
レジンで被覆した中子砂基材を例えば約250℃に加熱保
持された図示しない中子成形型内にブロー成形等により
充填して焼成することにより第１中子１が造型される。この第１中子１の中子砂基材を構成する珪砂の組成と
しては、例えばSiO₂ 93.36重量％、Al₂O₃ 5.19重量％、
Fe₂O₃ 0.97重量％、その他0.48重量％に設定されたもの
が、水溶性塩粒子としては、例えばNaClやKCl等がそれ
ぞれ用いられる。また、これらの平均粒径は、例えば珪
砂が60メッシュであれば水溶性塩粒子はそれよりも若干
粗い40メッシュのものを用いることが崩壊性を良くする
観点から好ましい。さらに、本発明の特徴として、上記
第１中子１の中子砂基材を構成する珪砂と水溶性塩粒子
との配合割合は、珪砂においては60〜75重量％、水溶性
塩粒子においては25〜40重量％とそれぞれこの範囲内で
選定される。また、バインダとしてのレジンとしては、フェノール
樹脂が用いられ、ノボラックタイプのものでは硬化剤と
してヘキサメチレンテトラミンをフェノール樹脂に対し
10重量％添加したものが用いられる。なお、レゾールタ
イプのものでは硬化剤を必要としない。また、上記中子
砂基材に対するレジンの配合割合は１〜５重量％の範囲
内で選定される。さらに、上記第１中子１の外表面には塗型材層として
第１コーティング層４が設けられ、該第１コーティング
層４は、粉末状の耐火物，金属酸化物等を含有したスラ
リー液を上記第１中子１の外表面に塗布したのち例えば
乾燥温度150℃、乾燥時間30分の条件下で乾燥工程を経
ることにより、例えば100〜350μｍの層厚に形成され
る。この第１コーティング層４の層厚を上記の範囲に設
定した理由は、100μｍ未満では鋳造時に湯圧によりク
ラックが生ずるおそれがある一方、350μｍを超えると
第１中子１に対する溶湯の層厚の増加に比例した浸入防
止効果は期待できず、かえって第１中子１の寸法精度に
悪影響を及ぼすおそれがあるからである。そして、上記
スラリー液の配合組成としては、例えばSiO₂ 55.5重量
％、Al₂O₃ 2.0重量％、Fe₂O₃ 4.0重量％、CaO 0.5重量
％、MgO 25.0重量％、ZrO₂ 0.5重量％、C 6.0重量％、
その他6.5重量％を、エチルアルコールにて50％に希釈
したものを用いる。また、上記第１中子１の第１コーティング層４上には
別の塗型材層として第２コーティング層５が設けられ、
該第２コーティング層５は、黒鉛，雲母等の微粒子もし
くは偏平粒子を含有する溶液を塗布したのち乾燥工程を
経ることにより、例えば黒鉛層の場合は平均粒径0.5〜1
0μｍのものを10〜50μｍの層厚に、雲母層の場合には
平均粒径２〜10μｍのものを50〜150μｍの層厚にそれ
ぞれ形成される。このように第２コーティング層５を構
成する黒鉛および雲母粒子の粒径を上記の範囲に設定し
た理由は、下限は製造上の問題であり、上限は層の緻密
化が困難となって溶湯浸入のおそれがあるからである。
また、黒鉛および雲母の層厚を上記の範囲に設定した理
由は、黒鉛層の場合には10μｍ未満では鋳造時に湯圧に
よりクラックが生ずるおそれがある一方、50μｍを超え
ると第１中子１に対する溶湯の層厚の増加に比例した浸
入防止効果は期待できないからであり、また、雲母層の
場合には上記黒鉛層と同様に50μｍ未満では鋳造時に湯
圧によりクラックが生ずるおそれがある一方、150μｍ
を超えると第１中子１に対する溶湯の層厚の増加に比例
した浸入防止効果は期待できないからである。そして、
上記黒鉛，雲母等の微粒子もしくは偏平粒子を含有する
溶液としては、例えば黒鉛の場合は黒鉛粒子50重量部に
対し水100重量部の割合で配合したものを、雲母の場合
は雲母粒子80重量％に対し水ガラス（珪酸ナトリウム）
20重量％の割合で配合したものをそれぞれ用いる。なお、上記第２コーティング層５を形成するにあたっ
ての乾燥条件は、上記第１コーティング層４の場合と同
様に例えば乾燥温度150℃、乾燥時間30分の条件下にて
行われるが、これに限らず、上記各層4,5共それぞれ構
成する溶液中の揮発成分を蒸散せしめることができる乾
燥温度および乾燥時間であればよい。このように両第１および第２中子1,2の各々外表面に
第１および第２コーティング層4,5がそれぞれ形成され
て、該両第１および第２中子1,2を組み合わせて圧力鋳
造に供する２分割タイプの圧力鋳造用シェル中子３が形
成される。次に、上記実施例に係る２分割タイプの圧力鋳造用シ
ェル中子３の製造法およびそれを用いて溶湯鍛造法によ
り自動車のロータリーピストンエンジンのローターを鋳
造する場合について具体的に説明する。まず、平均粒径60メッシュの珪砂65重量％、平均粒径
40メッシュのNaCl 35重量％、ノボラックタイプのフェ
ノール樹脂2.0重量％およびヘキサメチレンテトラミン
0.2重量％をブロー成形により成形型内に充填した後、
焼成温度250℃の条件の下で焼成して第１および第２中
子1,2を造型する。この際第１および第２中子1,2造型状態を調べるため
に、シエル中子３の試料として各種条件を変えて成形し
た直径20mm、長さ50mmの円筒状のものを用意し、この各
試料を水に10時間浸漬してそのときの崩壊率を調べた。
このときのデータを第５図に示す。図中、△印を付した
ものは中子砂基材に対するフェノール樹脂の量が1.0重
量％であることを、○印を付したものは4.0重量％であ
ることを、□印を付したものは5.0重量％であることを
それぞれ表わす。なお、崩壊率の許容下限は、水中から
取り出した各試料に対し機械的振動を与えるシェイクア
ウトを行うことにより、残部を容易に取り除くことがで
きる50％に設定した。このデータによると、上記基準を満足するものは、中
子砂基材に対するフェノール樹脂の量が1.0重量％のも
のでは、珪砂に対するNaClの配合割合が25重量％以上、
中子砂基材に対するフェノール樹脂の量が4.0重量％の
ものでは、30重量％以上、中子砂基材に対するフェノー
ル樹脂の量が5.0重量％のものでは、40重量％以上それ
ぞれ必要であることが判る。なお、珪砂に対するNaClの
配合割合が40重量％以上になると、NaClの潮解性からブ
ロー成形時に珪砂等の流動性が阻害されて中子の造型性
が悪化することとなるのでこれ以下に設定するのが適当
である。したがって、上記中子砂基材の珪砂に対する水
溶性塩粒子の配合割合は重量％で60〜75:25〜40に設定
することが好ましい。また、中子砂基材に対するフェノール樹脂の量は、１
重量％未満では中子の強度が低下して鋳造に悪影響を与
えるおそれがある一方、５重量％を超えるとレジンによ
り水溶性塩粒子の表面を被覆する範囲が多くなり、か
つ、溶湯圧力による中子の収縮とも相俟って中子溶出の
際、水との接触面積が少くなって溶出量が悪くなり、中
子の崩壊率が50％をきって上記基準を満足することがで
きなくなることから、中子砂基材に対しレジンを１〜５
重量％の割合で配合することが好ましい。その後、該各第１および第２中子1,2を上述の如く配
合したスラリー液中に浸漬する操作を適数回繰り返して
各第１および第２中子1,2の外表面にスラリー液を浸漬
塗布せしめ、しかる後、上記スラリー液を塗布した各第
１および第２中子1,2を乾燥工程に搬入して乾燥温度150
℃、乾燥時間30分の条件下で乾燥することにより、上記
各第１および第２中子1,2外表面に層厚200μｍの第１コ
ーティング層４を形成する。この際、中子砂基材を構成
する水溶性塩粒子の配合割合が25〜40重量％と珪砂の60
〜75重量％に比べて少ないため、スラリー液中の水分と
の接触により流出する水溶性塩粒子の量が少なく、第１
および第２中子1,2の強度を十分に確保して高圧の圧力
鋳造用中子としての使用に支障を来たさないようにする
ことができる。次に、上記第１コーティング層４を形成した第１およ
び第２中子1,2を上述の如く配合した黒鉛粒子を含有し
た溶液中に浸漬し、上記第１コーティング層４形成の時
と同様に乾燥条件の下で乾燥せしめることにより、第１
コーティング層４上に50μｍの第２コーティング層５を
形成する。このようにして第１および第２コーティング層4,5を
外表面に積層形成した第１および第２中子1,2を、第３
図に示すように、補強材７を介装して第１中子１が上
に、第２中子２が下になるように組み合わせてシェル中
子３を形成し、このシェル中子３を上型８および下型９
よりなる鋳型10内に配置して、プランジャ11の作動によ
りアルミニウム合金の溶湯Ａを700kg/cm²の湯圧で鋳型1
0内に注入することにより、第４図に示すようなロータ
リーピストンエンジンのローター12を溶湯鍛造法により
鋳造する。そして、上述の如くしてローター12を鋳造した後、該
ローター12を鋳型10内から取り出して水中に10時間浸漬
し、この段階でローター12中空部内のシェル中子３をNa
Clの溶解により50％以上崩壊せしめる。その後、残部の
シェル中子３をノックアウト、シェイクアウト等により
機械的振動を与えることにより崩壊せしめるか、あるい
は400〜500℃×30分〜１時間の条件の下で加熱保持する
ことによりフェノール樹脂を熱分解するかして崩壊せし
めてローター12中空部内より取り除く。なお、上記実施例では、第２コーティング層５を黒鉛
粒子で形成したが、これに限らず、例えば雲母粒子等で
形成することも採用可能である。また、上記実施例では、シェル中子３を第１中子１と
第２中子２とで構成した２分割タイプのものを示した
が、分割タイプのものに限る必要はない。さらに、上記実施例では、自動車のロータリーピスト
ンエンジンのローター12を鋳造する場合に適用したが、
これに限らず、シリンダブロックやシリンダヘッド、そ
の他自動車部品以外の鋳物製品を鋳造する場合にも適用
可能なことはいうまでもない。（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、中子の主構成
物である中子砂基材を珪砂と水溶性塩粒子とで構成し、
かつこれら珪砂および水溶性塩粒子の配合割合とバイン
ダとしてのレジンの配合割合とを適切に設定し、しか
も、該レジンを焼成後においても残存させ、さらに、塗
型材が塗布乾燥されてなる塗型材層を中子表面に形成し
た。したがって、ブロー成形時等における珪砂等の流動
性の阻害および造型後におけるシェル中子の強度低下等
を防止し得、しかも鋳造後におけるシェル中子の水中へ
の浸漬により上記水溶性塩粒子を溶解せしめて珪砂間の
間隙を大きくし得、これによりブロー成形等によるシェ
ル中子の良成形性およびシェル中子の鋳造時の溶湯圧力
に十分に耐え得る強度等を確保しつつ鋳造後におけるシ
ェル中子の崩壊性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は自動車のロータリーピストンエンジンのロータ
ーを鋳造する場合に適用した２分割タイプの本発明の実
施例に係る圧力鋳造用中子の分解斜視図、第２図は同縦
断拡大正面図、第３図はローターの鋳造状態を示す縦断
正面図、第４図は鋳造されたローターの斜視図、第５図
は中子試料の構成条件を変えてその崩壊性をテストした
データである。１……第１中子、２……第２中子、３……シェル中子、
４……第１コーティング層（塗型材層）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．珪砂60〜75重量％と水溶性塩粒子25〜40重量％とで
構成された中子砂基材と、該中子砂基材に対する配合割
合が１〜５重量％に設定されたバインダとしてのレジン
とを成形型内に充填して焼成してなり、該レジンは焼成
後においても残存しており、かつ、中子表面には塗型材
を塗布乾燥してなる塗型材層が形成されていることを特
徴とする圧力鋳造用中子。