JP2790231B2 - 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。

【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，砂中子造型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，砂中子造型用骨
材，フラン系樹脂および有機過酸化物配合の配合砂から
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，砂中子造型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，ハードックス法では砂中子造型
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】そのために，本発明者は，フラン樹脂を有
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，中子造型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ＲＣＳを，砂中子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
子造型用骨材面にフェノール樹脂を被覆したＲＣＳに対
して２価イオン元素の金属塩，即ち，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃ
ｄ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｂａ，Ｃｕ，Ｆｅ等の金属元素からな
るハロゲン化物，あるいは，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｕ，
Ｆｅ等の金属元素からなる硫酸塩を少なくとも１種類以
上０．１〜５ｗｔ％配合してＲＣＳに２価イオンの金属
塩を被覆する工程と，この金属塩を被覆した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２価イオンの金属塩を配合したＲＣＳ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Ｍ⁺²，例
えば，Ｍｇ⁺²，Ｃａ⁺²，Ｚｎ⁺²，Ｃｄ⁺²，Ｍｎ⁺²，Ｂａ
⁺²，Ｃｕ⁺²，Ｆｅ⁺²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，０．２〜０．３ｍ
ｍ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。

【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
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。そこで，１
３０〜１６０℃に加熱されたフラタリサンドにフェノー
ル樹脂を１．５ｗｔ％，塩化バリウムを０．１〜５ｗｔ
％を配合して，さらに硬化剤としてヘキサミン溶液，ス
テアリン酸カルシウムを添加して硫酸アルミニウム被覆
のＲＣＳを得た。なお，塩化バリウムをＲＣＳを製造す
るときに添加したが，市販されているレジンコーテッド
サンド塩化バリウムを添加して乾燥後使用しても良い。

【００１１】そして，添加する塩化バリウムの濃度は例
えば，１０〜２５ｗｔ％，好ましくは，２０〜２５ｗｔ
％が良い。このようにして製造した塩化バリウム被覆の
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，
砂中子造型用の金型の加熱温度は，例えば，２００〜３
００℃，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。

【００１２】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。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。

【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，３０ｗｔ％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７０〜７５ｗｔ％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，塩化バリウ
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。

【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／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。

【００１６】しかし，塩化バリ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，１例として塩化バリウム
添加法を述べたが，他の元素の金属塩を用いても同様な
効果が得られる。酸塩からなる複塩を用いても同様な効
果が得られる。

【００１７】

【発明の効果】このように，本発明においては，砂中子
造型用骨材にフェノール樹脂を被覆したＲＣＳに２価イ
オンの金属塩を０．１〜５％添加してＲＣＳに金属塩を
被覆する工程と，この金属塩を被覆した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Ｍ⁺²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。

【００１８】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２価
   イオン元素の金属塩，即ち，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｄ，
   Ｂａ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｆｅ等の金属元素からなるハロゲン
   化物，あるいは，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｆｅ等の金
   属元素からなる硫酸塩を少なくとも１種類以上０．１〜
   ５ｗｔ％添加してＲＣＳに２価イオンの金属塩を被覆す
   る工程と，この金属塩を被覆した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。