JP2792587B2 - 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】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液をコーティングする際に，コー
ティング液が，薄い液状で砂中子原型の内部に広がった
状態で深くしみ込まずに，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。

【０００３】

【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
等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。

【０００４】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。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。

【０００５】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，フラン系樹脂及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。

【０００６】

【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，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。

【０００７】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
ティングしたレジンコーテッドサンド（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。

【０００８】

【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レジンコー
テッドサンド（ＲＣＳ）で造型した砂中子を塩化アルミ
ニウム，アルミン酸塩，硝酸アルミニウム，硫酸アルミ
ニウム，硫酸アルミニウムとアルカリ金属の硫酸塩との
複塩（明礬）などのアルミニウム塩化合物を１種類以上
含有した溶液に浸漬して中子を塩処理する工程と，塩処
理した中子を乾燥する工程と，この塩処理後乾燥した砂
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。

【０００９】

【作用】本発明においては，まず，例えば，前記したよ
うにレジンコーテッドサンドで造型した砂中子をアルミ
ニウム塩化合物を含有した溶液で処理した後，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。

【００１０】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アルミニウムイオン
Ａｌ ⁺³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。

【００１１】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。

【００１２】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
出すことが出来ると共に，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出来
る。

【００１３】

【実施例】レジンコーテッドサンド（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，１３０〜１６０℃に加熱され
たフラタリーサンドにフェノール樹脂を１．５％，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
ムを添加してレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）を得
た。

【００１４】このようにして製造したレジンコーテッド
サンドを，所定の砂中子形状のキャビティを有する金型
内に加圧空気とともに吹込み，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
〜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。

【００１５】次に，上記のように造型された砂中子を，
アルミニウム塩を含む化合物の溶液に浸漬して塩処理す
る。塩処理する溶液は，例えば，硫酸アルミニウムなど
のアルミニウム塩化合物を水に溶かしてアルミニウムイ
オンＡｌ⁺³濃度が１〜１０％の範囲がよい。アルミニウ
ムイオンが１％以下ではコーティング層の厚みが薄く，
効果がない。また１０％を越えても効果が変わらないの
で，本発明では，最大１０％とした。浸漬時間は２〜５
秒で，塩処理した砂中子の乾燥は温度が高いほど短時間
ですむが，目安として１２０℃×３０分程度である。

【００１６】次に，アルミニウム塩処理した砂中子表面
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よいし，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。

【００１７】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。

【００１８】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層コーティングの方が好ましい。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。

【００１９】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
グ層の上に施したのち中子を乾燥する。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０．０１〜０．０
５ｍｍのコーティング膜が形成される。

【００２０】一方，レジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）
で造型してアルミニウム塩処理しなかった砂中子では，
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。

【００２１】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。

【００２２】しかし，レジンコーテッドサンド（ＲＣ
Ｓ）で造型してアルミニウム塩処理しなかったシェルモ
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
一例として硫酸アルミニウムを述べたが，他のアルミニ
ウム塩を用いても同様な効果が期待できる。

【００２３】

【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レジンコーテッ
ドサンド（ＲＣＳ）で造型された砂中子をアルミニウム
塩化合物を含む溶液で塩処理する工程と，この塩処理し
た砂中子を乾燥する工程と，この乾燥した砂中子表面に
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。

【００２４】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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22C 9/10,1/22,3/00

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）で造型した砂
   中子を，塩化アルミニウム，アルミン酸ナトリウム，硝
   酸アルミニウム，硫酸アルミニウム，硫酸アルミニウム
   とアルカリ金属の硫酸塩との複塩（明礬）などのアルミ
   ニウム塩化合物を少なくとも１種類以上含有したアルミ
   ニウム塩溶液に浸漬して，砂中子をアルミニウム塩処理
   する工程と，この塩処理した砂中子を乾燥する工程と，
   この塩処理後乾燥した中子表面に微粉末の耐火物を主成
   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。