JP2930164B2 - 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
および優れたコーティング性を有する砂中子の製造方法
に関するものである。さらに詳しくは，シェルモールド
法で造型した砂中子原型をポリ（メタ）アクリル酸塩で
処理することにより，同一コーティング剤を１回だけで
厚くコーティングでき，しかも，高圧鋳造用にも適した
砂中子の製造方法に関するものである。ここで，優れた
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。

【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
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。そして，崩壊性砂中子を得る場合，まず，砂を所望
の形に固め，次に，その固めた砂中子原型の表面にコー
ティング剤を塗布し，高圧下での溶湯鋳込時には砂中子
が破損したり，溶湯が砂中子内に侵入しないようにし，
鋳造後には，ほとんど力を加えずに砂中子を崩壊させて
容易に取出せるようにし，かつ，砂が隅々まで充分に取
出せるようにすることが試みられている。勿論，その場
合，砂中子原型の成分，砂の固め方，コーティング剤の
成分，コーティングの仕方等，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，砂を固めて砂中子原型を得る方
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６４−９８９
８号公報に記載されている技術が知られている。そし
て，この方法においては，砂中子原型は砂，酸硬化性樹
脂および酸化剤を主成分とする結合剤からなっており，
二酸化硫黄によって硬化される。

【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，所望の形状に造型した砂を硬化して砂中子原
型を得る場合，二酸化硫黄すなわち亜硫酸ガスを使用し
て硬化する。したがって，亜硫酸ガスを使用するため，
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，その為の付属設
備の設置が大変であり，また，その設置，運転のために
法規制も受ける。

【０００５】そのため，本発明者は，酸化剤と亜硫酸ガ
スの代りに結合剤を使用するシェルモールド法の良さを
見直すこととした。シェルモールド法では，砂と結合剤
の混合物を固めて砂中子原型を得るのに亜硫酸ガスを使
用するのではなく，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，砂中子原型造型用の金型内に圧縮空気で
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はかなり良好に行われていたコー
ティング剤と同一のコーティング剤を砂中子原型に塗布
しても，コーティング剤が濡れずにはじかれてうまくい
かなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては，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
型をポリ（メタ）アクリル酸塩で処理する工程と，この
ポリ（メタ）アクリル酸塩で処理した砂中子原型を乾燥
する工程と，この乾燥した砂中子原型の表面に粉末状の
耐火物を主成分とする中性水分散体からなるスラリ状の
コーティング剤をコーティングする工程と，このコーテ
ィングして得た砂中子を乾燥させる工程によって優れた
コーティングを有する砂中子を得る。なお，砂中子原型
を処理するポリ（メタ）アクリル酸塩は，ポリアクリル
酸又はポリメタアクリル酸と無機イオンとの間で生成す
る塩をいい，ポリ（メタ）アクリル酸の陰イオンとＬｉ
⁺ ，Ｎａ⁺ ，Ｋ⁺ ，Ｃｓ⁺ ，Ｃｕ⁺ ，Ｃｕ²⁺，Ｍｇ²⁺，
Ｃａ²⁺，Ｂａ²⁺，Ｚｎ²⁺，Ａｌ³⁺，Ｍｎ²⁺，Ｆｅ²⁺，Ｆ
ｅ³⁺，Ｃｏ²⁺，Ｎｉ²⁺，ＮＨ₄ ⁺などの無機陽イオンとが
電荷を中和する形で生成するものをいう。例えば，ポリ
（メタ）アクリル酸カリウム，ポリ（メタ）アクリル酸
カルシウム，ポリ（メタ）アクリル酸マグネシウム，ポ
リ（メタ）アクリル酸アンモニウム等が挙げられる。ま
た，砂中子原型をポリ（メタ）アクリル酸塩で処理する
場合は，例えば，ポリアクリル酸アンモニウム水溶液の
ようなポリ（メタ）アクリル酸塩溶液中に浸漬したり，
ポリ（メタ）アクリル酸塩溶液を砂中子原型の表面に刷
毛塗りしたり，吹付けたりする。

【０００７】

【作用】本発明においては、まず、例えば、前記したよ
うにＲＣＳを用いて砂中子原型を造型した後、その砂中
子原型をポリアクリル酸アンモニウム水溶液等のポリ
（メタ）アクリル酸塩水溶液中に浸漬するなどして砂中
子原型の内部にポリ（メタ）アクリル酸塩を浸み込ま
せ、次いで、この砂中子原型を乾燥する。次に、ポリ
（メタ）アクリル酸塩で処理した後、乾燥して得た砂中
子原型の表面に、粉末状の耐火物を主成分とする中性水
分散体からなるスラリ状のコ−ティング剤をコ−ティン
グする。この場合、造型した砂中子原型を、コ−ティン
グする前に、例えば、ポリアクリル酸アンモニウム水溶
液等のポリ（メタ）アクリル酸塩水溶液中に浸漬すれ
ば、砂中子原型の表層部や中にポリ（メタ）アクリル酸
塩が付着したり浸み込んだりする。この砂中子原型を浸
漬槽から引き上げた後、８０〜２００℃で数分〜２時間
乾燥させると、砂中子原型の表層部にポリ（メタ）アク
リル酸塩の皮膜が均一に形成し、砂中子原型表面の空隙
（毛管）が目詰めされ、かつ、砂中子原型の表面が親水
化されるとともに、砂中子原型の表面および表面近くに
高分子電解質であるポリ（メタ）アクリル酸塩が均一に
存在するようになる。

【０００８】一方，このようなポリ（メタ）アクリル酸
塩処理および乾燥を経て得た砂中子原型に，粉末状の耐
火物を主成分とする中性水分散体からなるスラリ状のコ
ーティング剤を塗布すれば，該砂中子原型の表面および
表面近くに形成したポリ（メタ）アクリル酸塩の皮膜に
より該砂中子原型が親水化されてコーティング剤が該砂
中子原型の表面ではじかれることなく，かつ該砂中子原
型の表面および表面近くに存在する高分子電解質である
ポリ（メタ）アクリル酸塩によりコーティング剤が瞬時
に凝集して該砂中子原型の表面に厚くコーティングでき
る。その後これを乾燥すれば，所望の厚さの均質なコー
ティング層が形成される。

【０００９】このようにすれば，シェルモールド法で
も，砂中子原型を固めることができ，かつ，砂中子原型
の表面にコーティング剤を所望の状態で確実容易にコー
ティングすることができる。そして，この発明によって
得られたコーティング砂中子を用いれば，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
クラックが入ったりすることもなく，溶湯が砂中子内に
侵入することもない。

【００１０】

【実施例】砂中子原型を製造するときは，まず，フェノ
ールレジン等の石炭酸系合成樹脂を砂にコーティングし
たレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）を用意する。ＲＣ
Ｓは混練温度，フェノール樹脂等の石炭酸系合成樹脂の
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。すなわち，１３０〜１６０℃に加
熱された砂に固形樹脂をミキサーで溶融コーティングし
たのち，ノボラック樹脂の場合は硬化剤のヘキサミン水
溶液，レゾール樹脂の場合は水のみを投入して，水の蒸
発潜熱およびエアレーションによって急冷しながら砂粒
同志の固着が少なくなった時点でステアリン酸カルシウ
ム等のワックスを分散させて乾態易流動性のＲＣＳを得
る。

【００１１】なお，砂は，硅砂，ジルコンサンド，クロ
マイトサンド，セラビーズ等あるいはそれらの再生砂を
用いる。この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原型を成
型した。この場合，中子成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分程度加熱して，砂中子原型を所定
の強度に硬化させた。例えば，抗折力２０〜５０ｋｇの
砂中子原型を得た。

【００１２】次に，このようにして成型した砂中子原型
を，ポリ（メタ）アクリル酸塩の水溶液で処理する。こ
のポリ（メタ）アクリル酸塩としては，ポリアクリル酸
アンモニウム，ポリアクリル酸カルシウム，ポリメタア
クリル酸ナトリウム等が挙げられる。これらのポリ（メ
タ）アクリル酸塩の水溶液中に砂中子原型を浸漬し，砂
中子原型に吸収させた後，加熱乾燥させる。水溶液の濃
度は稀釈倍率２００倍以内である。稀釈倍率が２００倍
を越えるとコーティング厚みが薄く，処理効果がなくな
る。浸漬時間は，処理液の濃度および砂中子原型と処理
液との親和性によっても異なるが，０．５秒の短時間か
ら５分程度である。

【００１３】もし，砂中子原型が処理液に濡れにくい場
合は，予め砂中子原型をメタノール等の親水性有機溶媒
に短時間浸漬した後に処理液に浸漬するか，処理液に上
記親水性有機溶媒を砂中子原型が処理液に濡れるように
なるまで混合してから処理する。浸漬処理した砂中子原
型の加熱乾燥は，温度が高いほど時間が短くてすみ，目
安として１２０℃で３０分程度である。

【００１４】つぎに，上記のように処理された砂中子原
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毛塗
りしたり吹付けたりしてもよい。コーティング剤は，微
粉末シリカと微粉末アルミナを主成分とし，少量のコロ
イドシリカを加えた固形分５０〜９０重量％のスラリと
した。固形分が５０重量％以下ではコーティング層の厚
みが薄くなり，９０重量％以上になるとスラリを撹拌す
るのが極めて困難となる。なお，このコーティング剤の
ｐＨを７．０±１．０に維持していなければ，撹拌下で
も沈殿，凝固することがある。

【００１５】なお，コーティング剤としては，他のコー
ティング剤を用いることもできる。例えば，グラファイ
ト，マイカ，ヒューズドシリカ，アルミナ，マグネシ
ア，カーボンブラックおよびジルコン粉末等の無機耐火
性材料約３０〜８０重量％と，コロイドシリカ，アルミ
ナゾル，粘土およびアミン処理ベントナイト等の無機結
合剤約１〜２５重量％と，水からなるものを用いてもよ
い。この場合，より好ましいものは，ヒューズドシリカ
とコロイドシリカである。なお，これに約１０容量％の
メタノールとカオリンを加えても良い。

【００１６】前記コーティング剤中に，ポリ（メタ）ア
クリル酸塩処理次いで加熱乾燥された砂中子原型を数秒
間浸漬し，その後，加熱乾燥を行う。乾燥条件は，１２
０℃，１０分程度である。コーティングの厚みは，ポリ
（メタ）アクリル酸塩処理を行わない場合には砂中子原
型からはじかれてほとんど塗れないのに対して，充分に
厚く，砂中子原型への浸透も少なく，しかも，塗膜は堅
固である。コーティング層は１層でもよいが，製品とコ
ーティング層との離型性を良くするため，２層の方がよ
り好ましい。２層目のコーティング層を形成するための
コーティング剤としては，例えば，３％水溶性フェノー
ル樹脂溶液１リットルに対し，雲母粉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１０
グラム，消泡剤としてオクチルアルコール１グラムをよ
く撹拌混合したもの等を用いることができる。このコー
ティングは前記第１層コーティングを終えた砂中子原型
を第２層コーティング剤中に浸漬したり，該砂中子原型
の表面に第２層コーティング剤を刷毛塗りしたり吹付け
たりした後，乾燥して形成する。

【００１７】さらに詳しい実施例として，実験例をつぎ
に示す。 （実験例１〜４，および比較例）フラタリ砂１００部に
対して２部のフェノール樹脂（硬化剤ヘキサミンを含
む）をコーティングしたＲＣＳを用いて，重量約２Ｋｇ
のエンジンブロック用砂中子原型をシェルモールド法で
複数個造型した。造型条件は金型温度２５０℃，吹込み
圧０．８Ｋｇ／ｃｍ² ，加熱時間９０秒であった。１日
放置した後の砂中子原型の抗折力は３８Ｋｇであった。
このうちの１個は，後記するポリ（メタ）アクリル酸塩
処理を何ら行わずに，本実験例と同一のコーティングを
行ったので，比較例として後記する表１に示す。

【００１８】ポリアクリル酸アンモニウム（平均分子量
６７．２万）１部に水を各々９部，４９部，９９部，１
９９部混合して，稀釈倍率１０，５０，１００，２００
倍の水溶液をそれぞれ調製した。この水溶液に砂中子原
型を１〜２秒間浸漬した後，１２０℃の循環式熱風加熱
炉で３０分間乾燥した。（実験例１〜４）

【００１９】これらポリアクリル酸アンモニウム処理を
行わなかったものとそれぞれ濃度が異なった液によって
ポリアクリル酸アンモニウム処理された砂中子原型を同
一のコーティング剤に１〜２秒間浸漬した後，１２０℃
の循環式熱風加熱炉で１０分間乾燥した。コーティング
剤の組成は，微粉末シリカ５０部と微粉末アルミナ３０
部にコロイドシリカ３部を水２０部に懸濁させたもの
で，ｐＨは７．２に調製されたものであった。比較例の
ものおよび実験例４のものは，コーティングが不良ない
しやや良程度であった。これにより，ポリアクリル酸ア
ンモニウム稀釈倍率は１５０〜２００倍以下が良いこと
が推定された。

【００２０】前記の第１層コーティングを終えた後，次
に第２層目のコーティングを行った。第２層のコーティ
ング剤としては，３％水溶性フェノール樹脂溶液１リッ
トルに対し，雲母粉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１０グラム，消泡剤と
してオクチルアルコール１グラムをよく撹拌混合したも
のを用いた。すなわち，前記第１層コーティングを済ま
せた砂中子原型をこの第２層コーティング剤中に１〜２
秒間浸漬した後，１２０℃の循環式熱風加熱炉で１０分
間乾燥した。

【００２１】

【表１】

【００２２】以上のようにして得た砂中子を金型にセッ
トし，アルミニウム合金ＡＤＣ１０を鋳造圧力６００ｋ
ｇ／ｃｍ² ，湯口速度２００ｍｍ／ｓｅｃ，注湯温度７
６０℃の条件下で高圧鋳造した。鋳造後に３５０℃で３
０分加熱処理したのち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，実験例１〜３の場合には中子砂
は完全に除去され，優れた鋳造品が得られた。実験例４
の場合には中子砂の除去はやや良であったが，比較例の
場合には溶湯が砂中子原型に差込んでおり中子砂の除去
は不良であった。まとめて，結果を表１に示す。

【００２３】（実験例５〜８，および比較例）実験例１
〜４のポリアクリル酸アンモニウムの代りにポリアクリ
ル酸カルシウム（平均分子量５０．７万）を使用し，そ
れ以外は全く同様に処理，操作したところ，ポリアクリ
ル酸アンモニウムの場合と同様に優れた結果が得られ
た。その結果を表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】このように，本発明においては，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
を用いて砂中子原型を造型する工程と，この砂中子原型
をポリ（メタ）アクリル酸塩で処理する工程と，このポ
リ（メタ）アクリル酸塩で処理した砂中子原型を乾燥す
る工程と，この乾燥した砂中子原型の表面に粉末状の耐
火物を主成分とする中性水分散体からなるスラリ状のコ
ーティング剤をコーティングする工程と，このコーティ
ングして得た砂中子を乾燥させる工程によってコーティ
ングされた砂中子を製造するようにしたので，コーティ
ング剤でコーティングするとき，コーティング剤は砂中
子原型の表面ではじかれたり，砂中子原型内に浸み込ん
だりすることなく，均一で適当な厚さのコーティング層
を形成する。したがって，砂中子は，鋳造時には高圧の
鋳込圧力に充分耐えることができる。

【００２６】すなわち，本発明で得られた砂中子を用い
てダイカストのような高圧鋳造を行った場合，砂中子中
に溶湯が差込むことがなく，砂を排出した後の製品の鋳
肌面には砂は全く残留せず，非常に平滑である。したが
って，このような砂中子を，例えば，クローズドデッキ
型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 (56)参考文献 特開 昭64−48638（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−91014（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−123835（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22C 9/10,3/00,13/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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を用いて砂中子原型を造型する工
   程と，この砂中子原型をポリ（メタ）アクリル酸塩で処
   理する工程と，このポリ（メタ）アクリル酸塩で処理し
   た砂中子原型を乾燥する工程と，この乾燥した砂中子原
   型の表面に粉末状の耐火物を主成分とする中性水分散体
   からなるスラリ状のコーティング剤をコーティングする
   工程と，このコーティングして得た砂中子を乾燥させる
   工程からなる砂中子の製造方法。