JP2962448B2 - 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有機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つており，
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
型を有機酸塩で処理する工程と，この有機酸塩で処理し
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有機酸塩は，有機酸と
無機イオンとの間で生成する塩をいい，蟻酸，酢酸，プ
ロピオン酸，アクリル酸，メタアクリル酸，シュウ酸，
フマル酸，マレイン酸，コハク酸，酒石酸，クエン酸，
ブタンテトラカルボン酸，安息香酸，フタル酸，テレフ
タル酸，トリメリット酸，ベンゼンスルホン酸，トルエ
ンスルホン酸等のカルボン酸，スルホン酸などの有機酸
の陰イオンとＬｉ＋，Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｃｓ＋，Ｃｕ＋，
Ｃｕ２＋，Ｍｇ２＋，Ｃａ２＋，Ｂａ２＋，Ｚｎ２＋，
Ａｌ３＋，Ｍｎ２＋，Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋，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，酢酸カリウム，
酢酸ナトリウム，酢酸マグネシウム，酢酸カルシウム，
酢酸亜鉛，酢酸バリウム，アクリル酸マグネシウム，ア
クリル酸カルシウム，アクリル酸亜鉛，アクリル酸アル
ミニウム，安息香酸ナトリウム等が挙げられる。また，
砂中子原型を有機酸塩で処理する場合は，例えば，酢酸
カルシウム水溶液のような有機酸塩溶液中に浸漬した
り，有機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，有機酸塩の微粉末を薄くまぶしたりす
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
子原型を酢酸カルシウム水溶液等の有機酸塩水溶液中に
浸漬するなどして砂中子原型の内部に有機酸塩を浸み込
ませ，次いで，この砂中子原型を乾燥する。次に，有機
酸塩で処理した後乾燥して得たこの砂中子原型の表面
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。この
場合，造型した砂中子原型を，コーティングする前に，
例えば酢酸カルシウム水溶液等の有機酸塩水溶液の中に
浸漬すれば，砂中子原型の表層部や中に有機酸塩が付着
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有機酸塩の粉末が均一に付着
する。

【０００８】一方，このような有機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存在す
る有機酸塩により，コーティング剤が瞬時に凝集して該
砂中子原型の表面ではじかれることなく，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へキサミン水
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，有機酸塩の水溶液で処理する。この有機酸塩として
は，酢酸カルシウム，酢酸亜鉛，アクリル酸アルミニウ
ム等が挙げられる。これらの有機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
よび砂中子原型と栂甲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
記親水成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。なお，有機酸塩
を稀釈せずにそのまま使用してもよく，砂中子原型に有
機酸塩微粉末をまぶし，余分な有機酸塩微粉末を拭き取
る。前記したように，酢酸カルシウム水溶液のように濃
度の薄い溶液を用いたときは水を蒸発させるために乾燥
が必要であるが，このように水で稀釈しない場合は，乾
燥を行う必要はない。

【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，有機酸塩処理次
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，１２０℃，１０分程
度である。コーティングの厚みは，有機酸塩処理を行わ
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成を良くす
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。造型条件は金型洞度２５０℃，吹込み
圧０．８Ｋｇ／ｃｍ^２，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，後記する有機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】酢酸カルシウム１部に水を各々９部，４９
部，９９部，１９９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】これら酢酸カルシ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酢酸カルシウ
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秒間浸潰した後，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，酢酸カルシウム稀釈倍率は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／ｃｍ^２，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の酢酸カルシウムの代りにアクリル酸アルミニウム
を使用し，それ以外は全く同様に処理，操作したとこ
ろ，酢酸カルシ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
を有機酸塩で処理する工程と，この有機酸塩で処理した
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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22C 9/10,1/22 B22C 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，この砂中子原型を有機酸塩で処理する工程と，こ
   の有機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。