JP2962449B2 - 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、ウォームボック
ス法で造型した砂中子原型を非熱硬化性水溶性合成高分
子で処理することにより、同一コーティング剤を１回だ
けで厚くコーテイングでき、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
スの代りに硬化剤を使用するウォームボックス法の良さ
を見直すこととした。ウォームボックス法では，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，例えば，９０〜２４０℃に加熱
した砂中子原型造型用の金型内に砂と結合剤の混合物を
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
に塗布しても，コーティング剤が砂中子原型の内部に浸
み込んでしまい，充分な厚さのコーティング層が得られ
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，
フラン系樹脂，同樹脂加熱硬化用硬化剤を用いて砂中子
原型を造型する工程と，この砂中子原型を非熱硬化性水
溶性合成高分子で処理する工程と，この非熱硬化性水溶
性合成高分子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，砂中子を処理する非熱硬
化性水溶性合成高分子は，その分子構造がアクリル基，
メタアクリル基，ビニル基，エーテル基，無水マレイン
基の１つまたは２つ以上の主鎖から構成され，側鎖に水
溶性置換基を持ったものが大多数を占める。水溶性置換
基としては，スルホン酸塩基，カルボキシル基とその無
水物，水酸基，アミド基，アミノ基，エーテル基，ピロ
リドン基，エチレンイミン基，水溶性グリシジルエーテ
ル基等がある。非熱硬化性水溶性合成高分子の具体例と
しては，ポリアクリル酸，ポリビニルアルコール，ポリ
エチレングリコール，ポリプロピレングリコール，ポリ
アクリルアミド，ポリビニルピロリドン，水溶性アルキ
ッド，ポリビニルエーテル，マレイン酸共重合体等が挙
げられる。また，砂中子原型を非熱硬化性水溶性合成高
分子で処理する場合は，例えば，ポリアクリル酸水溶液
のような非熱硬化性水溶性合成高分子溶液中に浸漬した
り，非熱硬化性水溶性合成高分子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
クリル酸水溶液等の非熱硬化性水溶性合成高分子水溶液
中に浸漬するなどして砂中子原型の内部に非熱硬化性水
溶性合成高分子を浸み込ませ，次いで，この砂中子原型
を乾燥する。次に，非熱硬化性水溶性合成高分子で処理
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，例えばポリアクリ
ル酸水溶液等の非熱硬化性水溶性合成高分子水溶液の中
に浸漬すれば，砂中子原型の表層部や中に非熱硬化性水
溶性合成高分子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非熱硬
化性水溶性合成高分子の皮膜が均一に形成し，砂中子原
型表面の空隙（毛管）が目詰めされる。

【０００８】一方，このような非熱硬化性水溶性合成高
分子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非熱硬化性水溶性合成高分子の皮
膜により砂中子原型表面の空隙が目詰めされ，コーティ
ング剤が該砂中子原型の内部深くまで浸み込むことな
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，ウォームボックス法で
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、中子砂
等の砂中子骨材にフラン系樹脂、同樹脂加熱硬化用硬化
剤を混合する。砂中子骨材としては、硅砂、ジルコンサ
ンド、クロマイトサンド、セラビ−ズ等を用い、フラン
系樹脂としては、フルフリルアルコ−ル・ホルムアルデ
ヒド樹脂、フルフリルアルコ−ル・尿素・ホルムアルデ
ヒド樹脂、フルフリルアルコ−ル・フェノ−ル・ホルム
アルデヒド樹脂、フルフリルアルコ−ル・フェノ−ル・
尿素・ホルムアルデヒド樹脂等のいわゆるウオ−ムモッ
クス用のフラン系樹脂を用いる。また、同樹脂加熱硬化
用硬化剤としては、ベンゼンスルホン酸、フェノ−ルス
ルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、
低級アルキルスルホン酸の少なくとも１種と、アルミニ
ウム、銅、亜鉛、鉄、アンモニウムの少なくとも１種と
の塩からなるものを用いる。また、硬化促進剤として、
塩化銅、塩化亜鉛、塩化鉄等を少量併用しても良い。

【００１１】これらの構成部材を混合したものを，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，例えば，ウォームボックス法と呼ばれて
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９０〜２４０℃，好ましく
は，９０〜２００℃程度とし，約１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２
０〜５０ｋｇ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，非熱硬化性水溶性合成高分子の水溶液で処理する。
この非熱硬化性水溶性合成高分子としては，ポリアクリ
ル酸，ポリビニルアルコール，ポリアクリルアミド等が
挙げられる。これらの非熱硬化性水溶性合成高分子の水
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。希釈倍率が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，非熱硬化性水溶
性合成高分子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，１
２０℃，１０分程度である。コーティングの厚みは，非
熱硬化性水溶性合成高分子処理を行わない場合には砂中
子原型にほとんど浸み込んでほぼ０ｍｍであるのに対し
て，充分に厚く，砂中子原型への浸透は少なく，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５０
０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） 骨材としてフラタリ砂１００部，有機バインダとしてフ
ラン樹脂１．５部，フラン樹脂用硬化剤としてパラトル
エンスルホン酸塩を主成分とする市販の硬化剤（花王ク
エーカー製品ＦＣ−１００，主成分パラトルエンスルホ
ン酸銅塩）０．６部，および，市販の添加剤（花王クエ
ーカー製品Ｊ−２０，主成分シラン化合物）０．０６部
を混合し，重量約２ｋｇのエンジンブロック用砂中子原
型をウォームボックス法で複数個造型した。造型条件は
金型温度１２０℃，吹込み圧４．５ｋｇ／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３５ｋｇであった。このうちの１個は，後記する
非熱硬化性水溶性合成高分子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（重合度：３０００）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】これらポリアクリル酸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）実験例１〜４のポリアク
リル酸の代りにポリビニルアルコール（重合度：２００
０）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，砂，フ
ラン系樹脂，同樹脂加熱硬化用硬化剤を用いて砂中子原
型を造型する工程と，この砂中子原型を非熱硬化性水溶
性合成高分子で処理する工程と，この非熱硬化性水溶性
合成高分子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
砂中子原型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内
に浸み込むことなく，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，本発明で得られた崩壊性砂中子
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。
また，鋳造後の砂中子の崩壊性も良く，砂出しも容易で
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。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砂、フラン系樹脂、同樹脂加熱硬化用硬
   化剤を用いて砂中子原型を造型する工程と、この砂中子
   原型を非熱硬化性水溶性合成高分子で処理する工程と、
   この非熱硬化性水溶性合成高分子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。