JP3092751B2 - 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加熱処理することにより，
同ーコーティング剤を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
原型を造型するとき，この砂中子原型を７０〜４００℃
で加熱処理し，次に，この加熱処理した後の熱い砂中子
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
し，次に，このコーティングして得た砂中子を乾燥させ
るようにした優れたコーティングを有する砂中子を得
る。

【０００７】

【作用】まず、砂、フラン系樹脂、同樹脂加熱硬化用硬
化剤を用い、加熱処理するウオ−ムボックス法を用いて
砂中子原型を造型し、次に、熱い砂中子原型にコ−ティ
ングを行う。砂中子原型の表面に良好なコ−ティング層
を形成するためには、コ−ティング剤から溶媒が蒸発し
乾燥・固化するまでの時間に、コ−ティング剤が砂中子
原型内に浸透してしまわないことが必要条件である。砂
中子原型のように多孔体中への液の浸透深度の時間依存
性は粘度の逆数の平方根に比例するため、コ−ティング
剤の粘度を上げることにより、浸透を押さえることが可
能である。しかし、コ−ティング剤は保管維持の面から
は粘度が低いほうが望ましい。したがって、コ−ティン
グする前は粘度が低く、コ−ティングとともに粘度が増
加するコ−ティング剤あるいは機構が必要となる。本発
明はコ−ティングを行う砂中子原型を、前工程で加熱処
理した直後の熱いうちにそのまま用いるか、あるいは、
いったん温度が下った場合は、前もって加熱して用いる
もので、これによりコ−ティング剤からの溶媒蒸発を促
進し、それによってコ−ティング剤の粘度を上昇させ、
良好なコ−ティング層の形成を行うものである。

【０００８】すなわち，７０〜４００℃で加熱処理して
砂中子原型を造型した後，いったん室温付近にまで放冷
された砂中子原型をわざわざ７０〜４００℃に再加熱し
ても良いが，このような再加熱処理を行うのではなく，
７０〜４００℃で造型した直後のまだ熱い状態で砂中子
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し
ても同様の作用が得られることは勿論である。本発明は
コーティング剤自体の粘度は低いまま，従来手法ではコ
ーティングが不可能なものに対してもコーティングを可
能にするものである。また，コーティングの際に何ら添
加物を用いないため，極めて良好なコーティング層を得
ることも可能である。なお，本発明はあらかじめ加熱温
度・時間に対する砂中子原型の強度変化を測定しておく
ことにより，中子強度のコントロールにも用いることが
できる。

【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，セラビーズ等を用い，フラン
系樹脂としては，フルフリルアルコール・ホルムアルデ
ヒド樹脂，フルフリルアルコール・尿素・ホルムアルデ
ヒド樹脂，フルフリルアルコール・フェノール・ホルム
アルデヒド樹脂，フルフリルアルコール・フェノール・
尿素・ホルムアルデヒド樹脂等のいわゆるウォームボッ
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，フェノールス
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７０〜４００℃，好ましく
は，９０〜３００℃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。金型から取出した
直後の砂中子原型は熱い状態にある。なお，この砂中子
原型は，金型から取出した後，室温まで放冷されて一時
保管されることもあるが，この場合には，その砂中子原
型を７０〜４００℃に再加熱して熱い状態にする。

【００１２】つぎに，造型時に加熱処理した後のこの熱
い状態にある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。

【００１３】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。

【００１４】前記コーティング剤中に，熱い状態にある
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，熱い状態に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。

【００１５】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−１
００，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２ｋ
ｇ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／ｃｍ^２，加熱時間９０秒であった。
１日室温で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，後記する加熱処理を何ら
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。上記の砂中子原
型を各々７０℃，１２０℃，１８０℃，２５０℃に設定
された循環式熱風加熱炉中で１０分間加熱処理した（実
験例１〜４）。

【００１６】これら加熱処理を行わなかったものとそれ
ぞれ異なった温度で加熱処理された熱い状態の砂中子原
型を同一のコーティング剤に１〜２秒間浸漬した後，１
２０℃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に調整されたものであった。比較
例のものではコーティング剤が砂中子原型の内部に浸み
込んでしまって不良であるのに対し，実験例１〜４のも
のではコーティングは良好であった。

【００１７】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。

【００１８】

【表１】

【００１９】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〜
４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。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。

【００２０】（実験例５，６）実験例１〜４と全く同一
の原材料組成物を用いて，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造型した。造
型条件は金型温度１２０℃あるいは１８０℃，吹込み圧
４．５ｋｇ／ｃｍ^２，加熱時間９０秒であった。造型後
に取出した直後の熱い状態の砂中子原型を，実験例１〜
４と全く同様にして同一のコーティング剤に浸漬した
後，同様に乾燥した。いずれの砂中子原型でもコーティ
ングは良好であった。その後，実験例１〜４と全く同様
の操作をして第２層コーティングを済ませ，実験例１〜
４と同様に高圧鋳造した。鋳造後，実験例１〜４と同様
にして砂落しを行ったところ，いずれの場合も中子砂は
完全に除去され，優れた鋳造品が得られた。

【００２１】

【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
型を造型するとき，この砂中子原型を７０〜４００℃で
加熱処理し，次に，この加熱処理した後の熱い砂中子原
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し，
次に，このコーティングして得た砂中子原型を乾燥させ
ること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。

【００２２】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。

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とき、この砂中子原
   型を７０〜４００℃で加熱処理し、次に、この加熱処理
   した後の熱い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
   剤をコーティングし、次に、このコーティングして得た
   砂中子を乾燥させるようにしたアルニウム合金鋳造用お
   よびマグネシウム合金鋳造用の砂中子の製造方法。