JP3103695B2 - 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
ス法で砂中子原型を造型する際に，ポリアルミニウム・
シリケート・サルフェートを配合することにより，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。

【０００２】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。

【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。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。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】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
原型に塗布しても，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。

【０００７】

【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及びポリアルミ
ニウム・シリケート・サルフェートを用いて砂中子原型
を造型する工程と，この造型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。ポリアルミ
ニウム・シリケート・サルフェートは，例えば，日本軽
金属（株）が上市しており（ＰＡＳＳ−Ｒ，ＰＡＳＳ−
１００），抄紙時の定着剤，上水道水処理剤等に使用さ
れている。ポリアルミニウム・シリケート・サルフェー
トを配合した砂中子原型を造型する場合は，砂，フラン
系樹脂，同樹脂加熱硬化用硬化剤にポリアルミニウム・
シリケート・サルフェートを配合した後，これを，例え
ば，９０〜２４０℃に加熱した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る。

【０００８】

【作用】本発明においては，まず，砂，フラン系樹脂，
同樹脂加熱硬化用硬化剤に，ポリアルミニウム・シリケ
ート・サルフェートを配合した後，前記のようにして該
組成物を加熱硬化させてポリアルミニウム・シリケート
・サルフェートを含有する砂中子原型を造型する。次
に，このように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。

【０００９】このようなポリアルミニウム・シリケート
・サルフェートを配合し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
び表面近くにも存在するポリアルミニウム・シリケート
・サルフェートにより，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。

【００１０】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。

【００１１】

【実施例】ポリアルミニウム・シリケート・サルフェー
トを含有する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
化剤及びポリアルミニウム・シリケート・サルフェート
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。

【００１２】ポリアルミニウム・シリケート・サルフェ
ートとしては，日本軽金属（株）製ＰＡＳＳ−Ｒ，ＰＡ
ＳＳ−１００が挙げられる。ポリアルミニウム・シリケ
ート・サルフェートは，砂１００重量部に対して少なく
とも０．１重量部以上配合する。配合量が０．１重量部
未満では，コーティング剤が砂中子原型の内部深くまで
浸み込んでしまい，砂中子原型の表面に厚いコーティン
グ層が形成しない。なお，ポリアルミニウム・シリケー
ト・サルフェートは，砂中子原型の造型に支障をきたさ
ない限り，砂１００重量部に対し前記０．１重量部以上
を越えてさらに大量配合することができる。

【００１３】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，ウォームボックス法と呼ばれている方法
で砂中子原型を造型した。この場合，中子造型用の金型
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２０〜５０
ｋｇの砂中子原型を得た。

【００１４】つぎに，上記のようにして造型された砂中
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，ポリアルミニウ
ム・シリケート・サルフェートを配合して造型された砂
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，ポリアルミニウム・シリケート・サルフェー
トを配合してい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。

【００１７】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１
０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。

【００１８】さらに詳しい実施例として，実験例をつぎ
に示す。 ［実験例１〜３，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，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，および，ＰＡＳＳ−１０
０（日本軽金属製，ポリアルミニウム・シリケート・サ
ルフェート）０．１部，０．２部あるいは０．５部をそ
れぞれ混合し，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。なお，ポリアルミニウム・シリケー
ト・サルフェートを配合しない砂中子原型も同様にして
造型し，本実験例と同一のコーティングを行ったので，
比較例として表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】これらポリアルミニウム・シリケート・サ
ルフェートを配合しなかったものとそれぞれ所定量のポ
リアルミニウム・シリケート・サルフェートを配合して
造型し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２
０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コーティングが不良で
あるのに対し，実験例１〜３のものではコーティングは
良好であった。

【００２１】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。

【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。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】

【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及びポリアルミニ
ウム・シリケート・サルフェートを用いて砂中子原型を
造型する工程と，この造型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。

【００２４】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
   化剤及びポリアルミニウム・シリケート・サルフェート
   を用いて砂中子原型を造型する工程と，この造型した砂
   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。