JPH0371950A - 崩壊性中子の中間層形成用スラリー及びこれを用いた崩壊性中子の製造方法並びにこれにより製造された崩壊性中子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイカスト等の圧力鋳造において使用される
崩壊性中子の中間層を形成するためのスラリ−このスラ
リーを用いた崩壊性中子の製造方法及びこれにより製造
された崩壊性中子に関する。

〔従来の技術〕

従来より圧力鋳造により自動車用のシリンダーヘッド、
シリンダーブロックあるいはウォーターポンプボディの
ような形状複雑なものを鋳造する場合には、鋳造時にお
ける溶湯の圧力に耐えると共に鋳造後は崩壊して製品よ
り取出し可能な崩壊性中子が使用されている。

そして、従来の崩壊性中子は、前述の条件を満たすよう
にバインダーを用いて造型した砂中子の表面にこれに耐
圧性をもたせる少なくとも一層の中間層を形成し、該中
間層の表面に鋳造時の溶湯の差込みを防止すると共に溶
湯との親和性を低減するように天然雲母、鱗片状黒鉛あ
るいは金属粉末を任意に混入した合成雲母水溶液を塗布
して加熱硬化させたものが一般に知られている。

例えば、耐火物と水溶性フェノール樹脂と水とを混合し
た懸濁液により一層の中間層を形成するものが、特公昭
５’１５９０１３号及び特開昭６３−１７１２４５号に
開示され、また耐火物ε水溶性尿素樹脂と水とを混合し
た懸濁液からなる層の表面にフェノール樹脂又は尿素樹
脂からなる層を積層して二層の中間層を形成するものが
、特開平１１３３６３９号に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

そして、崩壊性中子の製作にあたっては鋳造時に損壊せ
ず、しかも溶湯の差込みを防止できるよう低速（プラン
ジャースピード０．５ｍ／ｓｅｅ以下）・高圧鋳造（圧
力４００〜１０００ｋｇ／ａｉ）用の中間層は２５０〜
３５０μｍの厚さが、又低速・中圧（圧力１２０〜４０
０ｋｇ／ｃ＆）用の中間層は１７０〜２５０μｍの厚さ
が望まれると共に鋳造後においては熱処理時間が短いも
のが望まれているが、従来の技術として上げたものでこ
れらを満足し得るものは無かった。

すなわち、前記特公昭５’１５９０１３号に開示された
中間層形成用スラリーは、耐火物と水溶性フェノール樹
脂と水とからなる懸濁液に水ガラス水溶液またはアンモ
ニア水溶液等のアルカリ性調整剤を添加して第６図に示
す如＜ｐＨを８．０〜８，５のアルカリ性とし、粘度を
２００〜３００ＣＰに調整するものである。

従って、このような低粘度のスラリー中へ砂中子を浸漬
して、１回で１７０〜３５０μｍの厚さの中間層を得る
ことはできず（２回の浸漬で１５０〜２００μｍ）、中
子の生産性に難があり、又アルカリ性で低粘度のスラリ
ーでは沈降性が大きいため耐火物が均一に分散した中間
層を得難いのみならず、その管理に難のあるものである
。

しかも、これにより形成された中子は中間層を完全硬化
させた後に外層形成用の合成雲母等の水溶液を塗布乾燥
させたものであるため第５図に示すように中間層ａの上
に外層すを単に層成したのみで両者間の密着性が悪いか
ら、鋳造時に溶湯により部分的に洗い流され溶湯の差込
みの原因となるのみならず、その中間層がアルカリ性ゆ
えに吸湿性が大きいので、鋳造時の溶湯の熱により水分
が蒸発して鋳巣の原因となり、更にこの中間層は耐熱温
度の高いフェノール樹脂（４００℃以上で分解する）か
らなるから、これを分解して中子を崩壊するための熱処
理時間が長い（低速・中圧鋳造品で４００℃×４時間、
製品によっては５００℃Ｘ４時間）ので鋳造品の変形及
び生産効率の低下の原因となる等種々の問題を有するも
のである。

次に前記特開昭６３−１７１２４５号に開示された中間
層形成用スラリーは、耐火物とアルコール系フェノール
樹脂溶液と水とを混合した懸濁液からなるものである。

従って、これらより形成された中間層も耐熱温度の高い
フェノール樹脂からなるから、前述と同様熱処理時間が
長くかかる（低速・高圧鋳造品で４００℃×２時間）も
のであるので、同様の問題を有するものである。

次に特開平１−１３３６３９号に開示された中間層形成
用スラリーは単に耐火物と水溶性尿素樹脂と水とを混合
したのみのものであるため粘度が低く、従ってこれに砂
中子を１回浸漬しても充分な厚さの中間層を塗布するこ
とができないのみならず、厚さ調整は複数回の浸漬作業
を重ねなければできず、しかもその表面にフェノール樹
脂又は尿素樹脂を塗布するものであるため中子の製作に
長時間を要するという問題を有するものである。

本発明はかかる点に鑑みて検討の結果なされたもので、
耐火物と尿素樹脂と水とからなる懸濁液のｐＨを酸性の
範囲内で変化させることにより、１回の砂中子の浸漬に
より十分かつ所望の厚さで、しかも均一なる中間層を形
成できるような崩壊性中子の中間層形成用スラリーを提
供することを目的とする。

また、本発明は中間層と外層との密着性を高め鋳造時に
おける溶湯の差込みを阻止でき、さらに鋳造後の中子の
崩壊のための熱処理時間を低速・中圧鋳造品においては
半分以下に、また低速・高圧鋳造品においては省略でき
、しかも鋳巣の生じ難い崩壊性中子及びその製造方法を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る崩壊性中子の中間層形成用スラリーは少な
くとも耐火物と水溶性尿素樹脂と水とを混合した懸濁液
に酸性調整剤を添加し混練すること、又は少なくとも耐
火物と水溶性尿素樹脂と水と酸性調整剤を混練した酸性
懸濁液に対して該酸性懸濁液が酸性を維持する範囲内の
アルカリ性調整剤を添加して粘度調整を行うことを特徴
とする。

又、本発明に係る崩壊性中子の製造方法及びこれにより
製造された砂中子は前記中間層形成用スラリーを砂中子
の表面に塗布し、半乾燥させた状態でその表面に少なく
とも合成雲母水溶液からなる外層形成用スラリーを塗布
し、前記中間層形成用スラリーと外層形成用スラリーと
を同時に加熱硬化することにより中間層と外層とにまた
がった拡散層を形成して中間層と外層との密着性を強め
ることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について説明すると、懸濁液は
ジルコンフラワー等からなる微粉末の耐火物（シリカフ
ラワーまたはアルミフラワーあるいはこれらとの混合物
でも可）と水溶性尿素樹脂（分解温度２００℃）と水と
を撹拌機により混合して液中に耐火物を均一に分散せし
めて作る。

なお、スラリーの粘度を調整する方法として、耐火物と
水との混合量の比により粘度を調整し行なう方法がある
が、耐火物の量を多くして粘度を高めるとスラリー使用
中の水分の蒸発による粘度変化が大きくなり、中間層の
厚さ調整に難があり、逆に水の量を多くして粘度を下げ
ると乾燥時の水分の蒸発により中間層にひび割れが生じ
易い問題が生じ、両者の混線量は懸濁液の比重が２．６
〜２．８の時が好適であることが実験上判明した。

従って、実施例においは、懸濁液の比重が約２６７とな
るように耐火物と水との混合量を調整し、これに塩酸、
硫酸、硝酸、燐酸あるいは酢酸等の酸性調整剤を添加し
混練してｐＨを調整することにより粘度を調整して、１
回の浸漬で砂中子表面へ所望の厚さの中間層を塗布でき
るようにした。

すなわち、この時の懸濁液のｐＨと粘度との関係は第４
図に示すようにｐＨ８乃至ｐＨ９近傍のアルカリ性の範
囲において粘性が最低となり、ｐＨ８から酸性側に、又
はｐＨ９からアルカリ性側に離れるに従って粘度が急激
に高まる。

又、低速・中圧又は高圧鋳造に耐えうる１７０〜３５０
μｍの厚さの中間層を１回の浸漬により得るためには、
１６５〜８８０ＣＰの粘度が必要であることが実験上判
明した。

すなわち、この時の懸濁液のｐＨと粘度と１回の浸漬に
よる中間層の付着厚さの関係は第１表に示すとおりとな
った。

第　　１　　表 そして、前述の懸濁液はｐＨ６，８前後、粘度１６５Ｃ
Ｐ前後であるため１回の浸漬による中間層の厚さは１７
０μｍであるため、前述の粘度１６５〜８８０ＣＰを得
るためには懸濁液のｐＨを酸性の範囲であるｐＨ５，２
〜６゜８に、又はアルカリ性の範囲であるｐＨ１０，２
５〜１１．６に調整すれば良いことが第４図から判る。

よって懸濁液に前述の酸性調整剤を添加してｐＨ５，２
〜６．８のスラリーを作成すると共に、水酸化ナトリウ
ム水溶液、アンモニア水、水ガラス等のアルカリ性調整
剤を添加してｐＨ１０，２５〜１１．６のスラリーを作
成し、これに砂中子を浸漬したところ、中間層の厚さに
おいては両者共に所期の目的の１７０〜３５０μｍのも
のが得られたが、中間層内への耐火物の分散性において
アルカリ性のものより酸性のものが優れており、その差
は第１表に示す如く両者の沈降量にある点が判った。

すなわち、ｐＨ５，２〜６．８のスラリーの沈降量は６
，２〜１．３．７ｗｔ％と小さいのに対してｐＨ１，０
，５〜１１．６の間にあるｐＨ１１，０のスラリーの沈
降量は３６．８ｗｔ％と大きく、ｐＨ８〜９近傍のスラ
リーの沈降量が４０ｗｔ％以上の最大値を示す。

従ってアルカリ性のスラリーに比べ酸性のスラリーの方
が耐火物が長時間均一に分散された状態を維持し、よっ
て長時間撹拌しなおすことなく砂中子を浸漬しての中間
層塗布作業ができるのみならず、耐火物が均一に分散し
た状態の中間層を得易いので耐圧性が良好となり、ひい
ては鋳造時の溶湯の差込みを防止でき、しかも粘度調整
作業もｐＨ６，８前後の懸濁液をｐＨ５，２〜６．８に
変化させるのみで良いため調整剤の使用量が少なく、か
つｐＨ変化量も小さくて済むため容易なものである。

次に前記第１表より明らかなように懸濁液の酸性度を強
めるほど粘度は高まり、沈降量は減少する点に着目して
前述の懸濁液作成時に耐火物と水溶性尿素樹脂と水と共
に酸性調整剤を慶練して酸性懸濁液を作成すると酸性懸
濁液のｐＨが４．５で粘度は１６００ＣＰまで急激に高
められ、かつ沈降現象がほとんど生じないことが判った
。

そして、酸性懸濁液のｐＨが４．２〜４．６の範囲内で
は粘度が１４５０〜２４２０ＣＰとなり、この粘度で混
練すると、耐火物の粒子間に高い剪断力が作用するため
これらを低速回転で混練しても短時間で微粉末が凝集す
ることなく均一に分散されるのみならず、耐火物の沈降
も長時間認められなかった。従ってこの状態での品質の
保持・管理が容易なため、この状態からスラリーの使用
量に応じた量を小分けして、これにアルカリ性調整剤を
添加して酸性の範囲のｐＨ５，２〜６．８の範囲に調整
すると、前述の懸濁液に酸性調整剤を添加してｐＨ５，
２〜６．８の範囲に調整した場合と同様の結果を得るこ
とができた。

次に第↓図及び第２図に基づき本発明に係る崩壊性中子
の製造方法の一実施例について説明すると、１ａは砂中
子であり、該砂中子はジルコンサンド、フラタリーサン
ド、珪砂又はクロマイトサンドのような耐火物とレジン
又はフェノール樹脂等の硬化性有機バインダー又は水ガ
ラス等の無機バインダーとをシェルモールド法、コール
ドボックス法、その他公知の造型手段により造型されて
いる。

２は中間層であり、前記砂中子１ａを前述の中間層形成
用スラリーに浸漬した後に半乾燥させ、半乾燥の状態で
後述する外層形成用スラリーに浸漬した後に該外層形成
用スラリーと共に加熱硬化して形成される。

中間層の半乾燥は、室温で６０分間放置するか、あるい
は６０℃で２０分間、５０℃で４０分間、又は８０℃で
１０分間加熱する等種々の手段を採用しうる。

３は外層であり、半乾燥状態の中間層２を表面に塗布し
た砂中子１ａを外層形成用スラリーに浸漬した後、加熱
硬化して形成される。

外層形成用スラリーは主として合成雲母からなる公知の
組成物を用いるもので、その含有成分しては合成雲母と
天然雲母とを混合したもの、合成雲母と金属粉末とを混
合したもの、合成雲母と天然雲母と金属粉末を混合した
の、合成雲母と鱗片状黒鉛と金属粉末とを混合したもの
、あるいは合成雲母と天然雲母と鱗片状黒鉛と金属粉末
を混合したもの等であっても良い。

金属粉末は溶湯との親和性を減少させて鋳造後に製品か
ら中子を崩壊して砂出しをし易くする機能を有するもの
で、例えばアルミニューム粉末、ステンレス鋼粉等を使
用でき、他の成分は溶湯が中間層２に差込むことを防止
する機能を有するものである。

なお、外層３の膜厚は５０μｍ程度が良好である。そし
て、前記中間層２と外層３の加熱硬化は外層３を完全硬
化するとともに半乾燥した中間層２内の水溶性尿素樹脂
が分解しない２００℃以下であれば良いが、加熱時間を
考慮すると１３０〜２００℃で１０〜３０分間加熱する
ことが好ましい。

次に前述製造方法により製造された崩壊性中子１につい
て説明すると、本発明に係る崩壊性中子１は中間層２が
半乾燥の状態で外層スラリーを塗布し、中間層２ととも
に外層３を加熱硬化するものであるため、加熱効果中に
第３図に示す如く半乾燥状態の中間層２中の耐火物２ｂ
を結合している水溶性尿素樹脂２ａが水分と一緒に外層
３の内部まで拡散していき、雲母等の粒子３ａ間に入り
込み硬化するので外層に根を張ったような拡散層ｍが形
成され、中間層２と外層３との密着性が強まるので鋳造
時の溶湯による外層剥離を完全に防止し、もって溶湯の
差込みを完全に防止しうるちのである。

また本発明に係る中間層２は酸性の中間層形成用スラリ
ーを使用しているためアルカリ性のスラリーにより形成
されたものに比べて吸湿性が小さく、従って鋳造時の溶
湯の熱による水分の蒸発に起因しての鋳巣の発生を防止
し得るものである。

相対湿度７０％の気中に長さ１００ｍｍで１０ｍｍ角の
試験片を１日放置しての本発明に係るｐＨ６のものと、
本願と同様の中４間層を形成しつるアルカリ性のスラリ
ーであるｐＨ１１に水酸化ナトリウムで調整したものと
水ガラスで調整したものとの吸湿性試験の結果は第２表
に示すとおりであり、本発明に係るものに比べ水ガラス
により調整したものは約７倍、水酸化ナトリウムにより
調整したものは約３倍の吸湿性を有することが明らかで
ある。

第　　２　　表 更に、また本発明に係る中間層は分解温度の低い水溶性
尿素樹脂により形成されているため、鋳造後製品中の中
子を崩壊し砂出しを行うための熱処理時間を大幅に短縮
しうるちのであり、第３表に低速・中圧鋳造品における
実験例を恥１乃至３に、又低速・高速鋳造品における実
験例をＮ１１４乃至５に示す。（以下余白） 実験例磁１について 砂中子を比重２．６７、ｐＨ６，３の中間層形成用スラ
リーに１回浸漬して厚さ２２０μｍの中間層を形成した
崩壊性中子を作り、これを縦型ダイカストマシンの金型
内に組込んで２００ｋｇ／ｃａｒの低速・中圧条件でシ
リンダーヘッドを鋳造し、これに４００℃で２時間の熱
処理を施すことにより完全な砂出しが可能となった。

実験例Ｎａ　２について 砂中子を比重２．７３、ｐＨ６，７の中間層形成用スラ
リーに１回浸漬して厚さ１９０μｍの中間層を形成した
崩壊性中子を作り、これを縦型のダイカストマシンの金
型内に組込んで２５０ｋｇ／ｄの低速・中圧条件でシリ
ンダーブロックを鋳造し、これに５００℃で１時間半の
熱処理を施すことにより完全な砂出しが可能となった。

実験例Ｎα３について 砂中子を比重２．７１．ｐＨ６，６４の中間層形成用ス
ラリーに１回浸漬して厚さ２００μｍの中間層を形成し
た崩壊性中子を作り、これを縦型のダイカストマシンの
金型内に組込んで１２０ｋｇ／ｃｏｆの低速・中圧条件
でシリンダーブロックを鋳造し、これに５００℃で１時
間半の熱処理を施すことにより完全な砂出しが可能とな
った。

実験例ＮＣＬ　４について 砂中子を比重２．６９、ｐＩ（５，４の中間層形成用ス
ラリーに１回浸漬して厚さ３２０μｍの中間層を形成し
た崩壊性中子を作り、これを縦型ダイカストマシンの金
型内に組込んで１０００ｋｇ／ｄの低速・高圧条件でシ
リンダーヘッドを鋳造し、これは熱処理を施すことなく
砂出し可能となった。

実験例Ｎａ　５について 砂中子を比重２．７０、ｐ）（！５．６の中間層形成用
スラリーに１回浸漬して厚さ２９０μｍの中間層を形成
した崩壊性中子を作り０、これを横型のダイカストマシ
ンの金型内に組込んで６００ｋｇ／ｄの低速・高圧条件
でウォーターポンプボディを鋳造し、これは熱処理を施
すことなく砂出し可能となった。

尚、上記実施例においては、砂中子の表面に直接中間層
を形成した二層式の崩壊性中子について説明したが、本
発明の中間層形成用スラリーはこれに限定されるもので
はなく、例えば砂中子に中間層の成分が浸透して砂落性
が悪くなるのを防止すべく砂中子を予めジルコンフラワ
ー水溶液中に浸漬して目止めを行なった後に中間層を形
成する所謂三層式の崩壊性中子へも使用しうる。

〔発明の効果〕

本発明の崩壊性中子の中間層形成用スラリーによると懸
濁液に酸性調整剤を添加して粘度調整をすることにより
低速・中圧又は高圧用の崩壊性中子の中間層を砂中子の
１回の浸漬により所望の厚さに形成でき、しかもその中
間層は沈降量が小さいために耐火材が均一に分散された
耐圧性の優れたものをきわめて容易に製作できるもので
ある。

又本発明の崩壊性中子及びこの製造方法によると中間層
が半乾燥の状態で外層形成用スラリーを塗布し、中間層
と外層とを同時に乾燥硬化することにより中間層の水溶
性尿素樹脂が外層の雲母等の粒子間に拡散した状態で硬
化するので中間層と外層との密着性を強め溶湯の差込み
を完全に防止できるのみならず、該中間層は酸性である
ため吸湿性が小さいので鋳造時のこれからの水分の蒸発
に起因する鋳巣の発生を防止でき、しかも本発明の崩壊
性中子は分解温度の低い水溶性尿素樹脂からなるので砂
出し熱処理時間を従来の半分以下にでき、特に低速・高
圧鋳造品においては鋳造時の溶湯温度とその圧力により
中子が崩壊可能な状態となり熱処理を省略できる等の効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る崩壊性中子の製造方法によって製
造した中子の一例を示す一部断面正面図、第２図は同中
子の拡大横断面図、第３図は本発明に係る崩壊性中子の
中間層と外層の拡大断面図、第４図は中間層形成用スラ
リーのｐＨと粘度との関係を示すグラフ、第５図は従来
の崩壊性中子における中間層と外層の拡大断面図、第６
図は従来の中子製造方法におけるスラリーｐＨとスラリ
ー粘度との関係グラフである。 １・・・崩壊性中子、ｌａ・・・砂中子、２・・・中間
層、３・・・外層。 躬 ２ 図 椿 図 早５ 重

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも耐火物と水溶性尿素樹脂と水を混合した
   懸濁液に対して酸性調整剤を添加して混練し、該懸濁液
   のｐＨを変化させることにより粘度調整を行ない作られ
   たことを特徴とする崩壊性中子の中間層形成用スラリー
   。 ２、少なくとも耐火物と水溶性尿素樹脂と水と酸性調整
   剤とを混練した酸性懸濁液に対して該酸性懸濁液が酸性
   を維持する範囲内のアルカリ性調整剤を添加して粘度調
   整を行ない作られたことを特徴とする崩壊性中子の中間
   層形成用スラリー。 ３、バインダーを用いて造型した砂中子の表面に請求項
   第１項又は第２項に記載の中間層形成用スラリーを塗布
   後半乾燥させて中間層を形成し、この中間層の表面に少
   なくとも合成雲母水溶液からなる外層形成用スラリーを
   塗布し、前記中間層と外層形成用スラリーとを同時に加
   熱硬化するようにしたことを特徴とする崩壊性中子の製
   造方法。 ４、バインダーを用いて造型した砂中子の表面に請求項
   第１項又は第２項に記載の中間層形成用スラリーを塗布
   後半乾燥させて中間層を形成し、この中間層の表面に少
   なくとも合成雲母水溶液からなる外層形成用スラリーを
   塗布し、前記中間層と外層形成用スラリーとを同時に加
   熱硬化せしめることにより前記中間層と外層形成用スラ
   リーの層にまたがって拡散層を形成してなることを特徴
   とする崩壊性中子。