JPH05177299A

JPH05177299A - 崩壊性砂中子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05177299A
Application number: JP36130591A
Authority: JP
Inventors: Morie Koya; 守恵幸谷; Sadayuki Dannoura; 貞行檀浦; Hidemasa Okamoto; 秀正岡本
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1993-07-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ウォームボックス法を用いて固めた砂中子原
型でも，コーティングが充分に行える崩壊性砂中子を得
る。【構成】砂を固めた砂中子原型を稀硫酸溶液中に浸漬
するなどして陽イオンがある砂中子原型を得，この砂中
子原型を乾燥した後，疎水性コロイド粒子を含んだコー
ティング液中に浸漬して砂中子原型の表面に均一なコー
ティングを行って崩壊性砂中子を得る。

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
および良好なコーティング性と崩壊容易性を有する崩壊
性砂中子及びその製造方法に関するものである。

【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，崩壊注砂中子を得る場合，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，○１ハードックス法，○２ウォームボックス
法，○３シェルモールド法，○４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
−９８９８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
硬化性樹脂及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酸化される。

【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。さらに，一度使用した砂を再生して再
び使用することは難しく，砂中子の歩留も良くない。

【０００５】そのため，本発明者は，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，９０〜２４
０℃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造型硬化させて成形す
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，コーティング溶液が砂中子
原型の内部に浸み込むだけで，充分なコーティング層が
得られなかった。また，砂に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）を固めるシェルモールド法の中子を用い
て，その表面にコーティング剤を塗布しても，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，水に
可溶な陽イオンがある砂中子原型を用い，その砂中子原
型を疎水性コロイド粒子を含んだコーティング液でコー
ティングして崩壊性砂中子を得る。疎水性コロイド粒子
としては，コロイダルシリカ，アルミナゾル，ジルコン
系のゾル等金属の酸化物のゾルも含まれる。水に可溶な
陽イオンがある砂中子原型を得るには，造型した砂中子
原型を，例えば，稀硫酸のように陽イオンの一つである
水素イオンを溶出する酸性溶液中に浸漬したり，陽イオ
ンを溶出する溶液を砂中子原型の表面に塗布したり，吹
付けたりして得る。または，砂中子原型を造型する前
に，砂に結合剤を混せて混練するとき，水に可溶な陽イ
オンを持った溶液を同時に混練しておく。または，砂の
１粒１粒の表面に，水に可溶な陽イオンを持った溶液と
ともにフェノール樹脂をコーティングしておいて，その
砂を用いて砂中子原型を成形する。

【０００７】

【作用】本発明においては，まず，例えば，前記したよ
うに，砂中子原型の造型後，その砂中子原型を，陽イオ
ンの一つである水素イオンを有する稀硫酸等の酸性溶液
中に浸漬するなどして，砂中子原型の中に陽イオンがあ
る砂中子原型を形成し，次に乾燥させた後，疎水性コロ
イド粒子を含んだコーティング液で砂中子原型の表面に
コーティングを行う。この場合，造型した砂中子原型
を，コーティングする前に，例えば稀硫酸溶液の中に浸
漬すれば，砂中子原型の表層部や中に稀硫酸が付着した
り浸み込んだりするので，砂中子原型はＨ^＋の陽イオン
を有していることになる。一方，疎水性コロイド粒子を
含んだコーティング溶液は，コロイド粒子が分散媒であ
る水と接するのでコロイド粒子の表面には必ず−ＯＨ⁻
を吸着して電気的に負に荷電している。しかし，水に分
散した疎水性コロイド粒子の溶液は全体的には電気的に
中性であるので，コロイド粒子に荷電している反対の符
号をもった荷電は分散媒である水の方に存在し，その様
子を微視的に見ると平行コンデンサに似た電気二重層を
形成して安定化した状態にある。このコーティング溶液
中に水に可溶な陽イオンを持った砂中子原型を浸漬すれ
ば，砂中子原型から陽イオンが溶出して来るので，これ
が前記したコーティング溶液に存在する電気二重層を破
壊するので，コロイド粒子は電荷を失って不安定とな
り，そして，砂中子表面に引きつけられてゲル化を起こ
して凝集し，巨大分子になる。その結果，砂中子原型表
面には，例えば０．１〜０．３ｍｍ厚さのコーティング
が均一に形成される。

【０００８】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
得られた崩壊性の砂中子を用いれば，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。また，鋳造後に溶湯が固まって鋳込製
品を金型から取出した後，砂中子を崩壊させて取出すと
き，ほとんど力を加えずに砂中子を崩壊させて容易に取
出すことができるとともに，砂が金型の隅に残ることも
なく，隅々まで砂を充分にかつ確実に取出すことができ
る。

【０００９】

【実施例】砂中子原型を製造するときは，まず，中子砂
に結合剤を混合する。中子砂としては，通常の鋳物砂と
して用いられているシリカサンドを用いた。結合剤とし
ては，例えば，酸硬化性樹脂と硬化剤を用い，この酸硬
化性樹脂としては，例えば，尿素変性やフェノール変性
等のフラン樹脂を用い，硬化剤としては，例えば，パラ
トルエンスルホン酸銅約４５重量％，エタノール約４０
重量％，エチレングリコール約５重量％，水約１０重量
％からなるものを用いた。中子砂１００重量部に対して
酸硬化性樹脂を０．５〜５重量部混合し，硬化剤の量
は，酸硬化性樹脂に対して１５〜４００重量％程度用い
た。なお，硬化剤の酸硬化性樹脂に対する割合を４０重
量％以上にすれば，砂中子原型の水素イオン指数ｐＨが
３．５以下となり，後工程におけるコーティング層の形
成がより良く行われる傾向にある。

【００１０】なお，酸硬化性樹脂としては，フルフリル
アルコールをベースとするポリマーを２５ｗｔ％以上含
むものを用いても良いし，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種との塩からなっているものを用
いても良い。また，硬化促進剤として塩化銅，塩化亜
鉛，塩化鉄等を少量用いても良い。

【００１１】このように，中子砂と結合剤を混合した混
合物を，所定の砂中子形状のキャビティを有する金型に
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。

【００１２】次に，このようにして成型した砂中子原型
を，例えば，０．００５〜１００％の硫酸溶液中に０．
５秒〜５分間浸漬させ，砂中子原型が陽イオンの一つで
ある水素イオンを有するようにした。なお，硫酸の濃度
が稀い場合は，比較的に長い時間浸漬させても大丈夫で
あるが，濃度が極めて濃い場合は，浸漬時間が６０秒よ
りも長くなると，砂中子原型自体が乾燥後に崩れること
がある。なお，水に可溶な陽イオンがある砂中子原型を
得るためには，砂中子原型を酸性溶液に浸漬させれば良
いが，この浸漬以外に，陽イオンを溶出する溶液を砂中
子原型の表面に塗布したり，吹付けたりすることもでき
る。また，砂中子原型を造型する前に，砂に結合剤を混
ぜて混練するとき，陽イオンを持った塩の溶液を同時に
混練しておいたり，あるいは，砂の１粒１粒の表面に，
陽イオンを持った溶液とともにフェノール樹脂をコーテ
ィングしておいて，その砂を用いて砂中子原型を成形す
ることもできる。

【００１３】水に可溶な陽イオンがある砂中子原型を得
るために用いる酸性溶液としては，前記稀硫酸溶液の他
に，燐酸，硝酸，塩酸のような鉱酸を用いることができ
る。また，酸性物質を砂に混ぜて用いる場合は，液状の
ものだけでなく，粉状や粒状のものを用いることもでき
る。なお，酸性溶液の他に，アルカリ金属，銅族金属，
アルカリ土類金属，亜鉛族金属，アルミニウム族金属，
錫族金属，鉄族金属，クロム族金属およびマンガン族金
属の塩化物ならびに硫酸塩等を水に溶した水溶液を用い
ることもできる。

【００１４】次に，このようにして成型し陽イオンがあ
るものにした砂中子原型を，８０〜２００℃で，３０分
〜２時間，乾燥した。ここで乾燥させることにより，互
いに連がっている硬化したフラン樹脂は炭化分解して強
度が低下し，崩壊性を増す。勿論，この場合，鋳造時に
砂中子が崩壊する程の崩壊性ではなく，鋳造後に鋳造製
品から砂中子を取出すときに砂中子が確実容易に崩壊す
るような崩壊性である。

【００１５】次に，このようにして成型し水に可溶な陽
イオンがあるものにした砂中子原型を，乾燥させた後，
疎水性コロイド粒子の一つであるコロイダルシリカを含
む液状のコーティング剤中に浸漬し，砂中子原型の表面
にコーティング層を形成した。この砂中子原型をコロイ
ダルシリカを含む液状のコーティング剤中に浸漬する
と，コロイダルシリカが砂中子原型に接触する部分で，
前記作用の項で示したような反応が起こってゲル化し，
その結果，コーティング剤が凝集して粘度が増大し，所
望のコーティング層を有する砂中子となる。勿論，砂中
子原型内へのコーティング剤のしみ込みが抑えられ，砂
中子原型の表面には，例えば０．１〜０．３ｍｍのよう
に適当な厚さのコーティング層が均一に形成される。

【００１６】コーティング剤としては，例えば，ジルコ
ンフラワー１００重量部，３０％コロイダルシリカ水溶
液１０重量部，水２０重量部をよく撹拌混合したものを
用いた。コーティング層は１層または２層でもよいが，
製品とコーティング層との離型性をより良くするため
に，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を用いた。

【００１７】以上のような方法で製造された砂中子は，
砂中子原型を稀硫酸溶液に浸漬して陽イオンがある砂中
子原型とし，この砂中子原型にコーティングして砂中子
を得たものであるので，砂中子の全表面に０．２〜０．
３ｍｍの均一なコーティング層が形成された。一方，単
に造型しただけで稀硫酸溶液に浸漬することなく，直ち
にコーティングしたものは，コーティング溶液が砂中子
原型の中にしみ込んだだけで，コーティング層がほとん
どできず，また，表面全体がまだらな状態になった。

【００１８】また，以上のような方法で製造された砂中
子を，金型のキャビティ内に設置し，２５０トンのスク
イズキャストマシンを使用して７００℃のアルミニウム
合金（ＡＤＣ１２）溶湯を，鋳造圧力９２０ｋｇ／ｃｍ
^２，プランジャースピード０．１ｍｍ／ｓｅｃにて鋳込
んだ。鋳造後，金型から製品を取出して製品から砂出し
を行ったところ，砂中子原型を稀硫酸溶液に浸漬した本
発明による陽イオンがある砂中子原型によって得た砂中
子を用いたものは，中子が完全に崩壊しており，簡単に
かつ完全に砂を排出することができ，また，得られた製
品の鋳肌は平滑でアルミ溶湯の差し込みはなかった。し
かし，単に造型しただけの従来技術のウォームボックス
中子を用いて，砂中子原型を稀硫酸溶液に浸漬すること
なく，直ちに同様の塗型剤に浸漬したものは，溶湯の差
し込みが多数発生しており，また，溶湯の差し込みのな
い部分も鋳肌が平滑でなく，中子本体の表面形状を転写
したように凹凸が見られた。

【００１９】

【発明の効果】このように，本発明においては，陽イオ
ンがある砂中子原型を用いたため，砂中子原型をコロイ
ダルシリカを含む液状のコーティング剤でコーティング
したとき，コロイダルシリカが砂中子原型に接触する部
分でゲル化し部分的にコーティング剤が増粘すること
で，砂中子原型内へのコーティング剤のしみ込みが抑制
され，均一で適当な厚さを持ったコーティング層が形成
される。したがって，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
子中に溶湯が差し込むことがなく，鋳造後，製品から砂
を排出する際も，砂中子の崩壊性が良いために，簡単確
実かつ完全に砂の排出を行うことができる。勿論，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。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】その中で、砂を固めて砂中子原型を得る方
法として、ハ−ドックス法、ウオ−ムボックス法、
シェルモ−ルド法、コ−ルドボックス法等がある。
ハ−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
脂及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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】また、以上のような方法で製造された砂中
子を、金型のキャビテイ内に設置し、２５０トンのスク
イズキャステイングマシンを使用して７００℃のアルミ
ニウム合金（ＡＤＣ１２）の溶湯を、鋳造圧力９２０ｋ
ｇ／ｃｍ²、プランジャスピ−ド０．１ｍ／ｓｅｃにて
鋳込んだ。鋳造後、金型から製品を取出して製品から砂
出しを行ったところ、砂中子原型を稀硫酸溶液に浸漬し
た本発明による陽イオンがある砂中子原型によって得た
砂中子を用いたものは、中子が完全に崩壊しており、簡
単にかつ完全に砂を排出することができ、また、得られ
た製品の鋳肌は平滑でアルミニウム溶湯の差し込みはな
かった。しかし、単に造型しただけの従来技術のウオ−
ムボックス中子を用いて、砂中子原型を稀硫酸溶液に浸
漬することなく、直ちに同様の塗型剤に浸漬したもの
は、溶湯の差し込みが多数発生しており、また、溶湯の
差し込みのない部分も鋳肌が平滑でなく、中子本体の表
面形状を転写したように凹凸が見られた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求頂１】水に可溶な陽イオンがある砂中子原型を
疎水性コロイド粒子を含んだコーティング液でコーティ
ングした崩壊性砂中子。
【請求項２】まず，砂中子原型の中に水に可溶な陽イ
オンがある砂中子原型を形成し，次に，乾燥後，疎水性
コロイド粒子を含んだコーティング液で砂中子原型の表
面にコーティングを行うことを特徴とする崩壊性砂中子
の製造方法。