JPH05261474A - 崩壊性砂中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シェルモールド法を用いて固めた砂中子原型
を用い，コーティングが充分に行えかつ崩壊性に優れた
砂中子を得る。 【構成】 ＲＣＳを固めた砂中子原型を稀硫酸溶液等中
に浸漬するなどして鉱酸処理した砂中子原型を得，この
砂中子原型を加熱乾燥した後，コーティング液中に浸漬
するなどして砂中子原型の表面に均一なコーティングを
行い，次いで乾燥し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
性砂中子の製造方法に関するものである。さらに詳しく
は，シェルモールド用の砂を用いて造型した砂中子原型
を鉱酸処理することにより，同一コーティング剤を１回
だけで厚くコーティングでき，しかも，鋳造後の崩壊性
に優れた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，良好な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十分に耐え得ること
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か行われてい
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。勿諭，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
スの代りに結合剤を使用するシェルモールド法の良さを
見直すこととした。シェルモールド法では，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，予めフェノールレジン等の石炭酸系
台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，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，ＲＣ
Ｓを用いて砂中子原型を造型する工程と，この砂中子原
型を鉱酸で処理する工程と，この鉱酸で処理した砂中子
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
って崩壊性砂中子を得る。なお，砂中子原型を処理する
鉱酸としては，例えば，硫酸，燐酸等を用いる。また，
砂中子原型を鉱酸で処理する場合は，例えば，稀硫酸の
ような酸性溶液中に浸漬したり，酸性溶液を砂中子原型
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ＲＣＳを用いて砂中子原型を造型した後，その砂中
子原型を稀硫酸等の鉱酸溶液中に浸漬するなどして砂中
子原型の内部に鉱酸を浸み込ませ，次いで，この砂中子
原型を乾燥する。次に，鉱酸で処理した後乾燥して得た
この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（黄土
色）を，コーティングする前に，例えば稀硫酸溶液等の
鉱酸溶液の中に浸漬すれば，砂中子原型の表層部や中に
鉱酸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，砂中子原型は黒褐色に変化する。これ
は，砂同志を結合していた硬化フェノールレジン等の石
炭酸系合成樹脂が砂中子原型に付着したり浸み込んだ鉱
酸により脱水，炭化させられたためである。すなわち，
砂を互いに繋げている硬化した石炭酸系合成樹脂は，こ
の乾燥時の熱で酸化分解反応が促進される。これによ
り，黒褐色化するとともに，強度も低下する。この強度
の低下は，鋳造時の加圧力には充分耐え得るものであ
る。鋳造時に，溶湯の熱により，当然硬化した石炭酸系
合成樹脂も熱劣化するが，上記のようにして予め強度を
低下させておくと，鋳造後，金型内から取出した鋳造品
の中から砂中子を取出すときに，砂中子が極めて簡単容
易に取出せる。

【０００８】一方，このような鉱酸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存在する鉱
酸により，コーティング剤が瞬時に凝集して該砂中子原
型の表面ではじかれることなく，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，シェルモールド法で
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，砂が鋳造面の隅に残ること
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。

【００１０】

【実施例】砂中子原型を製造するときは，まず，フェノ
ールレジン等の石炭酸系合成樹脂を砂にコーティングし
たレジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）を用意する。ＲＣ
Ｓは混練温度，フェノール樹脂等の石炭酸系合成樹脂の
性状からコールド法，セミホット法，ドライホット法で
製造されるが，生産性，安定性，コストの面からドライ
ホット法が好ましい。すなわち，１３０〜１６０°Ｇに
加熱された砂に固形樹脂をミキサーで溶融コーティング
したのち，ノボラック樹脂の場合は硬化剤のヘキサミン
水溶液，レゾール樹脂の場合は水のみを投入して，水の
蒸発潜熱およびエアレーションによつて急冷しながら砂
粒同志の固着が少なくなった時点でステアリン酸カルシ
ウム等のワックスを分散させて乾態易流動性のＲＣＳを
得る。なお，砂は，硅砂，ジルコンサンド，クロマイト
サンド，セラビーズ等，あるいは，それらの再生砂を用
いる。このＲＣＳ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，いわゆる，シ
ェルモールド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
２００〜３００℃，好ましくは，２３０〜２７０℃程度
とし，３０秒〜２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２０〜５０ｋｇの砂
中子原型を得た。

【００１１】次に，このようにして成型した砂中子原型
を，鉱酸の水溶液で処理する。この鉱酸としては，硫
酸，燐酸等が挙げられる。この鉱酸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（９８％濃硫酸，８９％
リン酸の稀釈倍率）２００倍以内である。稀釈倍率が２
００倍を越えるとコーティング厚みが薄く，かつ，鋳造
後の砂中子の崩壊性が低下し，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。

【００１２】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
型の加熱乾燥は，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。なお，鉱酸を稀
釈せずにそのまま使用してもよく，鉱酸が濃硫酸（９８
％）や燐酸（８９％）のように液体の場合は，砂中子原
型を浸漬し，微粉末の酸のように微粉末の場合は，砂中
子原型に粉末をまぶし，余分な粉末を拭き取る。前記し
たように，稀硫酸のように濃度の薄い溶液を用いたとき
は水を蒸発させるために乾燥が必要であるが，濃硫酸の
ように水で稀釈しない場合は，乾燥を行う必要はない。
処理された砂中子原型は黒褐色化し，その抗折力は処理
濃度に比例して低下するが，強度の低下は，硫酸や燐酸
の場合は酸による炭化劣化が進行したためと考えられ
る。

【００１３】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，該砂中子原型をコーティング剤中に浸漬してもよい
し，該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％以下ではコーテイング層の厚み
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ｐ
Ｈ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。

【００１４】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。

【００１５】前記コーティング剤中に，鉱酸処理次いで
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，１２０℃，１０分程度であ
る。コーティングの厚みは，鉱酸処理を行わない場合に
は砂中子原型表面からはじかれてほとんど塗れないのに
対して，充分に厚く，また，砂中子原型内部への浸透も
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５０Ｏ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。

【００１６】さらに詳しい実施例として，実験例をつぎ
に示す。 （実験例１〜５，および比較例）フラタリ砂１００部に
対して２部のフェノール樹脂（硬化剤ヘキサミンを含
む）をコーティングしたＲＣＳを用いて，重量約２ｋｇ
のエンジンブロック用砂中子原型をシェルモールド法で
複数個造型した。造型条件は金型温度２５０℃，吹込み
圧０．８ｋｇ／ｃｍ^２，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３８ｋｇであった。
このうちの１個は，後記する鉱酸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。

【００１７】この砂中子原型を９８％濃硫酸に１〜２秒
間浸漬した。（実験例１） 次に，９８％濃硫酸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。この処理液に砂
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２〜５）

【００１８】これら硫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硫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，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。乾燥
後の砂中子の抗折力は表１に示すように，稀釈倍率に比
例して低下した。なお，比較例のものおよび実験例５の
ものは，コーティングが不良ないしやや良程度であり，
また，抗折力も大きかった。これにより，硫酸稀釈倍率
は２００倍以下が良いことが推定された。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℃
の循環式熱風過熱炉で１０分間乾燥した。

【００１９】

【表１】

【００２０】上記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６００ｋｇ／ｃｍ^２，湯口
速度２００ｍｍ／ｓｅｃ，注湯温度７６０℃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。実験例
５の場合には中子砂の除去はやや良かったが，比較例の
場合には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。

【００２１】（実験例６〜１０および比較例）実験例１
〜５の硫酸の代りに燐酸（８９％）を使用し，それ以外
は全く同様に処理，操作したところ，硫酸の場合と同様
に優れた結果が得られた。その結果を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】このように，本発明においては，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
を用いて砂中子原型を造型する工程と，この砂中子原型
を鉱酸で処理する工程と，この鉱酸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
て崩壊性砂中子を製造するようにしたので，砂中子原型
は予め所望の強度にまで低下し，また，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
の表面ではじかれたり，砂中子原型内に浸み込んだりす
ることなく，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
力に耐え，鋳造後の崩壊性は良い。

【００２４】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，また，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，
簡単確実に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５年１月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【実施例】砂中子原型を製造するときは、まず、フエノ
−ルレジン等の石炭酸系合成樹脂を砂にコ−テイングし
たレジンコ−テッドサンド（ＲＣＳ）を用意する。ＲＣ
Ｓは、混練温度、フエノ−ル樹脂等の石炭酸系合成樹脂
の性状から、コ−ルド法、セミホット法、ドライホット
法で製造されるが、生産性、安定性、コストの面からド
ライホット法が好ましい。すなわち、１３０〜１６０℃
に加熱された砂に固形樹脂をミキサ−で溶融コ−テイン
グした後、ノボラック樹脂の場合は硬化剤のヘキサミン
水溶液、レゾ−ル樹脂の場合は水のみを投入して、水の
蒸発潜熱およびエアレ−ションによって急冷しながら砂
粒同士の固着が少なくなった時点でステアリン酸カルシ
ュム等のワックスを分散させて乾態易流動性のＲＣＳを
得る。なお、砂は、硅砂、ジルコンサンド、クロマイト
サンド、セラビ−ズ等、あるいは、それらの再生砂を用
いる。整理番号＝Ｐ９２ＴＨ−７
（２） このＲＣＳを、所定の砂中子形状のキャビテイを有する
金型内に加圧空気とともに吹込み、いわゆる、シェルモ
−ルド法と呼ばれている方法で砂中子原型を成形した。
この場合、中子成形用の金型の加熱温度は、例えば２０
０〜３００℃、好ましくは、２３０〜２７０℃程度と
し、３０秒〜２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２０〜５０ｋｇの砂中
子原型を得た。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【実施例】砂中子原型を製造するときは、まず、フエノ
−ルレジン等の石炭酸系合成樹脂を砂にコ−テイングし
たレジンコ−テッドサンド（ＲＣＳ）を用意する。ＲＣ
Ｓは、混練温度、フエノ−ル樹脂等の石炭酸系合成樹脂
の性状から、コ−ルド法、セミホット法、ドライホット
法で製造されるが、生産性、安定性、コストの面からド
ライホット法が好ましい。すなわち、１３０〜１６０℃
に加熱された砂に固形樹脂をミキサ−で溶融コ−テイン
グした後、ノボラック樹脂の場合は硬化剤のヘキサミン
水溶液、レゾ−ル樹脂の場合は水のみを投入して、水の
蒸発潜熱およびエアレ−ションによって急冷しながら砂
粒同士の固着が少なくなった時点でステアリン酸カルシ
ュム等のワックスを分散させて乾態易流動性のＲＣＳを
得る。なお、砂は、硅砂、ジルコンサンド、クロマイト
サンド、セラビ−ズ等、あるいは、それらの再生砂を用
いる。このＲＣＳを、所定の砂中子形状のキャビテイを
有する金型内に加圧空気とともに吹込み、いわゆる、シ
ェルモ−ルド法と呼ばれている方法で砂中子原型を成形
した。この場合、中子成形用の金型の加熱温度は、例え
ば２００〜３００℃、好ましくは、２３０〜２７０℃程
度とし、３０秒〜２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２０〜５０ｋｇの
砂中子原型を得た。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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，この砂中子原型を鉱酸で処理する工程と，この鉱
   酸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崩壊性砂中子の製造方法。