JPH05261476A - 崩壊性砂中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウォームボックス法を用いて造型した砂中子
で，低圧鋳造時に破損せず，かつ，崩壊性に優れた砂中
子を得る。 【構成】 ウォームボックス法で砂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
を有する鋳造品の低圧鋳造時に用いる耐圧性と崩壊容易
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，ウォームボックス法で造型した砂
中子原型を鉱酸処理することにより，鋳造後の崩壊性に
優れた低圧鋳造用に適した砂中子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
等の鋳造品を低圧で鋳造して製造する場合，崩壊性砂中
子を用いて低圧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，砂を所望の形に固め，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
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，造型した砂中子を用いて低圧鋳造した後に，
砂中子を崩壊させて完全に取出すのが困難であり，か
つ，手間がかかっていた。

【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。この場合，造型した砂中子原型（黄土色，褐色〜深
緑色）を，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
子原型は黒色に変化する。これは，砂同志を結合してい
た硬化フラン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フラン樹脂は，この
乾燥時の熱で炭化分解反応が促進される。これにより，
黒化するとともに，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，当然硬化したフラン樹脂も熱劣
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】この発明によって得られた崩壊性の砂中子
を用いれば，低圧鋳造のように低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，普通のノックアウトだけ
で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。なお，低圧鋳造ではそれ程強度を必要とせず，溶湯
の差込みもないので，特別なコーティングは必要がな
い。

【０００９】

【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，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。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２０〜５０ｋｇの砂中子原
型を得た。

【００１０】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。これらの薬品の水溶液中に砂
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，８
９％リン酸の稀釈倍率）２００倍以内である。稀釈倍率
が２００倍を越えると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。

【００１１】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。

【００１２】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，
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，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
る鉱酸処理を何ら行わずに，本実験例と同様の低圧鋳造
を行ったので，比較例として後記する表１に示す。

【００１３】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。硫酸処理をしなかったも
のも用意した。（実験例２〜５）

【００１４】

【表１】

【００１５】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０．２ｋｇ／ｃｍ^２，湯口
速度２００ｍｍ／ｓｅｃ，注湯温度７６０℃の条件下で
低圧鋳造した。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。

【００１６】（実験例５〜１０，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。

【００１７】

【表２】

【００１８】

【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設定できる。また，低圧鋳
造時には破損せず，鋳造後の崩壊性は良い。

【００１９】すなわち，本発明で得られた崩壊性砂中子
を用いて低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。

Claims (1)

【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からなる崩壊性砂中子の製造方
   法。