JPH06182488A - 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固めた砂中子原
型でも，優れたコーティング性を有する砂中子を得る。 【構成】 砂を固めた砂中子原型をポリ塩化アルミニウ
ムに浸漬するなどしてポリ塩化アルミニウム処理した砂
中子を得，その後，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
で乾燥して優れたコーティングを有する砂中子を得る。

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
ス法で造型した砂中子原型をポリ塩化アルミニウムで処
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，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，この砂中子原型をポリ塩化アル
ミニウムで処理する工程と，このポリ塩化アルミニウム
で処理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。ポリ塩化アルミニウムは，例え
ば，日本軽金属（株）が上市しており（ニッケイパッ
ク），上水道用水処理，紙サイズ剤等に使用されてい
る。また，砂中子原型を処理する場合は，ポリ塩化アル
ミニウムに浸漬したり，ポリ塩化アルミニウムを砂中子
原型の表面に刷毛塗りしたり，吹付けたりする。

【０００８】

【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，その砂中子原型をポリ塩
化アルミニウムに浸漬するなどして砂中子原型の内部に
ポリ塩化アルミニウムを浸み込ませ，次いでこのような
ポリ塩化アルミニウム処理された砂中子原型に，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ポリ塩化アルミニウムにより，
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。

【０００９】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。

【００１０】

【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る。また，同樹脂加熱硬化
用硬化剤としては，ベンゼルスルホン酸，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。

【００１１】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２
０〜５０ｋｇの砂中子原型を得た。

【００１２】次に，このようにして造型した砂中子原型
を，ポリ塩化アルミニウムで処理する。このポリ塩化ア
ルミニウムとしては，日本軽金属（株）製ニッケイパッ
クが挙げられる。このポリ塩化アルミニウムに砂中子原
型を浸漬し，砂中子原型に吸収させる。浸漬時間は，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。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。

【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，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良い。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。

【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，ポリ塩化アルミ
ニウム処理された砂中子原型を１〜２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，ポリ塩化アルミニウ
ム処理を行わ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。

【００１６】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。

【００１７】さらに詳しい実施例として，実験例をつぎ
に示す。 ［実験例および比較例］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，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／ｃｍ² ，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，後記するポリ塩化アルミニウム処理
を何ら行わずに，本実験例と同一コーティングを行った
ので，比較例として表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】ポリ塩化アルミニウム（日本軽金属製ニッ
ケイパック）に砂中子原型を１〜２秒間浸漬したもの
と，ポリ塩化アルミニウム処理を行わなかった砂中子原
型を同一コーティング剤に１〜２秒間浸漬した後，１２
０℃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に調製されたものであった。

【００２０】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。

【００２１】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。結果を表１に示す。

【００２２】

【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，この砂中子原型をポリ塩化アルミ
ニウムで処理する工程と，このポリ塩化アルミニウム処
理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
子原型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。

【００２３】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。また，
鋳造後の砂中子の崩壊性も良く，砂出しも容易である。
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５月１２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、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−ズ等を用い、フラン
系樹脂としては、フルフリルアルコ−ル・ホルムアルデ
ヒド樹脂、フルフリルアルコ−ル・尿素・ホルムアルデ
ヒド樹脂、フルフリルアルコ−ル・フェノ−ル・ホルム
アルデヒド樹脂、フルフリルアルコ−ル・フェノ−ル・
尿素・ホルムアルデヒド樹脂等のいわゆるウオ−ムモッ
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−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。

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
   原型をポリ塩化アルミニウムで処理する工程と，このポ
   リ塩化アルミニウムで処理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。