JPH06190498A - 砂中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シェルモ−ルド法を用いて固めた砂中子原型
を用い、優れてコ−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、粒径の粗い粒子と
粒径の細かい粒子を併せ持つ耐火物を主成分とする界面
活性剤を含有する水あるいはアルコ−ル分散体スラリ状
コ−ティング剤でコ−ティングすることにより、高圧鋳
造時に砂中子への溶湯の差込みを防止し、かつ、鋳造後
に製品からのコ−ティング剤の離型を容易にする。

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，シェルモールド
法で造型した砂中子原型上に比較的粒径の粗いコーティ
ング剤と微粉末状のコーティング剤を混合して得た界面
活性剤を含有するコーティング剤でコーティングするこ
とにより，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，溶湯が砂中子内に浸入しないようにし，
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
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，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。

【０００７】

【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
型上に平均粒径が砂中子の砂の平均粒径の１５％以上の
比較的粗い粉末状の耐火物とこの粗い粉末状の耐火物と
の重量％が２０〜１００％で，平均粒径が数μｍ以下の
微粉末状の耐火物の混合物を主成分とする界面活性剤を
含有する水あるいはアルコール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し，このコーティング
して得た砂中子を乾燥させるようにして優れたコーティ
ングを有する砂中子を得る。

【０００８】一般にシェルモールド法で造型された砂中
子原型に，ハードックス法で造型された砂中子に対して
は良好なコーティングができる粒径の小さいコーティン
グ剤をコーティングしようとすると，該コーティング剤
が濡れずにはじかれてうまくいかない。そのため，該コ
ーティング剤に界面活性剤を加えて砂中子原型に濡れる
ようにしたところ，コーティング剤は砂中子内部に浸透
し，表面上にはコーティング剤は少ししか残らず，コー
トは極めて薄いものしか得られなかった。

【０００９】すなわち，一般に砂中子に用いられる粒径
１００〜４００μｍの天然シリカ砂，ジルコン砂あるい
はセラビーズのような人工砂などの砂を用いてシェルモ
ールド法で造型された砂中子原型の砂粒子間には，直径
１５〜６０μｍ相当の空隙が形成され，表面から内部ま
で繋がっている。このような空隙を有する砂中子原型に
界面活性剤を含有する粒径の小さいコーティング剤をコ
ーティングしようとすると，該コーティング剤は砂中子
原型を濡らすが，砂中子内部に浸透してしまい，コート
は極めて薄くなってしまうわけである。

【００１０】したがって，コーティング剤が砂中子原型
に濡れ，かつ浸透することを防ぐことができれば，コー
ティングが可能になると考えられる。すなわち，粒径の
粗いコーティング剤（１）と粒径の小さいコーティング
剤（２）並びに界面活性剤を混合して得られたコーティ
ング剤でコーティングし，砂中子原型の空隙を粒径の粗
い粒子で目詰めすれば，優れたコーティングを有する砂
中子を得ることができる。

【００１１】砂中子原型の空隙を目詰めするために必要
な耐火物粒子の粒径は砂中子原型の空隙より大きいこと
が必要であり，したがって，コーティング剤（１）を構
成する比較的に粗い粉末状の耐火物の平均粒径は，砂中
子原型の砂の平均粒径の１５％以上あればよい。それ
は，砂中子原型に形成される空隙には砂を球とみなした
場合，砂の直径の１５％に相当する外接球を描くことが
でき，砂の粒径が１００〜４００μｍの場合１５〜６０
μｍ相当の空隙を形成することになるからである。した
がって，少なくとも平均粒径が砂中子の砂の平均粒径の
１５％以上の粒子を相当割合含有するコーティング剤を
使用すれば，コーティング剤の砂中子への浸透を防ぐこ
とができる。

【００１２】粗い粉末状の耐火物からなるコーティング
剤（１）と混合するコーティング剤（２）を構成する微
粉末状の耐火物の平均粒径は，数μｍ以下，例えば，５
μｍ以下，０．１μｍ以上とし，コーティング剤（１）
とコーティング剤（２）の配合割合は，重量比として，
１００：２０〜１００とした。なお，コーティング剤
（２）の微粉末状の耐火物は，その平均粒径が大きくな
りすぎると，コーティング剤全体が粗いものになりす
ぎ，鋳造時に溶湯が差込む。

【００１３】また，比較的に粗いコーティング剤（１）
に対する微粉末状のコーティング剤（２）の割合を少な
くしすぎると，全体として粒径が大きくて粗いコーティ
ング剤となるので，コーティングを行った場合，コート
膜の表面が多少ザラザラの状態になったり，ぼそぼそに
なった状態になり，コート膜に緻密さがなくなり，コー
ト膜の穴が大きくなり，注湯時に溶湯が入りやすくな
り，砂の焼着きが生じ，排砂性も悪くなる。

【００１４】逆に，コーティング剤（１）に対するコー
ティング剤（２）の割合を大きくしすぎると，コーティ
ング剤全体の粒径が小さくなることになるので，コーテ
ィングを行う際に，コーティング剤が砂の中に浸み込
み，コート膜が薄くしかつかず，破壊されやすくなり，
したがって，高圧での鋳造時にコート膜が壊れ，溶湯が
入りやすくなる。したがって，コーティング剤（１）と
コーティング剤（２）の配合割合は，重量比で，１０
０：２０〜１００とした。なお，コーティングは，砂中
子原型をコーティング剤に数秒間浸漬するなどして行
う。

【００１５】また，このコーティング剤に加える界面活
性剤はアニオン系，カチオン系，ノニオン系のいずれで
もよく，その添加量は粉末状の耐火物１００重量部当り
０．０１〜５重量部である。

【００１６】以上のようにしてコーティング剤でコーテ
ィングした砂中子を次に乾燥するのであるが，乾燥温度
は９０〜１５０℃で，乾燥時間は５〜３０分程度であ
り，高温になるほど乾燥時間は短くてもよい。

【００１７】前記コーティング剤でコーティングした
後，乾燥された砂中子は続いて鱗片状アルミニウム，雲
母粉等からなる第２のコーティング剤でコーティングす
る。このコーティングとその後に行う乾燥は前述のコー
ティングの場合に準じて行うことができる。

【００１８】

【作用】このようにして，コーティング剤（１）とコー
ティング剤（２）を主成分とするコーティング剤で砂中
子原型をコーティングすれば，コーティング剤中の粗い
粒径成分が砂中子原型の空隙を目詰めするため，砂中子
内部にコーティング剤が浸透することがなく厚いコート
層が得られる。そして，このコート層には細かい粒径成
分が存在するため，高圧鋳造による溶湯浸入が防止され
ることになり，優れたコーティングを有する砂中子が得
られる。なお，第２のコーティング剤は鋳物表面と先の
コート層との離型を向上させる。

【００１９】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
浸入することもない。

【００２０】

【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℃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っ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。

【００２１】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。

【００２２】つぎに，上記の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
りしてもよい。コーティング剤（１），（２）を主成分
とした第１のコーティング剤は，比較的粗い粒径からな
るコーティング剤（１）と細かい粒径からなるコーティ
ング剤（２）を混合して調製する。比較的粗い粒径から
なるコーティング剤（１）は，平均粒径１５μｍ以上，
５０μｍ以下の粉末シリカと粉末アルミナを主成分と
し，固形分３０〜９０重量％の水分散体からなるスラリ
である。

【００２３】他方細かい粒径からなるコーティング剤
（２）は，平均粒径が数μｍ，例えば，０．１〜５μｍ
の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％の水分
散体のスラリである。粗い粒径からなるコーティング剤
（１）と細かい粒径からなるコーティング剤（２）の混
合割合は，前者の１００重量部に対して，後者は２０〜
１００重量％である。細かい粒径のコーティング剤
（２）の配合割合が２０重量％未満の場合は粗い粒径成
分が多くなるため，砂中子に溶湯の差込みが発生し，他
方，１００重量％を越えると細かい成分が多くなるた
め，砂中子への浸透が多くなり，厚いコート層が得られ
ない。

【００２４】なお，細かい粒径からなるコーティング剤
（２）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。なお，混合したコーティング剤に対しアニオ
ン系界面活性剤を０．１重量％配合した。

【００２５】第２のコーティング剤は，粒径５μｍの鱗
片状アルミニウム粉末を主成分とし，湿潤剤としてドデ
シルベンゼンスルホン酸ナトリウムを加えたイソプロパ
ノールスラリで固形分は５〜２０重量％とした。固形分
が５重量％未満ではコーティング層の厚みが薄くなり，
２０重量％を越えるとコート厚みが必要以上に厚くな
る。

【００２６】また，第２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等も用
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。

【００２７】さらに詳しい実施例として，実験例をつぎ
に示す。 ［実験例１〜４，および比較例１〜３］フラタリ砂１０
０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２
ｋｇ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／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３８ｋｇであっ
た。

【００２８】第１のコーティング剤は，比較的粗い粒径
からなるコーティング剤（１）として粉末シリカと粉末
アルミナを主成分（平均粒径：２０μｍ）とし，固形分
７０重量％の水分散体と，細かい粒径からなるコーティ
ング剤（２）として微粉末シリカと微粉末アルミナを主
成分（平均粒径：１．４μｍ）とし，固形分８５重量％
の水分散体を，前者１００重量部に対して後者を２０〜
１００重量％配合して調製したものである。また，アニ
オン系界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ムを０．１重量％配合した。

【００２９】第２のコーティング剤は，平均粒径５μｍ
の鱗片状アルミニウム粉末を主成分とし，湿潤剤として
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを加えたイソプ
ロパノールスラリで，固形分は１５重量％であった。

【００３０】コーティングは，まず砂中子原型を上記第
１のコーティング剤に２〜３秒間浸漬し，引き上げ，１
２０℃，５分間熱風乾燥炉中で乾燥した。続いて，第２
のコーティング剤に２〜３秒間浸漬後，引き上げて室内
に放置して乾燥した（実験例１〜４）。

【００３１】一方，第１のコーティング剤として，粒径
の粗いコーティング剤（１）のみ，粒径の粗いコーティ
ング剤（１）１００重量％に粒径の細かいコーティング
剤（２）１１０重量％を配合して調製したコーティング
剤，および，細かいコーティング剤（２）のみを用い
て，個別の砂中子原型をコーティングし，乾燥後，第２
のコーティングを行い乾燥した（比較例１，２，３）。
なお，アニオン系界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン
酸ナトリウムをコーティング剤に対して０．１重量％配
合した。

【００３２】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。しかし，比較例１，２，３においては，排砂
性が劣り，砂の焼着きが発生した。結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】 注）コーティング剤（１）：平均粒径２０μｍを有する
コーティング剤 コーティング剤（２）：平均粒径１．４μｍを有するコ
ーティング剤 コーティング剤（１）とコーティング剤（２）の配合割
合は重量％ ○良好，△やや問題あり，×不良

【００３４】

【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し，この砂中子原型上に平均
粒径が砂中子の砂の平均粒径の１５％以上の比較的粗い
粉末状の耐火物と，この粗い粉末状の耐火物との重量％
が２０〜１００％の微粉末状の耐火物の混合物を主成分
とする界面活性剤を含有する水あるいはアルコール分散
体からなるスラリ状のコーティング剤をコーティング
し，このコーティングして得た砂中子を乾燥させること
によって，砂中子のコーティングを行うので，優れたコ
ーティングを有する砂中子を得ることができる。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。

【００３５】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。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。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】また、このコ−ティング剤に加える界面活
性剤はアニオン系、カチオン系、ノニオン系のいずれで
も良く、その添加量はコ−ティング剤１００重量部当り
０．０１〜５重量部である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】一方、第１のコ−ティング剤として、粒径
の粗いコ−ティング剤（１）のみ、粒径の粗いコ−ティ
ング剤（１）１００重量％に粒径の細かいコ−ティング
剤（２）１３０重量％を配合して調製したコ−ティング
剤、および、粒径の細かいコ−ティング剤（２）のみを
用いて、個別の砂中子原型をコ−ティングし、乾燥後、
第２のコ−ティングを行い乾燥した（比較例１、２、
３）。なお、アニオン系界面活性剤ドデシルベンゼンス
ルホン酸ナトリウムを、コ−ティング剤に対して０．１
重量％配合した。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【表１】 注）コ−ティング剤（１）：平均粒径２０ ｍを有する
コ−ティング剤 コ−ティング剤（２）：平均粒径１．４ ｍを有するコ
−ティング剤 コ−ティング剤（１）とコ−ティング剤（２）の配合割
合は重量％ ○良好、△やや問題あり、×不良

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国村 勝 大阪府枚方市中宮北町３番10号 宇部興産 株式会社枚方研究所内

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，この砂中子原型上に平均粒径が砂中子の砂の平均
   粒径の１５％以上の比較的粗い粉末状の耐火物と，この
   粗い粉末状の耐火物との重量％が２０〜１００％の微粉
   末状の耐火物の混合物を主成分とする界面活性剤を含有
   する水あるいはアルコール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。