JPH0631390A - 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】 Ｎａ_２ＳＯ_４などの無機塩を配合して砂を固
めた砂中子原型を酢酸カルシウム水溶液等中に浸漬する
などして有機酸塩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有機酸塩で処理することに
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。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。

【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。

【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，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。

【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及び無機塩を用
いて砂中子原型を造型する工程と，この砂中子原型を有
機酸塩で処理する工程と，この有機酸塩で処理した砂中
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
によって優れたコーティングを有する砂中子を得る。

【０００７】なお，砂中子原型を造型する際に配合する
無機塩は，Ｌｉ^＋，Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｃｓ^＋，Ｃｕ^＋，Ｃ
ｕ^２＋，Ｍｇ^２＋，Ｃａ^２＋，Ｂａ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ａ
ｌ^３＋，Ｍｎ^２＋，Ｆｅ^２＋，Ｆｅ^３＋，Ｃｏ^２＋，Ｎ
ｉ^２＋，ＮＨ_４ ^＋などの陽イオンと，Ｆ⁻，Ｃｌ⁻，Ｂ
ｒ⁻，Ｉ⁻，ＮＯ_３ ⁻．，ＣＯ_３ ^２−，ＳＯ_４ ^２−，Ｐ
Ｏ_４ ^３−などの陰イオンが電荷を中和する形で生成する
ものをいう。例えば，Ｎａ_２ＳＯ_４，Ｋ_２ＣＯ_３，Ｍｇ
Ｃｌ_２，Ｂａ_３（ＰＯ_４）_２，Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３，Ｍ
ｎＣｌ_２，ＦｅＳＯ_４，ＮＨ_４ＮＯ_３等が挙げられる。
また，無機塩を配合した砂中子原型を造型する場合は，
砂，フラン系樹脂，同樹脂加熱硬化用硬化剤に例えば，
粉末状のＮａ_２ＳＯ_４あるいはその水溶液のような無機
塩あるいは無機塩溶液を配合した後，これを，例えば，
９０〜２４０℃に加熱した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る。

【０００８】また，砂中子原型を処理する有機酸塩は，
有機酸と無機イオンとの間で生成する塩をいい，蟻酸，
酢酸，プロピオン酸，アクリル酸，メタアクリル酸，シ
ュウ酸，フマル酸，マレイン酸，コハク酸，酒石酸，ク
エン酸，ブタンテトラカルボン酸，安息香酸，フタル
酸，テレフタル酸，トリメリット酸，ベンゼンスルホン
酸，トルエンスルホン酸等のカルボン酸，スルホン酸な
どの有機酸の陰イオンとＬｉ^＋，Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｃ
ｓ^＋，Ｃｕ^＋，Ｃｕ^２＋，Ｍｇ^２＋，Ｃａ^２＋，Ｂａ
^２＋，Ｚｎ^２＋，Ａｌ^３＋，Ｍｎ^２＋，Ｆｅ^２＋，Ｆｅ
^３＋，Ｃｏ^２＋，Ｎｉ^２＋，ＮＨ_４ ^＋などの無機陽イオ
ンとが電荷を中和する形で生成するものをいう。例え
ば，酢酸カリウム，酢酸ナトリウム，酢酸マグネシウ
ム，酢酸カルシウム，酢酸亜鉛，酢酸バリウム，アクリ
ル酸マグネシウム，アクリル酸カルシウム，アクリル酸
亜鉛，アクリル酸アルミニウム，安息香酸ナトリウム等
が挙げられる。また，砂中子原型を有機酸塩で処理する
場合は，例えば，酢酸カルシウム水溶液のような有機酸
塩溶液中に浸漬したり，有機酸塩溶液を砂中子原型の表
面に刷毛塗りしたり，吹付けたり，有機酸塩の微粉末を
薄くまぶしたりする。

【０００９】

【作用】本発明においては，まず，砂，フラン系樹脂，
同樹脂加熱硬化用硬化剤に，例えば，粉末状のＮａ_２Ｓ
Ｏ_４あるいはその水溶液のような無機塩あるいは無機塩
溶液を配合した後，前記のようにして該組成物を加熱硬
化させて無機塩を含有する砂中子原型を造型する。次
に，このようにして得た砂中子原型を酢酸カルシウム水
溶液等の有機酸塩水溶液中に浸漬するなどして砂中子原
型の内部に有機酸塩を浸み込ませ，次いで，この砂中子
原型を乾燥する。次に，有機酸塩で処理した後乾燥して
得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。この場合，造型した砂中子原型を，コ
ーティングする前に，例えば酢酸カルシウム水溶液等の
有機酸塩水溶液の中に浸漬すれば，砂中子原型の表層部
や中に有機酸塩が付着したり浸み込んだりする。この砂
中子原型を浸清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の表層部に有機酸
塩の粉末が均一に付着する。

【００１０】一方，このような有機酸塩処理および乾燥
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
る有機酸塩により，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。

【００１１】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。

【００１２】

【実施例】無機塩を含有する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及び無機塩を混合する。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
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。

【００１３】無機塩としては，Ｎａ_２ＳＯ_４，ＭｇＣｌ
_２等の無機塩が挙げられる。これらの無機塩は，砂１０
０重量部に対して少なくとも０．１重量部以上配合す
る。配合量が０．１重量部未満では，コーティング剤が
砂中子原型の内部深くまで浸み込んでしまい，砂中子原
型の表面に厚いコーティング層が形成しない。なお，こ
れらの無機塩は，砂中子原型の造型に支障をきたさない
限り，砂１００重量部に対し前記０．１重量部以上を越
えてさらに大量配合することができる。

【００１４】また，上記した無機塩は，粉末等の固体の
ままで配合してもよいし，水溶液等の溶液あるいは適当
な分散剤への分散体の形で配合してもよい。後者の場合
に用いられる溶剤あるいは分散剤は，前記砂中子骨材，
フラン系樹脂，同樹脂加熱硬化用硬化剤からなる組成物
の貯蔵安定性および加熱硬化性（造型性）を損わないも
のが適宜選ばれる。しかして，上記した無機塩の溶液あ
るいは分散体の濃度および配合量は，無機塩のみに換算
して砂１００重量部に対して少なくとも０．１重量部以
上となるように，適宜選定される。

【００１５】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，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２０〜５０
ｋｇの砂中子原型を得た。

【００１６】次に，このようにして成型した砂中子原型
を，有機酸塩の水溶液で処理する。この有機酸塩として
は，酢酸カルシウム，酢酸亜鉛，アクリル酸アルミニウ
ム等が挙げられる。これらの有機酸塩の水溶液中に砂中
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２００倍以内である。
稀釈倍率が２００倍を越えるとコーティング厚みが薄
く，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。

【００１７】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，有機酸塩を稀
釈せずにそのまま使用してもよく，砂中子原型に有機酸
塩微粉末をまぶし，余分な有機酸塩微粉末を拭き取る。
前記したように，酢酸カルシウム水溶液のように濃度の
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，このように水で稀釈しない場合は，乾燥を
行う必要はない。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】前記コーティング剤中に，有機酸塩処理次
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，有機酸塩処理を行わ
ない場合には砂中子原型にほとんど浸み込んでほぼ０ｍ
ｍ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。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，乾爆して形成
する。

【００２１】さらに詳しい実施例として，実験例をつぎ
に示す。 （実験例１〜１２，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Ｆ
Ｃ−１００，主成分パラトルエンスルホン酸銅塩）０．
６部，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，および，無機塩として
Ｎａ_２ＳＯ_４粉末０．１部，０．２部あるいは０．５部
をそれぞれ混合し，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。なお，無機塩を配合しない砂中
子原型も同様にして造型し，後記する有機酸塩処理を何
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。

【００２２】酢酸カルシウム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。この水
溶液に砂中子原型を１〜２秒間浸漬した後，１２０℃の
循環式熱風過熱炉で３０分間乾燥した。（実験例１〜１
２）

【００２３】これら酢酸カルシウム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酢酸カルシウ
ム処理された砂中子原型を同一のコーテイング剤に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。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。比較例のものおよび実験例１０〜１２
のものは，コーティングが不良ないしやや良程度であっ
た。これにより，酢酸カルシウム稀釈倍率は１５０〜２
００倍以下が良いことが推定された。

【００２４】前記の第１層コーテイングを終えた後，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。

【００２５】

【表１】

【００２６】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／ｃｍ^２，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〜
９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１０〜１２の場合には中子砂の除去は
やや良であったが，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。まとめ
て，結果を表１に示す。

【００２７】なお，前記砂中子原型の造型時に使用した
無機塩として，Ｎａ_２ＳＯ_４の代りに２０％ＭｇＣｌ_２
水溶液を用い，その配合量（砂１００重量部当りの重量
部）を１，２，５とし，また，前記有機酸塩として用い
た酢酸カルシウムの代りにアクリル酸アルミニウムを使
用し，それ以外は全く同様に処理，操作したところ，前
記表１に示したものと同様に優れた結果が得られた。

【００２８】

【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及び無機塩を用い
て砂中子原型を造型する工程と，この砂中子原型を有機
酸塩で処理する工程と，この有機酸塩で処理した砂中子
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。

【００２９】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，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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幸谷 守恵 山口県宇部市大字小串字沖の山1980番地 宇部興産株式会社宇部機械製作所内

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
   化剤及び無機塩を用いて砂中子原型を造型する工程と，
   この砂中子原型を有機酸塩で処理する工程と，この有機
   酸塩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砂中子の製造方法。