JPH0647490A - 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固めた砂中子原
型を用い，優れたコーティング性を有する砂中子を得
る。 【構成】 砂とフラン系樹脂等を用いて造型した砂中子
原型を有機酸の金属塩で処理し，この砂中子原型をコー
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
および良好なコーティング性と崩壊良好性を有する崩壊
性砂中子およびそ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
など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，崩壊性砂中子を造型する場合，まず，砂
中子原型造型用骨材に有機バインダを用いて所望の形の
砂中子を造型し，その造型した砂中子原型の表面にコー
ティング液をコーティングして，ダイカスト鋳造時に砂
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，そして，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させるようにし，かつ，砂が隅
々まで充分に取出させるようにすることが試みられてい
る。勿論，その場合，砂中子原型造型用骨材の成分，砂
中子原型の造型方法，コーティング液の成分，コーティ
ングの仕方など，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，砂中子原型造型用骨材を固めて
砂中子原型を造型する方法として，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６４−９８９８号公報に記載されている技術
が知られている。この方法においては，砂中子原型は，
砂中子原型造型用骨材，フラン系樹脂及び有機過酸化物
配合の配合砂からなっており，亜硫酸ガスによって硬化
する。

【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，砂中子原型造型用骨材にフラン樹脂，フラン
樹脂の硬化触媒である有機過酸化物を配合，混練した配
合砂を所望の形状の金型内に充填し，これに亜硫酸ガス
を流してフラン樹脂を硬化させ，砂中子原型を造型す
る。従って，ハードックス法は砂中子原型造型時に亜硫
酸ガスを使用するので，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に
は，そのための付属設備の設置が大変であり，その設
置，運転のための法規制も受ける。

【０００５】そこで，本発明者は，フラン系樹脂を有機
過酸化物と亜硫酸ガスで硬化させる代わりに，有機酸塩
を主成分とする硬化剤を使用するウォームボックス法の
良さを見直すことにした。ウォームボックス法は，中子
原型造型用骨材とフラン系樹脂の配合砂を固めて砂中子
原型を造型するのに亜硫酸ガスを使用するのでなく，例
えば，９０〜２００℃に加熱した砂中子原型造型用金型
に砂中子原型造型用骨材とフラン系樹脂及びフラン系樹
脂の硬化剤を配合，混練した混合砂を圧縮空気で吹込ん
で加熱硬化させて，砂中子原型を造型する。しかし，こ
の場合，前記ハードックス法で造型した砂中子原型では
かなり良好に行われたコーティングと同一のコーティン
グ液をウォームボックス法で造型した砂中子原型の表面
にコーティングしても，コーティング液が砂中子原型の
表面から内部に浸み込むだけで，充分な厚さのコーティ
ング層が砂中子原型の表面に得られなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては，砂中
子原型造型用骨材にフラン系樹脂，フラン系樹脂硬化用
硬化剤を配合，混練した配合砂で砂中子原型を造型する
工程と，この造型した砂中子原型を有機酸のナトリウム
塩，カリウム塩，マグネシウム塩，カルシウム塩あるい
は亜鉛塩の少なくとも１種類の有機酸の金属塩の水溶液
で砂中子原型を有機酸の金属塩で処理する工程と，この
有機酸の金属塩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上に微粉末状の耐火物を
中成分とする中性の水分散体からなるスラリ状のコーテ
ィング液をコーティングする工程と，このコーティング
して得られた砂中子を乾燥する工程によって崩壊性砂中
子を得る。

【０００７】

【作用】本発明においては，まず，ウォームボックス法
で造型した砂中子原型を有機酸の金属塩水溶液で処理し
た後，この砂中子原型の表面に微粉末状の耐火物を主成
分とする中性の水分散体からなるスラリ状のコーティン
グ液をコーティングして，ダイカスト鋳造時の高圧下で
の溶湯が砂中子内に侵入しないように防止している。こ
の場合，微粉末状の耐火物を主成分とする中性の水分散
体からなるコーティング液には疎水性コロイダル粒子を
含有し，この疎水性コロイダル粒子は分散媒である水と
接するので，そのコロイダル粒子の表面には必ず水酸基
イオンＯＨ⁻を吸着して電気的に負に荷電している。し
かし，水に分散した疎水性コロイド粒子の溶液は全体的
には電気的に中性であるので，疎水性コロイド粒子に荷
電している反対の符号を持った荷電は分散媒である水の
方に存在し，その様子を微視的に見ると並行コンデンサ
に似た電気二重層を形成して安定化した状態にある。

【０００８】このようなコーティング液に，前記した方
法で造型して有機酸の金属塩で処理した砂中子原型をこ
のコーティング液に浸漬すると，砂中子原型の表面から
コーティング液中の疎水性コロイダルシリカと反対の正
に荷電した金属イオン，すなわち，Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｍｇ
^２＋，Ｃａ^２＋あるいはＺｎ^＋２イオンの少なくとも一
種のイオンが溶出して来るので，この金属イオンがコー
ティング液の疎水性コロイド粒子の界面に存在する電気
二重層を中和して破壊するので，疎水性コロイド粒子は
電荷を失って電気化学的に不安定となり，そして，砂中
子原型の表面上でゲル化反応を起こして巨大分子にな
り，凝集する。その結果，砂中子原型の表面には，例え
ば，０．２０〜０．３０ｍｍ厚さのコーティング層が均
一に形成される。しかし，有機酸の金属塩で処理しなか
ったウォームボックス法で造型した砂中子原型では溶出
する陽イオン濃度が極微小なので，この砂中子原型をコ
ーティング液に浸漬した場合，砂中子原型の表面上でゾ
ルーゲル化反応が起こらないのでコーティング層が形成
されず，コーティング液は毛細管現象によって砂中子原
型の内部に浸透して浸み込みが発生する。

【０００９】以上のように，ウォームボックス法で造型
した砂中子原型でも，砂中子原型造型後有機酸の金属塩
で処理してコーティングの際，陽イオンが溶出するよう
にすれば，ハードックス法で造型した砂中子原型と同一
のコーティング液を用いても，ウォームボックス砂中子
原型はコーティング液が浸み込まず，表面に所望の厚さ
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，崩壊性砂中子を用いれば，
高圧ダイカスト鋳造のように高圧下での溶湯鋳込時に砂
中子が破損したり，コーティング層にクラックが入った
りすることもないので，溶湯が砂中子内に侵入しない。
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
と共に，砂が鋳造製品の隅に残ることなく，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】砂中子原型を造型するときには，まず，砂中
子原型造型用骨材に有機バインダを配合混練する。砂中
子原型造型用骨材としては，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，有機バインダと
しては，フラン樹脂等のいわゆるウォームボックス用の
バインダを用い，これらの構成部材を配合したものを，
所定の砂中子原型の形状のキャビティを有する金型内に
圧縮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，砂中子原型造型用金型の加熱温度は，例えば，９０
〜２４０℃，好ましくは，１１０〜１８０℃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。

【００１１】次に，このようにして造型した砂中子原型
を有機酸の金属塩水溶液で処理する。この有機酸の金属
塩は，例えば，酢酸ナトリウム，酢酸カリウム，酢酸マ
グネシウム，酢酸カルシウム及び酢酸亜鉛等があげられ
る。これらの有機酸の金属塩水溶液に砂中子原型を浸漬
して有機酸の金属塩を砂中子原型に吸収させた後，加熱
乾燥させる。処理する有機酸の金属塩の濃度は０．５〜
３％である。濃度が０．５％以下ではコーティング層の
厚みが薄く，かつ鋳造時の砂の崩壊性が低下し，処理効
果がなくなる。浸漬時間としては，２〜３秒である。砂
中子原型の乾燥温度は高いほど乾燥時間が短くてすみ，
目安として１２０〜１５０℃×２０分程度である。この
場合，砂中子原型造型用の金型の加熱温度は，例えば，
９０〜２００℃，好ましくは，１２０〜１８０℃程度と
し，約１分間金型内で加熱して砂中子原型を所定の強度
に硬化させた。

【００１２】次に，上記のように造型された砂中子原型
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，または吹付けたりしてもよい。コーティング
液としては，例えば，微粉末のヒューズシリカを３部と
微粉末のアルミナ１部を混合して，その１００部に対し
て，３０％コロイダルシリカ１０部，ならびに水２０部
を加えて，ボールミルで一昼夜混練して，固形分が７０
〜７５％のスラリを調合して用いた。なお，このコーテ
ィン剤のｐＨを６．５〜７．５に維持しなければ，撹拌
下でも沈殿，凝固することがある。

【００１３】そして，砂中子原型の表面に形成するコー
ティング層は１層または２層コーティングしてもよい
が，鋳造品の表面とコーティング層との離型性を良くす
るために，２層コーティングのほうが好ましい。２層コ
ーティングするためのコーティング液は，例えば，３％
水溶性フェノール樹脂溶液１リットルに対して，天然雲
母５００グラム，湿潤剤として陰イオン性界面活性剤で
ある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グラムをそれぞ
れ添加して良く撹拌混合したものを用いた。

【００１４】以上のようにして造型された砂中子原型
を，第１層コーティング液に浸漬して砂中子原型の表面
にコーティングを施して，９０〜１００℃×１０分乾燥
する。そして，引続き，第２層コーティング液を第１層
コーティング層の上に施した後，砂中子原型を乾燥す
る。その結果，砂中子原型の表面にコーティングされた
コーティング層は，第１層が０．１０〜０．３０ｍｍ，
第２層が０．０１〜０．０５ｍｍのコーティング膜が形
成される。一方，有機酸の金属塩で処理しなかったウォ
ームボックス法の砂中子原型では，コーティング液が砂
中子原型の内部に浸み込んでコーティング層が砂中子原
型の表面にほとんど形成されず，また，砂中子原型の表
面全体が斑な状態になった。

【００１５】以上のような方法で造型してコーティング
された砂中子を金型のキャビティ内に設置して，鋳造圧
力７００ｋｇ／ｃｍ^２，プランジャ速度０．２ｍ／秒，
鋳込温度７００℃の条件下でアルミニウム合金（ＡＤＣ
−１２）を鋳造した。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，製品中の砂中子は完全
に崩壊しており，簡単にかつ完全に砂を排出することが
できた。また，得られた鋳造製品の鋳肌は平滑でアルミ
ニウム溶湯の差込みはなく，健全な製品を得ることがで
きた。しかし，有機酸の金属塩で処理しなかったウォー
ムボックス法砂中平同型では，コーティング液が砂中子
原型の内部に浸み込んで砂中子原型の表面に所定のコー
ティング層が形成されないので，鋳造の際，砂中子内に
アルミニウム溶湯の差込みが多数発生しているために製
品に砂の焼付き，砂の崩壊性が悪い。また，砂中子内に
溶湯が差込まない部分でも鋳肌が平滑でなく，砂中子本
体の表面形状を転写したような凹凸が見られた。

【００１６】

【発明の効果】このように，本発明においては，砂中子
原型造型用骨材にフラン系樹脂，同樹脂硬化用硬化剤を
配合，混練した配合砂で砂中子同型を造型する工程と，
この造型した砂中子原型を有機酸のナトリウム塩，カリ
ウム塩，マグネシウム塩，カルシウム塩あるいは亜鉛塩
の少なくとも１種類の有機酸の金属塩の水溶液で処理す
る工程と，この有機酸の金属塩で処理した砂中込原型を
乾燥する工程と，この乾燥した砂中子原型の表面に微粉
末状の耐火物を主成分とする中性の水分散体からなるス
ラリ状のコーティング液をコーティングする工程と，こ
のコーティングして得られた砂中子を乾燥する工程によ
って崩壊性砂中子を製造するようにしたので，この砂中
子原型はコロイダルシリカを含むコーティング液に浸漬
したとき，砂中子原型内から，例えば，ナトリウムイオ
ン，カリウムイオン，マグネシウムイオン，カルシウム
イオンあるいは亜鉛イオンなどのいずれかの一種類のイ
オンの溶出によってコーティング液中のコロイダルシリ
カが砂中子原型の表面に接触する部分で瞬間的にゲル化
を起こしてコーティング液が増粘するので，砂中子原型
内部へのコーティング液の差込みが抑制され，均一な厚
さを持ったコーティング層が形成される。従って，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，砂中子内に溶湯が差込むことな
く，鋳造後，製品から砂を排出する際も，砂中子の崩壊
性が良好なために，簡単確実かつ完全に砂の排出を行う
ことができる。勿論，砂を排出した後の鋳造製品の鋳肌
面には砂は全く残留せず，非常に平滑である。従って，
このような砂中子を，例えば，クローズドデッキタイプ
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鋳造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】 砂中子原型造型用骨材にフラン系樹脂，
   フラン系樹脂硬化用硬化剤を配合，混練した配合砂で砂
   中子原型を造型する工程と，この造型した砂中子原型を
   有機酸のナトリウム塩，カリウム塩，マグネシウム塩，
   カルシウム塩，あるいは亜鉛塩の少なくとも１種類の有
   機酸の金属塩の水溶液に砂中子原型を浸漬して砂中子原
   型を有機酸の金属塩で処理する工程と，この有機酸の金
   属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微粉末状の耐火物を主成分とす
   る中性の水分散体からなるスラリ状のコーテイング液を
   コーティングする工程と，このコーティングして得られ
   た砂中子を乾燥する工程からなる崩壊性砂中子の製造方
   法。