JPH0671382A - 砂中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シェルモールド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】 酢酸カルシウムなどの有機酸塩を配合してＲ
ＣＳを固めた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
法で砂中子原型を造型する際に，有機酸塩を配合するこ
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，例えば，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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては，ＲＣ
Ｓ及び有機酸塩を用いて砂中子原型を造型する工程と，
この造型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。なお，砂中子原型を造型する際
に配合する有機酸塩は，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Ｌ
ｉ^＋，Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｃｓ^＋，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，有機酸塩を配
合した砂中子原型を造型する場合は，ＲＣＳに例えば，
粉末状の酢酸カルシウムあるいはその水溶液のような有
機酸塩あるいは有機酸塩溶液を配合した後，これを，例
えば，２００〜３００℃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。

【０００７】

【作用】本発明においては，まず，ＲＣＳに，例えば，
粉末状の酢酸カルシウムあるいはその水溶液のような有
機酸塩あるいは有機酸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有機酸塩を含有する砂
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。

【０００８】このようなＲＣＳに有機酸塩を配合して得
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も存在する有
機酸塩により，コーティング剤が瞬時に凝集して該砂中
子原型の表面ではじかれることなく，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，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
侵入することもない。

【００１０】

【実施例】有機酸塩を含有する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（ＲＣ
Ｓ）を用意する。ＲＣＳ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。なお，砂は，硅砂，ジルコン
サンド，クロマイトサンド，セラビーズあるいはそれら
の再生砂等を用いる。

【００１１】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の有機酸塩が挙げられ
る。これらの有機酸塩は，砂１００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
部末満では，コーティング剤が砂中子原型の表面ではじ
かれてしまい，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，これらの有機酸塩は，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。

【００１２】また，上記した有機酸塩は，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ＲＣＳ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，上記した有機酸塩の溶液ある
いは分散体の濃度および配合量は，有機酸塩のみに換算
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。

【００１３】これらＲＣＳ及び有機酸塩の構成部材を混
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，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。

【００１４】つぎに，上記のようにして造型された砂中
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。

【００１５】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。

【００１６】前記コーティング剤中に，有機酸塩を配合
して造型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，有機酸塩を配合していない
場合には砂中子原型の表面からはじかれてほとんど塗れ
ないのに対して，充分に厚く，砂中子原型への浸透も少
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１〜３，および，比較例）フラタリ砂１００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，このＲＣＳに，
有機酸塩として酢酸カルシウム粉末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シェルモールド法で造型
した。造型条件は金型温度２５０℃，吹込み圧０．８ｋ
ｇ／ｃｍ^２，加熱時間９０秒であった。なお，有機酸塩
を配合しない砂中子原型も同様にして造型し，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。

【００１８】これら酢酸カルシウム粉末を配合しなかっ
たものとそれぞれ所定量の酢酸カルシウム粉末を配合し
て造型した砂中子原型を同一のコーティング剤に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５
０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に調整された
ものであった。比較例のものではコーティング剤が砂中
子原型の表面ではじかれてしまってコーティングが不良
であるのに対し，実験例１〜３のものではコーティング
は良好であった。

【００１９】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グラムをよく攪拌混合したも
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。

【００２０】

【表１】

【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／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３５０℃で３
０分加熱処理したのち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１〜３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。まとめて，結果を表１に示す。

【００２２】（実験例４〜６，および，比較例）実験例
１〜３の酢酸カルシウム粉末の代りに２０％アクリル酸
アルミニウム水溶液１部，２部あるいは５部をそれぞれ
使用し，それ以外は全く同様に処理，操作したところ，
酢酸カルシウム粉末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。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【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
（ＲＣＳ）及び有機酸塩を用いて砂中子原型を造型する
工程と，この造型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
原型の表面ではじかれたり，砂中子原型内に浸み込んだ
りすることなく，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。

【００２５】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。

───────────────────────────────────────────────────── 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】 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及び有機酸塩を用いて砂中子原型
   を造型する工程と，この造型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。