JPH0677795B2 - 圧力鋳造品の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ダイカスト法等の圧力鋳造法による中空部を
有するアルミニウム合金製の鋳造品の製造法に関する。

（従来の技術） 一般に、ダイカスト法等の圧力鋳造法により中空部を有
する鋳造品を鋳造する場合、湯圧によりシェル中子内に
溶湯が差し込むことから、鋳造後の鋳造品の中空部内壁
にはシェル中子を構成する中子砂の一部が噛み込むおそ
れがある。そして、この中子砂の一部が噛み込んだ状態
の鋳造品を製品として使用すると、使用中に上記中子砂
の中空部内壁より離脱して中空部内を流れるオイルや水
等の液体に混入することが考えられることから、このよ
うな事態が発生しないよう、例えば特公昭60−15418号
公報に開示されているように、シェル中子の表面に粉末
状耐火物とコロイダルシリカとを混合したスラリー液を
塗布乾燥して第１コーティング層を形成し、その後、該
第１コーティング層上に雲母水溶液を塗布して第２コー
ティング層を形成することにより、上記第１コーティン
グ層でもってシェル中子の表面を平滑にして中子表面に
作用する湯圧の均一化を図るとともに、上記第２コーテ
ィング層でもって上記シェル中子内への溶湯の浸入を抑
制するようになされたものが知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の如くして成形されたシェル中子の最外
表面層（第２コーティング層）は、雲母水溶液中におけ
る雲母粒子の分散性が悪いことから雲母粒子が層中に均
一に分布し難く、加えて粒子が大きいため液ダレ現象に
より上記層中における分布が一層不均一になる。

このように上記最外表面層（第２コーティング層）中の
雲母粒子の分布状態が不均一になると、該層全体で層形
成時つまり乾燥時においてその加熱により収縮する度合
にばらつきが生じて該層にクラックが発生するおそれが
あり、このクラックが発生したシェル中子を用いて鋳造
した場合には、溶湯がクラック発生箇所からシェル中子
内つまりレジンコーテッドサンドで構成された中子本体
に差し込むという不具合が生ずる。

また、上述の如く中子本体の最外表面に雲母層を形成し
た段階で該層にクラックが発生していなくても、鋳造時
の湯圧の作用によりクラックが発生し易く、特に凹面を
呈した中子では、雲母層が収縮により剥離し易くなって
いることから、このような状態の中子を用いて圧力鋳造
すると、雲母層へのクラックの発生頻度が一段と高くな
る。

そして、このような状況の下で鋳造後に鋳造品から中子
を取り除いた際、上記雲母層や中子砂の一部が鋳造品の
中空部内壁に付着残存するおそれがあり、この雲母層や
中子砂の一部が付着残存した状態で鋳造品を製品として
使用すると、上述の如き溶湯浸入抑制層としての雲母層
を形成していない中子砂のみで構成した中子同様、使用
中に上記雲母層や中子砂の一部は中空部内壁より離脱し
て中空部内を流れるオイルや水等の液体に混入するおそ
れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、アルミニウム合金製の鋳造品を圧力
鋳造することとし、この場合、中子の最外表面層を構成
する成分を特定するとともに、鋳造後に行われる中子の
取除き作業に先立って鋳造品に対し適切な処置を施すこ
とにより、上記中子の最外表面層を構成する成分の層中
における分布状態を可及的に均一にし得、しかも中子の
取除き時に鋳造品に対する上記最外表面層の離脱の容易
化を図り得、これにより層形成時つまり乾燥時における
中子最外表面層の加熱による層収縮度合のばらつきに起
因するクラックの発生や鋳造時の湯圧の作用によるクラ
ックの発生をなくし、鋳造時に溶湯の中子本体への差込
みを抑制することができるとともに、鋳肌の良好な鋳造
品を確実に鋳造し得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ま
ず、粉末状の耐火物，金属酸化物を溶媒に分散させたス
ラリー液を中子本体の外表面に塗布乾燥することにより
形成された第１コーティング層と、黒鉛粒子を溶媒に分
散させた溶液を上記第１コーティング層上に塗布乾燥す
ることにより形成された第２コーティング層とを有する
中子を用意する。次いで、該中子を鋳型内に配置せしめ
てアルミニウム合金の溶湯を注入加圧することにより鋳
造品を鋳造するとともに、溶湯と上記第２コーティング
層の黒鉛粒子との接触による両者の反応によりアルミニ
ウムカーバイドを第２コーティング層の表面に生成させ
る。その後、上記鋳造品を中子と共に鋳型より取り出し
たのち水に接触させることにより上記生成したアルミニ
ウムカーバイドの層を腐食させる。しかる後、上記鋳造
品から中子を取り除くことを特徴とする。

（作用） 上記の構成により、本発明方法では、最外表面に黒鉛粒
子のコーティング層が形成された中子を鋳型内に配置せ
しめてアルミニウム合金の溶湯を注入加圧することによ
り中空部を有する鋳造品が鋳造され、その後、上記中子
が鋳造品から取り除かれる。

この場合、上記中子の最外表面層を構成する黒鉛粒子
は、雲母粒子と比較して粒径が小さくかつ比較的高い鋳
造圧力に耐え得るという特性を備えており、したがっ
て、雲母層でもって構成した場合に比べて最外表面層中
における分布状態が可及的に均一になり、これにより層
形成時つまり乾燥時における中子最外表面層の加熱によ
る層収縮度合のばらつきに起因するクラックの発生や、
鋳造時の湯圧の作用によるクラックの発生がなくなっ
て、鋳造時における溶湯の中子本体への差込みが抑制さ
れ、鋳肌の良好な鋳造品が鋳造されることとなる。

また、この圧力鋳造に際し、溶湯のアルミニウムと、該
溶湯と接触する上記中子のコーティング層の黒鉛粒子と
が反応することによりアルミニウムカーバイトが生成さ
れる。そして、このアルミニウムカーバイトは水と反応
し易いという性質を有しており、しかも、水と接触する
と上記アルミニウムカーバイトの層が腐食して腐食生成
物が生成される。この腐食生成物は非常に脆く、微妙な
振動によって層が壊れる。その後、鋳型より中子と共に
取り出された鋳造品は上記中子の取除きに先立ち一旦水
に接触されることから、この接触により上記アルミニウ
ムカーバイトが水と反応して腐食し、よってアルミニウ
ムカーバイドの層が壊れ易くなって鋳造品に対する中子
の離脱の容易化が図られ、中空部内壁に中子構成物質が
残存しない鋳肌の良好な鋳造品がより一層確実に鋳造さ
れることとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、本発明方法を説明する前に該方法に用いる中子１
の構成を第１図および第２図に基づいて説明する。第１
図および第２図に示す中子１は自動車のロータリーエン
ジンのローター鋳造用の分割タイプのものであり、第１
中子２と第２中子３とに上下に２分割に構成され、該両
第１および第２中子2,3は形状が異なるほかは同一に構
成されているので、以下、第１中子２について説明する
こととし、第２中子３については同一の構成部分につい
ては同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

４は上記第１中子２の中子本体であって、該中子本体４
は、例えば200メッシュの砂にバインダとしてフェノー
ル樹脂を配合したレジンコーテッドサンドを約250℃に
加熱保持された図示しない中子成形型内に充填すること
により成形される。

また、該中子本体４の外表面には第１コーティング層５
が形成され、該第１コーティング層５は、粉末状の耐火
物，金属酸化物を溶媒に分散させたスラリー液を上記中
子本体４の外表面に塗布したのち例えば乾燥温度100
℃、乾燥時間20分の条件下で乾燥工程を経ることにより
例えば100〜350μｍの層厚に形成される。この第１コー
ティング層５の層厚を上記の範囲に設定した理由は、10
0μｍ未満では鋳造時に湯圧によりクラックが生ずるお
それがある一方、350μｍを超えると中子本体４に対す
る溶湯の層厚の増加に比例した浸入防止効果は期待でき
ず、かえって第１中子２の寸法精度に悪影響を及ぼすお
それがあるからである。そして、上記スラリー液の配合
組成としては、例えばSiO₂ 57.5重量％、Al₂O₃ 2.0重
量％、Fe₂O₃ 4.0重量％、CaO 0.5重量％、MgO 25.0
重量％、ZrO₂ 0.5重量％、Ｃ 6.0重量％、その他 4.
5重量％を、溶媒としてのエチルアルコールに分散させ
かつ50％に希釈したものを用いる。

さらに、上記中子本体４の第１コーティング層５上には
第２コーティング層６が形成され、該第２コーティング
層６は、例えば平均粒径0.5〜10μｍの黒鉛粒子を溶媒
に分散させた溶液を上記第１コーティング層５上に塗布
したのち乾燥工程を経ることにより、層厚10〜50μｍに
形成される。このように第２コーティング層６を構成す
る黒鉛粒子の粒径を上記の範囲に設定した理由は、0.5
μｍ未満のものは製造し難く、一方、10μｍを超えると
層の緻密化が困難となって溶湯浸入のおそれがあるから
である。また、黒鉛粒子の層厚を上記の範囲に設定した
理由は、10μｍ未満では鋳造時に湯圧によりクラックが
生ずるおそれがある一方、50μｍを超えると中子本体４
に対する溶湯の層厚の増加に比例した浸入防止効果が期
待できないからである。なお、黒鉛粒子は球状又はリン
片状でもよいが、特にリン片状であるのが浸入防止効果
は大きい。そして、上記黒鉛粒子を溶媒に分散させた溶
液としては、例えば黒鉛粒子50重量％に対し溶媒として
の水を50重量％の割合で配合したものを用いる。

なお、上記第１および第２コーティング層5,6を形成す
るにあたっての乾燥条件は、例えば乾燥温度100℃、乾
燥時間20分の条件下で行われるが、これに限らず、上記
各層5,6共それぞれ構成する溶液中の揮発成分を蒸散せ
しめることができる乾燥温度および乾燥時間であればよ
い。

次に、上述の如く構成された圧力鋳造用中子１を用いて
自動車のロータリーエンジンのローターを鋳造する場合
について説明する。

まず、中子本体４の外表面に150μｍの第１コーティン
グ層５を、該第１コーティング層５上にリン片状の粒径
１μｍの黒鉛粒子からなる30μｍの第２コーティング層
６をそれぞれ積層形成した第１および第２中子2,3を、
第３図に示すように、補強材７を介装して第１中子２が
上に、第２中子３が下になるように組み合わせて中子１
を形成する。この中子１を上型８および下型９よりなる
鋳型10内に配置し、プランジャ11の作動によりアルミニ
ウム合金の溶湯Ａを700kg/cm²の湯圧で鋳型10内に注入
することにより、第４図に示すようなロータリーエンジ
ンのローター12を鋳造する。この際における中子１への
溶湯Ａの浸入深さと鋳造圧力との関係を第５図に示し、
図中、破線にて示すものは平均粒径３μｍの雲母粒子か
らなる第２コーティング層を層厚が100μｍになるよう
に第１コーティング層５上に形成した比較例（Ｉ）、一
点鎖線にて示すものはリン片状の平均粒径１μｍの黒鉛
粒子からなる第２コーティング層６を層厚が10μｍにな
るように第１コーティング層５上に形成した本発明の実
施例（Ｉ）、さらに、実線にて示すものは上記実施例
（Ｉ）と同様の平均粒径１μｍの黒鉛粒子からなる第２
コーティング層６を層厚が30μｍになるように第１コー
ティング層５上に形成した本発明の実施例（II）であ
る。なお、第１コーティング層５は各例とも150μｍと
同じ層厚に設定されている。

このデータによると、上記比較例（Ｉ）では、鋳造圧力
が約600kg/cm²になると溶湯Ａの浸入深さが0.3mmになっ
て第１および第２コーティング層のトータル層厚0.25mm
を超えて溶湯Ａが中子本体４にまで達していることが判
る。また、上記実施例（Ｉ）では、鋳造圧力が前述の本
実施例における設定圧力である約700kg/cm²では溶湯Ａ
は未だ中子本体４にまでは達していなく比較例（Ｉ）よ
り薄い層厚で溶湯Ａの浸入防止効果がある。また層厚が
薄いことにより中子の寸法精度がよい。さらに、本実施
例（II）では設定圧力（700kg/cm²）をはるかに上回る
約950kg/cm²までは溶湯Ａの浸入深さが第１および第２
コーティング層のトータル層厚0.18mmを超えて、したが
って上記設定圧力では実施例（Ｉ）と同様に溶湯Ａの中
子本体４への差込みはみられないが、本実施例（II）の
方が実施例（Ｉ）よりも溶湯Ａの差込みを確実に抑制す
ることができることが判る。

なお、別の実験データとして、第２コーティング層６の
形成前後つまり乾燥工程前後における層厚の最大変動値
を得たが、これによると、上記比較例（Ｉ）では50μ
ｍ、本発明の実施例（Ｉ）では５μｍと層厚の厚い雲母
層を用いた比較例（Ｉ）よりも層厚の薄い黒鉛層を用い
た実施例（Ｉ）の方が層厚の変動が一段と少なく、雲母
粒子よりも黒鉛粒子を採用した方が薄い層厚で高い鋳造
圧力に耐え得てクラックの発生頻度の少ない寸法精度の
安定した中子１が得られることが判った。また、このこ
とは、同じ耐圧であればコーティング層の厚い雲母層よ
りもコーティング層の薄い黒鉛層の方が曲率半径を小さ
くできることを示しており、上記比較例（Ｉ）よりも本
発明の実施例（Ｉ）の方が、例えば中子を組み合わせて
使用する場合において合わせ目からの溶湯Ａの差込み抑
制効果の向上を一層図ることができるという利点を有す
る。

さらに、別の実験データとして、上記比較例（Ｉ）と本
発明の実施例（II）とを曲率半径50mmの凹面を有する中
子に適用し、乾燥過程における各々の第２コーティング
層6,6の剥離の有無を調べたが、上記比較例（Ｉ）では
第２コーティング層６に剥離がみられたのに対し、本発
明の実施例（II）では剥離はみられなかった。したがっ
て、このような状態で圧力鋳造すると、比較例（Ｉ）の
ものは第２コーティング層６のクラック発生頻度が高く
なって溶湯Ａが中子本体４に差し込むこととなるが、本
発明の実施例（II）のものは第２コーティング層６のク
ラック発生頻度を低く抑えることができて溶湯Ａが中子
本体４に差し込むことを可及的に抑制することができ
る。

したがって、上記比較例（Ｉ）の如く第２コーティング
層６の層厚の変動が大でかつ剥離した状態のものを圧力
鋳造すると、第２コーティング層６にクラックが生じ易
く溶湯Ａが中子本体４に浸入することとなるが、本実施
例では上述の如く第２コーティング層６の層厚の変動が
小でかつ剥離しないことから、溶湯Ａの浸入を確実に抑
制することができ、よって鋳肌の良好なローター12を鋳
造することができる。

また、上記圧力鋳造に際し、溶湯Ａのアルミニウムと、
該溶湯Ａと接触する上記中子１の第２コーティング層６
の黒鉛粒子とが反応することによりアルミニウムカーバ
イドが生成される。このアルミニウムカーバイトは水と
反応し易いという性質を有している。しかも、水と接触
すると上記アルミニウムカーバイドの層が腐食して腐食
生成物が生成される。この腐食生成物は非常に脆く、微
妙な振動によって層が壊れる。

そして、上述の如くしてローター12を圧力鋳造した後、
該ローター12を中子１と共に鋳型10より取り出し、その
後、水中に約１〜２時間浸漬する。この際、上記アルミ
ニウムカーバイドが水との反応により腐食せしめられ、
アルミニウムカーバイドの層が壊れ易くなってローター
12に対する中子１の離脱の容易化が図られる。

しかる後、上記中子１を振動、水噴射等の外力の作用に
より崩壊せしめてローター12中空部より取り除く。これ
によりローター12中空部内壁に上記第２コーティング層
６つまり黒鉛粒子が残存することがなく取り除かれて鋳
肌の良好なローター12をより一層確実に得ることができ
る。

なお、上記実施例では、中子本体4,4をレジンコーテッ
ドサンドで構成した場合について示したが、これに限ら
ず、例えばセメント砂等の自硬性砂や石膏等で構成する
ことも採用可能であり、さらには中子１は分割タイプに
限る必要もない。

また、上記実施例では、圧力鋳造品して自動車のロータ
リーエンジンのローター12を示したが、これに限らず、
例えばシリンダブロックやシリンダヘッド、その他自動
車部品以外の鋳造品を鋳造する場合にも適用可能なこと
はいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明方法によれば、まず、中子
本体の最外表面に黒鉛粒子のコーティング層を形成した
中子を鋳型内に配置した後、該鋳型内にアルミニウム合
金の溶湯を注入加圧することにより鋳造品を鋳造すると
ともに、溶湯と上記コーティング層の黒鉛粒子との接触
による両者の反応によりアルミニウムカーバイドとコー
ティング層の表面に生成させる。次いで、上記鋳造品を
中子と共に鋳型より取り出したのち水に接触させること
により上記生成したアルミニウムカーバイドの層を腐食
させた後、上記鋳造品から中子を取り除くようにした。
したがって、上記中子の最外表面層を雲母層でもって構
成した場合に比べて最外表面層中における分布状態が可
及的に均一になり、これにより層形成時つまり乾燥時に
おける中子最外表面層の加熱による層収縮度合のばらつ
きに起因するクラックの発生をなくして鋳造時における
溶湯の中子本体への差込みを確実に抑制して鋳肌の良好
な鋳造品を鋳造することができる。

また、上記圧力鋳造時に溶湯のアルミニウムと、該溶湯
と接触する上記中子のコーティング層の黒鉛粒子とが反
応することにより生成されたアルミニウムカーバイト
が、その後に行われる水への接触により水と反応して腐
食せしめられるので、僅かな振動でアルミニウムカーバ
イドの層を破壊することができ、これにより鋳造品に対
する中子の離脱の容易化を図り得て鋳肌の良好な鋳造品
をより一層確実に鋳造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車のロータリーエンジンのローターを鋳造
する場合に適用した２分割タイプの圧力鋳造用中子の分
解斜視図、第２図は同縦断拡大正面図、第３図はロータ
ーの鋳造状態を示す縦断正面図、第４図は鋳造されたロ
ーターの斜視図、第５図は鋳造時における中子に対する
溶湯の浸入深さを示すデータである。 １…中子、４…中子本体、５…第１コーティング層、６
…第２コーティング層、10…鋳型、12…ローター、Ａ…
溶湯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉末状の耐火物，金属酸化物を溶媒に分散
   させたスラリー液を中子本体の外表面に塗布乾燥するこ
   とにより形成された第１コーティング層と、黒鉛粒子を
   溶媒に分散させた溶液を上記第１コーティング層上に塗
   布乾燥することにより形成された第２コーティング層と
   を有する中子を用意し、 該中子を鋳型内に配置せしめてアルミニウム合金の溶湯
   を注入加圧することにより鋳造品を鋳造するとともに、
   溶湯と上記第２コーティング層の黒鉛粒子との接触によ
   る両者の反応によりアルミニウムカーバイドを第２コー
   ティング層の表面に生成させ、 次いで、上記鋳造品を中子と共に鋳型より取り出したの
   ち水に接触させることにより上記生成したアルミニウム
   カーバイドの層を腐食させ、 しかる後、上記鋳造品から中子を取り除くことを特徴と
   する圧力鋳造品の製造法。