JPH0685976B2

JPH0685976B2 - 圧力鋳造用中子

Info

Publication number: JPH0685976B2
Application number: JP18592686A
Authority: JP
Inventors: 幸男山本; 俊蔵高須賀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPS6343741A

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用として用いる中
子に関する。

（従来の技術）従来より、このような中子として、砂粒をフェノール樹
脂で被覆したシェル砂いわゆるレジンコーテッドサンド
を、例えば約250℃に加熱された成形型内に充填して焼
成することにより、上記シェル砂表面のフェノール樹脂
を粘結硬化せしめ、その後、成形型より離型するように
したシェル中子が一般によく知られている。そして、こ
のシェル中子を用いて鋳造する場合には、鋳型内に注湯
した際に発生するガスを抜く必要があることから、上記
シェル中子を構成するシェル砂として平均粒径が例えば
175μｍに設定されるものを使用して該シェル砂間に適
度の間隙を設けることにより、成形されるシェル中子の
通気性を確保するようになされている。

また、シェル中子の外表面には通常塗型材層が形成され
ていて、該塗型材層でもって上記シェル中子を溶湯の熱
から保護すると同時に、溶湯のシェル中子への浸入を防
止して鋳物の中空部内壁を平滑に仕上げるようになされ
ている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上述の如きシェル中子を鋳造圧力の高い溶湯
鍛造法に適用する場合、シェル中子を構成するシェル砂
間にはガス抜きのために間隙が生じていることから、シ
ェル中子に鋳造圧力が作用するとシェル中子が収縮して
しまい、その結果、鋳造される鋳物の寸法精度が低下す
るとともに、シェル中子外表面に形成された溶湯浸入防
止用の塗型材層にクラックが発生るという問題がある。

また、シェル中子の外表面に塗型材層を形成する際、塗
型材がシェル砂間の間隙より浸透してしまうことから、
所定の層厚の塗型材層が得難く、かつ層厚が不均一にな
るという問題がある。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたのであり、その目
的とするところは、シェル中子を構成するシェル砂の粒
径を特定することにより、シェル砂の充填率を高め、こ
れにより上述の如くシェル中子を鋳造圧力の高い溶湯鍛
造法に適用する場合であっても、鋳造圧力の作用による
シェル中子の収縮を可及的に小さく抑制して、鋳造され
る鋳物の寸法精度の低下を招くことがなく、しかもシェ
ル中子外表面に形成された溶湯浸入防止用の塗型材層へ
のクラックの発生を未然に防止し得、さらには上記シェ
ル砂の充填率の向上と相俟ってシェル砂間の気孔率が下
がることにより、溶湯のシェル中子への浸透を少なくし
て、塗型材層を所定の層厚にしかつ層厚の均一化を図り
得る中子を提供せんとすることにある。

（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、熱硬
化性樹脂で被覆された平均粒径50〜100μｍのシェル砂
と、熱硬化性樹脂で被覆された平均粒径150〜200μｍの
シェル砂とを成形型内に充填して焼成して圧力鋳造用中
子を構成する。この場合、上記両シェル砂の混合割合を
粒径の小さい方のシェル砂：粒径の大きい方のシェル砂
＝20〜35容量％：残りの容量％に設定したことを特徴と
する。

（作用）上記の構成により、本発明では、シェル中子は粒径の異
なる２種類のシェル砂でもって成形され、しかも両シェ
ル砂の混合割合が粒径の大きい方が小さい方よりも多く
なるように設定されていることから、一方の粒径の大き
いシェル砂間に形成された間隙に他方の粒径の小さいシ
ェル砂が入り込んでシェル砂の充填率の向上が図られ、
よってこのシェル中子を鋳造圧力の高い溶湯鍛造法に適
用する場合であっても、鋳造圧力の作用によるシェル中
子の収縮が可及的に小さく抑制されて、鋳造される鋳物
には寸法精度の低下がみられず、しかもシェル中子外表
面に形成された溶湯浸入防止用の塗型材層へのクラッの
発生が未然に防止され、さらには上記シェル砂の充填率
の向上と相俟ってシェル砂間の気孔率が下がることによ
り、溶湯のシェル中子への浸透が少なくなって、塗型材
層の層厚が所定の層厚に保持されかつ層厚の均一化が図
られることとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２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第１中子１と第２中子
２とからなる２分割タイプの本発明の実施例に係る圧力
鋳造用シェル中子３を示し、該シェル中子３の上記両第
１および第２中子1,2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１について説明するこ
ととし、第２中子２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。

上記第１中子１は粒径の異なる２種類のシェル砂でもっ
て構成され、該両シェル砂は共にバインダとしての例え
ばフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で被覆されたレジン
コーテッドサンドであって、両シェル砂を例えば約250
℃に加熱保持された図示しない中子成形型内に充填して
焼成することにより第１中子１が成形される。

この第１中子１を構成する両シェル砂の組成としては、
例えばSiO₂93.36重量％、Al₂O₃5.19重量％、Fe₂O₃0.97
重量％、その他0.48重量％に設定されたものが用いら
れ、また、その平均粒径は、粒径の小さい方のシェル砂
においては50〜100μｍ、粒径の大きい方のシェル砂に
おいては150〜200μｍのものがそれぞれ用いられる。さ
らに、両の混合割合は、粒径の小さい方のシェル砂：粒
径の大きい方のシェル砂＝20〜35容量％：残りの容量％
に設定され、それぞれこの範囲内で選定される。

また、該第１中子１の外表面には塗型材層として第１コ
ーティング層４が設けられ、該第１コーティング層４
は、粉末状の耐火物，金属酸化物を溶媒に分散させたス
ラリー液を上記第１中子１の外表面に塗布したのち例え
ば乾燥温度150℃、乾燥時間30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４の層厚を上記の範囲に設
定した理由は、100μｍ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
第１中子１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１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SiO₂57.5重量
％、Al₂O₃2.0重量％、Fe₂O₃4.0重量％、CaO0.5量％、Mg
O25.0重量％、ZrO₂0.5重量％、C6.0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、上記第１中子１の第１コーティング層４上には
別の塗型材層しての第２コーティング層５が設けられ、
該第２コーティング層５は、黒鉛又は雲母の微粒子もし
くは偏平粒子を溶媒に分散させた溶液を塗布したのち乾
燥工程を経ることにより、例えば黒鉛層の場合は平均粒
径0.5〜10μｍのものを10〜50μｍの層厚に、雲母層の
場合には平均粒径２〜10μｍのものを50〜150μｍの層
厚にそれぞれ形成される。このように第２コーティング
層５を構成する黒鉛および雲母粒子の粒径を上記の範囲
に設定した理由は、下限は製造上の問題であり、上限は
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、黒鉛および雲母の層厚を上記の範囲に設
定した理由は、黒鉛層の場合には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、50μ
ｍを超えると第１中子１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ないからであり、また、
雲母層の場合には上記黒鉛層と同様に50μｍ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、
150μｍを超えると第１中子１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ないからである。
そして、上記黒鉛又は雲母の微粒子もしくは偏平粒子を
溶媒に分散させた溶液としては、例えば黒鉛の場合は黒
鉛粒子50重量部に対し溶媒としての水を100重量部の割
合で配合したものを、雲母の場合は雲母粒子80重量％に
対し溶媒としての水ガラス（珪酸ナトリウム）を20重量
％の割合で配合したものをそれぞれ用いる。

なお、上記第２コーティング層５を形成するにあたって
の乾燥条件は、上記第１コーティング層４の場合と同様
に例えば乾燥温度150℃、乾燥時間30分の条件下にて行
われるが、これに限らず、上記各層4,5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。

このように両第１および第２中子1,2の各々外表面に第
１および第２コーティング層4,5がそれぞれ形成され
て、該両第１および第２中子1,2を組み合わせて圧力鋳
造に供する２分割タイプの圧力鋳造用シェル中子３が形
成される。

次に、上記実施例に係る２分割タイプの圧力鋳造用シェ
ル中子３の製造法およびそれを用いて溶湯鍛造法により
自動車のロータリ−エンジンのローターを鋳造する場合
について具体的に説明する。

まず、フェノール樹脂で被覆された平均粒径74μｍのシ
ェル砂（以下、シェル砂Ａという）25容量％と、、同じ
くフェノール樹脂で被覆された平均粒径182μｍのシェ
ル砂（以下、シェル砂Ｂという）75容量％とを成形型内
に充填した後焼成して第１および第２中子1,2を成形す
る。なお、上記両シェル砂A,Bはそれぞれ第５図に示す
如き粒度分布を呈しており、図中、横軸はシェル砂A,
（Ｂ）の粒径を、縦軸はシェル砂Ａ（Ｂ）100g中におけ
る各粒子の重量をそれぞれ示す。

その後、該各第１および第２中子1,2を上述の如く配合
したスラリー液中に浸漬する操作を適数回繰り返して各
第１および第２中子1,2の外表面にスラリー液を浸漬塗
布せしめ、その後、上記スラリー液を塗布した各第１お
よび第２中子1,2を乾燥工程に搬入して乾燥温度150℃、
乾燥時間30分の条件下で乾燥することにより、上記各第
１および第２中子1,2外表面に層厚200μｍの第１コーテ
ィング層４を形成する。

この際の第１コーティング層４形成状態を調べるため
に、本実施例に係るシェル中子３の試料して直径10mm、
長さ50mmの円筒状の中子と、比較例（Ｉ）としてシェル
砂Ａのみで構成した同形状の中子と、比較例（II）とし
てシェル砂Ｂのみで構成した同じく同形状の中子をそれ
ぞれ用意し、該各中子を上述の如くスラリー液中に10秒
間浸漬して得た実験データを第６図に示す。図中、斜線
を付して表わす棒グラフは第１コーティング層４の層厚
を、白抜き棒グラフはスラリー液を浸透量をそれぞれ表
わす。このデータによると、平均粒径の小さい比較例
（Ｉ）では、第１コーティング層４の層厚が約370μ
ｍ、スラリー液の中子内への浸透量が約1.3gであるのに
対し、平均粒径の大きい比較例（II）では、第１コーテ
ィング層４の層厚が約300μｍと薄く、その薄い分だけ
スラリー液の中子内への浸透量が約2gとなって多いこと
が判る。一方、本実施例では、第１コーティング層４の
層厚が上記比較例（Ｉ）とほぼ同等であるにもかかわら
ず、スラリー液の中子内への浸透量が約1.1gと比較例
（Ｉ）よりも少ないことが判る。つまり、このことは、
平均粒径の大きいシェル砂Ｂのみで構成した中子では、
スラリー液に浸漬した際に該スラリー液の中子内への浸
透量が多くて第１コーティング層４の層厚が薄いものし
か得られないが、上記実施例では、第１コーティング層
４の層厚が平均粒径の小さいシェル砂Ａのみで構成した
中子と同様に厚く、しかもスラリー液の中子内への浸透
量がこの場合よりも少ないことを物語るものである。す
なわち、平均粒径の大きいシェル砂Ｂ間の間隙を平均粒
径の小さいシェル砂Ａでもって埋めて充填率を高めてシ
ェル砂A,B間の気孔率を下げることにより、シェル中子
３表面粗さが小さくなることに起因するものと考えら
れ、これにより所定の層厚を保持したしかも層厚の均一
な第１コーティング層４が形成されることとなる。ま
た、別の実施例として、シェル砂A,Bと同様の分布状態
を示す平均粒径60μｍのシェル砂Ｃと平均粒径182μｍ
のシェル砂Ｄとの混合割合をシェル砂C:シェル砂D:30:7
0に設定した場合においても本実施例と同様の効果が得
られた。

次に、上記第１コーティング層４を形成した第１および
第２中子1,2を上述の如く黒鉛粒子を水に分散させた溶
液中に浸漬し、上記第１コーティング層４形成の時と同
様の乾燥条件の下で乾燥せしめることにより、第１コー
ティング層４上に50μｍの第２コーティング層５を形成
する。

このようにして第１および第２コーティング層4,5を外
表面に積層形成した第１および第２中子1,2を、第３図
に示すように、補強材７を介装して第１中子１が上に、
第２中子２が下になるように組み合わせてシェル中子３
を形成し、このシェル中子３を上型８および下型９より
なる鋳型10内に配置して、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を溶湯鍛造法により鋳造する。

この際における上記シェル中子３の収縮率を調べるため
に、上記第１コーティング層４形成状態を調べるために
用いたと同じ中子を用意して上記溶湯鍛造法における条
件下で得た実験データを第７図に示す。このデータによ
ると、シェル砂Ａのみで構成した中子では収縮率が約10
％、シェル砂Ｂのみで構成した中子では収縮率が約７％
と大きかったが、本実施例および別実施例では収縮率が
約５％前後と上記シェル砂A,B単独で構成したものより
も少なかった。また、シェル砂A,Bの混合砂であっても
本発明の特徴である上記設定範囲を逸脱した場合、例え
ばシェル砂A:シェル砂Ｂ＝5:95である比較例（III）で
は収縮率が上記比較例（II）と同様に約７％と大きく、
またシェル砂A:シェル砂Ｂ＝80:20である比較例（IV）
では収縮率が約9.5％と大きかった。

このような実験データを基にして作成したシェル中子３
の収縮率の変化を第８図に示し、これによると、両シェ
ル砂A,Bの混合割合がシェル砂A:シェル砂Ｂ＝27:73のと
きに最も小さく、したがって、シェル砂Ｂに対するシェ
ル砂Ａの混合割合は、図中、斜線を付して示す範囲に設
定することが、シェル中子３の収縮を可及的に小さく抑
制し得て、鋳造される鋳物の寸法精度の低下をきたさ
ず、シェル中子３外表面に形成された溶湯浸入防止用の
第１および第２コーティング層4,5へのクラックの発生
を防止することができることからも適切であることが判
る。

鋳型10内に溶湯Ａを注入した後、中子３が約500℃位の
ときにシェル中子３内に酸素を吹き込んで第１および第
２中子1,2を焼成することにより、粘結剤としてのフェ
ノール樹脂を消失せしめてシェル中子３のローター12中
空部よりの取除きの容易化を図った後、シェル中子３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。

なお、上記実施例では、第２コーティング層５を黒鉛粒
子で形成したが、これに限らず、例えば雲母粒子で形成
することも採用可能である。

また、上記実施例では、シェル中子３を第１中子１と第
２中子２とで構成した２分割タイプのものを示したが、
分割タイプのものに限る必要はない。

さらに、上記実施例では、自動車のロータリーエンジン
のローター12を鋳造する場合に適用したが、これに限ら
ず、シリンダブロックやシリンダヘッド、その他自動車
部品以外の鋳物製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、本発明によれば、シェル中子を粒
径の異なる２種類のシェル砂でもって成形したので、一
方の粒径の大きいシェル砂間に形成された間隙に他方の
粒径の小さいシェル砂が入り込んでシェル砂の充填率の
向上を図り得、よってこのシェル中子を鋳造圧力の高い
溶湯鍛造法に適用する場合であっても、鋳造圧力の作用
によるシェル中子の収縮が可及的に少なく抑制され、こ
れにより、鋳造される鋳物には寸法精度の低下がみられ
ず、しかもシェル中子外表面に形成された溶湯浸入防止
用の塗型材層へのクラックの発生を未然に防止し得、さ
らには該塗型材層の層厚の均一化を図ることができる。

【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分割タイプの本発明の実施例に係
る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図はシェル
砂の粒度分布を示すグラフ、第６図はシェル中子に対す
る第１コーティング層の層厚と溶湯の浸透量を示す実験
データ、第７図および第８図は中子の収縮率を示す実験
データおよびグラフである。１……第１中子、２……第２中子、３……シェル中子、
４……第１コーティング層、５……第２コーティング
層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱硬化性樹脂で被覆された平均粒径50〜10
0μｍのシェル砂と、熱硬化性樹脂で被覆された平均粒
径150〜200μｍのシェル砂とを成形型内に充填して焼成
してなり、上記両シェル砂の混合割合は、粒径の小さい方のシェル
砂：粒径の大きい方のシェル砂＝20〜35容量％：残りの
容量％に設定されていることを特徴とする圧力鋳造用中
子。