JPH07232238A - 崩壊性砂中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高圧ダイカスト鋳造に用いた場合に，耐圧
性，および，良好なコーティング性と崩壊性を有する砂
中子を得る。 【構成】 砂中子を造型するに当り，まず，砂中子造型
用骨材１００重量部に対して硫酸アルミニウムを０．１
〜１０％添加して砂中子造型用骨材に硫酸アルミニウム
を被覆する工程と，硫酸アルミニウムを被覆したこの骨
材にウォームボックス用の粘結剤であるフラン樹脂とそ
の硬化剤を添加，フタル酸エステルとチタネート系カッ
プリング剤を添加，混練してウォームボックス用の配合
砂を得る工程と，この配合砂を用いて充填密度が６０％
以上を有する砂中子を造型する工程と，この造型した砂
中子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
燥する工程からなる崩壊性砂中子の製造方法である。

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
性砂中子の製造方法に関するものである。

【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
中子造型用骨材に有機バインダを配合して所望の形の砂
中子を造型し，その造型した砂中子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。

【０００３】勿論，その場合，砂中子の成分，砂中子の
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，従来よりいろいろと試みられているが，充分に満
足し得るものは未だ得られていないのが現状である。そ
の中で，砂中子造型用骨材を硬化させて砂中子を造型す
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６４−９
８９８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，砂中子の組成は，砂中子造型用骨
材，フラン樹脂及び有機過酸化物などの配合砂からなっ
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，砂中子造型用骨材に有機バインダであるフラ
ン樹脂と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て，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
を造型する。したがって，ハードックス法は砂中子造型
時に亜硫酸ガスを使用するので，作業環境が悪く，国内
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，本発明者等は，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ハードックス法の
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，中子造型用骨材とフラン系樹脂の配合砂
を硬化させて砂中子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
造型用金型に砂中子造型用骨材とフラン系樹脂及び同樹
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を造型するものである。しか
し，この場合，前記ハードックス法で造型した砂中子で
は，可成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表面
にコーティングしても，コーティング液が砂中子の表面
から内部にしみ込むだけで，砂中子表面には，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】砂中子を造型するに当
り，まず，砂中子造型用骨材１００重量部に対して硫酸
アルミニウムを０．１〜１０％添加して砂中子造型用骨
材に硫酸アルミニウムを被覆する工程と，硫酸アルミニ
ウムを被覆したこの骨材にウォームボックス用の粘結剤
であるフラン樹脂とフラン樹脂用の硬化剤を添加し，ま
た，フタル酸エステルとチタネート系カップリング剤を
それぞれ０．０１〜０．５％添加し，混練してウォーム
ボックス用の配合砂を得る工程と，このウォームボック
ス用の配合砂を用いて充填密度が６０％以上を有する砂
中子を造型する工程と，この造型した砂中子表面に微粉
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得る。

【０００７】

【作用】本発明においては，まず，例えば，前記した方
法により，ウォームボックス法の砂配合組成に，フタル
酸エステル，チタネート系カップリング剤，及び，硫酸
アルミニウムを添加して混練した配合砂を用いて充填密
度が６０％以上の砂中子を造型した後，この砂中子表面
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
法で造型した砂中子を浸漬すると，砂中子表面から疎水
性コロイダル粒子と反対の正に荷電したアルミニウムイ
オンＡｌ⁺³が溶出して来るので，このアルミニウムイオ
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し，その結果，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，砂中子表面上でゲル化を起こしてコロイド粒子
が凝集して巨大分子になる。この際，フタル酸エステル
が砂中子に含有していると，疎水性コロイド粒子の凝集
が非常に微細で緻密になる。例えば，フタル酸エステル
を含有していない場合は，凝集した粒子径は約１５μｍ
であるのに対して，フタル酸エステルを少量添加する
と，その粒子径が約１μｍとなり，フタル酸エステルを
砂中子造型用配合砂に少量添加することで砂中子表面上
に形成されるコーティング膜層が非常に緻密になる。そ
の結果，砂中子表面には，例えば，非常に緻密なコーテ
ィング膜層が０．２０〜０．３０ｍｍに均一に形成され
る。

【０００９】また，チタネート系カップリング剤を配合
砂に少量添加すると，砂中子の強度が向上するので，充
填密度の高い砂中子を造型しても健全な砂中子が造型出
来る。一方，硫酸アルミニウムを被覆しない骨材で造型
したウォームボックス法砂中子では溶出する陽イオン濃
度が極微小なので，このウォームボックス砂中子をコー
ティング液に浸漬した場合，砂中子表面上でゲル化反応
が起こらないのでコーティング層が形成されず，そのた
め，コーティング液は毛細管現象によって砂中子内部に
浸透してしみ込みが生ずる。以上のように，砂中子造型
用骨材に硫酸アルミニウムを被覆してコーティングの際
に陽イオンが溶出するようにすれば，ウォームボックス
法で造型した砂中子でもハードックス法で造型した砂中
子と同一のコーティング液を用いても，砂中子はコーテ
ィング液がしみ込まず，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。

【００１０】そして，この発明によって得られた，充填
密度が６０％以上を有する崩壊性砂中子を用いれば，高
圧ダイカスト法のような高圧下でも溶湯鋳込時に砂中子
の変形が小さいので，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，鋳造後に溶湯が凝固して
鋳造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
易に取出すことが出来ると共に，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
が出来る。

【００１１】

【実施例】砂中子造型用骨材としては，通常の鋳物砂と
して使用されているフラタリーサンドを用いた。そし
て，砂中子を造型するに当っては，まず，フラタリーサ
ンドに水でペースト状に溶いた１０〜４５％の硫酸アル
ミニウムを，砂１００重量部に対して０．１〜３重量部
添加してよく混練し，砂表面に硫酸アルミニウムを被覆
した。ここで，硫酸アルミニウムの強度を１０〜４５％
としたのは，１０％未満では，べちゃべちゃとなって乾
燥をより多くする必要があり，また，４５％を越える
と，固形物となり水溶液の限界を越えるからである。

【００１２】上記した硫酸アルミニウムの添加には無水
硫酸アルミニウムの水溶液を用いたが，１６〜１８水塩
の硫酸アルミニウムを用いても，同様な効果が得られ
る。また，固体粉末のまま添加しても良いが，骨材に均
一に被覆させるには，水溶液で添加するのが良い。そし
て，硫酸アルミニウムの添加量は，骨材に対して０．１
％未満ではほとんど効果がなく，また，１０％を越えて
も効果は上がらない。したがって，本発明では０．１〜
１０％とした。しかし，特に，０．３〜２．５％の範囲
が良好である。

【００１３】この場合，硫酸アルミニウムを固体粉末の
まま添加する場合には乾燥は必要がないが，硫酸アルミ
ニウムを水溶液で添加すると，砂中子の造型用の骨材に
は余分な水分が多くあるので，砂中子の造型の際に砂の
流動性が悪く充填密度６０％の砂中子ができない。した
がって，骨材であるフラタリーサンドに硫酸アルミニウ
ム溶液を添加後混練して水分の除去のために１００℃×
３０分間乾燥した。次に，このようにして硫酸アルミニ
ウムを被覆したフラタリーサンドに有機バインダを混合
する。有機バインダとしては，フラン樹脂等の所謂ウォ
ームボックス法用のバインダを用いた。

【００１４】すなわち，硫酸アルミニウムで表面被覆し
たフラタリーサンド１００部に，有機バインダとしてフ
ラン樹脂（花王クエーカー製７０１）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ＦＣ−３１
０，主成分パラトルエンスルホン酸銅塩，塩化第二銅）
０．６部，及び，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部を配合，混練
し，これにフタル酸エステルであるフタル酸ジメチル，
フタル酸ジエチル，フタル酸ジブチル，フタル酸ジ２−
エチルヘキシル，フタル酸ジイソデシルの中からいずれ
か少なくとも１種類のフタル酸エステルと，（ＲＯ）_a
Ｔｉ（ＯＣＯＯＲ）_b ，ただし，ａ＋ｂ＝４，の化学構
造を有するチタネート系カップリング剤，例えば，日本
曹達製Ｃ−１５１，をそれぞれ０．０１〜０．５％添加
して砂中子造型用の配合砂を混練した。

【００１５】フタル酸エステルとチタネート系カップリ
ング剤の添加量は０．０１％未満と０．５％より多い場
合には，それ程期待した効果が得られなかった。すなわ
ち，０．５％より多いと，砂が湿って型に充填できず，
中子ができないし，０．０１％より少ないと，中子が割
れて造型できないが，０．０１〜０．５％では，中子が
良く造型でき，また，中子を造ったとき，型から良く抜
ける。なお，０．０５〜０．３％の添加でより良好な結
果が得られた。

【００１６】以上のようにして混練した配合砂を，所定
の砂中子形状のキャビティを有する金型内に圧縮空気と
共に吹込み，例えば，ウォームボックス法と呼ばれてい
る方法で砂中子を造型した。この場合，砂中子造型用の
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
して砂中子を所定の強度に硬化させて，充填密度が６０
％以上の砂中子を造型した。次に，上記のように造型さ
れたウォームボックス砂中子表面にコーティング剤をコ
ーティングする。

【００１７】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５
部と水１５部を加えて，ボールミルで５０時間混練粉砕
して，固形分が８０〜８５％のスラリを調合して用い
た。なお，このコーティング剤の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。

【００１８】そして，砂中子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良いが，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層コーティングの方が好ましい。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％水性フェ
ノール樹脂溶液１Ｌに対して，天然雲母５００ｇ，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
ｇ，消泡剤としてオクチルアルコール１ｇをそれぞれ添
加して良く撹拌混合したものを用いた。

【００１９】以上のようにして造型された砂中子を，第
１層コーティング液に浸漬して砂中子表面にコーティン
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，中子を乾燥する。その結果，砂中
子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０．０１〜０．０
５ｍｍのコーティング膜が形成された。

【００２０】一方，硫酸アルミニウムで処理しなかった
フラタリーサンドで造型しただけの砂中子では，コーテ
ィング液が砂中子の内部にしみ込んでコーティング層が
砂中子表面にほとんど形成されず，また，砂中子表面全
体が斑な状態になった。以上のような方法で造型してコ
ーティングされたウォームボックス法砂中子を金型のキ
ャビティ内に設置して，鋳造圧力７００ｋｇ／ｃｍ² ，
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。表
１，表２に実験結果の一例を示す。表２は硫酸アルミニ
ウムの水溶液を用い，乾燥の有無を変えて実験した結果
を示す。

【００２１】

【表１】 フタル酸エステル： DBP フタル酸ジブチル DIDP フタル酸ジイソデシル 造型性 ： ×不良 △やや良 ○良好 耐砂焼付性 ： ×不良 ○良好

【００２２】

【表２】 フタル酸エステル： DBP フタル酸ジブチル DIDP フタル酸ジイソデシル 造型性 ： ×不良 ○良好 耐砂焼付性 ： ×不良 ○良好

【００２３】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，表１におけるＮＯ．６〜９，お
よび，表２におけるＮＯ．１５〜１７の製品中の砂中子
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，硫酸アルミニウムを添加しなかっ
たもの，フタル酸エステルを添加しなかったもの，チタ
ネート系カップリング剤を添加しなかったもの，およ
び，砂中子の充填密度が６０％以下のウォームボックス
法砂中子では，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
を転写したような凸凹が見られた。

【００２４】

【発明の効果】このように，本発明においては，砂中子
を造型するに当って，まず，砂中子造型用骨材１００重
量部に対して硫酸アルミニウムを０．１〜１０％添加し
て砂中子造型用骨材に硫酸アルミニウムを被覆する工程
と，硫酸アルミニウムを被覆したこの骨材にウォームボ
ックス用の粘結剤であるフラン樹脂，硬化剤を添加し，
フタル酸エステルとチタネート系カップリング剤をそれ
ぞれ０．０１〜０．５％添加し，混練してウォームボッ
クス用の配合砂を得る工程と，この配合砂を用いて充填
密度が６０％以上を有する砂中子を造型する工程と，こ
の造型した砂中子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，砂中子表面に溶出
して来るアルミニウムイオン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表面に接触する部分で瞬間
的にゲル化反応を起こしてコーティング液が増粘するの
で，砂中子内部へのコーティング液の浸透は抑制され，
均一な厚さを持った非常に緻密なコーティング層が砂中
子表面に形成される。

【００２５】したがって，本発明で得られた高充填密度
の崩壊性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，砂中子の変形が小さいので，砂中子内に溶湯
が差込むことがなく，鋳造後，鋳造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。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，充分に満足ゆく作業状態と
鋳造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 門田 勝 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】 砂中子を造型するに当り，まず，砂中子
   造型用骨材１００重量部に対して硫酸アルミニウムを
   ０．１〜１０％添加して砂中子造型用骨材に硫酸アルミ
   ニウムを被覆する工程と，硫酸アルミニウムを被覆した
   この骨材にウォームボックス用の粘結剤であるフラン樹
   脂とフラン樹脂用の硬化剤を添加し，また，フタル酸エ
   ステルとチタネート系カップリング剤をそれぞれ０．０
   １〜０．５％添加し，混練してウォームボックス用の配
   合砂を得る工程と，この配合砂を用いて充填密度が６０
   ％以上を有する砂中子を造型する工程と，この造型した
   砂中子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
   乾燥する工程からなる崩壊性砂中子の製造方法。