JPH0240412B2 - Kataoyobishomogatanakagoyohifuku - Google Patents

Description

請求の範囲 １ (A) 結合剤によつて一体に結合された砂から
なるベース； (B)(a) グラフアイト、マイカ、ヒユーズドシリ
カ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、
カーボンブラツクおよびジルコン粉末からな
る群から選ばれた無機耐火性材料約30〜80重
量％；および (b) コロイドシリカ、クレーおよびアミン処理
ベントナイトからなる群から選ばれた無機結
合剤約１〜25重量％； からなる250〜5000μ厚さの第１の被覆 (C)(a) ヒユーズドシリカ、ジルコン粉末、酸化ア
ルミニウムからなる群から選ばれた耐火性材
料 (b) コロイドシリカ、クレーおよびベントナイ
トからなる群から選ばれた懸濁剤；および (c) 有機化合物結合剤； からなる100〜2000μ厚さの付加的な第２の表
面被覆 からなる、高圧ダイカスト機械のダイ中で溶融金
属から形成される鋳物についてアンダーカツト部
分を形成するのに使用するための高い耐圧性およ
び耐高温性、良好な耐崩壊性、耐表面浸透性およ
び良好な型ばらし性を有する強度の大きいダイカ
スト用砂中子。

２ 溶融金属がアルミニウムからなる、特許請求
の範囲第１項に記載の砂中子。

３ 中子用砂がシリカサンドからなる、特許請求
の範囲第１項に記載の砂中子。

４ 中子結合剤が有機樹脂からなる、特許請求の
範囲第１項に記載の砂中子。

５ 有機樹脂が酸で硬化し得る、特許請求の範囲
第１項に記載の砂中子。

６ 有機樹脂がフランからなる、特許請求の範囲
第４項に記載の砂中子。

７ 第１の被覆が約50〜70重量％の無機耐火性材
料を含有する、特許請求の範囲第１項に記載の砂
中子。

８ 第１の被覆の耐火性材料がヒユーズドシリカ
からなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂中
子。

９ 第１の被覆の結合剤が粘土からなる、特許請
求の範囲第１項に記載の砂中子。

１０ クレーがカオリン粘土である、特許請求の
範囲第９項に記載の砂中子。

１１ 第１の被覆のバインダーがコロイドシリカ
からなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂中
子。

１２ 第２の表面被覆の耐火性材料がジルコン粉
末からなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂中
子。

１３ (A)(a) グラフアイト、マイカ、ヒユーズド
シリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウ
ム、カーボンブラツクおよびジルコン粉末か
らなる群から選ばれた無機耐火性材料約30〜
80重量％； (b) コロイドシリカ、粘土およびアミン処理ベ
ントナイトからなる群から選ばれた無機結合
剤約１〜25重量％；および (c) 水性液状ベヒクル； からなる組成物を用いて、硬化した砂中子を
250〜5000μ厚さに最初に被覆し； (B) 上記第１の被覆を乾燥し、ついで (C)(a) ヒユーズドシリカ、ジルコン粉末、酸化ア
ルミニウムからなる群から選ばれた耐火性材
料、 (b) コロイドシリカ、粘土およびベントナイト
からなる群から選ばれた懸濁剤； (c) 有機化合物結合剤；および (d) 有機液状ベヒクル； からなる第２の表面被覆で上記の乾燥した第１
被覆を100〜2000μ厚さで被覆する； 各被覆工程からなる、高圧ダイカスト機械のダイ
中で溶融金属から形成した鋳物についてアンダー
カツト部分を形成するのに使用するための高い耐
圧性および耐高温性、良好な耐崩壊性、耐表面浸
透性および良好な型ばらし性を有する、バインダ
ーで一体に結合させた砂からなる砂中子を被覆す
る方法。

１４ 溶融金属がアルミニウムからなる、特許請
求の範囲第１３項に記載の方法。

１５ ベース砂がシリカサンドからなる、特許請
求の範囲第１３項に記載の方法。

１６ ベース結合剤が有機樹脂からなる、特許請
求の範囲第１３項に記載の方法。

１７ 有機樹脂が酸で硬化し得る、特許請求の範
囲第１６項に記載の方法。

１８ 有機樹脂がフランからなる、特許請求の範
囲第１６項に記載の方法。

１９ 第１の被覆が約50〜70重量％の無機耐火性
材料を含有する、特許請求の範囲第１３項に記載
の方法。

２０ 第１の被覆の耐火性材料がヒユーズドシリ
カからなる、特許請求の範囲第１３項に記載の方
法。

２１ 第１の被覆の懸濁剤が粘土からなる、特許
請求の範囲第１３項に記載の方法。

２２ クレーがカオリン粘土である、特許請求の
範囲第２１項に記載の方法。

２３ 第１の被覆のバインダーがコロイドシリカ
からなる、特許請求の範囲第１３項に記載の方
法。

２４ 第２の表面被覆の耐火性材料がジルコン粉
末からなる、特許請求の範囲第１３項に記載の方
法。

２５ 水性液状ベヒクルが水である、特許請求の
範囲第１３項に記載の方法。

２６ 有機液状ベヒクルがイソプロピルアルコー
ルである、特許請求の範囲第１３項に記載の方
法。

発明の背景 本発明は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウ
ム、銅、鉄およびそれらの合金の如き金属のダイ
カスト鋳造法およびダイカスト鋳造法における長
い間の問題、すなわち、アンダーカツト領域を有
する鋳物を製造するための商業的に実施可能なダ
イカスト鋳造法が存在しないという問題の解決に
主として関する。更に詳しく云えば、本発明は消
耗型の（expendable）ダイカスト中子、特に加
圧ダイカスト法において有用である被覆組成物に
関する。

発明の周囲 従来の加圧ダイカスト鋳造法においては、高い
温度と圧力に耐えることができる型あるいはダイ
が必要である。鉄系の材料がこのような型に一般
的に使用されている。上記の材料からなる型また
は中子は、複雑なアンダーカツトやレリーフを有
するダイカスト鋳物の製造に使用すると、アンダ
ーカツトおよびレリーフ用の中子を鋳物から取り
はずすことができないので使用することができな
い。このような複雑なアンダーカツトおよびレリ
ーフを達成するためには、消費し得る且つ脆い砂
中子が30psia以下の圧力下で、すなわち重力供給
鋳造法で使用されている。

高圧ダイカストに砂中子が使用されており、こ
の砂中子は結合剤と混合された砂から構成されて
いる。該混合物を所望の中子形状に成形し、熱ま
たは化学反応を用いて硬化させかつ結合させてい
る。硬化した中子はダイカスト法で使用すること
ができる。

高圧ダイカスト法における上記の如き消耗型中
子の大きな問題は、単一のバインダー系を使用し
て４つの中子条件を満足させることができないこ
とである。これらの４つの条件とは、(a)良好な型
ばらし性（砂落し性）（Shake out）、(b)良好な耐
崩壊性（wash out resistance）、(c)表面浸透性
の無いことおよび(d)強度である。

良好な型ばらし性は、コアを鋳物から容易に除
去するために必要である。

耐崩壊性は、溶融金属の注入中に生じる高い金
属速度による浸蝕にコアが耐える能力である。崩
壊された砂は、この砂が鋳物内に埋没されること
になるので、完成部品の許容性に悪影響を与え
る。

表面浸透性あるいは硬度は、高温と高圧とによ
つて生じ、これによつて中子表面が破壊され且つ
金属が砂粒子の間に浸透して鋳物の表面に砂／金
属混合物界面を生じる。この状態は以後の機械加
工および機械工具寿命にとつて好ましくないもの
である。更に、搬送された砂が鋳物の表面から分
離して、組立後に自動車エンジンの潤滑系の如き
関連部品に損傷を生じ得る。

中子の強度は使用した砂の結合剤によつて主と
して決定される。従つて、適当な被覆とその組成
は所望の強度を有する結合剤と両立するものでな
ければならない。

従来技術 多数の中子および型用被覆及び塗料が一般的な
鋳物製造用に、すなわち重力供給鋳型用に開発さ
れているが、消耗型の高圧ダイカストに関する比
較的苛酷な条件に対しては極く少数の被覆及び塗
料が提案されているにすぎない。従来公知の被覆
を示せば次の通りである。

米国特許第4096293号〔1978.6・20発行、タイ
トル；“型およびコア用被覆”（“Mold and Core
Wash”）、Michael J.Skubon等〕は加圧ダイカ
スト法に有用な、炭化水素溶剤、フマール酸樹
脂、微粒状アルミン酸カルシウムおよび懸濁剤か
らなる中子用被覆（core wash）を開示してい
る。該組成物は５〜90重量％の溶剤、0.5〜５重
量％の樹脂、５〜80重量％のアルミン酸カルシウ
ム、および0.1〜２重量％の懸濁剤からなつてい
る。フマール酸樹脂はフマール酸、ガムロジンお
よびペンタエリスリトールの反応生成物であると
記載されている。懸濁剤は高分子量ポリマー、ポ
リアクリレート、コロイドシリカ、クレー、植物
ゴムおよびアミン処理ベントナイトを包含すると
記載されている。湿潤剤は米国特許第4096293号
によればメチルアルコール、水およびアニオン
性、カチオン性、界面活性剤を包含すると記載さ
れている。

更に米国特許第4001468号（1977.1.4発行、タ
イトル；“砂中子および砂型を被覆する方法、”
Skubon等）には別の従来技術が開示されており、
この米国特許には中子の浸蝕を防ぐのに有用な被
覆（wash coating）が開示されている。該被覆
の組成中には有機ベヒクル、懸濁剤、耐火材料お
よび有機ポリマーまたはコポリマーが包含されて
いる。該有機ベヒクルは36あるいはそれ以上のカ
ウリブタノール値（ASTMD1133）を有すると
記載されている。懸濁剤はクレー、植物ガムおよ
びアミン処理ベントナイトを、懸濁剤：ベヒクル
の比が１：80〜１：250となる範囲で包含すると
記載されている。耐火性粉末はグラフアイト、コ
ークス、マイカ、シリカ、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、タルクおよびジルコン微粉末
を、耐火材：ベヒクルの重量比が１：2.5〜１：
3.5となる範囲で包含すると記載されている。有
機ポリマーまたはコポリマーは、ビニルトルエン
ブタジエンポリマー、スチレン／ブタジエンコポ
リマー、ビニルトルエン／アクリレートコポリマ
ー、スチレン／アセチレンコポリマー、アクリレ
ートホモポリマー、およびスチレン／ブタジエン
コポリマーを包含し、ポリマー／コポリマー：ベ
ヒクルの重量比は１：50〜１：200である。

上記Skubonの発明の欠点は、加熱した時にガ
スを放出してこのガスにより鋳物中に巣が生じ、
強度を失う有機バインダーを使用することであ
る。更にSkubonの被覆は典型的には粉末であり、
低い耐スクラツチ性あるいは硬度を有するもので
ある。硬度は金属浸透または金属に燃焼および浸
蝕に対する抵抗性を示すものである。

発明の要約 本発明の一つの要旨は、 (a) 微粒状耐火性材料 (b) 無機結合剤および (c) 液状ベヒクル からなる、第１の中子および型用被覆組成物、お
よび、好ましくは (a) 耐火材料 (b) 結合剤および (c) 液状ベヒクル からなる、第２の組成の異る表面被覆（top
wash coating）である。

第２の要旨によれば本発明は砂中子または型の
表面を前記組成の被覆で被覆することにより鋳物
用中子または型を処理する方法である。

第３の要旨によれば本発明は前記の組成物で被
覆した型および消耗型中子である。

【発明の詳細な説明】

本発明の第１の型および中子用被覆（ａ core
and first mold wash composition）は微粒状耐
火材料、無機結合剤および液状ベヒクルからな
る。この被覆は、ダイカスト並びに重力供給鋳造
に有用である砂中子および型に使用するのに適し
ている。本発明は、型ばらし性、耐崩壊性および
耐表面浸透性を強化する被覆／バインダー系を有
する中子方式を使用することにより中子に要求さ
れる４つの条件を満足させる。本発明の被覆
（wash coating）は殺菌剤、湿潤剤および消泡剤
の如き副成分も包含することができる。

本発明の被覆は良好な型ばらし特性を与える
が、適当な耐崩壊性、耐表面浸透性および強度に
欠ける、未被覆の砂および無機および有機結合剤
からなる中子に有用である。好ましくは中子の結
合剤は硬化性の有機化合物である。より好ましく
はこの結合剤は酸硬化性有機樹脂および二酸化硫
黄に対する暴露により硬化する酸化剤である。

本発明に適当な耐火性材料は結合剤と反応すべ
きではなく、グラフアイト、マイカ、ヒユーズド
シリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、
カーボンブラツクおよびジルコン粉末（これらに
限定されない）を包含する。好ましい耐火性材料
はヒユーズドシリカ、ジルコン粉末および酸化ア
ルミニウムからなる群から選ばれる。最も好まし
い耐火性材料はヒユーズドシリカである。耐火性
材料は好ましくは約１〜100ミクロンの範囲の粒
子径を有すべきである。約１〜約45ミクロンの範
囲内の粒子径を有するヒユーズドシリカが最も好
ましい。ヒユーズドシリカは湿式粉砕したもので
あることが好ましい。

コロイドシリカ、クレー、アミン処理ベントナ
イトあるいはそれらを組合せたものの如く市場か
ら入手できる無機結合剤はいずれも使用すること
ができる。好ましい懸濁剤はコロイドシリカ、粘
土およびベントナイトからなる群から選ばれる。
最も好ましいものはコロイドシリカである。

液状ベヒクルは水性でも有機性でもよい。ベヒ
クルの選択は鋳物用中子および型の砂を結合する
のに使用する結合剤の種類に従つて行うのが普通
である。中子給合剤が水性である場合には、被覆
のベヒクルは好ましくは有機性であるべきであ
る。中子結合剤が有機性である場合は、被覆用の
ベヒクルは水性であるのが好ましい。

本発明の中子用被覆の組成は好ましくは約30〜
約80重量％の耐火性材料、約１〜約25重量％の結
合剤および約20〜約70重量％の液状ベヒクルの範
囲であるべきである。更に好ましい組成は約50〜
70重量％の耐火性材料、約５〜約12重量％の結合
剤および約25〜約40重量％の液状ベヒクルの範囲
である。最も好ましい組成は約62重量％の耐火性
材料、約８重量％の結合剤および30重量％の液状
ベヒクルである。

本発明の中子用被覆は好ましくは砂中子上に約
250〜約5000ミクロンの範囲の厚さを有する被覆
を形成すべきである。厚さの好ましい範囲は1000
〜約3000ミクロンである。

本発明の消耗型中子を調製するためには、砂と
結合剤とを混合し、中子の所望の形状を有してい
るコアボツクス中に空気で吹込むかあるいは手作
業で詰め込む。中子を、コアボツクスを加熱する
かコアボツクス中に適当なガスを通して硬化させ
る。ついで中子を固体塊としてコアボツクスから
取出す。

次に、浸漬あるいは噴霧の如き慣用の技術によ
り中子に被覆を施すことができる。被覆は単一被
覆または多層被覆として施し得る。次に中子およ
び被覆を乾燥させる。

本発明の被覆は場合により、耐火性材料、結合
剤、懸濁剤および液状ベヒクルを含有する表面処
理被覆（top wash coating）で被覆することが
好ましい。この第２の被覆は中子の保護を改良し
且つ鋳型から中子の除去を容易にする。

表面被覆の耐火性材料はヒユーズドシリカ、ジ
ルコン粉末および酸化アルミニウムからなる群か
ら選択することができる。好ましい材料はジルコ
ン粉末である。

表面被覆の懸濁剤は、高分子量ポリマーおよび
コポリマー、シリカ、植物ガム、粘土およびそれ
らの混合物からなる群から選ばれるが、これらに
限定されるものではない。表面被覆の好ましい懸
濁剤は、コロイドシリカ、粘土およびベントナイ
トからなる群から選ばれる。最も好ましい懸濁剤
はコロイドシリカである。

表面被覆の結合剤は有機物でも無機物でもよく
且つポリマー樹脂およびホウ酸アルミニウムの如
き適当な結合剤から選択することができる。

表面被覆の液状ベヒクルは水性でも有機性でも
よい。ベヒクルの選択は、鋳物用中子の砂を結合
させるのに使用する結合剤の種類、型並びに第１
の被覆に基づいて行うの普通である。結合剤が水
性である場合には被覆用のベヒクルは好ましくは
有機溶剤であるべきである。更に好ましくは表面
被覆はケイ酸ジルコニウム、樹脂結合剤およびイ
ソプロピルアルコールからなる。表面被覆は好ま
しくは、約100〜約2000ミクロン、好ましくは約
250〜1000ミクロンの範囲の厚さを有する砂中子
上に硬化被覆を形成すべきである。

第２の被覆は単層あるいは多層として施すべき
である。

実施例 １ 97.90重量％の鋳物用シリカ砂（AFS粒度No.
65）、1.47重量％のフランおよび0.59重量％のメ
チルエチルケトンパーオキシドおよび0.04重量％
のシランから消耗型砂中子を作成した。該中子を
２秒間周囲温度と圧力下、二酸化硫黄で処理し
た。

種々の濃度のヒユーズドシリカ、コロイドシリ
カおよび水を含有する中子用被覆組成物を調製し
た。ヒユーズドシリカ粒子は１〜45ミクロンの粒
子径範囲を有していた。上記組成物を該組成物の
容器中に磁性ボールを入れ２〜３時間容器を回転
させて磨砕して大きな凝集粒子を破壊した。磨砕
した組成物を布製ペイントストレーナーを通して
注いだ。次に組成物の比重をチエツクし且つボー
メの読みが56〜62の範囲に入るまでヒユーズドシ
リカまたはコロイドシリカのスラリーを添加して
調整した。約10容量％のメタノールを加えた。追
加量のカオリンを組成物に加え、次に最低１時間
撹拌した。次に組成物を24時間放置した。

被覆し硬化した中子を使用して、アンダーカツ
ト領域を有する複雑なアルミニウム合金ダイカス
ト鋳物を製造した。次に慣用の機械的型ばらし技
術を用いて中子をダイカスト鋳物から取り除い
た。中子およびダイカスト鋳物について型ばらし
性、耐崩壊性および浸透性をテストし、各々の特
性を評価した。

実施例 ２ 実施例１の硬化被覆中子を中子用被覆組成物中
に約10秒間浸漬し、取り出しついで水切りした。
被覆を乾燥させた。乾燥被覆中子を再度中子用被
覆組成物中に約５秒間浸漬し、水切りしついで約
80℃175〓の空気循環オーブン中で少なくとも３
分間乾燥させた。該中子を用いて鋳物を作成し、
両者を実施例１における如く評価した。

実施例 ３ 実施例１における如くして未被覆の消耗型中子
を作製し、鋳物をそれから調製し、ついで中子と
鋳物を実施例１における如く評価した。

実施例 ４ 実施例１における如くして消耗型中子を作製し
た。この中子を少なくとも２分間冷却し、ケイ酸
ジルコニウム、樹脂結合剤およびイソプロピルア
ルコール（Arcolite＃412、アトランチツクライ
ヒホールドCo.）を含有する表面被覆組成物中に
２〜３秒間浸漬した。中子から排液し、30分間乾
燥した。該中子を用いて鋳物を作成した。

二重被覆した中子と鋳物の型ばらし性、耐崩壊
性および浸透性を評価した。

実施例 ５ 実施例３における如くして調製した未被覆の消
耗型中子を、実施例４のケイ酸ジルコニウム／樹
脂結合剤被覆組成物中に浸漬し、乾燥させた。被
覆した中子から鋳物を作成し、該鋳物を評価し
た。