JP2641444B2 - 圧力鋳造用中子およびその製造法 - 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用として用いる
中子およびその製造法に関する。

（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
有するアルミニウム合金製の鋳物を鋳造する場合、湯圧
によりシェル中子内にアルミニウム合金の溶湯が差し込
むことから、鋳造後の、中空部内壁にはシェル中子を構
成するシェル砂の一部が噛み込むおそれがある。そし
て、このシェル砂の一部が噛み込んだ状態の鋳物を製品
として使用すると、使用中に上記シェル砂が中空部内壁
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、シェル中子本体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
して平滑付与層を形成し、その後、該平滑付与層上に雲
母水溶液を塗布して溶湯浸入防止層を形成することによ
り、上記平滑付与層でもってシェル中子本体の表面を平
滑にして中子本体表面に作用する湯圧の均一化を図ると
ともに、上記溶湯浸入防止層でもって上記シェル中子本
体内への溶湯の浸入を防止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） ところで、シェル中子を用いて溶湯鍛造法等により鋳
物を圧力鋳造する場合、鋳造後に上記シェル中子を振
動、水噴射等の外力の作用により崩壊せしめて上記鋳物
から取り除く必要がある。しかし、上記シェル中子には
鋳造時における溶湯圧力が作用することから、シェル中
子を構成するシェル砂つまりシェル中子本体が締め付け
られて収縮量が大きくなり、このためシェル砂の充填密
度が増大してシェル中子の崩壊性が悪くなる。

そこで、このシェル中子の崩壊性の向上を図るべく粒
子の粗いつまり平均粒径の大きいシェル砂でシェル中子
を成形し、これによりシェル中子の収縮量を小さく抑え
るようにすることが考えられる。しかし、このように粒
子の粗いシェル砂でシェル中子を成形した場合、上述の
如くシェル中子本体の表面に平滑付与層および溶湯浸入
防止層を形成したタイプのものではなく、シェル中子成
形時において、平滑付与層を形成するスラリー液がシェ
ル中子本体に差し込むおそれがある。このため、このス
ラリー液が差し込んだ状態のシェル中子を鋳造後に崩壊
しようとしても、シェル砂がスラリー液によって固着さ
れていることから崩壊性が悪くなる。また、スラリー液
がシェル中子本体に差し込むと均一な平滑付与層が得難
くなり、したがって、均一な平滑付与層を得るためには
多量のスラリー液が必要となって不経済である。

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、シェル中子本体を構成するシェル
砂の粒径を特定するとともにシェル中子本体に対し、適
切な手段を講ずることにより、鋳造時におけるシェル中
子本体の収縮を可及的に抑制するとともに、シェル中子
本体に対するスラリー液の差込みを確実に防止し得、こ
れにより鋳造後において鋳物からシェル中子を取り除く
際、シェル中子本体の収縮量の小さいことと相俟ってシ
ェル中子の崩壊性の向上を図らんとすることにある。ま
た、少量のスラリー液でもって均一な平滑付与層を形成
せんとすることにある。

さらに、本発明は、上記中子を効率良く製造するため
の製造法を提供することにある。

（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、平
均粒径20〜40メッシュの粒子の粗いシェル砂で成形され
たシェル中子本体に対し、その外表面に黒鉛，雲母等の
偏平粒子からなる第１コーティング層を形成する。さら
に、該第１コーティング層上に粉末状の耐火物，金属酸
化物等からなる第２コーティング層を形成する。また、
該第２コーティング層上に黒鉛，雲母等の偏平粒子から
なる第３コーティング層を形成する構成とする。この場
合、上記第１コーティング層を平均粒径５〜50μｍの黒
鉛，雲母等の偏平粒子により５〜20μｍの層厚に形成す
ることが好ましい。

さらに、本発明は上記中子を製造するための製造法と
して、まず、平均粒径20〜40メッシュの粒子の粗いシェ
ル砂で成形されたシェル中子本体の外表面に黒鉛，雲母
等の偏平粒子を含有する溶液を塗布したのち乾燥工程を
経ることにより第１コーティング層を形成する。次い
で、該第１コーティング層上に粉末状の耐火物，金属酸
化物等を含有するスラリー液を塗布したのち乾燥工程を
経ることにより第２コーティング層を形成する。その
後、該第２コーティング層上に黒鉛，雲母等の偏平粒子
を含有する溶液を塗布したのち乾燥工程を経ることによ
り第３コーティング層を形成する方法にする。

（作用） 上記の構成により、本発明では、平均粒径20〜40メッ
シュの粒子の粗いシェル砂で成形された中子本体の外表
面に、黒鉛，雲母等の偏平粒子からなる第１コーティン
グ層が形成され、この第１コーティング層の偏平粒子が
シェル中子本体のシェル砂間の隙間を塞ぐ。

したがって、第２コーティング層形成時、該第２コー
ティング層を形成するスラリー液が上記対１コーティン
グ層によって遮られ、シェル中子本体のシェル砂間の隙
間に差し込まない。これにより、シェル中子本体のシェ
ル砂はスラリー液によって固着することがなく、よって
鋳造後の加振によりシェル中子本体の収縮量の小さいこ
とと相俟ってシェル中子が容易に崩壊される。また、上
述の如くシェル中子本体に対するスラリー液の差込みが
防止されることから、少量のスラリー液で均一な第２コ
ーティング層が形成される。

さらに、上記第２コーティング層上に形成された最外
層である第３コーティング層により、シェル中子本体に
対する溶湯の浸入が防止される。

（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ピストンエン
ジンのローターを鋳造する場合に適用した第１シェル中
子１と第２シェル中子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シェル中子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
シェル中子１について説明することとし、第２シェル中
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
付して詳細な説明を省略する。

４は上記第１シェル中子１のシェル中子本体であっ
て、該シェル中子本体４は、平均粒径20〜40メッシュの
粒子の粗いシェル砂（シリカサンド）にバインダとして
フェノール樹脂をシェル砂に対する配合比が1.0重量％
になるよう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内に充填して焼成
することにより成形される。なお、参考までに述べる
と、通常、シェル中子用としてよく用いられるシェル砂
の平均粒径は60〜140メッシュである。このように粒子
の粗いシェル砂を用いる理由は、鋳造時に溶湯圧力が作
用した際、収縮量が粒子の細かいシェル砂を用いた場合
に比べて小さいからである。

また、該シェル中子本体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、平均
粒径５〜50μｍの黒鉛，雲母等の偏平粒子を含有した溶
液を上記シェル中子本体４の外表面に塗布したのち乾燥
工程を経ることにより５〜20μｍの層厚に形成される。

この第１コーティング層５を構成する粒子として偏平
状のものを用いたのは、その形状からしてシェル砂間の
隙間に侵入し難く、かつシェル砂の隙間を塞いで該隙間
にその後に塗布されるスラリー液が差し込み難いという
性質を有しているからである。また、その偏平粒子の平
均粒径を上記の範囲に設定した理由は、５μｍ未満では
偏平粒子が上記シェル中子本体４（シェル砂の隙間）に
侵入して第１コーティング層５を形成し難くなるととも
にスラリー液が差込み易くなる一方、50μｍを超えると
均一な厚みの第１コーティング層５を形成し難くなるか
らである。さらに、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、５μｍ未満では後述する第２
コーティング層６形成時に該第２コーティング層６中に
第１コーティング層５が溶けてしまってその効果を発揮
せしめることができなくなる一方、20μｍを超えるとそ
の効果が飽和してしまうからである。そして、上記黒
鉛，雲母等の偏平粒子を含有した溶液の配合組成として
は、例えば水溶性鱗片状黒鉛30.3容量％に対し水69.8容
量％、表面活性剤0.1容量％および消泡剤0.1容量％の割
合で配合したものを用いる。

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、粉末状の耐火物，金属酸化物等を含有するス
ラリー液を上記第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150〜350μｍの層厚に形成さ
れる。

このように第２コーティング層６を層厚を上記の範囲
に設定した理由は、150μｍ未満では鋳造時に湯圧によ
りクラックが発生するおそれがある一方、350μｍを超
えるとシェル中子本体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シェル
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SiO₂ 55.5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 6.5重量％を、エチル
アルコールにて２倍に希釈したものを用いる。

また、上記第２コーティング層６上には第３コーティ
ング層７が形成され、該第３コーティング層７は、上記
第１コーティング層４と同様の平均粒径５〜50μｍの黒
鉛，雲母等の偏平粒子を含有した溶液を上記第２コーテ
ィング層６の外表面に塗布したのち乾燥工程を経ること
により30〜60μｍの層厚に形成される。

この第３コーティング層７の層厚を上記の範囲に設定
した理由は、30μｍ未満では鋳造時に湯圧によりクラッ
クが発生するおそれがある一方、60μｍを超えると、シ
ェル中子本体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ないからである。そして、上記黒
鉛，雲母等の偏平粒子を含有した溶液の配合組成として
は、例えば水溶性鱗片状黒鉛25容量％に対し水75容量％
の割合で配合したものを用いる。

なお、上記第１〜第３コーティング層５〜７を形成す
るにあたっての乾燥条件は、例えば乾燥温度150℃、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５〜７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〜第３コーティング層５〜７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ピストン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、成形型内に平均粒径28メッシュのレジンコーテ
ッドサンドを充填した後焼成して第１および第２シェル
中子1,2の各シェル中子本体４を成形する。その後、該
各シェル中子本体４を上述の如く配合した水溶性鱗片状
黒鉛を含有した溶液中に５秒間浸漬してシェル中子本体
４外表面に水溶性鱗片状黒鉛溶液を塗布せしめ、しかる
後、上記水溶性鱗片状黒鉛溶液を塗布したシェル中子本
体４を乾燥工程に搬入して、例えば乾燥温度150℃、乾
燥時間20分の条件下で乾燥することにより上記中子本体
４外表面に10μｍの第１コーティング層５を形成する。

次に、この第１コーティング層５を形成したシェル中
子本体４を上述の如く配合したスラリー液中に10秒間浸
漬し、上記第１コーティング層５形成の時と同様の乾燥
条件の下で乾燥せしめる操作を２回繰り返すことによ
り、第１コーティング層５上に250μｍの第２コーティ
ング層６を形成する。

さらに、この第２コーティング層６を形成したシェル
中子本体４を上記第１コーティング層５形成の場合に用
いたと同様の水溶性鱗片状黒鉛溶液中に10秒間浸漬し、
上記第１コーティング層５形成の場合と同様の乾燥条件
の下で乾燥せしめる操作を２回繰り返すことにより、第
２コーティング層６上に50μｍの第３コーティング層７
を形成する。

このようにして上記両シェル中子本体4,4の外表面に
第１〜第３コーティング層５〜７を積層形成した第１お
よび第２シェル中子1,2を、第３図に示すように、補強
材８を介装して第１シェル中子１が上に、第２シェル中
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９および下型10よりなる鋳
型11内に配置して、湯温730〜750℃に設定されたアルミ
ニウム合金（JIS AC8A）の溶湯Ａをプランジャ12の作動
により300kg/cm²の湯圧で鋳型11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ピストンエンジンの
ローター13を鋳造する。

このようにしてローター13の鋳造に供せられたシェル
中子３には、溶湯Ａの差込みや大きな収縮はみられなか
った。また、その後、シェル中子３をローター13中空部
より取り除くために20秒間加振した。これによりシェル
中子３は崩壊せしめられてローター13中空部より完全に
取り除かれた。このことは、SiO₂等からなる第２コーテ
ィング層６が水溶性鱗片状黒鉛粒子からなる第１コーテ
ィング層５を介してシェル中子本体４の外表面に形成さ
れていることに基づくものである。つまり、シェル中子
３成形時にシェル中子本体４に対する上記第２コーティ
ング層６を形成するスラリー液の差込みを第１コーティ
ング層５によって確実に防止し得、これによりシェル中
子本体４を成形するシェル砂のスラリー液による固着が
回避され、よって鋳造後において加振することによりロ
ーター13中空部からシェル中子を取り除く際、シェル中
子３を容易に崩壊せしめ得、かつシェル中子本体４の収
縮量の小さいことと相俟ってシェル中子の崩壊性の向上
を図ることができる。また、上述の如くシェル中子本体
４に対するスラリー液の差込みが防止されていることか
ら、少量のスラリー液で均一な第２コーティング層６ひ
いては第３コーティング層７を形成することができる。

さらに、上記製造法は、シェル中子本体４の外表面に
第２コーティング層６を形成するに際し、その前段階で
第１コーティング層５を形成するだけで、別途特別な手
段を採用する必要がなく、崩壊性の向上したシェル中子
３を効率よく製造することができる。

なお、上記実施例では、シェル中子３を第１シェル中
子１と第２シェル中子２とで２分割に構成したが、この
タイプに限る必要はない。

さらに、上記実施例では、自動車のロータリーピスト
ンエンジンのローター13を鋳造する場合を示したが、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造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、粉末状の耐火
物，金属酸化物等からなる第２コーティング層を黒鉛，
雲母等の偏平粒子からなる第１コーティング層を介して
平均粒径20〜40メッシュの粒子の粗いシェル砂で成形さ
れたシェル中子本体の外表面に形成したので、シェル中
子成形時にシェル中子本体に対する上記第２コーティン
グ層を形成するスラリー液の差込みを確実に防止し得、
これによりシェル砂のスラリー液による固着を回避して
鋳造後のシェル中子除去時において、シェル中子本体の
収縮量の小さいことと相俟ってシェル中子の崩壊性の向
上を図ることができる。また、上述の如くシェル中子本
体に対するスラリー液の差込みが防止されるので、少量
のスラリー液で均一な２コーティング層を形成すること
ができる。さらに、第２コーティング層上に上記第１コ
ーティング層と同じ偏平粒子からなる第３コーティング
層を形成しているので、シェル中子本体に対する溶湯の
浸入を防止することができる。

また、本発明の製造法によれば、シェル中子本体の外
表面に第２コーティング層を形成するに際し、その前段
階で第１コーティング層を形成するだけで、別途特別な
手段を採用する必要がなく、崩壊性の向上したシェル中
子を効率良く製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ピストンエンジンのロータ
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である。 １……第１中子、２……第２中子、３……シェル中子、
４……シェル中子本体、５……第１コーティング層、６
……第２コーティング層、７……第３コーティング層。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均粒径20〜40メッシュの粒子の粗いシェ
   ル砂で成形されたシェル中子本体と、 該シェル中子本体の外表面に形成された黒鉛，雲母等の
   偏平粒子からなる第１コーティング層と、 該第１コーティング層上に形成された粉末状の耐火物，
   金属酸化物等からなる第２コーティング層と、 該第２コーティング層上に形成された黒鉛，雲母等の偏
   平粒子からなる第３コーティング層とを備えてなること
   を特徴とする圧力鋳造用中子。
2. 【請求項２】第１コーティング層は、平均粒径５〜50μ
   ｍの黒鉛，雲母等の偏平粒子により５〜20μｍの層厚に
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の圧力鋳造用中子。
3. 【請求項３】平均粒径20〜40メッシュの粒子の粗いシェ
   ル砂で成形されたシェル中子本体の外表面に黒鉛，雲母
   等の偏平粒子を含有する溶液を塗布したのち乾燥工程を
   経ることにより第１コーティング層を形成し、 次に、該第１コーティング層上に粉末状の耐火物，金属
   酸化物等を含有するスラリー液を塗布したのち乾燥工程
   を経ることにより第２コーティング層を形成し、 その後、該第２コーティング層上に黒鉛，雲母等の偏平
   粒子を含有する溶液を塗布したのち乾燥工程を経ること
   により第３コーティング層を形成することを特徴とする
   圧力鋳造用中子の製造法。