(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径２０〜３００μｍの砂からなる中子基体と、上記中子基体の表面に形成され平均粒子径０．１〜０．５μｍの耐火物粒子からなる塗型層とを備え、
上記塗型層は上記中子基体の表面から５０〜２００μｍの深さまで浸透しており、上記塗型層のうち中子への浸透部分を除いた厚さは５０〜３００μｍであり、かつ該厚さは上記中子基体の表面からの浸透深さよりも大きいことを特徴とする塗型層付中子。
【請求項２】
上記塗型層は上記中子基体の表面に塗型スラリーを塗布して形成され、該塗型スラリーは上記耐火物粒子５〜８重量部に対して水２〜５重量部を含有し、常温における粘度が３７００〜４０００ｃｐｓである請求項１記載の塗型層付中子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト等の高圧鋳造において好適に用いられる塗型層付中子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカスト等の高圧鋳造においては、中子への溶湯のめざしを防止するために、砂からなる中子基体の表面に塗型層を設けた塗型層付中子を用いることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、中子基体用の砂としては、一般に平均粒子径２５０〜２７０μｍ程度のものが用いられている。そして、この中子基体の表面に形成される塗型層を形成するにあたっては、中子基体を構成する砂粒子の隙間から中子基体の深部まで塗型粒子が充填されることを防ぐために、まず比較的粗い粒子からなる塗型下層を形成し、次いでこの塗型下層の表面に微細な粒子からなる塗型上層を形成することが行われている。
しかし、このように複数の層からなる塗型層は、製造のために多数の工程を要するうえ、塗型層が厚くなることから鋳造時の加圧による変形量が大きくなり、鋳造物の寸法精度が低下するという問題があった。
【０００４】
また、特開平７−１００５８５号公報には、図５に示すように、粒径１〜１０μｍの耐火物粒子９１１と粒径０．１〜１μｍの耐火物微粒子９１２とを含有し、一回の塗布・乾燥工程により形成可能な塗型層（表面層）９１を備えた崩壊性中子９が開示されている。
しかしこの崩壊性中子９によると、溶湯３の中子基体９２への侵入は防止できても、塗型層９１への侵入までは防止できず、細かなめざし３ａが生じる。また、耐火物粒子９１１と耐火物微粒子９１２とが均一に混合されていない場合には、図６に示すように、その箇所から中子基体９２に溶湯３が侵入して大きなめざし３ａが発生するおそれもある。
【０００５】
本発明の目的は、一回の塗布・乾燥工程により形成可能であって高圧鋳造に用いられた場合にも溶湯の侵入が防止された塗型層を備え、寸法精度のよい鋳造物を与える塗型層付中子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の塗型層付中子は、平均粒子径２０〜３００μｍの砂からなる中子基体と、上記中子基体の表面に形成され平均粒子径０．１〜０．５μｍの耐火物粒子からなる塗型層とを備え、上記塗型層は上記中子基体の表面から５０〜２００μｍの深さまで浸透しており、上記塗型層のうち中子への浸透部分を除いた厚さは５０〜３００μｍであり、かつ該厚さは上記中子基体の表面からの浸透深さよりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
上記塗型層は上記中子基体の表面に塗型スラリーを塗布して形成され、該塗型スラリーは上記耐火物粒子５〜８重量部に対して水２〜５重量部を含有し、常温における粘度が３７００〜４０００ｃｐｓであることが好ましい。
【０００８】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明に用いられる「中子基体」は、砂と通常は有機バインダとからなる。有機バインダとしては、ビニル系、セルロース系、フェノール系等の従来公知の樹脂を使用することができる。中子基体を構成する砂の平均粒子径は２０〜３００μｍであり、好ましくは１００〜２００μｍ、より好ましくは１２５〜１７５μｍである。砂の平均粒子径が３００μｍを超えると、塗型スラリーが中子基体の深部にまで浸透するため、塗型層の厚さや浸透性を制御することが困難となる。一方、砂の平均粒子径が２０μｍ未満であると中子の崩壊性が低下する。
【０００９】
塗型層を構成する「耐火物粒子」は、アルミナ、ジルコン等の比熱の大きな材質からなることが好ましく、使用する耐火物粒子全体の９０％以上（より好ましくは９５％以上）がアルミナ粒子であることが好ましい。この耐火物粒子の平均粒子径は０．１〜０．５μｍであり、０．２〜０．４μｍであることが好ましい。耐火物粒子の平均粒子径が０．５μｍを超えると、溶湯の塗型層への浸透を十分に防止することができない。一方、耐火物粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、塗型スラリーが中子基体の深部にまで浸透するため、塗型層の厚さや浸透性を制御することが困難となる。また、平均粒子径０．１μｍ未満の耐火物粒子は入手も困難である。
【００１０】
この「塗型層」は、図１に示すように、中子基体の表面から５０〜２００μｍ（より好ましくは５０〜１００μｍ）の深さまで浸透されている。浸透深さが小さすぎると、鋳造時の圧力により中子基体を構成する砂粒子の間から塗型層が中子基体内に陥落し、塗型層が破損する恐れがある。一方、浸透深さが大きすぎると、塗型層を形成するために多くの耐火物粒子を要し、また中子の崩壊性が低下する。
【００１１】
塗型層全体の厚さ（中子への浸透部分を含む）は、６０〜５００μｍであることが好ましく、より好ましくは７５〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜２５０μｍである。塗型層が厚すぎると、溶湯の圧力による塗型層付中子の変形量が大きくなるため鋳造物の寸法精度が低下する。また、中子基体の表面に塗布された塗型スラリーを加熱乾燥させる際に塗型層にひび割れが発生しやすく、このひび割れから中子基体の内部へと溶湯が浸透する恐れがある。一方、塗型層が薄すぎると、塗型層の強度が不足して溶湯の侵入を防止できない場合がある。
また、塗型層のうち中子への浸透部分を除いた厚さは、５０〜３００μｍであり、より好ましくは５０〜２５０μｍ、さらに好ましくは７５〜２００μｍである。更に、該厚さは上記中子基体の表面からの浸透深さよりも大きい。
なお、塗型層全体の厚さ、および中子基体に浸透した塗型層の厚さは、例えば塗型層形成後の中子断面を観察することにより測定することができる。
【００１２】
中子基体の表面に塗型層を形成する方法は特に限定されないが、通常はこの中子基体の表面に塗型スラリーを塗布する方法によることが好ましい。この塗型スラリーは通常、上記耐火物粒子と有機バインダとを溶媒（好ましくは水）に分散・溶解させることにより調整される。有機バインダとしては、ビニル系、セルロース系、フェノール系等の従来公知の樹脂を使用することができる。塗型スラリーの塗布方法は特に限定されず、例えば塗型スラリー中に中子基体を浸すディッピング法等を好適に用いることができる。上述した好ましい厚さの塗型層をディッピング法により形成するためには、塗型スラリーを耐火物粒子５〜８重量部に対して水２〜５重量部（より好ましくは耐火物粒子６〜７．５重量部に対して水２．５〜４重量部）を含有する組成とし、この塗型スラリーの常温における粘度を３７００〜４０００ｃｐｓ（３．７〜４．０Ｐａ・ｓ）とすることが好ましい。塗型スラリーの粘度は、３７５０〜３８５０ｃｐｓ（３．７５〜３．８５Ｐａ・ｓ）とすることがさらに好ましく、最も好ましい粘度は３８００ｃｐｓ（３．８Ｐａ・ｓ）である。
【００１３】
本発明の塗型層付中子は、鋳造圧力２０ＭＰａ以上（より好ましくは５０ＭＰａ以上、上限は特に限定されないが通常は２００ＭＰａ以下）の高圧鋳造に用いられる中子として好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実験例により本発明を更に具体的に説明する。
（実験例１）
図１に示す塗型層付中子１を作製し、その性能を評価した。
（１）中子基体の作製
中子基体１２を構成する砂粒子１２１としては、平均粒子径１５０μｍの球状ムライト質粒子を用いた。この砂と、砂に対して１．５重量％のフェノール樹脂（有機バインダ）１２２と、フェノール樹脂に対して１５重量％のヘキサメチレンテトラミン（３０重量％濃度の水溶液として添加）と、砂に対して０．１重量％のステアリン酸カルシウムとを混合してシェルモールド用砂を調整し、これを２５０℃で２分間加熱焼成して厚さ１０ｍｍの中子基体１２を作製した。
【００１５】
（２）塗型スラリーの調整および塗型層の形成
塗型層１１を構成する耐火物粒子１１１としては、平均粒子径０．５μｍのアルミナ粒子を用いた。このアルミナ粒子１０重量部、バインダとしてのセルロース０．０３重量部（アルミナ粒子に対して０．３重量％）、および水４重量部を混合して、アルミナ粒子濃度７１重量％、常温における粘度３７００〜４０００ｃｐｓの塗型スラリーを調整した。
この塗型スラリー中に、上記（１）の工程で作製した中子基体１２を２秒間浸した後、１３０℃で２０分間乾燥させて厚さ３２５μｍの塗型層１１を形成し、塗型層付中子１を得た。なお、この塗型層１１の厚さのうち１７５μｍは中子基材１２に浸透している。
【００１６】
（３）ダイカスト試験
得られた塗型層付中子１を用いて、以下のダイカスト条件によりダイカスト鋳造試験を行った。
〔ダイカスト条件〕
使用装置：８００Ｔ横型ダイカストマシン
溶湯組成：ＡＤＣ１０
溶湯温度：６５０℃
鋳造圧力：６０ＭＰａ
射出速度：０．５ｍ／秒
型温度  ：１５０℃
装置内の溶湯を冷却して凝固させ、型を取り外した後、エアハンマーを用いて鋳造物および塗型層付中子に振動を与え、この振動により塗型層付中子を崩壊させて鋳造物を得た。得られた鋳造物には塗型層付中子が残っていなかった。
得られた鋳造物の表面を４００倍の光学顕微鏡により観察したところ、図２に示すように、めざし層は観察されなかった。すなわち、図１に示すように、鋳造時において溶湯３の塗型層１１への侵入が防止されていた。
【００１７】
（実験例２）
耐火物粒子として平均粒子径の異なる種々のアルミナ粒子を使用した点以外は実験例１と同様の組成により、粘度３７００〜４０００ｃｐｓの塗型スラリーを調整した。これらの塗型スラリーを用いて、実験例１の（１）の工程で作製した中子基体の表面に、実験例１と同様の方法により厚さ３２５μｍの塗型層を形成して塗型層付中子を作製した。
これらの塗型層付中子につき、鋳造圧力をそれぞれ６０ＭＰａおよび２０ＭＰａの二種類とし、他の点については実験例１と同様のダイカスト条件により鋳造を行った。得られた鋳造物の表面を４００倍の光学顕微鏡により観察してめざし層の有無を調べ、めざし層が存在した場合にはその厚さを測定した。このめざし層の厚さは、塗型層の表面から塗型付中子の内部への溶湯浸透距離に相当する。得られた結果を、塗型層を構成するアルミナ粒子の平均粒子径と溶湯浸透距離との関係として図３に示す。鋳造圧力２０ＭＰａでは平均粒子径２μｍ以下、鋳造圧力６０ＭＰａでは平均粒子径０．５μｍ以下のアルミナ粒子を用いた場合に、塗型層への溶湯の浸透を防止することができた。
【００１８】
（実験例３）
塗型層の厚さと型の変形率との関係
実験例１の塗型スラリーの組成から水の添加量を増減することにより、粘度の異なる複数種の塗型スラリーを調整した。実験例１で用いた厚さ１０ｍｍの中子基体の表面に、実験例１と同様の方法によりこれらの塗型スラリーを塗布した。これにより、塗型スラリーの粘度等に応じて種々の厚さの塗型層が形成された塗型層付中子を得た。
この塗型層付中子に対し、実験例１と同様の条件でダイカスト試験を行って線収縮率を測定し、塗型層付中子の変形率を求めた。その結果を、塗型層の厚さと塗型層付中子の変形率との関係として図４に示す。塗型層の厚さが３００μｍ以下の場合には、塗型層付中子の変形率が６％以下であり、寸法精度のよい鋳造物が得られることが判る。なお、この変形率のうち約６％は中子基体の収縮に起因する変形である。すなわち、塗型層の厚さが３００μｍ以下であれば、塗型層による収縮分は無視できるほど小さくなる。
【００１９】
なお、上記実施例では本発明の塗型層付中子を高圧鋳造に用いたが、本発明の塗型層付中子は他の鋳造方法、例えば低圧鋳造、重力鋳造等にも使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の塗型層付中子は、従来に比べて平均粒子径の小さい耐火物粒子からなる塗型層を備えるため、高圧鋳造等に用いられた場合において、中子基体のみならず塗型層への溶湯の侵入をも防止することができる。したがって、本発明の塗型層付中子によると、めざしのない表面状態の良好な鋳造物を得ることができる。この塗型層は、塗型スラリーを用いて一回の塗布・乾燥工程により形成可能であることから生産性がよく、また粗粒子からなる塗型下層と微粒子からなる塗型上層とからなる従来の塗型層に比べて薄くすることができるので、鋳造時における塗型層の収縮変形が少ない。これにより、本発明の塗型層付中子によると寸法精度のよい鋳造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験例１で作製した塗型層付中子を示す模式的断面図である。
【図２】実験例１により得られた鋳造物の表面を光学顕微鏡で観察した図である。
【図３】実験例２において、塗型層を構成するアルミナ粒子の平均粒子径と溶湯浸透距離との関係を示す特性図である。
【図４】実験例３において、塗型層の厚さと鋳造時における塗型層付中子の変形率との関係を示す特性図である。
【図５】従来の塗型層付中子を示す模式的断面図である。
【図６】従来の塗型層付中子を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１    塗型層付中子
１１    塗型層
１１１    耐火物粒子
１２    中子基体
１２１    砂粒子（砂）
３    溶湯
３ａ  めざし
９    崩壊性中子
９１    塗型層
９２    中子基体
【図１】
0003541168.tif 000002
【図２】
0003541168.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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