(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された不規則な粒形の天然砂(Sn)と、熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された球状粒形のアルミナ系人工砂(Sa)とが、前記天然砂(Sn)の間の隙間に前記アルミナ系人工砂(Sa)が介入するように混合されたことを特徴とする中子砂。
【請求項２】
熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粘結剤(r)により表面を被覆された不規則な粒形の天然砂(Sn)と、熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された球状粒形のアルミナ系人工砂(Sa)とが、前記天然砂(Sn)の間の隙間に前記アルミナ系人工砂(Sa)が介入するように混合され、
前記天然砂(Sn)の粒度分布における平均粒径より小さい粒径範囲に、前記アルミナ系人工砂(Sa)の粒径が入ることを特徴とする中子砂。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２のいずれかに記載された中子砂(S)から構成された造形物からなることを特徴とする砂中子。
【請求項４】
密度が1.5〜1.8ｇ/cm３であることを特徴とする請求項３記載の砂中子。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載された砂中子(C)を主型(12,13,20)にセットし、
主型(12,13,20)のキャビティ(16)に溶湯を高圧で注入し、
充填された溶湯を冷却凝固させて鋳物製品(40)を鋳造することを特徴とするダイカスト鋳造方法。
【請求項６】
前記溶湯は、アルミニウム合金であることを特徴とする請求項５記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項７】
前記主型(20)の所要箇所に冷媒を所要タイミングで循環させて前記溶湯を冷却することを特徴とする請求項６記載のダイカスト鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型の中子に用いられる砂中子を造型するための中子砂、該砂中子および該砂中子を用いたダイカスト鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶湯を高圧で金型に注入するダイカスト鋳造に用いられる砂中子は、溶湯注入時の高速高圧に十分耐える強度を有し、かつ鋳造後の崩壊性に優れている必要がある。
精密鋳造法として、一般的なシェルモールド法などでは、粘結剤を添加された鋳物砂を加熱した金型にふりかけて覆うことで、粘結剤が砂粒を結合して熱硬化してシェル状の砂型を成形するもので、鋳物砂は熱硬化した粘結剤により石垣構造をなし、溶湯注入時の高圧にも耐える強度を確保することができ、かつ溶湯の高温の作用で粘結剤が分解されて砂粒間の結合作用が失われ砂型を崩壊させることができる。
【０００３】
ここに、熱硬化した粘結剤を分解するには十分に高い温度が作用する必要があるが、アルミニウム合金のような軽合金鋳物などは、注湯温度が低く、そのため砂型の崩壊が十分に進行せず、特に砂中子の場合に内部まで十分加熱されず塊が少しでも残ると、砂出しが面倒となる。
【０００４】
そこで、低温域でも良好な鋳型の崩壊性を示すシェルモールド用樹脂組成物およびレジンコーテッドサンドが、提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６７８３６号公報
【０００６】
特許文献１では、粘結剤としてのフェノール樹脂および崩壊剤としてのポリオキシアルキレンリン酸エステルを含むシェルモールド用樹脂組成物を用い、同シェルモールド用樹脂組成物を所定の温度に加熱された耐火性粒状材料（鋳物砂）に溶融被覆することでレジンコーテッドサンドを得ている。
【０００７】
そして、このレジンコーテッドサンドを焼成した試験片について、常温（25℃）での抗折力と任意温度（300℃、350℃、400℃）で15分間の加熱処理後の抗折力の差から崩壊率を算出している。
その結果、低温の300℃でも良好な崩壊性を示したとされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１における実施例で測定に供されたレジンコーテッドサンドを焼成した試験片がいかなる形状のものあるか不明であるが、15分間の加熱処理により試験片が内部を含め全て任意温度に達していたものを測定したと考えられる。
【０００９】
実際にレジンコーテッドサンドを造型金型に充填して加熱して成形される砂型には、主型以外に砂中子があり、砂中子には容積の大きい中実の砂中子などがあり、このような砂中子の場合、溶湯の注入により外側から熱が加わるために、内側の中央部分にまで十分な熱が伝わらない場合がある。
【００１０】
十分な熱が伝わらなければ、たとえ特許文献１に開示されたレジンコーテッドサンドを用いて砂中子を成形しても、その内側の中央部分が崩壊せずに残る可能性がある。
特に、砂中子の場合に、中央部分が崩壊せずに残ると除去が面倒となり、鋳物製品の生産効率が低下する。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、注湯の圧力に耐え、かつ溶湯の熱により内部まで容易に崩壊することができ排砂性に優れた砂中子を成形する中子砂、該砂中子および該砂中子を用いたダイカスト鋳造方法を供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された不規則な粒形の天然砂(Sn)と、熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された球状粒形のアルミナ系人工砂(Sa)とが、前記天然砂(Sn)の間の隙間に前記アルミナ系人工砂(Sa)が介入するように混合されたことを特徴とする中子砂である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、
熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粘結剤(r)により表面を被覆された不規則な粒形の天然砂(Sn)と、熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された球状粒形のアルミナ系人工砂(Sa)とが、前記天然砂(Sn)の間の隙間に前記アルミナ系人工砂(Sa)が介入するように混合され、
前記天然砂(Sn)の粒度分布における平均粒径より小さい粒径範囲に、前記アルミナ系人工砂(Sa)の粒径が入ることを特徴とする中子砂である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１ないし請求項２のいずれかに記載された中子砂(S)から構成された造形物からなることを特徴とする砂中子である。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の砂中子において、密度が1.5〜1.8ｇ/cm３であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４に記載された砂中子を主型にセットし、主型のキャビティに溶湯を高圧で注入し、充填された溶湯を冷却凝固させて鋳物製品を鋳造することを特徴とするダイカスト鋳造方法である。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のダイカスト鋳造方法において、前記溶湯は、アルミニウム合金であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のダイカスト鋳造方法において、前記主型の所要箇所に冷媒を所要タイミングで循環させて前記溶湯を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の発明は、熱硬化性樹脂である粘結剤(r)により表面を被覆された不規則な粒形の天然砂(Sn)と球状粒形のアルミナ系人工砂(Sa)とが、天然砂(Sn)の間の隙間にアルミナ系人工砂(Sa)が介入するように混合された中子砂(S)としたので、該中子砂(S)を中子金型(1)に充填して加熱することにより粘結剤(r)の熱硬化で石垣構造を形成して造型された砂中子(C)は、注湯圧力に十分耐える強度を有するとともに、溶湯の注入により砂中子(C)の外側が加熱されると、熱伝達率の優れたアルミナ系人工砂(Sa)が天然砂(Sn)の間の隙間に介入しているため、溶湯の熱が砂中子(C)の内側の中央部分まで十分伝達されて内部の粘結剤(r)まで加熱されて分解され、砂粒間の結合作用が失われて砂中子(C)を内部まで崩壊させることが容易にできて排砂性が向上し、生産効率を上げることができる。
また、崩壊性に優れているので、必ずしも崩壊剤を必要とせずコストを抑えることができる。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、天然砂(Sn)の粒度分布における平均粒径より小さい粒径範囲に、前記アルミナ系人工砂(Sa)の粒径が入るので、該中子砂(S)は不規則な粒形の天然砂(Sn)の間の隙間に粒径の小さい球状のアルミナ系人工砂(Sa)が容易に介入して混合されており、よって該中子砂(S)を中子金型(1)に充填して加熱すると、フェノール樹脂粘結剤(r)の熱硬化で天然砂(Sn)間に介在するアルミナ系人工砂(Sa)が天然砂(Sn)を連結する形で高い強度の石垣構造の砂中子(C)を成形することができる。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１ないし請求項２のいずれかに記載された中子砂から構成された砂中子であるから、該砂中子は、粘結剤の熱硬化で天然砂間に介在するアルミナ系人工砂が天然砂を連結する形で注湯圧力に耐える高い強度の石垣構造を構成しているとともに、熱伝達率の優れたアルミナ系人工砂が天然砂の間の隙間に介入しているため、砂中子の内側の中央部分まで十分熱が伝達されて加熱され、粘結剤が分解されて砂粒間の結合作用が失われ砂中子を内部まで崩壊させることが容易にできて排砂性が向上し、生産効率を上げることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、密度が1.5〜1.8ｇ/cm３の砂中子であるから、密度が適度に高い分、粘結剤の熱硬化による接着点も多くなり、アルミナ系人工砂が天然砂を強固に連結して注湯圧力に十分耐える強度の石垣構造を容易に形成することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４に記載された砂中子を主型にセットし、キャビティに溶湯を高圧で注入し、充填された溶湯が冷却凝固して鋳物製品が鋳造されるダイカスト鋳造方法であるので、砂中子は、ダイカスト鋳造において、高い強度の石垣構造により注湯の高圧力に十分耐え、また熱伝達率の優れたアルミナ系人工砂が天然砂の間の隙間に介入しているため、砂中子の内側の中央部分まで十分熱が伝達されて加熱され、粘結剤が分解されて砂粒間の結合作用が失われ砂中子を内部まで崩壊させることが容易にできて排砂性が向上し、生産効率を上げることができる。
【００２６】
請求項６記載の発明は、前記溶湯がアルミニウム合金であるアルミダイカスト鋳造方法であるので、注湯温度が比較的低いが、砂中子は熱伝導率の優れたアルミナ系人工砂が天然砂の間の隙間に介入しているため、砂中子の内側の中央部分まで加熱することが可能で、砂中子を内部まで容易に崩壊させることができる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、主型の所要箇所に冷却水を所要タイミングで循環させて前記溶湯を冷却するダイカスト鋳造方法としたので、注湯温度を適正に制御して性状の良好な鋳物製品を鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態に係る中子砂の天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａの粒度分布図である。
【図２】中子金型の造型時の断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】中子金型により造型された砂中子Ｃの斜視図である。
【図５】砂中子Ｃの砂粒の結合構造を模式的に示した図である。
【図６】シリンダブロック鋳造装置の概略説明図である。
【図７】同シリンダブロック鋳造装置の鋳造時の断面図である。
【図８】砂中子Ｃのフェノール樹脂ｒが分解した状態の構造を模式的に示した図である。
【図９】シリンダブロック鋳造装置のキャビティに注入されたアルミニウム合金の温度変化と体積変化を示したグラフである。
【図１０】砂中子Ｃのフェノール樹脂ｒが崩落した状態の構造を模式的に示した図である。
【図１１】フェノール樹脂ｒが崩落した砂中子Ｃの電子顕微鏡画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１１に基づいて説明する。
本実施の形態に係る中子砂Ｓは、不規則な粒形の天然砂Ｓｎと球状粒形のアルミナ系人工砂Ｓａを加熱して粘結剤としてフェノール樹脂ｒを添加して混合したものである。
【００３０】
ここに使用された天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａの粒度分布を図１に示す。
天然砂Ｓｎは、平均粒径が160μｍで分散も比較的大きい粒度分布を示しており、粒径が広い範囲に分散している。
天然の各種山砂や天然珪砂を混合して、このような粒度分布を示す天然砂Ｓｎを構成する。
【００３１】
これに対して、アルミナ系人工砂Ｓａは、アルミナ系の粒形が真珠に近い球状の人工砂であり、平均粒径が94μｍと小さく分散も小さい粒径が比較的揃った粒度分布を示すアルミナ系人工砂Ｓａを用いる。
このアルミナ系人工砂Ｓａは、球状をなして流動性が良く充填性に優れ強度もあるとともに、熱膨張率が低く、また熱伝導率が高い特性を有している。
【００３２】
図１の粒度分布図に示すように、天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａは、天然砂Ｓｎの粒度分布における平均粒径160μｍより小さい粒径範囲に、アルミナ系人工砂Ｓａの殆どの粒径が入る粒度分布を示している。
このような天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａを、天然砂Ｓｎに対するアルミナ系人工砂Ｓａの混合割合が20％程度に混合する。
【００３３】
このとき、天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａを加熱し、熱硬化性樹脂の粘結剤であるフェノール樹脂ｒを添加して混合することで、天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａの表面がフェノール樹脂ｒにより被覆されたレジンコーテッドサンドである中子砂Ｓを形成する。
【００３４】
中子砂Ｓは、平均粒径160μｍの不規則な粒形をした天然砂Ｓｎの間の隙間に、平均粒径が94μｍの球状粒形のアルミナ系人工砂Ｓａが介入するようにして混合される。
なお、中子砂Ｓには、リン酸エステル等の崩壊剤を添加してもよい。
【００３５】
この中子砂Ｓを中子金型１に充填して加熱することにより砂中子Ｃを造型する。
本実施の形態では、内燃機関のシリンダブロックをアルミダイカスト鋳造方法に基づいて鋳造するシリンダブロック鋳造装置10においてシリンダブロックのウォータジャケットに相当する円筒状空洞部分を成形する砂中子Ｃを造型する。
【００３６】
図２および図３に、砂中子Ｃを造型する中子金型１の造型時の断面図を示す。
中子金型１は、円筒状の砂中子Ｃの外周面を造型する概ね円形の凹部を有する固定型２と、固定型２の凹部に挿入され円筒状の砂中子Ｃの内周面を造型する円柱状の可動内型３と、可動内型３を摺動自在に支持して固定型２に合体する可動外型４とからなる。
【００３７】
固定型２の凹部内周面と可動内型３の外周面と間に円筒状のキャビティが形成され、円筒状のキャビティの４箇所が外側に膨出し、その４つの膨出部をそれぞれ支持ピン５が貫通して、支持ピン５の両端は固定型２と可動外型４に嵌入して架設されており、この４本の支持ピン５により固定型２に対する可動外型４および可動内型３の位置決めがなされる。
【００３８】
固定型２において、円筒状のキャビティの上部から上方に抜ける送給路２ｐが形成されている。
送給路２ｐにより外部からキャビティに前記中子砂Ｓを送り込む。
固定型２および可動内型３の内部には、キャビティの周囲に図示されないが電熱線が埋設されて加熱されるようになっている。
【００３９】
このような中子金型１のキャビティに送給路２ｐから前記中子砂Ｓを圧縮空気により送り込んで充填し、金型内に埋設された電熱線に電流を流し、または金型をガスバーナの火炎で加熱することで、約250℃で加熱してキャビティ内の中子砂Ｓを焼成して砂中子Ｃを造型する。
【００４０】
中子砂Ｓは、天然砂Ｓｎの間の隙間にアルミナ系人工砂Ｓａが介入するように混合され、砂粒の表面にはフェノール樹脂ｒが被覆されているので、このような中子砂Ｓが約250℃で加熱されると、砂粒の表面のフェノール樹脂ｒが熱硬化して隣接する砂粒間を結合するため、天然砂Ｓｎ間を直接連結あるいはアルミナ系人工砂Ｓａが仲介して連結し、石垣構造を形成して砂中子Ｃが造型される。
【００４１】
本砂中子Ｃの密度は、1.65ｇ/cm３程度である。
アルミナ系人工砂Ｓａは熱伝導率が良いので、砂中子Ｃの内部まで容易に熱伝達可能な石垣構造を形成する。
【００４２】
造型された砂中子Ｃを図４に示す。
該砂中子Ｃは、シリンダブロックのウォータジャケットを成形する中子であり、円筒状の砂中子Ｃの４箇所が外側に膨出し、その各膨出部に支持ピン５が貫通している。
【００４３】
この砂中子Ｃの砂粒間をフェノール樹脂ｒの熱硬化による結合した結合構造を、模式的に示したのが、図５である。
図５に示す模式図では、不規則な粒形である天然砂Ｓｎを便宜上球形（図５で白抜き大径の円）として示している。
アルミナ系人工砂Ｓａは、実際と同じ略球形（図５で内部を散点で示される円）をしている。
【００４４】
天然砂Ｓｎに対するアルミナ系人工砂Ｓａの混合割合が25％である本砂中子Ｃの密度が1.65ｇ/cm３であり、天然砂Ｓｎの間の隙間にアルミナ系人工砂Ｓａが介入するように混合され、フェノール樹脂ｒ（図５で黒丸）が隣接する砂粒間を結合して熱硬化するため、天然砂Ｓｎ間をアルミナ系人工砂Ｓａが仲介して連結するとともに、天然砂Ｓｎどうしも結合されて適正な石垣構造を形成している。
したがって、砂中子Ｃは、この適正な石垣構造により注湯圧力に十分耐える強度を有する。
【００４５】
また、熱硬化して砂粒間を結合しているフェノール樹脂ｒは、約400℃を越える加熱を受けると、分解して砂粒間の結合作用を失うので、石垣構造が崩れ、砂中子Ｃは崩壊することができる。
【００４６】
なお、砂中子Ｃは、中子金型１から取り出された後に、表面温度が約100℃程度の余熱を有するときに、砂中子Ｃの表面に微粉末耐火物と熱硬化性樹脂からなるコーティング溶液を塗布し、自然乾燥させてコーティング層を形成しておく。
このコーティング層によりアルミダイカストの鋳造時にアルミニウムが砂中子Ｃに染み込むのを防止することができる。
【００４７】
以上のように、表面をコーティングされた砂中子Ｃは、アルミダイカスト鋳造方法に基づいてシリンダブロックを鋳造するシリンダブロック鋳造装置10にセットされる。
図６は、シリンダブロック鋳造装置10の概略説明図であり、主な金型や中子を仮想線（２点鎖線）で示し、溶湯通路15およびシリンダブロックの形状に形成されたキャビティ16を実線で輪郭をとって破線の格子ハッチを施して示している。
外側の金型である固定側金型12と可動側金型13およびシリンダボアを形成するボアピン20が主型であり、砂中子Ｃが中子である。
【００４８】
ボアピン20は円柱状をなし、内部に冷媒が循環する冷媒通路が形成されている。
図７を参照して、ボアピン20の外周面20ａの内側近傍に外周面20ａに沿って螺旋状に冷媒螺旋通路25が形成されている。
【００４９】
そして、ボアピン20の円柱体における冷媒螺旋通路25が形成された側の反対側からボアピン20の円柱中心軸に冷媒導入通路23が穿孔され、同冷媒導入通路23は冷媒螺旋通路25の形成する円筒状の内側の中心軸も穿孔され、その下流端がボアピン20の円柱端面20ｂの近傍まで至っており、冷媒導入通路23の下流端からボアピン20の円柱端面20ｂに沿って放射十字方向に分岐した冷媒放射通路24が冷媒螺旋通路25のボアピン20の円柱端面20ｂ側の上流端環状部25ａに連通している（図６，図７参照）。
【００５０】
そして、冷媒螺旋通路25におけるボアピン20の円柱端面20ｂと反対側の下流端は、ボアピン20の円柱中心軸を水平にして金型12，13に組み込まれたとき、冷媒螺旋通路25の最も高い位置にあり、そこから冷媒導入通路23に平行に冷媒導出通路26が、円柱端面と反対側に向けて延出形成されている。
【００５１】
冷媒導入通路23に導入された冷媒は、円柱端面近くまで至ったのちに、冷媒放射通路24により放射十字方向に分岐して冷媒螺旋通路25の上流端環状部25ａに同時に入り、同上流端環状部25ａから冷媒螺旋通路25を螺旋状に流れて他端に至り、同他端部から冷媒導出通路26を通って導出される。
このようにして冷媒がボアピン20の外周面20ａ近くの冷媒螺旋通路25を循環するので、ボアピン20の外周面20ａ近傍を効率良く冷却することができる。
【００５２】
図７を参照して、シリンダボアを成形するボアピン20とウォータジャケットを成形する砂中子Ｃを固定側金型12内に配置して可動側金型13が合体している。
可動側金型13は、水平にしたボアピン20の冷媒螺旋通路25が形成された側の反対側を保持することでボアピン20を固定側金型２内の所定位置に支持するとともに、４本の支持ピン５を保持することにより砂中子Ｃをボアピン20の周囲の所定位置に支持している。
【００５３】
ボアピン20は、冷媒螺旋通路25が形成されている部分が殆ど固定側金型13内に挿入されている。
なお、シリンダブロック40の４つのボルト孔を成形する４本のボルト孔用ピン６が可動側金型13に保持されて所定位置に支持されている。
【００５４】
こうして構成された固定側金型12内のキャビティにアルミニウム合金を溶融した溶湯が高圧で注入されてシリンダブロック40が鋳造される。
このシリンダブロック40の鋳造に際して、ボアピン20の内部の冷媒螺旋通路25に冷却水が供給される。
冷却水を供給する冷却水回路には制御弁30が介装され（図６参照）、制御弁30の開閉により、冷却水が冷媒螺旋通路25を循環したり循環を停止したりする。
シリンダブロック鋳造装置10は、この制御弁30を制御する制御装置31を備えている（図６参照）。
【００５５】
したがって、シリンダブロック鋳造装置10は、鋳造１サイクル中に冷媒螺旋通路25を循環する冷却水の循環量を制御することで、鋳造時に、シリンダ部の温度変化を小さく抑えるように冷却水の循環量を制御することができ、シリンダ部に細かい気泡を含まず湯境を生じない組成の最適化を図ったシリンダブロック40を鋳造することができる。
【００５６】
このようにシリンダブロック鋳造装置10によりシリンダブロック40が鋳造されるとき、固定側金型12内のキャビティにアルミニウム合金を約680℃で溶融した溶湯が高圧で注入されるが、このときウォータジャケットを成形する砂中子Ｃの周囲に約680℃の溶湯が満たされる。
砂中子Ｃは、前記したように、高い強度の石垣構造により注湯の高い圧力に十分耐えることができる。
【００５７】
そして、砂中子Ｃは、約680℃の溶湯に覆われ加熱されると、表層部分から内部まで熱が伝達されるが、砂中子Ｃは天然砂Ｓｎの間の隙間に熱伝導率の良いアルミナ系人工砂Ｓａが介入するように混合されフェノール樹脂ｒの熱硬化により石垣構造が形成されているので、短時間に表層部分から内部まで熱が容易に伝わる。
よって、砂中子Ｃは、内側中央部に至るまで、熱硬化していたフェノール樹脂ｒが溶湯の高温の作用で容易に分解されて砂粒の結合作用が失われ、砂中子Ｃを崩壊させることができる。
【００５８】
図８は、砂中子Ｃの砂粒間を結合していたフェノール樹脂ｒが熱により分解した状態の構造を示す模式図である。
フェノール樹脂ｒは分解により砂粒間の結合作用を失っている。
【００５９】
図９は、シリンダブロック鋳造装置10の固定側金型12内のキャビティに高圧で注入されたアルミニウム合金の温度変化と体積変化を示したグラフである。
体積変化は、温度に対応する体積変化を20℃のときの体積を100％とした体積パーセントで示している。
【００６０】
注湯直後の約700℃のときはアルミニウム合金の体積パーセントは110％である。
その後、温度が低下するとともに体積も減少し、約600℃近辺で凝固し始め、特に570℃辺りでアルミニウム合金中のシリコンが固まり始まると、一気に体積の収縮が進行し、その後、再び温度低下と体積減少が同時に進む。
【００６１】
このアルミニウム合金の体積収縮により、既にフェノール樹脂ｒが溶湯の高温の作用で分解されて砂粒の結合作用が失われた状態にある砂中子Ｃの表面が押圧されることで、図１０に示すように、砂中子Ｃの表層部分の天然砂Ｓｎが凝固収縮するアルミニウム合金に押されて隣接する砂粒間の間隔を広げる。
【００６２】
よって、砂中子Ｃの表層部分の天然砂Ｓｎの砂粒間の分解され結合作用が失われたフェノール樹脂ｒは崩落し、さらに表層部分の砂粒の移動は、内部の砂粒まで影響して、内部の分解されているフェノール樹脂ｒも崩落させ（図１０参照）、砂中子Ｃ全体を崩壊させる。
【００６３】
図１１（ａ）は、フェノール樹脂ｒが崩落した砂中子Ｃの電子顕微鏡画像であり、不規則な形状をした砂粒が天然砂Ｓｎであり、より小さい球形の砂粒がアルミナ系人工砂Ｓａであり、各砂粒にはフェノール樹脂ｒの接着跡が多数確認できる。
図１１（ｂ）が、図１１（ａ）のアルミナ系人工砂Ｓａに残ったフェノール樹脂ｒの接着跡を拡大して示した画像である。
【００６４】
天然砂Ｓｎに対するアルミナ系人工砂Ｓａの混合割合が20％の中子砂Ｓで造型された砂中子Ｃの密度が、1.65ｇ/cm３程度と適度に高密度であることから、崩落した砂中子Ｃの砂粒にフェノール樹脂ｒの接着跡が多数見られ、砂中子Ｃが高い強度の適正な石垣構造が形成されていたことを示している。
【００６５】
そして、この砂中子Ｃは、注湯された溶湯の高温の作用で熱硬化していたフェノール樹脂ｒが熱伝導率の良いアルミナ系人工砂Ｓａの介在で内部まで容易に分解されて砂粒の結合作用が全体的に失われ、砂中子Ｃを覆うアルミニウム合金の凝固に伴う体積収縮により、内部の分解されているフェノール樹脂ｒも崩落させて砂中子Ｃ全体を崩壊させるので、塊が残らず排砂性が良好で、生産効率を上げることができる。
【００６６】
このように、本砂中子Ｃは、崩壊性に優れているので、中子砂Ｓに崩壊剤を添加する必要は必ずしもなく、コストを抑えることができる。
なお、コスト高とはなるが崩壊剤を添加してもよく、崩壊剤を添加することで、砂中子Ｃを内部までより細かく崩壊することができ、排砂しにくい形状の砂中子などに用いることができる。
【００６７】
本中子砂Ｓに使用される天然砂Ｓｎとアルミナ系人工砂Ｓａの粒度分布は、天然砂Ｓｎの粒度分布における平均粒径より小さい粒径範囲に、分散の小さいアルミナ系人工砂Ｓａの殆どの粒径が入る粒度分布を示していればよい。
【００６８】
天然砂Ｓｎに対するアルミナ系人工砂Ｓａの混合割合が、18〜22％で、砂中子Ｃの密度が、1.5〜1.8ｇ/cm３であれば、天然砂Ｓｎの間の隙間にアルミナ系人工砂Ｓａが介入し天然砂Ｓｎを強固に連結して注湯圧力に十分耐える強度の適正な石垣構造を形成することができ、かつ熱伝導率の良いアルミナ系人工砂Ｓａの介在により溶湯の熱が砂中子Ｃの内側の中央部分まで十分伝達されて内部のフェノール樹脂ｒまで分解され、砂中子Ｃを内部まで崩壊させることが容易にできて排砂性を良好に維持することができる。
【００６９】
天然砂Ｓｎに対するアルミナ系人工砂Ｓａの混合割合が、15％未満であると、天然砂Ｓｎの間の隙間に介入するアルミナ系人工砂Ｓａが少なく十分な強度の石垣構造が形成できず、25％を越えると、十分な強度の適正な石垣構造の形成に供されない無駄なアルミナ系人工砂Ｓａが生じてしまう。
【００７０】
また、砂中子Ｃの密度が、1.5ｇ/cm３未満であると、砂粒間の間隔が大きく十分な強度の適正な石垣構造が形成されず、1.8ｇ/cm３を越えると、天然砂Ｓｎの間の大きな隙間にアルミナ系人工砂Ｓａが多く介入して十分な強度の適正な石垣構造が形成されない。
【符号の説明】
【００７１】
Ｓ…中子砂、Ｓｎ…天然砂、Ｓａ…アルミナ系人工砂、ｒ…フェノール樹脂、
Ｃ…砂中子、
１…中子金型、２…固定型、３…可動内型、４…可動外型、５…支持ピン、６…ボルト孔用ピン、
10…シリンダブロック鋳造装置、12…固定側金型、13…可動側金型、15…溶湯通路、16…キャビティ、20…ボアピン、21…支持ピン、23…冷媒導入通路、24…冷媒放射通路、25…冷媒螺旋通路、26…冷媒導出通路、30…制御弁、31…制御装置、
40…シリンダブロック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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