(57)【要約】【課題】自動車部品等、鋳造によって成型された鋳造品（ワーク）から中子砂を除去する方法にかかり、特に自動車エンジン等、細かく、複雑な中子形状の砂を容易にかつ完全に除去する。【解決手段】硅砂３、粘結材１および可燃材２を含み、粘結材１によって粘結された中子砂Ａを用いて鋳造品を鋳造し、得られた中子砂Ａの付着した鋳造品に電磁波を照射し、または電流を通電して中子砂Aに含有する粘結材１を熱劣化ないしは熱破壊し、中子砂の粘結性を低下させて鋳造品から中子砂を除去することから構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硅砂、粘結材よび可燃材を含み、粘結材によって粘結された中子砂を用いて鋳造品を鋳造し、得られた中子砂の付着した鋳造品に電磁波を照射し、または電流を通電して中子砂に含有する粘結材を熱劣化ないしは熱破壊し、中子砂の粘結性を低下させて鋳造品から中子砂を除去することを特徴とする鋳造品に付着した中子砂の除去方法。
【請求項２】
請求項１において、中子砂は硅砂に可燃材を混入する第一工程と、次いで粘結材を混入する第二工程とによって造型される請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項３】
請求項２において、可燃材の含有量が硅砂１００重量部に対して２０重量部以下である請求項２に記載の中子砂の除去方法。
【請求項４】
請求項１において、中子砂は粘結材に可燃材を混入する第一工程と、次いで硅砂を混入する第二工程とによって造型される請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項５】
請求項４において、可燃材の含有量が粘結材１００重量部に対して２０重量部以下である請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項６】
請求項１において、可燃材が電磁波または電流と反応して燃焼する炭素材料または黒鉛材料である請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項７】
請求項６において、炭素材料または黒鉛材料の平均粒径（Ｄ５０）が１ｍｍ以下である請求項６に記載の中子砂の除去方法。
【請求項８】
請求項１において、電磁波の照射または電流の通電は０．５〜６０分間である請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項９】
請求項１において、電磁波は振動範囲が１３．５６ＭＨＺ〜２４５０MHＺ、照射エネルギーが５００Ｗ〜５０ＫＷである請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車部品等、鋳造によって成型された鋳造品（ワーク）から中子砂を除去する方法にかかり、特に自動車エンジン等、細かく、複雑な中子形状の砂を容易にかつ完全に除去する、鋳造品に付着された中子砂の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等、各種機械部品（ワーク）の多くは鋳造により成型される。鋳造されたワークには、多量の砂が付着しており、このため、この砂を落とす作業が必要となる。例えば、自動車エンジンの鋳造部品は中子砂で空間を形成し、後処理の仕上げ時に中子砂を除去することにより成型される。
【０００３】
近年、エンジン性能の向上に伴い、エンジンの内部構造は小さく、複雑な形状となっており、このため、中子形状も細かく、複雑な形状になっている。さらに、この細かく複雑な中子砂は強度を上げる必要から強く、かつ固くなっている。
【０００４】
中子砂を除去する方法として、従来、ワークをエアハンマーで打撃し、この打撃力でワーク内部の中子砂を崩壊することにより除去していたが、この方法では打撃に大きな設備を必要とし、しかも高強度で硬い砂はワークから完全に除去することができず、ワーク内部に残留してしまう。さらに、ワークをハンマーで打撃する際、大きな騒音が生じるのみならず、除去された砂が飛散してしまう。
【特許文献１】特開２００４−２３７３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は自動車部品等、鋳造によって成型された鋳造品（ワーク）特に、細かく、複雑な中子形状を有する自動車エンジンワークから強く、硬い中子砂を容易に、かつ完全に除去し、上述の公知技術に存する欠点を改良した、ワークに付着された中子砂を除去する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の鋳造品に付着した中子砂の除去方法によれば、硅砂、粘結材および可燃材を含み、粘結材によって粘結された中子砂を用いて鋳造品を鋳造し、得られた中子砂の付着した鋳造品に電磁波を照射し、または電流を通電して中子砂に含有する粘結材を熱劣化ないしは熱破壊し、中子砂の粘結性を低下させて鋳造品から中子砂を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述の本発明方法は自動車部品等、鋳造によって成型されたワーク、特に、細かく、複雑な中子形状を有する自動車エンジンワークから、強くて硬い中子砂を容易に、かつ完全に除去し得るという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
炭素原子は、いわゆる無定形炭素から黒鉛およびダイヤモンドに代表される規則的な結晶構造を有する多種多様な構造をとりうる。それは、炭素が周期律表第IV族第二周期に位置する元素であり、その基底状態での電子配置が１Ｓ２２Ｓ２２Ｐ２であることより、４個の最外殻電子（２Ｓ軌道の２個、２Ｐ軌道の２個）がＳＰ混成軌道を形成するためである。
【０００９】
ＳＰ３混成軌道は原子核を中心に正四面体の各頂点に向かって電子雲がのび、共有結合（σ結合）で形成された３次元的立体的配置（ダイヤモンド構造）を構成する。一方、ＳＰ２混成軌道では４個の最外殻電子のうち３個が平面内でそれぞれ１２０度ずつ離れた方向に電子雲をつくり、残り１個がその平面の上下に亜鈴型の電子雲を形成する。同一平面内にある３個の電子雲から形成される結合はσ結合であり炭素六方網平面を形成する。残った１個の電子はπ電子と呼ばれ、網平面に垂直に配向し、その軌道は網平面にそって互いに重なり合い、網平面内の結合を一層強固なものにしている。π電子は網平面に沿って殆ど自由に動くことができ、自由電子とみなすことができる。黒鉛はこのような面の積み重なりによって形成されており、網面に沿った方向（面内方向）ではπ電子の自由な運動によって電気伝導性が発現する。
【００１０】
また、π電子は様々な電磁波を吸収することができる。例えば、電磁波の一種である光の様々なエネルギーも吸収でき、その結果、黒鉛材料や炭素材料は不透明で黒くなる。電磁波のエネルギーはπ電子の励起エネルギーとして吸収されるが、そのエネルギーは主として熱エネルギーに変換されて外部に放出される。  
【００１１】
本発明は上記π電子を有する網面積層構造（結晶構造）を含む炭素材料あるいは黒鉛材料を中子成型時に添加し、その後電磁波照射を行うことにより、炭素材料あるいは黒鉛材料における局所的な発熱を誘起し、中子砂の成型に用いられるシェルモールド用レジン（有機系バインダー材料）を効果的に熱劣化（破壊）させることにより自動車エンジン等のワークの中子砂を容易にかつ完全に除去せしめる。
【００１２】
本発明にかかる中子砂は硅砂に可燃材料を混入する第一工程と、次いで、粘結材を混入する第二工程とによって造型される。このときの可燃材の硅砂に対する含有量は硅砂１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは５〜１０重量部である。
【００１３】
図１は上記第一工程と第二工程によって造型された中子砂の粘結状態を表した模型図である。図１に示されるように、硅砂３に可燃材２を混入し、次いで、粘結材１を混入することにより、粘結材１中に可燃材２がとり込まれて可燃材２が粘結材１でコーティグされた状態になり、このような粘結材１が硅砂３と粘結され、中子砂Ａを成型している。  
【００１４】
さらに、本発明にかかる中子砂は粘結材に可燃材を混入する第一工程と、次いで硅砂を混入する第二工程とによって造型される。このときの可燃材の粘結材に対する含有量は粘結材１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは５〜１０重量部である。
【００１５】
図２は粘結材に可燃材を混入する上記第一工程と、次いで硅砂を混入する上記第二工程によって造型された中子砂の粘結状態を表した模型図である。図２に示されるように、可燃材２を内部にとり込んだ粘結材１が硅砂３の各粒子をとり巻き、粘結材１によって硅砂３が互いに粘結されて中子砂Ａを成型している。
【００１６】
本発明に用いられる可燃材は電磁波または電流と反応して燃焼する可燃材であって、具体的には炭素材、黒鉛材料等である。これら炭素材料や黒鉛材料の平均粒径（Ｄ５０）は１ｍｍ以下であることが好ましい。また、粘結材としては、例えば、有機粘結材、具体的にはフェノール系樹脂、アミン系樹脂、エステル系樹脂等があげられる。これらは単独で、あるいは組み合わせて用いられる。
【００１７】
本発明は上述の中子砂を用いて鋳造し、得られた中子砂の付着した鋳造品に電磁波を０．５〜６０分間照射する。この電磁波は振動数の範囲が１３．５６ＭＨＺ２４５０ＭＨＺ、照射エネルギーが５００Ｗ〜５０ＫＷの高周波である。これにより、細かく、複雑な中子形状の砂を容易に、かつ完全に除去する。なお、電磁波の代わりに電流を同条件で通電しても同様な効果を奏する。
【００１８】
照射する電磁波の周波数の増加、あるいは照射エネルギーの増加により炭素材料あるいは黒鉛材料による発熱エネルギー量が高められると考えられるが、産業上の利用形態、処理に要するエネルギーコスト等を考慮すると照射する電磁波の周波数、エネルギー量ともに上記範囲内にあることが好ましい。また、炭素材料あるいは黒鉛材料の平均粒径（Ｄ５０
）が１ｍｍより大きい場合は、中子砂中での分散性が著しく不良となり、高周波照射による炭素材料あるいは黒鉛材料の発熱に伴う中子砂の成型に用いられるシェルモールド用レジン（有機バインダー材料）の熱劣化（破壊）効果が有効的かつ再現性良く発現できなくなる。
【実施例１】
【００１９】
硅砂１００重量部に平均粒径（Ｄ５０）２３０μｍの黒鉛材料を５重量部を混合し、１７０℃±５℃の炉内で均一に加熱後、攪拌しながら２重量部のフェノール樹脂を添加する。さらに、混合しやすくするため補助材料としてヘキサ水を攪拌しながら１．５重量部添加し、約６０秒間攪拌を継続する。さらに、攪拌しながら補助材料としてステアリン酸カルシウムを０．２重量部添加し、約３０秒間攪拌を継続する。その後、ステンレス製のボールに移し、攪拌しながら５０℃以下まで冷却することにより、シェルモールド用中子砂を調製した。
【００２０】
そして、シェルモールド用中子砂を温度２５０℃±１０℃に保持した金型（長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ６ｍｍ）中に充填し６０秒±３秒間保持後、常温のステンレス板上に移すことによりシェルモールド用テストピースを調製した。その後、シェルモールド用テストピースに周波数２４５０ＭＨＺ、照射エネルギー７００Ｗの電磁波を５分間照射処理を行った。（実験１）。
【００２１】
さらに、電磁波照射時間を１０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験２）。さらにまた、電磁波照射時間を２０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験３）。
【実施例２】
【００２２】
硅砂１００重量部に対する黒鉛材料の添加量を７重量部とした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製し、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験４）。
【００２３】
さらに、電磁波照射時間を１０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験５）。さらにまた、電磁波照射時間を２０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行なった。（実験６）。さらに、電磁波照射時間を３０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験７）。
【実施例３】
【００２４】
硅砂１００重量部に対する黒鉛材料の添加量を８重量部とした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製し、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験８）
【００２５】
さらに、電磁波照射時間を１０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験９）。さらにまた、電磁波照射時間を２０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１０）。
【実施例４】
【００２６】
硅砂１００重量部に対する黒鉛材料の添加量を９重量部とした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製し、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１１）。
【００２７】
さらに、電磁波照射時間を１０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１２）。さらにまた、電磁波照射時間を２０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１３）。
【実施例５】
【００２８】
硅砂１００重量部に対する黒鉛材料の添加量を１０重量部とした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製し、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１４）。
【００２９】
電磁波照射時間を１０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１５）。さらにまた、電磁波照射時間を２０分間として同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。（実験１６）。
【００３０】
比較例１
硅砂１００重量部に対する黒鉛材料を添加しなかった以上は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製し、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。
【００３１】
比較例２
電磁波照射時間を２０分間とした以外は、実施例４と同様の条件によりシェルモールド用テストピースへの電磁波照射処理を行った。
【００３２】
比較例３
硅砂１００重量部に対する黒鉛材料の添加量を２５重量部とした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製した。
【００３３】
比較例４
硅砂１００重量部に添加する黒鉛材料の平均粒径（Ｄ５０）を２ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製した。
【実施例６】
【００３４】
実施例１から実施例５までの条件で処理した実験１〜実験１６の試料、および比較例１〜比較例４の条件で処理した試料をインストロン社製引っ張り試験機（Ｍｏｄｅｌ８５1
１）を用いて三点曲げ試験を行い、それぞれの処理試料の破断応力（中子試料が破断する時の応力）と弾性率を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中には未処理の中子試料の三点曲げ試験結果も併せて示した。また、比較例３と比較例４で調整したシェルモールド用テストピースは調製直後（高周波照射処理を未実施の状態）で非常に脆く、三点曲げ試験試料として供することができなかった。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
結果と考察
本発明の方法は、黒鉛材料未添加試料と比べて、破断応力および破断歪み量が著しく低下し、中子をより容易に除去することができる。これは、π電子を有する網面積層構造（結晶構造）を含む炭素材料あるいは黒鉛材料が電磁波照射により局所的に発熱し、その周囲に存在する中子砂用シェルモールドレジン（有機系バインダー材料）を効果的に熱劣化（破壊）した結果であると考えられる。
【００３７】
また、比較例３（硅砂１００重量部に対する黒鉛材料の添加量を２５重量部とした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製）、および比較例４（硅砂１００重量部に添加する黒鉛材料の平均粒径（Ｄ５０）を２ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件によりシェルモールド用テストピースを調製）では調製直後でもテストピースが非常に脆く、高周波照射以前に形状保持ができず、シェルモールド用中子砂としての用に供するための機能を損なう結果となった。
【００３８】
さらに、実施例２の実験７に用いたテストピースの三点曲げ試験後の破断面と比較例２で用いたテストピースの三点曲げ試験後の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果、黒鉛材料を添加していないテストピース（比較例２）では硅砂表面からシェルモールド用バインダーが剥ぎ取られるように破断しているのに対し、黒鉛材料を添加したテストピース（実施例２の実験７）では当該バインダーから硅砂部が抜け落ちるように
バインダーが変化している。この結果からも、電磁波照射によるバインダー部の熱劣化（破壊）が添加した黒鉛材料に誘起され、その結果バインダーの結着力が著しく低下していることを示唆するものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の自動車エンジンワークの中子砂に炭素材料あるいは黒鉛材料を添加し、電磁波照射または電流反応処理することにより自動車エンジンワークの中子砂の除去が容易に行うことができる。したがって、本発明は産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】硅砂に可燃材を混入する第一工程と、次いで粘結材を混入する第二工程とによって造型された中子砂の粘結状態を表した模型図である。
【図２】粘結材に可燃材を混入する第一工程と、次いで硅砂を混入する第二工程とによって造型された中子砂の粘結状態を表した模型図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  粘結材
２  可燃材
３  硅砂
【図１】
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【図２】
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