(57)【要約】【課題】ワークに付着した中子砂を除去する方法であって、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】平均粒径（Ｄ５０）が１ｍｍ以下の誘電材料を中子砂に対して２０重量部以下、好ましくは５重量部〜１０重量部添加し、中子砂の付着された鋳造品を電磁波の振動数範囲が２．４５ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、波長範囲が１５０ｍｍ〜１ｍｍ、照射エネルギーが５００Ｗ〜５０ｋＷの電磁波で０．５〜６０分間保持し、中子砂を除去する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
中子砂を用いて鋳造品を成型し、得られた鋳造品から鋳造品に付着している中子砂を除去するに際し、中子砂に誘電材料を添加して鋳造品を成型し、得られた中子砂の付着した鋳造品に電磁波を０．５〜６０分間照射することにより中子砂を除去することを特徴とする鋳造品に付着された中子砂の除去方法。
【請求項２】
請求項１において、誘電材料が振動数範囲２．４５ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、波長範囲が１５０ｍｍ〜１ｍｍの電磁波を吸収し、熱エネルギーに変換できる材料であることを特徴とする請求項１に記載の中子砂の除去方法。
【請求項３】
請求項１において、誘電材料が平均粒径（Ｄ５０）１ｍｍ以下である請求項１に記載の中子砂の除去方法。  
【請求項４】
請求項１において、誘電材料が有機系材料、無機系材料、またはこれらの酸化物系材料である請求項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、有機系材料がπ電子による電磁波吸収効率が高く、かつ、誘電率の高い炭素材料または黒鉛系材料である請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項６】
請求項４において、有機系材料がポリアニリン、ポリアセチレン、ポリジアセチレンおよびポリチオフエンの群から選択される一種または複数種である請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項７】
請求項４において、無機系材料が炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素および炭化硼素の群から選択される一種または複数種である請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項８】
請求項３において、無機系材料がチタン、亜鉛、鉄、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、アルミニウムおよびマグネシウムの群から選択される遷移金属、またはこれらの酸化物である請求項４に記載の中子砂の除去方法。
【請求項９】
請求項１において、電磁波が振動数範囲２．４５ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、波長範囲１５０ｍｍ〜１ｍｍおよび照射エネルギー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、中子砂を用いて鋳造品を成型し、得られた鋳造品から鋳造品に付着している中子砂を除去するに際し、中子砂に誘電材料を添加して鋳造品を成型し、得られた中子砂の付着した鋳造品に電磁波を０．５〜６０分間照射することにより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】
以下、本発明を具体的に詳述する。
【０００９】
本発明は中子砂を用いて鋳造品（ワーク）を成型し、得られた鋳造品から鋳造品に付着している中子砂を除去するに当って、中子砂に誘電材料を添加する。
【００１０】
この誘電材料は電磁波を吸収し、吸収した電磁波を熱エネルギーに変換することができる。それは、誘電体材料にマイクロ波・ミリ波等の電磁波を照射したとき、正負の双極子の集合体である誘電材料の双極子が激しく振動回転する、すなわち、誘電体物質の内部に進入した電磁波の電場によって分子運動が生じ、その振動摩擦によって誘電材料が発熱するためである。この時の単位体積当りの発熱量Ｐは以下の式により表される。
【００１１】
【数１】
2007160351.tif 000002
【００１２】
ここで、ｆ：電磁波の周波数、ε０：真空の誘電率、εγ：誘電材料の誘電率、tanδ：誘電材料の誘電正接（損失角）、Ｅ：電磁波電界の強さである。式中のε０εγtanδは誘電材料の誘電損率であり、温度と周波数によって変化する。
【００１３】
一般的にセラミックス材料では、周波数が高いほど誘電損失が高く、周波数が同じであれば温度が高いほど誘電損率が高くなる傾向がある。電子レンジの周波数である２４５０ＭＨｚでは石英ガラス、アルミナ、窒化珪素等の誘電損率の低い材料に電磁波を照射しても効果的な熱エネルギーへの変換は困難であるが、周波数を高くすれば、例えば、本請求項記載の振動数範囲が２．４５ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、波長範囲が１５０ｍｍ〜１ｍｍに相当する電磁波を照射すれば、誘電材料の誘電損率が高くなるうえ、熱エネルギーへの変換効率は周波数に比例するため容易に加熱することができる。
【００１４】
誘電材料として用いられる材料は特に限定されるものではなく、有機系材料、無機系材料、さらにはそれらの酸化物系材料などを用いることができる。例えば、有機系材料としてπ電子による電磁波吸収効率が高く誘電率の高い炭素材料や黒鉛系材料が挙げられ、さらにはポリアニリン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリチオフェンなどが挙げられる。また、無機材料としては炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素、炭化硼素などが挙げられ、さらにはチタン、亜鉛、鉄、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウムなどの遷移金属、およびこれら遷移金属の酸化物などが挙げられる。
【００１５】
本発明はこのような誘電材料を中子成型時に中子砂に添加し、その後電磁波照射を行うことにより、誘電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、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。
【００１６】
すなわち、本発明は粒径１ｍｍ以下の誘電材料を中子砂に対して２０重量部以下、好ましくは５重量部〜１０重量部添加し、中子砂の付着された鋳造品を振動数範囲が２．４５ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、波長範囲が１５０ｍｍ〜１ｍｍ、照射エネルギーが５００Ｗ〜５０ｋＷの電磁波で０．５〜６０分間保持し、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。
【００１７】
また、電磁波が進入できる空間径は波長の1/4程度という経験則に照らし合わせると、本発明で用いる電磁波の波長範囲が１５０ｍｍ〜１ｍｍであることから、自動車エンジン等のワークに空けられた穿孔（平均直径約２０ｍｍ）内に容易に電磁波が進入でき、進入した電磁波はワークによる遮蔽効果により乱反射を繰り返し、中子砂中に存在する誘電材料に効果的な電磁波吸収を生じせしめ、結果としてより効率的な熱エネルギー変換を可能する。
【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誘電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、誘電材料の平均粒径（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、電磁波照射による誘電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（有機系バインダー材料）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。
【００１９】
以下、本発明を実施例によって具体的に詳述する。
【実施例１】
【００２０】
硅砂１００重量部に誘電材料として平均粒径（Ｄ５０）１５０μｍの黒鉛材料を５重量部を混合し、１５５℃±５℃の炉内で均一に加熱後、攪拌しながら５重量部のフェノールレジンを添加する。さらに、攪拌しながら２重量部のヘキサ水を添加し、約６０秒間攪拌を継続する。さらに、攪拌しながら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。
【００２１】
そして、シェルモールド用中子砂を温度３００℃±５℃に保持した金型（長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ６ｍｍ）中に充填し１２０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。
【００２２】
このテストピースを図１に示されるアルミ製試料ホルダーＡの上蓋１に形成された溝４（長さ３００ｍｍ、開口部高さ６ｍｍ、幅１０ｍｍ）中にはめ込むことにより設置した。３はテストピース、５は開口部である。
【００２３】
図２は図１の断面図であって、上蓋１の溝４にテストピース３をはめ込んだときの状態を表す。２は下蓋である。
【００２４】
次いで、シェルモールド用テストピースに周波数２８ＧＨＺの電磁波を、照射エネルギー５００Ｗで１０分間照射の後、直ちに連続して１ｋＷで１０分間、１．５ｋＷで１０分間、２ｋＷで１０分間、２．５ｋＷで２０分間の電磁波照射処理を行った。
【００２５】
照射実験後、図１に示すように開口部に一番近い端部に設置したテストピース（位置（１））を実験１とし、開口部から５０ｍｍの位置に設置したテストピース（位置（２））を実験２、開口部から１００ｍｍの位置（中心部）に設置したテストピース（位置（３））を実験３とした。
【実施例２】
【００２６】
添加する誘電材料を炭化珪素（Ｓｉｃ：平均粒径５０μｍ）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への電磁波照射処理を行い、実施例１と同様に位置（１）のテストピースを実験４、位置（２）のテストピースを実験５、位置（３）のテストピースを実験６とした。
【００２７】
比較例１
電磁波照射を行わなかった以外は、実施例１と同様の条件により誘電材料として黒鉛材料を添加することによりシェルモールド用テストピースを調製した。
【００２８】
比較例２
電磁波照射を行わなかった以外は、実施例２と同様の条件により誘電材料として炭化珪素を添加することによりシェルモールド用テストピースを調製した。
【００２９】
比較例３
硅砂１００重量部に対する誘電材料の添加しなかった以外は、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。
【００３０】
実施例１と実施例２の条件で処理した実験１〜実験６の試料、および比較例１〜比較例３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（Ｍｏｄｅｌ８５1１）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）と破断歪み量を測定した。その結果を表１に示した。
【００３１】
【表１】
2007160351.tif 000003
【００３２】
結果と考察
表１に示されるように、誘電材料の添加された本発明にかかるテストピースでは、誘電材料未添加テストピースと比べて、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。また、誘電材料を添加した中子テストピースは、電磁波照射前には誘電材料未添加テストピースとほぼ同等の力学強度を有するが、電磁波照射後は著しく力学強度が低減する。これは、電磁波を吸収し効率的に熱エネルギーに変換できるπ電子や双極子を有する誘電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。
【００３３】
さらに、実施例２の実験４で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３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、誘電材料を添加していないテストピース（比較例３）では図３の電子顕微鏡写真に示されるように、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、誘電材料を添加したテストピース（実施例２の実験４）では図４の電子顕微鏡写真に示されるように、当該バインダーから完全に崩壊し、電磁波照射前に存在したと思われるバインダー部が確認できない状態にまで変化している。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）が添加した誘電材料に誘起され、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】
【００３４】
自動車エンジンワークの中子砂に誘電材料を添加し、電磁波照射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。また、本発明は短時間で中子砂の除去ができることから、自動車エンジン製造ラインのランニングに要する電気や熱エネルギーの低減に資する。したがって、本発明は鋳造業界において利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】上蓋中にテストピースを設置したときの平面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】実験４で用いたテストピースの三点曲げ試験後の破断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】比較例３で用いたテストピースの三点曲げ試験後の破断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  試料ホルダー
１  上蓋
２  下蓋
３  テストピース
４  溝
５  開口部
【図１】
2007160351.tif 000004
【図２】
2007160351.tif 000005
【図３】
2007160351.tif 000006
【図４】
2007160351.tif 000007