Authors: P. R. Carey, L. Roubitchek & J. Green

サンドバインダーシステム

Technical Paper

第 6 部 シェルモールド法
サンドバインダーシステムに関する有用かつ最新の情報が満載の 13 部構成のシリーズの第 6 部

シェルモールド法は、第二次世界大戦中のドイツで、ヨハネス・クローニング博士によって開発された。現在でも、世界各地で「クローニング・プロセス」「C プロセス」と呼ばれている。クローニング博士の新製法は、主型を作ることに限定されていたが、比較的均一な厚みと寸法精度を持つ主型を作ることができ、当時の他の成形技術よりも優れていた。
ドイツでは戦時中、迫撃砲や砲弾などの発射物の型を作るために、この砲弾の製法を利用していた。興味深いことに、ドイツ人は戦後もこの製法を秘密にしようとしていた。しかし、1947 年に調査員によって発見され、戦利品として公開されたことで、鋳造業界に画期的な主型製造法をもたらしたのである。
当初のクローニングプロセスは、砂にフェノール樹脂とヘキサメチレンテトラミンを混ぜたものを物理的に混ぜ合わせていた。この混合物を、あらかじめ加熱しておいた型紙の上に重力で供給した。金型の熱で樹脂のコーティングが溶け、ヘキサが活性化して樹脂を部分的に前進させ、砂の粒を融合させる。十分な厚さの壁が形成された（Invest）後、金型を反転させ、まだ温かい金型の表面に残っている部分的に硬化した砂から、融着していない不活性化
した砂を落とした。
その後、半硬化の砂のシェルと金型をオーブンに入れ、一定の硬化サイクルを経て、硬い砂型を金型から剥がした。鋳型の表面から落ちた不活性化された混合砂を受け止めて再利用するための容器として、最終的には鋳型に Invest／ダンプボックスが取り付けられた。
初期のクローニングシェル工法は、砂と樹脂とヘキサを混ぜ合わせた乾式工法であるため、重力を利用して鋳型を作るか、粉状の混合物を手作業で中子金型に突っ込んで中子を作るかしかできなかった。中子箱に砂を空気で運んだり吹き込んだりすると砂から樹脂成分が分離してしまう。そのため、シェルプロセスの初期段階では、砂、樹脂、ヘキサのドライブレン
ドがシェルモールドの製造にほぼ独占的に使用されていたのである。
しかし、多くのサプライヤーやユーザーがシェルモールド法の改良を始めた。1950 年代半
ばには、粉末の樹脂をアルコール溶媒に溶かした液状のシェル樹脂が開発され、これによって鋳物作業者は、吹き飛ばされても粉が出ないレジンコーテッドサンドを作ることができ、非常に丈夫な中子や主型を作ることができるようになった。その後、シェルプロセスに改良を加え、溶剤の蒸発を促進するためにコーティング装置に温風を導入し、最終的には水で希釈した溶剤に樹脂を溶かして熱砂をコーティングすることで、地球に優しいホットコーティ
ングが可能になったのである。

1955 年、金属石鹸（ステアリン酸カルシウム）を流動性添加剤および離型剤としてコーテッドサンドに配合したことが、シェルモールド法の最も劇的な改善の一つとなった。図 1 に示すように、ステアリン酸カルシウムを樹脂の固形分重量に基づいて 2.5〜5％使用すると、強度が約 2 倍になり、シェル砂の密度が大幅に向上した。

ホットコートプロセスは 1960 年代後半に始まり、水性樹脂と微粒子化（粉砕）されたシェ
ル樹脂の両方を使用していました。1970 年代初頭には、無溶剤のフレーク状樹脂がホット
コートプロセス用に開発された。現在、北米で使用されているシェル樹脂の 80％以上がフレーク状になっている。シェルプロセスで使用される固体フレーク状のフェノールノボラッ
ク樹脂には、以下のような利点がある。
1. 不燃性である
2. VOC を実質的に含まない。
3. 粘性のある液体に比べて扱いやすい。
4. レジンコーテッドサンドの流動性が高く、密度の高い中子や主型が得られる。
5. すぐに溶けて、均一にコーティングできる。
シェルプロセスは、大きな中空中子を経済的に生産するのに適している。独自のコアシュー
ターを使用して作るパイプハブ中子のような特殊な用途にも効果的である。

輪郭のあるシェルの主型から高品質の鋳物を作ることは、シェルモールド法の中でも最も経済的に有利な点の一つである。砂の優れた流動性、優れた熱間強度、高い密度により、非常に丈夫な主型ができる。これは、比較的薄い主型を利用して、1 つの主型により大型で複雑な鋳物を多数経済的に鋳造できることを意味する。主型の表面には輪郭があるので、注湯の際にドラグを支えるために下型半分を生砂の中に簡単に埋め込むことができる。また、主型を鋳枠に入れて、2 つの主型の半分と桶状の鋳枠の間の空隙に砂やスチールショットを充填することで、垂直に鋳造することもできる。このような主型の作り方は、ノジュール鋳鉄製のクランクシャフトの製造に用いられている。

鋳造工場におけるシェルモールド法
表 1 に示すように、シェルプロセスを用いてレジンサンドの中子や主型を製造している鋳物工場は、他のどの技術よりも多い。また、シェルプロセスは世界中で広く採用されている。

現在、フレーク状のフェノール樹脂を使ったホットコーテッドシェルサンド製法は、第二次世界大戦中に発明された製法とはほとんど似ていない。

シェルプロセスに使われる砂の種類
シェルプロセスの注目すべき点の 1 つは、中子や主型を作るために鋳物工場で使用されるほぼすべての種類の骨材をうまく利用できることである。 シェルの硬化操作は、ほとんどすべての種類の砂の汚染物質や特殊な砂表面の化学的性質の影響をほとんど受けない。 北米
では、カンラン石、酸要求の高い砂、低い砂、そして熱的に酸要求が高いとされる湖砂でさえ、シェルとの相性は非常に良い。 良い鋳物砂がない日本では、鋳物職人がシェルプロセ
スを利用して、再生された地元の砂やオーストラリアからの輸入砂をコーティングしている。

砂のコーティング
シェルサンドのコーティングには、現在でもアルコール系のシェルレジンが使用されているが、図 2 に示すウォームコート法ではなく、図 3 に示すホットコート法が主流となっており、シェルレジンコーテッドサンド (RCS) の製造には、アルコール系のシェルレジンが使用されている。

ホットコート法では、砂を約 149℃に予熱した後、固体フェノールノボラックフレーク樹脂とステアリン酸カルシウムを混ぜ合わる。
樹脂はコーティングサイクルの湿式混練部分で完全に溶融し、砂の個々の粒を覆い、砂の温度を約４℃低下させる。
続いて、ヘキサの水溶液をコーティング装置に注入し、砂の上の樹脂と混ぜ合わせる。この水が砂を急冷却する。急冷水を加えると、高温の樹脂と砂の混合物がグミのようになる。コーティング装置は砂のコーティングを完了し、グミ状の砂を乾燥した塊に分解する。その後、まだ温かいが乾燥したコーティングされた砂は、振動スクリーン上に排出される。砂は様々な大きさの開口部を通過する際に粒子化され、スクリーニングの過程で大量の空気によって周囲の温度まで冷却される。選別されたコーテッドサンドは、出荷のために梱包される。
乾燥したコーテッドサンドを常温に冷やすことで、パッケージ後に砂粒が焼結してしまうことを防ぐことができる。
⻑年にわたるフレーク状樹脂のパッケージングの改良により、ホットコーティングの手順に沿って適切な時間と温度を制御することがより重要になっている。現在、シェルサンドの多
くはコンピュータ制御のマラーでコーティングされている。

このような高度な制御により、ホットコーテッドサンドは 3〜4 分サイクルで製造することができ、バッチ間のばらつきは非常に小さく、引張強度やスティックポイントの変化は試験
機の精度よりも小さい。現在、シェルコートサンドは流動性があり、ほこりが出ないため、涼しく乾燥した状態であれば、いつまでも保存することができる。
コーテッドサンドの塊や焼結が発生する場合は、保管温度や湿度が高いこと、袋を高く積み上げて物理的な圧力をかけたことなどが原因となりる。

シェルレジンコーテッドサンドの硬化
フェノールノボラック樹脂＋ヘキサメチレンテトラミン（ヘキサ）＋熱＝中子／主型の硬化という、化学的には単純なプロセスです。
レジンでコーティングされたシェル砂が金型の熱にさらされると、いくつかの化学反応や物理的変化が起こり、図 4 に示すような 3 つの段階を経てコーティングが行われる。
Phase I: 熱可塑性樹脂が溶融し始め、塗膜の粘度が低下する。ゲル化した樹脂に混入していたヘキサがアンモニアとホルムアルデヒドに分解され始める。
Phase II: 熱可塑性樹脂の B ステージは、ヘキサのホルムアルデヒドがフェノールと反応し、副生成物として少量の水を放出することで、重合を開始し、熱硬化性樹脂の C ステージへと進む。バインダーは砂粒の間を流れるようにして、砂粒同士を橋渡しする。
Phase III: フェノールノボラック樹脂は、フェノールが遊離したホルムアルデヒドを消費して完全に硬化する。この時点で、溶けやすい熱可塑性樹脂から硬い熱硬化性樹脂への移行がほぼ完了したことになる。
中子・主型の表面の⾊は⻩金⾊になっており、これが強固で完全に硬化した中子・主型の証である。この時点を超えて熱を加え続けると、樹脂は２次硬化して茶⾊になってしまう。これでは砂粒同士の結合が硬くなりすぎて、中子や主型が弱くなってしまいます。さらに熱を加え続けると、表面が熱分解して⿊くなり、過剰硬化の状態になってしまう。これは絶対に避けなければならない。
高い硬化温度に過度にさらされると、中子や主型の表面が焼けたり炭化したりする。これは、中子や主型の物理的な弱体化とともに、鋳肌の貫入欠陥につながる。理想的な硬化では、表面の⾊はライトブラウンまたはダークゴールドになる。

中子と主型の生産
シェルのプロセスでは、目を見張るような機器の革新や、重要な樹脂の開発が行われてきた。しかし、シェルの中子や主型を製造するための基本的な手順は、以下の 5 つのステップで説明するように、基本的には変わらない。
1. Dump or Blow- 砂を主型用金型上にダンプするか、中子型に吹き込んで造型する。
2. Invest– コーティングされた砂の温度が上がり、適切な厚さになるまで時間をかける。
3. Drain– 金型を裏返すか、中子型を反転させて、加熱された金型表面から未反応の砂を落とし、再処理のために回収する。
4. Rock– また、機械が前後に揺れることで、未溶融の砂を除去しやすくなる場合もある。
5. Dwell– 均一で輪郭のある厚さのシェルサンドは、加熱された工具の表面に接触している
間、適切な時間をかけて硬化させる。
6. 抜型 or 押出し– 硬化した主型または中子を取り出す。
シェルの工程は、生産サイクルの中で、ブロー（またはダンプ）／インベスト／ドレイン／
ロック／ドエル／抜型の順に繰り返されるため、
一見シンプルに見える。しかし、硬化の化学的・物理的側面は複雑であり、制御と監視が必要である。塗膜を溶かして砂粒を融合させる熱は、化学反応が完了すると同時にバインダー
塗膜を熱分解し始めるので、中子／主型はできるだけ早く取り出さなければならない。温度管理、金型の均一な加熱、適切な滞留時間は、樹脂の配合、コーティングの手順、コーテッ
ドサンド自体と同様に、高品質のシェル中子や主型を作るために重要です。

温度の考察金型の表面温度と滞留時間が、サイクルの Invest 部分で形成されるシェルの厚さを決定する。主型を理想的な動作温度に保つことで、バインダーを熱分解させることなく、適切なシェル砂壁の厚さを形成することができる。その温度範囲は 246〜274℃である。最低 204℃
から最高 316℃までの範囲でさる。この温度範囲で作業することで、適切なシェルの肉厚を作ることに加えて、最適な樹脂の流れを作ることができる。最終的な硬化段階では、砂の表面にある樹脂の熱分解は最小限に抑えられる。
アルミニウム金型を使用する場合は、金型の表面温度を 260℃以下に保つ必要がある。
しかし、小型の中子を作るには、273℃という高い金型温度がよく使われる。小型中子に必要な比較的短時間の硬化サイクルでは、金型界面での樹脂の分解による表面の鮮明さの低下はほとんど見られず、多くの場合、固体化され、中子製造サイクルのロック＆ドレインの部分が不要になる。
金型の温度が 288℃を超えると問題が発生し始め、もちろん温度が上がるほど顕著になるが、その理由は以下の通りです。

1. 高温と砂の熱伝導率の低さが相まって、表面を分解せずに必要なシェルの厚さを確保す
るのに十分な時間が取れない。
2. シェルの厚さが不均一になり、硬化不足の砂の部分が厚くなり、過剰なガスの発生や剥離（はがれ）が発生しやすくなる。
3. 樹脂の硬化が早く、最適な引張強度を得るための樹脂ブリッジを形成するのに十分な流動性が得られない。
4. 高温のため、作業者の不快感が増す。

ピールバック
中子が大きくなると、シェル工法特有の問題が発生することがある。これは、ピールバック（金型面で、部分的に硬化した砂が、より完全に硬化した砂から剥離・分離すること）と呼ばれるものである。金型表面の温度が均一であることは、おそらく特定の動作温度よりも重要であり、他のどの要因よりもピールバックを誘発する可能性がある。これは、低融点粘性
段階を通過した部分的に硬化したシェルの層が、加熱された金型と接触しているより完全に硬化した砂の層から落下または剥離し始めることによって起こる。液相中の曲線の形状は、砂粒の間に形成される樹脂ブリッジの強さを示している。

曲線と固相から液相への変化線で囲まれた部分が、そのコーテッドサンドの剥離の傾向を示す。面積が大きいほど、コーティングされた砂が剥がれやすくなる。塗膜が液状である時間が⻑ければ⻑いほど、樹脂は遠くまで流れ、強度を生み出すバインダーブリッジを形成することができる。しかし、残念なことに、樹脂が液状である時間が⻑ければ⻑いほど、剥がれやすくなる。
洗練されたショートフローレジンの配合、ホットコーティング、レジンへのサリチル酸の添加などにより、剥離傾向は最小限に抑えられている。しかし、どんなに優れたシェルサンド
でも、金型の表面温度が 10℃以上変化すると剥離してしまう。
また、砂を中子型に搬送して吹き込む際に使用する圧縮空気システム内の過剰な水分が原因
で、コーティングされた砂の通常は均一な熱伝導特性が変化したり、金型と砂の界面で蒸気が発生したりすると、剥離が発生する。
ピールバックの大きな原因は水分である。どのような原因であれ、水分はシェルの硬化サイ
クル中に蒸気となり、ピールバックの原因となる。
水分はフェノールノボラックの硬化反応の副産物として発生し、その量はそれだけでは大きなものではありませんが、それでも全体としては増加する。水分は、湿ったブローエアーからサイクル中に入ることがある。また、1 年のうちの高温多湿の時期に、特に砂が周囲の温度よりもかなり低い場合には、コーティングされた砂に水分が凝縮されることがある。冷たい砂はピールバックの大きな原因となる。
サリチル酸の使用による硬化速度の向上、樹脂技術の向上、高融点樹脂の採用などにより、
シェル中子や主型製造工程における
この古くからの厄介な問題を最小限に抑えることができました。

溶湯の侵入
シェル工法では中空の中子を作るため、熱割れや中子表面の剥離、中子の開口部付近の金属の滲み出しなどにより、中空の中子に金属が入り込んでしまう問題が発生することがある。
これを防ぐために、中子を厚くしたり、ノーベークサンドを充填することがある。
また、中空の中子にシェル砂を入れ、ホットプレートの上に反転させて砂を硬化させることで端部を封じることもできる。

添加剤
コーティング作業中には、さまざまな砂の添加剤を使用することができる。例えば、熱間割
れ防止、チル化、ガス関連の欠陥を最小限に抑えるための酸化鉄、マグネシウム鋳造用のフッ化ホウ酸カリウム、熱間割れ防止のための可塑剤、熱間強度向上、チル化、鋳鋼鋳物表面のオレンジピール欠陥をなくすための 1〜3％のカオリナイト粘土、その他、独自の添加剤が挙げられる。

機械設備
シェルプロセスは一般的に 232℃以上で作業し、コーティングされた砂に熱を均一に伝達する必要があるため、シェル金型には、通常ねずみ鋳鉄が使用される。ねずみ鋳鉄は、熱容量が大きく、熱伝導率や復元性も高い。鉄の硬さは、鋭利な器具による引っかき傷や砂の浸食に対する抵抗力にもなる。しかし、CV ⿊鉛鉄やノジュラー鋳鉄は、熱サイクルによる損傷を受けにくいため、ねずみ鋳鉄よりも優れた素材として認識されている。また、ミーハナイ
ト系のタイプ C 鋳鉄は、耐摩耗性に優れているため、シェル金型に最適な素材です。
シェル金型や関連工具の鋳造に使用される鉄の推奨化学分析値は、炭素=3.20-4.30％、ケイ素=1.94-2.10%、マンガン=0.80-0.90%、リン=0.12% max、硫⻩=0.12% max です。

金型の温度を均一にする必要があるため、輪郭のある型は、少なくとも 19mm の厚さを維持するように輪郭を作らなければならない。金型は、熱源から 2 インチ以上離れている部分がある場合は、金型を貫通して熱源まで伸びる熱伝導性インサートを装備する必要がある。
インサートの素材としては、ベリリウム銅やマンガンブロンズが優れている。
中子型は、パーティングライン面で 1/32 インチ、中子の空洞から 1/2 インチの範囲でリリーフする。中子型に複数の空洞がある場合は、空洞と空洞の間に最低 3/4 インチのスペースを確保する必要がある。
シェルモールドの金型は、2 つの主型を効率的に接着するために、シェル主型の外周に最小限の接着面が得られるように設計する必要がある。
理想的な動作範囲である 246〜274℃の中で、工具が±14℃の均一な表面温度を維持できる
ように、バーナーの取り付けや配置には注意が必要です。

環境への配慮
フェノールベースの鋳物用樹脂バインダーに関連する環境問題については、⻑年にわたって
大きな関心が寄せられてきた。シェルプロセスレジンは、他の多くの化学的バインダープロ

セスからのレジンと同様に、フェノールをベースとしており、フェノールの溶出問題を引き起こす可能性がある。しかし、シェル中子や主型の廃砂は、他の一般的な中子や主型プロセスの廃砂に比べて、溶出可能なフェノール類の含有量が少ないことが対照試験で示されている。
どの鋳物工場の廃砂にフェノールが含まれているか？有機バインダーや添加剤を使用した鋳造中子や主型工程からの廃棄物には、フェノールが含まれている。フェノールは、高温または有機バインダーの熱分解の結果として形成されることがある。シェルプロセスからの廃砂は、一般的に最も低い溶出性フェノール値を有する。
ベースレジンに遊離フェノールが含まれており、シェルプロセスで使用されるレジンの割合
が他のシステムよりも高い場合が多いにもかかわらず、シェルの主型と中子の溶出可能なフェノールレベルが最も低いのはなぜでしょうか？その答えは、少なくとも部分的には、
シェル主型で一般的に見られる低いサンドメタル比（0.3:1 から 1:1）と、中空シェル中子で典型的に見られるさらに低いサンドメタル比にある。この比率の低さは、注型時にバインダーがほぼ完全に燃え尽きてしまう要因となる。その結果、排砂から溶出するフェノールがほとんど残らないのである。
シェル中子と主型の密度が高いと、結晶粒が数多くに接触して熱伝導率が向上し、バーンア
ウト(焼着)が発生するため、熱伝導がさらに高まる。
また、シェル主型は注湯時や凝固時に空気に触れることが多い。このことも、バインダーの熱分解やフェノールの焼着をより完全なものにする要因となっている。
ホルムアルデヒド：1992 年 6 月、労働安全衛生局（OSHA）は、ホルムアルデヒドへの職業的暴露に関する最終的な新規則を発表した。この裁定には、職場でのホルムアルデヒドに関する雇用者の新しい要件がいくつか含まれている。ホルムアルデヒドの許容曝露量（PEL）が 1ppm から 0.75ppm に引き下げられました。また、この判決では、8 時間の加重平均で 0.1〜0.5ppm のホルムアルデヒドにさらされるすべての従業員に対して、年 1 回の従業員トレーニングを義務付けている。この新規則は、ホルムアルデヒドを含む、あるいは放出するバインダーシステムを使用している鋳物工場に大きな影響を与えており、今後も影響が続くと思われる。

シェルレジンにはホルムアルデヒドがほとんど含まれていませんが、ヘキサ触媒を加えることで、アンモニアとホルムアルデヒドが工程に入ってきます。アンモニアとホルムアルデヒ
ドは、砂のコーティング作業、中子と主型の硬化サイクル、鋳造作業の注湯と排砂の段階
で、ヘキサが分解する際に発生する。ここで重要なのは、フェノール、アンモニア、水、ホ
ルムアルデヒド、1.3-ベンゾジオキサンの定量的な排出量は、ほとんどの場合、現在設定されている閾値（TLV）の 0.75ppm を大きく下回っていることである。しかし、ファウンドリ
ー環境におけるあらゆるプロセスのあらゆる成分の正確なレベルは、評価システムの効率と鋳造工場の運転条件の関数である。
環境と性能の観点から、今日のシェル樹脂は常に改良されている。現在行われている研究の例としては
1. 現在 3％以下である樹脂中の遊離フェノール含量をさらに低減すること。
2. 高融点樹脂による耐剥離性の向上。
3. 低融点樹脂の採用により、塗工時の樹脂の流れを良くし、中子・造型時の砂の盛り上がりを早くする。
4. より低濃度、全く含まないヘキサ樹脂
5. Vinsol 代替
6. 硬化速度の向上
7. 煙や臭気の低減。
フレーク状のシェルレジンやシェルコートサンドは、有機溶剤を含まないため、VOC（揮発性有機化合物）の排出量が非常に少ないことが重要なポイントです。これは、大気汚染防止法の改正に対応するために努力している鋳物工場にとって、特筆すべき利点である。

廃棄物の削減廃棄物の最小化と処理は、製造業、特に鋳物工場にとって非常に重要です。廃棄物処理の最小化という目標を達成するために、シェルプロセスはどのように役立つのでしょうか。シェ
ルプロセスを使用することで、廃棄物を最小限に抑えることができる 4 つの分野がある。
まず、レジンコーテッドシェルサンド(RCS)は、ベンチライフがほぼ無期限である。これにより、中子や主型の工程で発生する混練砂は、バインダーの可使時間が決まっていないた
め、廃棄する必要がありません。
第二に、硬化したシェル砂中子や主型の保存期間はほぼ無期限で、高温多湿の環境下でも比較的影響を受けない。そのため、保管中に強度が低下した中子や主型を廃棄する必要がな
い。
第三に、ほとんどのシェルモールドの中子は中空である。そのため、中実の中子に比べて、1 つの鋳物を作るのに必要な砂の量がかなり少なくて済む。砂が少なくて済むということ
は、再生・廃棄する砂の量も少なくて済むということです。

第四は、鋳造時にシェルガラの主型や中子が大きく焦げてしまうため、生砂システムに導入しやすい砂や、再生・再利用しやすい砂ができることです。

埋め立て
焙焼再生された生砂や、他の中子や造型工程で再生された砂は、シェル工程で容易に再コー
ティングされ、再利用できることはよく知られている。これは、シェルプロセスの化学的性
質が、砂に含まれる酸性や塩基性の成分に大きく影響されないためである。シェルプロセス
で再生砂を再利用することは、砂の廃棄コストや新しい砂の購入コストが大きい鋳物工場にとって大きな利点となる。

シェルモールド法の鋳造特性
シェルは優れた高温強度を持つことで知られているが、良い面はそれだけではありません。
優れた鋳肌 - レジンコーティングされたシェルサンドは乾燥しており、自由に流動する。
そのため、中子や主型の密度が高く、優れた鋳物の仕上がりになる。レジンコーテッドシェ
ルサンドの流動性は、他の製法では必要とされる粗くて浸透性の高い砂でも、必要とされる品質の鋳肌を実現する。さらに、レジンコーティングされたシェルサンドの乾燥した自由な流動性により、他のシステムで必要とされるよりも低いブロー圧力で中子を高密度に吹き込むことができる。その結果、金型表面の摩耗が少なくなる。
優れた寸法公差と予測可能性 - シェルプロセスの中子と主型は、一般的に使用されている他のどの中子製造プロセスよりも高い熱間強度と物理的強度を備えている。この優れた熱間強度と物理的完全性により、シェルプロセスは非常に精密な寸法公差を持つ鋳物を製造するという、定評のある利点を備えている。
シェルプロセスは、自動車のシリンダーヘッドのウォータージャケットのような重要な内部通路を鋳造する際に、自動車の鋳造事業者が最初に選択するプロセスです。
ガス欠陥の低減 - シェル中子、特にシェルモールドは、他の有機システムよりも高いバイン
ダーレベルを使用するが、薄肉で中空のシェル中子を使用することで、細かい砂を使用している場合でも、優れた自然の通気経路を提供する。多くの鋳物作業者は、中空のシェル中子を使用し、粗い砂により通気度を高めることで、重大なガス欠陥の問題がない鋳物を得られることを発見した。
酸化鉄や粘土などの添加剤は、ベーニングや鋳巣を防止するために、あらゆる種類のシェル
砂の配合に加えることができる。

比較的薄く、輪郭のはっきりしたシェルモールドは、ガスが主型から逃げるためのほぼ完璧な経路を提供するが、シェルモールドや中子を使用する鋳鋼工場、特に低炭素グレードを鋳造する鋳鋼工場では、ガスに関連する鋳造欠陥が時折発生する。このようなガス欠陥は、樹脂被覆シェル砂の窒素濃度に起因することが多い。現在、標準的なレジンコーテッドサンドの中に、窒素濃度の低いレジンコーテッドサンドのグレードがあり、バインダーに起因する
窒素関連のガス欠陥を防止または大幅に低減することができる。
この新しい低臭性シェル樹脂シリーズは、4％以下のヘキサレベルで動作する。熱変形値とその他の物理的特性は、表 2 に示すように、従来のシェル樹脂と比較して良好な結果を示している。

試験
従来の 6.4mm 厚のドッグボーン試験片の引張試験は、熱間および冷間の両方の引張測定がシェルの工程管理と試験の基本です。
スティックポイント（融点）試験は、樹脂コーティングの軟化点を測定するために使用されます。また、イグロスや粒度指数の試験も、シェルの加工に関連する一般的な管理試験です。

シェルモールド法の実際のコスト
プレコートサンドは 1 トン当たりのコストが比較的高いため、シェル砂工程で作られた中子や主型を使って鋳物を作るために実際にかかるコストを誤って経済的に評価してしまいがちである。他のプロセスとのコスト比較は、鋳物の製造に使用される実際のコーテッドサンドの量と、その製造に必要なすべてのものにかかる実際の直接・間接コストに基づいて行われるべきである。また、すべてのプロセス材料と材料の取り扱いにかかるコストも考慮する必要がある。
例えば、耐火物コーティングのコストは大きく、見落とされがちです。シェルは、耐火物のコーティングを必要としない可能性が最も高いプロセスです。耐火物コーティングの材料
費、塗布装置とメンテナンス費、直接塗布する労働力と材料を扱う労働力、コーティング関

連の欠陥などは、見落とされがちな項目です。添加剤を使用しないことによる節約、廃棄
RCS の費用、中空中子や輪郭のある主型で節約できる砂の価値、そして特にクリーニング
ルームのコスト削減は、シェルプロセスの隠れた利点の一部です。

商業的なコーテッドシェルサンド(RCS)
北米では、RCS サプライヤーのネットワークが構築されている。これらの専門会社は、コーテッドサンドをすぐに使える状態で鋳造工場に供給することで、各鋳造工場がコーティン
グ装置を購入し、操作し、維持する必要がなくなりました。
また、コーティングの専門知識を身につけたり、環境コンプライアンスのコストを負担した
り、砂のコーティングに関連する多くの環境問題に対処する必要もありません。1995 年現
在、北米の鋳物工場で消費されるシェル砂の約 60〜65％は、商業用サンドコーターによって供給されている。

結論
シェルプロセスは、北米で最も広く使用されているプロセスであり、世界的にもさらに幅広い基盤を持っている。しかし、すべての鋳物中子や主型の製造に最適なプロセスは存在しな
いと認識されている。生産量が比較的少ない仕事では、木型のコストが比較的低いため、
ノーベークプロセスのコストの方が低い場合がある。特定の中子や主型のプロセスを選択する際には、中子の重量、中子の製造上の注意点、鋳物の品質、環境要因のすべてを考慮しなければならない。シェルプロセスは機械サイクルが比較的⻑く、コールドボックスなどのプ
ロセスと比較すると、生産性がはるかに低くなる。しかし、シェルモールド法のユニークな特性と高品質の鋳物は、その将来性を保証するものであることは間違いありません。

参考文献
図 1 - 3: ASK の所有する資料
また，技術協力をいただいたボーデン・ノース・アメリカン・レジンズ社の Wayne
Rossbacher 氏に感謝の意を表する。