JP2002178102A - 鋳造用中子及びシリンダヘッド鋳造用中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下二段のウォータジャケットと連通穴とを
中子を用いてシリンダヘッド鋳造と同時に形成するに際
し、分割中子を用いることに起因する連通穴のバリ発生
を防止し、連通穴の通路面積を設計値通り確保する。 【解決手段】 隔壁４で仕切られた上下二段のウォータ
ジャケット２，３と、これらウォータジャケットを連通
すべく隔壁に設けられた連通穴５とを備えたシリンダヘ
ッド１を鋳造するに際し、上下のウォータジャケット及
び連通穴の形成のために用いられる中子２２の製造方法
であって、中子製造型内に、隔壁に相当する形状を有し
た消失模型１６を保持し、この状態で上記中子製造型内
に中子材料を充填し、消失模型１６が一体となった中子
２２を製造する。中子本体１２が一体となり連通穴のバ
リ発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にエンジンのシ
リンダヘッドの鋳造に好適な鋳造用中子及びシリンダヘ
ッド鋳造用中子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンは高負荷傾向
にあり、そのシリンダヘッドも益々熱負荷が厳しくなっ
てきている。このためヘッドの冷却性、特にヘッド下面
の冷却性向上を図るため、シリンダヘッドに上下二段に
ウォータジャケットを設けることが知られている（実開
平６−４３２４２号公報参照）。即ち、シリンダヘッド
にあっては燃焼室に面した下面付近が上部より高温とな
る。このため下部ウォータジャケットに上部ウォータジ
ャケットより速い冷却水の流れを生成し、下面付近の熱
交換を促進しようというものである。このため下部ウォ
ータジャケットの方が上部ウォータジャケットより通路
面積が狭く、全体としての容量も小さい。

【０００３】これを図４に模式的に示す。１がシリンダ
ヘッド、２が上部ウォータジャケット、３が下部ウォー
タジャケットである。図示するように、下部ウォータジ
ャケット３の方が上部ウォータジャケット２より通路面
積が狭い。上部ウォータジャケット２と下部ウォータジ
ャケット３とは隔壁４で仕切られる。一方、冷却水の流
れはシリンダブロック→下部ウォータジャケット→上部
ウォータジャケットという順であり、この順で水圧が徐
々に下がり流速も弱められていく。そして下部ウォータ
ジャケットから上部ウォータジャケットへと冷却水を流
通させるため、隔壁４にはヘッド長手方向に間欠的に図
示の如き連通穴５が設けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４はシリ
ンダヘッド鋳造時の様子であり、従来は上部ウォータジ
ャケット２と連通穴５とが上中子６により形成され、下
部ウォータジャケット３が下中子７により形成される。
つまり従来は分割構造の中子が用いられ、互いの中子
６，７が連通穴５の入口位置（出口位置のときもある）
で接合、貼着或いは接着されていた。

【０００５】この理由は、ウォータジャケット内には吸
気ポート壁、排気ポート壁、燃料噴射ノズル取付部、グ
ロープラグ取付部等様々な物があり、図示例は単純化し
てあるが、実際にはウォータジャケットの形状はＸ，
Ｙ，Ｚ方向とも凹凸だらけで非常に複雑である。そして
特に隔壁４は例えば図６に示す如き複雑形状である。従
って、単に上下左右に中子製造型を分割するのみでは一
体中子を作ることができず、従来は上側と下側とで中子
を分割していた。

【０００６】しかし、こうすると図５に示すようにシリ
ンダヘッド鋳造時に鋳湯によって上中子６が押し上げら
れ、上中子６と下中子７との貼着部に隙間ができ、この
隙間に溶湯が差し込んでバリ８が発生するという不具合
があった。このバリ８が発生すると、連通穴５の通路面
積が設計値から外れ、上部ウォータジャケット２と下部
ウォータジャケット３との流量バランスが狂って当初予
定していた通りの冷却性能が得られない。

【０００７】そこで、本発明は、分割中子を用いること
に起因する上記問題点を解消することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳造用中子
は、中間部に括れ部を有する一体の中子本体と、その括
れ部の周囲の隙間を埋めるよう上記中子本体に一体化さ
れた消失模型とを備えたものである。

【０００９】また本発明は、隔壁で仕切られた上下二段
のウォータジャケットと、これらウォータジャケットを
連通すべく上記隔壁に設けられた連通穴とを備えたシリ
ンダヘッドを鋳造するに際し、上記上下のウォータジャ
ケット及び上記連通穴の形成のために用いられる中子の
製造方法であって、中子製造型内に、上記隔壁に相当す
る形状を有した消失模型を保持し、この状態で上記中子
製造型内に中子材料を充填し、上記消失模型が一体とな
った中子を製造するものである。中子本体が一体となり
連通穴のバリ発生が防止される。

【００１０】ここで、上記消失模型が、中子製造後シリ
ンダヘッド鋳造前に予め消失処理されるものであっても
よい。

【００１１】この場合、上記消失模型に芯金が予め内蔵
されているのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。なお上記従来例と同一
の構成については図中同一符号を付し、詳細な説明を割
愛する。

【００１３】図１に本発明に係る中子製造のための型
９、特に中子製造前の状態を示し、図２にシリンダヘッ
ド鋳造時の様子を示す。なおこれら図はシリンダヘッド
長手方向の特定位置における断面を示す。図示するよう
に、中子製造型９は上下二分割の上型１０と下型１１と
からなり、型内で一体の中子本体１２を製造するように
なっている。中子本体１２は、上部に上部ウォータジャ
ケット相当部１３を有し、下部に下部ウォータジャケッ
ト相当部１４を有し、これら上部ウォータジャケット相
当部１３と下部ウォータジャケット相当部１４とを連結
する連通穴相当部１５を一体に有する。中子本体１２は
砂等の周知材料からなり、本実施形態では砂に樹脂系の
バインダを混入させた材料を用いている。

【００１４】そして、隔壁４に相当する部分が消失模型
１６により形成される。消失模型１６は隔壁４に相当す
る形状を有し、連通穴５に相当する模型連通穴１７を有
している。消失模型１６はワックス、エラストマ、樹脂
（例えば発泡スチロール）等の低融点材料からなり、本
実施形態ではワックスを用いている。消失模型１６は図
１に示す中子製造時には両側端部が上型１０と下型１１
との間に挟まれて保持されている。

【００１５】図２に示すように、シリンダヘッド１の鋳
造に用いる鋳造型１８は、上型１９、下型２０及び左右
の寄せ型２１から分割して構成される。ヘッド鋳造時に
は、型内に中子２２を図示しないケレン等で保持し、湯
口２３から鋳湯を型内に注入してシリンダヘッド１を鋳
造する。本実施形態のシリンダヘッド１はアルミ系金属
で出来ている。

【００１６】以下、シリンダヘッド１の鋳造方法を説明
する。まず最初に中子２２の製造方法を説明する。図１
に示すように、まず予め消失模型１６を製作しておき、
これを上型１０と下型１１とで挟み込んで型９内の所定
高さに保持する。次に、型９内に中子本体１２を形成す
るための上述の中子材料を充填し、中子本体１２を形成
する。こうすると、中子本体１２と消失模型１６とが互
いに貼着され一体化する。こうして中子２２が完成し、
後は型割りして中子２２を取り出す。出来た中子２２に
あっては、中子本体１２と消失模型１６とが一体の１ブ
ロックになっており、中子本体１２が消失模型１６を包
み込んでいて、中子本体１２の両側に消失模型１６が突
出した格好となっている。

【００１７】次に、図２に示すように、鋳造型１８内に
中子２２をセットし、鋳湯を型内に注入する。すると高
温の鋳湯により消失模型１６が溶けて蒸発し、消失模型
１６が鋳湯と置き換わる。これによって隔壁４を形成す
ることができる。冷却後型割りして出来た鋳造品を取り
出し、中子２２（もはや中子本体１２のみとなってい
る）を除去する。こうすると上部ウォータジャケット
２、下部ウォータジャケット３及び連通穴５が形成さ
れ、シリンダヘッド１が完成する。

【００１８】このように、かかる中子製造方法によれ
ば、複雑形状の隔壁４を有する場合でも一体中子（中子
本体１２）を製造することができる。従って分割中子を
用いたときのようなバリが生じず、所望の連通穴５を安
定して得ることができる。そしてその結果上部ウォータ
ジャケット２と下部ウォータジャケット３との流量バラ
ンスが正確となり、所望の冷却性能を得ることができ
る。

【００１９】ここで、中子本体１２にあっては、図示す
る断面位置において、上部ウォータジャケット相当部１
３と下部ウォータジャケット相当部１４とが幅広く、連
通穴相当部１５が幅狭となっている。よって中子本体１
２は全体で括れ形状となっているが、このような場合上
記中子２２は有効である。

【００２０】即ち、仮に消失模型１６がないとすると上
部ウォータジャケット相当部１３と下部ウォータジャケ
ット相当部１４とが数点の連通穴相当部１５のみで繋が
っていることになり、強度上弱く、連通穴相当部１５で
曲がったり折れてしまう可能性がある。また鋳造時に型
内でふらつき所望形状が得られない可能性がある。

【００２１】本発明によれば、このような括れ形状の隙
間、或いは括れ部の周囲の隙間を消失模型で埋めるの
で、消失模型がブリッジとなり、中子の剛性を上げ括れ
部で折れてしまうことを防止できる。また中子が１ブロ
ックとなり、中子の剛性が上がるので、中子の鋳造型内
へのセットをロボット等で自動的に行うときにハンドリ
ング性が向上し、生産性を上げることができる。本実施
形態では、上部ウォータジャケット相当部１３と下部ウ
ォータジャケット相当部１４との隙間、或いは括れ部で
ある連通穴相当部１５の周囲を消失模型１６で埋めるの
で、連通穴相当部１５で折れてしまうことを防止でき
る。

【００２２】この考え方によれば、本発明は図３に示す
ような括れ形状にも適用でき、要はどのような括れ形状
にも有効なのである。

【００２３】ここで、上記ヘッド鋳造方法では、ヘッド
鋳造時に消失模型１６を鋳湯と置換し消失模型１６を消
失させていた。しかしながら、消失模型１６がなくても
中子本体１２の強度が十分であれば、中子製造後ヘッド
鋳造前に消失模型１６を予め消失処理させ、この後鋳造
型１８内にセットすることも可能である。なお具体的な
処理としては消失模型１６であるワックスを熱で溶か
す。こうしても消失模型１６があった部分に鋳湯が入り
込み、隔壁４を形成できる。

【００２４】この場合、溶かし出したワックスを再利用
できる利点がある。また消失模型１６は鋳造前に除去す
るので、予め芯金（図示せず）を内蔵した消失模型１６
を使用することもできる。こうすると消失模型１６の強
度を向上でき、中子本体１２における隔壁相当部分の形
状を正確に出すことができる。また鋳造前に芯金を取り
除けるのでこれが鋳込まれることも防止できる。

【００２５】なお、本発明の実施の形態は上述のものに
限られない。本発明はガソリンエンジン、ディーゼルエ
ンジン等あらゆるエンジンのシリンダヘッドに適用で
き、上下二段にウォータジャケットを有さない通常のシ
リンダヘッドにも適用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、分割中子
を用いたことによるバリ発生を防止し、一体中子を使用
して連通穴の通路面積を設計値通り確保できるという、
優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の中子製造型を示す縦断面図であ
る。

【図２】本実施形態のヘッド鋳造時の様子を示す縦断面
図である。

【図３】本発明に係る他の中子を示す縦断面図である。

【図４】従来のヘッド鋳造時の様子を示す縦断面図であ
る。

【図５】従来のシリンダヘッドを示す縦断面図である。

【図６】隔壁の一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ 上部ウォータジャケット ３ 下部ウォータジャケット ４ 隔壁 ５ 連通穴 ９ 中子製造型 １２ 中子本体 １６ 消失模型 ２２ 中子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間部に括れ部を有する一体の中子本体
   と、その括れ部の周囲の隙間を埋めるよう上記中子本体
   に一体化された消失模型とを備えたことを特徴とする鋳
   造用中子。
2. 【請求項２】 隔壁で仕切られた上下二段のウォータジ
   ャケットと、これらウォータジャケットを連通すべく上
   記隔壁に設けられた連通穴とを備えたシリンダヘッドを
   鋳造するに際し、上記上下のウォータジャケット及び上
   記連通穴の形成のために用いられる中子の製造方法であ
   って、 中子製造型内に、上記隔壁に相当する形状を有した消失
   模型を保持し、この状態で上記中子製造型内に中子材料
   を充填し、上記消失模型が一体となった中子を製造する
   ことを特徴とするシリンダヘッド鋳造用中子の製造方
   法。
3. 【請求項３】 上記消失模型が、中子製造後シリンダヘ
   ッド鋳造前に予め消失処理されるものである請求項２記
   載のシリンダヘッド鋳造用中子の製造方法。
4. 【請求項４】 上記消失模型に芯金が予め内蔵されてい
   る請求項３記載のシリンダヘッド鋳造用中子の製造方
   法。