JP2008221295A

JP2008221295A - パイプの鋳包み方法

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Publication number: JP2008221295A
Application number: JP2007064963A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Nishida; 雅文西田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】簡単な構成で、接合強度が良好な状態でパイプを製品に鋳包むことができる方法を提供する。
【解決手段】金型１のキャビティ２内にパイプ３を配置して、キャビティ２内のパイプ外部に溶融金属を注湯することによりパイプ３を鋳包む方法であって、有機粘結剤がコーティングされてなる砂４をパイプ内に充填する充填工程Ｓ１と、パイプ３内に充填された砂４の有機粘結剤を燃焼させる燃焼工程Ｓ２と、金型１内にパイプ３を配置する配置工程Ｓ３と、キャビティ２に溶融金属を注湯してパイプ３が鋳包まれた製品を成形する注湯工程Ｓ４と、金型１内から取り出された製品のパイプ３内から砂４を排出する排出工程Ｓ５と、を含んでいる。そして、充填工程Ｓ１と、燃焼工程Ｓ２と、配置工程Ｓ３と、注湯工程Ｓ４と、排出工程Ｓ５とを順次行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、パイプの鋳包み方法に関し、特に、金型のキャビティ内にパイプを配置して、キャビティ内のパイプ外部に溶融金属を注湯することによりパイプを鋳包む方法に関するものである。

例えば内燃機関のシリンダブロックにおいては、ダイカスト法により成形されている。そして、シリンダブロックには、冷却媒体を流通させるための通路が形成されている。このようなシリンダブロックを製造するためには、一般に、ダイカスト法によりシリンダブロックを成形した後に、通路を機械加工により穿孔していた。

また、このようなシリンダブロックを製造するために、中空体であるパイプを鋳包むことが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、金型内部に熱媒体通路を設け、該熱媒体通路と被鋳ぐるみ材である中空体の内部とを互いに連通し、上記熱媒体通路、上記中空体内部の順で熱媒体を流通させることにより、上記金型と上記中空体との間で熱交換させるようにしたこと、そして、熱媒体が気体であることなどを特徴とする中空体の鋳ぐるみ方法が開示されている。

そして、特許文献１には、中空体としてのパイプ材をアルミ溶湯で鋳ぐるむ際には、予め前工程で予熱工程を設けると、パイプ材とアルミ溶湯との濡れ性及び溶着性が向上し、界面の剥離を防止することができるなどと記載されている（０００２）。さらに、特許文献１には、熱媒体により、金型から熱を奪って金型を冷却できる一方、その奪った熱を中空体に付与し、中空体を加熱できる。などと記載されている（０００８）。

特開平１１‐１９７８１７号公報

上記特許文献１にあっては、金型内部に設けられた熱媒体通路と中空体の内部とを互いに連通して、熱媒体通路、中空体内部の順で熱媒体を流通させることにより、金型と中空体との間で熱交換させるようにしたものであるため、金型から奪った熱が中空体内部の熱媒体通路と接続された側には充分に熱を付与することができても、中空体の下流側では既に熱媒体通路と接続された側で熱を付与しているために温度が次第に低下し、中空体の下流側では充分に熱を付与することができず、部分によって温度が異なり、中空体を均等に加熱することができないという問題があった。

さらに、特許文献１にあっては、中空体の内部に気体の熱媒体を流通させるため、型内に充填される溶湯の圧力で中空体が潰れたり変形するなどの問題もあった。そして、この問題を解決するために、中空体の内部に単に砂などの粒状物を充填することが考えられるが、この場合には粒状物が熱媒体通路からの熱媒体の流通を阻害し、金型と中空体との間で熱交換を行えなくなるという問題が発生する。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、接合強度が良好な状態でパイプを製品に鋳包むことができる方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のパイプの鋳包み方法に係る発明は、金型のキャビティ内にパイプを配置して、キャビティ内のパイプ外部に溶融金属を注湯することによりパイプを鋳包む方法であって、有機粘結剤がコーティングされてなる砂をパイプ内に充填する充填工程と、パイプ内に充填された砂の有機粘結剤を燃焼させる燃焼工程と、金型内にパイプを配置する配置工程と、キャビティに溶融金属を注湯してパイプが鋳包まれた製品を成形する注湯工程と、金型内から取り出された製品のパイプ内から砂を排出する排出工程と、を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、パイプ内に充填された砂の有機粘結剤を燃焼させる燃焼工程を行うことにより、パイプ全体が均一に温度上昇し、しかも、その内部に砂が充填されているために、キャビティに注湯される溶融金属の圧力などでパイプが変形することなく、キャビティに注湯された溶融金属がパイプをその表面と密着した状態で鋳包むことができる方法を提供することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当する。

（１）金型のキャビティ内にパイプを配置して、キャビティ内のパイプ外部に溶融金属を注湯することによりパイプを鋳包む方法であって、
有機粘結剤がコーティングされてなる砂をパイプ内に充填する充填工程と、
パイプ内の温度を上昇させてパイプ内に充填された砂の有機粘結剤を燃焼させる燃焼工程と、
金型内にパイプを配置する配置工程と、
キャビティに溶融金属を注湯してパイプが鋳包まれた製品を成形する注湯工程と、
金型内から取り出された製品のパイプ内から砂を排出する排出工程と、
を含むことを特徴とするパイプの鋳包み方法。

（１）項のパイプの鋳包み方法では、有機粘結剤がコーティングされてなる砂をパイプ内に充填し、パイプ内の温度を上昇させてパイプ内に充填された砂の有機粘結剤を燃焼させることにより、パイプ全体が均一に温度上昇し、しかも、その内部に砂が充填されているために、キャビティに溶融金属を注湯する圧力などでパイプが変形することなく、キャビティに注湯された溶融金属でパイプをその表面と密着した状態で鋳包むこととなる。

（２）充填工程の後に燃焼工程を行い、その後、配置工程と注湯工程と排出工程とを順次行うことを特徴とする（１）に記載のパイプの鋳包み方法。

（２）項のパイプの鋳包み方法では、（１）項に記載の発明において、充填工程と、燃焼工程と、配置工程と、注湯工程と、排出工程とを順次行うことにより、パイプを容易に加熱させた状態で金型内に配置して注湯工程以降を行うことができる。

（３）充填工程の後に配置工程を行い、その後、燃焼工程と注湯工程と排出工程とを順次行うことを特徴とする（１）に記載のパイプの鋳包み方法。

（３）項のパイプの鋳包み方法では、（１）項に記載の発明において、充填工程と、配置工程と、燃焼工程と、注湯工程と、排出工程とを順次行うことにより、金型内にパイプを確実に配置してから内部に充填された砂の有機粘結剤を燃焼させてパイプを加熱させた状態で、溶融金属を注湯することができる。

本発明によるパイプの鋳包み方法の実施の一形態を、図１に基づいて詳細に説明する。なお、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明は、概略、金型１のキャビティ２内にパイプ３を配置して、キャビティ２内のパイプ外部に溶融金属を注湯することによりパイプ３を鋳包む方法であって、有機粘結剤がコーティングされてなる砂４をパイプ内に充填する充填工程Ｓ１と、パイプ３内に充填された砂４の有機粘結剤を燃焼させる燃焼工程Ｓ２と、金型１内にパイプ３を配置する配置工程Ｓ３と、キャビティ２に溶融金属を注湯してパイプ３が鋳包まれた製品を成形する注湯工程Ｓ４と、金型１内から取り出された製品のパイプ３内から砂４を排出する排出工程Ｓ５と、を含んでいる。そして、この実施の形態においては、充填工程Ｓ１と、燃焼工程Ｓ２と、配置工程Ｓ３と、注湯工程Ｓ４と、排出工程Ｓ５とを順次行うものである。

最初に、本発明に使用されるダイカストマシンについて説明する。ダイカストマシンは、型締めされることにより内部に所定形状のキャビティ２を形成する固定型１０および可動型１１と、キャビティ２内に溶融金属を所定の圧力で充填するプランジャ装置５とを備えている。この実施の形態では、図１に示した鎖線Ｃから下方に示すように、可動型１１には、内部に有機粘結剤がコーティングされてなる砂４を充填されたパイプ３の一端を位置決めする巾木１２が形成されている。プランジャ装置５は、固定型１０に設けられたプランジャスリーブ５０と、このプランジャスリーブ５０内に嵌挿されプランジャロッド５１の先端に取付けられたプランジャチップ５２とを備えてなるもので、プランジャスリーブ５０内に所定量の溶融金属を供給して、プランジャチップ５２を図１の左方へ前進移動させることにより、プランジャスリーブ５０内の溶融金属をキャビティ２内に射出充填する。

このように構成されたダイカストマシンを用いてパイプ３が鋳包まれた製品を成形するにあたり、鋳包まれるパイプ３は、例えば、肉厚が１．５ｍｍ、外径が７ｍｍで、材質がキャビティ２内に注湯される溶融金属と同じアルミ合金のものが用意される。そして、有機粘結剤がコーティングされてなる砂４として、例えばフェノール樹脂３％（重量比）をコーティングしたシェルモールド用砂を鋳包むパイプ３内に充填する（充填工程Ｓ１）。そして、このパイプ３の一端から約３００℃の熱風を所定時間（数秒間）吹き込み（燃焼工程Ｓ２）、有機粘結剤が燃焼したことによる発熱を例えば６０秒後に確認する。パイプ３の温度は、砂４にコーティングされた有機粘結剤の燃焼により、例えば４５０℃程度に上昇する。この状態で、可動型１１の巾木１２にパイプ３の一端を差し込み、可動型１１を固定型１０に近接移動させて型締する（配置工程Ｓ３）。ダイカストマシンは、例えば、８００tonの型締め力を有している。このとき、プランジャ装置５のチップは注湯口５０ａよりも後方に後退した状態とされており、注湯口５０ａからはとりべなどにより、溶融金属として例えば６２０℃のアルミ合金がプランジャスリーブ５０内に給湯されている。そして、プランジャチップ５２を前進移動させて射出速度２ｍ／ｓでキャビティ２内に射出充填して（注湯工程Ｓ４）、５０ＭＰａの鋳造圧をかけて２分間維持する。溶融金属が固化すると、その内部にパイプ３が鋳包まれた製品が成形されることとなる。その後、可動型１１を固定型１０から離間させて型開きし製品を取り出して、加振するなどしてパイプ３内の燃焼済みのシェルモールド用砂４を排出する（排出工程Ｓ５）。この実施の形態では、パイプ３内のシェルモールド用砂４を燃焼させるために、金型１の外でパイプ３内に熱風を容易に吹き込むことができる。そして、パイプ３内に充填された砂４にコーティングされた有機粘結剤を燃焼させるので、パイプ３が均一に加熱され、また、プランジャ装置５により射出充填される溶融金属の圧力によってパイプ３が変形することがない。

次に、本発明の別の実施の形態を、図１に示した鎖線Ｃから上方に示したように構成されたダイカストマシンを使用する場合により説明する。なお、この実施の形態においては、上述した実施の形態と同様または相当する部分いついては同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみについて説明することとする。パイプ３の肉厚、外径、材質、シェルモールド砂４の有機粘結剤の材質、パイプ３内に熱風を吹き込む温度、時間、パイプ３の上昇温度、ダイカストマシンの型締め力、プランジャスリーブ５０内に給湯される溶融金属の温度、プランジャ装置５による溶融金属の射出速度、、鋳造圧とその維持する時間など、この実施の形態における成形条件は、上述した実施の形態と同様である。

この実施の形態で使用される固定型１０および可動型１１には、内部に配置されるパイプ３の端部と接合される通路１４、１５がそれぞれ形成されている。この実施の形態では、可動型１１に形成された通路１５に所定の温度の熱風を吹き込まれ、固定型１０に形成された通路１４から燃焼ガスが排気されるよう構成されている。

上述した第１の実施の形態では、パイプ３内のシェルモールド用砂４を燃焼させるために、金型１の外でパイプ３内に熱風を容易に吹き込み、その後、金型１内にパイプ３を配置するのに対して、この実施の形態では、有機粘結剤がコーティングされてなる砂４が充填された充填工程Ｓ１後のパイプ３の一端を可動型１１の巾木１２に差し込み、型締する（配置工程Ｓ３）。パイプ３の一端は巾木１２に僅かに突出するように設けられた通路を形成する管路１５が内嵌されることにより接続され、他端は固定型１０のキャビティ２面に僅かに突出するように設けられた通路を形成する管路１４が内嵌されることにより接続される。そして、可動型１１の管路１５から所定の温度の熱風を吹き込んでシェルモールド砂４のコーティングされた有機粘結剤を燃焼させ（燃焼工程Ｓ２）、有機粘結剤が燃焼したことにより所定温度に達したことを確認したら、プランジャ装置５によって溶融金属をキャビティ２内に射出充填し（注湯工程Ｓ４）、鋳造圧をかけた状態で維持して、パイプ３が鋳包まれた製品を成形する。その後、可動型１１を固定型１０から離間させて型開きし製品を取り出して、加振するなどしてパイプ３内の燃焼済みのシェルモールド用砂４を排出する（排出工程Ｓ５）。この実施の形態では、パイプ３内のシェルモールド用砂４を燃焼させるために、金型１の内に配置した状態でパイプ３内に熱風を容易に且つ確実に吹き込むことができる。そして、パイプ３内に充填されたシェルモールド砂４にコーティングされた有機粘結剤を燃焼させるので、パイプ３が均一に加熱され、また、プランジャ装置５により射出充填される溶融金属の圧力によってパイプ３が変形することがない。

図２は、本発明によってパイプ３内に充填されたシェルモールド砂４の有機粘結剤を燃焼させることによりパイプ３を所定温度に加熱した状態で溶融金属をその周囲に射出充填した場合のパイプ３とこれを鋳包んだ金属６との界面を示した顕微鏡写真であり、図３は、従来の技術によって熱交換などによりパイプを加熱した場合のパイプ３’とこれを鋳包んだ金属６’との界面を示した顕微鏡写真である。図３に示すように、従来の技術によって熱交換などによりパイプ３’を加熱した場合には、パイプ３’の外面とその周囲に射出充填され固化した金属６’との界面には隙間などの成形不良Ｆが発生した。これに対して、図２から明確なように、本発明によりパイプ３の外面とその周囲に射出充填され固化した金属６との界面は良好で強固に接合されており、図３に示したような隙間Ｆなどの成形不良が発生しなかった。

本発明に使用されるダイカストマシンの一実施の形態における要部を概略で示した断面図である。本発明によりパイプを鋳包んだ金属の界面を示した顕微鏡写真である。従来の技術によりパイプを鋳包んだ金属の界面を示した顕微鏡写真である。

符号の説明

１：金型、２：キャビティ、３：パイプ、４：シェルモールド砂、５：プランジャ装置

Claims

金型のキャビティ内にパイプを配置して、キャビティ内のパイプ外部に溶融金属を注湯することによりパイプを鋳包む方法であって、
有機粘結剤がコーティングされてなる砂をパイプ内に充填する充填工程と、
パイプ内に充填された砂の有機粘結剤を燃焼させる燃焼工程と、
金型内にパイプを配置する配置工程と、
キャビティに溶融金属を注湯してパイプが鋳包まれた製品を成形する注湯工程と、
金型内から取り出された製品のパイプ内から砂を排出する排出工程と、
を含むことを特徴とするパイプの鋳包み方法。