JP2011177726A

JP2011177726A - シリンダヘッドの鋳造方法

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Publication number: JP2011177726A
Application number: JP2010042286A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Michihiro; 和也道廣
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP5545822B2

Abstract

【課題】鋳造時、ウォータージャケット中子から発生するガスの排出効率を高めつつ、鋳型に設けたガス排出用の孔に溶湯が侵入する事態を防止することができ、かつ量産性に優れたシリンダヘッドの鋳造方法を提供する。
【解決手段】上型１と下型とを有する鋳型の内部にオイルジャケット中子５とウォータージャケット中子７を積層配置した状態で低圧鋳造を行うに際し、オイルジャケット中子５の、ウォータージャケット中子７と最も近接する部分に、上下何れか一方に向けて開口する凹部１１を設ける。そして、上型１と下型の何れか一方には、一端が凹部１１の形成部分に向けて開口し、他端が鋳型の外部と連通する連通孔１２を設ける。この場合、凹部１１の底部５ｃを、鋳造時にウォータージャケット中子７に発生するガスを上型１に向けて通過させ得る程度の厚みに設定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダヘッドの鋳造方法に関し、特に、鋳造時にウォータージャケット中子に発生するガスを鋳型の外部に排出する技術に関する。

エンジン部品であるシリンダヘッドの製造は、例えば低圧鋳造法などで、鋳型内にオイルジャケット中子やウォータージャケット中子を所定の順序で積層配置した状態で注湯することにより行われている。このとき用いられる中子には、オイルジャケットやウォータージャケットが複雑な形状を有する点に鑑みて、通常、シェル砂をバインダとなる樹脂で結束させて造型した、いわゆる崩壊性中子が採用されている。そのため、鋳造時には、溶湯の熱により中子に含まれる水分やバインダとなる樹脂が気化し、ガスを生じる。

この種のガス、特に、周囲を溶湯で囲まれたウォータージャケット中子から発生するガスは、溶湯内で気泡となって残存することで鋳造欠陥を形成する要因となる。そのため、発生したガスを鋳型の外部に逃がすための対策が講じられている。この対策の一例として、下記特許文献１には、鋳型内に積層配置したウォータージャケット中子の幅木部にガス吸引通路を設け、この吸引通路を介して、ウォータージャケット中子に発生したガスを真空吸引することで、上記ガスを鋳型外部へ排出する方法が開示されている。

特開平５−１４６８６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のように、ウォータージャケット中子から発生するガスを当該中子の幅木部から吸引するだけでは、複雑な形状を有するウォータージャケット中子の内部に発生したガス、特に周囲を溶湯で囲まれるウォータージャケット中子の中央部に生じたガスを有効に排出することは難しい。また、吸引装置によりガス吸引作業を制御するとなると、その設備や制御も煩雑となる。

そこで、例えば図４に示すように、オイルジャケット中子５５の、ウォータージャケット中子５７との間に僅かな隙間５６を形成する部分に貫通孔５２を設けると共に、上型５１の、オイルジャケット中子５５に設けた貫通孔５２の近傍（この図では型締め方向に対峙する位置）に、上型５１（鋳型）の外部と連通するガス抜き孔５３を設けることで、鋳造時、ウォータージャケット中子５７に発生したガスを、貫通孔５２およびガス抜き孔５３を介して鋳型の外部に排出する、簡便なガス抜き構造が考えられる。

しかしながら、上記構成を採用する場合には、キャビティ５４内に注湯された溶湯Ｍがウォータージャケット中子５７とオイルジャケット中子５５との隙間５６に侵入した際、この溶湯Ｍがガスと共に、オイルジャケット中子５５に設けた貫通孔５２を介して上型５１のガス抜き孔５３に入り込む恐れがある。この溶湯Ｍの侵入を防止するためには、例えば図５に示すように、上型５１のガス抜き孔５３にベント５８を設ける必要が生じるが、このようにすると、今度はベント５８内部の孔（スリット５８ａ）が溶湯Ｍで塞がれることになる。そのため、頻繁にベント５８を交換する手間やコストがかかり、実用性（量産性）に乏しいという問題が残っていた。

以上の事情に鑑み、鋳造時、ウォータージャケット中子から発生するガスの排出効率を高めつつ、鋳型に設けたガス排出用の孔に溶湯が侵入する事態を防止することができ、かつ量産性に優れたシリンダヘッドの鋳造方法を提供することを、本発明により解決すべき技術的課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るシリンダヘッドの鋳造方法により達成される。すなわち、この鋳造方法は、上型と下型とを有する鋳型の内部にオイルジャケット中子とウォータージャケット中子とを積層配置した状態で注湯を行うシリンダヘッドの鋳造方法において、オイルジャケット中子の、ウォータージャケット中子と最も近接し又は当接する部分には、上下何れか一方に向けて開口する凹部が設けられ、上型と下型の何れか一方には、一端が凹部の形成部分に向けて開口し、他端が鋳型の外部と連通する連通孔が設けられ、凹部の底部は、鋳造時にウォータージャケット中子に発生するガスを通過させ得る程度の厚みに設定されている点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「鋳造時にウォータージャケット中子に発生するガスを通過させ得る」とは、注湯によりウォータージャケット中子に発生するガスを、鋳造作業の間に相当量通過させることができる、との意味であり、ウォータージャケット中子内に生じたガスの全体量に比べて僅かなガスの通過（漏れ）を許容することまでを含む意ではない。また、「最も近接し又は当接する部分」は、鋳型内部に積層配置された部分の範囲内を意味し、中子をキャビティ内の所定位置に配置するための幅木部は当然に上記範囲には含まれない。

この種の製品（シリンダヘッド）の鋳造に用いられる中子は、既述のように、砂状体を適当なバインダ（樹脂）で結束して所定の形状に造型したものを採用していることから、いわゆる多孔質構造をなし、一定の通気性を有する。また、ウォータージャケット中子は、周囲を溶湯で囲まれた状態で鋳造品と一体に成形されることから、鋳造後の砂抜きのために、本来であれば近づけることのないオイルジャケット中子とウォータージャケット中子との間に、あえて近接し又は当接する部分を設けることがある。本発明は、これらの点に着目してなされたものであり、オイルジャケット中子の、ウォータージャケット中子と最も近接し又は当接する部分に凹部を設けると共に、上型と下型の何れか一方には、他端が鋳型の外部と連通する、いわゆるガス抜きのための連通孔を設けたことを特徴とする。このように構成することで、オイルジャケット中子に設けた凹部の底部を、凹部の周囲の肉厚に比べて、ガスの通過を許容する程度に薄肉化できる。また、これら凹部の底部をガスが通過する向きの延長線上に連通孔を配置できる。そのため、金型および中子が上記の形態を取る場合に、さらに、凹部の底部をガスが通過し得る程度の厚みとして鋳造を行うことにより、鋳造時、ウォータージャケット中子に発生したガスは、双方の中子が最も近接し又は当接する部分、そして凹部の底部を通過して、そのまま上下一方の金型に設けた連通孔に至る。よって、図４に示すように、ウォータージャケット中子に発生したガスを、当該ジャケットの中央部に発生したガスについても鋳型の外部に有効に排出することができる。また、上記ガスがオイルジャケット中子に設けた凹部の底部を通過するようにしたので、仮にオイルジャケット中子とウォータージャケット中子とが最も近接する部分における両中子間の隙間に溶湯が侵入した場合であっても、侵入した溶湯を凹部から遮断して、連通孔への溶湯の入り込みを確実に防止することができる。そのためベント（図５を参照）を設ける必要もなく、部品交換の手間もかからない。

この場合、例えば凹部を連通孔に向けて開口すると共に、凹部の底部をウォータージャケット中子と最も近接させ又は当接させるようにしてもよい。このようにすることで、オイルジャケット中子に発生したガスについても、凹部の内側面を介して凹部内の空間に集まり易くなる。そのため、ウォータージャケット中子に発生するガスだけでなく、オイルジャケット中子に発生するガスについても効率よく鋳型の外に排出することができる。

以上のように、本発明に係るシリンダヘッドの鋳造方法によれば、鋳造時、ウォータージャケット中子から発生するガスの排出効率を高めつつ、鋳型に設けたガス排出用の孔に溶湯が侵入する事態を防止することができ、かつその量産性を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る鋳造装置の断面図である。図１に示す鋳造装置のＡ−Ａ断面図であって、鋳型内部のガス抜き構造を示す鋳造装置の要部拡大断面図である。図１に示すオイルジャケット中子を矢印Ｂの方向から見た平面図である。本発明の前提となる発明の内容を説明するための図であって、鋳型内部のガス抜き構造を示す鋳造装置の要部拡大断面図である。本発明の前提となる発明の内容を説明するための図であって、鋳型内部のガス抜き構造を示す鋳造装置の要部拡大断面図である。

以下、本発明に係るシリンダヘッドの鋳造方法の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、低圧鋳造によりシリンダヘッドを鋳造する場合を例にとって説明する。

図１は、本実施形態に係る鋳造方法の概要を説明するための図であって、当該鋳造方法に用いる鋳造装置（低圧鋳造装置）の要部断面図を示している。ここで、図１中の左右方向は、鋳造品となるシリンダヘッドの長手方向に一致している。同図に示すように、この鋳造装置は、上型１および下型２を有する鋳型３と、鋳型３（上型１と下型２）の型締めにより鋳型３内部に形成されるキャビティ４と、鋳型３内部に所定の順序で積層配置されるオイルジャケット中子５およびウォータージャケット中子７と、下型２に設けた注湯口８（この図では２ヶ所）と、一端を注湯口８に接続し、他端を図示しない溶湯貯溜部に挿通配置されたストーク部９とを備える。

次に、オイルジャケット中子５およびウォータージャケット中子７の配置態様について述べる。図１に示すように、オイルジャケット中子５は、ウォータージャケット中子７よりも上型１に近接させた状態で鋳型３内に設置されている。ここで、オイルジャケット中子は、シリンダヘッドのスパークプラグ挿通側に対応している。また、オイルジャケット中子５と、ウォータージャケット中子７には、それぞれ長手方向両端部に幅木部５ａ，７ａが一体に設けられている。そして、これら幅木部５ａ，７ａを相互に重ね合わせた状態で２枚の中子５，７を一体的に下型２上に載置してから、上型１を下降させ、相互に重ね合わせた幅木部５ａ，７ａを上型１と下型２とで挟持することで、２枚の中子５，７が鋳型３内に位置決めされた状態で保持され、これにより、所定形状（シリンダヘッドの実肉部に準じた形状）のキャビティ４が形成されるようになっている。

図２は、図１に示す鋳造装置のＡ−Ａ断面図であって、鋳型３内部のガス抜き構造を拡大して示している。図２に示すように、オイルジャケット中子５よりも上型１から離れた位置に配置されるウォータージャケット中子７には、その厚み方向の上型１側に向けて突出する突出部７ｂが設けられている。また、オイルジャケット中子５の下面には、突出部７ｂを受けるための受け部５ｂが周囲から一段窪んだ形で設けられており、オイルジャケット５とウォータージャケット中子７を重ね合わせて鋳型３内に設置した状態では、突出部７ｂと受け部５ｂとが相互に嵌り合うようになっている。この場合、突出部７ｂと受け部５ｂとは、オイルジャケット中子５とウォータージャケット中子７との間で最も近接し又は当接した部分を形成する。突出部７ｂは、例えば鋳造後の砂抜き用に設けられたものであって、略柱状をなしている。そして、この実施形態では、図３に示すように、オイルジャケット中子５の、スパークプラグ挿通孔に対応する部位５ｄ，５ｄ（スパークプラグ挿通孔は上型１に設けたピン部で成形される）の間に受け部５ｂが設けられ、この受け部５ｂと突出部７ｂとの間に、上記最も近接した部分としての隙間１０が形成されている（図２を参照）。この隙間１０は、後述するように、キャビティ４内に注湯された溶湯が侵入しない程度の大きさに設定されているのが好ましい。

オイルジャケット中子５の受け部５ｂには、鋳型３の上下何れか一方に向けて開口する凹部１１が設けられている。この実施形態では、凹部１１は上型１に向けて開口した形態を呈しており、受け部５ｂと中心軸を同一にして有底円筒状に形成されている（図２および図３を参照）。そのため、凹部１１の底部５ｃは、オイルジャケット中子５の一部として受け部５ｂの最下部を構成しており、その下面は、受け部５ｂの下面（突出部７ｂとの間に隙間１０を形成している面）と同一平面にある。

また、底部５ｃの厚みは、鋳造時にウォータージャケット中子７に発生するガスを上型１に向けて通過させ得る程度の厚みに設定されている。この結果、底部５ｃは、オイルジャケット中子５のうち最も薄肉の部分となっている。具体例を示すと、オイルジャケット中子５の組成が、粒状体：珪砂（平均粒径φ０．３ｍｍ）、バインダ：フェノール樹脂、である場合、底部５ｃは、厚さ１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に設定される。

上型１の、凹部１１と型締め方向に対峙する位置には、一端を凹部１１に向けて開口し、他端を鋳型３の外部と連通してなる連通孔１２が形成されている。この実施形態では、図２に示すように、凹部１１と中心軸を同一にした状態で、上型１を上下に貫通する向きに形成されている。なお、図２を見る限り、上型１とオイルジャケット中子５との間に所定の隙間１３が存在するが、当然ながら、この隙間１３に溶湯が侵入することはない。

以上の構成を有するオイルジャケット中子５およびウォータージャケット中子７を鋳型３内に設置し、型締めすることでキャビティ４を形成する。そして、図示しない圧力調整手段（加圧手段、あるいは減圧手段）を用いて、キャビティ４内の圧力に対する溶湯貯溜部内の圧力を相対的に高めることで、溶湯貯溜部に接続されたストーク部９、および注湯口８を介して、キャビティ４内に溶湯が供給される（図１を参照）。これにより、溶湯がキャビティ４内に設置されたウォータージャケット中子７の周囲に充填され、ウォータージャケット中子７が加熱されることで、ウォータージャケット中子７のバインダとなる上記樹脂が気化し、あるいは内部の水分が蒸発する。これらウォータージャケット中子７から発生したガスの圧力が、周囲の溶湯の液圧を上回ると、上記ガスが気泡となって溶湯中に放出される事態を招来するおそれがある。

ここで、この鋳造装置においては、上記ガスが発生したウォータージャケット中子７に突出部７ｂを設けると共に、この突出部７ｂと最小距離で近接する受け部５ｂをオイルジャケット中子５に設け、かつ、この受け部５ｂに、上型１に向けて開口する凹部１１を形成してその底部５ｃの厚みを、上記ガスが上型１に向けて通過し得る程度の大きさに設定している。そのため、ウォータージャケット中子７内に発生した上記ガスは、溶湯内に比べて流動に要する圧力が小さくて済む受け部５ｂの底部５ｃに向けて優先的に流動する。また、上型１の、凹部１１と型締め方向に対峙する位置には、一端を凹部１１に向けて開口し、他端を鋳型３の外部に連通した連通孔１２を設けているので、底部５ｃに流れ込んだ上記ガスは、相対的に気圧の低い連通孔１２に向けて底部５ｃを通過し、さらに凹部１１も通過して連通孔１２へと流れ込むようになっている。これにより、ウォータージャケット中子７に発生したガスを溶湯中に放出することなく、鋳型３の外部へ排出することができるので、溶湯内に残存したガスが巣などの鋳造欠陥を生じる事態を回避して鋳造品質を高めることができる。特に、この実施形態では、凹部１１を、オイルジャケット中子５のうち、スパークプラグ挿通孔に対応する部位５ｄ，５ｄ間に設けるようにしたので（図３を参照）、この凹部１１が設けられた受け部５ｂと嵌り合うウォータージャケット中子７の突出部７ｂを、当該ウォータージャケット中子７の略中央部に配設することができる。よって、ウォータージャケット中子７内部に発生したガスの多くを効率よく（底部５ｃ、凹部１１、および連通孔１２を介して）鋳型３の外部に排出することが可能になる。また、この実施形態では、凹部１１を上型１に向けて開口し、また有底円筒状に形成したので、オイルジャケット中子５内部に発生したガスについても凹部１１に効果的に吸い寄せて、連通孔１２を介して鋳型３の外部に排出することができる。

また、連通孔１２とつながる凹部１１の底部５ｃは、図２をみれば分るように、オイルジャケット中子５の受け部５ｂとウォータージャケット中子７の突出部７ｂとの隙間１０と、凹部１１とを仕切った格好となっている。そのため、キャビティ４とつながる隙間１０は、上述のように、溶湯が侵入しない程度に小さくすることが好ましいが、もし何らかの事情でこの隙間１０に溶湯が侵入してきた場合においても、当該侵入してきた溶湯を凹部１１から確実に遮断して、連通孔１２へ溶湯が付着する事態を防止することができる。

以上、本発明に係るシリンダヘッドの鋳造方法の一実施形態を説明したが、この鋳造方法は、もちろん上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では、凹部１１を上型１に向けて開口した形態を例示したが、これとは逆に、ウォータージャケット中子７に向けて開口した形態をとることもできる（図示は省略）。この場合、凹部１１の底部５ｃが、ウォータージャケット中子７に発生したガスを上型１に向けて通過させ得る程度の厚みに設定されていれば、上記実施形態の場合と同様の作用効果（ガス抜き作用、溶湯の連通孔１２への侵入防止作用）を奏し得る。また、凹部１１の底部５ｃは、上記のように受け部５ｂの厚み方向一端部に設けてもよく、厚み方向の中間部に設けるようにしてもよい。この場合、図示は省略するが、底部５ｃを共有する２つの凹部１１，１１を上型１とウォータージャケット中子７とにそれぞれ開口するように形成してもよい。

また、凹部１１の形成位置についても、特に上記の位置に限定される必要はない。例えばバルブ挿通孔に対応する部位など、一部の例外（シリンダヘッドの機能上、形状を変更できない部分）を除いて、オイルジャケット中子５の任意の平面位置に凹部１１を形成することができる。要は、ウォータージャケット中子７との間で最も近接し又は当接する部分であれば、凹部１１を形成することができる。

また、上記以外の事項についても、本発明の技術的意義を没却しない限りにおいて他の具体的形態を採り得ることはもちろんである。

１上型
２下型
３鋳型
４キャビティ
５オイルジャケット中子
５ａ，７ａ幅木部
５ｂ受け部
５ｃ底部
５ｄ，５ｄスパークプラグ挿通孔に対応する部位
７ウォータージャケット中子
７ｂ突出部
８注湯口
９ストーク部
１０隙間
１１凹部
１２連通孔
１３隙間
５１上型
５２貫通孔
５３孔
５４キャビティ
５５オイルジャケット中子
５６隙間
５７ウォータージャケット中子
５８ベント
５８ａスリット
Ｍ溶湯

Claims

上型と下型とを有する鋳型の内部にオイルジャケット中子とウォータージャケット中子とを積層配置した状態で注湯を行うシリンダヘッドの鋳造方法において、
前記オイルジャケット中子の、前記ウォータージャケット中子と最も近接し又は当接する部分には、上下何れか一方に向けて開口する凹部が設けられ、
前記上型と下型の何れか一方には、一端が前記凹部の形成部分に向けて開口し、他端が前記鋳型の外部と連通する連通孔が設けられ、
前記凹部の底部は、鋳造時に前記ウォータージャケット中子に発生するガスを通過させ得る程度の厚みに設定されていることを特徴とするシリンダヘッドの鋳造方法。
前記凹部は前記連通孔に向けて開口し、前記凹部の底部は前記ウォータージャケット中子と最も近接し又は当接する請求項１に記載のシリンダヘッドの鋳造方法。