JP2012020320A

JP2012020320A - 分割中子

Info

Publication number: JP2012020320A
Application number: JP2010160651A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Mizumura; 雄一水村; Hikotaro Suzuki; 彦太郎鈴木; Masaya Nomura; 雅也野村
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】水の消費量が少なく、かつ、短時間で水溶性中子を除去することができる分割中子を得る。
【解決手段】本発明は、４サイクルエンジン用のシリンダヘッドのダイカスト鋳造において、ダイカスト金型１５内に配置される分割中子２１、２２であって、非水溶中子３５、５２と水溶性中子３４、５１とを組み合わせて形成され、非水溶性中子３５、５２は、ダイカスト金型１５内に流し込まれる溶湯が最初にあたる部分に配置されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、水溶性中子を利用したダイカスト製法に用いられる分割中子に関し、特に、鋳造品（４サイクルエンジン用のシリンダヘッド）に埋め込まれた水溶性中子の崩壊を促進するための分割中子に関する。

従来、ダイカスト製法の鋳造において、複雑な内部形状を有する鋳造物を成形しようとする場合には、中子が使用される。このようなダイカスト製法に用いられる中子として、塩類等を用いて形成され、鋳造後に水に溶解させて鋳造品から除去される水溶性中子が開発されている(特許文献１〜３参照)。

上記した水溶性中子を用いてダイカスト鋳造を行う場合、特に高圧でダイカスト鋳造を行う場合には、鋳造時の溶湯の速度が速く、水溶性中子への衝撃力も大きいため、水溶性中子に高い強度が要求される。そこで、水溶性中子の高強度化が図られるが、水溶性中子の強度を高めると、鋳造品から水溶性中子を除去する際の水溶性中子の崩壊性が悪化してしまう。そこで、水溶性中子の崩壊を促進するために、種々の方法が考案されている。

例えば、水蒸気を噴霧したり温水浴内に浸漬させたりして水溶性中子を除去する方法(特許文献４参照)や、溶融塩中に浸漬させて流動可能な状態にしてから水溶性中子を除去する方法(特許文献５参照)や、水の気化爆発を利用して水溶性中子を除去する方法(特許文献６参照)や、高圧水にて水溶性中子を除去する方法（特許文献７参照)が考案されている。また、消石灰等のアルカリ土類を成分中に混合した水溶性中子を、水と接触させて膨潤させることで、水溶性中子の崩壊性を向上させる方法(特許文献８)も考案されている。

特開２００５−１３１６６４号公報特開２００７−１４４４６０号公報特開２００７−２９６５６６号公報特開２００４−２９１０１７号公報特開２００５−２６２２１６号公報特開２００６−３２６６１０号公報特開２００８−３６７０２号公報特開２００６−７２３４号公報

ところが、温水浴や水蒸気を用いる場合、塩中子を完全に除去するまでに時間がかかってしまう。また、高圧水を利用する場合は、その利用時間が長くなると電気消費量、排液量が増大するという問題がある。一方、塩中子崩壊後の排水から水分を除去し回収された塩を中子に再利用することも試みられているが(特許文献５参照)、水の消費量が多くなると、塩を再利用する際にも処理に時間を要するという問題がある。さらに、水溶性中子にアルカリ土類を混合する方法では、水との接触面でのみ水溶性中子の崩壊が進むため、水溶性中子の溶解にかかる時間が長くなる。

そこで、本発明は、水の消費量が少なく、かつ、短時間で水溶性中子の除去が可能な分割中子を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の分割中子は、４サイクルエンジン用のシリンダヘッドのダイカスト鋳造において、ダイカスト金型内に配置される分割中子であって、非水溶中子と水溶性中子とを組み合わせて形成され、前記非水溶性中子は、前記ダイカスト金型内に流し込まれる溶湯が最初にあたる部分に配置されることを特徴とする。

また、前記分割中子は、前記シリンダヘッドの吸気開口から燃焼室に至るインテーク通路と対応する形状の第１分割中子と、前記シリンダヘッドの前記燃焼室から排気開口に至るエキゾースト通路と対応する形状の第２分割中子と、であっても良い。

更にまた、前記非水溶性中子は、ダイカスト鋳造後に、前記水溶性中子と分離して前記シリンダヘッドから引き抜き可能な形状に形成されていても良い。

また、前記水溶性中子と前記非水溶性中子とは互いに嵌合可能に設けられ、前記水溶性中子と前記非水溶性中子とを嵌合させることにより、前記水溶性中子と前記非水溶性中子のうちの一方が他方に支持されるものであっても良い。

更にまた、前記非水溶性中子は、ダイカスト鋳造後に前記シリンダヘッドの周面から突出するように形成されているものであっても良い。

本発明の分割中子によれば、水の消費量が少なく、かつ、短時間で水溶性中子を除去することができる。

本発明の第１の実施形態に係る分割中子を備えた金型で鋳造されるシリンダヘッドの斜視図である。図１に点線で示す断面ラインにおける、シリンダヘッドの端面図である。本発明の第１の実施形態に係る分割中子を備えたダイカスト金型の断面図である。（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る分割中子の分解断面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る塩中子の上面付近を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係る分割中子を備えたダイカスト金型について、スライドコア、上型及び主型を取り外した状態を示す端面図である。本発明の第１の実施形態に係る分割中子を備えたダイカスト金型について、金属製中子を取り外した状態を示す端面図である。本発明の第１の実施形態に係る分割中子を備えたダイカスト金型について、塩中子の除去過程を示す端面図である。（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る分割中子の分解断面図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る塩中子の上面付近を示す側面図である。

＜第１の実施形態＞
まず、本発明の分割中子を備えたダイカスト金型の説明に先立って、このダイカスト金型で鋳造されるシリンダヘッド１の概要について、図１、図２を用いて説明する。以下、図１の左手前側の面を、シリンダヘッド１の正面とした場合について説明する。

シリンダヘッド１は、扁平な直方体形状を成しており、その前後左右の側面には、上下方向に複数段のフィン２が連設されている。シリンダヘッド１の左側面３の中央部から下部には吸気開口４が形成され、この吸気開口４が、シリンダヘッド１内の下部中央に設けられた燃焼室５と、インテーク通路６を介して連通している。このインテーク通路６の内側部分（図２では右側部分）には、下方に向かって湾曲する湾曲空間７が形成され、この湾曲空間７の下端には、吸気バルブ（図示せず）を当接させるための弁座部８が形成されている。

シリンダヘッド１の右側面９の中央部から下部には、内側に段差１９が設けられた排気開口１０が形成され、この排気開口１０が、燃焼室５とエキゾースト通路１１を介して連通している。このエキゾースト通路１１の内側部分（図２では左側部分）には、インテーク通路６と同様に、下方に向かって湾曲する湾曲空間７が形成され、この湾曲空間７の下端には、排気バルブ（図示せず）を当接させるための弁座部８が形成されている。

シリンダヘッド１の上面３６の中央には、カムシャフト（図示せず）を軸支するための係合溝１２が前後方向に３個設けられ、前側の係合溝１２と中央の係合溝１２の間には、各係合溝１２よりも深い湾曲凹部１３が形成されている。この湾曲凹部１３の左右両側には、下方に向かって内側に傾斜する形状の一対の挿通穴１４が、インテーク通路６及びエキゾースト通路１１の湾曲空間７と連通するように形成され、インテーク通路６と連通する挿通穴１４には吸気バルブ（図示せず）を、エキゾースト通路１１に連通する挿通穴１４には排気バルブ（図示せず）を、それぞれ挿通可能としている。

ダイカスト金型１５は、ダイカスト金型１５の底壁を成す平板状の主型１６と、この主型１６の上面に支持されてダイカスト金型１５の前後左右の周壁を成すスライドコア１７と、このスライドコア１７に支持されてダイカスト金型１５の上壁を成す上型１８と、主型１６、スライドコア１７及び上型１８によって形成されるキャビティ２０内に互いに左右対称に配置される分割中子としての第１分割中子２１及び第２分割中子２２と、から構成されている。以下、ダイカスト金型１５の各部材について、上下左右等の方向を示す語は、図３を基準として用いる。

主型１６には、シリンダヘッド１の底面に対応する形状の下方成形面２３が形成されており、この下方成形面２３の中央には、シリンダヘッド１の燃焼室５に対応する形状の中央突起２４が形成されている。この中央突起２４の周面には、外側に向けて下方に傾斜する形状の傾斜面２５が形成されており、傾斜面２５の左右には、一対の係合凹部２６が凹設されている。

スライドコア１７は、シリンダヘッド１の前後左右の側面に対応して各１個ずつ設けられており、各スライドコア１７は、図示しないスライド装置により、主型１６のスライド面２９においてスライド可能となっている。各スライドコア１７には、シリンダヘッド１の前後左右の側面に対応する形状の側方成形面２７が形成されており、左右のスライドコア１７の側方成形面２７には、椀状の挿入凹部２８が中央部から下部にかけて形成されている。

上型１８には、シリンダヘッド１の上面に対応する形状の上方成形面３０が形成されており、この上方成形面３０の中央には、シリンダヘッド１の湾曲凹部１３に対応する形状の湾曲突部３１が形成され、この湾曲突部３１の左右両側には、シリンダヘッド１の各挿通穴１４に対応する形状の突起３２が設けられている。各突起３２の外側上方には、下方に向けて内側に傾斜する形状のゲート部３３が前後に１本ずつ穿設され（図１参照）、このゲート部３３を介して、図示しない注湯手段からキャビティ２０内にアルミニウムの溶湯を供給可能としている。

第１分割中子２１は、シリンダヘッド１のインテーク通路６と対応する形状の外形を成している。第１分割中子２１は、中子構造を２ピースとし、下側部分を構成する水溶性中子としての第１塩中子３４と、上側部分を構成する非水溶性中子としての第１金属製中子３５とを、組み合わせて構成されている。

第１塩中子３４の上面３６には、凸部３７が突設されている。この凸部３７は、右側から左側に向かって上下幅が徐々に大きくなるように形成されており、図４（ｂ）に良く示されているように、この凸部３７の下部には、下方に向かって縮幅する下側テーパ部３８が形成されている。また、第１金属製中子３５の底面４０には、第１塩中子３４の凸部３７と対応する位置に凹部４１が形成され、この凹部４１の下部には、下方に向かって縮幅する上側テーパ部３９が形成されている。そして、図４（ａ）に矢印で示すように、第１金属製中子３５を第１塩中子３４に対してスライドさせることにより、下側テーパ部３８と上側テーパ部３９が当接した状態で凹部４１と凸部３７が嵌合されて、第１金属製中子３５と第１塩中子３４が一体化されるようになっている。

また、第１塩中子３４の上面３６と第１金属製中子３５の底面４０との当接面（以下、分割面という）には、ダイカスト鋳造後のシリンダヘッド１から第１金属製中子３５を取り出すための抜き勾配が設定されている。即ち、第１金属製中子３５の上下幅が右側から左側に向かって徐々に大きくなるように、分割面の傾斜角度が調整されている。

第１塩中子３４の左端部には、スライドコア１７の挿入凹部２８の下部と対応する形状の下側突部４２が設けられており、第１金属製中子３５の左端部には、下側突部４２と連続して、スライドコア１７の挿入凹部２８の中央部から上部と対応する形状の上側突部４３が設けられている。そして、第１塩中子３４と第１金属製中子３５を一体化させた状態で、下側突部４２及び上側突部４３により構成される半球状の係合突部４４を、スライドコア１７の挿入凹部２８に係合可能としている。

第１塩中子３４の右側部には、シリンダヘッド１のインテーク通路６の湾曲空間７に対応する形状の湾曲部４５が形成され、この湾曲部４５の下端には、主型１６の傾斜面２５と下面４６を当接可能な外鍔状の連結部４７が設けられている。この連結部４７の下面４６には、主型１６の左側の係合凹部２６と係合可能な係合片４８が下方内側に向かって突設されている。第１金属製中子３５の上面６１の右端部には、上型１８の左側の突起３２の端面を当接可能な位置に、当接部５０が設けられている。

第２分割中子２２は、シリンダヘッド１のエキゾースト通路１１と対応する形状の外形を成している。第２分割中子２２は、第１分割中子２１と同様に中子構造を２ピースとし、下側部分を構成する水溶性中子としての第２塩中子５１と、上側部分を構成する非水溶性中子としての第２金属製中子５２とを、組み合わせて構成されている。
第２塩中子５１及び第２金属製中子５２について、第１塩中子３４及び第１金属製中子３５と構成が略左右対称となっている部分については、第１塩中子３４及び第１金属製中子３５と同一の番号を図面に付し、説明を省略する。第２金属製中子５２の上面の右側には、シリンダヘッド１の段差１９の上側部分と対応する形状の上側段部５３が形成され、第２塩中子５１の下面の右側には、シリンダヘッド１の段差１９の下側部分と対応する形状の下側段部５４が形成されている。

上述の如く構成されたダイカスト金型１５を用いて、シリンダヘッド１を成形する方法について、以下に説明する。

まず、第１分割中子２１及び第２分割中子２２（以下、「分割中子２１、２２」と記載する。）の係合突部４４をスライドコア１７の挿入凹部２８と係合させるとともに、第１塩中子３４及び第２塩中子５１（以下、「塩中子３４、５１」と記載する。）の係合片４８を主型１６の係合凹部２６に係合させる。これにより、分割中子２１、２２が、主型１６とスライドコア１７の間で支持される。そして、スライドコア１７に上型１８を連結させ、上型１８の突起３２を、第１金属製中子３５及び第２金属製中子５２（以下、「金属製中子３５、５２」と記載する。）の当接部５０に当接させる。

この状態で、図示しない注湯部から上型１８のゲート部３３にアルミニウムの溶湯を注入する。このゲート部３３に注入された溶湯は、図３に矢印で示されているように、ゲート部３３を介してキャビティ２０内に上部両側から流入し、金属製中子３５、５２の上面６１に最初に当たった後、塩中子３４、５１の下側に回り込む。更にゲート部３３から溶湯を注入していくと、溶湯がキャビティ２０内に行き渡る。

その後、所定の時間が経過して溶湯が冷却固化し、鋳造成型品としてのシリンダヘッド１の粗材が得られたら、図示しないスライド手段により各スライドコア１７をシリンダヘッド１から離間する方向にスライドさせて、シリンダヘッド１の粗材の前後左右の側面を露出させる。このスライドコア１７のスライドに伴って、スライドコア１７の挿入凹部２８と分割中子２１、２２の係合突部４４の係合が解除され、係合突部４４が粗材の周面から突出する。更に、上型１８を上昇させて、シリンダヘッド１の粗材を、主型１６及び上型１８から取り外す。これにより、シリンダヘッド１の粗材が、スライドコア１７、上型１８及び主型１６から分離される。

この状態で、図５に矢印で示す如く、シリンダヘッド１から金属製中子３５、５２を引き抜く。図６に示すように、この金属製中子３５、５２の引き抜きにより、金属製中子３５、５２が挿入されていた部分には、奥行き方向に向かって先細りな形状の穴部５６が形成され、この穴部５６内には、塩中子３４、５１の上面３６が露出する
次に、図６に示すように、ウォータージェット５７により、穴部５６内にジェット水流５８を吹き付けると、塩中子３４、５１は上面３６から削られていき（図７参照）、最終的に完全に除去される。

以上の如く、本実施の形態では、ダイカスト鋳造時に、ダイカスト金型１５のゲート部３３から来るアルミニウムの溶湯は、金属製中子３５、５２の上面６１に最初に当たる。即ち、溶湯の衝撃が高い部位には、金属製中子３５、５２が配置されており、分割中子２１、２２への溶湯の衝撃を金属製中子３５、５２で受けることが可能となるため、溶湯の衝撃力による塩中子３４、５１の損壊を防止することができる。従って、塩中子３４、５１の高強度化が不要となり、セラミック粒子などの強化材量を減量できる。

また、金属製中子３５、５２を使用していることから、分割中子２１、２２の体積に対する塩中子３４、５１の体積割合を大幅に減少させることが可能となり、塩中子３４、５１の除去に必要な時間も短縮させることができる。また、金属製中子３５、５２を、塩中子３４、５１の除去処理前にシリンダヘッド１から取り出すことによって、塩中子３４、５１除去の効率アップを図ることが可能となる。

また、ダイカスト鋳造後に、シリンダヘッド１の粗材から金属製中子３５、５２を取り外すことで形成される穴部５６内には、塩中子３４、５１の上面３６が露出するので、これを塩中子３４、５１の除去に利用する。つまり、塩中子３４、５１の上面３６を露出させて塩中子３４、５１の表面積を増やすことで、ジェット水流５８と塩中子３４、５１の接触面積を増加させる。塩中子３４、５１は水による崩壊性を有しているため、ジェット水流５８との接触面積が増加することで崩壊が促進される。従って、塩中子３４、５１の除去時間の短縮が可能となり、その分、使用する水量も少なくすることができる。

また、崩壊した塩中子３４、５１は一部水に溶けるが、大部分は砕けて破片となって除去される。その際、一体型の塩中子では砕けて破片となっても大きさが小さくないと取れない場合がある。しかしながら、本実施形態のように、金属製中子３５、５２を塩中子３４、５１から分離して引き抜く構成とすれば、金属製中子３５、５２を引き抜いた後の穴部５６が塩中子３４、５１のすぐ脇にあることで、崩壊した塩中子３４、５１の破片を排出しやすくなる。また、本実施形態のようなジェット水流５８を使用した塩中子３４、５１の除去においては、穴部５６の最深部にまで水流が届くため、穴部５６の奥側からも塩中子３４、５１の崩壊が促進されて、塩中子３４、５１の除去時間の短縮に繋がる。

以上の如く、本実施の形態では、中子を分割して片方を塩中子３４、５１、もう一方を金属製中子３５、５２として組み合わせて使用することにより、ダイカスト鋳造時には、塩中子３４、５１の高強度化を緩和しつつ塩中子３４、５１の損壊を防止し、ダイカスト鋳造後には、塩中子３４、５１の崩壊性を向上させることが可能となる。

また、シリンダヘッド１の粗材から金属製中子３５、５２を引き抜く際、粗材の側面と同一面になるように金属製中子３５、５２の端面が形成されていると、バリ等により、シリンダヘッド１の粗材からの金属製中子３５、５２の取り出しが困難になる。しかしながら、本実施の形態では、ダイカスト鋳造後にスライドコア１７を取り外すと、分割中子２１、２２の粗材の側面から分割中子２１、２２の係合突部４４が突出し、これに伴って、金属製中子３５、５２の上側突部４３も突出する。そのため、金属製中子３５、５２をシリンダヘッド１の粗材からスムーズに取り出すことができ、上記の支障が生じる虞がない。

また、金属製中子３５、５２と塩中子３４、５１の分割面には抜き勾配が設定されているため、シリンダヘッド１の粗材からの金属製中子３５、５２の取り出しを、一層容易なものとすることが可能となる。更に、本実施の形態では、抜き勾配が極めて大きく設定されているため、シリンダヘッド１の粗材からの金属製中子３５、５２の取り外し易さを、一層高めることが可能となる。

また、金属製中子３５、５２に設けた凹部４１を、塩中子３４、５１に設けた凸部３７に嵌合させており、塩中子３４、５１に金属製中子３５、５２が支持されるため、ダイカスト金型１５への設置から鋳造まで、組み合わせた中子が分解するのを防ぐことができる。特に、本実施の形態では、上側テーパ部３９と下側テーパ部３８を当接させた状態で、凸部３７と凹部４１の嵌合を行うことで、金属製中子３５、５２と塩中子３４、５１は、スライド方向にのみ離脱可能で、上下方向には外れない構成となる。そのため、一体化された分割中子２１、２２が、ダイカスト金型１５への設置時等にズレ難く、外れ難い構造となる。
＜第２の実施形態＞

次に、図８を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、図８には、第１塩中子３４と第１金属製中子３５のみを示し、第２塩中子５１及び第２金属製中子５２については記載を省略する。

上記第１の実施形態では、金属製中子３５、５２に凹部４１を、塩中子３４、５１に凸部３７を設けていたが、第２の実施形態では、これとは逆に、塩中子３４、５１に凹部４１を設け、この凹部４１に嵌合可能な凸部３７を金属製中子３５、５２に設けている。このように、塩中子３４、５１に凹部４１を設ける場合には、第１の実施形態の場合のように塩中子３４、５１に凸部３７を設ける場合と比較して、塩中子３４、５１の体積が小さくなる。そのため、塩中子３４、５１の除去時間の短縮を図ることが可能となる。なお、凸部３７と凹部４１がスライド方向にのみ離脱可能となり、上下方向には外れない構成とするため、塩中子３４、５１の凹部４１の上部に上方に向かって縮幅する下側テーパ部３８を設けるとともに、金属製中子３５、５２の凸部３７の上部に、上方に向かって縮幅する上側テーパ部３９を設けている。

本実施の形態及び前記第１の実施形態では、非水溶性中子として塩中子３４、５１を使用したが、他の異なる実施形態においては、非水溶性中子としてセラミックス製中子を使用することも可能である。

１シリンダヘッド
４吸気開口
５燃焼室
６インテーク通路
１０排気開口
１１エキゾースト通路
１５ダイカスト金型
２１第１分割中子
２２第２分割中子
３４第１塩中子（水溶性中子）
３５第１金属製中子（非水溶中子）
５１第２塩中子（水溶性中子）
５２第２金属製中子（非水溶中子）

Claims

４サイクルエンジン用のシリンダヘッドのダイカスト鋳造において、ダイカスト金型内に配置される分割中子であって、
非水溶中子と水溶性中子とを組み合わせて形成され、
前記非水溶性中子は、前記ダイカスト金型内に流し込まれる溶湯が最初にあたる部分に配置されることを特徴とする分割中子。
前記分割中子は、前記シリンダヘッドの吸気開口から燃焼室に至るインテーク通路と対応する形状の第１分割中子と、前記シリンダヘッドの前記燃焼室から排気開口に至るエキゾースト通路と対応する形状の第２分割中子と、であることを特徴とする請求項１に記載の分割中子。
前記非水溶性中子は、ダイカスト鋳造後に、前記水溶性中子と分離して前記シリンダヘッドから引き抜き可能な形状に形成されていることを特徴とする請求項１又２に記載の分割中子。
前記水溶性中子と前記非水溶性中子とは互いに嵌合可能に設けられ、
前記水溶性中子と前記非水溶性中子とを嵌合させることにより、前記水溶性中子と前記非水溶性中子のうちの一方が他方に支持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分割中子。
前記非水溶性中子は、ダイカスト鋳造後に前記シリンダヘッドの周面から突出するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分割中子。