JP2023160266A - 鋳型構造及び鋳物の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砂型の割れとバリの発生の双方を抑制しつつ強度の高い部分と薄肉の部分とを含む鋳物を製造できる鋳型構造および鋳造方法を提供する。【解決手段】砂型と、砂型との間にキャビティを区画する金型とを備え、キャビティに溶湯が導入されることで物品を鋳造する鋳型の構造において、金型の外周面の一部である金型側合わせ面と、第１方向について対向する砂型の砂型側合わせ面の第２方向の一方側の端部に、金型側合わせ面に向かって突出する突出部を設けるとともに、突出部と金型側合わせ面との第１方向の離間距離を、砂型側合わせ面のうち突出部を除く部分と金型側合わせ面との第１方向の離間距離よりも小さい寸法に設定する。【選択図】図４

Description

本発明は、鋳型構造及び鋳物の鋳造方法に関する。

従来、車両用エンジンのシリンダヘッド等の製造において、金型と砂型とを組み合わせた鋳型装置を用いることが検討されている。例えば、特許文献１には、燃焼室の天井面を含むシリンダヘッドの下面を形成する下型に金型を用い、上方に砂型を用いて、これら下型と上型との間に区画されたキャビティに溶湯を導入することでシリンダヘッドを鋳造する装置が開示されている。この装置では、シリンダヘッドの下面を形成する溶湯を金型によって急速に冷却させて高強度なシリンダヘッド下面を実現できるとともに、当該下面以外のシリンダヘッドの各部を形成する溶湯の温度低下を抑制して薄肉化を図ることができる。

特許第４７２９９５１号公報

特許文献１のように金型と砂型とを組み合わせて鋳型を構成した場合では、上記のように高強度化と薄肉化とを両立できる一方で、金型と砂型の熱膨張量が異なることで砂型が壊れるおそれがある。具体的に、金型および砂型の形状や寸法によっては、金型と砂型とにより区画されたキャビティに高温の溶湯が導入されたときに、金型の熱膨張量が砂型の熱膨張量に対して過大となり、金型が、対向する砂型に衝突してこれを壊すおそれがある。ここで、金型と砂型との衝突を回避する構成として、これらの隙間を大きくすることが考えられるが、単にこれらの隙間を大きくすると、この隙間に余分な溶湯が多量に入り込むことでバリが生じやすくなってしまう。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、砂型の割れとバリの発生の双方を抑制しつつ強度の高い部分と薄肉の部分とを含む鋳物を製造できる鋳型構造および鋳造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、砂型と、前記砂型との間にキャビティを区画する金型とを備え、前記キャビティに溶湯が導入されることで物品を鋳造する鋳型の構造であって、前記砂型は、前記金型の外周面の一部である金型側合わせ面と所定の第１方向について対向する砂型側合わせ面を備え、前記砂型側合わせ面と前記金型側合わせ面とは、前記キャビティと連通し、且つ、前記キャビティから前記第１方向と交差する第２方向に延びる隙間を区画するように配設されており、前記第２方向について前記キャビティ側を一方側として反対側を他方側としたとき、前記砂型側合わせ面の前記第２方向の一方側の端部には、前記金型側合わせ面に向かって突出する突出部が設けられており、前記突出部と前記金型側合わせ面との前記第１方向の離間距離は、前記砂型側合わせ面のうち前記突出部を除く部分と前記金型側合わせ面との前記第１方向の離間距離よりも小さい寸法に設定されている、ことを特徴とする。

この構成によれば、砂型と金型とによって形成されたキャビティに溶湯が導入されて鋳物が製造されることで、鋳物の高強度化および薄肉化を実現できる。しかも、この構成では、金型の外周面の一部である金型側合わせ面と隙間を空けて対向する砂型側合わせ面のキャビティ側の端部に、金型側合わせ面に向かって突出する突出部が設けられ、且つ、この突出部と金型側合わせ面との第１方向の離間距離つまり合わせ面どうしの対向方向の離間距離が、砂型側合わせ面と金型側合わせ面の当該離間距離のうち最も小さい寸法に設定されている。そのため、砂型の割れとバリの発生の双方を抑制することができる。

具体的に、キャビティ側の端部に設けられた突出部と金型側合わせ面との第１方向の離間距離が小さくされていることで、キャビティに導入された溶湯が砂型側合わせ面と金型側合わせ面との間の隙間に流入するのが抑制される。これより、上記隙間に溶湯が入り込むことで生じるバリの発生を抑制できる。しかも、突出部は金型側合わせ面に向かって突出する形状を有している。そのため、上記離間距離が小さいことで熱膨張した金型が突出部に当接することになるが、この当接によって突出部あるいは突出部近傍のみを崩壊させることができ、砂型全体に割れが生じるのを防止できる。

前記構成において、好ましくは、前記第１方向について前記金型側合わせ面側を一方側として反対側を他方側としたとき、前記砂型側合わせ面は、前記突出部の基端部から前記第２方向の他方側に延びる砂型側第１延出部と、当該砂型側第１延出部の前記第２方向の他方端から前記第１方向の他方側に延びる砂型側第２延出部とを備え、前記金型側合わせ面は、前記突出部および前記砂型側第１延出部と対向して前記第２方向に沿って延びる金型側第１延出部と、当該金型側第１延出部の前記第２方向の他方端から前記第１方向の他方側に延びる金型側第２延出部とを備える（請求項２）。

この構成によれば、突出部の崩壊によって生じた砂を、砂型側第１延出部、金型側第１延出部および金型側第２延出部により区画される空間に貯留させることができ、溶湯がこれら空間から下流側つまり砂型側第２延出部と金型側第２延出部の間の隙間に流入するのを防止できる。従って、バリの発生をより確実に防止できる。

前記構成において、好ましくは、前記砂型側合わせ面は、前記砂型側第２延出部の前記第１方向の他方端から前記第２方向の他方側に延びる砂型側第３延出部を備え、前記金型側合わせ面は、前記金型側第２延出部の前記第１方向の他方端から前記第２方向の他方側に延びる金型側第３延出部を備え、前記砂型側第３延出部と前記金型側第３延出部の前記第１方向の離間距離は、前記砂型側第１延出部と前記金型側第１延出部の前記第１方向の離間距離よりも小さい寸法に設定されている（請求項３）。

この構成によれば、砂型側合わせ面と金型側合わせ面との間の隙間が少なくとも２回折れ曲がる通路とされること、および、砂型側第３延出部と金型側第３延出部の離間距離が比較的小さくされることで、上記隙間を通る溶湯の量を少なくできる。また、砂型側第１延出部と金型側第１延出部の離間距離が比較的大きくされることで、突出部の崩壊によって生じた砂をこれらの間に貯留させつつ、貯留した砂を介して金型から砂型に圧力が付与されるのを防止できる。

前記構成において、好ましくは、前記突出部は、前記キャビティに溶湯が導入されることで強度が低下するように構成されている（請求項４）。

この構成によれば、キャビティに溶湯が導入されて金型が熱膨張した際に、より確実に突出部を崩壊させることができ、砂型の割れとバリの発生の双方を確実に防止できる。

キャビティに溶湯が導入されることで突出部の強度が低下する具体的構成としては、前記突出部の前記第２方向の厚みを、前記キャビティに溶湯が導入されたときに前記突出部の最低温度が前記砂型の強度が低下する温度以上になるようにする構成が挙げられる（請求項５）。

また、本発明は、前記砂型と前記金型とを前記キャビティを区画するように組み合わせる型組立て工程と、前記キャビティに溶湯を鋳込んで当該キャビティに対応する鋳物を形成する鋳込み工程と、前記鋳物を前記砂型側に残した状態で当該砂型と前記金型とを分離する型開き工程と、前記砂型を壊して前記鋳物を取り出す鋳物取出し工程とを含む、ことを特徴とする鋳造方法を提供する（請求項６）。

この方法によれば、上記のように、砂型の割れとバリの発生の双方を抑制しつつ、薄肉且つ な鋳物を製造することができる。

以上説明したように、本発明の鋳型構造および鋳造方法によれば、砂型の割れとバリの発生の双方を抑制しつつ強度の高い部分と薄肉の部分とを含む鋳物を製造できる。

鋳型装置の概略構成を示した上面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図３のＩＶ部分を拡大して示した図である。 砂型の温度と強度との関係を示したグラフである。 砂型の厚みと温度との関係を示したグラフである。 シリンダヘッドを鋳造する手順を示したフローチャートである。 図４に対応する図であって（ａ）は金型が熱膨張する前の図、（ｂ）は金型が熱膨張した後の図である。

（１）鋳型の全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る鋳型構造が適用された鋳型１を示した概略上面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

本実施形態に係る鋳型１は、エンジンのシリンダヘッドＥの鋳造に用いられる。詳細には、鋳型１は、６つのシリンダが一列に並ぶ直列６気筒のレシプロエンジンのシリンダヘッドＥの鋳造に用いられる。シリンダヘッドＥの底面には燃焼室Ｅ１の天井面Ｅ２が形成され、シリンダヘッドＥと別途製造されるシリンダブロックとピストンによってエンジンの燃焼室Ｅ１が区画されるようになっている。また、シリンダヘッドＥには、吸気ポートＥ３、排気ポートＥ４およびウォータジャケットＥ５等が形成される。以下の鋳型１の説明では、図２の上下方向であって、鋳造されるシリンダヘッドＥがシリンダブロックに連結されたときのこれらの並び方向を上下方向といい、シリンダヘッドＥ側を上、反対側を下として説明する。また、図３の左右方向であって、燃焼室Ｅ１の並び方向を左右方向という。また、上下方向および左右方向と直交する方向をエンジン幅方向という。

鋳型１は、砂型１０と、金型３０とを備える。

砂型１０は、それ自体が砂型である中子を複数含み、これら複数の中子１１～２１が組み合わせられることで全体として１つの砂型１０を構成している。具体的に、砂型１０は、砂型１０の下端部に配設される枠状のベース中子１１、砂型１０の上端部に配設される上中子２１、吸気ポートＥ３を形成するための吸気ポート用中子１２、排気ポートＥ４を形成するための排気ポート用中子１３、ウォータジャケットＥ５を形成するためのウォータジャケット用中子１４等を有している。砂型１０つまり各中子１１～２１は、砂が樹脂によって所定の形に固められたものである。

金型３０は、燃焼室Ｅ１の天井面Ｅ２を含むシリンダヘッドＥの底面（下面）を形成するための金属製の部材である。金型３０は左右方向に延びる略直方体形状を有している。金型３０の上面には、左右方向に等間隔に並び上方に突出する複数の凸部３１が設けられている。燃焼室Ｅ１の天井面Ｅ２は、これら凸部３１の上面によって形成される。上記のように、本実施形態では、鋳型１によって６気筒エンジンのシリンダヘッドＥが鋳造されるようになっており、金型３０は６つの凸部３１を有する。

各中子１１～２１と金型３０とは、溶湯が導入されるキャビティＣであってシリンダヘッドＥを形作る空間が各中子１１～２１と金型３０の間に区画されるように組み合わされて、１つの鋳型１を形成する。上記のように、燃焼室Ｅ１の天井面Ｅ２は、シリンダヘッドＥの底面つまり下面に形成される。これより、図３等に示すように、当該天井面Ｅ２を形成する金型３０は、鋳型１の下端部となる位置に配設される。なお、図３等の符号５０は、鋳型１を支持する台座である。

砂型１０の上端部つまり鋳型１の上端部に配設される上中子２１には、キャビティＣと連通してキャビティＣに溶湯を導入するための湯口２１Ａが設けられている。キャビティＣには、この湯口２１Ａから溶湯が導入される。本実施形態では、鋳型１によってアルミ製のシリンダヘッドＥが鋳造されるようになっており、キャビティＣにはアルミニウム合金の溶湯が導入される。

（２）鋳型の詳細構造
次に、鋳型１の構造のうち本発明の特徴的な構造について説明する。なお、以下の説明における左右方向は請求項の「第１方向」に相当し、当該方向について「左側」は請求項の「金型側合わせ面側」および「一方側」に相当し、「右側」は請求項の「他方側」に相当する。また、上下方向は、請求項の「第２方向」に相当し、当該方向について「上側」は請求項の「キャビティ側」および「一方側」に相当し、「下側」は「他方側」に相当する。

ベース中子１１は、金型３０の左右方向の両側面５０とそれぞれ左右方向に対向する内周面７０を有する。換言すると、ベース中子１１と金型３０とは、ベース中子１１の内周面７０と金型３０の外周面５０とが左右方向について対向するように組み合わされる。具体的に、上記のようにベース中子１１は枠状を有しており、ベース中子１１の中央には金型３０と嵌合する嵌合部１１Ａが区画されている。金型３０は、下方からベース中子１１の中央に挿入されてこれと嵌合するように組み合わされる。これより、鋳型１が完成した状態において、ベース中子１１の内周面７０の一部は金型３０の左右両側面５０と左右方向に対向することになる。

図４は、図３のＩＶで示す領域を拡大した図であって、金型３０の右側の外側面５１と、これと対向するベース中子１１の内周面７０の周囲を拡大して示した図である。以下では、金型３０の右側の外側面５１を金型側合わせ面５１といい、これと対向するベース中子１１の内周面７１を砂型側合わせ面７１という。

図４に示すように、金型側合わせ面５１と砂型側合わせ面７１とは左右方向に離間しており（溶湯が導入される前において）、これらの間には隙間Ｘが区画されている。この隙間Ｘは、その上端においてキャビティＣと連通しており、キャビティＣから下方に延びている。

砂型側合わせ面７１の上端部は、上側ほど左方に位置するような階段状を呈しており、砂型側合わせ面７１の上端には、左方つまり金型側合わせ面５１に向かって突出する突出部７２が設けられている。また、砂型側合わせ面７１は、突出部７２の基端部から下方に延びる砂型側合わせ面７１を有している。

砂型側合わせ面７１は、砂型側第１延出部７３から延びる部分においても階段状を呈しており、砂型側第１延出部７３の下端から右方に延びる砂型側第２延出部７４と、砂型側第２延出部７４の右端から下方に延びる砂型側第３延出部７５と、砂型側第３延出部７５の下端から右方に延びる砂型側第４延出部７６とを有する。なお、砂型側第１延出部７３の下端は請求項の「砂型側第１延出部の第２方向の他方端」に相当し、砂型側第２延出部７４の右端は「砂型側第２延出部の第１方向の他方端」に相当する。
する。

砂型側合わせ面７１と同様に金型側合わせ面５１も階段状を呈している。具体的に、金型側合わせ面５１は、その上端から下方に延びる金型側第１延出部５２と、金型側第１延出部５２の下端から右方に延びる金型側第２延出部５３と、金型側第２延出部５３の右端から下方に延びる金型側第３延出部５４と、金型側第３延出部５４の下端から右方に延びる金型側第４延出部５５とを有する。なお、金型側第１延出部５２の下端は請求項の「金型側第１延出部の第２方向の他方端」に相当し、金型側第２延出部５３の右端は「金型側第２延出部の第１方向の他方端」に相当する。

金型側第１延出部５２は、突出部７２および砂型側第１延出部７３と左右方向に対向している。ここで、金型側第１延出部５２は、上下方向にほぼまっすぐ延びている。これに対して、突出部７２は砂型側第１延出部７３に対して左方に突出している。これより、金型側第１延出部５２つまり金型側合わせ面５１と突出部７２との左右方向の離間距離Ｒ１は、金型側第１延出部５２つまり金型側合わせ面５１と砂型側第１延出部７３との左右方向の離間距離Ｒ２よりも小さい寸法に設定されている。以下では、適宜、金型側第１延出部５２と突出部７２との左右方向の離間距離Ｒ１を第１離間距離Ｒ１といい、金型側第１延出部５２と砂型側第１延出部７３との左右方向の離間距離Ｒ２を第２離間距離Ｒ２という。

第１離間距離Ｒ１は、基準距離Ｒ０よりも小さい寸法に設定されており、第２離間距離Ｒ２は、基準距離Ｒ０のおよそ２倍の寸法に設定されている。基準距離は、キャビティＣに溶湯が導入されたときの金型３０の右方向の熱膨張量である。具体的に、キャビティＣに溶湯が導入されると金型３０は熱膨張する。上記のように金型３０は左右方向に長い略直方体形状を有している。これより、金型３０は、左右方向に大きく熱膨張する。基準距離Ｒ０は、この金型３０の左右方向についての熱膨張量（熱膨張後の金型３０と熱膨張前の金型３０の左右方向の寸法の差）の半分の寸法である。

金型側第２延出部５３は、突出部７２の下方を通り砂型側第２延出部７４に沿って右方に延びている。金型側第２延出部５３と砂型側第２延出部７４とは上下方向にわずかに離間している。例えば、これら第２延出部５３、７４どうしの上下方向の離間距離は、第１離間距離Ｒ１よりも小さい寸法となっている。金型側第２延出部５３の左右方向の寸法は、第２離間距離Ｒ２よりも十分に大きく、第２延出部５３、７４間の隙間を介して左右方向に対向する金型側第１延出部５２と、砂型側第３延出部７５との左右方向の離間距離Ｒ３（以下、適宜、第３離間距離Ｒ３という）は、第２離間距離Ｒ２よりも十分に大きい寸法となっている。

金型側第３延出部５４は、砂型側第３延出部７５から左方に離間した位置において上下方向に延びており、砂型側第３延出部７５と左右方向に対向している。金型側第３延出部５４と砂型側第３延出部７５との左右方向の離間距離Ｒ４（以下、適宜、第４離間距離Ｒ４という）は、第１離間距離Ｒ１よりも大きく、且つ、第２離間距離Ｒ２よりも小さい寸法に設定されている。第４離間距離Ｒ４は、上記基準距離Ｒ０よりもわずかに大きい寸法に設定されている。

金型側第４延出部５５は、砂型側第４延出部７６に沿って左右方向に延びている。金型側第４延出部５５と砂型側第４延出部７６とは上下方向にわずかに離間している。例えば、これら第４延出部５５、７６どうしの上下方向の離間距離は、第２延出部５３、７４どうしの上下方向の離間距離と同等の寸法となっている。金型側第４延出部５５は、砂型側第４延出部７６の途中部で途切れており、隙間Ｘは、金型側第４延出部５５の右端において外部に開口している。

ここで、上記のように、第１離間距離Ｒ１は、第２離間距離Ｒ２、第３離間距離Ｒ３および第４離間距離Ｒ４のいずれよりも小さく、第１離間距離Ｒ１つまり金型側第１延出部５２と突出部７２との左右方向の離間距離Ｒ１は、砂型側合わせ面７１のうち突出部７２を除く部分と金型側合わせ面５１との左右方向の離間距離よりも小さい寸法となっている。

突出部７２は、後述するようにキャビティＣに溶湯が導入された際に金型３０と衝突させて崩壊させる部分である。金型３０側に突出していることによって突出部７２は崩壊しやすくなっているが、本実施形態では、さらに、突出部７２の厚み（上下方向の寸法）ｄ１が崩壊しやすい寸法に設定されている。

図５、図６を用いて具体的に説明する。図５は、鋳型１に用いられる砂型１０と同様の組成で形成された試験用砂型の温度と試験用砂型の強度（ヤング率）との関係を示したグラフである。図６は、砂型の厚みと砂型の最低温度との関係を示したグラフである。具体的には、キャビティが形成された試験用砂型の厚みと、当該キャビティへの溶湯の導入が完了した直後における試験用砂型の最低温度との関係を示したグラフである。

図５に示すように、砂型の強度は、砂型の温度が高くなるほど低下する。また、砂型の強度は、砂型の温度が所定の限界温度Ｔ１を超えると急激に低下する。これは、限界温度Ｔ１を超えると砂型に含まれる樹脂が軟化・炭化することで、樹脂により固定されていた砂どうしがばらばらになるためである。

図６に示すように、砂型の厚みが大きくなるほど、砂型の最低温度（キャビティへの溶湯の導入が完了した直後の砂型の最低温度）は低くなる。つまり、砂型の厚みが大きくなるほど、キャビティと、砂型のうちキャビティから最も遠い部分との距離が長くなることで、キャビティへの溶湯の導入が完了した直後における当該部分の温度上昇は抑えられて、この部分の温度である最低温度は低くなる。

上記の知見に基づき、突出部７２の厚みｄ１は、キャビティへの溶湯の導入が完了した直後の突出部７２の最低温度が上記の限界温度Ｔ１以上となる厚みに設定されている。本実施形態では、突出部７２の厚みｄ１は、上記の最低温度が限界温度Ｔ１となる厚みｄ１と同じ値に設定されている。つまり、突出部７２の厚みｄ１は、キャビティＣへの溶湯の導入が完了した直後に突出部７２のほぼ全体が限界温度Ｔ１に到達する厚みの上限値に設定されている。これより、突出部７２の強度は、キャビティＣへの溶湯の導入が完了した直後にその強度が急激に低下して、より容易に崩壊することになる。なお、突出部７２の厚みｄ１は、上記の最低温度が限界温度Ｔ１となる厚みｄ１よりも小さい寸法に設定されてもよい。ただし、突出部７２の厚みｄ１を過度に小さくすると、キャビティＣに溶湯が導入される前段階での突出部７２の強度が十分に確保されないおそれがある。また、突出部７２の厚みｄ１を過度に小さくすると、溶湯の流れ方向について突出部７２の下流側の部分（金型側第１延出部５２と砂型側第１延出部７３との間）に溶湯が漏れて、当該溶湯が金型３０の熱膨張前に固まることで、金型３０の膨張スペースがなくなるおそれがある。これに対して、本実施形態では、上記のように、突出部７２の厚みｄ１が上記厚みの上限値に設定されており、キャビティＣに溶湯が導入される前段階での突出部７２の強度を確保できるともに、突出部７２の下流側の部分に溶湯が早期に導入されるのを防止できる。

（３）鋳造方法
次に、上記の鋳型１を用いた鋳造方法であって、鋳型１を用いてアルミ製のシリンダヘッドＥを鋳造する方法について説明する。図７は、シリンダヘッドＥを鋳造する手順を示したフローチャートである。

まず、複数の中子１１～２１を組み合わせた上記の砂型１０と、上記の金型３０とを準備する準備工程を実施する（ステップＳ１）。

次に、砂型１０と金型３０とを組み合わせて鋳型１を組立てる型組立て工程を実施する（ステップＳ２）。型組立て工程では、上記のように、金型３０の金型側合わせ面５１と砂型側合わせ面７１とが左右方向に対向し、これらの間にキャビティＣと連通する隙間Ｘが区画されるように砂型１０と金型３０とは組み合わされる。

次に、湯口２１ＡからキャビティＣ内にアルミの溶湯を導入して、キャビティＣ内に溶湯を充填させる鋳込み工程を実施する（ステップＳ３）。本実施形態では、鋳型１を、上下方向について図２に示す姿勢と反対の姿勢、つまり、上中子２１が鋳型１の下端部に位置して金型３０が鋳型１の上端部に位置する姿勢にしてキャビティＣに溶湯を充填し、その後、鋳型１を上下反転させて鋳型１の姿勢を図２に示す姿勢と同じ姿勢にする。

次に、鋳型１から金型３０を取り外す型開き工程を実施する（ステップＳ４）。型開き工程は、金型３０が冷えて、金型３０により形作られる部分つまりシリンダヘッドＥの底面が凝固した後に実施される。これより、金型３０を取り外しても、形成されたシリンダヘッドＥの底面と砂型１０とによってこれらの内側に溶湯は保持される。

次に、凝固したシリンダヘッドＥの底面および砂型１０に保持されている溶湯を冷却する焼き入れ工程を実施する（ステップＳ５）。本実施形態では、まず、シリンダヘッドＥの底面に冷却水を噴射して当該底面に焼き入れを施し、その後、砂型１０のうち上下方向についてシリンダヘッドＥの底面と反対側の面に冷却水を噴射する。

最期に、砂型１０を乾燥させて、乾燥した砂型１０を壊すとともにキャビティＣから砂を取り除いて、製造された鋳物つまりシリンダヘッドＥを取り出す鋳物取出し工程を実施する（ステップＳ６）。

（４）作用等
以上のように、上記実施形態に係る鋳型１では、砂型１０と金型３０とが組み合わされてキャビティＣが区画され、当該キャビティＣに溶湯が導入されることでシリンダヘッドＥが鋳造される。また、燃焼室Ｅ１の天井面Ｅ２を含むシリンダヘッドＥの下面が金型３０により形成されるようになっている。そのため、高強度な燃焼室Ｅ１の天井面Ｅ２を有しつつ各部が薄肉にされたシリンダヘッドＥを鋳造することができる。

しかも、金型３０の外周面の一部（右側の外側面）である金型側合わせ面５１と隙間Ｘを空けて対向する砂型１０であるベース中子１１の砂型側合わせ面７１の上端、つまり、隙間ＸのキャビティＣ側の端部に、金型側合わせ面５１に向かって突出する突出部７２が設けられている。また、突出部７２と金型側合わせ面５１の左右方向の離間距離、つまり、砂型側合わせ面７１と金型側合わせ面５１との対向方向についての離間距離Ｒ１が、これら合わせ面５１、７１どうしの左右方向の離間距離Ｒ１～Ｒ４のうち最も小さい寸法に設定されている。そのため、上記実施形態に係る鋳型１によれば、金型３０と砂型１０との組み合わせによる上記の効果を得つつ、砂型１０（ベース中子１１）の割れを抑制できるとともにバリの発生も抑制することができる。

図８を用いて具体的に説明する。図８は、図４に対応する図であって図８（ａ）は金型３０が熱膨張する前の図、図８（ｂ）は金型３０が熱膨張した後の図である。

上記のように、金型側合わせ面５１と砂型側合わせ面７１との間には、キャビティＣと連通する隙間Ｘが区画されている。そのため、キャビティＣに溶湯が導入されると、矢印Ｙ１０にしめすようにキャビティＣ内の溶湯がこの隙間Ｘに入り込む。このとき、この隙間Ｘの左右方向の寸法が大きいと、多量の溶湯が隙間Ｘに入り込んでバリが発生する。これに対して、上記実施形態では、砂型側合わせ面７１のキャビティＣ側の端部に金型側合わせ面５１に向かって突出する突出部７２が設けられて、キャビティＣから隙間Ｘへの溶湯の入り口部分の左右方向の寸法Ｒ１が小さく抑えられている。そのため、上記実施形態によれば、隙間Ｘに入り込む溶湯の量を少なく抑えることができ、バリの発生を抑制できる。

ここで、上記実施形態とは異なり隙間Ｘ全体の左右方向の寸法を単に小さくした構成であっても、隙間Ｘへの溶湯の入り込みは抑制される。しかしながら、ベース中子１１つまり砂型１０に比べて金型３０は熱膨張率が大きいので、キャビティＣに溶湯が導入されるとベース中子１１に比して金型３０は大きく熱膨張し、矢印Ｙ１に示すように、金型側合わせ面５１は砂型側合わせ面７１に近づいていく。そのため、隙間Ｘ全体の左右方向の寸法を小さくした構成を仮に採用すると、金型側合わせ面５１の全体が砂型側合わせ面７１に衝突し、ベース中子１１の広範囲にわたって荷重が付与される結果ベース中子１１が壊れてしまう。

これに対して、上記実施形態では、上記のように、突出部７２が金型側合わせ面５１に向かって突出する形状であって厚みｄ１が小さく壊れやすい形状を呈するとともに、突出部７２と金型側合わせ面５１の左右方向の離間距離Ｒ１が、砂型側合わせ面７１のうち突出部７２を除く部分と金型側合わせ面５１との左右方向の離間距離Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４よりも小さくされている。そのため、図８（ｂ）に示すように、金型３０の熱膨張時に金型側合わせ面５１を突出部７２のみに衝突させることができるとともに、この衝突によって突出部７２を破壊させてベース中子１１の他の部分に金型３０から力が付与されるのを回避できる。従って、上記実施形態によれば、ベース中子１１全体が壊れるのを防止できる。

また、上記実施形態では、砂型側合わせ面７１に、突出部７２の基端部から下方に延びる砂型側第１延出部７３と、砂型側第１延出部７３の下端から右方に延びる砂型側第２延出部７４とが設けられている。また、金型側合わせ面５１に、突出部７２および砂型側第１延出部７３と対向して上下方向に沿って延びる金型側第１延出部５２と、金型側第１延出部５２の下端から右方に延びる金型側第２延出部５３とが設けられている。そして、これにより、突出部７２の下方に、砂型側第１延出部７３、金型側第１延出部５２および金型側第２延出部５３により区画される空間Ｘ２が区画されている。そのため、図８（ｂ）に示すように、突出部７２の崩壊によって生じた砂Ｓを上記の空間Ｘ２に貯留させて、砂型側第２延出部７４と金型側第２延出部５３との間の隙間を塞ぐことができる。従って、溶湯が、これら第２延出部５３、７４の間を通って隙間Ｘのさらに下流側に入り込むのを抑制でき、バリの発生をより確実に抑制できる。

また、上記実施形態では、砂型側合わせ面７１に、さらに、砂型側第２延出部７４の右端から下方に延びる砂型側第３延出部７５が設けられている。また、金型側合わせ面５１に、金型側第２延出部５３の右端から下方に延びる金型側第３延出部５４が設けられている。そして、この構成により、上記の隙間Ｘが少なくとも２回折れ曲がる通路とされている。そのため、溶湯が隙間Ｘの下流側に入り込むのを抑制でき、バリの発生をより一層確実に抑制できる。また、砂型側第３延出部７５と金型側第３延出部５４の左右方向の離間距離Ｒ４が、砂型側第１延出部７３と金型側第１延出部５２の左右方向の離間距離Ｒ２よりも小さい寸法に設定されている。そのため、砂型側第３延出部７５と金型側第３延出部５４との間に溶湯が入り込むのを抑制できるとともに、上記空間Ｘ２の左右方向の離間距離を確保して、突出部７２の崩壊によって生じた砂Ｓを空間Ｘ２内に貯留させつつ貯留した砂Ｓを介して金型３０からベース中子１１に圧力が付与されるのを防止できる。

また、上記実施形態では、上記のように、突出部７２の厚みｄ１は、キャビティＣへの溶湯の導入が完了した直後の突出部７２の最低温度が上記の限界温度Ｔ１つまり突出部７２の強度が低下する温度となる厚みｄ１と同じ値に設定されている。従って、キャビティＣに溶湯が導入されることに伴って金型３０が熱膨張した際に、突出部７２を金型３０との衝突により確実に崩壊させることができる。従って、金型３０との衝突によりベース中子１１全体が壊れるのを防止できる。

（５）変形例
上記実施形態では、金型３０の右側の外側面５１に対向するベース中子１１の内周面７０に突出部７２を設けた場合を説明したが、突出部７２を設ける部位はこれに限られない。また、突出部７２を設ける中子はベース中子１１に限られない。また、上記実施形態に係る構成は、シリンダヘッドＥ以外の物品を鋳造するための鋳型に適用されてもよい。また、突出部７２の厚みは上記に限られない。

１ 鋳型
１０ 砂型
１１ ベース中子（砂型）
３０ 金型
５１ 金型側合わせ面
５２ 金型側第１延出部
５３ 金型側第２延出部
５４ 金型側第３延出部
７１ 砂型側合わせ面
７２ 突出部
７３ 砂型側第１延出部
７４ 砂型側第２延出部
７５ 砂型側第３延出部
Ｃ キャビティ
Ｘ 隙間

Claims (6)

1. 砂型と、前記砂型との間にキャビティを区画する金型とを備え、前記キャビティに溶湯が導入されることで物品を鋳造する鋳型の構造であって、
   前記砂型は、前記金型の外周面の一部である金型側合わせ面と所定の第１方向について対向する砂型側合わせ面を備え、
   前記砂型側合わせ面と前記金型側合わせ面とは、前記キャビティと連通し、且つ、前記キャビティから前記第１方向と交差する第２方向に延びる隙間を区画するように配設されており、
   前記第２方向について前記キャビティ側を一方側として反対側を他方側としたとき、前記砂型側合わせ面の前記第２方向の一方側の端部には、前記金型側合わせ面に向かって突出する突出部が設けられており、
   前記突出部と前記金型側合わせ面との前記第１方向の離間距離は、前記砂型側合わせ面のうち前記突出部を除く部分と前記金型側合わせ面との前記第１方向の離間距離よりも小さい寸法に設定されている、ことを特徴とする鋳型構造。
2. 請求項１に記載の鋳型構造において、
   前記第１方向について前記金型側合わせ面側を一方側として反対側を他方側としたとき、
   前記砂型側合わせ面は、前記突出部の基端部から前記第２方向の他方側に延びる砂型側第１延出部と、当該砂型側第１延出部の前記第２方向の他方端から前記第１方向の他方側に延びる砂型側第２延出部とを備え、
   前記金型側合わせ面は、前記突出部および前記砂型側第１延出部と対向して前記第２方向に沿って延びる金型側第１延出部と、当該金型側第１延出部の前記第２方向の他方端から前記第１方向の他方側に延びる金型側第２延出部とを備える、ことを特徴とする鋳型構造。
3. 請求項２に記載の鋳型構造において、
   前記砂型側合わせ面は、前記砂型側第２延出部の前記第１方向の他方端から前記第２方向の他方側に延びる砂型側第３延出部を備え、
   前記金型側合わせ面は、前記金型側第２延出部の前記第１方向の他方端から前記第２方向の他方側に延びる金型側第３延出部を備え、
   前記砂型側第３延出部と前記金型側第３延出部の前記第１方向の離間距離は、前記砂型側第１延出部と前記金型側第１延出部の前記第１方向の離間距離よりも小さい寸法に設定されている、ことを特徴とする鋳型構造。
4. 請求項１に記載の鋳型構造において、
   前記突出部は、前記キャビティに溶湯が導入されることで強度が低下するように構成されている、ことを特徴とする鋳型構造。
5. 請求項４に記載の鋳型構造において、
   前記突出部の前記第２方向の厚みは、前記キャビティに溶湯が導入されたときに前記突出部の最低温度が前記砂型の強度が低下する温度以上になるように設定されている、ことを特徴とする鋳型構造。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の鋳型構造を用いて物品を鋳造する鋳造方法であって、
   前記砂型と前記金型とを前記キャビティを区画するように組み合わせる型組立て工程と、
   前記キャビティに溶湯を鋳込んで当該キャビティに対応する鋳物を形成する鋳込み工程と、
   前記鋳物を前記砂型側に残した状態で当該砂型と前記金型とを分離する型開き工程と、
   前記砂型を壊して前記鋳物を取り出す鋳物取出し工程とを含む、ことを特徴とする鋳造方法。

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