JP3044092B2 - 圧力鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、圧力鋳造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車においてエンジンは、車両
全重量中の２０％近い重量を占める。したがって、エン
ジンを軽量化することは、車両重量の軽減に極めて効果
が高い。

【０００３】そのような意味から、最近ではエンジンの
シリンダブロックおよびシリンダヘッドを例えばアルミ
ダイキャスト製のもので構成することが多くなってきて
いる。

【０００４】そして、このようなエンジン部材の鋳造を
行う場合、一般には例えば特開昭６３−２２０９６９号
公報に示されているような密閉炉体を使用し、該密閉炉
体中の溶湯をストークを介して鋳型内に加圧注入する圧
力鋳造方法が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なシリンダヘッド、シリンダブロックの圧力鋳造に際し
ては、例えばウォータジャケットやオイルジャケット形
成のために通常鋳型キャビティー内中央部にレジンサン
ドよりなる砂中子が配置されるが、該砂中子内には例え
ば水分、溶材、レジン等が混入されているために、鋳造
時に該砂中子から所定圧のガスが発生し、該ガスの圧力
が溶湯圧よりも高くなると該ガスにより溶湯面の酸化膜
が押し凹められガス欠陥による不良品が生じる問題があ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１記載の発
明の圧力鋳造方法は、上記の問題を解決することを目的
としてなされたものであって、次のように構成されてい
る。

【０００７】(１) 請求項１記載の発明の圧力鋳造方法
の構成溶湯が注入されるキャビティーと、該キャビティー内の
中央部に配置され、略その全周囲に溶湯が回り込む砂中
子と、上記キャビティー内に圧力を加える圧力供給手段
とを備え、キャビティー内に溶湯を注入するとともに該
注入された溶湯が上記砂中子の全周を覆う直前から同全
周を覆った後の所定時間までの間に、キャビティー内に
注入された溶湯の圧力と砂中子からの発生ガス圧とを検
出し、上記圧力供給手段により、上記キャビティー内に
注入された溶湯の圧力が上記砂中子からの発生ガス圧よ
りも高くなるように所定の圧力をキャビティー内に加え
ることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本願の請求項１記載の発明の圧力鋳造方法は、
以上のように構成されており、当該構成に基いて、次の
ような作用を奏する。

【０００９】(１) 請求項１記載の発明の圧力鋳造方法
の作用 先にも述べたように、砂中子が発生するガスは、当該砂
中子内に混入されている水分やレジン、溶材などの熱と
の反応によって発生する。従って、例えば図７に示すよ
うに本来それぞれ当該混入物毎に反応時間が異なり、ガ
ス欠陥が鋳造過程の何の時点で発生するかも異なる。

【００１０】しかし、上記砂中子からガスが発生したと
しても、該発生ガスの圧力よりも溶湯側の圧力の方が高
ければ少なくとも溶湯側酸化膜が押し凹まされるような
ことはなく、ガス欠陥による巣の発生は生じない。

【００１１】また、実際の測定の結果、例えば図７の
Ａ，Ｂ，Ｃの３つの時点で砂中子からのガスの発生が見
られるとしても、鋳造の進行により例えば同図７のＢ時
点やＣ時点では既に溶湯の凝固が進んでいることから、
仮にガスが発生しても酸化膜の変形を生じることがない
ことが確認された。

【００１２】一方、上記測定の結果、上記図７のＡ時点
は、少なくともキャビティー内に注入された溶湯が砂中
子の全周を覆う直前から覆った後の所定時間までの溶湯
温度が高く、溶湯注入途中の期間内に含まれていること
が判明した。

【００１３】以上より、該発明の圧力鋳造方法では、キ
ャビティー内に注入された溶湯の圧力と砂中子からの発
生ガス圧とを検出する。そして、圧力供給手段によって
上記キャビティー内に注入された溶湯の圧力が上記砂中
子からの発生ガス圧よりも高くなるように所定の圧力を
キャビティー内に加えて溶湯圧を高め、砂中子からの発
生ガスを制御することで溶湯側酸化膜が押し凹まされる
ようなことがないようにした。また、該期間内のみを対
象として上記圧力制御手段によりキャビティー内の加圧
制御を行なうことで、効率よく且つ効果的なガス欠陥防
止作用を実現した。

【００１４】

【発明の効果】従って、本願発明の圧力鋳造方法による
と、キャビティー内に溶湯を注入する とともに該注入さ
れた溶湯が砂中子の全周を覆う直前から同全周を覆った
後の所定期間に、圧力供給手段によって、キャビティー
内の溶湯圧力が砂中子からの発生ガス圧よりも高くなる
ように所定の圧力をキャビティー内に加えることで、砂
中子から発生するガスを制御して、このガスが溶湯中に
侵入してガス欠陥を生ぜしめるのを確実に防止すること
ができ、鋳造製品の品質を向上させることが可能とな
る。

【００１５】

【実施例】図１〜図８は、例えばレシプロエンジンのシ
リンダヘッドの製造に適用した本願発明の実施例に係る
圧力鋳造方法および同圧力鋳造方法を実施するための圧
力鋳造装置の構成を示している。

【００１６】先ず図１は、同圧力鋳造装置の全体的な構
造を示しており、図中符号１は内部にアルミ合金溶湯２
が貯留されている密閉炉体である。該密閉炉体１は図示
しない加熱装置によって加熱され、鋳造に適した溶湯温
度に保持されている。

【００１７】一方、符号４は上記密閉炉体１の上部に隔
壁３を介して設置された鋳型である。該鋳型４は、下部
側の固定型(下型)４Ａと上部側可動型(上型)４Ｂとから
なり、これら固定型４Ａと可動型４Ｂ間に、上記密閉炉
体１内の溶湯２が注入されるエンジンのシリンダヘッド
鋳造用のキャビティー５が形成されている。そして、該
キャビティー５の中央部には、例えばウォータジャケッ
ト形成用の第１の砂中子６Ａとオイルジャケット形成用
の第２の砂中子６Ｂが各々設けられている。

【００１８】そして、上記鋳型４の湯道７は、湯口９を
介してストーク８に連通しており、炉体内加圧手段が作
動すると同ストーク８を介して上記密閉炉体１内の溶湯
２が湯口９を経て湯道７よりキャビティー５側に所定圧
で注入されるようになっている。

【００１９】さらに、符号１１は上記キャビティー５内
に所定の背圧を供給して溶湯圧を高くする圧力供給路で
あって、該圧力供給路１１は配管１２を介して圧力ポン
プ１４に接続されている。そして、配管１２の途中には
圧力制御弁１３が介設されており、上記キャビティー５
内に供給される圧力ポンプ１４からの圧力レベルを圧力
制御手段１５から印加される制御信号値に応じて所定の
値にコントロールするようになっている。該キャビティ
ー５内への背圧の供給は、次に述べるような事情に基
き、上記キャビティー５内に注入された溶湯２が上記水
分、溶材、レジン等を含む第１、第２の砂中子６Ａ，６
Ｂの全周を覆う直前から同第１、第２の砂中子６Ａ，６
Ｂの全周を覆った後の所定時間までの間、ガス圧による
酸化膜の溶湯内への膨出を阻止するために行なわれる。

【００２０】すなわち、先にも述べたように、本実施例
のような圧力鋳造方法によるエンジンシリンダヘッドの
アルミ鋳造過程では、例えば図２に示すように少なくと
も或る２つの時点Ａ，Ｂにおいて上記各砂中子６Ａ，６
Ｂから所定圧以上のガスが発生する事実が見出される。
そして、このようにＡ，Ｂ２つの時点で所定圧以上のガ
スが発生した製品では、一般に該ガスが漏出したと見ら
れる部分に巣ができており、結局欠陥品となる。

【００２１】ところで、このようなガス欠陥を生じた欠
陥品とガス欠陥を生じなかった良品との鋳造過程におけ
る各砂中子６Ａ，６Ｂのガス圧の変化を測定して対比し
て見ると、図２と図３のような関係になった。このこと
から、仮に砂中子６Ａ，６Ｂからガスが発生したとして
も、その発生圧が溶湯圧(比重＋高さ)自体よりも低い
か、又は同溶湯圧よりも或る程度高くても例えば注入さ
れた溶湯２が上記砂中子６Ａ，６Ｂの全周を覆ってから
所定時間が経過して同溶湯２が或る程度硬化したＢ時点
では最早巣ができないということが判明する。

【００２２】ところで、上記溶湯注入時に砂中子６Ａ，
６Ｂが発生するガスは、当該砂中子６Ａ，６Ｂ内に混入
されている上記水分や溶材、レジンなどが熱と反応する
ことによって生じているであろうことは容易に想像がつ
く。しかし、これら各混入物は、それぞれ反応時間が異
なり、上記ガス発生による欠陥が上記シリンダヘッド鋳
造過程の常に何の時点で発生するかということを特定し
得ないと上記のようなキャビティー内の背圧の制御を行
っても余り効果的ではない。

【００２３】そこで、本実施例では、例えば図４〜図６
に示すような砂中子６Ａ，６Ｂからのガスの発生による
溶湯酸化膜の膨出変形を検出、計測する酸化膜計測装置
を考案し、同酸化膜の溶湯内への膨出によるガス欠陥発
生メカニズムを先ず解析した。

【００２４】該計測装置では、鋳型モデルとして上記図
１と同様の構成のものが採用されており、ここでは各部
の構成を分かり易く示すために１つの図面中に便宜上同
一鋳型の２つの断面を併せて示している。

【００２５】そして、同図面において先ず符号３１は、
第１のパイプ３１を通しキャビティー５内に注入された
溶湯２の圧力(比重＋高さ)Ｐ１を検出する第１の圧力セ
ンサ、また同３２は第２のパイプ３２を通し第１の砂中
子６Ａの発生ガス圧Ｐ2を検出する第２の圧力センサで
あり、該第１、第２の各圧力センサ２１，２２の圧力検
出信号はアンプ２３を介して所定のレベルに増幅された
後に計測器２５に入力される。

【００２６】また、符号２４は図示の如く複数の溶湯注
入部に各々配設された酸化膜検出用の複数の電極４１〜
４４を備えた導通センサーであり、該導通センサー２４
の各電極４１〜４４からの検出信号も同じく計測器２５
に入力される。該導通センサ２４の電極４１〜４４は、
例えば図５に符号４３のもので代表させて示すように、
キャビティー等溶湯注入空間内に突出して配置された先
端側導電部４０ａと、該導電部４０ａの一部を残して耐
熱性のあるセラミック部材が被覆されたセラミックコー
ティング部４０ｂと、該セラミックコーティング部４０
ｂの上に更に絶縁部材を被覆したリード線部４０ｃとか
ら形成されており、上記導電部４０ａには例えば常時
１．０(Ｖ)の直流電位が印加されている。

【００２７】従って、今例えば上記キャビティー等の溶
湯注入空間内に溶湯２が注入され、該溶湯２が第１の砂
中子６Ａの周囲を覆い初めた状態において、例えば図６
の仮想線に示すように同第１の砂中子６Ａ中の水分、溶
材、レジンが反応して所定圧のガスを発生するようにな
ると、該ガスの圧力Ｐ2が上記第２の圧力センサ２２に
よって検出されるとともに、それによって酸化膜５０の
膨出が生じる。そして、該酸化膜５０の上端が上記電極
４３の導電部４０ａに接触すると、導電部４０ｂは地絡
されて一旦零ボルト電位となる。そしてその後、更にガ
スの発生量が増加して酸化膜５０の膨出量が増し、図示
実線の状態になると、再び１．０(Ｖ)となる。この結
果、導通センサ２４の出力電圧は図８のように変化す
る。

【００２８】そこで、この導通センサ２４の出力データ
を上記第１、第２の圧力センサ２１，２２の検出データ
とともに計測器２５からパーソナルコンピュータ２６に
入力してデータ処理すると、例えば図７のＡ，Ｂ，Ｃに
示すように第１の砂中子６Ａ中の混入物毎のガス発生状
態をパターン化して認識することができる。従って、こ
れらのデータを基にして、上述の図２のＡ時点を特定す
ることができ、それに対応して上記圧力制御手段１５を
作動させ、上記キャビティー５内の背圧を溶湯圧Ｐ１が
上記第２の圧力センサ２２で検出されたＡ時点における
第１の砂中子６Ａからのガス圧Ｐ2よりも高いＰ１＋Δ
Ｐ１になるように加えると、第１の砂中子６Ａ(６Ｂ)か
らの発生ガスが溶湯２側に膨出することはできなくな
り、従来のようなガス欠陥の発生を確実に抑制し得るよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の実施例に係るエンジンのシ
リンダヘッドの圧力鋳造装置の構成を示す断面図であ
る。

【図２】図２は、上記鋳造装置による鋳造過程におい
て、ガス欠陥が生じる場合の砂中子のガス圧特性図であ
る。

【図３】図３は、同鋳造過程において、ガス欠陥が生じ
ない場合の砂中子のガス圧特性図である。

【図４】図４は、図２のガス欠陥発生メカニズムを分析
するための計測装置の構成を示す概略図である。

【図５】図５は、同計測装置の要部の構成を示す断面図
である。

【図６】図６は、同図５の計測装置の要部の作用を示す
説明図である。

【図７】図７は、砂中子中の３つの混入成分の各成分毎
の熱反応時のガス圧特性を示す特性図である。

【図８】図８は、ガス欠陥発生時の計測信号変化を示す
タイムチャートである。

【符号の説明】

１は密閉炉体、２は溶湯、３は隔壁、４は鋳型、４Ａは
固定型、４Ｂは可動型、５はキャビティー、６Ａは第１
の砂中子、６Ｂは第２の砂中子、７は湯道、８はストー
クである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯が注入されるキャビティーと、該キ
   ャビティー内の中央部に配置され、略その全周囲に溶湯
   が回り込む砂中子と、上記キャビティー内に圧力を加え
   る圧力供給手段とを備え、 キャビティー内に溶湯を注入するとともに該注入された
   溶湯が上記砂中子の全周を覆う直前から同全周を覆った
   後の所定時間までの間に、キャビティー内に注入された
   溶湯の圧力と砂中子からの発生ガス圧とを検出し、上記
   圧力供給手段により、上記キャビティー内に注入された
   溶湯の圧力が上記砂中子からの発生ガス圧よりも高くな
   るように所定の圧力をキャビティー内に加える ことを特
   徴とする圧力鋳造方法。