JP3460406B2 - 鋳造用中子、鋳造用中子の製造方法および鋳造品の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋳造用中子、鋳
造用中子の製造方法および鋳造品の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の複雑形状の鋳造品を鋳造する際に
は中子が用いられる。従来、上述の中子を造型するには
中子金型を約３００℃に加熱し、中子金型のブローポー
トからキャビティ内にシェルモールド砂を吹込み、樹脂
の軟化および硬化により図１０に示す如き断面形状の鋳
造用中子９１が製造される。

【０００３】しかし、この断面中実状の中子９１は中子
金型の温度のみではその中央部まで焼成できず、図１０
に示すように表面側の焼成層９２の内部に未焼成の未焼
成層９３が形成され、未焼成層９３の強度は零に等しい
ため、中子９１全体の強度が弱く、保管時、運搬時およ
び鋳造時の破損が大となる問題点があった。

【０００４】加えて、上記中実中子９１ではシェルモー
ルド砂の使用量および中子重量が大であるばかりでな
く、この中子９１を鋳型にセットして溶湯を注湯した
時、溶湯の熱により上述の未焼成層９３が焼成して、ガ
スが発生するので、巣などの鋳造欠陥を引き起す問題点
があった。

【０００５】また上述の中子９１は鋳造後において本
来、完全に崩壊して良好に鋳ばなれすることが望まれる
が、例えばアルミ合金溶湯を用いる低加圧鋳造（low pr
essuredie castig 、略して低圧鋳造とも称される）で
は溶湯の低温熱量により中子９１の中心部まで完全に崩
壊性を確保することができないので、鋳造後の製品内か
ら中子９１を簡単に取出すことができず、中子の取出し
が煩雑となる問題点があった。

【０００６】一方、特開平５−５７３９４号公報に記載
のように、中子造型用の中子金型のキャビティ内に中空
状の石英管などのセラミックス製の芯材を位置決めし、
この芯材の周囲を取り囲むキャビティ空間にレジンコー
テッドサンドを充填して、このレジンコーテッドサンド
をヒータで加熱硬化してシェル中子を製造する方法もあ
るが、製造された中子はレジンコーテッドサンドのみで
あるため、充分な中子強度を確保することができず、ま
た比較的薄肉状の中子しか製造できない問題点があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、炭化可能
な中空材の外周にシェルモールド砂の成形層を有する構
造とすることで、中子強度の向上を図り、シェルモール
ド砂の使用量低減と中子重量軽減とを達成し、かつ中子
の製作が容易で、鋳造後における中子の崩壊性の向上を
図ることができ、しかも、上述の中空材にガス抜き孔を
穿設形成することで、中空材の中空部よりガスを排出す
ることができ、鋳造欠陥の発生を防止することができる
鋳造用中子の提供を目的とする。

【０００８】この発明はまた、炭化可能な中空材を中子
金型に配設した後に、この中空材外周と中空金型のキャ
ビティとの間にシェルモールド砂を充填して加熱硬化さ
せて中子を製造することで、充分な中子強度を有し、シ
ェルモールド砂の使用量低減と中子重量軽減とを図り、
鋳造後における中子の崩壊性が良好な鋳造用中子を簡単
に製造することができる鋳造用中子の製造方法の提供を
目的とする。

【０００９】この発明はさらに、上記鋳造用中子の製造
方法において製造された鋳造用中子を鋳型に配設して鋳
造し、鋳造された鋳造品を中空材が焼成崩壊されるよう
に鋳造後に熱処理することで、Ｔ４処理、Ｔ６処理等の
熱処理を有効利用して、中空材のさらなる崩壊性を確保
することができる鋳造品の処理方法の提供を目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明による鋳造用中
子は、鋳造用中子であって、炭化可能な中空材と、上記
中空材の外周に形成されたシェルモールド砂の成形層と
を備え、上記中空材にガス抜き孔が穿設形成されたもの
である。

【００１１】この発明による鋳造用中子の製造方法は、
炭化可能な中空材を中子金型に配設し、上記中子金型の
キャビティと上記中空材外周との間にシェルモールド砂
を充填して加熱硬化させるものである。

【００１２】この発明による鋳造品の処理方法は、上記
鋳造用中子の製造方法において製造された鋳造用中子を
鋳型に配設して鋳造するし、鋳造された鋳造品を中空材
が焼成崩壊されるように鋳造後に熱処理するものであ
る。

【００１３】

【発明の作用及び効果】この発明の鋳造用中子によれ
ば、この鋳造用中子は炭化可能な中空材の外周にシェル
モールド砂の成形層を有するので、上記中空材の存在に
より中子強度の向上を図り、また中空材の内部にはシェ
ルモールド砂を充填しないので、シェルモールド砂の使
用量低減と中子全体の重量軽減とを達成することがで
き、かつ中子の製作が容易で、上記中空材の炭化により
鋳造後における中子の崩壊性の向上を図ることができる
のは勿論、上述の中空材にガス抜き孔を穿設形成したの
で、中空材の中空部からガスを排出することができて、
鋳造欠陥の発生を防止することができる効果がある。

【００１４】この発明の鋳造用中子の製造方法によれ
ば、炭化可能な中空材を中子金型に配設した後に、この
中子金型のキャビティと上述の中空材外周との間にシェ
ルモールド砂（いわゆる中子砂）を充填して、加熱する
と樹脂の軟化および硬化により中空材の外周にシェルモ
ールド砂の形成層が一体的に形成された鋳造用中子を製
造することができる。

【００１５】この結果、充分な中子強度を有し、シェル
モールド砂の使用量低減と中子重量軽減との両立を図
り、鋳造後における中子の崩壊性が良好な鋳造用中子を
容易に製造することができる効果がある。ここで、上述
のシェルモールド砂としては、石炭酸素合成樹脂粉末を
混合した砂つまりレジンサンド（resin sand）と、砂粒
のまわりにレジンをまぶしたもの即ちコーテッドサンド
との何れを用いてもよい。

【００１６】この発明の鋳造品の処理方法によれば、上
記鋳造用中子の製造方法において製造された鋳造用中子
を鋳型に配設して鋳造し、鋳造された鋳造品を中空材が
焼成崩壊されるように鋳造後に熱処理するので、Ｔ４処
理、Ｔ６処理等の熱処理を有効利用して、中空材の炭化
が進行し焼成崩壊されるので、中空材のさらなる崩壊性
を確保することができて、砂出しを簡単に行なうことが
できる効果がある。

【００１７】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。まず、図１乃至図５を参照して鋳造用中子の製
造方法について述べると、図１は中子造型装置を示し、
この実施例ではエンジンのシリンダヘッドにおけるＳＯ
ＨＣタイプのカムシャフトの支持部を鋳造する際に用い
る中子の製造方法を例示している。

【００１８】すなわち図１においてキャビティ１を有す
る下型２と、キャビティ３を有する上型４とで中子金型
５を構成し、可動型としての上型４の所定部にはシェル
モールド砂を吹き込むためのブローポート部材６を取付
けて、ブローポート７（いわゆるブロー口）を形成して
いる。上述の上型４を下型２に対して離間させた状態下
（いわゆる型ばらし状態下）において炭化可能な材質よ
りなる中空材としての紙パイプ８を下型２の所定部に配
設する。

【００１９】この紙パイプ８には図２に示すようにシェ
ルモールド砂の粒径よりも小径の約０．１〜０．１５mm
φのガス抜き孔９が多数穿設形成されている。また、こ
の紙パイプ８としては具体的にはチップボールを螺旋状
に巻いて作成され紙管を用いる。

【００２０】紙パイプ８の配設後、上型４を下型２に接
合し、かつ中子金型５を約３００℃に加熱した状態下に
おいて上述のブローポート７から、中子金型５のキャビ
ティ１，３と紙パイプ８外周との間にシェルモールド砂
を充填(図３参照)して加熱硬化させると、中子金型５の
離型により図４、図５に示すような鋳造用中子１０を製
造することができる。

【００２１】この鋳造用中子１０は図４、図５に示すよ
うに紙パイプ８の外周にシェルモールド砂の成形層（焼
成層）１１が一体的に形成されている。上述の中子造型
において中子金型５に紙パイプ８をセットし、シェルモ
ールド砂のブローイング、キュアリング（curing、シェ
ルを金型に付けたまま加熱する操作のこと）、取出しま
でに要する時間は図７に説明図で示す如く約１．５分
（９０秒）で、中子金型５の温度も約３００℃であるた
め紙パイプ８が焼かれることはない。

【００２２】次に図６を参照して上述の鋳造用中子の製
造方法において製造された鋳造用中子１０を鋳型に配設
してエンジンのシリンダヘッドを低圧鋳造する鋳造方法
について説明する。

【００２３】図６は低圧鋳造装置を示し（但し、図６で
は鋳造完了後の状態を示している）、同図においてアル
ミ合金溶湯１２を貯溜した炉１３を設け、この炉１３の
一側には空気もしくはガス等の加圧気体の圧力作用ポー
ト１４を形成する一方、炉１３内には給油管としてのメ
インストークス１５を立設している。

【００２４】上述のメインストークス１５の上部にサブ
ストークス１６を介して、固定型１７の湯口部材１８内
部に湯口１９を連通接続している。また鋳造用の鋳型２
０は、上述の固定型１７と、図示の左右方向に移動する
可動型２１，２２と、図示の上下方向に移動する可動型
２３とを有し、型閉め時に上述の湯口１９に連通するシ
リンダヘッド対応形状のキャビティが形成される。

【００２５】シリンダヘッド２４のカムシャフト支持部
２５を鋳造する所定位置に図４に示す鋳造用中子１０を
配設し、炉１３の圧力作用ポート１４から例えば０．３
〜０．７kgf/cm^２の圧力を炉１３内に作用されると、約
６８０〜７２０℃のアルミ合金溶湯１２はメインストー
クス１５、サブストークス１６および湯口１９を介して
鋳型２０のキャビティ内に押上げ注湯され、カムシャフ
ト支持部２５を備えたシリンダヘッド２４が鋳造され
る。なお、鋳造時の鋳型２０は約４００〜５００℃に加
熱される。

【００２６】上述の鋳造時においては鋳型２０内に図４
に示す鋳造用中子１０がセットされて鋳造されるが、注
湯開始から鋳造品（シリンダヘッド２４）取出しまでの
間の所要時間は図７に示す如く１０〜１５分で、鋳造用
中子１０内の紙パイプ８はその外周部にシェルモールド
砂の成形層１１が位置しており、この紙パイプ８に鋳型
２０の温度（４００〜５００℃）およびアルミ合金溶湯
１２の温度（６８０〜７２０℃）が直接作用することは
なく、シェルモールド砂の主成分としてのケイ砂の熱伝
導により紙パイプ８に熱エネルギが伝わり、かつ鋳型２
０内には酸素が少量であるため、紙パイプ８は火を出し
て燃えることはなく、炭化された状態となる。しかも図
７から明らかなように上述の紙パイプ８はアルミ合金溶
湯１２が注湯されて凝固するまでの間は中子１０の形状
保持に必要な強度を確保しており、アルミ合金溶湯１２
の凝固後に炭化される。

【００２７】図６に示す低圧鋳造装置で鋳造されたシリ
ンダヘッド２４は型ばらしの後、鋳型２０から取出され
て、外部に放置され、徐冷が行なわれるので、図７に示
す放置徐冷の領域において紙パイプ８はその炭化状態が
進行して、崩壊性が良好となる。

【００２８】このようにして鋳造されたシリンダヘッド
２４には、該シリンダヘッド２４を構成するアルミ合金
の勒性を強化するために図７に示すＴ６処理が施され
る。つまり、鋳造後のシリンダヘッド２４を加熱炉内に
挿入し、約５２０℃の加熱温度で４時間加熱した後に、
約１８０℃の加熱温度で１．５時間再加熱する熱処理
（Ｔ６処理）が施されるが、このＴ６処理を有効利用し
て、上述の紙パイプ８の炭化がさらに進行し、紙パイプ
８は完全に焼成崩壊されるので、シリンダヘッド２４か
らの砂出しを簡単に行なうことができる。

【００２９】なお、上述のＴ６処理（図７参照）に代え
てＴ４処理（図８参照）をし実行しても、紙パイプ８の
炭化進行および焼成崩壊については同様の効果を得るこ
とができる。また以上の説明においては軽合金鋳造の一
例としてアルミ合金鋳造を例示したが、図４に示す鋳造
用中子１０を鋳鉄の鋳造に用いてもよいことは勿論であ
る。

【００３０】すなわち、図４に示す鋳造用中子１０を鋳
型の所定部に配設し、約１３８０℃の鋳鉄の溶湯を注湯
して鋳鉄製の鋳造品を製造する場合、図９に示すように
注湯開始から鋳造品取出しまでの間の所要時間は約３０
〜４５分で、鋳造用中子１０内の紙パイプ８はその外周
部にシェルモールド砂の成形層１１が位置しており、こ
の紙パイプ８に鋳鉄の溶湯の温度（１３８０℃）が直接
作用することはなく、シェルモールド砂の主成分として
のケイ砂の熱伝導により紙パイプ８に熱エネルギが伝わ
り、かつ鋳型内には酸素が少量であるため、紙パイプ８
は火を出して燃えることはなく、炭化された状態とな
る。しかも図９から明らかなように上述の紙パイプ８は
鋳鉄の溶湯が注湯されて凝固するまでの間は中子１０の
形状保持に必要な強度を確保しており、鋳鉄溶湯の凝固
後に炭化され、かつ鋳造品の外部への取出し後の放置徐
冷の領域において紙パイプ８はその炭化状態が進行する
ので、崩壊性が良好となる。

【００３１】以上要するに、上記実施例の鋳造用中子に
よれば、この鋳造用中子１０は炭化可能な中空材（紙パ
イプ８参照）の外周にシェルモールド砂の成形層１１を
有するので、上記紙パイプ８の存在により中子１０の強
度の向上を図り、また紙パイプ８の内部にはシェルモー
ルド砂を充填しないので、シェルモールド砂の使用量低
減と中子１０全体の重量軽減とを達成することができ、
かつ中子１０の製作が容易で、上記紙パイプ８の炭化に
より鋳造後における中子１０の崩壊性の向上を図ること
ができる。

【００３２】しかも、上述の中空材（紙パイプ８参照）
にガス抜き孔９を穿設形成したので、中空材（紙パイプ
８参照）の中空部からガスを排出することができて、鋳
造欠陥の発生を防止することができる効果がある。な
お、上述の中子１０を軽合金鋳造用に設定すると、鋳鉄
の鋳込温度に対してその鋳込温度が低温となる軽合金鋳
造に用いた時、有効となり、また、上述の中空材（紙パ
イプ８参照）を、軽合金鋳造品の強勒化処理としてのＴ
６処理時に炭化が進行して焼成破壊される材質に設定す
ると、さらに良好な砂出しを行なうことができ、さらに
上述の中空材を紙パイプ８に設定すると、所期の目的を
達成することができる。ここで、上述の紙パイプ８とし
ては紙管（paper core）すなわちチップボール（chip b
oard、古紙を円網抄紙機ですいたもので、一般に４００
ｇ／ｍ^２以上のもの）を螺旋状に巻いて作ったものを用
いることができる。

【００３３】また、上記実施例の鋳造用中子の製造方法
によれば、炭化可能な中空材（紙パイプ８参照）を中子
金型５に配設した後に、この中子金型５のキャビティ
１，３と上述の中空材外周との間にシェルモールド砂
（いわゆる中子砂）を充填して、加熱すると、樹脂の軟
化および硬化により中空材の外周にシェルモールド砂の
形成層１１が一体的に形成された鋳造用中子を製造する
ことができる。

【００３４】この結果、充分な中子１０強度を有し、シ
ェルモールド砂の使用量低減と中子１０の重量軽減との
両立を図り、鋳造後における中子１０の崩壊性が良好な
鋳造用中子１０を容易に製造することができる効果があ
る。ここで、上述のシェルモールド砂としては、石炭酸
素合成樹脂粉末を混合した砂つまりレジンサンド（resi
n sand）と、砂粒のまわりにレジンをまぶしたもの即ち
コーテッドサンドとの何れを用いてもよい。

【００３５】さらに、上記実施例の鋳造品の処理方法に
よれば、上述の鋳造用中子の製造方法において製造され
た鋳造用中子１０を鋳型２０に配設した鋳造し、鋳造さ
れた鋳造品（シリンダヘッド２４参照）を中空材（紙パ
イプ８参照）が焼成崩壊されるように鋳造後に熱処理す
るので、Ｔ４処理、Ｔ６処理等の熱処理を有効利用し
て、中空材（紙パイプ８参照）の炭化が進行し焼成崩壊
されるので、中空材（紙パイプ８参照）のさらなる崩壊
性を確保することができて、砂出しを簡単に行なうこと
ができる効果がある。

【００３６】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の中空材は、実施例の断面円形の紙
パイプ８に対応し、以下同様に、鋳造品は、シリンダヘ
ッド２４に対応するも、この発明は、上述の実施例の構
成のみに限定されるものではない。

【００３７】例えば、本発明の鋳造用中子の製造方法は
シェルモールド法のみに限らず、常温間によるＣＯ_２サ
ンド法やコールドボックス法にも適用でき、この場合、
上述の中空材を補強部材として使用することができ、ま
た本発明の鋳造方法は低圧鋳造法のみに限らず、砂型鋳
造、シェルモールド鋳造、金型鋳造の各方法に適用可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の鋳造用中子の製造方法を示す断面
図。

【図２】 中空材としての紙パイプの斜視図。

【図３】 本発明の鋳造用中子の製造方法を示す断面
図。

【図４】 本発明の鋳造用中子を示す斜視図。

【図５】 鋳造用中子の部分断面図。

【図６】 鋳造方法を示す断面図。

【図７】 中子造型、鋳造およびＴ６処理の時間に対す
る温度の関係を示す説明図。

【図８】 中子造型、鋳造およびＴ４処理の時間に対す
る温度の関係を示す説明図。

【図９】 中子造型、鋳造の時間に対する温度の関係を
示す説明図。

【図１０】 従来の中実中子の断面図。

【符号の説明】

１，３…キャビティ ５…中子金型 ８…紙パイプ ９…ガス抜き孔 １０…鋳造用中子 １１…成形層 ２０…鋳型 ２４…シリンダヘッド（鋳造品）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｄ 29/00 Ｂ２２Ｄ 29/00 Ｆ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳造用中子であって、 炭化可能な中空材と、 上記中空材の外周に形成されたシェルモールド砂の成形
   層とを備え、 上記中空材にガス抜き孔が穿設形成された 鋳造用中子。
2. 【請求項２】炭化可能な中空材を中子金型に配設し、 上記中子金型のキャビティと上記中空材外周との間にシ
   ェルモールド砂を充填して加熱硬化させる鋳造用中子の
   製造方法 。
3. 【請求項３】上記請求項２記載の鋳造用中子の製造方法
   において製造された鋳造用中子を鋳型に配設して鋳造
   し、 鋳造された鋳造品を中空材が焼成崩壊されるように鋳造
   後に熱処理する鋳造品の処理方法。