JP4110984B2

JP4110984B2 - シリンダヘッド鋳造用鋳型

Info

Publication number: JP4110984B2
Application number: JP2003019672A
Authority: JP
Inventors: 達也増田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP2004230403A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダヘッド鋳造用鋳型の改良に関し、特に内燃機関用シリンダヘッドを低圧鋳造法にて鋳造するにあたり、給排気ポートとなるべき位置に配置されるポート中子を正確に位置決めしつつそのポート中子から発生するガスを効率よく排出できるようにした鋳型の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッド鋳造用鋳型におけるポート中子の位置決め技術として例えば特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載の技術では、シリンダヘッドそのものの鋳造を司る横型同士の接近離間動作に連動してクランプ部材を進退移動させ、横型同士の型締め完了時にポート中子を下型に押し付けて位置決めするようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２５３６６３号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された従来の技術では、横型同士の接近離間変位をそれと直交方向のクランプ部材の進退変位に変換する方式であるために、複数のロッドやラック＆ピニオン等を必要とし、構造が複雑になる。また、上記従来の技術では、ポート中子の巾木部の直近位置をゲート部として溶湯の充填を行ういわゆるサイドゲート方式を採用した場合には、砂中子であるポート中子と溶湯との接触面積が大きくなってポート中子からレジンガスが発生することになるが、そのレジンガスの逃げ場がなく、なおも改善の余地を残している。すなわち、ポート中子と溶湯との接触によってそのポート中子から発生したレジンガスが製品部に巻き込まれて、ブローホールや引け巣あるいは湯回り不良等の鋳造欠陥を招きやすい。
【０００５】
本発明は以上のような課題に着目してなされたものであり、とりわけポート中子を正確に位置決めしつつそのポート中子から発生するガスを効率よく排出できるようにした鋳型を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、開閉可能な複数の金型要素の内部に給排気ポートに相当するポート中子（砂中子）を配置するとともに、そのポート中子の巾木部に隣接する位置をゲート部として溶湯を充填することによりシリンダヘッドを鋳造するいわゆるサイドゲート方式の鋳型であって、溶湯充填時にポート中子から発生するガスを外部に排出するガス抜き機構が中子位置決め機構を兼ねていて、その中子位置決め機構は、溶湯圧力に対抗し得る自重をもつ位置決めピンをガス抜き通路に上下動可能に挿入することによって構成され、型締め時に位置決めピンがポート中子の巾木部に当接することによって浮上動作してガス抜き通路を開くとともに、その位置決めピンの自重によってポート中子の巾木部を特定の金型要素に押し付けて位置決めするようになっていることを特徴とする。
【０００８】
また、位置決めピンにはガス抜き通路の連通性を常時維持するために長手方向に沿ってガス抜き孔が貫通形成されていることが望ましい。
【０００９】
したがって、本発明では、鋳型を構成することになる一部の金型要素にポート中子を配置しながらそれらの金型要素同士を型締めすると、ポート中子は中子位置決め機構の主要素である位置決めピンによって位置決めされる。そして、位置決めピンは溶湯圧力に対抗し得る自重を有しているので、仮に溶湯圧力が作用してもポート中子の位置決め状態を自己保持することになる。また、溶湯充填時には巾木部を含むポート中子の大部分が溶湯と接触することになるので、砂中子であるポート中子からは多量のレジンガスが発生することになるが、これらのレジンガスはガス抜き機構を兼ねている中子位置決め機構をもって効率よく外部に排出されることになる。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、きわめて簡単な構造の中子位置決め機構をもってポート中子を正確に位置決めすることができるほか、その中子位置決め機構がガス抜き機構を兼ねているので、サイドゲート方式を採用したことによってポート中子から多量のレジンガスが発生してもそのレジンガスを確実に外部に排出することができ、製品部へのレジンガスの巻き込みによるブローホールや引け巣あるいは湯回り不良等の鋳造欠陥の発生を未然に防止して、シリンダヘッドの品質向上に寄与できる効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１，２は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、特に図１はいわゆる２個取り方式のシリンダヘッド鋳造用鋳型を含む低圧鋳造方式の鋳造装置全体の構造を、図２は図１の鋳型の要部の詳細をそれぞれ示している。
【００１２】
図１に示すように、保持炉１の上方に位置するロアプラテン２上にシリンダヘッド鋳造用の２個取り方式の鋳型（金型）３が搭載されており、それらの保持炉１と鋳型３とは給湯用のストーク４を介して接続されている。鋳型３は、左右一対の製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２が共有することになる金型要素としてのセンター型５のほか、このセンター型５に対して接近離間可能な金型要素としての左右一対の横型６Ａ，６Ｂ、および同じく互いに接近離間可能な金型要素としての下型７と上型８とをもって構成されており、各金型要素同士の型締め状態をもって左右一対の製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２が形成される。そして、湯口部１８とゲート部（堰）９とを介してストーク４から製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２に溶湯Ｍの供給を受けることになる。なお、保持炉１は、外部から導入される圧縮空気圧によってその液面を加圧することにより鋳型３に対し溶湯Ｍを充填する公知の構造のものである。
【００１３】
ここで、図１のほか図２にも示すようにゲート部９は製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２のサイド部に開口しており、このゲート部構造がサイドゲート方式と称されるものである。このサイドゲート方式は、製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２の下面側にゲート部９を設定するいわゆるアンダーゲート方式と比べた場合に、その下型７側での水冷冷却構造の設定自由度が高く、下型７の温度上昇を効果的に抑制できる利点があるとされている。
【００１４】
図２に示すように、鋳型３内には図示しないウォータージャケット中子等とともに給排気ポートに相当するポート中子（砂中子）１０，１１が配置されるようになっており、各ポート中子１０，１１は金型要素同士の型締め状態をもってその巾木部１０ａ，１１ａがセンター型５と下型７との間もしくは横型６Ａ，６Ｂと下型７との間に圧締保持されるようになっている。
【００１５】
一方のポート中子１１の巾木部１１ａは湯口部１８につながるゲート部９に配置されるようになっていて実質的にゲート部９の一部を兼ねており、したがってそのポート中子１１の巾木部１１ａはゲート部９内に配置されることになるフィルター１２と予め一体化された状態でセンター型５と下型７との間に圧締保持される。このゲート部９の一部を兼ねたポート中子１１の採用は、中子砂の保温性のために湯口部１８での凝固進行を製品形状部区間Ｒ１，Ｒ２側に比べて遅らせることができる効果がある。そして、センター型５のうちポート中子１１の巾木部１１ａを拘束することになる部分にはガス抜き機構を兼ねた複数の中子位置決め機構１３が配置されている。
【００１６】
この中子位置決め機構１３は、センター型５に形成された段付き孔形状のガス抜き通路１４に段付き形状の位置決めピン１５を上下動可能に挿入したものであり、位置決めピン１５の頭部１５ａ側にはウエイト１６が載置されている。なお、位置決めピン１５とウエイト１６とは予め一体化されていてもよく、また相互に別体のものであってもよい。ただし、ウエイト部１６を重量の異なるものと積極的に交換することを前提とした場合には別体となっていることが望ましい。また、ガス抜き孔１４はそれに接続される連通路１７をもって大気開放されている。そして、位置決めピン１５とウエイト１６の総重量は後述する溶湯圧力に十分に対抗し得るだけの大きさに設定されており、鋳型３の型開き状態では図３の（Ａ）に示すように位置決めピン１５の先端が下方にわずかに（所定量α）突出しつつ位置決めピン１５の頭部１５ａがガス抜き通路１４の段状部であるショルダー部に当接して、その位置決めピン１５の下降限位置の規制とともにガス抜き通路１４を閉止する一方、図３の（Ｂ）に示すように鋳型３の型締め状態では位置決めピン１５がポート中子１１の巾木部１１ａに当接することにより相対的に上動してその巾木部１１ａを下側に押し付けて位置決めし、同時にガス抜き通路１４を開くようになっている。
【００１７】
ここで、位置決めピン１５とウエイト１６はその機能よりして耐熱性を有していて且つできるだけ比重が大きいことが望ましく、例えば鉄系金属に比べて６０％程度容積を削減できるタングステン製のものを使用すれば、小型のものであっても所定の機能を発揮できるようになる。
【００１８】
したがって、本実施の形態によれば、図３の（Ａ）に示すように下型７上にポート中子１０，１１を位置決めした状態で金型（鋳型）要素であるセンター型５のほか横型６Ａ，６Ｂや下型７および上型８をそれぞれ型締めする。これにより、鋳型３内には正規形状の製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２が形成されるとともに、各ポート中子１０，１１は下型７とセンター型５の間もしくは下型７と横型６Ａ，６Ｂ６との間に挟まれるかたちとなって一時的な位置決めがなされることになる。
【００１９】
型締めが完了すると、同図（Ｂ）に示すように位置決めピン１５の先端がポート中子１１の巾木部１１ａに当接して相対的に上動し、位置決めピン１５およびウエイト１６の総重量がポート中子１１の巾木部１１ａに加わり、これらの位置決めピン１５およびウエイト１６の総重量をもってポート中子１１の巾木部１１ａを下型７に押し付けることでポート中子１１の最終位置決めがなされることになる。これより、ポート中子１１の浮き上がり等が防止される。同時に、同図に示すような位置決めピン１５の上動はそれまで頭部１５ａによって閉止されていたガス抜き通路１４を開くことになり、これによりポート中子１１の巾木部１１ａに相当する部分はガス抜き通路１４と連通路１７とをもって大気開放されるかたちとなる。
【００２０】
この状態で例えばアルミニウム合金等の溶湯Ｍを注湯すると、図１のストーク４を通して押し上げられた溶湯Ｍは湯口部１８およびゲート部９であるフィルター１２を通して製品形状部空間Ｒ１，Ｒ２に充填され、シリンダヘッド粗材が鋳造される。この時、ポート中子１１の巾木部１１ａに溶湯Ｍの圧力が作用したとしても、先に述べたように位置決めピン１５およびウエイト１６の総重量としてはその溶湯圧力に十分に対抗し得る大きさに予め設定してあることから、位置決めピン１５は図３の（Ｂ）におけるポート中子１１の位置決め状態を維持し続ける。
【００２１】
また、ポート中子１１はそのポート相当部だけでなく巾木部１１ａまでも高温の溶湯Ｍと接することから、砂中子であるポート中子１１にバインダーとして含まれている例えばフェノール樹脂が分解してフェノール、ホルムアルデヒド、アンモニア等のいわゆるレジンガスＧが発生することになるが、これらのレジンガスＧは図４に示すようにガス抜き通路１４および連通路１７を通して鋳型３の外部にスムーズに排出される。これにより、レジンガスＧが製品内に巻き込まれることがなく、ブローホールや引け巣あるいは湯回り不良等の鋳造欠陥の発生を未然に防止できるようになる。
【００２２】
図５は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、中子位置決め機構１３を形成することになる位置決めピン２５とウエイト２６とを予め一体に形成するとともに、位置決めピン２５にその軸心方向に貫通するガス抜き孔２７を形成したものである。この実施の形態によれば、位置決めピン２５の浮上量にかかわらずポート中子１１の巾木部１１ａ相当部が常にガス抜き通路１４と連通して大気開放できる利点がある。
【００２３】
図６は本発明の第３の実施の形態を示す図であり、図２に示した第１の実施の形態と同様の構造を前提とした上で、連通路１７に吸引装置２０を接続してポート中子１１から発生するレジンガスを強制吸引するようにしたものであり、製品品質にとって有害なガスの吸引排出効率が一段と向上する利点がある。
【００２４】
図７は本発明の第４の実施の形態を示す図であり、位置決めピン１５とウエイト３６とを別体構造とした上でそのウエイト３６を複数のウエイト素片３６ａ，３６ａ…に細分割し、ウエイト素片３６ａの一つの重量を単位としてウエイト３６の総重量を調整可能としたものである。したがって、この実施の形態によれば、ポート中子１１の巾木部１１ａに付与すべき位置決め圧力を簡単に調整できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】低圧鋳造法による鋳造装置の一例を示す概略説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１の鋳型の要部拡大説明図。
【図３】図２に示す鋳型要部の作動説明図。
【図４】図２に示す鋳型要部の機能説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【符号の説明】
３…鋳型（金型）
５…センター型（金型要素）
６Ａ，６Ｂ…横型（金型要素）
７…下型（金型要素）
８…上型（金型要素）
９…ゲート部
１０，１１…ポート中子
１２…フィルター
１０ａ，１１ａ…巾木部
１３…中子位置決め機構（ガス抜き機構）
１４…ガス抜き通路
１５…位置決めピン
１６…ウエイト
１８…湯口部
２０…吸引装置
２５…位置決めピン
２６…ウエイト
２７…ガス抜き孔
３６…ウエイト

Claims

開閉可能な複数の金型要素の内部に給排気ポートに相当するポート中子を配置するとともに、そのポート中子の巾木部に隣接する位置をゲート部として溶湯を充填することによりシリンダヘッドを鋳造する鋳型であって、
溶湯充填時にポート中子から発生するガスを外部に排出するガス抜き機構が中子位置決め機構を兼ねていて、
その中子位置決め機構は、溶湯圧力に対抗し得る自重をもつ位置決めピンをガス抜き通路に上下動可能に挿入することによって構成され、
型締め時に位置決めピンがポート中子の巾木部に当接することによって浮上動作してガス抜き通路を開くとともに、その位置決めピンの自重によってポート中子の巾木部を特定の金型要素に押し付けて位置決めするようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド鋳造用鋳型。
位置決めピンにはガス抜き通路の連通性を常時維持するために長手方向に沿ってガス抜き孔が貫通形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド鋳造用鋳型。
位置決めピンはピン本体とウエイトとに分割されていて、ウエイトが重量の異なるものと交換可能となっていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド鋳造用鋳型。
ガス抜き機構はガス抜き通路とそれに接続された吸引装置とをもって構成されていて、溶湯充填時に少なくともポート中子から発生するガスを強制吸引するようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリンダヘッド鋳造用鋳型。
位置決めピンおよびウエイトは鉄系金属材料よりも比重の大きな非鉄金属材料をもって構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシリンダヘッド鋳造用鋳型。