JP5363216B2

JP5363216B2 - 鋳造用中子及び鋳造法

Info

Publication number: JP5363216B2
Application number: JP2009156492A
Authority: JP
Inventors: 一也松浦; 昌伸古田
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP2010036252A

Description

本発明は鋳造用中子及び鋳造法に関する。

中空部が形成された鋳造品をダイカスト法により鋳造する際には、従来よりシェル中子が用いられている。即ち、ダイカスト金型のキャビティ内にシェル中子を設置し、キャビティ内の当該シェル中子の周りにアルミニウム合金等の溶湯を充填する。そして、溶湯が凝固した後に、溶湯が凝固してなる鋳造物をダイカスト金型から取り出しシェル中子を崩壊除去することにより、中空部を有する鋳造品を得る。

しかし、シェル中子は強度に問題があり、溶湯をダイカスト金型に充填する際の充填速度や充填圧力を通常よりも低くする必要があるため、生産性が低下しコスト高となる。

そこで、従来より用いられているシェル中子よりも高い充填圧力に耐えることが可能な中子が、例えば、特開２００７−８３２８４号公報（特許文献１）、特開２００７−２９６５６６号公報（特許文献２）において提案されている。また、高速充填にも耐えることができる金属製の置中子が、例えば、特許第３３４９１１５号公報（特許文献３）、特公平７−１０８４４９号公報（特許文献４）において提案されている。

特開２００７−８３２８４号公報特開２００７−２９６５６６号公報特許第３３４９１１５号公報特公平７−１０８４４９号公報

中空部を有する鋳造品を低コストで製造する為には高い生産性が要求され、溶湯を高速充填することが必要となる。しかし、特許文献１、特許文献２記載の中子は高速充填に耐える強度は未だ充分ではなく、溶湯を高速充填した場合には衝撃力により中子が破損する恐れがある。また、中子の成形の際に中子を成形するための金型の温度制御等が必要であり、中子の成形に手間を要する。

また、特許文献３、特許文献４記載の置中子は、金属製であり容易に崩壊除去することができないため、置中子を移動させて取り出す工程や置中子を破壊して取り出す工程が必要となる。

そこで本発明は、造形が容易であり、高速及び高圧充填に耐える強度性に優れ、鋳造後の崩壊性に優れた鋳造用中子、及び当該鋳造用中子を用いて行う鋳造法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、水と石膏と膨脹材とを含有する石膏スラリーが凝固されてなる石膏体からなり、該膨脹材は膨脹黒鉛からなり、該石膏スラリーは、重量部比で石膏を１００重量部、膨脹黒鉛を３重量部以上１５重量部以下で含有する鋳造用中子２０を提供している。

ここで、該膨張材は所定の膨張開始温度以上の温度において膨張し、該石膏体は該膨張開始温度より低い温度で加熱される熱処理が施されていることが好ましい。

また、本発明は、請求項１乃至請求項２に記載の鋳造用中子２０を用いて鋳造することを特徴とする鋳造法を提供している。

本発明の鋳造用中子、鋳造法によれば、鋳造用中子は、水と石膏とを含有する石膏スラリーが凝固されてなる石膏体からなるため、高速及び高圧充填に耐えられる強度を有する鋳造用中子とすることができる。また、鋳造用中子は膨張材を含有する石膏スラリーが凝固されてなる石膏体からなるため、膨張材を膨張させて鋳造用中子を崩壊させることができ、崩壊性にも優れた鋳造用中子とすることができ、Ｔ５処理やＴ６処理といった鋳造品の熱処理時に鋳造用中子を崩壊・除去することができる。従って、中空部を有する鋳造品の生産性を向上させることが可能である。また、鋳造用中子の成形に際して金型の温度制御が必要なく、鋳造用中子の成形も容易とすることができる。

本発明の実施の態様による鋳造用中子が用いられて製造されたクローズドデッキタイプのシリンダブロックを示した平面図。本発明の実施の態様による鋳造用中子が用いられて製造されたクローズドデッキタイプのシリンダブロックであって、鋳造後の中子除去前の状態を示す一部切欠き部分斜視図。本発明の実施の態様による鋳造用中子と鋳造用中子がセットされるシリンダブロック製造用金型の要部とを示す斜視図。

本発明の実施の形態による鋳造用中子及び鋳造法について図１乃至図３を参照しながら説明する。先ず、鋳造用中子が用いられて鋳造される鋳造品たるシリンダブロックについて説明する。図１に示されるように、シリンダブロック１は、アルミニウム合金製であり、図示せぬピストンが摺動するために並設された複数のシリンダライナ１１が設けられ、その周囲にはシリンダライナ１１を包囲するウォータジャケット１０が形成されている。

エンジンの振動を低減しシリンダブロック１のトップデッキ面の補強をするために、シリンダヘッド取付枠７ａとシリンダの外端部７ｂとを接続する複数のブリッジ部６が設けられている。このようにウォータジャケット１０の上端開口部の一部を覆う複数のブリッジ部６が設けられたシリンダブロック１を一般にクローズドデッキタイプのシリンダブロックという。

次に、クローズドデッキタイプのシリンダブロック１を製造するためのシリンダブロック製造用金型を図３に基づき説明する。シリンダブロック製造用金型は、ダイカスト法を行うためのダイカストマシンを構成する金型である。シリンダブロック製造用金型には、図示せぬランナー部と、図示せぬゲート部と、図示せぬキャビティ部とが形成され、図示せぬランナー部及び図示せぬゲート部を通して図示せぬキャビティ部に溶湯が充填されるように構成されている。図示せぬランナー部の一端には図示せぬビスケット部が形成されており、図示せぬビスケット部に対向するように図示せぬスリーブの一端が開口して設けられている。図示せぬスリーブ内には図示せぬプランジャーチップが図示せぬスリーブの軸方向へ移動可能に設けられている。図示せぬプランジャーチップを駆動させることにより、図示せぬスリーブ内へ注入されたアルミニウム合金等の溶湯を図示せぬビスケット部、ランナー部、ゲート部を通して図示せぬキャビティ部に充填するように構成されている。

キャビティ部を画成するシリンダブロック製造用金型の部分は、ウォータジャケット１０を形成するためのダイス部３０を有している。ダイス部３０には、クランクケース側（図３の矢印Ｃ）で開口する開口３１ａを有すると共にシリンダの軸線方向に延びる略四角形状の複数の切欠部３１が形成されている。本実施の形態では、それぞれのシリンダについて、隣接するシリンダに対して９０度隔てた位置に対称に２個形成される。なお図３において、３０Ａはトップデッキ面を画成するためのダイス部３０の壁面であり、３０Ｂはシリンダボアを画成するためのシリンダブロック形成用金型の円柱形突出部である。

ブリッジ部６を形成するために、それぞれの切欠部の開口３１ａから切欠部３１内に本発明の中子２０がスライド嵌合される。中子２０は、それぞれの切欠部３１内に１個配置される。中子２０のシリンダ軸線方向に延びる端面２０ｃ、２０ｄは断面くの字状に突出しており、切欠部３１のシリンダの軸線方向の端面３１ｂの断面くの字の溝とスライド嵌合される。中子２０の肉厚は略均一に形成されており、中子２０は、後述のように、水と石膏と膨脹材たる膨張黒鉛とを含有する石膏スラリーが乾燥させられ凝固してなる石膏体により構成されている。中子２０を構成する石膏体となる石膏スラリーは、重量部比で石膏を１００重量部、膨脹黒鉛を３重量部以上１５重量部以下で含有し、中子２０は１０００N／ｃｍ^２以上の抗折力を有する。

切欠部３１の開口３１ａから中子２０を切欠部３１内に挿入し、トップデッキ側端面２０ａが切欠部３１の底面３１ｃに当接するまで移動した段階では、中子２０は切欠部３１に対して相対的にシリンダ軸方向の移動が阻止される程度に強固に切欠部３１に嵌合している。また断面くの字状の溝３１ａと突起２０ｃ、２０ｄとの係合により、中子２０のダイス部３０に対するシリンダ半径方向の相対移動も阻止される。また、中子２０を切欠部３１に嵌合させたときの中子２０の嵌合部の肉厚とダイス部３０の嵌合部の肉厚は略均一となっている。

切欠部３１の開口３１ａから中子２０を切欠部３１内に挿入し、トップデッキ側端面２０ａを切欠部３１の底面３１ｃに当接させる。このとき中子２０と切欠部３１とのスライド面は、図３に示されるように「く」の字状を成しているので、中子２０は正確にセット可能である。ダイス部３０と中子２０との組合せにより、ウォータジャケット相当部が提供される。

シリンダブロック製造用金型の円柱形突出部３０Ｂに、シリンダライナ１１が挿入された後にアルミニウム合金溶湯をキャビティに充填すると、シリンダライナ１１が形成されたシリンダブロック１が成形されることになる。また、このときダイス部３０の壁面３０Ａと連通切欠３１ｄと、中子２０のトップデッキ側端面２０ａとで画成される空間にもアルミニウム合金溶湯が充填され、ウォータジャケット１０の開口部の一部にブリッジ部６が成形されることになる。

次に、鋳造用中子の製造方法について説明する。先ず、水、好ましくは電気伝導度が３μＳ／ｃｍ以下の純水に、ナフタリンスルホン酸ホルマリン高縮合物を主成分とする液状の減水剤（商品名：マイティ１５０、花王株式会社製）を混合し、攪拌機により攪拌した上で冷却する。次に、石膏（商品名：ジプストーンＬ、サンエス石膏株式会社製）に膨脹黒鉛（商品名：SYZR501、三洋貿易株式会社販売）を混合し、攪拌機により攪拌した上で冷却する。そして、減水剤を含有した水に、膨脹黒鉛を含有した石膏を混合して攪拌機で混練することにより石膏スラリーとする。混練速度は２００ｒｐｍであり、混練時間は２分である。

石膏スラリーは、重量部比で石膏を１００重量部、水を２５重量部以上４０重量部以下、減水剤を０．４重量部以上２．０重量部以下、膨張黒鉛を３重量部以上１５重量部以下含有している。水を重量部比で２５重量部以上４０重量部以下としたのは、２５重量部未満では中子の成形が困難となり、４０重量部を超えると成形後の中子の強度が低下するからである。減水剤は水の重量部比に応じて含有されるが、石膏スラリーの流動性を考慮して減水剤は重量部比で０．４重量部以上２．０重量部以下とするのが好ましい。膨張黒鉛は鋳造品から中子を除去する際の崩壊性を助長する役割を果たすものであり、膨張黒鉛を重量部比で３重量部以上１５重量部以下としたのは、３重量部未満では熱処理時の崩壊が困難となり、１５重量部を超えると中子において溶湯の高速充填に耐える強度を有することとならないからである。後述のようにＴ５処理時に鋳造用中子を崩壊させるには、膨張黒鉛は膨張開始温度が低いものを用いるのが好ましく、本実施例の膨張黒鉛は１３０℃で膨張を開始する特性を有する。

次に、ウレタン樹脂製の成形型のキャビティ面に離型剤を塗布し、成形型を型締めし、キャビティと連通する注ぎ口から石膏スラリーを流し込む。次に、成形型を恒温恒湿槽に入れることにより、石膏スラリーを養生させる。養生時間は１時間、養生温度は１０℃、湿度９０％である。次に、成形型を型開きし、成形された中子を取り出す。次に、取り出した中子を恒温槽に入れ、乾燥させて石膏体とする。乾燥時間は２４時間、乾燥温度は４５℃である。乾燥後の中子は、この時点で１０００N／ｃｍ^２以上の抗折力を有する。

最後に、乾燥後の中子の表面に１層のコーティングを施す。コーティングは従来一般に知られている表面被覆剤、即ち、ジルコンフラワー、合成雲母、コロイダルシリカ等の耐火物及び糖蜜、ベントナイト等のバインダー成分を水、低級アルコール等に混合してなる表面被覆剤を塗布、乾燥することにより施す。以上が鋳造用中子の製造方法である。

次に、中空部を有する鋳造品たる上述のクローズドデッキタイプのシリンダブロックを、本発明の中子２０を用いてダイカスト法を行った。

上記構成のシリンダブロック製造用金型に中子２０をセットし、シリンダブロック製造用金型の型締めを行った後に、図示せぬスリーブ内のアルミニウム合金溶湯を図示せぬプランジャーチップにより図示せぬランナー及び図示せぬゲートを介して図示せぬキャビティに充填した。この時の充填速度（ゲート通過速度）は５２．５ｍ／ｓ、充填圧力は６０Ｍｐａである。

そして、アルミニウム合金溶湯が凝固した後に、シリンダブロック製造用金型を型開きし、シリンダブロックをシリンダブロック成形用金型から取り出したところ、図２の状態のシリンダブロックを得ることができ、中子２０に破損は全く見られなかった。

次に、中子２０が残留した状態のシリンダブロックをトレー上に載置し、炉内に投入して２００〜２５０℃程度に昇温させ３時間程度加熱保持するＴ５処理を行った。このＴ５処理の過程において、２００〜２５０℃の炉内に３時間程度保持されることにより石膏の強度が低下し、このように強度が下がった状態で更に膨脹黒鉛が膨脹する。このことにより、中子２０は完全に崩壊し、崩壊した中子２０をエアブローで除去することにより、図１のシリンダブロックを得ることができた。

中子２０は、水と石膏とを含有する石膏スラリーが凝固されてなる石膏体からなるため、高速及び高圧充填に耐えられる強度を有する鋳造用中子とすることができる。また、中子２０は膨張材を含有する石膏スラリーが凝固されてなる石膏体からなるため、膨張材を膨張させて中子２０を崩壊させることができ、崩壊性にも優れた鋳造用中子とすることができ、Ｔ５処理のような鋳造品の熱処理時に中子２０を崩壊・除去することができる。従って、中空部を有する鋳造品の生産性を向上させることが可能である。また、中子２０の成形に際して金型の温度制御が必要なく、中子２０の成形も容易とすることができる。

また、石膏スラリーは、重量部比で石膏を１００重量部、膨脹黒鉛を３重量部以上１５重量部以下で含有するため、熱処理時の崩壊を容易とし、且つ中子２０において溶湯の高速充填に耐える強度を有するようにすることができる。

本発明による鋳造用中子及び鋳造法は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形態では、Ｔ５処理時に鋳造用中子を崩壊させるために、膨脹黒鉛は１３０℃で膨張を開始する特性を有するものを用いたが、これに限定されない。例えば、４５０℃前後で溶体化処理を行うＴ６処理により鋳造用中子を崩壊させる場合には、２００℃前後で膨張を開始する特性を有する膨張黒鉛を用いればよい。

また、膨張材として膨張黒鉛を用いたが、これに限定されない。膨張黒鉛に代えて、例えば、所定温度で膨脹を開始するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やマイクロスフェアー等を用いてもよい。

また、本実施の形態では、乾燥後の中子の表面に１層のコーティングを施したが、コーティングをせずにそのまま中子として用いてもよい。

また、本実施の形態ではダイカスト法に鋳造用中子が用いられたが、ダイカスト法に限定されない。例えば、重力鋳造法や低圧鋳造法等のその他の鋳造法において用いてもよい。

また、本実施の形態では、鋳造用中子によりシリンダブロックのウォータジャケットの一部を成形したが、これに限定されず、例えば、特許第３２４８８９６号公報に記載されているように、ウォータジャケット全体を鋳造用中子により成形するようにしてもよい。また、本実施の形態では、鋳造用中子はシリンダブロックの製造に用いられたが、これに限定されず、例えば、サブフレーム、フレーム、シリンダヘッド、インテークマニホールド、モーターギヤボックス等の中空部を有する製品の鋳造に用いられてもよい。

また、成形型で成形された中子を成形型から取り出した後に恒温槽に入れて乾燥させたが、恒温槽を用いることに限定されない。例えば、成形型から取り出した中子をマイクロ波加熱炉に入れ、マイクロ波を当該中子に対して照射することにより乾燥させてもよい。マイクロ波を照射することにより当該中子を乾燥することで、乾燥時間を大幅に短縮することができる。

また、石膏体にコーティングを施す前に、石膏体の含水率を低減させるための熱処理をしてもよい。石膏体は２０％程度の含水率を有しているので、残留水分によるガス欠陥の発生を防止することが必要とされる鋳造品の鋳造に用いる場合には、含水率を低減させるための熱処理を石膏体に施すことにより、含水率を減少させることが好ましい。石膏体の含水率を５％程度まで減少させれば、石膏体の残留水分によって鋳造品にガス欠陥が発生することを防止することができる。熱処理は、例えば、石膏体を電気加熱炉内に入れ、８０℃〜１１０℃で２４時間程度加熱することにより行われる。熱処理時の加熱温度を膨張材たる膨張黒鉛の膨張開始温度よりも低くすることにより、熱処理時に石膏体が崩壊することを防ぐことができる。

本発明の鋳造用中子及び鋳造法は、中空部が形成された鋳造品を鋳造するダイカスト等の分野において極めて有用である。

２０中子

Claims

水と石膏と膨脹材とを含有する石膏スラリーが凝固されてなる石膏体からなり、該膨脹材は膨脹黒鉛からなり、該石膏スラリーは、重量部比で石膏を１００重量部、膨脹黒鉛を３重量部以上１５重量部以下で含有することを特徴とする鋳造用中子。
該膨張材は所定の膨張開始温度以上の温度において膨張し、
該石膏体は該膨張開始温度より低い温度で加熱される熱処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の鋳造用中子。
請求項１乃至請求項２に記載の鋳造用中子を用いて鋳造することを特徴とする鋳造法。