JP5399180B2 - 中子を使用した鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は，例えば，内燃機関における鋳鉄製シリンダブロック等のような中空の鋳造物を，中子を使用して鋳造する場合における鋳造方法に関するものである。

内燃機関におけるシリンダブロック等のような中空状の鋳造物を鋳造するに際しては，この中空状鋳造物の内部を形成することのために中子を使用していることは，従来から周知の通りであり，また，前記中子は，鋳物砂等の粒子をフラン樹脂やフェノール樹脂等のような有機系樹脂によるバインダにて互いに結合するように固め成形することによって製造するものであることも，従来から良く知られている。

そして，前記中子の略全体は，バインダが一旦硬化すると非常に強度が高くなり，また，中子は，その型崩しのためのショットブラスト等が当たり難いために，その型崩しに多くの工数を要する。

しかも，この中子の冷却性は，前記鋳造物の外側を形成する外鋳型よりも遥かに低くて，前記中子の冷却に長い時間を必要とする。

そこで，先行技術としての特許文献１は，前記中子の内部に空気通路を設けて，この空気通路内に空気を，当該空気通路の一端に供給して他端から大気中に排出するように流すことを提案している。

特開昭５９−１７９２６３号公報

この先行技術によると，前記中子の内部に設けた空気通路に空気を流すことによって，前記中子の冷却を大幅に促進できるという利点を有するし，また，前記中子のうち前記空気通路の周辺の部分では，鋳物砂等の粒子を結合する有機系樹脂によるバインダは，空気中の酸素の存在により完全燃焼することによって焼失するから，この部分における型崩し崩壊は容易にできる。

しかし，その反面，前記中子における空気通路に供給した空気は，前記空気通路内を流れることにより，この空気が前記中子内に浸透するのは，前記中子のうち前記空気通路の周辺の一部分のみに限られ，前記中子のうち金属溶湯に隣接する部分にまで浸透することはない。

従って，前記中子のうち前記空気通路から離れていて金属溶湯に隣接する部分では，この部分にまで空気が浸透しないことにより，鋳物砂等の粒子を結合する有機系樹脂によるバインダは，完全燃焼することなく，無酸素の状態で炭化するに過ぎないから，この部分における型崩しの崩壊を容易にすることができないという問題があった。

本発明は，前記中子の全体における鋳造後の型崩れの崩壊が至極容易にできるようにすることを第１の技術的課題とし，前記中子の冷却を促進しながら中子全体における鋳造後の型崩れの崩壊を至極容易にすることを第２の技術的課題とするものである。

前記第１の技術的課題を達成するため請求項１は，
「中空状鋳造物の外側を形成する外鋳型内に設置される中子の内部に，空気通路を形成し，前記外鋳型に金属溶湯を注入したあとで，前記空気通路の内部に，圧縮空気を，当該空気通路の大気への連通を遮断する状態にして供給する中子を使用した鋳造方法であって，
前記中子は，鋳物砂をこれに混合した有機系樹脂のバインダにて固め成形した構成であり，前記空気通路は，前記中子に埋設した耐熱性材料にて構成したパイプ体に形成し，前記パイプ体は，その内外への連通孔を全長にわたって設けて成る多孔質の構成である。」
ことを特徴としている。

請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記空気通路は，少なくともその一部が大気に連通する構成であり，この空気通路の大気への連通を遮断することを，前記金属溶湯が凝固したあとにおける適宜時間に限って行ない，その後において，前記空気通路を，その大気への遮断を解除して大気に連通する。」
ことを特徴としている。

請求項１は，金属溶湯を注入したあとで，中子における空気通路内に，圧縮空気を，当該空気通路の大気への連通を遮断した状態で供給するというものであり，前記空気通路内に供給した圧縮空気は，中子のうち前記空気通路から離れた個所にまでも届くように，中子の全体にわたって浸透することになるから，前記中子のうち前記金属溶湯が凝固した直後における鋳造物に隣接する部分にも，前記圧縮空気の浸透によって酸素を確実に供給することができる。

これにより，中子において鋳物砂等の粒子を結合する有機系樹脂によるバインダを，中子の全体にわたって完全燃焼にて焼失することができるから，中子の全体における鋳造後の型崩しの崩壊が著しく容易に且つ簡単にできて，この作業性を大幅に向上できる。
また，前記空気通路を，中子に埋設したパイプ体にて形成するものであり，これにより，前記空気通路が，中子の型崩れにて閉塞することを確実に阻止できる。
しかも，前記パイプ体は，前記中子を補強することにより，当該パイプ体の内径，つまり，前記空気通路の内径を，前記中子の直径に近づけるように大きくできるから，前記中子への空気の浸透，及び中子の冷却を向上できる。
この場合，前記パイプ体を，多孔質に構成することにより，中子から発生するガスのガス抜きを兼ねることに加えて，前記中子への空気の浸透，及び中子の冷却を更に向上できる利点がある。

次に，請求項２は，前記空気通路における大気への遮断を，金属溶湯が凝固したあとにおける適宜時間に限って行ない，その後において，前記空気通路を大気に連通するものであり，これにより，前記空気通路に供給の圧縮空気は，最初は中子において鋳物砂等の粒子を結合する有機系樹脂によるバインダを完全燃焼にて焼失し，その後は中子を冷却することになるから，中子における鋳造後の型崩しの崩壊の作業性の向上と，中子の冷却性の向上とを同時に達成することができる。

鋳造物の一つの例としてのシリンダブロックを示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。 前記シリンダブロックを鋳造する鋳造型を示す縦断正面図である。 図３のIV−IV視平断面図である。 中子に埋設するパイプ体の一例を示す拡大図である。 中子に埋設するパイプ体の別例を示す拡大図である。 鋳造型に金属溶湯を注入した状態を示す縦断正面図である。

以下，本発明の実施の形態を，中空の鋳造物の一つの例として，内燃機関における鋳鉄製のシリンダブロックを鋳造する場合について説明する。

図１及び図２は，内燃機関における鋳鉄製のシリンダブロック１を示しており，このシリンダブロック１は，シリンダボア２ａが嵌め込まれる二つのシリンダ中空部２ｂと，この各シリンダ中空部２ｂの各々に対するクランク室３とを備えている。

図３及び図４は，前記シリンダブロック１を横向きにして鋳造する場合における鋳造型４を示している。

この鋳造型４は，前記横向きしたシリンダブロック１における下半分の外側を形成するための下外鋳型５と，前記シリンダブロック１における上半分の外側を形成するための上外鋳型６と，前記シリンダブロック１におけるシリンダ中空部２ｂ及びクランク室３の内部を形成するための中子７とによって構成され，前記中子７は，前記上下両外鋳型５，６の内部，これらにて支持するように配設されている。

なお，前記図３及び図４において，符号８は，金属溶湯を注ぎ込むための湯口を，符号９は，湯上がり口を各々示している。

前記中子７の内部には，空洞による空気通路１０が，前記シリンダボア２ａの部分からクランク室３の部分にかけて延びるように形成されている。

この空気通路１０は，前記中子７の内部に横向きにして埋設したメインパイプ体１１と，縦向きにして埋設したサブパイプ体１２とによって形成されており，これらパイプ体１１，１２は，そのいずれも炭素鋼等のような耐熱性材料製であり，前記サブパイプ体１２は，その上端が前記上外鋳型６の上面に埋設した大径の大気への連通管１３内に開口し，その下端が前記メインパイプ体１１内に連通しており，このサブパイプ体１２は，前記メインパイプ体１１と別体の構成にすることができるし，前記メインパイプ体１１と一体の構成にすることができる。

一方，前記メインパイプ体１１内には，図示しないコンプレッサやフアン等にて大気圧より高い圧力になるように圧縮した圧縮空気を当該メインパイプ体１１内に供給するための圧縮空気供給管１４が差し込まれている。

なお，前記両パイプ体１１，１２を中子７の内部に埋設するに際しては，鋳物砂をこれに混合した有機系樹脂のバインダにて前記中子７に固め成形するときに，この中子７内に同時に埋め込むようにすることができるほか，前記中子７を固め成形するときにパイプ体挿入孔を形成するか，或いは，前記中子７を固め成形したあとで，これにパイプ体挿入孔を機械加工にて穿設して，このパイプ体挿入孔内に，前記パイプ体１１，１２を差し込むという方法を採用できる。

前記メインパイプ体１１及びサブパイプ体１２の両方は，その内外への連通孔を全長にわたって無数に設けることによって多孔質に構成されている。

具体的には，図５に示すように，その内外への連通孔１５を，前記中子７に使用する砂粒子が通過しない程度の小径にすることによって多孔質にするか，或いは，図６に示すように，その内外への連通孔１６を大径にし，外周又は内周に，前記中子７に使用する砂粒子が通過しない細かい網目（６０メッシュより細かい網目）の金網１７を設けることによって多孔質にするという構成であり，そのほかに，例えば，両パイプ体１１，１２を，例えば，粒子の焼結体にて構成することによって多孔質にするというように，他の手段にて多孔質に構成しても良いことは勿論である。

そして，前記シリンダブロック１の鋳造に際しては，先ず，前記上下両外鋳型５，６と，前記中子７との間に形成される空間に，金属溶湯を湯口８より注ぎ込む，
前記注ぎ込まれた金属溶湯により前記中子７から発生するガスは，前記中子７に埋設した多孔質のメインパイプ体１１及びサブパイプ体１２を透して空気通路１０内に入るようにガス抜きされるから，鋳造物であるシリンダブロック１にガス欠陥が発生することが防止される。

この金属溶湯の注ぎ込み後において，前記金属溶湯の凝固が完了するか，中子からのガスが十分に出し終わったあとにおいて，前記大気への連通管１３を，図７に示すように，密閉蓋１８にて塞ぐことにより，前記中子７の内部における空気通路１０における大気への連通を遮断する状態にする。

その後において，前記空気通路１０内に，圧縮空気を，前記圧縮空気供給管１４から供給する。

前記空気通路１０内に供給された圧縮空気は，前記中子７のうち前記空気通路１０から離れた個所にまでも届くように，中子７の全体にわたって確実に浸透することにより，前記中子７のうち前記金属溶湯が凝固した直後におけるシリンダブロック１に隣接する部分にも，前記圧縮空気の浸透によって酸素を確実に供給することができ，ひいては，前記中子７において鋳物砂等の粒子を結合する有機系樹脂によるバインダを，空気中の酸素が存在する状態で，鋳造物の熱を利用して当該中子７の全体にわたって完全燃焼にて焼失することができるから，前記中子７における鋳造後の型崩れの崩壊が著しく容易にできる。

また，空気通路１０内に供給した圧縮空気の一部は，中子７を通して，前記上下両外鋳型５，６にも浸透することになるので，前記上下両外鋳型５，６における型崩れの崩壊も容易になる。

そして，適宜時間を経過すると，換言すると，前記中子７における有機系樹脂によるバインダの完全燃焼が可成り進行するか，略完了すると，前記大気への連通管１３に対する密閉蓋１８を取り除くことにより，前記空気通路１０を，その大気への遮断を解除して大気に連通する。

これにより，前記空気通路１０内に供給された圧縮空気は，前記空気通路１０内を流れるとき，前記中子７における熱を奪ったのち，大径の大気への連通管１３から大気中に排出されるから，前記中子７を急速に冷却することができる。

１ 内燃機関におけるシリンダブロック
２ａ シリンダブロックにおけるシリンダボア
２ｂ シリンダ中空部
４ 鋳造型
５ 下外鋳型
６ 上外鋳型
７ 中子
８ 湯口
９ 湯あがり口
１０ 空気通路
１１ メインパイプ体
１２ サブパイプ体
１３ 大気への連通管
１４ 圧縮空気供給管
１５，１６ 連通孔

Claims (2)

1. 中空状鋳造物の外側を形成する外鋳型内に設置される中子の内部に，空気通路を形成し，前記外鋳型に金属溶湯を注入したあとで，前記空気通路の内部に，圧縮空気を，当該空気通路の大気への連通を遮断する状態にして供給する中子を使用した鋳造方法であって，
   前記中子は，鋳物砂をこれに混合した有機系樹脂のバインダにて固め成形した構成であり，前記空気通路は，前記中子に埋設した耐熱性材料にて構成したパイプ体に形成し，前記パイプ体は，その内外への連通孔を全長にわたって設けて成る多孔質の構成であることを特徴とする中子を使用した鋳造方法。
2. 前記請求項１の記載において，前記空気通路は，少なくともその一部が大気に連通する構成であり，この空気通路の大気への連通を遮断することを，前記金属溶湯が凝固したあとにおける適宜時間に限って行ない，その後において，前記空気通路を，その大気への遮断を解除して大気に連通することを特徴とする中子を使用した鋳造方法。

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