JPH0263671A - シリンダライナ鋳ぐるみ用消失型構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンのシリンダブロックを消失模型鋳造
してシリンダライナを鋳ぐるむ際に使用する消失型の構
造に関する。

［従来の技術］ 消失模型鋳造法（ＥＰＣ法）は、従来の砂型鋳造法に比
べて、■中空部材を製造する際に中子を必要としないこ
と、■砂に粘着剤を混入させないので、砂の回収・再利
用が容易であること、■複雑な形状のものにも適用可能
であること、などの種々の利点があるので、その開発が
進められており、例えば、エンジンの吸気マニホールド
やエンジンのシリンダブロック等の鋳造法として注目さ
れている。

この消失模型鋳造法は、通常、得ようとする鋳造品と同
一形状の発泡スチロール製の消失型（Ｅｐｓ模型）を鋳
造容器内に収容して、この鋳造容器内に鋳砂を充填して
消失型を鋳砂中に埋設した上で、消失型に接続した発泡
スチロール製の湯口から金属の溶湯を注入することによ
り実施される。

この結果、鋳砂内では、湯口及び消失型が順次熱分解し
て、この部分が当該する溶湯で置換され、所望の金属鋳
造品が製造される。

ところで、かかる消失模型鋳造法によりエンジンのシリ
ンダブロックを鋳造する場合、シリンダライナがシリン
ダブロックと別体のものであれば、第３図（シリンダブ
ロックの縦断面図）に示すように、シリンダライナ１を
シリンダブロック２で鋳ぐるむように鋳造する必要があ
る。

なお、第３図中、符号２ａはシリンダブロック２の上部
のシリンダライナ１の周りの部分に形成されるウォータ
ジャケット、２ｂはシリンダブロック２の下部に形成さ
れるスカート部、３はスカート部２ｂに収納されるクラ
ンクシャフト、４はシリンダライナ１に沿って摺動する
ピストン、５はクランクシャフト３に枢着されたピスト
ンロッド（コンロッド）である。

ところで、一般に、シリンダライナがシリンダブロック
と一体のものがあるが、シリンダライナには例えば高硬
化元素を加入した鋼材等の耐摩耗性の高い材料が適して
おり、シリンダブロックについては、鋳鉄等のシリンダ
ライナとほぼ等しい材料を用いることもあるが、エンジ
ンの軽量化や耐久性の点を考慮すると軽量で且つ耐食性
のよいアルミニウム合金等の材料の方が好適である。

このような互いに異なる材料のシリンダライナとシリン
ダブロックとを同時に鋳造することば困難である。また
、シリンダブロックの鋳造後にこのシリンダブロックに
シリンダライナを嵌合させることも考えられるが、結合
強度及び作業性の面を考慮すると、シリンダブロックを
鋳造する際に、予め適宜の形状に形成したシリンダライ
ナをこのシリンダブロックで鋳ぐるむようにする手段が
最適と考えられる。

そして、このように、シリンダブロックを消失模型鋳造
する場合には、第４図に示すように、得ようとする鋳造
品（ここではシリンダブロック）と同一形状の発泡スチ
ロール製の消失型６を形成して、これを図示しない鋳造
容器内に収容し、この鋳造容器内に鋳砂７を充填して消
失型６を鋳砂中に埋設した上で、消失型６に接続した発
泡スチロール製の湯口８から金属の溶湯９を注入し、消
失型６を燃焼させながら、この消失型６を溶湯９で置換
する。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、一般に、消失模型鋳造法の場合、湯口８から
注入された溶湯９の温度が低下するとこの溶湯９が消失
型６の隅々まで行き渡らなくなり所望の形状に鋳造品を
形成できないので、鋳造時の溶湯９の温度低下をできる
だけ抑制したい。しかしながら、上述のシリンダライナ
１を鋳ぐるむようにシリンダブロック２を鋳造する場合
には、シリンダライナ１が冷し金のようになって、注入
した金属溶湯６の熱がこのシリンダライナ１に奪われて
しまう。このため、第４図に示すように、溶湯９の温度
が低下してシリンダライナ１付近での湯流れが悪くなり
（符号９ａ参照）、シリンダライナ１の周囲に空洞（符
号９ｂ参照）等の鋳物欠陥が発生し、シリンダライナ１
の鋳ぐるみが困難となる問題点がある。

本発明は、このような課題に鑑みて案出されたもので、
消失型に予め装着したシリンダライナの周りの溶湯流れ
の悪化を防止してシリンダライナを確実に鋳ぐるむこと
かできるようにした、シリンダライナ鋳ぐるみ用消失型
構造を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ このため、本発明のシリンダライナ鋳ぐるみ用消失型構
造は、エンジンのシリンダブロックを消失模型鋳造して
シリンダライナを鋳ぐるむ際に溶湯で置換されるために
形成される消失型において、該消失型の所要の箇所に予
めシリンダライナが装着されると共に、該消失型の該シ
リンダライナの装着部の近傍に、該消失型の主材料より
も該溶湯による置換反応の遅い材料が配設されているこ
とを特徴としている。

［作　用］ 上述の本発明のシリンダライナ鋳ぐるみ用消失型構造で
は、消失型の内部に溶湯を注入すると、消失型の主要部
分は速やかに消失して該溶湯に置換されるが、シリンダ
ライナの近傍の部分ではこれよりも遅く該溶湯により置
換されるので、該溶湯が、該消失型の該シリンダライナ
の周りにある程度侵入してから該シリンダライナの表面
に接触するようになり、該溶湯の熱が該シリンダライナ
に奪われてこの部分の湯流れが悪くなっても、その時に
は該溶湯は既に該シリンダライナの周りのほぼ全域に行
き渡っている。

［実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としてのシリンダラ
イナ鋳ぐるみ用消失型構造について説明すると、第１図
（ａ）はその要部縦断面図、第１図（ｂ）はその要部横
断面図、第２図（、）〜（ｃ）はその作用を説明する要
部縦断面図である。

第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例にかかる
消失型１０は、シリンダライナを鋳ぐるむようにエンジ
ンのシリンダブロックを鋳造するためのものであって、
主として発泡スチロールを材料として、得ようとする鋳
造品（ここではシリンダブロック）とほぼ同一形状に形
成されている。

したがって、消失型１０は、鋳造すべきシリンダブロッ
ク２（第３図参照）と同様に、シリンダライナ１の周り
に形成されるウォータジャケット２ａ（第３図参照）に
相当する部分１１及びクランクシャフト３を収納するス
カート部２ｂ（第３図参照）に相当する部分１２等をそ
なえている。

このような消失型１０のウォータジャケットに相当する
部分１１の内部には、鋳造前にシリンダライナ１が嵌挿
されるが、このウォータジャケットに相当する部分１１
のシリンダライナ１の接触する側は、消失型の主材料で
ある発泡スチロールよりも溶湯による置換反応の遅い材
料（燃焼速度又は分解速度の遅い材料）のＭ１３で形成
されている。つまり、第１図（ｂ）に示すように、ウォ
ータジャケットに相当する部分１１は、シリンダライナ
１のすぐ外周をまず燃焼速度又は分解速度の遅い材料の
層１３で包囲し、この外周を発泡スチロール材の層１１
ａで包囲した構成となっている。

なお、燃焼速度又は分解速度の遅い材料としては、例え
ば、紙、ポリプロピレン（ｐｐ）及び高密度発泡スチロ
ール等が考えられる。

そして、この燃焼速度又は分解速度の遅い材料の層１３
は、予めシリンダライナ１の外周に形成した後、消失型
１０の発泡スチロール材の層１１ａの内側に挿入固着す
るか、又は、発泡スチロール材の消失型１０を成形する
模型成形用金型にこの燃焼速度又は分解速度の遅い材料
の層１３をセットした上で消失型１０をこの層１３と一
体に成形した上で、この層１３内にシリンダライナ１を
嵌着する。

また、第１図（ａ）中の符号７は図示しない鋳造容器内
に設置された消失型１０の周りに充填されている鋳砂、
８は消失型１０内に金属の溶湯を注ぐため消失型１０に
接続された湯口である。

本発明の一実施例としてのシリンダライナ鋳ぐるみ用消
失型構造は、上述のごとく構成されているので、この消
失型１０を用いて、以下のようにウォータジャケットを
消失模型鋳造して、シリンダライナの鋳ぐるみを行なう
。

鋳造段階では、まず、消失型１０の表面全体に塗型剤を
塗布した後これを乾燥させる。この工程では、例えば、
消失型１０の表面に粘結剤を主成分とする溶液に耐火物
微粒子を混入したものを付着させる。

なお、この時用いる粘結剤を主成分とする溶液は、消失
型１０を侵さない有機溶剤であって、この溶液としては
、例えば水溶液又はアルコール溶液がある。水溶液の場
合、粘結剤、界面活性剤及び消泡剤を含む水溶液であり
、このうち粘結剤としてはでんぷん、酢酸ビニル、カル
ボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）等が使用でき、界
面活性剤としてはカチオン系、アニオン系又は両性の界
面活性剤を使用でき、消泡剤としてはアルコール系の消
泡剤又はシリコーン等の通常用いられるものを使用でき
る。また、アルコール溶液の場合、例えば、アルコール
中に粘結剤としての酢酸ビニル樹脂を１〜３０％程度含
んだものがあげられ、この場合、界面活性剤及び消泡剤
は不要となる。

また、この時使用する耐火物微粒子としては、例えば、
シリカ（Ｓｉｎ２）、ジルコニア（ＺｒＯ□）、又は雲
母等の微粒子があげられるが、鉄材の鍛造の場合には、
通常、シリカやジルコニアを用いるが、アルミニウム系
材料の鍛造の場合には、断熱空間のある雲母の微粒子が
好適である。

このようにして消失型１０に表面処理が施されると、続
く工程では、この消失型１０を、湯口８と共に鋳砂中に
埋設する。つまり、まず、第１図（ａ）、（ｂ）に示さ
ない容器内の下部に、適量だけ粘結剤を添加混合されて
いない鋳砂７を収容しておき、この容器内に消失型１０
を所要の姿勢で載置した上で、容器内にさらに鋳砂（粘
結剤を添加混合されていない鋳砂）７を充填し、消失型
１０を完全に埋没させる。なお、この鋳砂７の充填は、
図示しない加振装置によって容器を加振しながら行なう
。これによって、消失型１０のウォータジャケットに相
当する部分１１の空間内にも、鋳砂７が充填され、これ
と共に、鋳砂７の各粒子間の結合力も強化する。

そして、この後の工程で、湯口８を通じて消失型１０の
内部へ金属溶湯（例えばアルミニウム系合金溶湯）９を
注入して、消失型１０をこの金属溶湯９で置換する。

つまり、湯口８を通じて消失型１ｏの内部へ金属溶湯９
を注入していくと、高温の金属溶湯９は、湯口８を熱分
解しなかな消失型１ｏに侵入していき、消失型１０を徐
々に熱分解していく。そして、この熱分解した部分つま
り湯口８及び消失型１０のあった空間は、金属溶湯９に
置き換わり、この金属溶湯９が所定温度まで冷却される
と、所望の金属鋳造品２（第３図参照）が製造される。

この時、ウォータジャケットに相当する部分１１では、
第２図（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、発泡スチロ
ール材の層１１ａが速やかに熱分解されていくが、シリ
ンダライナ１のすぐ外周の燃焼速度又は分解速度の遅い
材料の層１３は僅かづつ熱分解していく。したがって、
発泡スチロール材の層１１ａに溶湯９が十分下方まで流
入した後に、燃焼速度又は分解速度の遅い材料の層１３
の熱分解が進んで、溶湯９がシリンダライナ１に接触す
るようになる。

このようにシリンダライナ１に接触した溶湯９がシリン
ダライナ１に熱を奪われても、この時には、既に溶湯９
が消失型１０内部に十分行き渡っているので、シリンダ
ライナ１の周囲の溶湯９の湯流れが悪くなることもなく
、シリンダライナ１の周囲を隙間なく金属で置換し、こ
れにより鋳造されたシリンダブロック２で確実にシリン
ダライナ１を鋳ぐるむことができるのである。

なお、熱分解した消失型１０や置換反応の遅い材料の層
１３等は、ガス状になって、鋳砂７内の隙間等を通じて
、外部に排出される。

そして、金属溶湯としてアルミニウム系合金以外のもの
を使用してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のシリンダライナ鋳ぐるみ
用消失型構造によれば、エンジンのシリンダブロックを
消失模型鋳造してシリンダライナを鋳ぐるむ際に溶湯で
置換されるために形成される消失型において、該消失型
の所要の箇所に予めシリンダライナが装着されると共に
、該消失型の該シリンダライナの装着部の近傍に、該消
失型の主材料よりも該溶湯による置換反応の遅い材料が
配設されているので、シリンダライナの周囲の溶湯の湯
流れが悪くなることもなく、シリンダライナの周囲を隙
間なく金属で置換して、確実にシリンダライナを鋳ぐる
むことができるようになる利点がある、

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の一実施例としてのシリンダライナ
鋳ぐるみ用消失型構造を示すもので、第１図（ａ）はそ
の要部縦断面図［第１図（ｂ）のＩａ−Ｉａ矢視断面図
］、第１図（ｂ）はその要部横断面図［第１図（ａ）の
Ｉｂ−１ｂ矢視断面図］、第２図（ａ）〜（ｃ）はその
作用を説明する要部縦断面図であり、第３図はシリンダ
ライナを鋳ぐるんだシリンダブロックの構造を示す縦断
面図であり、第４図は従来の消失型によってシリンダラ
イナを鋳ぐるむ様子を示す要部縦断面図である。 ■・・・シリンダライナ、２・−シリンダブロック、２
ａ−ウォータジャケット、２ｂ・・・スカート部、３−
・・クランクシャフト、７−鋳砂、８・−・湯口、９・
・・金属の溶湯、１〇−消失型、１１−ウォータジャケ
ットに相当する部分、ｌｌａ・・−置換反応の遅い材料
の層１３の外周の発泡スチロール材の層、１２−スカー
ト部に相当する部分、１３・−・溶湯による置換反応の
遅い材料（燃焼速度又は分解速度の遅い材料） の層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンのシリンダブロックを消失模型鋳造してシリン
   ダライナを鋳ぐるむ際に溶湯で置換されるために形成さ
   れる消失型において、該消失型の所要の箇所に予めシリ
   ンダライナが装着されると共に、該消失型の該シリンダ
   ライナの装着部の近傍に、該消失型の主材料よりも該溶
   湯による置換反応の遅い材料が配設されていることを特
   徴とする、シリンダライナ鋳ぐるみ用消失型構造。