JPH04197570A - 耐熱層を有する鋳物の製造方法 - 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、耐熱層を有する鋳物の製造方法に関するしの
である。

［従来の技術二 近年、省資源ないし省エネルギの観点から自動車の軽量
化か求められ、とくに排気マニホールド等の大型の鋳造
部材の軽量化・薄肉化か求ぬられている。例えば、鋳造
により製作された従来の普通の排気マニホールドの重量
は８〜１０ｋｇ程度であるが、これをステンレスパイプ
製排気マニホールド並みの４〜５ｋｇに軽量化すること
が求められている。鋳造による排気マニホールドをこの
よらに軽量化するには、肉厚を従来の４〜６ｍｍかみ２
〜３ｍｍに低減する必要かあるが、かヵ＼る肉厚の薄い
部材の鋳造は、普通の鋳造法ではむすがししので、イン
ベストメント鋳造法（ロストワックス法）等の精密鋳造
法、あるいはＣＬＡ、ＣＬＡＳ等の減圧鋳造法を用いて
行なわれる二とになる。

［発明が解決しようとする課題二 しかしながら、このように排気マニホールドを薄肉化し
た場合、排気マニホールドの内周面には高温の排気ガス
が接触するので、その内部に大きな温度勾配か生し、こ
れによって軌膨張ひずみか生じ熱疲労破壊か生しるおそ
れがある。とくに、近年大気汚染防止の観点から排気ガ
ス温度か高められる傾向にあるので、熱疲労破壊か生じ
るおそれか一層強くなる。

これに対しで、排気マニホールドのとくに高温の排気ガ
スと接触する部分、すなわち熱負荷の高い部分の肉厚を
厚くするといった対応か考えられるが、この方法では最
適な肉厚の設定がむすかしく、丈ｎ排気マニホールドを
十分に軽量化することかできないといった問題がある。

まｆこ、排気マニホールドの内周面に断熱コーチインク
を施すといっｆこ対応か考えられるが、この方法ではコ
ーチイックの信頼性の確保かむすかしく、かつ大幅なコ
ストアンプを招くといっ１こ問題かめる。さらに、耐熱
性の高いセラミックパイプを鋳くるんで排気マニホール
ドを製作するといっｆこ対応か考えられるか（例えば、
特開平２−４６９６５号公報参照）、この方法では排気
マニホールドを十分に軽量化することかてきず、かつ大
幅なコストアップを招くといった問題かある。

本発明（よ、上記従来の問題点を解決する７こめになさ
れたものであっで、耐熱性に優れ、熱負荷か高い場合で
も熱疲労破壊の発生を防止することかできる、軽量かつ
薄肉の鋳物の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するｋめの手段］ 上記の目的を達するため、第１の発明は、消失模型の外
周面にセラミックシェル層を形成し、消失模型を消失さ
せ、セラミックシェル層内の空間部に溶湯を注湯して鋳
物を鋳造し、二の後鋳物からセラミックシェル層を除去
するようにした、鋳物の製造方法においで、鋳物の使用
時に高い熱負荷がかかる部位に対応する部分で、鋳物材
料とセラミックシェル層との間の接合強度を高め、鋳造
後接合強度を高めた部分のセラミックシェル層を鋳物に
残留させることによってセラミック耐熱層を形成する一
方、接合強度を高めない部分のセラミックシェル層を除
去するようにしたことを特徴とする、耐熱層を育する鋳
物の製造方法を提供する。

第２の発明は、第１の発明にかかる、耐熱層を有する鋳
物の製造方法においで、鋳物材料とセラミックシェル層
との間の接合強度の強化が、接合強度を高めるべき部位
に対応する部分で、消失模型表面を粗面化することによ
り行なわれることを特徴とする、耐熱層を存する鋳物の
製造方法を提供する。

第３の発明は、第１の発明にかかる鋳物の製造方法にお
いで、鋳物材料とセラミックシェル層との間の接合強度
の強化が、接合強度を高めるへき部位に対応する部分で
、セラミックシェル層に鋳物材料との接合材を添加する
ことによって行なわれることを特徴とする、耐熱層を有
する鋳物の製造方法を提供する。

Σ発明の作用・効果ｌ 第１の発明によれば、鋳物の使用時において高い熱負荷
がかかる部分に、セラミソクンエルか残留してセラミッ
ク耐熱層が形成されるので、鋳物材料に直接的に高い熱
負荷かかからない。二のため、鋳物の熱疲労破壊の発生
が防止される。

そしで、このセラミック耐熱層は、従来のインへストメ
ント鋳造法（ロストワックス法）に、セラミック耐熱層
を形成すべき部分の鋳物材料とセラミックシェルとの間
の接合強度を高めるだけの簡単な加工を付加するだけて
形成できるので、実質的に工数の増加を招かない。また
、従来は除去。

廃棄されていたセラミソクンエルの一部を鋳物に残留さ
せるたけであるので、実質的に材料費の増加を招かない
。０几がっで、実質的にコストアップを招くことなく、
所定の部位にセラミック耐熱層を備え１こ、耐熱性の高
い鋳物を鋳造することかできる。

なお、セラミックシェルは、熱負荷の高０部分のみに残
留するたけなので、実質的に鋳物の重量増加を招かない
。

第２の発明ノニよれば、発泡ポリスチレン等で形成され
る軟質の消失模型の所定の部位を機−的に粗面化するた
けの簡単な加工で、鋳造材料とセラミックシェル層との
間の接合強度を高める二とかでき、実質的に第１の発明
と同様の作用・効果を得ることかできる。

第３の発明によれば、セラミックシェル層形成時に、所
定の部位に鋳物材料との接合作用を高める材料、例えば
砂鉄を添加するだけの簡単な方法で、鋳造材料とセラミ
ックシェル層との間の接合強度を高めることができ、実
質的に第１の発明と同様の作用・効果を得ることができ
る。

［実施例＝ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、最終的な鋳造製品で冴、る２気筒
ロータリピストンエノノン用排気マニホールドｌ内には
、はぼ直線状に伸長する第１排気通路２と、第１排気通
路２との集合部近傍で湾曲する第２排気通路３とが形成
されている。また、排気マニホールド１には、これをエ
ンンノ本体（図示什ず）に取り付けるための第１フラン
ツ部４と、排気管（図示せず）を取り付ける几めの第２
フランツ部５とが形成されている。

かかる構造の排気マニホールドｌにおいては、第２排気
通路３の湾曲部６に、エンジンから流入する高温の排気
ガスが直接的にあたり、熱負荷かとくに高くなるので、
この湾曲部６（高温部６）に、後で説明するような方法
で、セラミック耐熱層７か形成されている。

以下、第５図に示す製造工程図に従っで、適宜第１図〜
第４図を参照しつつ、セラミック耐熱層７を有する排気
マニホールドＩの製造方法を説明する。

■工程＃１ 第１図と第４図とに示すように、最終的な鋳造製品であ
る排気マニホールドｌとほぼ同一形状のマニホールド模
型９を発泡ポリスチレンて成形する。ここで、排気マニ
ホールド１のセラミック耐熱Ｈ７を形成すべき部位と対
応する部分におＬｌで、マニホールド模型９には、第２
図に示すような所定の深さの模型凹部Ｉ５が形成され、
この模型凹ｆ＠１５の底面には、鋳物材料（鋳鋼）と後
で説明するセラミックシェル層８との接合強度を高める
ｆこめに、波目加工（粗面化加工）が施されている。

鋳造後においては、この模型凹部１５と同一形状の製品
凹部１６が鋳物（排気マニホールドｌ）に形成され、後
で説明するように、この製品凹部１６によってセラミッ
ク耐熱層７が強固に保持されるようになっている。

なお、模型凹部１５以外の部分では、鋳造後のセラミソ
クンエル層８の剥離性を高めるために、マニホールド模
型９の表面にＳｉＯ２を主成分とする崩壊性の高い離型
剤が塗布される。

■工程＃２ 湯口部１０ａと湯道部Ｊｏｂと受口部］Ｏｃとを備えた
方案部模型１０を発泡ポリスチレ〉で成形し、この方案
部模型１０とマニホールド模型９とを接着して消失模型
Ｐを製作する。この消失模型Ｐは、後で説明するように
、セラミックシェル層８のコアとなる。

■工程＃３ 消失模型Ｐの外周面にセラミックスラリをコーティング
する。セラミックスラリの配合成分は次の通りである。

くセラミックスラリ配合成分〉 コロイダルンリカ　１３．６（！ ンルコノ扮末　　　５０ｋｇ 界面活性剤　　　　１０ｍ＆ 消泡剤　　　　　　１０＋ｎ＋２ ■工程＃４ セラミックスラリコーティング層が乾燥する前に、消失
模型Ｐの全面に耐火砂をふりかけ（サンディング処理）
、この後セラミックスラリコーティング層を乾燥させ、
厚さ０３〜０．７ｍｍのセラミ。

クツエル層を形成する。

ここで、上記工程＃３と工程＝４とを、３回つつ繰り返
し、厚さ１０〜２，０開の３層からなるセラミックシェ
ル層８を形成する。

■工程＃５ 外周部にセラミックシェル層８が形成されに消失模型Ｐ
を十分に乾燥させた後、加熱炉にスれ、１０００℃で１
時間加熱し、コアをなす消失模型Ｐを燃焼させて消失さ
せる。このとさ、セラミックシェル層８か焼成され、消
失模型Ｐか消失し１ニ跡に形成されるキャビティ１３を
備え１こ、強度の高いセラミックシェル鋳型１１が形成
される。

■工程＃６ 加熱炉からセラミックシェル鋳型１１を取り出し、キャ
ビティ１３内に、耐熱鋳銅（Ｆｅ−＋８％Ｃｒ−０，３
％Ｃを主成分とする）の溶湯を鋳込み温度１６００°Ｃ
″Ｃ庄湯した後冷却・凝固させ、鋳物を得る。この後、
鋳物から方案部を切り取り、排気マニホールド１を得る
。

■工程＝７ 鋳造された排気マニホールド１にノヨットブラスト処理
を施し、セラミックシェル層８（セラミ２・クツエル鋳
型＋１）を取り除く。このとき、製品凹部１６上のセラ
ミックシェル層８の表面を治具（図示せず）で覆い、こ
の部分のセラミックシェル層８か剥離しなＬ）ようにす
る。このようにしで、製品凹部１６内残留するセラミッ
クシェル層８かセラミック耐熱層７となる。このセラミ
ック耐熱性７は、製品凹部１６内にはめ込まれ第２排気
通路３内に突出しないので、排気カスの流動抵抗を増加
さＨ′ない。

セラミック耐熱層７は、製品凹部１６内にはめ込まれ、
つまり鋳物材料（鋳鋼）に鋳込まれるようにして保持さ
れているので、セラミック耐熱層７には周囲から常時圧
縮残留応力かかかつている。

この１こめ、セラミック耐熱層７か鋳物材料（鋳鋼）に
よって強固に保持される。まｆ二、前記し几とおり、こ
の部分ではマニホールド模型９に波目加工（粗面化加工
９）が施されるので、セラミックシェル層８も波目状に
なり、これによって鋳造時には、セラミックシェル層８
（セラミック耐熱層７）の波目部分を鋳物材料（鋳鋼）
に突き刺すような接合状態となり、両者の接合強度が大
幅に高められる。

したがっで、セラミック耐熱層７の剥離か生じるおそれ
はほとんどない。

ここで、模型凹部１５の底面に波目加工を施さず、第３
図に示すように、模型凹部Ｉ５”の底面に砂鉄あるいは
けい砂等の焼き付きを生しやすい材料を含むスラリ状の
バインダＩ７を塗布し、この上にセラミックスラリをコ
ーチインクし、このバインダの焼き付きによる接合作用
によっで、化学的にセラミック耐熱層７と鋳物材料（鋳
鋼）との接合強度を高めるようにしてもよい。なお、模
型凹部底面に波目加工を施し、かつバインダを塗布する
ようにしてもよいのはもちろんである。

■工程＃　８　、　＃　９ 穿孔等所定の後加工を施し、排気マニホールド１の完成
品を得る。

このようにして形成されたセラミック耐熱層７は熱衝撃
に強く、例えば１６００℃の溶湯に接触しても割れるこ
とかない。したかっで、排気ガスからの熱負荷によって
セラミック耐熱層７か破損することはない。

まに、セラミック耐熱層７の断熱性は非常に高く、例え
ばンリカ５ｉＯｙの熱伝導率は０．０１２ｃａｌ／ｓ−
に−ｃｎてあり、ジルコニアＺ　ｒ　Ｏｔの熱伝導率は
０．００８ｃａｌ／ｓ−に−ｃｍである（これに対して
鋳鋼は０．０７ｃａｌ／ｓｋ−ｃｍ）。このため、高熱
負荷部分での排気マニホールＩ”　１本体部（鋳鋼）へ
の熱負荷を低減することかでき、排気マニホールドｌの
熱疲労破壊を防止することかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明にかかる製造方法で製造された、セラ
ミック耐熱層を有する排気マニホールドの縦断面説明図
である。 第２図は、消失模型の模型凹部回りの縦断面説明図であ
る。 第３図は、模型凹部の底面にバインダか塗布された消失
模型の縦断面説明図である。 第４図は、外周部にセラミックシェル層か形成された消
失模型の縦断面説明図である。 第５図は、セラミック耐熱層を有する排気マニホールド
の製造工程図である。 Ｐ、Ｐ’　　・消失模型、■　・排気マニホールド、２
゜３　第１．第２排気通路、６　湾曲部（高温部）、７
　・セラミック耐熱層、８・・セラミックシェル層、９
．９゛　　マニホールド模型、１０　方案部模型、１３
・キャビティ、１５．１５’　　模型凹部、１６−・製
品凹部、１７　バインダ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）消失模型の外周面にセラミックシェル層を形成し
   、消失模型を消失させ、セラミックシェル層内の空間部
   に溶湯を注湯して鋳物を鋳造し、この後鋳物からセラミ
   ックシェル層を除去するようにした、鋳物の製造方法に
   おいて、 鋳物の使用時に高い熱負荷がかかる部位に対応する部分
   で、鋳物材料とセラミックシェル層との間の接合強度を
   高め、鋳造後接合強度を高めた部分のセラミックシェル
   層を鋳物に残留させることによってセラミック耐熱層を
   形成する一方、接合強度を高めない部分のセラミックシ
   ェル層を除去するようにしたことを特徴とする、耐熱層
   を有する鋳物の製造方法。
2. （２）請求項１に記載された、耐熱層を有する鋳物の製
   造方法において、 鋳物材料とセラミックシェル層との間の接合強度の強化
   が、接合強度を高めるべき部位に対応する部分で、消失
   模型表面を粗面化することにより行なわれることを特徴
   とする、耐熱層を有する鋳物の製造方法。
3. （３）請求項１に記載された耐熱層を有する鋳物の製造
   方法において、 鋳物材料とセラミックシェル層との間の接合強度の強化
   が、接合強度を高めるべき部位に対応する部分で、セラ
   ミックシェル層に鋳物材料との接合材を添加することに
   よって行なわれることを特徴とする、耐熱層を有する鋳
   物の製造方法。