JPH05146862A - 低圧鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中子を用いた低圧鋳造方法において、溶湯注
入初期に中子から発生するガスを抑制し、中子ガスに起
因するガス欠陥を防止する。 【構成】 金型と該金型内に組み付けた中子で構成する
鋳型キャビティ内へ溶湯を押し上げ注入する低圧鋳造方
法において、中子の幅木部にエア通路を設け、溶湯が鋳
型キャビティ内へ到達するまでは、上記エア通路を通じ
て中子内に冷却気体を供給することにより、金型内に組
み付けた中子を冷却し、次いで、鋳型キャビティ内への
溶湯注入時は、上記エア通路から発生する中子ガスを吸
引する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、中子を用いた低圧鋳
造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばエンジンのアルミニウム合
金製シリンダーヘッドの製造においては、図４に示すよ
うに、上型１、下型２及び外型３からなる開閉可能とし
た金型の間に、エンジンの動弁系が配置される空間を形
成するためのオイルジャケット中子４、及び冷却水通路
を形成するためのウォータージャケット中子５等を組み
付けて鋳型Ａを構成し、該鋳型ＡのキャビティＣ内に下
方に設けた湯口６から溶湯を押し上げ注入する低圧鋳造
方法が用いられている。

【０００３】このような低圧鋳造方法においては、鋳造
中に中子から発生するガスにより、製品内部にガス欠
陥、いわゆる巣が生じていた。これは、鋳造初期のアル
ミニウム合金溶湯がまだ液相の時、溶湯の熱を受けた中
子内の水分やレジンなどが気化ないし熱分解して発生す
るガスにより中子ガス圧が急上昇し、これが溶湯の押し
湯圧力を上回り、溶湯内に中子ガスが噴出するためであ
る。

【０００４】しかして、エア抜き孔が設けられた金型に
接する部分が多く、発生する中子ガスが金型外部に逃げ
やすいオイルジャッケット中子４では比較的問題が少な
いが、ウォータージャケット中子５のように周囲を溶湯
に鋳ぐるまれており、幅木部７以外からは発生した中子
ガスが逃げられない構造になっている場合、中子から発
生したガスが溶湯内部に噴出して、特にウォータージャ
ケット中子５上面付近にガス欠陥が発生しやすい。

【０００５】したがって、従来よりアルミニウム合金製
シリンダヘッドの製造においては、図４に示すように、
外型３の側壁を貫通しウォータージャケット中子５の幅
木部７に達するガス吸引通路８を設け、該吸引通路８を
介して発生する中子ガスを真空吸引し、中子ガスを積極
的に金型外部に逃がすようにしている（例えば、特開昭
６４ー５３７５６号公報参照）。しかし、溶湯注入初期
の未だ押し湯圧力がきわめて低い時期に中子ガスが急激
に発生し始め、しかも中子ガスの吸引能力は幅木部７か
ら離れた中子中央部ではかなり減衰していることから、
この方法によっても、中子中央部から発生する中子ガス
を十分に抑制するだけの効果はなく、したがって、製品
の中央部のガス欠陥を十分には抑制し得ないという問題
があった。

【０００６】なお、ガス吸引通路からの真空吸引力を、
溶湯注入時の中子ガス圧の急激な上昇を十分相殺するだ
けの強さにすることも当然考えられるが、その場合、中
子への溶湯の差込みなど新たな鋳造欠陥の原因となるこ
とも分かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かかるガス欠陥の発生
要因を模式的な図５を参照してやや詳細に説明すると、
注湯時ウォータージャケット中子５表面の点Ｘに加わる
溶湯の圧力（すなわち押し湯圧力）は、溶湯がａ位置か
らｂ位置に上昇する間はその溶湯ヘッドＨに応じて上昇
し、同時に溶湯の熱を受けて中子ガスが急激に発生し中
子ガス圧も上昇する。この段階では押し湯圧力（溶湯の
比重をρとすると、Ｈ・ρ）はきわめて低いため、前記
ガス吸引にもかかわらず、中子ガス圧は容易に上記押し
湯圧力（Ｈ・ρ）を上回り、中子ガスが溶湯中に噴出し
ガス欠陥が発生するのである。しかし、溶湯がｂ位置に
達し鋳型キャビティ内に完全に充填された後は、点Ｘに
は溶湯ヘッドに応じた圧力と溶湯保持炉（図示せず）か
らの加圧力が加わるので、点Ｘに加わる押し湯圧力は上
昇し、また前記ガス吸引の効果もあり、中子ガスの噴出
は抑制される。

【０００８】したがって、中子ガス圧を常に押し湯圧力
以下に保ち、溶湯中への中子ガスの噴出を防止するため
には、溶湯が鋳型キャビティ内に完全に充填されるまで
は中子ガス発生をできるだけ抑制し、中子ガス圧が押し
湯圧力（Ｈ・ρ）をこえて上昇しないようにすればよい
ことになる。つまり、中子ガスが急激に発生し中子ガス
圧が急上昇する時期を時間的に後へずらすのである。

【０００９】一方、中子ガス圧が溶湯注入の初期に急上
昇する要因として、鋳造直前の中子温度の上昇が考えら
れる。すなわち、アルミニウム合金製シリンダーヘッド
の製造では、鋳造時に中子を金型に組み付けてから溶湯
注入直前までに、金型からの熱を受けて中子温度は常温
から通常８０℃程度まで上昇することが避けられない
が、このように中子の温度が高くなると、中子内の水分
やレジンなどが気化ないし分解しやすい状態となり、注
湯を開始し中子が溶湯に鋳ぐるまれるとただちに水分や
レジンなどがガス化してしまい、中子ガス圧が急激に上
昇するのである。

【００１０】したがって、溶湯注入初期の中子ガス圧の
急上昇を抑制するには、溶湯注入直前の中子温度の上昇
を抑制すればよいことになる。

【００１１】本発明は、上記知見をもとに、中子を用い
る低圧鋳造方法において発生していた上記ガス欠陥を抑
制することを目的としてなされたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、金型と該金型内に組み付けた中子で構成する鋳型キ
ャビティ内へ溶湯を押上注入する低圧鋳造方法におい
て、鋳型に中子を組み付けた後、該中子を冷却し、溶湯
が鋳型キャビティ内へ到達する前に上記中子の冷却を停
止し、次いで、鋳型キャビティ内への溶湯注入時は中子
の幅木部に備えたエア通路からガス吸引することを特徴
とするものである。請求項２に記載の発明は、上記エア
通路を介して冷却気体を供給することにより中子を冷却
することを特徴とするものである。請求項３に記載の発
明は、中子ガス圧を検出する手段を設け、該ガス圧が所
定値を越えたときガス吸引を開始することを特徴とする
ものである。

【００１３】

【作用】本発明は、このように鋳型キャビティ内への溶
湯注入直前まで、金型内に組み付けた中子を冷却し中子
温度の上昇を抑制するものであるから、中子内の水分や
レジンは気化ないし分解しやすい状態にはなく、溶湯注
入時ただちに急激なガス化が始まってしまうという事態
は避けることができる。したがって、溶湯注入初期の中
子ガスの急激な発生を抑制でき、しかも中子の幅木部に
備えたエア通路からのガス吸引作用も働くので、押し湯
圧力は未だ低いにもかかわらず、中子ガス圧が押し湯圧
力を上回ることがなく、効果的にガス欠陥を抑制するこ
とができるのである。

【００１４】そして、上記エア通路を介して冷却気体を
供給し中子を冷却するときは、中子を内部から冷却する
ことになるので冷却効率が高く、しかもガス吸引のため
のエア通路をそのまま利用することができるという利点
がある。また、中子ガス圧を検出する手段を設け、該ガ
ス圧が所定値を越えたときガス吸引を開始するようにし
たときは、ガス吸引のタイミングを正確にとらえること
ができるという利点がある。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ詳細に説明する。図１は、エンジンのアルミニウム合
金製シリンダーヘッドを製造する上で好適な低圧鋳造装
置を示し、一部従来のものと同一の番号を付している。

【００１６】鋳型Ａは、上型１、下型２及び外型３から
なる開閉可能とした金型の間にオイルジャケット中子４
及びウォータージャケット中子５等（吸気ポート中子、
排気ポート中子は図示せず）を組み付けて構成され、型
合わせ装置１０により開閉される。そして、各金型１〜
３の内面と、各中子４及び５等の外面の間に鋳型キャビ
ティＣが形成される。ここで、オイルジャケット中子４
は、その幅木部７ｃが上型１と外型３の合わせ面に形成
された凹部９ｃで嵌合支持され、ウォータージャケット
中子５は、その幅木部７ａ、７ｂが下型２と外型３の合
わせ面に形成された凹部９ａ、９ｂで嵌合支持される。

【００１７】該ウォータージャケット中子５の幅木部７
ａには、外型３を貫通して外部に通ずるエア通路１１
（図３のガス吸引通路８と実質的に同じ）が取り付けら
れ、そのエア通路１１には、ウォータージャケット中子
５に冷却空気を供給する冷却空気供給装置１２と、ウォ
ータージャケット中子５内に発生する中子ガスを吸引す
るガス吸引装置１３が、それぞれ冷却空気通路開閉バル
ブ１４と吸引通路開閉バルブ１５を介して接続してい
る。ここで、冷却空気通路開閉バルブ１４と吸引通路開
閉バルブ１５は、それぞれ冷却空気供給装置１２とガス
吸引装置１３の作動及び停止に従って自動的に開閉する
ように設定する。

【００１８】また、ウォータージャケット中子５の内部
にはガス圧センサー１６が埋め込まれ、幅木部７ｂから
外型３を貫通して外部のガス圧検出器１７に接続してい
る。該ガス圧センサー１６の先端は、ウォータージャケ
ット中子５のほぼ中心部に達し、最も中子ガス圧の上昇
しやすい該中心部のガス圧を検知する。ガス圧センサー
は、例えば細径パイプの先端にダイアフラムを取り付け
該ダイアフラムに歪ゲージを取り付けたタイプの、公知
のガス圧センサーを用いることができる。

【００１９】一方、湯口６には湯面検出センサー１８が
置かれ、溶湯加圧装置１９により加圧された溶湯がスト
ーク２０を上昇して湯口６まで達したことを検出する。
そして、ガス圧検出器１７及び湯面検出センサー１８か
らの信号はいずれも制御手段２１に送られ、また型合わ
せ装置１０、冷却空気供給装置１２、ガス吸引装置１
３、及び溶湯加圧装置１９はいずれも該制御手段２１に
よりその作動及び停止を制御する。

【００２０】次に、図２に示すフローチャートを参照し
つつ本実施例を説明する。まず、（３０）各中子４及び
５等を各金型１〜３に組み付け、型合わせを完了したこ
とを確認してから、（３１）冷却空気供給装置１２を作
動し、冷却空気通路開閉バルブ１４を介してウォーター
ジャケット中子５内に冷却空気を供給し、該中子５を内
部から冷却する。この際、ウォータージャケット中子５
を介して鋳型キャビティＣ内に侵入した冷却空気は、金
型１に適宜設けられたエア抜き孔（図示せず）より外部
に排出される。次に、（３２）溶湯加圧装置１９を作動
し、保持炉（図示せず）内溶湯を加圧する。湯面が上昇
し、（３３）湯口６付近に設置された湯面検出センサー
１８が湯面を検知したとき、（３４）冷却空気供給装置
が停止し同時に冷却空気通路開閉バルブ１４が閉とな
る。

【００２１】（３５）溶湯が鋳型キャビティＣ内に入
り、湯面が上昇するにつれてウォータージャケット中子
５の温度が上昇し、ガス圧検出器１７で検出する中子ガ
ス圧もしだいに上昇するが、このガス圧ｐがあらかじめ
設定した所定値Ｐ以上となったとき、（３６）ガス吸引
装置１３が作動し、同時に吸引通路開閉バルブ１５が開
となり中子ガスの吸引を開始するので、中子ガス圧が押
し湯圧力を越えて上昇することが防止できる。（３７）
所定時間経過し鋳型キャビティＣ内での凝固が完了した
時、（３８）溶湯加圧装置１９が停止し、（３９）ガス
吸引装置１３も停止し、同時に吸引通路開閉バルブ１５
が閉となる。

【００２２】さて、図３は、本実施例における押し湯圧
力と中子ガス圧の関係を概念的に示したものである。こ
こで、破線Ａは押し湯圧力の時間変化を示し、時間の経
過（つまり溶湯ヘッドの上昇）とともに上昇し、さらに
鋳型キャビティが溶湯で充填されると急上昇し、しだい
に設定値に近づく様子を示す。実線Ｂは中子の冷却及び
ガス吸引をともにしなかった場合の中子ガス圧の変化を
示し、注湯初期に押し湯圧力を越えて上昇する様子を示
す。実線Ｃは中子の冷却を行った場合の中子ガス圧の変
化を示し、溶湯注入初期の中子ガスの発生を抑制できる
が、やはり押し湯圧力を越えて上昇する危険があること
を示す。実線Ｄは、中子の冷却に加えてガス吸引を行っ
た本実施例における中子ガス圧の変化を示し、所定値Ｐ
に達したときガス吸引を開始し、中子ガス圧が押し湯圧
力を越えて上昇する危険を排除している。なお、図３の
圧力の数値は単なる例示にすぎない。

【００２３】ところで、本実施例においては、湯面検出
センサー１８を湯口６付近に置き、湯面が湯口６付近に
達するまでウォータージャケット中子５内に冷却空気を
供給するようにしたので、ギリギリまで該中子を冷却す
ることができ効果的であるが、このようなセンサーを使
用せず、例えば溶湯加圧装置１９の作動開始と同時に冷
却空気の供給を停止することもできるなど、その停止タ
イミングは適宜選定することができる。

【００２４】また本実施例では、ウォータージャケット
中子５内のガス圧をガス圧検出器１７により検出し、中
子ガス圧が所定値Ｐ以上となったときはじめてガス吸引
装置１３が作動するようにしたので、過剰なガス吸引作
用により差込み等の他の表面欠陥が発生する機会が少な
いが、かかる検出器１７を設けることなく、例えば冷却
空気の供給停止と同時にガス吸引装置１３を作動させる
こともできるなど、その作動タイミングは適宜選定する
ことができる。

【００２５】なお本実施例では、中子ガス圧を検出する
ためにガス圧検出器１７を使用したが、あらかじめ中子
ガス圧と中子温度の相関を調べておくことにより、ガス
圧検出器に代えて温度検出器を使用しても同様の効果を
得ることができる。その場合、中子内に温度センサーを
設置し、温度が所定値以上となったことを検出してガス
吸引装置１３を作動させる。

【００２６】また、本実施例では中子を冷却する手段と
して、中子内に冷却空気を供給する方法をとったが、中
子を冷却する手段はこれに限定されるものではない。要
は中子を冷却することができればよいのであるから、例
えば金型に冷却空気の吹き込み口を形成し、その吹き込
み口から金型内の中子の周囲に冷却空気を吹き込むこと
も考えられる。いずれにしても、空気に代えて不活性ガ
ス等他の気体を使用することができるのはいうまでもな
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、このように鋳型キャビティ内
への溶湯注入直前まで、金型内に組み付けた中子を冷却
し中子温度の上昇を抑制するものであるから、中子内の
水分やレジンは気化ないし分解しやすい状態にはなく、
溶湯注入時ただちに急激なガス化が始まってしまうとい
う事態は避けることができる。したがって、溶湯注入初
期の中子ガスの発生を抑制でき、しかも中子の幅木部に
備えたエア通路からのガス吸引作用も働くので、押し湯
圧力は未だ低いにもかかわらず、中子ガス圧が押し湯圧
力を上回ることがなく、効果的にガス欠陥を抑制するこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる低圧鋳造装置の要部断面図であ
る。

【図２】本発明に関わる低圧鋳造方法のフローチャート
である。

【図３】実施例における押し湯圧力と中子ガス圧の関係
を概念的に示す図である。

【図４】従来例に関わる低圧鋳造装置の要部断面図であ
る。

【図５】低圧鋳造装置における中子ガス圧と押し湯圧力
の関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 上型 ２ 下型 ３ 外型 ４ オイルジャケット中子 ５ ウォータージャケット中子 ７ 幅木部 １１ エア通路 １２ 冷却空気供給装置 １３ ガス吸引装置 １６ ガス圧センサー １８ 湯面検出センサー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型と該金型内に組み付けた中子で構成
   する鋳型キャビティ内へ溶湯を押し上げ注入する低圧鋳
   造方法において、金型内に中子を組み付けた後、該中子
   を冷却し、溶湯が鋳型キャビティ内へ到達する前に上記
   中子の冷却を停止し、次いで、鋳型キャビティ内への溶
   湯注入時は中子の幅木部に備えたエア通路からガス吸引
   することを特徴とする低圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 鋳型キャビティ内へ溶湯が到達するまで
   は上記エア通路を介して中子に冷却気体を供給し、溶湯
   注入時は上記エア通路からガス吸引することを特徴とす
   る請求項１に記載の低圧鋳造方法。
3. 【請求項３】 中子ガス圧を検出する手段を設け、該ガ
   ス圧が所定値を越えたときガス吸引を開始することを特
   徴とする請求項１又は２記載の低圧鋳造方法。