JPH05363A

JPH05363A - 圧力鋳造方法

Info

Publication number: JPH05363A
Application number: JP3153242A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hori; 雄二堀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-08
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JP3044092B2

Abstract

(57)【要約】【目的】鋳造時の砂中子からのガス発生を可及的に抑
制し、鋳造製品の品質を向上させる。【構成】溶湯が注入されるキャビティーと、該キャビ
ティー内の中央部に配置され、略その全周囲に溶湯が回
り込む砂中子と、上記キャビティー内に圧力を加える圧
力供給手段とを備え、上記キャビティー内に溶湯を注入
するとともに該注入された溶湯が上記砂中子の全周を覆
う直前から同全周を覆った後の所定時間までの間は上記
圧力供給手段によって上記キャビティー内に所定の圧力
を加えながら鋳造を行うようにし、砂中子からの発生ガ
ス圧よりも背圧をタイミングよく高くして、酸化膜の膨
出を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、圧力鋳造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車においてエンジンは、車両
全重量中の２０％近い重量を占める。したがって、エン
ジンを軽量化することは、車両重量の軽減に極めて効果
が高い。

【０００３】そのような意味から、最近ではエンジンの
シリンダブロックおよびシリンダヘッドを例えばアルミ
ダイキャスト製のもので構成することが多くなってきて
いる。

【０００４】そして、このようなエンジン部材の鋳造を
行う場合、一般には例えば特開昭６３−２２０９６９号
公報に示されているような密閉炉体を使用し、該密閉炉
体中の溶湯をストークを介して鋳型内に加圧注入する圧
力鋳造方法が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なシリンダヘッド、シリンダブロックの圧力鋳造に際し
ては、例えばウォータジャケットやオイルジャケット形
成のために通常鋳型キャビティー内中央部にレジンサン
ドよりなる砂中子が配置されるが、該砂中子内には例え
ば水分、溶材、レジン等が混入されているために、鋳造
時に該砂中子から所定圧のガスが発生し、該ガスの圧力
が溶湯圧よりも高くなると該ガスにより溶湯面の酸化膜
が押し凹められガス欠陥による不良品が生じる問題があ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１および２
各項記載の発明の圧力鋳造方法は、それぞれ上記の問題
を解決することを目的としてなされたものであって、各
々次のように構成されている。

【０００７】(１) 請求項１記載の発明の圧力鋳造方法
の構成該発明の圧力鋳造方法は、溶湯が注入されるキャ
ビティー内に所定の圧力を加えながら鋳造を行うように
したことを特徴とするものである。

【０００８】(２) 請求項２記載の発明の圧力鋳造方法
の構成該発明の圧力鋳造方法は、溶湯が注入されるキャ
ビティーと、該キャビティー内の中央部に配置され、略
その全周囲に溶湯が回り込む砂中子と、上記キャビティ
ー内に圧力を加える圧力供給手段とを備え、上記キャビ
ティー内に溶湯を注入するとともに該注入された溶湯が
上記砂中子の全周を覆う直前から同全周を覆った後の所
定時間までの間は上記圧力供給手段によって上記キャビ
ティー内に所定の圧力を加えながら鋳造を行うようにし
たことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本願の請求項１および２記載の各発明の圧力鋳
造方法は、各々以上のように構成されており、当該各構
成に基いて、次のような作用を奏する。

【００１０】(１) 請求項１記載の発明の圧力鋳造方法
の作用先にも述べたように、砂中子が発生するガスは、当該砂
中子内に混入されている水分やレジン、溶材などの熱と
の反応によって発生する。従って、例えば図７に示すよ
うに本来それぞれ当該混入物毎に反応時間が異なり、ガ
ス欠陥が鋳造過程の何の時点で発生するかも異なる。

【００１１】しかし、上記砂中子からガスが発生したと
しても、該発生ガスの圧力よりも溶湯側の圧力の方が高
ければ少なくとも溶湯側酸化膜が押し凹まされるような
ことはなく、ガス欠陥による巣の発生は生じない。

【００１２】従って、該発明では、鋳造過程において、
キャビティー内を加圧することによって溶湯圧を高め、
砂中子からの発生ガスによっては溶湯側酸化膜が押し凹
まされるようなことがないようにしている。

【００１３】(２) 請求項２記載の発明の圧力鋳造方法
の作用該発明の圧力鋳造方法は、上記請求項１記載の発明の圧
力鋳造方法の基本思想を採用し、先ず鋳造過程におい
て、キャビティー内を圧力供給手段によって加圧するこ
とによって溶湯圧を高め、砂中子からの発生ガスによっ
ては溶湯側酸化膜が押し凹まされるようなことがないよ
うにしている。

【００１４】しかし、実際の測定の結果、例えば図７の
Ａ,Ｂ,Ｃの３つの時点で砂中子からのガスの発生が見ら
れるとしても、鋳造の進行により例えば同図７のＢ時点
やＣ時点では既に溶湯の凝固が進んでいることから、仮
にガスが発生しても酸化膜の変形を生じることがないこ
とが確認された。

【００１５】一方、上記測定の結果、上記図７のＡ時点
は、少なくともキャビティー内に注入された溶湯が砂中
子の全周を覆う直前から覆った後の所定時間までの溶湯
温度が高く、溶湯注入途中の期間内に含まれていること
が判明した。

【００１６】そこで、該発明の圧力鋳造方法では、該期
間内のみを対象として効率よくキャビティー内の加圧制
御を行ない、効果的なガス欠陥防止作用を実現した。

【００１７】

【発明の効果】従って、本願発明の圧力鋳造方法による
と、砂中子からの発生ガスが溶湯中に侵入してガス欠陥
を生ぜしめるのを確実に防止することができ、鋳造製品
の品質を向上させることが可能となる。

【００１８】

【実施例】図１〜図８は、例えばレシプロエンジンのシ
リンダヘッドの製造に適用した本願発明の実施例に係る
圧力鋳造方法および同圧力鋳造方法を実施するための圧
力鋳造装置の構成を示している。

【００１９】先ず図１は、同圧力鋳造装置の全体的な構
造を示しており、図中符号１は内部にアルミ合金溶湯２
が貯留されている密閉炉体である。該密閉炉体１は図示
しない加熱装置によって加熱され、鋳造に適した溶湯温
度に保持されている。

【００２０】一方、符号４は上記密閉炉体１の上部に隔
壁３を介して設置された鋳型である。該鋳型４は、下部
側の固定型(下型)４Ａと上部側可動型(上型)４Ｂとから
なり、これら固定型４Ａと可動型４Ｂ間に、上記密閉炉
体１内の溶湯２が注入されるエンジンのシリンダヘッド
鋳造用のキャビティー５が形成されている。そして、該
キャビティー５の中央部には、例えばウォータジャケッ
ト形成用の第１の砂中子６Ａとオイルジャケット形成用
の第２の砂中子６Ｂが各々設けられている。

【００２１】そして、上記鋳型４の湯道７は、湯口９を
介してストーク８に連通しており、炉体内加圧手段が作
動すると同ストーク８を介して上記密閉炉体１内の溶湯
２が湯口９を経て湯道７よりキャビティー５側に所定圧
で注入されるようになっている。

【００２２】さらに、符号１１は上記キャビティー５内
に所定の背圧を供給して溶湯圧を高くする圧力供給路で
あって、該圧力供給路１１は配管１２を介して圧力ポン
プ１４に接続されている。そして、配管１２の途中には
圧力制御弁１３が介設されており、上記キャビティー５
内に供給される圧力ポンプ１４からの圧力レベルを圧力
制御手段１５から印加される制御信号値に応じて所定の
値にコントロールするようになっている。該キャビティ
ー５内への背圧の供給は、次に述べるような事情に基
き、上記キャビティー５内に注入された溶湯２が上記水
分、溶材、レジン等を含む第１、第２の砂中子６Ａ,６
Ｂの全周を覆う直前から同第１、第２の砂中子６Ａ,６
Ｂの全周を覆った後の所定時間までの間、ガス圧による
酸化膜の溶湯内への膨出を阻止するために行なわれる。

【００２３】すなわち、先にも述べたように、本実施例
のような圧力鋳造方法によるエンジンシリンダヘッドの
アルミ鋳造過程では、例えば図２に示すように少なくと
も或る２つの時点Ａ,Ｂにおいて上記各砂中子６Ａ,６Ｂ
から所定圧以上のガスが発生する事実が見出される。そ
して、このようにＡ,Ｂ２つの時点で所定圧以上のガス
が発生した製品では、一般に該ガスが漏出したと見られ
る部分に巣ができており、結局欠陥品となる。

【００２４】ところで、このようなガス欠陥を生じた欠
陥品とガス欠陥を生じなかった良品との鋳造過程におけ
る各砂中子６Ａ,６Ｂのガス圧の変化を測定して対比し
て見ると、図２と図３のような関係になった。このこと
から、仮に砂中子６Ａ,６Ｂからガスが発生したとして
も、その発生圧が溶湯圧(比重＋高さ)自体よりも低い
か、又は同溶湯圧よりも或る程度高くても例えば注入さ
れた溶湯２が上記砂中子６Ａ,６Ｂの全周を覆ってから
所定時間が経過して同溶湯２が或る程度硬化したＢ時点
では最早巣ができないということが判明する。

【００２５】ところで、上記溶湯注入時に砂中子６Ａ,
６Ｂが発生するガスは、当該砂中子６Ａ,６Ｂ内に混入
されている上記水分や溶材、レジンなどが熱と反応する
ことによって生じているであろうことは容易に想像がつ
く。しかし、これら各混入物は、それぞれ反応時間が異
なり、上記ガス発生による欠陥が上記シリンダヘッド鋳
造過程の常に何の時点で発生するかということを特定し
得ないと上記のようなキャビティー内の背圧の制御を行
っても余り効果的ではない。

【００２６】そこで、本実施例では、例えば図４〜図６
に示すような砂中子６Ａ,６Ｂからのガスの発生による
溶湯酸化膜の膨出変形を検出、計測する酸化膜計測装置
を考案し、同酸化膜の溶湯内への膨出によるガス欠陥発
生メカニズムを先ず解析した。

【００２７】該計測装置では、鋳型モデルとして上記図
１と同様の構成のものが採用されており、ここでは各部
の構成を分かり易く示すために１つの図面中に便宜上同
一鋳型の２つの断面を併せて示している。

【００２８】そして、同図面において先ず符号３１は、
第１のパイプ３１を通しキャビティー５内に注入された
溶湯２の圧力(比重＋高さ)Ｐ₁を検出する第１の圧力セ
ンサ、また同３２は第２のパイプ３２を通し第１の砂中
子６Ａの発生ガス圧Ｐ₂を検出する第２の圧力センサで
あり、該第１、第２の各圧力センサ２１,２２の圧力検
出信号はアンプ２３を介して所定のレベルに増幅された
後に計測器２５に入力される。

【００２９】また、符号２４は図示の如く複数の溶湯注
入部に各々配設された酸化膜検出用の複数の電極４１〜
４４を備えた導通センサーであり、該導通センサー２４
の各電極４１〜４４からの検出信号も同じく計測器２５
に入力される。該導通センサ２４の電極４１〜４４は、
例えば図５に符号４３のもので代表させて示すように、
キャビティー等溶湯注入空間内に突出して配置された先
端側導電部４０aと、該導電部４０aの一部を残して耐熱
性のあるセラミック部材が被覆されたセラミックコーテ
ィング部４０bと、該セラミックコーティング部４０bの
上に更に絶縁部材を被覆したリード線部４０cとから形
成されており、上記導電部４０aには例えば常時1.0(Ｖ)
の直流電位が印加されている。

【００３０】従って、今例えば上記キャビティー等の溶
湯注入空間内に溶湯２が注入され、該溶湯２が第１の砂
中子６Ａの周囲を覆い初めた状態において、例えば図６
の仮想線に示すように同第１の砂中子６Ａ中の水分、溶
材、レジンが反応して所定圧のガスを発生するようにな
ると、該ガスの圧力Ｐ₂が上記第２の圧力センサ２２に
よって検出されるとともに、それによって酸化膜５０の
膨出が生じる。そして、該酸化膜５０の上端が上記電極
４３の導電部４０aに接触すると、導電部４０bは地絡さ
れて一旦零ボルト電位となる。そしてその後、更にガス
の発生量が増加して酸化膜５０の膨出量が増し、図示実
線の状態になると、再び1.0(Ｖ)となる。この結果、導
通センサ２４の出力電圧は図８のように変化する。

【００３１】そこで、この導通センサ２４の出力データ
を上記第１、第２の圧力センサ２１,２２の検出データ
とともに計測器２５からパーソナルコンピュータ２６に
入力してデータ処理すると、例えば図７のＡ,Ｂ,Ｃに示
すように第１の砂中子６Ａ中の混入物毎のガス発生状態
をパターン化して認識することができる。従って、これ
らのデータを基にして、上述の図２のＡ時点を特定する
ことができ、それに対応して上記圧力制御手段１５を作
動させ、上記キャビティー５内の背圧を溶湯圧Ｐ₁が上
記第２の圧力センサ２２で検出されたＡ時点における第
１の砂中子６Ａからのガス圧Ｐ₂よりも高いＰ₁＋ΔＰ₁
になるように加えると、第１の砂中子６Ａ(６Ｂ)からの
発生ガスが溶湯２側に膨出することはできなくなり、従
来のようなガス欠陥の発生を確実に抑制し得るようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の実施例に係るエンジンのシ
リンダヘッドの圧力鋳造装置の構成を示す断面図であ
る。

【図２】図２は、上記鋳造装置による鋳造過程におい
て、ガス欠陥が生じる場合の砂中子のガス圧特性図であ
る。

【図３】図３は、同鋳造過程において、ガス欠陥が生じ
ない場合の砂中子のガス圧特性図である。

【図４】図４は、図２のガス欠陥発生メカニズムを分析
するための計測装置の構成を示す概略図である。

【図５】図５は、同計測装置の要部の構成を示す断面図
である。

【図６】図６は、同図５の計測装置の要部の作用を示す
説明図である。

【図７】図７は、砂中子中の３つの混入成分の各成分毎
の熱反応時のガス圧特性を示す特性図である。

【図８】図８は、ガス欠陥発生時の計測信号変化を示す
タイムチャートである。

【符号の説明】

１は密閉炉体、２は溶湯、３は隔壁、４は鋳型、４Ａは
固定型、４Ｂは可動型、５はキャビティー、６Ａは第１
の砂中子、６Ｂは第２の砂中子、７は湯道、８はストー
クである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯が注入されるキャビティー内に所定
の圧力を加えながら鋳造を行うようにしたことを特徴と
する圧力鋳造方法。
【請求項２】溶湯が注入されるキャビティーと、該キ
ャビティー内の中央部に配置され、略その全周囲に溶湯
が回り込む砂中子と、上記キャビティー内に圧力を加え
る圧力供給手段とを備え、上記キャビティー内に溶湯を
注入するとともに該注入された溶湯が上記砂中子の全周
を覆う直前から同全周を覆った後の所定時間までの間は
上記圧力供給手段によって上記キャビティー内に所定の
圧力を加えながら鋳造を行うようにしたことを特徴とす
る圧力鋳造方法。