JPH0952165A - 鋳ぐるみ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管状体に生じる内ばりの低減、回避に有利な鋳
ぐるみ方法を提供する。 【解決手段】管状体１の管状中空室１０のうち被鋳包み
端部１３の側に生砂３を充填する。管状体１の被鋳包み
端部１３と砂型中子２とを組付けて組付体４を得ると共
に、組付けの際に管状体１の管状中空室１０のうち被鋳
包み端部１３の内壁面１３ｋに生砂３を押しつけて内壁
面１３ｋの内側領域における充填密度を高める。砂型中
子２の外面２ｐ側及び管状体１の被鋳包み端部１３の外
面１３ｐ側を金属溶湯で鋳ぐるんで鋳物６を形成する。
内燃機関に使用されるエキゾーストマニホールドの製造
に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳ぐるみ方法に関す
る。本発明は例えば排気系や吸気系に使用される配管部
品、特には車両の内燃機関や産業機器やボイラ等で使用
されるマニホールドに利用できる。

【０００２】

【従来の技術】鋳ぐるみ方法として、図５に示す様に管
状中空室１０１を備えた管状体１００を用い、管状体１
００の管状中空室１０１に型部分２０１を嵌合した状態
で、管状体１００を鋳型２００に配置し、管状体１００
のうち被鋳包み端部１０２にフラックス含有アルミ合金
ろう材３００を被覆し、その状態で、鋳型２００のキャ
ビティ２０３に金属溶湯４００を注入して凝固させる技
術が知られている（特開平６−３０４７４０号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した技術によれ
ば、金属溶湯４００を注入すると、管状体１００の管状
中空室１０１の内壁面にそった内ばりが生じることが往
々にしてある。管状体１００の管状中空室１０１や型部
分２０１の真円度の精度には限界がある等の理由によ
る。

【０００４】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、鋳ぐるみの際に管状体に生じる内ばりの低減、
回避に有利な鋳ぐるみ方法を提供することを課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る鋳ぐるみ
方法は、管状中空室を有すると共に両側の軸端部のうち
少なくとも一方を被鋳包み端部とした管状体と、管状体
の管状中空室に装填可能な生砂と、管状体の被鋳包み端
部に組付けられる砂型中子とを用い、管状体の管状中空
室のうち少なくとも被鋳包み端部の側に生砂を充填する
生砂充填工程と、管状体の被鋳包み端部と砂型中子とを
組付けて組付体を得ると共に、組付けの際に管状体の管
状中空室のうち被鋳包み端部の内壁面に生砂を押しつけ
て内壁面の内側領域における生砂の充填密度を高める組
付工程と、組付体の砂型中子の外面側及び管状体の被鋳
包み端部の外面側を金属溶湯で鋳ぐるんで凝固させて鋳
物を形成し、管状体と鋳物とが一体となった鋳ぐるみ体
を得る鋳ぐるみ工程とを順に実施することを特徴とする
ものである。

【０００６】請求項２に係る鋳ぐるみ方法は、請求項１
において、生砂充填工程では、管状体の被鋳包み端部の
軸端面から突き出す様に生砂を管状中空室に充填するこ
とを特徴とするものである。請求項３に係る鋳ぐるみ方
法は、請求項１において、砂型中子は突起部をもち、組
付工程では、管状体の管状中空室のうち被鋳包み端部の
側に充填された生砂に砂型中子の突起部を押入して、押
入に伴い生砂を管状体の半径方向外方に向けて変位させ
て内壁面に押しつけることを特徴とするものである。

【０００７】請求項１に係る鋳ぐるみ方法によれば、管
状体の管状中空室のうち少なくとも被鋳包み端部の側の
生砂を充填する。これにより管状体の管状中空室のうち
被鋳包み端部の側の内壁面におけるクリアランスを低減
または消失するのに貢献できる。生砂とは、水分を加え
て混練によりある程度の粘結力を与えた鋳型製作用の砂
を意味する。

【０００８】請求項２に係る鋳ぐるみ方法によれば、生
砂充填工程では、管状体の管状中空室のうち少なくとも
被鋳包み端部の軸端面から生砂が突き出す様に生砂を充
填するため、次工程である組付工程において被鋳包み端
部の側に生砂の充填密度を増加するのに有利である。こ
れにより管状体の管状中空室のうち被鋳包み端部の側の
内壁面と生砂層との間におけるクリアランスを低減また
は消失するのに貢献できる。

【０００９】請求項３に係る鋳ぐるみ方法によれば、組
付工程では、管状体の管状中空室のうち少なくとも被鋳
包み端部の側に装填された生砂に砂型中子の突起部を押
入するので、押入に伴い生砂は管状体の半径方向外方に
向けて変位して内壁面に押しつけられ、密着する。その
ため被鋳包み端部の側の内壁面の近傍における生砂の充
填密度を増加できる。これにより管状体の管状中空室の
内壁面と生砂層との間におけるクリアランスを低減また
は消失するのに貢献できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】生砂充填工程においては、管状体
の管状中空室のうち被鋳包み端部の側に生砂を充填す
る。この場合には管状中空室のうち被鋳包み端部の側の
内壁面に生砂が接触する。生砂が内壁面に接触する度合
が大きい方が、鋳ぐるみの際の内ばりを抑えるのに有利
である。この様な生砂充填工程では、管状体の管状中空
室のうち被鋳包み端部の軸端面から生砂が突き出す様
に、生砂を充填することが好ましい。

【００１１】砂型中子は、炭酸ガスの吹き込みで硬化し
たガス型、自硬性鋳型、シェル中子等で構成できる。砂
型中子には突起部を設けることが好ましい。この場合に
は管状体の管状中空室に装填された生砂に、砂型中子の
突起部を押入すれば、押入に伴い、生砂は管状体の半径
方向外方に向けて変位して内壁面に押しつけられ、密着
する。これにより生砂が管状体の管状中空室の内壁面に
接触する度合が大きくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明方法の実施例を図面を参照して
説明する。先ず図１（Ａ）に示す様に、管状体１は鉄系
例えばステンレス鋼製（適宜選択できるが、例えばフェ
ライト系）であり、管状中空室１０を有する。管状体１
の管状中空室１０には規制部材１２が装入されて係合さ
れている。規制部材１２はある程度の硬度を備えると共
に、衝撃やショット投射等で崩壊する崩壊性を備えたも
のであり、一般的には炭酸ガスの吹き込みで硬化したガ
ス型、自硬性鋳型で構成できる。管状体１の一端部は、
鋳ぐるみが実行される被鋳包み端部１３とされている。

【００１３】砂型中子２は、管状体１の被鋳包み端部１
３に組付けられるものであり、硬化している。砂型中子
２は、例えば、炭酸ガスの吹き込みで硬化したガス型、
自硬性鋳型等で構成できる。砂型中子２のうち管状体１
に対面する端面には、針状または釘状をなす金属製の差
込ガイド２１が埋設されている。差込ガイド２１の先端
部は砂型中子２の先端面２０から突出している。

【００１４】生砂充填工程では、管状体１の管状中空室
１０のうち被鋳包み端部１３の側に生砂３を装入し生砂
層３ａを得る。生砂３の装入にあたり、生砂３を重力に
より自然落下させて装入する形態でも良いし、あるい
は、圧縮空気と共に生砂３を圧入する形態でも良いし、
あるいは、遠心力を利用して生砂３を管状中空室１０に
装入する形態でも良いし、あるいは、管状中空室１０に
装填した生砂３を突き固める形態でも良い。

【００１５】管状中空室１０に充填された生砂３は、規
制部材１２で遮られるため管状中空室１０の反対側へつ
まり矢印Ａ１方向に抜けることが規制される。そのため
生砂３は、管状体１の管状中空室１０のうち被鋳包み端
部１３の側に確実に充填される。この様に充填された状
態では、生砂３は、管状中空室１０のうち被鋳包み端部
１３の側の内壁面１３ｋに接触している。本実施例で
は、管状体１の被鋳包み端部１３の軸端面１３ｃから生
砂層３ａが所定量ΔＢ（図１（Ａ）参照）突き出す様に
する。ここで所定量は管状中空室１０の内径等に応じて
調整されるものの、数ｍｍ程度にでき、例えば０．５〜
３ｍｍ程度、具体的には１ｍｍまたは２ｍｍ程度にでき
る。

【００１６】組付工程では図１（Ｂ）に示す様に、管状
体１の被鋳包み端部１３内に充填された生砂３に差込ガ
イド２１を差し込んで連結すると共に、砂型中子２の先
端面２０を生砂層３ａに当てて、生砂層３ａの先端部を
押し潰す。押し潰しに伴い、生砂３の充填密度が向上す
る。かかる操作により管状体１の被鋳包み端部１３と砂
型中子２とが組付けられ、組付体４が得られる。

【００１７】この様な差込ガイド２１は、生砂層３ａに
連結するための連結手段として機能する。また被鋳包み
端部１３の軸端面１３ｃから生砂層３ａが所定量ΔＢ突
き出した部分は、生砂３の充填密度を高めるための生砂
充填密度向上手段として機能する。更に図１（Ｃ）から
理解できる様に、砂型で形成した鋳型５にこの組付体４
を配置する。これにより砂型中子２の外面２ｐ側及び管
状体１の被鋳包み端部１３の外面１３ｐ側に円筒形状の
成形キャビティ５１が形成される。

【００１８】次に、鋳型５に形成した図略の注入口か
ら、この成形キャビティ５１に鉄系の金属溶湯を注入す
る。すると、砂型中子２の外面２ｐ及び管状体１の被鋳
包み端部１３の外面１３ｐは、金属溶湯で鋳ぐるまれ
る。これにより成形キャビティ５１内の金属溶湯が凝固
した鋳物６が形成される。その後、鋳物６を鋳型５から
取り出すと共に、砂型中子２を崩壊させ、管状体１の管
状中空室１０に充填されていた生砂３を管状体１の管状
中空室１０から取り出す。この場合には、ショット投射
や衝撃等を利用できる。管状体１内に挿入した規制部材
１２は砂型で形成されているため、ショット投射や衝撃
等により崩壊する。

【００１９】注入する金属溶湯としては用途に応じて適
宜選択できるが、マトリックスに球状黒鉛が分散した組
織を備えた球状黒鉛鋳鉄を目標組成とする溶湯を採用で
きる。マトリックスとしては適宜選択できるものの、例
えばフェライト系やパーライト系等を採用できる。金属
溶湯による鋳ぐるみにより、図１（Ｄ）に示す様な管状
体１の端部を鋳物６で鋳ぐるんで構成した鋳ぐるみ体７
が得られる。鋳物６は管状中空室１０に連通する中空室
６０を備えている。この鋳ぐるみ体７によれば、管状体
１のうち被鋳包み端部１３側の外周面に面接触状態で鋳
物の内壁面６０ｉが融着で固着しているため、両者の接
合面積が確保されて接合強度を確保できる。

【００２０】本実施例で製造した鋳ぐるみ体７によれ
ば、管状体１をフェライト系、鋳物６をフェライト系の
球状黒鉛鋳鉄とすれば、共にマトリックスが同系となり
両者の熱膨張係数をできるだけ近づけ得るため、加熱及
び冷却が繰り返される環境で使用したとしても、耐熱衝
撃性の向上に有利である。以上説明した様に本実施例に
よれば、管状体１の管状中空室１０のうち被鋳包み端部
１３の側に生砂３を充填するため、被鋳包み端部１３の
側の内壁面１３ｋにおけるクリアランスを低減または消
失するのに貢献できる。そのため鋳ぐるみの際に、管状
体１の被鋳包み端部１３の側の内壁面１３ｋにおいて内
ばりが生じることを抑え得る。

【００２１】特に生砂充填工程では、管状体１の管状中
空室１０のうち被鋳包み端部１３の軸端面１３ｃから生
砂層３ａが突き出す様に生砂３を充填するため、次工程
である組付工程において被鋳包み端部１３の側における
生砂３の充填密度を増加するのに有利である。よって生
砂３が被鋳包み端部１３の内壁面１３ｋに密着する度合
が強くなる。これにより管状体１の管状中空室１０のう
ち被鋳包み端部１３の側の内壁面１３ｋにおけるクリア
ランスを一層低減または消失するのに貢献できる。その
ため管状体１の被鋳包み端部１３の側の内壁面１３ｋに
おいて内ばりが生じることを一層抑え得る。

【００２２】（他の実施例）図２（Ａ）（Ｂ）は本発明
方法の他の実施例の要部を示す。この例では図２（Ａ）
から理解できる様に、砂型中子２の端面には、円柱状を
なす突起部２６が略同軸的に一体的に形成されている。
突起部２６は、先端面に向かうにつれて径が小さくなる
向きに傾斜した円錐状外壁面２６ｆを備えている。更に
管状体１の管状中空室１０のうち被鋳包み端部１３の側
に装入された生砂３で形成された生砂層３ａには、円錐
形状の内壁面３６ｋを備えた凹部３６が形成されてい
る。凹部３６は、砂型中子２に対面する開口３６ｉを備
えている。

【００２３】ここで、凹部３６の径小側の内径をＤ１と
し、突起部２６のうち径小側の外径をＤ２とすると、Ｄ
２はＤ１よりもΔＤ大きく設定されている。ΔＤは管状
中空室１０の内径に応じて適宜調整できるものの、平均
的に０．５〜３ｍｍ特に１ｍｍ、２ｍｍ程度が好まし
い。また凹部３６の深さをＨ１とし、突起部２６の高さ
をＨ２とすると、Ｈ２はＨ１よりもΔＨ小さく設定され
ている。ΔＨは０．５〜３ｍｍ特に１ｍｍ、２ｍｍ程度
が好ましい。

【００２４】そのため図２（Ｂ）に示す様に管状中空室
１０の生砂層３ａの凹部３６に砂型中子２の突起部２６
を嵌合する際には、突起部２６が押入され、押入に伴い
突起部２６によるくさび効果を期待できる。これにより
凹部３６を区画する生砂部分３ｍは、突起部２６の円錐
状外壁面２６ｆにより半径方向外方に変位され、管状中
空室１０の内壁面１３ｋに強く押し付けられて密着す
る。

【００２５】そのためこの例においても管状体１の管状
中空室１０の内壁面１３ｋと生砂層３ａとの間における
クリアランスを低減または消失するのに貢献でき、鋳ぐ
るみの際の内ばりを低減、回避するのに有利である。こ
の例では砂型中子２の突起部２６は、生砂層３ａに対す
る連結性を向上するための連結手段として機能できる。
また突起部２６の円錐状外壁面２６ｆは、生砂部分３ｍ
の充填密度を高めるための生砂充填密度向上手段として
機能できる。

【００２６】この例では図２（Ａ）に示す様に管状体１
の曲成部１ｘの曲げ度合が大きいため、規制部材１２を
管状中空室１０に装入せずとも、生砂３の抜けを抑える
のに有利であるが、必要に応じて、前記した実施例と同
様に規制部材１２を管状中空室１０に装入することにし
ても良い。 （適用例）図３は、上記した実施例を内燃機関の排気系
に使用されるエキゾーストマニホールド９に適用した適
用例を示す。エキゾーストマニホールド９は、内燃機関
から排出された排気ガスが通る複数個の管状体１と、管
状体１の一端側に固定された取付フランジ盤７０と、管
状体１の他端側に固定された集合管７１とを備えてい
る。取付フランジ盤７０は内燃機関のシリンダヘッドに
連結されるものである。取付フランジ盤７０及び集合管
７１の一方または双方を、前述した鋳ぐるみ方法で製造
した鋳物６（球状黒鉛鋳鉄）で構成できる。

【００２７】（比較例）図４は比較例を示す。この場合
には管状体１の管状中空室１０には生砂３を充填しな
い。そして砂型中子２の形成した突起部２８の外径Ｄ８
は管状中空室１０の内径Ｄ９と同径とされている。この
比較例では突起部２８を管状体１の管状中空室１０に嵌
合するものであるが、実施例と同様に金属溶湯を鋳ぐる
んだときには、図４（Ｂ）に示す様に管状体１の管状中
空室１０に内壁面に沿う内ばりＷａが発生した。このこ
とから、管状体１の管状中空室１０に生砂３を充填する
ことが、内ばり抑止の観点から重要であることがわか
る。更にこの比較例では突起部２８の外周面２８ｒに鋳
型ボンドを塗布した場合についても試験したが、内ばり
の低減にはある程度寄与できるものの、はみ出た鋳型ボ
ンドが金属溶湯と反応してガス欠陥が生じることが往々
してあり、充分ではなかった。

【００２８】（付記）上記した実施例から次の技術的思
想も把握できる。 ○請求項１、２、または３に係る内燃機関に装備される
マニホールドの製造方法。 ○砂型中子は、管状中空室の生砂層に連結する連結手段
を備えている請求項１、２、または３に係る方法。 ○管状中空室の生砂層及び砂型中子の少なくとも一方に
は、生砂の充填密度を高めるための生砂充填密度向上手
段が設けられている請求項１、２、または３に係る方
法。

【００２９】

【発明の効果】本発明方法によれば、管状体の管状中空
室のうち被鋳包み端部の側に生砂を充填すると共に、生
砂を被鋳包み端部の側の内壁面に押し付けるため、被鋳
包み端部の側の内壁面におけるクリアランスを低減また
は消失するのに貢献できる。そのため金属溶湯を鋳ぐる
んだ際に、管状体の被鋳包み端部の側の内壁面において
内ばりが生じることを抑え得る。

【００３０】特に本発明方法によれば、生砂は圧縮性に
富むため、管状中空室の内壁面におけるクリアランスの
低減または消失に有利であり、そればかりか、生砂は本
来的には鋳型製作に用いられる砂であるため、金属溶湯
を注入した際において鋳造欠陥等の不具合の発生を抑え
るのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る製造工程を示す工程図である。

【図２】他の実施例に係る製造工程の要部を示す工程図
である。

【図３】内燃機関のエキゾーストマニホールドに適用し
た適用例を示す斜視図である。

【図４】比較例に係る製造工程の要部を示す工程図であ
る。

【図５】従来例に係る製造工程の要部を示す工程図であ
る。

【符号の説明】

図中、１は管状体、１０は管状中空室、１２は規制部
材、２は砂型中子、３は生砂、３ａは生砂層、４は組付
体、５１は成形キャビティ、６は鋳物、７は鋳ぐるみ体
を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管状中空室を有すると共に両側の軸端部の
   うち少なくとも一方を被鋳包み端部とした管状体と、該
   管状体の管状中空室に装填可能な生砂と、該管状体の該
   被鋳包み端部に組付けられる砂型中子とを用い、 該管状体の管状中空室のうち少なくとも該被鋳包み端部
   の側に生砂を充填する生砂充填工程と、 該管状体の該被鋳包み端部と該砂型中子とを組付けて組
   付体を得ると共に、組付けの際に該管状体の該管状中空
   室のうち該被鋳包み端部の内壁面に生砂を押しつけて該
   内壁面の内側領域における生砂の充填密度を高める組付
   工程と、 該組付体の該砂型中子の外面側及び該管状体の被鋳包み
   端部の外面側を金属溶湯で鋳ぐるんで凝固させて鋳物を
   形成し、該管状体と該鋳物とが一体となった鋳ぐるみ体
   を得る鋳ぐるみ工程とを順に実施することを特徴とする
   鋳ぐるみ方法。
2. 【請求項２】生砂充填工程では、管状体の被鋳包み端部
   の軸端面から突き出す様に生砂を管状中空室に充填する
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋳ぐるみ方法。
3. 【請求項３】砂型中子は突起部をもち、組付工程では、
   管状体の管状中空室のうち被鋳包み端部の側に充填され
   た生砂に砂型中子の突起部を押入して、押入に伴い該生
   砂を該管状体の半径方向外方に向けて変位させて内壁面
   に押しつけることを特徴とする請求項１に記載の鋳ぐる
   み方法。