(57)【要約】【課題】本発明は、異物がキャビティに侵入して溶湯に巻き込まれ、製品に混入することを抑制することができる鋳型の提供を目的とした。【解決手段】本発明の鋳型１０は、上型２０、下型３０、及びスライド型４０を備える金型１２を備え、金型１２には型締めされることにより溶湯Ｍが充填されるキャビティＣが形成されるものであって、上型２０と下型３０との間に配置される一又は複数の中子５０を有し、少なくとも一の中子５０が、型締めの際に他部材と接触して摺動する摺動領域５３が形成されるものであり、摺動領域５３の近傍には、一又は複数の凹部５４が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型、下型、及び横型を備える金型を備え、前記金型には型締めされることにより溶湯が充填されるキャビティが形成される鋳型であって、
前記上型と前記下型との間に配置される一又は複数の中子を有し、
少なくとも一の前記中子が、
型締めの際に他部材と接触して摺動する摺動領域が形成されるものであり、
前記摺動領域の近傍には、一又は複数の凹部が形成されていることを特徴とする鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッド等の鋳物製品の製造に際し、中子が用いられる低圧鋳造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッド等、複雑な形状の鋳物を製造するに際し、製品の中空部を形成するために中子を用いた鋳型で低圧鋳造されている。シリンダヘッドを鋳造する場合、中子として、例えば、排気ポート、吸気ポート、カム室などの形成に対応する中子が用いられる。中子を用いてシリンダヘッド等を鋳造する技術として、例えば下記の特許文献が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３０４０３号公報
【特許文献２】特開平７−１５５８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、低圧鋳造では、上型及び下型に加え、横方向（水平方向）に移動するスライド型（横型）が設けられているものがある。中子が下型にセットされた後にスライド型が移動する際、スライド型やスライド型に設けられた部材が中子と接触しつつスライドして、中子の表面が掻き取られて砂等の異物が発生する場合がある。また、鋳型を開く際には、一般的には先ずスライド型を離間させ、次いで上型を離間させる場合が多く、スライド型と中子の間には相対移動を許容するためのクリアランスが設けられている場合がある。そのため、鋳型を締める際に中子から掻き取られた砂がクリアランスを介してキャビティに落下することが想定される。
【０００５】
掻き取られた砂等がキャビティに落下すると、溶湯がキャビティに充填された際に砂を巻き込んで製品が成型され、製品の表面に砂が出てくるなど、製品の欠陥につながりかねない。そのため、砂等の異物がキャビティに落下することに対して対策が求められていた。
【０００６】
そこで本発明は、異物がキャビティに侵入して溶湯に巻き込まれ、製品に混入することを抑制することができる鋳型の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで本発明の発明者が上記の課題について検討したところ、中子に凹部を設けることで、砂などの異物がキャビティに侵入することを抑制できるとの知見に至った。より具体的に説明すると、型締めの際に中子が他の部材と接触して摺動する領域（摺動領域）の近傍に凹部を設けると、削り取られた中子が凹部に落下する。これにより、凹部を砂等の異物を収容させるポケットとして機能させ、砂等がキャビティに落下して鋳造時に溶湯に巻き込まれて製品に混入することを抑制することができるとの知見に至った。
【０００８】
上述の知見により提供される本発明の鋳型は、上型、下型、及び横型を備える金型を備え、前記金型には型締めされることにより溶湯が充填されるキャビティが形成される鋳型であって、前記上型と前記下型との間に配置される一又は複数の中子を有し、少なくとも一の前記中子が、型締めの際に他部材と接触して摺動する摺動領域が形成されるものであり、前記摺動領域の近傍には、一又は複数の凹部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の鋳型によれば、型締めの際に他部材との摺動で中子から削り取られて発生した砂等を、凹部に落下させてキャビティに侵入することを抑制することができる。その結果、本発明の鋳型は、砂等の異物が溶湯に巻き込まれて製品に混入することを抑制することができる。
【００１０】
本発明の鋳型は、前記凹部が、前記キャビティとの境界近傍であって、かつ、前記キャビティよりも前記金型の外側となる位置に設けられていることが望ましい。
【００１１】
上述の構成によれば、型締めの際に他部材との摺動で中子から削り取られて発生した砂等を、より効率的に凹部に落下させてキャビティに侵入することを抑制することができる。
【００１２】
ここで、中子を備える鋳型では、金型（上型や横型）と中子との間に芯壊れを抑制するためのクリアランスが設けられることがある。クリアランスが設けられている場合、溶湯が注入された際に中子に浮力が働き、中子がクリアランス分の位置ズレを起こすことがある。中子の位置ズレが生じると、製品の寸法精度のバラツキに繋がり兼ねない。そのため、本発明の鋳型は、中子の上下方向の位置ズレを抑制しつつ、砂等が製品に巻き込まれることを抑制可能であることが望ましい。
【００１３】
そのため、本発明の鋳型は、前記中子を上下方向に位置決めする上下方向位置決め部を備え、前記凹部が、前記上下方向位置決め部の近傍に設けられていることが望ましい。
【００１４】
上述の構成によれば、鋳造時に中子を上下方向に位置決めしつつ、かつ、砂等がキャビティに落下することを抑制することができる。これにより、横型と中子との間にクリアランスが設けられている場合であっても、中子を精度良く位置決めして製品の寸法精度を向上させるとともに、製品に砂等の異物が混入することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、異物がキャビティに侵入して溶湯に巻き込まれ、製品に混入することを抑制することができる鋳型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る鋳型を備える鋳造装置を示す模式図である。
【図２】図１の鋳型を示す断面図である。
【図３】図１の鋳型の中子に形成された凹部を示す平面図である。
【図４】図１の鋳型の型締め時の動きを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る鋳型１０について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の鋳型１０は、シリンダヘッドの粗材を鋳造するために用いられるものである。本発明の鋳型１０の説明に先立って、鋳造装置１の全体の概略について説明する。
【００１８】
図１に示すとおり、鋳造装置１は、鋳型１０、保持炉２、及び溶湯供給部４を有している。鋳造装置１は、低圧鋳造方式の鋳造装置とされている。
【００１９】
図１に示すように、鋳型１０は、保持炉２の上方に搭載されており、保持炉２と鋳型１０とは溶湯Ｍを供給する溶湯供給部４を介して接続されている。
【００２０】
鋳型１０は、金型１２と中子５０（図１では図示を省略）とを備えている。図２に示すとおり、鋳型１０には、金型１２に対して中子５０がセットされ、型が締められた状態（型締め状態）において、溶湯Ｍが充填される中空部として、キャビティＣ（製品成型中空部）が形成される。言い方を換えれば、キャビティＣは、製品が成型される領域（製品成型領域Ｒ）であるとも言える。
【００２１】
そして、保持炉２からキャビティＣに溶湯Ｍが充填されてシリンダヘッドが成型される。なお、保持炉２は、外部から導入される圧縮空気圧によってその液面を加圧することにより、鋳型１０に対し溶湯Ｍを充填する。
【００２２】
金型１２は、上型２０、下型３０、及びスライド型４０（横型）を備えている。金型１２は、上型２０及び下型３０が上下方向Ｈに配置されている。
【００２３】
鋳型１０が型締めされる際には、下型３０に中子５０がセットされた後、先ずスライド型４０が鋳型１０の外側から内側へと移動して、鋳型１０の側方が形成される。スライド型４０が所定の位置（型締め位置）まで移動した後に、上型２０が下型３０に向けて移動して鋳型１０が閉塞される。これにより、鋳型１０が型締めされて、キャビティＣが形成される。
【００２４】
スライド型４０（横型）は、上型２０と下型３０との間に配置され、鋳型１０の側方を形成している。スライド型４０は、図示を省略したシリンダ等により、上下方向Ｈと交差する方向（水平方向）にスライド可能とされている。スライド型４０は、鋳型１０の側方において、外側と内側とを往来するように移動する。
【００２５】
なお、本発明の鋳型は、スライド型（横型）が少なくとも一つ設けられたものであればよい。また、本発明の鋳型は、スライド型が複数設けられたものであってもよい。
【００２６】
中子５０は、鋳物として成型される製品の中空部を形成するために設けられている。本実施形態の鋳型１０では、シリンダヘッドの中空部を形成するために複数の中子５０が用いられる。
【００２７】
より具体的には、図２に示すとおり、本実施形態の鋳型１０では、シリンダヘッドの排気ポートを形成するための排気ポート中子５０ａや、吸気ポートを形成するための吸気ポート中子５０ｂ、あるいはウォータージャケットを形成するための中子（図示を省略）や、オイルジャケットを形成するための中子（図示を省略）等が用いられる。
【００２８】
鋳型１０では、鋳造時の中子５０の位置決めは金型１２（外型）にて行われる。より具体的には、図２に示すとおり、吸排気ポートを形成する中子５０（排気ポート中子５０ａ及び吸気ポート中子５０ｂ）の上下方向Ｈは、スライド型４０又は上型２０で挟み込むことにより位置決めされている。
【００２９】
図２（ａ）に示すとおり、金型１２が型締めされた状態では、排気ポート中子５０ａはスライド型４０により上方から位置決めされる。なお、排気ポート中子５０ａの下方面には挿入凸部５６が形成されており、下型３０には挿入凸部５６を嵌め込み可能な被挿入部３２が形成されている。排気ポート中子５０ａが下型３０にセットされた状態では、挿入凸部５６が被挿入部３２に嵌め込まれ、排気ポート中子５０ａが下型３０に対して位置決めされる。
【００３０】
また、図２（ａ）に示すとおり、金型１２が型締めされた状態では、吸気ポート中子５０ｂは、下型３０と上型２０との間に挟まれるようにして位置決めされる。
【００３１】
図２（ａ）に示すとおり、鋳型１０には、金型１２と中子５０との間に、芯壊れを防止するため、型締め状態で形成されるクリアランスＳが設けられている。例えば、図２（ａ）に示すとおり、鋳型１０には、スライド型４０と中子５０との間や、上型２０と中子５０との間等に、クリアランスＳが設けられている。
【００３２】
鋳型１０には、キャビティＣに溶湯Ｍが供給された際に、中子５０が浮力により位置ズレするのを抑制するための上下方向位置決め部６０が設けられている。本実施形態の鋳型１０では、上下方向位置決め部６０として、押さえピン６２、及び押さえ凸部６４が設けられている。押さえピン６２は、金型１２（スライド型４０や上型２０）に設けられている。押さえ凸部６４は、中子５０に設けられている。
【００３３】
上下方向位置決め部６０について、より具体的に説明する。上述のとおり、金型１２と中子５０との間には、型締め状態においてクリアランスＳが形成される。鋳造での溶湯Ｍの充填時には、例えばポート（吸気ポートや排気ポート）を形成するための中子５０に浮力が働き、クリアランスＳ分の位置ズレが生じて製品の寸法精度にバラツキが生じることが想定される。本実施形態の鋳型１０では、このような溶湯Ｍの浮力に起因する製品寸法のバラツキを抑制するために、クリアランスＳを設けつつ、中子５０を上下方向Ｈに位置決めするために、押さえピン６２や押さえ凸部６４等の上下方向位置決め部６０が設けられている。
【００３４】
図２（ａ）に示すとおり、押さえピン６２のうち、押さえピン６２ａは、スライド型４０に設けられている。また、押さえピン６２のうち、押さえピン６２ｂは、上型２０に設けられている。押さえピン６２は、付勢部材６３を介して下方に付勢された状態で金型１２（スライド型４０や上型２０）に取り付けられている。押さえピン６２は、付勢された状態で中子５０に接触して、中子５０の位置決めを行う。
【００３５】
図２（ｂ）に示すとおり、押さえ凸部６４は、中子５０に設けられている。押さえ凸部６４は、クリアランスＳの隙間の大きさに相当する高さの凸状部とし中子５０に設けられている。中子５０に押さえ凸部６４を設けることで、クリアランスＳを確保しつつ中子５０が浮力により位置ズレすることを抑制することができる。
【００３６】
図２に示すとおり、中子５０は、スライド型４０が移動する際に、中子５０が他部材（スライド型４０や押さえピン６２等）と接触しつつ摺動する摺動領域５３を備えている。本実施形態の鋳型１０では、排気ポート中子５０ａに摺動領域５３が形成される。より具体的には、図２（ａ）に示すとおり、排気ポート中子５０ａは、型締めの際にスライド型４０に設けられた押さえピン６２ａが接触しつつ摺動する摺動領域５３が形成される。また、図２（ｂ）に示すとおり、排気ポート中子５０ａには押さえ凸部６４が設けられており、型締めの際に押さえ凸部６４がスライド型４０と接触しつつ摺動する摺動領域５３が形成される。
【００３７】
少なくとも一の中子５０には、凹部５４が設けられている。本実施形態では、排気ポート中子５０ａに、凹部５４が設けられている。言い方を換えれば、凹部５４は、摺動領域５３が形成される中子５０に設けられている。凹部５４は、中子５０の摺動領域５３の近傍に形成された窪みである。図２（ａ）に示すとおり、本実施形態では、凹部５４は、型締め状態において、キャビティＣとの境界となる部分の近傍であって、キャビティＣ（製品成型領域Ｒ）の外側となる位置（クリアランスＳ側）に設けられている。別の言い方をすれば、本実施形態の凹部５４は、スライド型４０が鋳型１０の内側及び外側にスライドするスライド方向において、キャビティＣ（製品成型領域Ｒ）よりも鋳型１０の外側となる位置に設けられている。
【００３８】
凹部５４は、スライド型４０の一部と接触して中子５０から掻き取られた砂等がキャビティＣに侵入して、鋳造時に溶湯Ｍに異物として巻き込まれることを抑制するために設けられている。より具体的に説明すると、上述のとおり、鋳型１０には、鋳造時（溶湯Ｍの充填時）に中子５０が浮いて位置ズレするのを抑制するための上下方向位置決め部６０（押さえピン６２や押さえ凸部６４）が設けられている。
【００３９】
ここで、上下方向位置決め部６０がスライド型４０に設けられている場合には、型締めでスライド型４０がスライドした際に、上下方向位置決め部６０が摺動して中子５０の表面が掻き取られることが想定される。例えば、上下方向位置決め部６０がスライド型４０に設けられた押さえピン６２として設けられている場合には、スライド型４０がスライドする際に、押さえピン６２が中子５０の表面と摺動しながら移動して、中子５０の表面が掻き取られることが想定される（図４参照）。
【００４０】
また、上下方向位置決め部６０が中子５０に設けられた押さえ凸部６４とされている場合には、スライド型４０がスライドする際に、押さえ凸部６４がスライド型４０と摺動して中子５０の押さえ凸部６４が削り取られることが想定される。
【００４１】
このように、スライド型４０がスライドする際に中子５０とスライド型４０とが接触しつつ摺動する摺動領域５３が存在する場合には、掻き取られた中子５０の砂等が生じて、溶湯ＭがキャビティＣに充填される際の異物となりかねない。凹部５４は、中子５０から掻き取られた砂等がキャビティＣ（製品成型領域Ｒ）に侵入することを抑制して、砂等が溶湯Ｍに巻き込まれることを抑制可能としている。言い方を換えれば、凹部５４は、砂等がキャビティＣにこぼれないように落として溜めるポケットとして形成されている。
【００４２】
また、図３に示すとおり、凹部５４は、スライド型４０の型締めの際の押さえピン６２ａの摺動進路Ｌに対して、幅を持たせるような形状とされている。より具体的に説明すると、本実施形態の凹部５４は、押さえピン６２が排気ポート中子５０ａと接触しつつ移動する進路方向Ｌに対して、交差する方向に延びるよう形成された二つの長溝形状とされている。これにより、本実施形態の凹部５４は、クリアランスＳとキャビティＣとの境界近傍において、比較的広い範囲で幅を持たせてポケットを形成し、砂等の異物がキャビティＣに落下することを抑制することができる。
【００４３】
なお、凹部５４が設けられる位置は、中子５０においてキャビティＣを形成する部分との境界近傍であって、かつ、摺動領域５３よりもキャビティＣ側であるとよい。これにより、掻き取られた砂等がキャビティＣに落下することを、より効率的に抑制することができる。
【００４４】
次いで、型締め時の動作について図２及び４を参照しつつ説明する。
【００４５】
鋳型１０が型締めされる際には、下型３０に中子５０がセットされた後、先ずスライド型４０が鋳型１０の外側から内側へと移動して、鋳型１０の側方が形成される。スライド型４０が所定の位置（型締め位置）まで移動した後に、上型２０が下型３０に向けて移動して鋳型１０が閉塞される。これにより、鋳型１０が型締めされて、キャビティＣが形成される。
【００４６】
図２（ａ）に示すとおり、吸気ポート中子５０ｂは、上型２０と下型３０との間に挟持されて位置決めされる。
【００４７】
一方、図２（ａ）に示すとおり、排気ポート中子５０ａは、下型３０にセットされた状態では、挿入凸部５６が被挿入部３２に嵌め込まれた状態となり、水平方向に位置決めされる。
【００４８】
また、図４（ａ）に示すとおり、スライド型４０は、型締めの際に、排気ポート中子５０ａの上方面を覆うように鋳型１０の内側に向けてスライドする。この際、スライド型４０に設けられた押さえピン６２ａは、付勢部材６３の付勢力により、中子５０の表面を押さえつけながら摺動するため、押さえピン６２が排気ポート中子５０ａの表面を削り取って砂等の異物が発生することがある。
【００４９】
図４（ｂ）に示すとおり、クリアランスＳに発生した砂等の異物は、キャビティＣに到達する前に凹部５４に落下する。これにより、キャビティＣに砂等の異物が侵入することを抑制することができる。その結果、鋳型１０は、キャビティＣに落下した異物が溶湯に巻き込まれて、製品に混入することを抑制することができる。その結果、鋳型１０は、製品の品質を向上させることができる。
【００５０】
また、型締め状態では、中子５０と金型１２（スライド型４０や上型２０）との間には、クリアランスＳが形成される。型締め状態で溶湯ＭがキャビティＣに供給されると、中子５０には上方に押し上げられるように浮力が働くところ、鋳型１０には上下方向位置決め部６０（押さえピン６２、押さえ凸部６４）が設けられているため、溶湯ＭがキャビティＣに充填された際に、中子５０が浮き上がることを抑制することができる。
【００５１】
その結果、鋳型１０は、中子５０を精度良く位置決めして、製品の寸法精度を向上させることができる。また、押さえピン６２は、付勢部材６３により付勢された状態で中子５０と接触しつつ摺動する。そのため、中子５０を壊さないように緩衝しつつ中子５０を位置決めすることができる。
【００５２】
このように、鋳型１０は、押さえピン６２等の上下方向位置決め部６０により中子５０を位置決めしつつ、中子５０から掻き取られた砂等がキャビティＣに落下することを抑制することができる。これにより、鋳型１０は、金型１２と中子５０との間にクリアランスＳを設けつつ、中子５０を精度良く位置決めして製品の寸法精度を向上させるとともに、製品に砂等の異物が混入することを抑制することができる。
【００５３】
その結果、本発明の鋳型は、シリンダヘッドのポート形状の寸法精度を向上させて、タンブルのバラツキに起因するエンジン性能のバラツキを低減させて、車両の燃費を向上させることに貢献することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態に係る鋳型１０について説明したが、本発明の鋳型は上述の実施形態に限定されない。例えば、上述の実施形態に係る鋳型１０は、シリンダヘッドの粗材を鋳造するものとした例を示したが、本発明の鋳型は、他の部品を鋳造するものであってもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、排気ポート中子５０ａに凹部５４を設けた例を示したが、本発明の鋳型はこれに限定されない。例えば、本発明の鋳型は、吸気ポート中子がスライド型（横型）と摺動する部分（摺動領域）を有するものとして、吸気ポート中子に凹部を設けてもよい。また、複数の中子がスライド型（横型）と摺動する部分を有するものとして、これらの中子にそれぞれ凹部を設けたものとしてもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態に係る鋳型１０では、上下方向位置決め部６０として、押さえピン６２及び押さえ凸部６４の双方を設けた例を示したが、本発明の鋳型はこれに限定されない。具体的には、本発明の鋳型は、上下方向位置決め部として、押さえピン及び押さえ凸部のうちいずれかが設けられたものであってもよい。また、上下方向位置決め部が設けられる位置や数は、適宜選択可能である。
【００５７】
さらに、本発明の鋳型は、スライド型（横型）が一つ設けられたものであってもよいし、複数設けられたものであってもよい。また、スライド型は、鋳型の四方を取り囲むように設けられたものであってもよいし、鋳型の四方のうち一部に設けられたものであってもよい。
【００５８】
さらに、上述の実施形態に係る鋳型１０では、凹部５４を長溝形状とした例を示したが、本発明の鋳型はこれに限定されない。凹部の形状は、長溝、円形、矩形等、いかなる形状であってもよいし、線状とされたものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、シリンダヘッド等の部品を鋳造する鋳型として、好適に採用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０    鋳型
１２    金型
２０    上型
３０    下型
４０    スライド型（横型）
５０    中子
５０ａ  排気ポート中子（中子）
５０ｂ  吸気ポート中子（中子）
５３    摺動領域
５４    凹部
６０    上下方向位置決め部
６２    押さえピン（上下方向位置決め部）
６２ａ  押さえピン（上下方向位置決め部）
６２ｂ  押さえピン（上下方向位置決め部）
６３    付勢部材
６４    押さえ凸部（上下方向位置決め部）
Ｃ      キャビティ
Ｍ      溶湯
【図１】
2020151715.tif 000003
【図２】
2020151715.tif 000004
【図３】
2020151715.tif 000005
【図４】
2020151715.tif 000006