(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中子を含む鋳造金型セットであって、
溶湯を供給する前の金型セットを閉じた状態において、中子の鋳物形状形成部上方に位置する第１金型と鋳物形状形成部の間の空隙のクリアランス（第１クリアランス）が、中子の巾木部上面とこれに対向する第２金型の間の空隙のクリアランス（第２クリアランス）よりも小さく、
中子は溶湯よりも軽く、
溶湯を供給した状態では、第１クリアランスが消滅することを特徴とする鋳造金型セット。
【請求項２】
上型と下型と横型でキャビティ閉空間を画定する鋳造金型セットであり、
第１金型は上型であり、第２金型は横型であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造金型セット。
【請求項３】
第１金型には一方が中子に面して開口しており他方が金型外側に開口しているガス排出孔が形成されており、溶湯を供給する前の金型セットを閉じた状態において、第１クリアランスに面している第１金型の面が、中子に面している開口を全て含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の金型セット。
【請求項４】
中子を含む鋳造金型セットであって、
溶湯を供給する前の金型を閉じた状態において、中子の鋳物形状形成部上方に位置する第１金型と鋳物形状形成部との間の空隙の最小クリアランスが、中子の巾木部上面とこれに対向する第２金型との間の最小クリアランスよりも小さく、
中子は溶湯よりも軽く、
溶湯を供給した状態では、第１金型と鋳物形状形成部との間の空隙のクリアランスが消滅することを特徴とする鋳造金型セット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項の金型セットで製造された鋳造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中子を含む鋳造金型セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な形状の鋳物、特に、内部に空間を有する鋳物（ダイキャスト製品）を鋳造する場合、鋳物の外形状（外観形状）を画定するための金型のほかに、鋳物内部空間を画定するための金型が用いられる。鋳物外形状を画定するための金型には、典型的には、下型、上型、横型がある。上型と下型だけでキャビティの外形状を画定する金型セットがあれば、上型と下型と複数の横型でキャビティを画定する金型セットもある。なお、金型セットを組み上げてキャビティ閉空間を画定することを「金型を閉じる」という。なお、本明細書でいう金型「セット」とは、キャビティを画定するのに必要な複数の金型群を意味し、後述する「中子」を含む。また、本明細書でいう「鋳物」という用語は、鋳型を用いて鋳造されるものを総称するものであり、鋳鉄だけでなく、別の金属、例えば、アルミを材料とする鋳造品（アルミダイキャスト）も含むことに留意されたい。
【０００３】
一方、鋳物内部空間を画定するための金型は、中子といわれる。本明細書では、中子の一部（端部）を巾木部と称し、巾木部以外を鋳物形状形成部と称する。「巾木部」とは、鋳造技術の当業者の間でよく使われている用語であり、鋳造品の形状形成に寄与しない中子端部であって、上下を別の部材で挟まれる部分をいう。巾木部は通常、上型と下型、あるいは下型と横型で上下から挟まれることが多い。他方、「鋳物形状形成部」とは、巾木部を除いた中子の部分、即ち、鋳造品の形状形成に寄与する部分をいう。別言すれば、鋳物形状形成部の表面はキャビティ面に相当する。
【０００４】
鋳物製造、例えばアルミダイキャスティングでは、中子は砂とレジンの混合物を焼いて作られる。レジンがバインダとなって砂を固めるのである。そのような砂とレジンの混合物は、レジンコーテッドサンドとも呼ばれる。
【０００５】
砂で作られている中子は強度がそれほど高くはない。それゆえ、金型セットを閉じたとき、中子が他の金型に強く挟まれると中子が破損する虞がある。そのため、金型セットを閉じた状態で、中子と他の金型との間には、所定のクリアランスの空隙が設けられるのが通常である。
【０００６】
ここで、砂でできた中子は溶湯よりも軽いので、キャビティに溶湯を流し込むとクリアランスの隙間の分だけ中子が浮いてしまう。中子が浮いてしまうのを防ぐ技術が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、金型セットを閉じた後に巾木部をその上から下型に押し付けるスライドロッドを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２５３６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、中子を上から押し付けると、中子の上方に空隙が残ったままとなってしまう。中子の鋳物形状形成部の上方に位置する金型と鋳物形状形成部の間に空隙が残っていると、そこへ溶湯が流れ込み、いわゆる「バリ」が発生してしまう。本明細書は、そのようなバリの発生を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述したように、特許文献１の技術は中子の浮き上がりを防止するものであった。本明細書が開示する技術では、発想を全く転換し、中子の浮力を積極的に利用する。中子を浮かせることによって、鋳物形状形成部の上方の空隙を埋める。より詳しくは、中子が浮いたとき、鋳物形状形成部の上面が他の金型に当接するように、巾木部の上面の隙間を大きくする。金型セットをそのようにデザインすることによって、鋳物形状形成部の上面が他の金型に当接することを確実にする。
【００１０】
本明細書が開示する技術の一態様では、中子の鋳物形状形成部上方に位置する第１金型と鋳物形状形成部の間の空隙であってキャビティに面している空隙のクリアランス（第１クリアランス）が、中子の巾木部上面とこれに対向する第２金型の間の空隙のクリアランス（第２クリアランス）よりも小さくなるように定められている。「クリアランス」は、２つの隣接する金型（中子を含む）の間の空隙の巾を意味する。本明細書では特に、鉛直方向の巾を意味する。
【００１１】
典型的には、金型セットは、上型と下型と横型を含んでおり、それらの金型でキャビティ閉空間を画定する。従って、「第１金型」は典型的には上型であり、「第２金型」は典型的には横型である。ただし、複数の中子を積み重ねて用いる金型セットもあるため、「第１金型」は、上下に積み重ねられた中子の上段の中子であってもよい。即ち、本明細書が開示する技術は、複数の中子を上下に重ねて使う場合であって中子と中子の間にバリができることを抑制するのにも好適である。
【００１２】
鋳物形状形成部の上方にできる空隙（第１クリアランス）は、巾木部の上方にできる空隙よりも小さいので、キャビティに溶湯が流れ込み中子が浮くと鋳物形状形成部上面がその上方の金型と接して空隙が消滅する。従って、鋳物形状形成部の上にはバリができ難い。
【００１３】
本明細書が開示する他の好適な態様は、次の構造を有している。第１金型には一方が中子に面して開口しており他方が金型外側に開口しているガス排出孔が形成されている。そして、溶湯を供給する前の金型セットを閉じた状態において、中子に面している開口を一巡する第１クリアランスの空隙が形成される。ガス排出孔は、溶湯の熱によって中子から発生するガスを外部に排出するために設けられる。ガス排出孔の周囲が第１クリアランスの空隙で囲まれていると、中子が浮いたときに、ガス排出孔の回りは封止される。従って、ガス排出孔へ溶湯が流れ込むことが防止される。
【００１４】
本明細書が開示する金型セットは、次のごとく別言することもできる。即ち、溶湯を供給する前の金型を閉じた状態において、中子の鋳物形状形成部上方に位置する第１金型と鋳物形状形成部との間の空隙の最小クリアランスが、中子の巾木部上面とこれに対向する第２金型との間の最小クリアランスよりも小さい。ここで、最小クリアランスは、キャビティに面している隙間のクリアランスに相当する。
【００１５】
上記の金型セットで製造される鋳造品は、鋳造時のバリが少ない。そのような鋳造品は、鋳造後のバリ除去工程を簡略化できる。従ってそのような鋳造品は従来の金型で製造したものよりも低コストで製造することができる。本明細書が開示する技術の一態様は、従来よりも廉価の鋳造品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施例の金型セットの断面図である。
【図２】図１の破線IIで囲んだ範囲の拡大図である。
【図３】シリンダヘッドの模式的斜視図である。
【図４】シリンダヘッドの平面図と断面図である。図４（Ａ）は、シリンダヘッドの平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢＢ線に沿った断面図である。図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＣＣ線に沿った断面図である。
【図５】第２実施例の中子の模式的斜視図である。
【図６】第２実施例の金型セットの断面図である。
【図７】図６の破線VIIで囲んだ範囲の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施例）図１と図２を参照して第１実施例の金型セット１００を説明する。金型セット１００は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するための金型である。なお、鋳造対象品であるシリンダヘッドの形状については、第２実施例で例示する。本明細書が開示する技術は、金型セット、特に、キャビティの外形状を画定する金型（上型、下型、横型など）と中子との関係がポイントであるから、鋳造対象品の形状に関しては第１実施例では説明を省略する。
【００１８】
図１は、金型セット１００の断面図であり、図２は、図１の破線IIが示す範囲の拡大図である。金型セット１００は、上型２、下型６、一対の横型４、及び、中子８で構成される。下型６、上型２、及び、一対の横型４が接することによって、キャビティＣＶの外形状が画定される。キャビティＣＶの外形状とは、目的とする鋳造品の外観の形状に相当する。中子８は、シリンダヘッドの内部に空間（例えばカムケース用の空間）を作るために用いられる。中子８もキャビティＣＶの一部を画定するが、中子８は、目的とする鋳造品の外形状（キャビティの外形状）でなく、鋳造品の内部に形成する空間を画定するキャビティ面となる。
【００１９】
中子８は、巾木部８ａと鋳物形状形成部８ｂに分けられる。巾木部８ａは、下型６と横型４によって上下から挟まれる部分であり、目的とする鋳造品の形状形成には寄与しない部分である。他方、鋳物形状形成部８ｂは、前記したようにシリンダヘッドの内部空間を形成するための部分である。鋳物形状形成部８ｂの表面は、キャビティ面に相当する。
【００２０】
中子８の巾木部８ａも鋳物形状形成部８ｂも、同一の物質で作られている。中子８は、砂とレジンの混合物を型に入れて焼成したものである。鋳造の際、溶湯の熱によりレジンが気化する。すなわち、中子８は、鋳造時にガスを発生する。このガスは、後述するガス排出孔を通じて外部へ排出される。
【００２１】
下型６には、複数の溶湯供給口６ａが設けられている。溶湯は、この溶湯供給口６ａを通じて外部からキャビティＣＶへと流し込まれる。上型２には、ガス排出孔２ａが設けられている。このガス排出孔２ａの一方の開口は中子８の鋳物形状形成部８ｂに面しており、他方の開口は金型外部に通じている。前述したように、鋳造時に中子８から発生するガス（レジンが気化したガス）は、このガス排出孔２ａを通じて外部に排出される。
【００２２】
図１、図２ともに、金型を閉じた状態であって溶湯供給前における各金型の配置を示している。図２に示されているように、中子８の鋳物形状形成部８ｂの上面と上型２との間にはギャップＧ１が形成され、中子８の巾木部８ａの上面と横型４との間にはギャップＧ２が形成される。金型セット１００では、ギャップＧ１の高さ方向の巾Ｈ１（第１クリアランス）は、ギャップＧ２の高さ方向の巾Ｈ２（第２クリアランス）よりも小さく定められている。なお、第１クリアランスＨ１は、鋳物形状形成部８ｂの上面と上型２との間の空隙の最も狭い部位の巾に相当し、第２クリアランスＨ２は、巾木部８ａの上面と横型４との間の空隙の最も狭い部位の巾に相当する。さらに、第１クリアランスは、キャビティに面して形成される中子と他の金型との境界において一定である。
【００２３】
金型セット１００を閉じた後に、溶湯供給口６ａを通じて溶湯がキャビティＣＶへ供給される。中子８の比重は溶湯の比重よりも軽いので、溶湯を流し込むと中子８には浮力が作用する。このとき、ギャップＧ２よりもギャップＧ１の方が狭いので、中子８の鋳物形状形成部８ｂの上面は必ず上型２に接し、巾木部８ａの上面は横型４とは接しない。別言すれば、溶湯を流し込むと、鋳物形状形成部８ｂの上面と上型２との間のギャップＧ１は完全に消滅し、溶湯が流れ込む隙間がなくなる。さらに別言すれば、鋳物形状形成部８ｂと上型２のキャビティＣＶに面した境界においてギャップが消滅する。従って鋳物形状形成部８ｂと上型２の間でバリが発生することが抑制される。別言すれば、中子と他の金型の間にバリが発生することが抑制される。なお、巾木部８ａの上面と横型４との間のギャップＧ２は、中子８が浮くことによって狭くはなるが消滅することはない。従って、ギャップＧ２にはバリは発生する。しかし、巾木部８ａは、目的とする鋳造品の外周に位置するから、後工程での削除が容易である。また、鋳物形状形成部８ｂの下面はどの金型にも接していないので、中子の下側ではバリが発生することはない。
【００２４】
図２に示されているように、ガス排出孔２ａの開口は、鋳物形状形成部８ｂに面しており、ガス排出孔２ａの開口を囲んでギャップはクリアランスＨ１で一定である。別言すれば、鋳物形状形成部８ｂに面しているガス排出孔開口を一巡する第１クリアランスの空隙が形成される。従って溶湯で中子８が浮いたとき、ガス排出孔２ａの開口の周囲において上型２と鋳物形状形成部８ｂが密着する。そのため、ガス排出孔２ａに溶湯が浸入することが防止される。
【００２５】
ギャップＧ１（クリアランスＨ１）は、鋳物形状形成部８ｂ上面と上型２との間の隙間の最も狭い部分に相当する。ギャップＧ２（クリアランスＨ２）は、巾木部８ａと横型４との間の隙間の最も狭い部分に相当する。従って、金型セット１００の特徴は、次のとおり表現することもできる。即ち、中子８の鋳物形状形成部８ｂ上方に位置する第１金型（上型２）と鋳物形状形成部８ｂとの間の空隙の最小クリアランスＨ１が、中子８の巾木部８ａ上面とこれに対向する第２金型（横型４）との間の最小クリアランスＨ２よりも小さい。
【００２６】
（第２実施例）図３〜図７を参照して第２実施例の金型セット２００を説明する。図３は、金型セット２００で製造するシリンダヘッド９０の模式的斜視図である。なお、図に示すシリンダヘッド９０の形状や金型セット２００の形状は模式的なものであり、実際のシリンダヘッド等の形状の詳細を正確には表していないことに留意されたい。図４は、シリンダヘッド９０の平面図と断面図である。図４（Ａ）は平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢＢ線に沿った断面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＣＣ線に沿った断面図である。シリンダヘッド９０は、箱型の枠９１の内部に、ヘッド部９２が形成された形状を有している。符号９３はスパークプラグ孔を示しており、符号９４は、バルブリフタボア孔を示している。なお、図４（Ｂ）、（Ｃ）にしめされているように、スパークプラグ孔９３とバルブリフタボア孔９４は、シリンダヘッド９０を貫通していないが、これらの孔は、鋳造後の後工程にて貫通孔に加工される。
【００２７】
枠９１の底部分とヘッド部９２の間にはカムケース用の空間（カムケース空間９６）が形成されている。このカムケース空間９６を形成するために、以下で説明する中子１８が使われる。
【００２８】
図５に、カムケース空間９６を形成するための中子１８の斜視図を示す。図６は、シリンダヘッドを鋳造するため金型セット２００の断面図である。図７は、図６の破線VIIで囲った部分の拡大図である。なお、図６は、図４（Ａ）のＣＣ線に沿った断面に対応する。
【００２９】
中子１８は、カムケース空間９６を画定する鋳物形状形成部１８ｂと、中子１８を他の金型で支持するための巾木部１８ａと、巾木部１８ａと鋳物形状形成部１８ｂを連結する連結部１８ｄで構成される。なお、鋳造直後のシリンダヘッドの枠９１には、連結部１８ｄが通過する孔が形成されるが、その孔は、本来シリンダヘッド９０の機能として必要な部分ではなく、中子１８を支えるためにのみ必要な部分であるため、鋳造の後に埋められる。図４（Ｃ）の符号９８が示す部分が、連結部１８ｄによって形成される孔である。符号１８ｅは、枠９１の底部分とヘッド部９２を連結する柱部分を作るための空間（貫通孔）である。ここには溶湯が流れ込み、柱部分が形成され、枠９１とヘッド部９２が一体の鋳造品として形作られる。
【００３０】
中子１８の両端の巾木部１８ａのそれぞれ一つの側面（傾斜側面１８ｃ）は、垂直方向に対して傾斜している。傾斜側面１８ｃについては後に詳しく説明する。
【００３１】
図６に示されているように、金型セット２００は、上型１２、下型１６、一対の横型１４、及び、中子１８で構成される。第１実施例と同様に、上型１２、下型１６、及び、横型１４でキャビティＣＶの外形状（目的とする鋳造品であるシリンダヘッド９０の外観形状）を画定する。上型１２には複数のガス排出孔１２ａが設けられており、下型１６には複数の溶湯供給口１６ａが設けられている。
【００３２】
図７に示されているように、金型セット２００においても、中子１８の鋳物形状形成部１８ｂの上面と上型１２との間にギャップＧ１が形成されており、中子１８の巾木部１８ａの上面と横型１４との間にギャップＧ２が形成されている。ギャップＧ１の高さ方向の巾Ｈ１（第１クリアランス）は、ギャップＧ２の高さ方向の巾Ｈ２（第２クリアランス）よりも小さくなるように、中子１８を含む各金型が形成されている。第１クリアランスＨ１は、鋳物形状形成部１８ｂの上面と上型１２との間の空隙の最も狭い部位の巾に相当し、第２クリアランスＨ２は、巾木部１８ａの上面と横型１４との間の空隙の最も狭い部位の巾に相当する。ガス排出孔１２ａの中子に面した開口を囲んでいる部分ではギャップＧ１の高さは第１クリアランスＨ１で一定である。第２実施例の金型セット２００は、第１実施例の金型セット１００と同じ効果を奏する。なお、第１実施例と同様に、鋳物形状形成部１８ｂの下側は他の金型とは接触しない。
【００３３】
金型セット２００は、中子１８の巾木部１８ａの傾斜側面１８ｃと、この面に対向する横型１４の対向面１４ｃに特徴がある。巾木部１８ａの傾斜側面１８ｃは、下から上にいくにつれて中子中心に近づくように傾斜している。別言すれば、傾斜側面１８ｃは、下側が巾木部の外側方向に突出し、上方へいくほど中子の中心方向に近づくように傾斜している。また、横型１４において巾木部１８の傾斜側面１８ｃと対向する面（対向面１４ｃ）が、巾木部１８の傾斜側面１８ｃと平行に傾斜している。図示を省略しているが、反対側の巾木部と横型も同様の傾斜面を有している。キャビティＣＶに溶湯が注入されて中子１８が浮き出すと、傾斜側面１８ｃが対向面１４ｃに当接する。中子１８がさらに浮くと、中子の図６左右方向の位置は、横型１４の対向面１４ｃに案内されて所定の位置へと位置決めされる。金型セット２００は、金型セット１００の利点に加え、溶湯を注入したときの中子１８の位置を正確に定めることができるという利点を有する。
【００３４】
金型セット２００で製造されたシリンダヘッド９０は、鋳造時のバリが少ない。即ち、鋳造後のバリ除去工程が簡略化できる。従って従来の金型で製造したものよりも低コストで製造することができる。鋳造品を低コストで製造できる点も、実施例の金型セットの利点である。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２、１２：上型
２ａ、１２ａ：ガス排出孔
４、１４：横型
６、１６：下型
６ａ、１６ａ：溶湯供給口
８、１８：中子
８ａ、１８ａ：巾木部
８ｂ、１８ｂ：鋳物形状形成部
１４ｃ：対向面
１８ｃ：傾斜側面
９０：シリンダヘッド
９１：枠
９２：ヘッド部
１００、２００：金型セット
ＣＶ：キャビティ
【図１】
0005708175.tif 000002
【図２】
0005708175.tif 000003
【図３】
0005708175.tif 000004
【図４】
0005708175.tif 000005
【図５】
0005708175.tif 000006
【図６】
0005708175.tif 000007
【図７】
0005708175.tif 000008