(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金型によって形成されたキャビティ内に溶湯を充填して鋳造成形体を鋳造成形する鋳造用金型装置であって、
前記キャビティ内には、砂中子が配置され、
前記金型の内壁には、前記鋳造成形体のリブに対応する溝部が形成され、
前記溝部の途中には、前記砂中子よりも上側に位置し外部にガスを排出するガス抜きベント機構が設けられ、
前記溝部には、分岐した複数の溝部が合流し、側面視して逆Ｙ字状又は略Ｘ字状からなる合流部が設けられ、
前記ガス抜きベント機構は、前記合流部に設けられ、
前記金型の内壁には、前記砂中子に設けられた巾木部を支持する支持用凹部が形成され、前記溝部は、前記支持用凹部の上方に位置することを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造用金型装置において、
前記鋳造成形体は、車両用エンジンを構成するシリンダヘッドからなることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項３】
請求項２記載の鋳造用金型装置において、
前記溝部の下端は、前記金型の内壁に形成された膨出部成形用凹部に接続され、
前記膨出部成形用凹部によって、前記シリンダヘッドのインマニ用ポートを囲繞する膨出部が成形されることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項４】
請求項３記載の鋳造用金型装置において、
前記溝部の上端は、前記金型の内壁に形成された厚肉部成形用凹部に接続され、
前記厚肉部成形用凹部によって、前記シリンダヘッドに対してヘッドカバーを締結するための厚肉部が成形されることを特徴とする鋳造用金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用金型装置に関し、特に、砂中子を用いた金型のガス抜き構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、鋳造成形では、鋳造品の内部にアンダカット形状を形成するために砂中子が用いられている。この砂中子は、キャビティ内に配置されて鋳包むことで、アンダカット形状（中空部）を形成している。この場合、金型のキャビティ内に充填される溶湯の熱により、砂中子を形成している樹脂バインダが焼けてガスが発生する。このガスは、溶湯にトラップされやすいために鋳造欠陥として現れる場合があり、鋳造品の歩留まりが低下する要因となっていた。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１では、シリンダヘッドを鋳造成形する際、金型内で支持される長尺な砂中子の両端部に巾木を設け、金型の内部で発生したガスを、吸引手段を介して前記巾木部分から強制的に吸引して金型の外部に排出する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１２９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された構造では、巾木部分から強制的にガスを吸引する吸引手段が必要となって金型構造が複雑になると共に、例えば、巾木部分まで溶湯が充填されると巾木に近接する砂中子の周囲部分のガスしかガス抜きをすることができず、例えば、砂中子の上方に上昇したガスをガス抜きすることができない。
【０００６】
また、溶湯が砂中子と接触して発生したガスは、キャビティ内に放出された後、巾木を回り込んで流入する溶湯により金型内のエアや湯先で追いやられてキャビティ内に滞留し、ガス欠陥の発生の原因となっている。
【０００７】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、砂中子で発生するガスによるガス欠陥を抑制することが可能な鋳造用金型装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数の金型によって形成されたキャビティ内に溶湯を充填して鋳造成形体を鋳造成形する鋳造用金型装置であって、前記キャビティ内には、砂中子が配置され、前記金型の内壁には、前記鋳造成形体のリブに対応する溝部が形成され、前記溝部の途中には、前記砂中子よりも上側に位置し外部にガスを排出するガス抜きベント機構が設けられ、前記溝部には、分岐した複数の溝部が合流し、側面視して逆Ｙ字状又は略Ｘ字状からなる合流部が設けられ、前記ガス抜きベント機構は、前記合流部に設けられ、前記金型の内壁には、前記砂中子に設けられた巾木部を支持する支持用凹部が形成され、前記溝部は、前記支持用凹部の上方に位置することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、キャビティ内のエアや、砂中子と溶湯との接触によって発生する熱分解生成物を含むガス等が溶湯の湯先によって金型の内壁に形成された溝部内に集められ、ガス抜きベント機構を介して外部に排出することができる。この場合、金型の内壁には、砂中子の上方に位置する溝部を設けることにより、溝部に熱分解生成物やエア等が集まり易くなり、排出効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、分岐した複数の溝部が合流する合流部内に、砂中子から発生する熱分解生成物を効率よく集めることができると共に、合流部で集められた熱分解生成物をガス抜きベント機構で外部に容易に排出することができる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、砂中子の巾木部を支持する支持用凹部の上方位置に溝部を設けることで、溶湯の最終充填位置をコントロールすることができる。この結果、本発明では、溝部の途中に位置する合流部が溶湯の最終充填部位となり、熱分解生成物やエア等を合流部から外部へ効率良く排出することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明は、前記鋳造成形体が、車両用エンジンを構成するシリンダヘッドからなり、前記溝部の下端が、前記金型の内壁に形成された膨出部成形用凹部に接続され、前記膨出部成形用凹部によって、前記シリンダヘッドのインマニ用ポートを囲繞する膨出部が成形されるとよい。
【００１５】
本発明によれば、溝部の下端を、熱分解生成物やガス等が比較的集まり易い膨出部成形用凹部に接続することで、膨出部成形用凹部内に集まったガス等を、分岐する溝部を介して合流部に容易に導くことができる。
【００１６】
さらにまた、本発明は、前記溝部の上端が、前記金型の内壁に形成された厚肉部成形用凹部に接続され、前記厚肉部成形用凹部によって、前記シリンダヘッドに対してヘッドカバーを締結するための厚肉部が成形されるとよい。
【００１７】
本発明によれば、一般的に溶湯が流れにくく最終充填部位となり易い厚肉部成形用凹部を溝部の上端と接続することで、前記厚肉部成形用凹部内に集まったガス等を、溝部を介して合流部に容易に導くことができると共に、厚肉部成形用凹部への溶湯の進入を促進することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、砂中子で発生するガスによるガス欠陥を抑制することが可能な鋳造用金型装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る鋳造用金型装置によって鋳造成形されたシリンダヘッドの斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する部位における鍛造用金型装置の部分縦断面図であって、（ａ）は、キャビティ内に溶湯を充填する前の状態、（ｂ）は、キャビティ内に溶湯が充填される途中の状態、（ｃ）は、キャビティ全体に溶湯が充填された状態をそれぞれ示している。
【図３】鋳造用金型装置を構成する金型の内壁に形成された溝部等を示す一部省略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る鋳造用金型装置によって鋳造成形されたシリンダヘッドの斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、完成品として、図示しない車両用エンジン（内燃機関）を構成するシリンダヘッド１０が製造される。このシリンダヘッド１０は、略矩形状のブロック体からなる本体部１２を有し、前記本体部１２の一側面１２ａには、ボルトを介して図示しないインテークマニホールドが締結される複数のインマニ用ポート１４が設けられる。なお、このシリンダヘッド１０は、後記する鋳造用金型装置３０によって鋳造成形された鋳造成形体に対し、仕上げ加工等を施して完成品としたものである。
【００２２】
また、前記本体部１２の底面１２ｂには、ガスケット（図示せず）を介して図示しないシリンダブロックと一体的に結合され、図示しない２つの吸気バルブ及び排気バルブが挿入される複数（４つ）の吸排気ポート１６が形成されている。なお、図１中では、本体部１２の底面１２ｂに形成される複数のウォータジャケット用凹部やボルト締結用孔部を省略している。前記一側面１２ａと反対側の本体部１２の他側面には、図示しないエキゾーストマニホールドが締結される複数のエキマニ用ポート（図示せず）が形成される。
【００２３】
インマニ用ポート１４の周囲には、複数の前記インマニ用ポート１４を囲繞し、本体部１２の一側面１２ａの表面から膨出し他の部位と比較して厚肉に形成された膨出部１８が設けられる。この膨出部１８には、ボルトを介して図示しないインテークマニホールドを締結するための複数のボルト締結用穴部２０が形成される。換言すると、インマニ用ポート１４を囲繞する膨出部１８の平坦面は、インテークマニホールドが締結される締め付け座面を形成している。
【００２４】
また、本体部１２の一側面１２ａと上面との境界部位には、上面に沿って延在し他の部位と比較して厚肉に形成された取付部２１が設けられる。前記取付部２１には、上面から見て略半円状に膨出する複数の厚肉部２２が形成される。前記厚肉部２２には、シリンダヘッド１０の上面に対しボルトを介して図示しないシリンダヘッドカバーを締結するためのボルト締結用孔部２４が形成される。換言すると、厚肉部２２を含む取付部２１の平坦な上面は、シリンダヘッドカバーが締結される締め付け座面を形成している。
【００２５】
さらに、本体部１２の一側面１２ａには、上部側の厚肉部２２と下部側の膨出部１８との間に配置され、略上下方向に沿って延在する複数のリブ２６が設けられる。複数のリブ２６は、複数のインマニ用ポート１４が連続して延在する方向に沿って所定間隔離間して配置される。各リブ２６の上端部は、厚肉部２２にそれぞれ接続されると共に、各リブ２６の下端部は、膨出部１８にそれぞれ接続される。なお、図示しないエキゾーストマニホールドが結合されるエキマニ用ポート側の面にも、複数のリブ２６を並設してもよい。
【００２６】
各リブ２６は、それぞれ、側面視して逆Ｙ字状で略同一形状からなり、下部側の膨出部１８から立ち上がり互いに近接する方向に向かって傾斜する２つの下部側リブ２６ａ、２６ｂと、前記２つの下部側リブ２６ａ、２６ｂが合一する略円形状の合一部２６ｃと、前記合一部２６ｃから上方に向かって延在し厚肉部２２と接続される上部側リブ２６ｄとによって構成される。
【００２７】
シリンダヘッド１０の本体部１２の一側面１２ａに複数のリブ２６を並設することにより、従来と比較して、シリンダヘッド１０の剛性・強度を向上させることができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、合一部２６ｃに対して２つの下部側リブ２６ａ、２６ｂを合一するように構成しているが、これに限定されるものではなく、２以上の下部側リブを合一するように構成してもよい。また、合一部２６ｃより上方の上部側リブ２６ｄは、単一のリブに限定されるものではなく、合一部２６ｃから複数の上部側リブが分岐するように構成してもよい。例えば、合一部２６ｃから上部側リブを２つに分岐させ、側面視して略Ｘ字状に形成してもよい。この場合、分岐した２つの上部側リブの上端部には、各厚肉部２２がそれぞれ膨出形成される。さらに、複数のリブ２６をそれぞれ異なる形状、例えば、逆Ｙ字形状のリブと略Ｘ字形状のリブとを混在するように形成してもよい。
【００２９】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する部位における鍛造用金型装置の部分縦断面図であって、図２（ａ）は、キャビティ内に溶湯を充填する前の状態、図２（ｂ）は、キャビティ内に溶湯が充填される途中の状態、図２（ｃ）は、キャビティ全体に溶湯が充填された状態をそれぞれ示している。図３は、鋳造用金型装置を構成する金型の内壁に形成された溝部等を示す一部省略斜視図である。
【００３０】
次に、図２（ａ）に基づいて、鋳造用金型装置３０の構造について説明する。
この鋳造用金型装置３０は、内部にキャビティ３２を有し、上下方向に沿って相対的に変位可能に設けられた上型３４及び下型３６と、上下方向と略直交する横方向に沿って変位可能（スライド可能）に設けられた側方型（金型）３８とによって構成される。図２中では、シリンダヘッド１０の本体部１２の一側面１２ａを形成する一方の側方型３８のみを図示し、一方の側方型３８と対向する他方の側方型を省略している。
【００３１】
なお、本実施形態では、図示しない炉内の溶湯を加圧エアによって押し上げてキャビティ３２内に充填する、所謂、低圧鋳造法が用いられ、下型３６に設けられた図示しない湯口からキャビティ３２内に溶湯が充填される。また、溶湯としては、例えば、アルミニウム合金が用いられる。
【００３２】
側方型３８の内壁３８ａには、側面視して略逆Ｙ字状からなり（図３参照）、完成品（鋳造成形体）であるシリンダヘッド１０の一側面１２ａに膨出形成されるリブ２６の形状に対応して、３つの溝部４０が形成される。この溝部４０は、後記する巾木部４６の上方に位置し、複数のリブ２６に対応して側方型３８の内壁３８ａに横方向に沿って所定間隔離間して配置される。
【００３３】
各溝部４０は、下部側リブ２６ａ、２６ｂ及び上部側リブ２６ｄの形状に対応する下部側溝部４０ａ、４０ｂ及び上部側溝部４０ｃと、溝部の途中に形成されて円形状の合一部２６ｃの形状に対応する通気孔４２が形成される。前記通気孔４２には、例えば、多孔質金属体や多孔質焼結体からなる円柱状のトラップ部材４４が装填される。なお、前記通気孔４２及びトラップ部材４４は、ガス抜きベント機構を構成するものである。
【００３４】
この場合、キャビティ３２に臨むトラップ部材４４の端面は、側方型３８の内壁３８ａと面一になっておらず、溝部４０の溝底と略面一となるように配置されている。この結果、合一部２６ｃと対応する側方型３８の内壁３８ａには、分岐した２つの下部側溝部４０ａ、４０ｂが合流し、且つ、上部側溝部４０ｃとも合流してキャビティ３２側に向かって開口する合流部４５が形成されている（図３参照）。
【００３５】
前記通気孔４２は、側方型３８を貫通して外部と連通するように設けられる。各溝部４０を介して合流部４５内に集められたガスは、ガス中に含有する不純物や塵埃等がトラップ部材４４によってトラップされた後、通気孔４２を介して大気中に放出される。
【００３６】
また、下部側溝部４０ａ、４０ｂの下方側には、端部に巾木部４６を有する砂中子４８が配置される。この砂中子４８は、インマニ用ポート１４を形成するためのものであり、インマニ用ポート１４の数に対応して複数配置される。また、砂中子４８は、鋳物砂を主原料とし、これに樹脂を主成分とするバインダを混入させて造形した中空の長尺物によって構成される。前記合流部４５、前記通気孔４２、及び、前記トラップ部材４４は、砂中子４８の上方位置にそれぞれ配置される。
【００３７】
さらに、側方型３８の内壁３８ａには巾木部４６を支持する支持用凹部５０が設けられ、巾木部４６が前記支持用凹部５０内に装着されることにより、砂中子４８がキャビティ３２内の所定位置で位置決めされて支持される。なお、巾木部４６は、砂中子４８の軸方向に沿った一端部に一体的に設けられ、又は、砂中子４８と別体で設けられる場合のいずれであってもよい。
【００３８】
側方型３８の内壁３８ａの上部には、シリンダヘッド１０に対して図示しないシリンダヘッドカバーが締結される厚肉部２２及び取付部２１を成形するための厚肉部成形用凹部５２が設けられる。また、側方型３８の内壁３８ａの下部側には、シリンダヘッド１０のインマニ用ポート１４を囲繞する膨出部１８を成形するための膨出部成形用凹部５４が設けられる。
【００３９】
この場合、側方型３８の内壁３８ａに形成された溝部４０の上端は、厚肉部成形用凹部５２に接続され、一方、溝部４０の下端は、膨出部成形用凹部５４に接続されている。
【００４０】
本実施形態に係る鋳造用金型装置３０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００４１】
下型の図示しない湯口から供給された溶湯は、キャビティ３２内に順次充填される。この場合、溶湯がキャビティ３２内に配置された砂中子４８を回り込んで進入し前記砂中子４８と接触することにより、樹脂製バインダのガス化によって熱分解生成物（例えば、ヤニ、スス）が発生する。この熱分解生成物は溶湯によってトラップされ、キャビティ３２内のエアと共に溶湯の湯先によって側方型３８の内壁３８ａに形成された溝部４０側へ追いやられる。
【００４２】
側方型３８の溝部４０に到達した熱分解生成物及びエアは、分岐した下部側溝部４０ａ、４０ｂに沿って上昇し、溝部４０の略中央部（途中）に形成されて分岐した下部側溝部４０ａ、４０ｂが合流する合流部４５内に集められる。略同時に、上型３４側に向かって進入した溶湯の湯先によって熱分解生成物及びエアが側方型３８の溝部４０側へ追いやられ、上部側溝部４０ｃを通じての下方側の合流部４５内に集められる（図２（ｂ）参照）。
【００４３】
このようにして、溝部４０の略中央部の合流部４５内に集められた熱分解生成物及びエア等は、通気孔４２内に配置されたトラップ部材４４で不純物や塵埃等がトラップされた後、大気中に排気される。
【００４４】
本実施形態では、キャビティ３２内のエアや、砂中子４８と溶湯との接触によって発生する熱分解生成物を含むガス等が溶湯の湯先によって、溝部４０の合流部４５内に集められ通気孔４２を介して外部に排出することができる。この場合、側方型３８の内壁３８ａには、砂中子４８の上方に位置する溝部４０を設けることにより、溝部４０に熱分解生成物やエア等が集まり易くなり、排出効率を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、砂中子４８の巾木部４６を支持する支持用凹部５０の上方位置に溝部４０を設けることで、溶湯の最終充填位置をコントロールすることができる（上方の上型３４側から流入してくる溶湯の流れと、下方の巾木部４６側を回りこんで流入してくる溶湯の流れを制御する）。この結果、本実施形態では、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、溝部４０の略中央部に位置する合流部４５が溶湯の最終充填部位となり、熱分解生成物やエア等を合流部４５から外部へ効率良く排出することができる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、巾木部４６側に設けられて分岐する複数の下部側溝部４０ａ、４０ｂを、溝部４０の途中の合流部４５で合流させることで、砂中子４８から発生する熱分解生成物を合流部４５で効率よく集めることができる。
【００４７】
さらにまた、本実施形態では、溝部４０の下端を、熱分解生成物やガス等が比較的集まり易い膨出部成形用凹部５４に接続することで、膨出部成形用凹部５４内に集まったガス等を、分岐する下部側溝部４０ａ、４０ｂを介して合流部４５に容易に導くことができる。
【００４８】
さらにまた、本実施形態では、一般的に溶湯が流れにくく最終充填部位となり易い厚肉部成形用凹部５２を溝部４０の上端と接続することで、前記厚肉部成形用凹部５２内に集まったガス等を、上部側溝部４０ｃを介して合流部４５に容易に導くことができると共に、厚肉部成形用凹部５２への溶湯の進入を促進することができる。
【００４９】
この結果、本実施形態では、砂中子４８で発生するガス（熱分解生成物）によるガス欠陥を抑制して、鋳造成形体の歩留まりを向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    シリンダヘッド
１４    インマニ用ポート
１８    膨出部
２２    厚肉部
２６    リブ
３０    鋳造用金型装置
３２    キャビティ
３８    側方型（金型）
３８ａ  内壁
４０    溝部
４０ａ、４０ｂ  下部側溝部
４０ｃ  上部側溝部
４２    通気孔（ガス抜きベント機構）
４４    トラップ部材（ガス抜きベント機構）
４５    合流部
４６    巾木部
４８    砂中子
５０    支持用凹部
５２    厚肉部成形用凹部
５４    膨出部成形用凹部
【図１】
0005694886.tif 000002
【図２】
0005694886.tif 000003
【図３】
0005694886.tif 000004