(57)【要約】【課題】片持ちされた中子が配置されている鋳型のキャビティに、当該中子を破損することなく高速で溶湯を供給することが可能な中子支持構造、および鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型２のキャビティ５のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子１０と、片持ち式中子１０に貫装されるとともに、外周面が鋳型２のキャビティ５のキャビティ面に当接した状態で片持ち式中子１０の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材１１と、を具備する中子支持構造９を鋳型２のキャビティ５に設け、スライド部材１１を片持ち式中子１０の先端部に対応する位置に配置し、鋳型２のキャビティ５に溶湯８を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子と、
前記片持ち式中子に貫装されるとともに、外周面が前記鋳型のキャビティ面に当接した状態で前記片持ち式中子の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材と、
を具備する中子支持構造。
【請求項２】
前記スライド部材の先端側端面は、前記片持ち式中子の基部に対応する位置に摺動したときに前記鋳型のキャビティ面の一部を成す請求項１に記載の中子支持構造。
【請求項３】
前記スライド部材は崩壊性の中子からなる請求項１または請求項２に記載の中子支持構造。
【請求項４】
鋳型のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子と、前記片持ち式中子に貫装されるとともに、外周面が前記鋳型のキャビティ面に当接した状態で前記片持ち式中子の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材と、を具備する中子支持構造を前記鋳型のキャビティ内に設け、前記スライド部材を前記片持ち式中子の先端部に対応する位置に配置する中子支持構造配設工程と、
前記鋳型のキャビティに溶湯を供給する溶湯供給工程と、
からなる鋳造方法。
【請求項５】
前記溶湯供給工程において、前記スライド部材の先端側端面は前記片持ち式中子の基部に対応する位置に摺動したときに前記鋳型のキャビティ面の一部を成す請求項４に記載の鋳造方法。
【請求項６】
前記スライド部材は崩壊性の中子からなる請求項４または請求項５に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型のキャビティ内部に配置される片持ち式中子の支持構造および片持ち式中子の支持構造を用いた鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のシリンダブロックの鋳造において、シリンダブロック内に形成されるシリンダボアの周囲となる部分に崩壊性の中子を配置することにより、冷却水を流通させる経路たるウォータージャケットを形成する方法は公知である。例えば、特許文献１乃至特許文献４に記載の如くである。
【０００３】
自動車のシリンダブロックのシリンダボアの周囲に形成されるウォータージャケットは一般にシリンダボアの長手方向に延びた細長い空間となるため、これを形成するための中子の形状も当然に細長い形状となる。
崩壊性の中子は一般に脆く衝撃に弱いため、従来は図５に示すシリンダブロック１００の如く、複数のシリンダボア１０１・１０１・・・の周囲に形成されるウォータージャケットを相互に連通したいわゆるオープンブロックのウォータージャケット１０２・１０２とすることにより、これに対応する崩壊性の中子を大きくして強度を確保していた。
【０００４】
また、このような細長い形状の中子の基部側の端部を鋳型のキャビティ面にて片持ちして支持すると、中子の先端部が傾く等、鋳型に対する位置（姿勢）精度を確保することが困難である。特許文献１乃至特許文献４に記載の方法では、キャビティ面に対して所定の位置・姿勢で中子を保持するために、鋳物に鋳包むピン、あるいは鋳型からキャビティ内に向かって突出・退避可能なピンにより、中子の側面等を適宜支持している。
【０００５】
しかし、近年、自動車のシリンダブロックの高強度化の要請に伴い、図６に示すシリンダブロック２００の如く、シリンダボア２０１・２０１・・・のそれぞれに対して設けられ、相互に分離したいわゆるクローズドブロックのウォータージャケット２０２・２０２・・・とすることが求められている。クローズドブロックのウォータージャケット２０２・２０２・・・は一般にオープンブロックのウォータージャケットに比べて更に細長い形状となる。
従って、クローズドブロックのウォータージャケット２０２・２０２・・・を形成するための中子を崩壊性の中子で構成した場合には非常に折れやすく、ハンドリングが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、近年は作業効率向上のために鋳造時における鋳型内への溶湯の供給速度が益々増大する傾向にあり、高速かつ高圧で鋳型のキャビティに供給された溶湯が片持ちされた崩壊性の中子の先端部（支持されていない部分）に衝突すると、当該中子がキャビティ内で容易に折れてしまい、シリンダブロックの内部にクローズドブロックのウォータージャケットを確実かつ精度良く形成することが困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１９１０５１号公報
【特許文献２】特開平６−１４２８３４号公報
【特許文献３】特開平６−７１４１８号公報
【特許文献４】特許第３５９９２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上の如き状況に鑑み、片持ちされた中子が配置されている鋳型のキャビティに、当該中子を破損することなく高速で溶湯を供給することが可能な中子支持構造、および鋳造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、
鋳型のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子と、
前記片持ち式中子に貫装されるとともに、外周面が前記鋳型のキャビティ面に当接した状態で前記片持ち式中子の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材と、
を具備するものである。
【００１０】
請求項２においては、
前記スライド部材の先端側端面は、前記片持ち式中子の基部に対応する位置に摺動したときに前記鋳型のキャビティ面の一部を成すものである。
【００１１】
請求項３においては、
前記スライド部材は崩壊性の中子からなるものである。
【００１２】
請求項４においては、
鋳型のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子と、前記片持ち式中子に貫装されるとともに、外周面が前記鋳型のキャビティ面に当接した状態で前記片持ち式中子の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材と、を具備する中子支持構造を前記鋳型のキャビティ内に設け、前記スライド部材を前記片持ち式中子の先端部に対応する位置に配置する中子支持構造配設工程と、
前記鋳型のキャビティに溶湯を供給する溶湯供給工程と、
からなるものである。
【００１３】
請求項５においては、
前記溶湯供給工程において、前記スライド部材の先端側端面は前記片持ち式中子の基部に対応する位置に摺動したときに前記鋳型のキャビティ面の一部を成すものである。
【００１４】
請求項６においては、
前記スライド部材は崩壊性の中子からなるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果としては、鋳型のキャビティに片持ちされた中子が配置されている場合であっても、当該中子を破損することなく高速で溶湯を供給することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、図１に示す鋳造装置１を用いて本発明に係る中子支持構造の実施の一形態である中子支持構造９について説明する。
【００１７】
鋳造装置１はアルミニウム合金からなるシリンダブロックを鋳造するための装置であり、鋳型２、スリーブ６、プランジャチップ７、中子支持構造９等を具備する。
【００１８】
鋳型２は固定型３および可動型４からなる。固定型３は地面（あるいは構造体）に固定される。可動型３は図示せぬアクチュエータ（油圧シリンダ等）により固定型３に対して接近する方向および離間する方向に移動する。
固定型３と可動型４との合わせ面（固定型３と可動型４とが当接する面）には凹みが形成され、当該凹みが形成する空間がキャビティ５を成す。キャビティ５の外周面（キャビティ面）の形状は鋳造装置１により鋳造されるシリンダブロックの外形と略同じである。
【００１９】
スリーブ６は略円筒形状の部材であり、その一端は固定型３と可動型４との合わせ面に形成された溶湯供給経路５ａを介してキャビティ５に連通接続される。
プランジャチップ７は図示せぬアクチュエータ（油圧シリンダ等）によりスリーブ６の内周面に液密的に当接しつつ摺動する。
【００２０】
溶湯８は溶融状態のアルミニウム合金であり、鋳造装置１により鋳造されるシリンダブロックの原料となるものである。溶湯８はスリーブ６の内部空間に充填され、プランジャチップ７をスリーブ６に押し込むことにより溶湯供給経路５ａを通じてキャビティ５に供給される。
なお、本実施例の溶湯８はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金（ＡＤＣ１２）を溶融状態としたものからなるが、本発明に係る溶湯を構成する材料はこれに限定されず、溶融状態の金属（例えば、鋳鉄、亜鉛合金、マグネシウム合金等）、溶融状態の樹脂その他鋳造により成形し得る材料を広く含む。
また、本発明に係る溶湯は、粘度が高い、いわゆる半溶融状態の金属材料や樹脂等も含む。
【００２１】
中子支持構造９は片持ち式中子１０、スライド部材１１を具備する。
【００２２】
片持ち式中子１０は鋳造装置１により鋳造されるシリンダブロックにウォータージャケットを形成するための崩壊性の中子である。本実施例の片持ち式中子１０の形状はウォータージャケットの形状に対応し、シリンダブロックに形成されるシリンダボアに沿って延びた細長い形状である。
片持ち式中子１０の一端である基部は巾木１２により拘束され、鋳型２のキャビティ５のキャビティ面にて支持される。一方、片持ち式中子１０の他端である先端部はキャビティ５のキャビティ面に対して拘束されておらず、フリーになっている。すなわち、片持ち式中子１０は「片持ち」の状態で支持される。
片持ち式中子１０はその先端部を溶湯８が供給されてくる方向（本実施例の場合、溶湯供給経路５ａのキャビティ５側の開口部）に向けて配置される。言い換えると、片持ち式中子１０の先端部は基部よりも溶湯供給経路５ａに近くなるように配置される。
【００２３】
ここで、「崩壊性の中子」は、種々の砂あるいはＮａＣｌ、ＫＣｌ等の水溶性無機塩類等からなる粉粒体（粉体、粒体またはこれらの混合物）、レジン（例えば、フェノール樹脂）等からなるバインダ、および必要な場合には耐火物や崩壊助剤等の添加物を混練し、これを固めて所定の形状に成型したものである。崩壊性の中子は鋳造後に粉砕、または水に溶かすことにより鋳物から除去される。除去された粉粒体は回収されて再利用される。
【００２４】
図１および図２に示す如く、スライド部材１１は片持ち式中子１０に貫装される部材であり、スライド部材１１の外周面はキャビティ５のキャビティ面のうち、（α）シリンダブロックの外周面に対応する部分、および（β）シリンダボアの内周面に対応する部分に当接する。
また、スライド部材１１は（α）および（β）に当接した状態で、片持ち式中子１０に貫装されたまま片持ち式中子１０の先端部から基部に向かって摺動することが可能である。
図１に示す如く、中子支持構造９をキャビティ５の内部に配設する際には、スライド部材１１を片持ち式中子１０の先端部に対応する位置に貫装した状態とする。
【００２５】
以下では、図３を用いてキャビティ５に溶湯８を供給したときの中子支持構造９の挙動について説明する。
【００２６】
図３の（ａ）に示す如く、溶湯８がキャビティ５に供給され、片持ち式中子１０の先端部に衝突したとき、片持ち式中子１０には先端部を基部に向かって押す力（圧縮応力）および片持ち式中子１０を曲げる力（曲げ応力）が作用する。
しかし、片持ち式中子１０の先端部に対応する部分にはスライド部材１１が貫装されており、スライド部材１１は（α）シリンダブロックの外周面に対応する部分および（β）シリンダボアの内周面に対応する部分に当接しているため、片持ち式中子１０の先端部はスライド部材１１により支持され、片持ち式中子１０が曲がったり折れたりすることはない。
また、片持ち式中子１０は崩壊性の中子からなるが、圧縮応力に対する強度は曲げ応力に対する強度に比べて高いため、溶湯８の衝突に起因する圧縮応力により片持ち式中子１０が変形・破損することはない。
【００２７】
図３の（ｂ）に示す如く、溶湯８がさらにキャビティ５に供給されると、溶湯８によりスライド部材１１が押され、スライド部材１１は片持ち式中子１０の基部に向かって摺動していく。
このとき、片持ち式中子１０のうち、スライド部材１１よりも溶湯８側に突出している部分は溶湯８に浸漬された状態となっているため、当該部分には片持ち式中子１０を曲げる力（曲げ応力）のみならず、溶湯８からの圧力があらゆる方向に均等に加わる。従って、片持ち式中子１０においてスライド部材１１よりも溶湯８側に突出している部分が変形・破損することはない。
【００２８】
図３の（ｃ）に示す如く、溶湯８がさらにキャビティ５に供給されると、スライド部材１１は片持ち式中子１０の基部に対応する位置まで摺動し、巾木１２に接触した位置で停止する。
【００２９】
以上の如く、中子支持構造９は、
鋳型２のキャビティ５のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子１０と、
片持ち式中子１０に貫装されるとともに、外周面が鋳型２のキャビティ５のキャビティ面に当接した状態で片持ち式中子１０の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材１１と、
を具備するものである。
このように構成することにより、片持ちされた中子である片持ち式中子１０が配置されている鋳型２のキャビティ５に、片持ち式中子１０を破損することなく高速で溶湯８を供給することが可能である。ひいては、鋳造の高速化（作業効率向上、鋳造コストの削減）に寄与する。
【００３０】
また、スライド部材１１が片持ち式中子１０の基部に対応する位置に摺動したときに、スライド部材１１の先端側端面（溶湯８に対向する面）が鋳型２のキャビティ５のキャビティ面の一部を成す、すなわちキャビティ５のキャビティ面と面一となるように、片持ち式中子１０の基部の周囲にスライド部材１１が収容される空間（収容部）を形成することにより、鋳物（シリンダブロック）におけるスライド部材１１との当接面を加工（切削、研磨等）する工程を省略することが可能であり、工数の削減ひいては鋳造コストの削減に寄与する。
【００３１】
また、スライド部材１１は、金属材料やセラミックス等の溶湯８に接触しても溶解しない材料からなる構成としても、片持ち式中子１０と同様の崩壊性の中子からなる構成としても良い。
スライド部材１１を金属材料やセラミックス等で構成した場合、鋳物（シリンダブロック）に鋳包まれてしまい、剥離することが困難な場合がある。従って、スライド部材１１が鋳物（シリンダブロック）に鋳包まれることを回避したい場合には、スライド部材１１を崩壊性の中子からなる構成とすることが望ましい。
【００３２】
以下では、図４を用いて本発明に係る鋳造方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る鋳造方法の実施の一形態は鋳造装置１を用いてシリンダブロックを鋳造する方法であり、主として中子支持構造配設工程Ｓ１０００、溶湯供給工程Ｓ２０００からなる。
なお、本実施例はシリンダブロックを鋳造する方法であるが、本発明に係る鋳造方法はこれに限定されず、種々の鋳物の鋳造に適用可能である。
【００３３】
中子支持構造配設工程Ｓ１０００は鋳型２のキャビティ５のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子１０と、片持ち式中子１０に貫装されるとともに外周面が鋳型２のキャビティ５のキャビティ面に当接した状態で片持ち式中子１０の先端部から基部に向かって摺動するスライド部材１１と、を具備する中子支持構造９を鋳型２のキャビティ５に設け、スライド部材１１を片持ち式中子１０の先端部に対応する位置に配置する工程である。
より詳細には、中子支持構造配設工程Ｓ１０００においては、中子支持構造９を鋳型２のキャビティ５に設け、スライド部材１１を片持ち式中子１０の先端部に対応する位置に配置した後、鋳型２を型締めし、キャビティ５を所定の真空度となるまで減圧する。また、鋳型２を所定の温度に保持し、スリーブ６の内部空間に溶湯８を充填する。
中子支持構造配設工程Ｓ１０００が終了したら、溶湯供給工程Ｓ２０００に移行する。
【００３４】
溶湯供給工程Ｓ２０００は鋳型２のキャビティ５に溶湯８を供給する工程である。
溶湯供給工程Ｓ２０００において、プランジャチップ７を所定の速度でスリーブ６に押し込むことにより、溶湯供給経路５ａを通じてキャビティ５に溶湯８を供給する。キャビティ５に溶湯８が充填された後、さらにプランジャチップ７をスリーブ６に押し込むことにより溶湯８に所定の圧力を付与した状態を保持しつつ、溶湯８を凝固させる。
溶湯８が凝固し、鋳物たるシリンダブロックの温度が所定の温度以下となった時点で、鋳型２を開き、シリンダブロックを外部に取り出す。そして、取り出されたシリンダブロックのウォータージャケットに対応する部分の片持ち式中子１０を除去する。
【００３５】
以上の如く、本発明に係る鋳造方法の実施の一形態は、
鋳型２のキャビティ５のキャビティ面にて基部が支持される片持ち式中子１０と、片持ち式中子１０に貫装されるとともに、外周面が鋳型２のキャビティ５のキャビティ面に当接した状態で片持ち式中子１０の先端部から基部に向かって摺動可能なスライド部材１１と、を具備する中子支持構造９を鋳型２のキャビティ５に設け、スライド部材１１を片持ち式中子１０の先端部に対応する位置に配置する中子支持構造配設工程Ｓ１０００と、
鋳型２のキャビティ５に溶湯８を供給する溶湯供給工程Ｓ２０００と、
からなるものである。
このように構成することにより、片持ちされた中子である片持ち式中子１０が配置されている鋳型２のキャビティ５に、片持ち式中子１０を破損することなく高速で溶湯８を供給することが可能である。ひいては、鋳造の高速化（作業効率向上、鋳造コストの削減）に寄与する。
【００３６】
以下では、鋳造装置１を用いた鋳造実験の結果を示す。
当該鋳造実験の実験条件は、二気筒のシリンダブロックのテストピースを鋳造するものとし、鋳造装置１の鋳型２の保持温度を２５０℃、型締め力を８００ｔとした。また、片持ち式中子１０およびスライド部材１１は表面にＢＮ塗型材を塗布した崩壊性の中子（シェル砂および３ｗｔ％のレジン）からなるものを使用し、溶湯８の温度は６３０℃とし、プランジャチップ７を押し込む速度（射出速度）を３ｍ／ｓｅｃ（溶湯供給経路５ａを通過する溶湯８の流速に換算すると３０ｍ／ｓｅｃ）とした。
上記実験条件のもと、（１）スライド部材１１を正しく片持ち式中子１０に貫装した状態、（２）スライド部材１１を片持ち式中子１０に貫装しない状態（スライド部材１１が無い状態）、の二つの場合についてそれぞれ５０回ずつ鋳造試験を行った。
その結果、（１）スライド部材１１を正しく片持ち式中子１０に貫装した状態では１回も片持ち式中子１０が破損することが無かったのに対し、（２）スライド部材１１を片持ち式中子１０に貫装しない状態では５０回の全てにおいて片持ち式中子１０が破損した。
このように、本実施例の中子支持構造９により、キャビティ内で片持ちで支持される中子がある場合でも、当該中子の破損を防止しつつ高速で溶湯を鋳型に供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る中子支持構造の実施の一形態を具備する鋳造装置を示す断面図。
【図２】本発明に係る中子支持構造の実施の一形態を具備する鋳造装置の要部断面図。
【図３】本発明に係る中子支持構造の実施の一形態の挙動を示す図。
【図４】本発明に係る鋳造方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図５】オープンブロックのウォータージャケットを有するシリンダブロックの断面模式図。
【図６】クローズドブロックのウォータージャケットを有するシリンダブロックの断面模式図。
【符号の説明】
【００３８】
１    鋳造装置
２    鋳型
５    キャビティ
１０  片持ち式中子
１１  スライド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008100263.tif 000005
【図４】
2008100263.tif 000006
【図５】
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【図６】
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