(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４気筒内燃機関のシリンダヘッドに対応して略直線状に配置される第１、第２、第３、第４の接続部と、各接続部をシリンダヘッドに一体に接続するフランジ部と、該フランジ部の反対側で各接続部が集合する集合部とを備え、第１及び第４の接続部が第２及び第３の接続部より長い内燃機関の排気管を鋳造する装置であって、該排気管の外形に沿う形状の空洞部を内部に備える金型と、該排気管の内形に沿う形状を備え該空洞部に配設されて該金型との間に溶湯が注湯されるキャビティ部を形成する中子とを備え、該排気管のシリンダヘッドに対して接続される側から該キャビティ部に溶湯を導入する湯口系を備える重力金型鋳造装置において、
前記湯口系は、前記キャビティ部の前記フランジ部を形成する部分の第１及び第４の接続部に対応する位置に接続される１対の第１のゲートと、前記キャビティ部の前記フランジ部を形成する部分の第２及び第３の接続部に対応する位置に接続される１対の第２のゲートと、前記キャビティ部の前記フランジ部を形成する部分の第２の接続部と第３の接続部との間に対応する位置に接続される第３のゲートとを備え、第１のゲートの断面積を第２、第３のゲートより大きくすることを特徴とする内燃機関の排気管の重力金型鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４気筒内燃機関の排気管の重力金型鋳造を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１示のように、４気筒内燃機関の排気管（エキゾーストマニホールド）１は、該内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に対応して略直線状に配置された接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、各接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄをシリンダヘッドに一体に接続するフランジ部３と、フランジ部３の反対側で各接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが集合する集合部４とを備える。エキゾーストマニホールド１において、接続部２ａ，２ｄは両端から集合部４に接続されるために、内側から前記集合部４に接続される接続部２ｂ，２ｃより長く形成されている。
【０００３】
各接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと集合部４とは中空であり、内部で連通している。また、エキゾーストマニホールド１は、集合部３を図示しないマフラーに一体に接続するマフラー側フランジ５を備えている。
【０００４】
従来、エキゾーストマニホールド１は、重力鋳造法により鋳造されており、図３示のような砂型鋳造装置が用いられている。前記鋳造装置は、図３（ａ）示のように、砂型である固定型３１と、摺動入れ子３２と、可動型３３とが組み合わされて、内部にエキゾーストマニホールド１の外形に沿う形状の空洞部１４を形成する。空洞部１４は、エキゾーストマニホールド１の接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが下方に位置し、集合部３が上方に位置する形状となっており、その内部には中空のシェル中子１５が配設される。そして、シェル中子１５と、固定型３１、摺動入れ子３２、可動型３３との間に、溶湯が注湯されるキャビティ部１６が形成される。
【０００５】
図３（ｂ）は、図３（ａ）示の可動型３２を除いた状態の金型を図３（ａ）に矢示する方向から見た図であり、固形型３１は、受口２１、湯口２２、湯道２３と、各１対のゲート２４ａ，２４ｂからなる湯口系を備えている。キャビティ部１６は、エキゾーストマニホールド１の接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを形成するキャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを備えている。また、キャビティ部１６は、その下端部にエキゾーストマニホールド１のフランジ部３を形成するキャビティ部１６ｅを、上端部にマフラー側フランジ部５を形成するキャビティ部１６ｆを備えている。
【０００６】
ゲート２４ａ，２４ｂは同一断面積を備え、ゲート２４ａはエキゾーストマニホールド１のフランジ部３を形成するキャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ａ，１６ｄに対応する位置に、ゲート２４ｂはキャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ｂ，１６ｃに対応する位置にそれぞれ接続されている。
【０００７】
図３示の砂型鋳造装置では、受口２１から溶湯を注湯すると、該溶湯は、湯口２２、湯道２３を経て、ゲート２４ａ，２４ｂからキャビティ部１６に充填される。前記溶湯は、湯口２２、湯道２３に充填されている溶湯にかかる重力の作用により、前記キャビティ部１６ｅを経てキャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの下方から上方に向けて充填される。
【０００８】
このとき、キャビティ部１６内の空気は前記溶湯により追い上げられ、主として摺動入れ子３２に設けられている空気抜き孔（図示せず）から外部に放出される。また、前記空気抜き孔から放出しきれない空気は、砂型である固定型３１、、摺動入れ子３２、可動型３３を形成する砂の間隙から外部に放出される。従って、図３示の砂型鋳造装置では、キャビティ部１６内の空気を外部に放出するために、何ら特別な対策を講じる必要がない。
【０００９】
ところが、前記砂型は１回の鋳造毎に形成され、鋳造後には崩されるので、図３示の砂型鋳造装置は量産性が低く、改善が望まれる。そこで、前記砂型鋳造装置に変えて、金型鋳造装置を用いることが考えられる。
【００１０】
しかしながら、前記金型鋳造装置として、図３示の固定型３１、可動型３２、摺動入れ子３３を単に金型に置き換えただけでは、キャビティ部１６に前記溶湯を充填する際に、前記空気抜き孔から放出しきれない空気の抜け道が無くなるとの不都合がある。
【００１１】
前記空気抜き孔から放出しきれない空気はキャビティ部１６の上部に閉じ込められて背圧として作用し、キャビティ部１６ａ，１６ｄと、キャビティ部１６ｂ，１６ｃとで、前記溶湯の上昇速度に遅速が生じ、充填不良の原因となる。また、前記溶湯の上昇速度に遅速が生じると、上昇が速い部分の前記溶湯が、上昇が遅い部分に回り込み、湯境が形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記不都合を解消して、４気筒内燃機関の排気管を鋳造する際に、溶湯の充填不良や湯境の発生を防止することができる重力金型鋳造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記従来の不都合を解決するために、種々検討を行った。
【００１４】
まず、図４に、従来の砂型鋳造装置を金型に置き換えた鋳造装置を模式的に示す。図４では、図１示のエキゾーストマニホールド１の接続部２ａ，２ｄに対応する部分は、Ｌ字型に形成されたキャビティ部１６ａ，１６ｄとして示される。
【００１５】
図４示の鋳造装置では、湯道２３から分岐するゲート２４ａ，２４ｂが左右各１対備えられる。ゲート２４ａは、図１示のエキゾーストマニホールド１のフランジ部３を形成するキャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ａ，１６ｄに対応する位置に接続され、ゲート２４ｂは、前記キャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ｂ，１６ｃに対応する位置に接続されている。そして、ゲート２４ａ，２４ｂは、その断面積が同一になっている。
【００１６】
図４示の模式的構成により、湯道２３からキャビティ部１６に対する溶湯の充填を考察したところ、キャビティ部１６ａ，１６ｄと、キャビティ部１６ｂ，１６ｃとで、前記溶湯の上昇速度に遅速が生じ、キャビティ部１６ａ，１６ｄの途中の部分２７等に充填不良が生じることが判明した。また、各キャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄからの前記溶湯が合流する部分２８（エキゾーストマニホールド１の集合部４に対応する）で、上昇が速い部分の前記溶湯が、上昇が遅い部分に回り込み、湯境が形成されることが判明した。
【００１７】
前記現象は、金型であるが故にキャビティ部１６の上部に閉じ込められた空気が背圧として作用し、各キャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄで、前記溶湯の上昇速度に遅速が生じるためと考えられる。
【００１８】
そこで、次に、図５示のように、キャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ａ，１６ｄに対応する位置に接続されるゲート２４ａの断面積をゲート２４ｂより大きくした構成について、湯道２３からキャビティ部１６に対する溶湯の充填を考察した。ゲート２４ａの断面積をゲート２４ｂより大きくするのは、キャビティ部１６ａ，１６ｄでは前記溶湯の流動長がキャビティ部１６ｂ，１６ｃより長く、より多量の溶湯を要するためである。図５示の構成は、ゲート２４ａの断面積をゲート２４ｂより大きくしたことを除いて、図４示の構成と全く同一である。
【００１９】
この結果、図４に比較すると、キャビティ部１６の部分２７，２８等で充填不良が改良されることが判明したものの、充填不良が十分に改善されたとは考えられなかった。
【００２０】
そこで、さらに、図６示のように、ゲート２４ａの断面積をゲート２４ｂより大きくすると共に、キャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ｂとキャビティ部１６ｃとに対応する位置に接続される第３のゲート２４ｃを設けて、湯道２３からキャビティ部１６に対する溶湯の充填を考察した。図６示の構成は、ゲート２４ａの断面積をゲート２４ｂより大きくしたことと、第３のゲート２４ｃを設けたこととを除いて、図４示の構成と全く同一である。この結果、満足すべき結果が得られることが判明した。
【００２１】
本発明内燃機関の排気管の重力金型鋳造装置は、前記知見に基づくものであり、４気筒内燃機関のシリンダヘッドに対応して略直線状に配置される第１、第２、第３、第４の接続部と、各接続部をシリンダヘッドに一体に接続するフランジ部と、該フランジ部の反対側で各接続部が集合する集合部とを備え、第１及び第４の接続部が第２及び第３の接続部より長い内燃機関の排気管を鋳造する装置であって、該排気管の外形に沿う形状の空洞部を内部に備える金型と、該排気管の内形に沿う形状を備え、該空洞部に配設されて該金型との間に溶湯が注湯されるキャビティ部を形成する中子とを備え、該排気管のシリンダヘッドに対して接続される側から該キャビティ部に溶湯を導入する湯口系を備える重力金型鋳造装置において、前記湯口系は、前記キャビティ部の前記フランジ部を形成する部分の第１及び第４の接続部に対応する位置に接続される１対の第１のゲートと、前記キャビティ部の前記フランジ部を形成する部分の第２及び第３の接続部に対応する位置に接続される１対の第２のゲートと、前記キャビティ部の前記フランジ部を形成する部分の第２の接続部と第３の接続部との間に対応する位置に接続される第３のゲートとを備え、第１のゲートの断面積を第２、第３のゲートより大きくすることを特徴とする。
【００２２】
本発明の重力金型鋳造装置によれば、前記構成とすることにより、前記キャビティ部に供給される前記溶湯に背圧が作用することが無く、前記溶湯の充填不良や湯境の発生を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の重力金型鋳造装置により製造される４気筒内燃機関の排気管（エキゾーストマニホールド）の斜視図であり、図２は本実施形態の重力金型鋳造装置の構成を示す説明図である。
【００２４】
図１示のように、本実施形態の重力金型鋳造装置により製造される４気筒内燃機関のエキゾーストマニホールド１は、図示しないシリンダヘッドから排出される高温の排気を図示しないマフラーに導くものである。エキゾーストマニホールド１は、例えば球状黒鉛鋳鉄を用いて鋳造されている。
【００２５】
エキゾーストマニホールド１は、前述のように前記４気筒内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に対応して、接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが略直線状に配置され、両端の接続部２ａ，２ｄは内側の接続部２ｂ，２ｃより長くなっている。各接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはフランジ３を介して前記シリンダヘッドに一体に接続されると共に、前記シリンダヘッドの反対側で、集合部４に集合している。
【００２６】
各接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、集合部４とは、共に中空であり内部で連通している。そして、前記シリンダヘッドから排出される高温の排気が、各接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから集合部３を介してマフラー（図示せず）に導かれる。尚、集合部４はマフラー側フランジ５を介して前記マフラーに一体に接続されるようになっている。
【００２７】
エキゾーストマニホールド１を鋳造する本実施形態の重力金型鋳造装置は、図２（ａ）示のように、固定型１１と、摺動入れ子１２と、可動型１３とからなる金型を備えている。固定型１１、摺動入れ子１２、可動型１３は組み合わされて、内部に図１示のエキゾーストマニホールド１の外形に沿う形状の空洞部１４を形成する。空洞部１４は、エキゾーストマニホールド１の接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが下方に位置し、集合部３が上方に位置する形状となっており、その内部には中空のシェル中子１５が配設される。そして、シェル中子１５と、固定型３１、摺動入れ子３２、可動型３３との間に、溶湯が注湯されるキャビティ部１６が形成される。
【００２８】
シェル中子１５は、固定型１１に挿入される支持ピン１７と、摺動入れ子１２に挿入される支持ピン１８とによって支持されて固定されている。１９は鋳込み穴１９ａを形成するための入れ子であり、２０はガス抜き孔である。
【００２９】
図２（ｂ）は、図２（ａ）示の可動型１３を除いた状態の金型を図２（ａ）に矢示する方向から見た図である。図３（ｂ）示のように、固形型１１は、受口２１、湯口２２、湯道２３と、ゲート２４ａ，２４ｂ，２４ｃとからなる湯口系を備えている。キャビティ部１６は、エキゾーストマニホールド１の接続部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを形成するキャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを備えている。また、キャビティ部１６は、その下端部にエキゾーストマニホールド１のフランジ部３を形成するキャビティ部１６ｅを、上端部にマフラー側フランジ部５を形成するキャビティ部１６ｆを備えている。
【００３０】
ゲート２４ａは、湯道２３から分岐する左右１対として備えられ、それぞれ図１示のエキゾーストマニホールド１のフランジ部３を形成するキャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ａ，１６ｄに対応する位置に接続されている。また、ゲート２４ｂは、湯道２３から分岐する左右１対として備えられ、前記キャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ｂ，１６ｃに対応する位置に接続されている。そして、ゲート２４ｃは、湯道２３から分岐して、前記キャビティ部１６ｅの前記２つの接続部２ｂ，２ｃの間に対応する位置に接続されている。
【００３１】
ゲート２４ａは、接続部２ａ，２ｄを形成すべく溶湯の流動長が長くなるキャビティ部１６ａ，１６ｄに接続されているので、その断面積がゲート２４ｂ，２４ｃより大きくなっている。本実施形態では、ゲート２４ｂ，２４ｃの断面積は同一であり、ゲート２４ａの断面積と、ゲート２４ｂ，２４ｃの断面積との比は５：３に設定されている。
【００３２】
また、図２（ｂ）において、２５ａ，２５ｂは湯口系のガス抜き孔であり、２６は湯道２２に設けられたフィルターでありセラミック等の耐熱性の多孔質体からなる。
【００３３】
本実施形態の鋳造方法でエキゾーストマニホールド１の鋳造を行うときには、受口２１から球状黒鉛鋳鉄等の溶湯を注湯する。すると、前記溶湯は、まず受口２１から湯口２２の底部に達し、湯道２３を介して、各ゲート２４ａ，２４ｂ，２４ｃからキャビティ部１６に導入される。
【００３４】
前記溶湯は、キャビティ部１６ｅを介して、キャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの下方から上方に向かって充填されるが、このとき、ゲート２４ａはその断面積がゲート２４ｂ，２４ｃより大きく溶湯の流量が多いために、ゲート２４ａからキャビティ部１６ｅに導入される溶湯がゲート２４ｂ方向に流動する傾向がある。しかし、本実施形態の鋳造装置では、キャビティ部１６ｅのキャビティ部１６ｂ，１６ｃの間に対応する位置に接続されるゲート２４ｃから、ゲート２４ｂ，２４ｂ間に追加の溶湯を導入するようにしたので、ゲート２４ａから導入される溶湯のゲート２４ｂ方向への流動が阻止され、確実にキャビティ部１６ａ，１６ｄに導入される。
【００３５】
このため、キャビティ部１６ａ，１６ｄと、キャビティ部１６ｂ，１６ｃとで前記溶湯の上昇する速度が略等しくなる。また、前記溶湯の上昇する速度と、キャビティ部１６内の空気が装置の外部に放出される速度とが釣り合い、前記溶湯に背圧が作用しない。
【００３６】
従って、本実施形態の鋳造装置では、前記溶湯の充填不良や湯境の発生を防止して、優れた品質のエキゾーストマニホールド１を鋳造することができる。
【００３７】
各ゲート２４ａ，２４ｂ，２４ｃから、キャビティ部１６に導入される溶湯の主な流れを、図１示のエキゾーストマニホールド１をキャビティ部１６自体と見なして、図１に仮想線で矢示する。即ち、本実施形態の鋳造装置では、ゲート２４ａから導入される溶湯がキャビティ部１６ａ，１６ｄに充填されて接続部２ａ，２ｄを形成し、ゲート２４ｂ，２４ｃから導入される溶湯がキャビティ部１６ｂ，１６ｃに充填されて接続部２ｂ，２ｃを形成する。そして、各キャビティ部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに充填された溶湯が合流して、集合部４を形成する。
【００３８】
尚、本実施形態では、ゲート２４ａの断面積と、ゲート２４ｂ，２４ｃの断面積との比を５：３としているが、前記の比は鋳物の肉厚、重量等により、適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の重力金型鋳造装置により製造される４気筒内燃機関の排気管の斜視図。
【図２】本発明の重力金型鋳造装置の一構成例を示す説明図。
【図３】従来の砂型鋳造装置の構成例を示す説明図。
【図４】重力金型鋳造装置の一構成例を模式的に示す斜視図。
【図５】重力金型鋳造装置の一構成例を模式的に示す斜視図。
【図６】重力金型鋳造装置の一構成例を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
１…排気管、  ２ａ，２ｂ，２ｃ，２…接続部、  ３…集合部、  １１，１２，１３…金型、  １４…空洞部、  １５…中子、  １６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ…キャビティ部、  ２４ａ…第１のゲート、  ２４ｂ…第２のゲート、  ２４ｃ…第３のゲート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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