JPH1015654A

JPH1015654A - 鋳物の鋳造方法

Info

Publication number: JPH1015654A
Application number: JP18802796A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yamada; 美廣山田
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】金型の剛性を高くする必要があると共に、鋳
造機全体の剛性を高くする必要がある。【解決手段】金型１に形成したキャビティ５内に溶湯
１０を大気圧で充填する（鋳込工程）。この鋳込工程後
に、前記金型１のキャビティ５内を溶湯の凝固の程度に
応じて加圧して前記溶湯を凝固させる（加圧工程）。前
記加圧工程は、金型１のキャビティ５表面近傍の溶湯１
０が凝固し始めた時、溶湯１０を２〜５ｋｇ／ｃｍ2 の
圧力で加圧し、この状態を保持した状態で、鋳物の厚肉
部分を形成するキャビティ５内の溶湯が凝固し始めた
時、溶湯１０を１０〜２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧す
る。前記溶湯の加圧は、加圧装置１５のピストンロッド
２１，２２を溶湯１０の押湯１４に挿入して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用ピスト
ン等の製造に施用して良好な鋳物の鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、効率を高めるために、シリンダ内
に燃料を直接噴射する形式の内燃機関が開発されてお
り、この内燃機関には、凹凸形状の頂面を有するピスト
ンが採用される。前記ピストンは頂面の凹凸形状を精度
よく鋳出すために、加圧鋳造法によって形成される。

【０００３】前記加圧鋳造法は、例えば特開昭５７−５
０２６６号公報に示されるように、鋳物のキャビティを
形成した金型内に大気圧以上の圧力で溶融金属（溶湯）
を充填し、その後、更に高圧力を加えて溶湯を加圧凝固
させることによって製品を得るようにしてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
例にあっては、圧力を加えつつ溶湯を充填すると共に、
３０ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧力で加圧するから、金型の
剛性を高くする必要があることはもとより、鋳造機全体
の剛性を高くする必要があり、鋳造機全体が大型化し、
高価となる虞がある。

【０００５】本発明は上記従来の実情に鑑みて案出され
たもので、金型及び鋳造機等の剛性を格別高くする必要
がなく、鋳造精度の優れた鋳物を得ることが可能な鋳造
方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１記載の
発明は、金型に形成したキャビティ内に溶湯を大気圧で
充填する鋳込工程と、この鋳込工程の後に、前記金型の
キャビティ内を溶湯の凝固の程度に応じて加圧して溶湯
を凝固させる加圧工程と、からなる構成にしてある。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明の構成のうち、前記溶湯の加圧工程が、前記金
型のキャビティ表面近傍の溶湯が凝固し始めた時、２〜
５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧する第１段階と、その後、
鋳物の厚肉部分を形成するキャビティ内の溶湯が凝固し
始めた時、１０〜２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧する第
２段階と、からなる構成にしてある。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項１乃
至請求項２記載の発明の構成のうち、前記溶湯の加圧工
程が、溶湯の押湯に挿入されるピストンロッドによって
行われるようにしてある。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項２記載の発明の構成のうち、前記溶湯の加圧工
程が、溶湯の押湯に作用する空気圧によって行われるよ
うにしてある。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４記載の発明の構成のうち、前記キャビティを
形成した金型が、上型と、湯口を形成した下型とを有
し、前記上型が焼結金属材で形成された構成にしてあ
る。

【００１１】ここで、前記鋳込工程においては、金型に
形成したキャビティ内への溶湯（溶融金属）の充填は大
気圧の下で行われ、格別加圧されない。即ち、通常の所
謂重力鋳造の鋳造方案が採用され、キャビティ内に充填
された溶湯に与えられる力は、キャビティよりも上側に
位置する湯口内の溶湯に作用する重力よってのみ与えら
れる。

【００１２】前記鋳込工程の後の加圧工程は、押湯に所
定の圧力を加えることによって行われるのを可とする。
尚、請求項４記載の発明において溶湯の中子を加圧する
空気は、大気のほか、各種の不活性ガス等を含むもので
ある。

【００１３】前記加圧工程の開始は、前記金型のキャビ
ティ表面近傍の溶湯が凝固し始めた時であり、この開始
時期はキャビティの表面近傍に極めて薄い凝固層が形成
されるか、或いは凝固層ができない所謂粥状凝固で、固
液共存相の状態が好ましく、具体的には、鋳込工程の終
了時からの経過時間（例えば鋳込工程の終了直後から５
秒程度の間）によって決定可能である。尚、請求項２記
載の発明において加圧工程を２段階にした場合の各段階
の加圧開始時期も同様であって、特に、第２段階の加圧
を開始するところの、鋳物の厚肉部分を形成するキャビ
ティ内の溶湯が凝固し始めた時は、このキャビティの表
面近傍に極めて薄い凝固層が形成されるか或いは固液共
存相の状態であり、これもまた基準時期からの経過時間
によって決定可能である。

【００１４】また、前記加圧工程は、加圧開始の後、溶
湯の凝固の程度に応じて高い圧力で加圧される。尚、溶
湯の凝固の程度に応じた圧力とは、溶湯の凝固の程度に
応じて逓増する必要はなく、段階的に増加する圧力で加
圧可能である。

【００１５】したがって、前記加圧工程が溶湯の凝固の
程度に応じた圧力で行われるから、即ち、溶湯の殆どが
液相の状態では比較的低い圧力で加圧されて、溶湯が高
い圧力で加圧される時には溶湯の一部は特に金型のキャ
ビティ表面近傍において凝固しているから、これによっ
て、金型及び鋳造機等の剛性を格別高くする必要がな
く、鋳造精度の優れた鋳物を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を内燃
機関用ピストンの鋳造方法に適用した態様として、図面
に基づいて詳述する。

【００１７】図１は本発明の実施の形態を内燃機関用ピ
ストンの鋳造方法に適用するための装置を示す断面摸式
図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図において１
は金型で、この金型１は上型２と、下型３と、中子４と
を有している。前記金型１内には鋳物粗材としての内燃
機関用ピストン（以下、ピストンと称す）のキャビティ
５が形成してある。６は前記上型２と下型３との間に配
置されたリング金型である。７はピストンのピン孔部分
を形成するピン中子で、このピン中子７はその先端が下
型３内からキャビティ５内に突出している。

【００１８】前記上型２は、ピストンの冠面部分を形成
するように賦形されており、耐熱性を有するステンレス
鋼やダイス鋼の粉体を用いて、直径が２０μ程度の気孔
を有するポーラス状に焼結成形してある。尚、この実施
の形態において、前記上型２のキャビティ５を形成する
表面には、ケイ藻土質等の塗型は施されていない。

【００１９】前記下型３には、前記キャビティ５内に連
通する湯口８が形成してある。前記湯口８は、とりべ９
等から溶湯１０を受ける漏斗状の湯だまり１１と、この
湯だまり１１に連通する縦湯口１２と、この縦湯口１２
とキャビティ５内とを連通する湯道１３及び図外の堰か
ら構成してある。前記湯口８の湯だまり１１は通常の重
力鋳造の場合と同様に、キャビティ５よりも上側に配置
してある。また、前記下型３内には、ピストン（鋳物）
の肉厚部分を形成するキャビティ５に臨んで、押湯１４
が形成してある。

【００２０】１５は加圧装置である。この加圧装置１５
は、架台１６上に摺動可能に設けられたスライダ１７
と、このスライダ１７を摺動させる第１シリンダ装置１
８と、前記スライダ１７に固定された第２シリンダ装置
１９とを有している。

【００２１】前記第１シリンダ装置１８は架台１６上に
取付けられている。この第１シリンダ装置１８は進退動
作可能なロッド２０を備えており、このロッド２０はス
ライダ１７に連結してある。したがって、前記第１シリ
ンダ装置１８はロッド２０の進退動作でスライダ１７を
移動可能である。

【００２２】前記第２シリンダ装置１９は、進退動作す
るロッド２１及びこのロッド２１を案内する案内筒２２
を備えており、この案内筒２２はロッド２１を包蔵した
状態で金型１の側板２３を貫通して、金型１内に延びて
いる。尚、前記ロッド２１は第２シリンダ装置１９に対
して進退動作可能であるが、前記案内筒２２は第２シリ
ンダ装置に対して一体的に固定してある。

【００２３】前記第２シリンダ装置１９のロッド２１及
び案内筒２２は、常態にあっては、図２に示すようにそ
れらの先端２１ａ，２２ａがキャビティ５内に充填され
る溶湯１０の押湯１４に臨んでおり、前記第１シリンダ
装置１８及び第２シリンダ装置１９が作動することによ
って溶湯１０の押湯１４に挿入可能である。したがっ
て、前記ロッド２１及び案内筒２２は溶湯１０の押湯１
４に挿入されるピストンロッドとして機能することにな
る。

【００２４】斯かる構成の装置において、溶湯１０がと
りべ９等から湯口８に注がれ、金型１のキャビティ５内
に充填される（鋳込工程）。前記キャビティ５内への溶
湯１０の充填、即ち鋳込工程は、大気圧の下で行われ
る。したがって、キャビティ５内に充填された溶湯１０
に与えられる力は、キャビティ５よりも上側に位置する
湯口８内の溶湯に作用する重力よってのみ与えられるこ
とになる。

【００２５】次に、前記鋳込工程の後に、前記金型１の
キャビティ５内を溶湯の凝固の程度に応じて加圧して溶
湯を凝固させる（加圧工程）。この加圧工程はこの実施
の形態においてつぎの如くである。

【００２６】即ち、まず第１段階として、前記金型１の
キャビティ５表面近傍の溶湯１０が凝固し始めた時、溶
湯１０を２〜５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧する。この第
１段階の加圧開始時期は、キャビティ５の表面近傍に極
めて薄い凝固層が形成されるか、或いは凝固層ができな
い所謂粥状凝固で、固液共存相の状態の時で、具体的に
は鋳込工程完了後から５秒程度の間に開始される。ま
た、第１段階の加圧は、加圧装置１５の第１シリンダ装
置１８を作動させ、スライダ１７を第２シリンダ装置１
９と共に押圧し、第２シリンダ装置１９のロッド２１及
び案内筒２２を溶湯１０の押湯１４に挿入して行われる
（図３参照）。この場合の加圧速度は、１ｃｍ／秒程度
の緩速度で行われる。

【００２７】次に、第２段階として、前記第１段階の加
圧状態を保持した状態で、ピストン（鋳物）の厚肉部分
を形成するキャビティ５内の溶湯が凝固し始めた時、溶
湯１０を１０〜２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧する。こ
の第２段階の加圧開始時期は、ピストン（鋳物）の厚肉
部分を形成するキャビティ５の表面近傍に極めて薄い凝
固層が形成されるか、或いは凝固層ができない所謂粥状
凝固で、固液共存相の状態の時で、具体的には第１段階
の加圧の後１０秒程度の間に開始される。また、第２段
階の加圧は、加圧装置１５の第２シリンダ装置１９を作
動させ、この第２シリンダ装置１９のロッド２１を溶湯
１０の押湯１４に挿入して行われる（図４参照）。この
場合の加圧速度は、第１段階の加圧速度と同じか或いは
これよりも早い速度で行われる。

【００２８】この場合に、前記押湯１４は、従来からの
鋳造方案が教えるところによって、キャビティ５内の溶
湯１０が凝固するときの収縮によってピストン（製品）
に空洞が生ずることを防止するために設けられている。
したがって、前記押湯１４は、空洞の発生しやすいとこ
ろ、即ちピストン（鋳物）の肉厚部分を形成するキャビ
ティ５に臨んで設けられており、この押湯１４は鋳物の
キャビティ５内よりも後に凝固するから、この押湯１４
内に挿入されるピストンロッド、即ちロッド２１及び案
内筒２２によってキャビティ５内の溶湯１０が効果的に
加圧されるのである。

【００２９】尚、前記鋳込工程及び加圧工程において、
キャビティ５内の空気の一部または全部は、ポーラス状
に形成された上型２の気孔から排出される。

【００３０】したがって、前記加圧工程が溶湯１０の凝
固に応じた圧力で行われるから、即ち、溶湯１０の殆ど
が液相の状態では比較的低い圧力で加圧されて、溶湯１
０が高い圧力で加圧される時には溶湯１０の一部は特に
金型１のキャビティ５の表面近傍において凝固している
から、これによって、金型１０及び鋳造機等の剛性を格
別高くする必要がなく、鋳造精度の優れた鋳物を得るこ
とができる。

【００３１】また、前記上型２を焼結金属材料で形成し
たことにより、鋳込工程及び加圧工程においてキャビテ
ィ５内の空気が上型２の気孔から排出可能であるから、
ブローホール等の鋳造欠陥を生じることを未然に防止で
きると共に、前記上型２による賦形の精度、即ちピスト
ンの冠面形状の精度が高い鋳物を得ることができる。加
えて、前記上型２には塗型を用いないから、塗の厚さの
ばらつきによる形状精度のばらつきも有利に回避でき
る。

【００３２】図５及び図６は本発明の別の実施の形態を
適用する装置の図面で、この実施の形態が前記実施の形
態と変わるところは、溶湯の加圧工程を溶湯の押湯に作
用する空気圧によって行うようにした点である。尚、説
明にあたり、前記実施の形態と同一構成部分には同一符
号を付し、その重複する説明を省略する。

【００３３】即ち、本発明を適用するための装置は、溶
湯１０の押湯１４を対称位置に２箇所設け、この押湯１
４の上部に中空状の空気導入中子３１を設けてある。こ
の空気導入中子３１は上型２の外周に設けたリング中子
３２に取付けられ（図６参照）、その上端を平板状のア
ダプタ３３に固定してある。尚、３４は押湯１４を設け
るための押湯中子である。

【００３４】前記アダプタ３３には空気導入中子３２の
中空部に臨み、カプラ３５がねじ込み固定してある。前
記カプラ３５には配管３６が連結されており、この配管
３６は図外の圧縮機に連通している。また、前記配管３
６の途中にはバルブ３７が設けてある。

【００３５】斯かる構成によれば、金型１のキャビティ
５内に溶湯１０が充填される鋳込工程は前記実施の形態
と同様であり、大気圧の下で、図外の湯口から充填され
る。次に、前記鋳込工程の後、配管３６の途中に設けた
バルブ３７を所定量開いて図外の圧縮機から空気を空気
導入中子３１の中空内部に導き、押湯１４の上面を加圧
して溶湯１０を凝固させる（加圧工程）。この場合も、
前記実施の形態と同様に、溶湯１０を２〜５ｋｇ／ｃｍ
2 で加圧する第１段階と、１０〜２５ｋｇ／ｃｍ2 で加
圧する第２段階を以て加圧される。

【００３６】したがって、この実施の形態においては、
前記実施の形態で述べたと同様の作用効果が得られるの
に加え、溶湯１０を加圧するに際して、シリンダ装置等
の機械的に摺動する部分がないから、耐久性に優れ、保
守が容易な鋳造機とすることができる。

【００３７】以上、実施の形態を図面に基づいて説明し
たが、具体的構成はこの実施の形態に限られるものでは
なく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【００３８】例えば、図１及び図２に示す実施の形態に
おいて、第１シリンダ装置１８及び第２シリンダ装置１
９を用いて溶湯１０を加圧するようにしたが、シリンダ
装置を１個として、このシリンダ装置のロッドを押湯１
４内に進退動作させるようにしてもよい。

【００３９】また、図５及び図６に示す実施の形態にお
いて、溶湯１０の押湯１４を対称位置に２箇所設けた
が、押湯１４を１箇所に設ける構成としてもよい。

【００４０】また、キャビティ５内の溶湯１０を２段階
で加圧する実施の形態について述べたが、溶湯の凝固に
応じて連続的に増圧してもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、金型及び鋳造機等の剛性を格別高くする必要が
なく、鋳造精度の優れた鋳物を得ることが可能な鋳造方
法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を内燃機関用ピストンの鋳
造方法に適用するための装置を示す断面模式図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】加圧装置で第１段階の加圧をした状態を示す図
面である。

【図４】加圧装置で第２段階の加圧をした状態を示す図
面である。

【図５】本発明の別の実施例を示す図２と同様の図面で
ある。

【図６】空気導入中子を取付けた状態のリング中子の平
面図である。

【符号の説明】

１金型２上型３下型５キャビティ１０溶湯１４押湯２１ロッド（ピストンロッド）２２案内筒（ピストンロッド）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型に形成したキャビティ内に溶湯を大
気圧で充填する鋳込工程と、該鋳込工程後に、前記金型
のキャビティ内を溶湯の凝固の程度に応じて加圧して溶
湯を凝固させる加圧工程と、からなることを特徴とする
鋳物の鋳造方法。
【請求項２】前記溶湯の加圧工程は、前記金型のキャ
ビティ表面近傍の溶湯が凝固し始めた時、２〜５ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力で加圧する第１段階と、その後、鋳物の厚
肉部分を形成するキャビティ内の溶湯が凝固し始めた
時、１０〜２５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧する第２段階
とからなることを特徴とする、請求項１記載の鋳物の鋳
造方法。
【請求項３】前記溶湯の加圧工程は、前記溶湯の押湯
に挿入されるピストンロッドによって行われることを特
徴とする、請求項１乃至請求項２記載の鋳物の鋳造方
法。
【請求項４】前記溶湯の加圧工程は、前記溶湯の押湯
に作用する空気圧によって行われることを特徴とする、
請求項１乃至請求項２記載の鋳物の鋳造方法。
【請求項５】前記キャビティを形成した金型が、上型
と、湯口を形成した下型とを有し、前記上型が焼結金属
材で形成されてなることを特徴とする、請求項１乃至請
求項４記載の鋳物の鋳造方法。