特開 2020-99911 鋳造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-99911(P2020-99911A)

(43)【公開日】2020年7月2日

(54)【発明の名称】鋳造装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 18/04 20060101AFI20200605BHJP

   B22C 9/06 20060101ALI20200605BHJP

【ＦＩ】

   B22D18/04 A

   B22D18/04 Q

   B22C9/06 G

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-237843(P2018-237843)

(22)【出願日】2018年12月20日

(11)【特許番号】特許第6527632号(P6527632)

(45)【特許公報発行日】2019年6月5日

(71)【出願人】

【識別番号】000243434

【氏名又は名称】本田金属技術株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(72)【発明者】

【氏名】荒木 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】澤井 誠

(72)【発明者】

【氏名】石井 啓介

【テーマコード（参考）】

4E093

【Ｆターム（参考）】

4E093NA01

4E093NB02

4E093NB07

(57)【要約】

【課題】水を使用しない入子を備えた鋳造装置を提供する。
【解決手段】鋳造装置１０は、入子９０を備える金型２０と、この金型２０へ溶湯を供給する溶湯供給装置３０と、入子９０へ強制冷却用の気体を供給する気体供給機構４０とを備えている。入子９０は、金型用鋼より熱伝導率が格段に大きなタングステン製とし、ストレート通路より格段に通路長さが大きな渦巻き形又は蛇行形の気体通路を内蔵する。
【効果】本発明の入子は、通路を渦巻き形又は蛇行形とし、材質をタングステンなどの高い熱伝導率材とし、冷媒を気体にすることで、従来の水冷入子と遜色がないものとなった。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入子を備える金型と、この金型のキャビティへ溶湯を供給する溶湯供給装置と、前記入子へ強制冷却用の気体を供給する気体供給機構とを備えている鋳造装置であって、
前記入子は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末からなる燒結品であり、
この燒結品は、前記強制冷却用の気体を流す気体通路を内蔵していることを特徴とする鋳造装置。

【請求項2】

請求項１記載の鋳造装置であって、
前記気体通路は、渦巻き形又は蛇行形を呈していることを特徴とする鋳造装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２記載の鋳造装置であって、
前記気体通路の断面の一部は、前記入子の前記溶湯が接する面の近くに位置していることを特徴とする鋳造装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１記載の鋳造装置であって、
前記金型は、内燃機関のシリンダヘッドを鋳造するものであり、
前記入子は、燃焼室を形成するものであることを特徴とする鋳造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダヘッド及びピストン等の製造に好適な鋳造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、内燃機関の構成要素の一つであるシリンダヘッドは、鋳造法で製造される。鋳造法では、金型のキャビティにアルミニウム合金などの溶湯を注入し、溶湯の凝固が完了したら金型から取り出す。取り出されたものが、シリンダヘッドとなる。

【0003】

内燃機関における燃焼室の形状は、出力に大きく影響する。そのため、燃焼室の精度が要求される。
シリンダヘッドは燃焼室の一部を形成するため、その部分は精度、強度が要求される。

【0004】

シリンダヘッド用金型において、燃焼室形成部を冷却することが提案されている（例えば、特許文献１（図４、図５）参照）。
冷却することで、燃焼室形成部の熱変形及び凝固組織の粗大化を抑制することができる。熱変形がなければ、燃焼室の精度を高めることができる。また、冷却することで、鋳物の組織を緻密にし強度を高くすることができる。

【0005】

従来のシリンダヘッド用金型の下型を、図１２に基づいて説明する。
図１２（ａ）に示すように、シリンダヘッド用金型の下型２００には、入子２０１が取り付けられる。この入子２０１には、冷却通路２０２が設けられている。
図１２（ａ）のｂ矢視図である図１２（ｂ）に示すように、冷却通路２０２は、ロングドリルで開けられ、両端がプラグ２０３で塞がれることで、形成される。このような冷却通路２０２は、「ストレート流路」と呼ばれる。
冷却通路２０２に、水を流すことで、入子２０１の温度上昇を防止する。

【0006】

同様に、入子を使用してシリンダヘッドを鋳造する技術が、特許文献２に開示されている。
特許文献２は、低圧鋳造方法において、加圧開始から燃焼室部分の凝固が完了するまで入子を水令し、凝固が完了した後は入子を空冷することで、燃焼室部分の組織を緻密化させる技術に関する（特許文献２、段落００３０、００３１）。

【0007】

この特許文献２には、次に述べる問題点が存在する。
水又は空気を流す冷却媒体通路において、空気を水に切り替えると、暫くは空気混じりの水が流れる。空気は冷却能力が低いため、水が１００％になるまで、水を流し続ける必要がある。安定するまで、待たなければならないので、生産効率が低下する。

【0008】

また、管内に存在する水と水との間に空気が介在すると、水が流れにくくなることが知られている。空気が圧縮性流体であるため、入側の水の圧力が出側の水にうまく伝わらないからである。そこで、水等の液体を流す管には、空気抜き弁を設け、空気を排出する構造が採用される。
しかし、図１２（ａ）に示す冷却通路２０２は、最上位にあるため、空気を容易に抜くことはできない。
よって、１つの冷却媒体通路に水と空気を交互に流すという特許文献２の技術は、推奨されない。

【0009】

また、特許文献１及び特許文献２の技術には、次に述べる共通の問題点が存在する。
図１２に示す冷却通路２０２の内壁面に、水に含まれる成分（カルシウムなど）が酸化物や水酸化物に変化した形態で付着する。この付着物は鉄などの金属より、格段に熱伝導率が小さい。熱伝導率が小さいと、水で入子２０１を十分に冷却することができなくなり、入子２０１の溶損が心配される。

【0010】

そこで、入子の冷却に水を使用しない鋳造技術が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第３６３６１０８号公報

【特許文献2】特開２０１１−２３５３３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、水を使用しない入子を備えた鋳造装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

請求項１に係る発明は、入子を備える金型と、この金型のキャビティへ溶湯を供給する溶湯供給装置と、前記入子へ強制冷却用の気体を供給する気体供給機構とを備えている鋳造装置であって、
前記入子は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末からなる燒結品であり、
この燒結品は、前記強制冷却用の気体を流す気体通路を内蔵していることを特徴とする。

【0014】

請求項２に係る発明は、請求項１記載の鋳造装置であって、
前記気体通路は、渦巻き形又は蛇行形を呈していることを特徴とする。

【0015】

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の鋳造装置であって、
前記気体通路の断面の一部は、前記入子の前記溶湯が接する面の近くに位置していることを特徴とする。

【0016】

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１記載の鋳造装置であって、
前記金型は、内燃機関のシリンダヘッドを鋳造するものであり、
前記入子は、燃焼室を形成するものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

請求項１に係る発明では、金型用鋼より格段に熱伝導率が大きいタングステン、モリブデン又はタングステンカーバイドで入子を作製した。加えて、入子に気体通路を内蔵した。
よって、本発明により、水を使用しないで気体のみを使用する入子を備えた低圧鋳造装置が提供される。

【0018】

請求項２に係る発明では、気体通路は、渦巻き形又は蛇行形とした。
従来の入子が、１本のストレート通路に水を流す金型用鋼製であったものを、本発明の入子は、通路を渦巻き形又は蛇行形とし、材質をタングステンなどの高い熱伝導率材とし、冷媒を気体にすることで、従来の水冷入子と遜色がないものとなった。

【0019】

請求項３に係る発明では、気体通路の断面の一部は、入子の溶湯が接する面の近くに位置している。
入子において、溶湯が接する面が最も高温になる。気体通路が入子の溶湯が接する面の近くまで延びているため、入子は効果的に冷却される。

【0020】

請求項４に係る発明では、本発明を内燃機関のシリンダヘッドに適用した。
本発明により、空冷入子の鋳造法でありながら、燃焼室が緻密な組織で構成されたシリンダヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る鋳造装置の原理図である。

【図2】シリンダヘッドの断面図である。

【図3】内燃機関の断面図である。

【図4】入子の断面図である。

【図5】図５（ａ）は図４の５ａ−５ａ線断面図、図５（ｂ）は比較例を説明する図、図５（ｃ）は変更例を説明する図である。

【図6】入子の製造工程を説明する図である。

【図7】入子の製造工程を説明する図である。

【図8】入子の製造工程を説明する図である。

【図9】入子の金属組織を説明する図である。

【図10】渦巻き形気体通路の優位性を説明する図である。

【図11】ＤＡＳＩＩの測定結果を説明する図である。

【図12】図１２（ａ）は従来のシリンダヘッド用金型の下型の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のｂ矢視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１に示すように、鋳造装置１０は、入子９０を備える金型２０と、この金型２０へ溶湯３２を供給する溶湯供給装置３０と、入子９０へ強制冷却用の気体を供給する気体供給機構４０とを備えている。
気体供給機構４０で供給する気体は、空気、窒素、二酸化炭素又は同等のガスの何れでもよく、種類は問わない。

【0023】

金型２０は、例えば、下型２１と、左右にスライドする左サイド型２２及び右サイド型２３と、左サイド型２２及び右サイド型２３に載せる上型２４と、下型２１の上面中央に載せられた入子９０と、この入子９０と左サイド型２２に渡される崩壊中子２５と、入子９０と右サイド型２３に渡される崩壊中子２６とからなる。

【0024】

溶湯供給装置３０は、例えば、ヒータを内蔵する炉体３１と、この炉体３１で囲われ溶湯３２を貯える鍋３３と、この溶湯３２に上から差し込まれるストーク（導管）３４と、鍋３３の上部に圧縮気体を送る送気管３５とを備えている。送気管３５から（大気圧＋５０ｋＰａ）程度の圧力の気体を送る。すると、溶湯３２は押し下げられる。この押し下げに伴って溶湯３２の一部がストーク３４内を上昇し、金型２０内のキャビティ２７に供給される。

【0025】

（大気圧＋５０ｋＰａ）は、ダイカスト圧力より格段に低いため、この鋳造法は低加圧鋳造と呼ばれるが、「加」を省いて、低圧鋳造とも呼ばれる。本書では、低圧鋳造の呼称を採用した。

【0026】

気体供給機構４０は、例えば、コンプレッサや圧縮気体タンクのような圧縮気体源４１と、この圧縮気体源４１から入子９０まで圧縮気体を送る気体供給管４２と、入子９０から用済みの気体を排出する気体排出管４３とを備えている。
気体供給管４２に、ストップ弁４４及び流量調節弁４５を備えており、所望の流速又は流量の気体を入子９０へ供給することができる。

【0027】

このような構成の鋳造装置１０において、入子９０を気体で強制冷却しつつ、溶湯供給装置３０でキャビティ２７へ溶湯３２を供給することで、鋳造品を得ることができる。
鋳造品は、内燃機関のシリンダヘッド５０を例に説明する。ただし、鋳造品はシリンダヘッド５０に限定されるものではない。

【0028】

図２に示すように、鋳造品としてのシリンダヘッド５０は、上部に動弁機構（図３、符号７０）を収納する凹部５１を有し、下部中央に燃焼室５２を有し、左側に吸気通路５３を有し、右側に排気通路５４を有する。

【0029】

燃焼室５２は、入子（図１、符号９０）で形成される。
崩壊中子（図１、符号２５）は溶湯の凝固が完了したら、壊されて掻きだされる。得られた空洞が吸気通路５３となる。
同様に、崩壊中子（図１、符号２６）で、排気通路５４が形成される。

【0030】

シリンダヘッド５０を含む内燃機関６０を、図３に基づいて説明する。
図３に示すように、内燃機関６０は、シリンダブロック６１と、このシリンダブロック６１に載っているシリンダヘッド５０と、このシリンダヘッド５０の上面を覆うヘッドカバー６３とを有する。
シリンダヘッド５０の吸気通路５３及び排気通路５４は、動弁機構７０により開閉される。

【0031】

動弁機構７０は、吸気通路５３を開閉する吸気バルブ７１と、この吸気バルブ７１を閉じ側へ付勢する吸気側ばね７２と、吸気バルブ７１を開側へ押す吸気側ロッカアーム７３と、この吸気側ロッカアーム７３を支える吸気側ロッカアーム軸７４と、この吸気側ロッカアーム軸７４を揺動するカム軸７５と、排気通路５４を開閉する排気バルブ７６と、この排気バルブ７６を閉じ側へ付勢する排気側ばね７７と、排気バルブ７６を開側へ押す排気側ロッカアーム７８と、排気側ロッカアーム７８を支える排気側ロッカアーム軸７９とからなる。排気側ロッカアーム７８もカム軸７５で揺動される。

【0032】

吸気バルブ７１と排気バルブ７６の下方が燃焼室（正確には、燃焼室頂部）５２となる。
吸気側ばね座８２や排気側ばね座８３は、鋳造品に機械加工を施すことで形成される。
吸気側バルブシート８４や、その上方に配置される吸気側バルブガイド８５や、排気側バルブシート８６や、その上方に配置される排気側バルブガイド８７は、鋳造品に機械加工を施した後に、鋳造品に嵌められる。

【0033】

燃焼室５２は、高温の燃焼ガスに晒されるため、他の部位よりも、高温強度が要求される。入子９０で冷却することで、燃焼室５２の金属組織を緻密化することができる。緻密化すると強度が高まることが知られている。

【0034】

図４に示すように、入子９０は、第１横穴９１と、この第１横穴９１から斜めに延びる第１縦穴９２と、この第１縦穴９２に続く入口９３ａと、この入口９３ａから延びる気体通路９３と、この気体通路９３の出口９３ｂと、この出口９３ｂから下がる第２縦穴９４と、この第２縦穴９４から延びる第２横穴９５とを備えている。

【0035】

気体通路９３は、縦長矩形又は長円断面を呈し、上端は入子９０の上表面の近傍に達している。入子９０の上表面は溶湯と接する面である。上表面の近傍に達する気体通路９３に冷媒を流すことにより、入子９０で最も高温になる上表面を効果的に冷却することができる。

【0036】

すなわち、気体通路９３の断面の一部は、入子９０の溶湯が接する面（この例では上表面）の近くに位置している。入子９０において、溶湯が接する面が最も高温になる。気体通路９３が入子９０の溶湯が接する面の近くまで延びているため、入子９０は効果的に冷却される。

【0037】

図５（ａ）は図４の５ａ−５ａ線断面図であり、気体通路９３は、渦巻き形を呈している。
図５（ｂ）は、比較例を示し、入子２２１は、ロングドリルで穿けられたストレート通路２２２の両端がプラグ２２３で塞がれている。
また、図５（ｃ）は、本発明に係る変更例を示し、気体通路９３は、蛇行形を呈している。

【0038】

図５（ｂ）に示すストレート通路２２２において、入口２２２ａと出口２２２ｂとの間の距離をＬとする。入口２２２ａとプラグ２２３との間は冷媒溜まりとなり、冷却に殆ど貢献しない。出口２２２ｂとプラグ２２３との間も同様である。よって、距離Ｌが冷却に寄与する長さとなる。
図５（ａ）に示す気体通路９３のうち、入口９３ａと出口９３ｂとの間の距離は、概ね、７×Ｌであった。
また、図５（ｃ）に示す気体通路９３は、入口９３ａと出口９３ｂとの間の距離が、概ね、６×Ｌであった。

【0039】

渦巻き形や蛇行形を呈する気体通路９３は、従来のストレート通路２２２の６〜７倍の長さにすることができた。
ただし、渦巻き形や蛇行形を呈する気体通路９３の形成は、容易ではない。そこで、渦巻き形を呈する気体通路９３の形成方法を、図６〜図９に基づいて説明する。

【0040】

図６（ａ）に示すように、第１ダイ１０１と、この第１ダイ１０１に下から嵌める第１下パンチ１０２と、この第１下パンチ１０２の上方に配置する第１上パンチ１０３とからなる第１成形型１００を準備する。そして、第１ダイ１０１に、タングステンを主材料とする粉末としての金属混合粉１０４を投入する。

【0041】

金属混合粉１０４は、主材料としてのタングステン粉末１０５と、補助材料としてのニッケル粉末１０６との混合物が好適である。なお、主材料はタングステン粉末の他、モリブデン粉末やタングステンカーバイド粉末であってもよいし、これらの混合物であってもよい。
混合割合としては、主材料が８０〜９９質量％、残部が補助材料であればよい。

【0042】

図６（ｂ）にて、第１ダイ１０１内の金属混合粉１０４を、第１下パンチ１０２と第１上パンチ１０３で圧縮する。
以上により、図６（ｃ）に示す第１圧粉成形体１０７が得られる。
次に、図６（ｄ）に示すように、第１圧粉成形体１０７に、下へ開放されている溝状の気体通路９３を機械加工により形成する。
尚、第１上パンチ１０３に溝状の気体通路を形成する凸部を設け圧縮時に気体通路９３を同時に造ることも可能である。

【0043】

図７（ａ）に示すように、第２ダイ１１１と、この第２ダイ１１１に下から嵌める第２下パンチ１１２と、この第２下パンチ１１２の上方に配置する第２上パンチ１１３とからなる第２成形型１１０を準備する。そして、第２ダイ１１１に、金属混合粉１０４を投入する。
金属混合粉１０４は、第１圧粉成形体（図６、符号１０７）の構成要素と同材とする。

【0044】

図７（ｂ）にて、第２ダイ１１１内の金属混合粉１０４を、第２下パンチ１１２と第２上パンチ１１３で圧縮する。
以上により、図７（ｃ）に示す第２圧粉成形体１１４が得られる。

【0045】

図７（ｄ）に示すように、第２圧粉成形体１１４に、機械加工により、長い第１横穴９１と、この第１横穴９１の先端から立ち上がる第１縦穴９２と、第１横穴９１の反対側に設けられる短い第２横穴９５と、この第２横穴９５の先端から立ち上がる第２縦穴９４とを形成する。

【0046】

次に、図８（ａ）に示すように、第２圧粉成形体１１４に第１圧粉成形体１０７を重ねる。第１圧粉成形体１０７と第２圧粉成形体１１４の境目が境界１１７となる。
得られた重畳体１１８は、第１縦穴９２が気体通路９３の入口９３ａに繋がり、第２縦穴９４が気体通路９３の出口９３ｂに繋がっている。

【0047】

次に、図８（ｂ）に示すように、重畳体１１８を焼結炉１２０に入れ、液相焼結処理を施す。
焼結炉１２０は、例えば、円筒の容器１２１と、この容器１２１に内張りされた断熱材１２２と、容器１２１内に配置されるヒータ１２３と、容器１２１内を真空排気する真空ポンプ１２４とからなる。

【0048】

真空ポンプ１２４で真空引きされると、大気圧が容器１２１の外周面に掛かる。容器１２１が円筒であるため、潰れる心配はない。炭素（カーボン）は大気中では燃えるが、真空中では燃えない。よって、断熱材１２２にカーボンファイバーを使用し、ヒータ１２３に炭素棒を使用することができる。炭素棒は通電するだけで赤熱しヒータの役割を果たす。

【0049】

なお、液相焼結処理は、真空中の他、不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス）雰囲気で実施してもよい。よって、焼結炉１２０は、真空式焼結設備に限定されない。

【0050】

液相焼結法とは、焼結中に一部の成分が溶解し、液相混在の状態で進行する処理法である。実施例に基づいて再度説明を試みる。
タングステンの融点は、３３８０℃であり、ニッケルの融点は、１４５３℃である。容器１２１内を真空状態にした上で、ヒータ１２３により１５００℃程度に保つ。
すると、低融点側のニッケル粉末が液相化し、高融点側のタングステン粉末は固相のままで、液相混在の状態による液相焼結が進行する。

【0051】

以上により、図９（ａ）に示すタングステン系又はこれに類する焼結品としての入子９０が得られる。
この入子９０では、気体を、第１横穴９１に供給すると、この気体は第１縦穴９２を介して気体通路９３に進入し、気体通路９３を通る間に入子９０を隅々まで冷却する。温まった気体は、出口９３ｂ、第２縦穴９４、第２横穴９５を介して排出される。

【0052】

図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ部拡大図であり、入子９０の一般部の断面を示す。タングステン粒子９６は、ニッケル溶融物９７で隙間が埋められるようにして、焼結される。
図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ部拡大図であり、出口９３ｂと第２縦穴９４との境界付近、すなわち境界（図８、符号１１７）を示す。図９（ｂ）と同一であって、タングステン粒子９６は、ニッケル溶融物９７で隙間が埋められるようにして、焼結される。

【0053】

仮に、図示せぬ通常のＡ焼結品とＢ焼結品とを重ね、再度焼結接合すると、Ａ焼結品とＢ焼結品との境界に不可避的に境界層ができる。２回実施した焼結で発生した境界層は、強度低下の要因となり好ましくない。
対して、本実施例では、焼結は１回のみ実施するため、境界層はできない。すなわち、図８（ａ）に示す第１圧粉成形体１０７と第２圧粉成形体１１４の境界１１７が消失した上に、この接合部位が一般部と同じ形態で液相焼結され、有害な境界層ができない。

【0054】

このように、本発明に係る入子９０には、図９（ａ）〜図９（ｃ）で説明したように、境界層そのものが存在しない。結果、機械的強度は十分に高くなる。境界層は熱伝導を妨げるが、本発明に係る入子９０は、境界層そのものが存在しないため、高い熱伝導性が維持される。

【0055】

以上に述べた入子９０の優位性を、実験により確認した。その内容を以下に説明する。
○実験１：
・実験の目的：ストレート通路に対する渦巻き形の気体通路の優位性を確かめる。
・実験設備：図１に示す低圧鋳造装置
・実施例での入子：
・・タングステン燒結品
・・渦巻き形の気体通路
・比較例での入子：
・・タングステン燒結品
・・ストレート通路
・冷媒：実施例、比較例とも空気
・溶湯：アルミニウム合金（ＡＣ２Ｂ）

【0056】

図１０（ａ）に示すように、渦巻き形の気体通路９３を有する入子９０を備えた金型から鋳造品（シリンダヘッド５０）を外した。直後に、赤外線温度計（又は輻射温度計）１２５で、入子９０の中央（プラグ座５５に対応する部位）を測温し、温度Ｔａを得た。
また、図１０（ｂ）示すように、ストレート通路２２２を有する入子２２１を備えた金型から鋳造品５０を外した。直後に、赤外線温度計１２５で、入子２２１の中央を測温し、温度Ｔｂを得た。

【0057】

図１０（ｃ）に示すように、Ｔａ（実施例）は、３４１℃であった。対して、Ｔｂ（比較例）は、５０９℃であった。
ストレート通路を渦巻き形の気体通路に変更することにより、入子９０の温度を大幅に下げることができた。
実施例と比較例において、入子の材質（タングステン）、冷媒（気体）は共通であり、冷媒通路又は気体通路の長さだけが異なる。通路長さの差により、実施例では大幅に温度を下げることができた。

【0058】

○実験２：
・実験の目的：ＤＡＳＩＩが小さくなることを確かめる。
ＤＡＳＩＩは、デンドライト二次アーム間隔（Ｄｅｎｄｒｉｔｅ Ａｒｍ Ｓｐａｃｉｎｇ ＩＩ）の略号である。ＤＡＳＩＩは、サンプルのカット面を、顕微鏡で観察し測定することで得られる。ＤＡＳＩＩは、凝固組織の大きさでを示し、組織の緻密さを判断する値の一つである。

【0059】

・実験設備：図１に示す低圧鋳造装置
・実施例での入子：
・・タングステン燒結品
・・渦巻き形の通路
・・冷媒：気体（空気）
・比較例での入子：
・・タングステン燒結品
・・ストレート形の通路
・・冷媒：なし
・溶湯：アルミニウム合金（ＡＣ２Ｂ）

【0060】

図１１（ａ）に示すように、渦巻き形の気体通路９３を有する入子９０を備えた金型から鋳造品を外した。得られた鋳造品のプラグ座５５近傍から、サンプルを取得し、このサンプルを顕微鏡で拡大し、ＤＡＳＩＩを複数箇所測定した。
また、図１１（ｂ）示すように、ストレート通路２２２を有するが、実質無冷却の入子２２１を備えた金型から鋳造品を外した。得られた鋳造品のプラグ座５５近傍から、サンプルを取得し、このサンプルを顕微鏡で拡大し、ＤＡＳＩＩを複数箇所測定した。

【0061】

図１１（ｃ）に示すように、実施例では、ＤＡＳＩＩは、最小値が２２．６μｍであり、最大値が２７．８μｍであり、平均値は２６．１μｍであった。
対して、比較例では、ＤＡＳＩＩは、最小値が３４．１μｍであり、最大値が４１．７μｍであり、平均値は３８．１μｍであった。

【0062】

燃焼室におけるＤＡＳＩＩは、３５μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下にすることが求められている。本実施例では、最大値が２７．８μｍであり、十分に要求を満たしている。

【0063】

尚、一般の入子は、鋳鋼又は金型用鋼とされる。鋳鋼又は金型用鋼の熱伝導率は、約５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
対して、本発明で採用したタングステンの熱伝導率は、１７７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。 タングステンの方が、熱伝導率が３．５倍程度大きいため、冷却効率が良くなり、少量の気体で入子９０を十分に且つ隅々まで冷やすことができる。

【0064】

炭素鋼（Ｆｅ）は融点が１５４０℃、熱伝導率が約５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
対してタングステンは融点が３４００℃、熱伝導率が１７７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
また、モリブデンは融点が２６２０℃、熱伝導率が１３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
また、タングステンカーバイドは融点が２８７０℃、熱伝導率が８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

【0065】

本発明者が、試作したところ、モリブデン系焼結品及びタングステンカーバイド焼結品も鋼より熱伝導率が高く、溶損に強いことが確認できた。
よって、タングステン粉末をモリブデン粉末に変更することでモリブデン系焼結品を得ることや、タングステン粉末をタングステンカーバイド粉末に変更することでタングステンカーバイド系焼結品を得るようにしてもよい。

【0066】

また、本発明の鋳造装置１０で得る鋳造品は、シリンダヘッド５０の他、ピストン中子や、ピストントップコアであってもよく、シリンダヘッド５０に限定されるものではない。

【0067】

また、本発明の鋳造装置１０は、実施例では低圧鋳造装置としたが、重力鋳造、高圧鋳造、砂型鋳造であってもく、低圧鋳造に限定されるもではない。

【0068】

また、気体通路９３は、実施例では渦巻き形又は蛇行形としたが、直線形よりも冷却長さが稼げる形状であればよく、Ｕ字形、円形、平面形、フィン形などでもよく、渦巻き形や蛇行形に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、シリンダヘッド及びピストン等を鋳造する鋳造装置に好適である。

【符号の説明】

【0070】

１０…鋳造装置、２０…金型、２７…キャビティ、３０…溶湯供給装置、３２…溶湯、４０…気体供給機構、５０…シリンダヘッド、５２…燃焼室、６０…内燃機関、９０…入子、９３…気体通路、１０５…タングステン粉末。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2019年3月25日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

同様に、入子を使用してシリンダヘッドを鋳造する技術が、特許文献２に開示されている。
特許文献２は、低圧鋳造方法において、加圧開始から燃焼室部分の凝固が完了するまで入子を水冷し、凝固が完了した後は入子を空冷することで、燃焼室部分の組織を緻密化させる技術に関する（特許文献２、段落００３０、００３１）。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0051】

以上により、図９（ａ）に示す焼結品としての入子９０が得られる。
この入子９０では、気体を、第１横穴９１に供給すると、この気体は第１縦穴９２を介して気体通路９３に進入し、気体通路９３を通る間に入子９０を隅々まで冷却する。温まった気体は、出口９３ｂ、第２縦穴９４、第２横穴９５を介して排出される。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0058】

○実験２：
・実験の目的：ＤＡＳＩＩが小さくなることを確かめる。
ＤＡＳＩＩは、デンドライト二次アーム間隔（Ｄｅｎｄｒｉｔｅ Ａｒｍ Ｓｐａｃｉｎｇ ＩＩ）の略号である。ＤＡＳＩＩは、サンプルのカット面を、顕微鏡で観察し測定することで得られる。ＤＡＳＩＩは、凝固組織の大きさを示し、組織の緻密さを判断する値の一つである。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0065】

本発明者が、試作したところ、モリブデン焼結品及びタングステンカーバイド焼結品も鋼より熱伝導率が高く、溶損に強いことが確認できた。
よって、タングステン粉末をモリブデン粉末に変更することでモリブデン焼結品を得ることや、タングステン粉末をタングステンカーバイド粉末に変更することでタングステンカーバイド焼結品を得るようにしてもよい。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0067】

また、本発明の鋳造装置１０は、実施例では低圧鋳造装置としたが、重力鋳造、高圧鋳造、砂型鋳造であってもよく、低圧鋳造に限定されるものではない。