JP3545538B2 - 鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法係り、詳しくは厚さ２ｍｍ以下の扁平な穴（孔）を鋳抜く際に好適な鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダブロックはエンジンを構成する基本部品であり、ピストンの往復運動のガイド、クランクシャフトの支持、シリンダの冷却等が主な役割となる。そして、シリンダの冷却のためにウォータジャケットがシリンダボアの周囲に配設されている。
【０００３】
エンジンの軽量化及び小型化のため、シリンダボア間の区画壁の厚さをできるだけ小さくし（８〜１１ｍｍ）、ボア間にウォータジャケットを設けない、いわゆるサイアミーズタイプのシリンダブロックが近年多く採用されている。このエンジンブロックではボア間に冷却水が流れないため、フルジャケットタイプに比較してボア間の冷却が不十分となる。
【０００４】
ボア間の冷却が不十分だと壁温の上昇によってボアが歪み、燃焼室にオイルパンのオイルが回り込み、ガスとなって排出されるという不都合がある。また、ボア壁温の上昇が大きいと排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ ）やスモークが多くなるという問題もある。
【０００５】
ウォータジャケットはシリンダブロックを鋳造で形成する際の中子により形成される。従って、ウォータジャケット用中子にボア間を鋳抜くための薄肉部を一体に形成して、シリンダブロックの鋳造の際に冷却水通過用の扁平な孔をボア間に形成できればよい。しかし、従来の中子を使用した場合、高温（ほぼ１４００°Ｃ）での鋳造時の差し込み（目差し）、クラック等の発生を防止して歩留まり良くシリンダブロックを鋳造することができる中子の厚さはほぼ２．２ｍｍが限度であった。また、鋳抜きにより小径がほぼ２．２ｍｍの孔の形成が可能な中子は、取り扱い時に薄肉部が損傷するのを防止するため取り扱いに細心の注意を必要とし、作業性が悪いという問題もある。
【０００６】
本願発明者は前記の問題を解消してサイアミーズタイプのシリンダブロックのボア間に、従来のウォータジャケット用中子を使用した成形方法では形成することができない冷却水通過用の扁平な孔を鋳抜く方法を発明した。その発明ではウォータジャケット用中子本体と、シリンダボア間の鋳抜き箇所を構成する中子ピースとを別の材料で形成する。そのため、１．０〜２．０ｍｍの厚さの扁平な中子ピースを製造する必要がある。
【０００７】
板状の中子ピースの製造方法として、従来シェルモールド法が実施されている。この方法では図１１に示すように、ヒータ６１を備えた金型６２をタンク６３の下方に配置する。そして、タンク６３内に充填されたシェル砂（コーテッドサンド）６４を圧縮空気の圧力で吹込口６５から加熱された金型６２内に形成されたピース形状の空間６２ａ内に吹き込んで中子ピースを形成する。そして、シェル砂６４を所定時間焼成して表面のフェノール樹脂を粘結、硬化させた後、離型して中子ピースを取り出す。金型６２の加熱方法にはガスで加熱する方法もある。
【０００８】
シェルモールド法以外の方法として、コールドボックス法と呼ばれる方法もある。この方法では金型を加熱せずにコーテッドサンドを金型空間に吹き込んで充填した後に、硬化ガス（トリエチルアミンガス）を吹き込んで硬化させて中子ピース形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の製造方法は中子ピースの厚さが７〜８ｍｍ程度までは品質の安定した中子ピースが得られる。しかし、本発明が目的とする厚さが２ｍｍ以下の薄い中子ピースの場合には適用が難しい。
【００１０】
なぜならば、シェルモールド法の場合は金型６２が加熱された状態で非常に狭い空間にシェル砂が吹き込まれるため、金型６２の壁面にシェル砂が付着し、十分に充填されないまま硬化してしまう場合が多く発生する。また、コールドボックス法でコールドボックス法の特徴であるコーテッドサンドの流動性の悪さが充填不良につながり、所定の形状の中子ピースを歩留まり良く製造するのが難しい。
【００１１】
本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたものであってその目的は、２ｍｍ以下の厚さの扁平な中子ピースを歩留まり良く製造することができる鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、中子ピースの材料であるレジンコーテッドサンドを、上方が開放されるとともに深さが中子ピースの厚さに対応する複数の型部を備えた金型の各型部から溢れる状態で供給する材料供給工程と、型部に供給されたレジンコーテッドサンドを押圧する押圧工程と、押圧後も型部から溢れているレジンコーテッドサンドを除去する除去工程と、前記除去工程を経た金型内のレジンコーテッドサンドを焼成する焼成工程と、焼成後のレジンコーテッドサンドを金型と共に冷却する冷却工程と、冷却後に中子ピースを金型から外す型外し工程とを備えた。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記金型は型部が透孔として形成された金型本体と、金型本体と当接する底プレートとを備えている。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記押圧工程はローラを前記金型の上面に沿って加圧しながら相対移動させる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記焼成工程は金型の開放側に金属製の伝熱プレートを配置し、その状態で金型及び伝熱プレートを加熱プレートで挟持して加熱することにより行われる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記金型及び伝熱プレートの材質をアルミニウムとした。
請求項６に記載の発明では、中子ピースの材料が充填される型部を有する本体側金型と、前記型部の開放部を覆う蓋側金型とを型合わせした状態で金型の型部内にレジンコーテッドサンドを吹き込み充填する充填工程と、金型を加熱して充填されたレジンコーテッドサンドを焼成する焼成工程と、前記本体側金型と蓋側金型とを分離する金型分離工程と、分離後の本体側金型を圧縮気体噴射ノズルと接続して型部に向けて気体を吹き込んで中子ピースを型部から外す型外し工程とを備えた。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記レジンコーテッドサンドは骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素を使用し、副材料として少なくともＡｌ２Ｏ３ 又はＡｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいセラミックを含んでいる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、前記型部の形状をシリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状とした。
【００１８】
請求項１〜請求項５に記載の発明では、材料供給工程で中子ピースの材料であるレジンコーテッドサンドが、上方が開放された複数の型部を備えた金型の各型部から溢れる状態で供給される。次に型部に供給されたレジンコーテッドサンドが押圧工程で押圧された後、除去工程で押圧後も型部から溢れているレジンコーテッドサンドが除去される。除去工程を経た金型内のレジンコーテッドサンドは、焼成工程で焼成され、焼成後のレジンコーテッドサンドが金型と共に冷却される。そして、冷却後に型外し工程で中子ピースが金型から外されて中子ピースの製造が完了する。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、前記金型は型部が透孔として形成された金型本体と、金型本体と当接する底プレートとを備えているため、型外し工程の作業が容易となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、押圧工程でローラが前記金型の上面に沿って加圧されながら相対移動され、レジンコーテッドサンドが均一な圧力で型部内に押し込まれる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記焼成工程に先立って金型の開放側に金属製の伝熱プレートが配置される。そして、焼成工程では金型及び伝熱プレートが加熱プレートで挟持された状態で加熱が行われる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記金型及び伝熱プレートの材質がアルミニウムのため、熱伝導が良くなって焼成時間が短縮される。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、金型は中子ピースの材料が充填される型部を有する本体側金型と、前記型部の開放部を覆う蓋側金型とを備えている。そして、充填工程では本体側金型と蓋側金型とを型合わせした状態で金型の型部内にレジンコーテッドサンドが吹き込まれる。充填後、焼成工程で金型が加熱されて充填されたレジンコーテッドサンドが焼成される。次に本体側金型と蓋側金型とが分離される。型外し工程では、分離後の本体側金型が圧縮気体噴射ノズルと接続され、型部に向けて気体が吹き込まれるので中子ピースは均一な力を受けて型部から円滑に外される。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、レジンコーテッドサンドは骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素を使用し、副材料として少なくともＡｌ２Ｏ３ 又はＡｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいセラミックを含んでいる。従って、鋳鉄の鋳造のように１４００°Ｃ前後の高温の溶湯に対しても焼付き、目差しの発生が防止され、鋳造後に目的の形状が得られる。また、鋳造後の砂の崩壊性が良い。
【００２５】
請求項８に記載の発明では、シリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状の中子ピースが得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明をエンジンのシリンダボア間鋳抜き孔成形用中子ピースを製造する場合に具体化した第１の実施の形態を図１〜図４に従って説明する。
【００２７】
図３はエンジンのシリンダブロックの製造時に使用するウォータジャケット用中子の概略斜視図である。図３に示すように、ウォータジャケット用中子１はウォータジャケット用中子本体２と、隣接するシリンダボア間の区画壁に冷却水通過用の孔を形成するための中子ピース３とから構成されている。ウォータジャケット用中子本体２には、隣接するシリンダボア間と対応する上部の互いに対向する位置に、それぞれ上方及び側方が開放された一対の嵌合溝４が形成されている。中子ピース３はその両端が嵌合溝４に嵌合されて、隣接するシリンダボア間と対応する所定位置に配置されている。
【００２８】
図４に示すように、中子ピース３は上縁の中央部に凸部３ａが形成され、下縁３ｂがアーチ状に形成されている。中子ピース３はその幅（上縁と下縁との距離）Ｗが中央付近に比較して両端側において大きくなるように形成されている。中子ピース３は厚さｔが１．０〜１．８ｍｍに形成されている。中子ピース３はその上縁両端がウォータジャケット用中子本体２の上面と同一面上に位置するようにウォータジャケット用中子本体２に取り付けられている。
【００２９】
また、ウォータジャケット用中子本体２には、各中子ピース３の両端上部と対応する位置、即ち嵌合溝４の近傍に凸部５がそれぞれ上側に向かって突設されている。この凸部５はシリンダブラケットの鋳造後、中子ピース３によりボア間に冷却水通過用の孔が確実に鋳抜かれているか否かの確認のために使用する孔を形成するためのものである。
【００３０】
前記のように構成されたウォータジャケット用中子１は、他の中子とアッセンブリーされた後、鋳型内に収納される。その状態で１４００°Ｃ前後に加熱された鋳鉄が鋳型内に流し込まれる。そして、数十分後に型ばらしが行われる。その後、鋳物表面に付着している型砂や内部空間に残留している中子砂の除去が行われる。中子砂の除去は主にショットブラストにより行われるが、中子ピース３の部分は隙間が狭いため、ショットブラストでは難しい。そこで、中子ピース３の砂の除去は圧縮空気の吹き付けにより行われる。
【００３１】
ウォータジャケット用中子本体２の材料には従来と同様な中子砂、例えばレジン含有量２％程度のレジンコーテッドサンド（シェル砂）が使用される。
一方、中子ピース３の材料にはウォータジャケット用中子本体２の材料と別の材料が使用されている。中子ピース３の材料には１４００°Ｃ前後の鋳鉄が鋳込まれた時に、焼付き及び目差しが発生しないこと、熱衝撃によるクラックの発生を防止できる高強度であること及び低膨張性であることの要件と、常温での中子ピース３の取り扱い時に中子ピース３が損傷しない強度を有することの要件を満足するものが使用されている。
【００３２】
この実施の形態では中子ピース３の材料として、人造Ｓｉ Ｏ２ を主骨材としたレジンコーテッドサンド（以下、単にコーテッドサンドと呼ぶ）が使用されている。より詳細に説明すると次の組成となっている。
【００３３】
主材料：１００〜２００メッシュのクリスタルシリカ（結晶質の二酸化ケイ素（Ｓｉ Ｏ２ ））
副材料：１００メッシュのＡｌ２Ｏ３ （２．５％）、主材料のＳｉ Ｏ２ より平均粒径が小さなクリスタルシリカ（３．５％）、Ｍｇ Ｏ（１％）
添加剤：レジン（フェノールレジン）（５％）、ヘキサメチレンテトラミン水溶液（２％）、ステアリン酸カルシウム水溶液（１％）
なお、副材料及び添加剤の％は主材料を含めた全体を１００％としたときの重量％を示し、残りが主材料の％となる。
【００３４】
このコーテッドサンドは従来のウォータジャケット用中子の製造及びシリンダブロックの鋳造条件をそのまま使用できるようにすることを前提に調整されている。
【００３５】
主材料となる１００〜２００メッシュのクリスタルシリカが中子ピース３に低膨張性、非焼付き性を持たせるとともに目差しの発生を防止する役割を果たす。副材料として使用される平均粒径が小さなクリスタルシリカは、主材料の粒子間の隙間を埋めて、鋳造時に目差しの発生をより抑制する役割を果たす。
【００３６】
副材料として使用されるＡｌ２Ｏ３ は鋳造後に中子ピースの崩壊性を高める役割を果たす。骨材をクリスタルシリカのみで構成した場合は、各粒子が相互に圧接された状態にあり、鋳造後の中子ピース３の崩壊性が悪くなる。しかし、副材料としてＡｌ２Ｏ３ を混合した場合は、クリスタルシリカの粒子間にＡｌ２Ｏ３ の粒子が存在した状態となる。そして、Ａｌ２Ｏ３ の熱膨張率はクリスタルシリカの熱膨張率より大きいため、両者の熱膨張率の差により鋳造後の冷却時に、Ａｌ２Ｏ３ の粒子とクリスタルシリカの粒子との間に隙間が発生して崩壊し易くなる。
【００３７】
この組成の骨材に従来の中子砂と同様の量（２〜３％）のレジンを添加してコーテッドサンドを調整した場合は、さらさら過ぎて成形できない。そこでレジン量を従来の２倍程度に増加させることにより成形性及び取り扱いの容易性を確保した。
【００３８】
次に中子ピース３の製造方法を説明する。中子ピース３はピース材用のコーテッドサンドの製造工程と、そのコーテッドサンドを使用した中子ピース３の製造工程とを経て製造される。
【００３９】
ピース材用のコーテッドサンドは次の各工程を経て製造される。
（第１工程） パウダー状の前記主材料及び副材料を攪拌して均一に混合する。
【００４０】
（第２工程） 第１工程で得られた混合物にパウダー状のレジンを添加し、攪拌して均一に混合する。
（第３工程） 第２工程で得られた混合物をほぼ１４０°Ｃで１時間加熱する。この処理により主材料及び副材料の粒子の表面にレジンの皮膜が形成される。
【００４１】
（第４工程） 第３工程で得られたレジン被覆後の混合物にヘキサメチレンテトラミン水溶液を投入するとともに攪拌して良く混合する。
（第５工程） 第４工程で得られた混合物にステアリン酸カルシウム水溶液を投入するとともに攪拌して良く混合する。
【００４２】
このようにして調整されたコーテッドサンドは適度な流動性を持ち、型による成形性に優れている。
次に前記のようにして製造されたコーテッドサンドを使用した中子ピース３の製造方法を図１、２に従って説明する。中子ピース３の製造には図２に示すような型抜きプレート６を使用する。金型本体としての型抜きプレート６はステンレス製で、中子ピース３の形状に対応した型部６ａが透孔として複数形成されている。型抜きプレート６はその厚さが、製造すべき中子ピース３の厚さに対応して、１．０〜１．８ｍｍの予め設定された所定の値に形成されている。そして、型抜きプレート６はその片面に当接される底プレート７との組み合わせで型部６ａの上方が開放された金型８が構成される。
【００４３】
中子ピース３は図１（ａ）〜（ｆ）に示す各工程を経て製造される。
（材料供給工程） 図１（ａ）に示すように、底プレート７の上に型抜きプレート６を配設し、型抜きプレート６の各型部６ａと対応する箇所にコーテッドサンド９を各型部６ａから盛り上がった状態で供給する。
【００４４】
（押圧工程） 図１（ｂ）に示すように、ローラ１０を型抜きプレート６の上面側に押圧した状態で移動させてコーテッドサンド９を型部６ａ内に所定の圧力で押し込む。
【００４５】
（除去工程） 図１（ｃ）に示すように、型抜きプレート６の上面に沿ってスクレーパ１１を移動させ、型部６ａからはみ出している部分のコーテッドサンドを除去する。
【００４６】
（焼成工程） 図１（ｄ）に示すように、底プレート７及び型抜きプレート６の上から蓋１２を被せた状態で炉１３内に入れ、１８０°Ｃで１時間加熱焼成する。この処理によりコーテッドサンドの表面に被覆されたレジンが硬化して砂粒が相互に結合される。
【００４７】
（冷却工程） 図１（ｅ）に示すように、底プレート７及び型抜きプレート６を炉１３内から取り出し、自然冷却（約１０分）する。中子ピース３と型抜きプレート６の熱膨張係数の差により、冷却によって中子ピース３が型部６ａ及び底プレート７から分離され易くなる。
【００４８】
（型外し工程） 図１（ｆ）に示すように、中子ピース３を型抜きプレート６から外す。冷却工程で中子ピース３が型部６ａ及び底プレート７から分離され易くなっているため、型抜き作業は極めて容易となる。
【００４９】
以上の各工程を経て中子ピース３の製造が完了する。
中子ピース３の常温時及び高温での強度を従来のコーテッドサンドを使用して製造した中子ピースと比較するため、テストピース（１０×１０×６０）を制作して、常温及び１０００°Ｃ雰囲気において抗折力試験（３点曲げ強度試験）をＪＩＳに基づいて行った。
【００５０】
その結果、従来のシェル砂に比較して、常温時の抗折力は１．５倍、高温時（１０００°Ｃ）の抗折力は１．２倍程度であった。抗折力の比較は平均値の比較で行った。従来のシェル砂を原料とした場合、高温時の測定結果でばらつきの幅が大きかったが、この実施の形態のコーテッドサンドを原料とした場合はばらつきの幅が小さかった。即ち、従来のシェル砂を原料とした場合は、信頼性が低くなり、歩留まりが悪くなる。
【００５１】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（イ） 扁平な中子ピース３の厚さが型部６ａの深さとなり、金型８の開放部の面積が広くなるように型部６ａが形成されているため、型部６ａ内へのコーテッドサンド９の充填が行い易い。
【００５２】
（ロ） 型部６ａ内に供給されたコーテッドサンド９がローラ１０により所定の圧力で押圧され、厚さ方向のへの均等な押圧力を受けた状態で型部６ａ内に均一に充填されるため、焼成後の中子ピース３の強度が均一化される。
【００５３】
（ハ） 金型８が型部６ａが透孔として形成された型抜きプレート６と、その片面に当接された底プレート７との組み合わせで構成されているため、金型８とコーテッドサンド９の熱膨張率の違いにより、焼成後の冷却時に中子ピース３が型部６ａから分離され易く、型外しも容易となる。
【００５４】
（ニ） レジンコーテッドサンド９の骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素が使用されているため、鋳造時に焼付きや目差しあるいは変形の発生が防止される。また、副材料としてＡｌ２Ｏ３ を含むため、鋳造後の崩壊性が確保され、中子ピースを形成していた砂を鋳造後に確実に冷却水通路から除去でき、開孔率１００％の冷却水通路を形成することができる。
【００５５】
（ホ） コーテッドサンド９のレジン量が通常の２倍程度使用されているため、金型による成形時の成形性がよく、常温時の強度が大きいため、中子ピース３の取り扱いにあまり注意を払わなくても、取り扱い中の損傷が大幅に低減される。クリスタルシリカを主成分とした主材料に従来と同様な量のレジンを添加した場合は、コーテッドサンドがさらさらで型に入れて中子ピース３を形成するのが難しく、仮に中子ピース３の形状ができても、ウォータジャケット用中子本体２に固定するために中子ピース３を取り扱う際に角部等が損傷し易い。しかし、レジン量の増大により常温時における強度が確保され、中子ピース３の取り扱いが容易となり、中子仕損率（不良）を大幅に低減できる。
【００５６】
中子ピース３のレジン量の割合が従来のウォータジャケット用中子の中子砂に使用されるレジン量の割合に比較して多いが、中子ピース３のコーテッドサンド量はウォータジャケット用中子１全体のコーテッドサンドの量に対しては微々たるものであるため、鋳造時にガス量が増えても支障はない。
【００５７】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図５及び図６に従って説明する。この実施の形態では金型の構成と焼成工程が前記実施の形態と異なり、その他の工程は基本的に同じである。図６に示すように、金型８を構成する型抜きプレート６は前記実施の形態の場合より多くの型部６ａが形成され、型抜きプレート６全体が大型に形成されている。また、型抜きプレート６は前記実施の形態と同様にステンレス製であるが、底プレート７はアルミニウム製に変更されている。
【００５８】
そして、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、前記実施の形態と同様にして、材料供給工程、押圧工程及び除去工程が実施される。次に図５（ｄ）に示すように、型部６ａからはみ出しているコーテッドサンドが除去された金型８の上面にアルミニウム製の伝熱プレート１４が載置された状態で焼成工程が行われる。焼成工程は図５（ｅ）に示すように、上下１対の加熱プレート１５ａ，１５ｂ間に金型８及び伝熱プレート１４が挟持された状態で所定温度で所定時間加熱される。加熱プレート１５ａ，１５ｂはヒータ１６を備え、加熱温度の調整可能に構成されている。加熱条件は例えば、２００°Ｃで８分、２２０°Ｃで６分、２４０°Ｃで４分、２６０°Ｃで２分となる。
【００５９】
焼成工程終了後、図５（ｆ）に示すように、金型８の上に伝熱プレート１４を載置したまま冷却する（冷却工程）。次に図５（ｇ）に示すように、型外し工程で中子ピース３を金型８から取り外して中子ピース３の製造が完了する。
【００６０】
１回に焼成される中子ピース３の数は材料供給工程〜除去工程を考慮すると３０〜４０枚が好ましい。
この実施の形態では前記実施の形態における（イ）〜（ホ）の効果の他に、次の効果を有する。
【００６１】
（ヘ） 焼成工程において金型８を加熱プレート１５ａ，１５ｂで挟んで炉１３より高温で加熱するため、焼成工程が短時間で完了し、生産性が向上する。
（ト） 底プレート７及び伝熱プレート１４をステンレスより熱伝導率が十数倍大きなアルミニウム製としたため、加熱プレート１５ａ，１５ｂによる加熱効率が高くなる。
【００６２】
（チ） 金型８を構成する型抜きプレート６がステンレス製で底プレート７がアルミニウム製のため、型抜きプレート６と底プレート７の熱膨張率が異なり、冷却時に中子ピース３と底プレート７との分離が助勢される。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態を図７及び図８に従って説明する。この実施の形態では金型へのコーテッドサンドの充填が従来と同様に吹き込み式で行われる点と、金型が従来の金型と同様にブロック状に形成されている点とが前記両実施の形態と大きく異なっている。
【００６４】
金型１７は型部１８ａを有する本体側金型１８と、型部１８ａの開放部を覆う蓋側金型１９とから構成されている。本体側金型１８は型部１８ａと対向する部分が、型部に向かって気体を吹き込み可能でコーテッドサンドが侵入不能な通気部１８ｂとなっている。通気部１８ｂはスリットが形成されたスリットブロック（三井造船株式会社製）又は通気性のよい焼結体で構成されている。
【００６５】
そして、図７に示すように、シェルモールド法の場合と同様に吹込口２０を備えたタンク２１の下方に金型１７を配置し、タンク２１内のコーテッドサンドを吹込口２０から型部１８ａ内に吹き込んで充填する（充填工程）。次に金型１７を炉内に入れて所定時間加熱してコーテッドサンドを焼成する（焼成工程）。その後、金型１７を炉から取り出し、本体側金型１８と蓋側金型１９とに分離する。中子ピース３は本体側金型１８の型部１８ａ内に残った状態となる。
【００６６】
次に本体側金型１８を反転させ、図８に示すように、通気部１８ａを圧縮空気噴射ノズル２２の噴射口２２ａと当接する位置に配置する。この状態で噴射ノズル２２から圧縮空気が噴射され中子ピース３が型部１８ａから離脱する。中子ピース３は通気部１８ａと対向する面に均一に圧縮空気の力を受けるため、型部１８ａから円滑に離脱する。そして、金型１７が１００°Ｃ程度まで冷却された後、再び図７に示すように、金型１７をタンク２１の所定位置に配置して同様な工程が繰り返される。
【００６７】
この実施の形態では従来技術と同様に型部１８ａの空間へのコーテッドサンドの充填は中子ピース３の厚さ方向ではなく幅方向に向かってコーテッドサンドを吹き込むことにより行われる。従って、ローラ１０で型部６ａの広い面積を押圧する前記両実施の形態に比較して型部１８ａ内のコーテッドサンドを均一に押圧して強度を高めることは難しい。しかし、シェルモールド法と異なり金型１７を積極的に加熱した状態でコーテッドサンドを吹き込むことがないため、コーテッドサンドのレジンが溶けて金型１７に付着することはない。中子ピース３の製造サイクルを繰り返す場合、金型１７の温度が１００°Ｃ程度まで冷却された状態でコーテッドサンドの型部１８ａへの吹き込みを行うが、この温度ではコーテッドサンドのレジンは溶融しない。金型１７の温度が１００°Ｃ前後でコーテッドサンドの吹き込みを行うことにより、吹き込み後の焼成工程において金型１７の加熱に必要なエネルギー使用量を節減できる。
【００６８】
従来技術では型部から中子ピースを取り外す場合、取り出しピンなどにより中子ピースを部分的に押圧するため、薄板状の中子ピースが損傷する確率が高かった。しかし、圧縮空気で中子ピース３全体を型部１８ａから離れる方向に押圧するこの実施の形態では、型部１８ａから中子ピース３を取り外す際に中子ピース３が損傷する確率が低下する。
【００６９】
また、従来の装置の一部、例えば吹込口を備えたタンクをそのまま使用できる。
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば次のように具体化してもよい。
【００７０】
（１） 第２の実施の形態において、図９（ａ）に示すように焼成工程で複数組（例えば、２組）の金型８及び伝熱プレート１４を加熱プレート１５ａ，１５ｂ間に挟んで加熱してもよい。この場合、型抜きプレート６及び加熱プレート１５ａ，１５ｂの面積を大きくしなくても、１回に焼成できる中子ピース３の数を増やすことができる。多数組積層した場合は中間部に配置された金型の中子ピース３の加熱効率が悪くなるため、積層数は２組が好ましい。また、伝熱プレート１４を各型抜きプレート６の上にそれぞれ載置する代わりに、図９（ｂ）に示すように、最上部に配置される金型８の型抜きプレート６の上にのみ伝熱プレート１４配置し、その他の金型８は上側に配置される金型８の底プレート７に伝熱プレート１４の役割を果たさせてもよい。この場合、伝熱プレート１４の数が少なくてよい。
【００７１】
（２） 第１及び第２の実施の形態の押圧工程において、ローラ１０を型抜きプレート６側へ押圧した状態で移動させる代わりに、金型８側を移動させる構成とする。例えば、コンベア装置の上方にローラを回転可能かつコンベア装置側に向かって所定圧力で付勢可能な状態で配設し、材料供給工程後の金型８をコンベア装置によりローラと係合する状態でローラの下方を通過させる構成としてもよい。この場合、コンベア装置のローラより下流側にスクレーパ１１を配設すると、押圧工程と除去工程とを一連の動作で行うことが簡単となる。
【００７２】
（３） 第１及び第２の実施の形態の押圧工程において、型部６ａ内のコーテッドサンドをローラで押圧する代わりに、平板で型部６ａの上方から押圧してもよい。例えば、エアシリンダのピストンロッドの先端に平板を取り付け、エアシリンダの作動により平板でコーテッドサンドを所定の圧力で押圧する。
【００７３】
また、型部６ａからはみ出る状態でコーテッドサンドを供給し、型抜きプレート６に一端が当接した状態で移動するスクレーパを、型抜きプレート６のスクレーパ進行方向と対応する部分と、スクレーパとの成す角度が鋭角となる状態で移動させてもよい。この場合、押圧工程と除去工程とが同時に行われ、製造工程が簡単となる。
【００７４】
（４） 第１の実施の形態においても底プレート７をアルミニウム製としたり、第２の実施の形態で底プレート７をステンレス製としてもよい。また、第１及び第２の実施の形態において金型８全体即ち型抜きプレート６及び底プレート７をアルミニウム製としてもよい。金型８全体をアルミニウム製とし多場合は、焼結工程における加熱効率がより向上する。
【００７５】
（５） 金型８は型抜きプレート６及び底プレート７が一体に形成された構造のものでもよい。
（６） 焼成時間は中子ピース３の厚さ、１回に焼成する中子ピース３の数、焼成温度等により適宜変更される。
【００７６】
（７） 中子ピース３の材料となるコーテッドサンドの、主材料、副材料及び添加材の割合を適宜変更してもよい。副材料のうち必須のものは鋳造後の中子ピース３の崩壊性を良くする役割を果たすＡｌ２Ｏ３ （但し、Ａｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいもの、例えばジルコニア（Ｚｒ Ｏ２ ）等で代替してもよい。）のみで、主材料のＳｉ Ｏ２ より平均粒径が小さなクリスタルシリカやＭｇ Ｏはなくてもよい。
【００７７】
（８） バインダの役割を果たす添加材のレジンをフェノール樹脂以外の熱硬化性樹脂（例えば尿素樹脂）としたり、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミン以外の硬化剤を使用してもよい。また、バインダ（粘結剤）として合成樹脂粘結剤以外の粘結剤を使用してもよい。
【００７８】
（９） 中子ピース３の形状は前記実施の形態のものに限らず、例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すように上縁は直線状で下縁３ｂがアーチ状の形状、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように上縁及び下縁がアーチ状の形状、あるいは図１０（ｅ）に示すように上部の両側が斜めに延びる形状としてもよい。また、図１０（ｆ）に示すよう中央部から両側に向かってその幅が徐々に大きくなるような形状や、単純な長方形としてもよい。中子ピース３の両側の幅が中央部より大きくなる形状の場合は、シリンダブロック鋳造後に崩壊した中子ピース３の砂を冷却水通路から排出し易くなる。アーチ状に形成した場合は鋳造時の熱衝撃に対する強度が大きくなる。
【００７９】
（１０） 中子ピース３はシリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路の鋳抜きに使用するものに限らず、２ｍｍ以下の厚さで扁平な孔あるいは穴を鋳抜く場合に使用するた
めの中子に適用してもよい。
【００８０】
前記各実施の形態及び変更例から把握できる請求項記載以外の発明について、以下にその効果とともに記載する。
（１） 請求項４に記載の発明において、焼成工程は金型を複数組重ねて加熱プレートで挟持して加熱を行う。この場合、型抜きプレート及び加熱プレートの面積を大きくしなくても、１回に焼成できる中子ピースの数を増やすことができ、生産性が向上する。
【００８１】
（２） 請求項２に記載の発明において、金型本体と底プレートを熱膨張率の異なる金属で形成する。この場合、冷却工程において中子ピースと底プレートとの分離が助勢される。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項８に記載の発明では、２ｍｍ以下の厚さの扁平な中子ピースを歩留まり良く製造することができる。
【００８３】
請求項２に記載の発明では、型外し工程の作業が容易となる。
請求項３に記載の発明では、型部内に供給されたコーテッドサンドがローラにより所定の圧力で押圧され、厚さ方向のへの均等な押圧力を受けた状態で型部内に均一に充填されるため、焼成後の中子ピースの強度が均一化される。
【００８４】
請求項４に記載の発明では、焼成工程において金型を加熱プレートで挟んで加熱するため、炉による加熱より効率よく加熱され、焼成工程が短時間で完了して生産性が向上する。
【００８５】
請求項５に記載の発明では、底プレート及び伝熱プレートがステンレスより熱伝導率が十数倍大きなアルミニウム製のため、加熱プレートによる加熱効率がより高くなる。
【００８６】
請求項６に記載の発明では、吹込み充填式の金型の型部から焼成後の中子ピースを取り外す場合、圧縮空気で中子ピース全体を型部から離れる方向に押し出すため、取り出しピンなどにより中子ピースを部分的に押し出す従来技術に比較して、薄板状の中子ピースが損傷する確率が低下し、生産性が向上する。
【００８７】
請求項７に記載の発明では、レジンコーテッドサンドの骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素が使用されているため、鋳造時に焼付きや目差しあるいは変形の発生が防止される。また、副材料としてＡｌ２Ｏ３ を含むため、鋳造後の崩壊性が確保され、中子ピースを形成していた砂を鋳造後に確実に鋳造物の扁平な孔又は穴から除去できる。
【００８８】
請求項８に記載の発明では、シリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状の中子ピースを生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の中子ピースの製造工程を示す模式図。
【図２】金型の斜視図。
【図３】ウォータジャケット用中子の概略斜視図。
【図４】中子ピースの斜視図。
【図５】第２の実施の形態の中子ピースの製造工程を示す模式図。
【図６】同じく金型の斜視図。
【図７】第３の実施の形態の金型及びタンクの関係を示す模式断面図。
【図８】同じく型外し工程の模式断面図。
【図９】変更例の焼成工程の模式断面図。
【図１０】変更例の中子ピースの正面図。
【図１１】従来技術の金型及びタンクの関係を示す模式断面図。
【符号の説明】
２…ウォータジャケット用中子本体、３…中子ピース、６…型抜きプレート、６ａ，１８ａ…型部、７…底プレート、８，１７…金型、９…（レジン）コーテッドサンド、１０…ローラ、１４…伝熱プレート、１５ａ，１５ｂ…加熱プレート、１８…本体側金型、１９…蓋側金型、２２…噴射ノズル。
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法係り、詳しくは厚さ２ｍｍ以下の扁平な穴（孔）を鋳抜く際に好適な鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダブロックはエンジンを構成する基本部品であり、ピストンの往復運動のガイド、クランクシャフトの支持、シリンダの冷却等が主な役割となる。そして、シリンダの冷却のためにウォータジャケットがシリンダボアの周囲に配設されている。
【０００３】
エンジンの軽量化及び小型化のため、シリンダボア間の区画壁の厚さをできるだけ小さくし（８〜１１ｍｍ）、ボア間にウォータジャケットを設けない、いわゆるサイアミーズタイプのシリンダブロックが近年多く採用されている。このエンジンブロックではボア間に冷却水が流れないため、フルジャケットタイプに比較してボア間の冷却が不十分となる。
【０００４】
ボア間の冷却が不十分だと壁温の上昇によってボアが歪み、燃焼室にオイルパンのオイルが回り込み、ガスとなって排出されるという不都合がある。また、ボア壁温の上昇が大きいと排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ ）やスモークが多くなるという問題もある。
【０００５】
ウォータジャケットはシリンダブロックを鋳造で形成する際の中子により形成される。従って、ウォータジャケット用中子にボア間を鋳抜くための薄肉部を一体に形成して、シリンダブロックの鋳造の際に冷却水通過用の扁平な孔をボア間に形成できればよい。しかし、従来の中子を使用した場合、高温（ほぼ１４００°Ｃ）での鋳造時の差し込み（目差し）、クラック等の発生を防止して歩留まり良くシリンダブロックを鋳造することができる中子の厚さはほぼ２．２ｍｍが限度であった。また、鋳抜きにより小径がほぼ２．２ｍｍの孔の形成が可能な中子は、取り扱い時に薄肉部が損傷するのを防止するため取り扱いに細心の注意を必要とし、作業性が悪いという問題もある。
【０００６】
本願発明者は前記の問題を解消してサイアミーズタイプのシリンダブロックのボア間に、従来のウォータジャケット用中子を使用した成形方法では形成することができない冷却水通過用の扁平な孔を鋳抜く方法を発明した。その発明ではウォータジャケット用中子本体と、シリンダボア間の鋳抜き箇所を構成する中子ピースとを別の材料で形成する。そのため、１．０〜２．０ｍｍの厚さの扁平な中子ピースを製造する必要がある。
【０００７】
板状の中子ピースの製造方法として、従来シェルモールド法が実施されている。この方法では図１１に示すように、ヒータ６１を備えた金型６２をタンク６３の下方に配置する。そして、タンク６３内に充填されたシェル砂（コーテッドサンド）６４を圧縮空気の圧力で吹込口６５から加熱された金型６２内に形成されたピース形状の空間６２ａ内に吹き込んで中子ピースを形成する。そして、シェル砂６４を所定時間焼成して表面のフェノール樹脂を粘結、硬化させた後、離型して中子ピースを取り出す。金型６２の加熱方法にはガスで加熱する方法もある。
【０００８】
シェルモールド法以外の方法として、コールドボックス法と呼ばれる方法もある。この方法では金型を加熱せずにコーテッドサンドを金型空間に吹き込んで充填した後に、硬化ガス（トリエチルアミンガス）を吹き込んで硬化させて中子ピース形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の製造方法は中子ピースの厚さが７〜８ｍｍ程度までは品質の安定した中子ピースが得られる。しかし、本発明が目的とする厚さが２ｍｍ以下の薄い中子ピースの場合には適用が難しい。
【００１０】
なぜならば、シェルモールド法の場合は金型６２が加熱された状態で非常に狭い空間にシェル砂が吹き込まれるため、金型６２の壁面にシェル砂が付着し、十分に充填されないまま硬化してしまう場合が多く発生する。また、コールドボックス法でコールドボックス法の特徴であるコーテッドサンドの流動性の悪さが充填不良につながり、所定の形状の中子ピースを歩留まり良く製造するのが難しい。
【００１１】
本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたものであってその目的は、２ｍｍ以下の厚さの扁平な中子ピースを歩留まり良く製造することができる鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、中子ピースの材料であるレジンコーテッドサンドを、上方が開放されるとともに深さが中子ピースの厚さに対応する複数の型部を備えた金型の各型部から溢れる状態で供給する材料供給工程と、型部に供給されたレジンコーテッドサンドを押圧する押圧工程と、押圧後も型部から溢れているレジンコーテッドサンドを除去する除去工程と、前記除去工程を経た金型内のレジンコーテッドサンドを焼成する焼成工程と、焼成後のレジンコーテッドサンドを金型と共に冷却する冷却工程と、冷却後に中子ピースを金型から外す型外し工程とを備えた。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記金型は型部が透孔として形成された金型本体と、金型本体と当接する底プレートとを備えている。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記押圧工程はローラを前記金型の上面に沿って加圧しながら相対移動させる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記焼成工程は金型の開放側に金属製の伝熱プレートを配置し、その状態で金型及び伝熱プレートを加熱プレートで挟持して加熱することにより行われる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記金型及び伝熱プレートの材質をアルミニウムとした。
請求項６に記載の発明では、中子ピースの材料が充填される型部を有する本体側金型と、前記型部の開放部を覆う蓋側金型とを型合わせした状態で金型の型部内にレジンコーテッドサンドを吹き込み充填する充填工程と、金型を加熱して充填されたレジンコーテッドサンドを焼成する焼成工程と、前記本体側金型と蓋側金型とを分離する金型分離工程と、分離後の本体側金型を圧縮気体噴射ノズルと接続して型部に向けて気体を吹き込んで中子ピースを型部から外す型外し工程とを備えた。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記レジンコーテッドサンドは骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素を使用し、副材料として少なくともＡｌ２Ｏ３ 又はＡｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいセラミックを含んでいる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、前記型部の形状をシリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状とした。
【００１８】
請求項１〜請求項５に記載の発明では、材料供給工程で中子ピースの材料であるレジンコーテッドサンドが、上方が開放された複数の型部を備えた金型の各型部から溢れる状態で供給される。次に型部に供給されたレジンコーテッドサンドが押圧工程で押圧された後、除去工程で押圧後も型部から溢れているレジンコーテッドサンドが除去される。除去工程を経た金型内のレジンコーテッドサンドは、焼成工程で焼成され、焼成後のレジンコーテッドサンドが金型と共に冷却される。そして、冷却後に型外し工程で中子ピースが金型から外されて中子ピースの製造が完了する。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、前記金型は型部が透孔として形成された金型本体と、金型本体と当接する底プレートとを備えているため、型外し工程の作業が容易となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、押圧工程でローラが前記金型の上面に沿って加圧されながら相対移動され、レジンコーテッドサンドが均一な圧力で型部内に押し込まれる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記焼成工程に先立って金型の開放側に金属製の伝熱プレートが配置される。そして、焼成工程では金型及び伝熱プレートが加熱プレートで挟持された状態で加熱が行われる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記金型及び伝熱プレートの材質がアルミニウムのため、熱伝導が良くなって焼成時間が短縮される。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、金型は中子ピースの材料が充填される型部を有する本体側金型と、前記型部の開放部を覆う蓋側金型とを備えている。そして、充填工程では本体側金型と蓋側金型とを型合わせした状態で金型の型部内にレジンコーテッドサンドが吹き込まれる。充填後、焼成工程で金型が加熱されて充填されたレジンコーテッドサンドが焼成される。次に本体側金型と蓋側金型とが分離される。型外し工程では、分離後の本体側金型が圧縮気体噴射ノズルと接続され、型部に向けて気体が吹き込まれるので中子ピースは均一な力を受けて型部から円滑に外される。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、レジンコーテッドサンドは骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素を使用し、副材料として少なくともＡｌ２Ｏ３ 又はＡｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいセラミックを含んでいる。従って、鋳鉄の鋳造のように１４００°Ｃ前後の高温の溶湯に対しても焼付き、目差しの発生が防止され、鋳造後に目的の形状が得られる。また、鋳造後の砂の崩壊性が良い。
【００２５】
請求項８に記載の発明では、シリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状の中子ピースが得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明をエンジンのシリンダボア間鋳抜き孔成形用中子ピースを製造する場合に具体化した第１の実施の形態を図１〜図４に従って説明する。
【００２７】
図３はエンジンのシリンダブロックの製造時に使用するウォータジャケット用中子の概略斜視図である。図３に示すように、ウォータジャケット用中子１はウォータジャケット用中子本体２と、隣接するシリンダボア間の区画壁に冷却水通過用の孔を形成するための中子ピース３とから構成されている。ウォータジャケット用中子本体２には、隣接するシリンダボア間と対応する上部の互いに対向する位置に、それぞれ上方及び側方が開放された一対の嵌合溝４が形成されている。中子ピース３はその両端が嵌合溝４に嵌合されて、隣接するシリンダボア間と対応する所定位置に配置されている。
【００２８】
図４に示すように、中子ピース３は上縁の中央部に凸部３ａが形成され、下縁３ｂがアーチ状に形成されている。中子ピース３はその幅（上縁と下縁との距離）Ｗが中央付近に比較して両端側において大きくなるように形成されている。中子ピース３は厚さｔが１．０〜１．８ｍｍに形成されている。中子ピース３はその上縁両端がウォータジャケット用中子本体２の上面と同一面上に位置するようにウォータジャケット用中子本体２に取り付けられている。
【００２９】
また、ウォータジャケット用中子本体２には、各中子ピース３の両端上部と対応する位置、即ち嵌合溝４の近傍に凸部５がそれぞれ上側に向かって突設されている。この凸部５はシリンダブラケットの鋳造後、中子ピース３によりボア間に冷却水通過用の孔が確実に鋳抜かれているか否かの確認のために使用する孔を形成するためのものである。
【００３０】
前記のように構成されたウォータジャケット用中子１は、他の中子とアッセンブリーされた後、鋳型内に収納される。その状態で１４００°Ｃ前後に加熱された鋳鉄が鋳型内に流し込まれる。そして、数十分後に型ばらしが行われる。その後、鋳物表面に付着している型砂や内部空間に残留している中子砂の除去が行われる。中子砂の除去は主にショットブラストにより行われるが、中子ピース３の部分は隙間が狭いため、ショットブラストでは難しい。そこで、中子ピース３の砂の除去は圧縮空気の吹き付けにより行われる。
【００３１】
ウォータジャケット用中子本体２の材料には従来と同様な中子砂、例えばレジン含有量２％程度のレジンコーテッドサンド（シェル砂）が使用される。
一方、中子ピース３の材料にはウォータジャケット用中子本体２の材料と別の材料が使用されている。中子ピース３の材料には１４００°Ｃ前後の鋳鉄が鋳込まれた時に、焼付き及び目差しが発生しないこと、熱衝撃によるクラックの発生を防止できる高強度であること及び低膨張性であることの要件と、常温での中子ピース３の取り扱い時に中子ピース３が損傷しない強度を有することの要件を満足するものが使用されている。
【００３２】
この実施の形態では中子ピース３の材料として、人造Ｓｉ Ｏ２ を主骨材としたレジンコーテッドサンド（以下、単にコーテッドサンドと呼ぶ）が使用されている。より詳細に説明すると次の組成となっている。
【００３３】
主材料：１００〜２００メッシュのクリスタルシリカ（結晶質の二酸化ケイ素（Ｓｉ Ｏ２ ））
副材料：１００メッシュのＡｌ２Ｏ３ （２．５％）、主材料のＳｉ Ｏ２ より平均粒径が小さなクリスタルシリカ（３．５％）、Ｍｇ Ｏ（１％）
添加剤：レジン（フェノールレジン）（５％）、ヘキサメチレンテトラミン水溶液（２％）、ステアリン酸カルシウム水溶液（１％）
なお、副材料及び添加剤の％は主材料を含めた全体を１００％としたときの重量％を示し、残りが主材料の％となる。
【００３４】
このコーテッドサンドは従来のウォータジャケット用中子の製造及びシリンダブロックの鋳造条件をそのまま使用できるようにすることを前提に調整されている。
【００３５】
主材料となる１００〜２００メッシュのクリスタルシリカが中子ピース３に低膨張性、非焼付き性を持たせるとともに目差しの発生を防止する役割を果たす。副材料として使用される平均粒径が小さなクリスタルシリカは、主材料の粒子間の隙間を埋めて、鋳造時に目差しの発生をより抑制する役割を果たす。
【００３６】
副材料として使用されるＡｌ２Ｏ３ は鋳造後に中子ピースの崩壊性を高める役割を果たす。骨材をクリスタルシリカのみで構成した場合は、各粒子が相互に圧接された状態にあり、鋳造後の中子ピース３の崩壊性が悪くなる。しかし、副材料としてＡｌ２Ｏ３ を混合した場合は、クリスタルシリカの粒子間にＡｌ２Ｏ３ の粒子が存在した状態となる。そして、Ａｌ２Ｏ３ の熱膨張率はクリスタルシリカの熱膨張率より大きいため、両者の熱膨張率の差により鋳造後の冷却時に、Ａｌ２Ｏ３ の粒子とクリスタルシリカの粒子との間に隙間が発生して崩壊し易くなる。
【００３７】
この組成の骨材に従来の中子砂と同様の量（２〜３％）のレジンを添加してコーテッドサンドを調整した場合は、さらさら過ぎて成形できない。そこでレジン量を従来の２倍程度に増加させることにより成形性及び取り扱いの容易性を確保した。
【００３８】
次に中子ピース３の製造方法を説明する。中子ピース３はピース材用のコーテッドサンドの製造工程と、そのコーテッドサンドを使用した中子ピース３の製造工程とを経て製造される。
【００３９】
ピース材用のコーテッドサンドは次の各工程を経て製造される。
（第１工程） パウダー状の前記主材料及び副材料を攪拌して均一に混合する。
【００４０】
（第２工程） 第１工程で得られた混合物にパウダー状のレジンを添加し、攪拌して均一に混合する。
（第３工程） 第２工程で得られた混合物をほぼ１４０°Ｃで１時間加熱する。この処理により主材料及び副材料の粒子の表面にレジンの皮膜が形成される。
【００４１】
（第４工程） 第３工程で得られたレジン被覆後の混合物にヘキサメチレンテトラミン水溶液を投入するとともに攪拌して良く混合する。
（第５工程） 第４工程で得られた混合物にステアリン酸カルシウム水溶液を投入するとともに攪拌して良く混合する。
【００４２】
このようにして調整されたコーテッドサンドは適度な流動性を持ち、型による成形性に優れている。
次に前記のようにして製造されたコーテッドサンドを使用した中子ピース３の製造方法を図１、２に従って説明する。中子ピース３の製造には図２に示すような型抜きプレート６を使用する。金型本体としての型抜きプレート６はステンレス製で、中子ピース３の形状に対応した型部６ａが透孔として複数形成されている。型抜きプレート６はその厚さが、製造すべき中子ピース３の厚さに対応して、１．０〜１．８ｍｍの予め設定された所定の値に形成されている。そして、型抜きプレート６はその片面に当接される底プレート７との組み合わせで型部６ａの上方が開放された金型８が構成される。
【００４３】
中子ピース３は図１（ａ）〜（ｆ）に示す各工程を経て製造される。
（材料供給工程） 図１（ａ）に示すように、底プレート７の上に型抜きプレート６を配設し、型抜きプレート６の各型部６ａと対応する箇所にコーテッドサンド９を各型部６ａから盛り上がった状態で供給する。
【００４４】
（押圧工程） 図１（ｂ）に示すように、ローラ１０を型抜きプレート６の上面側に押圧した状態で移動させてコーテッドサンド９を型部６ａ内に所定の圧力で押し込む。
【００４５】
（除去工程） 図１（ｃ）に示すように、型抜きプレート６の上面に沿ってスクレーパ１１を移動させ、型部６ａからはみ出している部分のコーテッドサンドを除去する。
【００４６】
（焼成工程） 図１（ｄ）に示すように、底プレート７及び型抜きプレート６の上から蓋１２を被せた状態で炉１３内に入れ、１８０°Ｃで１時間加熱焼成する。この処理によりコーテッドサンドの表面に被覆されたレジンが硬化して砂粒が相互に結合される。
【００４７】
（冷却工程） 図１（ｅ）に示すように、底プレート７及び型抜きプレート６を炉１３内から取り出し、自然冷却（約１０分）する。中子ピース３と型抜きプレート６の熱膨張係数の差により、冷却によって中子ピース３が型部６ａ及び底プレート７から分離され易くなる。
【００４８】
（型外し工程） 図１（ｆ）に示すように、中子ピース３を型抜きプレート６から外す。冷却工程で中子ピース３が型部６ａ及び底プレート７から分離され易くなっているため、型抜き作業は極めて容易となる。
【００４９】
以上の各工程を経て中子ピース３の製造が完了する。
中子ピース３の常温時及び高温での強度を従来のコーテッドサンドを使用して製造した中子ピースと比較するため、テストピース（１０×１０×６０）を制作して、常温及び１０００°Ｃ雰囲気において抗折力試験（３点曲げ強度試験）をＪＩＳに基づいて行った。
【００５０】
その結果、従来のシェル砂に比較して、常温時の抗折力は１．５倍、高温時（１０００°Ｃ）の抗折力は１．２倍程度であった。抗折力の比較は平均値の比較で行った。従来のシェル砂を原料とした場合、高温時の測定結果でばらつきの幅が大きかったが、この実施の形態のコーテッドサンドを原料とした場合はばらつきの幅が小さかった。即ち、従来のシェル砂を原料とした場合は、信頼性が低くなり、歩留まりが悪くなる。
【００５１】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（イ） 扁平な中子ピース３の厚さが型部６ａの深さとなり、金型８の開放部の面積が広くなるように型部６ａが形成されているため、型部６ａ内へのコーテッドサンド９の充填が行い易い。
【００５２】
（ロ） 型部６ａ内に供給されたコーテッドサンド９がローラ１０により所定の圧力で押圧され、厚さ方向のへの均等な押圧力を受けた状態で型部６ａ内に均一に充填されるため、焼成後の中子ピース３の強度が均一化される。
【００５３】
（ハ） 金型８が型部６ａが透孔として形成された型抜きプレート６と、その片面に当接された底プレート７との組み合わせで構成されているため、金型８とコーテッドサンド９の熱膨張率の違いにより、焼成後の冷却時に中子ピース３が型部６ａから分離され易く、型外しも容易となる。
【００５４】
（ニ） レジンコーテッドサンド９の骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素が使用されているため、鋳造時に焼付きや目差しあるいは変形の発生が防止される。また、副材料としてＡｌ２Ｏ３ を含むため、鋳造後の崩壊性が確保され、中子ピースを形成していた砂を鋳造後に確実に冷却水通路から除去でき、開孔率１００％の冷却水通路を形成することができる。
【００５５】
（ホ） コーテッドサンド９のレジン量が通常の２倍程度使用されているため、金型による成形時の成形性がよく、常温時の強度が大きいため、中子ピース３の取り扱いにあまり注意を払わなくても、取り扱い中の損傷が大幅に低減される。クリスタルシリカを主成分とした主材料に従来と同様な量のレジンを添加した場合は、コーテッドサンドがさらさらで型に入れて中子ピース３を形成するのが難しく、仮に中子ピース３の形状ができても、ウォータジャケット用中子本体２に固定するために中子ピース３を取り扱う際に角部等が損傷し易い。しかし、レジン量の増大により常温時における強度が確保され、中子ピース３の取り扱いが容易となり、中子仕損率（不良）を大幅に低減できる。
【００５６】
中子ピース３のレジン量の割合が従来のウォータジャケット用中子の中子砂に使用されるレジン量の割合に比較して多いが、中子ピース３のコーテッドサンド量はウォータジャケット用中子１全体のコーテッドサンドの量に対しては微々たるものであるため、鋳造時にガス量が増えても支障はない。
【００５７】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図５及び図６に従って説明する。この実施の形態では金型の構成と焼成工程が前記実施の形態と異なり、その他の工程は基本的に同じである。図６に示すように、金型８を構成する型抜きプレート６は前記実施の形態の場合より多くの型部６ａが形成され、型抜きプレート６全体が大型に形成されている。また、型抜きプレート６は前記実施の形態と同様にステンレス製であるが、底プレート７はアルミニウム製に変更されている。
【００５８】
そして、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、前記実施の形態と同様にして、材料供給工程、押圧工程及び除去工程が実施される。次に図５（ｄ）に示すように、型部６ａからはみ出しているコーテッドサンドが除去された金型８の上面にアルミニウム製の伝熱プレート１４が載置された状態で焼成工程が行われる。焼成工程は図５（ｅ）に示すように、上下１対の加熱プレート１５ａ，１５ｂ間に金型８及び伝熱プレート１４が挟持された状態で所定温度で所定時間加熱される。加熱プレート１５ａ，１５ｂはヒータ１６を備え、加熱温度の調整可能に構成されている。加熱条件は例えば、２００°Ｃで８分、２２０°Ｃで６分、２４０°Ｃで４分、２６０°Ｃで２分となる。
【００５９】
焼成工程終了後、図５（ｆ）に示すように、金型８の上に伝熱プレート１４を載置したまま冷却する（冷却工程）。次に図５（ｇ）に示すように、型外し工程で中子ピース３を金型８から取り外して中子ピース３の製造が完了する。
【００６０】
１回に焼成される中子ピース３の数は材料供給工程〜除去工程を考慮すると３０〜４０枚が好ましい。
この実施の形態では前記実施の形態における（イ）〜（ホ）の効果の他に、次の効果を有する。
【００６１】
（ヘ） 焼成工程において金型８を加熱プレート１５ａ，１５ｂで挟んで炉１３より高温で加熱するため、焼成工程が短時間で完了し、生産性が向上する。
（ト） 底プレート７及び伝熱プレート１４をステンレスより熱伝導率が十数倍大きなアルミニウム製としたため、加熱プレート１５ａ，１５ｂによる加熱効率が高くなる。
【００６２】
（チ） 金型８を構成する型抜きプレート６がステンレス製で底プレート７がアルミニウム製のため、型抜きプレート６と底プレート７の熱膨張率が異なり、冷却時に中子ピース３と底プレート７との分離が助勢される。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態を図７及び図８に従って説明する。この実施の形態では金型へのコーテッドサンドの充填が従来と同様に吹き込み式で行われる点と、金型が従来の金型と同様にブロック状に形成されている点とが前記両実施の形態と大きく異なっている。
【００６４】
金型１７は型部１８ａを有する本体側金型１８と、型部１８ａの開放部を覆う蓋側金型１９とから構成されている。本体側金型１８は型部１８ａと対向する部分が、型部に向かって気体を吹き込み可能でコーテッドサンドが侵入不能な通気部１８ｂとなっている。通気部１８ｂはスリットが形成されたスリットブロック（三井造船株式会社製）又は通気性のよい焼結体で構成されている。
【００６５】
そして、図７に示すように、シェルモールド法の場合と同様に吹込口２０を備えたタンク２１の下方に金型１７を配置し、タンク２１内のコーテッドサンドを吹込口２０から型部１８ａ内に吹き込んで充填する（充填工程）。次に金型１７を炉内に入れて所定時間加熱してコーテッドサンドを焼成する（焼成工程）。その後、金型１７を炉から取り出し、本体側金型１８と蓋側金型１９とに分離する。中子ピース３は本体側金型１８の型部１８ａ内に残った状態となる。
【００６６】
次に本体側金型１８を反転させ、図８に示すように、通気部１８ａを圧縮空気噴射ノズル２２の噴射口２２ａと当接する位置に配置する。この状態で噴射ノズル２２から圧縮空気が噴射され中子ピース３が型部１８ａから離脱する。中子ピース３は通気部１８ａと対向する面に均一に圧縮空気の力を受けるため、型部１８ａから円滑に離脱する。そして、金型１７が１００°Ｃ程度まで冷却された後、再び図７に示すように、金型１７をタンク２１の所定位置に配置して同様な工程が繰り返される。
【００６７】
この実施の形態では従来技術と同様に型部１８ａの空間へのコーテッドサンドの充填は中子ピース３の厚さ方向ではなく幅方向に向かってコーテッドサンドを吹き込むことにより行われる。従って、ローラ１０で型部６ａの広い面積を押圧する前記両実施の形態に比較して型部１８ａ内のコーテッドサンドを均一に押圧して強度を高めることは難しい。しかし、シェルモールド法と異なり金型１７を積極的に加熱した状態でコーテッドサンドを吹き込むことがないため、コーテッドサンドのレジンが溶けて金型１７に付着することはない。中子ピース３の製造サイクルを繰り返す場合、金型１７の温度が１００°Ｃ程度まで冷却された状態でコーテッドサンドの型部１８ａへの吹き込みを行うが、この温度ではコーテッドサンドのレジンは溶融しない。金型１７の温度が１００°Ｃ前後でコーテッドサンドの吹き込みを行うことにより、吹き込み後の焼成工程において金型１７の加熱に必要なエネルギー使用量を節減できる。
【００６８】
従来技術では型部から中子ピースを取り外す場合、取り出しピンなどにより中子ピースを部分的に押圧するため、薄板状の中子ピースが損傷する確率が高かった。しかし、圧縮空気で中子ピース３全体を型部１８ａから離れる方向に押圧するこの実施の形態では、型部１８ａから中子ピース３を取り外す際に中子ピース３が損傷する確率が低下する。
【００６９】
また、従来の装置の一部、例えば吹込口を備えたタンクをそのまま使用できる。
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば次のように具体化してもよい。
【００７０】
（１） 第２の実施の形態において、図９（ａ）に示すように焼成工程で複数組（例えば、２組）の金型８及び伝熱プレート１４を加熱プレート１５ａ，１５ｂ間に挟んで加熱してもよい。この場合、型抜きプレート６及び加熱プレート１５ａ，１５ｂの面積を大きくしなくても、１回に焼成できる中子ピース３の数を増やすことができる。多数組積層した場合は中間部に配置された金型の中子ピース３の加熱効率が悪くなるため、積層数は２組が好ましい。また、伝熱プレート１４を各型抜きプレート６の上にそれぞれ載置する代わりに、図９（ｂ）に示すように、最上部に配置される金型８の型抜きプレート６の上にのみ伝熱プレート１４配置し、その他の金型８は上側に配置される金型８の底プレート７に伝熱プレート１４の役割を果たさせてもよい。この場合、伝熱プレート１４の数が少なくてよい。
【００７１】
（２） 第１及び第２の実施の形態の押圧工程において、ローラ１０を型抜きプレート６側へ押圧した状態で移動させる代わりに、金型８側を移動させる構成とする。例えば、コンベア装置の上方にローラを回転可能かつコンベア装置側に向かって所定圧力で付勢可能な状態で配設し、材料供給工程後の金型８をコンベア装置によりローラと係合する状態でローラの下方を通過させる構成としてもよい。この場合、コンベア装置のローラより下流側にスクレーパ１１を配設すると、押圧工程と除去工程とを一連の動作で行うことが簡単となる。
【００７２】
（３） 第１及び第２の実施の形態の押圧工程において、型部６ａ内のコーテッドサンドをローラで押圧する代わりに、平板で型部６ａの上方から押圧してもよい。例えば、エアシリンダのピストンロッドの先端に平板を取り付け、エアシリンダの作動により平板でコーテッドサンドを所定の圧力で押圧する。
【００７３】
また、型部６ａからはみ出る状態でコーテッドサンドを供給し、型抜きプレート６に一端が当接した状態で移動するスクレーパを、型抜きプレート６のスクレーパ進行方向と対応する部分と、スクレーパとの成す角度が鋭角となる状態で移動させてもよい。この場合、押圧工程と除去工程とが同時に行われ、製造工程が簡単となる。
【００７４】
（４） 第１の実施の形態においても底プレート７をアルミニウム製としたり、第２の実施の形態で底プレート７をステンレス製としてもよい。また、第１及び第２の実施の形態において金型８全体即ち型抜きプレート６及び底プレート７をアルミニウム製としてもよい。金型８全体をアルミニウム製とし多場合は、焼結工程における加熱効率がより向上する。
【００７５】
（５） 金型８は型抜きプレート６及び底プレート７が一体に形成された構造のものでもよい。
（６） 焼成時間は中子ピース３の厚さ、１回に焼成する中子ピース３の数、焼成温度等により適宜変更される。
【００７６】
（７） 中子ピース３の材料となるコーテッドサンドの、主材料、副材料及び添加材の割合を適宜変更してもよい。副材料のうち必須のものは鋳造後の中子ピース３の崩壊性を良くする役割を果たすＡｌ２Ｏ３ （但し、Ａｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいもの、例えばジルコニア（Ｚｒ Ｏ２ ）等で代替してもよい。）のみで、主材料のＳｉ Ｏ２ より平均粒径が小さなクリスタルシリカやＭｇ Ｏはなくてもよい。
【００７７】
（８） バインダの役割を果たす添加材のレジンをフェノール樹脂以外の熱硬化性樹脂（例えば尿素樹脂）としたり、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミン以外の硬化剤を使用してもよい。また、バインダ（粘結剤）として合成樹脂粘結剤以外の粘結剤を使用してもよい。
【００７８】
（９） 中子ピース３の形状は前記実施の形態のものに限らず、例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すように上縁は直線状で下縁３ｂがアーチ状の形状、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように上縁及び下縁がアーチ状の形状、あるいは図１０（ｅ）に示すように上部の両側が斜めに延びる形状としてもよい。また、図１０（ｆ）に示すよう中央部から両側に向かってその幅が徐々に大きくなるような形状や、単純な長方形としてもよい。中子ピース３の両側の幅が中央部より大きくなる形状の場合は、シリンダブロック鋳造後に崩壊した中子ピース３の砂を冷却水通路から排出し易くなる。アーチ状に形成した場合は鋳造時の熱衝撃に対する強度が大きくなる。
【００７９】
（１０） 中子ピース３はシリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路の鋳抜きに使用するものに限らず、２ｍｍ以下の厚さで扁平な孔あるいは穴を鋳抜く場合に使用するた
めの中子に適用してもよい。
【００８０】
前記各実施の形態及び変更例から把握できる請求項記載以外の発明について、以下にその効果とともに記載する。
（１） 請求項４に記載の発明において、焼成工程は金型を複数組重ねて加熱プレートで挟持して加熱を行う。この場合、型抜きプレート及び加熱プレートの面積を大きくしなくても、１回に焼成できる中子ピースの数を増やすことができ、生産性が向上する。
【００８１】
（２） 請求項２に記載の発明において、金型本体と底プレートを熱膨張率の異なる金属で形成する。この場合、冷却工程において中子ピースと底プレートとの分離が助勢される。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項８に記載の発明では、２ｍｍ以下の厚さの扁平な中子ピースを歩留まり良く製造することができる。
【００８３】
請求項２に記載の発明では、型外し工程の作業が容易となる。
請求項３に記載の発明では、型部内に供給されたコーテッドサンドがローラにより所定の圧力で押圧され、厚さ方向のへの均等な押圧力を受けた状態で型部内に均一に充填されるため、焼成後の中子ピースの強度が均一化される。
【００８４】
請求項４に記載の発明では、焼成工程において金型を加熱プレートで挟んで加熱するため、炉による加熱より効率よく加熱され、焼成工程が短時間で完了して生産性が向上する。
【００８５】
請求項５に記載の発明では、底プレート及び伝熱プレートがステンレスより熱伝導率が十数倍大きなアルミニウム製のため、加熱プレートによる加熱効率がより高くなる。
【００８６】
請求項６に記載の発明では、吹込み充填式の金型の型部から焼成後の中子ピースを取り外す場合、圧縮空気で中子ピース全体を型部から離れる方向に押し出すため、取り出しピンなどにより中子ピースを部分的に押し出す従来技術に比較して、薄板状の中子ピースが損傷する確率が低下し、生産性が向上する。
【００８７】
請求項７に記載の発明では、レジンコーテッドサンドの骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素が使用されているため、鋳造時に焼付きや目差しあるいは変形の発生が防止される。また、副材料としてＡｌ２Ｏ３ を含むため、鋳造後の崩壊性が確保され、中子ピースを形成していた砂を鋳造後に確実に鋳造物の扁平な孔又は穴から除去できる。
【００８８】
請求項８に記載の発明では、シリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状の中子ピースを生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の中子ピースの製造工程を示す模式図。
【図２】金型の斜視図。
【図３】ウォータジャケット用中子の概略斜視図。
【図４】中子ピースの斜視図。
【図５】第２の実施の形態の中子ピースの製造工程を示す模式図。
【図６】同じく金型の斜視図。
【図７】第３の実施の形態の金型及びタンクの関係を示す模式断面図。
【図８】同じく型外し工程の模式断面図。
【図９】変更例の焼成工程の模式断面図。
【図１０】変更例の中子ピースの正面図。
【図１１】従来技術の金型及びタンクの関係を示す模式断面図。
【符号の説明】
２…ウォータジャケット用中子本体、３…中子ピース、６…型抜きプレート、６ａ，１８ａ…型部、７…底プレート、８，１７…金型、９…（レジン）コーテッドサンド、１０…ローラ、１４…伝熱プレート、１５ａ，１５ｂ…加熱プレート、１８…本体側金型、１９…蓋側金型、２２…噴射ノズル。
Claims (8)
- 中子ピースの材料であるレジンコーテッドサンドを、上方が開放されるとともに深さが中子ピースの厚さに対応する複数の型部を備えた金型の各型部から溢れる状態で供給する材料供給工程と、型部に供給されたレジンコーテッドサンドを押圧する押圧工程と、押圧後も型部から溢れているレジンコーテッドサンドを除去する除去工程と、前記除去工程を経た金型内のレジンコーテッドサンドを焼成する焼成工程と、焼成後のレジンコーテッドサンドを金型と共に冷却する冷却工程と、冷却後に中子ピースを金型から外す型外し工程とを備えた鋳抜き孔形成用中子ピースの製造方法。
- 前記金型は型部が透孔として形成された金型本体と、金型本体と当接する底プレートとを備えている請求項１に記載の鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
- 前記押圧工程はローラを前記金型の上面に沿って加圧しながら相対移動させる請求項１又は請求項２に記載の鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
- 前記焼成工程は金型の開放側に金属製の伝熱プレートを配置し、その状態で金型及び伝熱プレートを加熱プレートで挟持して加熱することにより行われる請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
- 前記金型及び伝熱プレートの材質をアルミニウムとした請求項４に記載の鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
- 中子ピースの材料が充填される型部を有する本体側金型と、前記型部の開放部を覆う蓋側金型とを型合わせした状態で金型の型部内にレジンコーテッドサンドを吹き込み充填する充填工程と、金型を加熱して充填されたレジンコーテッドサンドを焼成する焼成工程と、前記本体側金型と蓋側金型とを分離する金型分離工程と、分離後の本体側金型を圧縮気体噴射ノズルと接続して型部に向けて気体を吹き込んで中子ピースを型部から外す型外し工程とを備えた鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
- 前記レジンコーテッドサンドは骨材の主材料として粒度管理された結晶質二酸化ケイ素を使用し、副材料として少なくともＡｌ２Ｏ３ 又はＡｌ２Ｏ３ と熱膨張率がほぼ等しいセラミックを含んでいる請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
- 前記型部の形状をシリンダブロックのボア間に形成すべき冷却水通路に対応する形状とした請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の鋳抜き穴形成用中子ピースの製造方法。
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