(57)【要約】【課題】キャビティに充填された溶湯を、確実に指向性凝固させる。【解決手段】湯口が設けられた下型２０の下面に、内部に冷却路２７を有する冷却プレート２５を固定する。これにより、下型２０を間接的に冷却することができるため、緩やかな冷却が可能となる。また、冷却プレート２５によれば、キャビティ４０との距離をおおよそ均一にすることができるため、冷却時期の差を小さくすることができる。さらに、上型１０の内部に冷却路１１を形成することで、上型１０を早期に冷却することができる。【選択図】図１
2010120070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と、湯口が設けられた下型と、内部に冷却路を有し、下型の下面に固定された冷却プレートと、上型の内部に形成された冷却路とを備えた低圧鋳造用金型。
【請求項２】
キャビティに溶湯が充填された後、冷却プレートの冷却路に冷媒を流通させるようにした請求項１記載の低圧鋳造用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧鋳造に用いられる金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
低圧鋳造は、湯口からキャビティ内に溶湯を緩やかに供給した後、溶湯を凝固させることにより行われ、複雑な形状でも精度良く成形することができるため、例えば自動車のエンジンのシリンダヘッドの成形に好適に適用される。
【０００３】
低圧鋳造では、金型の内部に冷却路を設け、金型を強制的に冷却して鋳造サイクルの短縮を図ることが多い。例えば特許文献１の低圧鋳造用金型は、金型の内部に冷却パイプを直接埋め込み、この冷却パイプの内部に冷却水を流通させて金型を冷却している。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４２３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、キャビティ内に充填された溶湯を冷却する際、溶湯が凝固するときの体積収縮により、製品の内部に収縮巣が生じる恐れがある。この収縮巣の発生を防ぐため、キャビティ内に充填された溶湯は、湯口から遠い方から凝固させ、キャビティに溶湯を押し込みながら冷却を進め、最後に湯口付近の溶湯を凝固させる必要がある（いわゆる指向性凝固）。このため、湯口が形成された金型は、湯口から遠い部分よりも緩やかに冷却する必要があり、繊細な温度制御が要求される。
【０００６】
しかし、上記特許文献１に示されているように冷却パイプを金型に直接埋め込む構成では、冷却能が高すぎるため、金型が過度に冷却されて湯口付近の溶湯が早期に凝固する恐れがある。また、冷却パイプにより金型を冷却すると、冷却パイプを中心とした同心円状に冷却領域が広がるため、冷却パイプと近い部分が冷却パイプから離れた部分よりも冷やされやすく、金型の成形面の温度を均一にすることが難しい。
【０００７】
シリンダヘッドを成形する金型は、例えば図３に示すように、上型１１０、下型１２０、及び中子１５０を有し、中子１５０は上型１１０に取り付けられる。下型１２０には複数の湯口１２１が形成されると共に、内部に冷却パイプ１６０が埋め込まれている。上型１１０と下型１２０とでキャビティ１４０が形成され、このキャビティ１４０に下型１２０に設けられた複数の湯口１２１から溶湯が供給される。
【０００８】
この場合、キャビティ１４０のうち、湯口１２１から遠い部分の溶湯は、なるべく早期に凝固させることが好ましい。しかし、上型１１０に中子１５０が取り付けられているため、中子１５０により上型１１０とキャビティ１４０とが遮断され、上型１１０付近の溶湯の凝固が遅れる恐れがある。
【０００９】
一方、下型１２０とキャビティ１４０との接触面積は広いため、下型１２０を冷却するための冷却パイプ１６０を複数設けることがある。この場合、冷却パイプ１６０を中心に冷却領域が広がるため（図３に点線で示す）、冷却パイプ１６０間の領域Ａ（図３の網掛領域）の溶湯の凝固が遅れ、この領域Ａの周囲の溶湯が先に凝固し、領域Ａに収縮巣が生じる恐れがある。
【００１０】
本発明の課題は、キャビティに充填された溶湯を確実に指向性凝固させることのできる低圧鋳造用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は、上型と、湯口が設けられた下型と、内部に冷却路を有し、下型の下面に固定された冷却プレートと、上型の内部に形成された冷却路とを備えた低圧鋳造用金型を提供する。
【００１２】
このように、湯口が設けられた下型の内部に冷却路を直接形成するではなく、内部に冷却路を有する冷却プレートを下型の下面に固定することで、下型を間接的に冷却することができるため、緩やかな冷却が可能となる。また、冷却プレートによれば、キャビティとの距離をおおよそ均一にすることができるため、冷却時期の差を小さくすることができる。
【００１３】
また、上型の内部に冷却路を直接形成することで、冷却能を高めることができるため、上型に中子を取り付けた場合でも、湯口から離れた場所の溶湯を早期に凝固させることができる。
【００１４】
上記の低圧鋳造用金型では、湯口付近に冷却プレートが配されることとになるため、冷却プレートで冷却しながらキャビティ内に溶湯を供給すると、湯口や湯道の内部の溶湯が冷却されて凝固する恐れがある。従って、キャビティ内に溶湯が充填された後に、冷却プレート内部の冷却路に冷媒を流通させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の低圧鋳造用金型によれば、湯口付近の溶湯を緩やか且つ均一に冷却できると共に、湯口から離れた場所の溶湯を早期に凝固させることができるため、キャビティに充填された溶湯を確実に指向性凝固させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するための低圧鋳造用金型１（以下、単に金型１と言う。）を示す。この金型１は、上型１０と、下型２０と、横型３０とを有する。下型２０は固定型であり、上型１０は上下方向に移動する可動型、横型３０は水平方向に移動する可動型である。上型１０、下型２０、及び横型３０とで形成されるキャビティ４０には、複数の中子５０（図１に散点で示す）が配される。上型１０の内部には冷却路１１が形成され、その内部に冷媒として水を流通させるようになっている。横型３０の内部には冷却路３１が形成され、その内部に冷媒として空気が流通するようになっている。
【００１８】
下型２０には複数の湯口２１及び湯道２２が形成される。図示例では、下型２０の複数箇所に貫通穴を形成し、この貫通穴の内周面にスリーブ２３が固定される。下型２０の貫通穴及びスリーブ２３の内周面に湯道２２が形成され、湯道２２の上端が湯口２１となる。スリーブ２３は、上側部分を下側部分よりも小径にした形状を成し、これにより湯道２２は、キャビティ４０に開口し、湯口２１につながる小径部２２ａと、小径部２２ａの下方に設けられた大径部２２ｂとを有する。スリーブ２３の上端部には、外径へ突出したフランジ部２３ａが設けられ、このフランジ部２３ａを下型２０に設けられた穴の内周面に圧入することで、スリーブ２３が下型２０に固定される。スリーブ２３の外周面と下型２０との間には隙間２４が形成され、この隙間２４は、フランジ部２３ａの下部から、冷却プレート２５の下面まで連続的に延びている。
【００１９】
下型２０には冷却プレート２５が設けられる。冷却プレート２５は、下型２０の下面に水平状態で固定され、ボルト等により着脱可能に取り付けられる。冷却プレート２５は、キャビティ４０の下方で下型２０の成形面２６に沿って配され、図示例では下型２０の成形面２６の水平方向領域のほぼ全域を覆う一枚のプレートからなる。冷却プレート２５には複数の穴２５ａが形成され、この穴２５ａの内周をスリーブ２３が隙間２４を介して貫通し、穴２５ａの内周に湯道２２の大径部２２ｂが配される。冷却プレート２５の内部には冷却路２７が形成され、その内部に冷媒として空気が流通するようになっている。
【００２０】
上記構成の金型１による鋳造は、以下のようにして行われる。まず、上型１０の冷却路１１に冷却水を流通させると共に、横型の冷却路３１に冷却エアを流通させた状態で、湯道２２及び湯口２１を介してキャビティ４０内に溶湯を供給する。このとき、下型２０に固定された冷却プレート２５の冷却路２７には冷却エアを流通させていない。このように、上型１０及び横型３０を冷却しながらキャビティ４０に溶湯を供給することで、キャビティ４０内の溶湯を、湯口２１から遠い部分から順次固化させることができる。また、湯口２１から溶湯を供給している間、下型２０の冷却を停止していることで、溶湯供給中に湯口２１や湯道２２の内部の溶湯が凝固することを防止できる。
【００２１】
本実施形態のように、シリンダヘッドを鋳造する金型では、上型１０に中子５０が取り付けられているため、上型１０と溶湯とが直接接触する面積は小さく、ほとんどの領域で中子５０を介して溶湯と接触することとなる。中子５０は、砂等を樹脂で固めて形成されるため、金属に比べて熱伝導率が低い。このため、上型１０を冷却しても、キャビティ４０に充填された溶湯が冷却されにくい。そこで、図示例のように、上型１０の内部に冷却路１１を形成して冷却能を高めることで、上型１０を強力に冷却することができるため、中子５０が取り付けられる場合でもキャビティ４０内の溶湯を指向性凝固させることができる。特に、冷却路１１の内部に水を流通させることで、冷却能をより一層高めることができる。
【００２２】
その後、キャビティ４０に溶湯が満たされたら、溶湯の供給を停止すると共に、冷却プレート２５の冷却路２７に冷却エアを供給し、下型２０の冷却を開始する。このように、溶湯がキャビティ４０に充填された後に冷却プレート２５の冷却を開始することで、湯口２１や湯道２２の内部の溶湯の凝固を防止しつつ、キャビティ４０内の溶湯を早期に凝固させて鋳造サイクルの短縮を図ることができる。この場合、キャビティ４０内に溶湯が満たされたことを毎回確認することは難しいため、例えば溶湯の供給開始から所定時間経過後に、冷却プレート２５による冷却を開始するようにすればよい。
【００２３】
このように、下型２０を冷却プレート２５で間接的に冷却することで、緩やかに冷却することができる。特に、冷媒として空気を使用していることで、例えば水を使用する場合よりも緩やかな冷却が可能となる。このとき、冷却プレート２５を、下型２０よりも熱伝導率の高い材料で形成すれば、冷却路２７による冷却領域を素早く広げることができるため、下型２０を均一且つ緩やかに冷却することができる。
【００２４】
また、冷却プレート２５を用いて下型２０を冷却することで、冷却パイプのような局所的な冷却ではなく、広域を万遍なく冷却することができるため、図３に示すような収縮巣の生成を防止することができる。本実施形態では、下型２０の成形面２６とおおよそ平行に配されているため、冷却プレート２５と下型２０との距離をほぼ一定にすることができ、下型２０の成形面２６を均一に冷却することができる。特に、シリンダヘッドを鋳造する金型では、下型２０の成形面２６が比較的広面積で、且つ平坦に形成されるため、冷却プレート２５を用いて成形面２６を均一に冷却することが有効である。
【００２５】
本実施形態では、下型２０とスリーブ２３との間に隙間２４を設けることで、湯道２２の内部の溶湯と下型２０との断熱性を高めている。これにより、冷却プレート２５による冷却を開始した後でも、湯道２２の内部の溶湯が早期に凝固することを防止できる。特に、図示例のように、湯道２２のキャビティ４０側を小径にした場合、小径部２２ａでは、大径部２２ｂと比べて溶湯の凝固により湯道２２が埋まる恐れが高いため、隙間２４は、図示例のように、小径部２２ａの外周を含む領域に設けることが好ましい。また、冷却プレート２５は、溶湯の凝固により埋まる恐れが比較的低い大径部２２ｂの外周に配することが好ましい。さらに、冷却プレート２５の穴２５ａの内周面とスリーブ２３との間にも隙間を設けることで、冷却プレート２５により湯道２２の内部の溶湯が凝固することを防止できる。
【００２６】
また、湯口２１及び湯道２２の中心部Ｍ（図１に一点鎖線で示す）は、冷却プレート２５や下型２０から離隔しているため、比較的温度が高くなりやすい。特に、本実施形態のように、下型２０及び冷却プレート２５とスリーブ２３との間に隙間２４を設けることで、冷却プレート２５による冷却が湯口２１及び湯道２２の中心部Ｍまで届きにくい。従って、下型２０の成形面２６における温度分布は、図２に示すように、湯口２１の中心部Ｍで最も高くなり、中心部Ｍから離隔するに従って徐々に低くなる。このように、湯口２１付近の溶湯を高温状態で維持することで、湯口２１の溶湯の早期の凝固を防止し、湯口２１から遠い箇所から凝固させることができる。
【００２７】
以上のように、本発明は、シリンダヘッドを低圧鋳造するための金型として、特に好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る金型の断面図である。
【図２】下型の成形面の温度分布を示すグラフである。
【図３】低圧鋳造金型の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１     低圧鋳造用金型
１０   上型
１１   冷却路
２０   下型
２１   湯口
２２   湯道
２３   スリーブ
２４   隙間
２５   冷却プレート
２６   成形面
２７   冷却路
３０   横型
４０   キャビティ
５０   中子
【図１】
2010120070.tif 000003
【図２】
2010120070.tif 000004
【図３】
2010120070.tif 000005