(57)【要約】【課題】鋳造加工時、溶湯中の最も冷却したい部位のＤＡＳＩＩの寸法を所望の範囲内とする。【解決手段】鋳造用入子７０は、インナ８８とアウタ９４の２重構造である。インナ８８は、第１インナ部材８４と第２インナ部材８６が組み合わされて構成され、アウタ９４も同様に、第１アウタ部材９０と第２アウタ部材９２が組み合わされて構成される。インナ８８及びアウタ９４には、それぞれ、第１冷却媒体、第２冷却媒体を流通するための第１冷媒流路、第２冷媒流路が形成される。第１冷媒流路は、第１冷却媒体をインナ８８の上方、すなわち、溶湯Ｌに接触する部位に向かって上昇させた後、インナ８８の下方に向かって下降するように案内する。同様に、第２冷媒流路は、第２冷却媒体をアウタ９４の上方（溶湯Ｌに接触する部位）に向かって上昇させた後、アウタ９４の下方に向かって下降するように案内する。【選択図】図５
2010227980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造品を得るための成形型を構成する鋳造用入子であって、
インナと、前記インナに装着されるアウタとを有し、且つ前記インナと前記アウタとの間にクリアランスが形成され、
前記インナに、冷却媒体を流通するための冷媒流路が形成され、
前記インナは、前記冷媒流路を流通する前記冷却媒体によって前記アウタよりも低温に設定されることを特徴とする鋳造用入子。
【請求項２】
請求項１記載の入子において、前記アウタに、前記インナの前記冷媒流路に流通される前記冷却媒体よりも冷却効率が小さい別の冷却媒体を流通するための冷媒流路が形成され、前記インナ及び前記アウタが個別に冷却されることを特徴とする鋳造用入子。
【請求項３】
請求項２記載の入子において、前記インナが、外壁に第１溝が形成された第１インナ用部材と、内壁が前記第１インナ用部材の前記外壁を覆う第２インナ用部材とを有し、前記第２インナ用部材の内壁で前記第１溝の開口を閉塞することで前記第１冷媒流路を形成し、
前記アウタが、外壁に第２溝が形成された第１アウタ用部材と、内壁が前記第１アウタ用部材の前記外壁を覆う第２アウタ用部材とを有し、前記第２アウタ用部材の内壁で前記第２溝の開口を閉塞することで前記第２冷媒流路を形成することを特徴とする鋳造用入子。
【請求項４】
請求項３記載の入子において、前記第１溝及び前記第２溝は、前記第１インナ部材及び前記第１アウタ部材の側壁に沿って前記冷却媒体を該鋳造用入子中のキャビティに近接する部位に到達させる溝と、前記第１インナ部材又は前記第１アウタ部材の側壁を周回するように流通させて前記冷却媒体を前記キャビティから離間させる溝とを含むことを特徴とする鋳造用入子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の入子において、さらに、前記アウタと、前記成形型を構成して当該鋳造用入子を保持する別の型との間にクリアランスが形成されることを特徴とする鋳造用入子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の入子において、当該鋳造用入子は、シリンダヘッドの燃焼室、及びバルブシートが形成されるシート面を成形するためのものであることを特徴とする鋳造用入子。
【請求項７】
請求項６記載の入子において、当該鋳造用入子は、低圧鋳造で前記シリンダヘッドを成形するためのものであることを特徴とする鋳造用入子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造品を得るための型を構成する鋳造用入子に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を走行させるための内燃機関は、シリンダブロックと、該シリンダブロックに装着されるシリンダヘッドとを備える。この中、シリンダヘッドにおけるシリンダブロックに臨む側の面には燃焼室が形成されるとともに、前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートが形成される（例えば、特許文献１参照）。なお、吸気ポート及び排気ポートの開口近傍には、吸気用バルブ又は排気用バルブの各々が着座する吸気バルブシート、排気バルブシートが設けられる。
【０００３】
シリンダヘッドは、一般的に、アルミニウム合金等の溶湯を用いた重力鋳造（ＧＤＣ）によって作製される。ＧＤＣを行う際、上記した吸気バルブシート及び排気バルブシートを形成する部位に円環溝形状のシート面が成形される。
【０００４】
このシート面及び前記燃焼室を併せて成形するために用いられる入子としては、特許文献２の図１及び図２にインサート型と呼称されたものが例示される。すなわち、このインサート型（入子）は、燃焼室を成形するための円柱形状部と、シート面を形成するために突出形成されたシート面成形部とを有する。
【０００５】
ここで、該入子の内部には冷媒流路が形成されている。この冷媒流路に流通される冷却媒体の流量は、入子の温度が所定の温度を維持するように制御される。特許文献２の記載によれば、この冷却媒体の流量制御、換言すれば、入子の温度制御によって溶湯の冷却速度を調整することが可能となる、とのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６７１８３号公報（特に、図１参照）
【特許文献２】特開２００２−２３９７１１号公報（特に、図１及び図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように溶湯の冷却速度を調整する理由は、シリンダヘッドにおいて、自動車の運転時に高温となる燃焼室近傍の金属組織中のデンドライト二次アーム間隔（以下、ＤＡＳＩＩとも表記する）を微細化し、疲労特性を向上させるためである。すなわち、入子の温度が過度に高く、このために溶湯の冷却速度が遅くなると、ＤＡＳＩＩが大きくなり、これに伴って疲労特性が低下するからである。
【０００８】
ところで、シリンダヘッドを作製するための鋳造作業は、１個のシリンダヘッドを得た時点で終了するのではなく、複数個のシリンダヘッドを成形するべく連続的に遂行される。すなわち、型締め、注湯、溶湯の冷却固化及び型開きが連続して営まれる。このような使用状況下では、該入子とともに成形型を構成する型本体（他の型）の温度が大きく変化する。この影響を受け、型本体には、鋳造作業ごとに温度のバラツキが生じる。
【０００９】
燃焼室及びシート面を形成するための入子は、前記特許文献２の図１に示されるように、型本体の孔部に挿入された状態で使用される。このため、型本体の温度にバラツキが生じると、入子の温度にもバラツキが生じるようになる。その結果、該入子の温度を精度よく制御することが容易でなくなる。
【００１０】
このような事態が発生すると、ＤＡＳＩＩを所望の寸法とすることが困難となり、所望の疲労特性を有するシリンダヘッドを得ることも困難となる。このように、従来技術に係る入子には、冷媒流路に冷却媒体が流通されるにも関わらず温度を精度よく制御することが容易でなく、このために所望の疲労強度を示す鋳造品を得ることが容易でないという不具合が顕在化している。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、他の型の温度のバラツキに関わらず温度を精度よく制御することが可能であり、所望の寸法のＤＡＳＩＩが容易に得られ、このために優れた疲労特性を示す鋳造品を得ることが可能な鋳造用入子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明は、鋳造品を得るための成形型を構成する鋳造用入子であって、
インナと、前記インナに装着されるアウタとを有し、且つ前記インナと前記アウタとの間にクリアランスが形成され、
前記インナに、冷却媒体を流通するための冷媒流路が形成され、
前記インナは、前記冷媒流路を流通する前記冷却媒体によって前記アウタよりも低温に設定されることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明においては、インナが集中的に冷却される。このため、溶湯においてインナに接触した部位が最も冷却され、一方、アウタに接触した部位はインナに接触した部位に比して高温となり、該インナに接触して最も冷却された部位を囲繞する。
【００１４】
この比較的高温の部位は、例えば、鋳造型本体の温度にバラツキが生じたとき等に熱緩和領域として機能する。すなわち、鋳造型本体の温度がそれまでの鋳造作業時に比して高温である場合、この熱緩和領域も若干高温となる。しかしながら、上記したようにインナが集中的に冷却されることに併せ、インナとアウタの間のクリアランスが熱的な絶縁域として機能するので、該インナに接触した部位（最も冷却される部位）が熱緩和領域からの熱伝達によって高温になることが回避される。
【００１５】
このように、本発明によれば、インナに接触した部位を効率よく冷却することが可能となる。その結果、該部位の金属組織におけるＤＡＳＩＩを所望の寸法に微細化することができる上、これにより該部位の疲労強度を向上させることができる。
【００１６】
しかも、この場合、アウタに接触した部位では、ＤＡＳＩＩの寸法が、インナに接触した部位におけるＤＡＳＩＩの寸法と、鋳造用入子に接触しない部位におけるＤＡＳＩＩの寸法との中間となる。すなわち、ＤＡＳＩＩの寸法を漸次的に相違させることができるので、ＤＡＳＩＩの寸法が急激に変化すること、換言すれば、金属組織が急激に変化することに伴って鋳造品（例えば、シリンダヘッド）にクラックが発生することを回避することもできる。
【００１７】
なお、アウタにも冷媒流路を形成し、この冷媒流路に、インナの冷媒流路に流通される冷却媒体よりも冷却効率が小さい別の冷却媒体を流通するようにしてもよい。すなわち、インナ及びアウタを個別に冷却するようにしてもよい。これによりアウタの温度制御、ひいては前記熱緩和領域の範囲の制御も容易となる。
【００１８】
以上のような鋳造用入子は、例えば、インナを、外壁に第１溝が形成された第１インナ用部材と、内壁が前記第１インナ用部材の前記外壁を覆う第２インナ用部材とを組み合わせる一方、アウタを、外壁に第２溝が形成された第１アウタ用部材と、内壁が前記第１アウタ用部材の前記外壁を覆う第２アウタ用部材とを組み合わせることで構成することができる。この場合においては、第２インナ用部材の内壁で第１溝の開口を閉塞することで第１冷媒流路を形成するとともに、第２アウタ用部材の内壁で第２溝の開口を閉塞することで第２冷媒流路を形成すればよい。
【００１９】
このような構成とすることにより、インナ及びアウタの内部における所望の位置に冷媒流路を容易に設けることが可能となる。このため、冷媒流路の位置に対応して、溶湯の所望の位置を冷却することも容易となる。
【００２０】
なお、第１溝及び第２溝（第１冷媒流路及び第２冷媒流路）は、該鋳造用入子におけるキャビティに近接する部位に冷却媒体を到達させる溝と、第１インナ部材又は第１アウタ部材の側壁を周回するように冷却媒体を流通させて前記キャビティから離間させる溝を含むようにして形成することが好ましい。この場合、冷却媒体が比較的低温の状態でキャビティ近傍に到達するので、溶湯を効率よく冷却することができる。しかも、側壁を周回する冷却媒体により、第１インナ部材に対して第２インナ部材からの輻射熱が伝達され難く、且つ第１アウタ部材に対して第２アウタ部材からの輻射熱が伝達され難くなる。このため、インナ及びアウタを所望の温度に制御すること、ひいては溶湯を所定の冷却速度で冷却することが容易となる。
【００２１】
さらに、前記アウタと、前記成形型を構成して当該鋳造用入子を保持する別の型との間にクリアランスが形成されるものであることが好ましい。このような構成とすることにより、鋳造用入子に対して他の型から熱が伝達されることが困難となる。このため、鋳造用入子を所望の温度に設定すること、ひいては溶湯を所望の冷却速度で冷却させることが一層容易となる。
【００２２】
なお、このような鋳造用入子の好適な例としては、シリンダヘッドの燃焼室、及びバルブシートが形成されるシート面を成形するためのものを挙げることができる。
【００２３】
さらに、低圧鋳造（ＬＰＤＣ）用の型を構成するためのものであることが好ましい。ＬＰＤＣでは、下型に湯口が形成されるとともに、該下型にこの鋳造用入子が設置される。従って、溶湯に最初に接触するこれら下型及び鋳造用入子が最も高温となる。
【００２４】
通常、ＬＰＤＣにおいては、最も低温である上型側から溶湯が凝固し始める。しかしながら、本発明においては下型に鋳造用入子を設置し、しかも、該鋳造用入子を構成するインナを集中的に冷却する。このため、下型側で燃焼室やシール面を形成する場合においても、インナに接触した部位を効率よく冷却してその冷却速度を大きくし、これによりＤＡＳＩＩを小さくして当該部位の疲労強度を容易に確保することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、鋳造用入子をインナとアウタの２重構造とし、且つインナを集中的に冷却するようにしている。このため、溶湯においてインナに接触した部位が最も冷却され、一方、アウタに接触した部位はインナに接触した部位に比して高温となり、該インナに接触して最も冷却された部位を囲繞する熱緩和領域を形成する。
【００２６】
鋳造型本体の温度がそれまでの鋳造作業時に比して高温である場合、この熱緩和領域も若干高温となるが、インナが集中的に冷却されることに併せ、インナとアウタの間のクリアランスが熱的な絶縁域として機能するので、該インナに接触した部位（最も冷却される部位）が熱緩和領域からの熱伝達によって高温になることが回避される。このため、インナに接触した部位が効率よく冷却されるので、該部位の金属組織におけるＤＡＳＩＩを所望の寸法に微細化することが可能となる。
【００２７】
また、この微細化により、該部位の疲労強度を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】シリンダヘッドの要部拡大斜視図である。
【図２】前記シリンダヘッドを得るための低圧鋳造装置の一部縦断面概略全体構成図である。
【図３】図２の要部拡大縦断面図である。
【図４】本実施の形態に係る鋳造用入子の概略全体斜視図である。
【図５】図４の鋳造用入子の分解斜視図である。
【図６】前記鋳造用入子を構成する第１インナ部材の三面図である。
【図７】前記鋳造用入子を構成する第２インナ部材の上側平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。
【図９】前記第２インナ部材の概略全体側面図である。
【図１０】前記鋳造用入子を構成する第１アウタ部材の三面図である。
【図１１】前記鋳造用入子を構成する第２アウタ部材の三面図である。
【図１２】前記第１インナ部材及び前記第２インナ部材を組み合わせて構成されるインナにおける冷却媒体の流通経路を示すインナの分解斜視図である。
【図１３】前記第１アウタ部材及び前記第２アウタ部材を組み合わせて構成されるアウタにおける冷却媒体の流通経路を示すアウタの分解斜視図である。
【図１４】鋳造用入子（インナ及びアウタ）によって最冷却領域及び熱緩和領域が形成された状態を示す縦断面模式図である。
【図１５】インナ対応入子によって最冷却領域のみが形成された状態を示す縦断面模式図である。
【図１６】アウタ対応入子によって最冷却領域のみが形成された状態を示す縦断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る鋳造用入子につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
先ず、図１にシリンダヘッド１０の要部を拡大して示す。このシリンダヘッド１０は、アルミニウム合金の溶湯を用いて後述する低圧鋳造（ＬＰＤＣ）装置で成形されたものであり、複数個の燃焼室１２を有する。なお、図１においては、その中の１個を示している。
【００３１】
図１から諒解されるように、１個の燃焼室１２に対しては４個の給排気用バルブ孔１４ａ〜１４ｄが連通して設けられる。そして、各給排気用バルブ孔１４ａ〜１４ｄの開口近傍には、テーパー状に拡径する円環溝形状のシート面１６が形成される。
【００３２】
図２は、前記シリンダヘッド１０を得るための低圧鋳造装置２０の一部縦断面概略全体構成図である。この低圧鋳造装置２０は、給湯部２２と金型部２４とを具備して構成される。
【００３３】
給湯部２２には保持炉２６が配設され、この保持炉２６内には、シリンダヘッド１０を得るためのアルミニウム合金の溶湯Ｌを貯留した坩堝２８が収容される。なお、坩堝２８内の溶湯Ｌは、該坩堝２８を囲繞する加熱ヒータ３０によって加温される。
【００３４】
保持炉２６には圧縮ガス供給管３２が接続されており、一方、坩堝２８内には給湯管３４が挿入されている。この給湯管３４には、テーパー状に拡開して前記金型部２４を構成する下型３６まで延在する配湯管３８が連結される。なお、該配湯管３８は、下プラテン４０と、前記下型３６を支持する固定ダイベース４２に形成された収容口４４に収容される。
【００３５】
金型部２４は、前記下型３６と、第１シリンダ４６及び第２シリンダ４８の同期駆動下に互いに接近又は離間する第１横型５０及び第２横型５２と、第３シリンダ５４の作用下に前記下型３６に対して接近又は離間する可動ダイベース５６に支持された上型５８とを有し、これら下型３６、第１横型５０、第２横型５２及び上型５８によって型締めがなされることに伴い、シリンダヘッド１０を成形するためのキャビティ６０が形成される。さらに、下型３６には、前記配湯管３８を介して前記給湯管３４に連通する複数個の湯口６２が形成される。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、前記キャビティ６０における下型３６側でシリンダヘッドのガスケット面が成形され、一方、上型５８側でカバー面が成形される。
【００３７】
図２に模式的に示される本実施の形態に係る鋳造用入子７０は、その要部拡大縦断面図である図３に詳細に示すように、シリンダヘッド１０に対して前記燃焼室１２及び前記シート面１６（ともに図１参照）を成形するべく、下型３６における湯口６２、６２同士の間に形成された孔部７２に挿入されて用いられる。勿論、鋳造用入子７０は、燃焼室１２を成形するための燃焼室成形部７４、及びシート面１６を成形するためのシート面成形部７６がキャビティ６０に臨むようにして設置されている。なお、図３中、参照符号７８、８０、８２は、それぞれ、第１クリアランス、第２クリアランス、砂中子を示す。
【００３８】
ここで、該鋳造用入子７０の概略全体斜視図を図４に示すとともに、その分解斜視図を図５に示す。これら図４及び図５から諒解されるように、鋳造用入子７０は、第１インナ部材８４及び第２インナ部材８６が組み合わされて構成されるインナ８８と、第１アウタ部材９０及び第２アウタ部材９２が組み合わされて構成されるアウタ９４とを具備する。
【００３９】
図５に示すように、第１インナ部材８４は略円柱形状をなし、その下側底面から上側底面までは、断面円形状の挿入孔９６が貫通形成されている。また、図５及び第１インナ部材８４の三面図である図６に示すように、第１インナ部材８４の側壁には、第１冷却媒体を導入するための第１導入口９８を起点とし、該第１インナ部材８４の内部に向かう横流路１００と、この横流路１００の終端部から略９０°折曲形成されて略鉛直方向に延在するとともに、上側底面１０１で開口した長縦流路１０２とを含む第１溝１０４が形成される。前記上側底面１０１は、この第１溝１０４によってその一部が切り欠かれている。
【００４０】
図６に示すように、第１溝１０４は、交互に連設された短寸の短縦流路１０６と、第１インナ部材８４を螺旋状に約１周する螺旋流路１０８とをさらに含む。最後の短縦流路１０６は、第１インナ部材８４の下端部近傍に到達する。
【００４１】
第１溝１０４の末端であるこの短縦流路１０６は、前記第１導入口９８に対して略１８０°離間した位置を終端とする。この終端は、第１冷却媒体を導出するための第１導出口１１０として機能する。
【００４２】
残余の第２インナ部材８６は、図５及び第２インナ部材８６の上側平面図である図７に示すように、下方が開口する一方で上方が閉塞された中空有底円筒形状をなす。すなわち、第２インナ部材８６は、上側底面１１２のみを底面として有する。
【００４３】
上側底面１１２の内面には、前記第１インナ部材８４の挿入孔９６に嵌合される連結軸１１４が鉛直下方に向かって突出形成されている。なお、この連結軸１１４は、図２、及び図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である図８に示すように、中空である。
【００４４】
図５、図７、図８及び図９に示すように、第２インナ部材８６の側壁には、第２導入口１１６が貫通形成された第１突出部１１８、第２導出口１２０が貫通形成された第２突出部１２４が互いに略１８０°離間する位置に突出して設けられる。連結軸１１４が挿入孔９６に嵌合されて第１インナ部材８４と第２インナ部材８６が組み合わされたとき、第２導入口１１６は第１導入口９８に連通し、一方、第２導出口１２０は第１導出口１１０に連通する。
【００４５】
また、この際には、図２から容易に諒解されるように、第１インナ部材８４に形成された第１溝１０４が第２インナ部材８６の内壁で覆われ、これにより該第１溝１０４の開口が閉塞されて第１冷媒流路が形成される。
【００４６】
第２インナ部材８６の側壁には、２個の係合用凸部１２６、１２８（図７及び図８参照）も互いに略１８０°離間するようにして突出形成される。すなわち、第１突出部１１８、係合用凸部１２６、第２突出部１２４、係合用凸部１２８は、この順序で互いに略９０°ずつ離間する位置に配設されている。
【００４７】
第２インナ部材８６の上側底面１１２の外壁には、シート面１６（図１参照）を成形するための４個の第１シート面成形部１３０が略半分に分割された状態で鉛直上方に突出形成されている。後述するように、４個の第１シート面成形部１３０の各々は、第１アウタ部材９０に形成された第２シート面成形部１３２とともに円錐台形状のシート面成形部７６を形成する。
【００４８】
一方、アウタ９４を構成する第１アウタ部材９０は、図５及びその三面図である図１０に示すように、小径な円筒部１３４と、該円筒部１３４の上端部に形成された大径なフランジ部１３６とを有し、円筒部１３４からフランジ部１３６に至るまで、インナ８８を内挿するための内挿孔１３８が貫通形成される。また、円筒部１３４の下端部には、該下端部を切り欠くようにして、前記第２インナ部材８６の第１突出部１１８、係合用凸部１２８、第２突出部１２４、係合用凸部１２６のそれぞれを嵌挿するための４個の嵌挿口１３９ａ〜１３９ｄが互いに略９０°離間する位置に形成されている。
【００４９】
図２から諒解されるように、前記内挿孔１３８には段部１４０が設けられている。すなわち、内挿孔１３８の径は、円筒部１３４においては第２インナ部材８６の外径に比して大きく、且つフランジ部１３６においては第２インナ部材８６の外径に対応する寸法に設定されている。このため、第２インナ部材８６の側壁と、第１アウタ部材９０における円筒部１３４の内壁との間に第１クリアランス７８が形成されるとともに、フランジ部１３６の内壁に嵌合されることによってインナ８８が保持される。
【００５０】
図１０に示すように、円筒部１３４の側壁には、第２冷却媒体を導入するための第３導入口１４１を起点とする第２溝１４２が形成される。この第２溝１４２は、第３導入口１４１からフランジ部１３６に指向して、換言すれば、鉛直上方に向かって延在する縦流路１４４と、この縦流路１４４に連通してフランジ部１３６から離間する変形螺旋流路１４６とを有する。
【００５１】
変形螺旋流路１４６は、円筒部１３４の側壁を螺旋状に略１周する螺旋路１４８と、略鉛直方向に沿って延在するとともに前記縦流路１４４に比して短寸な折り返し流路１５０とをそれぞれ複数個組み合わせて構成される。最終の折り返し流路１５０の終端は、前記第３導入口１４１に対して略１８０°離間した位置に設けられ、この終端が、第２冷却媒体を導出するための第３導出口１５２として機能する。
【００５２】
フランジ部１３６の上端面には、第２インナ部材８６の前記第１シート面成形部１３０とともにシート面１６（図１参照）を成形するための４個の第２シート面成形部１３２が、略半分に分割された状態で鉛直上方に向かって突出形成される。
【００５３】
また、第２アウタ部材９２は、図２及び図５から諒解されるように、その高さ方向寸法が第１アウタ部材９０の円筒部１３４の高さ方向寸法に略合致する円筒形状体である。この第２アウタ部材９２の貫通孔１５４には、第２アウタ部材９２の円筒部１３４が嵌合される（図３参照）。
【００５４】
図５及びその三面図である図１１に示すように、第２アウタ部材９２の下端部には、第２インナ部材８６の第２導出口１２０及び第２導入口１１６を露呈するための第１切欠１５６、第２切欠１５８が四角形状に形成される。これら第１切欠１５６、第２切欠１５８の近傍には、第４導入口１６０が形成された第１舌片部１６２、第４導出口１６４が形成された第２舌片部１６６がそれぞれ設けられる。勿論、第４導入口１６０及び第４導出口１６４の各々は、第１アウタ部材９０の第３導入口１４１及び第３導出口１５２に連通する。
【００５５】
また、第２アウタ部材９２の側壁には、前記下型３６の孔部７２に該第２アウタ部材９２、ひいては鋳造用入子７０全体を係合させるための係合支持部１７０、１７２が突出形成される。
【００５６】
以上の構成において、第１インナ部材８４、第２インナ部材８６、第１アウタ部材９０及び第２アウタ部材９２の材質は全て同一とされ、これにより熱伝導率が均等とされている。なお、前記材質の好適な例としては、鋳造用型や入子に一般的に採用される合金工具鋼、具体的には、ＳＫＤ６１等が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
【００５７】
インナ８８を組み立てる際には、第１インナ部材８４の挿入孔９６に対して第２インナ部材８６の連結軸１１４が嵌合される。勿論、このときには、第２インナ部材８６の第２導入口１１６及び第２導出口１２０が、第１インナ部材８４の第１導入口９８及び第１導出口１１０のそれぞれに予め位相合わせされる。
【００５８】
この嵌合に伴い、第１インナ部材８４の側壁及び上側底面１０１に形成された第１溝１０４の開口が第２インナ部材８６の内壁によって閉塞される。その結果、インナ８８の内部に第１冷媒流路が形成されるに至る。
【００５９】
また、アウタ９４を組み立てる際には、第２アウタ部材９２の第４導入口１６０及び第４導出口１６４が、第１アウタ部材９０の第３導入口１４１及び第３導出口１５２のそれぞれに位相合わせされた状態で、第２アウタ部材９２の貫通孔１５４に対して第１アウタ部材９０の円筒部１３４が嵌合される。これにより第１アウタ部材９０の円筒部１３４の側壁に形成された第２溝１４２の開口が第２アウタ部材９２の内壁によって閉塞され、アウタ９４の内部に第２冷媒流路が形成される。
【００６０】
以上のようにして第１アウタ部材９０の円筒部１３４が第２アウタ部材９２の貫通孔１５４に嵌合される一方で、第１アウタ部材９０のフランジ部１３６が第１アウタ部材９０から露呈する。
【００６１】
このようにして組み立てられたアウタ９４中の第１アウタ部材９０の内挿孔１３８に対し、インナ８８が内挿されることにより、図２に示す状態の鋳造用入子７０が構成されるに至る。この内挿の際、第１アウタ部材９０の嵌挿口１３９ａ〜１３９ｄに対して第２インナ部材８６の第１突出部１１８、係合用凸部１２８、第２突出部１２４、係合用凸部１２６のそれぞれが嵌挿される。この中の第１突出部１１８及び第２突出部１２４は、第２アウタ部材９２の下端部に形成された第２切欠１５８及び第１切欠１５６（図５参照）のそれぞれに臨む。このため、第２導入口１１６及び第２導出口１２０がアウタ９４の側壁で露呈する（図４参照）。
【００６２】
また、第１アウタ部材９０のフランジ部１３６に形成された第２シート面成形部１３２の各々が、第２アウタ部材９２の上側底面１１２に形成された第１シート面成形部１３０の各々に対向する。これにより、図２に示すように、フランジ部１３６から離間するに従ってテーパー状に縮径する４個のシート面成形部７６が形成される。さらに、上記したように、第２インナ部材８６の側壁と、内挿孔１３８における第１アウタ部材９０の円筒部１３４の内壁との間に、図３に示す第１クリアランス７８が形成される。
【００６３】
さらに、このようにして構成された鋳造用入子７０が下型３６の孔部７２に挿入された際には、上記したように第２クリアランス８０（図３参照）が形成される。
【００６４】
本実施の形態に係る鋳造用入子７０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。
【００６５】
シリンダヘッド１０を得るための鋳造加工は、図２に示される前記低圧鋳造装置２０を用い、以下のようにして実施される。
【００６６】
はじめに、第１シリンダ４６、第２シリンダ４８及び第３シリンダ５４が付勢され、これにより第１横型５０、第２横型５２及び上型５８の全てが下型３６に対して接近して型締めがなされて、シリンダヘッド１０の形状に対応する形状のキャビティ６０が形成される。
【００６７】
その一方で、鋳造用入子７０を構成するインナ８８及びアウタ９４に対し、第１冷却媒体、第２冷却媒体がそれぞれ供給される。なお、以下においては、第１冷却媒体、第２冷却媒体として、水、圧縮空気を採用した場合を例示して説明する。
【００６８】
インナ８８に対しては、アウタ９４に露呈した第２インナ部材８６の第２導入口１１６から冷却水が導入される。冷却水は、第１インナ部材８４の第１導入口９８に到達した後、図１２に示すように、第１冷媒流路（第１溝１０４）を構成する横流路１００及び長縦流路１０２を経由して第１インナ部材８４の上側底面１０１に到達する。なお、図１２においては、視認を容易にするべく、第１インナ部材８４と第２インナ部材８６を分解して示した上で第２インナ部材８６側に冷却水の流通経路を示しているが、上述の通り、冷却水は第１インナ部材８４に形成された第１溝１０４に沿って流通する。
【００６９】
第１インナ部材８４の上側底面１０１に到達した冷却水は、次に、短縦流路１０６と螺旋流路１０８を交互に経由しながらインナ８８の内部を下降して第１導出口１１０に到達し、該第１導出口１１０に連通するとともにアウタ９４に露呈した第２導出口１２０から鋳造用入子７０の外部に導出される。
【００７０】
また、アウタ９４に対しては、第２アウタ部材９２の第４導入口１６０から圧縮空気が導入される。圧縮空気は、第１アウタ部材９０の第３導入口１４１に到達した後、図１３に示すように、第２冷媒流路（第２溝１４２）を構成する縦流路１４４を経由してフランジ部１３６に到達し、さらに、螺旋路１４８及び折り返し流路１５０を交互に通過しながら第１アウタ部材９０を下降して第３導出口１５２に到達する。なお、図１３においても図１２と同様に、視認を容易にするべく、第１アウタ部材９０と第２アウタ部材９２を分解して示した上で第２アウタ部材９２側に圧縮空気の流通経路を示しているが、上述した通り、圧縮空気は第１アウタ部材９０に形成された第２溝１４２に沿って流通する。
【００７１】
このようにして水がインナ８８の内部に流通される一方、圧縮空気がアウタ９４の内部に流通される。その結果、アウタ９４に比してインナ８８が低温となる。冷却水の方が圧縮空気よりも冷却効率に優れるからである。
【００７２】
このような準備がなされた後、圧縮ガス供給管３２（図２参照）を介して保持炉２６内に圧縮ガスが供給される。なお、圧縮ガスとしては、アルミニウム合金に対して不活性な窒素等が好適である。
【００７３】
圧縮ガスによって押圧された坩堝２８内の溶湯Ｌは、給湯管３４及び配湯管３８を経由して湯口６２に到達し、さらに、該湯口６２を経由して前記キャビティ６０に注湯される。注湯された溶湯Ｌ中の下型３６に臨む側は、該下型３６及び鋳造用入子７０に接触する。このように、ＬＰＤＣでは下型３６に形成された湯口６２から溶湯Ｌが注湯されるため、第１横型５０、第２横型５２や上型５８に比して下型３６が比較的早期に高温となる。
【００７４】
キャビティ６０に注湯された溶湯Ｌは、比較的低温である上型５８側から下型３６側に向かって凝固し始めるが、上記したように、本実施の形態においては下型３６に鋳造用入子７０が配置されるとともに、該鋳造用入子７０が冷却媒体によって冷却される。このため、溶湯Ｌにおける下型３６に臨む部位中、鋳造用入子７０に接触する箇所は急冷され、これによりＤＡＳＩＩが小さくなる。
【００７５】
ここで、本実施の形態に係る鋳造用入子７０では、インナ８８の内部に冷却水が流通される一方、アウタ９４の内部に圧縮空気が流通される。さらに、インナ８８とアウタ９４の間には第１クリアランス７８（図３参照）が形成される。このように、アウタ９４内に流通される圧縮空気に比して冷却効率に優れた冷却水がインナ８８内に流通されるとともに、第１クリアランス７８が存在することでインナ８８とアウタ９４との間に熱伝達が起こり難くなっている。
【００７６】
また、アウタ９４と下型３６の間に第２クリアランス８０が形成されている。このため、下型３６からの熱がアウタ９４に伝達され難い。従って、溶湯Ｌにおける第２アウタ部材９２のフランジ部１３６に接触した部位の温度は、その内部に流通される圧縮空気の流量に応じて低下する。しかしながら、その温度低下は、第２インナ部材８６の上側底面１１２に接触した部位に比して小さい。上記したように、インナ８８内には、アウタ９４内に流通される圧縮空気に比して冷却効率に優れる冷却水が流通しているからである。
【００７７】
しかも、インナ８８の内部に流通する冷却水、及びアウタ９４の内部に流通する圧縮空気は、上記から諒解されるように、インナ８８、アウタ９４の各内部に導入されて迅速に上方、換言すれば、溶湯Ｌに接触する部位に到達する。このため、冷却水及び圧縮空気が比較的低温の状態で溶湯Ｌに近接するので、溶湯Ｌが効率よく冷却される。
【００７８】
その上、溶湯Ｌを冷却した後に第１アウタ部材９０の側壁を周回するようにしてアウタ９４内を下降する圧縮空気により、下型３６からアウタ９４に対する輻射熱による伝熱が遮断される。同様に、溶湯Ｌを冷却した後に第１インナ部材８４の側壁を周回するようにしてインナ８８内を下降する冷却水は、アウタ９４からインナ８８に対する輻射熱による伝熱を遮断する。このようにして輻射熱による伝熱が遮断されること、換言すれば、輻射熱によってアウタ９４ないしインナ８８の温度が上昇することが防止されることと、第１クリアランス７８及び第２クリアランス８０が存在することとが相俟って、アウタ９４は下型３６の熱的影響を受け難く、また、インナ８８はアウタ９４の熱的影響を受け難くなっている。例えば、下型３６、アウタ９４、インナ８８のおおよその温度は、４００℃、２５０℃、５０℃となる。
【００７９】
従って、溶湯Ｌには、図１４に模式的に示すように、鋳造用入子７０に接触する部位の近傍で温度勾配が生じる。すなわち、溶湯Ｌは、第２インナ部材８６の上側底面１１２に接触した部位、換言すれば、燃焼室成形部７４に対応して成形される燃焼室１２（図１参照）の略中心部が効率的に冷却され（以下、最冷却領域とも表記し、その参照符号をＡ１とする）、シート面成形部７６に対応して成形されるシート面１６の近傍は、燃焼室１２の中心部よりも比較的高温に保持される。
【００８０】
この比較的高温に保持される領域は、鋳造条件、例えば、下型３６の温度のバラツキを緩和する熱緩和領域Ａ２として機能する。すなわち、例えば、下型３６の温度がそれまでの鋳造作業時に比して高温である場合、この熱緩和領域Ａ２も若干高温となる。しかしながら、インナ８８内には、上記したように冷却効率に優れた冷却水が流通される。このため、最冷却領域Ａ１が熱緩和領域Ａ２の影響を受けて高温になることが回避される。
【００８１】
すなわち、溶湯Ｌにおいて、冷却水が流通されたインナ８８に接触する部位（最冷却領域Ａ１）は、熱緩和領域Ａ２の温度に関わらず効率的に冷却され、冷却水によって奪取された熱量に対応する所定の温度まで低下する。このことから諒解されるように、本実施の形態によれば、最冷却領域Ａ１の温度を、鋳造条件に関わらず略一定に制御し得るようになる。その結果、燃焼室１２（図１参照）の略中心部におけるＤＡＳＩＩを所望の寸法範囲内に制御することができる。
【００８２】
これに対し、図１５に模式図として示すように、第１インナ部材８４及び第２インナ部材８６のみに対応する構成・寸法でインナ対応入子２００を構成した場合、熱緩和領域Ａ２が形成されることはない。すなわち、溶湯Ｌには、該インナ対応入子２００に接触した部位に対応して最冷却領域Ａ１のみが形成される。
【００８３】
この場合において、例えば、下型３６の温度がそれまでの鋳造作業時に比して高温となると、溶湯Ｌも高温となる。従って、最冷却領域Ａ１を所定の温度まで冷却することが容易でなくなり、結局、ＤＡＳＩＩを所望の寸法範囲内に制御すること、換言すれば、微細化することが困難となる。この場合、該部位において疲労強度を確保することが困難となる。
【００８４】
また、図１６に模式的に示すように、第１アウタ部材９０及び第２アウタ部材９２のみに対応する構成・寸法でアウタ対応入子２１０を構成するとともに、その内部に冷却水を流通した場合も、熱緩和領域Ａ２が形成されることはない。すなわち、溶湯Ｌには、該アウタ対応入子２１０に接触した部位に対応して幅広の最冷却領域Ａ１のみが形成される。
【００８５】
この場合、例えば、溶湯Ｌにおける湯口６２の近傍の凝固が促進される。すなわち、該部位の冷却速度が大きくなる。このように冷却速度が過度に大きくなった結果、引け巣等の内部欠陥が発生する懸念がある。
【００８６】
以上から諒解されるように、本実施の形態によれば、鋳造用入子７０をインナ８８とアウタ９４の２重構造とし、最も冷却を必要とする箇所、すなわち、最冷却領域Ａ１を成形するインナ８８内に冷却効率に優れた冷却水を流通する一方、アウタ９４内に圧縮空気を流通して前記最冷却領域Ａ１を囲繞する熱緩和領域Ａ２を形成するようにしているので、この熱緩和領域Ａ２によって下型３６、ひいては溶湯Ｌの温度の相違を吸収し、その結果、最冷却領域Ａ１が溶湯Ｌの温度に関わらず該溶湯Ｌを所定の温度まで冷却することが可能となる。従って、最冷却領域Ａ１に形成される組織中のＤＡＳＩＩを所望の寸法範囲内に制御すること、ひいてはシリンダヘッド１０の疲労強度を確保することが容易となる。
【００８７】
また、この場合、熱緩衝領域から最冷却領域Ａ１にかけてＤＡＳＩＩの寸法が緩やかに変化する。すなわち、ＤＡＳＩＩの寸法が急激に変化することを回避することができ、このため、金属組織の急激な変化に伴ってシリンダヘッド１０にクラックが発生することを回避することもできる。
【００８８】
このようにして鋳造加工がなされた後、第１シリンダ４６、第２シリンダ４８及び第３シリンダ５４が付勢され、下型３６から第１横型５０、第２横型５２及び上型５８が離間して型開きがなされる。その結果、鋳造品であるシリンダヘッド１０が露呈する。
【００８９】
このシリンダヘッド１０における燃焼室１２の略中心部は、疲労強度が大きい。上記したように、ＤＡＳＩＩの寸法が所望の範囲内、好適には３０μｍ以下に制御されているからである。
【００９０】
すなわち、本実施の形態によれば、燃焼室１２の略中心部の疲労強度が十分に確保されたシリンダヘッド１０を得ることができる。このようなシリンダヘッド１０は長期間にわたって優れた耐久性を示すので、結局、耐久性に優れた内燃機関を構成することができる。
【００９１】
シリンダヘッド１０の疲労強度を確保することは、特に、シリンダヘッド１０がディーゼル内燃機関用のものである場合に有用である。この場合、燃焼室１２内に供給された軽油の燃焼を促進するべく、シリンダヘッド１０に対してグロープラグが設置される。このため、鋳造加工時に、燃焼室１２の略中心部にグロープラグを設置するためのプラグ穴、すなわち、他の部位に比して肉厚が小さい薄肉部を成形する必要がある。
【００９２】
このような薄肉部は、肉厚が大きな他の部位に比して疲労強度が小さい。このため、有底プラグ穴が存在しないシリンダヘッド１０に比して耐久性が小さくなる懸念がある。しかしながら、本実施の形態に係る鋳造用入子７０を用いた上でこの薄肉部に対応する部位のＤＡＳＩＩを微細化すれば、疲労強度を著しく向上させることができる。すなわち、プラグ穴が形成されて薄肉となった部位の耐久性に優れるシリンダヘッド１０を容易に得ることができる。
【００９３】
なお、上記した実施の形態においては、シリンダヘッド１０の燃焼室１２及びシート面１６を成形するための鋳造用入子７０を例示して説明したが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、別の鋳造品を得るための入子であってもよい。
【００９４】
また、鋳造品によっては、アウタ９４に圧縮空気を流通させないようにしてもよい。この場合においても、第２クリアランス８０によって下型３６からの熱が伝達することが阻害されるので、最冷却領域Ａ１を囲繞する熱緩衝領域を形成することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０…シリンダヘッド                  １２…燃焼室
１４ａ〜１４ｄ…給排気用バルブ孔      １６…シート面
２０…低圧鋳造装置                    ２２…給湯部
２４…金型部                          ３６…下型
６０…キャビティ                      ６２…湯口
７０…鋳造用入子                      ７４…燃焼室成形部
７６…シート面成形部                  ７８…第１クリアランス
８０…第２クリアランス                ８４…第１インナ部材
８６…第２インナ部材                  ８８…インナ
９０…第１アウタ部材                  ９２…第２アウタ部材
９４…アウタ                          ９６…挿入孔
１０４…第１溝                        １１４…連結軸
１３０…第１シート面成形部            １３２…第２シート面成形部
１３８…内挿孔                        １４０…段部
１４２…第２溝                        １５４…貫通孔
２００…インナ対応入子                ２１０…アウタ対応入子
Ａ１…最冷却領域                      Ａ２…熱緩和領域
Ｌ…溶湯
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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