(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状鋳造物の外側を形成する外鋳型内に設置される中子の内部に，耐熱性材料にて構成したパイプ体を，当該パイプ体のうち少なくとも一部が前記外鋳型及び前記中子を貫通して大気に連通するように埋設し，前記外鋳型内に金属溶湯を注入したのち，前記パイプ体の内部に，冷却用流体としての水を供給し，
前記中子における温度が所定温度になった時点で，前記中子の内部における前記パイプ体への水の供給を停止するか，或いは，前記水の供給量を減少することによって，前記中子を，外鋳型における温度と等しい温度になるか，或いは，近似する温度になるように制御することを特徴とする中子を使用した鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えば，内燃機関における鋳鉄製シリンダブロック等のような中空の鋳造物を，中子を使用して鋳造する場合における鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関におけるシリンダブロック等のような中空状の鋳造物を鋳造するに際しては，この中空状鋳造物の内部を形成することのために中子を使用していることは周知の通りであるが，前記中子の略全体は，注入した高温の金属溶湯にて囲まれて高温になり，この中子の熱伝導率は鋳造物の熱伝導率よりも遥かに低いために，その冷却性は，前記鋳造物の外側を形成する外鋳型よりも著しく低くなり，前記中子の冷却に長い時間を必要とする。
【０００３】
そこで，先行技術としての特許文献１は，前記中子の内部に，流体通路を設けて，この流体通路に，空気等の冷却用流体を流すことにより，前記中子の冷却を促進することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１７９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この先行技術によると，前記中子の内部に流体通路を形成することによって，前記中子の冷却を大幅に促進できることに加えて，中子から発生するガスのガス抜きを促進できるという利点を有する。
【０００６】
しかし，その反面，前記中子は，鋳物砂等の耐熱性粒子を樹脂又は糊にて固めた構成であることにより，この中子の内部に形成した流体通路は，前記中子の鋳物砂を互いに連結するように固めている有機性樹脂によるバインダが高温の金属溶湯の注入にて劣化又は焼失したときにおける中子の型崩れによって詰まることになるから，その機能を発揮することができない事態になるおそれが大きいという問題がある。
【０００７】
しかも，前記中子の強度は，その内部に形成した流体通路にて低下することにより，前記流体通路は，前記中子の直径に比べて十分に小さい内径にしなければならないから，前記流体通路を形成したことによる冷却性能の向上の効果が低いという問題もあった。
【０００８】
本発明は，これら問題を解消した鋳造方法を提供することを技術的課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この技術的課題を達成するため請求項１は，
「中空状鋳造物の外側を形成する外鋳型内に設置される中子の内部に，耐熱性材料にて構成したパイプ体を，当該パイプ体のうち少なくとも一部が前記外鋳型及び中子を貫通して大気に連通するように埋設し，前記外鋳型内に金属溶湯を注入したのち，前記パイプ体の内部に，冷却用流体としての水を供給し，
前記中子における温度が所定温度になった時点で，前記中子の内部における前記パイプ体への水の供給を停止するか，或いは，前記水の供給量を減少することによって，前記中子を，外鋳型における温度と等しい温度になるか，或いは，近似する温度になるように制御する。」
ことを特徴としている。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【発明の効果】
【００１５】
請求項１によると，中子の内部に埋設したパイプ体内に，冷却用流体としての水を供給して，当該パイプ体のうち大気に連通する部分から排出することにより，前記中子を急速に冷却することができる。
【００１６】
前記中子の内部に埋設したパイプ体は，耐熱性材料にて構成されていることにより，前記中子における型崩れを阻止するから，前記中子の水による冷却性能が，当該中子の型崩れに起因して低下することを確実に防止できる。
【００１７】
しかも，前記中子の内部に埋設したパイプ体は前記中子を補強することにより，当該パイプ体の内径を，前記中子の直径に近づけるように大きくすることができるから，前記中子の水による冷却性能を大幅に向上できる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
また，中子の冷却に際して，外鋳型との間における温度差を小さくした状態に維持できるから，前記鋳造物における残留応力が非常に小さくなり，その結果，場合によっては，前記鋳造物に対する焼鈍工程を省略できる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】鋳造物の一つの例としてのシリンダブロックを示す縦断正面図である。
【図２】図１のII−II視断面図である。
【図３】前記シリンダブロックを鋳造する鋳造型を示す縦断正面図である。
【図４】図３のIV−IV視平断面図である。
【図５】中子に埋設するパイプ体の一例を示す拡大図である。
【図６】中子に埋設するパイプ体の別例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下，本発明の実施の形態を，中空状鋳造物の一つの例として，内燃機関における鋳鉄製のシリンダブロックを鋳造する場合について説明する。
【００２８】
図１及び図２は，内燃機関における鋳鉄製のシリンダブロック１を示しており，このシリンダブロック１は，シリンダボア２ａが嵌め込まれる二つのシリンダ中空部２ｂと，この各シリンダ中空部２ｂの各々に対するクランク室３とを備えている。
【００２９】
図３及び図４は，前記シリンダブロック１を横向きにして鋳造する場合における鋳造型４を示している。
【００３０】
この鋳造型４は，前記横向きしたシリンダブロック１における下半分の外側を形成するための下外鋳型５と，前記シリンダブロック１における上半分の外側を形成するための上外鋳型６と，前記シリンダブロック１におけるシリンダ中空部２ｂ及びクランク室３の内部を形成するための中子７とによって構成され，前記中子７は，前記上下両外鋳型５，６の内部，これらにて支持するように配設されている。
【００３１】
なお，前記図３及び図４において，符号８は，金属溶湯を注ぎ込むための湯口を，符号９は，湯あがり口を各々示している。
【００３２】
前記中子７の内部には，炭素鋼等のような耐熱性材料製のメインパイプ体１０が，前記シリンダボア２ａの軸線の方向に延びるように埋設されているほか，同じく炭素鋼等のような耐熱性材料製で，前記メインパイプ体１０から上向きに延びるサブパイプ体１１が埋設されている。
【００３３】
前記サブパイプ体１１は，その上端が前記上外鋳型６の上面に埋設した大径の大気への連通管１２内に開口し，その下端が前記メインパイプ体１０内に連通しており，このサブパイプ体１１は，前記メインパイプ体１０と別体の構成にすることができるし，前記メインパイプ体１０と一体の構成にすることができる。
【００３４】
一方，前記メインパイプ体１０内には，当該メインパイプ体１０内に空気又は水等の冷却用流体を供給するための冷却用流体供給管１３が差し込まれている。
【００３５】
なお，前記両パイプ体１０，１１を中子７の内部に埋設するに際しては，鋳物砂を前記中子７に固め成形するときに，この中子７内に同時に埋め込むようにすることができるほか，前記中子７を固め成形するときにパイプ体挿入孔を形成するか，或いは，前記中子７を固め成形したあとで，これにパイプ体挿入孔を機械加工にて穿設して，このパイプ体挿入孔内に，前記パイプ体１０，１１を差し込むという方法を採用できる。
【００３６】
前記メインパイプ体１０及びサブパイプ体１１の両方は，その内外への連通孔１４，１５を全長にわたって無数に設けることによって多孔質に構成されている。
【００３７】
具体的には，図５に示すように，その内外への連通孔１４を，前記中子７に使用する砂粒子が通過しない程度の小径にすることによって多孔質にするか，或いは，図６に示すように，その内外への連通孔１５を大径にし，外周又は内周に，前記中子７に使用する砂粒子が通過しない細かい網目（６０メッシュより細かい網目）の金網１６を設けることによって多孔質にするという構成であり，そのほかに，例えば，両パイプ体１０，１１を，例えば，粒子の焼結体にて構成することによって多孔質にするというように，他の手段にて多孔質に構成しても良いことは勿論である。
【００３８】
そして，前記シリンダブロック１の鋳造に際しては，先ず，前記上下両外鋳型５，６と，前記中子７との間に形成される空間に，金属溶湯を湯口８より注ぎ込む。
【００３９】
前記金属溶湯の注ぎ込みに伴い中子から発生するガスは，前記中子７に埋設した多孔質のメインパイプ体１０及びサブパイプ体１１の内部に入り，このメインパイプ体１０及びサブパイプ体１１内を経て大気に排出されることになるから，鋳造物であるシリンダブロック１にガス欠陥が発生することを防止できる。
【００４０】
前記金属溶湯の注ぎ込みが終わると，前記メインパイプ体１０の内部に，冷却用流体を，前記冷却用流体供給管１３から供給することにより，この冷却用流体は，前記メインパイプ体１０内を経てサブパイプ体１１内を流れるとき，前記中子７における熱を奪ったのち，大径の大気への連通管１２から大気中に排出されるから，前記中子７を冷却することができる。
【００４１】
前記メインパイプ体１０内に供給する冷却用流体としては，空気等のガス体を使用することができるほか，ガス体に比べて熱容量の大きい水等の液体を使用して，前記中子７の冷却性能を促進することができる。
【００４２】
本発明者の実験例によると，前記鋳鉄製のシリンダブロック１を鋳造するに際して，冷却用流体として空気を使用した場合，この空気の供給量を，鋳鉄の１Ｋｇ当たり，約５００ｍｌ／ｈｒ以上に設定することが好ましかった。
【００４３】
これに対し，前記冷却用流体として液体をした場合，この液体は中子７に浸透したのち，まだ高い温度を保っているシリンダブロック１に接触することになるから，前記シリンダブロック１に割れ等の欠陥が発生するおそれがある。
【００４４】
そこで，本発明者は，前記冷却用流体として水を使用する場合には，当該冷却用水が前記両パイプ体１０，１１の内部において蒸発して蒸気に気化するように供給することにした。
【００４５】
すなわち，前記メインパイプ体１０内への水の供給を，この供給したものから順番に蒸発するようにして行なうというように，換言すると，当該冷却用水が前記メインパイプ体１０内の底に液体の状態のままで溜まるのを極力少なくし，その殆ど全てが供給されたものから順次蒸発して蒸気に気化して，前記大気への連通管１２から大気中に排出されるというように，適宜量ずつ所定の時間をかけて行なうことにした。
【００４６】
これにより，前記中子７を，前記冷却用水が前記メインパイプ体１０及びサブパイプ体１１内での蒸発にて蒸気に気化するときの潜熱によって，当該中子７の冷却を大幅に促進することができるものでありながら，前記冷却用水の前記中子７への浸透を確実に回避することができる。
【００４７】
本発明者の実験例によると，前記鋳鉄製のシリンダブロック１を鋳造するに際し，その中子７に対する冷却用流体として水を使用した場合，この水の供給量は，鋳鉄の１Ｋｇ当たり，約１０ｍｌ／ｈｒ〜１００ｍｌ／ｈｒに設定するのが好ましかった。
【００４８】
水の供給量が鋳鉄１Ｋｇ当たり１０ｍｌ／ｈｒ未満であるときには，中子７に所定の冷却効果を得ることができず，水の供給量が鋳鉄１Ｋｇ当たり１００ｍｌ／ｈｒを越えるときに，水が中子７に浸透して，シリンダブロック１に割れが発生する現象が認められた。
【００４９】
また，本発明者の実験例によると，前記冷却用流体として水を使用する場合，この水の供給は，前記メインパイプ体１０内における温度が，金属溶湯の注ぎ込みによって１００℃以上に上昇した時点から開始することが好ましく，これにより，前記冷却用水の前記両パイプ体１０，１１内での蒸発を，当該冷却用水の供給開始の当初から行なうことができるから，中子７への水の浸透をより確実に回避することができる。
【００５０】
そして，前記したように，鋳鉄製のシリンダブロック１の鋳造する場合においては，前記中子７における温度が５５０℃になった時点で，その内部における前記両パイプ体１０，１１への冷却用流体の供給を停止するように制御するか，或いは，前記冷却用流体の供給量を減少するように制御することにより，前記中子７を，当該中子７における温度が前記両外鋳型５，６における温度と等しい温度になるか，或いは，近似する温度に維持しながら冷却することにした。
【００５１】
これにより，鋳造されたシリンダブロック１における残留応力が非常に小さくなり，鋳造後における焼鈍工程を省略できるのであった。
【符号の説明】
【００５２】
１                      内燃機関におけるシリンダブロック
２ａ                    シリンダブロックにおけるシリンダボア
２ｂ                    シリンダ中空部
４                      鋳造型
５                      下外鋳型
６                      上外鋳型
７                      中子
８                      湯口
９                      湯あがり口
１０                    メインパイプ体
１１                    サブパイプ体
１２                    大気への連通管
１３                    冷却用流体供給管
１４，１５              連通孔
【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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