(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の成形を司る複数の燃焼室中子が直列に装着された主型と他の金型要素とを組み合わせて製品形状部空間を形成し、上記主型のうち直列配置の燃焼室中子を挟んでその片側に形成された湯口部から製品形状部空間に溶湯を導入することによりシリンダヘッドを鋳造成形するようにしたシリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置であって、
上記各燃焼室中子には該燃焼室中子を強制冷却するための冷却媒体を通流させる冷却通路を反湯口部側の位置に偏らせて形成するとともに、
主型の外縁部には冷却媒体の流入ポートおよび流出ポートをそれぞれ形成し、
上記冷却通路の反湯口部側の部位と流入ポートおよび流出ポートとを主型に対して空気断熱された冷却媒体供給パイプにて相互に接続したことを特徴とするシリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置。
【請求項２】
上記燃焼室中子が装着された主型の背面部には空気断熱層として機能するパイプ収容空間が形成されていて、
冷却通路と流入ポートおよび流出ポートとを接続する冷却媒体供給パイプが上記パイプ収容空間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置。
【請求項３】
上記各燃焼室中子ごとの冷却通路と流入ポートおよび流出ポートとを接続する冷却媒体供給パイプが上記パイプ収容空間に集中配置されていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置。
【請求項４】
上記パイプ収容空間は凹状空間となっていて、着脱可能な蓋部材で閉止されていることを特徴とする請求項２または３に記載のシリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドを低圧鋳造法等により鋳造するための金型（鋳型）において、特に燃焼室の鋳造成形を直接司る燃焼室中子を所定の冷却媒体にて強制冷却するようにした冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッドを金型を用いて鋳造するにあたり、特に機能上最も重要な燃焼室近傍での鋳造欠陥の発生を防止するために、その燃焼室の鋳造成形を直接司る燃焼室中子を強制冷却するようにした技術が例えば特開平７−１６４１００公報に記載されている。
【０００３】
この従来の技術では、図７に示すように、他の金型要素と組み合わされて製品形状部空間としてのキャビティを形成することになる下型１０１に例えば４気筒分の燃焼室中子１０２が配置されているものであるが、下型１０１には冷却通路１０３を、燃焼室中子１０２には冷却通路１０３に連通する仕切り板１０４付きの冷却用開口部１０５をそれぞれ形成し、これら冷却通路１０３および冷却用開口部１０５に所定の冷却媒体を通流させることで燃焼室中子１０２を強制冷却し、もって燃焼室周辺での指向性凝固を促進させて凝固遅れによる鋳造欠陥の発生を未然に防止するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、冷却通路１０３が下型１０１に直接形成されているため、燃焼室中子１０２のみならず下型１０１そのものまでもが冷却されてしまうことになり、指向性凝固を促進させるにもおのずと限界がある。特に、冷却媒体として水を使用した場合には、高温となっている下型１０１に冷却水が最初に接触して気化することになる通路入口部分での温度低下が著しく、下型１０１の温度むらが生じやすいために、理想とする指向性凝固を一層困難なものにしている。
【０００５】
また、上記のように下型１０１に冷却通路１０３を直接形成しているために、その通路１０３の両端の流入ポート１０６および流出ポート１０７の位置の自由度に乏しいという欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたもので、とりわけ所期の目的である指向性凝固を一層促進することができるようにした構造を提供しようとするものである。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、燃焼室の成形を司る複数の燃焼室中子が直列に装着された主型と他の金型要素とを組み合わせて製品形状部空間を形成し、上記主型のうち直列配置の燃焼室中子を挟んでその片側に形成された湯口部から製品形状部空間に溶湯を導入することによりシリンダヘッドを鋳造成形するようにしたシリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置であって、上記各燃焼室中子には該燃焼室中子を強制冷却するための冷却媒体を通流させる冷却通路を反湯口部側の位置に偏らせて形成するとともに、主型の外縁部には冷却媒体の流入ポートおよび流出ポートをそれぞれ形成し、上記冷却通路の反湯口部側の部位と流入ポートおよび流出ポートとを主型に対して空気断熱された冷却媒体供給パイプにて相互に接続したことを特徴としている。
【０００８】
上記冷却媒体供給パイプとしては、例えば銅や鋼等の金属製のもののほか、耐熱フレキシブルホース等を用いるものとし、さらに冷却媒体としては冷却エアのほか水等を用いるものとする。
【０００９】
したがって、この請求項１に記載の発明では、燃焼室中子側の冷却通路と流入ポートおよび流出ポートとを冷却媒体供給パイプにて直接接続したことによって、冷却媒体と主型とが直接接触することがなく断熱されているのに加えて、冷却媒体供給パイプ自体もまた主型に対し空気断熱されていることから、燃焼室中子だけを効率よく冷却して、指向性凝固を促進することができるようになる。特に、直列配置の燃焼室中子を挟んでその片側に形成された湯口部から製品形状部空間に溶湯が導入されることから、機能上最も重要な燃焼室を形成することになる燃焼室中子が積極的に冷却されることはもちろんのこと、冷却通路を反湯口部側の位置に偏らせて形成したことによって、その燃焼室中子のうちでも湯口部から遠い部位から順に凝固を進行させることができるようになり、理想的な指向性凝固を実現できるようになる。同時に、主型と冷却媒体とは上記の断熱のために相互に熱的影響を与えることがないので、冷却媒体供給パイプの自由なレイアウトが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明を前提として、上記燃焼室中子が装着された主型の背面部には空気断熱層として機能するパイプ収容空間が形成されていて、冷却通路と流入ポートおよび流出ポートとを接続する冷却媒体供給パイプが上記パイプ収容空間に配置されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明を前提として、上記各燃焼室中子ごとの冷却通路と流入ポートおよび流出ポートとを接続する冷却媒体供給パイプが上記パイプ収容空間に集中配置されていることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明を前提として、上記パイプ収容空間は凹状空間となっていて、着脱可能な蓋部材で閉止されていることを特徴としている。
【００１５】
したがって、これら請求項２〜４に記載の発明では、主型と冷却媒体との間の冷却媒体供給パイプによる断熱作用に加えて、パイプ収容空間に存する空気による空気断熱効果も期待できるようになる。特に、請求項３に記載の発明のように各々の冷却媒体供給パイプをパイプ収容空間に集中配置すると、パイプの集約化が図れるようになり、また請求項４に記載の発明のように、冷却媒体供給パイプが集中配置されたパイプ収容空間を蓋部材にて閉止すると、そのパイプ収容空間が密閉空間となって断熱効果の上でより好ましいものとなる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、冷却媒体と主型とが直接接触することなく断熱されているのに加えて、冷却媒体供給パイプ自体もまた主型に対して空気断熱されているので、主型そのものの温度低下をもたらすことなく燃焼室中子のみを効果的に冷却することができるようになり、理想的な指向性凝固を達成できる。特に、直列配置の燃焼室中子を挟んでその片側に形成された湯口部から製品形状部空間に溶湯が導入される場合に、機能上最も重要な燃焼室を形成することになる燃焼室中子が積極的に冷却されることはもちろんのこと、その燃焼室中子のうちでも湯口部から遠い部位から順に凝固を進行させることができることから、理想的な指向性凝固を一段と促進できるようになる。また、気筒数違いのシリンダヘッドを鋳造する場合や母体となる低圧鋳造機の仕様が異なる場合、あるいは鋳造法案が変わったとしても指向性凝固を容易に実現でき、さらには冷却媒体供給パイプのレイアウト（引き回し）が自由であるために、設備との整合性のほか作業性および安全性を確保する上でも有利となる利点がある。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、冷却媒体供給パイプを主型に形成されたパイプ収容空間に配置したため、請求項１に記載の発明と同様の効果に加えて、冷却媒体供給パイプの断熱効果に加えてそのパイプ収容空間に存する空気による空気断熱効果をも期待できるようになり、主型と冷却媒体との断熱効果が一段と向上する利点がある。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、パイプ収容空間に各燃焼室中子ごとの冷却媒体供給パイプを集中配置したため、請求項２に記載の発明と同様の効果に加えて、冷却媒体供給パイプの集約化が可能となってスペース効率の向上が図れるようになる。
【００２０】
さらに請求項４に記載の発明によれば、パイプ収容空間を蓋部材にて閉止するようにしたことにより、そのパイプ収容空間が実質的に密閉空間となるため、請求項２または３に記載の発明と同様の効果に加えて、パイプ収容空間に存する空気による空気断熱効果が一段と向上する利点がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は好ましい実施の形態として本発明に係るシリンダヘッド鋳造用金型２の冷却装置が適用される低圧鋳造機（ＬＰＤＭ＝ロー・プレッシャー・ダイカスト・マシン）１の概略構成を示し、また図２は上記金型２における下型３の概略平面図を示しており、同図から明らかなように、ここではＶ型６気筒２４バルブタイプのエンジン用のシリンダヘッドＷを２個同時に鋳造する場合の例を示している。
【００２２】
図１に示すように、低圧鋳造機１は、溶湯保持炉４の上側に位置するプラテン５にシリンダヘッド鋳造用金型２の主型として機能とする下型３が固定されている。この下型３の上に左右方向にスライド可能な中間型（横型）６が載置されるとともに、さらに中間型６の上に上型７が載置され、これらの下型３と中間型６および上型７との型締め状態をもって製品形状部空間としてのキャビティＲが形成される。
【００２３】
図４は図３に示した下型３の左半部についてその下側から見た図であり、また図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図を、図６は図４の左側面図をそれぞれ示し、図４に示すように平面的に見て給湯ストーク１０の位置とオーバーラップするようにして湯口部８が形成されているほか、三つの燃焼室中子９ａ，９ｂ，９ｃが直列に並んで装着されている。その結果として、下型３のうち直列配置の燃焼室中子９ａ，９ｂ，９ｃを挟んでその片側に湯口部８が形成されている。各燃焼室中子９ａ〜９ｃは下型３の上面の凹部に嵌合保持された上で下型３の下面から装着される二本のボルト１１にて堅固に固定されている。各燃焼室中子９ａ〜９ｃの中央部には後述するように冷却水が通流することになる冷却通路１２が長手方向に沿って形成されており、その冷却通路１２の両端は同じくその冷却通路１２の一部を形成することになる管状ピン１３に連通している。すなわち、各燃焼室中子９ａ〜９ｃの下面には冷却通路１２に連通する一対の管状ピン１３が溶接接合されており（溶接部を図５に符号Ｗｅで示す）、各管状ピン１３は下型３の下面にまで貫通していて、その開口端に管継手１４が装着されるようになっている。
【００２４】
図４は図３に示した下型３の左半部についてその下側から見た図であり、また図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図を、図６は図４の左側面図をそれぞれ示し、図４に示すように平面的に見て給湯ストーク１０の位置とオーバーラップするようにして湯口部８が形成されているほか、三つの燃焼室中子９ａ，９ｂ，９ｃが装着されている。各燃焼室中子９ａ〜９ｃは下型３の上面の凹部に嵌合保持された上で下型３の下面から装着される二本のボルト１１にて堅固に固定されている。各燃焼室中子９ａ〜９ｃの中央部には後述するように冷却水が通流することになる冷却通路１２が長手方向に沿って形成されており、その冷却通路１２の両端は同じくその冷却通路１２の一部を形成することになる管状ピン１３に連通している。すなわち、各燃焼室中子９ａ〜９ｃの下面には冷却通路１２に連通する一対の管状ピン１３が溶接接合されており（溶接部を図５に符号Ｗｅで示す）、各管状ピン１３は下型３の下面にまで貫通していて、その開口端に管継手１４が装着されるようになっている。
【００２５】
上記下型３の下面には平面視にて給湯ストーク１０の領域を取り囲むように凹状のパイプ収容空間１５が形成されており、先に述べた各管状ピン１３の下端部はこのパイプ収容空間１５に臨んでいる。また、下型３の外周面には一対のマニホールド１６，１７がボルト１８にて固定されており、これらのマニホールド１６，１７には冷却水の流入ポートおよび流出ポートとして機能することになる流入側カプラ１９ａ，１９ｂ，１９ｃと流出側カプラ２０ａ，２０ｂ，２０ｃとが燃焼室中子９ａ〜９ｃの数に対応して合計３組装着されている。マニホールド１６，１７には流入側カプラ１９ａ，１９ｂ，１９ｃと流出側カプラ２０ａ，２０ｂ，２０ｃにそれぞれ個別に連通する補助通路２１が形成されていて、各補助通路２１には管継手２２が装着されるようになっている。
【００２６】
そして、互いに隣り合う流入側カプラ１９ａと流出側カプラ２０ａとが例えば銅もしくは鋼製の冷却媒体供給パイプたる冷却水供給パイプ２３，２４を介して燃焼室中子９ｂの冷却通路１２の両端、すなわちその冷却通路１２の両端に接続された管状ピン１３に接続されている。同様にして流入側カプラ１９ｂと流出側カプラ２０ｂとが冷却水供給パイプ２５，２６を介して燃焼室中子９ａの冷却通路１２の両端に接続された管状ピン１３に、残りの流入側カプラ１９ｃと流出側カプラ２０ｃとが冷却水供給パイプ２７，２８を介して燃焼室中子９ｃの冷却通路１２の両端に接続された管状ピン１３に接続されている。上記の各流入側カプラ１９ａ〜１９ｃおよび流出側カプラ２０ａ〜２０ｃは鋳造機１側に用意された図示外のカプラと接続されるようになっていることから、各燃焼室中子９ａ〜９ｃの冷却通路１２には冷却水供給パイプ２３〜２８を介して冷却水が通流し、これをもって各燃焼室中子９ａ〜９ｃが強制冷却されることになる。なお、上記冷却水供給パイプ２３〜２８として耐熱フレキシブルホースを使用してもよい。
【００２７】
ここで、上記の各冷却水供給パイプ２３〜２８は凹状のパイプ収容空間１５に集中配置されていて、そのパイプ収容空間１５は蓋部材である金属製のカバープレート２９をビス３０にて固定して閉止することで密閉空間となっている。なお、図４はカバープレート２９を取り外した状態を示している。
【００２８】
以上のような冷却水供給系の構造は、図３に示した下型３の右半部についても全く同様となっている。
【００２９】
したがって、以上のような冷却装置によれば、流入側カプラ１９ａ〜１９ｃや流出側カプラ２０ａ〜２０ｃのほか冷却水供給パイプ２３〜２８および管状ピン１３等を介して各燃焼室中子９ａ〜９ｃの冷却通路１２を冷却水が通流することで、各燃焼室中子９ａ〜９ｃひいてはその中子形状が転写されることになる鋳物製品たるシリンダヘッドの燃焼室部分が強制冷却されることになるのであるが、冷却水は冷却水パイプ２３〜２８や管状ピン１３にて断熱されていて下型３と直接接触することはないから、下型３の他の部分を冷却してしまうことがなく、特に燃焼室近傍での凝固を強制冷却にて積極的に促進させるという指向性凝固を容易に達成することができるようになる。また、複数の冷却水供給パイプ２３〜２８が集中配置されたパイプ収容空間１５は密閉空間となっていて、そのパイプ収容空間１５に存する空気による空気断熱効果も期待できることから、下型３と冷却水との間をより確実に断熱することができるようになる。
【００３０】
その上、図４から明らかなように各燃焼室中子９ａ〜９ｃに形成された冷却通路１２やそれに付帯する管状ピン１３等は湯口部８に対して可及的に遠くなるような位置（湯口部８とは反対側の位置）に偏らせて配置してあることから、燃焼室近傍での凝固を強制冷却にて積極的に促進させることを前提としながらも、その燃焼室近傍のうちでも湯口部８から遠い部位から順に凝固を進行させるという製品たるシリンダヘッドの幅方向での指向性凝固を一段と促進できるようになる。
【００３１】
そして、上記のように下型３の他の部位を冷却してしまうことなく各燃焼室中子９ａ〜９ｃだけを集中的に冷却できるため、例えば気筒数違いのシリンダヘッドを鋳造する場合や低圧鋳造機の仕様が異なる場合、あるいは鋳造法案が変わったような場合であっても、きわめて容易に指向性凝固を達成できるようになる。
【００３２】
なお、上記冷却水供給パイプ２３〜２８は必ずしも集中配置とすることなく例えば各冷却水供給パイプ２３〜２８ごとにパイプ収容空間１５を独立させても良い。ただし、加工工数削減の上では、単一のパイプ収容空間１５をもって全ての冷却水供給パイプ２３〜２８を収容するタイプの方が有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態として低圧鋳造機全体の構造を示す概略説明図。
【図２】図１に示す下型の概略平面説明図。
【図３】図２に示す下型の詳細な平面図。
【図４】図３に示した下型左半部の下面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図６】図４の左側面図。
【図７】従来のシリンダヘッド鋳造用下型の断面説明図。
【符号の説明】
２…シリンダヘッド鋳造用金型
３…下型（主型）
８…湯口部
９ａ，９ｂ，９ｃ…燃焼室中子
１２…冷却通路
１３…管状ピン
１５…パイプ収容空間
１６，１７…マニホールド
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…流入側カプラ（流入ポート）
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…流出側カプラ（流出ポート）
２３，２４…冷却水供給パイプ（冷却媒体供給パイプ）
２５，２６…冷却水供給パイプ（冷却媒体供給パイプ）
２７，２８…冷却水供給パイプ（冷却媒体供給パイプ）
２９…カバープレート（蓋部材）
Ｒ…キャビティ（製品形状部空間）
Ｗ…シリンダヘッド
【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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