(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティ内に一部が突設する鋳抜き体を備えた金型の局部冷却構造であって、
前記鋳抜き体は、金型の内部に配設されるとともに第１の中空を備えた一般部と、第２の中空を備えた先端部と、から構成されており、該第２の中空は鋳抜き体の軸心方向に対して直交する断面の寸法が第１の中空よりも小さく、該第１の中空に連通しており、
前記第１の中空には、第１の中空の断面よりも小さく、かつ第２の中空の断面よりも大きな寸法の断面を備え、第１、第２の中空に冷媒を提供するもしくは中空から冷媒を排出する冷却管が配されており、
第２の中空には、該第２の中空に提供された冷媒の流れによって変位する変位体が収容されている金型の局部冷却構造。
【請求項２】
前記変位体が棒状である請求項１に記載の金型の局部冷却構造。
【請求項３】
前記鋳抜き体は金型に後付けで取付けられたものである請求項１または２に記載の金型の局部冷却構造。
【請求項４】
キャビティ内に一部が突設する鋳抜き体を備えた金型であって、
前記鋳抜き体は、金型の内部に配設されるとともに第１の中空を備えた一般部と、第２の中空を備えた先端部と、から構成されており、該第２の中空は鋳抜き体の軸心方向に対して直交する断面の寸法が第１の中空よりも小さく、該第１の中空に連通しており、
前記第１の中空には、第１の中空の断面よりも小さく、かつ第２の中空の断面よりも大きな寸法の断面を備え、第１、第２の中空に冷媒を提供するもしくは中空から冷媒を排出する冷却管が配されており、
第２の中空には、該第２の中空に提供された冷媒の流れによって変位する変位体が収容されている金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造金型に設けられ、鋳造品に凹溝を形成する鋳抜き箇所を冷却対象とする金型の局部冷却構造とこの局部冷却構造を具備する金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造品に所望形状および寸法の凹溝を所望箇所に形成するべく、固定型や可動型等からなる鋳造金型に設けられたキャビティにおいて、固定型等から該キャビティ内に鋳抜き用の突起が設けられた構成の鋳造金型が一般に用いられている。
【０００３】
たとえば、車両に搭載されるエンジンのシリンダーヘッドを低圧鋳造するに当たり、その内部に鋳巣（ヒケ巣）のない鋳造品を製造するには、指向性凝固を確保するために上部からの冷却性を高める必要があり、そのために、たとえば上型に設置した中空の鋳抜き用の突起内に冷却水を提供し、ここでの冷却性を向上させる方策が採られている。
【０００４】
ところで、この鋳抜き用の突起は、そのキャビティ内への突設長を長くすることで鋳抜き体の冷却性が向上するものであるが、突設長が長くなるにつれて鋳造後の離型性が悪化するため、鋳抜き用の突起の突設長を長くしてその冷却性を向上させつつその良好な離型性を確保するべく、突起の断面をその先端にいくにつれて小さくする（縮径させる）試みがおこなわれている。
【０００５】
しかし、鋳抜き用の突起の断面が先端に向かって小さくなっていることから該突起内の中空を細孔とせざるを得ず、細孔内に冷水等の冷媒を提供しようとするとその表面張力等でその先端まで冷媒が十分に提供され難くなり、せっかく突起のキャビティ内への突設長を長くしたにも関わらず、鋳抜き箇所における冷却性が低下することになってしまう。
【０００６】
ここで、特許文献１には、金型の鋳抜きピンの根元付近の金型部分の内部に冷却用空間が形成され、冷却用空間に冷却管を略同軸に挿入しておき、冷却管に接続されたバルブによって冷却管に送給する冷却水の流量を制御する金型の局部冷却構造に関する技術が開示されている。冷却用空間の先端部には細孔が連設され、細孔は鋳抜きピンの内奥部まで進入しており、その先端は鋳抜きピンの先端面に接近しているものである。
【０００７】
特許文献１で開示される金型の局部冷却構造によれば、冷却用空間に連設されている細孔にも冷却水が送給されるため、細孔が形成されている金型部分も冷却されるとしている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の図１を参照すると明らかなように、冷却用空間に比して細孔の断面寸法は極端に小さくなること、さらには冷却管に比して細孔の断面寸法が小さくなることが想定され、このような構成では冷却水を細孔に十分に提供しづらくなる。
【０００９】
そして、このように冷却用空間に比して細孔の断面寸法が極端に小さくなる構成ゆえに、既述する鋳抜き用の突起と同様の課題、すなわち、その断面が先端に向かって小さくなっていることから該突起内の中空を細孔とせざるを得ず、細孔内に冷却管が入ることができないために冷水等の冷媒を細孔に提供しようとするとその表面張力等でその先端まで冷媒が十分に提供され難いという課題を有するものであり、従来の金型の局部冷却構造の課題を解消できるほどの高い効果を得ることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２２５６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、鋳造金型に設けられ、鋳造品に凹溝を形成する鋳抜き箇所を冷却する局部冷却構造を備えた金型に関し、キャビティ内に設けられた鋳抜き用の突起に相当する部材が長くなり、かつその形状が先端に向かって小さくなっており、鋳抜き用の突起に設けられた中空に冷却媒体を提供し、もしくは中空から冷却媒体を排出する冷却管が突起の中空内に入ることができず、したがってこの突起の冷却が不十分となり得る場合であっても、その内部に冷媒を十分に提供することができ、もって冷却性能に優れた金型とその局部冷却構造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】
前記目的を達成すべく、本発明による金型の局部冷却構造は、金型のキャビティ内に少なくとも一部が突設する鋳抜き体を備えた金型の局部冷却構造であって、前記鋳抜き体は、金型の内部に配設されるとともに第１の中空を備えた一般部と、第２の中空を備えた先端部と、から構成されており、該第２の中空は鋳抜き体の軸心方向に対して直交する断面の寸法が第１の中空よりも小さく、該第１の中空に連通しており、前記第１の中空には、第１の中空の断面よりも小さく、かつ第２の中空の断面よりも大きな寸法の断面を備え、第１、第２の中空に冷媒を提供するもしくは中空から冷媒を排出する冷却管が配されており、少なくとも第２の中空には、該第２の中空に提供された冷媒の流れによって変位する変位体が収容されているものである。
【００１３】
本発明の金型の局部冷却構造は、金型を構成する固定型もしくは可動型（もしくは上型、下型、中子など）に設けられた鋳抜き箇所を「金型の局部」の対象とし、この鋳抜き箇所の構成要素であって金型のキャビティ内に突設する鋳抜き体のうち、中空の断面の寸法が冷却管の断面の寸法よりも小さな先端部において冷媒によって変位する変位体が収容されている構成を有するものであり、この変位体の変位によって鋳抜き体の先端部の中空まで冷媒を十分に還流させることができ、金型の局部における冷却性能を向上させることができるものである。なお、本明細書でいう「断面の寸法」とは、既述するように、鋳抜き体の軸心方向に対して直交する断面の寸法のことを示称する。
【００１４】
ここで、局部冷却構造を構成する鋳抜き体は、冷却管を収容する第１の中空を有する一般部と、この第１の中空に流体連通する第２の中空を有する先端部とから構成されており、第１の中空の断面の寸法よりも第２の中空の断面の寸法が小さく設定されている。そして、第１、第２の中空に冷媒を提供するもしくは中空から冷媒を排出する冷却管は、第１の中空の断面よりも小さく、かつ第２の中空の断面よりも大きな寸法の断面を備えており、したがって、冷却管は先端部の第２の中空内に入り込むことができない構成となっている。
【００１５】
ここで、第１の中空、第２の中空の断面形状は、円形のほか、楕円形、正方形、長方形等の四角形をはじめとする多角形など、多様な形状が適用できる。したがって、第１、第２の中空の断面形状が円形の場合には同軸でその境界領域で段状に径が相違する内空形状を呈することになる。ただし、少なくとも第２の中空内に収容されている変位体の良好な変位を勘案すると、第２の中空の断面形状は円形、楕円形などの曲面形状が好ましい。
【００１６】
また、「第１、第２の中空に冷媒を提供するもしくは中空から冷媒を排出する冷却管」に関し、第１の中空内に配設された冷却管が冷媒を排出することを目的に使用される形態では、第１の中空に冷媒を提供するための別途の管路（供給管）が一般部に配設されることとなり、第１の中空内に配設された冷却管が冷媒を中空内に提供することを目的に使用される形態では、逆に第１の中空から冷媒を排出するための別途の管路（排出管）が一般部に配設されることとなる。
【００１７】
また、「金型のキャビティ内に少なくとも一部が突設する」に関し、一般部と先端部が一体となって構成している鋳抜き体のうち、先端部の全体や先端部の一部がキャビティ内に突設する「一部」に相当する。そして、既述するように、キャビティ内に突設する先端部の一部もしくは全部は、その良好な離型性を確保するために先端部はその先端にいくにつれて断面が小さくなるように形成されているのがよい。
【００１８】
本発明の局部冷却構造においては、断面の寸法が相対的に小さな先端部の第２の中空内に冷媒の流通によって変位自在な変位体が収容されている。
【００１９】
この変位体の形態としては、直線状の棒体からなる形態、棒体に羽根が付いた形態、螺旋状の棒体からなる形態など、多様な形状形態のものが挙げられる。そして、その形状形態に応じてその変位の形態も多様であり、直線状の棒体からなる形態では冷媒が流通することで棒体が揺動や旋回といった変位によって冷媒の循環を促進し、螺旋状の棒体からなる形態では冷媒が流通することで棒体が軸周りに回転する変位によって冷媒の循環が促進される。ここで、「少なくとも第２の中空には、」とは、変位体の長さと第２の中空の長さ（鋳抜き体の軸方向で測った長さ）が同じ形態のほか、変位体の長さが第２の中空の長さよりも長い形態を含む意味である。特に、第２の中空内における冷媒の十分な還流を保証することを勘案すると、第２の中空の長さよりも長い変位体を適用するのが好ましい。したがって、この好ましい形態の変位体を適用した場合には、第２の中空から第１の中空の途中位置まで延設する変位体が第１、第２の中空内に収容され、変位体が変位する場合には、少なくともその上端が第１の中空内で変位し、変位体の残りの部分が第２の中空内で変位することになる。
【００２０】
また、「変位体が収容されている」における「収容」とは、変位体が中空内に何等拘束されることなく収容され、内部にある冷媒によって浮遊している形態（したがって、様々な形態の変位が可能）のほか、たとえば少なくとも第２の中空内で変位体が回転自在に固定された形態などを含む意味である。
【００２１】
変位体が収容されていない場合には、冷却管が第２の中空内に入り込んでいないことから、表面張力等の影響によって先端部の第２の中空内に冷媒が十分に流通し難かったものが、上記する様々な形態の変位体が少なくとも第２の中空内に収容されていることで該変位体が多様に変位する過程で冷媒の流通を促進させることができ、もって金型のキャビティ内に突設する鋳抜き体の周囲、特にキャビティ内でその先端に向かって断面が小さくなっている先端部の周囲の冷却性が格段に向上する。
【００２２】
また、上記する鋳抜き体が金型（の上型もしくは下型）に一体に形成されている形態、たとえば鋳抜き体の一般部が金型内に埋設され、先端部がキャビティ内に突設している形態のほかに、金型（の上型もしくは下型）のキャビティ面の所望箇所に設けられた凹溝内に鋳抜き体のたとえば一般部が後付けで取付けられる形態であってもよい。
【００２３】
また、本発明は金型にも及ぶものであり、この金型は、キャビティ内に少なくとも一部が突設する鋳抜き体を備えた金型であって、前記鋳抜き体は、金型の内部に配設されるとともに第１の中空を備えた一般部と、第２の中空を備えた先端部と、から構成されており、該第２の中空は鋳抜き体の軸心方向に対して直交する断面の寸法が第１の中空よりも小さく、該第１の中空に連通しており、前記第１の中空には、第１の中空の断面よりも小さく、かつ第２の中空の断面よりも大きな寸法の断面を備え、第１、第２の中空に冷媒を提供するもしくは中空から冷媒を排出する冷却管が配されており、少なくとも第２の中空には、該第２の中空に提供された冷媒の流れによって変位する変位体が収容されているものである。
【００２４】
本発明の金型は、上記する局部冷却構造を備えていることで、特に鋳抜き体の先端部の良好な離型性と、この先端部（局部）の良好な冷却性の双方を保証することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明の金型とその局部冷却構造によれば、鋳抜き体を構成する先端部の有する中空の断面が冷却管の断面よりも小さい構成においても、この中空内に変位体が収容されていることにより、この変位体の変位によって冷媒を先端部の中空内へ十分に供給することができ、金型の局部における冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の金型とその局部冷却構造の実施の形態１を説明した模式図である。
【図２】鋳抜き体の第１、第２の中空内で変位体が変位している状況を説明した模式図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はいずれも、変位体の他の実施の形態を説明した模式図である。
【図４】本発明の金型とその局部冷却構造の実施の形態２を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の金型の局部冷却構造の実施の形態を説明する。なお、図示例は、金型の一部のみを取り出してその局部冷却構造を説明したものであるが、鋳造品に設けられる凹溝の形状や寸法、位置に応じて、該鋳造品の形状に応じた形状のキャビティの所望位置に、図示する局部冷却構造が所望基数設けられた金型が適用されることになる。また、図示例の第１、第２の中空の断面形状は円形であるが、これ以外にも楕円形、四角形を含む多角形など、任意の断面形状のものを適用できる。
【００２８】
（金型とその局部冷却構造の実施の形態１）
図１は本発明の金型とその局部冷却構造の実施の形態１を説明した模式図である。同図で示す金型１００は、上型２０と下型３０から構成されている。また、金型１００の一部に形成された局部冷却構造１０は、鋳抜き体３を構成する一般部１と一般部１と連続する先端部２の一部が上型２０内に配設され、上型２０と下型３０の型閉め姿勢で画成されるキャビティＣ内には、先端部２のうち、側面がテーパー状に断面の寸法が小さくなっている部位が突設して構成されている。
【００２９】
鋳抜き体３を構成する一般部１は第１の中空１ａを有し、これに連続する先端部２は第１の中空１ａに流体連通する第２の中空２ａを有しており、鋳抜き体３は上型２０と一体に形成されている。
【００３０】
鋳抜き体３の一般部１は筒状を呈しており、その先端にある先端部２は外形が先端に向かって縮径して略円錐状を呈しており、したがって、鋳抜き体３の軸心方向Lに直交する第１の中空１ａの断面形状、第２の中空２ａの断面形状はともに円形となっている。さらに、第１、第２の中空１ａ、２ａに冷媒を提供する冷却管４が第１の中空１ａの途中位置まで延設しているが、この冷却管４の直径t2に対し、第２の中空２ａの直径t1は相対的に小径となっており、したがって、冷却管４が第２の中空２ａ内に入り込むことができない構成となっている。すなわち、図示するように、第１の中空１ａから段状に縮径して第２の中空２ａが連通し、第１の中空１ａ内で冷却管４の下端が留まっている。
【００３１】
鋳抜き体３のうち、キャビティＣに臨む先端部２の外形が先端に向かって縮径していることにより、鋳造品成形後の鋳抜き体３（の先端部２）の離型が容易となる。
【００３２】
冷却管４は、その上流で開閉バルブ５を介してポンプ６からなる圧送機器と連通しており、冷水や冷油、冷空等の冷媒が冷却管４を介して第１の中空１ａに供給され（Ｘ１方向）て第１の中空１ａ内を還流するとともに、さらに、その下方に位置する第２の中空２ａ内にも供給される（Ｘ２方向）。第１、第２の中空１ａ、２ａ内を還流した冷媒は、第１の中空１ａの上端で該第１の中空１ａに臨む別途の排出管７に送り出され、ここを介して外部に排出される（Ｘ３方向）。
【００３３】
図１で示すようにキャビティＣ内にアルミ系金属、鉄系金属等の金属溶湯Ｍが注入された段階で、鋳造品に形成される凹溝の位置（局部Ｃａ）には、ポンプ圧送によって開閉バルブ５を介し、冷却管４を介して一般部１の第１の中空１ａに冷媒が提供される（Ｘ１方向）。なお、一般部１の側方の適所に不図示の型温センサを内蔵しておき、センシングされた型温が不図示の制御部に送信され、制御部にて開閉バルブの開制御を実行する温度閾値が内蔵され、センシングデータが温度閾値以上となった段階で開閉バルブに開制御信号を送信して冷媒を第１の中空１ａに提供するような制御機構を備えた構成であってもよい。
【００３４】
第１の中空１ａ内の断面の寸法は冷媒Ｗがその内部を還流できる大きさを有しており、第１の中空１ａ内では比較的自由に冷媒Ｗが還流し、このことによって鋳抜き体３の一般部１も良好に冷却される。
【００３５】
第１の中空１ａ内を還流した冷媒Ｗは、さらにその前方にあって第１の中空１ａに比して断面の寸法の小さな先端部２の第２の中空２ａに提供される（Ｘ２方向）。
【００３６】
従来の局部冷却構造においては、この第２の中空に相当する細孔内に冷媒が流入しようとした際に、図示する金型１００と同様に冷却管が細孔内に入り込むことができないため、表面張力等の影響で冷媒が細孔内に十分に進入することができず、したがって、鋳抜き体の先端部に相当する箇所を所望に冷却することが困難であった。
【００３７】
この課題を解消するべく、図示する局部冷却構造１０では、鋳抜き体３の先端部２の第２の中空２ａの長さs1よりも長い長さs2を有する棒状の変位体８が第２の中空２ａから第１の中空１ａの途中まで延設するように配されている。
【００３８】
第１の中空１ａから第２の中空２ａに冷媒Ｗが提供されようとした際には、図２で示すように、第１の中空１ａと第２の中空２ａ内にある液体（冷媒Ｗ）内に浮遊している変位体８が冷媒Ｗの流れによって揺動（Ｙ１方向）や回転（Ｙ２方向）といった態様で変位し、この変位体８の変位によって冷却管４が入り込むことのできない第２の中空２ａ内への冷媒Ｗの流入が促進され、第２の中空２ａ内における冷媒Ｗの還流が促進される。この結果、キャビティＣに突設している鋳抜き体３の先端部２を所望に冷却することが可能となる。
【００３９】
キャビティＣに突設している鋳抜き体３の先端部２の離型容易性を保証するべく、先端部２はその先端に向かって断面が小さくなっており、このためにその内部の第２の中空２ａが細孔となり、したがってこの細孔内への冷媒の導入や細孔内での冷媒の還流は本来的には難しい。しかしながら、図示する局部冷却構造１０によれば、第２の中空２ａ内に冷媒Ｗを導いてかつ還流させる変位体８が少なくとも第２の中空２ａ内に収容され、冷媒流れによって変位体８が多様な形態で変位して冷媒Ｗを細孔内へ導いて還流させることができるため、鋳造品の鋳抜き箇所の全体を所望に冷却することができる。
【００４０】
また、図示する局部冷却構造１０は、従来の局部冷却構造に対して鋳抜き体３の先端部２の第２の中空２ａに棒状の変位体８を収容しただけの極めて簡易な構造改良に基づくものであることから、その製作に要するコスト増はほとんど生じない。
【００４１】
また、図３ａ、ｂはいずれも、変位体の他の実施の形態を説明した模式図である。
【００４２】
図１，２で示す棒状の変位体８でも冷媒還流効果を十分に期待することができるが、図３ａ，ｂで示す変位体８Ａ，８Ｂによれば、より一層高い冷媒還流効果を期待することができる。
【００４３】
具体的には、図３ａで示す変位体８Ａは、棒体８ａの周囲に螺旋状の板片８ｂが取り付けられたものであり、この螺旋状の板片８ｂを冷媒が押し込みながら流れることで変位体８Ａの回転が促進される。
【００４４】
一方、図３ｂで示す変位体８Ｂは、棒体８ａの長手方向に沿って間隔を置いて複数の傾斜羽根８ｃが千鳥配置されたものであり、この複数の傾斜羽根８ｃを冷媒が押し込みながら流れることで変位体８Ｂの回転が促進される。
【００４５】
また、図示を省略するが、変位体８，８Ａ，８Ｂのように少なくとも第２の中空２ａの冷媒内に変位体が浮遊している形態の他にも、たとえば変位体８Ａ，８Ｂを構成する棒体８ａが第２の中空２ａ内に回転自在に固定された構成であってもよい。
【００４６】
（金型の局部冷却構造の実施の形態２）
図４は本発明の金型とその局部冷却構造の実施の形態２を説明した模式図である。同図で示す金型１００Ａでは、鋳抜き体３Ａが上型２０Ａと別体に形成され、上型２０Ａに開設された凹溝２０Ａａ内に鋳抜き体３Ａの一般部１Ａと先端部２Ａの一部が取付けられ、この取付け姿勢において先端部２Ａの下面がキャビティＣの面と面一となるとともに外形が先端に向かって縮径している部分のみがキャビティＣに突設してなる局部冷却構造１０Ａを有している。なお、鋳抜き体３Ａと上型２０Ａの取り付けは、双方の端部同士を嵌合させる継手形態、螺合させる継手形態などによっておこなわれる。
【００４７】
このように上型２０Ａと鋳抜き体３Ａが別体に構成され、後付けで一体とされる構成によれば、たとえばキャビティ内に複数の局部を有していて、各局部の鋳抜き体の形状や先端部の突設長が異なる場合（すなわち鋳抜き体の形態が異なる場合）や、鋳造品に設けられる凹溝の形態が変化し、これに起因して鋳抜き体の配設形態を変更する場合などにおいて、所望の局部冷却構造を有する金型を臨機に形成することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ…一般部、１ａ…第１の中空、２，２Ａ…先端部、２ａ…第２の中空、３…鋳抜き体、４…冷却管（供給管）、５…開閉バルブ、６…ポンプ、７…排出管、８，８Ａ，８Ｂ…変位体、１０，１０Ａ…（金型の）局部冷却構造、１００、１００Ａ…金型、２０，２０Ａ…上型、３０…下型、Ｃ…キャビティ、Ｃａ…局部（鋳抜き箇所）、Ｍ…金属溶湯、Ｗ…冷媒
【図１】
0005807610.tif 000002
【図２】
0005807610.tif 000003
【図３】
0005807610.tif 000004
【図４】
0005807610.tif 000005