(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有する内燃機関のシリンダヘッドを鋳造するための固定盤側金型および可動盤側金型と、
前記燃焼室を形成するために前記固定盤側金型に設置された燃焼室成形用中子と、
前記固定盤側金型および前記可動盤側金型により形成されるキャビテイに溶湯を充填するために、前記燃焼室成形用中子が設置された前記固定盤側金型に形成された湯口と、
を備え、
前記燃焼室成形用中子が設置された前記固定盤側金型の薄肉部が分割されていることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造用金型装置において、前記薄肉部が前記燃焼室成形用中子の設置箇所同士の間、または、前記燃焼室成形用中子の設置箇所と湯口との間であることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項３】
請求項２記載の鋳造用金型装置において、分割された前記固定盤側金型が前記湯口から該固定盤側金型の外壁部に亘りさらに分割されていることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳造用金型装置において、分割された前記固定盤側金型が両端の燃焼室成形用中子の設置箇所から該固定盤側金型の外壁部に亘りさらに分割されていることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳造用金型装置において、分割された前記固定盤側金型が枠内に収容された状態で固定盤に設けられていることを特徴とする鋳造用金型装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳造用金型装置において、分割された前記固定盤側金型同士、および、分割された前記固定盤側金型と前記枠とが互いに離間していることを特徴とする鋳造用金型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造用金型装置に関し、一層詳細には、耐久性に優れるとともに容易に交換可能な金型を備える鋳造用金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造用金型装置としては、固定盤および該固定盤に対して接近または離間自在な可動盤と、両盤に接近または離間自在な少なくとも１対の摺動側盤と、各盤にそれぞれ設置された固定盤側金型、可動盤側金型および少なくとも１対の摺動側盤側金型とを有するものを例示することができる。そして、これら４個の金型を互いに型締めさせた際に形成されるキャビテイに充填された溶湯を冷却固化することにより、各金型のキャビテイを形成する面の形状に応じた鋳造品が得られる。なお、各金型は、耐熱衝撃性が優れた材料の粉末、例えば、モリブデン合金、タングステン合金あるいはＳＫＤ鋼（ＪＩＳ規格）等の粉末が焼結されてなる。
【０００３】
この種の鋳造用金型装置を使用して内燃機関のシリンダヘッドを鋳造する場合、図５に示す固定盤側金型１が使用される。この固定盤側金型１の長手方向に沿った中心軸線上には、シリンダヘッドの燃焼室を形成するための４個の燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄが配設されている。各燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄの上端面は緩やかに屈曲した屈曲面であり、該上端面からは、図示しない吸気ポート成形用中子または図示しない排気ポート成形用中子を係合するための係合用凸部３が突出している。
【０００４】
すなわち、前記吸気ポート成形用中子または排気ポート成形用中子は、その一端部が燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄの上端面の係合用凸部３に係合され、かつ他端部が図示しない１対の摺動側盤側金型に形成された係合用凹部（図示せず）に係合されて位置決め固定される。
【０００５】
また、固定盤側金型１には、溶湯を充填するための４個の湯口４ａ〜４ｄが、互いに隣接する燃焼室成形用中子２ａ、２ｂまたは２ｃ、２ｄの斜め上方および下方に位置するように形成されている。これら湯口４ａ〜４ｄには図示しないストークが挿入され、該ストークの先端部から注湯される溶湯は湯口４ａ〜４ｄを介してキャビテイに充填される。なお、図５において、参照符号５は固定盤を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、溶湯は溶融金属であり、必然的に高温である。したがって、溶湯がキャビテイに充填される際、固定盤側金型１においては、湯口４ａ〜４ｄ近傍の温度が急激に上昇して熱膨張する。一方、固定盤側金型１における湯口４ａ〜４ｄから著しく離間した箇所の温度の上昇速度は遅く、したがって、熱膨張量も小さい。このため、該固定盤側金型１に熱応力が発生する。
【０００７】
通常、シリンダヘッドの鋳造作業は連続的に行われ、したがって、固定盤側金型１には、熱による膨張・収縮が繰り返される。しかしながら、このように熱による膨張・収縮が繰り返された場合、固定盤側金型１の強度が良好でない箇所、例えば、互いに隣接する燃焼室成形用中子２ａ、２ｂの間の薄肉部（例えば、図５における網線部分）にクラックが発生する可能性が高くなる。
【０００８】
勿論、固定盤側金型１にクラックが発生した状態で鋳造作業を行った場合には所望の形状のシリンダヘッドを得ることはできないので、該固定盤側金型１をスペア品に交換することが必要となる。この場合、交換作業期間中は鋳造用金型装置を使用することができないので、鋳造作業の効率低下を招く。また、形状が大なる固定盤側金型１のスペア品が必要であるので、鋳造コストの上昇を惹起する。
【０００９】
すなわち、従来技術に係る鋳造用金型装置には、固定盤側金型１にクラックが発生する可能性が高く、したがって、鋳造作業の効率低下を招くとともに鋳造コストの上昇を惹起するという不具合が顕在化している。
【００１０】
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、耐久性が優れかつ容易に交換可能な金型を備え、これにより鋳造コストを低減することが可能な鋳造用金型装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃焼室を有する内燃機関のシリンダヘッドを鋳造するための固定盤側金型および可動盤側金型と、
前記燃焼室を形成するために前記固定盤側金型に設置された燃焼室成形用中子と、
前記固定盤側金型および前記可動盤側金型により形成されるキャビテイに溶湯を充填するために、前記燃焼室成形用中子が設置された前記固定盤側金型に形成された湯口と、
を備え、
前記燃焼室成形用中子が設置された前記固定盤側金型の薄肉部が分割されていることを特徴とする。
【００１２】
キャビテイに溶湯が充填された際、分割された金型では熱伝導度が低いので、該金型に発生する熱応力は著しく小さい。しかも、薄肉部が予め分割されているので、該薄肉部にクラックが発生することが回避され、結局、該金型の耐久性が向上するので鋳造効率が向上し、鋳造コストが低減される。
【００１３】
また、スペア用金型としては小形状のピースを作製すればよいので、金型作製に要するコストを低減することができ、結局、鋳造コストを低減することができる。しかも、ピースは小形状であるので、損傷したピースの交換を容易にかつ低廉に行うことができる。
【００１４】
金型の薄肉部としては、例えば、前記燃焼室成形用中子の設置箇所同士の間、または、前記燃焼室成形用中子の設置箇所と湯口との間を挙げることができる。
【００１５】
この場合、分割された前記固定盤側金型を、前記湯口から該固定盤側金型の外壁部に亘りさらに分割することが好ましい。
【００１６】
さらに、分割された前記固定盤側金型を、両端の燃焼室成形用中子の設置箇所から該固定盤側金型の外壁部に亘り分割することが好ましい。
【００１７】
いずれの場合においても、金型がより細かく分割されるので、上記の効果が一層顕著になる。
【００１８】
また、分割された前記固定盤側金型を、枠内に収容した状態で固定盤側金型に設けることが好ましい。これにより、個々のピースが離散してしまうことを回避することができるからである。
【００１９】
そして、分割された前記固定盤側金型同士、および、分割された前記固定盤側金型と前記枠とが互いに離間していることが好ましい。分割された固定盤側金型が熱膨張しても、その熱膨張部分は金型同士の間隙または金型と枠との間隙を狭めるのみであり、金型の熱膨張を抑制し合うことはない。したがって、金型に発生する熱応力が一層小さくなるからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋳造用金型装置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。なお、図５に示される構成要素に対応する構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
まず、本実施の形態に係る鋳造用金型装置により鋳造されるシリンダヘッドを図１に示す。このシリンダヘッド１０のシリンダブロック当接面１２には４個の燃焼室１４ａ〜１４ｄが形成され、一方、シリンダヘッド１０の一側面１６には吸気および排気に使用される４個のポート１８ａ〜１８ｄが形成されている。これらポート１８ａ〜１８ｄは、シリンダヘッド１０の内部で二股に分岐され、燃焼室１４ａ〜１４ｄに形成されたポート２０ａ、２０ｂに連通している。同様に、前記一側面１６に対向する図示しない他側面にも図示しない４個のポートが形成されており、各ポートはシリンダヘッド１０の内部で二股に分岐されて燃焼室１４ａ〜１４ｄに形成されたポート２２ａ、２２ｂに連通している。
【００２２】
なお、図１において、参照符号２４は、湯口４ａ〜４ｄに残留した溶湯が冷却固化することにより形成された突出部を示す。
【００２３】
このようなシリンダヘッド１０を鋳造するための、本実施の形態に係る鋳造用金型装置の要部縦断面図を図２に示す。この鋳造用金型装置３０は、固定盤３１と、図示しないアクチュエータ機構により固定盤３１に対して接近または離間可能な可動盤３２と、両盤３１、３２に接近または離間自在な１対の摺動側盤３３ａ、３３ｂとを備え、各盤３１、３２、３３ａ、３３ｂには、固定盤側金型（以下、下型という）３４、可動盤側金型（以下、上型という）３６、摺動側盤側金型（以下、側型という）３８ａ、３８ｂがそれぞれ設置されている。これら下型３４、上型３６および１対の側型３８ａ、３８ｂが互いに接近し型締めされることにより、キャビテイ４０が形成される。
【００２４】
下型３４の平面図を図３に示す。この下型３４の中心軸線上には、シリンダヘッド１０の燃焼室１４ａ〜１４ｄを成形するための４個の燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄが配設されている。それぞれの燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄの上端面からは、図２に示す吸気ポート成形用中子４２または排気ポート成形用中子４４の一端部に係合される係合用凸部３が突出している。
【００２５】
下型３４は、各燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄの設置箇所を起点とする分割線４６ａ〜４６ｔにより１１個の下型ピース４８ａ〜４８ｋに分割されている。すなわち、例えば、燃焼室成形用中子２ａの設置箇所を起点とする３つの分割線４６ａ〜４６ｃは、いずれも該燃焼室成形用中子２ａの直径方向に延在している。このうち、分割線４６ａは下型３４の中心軸線上に沿って形成されており、かつ分割線４６ｂと分割線４６ｃとは前記中心軸線を挟んで線対称的な位置に形成されている。そして、燃焼室成形用中子２ａに隣接する燃焼室成形用中子２ｂの設置箇所を起点とし、かつ分割線４６ｂ、４６ｃと点対称的な位置にある２つの分割線４６ｄ、４６ｅは、分割線４６ｂ、４６ｃとそれぞれ交わり、その交点から一体の分割線４６ｆ、４６ｇとして下型３４の外壁まで延在している。残余の分割線４６ｈ〜４６ｓにおいても同様であり、分割線４６ｔは分割線４６ａと同様に前記中心軸線上に形成されている。
【００２６】
この下型３４において、湯口４ａは、分割線４６ｂ、４６ｄおよび４６ｆの交点に形成されている。同様に、湯口４ｂは分割線４６ｃ、４６ｅおよび４６ｇの交点、湯口４ｃは分割線４６ｎ、４６ｐおよび４６ｒの交点、湯口４ｄは分割線４６ｏ、４６ｑおよび４６ｓの交点に形成されている。
【００２７】
すなわち、下型３４においては、燃焼室成形用中子２ａ、２ｂと湯口４ａ、４ｂの間、燃焼室成形用中子２ｃ、２ｄと湯口４ｃ、４ｄの間、燃焼室成形用中子２ｂ、２ｃの間等の薄肉部から分割されている。
【００２８】
そして、これら分割線４６ａ〜４６ｔにより１１個の下型ピース４８ａ〜４８ｋに分割された下型３４は、金型枠５０内に収容された状態で固定盤３１に設けられた凹部５２に収容されることにより、互いに離散することなく固定盤３１に位置決め固定されている（図２参照）。
【００２９】
勿論、この金型枠５０は、図４に拡大して示すように、キャビテイに溶湯が充填される際に各下型ピース４８ａ〜４８ｋの熱膨張を妨げることがないよう、各下型ピース４８ａ〜４８ｋとの間にわずかな間隙５４を有する寸法で形成されている。同様に、下型ピース４８ａ〜４８ｋも、互いに隣接する下型ピースとの間にわずかな間隙５４を有する寸法で形成されている。
【００３０】
そして、固定盤３１、金型枠５０および下型３４には貫通孔５６、５８、５９がそれぞれ形成されており、これらは互いに連通されている。そして、これら連通した貫通孔５６、５８、５９を通ったストーク６０の先端部は、湯口４ａ〜４ｄに挿入されている（図２参照）。
【００３１】
以下、図２を参照して側型３８ａ、３８ｂおよび上型３６について説明する。
【００３２】
側型３８ａ、３８ｂは、上記したように摺動側盤３３ａ、３３ｂにそれぞれ設置されている。両側型３８ａ、３８ｂには凹部６１ａ、６１ｂがそれぞれ形成されており、該凹部６１ａ、６１ｂには、吸気ポート成形用中子４２または排気ポート成形用中子４４の他端部が嵌合されている。そして、これら側型３８ａ、３８ｂの上方に上型３６の側部が嵌合される。
【００３３】
一方、上型３６は可動盤３２に設置されている。そして、該上型３６および可動盤３２に形成された貫通孔６２、６２、６３、６３には、所定角度傾斜して複数のバルブガイド鋳抜きピン６４、６４が変位可能に挿入され、該バルブガイド鋳抜きピン６４、６４の先端部は吸気ポート成形用中子４２および排気ポート成形用中子４４に当接している。
【００３４】
上型３６および可動盤３２にはさらに貫通孔６６、６８が互いに連通して形成されており、これら連通した貫通孔６６、６８には、鋳造されたシリンダヘッド１０を上型３６から離脱させるための変位可能なエジェクタピン７０が挿入されている。
【００３５】
なお、図２において、参照符号７２は、ウォータージャケット部を成形するためのウォータージャケット部成形用中子を示す。
【００３６】
本実施の形態に係る鋳造用金型装置３０は基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
【００３７】
まず、下型３４に燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄを設置した後、各燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄの係合用凸部３に吸気ポート成形用中子４２または排気ポート成形用中子４４の一端部を係合する。
【００３８】
次いで、鋳造用金型装置３０の下型３４と上型３６とを互いに接近させる。この後、１対の摺動側盤３３ａ、３３ｂを固定盤３１および可動盤３２に対して接近させて側型３８ａ、３８ｂにて型締めする。これにより、キャビテイ４０が形成されるとともに側型３８ａ、３８ｂの凹部６１ａ、６１ｂに吸気ポート成形用中子４２および排気ポート成形用中子４４の他端部が嵌合される。
【００３９】
この状態で、バルブガイド鋳抜きピン６４をキャビテイ４０の内部に指向して変位させ、その先端部を吸気ポート成形用中子４２および排気ポート成形用中子４４に当接させる。
【００４０】
次いで、ストーク６０および湯口４ａ〜４ｄを介してキャビテイ４０に溶湯を充填する。
【００４１】
その際には、下型３４の湯口４ａ〜４ｄ近傍の下型３４の温度が急激に上昇する。しかしながら、上記したように下型３４は１１個の下型ピース４８ａ〜４８ｋに分割されており、かつ互いに隣接する下型ピース同士は離間している。したがって、下型３４全体における熱の伝導速度は、上記の従来技術に係る固定盤側金型１に比して小さくなる。このため、各下型ピース４８ａ〜４８ｋの熱膨張量が小さくなるので、下型３４に発生する熱応力が著しく小さくなる。
【００４２】
しかも、金型枠５０や下型ピース４８ａ〜４８ｋの熱膨張部分は、図４に仮想線で示すように、金型枠５０と下型ピース４８ａ〜４８ｋの間隙５４や隣接する下型ピースとの間隙５４を狭めるのみであり、互いに押圧し合うことはない。結局、下型ピース４８ａ〜４８ｋの熱膨張が抑制されることはないので、下型３４に発生する熱応力が一層小さくなる。
【００４３】
さらに、図３から諒解されるように、互いに隣接する燃焼室成形用中子２ａ、２ｂの設置箇所の間は分割線４６ｆ、４６ｇにより分割されており、かつ燃焼室成形用中子２ａ、２ｂの設置箇所と湯口４ａ、４ｂとの間は分割線４６ｂ〜４６ｅによりそれぞれ分割されている。同様に、燃焼室成形用中子２ｂ、２ｃの設置箇所の間は分割線４６ｈ〜４６ｍによりそれぞれ分割され、燃焼室成形用中子２ｃ、２ｄの設置箇所の間は分割線４６ｒ、４６ｓにより分割され、該燃焼室成形用中子２ｃ、２ｄの設置箇所間と湯口４ｃ、４ｄとの間は分割線４６ｎ〜４６ｑによりそれぞれ分割されている。すなわち、下型３４の薄肉部は予め分割されているので、該下型３４においてクラックが発生することが回避される。このため、下型３４の耐久性が向上し、長寿命化が図られる。結局、下型３４の交換頻度が低減するので鋳造効率が向上し、したがって、鋳造コストが低減する。
【００４４】
また、この鋳造用金型装置３０においては、下型ピース４８ａ〜４８ｋのいずれかが損傷した場合、損傷した下型ピースのみを交換すればよい。すなわち、損傷してしない他の下型ピースを交換する必要がない。したがって、スペア品としては小形状の下型ピースを作製すればよいので、金型作製に要するコストが低減し、結局、これによっても鋳造コストが低減する。しかも、この場合、下型ピースが小形状であるので、容易に交換を行うことができる。
【００４５】
次いで、溶湯を冷却固化することにより図１に示したシリンダヘッド１０が得られるに至る。
【００４６】
そして、図示しないアクチュエータ機構を付勢することにより１対の摺動側盤３３ａ、３３ｂおよび可動盤３２を固定盤３１から離間させて型開きを行った後、エジェクタピン７０を上型３６に指向して変位させれば、シリンダヘッド１０が上型３６から離脱し、取り出し可能となる。
【００４７】
なお、上記した実施の形態においては、燃焼室成形用中子２ａ〜２ｄを下型（固定盤側金型）３４に設置しているが、上型（可動盤側金型）３６に設置するようにしてもよい。
【００４８】
また、燃焼室成形用中子２ａ、２ｂの間、２ｂ、２ｃの間および２ｃ、２ｄの間に、下型３４の長手方向の中心軸線上に沿ってさらに分割線を入れ、下型ピース４８ｉ〜４８ｋを２分割するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る鋳造用金型装置によれば、燃焼室成形用中子が設置されかつ湯口が形成された固定盤側金型が、互いに隣接する燃焼室成形用中子の間や燃焼室成形用中子と湯口の間等の薄肉部から分割されている。このため、キャビテイに溶湯が充填された際、分割された金型における熱の伝導速度が緩やかとなり、その結果、該金型に発生する熱応力が著しく小さくなる。しかも、薄肉部が予め分割されているので、該薄肉部にクラックが発生することが回避される。したがって、該金型の耐久性が向上するという効果が達成される。
【００５０】
また、分割された金型が損傷するに至った場合には、その損傷したピースのみを交換すればよい。すなわち、スペア用金型としては小形状のピースを作製すればよいので、金型作製に要するコストを低減することができ、結局、鋳造コストを低減することができる。しかも、損傷したピースの交換を容易に行うことができる。
【００５１】
さらに、分割された金型同士および分割された金型とこれらを収容する枠とが互いに離間するようにしたので、該金型に発生する熱応力を一層小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る鋳造用金型装置により製造されるシリンダブロックの概略全体構成図である。
【図２】本実施の形態に係る鋳造用金型装置の要部縦断面図である。
【図３】図２の鋳造用金型装置が備える下型（固定盤側金型）の平面図である。
【図４】図３の要部拡大説明図である。
【図５】従来技術に係る鋳造用金型装置が備える固定盤側金型の平面図である。
【符号の説明】
１、３４…固定盤側金型（下型）          ２ａ〜２ｄ…燃焼室成形用中子
４ａ〜４ｄ…湯口                        １０…シリンダヘッド
３０…鋳造用金型装置                    ３６…可動盤側金型（上型）
３８ａ、３８ｂ…摺動側盤側金型（側型）  ４０…キャビテイ
４６ａ〜４６ｔ…分割線                  ４８ａ〜４８ｋ…下型ピース
５０…金型枠                            ５４…間隙
【図１】
0004520579.tif 000002
【図２】
0004520579.tif 000003
【図３】
0004520579.tif 000004
【図４】
0004520579.tif 000005
【図５】
0004520579.tif 000006