JP2003025045A - シリンダヘッド鋳造用金型の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下型の温度低下を招くことなく、燃焼室の指
向性凝固促進のために燃焼室中子のみを強制冷却できる
ようにした冷却装置を提供する。 【解決手段】 下型３に固定した燃焼室中子９ｃに冷却
通路１２を形成し、これの両端に管状ピン１３を個別に
接続する。下型３の外周面に固定したマニホールド１６
に流入側カプラ１９ｃと流出側カプラ２０ｃを装着し、
これらのカプラ１９ｃ，２０ｃと管状ピン１３とをカバ
ープレート２９付きのパイプ収容空間１５に集中配置し
た冷却水供給パイプ２８にて個別に接続する。冷却通路
１２や冷却水供給パイプ２８等を冷却水が通流しても、
下型３そのものは冷却水供給パイプ２８およびパイプ収
容空間１５の空気層をもって断熱されているので温度低
下をきたすことはない。

Description

【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１０
２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】

【課題を解決するための手段】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、冷却媒体と主型とが直接接触することがなく断熱さ
れているので、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。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。

【００１０】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、上記燃焼室中子に形成される冷却
通路は燃焼室中子のうち反湯口部側の位置に形成されて
いることを特徴としている。

【００１１】したがって、この請求項２に記載の発明で
は、湯口部から遠い部分から順に凝固を進行させるべ
く、指向性凝固を促進するのに好適な金型表面温度分布
をつくることができるようになる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２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４に記載の発明は、請求項３
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５に記載の発明は、請求項
３または４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３〜５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４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５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
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ほか、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。

【００１７】また、請求項２に記載の発明によれば、燃
焼室中子に形成される冷却通路は燃焼室中子のうち反湯
口部側の位置に形成されているため、湯口部から遠い部
分から凝固を進行させるべく、指向性凝固に適した金型
表面温度分布をつくることができ、指向性凝固を一段を
促進できる利点がある。

【００１８】請求項３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または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４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３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５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４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】また、図２のほか図３に詳細に示すよう
に、下型３には湯口部８が形成されているほか、気筒ご
との燃焼室に対応する部分には金属製の燃焼室中子９
ａ，９ｂ，９ｃが着脱可能に固定されている。そして、
周知の手段により溶湯保持炉４内に所定の給湯圧力を加
えると、その溶湯保持炉４内の溶湯Ｍが給湯ストーク１
０と湯口部８を介して上記キャビティＲ内に導入され
て、シリンダヘッドＷが２個同時に鋳造成形されること
になる。

【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１
６，１７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，１
９ｃ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１９
ａ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２
０ｃ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〜１９
ｃ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〜９
ｃ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指向性凝固を促進する
ことができるようになる。特に、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、燃焼室近傍について湯口部８か
ら遠い部位から順に凝固を進行させるべく、より指向性
凝固を促進可能な金型表面温度分布とすることができ
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２３〜２
８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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 太 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G024 AA01 FA00 GA04 4E093 NA01 NA10 NB05 QB05 QC02 UA01 UC01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室の成形を司る複数の燃焼室中子が
   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。
2. 【請求項２】 上記燃焼室中子に形成される冷却通路は
   燃焼室中子のうち反湯口部側の位置に形成されているこ
   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。
3. 【請求項３】 上記燃焼室中子が装着された主型の背面
   部には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または２に記載のシリンダ
   ヘッド鋳造用金型の冷却装置。
4. 【請求項４】 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３に記載のシリンダヘッド鋳造用金型の
   冷却装置。
5. 【請求項５】 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３または４に記載のシリンダヘッド鋳造用金
   型の冷却装置。