JP3797018B2 - シリンダヘッドの鋳造装置および鋳造方法 - Google Patents
シリンダヘッドの鋳造装置および鋳造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するための鋳造装置および鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、自動車等のエンジンのシリンダヘッドは、シリンダ部への給排気ポートやエンジン冷却水の通路（ウォータジャケット）およびエンジンオイルの通路（オイルジャケット）などの複雑な形状の通路の他、気筒数に応じた点火プラグ用のプラグ孔や、シリンダボディへの組付用の多数のボルト孔などが設けられる関係上、全体として切削加工等の機械加工が適用し難いかなり複雑な形状を備えており、通常、アルミニウム合金等を材料に用いた鋳造品としてその素材を得るようにしている。
【０００３】
かかるシリンダヘッドを鋳造する鋳造方法として、坩堝内の金属溶湯の湯面を加圧エア等で加圧してストーク内の溶湯を押し上げ、この押し上げられた溶湯を鋳型キャビティ内に供給して鋳造する、所謂、低圧鋳造法が知られている（例えば、特開平１−５３７５５号公報参照）。この低圧鋳造法によれば、溶湯を加圧エア等で加圧するので、安定した高品質の鋳造品が得られる他、所謂、押し湯がほとんど不要か若しくは極めて少なくて済み、材料の歩留まりを大幅に向上させることができるなど、種々のメリットが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、金属溶湯が注入・充填された鋳造キャビティ内にガスやエヤ等の気体が存在する場合、かかる気体が鋳物製品内に残存することによる「鋳巣」などの鋳造欠陥の発生を防止する上で、金属溶湯が湯口にできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが有効であることが知られている。金属溶湯をこのような指向性の下に冷却・凝固させることにより、鋳造キャビティ内に存在するガスは次第に湯口側に押しやられ、最終的にはこの湯口部分に溜まった状態で凝固を終えるようにすることが可能となる。この湯口部分は、鋳造完了後に不要部分として切断除去されるものであるので、鋳造製品自体については、ガスが残存する惧れがそれだけが少なくて済み、鋳造欠陥の発生を有効に抑制できるのである。
【０００５】
特に、上述の低圧鋳造法では、上下の金型のうち下型側に湯口が設けられることが多く、この場合、金属溶湯で満たされたキャビティ内に存在するガスは湯口から遠い上型側に上昇するのが一般的であるので、金属溶湯ができるだけ湯口から遠い上型側から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことがより重要となる。
【０００６】
また、鋳造キャビティ内の金属溶湯が冷却されて凝固する場合、通常、鋳型外部への自然放熱のため、鋳造キャビティの中央側よりも鋳型表面に近い外側のほうが冷却され易く、従って、鋳造キャビティの中央側にガスが残留し易くなる。このため、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことが好ましい。
すなわち、一般に、鋳造プロセスにおいては、その生産性を向上させることなどを目的として、鋳込み後に金属溶湯を凝固させる際に、冷却工程を設けて溶湯の凝固を促進するようにしているが、この冷却工程では、単に凝固速度を高めるだけでなく、上述のような指向性を持った冷却を行わせるようにすることが求められるのである。
【０００７】
そこで、この発明は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するに際して、シリンダヘッドの形状を利用して鋳込み後の金属溶湯の冷却に適正な指向性を持たせ、高品質の鋳造品を得られるようにすることを目的としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本願の請求項１の発明(以下、これを本願の第１の発明という。)に係るシリンダヘッドの鋳造装置は、接離可能に設けられた一対の上型および下型を備え、両型間に形成された鋳造キャビティ内に上記下型に設けた湯口から溶湯を注入・充填し該溶湯を凝固させてエンジンのシリンダヘッドを鋳造するようにした鋳造装置であって、上記上型の型合わせ面における周縁部の近傍に、該周縁部に沿って所定の間隔をあけて複数のボルト孔形成用の突出部が設けられるとともに、これらボルト孔形成用の突出部よりも内側には、複数のプラグ孔形成用の突出部が設けられ、上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段が設けられる一方、上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段が設けられている、ことを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２の発明（以下、これを本願の第２の発明という。）に係るシリンダヘッドの鋳造方法は、接離可能に設けられた一対の上型および下型間に形成された鋳造キャビティ内に上記下型に設けた湯口から溶湯を注入・充填し該溶湯を凝固させてエンジンのシリンダヘッドを鋳造するようにした鋳造方法であって、上記上型の型合わせ面における周縁部の近傍に、該周縁部に沿って所定の間隔をあけて複数のボルト孔形成用の突出部を設けるとともに、これらボルト孔形成用の突出部よりも内側には、複数のプラグ孔形成用の突出部を設け、上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段を設ける一方、上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段を設けることにより、上記周縁部の近傍の上記ボルト孔形成用の突出部の冷却手段に比して、上記ボルト孔形成用の突出部よりも内側の上記プラグ孔形成用の突出部の冷却手段の方が、冷却能力が大きくなるように設定して鋳造を行う、ことを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドの鋳造に適用した場合を例にとって、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２は、本実施の形態に係る鋳造装置の正面説明図および側面説明図である。この鋳造装置Ａは、所謂、低圧鋳造プロセス用のもので、下型ＤＬおよび上型ＤＵがそれぞれ下プラテン１および上プラテン２に取り付けられ、該上プラテン２は下プラテン１に対して上下方向に駆動される。つまり、上型ＤＵは下型ＤＬに対して上下方向に移動でき、これにより両者が接離可能（両者の型合わせ面どうしが当接した型閉じ状態と両者が離間した型開き状態とを選択的に取り得る）とされている。尚、後で詳しく説明するように、上記上型ＤＵには、鋳造キャビティの側壁部を形成するスライド動作可能な複数のサイド型が取り付けられている。
【００１１】
上記下プラテン１の下側方には、鋳造時に金属溶湯を供給するための保持炉ＦＨが配設され、溶湯は下型ＤＬ側から供給されるようになっている。本実施の形態では、シリンダヘッド鋳造用の材料として、例えばアルミニウム（Ａｌ）合金が用いられ、上記保持炉ＦＨ内にはＡｌ合金の溶湯が貯えられる。この保持炉ＦＨは、好ましくは台車４（保持炉台車）上に固定されており、この保持炉台車４を駆動することにより必要に応じて下プラテン１に対して移動できるようになっている。尚、上記保持炉ＦＨの内部構造等およびかかる保持炉ＦＨを用いて行う低圧鋳造法の概略については後述する。
【００１２】
上記鋳造装置Ａには、上型ＤＵが上昇して下型ＤＬとの間に型開き空間Ｋが形成されたときに該型開き空間Ｋ内に進退出可能な２つの台車ＢＣ,ＢＰが備えられている（図２においては、図面の複雑化を回避するために、その図示は省略されている）。
第１の台車ＢＰは、後で詳しく説明するように、基本的には下型ＤＬの湯口への金網のセットと上型ＤＵからの鋳造製品の取り出しとを行うもので、以下、適宜、製品取り出し台車と称する。また、第２の台車ＢＣは、後で詳しく説明するように、基本的には下型ＤＬへの中子等のセットと上型ＤＵへの塗型剤の塗布とを行うもので、以下、適宜、中子台車と称する。また、これら第１および第２台車ＢＰ及びＢＣは、共通のレール３上を走行できるようになっている。尚、これら第１および第２台車ＢＰ及びＢＣの構造・作動等の詳細については後述する。
【００１３】
次に、上記低圧鋳造装置Ａに備えられた保持炉ＦＨについて説明する。
図３は、保持炉ＦＨの内部構造を模式的に示す保持炉および鋳型の縦断面説明図である。この図に示すように、上記保持炉ＦＨは、上部が開放された箱状に形成され、その内部には溶湯（金属溶湯）を貯える坩堝５が担台５Ｂ上に支持された状態で収納されている。保持炉ＦＨの内壁面には、坩堝５内の溶湯を所定温度に加熱保持するヒータ８が配設されている。
また、保持炉ＦＨの上部開放口は着脱可能な炉蓋７によって気密状に閉塞されており、これにより、保持炉ＦＨの内部に上記坩堝５を覆う気密状の加圧室Ｒｐが形成されている。
【００１４】
上記炉蓋７の中央部には貫通孔７ｈが形成され、この貫通孔７ｈにはストーク６が嵌装されている。このストーク６は、その上側がデストリビュータ９に連通する一方、その下部が坩堝５内の溶湯に浸漬せしめられている。上記デストリビュータ９は、鋳型Ｄに複数の湯口Ｄｉが設けられている場合に、坩堝５からの溶湯を各湯口Ｄｉに分配して供給するもので、保持炉ＦＨの上面（つまり炉蓋７の上面）と鋳型Ｄの下面（つまり下型ＤＬの下面）との間に配置される。尚、本実施の形態では、下型ＤＬに複数（例えば４個）の湯口Ｄｉが設けられている。
上記鋳型Ｄは、後述するように、上型ＤＵと下型ＤＬと複数のサイド型ＤＳとで構成され、これら各型のこれら上型ＤＵ，下型ＤＬ及び各サイド型ＤＳの各内面により形成される鋳造キャビティМｃの内部には、上から順にオイルジャケット中子ＣО、ウォータージャケット中子ＣＷ及びポート中子ＣＰが配置されている。このキャビティМｃは、下型ＤＬに形成された湯口Ｄｉを介してデストリビュータ９の内部に連通している。
【００１５】
上記保持炉ＦＨには、加圧室Ｒｐに加圧エアを供給するエア供給路８１が設けられており、このエア供給路８１を介して供給される加圧エアの圧力が坩堝ＦＨ内の溶湯の湯面に作用することによりストーク６内の溶湯が押し上げられる。そして、この押し上げられた溶湯は、ストーク６からデストリビュータ９及び湯口Ｄｉを介して、鋳型Ｄの鋳造キャビティМｃ内に供給・充填されるようになっている。
上記エア供給路８１には加圧エアの供給及び停止の切換えを行う開閉式給気弁８２が介設されると共に、この開閉式給気弁８２よりも上流側のエア供給路８１には、加圧エアの圧力を調整する圧力制御弁８３が介設されている。また、この圧力制御弁８３にはその開度を制御するサーボ機構８４が付設されており、これら圧力制御弁８３及びサーボ機構８４により、坩堝ＦＨ内の溶湯の湯面に加えられる圧力の加圧パターンを変化させる圧力可変制御手段８５が構成されている。
【００１６】
一方、鋳型Ｄの上型ＤＵにはリング状の絶縁体８６が挿着され、この絶縁体８６の両側における上型ＤＵの各々の上部に、鋳造キャビティМｃ内に溶湯が充填されたときに導通する２本の配線８７が接続されている。更に、両配線８７は、これら両配線８７が互いに導通したときに充填信号を送出する溶湯充填検知回路８８に電気的に接続されている。上記絶縁体８６、配線８７及び溶湯充填検知回路８８によって、溶湯のキャビティМｃ内への充填を検出する充填検知センサ８９が構成されている。
また、上記溶湯充填検知回路８８は、圧力可変制御手段８５の加圧パターンを変化させる加圧パターン制御手段９０に電気的に接続され、該加圧パターン制御手段９０には、溶湯の鋳造キャビティМｃ内への供給開始後、予め設定された所定時間が経過したときに経過信号を送出するタイマ９４が電気的に接続されている。上記加圧パターン制御手段９０は、例えば所謂ＣＰＵ（中央演算処理装置）を内蔵しており、充填検知センサ８９からの充填信号またはタイマ９４からの経過信号に基づいて、圧力可変制御手段８５の加圧パターンを変化させるようになっている。
【００１７】
図４は、上記鋳造装置Ａの加圧制御系統の概略を示すブロック構成図である。この図に示すように、上記加圧制御系統には、開閉式給気弁８２がОＮ（オン）操作されて加圧室Ｒｐへの加圧エアの供給が開始されたときにオン信号を出力する加圧開始信号スイッチ９５と、溶湯が鋳造キャビティМｃ内に充填されたとき充填検知センサ８９より送出される充填信号によりオン信号を出力する充填信号スイッチ９６と、鋳造が完了したときにオン信号を出力する鋳造完了スイッチ９７とが設けられ、これら各スイッチ９５,９６及び９７は加圧パターン制御手段９０に電気的に接続されている。
上記タイマ９４は、この加圧パターン制御手段９０に接続されると共に、加圧開始信号スイッチ９５及び鋳造完了スイッチ９７が繋ぎ込まれている。そして、加圧開始信号スイッチ９５からオン信号を受けると起動すると共に、起動後、所定時間ｔ２が経過するとオン信号を出力し、鋳造完了スイッチ９７からオン信号を受けるとリセットするよう設定されている。
【００１８】
上記加圧パターン制御手段９０は、より好ましくは、第１および第２の二つのＣＰＵ９１及び９２を有している。
第１ＣＰＵ９１は、加圧開始信号スイッチ９５からオン信号を受けると圧力可変制御手段８５を制御して加圧室Ｒｐ内の圧力を急速に上昇させる一方、加圧開始後、所定時間ｔ１が経過した後は圧力上昇速度を遅くし、充填信号スイッチ９６又はタイマ９４の何れかからオン信号を受けるとその時点での圧力を維持し、鋳造完了スイッチ９７からオン信号を受けると加圧室Ｒｐ内の圧力を常圧に戻す加圧パターンの第１加圧信号を出力するように設定されたＣＰＵである。
【００１９】
また、第２ＣＰＵ９２は、充填信号スイッチ９６又はタイマ９４のいずれかからオン信号を受けると加圧室Ｒｐ内の圧力を上昇させ、この圧力が所定値に達するとその時点での圧力を維持し、鋳造完了スイッチ９７からオン信号を受けると加圧室Ｒｐ内の圧力を常圧に戻す加圧パターンの第２加圧信号を出力するように設定されたＣＰＵである。
このように加圧パターンが互いに異なる第１,第２の加圧信号をそれぞれ出力する第１,第２のＣＰＵ９１,９２と加算回路９３とで加圧パターン制御手段９０が構成されている。上記加算回路９３は、第１ＣＰＵ９１からの第１加圧信号と第２ＣＰＵ９２からの第２加圧信号とを加算する回路であり、その加算信号を上述のサーボ機構８４に送出するようになっている。
【００２０】
次に、上記低圧鋳造装置Ａで用いられる鋳型Ｄについて説明する。
図５は、上型ＤＵ側を型合わせ面側から（つまり下側から）見てその構造を模式的に示した底面説明図である。上型ＤＵは、前述のように、下型ＤＬに対して上下方向に接離可能に設けられ、この上型ＤＵに、鋳造キャビティの側壁部を形成するスライド動作可能な複数のサイド型ＤＳ（ＤＳ１，ＤＳ２及びＤＳ３）が取り付けられている。また、本実施の形態では、鋳型Ｄは、より好ましくは、１回の鋳造工程で２個の鋳造品得るようにした、所謂、２個取り用の鋳型とされ、図５から分かるように、上型ＤＵにおいても、１つの型盤１１０に左右対称に２つの型部が形成されている。
【００２１】
これら左右の各型部には、その中央部に複数（本実施の形態では４個）のプラグ孔形成用の突出部１１１が設けられるとともに、その両側にそれぞれ複数（本実施の形態ではそれぞれ５個）のボルト孔形成用の突出部１１２が設けられている。上記プラグ孔形成用の突出部１１１は、シリンダヘッドに点火プラグを挿入させる孔部を形成するためのものであり、また、ボルト孔形成用の突出部１１２はシリンダヘッドにボルト孔を形成するためのものである。
尚、上記各鋳型（上型ＤＵ,下型ＤＬ及びサイド型）は、いずれも例えば鋼製とされている。
【００２２】
上型ＤＵには、複数（本実施の形態では合計６個）のサイド型ＤＳ（ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３がそれぞれ２組）が取り付けられ、これら各サイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３にはそれぞれシリンダ装置１２１,１２２及び１２３（サイド型駆動シリンダ）が付設されている。
そして、これらシリンダ装置１２１,１２２及び１２３を駆動することによって、各サイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３をそれぞれ上型ＤＵの型盤１１０に沿って（つまり、上型ＤＵと下型ＤＬの型閉じ方向と略直交する方向に）スライドできるようになっている。
【００２３】
これらサイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３は、後述するように鋳造時および塗型剤塗布時など、鋳型Ｄを閉じて鋳造キャビティを形成する際には、図５に示されるように、それぞれ内方にスライド駆動されて閉じ合わされる。一方、鋳造完了後に鋳造品を鋳型Ｄ内から取り出す際には、上型ＤＵを上昇させて上下の鋳型ＤＵ,ＤＬを型開きした後、これらサイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３も、それぞれ外方にスライド駆動されて型開きされるようになっている。
【００２４】
尚、後述するように、下型ＤＬについても、上型ＤＵに対応して１つの型盤１３０に左右対称に２つの型部が形成されており、その左右の型部の中央には、両型部を仕切るようにして砂壁１３８が取り付けられる。この砂壁１３８は、より好ましくは、下型ＤＬに中子ＣО,ＣＷ及びＣＰを組み付ける際に同一の組付工程で下型ＤＬに組み付けられる。
そして、このように、下型ＤＬに中子ＣО,ＣＷ及びＣＰ並びに砂壁１３８を組み付けた状態で、上型ＤＵを下降させて上下の鋳型ＤＵ,ＤＬを閉じ合わせると、上型ＤＵの左右の型部の中央には、下型ＤＬに組み付けられた砂壁１３８が位置して、左右の各シリンダヘッドの鋳造キャビティの側壁の一つが形成されることになる。すなわち、各シリンダヘッドの鋳造キャビティは、上型ＤＵに設けられた３個の可動サイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３と、下型ＤＬにセットされた固定砂壁１３０とで、その側面に対応した鋳型面（側壁面）が形成されるようになっている。
【００２５】
図６は、下型ＤＬの平面説明図である。尚、この下型ＤＬについても、１つの型盤に左右対称に２つの型部が形成されているが、図６においては、片側（右側）の型部のみを図示し、左右が対象である点を除いてはこれと全く同一に形成されている他側（左側）の型部については、その詳細な図示は省略されている。
この下型ＤＬには、図７にも示すように、左右の各型部に、後述するように中子ＣО,ＣＷ及びＣＰを組み付けるための巾木受け部が設けられている。すなわち、各型部の長手方向に所定間隔を隔てて配置された第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２と、各型部の長手方向に沿って延びるように互いに所定間隔を隔てて配置された第３および第４の巾木受け部１３３及び１３４とが設けられている。
【００２６】
上記第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２は、前述のウォータジャケット中子ＣＷを組み付けるための巾木受け部であり、該ウォータジャケット中子ＣＷの巾木を受け合うものである。また、上記第３および第４の巾木受け部１３３及び１３４は、前述のポート中子ＣＰの巾木を組み付けるための巾木受け部であり、該ポート中子ＣＰの巾木を受け合うものである。
以上の巾木受け部１３１〜１３４を用いて、図８に詳しく示すように、上から順にオイルジャケット中子ＣО、ウォータージャケット中子ＣＷ及びポート中子ＣＰが、下型ＤＬに対して組み付けられる。
【００２７】
以下、これら各中子ＣО,ＣＷ及びＣＰの下型ＤＬへの組付方法について説明する。
本実施の形態では、共にシリンダヘッドの長手方向に延びるように、且つ、上下に配置されるオイルジャケット中子ＣОとウォータジャケット中子ＣＷについて、下側に配置されるウォータジャケット中子ＣＷは、その両端部に設けられた第１および第２の巾木部１４１及び１４２を介して下型ＤＬに組み付けられ、オイルジャケット中子ＣОは、その両端部に設けられた巾木１４３及び１４４が上記ウォータジャケット中子ＣＷに支持されることにより下型ＤＬに組み付けられている。
尚、本明細書において「巾木」というときは、中子本体部と一体に設けられたもの、及び別体に設けて中子本体と組み合わせて用いられるもののいずれをも含むものとする。
【００２８】
すなわち、図１１に示すように、下側にセットされるウォータジャケット中子ＣＷは、その両端部に第１及び第２の巾木部１４１及び１４２が設けられ、各巾木部１４１,１４２には、下方に開口する凹状の第１および第２の係合部１４１ｈ及び１４２ｈがそれぞれ形成されている。一方、下型ＤＬの第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２には、上方に突出する凸状の第１および第２の巾木係止部１３１ａ及び１３２ａがそれぞれ形成されている。そして、第１および第２の巾木部１４１及び１４２の各係合部（第１および第２の係合部１４１ｈ及び１４２ｈ）を第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２の各巾木係止部（第１および第２の巾木係止部１３１ａ及び１３２ａ）にそれぞれ上方から嵌め込んで係合させることにより、ウォータジャケット中子ＣＷが下型ＤＬに組み付けられている。
【００２９】
また、上側にセットされるオイルジャケット中子ＣОについても、その両端部に巾木部１４３及び１４４（第３および第４巾木部）が設けられ、各巾木部１４３,１４４には、ウォータジャケット中子ＣＷの場合と同様の下方に開口する凹状の第３および第４の係合部１４３ｈ及び１４４ｈがそれぞれ形成されている。一方、ウォータジャケット中子ＣＷの第１および第２の巾木部１４１及び１４２の上面には、上方に突出する凸状の第３および第４の巾木係止部１４１ａ及び１４２ａがそれぞれ形成されている。
【００３０】
そして、第３および第４の巾木部１４３及び１４４の各係合部（第３および第４の係合部１４３ｈ及び１４４ｈ）を第１および第２の巾木部１４１及び１４２の上面に形成された各巾木係止部（第３および第４の巾木係止部１４１ａ及び１４２ａ）にそれぞれ上方から嵌め込んで係合させることにより、オイルジャケット中子ＣОが、ウォータジャケット中子ＣＷの各巾木部１４１及びＢ１４２を介して下型ＤＬに組み付けられている。
尚、上型ＤＵを下降させて上下の鋳型ＤＵ及びＤＬを閉じ合わせた際には、上記オイルジャケット中子ＣОの巾木部１４３及び１４４の上面側に、上型ＤＵと共に下降して来たサイド型ＤＳ１及びＤＳ２の上内面が当接するようになっている。
【００３１】
このように、２本の長尺状の中子ＣＷ,ＣОのうち、上側に配置されるオイルジャケット中子ＣОはその巾木１４３及び１４４が、下側に配置されるウォータジャケット中子ＣＷの巾木１４１及び１４２に支持されることによって下型ＤＬに組み付けられているので、両中子ＣＷ,ＣОは互いの巾木を介して一体的に鋳型（下型ＤＬ）内に組み付けられることになり、両者ＣＷ,ＣОをそれぞれ個別に鋳型に組み付ける場合に比べて、両中子ＣＷ,ＣОの軸芯間の距離を極めて安定して一定値に保つことができる。これにより、各中子ＣＷ,ＣОに対応する通路（ウォータジャケット及びオイルジャケット）間の肉厚管理を確実に行うことができるのである。
【００３２】
また、かかる構成を採用することにより、予め両中子ＣＷ,ＣОを一体的に組み合わせておき、この組み合わせた中子（ＣＷ＋ＣО）を下型ＤＬに組み付けるようにすることも可能になり、中子組付工数を削減でき、また、自動組付を行う場合にあっては、アクチュエータの数も少なくて済み、中子組付装置の構造の簡素化を図ることができる。
【００３３】
更に、本実施の形態では、図１２及び図１３に詳しく示すように、上記第１係合部１４１ｈの内面と第１巾木係止部１３１ａの外面とは、その形状および寸法が実質的に略同じになるように設定されており、第１係合部１４１ｈは第１巾木係止部１３１ａに対して、その全面（テーパ面を含めて４面）について隙間無く、従って、全面について移動不能に係合するようになっている。
また、上記第２巾木係止部１３２ａは、中子ＣＷの長手方向についてのみ、その凸部の厚さ寸法が第２係合部１４２ｈの凹部幅よりも所定量だけ小さく設定され、かつ、中子ＣＷを下型ＤＬに組み付けた時点で、第２巾木係止部１３２ａの長手方向における両側に一定量以上の隙間が設けられるように、両者の位置関係が設定されている。
【００３４】
一方、図１２から良く分かるように、中子ＣＷの横方向につては、上記第２係合部１４２ｈの内面寸法と第２巾木係止部１３２ａの外面寸法とが実質的に略同じになるように設定されており、第２係合部１４２ｈは第２巾木係止部１３２ａに対して、その横方向について隙間無く、従って、この方向について移動不能に係合するようになっている。
すなわち、上記第２係合部１４２ｈは第２巾木係止部１３２ａに対して中子ＣＷの長手方向にのみ移動可能でその他の方向には移動不能に係合するようになっている。
【００３５】
このように、下型ＤＬに対して直接に組み付けられるウォータジャケット中子ＣＷの一端側に設けられた第１係合部１４１ｈは鋳型（下型ＤＬ）の第１巾木係止部１３１ａに対して移動不能に係合する一方、上記ウォータジャケット中子ＣＷの他端側に設けられた第２係合部１４２ｈは下型ＤＬの第２巾木係止部１３２ａに対して中子ＣＷの長手方向にのみ移動可能でその他の方向には移動不能に係合するので、中子ＣＷの位置ずれを招くことなく正確に位置決めを行った上で、中子ＣＷの長手方向については、当該中子ＣＷと下型ＤＬの熱膨脹量の差を有効に吸収することができ、この熱膨脹量の相違に起因して、中子ＣＷにクラックや折損等の不具合が生じることを防止できるのである。
【００３６】
また、上記ウォータジャケット中子ＣＷの両端部の各巾木１４１及び１４２に設けた第３および第４の巾木係止部１４１ａ及び１４２ａと、ウォータジャケット中子ＣＷの上方に配置されるオイルジャケット中子ＣОの両端部の各巾木１４３及び１４４に設けた第３および第４の係合部１４３ｈ及び１４４ｈとについても、下型ＤＬに設けた第１および第２巾木係止部１３１ａ及び１３２ａとウォータジャケット中子ＣＷに設けた第１および第２の係合部１４１ｈ及び１４２ｈとの組み合わせにおける場合と同様の構成により、第３係合部１４３ｈは上記第３巾木係止部１４１ａに対して移動不能に係合する一方、第４係合部１４４ｈは上記第４巾木係止部１４２ａに対して中子の長手方向にのみ移動可能でその他の方向には移動不能に係合するようになっている。
【００３７】
これにより、オイルジャケット中子ＣОのウォータジャケット中子ＣＷに対する位置ずれを招くことなく正確に位置決めを行った上で、これら中子の長手方向については、両者ＣО,ＣＷの熱膨脹量の差を有効に吸収することができる。その結果、中子ＣО,ＣＷどうしを予めセットする際あるいは鋳造時などにおいて、両者ＣО,ＣＷの熱膨脹量の相違に起因して、中子ＣО及び／又はＣＷにクラックや折損等の不具合が生じることも防止できるのである。
【００３８】
また、本実施の形態では、鋳造時に上記２本の長尺の中子（オイルジャケット中子ＣО及びウォータジャケット中子ＣＷ）で発生するガスを各中子ＣО,ＣＷの巾木部分から吸引して外部に排出するようにしている。
すなわち、図１４に詳しく示すように、例えば、オイルジャケット中子ＣОの第４巾木部１４４及びウォータジャケット中子ＣＷの第２巾木部１４２側では、上型ＤＵを下降させて上下の鋳型ＤＵ及びＤＬを閉じ合わせた際に、上記各巾木部１４４及び１４２の外面と、第２巾木受け部１３２の外面を含む下型ＤＬの表面と、オイルジャケット中子ＣОの巾木部１４４の上面側に当接するサイド型ＤＳ１の内面とで、密閉空間１０１が形成される。
【００３９】
上記サイド型ＤＳ２の側面には、この密閉空間１０１に連通する例えば可撓性のホース１０２の一端が繋ぎ込まれており、該ホース１０２の他端側はガス吸引手段としての真空ポンプ１０３に接続されている。
そして、この真空ポンプ１０３を駆動して密閉空間１０１内を吸引することにより、オイルジャケット中子ＣО及びウォータジャケット中子ＣＷのバインダが鋳造時にガス化することによって生じたガスが吸引されて鋳造キャビティの外部に排出されるようになっている。
【００４０】
このように、上記両中子ＣО及びＣＷの巾木部分１４４及び１４２から、鋳造時にこれら中子ＣО及びＣＷで発生するガスを吸引する吸引手段１０３（真空ポンプ）が設けられているので、中子ＣО及びＣＷが長尺物であっても、その内部に発生したガスをその巾木部分１４４及び１４２から強制的に吸引して迅速に鋳造キャビティの外部に排出させ、得られた鋳物にガス欠陥が生じることを効果的に防止できるのである。
【００４１】
尚、この場合において、両中子ＣО及びＣＷは互いの巾木部分１４４及び１４２を介して一体的に鋳型（下型ＤＬ）内に組み付けられているので、たとえ一方の中子が上記密閉空間１０１内に面しておらず、真空ポンプ１０３から実質的に遮断されている場合であっても、他方の中子の巾木からガスの吸引が行われるので、上記一方の中子の内部で発生したガスも有効に鋳型外部に排出することが可能である。
【００４２】
また、本実施の形態では、上述のようにしてウォータジャケット中子ＣＷとオイルジャケット中子ＣОとを下型ＤＬに対して組み付けることにより、これら中子ＣＷおよびＣОの各巾木の内側面によってシリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の少なくとも一部が形成されているようになっている。
すなわち、ウォータジャケット中子ＣＷの巾木部分１４１及び１４２の各内面１４１ｆ及び１４２ｆ（図１１参照）とオイルジャケット中子ＣО巾木部分１４３及び１４４の各内面１４３ｆ及び１４４ｆが、シリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の少なくとも一部をなしている。
【００４３】
このように、上記各中子ＣＷ及びＣОの巾木１４１〜１４４の内側面１４１ｆ〜１４４ｆによりシリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の少なくとも一部を形成することにより、中子ＣＷ及びＣОの巾木１４１〜１４４を利用して鋳型面の一部を形成することができる。
この場合、鋳物砂を主原料とする中子の側面で鋳型面の一部が形成された鋳型部分への伝熱は他の鋳型部分に比べて大幅に抑制されるので、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。
【００４４】
これにより、上記ウォータジャケット中子ＣＷが組み付けられる側の鋳型（下型ＤＬ）に設けられた湯口Ｄｉから遠い側の鋳型（上型ＤＵ）への熱の伝達を抑制し、金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。
すなわち、鋳込み工程後の金属溶湯をこのような指向性の下に冷却・凝固させることにより、鋳造キャビティ内に存在するガスは次第に湯口Ｄｉ側に押しやられ、最終的にはこの湯口部分に溜まった状態で凝固を終えるようにすることが可能となる。この湯口部分は、鋳造完了後に不要部分として切断除去されるものであるので、鋳造製品自体については、ガスが残存する惧れがそれだけが少なくて済み、鋳造欠陥の発生を有効に抑制できるのである。
【００４５】
更に、図７〜図９から良く分かるように、下型ＤＬには、上記ウォータジャケット中子ＣＷ及びオイルジャケット中子ＣОと略直交する方向へ延びる第３の中子として、シリンダヘッドの給排気ポートに対応したポート中子ＣＰが、その巾木１４５,１４６を巾木受け部１３５,１３６を含む鋳型側壁に支持させた状態で組み付けられており、これらポート中子ＣＰの巾木１４５,１４６の内側面１４５ｆ,１４６ｆによりシリンダヘッドの他の側面に対応する鋳型面の少なくとも一部が形成されている。
また、特に、図７における左側（つまり、下型ＤＬの中央側で、図８においては右側）のポート中子ＣＰについては、その巾木１４５を支持する鋳型側壁の少なくとも一部が砂壁１３８で構成されている。
【００４６】
従って、シリンダヘッドの他の側面に対応する鋳型面を含む鋳型部分についても、上記と同様の理由により、他の鋳型部分に比べて伝熱が大幅に抑制されるので、金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性が与えられ、鋳造欠陥の発生の抑制に貢献することができる。
【００４７】
また、更に、本実施の形態では、図１１から良く分かるように、上記ウォータジャケット中子ＣＷの巾木１４１の外側面およびオイルジャケット中子ＣОの巾木１４３の外側面に、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際に、サイド型ＤＳ１のテーパ状内面１２７をスムースに案内するガイド用のテーパ部１４１ｇ及び１４３ｇが設けられている。
上記各中子ＣＷ及びＣОの巾木１４１及び１４３の外側面にこのようなガイド用のテーパ部１４１ｇ及び１４３ｇが設けられているので、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際には、特にガイド部を別設する必要なしに、両型の閉じ合わせ動作をスムースに行わせることができるのである。
【００４８】
また、更に、本実施の形態では、図８から良く分かるように、上記ポート中子ＣＰの巾木１４６の外側面に、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際に、サイド型ＤＳ３のテーパ状内面１２６をスムースに案内するガイド用のテーパ部１４６ｇが設けられている。また、より好ましくは、巾木受け部１３６の外側面にも同様のテーパ部１３６ｇが設けられている。
上記ポート中子ＣＰの巾木１４６の外側面にこのようなガイド用のテーパ部１４６ｇが設けられ、また、より好ましくは、巾木受け部１３６の外側面にも同様のテーパ部１３６ｇが設けられているので、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際には、特にガイド部を別設する必要なしに、両型の閉じ合わせ動作をスムースに行わせることができる。
【００４９】
また、更に、本実施の形態では、上型ＤＵ及び下型ＤＬの型閉じ方向と略直交する方向にスライド可能なサイド型ＤＳ（ＤＳ１〜ＤＳ３）が上型ＤＵに設けられているが、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、この上型ＤＵには、上記サイド型ＤＳの下側に位置して該サイド型ＤＳのスライド動作を案内する下ガイド部１１９ａが設けられている。
この下ガイド部１１９ａの両端部はそれぞれ横ガイド部１１９ｂに連結されており、これら一対の横ガイド部１１９ｂと上記下ガイド部１１９ａとで、サイド型ＤＳのスライド動作を案内するためのフレーム状のスライドガイド１１９が形成されている。これにより、特にガイド部を別設する必要なしに、上記サイド型ＤＳのスライド動作をスムースに行わせることができる。
【００５０】
本実施の形態では、上記鋳型Ｄに、鋳込み後の金属溶湯の凝固を促進し、また、鋳型Ｄに塗型剤を塗布する際の鋳型Ｄの温度（型温）を適正に保つために、鋳型Ｄの型温を所定範囲に冷却制御するようにしている。
次に、本実施の形態に係る鋳型Ｄの冷却制御について説明する。
まず、上型ＤＵの冷却制御について説明する。前述のように、上型ＤＵの左右の各型部には、その中央部に複数のプラグ孔形成用の突出部１１１が設けられるとともに、その両側にそれぞれ複数のボルト孔形成用の突出部１１２が設けられている（図５参照）。本実施の形態では、これら突出部１１１及び１１２に上型ＤＵの冷却制御機構が設けられている。
【００５１】
すなわち、図１５および図１６に示すように、プラグ孔形成用の突出部１１１の内部には、その軸線方向に伸長する空洞部１１１ｈが設けられ、各空洞部１１１ｈには、特に図１６に詳しく示すように、冷却媒体を空洞部１１１ｈの内部に導入する導入パイプ１１４と、冷却媒体を空洞部１１１ｈの外部に排出する排出パイプ１１５とが、それぞれ挿入されている。上記導入パイプ１１４は冷却媒体の供給源（不図示）に接続され、一方、上記排出パイプ１１５は冷却媒体の回収装置（不図示）に接続されている。上記導入パイプ１１４及び冷却媒体の供給源（不図示）並びに排出パイプ１１５及び冷却媒体の回収装置（不図示）を含む冷却媒体循環系が上記プラグ孔形成用の突出部１１１における冷却手段を構成している。
【００５２】
また、図１７に詳しく示すように、ボルト孔形成用の突出部１１２の内部にも、その軸線方向に伸長する空洞部１１２ｈが設けられ、各空洞部１１２ｈには、冷却媒体を空洞部１１２ｈの内部に導入する導入パイプ１１６が挿入されている。このボルト孔成形用の突出部１１２の場合には、空洞部１１２ｈ内に導入された冷却媒体は、空洞部１１２ｈの開口から外部に排出されるようになっている。上記導入パイプ１１６は、プラグ孔形成用の突出部１１１用のものとは異なる冷却媒体供給源（不図示）に接続されており、この冷却媒体供給源および導入パイプ１１６を含む冷却媒体供給系によって、上記ボルト孔形成用の突出部１１２における冷却手段が構成されている。
【００５３】
本実施の形態では、鋳込み後の金属溶湯の冷却に適正な指向性を持たせ、欠陥の少ない高品質の鋳造品を得られるようにするために、各突出部１１１,１１２にそれぞれ設けられた冷却手段について、鋳型ＤＵの中央に比較的近い内側の突出部（つまり、プラグ孔形成用の突出部１１１）のものが、型周囲に比較的近い外側の突出部（つまり、ボルト孔形成用の突出部１１２）のものよりも冷却能力が大きく設定されている。
具体的には、上記プラグ孔形成用の突出部１１１に設けた冷却手段の冷却媒体に液体（例えば水）が用いられ、ボルト孔形成用の突出部１１２に設けた冷却手段の冷却媒体には気体（例えばエア）が用いられている。
【００５４】
このように、上型ＤＵに設けられた孔部形成用の各突出部１１１及び１１２に冷却手段を設けたので、湯口Ｄｉから遠い側の鋳型（上型ＤＵ）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段について、型中央に比較的近い内側のプラグ孔形成用の突出部１１１のものが型周囲に比較的近い外側のボルト孔形成用の突出部１１２のものよりも冷却能力が大きく設定されているので、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
【００５５】
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることができるのである。
【００５６】
特に、上記内側のプラグ孔形成用の突出部１１１に設けた冷却手段の冷却媒体が液体（水）であり、外側のボルト孔形成用の突出部１１２に設けた冷却手段の冷却媒体は気体（エア）であるので、液体と気体の熱伝達特性の違いを利用して、複数の突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段に関し、型中央に比較的近い内側の突出部１１１のものが型周囲に比較的近い外側の突出部１１２のものよりも冷却能力が大きくなるような設定を確実に行うことができる。
【００５７】
また、特に、上記各突出部１１１及び１１２は、少なくとも、シリンダヘッドの中央に比較的近いプラグ孔とシリンダヘッドの周囲に比較的近いボルト孔にそれぞれ対応しているので、シリンダヘッドに特有のプラグ孔およびボルト孔を利用して、鋳込み後の金属溶湯に適正な指向性を持った冷却凝固を行わせることができるのである。
【００５８】
更に、本実施の形態では、上記内側の突出部（つまり、プラグ孔形成用の突出部１１１）について、これに設けた冷却手段の冷却作動休止後、突出部１１１の空洞部１１１ｈ内に残留した冷却媒体（つまり液体）を排除するために、具体的には図示しなかったが、空洞部１１１ｈ内をエアパージするパージエア供給パイプ（残留液体排除手段）が設けられている。
このような残留液体排除手段を設けたことにより、冷却媒体としての液体が突出部１１１の空洞部１１１ｈ内に温度制御されない状態で残留することにより、次サイクルの鋳造時に当該突出部１１１の冷却手段を作動させた際に温度制御の精度が低下することを確実に防止できるのである。また、突出部１１１の空洞部１１１ｈ内での錆の発生も防止できる。
【００５９】
次に、下型ＤＬの冷却制御について説明する。
本実施の形態では、図１５に示すように、下型ＤＬに、特定方向以外の方向における熱伝播が抑制されるように設定したスポット冷却機構１５１が設けられている。
該スポット冷却機構１５１は、下型ＤＬの所定部位に形成された取付穴１５６に嵌合される本体部１５２と、該本体部１５２内に形成された冷却媒体通路１５２ｈに冷却媒体を供給する供給パイプ１５３と、上記冷却媒体通路１５２ｈから冷却媒体を排出させる排出パイプ１５４とを備えている。上記本体部１５２は、その内部に冷却媒体通路１５２ｈが設けられることにより略筒状に形成されている。
【００６０】
上記供給パイプ１５３は冷却媒体の供給源（不図示）に接続され、一方、上記排出パイプ１５４は冷却媒体の回収装置（不図示）に接続されている。上記本体部１５２の内部に形成された冷却媒体通路１５２ｈと、上記供給パイプ１５３及び冷却媒体の供給源（不図示）並びに排出パイプ１５４及び冷却媒体の回収装置（不図示）とで、スポット冷却機構１５１の冷却媒体循環系が構成されている。
【００６１】
上記スポット冷却機構１５１は、その本体部１５２の外周部が下型ＤＬに設けられた取付穴１５６に嵌合し、上記本体部１５２の先端面が鋳造キャビティМｃ内に臨んでいる。
このように、上記スポット冷却機構１５１は、その一端面が鋳造キャビティМｃ内に臨んでいるので、この部分の金属溶湯を本体部１５２の長手軸方向に指向性を持たせて選択的に冷却することができる。また、上記本体部１５２は外周部が下型ＤＬに設けた取付穴１５６に嵌合しているので、この嵌合部を境界として熱の伝達特性を変化させることが可能となる。
【００６２】
本実施の形態では、下型ＤＬが鋼製であるのに対して、上記本体部１５２を例えばアルミニウム合金製として、両者の材質を変えることにより、両者の嵌合部を境界として熱の伝達特性を変化させ、スポット冷却機構１５１による冷却に上述の指向性を持たせるようにしている。
尚、この替わりに或いはこれに加えて、両者の嵌合部に隙間を設けて嵌合部からの熱伝達を抑制するようにしても良い。また、両者の嵌合部に例えばセラミック溶射層などの断熱層を設けることなどにより、本体部１５２の長手軸方向以外の方向における熱伝播が抑制されるようにしても良い。
【００６３】
以上のように、下型ＤＬに所定方向（本体部１５２の長手軸方向で鋳造キャビティМｃに臨む方向）以外の方向における熱伝播が抑制されるように設定したスポット冷却機構１５１を設けたことにより、鋳型キャビティМｃ内の金属溶湯の特定部分について所定方向の指向性を持った冷却凝固を行わせることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることができるのである。
【００６４】
また、前述のように、本実施の形態では、シリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の一部が砂壁で形成され、下型ＤＬに砂壁１３８が組み付けられるが、上記スポット冷却機構１５１はこの砂壁１３８の近傍に設けられている（図6及び図７参照）。尚、このスポット冷却機構１５１は、砂壁１３８の近傍でも湯口Ｄｉからできるだけ離れた部位に設けられる。
このように、砂壁１３８の近傍に上記スポット冷却機構１５１を設けることにより、熱伝達性が低く冷却されにくい砂壁１３８の近傍を選択的に強制冷却することができる。
【００６５】
更に、本実施の形態では、前述のように、下型ＤＬの下方に、各湯口Ｄｉを介して鋳造キャビティМｃ内に注入される金属溶湯を供給する溶湯供給部としてのデスとリビュータ９が設けられている。一方、下型ＤＬの下面側には所定深さの凹部１０５が形成されており、この凹状の空間部１０５に上記スポット冷却手機構１５１の冷却媒体経路としての上記供給パイプ１５３及び排出パイプ１５４が配置されている。また、この凹状の空間部１０５に、上記デストリビュータ９と湯口Ｄｉとを連通させる連通筒１０６が配設されている。
尚、各湯口Ｄｉには、鋳造キャビティМｃ内に鋳造品の機械的特性に悪影響を及ぼす異物等が混入することを防止するために、スクリーンメッシュ（金網１０９）が取り付けられる。この金網１０９は、通常、鋳造品の取り出しに伴なって除去されるものであり、各鋳造サイクル毎に新たに取り付けられる。
【００６６】
このように、下型ＤＬの下方に湯口Ｄｉを介して鋳造キャビティМｃ内に注入される溶湯を供給する溶湯供給部９（デストリビュータ）が設けられており、該デストリビュータ９と下型ＤＬとの間に所定の空間部１０５を設け、該空間部１０５に上記スポット冷却機構１５１用の冷却媒体経路１５３及び１５４を配置するとともに、上記デストリビュータ９と湯口Ｄｉとを連通させる連通筒１０６が設けられているので、通常、スペースを確保することが難しい下型ＤＬの下方に支障無く冷却媒体経路１５３及び１５４を設けることができ、上記スポット冷却機構１５１を容易に下型ＤＬ側に設けることができる。
【００６７】
以上のように、上型ＤＵ側には、上型ＤＵに設けられた孔部形成用の各突出部１１１及び１１２に冷却手段を設けたので、湯口Ｄｉから遠い側の鋳型（上型ＤＵ）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段について、型中央に比較的近い内側の突出部１１１（プラグ孔形成用の突出部）のものが型周囲に比較的近い外側の突出部１１２（ボルト孔形成用の突出部）のものよりも冷却能力が大きく設定されているので、鋳造キャビティМｃの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
【００６８】
一方、下型ＤＬ側には所定方向以外の方向における熱伝播が抑制されるように設定したスポット冷却機構１５１が設けられているので、鋳型キャビティМｃ内の金属溶湯の特定部分について下型ＤＬ側から所定方向の指向性を持った冷却凝固を行わせることができる。
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記各冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることができるのである。
【００６９】
尚、本実施の形態では、スポット冷却機構１５１は下型ＤＬのみに設けられていたが、これを上型ＤＵのみ或いは両方の鋳型ＤＵ及びＤＬに設けるようにしても良い。
【００７０】
次に、上記低圧鋳造装置Ａに備えられた第１および第２の台車ＢＰ及びＢＣ、特に、第２台車（中子台車）ＢＣについて説明する。
これら台車ＢＰ及びＢＣは、前述のように、上型ＤＵが上昇して下型ＤＬとの間に型開き空間Ｋが形成されたとき（図１参照）、この型開き空間Ｋ内に進退出可能とされたもので、中子台車ＢＣは、型開き空間Ｋの外部で中子および砂壁を保持した後、型開き空間Ｋ内に進出（前進）し、保持した中子および砂壁を下降させて下型ＤＬにセットする。
【００７１】
また、中子台車ＢＣは、粉体塗型剤を上型ＤＵおよびサイド型ＤＳの鋳型内表面に塗布するための塗布ボックスＴを搭載しており、型開き空間Ｋ内において塗布ボックスＴを上昇させて、後述のようにして上型内表面（下型ＤＬに対する合わせ面で、下向きの面となる）およびサイド型ＤＳの内面に対して粉体塗型剤が塗布される。尚、本実施の形態では、この塗型剤として、例えば珪藻土を主原料とするものを用いた。この替わりに、例えばカーボンを主原料とするものなど、他の好適な塗型剤を用いることができる。
上型ＤＵおよびサイド型ＤＳを下降させて下型ＤＬに型合わせし、その後、これら鋳型ＤＵ,ＤＳ及びＤＬにより形成されるキャビティМｃ内に溶湯を供給・充填することにより、所定の鋳造品（シリンダヘッド）が鋳造される。そして、得られた鋳造品は、上型ＤＵが上昇して型開き空間Ｋが構成された状態で、製品取り出し台車ＢＰによって、中子台車ＢＣの待機位置とは反対方向へ取り出されるのである。
【００７２】
次に、以上のように構成された鋳造装置Ａを用いて行われる鋳造プロセスについて、図１９〜図２０のフローチャートを参照しながら説明する。
この鋳造プロセスは一連の工程が繰り返して行われるものであるが、ここでは、例えば、前サイクルの鋳造品（製品）が鋳造され、これを鋳型Ｄから取り出す時点から、説明を始める。
鋳造が完了して上下の鋳型ＤＵ／ＤＬが型開きされた後、まず、ステップ＃１で、第１台車（製品取り出し台車）ＢＰが型開き空間Ｋ内に前進し、ステップ＃２で、サイド型ＤＳ（ＤＳ１〜ＤＳ３）が型開きされる。尚、このステップ＃２の型開きをステップ＃１と並行して行うようにしても良い。
【００７３】
次に、ステップ＃３で、上型ＤＵ側のエジェクタ機構（不図示）を駆動させて製品を上型ＤＵから取り出す。このとき、上型ＤＵの内面には塗型剤が塗布されているので、容易に製品を上型ＤＵから離型させることができる。取り出された製品は第１台車ＢＰの上側で受け取られる。
一方、第１台車ＢＰの下部では、上記ステップ＃２及び／又はステップ＃３と並行して、金網ホルダ（不図示）に保持された金網１０９が下型ＤＬに設けられた湯口Ｄｉにセットされる（ステップ＃４）。尚、上型ＤＵには、前サイクルで使用された金網１０９の断片あるいは前回サイクルでの鋳造による残存アルミニウム塊が湯口Ｄｉを塞いでいないことを確かめるための棒状センサが設けられており、金網１０９のセットに先立って湯口Ｄｉが正常に開口していることを確かめるようにしている。
その後、ステップ＃５で、第１台車ＢＰが上下方向の型開き空間Ｋ内から後退する。そして、これと入れ替わりに、第２台車（中子台車）ＢＣが型開き空間Ｋ内に前進してくる（ステップ＃6）。
【００７４】
そして、この第２台車ＢＣの上部側では、ステップ＃７で全てのサイド型ＤＳを閉じ合わされた後、全てのサイド型ＤＳ及び上型ＤＵの内面に塗型剤が塗布される（ステップ＃８）。
一方、第２台車ＢＣの下部では、上記ステップ＃７及びステップ＃８の工程と並行して、中子セット装置１０による中子の下型ＤＬへのセット（組み付け）が行われる（ステップ＃９）。このとき、第２台車ＢＣの下部には、３種の中子ＣＷ,ＣО及びＣＰと砂壁１３８とが保持されており、これら中子ＣＷ,ＣО及びＣＰと砂壁１３８とが下型ＤＬにセットされる。尚、中子セット装置１０には、前サイクルで用いた中子が折損等によって下型ＤＬに残存していないことを確かめるための棒状センサが設けられており、中子セット作業に先立って、下型ＤＬの中子セット箇所に中子の破損した断片が残っていないことが確認されるようになっている。
【００７５】
塗型剤の塗布工程（ステップ＃８）および中子セット工程（ステップ＃９）を終えて第２台車ＢＣが後退（ステップ＃１０）した後、上型ＤＵを下降させて下型ＤＬに対して閉じ合わせる（ステップ＃１１）。
そして、ステップ＃１２で、保持炉ＦＨ内を加圧して低圧鋳造が行われる。この加圧工程（ステップ＃１２）における加圧制御の詳細について、図２０のフローチャート及び図２１〜図２３の線図を参照しながら説明する。
【００７６】
まず、ステップＳＴ１で、エア供給路４２から加圧室２０へ加圧エアを供給し、るつぼ１２内の溶湯を押し上げ、この溶湯をストーク２２を介して鋳型３０のキャビティ３２へ供給して鋳型を開始すると共に、ステップＳＴ２でタイマ６０が起動する。
この場合、図２１における加圧パターン（ａ）に示すように、加圧エアの供給開始後、溶湯が鋳型３０の湯口４０に達する予定の時間ｔ１が経過するまでの間は、圧力を急速に上昇させて溶湯を速やかに押し上げ、溶湯の温度低下を防止し、溶湯が湯口４０に達する予定時間ｔ１経過後は、溶湯が砂中子同志の間にスムーズに充填されるよう圧力上昇速度を低下させる。
【００７７】
次に、ステップＳＴ３で、充填信号の有無により、充填検知センサ５８が溶湯の充填を検知したか否かを判断し、充填検知センサ５８が充填を検知した場合には、ガスが砂中子から溶湯中に噴出するのを防止するため、ステップＳＴ４で、図２１の加圧パターン（ｂ）に示すように加圧室２０内の圧力を高めると共に、充填検知センサ５８が正常に機能しているため、ステップＳＴ５でタイマ６０を停止する。
また、ステップＳＴ３で充填検知センサ５８が溶湯の充填を検知しない場合は、ステップＳＴ６で、加圧エア供給開始後、所定時間ｔ２経過後にタイマ６０から出力される経過信号を受けて図２１の加圧パターン（ｃ）に示すように加圧室２０内の圧力を高める。このようにすると、充填検知センサ５８が検知不良の場合でも、加圧エアの供給開始後、所定時間ｔ２の経過と共に加圧室２０内の圧力を高めることができるので、製品不良の発生を防止できる。
次に、ステップＳＴ７でタイマ３０をリセットして次の鋳造工程に備えると共に、ステップＳＴ８で鋳造を完了する。
【００７８】
図２２は、上記実施例における加圧制御方法の具体的な加圧パターンを示している。すなわち、加圧室２０内の加圧開始と同時に第１ＣＰＵ７０及びタイマ６０が起動し、加圧開始８秒後に第１ＣＰＵ７０は圧力上昇速度を遅くし、充填検知センサ５８が充填信号を出力すると（通常、加圧開始１３秒後）、第１ＣＰＵ７０がそのときの圧力を維持する一方、第２ＣＰＵ７２が加圧室２０の圧力を上昇させ、加圧室２０内の圧力が所定値に達すると（通常、加圧開始２０秒後）、第２ＣＰＵ７２もそのときの圧力を維持する。この場合、タイマ６０は加圧開始１８秒後にオン信号を出力して第２ＣＰＵ７２を起動させるよう設定されており、充填検知センサ５８が検知不良の場合でも加圧開始１８秒後には第２ＣＰＵ７２が起動する。
【００７９】
また、図２３は、上記加圧制御方法の変形例の加圧パターンを示している。この変形例においては、鋳型３０の下型２６に、溶湯が湯口４０を通過するときに通過信号を出力する湯口通過センサを配置すると共に、第１ＣＰＵ７０及び第２ＣＰＵ７２の他に第３ＣＰＵを設置しておく。そして、湯口通過センサが通過信号を出力すると（通常、加圧開始９秒後）、第１ＣＰＵ７０はそのときの圧力を維持する一方、第２ＣＰＵ７２は加圧室２０内の圧力を上昇させ、充填検知センサ５８からの充填信号（通常、加圧開始１３秒後）に基づき、第２ＣＰＵ７２はそのときの圧力を維持する一方、第３ＣＰＵは加圧室２０内の圧力を上昇させるような加圧パターンに設定しておく。この場合、タイマ６０を、加圧開始１５秒後及び湯口通過センサからの通過信号を受けてから５秒後のうちのいずれか早いときにオン信号を出力して第３ＣＰＵを起動させるよう設定しておく。
【００８０】
この変形例のように加圧パターンを設定すると、時間の経過と溶湯の上昇程度との間に発生する誤差を少なく設定することができるため、第３ＣＰＵを加圧開始１５秒後に起動でき、前記具体例の場合（加圧開始１８秒後）よりも早く起動できるので、充填検知センサ５８が検知不良の場合でも製品の品質を高く維持できる。また、湯口通過センサが設けられているため、溶湯が湯口４０を通過するまでの圧力上昇速度を具体例の場合よりも早くすることができるので、溶湯の温度低下を防止できる。さらに、湯口通過センサが必要になる反面、第１ＣＰＵ７０として単純な機能のＣＰＵを使用できるのでコスト的に有利にもなる。
【００８１】
以上のように、上記低圧鋳造装置Ａでは、充填検知センサが正常の場合には充填信号により、充填検知センサが検知不良の場合には経過信号により、加圧パターンを変えるよう圧力可変制御手段が作動するので、充填検知センサの検知状態の正常、不良を問わず加圧パターンが変えられる。このため、充填検知センサに検知不良が発生した場合でも、製品の品質を許容レベル以上に維持することができるので、製品不良の発生を防止できる。
【００８２】
以上のような加圧工程（ステップ＃１２）を終えた後、或いはその終盤における途中において、ステップ＃１３で、鋳込み後の金属溶湯の凝固を促進し、また、鋳型Ｄに塗型剤を塗布する際の鋳型Ｄの温度（型温）を適正に保つために、鋳型Ｄの型温を所定範囲に冷却制御する冷却工程が行われる。これにより、鋳造工程が終了し、上下の鋳型ＤＵ／ＤＬが開かれ（ステップ＃１４）、ステップ＃１に戻って同様の鋳造サイクルが繰り返されるようになっている。
【００８３】
以上の一連の鋳造サイクルにおいて、各工程で要する時間は例えば以下の通りである。すなわち、加圧工程（ステップ＃１２）が最も長く約２００秒であり、次に冷却工程（ステップ＃１３）が約４０秒、また、中子セット工程（ステップ＃９）が約２０秒であった。そして、これら以外の工程については、全てを合計して約６０〜７０秒であった。従って、ステップ＃１３の冷却工程を終えた後、塗型剤の塗布（ステップ＃８）を行うまでの時間は、約６０〜７０秒程度しかないことになる。
【００８４】
つまり、このような短い間隔で、鋳込み後の金属溶湯の凝固促進のための冷却を行い、その後に、塗型剤の型面への付着性（密着性）向上のための鋳型の冷却制御を行ったのでは、両方の制御が干渉して良好な冷却制御を行うことはできない。
そこで、本実施の形態では、鋳込み後の金属溶湯の凝固促進のための冷却（ステップ＃１３）において、前述のように上型ＤＵの突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段により、上型ＤＵの温度に応じて、塗型剤塗布時の上型ＤＵの最適温度範囲（例えば、２６０〜３２０℃）を考慮した上で、具体的には、上型ＤＵの型温がこの２６０〜３２０℃の範囲となるように、該上型ＤＵの型温を冷却制御するようにしている。ちなみに、湯口Ｄｉが設けられ、また、塗型剤の塗布を行わない下型ＤＬの場合には、型温の制御範囲としては、例えば４５０〜５１０℃が好ましい。
【００８５】
すなわち、本実施の形態では、上型ＤＵについて、鋳込み後の金属溶湯の凝固促進のための冷却制御で、その後（約６０〜７０秒後）に行う塗型剤の型面への付着性（密着性）向上のための冷却制御を兼用していることになる。
このように、上型ＤＵの型温が所定の温度範囲に冷却制御された下で、塗型剤の塗布が行われるので、適正な鋳型温度で塗布を行うことができ、上型ＤＵ及びサイド型ＤＳの内面への塗型剤の付着性を高めることができるのである。
【００８６】
尚、以上の実施の形態では、鋳型Ｄは所謂２個取り用のものであったが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、通常の１個取り用のものであっても有効に適用することができる。また、上記実施の形態では、複数のサイド型ＤＳは全て可動型であったが、その一部のものが上型に固定された固定型であっても良い。更に、上記実施の形態は、エンジンのシリンダブロックを鋳造する場合を例にとって説明したものであったが、本発明は、シリンダブロックに限らず、他の種々の鋳造品を鋳造する場合にも有効に適用することができる。
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更等が可能であることは言うまでもない。
【００８７】
【発明の効果】
本願の第１の発明に係るシリンダヘッドの鋳造装置によれば、上型に設けられたボルト孔形成用およびプラグ孔形成用の各突出部に冷却手段を設けたので、湯口から遠い側の鋳型（上型）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口にできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部に設けた冷却手段について、型合わせ面における周縁部近傍に設けた上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段が設けられる一方、ボルト孔形成用の突出部よりも内側（つまり型中央に近い側）に設けた上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段が設けられているので、型中央に比較的近い側の突出部のものが周縁部近傍に位置する外側の突出部のものよりも冷却能力が大きく設定されることとなり、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることが可能になる。
この場合において、液体と気体の熱伝達特性の違いを利用して、複数の突出部に設けた冷却手段に関し、型中央に比較的近い側の突出部のものが周縁部近傍に位置する外側の突出部のものよりも冷却能力が大きくなるような設定を確実に行うことができる。また、シリンダヘッドに特有のプラグ孔およびボルト孔を利用して、鋳込み後の金属溶湯に適正な指向性を持った冷却凝固を行わせることができる。
【００８８】
また、本願の第２の発明に係るシリンダヘッドの鋳造方法によれば、上型に設けられたボルト孔形成用およびプラグ孔形成用の各突出部に冷却手段を設けたので、湯口から遠い側の鋳型（上型）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口にできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部に設けた冷却手段について、型合わせ面における周縁部近傍に設けた上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段を設ける一方、ボルト孔形成用の突出部よりも内側（つまり型中央に近い側）に設けた上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段を設けることにより、周縁部近傍の上記ボルト孔形成用の突出部の冷却手段に比して、上記ボルト孔形成用の突出部よりも内側の上記プラグ孔形成用の突出部の冷却手段の方が、冷却能力が大きくなるように設定して鋳造を行うので、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることが可能になる。
この場合において、液体と気体の熱伝達特性の違いを利用して、複数の突出部に設けた冷却手段に関し、型中央に比較的近い側の突出部のものが周縁部近傍に位置する外側の突出部のものよりも冷却能力が大きくなるような設定を確実に行うことができる。また、シリンダヘッドに特有のプラグ孔およびボルト孔を利用して、鋳込み後の金属溶湯に適正な指向性を持った冷却凝固を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかる鋳造装置の一例を概略的に示す正面説明図である。
【図２】 上記鋳造装置の側面説明図である。
【図３】 上記鋳造装置の保持炉の内部構造を模式的に示す保持炉および鋳型の縦断面説明図である。
【図４】 上記鋳造装置の加圧制御系統を概略的にを示すブロック構成図である。
【図５】 上記鋳造装置の上型の底面説明図である。
【図６】 上記鋳造装置の下型の平面説明図である。
【図７】 上記下型のポート中子セット状態を示す平面説明図である。
【図８】 上記下型への中子セット状態を示す縦断面説明図である。
【図９】 図８のＹ９−Ｙ９方向からの矢視図である。
【図１０】（ａ） サイド型のスライドガイド機構を示す上型およびサイド型の縦断面説明図である。
（ｂ） 図１０（ａ）のＹ１０Ｂ−Ｙ１０Ｂ方向からの矢視図である。
【図１１】 ウォータジャケット中子とオイルジャケット中子の下型へのセット状態を示す部分縦断面説明図である。
【図１２】 上記下型とウォータジャケット中子の巾木との係合部分を拡大して示す平面説明図である。
【図１３】 図１２のＹ１３−Ｙ１３線に沿った縦断面説明図である。
【図１４】 上記鋳型のガス抜き機構を示す中子支持部分の拡大縦断面説明図である。
【図１５】 上記上型と下型の組み合わせ状態を示す鋳型の縦断面説明図である。
【図１６】 上型のプラグ孔成形部を拡大して示す縦断面説明図である。
【図１７】 上型のボルト孔成形部を拡大して示す縦断面説明図である。
【図１８】 上記下型のスポット冷却機構を拡大して示す縦断面説明図である。
【図１９】 上記低圧鋳造装置を用いた鋳造プロセスを示すフローチャートである。
【図２０】 上記低圧鋳造装置における加圧制御方法を示すフローチャートである。
【図２１】 上記低圧鋳造装置における加圧制御方法を示す加圧パターン図である。
【図２２】 上記低圧鋳造装置の具体的な加圧制御方法を示す加圧パターン図である。
【図２３】 上記低圧鋳造装置の加圧制御方法の変形例を示す加圧パターン図である。
【符号の説明】
９…デストリビュータ
１０５…凹状空間部
１０６…連通筒
１１１…プラグ孔形成用突出部
１１２…ボルト孔形成用突出部
１１４…導入パイプ（プラグ孔形成用突出部）
１１５…排出パイプ（プラグ孔形成用突出部）
１１６…導入パイプ（ボルト孔形成用突出部）
１３８…砂壁
Ａ…鋳造装置
Ｄ…鋳型
Ｄｉ…湯口
ＤＬ…下型
ＤＳ（ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３）…サイド型
ＤＵ…上型
Ｍｃ…鋳造キャビティ
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するための鋳造装置および鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、自動車等のエンジンのシリンダヘッドは、シリンダ部への給排気ポートやエンジン冷却水の通路（ウォータジャケット）およびエンジンオイルの通路（オイルジャケット）などの複雑な形状の通路の他、気筒数に応じた点火プラグ用のプラグ孔や、シリンダボディへの組付用の多数のボルト孔などが設けられる関係上、全体として切削加工等の機械加工が適用し難いかなり複雑な形状を備えており、通常、アルミニウム合金等を材料に用いた鋳造品としてその素材を得るようにしている。
【０００３】
かかるシリンダヘッドを鋳造する鋳造方法として、坩堝内の金属溶湯の湯面を加圧エア等で加圧してストーク内の溶湯を押し上げ、この押し上げられた溶湯を鋳型キャビティ内に供給して鋳造する、所謂、低圧鋳造法が知られている（例えば、特開平１−５３７５５号公報参照）。この低圧鋳造法によれば、溶湯を加圧エア等で加圧するので、安定した高品質の鋳造品が得られる他、所謂、押し湯がほとんど不要か若しくは極めて少なくて済み、材料の歩留まりを大幅に向上させることができるなど、種々のメリットが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、金属溶湯が注入・充填された鋳造キャビティ内にガスやエヤ等の気体が存在する場合、かかる気体が鋳物製品内に残存することによる「鋳巣」などの鋳造欠陥の発生を防止する上で、金属溶湯が湯口にできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが有効であることが知られている。金属溶湯をこのような指向性の下に冷却・凝固させることにより、鋳造キャビティ内に存在するガスは次第に湯口側に押しやられ、最終的にはこの湯口部分に溜まった状態で凝固を終えるようにすることが可能となる。この湯口部分は、鋳造完了後に不要部分として切断除去されるものであるので、鋳造製品自体については、ガスが残存する惧れがそれだけが少なくて済み、鋳造欠陥の発生を有効に抑制できるのである。
【０００５】
特に、上述の低圧鋳造法では、上下の金型のうち下型側に湯口が設けられることが多く、この場合、金属溶湯で満たされたキャビティ内に存在するガスは湯口から遠い上型側に上昇するのが一般的であるので、金属溶湯ができるだけ湯口から遠い上型側から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことがより重要となる。
【０００６】
また、鋳造キャビティ内の金属溶湯が冷却されて凝固する場合、通常、鋳型外部への自然放熱のため、鋳造キャビティの中央側よりも鋳型表面に近い外側のほうが冷却され易く、従って、鋳造キャビティの中央側にガスが残留し易くなる。このため、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことが好ましい。
すなわち、一般に、鋳造プロセスにおいては、その生産性を向上させることなどを目的として、鋳込み後に金属溶湯を凝固させる際に、冷却工程を設けて溶湯の凝固を促進するようにしているが、この冷却工程では、単に凝固速度を高めるだけでなく、上述のような指向性を持った冷却を行わせるようにすることが求められるのである。
【０００７】
そこで、この発明は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造するに際して、シリンダヘッドの形状を利用して鋳込み後の金属溶湯の冷却に適正な指向性を持たせ、高品質の鋳造品を得られるようにすることを目的としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本願の請求項１の発明(以下、これを本願の第１の発明という。)に係るシリンダヘッドの鋳造装置は、接離可能に設けられた一対の上型および下型を備え、両型間に形成された鋳造キャビティ内に上記下型に設けた湯口から溶湯を注入・充填し該溶湯を凝固させてエンジンのシリンダヘッドを鋳造するようにした鋳造装置であって、上記上型の型合わせ面における周縁部の近傍に、該周縁部に沿って所定の間隔をあけて複数のボルト孔形成用の突出部が設けられるとともに、これらボルト孔形成用の突出部よりも内側には、複数のプラグ孔形成用の突出部が設けられ、上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段が設けられる一方、上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段が設けられている、ことを特徴としたものである。
【０００９】
また、本願の請求項２の発明（以下、これを本願の第２の発明という。）に係るシリンダヘッドの鋳造方法は、接離可能に設けられた一対の上型および下型間に形成された鋳造キャビティ内に上記下型に設けた湯口から溶湯を注入・充填し該溶湯を凝固させてエンジンのシリンダヘッドを鋳造するようにした鋳造方法であって、上記上型の型合わせ面における周縁部の近傍に、該周縁部に沿って所定の間隔をあけて複数のボルト孔形成用の突出部を設けるとともに、これらボルト孔形成用の突出部よりも内側には、複数のプラグ孔形成用の突出部を設け、上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段を設ける一方、上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段を設けることにより、上記周縁部の近傍の上記ボルト孔形成用の突出部の冷却手段に比して、上記ボルト孔形成用の突出部よりも内側の上記プラグ孔形成用の突出部の冷却手段の方が、冷却能力が大きくなるように設定して鋳造を行う、ことを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドの鋳造に適用した場合を例にとって、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２は、本実施の形態に係る鋳造装置の正面説明図および側面説明図である。この鋳造装置Ａは、所謂、低圧鋳造プロセス用のもので、下型ＤＬおよび上型ＤＵがそれぞれ下プラテン１および上プラテン２に取り付けられ、該上プラテン２は下プラテン１に対して上下方向に駆動される。つまり、上型ＤＵは下型ＤＬに対して上下方向に移動でき、これにより両者が接離可能（両者の型合わせ面どうしが当接した型閉じ状態と両者が離間した型開き状態とを選択的に取り得る）とされている。尚、後で詳しく説明するように、上記上型ＤＵには、鋳造キャビティの側壁部を形成するスライド動作可能な複数のサイド型が取り付けられている。
【００１１】
上記下プラテン１の下側方には、鋳造時に金属溶湯を供給するための保持炉ＦＨが配設され、溶湯は下型ＤＬ側から供給されるようになっている。本実施の形態では、シリンダヘッド鋳造用の材料として、例えばアルミニウム（Ａｌ）合金が用いられ、上記保持炉ＦＨ内にはＡｌ合金の溶湯が貯えられる。この保持炉ＦＨは、好ましくは台車４（保持炉台車）上に固定されており、この保持炉台車４を駆動することにより必要に応じて下プラテン１に対して移動できるようになっている。尚、上記保持炉ＦＨの内部構造等およびかかる保持炉ＦＨを用いて行う低圧鋳造法の概略については後述する。
【００１２】
上記鋳造装置Ａには、上型ＤＵが上昇して下型ＤＬとの間に型開き空間Ｋが形成されたときに該型開き空間Ｋ内に進退出可能な２つの台車ＢＣ,ＢＰが備えられている（図２においては、図面の複雑化を回避するために、その図示は省略されている）。
第１の台車ＢＰは、後で詳しく説明するように、基本的には下型ＤＬの湯口への金網のセットと上型ＤＵからの鋳造製品の取り出しとを行うもので、以下、適宜、製品取り出し台車と称する。また、第２の台車ＢＣは、後で詳しく説明するように、基本的には下型ＤＬへの中子等のセットと上型ＤＵへの塗型剤の塗布とを行うもので、以下、適宜、中子台車と称する。また、これら第１および第２台車ＢＰ及びＢＣは、共通のレール３上を走行できるようになっている。尚、これら第１および第２台車ＢＰ及びＢＣの構造・作動等の詳細については後述する。
【００１３】
次に、上記低圧鋳造装置Ａに備えられた保持炉ＦＨについて説明する。
図３は、保持炉ＦＨの内部構造を模式的に示す保持炉および鋳型の縦断面説明図である。この図に示すように、上記保持炉ＦＨは、上部が開放された箱状に形成され、その内部には溶湯（金属溶湯）を貯える坩堝５が担台５Ｂ上に支持された状態で収納されている。保持炉ＦＨの内壁面には、坩堝５内の溶湯を所定温度に加熱保持するヒータ８が配設されている。
また、保持炉ＦＨの上部開放口は着脱可能な炉蓋７によって気密状に閉塞されており、これにより、保持炉ＦＨの内部に上記坩堝５を覆う気密状の加圧室Ｒｐが形成されている。
【００１４】
上記炉蓋７の中央部には貫通孔７ｈが形成され、この貫通孔７ｈにはストーク６が嵌装されている。このストーク６は、その上側がデストリビュータ９に連通する一方、その下部が坩堝５内の溶湯に浸漬せしめられている。上記デストリビュータ９は、鋳型Ｄに複数の湯口Ｄｉが設けられている場合に、坩堝５からの溶湯を各湯口Ｄｉに分配して供給するもので、保持炉ＦＨの上面（つまり炉蓋７の上面）と鋳型Ｄの下面（つまり下型ＤＬの下面）との間に配置される。尚、本実施の形態では、下型ＤＬに複数（例えば４個）の湯口Ｄｉが設けられている。
上記鋳型Ｄは、後述するように、上型ＤＵと下型ＤＬと複数のサイド型ＤＳとで構成され、これら各型のこれら上型ＤＵ，下型ＤＬ及び各サイド型ＤＳの各内面により形成される鋳造キャビティМｃの内部には、上から順にオイルジャケット中子ＣО、ウォータージャケット中子ＣＷ及びポート中子ＣＰが配置されている。このキャビティМｃは、下型ＤＬに形成された湯口Ｄｉを介してデストリビュータ９の内部に連通している。
【００１５】
上記保持炉ＦＨには、加圧室Ｒｐに加圧エアを供給するエア供給路８１が設けられており、このエア供給路８１を介して供給される加圧エアの圧力が坩堝ＦＨ内の溶湯の湯面に作用することによりストーク６内の溶湯が押し上げられる。そして、この押し上げられた溶湯は、ストーク６からデストリビュータ９及び湯口Ｄｉを介して、鋳型Ｄの鋳造キャビティМｃ内に供給・充填されるようになっている。
上記エア供給路８１には加圧エアの供給及び停止の切換えを行う開閉式給気弁８２が介設されると共に、この開閉式給気弁８２よりも上流側のエア供給路８１には、加圧エアの圧力を調整する圧力制御弁８３が介設されている。また、この圧力制御弁８３にはその開度を制御するサーボ機構８４が付設されており、これら圧力制御弁８３及びサーボ機構８４により、坩堝ＦＨ内の溶湯の湯面に加えられる圧力の加圧パターンを変化させる圧力可変制御手段８５が構成されている。
【００１６】
一方、鋳型Ｄの上型ＤＵにはリング状の絶縁体８６が挿着され、この絶縁体８６の両側における上型ＤＵの各々の上部に、鋳造キャビティМｃ内に溶湯が充填されたときに導通する２本の配線８７が接続されている。更に、両配線８７は、これら両配線８７が互いに導通したときに充填信号を送出する溶湯充填検知回路８８に電気的に接続されている。上記絶縁体８６、配線８７及び溶湯充填検知回路８８によって、溶湯のキャビティМｃ内への充填を検出する充填検知センサ８９が構成されている。
また、上記溶湯充填検知回路８８は、圧力可変制御手段８５の加圧パターンを変化させる加圧パターン制御手段９０に電気的に接続され、該加圧パターン制御手段９０には、溶湯の鋳造キャビティМｃ内への供給開始後、予め設定された所定時間が経過したときに経過信号を送出するタイマ９４が電気的に接続されている。上記加圧パターン制御手段９０は、例えば所謂ＣＰＵ（中央演算処理装置）を内蔵しており、充填検知センサ８９からの充填信号またはタイマ９４からの経過信号に基づいて、圧力可変制御手段８５の加圧パターンを変化させるようになっている。
【００１７】
図４は、上記鋳造装置Ａの加圧制御系統の概略を示すブロック構成図である。この図に示すように、上記加圧制御系統には、開閉式給気弁８２がОＮ（オン）操作されて加圧室Ｒｐへの加圧エアの供給が開始されたときにオン信号を出力する加圧開始信号スイッチ９５と、溶湯が鋳造キャビティМｃ内に充填されたとき充填検知センサ８９より送出される充填信号によりオン信号を出力する充填信号スイッチ９６と、鋳造が完了したときにオン信号を出力する鋳造完了スイッチ９７とが設けられ、これら各スイッチ９５,９６及び９７は加圧パターン制御手段９０に電気的に接続されている。
上記タイマ９４は、この加圧パターン制御手段９０に接続されると共に、加圧開始信号スイッチ９５及び鋳造完了スイッチ９７が繋ぎ込まれている。そして、加圧開始信号スイッチ９５からオン信号を受けると起動すると共に、起動後、所定時間ｔ２が経過するとオン信号を出力し、鋳造完了スイッチ９７からオン信号を受けるとリセットするよう設定されている。
【００１８】
上記加圧パターン制御手段９０は、より好ましくは、第１および第２の二つのＣＰＵ９１及び９２を有している。
第１ＣＰＵ９１は、加圧開始信号スイッチ９５からオン信号を受けると圧力可変制御手段８５を制御して加圧室Ｒｐ内の圧力を急速に上昇させる一方、加圧開始後、所定時間ｔ１が経過した後は圧力上昇速度を遅くし、充填信号スイッチ９６又はタイマ９４の何れかからオン信号を受けるとその時点での圧力を維持し、鋳造完了スイッチ９７からオン信号を受けると加圧室Ｒｐ内の圧力を常圧に戻す加圧パターンの第１加圧信号を出力するように設定されたＣＰＵである。
【００１９】
また、第２ＣＰＵ９２は、充填信号スイッチ９６又はタイマ９４のいずれかからオン信号を受けると加圧室Ｒｐ内の圧力を上昇させ、この圧力が所定値に達するとその時点での圧力を維持し、鋳造完了スイッチ９７からオン信号を受けると加圧室Ｒｐ内の圧力を常圧に戻す加圧パターンの第２加圧信号を出力するように設定されたＣＰＵである。
このように加圧パターンが互いに異なる第１,第２の加圧信号をそれぞれ出力する第１,第２のＣＰＵ９１,９２と加算回路９３とで加圧パターン制御手段９０が構成されている。上記加算回路９３は、第１ＣＰＵ９１からの第１加圧信号と第２ＣＰＵ９２からの第２加圧信号とを加算する回路であり、その加算信号を上述のサーボ機構８４に送出するようになっている。
【００２０】
次に、上記低圧鋳造装置Ａで用いられる鋳型Ｄについて説明する。
図５は、上型ＤＵ側を型合わせ面側から（つまり下側から）見てその構造を模式的に示した底面説明図である。上型ＤＵは、前述のように、下型ＤＬに対して上下方向に接離可能に設けられ、この上型ＤＵに、鋳造キャビティの側壁部を形成するスライド動作可能な複数のサイド型ＤＳ（ＤＳ１，ＤＳ２及びＤＳ３）が取り付けられている。また、本実施の形態では、鋳型Ｄは、より好ましくは、１回の鋳造工程で２個の鋳造品得るようにした、所謂、２個取り用の鋳型とされ、図５から分かるように、上型ＤＵにおいても、１つの型盤１１０に左右対称に２つの型部が形成されている。
【００２１】
これら左右の各型部には、その中央部に複数（本実施の形態では４個）のプラグ孔形成用の突出部１１１が設けられるとともに、その両側にそれぞれ複数（本実施の形態ではそれぞれ５個）のボルト孔形成用の突出部１１２が設けられている。上記プラグ孔形成用の突出部１１１は、シリンダヘッドに点火プラグを挿入させる孔部を形成するためのものであり、また、ボルト孔形成用の突出部１１２はシリンダヘッドにボルト孔を形成するためのものである。
尚、上記各鋳型（上型ＤＵ,下型ＤＬ及びサイド型）は、いずれも例えば鋼製とされている。
【００２２】
上型ＤＵには、複数（本実施の形態では合計６個）のサイド型ＤＳ（ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３がそれぞれ２組）が取り付けられ、これら各サイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３にはそれぞれシリンダ装置１２１,１２２及び１２３（サイド型駆動シリンダ）が付設されている。
そして、これらシリンダ装置１２１,１２２及び１２３を駆動することによって、各サイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３をそれぞれ上型ＤＵの型盤１１０に沿って（つまり、上型ＤＵと下型ＤＬの型閉じ方向と略直交する方向に）スライドできるようになっている。
【００２３】
これらサイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３は、後述するように鋳造時および塗型剤塗布時など、鋳型Ｄを閉じて鋳造キャビティを形成する際には、図５に示されるように、それぞれ内方にスライド駆動されて閉じ合わされる。一方、鋳造完了後に鋳造品を鋳型Ｄ内から取り出す際には、上型ＤＵを上昇させて上下の鋳型ＤＵ,ＤＬを型開きした後、これらサイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３も、それぞれ外方にスライド駆動されて型開きされるようになっている。
【００２４】
尚、後述するように、下型ＤＬについても、上型ＤＵに対応して１つの型盤１３０に左右対称に２つの型部が形成されており、その左右の型部の中央には、両型部を仕切るようにして砂壁１３８が取り付けられる。この砂壁１３８は、より好ましくは、下型ＤＬに中子ＣО,ＣＷ及びＣＰを組み付ける際に同一の組付工程で下型ＤＬに組み付けられる。
そして、このように、下型ＤＬに中子ＣО,ＣＷ及びＣＰ並びに砂壁１３８を組み付けた状態で、上型ＤＵを下降させて上下の鋳型ＤＵ,ＤＬを閉じ合わせると、上型ＤＵの左右の型部の中央には、下型ＤＬに組み付けられた砂壁１３８が位置して、左右の各シリンダヘッドの鋳造キャビティの側壁の一つが形成されることになる。すなわち、各シリンダヘッドの鋳造キャビティは、上型ＤＵに設けられた３個の可動サイド型ＤＳ１,ＤＳ２及びＤＳ３と、下型ＤＬにセットされた固定砂壁１３０とで、その側面に対応した鋳型面（側壁面）が形成されるようになっている。
【００２５】
図６は、下型ＤＬの平面説明図である。尚、この下型ＤＬについても、１つの型盤に左右対称に２つの型部が形成されているが、図６においては、片側（右側）の型部のみを図示し、左右が対象である点を除いてはこれと全く同一に形成されている他側（左側）の型部については、その詳細な図示は省略されている。
この下型ＤＬには、図７にも示すように、左右の各型部に、後述するように中子ＣО,ＣＷ及びＣＰを組み付けるための巾木受け部が設けられている。すなわち、各型部の長手方向に所定間隔を隔てて配置された第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２と、各型部の長手方向に沿って延びるように互いに所定間隔を隔てて配置された第３および第４の巾木受け部１３３及び１３４とが設けられている。
【００２６】
上記第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２は、前述のウォータジャケット中子ＣＷを組み付けるための巾木受け部であり、該ウォータジャケット中子ＣＷの巾木を受け合うものである。また、上記第３および第４の巾木受け部１３３及び１３４は、前述のポート中子ＣＰの巾木を組み付けるための巾木受け部であり、該ポート中子ＣＰの巾木を受け合うものである。
以上の巾木受け部１３１〜１３４を用いて、図８に詳しく示すように、上から順にオイルジャケット中子ＣО、ウォータージャケット中子ＣＷ及びポート中子ＣＰが、下型ＤＬに対して組み付けられる。
【００２７】
以下、これら各中子ＣО,ＣＷ及びＣＰの下型ＤＬへの組付方法について説明する。
本実施の形態では、共にシリンダヘッドの長手方向に延びるように、且つ、上下に配置されるオイルジャケット中子ＣОとウォータジャケット中子ＣＷについて、下側に配置されるウォータジャケット中子ＣＷは、その両端部に設けられた第１および第２の巾木部１４１及び１４２を介して下型ＤＬに組み付けられ、オイルジャケット中子ＣОは、その両端部に設けられた巾木１４３及び１４４が上記ウォータジャケット中子ＣＷに支持されることにより下型ＤＬに組み付けられている。
尚、本明細書において「巾木」というときは、中子本体部と一体に設けられたもの、及び別体に設けて中子本体と組み合わせて用いられるもののいずれをも含むものとする。
【００２８】
すなわち、図１１に示すように、下側にセットされるウォータジャケット中子ＣＷは、その両端部に第１及び第２の巾木部１４１及び１４２が設けられ、各巾木部１４１,１４２には、下方に開口する凹状の第１および第２の係合部１４１ｈ及び１４２ｈがそれぞれ形成されている。一方、下型ＤＬの第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２には、上方に突出する凸状の第１および第２の巾木係止部１３１ａ及び１３２ａがそれぞれ形成されている。そして、第１および第２の巾木部１４１及び１４２の各係合部（第１および第２の係合部１４１ｈ及び１４２ｈ）を第１および第２の巾木受け部１３１及び１３２の各巾木係止部（第１および第２の巾木係止部１３１ａ及び１３２ａ）にそれぞれ上方から嵌め込んで係合させることにより、ウォータジャケット中子ＣＷが下型ＤＬに組み付けられている。
【００２９】
また、上側にセットされるオイルジャケット中子ＣОについても、その両端部に巾木部１４３及び１４４（第３および第４巾木部）が設けられ、各巾木部１４３,１４４には、ウォータジャケット中子ＣＷの場合と同様の下方に開口する凹状の第３および第４の係合部１４３ｈ及び１４４ｈがそれぞれ形成されている。一方、ウォータジャケット中子ＣＷの第１および第２の巾木部１４１及び１４２の上面には、上方に突出する凸状の第３および第４の巾木係止部１４１ａ及び１４２ａがそれぞれ形成されている。
【００３０】
そして、第３および第４の巾木部１４３及び１４４の各係合部（第３および第４の係合部１４３ｈ及び１４４ｈ）を第１および第２の巾木部１４１及び１４２の上面に形成された各巾木係止部（第３および第４の巾木係止部１４１ａ及び１４２ａ）にそれぞれ上方から嵌め込んで係合させることにより、オイルジャケット中子ＣОが、ウォータジャケット中子ＣＷの各巾木部１４１及びＢ１４２を介して下型ＤＬに組み付けられている。
尚、上型ＤＵを下降させて上下の鋳型ＤＵ及びＤＬを閉じ合わせた際には、上記オイルジャケット中子ＣОの巾木部１４３及び１４４の上面側に、上型ＤＵと共に下降して来たサイド型ＤＳ１及びＤＳ２の上内面が当接するようになっている。
【００３１】
このように、２本の長尺状の中子ＣＷ,ＣОのうち、上側に配置されるオイルジャケット中子ＣОはその巾木１４３及び１４４が、下側に配置されるウォータジャケット中子ＣＷの巾木１４１及び１４２に支持されることによって下型ＤＬに組み付けられているので、両中子ＣＷ,ＣОは互いの巾木を介して一体的に鋳型（下型ＤＬ）内に組み付けられることになり、両者ＣＷ,ＣОをそれぞれ個別に鋳型に組み付ける場合に比べて、両中子ＣＷ,ＣОの軸芯間の距離を極めて安定して一定値に保つことができる。これにより、各中子ＣＷ,ＣОに対応する通路（ウォータジャケット及びオイルジャケット）間の肉厚管理を確実に行うことができるのである。
【００３２】
また、かかる構成を採用することにより、予め両中子ＣＷ,ＣОを一体的に組み合わせておき、この組み合わせた中子（ＣＷ＋ＣО）を下型ＤＬに組み付けるようにすることも可能になり、中子組付工数を削減でき、また、自動組付を行う場合にあっては、アクチュエータの数も少なくて済み、中子組付装置の構造の簡素化を図ることができる。
【００３３】
更に、本実施の形態では、図１２及び図１３に詳しく示すように、上記第１係合部１４１ｈの内面と第１巾木係止部１３１ａの外面とは、その形状および寸法が実質的に略同じになるように設定されており、第１係合部１４１ｈは第１巾木係止部１３１ａに対して、その全面（テーパ面を含めて４面）について隙間無く、従って、全面について移動不能に係合するようになっている。
また、上記第２巾木係止部１３２ａは、中子ＣＷの長手方向についてのみ、その凸部の厚さ寸法が第２係合部１４２ｈの凹部幅よりも所定量だけ小さく設定され、かつ、中子ＣＷを下型ＤＬに組み付けた時点で、第２巾木係止部１３２ａの長手方向における両側に一定量以上の隙間が設けられるように、両者の位置関係が設定されている。
【００３４】
一方、図１２から良く分かるように、中子ＣＷの横方向につては、上記第２係合部１４２ｈの内面寸法と第２巾木係止部１３２ａの外面寸法とが実質的に略同じになるように設定されており、第２係合部１４２ｈは第２巾木係止部１３２ａに対して、その横方向について隙間無く、従って、この方向について移動不能に係合するようになっている。
すなわち、上記第２係合部１４２ｈは第２巾木係止部１３２ａに対して中子ＣＷの長手方向にのみ移動可能でその他の方向には移動不能に係合するようになっている。
【００３５】
このように、下型ＤＬに対して直接に組み付けられるウォータジャケット中子ＣＷの一端側に設けられた第１係合部１４１ｈは鋳型（下型ＤＬ）の第１巾木係止部１３１ａに対して移動不能に係合する一方、上記ウォータジャケット中子ＣＷの他端側に設けられた第２係合部１４２ｈは下型ＤＬの第２巾木係止部１３２ａに対して中子ＣＷの長手方向にのみ移動可能でその他の方向には移動不能に係合するので、中子ＣＷの位置ずれを招くことなく正確に位置決めを行った上で、中子ＣＷの長手方向については、当該中子ＣＷと下型ＤＬの熱膨脹量の差を有効に吸収することができ、この熱膨脹量の相違に起因して、中子ＣＷにクラックや折損等の不具合が生じることを防止できるのである。
【００３６】
また、上記ウォータジャケット中子ＣＷの両端部の各巾木１４１及び１４２に設けた第３および第４の巾木係止部１４１ａ及び１４２ａと、ウォータジャケット中子ＣＷの上方に配置されるオイルジャケット中子ＣОの両端部の各巾木１４３及び１４４に設けた第３および第４の係合部１４３ｈ及び１４４ｈとについても、下型ＤＬに設けた第１および第２巾木係止部１３１ａ及び１３２ａとウォータジャケット中子ＣＷに設けた第１および第２の係合部１４１ｈ及び１４２ｈとの組み合わせにおける場合と同様の構成により、第３係合部１４３ｈは上記第３巾木係止部１４１ａに対して移動不能に係合する一方、第４係合部１４４ｈは上記第４巾木係止部１４２ａに対して中子の長手方向にのみ移動可能でその他の方向には移動不能に係合するようになっている。
【００３７】
これにより、オイルジャケット中子ＣОのウォータジャケット中子ＣＷに対する位置ずれを招くことなく正確に位置決めを行った上で、これら中子の長手方向については、両者ＣО,ＣＷの熱膨脹量の差を有効に吸収することができる。その結果、中子ＣО,ＣＷどうしを予めセットする際あるいは鋳造時などにおいて、両者ＣО,ＣＷの熱膨脹量の相違に起因して、中子ＣО及び／又はＣＷにクラックや折損等の不具合が生じることも防止できるのである。
【００３８】
また、本実施の形態では、鋳造時に上記２本の長尺の中子（オイルジャケット中子ＣО及びウォータジャケット中子ＣＷ）で発生するガスを各中子ＣО,ＣＷの巾木部分から吸引して外部に排出するようにしている。
すなわち、図１４に詳しく示すように、例えば、オイルジャケット中子ＣОの第４巾木部１４４及びウォータジャケット中子ＣＷの第２巾木部１４２側では、上型ＤＵを下降させて上下の鋳型ＤＵ及びＤＬを閉じ合わせた際に、上記各巾木部１４４及び１４２の外面と、第２巾木受け部１３２の外面を含む下型ＤＬの表面と、オイルジャケット中子ＣОの巾木部１４４の上面側に当接するサイド型ＤＳ１の内面とで、密閉空間１０１が形成される。
【００３９】
上記サイド型ＤＳ２の側面には、この密閉空間１０１に連通する例えば可撓性のホース１０２の一端が繋ぎ込まれており、該ホース１０２の他端側はガス吸引手段としての真空ポンプ１０３に接続されている。
そして、この真空ポンプ１０３を駆動して密閉空間１０１内を吸引することにより、オイルジャケット中子ＣО及びウォータジャケット中子ＣＷのバインダが鋳造時にガス化することによって生じたガスが吸引されて鋳造キャビティの外部に排出されるようになっている。
【００４０】
このように、上記両中子ＣО及びＣＷの巾木部分１４４及び１４２から、鋳造時にこれら中子ＣО及びＣＷで発生するガスを吸引する吸引手段１０３（真空ポンプ）が設けられているので、中子ＣО及びＣＷが長尺物であっても、その内部に発生したガスをその巾木部分１４４及び１４２から強制的に吸引して迅速に鋳造キャビティの外部に排出させ、得られた鋳物にガス欠陥が生じることを効果的に防止できるのである。
【００４１】
尚、この場合において、両中子ＣО及びＣＷは互いの巾木部分１４４及び１４２を介して一体的に鋳型（下型ＤＬ）内に組み付けられているので、たとえ一方の中子が上記密閉空間１０１内に面しておらず、真空ポンプ１０３から実質的に遮断されている場合であっても、他方の中子の巾木からガスの吸引が行われるので、上記一方の中子の内部で発生したガスも有効に鋳型外部に排出することが可能である。
【００４２】
また、本実施の形態では、上述のようにしてウォータジャケット中子ＣＷとオイルジャケット中子ＣОとを下型ＤＬに対して組み付けることにより、これら中子ＣＷおよびＣОの各巾木の内側面によってシリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の少なくとも一部が形成されているようになっている。
すなわち、ウォータジャケット中子ＣＷの巾木部分１４１及び１４２の各内面１４１ｆ及び１４２ｆ（図１１参照）とオイルジャケット中子ＣО巾木部分１４３及び１４４の各内面１４３ｆ及び１４４ｆが、シリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の少なくとも一部をなしている。
【００４３】
このように、上記各中子ＣＷ及びＣОの巾木１４１〜１４４の内側面１４１ｆ〜１４４ｆによりシリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の少なくとも一部を形成することにより、中子ＣＷ及びＣОの巾木１４１〜１４４を利用して鋳型面の一部を形成することができる。
この場合、鋳物砂を主原料とする中子の側面で鋳型面の一部が形成された鋳型部分への伝熱は他の鋳型部分に比べて大幅に抑制されるので、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。
【００４４】
これにより、上記ウォータジャケット中子ＣＷが組み付けられる側の鋳型（下型ＤＬ）に設けられた湯口Ｄｉから遠い側の鋳型（上型ＤＵ）への熱の伝達を抑制し、金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。
すなわち、鋳込み工程後の金属溶湯をこのような指向性の下に冷却・凝固させることにより、鋳造キャビティ内に存在するガスは次第に湯口Ｄｉ側に押しやられ、最終的にはこの湯口部分に溜まった状態で凝固を終えるようにすることが可能となる。この湯口部分は、鋳造完了後に不要部分として切断除去されるものであるので、鋳造製品自体については、ガスが残存する惧れがそれだけが少なくて済み、鋳造欠陥の発生を有効に抑制できるのである。
【００４５】
更に、図７〜図９から良く分かるように、下型ＤＬには、上記ウォータジャケット中子ＣＷ及びオイルジャケット中子ＣОと略直交する方向へ延びる第３の中子として、シリンダヘッドの給排気ポートに対応したポート中子ＣＰが、その巾木１４５,１４６を巾木受け部１３５,１３６を含む鋳型側壁に支持させた状態で組み付けられており、これらポート中子ＣＰの巾木１４５,１４６の内側面１４５ｆ,１４６ｆによりシリンダヘッドの他の側面に対応する鋳型面の少なくとも一部が形成されている。
また、特に、図７における左側（つまり、下型ＤＬの中央側で、図８においては右側）のポート中子ＣＰについては、その巾木１４５を支持する鋳型側壁の少なくとも一部が砂壁１３８で構成されている。
【００４６】
従って、シリンダヘッドの他の側面に対応する鋳型面を含む鋳型部分についても、上記と同様の理由により、他の鋳型部分に比べて伝熱が大幅に抑制されるので、金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性が与えられ、鋳造欠陥の発生の抑制に貢献することができる。
【００４７】
また、更に、本実施の形態では、図１１から良く分かるように、上記ウォータジャケット中子ＣＷの巾木１４１の外側面およびオイルジャケット中子ＣОの巾木１４３の外側面に、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際に、サイド型ＤＳ１のテーパ状内面１２７をスムースに案内するガイド用のテーパ部１４１ｇ及び１４３ｇが設けられている。
上記各中子ＣＷ及びＣОの巾木１４１及び１４３の外側面にこのようなガイド用のテーパ部１４１ｇ及び１４３ｇが設けられているので、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際には、特にガイド部を別設する必要なしに、両型の閉じ合わせ動作をスムースに行わせることができるのである。
【００４８】
また、更に、本実施の形態では、図８から良く分かるように、上記ポート中子ＣＰの巾木１４６の外側面に、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際に、サイド型ＤＳ３のテーパ状内面１２６をスムースに案内するガイド用のテーパ部１４６ｇが設けられている。また、より好ましくは、巾木受け部１３６の外側面にも同様のテーパ部１３６ｇが設けられている。
上記ポート中子ＣＰの巾木１４６の外側面にこのようなガイド用のテーパ部１４６ｇが設けられ、また、より好ましくは、巾木受け部１３６の外側面にも同様のテーパ部１３６ｇが設けられているので、上型ＤＵを下型ＤＬに対して閉じ合わせる際には、特にガイド部を別設する必要なしに、両型の閉じ合わせ動作をスムースに行わせることができる。
【００４９】
また、更に、本実施の形態では、上型ＤＵ及び下型ＤＬの型閉じ方向と略直交する方向にスライド可能なサイド型ＤＳ（ＤＳ１〜ＤＳ３）が上型ＤＵに設けられているが、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、この上型ＤＵには、上記サイド型ＤＳの下側に位置して該サイド型ＤＳのスライド動作を案内する下ガイド部１１９ａが設けられている。
この下ガイド部１１９ａの両端部はそれぞれ横ガイド部１１９ｂに連結されており、これら一対の横ガイド部１１９ｂと上記下ガイド部１１９ａとで、サイド型ＤＳのスライド動作を案内するためのフレーム状のスライドガイド１１９が形成されている。これにより、特にガイド部を別設する必要なしに、上記サイド型ＤＳのスライド動作をスムースに行わせることができる。
【００５０】
本実施の形態では、上記鋳型Ｄに、鋳込み後の金属溶湯の凝固を促進し、また、鋳型Ｄに塗型剤を塗布する際の鋳型Ｄの温度（型温）を適正に保つために、鋳型Ｄの型温を所定範囲に冷却制御するようにしている。
次に、本実施の形態に係る鋳型Ｄの冷却制御について説明する。
まず、上型ＤＵの冷却制御について説明する。前述のように、上型ＤＵの左右の各型部には、その中央部に複数のプラグ孔形成用の突出部１１１が設けられるとともに、その両側にそれぞれ複数のボルト孔形成用の突出部１１２が設けられている（図５参照）。本実施の形態では、これら突出部１１１及び１１２に上型ＤＵの冷却制御機構が設けられている。
【００５１】
すなわち、図１５および図１６に示すように、プラグ孔形成用の突出部１１１の内部には、その軸線方向に伸長する空洞部１１１ｈが設けられ、各空洞部１１１ｈには、特に図１６に詳しく示すように、冷却媒体を空洞部１１１ｈの内部に導入する導入パイプ１１４と、冷却媒体を空洞部１１１ｈの外部に排出する排出パイプ１１５とが、それぞれ挿入されている。上記導入パイプ１１４は冷却媒体の供給源（不図示）に接続され、一方、上記排出パイプ１１５は冷却媒体の回収装置（不図示）に接続されている。上記導入パイプ１１４及び冷却媒体の供給源（不図示）並びに排出パイプ１１５及び冷却媒体の回収装置（不図示）を含む冷却媒体循環系が上記プラグ孔形成用の突出部１１１における冷却手段を構成している。
【００５２】
また、図１７に詳しく示すように、ボルト孔形成用の突出部１１２の内部にも、その軸線方向に伸長する空洞部１１２ｈが設けられ、各空洞部１１２ｈには、冷却媒体を空洞部１１２ｈの内部に導入する導入パイプ１１６が挿入されている。このボルト孔成形用の突出部１１２の場合には、空洞部１１２ｈ内に導入された冷却媒体は、空洞部１１２ｈの開口から外部に排出されるようになっている。上記導入パイプ１１６は、プラグ孔形成用の突出部１１１用のものとは異なる冷却媒体供給源（不図示）に接続されており、この冷却媒体供給源および導入パイプ１１６を含む冷却媒体供給系によって、上記ボルト孔形成用の突出部１１２における冷却手段が構成されている。
【００５３】
本実施の形態では、鋳込み後の金属溶湯の冷却に適正な指向性を持たせ、欠陥の少ない高品質の鋳造品を得られるようにするために、各突出部１１１,１１２にそれぞれ設けられた冷却手段について、鋳型ＤＵの中央に比較的近い内側の突出部（つまり、プラグ孔形成用の突出部１１１）のものが、型周囲に比較的近い外側の突出部（つまり、ボルト孔形成用の突出部１１２）のものよりも冷却能力が大きく設定されている。
具体的には、上記プラグ孔形成用の突出部１１１に設けた冷却手段の冷却媒体に液体（例えば水）が用いられ、ボルト孔形成用の突出部１１２に設けた冷却手段の冷却媒体には気体（例えばエア）が用いられている。
【００５４】
このように、上型ＤＵに設けられた孔部形成用の各突出部１１１及び１１２に冷却手段を設けたので、湯口Ｄｉから遠い側の鋳型（上型ＤＵ）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段について、型中央に比較的近い内側のプラグ孔形成用の突出部１１１のものが型周囲に比較的近い外側のボルト孔形成用の突出部１１２のものよりも冷却能力が大きく設定されているので、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
【００５５】
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることができるのである。
【００５６】
特に、上記内側のプラグ孔形成用の突出部１１１に設けた冷却手段の冷却媒体が液体（水）であり、外側のボルト孔形成用の突出部１１２に設けた冷却手段の冷却媒体は気体（エア）であるので、液体と気体の熱伝達特性の違いを利用して、複数の突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段に関し、型中央に比較的近い内側の突出部１１１のものが型周囲に比較的近い外側の突出部１１２のものよりも冷却能力が大きくなるような設定を確実に行うことができる。
【００５７】
また、特に、上記各突出部１１１及び１１２は、少なくとも、シリンダヘッドの中央に比較的近いプラグ孔とシリンダヘッドの周囲に比較的近いボルト孔にそれぞれ対応しているので、シリンダヘッドに特有のプラグ孔およびボルト孔を利用して、鋳込み後の金属溶湯に適正な指向性を持った冷却凝固を行わせることができるのである。
【００５８】
更に、本実施の形態では、上記内側の突出部（つまり、プラグ孔形成用の突出部１１１）について、これに設けた冷却手段の冷却作動休止後、突出部１１１の空洞部１１１ｈ内に残留した冷却媒体（つまり液体）を排除するために、具体的には図示しなかったが、空洞部１１１ｈ内をエアパージするパージエア供給パイプ（残留液体排除手段）が設けられている。
このような残留液体排除手段を設けたことにより、冷却媒体としての液体が突出部１１１の空洞部１１１ｈ内に温度制御されない状態で残留することにより、次サイクルの鋳造時に当該突出部１１１の冷却手段を作動させた際に温度制御の精度が低下することを確実に防止できるのである。また、突出部１１１の空洞部１１１ｈ内での錆の発生も防止できる。
【００５９】
次に、下型ＤＬの冷却制御について説明する。
本実施の形態では、図１５に示すように、下型ＤＬに、特定方向以外の方向における熱伝播が抑制されるように設定したスポット冷却機構１５１が設けられている。
該スポット冷却機構１５１は、下型ＤＬの所定部位に形成された取付穴１５６に嵌合される本体部１５２と、該本体部１５２内に形成された冷却媒体通路１５２ｈに冷却媒体を供給する供給パイプ１５３と、上記冷却媒体通路１５２ｈから冷却媒体を排出させる排出パイプ１５４とを備えている。上記本体部１５２は、その内部に冷却媒体通路１５２ｈが設けられることにより略筒状に形成されている。
【００６０】
上記供給パイプ１５３は冷却媒体の供給源（不図示）に接続され、一方、上記排出パイプ１５４は冷却媒体の回収装置（不図示）に接続されている。上記本体部１５２の内部に形成された冷却媒体通路１５２ｈと、上記供給パイプ１５３及び冷却媒体の供給源（不図示）並びに排出パイプ１５４及び冷却媒体の回収装置（不図示）とで、スポット冷却機構１５１の冷却媒体循環系が構成されている。
【００６１】
上記スポット冷却機構１５１は、その本体部１５２の外周部が下型ＤＬに設けられた取付穴１５６に嵌合し、上記本体部１５２の先端面が鋳造キャビティМｃ内に臨んでいる。
このように、上記スポット冷却機構１５１は、その一端面が鋳造キャビティМｃ内に臨んでいるので、この部分の金属溶湯を本体部１５２の長手軸方向に指向性を持たせて選択的に冷却することができる。また、上記本体部１５２は外周部が下型ＤＬに設けた取付穴１５６に嵌合しているので、この嵌合部を境界として熱の伝達特性を変化させることが可能となる。
【００６２】
本実施の形態では、下型ＤＬが鋼製であるのに対して、上記本体部１５２を例えばアルミニウム合金製として、両者の材質を変えることにより、両者の嵌合部を境界として熱の伝達特性を変化させ、スポット冷却機構１５１による冷却に上述の指向性を持たせるようにしている。
尚、この替わりに或いはこれに加えて、両者の嵌合部に隙間を設けて嵌合部からの熱伝達を抑制するようにしても良い。また、両者の嵌合部に例えばセラミック溶射層などの断熱層を設けることなどにより、本体部１５２の長手軸方向以外の方向における熱伝播が抑制されるようにしても良い。
【００６３】
以上のように、下型ＤＬに所定方向（本体部１５２の長手軸方向で鋳造キャビティМｃに臨む方向）以外の方向における熱伝播が抑制されるように設定したスポット冷却機構１５１を設けたことにより、鋳型キャビティМｃ内の金属溶湯の特定部分について所定方向の指向性を持った冷却凝固を行わせることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることができるのである。
【００６４】
また、前述のように、本実施の形態では、シリンダヘッドの側面に対応する鋳型面の一部が砂壁で形成され、下型ＤＬに砂壁１３８が組み付けられるが、上記スポット冷却機構１５１はこの砂壁１３８の近傍に設けられている（図6及び図７参照）。尚、このスポット冷却機構１５１は、砂壁１３８の近傍でも湯口Ｄｉからできるだけ離れた部位に設けられる。
このように、砂壁１３８の近傍に上記スポット冷却機構１５１を設けることにより、熱伝達性が低く冷却されにくい砂壁１３８の近傍を選択的に強制冷却することができる。
【００６５】
更に、本実施の形態では、前述のように、下型ＤＬの下方に、各湯口Ｄｉを介して鋳造キャビティМｃ内に注入される金属溶湯を供給する溶湯供給部としてのデスとリビュータ９が設けられている。一方、下型ＤＬの下面側には所定深さの凹部１０５が形成されており、この凹状の空間部１０５に上記スポット冷却手機構１５１の冷却媒体経路としての上記供給パイプ１５３及び排出パイプ１５４が配置されている。また、この凹状の空間部１０５に、上記デストリビュータ９と湯口Ｄｉとを連通させる連通筒１０６が配設されている。
尚、各湯口Ｄｉには、鋳造キャビティМｃ内に鋳造品の機械的特性に悪影響を及ぼす異物等が混入することを防止するために、スクリーンメッシュ（金網１０９）が取り付けられる。この金網１０９は、通常、鋳造品の取り出しに伴なって除去されるものであり、各鋳造サイクル毎に新たに取り付けられる。
【００６６】
このように、下型ＤＬの下方に湯口Ｄｉを介して鋳造キャビティМｃ内に注入される溶湯を供給する溶湯供給部９（デストリビュータ）が設けられており、該デストリビュータ９と下型ＤＬとの間に所定の空間部１０５を設け、該空間部１０５に上記スポット冷却機構１５１用の冷却媒体経路１５３及び１５４を配置するとともに、上記デストリビュータ９と湯口Ｄｉとを連通させる連通筒１０６が設けられているので、通常、スペースを確保することが難しい下型ＤＬの下方に支障無く冷却媒体経路１５３及び１５４を設けることができ、上記スポット冷却機構１５１を容易に下型ＤＬ側に設けることができる。
【００６７】
以上のように、上型ＤＵ側には、上型ＤＵに設けられた孔部形成用の各突出部１１１及び１１２に冷却手段を設けたので、湯口Ｄｉから遠い側の鋳型（上型ＤＵ）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口Ｄｉにできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段について、型中央に比較的近い内側の突出部１１１（プラグ孔形成用の突出部）のものが型周囲に比較的近い外側の突出部１１２（ボルト孔形成用の突出部）のものよりも冷却能力が大きく設定されているので、鋳造キャビティМｃの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
【００６８】
一方、下型ＤＬ側には所定方向以外の方向における熱伝播が抑制されるように設定したスポット冷却機構１５１が設けられているので、鋳型キャビティМｃ内の金属溶湯の特定部分について下型ＤＬ側から所定方向の指向性を持った冷却凝固を行わせることができる。
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記各冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることができるのである。
【００６９】
尚、本実施の形態では、スポット冷却機構１５１は下型ＤＬのみに設けられていたが、これを上型ＤＵのみ或いは両方の鋳型ＤＵ及びＤＬに設けるようにしても良い。
【００７０】
次に、上記低圧鋳造装置Ａに備えられた第１および第２の台車ＢＰ及びＢＣ、特に、第２台車（中子台車）ＢＣについて説明する。
これら台車ＢＰ及びＢＣは、前述のように、上型ＤＵが上昇して下型ＤＬとの間に型開き空間Ｋが形成されたとき（図１参照）、この型開き空間Ｋ内に進退出可能とされたもので、中子台車ＢＣは、型開き空間Ｋの外部で中子および砂壁を保持した後、型開き空間Ｋ内に進出（前進）し、保持した中子および砂壁を下降させて下型ＤＬにセットする。
【００７１】
また、中子台車ＢＣは、粉体塗型剤を上型ＤＵおよびサイド型ＤＳの鋳型内表面に塗布するための塗布ボックスＴを搭載しており、型開き空間Ｋ内において塗布ボックスＴを上昇させて、後述のようにして上型内表面（下型ＤＬに対する合わせ面で、下向きの面となる）およびサイド型ＤＳの内面に対して粉体塗型剤が塗布される。尚、本実施の形態では、この塗型剤として、例えば珪藻土を主原料とするものを用いた。この替わりに、例えばカーボンを主原料とするものなど、他の好適な塗型剤を用いることができる。
上型ＤＵおよびサイド型ＤＳを下降させて下型ＤＬに型合わせし、その後、これら鋳型ＤＵ,ＤＳ及びＤＬにより形成されるキャビティМｃ内に溶湯を供給・充填することにより、所定の鋳造品（シリンダヘッド）が鋳造される。そして、得られた鋳造品は、上型ＤＵが上昇して型開き空間Ｋが構成された状態で、製品取り出し台車ＢＰによって、中子台車ＢＣの待機位置とは反対方向へ取り出されるのである。
【００７２】
次に、以上のように構成された鋳造装置Ａを用いて行われる鋳造プロセスについて、図１９〜図２０のフローチャートを参照しながら説明する。
この鋳造プロセスは一連の工程が繰り返して行われるものであるが、ここでは、例えば、前サイクルの鋳造品（製品）が鋳造され、これを鋳型Ｄから取り出す時点から、説明を始める。
鋳造が完了して上下の鋳型ＤＵ／ＤＬが型開きされた後、まず、ステップ＃１で、第１台車（製品取り出し台車）ＢＰが型開き空間Ｋ内に前進し、ステップ＃２で、サイド型ＤＳ（ＤＳ１〜ＤＳ３）が型開きされる。尚、このステップ＃２の型開きをステップ＃１と並行して行うようにしても良い。
【００７３】
次に、ステップ＃３で、上型ＤＵ側のエジェクタ機構（不図示）を駆動させて製品を上型ＤＵから取り出す。このとき、上型ＤＵの内面には塗型剤が塗布されているので、容易に製品を上型ＤＵから離型させることができる。取り出された製品は第１台車ＢＰの上側で受け取られる。
一方、第１台車ＢＰの下部では、上記ステップ＃２及び／又はステップ＃３と並行して、金網ホルダ（不図示）に保持された金網１０９が下型ＤＬに設けられた湯口Ｄｉにセットされる（ステップ＃４）。尚、上型ＤＵには、前サイクルで使用された金網１０９の断片あるいは前回サイクルでの鋳造による残存アルミニウム塊が湯口Ｄｉを塞いでいないことを確かめるための棒状センサが設けられており、金網１０９のセットに先立って湯口Ｄｉが正常に開口していることを確かめるようにしている。
その後、ステップ＃５で、第１台車ＢＰが上下方向の型開き空間Ｋ内から後退する。そして、これと入れ替わりに、第２台車（中子台車）ＢＣが型開き空間Ｋ内に前進してくる（ステップ＃6）。
【００７４】
そして、この第２台車ＢＣの上部側では、ステップ＃７で全てのサイド型ＤＳを閉じ合わされた後、全てのサイド型ＤＳ及び上型ＤＵの内面に塗型剤が塗布される（ステップ＃８）。
一方、第２台車ＢＣの下部では、上記ステップ＃７及びステップ＃８の工程と並行して、中子セット装置１０による中子の下型ＤＬへのセット（組み付け）が行われる（ステップ＃９）。このとき、第２台車ＢＣの下部には、３種の中子ＣＷ,ＣО及びＣＰと砂壁１３８とが保持されており、これら中子ＣＷ,ＣО及びＣＰと砂壁１３８とが下型ＤＬにセットされる。尚、中子セット装置１０には、前サイクルで用いた中子が折損等によって下型ＤＬに残存していないことを確かめるための棒状センサが設けられており、中子セット作業に先立って、下型ＤＬの中子セット箇所に中子の破損した断片が残っていないことが確認されるようになっている。
【００７５】
塗型剤の塗布工程（ステップ＃８）および中子セット工程（ステップ＃９）を終えて第２台車ＢＣが後退（ステップ＃１０）した後、上型ＤＵを下降させて下型ＤＬに対して閉じ合わせる（ステップ＃１１）。
そして、ステップ＃１２で、保持炉ＦＨ内を加圧して低圧鋳造が行われる。この加圧工程（ステップ＃１２）における加圧制御の詳細について、図２０のフローチャート及び図２１〜図２３の線図を参照しながら説明する。
【００７６】
まず、ステップＳＴ１で、エア供給路４２から加圧室２０へ加圧エアを供給し、るつぼ１２内の溶湯を押し上げ、この溶湯をストーク２２を介して鋳型３０のキャビティ３２へ供給して鋳型を開始すると共に、ステップＳＴ２でタイマ６０が起動する。
この場合、図２１における加圧パターン（ａ）に示すように、加圧エアの供給開始後、溶湯が鋳型３０の湯口４０に達する予定の時間ｔ１が経過するまでの間は、圧力を急速に上昇させて溶湯を速やかに押し上げ、溶湯の温度低下を防止し、溶湯が湯口４０に達する予定時間ｔ１経過後は、溶湯が砂中子同志の間にスムーズに充填されるよう圧力上昇速度を低下させる。
【００７７】
次に、ステップＳＴ３で、充填信号の有無により、充填検知センサ５８が溶湯の充填を検知したか否かを判断し、充填検知センサ５８が充填を検知した場合には、ガスが砂中子から溶湯中に噴出するのを防止するため、ステップＳＴ４で、図２１の加圧パターン（ｂ）に示すように加圧室２０内の圧力を高めると共に、充填検知センサ５８が正常に機能しているため、ステップＳＴ５でタイマ６０を停止する。
また、ステップＳＴ３で充填検知センサ５８が溶湯の充填を検知しない場合は、ステップＳＴ６で、加圧エア供給開始後、所定時間ｔ２経過後にタイマ６０から出力される経過信号を受けて図２１の加圧パターン（ｃ）に示すように加圧室２０内の圧力を高める。このようにすると、充填検知センサ５８が検知不良の場合でも、加圧エアの供給開始後、所定時間ｔ２の経過と共に加圧室２０内の圧力を高めることができるので、製品不良の発生を防止できる。
次に、ステップＳＴ７でタイマ３０をリセットして次の鋳造工程に備えると共に、ステップＳＴ８で鋳造を完了する。
【００７８】
図２２は、上記実施例における加圧制御方法の具体的な加圧パターンを示している。すなわち、加圧室２０内の加圧開始と同時に第１ＣＰＵ７０及びタイマ６０が起動し、加圧開始８秒後に第１ＣＰＵ７０は圧力上昇速度を遅くし、充填検知センサ５８が充填信号を出力すると（通常、加圧開始１３秒後）、第１ＣＰＵ７０がそのときの圧力を維持する一方、第２ＣＰＵ７２が加圧室２０の圧力を上昇させ、加圧室２０内の圧力が所定値に達すると（通常、加圧開始２０秒後）、第２ＣＰＵ７２もそのときの圧力を維持する。この場合、タイマ６０は加圧開始１８秒後にオン信号を出力して第２ＣＰＵ７２を起動させるよう設定されており、充填検知センサ５８が検知不良の場合でも加圧開始１８秒後には第２ＣＰＵ７２が起動する。
【００７９】
また、図２３は、上記加圧制御方法の変形例の加圧パターンを示している。この変形例においては、鋳型３０の下型２６に、溶湯が湯口４０を通過するときに通過信号を出力する湯口通過センサを配置すると共に、第１ＣＰＵ７０及び第２ＣＰＵ７２の他に第３ＣＰＵを設置しておく。そして、湯口通過センサが通過信号を出力すると（通常、加圧開始９秒後）、第１ＣＰＵ７０はそのときの圧力を維持する一方、第２ＣＰＵ７２は加圧室２０内の圧力を上昇させ、充填検知センサ５８からの充填信号（通常、加圧開始１３秒後）に基づき、第２ＣＰＵ７２はそのときの圧力を維持する一方、第３ＣＰＵは加圧室２０内の圧力を上昇させるような加圧パターンに設定しておく。この場合、タイマ６０を、加圧開始１５秒後及び湯口通過センサからの通過信号を受けてから５秒後のうちのいずれか早いときにオン信号を出力して第３ＣＰＵを起動させるよう設定しておく。
【００８０】
この変形例のように加圧パターンを設定すると、時間の経過と溶湯の上昇程度との間に発生する誤差を少なく設定することができるため、第３ＣＰＵを加圧開始１５秒後に起動でき、前記具体例の場合（加圧開始１８秒後）よりも早く起動できるので、充填検知センサ５８が検知不良の場合でも製品の品質を高く維持できる。また、湯口通過センサが設けられているため、溶湯が湯口４０を通過するまでの圧力上昇速度を具体例の場合よりも早くすることができるので、溶湯の温度低下を防止できる。さらに、湯口通過センサが必要になる反面、第１ＣＰＵ７０として単純な機能のＣＰＵを使用できるのでコスト的に有利にもなる。
【００８１】
以上のように、上記低圧鋳造装置Ａでは、充填検知センサが正常の場合には充填信号により、充填検知センサが検知不良の場合には経過信号により、加圧パターンを変えるよう圧力可変制御手段が作動するので、充填検知センサの検知状態の正常、不良を問わず加圧パターンが変えられる。このため、充填検知センサに検知不良が発生した場合でも、製品の品質を許容レベル以上に維持することができるので、製品不良の発生を防止できる。
【００８２】
以上のような加圧工程（ステップ＃１２）を終えた後、或いはその終盤における途中において、ステップ＃１３で、鋳込み後の金属溶湯の凝固を促進し、また、鋳型Ｄに塗型剤を塗布する際の鋳型Ｄの温度（型温）を適正に保つために、鋳型Ｄの型温を所定範囲に冷却制御する冷却工程が行われる。これにより、鋳造工程が終了し、上下の鋳型ＤＵ／ＤＬが開かれ（ステップ＃１４）、ステップ＃１に戻って同様の鋳造サイクルが繰り返されるようになっている。
【００８３】
以上の一連の鋳造サイクルにおいて、各工程で要する時間は例えば以下の通りである。すなわち、加圧工程（ステップ＃１２）が最も長く約２００秒であり、次に冷却工程（ステップ＃１３）が約４０秒、また、中子セット工程（ステップ＃９）が約２０秒であった。そして、これら以外の工程については、全てを合計して約６０〜７０秒であった。従って、ステップ＃１３の冷却工程を終えた後、塗型剤の塗布（ステップ＃８）を行うまでの時間は、約６０〜７０秒程度しかないことになる。
【００８４】
つまり、このような短い間隔で、鋳込み後の金属溶湯の凝固促進のための冷却を行い、その後に、塗型剤の型面への付着性（密着性）向上のための鋳型の冷却制御を行ったのでは、両方の制御が干渉して良好な冷却制御を行うことはできない。
そこで、本実施の形態では、鋳込み後の金属溶湯の凝固促進のための冷却（ステップ＃１３）において、前述のように上型ＤＵの突出部１１１及び１１２に設けた冷却手段により、上型ＤＵの温度に応じて、塗型剤塗布時の上型ＤＵの最適温度範囲（例えば、２６０〜３２０℃）を考慮した上で、具体的には、上型ＤＵの型温がこの２６０〜３２０℃の範囲となるように、該上型ＤＵの型温を冷却制御するようにしている。ちなみに、湯口Ｄｉが設けられ、また、塗型剤の塗布を行わない下型ＤＬの場合には、型温の制御範囲としては、例えば４５０〜５１０℃が好ましい。
【００８５】
すなわち、本実施の形態では、上型ＤＵについて、鋳込み後の金属溶湯の凝固促進のための冷却制御で、その後（約６０〜７０秒後）に行う塗型剤の型面への付着性（密着性）向上のための冷却制御を兼用していることになる。
このように、上型ＤＵの型温が所定の温度範囲に冷却制御された下で、塗型剤の塗布が行われるので、適正な鋳型温度で塗布を行うことができ、上型ＤＵ及びサイド型ＤＳの内面への塗型剤の付着性を高めることができるのである。
【００８６】
尚、以上の実施の形態では、鋳型Ｄは所謂２個取り用のものであったが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、通常の１個取り用のものであっても有効に適用することができる。また、上記実施の形態では、複数のサイド型ＤＳは全て可動型であったが、その一部のものが上型に固定された固定型であっても良い。更に、上記実施の形態は、エンジンのシリンダブロックを鋳造する場合を例にとって説明したものであったが、本発明は、シリンダブロックに限らず、他の種々の鋳造品を鋳造する場合にも有効に適用することができる。
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更等が可能であることは言うまでもない。
【００８７】
【発明の効果】
本願の第１の発明に係るシリンダヘッドの鋳造装置によれば、上型に設けられたボルト孔形成用およびプラグ孔形成用の各突出部に冷却手段を設けたので、湯口から遠い側の鋳型（上型）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口にできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部に設けた冷却手段について、型合わせ面における周縁部近傍に設けた上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段が設けられる一方、ボルト孔形成用の突出部よりも内側（つまり型中央に近い側）に設けた上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段が設けられているので、型中央に比較的近い側の突出部のものが周縁部近傍に位置する外側の突出部のものよりも冷却能力が大きく設定されることとなり、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることが可能になる。
この場合において、液体と気体の熱伝達特性の違いを利用して、複数の突出部に設けた冷却手段に関し、型中央に比較的近い側の突出部のものが周縁部近傍に位置する外側の突出部のものよりも冷却能力が大きくなるような設定を確実に行うことができる。また、シリンダヘッドに特有のプラグ孔およびボルト孔を利用して、鋳込み後の金属溶湯に適正な指向性を持った冷却凝固を行わせることができる。
【００８８】
また、本願の第２の発明に係るシリンダヘッドの鋳造方法によれば、上型に設けられたボルト孔形成用およびプラグ孔形成用の各突出部に冷却手段を設けたので、湯口から遠い側の鋳型（上型）を積極的に冷却して金属溶湯が湯口にできるだけ遠い部分から凝固するように、鋳込み工程後の溶湯の冷却に指向性を与えることが可能となる。また、複数の突出部に設けた冷却手段について、型合わせ面における周縁部近傍に設けた上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段を設ける一方、ボルト孔形成用の突出部よりも内側（つまり型中央に近い側）に設けた上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段を設けることにより、周縁部近傍の上記ボルト孔形成用の突出部の冷却手段に比して、上記ボルト孔形成用の突出部よりも内側の上記プラグ孔形成用の突出部の冷却手段の方が、冷却能力が大きくなるように設定して鋳造を行うので、鋳造キャビティの中央側部分と外側部分とについても、金属溶湯ができるだけ中央側部分から徐々に冷却されるような指向性を持った溶湯の冷却を行うことができるようになる。
すなわち、鋳込み後の金属溶湯を凝固させるに際して、上記冷却手段を設けることによって溶湯の凝固を促進するとともに、単に凝固速度を高めるだけでなく、シリンダヘッド特有の形状を利用して、適正な指向性を持った冷却を行わせるようにすることができ、ガス欠陥等の不具合の発生を有効に抑制して高品質の鋳造品をより安定して得ることが可能になる。
この場合において、液体と気体の熱伝達特性の違いを利用して、複数の突出部に設けた冷却手段に関し、型中央に比較的近い側の突出部のものが周縁部近傍に位置する外側の突出部のものよりも冷却能力が大きくなるような設定を確実に行うことができる。また、シリンダヘッドに特有のプラグ孔およびボルト孔を利用して、鋳込み後の金属溶湯に適正な指向性を持った冷却凝固を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかる鋳造装置の一例を概略的に示す正面説明図である。
【図２】 上記鋳造装置の側面説明図である。
【図３】 上記鋳造装置の保持炉の内部構造を模式的に示す保持炉および鋳型の縦断面説明図である。
【図４】 上記鋳造装置の加圧制御系統を概略的にを示すブロック構成図である。
【図５】 上記鋳造装置の上型の底面説明図である。
【図６】 上記鋳造装置の下型の平面説明図である。
【図７】 上記下型のポート中子セット状態を示す平面説明図である。
【図８】 上記下型への中子セット状態を示す縦断面説明図である。
【図９】 図８のＹ９−Ｙ９方向からの矢視図である。
【図１０】（ａ） サイド型のスライドガイド機構を示す上型およびサイド型の縦断面説明図である。
（ｂ） 図１０（ａ）のＹ１０Ｂ−Ｙ１０Ｂ方向からの矢視図である。
【図１１】 ウォータジャケット中子とオイルジャケット中子の下型へのセット状態を示す部分縦断面説明図である。
【図１２】 上記下型とウォータジャケット中子の巾木との係合部分を拡大して示す平面説明図である。
【図１３】 図１２のＹ１３−Ｙ１３線に沿った縦断面説明図である。
【図１４】 上記鋳型のガス抜き機構を示す中子支持部分の拡大縦断面説明図である。
【図１５】 上記上型と下型の組み合わせ状態を示す鋳型の縦断面説明図である。
【図１６】 上型のプラグ孔成形部を拡大して示す縦断面説明図である。
【図１７】 上型のボルト孔成形部を拡大して示す縦断面説明図である。
【図１８】 上記下型のスポット冷却機構を拡大して示す縦断面説明図である。
【図１９】 上記低圧鋳造装置を用いた鋳造プロセスを示すフローチャートである。
【図２０】 上記低圧鋳造装置における加圧制御方法を示すフローチャートである。
【図２１】 上記低圧鋳造装置における加圧制御方法を示す加圧パターン図である。
【図２２】 上記低圧鋳造装置の具体的な加圧制御方法を示す加圧パターン図である。
【図２３】 上記低圧鋳造装置の加圧制御方法の変形例を示す加圧パターン図である。
【符号の説明】
９…デストリビュータ
１０５…凹状空間部
１０６…連通筒
１１１…プラグ孔形成用突出部
１１２…ボルト孔形成用突出部
１１４…導入パイプ（プラグ孔形成用突出部）
１１５…排出パイプ（プラグ孔形成用突出部）
１１６…導入パイプ（ボルト孔形成用突出部）
１３８…砂壁
Ａ…鋳造装置
Ｄ…鋳型
Ｄｉ…湯口
ＤＬ…下型
ＤＳ（ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３）…サイド型
ＤＵ…上型
Ｍｃ…鋳造キャビティ
Claims (2)
- 接離可能に設けられた一対の上型および下型を備え、両型間に形成された鋳造キャビティ内に上記下型に設けた湯口から溶湯を注入・充填し該溶湯を凝固させてエンジンのシリンダヘッドを鋳造するようにした鋳造装置であって、
上記上型の型合わせ面における周縁部の近傍に、該周縁部に沿って所定の間隔をあけて複数のボルト孔形成用の突出部が設けられるとともに、これらボルト孔形成用の突出部よりも内側には、複数のプラグ孔形成用の突出部が設けられ、
上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段が設けられる一方、上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段が設けられている、
ことを特徴とするシリンダヘッドの鋳造装置。 - 接離可能に設けられた一対の上型および下型間に形成された鋳造キャビティ内に上記下型に設けた湯口から溶湯を注入・充填し該溶湯を凝固させてエンジンのシリンダヘッドを鋳造するようにした鋳造方法であって、
上記上型の型合わせ面における周縁部の近傍に、該周縁部に沿って所定の間隔をあけて複数のボルト孔形成用の突出部を設けるとともに、これらボルト孔形成用の突出部よりも内側には、複数のプラグ孔形成用の突出部を設け、
上記ボルト孔形成用の突出部に冷却媒体が気体である冷却手段を設ける一方、上記プラグ孔形成用の突出部には冷却媒体が液体である冷却手段を設けることにより、
前記周縁部の近傍の上記ボルト孔形成用の突出部の冷却手段に比して、上記ボルト孔形成用の突出部よりも内側の上記プラグ孔形成用の突出部の冷却手段の方が、冷却能力が大きくなるように設定して鋳造を行う、
ことを特徴とするシリンダヘッドの鋳造方法。
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