JP5935619B2 - Ａｌ合金製鋳造品の冷却方法及び冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型内に形成されるキャビティ及び押湯空間にＡｌ合金溶湯を注入して鋳造されたＡｌ合金製鋳造品の冷却方法及び冷却装置に関する技術分野に属する。

一般に、Ａｌ合金製鋳造品は、内部にキャビティ及び押湯空間が形成される鋳型により鋳造される。このため、鋳造後のＡｌ合金製鋳造品は、キャビティに対応する製品と、押湯空間に対応する押湯部とを有することになる。この押湯部は、最終的には、製品から切り離される。上記製品として鋳造されるものは、例えば、エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック等がある。

上記鋳造後のＡｌ合金製鋳造品（製品及び押湯部）は、焼入れ処理（溶体化焼入れ処理）及び時効処理をこの順に施すことによって機械的強度を高めることが行われている。

従来の焼入れ処理としては、容易に行える観点から、鋳型により鋳造したＡｌ合金製鋳造品を貯留水中に投入する（水没させる）方法が採用されている。

上記焼入れ冷却されたＡｌ合金製鋳造品は、該Ａｌ合金製鋳造品の温度よりも高い温度に維持された炉中に置かれ、これによりＡｌ合金製鋳造品の時効処理が行われる。このため、焼入れ冷却されたＡｌ合金製鋳造品を加熱するという無駄が生じ、このことから、時効処理を行う工程の簡略化が求められている。

ここで、特許文献１には、押湯部及び製品が備わっているＡｌ合金鋳物を焼入れして人工的に時効する方法として、Ａｌ合金鋳物の製品を選択的焼入れ冷却する（製品がエンジンのシリンダヘッドである場合、該シリンダヘッドの燃焼室側の面を水噴霧により焼入れ冷却する）一方、押湯部を比較的高い温度に維持し、上記焼入れを、製品が人工時効のための温度範囲か又はその温度範囲よりも低い温度まで冷却されたときに中断し、その製品を、比較的熱い押湯部からの残留熱の流れにより人工時効することが開示されている。

また、特許文献２には、押湯空間を形成する砂型と、キャビティの一部を形成する金型とでキャビティを構成する鋳型による鋳込み後に、金型を分離し、この分離により露出した鋳物表面（製品がエンジンのシリンダヘッドである場合、該シリンダヘッドの燃焼室側の面）に冷却媒体を接触させて鋳物を焼入れし、その後、鋳物を上記砂型と保温材とで覆って、押湯部の保有熱で鋳物全体を時効処理することが開示されている。

特表２００４−５１５６５５号公報 特開２００５−１６９４９８号公報

しかし、上記特許文献１及び２では、鋳型のキャビティでエンジンのシリンダヘッドを鋳造した場合、そのシリンダヘッドの燃焼室側（反押湯側）の面のみに冷却媒体を接触させているが、このようにすると、シリンダヘッドが立体構造物であるため、シリンダヘッドが歪み易くなり、シリンダヘッドにおいて複数の気筒にそれぞれ対応する部位間で寸法バラツキが生じる。また、シリンダヘッド全体において強度バラツキも生じ易くなる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳型によりＡｌ合金製鋳造品を鋳造後に焼入れ冷却する場合に、Ａｌ合金製鋳造品の製品全体において強度バラツキを出来る限り低減するとともに、製品において同じ寸法とすべき複数の部位間の寸法バラツキも出来る限り低減し、しかも、Ａｌ合金製鋳造品の時効処理を容易に行えるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、鋳型内に形成されるキャビティ及び押湯空間にＡｌ合金溶湯を注入して鋳造された、該キャビティに対応する製品と該押湯空間に対応する押湯部とを有するＡｌ合金製鋳造品の冷却方法を対象として、上記鋳型は、上記キャビティ用の第１空間と上記押湯空間用の第２空間と該第１空間を該第２空間側とは反対側に開放する第１開放部と該第２空間を該第１空間側とは反対側に開放する第２開放部とを有する鋳型本体部と、該鋳型本体部の第１開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記キャビティを形成する第１閉塞部と、該鋳型本体部の第２開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記押湯空間を形成する第２閉塞部とで構成されたものであり、上記鋳型による上記Ａｌ合金製鋳造品の鋳造後に、該鋳型の第１閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第１開放部を通して該Ａｌ合金製鋳造品における上記製品の上記押湯部側とは反対側の面である第１面を露出させる第１閉塞部分離工程と、上記第１閉塞部分離工程で露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して、該第１面に対向配置された製品側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングすることで、上記Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却する製品側シャワリング工程と、上記製品側シャワリング工程の開始後に、上記鋳型の第２閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第２開放部を通して上記Ａｌ合金製鋳造品における上記押湯部の上記製品側とは反対側の面である第２面を露出させる第２閉塞部分離工程と、上記第２閉塞部分離工程で露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面に対して、該第２面に対向配置された押湯部側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングする押湯部側シャワリング工程とを含み、上記押湯部側シャワリング工程は、上記製品側シャワリング工程の開始後でかつ終了前に、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面へのシャワリングを開始して、上記製品側シャワリング工程と共に該Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却する工程であり、上記製品側シャワリング工程及び押湯部側シャワリング工程の終了後、上記鋳型の第２閉塞部により上記鋳型本体部の第２開放部を再度閉塞して、該閉塞状態で、上記Ａｌ合金製鋳造品に対して、該Ａｌ合金製鋳造品の残留熱により時効処理を行う時効処理工程を更に含むものとした。

上記の冷却方法により、最初に、Ａｌ合金製鋳造品の第１面（製品の押湯部側とは反対側の面）にミスト状の冷却用液体をシャワリングすることで、製品は、押湯部側とは反対側の面から押湯部側に向かって冷却されていく。このとき、ミスト状の冷却用液体のシャワリングにより、Ａｌ合金製鋳造品の第１面の全体を均一にシャワリングすることができる。一方、製品の押湯部側の部分は、押湯部の熱により、製品の押湯部側とは反対側の部分に比べて冷却され難く、この結果、製品の押湯部側とは反対側と押湯部側とでは温度が均一になり難い。しかし、上記冷却方法では、Ａｌ合金製鋳造品の第２面（押湯部の製品側とは反対側の面）にもミスト状の冷却用液体をシャワリングするので、押湯部を介して、製品の押湯部側の部分も良好に冷却される。したがって、Ａｌ合金製鋳造品の製品全体において強度バラツキを低減することができるとともに、製品の歪みを小さくすることができて、製品において同じ寸法とすべき複数の部位間の寸法バラツキも低減することができる。また、押湯部側シャワリング工程の開始を、製品側シャワリング工程の開始後でかつ終了前に行うことで、製品側シャワリング工程及び押湯部側シャワリング工程の終了時に、製品の押湯部側の面の温度が、製品の押湯部側とは反対側の面の温度よりも所定温度だけ高くなるようにすることができ、こうすることで、押湯部又は製品の押湯部側の部分の残留熱を利用して、Ａｌ合金製鋳造品の時効処理を行うことができる。したがって、焼入れ冷却されたＡｌ合金製鋳造品を時効処理するために、炉に入れる等して加熱する必要はなく、Ａｌ合金製鋳造品の時効処理を容易に行うことができる。

また、製品側シャワリング工程及び押湯部側シャワリング工程の終了後、上記鋳型の第２閉塞部により上記鋳型本体部の第２開放部を再度閉塞して、該閉塞状態で、上記Ａｌ合金製鋳造品に対して、該Ａｌ合金製鋳造品の残留熱により時効処理を行うことで、焼入れ冷却されたＡｌ合金製鋳造品の時効処理を容易に行うことができる。すなわち、製品側シャワリング工程及び押湯部側シャワリング工程の終了時に、製品の押湯部側の面の温度が、製品の押湯部側とは反対側の面の温度よりも所定温度だけ高くなるようにしておき、鋳型本体部の第２開放部を再度閉塞することで、押湯部又は製品の押湯部側の部分の残留熱が鋳型本体部の外側に逃げずに、製品の押湯部側とは反対側の部分へ良好に伝えられる。これにより、製品の押湯部側とは反対側の部分の温度が上昇してＡｌ合金製鋳造品全体（特に製品全体）が略同じ温度になり、この状態でＡｌ合金製鋳造品全体（製品全体）を時効処理することができる。したがって、Ａｌ合金製鋳造品に対して、該Ａｌ合金製鋳造品の残留熱（特に、押湯部又は製品の押湯部側の部分の残留熱）により、時効処理を容易にかつ適切に行うことができる。この結果、時効処理されたＡｌ合金製鋳造品の製品全体において強度バラツキをより一層低減することができるとともに、製品において同じ寸法とすべき複数の部位間の寸法バラツキもより一層低減することができる。

上記Ａｌ合金製鋳造品の冷却方法において、上記製品側ノズル及び上記押湯部側ノズルは、各々、複数設けられており、上記製品側シャワリング工程は、上記各製品側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧を制御しながら、該各製品側ノズルにより、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して上記ミスト状の冷却用液体をシャワリングする工程であり、上記押湯部側シャワリング工程は、上記各押湯部側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧を制御しながら、該各押湯部側ノズルにより、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面に対して上記ミスト状の冷却用液体をシャワリングする工程である、ことが好ましい。

このことで、複数の製品側ノズル及び複数の押湯部側ノズルにより、Ａｌ合金製鋳造品の第１面全体及び第２面全体に対して、ミスト状の冷却用液体をより一層均一にシャワリングすることができる。また、各製品側ノズル及び各押湯部側ノズルへのエア圧及び冷却用液体圧の制御により、Ａｌ合金製鋳造品の第１面における各製品側ノズルにそれぞれ対応する部位、及び、Ａｌ合金製鋳造品の第２面における各押湯部側ノズルにそれぞれ対応する部位にミスト状の冷却用液体を適切にシャワリングすることができる。したがって、Ａｌ合金製鋳造品の部位毎に、緻密な冷却コントロールが可能となる。

上記のように各製品側ノズル及び各押湯部側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧を制御する場合において、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面及び第２面は、略長方形状をなし、上記複数の製品側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第１面の長手方向に延びる少なくとも３列の製品側ノズル列上に配置され、上記複数の押湯部側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第２面の長手方向に延びる少なくとも３列の押湯部側ノズル列上に配置され、上記少なくとも３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧に比べて、他の製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧が大きく設定される、ことが好ましい。

このことにより、Ａｌ合金製鋳造品の製品は略直方体形状をなすことになり、その製品の幅方向中間部は、鋳型と接している幅方向両端部よりも冷却され難い。そこで、上記のような冷却用液体圧の関係にすることで、Ａｌ合金製鋳造品の第１面の幅方向中間部に対して幅方向両端部よりも多くの冷却用液体をシャワリングすることができ、この結果、Ａｌ合金製鋳造品の製品全体をより一層均一に冷却することができるようになる。

上記Ａｌ合金製鋳造品の冷却方法において、上記製品側ノズル及び上記押湯部側ノズルからのミスト状の冷却用液体の粒径は、３０μｍ以上５０μｍ以下である、ことが好ましい。

すなわち、ミスト状の冷却用液体の粒径が３０μｍよりも小さいと、ミスト状の冷却用液体が空気中で気化し易くなり、ミスト状の冷却用液体がＡｌ合金製鋳造品の第１面又は第２面に接触する前に気化する可能性がある一方、上記粒径が５０μｍよりも大きいと、ミスト状の冷却用液体がＡｌ合金製鋳造品の第１面又は第２面に接触しても気化するまでに時間がかかる可能性がある。そこで、上記粒径を３０μｍ以上５０μｍ以下とすることで、ミスト状の冷却用液体がＡｌ合金製鋳造品の第１面又は第２面に接触しかつ該接触後直ぐに気化するようになり、この結果、Ａｌ合金製鋳造品を効率良く冷却することができるようになる。尚、製品側ノズルからのミスト状の冷却用液体の粒径は、製品側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧の調整により、容易に調整することができ、押湯部側ノズルからのミスト状の冷却用液体の粒径は、押湯部側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧の調整により容易に調整することができる。

上記Ａｌ合金製鋳造品の冷却方法において、上記製品側シャワリング工程、上記第２閉塞部分離工程及び上記押湯部側シャワリング工程は、シャワリングルーム内で行われる、ことが好ましい。

このことで、冷却用液体が気化した蒸気をシャワリングルーム外に飛散しないようにすることができる。特に、複数のＡｌ合金製鋳造品に対して同時に焼入れ冷却する場合に、複数のＡｌ合金製鋳造品を、それぞれ別々のシャワリングルーム内で、製品側シャワリング工程及び押湯部側シャワリング工程を行うようにすることで、各Ａｌ合金製鋳造品が、他のＡｌ合金製鋳造品からの蒸気の飛散の影響を受けるのを防止することができる。また、第２閉塞部分離工程をシャワリングルーム内で行うことで、製品側シャワリング工程と押湯部側シャワリング工程との間で、Ａｌ合金製鋳造品をシャワリングルームに対して出し入れする必要がなく、製品側シャワリング工程、第２閉塞部分離工程及び押湯部側シャワリング工程を連続的に行うことができる。

上記Ａｌ合金製鋳造品の冷却方法において、上記Ａｌ合金製鋳造品の上記製品が、エンジンのシリンダヘッドであり、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面が、上記シリンダヘッドの燃焼室側の面である、ことが好ましい。

このことにより、エンジンのシリンダヘッドを、その全体において均一でかつ高い強度でもって精度良く製造することができ、特に高圧縮比のエンジンに好適に用いることができる。また、シリンダヘッドにおける複数の気筒にそれぞれ対応する部位（同じ寸法とすべき複数の部位）間の強度バラツキ及び寸法バラツキも小さくなり、振動が少なくて出力が安定する良好なエンジンが得られる。

本発明の別の態様は、鋳型内に形成されるキャビティ及び押湯空間にＡｌ合金溶湯を注入して鋳造された、該キャビティに対応する製品と該押湯空間に対応する押湯部とを有するＡｌ合金製鋳造品の冷却装置の発明であり、この発明では、上記鋳型は、上記キャビティ用の第１空間と上記押湯空間用の第２空間と該第１空間を該第２空間側とは反対側に開放する第１開放部と該第２空間を該第１空間側とは反対側に開放する第２開放部とを有する鋳型本体部と、該鋳型本体部の第１開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記キャビティを形成する第１閉塞部と、該鋳型本体部の第２開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記押湯空間を形成する第２閉塞部とで構成されたものであり、上記鋳型による上記Ａｌ合金製鋳造品の鋳造後に、上記鋳型の第１閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第１開放部を通して該Ａｌ合金製鋳造品における上記製品の上記押湯部側とは反対側の面である第１面を露出させる第１閉塞部分離装置と、上記第１閉塞部分離装置による上記第１閉塞部の分離により露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して、該第１面に対向配置された製品側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングすることで、該Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却するように構成された製品側シャワリング装置と、上記製品側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリングの開始後に、上記鋳型の第２閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第２開放部を通して上記Ａｌ合金製鋳造品における上記押湯部の上記製品側とは反対側の面である第２面を露出させるように構成された第２閉塞部分離装置と、上記第２閉塞部分離装置による上記第２閉塞部の分離により露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面に対して、該第２面に対向配置された押湯部側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングするように構成された押湯部側シャワリング装置とを備え、上記押湯部側シャワリング装置は、上記製品側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリングの開始後でかつ終了前に、該Ａｌ合金製鋳造品の第２面へのシャワリングを開始して、上記製品側シャワリング装置と共に上記Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却するように構成され、上記第２閉塞部分離装置は、上記鋳型本体部から分離した第２閉塞部を、該鋳型本体部の第２開放部を閉塞した状態に戻すことが可能に構成されており、上記冷却装置は、上記製品側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリング及び上記押湯部側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面へのシャワリングの終了後に、上記第２閉塞部分離装置により上記第２閉塞部を上記鋳型本体部の第２開放部を閉塞した状態に戻すことで、上記Ａｌ合金製鋳造品に対して、該Ａｌ合金製鋳造品の残留熱により時効処理を行うように構成されているものである。

この構成により、上記Ａｌ合金製鋳造品の冷却方法と同様に、Ａｌ合金製鋳造品の製品全体において強度バラツキを低減することができるとともに、製品において同じ寸法とすべき複数の部位間の寸法バラツキも低減することができ、しかも、Ａｌ合金製鋳造品の時効処理を容易に行うことができる。

上記Ａｌ合金製鋳造品の冷却装置において、上記製品側ノズル及び上記押湯部側ノズルは、各々、複数設けられており、上記製品側シャワリング装置は、上記各製品側ノズルにエア及び冷却用液体を、エア圧及び冷却用液体圧を制御しながら供給する製品側供給装置を有し、上記押湯部側シャワリング装置は、上記各押湯部側ノズルにエア及び冷却用液体を、エア圧及び冷却用液体圧を制御しながら供給する押湯側供給装置を有している、ことが好ましい。

このようにすることで、Ａｌ合金製鋳造品の部位毎に、緻密な冷却コントロールが可能となる。

上記のように、上記製品側シャワリング装置が上記製品側供給装置を有し、上記押湯部側シャワリング装置が上記押湯側供給装置を有している場合において、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面及び第２面は、略長方形状であり、上記複数の製品側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第１面の長手方向に延びる少なくとも３列の製品側ノズル列上に配置され、上記複数の押湯部側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第２面の長手方向に延びる少なくとも３列の押湯部側ノズル列上に配置され、上記製品側供給装置は、上記少なくとも３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧に比べて、他の製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧を大きく設定するように構成されている、ことが好ましい。

このことで、Ａｌ合金製鋳造品の製品全体をより一層均一に冷却することができるようになる。

以上説明したように、本発明のＡｌ合金製鋳造品の冷却方法及び冷却装置によると、Ａｌ合金製鋳造品の製品全体において強度バラツキを低減することができるとともに、製品の歪みを小さくすることができて、製品において同じ寸法とすべき複数の部位間の寸法バラツキも低減することができる。また、Ａｌ合金製鋳造品の時効処理を容易に行うことができる。

Ａｌ合金製鋳造品を鋳造するための鋳型を概略的に示す断面図である。 鋳型内の押湯空間及びキャビティにＡｌ合金溶湯を注入している状態を示す概略図である。 鋳型内の押湯空間及びキャビティに注入したＡｌ合金溶湯を凝固している状態を示す概略図である。 第１閉塞部分離装置により、鋳型の第１閉塞部を鋳型本体部から分離した状態を示す概略図である。 シャワリングルームの構成を概略的に示す断面図である。 製品側シャワリング装置を示す、シャワリングルーム内のセット台にセットされかつ第１閉塞部を鋳型本体部から分離した状態の鋳型の下側から見た図である。 押湯部側シャワリング装置を示す、シャワリングルーム内のセット台にセットされかつ第２閉塞部を鋳型本体部から分離した状態の鋳型の上側から見た図である。 ３列の製品側ノズル列のうち中央の製品側ノズル列のエア供給部及び冷却水供給部の構成を示す図である。 Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して製品側ノズルによりミスト状の冷却水をシャワリングしている状態を示す概略図である。 Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して製品側ノズルによりミスト状の冷却水をシャワリングしかつ第２面に対して押湯側ノズルによりミスト状の冷却水をシャワリングしている状態を示す概略図である。 Ａｌ合金製鋳造品に対して時効処理するに際して第２開放部を第２閉塞部によって閉塞した状態を示す概略図である。 Ａｌ合金製鋳造品の製品（シリンダヘッド）の押湯部側とは反対側の面（第１面）の中央部の温度及び製品の押湯部側の面の中央部の温度の変化の測定結果を示すグラフである。 試料１の燃焼室側の面における第１気筒〜第４気筒に対応する部位の硬さと、試料２の燃焼室側の面における第１気筒〜第３気筒に対応する部位の硬さとを測定した結果を示すグラフである。 試料１及び試料２におけるヘッドカバー側の面の中央部の硬さを測定した結果を示すグラフである。 試料１における燃焼室側の面における４つの凹部の最大深さの測定値のうちの最大値と最小値との差と、試料２における燃焼室側の面における４つの凹部の最大深さの測定値のうちの最大値と最小値との差とを示すグラフである。 製品側シャワリング装置によるＡｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリング開始時における該第１面の温度（第１面の焼入れ開始温度）と、該シャワリング後におけるＡｌ合金製鋳造品の製品の押湯部側とは反対側の部分の引張強度及び耐力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、Ａｌ合金製鋳造品を鋳造するための鋳型１を示す。この鋳型１内には、キャビティ５及び押湯空間６が上下方向に並んで形成される。鋳型１は、鋳型本体部２と第１閉塞部３と第２閉塞部３とで構成されており、これらは互いに分離可能に構成されている。

鋳型本体部２は、キャビティ５用の第１空間２ａと、押湯空間３用の第２空間２ｂと、第１空間２ａを第２空間２ｂ側とは反対側に開放する第１開放部２ｃと、第２空間２ｂを第１空間２ａ側とは反対側に開放する第２開放部２ｄと、第１空間２ａと第２空間２ｂとを連通する複数の連通部２ｅとを有する。これら複数の連通部２ｅは、押湯空間６からＡｌ合金溶湯９（図２及び図３参照）をキャビティ５に供給する溶湯供給路７を構成する。

第１閉塞部３は、鋳型本体部２の第１開放部２ｃを閉塞することで、鋳型本体部２と共にキャビティ５を形成する。第２閉塞部４は、鋳型本体部２の第２開放部２ｄを閉塞することで、鋳型本体部２と共に押湯空間６を形成する。

上記鋳型１内に形成されるキャビティ５及び押湯空間６にＡｌ合金溶湯９を注入してＡｌ合金製鋳造品１０（図４参照）を鋳造する。このＡｌ合金製鋳造品１０は、キャビティ５に対応する製品１１と、押湯空間６に対応する押湯部１２と、溶湯供給路７に対応する連結部１３とを有することになる。押湯部１２及び連結部１３は、後述の如く、製品１１から切り離されて、最終的に、所望の製品１１が得られる。尚、図１では、キャビティ５、押湯空間６及び溶湯供給路７を含めて鋳型１全体を概略的に描いており、詳細な形状は省略する。これに対応して、図４等において、Ａｌ合金製鋳造品１０も概略的に描いている。

本実施形態では、上記製品１１は、直列４気筒エンジンのシリンダヘッドであって、略直方体形状をなしている。また、押湯部１２も略直方体形状をなしている。製品１１と押湯部１２とは、上記連結部１３により連結されているが、Ａｌ合金製鋳造品１０全体としても、略直方体形状をなしていると言える。尚、図１の左右方向が、製品１１（シリンダヘッド）の長手方向であって、気筒列方向に相当する。

本実施形態では、上記鋳型１の鋳型本体部２及び第２閉塞部４は、砂型で構成され、第１閉塞部３は、金型で構成されている。この金型で構成された第１閉塞部３によって、製品１１の押湯部１２側とは反対側の面が形成されることになる。本実施形態では、製品１１の押湯部１２側とは反対側の面は、上記シリンダヘッドの燃焼室側の面であり、製品１１の押湯部１２側の面は、上記シリンダヘッドのヘッドカバー側の面である。以下、Ａｌ合金製鋳造品１０における製品１１の押湯部１２側とは反対側の面を、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａといい、Ａｌ合金製鋳造品１０における押湯部１２の製品１１とは反対側の面を、Ａｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂという。本実施形態では、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、略長方形状をなしている。Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａには、上記エンジンの４つの気筒内にそれぞれ形成される燃焼室のそれぞれの天井面となる４つの凹部１１ａ（図６にのみ示す）が形成されている。

上記Ａｌ合金製鋳造品１０を鋳造するには、先ず、図２に示すように、鋳型１を、鋳型本体部２の上側に第１閉塞部３が位置しかつ下側に第２閉塞部４が位置するようにセットする。そして、押湯空間６に連通する不図示の湯口からＡｌ合金溶湯９を押湯空間６に注入する。このＡｌ合金溶湯９は、押湯空間６から溶湯供給路７を通って、押湯空間６の上側に位置するキャビティ５に注入される。ここで、押湯空間６がキャビティ５の上側に位置していたとすると、Ａｌ合金溶湯９が押湯空間６からキャビティ５へ落下することとなり、これにより、Ａｌ合金溶湯９の流れが乱流となって空気を巻き込んでしまう。しかし、上記のように、Ａｌ合金溶湯９を、下側の押湯空間６から上側のキャビティ５に供給することで、Ａｌ合金溶湯９の流れが層流となり、空気を巻き込むのを防止することができる。

Ａｌ合金溶湯９のキャビティ５への注入が完了すると、図３に示すように、鋳型１を、鋳型本体部２の上側に第２閉塞部４が位置しかつ下側に第１閉塞部３が位置するように反転する。この状態で放置して、Ａｌ合金溶湯９を凝固させる。キャビティ５内におけるＡｌ合金溶湯９の凝固によりその体積が減少するに伴って、キャビティ５の上側に位置する押湯空間６内のＡｌ合金溶湯９がキャビティ５内に自然に供給される。こうしてＡｌ合金溶湯９が凝固することで、Ａｌ合金製鋳造品１０が完成する。

上記のようにして鋳造されたＡｌ合金製鋳造品１０は、その鋳造後に、冷却装置２１（図４及び図５参照）によって、後述の如く、焼入れ冷却されるとともに、焼入れ冷却後に時効処理がなされる。冷却装置２１は、Ａｌ合金製鋳造品１０の鋳造後に、鋳型１の第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離して鋳型本体部２の第１開放部２ｃを通してＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａを露出させる第１閉塞部分離装置２２（図４参照）を備えている。この第１閉塞部分離装置２２は、不図示の駆動装置により、鋳型１に対して接離可能に上下方向に移動する移動部２２ａと、この移動部２２ａに設けられ、第１閉塞部３を把持可能な把持部２２ｂとを有している。移動部２２ａが鋳型１に接近する側（上側）に移動して、把持部２２ｂが、鋳型１における下部に位置する第１閉塞部３を把持する。この把持状態で移動部２２ａが接近時とは反対側（下側）に移動することで、第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離する。

冷却装置２１は、図５に示すように、第１閉塞部分離装置２２による第１閉塞部３の分離により露出した、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａに対して、該第１面１０ａに対向配置された複数の製品側ノズル２４によりミスト状の冷却用液体（本実施形態では、冷却水）をシャワリングすることで、該Ａｌ合金製鋳造品１０（特に製品１１）を焼入れ冷却するように構成された製品側シャワリング装置２３と、この製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリングの開始後に、鋳型の第２閉塞部４を鋳型本体部２から分離して鋳型本体部２の第２開放部２ｄを通してＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂを露出させるように構成された第２閉塞部分離装置２５と、この第２閉塞部分離装置２５による第２閉塞部４の分離により露出した、Ａｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂに対して、該第２面１０ｂに対向配置された押湯部側ノズル２７によりミスト状の冷却用液体（本実施形態では、冷却水）をシャワリングするように構成された押湯部側シャワリング装置２６とを更に備えている。

押湯部側シャワリング装置２６は、製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリングの開始後でかつ終了前に、該Ａｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂへのシャワリングを開始して、製品側シャワリング装置２６と共にＡｌ合金製鋳造品１０（特に製品１１）を焼入れ冷却するように構成されている。

製品側シャワリング装置２３、第２閉塞部分離装置２５及び押湯部側シャワリング装置２６は、略密閉可能なシャワリングルーム３１内に設けられている。このシャワリングルーム３１は、第１室３１ａと第２室３１ｂとに画成され、第１室３１ａと第２室３１ｂとの間には、間仕切り３２が設けられている。製品側シャワリング装置２３の製品側ノズル２４及び押湯部側シャワリング装置２６の押湯部側ノズル２７は、第１室３１ａに設けられている。また、第１室３１ａには、第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離した状態の鋳型１をセットするための不図示のセット台が設けられている。この鋳型１を、シャワリングルームの外側からそのセット台にセットする不図示のロボット装置が設けられている。上記ロボット装置により上記セット台にセットされた鋳型１においては、鋳型本体部２の上側に第２閉塞部４が位置している。

シャワリングルーム３１の第１室３１ａにおける第２室３１ｂとは反対側の壁部には、開閉可能なシャッター３３で覆われた開口部３１ｃが形成されている。このシャッター３３を開状態にして開口部３１ｃを通して上記鋳型１を上記セット台にセットする。鋳型１を上記セット台にセットした後は、シャッター３３を閉状態にして、シャワリングルーム３１内を略密閉状態にする。尚、シャッター３３の一部は透明部材で構成されており、この透明部材により、シャワリングルーム３１の外側から第１室３１ａ内の様子を観察することが可能になっている。

第２閉塞部分離装置２５は、シャワリングルーム３１内の上部において第１室３１ａ及び第２室３１ｂに亘って略水平に配設されたレール２５ａと、不図示の駆動装置により、該レール２５ａに沿って、第１室３１ａと第２室３１ｂとの間を移動する移動部２５ｂと、この移動部２５ｂに設けられ、移動部２５ｂが第１室３１ａに位置するときに、上記セット台にセットされた鋳型１に対して接離可能に上下方向に移動しかつ第２閉塞部４を把持可能な把持部２５ｃとを有している。この把持部２５ｃが、鋳型１に接近する側（下側）に移動して第２閉塞部４を把持し、この把持状態で接近時とは反対側（上側）に移動することで、第２閉塞部４を鋳型本体部２から分離する。この分離後、把持部２５ｃが第２閉塞部４を把持した状態で、移動部２５ｂ（及び把持部２５ｃ）が第１室３１ａから第２室３１ｂに移動する。上記間仕切り３２の上部には、移動部２５ｂと第２閉塞部４を把持した把持部２５ｃとが通過可能な開口３２ａが形成されている。

また、第２閉塞部分離装置２５は、鋳型本体部２から分離した第２閉塞部４を、該鋳型本体部２の第２開放部２ｄを閉塞した状態に戻すことが可能に構成されている。すなわち、移動部２５ｂ（及び把持部２５ｃ）が第２室３１ｂに位置する状態から第１室３１ａに移動した後、第２閉塞部４を把持した把持部２５ｃが下側に移動して第２閉塞部４の把持を解除することで、第２閉塞部４により鋳型本体部２の第２開放部２ｄを閉塞する。

上記製品側シャワリング装置２３の複数の製品側ノズル２４は、図６に示すように、上記セット台にセットされた鋳型１の下側位置において、該鋳型１内におけるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａの幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第１面１０ａの長手方向に延びる３列の製品側ノズル列上に配置されている。上記３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上には、３つの製品側ノズル２４がそれぞれ配置され、他の製品側ノズル列（つまり中央の製品側ノズル列）上には、４つの製品側ノズル２４が配置されている。３列の製品側ノズル列のうち中央の製品側ノズル列上に配置された４つの製品側ノズル２４は、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａに形成された４つの凹部１１ａにそれぞれ対応して設けられている。３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上に配置された３つの製品側ノズル２４は、中央の製品側ノズル列上の相隣る２つの製品側ノズル２４間に対応する部分に存している。尚、製品側ノズル列は３列に限らず、各列の製品側ノズル２４の数も３つ又は４つに限られるものではない。また、複数の製品側ノズル２４を、必ずしも列上に配置する必要はなく、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａの略全体がシャワリングされるように配置すればよい。

上記製品側ノズル２４は、その上側をノズルガード３４により覆われており、このノズルガード３４によって、製品側ノズル２４及び押湯側ノズル２７からの冷却水が製品側ノズル２４にかからないようになされている。

上記押湯部側シャワリング装置２６の複数の押湯側ノズル２７は、図７に示すように、上記セット台にセットされた鋳型１の上側位置において、該鋳型１内におけるＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂの幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第２面１０ｂの長手方向に延びる３列の押湯部側ノズル列上に配置されている。上記３列の押湯部側ノズル列のうち両端に位置する押湯部側ノズル列上には、３つの押湯部側ノズル２７がそれぞれ配置され、他の押湯部側ノズル列（中央の押湯部側ノズル列）上には、４つの押湯部側ノズル２７が配置されている。３列の押湯部側ノズル列のうち両端に位置する押湯部側ノズル列上に配置された３つの押湯部側ノズル２７は、中央の押湯部側ノズル列上の相隣る２つの押湯部側ノズル間に対応する部分に存している。尚、押湯部側ノズル列は３列に限らず、各列の押湯部側ノズル２７の数も３つ又は４つに限られるものではない。また、複数の押湯部側ノズル２７を、必ずしも列上に配置する必要はなく、Ａｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂの略全体がシャワリングされるように配置すればよい。

上記間仕切り３２の下端部には、製品側ノズル２４及び押湯部側ノズル２７からの冷却水（第１室３１ａの下部に溜まる）を第１室３１ａから第２室３１ｂへ流すための開口３２ｂが形成されている。第２室３２ａへ流れた冷却水は、不図示の排水口からシャワリングルーム３１の外側へ排水される。尚、第２室３１ｂには、第２室３１ａ内の水位が所定値以上になったことを検出するオーバーフロー検知器３５が設置されており、例えば上記排水口が詰まることによって、オーバーフロー検知器３５により第２室３１ｂ内の水位が所定値以上になったことが検出されたときには、製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリング及び押湯部側シャワリング装置２６によるＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂへのシャワリングが停止されるようになっている。

製品側シャワリング装置２３は、各製品側ノズル２４にエア（圧縮エア）及び冷却水を、エア圧及び冷却水圧を制御しながら供給する製品側供給装置４１を有している。押湯部側シャワリング装置２６は、各押湯部側ノズル２７にエア（圧縮エア）及び冷却水を、エア圧及び冷却水圧を制御しながら供給する押湯部側供給装置７１を有している。本実施形態では、同じ製品側ノズル列における製品側ノズル２４へのエア圧が同じになるようにするとともに、同じ製品側ノズル列における製品側ノズル２４への冷却水圧も同じになるようにしている。また、同じ押湯部側ノズル列における押湯部側ノズル２７へのエア圧が同じになるようにするとともに、同じ押湯部側ノズル列における押湯部側ノズル２７への冷却水圧も同じになるようにしている。このため、製品側供給装置４１においては、各製品側ノズル列毎に、製品側ノズル２４にエア及び冷却水を供給するためのエア供給部４２及び冷却水供給部４３が設けられている。これらエア供給部４２及び冷却水供給部４３の構成については、図８に示されており、後に詳細に説明する。図６には、各製品側ノズル列毎の後述のエア供給路４４及び冷却水供給路４５を含む供給管４６が記載されている。また、押湯部側供給装置７１においても、製品側供給装置４１と同様に、各押湯部側ノズル列毎に、押湯部側ノズル２７にエア及び冷却水を供給するためのエア供給部及び冷却水供給部が設けられている。これらエア供給部及び冷却水供給部は、エア供給部４２及び冷却水供給部４３とそれぞれ同様の構成であるので、詳細な図示は省略する。図７には、供給管４６と同様の供給管７２が記載されている。

図８は、３列の製品側ノズル列のうち中央の製品側ノズル列のエア供給部４２及び冷却水供給部４３の構成を示す。３列の製品側ノズル列のうち各端の製品側ノズル列のエア供給部４２及び冷却水供給部４３も、図８と同様の構成である（製品側ノズル２４の数が異なるだけである）。

図８により、上記中央の製品側ノズル列のエア供給部及び冷却水供給部について詳細に説明する。

エア供給部４２は、エア供給源５１からエア（圧縮エア）を製品側ノズル２４へ供給するためのエア供給路４４を有している。このエア供給路４４には、上流側から順に、製品側ノズル２４へ供給するエア圧を制御するエア圧制御レギュレータ５２と、エア供給路４４におけるエア中の異物を取り除くフィルタ５３と、エア供給路４４におけるエア流量を検出するエア流量計５４と、エア供給路４４におけるエア圧を検出するエア圧センサ５５とが設けられている。エア圧制御レギュレータ５２は、エア圧センサ５５により検出されたエア圧に基づいて、製品側ノズル２４へ供給するエア圧を制御する。

冷却水供給部４３は、冷却水供給源５８から冷却水を製品側ノズル２４へ供給するための冷却水供給路４５を有している。この冷却水供給路４５には、上流側から順に、製品側ノズル２４へ供給する冷却水圧を制御する水圧制御レギュレータ５９、冷却水供給路４５における冷却水流量を検出する水流量計６０、及び、冷却水供給路４５における冷却水圧を検出する水圧センサ６１が設けられている。

水圧制御レギュレータ５９は、該水圧制御レギュレータ５９に供給される制御エア圧の変更によって、冷却水供給路４５における冷却水圧を制御することが可能に構成されている。このため、水圧制御レギュレータ５９には、該水圧制御レギュレータ５９に、制御エア供給源６５から制御エアを供給するための制御エア供給路６４が接続されている。この制御エア供給路６４には、上流側から順に、制御エア中の異物を取り除くフィルタ６６と、制御エア中の水分を取り除くミストセパレータ６７と、制御エア供給路６４における制御エアの圧力を制御する圧力レギュレータ６８とが設けられている。そして、圧力レギュレータ６８は、水圧センサ６１により検出された冷却水圧に基づいて、水圧制御レギュレータ５９に供給する制御エアの圧力を制御し、これにより、水圧制御レギュレータ５９は、冷却水供給路４５における冷却水圧を制御することになる。

上記製品側供給装置４１は、上記３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上の製品側ノズル２４に供給される冷却水圧に比べて、中央の製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却水圧を大きく設定するように構成されている。これにより、中央の製品側ノズル列上の製品側ノズル２４の数が、両端の製品側ノズル列上の製品側ノズル２４の数と同じであったとしても、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａの幅方向中間部に対して幅方向両端部よりも多くの冷却水をシャワリングすることができる。本実施形態では、中央の製品側ノズル列上の製品側ノズル２４の数が、両端の製品側ノズル列上の製品側ノズル２４の数よりも多いので、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａの幅方向中間部に対して更に多くの冷却水をシャワリングすることができる。すなわち、Ａｌ合金製鋳造品１０の製品１１の幅方向中間部が、鋳型本体部２と接している幅方向両端部よりも冷却され難いので、第１面１０ａの幅方向中間部に多くの冷却水をシャワリングすることで、製品１１全体を均一に冷却することができるようになる。尚、製品側ノズル列が４列以上の場合には、両端に位置する製品側ノズル列上の製品側ノズル２４に供給される冷却水圧に比べて、他の製品側ノズル列上の製品側ノズル２４に供給される冷却水圧を大きく設定するようにすればよい。

３列の押湯部側ノズル列の冷却水圧は、主として連結部１３（押湯供給路７）の位置によって決まり、必ずしも、両端に位置する押湯部側ノズル列上の押湯部側ノズル２７に供給される冷却水圧に比べて、中央の押湯部側ノズル列上の押湯部側ノズル２７に供給される冷却水圧を大きく設定する必要はない。

尚、複数の製品側ノズル２４を、列上に配置する場合であっても列上に配置しない場合であっても、エア供給部４２及び冷却水供給部４３は、各製品側ノズル２４毎に設けるようにしてもよい（押湯部側供給装置７１のエア供給部及び冷却水供給部についても同様）。或いは、上記同じ列上の製品側ノズル２４へのエア供給部４２及び冷却水供給部４３と同様に、エア圧が同じでかつ冷却水圧が同じである製品側ノズル２４へのエア供給部４２及び冷却水供給部４３を、共通に構成してもよい（押湯部側供給装置７１のエア供給部及び冷却水供給部についても同様）。

上記製品側ノズル２４及び上記押湯部側ノズル２７からのミスト状の冷却水の粒径は、３０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、ミスト状の冷却水の粒径が３０μｍよりも小さいと、ミスト状の冷却水が空気中で気化し易くなり、ミスト状の冷却水がＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａ又は第２面１０ｂに接触する前に気化する可能性がある一方、上記粒径が５０μｍよりも大きいと、ミスト状の冷却水がＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａ又は第２面１０ｂに接触しても気化するまでに時間がかかる可能性がある。そこで、上記粒径を３０μｍ以上５０μｍ以下とすることで、ミスト状の冷却水がＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａ又は第２面１０ｂに接触しかつ該接触後直ぐに気化するようになり、この結果、Ａｌ合金製鋳造品１０を効率良く冷却することができるようになる。

製品側ノズル２４からのミスト状の冷却水の粒径は、製品側ノズル２４に供給されるエア圧及び冷却水圧の調整により、容易に調整することができ、押湯部側ノズル２７からのミスト状の冷却水の粒径も、同様に、押湯部側ノズル２７に供給されるエア圧及び冷却水圧の調整により容易に調整することができる。

冷却装置２１は、製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリング及び押湯部側シャワリング装置２６によるＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂへのシャワリングの終了後に、第２閉塞部分離装置２５により第２閉塞部４を鋳型本体部２の第２開放部２ｄを閉塞した状態に戻すことで、Ａｌ合金製鋳造品１０（特に製品１１）に対して、該Ａｌ合金製鋳造品１０の残留熱により時効処理を行うように構成されている。この残留熱による時効処理を行うために、製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリング及び押湯部側シャワリング装置２６によるＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂへのシャワリングの終了時に、製品１１の押湯部１２側の面の温度が、製品１１の押湯部１２側とは反対側の面（第１面１０ａ）の温度よりも所定温度（例えば１５０℃〜２００℃）だけ高くなるようにする。このようにするには、基本的には、製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリングを先に開始し、その開始後でかつ終了前に、押湯部側シャワリング装置２７によるＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂへのシャワリングを開始する。本実施形態では、第１面１０ａへのシャワリング及び第２面１０ｂへのシャワリングは、同時に終了するが、これには限られず、第１面１０ａへのシャワリング及び第２面１０ｂへのシャワリングの終了時に、製品１１の押湯部１２側の面の温度が、製品１１の押湯部１２側とは反対側の面（第１面１０ａ）の温度よりも上記所定温度だけ高くなるようにすればよい。

次に、上記鋳型１により鋳造されたＡｌ合金製鋳造品１０に対して、冷却装置２１により冷却する方法を説明する。

図４に示すように、Ａｌ合金製鋳造品１０の鋳造後に、第１閉塞部分離装置２２により、鋳型１の第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離して鋳型本体部２の第１開放部２ｃを通してＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａを露出させる。

その後、上記ロボット装置により、第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離した状態の鋳型１を、シャワリングルーム３１の外側からシャワリングルーム３１内の上記セット台にセットする。この後、シャッター３３を閉状態にして、シャワリングルーム３１内を略密閉状態にする。

第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離した状態の鋳型１をセット台にセットした後、該鋳型１の第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離してからの経過時間が、予め設定された設定時間になるのを待つ。この設定時間は、製品側シャワリング装置２３によるＡｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａへのシャワリングの開始時における該第１面１０ａの温度（Ａｌ合金製鋳造品１０の冷却開始温度）を、Ａｌ合金製鋳造品１０の製品１１を焼入れするのに適切な温度（例えば５００℃程度）にするためである。すなわち、第１閉塞部３が金型で構成されているので、Ａｌ合金溶湯９の凝固時にその熱が第１閉塞部３に奪われて、この結果、Ａｌ合金製鋳造品１０の鋳造完了時には、製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分（上記第１面１０ａを含む）の温度が、上記適切な温度よりも低下する（図１２参照）。一方、Ａｌ合金製鋳造品１０の鋳造完了時における押湯部１２又は製品１１の押湯部１２側の部分の温度は、上記適切な温度よりも高い。そして、第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離すると（図１２の時刻ｔ１の時点）、第１面１０ａからの放熱が少なくなり、押湯部１２又は製品１１の押湯部１２側の部分の熱が、製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分に伝わることで、Ａｌ合金製鋳造品の製品の押湯部側とは反対側の部分（上記第１面を含む）の温度が、上記適切な温度になる。尚、図１２は、上記製品１１（シリンダヘッド）の押湯部１２側とは反対側の面（第１面１０ａ）の中央部の温度及び製品１１の押湯部１２側の面の中央部の温度の変化の測定結果を示すグラフである。

第１閉塞部３を鋳型本体部２から分離してからの経過時間が、上記設定時間になると（図１２の時刻ｔ２の時点）、図９に示すように、製品側シャワリング装置２３を作動させて、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａに対して製品側ノズル２４によりミスト状の冷却用液体をシャワリングし、これにより、Ａｌ合金製鋳造品１０を焼入れ冷却する。この第１面１０ａへのシャワリングにより、第１面１０ａを含めて製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分の温度は急冷される（図１２参照）。

上記第１面１０ａへのシャワリングの開始後に、第２閉塞部分離装置２５により、第２閉塞部４を鋳型本体部２から分離して鋳型本体部２の第２開放部２ｄを通してＡｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂを露出させる。この第２閉塞部４の鋳型本体部２からの分離は、該分離後に行う、Ａｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂへのシャワリングの開始のタイミングに間に合うように行う。

続いて、図１０に示すように、押湯部側シャワリング装置２６を作動させて、第２閉塞部４の分離により露出した、Ａｌ合金製鋳造品１０の第２面１０ｂに対して押湯部側ノズル２７によりミスト状の冷却用液体をシャワリングする。この第２面１０ｂへのシャワリングの開始は、上記第１面１０ａへのシャワリングの開始後でかつ終了前に行う。具体的には、上記第１面１０ａへのシャワリングにより製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分の温度が急激に低下する状態からほぼ安定する状態に切り換わる（当該温度の低下速度が第１所定速度よりも大きい状態から、第１所定速度よりも小さい第２所定速度以下の状態に切り換わる）タイミング（図１２の時刻ｔ３の時点）で行うことが好ましい。こうして上記第２面１０ｂへのシャワリングにより、上記第１面１０ａへのシャワリングと共にＡｌ合金製鋳造品１０（特に製品１１）を焼入れ冷却する。

上記第１面１０ａへのシャワリングにより、Ａｌ合金製鋳造品１０の製品１１は、押湯部１２側とは反対側の面（第１面１０ａ）から押湯部１２側に向かって冷却されていく。この第１面１０ａへのシャワリングのみでは、製品１１の押湯部１２側の部分は、押湯部１２の熱により、製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分に比べて冷却され難く、この結果、製品１１の押湯部１２側とは反対側と押湯部１２側とでは温度が均一になり難い。しかし、本実施形態では、上記第２面１０ｂへのシャワリングにより、押湯部１２を介して、製品１１の押湯部１２側の部分も良好に冷却される。この結果、Ａｌ合金製鋳造品１０の製品１１全体において強度バラツキを低減することができるとともに、製品１１の歪みを小さくすることができて、製品１１において同じ寸法とすべき複数の部位（特に４つの凹部１１ａ）間の寸法バラツキも低減することができる。

上記第２面１０ｂへのシャワリングの開始から第１所定時間経過した時点（図１２の時刻ｔ４の時点）で、上記第１面１０ａへのシャワリング及び上記第２面１０ｂへのシャワリングを同時に終了する。上記第１所定時間は、製品１１の押湯部１２側の面の温度が、上記第１面１０ａの温度よりも上記所定温度だけ高くなるような時間である。

上記第１面１０ａ及び上記第２面１０ｂへのシャワリングの終了後、第２閉塞部分離装置２５を直ちに作動させて、第２閉塞部４を鋳型本体部２の第２開放部２ｄを閉塞した状態に戻し（図１１参照）、しかる後、シャワリングルーム３１のシャッター３３を開状態にし、それから、上記ロボット装置により、第２閉塞部４により鋳型本体部２の第２開放部２ｄが閉塞された鋳型本体部２を、シャワリングルーム３１の外側に取り出す。

続いて、上記第２開放部２ｄの閉塞状態を第２所定時間継続させて、Ａｌ合金製鋳造品１０（製品１１）の時効処理を行う。第２閉塞部４による鋳型本体部２の第２開放部２ｄの閉塞状態では、押湯部１２又は製品１１の押湯部１２側の部分の残留熱が鋳型本体部２の外側に逃げずに、製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分へ良好に伝えられる。この結果、製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分の温度が上昇してＡｌ合金製鋳造品１０全体（特に製品１１全体）が略同じ温度になり（図１２の時刻ｔ４以降を参照）、この状態でＡｌ合金製鋳造品１０全体（製品１１全体）を略均一に時効処理することができる。したがって、時効処理されたＡｌ合金製鋳造品１０の製品１１全体において強度バラツキをより一層低減することができるとともに、製品１１において同じ寸法とすべき複数の部位（特に４つの凹部１１ａ）間の寸法バラツキもより一層低減することができる。

ここで、上記時効処理の際、鋳型本体部２の第１開放部２ｃが開放されていたとしても、Ａｌ合金製鋳造品１０の第１面１０ａからの放熱は少なく、押湯部１２又は製品１１の押湯部１２側の部分の残留熱が製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分に伝えられることで、Ａｌ合金製鋳造品１０（製品１１）の時効処理を適切に行うことができる。特に、本実施形態のように第１閉塞部３を金型で構成した場合において、鋳型本体部２の第１開放部２ｃを第１閉塞部３で再度閉塞したとすると、製品１１の押湯部１２側とは反対側の部分に伝えられた熱が第１閉塞部３に逃げ易く、しかも、金型で構成された第１閉塞部３は熱変形し易いので、第１開放部２ｃを確実に閉塞できない可能性がある。これらのことを考慮すると、鋳型本体部２の第１開放部２ｃを開放しておくのがよい。尚、鋳型本体部２及び第２閉塞部４を砂型で構成することにより、Ａｌ合金製鋳造品１０の保温性が良好になり、上記時効処理を良好に行うことができる。

上記時効処理の終了後、砂型で構成された鋳型本体部２及び第２閉塞部４を崩壊してＡｌ合金製鋳造品１０を取り出す。そして、Ａｌ合金製鋳造品１０に付着している砂を取り除いた後、押湯部１２及び連結部１３を製品１１から切り離し、最後に製品１１の仕上げ処理（バリ取り等）を行う。

したがって、本実施形態では、Ａｌ合金製鋳造品１０の製品１１全体において強度バラツキを低減することができるとともに、製品１１の歪みを小さくすることができて、製品１１において同じ寸法とすべき複数の部位（特に４つの凹部１１ａ）間の寸法バラツキも低減することができる。しかも、焼入れ冷却されたＡｌ合金製鋳造品１０を時効処理するために、炉に入れる等して加熱する必要はなく、Ａｌ合金製鋳造品の時効処理を容易に行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、Ａｌ合金製鋳造品１０の製品１１をシリンダヘッドとしたが、これには限らず、例えばシリンダブロックやその他のＡｌ合金製のものであってもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

ここで、上記実施形態と同様にして得られたシリンダヘッド（以下、試料１という）において、その燃焼室側の面における第１気筒〜第４気筒に対応する部位（凹部）の硬さ（詳しくは、ブリネル硬さ（以下、同じ））を測定した。また、比較のために、鋳造後に第１閉塞部を鋳型本体部から分離した鋳型を、貯留水中に水没させる方法で冷却したシリンダヘッド（以下、試料２という）において、その燃焼室側の面における第１気筒〜第３気筒に対応する部位の硬さを測定した。試料２は、水没による焼入れ後に、炉に入れて時効処理を行ったものである。また、試料２は、試料１と同様の鋳型で鋳造したものである。

上記測定結果を図１３に示す。図１３では、試料１の燃焼室側の面における第１気筒〜第４気筒に対応する部位を、それぞれ＃１〜＃４と記載し、試料２の燃焼室側の面における第１気筒〜第３気筒に対応する部位を、それぞれ＃１〜＃３と記載している。試料１では、燃焼室側の面における４つの気筒にそれぞれ対応する部位間で、硬さのバラツキが小さく、延いては強度バラツキが小さいと言える。

続いて、試料１及び試料２におけるヘッドカバー側の面の中央部の硬さを測定した。この測定結果を図１４に示す。試料１では、ヘッドカバー側の面の硬さは、燃焼室側の面の硬さと略同じであり、試料１全体において強度バラツキが小さいと言える。一方、試料２では、水中に水没されているときに、ヘッドカバー側が水と接触しないために、十分に焼入れがなされず、硬さが低くなっている。したがって、燃焼室側の面のみに対してシャワリングしたとしても、ヘッドカバー側の面に対してシャワリングしない限り、試料２と同様の結果になると推測される。

次いで、試料１における上記４つの凹部の最大深さを測定し、その４つの凹部の最大深さの測定値のうちの最大値と最小値との差δを求めた。また、比較のために、試料２における上記４つの凹部の最大深さの測定値のうちの最大値と最小値との差δを求めた。この結果を図１５に示す。試料１では、上記差δは極めて小さく、複数の凹部間の寸法バラツキがかなり小さいことが分かる。

次に、製品側シャワリング装置によるＡｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリング開始時における該第１面の温度（第１面の焼入れ開始温度）を変えて、該焼入れ開始温度毎に、該シャワリング後におけるＡｌ合金製鋳造品の製品の押湯部側とは反対側の部分（第１面側の部分）の引張強度及び耐力を求めた。ここでも、上記製品は、上記実施形態と同様のシリンダヘッドである。

上記第１面の焼入れ開始温度と上記製品の押湯部側とは反対側の部分の引張強度及び耐力との関係を図１６に示す。この結果、第１面の焼入れ開始温度を４８０℃〜５００℃程度に設定すれば、シリンダヘッドとして所望の強度を確保することができる。

本発明は、鋳型内に形成されるキャビティ及び押湯空間にＡｌ合金溶湯を注入して鋳造されたＡｌ合金製鋳造品の冷却方法及び冷却装置に有用である。

１ 鋳型
２ 鋳型本体部
２ａ 第１空間
２ｂ 第２空間
２ｃ 第１開放部
２ｄ 第２開放部
３ 第１閉塞部
４ 第２閉塞部
５ キャビティ
６ 押湯空間
９ Ａｌ合金溶湯
１０ Ａｌ合金製鋳造品
１１ 製品
１２ 押湯部
２１ 冷却装置
２２ 第１閉塞部分離装置
２３ 製品側シャワリング装置
２４ 製品側ノズル
２５ 第２閉塞部分離装置
２６ 押湯部側シャワリング装置
２７ 押湯部側ノズル
３１ シャワリングルーム
４１ 製品側供給装置
７１ 押湯部側供給装置

Claims (9)

1. 鋳型内に形成されるキャビティ及び押湯空間にＡｌ合金溶湯を注入して鋳造された、該キャビティに対応する製品と該押湯空間に対応する押湯部とを有するＡｌ合金製鋳造品の冷却方法であって、
   上記鋳型は、上記キャビティ用の第１空間と上記押湯空間用の第２空間と該第１空間を該第２空間側とは反対側に開放する第１開放部と該第２空間を該第１空間側とは反対側に開放する第２開放部とを有する鋳型本体部と、該鋳型本体部の第１開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記キャビティを形成する第１閉塞部と、該鋳型本体部の第２開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記押湯空間を形成する第２閉塞部とで構成されたものであり、
   上記鋳型による上記Ａｌ合金製鋳造品の鋳造後に、該鋳型の第１閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第１開放部を通して該Ａｌ合金製鋳造品における上記製品の上記押湯部側とは反対側の面である第１面を露出させる第１閉塞部分離工程と、
   上記第１閉塞部分離工程で露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して、該第１面に対向配置された製品側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングすることで、上記Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却する製品側シャワリング工程と、
   上記製品側シャワリング工程の開始後に、上記鋳型の第２閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第２開放部を通して上記Ａｌ合金製鋳造品における上記押湯部の上記製品側とは反対側の面である第２面を露出させる第２閉塞部分離工程と、
   上記第２閉塞部分離工程で露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面に対して、該第２面に対向配置された押湯部側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングする押湯部側シャワリング工程とを含み、
   上記押湯部側シャワリング工程は、上記製品側シャワリング工程の開始後でかつ終了前に、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面へのシャワリングを開始して、上記製品側シャワリング工程と共に該Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却する工程であり、
   上記製品側シャワリング工程及び押湯部側シャワリング工程の終了後、上記鋳型の第２閉塞部により上記鋳型本体部の第２開放部を再度閉塞して、該閉塞状態で、上記Ａｌ合金製鋳造品に対して、該Ａｌ合金製鋳造品の残留熱により時効処理を行う時効処理工程を更に含むことを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却方法。
2. 請求項１記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却方法において、
   上記製品側ノズル及び上記押湯部側ノズルは、各々、複数設けられており、
   上記製品側シャワリング工程は、上記各製品側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧を制御しながら、該各製品側ノズルにより、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して上記ミスト状の冷却用液体をシャワリングする工程であり、
   上記押湯部側シャワリング工程は、上記各押湯部側ノズルに供給されるエア圧及び冷却用液体圧を制御しながら、該各押湯部側ノズルにより、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面に対して上記ミスト状の冷却用液体をシャワリングする工程であることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却方法。
3. 請求項２記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却方法において、
   上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面及び第２面は、略長方形状をなし、
   上記複数の製品側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第１面の長手方向に延びる少なくとも３列の製品側ノズル列上に配置され、
   上記複数の押湯部側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第２面の長手方向に延びる少なくとも３列の押湯部側ノズル列上に配置され、
   上記少なくとも３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧に比べて、他の製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧が大きく設定されることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却方法において、
   上記製品側ノズル及び上記押湯部側ノズルからのミスト状の冷却用液体の粒径は、３０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却方法において、
   上記製品側シャワリング工程、上記第２閉塞部分離工程及び上記押湯部側シャワリング工程は、シャワリングルーム内で行われることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却方法において、
   上記Ａｌ合金製鋳造品の上記製品が、エンジンのシリンダヘッドであり、
   上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面が、上記シリンダヘッドの燃焼室側の面であることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却方法。
7. 鋳型内に形成されるキャビティ及び押湯空間にＡｌ合金溶湯を注入して鋳造された、該キャビティに対応する製品と該押湯空間に対応する押湯部とを有するＡｌ合金製鋳造品の冷却装置であって、
   上記鋳型は、上記キャビティ用の第１空間と上記押湯空間用の第２空間と該第１空間を該第２空間側とは反対側に開放する第１開放部と該第２空間を該第１空間側とは反対側に開放する第２開放部とを有する鋳型本体部と、該鋳型本体部の第１開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記キャビティを形成する第１閉塞部と、該鋳型本体部の第２開放部を閉塞することで、該鋳型本体部と共に上記押湯空間を形成する第２閉塞部とで構成されたものであり、
   上記鋳型による上記Ａｌ合金製鋳造品の鋳造後に、上記鋳型の第１閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第１開放部を通して該Ａｌ合金製鋳造品における上記製品の上記押湯部側とは反対側の面である第１面を露出させる第１閉塞部分離装置と、
   上記第１閉塞部分離装置による上記第１閉塞部の分離により露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面に対して、該第１面に対向配置された製品側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングすることで、該Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却するように構成された製品側シャワリング装置と、
   上記製品側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリングの開始後に、上記鋳型の第２閉塞部を上記鋳型本体部から分離して上記鋳型本体部の第２開放部を通して上記Ａｌ合金製鋳造品における上記押湯部の上記製品側とは反対側の面である第２面を露出させるように構成された第２閉塞部分離装置と、
   上記第２閉塞部分離装置による上記第２閉塞部の分離により露出した、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面に対して、該第２面に対向配置された押湯部側ノズルによりミスト状の冷却用液体をシャワリングするように構成された押湯部側シャワリング装置とを備え、
   上記押湯部側シャワリング装置は、上記製品側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリングの開始後でかつ終了前に、該Ａｌ合金製鋳造品の第２面へのシャワリングを開始して、上記製品側シャワリング装置と共に上記Ａｌ合金製鋳造品を焼入れ冷却するように構成され、
   上記第２閉塞部分離装置は、上記鋳型本体部から分離した第２閉塞部を、該鋳型本体部の第２開放部を閉塞した状態に戻すことが可能に構成されており、
   上記冷却装置は、上記製品側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面へのシャワリング及び上記押湯部側シャワリング装置による上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面へのシャワリングの終了後に、上記第２閉塞部分離装置により上記第２閉塞部を上記鋳型本体部の第２開放部を閉塞した状態に戻すことで、上記Ａｌ合金製鋳造品に対して、該Ａｌ合金製鋳造品の残留熱により時効処理を行うように構成されていることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却装置。
8. 請求項７記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却装置において、
   上記製品側ノズル及び上記押湯部側ノズルは、各々、複数設けられており、
   上記製品側シャワリング装置は、上記各製品側ノズルにエア及び冷却用液体を、エア圧及び冷却用液体圧を制御しながら供給する製品側供給装置を有し、
   上記押湯部側シャワリング装置は、上記各押湯部側ノズルにエア及び冷却用液体を、エア圧及び冷却用液体圧を制御しながら供給する押湯側供給装置を有していることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却装置。
9. 請求項８記載のＡｌ合金製鋳造品の冷却装置において、
   上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面及び第２面は、略長方形状であり、
   上記複数の製品側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第１面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第１面の長手方向に延びる少なくとも３列の製品側ノズル列上に配置され、
   上記複数の押湯部側ノズルは、上記Ａｌ合金製鋳造品の第２面の幅方向に互いに間隔をあけた状態で該第２面の長手方向に延びる少なくとも３列の押湯部側ノズル列上に配置され、
   上記製品側供給装置は、上記少なくとも３列の製品側ノズル列のうち両端に位置する製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧に比べて、他の製品側ノズル列上の製品側ノズルに供給される冷却用液体圧を大きく設定するように構成されていることを特徴とするＡｌ合金製鋳造品の冷却装置。

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