JPH1110313A - 金属製鋳造部品の製造のための鋳造方法及び鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳造部品の鋳型の内部における冷却時間を大幅
に短縮し、更に、複雑な構造の鋳造部品を、熱による後
処理を省略するとともに、品質を維持しつつ製造するこ
とが可能な、金属製鋳造部品の経済的な製造を可能にす
る。 【解決手段】液状の鋳造材料を鋳型、特に砂型内に導入
し、鋳造材料から金属製鋳造部品を鋳造する際に、鋳造
材料が鋳型の内部で固化、冷却するとき、鋳造材料の冷
却を冷却システム（３，４，６０，９１）により制御す
る。鋳造材料の冷却を制御するための冷却システム
（３，４，６０，９１）は鋳型の内部に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液状の鋳造材料を鋳
型、特に砂型内に導入し、鋳型の内部で鋳造材料を固
化、冷却させることにより鋳造材料から金属製鋳造部品
を製造するための鋳造方法と鋳型、特に砂型に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属製鋳造部品を製造するための鋳造方
法においては、例えば、鋳鉄、特にネズミ鋳鉄合金のよ
うな鋳造材料が例えば鋳型ピット、砂型、あるいは重力
ダイカスト金型といった鋳型に液体の状態で導入され、
鋳型に熱を奪われることにより固化する。固化の過程に
おいて、複雑な化学的、物理的なプロセスが進行する。
特に鋳造材料の空間的、時間的な固化の過程は結晶構造
の成長、ひいては鋳造部品の機械的性質に決定的な影響
を与える。固化が完了した後も、鋳造部品は、鋳型から
取り出される前に鋳型の内部でいわゆる取り出し温度に
達するまで冷却されなければならない。取り出し温度は
鋳鉄合金の場合には、３００度以下である。鋳造材料の
空間的、時間的な冷却の過程も、例えば鋳造部品の内部
応力といった機械的な性質に大きな影響を与える。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鋳型は鋳造材
料によって加熱していくため、鋳型内での滞留時間が長
引くにしたがって鋳造材料の冷却率は低下し、取り出し
温度に達する前の時点で１時間当たり１度の値にまで低
下しうる。その結果、鋳造部品の冷却時間は固化に要す
る時間と比較して長くなる。例えば、大型のディーゼル
エンジンのモータのハウジングのような大容積の鋳造部
品では、冷却時間は数週間に及ぶことがしばしばであ
る。鋳物工場の場所的な制約により、このような大容積
の鋳造部品の製造が可能な鋳型ピットの設置数は限られ
るため、冷却時間の長さが実現可能な生産能力の制限条
件となり、経済的な観点から好ましくない。

【０００４】従来の鋳造方法の更なる課題として、とり
わけ大容積の鋳造部品において、鋳造材料の固化の過
程、特に固化に要する時間が、冶金学的な見地からして
理想的でないことがしばしばあり、望ましい性質を持た
ない結晶構造が成長する点がある。このため鋳造部品を
金型から取り出した後に、鋳造部品に焼きなまし、ある
いは焼きならしといった非常に時間とコストのかかる熱
処理を施すことで鋳造部品の結晶構造を変える必要があ
る。

【０００５】更に、従来の鋳造方法では、鋳造部品の冷
却過程により不都合な内部応力、特に引っ張り応力が鋳
造部品の内部において生じるという難点がある。この問
題は、例えば大型ディーゼルエンジンのハウジングのよ
うな複雑な構造を有する鋳造部品において特に顕著であ
る。こういったエンジンハウジング（例えば図１に示さ
れるような）は多くの切り出し部、大きさの異なる隔
室、肉厚の異なる隔壁を有する。特にこうした複雑な鋳
造部品では内部応力により非常に容易に寸法の狂いや、
亀裂が生じるため、鋳造部品のある程度の品質を確保す
るためには、非常に時間とコストのかかる、例えば焼き
なましのような応力を減少させるための熱処理が必要で
ある。こうした従来技術の課題を鑑みて、本発明の目的
は、鋳造部品の冷却時間を、とりわけ大容積の鋳造部品
の場合に大幅に短縮し、更に、例えば大型ディーゼルエ
ンジンのエンジンハウジングのような複雑な構造の鋳造
部品を、手間のかかる熱処理を省略しつつ、良好な品質
を維持して製造することが可能な、金属製鋳造部品の最
も経済的な製造を可能にする鋳造方法と鋳型を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、鋳造材料が液体の状態で
鋳型、特に砂型に導入され、鋳造材料が鋳型の中で固
化、冷却する、鋳造材料から金属製鋳造部品を製造する
ための鋳造方法において、鋳型の内部での鋳造材料の冷
却が冷却システムにより制御されることをその要旨とす
る。材料の冷却を制御することにより、固化過程の空間
的、時間的進行、及び冷却過程の空間的、時間的な進行
の少なくともいずれか一方を能動的にかつ計画的に制御
することが可能である。これにより、鋳造材料が取り出
し温度に到達するまでの所要冷却時間を大幅に短縮する
ことが可能である。したがって、例として、新しい鋳造
過程のための、鋳型を内部に備えた鋳型ピットがより一
層急速に普及し、場所的な条件は変えることなく生産能
力を大幅に向上させることが可能になる。

【０００７】鋳型の内部において、鋳造材料の、予め決
定された少なくとも１つの領域における熱の除去が制御
される。こうすれば、例えば鋳造材料の固化を計画的に
熱を除去することにより制御することが可能である。こ
のような手段により、例として、鋳造材料が少なくとも
一個所の特定の領域において非常に急速に固化すること
が可能になる。この方式は、固化する鋳造材料の結晶構
造の成長に対して局所的に効果を及ぼすことが可能であ
るという長所を有する。従って、指向制御された急速な
固化を通して、例えば、変換焼きなまし（ｃｏｎｖｅｒ
ｓｉｏｎ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、あるいは遷移焼きな
まし（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｎｅａｌｉｎ
ｇ）のような、熱による後処理を行うことなく、鋳造材
料の予め決定された領域において高い硬度を得ることが
可能である。

【０００８】更に、鋳型内の鋳造材料の予め決定された
複数の領域からの熱の除去を指向制御することが好まし
く、異なる特定領域から奪われる熱量を、それぞれの領
域で完全に独立して制御することが可能である。この方
式は、固化、及び冷却の空間的な進行の少なくともいず
れか一方を能動的に制御することが可能であるという長
所を有する。このようにして鋳造部品の機械的な性質に
対して、製造の段階で既に効果を及ぼすことが可能であ
る。

【０００９】熱の除去は流体、特に好ましくは空気を用
いて効果的に行われる。空気は扱いの容易な、経済的で
安全な冷媒である。好ましい一方法によれば、鋳造材料
の異なる点に配置された温度センサにより局所的な温度
が継続的に計測され、ここから得られる温度プロフィー
ルが冷却過程の制御に用いられる。このようにして材料
の温度プロフィールは継続的に監視され、制御冷却によ
り能動的に効果が及ぼされる。

【００１０】特に鋳造材料の冷却中において、鋳造材料
における温度勾配が最小に抑えられれば有利である。こ
れにより大型ディーゼルエンジンのハウジングのような
複雑な構造の鋳造部品でも引っ張り応力が大幅に減少
し、応力を小さくするために行われる焼きなましといっ
た、熱による後処理を省くことが、品質を維持しつつ可
能である。鋳造部品の内部に圧縮応力を生じさせること
さえ可能である。鋳型内で固化、冷却する液状鋳造材料
から金属製鋳造部品を製造するための本発明に基づく鋳
型、特に砂型は、鋳造材料の冷却を制御するための冷却
システムを備えるという点を特に特徴とする。したがっ
て本発明に基づく鋳型は本発明の鋳造方法を実施するう
えで好適である。

【００１１】冷却システムは流体状熱担体、特に空気の
送管システムを少なくとも１個有することが好ましく、
これを通じて鋳造材料の予め決定された少なくとも１つ
の空間的領域からの熱の除去が指向制御される。こうし
た構造的に簡単な方法により鋳造材料の固化、及び冷却
の少なくともいずれか一方の空間的、時間的な過程に影
響を与えることが可能である。

【００１２】鋳造材料と送管システムの直接的な接触は
避けられることが好ましく、例えば送管システムは砂型
の砂心の内部、あるいは間に延びるように配置される。
好ましい一変形例において、冷却システムは送管システ
ムと鋳造材料を熱的に連動する熱交換媒体を更に有す
る。最も簡単な実施例では、この熱交換媒体は砂あるい
は、砂心である。しかし、熱的接触をより良くするため
に、熱交換媒体として例えばグラファイトのようなより
優れた熱伝導体を使用することも可能である。例として
送管システムは、鋳造材料と直接接触するグラファイト
板の表面あるいは内部に部分的に延びる。

【００１３】冷却システムは少なくとも２つの流体状熱
担体、特に空気の送管システムを備えることが好まし
く、これを通じて鋳造材料の予め決定された複数の領域
から熱の除去を制御して行うことが可能であり、ここで
複数の送管システムを用いることにより、奪われる熱量
を実質的にそれぞれ独立して制御することが可能となっ
ている。この方法により、鋳造材料の固化、及び冷却の
少なくともいずれか一方の過程に能動的に影響を与える
ことが可能である。こうした方法によれば、冶金学的見
地から見て鋳造材料の固化過程、及び冷却過程の少なく
ともいずれか一方の最適な過程を、鋳造部品に応じて、
つまりはその望ましい性質に応じて実現することが可能
である。

【００１４】鋳造材料にわたる温度勾配が最小になるよ
うに、除去される熱量を制御する制御システムが提供さ
れることが特に好ましい。これにより、鋳造部品内部の
引っ張り応力を大幅に減少させ、更には圧縮応力を生じ
させることも可能であり、例えば応力を減少させるか、
除去するための焼きなましのような、熱による後処理を
行う必要がない。

【００１５】本発明に基づく鋳造方法と鋳型は時間とコ
ストのかかる熱処理を必要としないため、特に経済的で
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明をその方法と装置につい
て、図１〜図１３に基づき以下に詳細に説明する。

【００１７】本発明に基づく金属製鋳造部品の製造のた
めの鋳造方法は、鋳造材料の鋳型の内部での冷却が冷却
システムにより制御されることを特徴とし、本発明に基
づく金属製鋳造部品の製造のための鋳型は、鋳造材料の
制御冷却のための冷却システムを備えることを特徴とす
る。「制御冷却」とは、鋳造材料を受動的に固化、ある
いは冷却させるのではなく、鋳型及び鋳造材料の少なく
ともいずれか一方から熱が能動的に奪われ、かつ奪われ
る熱量が制御されることを意味する。

【００１８】以下に記す実施態様において、鋳鉄、特に
ネズミ鋳鉄合金が例として鋳造材料として使用されてい
る。本発明の第１の実施態様は、例えば船舶の建造に使
用されるような大型ディーゼルエンジンのハウジングの
製造に関する。この種のエンジンハウジングの構造は通
常非常に複雑であり、多数の隔室、切り出し部、肉厚の
異なる多数の隔壁を有している。したがって、こうした
エンジンハウジングは、製造される鋳造部品の形状に基
づいて形成された砂型で通常鋳造され、追加加工を行う
必要のある部位には加工のためのゆとりが設けられてい
る。

【００１９】図１には、鋳型ピット２の内部のエンジン
ハウジング１が部分的略示図にて示されている。この金
型は永久金型、すなわち、繰り返して使用することが可
能な金型である。エンジンハウジング１はクランクケー
ス空間１１とシリンダ空間１２を備え、シリンダ空間１
２の内部には２個のシリンダ１２２が配置されている。
エンジンハウジング１は通常多数の、例として１０個ま
たは１２個のシリンダ１２２を備え、シリンダ１２２は
２個ずつ交互に配置されている。図１に示されたエンジ
ンハウジング１の更なる詳細は、本発明を理解する上で
必ずしも必要ではなく、また一般に広く知られているも
のであるので、ここでは省略する。

【００２０】エンジンハウジング１の製造において、エ
ンジンハウジング１の形状はまず、鋳型ピット２の内部
で公知の方法により、多数の、例えばセメント砂で形成
された砂心から形成される。こうした砂心は結着剤を添
加した石英砂や、他の砂状の鉱物に化学的、熱的な固化
処理を行って製造される。個々の砂心は、通常一回のみ
の使用を前提としており、間に形成される空洞が全体に
わたって製造されるエンジンハウジング１の鋳造部品の
形状に対応するように組み立てられ、合体される。図１
に基づけば、製造されるエンジンハウジング１のほぼ全
ての空洞及び切り出し部は、エンジンハウジング１と鋳
型ピット２の底部２１と内壁２２の間の空間と同様に、
適切に形成された砂心で充填される。理解を容易にする
ために、図１では砂心は具体的に図示せず、代りに砂心
の間と内部の空間の全体により形成されるエンジンハウ
ジング１を図示した。

【００２１】上記の方法で砂型を製造した後、液状の鋳
造材料、通常は鋳鉄合金を砂型内と空洞内に流し込み、
材料が固化し、冷却されれば、エンジンハウジング１が
完成される。

【００２２】本発明に基づき、鋳造材料の制御冷却のた
めの冷却システムが提供される。図１に示された実施態
様において、冷却システムは多数の送管システムを備
え、これによりクランクケース空間冷却部３と（図２及
び図３を参照）底部冷却部４（図４を参照）が形成され
ている。鋳造材料及び鋳型の少なくともいずれか一方か
ら熱を除去するための流体状熱担体が送管システム内を
流れる。空気は、鋳造材料が通常使用される高温状態に
おいても扱いやすく、安全で、経済的かつ効率的な媒体
であるので、熱担体として好ましく用いられる。空気は
例えばファンやブロワによって送管システム内を移送さ
れる。鋳造材料から除去される熱量は、弁や絞りフラッ
プや他の調整装置のような簡単な方法を用いて空気の流
率を変化させることにより制御することが可能である。
したがって、例えば空気の流速を増大させるか、あるい
は給気圧を増大させることで冷却システムの冷却力を上
昇させることが可能である。数気圧の圧縮空気を送管シ
ステムに給気することが実用上有効であることが既に教
示されている。個々の送管システム内に流入する空気量
の制御は送管システムの給気部と排気部で行うことが可
能である。実用的には、この制御は排気部で行われるこ
とが好ましい。

【００２３】第１の実施態様において、２個の独立した
送管システム、すなわち、クランクケース空間冷却部３
と底部冷却部４が使用されている。これにより鋳造材料
の異なる特定領域からの熱の除去を制御することが可能
となり、異なる特定領域から奪われる熱量はそれぞれ独
立に制御することが可能となる。こうした局所的な熱の
除去により、鋳造材料の温度プロフィールを制御するこ
とが可能である。鋳型の送管システムの送管の配置、形
状、及び経路により、熱を除去する特定の領域を予め決
定することが可能である。送管システムの形成と配置
は、鋳造部品の幾何学的形状と具体的な用途に応じて適
切に調整される。

【００２４】第１の実施態様において、クランクケース
１１とシリンダー空間１２の境界領域は鋳造部品の幾何
学的形状により加熱が著しいが、クランクケース空間冷
却部３はこの部分において鋳造材料から局所的に熱を奪
う機能を有する。底部冷却部４はエンジンハウジング１
の底部領域から熱を除去する機能を有する。

【００２５】更に、例として熱電素子である温度センサ
５ａ、５ｂ、５ｃが鋳造材料内に配置され、これによ
り、異なる点における鋳造材料の温度が継続的に計測さ
れる。第１の実施態様では第１の温度センサ５ａが底部
領域に配置され、第２の温度センサ５ｂがシリンダー空
間１２とクランクケース空間１１の境界領域の中央に配
置され、第３の温度センサ５ｃがエンジンハウジング１
のフランジ領域内に配置されている。ある時間における
鋳造材料の温度プロフィールは３個の温度センサ５ａ、
５ｂ、５ｃの測定値から決定される。温度センサ５ａ、
５ｂ、５ｃの測定値は例として制御システム６に送ら
れ、これにより送管システム内の空気の量が制御され
る。個々の送管システムを通じて流れる空気の量は制御
システム６により制御される。この制御は、例として、
図示されていない絞り装置により、鋳造部品の温度プロ
フィールに応じて鋳造部品の特定の領域から単位時間当
たりに奪われる熱量を大きくしたり小さくしたりして行
われる。例として、第２の温度センサ５ｂの領域が過加
熱した場合、この状況は第２の温度センサ５ｂと第３の
温度センサ５ｃの間の温度差が大きくなることで検知さ
れ、制御システム６を介して、空気の流量が増大するこ
とで、クランクケース空間冷却部３の冷却力が上げら
れ、結果としてこの２点間の温度差は小さくなる。

【００２６】図２はクランクケース空間冷却部３を形成
する送管システムを示す側面図である。図３はクランク
ケース空間冷却部３を、図２におけるIII−III線に沿っ
て切断したものの平面図である。クランクケース空間冷
却部３は１本の導管、例えば鋼管として形成されている
ことが好ましい。クランクケース空間冷却部３の給気管
部３１はほぼＳ字形状を有する湾曲部３３に連続する。
Ｓ字状湾曲部３３は他端において給気管部３１と平行に
延びる排気管部３２に連続する。クランクケース空間冷
却部３のＳ字状湾曲部３３は、クランクケース空間１１
とシリンダー空間１２の境界を形成し、図１にて参照符
号３０で示された面に接触するように鋳型内に配置され
る。Ｓ字状湾曲部３３の２個の湾曲部分は、境界面３０
の形成に応じて、図２に示されるように側面から見てＶ
字形状を形成するようにお互いに対して傾斜している。
Ｓ字状湾曲部３３の２個の湾曲部分は、シリンダー１２
２の壁に沿うようにして湾曲している。例えばグラファ
イトのような高い熱伝導性を有する複数のプレート３４
がＳ字状湾曲部３３に取り付けられ、プレート３４によ
りクランクケース空間冷却部３と境界面３０の間に接触
が生じている。この構成により、鋳造材料とクランクケ
ース空間冷却部３の間の熱交換が均一かつ非常に高い効
率で行われる。対をなすシリンダーのそれぞれがこのよ
うなクランクケース空間冷却部３を備えている。図１に
示されるように給気管部３１と排気管部３２は境界面３
０からクランクケース空間１１を通って上方に延びてい
る。給気管部３１は、例えばファンやブロワのような給
気手段に対して、個々にあるいは共通の主管路を介して
接続されている。排気管部３２は制御の精度を高めるた
めにそれぞれ独立して鋳型の外部に案内されることが好
ましい。

【００２７】図４には、底部冷却部４を形成する送管シ
ステムが示されている。底部冷却部４は鋳型ピットの底
部に配置され、エンジンハウジング１の全体の幅にわた
る主管４１を備える。４本の導管４２はそれぞれほぼＵ
字形状を有し、この内１本だけが腕部において主管４１
に連結されている。図４に矢印にて示される方向に、空
気がＵ字形状の管内を流れる。残りの３本のＵ字形状導
管の腕部はそれぞれ排気のための排気管部４３に連続し
ている。排気管部４３は、制御の精度を高めるためにそ
れぞれ独立して鋳型の外部に案内される。多数の鋼板４
４がエンジンハウジング１の底部領域を均一に冷却する
ためにU字形状導管の間に、例として溶接されて配設さ
れている。鋳造材料と底部冷却部４の間の熱交換効率を
高めるために、例としてグラファイト板４５のような熱
交換媒体を配置することも可能である。グラファイト板
４５は、底に最も近い鋳型の砂心の内部あるいは間にお
いて、鋼板４４と鋳造材料の間に配設される。更に、図
１において給気管７が配設され、これを通じて冷たい空
気が主管路４１に供給される。底部冷却部４の導管は例
えば鋼で製造される。

【００２８】本発明の第１の実施態様における最重要課
題は、鋳型内のエンジンハウジング１の冷却時間を大幅
に短縮し、これにより製造に要する全時間の大幅な短縮
化を図ることと、鋳造部品の内部応力を取り除くため
の、焼きなましのような後処理を行う必要がない程度に
内部応力を減少させることにある。

【００２９】第１の課題は、送管システム内を移送され
る空気により、鋳造材料から能動的に熱を除去すること
により達成されている。これにより、上記のような構成
によらずに鋳造材料が冷めるのを待つ受動的な方法より
も、遥かに迅速に熱が奪われる。実際の使用において、
冷却時間、すなわち鋳型内のエンジンハウジング１が取
り出し温度にまで冷却されるまでの所要時間は、受動的
な冷却を行った場合と比較して３分の１以下にまで短縮
可能なことが示されている。これは経済的な観点に立っ
て非常に大きな進歩である。

【００３０】経済的に見て、送管システムから排気され
る高温の空気を他の鋳物の乾燥に使用し、空気の熱を有
効利用することが可能なことも大きな利点である。第２
の課題は温度センサ５ａ、５ｂの領域の温度プロフィー
ルが、本発明に基づく制御冷却により、温度センサ５ｃ
の領域の温度プロフィールに一致することで解決されて
いる。これはクランクケース空間冷却部３と底部冷却部
４を通じて流れる空気量を制御することにより、鋳造材
料にわたる温度勾配を最小に抑えられることを示してい
る。鋳造材料の異なる領域からの局所的な熱の除去を制
御することにより、鋳造材料を均一に冷却することが可
能であり、したがって内部応力を非常に小さくすること
が可能である。例えば温度センサ５ｂの領域で過加熱が
生じた場合、過加熱した領域の温度を温度センサ５ｃの
領域の温度に近づけるように、送管システム（クランク
ケース空間冷却部３）の冷却力が上げられ局所的に熱が
除去される。こうした均一な冷却により鋳造部品の内部
応力を大幅に減少させることが可能である。温度センサ
５ｂの領域を過冷却し、温度センサ５ｃや温度センサ５
ａの領域よりもこの部分の温度を局所的に低くすること
も可能である。したがって温度センサ５ｂの領域におい
て圧縮応力を生じさせることも理論的に可能である。

【００３１】本発明の第１の実施態様においては、こう
した構成により、冷却の空間的な過程（温度プロフィー
ル）と時間的な過程（冷却率）の両方を制御することが
可能である。このことは、製造される鋳造部品の幾何学
的な形状や機械的な性質に応じて、冶金学的な見地に基
づいて、鋳造部品の冷却の空間的、時間的な過程を最適
化することが可能なため、鋳造技術の可能性が大幅に拡
がることを意味する。

【００３２】鋳造材料１０と熱担体の間の熱交換の変形
例が図５から図９に略示的に示されている。この場合、
熱担体は好ましくは空気であり、送管システムの一部で
ある導管８を通じて流れる。いずれの図においても熱担
体である空気の流れは矢印により示されている。最も簡
単な例（図５参照）では、導管８は砂心９の内部に通
り、砂が送管システムと鋳造材料の間の熱交換媒体とし
て機能している。熱伝導率の高い、好ましくはグラファ
イト２０のような材料を熱交換媒体として使用すること
も可能である（図６、図７、図９を参照）。図６に示さ
れた変形例では導管８はグラファイト２０に完全に囲繞
されている。これは導管８が少なくとも一部分において
グラファイト体の内部に形成されることで実施されう
る。図７に示された変形例では、導管８と鋳造材料１０
の間の熱交換媒体としてグラファイト２０が配置されて
いるが、導管８は鋳造材料１０から遠いほうの側面で砂
心９に接している。図９に断面図にて示されているよう
に、導管８を部分的に砂心９内に埋設し、一方の側面で
例えば板状に形成されたグラファイト２０に接触するよ
うに構成してこの変形例を実施することも可能である。
熱交換率を向上させるべく、図９に示されるように、グ
ラファイト２０と導管８と砂心９とに囲繞される空間
を、やはり熱伝導率が高く、かつ成形可能な材料で充填
することが好ましい。こうした材料として適当なものに
は、例えばグラファイト粉末、グラファイト粒、グラフ
ァイト粉末及びグラファイト粒の少なくともいずれか一
方を熱伝導性のよい、例えばフラン結着剤のような樹脂
と混合したものがある。図８に示された変形例では鉄体
２１が導管８を囲繞しており、これは例えば導管８を鉄
体２１内に鋳込んで形成される。鉄体２１と鋳造材料１
０の間にグラファイト２０が再び配設されている。

【００３３】本発明の第２の実施態様は自動車用プレス
機のような大型のプレス機に使用される大型の偏心ホイ
ールの製造に関する。第１の実施態様では、本発明に基
づき鋳造材料の冷却の過程を制御する方法が主に示され
たが、第２の実施態様では本発明に基づき鋳造材料の固
化の過程を制御する方法を主に示す。

【００３４】図１０では、外縁に歯状部を有するリム５
１を備えた偏心ホイール５０の半分が示されている。理
解を助けるうえで、図１１に偏心ホイール５０の線ＸＩ
に沿った断面を示す。こうした偏心ホイールもまた通常
は適切に形成された砂心を使用して鋳造される。理解を
容易にするために図１０と図１１では砂型は省略されて
いる。

【００３５】偏心ホイール５０は、より長い耐用時間を
得るための必要条件として、特に歯状部を有するリム５
１において、非常に高い硬度を有するなどの優れた機械
的性質を備えていなければならない。そのためには、歯
状部を有するリム５１の結晶構造にセメンタイト沈着物
などが含有されてはならない。結晶構造に求められるこ
ういった条件を従来の鋳造技術で満たすことは困難であ
るため、例えば要求される硬度を得るためには、鋳型か
ら取り出した後に鋳造部品の結晶構造に手間のかかる熱
による後処理（例えば、空気で冷却した後、応力を取り
除くために焼きなまし処理を行うなど）を行って、その
性質を変えなければならない。こうした方法を処理コス
トの面から見た場合の課題は、熱により結晶構造を変え
る後処理を、特に高い硬度が必要とされる部分のみでな
く、偏心ホイール５０の全体にわたって行っていること
にある。本発明に基づく制御冷却により、特に高い硬度
を必要とされる部分、すなわち歯状部を有するリム５１
の部分の固化を、歯状部を有するリム５１が小さな共晶
体から成る優れた結晶構造を備え、完全にパーライト状
となるように、指向制御された熱除去によって促進する
ことが可能である。制御冷却によって、熱による後処理
を行うことなく、偏心ホイール５０のその他の部分に大
きな影響を与えずに、歯状部を有するリム５１において
要求される硬度を得ることが可能である。

【００３６】第２の実施態様において、冷却システムは
偏心ホイール５０の外周に沿って配置された多数の冷却
板６０を有する。熱交換率を高めるために、熱伝導性の
良い、例えばグラファイト部材７０が冷却板６０のそれ
ぞれと偏心ホイール５０の間に、グラファイト部材７０
の片側の面が偏心ホイールの湾曲に一致するように配置
されている。

【００３７】図１２は冷却板６０の平面図である。冷却
板６０は、平行に延びる導管を備えたほぼ長方形の形状
を有し、本実施態様においては、１本の導管６１として
形成された送管システムを有する。導管６１は冷却用の
空気を冷却板内を通じて流すための給気口６２と排気口
６３を有する。冷却板６０の内部において、導管６１は
最初に冷却板６０の外周に平行に沿って延び、次に冷却
板６０の中心に向かって折曲し、更に再び排気口６３に
向けて逆方向に延びる。図１１、図１２で空気の流れる
方向は矢印で示されている。冷却板６０は、例として内
部に導管６１が平行に延びるように鋳込まれた長方形の
中実の鋼鉄または鉄製の板として形成される。

【００３８】個々の冷却板６０への空気供給は独立に行
うことも、複数個をまとめて協調させて行うことも可能
で、いずれの場合も給気口６２を通じて行われる。冷却
板６０を通じて流れる空気の単位時間当たりの流量を制
御することで、鋳造部品の歯状部を有するリム５１から
奪われる熱量を制御することが可能である。このように
して制御することにより局所的に鋳造部品の固化を促進
することが可能である。熱の除去を制御することで固化
を促進する鋳造部品の範囲は冷却板６０あるいは同様の
冷却部材を適当に配置することで予め決定することが可
能である。

【００３９】したがって本発明により鋳造材料の固化の
空間的、時間的過程を制御することが可能である。これ
により、固化過程で成長する結晶構造を局所的に制御す
ることが可能であるため、同様な鋳造技術の発展の可能
性が考えられる。

【００４０】本発明の第３の実施態様は、比較的小径の
ボアを備えた、充実体にしてかつ肉厚の大きな部分、ま
たは塊状の部分を有する鋳造部品の製造に関する。図１
３には、斜線にて示された中実ブロック８０を有するこ
うした鋳造部品の断面が示され、内部に小ボア８０が設
けられている。図１３に断面図にて示された鋳造部品も
また図中には示されていない砂型で鋳造されたものであ
る。小ボア８１として形成される予定の部分には液状の
鋳造材料が流れ込まないように砂心が配置されている。
従来の鋳造方法では、こうした小ボア８１の部分に過剰
に熱が蓄積してしまうことが公知の課題であった。熱の
蓄積によりしばしば砂心９０の砂が過加熱し、砂の融点
を上回ると鋳造材料が砂型９０を貫通し、砂型９０の内
部に流入してしまう。この結果生じる砂と鋳鉄の混合物
は鋳型から鋳造部品を取り出した後に、手間をかけて鏨
で取り除かなくてはならず、この作業は非常に時間がか
かるのみばかりでなく、作業者の関節に害をもたらす。

【００４１】この問題もまた、本発明に基づく制御冷却
により解決することが可能である。鋳造部品の小ボア８
１を含む部分の熱は、砂型９０の内部に延びる送管シス
テムにより除去され、この送管システムを通じて熱担体
である空気が流れる。このようにして鋳造部品の固化及
び冷却の少なくともいずれか一方を、小ボア８１の周辺
の領域において促進し、空気の流量を適切に調整するこ
とで制御することが可能である。また、砂心９０の融点
を上回るような加熱を効果的に回避することができる。

【００４２】図１３に示した中実のブロックにおいて
は、冷却のための送管システムは二重のＵ字形状の導管
９１として形成されている。導管９１を通じた空気の流
れは矢印にて示されている。こうした二重のＵ字形状を
有する導管９１は、初めに直線状の管をＵ字形に折曲
し、このＵ字形の導管の折曲した側の端部をＵ字が開い
た側の端部の方向に再び折曲して製造される。

【００４３】以上に示された実施態様は砂型を用いた鋳
造方法と、砂型に関するものであるが、本発明は上記実
施態様に限定されるものではない。本発明は重力ダイカ
スト法及びその鋳型（大部分が鋳鉄から製造される金属
製鋳型）に対しても同様に有効であり、鋳造部品の一部
が重力ダイカストにより形成され、他の部分が砂型によ
り形成されるような鋳造方法及びその鋳型に対しても有
効である。重力ダイカスト鋳型を使用すれば、例えば熱
担体のための送管システムを重力ダイカスト鋳型の型壁
の内部に埋設することが可能であり、例えば送管システ
ムを重力ダイカスト鋳型内に鋳込むことが可能である。

【００４４】冷却システムの配置、及び経路は製造され
る鋳造部品の幾何学的形状や特定の用途、すなわち、目
的とされる冶金学的な効果に応じて決定される。こうし
た基準に基づいて、熱の除去を制御して計画的に行う鋳
造部品の特定の領域を予め決定することが可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明に基づく鋳造方法と鋳型により、
鋳造部品の固化における空間的、時間的な進行過程、及
び鋳造部品の冷却における空間的、時間的な進行過程の
少なくともいずれか一方を制御冷却によって制御するこ
とが可能である。これにより特に大容積の鋳造部品にお
ける冷却時間を大幅に短縮することが可能である。更
に、例えば内部応力を減少させるための焼きなましや、
結晶構造の性質を必要に応じて変化させるための焼きな
らしといった、手間の掛かる熱による後処理を行わず
に、高品質の金属製鋳造部品を製造することが可能であ
る。したがって大幅な時間とコストの削減が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施態様における鋳型ピット内部のエン
ジンのハウジングを示す概略断面図。

【図２】図１のエンジンハウジングのクランクケースか
ら熱を除去するための送管システムの側面図。

【図３】図２を線III−IIIの方向より見た平面図。

【図４】図１のエンジンハウジングの底部の冷却のため
の送管システムを示す概略図。

【図５】鋳造材料と熱担体の間の熱交換を行う構成の一
変形例の略示図。

【図６】鋳造材料と熱担体の間の熱交換を行う構成の別
の一変形例の略示図。

【図７】鋳造材料と熱担体の間の熱交換を行う構成の別
の一変形例の略示図。

【図８】鋳造材料と熱担体の間の熱交換を行う構成の別
の一変形例の略示図。

【図９】鋳造材料と熱担体の間の熱交換を行う構成の別
の一変形例の略示図。

【図１０】本発明の第２の実施態様の理解を助けるため
の偏心ホイールの概略図。

【図１１】図１０の偏心ホイールの線XI−XIに沿った断
面図。

【図１２】冷却プレートの平面図。

【図１３】本発明の第３の実施態様の理解を助けるため
の小ボアを備えた中実ブロックを示す概略断面図。

【符号の説明】

１…エンジンハウジング、２…鋳型ピット、３…クラン
クケース空間冷却部、４…底部冷却部、５ａ…第１の温
度センサ、５ｂ…第２の温度センサ、５ｃ…第３の温度
センサ、６…制御システム、７…給気管、１１…クラン
クケース空間、１２…シリンダ空間、２１…鋳型ピット
の底部、２２…鋳型ピットの内壁、３０…シリンダとク
ランクケースの境界面、４１…底部冷却部の主管、４４
…鋼板、４５…グラファイト板、１２２…シリンダ。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液状の鋳造材料を鋳型、特に砂型内に導
   入し、鋳型の内部で鋳造材料が固化、冷却することで鋳
   造材料から金属製鋳造部品を鋳造する方法において、鋳
   型の内部における鋳造材料の冷却を冷却システム（３，
   ４，６０，９１）により制御することを特徴とする鋳造
   方法。
2. 【請求項２】 鋳型内の鋳造部品の予め決定された少な
   くとも１つの領域から計画的にかつ制御して熱を除去す
   ることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
3. 【請求項３】 鋳型内の鋳造部品の複数の予め決定され
   た領域において、異なる領域において奪われる熱量をそ
   れぞれ独立に制御することにより、計画的にかつ制御し
   て熱を除去することを特徴とする請求項１または２に記
   載の鋳造方法。
4. 【請求項４】 流体、特に空気流により熱を除去するこ
   とを特徴とする請求項２または３に記載の鋳造方法。
5. 【請求項５】 鋳造材料の異なる領域における局所的な
   温度を温度センサ（５ａ，５ｂ，５ｃ）により継続的に
   計測することで冷却を制御するための温度プロフィール
   を得ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項
   に記載の鋳造方法。
6. 【請求項６】 鋳造材料にわたった温度勾配が最小にな
   ることを特徴とする請求項５に記載の鋳造方法。
7. 【請求項７】 鋳造材料の固化を計画的な熱の除去によ
   り制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
   １項に記載の鋳造方法。
8. 【請求項８】 鋳型の内部で液状の鋳造材料が固化、冷
   却することで鋳造材料から金属製鋳造部品を製造するた
   めの鋳型、特に砂型において、鋳造材料の冷却を制御す
   るための冷却システム（３，４，６０，９１）を特徴と
   する鋳型、特に砂型。
9. 【請求項９】 冷却システムが流体状熱担体、特に空気
   のための送管システム（３，４，６１，９１）を少なく
   とも１つ備えることにより、鋳造材料の少なくとも一箇
   所の予め決定された領域から計画的かつ制御して熱を除
   去することを特徴とする請求項８に記載の鋳型。
10. 【請求項１０】 冷却システム（３，４，６０，９１）
    が熱交換媒体（９，２０，２１，２２）を備えることに
    より送管システム（３，４，６１，９１）と鋳造材料
    （１０）が熱的に連動することを特徴とする請求項９に
    記載の鋳型。
11. 【請求項１１】 熱交換媒体（２０，２１，２２）がグ
    ラファイトを含むことを特徴とする請求項１０に記載の
    鋳型。
12. 【請求項１２】 冷却システム（３，４，６０，９１）
    が流体状熱担体、特に空気のための送管システム（３，
    ４）を少なくとも２つ備え、鋳造材料の予め決定された
    複数の領域において、異なる領域において奪われる熱量
    を異なる送管システム（３，４）により独立に制御する
    ことにより、計画的かつ制御して熱を除去することを特
    徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の鋳
    型。
13. 【請求項１３】 鋳造材料にわたった温度勾配が最小に
    なるように、除去される熱量を制御する制御システム
    （６）を更に備えることを特徴とする請求項８乃至１２
    のいずれか１項に記載の鋳型。