中子支持金具及びその製造方法
【課題】キャビティ内に溶湯が流入する際に、脚部に対する溶湯の影響を簡単な構成によって低減する。
【解決手段】中子支持金具１０は、キャビティ１４内に配置される中子１６に装着される本体部２２と、本体部２２と接続する根元部２６から半径外方向に延出する連結部２８を介して先端部３０がキャビティ１４の壁面１４ａに当接する複数の脚部２４と、を備える。この脚部２４は、根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじれており、連結部２８は、先端部３０近傍における溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さくなっている。
【解決手段】中子支持金具１０は、キャビティ１４内に配置される中子１６に装着される本体部２２と、本体部２２と接続する根元部２６から半径外方向に延出する連結部２８を介して先端部３０がキャビティ１４の壁面１４ａに当接する複数の脚部２４と、を備える。この脚部２４は、根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじれており、連結部２８は、先端部３０近傍における溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さくなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造時にキャビティ内で中子を支持する中子支持金具及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空部を有する鋳造品を成形する場合には、鋳型のキャビティ内に中子を配置することがある。この場合、キャビティ内での中子の位置決め手段として中子支持金具（ケレン：ｃｈａｐｌｅｔ）が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１の鋳造装置に適用されているケレンは、砂中子（以下、単に中子という）が内挿されるスリーブの外周に４本の支持片（以下、脚部という）を有する。この脚部を有したケレンによって、中子は鋳型の製品部空間（以下、キャビティという）内の軸心位置に支持される。そして、中子がケレンに支持された状態において、キャビティ内に溶湯が充填され、該溶湯が凝固することで、中空部分を有する鋳造品が成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−２８８９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、特許文献１等のケレンは、キャビティ内に溶湯が流入する際に、溶湯からの押圧力（溶湯圧力）や熱の影響を受けることで、中子を支持している脚部が変形又は溶融する不具合が発生する。これにより、ケレンは、キャビティ内における中子の支持状態を容易に変化させてしまう。そして、ケレンが中子の支持状態を崩すことで、偏肉等の鋳造不良を起こして鋳造品が鋳造され、鋳造時の歩留りが低下するという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、キャビティ内に溶湯が流入する際に、脚部に対する溶湯の影響を簡単な構成によって低減することができ、これにより鋳造品の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる中子支持金具及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具であって、前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけてねじれた形状であり、前記連結部は、前記先端部近傍における前記溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、脚部が根元部から先端部にかけてねじれた形状であり、且つ連結部の先端部近傍において、溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さいことから、溶湯の進入方向に臨む面の平面面積が小さくなる。したがって、キャビティに溶湯が流入する際に、脚部が溶湯の流れにともなう押圧力を受けても、対向する面の平面面積が小さいため、容易に受け流すことが可能となり、溶湯の押圧力や熱の影響による脚部の変形又は溶融を低減することができる。
【０００９】
また、中子支持金具の脚部がねじれた形状であることによって、該脚部の倒れや曲げに対する強度を向上することができる。すなわち、中子支持金具は、キャビティに配置することで、脚部がキャビティの壁面から押圧力を受けることになる。この場合、押圧力の方向に応じて脚部を倒れさせたり、曲げさせたりすることがあるが、中子支持金具の脚部がねじれていることで、押圧力に対する曲げ強度が強くなっているため、中子を安定的に支持することが可能となる。
【００１０】
このように、中子支持金具は、脚部がねじれた形状であるという簡単な構成によって、キャビティ内に溶湯が流入する際における該溶湯の影響を低減することができる。これにより、鋳造品の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。
【００１１】
また、上記構成は、従来の中子支持金具に対して脚部をねじるだけで形成することができる。このため、従来の中子支持金具に設計変更を加える必要がなく、本発明に係る中子支持金具を容易に製造することが可能となる。
【００１２】
この場合、前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて略９０°ねじれていることが好ましい。
【００１３】
このように、脚部が略９０°ねじれていることで、溶湯の進入方向に対して側面方向に臨んでいた面を、該溶湯の進入方向に臨ませることができる。したがって、例えば、平板状の脚部を形成することで、該平板状の板厚面を溶湯の進入方向に対向させることができる。
【００１４】
ここで、前記本体部及び前記脚部は、平板状の板材によって一体形成されており、前記脚部は、前記根元部から前記先端部まで平板状に延在した前記連結部がねじれている構成とすることができる。
【００１５】
本体部及び脚部を板材によって一体形成することで、例えば溶接による接合工程を省くことができるので、中子支持金具の製造工程を効率化することができる。また、板材からなる脚部は、溶湯の進入方向から見た連結部の平板面の面積が大きく、該進入方向と直交する方向から見た板厚面の面積が小さく形成される。したがって、この脚部がねじれることで、板材の板厚面を溶湯の進入方向に向けることができ、キャビティに溶湯が流入する際に、溶湯をより容易に受け流すことができる。
【００１６】
また、前記脚部は、前記連結部の前記根元部近傍においてねじれていることが好ましい。
【００１７】
連結部の根元部近傍においてねじれていることで、溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅を、この根元部近傍から先端部にかけて全体的に小さくすることができるため、溶湯の進入方向に対向する脚部の平面面積がさらに小さくなる。これにより、キャビティに溶湯が流入する際に、溶湯をより一層容易に受け流すことができる。
【００１８】
さらに、前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて先細となるテーパ形状に形成されていてもよい。
【００１９】
このように、脚部がテーパ形状に形成されていることで、キャビティの壁面に接触する先端部を小さくすることができ、鋳造される鋳造品の周面に中子が露出することを低減することができる。また、脚部が連結部の根元部近傍においてねじれている構成の場合、この連結部の根元部近傍は、ねじれ応力に充分対応可能な断面面積を有するため、脚部を破断させることなく、ねじれを許容することができる。
【００２０】
さらにまた、前記複数の脚部は、前記キャビティの下側の壁面に当接する脚部のみがねじれていてもよい。
【００２１】
ここで、中子支持金具の複数の脚部は、キャビティの型締め等によって壁面からの荷重（押圧力）が大きくかかることがある。特に、キャビティの下側の壁面に当接する脚部は、この荷重とともに、溶湯の進入時に該溶湯の押圧力や熱の影響を最も大きく受けるため、上側の壁面に当接する脚部よりも変形しやすい。したがって、キャビティの下側の壁面に当接する脚部をねじることによって、溶湯の影響を確実に低減することができる。しかも、複数の脚部のうちキャビティの下側の壁面に当接する脚部のみをねじればよいので、ねじれた形状の脚部を簡単に形成することができ、製造時の作業効率を向上させることができる。
【００２２】
また、上述した目的を達成するために、本発明は、キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具の製造方法であって、平板状の板材から円板形状の前駆部材を形成する第１の工程と、前記前駆部材をプレスして前記本体部と、該本体部から半径外方向に延出する鍔部と、を形成する第２の工程と、前記鍔部を切り欠いて前記脚部を形成する第３の工程と、前記脚部をねじる第４の工程と、を有することを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、第１〜第４の工程を実施することによって、脚部がねじれている中子支持金具を板材から容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、キャビティ内に溶湯が流入する際に、脚部に対する溶湯の影響を簡単な構成によって低減することができ、これにより鋳造品の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る中子支持金具を用いる鋳型を概略的に示す一部断面説明図である。
【図２】図１の中子支持金具及び中子の先端を示す斜視図である。
【図３】図２の中子支持金具を示す図であり、図３Ａは図２の矢印Ａ方向から見た図であり、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】図３の中子支持金具の脚部を拡大して示す説明図であり、図４Ａは脚部をねじる前の図、図４Ｂは図４Ａの脚部をねじった状態の図、図４Ｃは比較的幅が広い脚部をねじる前の図、図４Ｄは図４Ｃの脚部をねじった状態の図である。
【図５】図２の中子支持金具の製造工程を示す説明図であり、図５Ａは第１の工程を示す図、図５Ｂは第２の工程を示す図、図５Ｃは第３の工程を示す図、図５Ｄは第４の工程を示す図である。
【図６】図２の中子支持金具を用いる鋳造方法の第１説明図であり、図６Ａは中子支持金具と中子の取付けを示す図、図６Ｂは中子の配置を示す図、図６Ｃは図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。
【図７】図２の中子支持金具を用いる鋳造方法の第２説明図であり、図７Ａは可動型と固定型の型締め状態を示す図、図７Ｂはキャビティに溶湯を充填した状態を示す図である。
【図８】図７ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７Ｂにおいて鋳造された鋳造品を示す図であり、図９Ａは側面断面図、図９Ｂは図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。
【図１０】図１０Ａは第２実施形態に係る中子支持金具を示す斜視図、図１０Ｂは図１０Ａの中子支持金具の支持状態を示す説明図、図１０Ｃは第２実施形態の変形例に係る中子支持金具を示す斜視図、図１０Ｄは図１０Ｃの中子支持金具の支持状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る中子支持金具及びその製造方法について好適な実施の形態（第１及び第２実施形態）を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１は、第１実施形態に係る中子支持金具１０を用いる鋳型１２を概略的に示す一部断面説明図である。図１に示すように、中子支持金具１０は、鋳型１２のキャビティ１４に溶湯を流入する際に、該キャビティ１４内に配置される棒状の中子１６を支持する金具として適用される。
【００２８】
第１実施形態に係る鋳型１２は、固定型１８及び可動型２０を鋳型砂（例えば、珪砂）で形成した砂型で、可動型２０を昇降移動することで型開きや型締めを実施する。固定型１８及び可動型２０の当接面には、キャビティ１４の壁面１４ａが窪みとして形成されており、これらの窪みが固定型１８及び可動型２０の型締めによって、所定形状のキャビティ１４に形成される。
【００２９】
キャビティ１４内に配置される中子１６は、鋳型１２と同様に鋳型砂で形成した長尺な円柱体に形成されている。中子１６は、鋳造品の鋳造後に除去する必要があるので、粘結剤を配合した砂や、熱により溶けて消失するワックスなどを用いて製造されている。この中子１６の先端には中子支持金具１０が被せられる。一方、中子１６の後端には、中子１６の回転を防止する幅木（図示せず）が形成されている。すなわち、中子１６は、先端が中子支持金具１０に支持されるとともに、後端（幅木）が鋳型１２に支持されることにより、キャビティ１４内の軸心位置に配置される。
【００３０】
図２は、図１の中子支持金具１０及び中子１６の先端を示す斜視図である。第１実施形態に係る中子支持金具１０は、中子１６の先端に装着される本体部２２と、本体部２２から放射状に延出する複数（第１実施形態では、３本）の脚部２４と、を備える。また、中子支持金具１０は、鋳造品との密着性向上のために表面に錫（Ｓｎ）メッキ処理または表面処理が施されている。
【００３１】
図３は、図２の中子支持金具１０を示す図であり、図３Ａは図２の矢印Ａ方向（本体部２２の軸方向）から見た図であり、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。図３Ｂに示すように、中子支持金具１０の本体部２２は、有底筒状に形成されており、中子１６の先端に被せることができるように、周壁２２ａの内径が中子１６の外径より大きく設定されている。なお、本体部２２は、冷やし金としての機能を付加させることもできる。
【００３２】
図３Ａに示すように、中子支持金具１０の３本の脚部２４は、本体部２２（周壁２２ａ）の開口端２２ｂにそれぞれ等間隔（すなわち、１２０°間隔）に形成されている。各脚部２４は、長手方向の長さが揃えられて本体部２２から半径外方向（開口端２２ｂの法線方向）に延出している。中子支持金具１０は、各脚部２４の先端部３０が断面円形に形成されているキャビティ１４の壁面１４ａにそれぞれ当接することで、本体部２２をキャビティ１４の軸心と同軸上に配置させる（図８等参照）。また、中子支持金具１０は、脚部２４を周壁２２ａの開口端２２ｂに形成することにより、平板状の板材４０を使用して、本体部２２及び脚部２４を一体にプレス成形することが可能となる（図５参照）。
【００３３】
図４は、図３の中子支持金具１０の脚部２４を拡大して示す説明図であり、図４Ａは脚部２４をねじる前の図、図４Ｂは図４Ａの脚部２４をねじった状態の図、図４Ｃは比較的幅が広い脚部２４をねじる前の図、図４Ｄは図４Ｃの脚部２４をねじった状態の図である。図４Ａに示すように、脚部２４は、板材４０からプレス成形を介することで、平板状に延在し、本体部２２に接続する根元部２６と、根元部２６に連なり半径外方向に延出する連結部２８と、連結部２８に連なり円弧状に形成された先端部３０と、を備えるようになる。この場合、本体部２２の軸方向から見た面（平板面３２）の短手方向の幅Ｗ１が、軸方向側面から見た脚部２４の板厚（板厚面３４）の幅（図示せず）よりも大きく形成される。
【００３４】
そして、第１実施形態に係る中子支持金具１０は、図２、図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、脚部２４が根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじれるように構成されている。すなわち、脚部２４は、本体部２２の軸方向から見ると、図４Ａに示す短手方向の幅Ｗ１が比較的大きく形成された平板面３２から、図４Ｂに示すように略９０°ねじられることで、短手方向の幅Ｗ２が小さくなった板厚面３４が向くように変形される。
【００３５】
この脚部２４についてさらに詳細に説明すると、図４Ａに示すように、プレス後の板状の脚部２４は、根元部２６から先端部３０にかけて先細となるテーパ形状に形成されている。このようにテーパ形状に形成されていることで、脚部２４の強度を確保した状態で脚部２４が細くなり、またキャビティ１４の壁面１４ａに接触する先端部３０が小さくなるので、鋳造品を製造した際に、この鋳造品の周面から先端部３０が露出することを確実に防ぐことができる。
【００３６】
そして、この図４Ａに示す脚部２４を略９０°ねじることによって、図４Ｂに示す脚部２４に変形される。すなわち、図４Ｂに示す脚部２４は、根元部２６付近では平板面３２が臨み、連結部２８の根元部２６近傍において略９０°ねじられているねじれ箇所Ｘが存在し、このねじれ箇所Ｘから先端部３０にかけては板厚面３４が臨む形状となっている（したがって、本体部２２の軸方向側面から見た場合、図３Ｂに示すように、根元部２６付近では板厚面３４が臨み、ねじれ箇所Ｘから先端部３０にかけては平板面３２が臨んでいる）。
【００３７】
ここで、連結部２８のねじれ箇所Ｘは、根元部２６近傍に設けられ、且つ中子支持金具１０の脚部２４がテーパ形状となっていることで、ねじれ応力に充分に対応可能な断面面積を有している。よって、ねじれ箇所Ｘにおいてねじれ応力を付与してねじっても、脚部２４を破断することなく、容易に略９０°のねじれを許容することができる。このように脚部２４がねじれ箇所Ｘにおいて略９０°ねじられていることで、中子支持金具１０は、中子１６の支持機能を有しつつ、軸方向から見た平面面積が大きく減少することになり（図４Ａ及び図４Ｂ参照）、溶湯の押圧力を容易に受け流すことが可能となる。この脚部２４の具体的な作用効果については後述する。
【００３８】
なお、脚部２４は、図４Ｃに示すように、平板面３２の短手方向の幅Ｗ１’を、図４Ａに示す幅Ｗ１よりもさらに広く形成してもよい。この場合、板厚面３４の幅Ｗ２’が図４Ａ及び図４Ｂの脚部２４の板厚面３４の幅Ｗ２と同じであれば、脚部２４を略９０°ねじることにより、図４Ｄに示すように、本体部２２の軸方向から見た平面面積が図４Ｂに示す平面面積と一致するため、平面面積の減少率が大きくなる。
【００３９】
次に、第１実施形態に係る中子支持金具１０の製造方法を説明する。図５は、図２の中子支持金具１０の製造工程を示す説明図であり、図５Ａは第１の工程を示す図、図５Ｂは第２の工程を示す図、図５Ｃは第３の工程を示す図、図５Ｄは第４の工程を示す図である。中子支持金具１０を形成する場合は、第１の工程において、平板状の板材４０から円板形状の前駆部材４２を形成する（図５Ａ参照）。すなわち、第１の工程により、中子支持金具１０にプレス成形する前段階の前駆部材４２が用意される。
【００４０】
第２の工程において、前駆部材４２をプレスして、有底筒状の本体部２２と、該本体部２２から半径外方向に延出する鍔部４４と、を一体形成する（図５Ｂ参照）。この鍔部４４の外径は、中子支持金具１０が配置されるキャビティ１４の壁面１４ａの内径と一致するように形成される。
【００４１】
第３の工程において、鍔部４４の一部（斜線で示すエリア）を切り欠いて、３本の脚部２４を形成する（図５Ｃ参照）。これにより、脚部２４は、軸方向から見た平板面３２の幅Ｗ１が、板厚面３４の幅（板厚）よりも充分に大きく形成される（図４Ａ参照）。
【００４２】
第４の工程において、専用の把持用装置又はペンチ等により脚部２４の所定位置を把持して、該脚部２４を略９０°ねじる（図５Ｄ参照）。これにより、中子支持金具１０は、脚部２４が根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじられた形状に変形される。
【００４３】
このように、第１〜第４の工程を実施することによって、脚部２４が略９０°ねじれている中子支持金具１０を板材４０から容易に形成することができる。また、中子支持金具１０の本体部２２及び脚部２４を一体成形することで、例えば溶接による接合工程を省くことができるので、中子支持金具１０の製造工程を効率化することができる。第１〜第４の工程の後は、表面（本体部２２の内面も含む）に錫メッキが施され、鋳造に好適な中子支持金具１０を得ることができる。
【００４４】
次に、第１実施形態に係る中子支持金具１０を用いる鋳造方法、及び中子支持金具１０の作用効果について説明する。図６は、図２の中子支持金具１０を用いる鋳造方法の第１説明図であり、図６Ａは中子支持金具１０と中子１６の取付けを示す図、図６Ｂは中子１６の配置を示す図、図６Ｃは図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。図７は、図２の中子支持金具１０を用いる鋳造方法の第２説明図であり、図７Ａは可動型２０と固定型１８の型締め状態を示す図、図７Ｂはキャビティ１４に溶湯を充填した状態を示す図である。図８は、図７ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【００４５】
中子支持金具１０を用いて鋳造を行う場合は、図６Ａに示すように、中子支持金具１０の本体部２２を中子１６の先端に被せる。既述したように、本体部２２の内径は中子１６の先端の外径よりも大きく形成されているため、中子支持金具１０を容易に中子１６に取り付けることができる。
【００４６】
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、次に、中子支持金具１０を取り付けた中子１６を固定型１８に配置する。本実施の形態では、１本の脚部２４を下方向に延出する姿勢とした後、中子１６の後端を固定型１８の所定位置に位置決めし、脚部２４の先端部３０をキャビティ１４の壁面１４ａに当接させる。中子１６は、後端の幅木が鋳型１２に支持されるため、先端が１本の脚部２４でも固定型１８上面の窪みに安定的に支持される。なお、２本の脚部２４を斜め下方向に延出する姿勢として、中子１６を支持するようにしてもよいことは勿論である。脚部２４が当接した状態では、先端部３０が円弧状に形成されているため、キャビティ１４の壁面１４ａに対して脚部２４を点接触させることができる。
【００４７】
図７Ａに示すように、次に、可動型２０を下降して鋳型１２を型締めする。鋳型１２を型締めする際には、可動型２０のキャビティ１４の壁面１４ａに２本の脚部２４が当接する。これにより、中子支持金具１０は、型締めが行われたキャビティ１４内で中子１６を確実に支える。ここで、中子支持金具１０は、可動型２０の型締めにともなって、脚部２４がキャビティ１４の壁面１４ａから押圧力を受けることなる。この場合、押圧力の方向によって脚部２４を倒れさせたり、曲げさせたりすることがある。しかしながら、第１実施形態に係る中子支持金具１０は、脚部２４が略９０°ねじれていることで、押圧力に対する曲げ強度が強くなっているため、中子１６を安定的に支持することが可能となる。
【００４８】
次に、鋳鉄等を溶融させた溶湯をキャビティ１４に充填する。溶湯は、湯道１２ａを介してキャビティ１４内に流入され、さらに、中子１６の先端側から後端側に向かって流れ込んでいく（図７Ａの矢印方向）。すなわち、溶湯は、図８に示す中子支持金具１０に対して紙面奥方向に向かって進入する。
【００４９】
図８に示すように、第１実施形態に係る中子支持金具１０は、脚部２４が連結部２８のねじれ箇所Ｘにおいて略９０°ねじれている。このため、脚部２４のねじれ箇所Ｘからは、板厚面３４が溶湯の進入方向に向いており、溶湯の進入方向から見た面の幅が、根元部２６から先端部３０に向かって全体的に小さくなっている。これにより、溶湯の進入方向に臨む脚部２４の平面面積が大きく減少するため、キャビティ１４に溶湯が流入する際に、脚部２４が溶湯の押圧力を受けても容易に受け流すことが可能となり、該脚部２４の変形や溶融を低減することができる。
【００５０】
ここで、例えば、脚部２４の平板面３２や板厚面３４の幅を単に大きくして、溶湯の押圧力や熱の影響を受けた時の脚部２４の変形率や溶融率を低減することで、中子１６の支持を維持させる手段も考えられる。しかしながら、脚部２４の平板面３２や板厚面３４の幅が大きい場合は、この脚部２４がキャビティ１４内に流入する溶湯の流れを阻むため、キャビティ１４内に注入される溶湯に乱流が発生し、巣や空洞等を生じさせてしまう。これに対し、本実施の形態の中子支持金具１０は、脚部２４が略９０°ねじれている構造により、溶湯の流れをスムーズにしつつ、脚部２４の変形や溶融を低減させる効果を得ることができる。
【００５１】
また、溶湯の流入により中子１６に浮力が作用しても、脚部２４が可動型２０のキャビティ１４の壁面１４ａに当接しているので、中子１６が移動することを防ぐことができる。このように、中子支持金具１０は、キャビティ１４内に溶湯が流入する際に、中子１６の先端を安定的に支持することができる。また、溶湯は、中子支持金具１０の脚部２４によって流れが乱されることなく、キャビティ１４内に充填されるため、凝固時に巣や空洞等の鋳造不良の発生を低減することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態に係る中子支持金具１０は、複数の脚部２４を全てねじれた形状に形成しているが、１本の脚部２４のみがねじれ、このねじれた形状を有する脚部２４をキャビティ１４の下側の壁面１４ａに当接させるようにしてもよい。キャビティ１４の下側の壁面１４ａに当接する脚部２４は、壁面１４ａからの押圧力と同時に、溶湯の進入時に溶湯の押圧力や熱の影響を最も大きく受けるため、上側の壁面１４ａに当接する脚部２４よりも変形しやすい。したがって、キャビティ１４の下側の壁面１４ａに当接する１本の脚部２４をねじれ形状としているだけでも、溶湯の影響を確実に低減することができる。しかも、複数の脚部２４のうち１本の脚部２４のみをねじればよいので、ねじれ形状の脚部２４を簡単に形成することができ、製造時の作業効率を向上させることができる。
【００５３】
図７Ｂに示すように、キャビティ１４内に溶湯が充填された後は、一定時間待機して溶湯を凝固させる。なお、中子支持金具１０の本体部２２は、溶湯の凝固時に、中子１６の先端が焼きついて鋳造品に砂が付着することを防ぐことができる。さらに、本体部２２が冷やし金として機能することで、凝固がスムーズに促進され、鋳造品に鋳巣が発生することを防ぐことができる。
【００５４】
キャビティ１４内の溶湯が凝固した後は、可動型２０を上昇して、鋳型１２を型開きする。ここで、中子支持金具１０の表面には錫メッキ処理が施されているので、溶湯を中子支持金具１０に確実に密着させた鋳造品が成形されている。したがって、鋳造品の品質を高めることができる。
【００５５】
図９は、図７Ｂにおいて鋳造された鋳造品５０を示す図であり、図９Ａは側面断面図、図９Ｂは図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。上述した鋳造方法で鋳造品５０が鋳造された後は、鋳型１２から鋳造品５０を取り出し、この鋳造品５０から中子１６を取り去る。この鋳造品５０は、図９Ａに示すように、軸心に中空部５２が形成されており、先端側の中空部５２内に中子支持金具１０が一体に鋳ぐるみされている。
【００５６】
また、図９Ｂに示すように、鋳造品５０に中子支持金具１０が鋳ぐるみされていても、脚部２４の先端部３０は鋳造品５０の外周から外側に突出することがない。このため、鋳造品５０から突出した脚部２４を切除する作業が不要となる。
【００５７】
以上のように、中子支持金具１０は、脚部２４が根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじれているという簡単な構成によって、キャビティ１４内に溶湯が流入する際における該溶湯の影響を低減することができる。これにより、鋳造品５０の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。また、この構成は、従来の中子支持金具１０の脚部２４をねじるだけで形成することができる。このため、従来の中子支持金具１０に設計変更を加える必要がなく、本発明に係る中子支持金具１０を容易に製造することが可能となる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１０Ａは第２実施形態に係る中子支持金具１００を示す斜視図、図１０Ｂは図１０Ａの中子支持金具１００の支持状態を示す説明図、図１０Ｃは第２実施形態の変形例に係る中子支持金具１００Ａを示す斜視図、図１０Ｄは図１０Ｃの中子支持金具１００Ａの支持状態を示す説明図である。なお、第２実施形態において第１実施形態と同じ構成又は同じ機能を有する構成は、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
第２実施形態に係る中子支持金具１００は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、キャビティ１４内において棒状の中子１６の中間部（図示せず）に装着される。すなわち、カムシャフト等の長尺物を鋳造する場合は、中子１６が長くなるため、該中子１６の中間部を支持する必要が生じる。第２実施形態に係る中子支持金具１００は、このような長尺に形成された中子１６の中間部を支持する金具として構成されている。
【００６０】
図１０Ａに示すように、中子支持金具１００は、本体部１０２がリング状に形成されており、リング内に中子１６を挿通することで、中子支持金具１００を中子１６の外周上に配置させることができる。この本体部１０２の側面には半径外方向に延出する脚部１０４が形成されている（図１０Ｂ参照）。そして、中子支持金具１００の脚部１０４は、第１実施形態に係る中子支持金具１０と同様に、根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじられている。したがって、この中子支持金具１００の脚部１０４も、キャビティ１４内に溶湯が流入される際に、溶湯を容易に受け流すことが可能となり、該脚部１０４の変形や溶融を低減することができる。その結果、中子支持金具１００は、中子１６の中間部を確実に支持することができ、鋳造品５０の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。
【００６１】
また、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、第２実施形態の変形例として、中子支持金具１００Ａは、リング状の本体部１０２の一部を切り欠くことで、略Ｃ字形状に形成することもできる。このように本体部１０２に切り欠き部１０６を有することで、中子１６の側面方向から切り欠き部１０６を通して、中子支持金具１００Ａを装着することができる。したがって、例えば、外周面が凹凸状に形成されている中子１６であっても、中子支持金具１００Ａを装着することができる。また、この中子支持金具１００Ａの脚部１０４も略９０°ねじられていることで、図１０Ａの中子支持金具１００と同様に、溶湯の押圧力を容易に受け流すことが可能となり、脚部１０４の変形や溶融を低減することができる。
【００６２】
本発明に係る中子支持金具１０、１００、１００Ａは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。例えば、第１及び第２実施形態に係る中子支持金具１０、１００、１００Ａでは、脚部２４、１０４が略９０°ねじれている構成について説明したが、脚部２４、１０４のねじれ角度は、この角度に限定されるものではない。すなわち、キャビティ１４内に流入する溶湯の進入経路等に応じて、脚部２４、１０４の板厚面３４が溶湯の進入方向に対向するように、適宜な角度に調整してよいことは勿論である。また、脚部２４、１０４は、溶湯の進入方向に対してねじれ角度を略９０°から多少ずらす（例えば、ねじれ角度を８０°程度に設定する）ことによって、キャビティ１４内の溶湯が不足しやすい箇所に、該溶湯を案内することも可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１００、１００Ａ…中子支持金具 １２…鋳型
１４…キャビティ １４ａ…壁面
１６…中子 ２２、１０２…本体部
２４、１０４…脚部 ２６…根元部
２８…連結部 ３０…先端部
３２…平板面 ３４…板厚面
４０…板材 ４２…前駆部材
４４…鍔部 ５０…鋳造品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造時にキャビティ内で中子を支持する中子支持金具及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空部を有する鋳造品を成形する場合には、鋳型のキャビティ内に中子を配置することがある。この場合、キャビティ内での中子の位置決め手段として中子支持金具（ケレン：ｃｈａｐｌｅｔ）が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１の鋳造装置に適用されているケレンは、砂中子（以下、単に中子という）が内挿されるスリーブの外周に４本の支持片（以下、脚部という）を有する。この脚部を有したケレンによって、中子は鋳型の製品部空間（以下、キャビティという）内の軸心位置に支持される。そして、中子がケレンに支持された状態において、キャビティ内に溶湯が充填され、該溶湯が凝固することで、中空部分を有する鋳造品が成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−２８８９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、特許文献１等のケレンは、キャビティ内に溶湯が流入する際に、溶湯からの押圧力（溶湯圧力）や熱の影響を受けることで、中子を支持している脚部が変形又は溶融する不具合が発生する。これにより、ケレンは、キャビティ内における中子の支持状態を容易に変化させてしまう。そして、ケレンが中子の支持状態を崩すことで、偏肉等の鋳造不良を起こして鋳造品が鋳造され、鋳造時の歩留りが低下するという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、キャビティ内に溶湯が流入する際に、脚部に対する溶湯の影響を簡単な構成によって低減することができ、これにより鋳造品の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる中子支持金具及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具であって、前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけてねじれた形状であり、前記連結部は、前記先端部近傍における前記溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、脚部が根元部から先端部にかけてねじれた形状であり、且つ連結部の先端部近傍において、溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さいことから、溶湯の進入方向に臨む面の平面面積が小さくなる。したがって、キャビティに溶湯が流入する際に、脚部が溶湯の流れにともなう押圧力を受けても、対向する面の平面面積が小さいため、容易に受け流すことが可能となり、溶湯の押圧力や熱の影響による脚部の変形又は溶融を低減することができる。
【０００９】
また、中子支持金具の脚部がねじれた形状であることによって、該脚部の倒れや曲げに対する強度を向上することができる。すなわち、中子支持金具は、キャビティに配置することで、脚部がキャビティの壁面から押圧力を受けることになる。この場合、押圧力の方向に応じて脚部を倒れさせたり、曲げさせたりすることがあるが、中子支持金具の脚部がねじれていることで、押圧力に対する曲げ強度が強くなっているため、中子を安定的に支持することが可能となる。
【００１０】
このように、中子支持金具は、脚部がねじれた形状であるという簡単な構成によって、キャビティ内に溶湯が流入する際における該溶湯の影響を低減することができる。これにより、鋳造品の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。
【００１１】
また、上記構成は、従来の中子支持金具に対して脚部をねじるだけで形成することができる。このため、従来の中子支持金具に設計変更を加える必要がなく、本発明に係る中子支持金具を容易に製造することが可能となる。
【００１２】
この場合、前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて略９０°ねじれていることが好ましい。
【００１３】
このように、脚部が略９０°ねじれていることで、溶湯の進入方向に対して側面方向に臨んでいた面を、該溶湯の進入方向に臨ませることができる。したがって、例えば、平板状の脚部を形成することで、該平板状の板厚面を溶湯の進入方向に対向させることができる。
【００１４】
ここで、前記本体部及び前記脚部は、平板状の板材によって一体形成されており、前記脚部は、前記根元部から前記先端部まで平板状に延在した前記連結部がねじれている構成とすることができる。
【００１５】
本体部及び脚部を板材によって一体形成することで、例えば溶接による接合工程を省くことができるので、中子支持金具の製造工程を効率化することができる。また、板材からなる脚部は、溶湯の進入方向から見た連結部の平板面の面積が大きく、該進入方向と直交する方向から見た板厚面の面積が小さく形成される。したがって、この脚部がねじれることで、板材の板厚面を溶湯の進入方向に向けることができ、キャビティに溶湯が流入する際に、溶湯をより容易に受け流すことができる。
【００１６】
また、前記脚部は、前記連結部の前記根元部近傍においてねじれていることが好ましい。
【００１７】
連結部の根元部近傍においてねじれていることで、溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅を、この根元部近傍から先端部にかけて全体的に小さくすることができるため、溶湯の進入方向に対向する脚部の平面面積がさらに小さくなる。これにより、キャビティに溶湯が流入する際に、溶湯をより一層容易に受け流すことができる。
【００１８】
さらに、前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて先細となるテーパ形状に形成されていてもよい。
【００１９】
このように、脚部がテーパ形状に形成されていることで、キャビティの壁面に接触する先端部を小さくすることができ、鋳造される鋳造品の周面に中子が露出することを低減することができる。また、脚部が連結部の根元部近傍においてねじれている構成の場合、この連結部の根元部近傍は、ねじれ応力に充分対応可能な断面面積を有するため、脚部を破断させることなく、ねじれを許容することができる。
【００２０】
さらにまた、前記複数の脚部は、前記キャビティの下側の壁面に当接する脚部のみがねじれていてもよい。
【００２１】
ここで、中子支持金具の複数の脚部は、キャビティの型締め等によって壁面からの荷重（押圧力）が大きくかかることがある。特に、キャビティの下側の壁面に当接する脚部は、この荷重とともに、溶湯の進入時に該溶湯の押圧力や熱の影響を最も大きく受けるため、上側の壁面に当接する脚部よりも変形しやすい。したがって、キャビティの下側の壁面に当接する脚部をねじることによって、溶湯の影響を確実に低減することができる。しかも、複数の脚部のうちキャビティの下側の壁面に当接する脚部のみをねじればよいので、ねじれた形状の脚部を簡単に形成することができ、製造時の作業効率を向上させることができる。
【００２２】
また、上述した目的を達成するために、本発明は、キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具の製造方法であって、平板状の板材から円板形状の前駆部材を形成する第１の工程と、前記前駆部材をプレスして前記本体部と、該本体部から半径外方向に延出する鍔部と、を形成する第２の工程と、前記鍔部を切り欠いて前記脚部を形成する第３の工程と、前記脚部をねじる第４の工程と、を有することを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、第１〜第４の工程を実施することによって、脚部がねじれている中子支持金具を板材から容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、キャビティ内に溶湯が流入する際に、脚部に対する溶湯の影響を簡単な構成によって低減することができ、これにより鋳造品の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る中子支持金具を用いる鋳型を概略的に示す一部断面説明図である。
【図２】図１の中子支持金具及び中子の先端を示す斜視図である。
【図３】図２の中子支持金具を示す図であり、図３Ａは図２の矢印Ａ方向から見た図であり、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】図３の中子支持金具の脚部を拡大して示す説明図であり、図４Ａは脚部をねじる前の図、図４Ｂは図４Ａの脚部をねじった状態の図、図４Ｃは比較的幅が広い脚部をねじる前の図、図４Ｄは図４Ｃの脚部をねじった状態の図である。
【図５】図２の中子支持金具の製造工程を示す説明図であり、図５Ａは第１の工程を示す図、図５Ｂは第２の工程を示す図、図５Ｃは第３の工程を示す図、図５Ｄは第４の工程を示す図である。
【図６】図２の中子支持金具を用いる鋳造方法の第１説明図であり、図６Ａは中子支持金具と中子の取付けを示す図、図６Ｂは中子の配置を示す図、図６Ｃは図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。
【図７】図２の中子支持金具を用いる鋳造方法の第２説明図であり、図７Ａは可動型と固定型の型締め状態を示す図、図７Ｂはキャビティに溶湯を充填した状態を示す図である。
【図８】図７ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７Ｂにおいて鋳造された鋳造品を示す図であり、図９Ａは側面断面図、図９Ｂは図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。
【図１０】図１０Ａは第２実施形態に係る中子支持金具を示す斜視図、図１０Ｂは図１０Ａの中子支持金具の支持状態を示す説明図、図１０Ｃは第２実施形態の変形例に係る中子支持金具を示す斜視図、図１０Ｄは図１０Ｃの中子支持金具の支持状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る中子支持金具及びその製造方法について好適な実施の形態（第１及び第２実施形態）を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１は、第１実施形態に係る中子支持金具１０を用いる鋳型１２を概略的に示す一部断面説明図である。図１に示すように、中子支持金具１０は、鋳型１２のキャビティ１４に溶湯を流入する際に、該キャビティ１４内に配置される棒状の中子１６を支持する金具として適用される。
【００２８】
第１実施形態に係る鋳型１２は、固定型１８及び可動型２０を鋳型砂（例えば、珪砂）で形成した砂型で、可動型２０を昇降移動することで型開きや型締めを実施する。固定型１８及び可動型２０の当接面には、キャビティ１４の壁面１４ａが窪みとして形成されており、これらの窪みが固定型１８及び可動型２０の型締めによって、所定形状のキャビティ１４に形成される。
【００２９】
キャビティ１４内に配置される中子１６は、鋳型１２と同様に鋳型砂で形成した長尺な円柱体に形成されている。中子１６は、鋳造品の鋳造後に除去する必要があるので、粘結剤を配合した砂や、熱により溶けて消失するワックスなどを用いて製造されている。この中子１６の先端には中子支持金具１０が被せられる。一方、中子１６の後端には、中子１６の回転を防止する幅木（図示せず）が形成されている。すなわち、中子１６は、先端が中子支持金具１０に支持されるとともに、後端（幅木）が鋳型１２に支持されることにより、キャビティ１４内の軸心位置に配置される。
【００３０】
図２は、図１の中子支持金具１０及び中子１６の先端を示す斜視図である。第１実施形態に係る中子支持金具１０は、中子１６の先端に装着される本体部２２と、本体部２２から放射状に延出する複数（第１実施形態では、３本）の脚部２４と、を備える。また、中子支持金具１０は、鋳造品との密着性向上のために表面に錫（Ｓｎ）メッキ処理または表面処理が施されている。
【００３１】
図３は、図２の中子支持金具１０を示す図であり、図３Ａは図２の矢印Ａ方向（本体部２２の軸方向）から見た図であり、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。図３Ｂに示すように、中子支持金具１０の本体部２２は、有底筒状に形成されており、中子１６の先端に被せることができるように、周壁２２ａの内径が中子１６の外径より大きく設定されている。なお、本体部２２は、冷やし金としての機能を付加させることもできる。
【００３２】
図３Ａに示すように、中子支持金具１０の３本の脚部２４は、本体部２２（周壁２２ａ）の開口端２２ｂにそれぞれ等間隔（すなわち、１２０°間隔）に形成されている。各脚部２４は、長手方向の長さが揃えられて本体部２２から半径外方向（開口端２２ｂの法線方向）に延出している。中子支持金具１０は、各脚部２４の先端部３０が断面円形に形成されているキャビティ１４の壁面１４ａにそれぞれ当接することで、本体部２２をキャビティ１４の軸心と同軸上に配置させる（図８等参照）。また、中子支持金具１０は、脚部２４を周壁２２ａの開口端２２ｂに形成することにより、平板状の板材４０を使用して、本体部２２及び脚部２４を一体にプレス成形することが可能となる（図５参照）。
【００３３】
図４は、図３の中子支持金具１０の脚部２４を拡大して示す説明図であり、図４Ａは脚部２４をねじる前の図、図４Ｂは図４Ａの脚部２４をねじった状態の図、図４Ｃは比較的幅が広い脚部２４をねじる前の図、図４Ｄは図４Ｃの脚部２４をねじった状態の図である。図４Ａに示すように、脚部２４は、板材４０からプレス成形を介することで、平板状に延在し、本体部２２に接続する根元部２６と、根元部２６に連なり半径外方向に延出する連結部２８と、連結部２８に連なり円弧状に形成された先端部３０と、を備えるようになる。この場合、本体部２２の軸方向から見た面（平板面３２）の短手方向の幅Ｗ１が、軸方向側面から見た脚部２４の板厚（板厚面３４）の幅（図示せず）よりも大きく形成される。
【００３４】
そして、第１実施形態に係る中子支持金具１０は、図２、図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、脚部２４が根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじれるように構成されている。すなわち、脚部２４は、本体部２２の軸方向から見ると、図４Ａに示す短手方向の幅Ｗ１が比較的大きく形成された平板面３２から、図４Ｂに示すように略９０°ねじられることで、短手方向の幅Ｗ２が小さくなった板厚面３４が向くように変形される。
【００３５】
この脚部２４についてさらに詳細に説明すると、図４Ａに示すように、プレス後の板状の脚部２４は、根元部２６から先端部３０にかけて先細となるテーパ形状に形成されている。このようにテーパ形状に形成されていることで、脚部２４の強度を確保した状態で脚部２４が細くなり、またキャビティ１４の壁面１４ａに接触する先端部３０が小さくなるので、鋳造品を製造した際に、この鋳造品の周面から先端部３０が露出することを確実に防ぐことができる。
【００３６】
そして、この図４Ａに示す脚部２４を略９０°ねじることによって、図４Ｂに示す脚部２４に変形される。すなわち、図４Ｂに示す脚部２４は、根元部２６付近では平板面３２が臨み、連結部２８の根元部２６近傍において略９０°ねじられているねじれ箇所Ｘが存在し、このねじれ箇所Ｘから先端部３０にかけては板厚面３４が臨む形状となっている（したがって、本体部２２の軸方向側面から見た場合、図３Ｂに示すように、根元部２６付近では板厚面３４が臨み、ねじれ箇所Ｘから先端部３０にかけては平板面３２が臨んでいる）。
【００３７】
ここで、連結部２８のねじれ箇所Ｘは、根元部２６近傍に設けられ、且つ中子支持金具１０の脚部２４がテーパ形状となっていることで、ねじれ応力に充分に対応可能な断面面積を有している。よって、ねじれ箇所Ｘにおいてねじれ応力を付与してねじっても、脚部２４を破断することなく、容易に略９０°のねじれを許容することができる。このように脚部２４がねじれ箇所Ｘにおいて略９０°ねじられていることで、中子支持金具１０は、中子１６の支持機能を有しつつ、軸方向から見た平面面積が大きく減少することになり（図４Ａ及び図４Ｂ参照）、溶湯の押圧力を容易に受け流すことが可能となる。この脚部２４の具体的な作用効果については後述する。
【００３８】
なお、脚部２４は、図４Ｃに示すように、平板面３２の短手方向の幅Ｗ１’を、図４Ａに示す幅Ｗ１よりもさらに広く形成してもよい。この場合、板厚面３４の幅Ｗ２’が図４Ａ及び図４Ｂの脚部２４の板厚面３４の幅Ｗ２と同じであれば、脚部２４を略９０°ねじることにより、図４Ｄに示すように、本体部２２の軸方向から見た平面面積が図４Ｂに示す平面面積と一致するため、平面面積の減少率が大きくなる。
【００３９】
次に、第１実施形態に係る中子支持金具１０の製造方法を説明する。図５は、図２の中子支持金具１０の製造工程を示す説明図であり、図５Ａは第１の工程を示す図、図５Ｂは第２の工程を示す図、図５Ｃは第３の工程を示す図、図５Ｄは第４の工程を示す図である。中子支持金具１０を形成する場合は、第１の工程において、平板状の板材４０から円板形状の前駆部材４２を形成する（図５Ａ参照）。すなわち、第１の工程により、中子支持金具１０にプレス成形する前段階の前駆部材４２が用意される。
【００４０】
第２の工程において、前駆部材４２をプレスして、有底筒状の本体部２２と、該本体部２２から半径外方向に延出する鍔部４４と、を一体形成する（図５Ｂ参照）。この鍔部４４の外径は、中子支持金具１０が配置されるキャビティ１４の壁面１４ａの内径と一致するように形成される。
【００４１】
第３の工程において、鍔部４４の一部（斜線で示すエリア）を切り欠いて、３本の脚部２４を形成する（図５Ｃ参照）。これにより、脚部２４は、軸方向から見た平板面３２の幅Ｗ１が、板厚面３４の幅（板厚）よりも充分に大きく形成される（図４Ａ参照）。
【００４２】
第４の工程において、専用の把持用装置又はペンチ等により脚部２４の所定位置を把持して、該脚部２４を略９０°ねじる（図５Ｄ参照）。これにより、中子支持金具１０は、脚部２４が根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじられた形状に変形される。
【００４３】
このように、第１〜第４の工程を実施することによって、脚部２４が略９０°ねじれている中子支持金具１０を板材４０から容易に形成することができる。また、中子支持金具１０の本体部２２及び脚部２４を一体成形することで、例えば溶接による接合工程を省くことができるので、中子支持金具１０の製造工程を効率化することができる。第１〜第４の工程の後は、表面（本体部２２の内面も含む）に錫メッキが施され、鋳造に好適な中子支持金具１０を得ることができる。
【００４４】
次に、第１実施形態に係る中子支持金具１０を用いる鋳造方法、及び中子支持金具１０の作用効果について説明する。図６は、図２の中子支持金具１０を用いる鋳造方法の第１説明図であり、図６Ａは中子支持金具１０と中子１６の取付けを示す図、図６Ｂは中子１６の配置を示す図、図６Ｃは図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。図７は、図２の中子支持金具１０を用いる鋳造方法の第２説明図であり、図７Ａは可動型２０と固定型１８の型締め状態を示す図、図７Ｂはキャビティ１４に溶湯を充填した状態を示す図である。図８は、図７ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【００４５】
中子支持金具１０を用いて鋳造を行う場合は、図６Ａに示すように、中子支持金具１０の本体部２２を中子１６の先端に被せる。既述したように、本体部２２の内径は中子１６の先端の外径よりも大きく形成されているため、中子支持金具１０を容易に中子１６に取り付けることができる。
【００４６】
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、次に、中子支持金具１０を取り付けた中子１６を固定型１８に配置する。本実施の形態では、１本の脚部２４を下方向に延出する姿勢とした後、中子１６の後端を固定型１８の所定位置に位置決めし、脚部２４の先端部３０をキャビティ１４の壁面１４ａに当接させる。中子１６は、後端の幅木が鋳型１２に支持されるため、先端が１本の脚部２４でも固定型１８上面の窪みに安定的に支持される。なお、２本の脚部２４を斜め下方向に延出する姿勢として、中子１６を支持するようにしてもよいことは勿論である。脚部２４が当接した状態では、先端部３０が円弧状に形成されているため、キャビティ１４の壁面１４ａに対して脚部２４を点接触させることができる。
【００４７】
図７Ａに示すように、次に、可動型２０を下降して鋳型１２を型締めする。鋳型１２を型締めする際には、可動型２０のキャビティ１４の壁面１４ａに２本の脚部２４が当接する。これにより、中子支持金具１０は、型締めが行われたキャビティ１４内で中子１６を確実に支える。ここで、中子支持金具１０は、可動型２０の型締めにともなって、脚部２４がキャビティ１４の壁面１４ａから押圧力を受けることなる。この場合、押圧力の方向によって脚部２４を倒れさせたり、曲げさせたりすることがある。しかしながら、第１実施形態に係る中子支持金具１０は、脚部２４が略９０°ねじれていることで、押圧力に対する曲げ強度が強くなっているため、中子１６を安定的に支持することが可能となる。
【００４８】
次に、鋳鉄等を溶融させた溶湯をキャビティ１４に充填する。溶湯は、湯道１２ａを介してキャビティ１４内に流入され、さらに、中子１６の先端側から後端側に向かって流れ込んでいく（図７Ａの矢印方向）。すなわち、溶湯は、図８に示す中子支持金具１０に対して紙面奥方向に向かって進入する。
【００４９】
図８に示すように、第１実施形態に係る中子支持金具１０は、脚部２４が連結部２８のねじれ箇所Ｘにおいて略９０°ねじれている。このため、脚部２４のねじれ箇所Ｘからは、板厚面３４が溶湯の進入方向に向いており、溶湯の進入方向から見た面の幅が、根元部２６から先端部３０に向かって全体的に小さくなっている。これにより、溶湯の進入方向に臨む脚部２４の平面面積が大きく減少するため、キャビティ１４に溶湯が流入する際に、脚部２４が溶湯の押圧力を受けても容易に受け流すことが可能となり、該脚部２４の変形や溶融を低減することができる。
【００５０】
ここで、例えば、脚部２４の平板面３２や板厚面３４の幅を単に大きくして、溶湯の押圧力や熱の影響を受けた時の脚部２４の変形率や溶融率を低減することで、中子１６の支持を維持させる手段も考えられる。しかしながら、脚部２４の平板面３２や板厚面３４の幅が大きい場合は、この脚部２４がキャビティ１４内に流入する溶湯の流れを阻むため、キャビティ１４内に注入される溶湯に乱流が発生し、巣や空洞等を生じさせてしまう。これに対し、本実施の形態の中子支持金具１０は、脚部２４が略９０°ねじれている構造により、溶湯の流れをスムーズにしつつ、脚部２４の変形や溶融を低減させる効果を得ることができる。
【００５１】
また、溶湯の流入により中子１６に浮力が作用しても、脚部２４が可動型２０のキャビティ１４の壁面１４ａに当接しているので、中子１６が移動することを防ぐことができる。このように、中子支持金具１０は、キャビティ１４内に溶湯が流入する際に、中子１６の先端を安定的に支持することができる。また、溶湯は、中子支持金具１０の脚部２４によって流れが乱されることなく、キャビティ１４内に充填されるため、凝固時に巣や空洞等の鋳造不良の発生を低減することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態に係る中子支持金具１０は、複数の脚部２４を全てねじれた形状に形成しているが、１本の脚部２４のみがねじれ、このねじれた形状を有する脚部２４をキャビティ１４の下側の壁面１４ａに当接させるようにしてもよい。キャビティ１４の下側の壁面１４ａに当接する脚部２４は、壁面１４ａからの押圧力と同時に、溶湯の進入時に溶湯の押圧力や熱の影響を最も大きく受けるため、上側の壁面１４ａに当接する脚部２４よりも変形しやすい。したがって、キャビティ１４の下側の壁面１４ａに当接する１本の脚部２４をねじれ形状としているだけでも、溶湯の影響を確実に低減することができる。しかも、複数の脚部２４のうち１本の脚部２４のみをねじればよいので、ねじれ形状の脚部２４を簡単に形成することができ、製造時の作業効率を向上させることができる。
【００５３】
図７Ｂに示すように、キャビティ１４内に溶湯が充填された後は、一定時間待機して溶湯を凝固させる。なお、中子支持金具１０の本体部２２は、溶湯の凝固時に、中子１６の先端が焼きついて鋳造品に砂が付着することを防ぐことができる。さらに、本体部２２が冷やし金として機能することで、凝固がスムーズに促進され、鋳造品に鋳巣が発生することを防ぐことができる。
【００５４】
キャビティ１４内の溶湯が凝固した後は、可動型２０を上昇して、鋳型１２を型開きする。ここで、中子支持金具１０の表面には錫メッキ処理が施されているので、溶湯を中子支持金具１０に確実に密着させた鋳造品が成形されている。したがって、鋳造品の品質を高めることができる。
【００５５】
図９は、図７Ｂにおいて鋳造された鋳造品５０を示す図であり、図９Ａは側面断面図、図９Ｂは図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。上述した鋳造方法で鋳造品５０が鋳造された後は、鋳型１２から鋳造品５０を取り出し、この鋳造品５０から中子１６を取り去る。この鋳造品５０は、図９Ａに示すように、軸心に中空部５２が形成されており、先端側の中空部５２内に中子支持金具１０が一体に鋳ぐるみされている。
【００５６】
また、図９Ｂに示すように、鋳造品５０に中子支持金具１０が鋳ぐるみされていても、脚部２４の先端部３０は鋳造品５０の外周から外側に突出することがない。このため、鋳造品５０から突出した脚部２４を切除する作業が不要となる。
【００５７】
以上のように、中子支持金具１０は、脚部２４が根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじれているという簡単な構成によって、キャビティ１４内に溶湯が流入する際における該溶湯の影響を低減することができる。これにより、鋳造品５０の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。また、この構成は、従来の中子支持金具１０の脚部２４をねじるだけで形成することができる。このため、従来の中子支持金具１０に設計変更を加える必要がなく、本発明に係る中子支持金具１０を容易に製造することが可能となる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１０Ａは第２実施形態に係る中子支持金具１００を示す斜視図、図１０Ｂは図１０Ａの中子支持金具１００の支持状態を示す説明図、図１０Ｃは第２実施形態の変形例に係る中子支持金具１００Ａを示す斜視図、図１０Ｄは図１０Ｃの中子支持金具１００Ａの支持状態を示す説明図である。なお、第２実施形態において第１実施形態と同じ構成又は同じ機能を有する構成は、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
第２実施形態に係る中子支持金具１００は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、キャビティ１４内において棒状の中子１６の中間部（図示せず）に装着される。すなわち、カムシャフト等の長尺物を鋳造する場合は、中子１６が長くなるため、該中子１６の中間部を支持する必要が生じる。第２実施形態に係る中子支持金具１００は、このような長尺に形成された中子１６の中間部を支持する金具として構成されている。
【００６０】
図１０Ａに示すように、中子支持金具１００は、本体部１０２がリング状に形成されており、リング内に中子１６を挿通することで、中子支持金具１００を中子１６の外周上に配置させることができる。この本体部１０２の側面には半径外方向に延出する脚部１０４が形成されている（図１０Ｂ参照）。そして、中子支持金具１００の脚部１０４は、第１実施形態に係る中子支持金具１０と同様に、根元部２６から先端部３０にかけて略９０°ねじられている。したがって、この中子支持金具１００の脚部１０４も、キャビティ１４内に溶湯が流入される際に、溶湯を容易に受け流すことが可能となり、該脚部１０４の変形や溶融を低減することができる。その結果、中子支持金具１００は、中子１６の中間部を確実に支持することができ、鋳造品５０の鋳造精度を安定化させて、鋳造時の歩留りを向上させることができる。
【００６１】
また、図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、第２実施形態の変形例として、中子支持金具１００Ａは、リング状の本体部１０２の一部を切り欠くことで、略Ｃ字形状に形成することもできる。このように本体部１０２に切り欠き部１０６を有することで、中子１６の側面方向から切り欠き部１０６を通して、中子支持金具１００Ａを装着することができる。したがって、例えば、外周面が凹凸状に形成されている中子１６であっても、中子支持金具１００Ａを装着することができる。また、この中子支持金具１００Ａの脚部１０４も略９０°ねじられていることで、図１０Ａの中子支持金具１００と同様に、溶湯の押圧力を容易に受け流すことが可能となり、脚部１０４の変形や溶融を低減することができる。
【００６２】
本発明に係る中子支持金具１０、１００、１００Ａは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。例えば、第１及び第２実施形態に係る中子支持金具１０、１００、１００Ａでは、脚部２４、１０４が略９０°ねじれている構成について説明したが、脚部２４、１０４のねじれ角度は、この角度に限定されるものではない。すなわち、キャビティ１４内に流入する溶湯の進入経路等に応じて、脚部２４、１０４の板厚面３４が溶湯の進入方向に対向するように、適宜な角度に調整してよいことは勿論である。また、脚部２４、１０４は、溶湯の進入方向に対してねじれ角度を略９０°から多少ずらす（例えば、ねじれ角度を８０°程度に設定する）ことによって、キャビティ１４内の溶湯が不足しやすい箇所に、該溶湯を案内することも可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１００、１００Ａ…中子支持金具 １２…鋳型
１４…キャビティ １４ａ…壁面
１６…中子 ２２、１０２…本体部
２４、１０４…脚部 ２６…根元部
２８…連結部 ３０…先端部
３２…平板面 ３４…板厚面
４０…板材 ４２…前駆部材
４４…鍔部 ５０…鋳造品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具であって、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけてねじれた形状であり、
前記連結部は、前記先端部近傍における前記溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さいことを特徴とする中子支持金具。
【請求項２】
請求項１記載の中子支持金具において、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて略９０°ねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項３】
請求項１又は２記載の中子支持金具において、
前記本体部及び前記脚部は、平板状の板材によって一体形成されており、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部まで平板状に延在した前記連結部がねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の中子支持金具において、
前記脚部は、前記連結部の前記根元部近傍においてねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の中子支持金具において、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて先細となるテーパ形状に形成されていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の中子支持金具において、
前記複数の脚部は、前記キャビティの下側の壁面に当接する脚部のみがねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項７】
キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具の製造方法であって、
平板状の板材から円板形状の前駆部材を形成する第１の工程と、
前記前駆部材をプレスして前記本体部と、該本体部から半径外方向に延出する鍔部と、を形成する第２の工程と、
前記鍔部を切り欠いて前記脚部を形成する第３の工程と、
前記脚部をねじる第４の工程と、
を有することを特徴とする中子支持金具の製造方法。
【請求項１】
キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具であって、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけてねじれた形状であり、
前記連結部は、前記先端部近傍における前記溶湯の進入方向から見た面の短手方向の幅が、該進入方向と直交する方向から見た面の短手方向の幅よりも小さいことを特徴とする中子支持金具。
【請求項２】
請求項１記載の中子支持金具において、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて略９０°ねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項３】
請求項１又は２記載の中子支持金具において、
前記本体部及び前記脚部は、平板状の板材によって一体形成されており、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部まで平板状に延在した前記連結部がねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の中子支持金具において、
前記脚部は、前記連結部の前記根元部近傍においてねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の中子支持金具において、
前記脚部は、前記根元部から前記先端部にかけて先細となるテーパ形状に形成されていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の中子支持金具において、
前記複数の脚部は、前記キャビティの下側の壁面に当接する脚部のみがねじれていることを特徴とする中子支持金具。
【請求項７】
キャビティ内に配置される中子に装着される本体部と、前記本体部と接続する根元部から半径外方向に延出する連結部を介して先端部が前記キャビティの壁面に当接する複数の脚部と、を備え、前記キャビティに溶湯が流入する際に前記中子を支持する中子支持金具の製造方法であって、
平板状の板材から円板形状の前駆部材を形成する第１の工程と、
前記前駆部材をプレスして前記本体部と、該本体部から半径外方向に延出する鍔部と、を形成する第２の工程と、
前記鍔部を切り欠いて前記脚部を形成する第３の工程と、
前記脚部をねじる第４の工程と、
を有することを特徴とする中子支持金具の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０６２５６（Ｐ２０１２−１０６２５６Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６５２５（Ｐ２０１０−２５６５２５）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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