保持治具、鋳造装置、及び、鋳造方法
【課題】中子を切断することなく、製品と押し湯部とを切断により分離することができる中子の保持治具、鋳造装置、及び、鋳造方法を提供する。
【解決手段】金属製の中子２０の保持治具４０であって、先端部４１が金属製の中子２０と同径であり、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２を備え、先端部４１には金属製の中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を備えたことを特徴とする。
【解決手段】金属製の中子２０の保持治具４０であって、先端部４１が金属製の中子２０と同径であり、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２を備え、先端部４１には金属製の中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空の鋳抜き孔を有する製品の中空部を形成する金属製中子の保持治具と、中空の鋳抜き孔を有する製品を鋳造する鋳造装置、及び、鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属パイプを中子として用いて、金属パイプ中の金属芯材を鋳型に差し込んで固定し、中空部を持つ製品を鋳造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。中子による鋳抜きの中空部を持つ鋳鉄部品を製造する際、中空部は、製品と押し湯部分にまたがって形成される。ＱＣ（Ｑｕｉｃｋ Ｃａｓｔｉｎｇ）製法、すなわち、熱伝導率の高い銅金型によって溶湯の表層に殻状の凝固層を形成し、内部が未凝固の段階で型開きして取り出す製法では、製品と押し湯部とを砥石にて切断して分離するが、切断用の砥石寿命延長のため、製品が高温のうちに離型後すぐ切断する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０２９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属製の置き中子を用いた場合には、製品と押し湯部とを切断するさいに、中子も同時に切断されてしまうため、中子の再利用ができなくなってしまう。中子を再利用するためには、製品と押し湯部とを切断する前に、中子を鋳造品から引き抜くことも考えられるが、引き抜き荷重が高く困難であるだけではなく、中子を引き抜く間に鋳造品の温度が低下してしまうため、切断用の砥石寿命が低減するといった問題がある。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、中子を切断することなく、製品と押し湯部とを切断により分離することができるとともに、切断用の刃具の寿命延長を図ることができる中子の保持治具、鋳造装置、及び、鋳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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、金属製の中子の保持治具であって、先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、テーパー部が抜き勾配となるため、先端部を中子と同径に形成しても、製品を切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持手段は金属製の中子を着脱自在に保持するため、保持治具を中子から短時間で取り外すことができ、保持治具を中子から取り外している間に製品が冷えてしまうのを防ぐことができる。これによって、保持治具を鋳造品から引き抜いた後に、保持治具によって形成された部位で製品を切断することで、製品が高温のうちに、中子を切断することなく製品と押し湯部とを切断により分離することができるようになり、切断用の刃具の寿命延長を図ることができる。
【０００６】
また、本発明は、鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、テーパー部が抜き勾配となるため、先端部を中子と同径に形成しても、製品を切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持手段は金属製の中子を着脱自在に保持するため、保持治具を中子から短時間で取り外すことができ、保持治具を中子から取り外している間に製品が冷えてしまうのを防ぐことができる。これによって、保持治具を鋳造品から引き抜いた後に、保持治具によって形成された部位で製品を切断することで、製品が高温のうちに、中子を切断することなく製品と押し湯部とを切断により分離することができるようになり、切断用の刃具の寿命延長を図ることができる。
【０００７】
また、本発明は、鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備える鋳造装置の鋳造方法において、鋳型内に溶湯を注湯し、該鋳型から保持治具を離脱させて型開きを行った後に、前記先端部の部位に相当する位置で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を有する製品を鋳造することを特徴とする。
この構成によれば、テーパー部が抜き勾配となるため、製品と押し湯部とを切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持治具を引き抜いた後に、中子と同径に形成された保持治具の先端部の部位に相当する位置で製品を切断することによって、中子を切断することなく製品を切断することができるため、中子の再利用が可能になる。また、保持治具は、中子を着脱自在に保持するため、製品が高温のうちに保持治具を中子から取り外して製品を切断することができ、切断用の砥石、或いは、刃具の長寿命化、及び、切断時間の短縮を図ることができる。また、中子と同径に形成された先端部の部位に相当する位置で製品を切断するため、製品の後加工で、切断部位の勾配を削る仕上げをする必要がない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属製の中子の保持治具であって、先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたため、先端部を中子と同径に形成しても、製品を切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持手段は金属製の中子を着脱自在に保持するため、保持治具を中子から短時間で取り外すことができ、保持治具を中子から取り外している間に製品が冷えてしまうのを防ぐことができる。
また、本発明によれば、鋳型内に溶湯を注湯し、該鋳型から保持治具を離脱させて型開きを行った後に、前記先端部の部位に相当する位置で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を有する製品を鋳造するため、保持治具を離脱させた後に先端部に相当する位置で製品を切断することによって、中子を切断することなく製品と押し湯部とを切断して分離することができる。また、製品の切断は、製品が高温のうちに行われるため、切断用の砥石、或いは、刃具の長寿命化、及び、切断時間の短縮を図ることができる。また、中子と同径に形成された先端部の部位に相当する位置で製品を切断するため、製品の後加工で、切断部位の勾配を削る仕上げをする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の鋳造装置の構造を示す断面図である。
【図２】カムシャフトの構造を示す断面図である。
【図３】中子を鋳型内に配置した状態を示す鋳造装置の部分断面図である。
【図４】中子材質の特性を示した図である。
【図５】鋳型内に溶湯を注湯した状態を示す断面図である。
【図６】型開きを行った状態を示す断面図である。
【図７】製品を切断する前の状態を示す断面図である。
【図８】中子を製品から引き抜いている状態を示す断面図である。
【図９】保持治具の保持手段を示す部分拡大図である。
【図１０】保持治具を中子から取り外している状態を示す部分拡大図である。
【図１１】第二実施形態の保持手段を示す部分拡大図である。
【図１２】第三実施形態の保持手段を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第一実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態に係る鋳造装置１の構造を示す断面図である。鋳造装置１は、鋳型１０と、中子２０と、中子２０の保持治具４０と、から構成される。鋳型１０は、熱伝導率の高い銅合金等から形成され、鋳造製の製品を成形するための製品キャビティ１１を備える。鋳型１０は、また、溶湯を受ける受口１２と、この受口１２から下方に伸びる湯口１３と、湯口１３から、製品キャビティ１１の入り口である製品ゲート１５につながる湯道１４と、製品キャビティ１１の上部に設けられた湯だまり１６と、を備える。鋳型１０には、一度に複数の製品を鋳造するために、複数の製品キャビティ１１が形成されている。
【００１１】
製品キャビティ１１は、本実施形態においては、鋳鉄中空の回転体の製品、例えばカムシャフト３０を作製するための鋳造空間である。製品キャビティ１１の上部に設けられた湯だまり１６には、製品の凝固による収縮分を補うために鋳型１０内に余分に注入された溶湯が溜まるように構成されている。
カムシャフト３０は、図２に示すように、中空部（鋳抜き孔）３１、コマ３２、シャフト表面３３を備える。中空部３１は、カムシャフト３０の軽量化、及び、カムシャフト３０の慣性質量の低減のために設けられる。
【００１２】
カムシャフト３０は、中空部３１を備えるため、中空部３１とシャフト表面３３の間の肉厚が薄い薄肉の製品となる。中空部３１は、図１に示すように、製品キャビティ１１内に配置された中子２０によって鋳抜かれて、カムシャフト３０の中空の鋳抜き穴として１本の真っ直ぐな深穴形状に形成される。中子２０は、略真円の円柱状に形成され、中子２０の中心がカムシャフト３０の回転軸中心と同心になるように配置される。
【００１３】
鋳造装置１による鋳造方法の一実施形態を説明すると、製品キャビティ１１内に保持治具４０で保持した金属製の中子２０を配置して鋳型１０を閉じた後、不図示の鋳鉄炉にて溶解されたＦＣＤ７００材等の鋳鉄溶湯Ｍを、図１に示すように、取鍋Ｌを用いて例えば溶湯温度１３８０度で、受口１２から温度制御された鋳型１０内に注湯する。中子２０は保持治具４０とともに、製品キャビティ１１内に注湯された鋳鉄溶湯Ｍによって鋳包まれる。次に、所定時間のキュアタイムの後に鋳型１０を割り、製品キャビティ１１からカムシャフト３０を離型する。中子２０は、カムシャフト３０の離型時にはカムシャフト３０内に、保持治具４０とともに挿入されたままとなる置き中子である。中子２０は、カムシャフト３０を常温まで冷却した後に、引き抜かれ、中空部３１が形成される。
【００１４】
中子２０を保持する保持治具４０は、図３に示されるように、先端部４１と、テーパー部４２と、保持手段４３とを備える。先端部４１は、中子２０と同径に形成される。テーパー部４２は、先端部４１から後方に向かって径が広がるように円錐状に形成される。テーパー部４２の先端部４１に対する勾配αは、略５度に形成される。保持手段４３は、先端部４１に設けられ、詳細については後述するが、中子２０を着脱自在に保持するように構成されている。
【００１５】
中子２０は、主成分がクロムとニッケルとからなるオーステナイト系ステンレス材、例えばＳＵＳ３０４、から形成される。中子２０は、型開き時には、製品であるカムシャフト３０内に挿入されたままとなる置き中子であり、カムシャフト３０を常温まで冷却した後に引き抜かれる。中子２０には、抜き勾配は形成されていない。また、中子２０には、表面コーティングは施されていない。さらに、中子２０は、鋳型１０内に配置する前に冷却等をせず、常温におかれていた中子２０を保持治具４０で保持し、保持治具４０とともに、鋳型１０内に配置される。
【００１６】
図４は、中子２０と、保持治具４０との接続部分を示し、図４（Ａ）は、中子２０の接続部分を示す部分拡大図であり、図４（Ｂ）は、保持治具４０の接続部分を示す部分拡大図である。
図４（Ａ）に示すように、中子２０の端部には、接続部２１が設けられ、接続部２１は、中子２０の円周の一部を端部側から垂直に切り取って、略半円形状に形成されている。接続部２１の、略垂直な接続面２２ａには、引っ掛け溝２３が形成されている。中子２０の先端には、また、引っ掛け溝２３の上に、略半円形状の凹部２４が形成されている。
【００１７】
図４（Ｂ）に示すように、保持治具４０の先端部４１には、接続部２１を形成するにあたって中子２０から切り取られた部分と略同形状に形成された延出部４４、及び、凸部５１が設けられている。つまり、中子２０に保持治具４０を接続した際には、接続部２１と延出部４４とを接続面２２ａで対向させて接続することで、接続部分が、中子２０と略同径となるように構成されている。また、中子２０の凹部２４には、凸部５１が嵌合され、保持治具４０を用いて中子２０を保持したときの安定性が向上する。
また、中子２０は、保持治具４０と、接続面２２ａ及び面２２ｂ，２２ｃの３面で接触し、注湯時には、溶湯が流入する勢いで中子２０が保持治具４０に対して押し付けられた状態となるため、中子２０と保持治具４０との間に隙間が開くことはなく、中子２０と保持治具４０との間に溶湯が入り込むことはない。
【００１８】
保持治具４０は、延出部４４と接続部２１が接する面から略垂直に延在する穴４５を備える中空の治具である。穴４５は、断面が略半円形状の穴であり、穴の直径は、引っ掛け溝２３の幅Ｗと略同じ寸法に形成されている。穴４５は、延出部４４に延在し、延出部４４の接続面２２ａに対向する面には、穴４５に連通する開口４６が形成される。開口４６は、中子２０と保持治具４０を接続した際に、引っ掛け溝２３と対向する位置に設けられる。
【００１９】
穴４５の内部には、中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３が設けられている。保持手段４３は、引っ掛けピン４７、板バネ４８、及びケーブル４９（図５参照）とから構成される。引っ掛けピン４７は、引っ掛け部５０を備え、中子２０と保持治具４０とを接続する際には、引っ掛け部５０が、開口４６を介して引っ掛け溝２３側に突出するように、板バネ４８で付勢されている。引っ掛けピン４７の回転軸Ｘが設けられた角には、面取りが施されている。中子２０は、引っ掛け溝２３が引っ掛け部５０に引っかかり、引っ掛け部５０にぶら下がるような状態で保持治具４０に接続される。引っ掛け部５０は、引っ掛けピン４７が板バネ４８で付勢されているため、中子２０がぶら下がっても、中子２０の重さで、穴４５内に押し退けられることがない。
【００２０】
保持治具４０を、中子２０から取り外す際には、図５に示すように、穴４５を介して引っ掛けピン４７に接続されたケーブル４９を、保持治具４０の上部から図中矢印方向に引っ張る。ケーブル４９が引っ張られると、引っ掛けピン４７が回転軸Ｘを中心に回転し、引っ掛け部５０が引っ掛け溝２３から穴４５内に退避する。このようにして、中子２０と保持治具４０との接続を失わせ、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くことで、保持治具４０が鋳型１０から離脱される。
【００２１】
この構成によれば、保持手段４３の引っ掛け部５０を、中子２０の引っ掛け溝２３に引っ掛けて中子２０と保持治具４０とを接続することができ、ケーブル４９を保持治具４０の上部から引っ張ることで、保持手段４３を中子２０から簡単に取り外すことができる。
【００２２】
図６は、鋳鉄溶湯に対しての融点、及び、コスト等の条件に基づいて選択した、中子２０として利用可能な金属である、オーステナイト系ステンレス材、フェライト系ステンレス材、フェライト系スチール材、フェライト系スチール材の表面にメッキを施した材質、及び、純銅の特性を示す図である。ＳＵＳ３０４は、オーステナイト系ステンレス材である。ＳＵＳ４３０は、フェライト系ステンレス材である。Ｓ４５Ｃは、フェライト系スチール材である。Ｓ４５Ｃ＋Ｓｎメッキは、フェライト系スチール材の表面に錫メッキを施した材質である。Ｓ４５Ｃ＋Ｎｉメッキは、フェライト系スチール材の表面にニッケルメッキを施した材質である。純Ｃｕは、純銅である。
【００２３】
図６に示すように、ＳＵＳ３０４の熱膨張係数は、純Ｃｕと同じ高さであり、他の材質の膨張係数よりも著しく高い。熱膨張係数が高いということは、つまり、熱間と冷間との寸法差が大きいという事である。製品であるカムシャフト３０は、冷却（凝固）によって収縮するため、中子２０を熱膨張係数が低い材質で形成した場合には、カムシャフト３０が凝固するさいに、中子２０が、カムシャフト３０によって抱き込まれるように拘束されてしまう。ＳＵＳ３０４、或いは、純Ｃｕを中子２０の材質に用いた場合には、熱膨張係数が高いため、熱間と冷間との寸法差が大きく、カムシャフト３０が凝固時に収縮しても、中子２０がカムシャフト３０によって拘束されることがない。よって、中子２０に抜き勾配を形成しなくても、中子２０をカムシャフト３０の冷却後に引き抜いて、容易に取り出すことができる。
また、ＳＵＳ３０４の抗張力は、他の材質と比べて高い。ＳＵＳ３０４は、抗張力が４９０ＭＰａ以上の高張力鋼であり、強度の高い材質である。強度の高いＳＵＳ３０４を中子２０の材質として用いることで、中子２０を繰り返し再利用することが容易となる。
【００２４】
さらに、ＳＵＳ３０４、及び、ＳＵＳ４３０の表面安定性は、Ｓ４５Ｃの表面にメッキを施した材質と略同じか、或いは、それ以上である。これは、ステンレス材においては、ステンレス材に含まれるクロムと空気中の酸素とが結びつくことによって、ステンレス材の表層に不動態膜が生成されるためである。中子２０の表層は、溶湯に触れるため、表面安定性が悪いと、溶湯と化学的に反応し、ガス欠陥が発生して、カムシャフト３０中に空孔等が形成される場合がある。純Ｃｕは、熱膨張係数は高いが、表面安定性が悪いため、中子２０の材質としては適していない。
また、表面安定性が高い材質で中子２０を形成することで、カムシャフト３０の製品表面の荒れを防ぐことができるため、カムシャフト３０の重さのバランスを安定させることができ、カムシャフト３０の回転バランスの向上を図ることができる。
【００２５】
上述した、熱膨張係数の高さ、抗張力の高さ、及び、表面安定性の良さから、ＳＵＳ３０４は、鋳鉄溶湯に対しての融点、及び、コスト等の条件に基づいて選択した金属材質の中で最も金属性の置き中子の材質として適していると判明した。
さらに、図示は省略したが、ＳＵＳ３０４は、熱間強度が高いため、ＳＵＳ３０４から形成された中子２０は、溶湯の熱で熱せられても、強度が高温によって下がることがなく、溶湯の流れで中子２０が曲がってしまうことがない。よって、溶湯の熱による中子２０の曲がりを防止して、狙った形状の中空部３１を形成することができる。
【００２６】
ＳＵＳ３０４と比べて、フェライト系ステンレス材であるＳＵＳ４３０は、表面安定性は良いものの、熱膨張係数が高くないため、ＳＵＳ４３０で形成した中子２０を用いた場合には、カムシャフト３０を常温まで冷却したさいに、中子２０が製品によって抱き込まれるように拘束されてしまう可能性があり、ＳＵＳ４３０は、中子２０の材質としては適していない。
また、フェライト系スチール材であるＳ４５Ｃは、熱膨張係数が低く、表面安定性も悪いため、中子２０の材質としては適していない。
【００２７】
Ｓ４５Ｃの表面に錫（Ｓｎ）メッキ、或いは、ニッケル（Ｎｉ）メッキを施した中子２０を使用した場合には、中子２０の表面安定性が向上し、また、メッキが溶湯中で熔解するため、中子２０の抜け性も向上されるが、１ショット毎に、中子２０を製品キャビティ１１内に配置する前に、中子２０の表面にメッキを施す前処理を行う必要があり、繰り返して中子２０を再利用という点では、工程が増し、不十分である。
中子２０の材質として純Ｃｕを用いた場合には、熱膨張係数は高いものの、表面安定性が良くないため、カムシャフト３０の中空部３１の表面が荒れ、また、熱間強度が低いので曲がる。そのため、カムシャフト３０の重さのバランスが不安定になることが考えられるため、純銅は中子２０の材質としては適していない。
【００２８】
図７に示すように、中子２０は、保持治具４０と共に、製品キャビティ１１、及び、湯だまり１６内に注湯された鋳鉄によって鋳包まれる。所定時間のキュアタイム（例えば６秒間）の後に、図８に示すように、保持治具４０は、前述した保持手段４３を用いて中子２０から取り外される。保持治具４０は、中子２０から取り外された後に、鋳造品３４から引き抜かれる。保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くと同時に、或いは、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜いた後に、鋳型１０の型開きを行い製品キャビティ１１から鋳造品３４を離型する。離型時、鋳造品３４は、カムシャフト３０となる製品部３０Ａと、湯だまり１６に溜まった溶湯が凝固した押し湯部３５とが一体に形成されたものであり、鋳造品３４の内部には置き中子２０が置かれたままの状態である。
【００２９】
保持治具４０のテーパー部４２は、鋳造品３４に対する抜き勾配となるため、保持治具４０は、中子２０から取り外した後に、鋳造品３４から引き抜くことができる。また、中子２０と同径に形成された、保持治具４０の先端部４１の長さは、１〜１０ｍｍに形成されていることが望ましい。先端部４１の長さを１〜１０ｍｍに形成することで、先端部４１に抜き勾配が設けられていなくても、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜きが可能であることが実験により検証されている。
【００３０】
図９は、鋳型１０から取り出されたときの鋳造品３４と、鋳造品３４の内部に置かれた中子２０を示す。鋳造品３４の中子２０の上方には、保持治具４０の先端部４１によって中子２０と同径に形成された部位３６が形成されている。つまり、部位３６は、中空部３１に延在し、部位３６の内径は、中空部３１と同径に形成される。この構成において、部位３６は、製品であるカムシャフト３０の一部を形成している構成であっても良い。
【００３１】
保持治具４０を鋳造品３４から引き抜き、鋳型１０の型開きを行い、鋳造品３４を鋳型１０から離型した後すぐに、図７中に破線で示した保持治具４０の先端部４１に相当する位置、つまり部位３６で鋳造品３４を砥石等によって切断し、製品部３０Ａと、押し湯部３５とに分離する。保持治具４０の先端部４１の長さは、上述のように１〜１０ｍｍに形成されている。つまり、中子２０と保持治具４０の接続部は、製品部３０Ａと押し湯部３５の境（切断部）から、製品部３０Ａ側に１〜１０ｍｍ入った側である。これによって、鋳造品３４の切断時に、鋳造品３４の内部におかれた中子２０を切断用の砥石で切断する、或いは、損傷することがない。
【００３２】
中子２０は、製品部３０Ａと押し湯部３５とが分離された後、製品部３０Ａが常温まで冷却されるのを待って、図１０に示すように、製品部３０Ａから引き抜かれる。これによって、製品部３０Ａには、中空の鋳抜き穴である中空部３１が形成される。中子２０を引き抜く際には、前述した保持治具４０の保持手段４３（図４参照）と同じ構造に形成された引き抜き手段４３Ａを用いて、中子２０を引き抜く構成であっても良い。
これらの構成によれば、保持治具４０の先端部４１に相当する位置、つまり部位３６で鋳造品３４を切断するため、切断用の砥石等で中子２０を切断、或いは、傷つけることなく鋳造品３４を切断することができる。また、中子２０は、製品部３０Ａの冷却後に引き抜いて、繰り返し再利用することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、金属製の中子２０の保持治具４０において、金属製の中子２０と同径の先端部４１と、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２とを備え、先端部４１に中子を着脱自在に保持する保持手段４３を設けたため、製品を切断する前に保持治具４０を中子２０から取り外すことがきるとともに、テーパー部４２が抜き勾配となり、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くことができる。また、保持治具４０を取り外した部分で鋳造品３４を切断することで、中子２０を切断することなく、製品部３０Ａと押し湯部３５とを切り離すことができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、金属製の中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を備えた鋳造装置１において、鋳型１０内に保持治具４０で保持した金属製の中子２０を配置し、保持治具４０の先端部４１が前記金属製の中子２０と同径であり、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２を備えため、テーパー部４２が、抜き勾配となり、鋳造品３４が高温のうちに保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くことができる。また、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜いた後で、中子２０と同径に形成された先端部４１に相当する位置で鋳造品３４を切断することで、中子２０を切断することなく、押し湯部３５を製品部３０Ａから切り離すことができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、中空の鋳抜き穴（中空部）３１を有する製品（カムシャフト）３０を鋳造する鋳造方法において、鋳型１０内に保持治具４０で保持した金属製の中子２０を配置し、保持治具４０の先端部４１が金属製の中子２０と同径であり、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２を備え、先端部４１には金属製の中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を備え、鋳型１０内に溶湯を注湯し、鋳型１０から保持治具４０を離脱させて型開きを行った後に、先端部４１に相当する位置である部位３６で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を形成するため、中子２０を切断することなく、鋳造品３４が高温のうちに製品を切断して、製品から押し湯部３５を切り離すことができる。これによって、中子２０を繰り返し再利用することができるようになり、さらに、押し湯部３５を製品部３０Ａから切り離すための砥石、或いは、刃具の寿命延長と、切断時間の短縮を図ることができる。また、切断される部位３６の内径は、中子２０によって形成される中空部３１と同じ内径になるため、製品の後加工で、切断される部位３６の内径を中子２０によって形成された部位とそろえる仕上げをする必要がない。
【００３６】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を、保持治具４０の先端部４１で、穴４５の内部に設ける構成とした。保持手段４３は、引っ掛けピン４７と、板バネ４８と、ケーブル４９とから成る構成としたが、この第二実施形態では、更に簡単な構成で中子２０を着脱自在に保持することができる保持手段５３を提供する。
なお、以下の説明について、上述した第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
図１１は、製品キャビティ１１内に中子２０と保持治具４０とを接続して配置し、鋳型１０を閉じ、鋳型１０に溶湯を注湯し、所定時間のキュアタイムの後に、保持治具４０を中子２０から取り外し、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くまでの鋳造工程の一実施例を示す図である。図１１に示すように、この第二実施形態においては、保持手段５３は、螺子５６と、螺子５６が貫通する貫通孔５５とから構成される。また、中子２０には、螺子５６が締め込まれる螺子穴２１Ａが形成されている。中子２０と保持治具４０とは、この螺子５６によって螺合されて接続される。
【００３８】
図１１（Ａ）に示すように、保持治具４０は、穴５４を備える中空形状に形成されている。保持治具４０の先端部４１には、この穴５４に連通する貫通孔５５が設けられている。中子２０の、貫通孔５５と対応する位置には、螺子穴２１Ａが設けられ、螺子穴２１Ａ、貫通孔５５は、それぞれ中子２０、及び、中子２０と同径に形成された先端部４１の略中心に設けられている。螺子５６は、図１１（Ｂ）に示すように、貫通孔５５を介して螺子穴２１Ａに締め込まれ、中子２０と保持治具４０とを接続する。
保持治具４０は、製品キャビティ１１内に中子２０を配置して鋳型１０を閉じた後に中子２０に接続される構成であっても良い。或いは、中子２０と保持治具４０とを接続した後に、接続した中子２０と保持治具４０とを製品キャビティ１１内に配置して鋳型１０を閉じる構成であっても良い。また、保持治具４０は、図示は省略したが、螺子５６を担持する構造を保持治具４０の内部に備える構成であっても良い。
【００３９】
螺子５６で接続された中子２０と保持治具４０とが配置された製品キャビティ１１内に図１１（Ｃ）に示すように、溶湯を注湯する。所定時間のキュアタイムの後に、螺子５６を緩めて、螺子５６を螺子穴２１Ａから取り外す。これによって、中子２０と、保持治具４０との接続が失われる。中子２０から取り外された保持治具４０は、図１１（Ｄ）に示すように、鋳造品３４から引き抜かれる。
この構成によれば、螺子５６と、螺子５６を挿入する貫通孔５５、及び、螺子穴２１Ａを設けることで、中子２０と保持治具４０とを接続することができるため、中子２０と保持治具４０との接続部分の構造を簡単に形成することができる。また、螺子５６で中子２０と保持治具４０とを接続するため、中子２０と保持治具４０とが確実に接続され、中子２０と保持治具４０との接続部分に溶湯が入り込むのを防ぐことができる。
【００４０】
＜第三実施形態＞
第一実施形態、及び、第二実施形態では、中子２０はオーステナイト系ステンレス材であるＳＵＳ３０４から形成される構成とした。この第三実施形態においては、例えばフェライト系ステンレス材等のような磁性を有する金属材質から形成した中子６０を用いた場合について、中子６０磁性を利用した、保持治具４０の保持手段６３を提供する。
なお、以下の説明について、上述した第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図１２は、製品キャビティ１１内に中子６０と保持治具４０とを接続して配置し、鋳型１０を閉じ、鋳型１０に溶湯を注湯し、所定時間のキュアタイムの後に、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くまでの鋳造工程の一実施形態を示す図である。
図１２（Ａ）に示すように、保持治具４０の先端部４１には、保持手段６３が設けられる。保持手段６３は、先端部４１から中子６０側に突出した突出部６４と、突出部６４に設けられた凹部６４Ａに嵌合された磁石６５とから構成される。中子６０と、保持治具４０とは、製品キャビティ１１内に配置される。
【００４２】
中子６０には、突出部６４と対応する位置に溝６１が形成され、溝６１は、突出部６４と略同じ形状に形成されている。中子６０は、強磁性を有する鉄系中子、例えば、フェライト系ステンレス材で形成された中子、或いは、強磁性を有する金属で表面がコーティングされた金属製の中子であり、図１２（Ｂ）に示すように、磁石６５の吸引力によって保持手段６３に引きつけられる。中子６０と、保持治具４０とは、中子６０と磁石６５との間に発生する吸引力によって接続される。
【００４３】
中子６０と保持治具４０とを接続した後、製品キャビティ１１に溶湯を注湯する。中子６０は、溶湯によって高温となり、磁性が失われる。中子６０の磁性が失われることによって、中子６０と磁石６５との間の吸引力は無くなるが、中子６０は、溶湯が流入する勢いで、保持治具４０に対して押し付けられる。よって、中子６０の磁性が失われても、中子６０が自重で保持治具４０から離れてしまうことがなく、中子６０と保持治具４０の間に溶湯が入り込むのが防止される。
【００４４】
製品キャビティ１１に溶湯を注湯した後、所定時間のキュアタイムを経て、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜く際には、中子６０と保持治具４０との接続は既に失われている。これによって、保持治具４０を中子６０から取り外す工程が不要となり、鋳造品３４が高温のうちに保持治具４０を鋳型１０から離脱させることが可能となり、鋳造品３４が高温のうちに鋳造品３４切断し、製品部３０Ａと押し湯部３５とを切り離すことができ、切断用の砥石、或いは、刃具の寿命延長、及び、切断時間の短縮を図ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 鋳造装置
１０ 鋳型
２０，６０ 中子
３０Ａ 製品部
３１ 中空部（鋳抜き孔）
３４ 鋳造品
３５ 押し湯部
４０ 保持治具
４１ 先端部
４２ テーパー部
４３、５３、６３ 保持手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空の鋳抜き孔を有する製品の中空部を形成する金属製中子の保持治具と、中空の鋳抜き孔を有する製品を鋳造する鋳造装置、及び、鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属パイプを中子として用いて、金属パイプ中の金属芯材を鋳型に差し込んで固定し、中空部を持つ製品を鋳造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。中子による鋳抜きの中空部を持つ鋳鉄部品を製造する際、中空部は、製品と押し湯部分にまたがって形成される。ＱＣ（Ｑｕｉｃｋ Ｃａｓｔｉｎｇ）製法、すなわち、熱伝導率の高い銅金型によって溶湯の表層に殻状の凝固層を形成し、内部が未凝固の段階で型開きして取り出す製法では、製品と押し湯部とを砥石にて切断して分離するが、切断用の砥石寿命延長のため、製品が高温のうちに離型後すぐ切断する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０２９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属製の置き中子を用いた場合には、製品と押し湯部とを切断するさいに、中子も同時に切断されてしまうため、中子の再利用ができなくなってしまう。中子を再利用するためには、製品と押し湯部とを切断する前に、中子を鋳造品から引き抜くことも考えられるが、引き抜き荷重が高く困難であるだけではなく、中子を引き抜く間に鋳造品の温度が低下してしまうため、切断用の砥石寿命が低減するといった問題がある。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、中子を切断することなく、製品と押し湯部とを切断により分離することができるとともに、切断用の刃具の寿命延長を図ることができる中子の保持治具、鋳造装置、及び、鋳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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、金属製の中子の保持治具であって、先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、テーパー部が抜き勾配となるため、先端部を中子と同径に形成しても、製品を切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持手段は金属製の中子を着脱自在に保持するため、保持治具を中子から短時間で取り外すことができ、保持治具を中子から取り外している間に製品が冷えてしまうのを防ぐことができる。これによって、保持治具を鋳造品から引き抜いた後に、保持治具によって形成された部位で製品を切断することで、製品が高温のうちに、中子を切断することなく製品と押し湯部とを切断により分離することができるようになり、切断用の刃具の寿命延長を図ることができる。
【０００６】
また、本発明は、鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、テーパー部が抜き勾配となるため、先端部を中子と同径に形成しても、製品を切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持手段は金属製の中子を着脱自在に保持するため、保持治具を中子から短時間で取り外すことができ、保持治具を中子から取り外している間に製品が冷えてしまうのを防ぐことができる。これによって、保持治具を鋳造品から引き抜いた後に、保持治具によって形成された部位で製品を切断することで、製品が高温のうちに、中子を切断することなく製品と押し湯部とを切断により分離することができるようになり、切断用の刃具の寿命延長を図ることができる。
【０００７】
また、本発明は、鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備える鋳造装置の鋳造方法において、鋳型内に溶湯を注湯し、該鋳型から保持治具を離脱させて型開きを行った後に、前記先端部の部位に相当する位置で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を有する製品を鋳造することを特徴とする。
この構成によれば、テーパー部が抜き勾配となるため、製品と押し湯部とを切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持治具を引き抜いた後に、中子と同径に形成された保持治具の先端部の部位に相当する位置で製品を切断することによって、中子を切断することなく製品を切断することができるため、中子の再利用が可能になる。また、保持治具は、中子を着脱自在に保持するため、製品が高温のうちに保持治具を中子から取り外して製品を切断することができ、切断用の砥石、或いは、刃具の長寿命化、及び、切断時間の短縮を図ることができる。また、中子と同径に形成された先端部の部位に相当する位置で製品を切断するため、製品の後加工で、切断部位の勾配を削る仕上げをする必要がない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属製の中子の保持治具であって、先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたため、先端部を中子と同径に形成しても、製品を切断する前に、保持治具を鋳造品から引き抜くことができる。また、保持手段は金属製の中子を着脱自在に保持するため、保持治具を中子から短時間で取り外すことができ、保持治具を中子から取り外している間に製品が冷えてしまうのを防ぐことができる。
また、本発明によれば、鋳型内に溶湯を注湯し、該鋳型から保持治具を離脱させて型開きを行った後に、前記先端部の部位に相当する位置で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を有する製品を鋳造するため、保持治具を離脱させた後に先端部に相当する位置で製品を切断することによって、中子を切断することなく製品と押し湯部とを切断して分離することができる。また、製品の切断は、製品が高温のうちに行われるため、切断用の砥石、或いは、刃具の長寿命化、及び、切断時間の短縮を図ることができる。また、中子と同径に形成された先端部の部位に相当する位置で製品を切断するため、製品の後加工で、切断部位の勾配を削る仕上げをする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の鋳造装置の構造を示す断面図である。
【図２】カムシャフトの構造を示す断面図である。
【図３】中子を鋳型内に配置した状態を示す鋳造装置の部分断面図である。
【図４】中子材質の特性を示した図である。
【図５】鋳型内に溶湯を注湯した状態を示す断面図である。
【図６】型開きを行った状態を示す断面図である。
【図７】製品を切断する前の状態を示す断面図である。
【図８】中子を製品から引き抜いている状態を示す断面図である。
【図９】保持治具の保持手段を示す部分拡大図である。
【図１０】保持治具を中子から取り外している状態を示す部分拡大図である。
【図１１】第二実施形態の保持手段を示す部分拡大図である。
【図１２】第三実施形態の保持手段を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第一実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態に係る鋳造装置１の構造を示す断面図である。鋳造装置１は、鋳型１０と、中子２０と、中子２０の保持治具４０と、から構成される。鋳型１０は、熱伝導率の高い銅合金等から形成され、鋳造製の製品を成形するための製品キャビティ１１を備える。鋳型１０は、また、溶湯を受ける受口１２と、この受口１２から下方に伸びる湯口１３と、湯口１３から、製品キャビティ１１の入り口である製品ゲート１５につながる湯道１４と、製品キャビティ１１の上部に設けられた湯だまり１６と、を備える。鋳型１０には、一度に複数の製品を鋳造するために、複数の製品キャビティ１１が形成されている。
【００１１】
製品キャビティ１１は、本実施形態においては、鋳鉄中空の回転体の製品、例えばカムシャフト３０を作製するための鋳造空間である。製品キャビティ１１の上部に設けられた湯だまり１６には、製品の凝固による収縮分を補うために鋳型１０内に余分に注入された溶湯が溜まるように構成されている。
カムシャフト３０は、図２に示すように、中空部（鋳抜き孔）３１、コマ３２、シャフト表面３３を備える。中空部３１は、カムシャフト３０の軽量化、及び、カムシャフト３０の慣性質量の低減のために設けられる。
【００１２】
カムシャフト３０は、中空部３１を備えるため、中空部３１とシャフト表面３３の間の肉厚が薄い薄肉の製品となる。中空部３１は、図１に示すように、製品キャビティ１１内に配置された中子２０によって鋳抜かれて、カムシャフト３０の中空の鋳抜き穴として１本の真っ直ぐな深穴形状に形成される。中子２０は、略真円の円柱状に形成され、中子２０の中心がカムシャフト３０の回転軸中心と同心になるように配置される。
【００１３】
鋳造装置１による鋳造方法の一実施形態を説明すると、製品キャビティ１１内に保持治具４０で保持した金属製の中子２０を配置して鋳型１０を閉じた後、不図示の鋳鉄炉にて溶解されたＦＣＤ７００材等の鋳鉄溶湯Ｍを、図１に示すように、取鍋Ｌを用いて例えば溶湯温度１３８０度で、受口１２から温度制御された鋳型１０内に注湯する。中子２０は保持治具４０とともに、製品キャビティ１１内に注湯された鋳鉄溶湯Ｍによって鋳包まれる。次に、所定時間のキュアタイムの後に鋳型１０を割り、製品キャビティ１１からカムシャフト３０を離型する。中子２０は、カムシャフト３０の離型時にはカムシャフト３０内に、保持治具４０とともに挿入されたままとなる置き中子である。中子２０は、カムシャフト３０を常温まで冷却した後に、引き抜かれ、中空部３１が形成される。
【００１４】
中子２０を保持する保持治具４０は、図３に示されるように、先端部４１と、テーパー部４２と、保持手段４３とを備える。先端部４１は、中子２０と同径に形成される。テーパー部４２は、先端部４１から後方に向かって径が広がるように円錐状に形成される。テーパー部４２の先端部４１に対する勾配αは、略５度に形成される。保持手段４３は、先端部４１に設けられ、詳細については後述するが、中子２０を着脱自在に保持するように構成されている。
【００１５】
中子２０は、主成分がクロムとニッケルとからなるオーステナイト系ステンレス材、例えばＳＵＳ３０４、から形成される。中子２０は、型開き時には、製品であるカムシャフト３０内に挿入されたままとなる置き中子であり、カムシャフト３０を常温まで冷却した後に引き抜かれる。中子２０には、抜き勾配は形成されていない。また、中子２０には、表面コーティングは施されていない。さらに、中子２０は、鋳型１０内に配置する前に冷却等をせず、常温におかれていた中子２０を保持治具４０で保持し、保持治具４０とともに、鋳型１０内に配置される。
【００１６】
図４は、中子２０と、保持治具４０との接続部分を示し、図４（Ａ）は、中子２０の接続部分を示す部分拡大図であり、図４（Ｂ）は、保持治具４０の接続部分を示す部分拡大図である。
図４（Ａ）に示すように、中子２０の端部には、接続部２１が設けられ、接続部２１は、中子２０の円周の一部を端部側から垂直に切り取って、略半円形状に形成されている。接続部２１の、略垂直な接続面２２ａには、引っ掛け溝２３が形成されている。中子２０の先端には、また、引っ掛け溝２３の上に、略半円形状の凹部２４が形成されている。
【００１７】
図４（Ｂ）に示すように、保持治具４０の先端部４１には、接続部２１を形成するにあたって中子２０から切り取られた部分と略同形状に形成された延出部４４、及び、凸部５１が設けられている。つまり、中子２０に保持治具４０を接続した際には、接続部２１と延出部４４とを接続面２２ａで対向させて接続することで、接続部分が、中子２０と略同径となるように構成されている。また、中子２０の凹部２４には、凸部５１が嵌合され、保持治具４０を用いて中子２０を保持したときの安定性が向上する。
また、中子２０は、保持治具４０と、接続面２２ａ及び面２２ｂ，２２ｃの３面で接触し、注湯時には、溶湯が流入する勢いで中子２０が保持治具４０に対して押し付けられた状態となるため、中子２０と保持治具４０との間に隙間が開くことはなく、中子２０と保持治具４０との間に溶湯が入り込むことはない。
【００１８】
保持治具４０は、延出部４４と接続部２１が接する面から略垂直に延在する穴４５を備える中空の治具である。穴４５は、断面が略半円形状の穴であり、穴の直径は、引っ掛け溝２３の幅Ｗと略同じ寸法に形成されている。穴４５は、延出部４４に延在し、延出部４４の接続面２２ａに対向する面には、穴４５に連通する開口４６が形成される。開口４６は、中子２０と保持治具４０を接続した際に、引っ掛け溝２３と対向する位置に設けられる。
【００１９】
穴４５の内部には、中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３が設けられている。保持手段４３は、引っ掛けピン４７、板バネ４８、及びケーブル４９（図５参照）とから構成される。引っ掛けピン４７は、引っ掛け部５０を備え、中子２０と保持治具４０とを接続する際には、引っ掛け部５０が、開口４６を介して引っ掛け溝２３側に突出するように、板バネ４８で付勢されている。引っ掛けピン４７の回転軸Ｘが設けられた角には、面取りが施されている。中子２０は、引っ掛け溝２３が引っ掛け部５０に引っかかり、引っ掛け部５０にぶら下がるような状態で保持治具４０に接続される。引っ掛け部５０は、引っ掛けピン４７が板バネ４８で付勢されているため、中子２０がぶら下がっても、中子２０の重さで、穴４５内に押し退けられることがない。
【００２０】
保持治具４０を、中子２０から取り外す際には、図５に示すように、穴４５を介して引っ掛けピン４７に接続されたケーブル４９を、保持治具４０の上部から図中矢印方向に引っ張る。ケーブル４９が引っ張られると、引っ掛けピン４７が回転軸Ｘを中心に回転し、引っ掛け部５０が引っ掛け溝２３から穴４５内に退避する。このようにして、中子２０と保持治具４０との接続を失わせ、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くことで、保持治具４０が鋳型１０から離脱される。
【００２１】
この構成によれば、保持手段４３の引っ掛け部５０を、中子２０の引っ掛け溝２３に引っ掛けて中子２０と保持治具４０とを接続することができ、ケーブル４９を保持治具４０の上部から引っ張ることで、保持手段４３を中子２０から簡単に取り外すことができる。
【００２２】
図６は、鋳鉄溶湯に対しての融点、及び、コスト等の条件に基づいて選択した、中子２０として利用可能な金属である、オーステナイト系ステンレス材、フェライト系ステンレス材、フェライト系スチール材、フェライト系スチール材の表面にメッキを施した材質、及び、純銅の特性を示す図である。ＳＵＳ３０４は、オーステナイト系ステンレス材である。ＳＵＳ４３０は、フェライト系ステンレス材である。Ｓ４５Ｃは、フェライト系スチール材である。Ｓ４５Ｃ＋Ｓｎメッキは、フェライト系スチール材の表面に錫メッキを施した材質である。Ｓ４５Ｃ＋Ｎｉメッキは、フェライト系スチール材の表面にニッケルメッキを施した材質である。純Ｃｕは、純銅である。
【００２３】
図６に示すように、ＳＵＳ３０４の熱膨張係数は、純Ｃｕと同じ高さであり、他の材質の膨張係数よりも著しく高い。熱膨張係数が高いということは、つまり、熱間と冷間との寸法差が大きいという事である。製品であるカムシャフト３０は、冷却（凝固）によって収縮するため、中子２０を熱膨張係数が低い材質で形成した場合には、カムシャフト３０が凝固するさいに、中子２０が、カムシャフト３０によって抱き込まれるように拘束されてしまう。ＳＵＳ３０４、或いは、純Ｃｕを中子２０の材質に用いた場合には、熱膨張係数が高いため、熱間と冷間との寸法差が大きく、カムシャフト３０が凝固時に収縮しても、中子２０がカムシャフト３０によって拘束されることがない。よって、中子２０に抜き勾配を形成しなくても、中子２０をカムシャフト３０の冷却後に引き抜いて、容易に取り出すことができる。
また、ＳＵＳ３０４の抗張力は、他の材質と比べて高い。ＳＵＳ３０４は、抗張力が４９０ＭＰａ以上の高張力鋼であり、強度の高い材質である。強度の高いＳＵＳ３０４を中子２０の材質として用いることで、中子２０を繰り返し再利用することが容易となる。
【００２４】
さらに、ＳＵＳ３０４、及び、ＳＵＳ４３０の表面安定性は、Ｓ４５Ｃの表面にメッキを施した材質と略同じか、或いは、それ以上である。これは、ステンレス材においては、ステンレス材に含まれるクロムと空気中の酸素とが結びつくことによって、ステンレス材の表層に不動態膜が生成されるためである。中子２０の表層は、溶湯に触れるため、表面安定性が悪いと、溶湯と化学的に反応し、ガス欠陥が発生して、カムシャフト３０中に空孔等が形成される場合がある。純Ｃｕは、熱膨張係数は高いが、表面安定性が悪いため、中子２０の材質としては適していない。
また、表面安定性が高い材質で中子２０を形成することで、カムシャフト３０の製品表面の荒れを防ぐことができるため、カムシャフト３０の重さのバランスを安定させることができ、カムシャフト３０の回転バランスの向上を図ることができる。
【００２５】
上述した、熱膨張係数の高さ、抗張力の高さ、及び、表面安定性の良さから、ＳＵＳ３０４は、鋳鉄溶湯に対しての融点、及び、コスト等の条件に基づいて選択した金属材質の中で最も金属性の置き中子の材質として適していると判明した。
さらに、図示は省略したが、ＳＵＳ３０４は、熱間強度が高いため、ＳＵＳ３０４から形成された中子２０は、溶湯の熱で熱せられても、強度が高温によって下がることがなく、溶湯の流れで中子２０が曲がってしまうことがない。よって、溶湯の熱による中子２０の曲がりを防止して、狙った形状の中空部３１を形成することができる。
【００２６】
ＳＵＳ３０４と比べて、フェライト系ステンレス材であるＳＵＳ４３０は、表面安定性は良いものの、熱膨張係数が高くないため、ＳＵＳ４３０で形成した中子２０を用いた場合には、カムシャフト３０を常温まで冷却したさいに、中子２０が製品によって抱き込まれるように拘束されてしまう可能性があり、ＳＵＳ４３０は、中子２０の材質としては適していない。
また、フェライト系スチール材であるＳ４５Ｃは、熱膨張係数が低く、表面安定性も悪いため、中子２０の材質としては適していない。
【００２７】
Ｓ４５Ｃの表面に錫（Ｓｎ）メッキ、或いは、ニッケル（Ｎｉ）メッキを施した中子２０を使用した場合には、中子２０の表面安定性が向上し、また、メッキが溶湯中で熔解するため、中子２０の抜け性も向上されるが、１ショット毎に、中子２０を製品キャビティ１１内に配置する前に、中子２０の表面にメッキを施す前処理を行う必要があり、繰り返して中子２０を再利用という点では、工程が増し、不十分である。
中子２０の材質として純Ｃｕを用いた場合には、熱膨張係数は高いものの、表面安定性が良くないため、カムシャフト３０の中空部３１の表面が荒れ、また、熱間強度が低いので曲がる。そのため、カムシャフト３０の重さのバランスが不安定になることが考えられるため、純銅は中子２０の材質としては適していない。
【００２８】
図７に示すように、中子２０は、保持治具４０と共に、製品キャビティ１１、及び、湯だまり１６内に注湯された鋳鉄によって鋳包まれる。所定時間のキュアタイム（例えば６秒間）の後に、図８に示すように、保持治具４０は、前述した保持手段４３を用いて中子２０から取り外される。保持治具４０は、中子２０から取り外された後に、鋳造品３４から引き抜かれる。保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くと同時に、或いは、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜いた後に、鋳型１０の型開きを行い製品キャビティ１１から鋳造品３４を離型する。離型時、鋳造品３４は、カムシャフト３０となる製品部３０Ａと、湯だまり１６に溜まった溶湯が凝固した押し湯部３５とが一体に形成されたものであり、鋳造品３４の内部には置き中子２０が置かれたままの状態である。
【００２９】
保持治具４０のテーパー部４２は、鋳造品３４に対する抜き勾配となるため、保持治具４０は、中子２０から取り外した後に、鋳造品３４から引き抜くことができる。また、中子２０と同径に形成された、保持治具４０の先端部４１の長さは、１〜１０ｍｍに形成されていることが望ましい。先端部４１の長さを１〜１０ｍｍに形成することで、先端部４１に抜き勾配が設けられていなくても、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜きが可能であることが実験により検証されている。
【００３０】
図９は、鋳型１０から取り出されたときの鋳造品３４と、鋳造品３４の内部に置かれた中子２０を示す。鋳造品３４の中子２０の上方には、保持治具４０の先端部４１によって中子２０と同径に形成された部位３６が形成されている。つまり、部位３６は、中空部３１に延在し、部位３６の内径は、中空部３１と同径に形成される。この構成において、部位３６は、製品であるカムシャフト３０の一部を形成している構成であっても良い。
【００３１】
保持治具４０を鋳造品３４から引き抜き、鋳型１０の型開きを行い、鋳造品３４を鋳型１０から離型した後すぐに、図７中に破線で示した保持治具４０の先端部４１に相当する位置、つまり部位３６で鋳造品３４を砥石等によって切断し、製品部３０Ａと、押し湯部３５とに分離する。保持治具４０の先端部４１の長さは、上述のように１〜１０ｍｍに形成されている。つまり、中子２０と保持治具４０の接続部は、製品部３０Ａと押し湯部３５の境（切断部）から、製品部３０Ａ側に１〜１０ｍｍ入った側である。これによって、鋳造品３４の切断時に、鋳造品３４の内部におかれた中子２０を切断用の砥石で切断する、或いは、損傷することがない。
【００３２】
中子２０は、製品部３０Ａと押し湯部３５とが分離された後、製品部３０Ａが常温まで冷却されるのを待って、図１０に示すように、製品部３０Ａから引き抜かれる。これによって、製品部３０Ａには、中空の鋳抜き穴である中空部３１が形成される。中子２０を引き抜く際には、前述した保持治具４０の保持手段４３（図４参照）と同じ構造に形成された引き抜き手段４３Ａを用いて、中子２０を引き抜く構成であっても良い。
これらの構成によれば、保持治具４０の先端部４１に相当する位置、つまり部位３６で鋳造品３４を切断するため、切断用の砥石等で中子２０を切断、或いは、傷つけることなく鋳造品３４を切断することができる。また、中子２０は、製品部３０Ａの冷却後に引き抜いて、繰り返し再利用することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、金属製の中子２０の保持治具４０において、金属製の中子２０と同径の先端部４１と、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２とを備え、先端部４１に中子を着脱自在に保持する保持手段４３を設けたため、製品を切断する前に保持治具４０を中子２０から取り外すことがきるとともに、テーパー部４２が抜き勾配となり、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くことができる。また、保持治具４０を取り外した部分で鋳造品３４を切断することで、中子２０を切断することなく、製品部３０Ａと押し湯部３５とを切り離すことができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、金属製の中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を備えた鋳造装置１において、鋳型１０内に保持治具４０で保持した金属製の中子２０を配置し、保持治具４０の先端部４１が前記金属製の中子２０と同径であり、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２を備えため、テーパー部４２が、抜き勾配となり、鋳造品３４が高温のうちに保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くことができる。また、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜いた後で、中子２０と同径に形成された先端部４１に相当する位置で鋳造品３４を切断することで、中子２０を切断することなく、押し湯部３５を製品部３０Ａから切り離すことができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、中空の鋳抜き穴（中空部）３１を有する製品（カムシャフト）３０を鋳造する鋳造方法において、鋳型１０内に保持治具４０で保持した金属製の中子２０を配置し、保持治具４０の先端部４１が金属製の中子２０と同径であり、先端部４１から後方に向けて広がるテーパー部４２を備え、先端部４１には金属製の中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を備え、鋳型１０内に溶湯を注湯し、鋳型１０から保持治具４０を離脱させて型開きを行った後に、先端部４１に相当する位置である部位３６で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を形成するため、中子２０を切断することなく、鋳造品３４が高温のうちに製品を切断して、製品から押し湯部３５を切り離すことができる。これによって、中子２０を繰り返し再利用することができるようになり、さらに、押し湯部３５を製品部３０Ａから切り離すための砥石、或いは、刃具の寿命延長と、切断時間の短縮を図ることができる。また、切断される部位３６の内径は、中子２０によって形成される中空部３１と同じ内径になるため、製品の後加工で、切断される部位３６の内径を中子２０によって形成された部位とそろえる仕上げをする必要がない。
【００３６】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、中子２０を着脱自在に保持する保持手段４３を、保持治具４０の先端部４１で、穴４５の内部に設ける構成とした。保持手段４３は、引っ掛けピン４７と、板バネ４８と、ケーブル４９とから成る構成としたが、この第二実施形態では、更に簡単な構成で中子２０を着脱自在に保持することができる保持手段５３を提供する。
なお、以下の説明について、上述した第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
図１１は、製品キャビティ１１内に中子２０と保持治具４０とを接続して配置し、鋳型１０を閉じ、鋳型１０に溶湯を注湯し、所定時間のキュアタイムの後に、保持治具４０を中子２０から取り外し、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くまでの鋳造工程の一実施例を示す図である。図１１に示すように、この第二実施形態においては、保持手段５３は、螺子５６と、螺子５６が貫通する貫通孔５５とから構成される。また、中子２０には、螺子５６が締め込まれる螺子穴２１Ａが形成されている。中子２０と保持治具４０とは、この螺子５６によって螺合されて接続される。
【００３８】
図１１（Ａ）に示すように、保持治具４０は、穴５４を備える中空形状に形成されている。保持治具４０の先端部４１には、この穴５４に連通する貫通孔５５が設けられている。中子２０の、貫通孔５５と対応する位置には、螺子穴２１Ａが設けられ、螺子穴２１Ａ、貫通孔５５は、それぞれ中子２０、及び、中子２０と同径に形成された先端部４１の略中心に設けられている。螺子５６は、図１１（Ｂ）に示すように、貫通孔５５を介して螺子穴２１Ａに締め込まれ、中子２０と保持治具４０とを接続する。
保持治具４０は、製品キャビティ１１内に中子２０を配置して鋳型１０を閉じた後に中子２０に接続される構成であっても良い。或いは、中子２０と保持治具４０とを接続した後に、接続した中子２０と保持治具４０とを製品キャビティ１１内に配置して鋳型１０を閉じる構成であっても良い。また、保持治具４０は、図示は省略したが、螺子５６を担持する構造を保持治具４０の内部に備える構成であっても良い。
【００３９】
螺子５６で接続された中子２０と保持治具４０とが配置された製品キャビティ１１内に図１１（Ｃ）に示すように、溶湯を注湯する。所定時間のキュアタイムの後に、螺子５６を緩めて、螺子５６を螺子穴２１Ａから取り外す。これによって、中子２０と、保持治具４０との接続が失われる。中子２０から取り外された保持治具４０は、図１１（Ｄ）に示すように、鋳造品３４から引き抜かれる。
この構成によれば、螺子５６と、螺子５６を挿入する貫通孔５５、及び、螺子穴２１Ａを設けることで、中子２０と保持治具４０とを接続することができるため、中子２０と保持治具４０との接続部分の構造を簡単に形成することができる。また、螺子５６で中子２０と保持治具４０とを接続するため、中子２０と保持治具４０とが確実に接続され、中子２０と保持治具４０との接続部分に溶湯が入り込むのを防ぐことができる。
【００４０】
＜第三実施形態＞
第一実施形態、及び、第二実施形態では、中子２０はオーステナイト系ステンレス材であるＳＵＳ３０４から形成される構成とした。この第三実施形態においては、例えばフェライト系ステンレス材等のような磁性を有する金属材質から形成した中子６０を用いた場合について、中子６０磁性を利用した、保持治具４０の保持手段６３を提供する。
なお、以下の説明について、上述した第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図１２は、製品キャビティ１１内に中子６０と保持治具４０とを接続して配置し、鋳型１０を閉じ、鋳型１０に溶湯を注湯し、所定時間のキュアタイムの後に、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜くまでの鋳造工程の一実施形態を示す図である。
図１２（Ａ）に示すように、保持治具４０の先端部４１には、保持手段６３が設けられる。保持手段６３は、先端部４１から中子６０側に突出した突出部６４と、突出部６４に設けられた凹部６４Ａに嵌合された磁石６５とから構成される。中子６０と、保持治具４０とは、製品キャビティ１１内に配置される。
【００４２】
中子６０には、突出部６４と対応する位置に溝６１が形成され、溝６１は、突出部６４と略同じ形状に形成されている。中子６０は、強磁性を有する鉄系中子、例えば、フェライト系ステンレス材で形成された中子、或いは、強磁性を有する金属で表面がコーティングされた金属製の中子であり、図１２（Ｂ）に示すように、磁石６５の吸引力によって保持手段６３に引きつけられる。中子６０と、保持治具４０とは、中子６０と磁石６５との間に発生する吸引力によって接続される。
【００４３】
中子６０と保持治具４０とを接続した後、製品キャビティ１１に溶湯を注湯する。中子６０は、溶湯によって高温となり、磁性が失われる。中子６０の磁性が失われることによって、中子６０と磁石６５との間の吸引力は無くなるが、中子６０は、溶湯が流入する勢いで、保持治具４０に対して押し付けられる。よって、中子６０の磁性が失われても、中子６０が自重で保持治具４０から離れてしまうことがなく、中子６０と保持治具４０の間に溶湯が入り込むのが防止される。
【００４４】
製品キャビティ１１に溶湯を注湯した後、所定時間のキュアタイムを経て、保持治具４０を鋳造品３４から引き抜く際には、中子６０と保持治具４０との接続は既に失われている。これによって、保持治具４０を中子６０から取り外す工程が不要となり、鋳造品３４が高温のうちに保持治具４０を鋳型１０から離脱させることが可能となり、鋳造品３４が高温のうちに鋳造品３４切断し、製品部３０Ａと押し湯部３５とを切り離すことができ、切断用の砥石、或いは、刃具の寿命延長、及び、切断時間の短縮を図ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 鋳造装置
１０ 鋳型
２０，６０ 中子
３０Ａ 製品部
３１ 中空部（鋳抜き孔）
３４ 鋳造品
３５ 押し湯部
４０ 保持治具
４１ 先端部
４２ テーパー部
４３、５３、６３ 保持手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の中子の保持治具であって、
先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする保持治具。
【請求項２】
鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、
前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、
前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備える鋳造装置の鋳造方法において、
鋳型内に溶湯を注湯し、該鋳型から保持治具を離脱させて型開きを行った後に、前記先端部の部位に相当する位置で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を有する製品を鋳造することを特徴とする鋳造方法。
【請求項１】
金属製の中子の保持治具であって、
先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする保持治具。
【請求項２】
鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、
前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備えたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
鋳型内に保持治具で保持した金属製の中子を配置し、
前記保持治具の先端部が前記金属製の中子と同径であり、該先端部から後方に向けて広がるテーパー部を備え、前記先端部には前記金属製の中子を着脱自在に保持する保持手段を備える鋳造装置の鋳造方法において、
鋳型内に溶湯を注湯し、該鋳型から保持治具を離脱させて型開きを行った後に、前記先端部の部位に相当する位置で製品を切断し、製品冷却後に置き中子を引き抜いて中空の鋳抜き穴を有する製品を鋳造することを特徴とする鋳造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６１８０１（Ｐ２０１２−１６１８０１Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６８１（Ｐ２０１１−２１６８１）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【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８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【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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