鋳造品の製造方法
【課題】金型の製品部にススを付着させて実施する鋳造法において、湯しわの発生を効果的に防止することができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】ＳＴ０１からＳＴ０７までのステップによる予備実験工程により、肉厚比と湯しわ発生との相関を確定する。以降の鋳造に際しては、肉厚比と湯しわ発生との相関に最大肉厚比を適用して、肉厚比と湯しわ発生との相関に最大肉厚比を適用して、スモークの許容塗布厚さを決定し（ＳＴ０９）、この厚さだけ金型にスモークを塗布し（ＳＴ１０）、注湯及び離型を行う（ＳＴ１１）。
【効果】スモークの塗布厚さを許容塗布厚さ以下にするので、鋳造品に湯しわが発生する心配はない。
【解決手段】ＳＴ０１からＳＴ０７までのステップによる予備実験工程により、肉厚比と湯しわ発生との相関を確定する。以降の鋳造に際しては、肉厚比と湯しわ発生との相関に最大肉厚比を適用して、肉厚比と湯しわ発生との相関に最大肉厚比を適用して、スモークの許容塗布厚さを決定し（ＳＴ０９）、この厚さだけ金型にスモークを塗布し（ＳＴ１０）、注湯及び離型を行う（ＳＴ１１）。
【効果】スモークの塗布厚さを許容塗布厚さ以下にするので、鋳造品に湯しわが発生する心配はない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトの製造に好適な鋳造品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型に鉄溶湯を注湯して鋳造品を得ることは広く実施されている。金型は多数回の鋳造に耐えるように耐久性が求められる。耐久性を付与する技術が各種提案されている（例えば、特許文献１（段落番号［０００８］）参照。）。
【０００３】
特許文献１の段落番号［０００８］には「銅合金製の金型１は固定型２と可動型３とからなり、これらの固定型２と可動型３の型合せ面に方案部４及びこの方案部４に続く製品部５を形成し、製品部５には中子６を臨ませている。そして、方案部４についてはアセチレンガスを燃焼させた際に生じるススを付着させた作業塗型７を施す。・・・以下省略」の記載がある。
【０００４】
ススは断熱性能を発揮するため、方案部４が熱的に保護され、方案部４の耐久性が高まる。なお、特許文献１では製品部５にススを付着させていない。しかし、金型の耐久性を上げる観点から、製品部５にもススを付着することが求められる。
【０００５】
本発明者らは、特許文献１の技術をカムシャフトに適用して、カムシャフトの鋳造を行った。
すなわち、金型の製品部にススを付着させた上で、注湯し、カムシャフトを得た。
このカムシャフトの部分拡大図は次の通りであった。
【０００６】
図１１に示すように、カムシャフト１００において、小径部１０１に大径部１０２が連続している箇所（コーナ部１０３）に湯しわ（皺）１０４が発生した。この湯しわ１０４は、鋳造欠陥の一種で、製品品質を低下させるために、発生を防止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−９１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、金型の製品部にススを付着させて実施する鋳造法において、湯しわの発生を効果的に防止することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、実験を繰り返す中で、ススの厚さが湯しわの発生に影響していることに気付いた。そこで、ススの厚さを変更しながら、湯しわの発生具合を調べることにした。なお、このススを塗布することは、スモークを塗布するとも言うので、以下、スモークを塗布すると記す。
【００１０】
スモークの塗膜厚さが大きいほど、金型保護作用が強まると考え、先ず、厚さ０．１５ｍｍのスモークを製品部に塗布した。注湯し鋳造品（カムシャフト）を得た。結果、湯しわ発生率が２５％に達した。なお、湯しわ発生率は、湯しわ発生率＝（（湯しわが発生したサンプルの数）／（サンプルの総数））×１００で定義される。
【００１１】
次に、スモークの厚さを０．１３５ｍｍに変更して、鋳造品を得た。結果、湯しわ発生率が１３％になった。スモーク厚さを薄くすると結果が良好になることが予想される。
【００１２】
そこで、スモークの厚さを０．１２ｍｍに変更して、鋳造品を得た。結果、湯しわ発生率が０％になった。
念のため、スモークの厚さを０．０７５ｍｍに変更して、鋳造品を得た。結果、湯しわ発生率は０％のままであった。
【００１３】
以上の値をグラフ上にプロットしたものが、図１である。
図１によれば、スモークの塗布厚さを０．１２ｍｍ以下にすることで、湯しわの発生を抑制することができる。
【００１４】
湯しわの発生メカニズムは、よく分かっていないが、次のように推定することができる。
図２（ａ）に示すように、金型１０と中子１１との間にキャビティ１２が形成されている。金型１０にはスモーク１３が塗布されている。このキャビティ１２へ白抜き矢印のように注湯する。
【００１５】
すると、（ａ）の部分拡大図である（ｂ）に示すように、キャビティに溶湯１４が満たされる。金型１０は水冷されているため、鍔状の軸受部１５を構成する溶湯から金型１０へ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のように盛んに熱の移動が起こる。熱が移動する分だけ、金型１０により溶湯１４が冷却される。
また、一般面１６を構成する溶湯からＱ４のように熱の移動が起こり、第１付け根部１７からＱ５のように熱の移動が起こる。
【００１６】
スモーク１３の厚さが、厚い場合を（ｃ）、薄い場合を（ｄ）で説明する。
（ｂ）のＣ部拡大図である（ｃ）に示すように、スモーク１３の厚さｔｃが大きい場合、断熱効果が高まる。すると、熱の流れＱ２、Ｑ４が小さくなる。結果、溶湯１４が凝固して出来る軸受部１５での殻１８及び一般面１６での殻１９は薄くなる。
【００１７】
また、第１付け根部１７では豊富な溶湯１４から熱が潤沢に供給されるため、厚さｔｃが大きいにも拘わらず熱の流れＱ５は大きくなる。
Ｑ５が大きいと殻が出来にくくなる。殻が出来にくい第１付け根部１７に薄い殻が出来たとしても、この薄い殻は、殻１８、殻１９で引き裂かれる。すなわち、溶湯１４が凝固して殻１８、１９になるときに体積が減少し、殻１８、１９が収縮するため、第１付け根部１７の薄い殻が引き裂かれる。
薄い殻が割れると、溶湯１４が進入して、殻の生成が増々遅れる。
【００１８】
このようにして、殻１８及び殻１９は時間経過と共に、想像線で示すように成長し、厚さが増すが、第１付け根部１７は殻の生成が極度に遅れる。この時間的遅れにより、最後に凝固する第１付け根部１７に皺寄せがきて、湯しわ（図１１、符号１０４）が生成されると推定する。
【００１９】
一方、スモーク１３の厚さｔｄが小さな（ｄ）では、断熱効果が低下し、熱の流れＱ２、Ｑ４が大きくなるため、軸受部１５での殻１８及び一般面１６での殻１９は厚くなる。また、断熱効果が小さいため、第１付け根部１７でも殻２１が出来る。これらの殻１８、１９、２１は、時間の経過と共に想像線で示すように成長する。第１付け根部１７の殻２１が軸受部１５での殻１８及び一般面１６での殻１９の生成からあまり遅れないで出来れば、後に殻１８、１９で引かれても、割れる心配はない。割れないため、第１付け根部１７の殻２１は順調に成長する。結果、皺の発生がなくなると推定される。
【００２０】
ところで、図２（ｃ）ではＱ２に比較してＱ５が大きいため不具合が発生した。このことから、Ｑ５がＱ２より大きく且つＱ５とＱ２の差が大きい程、第１付け根部１７の殻生成に悪影響がでることが想定される。
加えて、図２（ｂ）から明らかなように、軸受部１５が薄いほど（軸方向の厚さが小さいほど）Ｑ２は小さくなり、Ｑ５とＱ２の差が大きくなることが予想される。
【００２１】
そこで、軸受部１５を含むカムシャフトの鋳造を実施して、Ｑ５とＱ２の差を検討する。
図３（ａ）に示すカムシャフト２３を鋳造により得ることにする。このカムシャフト２３では、一般面１６から軸受部１５とカム部２４とが鍔状に膨出している。
【００２２】
軸受部１５において、軸方向の厚さの半分は、Ｗ１である。このＷ１の部位を薄肉部１５ａと呼ぶ。また、第１付け根部１７での厚さは、Ｗ２である。この厚さＷ２は、軸線２５に対して約４５°傾斜しているため厚さは大きくなる。このＷ２の部位を厚肉部１７ａと呼ぶ。
このカムシャフト２３の場合、Ｗ２／Ｗ１は約３である。
肉厚比＝厚肉部／薄肉部＝Ｗ２／Ｗ１＝約３となる。
【００２３】
図から明らかなように、一般面１６の肉厚も薄いため、この部位を薄肉部１６ａと呼ぶ。すると、厚肉部１７ａは、一端が薄肉部１５ａに繋がり、他端が薄肉部１６ａに繋がっている。すなわち、カムシャフト２３は薄肉部１５ａ、１６ａに厚肉部１７ａが連続する形態の鋳造品である。
【００２４】
カム部２４において、軸方向の厚さの半分は、Ｗ３である。また、第２付け根部２６での厚さは、Ｗ４である。この厚さは、軸線２５に対して約４５°傾斜しているため厚さは大きくなる。Ｗ４が厚肉部の厚さとなり、Ｗ３が薄肉部の厚さとなる。
このカムシャフト２３の場合、Ｗ４／Ｗ３は約２である。すなわち、肉厚比＝厚肉部／薄肉部＝Ｗ４／Ｗ３＝約２となる。
【００２５】
以上に述べたカムシャフト２３を得るために、図３（ｂ）に示す金型１０を準備し、この金型１０に、所定の厚さのスモーク１３を塗布し、鋳造を実施した。得られたカムシャフトでの付け根部（（ａ）、符号１７、２６）に湯しわが発生したか否かを調べるために、予備実験を実施した。
さらに、スモークの厚さを種々変更して、スモークの厚さと軸受部に発生する湯しわ発生率との関係を調べると共にスモークの厚さとカム部に発生する湯しわ発生率との関係を調べるために、予備実験を繰り返した。結果を、図４に示す。
【００２６】
図４に示すように、軸受部では、スモークの厚さがｔｆを超えると、湯しわが発生し、カム部では、スモークの厚さがｔｇを超えると、湯しわが発生した。ｔｇはｔｆより厚かった。
金型寿命を考えると、スモークの厚さは大きいほどよいが、湯しわの発生を防止する事が優先するため、スモークの厚さはｔｆを採用する。
【００２７】
以上に述べた実験を、カムシャフトの通常生産の前に実施することが重要である。この工程を予備実験工程と呼ぶ。
この予備実験工程の後に、カムシャフトの通常生産が行われる。
この通常生産では、図４に基づいて、スモークの厚さをｔｆに特定すればよい。このｔｆがスモークの許容塗布厚さ（上限塗布厚さに相当）となる。
【００２８】
すなわち、予備実験工程により、図４でのｔｆやｔｇのようなスモークの塗布厚さ（上限塗布厚さに相当）を多数取得しておく。
通常生産に当たっては、通常生産で使用する金型に存在する肉厚比を調べ、複数の肉厚比の中から最大肉厚比を定める。予め取得しておいたスモークの塗布厚さと最大肉厚比とからスモークの許容塗布厚さを特定する。
特定した許容塗布厚さに基づいて金型にスモークを塗布し、通常生産を実施すればよい。
【００２９】
この知見に基づき本発明の請求項１は、次のようにまとめることができる。
本発明に係る請求項１は、薄肉部に厚肉部が連続する形態の鋳造品を鋳造するための金型にスモークを塗布するスモーク塗布工程と、前記金型へ鉄溶湯を注湯する注湯工程と、内部が未凝固で表層が殻状凝固層になった時点で鋳造品を取出す離型工程とからなる鋳造品の製造方法において、
前記厚肉部／前記薄肉部＝肉厚比で肉厚比が定義され、複数種の肉厚比が含まれる予備実験用金型を準備し、この予備実験用金型へ種々の厚さの前記スモークを塗布して注湯し、前記肉厚比と湯しわの発生との相関を調べる予備実験工程を、初回の前記スモーク塗布工程の前に実施しておき、
前記スモーク塗布工程では、当該鋳造品に存在する肉厚比のうち最大肉厚比を選択し、この最大肉厚比と前記相関とからスモークの許容塗布厚さを特定し、この許容塗布厚さを上限として前記金型にスモークを塗布することを特徴とする。
【００３０】
金型は、多数回の鋳造を行うことができる鋳型である。この金型に塗布したスモークは１回の鋳造で、厚さの数十％程度が剥離する。したがって、複数回の鋳造後に、重ね塗りの要領で、スモークを塗布することが必要となる。しかし、重ね塗り後のスモークの厚さが許容厚さを超えると湯しわが発生する。そこで、本発明の請求項２は、次のようにまとめることができる。
【００３１】
請求項２に係る発明は、スモークの塗布は、１回の注湯工程後に又は複数回の注湯工程後に、既存のスモークの上に新しいスモークを重ねる要領で実施し、既存のスモークと新しいスモークの合計厚さが許容塗布厚さを超えないようにすることを特徴とする。
【００３２】
本発明は、薄肉部に厚肉部が連続する形態の鋳造品を鋳造する技術に広く適用できるが、特にカムシャフトに有効である。
すなわち、請求項３に係る発明は、鋳造品は、一般面から軸受部やカム部が径外方へ突出しているカムシャフトであり、厚肉部は、軸受部と一般面とが交わる第１付け根部又はカム部と一般面とが交わる第２付け根部であり、薄肉部は、第１付け根部又は第２付け根部に隣接する部位であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１に係る発明では、予備実験工程で肉厚比と湯しわの発生との相関を調べておく。鋳造に際してはでは、当該鋳造品に存在する肉厚比のうち最大肉厚比を選択する。そして、肉厚比と湯しわ発生との相関に最大肉厚比を適用して、スモークの許容塗布厚さを特定し、この許容塗布厚さを上限として金型にスモークを塗布する。
【００３４】
仮に、許容塗布厚さを超えて金型にスモークを塗布すると鋳造品に湯しわが発生する虞がある。
本発明では、スモークの塗布厚さを許容塗布厚さ以下にするので、鋳造品に湯しわが発生する心配はない。
【００３５】
請求項２に係る発明では、既存のスモークの上に新しいスモークを重ねるときには、既存のスモークと新しいスモークの合計厚さが許容塗布厚さを超えないようにする。重ね塗りする場合であっても、重ね後のスモークの塗布厚さを許容塗布厚さ以下にするので、鋳造品に湯しわが発生する心配はない。
【００３６】
請求項３に係る発明では、鋳造品はカムシャフトである。カムシャフトは一般面に軸受部又はカム部が繋がるため、形状が複雑で鋳造欠陥がでやすい。本発明を適用することで、容易に湯しわの発生を防止することができ、良質なカムシャフトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】スモーク厚さと湯しわ発生率の関係を示すグラフである。
【図２】湯しわの発生メカニズムを説明する図である。
【図３】肉厚比を説明する図及び金型の断面図である。
【図４】軸受部とカム部における湯しわ発生率を示すグラフである。
【図５】本発明に係る鋳造品の製造フロー図である。
【図６】製造フロー図の補足説明図である。
【図７】湯しわの有無をプロットしたグラフである。
【図８】図７の一部を抜き書きしたグラフである。
【図９】最大肉厚比と許容塗布厚さとの相関を示すグラフである。
【図１０】鋳造工程で使用する金型の部分断面図である。
【図１１】従来の鋳造品に発生する皺を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００３９】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図５に示されるように、予備実験用金型を準備する（ＳＴ０１）。例えば、図６に示すような予備実験用金型３０を準備する。この金型３０には、（Ｗ２／Ｗ１）、（Ｗ４／Ｗ３）、（Ｗ６／Ｗ５）の三種類の肉厚比が存在する。
【００４０】
この予備実験用金型３０に厚さｔ１のスモークを塗布する（ＳＴ０２）。この金型へ注湯する（ＳＴ０３）。得られた鋳造品に湯しわが有るか否かを調べる（ＳＴ０４）。この調査では、各部における肉厚比（Ｗ２／Ｗ１）、（Ｗ４／Ｗ３）、（Ｗ６／Ｗ５）と、スモークの厚さｔ１と、湯しわの有無とを記録する。
【００４１】
予備実験はスモークの厚さを変えて複数回実施する必要がある。そこで、ＳＴ０６にてスモークの厚さをｔ２に変更する。そして、注湯し（ＳＴ０３）、各部における肉厚比（Ｗ２／Ｗ１）、（Ｗ４／Ｗ３）、（Ｗ６／Ｗ５）と、スモークの厚さｔ２と、湯しわの有無とを記録する（ＳＴ０４）。
同様のことを、スモークの厚さｔ３、ｔ４・・・ｔｎに変えて実施する。
【００４２】
所定の回数が終わったら、ＳＴ０５からＳＴ０７へ進む。ＳＴ０７では、ＳＴ０４で記録した多数回の情報から、肉厚比と湯しわ発生との相関を確定する。
例えば、図７に示すように、肉厚比とスモーク厚さとのグラフに、湯しわが発生していた予備実験に対しては×を記し、湯しわが発生していない予備実験には○を記す。これらの○のうちで×に最も近いものを（○）とする。
【００４３】
そして、図８に示すように、複数個の（○）を直線又は曲線で結ぶ。
さらに、横軸を最大肉厚比、縦軸を許容塗布厚さに変えることで図９を得る。この図９が、確定した相関グラフとなる。この相関グラフは、相関式、テーブルであってもよく、形態は任意である。
【００４４】
以上に説明した図５のＳＴ０１からＳＴ０７までが予備実験工程となる。
次に、鋳造工程を説明する。
図５のＳＴ０８にて、鋳造工程に供する鋳造品における最大肉厚比を調べる。例えば、図１０に示す金型１０において、最大肉厚比がＷ８／Ｗ７であったとする。
ＳＴ０９にて、最大肉厚比（Ｗ８／Ｗ７）を、図９に当て嵌めて、許容塗布厚さｔｍを決定する。ＳＴ１０にて、金型に厚さｔｍのスモークを塗布する。次に、注湯し、表面が固まったら離型する（ＳＴ１１）。
【００４５】
鋳造工程を継続する場合は、次の二つの形態が考えられる。一つは金型を替えないで且つスモークの再塗布を行わないで、鋳造を繰り返す。この場合は、鋳造品の肉厚比に変更がないので、ＳＴ１２→ＳＴ１３→ＳＴ１１と進んで鋳造を繰り返す。
【００４６】
他の一つは、類似した鋳造品を得るために、金型を替えて鋳造を行う。類似しているが肉厚比は変わっているので、ＳＴ１２→ＳＴ１３→ＳＴ０８と進んで、ＳＴ０９で許容塗布厚さを決定し直す。そして、ＳＴ１０→ＳＴ１１と進んで類似品の鋳造を実施する。
【００４７】
複数回のスモーク塗布工程（ＳＴ０８〜ＳＴ１０）に対して、予備実験工程は１回だけ行えばよい。図９が繰り返し使用可能であるからである。
【００４８】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
【００４９】
・溶湯の成分：
Ｃ（炭素）：２．５〜３．３質量％、Ｓｉ（珪素）：４．０〜５．０質量％、Ｍｎ（マンガン）：０．４質量％以下、Ｐ（リン）：０．１質量％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２質量％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．００５〜０．０２５質量％、Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物：残部
【００５０】
・金型：
長さが３００ｍｍのカムシャフトを鋳造することができる、水冷構造の銅合金金型
【００５１】
・離型要領：
溶湯が金型で急冷されるため、６〜１０秒で、表面に白銑（チル）組織の凝固殻ができる。そこで、６〜１０秒後に離型する。
なお、内部は未凝固のままであるが、離型後に凝固する。
【００５２】
以上の溶湯と金型を用い、この金型に図９に基づく厚さのスモークを塗布し、鋳造を行ったところ、湯しわが無いカムシャフトを得ることができた。
【００５３】
尚、本発明は、カムシャフトの鋳造に好適であるが、肉厚さが存在する鋳造品に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、カムシャフトの鋳造に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…金型、１１…中子、１２…キャビティ、１３…スモーク、１４…溶湯、１５…軸受部、１５ａ、１６ａ…薄肉部、１６…一般面、１７…第１付け根部、１７ａ…厚肉部、１８、１９、２１…凝固によって生成される殻、２３…カムシャフト、２４…カム部、２６…第２付け根部、３０…予備実験用金型。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトの製造に好適な鋳造品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型に鉄溶湯を注湯して鋳造品を得ることは広く実施されている。金型は多数回の鋳造に耐えるように耐久性が求められる。耐久性を付与する技術が各種提案されている（例えば、特許文献１（段落番号［０００８］）参照。）。
【０００３】
特許文献１の段落番号［０００８］には「銅合金製の金型１は固定型２と可動型３とからなり、これらの固定型２と可動型３の型合せ面に方案部４及びこの方案部４に続く製品部５を形成し、製品部５には中子６を臨ませている。そして、方案部４についてはアセチレンガスを燃焼させた際に生じるススを付着させた作業塗型７を施す。・・・以下省略」の記載がある。
【０００４】
ススは断熱性能を発揮するため、方案部４が熱的に保護され、方案部４の耐久性が高まる。なお、特許文献１では製品部５にススを付着させていない。しかし、金型の耐久性を上げる観点から、製品部５にもススを付着することが求められる。
【０００５】
本発明者らは、特許文献１の技術をカムシャフトに適用して、カムシャフトの鋳造を行った。
すなわち、金型の製品部にススを付着させた上で、注湯し、カムシャフトを得た。
このカムシャフトの部分拡大図は次の通りであった。
【０００６】
図１１に示すように、カムシャフト１００において、小径部１０１に大径部１０２が連続している箇所（コーナ部１０３）に湯しわ（皺）１０４が発生した。この湯しわ１０４は、鋳造欠陥の一種で、製品品質を低下させるために、発生を防止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−９１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、金型の製品部にススを付着させて実施する鋳造法において、湯しわの発生を効果的に防止することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、実験を繰り返す中で、ススの厚さが湯しわの発生に影響していることに気付いた。そこで、ススの厚さを変更しながら、湯しわの発生具合を調べることにした。なお、このススを塗布することは、スモークを塗布するとも言うので、以下、スモークを塗布すると記す。
【００１０】
スモークの塗膜厚さが大きいほど、金型保護作用が強まると考え、先ず、厚さ０．１５ｍｍのスモークを製品部に塗布した。注湯し鋳造品（カムシャフト）を得た。結果、湯しわ発生率が２５％に達した。なお、湯しわ発生率は、湯しわ発生率＝（（湯しわが発生したサンプルの数）／（サンプルの総数））×１００で定義される。
【００１１】
次に、スモークの厚さを０．１３５ｍｍに変更して、鋳造品を得た。結果、湯しわ発生率が１３％になった。スモーク厚さを薄くすると結果が良好になることが予想される。
【００１２】
そこで、スモークの厚さを０．１２ｍｍに変更して、鋳造品を得た。結果、湯しわ発生率が０％になった。
念のため、スモークの厚さを０．０７５ｍｍに変更して、鋳造品を得た。結果、湯しわ発生率は０％のままであった。
【００１３】
以上の値をグラフ上にプロットしたものが、図１である。
図１によれば、スモークの塗布厚さを０．１２ｍｍ以下にすることで、湯しわの発生を抑制することができる。
【００１４】
湯しわの発生メカニズムは、よく分かっていないが、次のように推定することができる。
図２（ａ）に示すように、金型１０と中子１１との間にキャビティ１２が形成されている。金型１０にはスモーク１３が塗布されている。このキャビティ１２へ白抜き矢印のように注湯する。
【００１５】
すると、（ａ）の部分拡大図である（ｂ）に示すように、キャビティに溶湯１４が満たされる。金型１０は水冷されているため、鍔状の軸受部１５を構成する溶湯から金型１０へ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のように盛んに熱の移動が起こる。熱が移動する分だけ、金型１０により溶湯１４が冷却される。
また、一般面１６を構成する溶湯からＱ４のように熱の移動が起こり、第１付け根部１７からＱ５のように熱の移動が起こる。
【００１６】
スモーク１３の厚さが、厚い場合を（ｃ）、薄い場合を（ｄ）で説明する。
（ｂ）のＣ部拡大図である（ｃ）に示すように、スモーク１３の厚さｔｃが大きい場合、断熱効果が高まる。すると、熱の流れＱ２、Ｑ４が小さくなる。結果、溶湯１４が凝固して出来る軸受部１５での殻１８及び一般面１６での殻１９は薄くなる。
【００１７】
また、第１付け根部１７では豊富な溶湯１４から熱が潤沢に供給されるため、厚さｔｃが大きいにも拘わらず熱の流れＱ５は大きくなる。
Ｑ５が大きいと殻が出来にくくなる。殻が出来にくい第１付け根部１７に薄い殻が出来たとしても、この薄い殻は、殻１８、殻１９で引き裂かれる。すなわち、溶湯１４が凝固して殻１８、１９になるときに体積が減少し、殻１８、１９が収縮するため、第１付け根部１７の薄い殻が引き裂かれる。
薄い殻が割れると、溶湯１４が進入して、殻の生成が増々遅れる。
【００１８】
このようにして、殻１８及び殻１９は時間経過と共に、想像線で示すように成長し、厚さが増すが、第１付け根部１７は殻の生成が極度に遅れる。この時間的遅れにより、最後に凝固する第１付け根部１７に皺寄せがきて、湯しわ（図１１、符号１０４）が生成されると推定する。
【００１９】
一方、スモーク１３の厚さｔｄが小さな（ｄ）では、断熱効果が低下し、熱の流れＱ２、Ｑ４が大きくなるため、軸受部１５での殻１８及び一般面１６での殻１９は厚くなる。また、断熱効果が小さいため、第１付け根部１７でも殻２１が出来る。これらの殻１８、１９、２１は、時間の経過と共に想像線で示すように成長する。第１付け根部１７の殻２１が軸受部１５での殻１８及び一般面１６での殻１９の生成からあまり遅れないで出来れば、後に殻１８、１９で引かれても、割れる心配はない。割れないため、第１付け根部１７の殻２１は順調に成長する。結果、皺の発生がなくなると推定される。
【００２０】
ところで、図２（ｃ）ではＱ２に比較してＱ５が大きいため不具合が発生した。このことから、Ｑ５がＱ２より大きく且つＱ５とＱ２の差が大きい程、第１付け根部１７の殻生成に悪影響がでることが想定される。
加えて、図２（ｂ）から明らかなように、軸受部１５が薄いほど（軸方向の厚さが小さいほど）Ｑ２は小さくなり、Ｑ５とＱ２の差が大きくなることが予想される。
【００２１】
そこで、軸受部１５を含むカムシャフトの鋳造を実施して、Ｑ５とＱ２の差を検討する。
図３（ａ）に示すカムシャフト２３を鋳造により得ることにする。このカムシャフト２３では、一般面１６から軸受部１５とカム部２４とが鍔状に膨出している。
【００２２】
軸受部１５において、軸方向の厚さの半分は、Ｗ１である。このＷ１の部位を薄肉部１５ａと呼ぶ。また、第１付け根部１７での厚さは、Ｗ２である。この厚さＷ２は、軸線２５に対して約４５°傾斜しているため厚さは大きくなる。このＷ２の部位を厚肉部１７ａと呼ぶ。
このカムシャフト２３の場合、Ｗ２／Ｗ１は約３である。
肉厚比＝厚肉部／薄肉部＝Ｗ２／Ｗ１＝約３となる。
【００２３】
図から明らかなように、一般面１６の肉厚も薄いため、この部位を薄肉部１６ａと呼ぶ。すると、厚肉部１７ａは、一端が薄肉部１５ａに繋がり、他端が薄肉部１６ａに繋がっている。すなわち、カムシャフト２３は薄肉部１５ａ、１６ａに厚肉部１７ａが連続する形態の鋳造品である。
【００２４】
カム部２４において、軸方向の厚さの半分は、Ｗ３である。また、第２付け根部２６での厚さは、Ｗ４である。この厚さは、軸線２５に対して約４５°傾斜しているため厚さは大きくなる。Ｗ４が厚肉部の厚さとなり、Ｗ３が薄肉部の厚さとなる。
このカムシャフト２３の場合、Ｗ４／Ｗ３は約２である。すなわち、肉厚比＝厚肉部／薄肉部＝Ｗ４／Ｗ３＝約２となる。
【００２５】
以上に述べたカムシャフト２３を得るために、図３（ｂ）に示す金型１０を準備し、この金型１０に、所定の厚さのスモーク１３を塗布し、鋳造を実施した。得られたカムシャフトでの付け根部（（ａ）、符号１７、２６）に湯しわが発生したか否かを調べるために、予備実験を実施した。
さらに、スモークの厚さを種々変更して、スモークの厚さと軸受部に発生する湯しわ発生率との関係を調べると共にスモークの厚さとカム部に発生する湯しわ発生率との関係を調べるために、予備実験を繰り返した。結果を、図４に示す。
【００２６】
図４に示すように、軸受部では、スモークの厚さがｔｆを超えると、湯しわが発生し、カム部では、スモークの厚さがｔｇを超えると、湯しわが発生した。ｔｇはｔｆより厚かった。
金型寿命を考えると、スモークの厚さは大きいほどよいが、湯しわの発生を防止する事が優先するため、スモークの厚さはｔｆを採用する。
【００２７】
以上に述べた実験を、カムシャフトの通常生産の前に実施することが重要である。この工程を予備実験工程と呼ぶ。
この予備実験工程の後に、カムシャフトの通常生産が行われる。
この通常生産では、図４に基づいて、スモークの厚さをｔｆに特定すればよい。このｔｆがスモークの許容塗布厚さ（上限塗布厚さに相当）となる。
【００２８】
すなわち、予備実験工程により、図４でのｔｆやｔｇのようなスモークの塗布厚さ（上限塗布厚さに相当）を多数取得しておく。
通常生産に当たっては、通常生産で使用する金型に存在する肉厚比を調べ、複数の肉厚比の中から最大肉厚比を定める。予め取得しておいたスモークの塗布厚さと最大肉厚比とからスモークの許容塗布厚さを特定する。
特定した許容塗布厚さに基づいて金型にスモークを塗布し、通常生産を実施すればよい。
【００２９】
この知見に基づき本発明の請求項１は、次のようにまとめることができる。
本発明に係る請求項１は、薄肉部に厚肉部が連続する形態の鋳造品を鋳造するための金型にスモークを塗布するスモーク塗布工程と、前記金型へ鉄溶湯を注湯する注湯工程と、内部が未凝固で表層が殻状凝固層になった時点で鋳造品を取出す離型工程とからなる鋳造品の製造方法において、
前記厚肉部／前記薄肉部＝肉厚比で肉厚比が定義され、複数種の肉厚比が含まれる予備実験用金型を準備し、この予備実験用金型へ種々の厚さの前記スモークを塗布して注湯し、前記肉厚比と湯しわの発生との相関を調べる予備実験工程を、初回の前記スモーク塗布工程の前に実施しておき、
前記スモーク塗布工程では、当該鋳造品に存在する肉厚比のうち最大肉厚比を選択し、この最大肉厚比と前記相関とからスモークの許容塗布厚さを特定し、この許容塗布厚さを上限として前記金型にスモークを塗布することを特徴とする。
【００３０】
金型は、多数回の鋳造を行うことができる鋳型である。この金型に塗布したスモークは１回の鋳造で、厚さの数十％程度が剥離する。したがって、複数回の鋳造後に、重ね塗りの要領で、スモークを塗布することが必要となる。しかし、重ね塗り後のスモークの厚さが許容厚さを超えると湯しわが発生する。そこで、本発明の請求項２は、次のようにまとめることができる。
【００３１】
請求項２に係る発明は、スモークの塗布は、１回の注湯工程後に又は複数回の注湯工程後に、既存のスモークの上に新しいスモークを重ねる要領で実施し、既存のスモークと新しいスモークの合計厚さが許容塗布厚さを超えないようにすることを特徴とする。
【００３２】
本発明は、薄肉部に厚肉部が連続する形態の鋳造品を鋳造する技術に広く適用できるが、特にカムシャフトに有効である。
すなわち、請求項３に係る発明は、鋳造品は、一般面から軸受部やカム部が径外方へ突出しているカムシャフトであり、厚肉部は、軸受部と一般面とが交わる第１付け根部又はカム部と一般面とが交わる第２付け根部であり、薄肉部は、第１付け根部又は第２付け根部に隣接する部位であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１に係る発明では、予備実験工程で肉厚比と湯しわの発生との相関を調べておく。鋳造に際してはでは、当該鋳造品に存在する肉厚比のうち最大肉厚比を選択する。そして、肉厚比と湯しわ発生との相関に最大肉厚比を適用して、スモークの許容塗布厚さを特定し、この許容塗布厚さを上限として金型にスモークを塗布する。
【００３４】
仮に、許容塗布厚さを超えて金型にスモークを塗布すると鋳造品に湯しわが発生する虞がある。
本発明では、スモークの塗布厚さを許容塗布厚さ以下にするので、鋳造品に湯しわが発生する心配はない。
【００３５】
請求項２に係る発明では、既存のスモークの上に新しいスモークを重ねるときには、既存のスモークと新しいスモークの合計厚さが許容塗布厚さを超えないようにする。重ね塗りする場合であっても、重ね後のスモークの塗布厚さを許容塗布厚さ以下にするので、鋳造品に湯しわが発生する心配はない。
【００３６】
請求項３に係る発明では、鋳造品はカムシャフトである。カムシャフトは一般面に軸受部又はカム部が繋がるため、形状が複雑で鋳造欠陥がでやすい。本発明を適用することで、容易に湯しわの発生を防止することができ、良質なカムシャフトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】スモーク厚さと湯しわ発生率の関係を示すグラフである。
【図２】湯しわの発生メカニズムを説明する図である。
【図３】肉厚比を説明する図及び金型の断面図である。
【図４】軸受部とカム部における湯しわ発生率を示すグラフである。
【図５】本発明に係る鋳造品の製造フロー図である。
【図６】製造フロー図の補足説明図である。
【図７】湯しわの有無をプロットしたグラフである。
【図８】図７の一部を抜き書きしたグラフである。
【図９】最大肉厚比と許容塗布厚さとの相関を示すグラフである。
【図１０】鋳造工程で使用する金型の部分断面図である。
【図１１】従来の鋳造品に発生する皺を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００３９】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図５に示されるように、予備実験用金型を準備する（ＳＴ０１）。例えば、図６に示すような予備実験用金型３０を準備する。この金型３０には、（Ｗ２／Ｗ１）、（Ｗ４／Ｗ３）、（Ｗ６／Ｗ５）の三種類の肉厚比が存在する。
【００４０】
この予備実験用金型３０に厚さｔ１のスモークを塗布する（ＳＴ０２）。この金型へ注湯する（ＳＴ０３）。得られた鋳造品に湯しわが有るか否かを調べる（ＳＴ０４）。この調査では、各部における肉厚比（Ｗ２／Ｗ１）、（Ｗ４／Ｗ３）、（Ｗ６／Ｗ５）と、スモークの厚さｔ１と、湯しわの有無とを記録する。
【００４１】
予備実験はスモークの厚さを変えて複数回実施する必要がある。そこで、ＳＴ０６にてスモークの厚さをｔ２に変更する。そして、注湯し（ＳＴ０３）、各部における肉厚比（Ｗ２／Ｗ１）、（Ｗ４／Ｗ３）、（Ｗ６／Ｗ５）と、スモークの厚さｔ２と、湯しわの有無とを記録する（ＳＴ０４）。
同様のことを、スモークの厚さｔ３、ｔ４・・・ｔｎに変えて実施する。
【００４２】
所定の回数が終わったら、ＳＴ０５からＳＴ０７へ進む。ＳＴ０７では、ＳＴ０４で記録した多数回の情報から、肉厚比と湯しわ発生との相関を確定する。
例えば、図７に示すように、肉厚比とスモーク厚さとのグラフに、湯しわが発生していた予備実験に対しては×を記し、湯しわが発生していない予備実験には○を記す。これらの○のうちで×に最も近いものを（○）とする。
【００４３】
そして、図８に示すように、複数個の（○）を直線又は曲線で結ぶ。
さらに、横軸を最大肉厚比、縦軸を許容塗布厚さに変えることで図９を得る。この図９が、確定した相関グラフとなる。この相関グラフは、相関式、テーブルであってもよく、形態は任意である。
【００４４】
以上に説明した図５のＳＴ０１からＳＴ０７までが予備実験工程となる。
次に、鋳造工程を説明する。
図５のＳＴ０８にて、鋳造工程に供する鋳造品における最大肉厚比を調べる。例えば、図１０に示す金型１０において、最大肉厚比がＷ８／Ｗ７であったとする。
ＳＴ０９にて、最大肉厚比（Ｗ８／Ｗ７）を、図９に当て嵌めて、許容塗布厚さｔｍを決定する。ＳＴ１０にて、金型に厚さｔｍのスモークを塗布する。次に、注湯し、表面が固まったら離型する（ＳＴ１１）。
【００４５】
鋳造工程を継続する場合は、次の二つの形態が考えられる。一つは金型を替えないで且つスモークの再塗布を行わないで、鋳造を繰り返す。この場合は、鋳造品の肉厚比に変更がないので、ＳＴ１２→ＳＴ１３→ＳＴ１１と進んで鋳造を繰り返す。
【００４６】
他の一つは、類似した鋳造品を得るために、金型を替えて鋳造を行う。類似しているが肉厚比は変わっているので、ＳＴ１２→ＳＴ１３→ＳＴ０８と進んで、ＳＴ０９で許容塗布厚さを決定し直す。そして、ＳＴ１０→ＳＴ１１と進んで類似品の鋳造を実施する。
【００４７】
複数回のスモーク塗布工程（ＳＴ０８〜ＳＴ１０）に対して、予備実験工程は１回だけ行えばよい。図９が繰り返し使用可能であるからである。
【００４８】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
【００４９】
・溶湯の成分：
Ｃ（炭素）：２．５〜３．３質量％、Ｓｉ（珪素）：４．０〜５．０質量％、Ｍｎ（マンガン）：０．４質量％以下、Ｐ（リン）：０．１質量％以下、Ｓ（硫黄）：０．０２質量％以下、Ｍｇ（マグネシウム）：０．００５〜０．０２５質量％、Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物：残部
【００５０】
・金型：
長さが３００ｍｍのカムシャフトを鋳造することができる、水冷構造の銅合金金型
【００５１】
・離型要領：
溶湯が金型で急冷されるため、６〜１０秒で、表面に白銑（チル）組織の凝固殻ができる。そこで、６〜１０秒後に離型する。
なお、内部は未凝固のままであるが、離型後に凝固する。
【００５２】
以上の溶湯と金型を用い、この金型に図９に基づく厚さのスモークを塗布し、鋳造を行ったところ、湯しわが無いカムシャフトを得ることができた。
【００５３】
尚、本発明は、カムシャフトの鋳造に好適であるが、肉厚さが存在する鋳造品に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、カムシャフトの鋳造に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…金型、１１…中子、１２…キャビティ、１３…スモーク、１４…溶湯、１５…軸受部、１５ａ、１６ａ…薄肉部、１６…一般面、１７…第１付け根部、１７ａ…厚肉部、１８、１９、２１…凝固によって生成される殻、２３…カムシャフト、２４…カム部、２６…第２付け根部、３０…予備実験用金型。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉部に厚肉部が連続する形態の鋳造品を鋳造するための金型にスモークを塗布するスモーク塗布工程と、前記金型へ鉄溶湯を注湯する注湯工程と、内部が未凝固で表層が殻状凝固層になった時点で鋳造品を取出す離型工程とからなる鋳造品の製造方法において、
前記厚肉部／前記薄肉部＝肉厚比で肉厚比が定義され、複数種の肉厚比が含まれる予備実験用金型を準備し、この予備実験用金型へ種々の厚さの前記スモークを塗布して注湯し、前記肉厚比と湯しわの発生との相関を調べる予備実験工程を、初回の前記スモーク塗布工程の前に実施しておき、
前記スモーク塗布工程では、当該鋳造品に存在する肉厚比のうち最大肉厚比を選択し、この最大肉厚比と前記相関とからスモークの許容塗布厚さを特定し、この許容塗布厚さを上限として前記金型にスモークを塗布することを特徴とする鋳造品の製造方法。
【請求項２】
前記スモークの塗布は、１回の前記注湯工程後に又は複数回の前記注湯工程後に、既存のスモークの上に新しいスモークを重ねる要領で実施し、
既存のスモークと新しいスモークの合計厚さが前記許容塗布厚さを超えないようにすることを特徴とする請求項１記載の鋳造品の製造方法。
【請求項３】
前記鋳造品は、一般面から軸受部やカム部が径外方へ突出しているカムシャフトであり、前記厚肉部は、前記軸受部と前記一般面とが交わる第１付け根部又は前記カム部と前記一般面とが交わる第２付け根部であり、前記薄肉部は、前記第１付け根部又は第２付け根部に隣接する部位であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋳造品の製造方法。
【請求項１】
薄肉部に厚肉部が連続する形態の鋳造品を鋳造するための金型にスモークを塗布するスモーク塗布工程と、前記金型へ鉄溶湯を注湯する注湯工程と、内部が未凝固で表層が殻状凝固層になった時点で鋳造品を取出す離型工程とからなる鋳造品の製造方法において、
前記厚肉部／前記薄肉部＝肉厚比で肉厚比が定義され、複数種の肉厚比が含まれる予備実験用金型を準備し、この予備実験用金型へ種々の厚さの前記スモークを塗布して注湯し、前記肉厚比と湯しわの発生との相関を調べる予備実験工程を、初回の前記スモーク塗布工程の前に実施しておき、
前記スモーク塗布工程では、当該鋳造品に存在する肉厚比のうち最大肉厚比を選択し、この最大肉厚比と前記相関とからスモークの許容塗布厚さを特定し、この許容塗布厚さを上限として前記金型にスモークを塗布することを特徴とする鋳造品の製造方法。
【請求項２】
前記スモークの塗布は、１回の前記注湯工程後に又は複数回の前記注湯工程後に、既存のスモークの上に新しいスモークを重ねる要領で実施し、
既存のスモークと新しいスモークの合計厚さが前記許容塗布厚さを超えないようにすることを特徴とする請求項１記載の鋳造品の製造方法。
【請求項３】
前記鋳造品は、一般面から軸受部やカム部が径外方へ突出しているカムシャフトであり、前記厚肉部は、前記軸受部と前記一般面とが交わる第１付け根部又は前記カム部と前記一般面とが交わる第２付け根部であり、前記薄肉部は、前記第１付け根部又は第２付け根部に隣接する部位であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋳造品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−３０２５５（Ｐ２０１２−３０２５５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２２７３（Ｐ２０１０−１７２２７３）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【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２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【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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