鋳造用中子および鋳造用中子の変位防止方法
【課題】鋳造製品の寸法精度を向上させるために、注湯時の前後において、中子が変位することを確実に防止できる簡易な鋳造用中子および鋳造用中子の変位防止方法を提供する。
【解決手段】上型２および下型３によって変位が規制される部位である各幅木部５ｂ・６ｂと、上型２および下型３によって形成されるキャビティ４に配置され、上型２および下型３により鋳造される製品形状の一部を成す部位である各型部５ａ・６ａと、を備える各中子５・６であって、各型部５ａ・６ａに内蔵される各錘７・８を備え、キャビティ４に溶湯を注湯するときに前記溶湯により各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆに比して、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇが大きい各中子５・６とする。
【解決手段】上型２および下型３によって変位が規制される部位である各幅木部５ｂ・６ｂと、上型２および下型３によって形成されるキャビティ４に配置され、上型２および下型３により鋳造される製品形状の一部を成す部位である各型部５ａ・６ａと、を備える各中子５・６であって、各型部５ａ・６ａに内蔵される各錘７・８を備え、キャビティ４に溶湯を注湯するときに前記溶湯により各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆに比して、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇが大きい各中子５・６とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用中子の技術に関し、より詳しくは、注湯時の変位を防止することができる鋳造用中子および鋳造用中子の変位防止方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳造時に鋳造用金型とともに用いられる鋳造用中子は、鋳造用金型に形成されるキャビティ内に配置され製品形状の一部を成す部位である型部と、それ以外の部位である幅木部と、を備える構成が一般的であり、鋳造用金型により幅木部を保持することによって、キャビティに対する型部の位置決めをする方法が一般的に知られている。ここで、鋳造用金型によって幅木部を保持する部位では、鋳造時における各部材の熱膨張を考慮して、鋳造用金型と幅木部との間にクリアランスを設定している。
【０００３】
キャビティに溶湯が注湯されると、鋳造用中子の型部は溶湯から浮力を受けて浮き上がろうとする。このとき、鋳造用金型と幅木部との間にクリアランスがあると、そのクリアランスの範囲では鋳造用中子の変位を規制することができない。
つまり、従来は、注湯時の前後において、鋳造用中子を精度良く一定位置に保持するのが難しかったため、鋳造製品の寸法精度を確保することが困難であった。
このため、注湯時の前後において、鋳造用中子を精度良く一定位置に保持するための技術が種々検討されており、例えば、以下に示す特許文献１〜４等にその技術が開示され公知となっている。
【０００４】
特許文献１に示された従来技術では、鋳造用金型の上型に上下動自在なウェイト（錘）を設けておき、注湯時に錘で幅木部を押圧することによって、鋳造用中子の浮き上がりを防止する構成としている。また、特許文献２には、特許文献１に記載された構成のように注湯時に錘で幅木部を押圧する場合には、錘の材料をより密度の大きい材料とすることによって、錘による押圧部位をコンパクトな構成とすることができる旨が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３に示された従来技術では、鋳造用中子の一端（即ち、幅木部）を鋳造用金型に形成した凹部に嵌合させるとともに、鋳造用中子の他端（即ち、型部）を押圧するための鋳造用中子を設定することによって、鋳造用中子の変位（浮き上がり）を防止する構成としている。
【０００６】
さらに、特許文献４に示された従来技術では、鋳造用中子の一端（即ち、幅木部）を鋳造用金型に形成する凹部に嵌合させるとともに、鋳造用中子の他端（即ち、型部）を吸引することができる吸引手段を備える構成とし、該吸引手段で鋳造用中子の他端を吸引することによって、鋳造用中子を精度良く位置決めして、変位を防止する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５５８９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０４０３号公報
【特許文献３】特開平８−２７６２４３号公報
【特許文献４】特開平９−１７４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された従来技術では、鋳造用中子の幅木部のみを押圧して鋳造用中子の変位を規制しているため、鋳造用中子の拘束されていない部位（即ち、型部）に作用する浮力によって、幅木部による支持部位近傍を回転中心とするモーメント力が作用するため、鋳造用中子が変位したり、撓んだり、あるいは、折れたりすることが懸念されていた。
また、特許文献３に開示された従来技術では、鋳造用中子の形状が複雑になってしまい、さらに、特許文献４に開示された従来技術のように、吸引手段を備える構成では、鋳造用金型の構造が複雑になったり、鋳造設備の構成が大掛かりになったりしていた。
つまり、注湯時の前後において中子の変位を防止するための従来技術には、改善の余地が残されており、鋳造製品の寸法精度の向上を図るためにも、さらなる改善が望まれている状況であった。
【０００９】
本発明は、係る現状の課題を鑑みてなされたものであり、鋳造製品の寸法精度を向上させるために、注湯時の前後において、中子が変位することを確実に防止できる簡易な鋳造用中子および鋳造用中子の変位防止方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、を備える鋳造用中子であって、前記型部に内蔵される錘を備え、前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きいものである。
【００１２】
請求項２においては、前記錘は、前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、前記錘の体積を所定の体積とした場合において、算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成されるものである。
【００１３】
請求項３においては、前記錘は、前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵されるものである。
【００１４】
請求項４においては、前記錘は、前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出して内蔵されるものである。
【００１５】
請求項５においては、前記錘は、前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部が形成されるものである。
【００１６】
請求項６においては、鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、を備える鋳造用中子の変位防止方法であって、前記型部に錘を内蔵して、前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくするものである。
【００１７】
請求項７においては、前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、前記錘の体積を所定の体積とした場合において、算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、前記錘を、算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成するものである。
【００１８】
請求項８においては、前記錘を、前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵するものである。
【００１９】
請求項９においては、前記錘を、前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出させて内蔵するものである。
【００２０】
請求項１０においては、前記錘の前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部を形成するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２２】
請求項１においては、簡易な構成の鋳造用中子によって、注湯前後における中子の変位を確実に防止できる。これにより、鋳造製品の寸法精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項２においては、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する重力を、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する浮力に比して確実に大きくすることができる。
【００２４】
請求項３においては、鋳造用中子が撓んだり、折れたりすることを確実に防止できる。
【００２５】
請求項４においては、鋳造用中子の位置決めを精度よく行うことができる。
【００２６】
請求項５においては、鋳造用中子の位置決めをより精度よく行うことができる。
【００２７】
請求項６においては、簡易な構成の鋳造用中子によって、注湯前後における中子の変位を確実に防止できる。これにより、鋳造製品の寸法精度を向上させることができる。
【００２８】
請求項７においては、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する重力を、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する浮力に比して確実に大きくすることができる。
【００２９】
請求項８においては、鋳造用中子が撓んだり、折れたりすることを確実に防止できる。
【００３０】
請求項９においては、鋳造用中子の位置決めを精度よく行うことができる。
【００３１】
請求項１０においては、鋳造用中子の位置決めをより精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（型閉めした状態）を示す断面模式図。
【図２】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（片開きして分解した状態）を示す断面模式図。
【図３】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子における錘の設計方法の一連の流れを示すフロー図。
【図４】片持ち支持される中子に作用する浮力および重力を説明する模式図、（ａ）従来の鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図、（ｂ）本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図。
【図５】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の当接面による位置決め状態を示す断面模式図。
【図６】両持ち支持される中子に作用する浮力および重力を説明する模式図、（ａ）従来の鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図、（ｂ）本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図。
【図７】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を製造するための中子型およびその中子型による鋳造用中子の製造方法を説明する断面模式図。
【図８】本発明に係る鋳造用中子を備えた鋳型による鋳造方法の一連の流れを示すフロー図。
【図９】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（型閉めした状態）を示す断面模式図。
【図１０】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（片開きして分解した状態）を示す断面模式図。
【図１１】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の当接面および位置決め部による位置決め状態を示す断面模式図。
【図１２】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を製造するための中子型およびその中子型による鋳造用中子の製造方法を説明する断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
まず始めに、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を含む鋳型の全体構成について、図１および図２を用いて説明をする。尚、本実施例では、本発明に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例としてエンジンのシリンダヘッドを製造するための鋳型を例示して説明をするが、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子が用いられる鋳型の用途をこれに限定するものではない。
【００３５】
図１および図２に示す如く、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例である鋳型１は、鋳造用金型である上型２および下型３と、鋳造用中子である各中子５・６・９・１０・１１等を備えている。
上型２には、製品形状を成す成型面２ａを形成しており、同様に下型３には、製品形状を成す成型面３ａを形成している。そして、各成型面２ａ・３ａを向かい合わせるとともに所定位置に位置決めした状態で上型２および下型３を型閉めすることによって、各型２・３の合わせ面に製品形状を成す空隙部であるキャビティ４を形成する構成としている。
【００３６】
また、上型２のキャビティ４の外周縁部となる部位には、各中子５・６の支持部位となる凹部２ｂ・２ｃを形成しており、同様に、下型３のキャビティ４の外周縁部となる部位には、各中子５・６の支持部位となる各凹部３ｂ・３ｃを形成している。またさらに下型３には、各中子５・６が当接する部位である各当接面３ｅ・３ｆを形成している。
【００３７】
また鋳型１の内部には、キャビティ４によって成型される鋳造体の内部に空洞部分を形成するための型部材である各中子５・６・９・１０・１１を配置している。本実施例に示す鋳型１において、中子５および中子６は吸排気ポートとなる一対の空洞部分を形成するための中子であり、その他の各中子９・１０・１１は、ウォータージャケットとなる空洞部分を形成するための中子である。
【００３８】
そして、本実施例では、鋳型１の内部に配置される本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６・９・１０・１１のうち、主に吸排気ポート用の一対の空洞部分を形成するための各中子５・６について例示して説明をする。尚、その他の各中子９・１０・１１についても、例えば、中子９に錘９ａを内蔵しているように、各中子５・６と同様に本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に該当するものであるが、以下に示す詳細な説明では、各中子９・１０・１１についての詳細な説明は省略する。
【００３９】
ここで、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の全体構成について、図２を用いて説明をする。
本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の一例である中子５および中子６は、シリンダブロック内に一対の吸排気用ポートとなる空洞部分を形成するための型部材であり、互いの形状が略線対称となっている。中子５および中子６は、主に鋳砂からなる砂状の材料を固めて形成されるものであり、鋳造後において粉砕して離型することができるものである。
尚、本実施例では、中子５および中子６が主に鋳砂を固めて形成される砂中子である場合を例示して説明をするが、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の主材料は、必ずしも鋳砂でなくてもよく、合成樹脂やワックス等であってもよい。
【００４０】
中子５には、型部５ａと幅木部５ｂを形成しており、中子６にも同様に、型部６ａと幅木部６ｂを形成している。
各型部５ａ・６ａは、キャビティ４とともに製品形状の一部を成す型面を形成する部位であり、キャビティ４の内部に配置される部位である。つまり、各型部５ａ・６ａは、キャビティ４に配置され、鋳型１により鋳造される鋳造製品の形状の一部を成す部位である。
【００４１】
また、型部５ａの幅木部５ｂから最も離間した部位である端部５ｅには、下型３の当接面３ｅに当接する部位である当接面５ｆを形成しており、同様に型部６ａの幅木部６ｂから最も離間した部位である端部６ｅには、下型３の当接面３ｆに当接する部位である当接面６ｆを形成している。
【００４２】
各幅木部５ｂ・６ｂは、上型２および下型３によって各中子５・６を支持するための支持部としての役割を果たすための部位である。
中子５の幅木部５ｂには、下型３の凹部３ｂに対応する凸部５ｃと、上型２の凹部２ｂに対応する凸部５ｄを形成しており、同様に、中子６の幅木部６ｂには、下型３の凹部３ｃに対応する凸部６ｃと、上型２の凹部２ｃに対応する凸部６ｄを形成している。
【００４３】
ここで、中子５の幅木部５ｂに形成する各凸部５ｃ・５ｄは、下型３の凹部３ｂと上型２の凹部２ｂに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定しており、同様に中子６の幅木部６ｂに形成する各凸部６ｃ・６ｄは、下型３の凹部３ｃと上型２の凹部２ｃに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定している。
【００４４】
そして、中子５の型部５ａには、錘７を内蔵しており、同様に中子６の型部６ａには、錘８を内蔵している。
各錘７・８は、各中子５・６の重量を増大させるために内蔵する部材であり、各中子５・６や溶湯に比して、密度が大きい材料により形成される部材である。
【００４５】
錘７は、型部５ａの幅木部５ｂから最も離間した部位である端部５ｅにおいて、錘７に形成される当接面７ａを端部５ｅに形成される当接面５ｆから露出させつつ、当接面７ａが当接面５ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
同様に錘８は、型部６ａの幅木部６ｂから最も離間した部位である端部６ｅにおいて、錘８に形成される当接面８ａを端部６ｅに形成される当接面６ｆから露出させつつ、当接面８ａが当接面６ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
【００４６】
上型２および下型３を型閉めするときに、まず下型３に形成される凹部３ｂに中子５の幅木部５ｂに形成される凸部５ｃを挿入するとともに、各当接面５ｆ・７ａを下型３の当接面３ｅに当接させて、下型３の所定位置に中子５を配置する。
また同様に、下型３に形成される凹部３ｃに中子６の幅木部６ｂに形成される凸部６ｃを挿入するとともに、各当接面６ｆ・８ａを下型３の当接面３ｆに当接させて、下型３の所定位置に中子６を配置する。
【００４７】
そして、上型２に形成される凹部２ｂに中子５の幅木部５ｂに形成される凸部５ｄを挿入するとともに、同様に上型２に形成される凹部２ｃに中子６の幅木部６ｂに形成される凸部６ｄを挿入しつつ、上型２および下型３を型閉めする。これにより、上型２および下型３によって各中子５・６を支持して、各型部５ａ・６ａをキャビティ４内の所定位置に保持する構成としている。
【００４８】
このような上型２および下型３によって各中子５・６を支持する構成の鋳型１においては、各中子５・６と上型２および下型３との間には熱膨張を考慮したクリアランスを設定しているため、上型２および下型３では、各中子５・６の変位を確実に規制することができなかったが、本発明の第一実施例に係る各中子５・６では、各型部５ａ・６ａに各錘７・８を内蔵することにより、クリアランスを設定していても各中子５・６の変位を規制することを可能にしている。以下では、各錘７・８によって各中子５・６の変位を規制する方法について説明をする。
【００４９】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に内蔵される錘の一連の設計手順について、図２および図３を用いて説明をする。
図２に示すような各中子５・６に内蔵する各錘７・８を設計するときには、図３に示す如く、まず鋳造に使用される溶湯（例えば、アルミ等）の成分分析の結果や溶湯となる材料の既知の物性値等から当該溶湯の密度を予め知得しておき、注湯された溶湯から各中子５・６に作用する浮力Ｆを算出する（ＳＴＥＰ−１０１）。
この浮力Ｆは、以下に示す数式１により求められる。尚、数式１において示すρ１は溶湯の密度、Ｖ１は中子の体積、ｇは重力加速度である。
【００５０】
【数１】
【００５１】
次に、各錘７・８を各中子５・６のどの位置に内蔵するかを決定するとともに、決定した配置場所の形状および体積等を考慮して、各錘７・８の体積Ｖ２を決定する（ＳＴＥＰ−１０２）。
【００５２】
次に、各錘７・８の体積Ｖ２とした場合における、各錘７・８を内蔵した状態の各中子５・６に作用する重力Ｇを算出する（ＳＴＥＰ−１０３）。
各錘７・８を内蔵した状態の各中子５・６に作用する重力Ｇは、以下の数式２により求められる。尚、数式２において示すρ２は中子の密度、ρ３は錘の密度である。
【００５３】
【数２】
【００５４】
次に、各中子５・６が注湯時に溶湯から受ける浮力により浮かないようにするための条件を検討する。この場合、数式１で求めた浮力Ｆが、数式２で求めた重力Ｇに比して小さければ、各錘７・８を内蔵した各中子５・６が浮き上がることはないから、各中子５・６が注湯時に溶湯から受ける浮力により浮かないようにするための条件は、以下に示す数式３のように表される。
【００５５】
【数３】
【００５６】
そして、数式３を整理すると、以下に示す数式４のように表され、この数式４に具体的な値を代入することにより、各中子５・６に内蔵するのに適した各錘７・８の密度の条件が算出される（ＳＴＥＰ−１０４）。
【００５７】
【数４】
【００５８】
具体的には、例えば、アルミ鋳造で砂中子を用いる場合には、溶湯（アルミ）の密度ρ１＝２．４ｇ／ｃｍ３であり、各中子５・６の密度ρ２＝１．８ｇ／ｃｍ３となる。そして、各錘７・８の体積を各中子５・６の体積の１０％とする（即ち、Ｖ２／Ｖ１＝０．１）ものと仮定して、各値を数式４に代入すると、以下に示す数式５のように表される。
【００５９】
【数５】
【００６０】
つまり、数式５に示す如く、ここで例示した具体的な条件において、各中子５・６の浮き上がりを防止するために必要となる錘の密度ρ３の条件は、ρ３＞７．８ｇ／ｃｍ３となる。
そして、この条件を満たす（即ち、密度が７．８ｇ／ｃｍ３より大きい）材料を検討すると、例えば、炭素鋼（密度：７．８３ｇ／ｃｍ３）や銅（密度：８．９６ｇ／ｃｍ３）等が、各錘７・８の材料として採用できる。
【００６１】
このようにして、数式１〜数式５による計算結果に基づいて、各錘７・８の体積を体積Ｖ２（Ｖ２／Ｖ１＝０．１）と仮定した場合において、各錘７・８を形成するのに適した材料を決定することができる（ＳＴＥＰ−１０５）。
【００６２】
このように、各中子５・６に内蔵する各錘７・８について、各中子５・６が注湯時に溶湯から受ける浮力Ｆにより確実に浮かないようにすることができる錘の材料の密度および体積等を予め計算で決定しておくことにより、各中子５・６が注湯時に変位する（浮き上がる）ことを確実に防止することができる。
【００６３】
即ち、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６に内蔵される各錘７・８は、各型部５ａ・６ａの体積Ｖ１と溶湯の密度ρ１から、前記溶湯により各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆを算出するとともに、各錘７・８の体積Ｖ２を所定の体積（例えば、Ｖ２／Ｖ１＝０．１）とした場合において、算出した浮力Ｆに比して各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇが大きくなる各錘７・８の密度ρ３の条件を算出して、算出した各錘７・８の密度ρ３の条件を満足する材料により構成されるものである。
【００６４】
また、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａの体積Ｖ１と溶湯の密度ρ１から、前記溶湯により各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆを算出するとともに、各錘７・８の体積Ｖ２を所定の体積（例えば、Ｖ２／Ｖ１＝０．１）とした場合において、算出した浮力Ｆに比して各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇが大きくなる各錘７・８の密度ρ３の条件を算出して、各錘７・８を、算出した各錘７・８の密度ρ３の条件を満足する材料により構成するものである。
これにより、各錘７・８を内蔵する各中子５・６に作用する重力Ｇを、各錘７・８を内蔵する各中子５・６に作用する浮力Ｆに比して確実に大きくすることができる。
【００６５】
尚、中子の重量を大きくし過ぎると、中子を運搬等する作業者の負担が大きくなったり、あるいは、中子が自重で壊れたりすること等が懸念されるため、前述した数式１〜数式５を満足しつつ、できる限り錘の重量を軽くするように設計するのが望ましい。
【００６６】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に作用する浮力および重力について、図４〜図６を用いて説明をする。尚、ここでは、錘７が内蔵される中子５に作用する浮力および重力を例示して説明をするが、錘８が内蔵される中子６に作用する浮力および重力も同様であるため説明は省略する。
【００６７】
例えば、図４（ａ）に示す如く、錘を備えていない従来の中子５５は、一端（幅木部５５ｂ）を上型２および下型３によって支持され、他端（型部５５ａの当接面５５ｆ）が下型３の当接面３ｅに当接するように配置される状況において、浮力Ｆに対して、当接面３ｅが支持部としての役割を果たさないため、片持ち支持の状態となる。また、錘を備えていない従来の中子５５に作用する浮力Ｆは、該中子５５に作用する重力Ｇ１に比して大きくなっている。このため、溶湯が湯道３ｄから注湯され、溶湯による浮力Ｆが作用すると、幅木部５５ｂに設定されたクリアランス（図示せず）の範囲で中子５５が変位したり、あるいは中子５５に撓みが生じたりして、中子５５の他端（当接面５５ｆ）が当接面３ｅから浮き上がってしまう。
【００６８】
またこの状態では、中子５５には溶湯による浮力Ｆによって応力が生じる。このとき生じる応力としては、例えば、中子５５が片持ち支持される部位（図４（ａ）中に示す点Ａの近傍）に集中して曲げモーメントＭ１等が作用するため、曲げモーメントＭ１が集中する部位の近傍において中子５５が折れることが懸念される。
【００６９】
一方、本発明の第一実施例に係る中子５では、錘７を、支持端側（即ち、幅木部５ｂ）とは反対側の他端側（即ち、型部５ａの端部５ｅ）に配置する構成としている。中子５に錘７を内蔵することにより、中子５に作用する浮力Ｆは、錘７を内蔵する中子５に作用する重力Ｇ２に比して小さくなっている。
【００７０】
これにより、図４（ｂ）に示す如く、錘７に作用する重力によって、幅木部５ｂに設定されたクリアランス（図示せず）の範囲での変位を防止するとともに、中子５が片持ち支持される部位（図４（ｂ）中に示す点Ａの近傍）に集中して作用する曲げモーメントＭ１を打ち消すことができる。このとき、中子５が片持ち支持される部位（図４（ｂ）中に示す点Ａの近傍）には、曲げモーメントＭ１に比して小さい逆向きの曲げモーメントＭ２を作用させることができる。尚、この曲げモーメントＭ２ができる限り小さくなるように、錘７の重量・体積および内蔵位置等を設定することが望ましい。
【００７１】
つまり、錘７を中子５に作用する応力および重力を考慮して適切な場所に内蔵することにより、中子５が片持ち支持される場合において、注湯前後の中子５の変位を防止することができるとともに、溶湯による浮力Ｆによって生じる応力を打ち消して、中子５が撓んだり、あるいは、折れたりすることを確実に防止することができる。
【００７２】
即ち、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６に内蔵される各錘７・８は、各型部５ａ・６ａの、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆによって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ１）を、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇ２によって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ２）によって打ち消すことができる部位（本実施例では、各型部５ａ・６ａの各端部５ｅ・６ｅ）に内蔵されるものである。
【００７３】
また、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａの、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆによって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ１）を、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇ２によって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ２）によって打ち消すことができる部位（本実施例では、各型部５ａ・６ａの各端部５ｅ・６ｅ）に各錘７・８を内蔵するものである。
これにより、各中子５・６が撓んだり、折れたりすることを確実に防止できる。
【００７４】
尚、中子に錘を内蔵して、中子に作用する重力をより大きくすることにより、中子の変位を防止する方法では、錘を内蔵する位置によって、変位を防止する効果に差異が生じてくるため、中子に作用する浮力によって曲げモーメントが生じる部位を解析等の手法により特定した上で、浮力により生じる曲げモーメントを打ち消すことができる逆方向への曲げモーメントが生じるように、錘の重量・体積および内蔵位置等を設計するのが望ましい。
【００７５】
そして、図３を用いて説明した錘の設計手順において、（ＳＴＥＰ−１０２）の段階で行われる錘の配置の決定に際しては、各中子５・６に作用する浮力および重力によって、各中子５・６の各部に生じる応力を考慮して、小さい錘で効果的に変位を防止することができるように設計をすることが望ましい。
【００７６】
また、図５に示す如く、本発明の第一実施例に係る中子５では、錘７を、支持端側（即ち、幅木部５ｂ）とは反対側の他端側（即ち、型部５ａの端部５ｅ）に配置する構成とし、中子５の当接面５ｆの一部を錘７の当接面７ａにより形成している。そして、各当接面５ｆ・７ａを下型３の当接面３ｅと面接触させる構成としている。
【００７７】
錘７の当接面７ａは、中子５の当接面５ｆとは異なり、型同士が接触した場合であっても面がほとんど削れる（平面度が悪化する）ことがないため、下型の当接面３ｅと当接面７ａとを当接させることによって、中子５を精度よく位置決めをすることができる。
【００７８】
即ち、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６に内蔵される各錘７・８は、各型部５ａ・６ａの、各幅木部５ｂ・６ｂから最も離間した部位であり、かつ、下型３と当接する部位である各端部５ｅ・６ｅに、該各端部５ｅ・６ｅから各錘７・８に形成する各当接面７ａ・８ａを露出して内蔵されるものである。
【００７９】
また、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａの、各幅木部５ｂ・６ｂから最も離間した部位であり、かつ、下型３と当接する部位である各端部５ｅ・６ｅに、該各端部５ｅ・６ｅから各錘７・８に形成する各当接面７ａ・８ａを露出して各錘７・８を内蔵するものである。
これにより、各中子５・６の位置決めを精度よく行うことができる。
【００８０】
さらに、中子が両持ち支持される場合の他の実施例について説明をする。
例えば、図６（ａ）に示すように錘を備えていない従来の中子６５が、両端を上型２および下型３によって両持ち支持される構成である場合には、溶湯により中子６５に作用する浮力Ｆに比して、中子６５に作用する重力Ｇ３が小さくなっている。
【００８１】
このため、溶湯が湯道３ｄから注湯され、中子６５に浮力Ｆが作用することによって、中子６５に応力が生じると、例えば、中子６５の左右両端の支持部位（図６（ａ）中に示す点Ｂ・Ｃの近傍）に集中して曲げモーメントＭ３・Ｍ４が作用する。このため中子６５は、図６（ａ）中に示す点Ｂ・Ｃの近傍において、折れることが懸念される。
【００８２】
一方、図６（ｂ）に示す本発明に係る鋳造用中子の一実施例である中子１５では、中子１５の左右両端の支持部位（図６（ｂ）中に示す点Ｂ・Ｃの近傍）に対して略中央に位置する部位に錘１７を内蔵する構成としている。そして、溶湯により中子１５に作用する浮力Ｆに比して、錘１７を内蔵する中子１５に作用する重力Ｇ４が大きくなっている。
【００８３】
これにより、錘１７を内蔵する中子１５に作用する重力Ｇ４によって、溶湯からの浮力Ｆによって作用する応力である曲げモーメントＭ３・Ｍ４を打ち消して、かつ、曲げモーメントＭ３・Ｍ４に比して小さい逆向きの曲げモーメントＭ５・Ｍ６を作用させることができ、中子１５が両持ちで支持される場合に浮力による曲げモーメントＭ３・Ｍ４が集中して作用する部位（図６（ｂ）中に示す点Ｂ・Ｃ）において、中子１５が折れたり、変位したりすることを確実に防止する構成としている。
【００８４】
このように、本発明に係る鋳造用中子は、中子に錘を内蔵することによって、該中子が片持ち支持される構成であるか、あるいは、両持ち支持される構成であるか、あるいは、さらに多点で支持される構成であるかに関わらず、中子の変位を確実に防止することができる。
また本実施例では、各中子に内蔵する錘が１個である場合を例示しているが、複数の錘を内蔵する構成とすることも可能であり、浮力によって中子に作用する応力の分布を考慮して複数の錘を分散させて配置する構成とすることも可能である。
【００８５】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の製造方法について、図７を用いて説明をする。尚、本実施例では、中子５の製造状況を例示しているが、中子６やその他の各中子９・１０・１１等も同様の方法で製造することが可能である。
【００８６】
図７に示す如く、中子５の製造に用いられる中子型１２は、第一型１２ａと第二型１２ｂに分割される構成としており、各型１２ａ・１２ｂを型閉めすることによって、中子５の外形形状となるキャビティ１２ｃが形成される構成としている。また、キャビティ１２ｃには、中子５の当接面５ｆの型となる型面１２ｄを形成している。
【００８７】
そして、この中子型１２を用いて中子５を製造するときには、まず錘７に形成される当接面７ａをキャビティ１２ｃに形成された型面１２ｄに当接させて所定位置に配置しておく。
そして、この状態で中子型１２内に主に鋳砂からなる材料を吹き込んで、粘結剤等の凝固作用等を利用して、キャビティ１２ｃの内面形状を外形形状とする中子５を製造するようにしている。これにより、中子５内の所定位置（端部５ｅ）に錘７が配置され、かつ、錘７の当接面７ａを中子５の当接面５ｆに一致させた状態で露出させることができる。
【００８８】
このような方法で中子５を製造することにより、予め中子型１２の所定位置に錘７を配置しておく工程以外は、従来通りの工程で中子５を製造することができるため、本発明の第一実施例に係る中子５を、容易に製造することができる。
尚、各錘７・８は繰り返して再利用することができ、また外形形状が異なる中子で共通の各錘７・８を使用できるように設計することも可能であるため、経済性にも優れている。
【００８９】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を有する鋳型を用いた鋳造方法の一連の工程について、図８を用いて説明をする。
図８に示す如く、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６を有する鋳型１を用いた鋳造方法では、まず始めに、各中子５・６に内蔵する各錘７・８の仕様（材料・体積・形状・内蔵位置等）を決定する（ＳＴＥＰ−２０１）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に仕様を決定しておく。この各錘７・８の仕様決定は、前述した図３に示す設計方法（ＳＴＥＰ−１０１〜ＳＴＥＰ−１０５）により行われる。
【００９０】
そして次に、決定した各錘７・８の仕様に従って、各中子５・６およびを製作する（ＳＴＥＰ−２０２）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に製作しておく。ここで各中子５・６・９・１０・１１は、前述した図７に示す製造方法によって製造される。
【００９１】
そして次に、鋳型１を型開きした状態としておき、製作した各中子５・６を、下型３の所定位置に配置する。（ＳＴＥＰ−２０３）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に下型３の所定位置に配置する。
そして、上型２を閉じて鋳型１を型閉めし、上型２および下型３により各中子５・６の各幅木部５ｂ・６ｂを保持して、鋳型１により各中子５・６を支持する。（ＳＴＥＰ−２０４）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に上型２および下型３により支持する。
【００９２】
そして次に、下型３に形成されたキャビティ４に連通する湯道３ｄ・３ｄから溶湯を注湯し、鋳造を行う（ＳＴＥＰ−２０５）。
このとき、各中子５・６に作用する浮力は、各中子５・６に作用する重力に比して確実に小さいため、注湯前後において、各中子５・６が浮き上がることがなく、また各中子５・６が折れるようなこともない。
【００９３】
そして最後に、鋳型１を型開きして、キャビティ４および各中子５・６によって成型された鋳造製品を離型する。（ＳＴＥＰ−２０６）。
さらに、各中子５・６は粉砕して除去される（ＳＴＥＰ−２０７）。粉砕された各中子５・６は、回収され鋳砂として再利用される。
また、各錘７・８も回収され鋳砂等を除去した後に、変形や傷の有無等を確認し、寿命の範囲内で再利用される。
このような一連の鋳造工程により、従来に比して寸法精度が改善された鋳造製品を簡易に製造することができる。
【００９４】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を含む鋳造用金型の全体構成について、図９および図１０を用いて説明をする。尚、第二実施例においても、本発明に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例としてエンジンのシリンダヘッドの鋳造に用いる鋳型を例示して説明をするが、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子が用いられる鋳型の用途をこれに限定するものではない。
【００９５】
図９および図１０に示す如く、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例である鋳型２１は、鋳造用金型である上型２２および下型２３と、鋳造用中子である各中子２５・２６・２９・３０・３１等を備えている。
上型２２には、製品形状を成す成型面２２ａを形成しており、同様に下型２３には、製品形状を成す成型面２３ａを形成している。そして、各成型面２２ａ・２３ａを向かい合わせるとともに所定位置に位置決めした状態で上型２２および下型２３を型閉めすることによって、各型２２・２３の合わせ面に製品形状を成す空隙部であるキャビティ２４を形成する構成としている。
【００９６】
また、上型２２のキャビティ２４の外周縁部となる部位には、各中子２５・２６の支持部位となる各凹部２２ｂ・２２ｃを形成しており、同様に、下型２３のキャビティ２４の外周縁部となる部位には、各中子２５・２６の支持部位となる各凹部２３ｂ・２３ｃを形成している。
【００９７】
またさらに下型２３には、各中子２５・２６が当接する部位である各当接面２３ｅ・２３ｆを形成するとともに、各当接面２３ｅ・２３ｆには、各位置決め部２３ｇ・２３ｈを形成している。
このように、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を用いた鋳型２１では、各当接面２３ｅ・２３ｆにさらに各位置決め部２３ｇ・２３ｈを形成している点で、本発明の第一実施例で示した鋳型１とは異なっている。
【００９８】
また鋳型２１の内部には、キャビティ２４によって成形される鋳造体の内部に空洞部分を形成するための型部材である各中子２５・２６・２９・３０・３１を配置している。本実施例に示す鋳型２１において、中子２５および中子２６は吸排気ポートとなる一対の空洞部分を形成するための中子であり、その他の各中子２９・３０・３１は、ウォータージャケットとなる空洞部分を形成するための中子である。
【００９９】
そして、本実施例では、鋳型２１の内部に配置される各中子２５・２６・２９・３０・３１のうち、主に吸排気ポート用の一対の空洞部分を形成するための各中子２５・２６を本発明に係る鋳造用中子とする場合を例示して説明をする。尚、本実施例では、その他の各中子２９・３０・３１についても、例えば、中子２９に錘２９ａを内蔵しているように、各中子２５・２６と同様に本発明の第二実施例に係る鋳造用中子に該当するものであるが、以下に示す詳細な説明では、各中子２９・３０・３１についての詳細な説明は省略する。
【０１００】
ここで、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の全体構成について、図１０を用いて説明をする。
本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の一例である中子２５および中子２６は、シリンダブロック内に一対の吸排気用ポートとなる空洞部分を形成するための型部材であり、互いの形状が略線対称となっている。中子２５および中子２６は、主に鋳砂からなる砂状の材料を固めて形成されるものであり、鋳造後において粉砕して離型することができるものである。
尚、本実施例では、中子２５および中子２６が主に鋳砂を固めて形成される砂中子である場合を例示して説明をするが、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の主材料は、必ずしも鋳砂でなくてもよく、合成樹脂やワックス等であってもよい。
【０１０１】
中子２５には、型部２５ａと幅木部２５ｂを形成しており、中子２６にも同様に、型部２６ａと幅木部２６ｂを形成している。
各型部２５ａ・２６ａは、キャビティ２４とともに製品形状の一部を成す型面を形成する部位であり、キャビティ２４の内部に配置される部位である。
また、型部２５ａの幅木部２５ｂから最も離間した部位である端部２５ｅには、下型２３の当接面２３ｅに当接する部位である当接面２５ｆを形成しており、同様に型部２６ａの幅木部２６ｂから最も離間した部位である端部２６ｅには、下型２３の当接面２３ｆに当接する部位である当接面２６ｆを形成している。
【０１０２】
各幅木部２５ｂ・２６ｂは、上型２２および下型２３によって各中子２５・２６を支持するための支持部を形成する部位である。
中子２５の幅木部２５ｂには、下型２３の凹部２３ｂに対応する凸部２５ｃと、上型２２の凹部２２ｂに対応する凸部２５ｄを形成しており、同様に、中子２６の幅木部２６ｂには、下型２３の凹部２３ｃに対応する凸部２６ｃと、上型２２の凹部２２ｃに対応する凸部２６ｄを形成している。
【０１０３】
ここで、中子２５の幅木部２５ｂに形成する各凸部２５ｃ・２５ｄは、下型２３の凹部２３ｂと上型２２の凹部２２ｂに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定しており、同様に中子２６の幅木部２６ｂに形成する各凸部２６ｃ・２６ｄは、下型２３の凹部２３ｃと上型２２の凹部２２ｃに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定している。
【０１０４】
そして、中子２５の型部２５ａには、錘２７を内蔵しており、同様に中子２６の型部２６ａには、錘２８を内蔵している。
各錘２７・２８は、各中子２５・２６の重量を増大させるために内蔵する部材であり、各中子２５・２６や溶湯に比して、密度が大きい材料により形成される部材である。
【０１０５】
錘２７は、型部２５ａの幅木部２５ｂから最も離間した部位である端部２５ｅにおいて、錘２７に形成される当接面２７ａを端部２５ｅに形成される当接面２５ｆから露出させつつ、当接面２７ａが当接面２５ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
同様に錘２８は、型部２６ａの幅木部２６ｂから最も離間した部位である端部２６ｅにおいて、錘２８に形成される当接面２８ａを端部２６ｅに形成される当接面２６ｆから露出させつつ、当接面２８ａが当接面２６ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
【０１０６】
そしてさらに、錘２７の当接面２７ａには、下型２３の位置決め部２３ｇに対応する位置決め部２７ｂを形成しており、また同様に、錘２８の当接面２８ａには、下型２３の位置決め部２３ｈに対応する位置決め部２８ｂを形成している。
【０１０７】
ここで、下型２３の位置決め部２３ｇは当接面２３ｅに形成される突出部であり、錘２７の当接面２７ａに形成される位置決め部２７ｂは、位置決め部２３ｇの突出形状に応じた形状の凹陥部であって、位置決め部２７ｂと位置決め部２３ｇとは嵌合可能に構成されている。また、下型２３の位置決め部２３ｈは当接面２３ｆに形成される突出部であり、錘２８の当接面２８ａに形成される位置決め部２８ｂは、位置決め部２３ｈの突出形状に応じた形状の凹陥部であって、位置決め部２８ｂと位置決め部２３ｈとは嵌合可能に構成されている。
【０１０８】
このように、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６では、各当接面２５ｆ・２６ｆにさらに各位置決め部２７ｂ・２８ｂを形成している点で、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６とは異なっている。
【０１０９】
上型２２および下型２３を型閉めするときに、まず下型２３に形成される凹部２３ｂに中子２５の幅木部２５ｂに形成される凸部２５ｃを挿入するとともに、錘２７の当接面２７ａに形成される位置決め部２７ｂを下型２３の当接面２３ｅに形成される位置決め部２３ｇに嵌合させて、さらに、中子２５および錘２７の各当接面２５ｆ・２７ａを下型２３の当接面２３ｅに当接させて、下型２３の所定位置に中子５を配置する。
【０１１０】
また同様に、下型２３に形成される凹部２３ｃに中子２６の幅木部２６ｂに形成される凸部２６ｃを挿入するとともに、錘２８の当接面２８ａに形成される位置決め部２８ｂを下型２３の当接面２３ｆに形成される位置決め部２３ｈに嵌合させて、さらに、中子２６および錘２８の各当接面２６ｆ・２８ａを下型２３の当接面２３ｆに当接させて、下型２３の所定位置に中子２６を配置する。
【０１１１】
そして、上型２２に形成される凹部２２ｂに中子２５の幅木部２５ｂに形成される凸部２５ｄを挿入するとともに、同様に上型２２に形成される凹部２２ｃに中子２６の幅木部２６ｂに形成される凸部２６ｄを挿入しつつ、上型２２および下型２３を型閉めする。これにより、上型２２および下型２３によって各中子２５・２６を支持して、各型部２５ａ・２６ａをキャビティ２４内の所定位置に保持する構成としている。
【０１１２】
このような上型２２および下型２３によって各中子２５・２６を支持する構成の鋳型２１においては、各中子２５・２６と上型２２および下型２３との間には熱膨張を考慮したクリアランスを設定しているため、上型２２および下型２３では、各中子２５・２６の変位を確実に規制することができなかったが、本発明の第二実施例に係る各中子２５・２６では、各型部２５ａ・２６ａに各錘２７・２８を内蔵することにより、クリアランスを設定していても各中子２５・２６の変位を規制することを可能にしている。
【０１１３】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子に内蔵する錘の設計手順について、説明をする。
本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６に内蔵する各錘２７・２８の設計手順は、前述した本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６と同様に、図３に示す設計手順を採用している。
また各錘２７・２８の内蔵位置を検討する際には、前述した本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６の場合と同様に、各中子２５・２６に作用する浮力および重力を考慮して内蔵位置を決定する方法を採用している。
【０１１４】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子における位置決め方法について、図１１を用いて説明をする。尚、ここでは、中子２５を例示して説明をするが、中子２６も同様の方法で位置決めをする構成としている。
【０１１５】
図１１に示す如く、本発明の第二実施例に係る中子２５では、錘２７を、支持端側（即ち、幅木部２５ｂ）とは反対側の他端側（即ち、型部２５ａの当接面２５ｆ）に配置する構成とし、中子２５の当接面２５ｆの一部を錘２７の当接面２７ａにより形成している。
さらに、当接面２７ａには、下型２３の位置決め部２３ｇに対応する位置決め部２７ｂを形成している。
そして、各当接面２５ｆ・２７ａを下型２３の当接面２３ｅと面接触させるとともに、各位置決め部２３ｇ・２７ｂを嵌合させることによって、キャビティ２４に対して中子２５をより精度良く位置決めする構成としている。
【０１１６】
錘２７の当接面２７ａおよび位置決め部２７ｂは、中子２５の当接面２５ｆとは異なり、型同士が接触した場合であっても面が削れる（面精度が悪化する）ことがほとんどないため、下型２３の当接面２３ｅおよび位置決め部２３ｇと錘２７の当接面２７ａおよび位置決め部２７ｂとを当接させても、型崩れにより位置決め精度が悪化することが無く、精度良く位置決めをすることができる。
【０１１７】
このように、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６では、各錘２７・２８の各当接面２７ａ・２８ａにさらに各位置決め部２７ｂ・２８ｂを形成している点で、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６とは異なっており、位置決め精度をさらによくすることができる構成としている。
【０１１８】
即ち、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６の各錘２７・２８は、各当接面２７ａ・２８ａに、下型２３の各端部２５ｅ・２６ｅと当接する部位である各当接面２３ｅ・２３ｆに形成される凹凸形状を有する各位置決め部２３ｇ・２３ｈに嵌合する形状を有する各位置決め部２７ｂ・２８ｂが形成されるものである。
【０１１９】
また、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６による変位防止方法は、各錘２７・２８の各当接面２７ａ・２８ａに、下型２３の各端部２５ｅ・２６ｅと当接する部位である各当接面２３ｅ・２３ｆに形成される凹凸形状を有する各位置決め部２３ｇ・２３ｈに嵌合する形状を有する各位置決め部２７ｂ・２８ｂを形成するものである。
これにより、各中子２５・２６の位置決めをより精度よく行うことができる。
【０１２０】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の製造方法について、図１２を用いて説明をする。尚、本実施例では、中子２５の製造状況を例示しているが、中子２６やその他の各中子２９・３０・３１等も同様の方法で製造することが可能である。
【０１２１】
図１２に示す如く、中子２５の製造に用いられる中子型３２は、第一型３２ａと第二型３２ｂに分割される構成としており、各型３２ａ・３２ｂを型閉めすることによって、中子２５の外形形状となるキャビティ３２ｃが形成される構成としている。また、キャビティ３２ｃには、中子２５の当接面２５ｆの型となる型面３２ｄを形成している。
さらに型面３２ｄには、中子２５における錘２７の配置を位置決めするための位置決め部３２ｅを形成している。
【０１２２】
そして、この中子型３２を用いて中子２５を製造するときには、まず錘２７の当接面２７ａに形成される凹部である位置決め部２７ｂを中子型３２の当接面２５ｆを形成するための型面３２ｄに形成された凸部である位置決め部３２ｅに嵌合させて位置決めしておく。またこのとき、位置決め部２７ｂの周囲の当接面２７ａも、位置決め部３２ｅの周囲の型面３２ｄに当接させておく。
【０１２３】
そして、この状態で中子型３２内に主に鋳砂からなる材料を吹き込んで、粘結剤等の凝固作用等を利用して、キャビティ３２ｃの内面形状を外形形状とする中子２５を製造するようにしている。これにより、中子２５内の端部２５ｅの所定位置に錘２７が内蔵され、かつ、錘２７の位置決め部２７ｂを精度良く位置決めしつつ当接面２７ａを中子２５の当接面２５ｆに一致させた状態で露出させることができる。
【０１２４】
このような方法で中子２５を製造することにより、予め中子型３２の所定位置に錘２７を配置しておく工程以外は、従来通りの工程で中子２５を製造することができるため、本発明の第一実施例に係る中子２５を、容易に製造することができる。
尚、各錘２７・２８は繰り返して再利用することができ、また外形形状が異なる中子で共通の各錘２７・２８を使用できるように設計することも可能であるため、経済性にも優れている。
【０１２５】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を有する鋳型を用いた鋳造方法の一連の工程について、説明をする。
本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６を有する鋳型２１を用いた鋳造方法は、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６を有する鋳型１を用いた鋳造方法と同様に、図８に示す鋳造方法を採用している。
そして、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６を有する鋳型２１を用いた鋳造方法では、下型２３に形成した各位置決め部２３ｇ・２３ｈと各錘２７・２８に形成した各位置決め部２７ｂ・２８ｂの作用により、本発明の第一実施例に係る各中子５・６を有する鋳型１を用いる場合に比して、より精度良く各中子２５・２６の位置決めをすることができるため、さらに寸法精度が改善された鋳造製品を簡易に製造することができる。
【０１２６】
即ち、本発明の第一実施例および第二実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６・２５・２６は、上型２および下型３によって変位が規制される部位である各幅木部５ｂ・６ｂ・２５ｂ・２６ｂと、上型２および下型３によって形成されるキャビティ４に配置され、上型２および下型３により鋳造される製品形状の一部を成す部位である各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａと、を備えるものであって、各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに内蔵される各錘７・８・２７・２８を備え、キャビティ４に溶湯を注湯するときに前記溶湯により各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する浮力Ｆに比して、各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する重力Ｇが大きいものである。
【０１２７】
また、本発明の第一実施例および第二実施例に係る各中子５・６・２５・２６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに各錘７・８・２７・２８を内蔵させて、キャビティ４に溶湯を注湯するときに前記溶湯により各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する浮力Ｆに比して、各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する重力Ｇを大きくするものである。
これにより、簡易な構成の鋳造用中子である各中子５・６・２５・２６によって、注湯前後における各中子５・６・２５・２６の変位を確実に防止できる。これにより、鋳造製品の寸法精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 鋳型
３ｅ 当接面（下型）
３ｆ 当接面（下型）
４ キャビティ
５ 中子
５ａ 型部
５ｂ 幅木部
５ｅ 端部
５ｆ 当接面（中子）
６ 中子
６ａ 型部
６ｂ 幅木部
６ｅ 端部
６ｆ 当接面（中子）
７ 錘
７ａ 当接面（錘）
８ 錘
８ａ 当接面（錘）
２１ 鋳型
２３ｅ 当接面（下型）
２３ｆ 当接面（下型）
２３ｇ 位置決め部（下型）
２３ｈ 位置決め部（下型）
２５ 中子
２６ 中子
２７ 錘
２７ａ 当接面（錘）
２７ｂ 位置決め部（錘）
２８ 錘
２８ａ 当接面（錘）
２８ｂ 位置決め部（錘）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用中子の技術に関し、より詳しくは、注湯時の変位を防止することができる鋳造用中子および鋳造用中子の変位防止方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳造時に鋳造用金型とともに用いられる鋳造用中子は、鋳造用金型に形成されるキャビティ内に配置され製品形状の一部を成す部位である型部と、それ以外の部位である幅木部と、を備える構成が一般的であり、鋳造用金型により幅木部を保持することによって、キャビティに対する型部の位置決めをする方法が一般的に知られている。ここで、鋳造用金型によって幅木部を保持する部位では、鋳造時における各部材の熱膨張を考慮して、鋳造用金型と幅木部との間にクリアランスを設定している。
【０００３】
キャビティに溶湯が注湯されると、鋳造用中子の型部は溶湯から浮力を受けて浮き上がろうとする。このとき、鋳造用金型と幅木部との間にクリアランスがあると、そのクリアランスの範囲では鋳造用中子の変位を規制することができない。
つまり、従来は、注湯時の前後において、鋳造用中子を精度良く一定位置に保持するのが難しかったため、鋳造製品の寸法精度を確保することが困難であった。
このため、注湯時の前後において、鋳造用中子を精度良く一定位置に保持するための技術が種々検討されており、例えば、以下に示す特許文献１〜４等にその技術が開示され公知となっている。
【０００４】
特許文献１に示された従来技術では、鋳造用金型の上型に上下動自在なウェイト（錘）を設けておき、注湯時に錘で幅木部を押圧することによって、鋳造用中子の浮き上がりを防止する構成としている。また、特許文献２には、特許文献１に記載された構成のように注湯時に錘で幅木部を押圧する場合には、錘の材料をより密度の大きい材料とすることによって、錘による押圧部位をコンパクトな構成とすることができる旨が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３に示された従来技術では、鋳造用中子の一端（即ち、幅木部）を鋳造用金型に形成した凹部に嵌合させるとともに、鋳造用中子の他端（即ち、型部）を押圧するための鋳造用中子を設定することによって、鋳造用中子の変位（浮き上がり）を防止する構成としている。
【０００６】
さらに、特許文献４に示された従来技術では、鋳造用中子の一端（即ち、幅木部）を鋳造用金型に形成する凹部に嵌合させるとともに、鋳造用中子の他端（即ち、型部）を吸引することができる吸引手段を備える構成とし、該吸引手段で鋳造用中子の他端を吸引することによって、鋳造用中子を精度良く位置決めして、変位を防止する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５５８９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２３０４０３号公報
【特許文献３】特開平８−２７６２４３号公報
【特許文献４】特開平９−１７４１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された従来技術では、鋳造用中子の幅木部のみを押圧して鋳造用中子の変位を規制しているため、鋳造用中子の拘束されていない部位（即ち、型部）に作用する浮力によって、幅木部による支持部位近傍を回転中心とするモーメント力が作用するため、鋳造用中子が変位したり、撓んだり、あるいは、折れたりすることが懸念されていた。
また、特許文献３に開示された従来技術では、鋳造用中子の形状が複雑になってしまい、さらに、特許文献４に開示された従来技術のように、吸引手段を備える構成では、鋳造用金型の構造が複雑になったり、鋳造設備の構成が大掛かりになったりしていた。
つまり、注湯時の前後において中子の変位を防止するための従来技術には、改善の余地が残されており、鋳造製品の寸法精度の向上を図るためにも、さらなる改善が望まれている状況であった。
【０００９】
本発明は、係る現状の課題を鑑みてなされたものであり、鋳造製品の寸法精度を向上させるために、注湯時の前後において、中子が変位することを確実に防止できる簡易な鋳造用中子および鋳造用中子の変位防止方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、を備える鋳造用中子であって、前記型部に内蔵される錘を備え、前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きいものである。
【００１２】
請求項２においては、前記錘は、前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、前記錘の体積を所定の体積とした場合において、算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成されるものである。
【００１３】
請求項３においては、前記錘は、前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵されるものである。
【００１４】
請求項４においては、前記錘は、前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出して内蔵されるものである。
【００１５】
請求項５においては、前記錘は、前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部が形成されるものである。
【００１６】
請求項６においては、鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、を備える鋳造用中子の変位防止方法であって、前記型部に錘を内蔵して、前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくするものである。
【００１７】
請求項７においては、前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、前記錘の体積を所定の体積とした場合において、算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、前記錘を、算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成するものである。
【００１８】
請求項８においては、前記錘を、前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵するものである。
【００１９】
請求項９においては、前記錘を、前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出させて内蔵するものである。
【００２０】
請求項１０においては、前記錘の前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部を形成するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２２】
請求項１においては、簡易な構成の鋳造用中子によって、注湯前後における中子の変位を確実に防止できる。これにより、鋳造製品の寸法精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項２においては、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する重力を、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する浮力に比して確実に大きくすることができる。
【００２４】
請求項３においては、鋳造用中子が撓んだり、折れたりすることを確実に防止できる。
【００２５】
請求項４においては、鋳造用中子の位置決めを精度よく行うことができる。
【００２６】
請求項５においては、鋳造用中子の位置決めをより精度よく行うことができる。
【００２７】
請求項６においては、簡易な構成の鋳造用中子によって、注湯前後における中子の変位を確実に防止できる。これにより、鋳造製品の寸法精度を向上させることができる。
【００２８】
請求項７においては、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する重力を、錘を内蔵する鋳造用中子に作用する浮力に比して確実に大きくすることができる。
【００２９】
請求項８においては、鋳造用中子が撓んだり、折れたりすることを確実に防止できる。
【００３０】
請求項９においては、鋳造用中子の位置決めを精度よく行うことができる。
【００３１】
請求項１０においては、鋳造用中子の位置決めをより精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（型閉めした状態）を示す断面模式図。
【図２】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（片開きして分解した状態）を示す断面模式図。
【図３】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子における錘の設計方法の一連の流れを示すフロー図。
【図４】片持ち支持される中子に作用する浮力および重力を説明する模式図、（ａ）従来の鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図、（ｂ）本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図。
【図５】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の当接面による位置決め状態を示す断面模式図。
【図６】両持ち支持される中子に作用する浮力および重力を説明する模式図、（ａ）従来の鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図、（ｂ）本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に作用する浮力および重力を示す断面模式図。
【図７】本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を製造するための中子型およびその中子型による鋳造用中子の製造方法を説明する断面模式図。
【図８】本発明に係る鋳造用中子を備えた鋳型による鋳造方法の一連の流れを示すフロー図。
【図９】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（型閉めした状態）を示す断面模式図。
【図１０】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を備えた鋳型の全体構成（片開きして分解した状態）を示す断面模式図。
【図１１】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の当接面および位置決め部による位置決め状態を示す断面模式図。
【図１２】本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を製造するための中子型およびその中子型による鋳造用中子の製造方法を説明する断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
まず始めに、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を含む鋳型の全体構成について、図１および図２を用いて説明をする。尚、本実施例では、本発明に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例としてエンジンのシリンダヘッドを製造するための鋳型を例示して説明をするが、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子が用いられる鋳型の用途をこれに限定するものではない。
【００３５】
図１および図２に示す如く、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例である鋳型１は、鋳造用金型である上型２および下型３と、鋳造用中子である各中子５・６・９・１０・１１等を備えている。
上型２には、製品形状を成す成型面２ａを形成しており、同様に下型３には、製品形状を成す成型面３ａを形成している。そして、各成型面２ａ・３ａを向かい合わせるとともに所定位置に位置決めした状態で上型２および下型３を型閉めすることによって、各型２・３の合わせ面に製品形状を成す空隙部であるキャビティ４を形成する構成としている。
【００３６】
また、上型２のキャビティ４の外周縁部となる部位には、各中子５・６の支持部位となる凹部２ｂ・２ｃを形成しており、同様に、下型３のキャビティ４の外周縁部となる部位には、各中子５・６の支持部位となる各凹部３ｂ・３ｃを形成している。またさらに下型３には、各中子５・６が当接する部位である各当接面３ｅ・３ｆを形成している。
【００３７】
また鋳型１の内部には、キャビティ４によって成型される鋳造体の内部に空洞部分を形成するための型部材である各中子５・６・９・１０・１１を配置している。本実施例に示す鋳型１において、中子５および中子６は吸排気ポートとなる一対の空洞部分を形成するための中子であり、その他の各中子９・１０・１１は、ウォータージャケットとなる空洞部分を形成するための中子である。
【００３８】
そして、本実施例では、鋳型１の内部に配置される本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６・９・１０・１１のうち、主に吸排気ポート用の一対の空洞部分を形成するための各中子５・６について例示して説明をする。尚、その他の各中子９・１０・１１についても、例えば、中子９に錘９ａを内蔵しているように、各中子５・６と同様に本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に該当するものであるが、以下に示す詳細な説明では、各中子９・１０・１１についての詳細な説明は省略する。
【００３９】
ここで、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の全体構成について、図２を用いて説明をする。
本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の一例である中子５および中子６は、シリンダブロック内に一対の吸排気用ポートとなる空洞部分を形成するための型部材であり、互いの形状が略線対称となっている。中子５および中子６は、主に鋳砂からなる砂状の材料を固めて形成されるものであり、鋳造後において粉砕して離型することができるものである。
尚、本実施例では、中子５および中子６が主に鋳砂を固めて形成される砂中子である場合を例示して説明をするが、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の主材料は、必ずしも鋳砂でなくてもよく、合成樹脂やワックス等であってもよい。
【００４０】
中子５には、型部５ａと幅木部５ｂを形成しており、中子６にも同様に、型部６ａと幅木部６ｂを形成している。
各型部５ａ・６ａは、キャビティ４とともに製品形状の一部を成す型面を形成する部位であり、キャビティ４の内部に配置される部位である。つまり、各型部５ａ・６ａは、キャビティ４に配置され、鋳型１により鋳造される鋳造製品の形状の一部を成す部位である。
【００４１】
また、型部５ａの幅木部５ｂから最も離間した部位である端部５ｅには、下型３の当接面３ｅに当接する部位である当接面５ｆを形成しており、同様に型部６ａの幅木部６ｂから最も離間した部位である端部６ｅには、下型３の当接面３ｆに当接する部位である当接面６ｆを形成している。
【００４２】
各幅木部５ｂ・６ｂは、上型２および下型３によって各中子５・６を支持するための支持部としての役割を果たすための部位である。
中子５の幅木部５ｂには、下型３の凹部３ｂに対応する凸部５ｃと、上型２の凹部２ｂに対応する凸部５ｄを形成しており、同様に、中子６の幅木部６ｂには、下型３の凹部３ｃに対応する凸部６ｃと、上型２の凹部２ｃに対応する凸部６ｄを形成している。
【００４３】
ここで、中子５の幅木部５ｂに形成する各凸部５ｃ・５ｄは、下型３の凹部３ｂと上型２の凹部２ｂに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定しており、同様に中子６の幅木部６ｂに形成する各凸部６ｃ・６ｄは、下型３の凹部３ｃと上型２の凹部２ｃに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定している。
【００４４】
そして、中子５の型部５ａには、錘７を内蔵しており、同様に中子６の型部６ａには、錘８を内蔵している。
各錘７・８は、各中子５・６の重量を増大させるために内蔵する部材であり、各中子５・６や溶湯に比して、密度が大きい材料により形成される部材である。
【００４５】
錘７は、型部５ａの幅木部５ｂから最も離間した部位である端部５ｅにおいて、錘７に形成される当接面７ａを端部５ｅに形成される当接面５ｆから露出させつつ、当接面７ａが当接面５ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
同様に錘８は、型部６ａの幅木部６ｂから最も離間した部位である端部６ｅにおいて、錘８に形成される当接面８ａを端部６ｅに形成される当接面６ｆから露出させつつ、当接面８ａが当接面６ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
【００４６】
上型２および下型３を型閉めするときに、まず下型３に形成される凹部３ｂに中子５の幅木部５ｂに形成される凸部５ｃを挿入するとともに、各当接面５ｆ・７ａを下型３の当接面３ｅに当接させて、下型３の所定位置に中子５を配置する。
また同様に、下型３に形成される凹部３ｃに中子６の幅木部６ｂに形成される凸部６ｃを挿入するとともに、各当接面６ｆ・８ａを下型３の当接面３ｆに当接させて、下型３の所定位置に中子６を配置する。
【００４７】
そして、上型２に形成される凹部２ｂに中子５の幅木部５ｂに形成される凸部５ｄを挿入するとともに、同様に上型２に形成される凹部２ｃに中子６の幅木部６ｂに形成される凸部６ｄを挿入しつつ、上型２および下型３を型閉めする。これにより、上型２および下型３によって各中子５・６を支持して、各型部５ａ・６ａをキャビティ４内の所定位置に保持する構成としている。
【００４８】
このような上型２および下型３によって各中子５・６を支持する構成の鋳型１においては、各中子５・６と上型２および下型３との間には熱膨張を考慮したクリアランスを設定しているため、上型２および下型３では、各中子５・６の変位を確実に規制することができなかったが、本発明の第一実施例に係る各中子５・６では、各型部５ａ・６ａに各錘７・８を内蔵することにより、クリアランスを設定していても各中子５・６の変位を規制することを可能にしている。以下では、各錘７・８によって各中子５・６の変位を規制する方法について説明をする。
【００４９】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に内蔵される錘の一連の設計手順について、図２および図３を用いて説明をする。
図２に示すような各中子５・６に内蔵する各錘７・８を設計するときには、図３に示す如く、まず鋳造に使用される溶湯（例えば、アルミ等）の成分分析の結果や溶湯となる材料の既知の物性値等から当該溶湯の密度を予め知得しておき、注湯された溶湯から各中子５・６に作用する浮力Ｆを算出する（ＳＴＥＰ−１０１）。
この浮力Ｆは、以下に示す数式１により求められる。尚、数式１において示すρ１は溶湯の密度、Ｖ１は中子の体積、ｇは重力加速度である。
【００５０】
【数１】
【００５１】
次に、各錘７・８を各中子５・６のどの位置に内蔵するかを決定するとともに、決定した配置場所の形状および体積等を考慮して、各錘７・８の体積Ｖ２を決定する（ＳＴＥＰ−１０２）。
【００５２】
次に、各錘７・８の体積Ｖ２とした場合における、各錘７・８を内蔵した状態の各中子５・６に作用する重力Ｇを算出する（ＳＴＥＰ−１０３）。
各錘７・８を内蔵した状態の各中子５・６に作用する重力Ｇは、以下の数式２により求められる。尚、数式２において示すρ２は中子の密度、ρ３は錘の密度である。
【００５３】
【数２】
【００５４】
次に、各中子５・６が注湯時に溶湯から受ける浮力により浮かないようにするための条件を検討する。この場合、数式１で求めた浮力Ｆが、数式２で求めた重力Ｇに比して小さければ、各錘７・８を内蔵した各中子５・６が浮き上がることはないから、各中子５・６が注湯時に溶湯から受ける浮力により浮かないようにするための条件は、以下に示す数式３のように表される。
【００５５】
【数３】
【００５６】
そして、数式３を整理すると、以下に示す数式４のように表され、この数式４に具体的な値を代入することにより、各中子５・６に内蔵するのに適した各錘７・８の密度の条件が算出される（ＳＴＥＰ−１０４）。
【００５７】
【数４】
【００５８】
具体的には、例えば、アルミ鋳造で砂中子を用いる場合には、溶湯（アルミ）の密度ρ１＝２．４ｇ／ｃｍ３であり、各中子５・６の密度ρ２＝１．８ｇ／ｃｍ３となる。そして、各錘７・８の体積を各中子５・６の体積の１０％とする（即ち、Ｖ２／Ｖ１＝０．１）ものと仮定して、各値を数式４に代入すると、以下に示す数式５のように表される。
【００５９】
【数５】
【００６０】
つまり、数式５に示す如く、ここで例示した具体的な条件において、各中子５・６の浮き上がりを防止するために必要となる錘の密度ρ３の条件は、ρ３＞７．８ｇ／ｃｍ３となる。
そして、この条件を満たす（即ち、密度が７．８ｇ／ｃｍ３より大きい）材料を検討すると、例えば、炭素鋼（密度：７．８３ｇ／ｃｍ３）や銅（密度：８．９６ｇ／ｃｍ３）等が、各錘７・８の材料として採用できる。
【００６１】
このようにして、数式１〜数式５による計算結果に基づいて、各錘７・８の体積を体積Ｖ２（Ｖ２／Ｖ１＝０．１）と仮定した場合において、各錘７・８を形成するのに適した材料を決定することができる（ＳＴＥＰ−１０５）。
【００６２】
このように、各中子５・６に内蔵する各錘７・８について、各中子５・６が注湯時に溶湯から受ける浮力Ｆにより確実に浮かないようにすることができる錘の材料の密度および体積等を予め計算で決定しておくことにより、各中子５・６が注湯時に変位する（浮き上がる）ことを確実に防止することができる。
【００６３】
即ち、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６に内蔵される各錘７・８は、各型部５ａ・６ａの体積Ｖ１と溶湯の密度ρ１から、前記溶湯により各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆを算出するとともに、各錘７・８の体積Ｖ２を所定の体積（例えば、Ｖ２／Ｖ１＝０．１）とした場合において、算出した浮力Ｆに比して各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇが大きくなる各錘７・８の密度ρ３の条件を算出して、算出した各錘７・８の密度ρ３の条件を満足する材料により構成されるものである。
【００６４】
また、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａの体積Ｖ１と溶湯の密度ρ１から、前記溶湯により各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆを算出するとともに、各錘７・８の体積Ｖ２を所定の体積（例えば、Ｖ２／Ｖ１＝０．１）とした場合において、算出した浮力Ｆに比して各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇが大きくなる各錘７・８の密度ρ３の条件を算出して、各錘７・８を、算出した各錘７・８の密度ρ３の条件を満足する材料により構成するものである。
これにより、各錘７・８を内蔵する各中子５・６に作用する重力Ｇを、各錘７・８を内蔵する各中子５・６に作用する浮力Ｆに比して確実に大きくすることができる。
【００６５】
尚、中子の重量を大きくし過ぎると、中子を運搬等する作業者の負担が大きくなったり、あるいは、中子が自重で壊れたりすること等が懸念されるため、前述した数式１〜数式５を満足しつつ、できる限り錘の重量を軽くするように設計するのが望ましい。
【００６６】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子に作用する浮力および重力について、図４〜図６を用いて説明をする。尚、ここでは、錘７が内蔵される中子５に作用する浮力および重力を例示して説明をするが、錘８が内蔵される中子６に作用する浮力および重力も同様であるため説明は省略する。
【００６７】
例えば、図４（ａ）に示す如く、錘を備えていない従来の中子５５は、一端（幅木部５５ｂ）を上型２および下型３によって支持され、他端（型部５５ａの当接面５５ｆ）が下型３の当接面３ｅに当接するように配置される状況において、浮力Ｆに対して、当接面３ｅが支持部としての役割を果たさないため、片持ち支持の状態となる。また、錘を備えていない従来の中子５５に作用する浮力Ｆは、該中子５５に作用する重力Ｇ１に比して大きくなっている。このため、溶湯が湯道３ｄから注湯され、溶湯による浮力Ｆが作用すると、幅木部５５ｂに設定されたクリアランス（図示せず）の範囲で中子５５が変位したり、あるいは中子５５に撓みが生じたりして、中子５５の他端（当接面５５ｆ）が当接面３ｅから浮き上がってしまう。
【００６８】
またこの状態では、中子５５には溶湯による浮力Ｆによって応力が生じる。このとき生じる応力としては、例えば、中子５５が片持ち支持される部位（図４（ａ）中に示す点Ａの近傍）に集中して曲げモーメントＭ１等が作用するため、曲げモーメントＭ１が集中する部位の近傍において中子５５が折れることが懸念される。
【００６９】
一方、本発明の第一実施例に係る中子５では、錘７を、支持端側（即ち、幅木部５ｂ）とは反対側の他端側（即ち、型部５ａの端部５ｅ）に配置する構成としている。中子５に錘７を内蔵することにより、中子５に作用する浮力Ｆは、錘７を内蔵する中子５に作用する重力Ｇ２に比して小さくなっている。
【００７０】
これにより、図４（ｂ）に示す如く、錘７に作用する重力によって、幅木部５ｂに設定されたクリアランス（図示せず）の範囲での変位を防止するとともに、中子５が片持ち支持される部位（図４（ｂ）中に示す点Ａの近傍）に集中して作用する曲げモーメントＭ１を打ち消すことができる。このとき、中子５が片持ち支持される部位（図４（ｂ）中に示す点Ａの近傍）には、曲げモーメントＭ１に比して小さい逆向きの曲げモーメントＭ２を作用させることができる。尚、この曲げモーメントＭ２ができる限り小さくなるように、錘７の重量・体積および内蔵位置等を設定することが望ましい。
【００７１】
つまり、錘７を中子５に作用する応力および重力を考慮して適切な場所に内蔵することにより、中子５が片持ち支持される場合において、注湯前後の中子５の変位を防止することができるとともに、溶湯による浮力Ｆによって生じる応力を打ち消して、中子５が撓んだり、あるいは、折れたりすることを確実に防止することができる。
【００７２】
即ち、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６に内蔵される各錘７・８は、各型部５ａ・６ａの、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆによって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ１）を、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇ２によって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ２）によって打ち消すことができる部位（本実施例では、各型部５ａ・６ａの各端部５ｅ・６ｅ）に内蔵されるものである。
【００７３】
また、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａの、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する浮力Ｆによって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ１）を、各錘７・８を内蔵する各型部５ａ・６ａに作用する重力Ｇ２によって各型部５ａ・６ａに生じる応力（例えば、曲げモーメントＭ２）によって打ち消すことができる部位（本実施例では、各型部５ａ・６ａの各端部５ｅ・６ｅ）に各錘７・８を内蔵するものである。
これにより、各中子５・６が撓んだり、折れたりすることを確実に防止できる。
【００７４】
尚、中子に錘を内蔵して、中子に作用する重力をより大きくすることにより、中子の変位を防止する方法では、錘を内蔵する位置によって、変位を防止する効果に差異が生じてくるため、中子に作用する浮力によって曲げモーメントが生じる部位を解析等の手法により特定した上で、浮力により生じる曲げモーメントを打ち消すことができる逆方向への曲げモーメントが生じるように、錘の重量・体積および内蔵位置等を設計するのが望ましい。
【００７５】
そして、図３を用いて説明した錘の設計手順において、（ＳＴＥＰ−１０２）の段階で行われる錘の配置の決定に際しては、各中子５・６に作用する浮力および重力によって、各中子５・６の各部に生じる応力を考慮して、小さい錘で効果的に変位を防止することができるように設計をすることが望ましい。
【００７６】
また、図５に示す如く、本発明の第一実施例に係る中子５では、錘７を、支持端側（即ち、幅木部５ｂ）とは反対側の他端側（即ち、型部５ａの端部５ｅ）に配置する構成とし、中子５の当接面５ｆの一部を錘７の当接面７ａにより形成している。そして、各当接面５ｆ・７ａを下型３の当接面３ｅと面接触させる構成としている。
【００７７】
錘７の当接面７ａは、中子５の当接面５ｆとは異なり、型同士が接触した場合であっても面がほとんど削れる（平面度が悪化する）ことがないため、下型の当接面３ｅと当接面７ａとを当接させることによって、中子５を精度よく位置決めをすることができる。
【００７８】
即ち、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６に内蔵される各錘７・８は、各型部５ａ・６ａの、各幅木部５ｂ・６ｂから最も離間した部位であり、かつ、下型３と当接する部位である各端部５ｅ・６ｅに、該各端部５ｅ・６ｅから各錘７・８に形成する各当接面７ａ・８ａを露出して内蔵されるものである。
【００７９】
また、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａの、各幅木部５ｂ・６ｂから最も離間した部位であり、かつ、下型３と当接する部位である各端部５ｅ・６ｅに、該各端部５ｅ・６ｅから各錘７・８に形成する各当接面７ａ・８ａを露出して各錘７・８を内蔵するものである。
これにより、各中子５・６の位置決めを精度よく行うことができる。
【００８０】
さらに、中子が両持ち支持される場合の他の実施例について説明をする。
例えば、図６（ａ）に示すように錘を備えていない従来の中子６５が、両端を上型２および下型３によって両持ち支持される構成である場合には、溶湯により中子６５に作用する浮力Ｆに比して、中子６５に作用する重力Ｇ３が小さくなっている。
【００８１】
このため、溶湯が湯道３ｄから注湯され、中子６５に浮力Ｆが作用することによって、中子６５に応力が生じると、例えば、中子６５の左右両端の支持部位（図６（ａ）中に示す点Ｂ・Ｃの近傍）に集中して曲げモーメントＭ３・Ｍ４が作用する。このため中子６５は、図６（ａ）中に示す点Ｂ・Ｃの近傍において、折れることが懸念される。
【００８２】
一方、図６（ｂ）に示す本発明に係る鋳造用中子の一実施例である中子１５では、中子１５の左右両端の支持部位（図６（ｂ）中に示す点Ｂ・Ｃの近傍）に対して略中央に位置する部位に錘１７を内蔵する構成としている。そして、溶湯により中子１５に作用する浮力Ｆに比して、錘１７を内蔵する中子１５に作用する重力Ｇ４が大きくなっている。
【００８３】
これにより、錘１７を内蔵する中子１５に作用する重力Ｇ４によって、溶湯からの浮力Ｆによって作用する応力である曲げモーメントＭ３・Ｍ４を打ち消して、かつ、曲げモーメントＭ３・Ｍ４に比して小さい逆向きの曲げモーメントＭ５・Ｍ６を作用させることができ、中子１５が両持ちで支持される場合に浮力による曲げモーメントＭ３・Ｍ４が集中して作用する部位（図６（ｂ）中に示す点Ｂ・Ｃ）において、中子１５が折れたり、変位したりすることを確実に防止する構成としている。
【００８４】
このように、本発明に係る鋳造用中子は、中子に錘を内蔵することによって、該中子が片持ち支持される構成であるか、あるいは、両持ち支持される構成であるか、あるいは、さらに多点で支持される構成であるかに関わらず、中子の変位を確実に防止することができる。
また本実施例では、各中子に内蔵する錘が１個である場合を例示しているが、複数の錘を内蔵する構成とすることも可能であり、浮力によって中子に作用する応力の分布を考慮して複数の錘を分散させて配置する構成とすることも可能である。
【００８５】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子の製造方法について、図７を用いて説明をする。尚、本実施例では、中子５の製造状況を例示しているが、中子６やその他の各中子９・１０・１１等も同様の方法で製造することが可能である。
【００８６】
図７に示す如く、中子５の製造に用いられる中子型１２は、第一型１２ａと第二型１２ｂに分割される構成としており、各型１２ａ・１２ｂを型閉めすることによって、中子５の外形形状となるキャビティ１２ｃが形成される構成としている。また、キャビティ１２ｃには、中子５の当接面５ｆの型となる型面１２ｄを形成している。
【００８７】
そして、この中子型１２を用いて中子５を製造するときには、まず錘７に形成される当接面７ａをキャビティ１２ｃに形成された型面１２ｄに当接させて所定位置に配置しておく。
そして、この状態で中子型１２内に主に鋳砂からなる材料を吹き込んで、粘結剤等の凝固作用等を利用して、キャビティ１２ｃの内面形状を外形形状とする中子５を製造するようにしている。これにより、中子５内の所定位置（端部５ｅ）に錘７が配置され、かつ、錘７の当接面７ａを中子５の当接面５ｆに一致させた状態で露出させることができる。
【００８８】
このような方法で中子５を製造することにより、予め中子型１２の所定位置に錘７を配置しておく工程以外は、従来通りの工程で中子５を製造することができるため、本発明の第一実施例に係る中子５を、容易に製造することができる。
尚、各錘７・８は繰り返して再利用することができ、また外形形状が異なる中子で共通の各錘７・８を使用できるように設計することも可能であるため、経済性にも優れている。
【００８９】
次に、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子を有する鋳型を用いた鋳造方法の一連の工程について、図８を用いて説明をする。
図８に示す如く、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６を有する鋳型１を用いた鋳造方法では、まず始めに、各中子５・６に内蔵する各錘７・８の仕様（材料・体積・形状・内蔵位置等）を決定する（ＳＴＥＰ−２０１）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に仕様を決定しておく。この各錘７・８の仕様決定は、前述した図３に示す設計方法（ＳＴＥＰ−１０１〜ＳＴＥＰ−１０５）により行われる。
【００９０】
そして次に、決定した各錘７・８の仕様に従って、各中子５・６およびを製作する（ＳＴＥＰ−２０２）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に製作しておく。ここで各中子５・６・９・１０・１１は、前述した図７に示す製造方法によって製造される。
【００９１】
そして次に、鋳型１を型開きした状態としておき、製作した各中子５・６を、下型３の所定位置に配置する。（ＳＴＥＰ−２０３）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に下型３の所定位置に配置する。
そして、上型２を閉じて鋳型１を型閉めし、上型２および下型３により各中子５・６の各幅木部５ｂ・６ｂを保持して、鋳型１により各中子５・６を支持する。（ＳＴＥＰ−２０４）。尚このとき、その他の各中子９・１０・１１についても同様に上型２および下型３により支持する。
【００９２】
そして次に、下型３に形成されたキャビティ４に連通する湯道３ｄ・３ｄから溶湯を注湯し、鋳造を行う（ＳＴＥＰ−２０５）。
このとき、各中子５・６に作用する浮力は、各中子５・６に作用する重力に比して確実に小さいため、注湯前後において、各中子５・６が浮き上がることがなく、また各中子５・６が折れるようなこともない。
【００９３】
そして最後に、鋳型１を型開きして、キャビティ４および各中子５・６によって成型された鋳造製品を離型する。（ＳＴＥＰ−２０６）。
さらに、各中子５・６は粉砕して除去される（ＳＴＥＰ−２０７）。粉砕された各中子５・６は、回収され鋳砂として再利用される。
また、各錘７・８も回収され鋳砂等を除去した後に、変形や傷の有無等を確認し、寿命の範囲内で再利用される。
このような一連の鋳造工程により、従来に比して寸法精度が改善された鋳造製品を簡易に製造することができる。
【００９４】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を含む鋳造用金型の全体構成について、図９および図１０を用いて説明をする。尚、第二実施例においても、本発明に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例としてエンジンのシリンダヘッドの鋳造に用いる鋳型を例示して説明をするが、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子が用いられる鋳型の用途をこれに限定するものではない。
【００９５】
図９および図１０に示す如く、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を含む鋳型の一例である鋳型２１は、鋳造用金型である上型２２および下型２３と、鋳造用中子である各中子２５・２６・２９・３０・３１等を備えている。
上型２２には、製品形状を成す成型面２２ａを形成しており、同様に下型２３には、製品形状を成す成型面２３ａを形成している。そして、各成型面２２ａ・２３ａを向かい合わせるとともに所定位置に位置決めした状態で上型２２および下型２３を型閉めすることによって、各型２２・２３の合わせ面に製品形状を成す空隙部であるキャビティ２４を形成する構成としている。
【００９６】
また、上型２２のキャビティ２４の外周縁部となる部位には、各中子２５・２６の支持部位となる各凹部２２ｂ・２２ｃを形成しており、同様に、下型２３のキャビティ２４の外周縁部となる部位には、各中子２５・２６の支持部位となる各凹部２３ｂ・２３ｃを形成している。
【００９７】
またさらに下型２３には、各中子２５・２６が当接する部位である各当接面２３ｅ・２３ｆを形成するとともに、各当接面２３ｅ・２３ｆには、各位置決め部２３ｇ・２３ｈを形成している。
このように、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を用いた鋳型２１では、各当接面２３ｅ・２３ｆにさらに各位置決め部２３ｇ・２３ｈを形成している点で、本発明の第一実施例で示した鋳型１とは異なっている。
【００９８】
また鋳型２１の内部には、キャビティ２４によって成形される鋳造体の内部に空洞部分を形成するための型部材である各中子２５・２６・２９・３０・３１を配置している。本実施例に示す鋳型２１において、中子２５および中子２６は吸排気ポートとなる一対の空洞部分を形成するための中子であり、その他の各中子２９・３０・３１は、ウォータージャケットとなる空洞部分を形成するための中子である。
【００９９】
そして、本実施例では、鋳型２１の内部に配置される各中子２５・２６・２９・３０・３１のうち、主に吸排気ポート用の一対の空洞部分を形成するための各中子２５・２６を本発明に係る鋳造用中子とする場合を例示して説明をする。尚、本実施例では、その他の各中子２９・３０・３１についても、例えば、中子２９に錘２９ａを内蔵しているように、各中子２５・２６と同様に本発明の第二実施例に係る鋳造用中子に該当するものであるが、以下に示す詳細な説明では、各中子２９・３０・３１についての詳細な説明は省略する。
【０１００】
ここで、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の全体構成について、図１０を用いて説明をする。
本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の一例である中子２５および中子２６は、シリンダブロック内に一対の吸排気用ポートとなる空洞部分を形成するための型部材であり、互いの形状が略線対称となっている。中子２５および中子２６は、主に鋳砂からなる砂状の材料を固めて形成されるものであり、鋳造後において粉砕して離型することができるものである。
尚、本実施例では、中子２５および中子２６が主に鋳砂を固めて形成される砂中子である場合を例示して説明をするが、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の主材料は、必ずしも鋳砂でなくてもよく、合成樹脂やワックス等であってもよい。
【０１０１】
中子２５には、型部２５ａと幅木部２５ｂを形成しており、中子２６にも同様に、型部２６ａと幅木部２６ｂを形成している。
各型部２５ａ・２６ａは、キャビティ２４とともに製品形状の一部を成す型面を形成する部位であり、キャビティ２４の内部に配置される部位である。
また、型部２５ａの幅木部２５ｂから最も離間した部位である端部２５ｅには、下型２３の当接面２３ｅに当接する部位である当接面２５ｆを形成しており、同様に型部２６ａの幅木部２６ｂから最も離間した部位である端部２６ｅには、下型２３の当接面２３ｆに当接する部位である当接面２６ｆを形成している。
【０１０２】
各幅木部２５ｂ・２６ｂは、上型２２および下型２３によって各中子２５・２６を支持するための支持部を形成する部位である。
中子２５の幅木部２５ｂには、下型２３の凹部２３ｂに対応する凸部２５ｃと、上型２２の凹部２２ｂに対応する凸部２５ｄを形成しており、同様に、中子２６の幅木部２６ｂには、下型２３の凹部２３ｃに対応する凸部２６ｃと、上型２２の凹部２２ｃに対応する凸部２６ｄを形成している。
【０１０３】
ここで、中子２５の幅木部２５ｂに形成する各凸部２５ｃ・２５ｄは、下型２３の凹部２３ｂと上型２２の凹部２２ｂに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定しており、同様に中子２６の幅木部２６ｂに形成する各凸部２６ｃ・２６ｄは、下型２３の凹部２３ｃと上型２２の凹部２２ｃに対して、熱膨張を考慮してクリアランス（図示せず）を設定している。
【０１０４】
そして、中子２５の型部２５ａには、錘２７を内蔵しており、同様に中子２６の型部２６ａには、錘２８を内蔵している。
各錘２７・２８は、各中子２５・２６の重量を増大させるために内蔵する部材であり、各中子２５・２６や溶湯に比して、密度が大きい材料により形成される部材である。
【０１０５】
錘２７は、型部２５ａの幅木部２５ｂから最も離間した部位である端部２５ｅにおいて、錘２７に形成される当接面２７ａを端部２５ｅに形成される当接面２５ｆから露出させつつ、当接面２７ａが当接面２５ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
同様に錘２８は、型部２６ａの幅木部２６ｂから最も離間した部位である端部２６ｅにおいて、錘２８に形成される当接面２８ａを端部２６ｅに形成される当接面２６ｆから露出させつつ、当接面２８ａが当接面２６ｆと一体的な平面を形成するように内蔵される。
【０１０６】
そしてさらに、錘２７の当接面２７ａには、下型２３の位置決め部２３ｇに対応する位置決め部２７ｂを形成しており、また同様に、錘２８の当接面２８ａには、下型２３の位置決め部２３ｈに対応する位置決め部２８ｂを形成している。
【０１０７】
ここで、下型２３の位置決め部２３ｇは当接面２３ｅに形成される突出部であり、錘２７の当接面２７ａに形成される位置決め部２７ｂは、位置決め部２３ｇの突出形状に応じた形状の凹陥部であって、位置決め部２７ｂと位置決め部２３ｇとは嵌合可能に構成されている。また、下型２３の位置決め部２３ｈは当接面２３ｆに形成される突出部であり、錘２８の当接面２８ａに形成される位置決め部２８ｂは、位置決め部２３ｈの突出形状に応じた形状の凹陥部であって、位置決め部２８ｂと位置決め部２３ｈとは嵌合可能に構成されている。
【０１０８】
このように、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６では、各当接面２５ｆ・２６ｆにさらに各位置決め部２７ｂ・２８ｂを形成している点で、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６とは異なっている。
【０１０９】
上型２２および下型２３を型閉めするときに、まず下型２３に形成される凹部２３ｂに中子２５の幅木部２５ｂに形成される凸部２５ｃを挿入するとともに、錘２７の当接面２７ａに形成される位置決め部２７ｂを下型２３の当接面２３ｅに形成される位置決め部２３ｇに嵌合させて、さらに、中子２５および錘２７の各当接面２５ｆ・２７ａを下型２３の当接面２３ｅに当接させて、下型２３の所定位置に中子５を配置する。
【０１１０】
また同様に、下型２３に形成される凹部２３ｃに中子２６の幅木部２６ｂに形成される凸部２６ｃを挿入するとともに、錘２８の当接面２８ａに形成される位置決め部２８ｂを下型２３の当接面２３ｆに形成される位置決め部２３ｈに嵌合させて、さらに、中子２６および錘２８の各当接面２６ｆ・２８ａを下型２３の当接面２３ｆに当接させて、下型２３の所定位置に中子２６を配置する。
【０１１１】
そして、上型２２に形成される凹部２２ｂに中子２５の幅木部２５ｂに形成される凸部２５ｄを挿入するとともに、同様に上型２２に形成される凹部２２ｃに中子２６の幅木部２６ｂに形成される凸部２６ｄを挿入しつつ、上型２２および下型２３を型閉めする。これにより、上型２２および下型２３によって各中子２５・２６を支持して、各型部２５ａ・２６ａをキャビティ２４内の所定位置に保持する構成としている。
【０１１２】
このような上型２２および下型２３によって各中子２５・２６を支持する構成の鋳型２１においては、各中子２５・２６と上型２２および下型２３との間には熱膨張を考慮したクリアランスを設定しているため、上型２２および下型２３では、各中子２５・２６の変位を確実に規制することができなかったが、本発明の第二実施例に係る各中子２５・２６では、各型部２５ａ・２６ａに各錘２７・２８を内蔵することにより、クリアランスを設定していても各中子２５・２６の変位を規制することを可能にしている。
【０１１３】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子に内蔵する錘の設計手順について、説明をする。
本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６に内蔵する各錘２７・２８の設計手順は、前述した本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６と同様に、図３に示す設計手順を採用している。
また各錘２７・２８の内蔵位置を検討する際には、前述した本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６の場合と同様に、各中子２５・２６に作用する浮力および重力を考慮して内蔵位置を決定する方法を採用している。
【０１１４】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子における位置決め方法について、図１１を用いて説明をする。尚、ここでは、中子２５を例示して説明をするが、中子２６も同様の方法で位置決めをする構成としている。
【０１１５】
図１１に示す如く、本発明の第二実施例に係る中子２５では、錘２７を、支持端側（即ち、幅木部２５ｂ）とは反対側の他端側（即ち、型部２５ａの当接面２５ｆ）に配置する構成とし、中子２５の当接面２５ｆの一部を錘２７の当接面２７ａにより形成している。
さらに、当接面２７ａには、下型２３の位置決め部２３ｇに対応する位置決め部２７ｂを形成している。
そして、各当接面２５ｆ・２７ａを下型２３の当接面２３ｅと面接触させるとともに、各位置決め部２３ｇ・２７ｂを嵌合させることによって、キャビティ２４に対して中子２５をより精度良く位置決めする構成としている。
【０１１６】
錘２７の当接面２７ａおよび位置決め部２７ｂは、中子２５の当接面２５ｆとは異なり、型同士が接触した場合であっても面が削れる（面精度が悪化する）ことがほとんどないため、下型２３の当接面２３ｅおよび位置決め部２３ｇと錘２７の当接面２７ａおよび位置決め部２７ｂとを当接させても、型崩れにより位置決め精度が悪化することが無く、精度良く位置決めをすることができる。
【０１１７】
このように、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６では、各錘２７・２８の各当接面２７ａ・２８ａにさらに各位置決め部２７ｂ・２８ｂを形成している点で、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６とは異なっており、位置決め精度をさらによくすることができる構成としている。
【０１１８】
即ち、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６の各錘２７・２８は、各当接面２７ａ・２８ａに、下型２３の各端部２５ｅ・２６ｅと当接する部位である各当接面２３ｅ・２３ｆに形成される凹凸形状を有する各位置決め部２３ｇ・２３ｈに嵌合する形状を有する各位置決め部２７ｂ・２８ｂが形成されるものである。
【０１１９】
また、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６による変位防止方法は、各錘２７・２８の各当接面２７ａ・２８ａに、下型２３の各端部２５ｅ・２６ｅと当接する部位である各当接面２３ｅ・２３ｆに形成される凹凸形状を有する各位置決め部２３ｇ・２３ｈに嵌合する形状を有する各位置決め部２７ｂ・２８ｂを形成するものである。
これにより、各中子２５・２６の位置決めをより精度よく行うことができる。
【０１２０】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子の製造方法について、図１２を用いて説明をする。尚、本実施例では、中子２５の製造状況を例示しているが、中子２６やその他の各中子２９・３０・３１等も同様の方法で製造することが可能である。
【０１２１】
図１２に示す如く、中子２５の製造に用いられる中子型３２は、第一型３２ａと第二型３２ｂに分割される構成としており、各型３２ａ・３２ｂを型閉めすることによって、中子２５の外形形状となるキャビティ３２ｃが形成される構成としている。また、キャビティ３２ｃには、中子２５の当接面２５ｆの型となる型面３２ｄを形成している。
さらに型面３２ｄには、中子２５における錘２７の配置を位置決めするための位置決め部３２ｅを形成している。
【０１２２】
そして、この中子型３２を用いて中子２５を製造するときには、まず錘２７の当接面２７ａに形成される凹部である位置決め部２７ｂを中子型３２の当接面２５ｆを形成するための型面３２ｄに形成された凸部である位置決め部３２ｅに嵌合させて位置決めしておく。またこのとき、位置決め部２７ｂの周囲の当接面２７ａも、位置決め部３２ｅの周囲の型面３２ｄに当接させておく。
【０１２３】
そして、この状態で中子型３２内に主に鋳砂からなる材料を吹き込んで、粘結剤等の凝固作用等を利用して、キャビティ３２ｃの内面形状を外形形状とする中子２５を製造するようにしている。これにより、中子２５内の端部２５ｅの所定位置に錘２７が内蔵され、かつ、錘２７の位置決め部２７ｂを精度良く位置決めしつつ当接面２７ａを中子２５の当接面２５ｆに一致させた状態で露出させることができる。
【０１２４】
このような方法で中子２５を製造することにより、予め中子型３２の所定位置に錘２７を配置しておく工程以外は、従来通りの工程で中子２５を製造することができるため、本発明の第一実施例に係る中子２５を、容易に製造することができる。
尚、各錘２７・２８は繰り返して再利用することができ、また外形形状が異なる中子で共通の各錘２７・２８を使用できるように設計することも可能であるため、経済性にも優れている。
【０１２５】
次に、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子を有する鋳型を用いた鋳造方法の一連の工程について、説明をする。
本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６を有する鋳型２１を用いた鋳造方法は、本発明の第一実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６を有する鋳型１を用いた鋳造方法と同様に、図８に示す鋳造方法を採用している。
そして、本発明の第二実施例に係る鋳造用中子である各中子２５・２６を有する鋳型２１を用いた鋳造方法では、下型２３に形成した各位置決め部２３ｇ・２３ｈと各錘２７・２８に形成した各位置決め部２７ｂ・２８ｂの作用により、本発明の第一実施例に係る各中子５・６を有する鋳型１を用いる場合に比して、より精度良く各中子２５・２６の位置決めをすることができるため、さらに寸法精度が改善された鋳造製品を簡易に製造することができる。
【０１２６】
即ち、本発明の第一実施例および第二実施例に係る鋳造用中子である各中子５・６・２５・２６は、上型２および下型３によって変位が規制される部位である各幅木部５ｂ・６ｂ・２５ｂ・２６ｂと、上型２および下型３によって形成されるキャビティ４に配置され、上型２および下型３により鋳造される製品形状の一部を成す部位である各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａと、を備えるものであって、各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに内蔵される各錘７・８・２７・２８を備え、キャビティ４に溶湯を注湯するときに前記溶湯により各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する浮力Ｆに比して、各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する重力Ｇが大きいものである。
【０１２７】
また、本発明の第一実施例および第二実施例に係る各中子５・６・２５・２６による変位防止方法は、各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに各錘７・８・２７・２８を内蔵させて、キャビティ４に溶湯を注湯するときに前記溶湯により各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する浮力Ｆに比して、各錘７・８・２７・２８を内蔵する各型部５ａ・６ａ・２５ａ・２６ａに作用する重力Ｇを大きくするものである。
これにより、簡易な構成の鋳造用中子である各中子５・６・２５・２６によって、注湯前後における各中子５・６・２５・２６の変位を確実に防止できる。これにより、鋳造製品の寸法精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 鋳型
３ｅ 当接面（下型）
３ｆ 当接面（下型）
４ キャビティ
５ 中子
５ａ 型部
５ｂ 幅木部
５ｅ 端部
５ｆ 当接面（中子）
６ 中子
６ａ 型部
６ｂ 幅木部
６ｅ 端部
６ｆ 当接面（中子）
７ 錘
７ａ 当接面（錘）
８ 錘
８ａ 当接面（錘）
２１ 鋳型
２３ｅ 当接面（下型）
２３ｆ 当接面（下型）
２３ｇ 位置決め部（下型）
２３ｈ 位置決め部（下型）
２５ 中子
２６ 中子
２７ 錘
２７ａ 当接面（錘）
２７ｂ 位置決め部（錘）
２８ 錘
２８ａ 当接面（錘）
２８ｂ 位置決め部（錘）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、
前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、
を備える鋳造用中子であって、
前記型部に内蔵される錘を備え、
前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きい、
ことを特徴とする鋳造用中子。
【請求項２】
前記錘は、
前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、
前記錘の体積を所定の体積とした場合において、
算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、
算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項３】
前記錘は、
前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋳造用中子。
【請求項４】
前記錘は、
前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出して内蔵される、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項５】
前記錘は、
前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部が形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の鋳造用中子。
【請求項６】
鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、
前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、
を備える鋳造用中子の変位防止方法であって、
前記型部に錘を内蔵して、
前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくする、
ことを特徴とする鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項７】
前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、
前記錘の体積を所定の体積とした場合において、
算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、
前記錘を、
算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項８】
前記錘を、
前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵する、
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項９】
前記錘を、
前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出させて内蔵する、
ことを特徴とする請求項６〜請求項８のうちいずれか一項に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項１０】
前記錘の前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部を形成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項１】
鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、
前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、
を備える鋳造用中子であって、
前記型部に内蔵される錘を備え、
前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きい、
ことを特徴とする鋳造用中子。
【請求項２】
前記錘は、
前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、
前記錘の体積を所定の体積とした場合において、
算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、
算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項３】
前記錘は、
前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋳造用中子。
【請求項４】
前記錘は、
前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出して内蔵される、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の鋳造用中子。
【請求項５】
前記錘は、
前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部が形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の鋳造用中子。
【請求項６】
鋳造用金型によって変位が規制される部位である幅木部と、
前記鋳造用金型によって形成されるキャビティに配置され、前記鋳造用金型により鋳造される製品形状の一部を成す部位である型部と、
を備える鋳造用中子の変位防止方法であって、
前記型部に錘を内蔵して、
前記キャビティに溶湯を注湯するときに前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力に比して、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくする、
ことを特徴とする鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項７】
前記型部の体積と前記溶湯の密度から、前記溶湯により前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力を算出するとともに、
前記錘の体積を所定の体積とした場合において、
算出した浮力に比して前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力が大きくなる前記錘の密度の条件を算出して、
前記錘を、
算出した前記錘の密度の条件を満足する材料により構成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項８】
前記錘を、
前記型部の、前記錘を内蔵する前記型部に作用する浮力によって前記型部に生じる応力を、前記錘を内蔵する前記型部に作用する重力によって前記型部に生じる応力によって打ち消すことができる部位に内蔵する、
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項９】
前記錘を、
前記型部の、前記幅木部から最も離間した部位であり、かつ、前記鋳造用金型と当接する部位である端部に、該端部から前記錘に形成する当接面を露出させて内蔵する、
ことを特徴とする請求項６〜請求項８のうちいずれか一項に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【請求項１０】
前記錘の前記当接面に、前記鋳造用金型の前記端部と当接する部位に形成される凹凸形状に嵌合する形状を有する位置決め部を形成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の鋳造用中子の変位防止方法。
【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２０１１−１４００６１（Ｐ２０１１−１４００６１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３２０（Ｐ２０１０−３３２０）
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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