(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材本体（７）と、その部材本体（７）に溶着されて列をなす複数の被鋳ぐるみ部材（６）とよりなる構造部材（１）を鋳造すべく、複数の被鋳ぐるみ部材設置用区域（１７）を有する構造部材成形用キャビティ（１５）と、そのキャビティ（１５）の被鋳ぐるみ部材設置用区域配列方向（Ａ）における少なくとも一端部に連通するゲート（１４1 ，１４2 ）と、各被鋳ぐるみ部材（６）における溶着面（２０）の反対側に在る非溶着面（２１）に面すると共に前記ゲート（１４1 ，１４2 ）からの距離Ｌ1 〜Ｌ3 が順次増加するように配置された複数の加熱室（２３1 〜２３5 ）と、前記キャビティ（１５）から各加熱室（２３1 〜２３5 ）に溶湯を供給する複数の連通溝（２４）とを備えた鋳ぐるみ用鋳型において、前記ゲート（１４1 ，１４2 ）からの距離Ｌ1 〜Ｌ3 の増加に応じて前記加熱室（２３1 〜２３5 ）の容積Ｖ1 〜Ｖ3 を増加させたことを特徴とする鋳ぐるみ用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材本体と、その部材本体に溶着されて列をなす複数の被鋳ぐるみ部材とよりなる構造部材を鋳造するために用いられる鋳ぐるみ用鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に、鋳込み中に一部の溶湯を被鋳ぐるみ部材の非溶着面側に導いてその被鋳ぐるみ部材をその溶着面側および非溶着面から加熱すべく、複数の被鋳ぐるみ部材設置用区域を有する構造部材成形用キャビティと、そのキャビティの被鋳ぐるみ部材設置用区域配列方向における少なくとも一端部に連通するゲート（またはスプル）と、各被鋳ぐるみ部材における溶着面の反対側に在る非溶着面に面すると共にゲートからの距離が順次増加するように配置された複数の加熱室と、キャビティから各加熱室に溶湯を供給する複数の連通溝とを備えた鋳ぐるみ用鋳型を提案している（特開平８−２５７７３７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記鋳ぐるみ用鋳型は、例えば内燃機関用カムシャフトを鋳造するために用いられており、各被鋳ぐるみ材は各カムのベース円部に溶着されてノーズ部を構成する。したがって、各被鋳ぐるみ部材はカムシャフトの軸線方向に並んでおり、またゲートはキャビティの前記軸線方向一端部に連通している。
【０００４】
例えば、溶湯の歩留りを考慮して各加熱室の容積を比較的小さく設定した場合において、複数の被鋳ぐるみ部材に対する溶着面側からの加熱は、その溶着面側に比較的多量の溶湯が存在することから各被鋳ぐるみ部材について略均一に行われる。ところが、各被鋳ぐるみ部材に対する非溶着面側からの加熱は、ゲートからの距離が増せば増す程、加熱室内の溶湯温度が降下し易くなるので、それら被鋳ぐるみ部材について不均一、且つ不十分となる。その結果、それら被鋳ぐるみ部材の昇温度合が前記距離の増加に応じて低下し、それに伴いそれら被鋳ぐるみ部材の溶着率に比較的大きな差が生じる、という問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の被鋳ぐるみ部材に対する非溶着面側からの加熱を略均一に、且つ十分に行ってそれら被鋳ぐるみ部材の昇温度合を略等しくし、これにより各被鋳ぐるみ部材の溶着率を略等しく、且つ高くし得るようにした鋳ぐるみ用鋳型を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば、部材本体と、その部材本体に溶着されて列をなす複数の被鋳ぐるみ部材とよりなる構造部材を鋳造すべく、複数の被鋳ぐるみ部材設置用区域を有する構造部材成形用キャビティと、そのキャビティの被鋳ぐるみ部材設置用区域配列方向における少なくとも一端部に連通するゲートと、各被鋳ぐるみ部材における溶着面の反対側に在る非溶着面に面すると共に前記ゲートからの距離Ｌ1 〜Ｌ3 が順次増加するように配置された複数の加熱室と、前記キャビティから各加熱室に溶湯を供給する複数の連通溝とを備えた鋳ぐるみ用鋳型において、前記ゲートからの距離Ｌ1 〜Ｌ3 の増加に応じて前記加熱室の容積Ｖ1 〜Ｖ3 を増加させた鋳ぐるみ用鋳型が提供される。
【０００７】
前記のように構成すると、ゲートからの距離の増加に応じて各加熱室の容積、したがって溶湯量が増すので、複数の被鋳ぐるみ部材に対する非溶着面側からの加熱を略均一に、且つ十分に行ってそれら被鋳ぐるみ部材の昇温度合を略等しくすることが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１，２に示す構造部材としてのカム軸構成体１は、内燃機関用カム軸において、機関の１気筒に対応する部分に該当する。このカム軸構成体１は軸部２と、その軸部２と一体の第１〜第５カム３1 〜３5 とを有する。各カム３1 〜３5 は、軸部２と一体のベース円部４と、そのベース円部４に鋳ぐるまれてノーズ部５を構成する、被鋳ぐるみ部材としての略三日月形をなす焼結体６とよりなる。この場合、軸部２と全ベース円部４とが、部材本体としての軸本体７を構成し、複数の焼結体６は軸本体７に溶着されて列をなす。軸本体７は機械加工性が良く、且つ靱性の高い合金鋳鉄よりなり、また焼結体６は高い硬さを有する耐摩耗性の優れた粒子分散合金鋳鉄よりなる。カム軸構成体１において、第１カム３1 を基準にすると、その第１カム３1 に対し第２カム３2 は所定の角度を以て傾いている。第５カム３5 は第１カム３1 と同じ方向を向いており、また第３および第４カム３3 ，３4 は第２カム３2 と同じ方向を向いている。
【０００９】
カム軸構成体１は、図３，４に示す鋳型としてのシェル鋳型８および複数、実施例では５つの焼結体６を用いた鋳ぐるみ工程、はつり工程および機械加工工程を経て製造されたものである。
【００１０】
シェル鋳型８は二つ割りの上、下型９，１０よりなり、上型９を下型１０に重ね合せて接合することによって、スプル１１と、そのスプル１１から二方向に延び、且つ押湯口１２を有する２つのＬ字形ランナ１３1 ，１３2 と、各ランナ１３1 ，１３2 の端部に連なる２つのゲート１４1 ，１４2 と、両ゲート１４1 ，１４2 間に在ってそれらが連通するカム軸構成体成形用キャビティ（構造部材成形用キャビティ）１５とが形成される。
【００１１】
キャビティ１５の複数、実施例では５つのカム成形領域１６は、それぞれノーズ部対応区域（被鋳ぐるみ部材設置用区域）１７を有し、それら区域１７はキャビティ軸線方向Ａに沿って列をなす。両ゲート１４1 ，１４2 は、キャビティ１５のノーズ部対応区域配列方向、つまりキャビティ軸線方向Ａにおける少なくとも一端部、実施例では両端部、つまり両軸部成形領域１８に連通する。
【００１２】
各ノーズ部対応区域１７にノーズ部５を構成する三日月形焼結体６が設置される。各焼結体６は、図１に示す各カム３1 〜３5 の姿勢に対応して配置されているが、図３では、便宜上、同一状態に配置されているように描かれている。焼結体６において、ベース円部成形区域１９に臨む凹弧状内周面ａ、その両端に連なる両斜面ｂおよび各斜面ｂに連なる両端面ｃが溶着面２０であり、また溶着面２０の反対側に在る凸弧状外周面が非溶着面２１である。さらに溶着面２０および非溶着面２１間に在って相対向する三日月形の両外面２２1 ，２２2 はシェル鋳型８との接触面である。非溶着面２１および両外面２２1 ，２２2 には、それらに対して溶湯が溶着するのを阻止するバリヤ層がレジンコーテッドサンドを用いて形成されている。
【００１３】
各非溶着面２１のトップ部分およびその両側部分に面するように、複数、実施例では第１〜第５加熱室２３1 〜２３5 がシェル鋳型８に形成されている。この場合、両ゲート１４1 ，１４2 から各加熱室２３1 〜２３5 までの距離において、一方のゲート１４1 および第１加熱室２３1 間ならびに他方のゲート１４2 および第５加熱室２３5 間の両距離はそれぞれＬ1 であって等しく、また一方のゲート１４1 および第２加熱室２３2 間ならびに他方のゲート１４2 および第４加熱室２３4 間の両距離はそれぞれＬ2 であって等しく、さらに一方のゲート１４1 および第３加熱室２３3 間ならびに他方のゲート１４2 および第３加熱室２３3 間の両距離はそれぞれＬ3 であって等しい。したがって各距離Ｌ1 〜Ｌ3 間にはＬ1 ＜Ｌ2 ＜Ｌ3 の関係が成立する。
【００１４】
またシェル鋳型８には、キャビティ１５と各加熱室２３1 〜２３5 とを連通する連通溝２４が、各加熱室２３1 〜２３5 について２つ宛形成される。両連通溝２４は、カム成形領域１６両側の軸部成形領域１８から焼結体６を二等分するようにベース円部成形区域１９およびノーズ部対応区域１７を経て加熱室２３1 〜２３5 まで延びており、またそれら区域１９，１７および加熱室２３1 〜２３5 の両内側面にそれぞれ開口する。各連通溝２４の内側面に、その長手方向と交差するように断面山形の小凸条ｄが形成されている。その小凸条ｄは焼結体６の凹弧状内周面ａの両側縁に稜線が対向するように配置されている。
【００１５】
前記構成のシェル鋳型８において、各加熱室２３1 〜２３5 の容積は、両ゲート１４1 ，１４2 からの距離の増加に応じて増加している。つまり、第１，第５加熱室２３1 ，２３5 の容積はＶ1 であって等しく、また第２，第４加熱室２３2 ，２３4 の容積はＶ2 であって等しい。第３加熱室２３3 の容積をＶ3 とすると、それら加熱室２３1 〜２３5 の容積Ｖ1 〜Ｖ3 の間にはＶ1 ＜Ｖ2 ＜Ｖ3 の関係が成立する。
【００１６】
前記構成のシェル鋳型８において、合金鋳鉄組成の溶湯をスプル１１、押湯口１２を有する両ランナ１３1 ，１３2 および両ゲート１４1 ，１４2 を通じてキャビティ１５に注入する。この鋳込み中に、一部の溶湯が各連通溝２４を経て各加熱室２３1 〜２３5 に導かれてそれを満たすので、各焼結体６は溶着面２０側および非溶着面２１側の両側から加熱される。
【００１７】
この場合、各加熱室２３1 〜２３5 の溶湯温度は第１，第５加熱室２３1 ，２３5 →第２，第４加熱室２３2 ，２３4 →第３加熱室２３3 の順に降下するが、それら加熱室２３1 〜２３5 における容積は、前記のように第１，第５加熱室２３1 ，２３5 の容積Ｖ1 →第２，第４加熱室２３2 ，２３4 の容積Ｖ2 →第３加熱室２３3 の容積Ｖ3 の順に増加しているので、５つの焼結体６に対する非溶着面２１側からの加熱を略均一に、且つ十分に行って、それら焼結体６の昇温度合を略等しくし、これにより各焼結体６の溶着率を略等しく、且つ高くすることができる。
【００１８】
鋳込み後、シェル鋳型８を壊して、図５，６に示すカム軸構成体素材２５を得る。この素材２５には各加熱室２３1 〜２３5 および各連通溝２４に対応するスクラップ部２６が付着し、またそのスクラップ部２６の両連通溝対応部分２７には小凸条ｄによる切欠きｅがそれぞれ形成されている。そこで、各スクラップ部２６の加熱室対応部分２８をハンマ等で叩けば、そのスクラップ部２６は各切欠きｅで折れると共にバリヤ層の溶着防止作用で焼結体６より外れる。素材２５には、バリヤ層の除去、スプル１１等に対応するスクラップ部の除去等のはつり作業が施され、その後所定の機械加工が施される。
【００１９】
表１は、軸本体７を構成する合金鋳鉄および各焼結体６を構成する粒子分散合金鋳鉄の組成および硬さＨR Ｃを示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１の組成を有するカム軸構成体素材２５において、そのベース円部対応部分２９の重量をＷ1 とし、また焼結体６の重量をＷ2 としたとき、Ｗ2 ＝０．２Ｗ1 の関係が成立することを前提として、第１〜第５加熱室２３1 〜２３5 の容積を前記関係Ｖ1 ＜Ｖ2 ＜Ｖ3 に則って変えたことによる各加熱室対応部分２８の重量Ｗ3 とベース円部対応部分２９の重量Ｗ1 との比Ｗ3 ／Ｗ1 を求め、次いでその比Ｗ3 ／Ｗ1 と焼結体６の溶着率Ｒとの関係を求めた。これを例１とする。合金鋳鉄組成の溶湯における鋳込み温度は１４４０℃に、またバリヤ層の厚さは約２mmにそれぞれ設定された（これは以下の例において同じである）。さらに溶着率Ｒは、焼結体６の溶着面２０の面積をｆとし、またベース円部対応部分２９に溶着した溶着面２０の面積をｇとしたとき、Ｒ＝（ｇ／ｆ）×１００（％）として求められた。
【００２２】
また第１，第５加熱室２３1 ，２３5 を無くし、第２〜第４加熱室２３2 ，２３4 についてＶ2 ＜Ｖ3 の関係を成立させたときの比Ｗ3 ／Ｗ1 を求め、次いで前記同様に、比Ｗ3 ／Ｗ1 と焼結体６の溶着率Ｒとの関係を求めた。これを例２とする。
【００２３】
さらに第１〜第５加熱室２３1 〜２３5 の容積を一定にした場合、つまり比Ｗ3 ／Ｗ1 ＝１．０および比Ｗ3 ／Ｗ1 ＝２．０について前記同様に、比Ｗ3 ／Ｗ1 と焼結体６の溶着率Ｒとの関係を求めた。比Ｗ3 ／Ｗ1 ＝１．０の場合を例３とし、比Ｗ3 ／Ｗ1 ＝２．０の場合を例４とする。
【００２４】
表２は、それらの結果を示す。表中、「一部溶融」とは焼結体６の一部が溶融してその正規の形状が失われたことを意味する。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２から明らかなように、実施例による例１は各焼結体６の溶着率Ｒが第１〜第５カム３1 〜３5 について略一定し、且つ高い。また例２の場合も、第２〜第４カム３2 〜３4 について前記と略同様の事が言える。
【００２７】
比較例による例３の場合は、各加熱室２３1 〜２３5 の容積が第１，第５カム３1 ，３5 については適当であっても、第２〜第４カム３2 〜３4 については小さいので溶湯温度の降下に伴い第２，第３カム３2 ，３3 の順および第４，第３カム３4 ，３3 の順に溶着率Ｒが低下する。また例４の場合は各加熱室２３1 〜２３5 の容積が大き過ぎるため、両ゲート１４1 ，１４2 に近い第１，第５カム３1 ，３5 において焼結体６が過熱されて一部溶融が発生していた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば前記のように構成することによって、列をなす複数の被鋳ぐるみ部材の溶着率を、各被鋳ぐるみ部材について略等しく、且つ高くし得る鋳ぐるみ用鋳型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カム軸構成体の斜視図である。
【図２】図１の２−２矢視図である。
【図３】シェル鋳型における下型の平面図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】カム軸構成体素材の要部側面図である。
【図６】図５の６矢視図である。
【符号の説明】
１………カム軸構成体（構造部材）
６………焼結体（被鋳ぐるみ部材）
７………軸本体（部材本体）
８………シェル鋳型（鋳型）
１５……カム軸構成体成形用キャビティ（構造部材成形用キャビティ）
１７……ノーズ部対応区域（被鋳ぐるみ部材設置用区域）
２０……溶着面
２１……非溶着面
２３1 〜２３5 ……第１〜第５加熱室
２４……連通溝
Ａ………キャビティ軸線方向（被鋳ぐるみ部材設置用区域配列方向）
Ｌ1 〜Ｌ3 …………距離
Ｖ1 〜Ｖ3 …………容積
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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