(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部の円周方向沿いに溝部を形成した、リング状、ディスク状あるいは円筒状等の略回転体形状をしたインサート部材を鋳ぐるんで鋳造する方法において、前記溝部の開口部の両側面を形成している部材を外径方向に延長して環状の１対の突出部を形成すると共に、鋳型内に前記突出部を外面に係合する固定部を突出形成し、前記インサート部材の前記突出部に前記固定部を嵌合挟持させて、前記鋳型内の所定位置に前記インサート部材を配置して全体の鋳型を組み、組み上げた鋳型内に溶融金属を注湯して鋳造する鋳ぐるみ鋳造方法。
【請求項２】
前記溝部は断面Ｖ字形状である請求項１記載の鋳ぐるみ鋳造方法。
【請求項３】
前記インサート部材を複数個鋳ぐるむ際に、前記突出部の側面同士を接合して一体化してから、前記インサート部材の前記突出部に前記固定部を嵌合挟持させて、前記鋳型内の所定位置に前記インサート部材を配置して全体の鋳型を組んで鋳造する請求項１又は２に記載の鋳ぐるみ鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プーリー、ピストン等の軽金属鋳物に鋼材等の異種金属部品のインサート部材を鋳ぐるみ鋳造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などのエンジンに付設される軽量化クランクプーリー等の製造においては、軽量化を促進するために本体部分をアルミニウムやアルミ合金等の軽金属材料で鋳造するが、ベルトが当接する摩耗の激しい部分を耐摩耗性に優れた鉄系金属部材のインサート部材（被鋳ぐるみ材）で形成し、このインサート部材を鋳型内の所定の位置に保持してアルミニウム等の軽金属材料からなる溶融金属で鋳ぐるんで一体化して鋳造している。
【０００３】
この鋳ぐるみ鋳造の工程を簡単に説明すると、例えば、みがき鋼で制作したインサート部材をそのまま鋳ぐるんでも、軽金属材料との接合性が悪く分離し易いので、接合性を改善するためにアルミナイズド処理を行う。
このアルミナイズド処理の前処理として、水酸化ナトリウム等を主成分とする脱脂液にインサート部材を浸漬するアルカリ脱脂やアセトン等の脱脂液に浸漬して溶剤脱脂処理を行ない、この前処理したインサート部材を７３０℃前後に溶融したアルミ溶湯内に所定の時間浸漬してアルミナイズド処理する。
【０００４】
次に、鋳造を行うが、鋳砂で造型し、この鋳型をガスバーナーで予熱して乾燥させた後、型組みを行う。この型組みの際にアルミナイズド処理したインサート部材を鋳型内の所定の位置に配置する。そして、この出来上がった型組みに７４０℃前後の溶融アルミ等の溶湯を注いで注湯を行い、冷却及び型バラシを行ってから、成形品を取り出して鋳ぐるみ鋳造を完了する。
【０００５】
この型組みの一例として自動車のエンジン等に使用される軽量クランクプーリーの型組みを図４に示す。先ず、第１型材12を図示していない台板上に配置し、次に、半割れの２つ第２型材13ａ、13ｂでインサート部材である小リング40、40と大リング50を両側から挟持し、この第２型材13ａ、13ｂをダマ14ａで位置決めして第１型材12の上に載せる。更に、軽量クランクプーリー１の内側に当接する部分にジルコンサンド16を塗布した第３型材15をダマ14ｂ、14ｃで位置決めして載置して鋳型を構成する。この型組みでは、矢印Ｘの部分が押湯位置となる。また、溶融金属の局所的な冷却速度をコントロールするために、冷金18を適当に配置してある。
【０００６】
従来技術では、上述したような工程で鋳ぐるみ鋳造を行う場合には、外周部の円周方向に溝部３を有するリング状、ディスク状、あるいは円筒状のインサート部材40、50を鋳型に配置するのに、図５に示すようにインサート部材40、50の溝部３の内部に、即ち溝部３の傾斜面42、42或いは52、52に、鋳型13ａの先端部が断面丸型の支持部５を当接させて、インサート部材41、42の位置決めと支持を行っていた。
【０００７】
この溝部３の傾斜面42、42或いは52、52における支持は、アルミ母材２がこの溝部３の外側に鋳込まれるので、他に適切な支持部分が無くなるために行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳ぐるみ材、即ち母材２にアルミ合金を用いる場合に、インサート部材40、40、50と母材２との結合強度を向上させるために、予めインサート部材40、40、50にアルミナイズド処理を行うので、この時に、アルミナイズド処理に用いるアルミが高温であるため、熱によりインサート部材40、40、50の溝部３に熱変形が生じ、溝部３の傾斜角度にずれが発生する。特に、この溝部３を形成している両側の傾斜面42、42或いは52、52はプレス成形されているため、熱が加わった時に、残留応力が開放されるので不安定であり、熱変形し易い。
【０００９】
このために、この変形したインサート部材40、40、50の溝部３の傾斜面42、42或いは52、52を支持部５の断面丸型の先端部で当接して支持すると、断面視で点接触するために相手の部分、即ち傾斜面42、42或いは52、52が熱変形によって傾斜角が拡大や縮小していると、インサート部材40、40、50と鋳型13ａとの間の位置決め誤差が大きくなり、正確な位置決めをすることができなくなる。その結果、図６に示すように、インサート部材50にたおれＡが生じたり、インサート部材40、40の軸が偏心Ｂ、Ｂ’したり、軸方向のズレＤが生じるという問題がある。
【００１０】
特に複数のインサート部材40、40を鋳ぐるむ場合は、インサート部材40、40相互間で偏心や軸方向の位置ズレが発生し易く、この矯正のために型組み工程が複雑化する。従って、鋳造時にインサート部材の温度分布が不均一になってムラが発生し、温度管理が困難になるので鋳物製品の品質が悪化し、そのため不良品が増加して製品の歩留りが悪くなり安価に製品を供給できないという問題がある。
【００１１】
更に、インサート部材を鋳型に配置し易くするため、嵌合代としてのクリアランスをインサート部材と鋳型の間に設ける必要があるが、上記した溝部のアルミナイズド処理における熱変形による溝部の角度変化を予め考慮して、このクリアランスを大きくすると、その分インサート部材のたおれや偏心や軸方向の位置ズレが大きくなるという問題がある。
【００１２】
また、インサート部材の配置がずれると回転軸回りのバランスを取るのが難しくなり、高回転数での使用時に回転ムラや回転軸の損傷が発生して正常な運転ができなくなるという問題も発生する。
その上、これらの問題を避けるために、インサート部材の肉厚を厚くしてインサート部材の熱変形を防止しようとすると、製品の重量が増加するという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、インサート部材の鋳込み位置の位置決め精度を向上することができて精度のよい製品を鋳造できると共に、位置決め作業を簡略化して型組み作業の効率を向上できる鋳ぐるみ鋳造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための鋳ぐるみ鋳造方法は、外周部の円周方向沿いに溝部を形成した、リング状、ディスク状あるいは円筒状等の略回転体形状をしたインサート部材を鋳ぐるんで鋳造する方法において、前記溝部の開口部の両側面を形成している部材を外径方向に延長して環状の１対の突出部を形成すると共に、鋳型内に前記突出部を外面に係合する固定部を突出形成し、前記インサート部材の前記突出部に前記固定部を嵌合挟持させて、前記鋳型内の所定位置に前記インサート部材を配置して全体の鋳型を組み、組み上げた鋳型内に溶融金属を注湯して鋳造する鋳造方法である。
【００１５】
そして、前記の鋳ぐるみ製品の前記突出部を、鋳ぐるみ鋳造後に切削加工により削除する。
このインサート部材を鋳ぐるむ鋳造方法においては、インサート部材に保持し易くて熱変形し難く、位置決め精度を良好に保てる、環状の突出部を形成して、この突出部を鋳型内の固定部に嵌合支持してインサート部材を鋳型内の所定位置に位置決めするので、正確に位置決めができ、また、その作業も簡単なものとなるので作業効率が向上する。
【００１６】
つまり、このインサート部材はプレス成形しているため、プレス成形後の溝部には残留応力が残り、この残留応力がアルミナイズド処理や注湯の際等に熱を加えられた時に開放されるので、熱変形し易く、この熱変形により溝部の傾斜角度は変化し易い。一方、環状の平坦に形成される突出部にはこの残留応力の発生が無く、厚み方向の熱変形量も小さいので、この突出部の環状の平坦面で保持すると、精度よく位置決めできることになる。
【００１７】
また、特にインサート部材の溝部が断面Ｖ字形状をしていて、鋳型で保持する部分が傾斜部分しかないような溝部の構造の場合には、この鋳物方法は特に有効である。
更に、前記インサート部材を複数個鋳ぐるむ際に、前記突出部の側面同士を接合して一体化してから、前記インサート部材の前記突出部に前記固定部を嵌合挟持させて、前記鋳型内の所定位置に前記インサート部材を配置して全体の鋳型を組んで鋳造すると、インサート部材を個々に位置決めする手間が省けるので、インサート部材の鋳型への取付け工程が簡便化される。
【００１８】
その上、インサート部材の一体化により、インサート部材相互間の偏心やずれの発生が無くなるので、インサート部材を精度よく鋳型内に配置できる。
この鋳ぐるみ鋳造方法は、前記溶融金属がアルミニウムである場合やアルミニウム以外のマグネシウムや亜鉛やそれらの合金等の溶融金属を鋳ぐるみ材（母材）とする場合にも利用することができる。また、砂型や金型による鋳造やダイカスト鋳造などにも適用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、鋳物を自動車のエンジン等で使用される軽量クランクプーリーを例にとって、本発明に係る鋳ぐるみ鋳造方法を図面を用いて説明する。
この軽量クランクプーリー１の鋳型成形品は図２に示すようなものであり、ベルトが当接する部分の溝部３はＳＰＣＣ材質のみがき鋼等で製造されるインサート部材40、40、50で形成されている。これらのインサート部材40、50は、図３に示すように、リング状の略回転体形状をしており、その溝部３の断面はＶ字形状をしている。
【００２０】
そして、小リングであるインサート部材40の場合には、２枚のリング部材41ａと41ｂ、又は41ｃと41ｄを背中合わせにして溶接部46で接合してあり、それぞれ一組の断面Ｖ型の溝部３を外周部の円周方向沿いに形成している。
このインサート部材40の外周に、溝部３の開口部の両側面を形成している部材即ち側面部43、43を外径方向に延長して環状の１対の突出部44、44を形成する。つまり、１対の環状突出部44、44をインサート部材40の回転軸Ｃ１に垂直な面となるように突出形成する。
【００２１】
そして、更に、２枚のインサート部材40、40の隣合うリング部材41ｂと41ｃを突出部44における溶接部45で結合して一体化して、２連のＶ型溝３を有するインサート部材４とする。
同様にして、大リングのインサート部材50は、図１及び図２に示すように２枚のリング部材51ａ、51ｂを溶接部56で接合してあり一組のＶ型の溝部３を外周部に形成している。そして、小リングのインサート部材40と同様に、インサート部材50の外周に、溝部３の開口部の両側面を形成している部材即ち側面部53、53を外径方向に延長して環状の１対の平坦面を持つ突出部54、54を設ける。
【００２２】
ここでは、２枚のリング状部材51ａ、51ｂを溶接接合してひとつのインサート部材50を形成しているが、最初から鋳造等で一体成形したインサート部材50を用いてもよい。
そして、これらのインサート部材４、50をそのまま鋳ぐるんでも、母材２である軽金属材料との接合性が悪く分離し易いので、接合性を改善するためにアルミナイズド処理を行う。
【００２３】
この前処理として、水酸化ナトリウム等を主成分とする脱脂液にインサート部材４、50を浸漬してアルカリ脱脂を行った後、水洗し、更にアセトン等の脱脂液に浸漬して溶剤脱脂処理を行ない、更に、この脱脂液をふき取り等で除去した後、約１００℃でインサート部材４、50が酸化しないように乾燥する。
そして、この表面処理したインサート部材４、50をアルミ合金の鋳物を作る際にアルミ母材に馴染むようにアルミナイズド処理するが、この処理は、インサート部材４、50を支持部材で支持して７３０℃前後に溶融したアルミ溶湯内に、所定の時間浸漬することによって所定の厚さの反応層を形成した後、余剰溶融アルミを除去して行う。
【００２４】
次に、鋳造工程に移るが、この鋳造時に、前述のインサート部材４、50を嵌合保持するために、鋳型13ａ、13ｂ内に突出部44を外面に係合するリング状の固定部７を突出させて設ける。
そして、図４に示すように鋳型12、13ａ、13ｂ、15を型組みする際に、この固定部７を前記した突出部44、54に嵌挿して、インサート部材４、50を半円形状に分割された２つの鋳型13ａ、13ｂで挟持して所定の位置に配置して、全体の鋳型12、13ａ、13ｂ、15を組み上げる。
【００２５】
この型組み後、溶融アルミを注湯して鋳造し、この鋳造後に冷却及び型バラシを行って鋳ぐるみ成形品を取り出す。このインサート部材４、50の突出部44、54は余分であるので、この鋳ぐるみ成形品を切削機械にセットして切削加工により削除して完成品とする。
この切削加工は、インサート部材４、50の突出部44、54を削り落とすだけでなく、図２のＥラインやＦラインまで切削し、更には、インサート部材４、50の溝部３の一部を切削して、この切削により整形する。
【００２６】
この鋳ぐるみ鋳造方法によれば、スチール材等のインサート部材40、50を鋳ぐるむ鋳造方法において、位置決め及び保持し易い位置に突出部44、54を設けて、この突出部44、54で鋳型内の固定部７を嵌合挟持するので、位置決めが正確にでき、位置決め精度を上げることができる。また、突出部44、54を鋳型内の固定部７に嵌合するだけで位置決め及び固定ができるので、位置決め作業を簡単化することができ、作業効率を向上できる。
【００２７】
より詳細に位置決め精度が向上する理由を説明すると次のようになる。
このインサート部材40、50のリング部材41ａ、41ｂ、41ｃ、41ｄ、51ａ、51ｂはプレス成形しているため、プレス成形後の溝部３には残留応力が残り、この残留応力がアルミナイズド処理や注湯の際等の熱を加えられた時に開放されて、熱変形する。
【００２８】
この熱変形により溝部３を形成する傾斜面42と42、52と52の傾斜角度は変化するが、環状の突出部44、54にはこの残留応力の発生が無く、厚み方向の熱変形量も小さいので、この突出部44、54の環状の平坦面で保持すると、精度よく位置決めできることになる。
そして、この型組みにおいては、インサート部材４、50は、溝部３内の傾斜面42、52ではなく、インサート部材４、50の回転軸Ｃ１に垂直な平坦面である突出部44、54で固定部７を挟持して支持される。つまり、型組みの中心軸Ｃに垂直な面を持つ固定部７に係合することにより位置決めされているので、この軸に垂直な平面同士の係合により、インサート部材４、50を支持できるので、位置決め精度を高くすることができる。
【００２９】
また、インサート部材40、40を複数個鋳ぐるむ際に、突出部44、44の側面同士を溶接部45で接合して一体化してから、この溶接された突出部44、44と他の溶接部44、44とで鋳型の固定部７を嵌合挟持してインサート部材４を所定の位置に保持するので、インサート部材40、40の鋳型13ａ、13ｂへの取付け作業を簡便化でき、また、同時にインサート部材40、40相互間の偏心や位置ズレを防止することできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明に係る鋳ぐるみ鋳造方法によれば、スチール材等の略回転体形状をし、溝部を有するインサート部材を鋳ぐるむ鋳造方法において、インサート部材に溝部の開口部の両側面部分を延長して１対の環状の突出部を突出形成すると共に、この突出部で鋳型内に形成された固定部を嵌合挟持して鋳型内の所定の位置にインサート部材を位置決めするので、位置決めが正確にできる。また、位置決め及び固定が鋳型内の固定部を突出部の間に嵌挿するだけで行えるので、型組み作業を簡便化でき、作業効率を向上できる。
【００３１】
また、特に溝部が断面Ｖ字形状をしており、鋳型で保持する部分が熱変形し易い傾斜部分しかないような構造の場合には、この鋳ぐるみ鋳造方法は特に有効である。
更に、インサート部材を複数個鋳ぐるむ際に、突出部の側面同士を接合して一体化してから、インサート部材の突出部に固定部を嵌合挟持させて、鋳型内の所定位置にインサート部材を配置して全体の鋳型を組んで鋳造するので、インサート部材の鋳型への取付け工程を簡便化でき、また、同時にインサート部材相互間の偏心や位置ズレを防止することできる。
【００３２】
従って、鋳ぐるみ鋳造の際にインサート部材の位置決めが正確にできると共に、型組み作業を簡便化できるので、軽量かつ安価なアルミ鋳造製品を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインサート部材の保持方法を示す鋳型の部分断面図である。
【図２】一部断面表示の軽量クランクプーリーの正面図である。
【図３】軽量クランクプーリーのインサート部材を示す図で、（ａ）は正面図で、（ｂ）は一部断面表示の側面図である。
【図４】鋳ぐるみ鋳造の例を示す型構成の断面図である。
【図５】従来技術のインサート部材の保持方法を示す鋳型の部分断面図である。
【図６】従来技術のインサート部材の保持方法における欠点を説明するための鋳型の部分断面図である。
【符号の説明】
１  軽量クランクプーリー（鋳物）  ２  溶融金属（鋳ぐるみ母材）
３  溝部                          ４  一体化した小リング
５  支持部                        ７  固定部
12  第１型材                      13ａ、13ｂ  第２型材
14ａ、14ｂ、14ｃ  ダマ            15  第３型材
16  ジルコンサンド                18  冷金
40  小リング（インサート部材）    41ａ、41ｂ、41ｃ、41ｄ  リング部材
42  傾斜面                        43  側面部
44  突出部                        45、46  溶接部
50  大リング（インサート部材）    51ａ、51ｂ  リング状部材
52  傾斜面                        53  側面部
54  突出部                        55、56  溶接部
【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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