(57)【要約】【課題】中子の形状によらず取り付けが容易であり、高品質のワークを鋳造可能とするケレンを提供することを目的とする。【解決手段】鋳型２のキャビティ５内に配置される中子６の支持をするために中子６に装着されるケレン１であって、中子６の外周に沿う本体部１１と、本体部１１から放射状に延びる三本の脚部１２，１３，１４を有し、本体部１１は、脚部１３の配設位置と脚部１５配設との間が切り欠かれて切り欠き部１５を形成しており、この切り欠き部１５を開いて中子６に装着可能に構成した。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型のキャビティ内に配置される中子の支持をするために前記中子に装着されるケレンであって、前記中子の外周に沿って延び、その一部が前記外周に沿うように切り欠かれた本体部と、前記本体部から放射状に延設され、その先端が前記キャビティの壁面に当接する脚部とを備え、前記切り欠きを開いて前記中子を装着すべく前記本体部が変形可能であることを特徴とする中子に装着して用いられるケレン。
【請求項２】
前記脚部を三本備え、前記切り欠きは隣り合う二つの前記脚部の配設間隔に相当する大きさであることを特徴とする請求項１に記載の中子に装着して用いられるケレン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空部を備えるワークを鋳造するための中子に装着して用いられるケレンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空部分を有するワークを鋳造により製造する場合には、鋳型のキャビティ内に中子を配置することがある。ここで、キャビティ内での中子の位置決め、および、移動防止のための手段としては、支持金具であるケレンが知られている。
ケレンの従来例としては、特開平５−２６００７号公報や、特開２００１−１０５０９９号公報に記載されているものがあげられる。特開平５−２６００７号公報に記載のケレンと同じ構成を有するケレンを図４（ａ）に、特開２００１−１０５０９９号公報に記載されているものと同じ構成を有するケレンを図４（ｂ）に、それぞれ示し、その構成について説明する。
【０００３】
図４（ａ）に示すケレン１０１は、中子１０６の外周全部を抱き込む形で支持するリング状の支持環部１１１と、支持環部１１１から水平に延びる２本の支持アーム１１２，１１３とから構成されている。支持アーム１１２，１１３は、その一部が上型１０３と下型１０４とに挟み込まれ、先端の屈曲部１１２ａ，１１３ａを下型１０４に差し込んで止着することで中子１０６を鋳型１０２の中心軸上に支持している。また、図４（ｂ）に示すケレン１３１は、中子１０６の端部を覆うように被せる有底筒状のキャップ部１４１と、キャップ部１４１から放射状に外側に伸ばした３本の脚部１４２，１４３，１４４から構成される。脚部１４２，１４３，１４４の先端をそれぞれ上型１３３、下型１３４が形成するキャビティ１３５の壁面に当てることにより、中子１０６をキャビティ１３５内で支えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４（ａ）に示すケレン１０１を長尺の中子の中間部分に装着しようとすると、中子１０６の一端からケレン１０１を押しながら所定位置にスライドさせるために、作業に手間がかかった。また、一般に中子１０６はケレン１０１よりも軟らかい材質から製造されているので、ケレン１０１のスライド中に中子１０６にスジなどが入ることがある。これを防止するために、ケレン１０１の支持環部１１１の内径は中子１０６の外径よりも大きく製造されているが、ケレン１０１と中子１０６との間に遊びがあると、溶湯を流し込んだ際に位置ずれが生じ易く、鋳造品の形状を不安定にさせる原因となっていた。さらに、中子１０６が軸方向に凹凸を有する場合には、凹凸に引っかかってしまうのでケレン１０１をスライド移動させることができない。また、図４（ｂ）に示すケレン１３１は、キャップ部１４１を被せるようにして中子６の端部に装着するので、ケレン１３１を中子６の軸方向に沿って移動させることは、そもそもできない。
【０００５】
さらに、鋳造品の品質を向上させるためには、溶湯の湯回りを良くして、巣の発生などを防止することが必要であるが、この観点からは、ケレンの形状は、溶湯の流れをなるべく乱さない形状であることが望ましい。
したがって、本発明は、中子の形状によらず取り付けが容易であり、高品質のワークを鋳造可能とするケレンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、鋳型のキャビティ内に配置される中子の支持をするために中子に装着されるケレンであって、中子の外周に沿って延び、その一部が外周に沿うように切り欠かれた本体部と、本体部から放射状に延設され、その先端がキャビティの壁面に当接する脚部とを備え、切り欠きを開いて中子を装着すべく本体部が変形可能であることを特徴とする中子に装着して用いられるケレンとした。
【０００７】
このケレンは、切り欠きを開いて中子に装着することが可能であるので、中子の形状によらずに装着することができる。また、切り欠かれている部分は、溶湯の流れが乱れることを最小限に止める。
【０００８】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の中子に装着して用いられるケレンにおいて、脚部を三本以上備え、切り欠きは隣り合う二つの脚部の配設間隔に相当する大きさであることとした。
【０００９】
このケレンは、三本以上の脚部を備えることで、鋳型のキャビティ内で中子を安定して支えるものである。また、切り欠きの大きさを隣り合う二つの脚部の配設間隔に相当する大きさとすることで、切り欠きを開いて中子へ装着する作業が容易になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態におけるケレンを用いて行われる鋳造を説明する図である。図１に示すように、支持金具であるケレン１が用いられる鋳型２は、上型３と下型４とを有し、両者が形成するキャビティ５内に溶湯を流し込むことでワークを鋳造する構成になっている。キャビティ５には、ワークの中空部分を形成するための中子６が配置されるが、ケレン１は、この中子６の位置決め、および、移動防止のために用いられる。なお、符号７は鋳型２に溶湯を注ぎ入れるための湯口であり、湯口７は湯道８を介してキャビティ５に連通している。また、符号９はキャビティ５内に注がれた溶湯のガス抜きや、溶湯の加圧に用いられる開口である。
【００１１】
図１において中子６は、中実の棒形状を有している。中子６はワークの鋳造後に除去する必要があるので、粘結剤を配合した砂や、熱により溶けて消失するワックスなどを用いて製造されている。なお、図１に示す中子６の形状は一例であって、本実施形態のケレン１を装着する中子６は長手方向に勾配や、段差を有する形状であっても良い。
【００１２】
次に、ケレン１の構成について図１、図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。なお、図２（ａ）はケレン１の斜視図であり、図２（ｂ）は中子６に装着したケレン１を鋳型２内に配置した状態を示す断面図である。
図１に示すように、ケレン１は、キャビティ５の長さや、中子６の長さに比べて充分に肉薄の部材である。その形状は、図２（ａ），（ｂ）に詳細に示すように、中子６の外周に沿う本体部１１と、本体部１１から延設された三本の脚部１２，１３，１４とから構成されている。本実施形態のケレン１には、キャビティ５内で中子６を位置決めして保持するための剛性に加えて、中子６への取り付けを容易にするための弾性が必要なので、その材質としてはバネ鋼材などの弾性を有する鋼材が用いられ、ワークとの密着性向上のために表面に錫メッキが施されている。また、その製法は、プレス加工やレーザ加工が好適であるが、鋳造など、他の方法により製造しても良い。
【００１３】
本体部１１は、中子６の外周を覆う環の一部を完全に切り欠いた形状を有している。切り欠かれている部分は開口となり、ケレン１は開口である切り欠き部１５を用いて中子６に装着される。前記したようにケレン１は弾性を有するので、切り欠き部１５を開くことで容易に中子６に装着することができる。このため、本体部１１に対する切り欠き部１５の大きさ（長さ）は、中子６の外周の１／４以上で１／２未満に相当する大きさとすることができる。１／４に相当する量未満であると、切り欠き部１５を開いても充分な開口が得られず、中子６を装着することが困難であり、１／２以上になると中子６への装着は容易であるが、これは中子６を保持する際の安定性に欠けるからである。好適には、中子６の外周の１／３に相当する量であることが望ましい。これは後に説明する脚部１２，１３，１４の配置間隔に相当するもので、脚部１２，１３，１４を用いた切り欠き部１５の拡開が容易になるためである。
【００１４】
ここで、本体部１１の内径は、中子６の外径よりもわずかに小さい。これは、切り欠き部１５を開いて中子６に装着する構成であるために、ケレン１と中子６との間に遊びを設ける必要がないためである。これにより、ケレン１が、がたつくことなく中子６に装着されるので、鋳造時などにケレン１の位置がずれることはない。なお、本体部１１の内径を、中子６の外径と同じ径としても充分な嵌め合い状態を得ることができる。
【００１５】
また、脚部１２，１３，１４は、本体部１１から放射状に延びる部材であり、本体部１１に対して等間隔に三本配設されている。脚部１２，１３，１４のそれぞれの長さは、中子６をキャビティ５内の所定位置に支持するのに必要な長さである。また、脚部１２，１３，１４の幅および厚さは溶湯の流れを乱さないように、中子６の支持に最小限必要な幅および厚さに止めることが望ましい。中子６の位置決めを容易に、かつ、確実に行うという観点からは脚部の数は多い方が望ましいが、溶湯の流れを乱さないという観点からは脚部の数は少ない方が良いので、脚部は三本にした。また、脚部の配置は、任意に設定することが可能であるが、中子６に作用する重力や、浮力に充分に対抗するためには、本体部１１の周方向に等間隔であることが望ましい。
【００１６】
なお、図１に示す鋳型２により鋳造されるワークは、自動車のカムシャフトであり、長尺の軸と、軸の長手方向に所定の間隔で複数の突出部を有し、この突出部がカムやジャーナルになる。前記した中子６により形成される中空部分は、軸の一端から他端までを貫通する貫通孔となり、カムシャフトの軽量化や、カムなどへの潤滑油の供給のために用いられる。しかしながら、ワークの形状や、鋳造後の用途は例示であり、中空部分を有するワークであれば他の形状や用途のワークであっても、本実施形態のケレン１は使用することができる。
【００１７】
次に、前記したケレン１を用いて行われる鋳造工程について説明する。
まず、最初に中子６にケレン１を装着する。ケレン１の装着には図３（ａ）に示すような装着治具２１を用いると良い。この装着治具２１は、ケレン１の本体部１１の少なくとも一部を収容する溝２２と、溝２２の最深部において脚部１２を収容する長孔２３を備えている。溝２２は最深部およびその近傍においてケレン１の本体部１１に倣った形状を有し、溝２２の開放部、つまり、装着治具２１の表面２４の近傍は本体部１１よりも大きくなっている。これは、中子６の装着時の本体部１１の変形を許容するためである。また、長孔２３には、切り欠き部１５に対向する位置に配設された脚部１２が挿入される。この長孔２３に脚部１２を挿入すると、長孔２３および溝２２の最深部ならびにその近傍によりケレン１が装着治具２１に位置決めして固定される。
【００１８】
この状態で、中子６を切り欠き部１５に臨ませて、図示しない押圧部材により脚部１３および脚部１４をそれぞれ押圧し、図３（ｂ）に示すように本体部１１の端部１１ａ，１１ｂを切り欠き部１５の大きさが中子６の外径にほぼ等しくなるまで拡開させる。そして、切り欠き部１５の大きさが中子６の外径にほぼ等しくなったら、押圧部材はこの状態を維持し、中子６が切り欠き部１５から挿入される。中子６がケレン１の本体部１１に収容された後に、脚部１３，１４に作用させている押圧力を図３（ｃ）に示すように開放する。すると、脚部１３，１４の位置および切り欠き部１５の大きさは元に戻る。前記したように、ケレン１の本体部１１の内径は、中子６の外径よりも小さいか、または、中子６の外径と同じであるので、ケレン１はわずかながら締め付け力を中子６に作用させる。したがって、切り欠き部１５の開口から中子６が脱離不能となり、これをもってケレン１が中子６に装着されたとする。
【００１９】
さらに、中子６にケレン１を複数個装着する場合には、前記の工程を繰り返す。一方、装着治具２１に複数のケレン１を位置決めして固定する溝２２および長孔２３をそれぞれ配設し、押圧部材で一度に複数のケレン１の切り欠き部１５を開いて、中子６を挿入するように装着治具２１を構成しても良い。押圧部材は、脚部１３，１４を装着治具２１の表面２４側に押し下げる動作、または、脚部１３，１４を本体部１１の周方向に押し開く動作を行うように制御されるが、これらの動作を作業者が手動で行っても良い。
【００２０】
図３（ｃ）でケレン１を装着した中子６は、図１および図２（ｂ）に示す鋳型２の下型４に配置される。このとき中子６の重量に耐えるために２本の脚部１３，１４が下型４に当接するように中子６の向きを調整することが望ましく、前記の工程において、そのような向きにケレン１が中子６に装着されている。そして、中子６を下型４に配置したら上型３を載せ、所定の圧力で型締めする。この際に、脚部１３および脚部１４が下型４のキャビティ壁面４ａ（図２（ｂ）参照）に当接し、脚部１２が上型３のキャビティ壁面３ａ（図２（ｂ）参照）に当接することで、中子６を安定して支える。
【００２１】
その後、図１に示す湯口７から溶湯が鋳型２に注がれると、湯道８を経てキャビティ５に溶湯が流入する。溶湯がキャビティ５内に流入しても、三本の脚部１２，１３，１４により支持されている中子６は位置ずれを起こすことなく、所定の位置に保持され続ける。特に、溶湯の流入により中子６に浮力が作用しても、脚部１２が上型３のキャビティ壁面３ａに当接しているので、中子６が移動することはない。また、切り欠き部１５を有するので、中子６の近傍、特に切り欠き部１５の近傍を流れる溶湯の乱れを小さくすることができ、ケレン１の装着位置における湯回りが良好になる。そして、溶湯が凝固したら、型開きを行い、ワークを取り出す。ケレン１はワークに一体的に密着し、その一部になる。
【００２２】
このようなケレン１を用いて中空部分を有するワークを鋳造すると、溶湯の流入による中子６の移動を確実に防止することができるので、ワークの中心軸と中空部分の中心軸との整合性、すなわち、同軸度を高くすることができ、ワークの寸法精度を高めることができる。また、ケレン１の切り欠き部１５による湯回りの向上により巣の発生を防止できるので、ワークの強度低下を防止し、必要な強度を確保することができる。さらに、ケレン１の装着は、本体部１１の端部１１ａ，１１ｂを拡開させて、切り欠き部１５を開くだけで可能であるので、中子６が長尺であったり、複雑な形状であったとしても容易に装着でき、作業性を向上させることができる。この際に、ケレン１は中子６と嵌め合い状態を形成するので、装着後から鋳造の終了までの間にケレン１の装着位置がずれることはなく、所望の形状のワークを確実に鋳造することが可能になる。
【００２３】
本発明は前記の実施形態に限定されずに広く応用することが可能である。
鋳型２は上下に型開き可能な形態を採用しているが、左右に型開き可能な構成であっても良い。また、鋳型２の材質は金属、砂の別を問わない。ワークの長手軸が鋳型２の横方向と一致する横型の他にも、ワークの長手方向が鋳型２の縦方向と一致する縦型であっても良い。縦型の場合には、ケレン１は前後左右方向への中子６の位置ずれを防止することで、ワークと中空部の同軸度を確保する。
【００２４】
ケレン１の形状は、例えば、本体部１１の内周面、つまり、中子６の外周と接触する面に、一つまたは複数の切り溝を形成しても良い。切り溝により形成されるケレン１と中子６との隙間に溶湯が流れることで、ケレン１の近傍の湯回りをさらに良好にすることができ、巣の発生などを効果的に防止できる。切り溝の大きさおよび数は、隙間が形成されることで中子６とケレン１の接触面積が減じても、中子６を充分に保持できるような大きさおよび数である。また、切り溝により本体部１１の太さが減ずるので、装着時の弾性変形が容易になる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、中子の形状によらずにケレンを装着し、かつ、切り欠き箇所は溶湯の流れを乱さないので、中空部分を有するワークの鋳造を確実に行うことができる。
請求項２によれば、中子への装着を容易にすることができると共に、中子を安定して支持することができるので、中空部分を有するワークの鋳造を容易に、かつ、確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるケレンを用いて行われる鋳造を説明する断面図である。
【図２】（ａ）はケレンの斜視図、（ｂ）はケレンを中子に装着した状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はケレンを中子に装着する手順を説明する図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は従来のケレンを示す図である。
【符号の説明】
１　　　ケレン
２　　　鋳型
５　　　キャビティ
６　　　中子
１１　　本体部
１２，１３，１４　脚部
１５　　切り欠き部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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