(57)【要約】【課題】均質な組成にして、ディスク摺動面に鋳造欠陥が生じにくいものとする。【解決手段】上下鋳型２１，２２間の環状キャビティ２０内にディスク厚さ方向に二段の上下中子１１，１２を放射状に載置して、冷却フィン１，２を二段有するブレーキディスク１０を低圧鋳造する鋳型において、前記キャビティ２０への湯口２３は、下部鋳型２２軸心部を貫通して前記キャビティ２０中央の湯溜まり２３ａへ至り、そのキャビティ２０内周部には、前記下部鋳型２２と前記下部中子１２間、及び上下中子１１，１２間にそれぞれ堰２６ａ，２７ａを設けて、前記湯溜まり２３ａから出る湯道２６，２７とした。このため、キャビティ２０下部の奥部にも円滑に溶湯が行き渡り、また、溶湯の温度低下、押上げ効果不足等による鋳造欠陥が生じにくい。さらに、１つの湯溜まり２３ａを介して、両湯道２６，２７の温度条件、加圧度合いを管理しやすく、均質な組成を形成できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧鋳造法にて製作されるブレーキディスク１０の鋳造用鋳型において、
前記ブレーキディスク１０は、その内部に軸心部から放射状に外側に伸びる冷却フィン１，２をディスク厚さ方向に二段有して、その冷却フィン１，２は、上下鋳型２１，２２間の環状のキャビティ２０内にディスク厚さ方向に二段の上下中子１１，１２を放射状に載置して鋳造形成されるものであり、
前記キャビティ２０への湯口２３は、前記下部鋳型２２軸心部を上下方向に貫通して設けられて前記環状キャビティ２０中央の湯溜まり２３ａへ至り、その環状キャビティ２０の内周部には、前記下部鋳型２２と前記下部中子１２間、及び上下中子１１，１２間にそれぞれ堰２６ａ，２７ａを設けて、各堰２６ａ，２７ａを介して前記湯溜まり２３ａから放射状に外側へ向かう湯道２６，２７としたことを特徴とするブレーキディスクの鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記下部鋳型２２と前記下部中子１２間の堰２７ａは、前記軸心部周りにおいて、その下部鋳型２２と前記下部中子１２間の対向する面間のいずれかの面又は双方の面に、断続的な突部を設けることにより生じた隙間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のブレーキディスクの鋳造用鋳型。
【請求項３】
低圧鋳造法にて製作され、内部に放射状の冷却フィン１，２をディスク厚さ方向に二段有するブレーキディスク１０の鋳造方法であって、
上下鋳型２１，２２間に環状のキャビティ２０を形成し、その環状キャビティ２０内にディスク厚さ方向に二段の上下中子１１，１２を放射状に載置するとともに、前記下部鋳型２２軸心部を上下方向に貫通させて前記環状キャビティ２０中央の湯溜まり２３ａへ至る湯口２３を形成し、その環状キャビティ２０の内周部には、前記下部鋳型２２と前記下部中子１２間、及び上下中子１１，１２間にそれぞれ堰２６ａ，２７ａを設けて、各堰２６ａ，２７ａを介して前記湯溜まり２３ａから放射状に外側へ向かう湯道２６，２７とし、
前記湯口２３を介して溶湯を供給することにより、前記両湯道２６，２７からキャビティ２０内に溶湯が同時に供給されることを特徴とするブレーキディスクの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、低圧鋳造法によってブレーキディスクを鋳造する際に使用する鋳型、あるいは中子等からなる鋳造用鋳型、及びその鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用に使用されるブレーキディスクは、近年の列車の高速化に伴い、充分な冷却性能を有するものが求められる。そのディスクの冷却効果を高めるために、例えば、図４（ａ）に示すように、ディスク１０内部に放射状の冷却フィン１，２を、そのディスク厚さ方向に二段に亘って設けたものが開発されている。一般的に冷却フィンを設ける場合には、ディスク内に断続的な空隙部を形成するために鋳造用中子を設けなければならないが、このような二段に亘る複雑な形状の冷却フィン１，２を形成するためには、その鋳造時に、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す、冷却孔３，４等に対応する多くの鋳造用中子を組み合わせて使用する必要がある。
【０００３】
その鋳造方法として、例えば、図５に示す砂型を用いた低圧鋳造の手法が用いられる。この手法は、同図に示すように、溶解炉３５中の溶湯３４を、圧搾空気等により、図中の矢印Ａのように下方に向かって加圧し、その加圧された溶湯３４をストーク３６を介して湯口３３へ導いて、砂型で構成される上下鋳型３１，３２間に形成されたキャビティ３０内へと、矢印Ｂのように供給するものである。このとき、上部鋳型３１にはガス抜き孔３７が適宜設けられており、溶湯３４は、ガス抜き孔３７から排出される空気と入れ替わってキャビティ３０内に満たされる。また、その溶湯３４には、凝固するまでの間、継続して上方へ向かって加圧されて均質な組織に形成される。なお、鋳型内には、必要部分に、溶湯３４を冷却する冷し金３８が前記キャビティ３０に面して配置されている。
【０００４】
キャビティ３０内の詳細は、図６（ａ）に示すように、ディスク１０に上下二段の前記放射状空隙部３，４を形成するために、上下方向の二段の中子４１，４２がキャビティ３０内に配置されている。ストーク３６から供給される溶湯３４は、前記上下中子４１，４２間の隙間に設けられた堰４３ａ（湯道４３）を介してキャビティ３０内に矢印Ｃのように入り、まず、矢印Ｄに示すように供給されてキャビティ３０内の下方を満たし、その後、矢印Ｅに示すように、キャビティ３０内の上方を満たしていくようになっている。
【０００５】
なお、キャビティ内へ通じる湯道を複数設けた鋳造方法、金型の例として特許文献１、特許文献２に記載の技術が開示されている。この手法は、溶湯が供給される主となる湯道に通じる湯口のほかに、溶湯が行き渡りにくい薄肉部にも別の湯道を設けてその湯道に別の湯口を接続し、薄肉部にも他の部分と同様、均等に注湯することを目的としたものである。
【特許文献１】特開平５−２６９５６３号公報
【特許文献２】特開２００２−３４６６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の図６（ａ）に示すブレーキディスクの鋳造手法では、キャビティ３０内へ通じる堰４３ａ（湯道４３）が、ディスクの厚さ方向（図中の上下方向）に対して中央に位置するため、キャビティ３０内の奥部、例えば、図中のＦ部分などには溶湯３４が円滑に行き渡らない場合がある。溶湯３４がキャビティ３０内全体にむらなく行き渡らないと、湯境などの鋳造欠陥の原因となるので好ましくない。また、ブレーキディスクの場合には、上記Ｆ部分などキャビティ３０内の奥部は、ブレーキシューの摺動面となるため、このような鋳造欠陥は厳格に防止しなければならない。
【０００７】
このため、上記特許文献１，２に記載の手法のように、主となる湯口３３のほかに別の湯口を設けて、各部に溶湯を行き渡りやすくする手法も考えられる。しかし、低圧鋳造法で製作されるブレーキディスクは、前述のように、その摺動面に均質な組成を形成することが条件とされるため、主となるディスク軸心部の湯口のほかに、別の場所に湯口を設けることが困難である。すなわち、図６（ａ）に示すディスク軸心部の湯口３３のほかに、特許文献１又は２に記載のごとく、その軸心部から径方向外側に離れた部分に別の湯口を設けて接続すると、その両湯口間に位置するディスク摺動面付近で両湯口から供給された溶湯が合流して、その摺動面に湯境が生じやすくなるからである。また、湯口を複数設けると、溶湯の温度を等しく保つのが難しくなるので、その両湯口間の温度に違いが生じれば鋳造品が不均質な組織に仕上がるという問題がある。
【０００８】
また、図６（ｂ）に示すように、キャビティ３０内の下部、前記下部鋳型３２と下部中子４２間に堰４４ａ（湯道４４）を設け、溶湯３４を下方から上方に向かって一方向に片押しするようにした手法も考えられる。しかし、この手法では、キャビティ３０内での溶湯３４の行程が長くなるので、その溶湯３４の押上げ効果が弱くなる問題がある。また、図中の矢印Ｇのように、溶湯３４が下方から上方へ至るまでに、溶湯３４が温度低下することがあるので、均質な鋳造品とすることが難しいという問題もある。
【０００９】
そこで、この発明は、ブレーキディスクをその厚さ方向に均質な組成とするとともに、そのブレーキディスク摺動面に生じる鋳造欠陥を防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、この発明は、ブレーキディスクの軸心部に相当する部分に設けた湯溜まりに至る１本の湯口を設け、その湯溜まりから分岐してキャビティ内周部へと至る湯道を、ディスク厚さ方向（上下方向）に２ルート併設したのである。その併設した湯道のうち、上方に位置する湯道は、キャビティ内全体に亘って溶湯を供給し、下方に位置する湯道は、前記上方に位置する湯道よりも下方のキャビティ内に補助的に溶湯を供給する。このため、溶湯が行き渡りにくいキャビティ下部の奥部にも円滑に溶湯が行き渡り、ディスク下方の摺動面には鋳造欠陥が生じにくい。また、キャビティ上部には、前記上方に位置する湯道から近距離でもって溶湯が供給されて、ディスク上方の摺動面にも、溶湯の温度低下、あるいは、押上げ効果不足等による鋳造欠陥が生じにくい。
【００１１】
また、この構成によれば、１本の湯口から溶湯が供給される湯溜まりから、相互に近接した２つの湯道が分岐するので、湯溜まりに滞留した溶湯を両湯道に同時に導いて、その温度条件を等しいものとし得るとともに、さらに、各湯道によるキャビティ内への溶湯供給の加圧度合いの管理が、同一の湯溜まりを介して容易に管理できるようになるので、均質な鋳造品に仕上げやすい。
【００１２】
この鋳造用鋳型の具体的な構成としては、低圧鋳造法にて製作されるブレーキディスクであって、そのブレーキディスクは、その内部に軸心部から放射状に外側に伸びる冷却フィンをディスク厚さ方向に二段有して、その冷却フィンは、上下鋳型間の環状のキャビティ内にディスク厚さ方向に二段の上下中子を放射状に載置して鋳造形成されるものである。そのキャビティへの湯口は、前記下部鋳型軸心部を上下方向に貫通して設けられて前記環状キャビティ中央の湯溜まりへ至り、その環状キャビティの内周部には、前記下部鋳型と前記下部中子間、及び上下中子間にそれぞれ堰を設けて、各堰を介して前記湯溜まりから放射状に外側へ向かう湯道としたものである。
【００１３】
このようにすれば、前記下部鋳型と前記下部中子間、及び上下中子間の隙間を介して、ディスクの厚さ方向（キャビティの上下方向）に並ぶ２つの堰を形成することができる。その２つの堰によって形成される両湯道は、軸心部の１本の湯口から供給されて環状キャビティ中央に形成された湯溜まりからそれぞれ分岐するので、その両湯道を介するキャビティ内への溶湯の供給温度、加圧状態は、１本の湯口による前記湯溜まりへの溶湯の供給管理によって所定の状態を確保し得るのである。
【００１４】
なお、前記堰は、鋳型内に前記上下中子を所定の位置に動かないように固定することにより、前記下部鋳型と前記下部中子間、及び上下中子間の、それぞれ対向する両面間に隙間を形成して、その隙間に所定の断面積、長さを有する堰を介在させることができる。その上下中子を鋳型内に固定する方法は自由であるが、例えば、前記対向する両面間のいずれかの面又は双方の面に、断続的な突部を設けることにより隙間を形成して確保することが可能である。この堰は、前記軸心部の湯溜まりの周りに環状キャビティに向かって放射状に設けられることから、前記断続的な突部の幅、高さ、形状や、その間隔を調整することにより、その堰の全長、断面積、形状など、求められる堰の仕様を所定のものにし得るのである。
【００１５】
このブレーキディスクを製造する際の工程は、まず、上下鋳型間に環状のキャビティを形成し、その環状キャビティ内にディスク厚さ方向に二段の上下中子を放射状に載置する。次に、前記下部鋳型軸心部を上下方向に貫通させて前記環状キャビティ中央の湯溜まりへ至る湯口を形成し、その環状キャビティの内周部には、前記下部鋳型と前記下部中子間、及び上下中子間にそれぞれ堰を設けて、各堰を介して前記湯溜まりら放射状に外側へ向かう湯道とする。この湯道を介して溶湯を供給することにより、両湯道からキャビティ内に溶湯が同時に供給されて、鋳造品であるブレーキディスクが形成される。
【００１６】
このようにすれば、溶湯の圧力管理、温度管理を容易にして、ディスク厚さ方向及び径方向に均質な組成を形成でき、また、ディスクの摺動面には、湯境等の鋳造欠陥を生じさせにくいようにし得る。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、以上のようにしたので、ディスクの厚さ方向に均質な組成とすることができ、また、ディスク摺動面に鋳造欠陥が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
一実施形態を図１乃至図４に示し、この実施形態のブレーキディスクの鋳造用鋳型は、アルミ合金により低圧鋳造法にて製作される鉄道車両用のブレーキディスク１０についてのものである。このブレーキディスク１０は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、その中央で２分割されて製作され、その両分割面の対応する部分には、一方に凸部９ａ、他方に凹部９ｂが設けられている。この２つに分割されたブレーキディスク１０が、鉄道車両の台車に固定された車軸の左右車輪間の所定の位置に、その対の分割面が接するように嵌められて環状を成し、その環状のブレーキディスク１０の軸心部に内側に向かって張り出したフランジ５が、車軸側のフランジに係合される。そして、図４（ａ）に示すフランジ５の孔６と、車軸側のフランジに設けた孔にボルト等を挿通して、環状のブレーキディスク１０が車軸に固定される。このとき、２つに分割された両ブレーキディスク１０は、その分割面の前記凸部９ａと凹部９ｂとが、図４（ｂ）に示すように噛み合って位置決めするようになっている。
【００１９】
このブレーキディスク１０は、図４（ａ）に示すように、その内部に軸心部から放射状に外側に伸びる冷却孔３，４をディスク厚さ方向に二段形成しており、このうち隣接する冷却孔３，４同士の間に形成された冷却フィン１，２が、ディスク厚さ方向に二段、ブレーキディスク１０の軸心部から外側に向かって放射状に位置している。冷却孔３，４を通過する空気が、その孔３，４内において、前記冷却フィン１，２、あるいはブレーキディスク１０の両摺動面７，８の裏面に当たって、ブレキシューの摺動に伴う温度上昇を抑える効果を期待するものである。
【００２０】
この冷却フィン１，２は、ブレーキディスク１０の鋳造時に、図３に示すように、砂型からなる上下鋳型２１，２２間に形成される環状のキャビティ２０内に、ディスク厚さ方向に二段の上下中子１１，１２を放射状に載置して鋳造形成されるものである。
【００２１】
上下中子１１，１２は、図中に示すように、それぞれ外枠部１１ａ，１２ａ、内枠部１１ｂ、１２ｂと、その外枠部１１ａと中枠部１１ｂ、外枠部１２ａと中枠部１２ｂとをそれぞれ連結する扇形のフィン形成部１１ｃ，１２ｃとから構成される。
【００２２】
まず、図１に示すように、下部中子１２が下部鋳型２２の凹部上に載置され、このとき、その下部中子１２の外枠部１２ａ外周が下部鋳型２２凹部端縁に、外枠部１２ａ下面が下部鋳型２２凹部底面にそれぞれ密着して、下部中子１２がキャビティ２０内に位置決めされる。また、下部鋳型２２上面には、この環状のキャビティ２０内周部に位置する部分に、図中に示す突起２４が放射状に等間隔で設けられており、この突起２４上に下部中子１２の内枠部１２ｂが載置されて、下部鋳型２２凹部底面と下部中子１２の内枠部１２ｂ下面との間に、図１（ｂ）及び図３に示す隙間Ｗ２を形成する。この隙間Ｗ２でもって、隣接する突起２４，２４間に堰２７ａを形成する。
【００２３】
次に、下部中子１２の上に上部中子１１が載置される。上部中子１１の外枠部１１ａ下面は、下部中子１２の外枠部１２ａ上面に密着し、上部中子１１の外枠部１１ａの外周が、後に被せられる上部鋳型２１の下向き凹部端縁にそれぞれ密着して位置決めされる。このとき、その上下両中子１１，１２間に、図１（ｂ）及び図３に示す隙間Ｗ１を形成する。この隙間Ｗ１でもって、円盤形状の堰２６ａを形成する。
【００２４】
この上面に上部鋳型２１を載置して、上下両鋳型２１，２２を固定し、内部に上下中子１１，１２を介在したキャビティ２０を形成する。このキャビティ２０において、上下両中子１１，１２の外枠部１１ａ，１２ａ内面がブレーキディスク１０外周面を、フィン形成部１１ｃ，１２ｃが孔３，４を、内枠部１１ｂ，１２ｂがブレーキディスク１０軸心部の内周面、及びその軸心部のフランジ５に面して、その形状を形成するようになる。なお、このブレーキディスク１０は、２分割して製作されるため、環状キャビティ２０内には、そのキャビティ２０内を直径方向に沿って２分割するスペーサ（図示せず）が導入される。
【００２５】
また、下部鋳型２２には、その軸心部に上下方向の孔２５が形成されており、この孔２５を介してキャビティ２０に溶湯を供給する湯口２３が構成される。このとき、前記上下中子１１，１２の内枠部１１ｂ，１２ｂのさらに内側、環状キャビティ２０の中央部（ブレーキディスク１０の軸心部に相当する部分）には、一定の空間が形成されており、その空間に湯口２３が接続される態様になる。すなわち、湯口２３に溶湯を供給すると、この空間が溶湯の滞留する一種の湯溜まり２３ａとなって、湯口２３は、その湯溜まり２３ａを介して環状キャビティ２０内へ至るように形成される。
【００２６】
その湯溜まり２３ａから環状キャビティ２０内への溶湯の供給は、前記下部鋳型２２と前記下部中子１２間、及び上下両中子１１，１２間の隙間Ｗ１，Ｗ２にそれぞれ設けられた堰２６ａ，２７ａを介して、前記湯溜まり２３ａから放射状に外側へキャビティ２０内へと向かって形成された湯道２６，２７を通じて行う。
【００２７】
この湯口２３を介して溶湯を供給すると、前記湯溜まり２３ａに溶湯がある程度滞留するとともに、その湯溜まり２３ａ内に介在する溶湯の一部が、両湯道２６，２７を通じてキャビティ２０内に供給される。このとき、図１（ｂ）に示すように、両湯道２６，２７のうち、上方に位置する湯道２６は、キャビティ２０内全体に亘って溶湯を供給するとともに、主に上方のキャビティ２０内に溶湯を供給し、下方に位置する湯道２７は、前記上方に位置する湯道よりも下方のキャビティ内に補助的に溶湯を供給する。このため、溶湯が行き渡りにくいキャビティ２０下部の奥まった部分にも円滑に溶湯が行き渡るとともに、キャビティ２０内の溶湯の行程が短くなるので、温度低下、押上げ効果の不足を発生させることなく、均質な組成の鋳造品を製作し得る。また、ブレーキディスク上下の摺動面に、溶湯の合流点が生じないので、その摺動面付近に湯境等の鋳造欠陥が生じにくいものとし得る。
【００２８】
また、前記２つの堰２６ａ，２７ａによって形成される湯道２６，２７は、軸心部に設けた１本の湯口２３から供給されて、環状キャビティ２０中央の軸心部に形成された湯溜まり２３ａからそれぞれ分岐するので、その両湯道２６，２７を介するキャビティ２０内への溶湯の供給温度、加圧状態は、１本の湯口２３による前記湯溜まり２３ａへの溶湯の供給管理によって所定の状態を確保しやすいのである。
【００２９】
この実施形態で用いた上下鋳型２１，２２、及び上下中子１１，１２は、それぞれ、図４に示す所定のブレーキディスク１０を製作するための仕様であり、この実施形態の上下鋳型２１，２２、上下中子１１，１２の態様に限定されるものではない。また、この実施形態は、上下鋳型２１，２２を砂型で構成したが、砂型には限定されず、他の素材からなる鋳型、例えば、金型であってもよい。
さらに、ブレーキディスク１０のフランジ５に設けられるボルト挿通用の孔６は、鋳造品完成後に穿孔して設けてもよいし、中子の形状を変更することにより鋳造時に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】同実施形態を示す断面図で、（ａ）は突起の介在する部分、（ｂ）は突起の介在しない部分を示す
【図２】一実施形態を示す平面図
【図３】同実施形態を示す斜視図
【図４】ブレーキディスクを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図
【図５】低圧鋳造法の概略図
【図６】（ａ）、（ｂ）従来例の断面図
【符号の説明】
【００３１】
１，２  冷却フィン
３，４  冷却孔
５  フランジ
６  孔
７，８  摺動面
１０  ブレーキディスク
１１  上部中子
１２  下部中子
１１ａ，１２ａ  外枠部
１１ｂ，１２ｂ  内枠部
１１ｃ，１２ｃ  フィン形成部
２０，３０  キャビティ
２１  上部鋳型
２２  下部鋳型
２３，３３  湯口
２４  突起
２５  孔
２６，２７  湯道
【図１】
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【図２】
2005271021.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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