JPH09248663A - チルプレートおよび積層鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳出し時チルプレートが散乱し、その整理に
時間を要するので、チルプレートのカセット化を図る。 【解決手段】 チルプレート１の四隅にチルド処理され
る部材の４分の１に相当するキャビティ４、７を設けか
つその中央に固定軸７を通す中央孔９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本説明は、チルプレートを鋳
型に埋め込む鋳型構造に適用されるチルプレートおよび
積層鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳造の際、チルプレートを用い、部分的
に強制冷硬鋳造によりチル組織をもつ鋳鉄複合材料は、
多方的に利用される。代表的な利面分野は、内燃機関の
カムシャフトであろう。実際、日本及び欧州において大
型船舶用を除く中・小型内燃機関のうち７０％を越える
内燃機関に、部分的な強制冷硬鋳造によるカム部のみチ
ル組織をもつ鋳鉄複合材料からなるカムシャフトが使用
されている。カム部全周チルドあるいは軸部中空化する
ことによりチル部硬度とミクロ組織の改良が可能とな
り、さらにその利用が拡大される傾向にある。現状にお
ける日本及び欧州で生産されているチルド・カムシャフ
トの鋳造システムには、 （１）機械的つき固めによる生型高圧鋳型鋳造 （２）化学粘結材による硬化鋳型鋳造 に大別され、いずれも鋳造と同時にカム部を強制冷硬さ
せるチルプレートを鋳型に埋め込まれた鋳型構造となっ
ている。尚、米国では、この鋳造システムのチルプレー
ト埋設自動化ができないため焼入れ硬化カムシャフトで
対応している。

【０００３】最近の自動車の高性能化に伴って、動弁機
構が複雑化し、カムシャフトの一定長さ内に多くのカム
を配設すること及び多カムの面を高硬度させることを要
求する。このため、チルプレートを用いる鋳造法が一層
注目される。チルプレートを鋳型に埋設する鋳造におい
て、水分と粘結材添加生砂の単なる機械的つき固めの生
型高圧鋳造では、この多カム化に対して、製品設計適性
の限界があり、併せて生砂の保有する水分とチルプレー
トに接する鋳込み溶湯との反応に因り内部ガス欠陥の偶
発がカム数の増加に比例して増加することなどから追随
でとなくなってきている。これらの要因から高生産性の
生型高圧鋳型鋳造に対し、ネア・ネット・シェイプ化が
容易な製品設計適性の優れた化学硬化鋳型鋳造の方が有
利となり、日本及び欧州のチルド・カムシャフト生産工
場は化学硬化鋳型のシェル・モールド法あるいはコール
ド・ボックス法による鋳造が大半を占め、生型高圧鋳型
鋳造は、限定された設計形状アイテムを対象にごく一部
の工場に限られている。

【０００４】化学硬化鋳型のうち自動車内燃機関用チル
ド・カムシャフトは、シェル・モールド法で生産されて
いるが、上型と下型を単独に造型しチルプレートを、手
動にて埋設のうえ各々がクロージング接着される。これ
らは、水平鋳込み横配列複数個取り、垂直鋳込み横配列
多数個取り、垂直鋳込み縦配列複数個取り、垂直鋳込み
積層鋳造横配列多数個取り等のゲーテングシステムが採
用されている。

【０００５】既に、本発明者は、特願平７−３２２５１
２号特許願により、積層鋳造横配列システムが、チル硬
度、軸硬度、軸中空化、重量歩留り、造型生産性、鋳込
生産性で、他のシステムに比し、カムシャフト鋳造にき
わめて有利に展開でき、鋳出後のチルプレートの選別、
鋳型への埋設と鋳型のクロージング自動化及びサンドメ
タル比の改善を可能にすることを提案している。

【０００６】

【本発明が解決しようとしている課題】前述した本発明
者の改善案による積層鋳造横配列システムにおいて、注
湯後の鋳出時、鋳造製品、湯口系、鋳物砂とチルプレー
トが混然一体となって鋳出される。混然一体となった鋳
出搬送時にチルプレートは、その取扱いに注意しない
と、破損や摩耗が生じ、繰返し使用するチルプレートの
寿命を短くしかねない。又、急速なエンジン開発の進歩
に伴い、特にリーンバーンエンジンにおいてはマルチカ
ム化がさらに進み、例えば４気筒エンジンのシングルカ
ム動弁系では１シリンダーに５カムも設け、１本のカム
シャフトに２０カムを装備されている。そのカム数に相
当する大量のチルプレートを鋳型へ埋設することを必要
とし、従来のチルプレート回収、選別、整列、マガジン
装着および鋳型への埋設という多岐にわたる工程の圧縮
によるチルプレートの全自動着脱が、大量生産アイテム
製品製造の高効率化に欠かせない条件となってきてい
る。この解決策として複数またはその整数倍横配列のチ
ルプレート群を、連結して一体化することが考えられる
が、鋳造時高熱にさらされるため、連結一体チルプレー
ト全体に変形歪が生じ、鋳型成型と製品品質に問題を残
す。本発明は、前述した如き問題点や改善すべきことを
解消させることを解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した解決すべき課題
は、もっとも合理的にチルプレートの着脱を自動化する
には、金型模型上に予めチルプレートを配置し、その空
間に鋳物砂を充填して成形されるチルプレートの込付け
鋳型とすることである。この障害となるのは、チルプレ
ート単体の上下のプロフイル共存の不均整形状、および
それらのチルプレートを複数横配列に連結一体化した際
それ自身の剛体構造に原因すると本発明者は考え、この
改良に目を向けた。

【０００８】本発明は、具体的には、鋳型高さと実質的
に同一の高さを有し、その上面左右に横方向に隣り合う
第１のチルド処理される部材の夫々の４分の１相当の割
形相当のキャビティを有し、かつその下面左右に前記隣
り合う第１のチルド処理される部材より下方に位置する
横方向に隣り合う第２のチルド処理される部材の夫々の
４分の１相当の割形相当のキャビティを有するチルプレ
ートを提供する。

【０００９】このようなチルプレートの提供は、複数横
配列のチルプレートを分割する位置が、複数横配列ピッ
チ間の中心線上におかれ、その横配列の製品に応じた、
プロフイルの４分の１宛てを、１個のチルプレートに分
離させ、チルプレートの形状を擬似十字形状にすること
により単純化と均整化がなされ熱衝撃による変形歪を抑
える。また非チルド部を構成することを必要とする場合
は、その部位をオーバーサイズの相似プロフイルとして
鋳物砂充填空隙を設ける。

【００１０】本発明は、さらに、縦方向に積層されるエ
ンドプレートに固定されかつ横方向縦方向に配列された
固定軸に沿って配列されたチルプレート、各チルプレー
ト間に位置するカラー又はチルプレートと一体のボスを
有し、チルプレートが固定軸直交方向に遊びを有する積
層鋳型を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明のチルプ
レート１を説明する。チルプレート１は、積層される各
鋳型の高さと実質的に同一の高さを有し、その上面２の
左右に、横方向に隣り合うチルド処理される第１の部材
３、３の夫々の４分の１相当の割形相当のキャビティ
４、４を有し、かつその下面５の左右に第１の部材３、
３より下方に位置する横方向に隣り合うチルド処理され
る第２の部材６、６の夫々の４分の１相当の割形相当の
キャビティ７、７を有する。チルプレート１の横方向の
面８、８は、隣り合うチルプレート１の対向側面８、８
との間に最小限必要な間隔を残すようにする。チルプレ
ート１の中央に後述する固定軸やフロート軸を受け孔９
を設ける。

【００１２】図２に示す例は、キャビティ４、４、７、
７の内のいくつか（図２の例で上面の左右の部材キャビ
ティ相当部分）に対して非チルド部としたいときは、そ
の部位１０、１０に対し、キャビティ４、４をオーバサ
イズの相似プロフイルとして、鋳物砂の充填用空隙を作
るとよい。

【００１３】図３は、鋳型１１の平面図を示すが、チル
プレート１は、中央孔９に沿うボス１２を有するもので
もよく、隣り合うチルプレート１間にスリーブ１３を介
在させるものでもよい。又、横方向に隣り合うチルプレ
ート１、１の側面８、８にピン１４のための穴を設け、
両チルプレート１、１の穴にピン１４を挿入すること
で、両チルプレート１、１を連結させる。

【００１４】チルプレート１のカセット化について述べ
る。鋳型１１のエンドプレート１５、１５にその両端が
ナット１６、１６止めされる固定軸１７に、カラー又は
スリーブ１３、１８を用いて所定の間隔に配した形でチ
ルプレート１を固定させる。チルプレート１と固定軸１
７とは、固定軸１７とは直交する方向にチルプレート６
の自由な微小な動きを可能にさせるよう固定させる。チ
ルプレート１はスリーブ１３、１８により固定軸１７の
軸線方向の動きは阻止される。

【００１５】固定軸１７間にフロート軸１９を配す。フ
ロート軸１９に、チルプレート１を支持させるが、チル
プレート１の間隔はボス１２又はスリーブ１３で成さ
れ、フロート軸１９に支持されたチルプレート１は、ピ
ン１４を用いて固定軸１７に支持されたチルプレート１
に連結され、その結果、フロート軸１９は固定軸１７に
吊下されることになり、その両端は自由端となってい
る。図５は鋳型１１を縦方向に積層したときの各チルプ
レート１の相互関係と軸１７、１９との関係を示す。

【００１６】前述した如く、複数横列の配置において、
そのピッチの中心線上にチルプレート縦断を避けた非チ
ルド軸余白部位に、鋳造上不可欠な湯口系２０を設置す
るのが一般である。このため、チルプレート１を支持す
るフロート１９は、エンドプレート１５に固定できず、
互いに隣接するチルプレートの左右の縁の端面中央に、
遊合するピン１４を圧入して組立てることにより、両サ
イドのチルプレートにて、分断されたチルプレート１の
ブロックが支持されている。図５に、ファジィ構造のチ
ルプレートカセットを用いる化学硬化鋳型砂２１を介在
させた鋳型を示す。カムシャフトの軸部に相当するキャ
ビティを複数個その長手方向に並行して横列させ、軸部
の半分形状をその上下面に位置させるように鋳型内に砂
２１により形成する。軸部に直交するように所定の位置
にチルプレートを配するが、この場合複数整数倍横配列
のカムシャフトの各々のチルプレートを、一括して組立
てられたチルプレートカセット構造として、化学硬化鋳
型成型用金型模型上に配置して鋳型が成型されている。
チルプレートの上下縁が鋳型２の分断面と一致し、キャ
ビティを上下に解放させる。鋳型の積層は、図５に示さ
れる如く鋳型の分割面を合せるだけで、その分割面にカ
ムプロフイルと軸部に相当するキャビティが画定され
る。

【００１７】

【効果】大量生産アイテムにおいて、本発明によれば個
々のチルプレートの選別およびその整列とマガジン装着
の工程を省略することができ、チルプレート一括着脱の
自動化が可能となり、部分チルド鋳物の全自動ラインと
して鋳造工場の合理化が構築できる。さらに追加効果と
して、本発明のチルプレートカセットを構成させる固定
軸とカム間間隔カラーまたはボス付き一体チルプレート
が複数配列断面の中央部に位置し、しかもカラーまたは
ボスの外廊形状には自由度があることにより、鋳物砂充
填空隙を最小限にすることができ、サンドメタル比を極
限まで圧縮できる。

【００１８】本発明のチルプレートカセットは、複数ま
たはそれ以上の固定軸とエンドプレートで枠組みが固定
されており、そのものが剛体構造として鋳型化した構成
であるため、鋳型自身の歪変形がおさえられる。また、
個々の単独チルプレートは擬似十字形状でそれ自身の変
形が抑えられており、これらを複数整数倍横列で数珠状
に連結したチルプレートカセットは、個々のチルプレー
トを単独に微小可動できるフアジーメカニズムとなって
おり、金型模型上に正確かつ忠実にフィットさせた成形
することが可能となり、鋳造製品の寸法精度は格段に向
上する。

【００１９】本発明のチルプレートは、非チル部位の設
定が容易でその応用として、カムノーズのみをチルド硬
化を必要とするカムシャフトや千鳥配列積層鋳造におけ
る隣接の軸部を、非チルド部位として対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例のチルプレートの正面図である。

【図２】プロフイルの一部が非チルドの場合を示す本発
明の一例のチルプレートの正面図である

【図３】本発明の一例のチルプレートカセットの一部を
破断した正面図である。

【図４】図３の例の側面図である。

【図５】本発明の一例のチルプレートカセットを適用し
た積層鋳型の断面図である。

【符号の説明】

１ チルプレート ４、７ キャビティ ９ 孔 １１ 鋳型 １２ ボス １３、１８ スリーブ １４ ピン １５ エンドプレート １７ 固定軸 １９ フロート軸 ２０ 湯口系

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型高さと実質的に同一の高さを有し、
   その上面左右に横方向に隣り合う第１のチルド処理され
   る部材の夫々の４分の１相当の割形相当のキャビティを
   有し、かつその下面左右に前記隣り合う第１のチルド処
   理される部材より下方に位置する横方向に隣り合う第２
   のチルド処理される部材の夫々の４分の１相当の割形相
   当のキャビティを有するチルプレート。
2. 【請求項２】 横方向に隣り合うチルプレートの対向側
   面をピンで結合可能な請求項１記載のチルプレート。
3. 【請求項３】 横方向に隣り合うチルプレートを支持す
   る固定軸を通す孔を有する請求項１又は２記載のチルプ
   レート。
4. 【請求項４】固定軸に沿いかつ隣り合うチルプレートの
   一側面に当接するボスを有する請求項１〜３記載の何れ
   かのチルプレート。
5. 【請求項５】 縦方向に積層されるエンドプレートに固
   定されかつ横方向縦方向に配列された固定軸に沿って配
   列されたチルプレート、各チルプレート間に位置するカ
   ラー又はチルプレートと一体のボスを有し、チルプレー
   トが固定軸直交方向に遊びを有する積層鋳型。
6. 【請求項６】 固定軸間のフロート軸に支持されたチル
   プレートを固定軸に固定されたチルプレートにピンにて
   結合させる請求項５記載の積層鋳型。