特許 7540322 鋳造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-19

(45)【発行日】2024-08-27

(54)【発明の名称】鋳造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 19/00 20060101AFI20240820BHJP

   F01N 13/18 20100101ALI20240820BHJP

   B22D 19/02 20060101ALI20240820BHJP

   B22C 9/24 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

B22D19/00 P

F01N13/18

B22D19/02

B22D19/00 Z

B22C9/24 A

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020208754

(22)【出願日】2020-12-16

(65)【公開番号】P2022095427

(43)【公開日】2022-06-28

【審査請求日】2023-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】神崎 泰典

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３８２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１５８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４７２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１７２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５４７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９０３０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １９／００

Ｆ０１Ｎ １３／１８

Ｂ２２Ｄ １９／０２

Ｂ２２Ｃ ９／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンハウジングと触媒コンバータとを接続する筒状の排気部材を鋳造する鋳造方法であって、
他の部材と締結する締結部を前記排気部材の上部に配置し、
溶湯を注入するための第１及び第２の注湯ゲートを前記排気部材の下部に位置するように設け、
前記排気部材の下部において、前記第１及び第２の注湯ゲートの間に位置するように、前記排気部材の外周面から外側に向かって突出したリブを設け、
前記リブは、前記締結部から近い第１の注湯ゲートよりも前記締結部から遠い第２の注湯ゲートの近くに位置するように、設けられており、
前記リブの位置を調節することによって、上側の溶湯の合流地点を調節し、前記排気部材の締結部において溶湯を合流させ、結晶粒を小さくする、
鋳造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋳造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、タービンハウジングと触媒コンバータとを接続する排気通路が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１３８２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

タービンハウジングと触媒コンバータとを接続する排気部材を例えばロストワックス精密鋳造のような鋳造方法によって製造する場合がある。鋳造部品は、鍛造部品や板金部品と比較して、結晶粒が大きく強度が劣るという課題があった。図９に示すように、金属中に含まれるニオブや、クロムが析出物Ｓとして鋳物中に存在する場合、析出物Ｓを起点としクラックＣＲが発生する。その結果、結晶粒の境界面に亀裂が進展する。ここで、金属の粒径が大きいと境界も大きいので大規模な亀裂になる。加えて、排気部材において他の部材と締結する締結部では、強度が必要であるという課題があった。

【0005】

本開示では、そのような課題を解決することによって、排気部材の締結部の強度を向上できる鋳造方法を提供することを目的とした。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の鋳造方法は、タービンハウジングと触媒コンバータとを接続する筒状の排気部材を鋳造する鋳造方法であって、他の部材と締結する締結部を前記排気部材の上部に配置し、溶湯を注入するための第１及び第２の注湯ゲートを前記排気部材の下部に位置するように設け、前記排気部材の下部において、前記第１及び第２の注湯ゲートの間に位置するように、前記排気部材の外周面から外側に向かって突出したリブを設け、前記リブは、前記締結部から近い第１の注湯ゲートよりも前記締結部から遠い第２の注湯ゲートの近くに位置するように、設けられている。

【発明の効果】

【0007】

本開示により、排気部材の締結部の強度を向上できる鋳造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る排気部材を示す斜視図である。

【図2】第１の実施形態に係る鋳型を示す断面図である。

【図3】第１の実施形態に係る鋳型における湯流れを示す斜視図である。

【図4】第１の実施形態に係る鋳型における湯流れを示す側面図である。

【図5】第１の実施形態に係る鋳型における湯流れを示す正面図である。

【図6】第１の実施形態に係る加工前の排気部材を示す図である。

【図7】第１の実施形態に係る加工前の排気部材における結晶粒を示す図である。

【図8】第１の実施形態に係る加工前の排気部材における結晶粒を示す拡大図である。

【図9】本開示における課題を補足するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正方向が鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

【0010】

（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、第１の実施形態にかかる排気部材１０の構成を説明する。
図１に示すように、排気部材１０は、タービンハウジングと触媒コンバータとを接続するための部材であり、例えばロストワックス精密鋳造によって鋳造される。排気部材１０は、Ｙ軸方向と平行な仮想軸に延びる筒状体である。Ｙ軸正方向における排気部材１０の開口は第１の開口１４であり、Ｙ軸負方向における排気部材１０の開口は第２の開口１５である。排気部材１０のＹ軸方向における長さは、上部側（Ｚ軸正方向側）と下部側（Ｚ軸負方向側）とで非対称である。ここで、下部側の排気部材１０のＹ軸方向における長さは、上部側の排気部材１０のＹ軸方向における長さより短い。

【0011】

注湯ゲート１１（１１ａ、１１ｂ）は、排気部材１０を鋳造するための鋳型Ｍ１（後述）において、排気部材１０と対応するキャビティＣ１０と金属材料の溶湯を注ぎ込むための湯道Ｃ２３とを接続する部位である。注湯ゲート１１は、排気部材１０におけるＹ軸正方向側の第１の開口１４の下部側に設けられる。なお、注湯ゲート１１ａと１１ｂ以外にも注湯ゲート１１が設けられてもよい。

【0012】

締結部１２は、他の部材と締結する部位であり、排気部材１０において強度が求められる部位、すなわち、結晶粒微細化が求められる部位である。締結部１２は、排気部材１０の上部側に配置されている。
リブ１３は、鋳型Ｍ１（後述）のキャビティＣ１０に注ぎ込まれる湯の流れのバランスをとるためのリブである。リブ１３は、排気部材１０の外周面から外側に向かって突出した形状を有する。そして、リブ１３は、締結部１２から近い注湯ゲート１１ａよりも締結部１２から遠い注湯ゲート１１ｂの近くに位置している。

【0013】

続いて、図２を用いて、第１の実施形態にかかる排気部材１０の鋳造方法を説明する。鋳型Ｍ１は、排気部材１０をロストワックス精密鋳造によって鋳造するための鋳型である。湯だまりＣ２１、湯口Ｃ２２、湯道（ランナー）Ｃ２３、キャビティＣ１０は、鋳型Ｍ１に形成された空洞である。ここで、キャビティＣ１０は、上述の排気部材１０に形状に対応している。

【0014】

鋳造方法として、まず、湯だまりＣ２１に湯を注ぎ込む。以下、注ぎ込まれた湯は、矢印Ｐの方向に流れる。注ぎ込まれた湯は、湯口Ｃ２２及び湯道Ｃ２３を介して、キャビティＣ１０に充填される。なお、キャビティＣ１０に対して複数の湯道Ｃ２３が連通する場合、湯は下側（Ｚ軸負方向）の湯道Ｃ２３を中心にキャビティＣ１０に充填される。

【0015】

続いて、図３－図５を用いて、第１の実施形態に係る排気部材１０の鋳造方法で用いられる鋳型Ｍ１のキャビティＣ１０に注ぎ込まれる湯流れを具体的に説明する。なお、図３－図５において、キャビティＣ１０に対応する加工後の排気部材１０を用いて便宜的に説明する。

【0016】

第１に、図３及び図４を用いて、第１の実施形態に係る排気部材１０におけるＹＺ軸平面における湯流れを説明する。まず、湯が注湯ゲート１１ａから排気部材１０に注ぎ込まれる。以下、注ぎ込まれた湯は、矢印Ｐの方向に流れる。注ぎ込まれた湯は、注湯ゲート１１ａの下部（Ｚ軸負方向）に流れる。ここで、下部側の排気部材１０のＹ軸方向における長さは、上部側の排気部材１０のＹ軸方向における長さより短い。よって、排気部材１０の断面積が小さい部位に注湯ゲート１１ａから湯を注ぎ込むこととなり、注湯ゲート１１ａから注ぎ込まれた湯は急冷され結晶粒が小さくなる。次に、急冷された湯は、注湯ゲート１１ａから注ぎ込まれる後続の湯に押され、冷却されながら上部側（Ｚ軸正方向）に充填される。なお、注湯ゲート１１ｂから湯を鋳型に注ぎ込んだ場合も上述と同様に湯が流れる。

【0017】

第２に、図５を用いて、第１の実施形態に係る排気部材１０におけるＸＺ軸平面における湯流れを説明する。まず、湯が注湯ゲート１１ｂから排気部材１０に注ぎ込まれる。以下、注ぎ込まれた湯は、矢印Ｐの方向に流れる。注湯ゲート１１ｂから排気部材１０に注ぎ込まれた湯は、注湯ゲート１１ｂの下部に流れる。また、注湯ゲート１１ａから排気部材１０に注ぎ込まれた湯も同様に、注湯ゲート１１ａの下部に流れる。ここで、注湯ゲート１１ｂと注湯ゲート１１ａとの間、且つ注湯ゲート１１ｂと注湯ゲート１１ａの下部にはリブ１３が設けられている。リブ１３は、注湯ゲート１１ｂから注ぎ込まれた湯と注湯ゲート１１ａから注ぎ込まれた湯との合流地点を調整する。図５に示すリブ１３は、排気部材１０の中央より左側（Ｘ軸負方向側）に設置されている。そうすることによって、注湯ゲート１１ｂから注ぎ込まれた湯は、充填に時間がかかる。そのため、注湯ゲート１１ｂから注ぎ込まれた湯は、ＸＺ平面において排気部材１０の中央より左側で注湯ゲート１１ａから注ぎ込まれた湯と合流する。そして、排気部材１０の下部に湯が充填される。

【0018】

排気部材１０の下部に湯が充填された後、湯は排気部材１０の上部側に時計回り及び反時計回りに流れる。上述したように、注湯ゲート１１ｂから注ぎ込まれた湯と注湯ゲート１１ａから注ぎ込まれた湯との下側の合流地点は、ＺＸ平面において中央より左側にずれている。そのため、湯の上側の合流地点はＺＸ平面において中央より右側（Ｘ軸正方向側）にずれる。すなわち、リブ１３の位置を調節することによって、上側の湯の合流地点を調節でき、締結部１２において湯を合流させることができる。

【0019】

続いて、図６、図７及び図８を用いて、第１の実施形態に係る排気部材１０における結晶粒の粒度について説明する。
図６に示すように、鋳造後の排気部材１０を切断面Ｉ及び切断面ＩＩで切断した。次に、図７に示すように、切断後の排気部材１０において第２の開口１５の範囲Ｒに研磨とエッジングを実施した。そして、図７の範囲Ｒの拡大図を図８に示す。ここで、図７及び図８に示される矢印Ｄの方向は、図６に示す矢印Ｄの方向と一致する。

【0020】

図７及び図８に示すように、締結部１２側（矢印Ｄの先端側）の結晶粒が締結部１２の反対側（矢印Ｄの後端側）よりも小さくなっている。結晶粒が小さくなることによって、締結部１２側の強度が向上する。したがって、上述の排気部材１０の鋳造方法によって締結部１２の強度が向上することができることが示された。

【0021】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0022】

１０ 排気部材
１１ 注湯ゲート
１１ａ 注湯ゲート（第１の注湯ゲート）
１１ｂ 注湯ゲート（第２の注湯ゲート）
１２ 締結部
１３ リブ
１４ 第１の開口
１５ 第２の開口
Ｃ１０ キャビティ
Ｃ２１ 湯だまり
Ｃ２２ 湯口
Ｃ２３ 湯道
Ｍ１ 鋳型
Ｓ 析出物
ＣＲ クラック

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】