JP2008055491A

JP2008055491A - ダクタイル鋳鉄製歯車箱及びその製造方法

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Publication number: JP2008055491A
Application number: JP2006237940A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Nitta; 哲士新田; Nobuyoshi Kuno; 信好久能; Kazuhiro Sato; 一広佐藤
Original assignee: FUKUSHIMA SEIKO KK; FUKUSHIMA STEEL CASTING
Current assignee: FUKUSHIMA SEIKO KK; FUKUSHIMA STEEL CASTING
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】鉄道車両用の歯車箱の断面の厚み、特に肉薄部の厚みを常に所望の厚みに製造することを目的とする。
【解決手段】２個の半割箱１０の開口部同士を合わせて組み合わせて構成する分離型の歯車箱の半割箱１０を、主型２と中子４を備えた鋳型２を用いて鋳造により製造する方法であって、中子４と主型２の上面との間にケレン７を設置し、ダクタイル鋳鉄の溶湯を鋳型２に注入して、該ダクタイル鋳鉄の溶湯によりケレン７の表面のみを溶解させたのち、
溶湯及びケレンを鋳着させることを特徴とする分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用の歯車箱に関し、詳しくはダクタイル鋳鉄製の歯車箱及びダクタイル鋳鉄製の歯車箱の製造方法に関する。

鉄道車両用の歯車箱は、一体型の歯車箱より鋳造が容易であると共に、歯車箱の空間部に収納される歯車等の機構を組立が容易であることから、分離型の歯車箱が用いられている。通常、この分離型の歯車箱は、内部に空間部を有すると共に、一面に開口部を有する半割箱を鋳造し、２個の半割箱の開口部を合わせ、組み合わせてボルトナット等で固定して形成している。

この鉄道車両用の歯車箱は、複雑な凹凸形状であり、その断面は厚みの変化が大きいと共に、軽量化の要請から全体的に肉薄に形成されている。そして、鉄道車両用の歯車箱は、肉薄に形成されていることに加え、機械的強度が要求されるため、主に鋳鋼を用いて製造していた。

しかし、現在鉄道車両の高速化に伴い、歯車箱の振動抑制の要求が高まっている。そこで、従来から用いている鋳鋼に比べて振動減衰効果が有するダクタイル鋳鉄を用いて鋳造した、鉄道車両用の歯車箱が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−８８２５７号公報

このような歯車箱は通常、主型となる上型と下型を合わせ、上型と下型の内部に歯車箱の空間部を形成する中子を設置し、歯車箱の略半分の部分となり、一面に開口部を有する半割箱の形状を備えたキャビティ内に溶湯を注入して、半割箱を鋳造し、２個の半割箱の開口部同士を合わせて組み合わせて構成している。しかし、歯車箱の特に薄い部分では７〜８ｍｍ程度ときわめて薄く、半割箱の鋳造時に中子が動き、所望の厚みに製造できず、製造欠陥、例えば所望の厚みより薄い箇所が生じたり、極端な場合、孔が開いてしまうといったことが生じやすいといった問題点があった。

このような製造欠陥が生じた場合には、溶接補修を行うことになるが、特にダクタイル鋳鉄を用いる場合には、従来から使用されている鋳鋼に比べ、溶接施工が難しいので、溶接施工を必要としない、製造欠陥が生じることがない製造方法が望まれていた。

そこで、本発明は上記従来技術の欠点を解消し、半割箱、ひいては歯車箱の断面の厚み、特に肉薄部の厚みを常に所望の厚みに製造すること、歯車箱の断面の厚み、特に肉薄部の厚みが常に所望の厚みである歯車箱を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段としての本発明は、２個の半割箱の開口部同士を合わせて組み合わせて構成する分離型の歯車箱の半割箱を、主型と中子を備えた鋳型を用いて鋳造により製造する方法であって、中子と主型の上面との間にケレンを設置する工程、ダクタイル鋳鉄の溶湯を鋳型に注入する工程、該溶湯により前記ケレンの表面のみを溶解させる工程、溶湯及びケレンを鋳着させる工程を備えることを特徴とする分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法である。

上記方法では、前記ケレンは前記中子又は前記主型に固定することが好ましい。これにより、溶湯の流入による中子の移動を確実に防止することが出来き、中子の装着位置がずれることがない。

又、上記方法では、前記中子の先端部上に前記ケレンを位置させることが好ましい。これにより、中子の最も上下の移動が大きい部分の移動を効果的に抑制することが出来る。

又、上記方法では、前記ケレンは、中子の縦方向及び／又は横方向をずらして２個以上設置することが好ましい。これにより、中子の縦方向及び／又は横方向のずれがなくなり、キャビティの均一な厚みをより確保することが可能となる。

又、上記方法では、前記ケレンの表面に凹凸を設けることが好ましい。これにより、ダクタイル鋳鉄の溶湯と鋳着し易くすることが出来る。

又、上記方法では、前記ケレンに対向する前記中子又は前記主型にあて金を設けることが好ましい。これにより、ケレンが中子又は主型に陥入することを防止でき、中子と主型間の距離を所望の距離に保つことが可能となる。

更に、上記何れかの方法で製造した２個のダクタイル鋳鉄製半割箱を用い、該２個の半割箱の開口部同士を合わせて組み合わせる工程を備えることを特徴とするダクタイル鋳鉄製歯車箱の製造方法である。

又、ダクタイル鋳鉄製の半割箱を製造する鋳型の中子と主型の上面との間にケレンを設置した後、ダクタイル鋳鉄の溶湯を鋳型に注入して、該溶湯により前記ケレンの表面のみを溶解させた後、溶湯及びケレンを鋳着させてダクタイル鋳鉄製の半割箱を形成し、該半割箱２個を開口部同士を合わせて組み合わせて構成したことを特徴とするダクタイル鋳鉄製歯車箱である。

以上のような本発明によれば、歯車箱の断面の厚み、特に肉薄部の厚みを常に所望の厚みに製造すること、歯車箱の断面の厚み、特に肉薄部の厚みが常に所望の厚みである歯車箱を提供することが可能となった。

以下本発明の実施の形態を図に従って詳細に説明する。本発明のダクタイル鋳鉄を用いた歯車箱は、一面に開口部を有する２個の半割箱１０を、開口部同士を合わせて組み合わせることにより、内部に歯車機構を収容可能な空間部を備える分離型歯車箱であり、半割箱１０は、上型２１及び下型２２で構成される主型２と、主型２が形成するキャビティ３内に歯車箱の空間部を形成する中子４を配置し、キャビティ３内にダクタイル鋳鉄の溶湯を自重により注入して製造するものである。中子４はキャビティ３内に位置しない外端部４１とキャビティ３内に位置する挿入部４２を有する。

上型２１、下型２２及び中子４は、鋳物砂及び粘結剤に、必要に応じて添加剤を加えて型枠内で突き固めて形成する。又、鋳型の崩壊性、耐熱性等を高めるために、黒鉛等の塗型剤を鋳型表面に塗布してもよい。鋳物砂は特に限定されず、珪砂等を用いることが出来、粘結剤は特に限定されず、珪酸ナトリウム、フェノール樹脂、ベンナイト、フラン樹脂等を用いることが出来る。珪酸ナトリウムは大気中の炭酸ガスを吸って硬化又は炭酸ガスを吹き込むことにより硬化される。

ダクタイル鋳鉄の溶湯は、図４に示すように、湯口２５から湯道２６、せき２７を通ってキャビティ３内に注入され、下型２２と中子４の間の空間を満たし、更に上型２１と中子４の間の空間へと流入する。ケレンを使用しない場合、中子４は、キャビティ３外部で外端部４１が主型２と接触しているため、注湯の際に、キャビティ３内で横方向、図１では上下方向にずれることはないが、一方、中子４は、キャビティ３内では主型２と接触していないので、注湯の際に、中子４が溶湯の浮力、圧力に耐えられず、中子４のキャビティ３内に位置する挿入部４２のうち湯口２５と反対方向の端部である先端部４３が上型２１面へ押し上げられ、上型２１と中子４間の空間が狭まると共に、下型２２と中子４間の空間が広がり、場合によっては上型２１と中子４間の空間が全くなくなり、中子浮かされが生じることになる。

そこで、本発明では、主型２の上面と中子４の間、本実施形態では上型２１と中子４の間にケレン７を設置する。勿論、主型２の下面と中子４の間、本実施形態では下型２２と中子４の間にもケレン７を設置することとしてもよい。ケレン７は主型２、本実施形態では上型２１又は中子４の何れかに予め固定しておくことが望ましい。これにより、溶湯の流入による中子の移動を確実に防止することが出来き、中子の装着位置がずれることがない。

ケレン７の材質はダクタイル以外の、ダクタイル鋳鉄の溶解温度以上の溶解温度を備えた材質を用いる。ダクタイル鋳鉄の溶湯の温度は約１４２０℃である。ダクタイル鋳鉄或いはダクタイル鋳鉄の溶解温度以下の溶解温度を備えた材質を用いると、ダクタイル鋳鉄の注湯によりケレン７が溶け、ケレンの役割が充分に果たせないからである。従って、ダクタイル鋳鉄の溶解温度以上の溶解温度を備えれば特に限定されないが、鋳鋼等を用いることが出来、ＳＰＣＣ−３（ＪＩＳ規格）を好適に用いることが出来る。ＳＰＣＣの場合、ダクタイル鋳鉄の注湯によりケレンの表面のみが溶け、溶湯と確実に鋳着し歯車箱の機械的強度に影響を及ぼすことがない。

又、ケレン７の形状は特に限定されないが、鋳造時に総て溶解せずにケレンの機能を損なうことがない限度で、厚みや太さを備えることが必要であり、図５に示すように、中実の棒状の芯７１の両端に平板体の皿７２を設けた形状のケレンが好適に用いることが出来る。又、ケレン７の表面、特に芯７１の表面に凹凸を設け、具体的には雄螺子７９を切ることにより、ダクタイル鋳鉄の溶湯と鋳着し易くすることが好ましい。その他、断面コの字状に曲折して形成したケレン等も用いることが出来る。

ケレン７の設置位置は、主型２、特に上型２１と中子４の間であるが、特に先端部４２は中子４の上下の移動が大きいので、中子４の先端部４２上に位置するように設けることが好ましい。又、中子の縦方向及び／又は横方向のずれを防止し、キャビティ３の均一な厚みをより確保するために、中子４の縦方向及び／又は横方向、即ち図３において上下及び／又は左右方向をずらして２個以上設置することが好ましい。勿論先端部４２以外の部分や下型２２と中子４の間に設置して、中子４の安定性を確保してキャビティ３の均一な厚みを担保することとしてもよい。

ケレン７を中子４に固定する場合、図５（ａ）に示すように、中子４に皿７２を嵌合或いは挿入可能な凹部４７を設け、該凹部４７の底面に接着剤８を塗布し、皿７２を挿入して接着剤８で凹部４７に接着して、ケレン７を中子４に固定する。ケレン７の確実な設置のため、凹部４７の横断面形状は中子４の皿７２と同形状とすることが好ましい。又、皿７１に対向する主型２、特に上型２１には、あて金９を設けて、ケレン７の上型２１への陥入を防止することが好ましい。これにより、中子４と上型２１間の距離を所望の距離に保つことが可能となる。

又、他の固定方法として、図５（ｂ）に示すように、上型２１に接する皿７２に円錐形の突起７７を設け、該突起７７を上型２１に差し込んで固定することも出来、更に、突起７７に雄螺子７８を切って、上型２１に螺入して固定することも出来る。又、上記方法の中子４に替えて、主型２、具体的には上型２１又は下型２２に凹部を設けてケレンを設置する構成、或いは上型２１に替えて下型２２又は中子４に突起７７を差し込んでケレンを設置する構成としてもよい。そして、ケレン７の高さを適宜選択することにより、中子４と上型２１又は／及び下型２２間の距離、即ち歯車箱の厚さを調整することが出来る。

次に歯車箱の製造方法について説明する。先ず、上型２１に対向する中子４の一側面側の先端部４２に２個の凹部４７を、中子４の縦方向及び横方向にずらして設け、該凹部４７の底面に接着剤８を塗布し、夫々の凹部４７に夫々皿７２を挿入して、２個のケレン７を固定する。これにより、溶湯の流入による中子の移動を確実に防止することが出来き、中子の装着位置がずれることがない。一方、上型２１の、鋳型組立時に中子４に固定したケレン７に対向する位置にあて金９を埋め込む。これにより、ケレン７の上型２１への陥入を防止することができ、中子４と上型２１間の距離を所望の距離に保つことが可能となる。尚、下型２２と中子４の間にもケレン７を設置する場合には、中子４の両側面に上記のようにしてケレン７を固定すると共に、下型２２の、鋳型組立時に中子４に固定したケレン７に対向する位置にあて金９を埋め込む。次いで、上型２１、下型２２を合わせて、キャビティ３内に中子４を設置し、中子４と主型２の上面との間にケレン７を設置して鋳型２を組立てる。

次に、上型２１に形成された湯口２５からダクタイル鋳鉄の溶湯を自重により鋳型２へ流し込む。図４に示すように、溶湯は主型２内の湯道２６、せき２７を通りキャビティ３内へ流入する。図４中の矢印は溶湯の流れ方向を示すものである。この時、中子４と下型２２間にはケレンが設置されていないので、中子４の先端部４２は、中子４の自重により下型２２方向に若干下がっている。キャビティ３内へ流入した溶湯は下型２２と中子４の間の空間を満たす。この際に中子４の先端部は、溶湯の浮力、圧力により中子４の先端部４２が上型２１面へ押し上げられる。中子４の先端部４２が一定の幅で押し上げられると、ケレン７が上型２１に当接して、押し上げを停止させる。上型２１のケレン７が当接する位置には、あて金９が埋め込まれているので、ケレン７が上型２１に陥入して、上型２１と中子４間の距離が設定された距離以下になることを防止することが出来る。

尚、下型２２と中子４の間にもケレン７を設置している場合には、中子４はキャビティ３内で安定的に支持されているので、キャビティ３内へ流入した溶湯により移動させられることはない。

溶湯は更にキャビティ３内を上昇し、上型２１と中子４の間の空間へと流入する。この際、溶湯とケレン７が接触し、ケレン７の表面を溶解する。注湯を終えた後、湯が冷却される際にケレン７の表面と湯が鋳着する。

更に、湯が充分に冷却され、ケレン７が半割箱１０と一体的に密着しその一部となった状態で、歯車箱の半割箱１０を鋳型２から取出し、鋳ばりや砂を除去する。図６はケレン７が半割箱１０と一体的に密着しその一部となった状態を示す図であり、半割箱１０にはケレン７の表面と湯が鋳着した部分７７が生じている。鋳ばりや砂を除去する際に、ケレン７が中子４の凹部４７に埋まっていた部分が突出しているので、該突出部分を削って除去する。その他必要な表面処理等の後処理を行い、ダクタイル鋳鉄製の歯車箱の半割箱が製造される。以上のような方法により、半割箱の寸法制度を高めることが出来る。

以上のようにして製造した２個のダクタイル鋳鉄製半割箱を、夫々の開口部同士を合わせて、ボルト及びナット等を用いて組み合わせることにより、内部に歯車機構を収容可能な空間部を備えるダクタイル鋳鉄製の歯車箱を形成する。以上のような方法により、歯車箱の寸法制度を高めることが出来る。

又、上記実施の形態では、主型２は上下に型開きをする形態を採用しているが、左右に型開きする構成としてもよい。

本発明一実施形態ダクタイル鋳鉄製歯車箱の半割箱の製造過程を示す上面図図１Ａ−Ａ断面図本発明で用いる中子の一実施形態を示す斜視図本発明一実施形態製造過程を示す断面面図本発明一実施例部分拡大断面図本発明ダクタイル鋳鉄製歯車箱の一実施例部分拡大図

符号の説明

２鋳型
２１上型
２２下型
３キャビティ
４中子
４１外端部
４２挿入部
４３先端部
４７凹部
７ケレン

Claims

２個の半割箱の開口部同士を合わせて組み合わせて構成する分離型の歯車箱の半割箱を、主型と中子を備えた鋳型を用いて鋳造により製造する方法であって、中子と主型の上面との間にケレンを設置する工程、ダクタイル鋳鉄の溶湯を鋳型に注入する工程、該溶湯により前記ケレンの表面のみを溶解させる工程、溶湯及びケレンを鋳着させる工程を備えることを特徴とする分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
前記ケレンは前記中子又は前記主型に固定することを特徴とする請求項１記載の分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
前記中子の先端部上に前記ケレンを位置させることを特徴とする請求項１又は２記載の分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
前記ケレンは、中子の縦方向及び／又は横方向をずらして２個以上設置することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
前記ケレンの表面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
前記ケレンに対向する前記中子又は前記主型にあて金を設けたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の分離型の歯車箱を構成するダクタイル鋳鉄製半割箱の製造方法。
請求項１から６のうち何れかに記載の方法で製造した２個のダクタイル鋳鉄製半割箱を用い、該２個の半割箱の開口部同士を合わせて組み合わせる工程を備えることを特徴とするダクタイル鋳鉄製歯車箱の製造方法。
ダクタイル鋳鉄製の半割箱を製造する鋳型の中子と主型の上面との間にケレンを設置した後、ダクタイル鋳鉄の溶湯を鋳型に注入して、該溶湯により前記ケレンの表面のみを溶解させた後、溶湯及びケレンを鋳着させてダクタイル鋳鉄製の半割箱を形成し、該半割箱２個を開口部同士を合わせて組み合わせて構成したことを特徴とするダクタイル鋳鉄製歯車箱。