JP2000015394A - アルミニウム合金鋳物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミック中子に起因する鋳造欠陥を発生させ
ることのないアルミニウム合金鋳物の製造方法を提供す
る。 【解決手段】鋳造用の金型を形成する上金型２と下金型
３の間に、溶融石英あるいはジルコンの一方もしくは両
方を骨材として成形され高温焼成されたセラミック中子
１を配置し、上金型２と下金型３およびセラミック中子
１で形成されるキャビティに、低圧鋳造法によりアルミ
ニウム合金を注入して成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
鋳物の製造方法にかかり、特に、ターボ圧縮機の羽根車
のように複雑な形状の部品の製造に好適なアルミニウム
合金鋳物の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、アルミニウム合金鋳物を、金
型と、この金型内に配置されるセラミック中子で構成さ
れる鋳型にアルミニウム合金を注入して鋳造すること
が、特開昭６３−７６７３７号公報に提案されている。

【０００３】前記提案におけるセラニック中子は、アル
ミナ、シリカ、ジルコニア、炭化珪素などの耐熱難焼結
性のセラミック粉末と含水マグネシウム珪酸塩を混合
し、プレス成形後、乾燥（１００℃〜５００℃）して成
形している。

【０００４】このようなセラミック中子において、セラ
ミック粉末の粒径の小さなものを使用して鋳造すると、
鋳肌精度（面粗さ）がよく、かつ、鋳造時の鋳巣の発生
を防止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ターボ圧縮機
の羽根車などのように、薄肉部と厚肉部が入り組んだ複
雑な形状をした部品では、セラミック中子にも薄肉部と
厚肉部が複雑に入り組み、中子の強度が不十分になり、
鋳造時にセラミック中子の一部が欠けて鋳物内に混入
し、鋳造欠陥を発生させることがある。

【０００６】前記の事情に鑑み、本発明の目的は、セラ
ミック中子の強度に起因する鋳造欠陥を発生させること
のないアルミニウム合金鋳物の製造方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本出願の請求項１に記載の発明においては、鋳造用
の金型内に、溶融石英あるいはジルコンの一方もしくは
両方を骨材として成形され高温焼成されたセラミック中
子を配置し、低圧鋳造法によりアルミニウム合金を金型
内に注入するようにした。

【０００８】また、請求項２に記載の発明においては、
鋳造用の金型内に、溶融石英あるいはジルコンの一方も
しくは両方を骨材として成形され高温焼成されたセラミ
ック中子を配置し、低圧鋳造法によりアルミニウム合金
を金型内に注入してアルミニウム合金鋳物を鋳造し、ア
ルミニウム合金鋳物中のセラミック中子にウオータジェ
ットを吹き付けて、セラミック中子を除去するようにし
た。

【０００９】さらに、請求項３に記載の発明において
は、鋳造用の金型内に、溶融石英あるいはジルコンの一
方もしくは両方を骨材として成形され高温焼成されたセ
ラミック中子を配置し、低圧鋳造法によりマグネシウム
を含むアルミニウム合金を金型内に注入してアルミニウ
ム合金鋳物を鋳造し、アルミニウム合金鋳物中のセラミ
ック中子にウオータジェットを吹き付けてセラミック中
子を除去した後、前記アルミニウム合金鋳物をカリウ
ム、ナトリウム、カルシウムの内の少なくとも１つを含
むアルカリ溶液に浸漬して、前記ウオータジェットで除
去されなかったセラミック中子の残りを除去するように
した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図６は、本発明の実施
の形態を示すもので、図１は、本発明によるセラミック
中子の一例を示す斜視図、図２は、鋳造用の金型にセラ
ミック中子を配置した状態を示す正面断面図、図３は、
低圧鋳造装置の一例を示す正面断面図、図４は、低圧鋳
造装置の他の例を示す正面断面図、図５は、ウオータジ
ェットによる中子除去工程を示す斜視図、図６は、アル
カリ溶液による中子除去装置の斜視図である。

【００１１】図１において、１はセラミック中子であ
る。なお、図１は、ターボ圧縮機の羽根車用の中子の形
状の一例を示している。このセラミック中子１は、たと
えば、ジルコンフラワーと溶融石英を骨材として成形さ
れる。

【００１２】前記セラミック中子１の成形方法は、ジル
コンと溶融石英を配合し、粘結材としてエチルシリケー
ト４０に少量の塩酸と水を加えて混練し、撹拌を続けな
がら硬化促進材を加えて中子木型に流し込む。中子木型
に流し込まれた混練物が、スラリー状からゲル化し、粘
性が上昇して膠質状態になったら、中子木型から膠質化
した中子を取り出し、バーナー等により急速に加熱して
硬化させる。さらに、１０００℃の炉に入れて焼成す
る。

【００１３】このようにして形成されたセラミック中子
１は、高温で焼成しているため、骨材の一部が焼結され
て強度が向上している。また、高温で焼成する過程で、
内在するガスが十分に抜けることから、セラミック中子
１に起因する鋳物のガス欠陥を防止することができる。

【００１４】図２および図３において、１はセラミック
中子で、上金型２と下金型３の間に配置されている。４
は芯中子で、上金型２とセラミック中子１を貫通するよ
うに配置されている。５は湯口中子で、下金型３を貫通
し、上金型２と下金型３およびセラミック中子１で形成
されるキャビティに連通する湯口を形成している。そし
て、上金型２と下金型３で、鋳造用の金型を構成してい
る。

【００１５】６は保持炉で、加熱手段７が配置されてい
る。８はルツボで、保持炉６に支持され、内部にアルミ
ニウム合金の溶湯９が蓄えられている。１０は上部炉体
で、ルツボ８の上部に固定されている。１１はガス圧供
給用のパイプで、上部炉体１０に固定されている。

【００１６】１２はダイプレートで、上部炉体１０に固
定されている。１３はポストで、ダイプレート１２に固
定されている。１４はプレートで、ポスト１３に固定さ
れている。１５は加圧用の油圧シリンダで、プレート１
４に固定されている。１６はストークで、ダイプレート
１２とプレート１４の間に配置された鋳造用の金型の湯
口中子５とルツボ８内の溶湯９を接続している。

【００１７】このような構成により、ダイプレート１２
とプレート１４の間に鋳造用の金型を配置し、油圧シリ
ンダ１５によって上金型２を所定の圧力で加圧した後、
パイプ１１から０．０１〜０．１ＭＰａのアルゴンガ
ス、窒素ガスなどの不活性ガスあるいは空気を上部炉体
１０に送り込む。

【００１８】すると、ガス圧により加圧された溶湯９
が、ストーク１６、湯口中子５を通して上金型２と下金
型３およびセラミック中子１で形成されるキャビティに
供給される。そして、溶湯９はセラミック中子１を包込
むようにキャビティ内を満たしアルミニウム合金鋳物１
７を形成する。

【００１９】このとき、セラミック中子１の強度が大き
いため、溶湯９を加圧するガス圧を高くしても、セラミ
ック中子１が破損することが無く、押し湯効果を増進さ
せ、ひけなどの溶接欠陥の無い、健全なアルミニウム合
金鋳物１７を形成することができる。

【００２０】上金型２と下金型３を通して放熱すること
により溶湯９を冷して凝固させる。湯口中子５内の溶湯
９が凝固した時点でガス圧による押し湯を止め、ストー
ク１６内の溶湯９をルツボ８に戻す。

【００２１】鋳造時の押し湯効果をどのように利かせる
かは、鋳物の大きさと形状により異なる。したがって、
図４に示すように、アルミニウム合金鋳物１７の姿勢を
図３に示すものとは逆にしてもよい。なお、図４におい
て、図３と同じものおよび同等のものは、図３と同じ符
号をつけて示してある。

【００２２】図５において、１７はアルミニウム鋳物。
１８は固定台で、アルミニウム鋳物１７を固定する。１
９はノズルで、ウオータジェットをアルミニウム合金鋳
物１７内のセラミック中子に噴射する。

【００２３】溶湯が凝固した後鋳造用の金型から取り出
したアルミニウム合金鋳物１７を、固定台１８に固定し
て、アルミニウム合金鋳物１７内のセラミック中子に向
けてノズル１９から水圧２０〜３０ＭＰａのウオータジ
ェットを噴射する。このウオータジェットの圧力により
セラミック中子を破砕するとともに、その水流で破砕し
たセラミックを押し流し、アルミニウム合金鋳物１７内
の砂落し（中子の除去）を行うことができる。

【００２４】アルミニウム合金鋳物１７の形状によって
は、前記ウオータジェットだけでは中子を除去しきれな
いものがある。このような場合には、マグネシウムを含
むアルミニウム合金を用いて鋳造し、前記ウオータジェ
ットで砂落しを行なった後、補助的にアルカリ溶液によ
る砂落しを行う。

【００２５】図６において、２０は加熱器。２１は処理
容器で、加熱器２０に載置され、アルカリ溶液２２とア
ルミニウム合金鋳物１７を収容する。２３は撹拌器で、
羽根２４が処理容器２１内のアルカリ溶液２２に浸漬さ
れるように配置されている。

【００２６】アルミニウム合金鋳物１７とアルカリ溶液
２２を処理容器２１に入れ、加熱器２０で加熱しながら
撹拌装置２３の羽根２４を回転させ、アルカリ溶液２２
を撹拌する。

【００２７】なお、アルカリ溶液２２は、カリウム、ナ
トリウム、カルシウムのうちの少なくとも１種類を含
み、ＰＨ９程度に調整されたものを使用する。

【００２８】アルミニウム合金鋳物１７は、マグネシウ
ムの作用により表面の酸化皮膜が安定化されているの
で、ＰＨの低いアルカリ溶液２２には侵されにくく、セ
ラミック中子を形成する溶融石英が溶解されるので、中
子を崩壊させ除去することができる。また、加熱と撹拌
を行うことにより、溶融石英の溶解を促進して短時間で
処理を行うことにより、アルミニウム合金鋳物にアルカ
リ溶液によるダメージが発生するのを防止することがで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、高
温焼成することによりセラミック中子の強度を向上させ
るようにしたので、低圧鋳造法で鋳造欠陥のない高品質
のアルミニウム合金鋳物を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセラミック中子の一例を示す斜視
図。

【図２】鋳造用の金型にセラミック中子を配置した状態
を示す正面断面図。

【図３】低圧鋳造装置の一例を示す正面断面図。

【図４】低圧鋳造装置の他の例を示す正面断面図。

【図５】ウオータジェットによる中子除去工程を示す斜
視図。

【図６】アルカリ溶液による中子除去装置の斜視図。

【符号の説明】

１…セラミック中子、２…上金型、３…下金型、６…保
持炉、７…加熱手段、８…ルツボ、９…溶湯、１０…上
部炉体、１１…ガス圧供給用のパイプ、１２…ダイプレ
ート、１３…ポスト、１４…プレート、１５…加圧用の
油圧シリンダ、１６…ストーク、１７…アルミニウム鋳
物、１９…ノズル、２０…加熱器、２１…処理容器、２
２…アルカリ溶液、２３…撹拌器、２４…羽根。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 幸二 茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立 製作所土浦工場内 Ｆターム(参考） 4E093 QA10 QB01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳造用の金型内に、溶融石英あるいはジル
   コンの一方もしくは両方を骨材として成形され高温焼成
   されたセラミック中子を配置し、低圧鋳造法によりアル
   ミニウム合金を金型内に注入することを特徴とするアル
   ミニウム合金鋳物の製造方法。
2. 【請求項２】鋳造用の金型内に、溶融石英あるいはジル
   コンの一方もしくは両方を骨材として成形され高温焼成
   されたセラミック中子を配置し、低圧鋳造法によりアル
   ミニウム合金を金型内に注入してアルミニウム合金鋳物
   を鋳造し、アルミニウム合金鋳物中のセラミック中子に
   ウオータジェットを吹き付けて、セラミック中子を除去
   することを特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方
   法。
3. 【請求項３】鋳造用の金型内に、溶融石英あるいはジル
   コンの一方もしくは両方を骨材として成形され高温焼成
   されたセラミック中子を配置し、低圧鋳造法によりマグ
   ネシウムを含むアルミニウム合金を金型内に注入してア
   ルミニウム合金鋳物を鋳造し、アルミニウム合金鋳物中
   のセラミック中子にウオータジェットを吹き付けてセラ
   ミック中子を除去した後、前記アルミニウム合金鋳物を
   カリウム、ナトリウム、カルシウムの内の少なくとも１
   つを含むアルカリ溶液に浸漬して、前記ウオータジェッ
   トで除去されなかったセラミック中子の残りを除去する
   ことを特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方法。