JP2002219555A

JP2002219555A - 鋳造方法及び鋳造装置

Info

Publication number: JP2002219555A
Application number: JP2001016858A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Ban; 恵介伴; Akira Haruhara; 昭春原; Yasuhiro Sasaki; 泰弘笹木; Koichi Ogiwara; 晃一荻原; Sakuzo Nakatani; 朔三中谷
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-06
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: JP3592239B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成形型の押湯部を可及的に小さく形成して
も、押湯部に注湯した溶湯の冷却速度を、キャビティに
充填した溶湯の冷却速度よりも遅い冷却速度差を容易に
付与し得る鋳造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム又はその合金の溶湯を成形
型１２のキャビティ１２ｂ内に注湯し、所望形状の成形
品を鋳造する際に、該成形型１２のキャビティ１２ｂ内
で溶湯と還元性化合物とを接触せしめ、前記溶湯の表面
に形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造すると共に、成
形型１２として、前記溶湯を注入する注湯口１２ａとキ
ャビティ１２ｂとの間に押湯部１６が形成され、且つ押
湯部１６とキャビティ１２との間に、押湯部１６に注湯
された溶湯の冷却速度がキャビティ１２ｂに注湯された
溶湯よりも遅くなる冷却速度差が付与されるように、押
湯部をキャビティ１２ｂよりも高断熱性に形成して成る
成形型を使用し、成形型１２のキャビティ１２ｂに注湯
された溶湯が凝固して収縮したとき、押湯部１６の少な
くとも一部の溶湯がキャビティ１２ｂ内に流入して補充
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳造装置及び鋳造方
法に関し、更に詳細には金属の溶湯を成形型のキャビテ
ィ内に注湯し、所望形状の成形品を鋳造する鋳造方法及
び鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム鋳造方法には、種々の方法
があるが、例えば、重力鋳造法は、鋳造品の質の良さ、
成形型の簡易さ等の多くの利点を有する。かかる成形型
を図８に示す。図８に示す成形型１００は、金属製であ
って、下型１０２ａと上型１０２ｂとの分割型である。
かかる下型１０２ａと上型１０２ｂとによって、所望形
状の成形品が鋳造されるキャビティ１０４が形成され
る。この上型１０２ｂには、アルミニウム又はその合金
の溶湯を注湯する注湯口１０６とキャビティ１０４との
間に押湯部１０８が形成され、キャビティ１０４に注湯
された際に、キャビティ１０４内の空気を抜く空気抜き
孔１１０，１１０・・も形成されている。ところで、ア
ルミニウム又はその合金の溶湯が凝固する際には、約３
％程度の収縮が発生する。このため、キャビティ１０４
に充填された溶湯の凝固によって生じる収縮は、得られ
る成形品にヒケ等の欠点として発現する。この点、図８
に示す成形型１００では、キャビティ１０４に充填され
た溶湯の凝固に伴なう収縮に因って押湯部１０８側に生
じる隙間を、押湯部１０８に充填された溶湯の一部が流
入して補填し、成形品のヒケ等の発生を防止している。
更に、アルミニウム又はその合金の溶湯は、その表面に
形成された酸化皮膜によって表面張力が高くなるため、
流動性や湯周性等が低下し、成形型１００の転写性を阻
害する。このため、図８に示す成形型１００の押湯部１
０８及びキャビティ１０４の内壁面には、酸化皮膜が表
面に形成された溶湯の流動性等を向上し得る塗型剤が塗
布される。

【０００３】この様な図８に示す成形型１００を用いて
アルミニウム鋳造する際には、アルミニウム又はその合
金の溶湯を成形型１００の注湯口１０６に注湯し、空気
抜き孔１１０，１００・・から空気を抜きつつキャビテ
ィ１０４及び押湯部１０８に溶湯を充填する。次いで、
溶湯がキャビティ１０４等に充填された成形型１００を
放冷することによって、キャビティ１０４内の溶湯を凝
固する。かかるキャビティ１０４内の溶湯の凝固に伴な
う収縮に因って発生する押湯部１０８側の隙間は、押湯
部１０８の溶湯の一部がキャビティ１０４内に流下して
補充される。しかし、図８に示す成形型１００を用いた
従来のアルミニウム鋳造方法では、押湯部１０８及びキ
ャビティ１０４の内壁面に、酸化皮膜が表面に形成され
た溶湯の流動性等を向上し得る塗型剤を塗布した成形型
（以下、塗型と称することがある）を使用しなければな
らず、塗型剤の塗布箇所や塗膜厚さ等には長年の熟練を
必要とした。しかも、依然として、塗型剤の塗膜厚さを
均一とすることは至難のことであり、得られた成形品
は、その表面が荒れ面となり、良好な外観とは言えない
ものであった。

【０００４】かかる従来のアルミニウム鋳造方法に対
し、本発明者の二人は、先に特願２０００−１０８０７
８において、塗型を用いることなく良好な外観のアルミ
ニウム成形品を得ることのできる改良されたアルミニウ
ム鋳造方法について提案した。この改良されたアルミニ
ウム鋳造方法では、図９に示す様に、先ず、成形型１０
０のキャビティ１０４に還元性化合物であるマグネシウ
ム窒素化合物（Mg₃N₂）を導入した後、アルミニウム又
はその合金の溶湯を注湯する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる改良されたアル
ミニウム鋳造方法は、成形型１００のキャビティ１０４
に、予め還元性化合物を存在させておくことによって、
注湯されたアルミニウム又はその合金の溶湯の表面に形
成された酸化皮膜を還元し、溶湯の表面張力を低減する
還元鋳造方法である。このため、溶湯の流動性や湯周性
等を高めることができ、成形型１００の転写性を高める
ことができる。ところで、図８及び図９に示す成形型１
０８に形成されている押湯部１０８は、キャビティ１０
４に充填された溶湯の凝固に伴なう収縮に因って発生す
る押湯部１０８側の隙間を補充する溶湯を確保する部分
である。このため、キャビティ１０４に充填された溶湯
が凝固しても、押湯部１０８に充填された溶湯の少なく
とも一部が凝固されず流動性を有していることが必要で
ある。この様に、押湯部１０８に充填された溶湯の凝固
を、キャビティ１０４に充填された溶湯の凝固よりも遅
くするには、押湯部１０８に注湯された溶湯の冷却速度
をキャビティ１０４に充填された溶湯よりも遅くするこ
とを要する。かかる冷却速度差の付与は、通常、押湯部
１０８が冷却され難い形状、すなわち横断面積の大きな
柱状形状に形成することが行われている。

【０００６】しかしながら、押湯部１０８に充填された
溶湯が凝固した部分は成形品ではないため、成形品から
切り離される部分であり、再度溶融して再利用を図るに
してもエネルギー的に損失となる。したがって、押湯部
１０８を横断面積の大きな柱状形状に形成することは、
成形品ではない部分の体積が増加し、成形型１００に注
湯した溶湯の歩留率の低下を招き、作業的及びエネルギ
ー的な損失を大きくする。そこで、本発明の課題は、成
形型の押湯部を可及的に小さく形成しても、押湯部に注
湯した溶湯の冷却速度を、キャビティに充填した溶湯よ
りも遅くなる冷却速度差を容易に付与し得る鋳造方法及
び鋳造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題を
解決すべく検討を行った結果、予め成形型１００（図
９）のキャビティ１０４内に還元性化合物を存在させる
還元鋳造方法によれば、塗型を用いることを要せず、内
壁面が露出したキャビティ１０４に、表面に酸化皮膜が
形成された溶湯を注湯しても、その流動性は良好であ
り、且つキャビティ１０４に充填された溶湯の冷却速度
は、塗型を用いた場合よりも速いことを知った。この知
見に基づいて本発明者等は、内壁面が同一材料で形成さ
れた押湯部１０８とキャビティ１０４とに断熱差を付与
すべく、押湯部１０８の内壁面に断熱効果を有する塗型
剤等を塗布し、キャビティ１０４は内壁面が露出する状
態とすることによって、押湯部１０８の断熱性をキャビ
ティ１０４よりも向上した。かかる断熱差を有する成形
型に溶湯を注入したところ、押湯部１０８に充填された
溶湯の冷却速度をキャビティ１０４に充填された溶湯の
冷却速度よりも遅くでき、小形化された押湯部に充填さ
れた溶湯とキャビティに充填された溶湯との凝固時間差
を確保できることを見出し、本発明に到達した。

【０００８】すなわち、本発明は、アルミニウム又はそ
の合金の溶湯を成形型のキャビティ内に注湯し、所望形
状の成形品を鋳造する際に、該成形型のキャビティ内で
溶湯と還元性化合物とを接触せしめ、前記溶湯の表面に
形成された酸化皮膜を還元しつつ鋳造すると共に、前記
成形型として、前記溶湯を注入する注湯口とキャビティ
との間に押湯部が形成され、且つ前記押湯部とキャビテ
ィとの間に、前記押湯部に注湯された溶湯の冷却速度が
前記キャビティに注湯された溶湯よりも遅くなる冷却速
度差が付与されるように、前記押湯部をキャビティより
も高断熱性に形成されて成る成形型を使用し、前記成形
型のキャビティに注湯された溶湯が凝固して収縮したと
き、前記押湯部の少なくとも一部の溶湯がキャビティ内
に流入して補充することを特徴とする鋳造方法にある。
また、本発明は、アルミニウム又はその合金の溶湯と還
元性化合物とが成形型のキャビティ内で接触し、前記溶
湯の表面に形成された酸化皮膜を還元して鋳造する還元
鋳造に用いられる鋳造装置であって、該成形型の溶湯を
注入する注湯口とキャビティとの間に、前記キャビティ
に注湯された溶湯が凝固して収縮したとき、前記キャビ
ティ内に流入して補充する溶湯を貯留する押湯部が形成
され、且つ前記押湯部とキャビティとの間に、前記押湯
部に注湯された溶湯の冷却速度が前記キャビティに注湯
された溶湯よりも遅くなる冷却速度差が付与されるよう
に、前記押湯部がキャビティよりも高断熱性に形成され
ていることを特徴とする鋳造装置でもある。

【０００９】かかる本発明において、キャビティに注湯
された溶湯の冷却速度を５００℃／分以上とすると共
に、押湯部に注湯された溶湯の冷却速度を５００℃／分
未満とすること、或いは金属の溶湯として、アルミニウ
ム又はその合金の溶湯を用い、キャビティに注湯された
溶湯の冷却速度を、凝固されたアルミニウム又はその合
金の樹枝状結晶の間隔が平均で２５μｍ未満となるよう
に調整すると共に、押湯部に注湯された溶湯の冷却速度
を、凝固されたアルミニウム又はその合金の樹枝状結晶
の間隔が平均で２５μｍ以上となるように調整すること
によって、ヒケ等を更に少なくでき、得られた鋳造品の
外観を更に良好にできる。本発明に用いる成形型として
は、押湯部の内壁面に断熱性塗型剤の塗布等の断熱処理
を施し、キャビティの内壁面には前記断熱処理を施さな
かった成形型、或いは押湯部が形成された成形型の部分
が、前記成形型のキャビティ部を形成する材料よりも高
断熱性の材料で形成されて成る成形型を用いることによ
って、押湯部とキャビティとに容易に断熱差を付与でき
る。かかる成形型として、押湯部が形成された成形型の
部分が、前記成形型のキャビティ部と分割可能に組み立
てられて成る成形型を用いることによって、押湯部が形
成された成形型の部分を共通部品として使用できる。ま
た、本発明では、金属の溶湯として、アルミニウム又は
その合金の溶湯を用いたとき、還元性化合物としては、
原料としてのマグネシウムガスと窒素ガスとを反応して
得られるマグネシウム窒素化合物を好適に用いることが
できる。更に、かかる還元性化合物が成形型のキャビテ
ィ内で生成されるように、押湯部が形成された成形型の
部分に、前記押湯部に溶湯を導入する溶湯導入路と、前
記還元性化合物の原料をキャビティ内に導入する導入路
とを形成することによって、キャビティへの導入路の途
中の還元性化合物による閉塞等を防止できる。尚、かか
る本発明で用いる成形型では、押湯部の体積をキャビテ
ィの体積に対して５〜２０％とすることが、両者のバラ
ンス上好ましい。

【００１０】本発明では、成形型のキャビティ内で溶湯
と還元性化合物とを接触せしめ、溶湯の表面に形成され
た酸化皮膜を還元して溶湯の流動性を保持しつつ鋳造す
るため、キャビティの内壁面を露出した状態で鋳造でき
る。このため、通常の成形型の如く、酸化皮膜が表面に
形成された溶湯の流動性等を向上し得る塗型剤をキャビ
ティの内壁面等に塗布することを要しない。かかる塗型
剤は、通常、断熱性も併せ有するため、この塗型剤が内
壁面に塗布されたキャビティの放熱性は低下する。この
点、本発明では、かかる塗型剤を塗布することなく内壁
面が露出したキャビティに溶湯を充填できるため、通常
の成形型のキャビティよりも放熱性を著しく向上でき
る。したがって、本発明で用いる成形型では、通常の成
形型よりもキャビティの放熱性を極めて良好にし易く、
押湯部の内壁面に断熱性を有する塗型剤等を塗布する等
の断熱処理を施すことによって、押湯部の断熱性をキャ
ビティよりも容易に向上できる。この様に、成形型の押
湯部を可及的に小さく形成しても、押湯部の断熱性をキ
ャビティよりも容易に高めることができ、押湯部に注湯
した溶湯の冷却速度を、キャビティに充填した溶湯より
も容易に遅くできる結果、押湯部に充填された溶湯とキ
ャビティに充填された溶湯との冷却速度差を大きくで
き、凝固時間差を容易に確保できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る鋳造装置の概略を図
１に示す。図１に示す鋳造装置１０には、成形型１２が
設けられており、この成形型１２には、アルミニウム又
はその合金の溶湯が注湯される注湯口１２ａに接続され
たキャビティ１２ｂが形成されている。かかるキャビテ
ィ１２ｂの内壁面は、金属製の下型１４ａと上型１４ｂ
とを形成する金属の金属面が露出している。成形型１２
には、配管２２によって窒素ガスボンベ２０と接続さ
れ、配管２２のバルブ２４を開放することにより、窒素
ガス導入口１２ｄからキャビティ１２ｂ内に窒素ガスを
注入し、キャビティ１２ｂ内を窒素ガス雰囲気として実
質的に非酸素雰囲気とすることができる。また、アルゴ
ンガスボンベ２５は、配管２６によって金属ガスを発生
する発生器としての加熱炉２８に接続されており、配管
２６に設けられたバルブ３０を開放することによって加
熱炉２８内にアルゴンガスを注入できる。この加熱炉２
８内は、ヒータ３２によって加熱可能に形成されてお
り、炉内温度は、後述する金属ガスとしてマグネシウム
ガスを発生させるべく、マグネシウム粉末が昇華する８
００℃以上とされている。この配管２６のバルブ３０と
加熱炉２８との間にも、アルゴンガスの流量が所定流量
となるように、バルブ３０によって加熱炉２８に注入さ
れるアルゴンガス量を調整できる。

【００１２】かかるアルゴンガスボンベ２５は、バルブ
３３が介装された配管３４によって、マグネシウム粉末
が収容されているタンク３６に接続され、タンク３６は
配管３８によって、バルブ３０よりも下流側の配管２６
に接続されている。この配管３８にもバルブ４０が介装
されている。加熱炉２８は、配管４２を介して成形型１
２の金属ガス導入口１２ｃに接続されており、加熱炉２
８でガス化された金属ガスは金属ガス導入口１２ｃを介
してキャビティ１２ｂ内に導入される。この配管４２に
も、バルブ４５が介装されている。アルゴンガスボンベ
２５から加熱炉２８を経由してアルゴンガスを成形型１
２のキャビティ１２ｂに注入する際に、バルブ４５によ
ってキャビティ１２ｂに注入されるアルゴンガス量を調
整できる。

【００１３】図１に示す鋳造装置に用いられている成形
型１２は、図２（ａ）に示す様に、金属製の下型１４
ａ、上型１４ｂ、及び硫酸カルシウムを焼成して形成し
たアダプター１８とに分割できる分割型である。かかる
下型１４ａと上型１４ｂとによって、所望形状の成形品
が鋳造されるキャビティ１２ｂが形成される。このアダ
プター１８に形成されたアルミニウム又はその合金の溶
湯を注湯する注湯口１２ａとキャビティ１２ｂとの間に
は、注湯口１２ａに注湯された溶湯をキャビティ１２ｂ
に案内する湯路２１と押湯部１６とが形成されている。
押湯部１６は、その横断面の面積が湯路２１の横断面の
面積積よりも大きく、押湯部１６の体積をキャビティ１
２ｂの体積に対して５〜２０％とすることが好ましい。
かかる湯路２１には、加熱炉２８にガス化された金属ガ
スが導入される金属ガス導入口１２ｃからの金属ガス導
入路２３が繋ぎ込まれている。また、アダプター１８と
上型１４ｂとには、キャビティ１２ｂ内の気体を排気す
る排気孔２５，２５・・が形成され、下型１４ａには、
窒素ガス導入口１２ｄから導入された窒素ガスをキャビ
ティ内に導入する導入路２７，２７・・が形成されてい
る。かかる排気孔２５又は導入路２７は、図２（ｂ）に
示す様に、横断面形状が円形の孔であって、孔内に横断
面形状が四角形の柱状挿入体３１が挿入され、蒲鉾形の
通路２９，２９・・を通じてキャビティ１２ｂ内に通じ
ている。

【００１４】図１及び図２示す成形型１２では、硫酸カ
ルシウムを焼成して形成したアダプター１８に、注湯口
１２ａ、湯路２１、金属ガス導入口１２ｃ、金属ガス導
入路２３、及び排気孔２５の一部を形成している。かか
る湯路２１等は、キャビティ１２ｂの形状や成形品を押
出す押出ピン（図示せず）等の配置に応じて形成するこ
とを要するが、アダプター１８に成形予定の成形品に適
合する湯路２１等を形成することによって容易に対応す
ることができる。更に、かかるアダプター１８を、下型
１４ａ及び上型１４ｂと同様に、金属製としてもよい
が、硫酸カルシウムを焼成して形成したアダプター１８
を用いることによって、湯路２１等の形成を容易とする
ことができる。また、図１及び図２に示す成形型１２で
は、押湯部１６がキャビティ１２ｂよりも高断熱性に形
成されている。すなわち、押湯部１６の内壁面には、断
熱性塗型剤の塗布等の断熱処理が施されているが、キャ
ビティ１２ｂの内壁面は、金属製の下型１４ａと上型１
４ｂ成形型１２を形成する金属の金属面が露出している
状態である。ここで、断熱性塗型剤としては、塗型を形
成する際に、キャビティの内壁面等に塗布される塗型剤
であって、高断熱性の塗型剤、例えばセラミックが配合
された塗型剤を使用できる。

【００１５】この様に、成形型１２の押湯部１６をキャ
ビティ１２ｂよりも高断熱性に形成することによって、
図３（ａ）に示す様に、押湯部１６に充填した溶湯の冷
却速度を、キャビティ１２ｂに充填した溶湯よりも容易
に遅くでき、押湯部１６とキャビティ１２ｂとの間に大
きな冷却速度差を付与できる。図３（ａ）において、Ａ
点は成形型１２に注湯する溶湯温度であり、Ｂ点は溶湯
が完全に凝固する温度である。従って、押湯部１６に充
填された溶湯が、キャビティ１２ｂに流入し有功な押湯
効果を奏し得る領域は、図３（ａ）に示す斜線の領域で
ある。一方、図８に示す従来の成形型１００も、押湯部
１０８及びキャビティ１０４の内壁面に断熱性塗型剤を
塗布し、その際に、塗膜の厚さを押湯部１０８の内壁面
をキャビティ１０４の内壁面よりも厚くした塗型とする
ことによって、図３（ｂ）に示す如く、押湯部１０８に
充填した溶湯の冷却速度を、キャビティ１０４に充填さ
れた溶湯の冷却速度よりも遅くできる。しかし、図３
（ｂ）に示す従来の成形型１００では、図３（ａ）に示
す成形型１２に比較して、その冷却速度差が小さく、押
湯部１０８の溶湯がキャビティ１０４に流入して有功な
押湯効果を奏し得る領域も狭い。これに対し、図３
（ａ）に示す成形型１２では、図３（ｂ）に示す従来の
成形型１００に比較して、その冷却速度差が大きく、有
功な押湯効果を奏し得る領域も広いため、押湯部１６を
小形化しても、押湯部１６に充填された溶湯とキャビテ
ィ１２ｂに充填された溶湯との凝固時間差を確保でき
る。

【００１６】図３（ａ）に示す様に、押湯部１６に充填
された溶湯とキャビティ１２ｂに充填された溶湯との凝
固時間差を充分に確保するには、キャビティ１２ｂに注
湯された溶湯の冷却速度を、５００℃／分以上（更に好
ましくは７００℃／分以上）とすると共に、押湯部１６
に注湯された溶湯の冷却速度を、５００℃／分未満（更
に好ましくは３００℃／分以下）とすることによって達
成できる。特に、両者の冷却速度差を２００℃／分以上
とするように調整することが好ましい。ここで、溶湯と
して、アルミニウムの溶湯を用い、キャビティ１２ｂに
注湯された溶湯の冷却速度及び押湯部１６に注湯された
溶湯の冷却速度を種々変更することによって、キャビテ
ィ１２ｂ及び押湯部１６に充填されて凝固されたアルミ
ニウムの一部分を採取し、電子顕微鏡によって樹枝状結
晶（デンドライト）の間隔を測定した。その結果を図４
に示す。図４は、横軸に冷却速度を示し、縦軸に凝固さ
れたアルミニウム又はその合金の樹枝状結晶（デンドラ
イト）の間隔を「ＤＡＳＩＩ値」として示した。000000
000 図４から明きからな様に、冷却速度が５００℃／
分以上に調整されたキャビティ１２ｂに充填されて凝固
されたアルミニウムの樹枝状結晶（デンドライト）の間
隔は平均で２５μｍ未満となり、冷却速度が５００℃／
分未満に調整された押湯部１６に充填されて凝固された
アルミニウムの樹枝状結晶（デンドライト）の間隔は平
均で２５μｍ未満となる。かかるアルミニウムの樹枝状
結晶（デンドライト）の間隔が小さくなることは、アル
ミニウムの結晶構造が緻密となり、得られたアルミニウ
ム鋳物の機械的強度等を向上でき有利である。このた
め、キャビティ１２ｂに充填されて凝固されたアルミニ
ウムの樹枝状結晶（デンドライト）の間隔を２３μｍ以
下、特に２０μｍ以下とすることが好ましい。尚、押湯
部１６に充填されて凝固されたアルミニウムの部分は、
その樹枝状結晶（デンドライト）の間隔がキャビティ１
２ｂに充填されて凝固されたアルミニウムよりも大き
く、機械的強度等も劣るが、キャビティ１２ｂに充填さ
れて凝固された製品となる部分から切り離されるため、
何等問題とならない。

【００１７】図１及び図２に示す鋳造装置１０を用いて
アルミニウム鋳造する際には、先ず、バルブ２４を開放
し、窒素ガスボンベ２０から配管２２を経て成形型１２
のキャビティ１２ｂ内に窒素ガスを注入し、キャビティ
１２ｂ内の空気を窒素ガスによってパージする。キャビ
ティ１２ｂ内の空気は成形型１２の排気孔２５，２５・
・から排出され、キャビティ１２ｂ内を窒素ガス雰囲気
とし、実質的に非酸素雰囲気とすることができる。その
後、バルブ２４を一端閉じる。成形型１２のキャビティ
１２ｂ内の空気をパージしている際に、バルブ３０を開
放して加熱炉２８内に、アルゴンガスボンベ２０からア
ルゴンガスを注入し、加熱炉２８内を無酸素状態とす
る。次いで、バルブ３０を閉じ、バルブ４０を開放し、
アルゴンガス圧によりタンク３６内のマグネシウム粉末
をアルゴンガスと共に加熱炉２８内に送り込む。加熱炉
２８は、ヒータ３２によりマグネシウム粉末が昇華する
８００℃以上の炉内温度になるように加熱されている。
このため、加熱炉２８に送り込まれたマグネシウム粉末
は昇華してマグネシウムガスとなる。

【００１８】次に、バルブ４０を閉じてバルブ３０及び
バルブ４５を開放し、アルゴンガスの圧力、流量を調節
しつつ、配管４２、成形型１２の金属ガス導入口１２
ｃ、金属ガス導入路２３、湯路２１及び押湯部１６を経
てマグネシウムガスをキャビティ１２ｂ内に注入する。
キャビティ１２ｂ内にマグネシウムガスを注入した後、
バルブ４５を閉じ且つバルブ２４を開放し、窒素ガス導
入口１２ｄから導入路２７，２７・・を経由してキャビ
ティ１２ｂ内に窒素ガスを注入する。この様に、成形型
１２内に窒素ガスを注入することによって、マグネシウ
ムガスと窒素ガスとをキャビティ１２ｂ内で反応させて
マグネシウム窒素化合物（Ｍｇ₃Ｎ₂）を生成する。この
マグネシウム窒素化合物は、キャビティ１２ｂ内壁面に
粉体として析出する。窒素ガスをキャビティ１２ｂ内に
注入する際には、窒素ガスの圧力及び流量を適宜調節し
て行う。窒素ガスとマグネシウムガスとが反応し易いよ
うに窒素ガスを予熱して成形型１２の温度が低下しない
ようにして注入することも好ましい。反応時間は５秒〜
９０秒程度（好ましくは１５秒〜６０秒程度）でよい。
反応時間を９０秒よりも長くしても、成形型１２の型温
が低下し反応性が低下する傾向にある。

【００１９】キャビティ１２ｂの内壁面にマグネシウム
窒素化合物が付着した状態で、注湯口１２ａからアルミ
ニウムの溶湯を注湯し、湯路２１及び押湯部１６を経由
してキャビティ１２ｂ内に溶湯を注入する。溶湯の注入
は、キャビティ１２ｂ、押湯部１６及び注湯口１２ａが
溶湯で充填されるまで続行する。かかる溶湯の注入の際
に、キャビティ１２ｂ内に注湯された溶湯は、キャビテ
ィ１２ｂの内壁面に付着しているマグネシウム窒素化合
物と接触し、マグネシウム窒素化合物が溶湯表面の酸化
被膜から酸素を奪うことによって、溶湯表面が純粋なア
ルミニウムに還元される。更に、キャビティ１２ｂ内に
残存する酸素は、マグネシウム窒素化合物と反応し酸化
マグネシウム又は水酸化マグネシウムとなって溶湯中に
取り込まれる。この様にして生成される酸化マグネシウ
ム等は少量であり、且つ安定な化合物であるため、得ら
れるアルミニウム鋳造品の品質に悪影響は与えることは
ない。この様に、マグネシウム窒素化合物がアルミニウ
ムの溶湯表面の酸化皮膜から酸素を奪いとって純粋なア
ルミニウムを形成するため、溶湯表面に酸化皮膜を形成
することなく鋳造できる。このため、鋳造工程中に溶湯
の表面張力が酸化皮膜によって増大することを防止で
き、溶湯の濡れ性、流動性、湯周り性を良好にできる。
その結果、キャビティ１２ｂの内壁面との決めの転写性
（平滑性）に優れ、且つ湯ジワ等が生じない良好な鋳造
品を得ることができる。

【００２０】ところで、キャビティ１２ｂや押湯部１６
等に充填された溶湯は、冷却されて凝固されるが、押湯
部１６の内壁面には、断熱性塗型剤が塗布されて断熱処
理が施されている。一方、キャビティ１２ｂの内壁面
は、金属製の下型１４ａと上型１４ｂとを形成する金属
の金属面が露出している。このため、キャビティ１２ｂ
に充填された溶湯の冷却速度は、図３（ａ）に示す様
に、押湯部１６に充填された溶湯よりも速い。従って、
キャビティ１２ｂに充填された溶湯は、押湯部１６に充
填された溶湯よりも早く凝固される。かかるキャビティ
１２ｂの溶湯が凝固する際に、溶湯の凝固に伴なう収縮
によってキャビティ１２ｂの押湯部１６側に隙間が形成
される。一方、キャビティ１２ｂよりも冷却速度の遅い
押湯部１６には依然として溶湯が残留しているため、押
湯部１６の残留溶湯がキャビティ１２ｂの押湯部１６側
に隙間に流入し、ヒケ等のない良好な成形品を鋳造する
ことができる。更に、キャビティ１２ｂの内壁面には、
酸化皮膜が表面に形成された溶湯の流動性等を向上し得
る塗型剤が塗布されてないため、表面が極めて平滑な成
形品を得ることができる。

【００２１】この様に、押湯部１６の放冷速度を、その
内壁面に断熱性塗型剤を塗布することによって、内壁面
に断熱性塗型剤が塗布されていないキャビティ１２ｂの
冷却速度よりも遅くでき、押湯部１６とキャビティ１２
ｂとに充填された溶湯に充分な凝固時間差を付与できる
ため、押湯部１６の体積の減少を図ることができる。こ
のため、成形品から突出して切り離される柱状部を可及
的に小さくできる結果、成形型１２に注湯した溶湯の歩
留率を向上でき、作業的及びエネルギー的な損失を可及
的に少なくできる。図１及び図２に示す成形型１２で
は、押湯部１６の溶湯をキャビティ１２ｂ内に重力で流
入させていたが、図２（ａ）に示す成形型１２のアダプ
ター１８を上型１４ｂから取り外し可能とし、キャビテ
ィ１２ｂに充填された溶湯が凝固したとき、アダプター
１８を取り外して、押湯部１６の溶湯をキャビティ１２
ｂ側に強制的に押圧することによって、得られる成形品
のヒケ等の発生を更に減少できる。この押湯部１６の溶
湯を押圧する時期は、キャビティ１２ｂに充填された溶
湯が実質的に凝固された状態で且つ押湯部１６の溶湯が
流動性を有している状態の時期である。かかる押圧の最
適時期は、成形型１２によって異なるため、成形型１２
ごとに予め実験的に求めておくことが好ましい。また、
押湯部１６の溶湯を押圧する押圧手段としては、図５に
示す様に、上下動可能のピストン３５を用いることがで
きる。

【００２２】図１、図２及び図５に示す成形型１２で
は、押湯部１６を上型１４ｂに形成しているが、押湯部
１６に充填された溶湯が凝固して形成された部分は成形
品から切除される切除部であるため、金属製の上型１４
ｂに形成することは要しない。このため、硫酸カルシウ
ムを焼成して形成したアダプター１８と上型１４ｂとに
亘って押湯部１６を形成してもよい。この場合、硫酸カ
ルシウムを焼成して形成したアダプター１８は、金属製
の下型１４ａ，１４ｂよりも低熱伝導率、すなわち断熱
性が良好であるため、図６に示す様に、アダプター１８
内に形成された押湯部１６の部分の体積が、上型１４ｂ
内に形成された押湯部１６の部分の体積よりも大となる
ように、押湯部１６を形成することによって、押湯部１
６の内壁面に断熱性塗型剤を塗布しなくても、金属製の
下型１４ａ，１４ｂに形成されたキャビティ１２ｂより
も断熱性を向上できる。

【００２３】また、図５に示す様に、押圧手段によって
押湯部１６の溶湯を押圧する場合には、図７に示す様
に、アダプター１８と上型１４ｂとの間に、金属製の上
型１４ｂ及び下型１４ａよりも低熱伝導率、すなわち断
熱性が良好な挿入板３７を挿入し、挿入板３７と上型１
４ｂとに亘って押湯部１６を形成してもよい。かかるア
ダプター１８と挿入板３７とは相互に取り外しが可能で
あり、挿入板３７も上型１４ｂから取り外し可能であ
る。このため、キャビティ１２ｂに充填された溶湯が凝
固されたとき、アダプター１８を取り外すことによっ
て、図５に示す押圧手段としてのピストン３５によって
押湯部１６の溶湯を押圧できる。この挿入板３７として
は、硫酸カルシウムを焼成して形成した挿入板を用いる
ことができ、挿入板３７に形成する押湯部１６の部分の
体積が、図７に示す様に、上型１４ｂ内に形成した押湯
部１６の部分の体積よりも大となるように、押湯部１６
を形成することによって、押湯部１６の内壁面に断熱性
塗型剤を塗布しなくても、金属製の下型１４ａ，１４ｂ
に形成されたキャビティ１２ｂよりも断熱性を向上でき
る。

【００２４】図１、図２及び図５〜図７に示す成形型１
２では、アダプター１８及び挿入板３７を、硫酸カルシ
ウムを焼成して形成しているが、金属製であってもよ
く、セラミック製であってもよい。但し、押湯部１６を
実質的に形成するアダプター１８又は挿入板３７を金属
製とした場合には、押湯部１６の内壁面に断熱性塗型剤
を塗布し、押湯部１６の断熱性をキャビティ１２ｂより
も向上することを要する。また、図１に示す加熱炉２８
を、図７に示す様に、成形型１２の金属ガス導入口１２
ｃの直上に設けてもよく、或いは加熱炉２８でガス化さ
れた金属ガスとしてのマグネシウムガスと、金属ガスと
反応する反応性ガスとしての窒素ガスとを反応させて還
元性化合物であるマグネシウム窒素化合物（Mg₃N₂）を
生成する反応槽３９を成形型１２の金属ガス導入口１２
ｃの直上に設けてもよい。尚、以上の説明では、溶湯と
してアルミニウム又はその合金の溶湯を用いた鋳造方法
について説明してきたが、本発明はマグネシウム又は鉄
等の金属、又はこれらの合金の溶湯を用いた鋳造方法に
も適用できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、成形型の押湯部を可及
的に小さく形成しても、押湯部に注湯した溶湯の冷却速
度を、キャビティに充填した溶湯の冷却速度よりも遅い
冷却速度差を付与できる。その結果、成形型に注湯した
溶湯の歩留率を向上でき、作業的及びエネルギー的な損
失を可及的に少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋳造装置の一例を説明するための
概略図である。

【図２】図１に示す鋳造装置に用いられている成形型の
断面図及び部分断面図である。

【図３】図１に示す鋳造装置に用いられている成形型と
従来の成形型との押湯部及びキャビティの各々に充填さ
れた溶湯の冷却速度を示すグラフである。

【図４】アルミニウムの溶湯の冷却速度と凝固されたア
ルミニウムの樹枝状結晶の間隔との関係を示すグラフで
ある。

【図５】図２に示す成形型の他の例を説明する断面図で
ある。

【図６】図２に示す成形型の他の例を説明する断面図で
ある。

【図７】図２に示す成形型の他の例を説明する断面図で
ある。

【図８】従来の鋳造方法で使用される成形型を説明する
ための断面図である。

【図９】本発明者の二人が、先に提案したアルミニウム
鋳造方法を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０鋳造装置１２成形型１２ａ注湯口１２ｂキャビティ１２ｃ金属ガス導入口１２ｄ窒素ガス導入口１６押湯部１８アダプター２０窒素ガスボンベ２１湯路２３金属ガス導入路２５アルゴンガスボンベ２７導入路２８加熱炉３６マグネシウム粉末の収容タンク３７挿入板３９マグネシウム窒素化合物（Mg₃N₂）の生成反応槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｄ 21/04 Ｂ２２Ｄ 21/04 Ａ 27/04 27/04 Ｇ 27/18 27/18 Ｂ // Ｂ２２Ｃ 3/00 Ｂ２２Ｃ 3/00 Ｂ (72)発明者笹木泰弘長野県上田市大字国分840番地日信工業株式会社内 (72)発明者荻原晃一長野県上田市大字国分840番地日信工業株式会社内 (72)発明者中谷朔三長野県上田市大字国分840番地日信工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E092 DA05 FA10 GA03 4E093 NA03 NB05 NB08 NB10 PA03 PA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属の溶湯を成形型のキャビティ内に注
湯し、所望形状の成形品を鋳造する際に、該成形型のキャビティ内で溶湯と還元性化合物とを接触
せしめ、前記溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元し
つつ鋳造すると共に、前記成形型として、前記溶湯を注入する注湯口とキャビ
ティとの間に押湯部が形成され、且つ前記押湯部とキャ
ビティとの間に、前記押湯部に注湯された溶湯の冷却速
度がキャビティに注湯された溶湯よりも遅くなる冷却速
度差が付与されるように、前記押湯部がキャビティより
も高断熱性に形成されて成る成形型を使用し、前記成形型のキャビティに注湯された溶湯が凝固して収
縮したとき、前記押湯部の少なくとも一部の溶湯がキャ
ビティ内に流入して補充することを特徴とする鋳造方
法。
【請求項２】キャビティに注湯された溶湯の冷却速度
を、５００℃／分以上とすると共に、押湯部に注湯され
た溶湯の冷却速度を、５００℃／分未満とする請求項１
記載の鋳造方法。
【請求項３】金属の溶湯として、アルミニウム又はそ
の合金の溶湯を用い、キャビティに注湯された溶湯の冷
却速度を、凝固されたアルミニウム又はその合金の樹枝
状結晶の間隔が平均で２５μｍ未満となるように調整す
ると共に、押湯部に注湯された溶湯の冷却速度を、凝固
されたアルミニウム又はその合金の樹枝状結晶の間隔が
平均で２５μｍ以上となるように調整する請求項１又は
請求項２記載の鋳造方法。
【請求項４】成形型として、押湯部の内壁面に断熱性
塗型剤の塗布等の断熱処理を施し、キャビティの内壁面
には前記断熱処理を施さなかった成形型を用いる請求項
１〜３のいずれか一項又は請求項２記載の鋳造方法。
【請求項５】成形型として、押湯部が形成された成形
型の部分が、前記成形型のキャビティ部を形成する材料
よりも高断熱性の材料で形成されて成る成形型を用いる
請求項１〜３のいずれか一項記載の鋳造方法。
【請求項６】成形型として、押湯部が形成された成形
型の部分が、前記成形型のキャビティ部と分割可能に組
み立てられて成る成形型を用いる請求項１〜５のいずれ
か一項記載の鋳造方法。
【請求項７】成形型として、押湯部が形成された成形
型の部分に、前記押湯部に溶湯を導入する溶湯導入路
と、前記キャビティ内で還元性化合物が生成されるよう
に、前記還元性化合物の原料をキャビティ内に導入する
導入路が形成されている請求項１〜６のいずれか一項記
載の鋳造方法。
【請求項８】金属の溶湯として、アルミニウム又はそ
の合金の溶湯を用い、且つ還元性化合物として、原料と
してのマグネシウムガスと窒素ガスとを反応して得られ
るマグネシウム窒素化合物を用いる請求項１〜７のいず
れか一項記載の鋳造方法。
【請求項９】金属の溶湯と還元性化合物とが成形型の
キャビティ内で接触し、前記溶湯の表面に形成された酸
化皮膜を還元して鋳造する還元鋳造に用いられる鋳造装
置であって、該成形型の溶湯を注入する注湯口とキャビティとの間
に、前記キャビティに注湯された溶湯が凝固して収縮し
たとき、前記キャビティ内に流入して補充する溶湯を貯
留する押湯部が形成され、且つ前記押湯部に注湯された溶湯の冷却速度がキャビテ
ィに注湯された溶湯よりも遅くなる冷却速度差が付与さ
れるように、前記押湯部がキャビティよりも高断熱性に
形成されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項１０】押湯部の断熱性が、前記押湯部に注湯
された溶湯の冷却速度が５００℃／分未満となるように
調整されていると共に、キャビティの断熱性が、前記キ
ャビティに注湯された溶湯の冷却速度が５００℃／分以
上となるように調整されている請求項９記載の鋳造装
置。
【請求項１１】キャビティ及び押湯部の断熱性が、金
属の溶湯として、アルミニウム又はその合金の溶湯を用
いたとき、前記キャビティに注入された前記溶湯の冷却
速度が、凝固されたアルミニウム又はその合金の樹枝状
結晶の間隔が２５μｍ未満となるように調整されている
と共に、前記押湯部に注湯された前記溶湯の冷却速度
が、凝固されたアルミニウム又はその合金の樹枝状結晶
の間隔が２５μｍ以上となるように調整されているせ請
求項９又は請求項１０記載の鋳造装置。
【請求項１２】押湯部が、その内壁面に断熱性塗型剤
の塗布等の断熱処理が施され、キャビティの内壁面に
は、前記断熱処理が施されていない請求項９〜１１のい
ずれか一項記載の鋳造装置。
【請求項１３】押湯部が形成された成形型の部分が、
前記成形型のキャビティ部を形成する材料よりも高断熱
性の材料で形成されている請求項９〜１１のいずれか一
項記載の鋳造装置。
【請求項１４】押湯部が形成された成形型の部分が、
前記成形型のキャビティ部と分割可能に組み立てられて
いる請求項９〜１３のいずれか一項記載の鋳造装置。
【請求項１５】押湯部が形成された成形型の部分に、
前記押湯部に溶湯を導入する溶湯導入路と、前記キャビ
ティ内で還元性化合物が生成されるように、前記還元性
化合物の原料をキャビティ内に導入する導入路が形成さ
れている請求項９〜１４のいずれか一項記載の鋳造装置
【請求項１６】押湯部の体積が、キャビティの体積に
対して５〜２０％である請求項１０〜１５のいずれか一
項記載の鋳造装置。