JP2004130319A - 鋳造方法およびこれに用いる鋳型用掛堰 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速の縦型造型ラインなどにて、鋳込時間が長く造型サイクルタイムに追いつけない場合に好適で、且つ溶湯の歩留まりの向上や注湯時間の短縮が可能な鋳造方法およびこれに用いる鋳型用掛堰を提供する。
【解決手段】キャビティ４およびこれに一端が連通し且つ他端が上面２に設けた湯口カップ１０に連通する湯道６，１１を含む複数の縦型造型鋳型（鋳型）１と、係る鋳型１の上面２に載置され且つ上記湯口カップ１０に連通する注湯口１６を底面に有する掛堰１２と、を備え、各鋳型１のキャビティ４、湯道６，１１、堰５，７、押湯８、ネック９、および湯口カップ１０を充填するに必要な溶湯Ｍの容積を１００％とした際に、上記掛堰１２の実質的な溶湯Ｍの収容容積を４０〜６０％とすると共に、上記必要の溶湯Ｍの容積の８０〜９０％の溶湯Ｍを、上記掛堰１２を介し且つ湯道６，１１、押湯８、ネック９を通じて、キャビティ４に注湯する、鋳造方法。
【選択図】 図２
【解決手段】キャビティ４およびこれに一端が連通し且つ他端が上面２に設けた湯口カップ１０に連通する湯道６，１１を含む複数の縦型造型鋳型（鋳型）１と、係る鋳型１の上面２に載置され且つ上記湯口カップ１０に連通する注湯口１６を底面に有する掛堰１２と、を備え、各鋳型１のキャビティ４、湯道６，１１、堰５，７、押湯８、ネック９、および湯口カップ１０を充填するに必要な溶湯Ｍの容積を１００％とした際に、上記掛堰１２の実質的な溶湯Ｍの収容容積を４０〜６０％とすると共に、上記必要の溶湯Ｍの容積の８０〜９０％の溶湯Ｍを、上記掛堰１２を介し且つ湯道６，１１、押湯８、ネック９を通じて、キャビティ４に注湯する、鋳造方法。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば縦型無枠造型ラインに適用される鋳造方法およびこれに用いる鋳型用掛堰に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速度で多数の鋳型が造型される縦型無枠造型ラインにおいて、各鋳型間のキャビティに鋳込むべき溶湯の重量が大きい場合、短いサイクルタイムで注湯するためには、各鋳型間の湯口系統（湯口カップ、湯道、堰など）を大きくして、鋳込み速度を高めることが必要である。しかし、鋳込み速度を高めるに伴って、砂噛み不良を生じたり、上記湯口系統で凝固する溶湯の重量が増すため、鋳造すべき溶湯の歩留まりが低下する、という問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４７８８４号公報
上記問題を解決するため、枠付造型機で造型した上型・下型からなる鋳型上に重錘を兼ねた金属掛堰を載せて、上記造型機のサイクルタイム内に各鋳型への注湯を完了する注湯方法が提案されている（特開平１１−４７８８４号公報参照）。しかし、上記注湯方法では、溶湯の歩留まりを高めることや、このために鋳型内に鋳込む溶湯と上記金属掛堰の容積との具体的な数値の関係について、何ら開示していない。しかも、縦型無枠造型ラインでは、枠締めのための上記重錘は不要であり、金属製の上記掛堰では、溶湯が急冷されるため、数１０ｋｇの鋳込み重量となる場合には適用できない、という問題があった。
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−１５６５１８号公報
【特許文献３】
特開平１０−１６６１３８号公報
また、縦型無枠造型ラインにおける掛堰を用いた注湯については、掛堰の注湯ノズルにおける溶湯通過部の断面積を鋳型の湯口の断面積よりも小とし、且つ掛堰の底部における上記鋳型との接触面積を上記湯口の断面積よりも大とする注湯装置（特開平１０−１５６５１８号公報参照）や、鋳型の上面に湯道を囲んだ凹状の堀込み部を形成すると共に、掛堰の底部との接触面をほぼ水平とした鋳造装置（特開平１０−１６６１３８号公報参照）が提案されている。
しかしながら、上記各装置のみでは、縦型無枠造型ラインにおける溶湯の歩留まりの向上や注湯時間の短縮が図れない、という問題があった。
【０００５】
更に、縦型無枠造型ラインにおいて鋳込むべき溶湯の重量が小さい場合、歩留まり向上のために、図６（Ａ）に示すような鋳型５０が提案されている。係る鋳型５０は、図示しない垂直な見切り面で左右一対の砂型を接合した鋳型本体５２、複数のキャビティ５３，５４、縦湯道５６、および押湯５７，５８を備える。
図６（Ａ）に示すように、追って製品部分となるキャビティ５３，５４は堰５５を介して縦湯道５６と連通し、押湯５７，５８はネック６０を介してキャビティ５３，５４と各々個別に連通し且つ堰５９を介して縦湯道５６と連通している。
縦湯道５６の上端には、上記キャビティ５３，５４や押湯５７，５８などの製品重量（容積）や鋳型方案重量（容積）の総和と等しい容積の湯口カップ（湯溜まり）６２が形成される。
【０００６】
図６（Ａ）に示すように、湯口カップ６２の底部における湯口部６４には、鋳込むべき溶湯Ｍと同種の金属からなる板６６が予め敷設され、その板厚は、図示のように、湯口カップ６２内を溶湯Ｍが満たした後に、溶け落ちるように設定されている。以上のような鋳型５０によれば、そのキャビティ５３，５４や押湯５７，５８などの内部の鋳込み空間全体の重量（容積）に見合った重量（容積）の湯口カップ６２に予め溶湯Ｍを満たすため、溶湯Ｍは節約されて歩留まりが向上する。
上記鋳型５０では、湯口カップ６２が内部のパターン面に対して、大きな面積を占めるため、製品部（キャビティ５３，５４）の入れ個数が少なくなり、造型機のサイクルタイム内での注湯は可能である。しかし、製品部の入れ個数を多くして鋳込むべき溶湯の重量を大きくする場合には適さない、という問題があった。
【０００７】
また、鋳込重量が大きく且つ鋳込速度を上げられない場合、砂噛み不良の発生を防ぐため、造型機のサイクルタイムが長くなって生産性が低下してしまう。更に、図６（Ｂ）に示すように、造型機のサイクルタイム一杯の鋳型７０では、砂型７１，７１間に位置する左側の湯口カップ７２に注湯中に矢印方向に鋳型７０が移動するため、隣の湯口カップ７３に溶湯Ｍが入ったり、湯垂れ７４を生じることもあった。このため、湯境不良（図示せず）が生じる、という問題があった。
【０００８】
【発明が解決すべき課題】
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、例えば高速の縦型造型ラインなどにおいて、鋳込時間が長くて造型サイクルタイムに注湯が追いつけない場合に特に好適で、且つ溶湯の歩留まりの向上や注湯時間の短縮が可能な鋳造方法およびこれに用いる鋳型用掛堰を提供する、ことを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、上記課題を解決するため、鋳型内のキャビティや湯道などに必要な溶湯の容積と、掛堰の実質的な容積と、鋳込むべき溶湯の容積との関係を一定の範囲内に保つ、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明における第１の鋳造方法（請求項１）は、内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道を含む複数の鋳型と、係る鋳型ごとの上面に載置され且つ上記湯口カップに連通する注湯口を底面に有する鋳型用掛堰と、を備え、上記各鋳型におけるキャビティ、湯道、および湯口カップの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、上記掛堰の実質的な溶湯の収容容積を４０〜６０％とし、上記必要な溶湯の容積の８０〜９０％の溶湯を、上記掛堰を介して上記湯道およびキャビティに注湯する、ことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、例えば個々の鋳型への鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長くても、一部が注湯途中である溶湯の他部は、掛堰の内で一時的に滞留した後、湯道などを経てキャビティに注湯され、所定量の溶湯を注湯した取鍋などの溶湯供給手段が隣接する鋳型寄りに移動した後で、当該鋳型内の少なくとも全てのキャビティおよびこれらのレベル以下の湯道に溶湯を確実に充填できる。従って、溶湯の歩留まりが向上し且つ注湯時間を短縮できるため、生産性を高め且つ各種の鋳造欠陥を生じることなく、鋳造製品の品質を安定させることが可能となる。
【００１１】
尚、上記湯道には、縦湯道や横湯道のほか、押湯や堰なども含まれる。また、上記鋳型には、金枠に囲まれた上型と下型とを水平な見切り面で接合する水平割鋳型のほか、垂直な見切り面で左右の砂型を接合する縦型無枠鋳型が含まれる。更に、鋳型用掛堰の実質的な溶湯の収容容積とは、当該掛堰の内側（収容部）における全容積の７０〜８５％であり、安全上の観点から８０％以下が望ましい。
加えて、鋳型用掛堰の実質的な溶湯の収容容積を前記キャビティなどの充填に必要な溶湯の容積の４０〜６０％としたのは、４０％未満では、十分な量の溶湯を貯留できにくくなり、一方、６０％を越えると当該掛堰が大型化し且つコスト高になるので、これらを除くため上記範囲したものである。上記容積の望ましい範囲は、４０〜５０％である。また、前記各容積は、重量比に置換しても良い。
【００１２】
また、本発明の第２における鋳造方法（請求項２）は、内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道からなる組を、長手方向に沿って複数有する縦型造型鋳型を含む縦型造型ラインと、係るライン上に載置され且つ上記各組ごとの湯口カップに連通する注湯口を底面に有する複数の鋳型用掛堰と、係る掛堰に溶湯を供給する溶湯供給手段と、を備え、上記各組ごとのキャビティ、湯道、および湯口カップの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、上記各組ごとの上記掛堰の実質的な溶湯の収容容積を４０〜６０％とすると共に、上記必要な溶湯の容積の８０〜９０％の溶湯を、上記掛堰を介して上記各組ごとの湯道およびキャビティに注湯する、ことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、縦型造型ラインにおいて、隣接する鋳型間のキャビティなどへの鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長くても、一部が注湯途中である溶湯の他部は、掛堰の内で一時的に滞留した後、湯道などを経てキャビティに注湯される。そして、所定量の溶湯を注湯した溶湯供給手段が隣接する鋳型間の掛堰寄りに移動した後で、当該鋳型内の少なくとも全てのキャビティおよびこれレベル以下の湯道に溶湯を確実に充填できる。従って、縦型造型ラインにおいて、溶湯の歩留まりが向上し且つ注湯時間を短縮できるため、生産性を高め且つ鋳造欠陥がなく品質が安定した製品を鋳造することが可能となる。
尚、上記掛堰における溶湯の望ましい収容容積は、４０〜５０％である。また、上記各容積は、それぞれ重量比に置換することもできる。
【００１４】
更に、本発明には、前記湯道には、前記キャビティの上方に位置してこれに連通する押湯が含まれている、鋳造方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、比較的大きなキャビティを有する縦型造型鋳型や係る鋳型を含む縦型造型ラインにおいて、鋳造欠陥を防ぎつつ溶湯の歩留まりを高め且つ注湯時間を短縮して生産性を高めることが可能となる。尚、前記湯道には、前記に加えて更に上記押湯に通じる堰やネックが追加される。
加えて、本発明には、前記溶湯供給手段は、前記縦型造型ラインの長手方向に沿って走行可能な台車、係る台車上に載置される傾動可能な注湯容器、および係る注湯容器の重量を測定する重量測定手段を含んでいる、鋳造方法（請求項４）も含まれる。これによれば、掛堰を介して鋳型に注湯するに必要な溶湯を、注湯容器に注湯して予め重量測定することにより、前記容積比率に従って過不足なく鋳込むこが可能となる。尚、上記重量測定手段は、注湯容器を枢支しつつこれに注湯された溶湯を含む重量から注湯容器自体の重量を差し引く演算機能を有するもので、例えばロードセルが用いられる。また、上記台車には、自走式の形態やレールなどに沿ってガイドされる形態の走行（移動）手段が含まれる。
【００１５】
一方、前記鋳造方法に用いる本発明の鋳型用掛堰（請求項５）は、内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道を含む複数の鋳型、または上記キャビティおよび湯道からなる組を長手方向に沿って複数有する縦型造型鋳型を含む縦型造型ラインの上面に載置される鋳型用掛堰であって、砂またはセラミックからなる本体と、係る本体の底面に上記湯口カップに連通する注湯口とを有し、上記各鋳型または各組ごとのキャビティ、湯道、および湯口カップなどの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、実質的な溶湯の収容容積が４０〜６０％である、ことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、注下された溶湯の一部を直ちに鋳型の湯口カップから湯道や押湯などを経て複数のキャビティに充填する一方、一時的に貯留した溶湯を順次上記湯道などに追加充填するこができる。このため、例えば縦型造型ラインにおいて、鋳込時間が造型機のサイクルタイムよりも長い場合でも、必要な溶湯を歩留まり良く鋳込むことができる。更に、当該掛堰自体の大きさを比較的小型で且つ軽量化できるため、作業性にも優れている。しかも、上記本体がセラミックからなる形態の掛堰の場合、複数の鋳型に繰り返して活用することができる。
尚、上記掛堰における溶湯の望ましい収容容積は、４０〜５０％である。また、上記セラミックには、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯの混合物などが含まれる。更に、上記各容積は、それぞれ重量比に置換することもできる。
【００１７】
また、本発明には、前記本体における前記注湯口の付近に、耐熱性で且つ多孔質のフィルタを配置することが可能である、鋳型用掛堰（請求項６）も含まれる。
これによれば、溶湯中に含まれる各種の酸化物を除去することができるため、鋳型のキャビティなどに健全な溶湯を確実に鋳込むことが可能となる。
更に、本発明には、前記注湯口の下側から前記湯口カップ内に垂下する筒部を前記本体と一体または別体にして形成するか、あるいは、前記本体と別体のパイプを取り付け且つ上記注湯口の下側に垂下可能とされている、鋳型用掛堰（請求項７）も含まれる。これによれば、掛堰から注湯された溶湯が、鋳型の湯口カップ内で飛沫となって付着したり、空気に曝される距離を短くできる。この結果、溶湯を歩留まり良く健全な状態で鋳型の湯道やキャビティなどに充填することが可能となる。尚、上記パイプの素材は、溶湯と同じ金属が望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１（Ａ）は、本発明の第１の鋳造方法を示す概略図で、縦型造型鋳型（鋳型）１とその上面２に載置される掛堰１２とが用いられる。尚、縦型造型鋳型１は、複数個用意され、図示の鋳型１のほかにもその付近に予め別途配置されている。
縦型造型鋳型１は、生型砂を図示しない造型機で造型したもので、図１（Ａ）に示すように、左右の縦湯道６の周りに堰５を介して配置された複数のキャビティ４と、各キャビティ４の上方に位置し且つネック９を介して連通する複数の押湯８と、鋳型１の上面２の中央付近に開口する湯口カップ１０と、を備えている。
図１（Ａ）に示すように、上記各押湯８は、堰７を介して縦湯道６と連通し、湯口カップ１０は、上部の横湯道１１，１１を介して、左右の縦湯道６，６と連通している。尚、上記鋳型１は、図示しない垂直な見切り面で、左右の各砂型を接合したもので、後述する縦型無枠造型鋳型または縦型枠付き造型鋳型のほか、金枠に囲まれた上型と下型とを水平な見切り面で接合する水平割鋳型あるいは無枠水平割鋳型であっても良い。
【００１９】
鋳型用掛堰１２は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、生型砂またはＡｌ２Ｏ３およびＭｇＯの混合物などのセラミックからなる箱形状の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、および直方体状の収容部１７を備えている。係る掛堰１２は、上記注湯口１６が前記鋳型１の湯口カップ１０の真上に位置するように、各鋳型１の上面２にそれぞれ載置される。尚、ずれ止めのため図示しないスパイクを金枠１３の底面に突設しても良い。
また、図１（Ａ）に示すように、取鍋（溶湯供給手段）１８から予め溶解された金属または合金の溶湯Ｍが、上記掛堰１２の収容部１７内に注湯される。尚、係る溶湯Ｍは、例えばねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄のほか、鋳鋼、アルミニウム、またはチタン、あるいはこれらの何れかをベースとする合金などからなる。
【００２０】
ここで、第１の鋳造方法における詳細について説明する。
鋳型１内の各キャビティ４、各縦湯道６、各押湯８、堰５，７、ネック９、横湯道１１、および湯口カップ１０の全ての容積（以下、鋳型内空間と称する）を充填するのに必要な溶湯Ｍの容積を１００％とした場合、掛堰１２に注湯される溶湯はその８０〜９０％とされ、且つ掛堰１２の収容部１７における実質的な溶湯Ｍの収容容積は４０〜６０％に設定される。この実質的な溶湯Ｍの収容容積は、図１（Ａ）中のレベルＨで示すように、収容部１７の全容積のうち８０〜９０％であり、安全上の観点から８０％が推奨される。尚、上記各容積は、溶湯Ｍの金属などの比重を乗じることにより、それぞれ重量として算出することができる。
【００２１】
先ず、図１（Ａ）に示すように、取鍋１８から溶湯Ｍを掛堰１２の収容部１７内に注湯する。係る溶湯Ｍの容積は、前記鋳型内空間の容積の８０〜９０％である。収容部１７内に注がれた溶湯Ｍは、図１（Ａ），図２（Ａ）中の矢印で示すように、重力により注湯口１６から鋳型１の湯口カップ１０、横湯道１１、縦湯道６、および堰５を介して各キャビティ４内に充填され始める。一部の溶湯Ｍは、堰７を経て押湯８に入り且つネック９を介して真下のキャビティ４内に注がれる。
尚、前記取鍋１８は、この間において、図１（Ａ）および図２（Ａ）に示す鋳型１に隣接する別の縦型造型鋳型１の上方に移動し、その上面２に予め載置された掛堰１２の収容部１７内に、前記と同じ量の溶湯Ｍを注湯するように操作される。
【００２２】
掛堰１２の収容部１７に貯留していた溶湯Ｍは、注湯口１６から順次注湯して鋳型１の湯口カップ１０、横湯道１１、縦湯道６、および堰５を介して各キャビティ４内に充填され、その一部は、堰７を経て押湯８に入り且つネック９を介して真下のキャビティ４内に注がれる。その結果、図２（Ｂ）に示すように、溶湯Ｍは、各押湯８のレベル以下の全てのキャビティ４を含む鋳型内空間に充填され、徐々に凝固してゆく。即ち、図２（Ｂ）に示すように、溶湯Ｍは、鋳型１の鋳型内空間の８０〜９０％を占めた状態となり、湯口カップ１０や横湯道１１には残留しない。換言すれば、鋳型１は、各押湯８のレベル以下の各キャビティ４を含む容積が、予め鋳型内空間の８０〜９０％になるように、予め造型されている。
【００２３】
しかも、鋳型１が図２（Ｂ）に示す状態であるとき、隣接する図示しない鋳型１では、溶湯Ｍは、図１（Ａ）の状態から図２（Ａ）の状態に移行しつつあり、前記取鍋１８は、更に別の鋳型１上方の掛堰１２寄りに移行している。
加えて、図２（Ｂ）に示すように、湯口カップ１０や横湯道１１および縦湯道６の上部には溶湯Ｍが残らないため、その歩留まりが高められると共に、キャビティ４内で凝固した鋳造製品を取り出す型ばらしも容易に行うことが可能となる。
【００２４】
以上のような第１の鋳造方法によれば、個別の鋳型１への鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長い場合であっても、一部が注湯途中である溶湯Ｍの他部は、掛堰１２の収容部１７内で一時的に滞留した後、湯道６などを経てキャビティ４に注湯されると共に、所定量の溶湯Ｍを注湯した取鍋１８が隣接する鋳型１に移動した後で、当該鋳型１内の少なくとも全てのキャビティ４およびこれらのレベル以下の湯道６などに溶湯Ｍを確実に充填できる。従って、溶湯Ｍの歩留まりが向上し且つ注湯（鋳込み）時間を短縮できるため、生産性を高め且つ湯境不良や鋳造欠陥などを生じることなく、得られる鋳造製品の品質を安定させることができる。尚、前記鋳型１において、キャビティ４が小さい場合は、押湯８やこれに連なる堰７およびネック９を省略することができる。
【００２５】
次に、本発明における第２の鋳造方法について、図３，４により説明する。
図３（Ａ）は、縦型無枠造型ライン２０を示す。係るライン２０は、図示で左端に位置する造型機２５、係る造型機２５で造型される多数の縦型無枠鋳型２２、および係る鋳型２２を水平方向に移送するコンベア２７を備えている。尚、縦型無枠造型ライン２０は、本発明の縦型造型ラインの一形態である。
図３（Ａ）に示すように、縦型無枠鋳型２２は、両側に見切り面２３およびキャビティ２４の約半分ずつを有する砂型であり、隣接する鋳型２２との間に単数または複数のキャビティ２４や湯道２６と共に、図示しない前記同様の湯口カップや堰、必要に応じて押湯などの組（鋳型内空間）が形成されており、コンベア２７上を左側から右側に順送りされる。従って、多数の鋳型２２，２２，…の長手方向に沿って、上記キャビティ２４や湯道２６などの組が等間隔に位置している。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、上記造型機２５から出た後の鋳型２２，２２間に位置する湯道２６および湯口カップの真上（上面）には、前記同様の掛堰１２が順次載置される。鋳型用掛堰１２は、図示しないローダーにより湯口カップの上方に載置され、且つコンベア２７上を各鋳型２２と共に移動する。また、底面から溶湯Ｍを注湯する取鍋（溶湯供給手段）２８が、多数の鋳型２２や湯道２６などの長手方向に沿って、図示しない天井クレーンなどにより移動可能に配置されている。
図３（Ａ）に示すように、縦型無枠造型ライン２０における鋳型２２，２２間の上面にまたがって載置された掛堰１２の収容部１７には、取鍋２８から注湯された溶湯Ｍが注湯され、係る掛堰１２の真下に位置する湯口カップおよび湯道２６を経てキャビティ２４に充填される。
【００２７】
この際、各キャビティ２４や湯道２６などの組（鋳型内空間）の容積を１００％とした場合、掛堰１２の収容部１７における実質的な溶湯Ｍの収容容積は４０〜６０％であり、前記取鍋２８から掛堰１２を経て湯道２６やキャビティ２４などに実際に注湯する溶湯の容積は８０〜９０％になるように設定される。
この結果、鋳型内空間に鋳込まれた溶湯Ｍは、少なくともキャビティ２４を含むレベル以下、あるいはキャビティ２４の真上に位置する押湯（図示せず）を含むレベル以下を確実に占めるように充填される。係る溶湯Ｍの挙動の間において、図３（Ａ）中の矢印で示すように、上記掛堰１２内に所定容積の溶湯Ｍを注湯した取鍋２８は、左隣の掛堰１２寄りに移動する。
【００２８】
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、取鍋２８は、縦型無枠造型ライン２０上を、右側から左側に移動し、各掛堰１２に所定容積の溶湯Ｍを順次注湯する。即ち、鋳型２２を造型するサイクルタイムよりも、掛堰１２から各キャビティ２４や湯道２６などの組（鋳型内空間）に注湯する鋳込み時間が長い場合でも、取鍋２８は、各掛堰１２に溶湯Ｍを所定量ずつ注湯した後に左側に移動することができる。
従って、造型機２５において高速度で鋳型２２が造型され順次コンベア２７上に供給されても、これらの鋳型２２，２２間にまたがって形成される各組の鋳型内空間に必要な量の溶湯Ｍを過不足なく確実に鋳込むこができると共に、溶湯Ｍの歩留まりを高めることもできる。
【００２９】
図３（Ｂ）の右端に示すように、キャビティ２４や湯道２６などの組に溶湯Ｍが充填された位置の掛堰１２は、図示しないアンローダーによって縦型無枠造型ライン２０から外される。尚、前記図１（Ｂ），（Ｃ）に示した掛堰１２の本体１４が生型砂の場合は、型ばらしされた後に再度生型砂が込められて再利用される。また、上記本体１４がシェル型やコールドロールボックス型の場合は、別途に造型した本体１４を含む掛堰１２がローダーによって、造型機２５寄りの新たな鋳型２２，２２間の上面に載置される。更に、上記本体１４がセラミックの場合には、必要な清掃を施された後、造型機２５寄りの位置に搬送され、ローダーによって新たな鋳型２２，２２間の上面に載置される。
また、鋳型２２は、そのキャビティ２４内で凝固した鋳造製品を取り出すため、順次型ばらしされる。尚、取鍋２８は、縦型無枠造型ライン２０上の一定の位置固定し、且つ別の取鍋２８と取り替え可能に配置しても良い。
【００３０】
図４（Ａ），（Ｂ）は、縦型無枠造型ライン２０に用いる溶湯供給手段３０を示す。係る溶湯供給手段３０は、図４（Ａ）に示すように、上記ライン２０の長手方向に沿って走行可能な台車３２、その上に配置され且つロードセル（重量測定手段）を内蔵する支持部３４、および係る支持部３４に回転軸３５を介して傾動可能に支持された注湯容器３６を備える。係る注湯容器３６は、直方体状の収容部３７を内設する箱形状の耐火物の周囲に鉄皮（図示せず）が貼り付けられたもので、底部の一端に傾斜した出湯口３８を有している。
【００３１】
先ず、図４（Ａ）に示すように、予め反時計方向に傾けた注湯容器３６の収容部３７内に、その真上に移動した取鍋２８から溶湯Ｍを注湯する。この際、支持部３４内のロードセルは、回転軸３５を介して注湯容器３６および注がれた溶湯Ｍの重量を逐次測定している。
従って、注湯容器３６および回転軸３５の重量を差し引いた溶湯Ｍの重量が、隣接する上記ライン２０における鋳型２２，２２間のキャビティ２４や湯道２６などに注湯する溶湯の容積（上記重量を比重で割り算する）の８０〜９０％になった時点で、上記収容部３７内への注湯を中止する。具体的には、図４（Ｂ）の左側に示すように、取鍋２８の注湯口２９を耐火物製の棒２９ａで閉鎖する。
【００３２】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、注湯容器３６を時計回り方向に傾動させ、その出湯口３８を掛堰１２の真上に位置させて、溶湯Ｍを掛堰１２の収容部１７内に注湯する。この際、予め取鍋２８を図示のように左側に移動しておく。
これにより、掛堰１２の収容部１７には、上記計量された重量の溶湯Ｍが注がれると共に、係る溶湯Ｍは、その直下に位置する鋳型２２，２２間の湯口カップ２５および湯道２６を経てキャビティ２４に順次充填される。この結果、少なくともキャビティ２４を含むレベル以下、あるいはキャビティ２４の真上に位置する押湯のレベル以下の鋳型内空間に充填され且つ徐々に凝固してゆく。
一方、この間において、溶湯供給手段３０は、台車３２の走行により、また、取鍋２８は、図示しないクレーンにより、縦型無枠造型ライン２０における隣接する鋳型２２，２２間の湯口カップ２５、湯道２６、およびキャビティ２４の上方にそれぞれ移動した後、上記動作を繰り返して行う。
【００３３】
以上に説明した本発明における第２の鋳造方法によれば、縦型無枠造型ライン２０において、個々の鋳型２２，２２間のキャビティ２４などへの鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長くても、一部が注湯途中である溶湯Ｍの他部は、掛堰１２の収容部１７内で一時的に滞留した後、湯道２６などを経てキャビティ２４に注湯される。そして、所定量の溶湯Ｍを注湯した溶湯供給手段３０が隣接する鋳型２２，２２間のキャビティ２４寄りに移動した後で、当該鋳型２２，２２間に位置する鋳型内空間の組の少なくとも全てのキャビティ２４およびこれ以下のレベル以下の湯道２６や押湯などに、溶湯Ｍを確実に充填することができる。
【００３４】
従って、縦型無枠造型ライン２０において、溶湯Ｍの歩留まりが向上し且つ注湯時間を短縮できるため、生産性を高め且つ湯境不良や鋳造欠陥などを生じることなく、品質が安定した製品を製造することが可能となる。
しかも、溶湯供給手段３０は、重量測定手段を有するため、予め鋳型空間内の８０〜９０％の溶湯Ｍを掛堰１２を介して、当該鋳型空間に鋳込むことができるため、注湯操作を自動化して効率良く鋳造作業を行うことが可能となる。
【００３５】
図５は、前記掛堰１２の応用形態である鋳型用掛堰１２ａ〜１２ｃに関する。尚、これらにおいて、前記掛堰１２と同じ部分や要素には共通の符号を用いる。
図５（Ａ）に示すように、鋳型用掛堰１２ａは、前記同様の箱形状の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、および収容部１７を備えると共に、注湯口１６の内側にはリング形状の段部１８が形成されている。係る段部１８には、図５（ａ）に示すように、外形が四角形状を呈し且つ内部が３次元の多孔質構造を有し、ＳｉＣなどのセラミックからなる耐熱性のフィルタ４０が挿入される。このフィルタ４０を注湯口１６の付近に配置することにより、溶湯Ｍ中に含まれている酸化物（ＭｇＯ、Ｆｅ３Ｏ４、ＭｎＯなど）や鋳物砂のような夾雑物を除去することが可能となる。この結果、前記鋳型空間に所定重量の溶湯Ｍを一層確実に鋳込むことが可能となる。尚、係るフィルタ４０の形状は、上記段部１８の形状に応じて平面視で円形などとしても良い。
【００３６】
また、図５（Ｂ）に示す鋳型用掛堰１２ｂは、前記同様の箱形状を呈するセラミック製の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、および収容部１７を備えると共に、注湯口１６の下側には、これと同軸心で且つ円筒形などの筒部１９が垂下している。
更に、図５（Ｃ）に示す鋳型用掛堰１２ｃは、前記同様の箱形状の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、その内側の段部１８、および収容部１７を備え、係る注湯口１６には、鋳込むべき溶湯Ｍと同じ金属または合金からなるパイプ４２が垂直に取り付けられる。
係るパイプ４２は、その上端に外周側に拡がるフランジ４４を有し、図５（Ｃ）に示すように、係るフランジ４４を注湯口１６の内側の段部１８に掛け止めすることで、その中空部４６を上記注湯口１６と同軸心にして垂下させている。
【００３７】
上記セラミック製の筒部１９および金属製のパイプ４２は、前記鋳型１または前記鋳型２２，２２間の湯口カップ１０などの内側に垂下する。これにより、掛堰１２ｂ，１２ｃの収容部１７から注湯した溶湯Ｍが、鋳型１などの湯口カップ１０内で飛沫となって付着したり、空気に曝される距離を短くできる。この結果、溶湯Ｍを歩留まり良く健全な状態で鋳型１などの湯道６やキャビティ４などに充填することが可能となる。
尚、上記パイプ４２は、複数回にわたる溶湯Ｍの注下によってある程度溶け落ちた際には、新たなものと取り替えられる。また、上記筒部１９も、本体１４と同様なセラミック製で、且つ上記パイプ４２と同様に本体１４と別体のセラミックパイプとして交換可能にしても良い。更に、前記本体１４がシェル型やコールドロールボックス型である場合、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、当該本体１４の底面側に肉盗み用の凹部１４ａを形成しても良い。
【００３８】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の鋳型１や縦型造型鋳型には、前記鋳型１や縦型造型鋳型２２のような生砂型に限らず、シェル型またはコールドロールボックス型のような砂型も含まれる。尚、縦型造型鋳型は、従前の湯口カップのまま使用しても良い。
また、掛堰の形状は、前記箱形状に限らず、円筒形や多角柱なども含まれる。
更に、前記縦型無枠鋳型造型ライン２０に前記掛堰１２などを適用する場合、係るライン２０の前記溶湯供給手段３０の台車３２が走行する側と反対側に沿って、掛堰１２などの掛堰搬送ラインを配置し、上記ライン２０へのローディングおよびアンローディングを行うことも可能である。
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の鋳造方法を示す概略図、（Ｂ），（Ｃ）はこれに用いる鋳型用掛堰の平面図または一部に垂直断面を含む斜視図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は図１（Ａ）に続く第１の鋳造方法を示す概略図。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の鋳造方法を示す概略図。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は第２の鋳造方法における溶湯供給手段の挙動を示す概略図。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は応用形態の掛堰を示す垂直断面図、（ａ）はフィルタの概略図。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は従来の鋳造方法またはその注湯状態を示す概略図。
【符号の説明】
１…………………………鋳型
２…………………………上面
４，２４…………………キャビティ
６，１１，２６…………湯道
８…………………………押湯
１０，２５………………湯口カップ
１２，１２ａ〜１２ｃ…掛堰
１４………………………本体
１６………………………注湯口
１８，２８………………取鍋（溶湯供給手段）
１９………………………筒部
２０………………………縦型無枠造型ライン（縦型造型ライン）
２２………………………縦型無枠鋳型（縦型造型鋳型）
３０………………………溶湯供給手段
３２………………………台車
３４………………………支持部（重量測定手段）
３６………………………注湯容器
４０………………………フィルタ
４２………………………パイプ
Ｍ…………………………溶湯
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば縦型無枠造型ラインに適用される鋳造方法およびこれに用いる鋳型用掛堰に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速度で多数の鋳型が造型される縦型無枠造型ラインにおいて、各鋳型間のキャビティに鋳込むべき溶湯の重量が大きい場合、短いサイクルタイムで注湯するためには、各鋳型間の湯口系統（湯口カップ、湯道、堰など）を大きくして、鋳込み速度を高めることが必要である。しかし、鋳込み速度を高めるに伴って、砂噛み不良を生じたり、上記湯口系統で凝固する溶湯の重量が増すため、鋳造すべき溶湯の歩留まりが低下する、という問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４７８８４号公報
上記問題を解決するため、枠付造型機で造型した上型・下型からなる鋳型上に重錘を兼ねた金属掛堰を載せて、上記造型機のサイクルタイム内に各鋳型への注湯を完了する注湯方法が提案されている（特開平１１−４７８８４号公報参照）。しかし、上記注湯方法では、溶湯の歩留まりを高めることや、このために鋳型内に鋳込む溶湯と上記金属掛堰の容積との具体的な数値の関係について、何ら開示していない。しかも、縦型無枠造型ラインでは、枠締めのための上記重錘は不要であり、金属製の上記掛堰では、溶湯が急冷されるため、数１０ｋｇの鋳込み重量となる場合には適用できない、という問題があった。
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−１５６５１８号公報
【特許文献３】
特開平１０−１６６１３８号公報
また、縦型無枠造型ラインにおける掛堰を用いた注湯については、掛堰の注湯ノズルにおける溶湯通過部の断面積を鋳型の湯口の断面積よりも小とし、且つ掛堰の底部における上記鋳型との接触面積を上記湯口の断面積よりも大とする注湯装置（特開平１０−１５６５１８号公報参照）や、鋳型の上面に湯道を囲んだ凹状の堀込み部を形成すると共に、掛堰の底部との接触面をほぼ水平とした鋳造装置（特開平１０−１６６１３８号公報参照）が提案されている。
しかしながら、上記各装置のみでは、縦型無枠造型ラインにおける溶湯の歩留まりの向上や注湯時間の短縮が図れない、という問題があった。
【０００５】
更に、縦型無枠造型ラインにおいて鋳込むべき溶湯の重量が小さい場合、歩留まり向上のために、図６（Ａ）に示すような鋳型５０が提案されている。係る鋳型５０は、図示しない垂直な見切り面で左右一対の砂型を接合した鋳型本体５２、複数のキャビティ５３，５４、縦湯道５６、および押湯５７，５８を備える。
図６（Ａ）に示すように、追って製品部分となるキャビティ５３，５４は堰５５を介して縦湯道５６と連通し、押湯５７，５８はネック６０を介してキャビティ５３，５４と各々個別に連通し且つ堰５９を介して縦湯道５６と連通している。
縦湯道５６の上端には、上記キャビティ５３，５４や押湯５７，５８などの製品重量（容積）や鋳型方案重量（容積）の総和と等しい容積の湯口カップ（湯溜まり）６２が形成される。
【０００６】
図６（Ａ）に示すように、湯口カップ６２の底部における湯口部６４には、鋳込むべき溶湯Ｍと同種の金属からなる板６６が予め敷設され、その板厚は、図示のように、湯口カップ６２内を溶湯Ｍが満たした後に、溶け落ちるように設定されている。以上のような鋳型５０によれば、そのキャビティ５３，５４や押湯５７，５８などの内部の鋳込み空間全体の重量（容積）に見合った重量（容積）の湯口カップ６２に予め溶湯Ｍを満たすため、溶湯Ｍは節約されて歩留まりが向上する。
上記鋳型５０では、湯口カップ６２が内部のパターン面に対して、大きな面積を占めるため、製品部（キャビティ５３，５４）の入れ個数が少なくなり、造型機のサイクルタイム内での注湯は可能である。しかし、製品部の入れ個数を多くして鋳込むべき溶湯の重量を大きくする場合には適さない、という問題があった。
【０００７】
また、鋳込重量が大きく且つ鋳込速度を上げられない場合、砂噛み不良の発生を防ぐため、造型機のサイクルタイムが長くなって生産性が低下してしまう。更に、図６（Ｂ）に示すように、造型機のサイクルタイム一杯の鋳型７０では、砂型７１，７１間に位置する左側の湯口カップ７２に注湯中に矢印方向に鋳型７０が移動するため、隣の湯口カップ７３に溶湯Ｍが入ったり、湯垂れ７４を生じることもあった。このため、湯境不良（図示せず）が生じる、という問題があった。
【０００８】
【発明が解決すべき課題】
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、例えば高速の縦型造型ラインなどにおいて、鋳込時間が長くて造型サイクルタイムに注湯が追いつけない場合に特に好適で、且つ溶湯の歩留まりの向上や注湯時間の短縮が可能な鋳造方法およびこれに用いる鋳型用掛堰を提供する、ことを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、上記課題を解決するため、鋳型内のキャビティや湯道などに必要な溶湯の容積と、掛堰の実質的な容積と、鋳込むべき溶湯の容積との関係を一定の範囲内に保つ、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明における第１の鋳造方法（請求項１）は、内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道を含む複数の鋳型と、係る鋳型ごとの上面に載置され且つ上記湯口カップに連通する注湯口を底面に有する鋳型用掛堰と、を備え、上記各鋳型におけるキャビティ、湯道、および湯口カップの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、上記掛堰の実質的な溶湯の収容容積を４０〜６０％とし、上記必要な溶湯の容積の８０〜９０％の溶湯を、上記掛堰を介して上記湯道およびキャビティに注湯する、ことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、例えば個々の鋳型への鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長くても、一部が注湯途中である溶湯の他部は、掛堰の内で一時的に滞留した後、湯道などを経てキャビティに注湯され、所定量の溶湯を注湯した取鍋などの溶湯供給手段が隣接する鋳型寄りに移動した後で、当該鋳型内の少なくとも全てのキャビティおよびこれらのレベル以下の湯道に溶湯を確実に充填できる。従って、溶湯の歩留まりが向上し且つ注湯時間を短縮できるため、生産性を高め且つ各種の鋳造欠陥を生じることなく、鋳造製品の品質を安定させることが可能となる。
【００１１】
尚、上記湯道には、縦湯道や横湯道のほか、押湯や堰なども含まれる。また、上記鋳型には、金枠に囲まれた上型と下型とを水平な見切り面で接合する水平割鋳型のほか、垂直な見切り面で左右の砂型を接合する縦型無枠鋳型が含まれる。更に、鋳型用掛堰の実質的な溶湯の収容容積とは、当該掛堰の内側（収容部）における全容積の７０〜８５％であり、安全上の観点から８０％以下が望ましい。
加えて、鋳型用掛堰の実質的な溶湯の収容容積を前記キャビティなどの充填に必要な溶湯の容積の４０〜６０％としたのは、４０％未満では、十分な量の溶湯を貯留できにくくなり、一方、６０％を越えると当該掛堰が大型化し且つコスト高になるので、これらを除くため上記範囲したものである。上記容積の望ましい範囲は、４０〜５０％である。また、前記各容積は、重量比に置換しても良い。
【００１２】
また、本発明の第２における鋳造方法（請求項２）は、内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道からなる組を、長手方向に沿って複数有する縦型造型鋳型を含む縦型造型ラインと、係るライン上に載置され且つ上記各組ごとの湯口カップに連通する注湯口を底面に有する複数の鋳型用掛堰と、係る掛堰に溶湯を供給する溶湯供給手段と、を備え、上記各組ごとのキャビティ、湯道、および湯口カップの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、上記各組ごとの上記掛堰の実質的な溶湯の収容容積を４０〜６０％とすると共に、上記必要な溶湯の容積の８０〜９０％の溶湯を、上記掛堰を介して上記各組ごとの湯道およびキャビティに注湯する、ことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、縦型造型ラインにおいて、隣接する鋳型間のキャビティなどへの鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長くても、一部が注湯途中である溶湯の他部は、掛堰の内で一時的に滞留した後、湯道などを経てキャビティに注湯される。そして、所定量の溶湯を注湯した溶湯供給手段が隣接する鋳型間の掛堰寄りに移動した後で、当該鋳型内の少なくとも全てのキャビティおよびこれレベル以下の湯道に溶湯を確実に充填できる。従って、縦型造型ラインにおいて、溶湯の歩留まりが向上し且つ注湯時間を短縮できるため、生産性を高め且つ鋳造欠陥がなく品質が安定した製品を鋳造することが可能となる。
尚、上記掛堰における溶湯の望ましい収容容積は、４０〜５０％である。また、上記各容積は、それぞれ重量比に置換することもできる。
【００１４】
更に、本発明には、前記湯道には、前記キャビティの上方に位置してこれに連通する押湯が含まれている、鋳造方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、比較的大きなキャビティを有する縦型造型鋳型や係る鋳型を含む縦型造型ラインにおいて、鋳造欠陥を防ぎつつ溶湯の歩留まりを高め且つ注湯時間を短縮して生産性を高めることが可能となる。尚、前記湯道には、前記に加えて更に上記押湯に通じる堰やネックが追加される。
加えて、本発明には、前記溶湯供給手段は、前記縦型造型ラインの長手方向に沿って走行可能な台車、係る台車上に載置される傾動可能な注湯容器、および係る注湯容器の重量を測定する重量測定手段を含んでいる、鋳造方法（請求項４）も含まれる。これによれば、掛堰を介して鋳型に注湯するに必要な溶湯を、注湯容器に注湯して予め重量測定することにより、前記容積比率に従って過不足なく鋳込むこが可能となる。尚、上記重量測定手段は、注湯容器を枢支しつつこれに注湯された溶湯を含む重量から注湯容器自体の重量を差し引く演算機能を有するもので、例えばロードセルが用いられる。また、上記台車には、自走式の形態やレールなどに沿ってガイドされる形態の走行（移動）手段が含まれる。
【００１５】
一方、前記鋳造方法に用いる本発明の鋳型用掛堰（請求項５）は、内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道を含む複数の鋳型、または上記キャビティおよび湯道からなる組を長手方向に沿って複数有する縦型造型鋳型を含む縦型造型ラインの上面に載置される鋳型用掛堰であって、砂またはセラミックからなる本体と、係る本体の底面に上記湯口カップに連通する注湯口とを有し、上記各鋳型または各組ごとのキャビティ、湯道、および湯口カップなどの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、実質的な溶湯の収容容積が４０〜６０％である、ことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、注下された溶湯の一部を直ちに鋳型の湯口カップから湯道や押湯などを経て複数のキャビティに充填する一方、一時的に貯留した溶湯を順次上記湯道などに追加充填するこができる。このため、例えば縦型造型ラインにおいて、鋳込時間が造型機のサイクルタイムよりも長い場合でも、必要な溶湯を歩留まり良く鋳込むことができる。更に、当該掛堰自体の大きさを比較的小型で且つ軽量化できるため、作業性にも優れている。しかも、上記本体がセラミックからなる形態の掛堰の場合、複数の鋳型に繰り返して活用することができる。
尚、上記掛堰における溶湯の望ましい収容容積は、４０〜５０％である。また、上記セラミックには、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯの混合物などが含まれる。更に、上記各容積は、それぞれ重量比に置換することもできる。
【００１７】
また、本発明には、前記本体における前記注湯口の付近に、耐熱性で且つ多孔質のフィルタを配置することが可能である、鋳型用掛堰（請求項６）も含まれる。
これによれば、溶湯中に含まれる各種の酸化物を除去することができるため、鋳型のキャビティなどに健全な溶湯を確実に鋳込むことが可能となる。
更に、本発明には、前記注湯口の下側から前記湯口カップ内に垂下する筒部を前記本体と一体または別体にして形成するか、あるいは、前記本体と別体のパイプを取り付け且つ上記注湯口の下側に垂下可能とされている、鋳型用掛堰（請求項７）も含まれる。これによれば、掛堰から注湯された溶湯が、鋳型の湯口カップ内で飛沫となって付着したり、空気に曝される距離を短くできる。この結果、溶湯を歩留まり良く健全な状態で鋳型の湯道やキャビティなどに充填することが可能となる。尚、上記パイプの素材は、溶湯と同じ金属が望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１（Ａ）は、本発明の第１の鋳造方法を示す概略図で、縦型造型鋳型（鋳型）１とその上面２に載置される掛堰１２とが用いられる。尚、縦型造型鋳型１は、複数個用意され、図示の鋳型１のほかにもその付近に予め別途配置されている。
縦型造型鋳型１は、生型砂を図示しない造型機で造型したもので、図１（Ａ）に示すように、左右の縦湯道６の周りに堰５を介して配置された複数のキャビティ４と、各キャビティ４の上方に位置し且つネック９を介して連通する複数の押湯８と、鋳型１の上面２の中央付近に開口する湯口カップ１０と、を備えている。
図１（Ａ）に示すように、上記各押湯８は、堰７を介して縦湯道６と連通し、湯口カップ１０は、上部の横湯道１１，１１を介して、左右の縦湯道６，６と連通している。尚、上記鋳型１は、図示しない垂直な見切り面で、左右の各砂型を接合したもので、後述する縦型無枠造型鋳型または縦型枠付き造型鋳型のほか、金枠に囲まれた上型と下型とを水平な見切り面で接合する水平割鋳型あるいは無枠水平割鋳型であっても良い。
【００１９】
鋳型用掛堰１２は、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、生型砂またはＡｌ２Ｏ３およびＭｇＯの混合物などのセラミックからなる箱形状の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、および直方体状の収容部１７を備えている。係る掛堰１２は、上記注湯口１６が前記鋳型１の湯口カップ１０の真上に位置するように、各鋳型１の上面２にそれぞれ載置される。尚、ずれ止めのため図示しないスパイクを金枠１３の底面に突設しても良い。
また、図１（Ａ）に示すように、取鍋（溶湯供給手段）１８から予め溶解された金属または合金の溶湯Ｍが、上記掛堰１２の収容部１７内に注湯される。尚、係る溶湯Ｍは、例えばねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄のほか、鋳鋼、アルミニウム、またはチタン、あるいはこれらの何れかをベースとする合金などからなる。
【００２０】
ここで、第１の鋳造方法における詳細について説明する。
鋳型１内の各キャビティ４、各縦湯道６、各押湯８、堰５，７、ネック９、横湯道１１、および湯口カップ１０の全ての容積（以下、鋳型内空間と称する）を充填するのに必要な溶湯Ｍの容積を１００％とした場合、掛堰１２に注湯される溶湯はその８０〜９０％とされ、且つ掛堰１２の収容部１７における実質的な溶湯Ｍの収容容積は４０〜６０％に設定される。この実質的な溶湯Ｍの収容容積は、図１（Ａ）中のレベルＨで示すように、収容部１７の全容積のうち８０〜９０％であり、安全上の観点から８０％が推奨される。尚、上記各容積は、溶湯Ｍの金属などの比重を乗じることにより、それぞれ重量として算出することができる。
【００２１】
先ず、図１（Ａ）に示すように、取鍋１８から溶湯Ｍを掛堰１２の収容部１７内に注湯する。係る溶湯Ｍの容積は、前記鋳型内空間の容積の８０〜９０％である。収容部１７内に注がれた溶湯Ｍは、図１（Ａ），図２（Ａ）中の矢印で示すように、重力により注湯口１６から鋳型１の湯口カップ１０、横湯道１１、縦湯道６、および堰５を介して各キャビティ４内に充填され始める。一部の溶湯Ｍは、堰７を経て押湯８に入り且つネック９を介して真下のキャビティ４内に注がれる。
尚、前記取鍋１８は、この間において、図１（Ａ）および図２（Ａ）に示す鋳型１に隣接する別の縦型造型鋳型１の上方に移動し、その上面２に予め載置された掛堰１２の収容部１７内に、前記と同じ量の溶湯Ｍを注湯するように操作される。
【００２２】
掛堰１２の収容部１７に貯留していた溶湯Ｍは、注湯口１６から順次注湯して鋳型１の湯口カップ１０、横湯道１１、縦湯道６、および堰５を介して各キャビティ４内に充填され、その一部は、堰７を経て押湯８に入り且つネック９を介して真下のキャビティ４内に注がれる。その結果、図２（Ｂ）に示すように、溶湯Ｍは、各押湯８のレベル以下の全てのキャビティ４を含む鋳型内空間に充填され、徐々に凝固してゆく。即ち、図２（Ｂ）に示すように、溶湯Ｍは、鋳型１の鋳型内空間の８０〜９０％を占めた状態となり、湯口カップ１０や横湯道１１には残留しない。換言すれば、鋳型１は、各押湯８のレベル以下の各キャビティ４を含む容積が、予め鋳型内空間の８０〜９０％になるように、予め造型されている。
【００２３】
しかも、鋳型１が図２（Ｂ）に示す状態であるとき、隣接する図示しない鋳型１では、溶湯Ｍは、図１（Ａ）の状態から図２（Ａ）の状態に移行しつつあり、前記取鍋１８は、更に別の鋳型１上方の掛堰１２寄りに移行している。
加えて、図２（Ｂ）に示すように、湯口カップ１０や横湯道１１および縦湯道６の上部には溶湯Ｍが残らないため、その歩留まりが高められると共に、キャビティ４内で凝固した鋳造製品を取り出す型ばらしも容易に行うことが可能となる。
【００２４】
以上のような第１の鋳造方法によれば、個別の鋳型１への鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長い場合であっても、一部が注湯途中である溶湯Ｍの他部は、掛堰１２の収容部１７内で一時的に滞留した後、湯道６などを経てキャビティ４に注湯されると共に、所定量の溶湯Ｍを注湯した取鍋１８が隣接する鋳型１に移動した後で、当該鋳型１内の少なくとも全てのキャビティ４およびこれらのレベル以下の湯道６などに溶湯Ｍを確実に充填できる。従って、溶湯Ｍの歩留まりが向上し且つ注湯（鋳込み）時間を短縮できるため、生産性を高め且つ湯境不良や鋳造欠陥などを生じることなく、得られる鋳造製品の品質を安定させることができる。尚、前記鋳型１において、キャビティ４が小さい場合は、押湯８やこれに連なる堰７およびネック９を省略することができる。
【００２５】
次に、本発明における第２の鋳造方法について、図３，４により説明する。
図３（Ａ）は、縦型無枠造型ライン２０を示す。係るライン２０は、図示で左端に位置する造型機２５、係る造型機２５で造型される多数の縦型無枠鋳型２２、および係る鋳型２２を水平方向に移送するコンベア２７を備えている。尚、縦型無枠造型ライン２０は、本発明の縦型造型ラインの一形態である。
図３（Ａ）に示すように、縦型無枠鋳型２２は、両側に見切り面２３およびキャビティ２４の約半分ずつを有する砂型であり、隣接する鋳型２２との間に単数または複数のキャビティ２４や湯道２６と共に、図示しない前記同様の湯口カップや堰、必要に応じて押湯などの組（鋳型内空間）が形成されており、コンベア２７上を左側から右側に順送りされる。従って、多数の鋳型２２，２２，…の長手方向に沿って、上記キャビティ２４や湯道２６などの組が等間隔に位置している。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、上記造型機２５から出た後の鋳型２２，２２間に位置する湯道２６および湯口カップの真上（上面）には、前記同様の掛堰１２が順次載置される。鋳型用掛堰１２は、図示しないローダーにより湯口カップの上方に載置され、且つコンベア２７上を各鋳型２２と共に移動する。また、底面から溶湯Ｍを注湯する取鍋（溶湯供給手段）２８が、多数の鋳型２２や湯道２６などの長手方向に沿って、図示しない天井クレーンなどにより移動可能に配置されている。
図３（Ａ）に示すように、縦型無枠造型ライン２０における鋳型２２，２２間の上面にまたがって載置された掛堰１２の収容部１７には、取鍋２８から注湯された溶湯Ｍが注湯され、係る掛堰１２の真下に位置する湯口カップおよび湯道２６を経てキャビティ２４に充填される。
【００２７】
この際、各キャビティ２４や湯道２６などの組（鋳型内空間）の容積を１００％とした場合、掛堰１２の収容部１７における実質的な溶湯Ｍの収容容積は４０〜６０％であり、前記取鍋２８から掛堰１２を経て湯道２６やキャビティ２４などに実際に注湯する溶湯の容積は８０〜９０％になるように設定される。
この結果、鋳型内空間に鋳込まれた溶湯Ｍは、少なくともキャビティ２４を含むレベル以下、あるいはキャビティ２４の真上に位置する押湯（図示せず）を含むレベル以下を確実に占めるように充填される。係る溶湯Ｍの挙動の間において、図３（Ａ）中の矢印で示すように、上記掛堰１２内に所定容積の溶湯Ｍを注湯した取鍋２８は、左隣の掛堰１２寄りに移動する。
【００２８】
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、取鍋２８は、縦型無枠造型ライン２０上を、右側から左側に移動し、各掛堰１２に所定容積の溶湯Ｍを順次注湯する。即ち、鋳型２２を造型するサイクルタイムよりも、掛堰１２から各キャビティ２４や湯道２６などの組（鋳型内空間）に注湯する鋳込み時間が長い場合でも、取鍋２８は、各掛堰１２に溶湯Ｍを所定量ずつ注湯した後に左側に移動することができる。
従って、造型機２５において高速度で鋳型２２が造型され順次コンベア２７上に供給されても、これらの鋳型２２，２２間にまたがって形成される各組の鋳型内空間に必要な量の溶湯Ｍを過不足なく確実に鋳込むこができると共に、溶湯Ｍの歩留まりを高めることもできる。
【００２９】
図３（Ｂ）の右端に示すように、キャビティ２４や湯道２６などの組に溶湯Ｍが充填された位置の掛堰１２は、図示しないアンローダーによって縦型無枠造型ライン２０から外される。尚、前記図１（Ｂ），（Ｃ）に示した掛堰１２の本体１４が生型砂の場合は、型ばらしされた後に再度生型砂が込められて再利用される。また、上記本体１４がシェル型やコールドロールボックス型の場合は、別途に造型した本体１４を含む掛堰１２がローダーによって、造型機２５寄りの新たな鋳型２２，２２間の上面に載置される。更に、上記本体１４がセラミックの場合には、必要な清掃を施された後、造型機２５寄りの位置に搬送され、ローダーによって新たな鋳型２２，２２間の上面に載置される。
また、鋳型２２は、そのキャビティ２４内で凝固した鋳造製品を取り出すため、順次型ばらしされる。尚、取鍋２８は、縦型無枠造型ライン２０上の一定の位置固定し、且つ別の取鍋２８と取り替え可能に配置しても良い。
【００３０】
図４（Ａ），（Ｂ）は、縦型無枠造型ライン２０に用いる溶湯供給手段３０を示す。係る溶湯供給手段３０は、図４（Ａ）に示すように、上記ライン２０の長手方向に沿って走行可能な台車３２、その上に配置され且つロードセル（重量測定手段）を内蔵する支持部３４、および係る支持部３４に回転軸３５を介して傾動可能に支持された注湯容器３６を備える。係る注湯容器３６は、直方体状の収容部３７を内設する箱形状の耐火物の周囲に鉄皮（図示せず）が貼り付けられたもので、底部の一端に傾斜した出湯口３８を有している。
【００３１】
先ず、図４（Ａ）に示すように、予め反時計方向に傾けた注湯容器３６の収容部３７内に、その真上に移動した取鍋２８から溶湯Ｍを注湯する。この際、支持部３４内のロードセルは、回転軸３５を介して注湯容器３６および注がれた溶湯Ｍの重量を逐次測定している。
従って、注湯容器３６および回転軸３５の重量を差し引いた溶湯Ｍの重量が、隣接する上記ライン２０における鋳型２２，２２間のキャビティ２４や湯道２６などに注湯する溶湯の容積（上記重量を比重で割り算する）の８０〜９０％になった時点で、上記収容部３７内への注湯を中止する。具体的には、図４（Ｂ）の左側に示すように、取鍋２８の注湯口２９を耐火物製の棒２９ａで閉鎖する。
【００３２】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、注湯容器３６を時計回り方向に傾動させ、その出湯口３８を掛堰１２の真上に位置させて、溶湯Ｍを掛堰１２の収容部１７内に注湯する。この際、予め取鍋２８を図示のように左側に移動しておく。
これにより、掛堰１２の収容部１７には、上記計量された重量の溶湯Ｍが注がれると共に、係る溶湯Ｍは、その直下に位置する鋳型２２，２２間の湯口カップ２５および湯道２６を経てキャビティ２４に順次充填される。この結果、少なくともキャビティ２４を含むレベル以下、あるいはキャビティ２４の真上に位置する押湯のレベル以下の鋳型内空間に充填され且つ徐々に凝固してゆく。
一方、この間において、溶湯供給手段３０は、台車３２の走行により、また、取鍋２８は、図示しないクレーンにより、縦型無枠造型ライン２０における隣接する鋳型２２，２２間の湯口カップ２５、湯道２６、およびキャビティ２４の上方にそれぞれ移動した後、上記動作を繰り返して行う。
【００３３】
以上に説明した本発明における第２の鋳造方法によれば、縦型無枠造型ライン２０において、個々の鋳型２２，２２間のキャビティ２４などへの鋳込時間が造型サイクルタイムよりも長くても、一部が注湯途中である溶湯Ｍの他部は、掛堰１２の収容部１７内で一時的に滞留した後、湯道２６などを経てキャビティ２４に注湯される。そして、所定量の溶湯Ｍを注湯した溶湯供給手段３０が隣接する鋳型２２，２２間のキャビティ２４寄りに移動した後で、当該鋳型２２，２２間に位置する鋳型内空間の組の少なくとも全てのキャビティ２４およびこれ以下のレベル以下の湯道２６や押湯などに、溶湯Ｍを確実に充填することができる。
【００３４】
従って、縦型無枠造型ライン２０において、溶湯Ｍの歩留まりが向上し且つ注湯時間を短縮できるため、生産性を高め且つ湯境不良や鋳造欠陥などを生じることなく、品質が安定した製品を製造することが可能となる。
しかも、溶湯供給手段３０は、重量測定手段を有するため、予め鋳型空間内の８０〜９０％の溶湯Ｍを掛堰１２を介して、当該鋳型空間に鋳込むことができるため、注湯操作を自動化して効率良く鋳造作業を行うことが可能となる。
【００３５】
図５は、前記掛堰１２の応用形態である鋳型用掛堰１２ａ〜１２ｃに関する。尚、これらにおいて、前記掛堰１２と同じ部分や要素には共通の符号を用いる。
図５（Ａ）に示すように、鋳型用掛堰１２ａは、前記同様の箱形状の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、および収容部１７を備えると共に、注湯口１６の内側にはリング形状の段部１８が形成されている。係る段部１８には、図５（ａ）に示すように、外形が四角形状を呈し且つ内部が３次元の多孔質構造を有し、ＳｉＣなどのセラミックからなる耐熱性のフィルタ４０が挿入される。このフィルタ４０を注湯口１６の付近に配置することにより、溶湯Ｍ中に含まれている酸化物（ＭｇＯ、Ｆｅ３Ｏ４、ＭｎＯなど）や鋳物砂のような夾雑物を除去することが可能となる。この結果、前記鋳型空間に所定重量の溶湯Ｍを一層確実に鋳込むことが可能となる。尚、係るフィルタ４０の形状は、上記段部１８の形状に応じて平面視で円形などとしても良い。
【００３６】
また、図５（Ｂ）に示す鋳型用掛堰１２ｂは、前記同様の箱形状を呈するセラミック製の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、および収容部１７を備えると共に、注湯口１６の下側には、これと同軸心で且つ円筒形などの筒部１９が垂下している。
更に、図５（Ｃ）に示す鋳型用掛堰１２ｃは、前記同様の箱形状の本体１４、その四周の側面を囲う金枠１３、本体１４の底面１５に設けた注湯口１６、その内側の段部１８、および収容部１７を備え、係る注湯口１６には、鋳込むべき溶湯Ｍと同じ金属または合金からなるパイプ４２が垂直に取り付けられる。
係るパイプ４２は、その上端に外周側に拡がるフランジ４４を有し、図５（Ｃ）に示すように、係るフランジ４４を注湯口１６の内側の段部１８に掛け止めすることで、その中空部４６を上記注湯口１６と同軸心にして垂下させている。
【００３７】
上記セラミック製の筒部１９および金属製のパイプ４２は、前記鋳型１または前記鋳型２２，２２間の湯口カップ１０などの内側に垂下する。これにより、掛堰１２ｂ，１２ｃの収容部１７から注湯した溶湯Ｍが、鋳型１などの湯口カップ１０内で飛沫となって付着したり、空気に曝される距離を短くできる。この結果、溶湯Ｍを歩留まり良く健全な状態で鋳型１などの湯道６やキャビティ４などに充填することが可能となる。
尚、上記パイプ４２は、複数回にわたる溶湯Ｍの注下によってある程度溶け落ちた際には、新たなものと取り替えられる。また、上記筒部１９も、本体１４と同様なセラミック製で、且つ上記パイプ４２と同様に本体１４と別体のセラミックパイプとして交換可能にしても良い。更に、前記本体１４がシェル型やコールドロールボックス型である場合、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、当該本体１４の底面側に肉盗み用の凹部１４ａを形成しても良い。
【００３８】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の鋳型１や縦型造型鋳型には、前記鋳型１や縦型造型鋳型２２のような生砂型に限らず、シェル型またはコールドロールボックス型のような砂型も含まれる。尚、縦型造型鋳型は、従前の湯口カップのまま使用しても良い。
また、掛堰の形状は、前記箱形状に限らず、円筒形や多角柱なども含まれる。
更に、前記縦型無枠鋳型造型ライン２０に前記掛堰１２などを適用する場合、係るライン２０の前記溶湯供給手段３０の台車３２が走行する側と反対側に沿って、掛堰１２などの掛堰搬送ラインを配置し、上記ライン２０へのローディングおよびアンローディングを行うことも可能である。
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の鋳造方法を示す概略図、（Ｂ），（Ｃ）はこれに用いる鋳型用掛堰の平面図または一部に垂直断面を含む斜視図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は図１（Ａ）に続く第１の鋳造方法を示す概略図。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の鋳造方法を示す概略図。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は第２の鋳造方法における溶湯供給手段の挙動を示す概略図。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は応用形態の掛堰を示す垂直断面図、（ａ）はフィルタの概略図。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は従来の鋳造方法またはその注湯状態を示す概略図。
【符号の説明】
１…………………………鋳型
２…………………………上面
４，２４…………………キャビティ
６，１１，２６…………湯道
８…………………………押湯
１０，２５………………湯口カップ
１２，１２ａ〜１２ｃ…掛堰
１４………………………本体
１６………………………注湯口
１８，２８………………取鍋（溶湯供給手段）
１９………………………筒部
２０………………………縦型無枠造型ライン（縦型造型ライン）
２２………………………縦型無枠鋳型（縦型造型鋳型）
３０………………………溶湯供給手段
３２………………………台車
３４………………………支持部（重量測定手段）
３６………………………注湯容器
４０………………………フィルタ
４２………………………パイプ
Ｍ…………………………溶湯
Claims (7)
- 内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道を含む複数の鋳型と、係る鋳型ごとの上面に載置され且つ上記湯口カップに連通する注湯口を底面に有する鋳型用掛堰と、を備え、
上記各鋳型におけるキャビティ、湯道、および湯口カップの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、上記掛堰の実質的な溶湯の収容容積を４０〜６０％とし、上記必要な溶湯の容積の８０〜９０％の溶湯を、係る掛堰を介して上記湯道およびキャビティに注湯する、ことを特徴とする鋳造方法。 - 内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道からなる組を、長手方向に沿って複数有する縦型造型鋳型を含む縦型造型ラインと、
上記ライン上に載置され且つ上記各組ごとの湯口カップに連通する注湯口を底面に有する複数の鋳型用掛堰と、
上記掛堰に溶湯を供給する溶湯供給手段と、を備え、
上記各組ごとのキャビティ、湯道、および湯口カップの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、上記各組ごとの上記掛堰の実質的な溶湯の収容容積を４０〜６０％とすると共に、
上記必要な溶湯の容積の８０〜９０％の溶湯を、上記掛堰を介して上記各組ごとの湯道およびキャビティに注湯する、ことを特徴とする鋳造方法。 - 前記湯道には、前記キャビティの上方に位置してこれに連通する押湯が含まれている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の鋳造方法。
- 前記溶湯供給手段は、前記縦型造型ラインの長手方向に沿って走行可能な台車、係る台車上に載置される傾動可能な注湯容器、および係る注湯容器の重量を測定する重量測定手段を含んでいる、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の鋳造方法。 - 内部に形成されたキャビティおよび係るキャビティに一端が連通し且つ他端が上面に設けた湯口カップに連通する湯道を含む複数の鋳型、または上記キャビティおよび湯道からなる組を長手方向に沿って複数有する縦型造型鋳型を含む縦型造型ラインの上面に載置される鋳型用掛堰であって、
砂またはセラミックからなる本体と、係る本体の底面に上記湯口カップに連通する注湯口とを有し、上記各鋳型または各組ごとのキャビティ、湯道、および湯口カップなどの全てを充填するに必要な溶湯の容積を１００％とした際に、実質的な溶湯の収容容積が４０〜６０％である、ことを特徴とする鋳型用掛堰。 - 前記本体における前記注湯口の付近に、耐熱性で且つ多孔質のフィルタを配置することが可能である、
ことを特徴とする請求項５に記載の鋳型用掛堰。 - 前記注湯口の下側から前記湯口カップ内に垂下する筒部を前記本体と一体または別体にして形成するか、あるいは、前記本体と別体のパイプを取り付け且つ上記注湯口の下側に垂下可能とされている、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の鋳型用掛堰。
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