JP2007075879A

JP2007075879A - 鋳造方法及び鋳造装置

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Publication number: JP2007075879A
Application number: JP2005270091A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Matsuda; 務松田
Original assignee: MATSUDA GOKIN CHUZOSHO KK; Kimmon Manufacturing Co Ltd
Current assignee: MATSUDA GOKIN CHUZOSHO KK; Kimmon Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】金型鋳造は勿論のこと、砂型鋳造でも凝固収縮時に空隙欠陥（引巣）が鋳物内部に発生することはなく、歩留まりの高い鋳造方法を提供することにある。
【解決手段】鋳型６のキャビティー１０に溶融金属からなる溶湯を注湯し、前記キャビティー１０内で前記溶湯を凝固させる鋳造方法において、前記注湯開始から少なくとも押湯・凝固完了までの間、前記鋳型６を介してキャビティー１０内の溶湯に、３０〜１０００Ｈｚの振動を付与することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、水道メーター等のケーシングを鋳造する鋳造方法及び鋳造装置に関する。

一般家庭等に設置され、水道の使用量を積算指示する水道メーターは、ケーシングに流入口及び流出口が設けられている。ケーシングの内部には羽根車、この羽根車の回転数を積算指示する積算指示機構が設けられている。このような水道メーターのケーシングは、従来、青銅鋳物によって製作されている。

青銅鋳物は、耐蝕性、耐圧性に優れているとともに、鋳造性、切削性、経済性の面での有利であるが、青銅鋳物は、数％の鉛を含有している。従って、水道メーターのケーシングを青銅鋳物で製作した場合、水道水中に鉛が浸出し、これが厚生労働省令の水道水質基準を達成できない場合が生じている。さらに、ケーシングの鋳造時における鉛の飛散、塗装時の有機溶剤の飛散が環境問題にも発展しつつある。

そこで、水道メーターのケーシングを、従来の青銅鋳物に代って、鉛レス銅合金を用いた鋳造で製作すると、鉛の新浸出基準を十分にクリアできるとともに、鋳造時における鉛の飛散がなく、環境問題においても解決される。

前記鉛レス銅合金としては、例えば、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｂｉ−Ｚｎ銅合金が知られている。Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ合金は、例えば、Ｃｕ（７５．５ｗｔ％）、Ｓｉ（３．０ｗｔ％）、Ｐb（０．１ｗｔ％以下）、Ｚｎ（２１．０ｗｔ％）である。Ｃｕ−Ｂｉ−Ｚｎ合金は、例えば、Ｃｕ（８３．０〜８６．０ｗｔ％）、Ｂｉ（２．０〜４．０ｗｔ％）、Ｚｎ（７．０〜１０．０ｗｔ％）である。

しかしながら、鉛レス銅合金を従来の青銅と同様に、鋳型としての砂型のキャビティーに注湯して鋳造した場合、凝固収縮時に空隙欠陥（引巣）が鋳物内部に発生しやすいという問題がある。
一方、鋳型に金型を用いた精密鋳造においては、鋳型の内部の溶湯が下側から上方に向って順次凝固させるように、鋳型に振動を間欠的または連続的に加え、溶湯を振動させるようにした精密鋳造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１のものは、鋳型を載置するプレートに、加振機を設け、１０〜３００Ｈｚ、振幅は０．０１〜３ｍｍ程度を加え、溶湯を撹拌するものである。
特開平１０−８５９２７号公報

しかしながら、特許文献１のものは、精密鋳造方法及びその装置であって、鋳型の周囲に加熱炉が設けられ、この加熱炉の下方に冷却部が設けられている。そして、鋳型を徐々に下降させ、鋳型内の溶湯が下側から上方に向って徐々に凝固する途中に、鋳型に振動を加えるようにしたものである。従って、精密鋳造装置の場合には、鋳型が金型で製作されているため振動が加わっても鋳型に影響がないが、砂型からなる鋳型の場合には砂型が振動によって崩れる虞があり、上述のような振動を加えることはできない。従って、鋳型としての砂型のキャビティーに注湯して鋳造した場合、凝固収縮時に空隙欠陥（引巣）が鋳物内部に発生する問題が残る。
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、この目的とするところは、注湯開始から少なくとも押湯・凝固完了までの間の数秒間、鋳型を介してキャビティー内の溶湯に、３０〜１０００Ｈｚの振動を付与することにより、金型鋳造は勿論のこと、砂型鋳造でも凝固収縮時に空隙欠陥（引巣）が鋳物内部に発生することはなく、歩留まりの高い鋳造方法及び鋳造装置を提供することにある。

この発明は前記目的を達成するために、請求項１は、鋳型のキャビティーに溶融金属からなる溶湯を注湯し、前記キャビティー内で前記溶湯を凝固させる鋳造方法において、前記注湯開始から少なくとも押湯・凝固完了までの間、前記鋳型を介してキャビティー内の溶湯に、３０〜１０００Ｈｚの振動を付与することを特徴とする。
請求項２は、請求項１記載の前記溶融金属は、少なくともＣｕ−Ｓｉを含む合金または少なくともＣｕ−Ｂｉを含む合金であることを特徴とする。
請求項３は、定盤と、この定盤上に載置され、溶融金属からなる溶湯が注湯されるキャビティーを有する鋳型と、この鋳型を介してキャビティー内の溶湯に、３０〜１０００Ｈｚの振動を付与する振動発生源とを具備したことを特徴とする鋳造装置にある。
請求項４は、溶融金属からなる溶湯が注湯されるキャビティーを有する鋳型と、この鋳型を載置する定盤と、この定盤を搬送する搬送路と、この搬送路の途中に設けられ前記鋳型のキャビティーに溶湯を注湯する注湯ポジションと、この注湯ポジションに設けられ、前記定盤に載置された鋳型が前記注湯ポジションの位置決めされたとき、前記鋳型を介してキャビティー内の溶湯に振動を付与する振動発生源とを具備したことを特徴とする鋳造装置にある。

この発明によれば、金型鋳造は勿論のこと、砂型鋳造でも凝固収縮時に空隙欠陥（引巣）が鋳物内部に発生することはなく、歩留まりの高い鋳造方法及び鋳造装置を提供できるという効果がある。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は第１の実施形態を示し、鋳造装置の概略的構成図である。鋳造工場等の床面１には搬送路としてのレール２が敷設され、レール２には複数個の車輪３を備え、後述する鋳型を載置して搬送する移載盤４が走行可能に設けられている。

移載盤４上には矩形状のプレートからなる定盤５が載置され、この定盤５には鋳型としての砂型６が設けられている。砂型６は鋳物砂によって造型された上型７と下型８とからなり、分割面９に跨ってキャビティー１０が設けられている。この砂型６は、例えば水道メーターの本体を鋳造するものであり、水道メーターの本体を象った模型（図示しない）によってキャビティー１０が造型されている。また、キャビティー１０は上型７の上面に開口する湯口１１が設けられている。上型７及び下型８の周囲は、例えばアルミニウム枠体からなるジャケット１２によって覆われており、上型７の上面には錘１３が設けられている。

ここで、砂型６の寸法及び重量について説明すると、縦・横・高さが３００ｍｍ×３００ｍｍ×２００ｍｍの場合、砂型６自体の重量は２２ｋｇ、錘１３は２３ｋｇ、ジャケット１２は４ｋｇであり、総重量は４９ｋｇである。

このように構成された砂型６はレール２に沿って走行する移載盤４に載置されて注湯ポジションＰに搬送される。注湯ポジションＰに位置する床面１には凹陥部１４が設けられている。この凹陥部１４には振動発生源としてのバイブレーター１５が設けられている。このバイブレーター１５はエアシリンダ、電動モータ等の上下動機構１６によって上下動自在に設けられ、バイブレーター１５の上昇時（実線位置）に移載盤４の下面に接触し、バイブレーター１５の振動を移載盤４、定盤５を介して砂型６に伝達できるようになっている。なお、移載盤４を移動するときには、上下動機構１６によってバイブレーター１５を下降（２点鎖線位置）させ、移載盤４の下面から離間させて移載盤４を移動できるようになっている。

注湯ポジション１３において、湯口１１からキャビティー１０に注湯される溶融金属からなる溶湯、つまり水道メーター本体の鋳物材料は、本実施例では、鉛レス銅合金としてのＣｕ−Ｓｉ−Ｚｎ合金を使用している。
次に、鋳造方法について説明する。
注湯ポジションＰの前工程の造型工程では水道メーターの本体を象った模型（図示しない）を用い、鋳物砂によって上型７及び下型８を造型する。上型７及び下型８から模型を抜き取って砂型６にキャビティー１０を形成する。砂型６を定盤５を介して移載盤４に移載した後、上型７の上面に錘１３を載置する。
移載盤４をレール２に沿って移動させ、砂型６を注湯ポジションＰに位置決めする。砂型６が注湯ポジションＰに位置決めされたことを確認すると、上下動機構１６が駆動してバイブレーター１５が上昇し、移載盤４の下面に接触する。

この状態で、湯口１１から溶湯が注湯されると、溶湯は砂型６のキャビティー１０に充填される。注湯開始と同時に、バイブレーター１５が駆動され、バイブレーター１５の振動（３０〜１０００Ｈｚ）が移載盤４、定盤５を介して砂型６が振動する。砂型６が振動すると、キャビティー１０に充填されつつある溶湯に振動が伝播されて溶湯が活性化されるとともに凝固開始される。通常、キャビティー１０に注湯された溶湯はその外周部から内部に向って凝固が進むが、凝固の途中でバイブレーター１５からの振動が溶湯に付与されるため、キャビティー１０内の溶湯が略均等に凝固されることになる。キャビティー１０内で溶湯が凝固されると収縮してキャビティー１０内に隙間が生じるが、湯口１１から活性化された溶湯が押湯されると、その圧力によって溶湯が隙間なく充填されるため、高密度組織の鋳物が得られる。
鋳造は、注湯された溶湯がキャビティー１０内で凝固収縮される時、空隙欠陥（引巣）が鋳物内部に発生しやすいが、前述したように押湯・凝固完了までの間に、溶湯にバイブレーター１５からの振動が伝播されるため、溶湯が略均等に凝固され、鋳物に空隙欠陥（引巣）が発生するのを防止できる。
砂型６のキャビティー１０に溶湯を注湯する注湯時間は、鋳造品の大きさ、肉厚等によって異なるが、水道メーターの場合、１．５〜２．０秒であり、注湯開始と同時で、押湯・凝固完了までの間であり、バイブレーター１５が駆動してその振動が溶湯に伝播される。
ここで、バイブレーター１５の振動数について説明すると、３０〜１０００Ｈｚの範囲で任意に設定可能であり、好ましくは１００〜４００Ｈｚの範囲であり、鋳造する鋳造品の大きさ、形状、肉厚により設定される。鋳造品が上記材料の水道メーターであるとすると、振動付与時間は、注湯開始から少なくとも押湯・凝固完了までの間の６〜８秒以上が望ましい。

本発明者の実験によれば、１台の砂型６で、１台の砂型６で、２個の鋳造品３ｋｇ（１．５ｋｇ×２個）の場合、振動付与時間は６秒以上。１台の砂型６で、１個の鋳造品５ｋｇの場合、振動付与時間は８秒以上が適当であった。
バイブレーター１５による振動付与が終了すると、上下動機構１６が駆動してバイブレーター１５が下降し、バイブレーター１５が移載盤４から離間する。そして、砂型６載置した移載盤４はレール２に沿って次の凝固工程に搬送される。
なお、前記実施形態においては、砂型６が注湯ポジションＰに位置決めされると、上下動機構１６が駆動してバイブレーター１５が上昇し、移載盤４の下面に接触して振動を砂型６に伝播するようにしたが、バイブレーター１５は定盤５の上部から伝達させるようにしてもよく、振動伝達手段は限定されるものではない。

また、溶湯である鉛レス銅合金は、鋳造品が水道メーターの場合であって、厚生労働省令の水道水質基準をクリアするために、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ合金、例えば、Ｃｕ（７５．５ｗｔ％）、Ｓｉ（３．０ｗｔ％）、Ｐb（０．１ｗｔ％以下）、Ｚｎ（２１．０ｗｔ％）を用いているが、これに限定されるものではなく、Ｃｕ−Ｂｉ−Ｚｎ合金、例えば、Ｃｕ（８３．０〜８６．０ｗｔ％）、Ｂｉ（２．０〜４．０ｗｔ％）、Ｚｎ（７．０〜１０．０ｗｔ％）でもよく、溶融金属は、鋳造品によって適宜変更可能である。
なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。

この発明の第１の実施形態を示し、鋳造装置の縦断側面図。

符号の説明

５…定盤、６…砂型、１０…キャビティー、１５…バイブレーター（振動発生源）

Claims

鋳型のキャビティーに溶融金属からなる溶湯を注湯し、前記キャビティー内で前記溶湯を凝固させる鋳造方法において、
前記注湯開始から少なくとも押湯・凝固完了までの間、前記鋳型を介してキャビティー内の溶湯に、３０〜１０００Ｈｚの振動を付与することを特徴とする鋳造方法。
前記溶融金属は、少なくともＣｕ−Ｓｉを含む合金または少なくともＣｕ−Ｂｉを含む合金であることを特徴とする請求項１記載の鋳造方法。
定盤と、この定盤上に載置され、溶融金属からなる溶湯が注湯されるキャビティーを有する鋳型と、この鋳型を介してキャビティー内の溶湯に、３０〜１０００Ｈｚの振動を付与する振動発生源とを具備したことを特徴とする鋳造装置。
溶融金属からなる溶湯が注湯されるキャビティーを有する鋳型と、この鋳型を載置する定盤と、この定盤を搬送する搬送路と、この搬送路の途中に設けられ前記鋳型のキャビティーに溶湯を注湯する注湯ポジションと、この注湯ポジションに設けられ、前記定盤に載置された鋳型が前記注湯ポジションの位置決めされたとき、前記鋳型を介してキャビティー内の溶湯に振動を付与する振動発生源とを具備したことを特徴とする鋳造装置。