JP2011194431A - 冷却用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】半凝固スラリーを用いて鋳造を行う鋳造装置において、溶湯から半凝固スラリーを得るための冷却用治具に残留した凝固物を容易に除去する。
【解決手段】冷却用治具１８は、底部２８と、互いに対向する第１側部３０、第２側部３２とを有し、これら底部２８、第１側部３０及び第２側部３２の各内側壁によって流動溝３４が形成される。底部２８の内側壁と、第１側部３０及び第２側部３２の各内側壁との間にはＲ部３６、３８が形成されるとともに、溶湯出口となる端部には傾斜面４０が形成される。さらに、第１側部３０及び第２側部３２は、互いの離間距離が底部２８から離間するにつれて大きくなるように傾斜した状態で底部２８に連なっている。この冷却用治具１８は、回動用モータ４２の作用下に、回転中心軸Ｌ２を回転中心として回動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流動する溶湯に固相を生じさせて半凝固スラリーとするための冷却用治具に関する。

一般的な鋳造においては、液相である高温の溶湯が金型に形成されたキャビティに充填されるが、近時、溶湯に代替し、固相と液相が共存した半凝固スラリーを用いることも行われている。この場合、例えば、特許文献１に記載されるように、冷却用治具に溶湯を接触させながら流動させ、この流動の間に前記溶湯を冷却して固相を生じさせるようにしている。これにより、半凝固スラリーが得られる。

このようにして得られた半凝固スラリーは、冷却用治具から鋳造装置のプランジャスリーブに注湯され、さらに、該プランジャスリーブから金型のキャビティに移送される。

この種の冷却用治具に関し、前記特許文献１には、平板形状、樋形状又は管形状等とすることが記載されている。

特許第３９２０３７８号公報（特に、段落［００２１］）

冷却用治具を単なる平板形状とした場合、溶湯を流動させる際に側方から溶湯が溢流してしまう。これを回避するためには、特許文献１の記載に従えば、冷却用治具を樋形状又は管形状のいずれかとせざるを得ない。しかしながら、この場合、冷却用治具から凝固物を除去することが困難となるという不具合を招く。

すなわち、溶湯が流動した後の冷却用治具には、溶湯が凝固することで生じた凝固物が残留する。この凝固物を除去しないまま次回の鋳造を行うべく冷却用治具上で溶湯を流動させると、該溶湯が十分に冷却されず、所定の固相率の半凝固スラリーを得ることが困難となる。

また、凝固物が溶湯に同伴されてプランジャスリーブに移送された場合、凝固物が目詰まりの原因となる。さらに、目詰まりが発生しない場合であっても、凝固物が溶湯とともにキャビティに到達するような事態が発生すると、鋳造品の品質が低下してしまう。

以上のような不具合が発生することを回避するため、次回の鋳造を行う前に冷却用治具から凝固物を除去する必要がある。しかしながら、冷却用治具を樋形状としたときには、溶湯出口側の端部に半凝固スラリーが付着して凝固し、比較的大きな塊状凝固物となることがある。この場合、塊状凝固物が存在するために前記凝固物を除去することが困難となる。

また、管形状の場合、開口が存在するのは溶湯入口と溶湯出口のみである。このため、凝固物を除去すること自体が困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、高温の溶湯に接触してもヒートクラックが発生する懸念を払拭し得、しかも、凝固物を除去することが容易な冷却用治具を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、流動する溶湯に接触して前記溶湯を冷却することで該溶湯に固相を生じさせることにより半凝固スラリーを得るための冷却用治具であって、
底部と、
前記底部に対して折曲して連なるとともに、互いに対向する第１側部及び第２側部と、
を備え、
前記底部の内側壁と、前記第１側部及び前記第２側部の内側壁とで、前記半凝固スラリーが流動する流動溝が形成され、
且つ前記底部の内側壁と、前記第１側部及び前記第２側部の内側壁との間に湾曲部が形成されたことを特徴とする。

この冷却用治具では、第１側部と第２側部が底部のみに連なる。従って、流動溝が露呈するので、凝固物を除去する作業が極めて容易となる。

また、冷却用治具における溶湯ないし半凝固スラリーに接触する部位中に先鋭に折曲された箇所が存在する場合、該箇所に熱応力が集中することに起因してヒートクラックが発生する懸念があるが、本発明では、底部の内側壁と、第１側部及び第２側部の各内側壁との間に湾曲部を形成し、これにより先鋭に折曲された箇所が存在しないようにしているので、冷却用治具にヒートクラックが発生することが抑制される。

すなわち、本発明によれば、耐久性に優れ、しかも、凝固物を除去する作業が極めて容易な冷却用治具を構成することができる。

ここで、第１側部及び第２側部は、底部から離間するにつれて互いの離間距離が大きくなるように鉛直線に対して０．２５°〜１０°の角度で傾斜して前記底部に連なることが好ましい。すなわち、底部に対する第１側部の傾斜角度、及び底部に対する第２側部の傾斜角度を鈍角とする。

これにより、凝固物が底部と第１側部との間、又は底部と第２側部との間に噛み込むこと、ひいては、凝固物が底部と第１側部との間、又は底部と第２側部との間に残留することが回避される。従って、次回の鋳造時に目詰まりが発生したり、鋳造品の品質が低下したりする懸念が払拭される。

同時に、溶湯に、冷却過剰領域や冷却不足領域が発生することが回避される。

この場合、湾曲部の曲率半径を１〜４０ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。１ｍｍ未満では上記の効果が乏しくなる上、湾曲部にヒートクラックが発生することを抑制することが容易でなくなる場合がある。また、４０ｍｍを超えると、冷却用治具に対する溶湯の接触面積が小さくなるので、該溶湯を十分に冷却し得ない懸念がある。

以上のように構成される冷却用治具は、その軸線方向に平行な回転軸を中心として回動することが可能であり、且つ溶湯出口となる前記底部の先端部に、該底部の内側壁から外側壁に向かうにつれて長手方向寸法が短くなるように傾斜面が形成されたものであることが一層好ましい。

すなわち、この場合、冷却用治具を回動させることで溶湯が主に流動する面を鉛直下方に向かって傾斜させる。冷却用治具に対する凝固物の付着力は比較的小さいので、この傾斜によって凝固物が落下する。すなわち、凝固物を冷却用治具から容易に除去することができる。

しかも、溶湯出口となる先端部に傾斜面を形成しているので、半凝固スラリーが底部の内側壁（流動溝の底面）から外側壁に回り込むことが防止される。従って、底部の内側壁から外側壁に回り込むようにして連なる凝固物が形成されることが回避されるので、凝固物が溶湯出口を噛み込んで引っ掛かることがない。

このため、溶湯出口に塊状凝固物が形成されることが回避される。従って、その他の凝固物を除去することが容易となる。

さらに、底部の内側壁及び湾曲部の十点平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４年参照）Ｒｚを６．３μｍ以下とすることが好ましい。この場合、溶湯と冷却用治具との接触面積が大きくなるので、溶湯の熱が冷却用治具に速やかに伝達される。すなわち、溶湯から冷却用治具への熱伝達効率が向上するので、所定の固相率の半凝固スラリーを得ることが容易となる。

さらにまた、冷却用治具が鋼材等のＦｅ基合金からなる場合、その表面に、窒化処理による硬化層を形成することが好ましい。このようにして表面硬度が上昇した冷却用治具では、ヒートクラックが一層発生し難くなる。すなわち、冷却用治具の耐久性が一層向上する。また、窒化処理を施すことで硬化層を形成することにより、冷却用治具の溶損性を向上させることができる。

なお、冷却用治具がＣｕ基合金からなる場合には、その表面に、ＣｒＮ等の窒化物からなる皮膜を形成することが好ましい。この場合、冷却用治具の耐溶損性を向上させることができる。

加えて、冷却用治具の耐溶損性を向上させるべく、該冷却用治具に冷却媒体を流通させることが好ましい。

本発明によれば、第１側部と第２側部が底部のみに連なるようにして冷却用治具を構成することで流動溝を露呈するようにしているので、凝固物を除去する作業が極めて容易となる。従って、次回の鋳造時に凝固物が溶湯に混在することが回避されるので、鋳造装置に目詰まりが生じたり、鋳造品の品質が低下したりする懸念が払拭される。

しかも、底部の内側壁と、第１側部及び第２側部の各内側壁との間に湾曲部を形成するようにしているので、冷却用治具における溶湯ないし半凝固スラリーに接触する部位に、先鋭に折曲された箇所が存在しない。このため、冷却用治具にヒートクラックが発生することが抑制されるので、冷却用治具の耐久性を向上させることができる。

本実施の形態に係る冷却用治具を含んで構成される鋳造装置の全体概略側面図である。 前記冷却用治具及びその周辺を示す要部拡大斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 前記鋳造装置の要部概略側面図である。 図５の矢印Ｘ方向から視認した概略正面図である。 図５の要部を拡大した拡大側面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。 流動溝内の溶湯における表層部の幅方向中央近傍に冷却不足領域が発生した状態を示す冷却用治具の幅方向断面図である。 流動溝内の溶湯における底部の内側壁に接触する部位に冷却過剰領域が発生し、且つ表層部の幅方向中央近傍に冷却不足領域が発生した状態を示す冷却用治具の幅方向断面図である。 図８に示すストッパが図８から１８０°離間した位置まで移動した状態を示す要部断面図である。 図２に示す冷却用治具が反転する位置まで回動した状態を示す要部拡大斜視図である。 本実施の形態に係る冷却用治具を含んで構成される別の鋳造装置の全体概略斜視図である。

以下、本発明に係る冷却用治具につき、それを具備する鋳造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る冷却用治具を含んで構成される鋳造装置の全体概略側面図を図１に示す。この鋳造装置１０は、ラドル１２から流下された溶湯１４をプランジャスリーブ１６まで案内する冷却用治具１８と、前記プランジャスリーブ１６内を往復動作するプランジャチップ２０と、前記プランジャスリーブ１６が設けられた固定金型２２と、図示しない駆動機構の作用下に前記固定金型２２に対して接近又は離間自在な可動金型２４とを有する。

図１、及びその要部拡大斜視図である図２に示すように、長尺物として構成された冷却用治具１８は、溶湯１４を所定の流動速度でプランジャスリーブ１６に導くべく、鉛直方向に対して１０°〜８０°、より好ましくは２０°〜４０°程度傾斜している。勿論、冷却用治具１８の起点である上方端部はラドル１２に近接し（図１参照）、一方、終点である下方端部は、プランジャスリーブ１６の天井部に形成された注湯口２６に臨む（図１及び図２参照）。

この場合、冷却用治具１８は、底部２８と、該底部２８の各側方端部に屈曲して連なる第１側部３０、第２側部３２とを有する（図２参照）。これら底部２８、第１側部３０及び第２側部３２の各内側壁に区画されることによって、流動溝３４が形成される。

ここで、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である図３に示すように、底部２８の内側壁と、第１側部３０及び第２側部３２の各内壁とは、湾曲部としてのＲ部３６、３８を介して連なっている。換言すれば、底部２８の内側壁と、第１側部３０及び第２側部３２の各内壁との間には、Ｒ部３６、３８がそれぞれ湾曲形成される。

Ｒ部３６、３８の曲率半径は、１〜４０ｍｍの範囲内であることが好ましい。１ｍｍよりも小さいと、Ｒ部３６、３８にヒートクラックが発生し易くなる傾向が認められる。また、４０ｍｍよりも大きいと、冷却用治具１８に対する溶湯１４の接触面積が小さくなるので冷却効率が低下する。Ｒ部３６、３８の一層好ましい曲率半径は、３〜２０ｍｍである。

図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である図４に示すように、本実施の形態では、流動溝３４は、図４の上方に向かうに従って拡開されている。換言すれば、互いに対向する第１側部３０と第２側部３２は、その離間距離が底部２８から離間するにつれて大きくなるように傾斜している。

第１側部３０及び第２側部３２の鉛直線Ｍに対する角度θ１は、０．２５°〜１０°であることが好ましい。０．２５°未満であると、後述する冷却用治具１８の回動時に該冷却用治具１８から凝固物が離脱することが容易ではない。一方、１０°を超えると、流動溝３４を流動する溶湯１４ないし半凝固スラリーに冷却不足領域や、冷却過剰領域が発生することがある。しかも、冷却用治具１８の回動時に回動が終了する前に該冷却用治具１８から凝固物が離脱して散乱してしまう懸念がある。

図４から諒解されるように、溶湯出口となる底部２８の下方端部においては、該底部２８の内側壁から外側壁に向かうにつれて長手方向寸法が短く設定されている。これにより、底部２８の下方端部（溶湯出口）には、注湯口２６から離間する形状の傾斜面４０が形成される。鉛直線Ｍに対する傾斜面４０の傾斜角度θ２は、例えば、６０°に設定される。

以上のように構成された冷却用治具１８において、少なくとも、底部２８の内側壁（流動溝３４の底面）及びＲ部３６、３８では、十点平均粗さＲｚが６．３μｍ以下に設定される。この場合、流動溝３４をなす各壁面と、溶湯１４ないし半凝固スラリーとの接触面積が大きくなる。このため、溶湯１４から冷却用治具１８への熱伝達効率が大きくなるので、該冷却用治具１８を小型のものとして構成することができる。

さらに、底部２８の内側壁及びＲ部３６、３８にヒートクラックが発生することが回避される。上記したように、溶湯１４から冷却用治具１８への熱伝達効率が大きいからである。

なお、十点平均粗さＲｚは可及的に小さくすることが望ましいが、過度に小さくするためには精密な表面仕上げ加工が必要となり、このために冷却用治具１８を効率よく作製することが容易でなくなるとともに、加工コストが高騰する。従って、十点平均粗さＲｚは１．６μｍ程度であれば十分である。

また、第１側部３０及び第２側部３２の内側壁は、溶湯１４ないし半凝固スラリーに対する接触面積が比較的小さい。従って、熱応力が集中し難い。このため、これらの壁面の十点平均粗さＲｚを、底部２８の内側壁及びＲ部３６、３８の十点平均粗さＲｚより大きく設定するようにしてもよい。具体的には、２５μｍ程度であってもよい。勿論、これらの壁面の十点平均粗さＲｚを、底部２８の内側壁及びＲ部３６、３８の十点平均粗さＲｚと同程度、すなわち、１．６〜６．３μｍの間としてもよい。

さらに、冷却用治具１８が鋼材等のＦｅ基合金から構成されている場合、その全体に対して窒化処理を施すようにしてもよい。この場合、冷却用治具１８の表面に窒化物を含む硬化層が形成されるので、表面硬度が大きくなる。従って、熱応力が集中してもヒートクラックが発生し難い。また、窒化物を含む硬化層が存在するので、冷却用治具１８の耐溶損性が向上する。

なお、冷却用治具１８がＣｕ基合金からなる場合には、窒化処理に代替し、窒化物からなる皮膜を全体に形成することが好ましい。好適な窒化物としては、ＣｒＮ等が挙げられる。この場合、冷却用治具１８の耐溶損性を向上させることができる。

以上のように構成された冷却用治具１８の近傍には、図示しないフレームが設けられる。このフレームには、図２、図５〜図７に示すように、回動機構である回動用モータ４２が取り付けられた支持板４４が支持される。換言すれば、回動用モータ４２は、支持板４４を介して前記フレームに支持されている。なお、図６は、図５のＸ方向から視認した正面図である。

回動用モータ４２の中心から突出した回転軸４６は、前記支持板４４に貫通形成された挿通孔に通される（図２参照）。なお、挿通孔の内壁と回転軸４６の側部との間には遊びがあり、このため、回転軸４６が回転動作する際に支持板４４が回転することはない。

また、回転軸４６は、前記挿通孔から露呈した後、図７から諒解されるように、冷却用治具１８の軸線方向に対して平行に延在する。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である図８に示すように、この回転軸４６には、該回転軸４６が回転動作することに伴って回転動作する第１ギア４８及びストッパホルダ５０が外嵌されている。

第１ギア４８は、回動用軸５２に外嵌された第２ギア５４に噛合する。このため、回動用軸５２は、第２ギア５４の回転動作を介し、回転軸４６の回転動作に追従して回転動作する。なお、図２及び図８から諒解されるように、回動用軸５２の中心は、回転軸４６の中心からオフセットされた位置に設定される。

回動用軸５２には、平板形状の第１ブラケット５６、第２ブラケット５８が互いに離間するようにして外嵌される。ここで、回動用軸５２は、第１ブラケット５６、第２ブラケット５８の一端部に偏倚するようにしてこれら第１ブラケット５６、第２ブラケット５８の各々に形成された貫通孔に通される。

一方、冷却用治具１８には、断面略コの字状の把持部材６０が堅牢に圧入・連結される。すなわち、把持部材６０の凹部６２には、冷却用治具１８の第１側部３０から底部２８、さらには第２側部３２に至るまでが堅牢に嵌合される。そして、図２、図３及び図５に示すように、把持部材６０における冷却用治具１８の第１側部３０に対応する側部、及び第２側部３２に対応する側部は、ボルト６４によって第１側部３０、第２側部３２の各外側壁に強固に連結される。

ここで、冷却用治具１８の底部２８の幅方向の中心軸は、図２中のＬ１として表される。すなわち、中心軸Ｌ１は、底部２８を幅方向に沿って２分割する軸である。

一方、冷却用治具１８の回転中心軸は図２中のＬ２となる。後述するように、冷却用治具１８は、回動用軸５２を中心として回転するからである。

この回転中心軸Ｌ２と、前記中心軸Ｌ１とを対比して諒解されるように、冷却用治具１８の回転中心軸Ｌ２は、該冷却用治具１８を幅方向に沿って２分割する中心軸Ｌ１からオフセットされた位置に設定される。

図８に示すように、前記ストッパホルダ５０は、円環形状部６６と、該円環形状部６６から直線状に突出した保持部６８とを有し、この中の保持部６８には嵌合用孔７０が貫通形成される。該嵌合用孔７０には、ストッパ７２が堅牢に嵌合される。ストッパ７２は、該嵌合用孔７０の両端開口から突出する。

一方、支持板４４には、回動用軸５２の近傍に第１堰止部材７４が位置決め固定されるとともに、該第１堰止部材７４から１８０°離間して第２堰止部材７６が位置決め固定される。ストッパ７２は、冷却用治具１８の流動溝３４が鉛直上方に臨むときには第１堰止部材７４に当接し、一方、冷却用治具１８が１８０°反転して流動溝３４が鉛直下方に臨むときには第２堰止部材７６に当接する（図１１参照）。

図１に示すように、プランジャスリーブ１６は略円筒体であり、上記したように、その天井部に注湯口２６が形成される。このプランジャスリーブ１６内に配設されたプランジャチップ２０は、図示しない油圧シリンダにロッド７８を介して連結されており、従って、前記油圧シリンダの作用下に往復動作することが可能である。

プランジャスリーブ１６と固定金型２２の間には、連結盤８０が介在する。そして、固定金型２２には、半凝固スラリーを導くためのランナ８４が鉛直方向に延在するようにして形成される。

固定金型２２における可動金型２４に臨む側の端面には凹部８６が陥没形成され、一方、可動金型２４における固定金型２２に臨む側の端面には、前記凹部８６に対応する位置に、凸部８８が突出形成される。凸部８８の突出高さは、凹部８６の陥没深さに比して若干小さく、このため、凹部８６の底面と凸部８８の頂面の間にはクリアランスが形成される。このクリアランスが、キャビティ９０となる。

なお、前記ランナ８４は、固定金型２２と可動金型２４の合わせ面近傍において、キャビティ９０に向かって略垂直に立ち上がっている。従って、半凝固スラリーは、ランナ８４に導かれてキャビティ９０に到達する。

本実施の形態に係る冷却用治具１８を含む鋳造装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、鋳造装置１０の動作との関係で冷却用治具１８の作用効果につき説明する。

鋳造作業に先んじて、冷却用治具１８の流動溝３４をなす底部２８、第１側部３０及び第２側部３２（図２参照）の各内側壁に離型剤が塗布される。その後、ラドル１２が傾斜され、これにより、図１に示すように該ラドル１２に予め貯留された金属、例えば、アルミニウム合金の溶湯１４が冷却用治具１８の上方端部近傍の流動溝３４に流下される。

この場合、冷却用治具１８は、鉛直方向に対して１０°〜８０°、より好ましくは２０°〜４０°傾斜するように設けられている。この傾斜角度では、流動溝３４に沿う溶湯１４の流動速度が適切な範囲となり、従って、流動する溶湯１４は、ガスを巻き込むことなく冷却用治具１８に十分に接触する。

しかも、本実施の形態では、冷却用治具１８の底部２８の内側壁（流動溝３４の底面）及びＲ部３６、３８の十点平均粗さＲｚが６．３μｍ以下に設定されている。このため、溶湯１４と冷却用治具１８との接触面積が大きくなるので、溶湯１４の熱が冷却用治具１８に速やかに伝達される。

また、本発明者らの鋭意検討によれば、角度θ１が１５°である場合、図９に示すように、流動溝３４内の溶湯１４中、表層部の幅方向中央近傍に冷却不足領域が発生することがある。さらに、角度θ１が３０°である場合、図１０に示すように、流動溝３４内の溶湯１４中、底部２８の内側壁に接触する部位が過剰に冷却されて冷却過剰領域が発生するとともに、図９と同様に、表層部の幅方向中央近傍に冷却不足領域が発生することがある。

これに対し、本実施の形態では、角度θ１は、好ましくは０．２５°〜１０°に設定されている（図４参照）。従って、溶湯１４に冷却不足領域や冷却過剰領域が発生することが回避される。

以上のことが相俟って、溶湯１４の熱が冷却用治具１８に適切な速度で且つ十分に伝達されるので、冷却用治具１８の下方端部に向かって流動するに従って溶湯１４の温度が下降する。これに伴って溶湯１４に固相が徐々に晶出し、その結果、半凝固スラリーが得られる。

要するに、溶湯１４は、傾斜した冷却用治具１８の下方端部に向かって流動する過程で、冷却用治具１８によって熱が奪取されることで一部が固相となることにより、固相及び液相が共存する半凝固スラリーに徐々に変態する。

この流動する溶湯１４（ないし半凝固スラリー）は高温であるので、冷却用治具１８における溶湯１４（ないし半凝固スラリー）に接触する部位中に先鋭に折曲された箇所が存在する場合、該箇所に熱応力が集中することに起因してヒートクラックが発生する懸念がある。しかしながら、本実施の形態では、底部２８の内側壁と、第１側部３０及び第２側部３２の各内側壁との間にＲ部３６、３８を設けるとともに、該Ｒ部３６、３８の曲率半径を好ましくは１〜４０ｍｍ、より好ましくは３〜２０ｍｍに設定するようにしている。これにより冷却用治具１８に先鋭に折曲された部位が存在することを回避しているので、溶湯１４（ないし半凝固スラリー）に接触するＲ部３６、３８、ひいては冷却用治具１８にヒートクラックが発生することが抑制される。

この抑制効果は、冷却用治具１８に窒化処理が施されている場合、換言すれば、該冷却用治具１８の表面に硬化層が形成されている場合、一層顕著となる。この場合、該冷却用治具１８の表面硬度が大きくなるので、熱応力が集中したとしても、ヒートクラックが一層発生し難くなるからである。

なお、流動する溶湯１４（ないし半凝固スラリー）は、第１側部３０及び第２側部３２によって堰止される。すなわち、第１側部３０及び第２側部３２が存在することにより、冷却用治具１８の側方から溶湯１４（ないし半凝固スラリー）が溢流・落下することが防止される。

また、溶湯出口である底部２８の下方端部に、注湯口２６から離間する形状の傾斜面４０が形成されている。このため、底部２８の下方端部に対する半凝固スラリーのいわゆる湯切れが良好となる。換言すれば、半凝固スラリーが底部２８の外側壁に回り込むことが防止される。

大部分の半凝固スラリーは、流動溝３４に導かれてプランジャスリーブ１６の注湯口２６から該プランジャスリーブ１６の内部に移送される。勿論、このときには、プランジャチップ２０は最大に後退している。

所定量の半凝固スラリーがプランジャスリーブ１６の内部に導入された後、前記油圧シリンダが駆動され、プランジャチップ２０が前進動作する。その結果、プランジャスリーブ１６内の半凝固スラリーが押圧され、ランナ８４を通過してキャビティ９０に充填される。

その後、キャビティ９０にて溶湯１４が冷却固化され、これにより鋳造品が得られるに至る。この鋳造品は、いわゆる型開きが行われることによって、キャビティ９０から取り出される。

ここで、半凝固スラリーは、冷却用治具１８上を流動する最中、その一部が、流動跡が連なった液滴状等の形状で冷却用治具１８に停滞することがある。溶湯１４の供給が停止された後、この停滞した半凝固スラリーは大気中に露呈し、この状態で凝固して固相となる。すなわち、凝固物（金属片）として冷却用治具１８の主に底部２８に残留する。

この凝固物が残留したまま次回の鋳造を行うと、上記したように、冷却用治具１８を流動する溶湯１４が十分に冷却されなくなる。また、プランジャスリーブ１６やランナ８４等で目詰まりが生じたり、鋳造品の品質が低下したりする懸念がある。

このような不具合が惹起されることを回避するべく、本実施の形態においては、半凝固スラリーのキャビティ９０への充填、及び冷却固化を行う一方で、冷却用治具１８に残留した凝固物を除去する作業を行う。

具体的には、溶湯１４の供給が終了して大部分の半凝固スラリーがプランジャスリーブ１６に注湯された後、前記回動用モータ４２（図２、図５〜図７参照）を付勢する。この付勢によって、回転軸４６が図２、図５及び図６に矢印で示す方向に回転動作する。なお、回転動作を開始する前に凝固物が完全に凝固するまで待機する必要は特にない。

上記したように、この回転軸４６が回転動作することに追従して、第１ギア４８及びストッパホルダ５０が回転動作を開始する。そして、回転軸４６の回転駆動力は、第１ギア４８に噛合した第２ギア５４を介して回動用軸５２に伝達され、結局、回動用軸５２が回転中心軸Ｌ２を中心として回転動作する。

回動用軸５２には第１ブラケット５６及び第２ブラケット５８が取り付けられているため、回動用軸５２が回転動作することに伴い、第１ブラケット５６及び第２ブラケット５８が回動用軸５２の回転中心軸Ｌ２を中心として回動動作する。さらに、これら第１ブラケット５６及び第２ブラケット５８に把持部材６０が連結されているので、該把持部材６０も回動動作する。

上記したように、この把持部材６０は、冷却用治具１８に堅牢に連結されている。このため、結局、冷却用治具１８が、第１ブラケット５６、第２ブラケット５８及び把持部材６０の回転動作に追従して回動動作を開始する。

ここで、ストッパホルダ５０も、回転軸４６の回転動作に追従して回転動作する。これに伴って、該ストッパホルダ５０に保持されたストッパ７２が図１１中に矢印で示す方向に移動する。すなわち、ストッパ７２は、第１堰止部材７４から離間して第２堰止部材７６に向かう。

ストッパホルダ５０が半回転する（すなわち、１８０°移動する）と、ストッパ７２が第２堰止部材７６に当接する。この当接によりストッパ７２が堰止され、ストッパホルダ５０、ひいては回転軸４６のそれ以上の回転動作が阻止される。

その結果、図５及び図６に仮想線で示し且つ図１２に実線で示すように、冷却用治具１８が１８０°反転した状態で停止するに至り、その底部２８が鉛直下方に臨む状態となる。

冷却用治具１８の回転中心軸Ｌ２は、底部２８の中心軸Ｌ１からオフセットされた位置に設定されている（図２、図６及び図７参照）。その結果、冷却用治具１８に比較的大きな遠心力が作用するので、凝固物に慣性力が付加される。このため、凝固物が冷却用治具１８から剥離し易くなる。

しかも、凝固物は、冷却固化の進行に伴って冷却用治具１８から剥離し易くなる。換言すれば、凝固物が冷却用治具１８に強固に付着することはない。その上、本実施の形態においては、冷却用治具１８に離型剤を塗布しているので、凝固物が冷却用治具１８から剥離することが一層容易となる。

加えて、ストッパ７２が第２堰止部材７６に当接した際の衝撃荷重が冷却用治具１８を介して凝固物に作用するので、凝固物が一層剥離し易くなる。

以上のことが相俟って、凝固物が自発的に冷却用治具１８から剥離する。上記したように流動溝３４が底部２８から離間するに従って拡開しているので、底部２８に対する第１側部３０、第２側部３２の傾斜角度が鈍角となる。このため、凝固物が底部２８と第１側部３０の間、及び底部２８と第２側部３２との間に噛み込まれて残留したり、凝固物が第１側部３０と第２側部３２によって堰止されたりすることがない。

その上、溶湯出口では、半凝固スラリーが底部２８の外側壁に回り込むことが防止されている。従って、底部２８の内側壁から外側壁に回り込むようにして連なる凝固物が形成されることが回避されるので、凝固物が溶湯出口を噛み込んで引っ掛かることがない。

以上のような理由から、冷却用治具１８から凝固物が容易に落下する。また、第１側部３０及び第２側部３２の鉛直線Ｍに対する角度θ１が好ましくは１０°以下であるので、冷却用治具１８が上記したように回動する途中で該冷却用治具１８から凝固物が離脱してしまう懸念もない。

落下した凝固物は、図５及び図６に示される案内板９２によってシュータ（図示せず）等まで案内し、捕集・排出すればよい。

凝固物が除去された後、前記回動用モータ４２の回転軸４６が上記とは逆方向に回転動作する。これにより冷却用治具１８が元の位置に戻り、図１、図２、図５及び図６に実線で示す姿勢となる。この際、図８に示すように、ストッパ７２が第１堰止部材７４に当接する。この当接により、冷却用治具１８が元の位置を超えるまで回動することが防止される。

このように、本実施の形態によれば、冷却用治具１８にヒートクラックが発生することを回避しながら、溶湯１４を適切な速度で冷却することができる。しかも、凝固物を容易に除去することも可能である。

また、半凝固スラリーのキャビティ９０への充填、及び冷却固化を行っている最中に、冷却用治具１８に残留した凝固物を除去するようにしているので、冷却用治具１８が１個のみであっても、連続して実施される鋳造作業に十分に対応することができる。

このように冷却用治具１８が１個であっても十分であることと、回動用モータ４２を設けることに伴って広大なスペースが必要となることがないことから、鋳造装置１０の設置スペースが広大化することもない。従って、冷却用治具１８から凝固物を除去可能な構成を設けるに際してレイアウト上の制約を受けることもない。

しかも、この場合、複数個の冷却用治具１８を用いる必要がないので、鋳造装置１０を含めた設備が複雑化することや、管理項目・制御項目が増加することを回避することもできるという利点がある。例えば、冷却用治具１８が１個のみであるため、複数個存在する場合に比してその温度管理が極めて簡素となる等、鋳造装置１０の運転上の管理が容易となる。また、該鋳造装置１０を運転する際の制御も簡素となるので、該制御が容易となる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、この実施の形態においては、回動用モータ４２の作用下に冷却用治具１８を回動させるようにしているが、図１３に示すように、回動用モータ４２に代替して旋回用モータ１００を設け、この旋回用モータ１００で冷却用治具１８を旋回させるようにしてもよい（実線及び仮想線参照）。この場合においても、冷却用治具１８を上記したような形状とすることで該冷却用治具１８から凝固物を容易に除去することができる。

この際には、旋回中心軸Ｌ３を、冷却用治具１８の長手方向の中心軸Ｌ４からオフセットした位置に設けることにより、上記同様、凝固物に対して大きな力を作用させることができ、結局、凝固物を除去することが容易となる。

さらに、この場合においても、図７に示される構成と同様に、第１ギア４８、第２ギア５４、回動用軸５２、ストッパ７２、第１堰止部材７４、第２堰止部材７６及び把持部材６０を旋回用モータ１００と冷却用治具１８との間に介在させ、旋回用モータ１００で回動用軸５２を回転させることで冷却用治具１８を旋回させるようにしてもよい。

この場合には、冷却用治具１８の幅方向寸法を、ラドル１２からプランジャスリーブ１６に向かうにつれて大きくすることが好ましい。これにより、凝固片の冷却用治具１８からの剥離及び滑落が容易となる。

いずれの場合においても、ストッパ７２を第２堰止部材７６に当接させることで冷却用治具１８のそれ以上の回動を停止させる必要は特になく、回動用モータ４２を停止させることで冷却用治具１８の回動（反転ないし旋回）を停止させるようにしてもよい。

さらにまた、本実施の形態では、電動式の回動用モータ４２及び旋回用モータ１００を採用するようにしているが、これらに代替し、例えば、油圧式の回動機構や旋回機構を採用するようにしてもよいことは勿論である。

１０…鋳造装置 １２…ラドル
１４…溶湯 １６…プランジャスリーブ
１８…冷却用治具 ２０…プランジャチップ
２２…固定金型 ２４…可動金型
２８…底部 ３０、３２…側部
３４…流動溝 ３６、３８…Ｒ部
４０…傾斜面 ４２…回動用モータ
４６…回転軸 ４８、５４…ギア
５０…ストッパホルダ ５２…回動用軸
５６、５８…ブラケット ６０…把持部材
７２…ストッパ ７４、７６…堰止部材
８４…ランナ ９０…キャビティ
１００…旋回用モータ Ｌ１…（幅方向）中心軸
Ｌ２…回転中心軸 Ｌ３…旋回中心軸
Ｌ４…（長手方向）中心軸

Claims (6)

1. 流動する溶湯に接触して前記溶湯を冷却することで該溶湯に固相を生じさせることにより半凝固スラリーを得るための冷却用治具であって、
   底部と、
   前記底部に対して折曲して連なるとともに、互いに対向する第１側部及び第２側部と、
   を備え、
   前記底部の内側壁と、前記第１側部及び前記第２側部の内側壁とで、前記半凝固スラリーが流動する流動溝が形成され、
   且つ前記底部の内側壁と、前記第１側部及び前記第２側部の内側壁との間に湾曲部が形成されたことを特徴とする冷却用治具。
2. 請求項１記載の冷却用治具において、前記第１側部及び前記第２側部は、前記底部から離間するにつれて互いの離間距離が大きくなるように鉛直線に対して０．２５°〜１０°の角度で傾斜して前記底部に連なり、
   且つ前記湾曲部の曲率半径が１〜４０ｍｍであることを特徴とする冷却用治具。
3. 請求項１又は２記載の冷却用治具において、軸線方向に平行な回転軸を中心として回動することが可能であり、且つ溶湯出口となる前記底部の先端部に、該底部の内側壁から外側壁に向かうにつれて長手方向寸法が短くなるように傾斜面が形成されたことを特徴とする冷却用治具。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却用治具において、前記底部の内側壁及び前記湾曲部の十点平均粗さＲｚが６．３μｍ以下であることを特徴とする冷却用治具。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却用治具において、当該冷却用治具がＦｅ基合金から構成されるとともに、その表面に、窒化処理による硬化層が形成されたことを特徴とする冷却用治具。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却用治具において、当該冷却用治具がＣｕ基合金から構成されるとともに、その表面に、窒化物からなる皮膜が形成されたことを特徴とする冷却用治具。

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