JP2015047608A - 鋳造物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯して得られる鋳造物品の製造方法において、高い注入歩留り有し、キャビティー内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制され、健全な鋳造物品を得られる製造方法を提供する。【解決手段】 通気性鋳型のキャビティーの一部であり、キャビティー全体の体積より小さい所望のキャビティーに溶湯を充填するため、キャビティーの全体より小さい体積の溶湯を注湯開始後、注湯された溶湯が所望のキャビティーに充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティーに溶湯を充填するにあたり、湯口部より上流に溶湯の少なくとも一部を貯留する貯留部を設け、溶湯を貯留部に給湯して貯留し、貯留部から流出させて通気性鋳型に注湯し、遅くとも溶湯が貯留部から流出している期間中に貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置させ、溶湯がキャビティーに流入している期間中にガスの送気を開始する。【選択図】 図１

Description

本発明は、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯して所望の物品を得る鋳造物品の製造方法に関するものである。

重力注湯による鋳造物品の製造には、砂粒子を用いて造型された通気性の鋳型（以下、通気性鋳型又は単に鋳型という場合がある）所謂、砂型が最も一般的に用いられている。通気性鋳型を使用すれば、鋳型に画成された特定形状のキャビティー（空間）に金属溶湯（以下、単に溶湯という場合がある）が充填される際に、キャビティーに残留する気体（一般には空気）がキャビティー表面から押し出されるとともに、キャビティー全体に溶湯が充填して、キャビティーと実質同一形状の鋳物を得ることができる。一般の鋳造において、キャビティーは湯口部、湯道部、押湯部及び所望の物品となる製品部を有し、通常は、湯口部、湯道部、押湯部及び製品部の順で溶湯が供給され、製品部を満たすだけの溶湯ヘッド高さを湯口部に形成して注湯が終了する。

注湯終了後に凝固した鋳物は、湯口部、湯道部、押湯部及び製品部が一体の鋳物として連結した形態となっている。ここで、押湯部は凝固過程において製品の健全化のために必要に応じて設けるものであり、また湯口部及び湯道部は製品部までの溶湯の流通経路であり、何れも鋳造後の鋳物としては不要な部分である。凝固終了後の後工程では、製品部をその他の部分から分離して、鋳造物品を得るとともに、湯口部、湯道部、押湯部はリターン材として再溶解される。このように従来の鋳造では、鋳造物品を得るために、本来不要な湯口部や湯道部へも溶湯を充填するため、注入歩留り（製品部重量／総注湯重量で表される比率を百分率で示す）は低かった。また、後工程となる製品部の分離工程において製品部と不要な部分との仕分け作業に相当な工数を要し、生産効率の低下を招いていた。

上記の問題を解決する手段として、特許文献１には、通気性鋳型のキャビティーのうち溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の体積とほぼ等しい体積の溶湯を注湯開始後、湯口部から圧縮ガスを送気して溶湯を所望のキャビティー部分に充填して凝固させる鋳造法が開示されている。特許文献１の方法によれば、従来の鋳造法では、溶湯を鋳型キャビティーの全ての部分に充填していたものが、所望のキャビティー部分のみに充填して凝固させることが可能となり、注入歩留りが大幅に向上して、製品を鋳造するために必要な溶湯が大幅に節減されるとされている。また、特許文献１の方法によれば、溶湯は所望のキャビティー部分のみに充填されているので、凝固後の解枠時には所望のキャビティー部分のみを取り出し処理すればよいことになり、後工程が大幅に削減されることが期待されている。

特開２００７−７５８６２号公報

本発明者らが特許文献１に開示の鋳造法の適用を試みた結果、鋳造物品に湯じわ、湯回り（不廻り）、湯境、チル、照らされ（主に鋳型の天井面に生ずる膨張すくわれ、浸食すくわれ及び絞られなどの総称）、砂かみなどの鋳造欠陥を生ずる場合があるという課題に直面した。そして、これらの鋳造欠陥の発生原因は、所望のキャビティー部分の体積とほぼ等しい体積の溶湯を注湯した後、湯口部からガスを送気するまでに時間を要したためと推察された。適用した鋳造法によれば、注湯された溶湯は全キャビティーを満たすのではなく、一部は製品部及び押湯部の下部を満たして停滞し、一部は湯口部及び湯道部に停滞することが考えられる。また、製品部では、その形状によって押湯部や湯道部と連結しない孤立した状態でキャビティー内に溶湯が停滞することも考えられる。

キャビティー内で溶湯が停滞した状態でガスの送気が遅延して注湯後速やかに後続の溶湯が供給されないと、キャビティー内に停滞した溶湯に起因して鋳造欠陥を生ずるおそれがある。例えば、停滞中の溶湯の温度降下により、流動性が低下することや、注湯により先行して充填した溶湯とガスの送気により後続して充填した溶湯とが融合しないことなどに起因して、湯じわ、湯回り（不廻り）、湯境などの鋳造欠陥の発生が懸念される。また例えば、停滞によって溶湯の温度降下の速度が大きい、即ち冷却速度が速すぎる場合には急冷によるチル（白銑組織）の晶出が懸念される。さらに例えば、停滞中の溶湯により未充填の鋳型が曝熱されると、砂粒の膨張により鋳型表面の薄い砂層が変形、破損して照らされや砂かみなどの鋳造欠陥の発生が懸念される。

特許文献１においても、上記の課題は認識されており、例えば発明の詳細な説明の段落００３６には、「湯口部から圧縮ガスを送気する注湯開始後の適宜の時期とは、注湯開始後、最後の溶湯が湯口部を通過する途中以降できるだけ早い時期が望ましい。送気が遅れると充填された溶湯の凝固が始まるので、湯境や不廻りなどの欠陥や、酸化物の発生などの問題が生じ易い。」との記載、また段落００６８には、「なお、圧縮ガスを送気する時期は必ずしも上記のように溶湯が湯道部に停滞するのを待つ必要はない。・・・停滞時間が長引けばそれだけ溶湯温度が低下し、湯境、不廻り、酸化物などの不良が発生する確率が高まるので、注湯開始後、最後の溶湯が湯口部を通過中又は通過後に速やかに送気する方がよい。」との記載がある。しかしながら、注湯開始後、速やかにガスを送気するための具体的な構成についての開示はない。

本発明の目的は、上記の先行技術の課題に鑑み、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯して得られる鋳造物品の製造方法において、高い注入歩留りを有するとともに、キャビティー内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制され、健全な鋳造物品を得ることが可能な鋳造物品の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明者らは、注湯開始後、キャビティー内で溶湯を停滞させることなく、速やかにガスを送気するためには、注湯終了前にガスの送気を準備する時間を確保する必要があることに着目して、その手段について鋭意検討した。その結果、湯口部より上流に溶湯を貯留する貯留部（以下、溶湯貯留部又は単に貯留部という場合がある）を設けておき、溶湯が貯留部から流出している期間中に貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置させることで、注湯開始後、速やかにガスの送気を開始できることを見出し本発明に想到した。

即ち、本発明の鋳造物品の製造方法は、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯して得られる鋳造物品の製造方法において、通気性鋳型のキャビティーの一部であり、通気性鋳型のキャビティーの全体の体積よりも小さい所望のキャビティー部分に金属溶湯を充填するため、通気性鋳型のキャビティーの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯開始後、注湯された金属溶湯が所望のキャビティー部分に充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティー部分に金属溶湯を充填するにあたり、湯口部より上流に金属溶湯の少なくとも一部を貯留する溶湯貯留部を設け、金属溶湯を溶湯貯留部に給湯して貯留し、溶湯貯留部から流出させて通気性鋳型に注湯し、遅くとも金属溶湯が溶湯貯留部から流出している期間中に溶湯貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置させ、金属溶湯がキャビティーに流入している期間中にガスの送気を開始することを特徴とする。

本発明の鋳造物品の製造方法において、前記溶湯貯留部は、通気性鋳型と一体に設けた湯溜、或いは通気性鋳型とは別体に設けた掛けぜき又は底注ぎ取鍋とすることができる。

本発明の鋳造物品の製造方法において、前記送気ノズルは、溶湯貯留部の流出口を封止するストッパを兼備し、前記溶湯貯留部での金属溶湯の貯留及び流出はストッパの昇降により行うとともに、ガスの送気は前記ストッパの内部に設けた送気孔から行うものとすることができる。

本発明によれば、高い注入歩留りを有するとともに、注湯開始後、速やかにガスを送気することができるので、キャビティー内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制され、健全な鋳造物品を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る製造工程を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るガスの送気後の状態を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る製造工程を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るガスの送気後の状態を示す図である。 本発明の実施の形態５に係るガスの送気後の状態を示す図である。

本発明の鋳造物品の製造方法は、特許文献１に開示されたガスを利用した鋳造法、即ち金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯して得られる鋳造物品の製造方法において、通気性鋳型のキャビティーの一部であり、通気性鋳型のキャビティーの全体の体積よりも小さい所望のキャビティー部分に金属溶湯を充填するため、通気性鋳型のキャビティーの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯開始後、注湯された金属溶湯が所望のキャビティー部分に充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティー部分に金属溶湯を充填する鋳造物品の製造方法に適用するものである。この製造方法によれば、従来、溶湯を鋳型キャビティーの全ての部分に充填していたものが、送気したガスの圧力（動圧）により溶湯を所望のキャビティー部分のみに充填して凝固させるので、高い注入歩留りを有し、後工程の削減が可能となる。

くわえて、本発明の鋳造物品の製造方法は、湯口部より上流に金属溶湯の少なくとも一部を貯留する溶湯貯留部を設け、金属溶湯を溶湯貯留部に給湯して貯留し、溶湯貯留部から流出させて通気性鋳型に注湯し、遅くとも金属溶湯が溶湯貯留部から流出している期間中に溶湯貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置させ、金属溶湯がキャビティーに流入している期間中にガスの送気を開始する、という本発明の重要な技術的思想となる構成要件を特許文献１の鋳造法に付帯するものである。上記付帯した構成要件により、注湯開始後、最後の溶湯が湯口部を通過中又は通過後に速やかにガスを送気する方がよい、という特許文献１に開示の望ましい実施態様を具体的に実現可能となる。この結果、キャビティー内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制され、健全な鋳造物品を得ることができる。

以下、付帯した構成要件の作用について説明する。本発明は、湯口部の上流に貯留部を設け、貯留部に給湯した溶湯が一定期間、貯留部に滞留することを利用して、ガスの送気を準備する時間を確保し、注湯開始後、速やかなガスの送気開始を可能としている。これにより、注湯段階から充填段階への移行をスムーズとして、溶湯を所望のキャビティーに充填するための駆動力の切り替えのタイミングにおいて溶湯を停滞させないようにすることができる。

本発明の鋳造物品の製造方法では、湯口部より上流に溶湯の少なくとも一部を一時的に貯留する貯留部を設けておいて溶湯を貯留部に給湯する。貯留部に給湯された溶湯は、一定期間、貯留部に滞留し、貯留部から鋳型に画成された湯口部に流出し、湯口部を経由して湯道部、押湯部及び製品部に供給されて注湯を終了する。ここで、遅くとも貯留部に給湯された溶湯が貯留部から流出している期間中に、貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置するとともに、金属溶湯がキャビティーに流入している期間中にガスの送気を開始する。これにより、キャビティー内で溶湯を停滞させないようにすることができる。なお、送気ノズルは、その吐出口が湯口部の鉛直上であって、貯留部の流出口の近傍に配置されることが好ましい。本発明での金属溶湯がキャビティーに流入している期間とは、特許文献１でいう最後の溶湯が湯口部を通過中又は通過後の期間に限定されず、湯口部を含めて、キャビティー内に流入している期間をいう。貯留部での溶湯の滞留時間は、貯留部からの溶湯の流出量を調整することで適宜設定できる。

本発明の鋳造物品の製造方法においては、貯留部の付設は、鋳型と一体の湯溜、或いは鋳型とは別体の掛けぜき又は底注ぎ取鍋として設けることができる。

貯留部を鋳型と一体に設けた湯溜とすることで、後述する別体の設備が不要であり付設費や維持管理費を抑えて鋳造物品の製造コストを抑制できる。湯溜は従来知られた方法で成形することができる。例えば鋳型を造型する際に湯溜となる模型（雄型）を用いて成形してもよいし、鋳型を造型した後ドリルやカッターなどにより鋳型を掘削して成形してもよい。なお鋳造分野において、湯溜とは鋳型と別体のものを指す場合もあるが、本発明においては、湯溜とは鋳型と一体のものと定義する。

また、貯留部を鋳型と別体に設けた掛けぜき又は底注ぎ取鍋とすることで、前述した一体の湯溜を成形する場合に想定される鋳型の造型時間の遅延による製造タクトの延長を抑制できる。また、製品部などの配置状態によっては、キャビティーと湯溜とが干渉するために湯溜を成形できない虞があるが、鋳型と別体に設けた掛けぜき又は底注ぎ取鍋ならばキャビティーとの干渉はない。なお鋳造分野において、掛けぜきとは鋳型と一体に成形したものを指す場合もあるが、本発明においては、掛けぜきとは鋳型と別体のものと定義する。

本発明の鋳造物品の製造方法においては、送気ノズルと貯留部の流出口を封止するストッパとを一体に構成して、貯留部での溶湯の貯留及び流出はストッパの昇降により行うとともに、ガスの送気はストッパの内部に設けた送気孔から行うようにすることができる。この製造方法は、予め溶湯貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置しておく形態に対応する。

貯留部への溶湯の貯留及び流出をストッパの昇降により行うことで、溶湯を一定期間、貯留部に滞留させることが容易となり、貯留部での溶湯の滞留時間の設定が簡便となる。またストッパを兼備した送気ノズルを予め貯留部に配置しているので、鋳型への注湯量が少ない即ち貯留部への給湯量が少なくて、溶湯が貯留部から流出している時間が短い場合であっても、ガスの送気を準備する時間を確保できる。またガスの送気をストッパの内部に設けた送気孔から行うことで、金属溶湯がキャビティーに流入している期間中、例えば貯留部からの溶湯の流出終了とほぼ同時にガスの送気を開始することが可能となる。

ストッパを兼備した送気ノズルは、貯留部の流出口を封止することで、１）貯留部に溶湯を給湯する際に、貯留部に溶湯を滞留させる作用と、２）鋳型にガスを送気する際に、送気ノズルと貯留部の流出口の接触部からのガスの漏れを抑制する作用とを有する。

ストッパを下降して貯留部の流出口を封止して貯留部に溶湯を給湯した後、ストッパを上昇して流出口を開口することで、貯留部への溶湯の給湯と貯留部からの溶湯の流出とを区別した工程とすることができる。これにより、貯留部の流出口とストッパで形成される流路の開口の程度によって貯留部からの流出量の調整が容易で、貯留部での溶湯の滞留時間を簡便に設定できる。また、ストッパの昇降により流出口を封止又は開口して注湯する方法は、鋳造分野で従来使用されている所謂ストッパ式注湯法となり、貯留部に滞留した溶湯の湯面に介在物（スラグ）を浮上させることで製品部への介在物の混入を抑制するという利点を享受できる。

なお、貯留部に溶湯を給湯する際にストッパで流出口を封止しないものとすることもできる。この場合には、封止のためにストッパと流出口を密着させる必要がないので、例えば貯留部を前述の通気性鋳型と一体に設けた湯溜としたり、掛けぜきを砂型で成形するなど、貯留部を比較的強度の低い砂型で構成した場合であってもストッパの密着で流出口を損傷しない。これにより、製品部への損傷した砂の混入を抑制できる。ガスの送気のために送気ノズルを下降して流出口を封止する際は、注湯終了に近いので、流出口が損傷しても製品部に損傷した砂が混入する虞はない。さらに、流出口を封止する場合にはストッパと流出口の密着が不十分だと溶湯が漏洩するため、溶湯の漏洩対策が必要なことがあるが、流出口を封止しない場合には漏洩対策は不要なので設備の構造を簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、具体的な構成を示した図面を用いて説明する。なお本発明は、以下の実施の形態の構成により何ら限定されるものではなく、また本発明の技術的思想の範囲において、実施の形態の構成を適宜変更可能である。

（実施の形態１）
本発明の基本的な構成を具備した実施の形態１について図１を参照して説明する。図１は実施の形態１に係る製造工程を示す図である。なお、図１において、図１（ａ）は、貯留部に溶湯を給湯後の状態を示す図であり、図１（ｂ）は、貯留部に送気ノズルを配置した状態を示す図であり、図１（ｃ）は、ガスの送気後の状態を示す図であり、図１（ｄ）は、溶湯の充填を完了した状態を示す図である。

まず通気性鋳型の構成について説明する。図１において、鋳型１は、硅砂等を主成分とする砂粒子からなる骨材、ベントナイト等の粘結材及び水分を主体に構成された生型からなる通気性を有する砂型であって、上枠２ａ内に造型された上型３ａ及び下枠２ｂ内に造型された下型３ｂが型合わせされて定盤４に載置されている。鋳型１に画成されたキャビティー１０は、押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａ、並びに湯口部５及び湯道部６からなるその他のキャビティー１０ｂから構成されている。製品部８は、その断面が略Ｈ形の形状を有し、図視右側に押湯部７が連結されて、溶湯流路を構成する湯口部５、湯道部６、押湯部７を経由して溶湯Ｍが供給される。一般に鋳造物品を製造する場合には、押湯部を有することが多いが、鋳鉄鋳物のように凝固過程で黒鉛が晶出して体積膨張を生じる鋳造物品では、製品の健全性を補償できれば押湯部は不要である。

ここで、通気性鋳型とは、キャビティー１０に溶湯Ｍを満たしたとき、キャビティー１０に残留する例えば空気などの気体がキャビティー１０の表面から押し出されるように即ち通気可能なように構成された、通気性を有している鋳型を指す。このような鋳型としては、前述の生型の他にシェル型、ガス硬化型、自硬性型等の砂粒子を用いて造型された砂型が一般的であるが、セラミックス粒子や金属粒子を用いて造型された鋳型も通気性鋳型に含まれる。また、石膏などのほとんど通気性のない鋳型でも、通気性材料を混在させる、または通気性材料を部分的に用いて通気性を付与したものも通気性鋳型である。さらに、全く通気性のない例えば金型などの鋳型でも、通気穴やベントホール等を設けて通気性を付与したものは通気性鋳型である。

図１の符号２０で示す部位は本発明で重要な構成となる貯留部であって、湯口部５の上流に溶湯Ｍの少なくとも一部を貯留するために、実施の形態１では貯留部２０は、鋳型１と一体に設けた湯溜２１として設けている。

次に、溶湯Ｍを上述の鋳型１に重力注湯して得られる鋳造物品の製造方法である実施の形態１の製造方法では、鋳型１のキャビティー１０の一部であり、キャビティー１０の全体の体積よりも小さい所望のキャビティー１０ａに溶湯Ｍを充填するため、鋳型１のキャビティー１０の全体よりも小さい体積の溶湯Ｍを注湯開始する。

注湯の初期段階について図１（ａ）を用いて説明する。給湯取鍋３０には少なくとも所望のキャビティー１０ａを満たすに十分な溶湯Ｍが収納されており、給湯取鍋３０から押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａの体積とほぼ等しい体積の溶湯Ｍが、貯留部２０の湯溜２１に給湯される。貯留部２０に溶湯Ｍを給湯後の状態では、図１（ａ）に示すように、溶湯Ｍは、その一部が湯溜２１から重力によって流出して、鋳型１に注湯されて、少なくとも湯口部５とそれより下流の部位に流れ、その一部が湯溜２１に滞留する。図１（ａ）に示すように、この段階で、溶湯Ｍは、キャビティー１０に流入し、少なくとも湯口部５とそれより下流の部位を通過中であり停滞することはない。

次に、注湯の中期段階について図１（ｂ）を用いて説明する。湯溜２１に給湯された溶湯Ｍは、重力によって湯溜２１からの流出を続け、湯口部５、湯道部６、押湯部７、製品部８を停滞することなく流れ続ける。図１（ｂ）に示すように、この段階で湯溜２１に滞留する溶湯Ｍは減少して湯面は降下している。この溶湯Ｍが貯留部２０から流出している期間中に貯留部２０の湯溜２１に向後のガスを吐出するための送気ノズル１１を挿入して配置する。ここでガスの送気ノズル１１は、一方の端が貯留部２０の上部開口を閉塞するように配置され、他方の端が図示しないガス吐出装置に接続されている。貯留部２０の上部開口を例えばフランジなどシール部材１２で閉塞することが、貯留部２０からのガスの漏れを抑制し、後述するキャビティー１０に注湯された溶湯Ｍを効果的に加圧すために望ましい。

なお、この段階で図１（ｂ）の破線の矢印ｇで示すように図示しないガス吐出装置から吐出したガスｇを、送気ノズル１１を介して湯溜２１内に送気して、湯溜２１内の溶湯Ｍの加圧を開始してもよい。この段階でガスｇの送気を開始することで、後述するガスＧの送気による注湯段階から充填段階への移行がよりスムーズとなる。また、湯溜２１内の溶湯Ｍを加圧することで注湯時間の短縮にも寄与する。この段階で溶湯Ｍは、重力で湯溜２１から流下してキャビティー１０を流動しつつ充填しているので、送気するガスｇの圧力は、必ずしもキャビティー１０に溶湯Ｍを充填するための圧力である必要はなく、溶湯Ｍの湯面の波立ちや溶湯Ｍへのガスの巻き込みなどを生じない程度に適宜設定すればよい。

次に、注湯の終期段階について図１（ｃ）を用いて説明する。図１（ｃ）は、ガスＧの送気後の状態を示す図である。注湯の終期では溶湯Ｍは湯溜２１から全て流出する一方で、湯口部５、湯道部６、押湯部７、製品部８を停滞することなく流れ続ける。詳述すると注湯の終期では湯溜２１から溶湯Ｍが供給されなくなるので、最後の溶湯Ｍが湯口部５を通過中又は通過後の状態とるが、この段階で溶湯Ｍは、重力によって流動しておりまだ完全に停滞していない。なお、図１（ｃ）では最後の溶湯Ｍが湯口部５を通過中の状態を例示している。また、この段階では注湯された溶湯Ｍは、押湯部７及び製品部８とほぼ等しい所望のキャビティー１０ａの体積であるので、鋳型１の全てのキャビティー１０の体積を満たすことはできず、図１（ｃ）に例示するように例えば湯道部６は満たすものの、溶湯Ｍで充填したい押湯部７や製品部８の上部など一部を満たしていない。

この段階、即ち注湯された溶湯Ｍが、キャビティー１０に流入している期間、詳しくは押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａで停滞しておらず、かつ所望のキャビティー１０ａに充填される前の段階において、図１（ｃ）に示すように、図示しないガス吐出装置から吐出したガスＧを、送気ノズル１１を介して湯口部５から鋳型１のキャビティー１０内に送気し、溶湯Ｍを加圧して、押湯部７及び製品部８に充填を開始する。これにより注湯段階から充填段階への移行がスムーズとなり、溶湯Ｍを所望のキャビティー１０ａに充填するための駆動力の切り替えのタイミングにおいて溶湯Ｍを停滞させることがない。

次に、溶湯Ｍの充填段階について図１（ｄ）を用いて説明する。上記した注湯段階から継続して湯口部５からガスＧを送気して、その風圧によって溶湯Ｍを加圧して所望のキャビティー１０ａに溶湯Ｍを充填する。注湯段階における溶湯Ｍの注湯量は押湯部７及び製品部８の体積とほぼ等しい量なので、図１（ｄ）に示すように、最終的には溶湯Ｍは所望のキャビティー１０ａである押湯部７及び製品部８にのみ充填することになる。その後、この状態で所望のキャビティー１０ａの溶湯Ｍが凝固して鋳造を完了する。

なお、充填段階に先だって、送気ノズル１１を図１（ｄ）の破線で示すごとく湯口部５に近接するように移動することが、より効果的に溶湯Ｍを加圧できるので好ましい。さらに送気ノズル１１を湯口部５に嵌め合わせ、くわえてさらに送気ノズル１１を湯口部５に擦り合せるように回動することもできる。これにより送気ノズル１１と湯口部５との密着性が向上してより一層効果的に溶湯Ｍを加圧できるので好ましい。また、送気ノズル１１の外径を、湯口部５と嵌め合わせる部分の径よりもやや大きくし、湯口部５に圧入して嵌め合わせた状態で、ガスの送気方向に送気ノズル１１を加圧すると、密着性がさらに高まるのでより好ましい。

なお、本発明に適用するガスは、各種のガスを利用することができる。コスト面からは例えば空気を使用してもよく、溶湯の酸化防止の面からは非酸化性ガスである例えばアルゴン、窒素又は二酸化炭素などを使用してもよい。くわえてガスの形態としては、ガス吐出装置として例えばファンやブロワー等により発生させた旋風を用いてもよいが、ガス吐出装置として例えばコンプレッサー等で圧縮され加圧されたガスであることが、一定の加圧力（動圧）で溶湯を均一に押すという点から好ましい。

ガスの流量や圧力は、通気性を有する鋳型などからのガスの抜けや漏れを考慮して、溶湯を適宜な力で押すことが可能な条件を設定すればよい。また、ガスを送気する際の流量や圧力のパターンは、注湯段階から充填段階の期間を通じて一定であってもよいし、所定のパターンで変化させてもよい。ガスの送気開始の時期は、本発明の構成の溶湯がキャビティーに流入している期間中であれば特に限定されず、適宜な時期に設定すればよい。

所望のキャビティー１０ａの溶湯Ｍの凝固においては、押湯部７及び製品部８の全体が凝固する前に、所望のキャビティー１０ａに充填された溶湯Ｍの端部（実施の形態１においては、押湯部７のうちその他のキャビティー１０ｂと接する端部）が、部分的に凝固し、充填された溶湯Ｍがその他のキャビティー１０ｂの湯口部６に向かって流動（逆流）しなくなることが望ましい。充填された溶湯Ｍの端部の凝固のためには、ガスＧの送気を継続することの他に、より積極的な凝固促進のために、充填の開始時、途中またはその完了後に、送気するガスＧに例えば水からなるミスト等の冷媒を含ませて溶湯Ｍの端部を冷却する又は冷媒のみを直接、溶湯Ｍの端部に接触するなど、凝固を促進する手段が適用できる。また、充填された溶湯Ｍの流動（逆流）を阻止するためには、所望のキャビティー１０ａとその他のキャビティー１０ｂとの境界部を機械的に遮断する又はその他のキャビティー１０ｂに耐火物粒子等の固形物を供給して流動を拘束するなど、逆流を阻止する手段を適用できる。

実施の形態１の製造方法によれば、鋳型１のキャビティー１０の全体よりも小さい体積の溶湯Ｍ、具体的には押湯部７及び製品部８を満たすに足る体積の溶湯Ｍが鋳型１に注湯されているので、溶湯Ｍは、所望のキャビティー１０ａである押湯部７及び製品部８を満たすものの、鋳型１の全てのキャビティー１０を満たすことはない。その結果、製品部８に充填された溶湯Ｍが凝固して所望の鋳造物品を得ることができる一方で、キャビティー１０にはその全体よりも小さい体積の溶湯Ｍしか注湯されていない。したがって、押湯部７を除いて、製品として必要な鋳造物品以外の不要な部分が形成されず、高い注入歩留まりで鋳造物品を製造することが可能となる。

しかも、実施の形態１の製造方法によれば、注湯開始後、速やかなガスＧの送気開始を実現できるので、注湯段階から充填段階への移行がスムーズとなり、溶湯Ｍは所望のキャビティー１０ａへの充填完了まで、湯口部５、湯道部６、押湯部７及び製品部８を停滞することなく連続して流れ続けることとなる。この結果、キャビティー１０内での溶湯Ｍの停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制され、健全な鋳造物品を製造することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図２を参照して説明する。図２は実施の形態２に係るガスの送気後の状態を示す図である。なお、図２において、図１を参照して説明した実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。以下に説明する実施の形態３乃至実施の形態５においても同様である。

実施の形態２の製造方法は、基本的に上記の実施の形態１と同様であるが、図２に示すように、湯口部５の上流に溶湯Ｍの少なくとも一部を貯留するための貯留部２０を、鋳型１とは別体に設けた掛けぜき２２として、鋳型１の上型３ａに載置している点で相違する。図２は、図示しない給湯取鍋から掛けぜき２２の上部の一点鎖線で示す位置まで給湯された所望のキャビティー１０ａの体積とほぼ等しい体積の溶湯Ｍが、その一部は掛けぜき２２より流出して鋳型１に注湯され、その一部は掛けぜき２２に滞留しつつ、掛けぜき２２内の湯面が降下した、注湯の中期段階の状態を示している。掛けぜき２２に給湯した溶湯Ｍが、貯留部２０から流出している期間中、より具体的には溶湯Ｍの湯面が、掛けぜき２２内の一点鎖線の位置から、図２に示す位置に降下するまでの時間に、図２に示すように、貯留部２０の掛けぜき２２にガスを吐出するための送気ノズル１１を挿入して配置した後、溶湯Ｍがキャビティー１０に流入している期間中にガスＧの送気を開始し、溶湯Ｍを加圧して押湯部７及び製品部８に充填する。この結果、キャビティー１０内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制される。

貯留部２０を鋳型１とは別体とすることで、貯留部２０を鋳型１と一体に成形するのに要する造型時間によって製造タクトが延長することを抑制できる。また、貯留部２０が鋳型１のキャビティー１０と干渉する虞がない。掛けぜき２２は、例えば取鍋のライニング材料などに用いられる耐火物等で成形すれば繰り返し使用できるので寿命の面で好ましく、ガス硬化型、自硬性型等の砂型で成形すれば安価となりコスト面で好ましい。掛けぜき２２を生型を強固に突き固めて成形すればコスト面でより好適である。掛けぜき２２を上型３ａに載置するときには、両者の隙間から溶湯やガスが漏れないように、隙間を接着材等によりシールしたり両者の境界を砂粒子等で土留めしておくことが好ましい。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図３を参照して説明する。図３は実施の形態３に係る製造工程を示す図である。なお、図３において、図３（ａ）は、貯留部に溶湯を給湯後の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、ストッパを上昇した状態を示す図であり、図３（ｃ）は、ガスの送気後の状態を示す図であり、図３（ｄ）は、溶湯の充填を完了した状態を示す図である。
実施の形態３の製造方法は、基本的に上記の実施の形態１と同様であるが、図３に示すように、
１）湯口部５の上流に溶湯Ｍの少なくとも一部を貯留するための貯留部２０を、鋳型１とは別体に設けた掛けぜき２２として、鋳型１の上型３ａに載置している点
２）送気ノズル１１と貯留部２０の流出口２０ａを封止するストッパ２４とを一体に構成して、貯留部２０での溶湯Ｍの貯留及び流出をストッパ２４の昇降により行うとともに、ガスＧの送気はストッパ２４の内部に設けた送気孔１１ｂから行う点、
で相違する。

給湯段階について図３（ａ）を用いて説明する。送気ノズル１１を兼備するストッパ２４を下降して貯留部２０の掛けぜき２２の流出口２０ａに密着して流出口２０ａを封止（止栓）する。ここでストッパ２４は、一方の端が貯留部２０の流出口２０ａに着脱可能に配置され、他方の端が図示しない昇降装置に接続されている。そしてストッパ２４は送気ノズル１１を兼備して、その内部に送気孔１１ｂを設け、一方の端が貯留部２０の流出口２０ａに着脱可能に配置され、他方の端が図示しないガス吐出装置に接続されている。ストッパ２４は、例えば黒鉛、アルミナグラファイト、窒化ケイ素、サイアロン等の耐熱性材料からなることが好ましい。

実施の形態３の製造方法のごとく送気ノズル１１を兼備するストッパ２４を適用する態様においては、この段階で既に貯留部２０にガスを吐出する送気ノズル１１を配置した状態におかれる。給湯取鍋３０には少なくとも所望のキャビティー１０ａを満たすに十分な溶湯Ｍが収納されており、給湯取鍋３０から押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａの体積とほぼ等しい体積の溶湯Ｍが、流出口２０ａを封止した貯留部２０の掛けぜき２２に給湯される。給湯後の状態は図３（ａ）に示すように、掛けぜき２２に給湯された溶湯Ｍは、その全量が掛けぜき２２に滞留する。ストッパ２４により貯留部２０に溶湯Ｍを滞留することで、湯面に介在物（スラグ）を浮上させて製品部への介在物の混入を抑制する効果が向上する。また、ストッパ２４を使用することで、貯留部２０への給湯と鋳型１への注湯とを別個に切り離した工程にできるので、貯留部２０への給湯の段階で、向後の注湯量について高精度に管理できる。

ストッパ２４は、貯留部２０の流出口２０ａに押し付けることでストッパ２４と流出口２０ａの密着性が向上して貯留部２０からの溶湯Ｍの漏洩を防止できるので好ましい。さらにストッパ２４を流出口２０ａに擦り合せるように回動することでストッパ２４と流出口２０ａとの密着性がさらに向上して溶湯Ｍの漏洩をより確実に防止できるので好ましい。なお、溶湯Ｍの漏洩防止手段は上記の例示に限定されず、鋳造分野で従来使用されている所謂ストッパ式注湯法におけるストッパ部からの溶湯の漏洩防止手段を採用可能である。

次に、注湯の初期段階について図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）の状態から、ストッパ２４を上昇して、流出口２０ａを開口することで、図３（ｂ）に示すように、掛けぜき２２に給湯された溶湯Ｍは、その一部が貯留部２０の流出口２０ａとストッパ２４で形成される流路を経由して、流出口２０ａから重力によって流出して、鋳型１に注湯されて、少なくとも湯口部５とそれより下流の部位に流れ、その一部が掛けぜき２２に滞留する。図３（ｂ）に示すように、この段階で、溶湯Ｍは、キャビティー１０に流入し、少なくとも湯口部５とそれより下流の部位を通過中であり停滞することはない。なお、ストッパ２４の上昇に先だって、図示しないガス吐出装置から吐出したガスを、送気ノズル１１の送気孔１１ｂに送気することで、溶湯Ｍが送気孔１１ｂに侵入することを防止できるので好ましい。また、この段階でガスの送気を開始することで、後述するガスＧの送気による注湯段階から充填段階への移行がよりスムーズとなる。この段階で送気するガスの圧力は、バブリングにより溶湯Ｍにガスを巻き込まない程度に適宜設定すればよい。

次に、注湯の終期段階について図３（ｃ）を用いて説明する。図３（ｃ）は、ガスＧの送気後の状態を示す図である。注湯の終期では溶湯Ｍは掛けぜき２２から全て流出する一方で、湯口部５、湯道部６、押湯部７、製品部８を停滞することなく流れ続ける。詳述すると注湯の終期では掛けぜき２２から溶湯Ｍが供給されなくなるので、最後の溶湯Ｍが湯口部５を通過中又は通過後の状態となるが、この段階で溶湯Ｍは、重力によって流動しておりまだ完全に停滞していない。なお、図３（ｃ）では最後の溶湯Ｍが湯口部５を通過中の状態を例示している。また、この段階では注湯された溶湯Ｍは、押湯部７及び製品部８とほぼ等しい所望のキャビティー１０ａの体積であるので、鋳型１の全てのキャビティー１０の体積を満たすことはできず、図１（ｃ）に例示するように例えば湯道部６は満たすものの、溶湯Ｍで充填したい押湯部７や製品部８の上部など一部を満たしていない。

この段階、即ち注湯された溶湯Ｍが、キャビティー１０に流入している期間、詳しくは押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａで停滞しておらず、かつ所望のキャビティー１０ａに充填される前の段階において、図３（ｃ）に示すように、送気ノズル１１を兼備するストッパ２４を下降して貯留部２０の掛けぜき２２の流出口２０ａに密着して流出口２０ａを封止するとともに、図示しないガス吐出装置から吐出したガスＧを、ストッパ２４を兼備する送気ノズル１１の吐出口１１ａを介して湯口部５から鋳型１のキャビティー１０内に送気し、溶湯Ｍを加圧して、押湯部７及び製品部８に充填を開始する。

実施の形態３の製造方法のごとく送気ノズル１１を兼備するストッパ２４を適用する構成においては、溶湯Ｍが貯留部２０から流出している期間中に送気ノズル１１を貯留部２０の流出口２０ａに近接して配置しているので、溶湯Ｍがキャビティー１０に流入している期間中、例えば貯留部２０からの溶湯Ｍの流出終了とほぼ同時にガスＧの送気を開始することが可能となる。これにより注湯段階から充填段階への移行がスムーズとなり、溶湯Ｍを所望のキャビティー１０ａに充填するための駆動力の切り替えのタイミングにおいて溶湯Ｍを停滞させることがない。

なお、送気ノズル１１を流出口２０ａに押し付けることで送気ノズル１１と流出口２０ａの密着性が向上して、貯留部２０からのガスＧの漏れを抑制し、キャビティー１０に注湯された溶湯Ｍを効果的に加圧できるので好ましい。さらに送気ノズル１１を流出口２０ａに擦り合せるように回動することで送気ノズル１１と流出口２０ａとの密着性がさらに向上してより一層効果的に溶湯Ｍを加圧できるので好ましい。送気ノズル１１と流出口２０ａとの密着性を向上してガスＧの漏洩を防止する手段と、前述したストッパ２４と流出口２０ａとの密着性を向上して溶湯Ｍの漏洩を防止する手段とは、漏洩防止の対象が、溶湯ＭかガスＧかで相違するものの同一の手段を適用できる。従って、ガスＧの漏洩防止手段は上記の例示に限定されず、ストッパ式注湯法におけるストッパ部からの溶湯の漏洩防止手段を採用可能である。

次に、溶湯Ｍの充填段階について図３（ｄ）を用いて説明する。上記した注湯段階から継続して湯口部５からガスＧを送気して、その風圧によって溶湯Ｍを加圧して所望のキャビティー１０ａに溶湯Ｍを充填する。注湯段階における溶湯Ｍの注湯量は押湯部７及び製品部８の体積とほぼ等しい量なので、図３（ｄ）に示すように、最終的には溶湯Ｍは所望のキャビティー１０ａである押湯部７及び製品部８にのみ充填することになる。その後、この状態で所望のキャビティー１０ａの溶湯Ｍが凝固して鋳造を完了する。実施の形態３の製造方法によれば、高い注入歩留まりで鋳造物品を製造でき、注湯開始後、速やかなガスＧの送気開始を実現できるので、注湯段階から充填段階への移行がスムーズとなり、キャビティー１０内での溶湯Ｍの停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制される。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について図４を参照して説明する。図４は実施の形態４に係るガスの送気後の状態を示す図である。

実施の形態４の製造方法は、基本的に上記の実施の形態３と同様であるが、図４に示すように、湯口部５の上流に溶湯Ｍの少なくとも一部を貯留するための貯留部２０を、鋳型１とは別体に設けた底注ぎ取鍋２３としている点で相違する。そして、底注ぎ取鍋２３は、図示しない給湯取鍋から給湯された複数の鋳型１に注湯可能な量の溶湯Ｍを収納している。

図４は、底注ぎ取鍋２３から鋳型１に注湯された所望のキャビティー１０ａの体積とほぼ等しい体積の溶湯Ｍが、キャビティー１０に流入している期間、詳しくは押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａで停滞しておらず、かつ所望のキャビティー１０ａに充填される前の注湯の終期段階を示している。この段階において、図４に示すように、送気ノズル１１を兼備するストッパ２４を下降して貯留部２０の底注ぎ取鍋２３の流出口２０ａに密着して流出口２０ａを封止するとともに、図示しないガス吐出装置から吐出したガスＧを、ストッパ２４を兼備する送気ノズル１１の吐出口１１ａを介して湯口部５から鋳型１のキャビティー１０内に送気し、溶湯Ｍを加圧して押湯部７及び製品部８に充填する。

実施の形態４の製造方法においても、溶湯Ｍが貯留部２０から流出している期間中に送気ノズル１１を貯留部２０の流出口２０ａに近接して配置しているので、溶湯Ｍがキャビティー１０に流入している期間中、例えば貯留部２０からの溶湯Ｍの流出終了とほぼ同時に、ガスＧの送気を開始することが可能となる。これにより注湯段階から充填段階への移行がスムーズとなり、溶湯Ｍを所望のキャビティー１０ａに充填するための駆動力の切り替えのタイミングにおいて溶湯Ｍを停滞させることがない。この結果、キャビティー内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制される。

底注ぎ取鍋２３に複数の鋳型に注湯可能な多量の溶湯を収納することで、貯留部での溶湯の温度降下を抑制して、湯じわ、湯回り（不廻り）、湯境などの鋳造欠陥の発生を低減できる。また、傾動式取鍋で注湯するときに生ずる取鍋内での湯面搖動による注湯量のバラツキを抑制できるので、注湯量を高精度に管理できる。また、底注ぎ取鍋２３に複数の鋳型に注湯可能な多量の溶湯を収納して、溶湯の貯留及び流出をストッパの昇降により行うことで、所謂ストッパ式注湯法が実現できるので、鋳型が連続的に搬送される自動化された鋳造ラインにおいても本発明の製造方法が容易に適用可能となる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について図５を参照して説明する。図５は実施の形態５に係るガスの送気後の状態を示す図である。

実施の形態５の製造方法は、基本的に上記の実施の形態３と同様であるが、図５に示すように、湯口部５の上流に溶湯Ｍの少なくとも一部を貯留するための貯留部２０を、掛けぜき２２を用いずに鋳型１と一体に設けた湯溜２１としている点で相違する。

図５は、湯溜２１から鋳型１に注湯された所望のキャビティー１０ａの体積とほぼ等しい体積の溶湯Ｍが、キャビティー１０に流入している期間、詳しくは押湯部７及び製品部８からなる所望のキャビティー１０ａで停滞しておらず、かつ所望のキャビティー１０ａに充填される前の注湯の終期段階を示している。この段階において、図５に示すように、送気ノズル１１を兼備するストッパ２４を下降して貯留部２０の湯溜２１の流出口２０ａに密着して流出口２０ａを封止するとともに、図示しないガス吐出装置から吐出したガスＧを、ストッパ２４を兼備する送気ノズル１１の吐出口１１ａを介して湯口部５から鋳型１のキャビティー１０内に送気し、溶湯Ｍを加圧して押湯部７及び製品部８に充填する。

実施の形態５の製造方法においても、溶湯Ｍが貯留部２０から流出している期間中に送気ノズル１１を貯留部２０の流出口２０ａに近接して配置しているので、溶湯Ｍがキャビティー１０に流入している期間中、例えば貯留部２０からの溶湯Ｍの流出終了とほぼ同時に、ガスＧの送気を開始することが可能となる。これにより注湯段階から充填段階への移行がスムーズとなり、溶湯Ｍを所望のキャビティー１０ａに充填するための駆動力の切り替えのタイミングにおいて溶湯Ｍを停滞させることがない。この結果、キャビティー内での溶湯の停滞に起因する鋳造欠陥の発生が抑制される。

前述の実施の形態３及び実施の形態４においては、貯留部２０に溶湯Ｍを滞留させる際に、ストッパ２４で貯留部２０の流出口２０ａを封止する場合について説明したが、実施の形態５においては、図示しない給湯取鍋から貯留部２０に溶湯Ｍを給湯する際に、ストッパ２４で流出口２０ａを封止しないものとすることもできる。この場合は、貯留部２０を鋳型１と一体の砂型で構成した場合であっても、ストッパ２４の密着による流出口２０ａの損傷がないので、製品部８への損傷した砂の混入を抑制できる。なお、図５に示すように、ガスＧの送気のために送気ノズル１１を下降して流出口２０ａに密着して流出口２０ａを封止する段階では流出口２０ａが損傷しても、注湯の終期段階のため最早製品部８に損傷した砂が混入する虞はない。また、貯留部２０に溶湯Ｍを滞留させる際に、流出口２０ａを封止しない場合には、当然に溶湯Ｍの漏洩対策は不要であって、設備の構造を簡単にできる。

１：通気性鋳型（鋳型）
２ａ：上枠
２ｂ：下枠
３ａ：上型
３ｂ：下型
４：定盤
５：湯口部
６：湯道部
７：押湯部
８：製品部
１０：キャビティー
１０ａ：所望のキャビティー
１０ｂ：その他のキャビティー
１１：送気ノズル
１１ａ：吐出口
１１ｂ：送気孔
１２：シール部材
２０：溶湯貯留部（貯留部）
２０ａ：流出口
２１：湯溜
２２：掛けぜき
２３：底注ぎ取鍋
２４：ストッパ
３０：給湯取鍋
Ｍ：金属溶湯（溶湯）
Ｇ、ｇ：ガス

Claims (4)

1. 金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯して得られる鋳造物品の製造方法において、通気性鋳型のキャビティーの一部であり、通気性鋳型のキャビティーの全体の体積よりも小さい所望のキャビティー部分に金属溶湯を充填するため、通気性鋳型のキャビティーの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯開始後、注湯された金属溶湯が所望のキャビティー部分に充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティー部分に金属溶湯を充填するにあたり、湯口部より上流に金属溶湯の少なくとも一部を貯留する溶湯貯留部を設け、金属溶湯を溶湯貯留部に給湯して貯留し、溶湯貯留部から流出させて通気性鋳型に注湯し、遅くとも金属溶湯が溶湯貯留部から流出している期間中に溶湯貯留部にガスを吐出する送気ノズルを配置させ、金属溶湯がキャビティーに流入している期間中にガスの送気を開始することを特徴とする鋳造物品の製造方法。
2. 前記溶湯貯留部は、通気性鋳型と一体に設けた湯溜であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造物品の製造方法。
3. 前記溶湯貯留部は、通気性鋳型とは別体に設けた掛けぜき又は底注ぎ取鍋であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造物品の製造方法。
4. 前記送気ノズルは、溶湯貯留部の流出口を封止するストッパを兼備し、前記溶湯貯留部での金属溶湯の貯留及び流出はストッパの昇降により行うとともに、ガスの送気は前記ストッパの内部に設けた送気孔から行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鋳造物品の製造方法。

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