JP2017136623A - 軽金属の低圧鋳造法及びその方法で用いるフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】軽金属の低圧鋳造法において、湯口に金網に代わるフィルタを付設し、溶湯中の塊財物を効率よく取り除き、良質の軽金属の鋳物を容易に得る方法の提供。
【解決手段】鉄系金属で作られた金網を円形底を持った円筒状で、円筒部の外形を低圧鋳造用鋳型の湯口内径よりも僅かに大きくして成形した皿状成形体Ｄの中に、円形底を覆う大きさのセラミック発泡体Ｅを収容し、金網を湯口内へ押し込んで湯口に係止して、低圧鋳造を行う軽金属の低圧鋳造法。
【選択図】図４

Description

この発明は、軽金属の低圧鋳造法及びその方法で用いられるフィルタに関するものである。

アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属の鋳物を作る方法の１つとして、低圧鋳造法がある。低圧鋳造法は、図１に示すように、溶融された軽金属を密閉された容器に入れ、溶融金属（以下、溶湯という）の表面に空気または不活性ガスの圧力を加え、溶湯内に一端を浸漬したストークを通して溶湯を上昇させ、ストークの上方に設置した鋳型内に溶湯を充満させ、鋳型内で溶湯を上部から順次下部へと凝固させ、湯口の溶湯が凝固した時点で空気又は不活性ガスの加圧を停止し、ストーク内の溶湯を容器へ戻し、その後鋳型内で凝固した軽金属を鋳型から取り出して鋳物を得る、という方法である。

金型を用いる鋳造法には低圧鋳造法のほかに重力鋳造法がある。重力鋳造法は、溶湯を重力によって鋳型内に流し込み、鋳型内で溶湯を下部から順次上部へ凝固させて鋳物を得る方法である。重力鋳造法では鋳型内で溶湯が体積収縮を起すので、収縮を補うために鋳型に押湯部を設けることが必要である。これに対し、低圧鋳造法では押湯部を設ける必要がないので、溶湯の歩留まりがよい。

一般に溶湯は金属酸化物のような不純物を含んでいる。不純物は普通介在物と云われている。溶湯中の介在物はこれから作られる鋳物にピンホールを生じたり、鋳物に切れ目を生じたりして、鋳物の品質を低下させる。そのため、鋳造にあたっては、介在物を除くことが必要とされる。介在物の除去は、溶湯が鋳型に注入される直前に行うことが望ましい。そのため、アルミニウムの砂型鋳造法では鋳型の湯口にフィルタを付設して、介在物を除去することが一般に行われている。

フィルタとしては、セラミック発泡体が広く用いられている。セラミック発泡体とは、内部に互いに連通する多数の小さな気泡を含んだセラミック製の三次元網状構造物である。それは、例えば特公平２−２２１２９号公報に記載されている。三次元網状発泡体は、通常厚さが約１０〜１００ｍｍの発泡体である。気泡は、１ｃｍの長さあたり２〜３０個含まれている。そのような小さな気泡が多数連通しているために、セラミック発泡体は大きい気孔率（空隙率）と、良好な空気透過率とを持っている。しかも、発泡体はセラミックで作られているので耐熱性に富んでいる。また、セラミック発泡体は、これを通過する溶湯を静流にする効果が大きいため、溶湯の空気巻き込みが少なく、従って溶湯の酸化が防止され、介在物の発生が抑制される。このような性質を持っているので、セラミック発泡体は、溶湯の介在物を除去するのに好適なものである。

セラミック発泡体の製造方法について付言すると、次のとおりである。まず、初めに合成樹脂で原形を作り、次いで原形の表面に耐火性物質の粉末層を形成し、その後にこれを高温に加熱して合成樹脂を焼却し、あとの耐火性物質粉末の焼結体を形成して作られる。さらに詳しく云えば、初めにポリウレタン樹脂の発泡体で、多数の小さな気泡を含み、しかもその気泡壁の大部分が破壊されて気泡が互いに連通している三次元網状の発泡体を作る。次いで、この発泡体をアルミナ、シリカ等の耐火性物質粉末の水性スラリに浸漬し、その後これをロールで押圧して過剰のスラリを取り除き、発泡体表面にスラリの層が付着している三次元網状構造物を作る。その後に、この構造物を５００℃以上に加熱して、合成樹脂を焼却するとともに、耐火性物質粉末を焼結させてセラミック発泡体を得る。

こうして作られたセラミック発泡体は、耐火性物質粉末の焼結体であるから、固くて柔軟性に乏しく脆い特性を持っている。そのため、セラミック発泡体は、例えば金属製の筒の中へ無理に押し込むと、周縁又は全体が崩れて粉末を発生することになる。従って、セラミック発泡体は、その周縁を溶湯の流れ方向と逆の方向から支持する状態にして、使用しなければならない。云いかえると、溶湯はセラミック発泡体から支持物に向かう方向に流されることが必要である。なぜならば、逆に溶湯を流すと、セラミック発泡体は浮き上がり、フィルタとしての役目を果たすことができなくなるからである。

軽金属の重力鋳造では、湯口が鋳型の上部にあって、しかも湯口が露出しているから、湯口に段差を設けて、セラミック発泡体を下から支持することが容易にできる。また、重力鋳造では溶湯が上から流されるから、セラミック発泡体をフィルタとして使用することができる。

これに対し、上述の低圧鋳造法ではセラミック発泡体を使用することができない。その理由は色々ある。第１に、低圧鋳造法で用いられる鋳型は湯口が下部にあって、鋳型を開いた時に露出するだけであるから、もともと湯口にセラミック発泡体を付設することが容易でない。第２に、湯口は鉄製の丸筒で構成されているため、柔軟性に乏しいセラミック発泡体を係止させることが容易でない。筒内に無理にセラミック発泡体を押し込むと、前述のように、セラミック発泡体が崩れて粉末を生じ、却って介在物を発生させることになる。第３に、筒内にかりにセラミック発泡体を係止させることができたとしても、溶湯は筒内を上昇するので、セラミック発泡体は溶湯とともに浮上して、フィルタの役目を果たさなくなる。このような理由によって、低圧鋳造法では、フィルタとしてセラミック発泡体を使用できないと考えられてきた。

そのため、低圧鋳造法では特開２００８−２００７３３号公報が記載しているように、フィルタとしては金網すなわち金属線で作られた網が専ら使用された。しかし、金網は溶湯の通過する孔が大きいため、小さい介在物を濾別することができず、従って介在物を完全に除くことができない。また、金網は、これを通過する溶湯に空気を巻き込ませるので、溶湯を酸化させて介在物を発生させる。従って金網に代わる新たなフィルタの提供が望まれた。

特公平２−２２１２９号公報 特開２００８−２００７３３号公報

この発明は上述の要望に応じて生れたものである。すなわち、この発明は、軽金属の低圧鋳造法において、湯口に金網に代わるフィルタを付設して、溶湯中の介在物を効率よく取り除き、良質の軽金属の鋳物を容易に得る方法を提供するものである。また、この発明は上記の方法において用いられるフィルタを提供するものである。

この発明者は軽金属溶湯のためのフィルタとしては、既に公知のセラミック発泡体がすぐれていることに着目した。そこで、セラミック発泡体を低圧鋳造用鋳型の湯口に付設する方法を模索した。その結果、金網をセラミック発泡体の支持物として使用することを思い付いた。
まず、図２に示すような外枠Ａと、その中に挿入できる円板状の押型Ｂとの間に、金網Ｃを置き、押型Ｂにより金網Ｃを外枠Ａ内に押し込んで、金網を皿状に成形した。皿状成形体は、図３の符号Ｄで示したように、円形底の周りに円筒状の側壁が付設された構造のものである。この成形体を低圧鋳造用鋳型の湯口へ押し込んだ。

次いで、こうして押し込んだ金網内にセラミック発泡体を載せた。セラミック発泡体は、金網の円形底を充分覆う大きさのものとした。さらに、このセラミック発泡体を溶湯の流れる方向に僅かに押したが、セラミック発泡体は金網によって支持されていて、湯口から脱落しなかった。こうして。セラミック発泡体は金網によって充分強固に湯口に係止できることを確認した。

また、金網の円筒部を構成する針金の先端Ｆを内側へ曲げると、セラミック発泡体は金網内に保持されるので、溶湯によって浮き上ることもないことが判明した。この発明は、このような試みに基づいて完成されたものである。
この発明は、鉄系金属で作られた金網を円形底を持った円筒状に成形し、金網の円筒部の外径を低圧鋳造用鋳型の湯口の内径よりも僅かに大きくしておき、金網内に円形底を覆う大きさのセラミック発泡体を収容し、金網を鋳型の湯口内に押込んで湯口に係止して、低圧鋳造を行うことを特徴とする軽金属の低圧鋳造法を提供するものである。

また、この発明は、上述の低圧鋳造法で用いるフィルタをも提供するものである。そのフィルタは、鉄系金属で作られた金網を円形底を持った円筒状に成形してなる金網成形体であって、かつ成形体円筒部の外径が低圧鋳造用鋳型の湯口の内径よりも僅かに大きくなっている金網成形体の中に、成形体の円形底を覆う大きさのセラミック発泡体を収容したことを特徴とするものである。

この発明の効果については、初めにこの発明に係る軽金属の低圧鋳造用フィルタの効果について述べる。
この発明に係る軽金属の低圧鋳造用フィルタは、金網として鉄系金属の条線で作られたものを用いるので、鉄系金属が軽金属の融点よりも高い融点を持つために、軽金属の溶湯に接しても溶融されない。従って、この金網はフィルタの支持物としての役目を果たすことができる。

また、鉄系金属は、一般に屈曲し易く、しかも弾性に富むので、鉄系金属で作られた金網は円形底を持った円筒状に成形することが容易であり、また成形体円筒部の外径を低圧鋳造用鋳型の湯口の内径よりも僅かに大きくすることも容易である。また、このように成形した金網円筒部を鋳型の湯口に押し込むことが容易であり、押し込んだ金網は鋳型の湯口に弾性によって、しっかりと係止される。これによってセラミック発泡体を容易に付設することができる。

前述のように、これまでは低圧鋳造用鋳型にはセラミック発泡体をフィルタとして付設することができなかったが、この発明に係るフィルタによりセラミック発泡体を付設することができる。
セラミック発泡体は溶湯のフィルタとしてすぐれたものであるから、この発明に係るフィルタを用いることにより、溶湯中の介在物を効率よく除去できることとなり、ひいては、良質の鋳物を効率よく製造できることになる。

次に、この発明に係る軽金属の低圧鋳造法の効果について述べる。
この発明に係る軽金属の低圧鋳造法では、前述のフィルタを用いるので、フィルタについて述べた発明の効果がそのままもたらされる。
低圧鋳造法に伴う効果は、連続して鋳造を行う場合のフィルタの容易な付設である。連続して鋳造を行う場合には、鋳型が高温に保持されている。高温に保持されている鋳型の湯口に、新しいフィルタを付設することは容易でない。

この発明に係るフィルタは、セラミック発泡体が鉄系金属で作られた金網内に保持されているので、高温においても磁石を用いて金網を吸引することにより、金網とともにセラミック発泡体を鋳型に付設することができる。セラミック発泡体は単独では磁石で吸引することができないが、セラミック発泡体が金網内に収容されているので、磁石により容易に付設することができる。これはこの発明方法の大きな利点である。

また、この発明に係る低圧鋳造法では金網を用いるので、セラミック発泡体より突出している金網円筒部の一部の条線先端を内側へ曲げることにより、セラミック発泡体が溶湯の流れによって上昇するのを防ぐことができる。
この発明はこのような効果をもたらすものである。

図１は、軽金属の低圧鋳造装置の断面図である。 図２は、この発明で用いる金網の成形過程を示す斜視図である。 図３は、この発明で用いる金網成形体の正面図である。 図４は、この発明に係る軽金属の低圧鋳造用フィルタを示し、そのうちの（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。

この発明は、軽金属の低圧鋳造法において、金網とセラミック発泡体とを用いることを特徴としている。
この発明で用いるセラミック発泡体は公知のものである。
この発明で用いる金網は鉄系金属で作られていることを必要とする。その理由は色々ある。第１に、鉄系金属は融点が高くて軽金属の溶湯に接触しても溶融されることがないからである。第２に、鉄系金属は強固であって曲げ易く弾性に富んでいるから、この金属で作られた金網は、撓めて円筒内に押し込むことができ、押し込まれた金網は復元して円筒内面を強く押すので、円筒内に強く係止することができるからである。鉄系金属の中では磁性を持ったものを用いるのが好ましい。

この発明でいう金網は、図２に符号Ｃで示したような金属条線を織り合わせたものを代表的なものとするが、それに限らない。この発明でいう金網は、そのほか金属条線を編んで網としたものや、金属板に多数の孔をあけて網状としたパンチングメタルや、さらにメタルラスを含んでいる。メタルラスとは、帯状金属板にその長手方向に延びる一定長の切れ目を多数千鳥足状に設け、次いで金属板を幅方向に引張って切れ目を多角形状に広げて網状にしたものである。

この発明では、金網は金属条線を織り合わせたものを代表的なものとするので、以下に織り合わせた金網について説明する。
金網を構成する金属条線が、余りに太いと、円形底を持った円筒状に成形することが容易でなくなり、また鋳型の湯口へ押し込むことも容易でなくなる。逆に、条線が細過ぎると、円筒状への成形は容易となり、また鋳型の湯口への押し込みも容易となるが、湯口での係止力が弱まる。そのために条線の太さは直径が０．３〜１．５ｍｍの範囲内にすることが好ましい。

金網にするための金属条線の織り方は、平織にするのが適している。平織とは、多数の条線を縦及び横に平行に並べ、縦条線と横条線との交点が交互に上又は下となって織られたものである。
縦条線間及び横条線間の間隔は、１〜５ｍｍとすることが好ましい。また、縦条線間の間隔と横条線間の間隔は、等しくてもよいが、また相違していてもよい。

円形底を持った円筒状成形体は、図３に示したような形状にして、鋳型湯口の形状に合わせることが必要である。円形底は湯口の断面形状に合わせ、湯口断面よりも僅かに小さくするだけで、湯口の内壁にできるだけ近接する大きさにする。
成形された金網の円筒部の外周は、少なくともその一部が鋳型湯口の内径よりも僅かに大きくなるようにする必要がある。

この発明に係るフィルタは、図４に示したように、上述のようにして作られた金網成形体の中へセラミック発泡体Ｅを収容して作られる。フィルタは、そのあとで円筒部を構成する条線のうちの少なくとも一部の条線の先端Ｆを内側へ折り曲げて、セラミック発泡体が金網から脱出するのを防ぐことが好ましい。
この発明に係る低圧鋳造法は、従来の低圧鋳造法においてフィルタが異なるだけで、そのほかの操作は従来の低圧鋳造法と同じである。

この発明に係る低圧鋳造法で用いるフィルタは、セラミック発泡体を用いている点で従来のフィルタと異なっている。フィルタは金網成形体の円形底を下にしても、また上にしても、何れの状態でも湯口に付設することができる。セラミック発泡体は、前述のように耐火性物質粉末の焼結体であるために、脆くて崩れ易いものであり、また磁性を持たないものであるが、この発明に係るフィルタは、セラミック発泡体を金網で包囲しているので、金網を磁石で吸引して付設することができるので鋳型の湯口に付設することが容易である。とりわけ連続して鋳造する場合は、鋳型が高温に維持されているので、フィルタを磁石により付設できることは大きな利点である。
次に、実施例を挙げてこの発明の詳細を述べる。

実施例１（フィルタの例）
太さ０．７ｍｍの亜鉛引き鉄線を０．２５ｍｍの間隔をあけて平織にした金網を用意した。
この金網を外径が４４ｍｍの円形底を持ち、円筒部の長さが１２ｍｍの有底円筒状に成形した。
こうして成形した金網中に直径４３ｍｍ、厚さ１１ｍｍの円板状セラミック発泡体を載置した。鉄線の先端を内側へ折り曲げた発泡体は金網の底をすべて覆う状態となった。

実施例２（低圧鋳造をした例）
実施例１で得たフィルタを図１に示したような低圧鋳造装置の湯口に付設して、自動車のホイールを鋳造した。付設は、磁石にフィルタを吸着させてフィルタを鋳型内に運び、湯口に付設した。
図１の坩堝内に、アルミニウムの溶湯を溜めておいた。溶湯表面に空気圧を加えて、溶湯をストークを通して上昇させ、湯口に付設したフィルタを経て、溶湯を鋳型内に充満させた。

鋳型内では、溶湯を上から順に下へと凝固させた。湯口の溶湯が凝固した時点で空気圧を止めた。ストーク内の溶湯は坩堝へ戻った。
鋳型内の溶湯が完全に凝固したのを確かめて、鋳型を開き鋳物を取り出した。鋳物の介在物由来の不良率は２％であった。

比較例
この比較例では、セラミック発泡体を用いない点が実施例２と異なるだけで、そのほかは実施例２と全く同様に実施した。すなわち、この比較例では、フィルタとして実施例２で用いたと同様の金網だけを用いて実施した。
得られた鋳物の介在物由来の不良率は１９％であった。

Ａ 外枠
Ｂ 押型
Ｃ 金網
Ｄ 皿状成形体
Ｅ セラミック発泡体
Ｆ 皿状成形体の円筒部針金の先端

Claims (7)

1. 鉄系金属で作られた金網を、円形底を持った円筒状に成形し、円筒部の外径を低圧鋳造用鋳型の湯口内径よりも僅かに大きくしておき、金網内に円形底を覆う大きさのセラミック発泡体を収容し、金網を鋳型の湯口内へ押し込んで湯口に係止して、低圧鋳造を行うことを特徴とする軽金属の低圧鋳造法。
2. 鉄系金属で作られた金網を、円形底を持った円筒状に成形してなる金網成形体であって、かつ成形体円筒部の外径が低圧鋳造用鋳型の湯口内径よりも僅かに大きくなっている金網成形体の中に、成形体の円形底を覆う大きさのセラミック発泡体を収容したことを特徴とする軽金属の低圧鋳造用フィルタ。
3. 前記セラミック発泡体より突出する金網の先端を内側へ曲げて、セラミック発泡体が金網から脱出するのを防ぐことを特徴とする、請求項１に記載の低圧鋳造法又は請求項２に記載する低圧鋳造用フィルタ。
4. 前記金網が鉄系金属の条線を平織にして作られたものであることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１つの項に記載の低圧鋳造法又は低圧鋳造用フィルタ。
5. 前記金網が鉄系金属の板に多数の孔をあけて作られたパンチングメタルであることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１つの項に記載の低圧鋳造法又は低圧鋳造用フィルタ。
6. 前記金網が鉄系金属からなるメタルラスであることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１つの項に記載の低圧鋳造法又は低圧鋳造用フィルタ。
7. 前記成形した金網の円形底を下にし又は上にして、セラミック発泡体を収容した金網を前記低圧鋳造用鋳型の湯口に係止することを特徴とする、請求項１に記載の低圧鋳造法。

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