JP2021146386A - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】降温による溶湯の収縮が砂層に阻害されることを抑制して、良好に鋳造製品を得ることが可能な鋳造装置及び鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳造装置１０は、キャビティ１２を形成可能な砂層１４が設けられた下型１６及び上型１８を有する鋳型２０と、下型１６及び上型１８の間で溶湯Ｍを押圧しながら鋳型２０を型閉じする駆動機構２２とを備える。キャビティ１２は、鋳型２０の型閉じ方向の厚さが、型閉じ方向に交差する方向の長さよりも小さい主部２４と、主部２４から厚さ方向に突出する拘束部２６とを有する。砂層１４は、拘束部２６の基端部の近傍に、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍが降温により収縮することに応じて砂層１４を変形可能とする脆弱部２８が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、砂層が設けられた鋳型を備える鋳造装置及び鋳造方法に関する。

例えば、特許文献１に示されるように、鋳鋼等の一般的に融点が高い材料から鋳造品を得る鋳造装置では、鋳型に高温の溶湯が供給される。このため、鋳型の少なくともキャビティを形成する部分を、耐熱性に優れた砂層から構成することが知られている。

特開平６−５５２５５号公報

ところで、鋳造品を得るべく、鋳型のキャビティに充填した溶湯を降温させて凝固させる際に、砂層が収縮する収縮量は、溶湯が収縮する収縮量よりも少ない。このため、砂層によって形成されるキャビティが、例えば、溶湯の収縮を阻害する形状の拘束部等を有する場合、薄肉の鋳造製品を得ようとすると最終的に得られる鋳造品に変形やクラック等が生じる懸念がある。

そこで、本発明は、降温による溶湯の収縮が砂層に阻害されることを抑制して、鋳造品を良好に得ることが可能な鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、キャビティを形成可能な砂層が設けられた下型及び上型を有する鋳型と、前記下型及び前記上型を相対的に移動させることが可能であり、前記下型及び前記上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じする駆動機構と、を備える鋳造装置であって、前記キャビティは、前記鋳型の型閉じ方向の厚さが、前記型閉じ方向に交差する方向の長さよりも小さい主部と、前記主部から厚さ方向に突出する拘束部と、を有し、前記砂層は、前記拘束部の基端部の近傍に、前記キャビティの内部の前記溶湯が降温により収縮することに応じて該砂層を変形可能とする脆弱部が設けられる。

本発明の別の一態様は、キャビティを形成可能な砂層が設けられた下型及び上型を有する鋳型と、前記下型及び前記上型を相対的に移動させることが可能な駆動機構と、を備える鋳造装置を用いた鋳造方法であって、前記キャビティは、前記鋳型の型閉じ方向の厚さが、前記型閉じ方向に交差する方向の長さよりも小さい主部と、前記主部から厚さ方向に突出する拘束部と、を有し、前記砂層は、前記拘束部の基端部の近傍に脆弱部が設けられ、前記鋳造方法は、前記キャビティ形成時よりも前記下型及び前記上型の前記型閉じ方向の離間距離を大きくした状態で前記鋳型への注湯を開始する注湯開始工程と、前記下型及び前記上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じして前記キャビティを形成する型閉じ工程と、前記キャビティの内部の前記溶湯を降温させて凝固させる凝固工程と、を有し、前記凝固工程では、前記溶湯が降温により収縮することに応じて、前記脆弱部を介して前記砂層を変形可能とする。

キャビティの主部は、その厚さが長さよりも小さい。このような主部の内部の溶湯は、降温する際、厚さ方向よりも長さ方向に大きく収縮する。主部の長さ方向に溶湯が収縮する際、主部から厚さ方向に突出する拘束部の内部の溶湯は、該拘束部を形成する砂層に拘束されて長さ方向の変位が規制され易い。このため、長さ方向に収縮し易い主部と、長さ方向の変位が規制され易い拘束部との接続部である拘束部の基端部の近傍において溶湯の収縮が特に阻害され易い。

この鋳造装置の砂層では、拘束部の基端部の近傍に脆弱部が設けられている。脆弱部は、キャビティの内部の溶湯が降温により収縮することに応じて、該脆弱部を介して砂層を変形可能とする。このように、溶湯の収縮が特に阻害され易い箇所に設けられた脆弱部を介して砂層を変形可能とすることで、溶湯の降温時に砂層の拘束力が生じることを効果的に低減できる。すなわち、キャビティ内部の溶湯の収縮が、砂層に阻害されることを効果的に抑制できる。その結果、変形やクラック等が生じることが抑制された鋳造品を得ることが可能となる。

以上から、本発明の鋳造装置及び鋳造方法によれば、降温による溶湯の収縮が砂層に阻害されることを抑制して、鋳造品を良好に得ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る鋳造装置の注湯開始時を説明する概略断面図である。 図１の鋳造装置の型閉じ時を説明する概略断面図である。 図２の鋳造装置の要部概略上面図である。 図２の鋳造装置の吐かせを説明するための部分拡大図である。 図１の鋳造装置の溶湯凝固時を説明する概略断面図である。

本発明に係る鋳造装置及び鋳造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

図１に示す本実施形態に係る鋳造装置１０は、薄肉（例えば、厚さ３ｍｍ以下、特に好適には厚さ１．５ｍｍ〜１．２ｍｍ程度）の鋳鋼製の鋳造製品（不図示）を得る場合に特に好適に適用することができる。そこで、以下では、鋳造装置１０によって、薄肉の鋳鋼製の鋳造製品を得る場合を例に挙げて説明する。しかしながら、鋳造装置１０によって得られる鋳造製品は、上記の薄肉に限定されるものではなく、種々の厚さとすることができる。また、鋳造装置１０によって得られる鋳造製品の材料は、鋳鋼に限定されず、鋳鉄等の鉄合金、アルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金、亜鉛合金等の一般的な鋳造製品の製造に使用される金属とすることができる。

鋳造装置１０は、キャビティ１２（図２）を形成可能な砂層１４が設けられた下型１６及び上型１８を有する鋳型２０と、下型１６及び上型１８を相対的に移動させることが可能であり、下型１６と上型１８との間で溶湯Ｍを押圧しながら型閉じする駆動機構２２とを備える。なお、図３では、駆動機構２２の図示を省略している。

この鋳造装置１０では、砂層１４は、下型１６に設けられる下側砂層１４ａと、上型１８に設けられる上側砂層１４ｂとを有し、一般的な金属製の鋳造用金型（不図示）等に比して耐熱性に優れる。駆動機構２２により、下型１６及び上型１８を型閉じすることで、下側砂層１４ａと上側砂層１４ｂの間にキャビティ１２が形成される。なお、以下では、下側砂層１４ａと上側砂層１４ｂとを特に区別しない場合等には、これらを総称して砂層１４ともいう。

図２に示すように、キャビティ１２は、鋳型２０の型閉じ方向（本実施形態では上下方向、鋳型２０の開閉方向）の厚さが、型閉じ方向に交差する方向（鋳造製品の主面の方向）の長さよりも小さい主部２４と、該主部２４から厚さ方向に突出する複数の拘束部２６と、を有する。拘束部２６の基端部の近傍の砂層１４には、脆弱部２８が設けられる。脆弱部２８は、砂層１４のキャビティ１２に臨む部分よりも外側を切り欠いた薄肉部であり、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍが降温により収縮することに応じて該砂層１４を変形可能とする。

本実施形態では、複数の拘束部２６は、長さ方向に砂層１４を挟んで互いに対向して配置され、これらの拘束部２６同士の間に脆弱部２８が配置されている。また、砂層１４の、拘束部２６同士の間には、キャビティ１２に臨む部分よりも外側に凹空間３０が設けられている。凹空間３０は、厚さ方向で主部２４に臨む側と反対側（凹空間３０の内底部３２と反対側）に向かって開口する開口部３４を有する。

鋳型２０は、上記の砂層１４の他に、該砂層１４を支持するべく、例えば、金属、セラミックス等から形成されるバックアップ部３６を有する。バックアップ部３６は、砂層１４の開口部３４を介して凹空間３０の内部に進入可能な進退部３８を有する。後述するように、例えば、駆動機構２２によりバックアップ部３６と砂層１４とが個別に駆動されることで、進退部３８が凹空間３０の内底部３２と当接又は離間することが可能となっている。なお、下型１６が有するバックアップ部３６を下側バックアップ部３６ａともいい、上型１８が有するバックアップ部３６を上側バックアップ部３６ｂともいう。また、下側バックアップ部３６ａ及び上側バックアップ部３６ｂを特に区別しない場合等にはこれらを総称してバックアップ部３６ともいう。

具体的には、鋳型２０の下型１６は、下側砂層１４ａと、該下側砂層１４ａを支持する下側バックアップ部３６ａとを有する。下側砂層１４ａは、湯口形成部４０と、湯道形成部４２と、下側製品キャビティ形成部４４と、吐かせ形成部４６とを有する。図３に示すように、鋳造装置１０の上面視で、凹状の下側砂層１４ａの内部に、上型１８の少なくとも一部を収容可能である。また、下側砂層１４ａの湯口形成部４０は、該下側砂層１４ａに収容された上型１８よりも外側に配置されて、図１に示すように上方から下方に延在する湯口４８を形成する。

湯道形成部４２は、湯口４８の下方に連通する湯道５０を形成する。下側製品キャビティ形成部４４は、湯口４８及び湯道５０を介して溶湯Ｍが供給される。すなわち、下側砂層１４ａでは、湯口形成部４０の下端部と湯道形成部４２の上流側端部とが連続して設けられるとともに、湯道形成部４２の下流側端部と下側製品キャビティ形成部４４とが連続して設けられる。

下側製品キャビティ形成部４４には、不図示の鋳造製品の主面から厚さ方向の一端側に突出するリブ部を形成するべく、下方に陥没する複数の拘束部２６が設けられている。上記の通り、これらの拘束部２６の基端部近傍の下側砂層１４ａに、脆弱部２８が設けられている。

図３に示すように、吐かせ形成部４６は、下側製品キャビティ形成部４４の外周縁部に設けられ、製品キャビティ部７２から流出した溶湯Ｍが流入可能な吐かせ５２を形成する。なお、吐かせ５２の詳細については後述する。

図１に示すように、下側製品キャビティ形成部４４と吐かせ形成部４６との境界には、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍが降温により収縮することに応じて下側砂層１４ａを変形可能とする境界脆弱部５４が設けられている。境界脆弱部５４は、脆弱部２８と同様に、下側砂層１４ａのキャビティ１２に臨む部分よりも外側を切り欠いた薄肉部であり、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍが降温により収縮することに応じて該下側砂層１４ａを変形可能とする。

下側バックアップ部３６ａは、下側砂層１４ａと上下方向に接近又は離間可能に設けられ、該下側バックアップ部３６ａが下側砂層１４ａに当接した状態で下側砂層１４ａを支持する。また、下側バックアップ部３６ａの進退部３８は、開口部３４から進入し、該進退部３８の上面が凹空間３０の内底部３２と当接又は離間することが可能となっている。

鋳型２０の上型１８は、上側砂層１４ｂと、該上側砂層１４ｂを支持する上側バックアップ部３６ｂとを有する。上側砂層１４ｂは、下側砂層１４ａの下側製品キャビティ形成部４４と型閉じ方向（上下方向）に対向する部分に上側製品キャビティ形成部５６が設けられている。上側砂層１４ｂは、下側砂層１４ａの湯道形成部４２に対向する部分が、該湯道形成部４２とともに湯道５０を形成する。また、上側砂層１４ｂの周面のうち、下側砂層１４ａの湯口形成部４０に対向する部分は、該湯口形成部４０とともに湯口４８を形成する。さらに、上側砂層１４ｂの周面のうち、下側砂層１４ａの吐かせ形成部４６に対向する部分（湯口形成部４０に対向する部分を除く部分）は、該吐かせ形成部４６とともに吐かせ５２を形成する。

本実施形態では、上側製品キャビティ形成部５６には、不図示の鋳造製品の主面から厚さ方向の他端側に突出するリブ部を形成するべく、上方に陥没する複数の拘束部２６が設けられている。また、上下方向に延在する湯口４８は、主部２４から厚さ方向に突出する部分を有するため、該部分も拘束部２６を構成する。上記の通り、これらの拘束部２６の基端部近傍の上側砂層１４ｂには、脆弱部２８が設けられている。さらに、上側砂層１４ｂでは、下型１６の吐かせ形成部４６に対向する部分と、上側製品キャビティ形成部５６との境界に、境界脆弱部５４が設けられている。

上側バックアップ部３６ｂは、上側砂層１４ｂと上下方向に接近又は離間可能に設けられ、該上側バックアップ部３６ｂが上側砂層１４ｂに当接した状態で上側砂層１４ｂを支持する。また、上側バックアップ部３６ｂの進退部３８は、開口部３４から進入し、該進退部３８の下面が凹空間３０の内底部３２と当接又は離間することが可能となっている。

駆動機構２２は、下側バックアップ部３６ａを駆動する第１下側駆動部６４と、下側砂層１４ａを駆動する第２下側駆動部６６と、上側バックアップ部３６ｂを駆動する第１上側駆動部６８と、上側砂層１４ｂを駆動する第２上側駆動部７０とを有し、例えば、不図示の制御部によって制御される。第１下側駆動部６４及び第２下側駆動部６６によって、下側バックアップ部３６ａと下側砂層１４ａとを一体化した状態又は上下方向に分離した状態とすることができる。同様に、第１上側駆動部６８及び第２上側駆動部７０によって、上側バックアップ部３６ｂと上側砂層１４ｂとを一体化した状態又は上下方向に分離した状態とすることができる。

本実施形態では、第１上側駆動部６８及び第２上側駆動部７０は、一体化した状態の上側砂層１４ｂ及び上側バックアップ部３６ｂ（上型１８）を、一体化した状態の下側砂層１４ａ及び下側バックアップ部３６ａ（下型１６）に対して接近又は離間する方向に移動させることが可能である。このため、例えば、第１上側駆動部６８及び第２上側駆動部７０は、図１に示すように、上型１８と下型１６とを離間させた状態から、型閉じ方向（矢印Ｘ方向）に上型１８を平行移動させて下型１６に接近させることで、図２に示すように、下側砂層１４ａと上側砂層１４ｂとの間にキャビティ１２を形成することが可能となっている。

このようにして形成されるキャビティ１２は、上側製品キャビティ形成部５６と下側製品キャビティ形成部４４との間の製品キャビティ部７２（図３）と、該製品キャビティ部７２以外の方案キャビティ部７４として、吐かせ５２、湯口４８、湯道５０等を有する。このため、キャビティ１２に充填された溶湯Ｍを凝固させて得られる鋳造品は、不図示ではあるが、製品キャビティ部７２内で凝固した製品部と、方案キャビティ部７４内で凝固した方案部とを有する。鋳造品に対し、必要に応じて、例えば切断、切削、研削等の機械加工を施し、製品部から方案部を除去すること等によって、鋳造製品を得ることが可能となっている。

なお、本実施形態では、駆動機構２２は、下型１６に対して、上型１８を移動可能とするが、例えば、上型１８に代えて下型１６を移動可能であることとしてもよいし、上型１８及び下型１６の両方を移動可能であることとしてもよい。また、不図示ではあるが、駆動機構２２は、上型１８を回動可能に構成されてもよい。この場合、駆動機構２２により上型１８を回動させて下型１６に接近させることで、鋳型２０を型閉じして、下側砂層１４ａと上側砂層１４ｂとの間にキャビティ１２を形成することができる。

第１下側駆動部６４及び第２下側駆動部６６は、下側バックアップ部３６ａと下側砂層１４ａとを上下方向に接近させることで互いを一体化した状態とすることができる。この際、下側バックアップ部３６ａの進退部３８が下側砂層１４ａの凹空間３０に進入することで、該進退部３８の上面を凹空間３０の内底部３２に当接させることができる。また、第１下側駆動部６４及び第２下側駆動部６６は、下側バックアップ部３６ａと下側砂層１４ａとを上下方向に離間させることで互いを分離した状態とすることができる。この際、下側バックアップ部３６ａの進退部３８が下側砂層１４ａの凹空間３０から退避することで、該進退部３８の上面を凹空間３０の内底部３２から離間させることができる。

第１上側駆動部６８及び第２上側駆動部７０は、上側バックアップ部３６ｂと上側砂層１４ｂとを上下方向に接近させることで互いを一体化した状態とすることができる。この際、上側バックアップ部３６ｂの進退部３８が上側砂層１４ｂの凹空間３０に進入することで、該進退部３８の下面を凹空間３０の内底部３２に当接させることができる。また、第１上側駆動部６８及び第２上側駆動部７０は、上側バックアップ部３６ｂと上側砂層１４ｂとを上下方向に離間させることで互いを分離した状態とすることができる。この際、上側バックアップ部３６ｂの進退部３８が上側砂層１４ｂの凹空間３０から退避することで、該進退部３８の下面を凹空間３０の内底部３２から離間させることができる。

なお、第１下側駆動部６４、第２下側駆動部６６、第１上側駆動部６８、第２上側駆動部７０のそれぞれは公知の構成を採用することができるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る鋳造装置１０は基本的には上記のように構成される。以下、鋳造装置１０を用いた鋳造方法について説明する。この鋳造方法では、図１に示すように、下型１６及び上型１８の型閉じ方向の離間距離を、キャビティ１２形成時よりも大きくした状態で、例えば、取鍋７６等を介して湯口４８への注湯を開始する注湯開始工程を行う。この注湯により、鋳型２０内に所定量の溶湯Ｍが供給された後、型閉じ工程を行う。

型閉じ工程では、図１の矢印Ｘ方向に鋳型２０を型閉じすることで、下型１６の下側砂層１４ａ及び上型１８の上側砂層１４ｂの間で溶湯Ｍを押圧しながら図２に示すキャビティ１２を形成する。型閉じ工程では、下側バックアップ部３６ａの進退部３８を下側砂層１４ａの凹空間３０に進入させて、該進退部３８の上面を凹空間３０の内底部３２に当接させておく。また、上側バックアップ部３６ｂの進退部３８を上側砂層１４ｂの凹空間３０に進入させて、該進退部３８の下面を凹空間３０の内底部３２に当接させておく。

なお、本実施形態では、湯口４８への注湯完了後に、駆動機構２２による上型１８の移動を開始して型閉じすることとしたが、駆動機構２２による上型１８の移動を開始した後に、湯口４８に対する注湯を完了することとしてもよい。

上記の通り、鋳造装置１０では、製品キャビティ部７２の外周縁部に吐かせ５２（図３）が設けられている。このため、型閉じ工程において、下側製品キャビティ形成部４４と上側製品キャビティ形成部５６の間の溶湯Ｍは吐かせ５２に流出する。これによって、型閉じ時に鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が低減される。

図４に示すように、例えば、吐かせ５２に流入する溶湯Ｍの流入方向Ｆは、吐かせ形成部４６の第１壁面７８に沿う。第１壁面７８は、製品キャビティ部７２から、該製品キャビティ部７２の外側且つ上方に向かって延在する。第１壁面７８の外側（キャビティ１２の外周縁部側）には、該第１壁面７８と連続して第２壁面８０が設けられている。すなわち、第２壁面８０は、吐かせ５２への溶湯Ｍの流入方向Ｆの前方に設けられている。

第２壁面８０と溶湯Ｍの流入方向Ｆ（第１壁面７８の面方向）とがなす角度θは、９０°より大きく１８０°以下であることが好ましく、１３５°であることが一層好ましい。角度θを９０°より大きくすることで、吐かせ５２に流入した溶湯Ｍが第２壁面８０に衝突して製品キャビティ部７２側に跳ね返されることを抑制できるため、型閉じ時に鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が増大することを抑制できる。角度θを１８０°以下とすることで、上記のように鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が増大することを抑制しつつ、鋳型２０（本実施形態では特に下型１６）が製品キャビティ部７２の外側に大型化することを抑制できる。角度θを１３５°とすることで、鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力の増大を抑制することと、鋳型２０の大型化を抑制することとの均衡を一層適切に図ることが可能になる。

次に、上記のようにして鋳型２０を型閉じして、キャビティ１２を形成した状態で、該キャビティ１２の内部の溶湯Ｍを放冷又は冷却により降温させて凝固させる凝固工程を行う。凝固工程では、下側バックアップ部３６ａの進退部３８を下側砂層１４ａの凹空間３０から退避させて、該進退部３８の上面を凹空間３０の内底部３２から離間させるとともに、上側バックアップ部３６ｂの進退部３８を上側砂層１４ｂの凹空間３０から退避させて、該進退部３８の下面を凹空間３０の内底部３２から離間させた状態で、溶湯Ｍを降温させる。

この凝固工程では、溶湯Ｍが降温により収縮することに応じて、砂層１４が脆弱部２８を介して変形可能となっている。キャビティ１２のうち、厚さよりも長さが大きい主部２４に充填された溶湯Ｍは、厚さ方向よりも長さ方向に大きく収縮する。主部２４の長さ方向に溶湯Ｍが収縮する際、主部２４から厚さ方向に突出する拘束部２６の内部の溶湯Ｍは、該拘束部２６を形成する砂層１４に拘束されて長さ方向の変位が規制され易い。このため、長さ方向に収縮し易い主部２４と、長さ方向の変位が規制され易い拘束部２６との接続部である拘束部２６の基端部の近傍において溶湯Ｍに対する砂層１４からの拘束が生じ易い。換言すると、拘束部２６の基端部を形成する砂層１４には、該拘束部２６に充填された溶湯Ｍからその降温時に長さ方向に押圧される押圧力が生じ易い。

上記の通り、拘束部２６の基端部近傍の砂層１４には脆弱部２８が設けられている。すなわち、拘束部２６に充填された溶湯Ｍに対して砂層１４からの拘束が生じ易い箇所に脆弱部２８が設けられている。また、長さ方向に対向する拘束部２６同士の間には、凹空間３０が設けられている。このため、上記のように降温時に溶湯Ｍから砂層１４に対して押圧力が加えられると、脆弱部２８が形成されているために拘束部２６が凹空間３０の内部側に向かって容易に変形する（撓む又は崩壊する）ことができる。これによって、溶湯Ｍの収縮を阻害するような砂層１４からの拘束が生じることを抑制しつつ、溶湯Ｍを降温させて凝固させることができる。

このようにして、溶湯Ｍを凝固させた後、離型することにより鋳造品（不図示）が得られる。この鋳造品の製品部から、上記の通り、方案部を除去すること等によって鋳造製品を得ることができる。

以上から、この鋳造装置１０では、溶湯Ｍの収縮が特に阻害され易い箇所に設けられた脆弱部２８を介して砂層１４を変形可能とすることができるため、溶湯Ｍの降温時に砂層１４の拘束力が生じることを効果的に低減できる。すなわち、キャビティ１２内部の溶湯Ｍの収縮が、砂層１４に阻害されることを効果的に抑制できる。その結果、変形やクラック等が生じることが抑制された鋳造品を得ることが可能となる。

従って、本実施形態に係る鋳造装置１０及び鋳造方法によれば、鋳型２０にキャビティ１２を形成可能な砂層１４を設けることで該鋳型２０の耐熱性を向上させることができる。また、このように砂層１４からキャビティ１２を形成しても、溶湯Ｍの降温による収縮が砂層１４に阻害されることを抑制して、良好に鋳造製品を得ることができる。

特に、鋳鋼製の鋳造製品を得る場合、溶融させた鋼（溶鋼）からなる溶湯Ｍが鋳型２０に供給される。鋼はアルミニウム等の他の金属に比して融点が高い分、溶湯Ｍの温度が高く、降温による収縮量も大きい。このため、本実施形態に係る鋳造装置１０及び鋳造方法を適用して、鋳鋼製の鋳造製品を得る場合に、上記の効果を特に有効に得ることが可能となる。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、キャビティ１２は、長さ方向に砂層１４を挟んで対向する複数の拘束部２６を有し、脆弱部２８は、拘束部２６同士の間に設けられる、こととした。また、上記の実施形態に係る鋳造方法の凝固工程では、長さ方向に砂層１４を挟んで対向する複数の拘束部２６同士の間に設けられた脆弱部２８を介して砂層１４を変形可能とすることとした。

拘束部２６同士の間に介在する砂層１４は、主部２４の内部の溶湯Ｍが長さ方向に収縮する際、拘束部２６の内部の溶湯Ｍが長さ方向に変位することを規制することで、溶湯Ｍの収縮を妨げ易い。このような拘束部２６同士の間の砂層１４に脆弱部２８を設けることで、溶湯Ｍの収縮時に、溶湯Ｍが砂層１４に拘束されることを効果的に抑制できる。ひいては、鋳造製品に変形やクラック等が生じることを一層効果的に抑制できる。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、脆弱部２８は、砂層１４のキャビティ１２に臨む部分よりも外側を切り欠いた薄肉部である、こととした。また、上記の実施形態に係る鋳造方法の凝固工程では、砂層１４のキャビティ１２に臨む部分よりも外側を切り欠いた薄肉部である脆弱部２８を介して砂層１４を変形可能とすることとした。

これらの場合、脆弱部２８を簡単な構成とすることができるとともに、溶湯Ｍの降温による収縮に応じて、砂層１４を良好に変形可能とすることができる。なお、脆弱部２８は、溶湯Ｍの降温による収縮に応じて、砂層１４を変形可能に設けられればよく、特に、上記の薄肉部に限定されるものではない。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、砂層１４の、拘束部２６同士の間には、キャビティ１２に臨む部分よりも外側に凹空間３０が設けられる、こととした。また、上記の実施形態に係る鋳造方法の凝固工程では、拘束部２６同士の間のキャビティ１２に臨む部分よりも外側に設けられた凹空間３０の内部に向かって、砂層１４を変形可能とすることとした。

これらの場合、凹空間３０の内部に向かって砂層１４を一層変形し易くすることができるため、溶湯Ｍの収縮時に、溶湯Ｍが砂層１４に拘束されることを抑制して、鋳造製品に変形やクラック等が生じることを一層効果的に抑制できる。なお、砂層１４には、凹空間３０が設けられていなくてもよい。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、凹空間３０は、厚さ方向で主部２４に臨む側と反対側に向かって開口する開口部３４を有し、鋳型２０は、砂層１４を支持するバックアップ部３６を有し、バックアップ部３６は、開口部３４を介して凹空間３０の内底部３２と当接又は離間することが可能な進退部３８を有し、進退部３８は、鋳型２０の型閉じ時には内底部３２と当接し、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍの降温時には内底部３２と離間することとした。

また、上記の実施形態に係る鋳造方法では、凹空間３０は、厚さ方向で主部２４に臨む側と反対側に向かって開口する開口部３４を有し、鋳型２０は、砂層１４を支持するバックアップ部３６を有し、バックアップ部３６は、開口部３４を介して凹空間３０の内底部３２と当接又は離間することが可能な進退部３８を有し、型閉じ工程では、進退部３８と内底部３２とを当接させた状態で鋳型２０を型閉じし、凝固工程では、進退部３８と内底部３２とを離間させた状態で、溶湯Ｍを降温させることとした。

これらの場合、鋳型２０の型閉じ時には、凹空間３０の内底部３２に、バックアップ部３６の進退部３８を当接させることができる。このため、砂層１４に凹空間３０を設けても、型閉じ時の砂層１４の強度が低下することを抑制できる。つまり、鋳型２０の型閉じ時においては、砂層１４にかかる溶湯Ｍの圧力等によって砂層１４が変形することを効果的に回避できる。

一方、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍの降温時には、凹空間３０の内底部３２から、バックアップ部３６の進退部３８を離間させることができるため、凹空間３０の内部に向かって砂層１４を変形し易くすることができる。これによって、溶湯Ｍの降温による収縮時には、溶湯Ｍが砂層１４に拘束されることを抑制できるため、鋳造製品に変形やクラック等が生じることを一層効果的に抑制できる。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、キャビティ１２は、鋳造品の製品部の形状に応じた製品キャビティ部７２と、製品キャビティ部７２から流出した溶湯Ｍが流入可能な吐かせ５２とを有し、砂層１４は、製品キャビティ部７２と吐かせ５２との境界に、キャビティ１２の内部の溶湯Ｍが降温により収縮することに応じて砂層１４を変形可能とする境界脆弱部５４が設けられる、こととした。

また、上記の実施形態に係る鋳造方法では、キャビティ１２は、鋳造品の製品部の形状に応じた製品キャビティ部７２と、製品キャビティ部７２から流出した溶湯Ｍが流入可能な吐かせ５２とを有し、凝固工程では、製品キャビティ部７２と吐かせ５２との境界に設けられた境界脆弱部５４を介して砂層１４を変形可能とする、こととした。

一般的に吐かせ５２や湯口４８の内部の溶湯Ｍが凝固することで形成される、鋳造品の方案部の厚さは、製品部の厚さよりも大きい。このため、製品キャビティ部７２の内部の溶湯Ｍが降温により収縮する収縮量よりも、方案キャビティ部７４の内部の溶湯Ｍが降温により収縮する収縮量の方が大きくなり易い。このような場合であっても、境界脆弱部５４が設けられることで、方案キャビティ部７４の内部の溶湯Ｍの降温による収縮に応じて、砂層１４を良好に変形させることができる。その結果、鋳造製品に変形やクラック等が生じることを効果的に抑制できる。なお、砂層１４には、境界脆弱部５４が設けられていなくてもよい。

また、上記の実施形態では、駆動機構２２により、バックアップ部３６の全体と砂層１４の全体とが離間可能であることとしたが、バックアップ部３６の進退部３８のみが凹空間３０の内底部３２から離間可能に設けられてもよい。また、バックアップ部３６の全体と砂層１４の全体とは、互いに離間することなく一体に設けられていてもよい。さらに、バックアップ部３６は、進退部３８を備えていなくてもよいし、鋳型２０は、バックアップ部３６を有していなくてもよい。

本発明は、上記した実施形態に特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形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、吐かせ５２が製品キャビティ部７２の外周縁部に設けられていることとしたが特にこれに限定されるものではない。吐かせ５２は、製品キャビティ部７２の外周縁部に断続的に設けられてもよいし、製品キャビティ部７２よりも外側に部分的に設けられてもよい。

また、脆弱部２８は、上記の拘束部２６の基端部近傍の砂層１４の他にも、キャビティ１２の内部の他の箇所に比して、溶湯Ｍが降温により収縮する収縮量が大きくなる箇所の近傍の砂層１４に設けられていることが好ましい。収縮量が大きくなる箇所の例としては、溶湯Ｍの体積が、キャビティ１２の内部の他の箇所に比して大きくなる箇所や、溶湯Ｍの温度が、キャビティ１２の内部の他の箇所に比して高くなる箇所等が挙げられる。

１０…鋳造装置 １２…キャビティ
１４…砂層 １６…下型
１８…上型 ２０…鋳型
２２…駆動機構 ２４…主部
２６…拘束部 ２８…脆弱部
３０…凹空間 ３２…内底部
３４…開口部 ３６…バックアップ部
３８…進退部 ５２…吐かせ
５４…境界脆弱部 ７２…製品キャビティ部
Ｍ…溶湯

Claims (12)

1. キャビティを形成可能な砂層が設けられた下型及び上型を有する鋳型と、前記下型及び前記上型を相対的に移動させることが可能であり、前記下型及び前記上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じする駆動機構と、を備える鋳造装置であって、
   前記キャビティは、前記鋳型の型閉じ方向の厚さが、前記型閉じ方向に交差する方向の長さよりも小さい主部と、前記主部から厚さ方向に突出する拘束部と、を有し、
   前記砂層は、前記拘束部の基端部の近傍に、前記キャビティの内部の前記溶湯が降温により収縮することに応じて該砂層を変形可能とする脆弱部が設けられる、鋳造装置。
2. 請求項１記載の鋳造装置において、
   前記キャビティは、前記長さ方向に前記砂層を挟んで対向する複数の前記拘束部を有し、
   前記脆弱部は、前記拘束部同士の間に設けられる、鋳造装置。
3. 請求項１又は２記載の鋳造装置において、
   前記脆弱部は、前記砂層の前記キャビティに臨む部分よりも外側を切り欠いた薄肉部である、鋳造装置。
4. 請求項２又は３記載の鋳造装置において、
   前記砂層の、前記拘束部同士の間には、前記キャビティに臨む部分よりも外側に凹空間が設けられる、鋳造装置。
5. 請求項４記載の鋳造装置において、
   前記凹空間は、前記厚さ方向で前記主部に臨む側と反対側に向かって開口する開口部を有し、
   前記鋳型は、前記砂層を支持するバックアップ部を有し、
   前記バックアップ部は、前記開口部を介して前記凹空間の内底部と当接又は離間することが可能な進退部を有し、
   前記進退部は、前記鋳型の型閉じ時には前記内底部と当接し、前記キャビティの内部の前記溶湯の降温時には前記内底部と離間する、鋳造装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の鋳造装置において、
   前記キャビティは、鋳造品の製品部の形状に応じた製品キャビティ部と、前記製品キャビティ部から流出した前記溶湯が流入可能な吐かせとを有し、
   前記砂層は、前記製品キャビティ部と前記吐かせとの境界に、前記キャビティの内部の前記溶湯が降温により収縮することに応じて該砂層を変形可能とする境界脆弱部が設けられる、鋳造装置。
7. キャビティを形成可能な砂層が設けられた下型及び上型を有する鋳型と、前記下型及び前記上型を相対的に移動させることが可能な駆動機構と、を備える鋳造装置を用いた鋳造方法であって、
   前記キャビティは、前記鋳型の型閉じ方向の厚さが、前記型閉じ方向に交差する方向の長さよりも小さい主部と、前記主部から厚さ方向に突出する拘束部と、を有し、
   前記砂層は、前記拘束部の基端部の近傍に脆弱部が設けられ、
   前記鋳造方法は、
   前記キャビティ形成時よりも前記下型及び前記上型の前記型閉じ方向の離間距離を大きくした状態で前記鋳型への注湯を開始する注湯開始工程と、
   前記下型及び前記上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じして前記キャビティを形成する型閉じ工程と、
   前記キャビティの内部の前記溶湯を降温させて凝固させる凝固工程と、
   を有し、
   前記凝固工程では、前記溶湯が降温により収縮することに応じて、前記脆弱部を介して前記砂層を変形可能とする、鋳造方法。
8. 請求項７記載の鋳造方法において、
   前記凝固工程では、前記長さ方向に前記砂層を挟んで対向する複数の前記拘束部同士の間に設けられた前記脆弱部を介して前記砂層を変形可能とする、鋳造方法。
9. 請求項７又は８記載の鋳造方法において、
   前記凝固工程では、前記砂層の前記キャビティに臨む部分よりも外側を切り欠いた薄肉部である前記脆弱部を介して前記砂層を変形可能とする、鋳造方法。
10. 請求項８又は９記載の鋳造方法において、
    前記凝固工程では、前記拘束部同士の間の前記キャビティに臨む部分よりも外側に設けられた凹空間の内部に向かって、前記砂層を変形可能とする、鋳造方法。
11. 請求項１０記載の鋳造方法において、
    前記凹空間は、前記厚さ方向で前記主部に臨む側と反対側に向かって開口する開口部を有し、
    前記鋳型は、前記砂層を支持するバックアップ部を有し、
    前記バックアップ部は、前記開口部を介して前記凹空間の内底部と当接又は離間することが可能な進退部を有し、
    前記型閉じ工程では、前記進退部と前記内底部とを当接させた状態で前記鋳型を型閉じし、
    前記凝固工程では、前記進退部と前記内底部とを離間させた状態で、前記溶湯を降温させる、鋳造方法。
12. 請求項７〜１１の何れか１項に記載の鋳造方法において、
    前記キャビティは、鋳造品の製品部の形状に応じた製品キャビティ部と、前記製品キャビティ部から流出した前記溶湯が流入可能な吐かせとを有し、
    前記凝固工程では、前記製品キャビティ部と前記吐かせとの境界に設けられた境界脆弱部を介して前記砂層を変形可能とする、鋳造方法。

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