JP2565327Y2 - 低圧鋳造装置における給湯路の湯口部材 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、低圧鋳造装置における
溶湯保持炉から金型のキヤビテイ内に溶融金属を注入す
るための給湯路構成部材である湯口部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミ合金に代表される非鉄合金製品
（例えば、シリンダヘツド、シリンダブロツク、クラツ
チハウジング、ホイール、扇車等）の鋳造を行う低圧鋳
造機は、図３に示すように、溶湯保持炉１、保持炉１内
の溶湯るつぼ２、炉の上方に配置された金型４、金属溶
湯Ｍを金型４のキヤビテイ４・１に注入するための給湯
路３等を以て構成され、金属溶湯Ｍは炉内に圧入される
気体の加圧力により給湯路３を介して金型４内に鋳込ま
れる。その保持炉１と金型４との間の給湯路のまわりに
は、そこを通過する鋳造金属の溶湯温度を維持するため
にガスバーナまたは電気ヒータ等の加熱装置５が配置さ
れている。

【０００３】給湯路３は、炉内の金属溶湯浴に下端部を
浸漬したストーク１０、金型４に着脱可能に組付けられ
る湯口部材（湯口入子とも称する）３０、およびその両
部材を接続する中間ストーク２０等からなる。湯口部材
３０は筒状体であり、その下部端は中間ストーク２０に
連接する円形開口を有し、天面部には湯口蓋４０が着脱
可能に設置される。従来より、ストーク１０には、ねず
み鋳鉄や特殊鋳鉄等からなる鋳造品が使用され、中間ス
トーク２０、湯口部材３０およびその天面の蓋４０等と
しては、ＳＫＤ−６１に代表される熱間金型用合金工具
鋼や、特殊鋳鉄等からなる鋳造品が使用されてきた。

【０００４】上記合金工具鋼等からなる部材で構成され
た給湯路の実操業上最も問題となるのは、アルミ溶湯の
接触による腐食（溶損）を生じ易く、そのメンテナンス
に多大の負担を要し、しかも部材の溶損はアルミ溶湯の
汚染・鋳造品質への悪影響をきたすということである。
また、この材料からなる部材は熱伝導率が高く、放熱し
易いため、鋳込温度の管理に前記のように、ガスバーナ
や電気ヒータ等による外部加熱を必要とし、この加熱に
より部材の腐食溶損が更に助長される。このため、部材
の表面に不定形耐火物層を塗設して溶融アルミとの直接
接触を遮断することが従来から行われているが、耐火物
と金属部材とは熱膨張係数の差が大きく、短期間で亀裂
・剥離を生じ易いため、保護層としての実質的な効果は
極めて少ない。この対策として、セラミツクス焼成品の
適用が種々試みられており、ストーク１０、および中間
ストーク２０については、緻密質窒化けい素等のエンジ
リニアングセラミツクス焼成品が実用され始めている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】セラミツクスは、金属
溶湯に対する卓抜した腐食抵抗性と良好な断熱性を有し
てはいるが、脆性材料であるため、ストーク１０や中間
ストーク２０等のように機械衝撃の負荷が少ない部材は
ともかく、湯口部材３０のように金型４への組付けない
し組替えの際に強い機械衝撃が加わる部材では、セラミ
ツクス単体品として適用して安定な使用を確保すること
は極めて困難である。そこで湯口部材３０にセラミツク
スを適用する工夫として、湯口部材の金属溶湯に接触す
る内側層をセラミツクス焼成品で形成すると共に、セラ
ミツクスフアイバ等を緩衝性中間層材とし、その外側を
ステンレス鋼等の金属製部材で包囲した積層構造体とす
ることも提案されている。

【０００６】しかしながら、セラミツクスの熱膨張係数
は金属のそれに比べて著しく小さく（例えば、窒化けい
素セラミツクスの約３×１０^-6／℃に対し、ステンレス
鋼は約１５〜１８×１０^-6／℃）、従つて湯口部材の組
立て時に、金属製の外層部材とそれに内嵌されるセラミ
ツクス内層部材とを強固な締付け力で固定しておいて
も、使用時の金属溶湯の接触により高温度に加熱される
と、両者の間に生じる熱膨張量の差により、締付け力が
弛緩し、ガタツキの発生を逸れない。その締付け力の弛
み・ガタツキの発生は、セラミツクス内層部材に対する
偏応力の作用と、それによる同部材の割れ・欠損を誘起
する原因となる。更に、締付け力の弛みに起因して鋳造
金属溶湯の差し込みが生じると、給湯路のメンテナンス
作業が煩瑣となるのみならず、湯口部材の損傷が早めら
れ、殊に金型のメンテナンス作業に際して湯口部材は常
温近くまで冷却降温されるため、鋳造金属の差し込み凝
固片により焼嵌め状態と同様の効果を生じセラミツクス
内層部材に無理な負荷が加わることも、その割れ・欠損
を早める原因となる。本考案は、セラミツクスの適用に
付随して生じる上記問題を解決するための改良された湯
口部材を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案の低圧鋳造装置に
おける給湯路部材である湯口部材は、窒化けい素セラミ
ツクスからなる筒形状を有する内層部材３１が、その側
壁周囲を包囲する筒状部材である金属外層部材３３内
に、緩衝性断熱材からなる中間層３２を介して嵌装され
た３層積層構造を有し、かつ上記内層部材３１は、外層
部材３３の下端縁に形設されている内向きフランジ３３
１と、外層部材３３の頂部フランジに着脱可能に取付け
られた押え部材３５との間に、上下方向に圧縮付勢され
た弾性ガスケツトリング３４を介して挾圧固定されてい
ることを特徴としている。

【０００８】

【作用】このように構成された本考案の湯口部材は、実
機使用時の鋳造金属溶湯の熱影響によりセラミツクス内
層部材に比べて金属外層部材に相対的に大きな熱膨張が
生じても、その熱膨張量の差は、上下方向（湯口部材の
軸方向）に圧縮付勢された弾性ガスケツトリングの弾性
撥力による膨出変形（上下方向の増厚）により自動的に
吸収され、従つて金属外層部材内のセラミツクス内層部
材に対する上下両側からの押圧挾持状態に弛みを生じる
ことはなく、安定した固定状態が保持される。また、弾
性ガスケツトリングの弾性変形能は、セラミツクス内層
部材を包囲する緩衝性断熱材からなる中間層の緩衝作用
と相まつて、湯口部材の金型への組付け・組替え時にお
けるセラミツクス内層部材に対する機械衝撃を吸収軽減
する働きをなす。更に、セラミツクス内層部材が有する
断熱特性と、中間層材の断熱効果とにより、湯口部材を
通過する鋳造金属溶湯の放熱とそれによる温度低下が抑
制される。その放熱降温抑制効果により湯口部材に対す
る外部加熱の省略も可能となる。

【０００９】以下、本考案について実施例を示す図面を
参照して説明する。図１において、３１は窒化けい素セ
ラミツクス焼成品である内層部材、３３は、その内層部
材３１の外周を包囲する金属製外層部材、３２はそれら
の部材の重ね合せ面間に装填された、緩衝性を有する断
熱材からなる中間層である。３４は弾性ガスケツトリン
グであり、３５は、セラミツクス内層部材３１を、弾性
ガスケツトリング３４の弾性撥力に抗して金属製外層部
材３３の内部に嵌納固定するための押え部材である。

【００１０】金属外層部材３３の下端部には、内向き水
平方向に突出して円環形状をなすフランジ３３１が形設
され、その上面に弾性ガスケツトリング３４が納置され
ている。セラミツクス内層部材３１は、下端部の外周面
を切欠して形成された水平端面３１１と垂下壁部３１２
とからなる円周切欠段差部を有し、水平端面３１１を弾
性ガスケツトリング３４との当接面としてその上に担持
されている。また、垂下壁部３１２は、中間スリーブ２
０（図３）に連続する円形開口をなすと共に、弾性ガス
ケツトリング３４および金属外層部材３３の内向きフラ
ンジ部３３１に対する鋳造金属溶湯の接触を遮断するた
めに、それらの内径周面をその全周に亘つて被蔽してい
る。押え部材３５は、金属外層部材３３の頂部フランジ
３３２と、セラミツクス内層部材３１の頂面にそつて一
周するリング状板部材であり、その周方向の複数個所に
おいて金属外層部材３３の頂部フランジ３３２にボルト
３６等の止め具を以て着脱可能に取着されている。

【００１１】本考案の湯口部材のセラミツクス内層部材
３１を、窒化けい素セラミツクス（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）の焼成
品としたのは、このものが溶融アルミ等に対する高度の
腐食抵抗性を有すると共に、他種のセラミツクス、例え
ばアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や炭化けい素（ＳｉＣ）等に
比べ、耐熱衝撃性にすぐれ、鋳造操業の反復過程で加わ
る熱応力に対し、亀裂・欠損等を生じ難い良好な熱的安
定性を有しているからである。そのセラミツクス焼成品
は、常圧焼結法や加圧焼結法等の公知の焼結プロセスに
より製造されたもの等が適宜使用される。

【００１２】弾性ガスケツトリング３４は、その好適な
例として「渦巻きパツキン」と称する部材が挙げられ
る。このものは、図２に示すように、略く字形状に屈曲
成形された長尺の薄肉金属帯板（例えば、ステンレス鋼
帯板）３４１と、繊維状無機材料（例えばアスベスト）
３４２とを交互に重ねて渦巻き状に積層巻回し、その巻
き重ねの始端と終端を溶着等で固定した環状部材であ
り、薄肉金属帯板３４１のく字型屈曲形状効果と、これ
を無機質繊維材３４２と組合せて巻層構造とした効果と
して、そのリング幅方向に膨縮する良好な弾性変形能を
有している。この弾性ガスケツトリング３４をリング幅
方向に圧縮し弾性撥力を付勢した状態でセラミツクス内
層部材３１を金属外層部材３３内に装着することによ
り、前述のように両部材の軸方向の熱膨張量の差が自動
的に吸収される。また、その弾性膨縮変形能は、セラミ
ツクス内層材３１に加わる機械衝撃の吸収緩和にも寄与
する。

【００１３】セラミツクス内層部材３１と金属外層部材
３３との間の中間層３２は、不定形耐火物、あるいはセ
ラミツクスフアイバのフエルトやブランケツト等を用い
て形成される。これらの熱伝導率はセラミツクス焼成品
のそれの数十分の１以下と小さく、その断熱特性によ
り、セラミツクス内層部材３１から金属外層部材３３へ
の熱伝達を抑制し、鋳造金属溶湯の温度低下を効果的に
軽減する。また、その中間層３２は、セラミツクス内層
部材３１に対する外部からの機械衝撃の吸収緩和にも奏
効する。その中間層の層厚は、例えば２〜１０ｍｍ程度
としてよい。

【００１４】押え部材３５は、例えばＳＳ４００等の適
宜の金属材料で形成される。その肉厚（上下方向の層
厚）は、数ｍｍないしそれ以下の薄肉であつてよく、ま
たその上面には別途用意される湯口蓋４０（図３）が載
置されるので、押え部材３５が鋳造金属と接触する表面
は、内周フランジ３５１の内径周面だけであり、従つて
実操業上、押え部材３５の腐食損傷は実質的に問題とな
らず、給湯路全体の耐用寿命に影響したり、鋳造金属の
汚染等の実害をもたらすことはない。もし、その腐食溶
損を完全に阻止することを望む場合には、リングの内径
周面にセラミツクス（例えば、窒化ボロン等）の被膜を
形成しておけばよい。

【００１５】外層部材３３は、セラミツクス内層部材３
１だけでは不足する強度・耐力および耐衝撃性を確保し
て金型４に対する湯口部材３０のセツテイングおよび組
替の際に加わる外力の作用から内層部材３１を保護する
と共に、そのハンドリング性を良好なものとするもので
あり、その材種は、ステンレス鋼のほか、各種の鋳鉄な
いし鋳鋼、例えば、ＳＣ４１０，ＦＣＤ４００等を任意
に選択使用することができる。

【００１６】上記湯口部材を組立てるには、まず金属外
層部材３３の下端部の内向きフランジ３３１上に弾性ガ
スケツトリング３４を納置し、これにセラミツクス内層
部材３１を入れ、その下端段差部の水平端面３１１を、
弾性ガスケツトリング３４上に着地させたうえ、外層部
材３３と内層部材３１との間隙に緩衝性断熱材（セラミ
ツクスフアイバまたは不定形炭化物等）を充填して中間
層３２を形成する。ついでセラミツクス内層部材３１の
頂面に押え部材３５の内周フランジ３５１をあてがい、
弾性ガスケツトリング３４の弾性撥力に抗してセラミツ
クス内層部材３１を押し下げ、押え部材３５の外周フラ
ンジ３５２を金属外層部材３３の頂部フランジ３３２に
当接させ、その周方向の複数個所においてボルト３６，
３６…で固定する。これにより、セラミツクス内層部材
３１が、弾性ガスケツトリング３４の弾性撥力の作用下
に、押え部材３５と、外層部材３３の下端水平縁部３３
１との間に押圧挾持された積層構造を有する湯口部材の
組立てを完成する。

【００１７】

【実施例】〔Ｉ〕給湯路の構成 図１に示した積層構造を有する湯口部材３０を、別途用
意したストーク１０，中間ストーク２０および湯口蓋４
０と組合せて給湯路を構成。ストーク１０，中間ストー
ク２０および蓋４０はいずれも窒化けい素セラミツクス
焼成品であり、湯口部材の構成は次のとおりである。 内層部材３１：窒化けい素セラミツクス焼成品（気孔
率：２％） 中間層材３２：セラミツクスフアイバブランケツト，充
填密度０．２ｇ／ｃｍ³ ，層厚４〜７ｍｍ。 外層部材３３：ＳＣ４１０鋳鋼品 弾性ガスケツトリング３４：渦巻きパツキン［ニチアス
（株）製「ボルテツクスガスケツト」、略く字型に屈曲
成形されたステンレス鋼薄帯板とアスベスト繊維の巻層
体。ガスケツト肉厚：３．２ｍｍ，巻き重ね数：５〜
６。ガスケツトリング幅：６ｍｍ］。 押え部材３５：ＳＳ４００鋼製平板リング。

【００１８】〔ＩＩ〕実機使用試験 上記給湯路を組込んだ低圧鋳造機において、アルミホイ
ールの鋳造（鋳造金属：ＪＩＳ Ｈ５２０２ ＡＣ−２
Ａ）を行う。給湯路の湯口部材３０は、鋳造開始前の内
側面の予熱（５００℃）のみを行い、鋳造開始後の外部
加熱は省略した。上記鋳造試験における給湯路の腐食溶
損はその全体に亘つて極めて軽微で、湯口部材３０は外
部加熱が省略されているに拘らず、内面のアルミの付着
も少なく、約２ヶ月に１回の頻度で内面の付着アルミを
シヨツトブラストで除去する手入れを施しながら、鋳造
操業を反復実施した結果、１０ヶ月の使用経過後も湯口
部材の腐食溶損は軽微にとどまり、かつ湯口部材３０の
セラミツクス内層部材の割れ・欠損の発生や鋳造金属溶
湯の差し込み等は皆無であつて、更に継続使用の可能な
健全な状態を維持していることが観察された。

【００１９】なお、従来のＳＫＤ６１合金工具鋼製湯口
部材３０を窒化けい素セラミツクス焼成品のストーク１
０および中間ストーク２０と組合せて給湯路を形成し、
湯口部材３０の内面にアルミ付着防止のための窒化ボロ
ン皮膜をコーテイングしたうえ、内面を予熱（５００
℃）すると共に、鋳造開始後は、ガスバーナ５（図３）
による外部加熱（内側面温度を６５０℃に保持）を行う
低圧鋳造（鋳造金属は上記と同じ）においては、その給
湯路は約２ヶ月の使用により湯口部材の内面に著しい腐
食損傷が生じて使用不能となり、上記考案例の給湯路と
の耐久性・安定性の差異は歴然である。

【００２０】

【考案の効果】本考案の湯口部材は、セラミツクス内層
部材を、弾性ガスケツトリングを介して金属外層部材内
に挾圧固定した構造を有しているので、鋳造金属溶湯の
熱影響によりセラミツクス内層部材と金属外層部材との
熱膨張量の差が生じても、弛み・ガタツキを生じること
がなく、従つてセラミツクス内層部材に対する偏応力の
作用やそれによる同部材の破損が防止され、かつ両部材
のフランジ部のシール性が良好に保持されることにより
金属溶湯の差し込みや湯もれ、およびそれに伴う部材の
損傷も未然に防止される。

【００２１】更に、金属外層部材内のセラミツクス内層
部材は、弾性ガスケツトリングを介して保持されている
と共に金属外層部材との間に装填された緩衝性を有する
中間層に包囲されているので、金型に対する湯口部材の
組付け・組替え時に、強い機械衝撃が加わるような場合
にも、弾性ガスケツトリングの弾性変形能と中間層の緩
衝効果とが相まつて、セラミツクス内層部材に対する衝
撃が吸収軽減され、その割れや欠けの発生が防止され
る。

【００２２】また、セラミツクス内層部材とこれを包囲
する中間層とによる断熱効果も良好で、内層部材の表面
に対する鋳造金属の地金の付着も軽微である。

【００２３】従つて本考案の湯口部材は、長期に亘る安
定な反復使用が可能であり、その内層部材のセラミツク
スの適用効果が十分に発揮されることにより、給湯路の
耐用寿命の飛躍的な向上、および鋳造金属溶湯の汚染防
止と鋳造品質の向上等の効果が得られる。また、断熱効
果が高く、鋳造操業途中での湯口部材の外部加熱の省略
が可能となることによる熱経済性の改善効果も大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の湯口部材の実施例を示す一部切欠正面
図である。

【図２】本考案の湯口部材の弾性ガスケツトリングの組
込み部分を示す断面図である。

【図３】低圧鋳造機を模式的に示す断面説明図である。

【符号の説明】

３１：セラミツクス内層部材，３２：断熱性中間層部
材，３３：金属外層部材，３４：弾性ガスケツトリン
グ，３５：押え部材。１：保持炉，２：るつぼ，３：給
湯路，４：金型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 石本 祥広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)考案者 宮本 昌司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−132762（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−114161（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−47856（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化けい素セラミツクスからなる筒形状
   を有する内層部材３１が、その側壁周囲を包囲する筒状
   部材である金属外層部材３３内に、緩衝性断熱材からな
   る中間層３２を介して嵌装された３層積層構造を有し、
   かつ上記内層部材３１は、外層部材３３の下端縁に形設
   されている内向きフランジ３３１と、外層部材３３の頂
   部フランジに着脱可能に取付けられた押え部材３５との
   間に、上下方向に圧縮付勢された弾性ガスケツトリング
   ３４を介して挾圧固定されていることを特徴とする低圧
   鋳造装置における給湯路の湯口部材。