JP2820882B2 - 減圧吸引鋳造装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、減圧吸引鋳造装置およ
び方法に関し、特に複雑形状や薄肉のステンレス鋳鋼、
耐熱鋳鋼など、鋳造性に劣る鋳物の製造に適した減圧吸
引鋳造装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、５ｍｍ以下というような薄い部
分をを有する薄肉鋳物を鋳造する場合、鋳型との接触に
よって注湯された溶湯の冷却凝固が促進されるため、溶
湯の流動性が悪くなり、湯回り不良等の欠陥が発生し易
くなる。また、複雑な形状をした薄肉鋳物では、鋳造
時、空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込み易
く、凝固後の鋳物にブローホール等のガス欠陥が発生し
て、健全な鋳造製品を得ることが極めて困難である。

【０００３】複雑な形状をした薄肉鋳物を製造する方法
の一つとして、ロストワックス鋳造法が知られている。
このロストワックス鋳造法においては、セラミックス鋳
型を用い、鋳造時に鋳型を７００℃〜９００℃に加熱す
ることにより充填時の溶湯の冷却速度を遅くし、溶湯の
流動性を良くするものである。しかしながら、高価なセ
ラミックス鋳型を使用するため、鋳型の造型に費用がか
かり、複雑形状で薄肉の鋳物を鋳造するには製造コスト
が相当に高くなる。

【０００４】また、特開昭６０−５６４３９号には、キ
ャビティと湯道等が形成された石膏鋳型において、キャ
ビティにおける溶湯の最終充填部近傍から石膏鋳型の外
表面にかけて、石膏より通気性が良好な耐火製フィルタ
を設けてキャビティの排気能力を高め、溶湯の流動性の
向上とガス欠焔の防止を図る技術が開示されている。こ
の技術は、石膏の水和凝結作用を利用して、スラリーを
硬化、乾燥させて鋳型を製造するものであり、前記のロ
ストワックス鋳造法等と同様に、寸法精度の高い鋳造品
を得る精密鋳造法の一つとして、金型類、一般機械部
品、美術工芸品等に適用されている。

【０００５】しかし、石膏鋳型を製作するための石膏混
練、流し込み、凝結硬化、脱型、乾燥等の工程に４８時
間以上と長時間を必要とするために生産性が悪く、また
鋳型の通気度が非常に低いため、鋳込み時の加圧、減圧
に際しての鋳造方案が難しいという問題がある。更に、
鋳型の冷却速度が遅いことにより、金属の凝固速度が非
常に遅く、複雑形状で薄肉の鋳物では、収縮欠陥が発生
しやすく、鋳造歩留が悪くなり易い。

【０００６】また、このような薄肉鋳物の鋳造方法とし
て、例えば、特公昭６０−３５２２７号で開示されるよ
うに、鋳型内キャビティを減圧して溶湯を鋳型空洞部に
吸引鋳造する減圧吸引鋳造方法が最近用いられるように
なった。しかしながら、この方法では、溶湯に浸漬され
ない鋳型部分から空気を巻き込み易く、減圧吸引効果が
不十分である。また、高さが小さく単純形状のものは鋳
造できるが、高さや肉厚部があり、複雑形状である場合
には適用するのが難しい。

【０００７】特開昭６４−５３７５９号には、減圧容器
内に、貫通流路を有する鋳型を配置し、この貫通流路の
上端を溶湯を通さない栓で閉じ、鋳型を取り巻く減圧容
器内圧力より貫通流路上端に作用する圧力を低く設定す
ることによって、鋳型のキャビティおよび湯道等に溶湯
を充填する技術が開示されている。しかし、この技術で
は、湯口の上方から減圧されるため、キャビティ、押湯
や吐かせ等の充填末端部の減圧度が不十分である。

【０００８】特開平２−３０３６４９号には、鋳型と鋳
型周囲につき固めた粒状物とを減圧によりチャンバー内
に保持し、これを溶湯に浸漬して注湯する減圧吸引鋳造
方法の開示がある。しかし、この方法では、鋳型を粒状
物と共に吸引して保持し、そのまま浸漬するために、浸
漬前後に溶湯が乱れ、空気を巻き込み易く、更に、粒状
物と鋳型を減圧容器から突出させて保持するために、底
からの空気の巻き込みが問題となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の鋳造方法では、いずれも鋳型キャビテイ末端部への注
湯が不十分であり、５ｍｍ以下、特に３ｍｍ以下という
薄肉かつ複雑形状の鋳物を鋳造することは困難であっ
た。従って、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、湯廻り不良やブローホール等の鋳造欠陥の発生を
防止するとともに、生産性の良好な、特に薄肉鋳物の製
造に最適な減圧吸引鋳造装置を提供することである。本
発明のもう１つの目的は、かかる効果を発揮する減圧吸
引鋳造装方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、減圧容器内に配置された鋳型の
キャビティ、押湯や吐かせの近傍に吸引口を設けること
によって吸引効果が著しく高められ、またキャビティと
湯道とを２つ以上の溶湯補給路で接続することによって
押湯効果が著しく高められ、複雑な形状をした高品質の
薄肉鋳物を、低コストで生産性良く製造できることを発
見し、本発明に想到した。

【００１１】即ち、本発明の第１の減圧吸引鋳造装置
は、（ａ）底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する
減圧容器と、（ｂ）前記減圧容器内に配設され、前記減
圧容器の底部開口部に開口する湯道と、前記湯道に連通
するキャビティとを有する鋳型と、（ｃ）前記減圧容器
に連通する減圧装置とを有し、前記キャビティのうち前
記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充
填される部分の近傍に、鋳型表面に開口する凹部状の吸
引口が形成されており、もって前記吸引口における前記
キャビティと鋳型表面との距離が鋳型の他の部分より小
さくなり、前記キャビティ内への前記溶融金属の急速な
湯回りが可能となることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の第１の減圧吸引鋳造方法
は、（ａ）底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する
減圧容器内に、湯道と、前記湯道に連通するキャビティ
とを有する鋳型を、前記湯道が前記減圧容器の開口部内
に開口するように配置し、（ｂ）前記キャビティのうち
前記湯道から最も遠くて前記溶融金属が最後に充填され
る部分の近傍に、鋳型表面に開口する凹部状の吸引口を
形成して前記吸引口における前記キャビティと鋳型表面
との距離を鋳型の他の部分より小さくし、（ｃ）前記減
圧容器に取り付けた減圧装置により鋳型内を減圧するこ
とにより、前記キャビティ内に前記溶融金属を急速に注
湯することを特徴とする。

【００１３】更に、本発明の第２の減圧吸引鋳造装置
は、（ａ）底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する
減圧容器と、（ｂ）前記減圧容器内に配設され、前記減
圧容器の開口部に開口し鋳型内をほぼキャビティ側面の
一部に沿い設ける設ける湯道と、複数の補給路を介して
前記湯道に連通するキャビティと、前記キャビティのう
ち前記湯道の開口部から最も遠くて前記溶融金属が最後
に充填される部分の近傍に形成された凹部状の吸引口と
を有する鋳型と、（ｃ）前記減圧容器に連通する減圧装
置とを有し、前記減圧装置により減圧容器内を減圧する
と、前記キャビティ内は前記吸引口により他の鋳型部分
よりも急速に減圧され、もって前記キャビティ内への前
記溶融金属の急速な湯回りが可能となることを特徴とす
る。

【００１４】更に、本発明の第２の減圧吸引鋳造方法
は、（ａ）底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する
減圧容器内に、ほぼキャビティ側面の一部に沿い設ける
湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキャ
ビティと、前記キャビティのうち前記湯道の開口部から
最も遠くて前記溶融金属が最後に充填される部分の近傍
に形成された凹部状の吸引口とを有する鋳型を、前記湯
道が前記減圧容器の開口部内に開口するように設け、
（ｂ）前記キャビティのうち前記湯道から最も遠くて前
記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、鋳型表面
に開口する吸引口を形成し、もって前記吸引口における
前記キャビティと鋳型表面との距離を鋳型の他の部分よ
り小さくし、（ｃ）前記減圧容器に取り付けた減圧装置
により鋳型内を減圧することにより、前記キャビティ内
に前記溶融金属を急速に注湯することを特徴とする。

【００１５】本発明の減圧吸引鋳造装置および方法は、
溶湯温度が高く、薄肉鋳物を製造するのが困難な鋳鋼等
に利用するのが好ましい。このような鋳鋼は、高い耐熱
性および耐酸化性を有するが、その組成の一例は以下の
通りである。Ｃ：０．０５〜０．４５重量％、Ｓｉ：
０．４ 〜２重量％、Ｍｎ：０．３ 〜１重量％、Ｃ
ｒ：１６〜２５重量％、Ｗ：０〜３重量％、Ｎｉ：０〜
２重量％、Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜１重量
％、Ｆｅおよび不可避的不純物：残部、上記組成の鋳鋼
は、通常のα相の他にγ相から転移した相（α相＋炭化
物）でα’相と呼ばれる相を有する。α’相の（α相＋
α’相）に対する面積率は２０〜９０％であるのが好ま
しい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の減圧吸引鋳造装置および方法
を図面を用いて詳細に説明する。実施例１：第１の減圧吸引鋳造装置および方法 図１は、本発明の第１の実施例による減圧吸引鋳造装置
を示す概略断面図である。本発明の減圧吸引鋳造装置１
は、底部に開口部を有する減圧容器２内に、キャビティ
と湯道等を有する鋳型を配設し、前記減圧容器に上方か
ら減圧吸引力を作用させて、鋳型下端の湯口から溶湯を
吸引して注湯をおこなう方式のものである。具体的に
は、減圧吸引鋳造装置１は、減圧容器（例えば、内径６
００ｍｍ、高さ８００ｍｍを有する鉄製の減圧容器）２
を有し、減圧容器２の底部には開口部３が設けられてい
る。また、減圧容器２の上部には蓋部材２ａが密封状態
で係合しており、蓋部材２ａの上端部にはフレキシブル
管９が取り付けられている。フレキシブル管９は、減圧
制御手段１０を介し、真空ポンプ等の減圧装置１１に接
続される。

【００１７】減圧容器２内には、砂鋳型４が収容され
る。本発明では、造型性および通気性の点からけい砂等
を用いた砂鋳型が好適である。例えば、けい砂７号を材
料として、縦方向２分割で造型したコールドボックス型
が好ましい。砂鋳型４には、砂鋳型下面より下方に突出
した溶湯導入部５が設けられており、砂鋳型４は溶湯導
入部５が開口部３より下方に突出するように減圧容器２
内に配置される。

【００１８】砂鋳型４内には、湯道６（例えば、縦１０
ｍｍ、横１００ｍｍの断面を有する）が溶湯導入部５か
ら垂直方向に延在し、湯道６にはキャビティ７が連通し
ている。キャビティ７としては、例えば、外径６０ｍ
ｍ、長さ２００ｍｍ、肉厚２．５ｍｍのパイプ部７ａ、
外径８０ｍｍ、幅３ｍｍのフランジ部７ｂおよびパイプ
部より突き出た外径１０ｍｍ、直径２０ｍｍのボス部７
ｃからなる形状の例が挙げられるが、勿論これに限定さ
れるものではない。キャビティ内面には塗型剤を０．０
１〜０．４ｍｍ、例えば０．１５ｍｍの厚さに塗布する
のが好ましい。キャビティ７の上端には、押湯８ａ（吐
かせを兼ねる）および堰８ｂが設けられている。なお、
減圧容器２と、蓋部材２ａと、鋳型４との間にはそれぞ
れパッキン２３が配置されており、減圧容器２の密封状
態の低下を防止するとともに、鋳型４のキャビティ７の
減圧度が低下するのも防止している。

【００１９】減圧側に臨む鋳型４の上面には、前記キャ
ビティ７の押湯８ａ等に向かって凹部状に切り込まれた
吸引口１２が形成されている。吸引口１２は、押湯８ａ
との間に介在する鋳砂が鋳造時の機械的、熱的衝撃によ
って破砕しない程度に、押湯８ａに近接しているのが好
ましい。具体的には、吸引口１２の底部から押湯８ａま
での距離は約１５〜３０ｍｍとするのが好ましい。ま
た、吸引口１２の直径は鋳型４の機械的強度が低下しな
い程度であれば特に限定されず、キャビティ７および押
湯８ａ等のサイズに応じて適宜設定することができる。
具体的例として、３００ｍｍ程度の吸引口１２の直径と
することができる。

【００２０】減圧容器２の外側面には、減圧吸引鋳造装
置１が溶湯保持炉１４内の溶湯１５に浸漬されたことを
検知する湯面センサ−１３が取り付けられている。図１
の減圧吸引鋳造装置１により鋳造を行う場合、まず鋳型
４の溶湯導入部５を溶湯保持炉１４内の溶湯１５に浸漬
する。減圧容器２の側面に取り付けた湯面センサー１３
により、溶湯導入部５の浸漬を感知すると、減圧容器２
の下降を停止し、同時に減圧装置１１を作動させて減圧
を開始する。減圧容器２内を減圧すると、吸引口１２を
介してキャビティ７内の空気は吸引されるので、湯道６
内に入った溶湯はキャビティ７内に急速に充填される。
キャビティ７内の減圧度は吸引口１２と押湯８ａとの距
離を適宜調節することにより制御することができる。

【００２１】図２は、図１の減圧吸引鋳造装置の変更例
を示す概略断面図であり、基本的な構成は図１の減圧吸
引鋳造装置と同じである。従って、図１と同じ部材には
同じ番号を付してある。図２に示す減圧吸引鋳造装置に
おいては、吸引口１２と、溶湯最終充填部としての押湯
８ａとの間に、鋳型４本体よりも大きな通気度を有する
多孔性部材１６が設けられている。多孔性部材１６は、
例えば鋳型より粒度の粗い鋳砂を円板状、平板状等につ
き固めて形成したものが好ましい。この多孔性部材１６
は、造型時に、鋳型４に一体的に埋設しても良いが、別
体として形成し、鋳造時に鋳型４に嵌め込んで使用する
こともできる。

【００２２】鋳型４と多孔性部材１６との通気度の関係
は、後者が前者よりも大きければ効果はあるが、後者が
前者の約３〜３０倍であるのが好ましい。この通気度の
例として、例えば鋳型を珪砂６号として通気度を２６
１、多孔性部材１６を珪砂５号として通気度を７８５か
ら、鋳型をジルコンとして通気度を４８、多孔性部材１
６を珪砂４号として通気度を１１３０とるのが好まし
い。ただし、通気度は（ＪＩＳ）Ｚ２６０３−１９７６
「鋳物砂の通気度試験方法」により測定したものであ
る。

【００２３】図２に示す減圧吸引鋳造装置では、更に減
圧容器２内を鋳型室１７と減圧室１８とに区画する不通
気性の材料からなる仕切り部材１９が配設されている。
仕切り部材１９は、減圧吸引力を吸引口１２の限定部
分、特に溶湯最終充填部に対向する吸引口１２の底部に
作用させるためのもので、吸引口１２の位置に開口部を
有するとともに、吸引口１２の側面を覆う下方突出部１
９ａを有する。仕切り部材１９の上面には、吸引口１２
と整合した中央開口部を有する開口板２０を載置しても
よい。

【００２４】この開口板２０と減圧室１８内に突出する
蓋部材２ａのフランジ２１との間には、コイルスプリン
グ等の鋳型挟持手段２２が配設されている。鋳型挟持手
段２２の弾性力は、開口板２０、仕切り部材１９を介し
て鋳型４に及ぼされ、鋳型４を鋳型室１７内の所定位置
に固定する。また、開口板２０と仕切り部材１９との間
にも、パツキング等の気密部材２３が配置され、減圧室
１８と鋳型室１７との間を気密に保持する。

【００２５】また、本実施例では、鋳型４の下面より下
方に突設された溶湯導入部５の側面および鋳型下面を覆
う保護枠２４（例えば鋼製）が設けられている。保護枠
２４の下部は減圧容器２の底部開口部３より下方に突出
しているので、減圧吸引時に溶湯導入部５とともに溶湯
保持炉１４内の溶湯１５に浸漬される。この保護枠２４
によって、溶湯導入部５の強度が確保されるとともに、
湯道６に作用する減圧の低下が防止され、更には溶湯導
入部５の側面等を通じての空気の巻き込みが防止され
る。

【００２６】更に本実施例では、減圧容器２に不活性ガ
ス供給手段２５が接続されている。不活性ガス供給手段
２５は、不活性ガスを減圧容器２内に圧入し、減圧容器
４の空気をパ−ジして不活性ガスにより置換する。不活
性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が好まし
い。

【００２７】図２の減圧吸引鋳造装置の操作は基本的に
図１のものと同じであるが、不活性ガス供給手段２５を
有するので、まず減圧容器２内の雰囲気を不活性ガスで
置換する工程を行う。そのためには、不活性ガス供給手
段２５を作動させて減圧容器２内の空気をパージし、不
活性ガスで充満する。その後、鋳型４を収納した減圧容
器２を下降させて、溶湯導入部５を溶湯保持炉１４内の
溶湯１５に浸漬し、減圧して溶湯の吸引を行う。

【００２８】図３は、図１の減圧吸引鋳造装置の更に別
の変更例を示す概略断面図であり、基本的な構成は図１
および図２で示すものと同様である。従って、同じ部分
については説明を省略する。この実施例においては、キ
ャビティ７内に配置する中子２６を中空とする。中子２
６内の中空部２６ａは、吸引口１２に開口する小径の吸
引口２７を介して減圧室１８と連通している。そのた
め、減圧吸引力は直接中子２６内に及ぶ。また、鋳型４
内には、吸引口１２から、押湯８ａ以外のキャビティ末
端部８ｄおよび８ｄの近傍まで延在する小径の吸引口２
８が設けられている。この構成によって、中子２６周縁
部およびキャビティ末端部８ｄおよび８ｄへの溶湯の急
速な湯回りが可能となる。なお、図３の減圧吸引鋳造装
置の操作は、図２のものと全く同じでよい。

【００２９】実施例２：第２の減圧吸引鋳造装置および
方法 図４は、本発明の第２実施例による減圧吸引鋳造装置を
示す概略断面図である。本実施例においては、鋳型４
に、溶湯導入部５の底面からキャビティ７側面の一部に
沿い吸引口１２近傍まで延在する湯道６０が設けられて
おり、この湯道６０は３本の溶湯補給路６１ａ、６１ｂ
および６１ｃを介してキャビティ７と接続している。各
溶湯補給路６１ａ、６１ｂおよび６１ｃは、その湯道６
０との接続位置よりキャビティ７との接続位置が上方に
くるように、湯道６０からキャビティ７にかけて上方に
次第に傾斜している。このような構成により、キャビテ
ィ７内に入る溶湯の先端面に乱れが少なく、かつ急速な
充填が可能となる。なお、湯道は６０に限らず、必要に
応じてキャビティ７の底部に直接連通する別の湯道を設
けてもよい。

【００３０】図４に示す第２の実施例の減圧吸引鋳造装
置の操作は、基本的に第１の実施例のものと同じである
が、キャビティ側面の一部に沿い設ける湯道６０から溶
湯補給路６１ａ、６１ｂおよび６１ｃを介してキャビテ
ィ７に溶湯が急速に入る点が異なる。なお、このとき、
湯道６０とキャビティ７の減圧度は同じであるとは限ら
ず、好ましい一実施例では、例えば、減圧過程の中間点
にある瞬間に湯道６内の減圧度をキャビティ７内より約
５０ｍｍＨｇ大きくするのが好ましい。

【００３１】図５は、図４の減圧吸引鋳造装置の変更例
を示す概略断面図である。この実施例における基本的な
構成は、図４の実施例と同様であるので、同１符号を付
した部分については、その説明を省略する。この実施例
においては、キャビティ７内に中空の中子６２を有する
鋳型４を使用する。中子６２内の中空部６２ａは、吸引
口１２内に開口する小径の吸引口６３を介して減圧室１
８と連通し、減圧吸引力が直接中子６２内に及ぶ。また
鋳型４内には、吸引口１２から、押湯８ａ以外のキャビ
ティ末端部６５の近傍まで延在する小径の吸引口６４が
設けられている。この構成によって、キャビティ内への
注湯が促進される。図５の減圧吸引鋳造装置の操作は図
４のものと同じでよい。

【００３２】図６は、複数個の鋳造製品を同時に作製す
ることができる所謂複数個取りの鋳型を有するととも
に、前記鋳型が複数の分割鋳型からなる組立鋳型を用い
た減圧吸引鋳造装置を示す概略断面図であり、図７はそ
のＡ−Ａ断面図である。図６および図７においては、４
個取りの鋳型が示されているが、勿論それ以外の数の鋳
型からなる組立鋳型としてもよい。

【００３３】各々のキャビティ７および押湯８ａは、図
４に示したものと同一形状を有していてもよい。各キャ
ビティ７は、垂直な中心線に沿って延在する共通の湯道
６０と、３本の溶湯補給路６１ａ〜６１ｃによって連通
している。見切り面９０は、湯道６０内の垂直中心線を
通って各キャビティを２分割する垂直面と一致していれ
る。図７から分かるように、本実施例の組立鋳型９１で
は、直交する２つの垂直面と一致する見切り面９０によ
って４つの同一形状の鋳型９２に分割される。同様の原
理によって、ｎ個取り鋳型を、ｎ個の分割鋳型よりなる
組立鋳型として形成することができる。上記構成によ
り、模型製作、造型等のコストを低減することができ
る。なお、図６の減圧吸引鋳造装置の操作は、図４のも
のと同じでよい。本発明を以下の実施例により更に詳細
に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではな
い。

【００３４】実施例３ 下記の表１に示す組成の鋳鋼の溶湯（１５５０℃）を用
いて、図１および図２に示す減圧吸引鋳造装置により、
鋳造実験を行ったところ、肉厚２．５ｍｍまで不廻り等
の鋳造欠陥のない鋳造品が得られた。 （表１） （重量％） Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｎｉ Ｃｒ Ｆｅ 0.08 1.8 0.6 8.0 18.0 残部

【００３５】実施例４ 上記表１に示す組成の鋳鋼の溶湯（１５８０℃）を用い
て、図４に示す減圧吸引鋳造装置により、鋳造実験を行
ったところ、肉厚２．０ｍｍまで不廻りやフローバック
等の鋳造欠陥のない鋳造品が得られた。

【００３６】実施例５ 上記表１に示す組成の鋳鋼の溶湯（１６１０℃）を用い
て、図５に示す減圧吸引鋳造装置により、鋳造実験を行
ったところ、肉厚１．５ｍｍまで不廻りやフローバック
等の鋳造欠陥のない鋳造品が得られた。

【００３７】実施例６ 図４の構成の減圧吸引鋳造装置における湯流れ状態を調
べるために、図８に示すマニホールド鋳造用キャビティ
７と湯道６０を接続する６本の溶湯補給路６６ａ〜６６
ｆを有する鋳型を用いて、コンピューター・シミュレー
ションおよび実際の湯流れ測定を行った。結果を図８に
併せて示す。図中の数値は、充填開始からの経過時間を
表し、単位は秒である。図８から分かるように、溶湯
は、まず湯道６０から第１の溶湯補給路６６ａを通りキ
ャビティ７の下部に充填される。キャビティ７の下部に
充填される溶湯の湯先が第２の溶湯補給路６６ｂの上端
部と同じ高さに達する直前に、溶湯補給路６６ｂから溶
湯のキャビティ７への注入が開始される。その後、順次
キャビティ７に充填された溶湯の湯先が各溶湯補給路の
高さに達する直前にその溶湯補給路から溶湯の注入が開
始される。このような溶湯の湯先の進行状態は図８に点
線で示されている。このように、キャビティ７内に充填
された溶湯の湯先に、温度低下の少ない溶湯が注湯され
ていくため、湯廻り不良、リーク発生、空気の巻き込み
やブローホール発生等の鋳造欠陥を防止するのに極めて
有効である。

【００３８】図８の溶湯充填方式を達成するための減圧
吸引鋳造装置の各部の減圧度は図９に示す通りである。
図９から明らかなように、キャビティ７への溶湯の充填
は、約１秒以内の時間で完了する。この時間内では、減
圧室１８（即ち吸引口１２）の減圧吸引力は、キャビテ
ィ７よりも湯道６０に対し強く作用していることが分か
る。つまり、湯道６０の減圧度が、キャビティ７の減圧
度よりも大きくなっている。湯道６０内にこのような大
きな減圧吸引力を発生させるため、キャビティ側面の一
部に沿い設ける湯道６０の上端が、吸引口１２の近傍に
まで達するのが好ましい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の減圧吸引鋳
造装置および方法によれば、鋳型のキャビティ、押湯や
吐かせの近傍、特に溶湯最終充填部近傍に吸引口を設け
ることによって、キャビティへの吸引効果が一層大きく
なり、キャビティの溶湯最終充填部までへの注湯が促進
され、その結果湯廻り不良等の欠陥の発生を抑制するこ
とができる。また、前記吸引口と溶湯最終充填部間に、
鋳型より通気度の大きい多孔性部材を介装したことによ
り、キャビティ、押湯および吐かせの部位ごとに減圧度
を制御して、キャビティ内への溶湯の注入速度を調節す
ることができる。更に、湯道とキャビティとを複数の溶
湯補給路で連通したことによって、キャビティに注湯さ
れた溶湯の湯先に溶湯補給路を経由した溶湯が供給され
るため、キャビティに充填中の湯先の温度低下を防ぎ、
湯廻り不良、湯境欠陥の発生を効果的に防止することが
でき、また、引け巣欠陥の発生を防止することができ
る。このような利点を有する本発明の減圧吸引鋳造装置
および方法は、著しく肉薄な鋳鋼製の鋳造品を作製する
のに好適であり、特にマニホールド等の排気系機器等を
鋳造するのに適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の減圧吸引鋳造装置を示す
概略断面図である。

【図２】図１の減圧吸引鋳造装置の変更例を示す概略断
面図である。

【図３】図１の減圧吸引鋳造装置の別の変更例を示す概
略断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の減圧吸引鋳造装置を示す
概略断面図である。

【図５】図４の減圧吸引鋳造装置の変更例を示す概略断
面図である。

【図６】複数の鋳型よりなる組立鋳型を有する減圧吸引
鋳造装置を示す概略断面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。

【図８】第２実施例による減圧吸引鋳造装置における注
湯時の湯流れの実測値とコンピューター・シミュレーシ
ョンと結果を示す図である。

【図９】減圧吸引鋳造装置における各部の減圧度を示す
グラフである。

【符号の説明】

１：減圧吸引鋳造装置、 ２：減圧容器、
３：開口部、４：鋳型、 ５：溶湯導
入口、 ６：湯道、９：フレキシブル管、
１０：減圧制御手段、 １１：減圧装置、１２：吸
引口、 １３：湯面センサー、 １４：
溶湯保持炉、１５：溶湯、 １６：多孔性
部材、 １７：鋳型室、１８：減圧室、
１９：仕切り部材、 ２０：開口板、２１：
フランジ、 ２２：鋳型挟持手段、 ２
３：気密部材、２４：保護枠、 ２５：不活性ガス供
給手段、 ２６：中子、２６ａ：中空部、
２７、２８：吸引口、 ６０：湯道、６１：溶
湯補給路、 ６３、６４：吸引口、 ６６：
溶湯補給路、９０：見切り面、 ９１：組立鋳
型、 ９２：鋳型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−194394 (32)優先日 平５(1993)８月５日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−249051 (32)優先日 平５(1993)10月５日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−260554 (32)優先日 平５(1993)10月19日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 18/06 509

Claims (30)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属を減圧吸引により主型が通気性
   を有する鋳型に注湯する減圧吸引鋳造装置であって、 （ａ）底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する減圧
   容器と、 （ｂ）前記減圧容器内に配設され、前記減圧容器の底部
   開口部に開口する湯道と、前記湯道に連通するキャビテ
   ィとを有する鋳型と、 （ｃ）前記減圧容器に連通する減圧装置とを有し、前記
   キャビティのうち前記湯道の開口部から最も遠くて前記
   溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、主型が通気
   性を有する鋳型表面に開口する凹部状の吸引口が形成さ
   れており、 もって前記吸引口における前記キャビティと主型が通気
   性を有する鋳型表面との距離が他の部分より小さくな
   り、前記キャビティ内への前記溶融金属の急速な湯回り
   が可能となることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の減圧吸引鋳造装置にお
   いて、前記吸引口のうち前記キャビティに近接する部分
   に、鋳型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔
   性部材を設けたことを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の減圧吸
   引鋳造装置において、前記減圧装置に連通する前記減圧
   容器部分に減圧室が形成され、前記減圧室に面する鋳型
   部分の表面が前記吸引口の底面を残して仕切り板で覆わ
   れていることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３いずれかに記載の
   減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型の下面に逆円錐台
   状または円筒状に形成された下方突出部は前記減圧容器
   の底部開口部から突出しており、前記突出部の底部に前
   記湯道の開口部があるとともに、前記突出部が底部を除
   いて保護枠で覆われていることを特徴とする減圧吸引鋳
   造装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４いずれかに記載の
   減圧吸引鋳造装置において、前記キャビティ内に通気性
   の中空中子が配置されており、前記中空中子は前記吸引
   口に開口する小径の第２の吸引口に連通していることを
   特徴とする減圧吸引鋳造装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５いずれかに記載の
   減圧吸引鋳造装置において、前記キャビティは複数の押
   湯を有し、前記吸引口に開口する少なくとも１つの穴が
   前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在していること
   を特徴とする減圧吸引鋳造装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６いずれかに記載の
   減圧吸引鋳造装置において、前記減圧容器に不活性ガス
   を供給するガス源が連通し、減圧前に前記減圧容器内を
   不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引鋳造装
   置。
8. 【請求項８】 溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯す
   る減圧吸引鋳造方法であって、 （ａ） 底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する減
   圧容器内に、湯道と、前記湯道に連通するキャビティと
   を有する鋳型を、前記湯道が前記減圧容器の開口部内に
   開口するように配置し、 （ｂ） 前記キャビティのうち前記湯道から最も遠くて
   前記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、鋳型表
   面に開口する凹部状の吸引口を形成して前記吸引口にお
   ける前記キャビティと鋳型表面との距離を鋳型の他の部
   分より小さくし、 （ｃ） 前記減圧容器に取り付けた減圧装置により鋳型
   内を減圧することにより、 前記キャビティ内に前記溶融金属を急速に注湯すること
   を特徴とする減圧吸引鋳造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の減圧吸引鋳造方法にお
   いて、前記吸引口のうち前記キャビティに近接する部分
   に、鋳型の他の部分より通気性が良い材料からなる多孔
   性部材を設け、もって前記キャビティ内に前記溶融金属
   をより急速に注湯することを特徴とする減圧吸引鋳造方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項８または請求項９に記載の減圧
    吸引鋳造方法において、前記減圧装置に連通する前記減
    圧容器部分に減圧室を形成し、前記減圧室に面する鋳型
    部分の表面上を前記吸引口の底面を残して仕切り板で覆
    い、もって前記吸引口からの減圧効果を向上させること
    を特徴とする減圧吸引鋳造方法。
11. 【請求項１１】 請求項８乃至請求項１０いずれかに記
    載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティ内に通
    気性の中空中子を配置し、前記中空中子の開口端を前記
    吸引口の近傍に位置することにより、前記キャビティ内
    を前記中空中子を介して急速に減圧することを特徴とす
    る減圧吸引鋳造方法。
12. 【請求項１２】 請求項８乃至請求項１１いずれかに記
    載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティに複数
    の押湯を設け、前記吸引口に開口する少なくとも１つの
    穴を前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在させ、も
    って前記吸引口近傍以外の押湯からも減圧することを特
    徴とする減圧吸引鋳造方法。
13. 【請求項１３】 請求項８乃至請求項１２いずれかに記
    載の減圧吸引鋳造方法において、前記減圧容器に不活性
    ガスを供給し、減圧前に前記減圧容器内を不活性ガスで
    置換することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
14. 【請求項１４】 請求項８乃至請求項１３いずれかに記
    載の減圧吸引鋳造方法において、前記湯道の開口部を溶
    融金属保持炉内の溶融金属に浸漬した後で、前記減圧容
    器内を減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
15. 【請求項１５】 溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯
    する減圧吸引鋳造装置であって、 （ａ） 底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する減
    圧容器と、 （ｂ） 前記減圧容器内に配設され、前記減圧容器の開
    口部に開口し鋳型内をほぼキャビティ側面の一部に沿い
    設ける湯道と、複数の補給路を介して前記湯道に連通す
    るキャビティと、前記キャビティのうち前記湯道の開口
    部から最も遠くて前記溶融金属が最後に充填される部分
    の近傍に形成された凹部状の吸引口とを有する鋳型と、 （ｃ） 前記減圧容器に連通する減圧装置とを有し、 前記減圧装置により減圧容器内を減圧すると、前記キャ
    ビティ内は前記吸引口により他の鋳型部分よりも急速に
    減圧され、もって前記キャビティ内への前記溶融金属の
    急速な湯回りが可能となることを特徴とする減圧吸引鋳
    造装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の減圧吸引鋳造装置
    において、前記補給路は前記湯道に沿って複数設けられ
    ているとともに、前記湯道から前記キャビティにかけて
    次第に傾斜しており、先の補給路から前記キャビティ内
    に入ってキャビティ内を上昇する溶融金属の液面と、後
    の補給路から前記キャビティ内に入る溶融金属の液面と
    がほぼ一致するように、各補給路の位置および形状が定
    められていることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
17. 【請求項１７】 請求項１５または請求項１６に記載の
    減圧吸引鋳造装置において、前記湯道の上端は前記吸引
    口に近接する位置まで延在し、もって溶融金属がキャビ
    ティ内のみならず湯道内も急速に上昇することを特徴と
    する減圧吸引鋳造装置。
18. 【請求項１８】 請求項１５乃至請求項１７いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型は、前記吸
    引口のうち前記キャビティに近接する部分に、鋳型の他
    の部分より通気性が良い材料からなる多孔性部材を有す
    ることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
19. 【請求項１９】 請求項１５乃至請求項１８いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造装置において、前記減圧装置に連通
    する前記減圧容器部分に減圧室が形成され、前記減圧室
    に面する鋳型部分の表面が前記吸引口の底面を残して仕
    切り板で覆われていることを特徴とする減圧吸引鋳造装
    置。
20. 【請求項２０】 請求項１５乃至請求項１９いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造装置において、前記鋳型の下面に逆
    円錐台状または円筒状に形成された下方突出部は前記減
    圧容器の底部開口部から突出しており、前記突出部の底
    部に前記湯道の開口部があるとともに、前記突出部が底
    部を除いて保護枠で覆われていることを特徴とする減圧
    吸引鋳造装置。
21. 【請求項２１】 請求項１５乃至請求項２０いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造装置において、前記キャビティ内に
    通気性の中空中子が配置されており、前記中空中子は前
    記吸引口に開口する小径の第２の吸引口に連通している
    ことを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
22. 【請求項２２】 請求項１５乃至請求項２１いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造装置において、前記キャビティは複
    数の押湯を有し、前記吸引口に開口する少なくとも１つ
    の穴が前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在してい
    ることを特徴とする減圧吸引鋳造装置。
23. 【請求項２３】 請求項１５乃至請求項２２いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造装置において、前記減圧容器に不活
    性ガスを供給するガス源が連通し、減圧前に前記減圧容
    器内を不活性ガスで置換することを特徴とする減圧吸引
    鋳造装置。
24. 【請求項２４】 溶融金属を減圧吸引により鋳型に注湯
    する減圧吸引鋳造方法であって、 （ａ）底部に少なくとも１つ以上の開口部を有する減圧
    容器内に、ほぼキャビティ側面の一部に沿い設ける湯道
    と、複数の補給路を介して前記湯道に連通するキャビテ
    ィと、前記キャビティのうち前記湯道の開口部から最も
    遠くて前記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に形
    成された凹部状の吸引口とを有する鋳型を、前記湯道が
    前記減圧容器の開口部内に開口するように設け、 （ｂ）前記キャビティのうち前記湯道から最も遠くて前
    記溶融金属が最後に充填される部分の近傍に、鋳型表面
    に開口する吸引口を形成し、もって前記吸引口における
    前記キャビティと鋳型表面との距離を鋳型の他の部分よ
    り小さくし、 （ｃ） 前記減圧容器に取り付けた減圧装置により鋳型
    内を減圧することにより、前記キャビティ内に前記溶融
    金属を急速に注湯することを特徴とする減圧吸引鋳造方
    法。
25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の減圧吸引鋳造方法
    において、前記吸引口のうち前記キャビティに近接する
    部分に、鋳型の他の部分より通気性が良い材料からなる
    多孔性部材を設け、もって前記キャビティ内に前記溶融
    金属をより急速に注湯することを特徴とする減圧吸引鋳
    造方法。
26. 【請求項２６】 請求項２４または請求項２５に記載の
    減圧吸引鋳造方法において、前記減圧装置に連通する前
    記減圧容器部分に減圧室を形成し、前記減圧室に面する
    鋳型部分の表面上を前記吸引口の底面を残して仕切り板
    で覆い、もって前記吸引口からの減圧効果を向上させる
    ことを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
27. 【請求項２７】 請求項２４乃至請求項２６いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティ内に
    通気性の中空中子を配置し、前記中空中子を前記吸引口
    に開口する小径の第２の吸引口に連通させることによ
    り、前記キャビティ内を前記中空中子を介して急速に減
    圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
28. 【請求項２８】 請求項２４乃至請求項２７いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造方法において、前記キャビティに複
    数の押湯を設け、前記吸引口に開口する少なくとも１つ
    の穴を前記吸引口近傍以外の押湯の近傍まで延在させ、
    もって前記吸引口近傍以外の押湯からも減圧することを
    特徴とする減圧吸引鋳造方法。
29. 【請求項２９】 請求項２４乃至請求項２８いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造方法において、前記減圧容器に不活
    性ガスを供給し、減圧前に前記減圧容器内を不活性ガス
    で置換することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。
30. 【請求項３０】 請求項２４乃至請求項２９いずれかに
    記載の減圧吸引鋳造方法において、前記湯道の開口部を
    溶融金属保持炉内の溶融金属に浸漬した後で、前記減圧
    容器内を減圧することを特徴とする減圧吸引鋳造方法。