JP4150764B2

JP4150764B2 - 鋳造法

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Publication number: JP4150764B2
Application number: JP2005268163A
Authority: JP
Inventors: 政人五家; 俊幸三吉
Original assignee: 政人五家; 青梅鋳造株式会社
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: CN101262968B; US20090151887A1; WO2007032174A1; EP1944105A1; CN101262968A; JP2007075862A

Description

本発明は通気性鋳型の鋳型上部又は側部から重力注湯する鋳造法の高精度化、高生産性化に関するものである。

通気性鋳型としては砂粒子を用いて造型された鋳型が最も一般的であるが、その他に、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広く使われている。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たり、部分的に用いて通気性を付与したものは通気性鋳型とみなせる。また、全く通気性のない金型の場合でも、通気穴やベントホールを設けて通気性を付与したものは通気性鋳型とみなせる。本発明における通気性鋳型とは前記したこれらの通気性鋳型を含むものである。

一般に鋳造においては、鋳型キャビティーは湯口部、湯道部、押湯部及び製品部から構成されている。また、必要に応じて、不要な溶湯を製品部から排出するためのはかせ部などを設けることもあるが、ここでは説明を簡単にするために、基本的な湯口部、湯道部、押湯部及び製品部から構成されているとする。

一般鋳造法及び特殊な鋳造法である減圧鋳造法などいずれの鋳造法においても、注湯はこれらの４つのキャビティー部分を充填して完了する。そして凝固完了後、これら４つの部分のうち必要な製品部のみを分離して取り出し、仕上げを行って最終の鋳物製品を得る。

つまり、製品部を除く湯口部、湯道部及び押湯部は最終的には不要な部分として製品から分離され、再びリターン材として再溶解に供されるのである。この不要な部分のうち押湯部は製品部の健全性を補償するために凝固過程で必要なものであるが、湯道部と湯口部は注湯中にキャビティーの充填のためにのみ必要なものである。

また、鋳鉄鋳物などでは凝固過程で黒鉛が晶出して体積膨張が生じるため、溶湯の収縮分の一部を補償するので、ある条件下では押湯なしでも健全性の高い鋳物を鋳造できることがわかっている。この場合には押湯部も不要で、製品部のみに溶湯を充填すればよいことになる。

以上のように従来のいずれの鋳造法においても、本来目的とする製品を得るために、最終的には不必要な湯口部、湯道部及び押湯部にも溶湯を充填するという注湯過程をとっている。これは極めて不合理なことである。これに対して何らかの方法によって、製品部のみ又は製品部と押湯部などの必要な所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填して凝固させることができれば、製品部重量／総注入重量で表示される注入歩留りが大幅に向上することはもとより、解枠、製品分離などの後工程も大幅に簡略化することが可能となる。

そこで先行技術について調査を行ったが、通気性鋳型の鋳型上部又は側部から重力注湯する鋳造法において、鋳型キャビティーのうち所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填する鋳造方法を開示したものはまったく見出すことができなかった。

このように所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填できる鋳造法としては減圧鋳造法が最も可能性が高いと考えられる。そこで先行技術の参考例として、以下に特許文献１乃至１５を掲げておく。しかし、いずれも湯口部、湯道部、押湯部及び製品部のすべてのキャビティー部分に溶湯を充填するものである。

特許文献１（特開昭６１−１８０６４２号公報）には、チャンバー内に通気性の鋳型を設置し、湯口穴を溶融しうる材料で塞いだ後、チャンバーを所定の圧力に減圧して注湯する減圧鋳造方法が開示されている。

特許文献２（特開平７−２６５９９８号公報）には、減圧鋳造する常温硬化型鋳型において、製品及び方案キャビティーの鋳型の厚さを変化させた減圧鋳造用鋳型が開示されている。

特許文献３（特開２００３−１７０２２６号公報）には全体減圧を行う鋳型において鋳型内にセンサーを配置し、溶湯が流入したことを検知した後に減圧動作を開始させる減圧鋳造方法が開示されている。

特許文献４（特開平３−２１６２５８号公報）には鋳型の周囲の全面を樹脂フィルム製の砂型カバーで気密に覆うとともに、湯口から十分離間した部位に排気口を設けて、そこから減圧する減圧装置が開示されている。

特許文献５（特開昭６０−１２４４３８号公報）には、無枠造型された石膏鋳型を通気孔を有する吸引箱上に載置するとともに、石膏鋳型をフィルムシートで覆って、吸引箱から減圧したのちに注湯を行う減圧鋳造方法が開示されている。

特許文献６（特公平７−１１５１１９号公報）には、消失模型鋳造法のおいて、上下開放鋳枠の側壁に吸引機構を設け、鋳枠上下に気密シートを密着具備して吸引減圧する減圧鋳造法が開示されている。

特許文献７（特開平６−１２２０６０号公報）には、有機粘結剤鋳型を通気穴を有する鋳枠に造型し、これを上部が開放された鋼鈑製のチャンバー内にセットして減圧状態で注湯する減圧鋳造方法が開示されている。

特許文献８（特開平８−１０３８６１号公報）には、上部開放型の減圧容器内の鋳物砂中に砂型を埋設し、吸引減圧状態下で注湯する減圧鋳造方法が開示されている。

特許文献９（特開昭５７−３１４６３号公報）には、鋳型の湯口位置から最も遠く離れた位置に設けられた通気穴を介してキャビティー内を吸引注湯する薄肉鋳物の製造方法が開示されている。

特許文献１０（特開平６−５５２５５号公報）には、鋳型の堰部から離隔した位置に押湯又ははかせを設け、その近くに外部と連通する空孔部を設け、その空孔部から減圧しながら鋳造する鉄鋼鋳物の製造方法が開示されている。

また、同じく特許文献１０には減圧速度制御手段を設け、溶湯の注入速度が一定になるように減圧する方法や、堰部内に湯面検知センサーを設け、溶湯を検知した直後から減圧を開始する方法なども開示されている。

特許文献１１（特開平６−２２６４２３号公報）には、前記特許文献１０と同じ構成で、減圧吸引口と押湯又ははかせの間に鋳型よりも通気度の大きな吸引部材を設けて減圧吸引口側キャビティー内の減圧を湯口側キャビティーのそれよりも大きくする薄肉鋳物の製造方法が開示されている。

特許文献１２（特開平９−８５４２１号公報）には、鋳型にセットされた中子巾木に外部と連通する空孔部を設け、減圧する減圧鋳造方法が開示されている。

特許文献１３（特開平４−１４７７６０号公報）には、鋳型空間の減圧必要部位と鋳型外部との間で吸引通路を形成する吸引ガイドを設けた吸引鋳造用鋳型が開示されている。

特許文献１４（特開昭６０−５６４３９号公報）には、石膏鋳型の最終充填部近傍から外表面にかけて、石膏より通気性が良好な耐火材料製フィルターを設けた減圧鋳造用石膏鋳型が開示されている。

特許文献１５（特公平７−４１４００号公報）には、生型鋳型から発生するガスと中子から発生するガスを個別に吸引し、かつ吸引圧力を個別に調整自在とした吸引鋳造方法が開示されている。

以上の特許文献に開示されている減圧鋳造法の従来技術を総括すると、いずれの鋳造法においても鋳型の全キャビティーを充填している。したがって、製品部重量／総注入重量で表示される注入歩留りは低く、また解枠、製品分離などの後工程も煩雑である。

以上のように、従来の鋳造法では所望のキャビティー部分のみを充填する鋳造方法はまったく開示及び実施されていない。

特開昭６１−１８０６４２号公報特開平７−２６５９９８号公報特開平２００３−１７０２２６号公報特開平３−２１６２５８号公報特開昭６０−１２４４３８号公報特公平７−１１５１１９号公報特開平６−１２２０６０号公報特開平８−１０３８６１号公報特開昭５７−３１４６３号公報特開平６−５５２５５号公報特開平６−２２６４２３号公報特開平９−８５４２１号公報特開平４−１４７７６０号公報特開昭６０−５６４３９号公報特開平７−４１４００号公報なし

本発明は以上の従来技術の問題点に鑑み、鋳型キャビティーのうち所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填して凝固させる鋳造法を提供しようとするものである。これによって極めて高い注入歩留りの鋳造法が確立できるとともに、解枠後の後工程が大幅に簡略化される。

（手段１）
比重量γの溶湯を通気性鋳型に重力注湯する鋳造法において、通気性鋳型のキャビティーのうちの一部である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ことを特徴とする鋳造法である。

本手段においては、鋳型のキャビティーは説明を簡単にするために湯口部、湯道部及び製品部で構成されているとする。そして、溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分は製品部であるとする。

まず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である製品部の体積とほぼ等しい体積の溶湯を注湯する。溶湯は湯口部から入って湯道部及び製品部を部分的に充填する。もしこのまま放置すれば溶湯はキャビティー各部に分散され各キャビティー部分は同一高さの湯面を構成し、本発明の目的である所望のキャビティー部分である製品部のみに溶湯を充填させることはできない。

そこで、本手段では注湯開始後の適宜の時期に湯口部から圧縮ガスを送気して、その圧力で溶湯を製品部の方に押し込み、所望のキャビティー部分である製品部を充填して凝固させる。溶湯の体積は所望のキャビティー部分である製品部とほぼ等しい体積であるので、これによって所望のキャビティー部分である製品部のみに溶湯が充填される。

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するには、小さな取鍋で１鋳型分ずつ計量して注湯してもよいし、又は大きな取鍋から１鋳型分を計量しながら注湯してもよい。ほぼ等しい体積の溶湯とは、注湯にともなう上型の浮き上がりや、鋳型キャビティーの熱膨張などを考慮して適宜の安全率を乗じた体積とすることを意味する。

圧縮ガスとしては、一般的には圧縮空気が簡便安価である。また、圧縮した不活性の窒素ガスなども溶湯の酸化を防止する意味で有効である。

圧縮ガスを送気するときは送気管のフランジなどで湯口部を塞いで圧縮ガスが湯口部から漏れないようにする方が溶湯を充填する作用が大きい。また、鋳型の外周面からの漏れは圧縮ガスが溶湯を所望のキャビティーに充填する作用を弱めるので、可能であれば外周面に何らかのガス漏れの防止策を施すことが望ましい。勿論、鋳型の通気度が低い場合や、鋳型の全体又は一部が気密容器や鋳枠などで覆われているような場合は必ずしもガス漏れの防止手段を施す必要はない。

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。

溶湯を充填して凝固させるとは、必ずしも充填された溶湯全体が凝固することを意味するものではない。溶湯が所望のキャビティー部分から流出するのは、溶湯を充填させた所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近からであるので、少なくともこの境界部付近が凝固すればよい。また、この部分の凝固も完全凝固する必要はなく、所望のキャビティー部分からの流出を止めうる程度に固相が晶出すればよいのである。詳細を実施例１に示す。

（手段２）
手段１記載の鋳造法において、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、その圧縮ガスの送気を保持して溶湯を凝固させることを特徴とする鋳造法である。

本手段は、手段１の特徴とする圧縮ガスで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において、溶湯を所望のキャビティー部分に充填後も圧縮ガスの送気を保持して溶湯を凝固させる。圧縮ガスの送気を保持することによって、圧縮ガスの加圧圧力で所望のキャビティー部分に充填された溶湯が境界部付近部から戻らないようにするとともに、圧縮ガスの冷却作用で境界部付近を速やかに凝固させることができる。詳細を実施例２に示す。

（手段３）
手段１及び２いずれかに記載の鋳造法において、圧縮ガスの加圧圧力が、前記所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの値以上であることを特徴とする鋳造法である。

本手段では、鋳型キャビティーが湯口部、湯道部、押湯部及び製品部から構成されている場合に、製品部と押湯部を充填したい所望のキャビティー部分として溶湯を充填する鋳造法について説明する。所望のキャビティー部分に充填された溶湯が、境界部付近から湯道部側に流出するのをより確実に防ぐために、圧縮ガスの加圧圧力を所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの値以上であるようにする。なお、γは溶湯の比重量（kgf／cm³）、Ｈは前記の高さ（ｃｍ）である。したがって、γＨは圧力（kgf／cm^２）である。

この溶湯静圧γＨは、所望のキャビティー部分に充填された溶湯が湯道部側に流出しようとする流体力学的な溶湯静圧を意味している。したがって、圧縮ガスの加圧圧力をこれ以上に保てば溶湯の流出を止めることができるのである。

圧縮ガスの加圧圧力は、圧縮ガスの圧力を意味するものではなく、湯口部や鋳型外表面からの圧縮ガスの漏れを考慮した上で、所望のキャビティー部分以外のキャビティー部分（溶湯が未充填のキャビティー部分）がγＨ以上の圧力になるようにする。詳細を実施例３に示す。

（手段４）
手段１乃至３いずれかに記載の鋳造法において、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、その所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近から充填した溶湯が戻らないような遮断手段を用いることを特徴とする鋳造法である。

本手段では、所望のキャビティー部分に充填された溶湯が、境界部付近から湯口部側に流出するのを防ぐために何らかの遮断手段を用いる。詳細を実施例４乃至８に示す。
（手段５）
手段４記載の鋳造法において、充填した溶湯が戻らないような遮断手段として、境界部付近部付近を冷却する手段を用いることを特徴とする鋳造法である。

本手段では、所望のキャビティー部分に充填された溶湯が、湯口部側に流出するのをより確実に防ぐために、境界部付近を冷却して凝固を早める。手段２及び３では充填された溶湯の流出を防ぐために圧縮ガスの加圧圧力を利用したが、本手段ではガスを流すことによって所望のキャビティー部分の凝固を早める。特にガスの流れによって所望のキャビティー部分とその他の部分の境界部付近を早く凝固させるのが最も効果的である。ガスとしては、圧縮空気が最も簡便安価であるが、危険性のないガスであれば如何なるガスも適用可能である。また、低温のガスも冷却を早めるのに有効である。詳細を実施例４及び５に示す。

（手段６）
手段４記載の鋳造法において、充填した溶湯が戻らないような遮断手段として、境界部付近部付近を機械的に遮断する手段を用いることを特徴とする鋳造法である。

本手段では、溶湯を充填させた所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近を機械的に遮断する鋳造法を提供する。遮断する方法としては、例えば境界部付近にその部分の形状に合うようシェルモールドなどの鋳型片を押し当てて遮断する方法や、境界部付近に遮断片を設置しておいて遮断する方法、また境界部付近の鋳型に遮断板を貫入させて遮断するなどがあげられる。詳細を実施例６乃至８に示す。

（手段７）
手段１乃至６いずれかに記載の鋳造法において、注湯前又は注湯開始後に、溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分を減圧することを特徴とする鋳造法である。

本手段では、注湯にあたって所望のキャビティー部分への充填を容易にするために、注湯前又は注湯開始後に溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分を減圧する。注湯前に減圧しておけば、注湯された溶湯は速やかに所望のキャビティー部分に吸引されて導かれることになり、注湯開始後の圧縮ガスの送気の時期や圧力の制御を簡略化することができる。また、注湯開始後の減圧も作用効果は注湯前の減圧と同じである。

注湯前の減圧と注湯開始後の減圧の違いは、まず注湯前の減圧では鋳型キャビティーを注湯前に安定した減圧度とすることができるが、注湯開始にともなって鋳型キャビティーの減圧度は変化する。注湯開始後の減圧は大気圧の状態で注湯が開始されるので注湯の初期に湯流れが安定しているが、減圧開始の時期が遅れると溶湯の充填過程で十分な減圧度が得られない場合がある。したがって、溶湯の材質、鋳型キャビティーの形状などによっていずれか適した方を適用する。

減圧は鋳型全体を行ってもよいが、少なくとも所望のキャビティー部分を減圧すればよい。なお、減圧は溶湯を所望のキャビティー部分に充填後も必要に応じて保持する。詳細を実施例９及び１０に示す。

（手段８）
手段１乃至６いずれかに記載の鋳造法において、注湯前又は注湯開始後に、溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の減圧度を、該所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの絶対値以上の値の減圧状態とすることを特徴とする鋳造法である。

本手段では、注湯前又は注湯開始後に、溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の減圧度を溶湯静圧γＨの絶対値以上の値の減圧状態とする。これによって、溶湯は注湯時は圧縮ガスの送気なしでも減圧によって所望のキャビティー部分の最上部まで充填され、かつ充填後も境界部付近から流出することはない。したがって、注湯開始後に送気する圧縮ガスの作用は圧力による補助的な流出防止や、ガスの流れによる冷却の作用が主たるものとなり、鋳造法全体の安定性が高まる。なお、減圧は溶湯を所望のキャビティー部分に充填後も必要に応じて保持する。詳細を実施例９に示す。

（手段９）
手段１乃至６いずれかに記載の鋳造法において、注湯前又は注湯開始後に、溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の減圧度を、所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの絶対値より低い値の減圧状態とすることを特徴とする鋳造法である。

本手段では、注湯前又は注湯開始後の溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の減圧度を溶湯静圧γＨの絶対値より低い値の減圧状態とする。これは溶湯材質や鋳型キャビティーの形状などによっては所望のキャビティー部分の減圧度をγＨの絶対値以上に高くすると、減圧によって砂の焼付きや溶湯の乱流などの悪害が生じる場合があるからである。このような場合には、本手段のようにγＨの絶対値より低い値の（弱い）減圧度とし、圧縮ガスによる加圧との複合作用で静かに充填し又焼付きなどが生じないようにする方法がよい。なお、減圧は溶湯を所望のキャビティー部分に充填後も必要に応じて保持する。詳細を実施例１０に示す。

本発明によって従来の鋳造法に比べ次のような効果が得られた。

すなわち、従来の如何なる鋳造法でも溶湯は鋳型キャビティーのすべての部分を充填していたため、製品部重量／全注入重量で表示される注入歩留りが低かった。これに対し本発明によって、所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填し凝固させることができるようになったので注入歩留りが大幅に向上した。この結果、製品を鋳造するために必要な溶湯が大幅に節減された。

また、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た。

以上をまとめると、本発明によって次のような効果が得られた。（１）注入歩留りの大幅な改善によって大きな溶湯節減が達成でき、溶解エネルギーコストの削減が可能になった。（２）解枠時の大幅な作業工数の削減が可能になった。（１）及び（２）の効果は最終的には世界的な問題であるＣＯ_２の削減に大きく貢献するものである。

本発明は手段１乃至手段９のいずれかの方法で実施可能であるが、最良の形態は、手段７を用いて、注湯前又は注湯開始後に、溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分を減圧して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、その後速やかに
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、境界部付近が凝固するまで減圧と圧縮ガスの送気とを保持する鋳造法である。減圧度及び圧縮ガスの圧力は溶湯材質、鋳型キャビティーの形状、鋳造方案などを考慮して決める。

以下実施例により本発明を詳細に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。

図１及び図２に実施例１を示す。本実施例では手段１を用いて、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を説明する。

まず鋳型１の構成を説明する。鋳型１は砂型であって、上枠２及び下枠３に造型され型合わせされて定盤４の上に置かれている。鋳型キャビティー７は、湯口部８、湯道部９、製品部１１から構成されている。一般的には湯道部９と製品部１１の間に押湯部が設けられることが多いが、この場合は押湯部がない鋳型の場合である。

本実施例では鋳型キャビティー７のうち、溶湯を充填したい所望のキャビティー部分１２として製品部１１のみに溶湯を充填し凝固させる鋳造法を説明する。図１は、注湯取鍋１３に溶湯を充填したい所望のキャビティー部分１２である製品部１１とほぼ等しい体積の溶湯を入れ、これを鋳型１に注湯した状態を示す。注湯された溶湯３０は製品部１１とほぼ等しい体積であるので、全キャビティーを満たすことはできず一部は製品部１１に充填され、一部は湯道部９に停滞する。また湯口部８の溶湯ヘッドはほとんどないので、注湯された溶湯３０を製品部１１に充填させる駆動力は極めて小さい。そのため、このままでは注湯された溶湯３０の製品部１１への完全な充填はできないか、又は長い時間を要することになり、結果的には不良品ができることになる。

そこで、本実施例では図２に示すように、湯口部８の上部から圧縮装置１５によって圧縮された圧縮ガス１６を送気し、その圧力により湯道部９に停滞している溶湯３０を製品部１１に充填した。本実施例では、圧縮ガスは圧縮空気を用い、圧力は５kgf／cm^２、風量は６０ l／secとした。圧縮ガス１６を送気する箇所にはガスの漏れを防ぐためにシール部材１７を設けている。注湯量は製品部体積とほぼ等しい量であるので、最終的には溶湯３０は所望のキャビティー部分１２である製品部１１のみを充填することになる。その後、この状態で充填された溶湯３０を凝固させる。

なお、圧縮ガス１６を送気する時期は必ずしも上記のように溶湯が湯道部９に停滞するのを待つ必要はない。図１の溶湯が停滞した状態は本発明の原理を説明するために示したものであって、本発明の好ましい実施形態ではない。つまり、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。そうすれば溶湯は湯道部９で停滞せずにスムースに所望のキャビティー部分１２に充填される。これが本発明の実用的な実施形態である。以下の実施例の説明でも、注湯開始後の圧縮ガスを送気する時期については同様である。

かくして鋳型キャビティーのうち所望のキャビティー部分である製品部のみに溶湯を充填して凝固させることができた。なお、本実施例の場合は製品部が下型にあるので、溶湯を製品部に充填した後は、圧縮ガスを止めてもよいし、又はわずかに送気する程度で凝固を進行させてもよい。

ここで凝固とは、広義には所望のキャビティー部分である製品部全体が凝固することであるが、狭義には所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近が凝固し、充填された溶湯が湯道側に向かって流出しなくなることを意味する。さらに詳述すると、狭義の凝固とは、境界部付近の溶湯に固相がある程度晶出して溶湯が流動しなくなるまでという意味である。つまり、本発明では所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填して凝固させることが目的であるが、充填及び凝固のために行う種々の手段は、少なくともこの狭義の意味の凝固まで継続すればよいのである。以下の実施例でも同じである。

なお、圧縮ガスを送気するとき、鋳型は通気性があるのでガスの一部は鋳型粒子間を抜けるため溶湯を充填する作用が減少する。このことを考慮して圧縮ガスの圧力と風量を適宜に調節して十分な充填作用を行うことができるようにする。また、必要に応じて鋳型を非通気性部材で被覆して通気性を下げることも有効である。

圧縮ガスは一般的には圧縮空気が最も簡便安価である。その他には圧縮した窒素などの不活性ガスなどが有効である。また、圧縮ガスの圧力と風量は鋳型の通気度、鋳枠の形状、全体の密閉度、鋳造方案などを考慮して決めるようにする。

本実施例によって、従来の鋳造法では鋳型の全キャビティーを充填していたものが、所望のキャビティー部分のみを充填して凝固させることが可能になった。この結果、製品部重量／全注入重量で表示される注入歩留りが大幅に向上する。例えば、従来歩留り５０〜７０％程度であったものがほぼ歩留り１００％となる。これは大幅な溶湯節減となるものである。

また本実施例によって、溶湯は製品部のみに充填されており、湯口部と湯道部には充填されていない。したがって、凝固後の解枠時には製品部のみを取り出せばよいことになり、大きな作業工数の削減となる。

図３及び図４に実施例２を示す。本実施例では手段２を用いて、注湯開始後に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、その圧縮ガスの送気を保持して溶湯を凝固させる鋳造法を説明する。

図３は製品部１１を所望のキャビティー部分１２として溶湯３０を注湯した後の状態を示す。鋳型１及びキャビティー７の構成は実施例１と同じであるが、上枠２の上部に気密のために鉄製のカバー部材１８を載置している。このカバー部材１８は圧縮ガスの圧力を効率よく作用させるために設けたものである。カバー部材１８は非通気性材料が好ましいが、鋳型よりも通気性が低い材料でも同様な効果を得ることができる。

図３の注湯後の状態は、実施例１で示したと同じように、注湯量が製品部１１のみであり、湯口部８の溶湯ヘッドがほとんどないので溶湯３０の一部は製品部１１に充填され、一部は湯道部９で停滞している。

次に図４のように圧縮装置１５により圧縮された圧縮ガス１６を湯口部８の上部から送気すると、実施例１と同じように湯道部９の溶湯３０は圧縮ガス１６によって製品部１１に充填される。本実施例の場合は上枠２の上部に気密のためにカバー部材１８を載置しているので、圧縮ガス１６の鋳型１からの漏れは少なくなり、圧縮ガス１６の圧力は実施例１の場合よりも、より効率的に溶湯３０を製品部１１に充填する作用として働く。本実施例では、圧縮ガスは圧縮空気を用い、圧力は５kgf／cm^２、風量は６０ l／secとした。

溶湯３０の製品部１１への充填後も圧縮ガス１６の送気を保持して適宜の加圧を加える。これによって充填された溶湯３０を製品部１１から流出することなく凝固させることができる。圧縮ガス１６の圧力と風量は鋳型の種類、鋳造方案などによって適宜な値とする。

本実施例によって、実施例１よりも安定して溶湯の所望のキャビティー部分への充填とその後の凝固を進行させることができた。

なお、圧縮ガスを送気する時期は実施例１で示したように、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。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して、溶湯を湯道部で停滞させずスムースに所望のキャビティー部分に充填させるのが実用的な実施形態である。

図５及び図６に実施例３を示す。本実施例は手段３を用いて、充填したい所望のキャビティー部分の一部が上型にあり、ある高さを有している場合に、圧縮ガスの加圧圧力を明確に規定して溶湯を所望のキャビティー部分に充填し凝固させる鋳造法を説明する。

図５に示すように鋳型１の構成は実施例２とほぼ同じであるが、鋳型キャビティー７は湯口部８、湯道部９、押湯部１０、製品部１１から構成されている。また製品部１１は上型５と下型６に配置されており上型部分の高さはＨである。本実施例では製品部１１と押湯部１０を所望のキャビティー部分１２として溶湯を充填し凝固させる。前記の高さＨは所望のキャビティー部分１２への溶湯の流入位置からの高さに相当する。

図５は所望のキャビティー部分１２とほぼ同じ体積の溶湯３０を注湯後の状態である。実施例１、２と同様に、注湯量は所望のキャビティー部分１２のみを充填する量しかないので湯口部８の溶湯ヘッドはほとんどなく、溶湯３０は全キャビティーを部分的に充填し水平レベルとなる。

そこで、図６に示すように、湯口部８の上部から圧縮ガス１６を送気し、実施例１、２と同様に溶湯３０を所望のキャビティー部分１２に充填する。その後、圧縮ガス１６の送気を保持して溶湯３０を凝固させる。本実施例ではこの圧縮ガス１６による加圧圧力をγＨ以上とする。ただし、γは溶湯の比重量（kgf／cm^３）、Ｈは所望のキャビティー部分１２への溶湯の流入位置から所望のキャビティー部分１２の最上部までの高さ（cm）である。したがって、γＨは圧力（kgf／cm^２）である。例えば、比重量γ＝７×１０^−３kgf／cm^３の鋳鉄溶湯をＨ＝２０cmの鋳型キャビティーに充填する場合には、γＨ＝０.１４kgf／cm^２である。

γＨの意味は、所望のキャビティー部分１２に充填された溶湯３０が、所望のキャビティー部分１２とその他のキャビティー部分２０の境界部付近１９から湯道部９側に向かって流出しようとする溶湯静圧である。したがって、γＨ以上の圧縮ガス１６による加圧圧力を湯道部９側から境界部付近１９に作用させれば溶湯３０は所望のキャビティー部分１２の最上部まで充填される。そしてこの加圧圧力を保持すれば充填された溶湯３０の流出を止めることができるのである。なお、γＨ以上の加圧圧力とは、圧縮ガスの圧力を意味するものではなく、圧縮ガス１６の鋳型１からの漏れを考慮した上で、境界部付近１９の圧力をγＨ以上に保つことを意味する。

本実施例で示したように、充填したい所望のキャビティー部分１２が溶湯の流入口より高いところにある場合にも、溶湯の比重量γと、所望のキャビティー部分１２への溶湯の流入位置から所望のキャビティー部分１２の最上部までの高さＨで決まるγＨ以上の加圧圧力がかあるような圧縮ガス１６の圧力で、所望のキャビティー部分１２に溶湯３０を充填し、この加圧圧力を保持して凝固させれば、所望のキャビティー部分１２である製品部１１及び押湯部１０のみに溶湯が充填された鋳物を得ることができる。

なお、圧縮ガスを送気する時期は実施例１、２で示したように、必ずしも図５のように溶湯が湯道部に停滞するのを待つ必要はない。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して、溶湯を湯道部で停滞させずスムースに所望のキャビティー部分に充填するのが実用的な実施形態である。

図７に実施例４を示す。本実施例では手段４及び５を用いて、注湯開始後に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、その所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近を冷却して凝固する鋳造法を説明する。

図７は所望のキャビティー部分１２とほぼ等しい体積の溶湯３０を注湯後、湯口部８の上部から圧縮ガス１６を送気している状態を示している。圧縮ガス１６の送気によって溶湯３０を所望のキャビティー部分１２である製品部１１と押湯部１０に充填した。鋳型１の構成は実施例３とほぼ同じであるが、所望のキャビティー部分１２とその他のキャビティー部分２０の境界部付近１９の上部に通気穴２１を設けている。

この構成で本実施例の作用を説明する。注湯開始後、圧縮ガス１６を送気して溶湯３０を所望のキャビティー部分１２に充填後、圧縮ガス１６の送気を続けると、圧縮ガス１６は最も通気性のよい通気穴２１を通って流れ、境界部付近１９の熱を奪いながらその部分を冷却する。その結果、境界部付近１９は速やかに冷却されて凝固する。これによって、圧縮ガス１６を送気する時間を短縮することができる。つまり、圧縮ガス１６を溶湯３０の充填する作用と冷却の作用のために用いたのである。

なお、通気穴２１を設けなくても、圧縮ガス１６の送気を保持すれば圧縮ガス１６は鋳型粒子間を抜けて流れるので、ある程度の速さで境界部付近１９は冷却される。しかし、本実施例の方が冷却能力は高く、速やかに凝固させることができる。

以上のように、通気穴を設けて圧縮ガスで境界部付近を冷却して速やかに凝固させることで、溶湯を所望のキャビティー部分に充填した後の圧縮ガスの送気を保持する時間を短縮することができ、本発明を実ラインに適用した場合の生産効率を高めることができた。

図８に実施例５を示す、本実施例も実施例４と同じく手段４及び５を用いて、注湯開始後に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、その所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近を圧縮ガスで冷却する鋳造法を説明する。

図８は所望のキャビティー部分１２とほぼ等しい体積の溶湯３０を注湯後、湯口部８の上部から圧縮ガス１６を送気している状態を示している。圧縮ガス１６の送気によって溶湯３０を所望のキャビティー部分１２である製品部１１と押湯部１０に充填した。鋳型１の構成は実施例４とほぼ同じで所望のキャビティー部分１２とその他のキャビティー部分２０の境界部付近１９の上部に通気穴２１を設けている。本実施例では、通気穴２１の上部からも圧縮ガス１６の送気ができるように湯口部８とは別に送気管２２を載置した。この送気管２２にはバルブ２３が設けられている。

この構成で本実施例の作用を説明する。所望のキャビティー部分１２に溶湯３０を湯口部８からの圧縮ガス１６によって充填後、通気穴２１の上部の送気管２２のバルブ２３を開き圧縮ガス１６を通気穴２１へ送気する。これによって、湯口部８からの送気と通気穴２１からの送気の両送気によって境界部付近１９を速やかに冷却することができる。これによって、実施例４と同様に、溶湯３０を所望のキャビティー部分１２に充填した後の圧縮ガス１６を送気する時間を短縮することができ、本発明を実ラインに適用した場合の生産効率を高めることができた。

図９及び１０に実施例６を示す。本実施例では手段４及び６を用いて、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、その所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近を機械的に遮断する鋳造法を説明する。

図９は所望のキャビティー部分１２とほぼ等しい体積の溶湯３０を注湯後の状態を示す。本実施例では注湯後、湯口部８からシェルモールドの鋳型片２４を投入する。その後、図１０に示すように、湯口部８から圧縮ガス１６を送気して溶湯３０を所望のキャビティー部分１２に充填するとともに、鋳型片２４を境界部付近１９に押し付けた状態にする。境界部付近１９の形状と鋳型片２４の形状が勘合するようにしているので溶湯３０の流出はこれで遮断される。溶湯３０の鋳型片２４に接した部分は速やかに凝固が進行し、圧縮ガス１６の保持時間を短縮することができる。なお、鋳型片２４はシェルモールドなどの砂型が簡便安価であるが、溶湯より比重の小さい耐火性材料であれば作用効果は同じである。

本実施例によって、充填された溶湯を遮断して速やかに凝固させることができ、本発明を実ラインに適用した場合の生産効率を高めることができた。

図１１及び図１２に実施例７を示す。本実施例も手段４及び６を用いて、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、その所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近を機械的に遮断する鋳造法を説明する。

図１１は所望のキャビティー部分１２とほぼ同じ体積の溶湯１４を注湯する直前の状態を示す。本実施例では、鋳型キャビティー７の境界部付近１９の下型に凹部２５を設け、ここにシェルモールドの遮断片２６を設置している。

図１２は注湯開始後、圧縮ガス１６の送気を行って溶湯３０を所望のキャビティー部分１２に充填した状態を示す。溶湯３０が充填されると、凹部２５に設置された遮断片２６は浮力で浮上し、その部分の湯道上部に密着して溶湯３０を遮断する。遮断片２６は溶湯３０の流出を止める作用と、溶湯３０に接することによって境界部付近１９の冷却を早める作用を有している。これによって、圧縮ガス１６の送気時間を短縮することができ、本発明を実ラインに適用した場合の生産効率を高めることができた。

図１３に実施例８を示す。本実施例も手段４及び６を用いて、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、その所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近を機械的に遮断する鋳造法を説明する。

図１３は所望のキャビティー部分１２とほぼ同じ体積の溶湯３０を注湯開始後、圧縮ガス１６を送気して溶湯３０を所望のキャビティー部分１２に充填した状態を示す。本実施例では、境界部付近１９の上部に通気穴２１を設けておき、溶湯充填後、通気穴２１から遮断板２７を境界部付近１９の鋳型に貫入させて溶湯３０を遮断した。なおこの場合の通気穴２１は遮断板２７に合わせた形状としている。

本実施例では、溶湯３０を充填後、遮断板２７を直接境界部付近１９に貫入させて溶湯３０の流出を止めることができたので、凝固を待つ必要はなく、遮断後すぐに圧縮ガス１６の送気を止めることができる。したがって、本発明を実ラインに適用した場合の生産効率を高めることができた。

手段６の境界部付近を遮断する方法としては実施例６乃至８のような方法を示したが、要は充填された溶湯の境界部付近からの流出を何らかの適切な障害物で塞ぐことを意味しており、その他の方法でも作用効果は同じである。

図１４乃至図１６に実施例９を示す。本実施例では、手段７及び手段８を用いて、注湯された溶湯が速やかに所望のキャビティー部分を充填するように注湯前又は注湯開始後に減圧し、また注湯後も必要に応じて減圧し、加えて湯口部から圧縮ガスを送気する鋳造法を説明する。

図１４は所望のキャビティー部分１２とほぼ同じ体積の溶湯１４を注湯する直前の状態を示す。鋳型１の構成は所望のキャビティー部分１２である製品部１１と押湯部１０のキャビティーの上部に通気穴２１を各１個設けている。そして、上枠２の上に減圧装置２８に連通された減圧フード２９を載置した。通気穴２１は減圧作用が所望のキャビティー部分１２に対して強く働き、安定して所定の減圧度を保つことができるようにしたものである。ただし、この通気穴は本発明の不可欠の要素ではなく、所望のキャビティー部分が所定の減圧度になればよい。

この構成で上型５から減圧して、所望のキャビティー部分１２の減圧度をγＨの絶対値以上にしている。ここでγは溶湯の比重量、Ｈは所望のキャビティー部分１２に溶湯が流入する位置から所望のキャビティー部分１２の最上部までの高さである。Ｈは本実施例の場合は製品部１１の上型部の高さに相当する。γＨは所望のキャビティー部分１２に充填された溶湯３０が境界部付近から流出しようとする溶湯静圧である。

図１５は注湯後の状態を示す。注湯された溶湯３０は所望のキャビティー部分１２がγＨ以上に減圧されているので、所望のキャビティー部分１２の最上部までスムースに充填される。注湯開始後は湯口部８が大気に開放されるので減圧度が変化する。そこで図１６に示すように、湯口部８の上部から圧縮ガス１６を送気して充填された溶湯の境界部付近１９からの流出を止めるとともに、圧縮ガス１６の冷却作用で境界部付近１９を速やかに冷却して凝固させる。

減圧装置による減圧は必要に応じて、溶湯を所望のキャビティー部分に充填後も凝固まで継続して保持する。すなわち、注湯前又は注湯開始後に減圧しておき、溶湯をスムースに所望のキャビティー部分に充填し、その後、圧縮ガスによって溶湯の境界部付近からの流出を止めるのであるが、減圧を保持することによって、鋳型の熱が吸引排出され凝固をより速やかに進行させることができる。

なお、減圧開始の時期は本実施例のように注湯前でもよいし、注湯開始後でも作用効果は同じである。ただし、注湯前と注湯開始後では鋳型キャビティーの減圧度の変化に違いがある。すなわち、注湯前の減圧では鋳型キャビティーを注湯前に安定した減圧度とすることができるが、注湯開始にともなって鋳型キャビティーの減圧度は変化する。注湯開始後の減圧は大気圧の状態で注湯が開始されるので注湯の初期に湯流れが安定しているが、減圧開始の時期が遅れると溶湯の充填過程で十分な減圧度が得られない場合がある。したがって、溶湯の材質、鋳型キャビティーの形状などによっていずれか適した方を適用する。

以上のように、減圧と圧縮ガスの送気を組み合わせることによって所望のキャビティー部分への溶湯の充填をより安定して行い、かつ凝固を速やかに進行させることができた。

図１７及び図１８に実施例１０を示す。本実施例では、手段７及び手段９を用いて、注湯された溶湯が速やかに所望のキャビティー部分を充填するように注湯前に低い（弱い）減圧度で減圧し、また溶湯を所望のキャビティー部分に充填後も必要に応じて減圧し、加えて湯口部から圧縮ガスを送気する鋳造法を説明する。

図１７は所望のキャビティー部分１２とほぼ同じ体積の溶湯１４を注湯する直前の状態を示す。鋳型１及び減圧装置２８の構成は実施例９とほぼ同じである。本実施例では鋳型の通気穴は設けていない。この構成で注湯前に所望のキャビティー部分１２をγＨの絶対値より低い（弱い）値の減圧度で減圧する。注湯された溶湯３０は減圧された所望のキャビティー部分１２にスムースに導入される。しかし、減圧度はγＨの絶対値より低いので溶湯３０は所望のキャビティー部分１２の最上部まで充填することはできない。

そこで図１８に示すように、湯口部８の上部から圧縮ガス１６を送気して溶湯３０を所望のキャビティー部分１２の最上部まで充填させる。以後、この状態で境界部付近部１９の凝固を進行させる。減圧は必要に応じて保持する。凝固をできるだけ速やかに進行させるためには、減圧を保持又は減圧を強くする方がよい。なお、減圧開始の時期は注湯前でも注湯開始後でも作用効果は同じである。

本実施例で減圧度をγＨの絶対値よりも低くしたのは、溶湯材質、キャビティー形状、鋳造方案などによっては、減圧度が高すぎると溶湯の流れの乱れや酸化物発生などの悪害が生じることがあるためである。このような場合には、本実施例のように低めの減圧度で溶湯を静かに所望のキャビティー部分に導入し、圧縮ガスの送気作用と合わせて溶湯を所望のキャビティー部分に充填し凝固させるのがよい。

また図１９に、本実施例において溶湯を充填する所望のキャビティー部分を製品部、押湯部及び湯道部とした場合の溶湯の充填状況を示す。注湯、減圧及び加圧の工程は上記説明と同じである。

実施例９及び１０によって、減圧と圧縮ガスの送気を組み合わせることで、所望のキャビティー部分への溶湯の充填と凝固をより安定して実施することができるようになった。

本発明の実施例１の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例１の圧縮ガスの送気を示す図である。本発明の実施例２の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例２の圧縮ガスの送気を示す図である。本発明の実施例３の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例３の圧縮ガスの送気を示す図である。本発明の実施例４を示す図である。本発明の実施例５を示す図である。本発明の実施例６の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例６の圧縮ガスの送気を示す図である。本発明の実施例７の注湯前の状態を示す図である。本発明の実施例７の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例８を示す図である。本発明の実施例９の注湯前の状態を示す図である。本発明の実施例９の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例９の注湯後の圧縮ガスの送気を示す図である。本発明の実施例１０の注湯前の状態を示す図である。本発明の実施例１０の注湯後の状態を示す図である。本発明の実施例１０の注湯後の状態を示す別図である。

符号の説明

１鋳型
２上枠
３下枠
４定盤
５上型
６下型
７鋳型キャビティー
８湯口部
９湯道部
１０押湯部
１１製品部
１２所望のキャビティー部分
１３注湯取鍋
１４溶湯
１５圧縮装置
１６圧縮ガス
１７シール部材
１８カバー部材
１９境界部付近
２０その他のキャビティー部分
２１通気穴
２２送気管
２３バルブ
２４鋳型片
２５凹部
２６遮断片
２７遮断板
２８減圧装置
２９減圧フード
３０注湯された溶湯
３１パッキング部材
３２発泡樹脂板

Claims

比重量γの溶湯を通気性鋳型に重力注湯する鋳造法において、該通気性鋳型のキャビティーのうちの一部である所望のキャビティー部分のみに溶湯を充填するため、鋳型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とほぼ等し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部分に充填される前に、湯口部から圧縮ガスを送気して所望のキャビティー部分に溶湯を充填して凝固させることを特徴とする鋳造法。
請求項１記載の鋳造法において、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、該圧縮ガスの送気を保持して凝固させることを特徴とする鋳造法。
請求項１及び２いずれかに記載の鋳造法において、圧縮ガスの加圧圧力が、前記所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの値以上であることを特徴とする鋳造法。
請求項１乃至３いずれかに記載の鋳造法において、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、該所望のキャビティー部分とその他のキャビティー部分の境界部付近から充填した溶湯が戻らないような遮断手段を用いることを特徴とする鋳造法。
請求項４記載の鋳造法において、前記充填した溶湯が戻らないような遮断手段として、境界部付近を冷却する手段を用いることを特徴とする鋳造法。
請求項４記載の鋳造法において、前記充填した溶湯が戻らないような遮断手段として、境界部付近を機械的に遮断する手段を用いることを特徴とする鋳造法。
請求項１乃至６いずれかに記載の鋳造法において、注湯前又は注湯開始後に、前記溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分を減圧することを特徴とする鋳造法。
請求項１乃至６いずれかに記載の鋳造法において、注湯前又は注湯開始後に、前記溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の減圧度を、該所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの絶対値以上の値の減圧状態とすることを特徴とする鋳造法。
請求項１乃至６いずれかに記載の鋳造法において、注湯前又は注湯開始後に、前記溶湯を充填させたい所望のキャビティー部分の減圧度を、該所望のキャビティー部分への溶湯の流入口から所望のキャビティー部分の最上部までの高さＨによって決まる溶湯静圧γＨの絶対値より低い値の減圧状態とすることを特徴とする鋳造法。