JP4462595B2 - 鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造金型のキャビティにアルミニウム溶湯を供給してキャビティ内でアルミニウム鋳物を鋳造する鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムの鋳造において、金型のキャビティにアルミニウム溶湯を供給する際に、アルミニウム溶湯の表面に酸化膜が生成し、生成した酸化膜がアルミニウム溶湯の表面張力を増加させ、アルミニウム溶湯の流動性を低下させることが起こり得る。このため、アルミニウム溶湯の表面に酸化膜が生成すると、アルミニウム溶湯の湯廻り性を好適に保つことは難しい。
【０００３】
そこで、アルミニウム鋳造の際に、アルミニウム溶湯の湯廻り性を好適に維持する鋳造方法として、例えば特願平１１−９１４４５号公報（特開２０００−２８００６３）「アルミニウム鋳造方法」が提案されている。以下、この技術について同公報の図を再掲して説明する。
【０００４】
図１０は従来のアルミニウム鋳造方法を説明する概略図である。アルミニウムを鋳造する際には、先ず窒素ガスボンべ１５０から窒素ガス（Ｎ2ガス）を金型１５１のキャビティ１５２に充填する。次に、窒素ガスを蓄留タンク１５３に送り、蓄留タンク１５３内のマグネシウム粉末（Ｍｇ粉末）を窒素ガスと共に加熱炉１５５内に送り込む。
この加熱炉１５５内でマグネシウム粉末を昇華させ、昇華したマグネシウムを窒素ガスと反応させて気体状のマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）を得る。
【０００５】
このマグネシウム窒素化合物を配管１５６を通して金型１５１のキャビティ１５２内に導入し、導入したマグネシウム窒素化合物をキャビティ１５２の表面に析出させる。
次に、キャビティ１５２内にアルミニウム溶湯１５７を供給する。供給したアルミニウム溶湯１５７をマグネシウム窒素化合物と反応させて、アルミニウム溶湯１５７の表面の酸化物から酸素を取り除く。
【０００６】
これにより、アルミニウム溶湯１５７の表面に酸化皮膜が発生することを防ぎ、アルミニウム溶湯１５７の表面張力が増大することを抑えることができる。従って、アルミニウム溶湯１５７のキャビティ１５２への湯廻り性を好適に保つことができ、アルミニウム鋳造品の品質を高めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アルミニウム鋳造品のなかには薄肉部を備えたものが有り、薄肉部を備えたアルミニウム鋳造品を鋳造する際には、キャビティへの湯回り性を好適に保つことが難しいものがある。このため、アルミニウム溶湯をキャビティ全域に十分に行き渡らせるためには、アルミニウム溶湯の注湯時間をある程度長く確保する必要がある。従って、アルミニウム鋳造品を鋳造する際のサイクルタイムが長くなり生産性が低下する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、サイクルタイムを短くして生産性を高めることができる鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１は、型閉めした金型のキャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填した後、このキャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯するアルミニウム鋳造方法であって、注湯したアルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成し、このマグネシウム窒素化合物を生成することによりキャビティ内を減圧し、この生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化膜を除去することを特徴とする。
【００１０】
アルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成する。このように、キャビティ内の気体を固化反応させることによりキャビティ内のガスを減らすことができる。このため、キャビティ内を減圧することができるので、アルミニウム溶湯をキャビティ内の全域に効率よく導入させることができる。
【００１１】
加えて、生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化物を除去することができる。これにより、アルミニウム溶湯の表面に酸化皮膜が発生することを防いで、アルミニウム溶湯の表面張力が増大することを抑えることができる。アルミニウム溶湯の表面張力を抑えることで、アルミニウム溶湯のキャビティへの湯廻り性を好適に保つことができる。
このように、アルミニウム溶湯の表面から酸化物を除去することで湯回り性を好適に保ち、加えてキャビティ内を減圧することでアルミニウム溶湯をキャビティの全域に導入しやすくしたので、アルミニウム溶湯の湯回り性をより一層高めることができる。
【００１２】
請求項２は、キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填置換することを特徴とする。
【００１３】
キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填することで、キャビティ内を不活性ガスの雰囲気としてキャビティ内の空気を不活性ガスに置換する。これにより、キャビティ内から酸素を除去することができるので、アルミニウム溶湯を注湯した際に、アルミニウム溶湯の表面に酸化物や酸化膜が発生することを防ぐことができる。従って、アルミニウム溶湯の湯回り性をさらに好適に保つことができる。
【００１４】
請求項３は、アルミニウム溶湯の注湯温度を６００〜７５０℃に設定したことを特徴とする。
【００１５】
アルミニウム溶湯の温度が６００℃未満になると、窒素ガスとマグネシウムガスとの反応が乏しくなる。そこで、アルミニウム溶湯の温度を６００℃以上に設定することで、窒素ガスとマグネシウムガスとを好適に反応させるようにした。
また、アルミニウム溶湯の温度が７５０℃を越えると、アルミニウム溶湯をキャビティ内で凝固させる際に凝固時間が長くかかり生産性を高め難い。加えて、アルミニウム溶湯の温度が高いことで金型の耐久性が低下する虞がある。そこで、アルミニウム溶湯の温度を７５０℃以下に設定することで、生産性の低下を抑えるとともに金型の耐久性を高めるようにした。
【００１６】
請求項４は、アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの検知情報に基づいてアルミニウム溶湯を設定温度に制御することを特徴とする。
【００１７】
アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの温度検知情報に基づいてアルミニウム溶湯の注湯温度に制御するようにした。このため、アルミニウム溶湯の注湯温度を手間をかけないで確実に制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法で鋳造したシリンダブロックの斜視図である。
内燃機関用シリンダブロック１０は４気筒エンジンに使用するシリンダブロックであり、鋳造金型でアルミニウム鋳造品を鋳造した後、このアルミニウム鋳造品からシリンダ１２・・・の内周面１３・・・やその他の部位を加工したものである。
以下、内燃機関用シリンダブロック１０の素材であるアルミニウム鋳造品を鋳造する方法について説明する。
【００１９】
図２は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を実施するためのアルミニウム鋳造装置の全体概略図である。
アルミニウム鋳造装置２０は、鋳造金型２２を備えた鋳造装置本体２１と、鋳造金型２２に備えたキャビティ２７内にアルゴン（Ａｒ）ガス（不活性ガス（希ガス））を導入する不活性ガス導入部４０と、キャビティ２７内に気体状の窒素（Ｎ2）ガスを導入する窒素ガス導入部５０と、キャビティ２７内に気体状のマグネシウム（Ｍｇ）ガスを導入するマグネシウム導入部６０とを備える。
【００２０】
鋳造装置本体２１は、ベース３０に固定板３１を取付け、この固定板３１に固定型２３を取付け、ベース３０に可動板３２を移動自在に取付け、可動板３２に可動型２４を取付け、可動板３２を移動する移動手段３３をベース３０に設け、ベース３０に鋳造金型２２の中子２５を昇降手段３４で昇降自在に取付け、キャビティ２７に開口する湯路３５を可動型２４に形成し、湯路３５に対して鉛直に湯口３６を形成し、アルミニウム溶湯３９を蓄える注湯槽３７を湯口３６の上方に備え、注湯槽３７の周囲に注湯槽用ヒータ３７ａを備え、鋳造金型２２の上端にガス抜きや押湯用の開口３８を備える。
固定型２３、可動型２４及び中子２５で鋳造金型２２を構成する。
【００２１】
なお、図２においては、鋳造装置本体２１の理解を容易にするために湯口３６及び開口３８をキャビティ２７に対して大きく図示して説明するが、現実の湯口３６及び開口３８はキャビティ２７に対して十分に小さく、鋳造金型２２を型締めするとキャビティ２７は殆ど密閉状態を維持することができる。
【００２２】
このアルミニウム鋳造装置２０によれば、可動板３２を移動手段３３で矢印の方向に移動することにより可動型２４を型締め位置（図に示す位置）と型開き位置とに移動することができる。また、昇降手段３４で中子２５を矢印の方向に移動することにより中子２５を型締め位置（図に示す位置）と型開き位置とに移動することができる。
【００２３】
可動型２４及び中子２５を型締め位置に静止させることで、鋳造金型２２（固定型２３、可動型２４及び中子２５）でキャビティ２７を形成することができる。このキャビティ２７にアルミニウム溶湯３９を供給してキャビティ２７内でアルミニウム鋳物を鋳造することができる。
【００２４】
不活性ガス導入部４０は、キャビティ２７にアルゴン導入流路４１を介してアルゴンガスボンべ４２を連通し、アルゴン導入流路４１の途中にアルゴン用開閉弁４３を備える。アルゴン用開閉弁４３は、アルゴン導入流路４１を開・閉状態に切換える弁である。アルゴン用開閉弁４３を開状態に切換えることで、アルゴンガスボンべ４２内のアルゴンをアルゴン導入流路４１を介してキャビティ２７内に導入することができる。
【００２５】
窒素ガス導入部５０は、キャビティ２７に窒素導入流路５１を介して窒素ガスボンべ５２を連通し、窒素導入流路５１の途中に窒素用開閉弁５３を備える。窒素用開閉弁５３は、窒素導入流路５１を開・閉状態に切換える弁である。窒素用開閉弁５３を開状態に切換えることで、窒素ガスボンべ５２内の窒素ガスを窒素導入流路５１を介してキャビティ２７内に導入することができる。
【００２６】
マグネシウム導入部６０は、キャビティ２７にマグネシウム導入流路６１を介して昇華部６２を連通し、マグネシウム導入流路６１の途中にマグネシウム用開閉弁６６を備える。
昇華部６２は、マグネシウム導入流路６１の入口端６１ａに連通する収容ケース６３を備え、この収容ケース６３の外側に昇華用ヒータ６４を備える。
この昇華用ヒータ６４を加熱することで、収容ケース６３内を所定温度（一例として、４００℃以上）まで加熱し、収容ケース６３内のマグネシウム・インゴット（マグネシウム）６５を昇華させて気体状にすることができる。
【００２７】
マグネシウム用開閉弁６６は、マグネシウム導入流路６１を開・閉状態に切換える弁である。マグネシウム用開閉弁６６を開状態に切換えることで、気体状のマグネシウムをマグネシウム導入流路６１を介してキャビティ２７内に導入することができる。
【００２８】
ところで、気体状のマグネシウムはマグネシウム導入流路６１を流れている間に、冷却されてマグネシウム導入流路６１に析出することが考えられる。そこで、マグネシウム導入流路６１の温度を所望の温度に保温するために、マグネシウム導入流路６１の周囲を保温材６７で覆うように構成した。
これにより、気体状のマグネシウムがマグネシウム導入流路６１に析出することを防ぐことができる。
【００２９】
なお、鋳造金型２２が所定温度以下に冷却されていると、キャビティ内に充填した気体状のマグネシウムもキャビティ表面に析出することが考えられる。しかし、鋳造金型２２は鋳造工程の際に、アルミニウム溶湯で加熱されているのでキャビティ内の温度は所定温度より高い。このため、気体状のマグネシウムがキャビティ表面に析出することを防止できる。
【００３０】
温度検知部７０は、キャビティ２７の上端に温度センサ７１を備え、この温度センサ７１でキャビティ２７内のアルミニウム溶湯の注湯温度を検出し、検出した情報を制御部７５に伝えるものである。
制御部７５は、温度検知部７０からの注湯温度検出情報に基づいて、注湯槽用ヒータ３７ａをオン・オフ制御することにより、アルミニウム溶湯の注湯温度を設定温度に保つようにするものである。
具体的には、制御部７５はアルミニウム溶湯３９の溶湯温度を６００〜７５０℃に保つように、注湯槽用ヒータ３７ａをオン・オフ制御する。
【００３１】
すなわち、制御部７５は、温度検出部７０からの注湯温度検出情報に基づいて注湯槽３７内のアルミニウム溶湯の温度を上げる必要があると判断した場合には、注湯槽用ヒータ３７ａをオンにしてアルミニウム溶湯を加熱する。
一方、制御部７５は、温度検出部７０からの注湯温度検出情報に基づいて注湯槽内のアルミニウム溶湯の温度を現状維持あるいは下げる必要があると判断した場合には、注湯槽用ヒータ３７ａをオフにしてアルミニウム溶湯を自然冷却する。
【００３２】
以下、本発明に係る第１実施形態の鋳造方法をアルミニウム鋳造装置２０で実施する例について説明する。
図３は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を説明するフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０；型閉めした金型のキャビティ内に不活性ガス（アルゴンガス）を充填して、キャビティ内の空気を不活性ガスと置換する。
ＳＴ１１；この不活性ガスを充填したキャビティ内に窒素ガスを導入する。
ＳＴ１２；窒素ガスを導入したキャビティ内に気体状のマグネシウムを導入する。
ＳＴ１３；キャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯する。
【００３３】
ＳＴ１３の工程を実地することにより、注湯したアルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成する。マグネシウム窒素化合物を生成することによりキャビティ内を減圧する。さらに、生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化膜を除去する。
以下、本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法のＳＴ１０〜ＳＴ１３の工程を図４〜図９で詳しく説明する。
【００３４】
図４は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第１説明図であり、ＳＴ１０を示す。
アルゴン用開閉弁４３を開状態に切換えることで、アルゴンガスボンべ４２内のアルゴンガスをアルゴン導入流路４１を介してキャビティ２７内に導入する。
キャビティ２７内にアルゴンガスを充填することにより、キャビティ２７内の空気を、例えば湯路３５及び湯口３６や押湯用の開口３８からキャビティ２７の外に排出する。
これにより、キャビティ２７内をアルゴンガスの雰囲気状態にすることができる。キャビティ２７内をアルゴンガスの雰囲気状態にした後、アルゴン用開閉弁４３を閉状態に切換える。
【００３５】
図５は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第２説明図であり、ＳＴ１１を示す。
窒素用開閉弁５３を開状態に切換えることで、窒素ガスボンべ５２内の窒素ガスを窒素導入流路５１を介してキャビティ２７内に導入する。キャビティ２７内に窒素ガスを導入した後、窒素用開閉弁５３を閉状態に切換える。
【００３６】
図６は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第３説明図であり、ＳＴ１２を示す。
昇華部６２の昇華用ヒータ６４を加熱状態とし、収容ケース６３内を所定温度（一例として、４００℃以上）まで加熱する。収容ケース６３内を加熱することでマグネシウム・インゴット６５を昇華させて気体状にする。
この状態で、マグネシウム用開閉弁６６を開状態に切換えることで、収容ケース６３内に充填した気体状のマグネシウムをマグネシウム導入流路６１を介してキャビティ２７内に導入する。キャビティ２７内に気体状のマグネシウムを導入した後、マグネシウム用開閉弁６６を閉状態に切換える。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第４説明図であり、ＳＴ１３を示す。
（ａ）において、鋳造装置本体２１の注湯槽３７を傾けることにより、注湯槽３７のアルミニウム溶湯３９を湯口３６及び湯路３５を通してキャビティ３７に矢印の如く供給する。
アルミニウム溶湯３９の溶湯温度は６００〜７５０℃に設定されている。
【００３８】
（ｂ）において、キャビティ２７内には窒素ガス８０・・・やマグネシウムガス８１・・・が充填した状態になっている。なお、キャビティ２７内には少量ではあるがアルゴンガスも含まれている。
この状態のキャビティ２７内にアルミニウム溶湯３９が進入する。このアルミニウム溶湯３９は注湯槽３７からキャビティ２７に到達するまでに、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａが空気に触れる可能性があり、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａには酸化物（Ａｌ2Ｏ3）が発生することが考えられる。
【００３９】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第５説明図であり、ＳＴ１３を示す。
（ａ）において、アルミニウム溶湯３９がキャビティ２７内に進入することにより、アルミニウム溶湯３９の熱でキャビティ２７内の窒素ガス８０・・・及びマグネシウムガス８１・・・を反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）８２・・・を生成する。
【００４０】
このように、キャビティ２７内の気体（窒素ガス８０・・・、マグネシウムガス８１・・・）を固化反応させることによりキャビティ２７内の気体を減少させて、キャビティ２７内を減圧することができる。よって、アルミニウム溶湯３９をキャビティ２７の湯回り性を高めることができる。
【００４１】
加えて、キャビティ２７内に窒素ガス８０・・・及びマグネシウムガス８１・・・を充填する前に、キャビティ２７内をアルゴンガスの雰囲気にすることで、キャビティ２７内の空気をアルゴンガス２７に置換する。これにより、キャビティ２７内から酸素を除去することができるので、アルミニウム溶湯３９を注湯した際に、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａに酸化物や酸化膜が発生することを防ぐことができる。
【００４２】
ここで、アルミニウム溶湯３９の溶湯温度を６００〜７５０℃に設定した理由について説明する。
アルミニウム溶湯３９の温度が６００℃未満になると、窒素ガス８０とマグネシウムガス８１との反応が乏しくなる。そこで、アルミニウム溶湯３９の溶湯温度を６００℃以上に設定することで、窒素ガス８０とマグネシウムガス８１との反応を好適におこなうようにした。
【００４３】
また、アルミニウム溶湯３９の温度が７５０℃を越えると、アルミニウム溶湯３９の凝固時間が長くかかり生産性を高め難い、加えて鋳造金型２２の耐久性が低下する虞がある。そこで、アルミニウム溶湯３９の温度を７５０℃以下に設定することで、生産性が低下することを抑え、鋳造金型２２の耐久性を高めるようにした。
【００４４】
（ｂ）において、生成したマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）８２・・・（（ａ）に示す）とアルミニウム溶湯３９の表面３９ａに発生した酸化物（Ａｌ2Ｏ3）３９ｂ（（ａ）に示す）とが反応してアルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒素ガス（Ｎ2）８０、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）８３を生成する。
【００４５】
これにより、生成したマグネシウム窒素化合物８２・・・（（ａ）に示す）でアルミニウム溶湯３９の表面３９ａに発生した酸化物３９ｂ（（ａ）に示す）を除去することにより、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａに酸化皮膜が発生することを防いで、アルミニウム溶湯３９の表面張力が増大することを抑えることができる。
アルミニウム溶湯３９の表面張力を抑えることで、アルミニウム溶湯３９のキャビティへ２７の湯廻り性を好適に保つことができる。
【００４６】
このように、アルミニウム溶湯３９の表面張力の増大を抑えることで湯回り性を高め、その上キャビティ２７内を減圧して湯回り性を高めるようにした。このため、アルミニウム溶湯３９の湯回り性をより一層高めることができる。従って、鋳造工程のサイクルタイムを短くして生産性を高めることができる。
【００４７】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第６説明図であり、ＳＴ１３を示す。
（ａ）において、注湯槽３７からアルミニウム溶湯３９をキャビティ２７に所定量供給した後、注湯槽３７を水平に戻す。アルミニウム溶湯３９が凝固した後、昇降手段３４で中子２５を矢印▲１▼の如く下げ、移動手段３３で可動型２４を矢印▲２▼の如く移動することにより、鋳造金型２２を型開きする。
【００４８】
ここで、アルミニウム溶湯３９の注湯温度を温度センサ７１で検知し、この温度センサ７１の注湯温度検知情報に基づいて制御部７５で注湯槽用ヒータ３７ａをオン・オフ制御することにより、注湯槽３７内のアルミニウム溶湯３９の温度を調整するようにした。
このため、アルミニウム溶湯３９の注湯温度を手間をかけないで簡単に制御することができる。
【００４９】
（ｂ）において、鋳造金型２２を型開きすることにより、アルミニウム溶湯３９（（ａ）に示す）が凝固して得たアルミニウム鋳造品９０を取り出す。アルミニウム鋳造品９０は、注湯の際に湯廻り性を好適に保つことができるので、品質をより優れたものとすることができる。
このアルミニウム鋳造品９０から非製品部９０ａ及び非製品部９０ｂを除去した後、製品部９０ｃを加工してエンジンのシリンダブロック１０（図１に示す）を得る。
【００５０】
なお、前記実施形態では、鋳造金型のキャビティ内のアルゴンガスの雰囲気に変えた例に例について説明したが、アルゴンガスに変えてヘリウム等の不活性ガスを使用することも可能である。
さらに、アルゴンガスなどの不活性ガスに代えて、空気と比較して化学的に不活発な窒素ガスを使用することも可能である。
加えて、アルゴンガスなどの不活性ガスをキャビティに充填しないで、窒素ガスやマグネシウムガスをキャビティに充填することも可能である。
【００５１】
また、前記実施形態では、温度検知部７０の温度センサ７１でアルミニウム溶湯３９の溶湯温度を検知し、この検知情報に基づいて、アルミニウム溶湯の溶湯温度を自動的に調整する例について説明したが、これに限らないで、温度検知部７０や制御部７５を使用しないでアルミニウム溶湯の溶湯温度を経験的に調整することも可能である。
【００５２】
さらに、前記実施形態では、アルミニウム合金の鋳造方法について説明したが、アルミニウム合金としてはシリコン、ニッケルや銅を含んだものが該当する。また、アルミニウム合金に限らないで、純粋なアルミニウムの鋳造に適用することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、アルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成する。このように、キャビティ内の気体を固化反応させることによりキャビティ内のガスを減らすことができる。このため、キャビティ内を減圧することができるので、アルミニウム溶湯をキャビティ内の全域に効率よく導入させることができる。
【００５４】
加えて、生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化物を除去することができる。これにより、アルミニウム溶湯の表面に酸化皮膜が発生することを防いで、アルミニウム溶湯の表面張力が増大することを抑えることができる。アルミニウム溶湯の表面張力を抑えることで、アルミニウム溶湯のキャビティへの湯廻り性を好適に保つことができる。
【００５５】
このように、アルミニウム溶湯の表面から酸化物を除去することで湯回り性を好適に保ち、加えてキャビティ内を減圧することでアルミニウム溶湯をキャビティの全域に導入しやすくしたので、アルミニウム溶湯の湯回り性をより一層高めることができる。従って、鋳造工程のサイクルタイムを短くして生産性を高めることができる。
【００５６】
請求項２は、キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填することで、キャビティ内を不活性ガスの雰囲気としてキャビティ内の空気を不活性ガスに置換する。これにより、キャビティ内から酸素を除去することができるので、アルミニウム溶湯を注湯した際に、アルミニウム溶湯の表面に酸化物や酸化膜が発生することを防ぐことができる。
従って、アルミニウム溶湯の湯回り性をさらに好適に保つことができるので、アルミニウム鋳造品を鋳造する際のサイクルタイムを短くして生産性をより高めることができる。
【００５７】
請求項３は、アルミニウム溶湯の温度を６００℃以上に設定することで、窒素ガスとマグネシウムガスとを好適に反応させるようにした。さらに、アルミニウム溶湯の温度を７５０℃以下に設定することで、アルミニウム溶湯の凝固時間を短くした。これにより、アルミニウム鋳造品を鋳造する際のサイクルタイムを短くして生産性をさらに高めることができる。
加えて、アルミニウム溶湯の温度を７５０℃以下に設定することで、金型の耐久性を高めることができる。
【００５８】
請求項４は、アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの温度検知情報に基づいてアルミニウム溶湯の注湯温度に制御するようにした。このため、アルミニウム溶湯の注湯温度を手間をかけないで確実に制御することができるので、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法で鋳造したシリンダブロックの斜視図
【図２】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を実施するためのアルミニウム鋳造装置の全体概略図
【図３】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を説明するフローチャート
【図４】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第１説明図
【図５】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第２説明図
【図６】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第３説明図
【図７】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第４説明図
【図８】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第５説明図
【図９】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第６説明図
【図１０】従来のアルミニウム鋳造方法を説明する概略図
【符号の説明】
２０…アルミニウム鋳造装置、２２…鋳造金型（金型）、２７…キャビティ、３７ａ…注湯槽用ヒータ、３９…アルミニウム溶湯、３９ａ…アルミニウム溶湯の表面、３９ｂ…酸化物、４０…不活性ガス導入部、５０…窒素ガス導入部、６０…マグネシウム導入部、７０…温度検知部、７１…温度センサ、７５…制御部、８０…窒素ガス、８１…マグネシウムガス、８２…マグネシウム窒素化合物。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造金型のキャビティにアルミニウム溶湯を供給してキャビティ内でアルミニウム鋳物を鋳造する鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムの鋳造において、金型のキャビティにアルミニウム溶湯を供給する際に、アルミニウム溶湯の表面に酸化膜が生成し、生成した酸化膜がアルミニウム溶湯の表面張力を増加させ、アルミニウム溶湯の流動性を低下させることが起こり得る。このため、アルミニウム溶湯の表面に酸化膜が生成すると、アルミニウム溶湯の湯廻り性を好適に保つことは難しい。
【０００３】
そこで、アルミニウム鋳造の際に、アルミニウム溶湯の湯廻り性を好適に維持する鋳造方法として、例えば特願平１１−９１４４５号公報（特開２０００−２８００６３）「アルミニウム鋳造方法」が提案されている。以下、この技術について同公報の図を再掲して説明する。
【０００４】
図１０は従来のアルミニウム鋳造方法を説明する概略図である。アルミニウムを鋳造する際には、先ず窒素ガスボンべ１５０から窒素ガス（Ｎ2ガス）を金型１５１のキャビティ１５２に充填する。次に、窒素ガスを蓄留タンク１５３に送り、蓄留タンク１５３内のマグネシウム粉末（Ｍｇ粉末）を窒素ガスと共に加熱炉１５５内に送り込む。
この加熱炉１５５内でマグネシウム粉末を昇華させ、昇華したマグネシウムを窒素ガスと反応させて気体状のマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）を得る。
【０００５】
このマグネシウム窒素化合物を配管１５６を通して金型１５１のキャビティ１５２内に導入し、導入したマグネシウム窒素化合物をキャビティ１５２の表面に析出させる。
次に、キャビティ１５２内にアルミニウム溶湯１５７を供給する。供給したアルミニウム溶湯１５７をマグネシウム窒素化合物と反応させて、アルミニウム溶湯１５７の表面の酸化物から酸素を取り除く。
【０００６】
これにより、アルミニウム溶湯１５７の表面に酸化皮膜が発生することを防ぎ、アルミニウム溶湯１５７の表面張力が増大することを抑えることができる。従って、アルミニウム溶湯１５７のキャビティ１５２への湯廻り性を好適に保つことができ、アルミニウム鋳造品の品質を高めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アルミニウム鋳造品のなかには薄肉部を備えたものが有り、薄肉部を備えたアルミニウム鋳造品を鋳造する際には、キャビティへの湯回り性を好適に保つことが難しいものがある。このため、アルミニウム溶湯をキャビティ全域に十分に行き渡らせるためには、アルミニウム溶湯の注湯時間をある程度長く確保する必要がある。従って、アルミニウム鋳造品を鋳造する際のサイクルタイムが長くなり生産性が低下する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、サイクルタイムを短くして生産性を高めることができる鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１は、型閉めした金型のキャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填した後、このキャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯するアルミニウム鋳造方法であって、注湯したアルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成し、このマグネシウム窒素化合物を生成することによりキャビティ内を減圧し、この生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化膜を除去することを特徴とする。
【００１０】
アルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成する。このように、キャビティ内の気体を固化反応させることによりキャビティ内のガスを減らすことができる。このため、キャビティ内を減圧することができるので、アルミニウム溶湯をキャビティ内の全域に効率よく導入させることができる。
【００１１】
加えて、生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化物を除去することができる。これにより、アルミニウム溶湯の表面に酸化皮膜が発生することを防いで、アルミニウム溶湯の表面張力が増大することを抑えることができる。アルミニウム溶湯の表面張力を抑えることで、アルミニウム溶湯のキャビティへの湯廻り性を好適に保つことができる。
このように、アルミニウム溶湯の表面から酸化物を除去することで湯回り性を好適に保ち、加えてキャビティ内を減圧することでアルミニウム溶湯をキャビティの全域に導入しやすくしたので、アルミニウム溶湯の湯回り性をより一層高めることができる。
【００１２】
請求項２は、キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填置換することを特徴とする。
【００１３】
キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填することで、キャビティ内を不活性ガスの雰囲気としてキャビティ内の空気を不活性ガスに置換する。これにより、キャビティ内から酸素を除去することができるので、アルミニウム溶湯を注湯した際に、アルミニウム溶湯の表面に酸化物や酸化膜が発生することを防ぐことができる。従って、アルミニウム溶湯の湯回り性をさらに好適に保つことができる。
【００１４】
請求項３は、アルミニウム溶湯の注湯温度を６００〜７５０℃に設定したことを特徴とする。
【００１５】
アルミニウム溶湯の温度が６００℃未満になると、窒素ガスとマグネシウムガスとの反応が乏しくなる。そこで、アルミニウム溶湯の温度を６００℃以上に設定することで、窒素ガスとマグネシウムガスとを好適に反応させるようにした。
また、アルミニウム溶湯の温度が７５０℃を越えると、アルミニウム溶湯をキャビティ内で凝固させる際に凝固時間が長くかかり生産性を高め難い。加えて、アルミニウム溶湯の温度が高いことで金型の耐久性が低下する虞がある。そこで、アルミニウム溶湯の温度を７５０℃以下に設定することで、生産性の低下を抑えるとともに金型の耐久性を高めるようにした。
【００１６】
請求項４は、アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの検知情報に基づいてアルミニウム溶湯を設定温度に制御することを特徴とする。
【００１７】
アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの温度検知情報に基づいてアルミニウム溶湯の注湯温度に制御するようにした。このため、アルミニウム溶湯の注湯温度を手間をかけないで確実に制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法で鋳造したシリンダブロックの斜視図である。
内燃機関用シリンダブロック１０は４気筒エンジンに使用するシリンダブロックであり、鋳造金型でアルミニウム鋳造品を鋳造した後、このアルミニウム鋳造品からシリンダ１２・・・の内周面１３・・・やその他の部位を加工したものである。
以下、内燃機関用シリンダブロック１０の素材であるアルミニウム鋳造品を鋳造する方法について説明する。
【００１９】
図２は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を実施するためのアルミニウム鋳造装置の全体概略図である。
アルミニウム鋳造装置２０は、鋳造金型２２を備えた鋳造装置本体２１と、鋳造金型２２に備えたキャビティ２７内にアルゴン（Ａｒ）ガス（不活性ガス（希ガス））を導入する不活性ガス導入部４０と、キャビティ２７内に気体状の窒素（Ｎ2）ガスを導入する窒素ガス導入部５０と、キャビティ２７内に気体状のマグネシウム（Ｍｇ）ガスを導入するマグネシウム導入部６０とを備える。
【００２０】
鋳造装置本体２１は、ベース３０に固定板３１を取付け、この固定板３１に固定型２３を取付け、ベース３０に可動板３２を移動自在に取付け、可動板３２に可動型２４を取付け、可動板３２を移動する移動手段３３をベース３０に設け、ベース３０に鋳造金型２２の中子２５を昇降手段３４で昇降自在に取付け、キャビティ２７に開口する湯路３５を可動型２４に形成し、湯路３５に対して鉛直に湯口３６を形成し、アルミニウム溶湯３９を蓄える注湯槽３７を湯口３６の上方に備え、注湯槽３７の周囲に注湯槽用ヒータ３７ａを備え、鋳造金型２２の上端にガス抜きや押湯用の開口３８を備える。
固定型２３、可動型２４及び中子２５で鋳造金型２２を構成する。
【００２１】
なお、図２においては、鋳造装置本体２１の理解を容易にするために湯口３６及び開口３８をキャビティ２７に対して大きく図示して説明するが、現実の湯口３６及び開口３８はキャビティ２７に対して十分に小さく、鋳造金型２２を型締めするとキャビティ２７は殆ど密閉状態を維持することができる。
【００２２】
このアルミニウム鋳造装置２０によれば、可動板３２を移動手段３３で矢印の方向に移動することにより可動型２４を型締め位置（図に示す位置）と型開き位置とに移動することができる。また、昇降手段３４で中子２５を矢印の方向に移動することにより中子２５を型締め位置（図に示す位置）と型開き位置とに移動することができる。
【００２３】
可動型２４及び中子２５を型締め位置に静止させることで、鋳造金型２２（固定型２３、可動型２４及び中子２５）でキャビティ２７を形成することができる。このキャビティ２７にアルミニウム溶湯３９を供給してキャビティ２７内でアルミニウム鋳物を鋳造することができる。
【００２４】
不活性ガス導入部４０は、キャビティ２７にアルゴン導入流路４１を介してアルゴンガスボンべ４２を連通し、アルゴン導入流路４１の途中にアルゴン用開閉弁４３を備える。アルゴン用開閉弁４３は、アルゴン導入流路４１を開・閉状態に切換える弁である。アルゴン用開閉弁４３を開状態に切換えることで、アルゴンガスボンべ４２内のアルゴンをアルゴン導入流路４１を介してキャビティ２７内に導入することができる。
【００２５】
窒素ガス導入部５０は、キャビティ２７に窒素導入流路５１を介して窒素ガスボンべ５２を連通し、窒素導入流路５１の途中に窒素用開閉弁５３を備える。窒素用開閉弁５３は、窒素導入流路５１を開・閉状態に切換える弁である。窒素用開閉弁５３を開状態に切換えることで、窒素ガスボンべ５２内の窒素ガスを窒素導入流路５１を介してキャビティ２７内に導入することができる。
【００２６】
マグネシウム導入部６０は、キャビティ２７にマグネシウム導入流路６１を介して昇華部６２を連通し、マグネシウム導入流路６１の途中にマグネシウム用開閉弁６６を備える。
昇華部６２は、マグネシウム導入流路６１の入口端６１ａに連通する収容ケース６３を備え、この収容ケース６３の外側に昇華用ヒータ６４を備える。
この昇華用ヒータ６４を加熱することで、収容ケース６３内を所定温度（一例として、４００℃以上）まで加熱し、収容ケース６３内のマグネシウム・インゴット（マグネシウム）６５を昇華させて気体状にすることができる。
【００２７】
マグネシウム用開閉弁６６は、マグネシウム導入流路６１を開・閉状態に切換える弁である。マグネシウム用開閉弁６６を開状態に切換えることで、気体状のマグネシウムをマグネシウム導入流路６１を介してキャビティ２７内に導入することができる。
【００２８】
ところで、気体状のマグネシウムはマグネシウム導入流路６１を流れている間に、冷却されてマグネシウム導入流路６１に析出することが考えられる。そこで、マグネシウム導入流路６１の温度を所望の温度に保温するために、マグネシウム導入流路６１の周囲を保温材６７で覆うように構成した。
これにより、気体状のマグネシウムがマグネシウム導入流路６１に析出することを防ぐことができる。
【００２９】
なお、鋳造金型２２が所定温度以下に冷却されていると、キャビティ内に充填した気体状のマグネシウムもキャビティ表面に析出することが考えられる。しかし、鋳造金型２２は鋳造工程の際に、アルミニウム溶湯で加熱されているのでキャビティ内の温度は所定温度より高い。このため、気体状のマグネシウムがキャビティ表面に析出することを防止できる。
【００３０】
温度検知部７０は、キャビティ２７の上端に温度センサ７１を備え、この温度センサ７１でキャビティ２７内のアルミニウム溶湯の注湯温度を検出し、検出した情報を制御部７５に伝えるものである。
制御部７５は、温度検知部７０からの注湯温度検出情報に基づいて、注湯槽用ヒータ３７ａをオン・オフ制御することにより、アルミニウム溶湯の注湯温度を設定温度に保つようにするものである。
具体的には、制御部７５はアルミニウム溶湯３９の溶湯温度を６００〜７５０℃に保つように、注湯槽用ヒータ３７ａをオン・オフ制御する。
【００３１】
すなわち、制御部７５は、温度検出部７０からの注湯温度検出情報に基づいて注湯槽３７内のアルミニウム溶湯の温度を上げる必要があると判断した場合には、注湯槽用ヒータ３７ａをオンにしてアルミニウム溶湯を加熱する。
一方、制御部７５は、温度検出部７０からの注湯温度検出情報に基づいて注湯槽内のアルミニウム溶湯の温度を現状維持あるいは下げる必要があると判断した場合には、注湯槽用ヒータ３７ａをオフにしてアルミニウム溶湯を自然冷却する。
【００３２】
以下、本発明に係る第１実施形態の鋳造方法をアルミニウム鋳造装置２０で実施する例について説明する。
図３は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を説明するフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０；型閉めした金型のキャビティ内に不活性ガス（アルゴンガス）を充填して、キャビティ内の空気を不活性ガスと置換する。
ＳＴ１１；この不活性ガスを充填したキャビティ内に窒素ガスを導入する。
ＳＴ１２；窒素ガスを導入したキャビティ内に気体状のマグネシウムを導入する。
ＳＴ１３；キャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯する。
【００３３】
ＳＴ１３の工程を実地することにより、注湯したアルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成する。マグネシウム窒素化合物を生成することによりキャビティ内を減圧する。さらに、生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化膜を除去する。
以下、本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法のＳＴ１０〜ＳＴ１３の工程を図４〜図９で詳しく説明する。
【００３４】
図４は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第１説明図であり、ＳＴ１０を示す。
アルゴン用開閉弁４３を開状態に切換えることで、アルゴンガスボンべ４２内のアルゴンガスをアルゴン導入流路４１を介してキャビティ２７内に導入する。
キャビティ２７内にアルゴンガスを充填することにより、キャビティ２７内の空気を、例えば湯路３５及び湯口３６や押湯用の開口３８からキャビティ２７の外に排出する。
これにより、キャビティ２７内をアルゴンガスの雰囲気状態にすることができる。キャビティ２７内をアルゴンガスの雰囲気状態にした後、アルゴン用開閉弁４３を閉状態に切換える。
【００３５】
図５は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第２説明図であり、ＳＴ１１を示す。
窒素用開閉弁５３を開状態に切換えることで、窒素ガスボンべ５２内の窒素ガスを窒素導入流路５１を介してキャビティ２７内に導入する。キャビティ２７内に窒素ガスを導入した後、窒素用開閉弁５３を閉状態に切換える。
【００３６】
図６は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第３説明図であり、ＳＴ１２を示す。
昇華部６２の昇華用ヒータ６４を加熱状態とし、収容ケース６３内を所定温度（一例として、４００℃以上）まで加熱する。収容ケース６３内を加熱することでマグネシウム・インゴット６５を昇華させて気体状にする。
この状態で、マグネシウム用開閉弁６６を開状態に切換えることで、収容ケース６３内に充填した気体状のマグネシウムをマグネシウム導入流路６１を介してキャビティ２７内に導入する。キャビティ２７内に気体状のマグネシウムを導入した後、マグネシウム用開閉弁６６を閉状態に切換える。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第４説明図であり、ＳＴ１３を示す。
（ａ）において、鋳造装置本体２１の注湯槽３７を傾けることにより、注湯槽３７のアルミニウム溶湯３９を湯口３６及び湯路３５を通してキャビティ３７に矢印の如く供給する。
アルミニウム溶湯３９の溶湯温度は６００〜７５０℃に設定されている。
【００３８】
（ｂ）において、キャビティ２７内には窒素ガス８０・・・やマグネシウムガス８１・・・が充填した状態になっている。なお、キャビティ２７内には少量ではあるがアルゴンガスも含まれている。
この状態のキャビティ２７内にアルミニウム溶湯３９が進入する。このアルミニウム溶湯３９は注湯槽３７からキャビティ２７に到達するまでに、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａが空気に触れる可能性があり、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａには酸化物（Ａｌ2Ｏ3）が発生することが考えられる。
【００３９】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第５説明図であり、ＳＴ１３を示す。
（ａ）において、アルミニウム溶湯３９がキャビティ２７内に進入することにより、アルミニウム溶湯３９の熱でキャビティ２７内の窒素ガス８０・・・及びマグネシウムガス８１・・・を反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）８２・・・を生成する。
【００４０】
このように、キャビティ２７内の気体（窒素ガス８０・・・、マグネシウムガス８１・・・）を固化反応させることによりキャビティ２７内の気体を減少させて、キャビティ２７内を減圧することができる。よって、アルミニウム溶湯３９をキャビティ２７の湯回り性を高めることができる。
【００４１】
加えて、キャビティ２７内に窒素ガス８０・・・及びマグネシウムガス８１・・・を充填する前に、キャビティ２７内をアルゴンガスの雰囲気にすることで、キャビティ２７内の空気をアルゴンガス２７に置換する。これにより、キャビティ２７内から酸素を除去することができるので、アルミニウム溶湯３９を注湯した際に、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａに酸化物や酸化膜が発生することを防ぐことができる。
【００４２】
ここで、アルミニウム溶湯３９の溶湯温度を６００〜７５０℃に設定した理由について説明する。
アルミニウム溶湯３９の温度が６００℃未満になると、窒素ガス８０とマグネシウムガス８１との反応が乏しくなる。そこで、アルミニウム溶湯３９の溶湯温度を６００℃以上に設定することで、窒素ガス８０とマグネシウムガス８１との反応を好適におこなうようにした。
【００４３】
また、アルミニウム溶湯３９の温度が７５０℃を越えると、アルミニウム溶湯３９の凝固時間が長くかかり生産性を高め難い、加えて鋳造金型２２の耐久性が低下する虞がある。そこで、アルミニウム溶湯３９の温度を７５０℃以下に設定することで、生産性が低下することを抑え、鋳造金型２２の耐久性を高めるようにした。
【００４４】
（ｂ）において、生成したマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）８２・・・（（ａ）に示す）とアルミニウム溶湯３９の表面３９ａに発生した酸化物（Ａｌ2Ｏ3）３９ｂ（（ａ）に示す）とが反応してアルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒素ガス（Ｎ2）８０、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）８３を生成する。
【００４５】
これにより、生成したマグネシウム窒素化合物８２・・・（（ａ）に示す）でアルミニウム溶湯３９の表面３９ａに発生した酸化物３９ｂ（（ａ）に示す）を除去することにより、アルミニウム溶湯３９の表面３９ａに酸化皮膜が発生することを防いで、アルミニウム溶湯３９の表面張力が増大することを抑えることができる。
アルミニウム溶湯３９の表面張力を抑えることで、アルミニウム溶湯３９のキャビティへ２７の湯廻り性を好適に保つことができる。
【００４６】
このように、アルミニウム溶湯３９の表面張力の増大を抑えることで湯回り性を高め、その上キャビティ２７内を減圧して湯回り性を高めるようにした。このため、アルミニウム溶湯３９の湯回り性をより一層高めることができる。従って、鋳造工程のサイクルタイムを短くして生産性を高めることができる。
【００４７】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第６説明図であり、ＳＴ１３を示す。
（ａ）において、注湯槽３７からアルミニウム溶湯３９をキャビティ２７に所定量供給した後、注湯槽３７を水平に戻す。アルミニウム溶湯３９が凝固した後、昇降手段３４で中子２５を矢印▲１▼の如く下げ、移動手段３３で可動型２４を矢印▲２▼の如く移動することにより、鋳造金型２２を型開きする。
【００４８】
ここで、アルミニウム溶湯３９の注湯温度を温度センサ７１で検知し、この温度センサ７１の注湯温度検知情報に基づいて制御部７５で注湯槽用ヒータ３７ａをオン・オフ制御することにより、注湯槽３７内のアルミニウム溶湯３９の温度を調整するようにした。
このため、アルミニウム溶湯３９の注湯温度を手間をかけないで簡単に制御することができる。
【００４９】
（ｂ）において、鋳造金型２２を型開きすることにより、アルミニウム溶湯３９（（ａ）に示す）が凝固して得たアルミニウム鋳造品９０を取り出す。アルミニウム鋳造品９０は、注湯の際に湯廻り性を好適に保つことができるので、品質をより優れたものとすることができる。
このアルミニウム鋳造品９０から非製品部９０ａ及び非製品部９０ｂを除去した後、製品部９０ｃを加工してエンジンのシリンダブロック１０（図１に示す）を得る。
【００５０】
なお、前記実施形態では、鋳造金型のキャビティ内のアルゴンガスの雰囲気に変えた例に例について説明したが、アルゴンガスに変えてヘリウム等の不活性ガスを使用することも可能である。
さらに、アルゴンガスなどの不活性ガスに代えて、空気と比較して化学的に不活発な窒素ガスを使用することも可能である。
加えて、アルゴンガスなどの不活性ガスをキャビティに充填しないで、窒素ガスやマグネシウムガスをキャビティに充填することも可能である。
【００５１】
また、前記実施形態では、温度検知部７０の温度センサ７１でアルミニウム溶湯３９の溶湯温度を検知し、この検知情報に基づいて、アルミニウム溶湯の溶湯温度を自動的に調整する例について説明したが、これに限らないで、温度検知部７０や制御部７５を使用しないでアルミニウム溶湯の溶湯温度を経験的に調整することも可能である。
【００５２】
さらに、前記実施形態では、アルミニウム合金の鋳造方法について説明したが、アルミニウム合金としてはシリコン、ニッケルや銅を含んだものが該当する。また、アルミニウム合金に限らないで、純粋なアルミニウムの鋳造に適用することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、アルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成する。このように、キャビティ内の気体を固化反応させることによりキャビティ内のガスを減らすことができる。このため、キャビティ内を減圧することができるので、アルミニウム溶湯をキャビティ内の全域に効率よく導入させることができる。
【００５４】
加えて、生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化物を除去することができる。これにより、アルミニウム溶湯の表面に酸化皮膜が発生することを防いで、アルミニウム溶湯の表面張力が増大することを抑えることができる。アルミニウム溶湯の表面張力を抑えることで、アルミニウム溶湯のキャビティへの湯廻り性を好適に保つことができる。
【００５５】
このように、アルミニウム溶湯の表面から酸化物を除去することで湯回り性を好適に保ち、加えてキャビティ内を減圧することでアルミニウム溶湯をキャビティの全域に導入しやすくしたので、アルミニウム溶湯の湯回り性をより一層高めることができる。従って、鋳造工程のサイクルタイムを短くして生産性を高めることができる。
【００５６】
請求項２は、キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填することで、キャビティ内を不活性ガスの雰囲気としてキャビティ内の空気を不活性ガスに置換する。これにより、キャビティ内から酸素を除去することができるので、アルミニウム溶湯を注湯した際に、アルミニウム溶湯の表面に酸化物や酸化膜が発生することを防ぐことができる。
従って、アルミニウム溶湯の湯回り性をさらに好適に保つことができるので、アルミニウム鋳造品を鋳造する際のサイクルタイムを短くして生産性をより高めることができる。
【００５７】
請求項３は、アルミニウム溶湯の温度を６００℃以上に設定することで、窒素ガスとマグネシウムガスとを好適に反応させるようにした。さらに、アルミニウム溶湯の温度を７５０℃以下に設定することで、アルミニウム溶湯の凝固時間を短くした。これにより、アルミニウム鋳造品を鋳造する際のサイクルタイムを短くして生産性をさらに高めることができる。
加えて、アルミニウム溶湯の温度を７５０℃以下に設定することで、金型の耐久性を高めることができる。
【００５８】
請求項４は、アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの温度検知情報に基づいてアルミニウム溶湯の注湯温度に制御するようにした。このため、アルミニウム溶湯の注湯温度を手間をかけないで確実に制御することができるので、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法で鋳造したシリンダブロックの斜視図
【図２】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を実施するためのアルミニウム鋳造装置の全体概略図
【図３】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法を説明するフローチャート
【図４】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第１説明図
【図５】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第２説明図
【図６】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第３説明図
【図７】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第４説明図
【図８】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第５説明図
【図９】本発明に係る鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法の第６説明図
【図１０】従来のアルミニウム鋳造方法を説明する概略図
【符号の説明】
２０…アルミニウム鋳造装置、２２…鋳造金型（金型）、２７…キャビティ、３７ａ…注湯槽用ヒータ、３９…アルミニウム溶湯、３９ａ…アルミニウム溶湯の表面、３９ｂ…酸化物、４０…不活性ガス導入部、５０…窒素ガス導入部、６０…マグネシウム導入部、７０…温度検知部、７１…温度センサ、７５…制御部、８０…窒素ガス、８１…マグネシウムガス、８２…マグネシウム窒素化合物。
Claims (4)
- 型閉めした金型のキャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填した後、このキャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯するアルミニウム鋳造方法であって、
前記注湯したアルミニウム溶湯の熱でキャビティ内の窒素ガス及びマグネシウムガスを反応させて固体状のマグネシウム窒素化合物を生成し、
このマグネシウム窒素化合物を生成することによりキャビティ内を減圧し、
この生成したマグネシウム窒素化合物でアルミニウム溶湯の表面に発生した酸化膜を除去することを特徴とする鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法。 - 前記キャビティ内に窒素ガス及びマグネシウムガスを充填する前に、キャビティ内を不活性ガスに充填置換することを特徴とする請求項１記載の鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法。
- 前記アルミニウム溶湯の注湯温度を６００〜７５０℃に設定したことを特徴とする請求項１記載の鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法。
- 前記アルミニウム溶湯の注湯温度を温度センサで検知し、この温度センサの検知情報に基づいてアルミニウム溶湯を設定温度に制御することを特徴とする請求項３記載の鋳造金型によるアルミニウム鋳造方法。
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