JPH07232254A - 鋳物の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、金型の寿命を長くするとともに鋳
物の品質を向上させることを目的とするものである。 【構成】 射出プランジャ６の移動軸６ａ方向への湯溜
まり１２の投影面がキャビティ１０に重ならないよう
に、射出プランジャ６及び湯溜まり１２を配置し、かつ
上型２２の射出プランジャ６の押圧力が作用する部分と
キャビティ１０との間に分割面２３を設け、各プランジ
ャ６，２５，２７による押圧力、及び型締力により金型
に曲げ応力が発生するのを防止し、これにより亀裂の進
展を抑制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば銅や銅合金等
の高融点金属など、金属の金型鋳造に適用される鋳物の
製造装置及び製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属の溶湯を金型のキャビティ内
に充填し、高圧下で凝固させて鋳物を製造する方法にお
いては、溶湯に接触して高温高圧下に曝される金型表面
に亀裂や溶湯の溶着等が生じ易く、金型の長寿命化の妨
げとなっていた。これに対し、融点が７００〜８００℃
程度までのアルミニウム合金等の金属からなる溶湯を用
いる場合については、様々な工夫が為されてきた。即
ち、亀裂や溶湯の溶着等が生じ易い金型表面を金型本体
に対して着脱可能に分割構成すること、又は金型表面に
被膜を形成することなど、物理的或は化学的手段により
表面を改質することが知られている。

【０００３】例えば、特開昭６０−４９８３３号公報に
は、熱衝撃等に強い材質の型部材を金型本体の所定の位
置に着脱可能に装着し、上記型部材が寿命に至れば交換
するようにしたものが示されている。また、特開昭６３
−１４４８４３号公報に示されたものでは、着脱可能な
セラミック製の入れ子を用い、上記入れ子が寿命に至れ
ば交換するようにしている。さらに、特開昭６２−１３
２３６号公報に示されたものでは、溶湯の溶着及び溶湯
の温度低下を防ぐため、金型表面に被膜を形成してい
る。

【０００４】しかし、銅や銅合金等の高融点金属の溶湯
を用いる場合に十分満足できる一般的工夫は知られてい
ない。

【０００５】図１６は従来の鋳物の製造装置の一例の要
部断面図である。図において、１は下型、２は下型１上
に配置された中型で、ゲート２ａが設けられている。３
は中型２上に配置された上型、４は上型３上に取り付け
られている上下動可能な移動プレート、５は上型３内に
設けられた中子、６は下型１内に設けられ移動軸６ａに
沿って移動する射出プランジャで、その上端部にはプラ
ンジャチップ７が設けられている。８は上型３内に設け
られた加圧プランジャで、その下端部にはプランジャチ
ップ９が設けられている。１０はキャビティ、１１はキ
ャビティ１０内に導入された溶湯、１２は溶湯１１の湯
溜まりである。

【０００６】図１７は図１６の湯溜まりの部分を拡大し
て示す断面図である。図において、１３は図１６の下型
１内に嵌め込まれ、溶湯１１の湯溜まり１２を形成する
湯溜まりスリーブであり、図１６では省略したが、下型
１内にはこの湯溜まりスリーブ１３が挿入されることが
多い。なお、図１６において、矢印Ａは型締め力の作用
方向、矢印Ｂは射出プランジャ６による押圧力の作用方
向、矢印Ｃは加圧プランジャ８による押圧力の作用方向
を示す。また、図１７において、矢印Ｄは射出プランジ
ャ６の移動方向を示す。

【０００７】上記のように、従来の１個取り金型を用い
た鋳物の製造装置は、射出プランジャ６により湯溜まり
１２の溶湯１１を加圧充填するための射出構造とキャビ
ティ１０とを有しており、また、射出プランジャ６の移
動軸方向への湯溜まり１２の投影面がキャビティ１０に
重なっている。

【０００８】このような鋳造金型のキャビティ１０に、
銅や銅合金等の高融点金属の溶湯１１を充填し、高圧下
で凝固させ鋳物を製造したところ、僅か数ショットで金
型表面に大きな亀裂が発生した。これは、金型表面が高
温高圧下に曝されて、その部分の材料強度が低下した
上、溶湯１１による熱応力が作用するので、金型表面に
存在する機械加工痕、放電加工痕、材料欠陥等の微細な
欠陥を起点として亀裂が発生したものである。また、射
出プランジャ６及び加圧プランジャ８による押圧力、及
び型締力等の機械的応力による引張り応力や曲げ応力が
金型表面に生じるため、上記の亀裂は大きな亀裂に成長
する。即ち、材料強度の低下及び熱応力，機械的応力の
発生といった複数の要因が複雑に絡み合って、亀裂が生
じると考えられる。

【０００９】このような高融点金属の溶湯１１を用いた
場合の亀裂の発生は、金型表面を分割構成する上記特開
昭６０−４９８３３号公報に記載の方法や上記特開昭６
３−１４４８４３号公報に記載の方法を適用しても回避
できず、同様に金型表面に被膜を形成する上記特開昭６
２−１３２３６号公報に記載の方法を用いても回避する
ことはできない。これは、これらの方法がアルミニウム
合金等の融点のあまり高くない金属を対象にしているた
めであり、銅や銅合金等の高融点金属を対象とした場合
には積極的に亀裂の発生を抑制するというよりも、むし
ろ亀裂の生じた部分を交換可能とし、かつその交換のた
めの作業を容易にすることを目的としているからであ
る。

【００１０】また、いかなる手段を講じたとしても金型
は寿命を迎えるが、そのときには金型或は型部材や入れ
子の交換又は補修を行なう必要がある。しかし、その時
期は、金型表面に亀裂が目立つようになるか若しくはそ
の亀裂が鋳物に転写されるようになってからであり、金
型の交換・補修時期の客観的な判断基準は明確ではな
い。

【００１１】一方、高品質の鋳物を得るためには、鋳造
欠陥を無くすために様々な手段を講じる必要があるが、
何よりもまず高品質の溶湯１１が供給されることが肝要
である。しかし、湯溜まり１２に注湯された溶湯１１
は、射出までの間に湯溜まり１２内の空気やガスに曝さ
れるため、溶湯１１の表面が酸化し、溶湯１１の品質の
低下を招いていた。

【００１２】そこで、溶湯１１を湯溜まり１２内の空気
やガスに曝さないようにするための方式として、例えば
キャビティ１０内の圧力を減圧し湯溜まり１２内の溶湯
１１を吸い上げる、いわゆる真空給湯方式がある。ま
た、特開昭５４−１４６２１６号公報に記載の方法で
は、湯溜まり１２内の溶湯１１の保温性向上ではなく、
鋳塊を得るための鋳型の押湯の保温性を高めることを目
的として、溶湯１１の自由表面に発熱保温剤を散布し、
さらにこの発熱保温剤の表面に非発熱保温剤を散布し、
溶湯１１の保温性を高め押湯としての効果を高めてい
る。上記の発熱保温剤は、例えばアルミナ系の粉末状の
もので、溶湯１１の表面に振り掛けられる。

【００１３】また、湯溜まり１２に注湯された溶湯１１
を射出するために射出プランジャ６が移動するのに伴っ
て、図１７に示すように、溶湯１１の自由表面１１ａが
乱れ、湯溜まり１２内のガスを巻き込み、得られた鋳物
にこれら巻き込みガス１４が原因の鋳造欠陥を生じるこ
とがあり、特に高速射出が要求されるダイカストでは問
題となっている。

【００１４】これに対し、溶湯１１の射出時にガスを巻
き込まないようにするためには、一例として射出速度を
下げることが考えられ、溶湯１１の自由表面１１ａが湯
溜まり１２を通過中には低速射出し、溶湯１１がゲート
２ａ付近に達した時点で高速射出に切り換える方法があ
る。しかし、切り換えのタイミングを確実に検知するの
は困難であり、装置自体も複雑高価になるという問題が
あった。

【００１５】さらに、鋳造で合金を製造する方法の一例
としては、特開平４−３３９５５７号公報に記載の方法
があり、これによると合金を作るための金属、即ち溶湯
１１と異なる金属を予め製品形状よりも単純な形状に成
形しておき、これをキャビティ１０内に設置した後、溶
湯１１を溶融又は半溶融状態で射出し加圧成形してい
る。また、繊維強化複合材料を製造する方法として、予
め繊維材料をキャビティ１０内に設置しておき、非常に
高い圧力を作用させながら溶湯１１を射出し、繊維の隙
間に溶湯を含浸させるという方法もある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の鋳物の製造装置においては、高融点金属の溶湯
１１をキャビティ１０内に充填して高圧下で凝固させ鋳
物を製造する場合、金型表面に亀裂や溶湯１１の溶着が
生じ易いという問題点があった。これに対し、金型表面
を分割可能としたり金型表面に被膜を形成する方法もあ
るが、これらの方法は、亀裂発生の複数の要因全てを考
慮してはいなかったため、高融点金属を対象として鋳造
を行なった場合には、鋳造開始後僅か数ショットで金型
表面に亀裂が発生し実用に供さなかった。また、上記の
ような金型表面部材や入れ子では、溶湯１１に接触する
面と反対側の面に冷却手段を特に有してはいないため、
溶湯１１の温度によっては上記部材や入れ子を構成する
材料がその要求される機能を発揮できる温度範囲を超え
てしまうこともあった。

【００１７】さらに、金型表面部材や入れ子の交換・補
修時期は明確ではなく、かつ目視による亀裂の検知は非
常に難しい作業であるため、場合によっては亀裂がかな
り進展して、金型全体を交換或は補修する必要が生じ、
価格的に損失を被ることがあるという問題点があった。
これは、一般的な金型及び表面が改質された金型のいず
れについても同様に当てはまる。

【００１８】さらにまた、高品質の溶湯１１をキャビテ
ィ１０へ供給するための方法として、先に述べた真空給
湯方式があるが、この方法ではイニシャルコストが高く
なってしまうという問題点があった。また、溶湯１１の
保温を目的に溶湯１１の自由表面１１ａに発熱保温剤を
散布する方法では、保温の機能を十分に発揮するために
発熱保温剤を均等に散布する必要があるが、そのために
は手間を要しかつ時間も要するため、鋳造サイクルタイ
ムの短縮化の妨げとなり、また散布された発熱保温剤は
溶湯１１とともにキャビティ１０へ供給せざるを得ない
ため、発熱保温剤の混入により製品の品質を下げること
があるなどの問題点があった。

【００１９】さらに、湯溜まり１２のガスを巻き込まず
に溶湯１１を射出する方法として、溶湯１１の自由表面
１１ａが湯溜まり１２を通過中には低速で射出し、溶湯
１１がゲート２ａ付近に達した時点で高速射出に切り換
える方法があるが、この方法では、射出速度の切り換え
のタイミングを確実に検知することが困難であるという
問題点があった。従って、湯溜まり１２内の溶湯１１の
温度低下や酸化を防ぎつつ、ガスを巻き込まずに射出す
るのは困難であった。

【００２０】さらにまた、従来の鋳造による合金の製造
方法では、溶湯１１と異なる金属を予め製品形状よりも
単純な形状に成形しておく必要があり、手間がかかると
いう問題点があった。また、鋳造で繊維強化複合材料を
製造するには、繊維の隙間に溶湯１１を含浸させる鋳造
方法が知られているが、繊維の隙間の隅々まで溶湯１１
を含浸させるために非常に高い圧力を作用させる必要が
あり、手軽には行えないという問題点があった。

【００２１】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、金型の寿命を
長くすることができ、また鋳物の品質を向上させること
ができる鋳物の製造装置及び製造方法を得ることを目的
とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る鋳
物の製造装置は、射出プランジャの移動軸方向への湯溜
まりの投影面がキャビティに重ならないように、射出プ
ランジャ及び湯溜まりを配置し、かつ金型の射出プラン
ジャの押圧力が作用する部分とキャビティとの間に分割
面を設けたものである。

【００２３】請求項２の発明に係る鋳物の製造装置は、
金型表面に発生する応力を緩和するように分割された着
脱可能な入れ子により金型表面を構成したものである。

【００２４】請求項３の発明に係る鋳物の製造装置は、
Ｎｉ基耐熱合金及びＣｏ基耐熱合金の少なくともいずれ
か一方から構成される入れ子を用いるとともに、その入
れ子の厚さを１〜３０ｍｍとしたものである。

【００２５】請求項４の発明に係る鋳物の製造装置は、
Ｃｕ基合金及びＷ基合金の少なくともいずれか一方から
構成される入れ子を用いるとともに、その入れ子の厚さ
を１〜３０ｍｍとしたものである。

【００２６】請求項５の発明に係る鋳物の製造装置は、
入れ子の溶湯に接触する面と反対側の面を冷却する冷却
手段を金型に設けたものである。

【００２７】請求項６の発明に係る鋳物の製造装置は、
金型表面に被膜を形成するとともに、その被膜内部に微
粒子を分散し、被膜の表面側の熱伝導率が金型本体側の
熱伝導率より低くなるようにしたものである。

【００２８】請求項７の発明に係る鋳物の製造装置は、
金型表面に被膜を形成するとともに、その被膜内部に大
きさの異なる微粒子を分散し、かつ被膜の表面側の微粒
子の大きさが金型本体側の微粒子の大きさより大きくな
るようにしたものである。

【００２９】請求項８の発明に係る鋳物の製造装置は、
金型表面に第１の被膜を形成するとともに、その第１の
被膜内部に微粒子を分散し、かつ第１の被膜上に第２の
被膜を形成するようにしたものである。

【００３０】請求項９の発明に係る鋳物の製造装置は、
金型表面に複数層の被膜を形成し、かつ複数層の被膜の
うち、溶湯と接触する最表面層を除いた層のうちの少な
くとも一層を最表面層とは異なる色にしたものである。

【００３１】請求項１０の発明に係る鋳物の製造装置
は、溶湯上の耐熱性のシート部材を射出時に捕捉するた
めの凹部を、湯溜まりの天井部に設けたものである。

【００３２】請求項１１の発明に係る鋳物の製造方法
は、湯溜まりに注湯された溶湯の自由表面に耐熱性のシ
ート部材を浮設した後、溶湯を射出するようにしたもの
である。

【００３３】請求項１２の発明に係る鋳物の製造方法
は、溶湯よりも比重の小さい金属材をシート部材上に設
け、金属材及びシート部材を溶湯とともにキャビティ内
に供給するようにしたものである。

【００３４】請求項１３の発明に係る鋳物の製造方法
は、繊維材をシート部材上に設け、繊維材及びシート部
材を溶湯とともにキャビティ内に供給するようにしたも
のである。

【００３５】

【作用】請求項１の発明においては、射出プランジャの
移動軸方向への湯溜まりの投影面をキャビティからずら
し、射出プランジャの押圧力が作用する部分とキャビテ
ィとの間に分割面を設けることにより、射出プランジャ
及び加圧プランジャによる押圧力、及び型締力により金
型に曲げ応力が発生するのを防止し、これにより亀裂の
進展を抑制する。

【００３６】請求項２の発明においては、金型表面を着
脱可能な入れ子で構成することにより、金型表面の発生
応力を緩和するとともに、金型表面に亀裂が発生したと
きの交換・補修を容易にする。

【００３７】請求項３の発明においては、強度的に優れ
ているとともに保温性が高いＮｉ基耐熱合金及びＣｏ基
耐熱合金の少なくともいずれか一方から構成される入れ
子を用いることにより、溶湯の温度低下による鋳造欠陥
の発生を防止し、また入れ子の厚さを１〜３０ｍｍとす
ることにより、耐圧性及び保温性を維持する。

【００３８】請求項４の発明においては、強度的に優れ
ているとともに熱伝導率が高いＣｕ基合金及びＷ基合金
の少なくともいずれか一方から構成される入れ子を用い
ることにより、入れ子に温度勾配が生じるのを防止し、
入れ子に熱応力が原因の亀裂が生じるのを防止する。

【００３９】請求項５の発明においては、入れ子の溶湯
に接触する面と反対側の面を冷却手段により冷却して、
入れ子の温度上昇を緩和して、入れ子に亀裂が生じるの
を防止する。

【００４０】請求項６の発明においては、被膜の表面側
の熱伝導率を金型本体側の熱伝導率より低くすることに
より、溶湯の温度低下を抑制する。

【００４１】請求項７の発明においては、被膜の表面側
の微粒子の大きさを金型本体側の微粒子の大きさより大
きくすることにより、高温の溶湯に接触する被膜表面近
傍の熱伝導率を小さくして溶湯の温度低下を抑制する。

【００４２】請求項８の発明においては、微粒子を分散
した第１の被膜上に第２の被膜を形成することにより、
第２の被膜の表面を滑らかにすることができ、これによ
り亀裂の発生を防止する。また、万一熱応力等が原因で
亀裂が生じ成長しても、亀裂が第１の被膜に到達した際
に微粒子が障害となるため、亀裂が進展しにくく、金型
の寿命を延ばすことが可能となる。

【００４３】請求項９の発明においては、溶湯と接触す
る表面層を除いた層のうちの少なくとも一層を表面層と
は異なる色にすることにより、金型全体を交換する必要
がある程度にまで亀裂が進展するのを事前に回避する。

【００４４】請求項１０の発明においては、溶湯の射出
時に溶湯上に浮設されたシート部材を湯溜まりの天井部
の凹部で捕捉し、キャビティには溶湯のみが供給される
ようにする。

【００４５】請求項１１の発明においては、溶湯の自由
表面に耐熱性のシート部材を浮設することにより、射出
時の溶湯自由表面の乱れを防止し、これによりガスの巻
き込みを防止し、また溶湯と空気との接触を抑えて溶湯
の酸化を防止し、さらに溶湯の保温性を高める。

【００４６】請求項１２の発明においては、溶湯よりも
比重の小さい金属材をシート部材上に設け、金属材及び
シート部材を溶湯とともにキャビティ内に供給すること
により、異種金属で構成される鋳物を容易に製造する。

【００４７】請求項１３の発明においては、繊維材をシ
ート部材上に設け、繊維材及びシート部材を溶湯ととも
にキャビティ内に供給することにより、繊維材を含む繊
維強化複合材料を容易に鋳造する。

【００４８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の実施例１による鋳物の製造
装置の要部を示す断面図であり、図１６と同一又は相当
部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００４９】図において、２１は溶湯１１の湯溜まり１
２を有する下型であり、湯溜まり１２は、射出プランジ
ャ６の移動軸６ａ方向への投影面がキャビティ１０に重
ならないように配置されている。また、図１では省略し
たが、下型２１内には通常図１７に示したような湯溜ま
りスリーブ１３が嵌め込まれている。２２は移動プレー
ト４の下部に取り付けられている上型であり、この上型
２２は、分割面２３で分割されている。また、これら下
型２１及び上型２２により金型が構成されている。２４
はキャビティ１０と湯溜まり１２との間に設けられたゲ
ートである。

【００５０】２５は上型２２内に配置されている第１の
加圧プランジャ、２６は第１の加圧プランジャ２５のプ
ランジャチップ、２７は下型２１内に配置されている第
２の加圧プランジャ、２８は第２の加圧プランジャ２７
のプランジャチップである。また、製品形状を構成する
キャビティ１０は、下型２１，上型２２及びプランジャ
チップ２６，２８により構成されており、その内部には
中子５が置かれている。なお、図中、矢印Ｅは型締め力
の作用方向、矢印Ｆは射出プランジャ６による押圧力の
作用方向を示している。

【００５１】次に、動作について説明する。まず、図示
しない溶解炉で銅又は銅合金を１１００〜１５００℃に
溶解後、図示しないラドル或は柄杓等の給湯手段で溶湯
１１を湯溜まり１２に注湯する。この後、移動プレート
４を図の下方へ移動させ、型締めを行う。次いで、射出
プランジャ６を移動させ、溶湯１１をキャビティ１０に
射出する。

【００５２】キャビティ１０への溶湯１１の充填が完了
すると、射出プランジャ６或は各加圧プランジャ２５，
２７による押圧力が作用し始め、キャビティ１０内に生
じる引け巣やガスの巻き込み巣を潰す働きをする。キャ
ビティ１０内の溶湯１１の凝固が完了した後、移動プレ
ート４を図の上方へ移動させて型開きし、鋳物、即ち製
品を取り出す。

【００５３】ところで、溶湯１１が注湯され射出される
のに伴って、湯溜まり１２，ゲート２４及びキャビティ
１０を構成する金型、即ち下型２１及び上型２２は、１
１００〜１５００℃の溶湯に接触するため、材料強度が
低下するとともに、溶湯１１の熱による熱応力が生じ
て、材料強度的に非常に危険な状態に置かれる。さら
に、キャビティ１０への溶湯１１の充填が完了すると、
射出プランジャ６或は加圧プランジャ２５，２７による
押圧力が作用し始める。なお、型締が完了した時点よ
り、金型には型締力が作用している。

【００５４】例えば、図１６に示した従来の１個取り金
型のように、射出プランジャ６の移動軸６ａ方向への湯
溜まりの投影面がキャビティ１０に重なっているもので
は、ゲート２ａを構成する中型２に、射出プランジャ６
による力、加圧プランジャ８による力、さらに移動プレ
ート４を図の下方へ押し付けて型締めする力が作用する
が、これらの力の作用する位置がお互いを打ち消し合う
関係にないため、中型２には曲げ応力が生じる。しか
も、この中型２は、上述したように材料強度的に非常に
危険な状態に置かれているため、僅かの曲げ応力にも耐
えられず、その表面に亀裂が発生してしまう。

【００５５】また、従来の多数個取り金型では、ゲート
近傍の金型表面に亀裂が生じることが多かった。従来の
多数個取り金型には、図１に示したような射出プランジ
ャ６の押圧力が作用する部分とキャビティ１０との間の
分割面２３が設けられていないために、ゲート付近に大
きな曲げ応力が作用したことが、上記亀裂の生じた原因
である。

【００５６】これに対し、この実施例１の装置では、金
型に働く力が互いに打ち消し合うように、湯溜まり１２
及び射出プランジャ６の位置をキャビティ１０からずら
すとともに、上型２２を分割面２３で分割して構成して
いるため、各プランジャ６，２５，２７による押圧力、
及び型締め力による曲げ応力が金型に発生するのが防止
され、材料強度的に不利な状態にあっても亀裂が発生し
にくくなっている。従って、金型の長寿命化を図ること
ができるとともに、鋳物の品質を向上させることが可能
となる。

【００５７】実施例２．次に、図２はこの発明の実施例
２による鋳物の製造装置の要部を示す断面図である。こ
の実施例２では、実施例１で示した下型２１及び上型２
２のうち、湯溜まり１２の近傍を下型入れ子２１ａ、キ
ャビティ１０の近傍を上型入れ子２２ａ、ゲート２４の
近傍をゲート入れ子２４ａ，２４ｂとしてそれぞれ分割
構成した。なお、ゲート入れ子２４ａ，２４ｂは、上型
２２及び下型２１にそれぞれボルト締め等の手段により
着脱可能に固定されている。また、図中、矢印はその部
分に生じる主応力の方向を示している。

【００５８】次に、動作について説明する。まず、１１
００〜１５００℃に加熱された銅又は銅合金の溶湯１１
が湯溜まり１２に注湯されると、下型２１の湯溜まり１
２近傍が溶湯１１の熱を受け、その部分に応力が生じ
る。次いで、溶湯１１のキャビティ１０への充填過程及
び充填完了後には、溶湯１１と接触する金型表面に、溶
湯１１の熱による応力が発生する。

【００５９】このとき、溶湯１１の熱による応力によ
り、金型表面部材は伸びようとするが、この伸びは、金
型表面から深くなるにつれて熱の影響が小さいため小さ
くなる。このため、溶湯１１の熱による応力が発生する
金型表面には、その周りの熱の影響が小さく伸びが小さ
い部分により拘束され、大きな圧縮応力が発生する。

【００６０】逆に、キャビティ１０内，ゲート２ａ内及
び湯溜まり１２内の溶湯１１の凝固が完了し、これらを
取り出した後は、金型表面は空気と接触して急冷される
ため収縮しようとする。このため、金型表面には、その
外周部の熱の影響が小さく収縮が小さい部分により拘束
され、大きな引張応力が発生する。

【００６１】このように、鋳物の製造工程を繰り返す、
即ち鋳造サイクルを繰り返すと、溶湯１１の熱による応
力を受ける金型表面に発生する応力は、圧縮，引張のサ
イクルが繰り返すことになるが、例えば銅又は銅合金等
の高温の溶湯１１に曝された場合、これらの溶湯１１に
よる加熱だけでも先に述べたように材料強度的に非常に
危険な状態であるため、鋳造開始後僅か数ショットで金
型表面に亀裂が発生する。

【００６２】これに対し、この実施例２における装置で
は、高温の溶湯１１に曝されて熱による応力が生じる金
型表面を、下型入れ子２１ａ，上型入れ子２２ａ及びゲ
ート入れ子２４ａ，２４ｂで構成し、熱の影響が及びに
くい部分と分割したので、伸び或は縮みといった変形に
対する拘束が緩和され、入れ子構造の金型表面は比較的
自由に変形することが可能となる。これにより、金型表
面の応力が緩和されて、亀裂の発生が抑制され、金型の
長寿命化を図ることができるとともに、鋳物の品質を向
上させることができる。

【００６３】さらに、上記の金型では、万一入れ子２１
ａ，２２ａ，２４ａ，２４ｂに亀裂が生じても、その亀
裂が金型の入れ子より深い部分にまでが及ぶ以前であれ
ば、入れ子のみを交換或は補修すればよく、交換・補修
が容易である。なお、下型入れ子２１ａが果たす機能
を、図１７に示したような湯溜まりスリーブ１３（図２
では省略した。）が果たすようにしてもよい。

【００６４】また、金型表面をどのように分割して入れ
子構造とするかについては、亀裂発生の原因となる主応
力の方向や金型構造及び製品形状の制限により決められ
る。例えば、図２の矢印に示したような引張応力を主に
考慮する場合には、その主応力方向に対して垂直に分割
するのが好ましく、これにより効果的に応力を緩和でき
る。また、圧縮応力を主に考慮する場合には、その主応
力方向に対して４５°に分割するのが好ましい。

【００６５】但し、上記したように金型構造及び製品形
状の制限も受けざるを得ないので、４５°に製作するこ
とは難しく、可能な範囲で４５°に近い傾きで分割する
ことになる。この実施例２では、引張応力が亀裂発生の
主要因であるため、主応力方向に対して垂直に分割した
入れ子構造としている。

【００６６】さらに、隣接する入れ子間や入れ子とそれ
が取り付けられている部分との間などの分割部に、５０
〜２００μｍのクリアランスを設けることも可能であ
り、これにより圧縮応力の発生も緩和することができ
る。ここで、分割部のクリアランスを５０〜２００μｍ
としたのは、クリアランスが５０μｍより小さいと、圧
縮応力の緩和を十分に行えず、２００μｍよりも大きい
と、クリアランスから溶湯１１が流出したり、バリの発
生が著しくなるためである。

【００６７】実施例３．次に、図３はこの発明の実施例
３による鋳物の製造装置の要部を示す断面図である。こ
の実施例３では、実施例２に示す入れ子構造、即ち下型
入れ子２１ａ，上型入れ子２２ａ及びゲート入れ子２４
ａ，２４ｂを、Ｎｉ（ニッケル）基耐熱合金及びＣｏ
（コバルト）基耐熱合金の少なくともいずれか一方で構
成し、かつその厚さをＬ₁＝１〜３０ｍｍと規定する。

【００６８】このような装置では、高温下での材料強度
的に優れており、かつ溶湯１１の保温性が高いＮｉ基耐
熱合金及びＣｏ基耐熱合金を、入れ子材料としているた
め、溶湯１１の温度低下が原因の鋳造欠陥の発生を防止
できる。また、入れ子２１ａ，２２ａ，２４ａ，２４ｂ
の厚さの最小値を１ｍｍとしたのは、これより薄いと溶
湯１１の加圧時の高い圧力に耐えられないためであり、
最大値を３０ｍｍとしたのは、これより厚くても上記の
効果がさほど向上しないためである。

【００６９】さらに、上記実施例３の装置では、金型全
体をＮｉ基耐熱合金やＣｏ基耐熱合金とするよりも安価
に金型の長寿命化を図ることができる。

【００７０】実施例４．次に、図４はこの発明の実施例
４による鋳物の製造装置の要部を示す断面図である。こ
の実施例４では、実施例２に示す入れ子構造、即ち下型
入れ子２１ａ，上型入れ子２２ａ及びゲート入れ子２４
ａ，２４ｂを、Ｃｕ（銅）基合金及びＷ（タングステ
ン）基合金の少なくともいずれか一方で構成し、かつそ
の厚さをＬ₂＝１〜３０ｍｍと規定する。

【００７１】このような装置では、高温下での材料強度
的に優れており、かつ熱伝導率が高いＣｕ基合金及びＷ
基合金を入れ子材料としているため、溶湯１１に接触し
たときに入れ子２１ａ，２２ａ，２４ａ，２４ｂに温度
勾配が付きにくくなり、熱による応力が原因の亀裂が生
じるのが防止される。また、入れ子２１ａ，２２ａ，２
４ａ，２４ｂの厚さの最小値を１ｍｍとしたのは、上記
実施例３と同様の理由からであり、最大値を３０ｍｍと
したのは、これより厚くても上記の効果がさほど向上し
ないためである。

【００７２】さらに、この実施例４の装置によれば、金
型全体をＣｕ基合金やＷ基合金とするよりも安価に金型
の長寿命化を図ることができる。

【００７３】なお、上記のように入れ子材料を熱伝導率
の高いものとした場合には、これに接触する溶湯１１の
温度低下が懸念されるが、この場合、溶湯１１の保温性
を高めるために、溶湯１１と接触する入れ子表面部分に
離型剤を十分に塗布して溶湯１１と入れ子表面部分との
間の熱伝達率を低くすることもできる。

【００７４】また、上記実施例３，４のように材料や厚
さ寸法を規定するのは、一部の入れ子であっても全部の
入れ子であってもよい。

【００７５】実施例５．次に、図５はこの発明の実施例
による鋳物の製造装置の要部を示す断面図である。図に
おいて、３０は上型２２内に設けられた冷却手段として
の冷却パイプであり、この冷却パイプ３０は、冷却用の
水を通すことにより、入れ子、ここではゲート入れ子２
４ａの溶湯１１に接触する面と反対側の面を冷却する。

【００７６】このような装置では、上型２２内に冷却パ
イプ３０が設けられているため、ゲート入れ子２４ａの
温度上昇を緩和することができ、ゲート入れ子２４ａが
その要求される機能を果たす温度範囲を超えるのを防止
することができる。このような冷却構造は、例えば銅又
は銅合金等の高融点金属の溶湯１１をキャビティ１０内
に充填し、高圧下で凝固させて鋳物を製造する鋳造サイ
クルを繰り返す場合には、特に有効である。

【００７７】なお、上記実施例５では冷却パイプ３０に
水を流しているが、例えば他の液体や気体など、水以外
の冷媒を使用してもよい。また、冷却手段は冷却パイプ
３０に限定されるものではなく、その設置場所も上記実
施例５の位置に限定されるものではない。

【００７８】実施例６．次に、図６はこの発明の実施例
６による鋳物の製造装置の金型表面の断面図である。図
において、３１は金型本体で、上記実施例２〜５のよう
な入れ子構造の場合には、金型本体３１は、入れ子とそ
れを支持する金型基体とから構成される。３２は金型本
体３１の表面上に形成されためっきによる被膜であり、
上記実施例２〜５のように金型表面が入れ子で構成され
ている場合には、その入れ子の表面が金型本体３１の表
面となり、被膜３２は入れ子の表面に形成されることに
なる。３３ａ，３３ｂはそれぞれ被膜３２に分散された
微粒子であり、これらの微粒子３３ａ，３３ｂは、被膜
３２の表面３４側の微粒子３３ａの熱伝導率が被膜３２
の内側（金型本体３１側）の微粒子の熱伝導率より低く
なるように配置されている。

【００７９】また、この実施例６では、めっきによる被
膜３２としてＮｉ−Ｃｏ−Ｗ合金に微粒子３３ａ，３３
ｂを分散させたものを使用している。めっき液は、硫酸
ニッケル０．１１モル、硫酸コバルト０．１２モル、タ
ングステン酸ナトリウム０．００５モル、クエン酸０．
３３モル、塩化ナトリウム０．１７モルからなり、この
溶液中に、微粒子３３ｂに相当するＡｌ₂Ｏ₃粒子（熱伝
導率：０．０９５ＣＧＳ（ＲＴ））を１０〜１００ｇ／
リットルほど混ぜ、膜厚約３００μｍのめっきを施し
た。続いて、Ａｌ₂Ｏ₃粒子の変わりに微粒子３３ａに相
当するＡｌＮ粒子（熱伝導率：０．００４ＣＧＳ（Ｒ
Ｔ））を混ぜた溶液で、膜厚約３００μｍのめっきを施
した。めっき条件は、電流密度２Ａ／ｄｍ²、温度３５
℃とした。

【００８０】このような被膜構造によれば、溶湯１１
（図１）に接触する金型表面、即ちここでは被膜３２の
表面３４の熱伝導率が低くなっているので、溶湯１１の
温度低下が抑制され、溶湯１１の温度低下による鋳造欠
陥の発生が防止されて、鋳物の品質を向上させることが
できる。

【００８１】なお、上記実施例６では被膜３２内に分散
させる微粒子３３ａ，３３ｂを２種類としたが、被膜３
２の表面３４近傍の微粒子の熱伝導率が金型本体３１近
傍の微粒子の熱伝導率よりも低ければ、微粒子は３種類
以上であっても良い。例えば、３種類以上の微粒子を上
記条件を満たすように連続的に分散させることで、傾斜
的に熱伝導率を変化させることができる。

【００８２】また、以上に述べたような膜厚方向に熱伝
導率を変化させた被膜を得る方法としては、上記の方法
以外に、例えば熱伝導率の低い被膜を形成し、この被膜
内に被膜材料よりも熱伝導率の大きい微粒子を分散させ
て、被膜全体としては熱伝導率が被膜表面側の熱伝導率
が金型本体側のそれより低くなるようにするなどしても
よい。

【００８３】実施例７．次に、図７はこの発明の実施例
７による鋳物の製造装置の金型表面の断面図である。図
において、３３ｃ，３３ｄ，３３ｅは被膜３２内に分散
された大きさの異なる微粒子であり、これらの微粒子３
３ｃ〜３３ｅは、微粒子３３ｃの大きさ＞微粒子３３ｄ
の大きさ＞微粒子３３ｅの大きさとなるように分散され
ている。即ち、被膜３２の表面３４近傍の微粒子の大き
さが金型本体３１近傍の微粒子の大きさより大きくなっ
ている。

【００８４】また、この実施例７では、めっきによる被
膜３２としてＮｉ−Ｃｏ−Ｗ合金に微粒子３３ｃ〜３３
ｅを分散させたものを使用している。めっき液は、硫酸
ニッケル０．１１モル、硫酸コバルト０．１２モル、タ
ングステン酸ナトリウム０．００５モル、クエン酸０．
３３モル、塩化ナトリウム０．１７モルからなり、これ
に微粒子３３ｅに相当する粒径が約０．５μｍのＡｌ₂
Ｏ₃粒子を１０〜１００ｇ／リットルほど混ぜた溶液
で、膜厚約１００μｍのめっきを施した。続いて、微粒
子３３ｄに相当する粒径が約３μｍのＡｌ₂Ｏ₃粒子を１
０〜１００ｇ／リットルほど混ぜた溶液で、膜厚約１０
０μｍのめっきを施した。さらに続いて、微粒子３３ｃ
に相当する粒径が約１０μｍのＡｌ₂Ｏ₃粒子を１０〜１
００ｇ／リットルほど混ぜた溶液で、膜厚約１００μｍ
のめっきを施した。めっき条件は、電流密度２Ａ／ｄｍ
²、温度３５℃とした。

【００８５】このような被膜構造によれば、微粒子３３
ｃ〜３３ｅの大きさを上記のように変えることにより、
溶湯１１に接触する金型表面、即ちここでは被膜３２の
表面３４の熱伝導率が低くなっているので、溶湯１１の
温度低下が抑制され、溶湯１１の温度低下による鋳造欠
陥の発生が防止されて、鋳物の品質を向上させることが
できる。

【００８６】なお、上記実施例７では３種類の大きさの
微粒子３３ｃ〜３３ｅを用いたが、被膜３２の表面３４
近傍の微粒子の粒径が金型本体３１近傍の微粒子の粒径
よりも大きければ、２種類又は４種類以上であってもよ
い。例えば、４種類以上の微粒子を上記条件を満たすよ
うに連続的に分散させることで、傾斜的に熱伝導率を変
化させることができる。

【００８７】実施例８．次に、図８はこの発明の実施例
８による鋳物の製造装置の金型表面の断面図である。図
において、３５は金型本体３１の表面上に形成されため
っきによる被膜であり、この被膜３５は、第１の被膜３
６と、この第１の被膜３６の表面３７上に積層形成され
た第２の被膜３８とを有している。また、第２の被膜３
８は、滑らかでほぼ欠陥のない表面３９を有している。
さらに、第１の被膜３６内には、微粒子４０が分散され
ている。

【００８８】また、この実施例８では、めっきによる被
膜３６としてＮｉ−Ｃｏ−Ｗ合金に微粒子４０を分散さ
せたものを使用している。めっき液は、硫酸ニッケル
０．１１モル、硫酸コバルト０．１２モル、タングステ
ン酸ナトリウム０．００５モル、クエン酸０．３３モ
ル、塩化ナトリウム０．１７モルからなり、これに粒径
が約０．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粒子を１０〜１００ｇ／リッ
トルほど混ぜた溶液で、膜厚約１００μｍのめっきを施
し第１の被膜３６を形成する。続いて、微粒子を分散さ
せない溶液で、膜厚約１００μｍのめっきを施し第２の
被膜３８を形成する。めっき条件は、電流密度２Ａ／ｄ
ｍ²、温度３５℃とした。

【００８９】先に述べたように、溶湯１１に接触する金
型表面に機械加工痕、放電加工痕、材料欠陥等の微細な
欠陥が存在すると、これらが起点となって亀裂が発生す
る。また、上記実施例６，７の方法の場合、被膜３２の
表面３４に存在する微粒子３３ａ，３３ｃと被膜３２を
構成する母材との間の粒界が亀裂の起点となる恐れがあ
り、また特開昭６２−１３２３６号公報に記載の方法で
も同様である。

【００９０】これに対して、この実施例８の被膜構造に
よれば、微粒子４０を分散させた第１の被膜３６上に、
微粒子４０のない第２の被膜３８を形成しているため、
この第２の被膜３８の表面を滑らかで欠陥のない状態と
することができ、亀裂の起点となる微粒子４０と第１の
被膜３６を構成する母材との粒界４１を覆っているの
で、亀裂の発生が抑制される。

【００９１】また、亀裂が生じて成長しても、第１の被
膜３６に到達した際に微粒子４０が障害となるため、亀
裂の進展を防止することができる。

【００９２】なお、第１の被膜３６を省略し、金型本体
３１の表面（上述したように、入れ子構造の場合には入
れ子の表面が金型本体３１の表面となる。）に第２の被
膜３８を形成するだけであってもよく、亀裂の起点とな
る機械加工痕、放電加工痕、材料欠陥等の微細な欠陥を
覆えるので、亀裂の発生を抑制できる。

【００９３】実施例９．次に、図９はこの発明の実施例
９による鋳物の製造装置の金型表面の断面図である。図
において、４２は金型本体３１の表面上に形成されため
っきによる被膜であり、この被膜４２は、上記実施例８
と同様の第１及び第２の被膜３６，３８と、これらの間
に介在する第３の被膜４３とを有している。また、第３
の被膜４３は、最表面層である第２の被膜３８と異なる
色になっている。

【００９４】即ち、この実施例９では、微粒子４０を分
散させた第１の被膜３６の表面の一部又は全面に、第３
の被膜４３を形成し、かつその色を例えば一般的に目立
つ色である黄金色にした。具体的には、第３の被膜４３
としてＡｕめっき層を形成した。この第３の被膜４３の
上に、さらに微粒子を分散させない第２の被膜３８を形
成した。

【００９５】このような被膜構造によれば、金属の溶湯
１１をキャビティ１０内に充填し高圧下で凝固させて鋳
物を製造することを繰り返すうちに、表面が滑らかな第
２の被膜３８が失われると、上記目立つ色である黄金色
の第３の被膜４３が露出する。このため、金型全体を交
換する必要がある程度にまで亀裂が進展する前に、金型
本体３１（入れ子構造の場合はその入れ子）の表面を補
修したり、入れ子や被膜４２を交換・補修したりする時
期をより確実かつ容易に確認することができる。

【００９６】なお、被膜は上記実施例９の被膜４２に限
らず、上記実施例６，７記載の被膜３２、或は上記実施
例８記載の被膜３５などであってもよい。

【００９７】また、上記実施例９では３層の被膜３６，
３８，４３のうちの中間層を異なる色としたが、被膜の
層数は２層以上であれば何層でもよく、また異なる色に
する層は最表層以外の層であればどの層であってもよ
い。さらに、被膜毎に色を変えて、亀裂の深さを定量的
に判断できるようにしてもよい。

【００９８】さらに、異なる色の微粒子を分散させた
り、いわゆるタイヤのスリップマークのような何等かの
形状によって金型本体やその入れ子部分又は被膜の交換
或は補修の時期が来たことを知らせてもよい。

【００９９】実施例１０．次に、図１０はこの発明の実
施例１０による鋳物の製造装置の要部を示す断面図であ
る。図において、５１は湯溜まり１２の溶湯１１の自由
表面１１ａに浮設された耐熱性のシート部材としてのセ
ラミックペーパーであり、ここで言うセラミックペーパ
ー５１は、セラミック繊維紙やセラミックシートなども
含むものである。また、図中、矢印Ｇは射出プランジャ
６の移動方向を示している。

【０１００】このような装置では、セラミックペーパー
５１を浮設することにより、自由表面１１ａが乱れない
ようにして溶湯１１を射出する。セラミックペーパー５
１の浮設のタイミングは、注湯完了後から射出開始まで
の間ならばいつでもよいが、注湯完了後直ちに浮設する
と溶湯１１の酸化や溶湯温度の低下を効果的に抑制でき
好ましい。

【０１０１】ここで、従来の装置では、図１７に示した
ように、射出時に自由表面１１ａが乱れるため、ガスが
巻き込まれ、巻き込みガス１４を内包した状態で溶湯１
１がキャビティ１０に供給されていた。従って、キャビ
ティ１０には、通常、巻き込みガス１４をキャビティ１
０外に排出するための機構、例えばガスベント（図示せ
ず）が設けられていたり、或は巻き込みガス１４を圧縮
し潰すための機構、例えば加圧プランジャ等が設けられ
ていた。

【０１０２】しかし、キャビティ１０に供給された溶湯
１１から巻き込みガス１４を完全に除去することは非常
に困難であり、除去しきれなかった巻き込みガス１４
は、キャビティ１０内の溶湯１１の凝固完了後もキャビ
ティ１０、即ち製品内に残留し、製品に欠陥を生じさせ
ていた。このため、上記のような欠陥をなくすために
は、巻き込みガスを内包しない溶湯１１をキャビティ１
０に供給することが肝要である。

【０１０３】そのために従来は、例えばキャビティ１０
内の圧力を減圧して溶湯１１を湯溜まり１２から吸い上
げる真空給湯方式が行われていたが、装置が複雑高価に
ならざるを得ず、また既存の装置ではキャビティ１０内
を減圧するための装置を新たに導入しなけらばならなか
った。

【０１０４】これに対し、この実施例１０の方法によれ
ば、溶湯１１の自由表面１１ａにセラミックペーパー５
１を浮設しているため、射出プランジャ６が移動を開始
しても、セラミックペーパー５１が蓋の働きをして、自
由表面１１ａが乱れることがなく、かつ溶湯１１が湯溜
まり１２内のガスと直接接触することが妨げられ、ガス
の巻き込みが防止される。また、セラミックペーパー５
１を浮設しない場合に比べ、溶湯１１が酸化しにくくな
るとともに、溶湯１１の温度が低下しにくくなる。

【０１０５】つまり、この実施例１０の方法によれば、
湯溜まり１２に注湯された溶湯１１のガスの巻き込み、
酸化及び温度低下が抑制され、高品質の溶湯１１をキャ
ビティ１０に供給することができる。また、セラミック
ペーパー５１といった安価かつ手軽に入手可能な部材を
浮設するだけなので、従来例のように新たに設備を導入
する必要がなく、溶湯の品質を容易に向上させることが
でき、鋳造欠陥のない鋳物を得ることができる。

【０１０６】さらに、作業性を考えると、溶湯１１の保
温を目的に発熱保温剤を自由表面１１ａに散布する従来
例の場合、発熱保温剤を均等に散布するために手間を要
しかつ時間も要するため、鋳造サイクルタイムの短縮化
の妨げとなっていたが、この実施例１０の方法によれ
ば、例えば注湯が完了してからセラミックペーパー５１
を湯溜まり１２に静かに投入するだけで済むので、鋳造
サイクルタイムの短縮化の妨げとなることもない。

【０１０７】ここで、この実施例１０の効果を確かめる
ため、密度２．７ｇ／ｃｍ³の純アルミニウムを６５０
℃で溶解して、径φ１００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの湯溜
まり１２に注湯後、径φ３０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱
状キャビティ１０に、射出プランジャ速度１０００ｍｍ
／ｓで射出する実験を行った。

【０１０８】この結果、セラミックペーパー５１を浮設
しない従来の射出方法によると、得られた鋳物の密度は
２．６ｇ／ｃｍ³であり、得られた鋳物の断面を観察し
たところ、巻き込みガスが原因の鋳造欠陥が散見され
た。これに対し、セラミックペーパー５１を浮設するこ
の実施例１０の射出方法によると、得られた鋳物の密度
は２．７ｇ／ｃｍ³であり、得られた鋳物の断面を観察
したところ、巻き込みガスが原因の鋳造欠陥は見当たら
なかった。

【０１０９】なお、セラミックペーパー５１の浮設方法
は、図１０のように自由表面１１ａに直接浮かべる、即
ち直接接触させる方法に限らず、例えば図１１に示すよ
うに、湯溜まりスリーブ１３或は湯溜まり１２の内壁に
射出プランジャ６の移動を妨げない程度の突起１３ａを
設け、この突起１３ａで上記セラミックペーパー５１を
支持する方法、即ち自由表面１１ａとセラミックペーパ
ー５１との間に隙間５２を設ける方法であってもよい。

【０１１０】この場合、自由表面１１ａが突起１３ａに
達した時点でセラミックペーパー５１が浮設され、その
後は図１０の場合と同様に動作する。上記突起１３ａ
は、湯溜まりスリーブ１３又は湯溜まり１２の内壁とプ
ランジャチップ７の外周壁との間のクリアランス以下の
高さを有するか、若しくは上記クリアランス以上の高さ
を有する場合は、プランジャチップ７の通過により内壁
から剥離する又はそれ自身が変形するようなものであれ
ば特に種類を限定されるものではない。

【０１１１】なお、上記実施例１０ではシート部材とし
てセラミックペーパー５１を示したが、十分な耐熱性を
持つものであれば他の材料からなるものであってもよ
い。

【０１１２】実施例１１．次に、図１２はこの発明の実
施例１１による鋳物の製造装置の射出前の状態を示す要
部断面図、図１３は図１２の射出中の状態を示す要部断
面図である。図において、５３は湯溜まり１２の溶湯１
１の自由表面１１ａに浮設された耐熱性のシート部材と
しての高純度アルミナペーパー、１２ａは湯溜まり１２
の天井部に設けられた凹部である。

【０１１３】このような装置では、湯溜まり１２への溶
湯１１の注湯が完了した後、直ちに高純度アルミナペー
パー５３を浮設して溶湯１１を射出する。このため、上
記実施例１０と同様に、溶湯１１のガス巻き込み、酸化
及び温度低下が防止され、高品質の溶湯１１がキャビテ
ィ１０に供給される。

【０１１４】また、射出時には、高純度アルミナペーパ
ー５３が図１２の状態から上動し、図１３に示すよう
に、凹部１２ａ内に捕捉されるため、キャビティ１０に
は高品質の溶湯１１のみが供給される。即ち、キャビテ
ィ１０に高純度アルミナペーパー５３が供給されるのが
防止され、溶湯１１の材料のみの純度の高い鋳物を製造
することができる。

【０１１５】なお、上記実施例１１ではシート部材とし
て高純度アルミナペーパー５３を示したが、例えば実施
例１０で示したセラミックペーパー５１など、他のシー
ト部材であっても、凹部１２ａを設けておくことにより
実施例１１と同様の効果が得られる。

【０１１６】実施例１２．次に、図１４はこの発明の実
施例１２による鋳物の製造装置の要部を示す断面図であ
る。図において、５４は高純度アルミナペーパー５３上
に乗せられた金属材であり、この金属材５４は、その比
重が溶湯１１の比重よりも小さいものである。

【０１１７】この実施例１２の鋳物の製造方法では、湯
溜まり１２に注湯された溶湯１１の自由表面１１ａ上に
高純度アルミナペーパー５３を浮設し、さらにその上に
金属材５４を乗せ、この後溶湯１１を射出する。具体的
には、この実施例１２では、溶解炉で純銅を溶湯温度約
１２００〜１５００℃に溶解し、これをラドル或は柄杓
等の給湯手段により湯溜まり１２に注湯した後、直ちに
自由表面１１ａの上に高純度アルミナペーパー５３を浮
設する。そして、さらにその上に、純銅である溶湯１１
の比重７．９よりも比重の小さい比重２．７の純アルミ
ニウムからなる金属材５４を乗せ、この後溶湯１１を射
出した。

【０１１８】この結果、得られた鋳物には、巻き込みガ
スが原因の鋳造欠陥は見られなかった上、異種金属から
なる鋳物が手軽に得られた。

【０１１９】なお、シート部材は高純度アルミナペーパ
ー５３に限定されるものではなく、例えばセラミックペ
ーパー５１等に置き換えてもよく、その浮設方法も図１
０及び図１１のいずれの方法でもよい。また、溶湯１１
や金属材５４の材料も上記実施例１２に限定されるもの
ではなく、種々の組み合わせが可能である。

【０１２０】実施例１３．次に、図１５はこの発明の実
施例１３による鋳物の製造装置の要部を示す断面図であ
る。図において、５５は高純度アルミナペーパー５３上
に乗せられた繊維材としてのセラミック繊維材である。

【０１２１】この実施例１３の鋳物の製造方法では、湯
溜まり１２に注湯された溶湯１１の自由表面１１ａ上に
高純度アルミナペーパー５３を浮設し、さらにその上
に、溶湯１１の比重よりも比重の小さいセラミック繊維
材５５を乗せ、この後溶湯１１を射出する。具体的に
は、この実施例１３では、アルミニウム合金ＡＤＣ１２
を溶解炉で溶湯温度約６００〜８００℃に溶解し、これ
をラドル或は柄杓等の給湯手段により湯溜まり１２に注
湯した後、直ちに自由表面１１ａ上に高純度アルミナペ
ーパー５３を浮設する。そして、さらにその上に、アル
ミニウム合金ＡＤＣ１２である溶湯１１の比重２．７６
よりも比重の小さい比重２．３の炭素を主とするセラミ
ック繊維材５５を乗せ、この後溶湯１１を射出した。

【０１２２】この結果、得られた鋳物には、巻き込みガ
スが原因の鋳造欠陥は見られなかった上、繊維強化され
たアルミニウム鋳物が手軽に得られた。

【０１２３】なお、シート部材は高純度アルミナペーパ
ー５３に限定されるものではなく、例えばセラミックペ
ーパー５１等に置き換えてもよく、その浮設方法も図１
０及び図１１のいずれの方法でもよい。また、溶湯１１
及び繊維材は上記実施例１３に限定されるものではな
く、種々の組み合わせが可能である。

【０１２４】さらに、実施例１０及び実施例１３を除く
上記各実施例では高融点金属の溶湯１１を用いる場合に
ついて示したが、例えばアルミニウム合金など、比較的
融点の低い材料からなる溶湯１１を使用する場合にもこ
の発明は適用できる。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
鋳物の製造装置は、射出プランジャの移動軸方向への湯
溜まりの投影面がキャビティに重ならないように、射出
プランジャ及び湯溜まりを配置し、かつ金型の射出プラ
ンジャの押圧力が作用する部分とキャビティとの間に分
割面を設けたので、射出プランジャや加圧プランジャに
よる押圧力、及び型締力により金型に曲げ応力が発生す
るのを防止し、これにより亀裂の進展を抑制することが
でき、従って金型の寿命を長くすることができ、また鋳
物の品質を向上させることができるなどの効果を奏す
る。

【０１２６】また、請求項２の発明の鋳物の製造装置
は、金型表面に発生する応力を緩和するように分割され
た着脱可能な入れ子により金型表面を構成したので、上
記請求項１の発明と同様の効果に加えて、金型表面の発
生応力を一層緩和することができるとともに、金型表面
に亀裂が発生したときの交換・補修を容易にすることが
できるなどの効果を奏する。

【０１２７】さらに、請求項３の発明の鋳物の製造装置
は、強度的に優れているとともに保温性が高いＮｉ基耐
熱合金及びＣｏ基耐熱合金の少なくともいずれか一方か
ら構成される入れ子を用いるとともに、その入れ子の厚
さを１〜３０ｍｍとしたので、上記請求項２の発明と同
様の効果に加えて、入れ子の耐圧性及び保温性を維持し
つつ、溶湯の温度低下による鋳造欠陥の発生を防止する
ことができ、鋳物の品質を一層向上させることができる
という効果を奏する。

【０１２８】さらにまた、請求項４の発明の鋳物の製造
装置は、強度的に優れているとともに熱伝導率が高いＣ
ｕ基合金及びＷ基合金の少なくともいずれか一方から構
成される入れ子を用いるとともに、その入れ子の厚さを
１〜３０ｍｍとしたので、上記請求項２の発明と同様の
効果に加えて、入れ子の耐圧性及び保温性を維持しつ
つ、入れ子に温度勾配が生じるのを防止し、これにより
入れ子に熱応力が原因の亀裂が生じるのを防止すること
ができ、金型の寿命を一層長くすることができるととも
に、鋳物の品質を一層向上させることができるなどの効
果を奏する。

【０１２９】また、請求項５の発明の鋳物の製造装置
は、入れ子の溶湯に接触する面と反対側の面を冷却する
冷却手段を金型に設けたので、上記請求項２の発明と同
様の効果に加えて、入れ子の温度上昇を緩和して、入れ
子に亀裂が生じるのを防止することができ、金型の寿命
を一層長くすることができるとともに、鋳物の品質を一
層向上させることができるなどの効果を奏する。

【０１３０】さらに、請求項６の発明の鋳物の製造装置
は、金型表面に被膜を形成するとともに、その被膜内部
に微粒子を分散し、被膜の表面側の熱伝導率が金型本体
側の熱伝導率より低くなるようにしたので、上記請求項
１の発明と同様の効果に加えて、溶湯の温度低下を抑制
することができ、これにより溶湯の温度低下による鋳造
欠陥の発生を防止することができ、鋳物の品質を一層向
上させることができるという効果を奏する。

【０１３１】さらにまた、請求項７の発明の鋳物の製造
装置は、金型表面に被膜を形成するとともに、その被膜
内部に大きさの異なる微粒子を分散し、かつ被膜の表面
側の微粒子の大きさが金型本体側の微粒子の大きさより
大きくなるようにしたので、上記請求項１の発明と同様
の効果に加えて、高温の溶湯に接触する被膜表面近傍の
熱伝導率を低くして溶湯の温度低下を抑制することがで
き、これにより溶湯の温度低下による鋳造欠陥の発生を
防止することができ、鋳物の品質を一層向上させること
ができるという効果を奏する。

【０１３２】また、請求項８の発明の鋳物の製造装置
は、金型表面に第１の被膜を形成するとともに、その第
１の被膜内部に微粒子を分散し、かつ第１の被膜上に第
２の被膜を形成するようにしたので、上記請求項１の発
明と同様の効果に加えて、第２の被膜の表面を滑らかに
することができ、これにより亀裂の発生を防止すること
ができ、また万一熱応力等が原因で亀裂が生じ成長して
も、亀裂が第１の被膜に到達した際に微粒子が障害とな
るため、亀裂が進展しにくく、金型の寿命を一層延ばす
ことができるなどの効果を奏する。

【０１３３】さらに、請求項９の発明の鋳物の製造装置
は、金型表面に複数層の被膜を形成し、かつ複数層の被
膜のうち、溶湯と接触する最表面層を除いた層のうちの
少なくとも一層を最表面層とは異なる色にしたので、上
記請求項１の発明と同様の効果に加えて、金型本体やそ
の入れ子部分又は被膜の交換・補修時期をより確実かつ
容易に確認することができ、金型全体を交換する必要が
ある程度にまで亀裂が進展する以前に、金型本体表面や
その入れ子表面を補修したり、入れ子や被膜の交換・補
修を行うことができるという効果を奏する。

【０１３４】さらにまた、請求項１０の発明の鋳物の製
造装置は、溶湯上の耐熱性のシート部材を射出時に捕捉
するための凹部を、湯溜まりの天井部に設けたので、上
記請求項１の発明と同様の効果に加えて、シート部材が
キャビティに供給されるのを防止することができ、鋳物
の品質を一層向上させることができるという効果を奏す
る。

【０１３５】また、請求項１１の発明の鋳物の製造方法
は、湯溜まりに注湯された溶湯の自由表面に耐熱性のシ
ート部材を浮設した後、溶湯を射出するようにしたの
で、射出時の溶湯自由表面の乱れを防止することがで
き、これによりガスの巻き込みを防止することができ、
また溶湯と空気との接触を抑えて溶湯の酸化を防止する
とともに、溶湯の保温性を高めることができ、これによ
り溶湯の温度低下による鋳造欠陥の発生を防止すること
ができ、鋳物の品質を向上させることができるという効
果を奏する。

【０１３６】さらに、請求項１２の発明の鋳物の製造方
法は、溶湯よりも比重の小さい金属材をシート部材上に
設け、金属材及びシート部材を溶湯とともにキャビティ
内に供給するようにしたので、上記請求項１１の発明と
同様の効果に加えて、異種金属で構成される鋳物を容易
に製造することができるという効果を奏する。

【０１３７】さらにまた、請求項１３の発明の鋳物の製
造方法は、繊維材をシート部材上に設け、繊維材及びシ
ート部材を溶湯とともにキャビティ内に供給するように
したので、上記請求項１１の発明と同様の効果に加え
て、繊維材を含む繊維強化複合材料を容易に鋳造するこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による鋳物の製造装置の要
部を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例２による鋳物の製造装置の要
部を示す断面図である。

【図３】この発明の実施例３による鋳物の製造装置の要
部を示す断面図である。

【図４】この発明の実施例４による鋳物の製造装置の要
部を示す断面図である。

【図５】この発明の実施例５による鋳物の製造装置の要
部を示す断面図である。

【図６】この発明の実施例６による鋳物の製造装置の金
型表面を示す概略の断面図である。

【図７】この発明の実施例７による鋳物の製造装置の金
型表面を示す概略の断面図である。

【図８】この発明の実施例８による鋳物の製造装置の金
型表面を示す概略の断面図である。

【図９】この発明の実施例９による鋳物の製造装置の金
型表面を示す概略の断面図である。

【図１０】この発明の実施例１０による鋳物の製造装置
の要部を示す断面図である。

【図１１】図１０の変形例を示す断面図である。

【図１２】この発明の実施例１１による鋳物の製造装置
の射出前の状態を示す要部断面図である。

【図１３】図１２の射出中の状態を示す要部断面図であ
る。

【図１４】この発明の実施例１２による鋳物の製造装置
の要部を示す断面図である。

【図１５】この発明の実施例１３による鋳物の製造装置
の要部を示す断面図である。

【図１６】従来の鋳物の製造装置の一例の要部を示す断
面図である。

【図１７】図１６の湯溜まりの部分を拡大して示す断面
図である。

【符号の説明】

６ 射出プランジャ ６ａ 移動軸 １０ キャビティ １１ 溶湯 １２ 湯溜まり １２ａ 凹部 ２１ 下型 ２１ａ 下型入れ子 ２２ 上型 ２２ａ 上型入れ子 ２４ａ ゲート入れ子 ２４ｂ ゲート入れ子 ３０ 冷却パイプ（冷却手段） ３１ 金型本体 ３２ 被膜 ３３ａ 微粒子 ３３ｂ 微粒子 ３３ｃ 微粒子 ３３ｄ 微粒子 ３３ｅ 微粒子 ３４ 表面 ３６ 第１の被膜 ３８ 第２の被膜 ４０ 微粒子 ４３ 第３の被膜 ５１ セラミックペーパー（シート部材） ５３ 高純度アルミナペーパー（シート部材） ５４ 金属材 ５５ セラミック繊維材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｄ 17/22 Ｅ Ｃ Ｄ Ｆ 18/02 Ｐ 27/06 Ｚ (72)発明者 中岡 康幸 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属の溶湯を射出プランジャにより湯溜
   まりから金型のキャビティ内に充填して高圧下で凝固さ
   せる鋳物の製造装置において、上記射出プランジャ及び
   上記湯溜まりは、上記射出プランジャの移動軸方向への
   上記湯溜まりの投影面が上記キャビティからずれるよう
   に配置されており、かつ上記金型の上記射出プランジャ
   の押圧力が作用する部分と上記キャビティとの間に分割
   面が設けられていることを特徴とする鋳物の製造装置。
2. 【請求項２】 溶湯に接触する金型表面は、発生する応
   力を緩和するように分割された着脱可能な入れ子により
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の鋳物の
   製造装置。
3. 【請求項３】 入れ子は、Ｎｉ基耐熱合金及びＣｏ基耐
   熱合金の少なくともいずれか一方から構成されていると
   ともに、その厚さが１〜３０ｍｍになっていることを特
   徴とする請求項２記載の鋳物の製造装置。
4. 【請求項４】 入れ子は、Ｃｕ基合金及びＷ基合金の少
   なくともいずれか一方から構成されているとともに、そ
   の厚さが１〜３０ｍｍになっていることを特徴とする請
   求項２記載の鋳物の製造装置。
5. 【請求項５】 入れ子の溶湯に接触する面と反対側の面
   を冷却する冷却手段が金型に設けられていることを特徴
   とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の鋳物
   の製造装置。
6. 【請求項６】 溶湯と接触する金型表面に被膜が形成さ
   れているとともに、上記被膜内部に微粒子が分散されて
   おり、かつ上記被膜の表面側の熱伝導率が金型本体側の
   熱伝導率より低くなっていることを特徴とする請求項１
   ないし請求項５のいずれかに記載の鋳物の製造装置。
7. 【請求項７】 溶湯と接触する金型表面に被膜が形成さ
   れているとともに、上記被膜内部に大きさの異なる微粒
   子が分散されており、かつ上記被膜の表面側の微粒子の
   大きさが上記金型本体側の微粒子の大きさより大きくな
   っていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のい
   ずれかに記載の鋳物の製造装置。
8. 【請求項８】 溶湯と接触する金型表面に第１の被膜が
   形成されているとともに、上記第１の被膜内部に微粒子
   が分散されており、かつ上記第１の被膜上に第２の被膜
   が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求
   項５のいずれかに記載の鋳物の製造装置。
9. 【請求項９】 溶湯と接触する金型表面に複数層の被膜
   が形成されており、かつ上記複数層の被膜のうち、溶湯
   と接触する最表面層を除いた層のうちの少なくとも一層
   が上記最表面層とは異なる色になっていることを特徴と
   する請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の鋳物の
   製造装置。
10. 【請求項１０】 湯溜まりの溶湯の自由表面に浮設され
    た耐熱性のシート部材を射出時に捕捉するための凹部
    が、上記湯溜まりの天井部に設けられていることを特徴
    とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の鋳物
    の製造装置。
11. 【請求項１１】 金属の溶湯を射出プランジャにより湯
    溜まりから金型のキャビティ内に充填して高圧下で凝固
    させる鋳物の製造方法において、上記湯溜まりに注湯さ
    れた上記溶湯の自由表面に耐熱性のシート部材を浮設し
    た後、上記溶湯を射出することを特徴とする鋳物の製造
    方法。
12. 【請求項１２】 溶湯よりも比重の小さい金属材をシー
    ト部材上に設け、上記金属材及び上記シート部材を上記
    溶湯とともにキャビティ内に供給することを特徴とする
    請求項１１記載の鋳物の製造方法。
13. 【請求項１３】 繊維材をシート部材上に設け、上記繊
    維材及び上記シート部材を上記溶湯とともにキャビティ
    内に供給することを特徴とする請求項１１又は請求項１
    ２記載の鋳物の製造方法。