(57)【要約】【課題】  送気加圧鋳造を適用するにあたっての、湯口部に近接する製品部に送気ガスの一部が短絡して侵入することを抑制できる通気性鋳型、およびこの通気性鋳型を用いて湯口部に近接する製品部にガス欠陥が生じることを抑制して健全な鋳造物品を製造する方法を提供する。【解決手段】  上型と下型とが見切り面で型合わされてなり、キャビティとして湯口部と、製品部と、前記湯口部から延伸して前記製品部に接続する湯道部とを少なくとも備え、前記湯口部に最も近接する前記製品部と前記湯口部との最短の距離は１０ｍｍ以上である通気性鋳型。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型とが見切り面で型合わされてなり、キャビティとして湯口部と、製品部と、前記湯口部から延伸して前記製品部に接続する湯道部とを少なくとも備え、
前記湯口部に最も近接する前記製品部と前記湯口部との最短の距離は１０ｍｍ以上であることを特徴とする通気性鋳型。
【請求項２】
前記最短の距離は７０ｍｍ以下である請求項１に記載の通気性鋳型。
【請求項３】
前記湯口部と前記湯口部に最も近接する前記製品部との間に介在する前記キャビティ以外の部分において、前記最短の距離をなす線分を含む鉛直断面と前記見切り面との交線の長さは、前記最短の距離よりも大きい請求項１又は２に記載の通気性鋳型。
【請求項４】
前記見切り面の一部をなし前記湯口部の底部を構成する湯口部見切り面は、前記見切り面の他の一部をなし前記湯口部に最も近接する前記製品部を前記上型の側と前記下型の側に分ける製品部見切り面よりも、上方に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通気性鋳型。
【請求項５】
前記湯道部の前記湯口部に直接に接続する部分は、前記湯道部から下方に傾斜して延伸する請求項１〜４のいずれかに記載の通気性鋳型。
【請求項６】
通気性鋳型と金属溶湯を準備し、前記通気性鋳型のキャビティ全体の体積よりも小さい体積の所望のキャビティ部分に略等しい体積の前記金属溶湯を前記通気性鋳型の湯口部から重力注湯したのちに、前記湯口部からガスを送気して前記金属溶湯を前記所望のキャビティ部分に押し込んで成形する鋳造物品の製造方法であって、
前記通気性鋳型は、
上型と下型とが見切り面で型合わせされてなり、
前記キャビティとして前記湯口部と、製品部と、前記湯口部から延伸して前記製品部に接続する湯道部とを少なくとも備え、
前記湯口部に最も近接する前記製品部と前記湯口部との最短の距離は１０ｍｍ以上であること、
を特徴とする鋳造物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通気性鋳型、特に、キャビティ全体の体積よりも小さい所望のキャビティ部分の体積にほぼ等しい体積の金属溶湯を重力注湯し、次いで湯口部からガスを送気して、所望のキャビティ部分に金属溶湯を充填して鋳造物品を製造する方法（以下、送気加圧鋳造ともいう。）に好適な通気性鋳型と、それを用いた鋳造物品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重力注湯（以下、単に注湯という場合がある）による鋳造物品の製造には、通気性鋳型（以下、鋳型ともいう。）、例えば砂型が一般的に用いられている。このような通気性鋳型を用いて、鋳造歩留りなどを大幅に改善する送気加圧鋳造が特許文献１および特許文献２に開示されている。送気加圧鋳造は、通気性鋳型のキャビティ（以下、単にキャビティともいう。）のうちの一部である所望のキャビティ部分に金属溶湯（以下、単に溶湯という場合がある。）を充填するため、キャビティの全体の体積よりも小さく、溶湯を充填させたい所望のキャビティ部分とほぼ等しい体積の溶湯を注湯したのち、注湯された溶湯が凝固する前に湯口部からガスを送気することにより、所望のキャビティ部分に溶湯を充填して凝固させる鋳造物品の製造方法である。送気加圧鋳造は、キャビティとして少なくとも湯口部、湯道部、および製品部を有し、さらに必要に応じて押湯部が配置された構造を有する一般的な通気性鋳型に適用可能である。
【０００３】
送気加圧鋳造においてできるだけ注入歩留りを高くするためには、キャビティのうちの製品部と押湯部のみを所望のキャビティ部分に設定するなどして、所望のキャビティ部分の体積をできるだけ小さくなるようにすることが重要である。また、例えば特許文献３のようなキャビティとして複数の製品部を有する鋳型に送気加圧鋳造を適用すれば、注入歩留りの更なる向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７５８６２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６９３４５号公報
【特許文献３】特開２００７−１１１７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特に複数の製品部を有する鋳型に送気加圧鋳造を試みたところ、従来の重力鋳造法に比べて、特に湯口部に近接する製品部の鋳造物品に、吹かれ、ガスホール、ブローホール、不回り不良などのガス欠陥による不良が頻発した。そしてその原因は、湯口部から送気したガスの一部が、キャビティ以外の通気性鋳型の部分または通気性鋳型の見切り面（分割面）あるいはその両方を介して短絡して製品部に侵入し、これが製品部に溶湯が充填された後も残留するためであることがわかった。
【０００６】
本発明の目的は、送気加圧鋳造を適用するにあたっての、湯口部に近接する製品部に送気ガスの一部が短絡して侵入することを抑制できる通気性鋳型、およびこの通気性鋳型を用いて湯口部に近接する製品部にガス欠陥が生じることを抑制して健全な鋳造物品を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、通気性鋳型の湯口部と、湯口部に最も近接する製品部との最短の距離を十分に確保することで上記の課題を解決できることを見出し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち本発明の通気性鋳型は、上型と下型とが見切り面で型合わされてなり、キャビティとして湯口部と、製品部と、前記湯口部から延伸して前記製品部に接続する湯道部とを少なくとも備え、前記湯口部に最も近接する前記製品部と前記湯口部との最短の距離は１０ｍｍ以上である通気性鋳型である。
【０００９】
本発明の通気性鋳型において、前記最短の距離は７０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の通気性鋳型は、前記湯口部と前記湯口部に最も近接する前記製品部との間に介在する前記キャビティ以外の部分において、前記最短の距離をなす線分を含む鉛直断面と前記見切り面との交線の長さは、前記最短の距離よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の通気性鋳型は、前記見切り面の一部をなし前記湯口部の底部を構成する湯口部見切り面は、前記見切り面の他の一部をなし前記湯口部に最も近接する前記製品部を前記上型の側と前記下型の側に分ける製品部見切り面よりも、上方に配置されていることが好ましい。
【００１２】
加えて、本発明の通気性鋳型において、前記湯道部の前記湯口部に直接に接続する部分は、前記湯道部から下方に傾斜して延伸することが好ましい。
【００１３】
そして、本発明の鋳造物品の製造方法は、通気性鋳型と金属溶湯を準備し、前記通気性鋳型のキャビティ全体の体積よりも小さい体積の所望のキャビティ部分に略等しい体積の前記金属溶湯を前記通気性鋳型の湯口部から重力注湯したのちに、前記湯口部からガスを送気して前記金属溶湯を前記所望のキャビティ部分に押し込んで成形する鋳造物品の製造方法であって、前記通気性鋳型は、上型と下型とが見切り面で型合わせされてなり、前記キャビティとして前記湯口部と、製品部と、前記湯口部から延伸して前記製品部に接続する湯道部とを少なくとも備え、前記湯口部に最も近接する前記製品部と前記湯口部との最短の距離は１０ｍｍ以上であることを特徴とする鋳造物品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、送気加圧鋳造を適用するにあたっての、湯口部に近接する製品部に送気ガスの一部が短絡して侵入することを抑制できる通気性鋳型が得られ、またこの通気性鋳型を用いることで湯口部に近接する製品部にガス欠陥が生じることを抑制して健全な鋳造物品を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の通気性鋳型を概念的に示す模式図であり、図１（ａ）は実施の形態１および実施の形態２に係る平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ'矢視の模式断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ部拡大図、図１（ｄ）は実施の形態１に係る図１（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。
【図２】図１に示す本発明の通気性鋳型を用いた鋳造物品の製造方法に係る注湯完了時の状態を概念的に示す模式図であり、図２（ａ）は図１（ａ）に対応する平面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図２（ａ）のＡ−Ａ’矢視の模式断面図、図２（ｃ）は図１（ｄ）に対応する図２（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。
【図３】図１に示す本発明の通気性鋳型を用いた鋳造物品の製造方法に係る送気工程時の状態を概念的に示す模式図であり、図３（ａ）は図１（ａ）に対応する平面図、図３（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図３（ａ）のＡ−Ａ’矢視の模式断面図、図３（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図３（ｂ）のＢ部拡大図、図３（ｄ）は図１（ｄ）に対応する図３（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態２に係る通気性鋳型と、それを用いた鋳造物品の製造方法に係る送気工程時の状態を概念的に示す模式断面図であり、図４（ａ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図、図４（ｂ）は図３（ａ）のＣ-Ｃ’矢視の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（通気性鋳型）
本発明の通気性鋳型のキャビティ以外の部分を構成する材料は、生砂、シェル砂、自硬性砂、その他の砂粒子でよいが、セラミックス粒子や金属粒子でもよい。またこれらのうち単一の構成材料のみではなく異なる構成材料からなる部分を有していてもよい。
【００１７】
本発明の通気性鋳型は、例えば、上型と下型とをそれぞれ造型したのちに、見切り面を介して互いに型合わせされる一般的な方法で製造できる。
【００１８】
次に本発明の通気性鋳型の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。これらに示す形態はそれぞれの類例の一形態であって、ここで示された形態に限定されない。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る通気性鋳型を概念的に示す模式図を図１に示す。、図１（ａ）は実施の形態１および実施の形態２に係る平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ'矢視の模式断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ部拡大図、図１（ｄ）は実施の形態１に係る図１（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。また、図３は図１に示す本発明の通気性鋳型を用いた鋳造物品の製造方法に係る送気工程時の状態を概念的に示す模式図であり、図３（ａ）は図１（ａ）に対応する平面図、図３（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図３（ａ）のＡ−Ａ’矢視の模式断面図、図３（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図３（ｂ）のＢ部拡大図、図３（ｄ）は図１（ｄ）に対応する図３（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。
【００２０】
まず図１（ａ）を参照する。通気性鋳型１は、湯口部２と、製品部３（本形態では８つ）と、湯口部２から延伸して各製品部３に連結する湯道部４と、湯道部４の途中に配される押湯５からなるキャビティを有する例として示す。なお、押湯５については有していなくてもよい。８つの製品部３は湯口部２を挟んで左右対称に各４つ配置され、左右の各４つはさらに２つずつ２列に配置されている。また、２つの製品部３が配置された各列において、２つの製品部３の間の湯道部４の途中に押湯５が設けられている。湯道部４は、湯口部２に直接に接続する部分４１（以下、第１湯道ともいう。）から左右２つに分岐し、さらに左右の側の２箇所でさらにそれぞれ２つに分岐して、各製品部３に接続している。なお、実施の形態１で示す湯道部４は湯口部２に対して左右対称に配置され、同じ構成で各製品部３に接続される形態としているので、以下、図１において、湯口部２から左側の製品部３と湯道部４の構成は特に断りのない限り説明を省略し、湯口部２から右側の部位についてのみ説明する（以下、図２、図３についても同様である。）。また、通気性鋳型１のキャビティ以外の部分は前述した構成材料からなる。
【００２１】
また、一般に上型および下型を造型して型合わせするまでの段階では、前記の構成材料を保持するために周囲を囲う鋳枠が用いられるが、型合わせ後に鋳枠が外されて鋳造に用いられる場合がある。通気性鋳型１は鋳枠を外した形態として示すが、鋳枠を有したままの形態であってもよい。
【００２２】
次に、図１（ｂ）を参照する。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ'矢視の模式断面図であって、製品部３のうち湯口部２に最も近接する製品部３１（以下、最近接の製品部ともいう。）と湯口部２との最短の距離ｘをなす点ａと点ｂとを結ぶ線分９（以下、最短距離の線分ともいう。）を含む鉛直断面である。通気性鋳型１は、上型１１と下型１２とが見切り面ＰＬで型合わせされてキャビティを形成するが、通気性鋳型１の内部の見切り面ＰＬはキャビティの構造に応じて凹凸を有していてもよい。
【００２３】
図１（ｂ）において、湯口部２と最近接の製品部３１との最短の距離ｘの値は１０ｍｍ以上であることが好ましい。この理由を図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）は、図１（ｂ）に対応する送気工程時の状態を概念的に示す図であるが、最短の距離ｘが１０ｍｍよりも小さい値である場合、送気加圧鋳造において最近接の製品部３１に金属溶湯Ｍが充填される時期よりも早期に、湯口部２から鉛直下向きに送気したガスＧのうちの一部のガスｇが、湯口部２と最近接の製品部３１との間に介在するキャビティ以外の部分を通過して最近接の製品部３１に短絡して侵入しやすくなる。この場合は製品部３１に吹かれ、ガスホール、ブローホール、不回り不良などのガス欠陥による不良が頻発するようになる。しかし、ｘの値が１０ｍｍ以上であればこの現象を抑制することができる。より好ましいｘの値は１５ｍｍ以上である。このように、一部のガスｇが短絡して侵入することを抑制する観点では、最短の距離ｘは可能な限り大きい値であるほうが好ましい。ところがｘの値が大き過ぎる場合は、通気性鋳型１に配置できる製品部３の数が制限されるため反って注入歩留りが低下して送気加圧鋳造の長所を活かすことができなくなる。このためｘの値は７０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは５０ｍｍ以下である。
【００２４】
さらに、通気性鋳型１では、見切り面ＰＬの一部をなし湯口部２の底部を構成する見切り面６（以下、湯口部見切り面ともいう。）が、見切り面ＰＬの他の一部をなし最近接の製品部３１を上型１１の側と下型１２の側に分ける見切り面７（以下、製品部見切り面ともいう。）よりも上方に配置される形態としている。湯口部見切り面６が製品部見切り面７よりも下方に配置されていてもよいが、製品部３はその下部から上部に向かって概ね先細りとなる形態で配置されることが一般的であるため、湯口部見切り面６が製品部見切り面７よりも上方に配置される形態とすることにより、最近接の製品部３１の水平方向の配置を湯口部２から離間させずに、すなわち通気性鋳型１に配置できる製品部３の数を減らすことなく、最短の距離ｘの値を大きく確保できるのでより好ましい。
【００２５】
また、一部のガスｇは、キャビティ以外の部分のなかでも、特に見切り面ＰＬを優先的に通過して最近接の製品部３１に侵入しやすい。このため、湯口部２から最近接の製品部３１に至る見切り面の長さが大きいほうが、一部のガスｇの製品部３１への侵入をさらに抑制できる。図１（ｃ）は図１（ｂ）の、図３（ｃ）は図３（ｂ）のぞれぞれＢ部の拡大図であって、湯口部２と最近接の製品部３１との間に介在するキャビティ以外の部分を拡大した図である。図１（ｃ）および図３（ｃ）において、点ａから点ｃと点ｄを経て点ｅに至る交線８は、湯口部２と最近接の製品部３１との間に介在するキャビティ以外の部分における見切り面ＰＬに相当し、最短距離の線分９を含む鉛直断面と見切り面ＰＬとの交線である。この交線８の長さは最短距離の線分９の長さ（最短の距離ｘ）よりも大きいことが好ましい。換言すると、湯口部２と最近接の製品部３１との間に介在するキャビティ以外の部分において、最短距離の線分９を含む鉛直断面と見切り面ＰＬとの交線８の長さは、最短の距離ｘよりも大きいことが好ましい。交線８の長さが大きいほど、一部のガスｇは減衰しキャビティ以外の部分で拡散するため、最近接の製品部３１に侵入しにくくなる。好ましい交線８の長さは、最短の距離ｘの１．１倍以上、より好ましくは１．３倍以上、さらに好ましくは１．５倍以上である。なお、図示はしないが、湯口部見切り面６が製品部見切り面７の下方に配置される形態であっても、交線８の長さは最短の距離ｘよりも大きいことが好ましい。
【００２６】
（実施の形態２）
図１（ｄ）は実施の形態１に係る図１（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。実施の形態１では第１湯道４１が湯口部２から水平方向に延伸する形態としている。この場合の送気工程時は、図１（ｄ）に対応する図３（ｄ）に示すように、湯口部２から鉛直下向きに送気されたガスＧは湯口部２の底部において水平方向に向きを変える際に、慣性によって一部のガスｇがキャビティ以外の部分に侵入する。このように侵入する一部のガスｇを抑制することにより、最近接の製品部３１に短絡して侵入するガスをさらに抑制することができる。このための第１湯道の好ましい形態を、本発明の実施の形態２として次に説明する。
【００２７】
図４は本発明の実施の形態２に係る通気性鋳型と、それを用いた鋳造物品の製造方法に係る送気工程時の状態を概念的に示す模式断面図であって、図４（ａ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）のＣ-Ｃ’矢視の模式断面図である。実施の形態２に係る上型１１１と下型１１２が型合わせされた通気性鋳型１０１では、湯道部１０４のうちの第１湯道１４１が湯口部１０２から下方に傾斜して延伸する形態としていることのみが実施の形態１の通気性鋳型１とは異なっているが、他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２８】
図１（ｄ）および図３（ｄ）に示す実施の形態１では、前述のように第１湯道４１が水平方向に延伸している。これに対して図４に示す実施の形態２では、第１湯道１４１が湯口部１０２から下方に傾斜して延伸しているため、湯口部１０２に向けて鉛直下向きに送気されたガスＧは、湯口部１０２の底部における向きの変化が実施の形態１よりも緩やかとなる。このため、キャビティ以外の部分に慣性によって侵入する一部のガスｇの量を、実施の形態１よりも少なく抑えることができる。従って、最近接の製品部３１への一部のガスｇの侵入をより抑えることができ、最近接の製品部３１における鋳造物品のガス欠陥をさらに抑制できるので好ましい。
【００２９】
（鋳造物品の製造方法）
次に本発明の通気性鋳型１を用いて送気加圧鋳造により鋳造物品を製造する方法を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態２で示した通気性鋳型１０１を用いた鋳造物品の製造方法については、基本的な作用効果は同様であるので説明を省略する。
【００３０】
（金属溶湯）
本発明の通気性鋳型を用いて鋳造物品を製造するために用いる金属溶湯には、公知の金属材料の融体が使用できる。例えば、普通鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、鋳鋼などの鉄系合金や、アルミニウム合金、亜鉛合金、錫合金、銅合金、マグネシウム合金などが適用できる。
【００３１】
（注湯工程）
図１に示す本発明の通気性鋳型１と、前述の金属溶湯を準備し、図１（ａ）の破線で示す所望のキャビティ部分Ｖの体積とほぼ等しい体積の金属溶湯Ｍを湯口部２から重力注湯する。図２は図１に示す本発明の通気性鋳型を用いた鋳造物品の製造方法に係る注湯完了時の状態を概念的に示す模式図であり、図２（ａ）は図１（ａ）に対応する平面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図２（ａ）のＡ−Ａ’矢視の模式断面図、図２（ｃ）は図１（ｄ）に対応する図２（ａ）のＣ−Ｃ’矢視の模式断面図である。
【００３２】
注湯された金属溶湯Ｍは湯口部２から湯道部４を通って製品部３に流入していくが、所望のキャビティ部分Ｖの体積は通気性鋳型１のキャビティ全体の体積よりも小さいために、図２で示す注湯完了時の段階では、金属溶湯Ｍは所望のキャビティ部分Ｖのすべてを満たさない。すなわち図２（ｂ）に示すように、最近接の製品部３１（製品部３）においては、金属溶湯Ｍは最近接の製品部３１のすべてを満たさず、例えば溶湯面Ｓで示す高さ位置にとどまっている。また、この例では溶湯面Ｓが湯口部見切り面６よりも低い位置になるようにしているため、図２（ｃ）に示すように、第１湯道４１には金属溶湯Ｍが存在しない状態となっている。
【００３３】
（送気工程）
次に、湯口部２からガスＧを送気して金属溶湯Ｍを製品部３に押し込む工程を、再び図３を参照して説明する。所望のキャビティ部分Ｖに金属溶湯Ｍを押し込むために必要な圧力でガスＧを湯口部２より鉛直下向きに送気すると、注湯完了時において湯道部４に滞留していた金属溶湯Ｍは、図３（ａ）に示すようにガスＧによって押圧されて所望のキャビティ部分Ｖを満たすまで押し込まれ、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように製品部３は金属溶湯Ｍで充満される。さらにこの状態を保ちつつ金属溶湯Ｍを凝固させて成形することにより、製品部３が象る鋳造物品を得ることができる。
【００３４】
図３（ｃ）を参照する。前述のようにガスＧうちの一部のガスｇは湯口部２の底部からキャビティ以外の部分に侵入する。しかしながら、前述したように湯口部２と最近接の製品部３１との最短の距離ｘの値を１０ｍｍ以上とすることにより、一部のガスｇが最近接の製品部３１にまで短絡して侵入することを防止でき、最近接の製品部３１における鋳造物品のガス欠陥を抑制できる。さらに湯口部２と最近接の製品部３１との間に介在するキャビティ以外の部分において、最短の距離をなす線分９を含む鉛直断面と見切り面ＰＬとの交線８の長さが最短の距離ｘよりも大きくなっており、加えて見切り面ＰＬの一部をなし湯口部２の底部を構成する湯口部見切り面６が、見切り面ＰＬの他の一部をなし最近接の製品部３１を上型１１の側と下型１２の側に分ける製品部見切り面７よりも、上方に配置されているために、一部のガスｇが最近接の製品部３１へ侵入し難く、最近接の製品部３１における鋳造物品のガス欠陥の抑制がより確実なものとなる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１０１：通気性鋳型
１１、１１１：上型
１２、１１２：下型
２、１０２：湯口部
３：製品部
３１：最近接の製品部
４、１０４：湯道部
４１、１４１：第１湯道
５：押湯
６：湯口部見切り面
７：製品部見切り面
８：交線
９：最短距離の線分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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