(57)【要約】【課題】空気、酸化皮膜等の巻き込みがより少なく、従来のダイカスト法又は低圧鋳造法より高品質製品をより低コストで製造できる鋳造法及び装置を提供する。【解決手段】溶湯、半凝固インゴット及び半溶融インゴットの少なくとも１種の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、（１）底部に注湯口が設けられた鋳型、（２）鋳型に前記出発材料を導入するための導入手段及び（３）前記注湯口と前記導入手段との間を開閉できる遮断部材を含み、前記遮断部材が、ａ）前記注湯口と接する側に形成された副生物捕捉空隙、ｂ）副生物が捕捉された後の出発材料を鋳型の空隙部に導入するための開口部を含む、縦型鋳造装置に係る。【選択図】図１
2010167430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、
（１）底部に注湯口が設けられた鋳型、
（２）出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段、
（３）注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含み、
前記開閉用部材が、ａ）前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、ｂ）注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する、
ことを特徴とする縦型鋳造装置。
【請求項２】
前記材料導入手段が、
（ａ）スリーブ及びそれに対応するプランジャ・チップを有する装置又は
（ｂ）ｂ−１）溶湯を収容する保持炉、ｂ−２）前記保持炉中の溶湯に浸漬されるストーク及びｂ−３）保持炉中の出発材料をストークに導入して押し上げるための加圧手段を有する装置
である、請求項１に記載の縦型鋳造装置。
【請求項３】
前記加圧手段が、i)溶湯導入口が設けられたストーク内において配置されたプランジャ・チップ、ii)前記プランジャ・チップを駆動軸を介して上下運動させる駆動部、iii)前記駆動軸が前記保持炉を貫通する貫通部が出発材料に浸漬されないように前記貫通部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口を含む加圧装置である、請求項２に記載の縦型鋳造装置。
【請求項４】
開口部の口径が前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい、請求項２に記載の縦型鋳造装置。
【請求項５】
出発材料の側面の表面部分を取り除くために、前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい内径を有するリング状部材が設置されている、請求項２に記載の縦型鋳造装置。
【請求項６】
副生物捕捉空隙中のガスを装置外部に排気するための排気通路が遮断部材に形成されている、請求項１に記載の縦型鋳造装置。
【請求項７】
（ａ）開口部において少なくとも出発材料と接触する部位及び（ｂ）副生物捕捉空隙において少なくとも出発材料と接触する部位の少なくとも一方が耐摩耗性材料により形成されている、請求項１に記載の縦型鋳造装置。
【請求項８】
溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法であって、
（１）出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する第１工程、
（２）前記収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く第２工程及び
（３）表面部分が取り除かれた後の出発材料を鋳型空隙内に導入する第３工程
を含むことを特徴とする鋳造方法。
【請求項９】
第３工程において、出発材料を鋳型空隙内に導入するに際し、前記鋳型空隙内を減圧下ないしは真空下とする、請求項８に記載の縦型鋳造方法。
【請求項１０】
鋳型空隙内に出発材料を充填した後、当該出発材料を鋳型空隙内で加圧する工程を含む、請求項８に記載の縦型鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な縦型鋳造装置及び鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属又は合金を溶融、半溶融又は半凝固状態として、製品となる鋳型空隙部に注入する鋳造加工法が種々の自動車部品、機械・電気部品等の製造に利用されている。特にＡｌ合金、Ｍｇ合金等に対しては、生産性、寸法精度が高く薄肉製品が製造できるダイカスト法のほか、高品質製品を製造できる低圧鋳造法が多用されている。
【０００３】
ダイカスト法は、水平ダイカスト法と垂直ダイカスト法に分類され、コールドチャンバー式水平ダイカスト法が多用されている（非特許文献１）。しかし、水平ダイカスト法ではスリーブが水平であるため、スリーブを溶湯で充満することが困難であり、湯面には酸化被膜が生成する。さらに、溶湯とスリーブの接触面で酸化及び凝固が生じる。このため、スリーブ中の空気や酸化被膜、凝固層が鋳型空隙部に巻き込まれやすく、機械的性質や気密性を劣化させる。この状況は半凝固インゴットを射出する半凝固加工法あるいは半溶融加工法（非特許文献１）でも同じである。
【０００４】
一方、垂直型ダイカスト法の一つであるスクイズ鋳造法（非特許文献１）では、スリーブ上部に空気が存在するが、最初に射出されるので、水平式ダイカスト法よりガスの巻き込みを減らすことが可能である。しかし、スリーブ中の溶湯が酸化被膜で覆われていることやスリーブとの接触面に凝固が生じることには変わりはなく、水平ダイカストと同様にこれらが巻き込まれやすい。
【０００５】
これらの従来のダイカスト法では、ゲート断面積がかなり小さくなっている。これは、製品とその他の部分の分離を容易にするためだけではなく、前述の酸化被膜又は凝固層の巻き込みを防ぐために必要である。しかし、ゲート断面積が小さいため、ゲート部での溶湯速度が大きくなり、鋳型空隙部でガスを巻き込みやすく、これが欠陥となる。
【０００６】
また、低圧鋳造法では、ストーク内の湯面に発生する酸化皮膜や落下してきた介在物を巻き込む危険性があるほか、生産性が低く、鋳型空隙部の高真空化も困難である。
【０００７】
これらの従来の鋳造法の問題点を解決するために、高速・高真空鋳造法等が開発されている（非特許文献２）。しかし、これらの方法で使用される鋳造装置はその構造がより複雑になり、かえって高コストとなる。このため、工業的規模での生産に適した鋳造方法又は鋳造装置の開発が切望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１３０３４
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】大中逸雄、溶融加工学、コロナ社（２００４）
【非特許文献２】素形材、Ｖｏｌ．４４（２００３）１，６ （財）素形材センター
【非特許文献３】ダイカスト技術の展望（１９９８．６）日本ダイカスト協会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これに対し、本発明者は、鋳型空隙部と溶湯保持炉中のストークをシール板で遮断して、ストーク内を減圧して溶湯を吸い上げ、湯面の酸化物を除去後、シール板の開口部から高真空とした鋳型空隙部に溶湯を吸引する方法を先に提案し、特許出願している（特許文献１）。
【００１１】
しかしながら、この方法もさらに改良する余地があることが判明している。例えば、わずかな機密不良、塗型からのガス発生等があると鋳造が困難になることがある。この問題は、特に大型の鋳物を製造する場合に顕著になると考えられる。また、この方法では、半凝固インゴットを射出する半凝固鋳造法には適用することは困難である。
【００１２】
従って、本発明の主な目的は、空気、酸化皮膜等の巻き込みがより少なく、従来のダイカスト法又は低圧鋳造法より高品質な鋳造品をより低コストで製造できる鋳造法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定の方法により鋳造を行うことにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記の縦型鋳造装置及び鋳造方法に係る。
１．  溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、
（１）底部に注湯口が設けられた鋳型、
（２）出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段、
（３）注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含み、
前記開閉用部材が、ａ）前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、ｂ）注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する、
ことを特徴とする縦型鋳造装置。
２．  前記材料導入手段が、
（ａ）スリーブ及びそれに対応するプランジャ・チップを有する装置又は
（ｂ）ｂ−１）溶湯を収容する保持炉、ｂ−２）前記保持炉中の溶湯に浸漬されるストーク及びｂ−３）保持炉中の出発材料をストークに導入して押し上げるための加圧手段を有する装置
である、前記項１に記載の縦型鋳造装置。
３．  前記加圧手段が、i)溶湯導入口が設けられたストーク内において配置されたプランジャ・チップ、ii)前記プランジャ・チップを駆動軸を介して上下運動させる駆動部、iii)前記駆動軸が前記保持炉を貫通する貫通部が出発材料に浸漬されないように前記貫通部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口を含む加圧装置である、前記項２に記載の縦型鋳造装置。
４．  開口部の口径が前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい、前記項２に記載の縦型鋳造装置。
５．  出発材料の側面の表面部分を取り除くために、前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さい内径を有するリング状部材が設置されている、前記項２に記載の縦型鋳造装置。
６．  副生物捕捉空隙中のガスを装置外部に排気するための排気通路が遮断部材に形成されている、前記項１に記載の縦型鋳造装置。
７．  （ａ）開口部において少なくとも出発材料と接触する部位及び（ｂ）副生物捕捉空隙において少なくとも出発材料と接触する部位の少なくとも一方が耐摩耗性材料により形成されている、前記項１に記載の縦型鋳造装置。
８．  溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法であって、
（１）出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する第１工程、
（２）前記収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く第２工程及び
（３）表面部分が取り除かれた後の出発材料を鋳型空隙内に導入する第３工程
を含むことを特徴とする鋳造方法。
９．  第３工程において、出発材料を鋳型空隙内に導入するに際し、前記鋳型空隙内を減圧下ないしは真空下とする、前記項８に記載の縦型鋳造方法。
１０．  鋳型空隙内に出発材料を充填した後、当該出発材料を鋳型空隙内で加圧する工程を含む、前記項８に記載の縦型鋳造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明方法又は本発明装置によれば、特に減圧吸引によることなく、出発材料を押し上げて鋳型に導入することができるので、減圧吸引する方法に比べて鋳型空隙内への空気又はガスの侵入の可能性をより低減することができる上、減圧吸引する場合よりも低コスト化を図ることができる。しかも、出発材料を鋳型に導入に先立って副生物を取り除くので、より高品質の鋳造体を製造することができる。より具体的には、下記（１）〜（８）のような効果を得ることができる。
【００１６】
（１）材料導入手段の収容部（スリーブ等）の上部の空気又はガスは、鋳型内又は排気溝を通じて外部に排出される。また、スリーブ等の内部に残存するガス又は酸化皮膜に覆われている溶湯上部が鋳型空隙部への導入前に除去される。これにより、空気や酸化被膜の巻き込みがほとんどない状態で鋳造を行うことができる。
（２）スリーブ内径又はストーク内径より小さい内径をもつ開口部から出発材料が鋳型空隙部に挿入される場合は、溶湯周囲の酸化・凝固層が鋳型空隙部に入りにくくすることができる。特に、開口部の入口周囲に設けた窪み（副生物捕捉空隙）により、酸化被膜等が捕捉され、鋳型空隙内への侵入をおさえることができる。
（３）開口部断面積（これはゲート断面積に相当する）は従来のダイカスト法に比較しかなり大きくできるので、たとえゲート部での出発材料（溶湯等）の移動速度は低速であっても鋳型空隙内を迅速に充満でき、空気又はガスの巻き込みも少なくすることができる。
（４）鋳型空隙内を開閉用部材で密閉して減圧する場合には、生産性を損なうことなく、あるいは大容量真空系を使用しなくても、鋳型空隙内部を容易に高真空化することができる。
（５）鋳型空隙部が出発材料で充満された後、開閉用部材で鋳型空隙部をシールできるので、プランジャ・チップ以外でも出発材料を加圧でき、空隙部細部への溶湯充填、凝固収縮による引け巣防止あるいは塗型から発生したガス気泡の圧縮等を容易に行うことができる。
（６）本発明方法又は本発明装置では、副生物捕捉空隙部及び開口部で出発材料（特に溶湯）を切断する際に出発材料をかみ込む可能性があり、開閉用部材及び開閉用部材支持部材の耐久性が問題となるような場合は、これらの部分に優れた耐摩耗性材料を部分的に適用することにより、より低コストでより高い耐久性を得ることができる。
（７）半溶融インゴットの外径より内径が小さいリング状の部分を通して半溶融インゴットを鋳造する場合には、酸化物に覆われているインゴット外面部が削り取られ、また、上部は副生物捕捉空隙部で除去されるため、出発材料のうち清浄な部分だけが鋳型空隙内に導入されることから、高品質な鋳造体を得ることができる。
（８）スリーブとプランジャ・チップの代わりとして、開閉用部材の下部にストークを設置し、保持炉又は溶解炉中の溶湯を前記ストークを通じて押し上げるように設計した場合でも、上記と同様の効果が得られる上、プランジャを利用するよりも装置コストが安くすることができる。但し、この場合、プランジャ・チップの場合ほど溶湯を加圧できないので、必要に応じて、鋳型空隙部が溶湯で充満された後、溶湯遮断部材で鋳型空隙部をシールした後の加圧又は押湯を実施すれば良い。この場合、加圧等をすることにより、鋳物と鋳型間の隙間が小さくなり、熱移動が促進され、凝固時間が短縮されるので、ダイカスト法と同様の生産性が得られる。さらに、鋳型空隙部を高真空として空気又はガスあるいは酸化皮膜の巻き込みを最小限にでき、より高品質な鋳造体を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の主要構成要素を示す側面図である。
【図２】実施例１で使用した溶湯遮断部材の詳細図である。
【図３】実施例１の主要工程を示す図である。（ａ）溶湯あるいは半凝固インゴットを挿入する工程（ｂ）溶湯を酸化皮膜捕捉空洞６に挿入する工程（ｃ）溶湯を鋳型空隙部２に挿入する工程（ｄ）スリーブ４を下げ、不要な凝固物を除去し、次の鋳造の準備をする工程
【図４】実施例２で使用した溶湯遮断部材の側面図である。
【図５】実施例３の主要構成要素と工程を示す図である。（ａ）半凝固インゴットを挿入する工程（ｂ）スリーブ先端を酸化皮膜受け板まで上昇させる工程（ｃ）酸化皮膜除去リングを通して側面の酸化皮膜を除去する工程（ｄ）チップ内筒９−２を押し上げて半溶融インゴット５の上部を酸化物捕捉空洞６に押し込む工程（ｅ）残留凝固物等を除去し清掃する工程
【図６】実施例３で溶湯遮断部材の断面方向から見た側面図である。
【図７】実施例５の主要構成要素を示す側面図である。
【図８】実施例５のストーク内に設置したプランジャ・チップにより溶湯を押し上げる構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  鋳型
２  鋳型空隙部
３  開閉用部材
４  スリーブ
５  出発材料（溶湯又は半凝固インゴット）
６  副生物捕捉空隙部
７  開口部
８  排気溝
９  プランジャ・チップ
９．１   チップ外筒
９．２   チップ内筒
１０  押出しピン
１１  油圧パイプ
１２  加圧ピストン
１３  副生物捕捉空隙部
１４  開閉用部材支持体
１５  電動サーボモータ
１６  ボールねじ
１７  排気口
１８  耐摩耗性材料
１９  リング保持板
２０  酸化皮膜除去リング
２１  酸化皮膜受け板
２２  除去された酸化皮膜
２３  清掃チップ
２４  オーバーフロー
２５  タイバー
２６  凝固物
２７  保持炉
２８  ストーク
２９  加圧用ガス口
３０  プランジャ駆動部
３１  駆動軸
３２  貫通部
３３  不活性ガス導入口
３４  溶湯導入口
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．縦型鋳造装置
本発明の縦型鋳造装置は、溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する装置であって、
（１）底部に注湯口が設けられた鋳型、
（２）出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段、
（３）注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含み、
前記開閉用部材が、ａ）前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、ｂ）注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する、
ことを特徴とする
【００２０】
本発明では、出発材料としては溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の金属又は合金を用いることができる。従って、例えば半凝固インゴット、半溶融インゴット等も出発材料として用いることができる。出発材料の種類としては特に限定されず、例えば鉄、アルミニウム、銅等の金属のほか、鋼鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金等の合金が挙げられる。
【００２１】
本発明装置では、出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造するに際し、鋳型の底部に注湯口が設けられている。鋳型の下部に配置されている出発材料が注湯口より鋳型空隙内に充填される。注湯口は、通常は１つで良いが、必要に応じて複数設けることもできる。また、注湯口の形状も限定的でなく、円形、楕円形、矩形（四角形）等のいずれの形状でも良い。
【００２２】
材料導入手段としては、出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入できるものであれば限定されないが、とりわけ減圧による吸引以外の方法で鋳型に出発材料を導入できる手段であることが好ましい。例えば、（ａ）スリーブ（筒状スリーブ）及びそれに対応するプランジャ・チップ（ピストン状部材）を有する装置、（ｂ）ｂ−１）溶湯を収容する保持炉、ｂ−２）前記保持炉中の溶湯に浸漬されるストーク及びｂ−３）保持炉中の出発材料をストークに導入して押し上げるための加圧手段等を導入手段として好適に用いることができる。特に、上記ｂ−３）の加圧手段としては、i)溶湯導入口が設けられたストーク内において配置されたプランジャ・チップ、ii)前記プランジャ・チップを駆動軸を介して上下運動させる駆動部、iii)前記駆動軸が前記保持炉を貫通する貫通部が出発材料に浸漬されないように前記貫通部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口を含む加圧装置を好適に採用することができる。
【００２３】
本発明では、さらに注湯口と導入手段との間を開閉できる開閉用部材を含む。そして、開閉用部材は、ａ）前記部材において出発材料と接する側に形成された副生物捕捉空隙部、ｂ）注湯口を経て鋳型空隙部に出発材料を導入するための開口部を有する。
【００２４】
開閉用部材は、例えばプレート状材料（金属、セラミックス又はこれらの複合材料）を用い、これを加工することにより副生物捕捉空隙部及び開口部を形成すれば良い。プレート状材料の材質、寸法（長さ×幅×厚み）等は、装置の規模、目的とする鋳造体の種類又は用途等に応じて適宜設定することができる。
【００２５】
本発明の開閉用部材により、出発材料を鋳型空隙内に導入するタイミングを制御することができる。例えば、出発原料を直ちに鋳型空隙内に導入する場合は、開閉用部材により注湯口を開放し、材料導入手段に収容されている出発材料をそのまま鋳型空隙内に導入することができる。注湯口の開放は、例えば注湯口と開口部との位置を合わせることにより実施することができる。また例えば、いったん材料導入手段に出発材料を保持しておく場合は、開閉用部材により注湯口を閉じる状態にしておくことができる。この場合、開閉用部材は可動式としておくことが好ましい。例えば、水平移動により注湯口を開閉できるようにしておけば、特別な開閉装置を設けることなく、開閉用部材の水平移動だけで簡便に注湯口の開閉を行うことができる。
【００２６】
開閉用部材の副生物捕捉空隙部は、開閉用部材において出発材料と接する側に形成されている。例えば、開閉用部材において出発材料と接触する面の一部に窪み（凹部）を設け、これを副生物捕捉空隙部とする。この空隙部において、出発材料の上面部分（湯面部分）を誘導すれば良い。このように、副生物捕捉空隙部では、出発材料を鋳型空隙内に導入するに先立って、出発材料の表面（特に空気又はガスと接する面）で生成する酸化物等の副生物を含む部分が滞留する。そして、最終的には開閉用部材により上面部分と下部の出発原料とが分断され、清浄な部分である下部の出発材料を選択的に得ることができる。これによって、鋳造体の品質劣化の原因となる物質を効率的に低減ないしは除去することができる結果、高品質の鋳造体を製造することができる。副生物捕捉空隙部は、開口部とは別途に設けられるが、水平移動により開閉できることを考慮すれば、副生物捕捉空隙部と開口部とは同一直線上に形成されていることが望ましい。
【００２７】
開口部は、その口径が前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さく設定することが好ましい。特に、開口部の形状を円形とし、その直径を前記スリーブの内径又は前記ストークの内径よりも小さくすることが好ましい。そして、例えば、円形の開口部の中心と円形の前記スリーブ又は前記ストークの中心とを一致又は近接するように配置することにより、前記スリーブ又は前記ストークから供給される出発材料の側面の表面部分が概ね均等に除去される。すなわち、前記スリーブから供給される出発材料の側面の表面部分には金属酸化物、凝固物等の副生物が多く含まれるが、そのような副生物を多く含む部位を効率的に除去することができる。これによって、より高品質の鋳造体を提供することが可能となる。
【００２８】
また、本発明装置では、スリーブあるいはストーク内の空気又はガス、副生物捕捉空隙部内の空気又はガスを装置外部に排気するための排気通路を開閉用部材に形成しても良い。副生物捕捉空隙部には副生物のほか、空気又はガスも混入する場合がある。このような場合は、副生物捕捉空隙部につながるように排気通路を設けることにより装置外部に放出することが好ましい。排気通路の形成方法も限定されず、例えば開閉用部材が導入手段と接する面に溝状に形成したり、装置外部と副生物捕捉空隙部とを直結する貫通穴を開閉用部材中に設けることもできる。
【００２９】
２．鋳造方法
本発明の鋳造方法は、溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法であって、
（１）出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する第１工程、
（２）前記収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く第２工程及び
（３）表面部分が取り除かれた後の出発材料を鋳型空隙内に導入する第３工程
を含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明方法は、溶融状態、半凝固状態又は半溶融状態の出発材料を押し上げて上方の鋳型に導入することにより鋳造体を製造する方法である。出発材料としては、前記で掲げた金属又は合金を用いることができる。
【００３１】
第１工程
第１工程では、出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入するための材料導入手段によって、出発材料を当該材料導入手段の収容部に導入するに際し、当該収容部を減圧することなく出発材料を押し上げて前記収容部に導入する。
【００３２】
材料導入手段としては、出発材料を収容し、注湯口から出発材料を鋳型に導入できるものであれば限定されないが、特に、減圧による吸引以外の方法で鋳型に出発材料を導入できる手段を用いる。例えば、（ａ）スリーブ（筒状スリーブ）及びそれに対応するプランジャ・チップ（ピストン状部材）を有する装置、（ｂ）ｂ−１）溶湯を収容する保持炉、ｂ−２）前記保持炉中の溶湯に浸漬されるストーク及びｂ−３）保持炉中の出発材料をストークに導入して押し上げるための加圧手段を有する装置等を導入手段として好適に用いることができる。この場合、上記ｂ−３）における加圧手段としては、例えばi)溶湯導入口が設けられたストーク内において配置されたプランジャ・チップ、ii)前記プランジャ・チップを駆動軸を介して上下運動させる駆動部、iii)前記駆動軸が前記保持炉を貫通する貫通部が出発材料に浸漬されないように前記接触部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口を含む加圧装置を好適に用いることができる。
【００３３】
第２工程
第２工程では、収容部に収容された出発材料の表面部分を取り除く。出発材料は、収容部に収容された状態にあり、その表面が空気又はガスと接触する。すなわち、空気又はガスと接触している部分は、酸化物、凝固物等の副生物が生成しており、最終的に得られる鋳造体の品質を劣化させる原因となる。このため、出発材料を鋳型空隙内に導入するに先立って、空気又はガスと接触している表面部分を予め取り除く。これによって、高品質な鋳造体を提供することが可能となる。
【００３４】
空気又はガスと接触する部分は、通常は出発材料の上面であるため、その上面部分を取り除ければ良い。また、半凝固インゴット等の場合は側面も空気又はガスと接触する場合もあり、この場合は側面の表面部分も取り除いても良い。いずれの場合であっても、少なくとも上面部分の除去は必要となる。
【００３５】
従って、表面部分の除去手段としては、限定的ではないが、例えば本発明装置のように副生物捕捉空隙部として凹部が形成された開閉用部材（例えばプレート状部材）を出発材料の上方に配置し、出発材料の表面部分（上面部分）を副生物捕捉空隙部に誘導した後、開閉用部材を水平移動させることにより、副生物を比較的多く含む上面部分とその下部にある出発材料とを分断することにより、後者を清浄な出発材料として得ることができる。
【００３６】
第３工程
第３工程では、表面部分が取り除かれた出発材料を鋳型空隙内に導入する。副生物が比較的多量に含まれる表面部分を除去した後の清浄な出発材料を鋳型空隙内に導入することによって高品質な鋳造体を得ることができる。
【００３７】
出発材料を導入する方法は特に制限されない。例えば、第１工程で用いる材料導入手段を用いて鋳型空隙内に出発材料を導入することができる。
【００３８】
鋳型空隙部に導入した後は、公知の方法に従って鋳造体を作製する。この場合、鋳型空隙内に出発材料を充填（充満）した後、必要に応じて出発材料を加圧することができる。出発材料が完全に凝固する前に加圧することによって、出発材料の表面張力による抵抗で出発材料が流入しにくい微小寸法部分までより確実に出発材料で満たすことができる結果、より高い寸法精度を有する鋳造体を得ることができる。また、凝固収縮によって発生する引け巣を防止できる。
【実施例】
【００３９】
以下に実施例を示し、本発明の特徴をより具体的に説明する。但し、本発明の範囲は、実施例に限定されない。
【００４０】
＜実施例１＞
図１に実施例１における全体の主要構成要素、図２に実施例１で使用した開閉用部材（以下「溶湯遮断部材」ともいう。）３の詳細図、図３に実施例１の主要工程図をそれぞれ示す。本実施例では、鋳型空隙部２を開閉用部材３で密閉し、鋳型１とスリーブ４を分離した状態で（図３（ａ））、スリーブ４に溶湯５を注入するか、あるいは半凝固インゴットをロボット等を利用して挿入する。注湯する場合、スリーブ４を傾動させて溶湯が静かにスリーブ４に入るようにすることが望ましい。この間に、鋳型空隙部２を真空に減圧する。次にスリーブ４を上昇させ、開閉用部材３に先端を押し当てる、あるいは開閉用部材近傍に位置させる。そして、プランジャ・チップ９を押し上げ、溶湯あるいは半凝固インゴット５の上部（酸化物で覆われている）を副生物捕捉空隙部（以下「酸化皮膜捕捉空洞」ともいう。）６に挿入する（図３（ｂ））。この際、スリーブ４中の空気は、排気溝８を通じて排出される（図２）。溶湯の一部は排気溝８にも多少入ることもあるが、すぐに凝固し、それ以降の空気の排出はなくなる。次に、開閉用部材３を移動させ、副生物捕捉空隙部６の溶湯（一部凝固している）を切断すると共に開口部７をスリーブ中央に位置させ、プランジャ・チップ９で溶湯又は半凝固インゴット５を鋳型空隙部２に挿入する（図３（ｃ））。鋳型空隙部２が溶湯で充満されたら、開閉用部材３をさらに移動させ、鋳型空隙部２を密閉する。同時に鋳型空隙部上部に設けたピストン１２で鋳型空隙部の溶湯を加圧する。この間に副生物捕捉空隙部６、開口部７で凝固した凝固物２６は、下方に押し出す（図３(d)）。また、プランジャ・チップ上部に残った凝固物２６は、スリーブ４を下方に移動させ、プランジャ・チップ９で押し出す。これらの間に、スリーブ４を清掃し、溶湯あるいは半凝固インゴット５を挿入する。また、この間に金型１,１’を開き、製品を取り出し、金型に離型剤を塗布し、型を閉じ、次の鋳造に備える。
【００４１】
なお、副生物捕捉空隙部６の凝固物２６を押し出す場合は、副生物捕捉空隙部６の上に設けた押し出しピン１０を油圧で駆動して押し出せば良い。但し、油圧の代わりに空気圧又はバネを利用しても良い。また、溶湯遮断部材３は、電動サーボモータ１５及びボールねじ１６を利用して駆動しているが、油圧サーボや空圧サーボ、モータとウオームギヤ等を利用しても良い。さらにプランジャ・チップの駆動は油圧や空気圧駆動でなくても電動サーボモータでも良い。
【００４２】
＜実施例２＞
図４には、実施例２に使用した開閉用部材３の概要図を示す。この場合、副生物捕捉空隙部６の上部に排気口１７が設けられており、スリーブ４中の空気やガスはこの排気口１７を通じて鋳型中に排出される。本実施例で鋳型空隙部２を減圧したい場合には、開閉用部材３で副生物捕捉空隙部６の溶湯を切断した後、溶湯挿入までの短時間内に鋳型空隙部２を減圧する必要がある。しかし、副生物捕捉空隙部６に生じた凝固物の除去は容易である。また、この実施例では、副生物捕捉空隙部６の近傍及び開口部近傍を例えば高クロム鋳鉄、高バナジュウム鋳鉄及びこれらとセラミックスの複合材料の少なくとも１種の耐摩耗性材料１８を部分的に使用して開閉用部材３の寿命を長くすることができる。また、開口部下部の副生物捕捉空隙部１３の形状はこのようなもの以外に種々可能である。場合によっては、単純な円筒形開口部（但し、テーパをつけておくことが望ましい。）でも良い。
【００４３】
なお、鋳型としては、金型のほかにも、例えばセラミック鋳型、砂型等も用いることができる。
【００４４】
＜実施例３＞
図５には、半溶融加工法に利用した実施例３におけるスリーブ４及び副生物捕捉空隙部６近傍の構造と鋳造行程を示す。本実施例では、半溶融インゴット５の側面に存在する酸化被膜を射出前に除去するため、スリーブ４の内径より小さい内径の酸化被膜除去リング２０、それを保持するリング保持板１９、除去した酸化被膜（一部溶湯を含む）の受け板２１、酸化被膜や残留凝固物２４を押し出す清掃チップ２３を有し、スリーブ４内のプランジャ・チップはチップ外筒９−１とチップ内筒９−２の組み合わせとなっている。鋳造工程としては、図５（ａ）に示すようにスリーブ４を下方に移動させ、半溶融インゴット５をスリーブ４に挿入し、スリーブ４を図５（ｂ）に示すように酸化皮膜受け板２１の上端まで移動させ、チップ外筒９−１とチップ内筒９−２を同時に押上げ半溶融インゴット５を酸化被膜除去リング２０に押し込む。酸化被膜除去リング２０の内径はスリーブ４の内径より小さいため、側面が削り取られ、リング保持板１９と酸化被膜受け板２１の間に押し出される（図５（ｃ））。チップ外筒９−１が酸化被膜除去リング２０の下端に接触したら、その後は、チップ内筒９−２を押し上げて半溶融インゴット５の上部を副生物捕捉空隙部６に押し込む（図５（ｄ））。その後、実施例１と同様に開閉用部材３を移動して開口部７をスリーブ中央に位置させ、酸化物の少ない半溶融インゴット５を鋳型空隙部２に押し込む。その後、さらに開閉用部材３を移動し、凝固が終了したら、製品を鋳型空隙部２から取り出し、鋳型清掃、離型材塗布の間に酸化物受け板２１を下方に移動させ、酸化被膜除去リング筒２０の下端が酸化物受け板２１の下端より少なくとも上になるように位置させ、また、スリーブ外筒９−１、内筒９−２を酸化物受け板２１の上端と揃うように引き下げ、清掃チップ２３で残留インゴット及び酸化物を押し出すと共に内部を清掃する（図５（ｅ））。その後、図５（ａ）の工程に戻り、以後これを繰り返す。
【００４５】
＜実施例４＞
図６には、実施例３に使用した開閉用部材３の断面方向の図面であって、断面を矩形ではなく円形とし、鋳型を貫通させて使用したものである。円形断面を使用することにより、金型と開閉用部材間の空隙を適切に設定するための加工コストを低減することができる。また、金属製又はセラミック製リングを酸化皮膜捕捉空洞６あるいは開口部７近傍に設置することにより溶湯のかみ込みを防ぐことができる。なお、開閉用部材の断面は円形や矩形以外のものでも良い。鋳型の分割も図５のような開閉用部材の移動方向と同じでもその直角方向でも良い。
【００４６】
＜実施例５＞
図７には、本発明装置の別の実施態様を示す。この装置では、前述のプランジャ及びプランジャ・チップを使用する代わりに、保持炉中２７の溶湯５と開閉用部材３の間にストーク２８を設置したものである。保持炉２７の内部を加圧してストーク中の溶湯を押し上げ、湯面近傍の汚れた湯を副生物捕捉空隙部１０に押し込んだ時点で、開閉用部材３を移動させ、汚れた湯を除去し、さらに開口部７をストーク上部に移動し、清浄な溶湯を鋳型空隙部２に押し入れることができる。
【００４７】
本実施例では、鋳型空隙部２は大気圧に開放されているが、汚れた湯を除去後、開口部７をストーク２８上部に移動する間に鋳型空隙部２を真空に減圧しても良い。あるいは、図１に示すように副生物捕捉空隙部１０上部を開口せず、通気口を他に設けて、ストーク中で溶湯が移動している間に鋳型空隙部２を真空に減圧しても良い。
【００４８】
溶湯で鋳型空隙部２が充満された後、さらに開閉用部材３を移動して鋳型空隙部２を密閉するが、この後に上部等から加圧ピストン１２で加圧しても良い。
【００４９】
保持炉は溶解炉でも良いし、ガス加圧で溶湯を押し上げる方法のほかにも、例えば溶湯中にピストンを挿入する方法等を採用しても良い。
【００５０】
なお、実施例１又は実施例５において、金型の代わりに、砂型等を利用しても良いし、真空ボックスを設置してその内部に砂型等を設置しても良い。
【００５１】
＜実施例６＞
実施例５におけるストーク内に設置した黒鉛製プランジャ・チップを駆動して溶湯を押し上げる例を図8に示す。具体的には、i)溶湯導入口３４が設けられたストーク２８内に配置されたプランジャ・チップ９、ii)前記プランジャ・チップ９を駆動軸３１を介して上下運動させる駆動部３０、iii)前記駆動軸３１が前記保持炉を貫通する貫通部３２が出発材料５に浸漬されないように前記接触部３２に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口３３を含む加圧装置が設置されている。
【００５２】
溶湯導入口３４は、保持炉２７の溶湯５をできるだけ多く使用できるようにするためにより下方に設けられていることが好ましいが、保持炉２７の容量等に応じて適宜設定することができる。プランジャ・チップ９は溶湯（出発材料）５を効率的に押し上げることができるようにストーク２８内径に対応する外径を有するものを用いる。プランジャ・チップ９に連結される駆動軸３１はその下方の駆動部３０につながっていてプランジャ・チップ９を上下に駆動させる。駆動部３０としては、例えば電動サーボモータ等の公知の駆動装置を使用することができる。不活性ガス導入口３３は上記目的を達成できる限りはその位置、個数等は限定されないが、位置はなるべく下方にすることが好ましい。例えば、図８に示すように、保持炉外に不活性ガス導入口３２を設けることが望ましい。図８では、保持炉外に保持炉２７と駆動部３０との間に駆動軸が貫通した不活性ガス導入室を設け、その一部に不活性ガス導入口３３が設けられている。また、不活性ガス導入口３３を前記駆動軸３１に直接設け、前記駆動軸３１の一部を多孔質として気泡を前記貫通部３２に噴出すようにしても良い。
【００５３】
上記のように、プランジャの駆動は、プランジャ・チップ９の下部に接続した駆動軸３１を炉外に設置した電動サーボモータで駆動することができる。溶湯５は、ストーク２８の下方に設けた溶湯導入口３４から図中の矢印のようにストーク内に誘導される。上記加圧装置では、プランジャ・チップ９の下部にも溶湯が導入され、駆動抵抗を小さくしている。前記駆動軸３１と保持炉２７が接触する可能性のある貫通部３２を不活性ガスで加圧し、不活性ガスで充満しておくことにより、前記貫通部３２への溶湯進入、凝固を防止し、前記駆動軸３１の移動抵抗を小さくできる。なお、多少不活性ガスが溶湯中に噴出する場合があるが（特に駆動軸の温度が低い稼動初期には故意に多めに流出させる）、この場合はむしろ炉底部で溶湯が攪拌されて凝固を防止することができる（炉体からの伝熱を利用して不活性ガス温度を高めておくことが望ましい）。また、不活性ガスの溶湯５中への噴出量をなるべく少なくするため、なるべく前記駆動軸３１の径を小さくし、炉底との隙間を狭くする。また、駆動軸３１と炉体２７との間の摩擦抵抗がほとんどないので、省エネルギーとなり、駆動軸３１の耐久性も良くなる。なお、不活性ガスは溶湯中を上昇する間に水素ガス等の有害ガスを減少させることもできる。また、駆動軸３１の貫通部に作用する溶湯圧力を、湯面位置測定により推定し、ガス圧力の実測値、駆動部での温度測定等を利用して、ガス加圧を制御し、溶湯中に流出するガス量を必要最小限にすることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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