(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯口，湯道および製品造形部を備えた鋳型を用いて鋳造を行う際の鋳造方案の良否を判別する判別方法であって、
上記製品造形部で鋳造される製品に異物噛み込みによる欠陥を生じさせる大きさの耐熱粒子を用意し、該耐熱粒子を溶湯とともに上記湯口から鋳型内に注湯し、次に、鋳造工程終了後に上記鋳型を分解して湯口部，湯道部および鋳造製品を含む鋳造体を取り出し、該鋳造体における上記耐熱粒子の分布状態を調べ、この耐熱粒子の分布状態に基づいて鋳造方案の良否を判別することを特徴とする鋳造方案の良否判別方法。
【請求項２】
所定数の耐熱粒子を溶湯とともに鋳型内に注湯し、上記鋳造体の各部における耐熱粒子の数を計数することにより、その分布状態を調べることを特徴とする請求項１記載の鋳造方案の良否判別方法。
【請求項３】
上記耐熱粒子は、鋳型の比重に近い比重を有していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鋳造方案の良否判別方法。
【請求項４】
上記耐熱粒子はセラミック製であることを特徴とする請求項３記載の鋳造方案の良否判別方法。
【請求項５】
粒度の異なる複数種類の耐熱粒子が用いられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の鋳造方案の良否判別方法。
【請求項６】
鋳造体の表面に所定の研掃処理を施した後に、該鋳造体における耐熱粒子の分布状態を調べることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一に記載の鋳造方案の良否判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋳型として砂型を用いて鋳造を行う際の鋳造方案の良否を判別する判別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、鋳型として砂型を用いて鋳造を行う場合、鋳物砂（実際には鋳型が削られて生じる鋳型の微小な断片）や「のろ」が湯口から湯道あるいは更に押湯部（製品造形部よりも上流側に押湯部がある場合）を経て製品造形部にまで到達し、これら砂やのろが鋳造製品の特に表面に混入して、所謂、砂噛みやのろ噛み等の鋳造欠陥を生じる場合が多々経験されている。このような異物噛み込みによる鋳造欠陥の発生を防止するために、湯道あるいは更に押湯部など製品造形部に至るまでの途中の経路で鋳物砂やのろが捕捉されるように、本生産に先立って鋳造方案が種々検討される。
【０００３】
例えば、上記のような鋳造欠陥の原因となる鋳型の微小な断片やのろは、通常、鋳鉄や鋳鋼等の金属溶湯よりも比重がかなり小さいので、湯道や押湯部などの鋳造製品に至るまでの途中経路においてその上方部分に浮上し易いことが知られており、したがって、上記のような異物を鋳造製品に至るまでの途中経路で浮上させて捕捉すべく、湯道を通過する際の溶湯の流速等を計算し、湯道の形状・寸法などを決定するようにしている。
しかしながら、このように鋳造方案を検討し種々の改良を加えたとしても、鋳造製品に至る湯道の途中経路での異物の捕捉効果（換言すれば、異物噛み込みによる鋳造欠陥発生の可能性）を事前に精度良く推定して、鋳造方案の良否を適正に評価できる有効な方法がないため、本生産に入ってからの不良発生を効果的に防止することは、実際には非常に困難であった。
【０００４】
かかる問題に関連して、例えば特開平６−２４６３９１号公報では、透明な鋳型モデルを作製し、この鋳型モデルのキャビティ内に一定方向から光を照射した状態で、粒子が混入された透明な液体を上記キャビティ内に注入し、光で映し出されたその粒子の二次元的な動きを観察することにより、上記鋳型モデルのキャビティ内の湯流れを解析できるようにした鋳型モデル内の湯流れ可視化装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術は、高価で複雑な装置を必要とする上、あくまでも鋳型内の湯流れを解析するものであり、鋳造方案の検討・改良に役立てることはできるものの、そのようにして改良された方案で鋳造を行った場合における異物の捕捉効果を事前に精度良く推定し鋳造方案の良否を適正に評価できるものではない。
したがって、依然として、本生産に入ってからの砂噛みやのろ噛み等の異物噛み込みによる不良発生を有効に防止することができないのが実情であった。
【０００６】
この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、鋳造製品に至る湯道の途中経路での異物の捕捉効果を事前に精度良く推定して鋳造方案の良否を判別することができる鋳造方案の良否判別方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本願の請求項１に係る発明(以下、第１の発明という)は、湯口，湯道および製品造形部を備えた鋳型を用いて鋳造を行う際の鋳造方案の良否を判別する判別方法であって、上記製品造形部で鋳造される製品に異物噛み込みによる欠陥を生じさせる大きさの耐熱粒子を用意し、該耐熱粒子を溶湯とともに上記湯口から鋳型内に注湯し、次に、鋳造工程終了後に上記鋳型を分解して湯口部，湯道部および鋳造製品を含む鋳造体を取り出し、該鋳造体における上記耐熱粒子の分布状態を調べ、この耐熱粒子の分布状態に基づいて鋳造方案の良否を判別することを特徴としたものである。
【０００８】
また、本願の請求項２に係る発明(以下、第２の発明という)は、上記第１の発明において、所定数の耐熱粒子を溶湯とともに鋳型内に注湯し、上記鋳造体の各部における耐熱粒子の数を計数することにより、その分布状態を調べることを特徴としたものである。
【０００９】
更に、本願の請求項３に係る発明(以下、第３の発明という)は、上記第１または第２の発明において、上記耐熱粒子は、鋳型の比重に近い比重を有していることを特徴としたものである。
【００１０】
また、更に、本願の請求項４に係る発明(以下、第４の発明という)は、上記第３の発明において、上記耐熱粒子はセラミック製であることを特徴としたものである。
【００１１】
また、更に、本願の請求項５に係る発明(以下、第５の発明という)は、上記第１〜第４の発明のいずれか一において、粒度の異なる複数種類の耐熱粒子が用いられることを特徴としたものである。
【００１２】
また、更に、本願の請求項６に係る発明(以下、第６の発明という)は、上記第１〜第５の発明のいずれか一において、鋳造体の表面に所定の研掃処理を施した後に、該鋳造体における耐熱粒子の分布状態を調べることを特徴としたものである。
【００１３】
【発明の効果】
本願の第１の発明によれば、製品に異物噛み込みによる欠陥を生じさせる大きさの耐熱粒子を溶湯とともに湯口から鋳型内に注湯して鋳造を行うので、上記耐熱粒子は、製品に欠陥を生じさせる鋳型の微小な断片やのろ等の異物と同様に、注湯に混入した状態で鋳型のキャビティ内を移動する。
そして、鋳造後、得られた鋳造体について上記耐熱粒子の分布状態を調べることにより、耐熱粒子が鋳造製品に到達する割合あるいは途中の湯道部で捕捉される割合、更には、湯道のどの部分でどの程度捕捉されるかを知ることができ、これに基づいて、鋳物砂やのろ等の異物の製品表面への噛み込みによる実際の鋳造欠陥の発生の可能性を推定することができる。すなわち、実際の鋳造工程と同様の状態で、鋳造製品に至る途中経路での異物の捕捉効果（換言すれば、異物噛み込みによる鋳造欠陥発生の可能性）を精度良く推定して、鋳造方案の良否を適正に評価することができる。
この結果、鋳型の微小な断片やのろなどの異物噛み込みによる鋳造欠陥の発生を効果的に防止できる鋳造方案を確立することが可能になり、本生産での不良率を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、本願の第２の発明によれば、基本的には、上記第１の発明と同様の効果を奏することができる。特に、所定数の耐熱粒子を溶湯とともに鋳型内に注湯し、上記鋳造体の各部における耐熱粒子の数を計数することによってその分布状態を調べるようにしたので、耐熱粒子の分布状態を（つまり鋳造製品に至る途中経路での異物の捕捉効果を）定量的に調べることができ、異物噛み込みによる鋳造欠陥発生の可能性をより精度良く推定し、鋳造方案の良否をより適正に評価することができる。
【００１５】
更に、本願の第３の発明によれば、基本的には、上記第１または第２の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記耐熱粒子は鋳型の比重に近い比重を有しているので、溶湯中において実際の鋳型の微小断片と同様の挙動が得られ、異物の捕捉効果の評価精度をより高めることができる。
【００１６】
また、更に、本願の第４の発明によれば、基本的には、上記第３の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記耐熱粒子はセラミック製であるので、耐熱限度が金属溶湯の温度に比べて十分に高く、また強度もある。更に、製品の鋳肌に噛み込んだ状態でも容易に視認できるので計数し易い。しかも、材料の入手および粒子の製作も容易に行える。
【００１７】
また、更に、本願の第５の発明によれば、基本的には、上記第１〜第４の発明のいずれか一と同様の効果を奏することができる。しかも、その上、粒度の異なる複数種類の耐熱粒子が用いられるので、溶湯中に異なるサイズの異物が種々混入する実際の状態にできるだけ近い状態を実現して、異物捕捉効果の評価精度をより高めることができる。
【００１８】
また、更に、本願の第６の発明によれば、基本的には、上記第１〜第５の発明のいずれか一と同様の効果を奏することができる。しかも、その上、鋳造体の表面に所定の研掃処理を施した後に、該鋳造体における耐熱粒子の分布状態を調べるようにしたので、鋳造体表面に噛み込んだ耐熱粒子が剥離しない範囲で、上記研掃処理を施して鋳造体表面を適度に調整することにより、耐熱粒子の視認性を高め、その分布状態の調査精度を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明方法の実施の形態をについて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る方法によりその良否が判別される鋳造方案に基づいた鋳型（砂型）を用いて鋳造された鋳造体１の斜視図である。尚、本明細書において、「鋳造体」とは、鋳造工程を終えて型ばらし（鋳型の分解）を行った後、湯口部，湯道部および押湯部などの不要部を製品から除去する前の状態における鋳造品を言うものとする。
また、本実施の形態は、鋳造製品として例えば自動車のステアリングナックルを鋳造する鋳造プロセスの方案の良否判別への適用を例にとったもので、鋳物材料としては、例えば、球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ４５０Ｆを用いた。
【００２０】
上記鋳造体１は、所定の金属溶湯を鋳型の鋳造キャビティ内に注湯する際の湯口に対応する湯口部２と、鋳造キャビティにおいて湯口から製品造形部に至る経路である湯道（ランナ）に対応する湯道部４,６（ランナ部）と、溶湯の流れ方向に関して製品Ｗの上流側と下流側とにそれぞれ設定された第１,第２の押湯部８,９とを備えている。
上記鋳型は、好ましくは、複数個（本実施の形態では例えば４個）の製品Ｗを１つの湯口からの注湯で鋳造するようにした複数個取りのものであるが、図１では、図面の複雑化を回避するために、製品Ｗは１個のみが図示されている。
そして、上記鋳造体１では、ランナ部は、上下方向に立ち下がる湯口部２に対して略垂直方向に延びる第１ランナ部４と、この第１ランナ部４の末端側で左右に略直角にそれぞれ分岐して第１押湯部８に至る第２ランナ部６とで構成されている。
【００２１】
次に、上記鋳型を用いて製品Ｗ（ステアリングナックル）を鋳造する鋳造プロセスの方案の良否判定について説明する。
まず、金属溶湯の注湯に先立って、鋳物砂（実際には、鋳型が削られて生じる微小な鋳型の断片）やのろ等の異物の捕捉効果を推定するために、溶湯に混入させるべき耐熱粒子を用意する。
この耐熱粒子は、溶湯温度に耐え得るものでなければならず、また、溶湯中において実際の鋳型の微小断片と同様の挙動を行い得るように、鋳型の比重（本実施の形態では、例えば１.２〜１.５程度）に近い比重を有するものを選ぶ必要がある。本実施の形態では、これらの条件を満たすものとして、セラミック、例えば、ロストワックス法で一般的に使用されるアルミナ系などのセラミック（比重が１.４〜１.５程度）を用いた。
【００２２】
このように、耐熱粒子として鋳型の比重に近い比重を有するものを用いたので、溶湯中において実際の鋳型の微小断片と同様の挙動が得られ、異物の捕捉効果の評価精度をより高めることができる。
つまり、上記セラミックは溶湯に比べて比重が小さいので、鋳物砂の場合と同じく、流速等の条件がが適切であれば、溶湯中に混入して湯道を流れる間に浮上して湯道上面で捕捉される。尚、「のろ」の比重も鋳型と同程度（約１.５程度）であり、上記セラミック製の耐熱粒子を用いることにより、砂噛みとのろ噛みの両方に対応することができる。
また、上記耐熱粒子の材料として、具体的にはセラミックを用いたので、耐熱限度が金属溶湯の温度に比べて十分に高く、また強度もある。更に、製品の鋳肌に噛み込んだ状態でも、白色であることから容易に視認できるので、後述する計数を比較的容易に行うことができる。しかも、材料の入手および粒子の製作が容易である。
【００２３】
また、上記耐熱粒子の大きさとしては、鋳造される製品Ｗに異物噛み込みによる欠陥を生じさせる大きさのものを選ぶ必要がある。この「製品Ｗに異物噛み込みによる欠陥を生じさせる大きさ」は経験的に定めることができる。すなわち、最大長さが１ｍｍ以下のものは、小さすぎて製品Ｗの表面に異物噛み込みによる欠陥を生じさせることはなく、また、通常の砂型プロセスで最大長さが５ｍｍを越える大きな異物（鋳型砂またはのろ）が溶湯中に混入することはまずない。
したがって、本実施の形態では、上記耐熱粒子の大きさは、その最大長さで１ｍｍ〜５ｍｍとし、具体的には、所定メッシュの「ふるい」にかけて、その大きさを選別した。
【００２４】
更に、本実施の形態では、大きさ（粒度）の異なる複数種類のサイズの耐熱粒子を用意した。これは、実際には、溶湯中に混入する異物はそのサイズが一定ではなく、異なるサイズのものが種々混じっていることに鑑み、できるだけ実際に近い状態を実現して、異物捕捉効果の評価精度を高めるためである。
具体的は、＃１４（メッシュサイズ：１.０〜１.６ｍｍ），＃１０（メッシュサイズ：１.６〜２.３ｍｍ）及び＃８（メッシュサイズ：２.３〜５.０ｍｍ）の３種類のメッシュの「ふるい」を用いてセラミック粒のサイズを選別し、それぞれのサイズについて、以下の個数だけ用意した。
・１.０〜１.６ｍｍサイズ：６００個
・１.６〜２.３ｍｍサイズ：２００個
・２.３〜５.０ｍｍサイズ：１００個
尚、上記セラミック粒は、例えば塊状のセラミックを細かく砕いて上記範囲のサイズにしたもので、その形状は一定していない。つまり、人工的に球状に揃える等の加工は行っておらず、この点においても、鋳造製品Ｗの鋳肌への実際の異物噛み込み状態にできるだけ近い状態の実現が図られている。
【００２５】
以上のようにして、総計９００個の耐熱粒子を用意し、これら耐熱粒子を金属溶湯（球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ４５０Ｆ）とともに湯口から鋳型キャビティ内に注湯する。これに伴って、上記耐熱粒子は、製品に欠陥を生じさせる鋳型の微小断片やのろ等の異物と同様の挙動を行いながら、注湯に混入した状態で鋳型のキャビティ内を移動する。
この場合、図１において模式的に示したように、耐熱粒子Ｃｍを注湯流に添加しながら注湯するようにしても良いが、本実施の形態では、より好ましくは、上記３種類のサイズの耐熱粒子Ｃｍを掻き混ぜて袋（例えば紙製など、溶湯の温度で完全に消失する材質のもの）に入れ、これを上記図１において破線で示したように湯口の逆円錐状に絞られた部分に配置した上で、この湯口から金属溶湯を注湯するようにした。
これは、従来の経験から、溶湯に混入する鋳物砂（実際には、鋳型が削られて生じる鋳型の微小な断片）は、湯口の逆円錐状に絞られた上記部分の鋳型が削られることによるものが最も多いので、この鋳型が削られて生じた微小な断片の実際の混入状態にできるだけ近い状態を実現するためである。
【００２６】
このようにして、耐熱粒子Ｃｍを溶湯とともに鋳型内に注湯して鋳造を行った後、溶湯の凝固・冷却を待って鋳型を分解し、図１に示されるような鋳造体１を取り出す。このとき、鋳造体１の各部の表面には、溶湯に混入していた耐熱粒子Ｃｍが部位に応じた分布状態で噛み込んでいる。
そして、この鋳造体１を砂落としした後、より好ましくは、その表面に対して所定の条件でショットブラスト処理を行って研掃する。この研掃処理（ショットブラスト）は、鋳造体１の表面に噛み込んだ耐熱粒子Ｃｍが剥離・脱落しない範囲で鋳造体表面を適度に調整できるように、その条件が設定される。
【００２７】
上記のショットブラスト処理を終えた後、鋳造体１の表面における耐熱粒子Ｃｍの分布状態を調査する。この分布状態の調査は、鋳造体１における各部、具体的には、鋳造製品Ｗ並びにその上流側に位置する部分（つまり、第１ランナ部４,第２ランナ部６および第１押湯部８）について、その各表面に存在する耐熱粒子Ｃｍの数をそれぞれ計数することによって行った。
この場合、耐熱粒子Ｃｍをセラミック製としたので、製品の鋳肌に噛み込んだ状態でもその白色を容易に視認でき、比較的容易に目視で計数が行える。また、鋳造体１の表面に所定の研掃処理（ショットブラスト）を施した後に分布状態を調べるので、耐熱粒子Ｃｍの視認性をより高め、その分布状態の調査精度をより向上させることができる。
【００２８】
以上のようにして鋳造体１の表面における耐熱粒子Ｃｍの分布状態を調査した後、その調査結果に基づいて鋳造方案の良否が判別される。
すなわち、鋳造製品Ｗにおける耐熱粒子Ｃｍの数が多いほど、途中の経路での異物の捕捉効果が低く、実際の鋳造時には、砂噛みやのろ噛みによる不良が発生し易いものと推定される。また、鋳造製品Ｗにおける耐熱粒子Ｃｍの数が同程度であっても、鋳造製品Ｗにより近い部分（特に押湯部８）に耐熱粒子Ｃｍが多く分布している場合には、異物の捕捉効果が不安定であり、実際の鋳造時における不良発生の防止についても不安定で確実性に欠けたものとなる。
したがって、鋳造製品Ｗにおける耐熱粒子Ｃｍの数が少なく、しかも、鋳造製品Ｗからより離れた部分に（つまり、より上流側に）耐熱粒子Ｃｍが多く分布しているほど、鋳造方案として優れていると評価することができる。
【００２９】
上記のような方法で耐熱粒子Ｃｍの分布状態を調べて鋳造方案の評価を行う試験を行った。試験は、二つの鋳造方案について、図１に示す鋳造体１における耐熱粒子Ｃｍの分布状態を調べて、鋳造製品Ｗ並びにその上流側に位置する第１ランナ部４，第２ランナ部６および第１押湯部８について、耐熱粒子Ｃｍの捕捉率（耐熱粒子Ｃｍの全計測数に対する各部での計測数の割合）を計算しておき、その後、それぞれの鋳造方案に基づいて、所定数のロットで本生産を行って実際の不良率を調べ、それぞれの鋳造方案の良否を確認して行った。
【００３０】
図２のグラフは第１の鋳造方案の試験結果を示し、図３のグラフは第２の鋳造方案の試験結果を示している。
図２のグラフから分かるように、第１の鋳造方案では、製品部Ｗに至るまでの途中経路で耐熱粒子Ｃｍの９５％が捕捉されているが、５％の耐熱粒子Ｃｍが製品部Ｗに混入しており、また、第１及び第２のランナ部４及び６での捕捉率が５８％で、製品部Ｗに最も近い第１押湯部８での捕捉率が３７％であった。
すなわち、５％の耐熱粒子Ｃｍが製品部Ｗに到達しており、しかも、製品部Ｗから遠い第１及び第２のランナ部４及び６での捕捉率が十分でないので、余り良い方案とは言えない。
この第１の方案に基づいて本生産（生産個数：１００個）を行ったところ、実際の不良率は約４０％に達した。
【００３１】
一方、第２の鋳造方案の場合には、図３のグラフから分かるように、製品部Ｗには耐熱粒子Ｃｍは全く混入しておらず、しかも、製品部Ｗから遠いランナ部４及び６でほとんどの耐熱粒子Ｃｍが捕捉されており（捕捉率が９５％）、非常に良い鋳造方案であると言える。
この第２の方案に基づいて本生産（生産個数：１６００個）を行ったところ、実際の不良率は僅か０.４％であった。
すなわち、鋳造体１における耐熱粒子Ｃｍの分布状態を調べて判別した鋳造方案の良否は、実際の鋳造プロセスでの不良率の発生と高い相関関係があることが分かった。
【００３２】
以上、説明したように、本実施の形態に係る鋳造方案の良否判別方法によれば、金属溶湯に耐熱粒子Ｃｍを混入させて鋳造して得られた鋳造体１における耐熱粒子Ｃｍの分布状態を調べることにより、耐熱粒子Ｃｍが鋳造製品Ｗに到達する割合あるいは途中の湯道部で捕捉される割合、更には、湯道部のどの部分でどの程度捕捉されるかを知ることができ、これに基づいて、鋳型の微小断片やのろ等の異物の製品表面への噛み込みによる実際の鋳造欠陥の発生の可能性を推定することができる。すなわち、実際の鋳造工程と同様の状態で、鋳造製品に至る途中経路での異物の捕捉効果（換言すれば、異物噛み込みによる鋳造欠陥発生の可能性）を精度良く推定して、鋳造方案の良否を適正に評価することができる。
この結果、鋳型の微小断片やのろなどの異物噛み込みによる鋳造欠陥の発生を効果的に防止できる鋳造方案を確立することが可能になり、本生産での不良率を大幅に低減することができるのである。
【００３３】
特に、上記鋳造体１の各部における耐熱粒子Ｃｍの数を計数することによってその分布状態を調べるようにしたので、耐熱粒子Ｃｍの分布状態を（つまり鋳造製品に至る途中経路での異物の捕捉効果を）目視で定量的に調べることができ、異物噛み込みによる鋳造欠陥発生の可能性をより精度良く推定し、鋳造方案の良否をより適正に評価することができる。
【００３４】
尚、上記実施の形態は、耐熱粒子としてセラミックを用いたものであったが、この代わりに、金属溶湯の温度に対する耐熱性を有するもの、より好ましくは、鋳型の比重に近い比重を有するものであれば、他の材質のものを用いるようにしても良い。このように、本発明は、上記実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは変更等が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る鋳造方案の良否判別方法を説明するための鋳造体の斜視図である。
【図２】  第１の鋳造方案に基づいて鋳造した鋳造体における耐熱粒子の分布状態を示すグラフである。
【図３】  第２の鋳造方案に基づいて鋳造した鋳造体における耐熱粒子の分布状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１…鋳造体
２…湯口部
４…第１ランナ部
６…第２ランナ部
Ｃｍ…耐熱粒子
Ｗ…鋳造製品
【図１】
0003641911.tif 000002
【図２】
0003641911.tif 000003
【図３】
0003641911.tif 000004