(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型のキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面の酸化皮膜を還元性化合物により還元する還元鋳造方法において、
前記成形型のキャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持して溶湯をキャビティ内に供給することを特徴とする還元鋳造方法。
【請求項２】
キャビティの成形型温度を２３０℃以下の低温に保持することを特徴とする請求項１記載の還元鋳造方法。
【請求項３】
前記成形型に冷却装置を接続し、該冷却装置により前記キャビティを前記成形型温度に冷却、保持することを特徴とする請求項１または２記載の還元鋳造方法。
【請求項４】
前記冷却装置として、前記成形型に形成したウォータージャケットと、該ウォータージャケットに冷却液を供給する冷却液供給部を有する冷却装置を用いることを特徴とする請求項３記載の還元鋳造方法。
【請求項５】
前記キャビティ内表面に断熱性塗型層を設けないことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の還元鋳造方法。
【請求項６】
成形型のキャビティ表面にマグネシウム窒素化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面のアルミニウム酸化皮膜をマグネシウム窒素化合物により還元するアルミニウム鋳造方法において、
前記成形型のキャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持して溶湯をキャビティ内に供給することを特徴とするアルミニウム鋳造方法。
【請求項７】
成形型のキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面の酸化皮膜を還元性化合物により還元する還元鋳造装置において、
前記成形型のキャビティ内に金属ガスと反応性ガスとを供給し、該キャビティ内に還元性化合物を生成させる生成装置と、
前記成形型に接続され、前記キャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持する冷却装置とを具備することを特徴とする還元鋳造装置。
【請求項８】
前記冷却装置はキャビティの成形型温度を２３０℃以下の成形型温度に保持することを特徴とする請求項７記載の還元鋳造装置。
【請求項９】
前記冷却装置は、前記成形型に形成したウォータージャケットと、該ウォータージャケットに冷却液を供給する冷却液供給部を有することを特徴とする請求項７または８記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項１０】
成形型のキャビティ表面にマグネシウム窒素化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面のアルミニウム酸化皮膜をマグネシウム窒素化合物により還元するアルミニウム鋳造装置において、
前記成形型のキャビティ内にマグネシウムガスと窒素ガスとを供給し、該キャビティ内にマグネシウム窒素化合物を生成させる生成装置と、
前記成形型に接続され、前記キャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持する冷却装置とを具備することを特徴とするアルミニウム鋳造装置。
【請求項１１】
前記生成装置は、
マグネシウム粉末を貯留する第１のタンクと、
該マグネシウム粉末と反応しないキャリアガスを貯留する第２のタンクと、
前記第１のタンクおよび第２のタンクが接続され、前記キャリアガスと共に供給されたマグネシウム粉末を加熱して昇華させ、マグネシウムガスを生成させ、該マグネシウムガスを前記キャリアガスと共に前記キャビティ内に導入する加熱炉と、
窒素ガスを貯留し、該窒素ガスを前記キャビティ内に供給する第３のタンクとを具備することを特徴とする請求項１０記載のアルミニウム鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は還元鋳造方法、アルミニウム鋳造方法およびこれに用いる還元鋳造装置、アルミニウム鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムの鋳造方法には、重力鋳造法（ＧＤＣ）、低圧鋳造法（ＬＰＤＣ）、ダイキャスト（ＤＣ）、スクイズ（ＳＣ）、チクソモールド等がある。これらの鋳造方法は、いずれも成形型のキャビティ内にアルミニウム溶湯を注湯して鋳造するものである。
一般に、アルミニウム又はその合金は、酸化被膜をつくり易い性質があるため、アルミニウム鋳造過程では、アルミニウムの溶湯表面に簡単に酸化被膜が生成される。その結果、アルミニウム溶湯の表面張力が大きくなって、アルミニウム溶湯の流動性が低下し、湯周り不良による湯ジワ、湯境等種々の鋳物欠陥が生じる。
そのために、成形型の温度を３２０℃程度の高温に維持すると共に、キャビティ内面に断熱性を有する塗型剤により塗型層を形成し、成形型側に急激に熱を奪われないようにして、溶湯の流動性を高めるようにしている。
このことは逆に溶湯の凝固速度が遅くなり、特にＧＤＣやＬＰＤＣの場合、指向性凝固、すなわち、断面積の大きな所と小さな所とで大きな温度差が生じ、凝固速度が一様でなくなるので、各所に引けを防止するための押し湯を持たせるのが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のアルミニウムの鋳造方法では、上記のような手段を講じても、アルミニウムの溶湯表面の酸化被膜に起因して鋳造品に発生する湯ジワ、湯境、微少な未充填や引けを解消することは至難のことであった。特に、ＧＤＣやＬＰＤＣの場合には、歩留まりが５０％以下となることも稀ではない。
このためまた、アルミニウム鋳造物のうち、表面応力、切欠等が問題となるアルミニウム製品、特に、航空機、自動車等に使用されるアルミニウム製の構造物については、その信頼性にバラツキが存在するため、蛍光探傷等による全数検査、或いは鋳造して得られたアルミニウム鋳造品に表面加工を施して最終製品とすることが行われており、アルミニウム製品のコストアップを招いていた。
また、厚い断熱層からなる塗型層がすぐにボロボロになるため、この塗型層のメンテナンスが極めて厄介な作業であり、成形型の寿命が短いだけでなく、多大の工数を要するという課題があった。
そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、溶湯の流動性、成形型との濡れ性が向上し、湯周り不良による湯ジワ、湯境等種々の鋳物欠陥が解消し、高品質の鋳造品を歩留まりよく生産できると共に、成形型を高温にすることも、断熱性塗型層を設けなくともよく、作業性が大幅に向上し、コストの低減化が図れる、還元鋳造方法、アルミニウム鋳造方法およびこれに用いる還元鋳造装置、アルミニウム鋳造装置を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る還元鋳造方法では、成形型のキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面の酸化皮膜を還元性化合物により還元する還元鋳造方法において、前記成形型のキャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持して溶湯をキャビティ内に供給することを特徴としている。
【０００５】
還元性化合物をキャビティ表面に析出させた状態で溶湯を導入することにより、還元性化合物により溶湯表面の酸化皮膜が還元されて消失する。これにより溶湯の表面張力が低減し、その流動性、成形型との濡れ性が向上し、湯周り不良による湯ジワ、湯境等種々の鋳物欠陥が解消し、高品質の鋳造品を歩留まりよく生産できる。
また、酸化皮膜が消失して、溶湯の流動性が向上するので、成形型を高温にすることも、断熱性塗型層を設けなくともよく、作業性が大幅に向上し、コストの低減化が図れる。
成形型温度を低温にできるので、凝固速度が極めて速くなり、各部の凝固速度差も少なく、押し湯も大幅に低減できると共に、緻密で強度の大きな鋳造品を得ることができ、さらには、鋳造のサイクルタイムが短くなり、生産性が向上し、また成形型の寿命も伸びるなど多くの利点がある。
【０００６】
キャビティの成形型温度を２３０℃以下、好ましくは２００℃以下の低温に保持すると、凝固速度が速く、かつ一様となるので、一層作業性、生産性が向上する。
前記成形型に冷却装置を接続し、該冷却装置により前記キャビティを前記温度に冷却、保持するようにするとよい。冷却装置は、成形型にウォータージャケットを設け、該ウォータージャケットに冷却液を供給する冷却液供給部を設けるとよい。
【０００７】
また、本発明に係るアルミニウム鋳造方法では、成形型のキャビティ表面にマグネシウム窒素化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面のアルミニウム酸化皮膜をマグネシウム窒素化合物により還元するアルミニウム鋳造方法において、前記成形型のキャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持して溶湯をキャビティ内に供給することを特徴としている。
【０００８】
マグネシウム窒素化合物をキャビティ表面に析出させた状態で溶湯を導入することにより、マグネシウム窒素化合物により溶湯表面の酸化皮膜が還元されて消失する。これによりアルミニウム溶湯の表面張力が低減し、その流動性、成形型との濡れ性が向上し、湯周り不良による湯ジワ、湯境等種々の鋳物欠陥が解消し、高品質の鋳造品を歩留まりよく生産できる。
また、酸化皮膜が消失して、アルミニウム溶湯の流動性が向上するので、成形型を高温にすることも、断熱性塗型層を設けなくともよく、作業性が大幅に向上し、コストの低減化が図れる。
成形型温度を低温にできるので、凝固速度が極めて速くなり、各部の凝固速度差も少なく、押し湯も大幅に低減できると共に、緻密で強度の大きな鋳造品を得ることができ、さらには、鋳造のサイクルタイムが短くなり、生産性が向上し、また成形型の寿命も伸びるなど多くの利点がある。
【０００９】
また本発明に係る還元鋳造装置は、成形型のキャビティ表面に還元性化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面の酸化皮膜を還元性化合物により還元する還元鋳造装置において、前記成形型のキャビティ内に金属ガスと反応性ガスとを供給し、該キャビティ内に還元性化合物を生成させる生成装置と、前記成形型に接続され、前記キャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持する冷却装置とを具備することを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明に係るアルミニウム鋳造装置は、成形型のキャビティ表面にマグネシウム窒素化合物を生成させ、キャビティ内に充填された溶湯の表面のアルミニウム酸化皮膜をマグネシウム窒素化合物により還元するアルミニウム鋳造装置において、前記成形型のキャビティ内にマグネシウムガスと窒素ガスとを供給し、該キャビティ内にマグネシウム窒素化合物を生成させる生成装置と、前記成形型に接続され、前記キャビティの成形型温度を３００℃未満の低温に保持する冷却装置とを具備することを特徴としている。
【００１１】
前記生成装置は、マグネシウム粉末を貯留する第１のタンクと、該マグネシウム粉末と反応しないキャリアガスを貯留する第２のタンクと、前記第１のタンクおよび第２のタンクが接続され、前記キャリアガスと共に供給されたマグネシウム粉末を加熱して昇華させ、マグネシウムガスを生成させ、該マグネシウムガスを前記キャリアガスと共に前記キャビティ内に導入する加熱炉と、窒素ガスを貯留し、該窒素ガスを前記キャビティ内に供給する第３のタンクとで好適に構成することができる。
なお、本発明において「アルミニウム」と言う場合は、純粋なアルミニウムは勿論のこと、アルミニウムを基材に、例えば、シリコン、マグネシウム、銅、ニッケル、錫等を含有するアルミニウム合金も含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
鋳造装置全体の一例を図１に示す。図１に示す鋳造装置１０に設けられた成形型１２には、アルミニウム溶湯１８が貯められた注湯槽１４に接続され、アルミニウム溶湯１８がキャビティ１２ａ内に注湯される溶湯注入孔１１が形成されている。
この溶湯注入孔１１内には、ほぞ１６が上下方向に移動可能に挿入されており、ほぞ１６を引き上げることによって、注湯槽１４から所要量のアルミニウム溶湯１８がキャビティ１２ａ内に注湯される。
図１に示す成形型１２は、キャビティ１２ａの内壁面が、成形型１２を形成する金属の金属面が露出して形成されたものである。
【００１３】
かかる成形型１２には、配管２２によって窒素ガス（反応性ガス）を貯留した窒素ガスボンベ２０（第３のタンク）と接続され、バルブ２４を開放することにより、キャビティ１２ａ内に窒素ガスを注入し、キャビティ１２ａ内を窒素ガス雰囲気として実質的に非酸素雰囲気とすることができる。
また、アルゴンガス（マグネシウム粉末と反応しない気体状物質、キャリアガス）を貯留するアルゴンガスボンベ２５（第２のタンク）は、配管２６によって金属ガス発生装置としての加熱炉２８に接続されており、バルブ３０を開放することによって加熱炉２８内にアルゴンガスを注入できる。この加熱炉２８内は、ヒータ３２によって加熱可能に形成されており、炉内温度は、後述する気体状のマグネシウム（金属ガス）を発生させるべく、マグネシウム粉末（金属粉末）が昇華する８００℃以上にされている。
【００１４】
かかるアルゴンガスボンベ２５は、バルブ３３が介装された配管３４によって、マグネシウム粉末（金属粉末）が収容（貯留）されているタンク３６（第１のタンク）に接続され、タンク３６は配管３８によって、バルブ３０よりも下流側の配管２６に接続されている。この配管３８にもバルブ４０が介装されている。加熱炉２８は、配管４２及びほぞ１６を貫通して成形型１２（成形型）のキャビティ内に通じるパイプ４４を介して成形型１２のキャビティ１２ａに接続している。配管４２にはバルブ４５が介装されている。
更に、成形型１２のキャビティ１２ａには、キャビティ１２ａ内を減圧状態とすべく、真空ポンプ等の真空発生装置（図示せず）に接続された減圧配管１７が接続されている。この減圧配管１７にも、バルブ１９が設けられている。
【００１５】
図１に示す様に、成形型１２には、アルミニウム溶湯１８が注湯される溶湯注入孔１１の他に、マグネシウムガスをキャビティ１２ａ内に注入する金属ガス注入孔４４ａ、窒素ガスをキャビティ１２ａ内に注入する窒素ガス注入孔２２ａ及びキャビティ１２ａ内を減圧する減圧孔１７ａが形成されている。かかる孔のうちの一孔を、アルミニウム溶湯１８をキャビティ１２ａ内に注湯する際に、キャビティ１２内の気体を排気する排気孔とすることによって、アルミニウム溶湯１８の注湯をスムーズに行うことができる。この排気孔としての役割を兼務させる孔としては、金属ガス注入孔４４ａと窒素ガス注入孔２２ａとの一方とすることが好ましく、特に窒素ガス注入孔２２ａに排気孔の役割を兼務させることが好ましい。
この窒素ガス注入孔２２ａと減圧孔１７ａの構造を図２（ａ）（ｂ）に示す。これらの孔の接続口１３は、図２（ａ）に示すように、成形型１２の外壁に外側に向けて広がるテーパ孔に形成され、このテーパ孔に配管２２先端に取り付けられた接続プラグ（図示せず）が着脱自在に当接される。接続口１３は、図２（ｂ）に示す通路１５，１５・・を通じてキャビティ１２ａ内に通じている。
【００１６】
図３に成形型１２の冷却装置４７の一例を示す。
冷却装置４７は、成形型１２に設けたウォータージャケット１２ｃに水、油等の冷却液を循環させるものである。
この冷却装置４７により、成形型１２のキャビティ１２ａの温度が３００℃未満の温度、好ましくは２３０℃以下の温度、より好ましくは２００℃以下の温度となるように、成形型１２を冷却し、この温度に維持するようにする。
【００１７】
従来の鋳造法では、成形型のキャビティ１２ａ温度を３２０℃程度の高温に維持するものであった。従来では、オーバーヒート時に冷却水を循環させるだけの、上限温度制御でよかった。
本実施の形態では、ただ単に冷却液を循環させるだけでは、高温のアルミニウム溶湯により次第に温度が上昇する成形型１２を上記低温に維持するのは困難である。
そこで、冷却装置４７としては、強制冷却機能を備えたものを用いる。このような冷却装置は公知のものを用いることができるので、詳細説明は省略する。
【００１８】
なお、成形型１２の温度は熱電対（図示せず）のような温度検出手段により、検出し、設定温度を超えた場合に冷却装置４７を作動させ、成形型１２の温度を所定温度範囲内となるように制御する。
成形型１２の温度の下限は特に限定されず、常温程度の低温であっても構わないが、冷却装置４７による冷却コストが最も低くなるような温度範囲に設定するのが好ましい。
【００１９】
上記の鋳造装置１０によってアルミニウム鋳造を行う際には、先ず、バルブ２４を開放し、窒素ガスボンベ２０から配管２２を経て成形型１２のキャビティ１２ａ内に窒素ガスを注入し、キャビティ１２ａ内の空気を窒素ガスによってパージする。キャビティ１２ａ内の空気は成形型上部の空気抜き孔（図示せず）から排出され、キャビティ１２ａ内を窒素ガス雰囲気とし、実質的に非酸素雰囲気とすることができる。その後、バルブ２４を一旦閉じる。
【００２０】
成形型１２のキャビティ１２ａ内の空気をパージしている際に、バルブ３０を開放して加熱炉２８内に、アルゴンガスボンベ２０からアルゴンガスを注入し、加熱炉２８内を無酸素状態とする。
次いで、バルブ３０を閉じ、バルブ４０を開放し、アルゴンガス圧によりタンク３６内のマグネシウム粉末を、配管２６を通じて、アルゴンガスと共に加熱炉２８内に送り込む。
【００２１】
加熱炉２８は、ヒータ３２によりマグネシウム粉末が昇華する８００℃以上の炉内温度になるように加熱されている。このため、加熱炉２８に送り込まれたマグネシウム粉末は昇華してマグネシウムガスとなる。
【００２２】
次に、バルブ４０を閉じてバルブ３０及びバルブ４５を開放し、アルゴンガス圧力、流量を調節しつつ配管４２及びパイプ４４を経てマグネシウムガスをキャビティ１２ａ内に注入する。
キャビティ１２ａ内にマグネシウムガスを注入した後、バルブ４５を閉じ且つバルブ２４を開放して成形型内に窒素ガスを注入する。この様に、成形型１２内に窒素ガスを注入することによって、マグネシウムガスと窒素ガスとがキャビティ１２ａ内で反応してマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ３Ｎ２）が生成される。このマグネシウム窒素化合物は、キャビティ１２ａ内壁面に粉体として析出する。
【００２３】
窒素ガスをキャビティ１２ａ内に注入する際には、窒素ガスの圧力及び流量を適宜調節して行う。窒素ガスとマグネシウムガスとが反応しやすいように窒素ガスを予熱して成形型１２の温度が低下しないようにして注入することも好ましい。反応時間は５秒〜９０秒程度（好ましくは１５秒〜６０秒程度）でよい。反応時間を９０秒よりも長くしても、成形型１２の型温が低下し反応性が低下する傾向にある。
【００２４】
ここで、マグネシウム窒素化合物は、還元性化合物であり、キャビティ１２ａ内に酸素が存在していると、酸化されて酸化マグネシウム（ＭｇＯ）となるため、キャビティ１２ａ内の酸素を極力排出することが肝心である。
このため、キャビティ１２ａ内の空気をパージする際に、真空ポンプ等の真空発生装置を駆動してバルブ１９を開放し、減圧配管１７を介してキャビティ１２ａ内を減圧状態とした後、バルブ１９を閉じてからバルブ２４を開放して成形型１２のキャビティ１２ａ内に窒素ガスを注入することが好ましい。
【００２５】
また、キャビティ１２ａ内で生成したマグネシウム窒素化合物は、微粒子状でキャビティ１２ａ内に浮遊しているものも多い。このため、再度、バルブ１９を開放して減圧配管１７を介してキャビティ１２ａ内を減圧とすることによって、マグネシウム窒素化合物をキャビティ１２ａの内壁面に積極的に付着させることも好ましい。
【００２６】
キャビティ１２ａの内壁面にマグネシウム窒素化合物が付着した状態で、ほぞ１６を引き上げ、注湯槽１４中のアルミニウム溶湯１８をキャビティ１２ａ内に注入する。
キャビティ１２ａの成形型温度は冷却装置４７により前記の温度に維持されている。
キャビティ１２ａ内に注湯されたアルミニウム溶湯は、キャビティ１２ａの内壁面に付着しているマグネシウム窒素化合物と接触し、マグネシウム窒素化合物がアルミニウムの溶湯表面の酸化被膜から酸素を奪うことによって、アルミニウムの溶湯表面が純粋なアルミニウムに還元される。
【００２７】
また、キャビティ１２ａ内に残存する酸素、或いはアルミニウム溶湯内に混入されている酸素は、マグネシウム窒素化合物と反応し酸化マグネシウム又は水酸化マグネシウムとなって溶湯中に取り込まれる。この様にして生成される酸化マグネシウム等は少量であり、且つ安定な化合物であるため、得られるアルミニウム鋳造品の品質に悪影響は与えない。
【００２８】
この様に、マグネシウム窒素化合物がアルミニウムの溶湯表面の酸化皮膜から酸素を奪いとって純粋なアルミニウムを形成し、酸化皮膜が消失するため、鋳造工程中にアルミニウム溶湯の表面張力が酸化皮膜によって増大することを防止でき、アルミニウム溶湯の濡れ性、流動性、湯周り性を良好にできる。その結果、キャビティ１２ａの内壁面との転写性（平滑性）に優れ、且つ湯ジワ等が生じない良好なアルミニウム鋳造品を得ることができる。
【００２９】
従来は酸化皮膜が形成され、この酸化皮膜がアルミニウム溶湯の流動性を阻害していた。そのため、成形型１２の温度を３２０℃程度の高温にすると共に、キャビティ１２ａに塗型層を形成する必要があった。
しかし、本実施の形態では、アルミニウムの酸化皮膜は還元されて消失してしまうので、成形型１２の温度を高温にしたり、塗型層を形成する必要がない。
したがって、成形型の維持管理が極めて容易になった。
【００３０】
また、成形型温度を低温にできるので、凝固速度が極めて速くなり、各部の凝固速度差も少なく、押し湯も大幅に低減できると共に、緻密で強度の大きな鋳造品を得ることができ、さらには、鋳造のサイクルタイムが短くなり、生産性が向上し、また成形型の寿命も伸びるなど多くの利点がある。
【００３１】
図４は、従来の３２０℃程度の高温の成形型温度に設定した場合の必要押し湯の高さを１００％としたとき、本実施の形態で所要の成形型温度にした場合の必要押し湯高さを示す。実線より下の領域が湯周り不良域であり、実線より上の部位が湯周り良好域である。
図４からわかるように、本実施の形態では、従来に比し、押し湯の高さを大幅に減じることができる。成形型温度が１５０℃〜２００℃の範囲では従来のものの半分程度の高さでよいことになる。またこれにより、従来法では押し湯が必要であった個所も、本実施の形態では、押し湯が必要でなくなる個所が増加することも理解できよう。
【００３２】
本実施の形態においては、成形型１２のキャビティ１２ａの表面に付着したマグネシウム窒素化合物が還元性を有していることが必要である。このため、図１及び図２に示す成形型１２のキャビティ１２ａの内壁面には、成形型１２を形成する金属材が露出している。通常、成形型１２を形成する金属材は、キャビティ１２ａ内で生成されるマグネシウム窒素化合物に対し、アルミニウム鋳造工程の温度範囲では非反応性である。
【００３３】
ここで、キャビティ１２ａの内壁面に、アルミニウム鋳造の際に、キャビティの内壁面の処理として一般に用いられている酸化物系の断熱剤又は離型剤からなる塗型層を、キャビティ１２ａの内壁面に形成すると、マグネシウム窒素化合物は断熱剤等の酸素基と反応して還元機能を喪失する。このため、キャビティ１２ａの内壁面を、マグネシウム窒素化合物等の還元性化合物と非反応性の材料で形成することが必要である。
したがって、成形型１２のキャビティ１２ａの内壁面を被覆する場合には、黒鉛等の非酸化物系の材料によって被覆することが好ましい。また、キャビティ１２の内壁面に熱処理（四酸化鉄の形成処理）又は窒化処理等の処理を施したものであっても使用できる。
【００３４】
これまでの説明では、成形型１２のキャビティ１２ａ内の空気をパージするため、窒素ガスボンベ２０から窒素ガスをキャビティ１２ａに注入していたが、窒素ガスに代えてアルゴンガス等の不活性ガスによってパージしてもよい。
この場合、加熱炉２８にアルゴンガスを注入し、加熱炉２８内を無酸素状態とする際に、バルブ４５を開放し、加熱炉２８に注入されたアルゴンガスを成形型１２のキャビティ１２ａ内に注入することによって行うことができる。
【００３５】
図１及び図２に示す鋳造装置は、重力鋳造法によってアルミニウム鋳造をおこなっているが、従来から実施されているアルミニウム鋳造方法にも適用できる。例えば、図５に示す鋳造装置は、加圧鋳造方法によってアルミウム鋳造を行っているものである。図５に示す鋳造装置では、成形型１２を上成形型５０と押圧成形型５１とによって構成している。図４に示す成形型１２は、図１及び図２に示した重力鋳造法に用いる成形型とくらべて気密性が高いものとなっている。
この図５に示す鋳造装置１０では、窒素ガスボンベ２０と成形型１２のキャビティ１２ａとを接続する配管２２の中途に配管５３を分岐して真空ポンプ５２を接続している。この配管２２の中途には、バルブ５４を設けている。更に、成形型１２の内外を配管５５によって接続し、配管５５にバルブ５６を設けている。
【００３６】
図５に示す鋳造装置１０を使用して鋳造する場合は、先ず、バルブ２４、５６を閉じてバルブ５４を開放して真空ポンプ５２を駆動し、成形型１２のキャビティ１２ａ内を減圧する。かかる減圧によって、キャビティ１２ａ内を実質的に非酸素雰囲気とすることができる。
更に、アルゴンガスボンベ２５から加熱炉２８にアルゴンガスを注入した後、バルブ３３を開放してタンク３６にアルゴンガスを注入し、タンク３６からマグネシウム粉末を加熱炉２８に送り込んでマグネシウム粉末を昇華させてマグネシウムガスを発生させる。発生したマグネシウムガスは、バルブ５４、５６を閉じた状態で、バルブ４５を開放してアルゴンガスによって成形型１２のキャビティ１２ａ内に注入する。
次いで、バルブ４５を閉じ、バルブ２４、５６を開放して窒素ガスボンベ２０からキャビティ１２ａ内に窒素ガスを注入する。キャビティ１２ａ内では、注入されたマグネシウムガスと窒素ガスとが反応し、キャビティ１２ａの内壁面にマグネシウム窒素化合物の粉体が生成する。
【００３７】
この様に、キャビティ１２ａの内壁面にマグネシウム窒素化合物の粉体が付着した状態で、押圧成形型５１を押し上げることによってアルミニウム溶湯がキャビティ１２ａに注入される。
この際、キャビティ１２ａの内壁面にはマグネシウム窒素化合物が付着しているため、前述したと同様の作用によってアルミニウムの溶湯表面に酸化被膜が形成されることを防止して鋳造できる。その結果、良好な品質のアルミニウム鋳造品を得ることができる。
図５に示す成形型１２では、キャビティ１２ａの内壁面を熱処理して四酸化鉄から成る処理膜１２ｂを形成している。四酸化鉄は、マグネシウム窒素化合物との反応性を有しないため、処理膜１２ｂによってマグネシウム窒素化合物の還元機能は損なわれない。
かかるキャビティ１２ａの内壁面の処理としては、窒化処理も挙げることができる。
尚、図５に示す鋳造装置１０では、アルミニウム溶湯の注入の際或いは加圧鋳造の際には、バルブ５６を開放することによって、アルミニウム溶湯の注入を容易とすることができる。
【００３８】
図６は冷却装置４７のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、冷却水を一旦水槽１００に貯留し、ポンプ１０２でウォータージャケット１２ｃに循環させるようにしている。そして、この水槽１００内の冷却水を公知の強制冷却機１０４により冷却するようにしている。冷却機１０４により、冷却水を−２５℃程度まで冷却可能である。
したがってこの場合、冷却水は不凍液を用いるようにする。
これにより、成形型１２の温度を室温以下程度の低温に保持でき、溶湯の凝固速度をより速めることで、金属の結晶粒が微細となり、且つ、急激に冷却することで、微細な結晶粒による組織が緻密となり、強度的に優れる鋳造品を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、還元性化合物をキャビティ表面に析出させた状態で溶湯を導入することにより、還元性化合物により溶湯表面の酸化皮膜が還元されて消失する。これにより溶湯の表面張力が低減し、その流動性、成形型との濡れ性が向上し、湯周り不良による湯ジワ、湯境等種々の鋳物欠陥が解消し、高品質の鋳造品を歩留まりよく生産できる。
その際、酸化皮膜が消失して、溶湯の流動性が向上するので、成形型を高温にすることも、塗型層を設けなくともよく、作業性が大幅に向上し、コストの低減化が図れる。
成形型温度を低温にできるので、凝固速度が極めて速くなり、各部の凝固速度差も少なく、押し湯も大幅に低減できると共に、緻密で強度の大きな鋳造品を得ることができ、さらには、鋳造のサイクルタイムが短くなり、生産性が向上し、また成形型の寿命も伸びるなど多くの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る鋳造装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す成形型に設けられた接続口の構造を示す部分断面図である。
【図３】成形型の冷却装置の一例を示す説明図である。
【図４】従来の成形型温度に設定した場合の必要押し湯の高さを１００％としたとき、本実施の形態で所要の成形型温度にした場合の必要押し湯高さを示すグラフである。
【図５】鋳造装置の他の例を示す概略図である。
【図６】冷却装置の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    鋳造装置
１２    成形型
１２ａ  キャビティ
１２ｂ    処理膜
１２ｃ  ウォータージャケット
１４      注湯槽
１７ａ  減圧孔
１８      アルミニウム溶湯
２０    窒素ガスボンベ
２２ａ  窒素ガス注入孔
２５      アルゴンガスボンベ
２８      加熱炉（ガス発生装置）
３２、３２ａ    ヒータ
３６    タンク
４４      パイプ
４４ａ  金属ガス注入孔
４７    冷却装置
１００  水槽
１０４  冷却機
【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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