(57)【要約】アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ20と、当該ホットトップ20内のアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部30を通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットBを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体10とを有し、当該鋳型本体10の溶湯通過部30の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔40を複数備えると共に、当該鋳型本体10内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各潤滑油吹出孔40に連通する潤滑油供給路41をそれぞれ独立して形成する。これによって鋳型本体10を温度や鋳造速度の条件の違いがあっても確実に冷却できるため、良好な連続鋳造を実現できる。
2010001459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
当該鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔４０を複数備えると共に、当該鋳型本体１０内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各潤滑油吹出孔４０に連通する潤滑油供給路４１をそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
当該鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に、気体を通過させる気体通過孔５０を複数備えると共に、当該鋳型本体１０内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各気体通過孔５０に連通する気体通過路５１をそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
当該鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔４０と、気体を通過させる気体通過孔５０とをそれぞれ複数備えると共に、
前記鋳型本体１０内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各潤滑油吹出孔４０と気体通過孔５０とにそれぞれ連通する潤滑油供給路４１と気体通過路５１とをそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０の上面に、前記溶湯通過部３０とほぼ同心円状となるリングプレート８０を着脱自在に設けると共に、当該リングプレート８０に、前記潤滑油吹出孔４０、または前記気体通過孔５０、あるいは前記鋳型本体１０上端と前記ホットトップ２０と溶湯メニスカス部ｍとの間に形成されるメニスカス部空間Ｓの圧力を測定する圧力測定用連通孔５２のいずれか１つ以上の孔を形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項５】
請求項４に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０とリングプレート８０のいずれか一方または両方を銅または銅合金から形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる連通路６２で接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項７】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる連通路６２で接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる垂直連通路６２ｂと、前記気体通過路または潤滑油供給路の直下に略水平方向内部に向けて延びる水平連通路６２ａとで接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項９】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる垂直連通路６２ｂと、前記気体通過路または潤滑油供給路の直下に略水平方向内部に向けて延びる水平連通路６２ａとで接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０に圧力測定用の連通孔５２を形成し、当該連通孔５２に、前記鋳型本体１０上端と前記ホットトップ２０と溶湯メニスカス部ｍとの間に形成されるメニスカス部空間Ｓの圧力を測定する圧力測定手段９２を備えると共に、前記気体通過路５１または前記潤滑油供給路４１に、前記圧力測定手段９２の測定値に基づいて前記メニスカス部空間ｍの圧力を制御する圧力制御手段９０を備えたことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１１】
請求項１０に記載の気体加圧式鋳造用鋳型１００において、
前記圧力制御手段９０は、前記潤滑油供給路４１から供給する潤滑油供給量を調整して前記メニスカス部空間ｍの圧力を制御することを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１２】
請求項１０に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記圧力制御手段９０は、前記気体通過路５１内の気体圧を増圧または減圧して前記メニスカス部空間ｍの圧力を制御することを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１３】
請求項４〜１２のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記気体通過路５１内、または前記鋳型本体１０に形成された圧力測定用の連通孔５２に、前記メニスカス部空間ｍから逆流する潤滑油を捕捉するトラップ機構５６を備えたことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金など非鉄金属の半連続もしくは連続鋳造に適した気体圧制御式鋳造用鋳型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から非鉄金属製造分野においては、アルミニウムやアルミニウム合金などの非鉄金属の鋳造法として、例えば以下の特許文献１や２などに示すような所謂気体加圧式ホットトップ鋳造用鋳型による鋳造法が多用されている。
この気体加圧式ホットトップ鋳造用鋳型は、例えば図１０および図１１に示すように、耐火断熱材からなるホットトップ２０から出るアルミニウム溶湯Ｍをそのまま鋳型（金型）本体１０に形成した通過部３０に通し、同時にその鋳型本体１０から吹き出される冷却水Ｗによってその溶湯Ｍを強制冷却して連続的に凝固させて棒状のビレットＢを鋳造するものである。【０００３】
そして、図１１に示すように、その鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面上端に潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０を設け、その溶湯通過部３０に溶湯Ｍを通過させる際にこの潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０から潤滑油と不活性ガスや空気などの気体を吹き込む。これによって、溶湯通過部３０内面への溶湯Ｍの接触や摩擦を少なくしてスムーズな通過（鋳造）を実現すると共に、そのビレットＢの表面形状を滑らかにすることが可能となっている。
【特許文献１】特公昭５４−４２８４７号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５４２４４号公報
【０００４】
ところで、この気体加圧式ホットトップ連続鋳造法を実現するための鋳型は、図１１に示すようにその鋳型本体１０内に冷媒通路６０を内蔵し、この冷媒通路６０を流れる冷媒（冷却水）Ｗによって鋳型全体を強制的に冷却するようになっている。
しかしながら、従来の鋳型は、その冷媒通路６０と前記潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０との間に、潤滑油および気体を供給するための深い環状の溝７０が鋳型の溶湯通過部３０に沿って環状に形成されている。そのため、これが断熱層の作用をして潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０部分が充分に冷却されない。
また、この鋳型本体１０内の冷媒通路６０は、図示するように断面矩形状に形成されているため、この冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗの一部がその角部に滞留して凝固のための熱交換を必要とする溶湯通過部３０上部を効果的に冷却できない。【０００５】
このため、注湯温度の高い合金や鋳造速度を上げた鋳造をするなどして鋳型本体１０の温度が上昇すると、鋳型の溶湯金属冷却能力が不足してビレットＢ表面がガス肌と呼ばれる状態となることがある。また、溶湯Ｍと溶湯通過部３０との間の潤滑効果が低下し、溶湯通過部３０と溶湯Ｍとの摩擦が大きくなり、その溶湯通過部３０表面に凝固した金属や酸化物などが付着し、ビレットＢ表面に引きつりと呼ばれる鋳造欠陥が発生しやすくなる。【０００６】
また、鋳型本体１０の冷却が弱くなるので、鋳型本体１０の冷却によって溶湯Ｍから生成される凝固シェルの強度が弱くなって、溶湯通過部３０との摩擦に耐えられなくなる。これによって、凝固シェルの破壊が生じてブレークアウトして鋳造ができなくなることの問題が生じていた。
また、図１１に示すように潤滑油吹出孔４０または気体通過孔５０から溶湯通過部３０に供給された潤滑油と気体は、前記メニスカス部空間Ｓに達した後、溶湯Ｍの通過と共にその溶湯通過部３０の壁面に沿って溶湯通過部３０の下方に抜けることになる。【０００７】
このとき、鋳型本体１０の温度が上昇することによって環状の潤滑油供給溝７０の潤滑油膨張と鋳型本体１０の熱膨張による圧迫とによって潤滑油が過度に供給されて溶湯Ｍに吹き出されることになる。すると、潤滑油のガス化による気体加圧ガス供給過剰となって気体による加圧条件が変化して溶湯通過部３０上端部分とホットトップ２０と溶湯メニスカス部ｍとの間に形成される空間（メニスカス部空間）Ｓの変化が過大となってビレットＢの品質を劣化させることがあった。    【０００８】
すなわち、潤滑油のガス化によりメニスカス部空間Ｓ内の気体の圧力が溶湯圧を超えるとそのメニスカス部空間Ｓが大きくなり、このメニスカス部空間Ｓの気体や気化した潤滑油が溶湯通過部３０からホットトップ２０側に抜ける現象（バブリング）が起こる場合があった。
そして、このようなバブリングが発生すると酸化物の介在物や皮膜が生成し、これがビレットＢの表層部に巻き込まれ、ビレット表面欠陥や内部欠陥になる。【０００９】
このような欠陥が最終製品まで残ると製品の機械的特性が低下したり、鍛造時に鍛造割れ不良やアルマイトでの外観不良となる。
また、このようなバブリングが発生すると、瞬間的にメニスカス部空間Ｓが消失して潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０まで溶湯Ｍが差し込んで凝固、固着して孔を塞いでしまうことがある。すると、その後メニスカス部空間Ｓが形成されないため、大きな鋳肌欠陥を発生させてビレット不良となることがあった。
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものである。その主たる目的は、連続的に鋳造する鋳型全体（特に鋳型上部）を温度や鋳造速度の条件の違いがあっても確実に冷却できる新規な気体圧制御式鋳造用鋳型を提供するものである。
【発明の開示】
【００１０】
［発明１］
前記課題を解決するために第１の発明は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を導入するホットトップと、当該ホットトップから導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を溶湯通過部に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体とを有し、
当該鋳型本体の溶湯通過部の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔を複数備えると共に、当該鋳型本体内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各潤滑油吹出孔に連通する潤滑油供給路をそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００１１】
［発明２］
また、第２の発明は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を導入するホットトップと、当該ホットトップから導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を溶湯通過部に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体とを有し、
当該鋳型本体の溶湯通過部の壁面に、気体を通過させる気体通過孔を複数備えると共に、当該鋳型本体内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各気体通過孔に連通する気体通過路をそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００１２】
［発明３］
また、第３の発明は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を導入するホットトップと、当該ホットトップから導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を溶湯通過部に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体とを有し、
当該鋳型本体の溶湯通過部の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔と、気体を通過させる気体通過孔とをそれぞれ複数備えると共に、前記鋳型本体内の少なくとも熱影響部の範囲で、前記各潤滑油吹出孔と気体通過孔とにそれぞれ連通する潤滑油供給路と気体通過路とをそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。 
【００１３】
そして、これら本発明に係る第１〜第３の発明によれば、潤滑油供給路および気体通過路の一方あるいは両方を、少なくとも鋳型本体内の熱影響部の範囲で、それぞれ独立して形成し、鋳型本体に内蔵された冷媒通路と溶湯通過部の間に位置する前記潤滑油供給路および気体通過路の断面積を大幅に減少させたことから、この潤滑油供給路および気体通過路の存在による鋳型本体の熱伝導の低下を防止することが可能となる。特に潤滑油吹出孔や気体通過孔付近をより確実に冷却することができる。
これによって、気体通過孔から吹き出される気体の加圧条件が安定してメニスカス空間の変動を小さく抑えることができる。さらに、潤滑油の温度上昇も抑制できるため、潤滑油の揮発量も少なくなり、潤滑油本来の潤滑能力を発揮することができる。
【００１４】
この結果、鋳造速度を上げても鋳型本体の温度が高くならないため、製品の品質の低下や鋳造欠陥などを抑制でき、従来よりも高温度の鋳造や高速な鋳造を実現できる。また、同時に鋳型本体の熱影響部に潤滑油供給溝や気体圧制御溝がないため、鋳型本体の変形による潤滑油の供給量の変動や気体加圧ガス量の変動を小さく抑えることができ、安定した製品の品質を維持できる。
ここで、本発明でいう「鋳型本体内の熱影響部」とは、後の実施の形態で例示するように、鋳型本体のなかで溶湯通過部を通過するアルミニウム溶湯の熱の影響を直接受ける部分をいい、鋳型本体のうち少なくともアルミニウム溶湯が接する溶湯通過部の壁面から当該壁面に近接する冷媒通路に至る領域を含む部分をいう。
【００１５】
［発明４］
また、第４の発明は、
第１〜第３の発明において、前記鋳型本体の上面に、前記溶湯通過部とほぼ同心円状となるリングプレートを着脱自在に設けると共に、当該リングプレートに、前記潤滑油吹出孔、または前記気体通過孔、あるいは前記鋳型本体上端と前記ホットトップと溶湯メニスカス部との間に形成されるメニスカス部空間の圧力を測定する圧力測定用連通孔のいずれか１つ以上の孔を形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。  
【００１６】
第４の発明によれば、これら潤滑油吹出孔および気体通過孔あるいは圧力測定用連通孔を比較的容易に加工・形成することができる。  
また、鋳型本体の研磨、打痕などによってホットトップと接する角部が損傷を受けたり、あるいはバブリングなどによって潤滑油吹出孔または気体通過孔のいずれかが変形し、鋳肌欠陥ができやすくなった場合には、そのリングプレートのみを新たなものに交換したり清掃したりすることで容易にその不都合を解消することができる。
【００１７】
［発明５］
また、第５の発明は、
第４の発明において、前記鋳型本体とリングプレートのいずれか一方または両方を銅または銅合金から形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
第５の発明によれば、鋳型本体とリングプレートのいずれかー方または両方を熱伝導性に優れた金属である銅または銅合金から形成したことから、冷媒通路を流れる冷媒によって鋳型本体およびリングプレートを効果的に冷却することができる。
【００１８】
［発明６］
また、第６の発明は、
第１〜第５の発明において、前記鋳型本体内に冷媒通路を形成し、当該冷媒通路を流れる冷媒を前記鋳型本体の溶湯通過部で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルに向けて吹き出すための吹出孔または吹出スリットを前記溶湯通過部の下端に形成すると共に、当該冷媒の吹出孔または吹出スリットと前記鋳型本体内の冷媒通路間を、前記溶湯通過部の近傍で、かつ、その溶湯通過部の上端側から下方に向かって延びる連通路で接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００１９】
第６の発明によれば、冷媒通路内の冷媒が滞留することなくスムーズに冷媒吹出孔側または吹出スリット側に流れる。これによって、冷却を要求される溶湯が接する鋳型本体上部から冷たい冷媒が流れることになる。この結果、鋳型本体上部の溶湯通過部がより冷却され、ビレットを効率良く冷却することができるため、従来よりも高温度の条件や高速な鋳造を実現できる。
【００２０】
［発明７］
また、第７の発明は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を導入するホットトップと、当該ホットトップから導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を溶湯通過部に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体とを有し、当該鋳型本体内に冷媒通路を形成し、当該冷媒通路を流れる冷媒を前記鋳型本体の溶湯通過部で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルに向けて吹き出すための吹出孔または吹出スリットを前記溶湯通過部の下端に形成すると共に、当該冷媒の吹出孔または吹出スリットと前記鋳型本体内の冷媒通路間を、前記溶湯通過部の近傍で、かつ、その溶湯通過部の上端側から下方に向かって延びる連通路で接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００２１】
第７の発明によれば、冷媒通路内の冷媒が滞留することなくスムーズに冷媒吹出孔側または吹出スリット側に流れる。これによって、冷却を要求される溶湯が接する鋳型本体上部から冷たい冷媒が流れることになる。この結果、鋳型本体上部の溶湯通過部がより冷却され、ビレットを効率良く冷却することができるため、従来よりも高温度の条件や高速な鋳造を実現できる。
【００２２】
［発明８］
また、第８の発明は、
第１〜第５の発明において、前記鋳型本体内に冷媒通路を形成し、当該冷媒通路を流れる冷媒を前記鋳型本体の溶湯通過部で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルに向けて吹き出すための吹出孔または吹出スリットを前記溶湯通過部の下端に形成すると共に、当該冷媒の吹出孔または吹出スリットと前記鋳型本体内の冷媒通路間を、前記溶湯通過部の近傍で、かつ、その溶湯通過部の上端側から下方に向かって延びる垂直連通路と、前記気体通過路または潤滑油供給路の直下に略水平方向内部に向けて延びる水平連通路とで接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００２３】
第８の発明によれば、冷媒の吹出孔または吹出スリットと鋳型本体内の冷媒通路間を、垂直連通路と水平連通路とで接続したことから、冷媒通路内の冷媒が滞留することなくスムーズに冷媒吹出孔側または吹出スリット側に流れる。また、冷媒通路内の冷たい冷媒が水平連通路を介して垂直連通路に流れるため、その水平連通路の近傍に位置する潤滑油供給路と気体通過路も効率良く冷却できる。これによって、潤滑油供給路を通過する潤滑油や気体通過路を通過する気体の過熱を防止できる。
【００２４】
［発明９］
また、第９の発明は、
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を導入するホットトップと、当該ホットトップから導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を溶湯通過部に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体とを有し、当該鋳型本体内に冷媒通路を形成し、当該冷媒通路を流れる冷媒を前記鋳型本体の溶湯通過部で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルに向けて吹き出すための吹出孔または吹出スリットを前記溶湯通過部の下端に形成すると共に、当該冷媒の吹出孔または吹出スリットと前記鋳型本体内の冷媒通路間を、前記溶湯通過部の近傍で、かつ、その溶湯通過部の上端側から下方に向かって延びる垂直連通路と、前記気体通過路または潤滑油供給路の直下に略水平方向内部に向けて延びる水平連通路とで接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００２５】
第９の発明によれば、冷媒の吹出孔または吹出スリットと鋳型本体内の冷媒通路間を、垂直連通路と水平連通路とで接続したことから、冷媒通路内の冷媒が滞留することなくスムーズに冷媒吹出孔側または吹出スリット側に流れる。また、冷媒通路内の冷たい冷媒が水平連通路を介して垂直連通路に流れるため、その水平連通路の近傍に位置する潤滑油供給路と気体通過路も効率良く冷却できる。これによって、潤滑油供給路を通過する潤滑油や気体通過路を通過する気体の過熱を防止できる。
【００２６】
［発明１０］
また、第１０の発明は、
第１〜第９の発明において、前記鋳型本体に圧力測定用の連通孔を形成し、当該連通孔に、前記鋳型本体上端と前記ホットトップと溶湯メニスカス部との間に形成されるメニスカス部空間の圧力を測定する圧力測定手段を備えると共に、前記気体通過路または前記潤滑油供給路に、前記圧力測定手段の測定値に基づいて前記メニスカス部空間の圧力を制御する圧力制御手段を備えたことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
【００２７】
第１０の発明によれば、メニスカス部空間の圧力を測定する圧力測定手段と、その圧力制御する圧力制御手段を備えたことから、溶湯メニスカス部の形状を圧力条件で最適に制御し安定させることができる。また、圧力条件を変化させて溶湯メニスカス部の形状を変えることも可能となり、溶湯通過部の壁面に付着した異物などを鋳肌に付着させて除去できるため、コメットテールなどの欠陥を未然に防ぐことができる。これによって、長時間の連続鋳造が可能になる。また、バブリングなどのような鋳造不良を招く現象を確実に防止できる。
【００２８】
［発明１１］
また、第１１の発明は、
第１０の発明において、前記圧力制御手段は、前記潤滑油供給路から供給する潤滑油供給量を調整して前記メニスカス部空間の圧力を制御することを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
第１１の発明によれば、鋳造速度を速くしたり、気体が溶湯通過部の壁面に沿って下方に抜けずにメニスカス部空間の維持が難しい合金の鋳造においてもメニスカス部空間を安定して維持できるため、品質の低下や鋳造欠陥をなどを抑制できる。
【００２９】
［発明１２］
また、第１２の発明は、
第１０の発明において、前記圧力制御手段は、前記気体通過路内の気体圧を増圧または減圧して前記メニスカス部空間の圧力を制御することを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
第１２の発明によれば、気体が溶湯通過部の液面に沿って下方に抜けずにメニスカス部空間の維持が難しい合金の鋳造においてもメニスカス部空間を安定して維持できるため、品質の低下や鋳造欠陥などを抑制できる。
【００３０】
［発明１３］
また、第１３の発明は、
第４〜第１２の発明において、前記気体通過路内、または前記鋳型本体に形成された圧力測定用の連通孔に、前記メニスカス部空間から逆流する潤滑油を捕捉するトラップ機構を備えたことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型である。
第１３の発明によれば、メニスカス部空間の気体圧力が高くなって気体通過孔または圧力測定用連通孔を通じて気体が戻るときに、その気体に混じって潤滑油が気体通過路内、または気体圧力測定孔に入った場合には、これをトラップ機能によって捕捉することができる。これによって、気体通過孔または圧力測定用連通孔が潤滑油によって詰まってしまうことを回避できるため、正確な気体加圧条件での圧力制御と圧力の測定が可能となり、安定した鋳造ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る気体圧制御式鋳造用鋳型１００の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る鋳型本体の上面構造を示す平面図である。
【図３】気体通過路５１に備わっている圧力制御手段９０の構成を示す説明図である。
【図４】気体通過路５１に付設可能なトラップ機構５６の構成を示す説明図である。
【図５】本発明に係る気体圧制御式鋳造用鋳型１００の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る鋳型本体１０の上面構造を示す平面図である。
【図７】図５中Ａ部を示す部分拡大図である。
【図８】図７中Ｂ方向矢視図である。
【図９】鋳型本体１０の熱影響部を避けた位置に環状溝８２を備えた例を示す縦断面図である。
【図１０】従来の気体加圧式ホットトップ鋳造用鋳型の一例を示す縦断面図である。
【図１１】図１０中Ｃ部を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００は気体圧制御式鋳造用鋳型、１０は鋳型本体、２０はホットトップ、３０は溶湯通過部、４０は潤滑油吹出孔、４１は潤滑油供給路、５０は気体通過孔、５１は気体通過路、５２は圧力測定用連通孔、５６はトラップ機構、６０は冷媒通路、６１は冷媒吹出孔、６２は、連通路、６２ａは水平連通路、６２ｂは垂直連通路、８０はリングプレート、８１は溝部、８２…環状溝、９０は圧力制御手段、９２は圧力測定手段、Ｂはビレット、Ｃは凝固シェル、Ｍは溶湯、ｍは溶湯メニスカス部、Ｓはメニスカス部空間、Ｗは冷媒。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１実施形態］
図１〜図４は本発明に係る気体圧制御式鋳造用鋳型１００の第１の実施形態を示したものである。
（構成）
図示するようにこの気体圧制御式鋳造用鋳型１００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、あるいは銅または銅合金などの熱伝導性に優れた金属材料からなる鋳型本体１０の上方に、耐火断熱材からなるホットトップ２０を備えた構成となっている。また、その鋳型本体１０の中央部分にはこれを上下に貫通するように断面円形の溶湯通過部３０を形成した構造となっている。【００３４】
そして、このホットトップ２０から供給されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍをこの鋳型本体１０の溶湯通過部３０に通過させながら、冷却凝固するようになっている。これによって、アルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続または連続的に鋳造するようになっている。
また、この鋳型本体１０内には、その中央の溶湯通過部３０を囲むように環状の冷媒通路６０が内蔵されている。そして、この冷媒通路６０内に図示しない冷媒供給ポンプから供給される冷媒（冷却水）Ｗを通過させることで、鋳型本体１０全体をその内部から冷却するようになっている。【００３５】
また、鋳型本体１０の溶湯通過部３０の下端部には、その溶湯通過部３０の周縁部に沿って延びるスリット状の冷媒吹出孔６１が形成されている。
この冷媒吹出孔６１は、その鋳型本体１０内に形成された連通路６２を介して冷媒通路６０と連通している。そして、この冷媒通路６０内を流れる冷媒（冷却水）Ｗをこの冷媒吹出孔６１から吹き出し、吹き出した冷媒Ｗを、鋳型本体１０で冷却されて生成した凝固シェルの表面および溶湯Ｍで形成されるビレットＢの表面に吹き付けるようになっている。これによってそのビレットＢを強制的に冷却し、凝固シェル内側の残りの溶湯Ｍが凝固するようになっている。【００３６】
ここで、この冷媒吹出孔６１と冷媒通路６０間を連通する連通路６２は、水平連通路６２ａと垂直連通路６２ｂとから構成されている。そして、水平連通路６２ａは、溶湯通過部３０の周方向断面に対して矩形状をした冷媒通路６０の上部から溶湯通過部３０方向に向けて水平に延びる形態となっている。一方、垂直連通路６２ｂは、この水平連通路６２ａの端部からその溶湯通過部３０の壁面に沿って垂直下方に延びるような構造となっている。【００３７】
―方、この溶湯通過部３０の壁面上端側には、ひまし油などの潤滑油を吹き出すための潤滑油吹出孔４０と、不活性ガスや空気などの気体を通過（供給・排気）させる気体通過孔５０とがそれぞれ複数（本実施の形態では各４つずつ）等間隔に形成されている。
これら各潤滑油吹出孔４０，４０，４０，４０には、潤滑油供給路４１，４１，４１，４１がそれぞれ鋳型本体１０内をその外側から貫通するように独立して接続されている。そして、各潤滑油吹出孔４０，４０，４０，４０に対して各潤滑油供給路４１，４１，４１，４１からそれぞれ潤滑油が独立して供給されるようになっている。【００３８】
また、各気体通過孔５０，５０，５０，５０にも，それぞれ気体通過路５１，５１、５１，５１がそれぞれ鋳型本体１０内をその外側から貫通するように独立して接続されている。そして、各気体通過孔５０，５０，５０，５０に対して各気体通過路５１，５１、５１，５１からそれぞれ気体が独立して供給されるようになっている。
なお、これら各潤滑油吹出孔４０，４０，４０，４０および各気体通過孔５０，５０．５０，５０ならびに各潤滑油供給路４１、４１、４１，４１および各気体通過路５１，５１，５１，５１は，それぞれ所定径のドリルによって鋳型本体１０の内外からそれぞれ穿孔して形成され、外周部で相互に連通されるようになっている。【００３９】
他方、図３に示すようにこの鋳型本体１０には、この気体通過路５１内の気体の圧力Ｐｇａｓを制御する圧力制御手段９０が設けられている。
この圧力制御手段９０は、圧力制御弁（逃がし弁）９１と、圧カセンサー９２（圧力測定手段）と、比較演算機９３と、ヘッド圧算出部（図示せず）から構成されている。
ここで、圧力制御弁（逃がし弁）９１は、気体を通過させる気体通過ラインＬを介して気体通過路５１内の気体圧力Ｐｇａｓを制御する。また、圧カセンサー９２（圧力測定手段）は、この気体通過路５１と同様にメニスカス部空間Ｓに連通する圧力測定用連通孔５２を介して前記メニスカス部空間Ｓの気体圧を検出するようになっている。【００４０】
また、比較演算機９３は、メニスカス部空間Ｓの最適な気体圧力Ｐｇａｓを算出するようになっている。また、図示しないヘッド圧算出部は、ホットトップ２０内の溶湯Ｍの液面高さを光学的または物理的に検知してその溶湯Ｍのヘッド圧ＰＡｌを算出するようになっている。
なお、これらは各単独で使用することも可能である。その場合、Ｐｇａｓが計算されるメニスカス部空間Ｓ上部の概略溶湯圧に等しくなるように圧力制御弁（逃がし弁）９１を制御する。溶湯Ｍのヘッド圧ＰＡｌが正確にわからない場合は、圧力を上げてバブリングさせることにより、そのヘッド圧ＰＡｌを検出し、その検出した圧力ＰＡｌにより、例えばそのバブリング圧より１０〜３０ｈＰａ小さな値に制御する。【００４１】
一方、圧力制御手段９０の全てを使ってＰＡｌの測定値を使ったフィードバックループで制御することも可能である。この場合、このヘッド圧算出部で算出された溶湯Ｍのヘッド圧ＰＡｌに対して、圧カセンサー９２で検出されたメニスカス空間Ｓの圧力Ｐｇａｓを鋳造の定常状態においてはほぼ等しく（ＰＡｌ≒Ｐｇａｓ）なるように比較演算機９３が圧力制御弁９１を制御して気体通過ラインＬから供給される気体の圧力Ｐｇａｓを制御するようになっている。【００４２】
また、スタート時や終了時においては、不安定な湯面変動に対してバブリングなどの異常が起こらないように低い圧力に制御することが有利になる。
また、コメットテール、引きつりなどで鋳肌が荒れ始めたときも気体圧力を下げて溶湯メニスカス部ｍの位置を溶湯通過部３０上部に上げ、肌荒れの原因物質を鋳肌に付着させて取り除くように圧力制御する。連続的に鋳造する場合は、定期的にこの操作を行って安定した鋳肌を維持することができる。【００４３】
（作用および効果）
次に、このような構成をした本発明の気体圧制御式鋳造用鋳型１００の作用および効果を説明する。
先ず、図１〜図３に示すように鋳型本体１０上部のホットトップ２０内のアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを鋳型本体１０の溶湯通過部３０内に流し込むと同時に各潤滑油吹出孔４０、４０、４０、４０および各気体通過孔５０、５０、５０、５０から潤滑油と気体を吹き出す。
すると、潤滑油は、鋳型本体１０の内壁面に流れ出し、溶湯メニスカス部ｍ下部にて溶湯Ｍの表面に接触して一部のガス化によって凝固シェルＣの生成を促すと共に、その凝固シェルＣと溶湯通過部３０の壁面との摩擦を低減する。【００４４】
また、気体はその圧力に応じたメニスカス部空間Ｓを維持形成する。その圧力をほぼ溶湯圧に等しくする（ＰＡｌ≒Ｐｇａｓ）と、メニスカス部空間Ｓを極大化でき、溶湯メニスカス部ｍと溶湯通過部３０の壁面との接触角を小さく、かつその接触位置を溶湯通過部３０の壁面の低い位置にすることができる。また、気体はその一部が溶湯通過部３０の壁面との間を通過してその凝固シェルＣと共に溶湯通過部３０の下方に抜けることになる。【００４５】
このように潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０から供給された潤滑油と気体とによって溶湯Ｍの表面に凝固シェルＣの生成が促進されると共に、溶湯通過部３０壁面に対する凝固シェルＣの接触や摩擦を減少することと、溶湯メニスカス部ｍと溶湯通過部３０の壁面との接触角を小さく、かつその接触位置を溶湯通過部３０の壁面の低い位置にすることができることで、溶湯Ｍの通過をスムーズにしてそのビレットＢの表面形状を滑らかにすることができる。【００４６】
その後、この鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に接触した溶湯Ｍは、その鋳型本体１０によって急冷されてその外側から凝固シェルを形成しながらその溶湯通過部３０内を降下する。さらにその溶湯通過部３０下端の冷媒吹出孔６１から吹き出される冷媒（冷却水）によってさらに水温近くまで強制的に急冷されてその内部まで凝固し、棒状の鋳造物（ビレットＢ）が連続的に鋳造される。【００４７】
そして、本発明の気体圧制御式鋳造用鋳型１００は、この各潤滑油吹出孔４０、４０、４０、４０および各気体通過孔５０、５０、５０、５０に対してそれぞれ潤滑油供給路４１、４１、４１、４１と気体通過路５１、５１、５１、５１を鋳型本体１０内で鋳型本体１０の内周面（溶湯通過部３０の壁面）側から鋳型本体１０の外周面への放射状の穿孔のみで独立して接続した。このようにすると、潤滑油と気体の鋳型本体１０からの受熱を少なくすることができ、潤滑油と気体の温度上昇を防止することができる。【００４８】
これによって、気体通過孔５０、５０、５０、５０から吹き出される気体の加圧条件が安定すると共に、潤滑油供給路４１、４１、４１、４１および潤滑油吹出孔４０、４０、４０、４０内での潤滑油の変性または気化を抑制できる。また、鋳型本体１０の溶湯通過部３０の冷却が確実に行えるため、メニスカス部空間Ｓの変動を小さく抑えることができる。【００４９】
この結果、バブリングや、潤滑油吹出孔４０、４０、４０、４０や気体通過孔５０、５０、５０、５０への溶湯Ｍの差し込みや鋳型本体１０の温度が高くなることによる引きつり、ガス肌などといった鋳造欠陥を招くような現象を防止することができる。
さらに、潤滑油の温度上昇も抑制できるため、潤滑油の揮発量も少なくなり、潤滑油本来の潤滑能力を発揮することができる。【００５０】
この結果、鋳造温度または鋳造速度を上げても品質の低下や鋳造欠陥などを回避できるため、従来よりも高温度の鋳造や高速な鋳造を実現できる。
また、溶湯通過部３０の下端に設けられた冷媒吹出孔６１と冷媒通路６０間を溶湯通過部３０の近傍でかつその溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる連通路６２で接続した。このため、図３の矢印に示すように冷媒通路６０内の冷媒Ｗが滞留することなくスムーズに冷媒吹出孔６１側に流れてビレットＢに吹き付けられることになる。【００５１】
これによって、潤滑油吹出孔４０、４０、４０、４０や気体通過孔５０、５０、５０、５０の部分は勿論、特に温度が高くなる溶湯通過部３０の壁面側も効率良く冷却することができるため、より高温度、高速な鋳造を実現できる。
従って、本発明の気体圧制御式鋳造用鋳型１００を用いれば、従来鋳型では困難であった異径鋳造棒のような難形状の鋳造や５インチ以下の小径棒での高速鋳造のようにビレットＢ表面に欠陥の出やすい鋳造であっても容易かつ確実に実施することができる。【００５２】
また、冷媒通路６０の冷却水を通過するための連通路６２を、水平連通路６２ａと垂直連通路６２ｂとで構成した。これによって、冷媒通路６０内の温度の低い冷媒Ｗが水平連通路６２ａを介して垂直連通路６２ｂに流れるため、その水平連通路６２ａの近傍に位置する潤滑油供給路４１と気体通過路５１も同時に効率良く冷却できる。この結果、潤滑油供給路４１を通過する潤滑油や気体通過路５１を通過する気体の過熱も防止することができる。【００５３】
また、図３に示したように、この鋳型本体１０の気体通過路５１に気体圧力Ｐｇａｓを制御する圧力制御手段９０を備えたことから、気体通過ラインＬから供給される気体の圧力を適切に制御することができる。
これによって、溶湯通過部３０の上端に形成されるメニスカス部空間Ｓの大きさを常にー定にコントロールできるため、気体圧Ｐｇａｓがヘッド圧ＰＡｌよりも上回ることによって発生するバブリング現象（ＰＡｌ≒Ｐｇａｓ）などの鋳造不良の原因となる現象をより確実に防止することができる。【００５４】
なお、本実施の形態では、潤滑油吹出孔４０（潤滑油供給路４１）と気体通過孔５０（気体通過路５１）をそれぞれ４つずつ交互に配設した例で示したが、これらは本実施の形態に限定されるものでなく適宜増減して設けても良い。  
また、さらに図４に示すようにこの鋳型本体１０に形成された気体通過路５１には、この気体通過路５１内に流れ込んできた潤滑油を捕捉するためのトラップ機構５６を付設することが望ましい。【００５５】
すなわち、前述したように本発明では、各気体通過孔５０に気体通過路５１をそれぞれ独立して接続した構造としている。このため、その気体圧を下げて溶湯メニスカス部ｍを上げた条件にするときや潤滑油吹出孔４０から吹き出された潤滑油の一部が揮発してメニスカス部空間Ｓのガス圧が上昇した場合には、そのメニスカス部空間Ｓ内の気体が気体通過孔５０から気体通過路５１内を逆流する。【００５６】
このとき、溶湯通過部３０の壁面に付着した潤滑油やメニスカス部空間Ｓで揮発した潤滑油成分が、その気体と共に気体通過孔５０から気体通過路５１内に流れ込んで逆流し、この気体通過路５１を詰まらせてしまうことが起こる。
これを防ぐため、図４に示すように気体通過路５１には、この気体通過路５１内に流れ込んできた潤滑油を捕捉するためのトラップ機構５６を設けることが望ましい。【００５７】
このトラップ機構５６の構成としては特に限定されるものではないが、例えば図４に示すように、気体通過路５１に潤滑油排出用のドレン管５３を接続し、このドレン管５３の途中に密閉容器からなるトラップ５４とリリーフ（安全弁）付き減圧弁５５とを備えたものを用いることができる。
このようなトラップ機構５６を備えれば、気体通過路５１内に流れ込んできた潤滑油をトラップ５４内に回収するようにして捕捉・除去できるため、その気体通過路５１の閉塞を確実に防止することができる。【００５８】
なお、トラップ５４内に回収された潤滑油は、再び潤滑油として再利用できることは勿論である。また、リリーフ（安全弁）付き減圧弁５５を備えたため、その気体通過路５１内の圧力を所定圧以上に維持することが可能となり、正確な気体加圧条件での圧力制御が可能となり、安定した鋳造ができる。
また、このような潤滑油の逆流現象は、気体通過路５１のみならず圧力測定用の連通孔５２でも起こり得る。従って、この圧力測定用の連通孔５２にも同様にトラップ機構５６を備えれば、圧力測定用の連通孔５２内に流れ込んできた潤滑油を確実に回収してその連通孔５２の閉塞を防止することができる。これによって、正確な気体加圧条件での圧力測定が可能となる。【００５９】
［第２実施形態］
次に、図５〜図８は、本発明に係る気体圧制御式鋳造用鋳型１００の第２の実施形態を示したものである。
図示するように本実施の形態では、鋳型本体１０上面にその溶湯通過部３０とほぼ同心円状となるリングプレート８０を着脱可能に設ける。そして、このリングプレート８０に前述した潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０を形成し、このリングプレート８０に形成された潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０に対してそれぞれ潤滑油供給路４１と気体通過路５１を独立して接続したものである。【００６０】
すなわち、このリングプレート８０は、鋳型本体１０の上面であってその溶湯通過部３０の縁部に沿って形成された環状の溝部１１に嵌め込まれるように着脱自在となっている。そして、図６〜図８に示すように、このリングプレート８０の下面内周側には、その途中から径方向内側に抜ける断面矩形状の溝部８１が複数形成されており、これら各溝部８１、８１…が前述した潤滑油吹出孔４０と気体通過孔５０として機能すると共に、これら各溝部８１、８１…に対して潤滑油供給路４１と気体通過路５１とが独立して接続されるような構成となっている。【００６１】
より具体的には、図７に示すように鋳型本体１０に形成された潤滑油供給路４１および気体通過路５１の先端側に、これにより上方に延びる連絡孔４２（５２）が設けられている。そして、この連絡孔４２（５２）を介して潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０が相互に連通することで潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０に潤滑油および気体が供給されるようになっている。【００６２】
このように本実施の形態では、鋳型本体１０に対して着脱自在なリングプレート８０に対して潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０を形成したため、これら潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０を比較的容易に加工・形成することができる。
また、鋳型本体１０の研磨、打痕などによってホットトップ２０と接する角部が損傷を受けた、あるいはバブリングなどによって潤滑油吹出孔および気体孔のいずれかが変形し、肌欠陥ができやすくなった場合や、溶湯Ｍの差し込みなどによってこれら潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０のいずれかが詰まったり狭くなったりした場合には、そのリングプレート８０のみを新たなものに交換したり清掃したりすることで容易にその不都合を解消することができる。【００６３】
また、その潤滑油吹出孔４０および気体通過孔５０のサイズを変えたい場合などにもそのリングプレート８０のみを新たなものに交換するだけで良く、鋳型条件に対して迅速かつ容易に対応することができる。
そして、このリングプレート８０を熱伝導性に優れた銅または銅合金から形成すれば、鋳型本体１０と同様に冷媒通路６０を流れる冷媒によって効果的に冷却することができる。
なお、図５〜図８では、リングプレート８０に潤滑油供給路４１および気体通過路５１のみを形成したが、さらにこのリングプレート８０に前述した圧力測定手段９２を取り付けるための圧力測定用連通孔５２もまとめて形成しても良い。【００６４】
［第３実施形態］
次に、図９は、本発明に係る気体圧制御式鋳造用鋳型１００の第３の実施形態を示したものである。
図示するように、本実施の形態は鋳型本体１０の内壁付近の熱影響部を避けた部分に環状溝８２を形成し、この環状溝８２を介してそれぞれの潤滑油や気体を通過させるようにしたものである。
すなわち、前述したように従来の鋳型は、鋳型本体１０内の冷媒通路６０付近から溶湯通過部３０の壁面に亘る領域である熱影響部に、潤滑油および気体を供給するための深い環状の溝７０が設けられていた。このため、この溝７０が断熱層の作用をして潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０部分が充分に冷却されないものであった。【００６５】
そのため、前記実施の形態では、各潤滑油吹出孔４０や各気体通過孔５０にそれぞれ潤滑油供給路４１と気体通過路５１とをそれぞれ独立して接続することでこの熱影響部に位置していた環状の溝７０を廃止したものであるが、少なくともこの熱影響部においてこの環状の溝７０が存在していない構造であれば、前記の作用・効果を得ることが可能となる。【００６６】
そのため、本実施の形態では図９に示すように、鋳型本体１０内の熱影響部、より具体的には、垂直連通路６２ｂから前記潤滑油吹出孔４０や気体通過孔５０が形成される溶湯通過部３０の壁面に亘る領域よりも外周側の位置であって、リングプレート８０の下面内周側に環状溝８２を設け、この環状溝８２に対して各潤滑油吹出孔４０や各気体通過孔５０を直接接続した構造としたものである。【００６７】
これによって、潤滑油供給路４１や気体通過路５１の数を各潤滑油吹出孔４０や各気体通過孔５０の数よりも大幅に減らすことが可能となり、鋳型本体１０の製造が容易となる。
特に、鋳型本体１０の形状や設置位置などによって潤滑油供給路４１や気体通過路５１の形成場所に制約がある場合には、このような構造は有利である。【００６８】
そして、この環状溝８２の具体的な形成位置やその断面形状としては、鋳型のサイズや鋳込み速度などによって異なってくるが、例えば図９に示すように、冷却水Ｗが垂直に流れる垂直連通路６２ｂよりも外周側で、かつその断面形状が鋳型本体１０の外側から溶湯通過部３０側に向かって斜め上方に向かうような形状とすれば、鋳型本体１０内の熱影響部を避けつつ、気体や潤滑油のスムーズな流れを実現できる。
なお、図の例では、潤滑油または空気のいずれか一方の流体用の環状溝８２を示したものであるが、その外周側すなわち熱影響部を避けた位置に他方の流体用の環状溝をさらにもう１つ設けるような構造にしても良いことは勿論である。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
図１に示したように潤滑油吹出孔４０はそのままで気体通過孔５０をなくした鋳型１００を用いて、Ａ３９０アルミニウム合金の溶湯温度８００℃、溶湯の高さ１０ｃｍ、鋳造速度４００ｍｍ／ｍｉｎの条件でひまし油の潤滑油を用いて鋳造を開始して２００ｍｍまでは０．１８ｃｃ／ｍｉｎの条件とし、その後０．３６ｃｃ／ｍｉｎの条件でビレットを鋳造した。なお、この鋳型１００は、その溶湯通過部３０の上部内径が１００ｍｍφ、下部内径１０１ｍｍφであって、その溶湯通過部３０の壁面上端に０．３ｍｍφサイズの潤滑油吹出孔４０を４つ等間隔に設けたものである。【００７０】
この結果、鋳造をスタートして１００ｍｍまではリップル肌が続いたが、１００ｍｍ以後、リップル肌から平滑肌とリップルの周期的な変動となり、その後、平滑肌となった。時折、溶湯メニスカスｍのアルミニウム酸化皮膜が流れている状態が続いた。
この状態は、溶湯メニスカスｍが安定して、その曲率が大きくなっていることを示し、溶湯メニスカスｍの気体圧が適切な状態にある状態が得られた。
鋳造後、ビレットＢの表面を観察すると３〜５ｍｍ幅の縞模様を持った平滑肌のビレットＢが得られていた。また、ビレットＢについて、表面から５ｍｍを面削して内部欠陥を実体顕微鏡で観察したところ、リップルと介在物と酸化皮膜とブローホールは検出されず良好な内部品質が得られた。【００７１】
（実施例２）
図１に示したような構成をした鋳型１００を用い、６０６１アルミニウム合金の溶湯温度７００℃、溶湯の高さ２２ｃｍ、気体の圧力制御を大気圧＋５０ｈＰａ、ひまし油の潤滑油を０．１８ｃｃ／ｍｉｎの条件で鋳造速度３５０ｍｍ／ｍｉｎ、６００ｍｍ／ｍｉｎ、９００ｍｍ／ｍｉｎの条件でビレットを鋳造した。なお、この鋳型１００は、その溶湯通過部３０の上部内径が８０ｍｍφ、下部内径８１ｍｍφであって、その溶湯通過部３０の壁面上端にそれぞれ０．３ｍｍφ，０．２ｍｍφサイズの潤滑油吹出孔と気体通過孔５０を４つずつそれぞれ等間隔に設けたものである。【００７２】
そして、このような鋳型１００によって得られた各ビレットＢの表面状態を目視によって検査したところ、３５０ｍｍ／ｍｉｎでは２〜３ｍｍの大きな幅のリップルが観察されたが、６００ｍｍ／ｍｉｎ速度が上がるとリップルが小さく平滑となり、リップル幅も１〜２ｍｍと狭くなった、さらに９００ｍｍ／ｍｉｎ鋳造速度を上げても平滑な肌を維持し、リップルもわからない良肌のビレットＢが得られた。
また、これら３つの条件のビレットＢについて、表面から２ｍｍを面削して内部欠陥を実体顕微鏡で観察したところ、リップルと介在物と酸化皮膜とブローホールの欠陥はいずれのビレットＢからも検出されなかった。【００７３】
（実施例３）
潤滑油孔と気体通過孔の大きさが０．４ｍｍ×０．２ｍｍの矩形の図５および図６に示したようにリングプレート８０を備えた構成の鋳型１００を用いた他は、実施例２と同様な３つの条件で６０６１アルミニウム合金のビレットＢを鋳造した。
その後、各ビレットＢの表面状態を目視によって検査したところ、実施例２と同様に、３５０ｍｍ／ｍｉｎでは２〜３ｍｍの大きな幅のリップルが観察されたが、６００ｍｍ／ｍｉｎ速度が上がるとリップルが小さく平滑となり、リップル幅も１〜２ｍｍと狭くなった。
さらに９００ｍｍ／ｍｉｎ鋳造速度を上げても平滑な肌を維持したが、リップルもわからない良肌のビレットが得られた。また、これら３つの条件のビレットＢについて、表面から２ｍｍを面削して内部欠陥を実体顕微鏡で観察したところ、リップルと介在物と酸化皮膜とブローホールの欠陥はいずれのビレットＢからも検出されなかった。【００７４】
（実施例４）
潤滑油孔と気体通過孔の大きさが０．４ｍｍｘ０．２ｍｍの矩形の図５および図６に示したようにリングプレート８０を備えた構成の鋳型１００を用いた。気体の圧力制御を大気圧＋５０ｈＰａ、ひまし油の潤滑油を０．１８ｃｃ／ｍｉｎの条件で６００ｍｍ／ｍｉｎとして、６０６１アルミニウム合金のビレットＢを鋳造し、ビレットの表面状態を目視によって検査し続けた。
鋳造開始後良好な肌を呈していたが、その後、コメットテールと呼ばれる表面欠陥が発生した。このコメットテールの原因物質を取るために、気体の圧力制御を大気圧＋１０ｈＰａまで低下させメニスカスを上げた後、また圧力を大気圧＋５０ｈＰａの元の圧力に戻した。この操作により、コメットテールは解消された。鋳型に付いていたコメットテールの原因物質はコメットテールの最後のところに付着していた。以後、定期的にこの操作をすることにより、コメットテールの発生はなくなった。【００７５】
（比較例１）
図１０に示したように潤滑油吹出孔はそのままで気体通過孔をなくした構造の鋳型を用い、Ａ３９０アルミニウム合金の溶湯温度８００℃、溶湯の高さ１０ｃｍ、ひまし油の潤滑油を０．１８ｃｃ／ｍｉｎの条件で鋳造速度４００ｍｍ／ｍｉｎの条件でビレットＢを鋳造した。なお、この鋳型１００は、その溶湯通過部３０の上部内径が１００ｍｍφ、下部内径１０１ｍｍφであって、その溶湯通過部３０の壁面上端に０．３ｍｍφサイズの潤滑油吹出孔を４つ等間隔に設けたものである。
鋳造はスタート後、浅いリップルが続いたが、潤滑油によるバブリングは何も生じなかったが、その後、ビレットＢの表面状態を目視によって観察したところ、時折、鋳型に吊り下がった肌が生じた。さらに、鋳造を続けると吊り下がった部分が引き裂かれた様な引き割れを生じた。さらに鋳造を続けると、ひき割れ部からメタル漏れを生じて鋳造をストップした。【００７６】
（比較例２）
図１０に示したような構造の鋳型を用い、６０６１アルミニウム合金の溶湯温度７００℃、溶湯の高さ２２ｃｍ、気体の圧力制御を大気圧＋５０ｈＰａ、ひまし油の潤滑油を０．１８ｃｃ／ｍｉｎの条件で鋳造速度３５０ｍｍ／ｍｉｎ、６００ｍｍ／ｍｉｎ、９００ｍｍ／ｍｉｎに変化させて３つのビレットＢを鋳造した。
鋳造している間、ビレットＢの表面状態を目視によって検査したところ、鋳造速度３５０ｍｍ／ｍｉｎでは小さなリップル肌が見られただけであったが、６００ｍｍ／ｍｉｎで鋳造したビレットＢでは速度に達した後、引きつり肌が続いた後、引き割れを生じて溶湯が漏れて鋳造を中止せざるを得なかった。鋳造速度９００ｍｍ／ｍｉｎも同じようにではさらに速く引きつり肌から引き割れを生じて溶湯が漏れて鋳造を中止せざるを得なかった。【００７７】
（比較例３）
図１０に示したような構造の鋳型を用い、６０６１アルミニウム合金の溶湯温度７００℃、溶湯の高さ２２ｃｍ、気体の圧力制御を大気圧＋５０ｈＰａ、ひまし油の潤滑油を１．２ｃｃ／ｍｉｎの条件で鋳造速度３５０ｍｍ／ｍｉｎ、６００ｍｍ／ｍｉｎ、９００ｍｍ／ｍｉｎに変化させて３つのビレットＢを鋳造した。
鋳造速度３５０  ｍｍ／ｍｉｎでは大きな深いリップルとなった。６００ｍｍ／ｍｉｎで鋳造したビレットＢは小さなリップルとなった。鋳造速度９００ｍｍ／ｍｉｎではバブリングが多発し、バブリングから引き割れを生じて溶湯が漏れて鋳造を中止せざるを得なかった。
【図１】
2010001459.tif 000003
【図２】
2010001459.tif 000004
【図３】
2010001459.tif 000005
【図４】
2010001459.tif 000006
【図５】
2010001459.tif 000007
【図６】
2010001459.tif 000008
【図７】
2010001459.tif 000009
【図８】
2010001459.tif 000010
【図９】
2010001459.tif 000011
【図１０】
2010001459.tif 000012
【図１１】
2010001459.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月19日(2009.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
当該鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔４０を複数備えると共に、当該鋳型本体１０をその外側から貫通するように、前記各潤滑油吹出孔４０に連通する潤滑油供給路４１をそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
当該鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に、気体を通過させる気体通過孔５０を複数備えると共に、当該鋳型本体１０内をその外側から貫通するように、前記各気体通過孔５０に連通する気体通過路５１をそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
当該鋳型本体１０の溶湯通過部３０の壁面に、潤滑油を吹き出す潤滑油吹出孔４０と、気体を通過させる気体通過孔５０とをそれぞれ複数備えると共に、
前記鋳型本体１０内をその外側から貫通するように、前記各潤滑油吹出孔４０と気体通過孔５０とにそれぞれ連通する潤滑油供給路４１と気体通過路５１とをそれぞれ独立して形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０の上面に、前記溶湯通過部３０とほぼ同心円状となるリングプレート８０を着脱自在に設けると共に、当該リングプレート８０に、前記潤滑油吹出孔４０、または前記気体通過孔５０、あるいは前記鋳型本体１０上端と前記ホットトップ２０と溶湯メニスカス部ｍとの間に形成されるメニスカス部空間Ｓの圧力を測定する圧力測定用連通孔５２のいずれか１つ以上の孔を形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項５】
請求項４に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０とリングプレート８０のいずれか一方または両方を銅または銅合金から形成したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる連通路６２で接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項７】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる連通路６２で接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる垂直連通路６２ｂと、前記気体通過路または潤滑油供給路の直下に略水平方向内部に向けて延びる水平連通路６２ａとで接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項９】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを導入するホットトップ２０と、
当該ホットトップ２０から導入されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯Ｍを溶湯通過部３０に通過させながら冷却凝固してアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットＢを半連続鋳造もしくは連続鋳造する鋳型本体１０とを有し、
前記鋳型本体１０内に冷媒通路６０を形成し、
当該冷媒通路６０を流れる冷媒Ｗを前記鋳型本体１０の溶湯通過部３０で連続的に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固シェルＣに向けて吹き出すための吹出孔６１または吹出スリットを前記溶湯通過部３０の下端に形成すると共に、当該冷媒Ｗの吹出孔６１または吹出スリットと前記鋳型本体１０内の冷媒通路６０間を、前記溶湯通過部３０の近傍で、かつ、その溶湯通過部３０の上端側から下方に向かって延びる垂直連通路６２ｂと、前記気体通過路または潤滑油供給路の直下に略水平方向内部に向けて延びる水平連通路６２ａとで接続したことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記鋳型本体１０に圧力測定用の連通孔５２を形成し、当該連通孔５２に、前記鋳型本体１０上端と前記ホットトップ２０と溶湯メニスカス部ｍとの間に形成されるメニスカス部空間Ｓの圧力を測定する圧力測定手段９２を備えると共に、前記気体通過路５１または前記潤滑油供給路４１に、前記圧力測定手段９２の測定値に基づいて前記メニスカス部空間ｍの圧力を制御する圧力制御手段９０を備えたことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１１】
請求項１０に記載の気体加圧式鋳造用鋳型１００において、
前記圧力制御手段９０は、前記潤滑油供給路４１から供給する潤滑油供給量を調整して前記メニスカス部空間ｍの圧力を制御することを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１２】
請求項１０に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記圧力制御手段９０は、前記気体通過路５１内の気体圧を増圧または減圧して前記メニスカス部空間ｍの圧力を制御することを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【請求項１３】
請求項４〜１２のいずれか１項に記載の気体圧制御式鋳造用鋳型１００において、
前記気体通過路５１内、または前記鋳型本体１０に形成された圧力測定用の連通孔５２に、前記メニスカス部空間ｍから逆流する潤滑油を捕捉するトラップ機構５６を備えたことを特徴とする気体圧制御式鋳造用鋳型１００。
【国際調査報告】
2010001459.tif 000014
2010001459.tif 000015
2010001459.tif 000016
2010001459.tif 000017