(57)【要約】【課題】  給湯筒を用いた鋳造方法において、還元性物質の供給、溶湯の供給等の鋳造操作を効率的に行うことを可能とし、容易に還元鋳造することができる還元鋳造方法を提供する。【解決手段】  給湯槽３０に設けられた給湯筒３２と成形型２０との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティ２０ａに連通するとともに還元性物質の供給路５２が接続されたスリーブ４２を備えるプランジャー装置４０を介装し、前記給湯筒３２から前記キャビティ２０ａに給湯する際に、前記供給路から前記スリーブに導入された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造方法であって、前記プランジャー装置４０に設けられた駆動機構４５を駆動し、前記スリーブ４２内に摺動可能に設けられたプランジャーピストン４４の移動位置を制御して、前記還元性物質を前記スリーブ４２に導入する操作と、前記給湯槽３０からキャビティ２０ａへ給湯する操作を切り替えて鋳造する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯槽に設けられた給湯筒と成形型との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティに連通するとともに還元性物質の供給路が接続されたスリーブを備えるプランジャー装置を介装し、前記給湯筒から前記キャビティに給湯する際に、前記供給路から前記スリーブに導入された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造方法であって、
前記プランジャー装置に設けられた駆動機構を駆動し、前記スリーブ内に摺動可能に設けられたプランジャーピストンの移動位置を制御して、前記還元性物質を前記スリーブに導入する操作と、前記給湯槽からキャビティへ給湯する操作を切り替えて鋳造することを特徴とする還元鋳造方法。
【請求項２】
請求項１記載の還元鋳造方法において、前記スリーブに、前記還元性物質を供給する供給路にかえて、還元性物質を生成する金属ガスを供給する供給路と、該金属ガスと反応して前記還元性物質を生成する反応性ガスを供給する管路とを接続し、
前記供給路から供給された金属ガスと、前記管路から供給された還元性物質とにより、前記スリーブ内で還元性物質を生成して鋳造することを特徴とする還元鋳造方法。
【請求項３】
前記成形型は前記スリーブの開口部側に接続され、該開口部側を前部とした際に、該成形型とスリーブとの接続部よりも後部側で前記給湯筒が前記スリーブに接続され、該スリーブのさらに後部側で前記供給路がスリーブに接続され、
前記プランジャーピストンを前記スリーブと供給路との接続位置よりも後方に位置させて前記スリーブ内に還元性物質を導入し、前記給湯筒および前記キャビティ側に還元性物質を拡散させた後、
前記プランジャーピストンを前記供給路を閉止し前記スリーブと給湯筒との接続部分が開口する位置に移動させて前記還元性物質の導入を停止し、前記給湯筒から前記キャビティに溶湯を給湯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】
前記キャビティに溶湯を充填した後、前記プランジャーピストンを前記スリーブと給湯筒との接続部を閉止する位置に移動させ、給湯筒から前記キャビティへの給湯を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の還元鋳造方法。
【請求項５】
前記プランジャーピストンを、前記スリーブと給湯筒の接続部を閉止する位置からさらにスリーブの前部側に前進させ、溶湯の押湯および補給操作を行うことを特徴とする請求項４記載の還元鋳造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の還元鋳造方法において、前記キャビティを減圧した後に、前記スリーブ内に還元性物質あるいは金属ガスおよび反応性ガスを導入することを特徴とする還元鋳造方法。
【請求項７】
給湯槽に設けられた給湯筒と成形型との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティに連通するとともに還元性物質の供給路が接続されたスリーブを備えるプランジャー装置が介装され、前記給湯筒から前記キャビティに給湯する際に、前記供給路から前記スリーブに導入された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置であって、
前記プランジャー装置に、前記スリーブ内で摺動可能に設けられたプランジャーピストンを進退動させる駆動機構と、
前記プランジャーピストンを、前記鋳造の工程に合わせて前記スリーブ内に前記還元性物質を導入する位置、前記供給路を閉止して前記給湯槽から前記キャビティへ給湯する位置に切り替えて移動させることを可能とする前記駆動機構の制御部を備えることを特徴とする還元鋳造装置。
【請求項８】
給湯槽に設けられた給湯筒と成形型との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティに連通するとともに、還元性物質を生成する金属ガスを供給する供給路と、該金属ガスと反応して前記還元性物質を生成する反応性ガスを供給する管路が接続されたスリーブを備えるプランジャー装置が介装され、前記給湯筒から前記キャビティに給湯する際に、前記スリーブ内で生成された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置であって、
前記プランジャー装置に、前記スリーブ内で摺動可能に設けられたプランジャーピストンを進退動させる駆動機構と、
前記プランジャーピストンを、前記鋳造の工程に合わせて前記スリーブ内に前記還元性物質を導入する位置、前記供給路を閉止して前記給湯槽から前記キャビティへ給湯する位置に切り替えて移動させることを可能とする前記駆動機構の制御部を備えることを特徴とする還元鋳造装置。
【請求項９】
前記成形型は前記スリーブの開口部側に接続され、該開口部側を前部とした際に、該成形型とスリーブとの接続部よりも後部側で前記給湯筒が前記スリーブに接続され、該スリーブのさらに後部側で前記供給路がスリーブに接続されていることを特徴とする請求項７または８記載の還元鋳造装置。
【請求項１０】
前記プランジャーピストンの長さおよび前記給湯筒のスリーブへの接続部の開口径が、前記プランジャーピストンを前進させた際に、前記プランジャーピストンの後部側で前記給湯筒が開口して前記給湯筒を満たしていた溶湯が給湯槽に逆流するように設けられていることを特徴とする請求項９記載の還元鋳造装置。
【請求項１１】
前記成形型に、前記キャビティ内を減圧する減圧装置が接続されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項記載の還元鋳造装置。
【請求項１２】
前記スリーブに接続される供給路が、前記給湯槽に少なくとも一部を浸漬して設けられた、前記還元性物質を活性化しあるいは還元性物質としての金属ガスを生成し活性化させる活性化室に連通して設けられていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項記載の還元鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は還元鋳造方法および還元鋳造装置に関し、より詳細には給湯筒を備えたＬＰＤ（Low Pressure Die Casting）方式による還元鋳造方法および還元鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元鋳造方法は、還元性物質を溶湯に作用させることによって、溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する方法であり、たとえば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金のように、溶湯の表面に酸化被膜が形成されやすい金属による鋳造に好適に利用することができる。還元性物質としてマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）を用いたアルミニウムの還元鋳造においては、アルミニウムの溶湯の表面に形成される酸化被膜（Ａｌ2Ｏ3）がマグネシウム窒素化合物によって還元され、溶湯表面が純粋なアルミニウム金属となる。この還元鋳造方法によれば、溶湯の流動性がきわめて高くなり、湯周り性が良好となって、湯じわ等のない高品質の鋳造品を得ることができる（特許文献１参照）。
【０００３】
還元鋳造方法はいろいろな鋳造装置に適用可能であるが、本出願人は、先に、ＬＰＤ方式の鋳造装置に還元鋳造方法を適用する方法について提案した（特許文献２参照）。特許文献２において提案した鋳造方法は、給湯槽に設けた給湯筒内に還元性物質を供給することによって、給湯筒内で還元性物質を活性化し、給湯槽からキャビティへ溶湯を供給する際に、給湯筒内および給湯筒を介してキャビティ内に導入された還元性物質によって、溶湯表面に形成された酸化被膜を効果的に還元して鋳造できるようにする方法である。
【特許文献１】特開２００１−３２１９１８号公報
【特許文献２】特開２００５−３４８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＰＤ方式の鋳造装置において、給湯筒内に還元性物質を供給して還元鋳造する方法は、還元性物質が溶湯の熱によって加熱され、活性化された状態で溶湯に作用することから、効果的な還元作用がなされて鋳造できるという利点がある。
しかしながら、ＬＰＤ方式による鋳造方法では、給湯筒を介して成形型のキャビティに溶湯を充填し、キャビティ内で溶湯が凝固するまで溶湯槽内の液面の加圧を保持するといった比較的緩慢な操作によって鋳造する。これに対して、還元鋳造方法による場合は溶湯の流動性が高まるからキャビティへの溶湯の急速充填が可能であり、ＬＰＤ方式の鋳造方法を利用する場合であっても、短時間での鋳造が可能である。
【０００５】
本発明は、ＬＰＤ方式の鋳造方法を利用する鋳造方法において、還元性物質の供給、溶湯の供給等の鋳造操作を有機的に関連させて行うことを可能とし、これによって効率的な還元鋳造を可能にする還元鋳造方法および還元鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、給湯槽に設けられた給湯筒と成形型との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティに連通するとともに還元性物質の供給路が接続されたスリーブを備えるプランジャー装置を介装し、前記給湯筒から前記キャビティに給湯する際に、前記供給路から前記スリーブに導入された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造方法であって、前記プランジャー装置に設けられた駆動機構を駆動し、前記スリーブ内に摺動可能に設けられたプランジャーピストンの移動位置を制御して、前記還元性物質を前記スリーブに導入する操作と、前記給湯槽からキャビティへ給湯する操作を切り替えて鋳造することを特徴とする。
【０００７】
また、前記還元鋳造方法において、前記スリーブに、前記還元性物質を供給する供給路にかえて、還元性物質を生成する金属ガスを供給する供給路と、該金属ガスと反応して前記還元性物質を生成する反応性ガスを供給する管路とを接続し、前記供給路から供給された金属ガスと、前記管路から供給された還元性物質とにより、前記スリーブ内で還元性物質を生成して鋳造することを特徴とする。
【０００８】
また、前記成形型は前記スリーブの開口部側に接続され、該開口部側を前部とした際に、該成形型とスリーブとの接続部よりも後部側で前記給湯筒が前記スリーブに接続され、該スリーブのさらに後部側で前記供給路がスリーブに接続され、前記プランジャーピストンを前記スリーブと供給路との接続位置よりも後方に位置させて前記スリーブ内に還元性物質を導入し、前記給湯筒および前記キャビティ側に還元性物質を拡散させた後、前記プランジャーピストンを前記供給路を閉止し前記スリーブと給湯筒との接続部分が開口する位置に移動させて前記還元性物質の導入を停止し、前記給湯筒から前記キャビティに溶湯を給湯することを特徴とする。
また、前記キャビティに溶湯を充填した後、前記プランジャーピストンを前記スリーブと給湯筒との接続部を閉止する位置に移動させ、給湯筒から前記キャビティへの給湯を停止することを特徴とする。
また、前記プランジャーピストンを、前記スリーブと給湯筒の接続部を閉止する位置からさらにスリーブの前部側に前進させ、溶湯の押湯および補給操作を行うことを特徴とする。
また、前記還元鋳造方法において、前記キャビティを減圧した後に、前記スリーブ内に還元性物質あるいは金属ガスおよび反応性ガスを導入することを特徴とする。
【０００９】
また、給湯槽に設けられた給湯筒と成形型との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティに連通するとともに還元性物質の供給路が接続されたスリーブを備えるプランジャー装置が介装され、前記給湯筒から前記キャビティに給湯する際に、前記供給路から前記スリーブに導入された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置であって、前記プランジャー装置に、前記スリーブ内で摺動可能に設けられたプランジャーピストンを進退動させる駆動機構と、前記プランジャーピストンを、前記鋳造の工程に合わせて前記スリーブ内に前記還元性物質を導入する位置、前記供給路を閉止して前記給湯槽から前記キャビティへ給湯する位置に切り替えて移動させる前記駆動機構の制御部を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、給湯槽に設けられた給湯筒と成形型との間に、前記給湯筒と前記成形型のキャビティに連通するとともに、還元性物質を生成する金属ガスを供給する供給路と、該金属ガスと反応して前記還元性物質を生成する反応性ガスを供給する管路が接続されたスリーブを備えるプランジャー装置が介装され、前記給湯筒から前記キャビティに給湯する際に、前記スリーブ内で生成された還元性物質により溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置であって、前記プランジャー装置に、前記スリーブ内で摺動可能に設けられたプランジャーピストンを進退動させる駆動機構と、前記プランジャーピストンを、前記鋳造の工程に合わせて前記スリーブ内に前記還元性物質を導入する位置、前記供給路を閉止して前記給湯槽から前記キャビティへ給湯する位置に切り替えて移動させることを可能とする前記駆動機構の制御部を備えることを特徴とする。
また、前記成形型は前記スリーブの開口部側に接続され、該開口部側を前部とした際に、該成形型とスリーブとの接続部よりも後部側で前記給湯筒が前記スリーブに接続され、該スリーブのさらに後部側で前記供給路がスリーブに接続されていることを特徴とする。
また、前記プランジャーピストンの長さおよび前記給湯筒のスリーブへの接続部の開口径が、前記プランジャーピストンを前進させた際に、前記プランジャーピストンの後部側で前記給湯筒が開口して前記給湯筒を満たしていた溶湯が給湯槽に逆流するように設けられていることを特徴とする。
また、前記成形型に、前記キャビティ内を減圧する減圧装置が接続されていることを特徴とする。
また、前記スリーブに接続される供給路が、前記給湯槽に少なくとも一部を浸漬して設けられた、前記還元性物質を活性化しあるいは還元性物質としての金属ガスを生成し活性化させる活性化室に連通して設けられていることにより、還元性物質が活性化され還元性物質を生成する金属がガス化された状態でスリーブに送入される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る還元鋳造方法および還元鋳造装置によれば、給湯筒と成形型との間にプランジャー装置を設け、プランジャー装置に設けられたプランジャーピストンのスリーブ内における位置を制御することによって、還元性物質あるいは還元性物質を生成する金属ガスをスリーブ内に導入する操作と、給湯筒からキャビティに溶湯を供給する操作を切り替えて制御することが可能となり、還元性物質を溶湯に作用させて還元鋳造する操作を容易に行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（還元鋳造装置）
以下、本発明に係る還元鋳造方法および還元鋳造装置の実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図１は、還元鋳造装置の一実施形態の全体構成を示す。この還元鋳造装置１０は、成形型２０と、成形型２０の下方に設置された給湯槽３０とを備え、成形型２０に設けられたキャビティ２０ａと給湯槽３０とが、給湯槽３０に設けられた給湯筒（ストークス）３２を介して連通する配置に設けられている。
【００１３】
給湯筒３２は給湯槽３０の上部に、軸線方向を鉛直方向に向け、下端部を給湯槽３０内で底部側に延出させるようにして取り付けられている。給湯槽３０の上部から延出する給湯筒３２の上端部は、給湯槽３０の上方に配置されるプランジャー装置４０の筒体状に形成されたスリーブ４２に連結される。スリーブ４２は軸線方向を水平向きに配置され、給湯筒３２の上端はスリーブ４２の下側の側面に連結して、給湯筒３２とスリーブ４２内とが連通する。
【００１４】
給湯槽３０内には給湯筒３２と並んで活性化室５０が設けられている。活性化室５０は給湯槽３０に貯溜されている溶湯３４の熱を利用して、還元性物質を加熱して活性化し、あるいは還元性物質としての金属ガスを生成して活性化させるためのものであり、給湯槽３０に貯溜されている溶湯３４に底部が浸漬するように、給湯槽３０の底部側に底部を延出させて設けられている。
活性化室５０の上部には、活性化室５０内に連通する還元性物質の供給路としての接続管５２が接続され、接続管５２の上部がスリーブ４２の下側の側面に連結して、活性化室５０とスリーブ４２とが連通する。
【００１５】
本実施形態では、活性化室５０に還元性物質の供給部５４を接続し、適時に活性化室５０に還元性物質（たとえば、マグネシウム窒素化合物）を供給可能としている。活性化室５０に還元性物質を供給するかわりに、還元性物質を生成するための金属（たとえば、マグネシウム金属）を供給するための供給部を活性化室５０に接続することもできる。
活性化室５０内にバッファ板を設けて、活性化室５０に供給された還元性物質が十分に活性化される前に活性化室５０から排出されたり、活性化室５０に供給された金属がガス化されずに排出されたりすることを防止することも有効である。
【００１６】
前述したプランジャー装置４０のスリーブ４２は、後端部が閉止されて形成され、スリーブ４２の開口側にゲート部２２を位置合わせして成形型２０が連結される。これによって、ゲート部２２を介して成形型２０のキャビティ２０ａがスリーブ４２の内部空間に連通し、給湯筒３２とキャビティ２０ａとがスリーブ４２の内部空間を介して連通する。
こうして、スリーブ４２の前端部に成形型２０が接続し、スリーブ４２と成形型２０との接続部の後部側に給湯筒３２が接続し、さらに後部側に接続管５２が接続する配置となる。
【００１７】
スリーブ４２には、スリーブ４２の内周面に外周面が摺接するプランジャーピストン４４が、スリーブ４２の軸線方向に進退動可能に装着されている。
スリーブ４２の後部側にはスリーブ４２と同軸にプランジャーピストン４４を進退動させる駆動機構４５が設けられている。駆動機構４５としてはプランジャーピストン４４の移動位置を規制するストッパ付きのエアシリンダや、サーボモータによりボールねじを回動してプランジャーピストン４４を移動制御する機構等が用いられる。
なお、スリーブ４２について、その前部とは成形型２０に接続される開口側であり、後部とはプランジャーピストン４４を駆動する駆動機構４５が設けられた閉止側をいう。
【００１８】
還元性物質を生成するための窒素ガス等の反応性ガスの供給部４７、あるいは成形型２０のキャビティ２０ａ内のエアをパージするためのパージ用のガスを供給する供給部４７をプランジャー装置４０に設置する場合は、供給部４７の配管のスリーブ４２への取り付け位置が、スリーブ４２に取り付けられている接続管５２の取り付け位置とスリーブ４２の軸線方向での位置が略一致するように設定する。
【００１９】
なお、給湯槽３０には給湯槽３０内に貯溜されている溶湯３４の液面上の空間に連通する窒素ガス等の加圧ガスボンベ３６を接続する。また、成形型２０には、キャビティ２０ａに連通して減圧装置である真空ポンプ２４を接続する。
真空ポンプ２４によるキャビティ２０ａ内の減圧をON-OFF制御する開閉バルブ、加圧ガスボンベ３６からの加圧ガスの供給をON-OFF制御するバルブ、供給部５４からの還元性物質の供給を制御するバルブ、プランジャーピストン４４を押動する駆動機構４５は、各々これらのバルブの開閉、駆動を電気的に制御する制御部６０に接続する。
【００２０】
（還元鋳造方法）
続いて、上述した還元鋳造装置１０を用いて還元鋳造する例として、アルミニウムの還元鋳造方法について説明する。
まず、図１に示すように成形型２０をプランジャー装置４０にセットする。これによって、成形型２０のキャビティ２０ａと給湯槽３０に設けられた給湯筒３２とがプランジャー装置４０を介して連通した状態になる。
なお、給湯槽３０には所定の液面高さとなるようにアルミニウムの溶湯３４が供給されている。給湯槽３０にはアルミニウムの給湯炉が連通して設けられ、鋳造操作にともないアルミニウムの溶湯が給湯炉から補給される。
【００２１】
活性化室５０には、供給部５４から還元性物質としてのマグネシウム窒素化合物があらかじめ供給されている。給湯槽３０内においてはアルミニウムの溶湯は７４０℃程度に加熱されている。活性化室５０に供給されたマグネシウム窒素化合物は、溶湯３４の熱によって加熱され活性化される。
なお、マグネシウム窒素化合物を活性化室５０に供給するかわりに、活性化室５０にマグネシウム粉末を供給し、装置内で窒素ガスとマグネシウムガスとを反応させてマグネシウム窒素化合物を生成する方法を利用して還元鋳造することもできる。この場合も、活性化室５０内でアルミニウムの溶湯の熱によってマグネシウム金属（融点６５１℃）は容易にガス化される。
【００２２】
制御部６０により駆動機構４５を制御してプランジャーピストン４４を図１の位置、すなわち、プランジャーピストン４４によって接続管５２と供給部４７の配管４７ａの開口部を閉止する位置に移動させる。接続管５２と配管４７ａの接続部をスリーブ４２の軸線方向で略一致する位置に設けているから、接続管５２と供給部４７からの配管４７ａの開口部を同時に閉止することができる。
この状態で、真空ポンプ２４を作動させ、成形型２０のキャビティ２０ａ内を減圧する。キャビティ２０ａ内を真空排気することによってキャビティ２０ａ内が非酸化性雰囲気になるとともに、キャビティ２０ａに連通するスリーブ４２の内部（スリーブ４２でプランジャーピストン４４よりも前方の領域）、および給湯筒３２の溶湯３４の液面よりも上方の領域が減圧されて非酸化性雰囲気となる。
【００２３】
キャビティ２０ａを減圧した後、駆動機構４５によりプランジャーピストン４４を後退させ、スリーブ４２の内周面で接続管５２を開口させる。このとき配管４７ａも開口する。図２が、接続管５２、配管４７ａが開口する位置までプランジャーピストン４４を後退させた状態を示す。
この状態で、活性化室５０からマグネシウム窒素化合物をスリーブ４２内に吐出させる。マグネシウム窒素化合物を吐出させる操作は、スリーブ４２の内部が減圧されていることによる圧力差によって吐出させる方法、供給部４７から噴出させる窒素ガスとともにマグネシウム窒素化合物を吐出させる方法、活性化室５０に窒素ガスを送入して吐出させる方法等が利用できる。接続管５２の中途に開閉バルブを設けて、活性化室５０から吐出されるマグネシウム窒素化合物の吐出量を制御することも可能である。
【００２４】
なお、活性化室５０でマグネシウム粉末をガス化させ、活性化室５０からスリーブ４２にマグネシウムガスを吐出させる方法で還元鋳造する場合には、供給部４７から窒素ガスを吐出させ、スリーブ４２内でマグネシウムガスと窒素ガスとを反応させてマグネシウム窒素化合物を生成させる。
【００２５】
本実施形態ではキャビティ２０ａ内を事前に減圧してキャビティ２０ａ内を非酸化性雰囲気とした後にマグネシウム窒素化合物を活性化室５０からスリーブ４２に導入しているが、キャビティ２０ａ内を減圧しない場合には、供給部４７からスリーブ４２に窒素ガスを送入し、スリーブ４２およびキャビティ２０ａおよび給湯筒３２内を窒素ガスによって置換してキャビティ２０ａ内等を非酸化性雰囲気とすればよい。
このようにキャビティ２０ａ内等を窒素ガスにより置換した後、活性化室５０からマグネシウムガスをスリーブ４２に導入することによって、スリーブ４２、キャビティ２０ａ等の内部でマグネシウム窒素化合物を生成することができる。
【００２６】
スリーブ４２に導入されたマグネシウム窒素化合物の一部は、スリーブ４２からゲート部２２を介して成形型２０のキャビティ２０ａに向けて拡散し、また一部はスリーブ４２から給湯筒３２内に拡散する。キャビティ２０ａ内を減圧した場合には、このようなマグネシウム窒素化合物の拡散を効果的に起こさせることができる。
マグネシウム窒素化合物は活性化室５０で加熱されて活性化された状態にあるが、給湯筒３２に拡散したマグネシウム窒素化合物は給湯筒３２内で加熱されてさらに活性化する。
【００２７】
次に、プランジャーピストン４４を、接続管５２の開口部を閉止し、給湯筒３２の開口部とは干渉しない位置まで移動させる。図３は、プランジャーピストン４４をこの位置まで移動させた状態を示す。図２に示す状態からプランジャーピストン４４を前進させることにより、接続管５２の開口部がプランジャーピストン４４によって閉止され、活性化室５０から還元性物質（マグネシウム窒素化合物）をスリーブ４２側に導入する操作が停止される。
【００２８】
プランジャーピストン４４を図３に示す位置まで前進させたところで、加圧ガスボンベ３６から給湯槽３０に加圧ガス（窒素ガス）を送入し、給湯筒３２、ゲート部２２を経由してキャビティ２０ａに溶湯３４を注入する。図３はキャビティ２０ａの中途まで溶湯３４を注入した状態を示す。
給湯筒３２からキャビティ２０ａに溶湯３４が流入する際に、給湯筒３２内に拡散しているマグネシウム窒素化合物によってアルミニウムの溶湯３４の表面に形成された酸化被膜が還元され、アルミニウムの溶湯３４はきわめて流動性が高い状態でキャビティ２０ａに流入する。
また、キャビティ２０ａ内においてもマグネシウム窒素化合物が拡散して存在しているから、アルミニウムの溶湯３４の表面に形成された酸化被膜が還元され、きわめて湯周り性の良い状態で溶湯３４が充填される。
【００２９】
このように、還元鋳造方法による場合は、溶湯３４の湯周り性がきわめて良好であることから、短時間のうちにキャビティ２０ａに溶湯３４を充填させることができる（クイック充填）。溶湯３４の流動性が良好であることから、キャビティ２０ａに急速に溶湯３４を充填しても溶湯３４の未充填といった問題が生じない。
キャビティ２０ａに、より短時間のうちに溶湯３４を充填できるようにする方法として、給湯槽３０の容積を小さくすることにより、給湯槽３０に貯溜されている溶湯３４の液面に加圧ガスの加圧力が短時間のうちに作用するようにする方法も有効である。
【００３０】
キャビティ２０ａに溶湯３４が完全に充填されるタイミングをみながら駆動機構４５を駆動してプランジャーピストン４４を給湯筒３２の開口部を閉止する位置まで移動させる。図４は、プランジャーピストン４４を給湯筒３２の開口部を閉止する位置まで前進させた状態を示す。
プランジャーピストン４４を給湯筒３２の開口部を閉止する位置まで前進させたところで、加圧ガスボンベ３６による溶湯３４の供給操作を停止させる。
【００３１】
加圧ガスボンベ３６による溶湯３４の供給操作を停止した後は、駆動機構４５によってプランジャーピストン４４を押圧する作用は、プランジャーピストン４４による押湯作用、溶湯３４の補給作用となる。
図５は、プランジャーピストン４４によって溶湯３４を加圧して、プランジャーピストン４４の前端面を給湯筒３２の開口部の縁部よりもさらに前進させた状態を示す。プランジャーピストン４４によって溶湯３４に圧力を加えながらプランジャーピストン４４を前進させることにより、キャビティ２０ａ内で溶湯３４が凝固する際の体積縮小が補充される。鋳造完了までプランジャーピストン４４による押湯作用が作用することにより、溶湯３４の未充填のない良品が得られる。
【００３２】
なお、アルミニウムの還元鋳造において、キャビティ２０ａに溶湯３４を充填した後の、溶湯３４の冷却速度は、８００℃／分〜２０００℃／分のレベルである。したがって、実際の鋳造工程において、キャビティ２０ａに溶湯３４を充填した後に溶湯３４が凝固するまでの時間はきわめて短時間である。このため、キャビティ２０ａに溶湯３４を充填した後にプランジャーピストン４４によって押圧する操作も、溶湯３４を補充する程度の作用となり、プランジャー装置４０としてそれほど強力な荷重を発生させる装置構成とする必要はない。したがって、成形型２０の型締め力もそれほど大きくする必要がないという利点がある。
【００３３】
本実施形態では、プランジャーピストン４４が最前部まで移動した際に、プランジャーピストン４４の後部でプランジャーピストン４４の外周面と給湯筒３２の開口部との間に隙間が生じるように、プランジャーピストン４４の長さおよび給湯筒３２の径が設定されている。これによって、給湯筒３２に充填されていた溶湯３４が給湯槽３０に戻る。
給湯筒３２から給湯槽３０に溶湯３４が戻る際に、供給部４７からスリーブ４２内に窒素ガスを送入すれば溶湯３４の表面に酸化被膜が形成されることを防止することができる。活性化室５０からスリーブ４２にマグネシウム窒素化合物が排出されないように接続管５２に開閉バルブを設けてもよい。
【００３４】
成形型２０内で鋳造品が凝固したところで成形型２０を型割りし、鋳造品を取り出しする。成形型２０を型割りする際にプランジャーピストン４４をスリーブ４２の前部に位置させておけば、給湯槽３０およびスリーブ４２にできるだけエアを侵入させないようにすることができる。
なお、給湯筒３２内から溶湯３４を給湯槽３０に戻す別の方法として、プランジャーピストン４４を給湯筒３２の開口部を閉止する位置から、図１に示す後退位置に移動させ、型割時に、スリーブ４２の開口側から給湯筒３２にエアを導入する方法も可能である。
成形型２０から鋳造品を取り出した後、成形型２０を再度プランジャー装置４０にセットし、図１に示す状態として次回の鋳造操作に移る。こうして、連続的に還元鋳造することができる。
【００３５】
図６は上述した還元鋳造方法の１サイクルの鋳造工程について、スリーブ４２内におけるプランジャーピストン４４の移動位置と、そのときのキャビティ２０ａ内の圧力を説明的に示したグラフである。図中でＡ〜Ｅは、スリーブ４２の軸線方向におけるプランジャーピストン４４の前端面の位置を示す。
すなわち、位置Ａはプランジャーピストン４４が最も後退した位置にある状態で、この状態でプランジャーピストン４４は接続管５２の開口部よりも後方に位置している。位置Ｂはプランジャーピストン４４が位置Ａから接続管５２を閉止する位置にまで前進した位置を示す。位置Ｃは、さらに給湯筒３２の開口部近傍までプランジャーピストン４４が前進した状態を示し、位置Ｄは給湯筒３２の開口部を閉止する位置にまでプランジャーピストン４４が前進した位置、位置Ｅはさらにプランジャーピストン４４がスリーブ４２の前端まで前進した位置を示す。
【００３６】
上述した実施の形態では、まずプランジャーピストン４４が位置Ｂ−Ｃ間にある状態でキャビティ２０ａを減圧し（1)減圧工程）、次いで、位置Ａ−Ｂ間にある状態で還元性ガスを導入し（2)ガスチャージ工程）、プランジャーピストン４４が位置Ｃに移動することによりガスチャージを停止させて給湯槽からキャビティに溶湯を供給開始し（3)溶湯供給）、キャビティに溶湯が充填されたところで位置Ｄに移動することにより給湯筒を閉止して溶湯の供給を停止し、位置Ｄから位置Ｅへ移動する工程で溶湯を加圧する（4)加圧工程）操作を行って鋳造を完了する。
【００３７】
このように、本実施形態の還元鋳造装置では、プランジャー装置４０のスリーブ４２におけるプランジャーピストン４４の軸線方向の位置に対応して鋳造工程が設定されており、駆動機構４５によりプランジャーピストン４４を所定位置に移動することによって一連の鋳造操作を切り替えて操作することが可能となる。こうして、本実施形態の還元鋳造装置によれば、プランジャーピストン４４をスリーブ４２内で段階的に移動させる操作と鋳造操作とを連動させることにより、還元性物質を用いて溶湯表面の酸化被膜を還元しつつ鋳造するという鋳造作業の効率化を可能としている。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、還元鋳造装置１０をアルミニウム鋳造に使用する例について説明したが、本発明に係る還元鋳造装置はアルミニウムあるいはアルミニウム合金の還元鋳造に限らず、アルミニウム以外の金属による還元鋳造にも同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る還元鋳造装置の一実施形態の構成を示す説明図である。
【図２】スリーブにガスチャージする状態を示す説明図である。
【図３】給湯槽からキャビティに溶湯を供給する状態を示す説明図である。
【図４】キャビティに溶湯を充填した状態を示す説明図である。
【図５】プランジャーピストンにより溶湯を加圧している状態を示す説明図である。
【図６】スリーブ内におけるプランジャーピストンの移動位置と、そのときのキャビティ内の圧力を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  還元鋳造装置
２０  成形型
２０ａ  キャビティ
２２  ゲート部
２４  真空ポンプ
３０  給湯槽
３２  給湯筒
３４  溶湯
３６  加圧ガスボンベ
４０  プランジャー装置
４２  スリーブ
４４  プランジャーピストン
４５  駆動機構
４７  供給部
５０  活性化室
５２  接続管
５４  還元性物質の供給部
６０  制御部
【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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