(57)【要約】【課題】  還元鋳造操作の際に還元性物質等を供給する供給機構に溶湯が侵入し供給機構が動作不良になるといった問題を解消して確実な還元鋳造を可能にする還元鋳造装置を提供する。【解決手段】  成形型２０のキャビティ２０ａに溶湯３４を充填する際に溶湯に還元性物質を作用させ、溶湯表面の酸化被膜を還元しつつキャビティ２０ａに溶湯３４を充填して鋳造する還元鋳造装置１０において、前記還元性物質を前記溶湯３４に作用させる還元性物質の供給機構として、前記還元性物質の供給動作を制御するバルブ機構５０が設けられ、該バルブ機構５０が、ロータリーバルブ５１を備えていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型のキャビティに溶湯を充填する際に溶湯に還元性物質を作用させ、溶湯表面の酸化被膜を還元しつつキャビティに溶湯を充填して鋳造する還元鋳造装置において、
前記還元性物質を前記溶湯に作用させる還元性物質の供給機構として、前記還元性物質の供給動作を制御するバルブ機構が設けられ、
該バルブ機構が、ロータリーバルブを備えていることを特徴とする還元鋳造装置。
【請求項２】
給湯槽から成形型のキャビティに溶湯を充填して鋳造する還元鋳造装置であって、
前記給湯槽に、該給湯槽内の溶湯の熱を受けて前記還元性物質あるいは前記還元性物質を生成する金属を加熱する活性化室が設けられ、
前記バルブ機構が、前記活性化室と前記キャビティとを連通する流路中に介装されていることを特徴とする請求項１記載の還元鋳造装置。
【請求項３】
前記バルブ機構が、
前記ロータリーバルブと、
該ロータリーバルブの外周面に摺接して配置されるシールチップと、
前記ロータリーバルブを、前記還元性物質が供給される位置と前記還元性物質の供給が遮断される位置との間で、軸線の回りで回動させる駆動機構と
を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の還元鋳造装置。
【請求項４】
前記シールチップが、該ロータリーバルブの径方向で前記ロータリーバルブの外周面に向けて常時付勢して設けられていることを特徴とする請求項３記載の還元鋳造装置。
【請求項５】
前記ロータリーバルブが、還元性物質を搬送するキャリアガスあるいは金属ガスと反応して還元性化合物を生成する反応性ガスをバルブ内に流入させることによって生じるスプレーノズル作用により、前記還元性物質あるいは前記金属ガスを移送する流路を備えていることを特徴とする請求項１〜４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】
本発明は還元鋳造装置に関し、より詳細には溶湯の熱エネルギーを利用して還元性物質を活性化して鋳造する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。
【０００３】
還元鋳造方法においては、溶湯の表面に形成される酸化皮膜を効果的に還元できるようにするため、還元性物質をできるだけ活性化した状態、すなわち溶湯に効果的に還元作用が作用する状態で作用させることが重要である。このため、キャビティにできるだけ近い位置に加熱炉を配置し、加熱炉内で還元性物質を生成してキャビティに導入するといった方法も検討されてきた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、還元性物質を加熱する加熱炉をキャビティに近づけて設置するには装置の構成が複雑になり、成形型と加熱炉とのレイアウトを考慮しなければならないといった問題があり、還元性物質を十分に活性化した状態で溶湯に作用させるには必ずしも容易な方法とはいえないという問題があった。
また、還元鋳造装置ではキャビティに溶湯を供給する供給路にキャリアガスや還元性物質を供給する供給ポートを設け、供給ポートに還元性物質の供給操作を制御するシールプランジャ等の制御機構を設ける場合があるが、還元鋳造装置の場合は、溶湯に還元性物質を作用させて鋳造するため、溶湯の流動性がきわめて良好になり、シールプランジャ等の制御機構のシール部分に溶湯が侵入しやすくなり、制御機構が作動不良になるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、還元鋳造操作の際に還元性物質等を供給する供給機構に溶湯が侵入して供給機構が動作不良になるといった問題を解消し、より確実に還元鋳造を行うことができる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、成形型のキャビティに溶湯を充填する際に溶湯に還元性物質を作用させ、溶湯表面の酸化被膜を還元しつつキャビティに溶湯を充填して鋳造する還元鋳造装置において、前記還元性物質を前記溶湯に作用させる還元性物質の供給機構として、前記還元性物質の供給動作を制御するバルブ機構が設けられ、該バルブ機構が、ロータリーバルブを備えていることを特徴とする。
また、給湯槽から成形型のキャビティに溶湯を充填して鋳造する還元鋳造装置であって、前記給湯槽に、該給湯槽内の溶湯の熱を受けて前記還元性物質あるいは前記還元性物質を生成する金属を加熱する活性化室が設けられ、前記バルブ機構が、前記活性化室と前記キャビティとを連通する流路中に介装されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記バルブ機構が、前記ロータリーバルブと、該ロータリーバルブの外周面に摺接して配置されるシールチップと、前記ロータリーバルブを、前記還元性物質が供給される位置と前記還元性物質の供給が遮断される位置との間で、軸線の回りで回動させる駆動機構とを備えていることを特徴とする。
また、前記シールチップが、該ロータリーバルブの径方向で前記ロータリーバルブの外周面に向けて常時付勢して設けられていることを特徴とする。
また、前記ロータリーバルブが、還元性物質を搬送するキャリアガスあるいは金属ガスと反応して還元性化合物を生成する反応性ガスをバルブ内に流入させることによって生じるスプレーノズル作用により、前記還元性物質あるいは前記金属ガスを移送する流路を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る還元鋳造装置によれば、溶湯に作用させる還元性物質の供給機構に用いられるバルブ機構にロータリーバルブを用いる構成としたことによって、バルブ機構の溶湯に対するシール性が良好になり、バルブ機構の動作不良を解消して、確実な鋳造操作を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】
【０００９】
（還元鋳造装置の構成）
以下、本発明に係る還元鋳造装置の好適な実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明に係る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ＬＰＤ（低圧ダイキャスティング）による鋳造装置として構成されたものである。還元鋳造装置１０の鋳造部は、成形型２０と成形型２０の下方に設置された給湯槽３０とからなり、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。給湯筒３２はその上部で成形型２０に設けられた押湯部２２に連結し、押湯部２２はゲート２３を介してキャビティ２０ａに連通する。
【００１０】
給湯筒３２は底部を給湯槽３０の底部側に延出させて設けられ、給湯槽３０の上部には給湯筒３２と並んで、底部を給湯槽３０内に貯溜された溶湯３４に常時浸漬するように延出させた活性化室４０が配置されている。
本実施形態では、活性化室４０と還元性物質の供給部４１とを接続し、活性化室４０に還元性物質（たとえば、マグネシウム窒素化合物）を供給するように設けている。なお、還元性物質の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）の供給部を活性化室４０に接続して、活性化室４０に還元性物質を生成するための金属を供給するように構成することもできる。
活性化室４０の内部には、活性化室４０に供給された還元性物質が十分に活性化される前に供給管４２から排出されたり、還元性物質を生成するための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ためのバッファ板を設ける。
【００１１】
活性化室４０に収容されている還元性物質はバルブ機構５０を介して成形型２０のキャビティ２０ａ側に供給される。本実施形態では、ロータリーバルブ５１を用いたバルブ機構５０が設けられている。
図２にバルブ機構５０を拡大して示す。ロータリーバルブ５１は円柱状に形成した本体に、外周面の三方で開口する流路５１ａ、５１ｂ、５１ｃが設けられたものである。流路５１ａ、５１ｃが径方向に直線的に配置され、流路５１ｂが流路５１ａ、５１ｃを結ぶ流路の中心から直交する向きに設けられている。すなわち、ロータリーバルブ５１には、直径方向に貫通する流路と、この流路に直交する半径分の流路が形成されている。
【００１２】
ロータリーバルブ５１の外周には、ロータリーバルブ５１を軸線の回りで回動自在に支持する３個のシールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配置されている。なお、ロータリーバルブ５１を軸線の回りで一方側と他方側に回動する回動機構として、本実施形態では、ロータリーバルブ５１の中心軸にレバー５８の一端側を固定し、レバー５８の他端側にレバー５８を中心軸の回りで回動させる電動モータ等の駆動機構５９を設けた。
【００１３】
図３に、ロータリーバルブ５１と３個のシールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの組立斜視図を示す。シールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの内側面は、側面形状がロータリーバルブ５１の外周面と同曲率となる円弧面に形成される。シールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃには、ロータリーバルブ５１に設けた流路５１ａ、５１ｂ、５１ｃと同時に連通する配置に、各々連通流路５３ａ、５３ｂ、５３ｃが設けられている。シールチップ５２ｃに設けられる連通流路５３ｃは成形型２０側が徐々に拡径するテーパ孔となっている。シールチップ５２ｃに設けられた連通流路５３ｃは成形型２０に設けられた押湯部２２に連通する。
【００１４】
２つのシールチップ５２ａ、５２ｂは成形型２０の側面に固定されたガイド体５４によりロータリーバルブ５１の径方向に移動可能に支持される。図２に示すように、シールチップ５２ａは、スプリング５５によりロータリーバルブ５１に向けて常時付勢されて支持され、シールチップ５２ｂは、スプリング４３によりロータリーバルブ５１に向けて常時付勢されて支持されている。
【００１５】
ガイド体５４には、配管およびバルブを介して窒素ガスの供給部５７に接続する接続管５６が支持され、接続管５６の端部がシールチップ５２ａの連通流路５３ａにエアシールされて摺入される。また、活性化室４０に設けられた供給管４２は、先端部がシールチップ５２ｂの連通流路５３ｂにエアシールされて摺入されている。
本実施形態では、供給管４２および接続管５６に外挿するようにスプリング４３およびスプリング５５を配置しているが、シールチップ５２ａ、５２ｂを付勢する方法は本実施形態の方法に限定されるものではない。
【００１６】
（還元鋳造方法）
続いて、上述した還元鋳造装置１０をアルミニウムの鋳造に使用する方法について説明する。
図１は、給湯槽３０に設けられた給湯筒３２に成形型２０をセットし、キャビティ２０ａに溶湯３４を充填する前の状態を示している。バルブ機構５０は、駆動機構５９によりロータリーバルブ５１が押湯部２２と活性化室４０との連通をOFFにする状態にセットされている。
この状態で、還元性物質の供給部４１から活性化室４０にマグネシウム窒素化合物を供給する。給湯槽３０にはアルミニウムの給湯炉（不図示）が連通して設けられ、鋳造操作にともない、給湯槽３０内における溶湯３４の液面が一定の高さとなるように給湯炉から給湯槽３０にアルミニウムの溶湯３４が補給される。
【００１７】
給湯槽３０内においてアルミニウムの溶湯は７４０℃程度に加熱されている。したがって、活性化室４０に供給された還元性物質である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、活性化された状態になる。
なお、マグネシウム窒素化合物を活性化室４０に供給するかわりに、活性化室４０にマグネシウム粉末を供給する方法の場合も、マグネシウムの融点は６５１℃であるから、アルミニウムの溶湯の熱によってマグネシウム金属は容易にガス化される。
【００１８】
活性化室４０にマグネシウム窒素化合物を供給する操作は、鋳造操作の１回ごとに行う操作ではなく、所定量のマグネシウム窒素化合物を活性化室４０に供給することで複数回の鋳造操作が可能であるから、所定回数の鋳造操作を行うごとにマグネシウム窒素化合物を供給すればよい。活性化室４０にマグネシウム窒素化合物を供給して一定時間経過することにより、マグネシウム窒素化合物は十分に活性化された状態になる。
【００１９】
給湯筒３２に成形型２０をセットした後、キャビティ２０ａ内を非酸化性雰囲気とするため、真空ポンプ２４を駆動してキャビティ２０ａ内を減圧する。
図４は、キャビティ２０ａ内を減圧した後、バルブ機構５０を開いて押湯部２２に活性化室４０からマグネシウム窒素化合物を導入する状態を示す。駆動機構５９によりレバー５８を回動して、ロータリーバルブ５１の流路５１ａ、５１ｂ、５１ｃをシールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃに設けた連通流路５３ａ、５３ｂ、５３ｃに一致させる。これによって、バルブ機構５０を介して給湯槽３０側に配置した活性化室４０と成形型２０に設けた押湯部２２とが連通する。
【００２０】
バルブ機構５０を介して活性化室４０と押湯部２２とが連通した状態で、窒素ガスの供給部５７から接続管５６を介してロータリーバルブ５１の流路５１ａ内に窒素ガスを送入する。流路５１ａ、５１ｃが直線的に配置され、流路内に活性化室４０に連通する流路５１ｂが開口して設けられていることから、流路内を窒素ガスが通流することによって生じるスプレーノズルの作用により活性化室４０からマグネシウム窒素化合物が引き出され、窒素ガスとともに押湯部２２にマグネシウム窒素化合物が導入される。
この操作では、窒素ガスは還元性物質としてのマグネシウム窒素化合物を移送するキャリアガスとして作用している。キャリアガスとしては窒素ガスにかえて還元性物質の還元作用を損なわないガス、たとえば不活性ガスを使用することができる。
【００２１】
押湯部２２に導入されたマグネシウム窒素化合物の一部は押湯部２２から給湯筒３２の上部側へ拡散し、また一部は押湯部２２から成形型２０のキャビティ２０ａへ拡散する。キャビティ２０ａ、押湯部２２および給湯筒３２の上部空間内については、あらかじめ減圧されているから、キャビティ２０ａ等へ拡散したマグネシウム窒素化合物がこれらの空間内に残留するエアによって還元作用が減退することがない。
【００２２】
なお、活性化室４０にマグネシウム金属（粉末）を供給して還元鋳造する場合は、活性化室４０でマグネシウム金属をガス化し、窒素ガスの供給部５７からバルブ機構５０内へ窒素ガスを流入させ、窒素ガスによって活性化室４０から引き出されるマグネシウムガスと反応させてマグネシウム窒素化合物を生成させ、押湯部２２側へマグネシウム窒素化合物を送入するようにすればよい。この場合には、バルブ機構５０に送入するガスは、金属ガス（この場合はマグネシウムガス）と反応して還元性物質（この場合はマグネシウム窒素化合物）を生成する反応性ガス（この場合は窒素ガス）を使用する必要がある。反応性ガスは金属ガスと反応して還元性物質を生成し、かつ還元性物質を押湯部２２へ搬送するキャリアガスとしての作用を兼ね備えることになる。
【００２３】
図５は、キャビティ２０ａ等にマグネシウム窒素化合物を導入した後、バルブ機構５０を閉め、給湯槽３０からキャビティ２０ａにアルミニウムの溶湯を充填した状態を示す。  給湯槽３０に連通して設けられている加圧ガスの供給部３３から配管３５を経由して給湯槽３０に加圧ガス（窒素ガス等）を送入することにより、給湯槽３０内で溶湯３４の液面が押し下げられ、給湯筒３２から押湯部２２に溶湯３４が注入され、ゲート２３からキャビティ２０ａに溶湯３４が充填される。
【００２４】
給湯筒３２にマグネシウム窒素化合物が拡散して供給されていることにより、給湯筒３２から押湯部２２に溶湯３４が押し上げられる際にアルミニウムの溶湯３４の表面の酸化皮膜が還元されること、押湯部２２内においても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の表面に形成される酸化皮膜が還元されることによって、アルミニウムの溶湯はきわめて流動しやすい状態となってキャビティ２０ａに注入される。
【００２５】
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ことにより、キャビティ２０ａに溶湯３４が充填される際にアルミニウムの溶湯３４の表面に生じた酸化皮膜が還元され、キャビティ２０ａ内においてもきわめて湯周り性の良い状態で溶湯３４が充填される。キャビティ２０ａ内で溶湯３４が凝固した後、型開きして鋳造品を取り出しする。
【００２６】
本実施形態の鋳造方法によれば、キャビティ２０ａ等における湯周り性が良好となり、溶湯の未充填やボイド等のない、高品質の鋳造品を得ることができる。
とくに、本実施形態では、給湯槽３０に配置された活性化室４０から直接的に押湯部２２にマグネシウム窒素化合物が供給され、マグネシウム窒素化合物の供給流路が短縮されているから、マグネシウム窒素化合物が加熱されて活性化された状態を確実に維持して押湯部２２等にマグネシウム窒素化合物を供給することが可能となる。これによって、溶湯３４に対してマグネシウム窒素化合物の還元作用を効果的に作用させて還元鋳造することが可能になる。
【００２７】
また、本実施形態の鋳造方法では、活性化室４０から押湯部２２側へ還元性化合物を供給するバルブ機構５０をロータリーバルブ５１を用いて構成したことにより、バルブ機構５０における摺動部分のシール性を向上させることができ、バルブ機構５０のシール部分に溶湯３４が侵入することを防止することができる。ロータリーバルブ５１とシールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃの摺接面はともに円弧面に形成され、したがってロータリーバルブ５１がどの回動位置にあってもロータリーバルブ５１とシールチップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃとのシール性は確実に保持される。
また、本実施形態においては、シールチップ５２ａ、５２ｂをスプリング５５、４３の付勢力を利用してロータリーバルブ５１に常時押接するようにしているから、ロータリーバルブ５１が回動する際のシール作用をさらに確実に保持することができる。
【００２８】
還元鋳造方法による場合は、溶湯の流動性がきわめて良好になり、シール部の隙間部分に溶湯が侵入しやすくなるが、本実施形態の鋳造装置のようにロータリーバルブ５１を用いたバルブ機構５０を使用する方法によれば、溶湯の流動性が向上した場合でも、シール部分に溶湯が侵入することを好適に防止することができ、これによって確実な鋳造操作を行うことが可能となる。
ロータリーバルブ５１を用いたバルブ機構は、上述したＬＰＤ方式による還元鋳造装置の他に重力鋳造等の還元鋳造装置において、還元性物資をキャビティに供給する際のバルブ機構として同様に利用することが可能である。
【００２９】
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鋳造に限らず、アルミニウム以外の金属による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】
【００３０】
【図１】本発明に係る還元鋳造装置の全体の構成を示す説明図である。
【図２】バルブ機構の構成を拡大して示す説明図である。
【図３】シールチップとロータリーバルブの斜視図である。
【図４】還元性物質を押湯部に導入した状態を示す説明図である。
【図５】キャビティに溶湯を充填した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  還元鋳造装置
２０  成形型
２０ａ  キャビティ
２２  押湯部
２４  真空ポンプ
３０  給湯槽
３２  給湯筒
３３  加圧ガスの供給部
３４  溶湯
４０  活性化室
４１  還元性物質の供給部
４３、５５  スプリング
５０  バルブ機構
５１  ロータリーバルブ
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ  流路
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  シールチップ
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ  連通流路
５７  窒素ガスの供給部
５８  レバー
５９  駆動機構
【図１】
2006263735.tif 000003
【図２】
2006263735.tif 000004
【図３】
2006263735.tif 000005
【図４】
2006263735.tif 000006
【図５】
2006263735.tif 000007