(57)【要約】【課題】セラミック素材を適用した湯口入子につき、セラミック素材の加工の問題や、耐衝撃性の問題に鑑みた新規な構成を提案する。【解決手段】鋳造用金型の溶湯金属入口に設けられる湯口入子であって、セラミック素材で構成される筒型の上側堰入子２０Ａと、上部が前記上側堰入子２０Ａの下部に接続される筒型の下側堰入子２０Ｂと、から構成される鋳造用金型の湯口入子２０とする。前記上側堰入子２０Ａと前記下側堰入子２０Ｂの間には、パッキン２２が挟装されることとする。【選択図】図２
2006289393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用金型の溶湯金属入口に設けられる湯口入子であって、
セラミック素材で構成される筒型の上側堰入子と、上部が前記上側堰入子の下部に接続される筒型の下側堰入子と、から構成される鋳造用金型の湯口入子。
【請求項２】
前記上側堰入子と前記下側堰入子の間には、パッキンが挟装される、請求項１に記載の鋳造用金型の湯口入子。
【請求項３】
前記パッキンは、熱膨張性を有する、ことを特徴とする、請求項２に記載の鋳造用金型の湯口入子。
【請求項４】
前記上側堰入子の上下貫通穴は、上開口部から下側方向の所定の深さの位置にある中途部にかけて内径が小さくなるように構成され、前記中途部から下開口部にかけて内径が大きくなるように構成される、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の鋳造用金型の湯口入子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の鋳造用金型の湯口入子を備える鋳造用金型。
【請求項６】
請求項５に記載の鋳造用金型を備える鋳造装置であって、
溶湯金属を差圧により前記湯口入子を介して前記鋳造用金型のキャビティ内へと供給するための差圧調整装置と、
前記鋳造用金型の可動型及び固定型に設ける冷却回路に冷却剤を供給するための冷却装置と、
前記可動型を移動させ、凝固した製品を前記固定型から脱型させるアクチュエータと、
前記差圧調整装置、冷却装置、及び、アクチュエータの動作制御を行う制御装置と、
を具備する鋳造用金型を備える鋳造装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記上側堰入子の中途部よりも上側の範囲で溶湯金属を凝固させるべく、前記冷却装置による冷却制御を行うとともに、前記中途部よりも上側の範囲で溶湯金属が凝固した際に、前記差圧調整装置による溶湯金属の前記キャビティ内への供給を停止させる、ことを特徴とする、請求項６に記載の鋳造用金型を備える鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸引鋳造法や低圧鋳造法に利用される鋳造用金型に関するものであり、より
詳しくは、鋳造用金型の湯口入子の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸引鋳造法や低圧鋳造法といった差圧鋳造法で用いられる鋳造用金型の湯口入子においては、溶湯金属に対する耐溶損性や耐摩耗性を考慮してセラミック素材が適用されるようになっており、このセラミック素材を適用した湯口入子に関する技術も周知となっている（例えば、特許文献１、２参照。）。
これらの文献でも開示されるように、湯口入子は、セラミック素材からなる内筒と、金属製の外筒とを多重構造として一体的に構成されるものであり、前記内筒が溶湯金属を通過させる通路として機能する構成となっている。
【０００３】
また、湯口入子をセラミック素材にて構成するほか、湯口入子にセラミック粉末を含むコーティング材（塗型材）を噴き付けて、湯口入子の表面をコーティングし、溶損を防止することも行われていた。
【特許文献１】実開平５−７６６６０号公報
【特許文献２】実開平５−１３６４１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、従来の湯口入子の構成のように、多重構造の一体型に構成する場合には、溶湯金属の漏えいを防止するために、外筒との間のクリアランスを厳密に設定しなければならない等、セラミック素材からなる内筒には高精度の加工が要求されるものであった。また、硬質なセラミック素材の複雑・高精度な加工にはコストがかかってしまうものであった。
また、セラミック素材で内筒を構成する場合、サイズが大きくなると、熱衝撃や物理的衝撃によって破損しやすくなるという欠点があった。
【０００５】
他方、上記の湯口入子の表面のコーティングは、溶湯金属と接触し、摩耗することから、数十ショットごとにコーティング材の塗布作業が必要とされていた。そして、この塗布作業のために装置を停止させる必要があり、製造効率が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、セラミック素材を適用した湯口入子につき、セラミック素材の加工の問題や、耐衝撃性の問題に鑑みた新規な構成を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１に記載のごとく、鋳造用金型の溶湯金属入口に設けられる湯口入子であって、セラミック素材で構成される筒型の上側堰入子と、上部が前記上側堰入子の下部に接続される筒型の下側堰入子と、から構成される鋳造用金型の湯口入子とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載のごとく、前記上側堰入子と前記下側堰入子の間には、パッキンが挟装される構成とする。
【００１０】
また、請求項３に記載のごとく、前記パッキンは、熱膨張性を有することとする。
【００１１】
また、請求項４に記載のごとく、前記上側堰入子の上下貫通穴は、上開口部から下側方向の所定の深さの位置にある中途部にかけて内径が小さくなるように構成され、前記中途部から下開口部にかけて内径が大きくなるように構成されることとする。
【００１２】
また、請求項５に記載のごとく、前記湯口入子を備える鋳造用金型とする。
【００１３】
また、請求項６に記載のごとく、請求項６に記載の鋳造用金型を備える鋳造装置であって、溶湯金属を差圧により前記湯口入子を介して前記鋳造用金型のキャビティ内へと供給するための差圧調整装置と、前記鋳造用金型の可動型及び固定型に設ける冷却回路に冷却剤を供給するための冷却装置と、前記可動型を移動させ、凝固した製品を前記固定型から脱型させるアクチュエータと、前記差圧調整装置、冷却装置、及び、アクチュエータの動作制御を行う制御装置と、を具備する構成とする。
【００１４】
また、請求項７に記載のごとく、前記制御装置は、前記上側堰入子の中途部よりも上側の範囲で溶湯金属を凝固させるべく、前記冷却装置による冷却制御を行うとともに、前記中途部よりも上側の範囲で溶湯金属が凝固した際に、前記差圧調整装置による溶湯金属の前記キャビティ内への供給を停止させることとする。
【発明の効果】
【００１５】
以上の請求項１に記載の発明では、上側堰入子のみがセラミック素材で構成されるため、湯口入子全体がセラミック素材で構成される場合と比較して、セラミック素材で構成される部位の小型化が図られ、熱衝撃や、物理的衝撃によるセラミック素材の破損といった不具合の発生確率を低減することができる。つまり、衝撃に弱いというセラミック素材の欠点を克服できる。また、下側堰入子を金属製とすることによれば、該下側堰入子について、加工コストも低くおさえつつ、高精度の加工を実施できる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、湯口入子を通過する溶湯金属が、上側堰入子と下側堰入子の接合部から外部へ漏えいすることを防止できる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、高温環境下における密閉性を向上させることができ、溶湯金属の漏えいを確実に防止できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、前記中途部よりも上側の範囲で溶湯金属を凝固させることとすれば、上側堰入子と下側堰入子の見切り部となる接合部は、製品堰部よりも下方の位置となるので、前記接合部に溶湯金属が差し込まれ、差し込まれた部位が脱型の際にちぎれ落ち、製品堰部が損傷することや、離型抵抗が高まるといった不具合を防止できる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明では、前記上側堰入子はセラミック素材で構成されることから、製品堰部は上側堰入子から抜けやすくなり、湯口入子全体を金属製とする場合と比較して、早期に脱型を実施できる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明では、前記制御装置による自動制御によって、製品の成形、冷却、脱型の一連の鋳造工程を行うことができる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明では、前記中途部よりも上の範囲において溶湯金属の凝固が行われることから、上側堰入子内に構成される製品堰部を上側へ抜き出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に示すごとく、本発明に係る鋳造用金型１は、可動型１１と固定型１２とから構成されており、両者を付け合わせた状態において内部にキャビティ１３が形成されるようになっている。
また、前記固定型１２の下部中央部には筒状の湯口入子２０が設けられている。該湯口入子２０には、図において上下方向に貫通する上下貫通穴２０ａが設けられており、該上下貫通穴２０ａを通って、溶湯金属１６がキャビティ１３内へ供給される。
また、前記可動型１１、固定型１２の内部には、冷却装置２６から冷却剤が供給される冷却回路１７・１７が設けられており、溶湯金属１６の供給完了後に、溶湯金属１６を冷却、凝固させるようにしている。また、この溶湯金属１６の凝固は、図において上側から下側へと順次進行され、前記湯口入子２０の上下貫通穴２０ａ内の溶湯金属１６が最後に凝固されるようになっている。
【００２３】
また、図１に示すごとく、本発明に係る鋳造用金型１は、例えば、低圧鋳造法を行う鋳造装置１０に設置される。
この鋳造装置１０には、溶湯金属１６を収容する溶湯保持炉２が設けられており、該溶湯保持炉２内に高圧空気供給源となる差圧調整装置２５より高圧空気を供給し、該高圧空気によってストーク３（湯口管）内の溶湯金属１６を上方へと押し上げる。押し上げられた溶湯金属１６は、前記湯口入子２０を介してキャビティ１３内へと供給される。
また、鋳造装置１０にはアクチュエータ４が設けられており、該アクチュエータ４によって前記可動型１１が図において上下方向に移動されるようになっている。
尚、本発明に係る鋳造用金型１は、低圧鋳造法のほか、吸引鋳造法といった他の差圧鋳造法にも適用可能である。
【００２４】
また、図２に示すごとく、鋳造用金型１の溶湯金属入口に設けられる湯口入子２０は、固定型１２に図において上下方向に設けた貫通孔１２ａに取り付けられ、チタン酸アルミ等のセラミック素材で構成される筒型の上側堰入子２０Ａと、上部が前記上側堰入子２０Ａの下部に接続され、下部が前記ストーク３の下部と接続される筒型の下側堰入子２０Ｂと、から構成されている。
また、前記下側堰入子２０Ｂは、固定型１２の下面１２ｕと、溶湯保持炉２の保持炉上蓋１８の上面１８ｕの間に挟装される構成となっている。
【００２５】
この湯口入子２０の構成では、上側堰入子２０Ａのみがセラミック素材で構成されるため、湯口入子２０全体がセラミック素材で構成される場合と比較して、セラミック素材で構成される部位の小型化が図られ、熱衝撃や、物理的衝撃によるセラミック素材の破損といった不具合の発生確率を低減することができる。つまり、衝撃に弱いというセラミック素材の欠点を克服できるのである。
【００２６】
また、前記上側堰入子２０Ａを構成するセラミック素材は、高耐久性のチタン酸アルミや、アルミナ等のセラミック素材を用いる他、溶湯金属と結合しにくい耐溶損性を有し（濡れ性が悪いこと）、かつ、耐摩耗性に優れた、高耐久性のクロミア（クロム酸化物）を適用することも考えられる。これにより、上側堰入子２０Ａの溶湯金属への溶損を防止することができる。
尚、下側堰入子２０Ｂについては、例えば、鋳造用金型の金属と同じ塑性の鋼材を用いることが考えられるが、特に、限定するものではない。
【００２７】
また、前記上側堰入子２０Ａの内側表面の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）において、略１０μｍ以下となるように設定される。
このような表面粗さに設定することによって、上側堰入子２０Ａの内側表面と、溶湯金属１６との間に生じる摩擦が低減される。この摩擦の低減により、図１に示すごとく、溶湯金属１６の供給工程では、上側堰入子２０Ａの内側表面の摩耗の進行が抑制される。
また、図４（ｂ）に示すごとく、溶湯金属凝固後の製品１６Ａの脱型の際には、製品堰部１６ａと上側堰入子２０Ａの間に生じる摩擦が低減されるので、いわゆる離型抵抗を低下させることができ、製品堰部１６ａの表面が剥がれ落ちるなどの不具合が防止される。
尚、表面粗さを所定の値に設定するための具体的な研磨方法については、特別な方法に限定されるものではなく、セラミック素材表面の研磨に好適な研磨方法が適用されるものとする。
【００２８】
また、図２に示すごとく、前記上側堰入子２０Ａの下部には、前記固定型１２の下面１２ｕに対向するフランジ部２０ｆが設けられ、前記下側堰入子２０Ｂの上部には、前記フランジ部２０ｆの周囲を囲み、前記フランジ部２０ｆと前記下面１２ｕの間に環状の空間２０ｋを形成するフランジ収容部２０ｓが設けられ、前記環状の空間２０ｋには、熱膨張性のあるパッキン２２が挟装される構成としている。つまり、前記上側堰入子２０Ａと前記下側堰入子２０Ｂの間には、パッキン２２が挟装される構成となっている。
また、図２に示すごとく、前記下側堰入子２０Ｂの下部には、保持炉上蓋１８の上面１８ｕに当着されるフランジ部２０ｇが設けられ、該フランジ部２０ｇによって、保持炉上蓋１８と下側堰入子２０Ｂの間の隙間が密閉される構成としている。
【００２９】
この構成では、前記パッキン２２により、湯口入子２０を通過する溶湯金属１６が、上側堰入子２０Ａと下側堰入子２０Ｂの接合部２０ｖから外部へ漏えいすることを防止できる。また、上側堰入子２０Ａから伝わる熱によって膨張する、熱膨張性のあるパッキン２２を用いることにより、高温環境下における前記空間２０ｋの密閉性を向上させることができ、溶湯金属１６の漏えいを確実に防止できる。
尚、前記パッキン２２の材質については特に限定されるものではないが、上側堰入子２０Ａから伝わる熱によって膨張し、前記空間２０ｋの隙間を埋めることで接合部２０ｖから外部への溶湯金属１６の漏えいを防止するとともに、十分な耐熱性能を有するものが望ましい。
【００３０】
また、仮に、湯口入子２０を上下二分割とすることなく、全体をセラミック素材にて構成した場合には、前記下側堰入子２０Ｂのフランジ収容部２０ｓ、及び、フランジ部２０ｇにつき、溶湯金属１６の漏えいを防止すべく高精度の加工が要求され、硬質なセラミック素材の高精度の加工には高いコストがかかるという問題がある。
この点、本発明の構成のように、湯口入子２０を上下二分割に構成し、さらに、下側堰入子２０Ｂを金属製とすることによれば、該下側堰入子２０Ｂについて、加工コストも低くおさえつつ高精度の加工を実施でき、コストの問題を回避できる。
【００３１】
尚、前記フランジ収容部２０ｓの形状については、図３（ａ）に示すごとく、直立する壁面を有する構成とする他、図３（ｂ）に示すごとく、前記パッキン２２を固定型１２の下面１２ｕとの間で挟み込む水平部２０ｔを有する段付き形状としてもよい。また、この他、前記接合部２０ｖにパッキン２２が挟装される構成としてもよい。
【００３２】
また、図２及び図３（ａ）に示すごとく、前記上側堰入子２０Ａの上下貫通穴２０ａは、上開口部２０ｘから下側方向の所定の深さＤの位置にある中途部２０ｃにかけて内径が次第に小さくなるように構成され、前記中途部２０ｃから下開口部２０ｕにかけて内径が次第に大きくなるように構成され、前記下開口部２０ｕに前記下側堰入子２０Ｂの上開口部２０ｙが当着されることとしている。尚、前記所定の深さＤは、特に限定するものではないが、図４（ａ）に示す製品堰部１６ａを形成する関係上、例えば、上側堰入子２０Ａの上下全体の長さにおける２／３以上を確保する等、十分な深さを設定することが好適である。
【００３３】
この構成において、図４（ａ）に示すごとく、前記中途部２０ｃよりも上側の範囲で溶湯金属１６を凝固させることとすれば、上側堰入子２０Ａと下側堰入子２０Ｂの見切り部となる接合部２０ｖは、製品堰部１６ａよりも下方の位置となるので、前記接合部２０ｖに溶湯金属１６が差し込まれ、この差し込まれた部位が脱型の際にちぎれ落ちて製品堰部１６ａが損傷することや、離型抵抗が高まるといった不具合を防止できる。
尚、前記上開口部２０ｘ（図３（ａ）参照）から中途部２０ｃの間に前記接合部２０ｖを配置するのは、脱型の際に製品堰部１６ａがちぎれる可能性があるため好ましくないといえる。
【００３４】
また、図４（ｂ）に示すごとく、前記上側堰入子２０Ａはセラミック素材で構成されることから、製品堰部１６ａは上側堰入子２０Ａから抜けやすくなり、湯口入子全体を金属製とする場合と比較して、早期に脱型を実施できるようになる。
つまり、製品堰部１６ａについては、凝固が完了する時期が最も遅く、製品堰部１６ａを破損させることなく脱型を行うには、製品堰部１６ａの凝固を完了するまで待機しなければならないが、上述のように製品堰部１６ａの表面と上側堰入子２０Ａとの間の摩擦を低減することによれば、前記摩擦が大きい場合と比較して待機時間を短縮した場合でも製品堰部１６ａの破損を低減できるのである。
例えば、従来では、鋳造工程を開始してから脱型までに要する時間がトータルで３００秒程であり、前記待機時間については３０秒程も要し、鋳造時間短縮のボトルネックとなっていたが、本発明によれば、前記待機時間を略半分の１５秒程に短縮でき、トータルで１５秒の短縮を図ることができるようになる。
以上のように、待機時間を短縮することにより、早期の脱型が可能となり、この脱型の早期化によって、一ショット毎の鋳造時間が短縮され、製造効率の向上が図られる。
【００３５】
また、前記上側堰入子２０Ａのセラミック素材は高い耐久性を有するため、従来のコーティング材（塗型材）の噴き付けによるもののように、コーティング材の塗布作業が頻繁に発生することもなく、製造効率の向上が図られる（いわゆるＭＴＢＦの改善につながる）。
【００３６】
また、図１は、以上の湯口入子２０を設けた鋳造用金型１を備える鋳造装置１０の一構成例を示したものであり、溶湯金属１６を差圧により前記湯口入子２０を介して鋳造用金型１のキャビティ１３内へと供給するための差圧調整装置２５と、前記鋳造用金型１の可動型１１及び固定型１２に設ける冷却回路１７・１７に冷却剤を供給するための冷却装置２６と、前記可動型１１を移動させ製品１６Ａを前記固定型１２から脱型させるアクチュエータ４と、前記差圧調整装置２５、冷却装置２６、及び、アクチュエータ４の動作制御を行う制御装置３０と、を具備する構成としている。この構成により、前記制御装置３０による自動制御によって、製品１６Ａの成形、冷却、脱型の一連の鋳造工程を行うことができる。
【００３７】
そして、前記制御装置３０は、前記上側堰入子２０Ａの中途部２０ｃよりも上側の範囲で溶湯金属１６を凝固させるべく前記冷却装置２６による冷却制御を行うとともに、前記上側堰入子２０Ａにおける前記中途部２０ｃよりも上側の範囲で溶湯金属１６が凝固した際に、前記差圧調整装置２５による溶湯金属１６の前記キャビティ１３内への供給を停止させることとしている。この制御装置３０による制御によって、前記中途部２０ｃよりも上の範囲において溶湯金属１６の凝固が行われることから、上側堰入子２０Ａ内に構成される製品堰部１６ａを上側へ抜き出すことが可能となる（図４（ｂ）参照）。
尚、制御装置３０による溶湯金属１６の凝固の有無の判断は、冷却装置２６による溶湯金属１６の冷却時間を基準として判断することや、別途センサーを設けて上側堰入子２０Ａにおける凝固の有無を検知して判断することなどが考えられ、特に具体的な方法に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る湯口入子を備える鋳造用金型、及び、鋳造装置の構成について示す図。
【図２】本発明に係る湯口入子の構成について示す側面断面図。
【図３】（ａ）は、下側堰入子のフランジ収容部の第一の構成例について示す図。（ｂ）は、同じく第二の構成例について示す図。
【図４】（ａ）は、上側堰入子の中途部よりも上側において製品堰部が凝固されることについて示す図。（ｂ）は、製品堰部が脱型される状態について示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１２    固定型
２０    湯口入子
２０Ａ  上側堰入子
２０Ｂ  下側堰入子
２２    パッキン
２０ｃ  中途部
【図１】
2006289393.tif 000003
【図２】
2006289393.tif 000004
【図３】
2006289393.tif 000005
【図４】
2006289393.tif 000006