(57)【要約】【課題】装置を大型化させることなく鋳巣の発生を抑制することが可能な鋳造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る鋳造方法は、鋳型２のキャビティ２３内に溶湯７を充填するステップと、キャビティ２３内に充填された溶湯７を加圧凝固させるステップと、を有する、鋳造方法であって、溶湯７を充填するステップの前に、多孔質被膜５を鋳型２の表面に形成するステップと、溶湯７の温度よりも低い温度においてガス化する液体６を多孔質被膜５に含浸させるステップと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型のキャビティ内に溶湯を充填するステップと、
前記キャビティ内に充填された前記溶湯を加圧凝固させるステップと、
を有する、鋳造方法であって、
前記溶湯を充填するステップの前に、
多孔質被膜を前記鋳型の表面に形成するステップと、
前記溶湯の温度よりも低い温度においてガス化する液体を前記多孔質被膜に含浸させるステップと、
を有する、鋳造方法。
【請求項２】
前記多孔質被膜は、カーボンナノファイバー及びフラーレンにより構成されている、請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
前記液体は、尿素液である、請求項１又は２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記溶湯を段階的に前記キャビティ内に充填する、請求項１〜３の何れか一項に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばダイカスト鋳造等の鋳型を用いた鋳造では、鋳巣の発生を抑えることが求められている。この要求を満たすため、鋳型のキャビティ内に充填された溶湯を、プランジャによって押圧しながら凝固させること等が行われている。例えば、特許文献１に開示された鋳造方法では、鋳型のキャビティ内に充填された溶湯を、加圧ピンを用いて加圧しながら凝固させている。それにより、特許文献１に開示された鋳造方法では、溶湯の凝固収縮に伴う引巣等の鋳巣の発生を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは以下の課題を見出した。
鋳巣の発生を抑制するにはキャビティ内の溶湯に対して大きな圧力を付与する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示された鋳造方法では、加圧ピンによって溶湯に付与される圧力が十分に大きくないため、鋳巣の発生を十分に抑制することができないという問題があった。ここで、加圧ピンによって溶湯に付与される圧力を大きくしようとした場合、鋳造装置を大型化しなければならなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、装置を大型化させることなく鋳巣の発生を抑制することが可能な鋳造方法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】
本発明の一態様に係る鋳造方法は、鋳型のキャビティ内に溶湯を充填するステップと、前記キャビティ内に充填された前記溶湯を加圧凝固させるステップと、を有する、鋳造方法であって、前記溶湯を充填するステップの前に、多孔質被膜を前記鋳型の表面に形成するステップと、前記溶湯の温度よりも低い温度においてガス化する液体を前記多孔質被膜に含浸させるステップと、を有する。それにより、多孔質被膜内に浸み込ませた液体が溶湯の充填後にガス化されるため、加圧凝固時に溶湯に付与される圧力を向上させることができる。その結果、鋳造装置を大型化させることなく鋳巣の発生を抑制することができる。
【０００７】
前記多孔質被膜は、カーボンナノファイバー及びフラーレンにより構成されていることが好ましい。それにより、カーボンナノファイバー及びフラーレン間に形成された空隙に液体を浸み込ませることができるため、溶湯の充填途中に当該液体がガス化してしまうのを抑制することができる。
【０００８】
前記液体は、尿素液であることが好ましい。尿素液は温度上昇に伴って段階的にガス化されるため、溶湯の充填途中にそのすべてがガス化されてしまうのを防ぐことができ、その結果、凝固前の溶湯にガスが巻き込まれることによる鋳巣の発生を抑制することができる。
【０００９】
前記溶湯を段階的に前記キャビティ内に充填してもよい。それにより、充填途中の溶湯から多孔質被膜内に浸み込んだ液体に対して伝わる熱エネルギーが分散されるため、溶湯の充填途中に液体のすべてがガス化されてしまうのをさらに抑制することができる。また、溶湯の充填途中に液体のすべてがガス化されることによる、鋳物の品質の劣化を防ぐこともできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、装置を大型化させることなく鋳巣の発生を抑制することが可能な鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る鋳造装置の一部の模式的断面図である。
【図２】本発明に係る鋳造方法を示すフローチャートである。
【図３】図２に示すフローチャートの各工程における鋳型の模式的断面図である。
【図４】図２に示すフローチャートの各工程における鋳型の模式的断面図である。
【図５】液体を塗布する前後の鋳型の表面近傍の拡大断面図である。
【図６】加圧凝固中の鋳型の表面近傍の拡大断面図である。
【図７】窒素雰囲気中で尿素を加熱したときの熱重量曲線である。
【図８】窒素雰囲気中で尿素を加熱したときの炉内圧力変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明に係る鋳造装置１について説明する。
図１は、本発明に係る鋳造装置１に設けられた鋳型周辺の模式的断面図である。本発明に係る鋳造装置１は、ダイカスト鋳造を行う装置であって、アルミニウムやその合金等からなる溶湯を、鋳型のキャビティ内に充填して加圧凝固させることにより、キャビティにより規定された外形の鋳物を形成する。
【００１４】
より具体的には、図１に示すように、鋳造装置１は、鋳型２、スリーブ３及びプランジャ４を少なくとも備える。なお、図示されていないが、鋳造装置１には、鋳型２及びプランジャ４を駆動する駆動装置、並びに、スリーブ３に溶湯を注入する注湯装置等も設けられている。
【００１５】
鋳型２は、例えば合金工具鉄鋼材製の可動金型２１及び固定金型２２によって構成されている。固定金型２２は、鋳造装置１に固定されている。可動金型２１は、は、可動金型２１に対向配置され、その対向面に垂直な方向（ｙ軸方向）に移動可能に設けられている。ここで、可動金型２１と固定金型２２とが接近して組み合わさった状態、いわゆる型締めの状態では、可動金型２１と固定金型２２との間にキャビティ２３が形成される。このキャビティ２３に溶湯を充填して加圧凝固させることにより、キャビティ２３によって規定された外形の鋳物が形成される。
【００１６】
また、固定金型２２には、鋳型２内部のキャビティ２３から鋳型２外部にかけて貫通する貫通孔２２ａが設けられている。そして、固定金型２２の外側の主面には、貫通孔２２ａに連続するようにしてシリンダ形状のスリーブ３が設けられている。なお、スリーブ３の側面には、シリンダ内部に溶湯を注入するための注湯口３ａが設けられている。
【００１７】
プランジャ４は、スリーブ３のシリンダ内部及び固定金型２２の貫通孔２２ａを往復する円柱形状の部材である。プランジャ４は、連結部材を介して、プランジャ４を往復運動させる駆動装置（不図示）に連結されている。
【００１８】
続いて、鋳造装置１の動作について説明する。図２は、鋳造装置１の動作を示すフローチャートである。図３及び図４は、図２に示すフローチャートの各工程における鋳型の模式的断面図である。
【００１９】
まず、可動金型２１と固定金型２２とが離れた状態、いわゆる型開きの状態において、可動金型２１の表面（より詳細には、可動金型２１の表面のうちキャビティ２３に接触する面）に、多孔質被膜５を形成する（ステップＳ１０１）。
【００２０】
多孔質被膜５は、液体を含浸させることが可能な空隙を有する被膜である。本実施の形態では、多孔質被膜５が、カーボンナノファイバー及びフラーレンにより構成されている場合を例に説明する。カーボンナノファイバー及びフラーレンからなる多孔質被膜５は、可動金型２１の表面に、ガス軟窒化処理によりカーボンナノファイバーを形成し、その後、フラーレンを塗布することにより形成される。
【００２１】
なお、多孔質被膜５の形成は、鋳型２を鋳造装置１に設置する前に予め行われていてもよい。
【００２２】
その後、可動金型２１の表面上に形成された多孔質被膜５に液体６を塗布する。それにより、多孔質被膜５内の空隙には、液体６が含浸される（ステップＳ１０２）。
【００２３】
液体６は、溶湯７の温度よりも低い温度でガス化する液体である。本実施の形態では、液体６が、尿素液である場合を例に説明する。
【００２４】
図５は、液体６を塗布する前後の鋳型２の表面近傍の拡大断面図である。
図５の左図を参照すると、液体６を塗布する前では、可動金型２１の表面には、繊維状のカーボンナノファイバー５ａ及び粒子状のフラーレン５ｂからなる多孔質被膜５が形成されている。例えば、カーボンナノファイバー５ａは数十〜数百ｎｍの大きさを有し、これらは約１００ｎｍ程度の間隔を空けて形成されている。また、フラーレン５ｂは、１ｎｍ程度の粒径を有し、カーボンナノファイバー５ａ間の空間領域に設けられている。したがって、カーボンナノファイバー５ａ及びフラーレン５ｂ間には、ナノサイズの空隙５ｃが形成されている。次に、図５の右図を参照すると、液体６を塗布した後では、多孔質被膜５の空隙５ｃには、液体６が含浸されている。
【００２５】
図２〜図４の説明に戻る。
その後、可動金型２１と固定金型２２とを組み合わせて型締めの状態にする（ステップＳ１０３）。それにより、可動金型２１と固定金型２２との間にキャビティ２３が形成される。
【００２６】
その後、スリーブ３の注湯口３ａからシリンダ内部に溶湯７を注入する。なお、スリーブ３のシリンダ内部は、貫通孔２２ａを介して、鋳型２内に形成されたキャビティ２３まで通じている。そのため、シリンダ内部におけるプランジャ４の押し込み動作により、溶湯７がキャビティ２３に充填される（ステップＳ１０４）。
【００２７】
ここで、液体６は、多孔質被膜５に含浸されているため、ガス化しにくい状態となっている。そのため、溶湯７の充填途中では、液体６のガス化が抑制され、溶湯７の充填完了後に、液体６の多くがガス化されることになる。
【００２８】
その後、スリーブ３のシリンダ内部、及び、固定金型２２の貫通孔２２ａ、におけるプランジャ４のさらなる押し込み動作により、キャビティ２３に充填された溶湯７を加圧凝固させる（ステップＳ１０５）。それにより、キャビティ２３によって規定された外形の鋳物が形成される。
【００２９】
ここで、キャビティ２３に充填された溶湯７には、プランジャ４の押し込み動作によって生じる圧力だけでなく、液体６がガス化して体積膨張することによって生じる圧力も付与される。つまり、キャビティ２３に充填された溶湯７には、プランジャ４の押し込み動作によって生じる圧力のみが付与される場合よりも大きな圧力が付与される。それにより、形成される鋳物における鋳巣の発生が抑制される。なお、このとき、溶湯７に付与する圧力を向上させるために鋳造装置を大型化する必要はない。
【００３０】
図６は、加圧凝固中の鋳型２の表面近傍の拡大断面図である。
図６を参照すると、キャビティ２３に充填された溶湯７には、プランジャ４の押し込み動作によって生じる圧力だけでなく、液体６がガス化して体積膨張することによって生じる圧力も付与されているのがわかる。
【００３１】
このように、本実施の形態にかかる鋳造方法では、液体６を多孔質被膜５内に浸み込ませて溶湯７の充填後にガス化させることにより、加圧凝固時に溶湯７に付与される圧力を向上させることができる。その結果、鋳造装置を大型化させることなく鋳巣の発生を抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３３】
例えば、本実施の形態では、可動金型２１の表面のみに多孔質被膜５を形成した場合を例に説明したが、これに限られない。可動金型２１の表面のみならず、固定金型２２の表面にも多孔質被膜５を形成してもよい。この場合、液体６は、可動金型２１の表面に形成された多孔質被膜５のみならず、固定金型２２の表面に形成された多孔質被膜５にも塗布される。
【００３４】
また、本実施の形態では、液体６として尿素液が用いられる場合を例に説明した。ここで、尿素液は、温度の上昇に伴って、段階的に熱分解及びガス化する性質を有する。以下、図７及び図８を用いて簡単に説明する。
【００３５】
図７は、窒素雰囲気中で尿素を加熱したときの熱重量曲線である。図７の例では、横軸が温度を表し、縦軸が重量比を表している。また、図７の例では、加熱速度が１０℃／ｍｉｎである。図７を参照すると、１３２℃、２３５℃、３５０℃、４３０℃付近では、温度上昇に対する尿素の重量比の減少率が急激に低下している。つまり、１３２℃、２３５℃、３５０℃、４３０℃付近では、尿素の熱分解がほとんど行われていない。このことから、尿素の熱分解が、１３２℃〜２３５℃の区間Ａ、２３５℃〜３５０℃の区間Ｂ、及び、３５０℃〜４３０℃の区間Ｃに分かれて、段階的に行われていることがわかる。
【００３６】
また、図８は、窒素雰囲気中で尿素を５００℃まで加熱したときの炉内圧力変化を示す図である。図８の例では、横軸が時間を表し、縦軸が炉内圧力及び温度を表している。図８を参照すると、図７で示した区間Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれで、温度上昇に伴う圧力上昇率が若干異なっている。このことから、尿素のガス化が区間Ａ、Ｂ及びＣに分かれて段階的に行われることにより、炉内の圧力上昇率が段階的に変化していることがわかる。
【００３７】
つまり、液体６として尿素液が用いられた場合、液体６は温度上昇に伴って段階的に熱分解及びガス化されるため、溶湯７の充填途中にそのすべてがガス化されてしまうのを防ぐことができる。また、溶湯７の充填途中に液体６のすべてがガス化されることによる、鋳物の品質の劣化を防ぐこともできる。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、キャビティ２３内への溶湯７の充填が一度に行われる場合を例に説明したが、これに限られない。キャビティ２３内への溶湯７の充填は、複数回に分けて段階的に行われてもよい。それにより、充填途中の溶湯７から多孔質被膜５内に浸み込んだ液体６に対して伝わる熱エネルギーが分散されるため、溶湯７の充填途中に液体６のすべてがガス化してしまうのをさらに抑制することができる。また、溶湯７の充填途中に液体６のすべてがガス化されることによる、鋳物の品質の劣化を防ぐこともできる。
【符号の説明】
【００３９】
１  鋳造装置
２  鋳型
２１  可動金型
２２  固定金型
２２ａ  貫通孔
２３  キャビティ
５  多孔質被膜
５ａ  カーボンナノファイバー
５ｂ  フラーレン
５ｃ  空隙
３  スリーブ
３ａ  注湯口
４  プランジャ
６  尿素液
７  溶湯
【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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【図７】
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【図８】
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