(57)【要約】【課題】溶湯が低融点金属である場合にも、その品質や形状を一定の状態に確保しつつ、一度に複数の薄板状の鋳造品を鋳造することのできる鋳造装置を提供する。【解決手段】上面に向けて開口する複数のキャビティ６，７を有するモールド１と、このモールド１の上方に配置され、各キャビティ６，７に溶湯を注湯する複数の孔部１１を備えたタンディッシュ２とを有し、複数のキャビティ６，７がモールド１の中心から略同一円周上に並んで配置されるとともに、これらキャビティ６，７の半径方向内方の端部６ａ，７ａとタンディッシュ２の外周部とが上下に重ね合わせられるように配置され、該タンディッシュ２の外周部に、各キャビティ６，７に対応して孔部１１が配設されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に向けて開口する複数のキャビティを有するモールドと、このモールドの上方に配置され、各キャビティに溶湯を注入する複数の孔部を備えたタンディッシュとを有し、前記複数のキャビティが前記モールドの中心部から略同一円周上に並んで配置されるとともに、これらキャビティの半径方向内方の端部と前記タンディッシュの外周部とが上下に重ね合わせられるように配置され、該タンディッシュの外周部に、各キャビティに対応して前記孔部が配設されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
前記モールドと前記タンディッシュとの間に、断熱層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
【請求項３】
前記タンディッシュの内底面に、前記孔部の開口部よりも低い凹状部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の鋳造装置。
【請求項４】
前記タンディッシュの上方に、前記孔部を開閉可能なピンを有するストッパーが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の溶湯をタンディッシュからモールドに注入して鋳造する鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鋳造装置において、溶湯から酸化物を除去してモールドへの持ち込みを少なくする目的で、溶湯をモールドに注入する前にタンディッシュに供給して酸化物を分離することが行なわれる。この種の鋳造装置として、例えば、特許文献１及び特許文献２記載の鋳造装置がある。
【０００３】
特許文献１記載の鋳造装置は、タンディッシュと、モールド（鋳型）と、タンディッシュからの溶湯の流出量を制御するストッパーとを有し、ストッパーを開閉しながら小断面の線状の鋳造体を連続的に生産するようにしたものである。
また、特許文献２の鋳造装置は、タンディッシュの中に溶湯を供給し、このタンディッシュに設けられたストッパーを開閉制御することで、金属ベルト上に連続的に鋳造して、所定の薄板を製造するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２２０７５１号公報
【特許文献２】実公平５−１１００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、鋳造品がはんだのような低融点金属である場合、溶湯が固まり易い。その場合、１個の鋳造品を製造する場合は、比較的容易であるが、薄板状の鋳造品を複数製造する場合には、モールドのキャビティを平面的に配置することになるため、タンディッシュから各キャビティへの溶湯の分配が難しくなる。この場合、樋状の湯道を使って溶湯を流すのでは、湯道の中で溶湯が部分的に固まったり、溶湯の流れが一定でなくなって飛び散った溶湯が凝固し、製品に欠陥となるなどの不具合がある。これを防止するために、溶湯温度を上げたり、湯道などの溶湯の流路を加熱したりすると、溶湯が変質するおそれがある。特に、溶湯が鉛入りはんだの場合であると加熱による変質が顕著である。このため、いわゆる平置き型の鋳造装置では、低融点金属を溶湯として、一度に複数の薄板状の鋳造品を製造することが難しいという問題がある。
この場合、製品よりも大きいブロック状の鋳造品を製造して、鋳造後に目的の形状に切削加工することも考えられるが、歩留まりが悪く、加工工数も増えるため、コスト増となる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、溶湯が低融点金属である場合にも、途中で凝固させることなく、一度に複数の薄板状の鋳造品を鋳造することのできる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】
【０００７】
本発明の鋳造装置は、上面に向けて開口する複数のキャビティを有するモールドと、このモールドの上方に配置され、各キャビティに溶湯を注入する複数の孔部を備えたタンディッシュとを有し、前記複数のキャビティが前記モールドの中心部から略同一円周上に並んで配置されるとともに、これらキャビティの半径方向内方の端部と前記タンディッシュの外周部とが上下に重ね合わせられるように配置され、該タンディッシュの外周部に、各キャビティに対応して前記孔部が配設されていることを特徴とする。
【０００８】
この鋳造装置では、略同一円周上に並んだ各キャビティの半径方向内方の端部とタンディッシュの外周部とが上下に重ね合わせられ、その重ね合わせ部分に各孔部が配置されているので、鋳造時には、タンディッシュに貯留した溶湯が孔部を介して略垂直方向に落下してキャビティに流れ込む。このとき、タンディッシュからモールドまでの注湯距離が短くなることで、溶湯が低融点金属であっても孔部の途中で固まることはない。また、タンディッシュにおいても、その外周部が、略同一円周上に配置されたキャビティの各半径方向内方端部上に位置することで、タンディッシュの平面積が最小限に小さくなり、タンディッシュ内で溶湯が固まることが防止される。
【０００９】
また、本発明の鋳造装置において、前記モールドと前記タンディッシュとの間に、断熱層を形成するとよい。
このように、モールドとタンディッシュとの間に断熱層を設けることにより、タンディッシュからモールドへの熱伝達が遮断され、タンディッシュ内の溶湯を凝固させることなく溶融状態を維持して、キャビティ内への円滑な注入を可能にする。
【００１０】
また、本発明の鋳造装置において、前記タンディッシュの内底面に、前記孔部の開口部よりも低い凹状部を設けるとよい。
タンディッシュ内には、貯留された溶湯に含まれる酸化物等の不純物が浮遊しており、孔部から溶湯が流れ落ちた後に、その不純物が凹状部に溜められることになる。このため、孔部からモールドへ不純物が流入することが防止される。特に、溶湯が鉛入りはんだの場合に、ドロスと呼ばれる酸化物が発生するが、その混入を確実に防ぐことができる。この凹状部は、タンディッシュの中央部に、孔部が配設されているピッチ円よりも小さい円状に形成するとよい。
【００１１】
また、本発明の鋳造装置において、前記タンディッシュの上方に、前記孔部を開閉可能なピンを有するストッパーを設けるようにしてもよい。
ストッパーのピンによりタンディッシュの孔部を開閉することができるので、タンディッシュ内に所定量の溶湯を一旦貯留して安定させ、振動の少ない状態にしてから孔部よりキャビティ内に注湯でき、溶湯が周囲に飛び散ることがなく、複数のキャビティに対して均等な注湯を可能にする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鋳造装置によれば、溶湯が低融点金属である場合にも、タンディッシュ内に供給された溶湯が凝固することなく、速やかにモールドの各キャビティに注入することができ、一度に複数の薄板状の鋳造品を精度良く鋳造することができる。このため、ほぼ製品形状に近い鋳造品を製造することができ、歩留まりを向上させ。低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の鋳造装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の鋳造装置におけるストッパーを省略した状態の（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。
【図３】図１の鋳造装置に用いられるモールドを示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。
【図４】図１の鋳造装置に用いられるタンディッシュを示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。
【図５】図１の鋳造装置に用いられるストッパーのピンの支持構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の鋳造装置の一実施形態として、円板状のはんだアノードを製造する場合に用いられる鋳造装置を図面を参照しながら説明する。
この実施形態の鋳造装置は、図１に示すように、略円板状に形成されたモールド１と、有底円筒状に形成されたタンディッシュ２と、タンディッシュ２からモールド１への溶湯の流出量を制御するストッパー３とを有し、モールド１の中央部の上方にタンディッシュ２が略同心状に配置され、このタンディッシュ２の上方にストッパー３が設けられている。また、モールド１は、円板状の底板４の上に配置されている。これらモールド１、タンディッシュ２、底板４はカーボンにより構成されている。
【００１５】
モールド１は、これを厚さ方向に貫通する複数のキャビティ６，７を有している。本実施形態においては、このキャビティ６，７は、製品となる５個の製品用キャビティ６と、成分分析用の１個のサンプル用キャビティ７との合計６個のキャビティから構成されている。製品用キャビティ６は、平面視円形に形成され、サンプル用キャビティ７は、製品用キャビティ６に対して容積がほぼ半分とされた平面視矩形状に形成されている。そして、これらのキャビティ６，７は、各キャビティ６，７の内側の端部６ａ，７ａがモールド１の中心からほぼ同じ距離となるように配置されている。具体的には、５個の製品用キャビティ６は、同一円周上に並んで配置され、これより容積の小さいサンプル用キャビティ７は、製品用キャビティ６より若干半径方向内方に寄って配置されており、これにより、これらキャビティ６，７の内側端部６ａ，７ａがほぼ同一円周上に並んで配置されている。図３にそのピッチ円を符号Ｃで示す。
【００１６】
また、モールド１の下面外周側の一部には、１８０°対向した位置に切欠部８がそれぞれ形成され、この切欠部８を把持して持ち上げることにより、底板４に対して上下移動できるようになっている。
底板４は、モールド１の各キャビティ６，７の下方を閉塞するように設けられ、キャビティ６，７内に溜められた溶湯を冷却するための冷却器を兼ねている。
【００１７】
一方、タンディッシュ２は、平面視がモールド１よりも小径の円形に形成され、その外周部が、各キャビティ６，７の半径方向内方の端部６ａ，７ａと重なり合う大きさに形成されている。このタンディッシュ２は、有底円筒状に形成され、上方を開放状態とした貯留部１０を有し、図４に示すように、その貯留部１０の内底部に、各キャビティ６，７に溶湯を注入するための複数の孔部１１が形成され、中央部に凹状部１２が形成されている。
貯留部１０は、モールド１の各キャビティ６，７に一度に溶湯を所定量ずつ注入するのに必要な量の溶湯を貯留できる大きさに設定される。
【００１８】
各孔部１１は、貯留部１０の外周部付近にほぼ同一円周上に並んで配置され、タンディッシュ２の底部を貫通して形成される。したがって、図２（ａ）に示すように、各孔部１１は、各キャビティ６，７の半径内方側の端部６ａ，７ａの上方に配置され、この孔部１１を介して、貯留部１０内の溶湯を各キャビティ６、７に落下するようにして注入できるようになっている。なお、これら孔部１１は、前述したように製品用キャビティ６とサンプル用キャビティ７とで容積が異なるため、その容積に応じて異なる孔径に形成され、その時間当たりの注入量を変えることで、各キャビティ６、７に対して同時に溶湯の注入を終えることができるようになっている。
【００１９】
また、凹状部１２は、タンディッシュ２の中心部に設けられ、孔部１１よりも半径方向内方位置に形成されており、孔部１１の開口部よりも深さが深くされていることで、貯留部１０に貯留された溶湯が孔部１１から流出し終わった後にも、凹状部１２内に溶湯の一部が残る状態となり、これにより、溶湯内に含有される酸化物等の不純物が凹状部１２に残り、孔部１１からモールド１側に流れることが防止される。
また、モールド１とタンディッシュ２との間には、図２に示すように、複数のスペーサ１３が適宜の間隔で配設され、このスペーサ１３により、モールド１とタンディッシュ２との間に空隙が形成されている。この空隙は、モールド１とタンディッシュ２との間の断熱層Ｇとなり、この断熱層Ｇによって、タンディッシュ２の熱がモールド１に伝達されることが遮断される。スペーサ１３は、例えば、カーボン材料によって適宜の厚さに形成される。
【００２０】
ストッパー３は、タンディッシュ２に対して上下移動可能に設けられ、上方の支持部（図示略）からタンディッシュ２の中心上に垂直に支持された支軸１５に、タンディッシュ２の各孔部１１の上方位置まで延びる複数のアーム部１６が水平に設けられ、これらアーム部１６の先端に、各孔部１１を開閉可能なピン１７が上下方向に沿って設けられている。
図５に示すように、ストッパー３の各ピン１７は、アーム部１６に上下移動可能に支持されるとともに、ばね１８によって下方に向けて付勢されており、タンディッシュ２の孔部１１に先端が当接して、ばね１８による付勢力を作用させた状態で孔部１１を閉塞するようになっている。また、ピン１７の長さ方向の途中位置には、ピン１７の長さを変えるための調節器１９が設けられており、止めねじ２０で固定されるピン１７の先端位置を変えることで、ばね１８の付勢力を各ピン１７ごとに変えることができるようになっている。これにより、ストッパー３を上昇させたときに、ピン１７が孔部１１から抜けるタイミングをずらして各キャビティ６、７への注湯量を調節することが可能になっている。
【００２１】
このように構成した鋳造装置により低融点金属の鋳造品を鋳造する場合には、タンディッシュ２の孔部１１をストッパー３のピン１７により閉塞した状態として、外部の図示しないるつぼ等からタンディッシュ２の貯留部１０内に溶湯を供給し、これを安定させた後にストッパー３を引き上げることにより、貯留部１０内の溶湯を孔部１１を介してモールド１のキャビティ６，７内に注入する。
【００２２】
この場合、タンディッシュ２の貯留部１０はモールド１よりも小径に形成され、その平面の面積が小さくなっているので、個々のキャビティ６，７は薄肉のものであっても、これらに一括して溶湯を注入するタンディッシュ２内には、溶湯が比較的深く貯留され、モールド１への注入までの間に凝固することがない。このため、タンディッシュ２で溶湯を加熱することなく鋳造することができ、溶融金属の変質を防止して、欠陥の少ない高品質の鋳造品を得ることが可能である。しかも、孔部１１から直下のキャビティ６，７に最短距離で溶湯が注入されることで、途中で凝固することなく、この溶湯の飛び散りも生じにくい。
そして、タンディッシュ２内の溶湯が各キャビティ６，７に注入し終わると、タンディッシュ２の凹状部１２に溶湯内の不純物が残った状態となる。したがって、各キャビティ６，７には最後まで不純物の混入が防止され、高品質で均一の鋳造品を得ることができる。
【００２３】
ここで、溶湯の一例として、低融点金属として鋳造されることの多いＰｂ−Ｓｎはんだを用いて、この溶湯をはんだアノード状の鋳造品に鋳造する場合について説明する。
このＰｂ−Ｓｎはんだとしては、Ｐｂを２〜１００％近くまで含有させる場合がある。このＰｂは酸化し易く、大気溶解では溶湯発生直後から酸化Ｐｂの発生が始まり、５００℃以上で顕著になる傾向にあり、また、真空溶解においても９００℃を上回ると多く発生する傾向にある。これを防ぐために、Ｐｂ−Ｓｎはんだの溶湯温度を必要以上に上げないようにする必要があり、鋳造が可能な範囲で可能な限り低い温度に設定し、また、凝固時間を短く設定して偏析の可能性を低下させることが必要である。更に、孔部１１の径をできるだけ大きく形成し、また溶湯の落下速度はできるだけ遅くする方が好ましい。これらの管理が不十分であると、キャビティ内に溶湯を注入したときに、キャビティの全域に溶湯が広がるまでの間に凝固が始まり、製品にシワが発生し易い。
例えば、φ１５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの鋳造品を鋳造する場合、Ｐｂ−５％Ｓｎでは、モールドの加熱温度を１３０℃、出湯温度を５９０〜６００℃としたときに、シワの発生もなく良好な鋳造品を得ることができた。また、Ｐｂ−６３％Ｓｎの場合は、さらに温度を低く管理する必要があり、モールドの加熱温度を１００℃、出湯温度を４３０〜４４０℃で良好な結果となった。
【００２４】
また、図２に示すように、製品用キャビティ６とサンプル用キャビティ７とを設ける場合には、各キャビティ６、７内に注湯される溶湯量が異なるため、この溶湯量をコントロールする必要がある。例えば、サンプル用キャビティ７により鋳造される鋳造品に必要な溶湯の重量を約１ｋｇとしたときに、製品用キャビティ６により鋳造される鋳造品に必要な溶湯重量を約３．５ｋｇ／個とし、また、タンディッシュ２の孔部１１も、製品用キャビティ６に対する５つの孔部の径をφ８ｍｍ、サンプル用キャビティ７に対する孔部の径をφ４ｍｍとし、サンプル用キャビティ７内に流れる溶湯流量が製品用キャビティ６内に流れる溶湯流量の約１／４となるようにコントロールすることにより、目的の製品及びサンプルを同時に得ることができた。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施形態においては、低融点金属としてはんだを例示したが、はんだ以外の低融点金属にも適用することができる。
また、キャビティとして製品用、サンプル用を混在させたが、これに限ることはなく、また数も６つに限らず、任意に設定することできる。また、モールドとタンディッシュとの外形をそれぞれ円形に形成しているが、矩形等に形成してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  モールド
２  タンディッシュ
３  ストッパー
６  製品用キャビティ
７  サンプル用キャビティ
６ａ．７ａ  端部
１１  孔部
１２  凹状部
１３  スペーサ
１５  支軸
１６  アームブ
１７  ピン
１８  ばね
１９  調節器
Ｇ  空隙（断熱層）
【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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