(57)【要約】【課題】  金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する方法において、高い注入歩留まりで、非充填部やガス巻込みの発生が少ない健全な鋳造製品を製造する方法を提供する。【解決手段】  金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する方法であって、  溶湯供給通路と製品部とからなるキャビティの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯する注湯工程と、  湯口部から送気したガス圧力により、注湯した金属溶湯を、所望のキャビティ部分に充填する充填工程とを有し、  充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯が、式1：(D-(H2/tanθ)/2)/H≧H [Dは金属溶湯の長手方向の断面積、Hは溶湯供給通路の高さ、θは金属溶湯の端面と溶湯供給通路の底面との交差角度(°)である。]を満足する形状を有する。【選択図】図６
2015024442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する鋳造物品の製造方法であって、
前記通気性鋳型のキャビティは、前記通気性鋳型の外部に開口する溶湯供給通路と、前記溶湯供給通路に連結する製品部とを少なくとも有し、
前記製品部を含む所望のキャビティ部分に金属溶湯を充填するため、通気性鋳型のキャビティの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯する注湯工程と、
前記注湯工程の開始後、注湯された金属溶湯が所望のキャビティ部分に充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティ部分に金属溶湯をガスの圧力によって充填する充填工程とを有し、
前記充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯が、
式1：(D-(H2/tanθ)/2)/H≧H
[但し、Dは充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯の長手方向の断面積、Hは溶湯供給通路の高さ、θは充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯の端面と溶湯供給通路の底面との交差角度(°)であり、10°≦θ≦80°である。]
を満足する形状を有することを特徴とする鋳造物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する鋳造物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重力注湯における鋳造物品の製造には、通気性鋳型である砂粒子を用いて造型された鋳型、いわゆる砂型が最も一般的に用いられている。このような通気性鋳型を使用すれば、特定形状のキャビティに溶湯が充填される際に、残留する気体(一般には空気)がキャビティ表面から押し出されることになり、キャビティ全体に金属溶湯(以下、溶湯ともいう)が回り、キャビティと実質同一の鋳物を得ることができる。鋳型のキャビティは、一般に湯口部、湯道部、押湯部及び製品部を有しており、この順で溶湯が供給され、製品部を満たすだけの溶湯ヘッド高さを湯口部に形成して注湯が終了する。
【０００３】
こうして凝固した鋳造物品は、湯口部、湯道部、押湯部及び製品部が鋳物として連結した形態となっている。ここで、押湯部は製品の健全化のために設定されるキャビティであり不要な部分とはいえないが、湯口部や湯道部は製品部までの溶湯の経路に過ぎず、本来全く不要な部分である。従って、湯口部や湯道部に溶湯が充填された状態で凝固させる限り、注入歩留まりの大幅な改善を図ることはできない。また、不要な部分が連結した鋳物であると、後工程である製品部の分離工程において製品部と不要な部分との仕分け作業に相当な工数を要し、生産効率の低下をきたす。従い、重力注湯において、鋳物として湯口部や湯道部の存在は大きな問題である。
【０００４】
上記のような問題を解決するため、特許4150764号（特許文献１）は、通気性鋳型のキャビティのうちの一部である所望のキャビティ部分のみに溶湯を充填するため、鋳型キャビティの全体の体積よりも小さい所望のキャビティ部分とほぼ等しい体積の溶湯を注湯し、注湯された溶湯が所望のキャビティ部分に充填される前に、湯口部から圧縮ガスを送気して所望のキャビティ部分に溶湯を充填して凝固させる鋳造物品の製造方法を開示しており、この方法により、製品としての鋳造物品に不必要な湯口部や湯道部への溶湯の供給を削減し、高い注入歩留まりの鋳造法を確立できるとともに、解枠後の後工程を大幅に簡略化できると記載している。以下に、この方法について詳細に説明する。
【０００５】
特許文献１に記載の方法は、通気性鋳型(以下、鋳型と言う場合がある。)10への金属溶湯(以下、単に溶湯と言う場合がある。)1mの注湯工程（図1を参照）、及び前記鋳型10へ注湯した溶湯1mの所望のキャビティ部分への充填工程（図2及び図3を参照）からなる。前記通気性鋳型10は、例えば砂型であり、図1に示すように、定盤1cの上に、上枠1a内に造型された上型1d及び下枠1b内に造型された下型1eが型合わせされて載置されたものである。前記通気性鋳型10は、湯口部1g、溶湯供給通路(湯道部)1h、及び製品部1jから構成される鋳型キャビティ1f（以下、単にキャビティ1fということもある。）を有する。(図1〜図3を参照)。
【０００６】
図1に示すように、注湯取鍋1Lから、溶湯を充填したい所望のキャビティ部分1k（製品部1jに相当）とほぼ等しい体積の溶湯を鋳型10に注湯する。注湯された溶湯1mは製品部1jのキャビティとほぼ等しい体積なので、全てのキャビティ1fを満たすことはできず一部は製品部1jの底部に溜まり、一部は溶湯供給通路1hに停滞する（注湯工程）。次に、図2に示すように、圧縮装置（図示せず）によって圧縮されたガス1pを湯口部1gの上部から送気手段1qを通じて送気し、その圧力により溶湯供給通路1hに停滞している溶湯1mを製品部1jに充填する（充填工程）。上記注湯工程における溶湯の注湯量は製品部1jの体積とほぼ等しいので、最終的には溶湯1mは所望のキャビティ部分1kである製品部1jのみを充填することになる。その後、この状態で製品部1jに充填された溶湯1mを凝固させる。
【０００７】
特許文献１は、従来の鋳造法では鋳型の全キャビティに溶湯を充填していたのに対して、この方法を用いることにより、所望のキャビティ部分のみに溶湯を充填して凝固させることが可能となるため、注入歩留まり（製品部重量/全注入重量）が大幅に向上し、凝固後の解枠時には溶湯が充填された製品部のみを取り出せばよいので、大きな作業工数の削減となると記載している。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された鋳造物品の製造方法は、高い注湯歩留まりを実現することが可能ではあるが、図3に示すように、得られた鋳造製品の表面欠陥の原因となる非充填部Fや、内部欠陥の原因となるガス巻込みIが生じ、健全な鋳造製品が得られない場合があることが判った。従って、前述のような欠陥が生じない溶湯の注湯方法や充填方法の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許4150764号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って本発明の目的は、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する鋳造物品の製造方法において、特許文献１に記載の方法と同水準の高い注入歩留まりを実現するとともに、非充填部やガス巻込みの発生が抑制された、より健全な鋳造製品を得ることが可能な鋳造物品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、通気性鋳型に、前記通気性鋳型のキャビティ全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯した後、ガスを送気して前記注湯した溶湯を、前記通気性鋳型のキャビティの一部である所望のキャビティ部分に充填することによって鋳造物品を製造する方法において、充填後に溶湯供給通路に残存した金属溶湯の形状を特定の範囲に規定することにより、非充填部やガス巻込みの発生が抑制された鋳造製品が得られることを見出し、本発明に想到した。
【００１２】
すなわち、鋳造物品を製造する本発明の方法は、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する鋳造物品の製造方法であって、
前記通気性鋳型のキャビティは、前記通気性鋳型の外部に開口する溶湯供給通路と、前記溶湯供給通路に連結する製品部とを少なくとも有し、
前記製品部を含む所望のキャビティ部分に金属溶湯を充填するため、通気性鋳型のキャビティの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯する注湯工程と、
前記注湯工程の開始後、注湯された金属溶湯が所望のキャビティ部分に充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティ部分に金属溶湯をガスの圧力によって充填する充填工程とを有し、
前記充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯が、
式1：(D-(H2/tanθ)/2)/H≧H
[但し、Dは充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯の長手方向の断面積、Hは溶湯供給通路の高さ、θは充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯の端面と溶湯供給通路の底面との交差角度(°)であり、  10°≦θ≦80°である。]
を満足する形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特許文献１と同水準の高い注入歩留まりが実現できるとともに、非充填部やガス巻込みの生成が抑制された、より健全な鋳造製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】特許文献１に記載の鋳造物品の製造方法において、鋳型に溶湯を注湯した直後の状態を示す模式断面図である。
【図２】特許文献１に記載の鋳造物品の製造方法において、ガス圧により所望のキャビティ部分へ溶湯を充填した状態を示す模式断面図である。
【図３】図2のA部を拡大して示す模式断面図である。
【図４】本発明の製造方法の実施形態において、鋳型に溶湯を注湯した直後の状態を示す模式断面図である。
【図５】本発明の製造方法の実施形態において、ガス圧により所望のキャビティ部分へ溶湯を充填した状態を示す模式断面図である。
【図６】図5のE部を拡大して示す模式断面図である。
【図７】図6のM部を拡大して示す模式断面図である。
【図８（ａ）】図7のO-O断面図である。
【図８（ｂ）】図8(a)とは異なる形態を有する溶湯供給通路の断面図である。
【図８（ｃ）】図8(a)とは異なる形態を有する溶湯供給通路の断面図である。
【図９】図6のM部の溶湯供給通路に残存する溶湯を、溶湯供給通路を透視して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明者らは諸事検討し、上記背景技術の項で説明した特許文献１の鋳造物品の製造方法において生じる現象、すなわち非充填部とガス巻込みは、次の2点が原因で発生すると推定した。以下、その推定原因について図3を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、所望のキャビティ部分1kが製品部1jである場合を例に説明するが、所望のキャビティ部分が、溶湯供給通路や押湯部を含む場合でも、上記現象は同様に生じ、押湯部や溶湯供給通路に非充填部やガス巻込みが生じた場合には例えば溶湯の流動を阻害する可能性が少ないながらもある。
【００１６】
第1の推定原因について説明する。注湯工程では、所望のキャビティ部分1kとほぼ等しい体積の溶湯を目標注湯量として鋳型10に注湯するが、例えば、注湯装置における溶湯重量の測定誤差や注湯取鍋の操作量の誤差などにより、実際の注湯量はこの目標注湯量に対し正負の量のバラツキが生じる。そして、実際の注湯量が目標注湯量に対し負の場合には、製品部1j(ここでは所望のキャビティ部分1kに相当)が溶湯1mで満たされるべき時期(以下、この時期を「充填工程の終期」と言う場合がある。)に、溶湯1mは製品部1jを完全に満たすことができない場合がある。このため、溶湯供給通路1hの製品部1jとの連結端1wの左方側(製品部1jの側)に凹形状にへこんだ非充填部Fが生じ、溶湯1mが凝固し得られた鋳造物品の表面に欠落が残存すると推定される。また、溶湯供給通路1hに加圧状態で供給された圧縮ガス（矢印Bで示す）は、通気性鋳型10を通じその一部が溶湯供給通路1hの外へ流出する（矢印Cで示す流れ）ため、溶湯供給通路1hの中の圧縮ガスは常に流動している。この流動する圧縮ガスは非充填部Fの表面を攪乱し、非充填部Fにおけるガスの巻込みを生じさせ、その結果、製品部1jに充填された溶湯1mにガス巻込みIが生じ、溶湯1mが凝固し得られた鋳造物品の内部に空隙が残存すると推定される。
【００１７】
第2の推定原因について説明する。本発明者らは、充填工程の終期おいて、溶湯供給通路1hに留まる残存溶湯10nの右方(湯口部の方向)の端面1xは、特許文献１で示される破線Dのように鉛直面に対し平行とならず、図3に示すように、右下方に傾斜した傾斜面となっていることを知見した。この原因は、上記したように溶湯供給通路の中の溶湯を加圧している圧縮ガスが流動状態であり、かつ溶湯には製品部1jに充填された溶湯1mなどからのヘッド圧が作用しているからであると推定される。上記のように残存溶湯10nの端面1xは傾斜面となっているため、注湯工程において鋳型10へ注湯された溶湯1mの注湯量が、目標注湯量に等しい場合であっても、端面1xが傾斜面の場合には、図3で示すように、溶湯供給通路1hの連結端1wが溶湯1mで閉塞されず、溶湯供給通路1hの製品部1jとの連結端1wの左方側に非充填部Fが形成され、さらにこの非充填部Fの生成に起因して上記と同様にガス巻込みIが生じると推定される。
【００１８】
本発明は、上記推定原因に基づき非充填部及びガス巻込みの生成を抑制するため鋭意検討してなされたものであり、充填工程の終期において溶湯供給通路に残存させる溶湯の状態を規定するという知見に立脚するものである。
【００１９】
以下、本発明について、その具体的な実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、下記説明する実施形態の構成要素は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することもできる。さらに、本実施形態は、本発明の具体的な例であり、本発明を限定するものではない。
【００２０】
［実施形態］
本発明に係る実施形態の製造方法について、図4〜図6を参照して説明する。
【００２１】
本発明は、金属溶湯を通気性鋳型に重力注湯し鋳造物品を製造する鋳造物品の製造方法であって、
前記通気性鋳型のキャビティは、前記通気性鋳型の外部に開口する溶湯供給通路と、前記溶湯供給通路に連結する製品部とを少なくとも有し、
前記製品部を含む所望のキャビティ部分に金属溶湯を充填するため、通気性鋳型のキャビティの全体よりも小さい体積の金属溶湯を注湯する注湯工程と、
前記注湯工程の開始後、注湯された金属溶湯が所望のキャビティ部分に充填される前に、湯口部からガスを送気して所望のキャビティ部分に金属溶湯をガスの圧力によって充填する充填工程とを有し、
前記充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯が、
式1：(D-(H2/tanθ)/2)/H≧H
[但し、Dは充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯の長手方向の断面積、Hは溶湯供給通路の高さ、θは充填工程において溶湯供給通路に残存した金属溶湯の端面と溶湯供給通路の底面との交差角度(°)であり、10°≦θ≦80°である。]
を満足する形状を有することを特徴とする。
【００２２】
(A) 通気性鋳型の構成
通気性鋳型1（以下、単に鋳型1とも言う。）は、図4に示すように、例えばケイ砂を主成分とする砂粒子及びベントナイト等の粘結材を主体とし構成された通気性を有する砂型であり、上枠1a内に造型された上型1d及び下枠1b内に造型された下型1eが見切り面で型合わせされて定盤1cの上に置かれている。鋳型1のキャビティ1fは、湯口部1g、溶湯供給通路1h及び製品部1jから構成されている。なお、図4〜図6では、キャビティ1fを構成する湯口部1g、溶湯供給通路1h及び製品部1jは、上型1d及び下型1eの見切り面に各々形成された凹部の組合せにより形成されているが、本発明のキャビティ1fはこれに限定されない。
【００２３】
ここで、通気性鋳型とは、所望のキャビティ部分1kに溶湯を満たしたとき、前記所望のキャビティ部分1kに存在するガスが系外に排出されるよう通気可能なように構成された、すなわち通気性を有している鋳型を指す。このような鋳型としては、砂粒子を用いて造型された鋳型が最も一般的である。しかしながら、セラミックス粒子や金属粒子を用いて造型された鋳型でもよく、また石膏などのほとんど通気性のない材料によっても、通気性材料を混在させたり、通気性材料を部分的に用いたりして通気性をもたせるように造型したものは通気性鋳型である。加えて、全く通気性のない例えば金型の場合でも、通気穴やベントホールを設けて通気性を付与したものは通気性鋳型である。
【００２４】
溶湯供給通路とは、狭義には横方向に形成される湯道部、押湯部及び堰部などを指すが、広義には縦方向に形成される湯口部(例えば湯口カップや湯口棒)も含まれる。なお、図4〜図6に示す鋳型1は、説明を簡単にするため押湯部及び堰部がない湯道部のみで構成された溶湯供給通路1hからなる場合である。また、鋳型1のキャビティ1fのうち所望のキャビティ部分1kは製品部1jであり、溶湯供給通路1h含め他部はその他のキャビティ部分1oである。
【００２５】
(B)注湯工程
図4に示すように、鋳型1のキャビティ1fの一部であり、前記キャビティ1fの全体の体積よりも小さい製品部1jに溶湯1mを充填するため、通気性鋳型1のキャビティ1fの全体よりも小さい体積の溶湯1mを注湯する。具体的には、下記詳述するように、注湯取鍋(注湯手段)1Lに収納された所定の溶湯1mを、注湯取鍋1Lから湯口部1gを通じキャビティ1fに注湯する。湯口部1gから注湯された溶湯1mは、溶湯供給通路1hを流れ、図4に示すように、その一部が製品部1jの底部(一部)を満たし、他部は溶湯供給通路1h及び湯口部1gの底部に停滞する。なお、溶湯1mをキャビティ1fに注湯する注湯手段は上記注湯取鍋に限定されず、例えば複数枠分の鋳型への注湯に必要な量の溶湯1mを収納した注湯手段を用いてもよい。
【００２６】
(C)充填工程
注湯工程で注湯された溶湯1mが製品部1jに充填される前に、湯口部1gからガス1pを送気して溶湯1mを押しつつ製品部1jに充填する。注湯工程では、鋳型1のキャビティ1fの全体よりも小さい体積の溶湯1m、具体的には下記するように製品部1jを満たすに足る体積の溶湯1mが鋳型1に注湯されているので、溶湯1mは、所望のキャビティ部分1kである製品部1jを満たすが、鋳型1のキャビティ1fの全体を満たすことはない。その結果、製品部1jに充填された溶湯1mが凝固して所望の鋳造物品を得ることができる一方で、キャビティ1fにはその全体よりも小さい体積の溶湯1mしか注湯されていない。従って、製品として必要な鋳造物品以外の不要な部分が形成されず、高い注入歩留まりで鋳造物品を製造することが可能となる。
【００２７】
ここで上記した凝固とは、所望のキャビティ部分1kである製品部1jの全体が凝固することである。しかしながら、そのような全体の凝固の前に、所望のキャビティ部分1kとその他のキャビティ部分1oの境界、つまり溶湯供給通路1hの製品部1jとの連結端1wから右方(湯口部1gの方向)に存在する溶湯（以下、残存溶湯1nと言う場合がある。）の端部が、部分的に凝固(以下、この部分的な凝固を端部凝固と言う場合がある。)し、充填された溶湯1mが湯口部1gの方向に向かって流出しなくなる状態になれば望ましい。この端部凝固とは、より的確には、充填工程が完了したとき溶湯供給通路1hの連結端1wから右方に残存する残存溶湯1nの端部に固相がある程度晶出して栓のようになり、溶湯1mが右方に流動しなくなることを指す。つまり、本発明では所望のキャビティ部分1kに溶湯1mを充填し、最終的には全体を凝固させ、鋳造物品を得ることが目的であるが、充填及び凝固のために行う種々の手段は、少なくとも残存溶湯1nの端部が凝固するまで継続するのが好ましい。
【００２８】
この残存溶湯1nの端部凝固は、例えば特許文献１に記載された手段に準じ行えばよく、残存溶湯1nの端部を冷却する手段、機械的に遮断する手段等を適宜使用することができる。また、充填工程の開始時、途中又はその完了後に、ガスに冷媒を含ませ残存溶湯1nの端部を冷却してもよく、また冷媒のみを直接、残存溶湯1nに接触させてもよい。
【００２９】
主に動圧による力で溶湯1mを押すための媒体であるガス1pとしては、各種のガスを利用することができる。例えば、コスト面からは空気を使用してもよく、溶湯1mの酸化防止という面からは非酸化性ガスである、アルゴン、窒素、二酸化炭素等を使用してもよい。加えてガスは、例えば圧縮機等で圧縮されたガス(以下、圧縮ガスと言う場合がある。)であるのが、一定の加圧力(動圧)で溶湯1mを均一に押すという点から好ましい。
【００３０】
ガス1pの送気手段としては、図5に示すように、一方の端が湯口部1gの上部開口を閉塞するように配置され、他方の端がガス発生手段（不図示）に接続された管状の送気手段1qを使用することができる。このとき、湯口部1gからのガスの漏れを抑制し、キャビティ1fに注湯された溶湯1mを効果的に押すために、湯口部1gの上部開口をフランジなどのシール部材で閉塞してもよい。さらに、その他のキャビティ部分1oの表面に樹脂コーティング等を施すことにより通気性を下げれば、他のキャビティ部分1oからのガス1pの抜けが抑制され、溶湯1mを押す力が安定するので好ましい。
【００３１】
ガス1pの流量、圧力等は、通気性を有する鋳型1からのガスの抜けを考慮し、溶湯1mを適宜な力で押すことが可能な条件を設定すればよい。ガス1pの流量、圧力等は、充填工程の期間を通じて一定であってもよいし、所定のパターンで変化させてもよい。さらに、押湯部の体積に相当する溶湯を削減するために、充填工程が完了して製品部1jに溶湯1mが満たされた後、製品部1jに満たされた溶湯1mが所望の水準に凝固するまで、ガス1pの送気を継続し、溶湯1mを押し続けてもよい。
【００３２】
ガス1pの送気開始の時期は、注湯された溶湯1mが製品部1jに充填される前であれば特に限定されず、適宜な時期に設定すればよい。しかしながら、キャビティ1fに注湯した溶湯1mが長期間押されない場合には、溶湯供給通路1hに停滞する溶湯1mの酸化が進み、酸化物であるいわゆるノロ等が製品部1jに混入したり、溶湯1mの温度低下に起因する湯境や不廻りが発生したりする可能性がある。このため、所定量の溶湯1mがキャビティ1fに全て注湯された直後に、速やかにガス1pの送気を開始することが望ましい。
【００３３】
(D)注湯量
前記注湯工程で鋳型1のキャビティ1fに注湯される溶湯1mの注湯量について説明する。実施形態の製造方法では、図6に示すように、充填工程の終期において製品部1j(所望のキャビティ部分1k)が溶湯1mで満たされるとともに、下記詳述するように溶湯供給通路1hの所望のキャビティ部分1kとの連結端1wから所定の範囲である通路端部Gも残存溶湯1nで満たされるだけの体積の溶湯1mを注湯工程で注湯する。すなわち、充填工程の終期において、溶湯供給通路1hの通路端部Gが残存溶湯1nで満たされる状態とすることにより、製品部1jにおける非充填部の発生及びそれに起因するガス巻込みが抑制され、その結果健全な鋳造物品を得ることができる。なお、上記通路端部Gは、溶湯供給通路1hの残存溶湯1nで満たされている範囲のことを指し、図6に示すように残存溶湯1nの端面1xが傾斜面である場合には、傾斜面が存在する範囲は通路端部Gに含まれない。通路端部Gに満たされる残存溶湯1nは、製品部1jへの影響がない程度であれば、例えば、その中央部に気泡等を含んでいてもよく、完全に溶湯1mで充填されている必要はない
【００３４】
以下、充填工程の終期において溶湯供給通路1hの通路端部Gが残存溶湯1nで満たされた状態を実現するために、注湯工程で注湯すべき溶湯1mの注湯量について、図6、図7及び図8(a)〜図8(c)を参照しつつ詳細に説明する。ここで、図7（図6のM部拡大図）において、製品部1j、通路端部G、及び端面(傾斜面)1xの範囲Kの部分に存在する溶湯1mは一体として繋がっているが、理解のためそれぞれ異なるハッチングを付して示した。
【００３５】
溶湯供給通路1hの通路端部Gに残存溶湯1nが満たされた状態を具現するためには、前記注湯工程で注湯する金属溶湯の体積を(Q+q)［但し、Qは所望のキャビティ部分の体積であり、qは充填工程において溶湯供給通路1hに残存した金属溶湯（残存溶湯1n）の体積である。］で表したとき、(Q+q)/Qが1より大きく、かつ前記充填工程において溶湯供給通路1hに残存した金属溶湯（残存溶湯1n）が、
式1：(D-(H2/tanθ)/2)/H≧H
[但し、Dは充填工程において溶湯供給通路1hに残存した金属溶湯（残存溶湯1n）の長手方向の断面積、Hは溶湯供給通路1hの高さ、θは充填工程において溶湯供給通路1hに残存した金属溶湯（残存溶湯1n）の端面と溶湯供給通路1hの底面との交差角度(°)であり、10°≦θ≦80°である。]を満足する形状を有するような体積の金属溶湯1mを注湯工程で注湯することが必要となる。
【００３６】
注湯する金属溶湯の体積(Q+q)と、所望のキャビティ部分の体積Qとの比(Q+q)/Qは、所望のキャビティ（特に製品部）の大きさ、溶湯供給通路の長手方向断面積等によって最適な範囲が変わってくるので一義的に決定することはできない。従って、充填工程において溶湯供給通路1hに残存した金属溶湯（残存溶湯1n）（前記qに相当）が、式1を満たす形状となるような体積を注湯工程で注湯する溶湯量とする。
【００３７】
なお、式1の左辺は、図7及び図9において符号Lで示す、長手方向における通路端部Gの長さである。つまり、式1を満たすということは、通路端部Gの領域に存在する残存溶湯1nの長さLが、溶湯供給通路1hの高さH以上であるということを示す。[(D-(H2/tanθ)/2)/H]は、3.0×H以下であるのが好ましい。
【００３８】
ここで、式1中、及びその他の各記号の意味は、以下のように定義される。
(1) 製品部の体積Q
Qは、図6に示す溶湯1mを充填すべき製品部(所望のキャビティ部分)1jの体積であり、注湯工程において注湯される溶湯1mの注湯量の一部を構成する体積である。
【００３９】
(2) 残存溶湯の体積q
qは、図7及び図9に示す充填工程の終期において、溶湯供給通路1hに残存した残存溶湯1nの体積であり、注湯工程において注湯される溶湯1mの注湯量の残部を構成する体積である。なお、残存溶湯1nは、溶湯供給通路1hにおいて、通路端部Gと残存溶湯1nの端面1xである傾斜面が存在する範囲(以下、この範囲を傾斜部Kと言う場合がある。)とのいずれにも存在しており、それらの両方に存在する溶湯の量の和がqである。
【００４０】
(3)残存溶湯の長手方向の断面積D
Dは、図7に示す充填工程の終期において、溶湯供給通路1hに残存した残存溶湯1nの長手方向の断面積である。ここで、溶湯供給通路1hの長手方向とは、紙面左右方向、つまり湯口部（不図示）から製品部(所望のキャビティ部分)1jへと向かう方向のことを指す。溶湯供給通路1hの短手方向とは、上記長手方向と直交する方向（図7において、紙面と直交する方向）のことを指す。なお、流動するガスに押された残存溶湯1nの端面1xは、図9に示すように、短手方向に対し平行な平面とならずさらに表面形状が波打っていることが多い。このため、短手方向において残存溶湯1nの異なる位置の断面の断面積が異なる場合がある。そこで、本発明では、短手方向において残存溶湯1nの異なる位置の複数断面で各々得られた、残存溶湯1nの長手方向の断面積の平均値を、上記式1に代入する断面積Dの値と定義する。
【００４１】
(4) 溶湯供給通路の高さH
Hは、図7及び図9に示す溶湯供給通路1hの高さである。ここで、実施形態の溶湯供給通路1hは、溶湯供給通路1hの短手方向の断面である図8(a)に示すO-O断面図のように、その高さHが右側面H1及び左側面H2と同一、その幅Tが上面T2及び下面T1と同一である矩形状であり、長手方向の断面形状にも変化がなく、ほぼ同一である。一方で、溶湯供給通路としては、例えば図8(b)に示すように、上面の幅T2と下面の幅T1が異なる断面形状の溶湯供給通路2h、図8(c)に示すように、高さが右側面h1と左側面h2とで異なる断面形状の溶湯供給通路8hが配置される場合もある。これらのような場合には、次のようにして式1に代入する溶湯供給通路の高さHを定義する。例えば図8(b)に示すような断面形状の場合、溶湯供給通路2hの断面積を上下に2等分するように水平に引いた直線Uが、その断面の両側面と交差する2点間の距離Taveを求め、図8(b)に示す溶湯供給通路の断面積と同一の断面積を有し、幅がTaveの矩形断面の高さHを、式1に代入する溶湯供給通路の高さHと定義する。また、図8(c)に示すような断面形状の場合も、同様にして求めたTaveから溶湯供給通路の高さHを定義する。
【００４２】
(5) 交差角度θ
θは、図7及び図9に示す充填工程の終期において、溶湯供給通路1hに残存する金属溶湯（残存溶湯1n）の端面1xと溶湯供給通路1hの下面との交差角度である。ここで、推定原因の項で説明したように、充填工程における残存溶湯1nの端面1xは傾斜しており、ガスの送気条件や溶湯1mの諸元など各種条件により交差角度θの値は異なるが、高い注入歩留まりを実現し、非充填部やガス巻込みの発生が抑制された、より健全な鋳造製品を得るためには、交差角度θが10°以上80°以下の範囲となるように前記各種条件を設定する必要がある。交差角度θが10°より小さい場合、残存溶湯1nの部分が鋭利となるため、例えば鋳造後に鋳型1から鋳造物品を取り出して次工程に搬送する際に、コンベアベルト等の搬送装置を破損させやすくなるので好ましくない。交差角度θが80°を超えるようにするためには、例えばガスの送気量及び圧力を著しく高める必要があり実用的ではない。交差角度θの好ましい範囲は、20°〜80°である。
【００４３】
前述したように残存溶湯1nの端面1xは表面形状が波打っていることが多いため、本発明においては、図7及び図9に示すように、残存溶湯1nの端面1xと溶湯供給通路1hの下面との交点をP1、上面との交点をP2とし、点P1とP2とを結んだ仮想的な直線1yを傾斜面とし、交差角度θは、この仮想的な傾斜面1yと溶湯供給通路1hの下面との交差角度とするものと定義する。また、図9に示すように、短手方向において異なる位置の傾斜面1yと傾斜面1zとではそれぞれの交差角度θ1及びθ2が相違する場合もある。このような場合、短手方向の複数の異なる位置において、残存溶湯1nの傾斜面の交差角度を求め、それらの平均値を式1に代入する交差角度θの値とする。
【００４４】
本発明によれば、溶湯供給通路に残存した金属溶湯が、上記式1を満足するような量の溶湯1mを注湯工程で注湯することにより、溶湯供給通路1hの製品部(所望のキャビティ部分)1jとの連結端1wから所定の範囲（溶湯供給通路1hの高さH以上）にある通路端部Gが残存溶湯1nで満たされる。連結端1wと傾斜部Kとの間には通路端部Gが必ず介在しており、前記連結端1wから傾斜部Kは距離Lだけ隔たれ離れた状態となる。前記距離Lが溶湯供給通路1hの高さH以上であることにより、傾斜部Kに存在する傾斜した端面1xを有する残存溶湯1nの端部は製品部1jまで及ぶことがなく、製品部1jにおける非充填部の発生及びそれに起因するガス巻込みが抑制され、健全な鋳造物品を得ることができた。さらに、交差角度θが10°〜80°の範囲となるように、ガスの送気条件や溶湯の諸元など各種条件を設定することにより、高い注入歩留まりを実現することができた。
【００４５】
残存溶湯1nのモジュラス、つまり体積/表面積(連結端1wの面積を除く)で求められる数値は0.5以上であるのが好ましい。0.5以上のモジュラスを有する残存溶湯1nとすることにより、充填工程の途中又は充填工程後に行われる製品部1jの溶湯1mの凝固工程において、この残存溶湯1nが押湯としての機能を果たすため、押湯部を省略又は削減することが可能となる。さらに、傾斜部Kに存する残存溶湯1nの端面1xの傾斜角θを大きくして未充填部及びガス巻込みを抑制するためには、溶湯供給通路は、その(高さH/幅T)が1以下であることが望ましい。この式のH(高さ)及びT(幅)には、図8(a)〜図8(c)を参照して説明した方法で決定された値が代入される。
【符号の説明】
【００４６】
1,10・・・通気性鋳型
1a・・・上枠
1b・・・下枠
1c・・・定盤
1d・・・上型
1e・・・下型
1f・・・鋳型キャビティ
1g・・・湯口部
1h・・・溶湯供給通路
1j・・・製品部
1k・・・所望のキャビティ部分
1L・・・注湯取鍋
1m・・・金属溶湯
1n,10n・・・残存溶湯
1o・・・その他のキャビティ部分
1p・・・ガス
1q・・・送気手段
1w・・・連結端
F・・・非充填部
G・・・通路端部
K・・・傾斜部
I・・・ガス巻込み
【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（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図９】
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