(57)【要約】【課題】好適に湯口系統における溶湯の乱流発生を抑制できる鋳造方法を提供する。【課題を解決するための手段】鋳型１に溶融状態の金属を流し込む鋳造方法において、鋳型１の湯口系統１３は、第１直線部３１ａと、第１直線部３１ａから鋳物部１１側へ延びる湾曲部３１ｂと、湾曲部３１ｂから鋳物部１１側へ延びる第２直線部３１ｃとを有する。湾曲部３１ｂにおいて、第１直線部３１ａに連続する第１曲部３５ｂａの曲率半径Ｒは、第１曲部３５ｂａから鋳物部１１側へ延びる第２曲部３５ｂｂの曲率半径ｒよりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に溶融状態の金属を流し込む鋳造方法であって、
前記鋳型の湯口系統は、第１直線部と、前記第１直線部から鋳物部側へ延びる湾曲部と、前記湾曲部から前記鋳物部側へ延びる第２直線部とを有し、
前記湾曲部において、前記第１直線部に連続する部分の曲率半径は、当該部分から前記鋳物部側へ延びる部分の曲率半径よりも大きい
鋳造方法。
【請求項２】
前記湾曲部は、
前記第１直線部に連続する、第１の曲率半径の第１曲部と、
前記第１曲部に連続するとともに前記第２直線部に連続する、前記第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径の第２曲部と、を有する
請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
前記湾曲部は、
前記第１直線部に連続する、第１の曲率半径の第１曲部と、
前記第１曲部に連続する、前記第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径の第２曲部と、
前記第２曲部に連続するとともに前記第２直線部に連続する、前記第１の曲率半径の第３曲部と、を有する
請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記湾曲部は、前記第１直線部側から前記第２直線部側へ連続的に曲率半径が変化している
請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項５】
鋳型の湯口系統を構成する湯口系統用管であって、
曲率が変化する湾曲部を有する
湯口系統用管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造方法及び湯口系統用管に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳型に溶湯（溶融状態の金属）を流し込む鋳造（重力鋳造）方法が知られている（例えば特許文献１）。一般には、鋳型の内部には、鋳物が形成される空隙部である鋳物部と、鋳物部に溶湯を導くための湯口系統とが形成されている。湯口系統は、その進路を変化させるために、一定の曲率で湾曲する湾曲部を含んでいることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１５６５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような湯口系統は、溶湯が流し込まれたときに湾曲部において溶湯の乱流が発生しやすい。乱流が発生すると、溶湯が空気を巻き込み、ひいては、鋳造品に気泡欠陥が生じる。乱流を抑制するために、湾曲部の曲率を大きくすることが考えられるが、この場合、湯口系統が大型化する。
【０００５】
従って、好適に湯口系統における溶湯の乱流発生を抑制できる鋳造方法及び湯口系統用管が提供されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鋳造方法は、鋳型に溶融状態の金属を流し込む鋳造方法であって、前記鋳型の湯口系統は、第１直線部と、前記第１直線部から鋳物部側へ延びる湾曲部と、前記湾曲部から前記鋳物部側へ延びる第２直線部とを有し、前記湾曲部において、前記第１直線部に連続する部分の曲率半径は、当該部分から前記鋳物部側へ延びる部分の曲率半径よりも大きい。
【０００７】
好適には、前記湾曲部は、前記第１直線部に連続する、第１の曲率半径の第１曲部と、前記第１曲部に連続するとともに前記第２直線部に連続する、前記第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径の第２曲部と、を有する。
【０００８】
好適には、前記湾曲部は、前記第１直線部に連続する、第１の曲率半径の第１曲部と、前記第１曲部に連続する、前記第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径の第２曲部と、前記第２曲部に連続するとともに前記第２直線部に連続する、前記第１の曲率半径の第３曲部と、を有する。
【０００９】
好適には、前記湾曲部は、前記第１直線部側から前記第２直線部側へ連続的に曲率半径が変化している。
【００１０】
本発明に係る湯口系統用管は、鋳型の湯口系統を構成する湯口系統用管であって、曲率が変化する湾曲部を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、好適に湯口系統における溶湯の乱流発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る鋳型の構成を示す模式的な断面図。
【図２】図１の鋳型の湯口系統を構成するＬ字管を示す図。
【図３】第２の実施形態に係るＬ字管を示す図。
【図４】第３の実施形態に係るＬ字管を示す図。
【図５】第４の実施形態に係るＬ字管を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳型１の構成を示す断面図である。なお、図１は、模式的なものであり、必ずしも同一断面を示してはいない。
【００１４】
鋳型１は、例えば、下型３と、下型３の上に配置される上型５と、これらの間に配置される中子７と、上型５の上に配置される湯溜め９とを有している。これらの部材の内部乃至は部材間には、例えば、鋳物が形成される空隙部である鋳物部１１と、鋳物部１１に溶湯を導くための湯口系統１３とが構成されている。
【００１５】
鋳型１は、いわゆる砂型である。すなわち、下型３は、枠１５と、枠１５内に配置された砂部１７とを有している。同様に、上型５は、枠１９と、枠１９内に配置された砂部２１とを有している。中子７は、砂部からなる。湯溜め９は、枠２３と、枠２３内に配置された砂部２５とを有している。
【００１６】
枠１５、１９及び２３は、例えば、金属又は木材からなる。砂部１７、２１及び２５並びに中子７は、例えば、砂と、砂を結合する粘結剤とからなる。砂は、例えば、珪砂である。粘結剤は、例えば、粘土、樹脂又は水ガラスである。
【００１７】
鋳物部１１は、下型３の砂部１７及び上型５の砂部２１（並びに中子７）に囲まれた隙間により構成されている。なお、鋳物部１１の形状は、中子７を必要としないものであってもよい。図１では、下型３のみに凹部が形成され、その凹部に中子７が配置された簡単な形状の鋳物部１１を模式的に示している。当然に、実際の鋳物の具体的な形状に応じて、下型３、上型５及び中子７のそれぞれにおいて、凹部及び／又は凸部が適宜に形成されてよい。
【００１８】
湯口系統１３は、例えば、いわゆる押上げ方式の湯口系統により構成されており、湯溜め９から下方へ延び、鋳物部１１の下部に接続されている。また、湯口系統１３は、例えば、上型５に形成され、湯溜め９から垂直下方へ延びる湯口２７と、下型３と上型５との隙間により構成され、湯口２７から水平方向へ延びる湯道２９と、下型３に形成され、湯道２９から鋳物部１１まで延びる通過路３１とを有している。なお、通過路３１は、紙面貫通方向に複数設けられていてもよい。
【００１９】
通過路３１は、例えば、直線状に延びる第１直線部３１ａと、第１直線部３１ａから鋳物部１１側へ湾曲しながら延びる湾曲部３１ｂと、湾曲部３１ｂから鋳物部１１側へ直線状に延びる第２直線部３１ｃとを有している。第１直線部３１ａは、例えば、垂直に延び、第２直線部３１ｃは、例えば、水平に延び、湾曲部３１ｂは、例えば、通過路３１の進行方向を９０°変更する。
【００２０】
通過路３１は、下型３の砂部１７に管状部材が埋設されることによって構成されている。具体的には、例えば、第１直線部３１ａは、主として１又は複数の直線管３３により構成され、湾曲部３１ｂは、Ｌ字管３５により構成され、第２直線部３１ｃは、主として１又は複数の直線管３３により構成されている。
【００２１】
これらの管状部材は、例えば、セラミックからなる陶管である。セラミックは、例えば、アルミナセラミックである。また、これらの管状部材の流れ方向に直交する断面の形状は、例えば、円形である。各管状部材において流れ方向に直交する断面の面積は、例えば、流れ方向に一定である。複数の直線管３３及びＬ字管３５の流れ方向に直交する断面の面積は、例えば、互いに同一である。
【００２２】
図２は、Ｌ字管３５を示す図である。
【００２３】
Ｌ字管３５は、第１直線部３１ａの一部を構成する第１直線部３５ａと、通過路３１の湾曲部３１ｂを構成する湾曲部３５ｂと、第２直線部３１ｃの一部を構成する第２直線部３５ｃとを有している。なお、Ｌ字管３５は、第１直線部３５ａ及び第２直線部３５ｃを有さない構成（湾曲部３５ｂのみからなる構成）であってもよい。
【００２４】
湾曲部３５ｂは、互いに曲率（曲率半径）が異なる第１曲部３５ｂａ及び第２曲部３５ｂｂを有している。具体的には、第１直線部３１ａに連続する第１曲部３５ｂａの曲率半径Ｒは、第２直線部３１ｃに連続する第２曲部３５ｂｂの曲率半径ｒよりも大きい。すなわち、湾曲部３５ｂは、湯口２７側部分の曲率半径Ｒが鋳物部１１側部分の曲率半径ｒよりも大きい。
【００２５】
このように湾曲部３５ｂ（３１ｂ）において、流入側の曲率半径を大きくすると、第１直線部３５ａ（３１ａ）を直線的に流れてきた溶湯の進行方向の変化を緩やかにでき、乱流の発生が抑制される。その一方で、流出側の曲率半径が小さくされることで、湾曲部３５ｂの小型化が図られる。乱流の発生は、第１直線部３５ａから湾曲部３５ｂへ差し掛かった部分、すなわち、曲がり始めにおいて生じやすく、この部分においてのみ曲率半径を大きくすることにより、効果的に乱流の発生抑制及び小型化が図られる。
【００２６】
曲率半径Ｒ及びｒ並びにその範囲を示す角度α及びβは、適宜に設定されてよい。曲率半径の比Ｒ／ｒは、例えば、１．５以上３以下である。角度αは、例えば、（（α＋β）／６）以上（（α＋β）／２）以下である。例えば、α＋β＝９０°の場合において、角度αは、１５°以上４５°以下である。曲率半径の比Ｒ／ｒ及び角度αがこのような範囲に設定されると、上記の乱流抑制の効果を得つつ、曲率半径が大きい第１曲部３５ｂａによって湾曲部３５ｂが大型化されることが抑制される。
【００２７】
なお、曲率半径Ｒ及びｒの絶対値は、鋳物部１１の大きさ等に応じて適宜に設定される。また、曲率半径Ｒ及びｒの絶対値は、Ｌ字管３５の直径（内径）φに応じて適宜に設定されてよい。例えば、ｒ／φは１〜２である。
【００２８】
なお、本実施形態においては、Ｌ字管３５の流れ方向に直交する断面の形状及び面積は流れ方向において一定であることから、曲率半径Ｒ及びｒは、湾曲の外周側の曲線に基づいて特定されてもよいし、湾曲の内周側の曲線に基づいて特定されてもよいし、Ｌ字管３５の流れ方向に直交する断面の中心を通る曲線に基づいて特定されてもよい。図２では、外周側の曲線に基づいて特定されている場合を例示している。なお、流れ方向に直交する断面の形状又は面積が流れ方向において一定でない場合は、曲率は、流れ方向に直交する断面の中心を通る曲線に基づいて特定されてよい。
【００２９】
（実施例）
Ｌ字管３５を実際に作製した。作製したＬ字管３５の寸法は、以下のとおりである。なお、ｓ１及びｓ２は、図２に示すように、第１直線部３５ａ及び第２直線部３５ｃの長さである。
Ｒ：１４０ｍｍ
ｒ：７０ｍｍ
α：３０°
β：６０°
ｓ１：２０ｍｍ
ｓ２：２０ｍｍ
φ：３５ｍｍ
【００３０】
上記のようなＬ字管３５を用いて湯口系統を構成し、鋳造を１年間実施した。その結果、気泡欠陥の発生率は、約２％から約１％に減少した。すなわち、気泡欠陥に起因する不良品の発生量を５０％削減できた。
【００３１】
＜Ｌ字管の他の実施形態＞
以下、Ｌ字管の他の実施形態について説明する。他の実施形態に係るＬ字管は、第１の実施形態のＬ字管３５と同様に、湯口系統１３の湾曲部３１ｂを構成するためのものであり、形状のみがＬ字管３５と相違する。具体的には、以下のとおりである。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係るＬ字管２３５を示す図２と同様の図である。
【００３３】
Ｌ字管２３５は、第１直線部３１ａの一部を構成する第１直線部２３５ａと、湾曲部３１ｂを構成する湾曲部２３５ｂと、第２直線部３１ｃの一部を構成する第２直線部２３５ｃとを有している。なお、Ｌ字管２３５は、第１直線部２３５ａ及び第２直線部２３５ｃを有さないものであってもよい。
【００３４】
湾曲部２３５ｂは、第１の実施形態のＬ字管３５と同様に、第１直線部３１ａに連続する部分の曲率半径Ｒが、当該部分から鋳物部１１側へ延びる部分の曲率半径ｒよりも大きくなるように構成されている。従って、第１の実施形態と同様に、湾曲部３１ｂにおける乱流の発生を抑制しつつ、湾曲部３１ｂの小型化を図ることができる。
【００３５】
ただし、湾曲部２３５ｂは、流入側だけでなく、流出側にも曲率半径が相対的に大きい部分を有している。すなわち、湾曲部２３５ｂは、第１直線部３１ａに連続する、第１の曲率半径Ｒ１の第１曲部２３５ｂａと、第１曲部２３５ｂａに連続する、第１の曲率半径Ｒ１よりも小さい第２の曲率半径ｒの第２曲部２３５ｂｂと、第２曲部２３５ｂｂに連続するとともに第２直線部３１ｃに連続する、第３の曲率半径Ｒ３の第３曲部２３５ｂｃと、を有している。
【００３６】
好適には、第１の曲率半径Ｒ１と第３の曲率半径Ｒ３とは等しい。また、好適には、第１曲部２３５ｂａの範囲を示す角度αと第３曲部２３５ｂｃの範囲を示す角度γとは等しい。また、好適には、Ｒ１／ｒ及びＲ３／ｒは、第１の実施形態のＲ／ｒと同様に、１．５以上３以下である。また、好適には、角度α（γ）は、第１の実施形態と同様に、１５°以上である。また、好適には、角度α（γ）は、（α＋γ）が（（α＋β＋γ）／２）以下となる値である。例えば、α＋β＋γ＝９０°、α＝γの場合において、αは２２．５°以下である。なお、必要に応じてα（γ）は３０°以下とされてもよい。
【００３７】
第２の実施形態においては、湾曲部２３５ｂの両端に曲率半径の大きい部分が形成されていることから、Ｌ字管２３５は、その両端のいずれが流入側とされてもよい。従って、Ｌ字管２３５の汎用性・応用性が向上する。ただし、両端に曲率半径の大きい部分が形成されることから、小型化の面及び製作の容易性の面では第１の実施形態のＬ字管３５の方が第２の実施形態のＬ字管２３５よりも有利である。
【００３８】
第２の実施形態についても、実際にＬ字管２３５を作製した。その寸法は、以下のとおりである。
Ｒ１＝Ｒ３：１４０ｍｍ
ｒ：７０ｍｍ
α＝γ：３０°
β：３０°
ｓ１：２０ｍｍ
ｓ２：２０ｍｍ
φ：３５ｍｍ
上記から理解されるように、流出側に第３曲部２３５ｂｃが設けられたことを除いては、Ｌ字管２３５の実施例は、第１の実施形態のＬ字管３５の実施例と同様である。
【００３９】
そして、第１の実施形態と同様に、上記の実施例に係るＬ字管２３５を用いて湯口系統を構成し、鋳造を１年間行った。その結果、第１の実施形態と同様に、気泡欠陥の発生率は約２％から約１％に減少した。すなわち、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が奏された。なお、別の観点では、流出側において曲率半径を大きくしても（第２の実施形態）、流出側において曲率半径を大きくしない場合（第１の実施形態）に比較して顕著な差は認められず、気泡欠陥の発生率に重要なのは、流入側の曲率半径であることが確認された。
【００４０】
＜第３の実施形態＞
図４は、第３の実施形態に係るＬ字管３３５を示す図２と同様の図である。
【００４１】
Ｌ字管３３５は、第１直線部３１ａの一部を構成する第１直線部３３５ａと、湾曲部３１ｂを構成する湾曲部３３５ｂと、第２直線部３１ｃの一部を構成する第２直線部３３５ｃとを有している。なお、Ｌ字管３３５は、第１直線部３３５ａ及び第２直線部３３５ｃを有さないものであってもよい。
【００４２】
湾曲部３３５ｂは、第１の実施形態のＬ字管３５と同様に、第１直線部３１ａに連続する部分の曲率半径が、当該部分から鋳物部１１側へ延びる部分の曲率半径よりも大きくなるように構成されている。従って、第１の実施形態と同様に、湾曲部３１ｂにおける乱流の発生を抑制しつつ、湾曲部３１ｂの小型化を図ることができる。
【００４３】
ただし、湾曲部３３５ｂは、第１直線部３１ａ側から第２直線部３１ｃ側へ連続的に曲率半径が変化している（連続的に曲率半径が小さくなっている。）。具体的には、湾曲部３３５ｂは、楕円形を構成する曲線状に延びている。例えば、湾曲部３３５ｂは、第１直線部３１ａとの接続部が楕円と短軸（長さ：２×ｂ）との交点となり、第２直線部３１ｃとの接続部が楕円と長軸（長さ：２×ａ）との交点となるように延びている。ａ／ｂは、適宜に設定されてよいが、例えば、第１の実施形態のＲ／ｒと同様に、１．５以上３以下である。
【００４４】
第３の実施形態においては、湾曲部３３５ｂの曲率半径が連続的に変化していることから、流れの変化が湾曲部３３５ｂ全体として緩やかになり、第１及び第２の実施形態に比較して乱流の発生が抑制されることが期待される。ただし、Ｌ字管の製作の容易性の点では、第１及び第２の実施形態が有利である。
【００４５】
＜第４の実施形態＞
図５は、第４の実施形態に係るＬ字管４３５を示す図２と同様の図である。
【００４６】
Ｌ字管４３５は、湾曲部３１ｂを構成する湾曲部からなる。なお、Ｌ字管４３５は、他の実施形態のＬ字管と同様に、第１直線部３１ａの一部及び第２直線部３１ｃの一部を構成する部分を有していてもよい。
【００４７】
Ｌ字管４３５は、第１の実施形態のＬ字管３５と同様に、第１直線部３１ａに連続する部分の曲率半径が、当該部分から鋳物部１１側へ延びる部分の曲率半径よりも大きくなるように構成されている。従って、第１の実施形態と同様に、湾曲部３１ｂにおける乱流の発生を抑制しつつ、湾曲部３１ｂの小型化を図ることができる。
【００４８】
また、Ｌ字管４３５は、第３の実施形態と同様に、第１直線部３１ａ側から第２直線部３１ｃ側へ連続的に曲率半径が変化している。従って、第３の実施形態と同様に、流れの変化が湾曲部３３５ｂ全体として緩やかになり、第１及び第２の実施形態に比較して乱流の発生が抑制されることが期待される。
【００４９】
ただし、Ｌ字管４３５は、双曲線状に延びている。より具体的には、例えば、双曲線は、直角双曲線であり、漸近線Ｌ１及びＬ２は、第１直線部３１ａ及び第２直線部３１ｃに平行であり、焦点（Ｆ１、Ｆ２）を結ぶ直線Ｌ３は、第１直線部３１ａから第２直線部３１ｃまでの角度を２等分している。従って、Ｌ字管４３５は、第２の実施形態の湾曲部２３５ｂと同様に、第１直線部３１ａ側及び第２直線部３１ｃ側の双方において曲率半径が大きくなっており、また、その形状は直線Ｌ３に対して対称である。
【００５０】
第４の実施形態においては、例えば、第２の実施形態と同様に、Ｌ字管４３５の両端のいずれが流入側とされてもよく、Ｌ字管２３５の汎用性・応用性が向上する。なお、直線Ｌ３が第２直線部３１ｃに直交するように双曲線を設定するなどすれば、第１及び第３の実施形態と同様に、第１直線部３１ａ側のみ曲率半径を大きくすることも可能である。
【００５１】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００５２】
図１に示した鋳型の全体構成は、一例に過ぎない。鋳物部の形状及び湯口系統の形状、並びに、これらの形成に係る下型、上型及び中子の役割分担は適宜に変更されてよい。例えば、湯溜めに代えて受口が設けられてもよい。押上げ湯口に代えて見切り線湯口が採用されてもよい。水平方向に延びる湯道は省略されてもよい。押湯が設けられてもよい。
【００５３】
湾曲部は、垂直方向から水平方向へ溶湯の進行方向を変化させるものに限定されない。例えば、湾曲部は、水平面内における溶湯の進行方向を変化させるものであってもよい。また、湾曲部は、下型に設けられるものに限定されない。例えば、湾曲部は、上型に設けられるものであってもよいし、上型から下型に跨って設けられるものであってもよいし、上型と下型との間に設けられるものであってもよい。湾曲部は、鋳物部に比較的近い位置に設けられるものに限定されない。例えば、湾曲部は、湯口、湯道及び堰を有する湯口系統において湯口及び／又は湯道を構成するものであってもよい。
【００５４】
実施形態では、湯口系統１３の湾曲部３１ｂは、Ｌ字管３５（管状部材）が鋳型内に配置されることによって構成され、湾曲部３１ｂとＬ字管３５の湾曲部３５ｂとは同義であった。しかし、湯口系統１３の湾曲部は、管状部材によらずに、砂部によって構成されてもよい。ただし、管状部材を用いた方が曲率半径が変化する湾曲部を構成することが容易であり、また、湾曲部における鋳型の浸食も抑制される。
【００５５】
湾曲部は、溶湯の進行方向を９０°変化させるもの（Ｌ字管）に限定されない。すなわち、湾曲部は、溶湯の進行方向を９０°未満の範囲又は９０°超の範囲で変化させるものであってもよい。なお、このような湾曲部は、第１〜第４の実施形態のいずれにおいても可能である。湾曲部は、流れ方向に直交する断面積が流れ方向において一定でなくてもよい。また、湾曲部は、流れ方向に直交する断面形状が流れ方向において同一（相似）でなくてもよい。この場合も、実施形態において言及したように、流れ方向に直交する断面の中心を結ぶ線に基づいて、曲率半径の変化が特定されてよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…鋳型、１１…鋳物部、１３…湯口系統、３１ａ…第１直線部、３１ｂ…湾曲部、３１ｃ…第２直線部。
【図１】
2015030024.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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