(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素質焼結体からなる、一つの部材で形成された有底筒状体の外筒と、一つの部材で形成された有底筒状体の内筒とを備え、前記外筒の底部内面を前記内筒の底部外面で覆うように前記内筒が前記外筒に嵌合されてなり、前記外筒および前記内筒は、それぞれを連通する溶湯金属の導入貫通孔を有し、前記外筒は、前記導入貫通孔よりも高い位置に、前記溶湯金属を外部に導出する導出貫通孔を有し、前記内筒は、側部下方に前記溶湯金属の導通部を有するとともに、側部外面に設けられた切り欠きが、前記導通部と前記導出貫通孔とを結ぶ前記溶湯金属の流路であることを特徴とする溶湯金属用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯金属用部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムなどの金属やその合金を鋳造するための装置として、例えば、特許文献１には、セラミックスにより形成された溶湯射出主筒部と、この主筒部の側面に連結し金型に注湯する注入筒部とを有する射出部体を外筒部体に支持せしめ、外筒部体をアルミニウム溶湯を収容する溶湯槽および炉体の外に設けられた支持部体に対し金属またはサ−メット製フランジを介して取付けたアルミニウム用ダイカストマシンが示されている。
【０００３】
ダイカストマシンの主筒部としては、製造が容易であることから、セラミックスからなる外筒と内筒とを組み合わせた溶湯金属用部材が用いられている。この溶湯金属用部材は、内筒が外筒内に嵌合されてなり、内筒２内に注入された溶湯金属を金型に向けて流すために、内筒を貫通して内筒と外筒との間に流路が設けてある。そして、外筒の外側から内筒２内に向けて穿孔加工を施すことで、外筒の内側に内筒と隙間を空けて流路が形成されており、この加工のために形成された外筒の加工孔は、栓を設けて塞がれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平10−296420号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ダイガストマシンを構成する主筒部として、外筒の上記加工孔に栓がされている溶湯金属用部材を用いて金属等の鋳造をおこなうと、溶湯金属用部材の流路内を流れる溶湯金属が外筒と栓との隙間から外部に漏れ出し、溶湯金属を安定した圧力で金型内に射出できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、外筒と内筒とを有する溶湯金属用部材において、溶湯金属が漏れ出ることを抑制し、安定した圧力で金型内に射出できる溶湯金属用部材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】
本発明の溶湯金属用部材は、窒化珪素質焼結体からなる、一つの部材で形成された有底筒状体の外筒と、一つの部材で形成された有底筒状体の内筒とを備え、前記外筒の底部内面を前記内筒の底部外面で覆うように前記内筒が前記外筒に嵌合されてなり、前記外筒および前記内筒は、それぞれを連通する溶湯金属の導入貫通孔を有し、前記外筒は、前記導入貫通孔よりも高い位置に、前記溶湯金属を外部に導出する導出貫通孔を有し、前記内筒は、側部下方に前記溶湯金属の導通部を有するとともに、側部外面に設けられた切り欠きが、前記導通部と前記導出貫通孔とを結ぶ前記溶湯金属の流路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の溶湯金属用部材によれば、溶湯金属が導出貫通孔以外の外筒から漏れ出ることを抑制し、安定した圧力で溶湯金属を金型に射出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の溶湯金属用部材の一例を示す、（ａ）は、概略縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線における概略横断面図である。
【図２】本実施形態の溶湯金属用部材の他の一例を示す、（ａ）は、概略縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線における概略横断面図である。
【図３】本実施形態の溶湯金属用部材のさらに他の一例を示す、（ａ）は、概略縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線における概略横断面図である。
【図４】本実施形態の溶湯金属用部材を備えるダイカストマシンの一例を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態の溶湯金属用部材について図面を用いて詳述する。
【００１１】
図１は、本実施形態の溶湯金属用部材の一例を示す、（ａ）は、概略縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線における概略横断面図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
【００１２】
図１に示す溶湯金属用部材10は、有底筒状体の外筒１と、外筒１の内側に外筒１と少なくとも一部に隙間を空けて配置された内筒２とを備えている。外筒１および内筒２の形状は円筒状で、外筒１と内筒２とは嵌合されて固定されている。内筒２は外筒１の底側方向の端部に切り欠きが設けられており、この切り欠きは、外筒１と内筒２とが嵌合されると、上述の外筒１と内筒２の間に配置された隙間（流路３）と内筒２内とをつなぐ導通部６となる。外筒１は、導通部６と相対する側に、溶湯金属を外部に導出するための流路３とつながる導出貫通孔４を有する。また、外筒１と内筒２とを貫通する溶湯金属の導入貫通孔７が設けられており、溶湯金属用部材10の外部から溶湯金属が内筒２内に導入される。
【００１３】
溶湯金属は、導入貫通孔７から導入されて内筒２内に入り、内筒２内を上下するプランジャ８によって押し出されて、導通部６から流路３を通って導出貫通孔４から導出され、金型（図示しない）内に射出される。
【００１５】
また、外筒１と内筒２との接合手段は嵌合のみに限定されるものではなく、例えば、無機系接着剤またはろう材等の公知の接合手段により接合してもよく、外筒１と内筒２とにセラミックスを用いるならば、同時焼成して一体化しても構わない。
【００１６】
本実施形態の溶湯金属用部材10は、外筒１が有底筒状体であって、外側から穿孔加工を施さなくても容易に流路３を形成できる。それゆえ、外筒１の外側から穿孔加工を施して、その加工孔に栓を設けて塞ぐ必要がないので、導通部６や流路３を溶湯金属が流れる際に、導出貫通孔４以外の外筒１から漏れ出ることが抑制でき、溶湯金属を安定した圧力で金型に射出し易くなる。
【００１７】
このような溶湯金属用部材10は、金型の中に溶融金属を高温・高圧で圧入して鋳造するための装置であるダイカストマシンに用いることができる。本実施形態の溶湯金属用部材10を備えるダイカストマシンを用いることで、金属や合金等の溶湯金属、例えば、鉛，亜鉛，錫，マグネシウム，アルミニウムおよびこれらの合金等の鋳造品を容易に作製することができる。
【００１８】
また、有底筒状体の外筒１は、１つの部材で形成されていることが好ましい。
【００１９】
外筒１を、例えば筒状部と底部とが複数の部材で構成され、接合されている場合、この接合部から溶湯金属が漏れ出す場合があり、安定した圧力で溶湯金属を金型へ射出しにくくなるおそれがある。それゆえ、有底筒状体の外筒１は、１つの部材で形成されていることが好ましい。
【００２０】
また、外筒１の厚みは、内筒２の厚みより厚い方が好ましい。外筒１の外周壁の厚みを厚くしておくと、溶湯金属によって外筒１の壁が削られても、溶湯金属用部材10が十分な機械的強度を保つことができるからである。
【００２１】
ここで、本実施形態の溶湯金属用部材の他の例について説明する。
【００２２】
図２は、本実施形態の溶湯金属用部材の他の一例を示す、（ａ）は、概略縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’線における概略横断面図である。
【００２３】
図２に示す溶湯金属用部材11は、外筒１と内筒２とが嵌合されて固定されているとともに、外筒１と内筒２とがともに有底筒状体である。外筒１の底部と内筒２の底部が接するように外筒１と内筒２とが嵌合されて固定されている以外、図１に示す溶湯金属用部材10とほぼ同様の構成である。
【００２４】
溶湯金属用部材11は、内筒２が有底筒状体であることから、内筒２が熱膨張して外筒１からの抗力をうけたとしても、内筒２の底部が梁として働いて機械的強度を高めることができるため、内筒２の形状に歪みが生じたり、破損したりすることを抑制することができる。また、溶湯金属用部材11は、外筒１の底部と内筒２の底部が接する構成であるので、
プランジャ８により溶湯金属が押し出されるときに、底部が２重底であるために破損しにくい利点がある。
【００２５】
図３は、本実施形態の溶湯金属用部材のさらに他の一例を示す、（ａ）は、概略縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ’線における概略横断面図である。
【００２６】
図３に示す溶湯金属用部材12は、図２に示す溶湯金属用部材11の内筒２の底部が、流路３側に伸びた形状であり、溶湯金属用部材12をこの様な構成とすることによって、図２に示す溶湯金属用部材11に比べて、溶湯金属が外筒１の内側底部と内筒２の外側底部との間に入り込みにくくなるため、外筒１と内筒２との嵌合が緩むのを抑制することができるので好ましい。
【００２７】
ここで、溶湯金属用部材10〜12は、溶湯金属の温度に耐え、溶湯金属と反応しにくい材料を適宜選択して形成すればよく、例えば、窒化珪素，炭化珪素，ジルコニア，コージェライトまたはこれらの複合体等のセラミックスを用いればよい。また、これらのセラミックスの中でも、機械的特性や耐熱衝撃性等を考慮すると、窒化珪素質焼結体とすることが好ましい。特に、窒化珪素質焼結体はアルミニウムやアルミニウム合金等からなる溶湯金属との濡れ性がよいため、アルミニウムやアルミニウム合金等の溶湯金属を用いるときには、さらに好適である。
【００２８】
つぎに、溶湯金属用部材10〜12の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、溶湯金属用部材10〜12を構成する外筒１および内筒２を製造する。
【００３０】
平均粒径が0.5〜10μｍの窒化珪素１次原料と、所定量の焼結助剤，バインダ，溶媒と
を混合してスラリーとした後、スプレードライヤーにより噴霧造粒して２次原料を得る。そして、この２次原料を用いて静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により、所定の外形寸法になるように有底筒状体の外筒１および内筒２となる成形体をそれぞれ成形する。その後、これらの成形体に切削加工を施して、流路３となる隙間ができるように加工し，さらに、導出貫通孔４および導入貫通孔７，導通部６を設け、還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の温度で焼成し、必要に応じて仕上げの研削加工を施して、窒化珪素質焼結体からなる外筒１および内筒２の焼結体を得る。その後、外筒１の焼結体全体をガスバーナーなどの加熱装置により加熱して膨張させ、内筒２の焼結体を外筒１の焼結体の内周に沿って嵌め込み、その後、緩やかに冷却させる焼嵌めによって嵌合する方法により溶湯金属用部材10〜12を製造することができる。
【００３１】
あるいは、外筒１および内筒２となる成形体を得るまでは上述の方法を用い、その後、内筒２となる成形体を還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の温度で焼成して焼結体とし、外筒１となる成形体を還元雰囲気炉中1000〜1500℃の温度で熱処理して、十分に焼結していない焼結前のいわゆる未焼結体を得る。その後、この未焼結体の内周に沿って内筒２を挿入し、再び還元雰囲気炉中で1800〜2100℃の温度で焼成することで、外筒１となる未焼結体が収縮によって、内筒２を外側から締め付けて嵌合する方法を用いることもできる。この焼成時の収縮を利用して嵌合する方法においては、内筒２が嵌合される表面に、予め無機系接着剤を塗布して嵌合すれば、外筒１と内筒２とを嵌合面全体に渡って接合できるのでより好ましい。無機系接着剤としては、接合時の温度1800〜2100℃で窒化珪素と反応しにくいＹ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２の３成分を主成分として80質量％以上含むものを用いることが好ましい。
【００３２】
ここで、本実施形態の溶湯金属用部材を備えるダイカストマシンについて説明する。
【００３３】
図４は、本実施形態の溶湯金属用部材を備えるダイカストマシンの一例を示す概略縦断面図である。
【００３４】
図４に示すダイカストマシン20は、主筒部となる溶湯金属用部材10と、溶湯金属用部材10の側面に連結して、溶湯金属を成形型21に射出するノズル22とを、円筒状の保持筒23で支持している。この保持筒23はフランジ24に挿入されて支持され、フランジ24はその上方に配置された油圧シリンダ25を保持する構造体26における中間部に対向して突設された支持部27に、ボルト28で押え板とともに固定してある。
【００３５】
さらに、このダイカストマシン20においては、炉体30に保持された溶湯金属槽36の下部に配置されたヒーター31によって加熱された溶湯金属が、保持筒23の側面に形成された貫通孔32を通って、溶湯金属用部材10の導入貫通孔７から内筒２内に導入される。導入された溶湯金属は、内筒２内を塞ぐようにして下降してくるプランジャ33により導通部６から押し出されて、流路３を通って導出貫通孔４から導出され、ノズル22，スプルーブッシュ34，ランナー部35を順次通って、固定金型21ａと可動金型21ｂとで構成される成形型21に射出される。なお、ダイカストマシン20は、溶湯金属用部材10の代わりに溶湯金属用部材11および12を用いても構わない。
【００３６】
以下、本実施形態の溶湯金属用部材10〜12の実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
本実施形態の溶湯金属用部材10〜12と従来の溶湯金属用部材とをそれぞれ作製して、ダイカストマシンに取り付けて運転し、溶湯金属の漏れ出しがないかを確認する試験を実施した。
【００３８】
まず、溶湯金属用部材10〜12の外筒１および内筒２を窒化珪素質焼結体にて作製した。
【００３９】
Ｙ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３をそれぞれ１質量％以下で含む、純度が99.5％であり、平均粒径が１μｍの窒化珪素１次原料粉末を準備し、この窒化珪素１次原料粉末100質量％に
対して、バインダを１質量％，分散剤を0.5質量％以下，溶媒を100質量％加えてスラリーとした後、噴霧造粒装置（スプレードライヤー）にて造粒して２次原料を得た。そして、この２次原料をゴム製の成形型（ラバー型）に充填して静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により、以下に示す寸法となる外筒１および内筒２の成形体を作製した。
【００４０】
次に、作製した外筒１および内筒２の成形体に切削加工により、導出貫通孔４，導通部６および導入貫通孔７を設け、さらに流路３となる隙間ができるように加工を施した。
【００４１】
そして、これらの外筒１および内筒２の成形体を焼成炉内で窒素雰囲気中1900℃の最高温度で焼成し、焼成後に仕上げの研削加工を施すことにより、溶湯金属用部材10〜12となる外筒１および内筒２を得た。得られた外筒１および内筒２の各部の寸法については、外筒１が外径150ｍｍ、内径100ｍｍ、高さ140ｍｍ、内筒２が外径100ｍｍ、内径40ｍｍ、高さ140ｍｍである。また、流路３は、図１〜３の（ｂ）に示す横断面において断面形状が
、短径10ｍｍ、長径12ｍｍの楕円を長軸方向に沿って半分にした半楕円形状であるとともに、図１〜３の（ａ）に示す縦断面において長さが105ｍｍで、導出貫通孔４は開口部が
短径10ｍｍ、長径12ｍｍの楕円形状で、導通部６はφ15ｍｍの円形状で、導入貫通孔７はφ10ｍｍの円形状である。
【００４２】
次に、研削加工後の溶湯金属用部材10〜12の外筒１および内筒２の焼結体の嵌合をそれぞれ実施した。まず、外筒１の焼結体をガスバーナーにより加熱して膨張により内径を拡張させ、内筒２の焼結体を拡張させた外筒１の内径に沿って嵌合させた。その後、緩やかに自然冷却させることにより、焼嵌めにより外筒１と内筒２を嵌合させた溶湯金属用部材10〜12を得た。
【００４３】
さらに、比較例を以下のように作製した。
【００４４】
溶湯金属用部材10に対して外筒の底がないこと以外は材質および寸法が同じである外筒と内筒を焼嵌めにより嵌合した。また、内筒と同材質により栓を作製し、内筒の開口部の一方を塞いだ。
【００４５】
そして、溶湯金属用部材10〜12の流路３に相当する部位は、内筒の栓側から外筒と内筒との境界に沿って穿孔加工して形成した。また、溶湯金属用部材10〜12の導通部６に相当する部位は、外筒の外周側から内筒の内部まで穿孔加工した。そして、外筒の外周側にできた加工孔を外筒と同材質の栓によって塞いだ。
【００４６】
そして、溶湯金属用部材10〜12および比較例を、それぞれ、図４に示すダイカストマシンの保持筒23内に設置し、プランジャ33にて溶湯金属を押し出して成形型21内に射出する成形を実施した。プランジャ圧力が15ＭＰａ，送り速度が20ｍｍ／ｓｅｃの条件にて、10000ショットの成形を実施した後、ダイカストマシンから溶湯金属用部材10〜12および比
較例を取り外し、外筒１外に溶湯金属の漏れ出しがないかを溶湯金属用部材10〜12は目視で確認し、比較例は溶湯金属部材の栓を取り出して、栓と外筒との隙間に溶湯金属の漏れ出しの残存物がないかを確認した。その結果、比較例には溶湯金属の漏れ出しが生じており残存物が確認でき、溶湯金属用部材10〜12には漏れ出しがないことを確認できた。
【００４７】
また、成形型21に射出して得た鋳造品を調べたところ、比較例にはショットの数が増えると鋳造品の一部に欠損が生じ、安定した圧力で溶湯金属を射出できていなかったが、溶
湯金属用部材10〜12の鋳造品では欠損は見られず、安定した圧力で溶湯金属を射出できたことがわかった。
【００４８】
このことから、本実施形態の溶湯金属用部材10〜12によれば、有底筒状体の外筒と、外筒の内側に外筒と少なくとも一部に隙間を空けて配置された内筒とを備えてなり、この外筒と内筒との間の隙間が内筒に注入された溶湯金属が流れる流路とされているとともに、外筒が、この流路とつながり、溶湯金属を外部に導出するための貫通孔を有することから、外筒の貫通孔以外の場所から溶湯金属が漏れ出ることを抑制し、安定した圧力で溶湯金属を金型に射出できることがわかった。
【符号の説明】
【００４９】
１：外筒
２：内筒
３：流路
４：導出貫通孔
６：導通部
７：導入貫通孔
10〜12：溶湯金属用部材
20:ダイカストマシン
【図１】
0005806136.tif 000002
【図２】
0005806136.tif 000003
【図３】
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【図４】
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