(57)【要約】【課題】大型の薄物鋳物成形品を大量生産する場合に適した永久鋳型を簡易に提供すること。【解決手段】見切面３ａ，４ａに形成された空隙状の溶金の流路または溶金が充填されるキャビティを含む溶金流入部１５と、該溶金流入部１５に注入された溶金が見切面３ａ，４ａから漏出することを防止する肉盛り部（漏出防止部）３０とを備えている。この漏出防止部３０は、溶金流入部１５の周縁に沿って見切面３ａ、４ａの中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状（３０Ｂ〜３０Ｆ）に形成されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
見切面に形成された空隙状の溶金の流路または溶金が充填されるキャビティを含む溶金流入部と、該溶金流入部に注入された溶金が前記見切面から漏出することを防止する漏出防止部を備え、
該漏出防止部は、前記溶金流入部の周縁に沿って前記見切面の中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されていることを特徴とする永久鋳型。
【請求項２】
前記漏出防止部は、突条に設けられていることを特徴とする請求項１記載の永久鋳型。
【請求項３】
前記漏出防止部は、前記見切面の中央部及びその周辺を除いて設けられていることを特徴とする請求項１記載の永久鋳型。
【請求項４】
前記漏出防止部は、切削により段差面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の永久鋳型。
【請求項５】
上型と下型との間に形成される見切面と、該見切面に形成された空隙状の溶金の流路又は溶金が充填されるキャビティを含む溶金流入部を備え、
前記見切面の少なくとも一方は、中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されていることを特徴とする永久鋳型。
【請求項６】
前記段差は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は５記載の永久鋳型。
【請求項７】
前記段差は前記見切面の長手方向又は短辺方向に対して左右又は前後が略対称に設けられていることを特徴とする請求項１又は５記載の永久鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力鋳造法、低圧鋳造法などの溶湯にかける圧力が低い鋳造法により大型鋳造品を製造するための永久鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金等の軽金属の鋳造においては、金属の溶湯（溶金）を高圧に加圧して鋳型内に供給するダイカスト法が一般的に用いられ、このダイカスト法では高圧に耐える金型（永久鋳型）が用いられている。
【０００３】
ところで、近時、鋳物の大型化と同時に鋳物の薄肉化が求められており、このような要望に応える上では、ダイカスト法に代えて圧力の低い重力鋳造法又は低圧鋳造法により鋳物を製造することが、とくに鋳物の薄肉化の面で有効であると考えられ、種々の検討がなされている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
これは、ダイカスト法のように溶金を高圧に加圧して金型に供給する方式では、金型の大型化に伴って型締め装置等が大型となり全体としての装置が極めておおがかりなものとなるという問題点に対処するためである。
【０００５】
これに対して、例えば、重力鋳造法によれば、金型の型締め圧が少なくてよいので全体としての装置が小型化できる。しかしながら、型締め圧が少なくなることにより、見切面（合わせ面）から溶金が漏出する場合がある。
【０００６】
特許文献１によれば、複数の分割型からなる永久鋳型が開示されている。この永久鋳型では各分割型の衝合される合わせ面（見切面）にキャビティが形成され、そのキャビティに低圧の溶湯が注湯される。少なくとも一方の分割型が有する見切面のキャビティの外側に肉盛り部が形成されている。その肉盛り部は、各分割型が鋳造温度で熱変形した状態で、双方の見切面間の間隙寸法が所要値以下となる高さ寸法に設計されている。
【０００７】
このような永久鋳型を用いれば、肉盛り部の作用により分割型の熱変形による湯漏れ等が軽減され，所定の鋳造作業を行うことができる。
【０００８】
また、成形品とすべき成形材料の溶解温度よりも高く且つ金型の溶解温度よりも低い溶解温度を有する充填材料を金型に流し込み、硬化後の金型の合わせ面間に生じている隙間に充填された部分を分離して、その部分の充填材料を金型の合わせ面に固定させるようにした金型の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１９７３９号公報（第６段落）
【特許文献２】
特開平６−１２２０３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の肉盛り部の形成は、キャビティの形状や湯道の形状が複雑となればなる程複雑となる。また、この肉盛り部は、金型が大きくなればなる程肉盛り部の形成箇所が多くなる。また、肉盛り部の間隔寸法は、場所により異なるので、互いの見切面間の間隙寸法が所要値以下となるように各部位の場所に応じた肉盛り部を形成することに多大の労力を必要とする。
【００１１】
また、このような大型鋳造品用の金型では、一般的に高温度になった場合には反りが発生し、金型の温度が常温まで低下するとその反りは消滅するが、このような金型を長期間に亘って繰り返して使用すると、金型の温度を常温に戻しても、反りが元に戻らない、反りが固定するという新たな課題が発生する。これにより、この金型の反りは、経時的にも変化して一層複雑となり、肉盛り部の再調製が必要となる場合も生じる。
【００１２】
それ故、このような永久鋳型を用いて大型の薄物鋳物成形品を大量生産により得る場合には、それぞれの金型の状況に対応して肉盛り部を形成する必要があり、簡易な肉盛り部の形成方法が望まれている。
【００１３】
また、特許文献２記載の金型の製造方法では、製品の温度よりも高温度で溶解する材料により成形品を形成させることが必要であり、大型の鋳物成形品を鋳造できる永久鋳型に適用するのは困難である。また、特許文献１記載のような湯道の形状が複雑な大型の薄物鋳造成形品を生産するための鋳造装置については述べられていない。
【００１４】
そこで、本発明は、大型の薄物鋳物成形品を大量生産する場合に適した永久鋳型を簡易に提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような肉盛り部の簡易な形成方法について鋭意研究したところ、肉盛り部を階段状に形成すれば、肉盛り部の高さ調整が簡易に行えるので、肉盛り部の形成が簡易な永久鋳型を提供することができることを見いだした。
【００１６】
また、肉盛り部を中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる形状に形成すれば、金型の反りは外周方向に向けて連続的に傾斜するので、各段差部に溶金は漏れ出さないが、ガスなどの気体が排出できる空隙が肉盛り部の全面に亘って略均一に形成され、その隙間から溶湯の供給に伴って発生するガスが偏ることなく鋳物成形品の側部から略均等に排出できることを見いだした。そして、これにより、大型の薄物鋳物成形品を大量生産する場合に適した永久鋳型を簡易に提供することができることを見いだした。
【００１７】
すなわち、第１の発明は、見切面に形成された空隙状の溶金の流路または溶金が充填されるキャビティを含む溶金流入部と、該溶金流入部に注入された溶金が前記見切面から漏出することを防止する漏出防止部を備え、該漏出防止部は、前記溶金流入部の周縁に沿って前記見切面の中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されていることを特徴とする永久鋳型である。この溶金流入部は、例えば、突条として形成されている。
【００１８】
ここで、この溶金流入部には、鋳物成形品を形成するための成型用キャビティに加え該キャビティへ溶金を注入するための見切面に形成された湯道、ゲート（堰）等を含んでいる。
【００１９】
また、上型又は下型の少なくとも一方は可動型であり、漏出防止部は上型又は下型の双方に形成されていてもよいが、どちらか一方に形成されていればよい。この場合は可動型でもよく、また、固定型の双方に形成されていてもよいが、どちらか一方に設けられていればよい。
【００２０】
このように構成すれば、この漏出防止部は、溶金流入部の周縁に沿って見切面の中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されていることにより、互いの見切面の間隙寸法が所要値以下となるような漏出防止部の形成を簡易に行える。
【００２１】
また、これにより溶金流入部の全面に亘って分散されて段差部が形成され、その段差部から溶湯の供給に伴って発生するガスが偏ることなく鋳物成形品の側部から略均等に排出できるので、大型の薄物鋳物成形品を大量生産する場合に適した永久鋳型を簡易に提供することができる。
【００２２】
この漏出防止部は、見切面の中央部及びその周辺を除いて設けられていてもよい。これにより、中央部及びその周辺の漏出防止部を形成する必要がないので、漏出防止部の形成が一層簡易となる。
【００２３】
この段差を設けるには、切削によるのがよい。例えば、予め余剰の高さを備えた漏出防止部を溶接棒を用いた溶接などにより形成させ、溶接棒の表面を中央部からの距離に応じて階段状に切削すれば、簡易に平滑面を備えた段差部を形成することができる。
【００２４】
また、第２の発明は、上型と下型との間に形成される見切面と、該見切面に形成された空隙状の溶金の流路または溶金が充填されるキャビティを含む溶金流入部を備え、前記見切面の少なくとも一方は、中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されていることを特徴とする永久鋳型である。
【００２５】
これらの段差が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であれば、段差の数が最小で、見切面から漏出する溶金も極力抑えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１及び図２において、符号１は重力鋳造用の鋳造装置であり、その鋳造装置１は、上型３と下型４とからなる金型（永久鋳型）２を備えている。
【００２８】
上型３は支持板１１および支持棒１２を介して上型取付板７に設置され、この上型取付板７は鋳造機の可動プラテン６に固定されている。また、下型４は、同様に支持板１１および支持棒１２を介して下型取付板１４に設置され、この下型取付板１４は鋳造機の固定プラテン１３に固定されている。そして、上型３および下型４の互いに衝合される見切面３ａ，４ａには空隙状の溶金流入部（キャビティ）１５が形成され、符号３ｂ、４ｂは製品成形部である。
【００２９】
このような溶金流入部１５は各見切面３ａ，４ａに形成されているが、以下の説明では下型４の見切面４ａを上面図により図示して説明する。
【００３０】
図３に示すように、鋳物の両側端部に対応する端部用キャビティ１６，１６と、これらの端部用キャビティ１６，１６の間を接続する中間部用キャビティ１７とから構成される鋳物成型用のキャビティに加えて、これらのキャビティ１６，１７へ溶金（合金の溶湯）を送給するための湯道、ゲートなどを包含する。
【００３１】
この実施の形態では、中間部用キャビティ１７により、中央部が断面コ字状のチャンネル形状の中間部が形成され、また、端部用キャビティ１７により中間部より肉厚の車体フレームとの接続等のための両端部が形成され、このような中間部と両端部とが一体に成形されて自動車部品である大型薄物鋳造品としてのクロスメンバーが形成される。
【００３２】
そして、中間部用キャビティ１７の側方であって端部用キャビティ１６の間の位置に湯口２０が配置されている。この湯口２０から合金の溶湯（溶金）が注湯される。
【００３３】
湯口２０から長手方向に延びて湯道２１が形成されている。この湯道２１は長手方向の両端部２１ａ、２１ａにおいてそれぞれ二つの湯道２２…に分岐されている。各湯道２２…にはセラミックス製のフィルタ２３…を介して多数の押湯部２４…が接続されている。これらの押湯部２４…は端部用キャビティ１６，１６に接続されている。また、中央の中間部用キャビティ１７には控え押湯部２５が接続されている。
【００３４】
ここで、この発明においては、これらのキャビティ１６，１７，湯口２０、湯道２１、２２…などの溶金流入部１５に沿って漏出防止部としての肉盛り部３０が形成されている。この肉盛り部３０は、中心部から外側に向かって符号３０Ｂで示す第１ステップ、符号３０Ｃで示す第２ステップ、符号３０Ｄで示す第３ステップ、符号３０Ｅで示す第４ステップ、符号３０Ｆで示す第５ステップとから形成されている。
【００３５】
そして、各ゾーンＡ〜Ｆの隣接する各ステップの段差ｔ１〜ｔ４は０．２〜０．３ｍｍの範囲内（ここでは、略０．３ｍｍ）に設定されている。このような肉盛り部３０は、隣接する各ステップの段差ｔ１〜ｔ４が０．２〜０．３ｍｍの範囲内に設定されていれば、どのように形成されていてもよい。
【００３６】
一般的に見切面３ａ、４ａの反りは中心部に向かって最も膨らんだ中央部突出形状で出現し、その膨らみは長手方向又は短辺方向に対して対称である。それ故、この段差を見切面３ａ，４ａの長手方向又は短辺方向に対して左右又は前後に略対称に設けることにより、段差を設けても溶金の漏出の少ない金型２を提供することができる。そこで、本発明においては、金型の中心をＯとして中心を含むゾーンをＡゾーンとし、Ａゾーンから遠くに行くに従って同心円上にＢ〜Ｆゾーンを設けている。
【００３７】
なお、各ステップＡ〜Ｆは同心円に設けられていたが、必ずしも同心円である必要はなく、また、楕円であってもよい。各ステップの位置は、例えば、次のようにして実験により設けてもよい。
【００３８】
まず、肉盛り部３０が分割面４ａに形成されていない状態で上型３と下型４とを衝合状態として湯口２０から溶湯を重力で供給してテスト鋳造を行う。
【００３９】
このテスト鋳造にともなって、上型３と下型４とは溶湯の熱等により加熱され、分割面３ａ，４ａ側が膨張するように熱変形を生じて隙間が形成され、この隙間に溶湯が進入してばり（鋳ばり）を形成させる。この鋳ばりは、鋳造温度において上型３および下型４が熱変形を生じた状態での上型３の分割面３ａと下型４の分割面４ａとの間に形成された隙間に応じた厚さであるので、このようにして得られたばりの厚さに準じた実測値により各ステップの高さを決定する。この場合、各ステップの段差は、湯漏れ等の生じない所要値（例えば、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ）で設定する。
【００４０】
このように構成すれば、実測値に合致した肉盛り部３０を階段状に形成することができる。
【００４１】
なお、これらの肉盛り部３０は、見切面３ａ、４ａの双方に均等に又は不均等に設けられていてもよいが、この実施の形態では下型である見切面４ａにのみ設けられた例について詳細に説明する。
【００４２】
例えば、湯道、ゲート、キャビティなどの見切面４ａにある空隙の外縁に沿って金型と同材質であるＳＫＤ６１材などからなる溶接棒などにより見切面４ａより突出した突条（凸条、ダム）を溶接して形成する。これにより、下型４の見切面４ａで中央に位置する中間部用キャビティ１７を除く端部用キャビティ１６，１６及び湯道２１，２２などの溶金流入部１５の周縁にそって溶接によって溶金流入部１５を囲むように凸条を形成する。
【００４３】
その後、水平に設定された切削工具により、見切面４ａから所望の段差になるべく、Ｂゾーンに位置する凸条を見切面４ａと並行（水平）に見切面４ａとの段差ｔ１が０．３ｍｍとなるように平滑に切削する。これにより段差ｔ１が０．３ｍｍの第１ステップ３０Ｂが形成される。
【００４４】
ついで、同様にして第２ステップ３０Ｃ、第３ステップ３０Ｄ、第４ステップ３０Ｅ、第５ステップ３０Ｆを順次形成する。いずれの段差ｔ２〜ｔ５も０．３ｍｍに設定する。これらの各ステップＡ〜Ｆの表面は、実質的に水平でよいので、この肉盛り部３０（３０Ｂ〜３０Ｆ）の形成工程は、切削工具または金型を上下及び水平方向に調整するだけでよいので寸法精度を合わせて各段差を形成することができる。
【００４５】
これにより、肉盛り部３０は、図４及び図５に示すように、中央から周縁に向けて累進的に肉盛り部の段差ｔ１〜ｔ５が０．３ｍｍ単位で増加された階段状に形成することができる。
【００４６】
つぎにこのように形成された金型２の作用について説明する。
【００４７】
このような金型２をセットし、金型２を加熱すると、温度が上昇して、図６に示すように中央部が膨張して見切面３ａ，４ａが反り、外周円に向けて見切面３ａと見切面４ａとの間の間隔ｄが増大するが、本発明の実施の形態においては、この間隔ｄに応じて、見切面４ａに形成された溶金流入部１５の周囲を囲むように累進的なステップ状に肉盛り部３０（３０Ｂ〜３０Ｆ）が形成されている。
【００４８】
この肉盛り部３０の段差面は、切削により平滑化され、かつ、肉盛り部３０の段差が０．３ｍｍであるので、肉盛り部３０と見切面３ａとの最大間隙が０．３ｍｍ以内に抑えられるので、隙間からの溶金が漏出することがない。
【００４９】
これに対して、肉盛り部３０が平滑で無い場合には、肉盛り部３０の段差を０．３ｍｍに抑えても、肉盛り部３０の微小な凹凸により、肉盛り部３０と見切面３ａとの最大隙間が０．３ｍｍを超える場合があるので、肉盛り部３０から溶金が漏出することがある。
【００５０】
湯口２０から重量によって供給されたアルミニウム合金の溶湯は、湯道２１、２２、セラミックス製フィルタ２３、押湯部２４を経て左右の端部用キャビティ１６，１６に供給される。このようにして、湯口部２０から重力で供給されたアルミニウム合金の溶湯が、溶金流入部１５に供給される。
【００５１】
このとき、金型２は熱せられて見切面３ａ、４ａが反っているが、溶金流入部１５の周囲の見切面３ａ，４ａにはこの反りに応じて階段状の肉盛り部３０（３０Ｂ〜３０Ｆ）が形成されていることにより、（湯道などを含む）溶金流入部１５から溶金が漏れ出すことがない。
【００５２】
また、供給された溶金は、フィルタ２３を通過することにより不純物の除去と溶湯の流れの層流化とが行われ、押湯部２４を経由することにより端部用キャビティ１６へ供給される。端部用キャビティ１６，１６に供給された溶湯は端部用キャビティ１６、１６を満たすとともに更に中間部用キャビティ１７及び控え押湯部２５にも充填される。
【００５３】
通常、容量の小さな中間部用キャビティ１７を充填するための少量の溶湯は放熱しやすいものであるが、このように容量が大きく高い温度レベルに維持された先端部用キャビティ１６，１６を経由して溶湯を供給するので、放熱を抑制しながら少量の溶湯を供給することができ、中間部用キャビティ１７に供給する溶湯温度の低下が軽減できる。
【００５４】
溶湯の供給に伴って発生するガスは、見切面３ａ，４ａの全面に亘って略均一に形成される段差部の隙間を通じて金型２から外部に排出することができる。
【００５５】
溶湯が供給された後、鋳型を冷却すると、キャビティ１６，１７内で溶湯が凝固する。この凝固に伴って生じる凝固収縮は、押湯部２４及び控え押湯部２５の作用により溶湯が補充されて鋳物製品にひけを生じることが防止される。
【００５６】
各溶金が凝固後にこれを脱型することにより、所定形状の鋳物成形品を得ることができる。
【００５７】
このような金型２を用いれば、大型の型締め装置で強く押圧せずとも、重力で湯口２０から供給される溶湯が、鋳造に伴う金型２の熱変形に起因して漏れ出すことがなく、比較的簡単な鋳造装置により大型かつ薄肉の鋳物を鋳造することが可能である。
【００５８】
また、以上説明した実施の形態においては、下型４の分割面４ａ上のみに肉盛り部３０を設置したが、必要に応じてばりの発生した表面部分全体に肉盛りを行うこととしてもよく、また、上型３の分割面３ａと下型４の分割面４ａとの双方にそれぞれ厚さの小さな肉盛り部３０を形成し、両者が衝合されることにより同様に機能させることとしてもよい。
【００５９】
さらに、本願発明は、重力鋳造法に限らず，低圧鋳造法等のように低圧の溶湯を溶金流入部１５に供給するものであっても概ね同様に適用することができる。
【００６０】
【変形例】
以下、発明の実施の形態の変形例について、図面に基づいて説明するが、発明の実施の形態と略均等な部位部材については詳細な説明を省略する。
【００６１】
図３に示す下型４において、見切面４ａをＡ〜Ｆの各ゾーンに分ける。Ｆゾーンに位置する見切面を符号４ａＦと表すと、その見切面４ａＦはそのままにして、Ｅゾーンに位置する金型を見切面４ａＦの面に平行に深さ０．３ｍｍ切削（研削を含む）する。これにより、Ｅゾーンに位置する見切面４ａＥを形成し、ついで、Ｄゾーンに位置する見切面４ａを見切面４ａＥと並行に深さ０．３ｍｍ切削して同様にして見切面４ａＤを形成する。ついで、同様にして、見切面４ａの各段差が０．３ｍｍとなるように中央に向かって各ゾーンＡ〜Ｆを切削する。
【００６２】
これにより、上型３と下型４との間に形成される見切面３ａ，４ａと、見切面３ａ，４ａに形成された空隙状の溶金の流路または溶金が充填されるキャビティを含む溶金流入部１５を備え、見切面３ａ、４ａの少なくとも一方は、中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されている永久鋳型を形成することができる。その他の構成は、発明の詳細の説明と略同一乃至は均等である。
【００６３】
このような永久鋳型１を用いれば、見切面の中央部から外周方向に向けて段差が累進的に高くなる階段状に形成されていることにより、互いの見切面の間隙寸法が所要値以下となるような段差を備えた永久鋳型が切削などにより簡易に形成することができる。
【００６４】
このような永久鋳型１が大型の薄物鋳物成形品を大量生産する場合に適していることは、発明の実施の形態と略同一乃至は均等であるので詳細な説明は省略する。
【００６５】
なお、この変形例では、予め中央部の切削しろに該当するだけ、金型の成形面を深めに設計しておくのがよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従えば、大型の薄物鋳物成形品を大量生産する場合に適した永久鋳型を簡易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造装置の正面図である。
【図２】本発明に係る鋳造装置の側面図である。
【図３】本発明に係る下型の上面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線で切断した場合の部分断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ線で切断した場合の部分断面図である。
【図６】本発明に係る金型が熱変形した場合を図３のＸ−Ｘ断面で表して説明する模式図である。
【符号の説明】
１：鋳造装置
２：金型（永久鋳型）
３：上型
３ａ：（上型の）見切面
３ｂ：（上型の）製品成形部
４：下型
４ａ：（下型の）見切面
４ｂ：（下型の）製品成形部
６：可動プラテン
７：上型取付板
１１：支持板
１２：支持棒
１３：固定プラテン
１４：下型取付板
１５：溶金流入部
１６：端部用キャビティ
１７：中間部用キャビティ
２０：湯口
２１：湯道
２１ａ：分岐部
２２：湯道
２３：フィルタ
２４：押湯部
２５：控え押湯部
３０：肉盛り部（漏出防止部、突条）
３０Ｂ：第１ステップ
３０Ｃ：第２ステップ
３０Ｄ：第３ステップ
３０Ｅ：第４ステップ
３０Ｆ：第５ステップ
【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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