(57)【要約】  【課題】Ｖプロセス鋳型を用いて薄肉鋳物の鋳造する減圧造型の注湯方法とその方法により鋳造した鋳物を提供する。  【解決手段】  Ｖプロセスの注湯方法において、完成鋳型の下半割鋳型に湯口を形成し、上半割鋳型には湯口を形成しないことを特徴とする。また、鋳造の炉の上に配される前記完成鋳型の下半割鋳型の下面を平面とすべく調整することを特徴とする。さらに、前記完成鋳型と前記鋳造の炉との間に完成鋳型の下半割鋳型の下面の形状を平面にするための緩衝手段を設けて配置し注湯することを特徴とする。  【選択図】図１
2005313189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、
該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、
該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、
ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、
該半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを画成すると共に完成鋳型を形成する工程と、
該鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、
しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する減圧鋳型造型の注湯方法において、
前記完成鋳型の下半割鋳型に湯口を形成し、上半割鋳型には湯口を形成しないことを特徴とする減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項２】
鋳造の炉の上に配される前記完成鋳型の下半割鋳型の下面を平面とすべく調整することを特徴とする請求項１に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項３】
前記完成鋳型と前記鋳造の炉との間に完成鋳型の下半割鋳型の下面の形状を平面にするための緩衝手段を設けて配置し注湯することを特徴とする請求項１に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項４】
前記完成鋳型を鋳造の炉の上方に配置するのに際して、前記完成鋳型と前記鋳造の炉との間に断熱手段を設けて配置し注湯することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項５】
前記断熱手段が、下ダイプレートを含むことを特徴とする請求項４に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項６】
前記断熱手段が、下ダイプレートに設けた冷却手段をも兼ねていることを特徴とする請求項４に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項７】
前記断熱手段が、下ダイプレートと、砂型と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項８】
前記断熱手段が、下ダイプレートと、自硬性砂型と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項９】
前記断熱手段を構成する砂型が、下部を1本のストークと連通すると共に上部を複数本の湯口に連結することを特徴とする請求項４に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項１０】
前記注湯方法が低圧鋳造方法であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項１１】
前記注湯方法が差圧鋳造方法であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項１２】
前記注湯方法において鋳造キャビティ内に注湯する際、注湯速度の制御を行うことを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の減圧鋳型造型の注湯方法により鋳造した鋳物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物を鋳造するため、特に薄肉鋳物を鋳造するための減圧鋳型造型の注湯方法及び鋳物に関する。ここで、減圧鋳型造型（以下、「Ｖプロセス」という）とは、原形模型板の表面に遮蔽部材を密着する遮蔽部材密着工程と、該密着した遮蔽部材上に造型枠体を載置すると共に該造型枠体内に粘結剤を含まない充填材を充填する工程と、該充填材の上面を密閉して造型枠体内を負圧にし、もって前記遮蔽部材を充填材側に吸着して遮蔽部材を成形する工程と、ついで前記原形模型板を遮蔽部材から離型して造型面を有する半割鋳型を造型する工程と、該半割鋳型と同様にして造型したもう一つの半割鋳型と型合せして鋳造キャビティを形成する工程と、該鋳造キャビティ内に溶融金属を注入する工程と、しかる後前記造型枠体内の負圧状態を解除して鋳物を取り出す工程と、を有する鋳型造型・注湯プロセスをいう。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｖプロセスは広く用いられている（特許文献１参照）。しかしながら、その適用範囲としてはピアノフレームやカウンタウエイトなどの肉厚鋳物が多く、たとえば、肉厚３ｍｍ程度以下の薄肉を鋳造する鋳型としては用いられていなかった。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５４−１１８２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みて成されたもので、Ｖプロセス鋳型を用いて薄肉鋳物を鋳造する減圧鋳型造型の注湯方法とその方法により鋳造した鋳物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】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明における減圧鋳型造型の注湯方法は、Ｖプロセスの注湯方法において、完成鋳型の下半割鋳型に湯口を形成し、上半割鋳型には湯口を形成しないことを特徴とする。
また、鋳造の炉の上に配される前記完成鋳型の下半割鋳型の下面を平面とすべく調整することを特徴とする。
さらに、前記完成鋳型と前記鋳造の炉との間に完成鋳型の下半割鋳型の下面の形状を平面にするための緩衝手段を設けて配置し注湯することを特徴とする。
【０００６】
また、上記の目的を達成するために本発明における減圧鋳型造型の注湯方法は、前記完成鋳型を鋳造の炉の上方に配置するのに際して、前記完成鋳型と前記鋳造の炉との間に断熱手段を設けて配置し注湯することを特徴とする。
さらに、前記断熱手段を構成する砂型が、下部を1本のストークと連通すると共に上部を複数本の湯口に連結することを特徴とする。
【０００７】
また、上記の目的を達成するために本発明における減圧鋳型造型の注湯方法は、前記注湯方法が低圧鋳造方法或いは差圧鋳造方法であることを特徴とする。
さらに、前記注湯方法において鋳造キャビティ内に注湯する際、注湯速度の制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ｖプロセスの注湯方法において、完成鋳型の下半割鋳型に湯口を形成し、上半割鋳型には湯口を形成しないことにより、下注ぎの鋳造が可能になり溶湯の流れが層流となり、重力鋳造方法やダイカストと比較して溶湯への空気やノロなどの巻き込みが少なくなる。また、揚がりや押湯を設ける必要がないため、捨て湯部は必要最小限とすることができる。これにより、製品歩留まりが向上するという利点がある。
さらに、本発明は、通常のＶプロセス鋳型の特徴は保持しているため、解枠性に優れ、薄肉鋳物の取り出しが簡単になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明は、Ｖプロセスの造型工程を用いて造型された完成鋳型を鋳造の炉の上方に配置し注湯することを特徴とする。
即ち、Ｖプロセスの注湯方法において、下半割鋳型に湯口を形成し、上半割鋳型には湯口を形成しない完成鋳型を鋳造の炉の上方に配置し、完成鋳型と前記鋳造の炉との間に断熱手段を設けて注湯することを特徴とする。また、前記完成鋳型の下半割鋳型の下面を平面とすべく調整することを特徴とする。
ここで、上半割鋳型に湯口を形成しないとは、従来のＶプロセスの注湯方法である重力鋳造方法ではなく、注湯方法として低圧鋳造方法或いは差圧鋳造方法を用いるため、完成鋳型の下面から注湯を行うためである。したがって、完成鋳型は鋳造の炉の上方に位置することになる。
また、断熱手段とは、鋳造の炉内にある溶湯の熱によりＶプロセス鋳型の遮蔽部材であるフィルムが溶けてしまうのを防止するための手段で、下半割鋳型を載置する下ダイプレートと下半割鋳型の間に断熱材を設けることにより実施される。さらに、下ダイプレート内に部分的に挿入された形で設けることも可能である。なお、この断熱手段に用いる断熱材の材質は、陶器、セラミックス、石膏、砂型、自硬性砂型など溶湯の温度に耐えうる材質であればよい。
さらに、下半割鋳型の下面を平面とすべく調整するとは、下半割鋳型の下面が平面でない場合、下半割鋳型と断熱材や下ダイプレートとの間に隙間が生じ、注湯の際に湯漏れが発生する可能性があるため、下半割鋳型と断熱材や下ダイプレートとの間に下半割鋳型の下面の形状を平面にするための緩衝手段を設けたり、充填材を平らにするために機械的手段（振動やスクレーパー）を作用させることである。この緩衝手段の材質は、下半割鋳型の下面の形状になじむような軟質の材質であり、ガラスウール、砂など溶湯の温度に耐えうる材質であればよい。また、複合材料でもよい。
【実施例１】
【００１０】
以下、図面に基づき実施例を説明する。
図１は、実施例に用いた減圧鋳型造型装置の概略模式図である。図１に示すように、本減圧鋳型造型装置は、溶湯を保持した保持炉１と、保持炉１の上面に載置された下ダイプレート２と、下ダイプレート２の上面に載置された前記断熱手段である断熱材３と、断熱材３の上面に載置された鋳枠４，４と、鋳枠４，４内にＶプロセスの造型工程を用いて造型された上下の半割鋳型５ａ，５ｂと、上半割鋳型５ａの上面に載置された上ベース６と、前記保持炉１の上面の四隅から立設された４本のロッド７，７と、で構成している。
前記保持炉１には炉内に圧縮空気を導入するための圧縮空気導入管８が取り付けられている。また、前記上下の半割鋳型５ａ，５ｂの内部には型合せをすることにより鋳造キャビティ９が画成されている。
さらに、前記下ダイプレート２には保持炉１内の溶湯を鋳造キャビティ９内に導入するためのストーク１０が取り付けられている。また、前記断熱材３には、下半割鋳型５ｂ下面の湯口に対応し、ストーク１０と連通した位置に溶湯の導入路となる孔が明けられている。
【００１１】
次に、実施例に用いた減圧鋳型造型装置の作用について説明する。図１において、上下の半割鋳型５ａ，５ｂの内部を、鋳枠４，４、吸引パイプ１１，１１を介して減圧装置１２により減圧した。
該上下の半割鋳型５ａ，５ｂを断熱材３の上に載置し、上ベース６を上半割鋳型５ａの上面に載置した。次に、上ベース６及び下ダイプレート２にて断熱材３と上下の半割鋳型５ａ，５ｂを挟み込みクランプした。その後、図示しない圧縮空気発生源から保持炉１内に圧縮空気導入管８を介して圧縮空気が導入され、溶湯の上面に圧力が加えられ、溶湯がストーク１０を上昇しながら、鋳造キャビティ９内に充填を行った。鋳造キャビティ９内の溶湯が凝固した後、圧縮空気の導入が止められ、保持炉１内の圧力を大気圧に戻すに従い、湯口やストーク１０内の余分な溶湯が保持炉１内に戻され注湯を終了した。
なお、本実施例の減圧鋳型造型装置は、鋳型の直下に保持炉が設置されているため、装置の設置スペースを最小限に押さえることができる。また、本実施例では、押湯、揚がりが使用されていないが、必要に応じ設けることができることはいうまでもない。
さらに、本実施例では、圧縮空気の導入により溶湯を供給しているが、電磁ポンプ等、他の方法により溶湯を供給してもよいことはいうまでもない。
【００１２】
次に、本実施例の減圧鋳型造型装置を用いて行った注湯テストについて説明する。
注湯テストは、前記鋳造キャビティ９へアルミニウム溶湯を注湯し、鋳造キャビティ９内に溶湯が充填された長さである全長と健全に充填された健全部の長さを測定した。
図２は、注湯テストにおける前記保持炉１内に加圧する圧縮空気の圧力条件を示したものである。最終到達設定圧力は０．０３、０．０６ＭＰａであり、昇圧速度は０．０１、０．０２ＭＰａ／ｓである。
【００１３】
図３は、鋳造キャビティ９の厚さが３ｍｍの場合の鋳造キャビティ９内に溶湯が充填された長さである全長と健全に充填された健全部の長さの測定結果である。保持炉１内に加圧する圧縮空気の昇圧速度を０．０１ＭＰａ／ｓとし、最終到達設定圧力を０．０３ＭＰａとした。比較例として、従来のＶプロセスの造型工程を用いて造型された鋳型に重力鋳込みを行った重力鋳造の結果を合わせて示す。
図３より、本実施例の減圧鋳型造型装置を用いた場合の方が、全長及び健全部の長さとも比較例より長い数値を示した。
【００１４】
図４は、鋳造キャビティ９の厚さが３ｍｍの場合で、保持炉１内に加圧する圧縮空気の昇圧速度を変化させたときの鋳造キャビティ９内に溶湯が充填された長さである全長と健全に充填された健全部の長さの測定結果である。保持炉１内に加圧する圧縮空気の最終到達設定圧力を０．０３ＭＰａとし、昇圧速度を０．００５、０．０１、０．０２ＭＰａ／ｓとした。
図４より、全長及び健全部の長さとも昇圧速度が高くなるほど長さが長くなる傾向であるが、昇圧速度が０．０１ＭＰａ／ｓ以上になると長さの変化は鈍くなることがわかる。本テストの結果では、昇圧速度を０．０１ＭＰａ／ｓとするのが良いと考える。
【００１５】
次に、図５は、造型した鋳物の表面粗さの測定結果である。比較例として、従来のＶプロセスの造型工程を用いて造型された鋳型に重力鋳込みを行った重力鋳造にて造型した鋳物の結果を合わせて示す。表面粗さを測定した場所は、図１において湯道から鋳造キャビティ９に溶湯が流れ込む部分である。
図５より、本実施例の減圧鋳型造型装置を用い、保持炉１内に加圧する圧縮空気の最終到達設定圧力を０．０３ＭＰａにした場合は、比較例である重力鋳造の場合と差がなかった。それに対し、保持炉１内に加圧する圧縮空気の最終到達設定圧力を０．０６ＭＰａにした場合は、表面粗さの数値が高くなり、表面粗さが荒くなった。これは、溶湯圧力が高くなったことにより鋳型に溶湯が差し込んでいるためと考えられる。
【００１６】
次に、図６は、本実施例における溶湯注湯時の圧力制御の例を示す。
図６に示すように、上下の半割鋳型５ａ，５ｂを型合わせすることにより鋳造キャビティ９が画成される。保持炉１内の溶湯の上面を加圧することにより溶湯はストーク１０を上昇して、鋳造キャビティ９内に注湯される。なお、図６右のグラフにおいて、保持炉１内の溶湯上面に圧縮空気により加圧を開始する時点を０とする。
保持炉１内に加圧する圧縮空気の設定圧力Ｐと溶湯の到達高さｈは、
式  Ｐ＝ρｂｈ
で決まる。
したがって、図６に示すように、溶湯が湯口から鋳造キャビティ９内に流れ込む位置ｈ１に至るまでは、急激に溶湯高さが変化するため、保持炉１内に加圧する圧縮空気の設定圧力Ｐの昇圧速度を速くする必要がある。次に、鋳造キャビティ９の平面部分に注湯を行う部分であるｈ１からｈ２については、保持炉１内に加圧する圧縮空気の設定圧力Ｐの昇圧速度を遅くする必要がある。なぜなら、ｈ１からｈ２の部分は鋳物製品となる部分であるため、溶湯の流れが乱流になることにより遮蔽部材であるフィルムの一部分に溶湯が集中して接触し、このためフィルムの部分的な焼け落ちによる型落ちが発生する危険がある。また、溶湯の流れが乱流になることによるガスの巻き込みも発生しやすくなる。などの不具合を防ぐためである。
また、ｈ２からｈ３の部分は前記ｈ１までの場合と同じように急激に溶湯高さが変化するため、保持炉１内に加圧する圧縮空気の設定圧力Ｐの昇圧速度を速くする必要がある。
【実施例２】
【００１７】
次に、図７に基づき本発明を用いた別の実施例を説明する。
図７は、別の実施例に用いた減圧鋳型造型装置の概略模式図である。図６に示すように、本減圧鋳型造型装置は、溶湯を保持した保持炉２１と、保持炉２１の側方に立設された支柱２２，２２と、支柱２２，２２の上端間に架設された下ダイプレート２３と、下ダイプレート２３の上面に載置された鋳枠２４，２４と、鋳枠２４，２４内にＶプロセスの造型工程を用いて造型された上下の半割鋳型２５ａ，２５ｂと、上半割鋳型２５ａの上面に載置された上ベース２６と、前記下ダイプレート２３の上面の四隅から立設された４本のロッド２７，２７と、下ダイプレート２３の下面にある溶湯導入口２８と前記保持炉２１とを連通するパイプ２９と、で構成している。
前記保持炉２１には炉内に圧縮空気を導入するための圧縮空気導入管３０が取り付けられている。また、前記上下の半割鋳型２５ａ，２５ｂの内部には型合せをすることにより鋳造キャビティ３１が画成されている。
さらに、前記下ダイプレート２３には保持炉２１内の溶湯を鋳造キャビティ３１内に導入するためのパイプ２９に連通したストーク３２が取り付けられている。また、下ダイプレート２３の下面には、下半割鋳型２５ｂの湯口に対応し、パイプ２９と連通した位置に溶湯の導入路となる孔が明けられており、その孔の周囲には前記断熱手段である断熱材３３が設けられている。
【００１８】
次に、実施例に用いた減圧鋳型造型装置の作用について説明する。図７において、上下の半割鋳型２５ａ，２５ｂの内部を、鋳枠２４，２４、吸引パイプ３４，３４を介して減圧装置３５により減圧した。
該上下の半割鋳型２５ａ，２５ｂを下ダイプレート２３の上に載置し、上ベース２６を上半割鋳型２５ａの上面に載置した。次に、上ベース２６及び下ダイプレート２３にて上下の半割鋳型２５ａ，２５ｂを挟み込みクランプした。その後、図示しない圧縮空気発生源から保持炉２１内に圧縮空気導入管３０を介して圧縮空気が導入され、溶湯の上面に圧力が加えられ、溶湯がストーク３２及びパイプ２９を上昇しながら、鋳造キャビティ３１内に充填を行った。鋳造キャビティ３１内の溶湯が凝固した後、圧縮空気の導入が止められ、保持炉２１内の圧力を大気圧に戻すに従い、湯口やパイプ２９及びストーク３２内の余分な溶湯が保持炉２１内に戻され注湯を終了した。
なお、本実施例の減圧鋳型造型装置は、保持炉上に鋳型がないため、溶湯の補給が容易であり、また、溶湯上面のノロや酸化物などの残滓が取り除きやすいなどの利点がある。
また、本実施例では、押湯、揚がりが使用されていないが、必要に応じ設けることができることはいうまでもない。
さらに、本実施例では、圧縮空気の導入により溶湯を供給しているが、電磁ポンプ等、他の方法により溶湯を供給してもよいことはいうまでもない。
【００１９】
図８に示すように、上下の半割鋳型４１ａ，４１ｂが載置された下ダイプレート４２の下方まで１本のパイプ４３により溶湯を供給し、下半割鋳型４１ｂに面するパイプ４３の一端に、複数の溶湯供給路を内部に形成した砂型４４を取り付けた。この砂型４４の使用により、鋳型に設けられた複数の湯口に同時に溶湯を供給することが可能となった。このため、複雑形状の鋳物への対応や、多数個込めの鋳物への対応も容易となった。なお、鋳造方案変更による湯口位置の変更に対しては、湯口位置に対応した溶湯供給路を形成した砂型４４を造型すればよい。このように、砂型を使用することで湯口位置の変更への対応が容易にできる。また、本図では、砂型４４はパイプ４３に接続されているが、砂型４４の接続先はストークでもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、大物薄肉鋳物、例えば大物家電、大型テレビ等のフレーム、自動車フレーム、機械装置フレームなどの鋳造品に好適である。なお、材質については問わない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例の断面概略図を示す。
【図２】本発明の実施例における注湯テストの圧力条件を示す。
【図３】本発明の実施例における注湯テストの流動長の結果を示す。
【図４】本発明の実施例における注湯テストの流動長の別の結果を示す。
【図５】本発明の実施例における注湯テストの表面粗さの結果を示す。
【図６】本発明の実施例における注湯テストの圧力制御の例を示す。
【図７】本発明の別の実施例の断面概略図を示す。
【図８】本発明の実施例における注湯治具を示す。
【符号の説明】
【００２２】
１  保持炉
２  下ダイプレート
３  断熱材
４  鋳枠
５ａ  上半割鋳型
５ｂ  下半割鋳型
９  鋳造キャビティ
１０  ストーク
２１  保持炉
２３  下ダイプレート
２４  鋳枠
２５ａ  上半割鋳型
２５ｂ  下半割鋳型
３１  鋳造キャビティ
３２  ストーク
３３  断熱材
４１ａ  上半割鋳型
４１ｂ  下半割鋳型
４２  下ダイプレート
４４  砂型
【図２】
2005313189.tif 000003
【図５】
2005313189.tif 000004
【図８】
2005313189.tif 000005
【図１】
2005313189.tif 000006
【図３】
2005313189.tif 000007
【図４】
2005313189.tif 000008
【図６】
2005313189.tif 000009
【図７】
2005313189.tif 000010