(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を生砂を使用した砂型で鋳造して、微細な鋳造組織を得ることができ、これにより、生産性を著しく改善することができるアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び後面にキャビティ１４を有する単位砂型を作成し、ライン上の複数の単位砂型をその前面及び後面間にスペーサ８ａ〜８ｄを設けて１．０乃至１．５ｍｍの間隔をおいて連結し、連結砂型を得る。この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯をキャビティ１４内に注入する。注入後の連結砂型を１又は複数個の単位砂型毎にその単位砂型の中間で切断して水中に浸漬して冷却する。その後、砂型を解体して砂型解体後の砂を乾燥した後、造型チャンバに供給して再利用に供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び／又は後面にキャビティを有する単位砂型を作成する工程と、ライン上の複数の単位砂型をその前面及び後面でスペーサを介して適長間隔をおいて連結することにより連結砂型とする工程と、この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を前記キャビティ内に注入する工程と、注入後の前記連結砂型を１又は複数個の単位砂型毎にその単位砂型の中間で切断して水又は液体冷媒中に浸漬する工程と、前記砂型を解体する工程と、を有することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法。
【請求項２】
鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び／又は後面にキャビティを有する単位砂型を作成する工程と、ライン上の複数の単位砂型を前記キャビティ内に単位鋳型の重ね面の外縁にまで達する大きさの中子を装入した後その前面及び後面で重ねて連結することにより連結砂型とする工程と、この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を前記キャビティ内に注入する工程と、注入後の前記連結砂型を１又は複数個の単位砂型毎にその単位砂型の中間で切断して水又は液体冷媒中に浸漬する工程と、前記砂型を解体する工程と、を有することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法。
【請求項３】
鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び／又は後面にキャビティを有する単位砂型を作成する工程と、ライン上の複数の単位砂型を前記キャビティ内に中子を装入した後その前面及び後面で重ねて連結することにより連結砂型とする工程と、この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を前記キャビティ内に注入する工程と、前記連結砂型の重ね面に設けた注水口から冷却水をキャビティ内に注入して鋳物を強制冷却する工程と、前記砂型を解体する工程と、を有することを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用アルミホイール等のアルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物の鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所謂アルミホイール等のアルミニウム又はアルミニウム合金製の鋳物は、金型鋳造法等の金型を使用する鋳造方法により製造されている。一方、鋳鉄の場合は、生砂により造型された鋳型（砂型）を使用した鋳造方法も採用されている。これは、鋳鉄の場合には、冷却速度が遅くても、鋳物品質上、問題がなく、また、鋳鉄の場合には、溶湯温度が高いため、金型を使用しにくいという事情があるためである。
【０００３】
このような背景技術のもとで、生砂鋳型を使用し、その冷却速度を考慮した鋳造方法が提案されている（特許文献１：特開２００２−３０７１５８）。この特許文献１には、循環鋳物砂の使用量を少なくできると共に冷却時間を鋳物ごとに調節できることを目的として、生砂鋳型へ溶湯を鋳込んだ後、鋳物の温度が固相線温度より低くなるまで１次冷却をし、その後、生砂鋳型の熱影響を受けていない部分を崩壊させて分離除去し、熱影響を受けた残り砂に包まれた状態の鋳物をそれぞれの鋳物の属性に応じた時間、２次冷却する鋳物の冷却方法が記載されている。なお、この特許文献１には鋳物の材質は記載されていない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０７１５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アルミニウム又はアルミニウム合金の高強度及び高靭性の鋳物を生砂を使用した鋳型で鋳造する方法は、従来、行われておらず、また、特許文献１にもそのような方法は開示されていない。これは、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を鋳込む場合、固相線近傍の冷却速度が十分速くないと、微細な鋳造組織が得られず、鋳造後の鋳物の品質が低いものとなってしまうためである。即ち、従来の高強度及び高靭性のアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物は、必要な冷却速度を確保するために、金型鋳造法等の金型を使用した方法が採用されている。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を生砂を使用した砂型で鋳造して、微細な鋳造組織を得ることができ、これにより、生産性を著しく改善することができるアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法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】
本願第１発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法は、鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び／又は後面にキャビティを有する単位砂型を作成する工程と、ライン上の複数の単位砂型をその前面及び後面でスペーサを介して適長間隔をおいて連結することにより連結砂型とする工程と、この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を前記キャビティ内に注入する工程と、注入後の前記連結砂型を１又は複数個の単位砂型毎にその単位砂型の中間で切断して水又は液体冷媒中に浸漬する工程と、前記砂型を解体する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本願第２発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法は、鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び／又は後面にキャビティを有する単位砂型を作成する工程と、ライン上の複数の単位砂型を前記キャビティ内に単位鋳型の重ね面の外縁にまで達する大きさの中子を装入した後その前面及び後面で重ねて連結することにより連結砂型とする工程と、この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を前記キャビティ内に注入する工程と、注入後の前記連結砂型を１又は複数個の単位砂型毎にその単位砂型の中間で切断して水又は液体冷媒中に浸漬する工程と、前記砂型を解体する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本願第３発明に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法は、鋳造ラインの造型チャンバ内でライン方向の前面及び／又は後面にキャビティを有する単位砂型を作成する工程と、ライン上の複数の単位砂型を前記キャビティ内に中子を装入した後その前面及び後面で重ねて連結することにより連結砂型とする工程と、この重ね面に設けた注湯口からアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を前記キャビティ内に注入する工程と、前記連結砂型の重ね面に設けた注水口から冷却水をキャビティ内に注入して鋳物を強制冷却する工程と、前記砂型を解体する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を砂型に鋳込んだ後、スペーサにより砂型間に間隔をおいた状態で砂型と共に水又は液体冷媒中へ浸漬して冷却するか、又は溶湯の熱により中子が崩壊して冷却水が侵入しやすいようにして、砂型と共に水又は液体冷媒中へ浸漬して冷却するか、又は溶湯を砂型に鋳込んだ後、冷却水を中子が占めていた部分に供給して鋳物製品を直接冷却するので、鋳物を極めて高速で急冷することができる。このため、金型鋳造法で鋳造した場合と同様に、鋳物の組織は微細になり、高強度のアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物を得ることができる。また、この砂型を使用した鋳造方法は、ライン速度を律速しているのは、砂型の造型工程であるが、砂型の造型作業は比較的短く、また、複数のラインで造型することも可能であるので、砂型は順次十分な速度で供給することができる。これに対し、金型鋳造法の場合は、溶湯の注入工程、冷却工程、鋳型開き工程が一つの鋳造機で順次行われ、一つの鋳物の鋳造が終了しないと、次順の鋳造工程に入ることはできない。このため、金型鋳造法の場合は、生産性が極めて低いが、本発明のように、砂型を使用することにより、生産性が著しく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法を示すフローチャート図、図２は造型工程を示す縦断面図、図３は単位鋳型の連結工程を示す斜視図、図４は同じくその縦断面図、図５はその５−５線による横断面図、図６は冷却工程を示す模式的断面図、図７は砂型ばらし工程を示す模式的斜視図である。
【００１２】
図２及び図３に示すように、造型及び溶湯注入工程は、同一のライン上で行われる。即ち、先ず、造型チャンバ１内で生砂を使用して鋳型（以下、砂型という）が製造される。この造型チャンバ１においては、その一方の側面に、鋳物製品の半割り状の形状を有する鋳物形状部分３が設けられた金型２がチャンバ１の上方に設けられた水平回転軸４により回転可能に支持されている。そして、造型チャンバ１の他方の側面には、同様に、鋳物製品の半割り状の形状を有する鋳物形状部分５が設けられた金型６が油圧シリンダのピストン７に固定されている。これにより、金型６はピストン７の進出により金型２との間で、それらの間の砂を押圧し、造型するようになっている。なお、造型チャンバ１には、その上面から砂が供給されるが、この砂は、後述する砂処理後の砂であり、砂型用の砂は循環使用される。
【００１３】
造型後、金型２が回転軸４を中心として上方に回動し、造型後の砂型１０（以下、単位砂型ともいう）が油圧シリンダの駆動により、ピストン７に押されて、前方のコンベア（ＰＭＣ：プレシジョンモードコンベア（商品名））１１上に押し出される。コンベア１１は、金型２と金型６とが対向する方向に延びており、造型チャンバ１内で造型された砂型１０がピストン７により押されてコンベア１１上に移載され、そのままコンベア１１の駆動により、造型チャンバ１から離隔する方向に移動する。
【００１４】
その後、単位砂型１０の前方及び後方の側面に形成された凹部（キャビティ１４の一部）には、中子１２が嵌入される。また、スペーサ８ａ〜８ｄは、単位鋳型１０の前面及び後面におけるキャビティ１４を取り囲む４等配の位置に配置され、単位砂型１０の前面及び後面に一部食い込むようにして設けられている。そして、中子１２をキャビティ１４の空間に配置すると共に、コンベア１１上の前方の単位砂型１０と後方の単位砂型１０とを夫々その後方側面及び前方側面で合わせると、スペーサ８ａ〜８ｄが前記後方側面及び前方側面に食い込んで、連結砂型１８が構成される。
【００１５】
これにより、単位砂型１０間の合わせ部に、鋳込み空間であるキャビティ１４が形成され、更に中子１２がキャビティ１４内に配置されると共に、ライン上の複数の単位砂型１０は、その前面及び後面で、スペーサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを介して、単位砂型１０間に１．０ｍｍ乃至１．５ｍｍの間隔をおいて連結される。なお、この重ね合わせ時に、キャビティ１４の下部に、溶湯注入用の注入口１３が形成される。この単位砂型１０の溶湯入口１３と、キャビティ１４との間は、湯口１９により連通しており、この溶湯入口１３から湯口１９を介してキャビティ１４内にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を注入することができる。なお、スペーサ８ａ〜８ｄは、中子１２をキャビティ１４内に設置するときに、同時に、単位砂型の前面及び後面に固定することができる。
【００１６】
その後、図３に示すように、溶解炉２０内で溶解されたアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯２２が加圧式注湯機２１に供給され、溶湯２２はこの加圧式注湯機２１から湯口２２を介して単位砂型１０間の注湯口１３に加圧供給され、この注湯口１３を介してキャビティ１４内に注入される。
【００１７】
その後、連結砂型１８は、複数個（図示例は３個）の単位砂型１０について、砂型カッター１７により切断される。即ち、図示例の場合は、一つの単位砂型１０の略中間部を連結方向に垂直に切断し、２つの単位砂型１０をおいて、３つ目の単位砂型１０の略中間部を同様に切断する。これにより、図４に示すように、造型チャンバ１から送り出されてきた後連結された連結砂型１８が、３個の単位砂型に相当する長さの連結砂型１８に分割される。その後、造型注入ライン（コンベア１１）から、冷却ラインのメッシュコンベア２３上に移載される。
【００１８】
次いで、図４に示すように、連結砂型１８を、水槽３０内の冷却水３１中に、リフターを使用して下降させ、水中に浸漬して冷却する。この水冷開始時の砂型内の溶湯の温度はアルミニウム又はアルミニウム合金の固相線の直上であることが好ましく、水冷により、急冷されて常温近傍まで降下する。
【００１９】
本実施形態においては、スペーサ８ａ〜８ｄにより、単位砂型１０間に隙間が設けられているので、冷却工程において、この隙間を介して水が単位砂型１０間に侵入し、鋳物を高効率で冷却することができる。このため、本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳物の冷却速度が速く、生砂を使用しても、微細な鋳造組織を高生産性で得ることができる。このとき、スペーサ８ａ〜８ｄにより、１．０乃至１．５ｍｍの間隙を形成するので、冷却時に冷却水がこの隙間に侵入するが、溶湯注入時には、この隙間から溶湯が漏れることはない。隙間が１．０ｍｍ未満であると、水が効率的に侵入しない。一方、隙間が１．５ｍｍを超えると、溶湯の漏洩が生じる。このため、スペーサ８ａ〜８ｄにより形成される単位砂型の前面と後面との間の隙間は、１．０乃至１．５ｍｍとする。
【００２０】
その後、リフターで連結砂型１８を水中から出し、次順の砂型ばらし工程に送る。砂型ばらし工程においては、単位砂型１０毎に、振動フィーダー４０上に供給され、偏心カム４１により振動する振動フィーダー４０上で砂型が解体され、砂型はばらばらになると同時に、鋳造後の鋳物３３が振動フィーダー４０上に回収される。
【００２１】
振動フィーダー４０によりバラバラにされた砂は、砂受け４２上に落下し、この砂受け４２上で、バーナー４３により加熱されて乾燥される。その後、砂は、冷却槽内で冷却された後、ベルトコンベア４５上に移載され、砂は、このベルトコンベア４５により、図２に示す造型チャンバ１に供給されて、再利用される。このようにして、造型に使用される砂は、循環使用される。
【００２２】
得られた鋳物３３は、ショットブラストにより表面が研磨され、自動車用アルミホイール等の製品に仕上げられる。
【００２３】
このように、本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯は生砂を使用した砂型（単位砂型１０）内に鋳込まれ、固相線温度直上の温度から砂型と共に水中に浸漬されて急冷され、しかもスペーサ８ａ〜８ｄにより冷却水がキャビティ１４内に侵入して、鋳物製品を直接冷却するから、鋳物製品は高速で急冷される。これにより、金型鋳造法により鋳造した場合と同様に微細な鋳造組織を得ることができ、高品質の鋳物を得ることができる。しかも、本実施形態においては、ライン速度は砂型の造型に律速されているが、１個の砂型１０の造型に要する時間は短く、また、複数ラインで砂型を造型することもできるので、単位時間あたりに製造できる鋳物の数は多く、生産性が高い。従って、従来のアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯の鋳造方法である金型鋳造法のように、溶湯を注入した後、冷却を待ち、その後、型開きして鋳物を取り出し、その後、鋳型を組み立てて、次順の溶湯を注入するというように、一連の造型、注入、冷却工程が終了した後、次の鋳造工程に入らねばならない場合に比して、本発明の方法は著しく生産性を向上させることができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法について説明する。図８は本実施形態において、単位砂型を連結した状態を示す斜視図、図９は同じくその縦断面図、図１０は同じくその１０−１０線による横断面図である。本第２実施形態は、第１実施形態に対し、スペーサ８ａ〜８ｄの代わりに、単位鋳型１０の重ね面の外縁にまで達する大きさの中子５０を使用した点が異なり、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、その部分の詳細な説明は省略する。
【００２５】
本実施形態においては、単位鋳型１０の重ね面の外縁にまで達する大きさの中子５０をキャビティ１４内に装入した後、ライン上の複数の単位砂型をその前面及び後面で重ねて連結することにより組み立てる。この中子５０は、乾燥砂と熱硬化性樹脂との混合物で成形されている。また、中子５０をキャビティ１４内に装入した状態で、図１０に示す縦断面図においては、キャビティ１４内に溶湯が注入可能な空間が存在し、図１１に示す横断面図においては、単位砂型１０の左側縁（外縁）まで達しており、図９に示すように、連結砂型の外面に中子５０が露出している。
【００２６】
本実施形態においては、溶湯を注入すると、キャビティ１４内の溶湯は中子５０が存在しない空間で凝固する。この際、砂型内の中子は、溶湯の熱により中子の樹脂部分が燃えて崩壊する。このため、冷却工程において、連結砂型が水槽中に浸漬された場合に、単位砂型１０間の中子５０が崩壊した部分から水が侵入し、鋳物が高効率で冷却される。よって、微細組織のアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物を高生産性で鋳造することができる。
【００２７】
次に、本発明の第３実施形態に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法について説明する。本第３実施形態は、第１実施形態のスペーサ８ａ〜８ｄを設けて水中に浸漬して冷却する代わりに、冷却水を中子の部分に供給して、鋳物製品を直接冷却するようにした点が第１実施形態と異なる。図１１は本実施形態における鋳造方法を示すフローチャート図、図１２は本実施形態における連結砂型を示す斜視図、図１３（ａ）は溶湯の注入口及びキャビティと、冷却水の注入口及び排出口を示す横断面図、図１３（ｂ）は冷却水の注入口及び排出口を示す縦断面図、図１４は配管を示す図である。
【００２８】
本実施形態においては、鋳型を切り出した後、連結砂型の重ね面に設けた注水口５１から冷却水をキャビティ内に注入して鋳物を強制冷却する。キャビティ１４内に中子５４が装入されており、キャビティ１４内の中子５４が存在しない空間に溶湯を注入する注入口１３と湯道１９が設けられている。また、単位砂型１０の重ね面には、冷却水の注入口５１と排出口５２とが夫々下部及び上部に設けられており、この注入口５１及び排出口５２は通路５３を介して、中子５４の側面につながっている。
【００２９】
この冷却水の注入口５１と、冷却水の貯留槽６４との間は、途中にフレキシブル部６１を有するパイプ６０により連結されている。このパイプ６０にはポンプ６２が設けられており、ポンプ６２により貯留槽６４内の冷却水が注入口５１に供給される。また、排出口５２には、排水パイプ６３が接続されており、排出口５２から排出された冷却水は排水パイプ６３を介して貯留槽６４内の冷却水中に返戻される。パイプ６３は全体的に水平方向に移動でき、パイプ６０はフレキシブル部６１を介して注入口５１に接続された部分が冷却水の貯留槽６４に対して水平方向に移動することができるようになっている。
【００３０】
本実施形態においては、溶湯の注湯後、パイプ６０を冷却水注入口５１に接続し、パイプ６３を冷却水排出口５２に接続する。その後、ポンプ６２により貯留槽６４内の冷却水を注入口５１に供給する。中子５４は溶湯注入時の熱により、樹脂が燃えて崩壊する。そこで、冷却水を注入口５１に供給することにより、冷却水は、それまで中子５４が存在していた部分を通過して排出口５２から排出される。この冷却水は、パイプ６３，６０を介して、循環供給される。そして、冷却水は砂型内を循環通流する間に、キャビティ内の鋳物を冷却する。
【００３１】
本実施形態においては、鋳物は冷却水により強制的に冷却される。よって、第１及び第２実施形態と異なり、溶湯注入後の砂型を冷却水中に浸漬して冷却する必要はない。本実施形態においても、鋳物は高冷却速度で冷却され、微細組織のアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアルミニウム又はアルミニウム合金鋳物の鋳造方法を示すフローチャート図である。
【図２】同じくその造型工程を示す縦断面図である。
【図３】同じくその単位鋳型の連結工程を示す斜視図である。
【図４】同じくその縦断面図である。
【図５】その５−５線による横断面図である。
【図６】同じくその冷却工程を示す模式的断面図である。
【図７】同じくその砂型ばらし工程を示す模式的斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態における単位砂型を連結した状態を示す斜視図である。
【図９】同じくその縦断面図である。
【図１０】同じくその１０−１０線による横断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における鋳造方法を示すフローチャート図である。
【図１２】同じくその連結砂型を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は溶湯の注入口及びキャビティと、冷却水の注入口及び排出口を示す横断面図、（ｂ）は冷却水の注入口及び排出口を示す縦断面図である。
【図１４】配管を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
８ａ〜８ｄ：スペーサ
１９：湯道
５０、５４：中子
５１：注入口
５２：排出口
５３：通路
６０，６３：パイプ
６１：フレキシブル部
６２：ポンプ
６４：冷却水貯留槽
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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