(57)【要約】      （修正有）【課題】湯流れ性を向上するとともに、指向性の高い鋳造方案を実現し、鋳造サイクルを大幅に短縮する。【解決手段】一対を合わせた型締め状態で内部に注湯された溶湯を冷却凝固し鋳物品を成形する鋳造用金型１１０において、多孔質の金属材料で構成され、製品を形作るキャビティＡ1，Ａ2を形成するためのインナー金型部１１１，１１２と、通常の金属材料で構成され、インナー金型部１１１，１１２の外周側に配設されて、キャビティＡ1，Ａ2に連設する押湯Ｂ1，Ｂ2及びこの押湯Ｂ1，Ｂ2を介しキャビティＡ1，Ａ2に溶湯を注湯する湯道Ｃ1，Ｃ2を形成するためのアウター金型部１１３を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対で用いられ、その一対を合わせた型締め状態で内部に注湯された溶湯を冷却凝固し鋳物品を成形する鋳造用金型において、
多孔質の金属材料で構成され、製品を形作るキャビティを形成するためのインナー金型部と、
通常の金属材料で構成され、前記インナー金型部の外周側に配設されて、前記キャビティに連設する押湯及びこの押湯を介し前記キャビティに溶湯を注湯する湯道を形成するためのアウター金型部とを有することを特徴とする鋳造用金型。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造用金型において、
前記アウター金型部の前記注湯される側の表面に、耐火性の塗型層を形成したことを特徴とする鋳造用金型。
【請求項３】
請求項１又は２記載の鋳造用金型において、
前記アウター金型部は、前記インナー金型部に連通する通気用通路を備えていることを特徴とする鋳造用金型。
【請求項４】
請求項３記載の鋳造用金型において、
前記インナー金型部は、前記インナー金型部が配置されるその外周側表面に、通気促進用の微細な溝を形成したことを特徴とする鋳造用金型。
【請求項５】
請求項１又は２記載の鋳造用金型において、
前記アウター金型部は、冷媒を流通させる冷媒用通路を備えていることを特徴とする鋳造用金型。
【請求項６】
多孔質の金属材料で構成された一対のインナー金型部を配置して製品を形作るキャビティを形成し、
通常の金属材料で構成された一対のアウター金型部を前記一対のインナー金型部の外周側にそれぞれ配置して、前記キャビティに連設する押湯及びこの押湯に連設する湯道を形成し、
前記一対のインナー金型部及び前記一対のアウター金型部をそれぞれ合わせた型締め状態で、前記湯道より前記押湯を介し前記キャビティ内に溶湯を注湯して冷却凝固し、鋳物品を成形することを特徴とする金型鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型締め状態で内部に注湯された溶湯を冷却凝固し鋳物品を製造する鋳造用金型及びこれを用いた金型鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳造の一手法として、相対する一対の金型を型締め及び型開き可能とし、両金型の型締め状態でキャビティ内に注湯する溶湯を冷却凝固し鋳物品を形成する手法がある。一対の金型は、キャビティの例えば上端部等に押湯を接続し、この押湯に湯道を介して湯口を接続する。この湯口から注湯された溶湯は、湯道、押湯を介してキャビティ内に供給される。キャビディ内の溶湯は、擬固して製品を形成するための製品部となる。押湯内の溶湯は、キャビティに注湯された溶湯が擬固時に収縮するのに対応してその分が絶えずキャビティ内に補給される。これにより、製品部に引け巣ができることが防止され、健全な鋳物が形成される。なお、押湯内で凝固した湯は、製品部に連なる押湯部を形成する。
【０００３】
このような金型の従来技術として、製品の湯まわり不良等の改善を目的として、多孔質材料で構成したものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許３２７１７３７号公報（段落番号０００５〜００１４、表１及び表２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、金型材料を多孔質とすることにより、キャビティ内の空気がスムーズに排気されて湯流れ性が向上し、例えば製品部の先端箇所への湯まわり不良が防止され、コーナー部が丸くなることなくシャープエッジが出しやすい。また、多孔質金型の空洞部にたまっている空気による保温性により結晶粒の細かい緻密な鋳物製品を成形でき、さらに普通の金属型より金型温度が低いので鋳造サイクルを短縮するというメリットがある。
【０００６】
しかしながらその反面、強度が弱く、また材料コストも高いうえ、多孔質という材料の宿命として水冷を施すことができないことにより、より指向性の高い鋳造方案を行うこと、鋳造サイクルをさらに大幅に短縮するうえで改善が必要であった。
【０００７】
本発明の目的は、湯流れ性を向上するとともに、指向性の高い鋳造方案を実現し、鋳造サイクルを大幅に短縮することができる鋳造用金型及びこれを用いた金型鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明は、一対で用いられ、その一対を合わせた型締め状態で内部に注湯された溶湯を冷却凝固し鋳物品を成形する鋳造用金型において、多孔質の金属材料で構成され、製品を形作るキャビティを形成するためのインナー金型部と、通常の金属材料で構成され、前記インナー金型部の外周側に配設されて、前記キャビティに連設する押湯及びこの押湯を介し前記キャビティに溶湯を注湯する湯道を形成するためのアウター金型部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本願第１発明においては、製品を形作るキャビティを形成するインナー金型部と、その外周側で押湯及び湯道を形成するアウター金型部とに分割した構成とするとともに、インナー金型部を多孔質金属材料で構成し、アウター金型部を通常の金属材料（多孔質でない金属材料）で構成する。
【００１０】
これにより、キャビティ側については、内部の空気をスムーズに排気して通気性及び湯流れ性・湯まわり性を向上し、結晶粒の細かい緻密な鋳物製品を成形できる。また、アウター金型部を多孔質材料とせず通常の金属材料とすることにより、コストが安く、強度の高い一対の金型を提供することができる。
【００１１】
第２の発明は、上記第１発明において、前記アウター金型部の前記注湯される側の表面だけに、耐火性の塗型層を形成したことを特徴とする。
【００１２】
金型鋳造においては、保温性を保つことを目的にキャビティの内面に塗型を塗ることが一般的であるが、本発明においては、多孔質材料のインナー金型部側の塗型を廃止することで、塗型形成による多孔質の通気性の低下を確実に防止し良好な湯流れ性を確保でき、さらに塗型のコーティング及び剥離作業時間を廃止する効果がある。一方、アウター金型部側に耐火性塗型を設けることにより、押湯側の凝固速度を適宜制御することができる。
【００１３】
第３の発明は、上記第１又は第２発明において、前記アウター金型部は、前記インナー金型部に連通する通気用通路を備えていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、インナー金型部の多孔質材料内からの排気を補助し、さらに外気へと連通させることで確実に排出することができる。
【００１５】
第４の発明は、上記第３発明において、前記インナー金型部は、前記インナー金型部が配置されるその外周側表面に、通気促進用の微細な溝を形成したことを特徴とする。
【００１６】
これにより、微細な溝を例えばメッシュ状に外周側表面のほぼ全面にわたって形成することで、インナー金型部の多孔質材料内からの排気をまんべんなく収集して通気用通路に導き、さらに確実に排出を行うことができる。
【００１７】
第５の発明は、上記第１又は第２発明において、前記アウター金型部は、冷媒を流通させる冷媒用通路を備えていることを特徴とする。
【００１８】
通常材料で構成したアウター金型部には自在に冷媒用通路を設けることができるので、製品形状や使用に応じた所望の指向性の冷却態様・態様を実現することができる。
【００１９】
上記目的を達成するために、第６の発明は、多孔質の金属材料で構成された一対のインナー金型部を配置して製品を形作るキャビティを形成し、通常の金属材料で構成された一対のアウター金型部を前記一対のインナー金型部の外周側にそれぞれ配置して、前記キャビティに連設する押湯及びこの押湯に連設する湯道を形成し、前記一対のインナー金型部及び前記一対のアウター金型部をそれぞれ合わせた型締め状態で、前記湯道より前記押湯を介し前記キャビティ内に溶湯を注湯して冷却凝固し、鋳物品を成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、湯流れ性を向上するとともに、指向性の高い鋳造方案を実現し、鋳造サイクルを大幅に短縮することができる鋳造用金型及びこれを用いた金型鋳造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態による鋳造用金型を用いた金型鋳造装置を表す正面図である。
【００２３】
この図１において、金型鋳造装置１０は、例えば、自動二輪車用フロントフォークのボトムケースや自動車用パワーステアリングのパワーシリンダ等の中空長物品を鋳造するものである。
【００２４】
この金型鋳造装置１０は、架台１１と、この架台１１の上に設けたべ一ス１２と、このベース１２上に固定された支持枠１３及び固定枠１４とを有している。
【００２５】
支持枠１３と固定枠１４には、これらをつなぐようにタイバー１５が設けられ、このタイバー１５に移動枠１６がスライド可能に支持されている。また固定枠１４には本実施形態による金型１１０，１２０のうち一方の金型１１０が取り付けられ、移動枠１６には金型１２０が取付けられ、支持枠１３には型締めシリンダ１９が支持されている。この型締めシリンダ１９は、移動枠１６をタイバー１５に沿って固定枠１４に対し接近又は離隔移動させ、これによって、両金型１１０，１２０が型締め及び型開き可能となっている。
【００２６】
このとき、両金型１１０，１２０はその型締め状態でキャビティＡ1，Ａ2（後述の図２及び図３を参照）を形成するが、このキャビティＡ1，Ａ2の中に、中空長物品の中空部を成形するための鉄等からなる金属中子２００が配置可能となっている。
【００２７】
すなわち、ベース１２の下面に案内バー２１が固定され、ベース１２の上面には中子昇降シリンダ２３（図示せず）が設けられる。この中子昇降シリンダ２３は、案内バー２１に案内される昇降台２２を昇降させるようになっている。そして、上記中子２００は、この昇降台２２に固定した中子取付部材２４に連結され、金型１１０，１２０に固定した中子案内部材２５に案内されて上昇することにより待機位置から作業位置に位置付けられ、キャビティＡ1，Ａ2の中に配置可能となっている。なお、中子２００は、作業位置において、センタシリンダ２６により昇降されるセンタピン２７によってセンタリング支持される。
【００２８】
図２は、本実施形態による一対の鋳造用金型１１０，１２０のうち一方の金型１１０の詳細構造を表す正面図（但し構造理解の容易のために、他方の金型１２０との合わせ部分を断面ハッチングで表している）であり、図３は図２のIII−III断面による横断面図である。
【００２９】
これら図２及び図３において、この例では２つの製品を同時に製作するようになっており、互いに合わされる一対（２つ）の上記金型１１０，１２０それぞれが、２つのインナー金型部１１１，１１２又は１２１，１２２と、それらの外周側に配設されボルト１１４，１１５を介して締結（連結）される１つのアウター金型部１１３又は１２３とから構成されている。
【００３０】
インナー金型部１１１，１１２（又は１２１，１２２、以下同様）は、多孔質の金属材料で構成され、製品を形作るキャビティＡ1，Ａ2及びこれに連設する押湯Ｂの一部分を形成するためのものである。すなわちインナー金型部１１１，１１２において、上記押湯Ｂ1，Ｂ2の一方側（内周側）端部はキャビティＡ1，Ａ2の上端部及び横側部（製品の肉盛部等に対応する部分）に接続されている。
【００３１】
これらインナー金型部１１１，１１２は、例えば粉末冶金の手法を用いて製造される。すなわち、高合金粉末に補強用の高合金短繊維を加え混合し、その混合物を圧縮成形→焼結→窒素侵入処理→調質熱処理を施し型材料としたのち、各種型加工法（切削、研削、放電加工等）にて型とする。例えば、空孔率約２５％以上、平均空孔径数〜数十ミクロンのものを使用することが好ましい。
【００３２】
また、インナー金型部１１１，１１２の外周側表面ほぼ全域には、通気促進用の微細な溝Ｇ（図３参照、図２では図示省略）が例えばメッシュ状に形成されている。
【００３３】
アウター金型部１１３（又は１２３、以下同様）は、通常の（多孔質でない）金属材料（例えばＳＳ材やＳＣ材）で構成され、キャビティＡ1，Ａ2に連設する押湯Ｂの大部分及びこの押湯Ｂを介しキャビティＡ1，Ａ2に溶湯を注湯する湯道Ｃを形成するためのものである。すなわちこのアウター金型部１１３において、上記押湯Ｂ1，Ｂ2の他方側（外周側）端部に湯道Ｃ1，Ｃ2が接続され、さらにその反対側が湯口Ｄに接続されている。押湯Ｂ1，Ｂ2はキャビティＡ1，Ａ2に注湯した溶湯の擬固時に、当該溶湯が収縮して製品に引け巣ができることを防止するため、当該溶湯を絶えず補給するために設けられるものである（後述参照）。
【００３４】
このアウター金型部１１３は、その注湯される側の表面に、耐火性の塗型層が形成されている（図示せず）。また、アウター金型部１１３は、金型１１０全体（特に押湯Ｂ1，Ｂ2周辺）の冷却を行うために所定の冷媒を流通させる冷媒用通路Ｅと、インナー金型部１１１，１１２に連通する通気用通路Ｆとを備えている。
【００３５】
以上のように構成した本実施形態の鋳造動作及び作用を以下に説明する。
【００３６】
鋳造の開始にあたり、予め、インナー金型部１１１，１１２をボルト１１４，１１５でアウター金型部１１３に固定して一方の金型１１０を組み立てるとともに、同様に、インナー金型部１２１，１２２をボルト１１４，１１５でアウター金型部１２３に固定して他方の金型１２０を組み立てておく。そして、上記金型鋳造装置１０でまず中子昇降シリンダ２３により中子２００を待機位置から作業位置に上昇する。その後、センタシリンダ２６のセンタピン２７により中子２００がセンタリング支持される。そして、型締めシリンダ１９によって上記のように組立られた両金型１１０，１２０が型締めされ、キャビティＡ1，Ａ2と押湯Ｂ1,Ｂ2の一部分（従たる部分）が形成される（詳細には、キャビティＡ1及び押湯Ｂ1の一部分については金型１１０，１２０の一対のインナー金型部１１１，１２１が配置されることで形成され、キャビティＡ2及び押湯Ｂ2の一部分については金型１１０，１２０の一対のインナー金型部１１２，１２２が配置されることで形成される）。これによって先にセンタリング支持された中子２００がキャビティＡ1，Ａ2の内部に配置される。
【００３７】
またこのとき同時に、上記型締めによって、キャビティＡ1，Ａ2に連設する複数の押湯Ｂ1,Ｂ2の大部分（主たる部分）とこれら押湯Ｂ1，Ｂ2に連設する湯道Ｃ1，Ｃ2とが形成される（言い換えれば、金型１１０，１２０のアウター金型部１１３，１２３がインナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２の外周側に配置されることで押湯Ｂ1，Ｂ2の大部分と湯道Ｃ1,Ｃ2とが形成される）。
【００３８】
この型締め状態で、両金型１１０，１２０の湯口Ｄから、湯道Ｃ1，Ｃ2、押湯Ｂ1，Ｂ2を介してキャビティＡ1，Ａ2へと注湯が行われる。このようにして注湯された溶湯は凝固し鋳物品Ｐ（理解の容易のために便宜的に図２中に想像線で示す）を成形する。この鋳物品Ｐは、キャビティＡ1,Ａ2内で凝固し製品（ボトムチューブ等の中空長物品）を形成する製品部Ｑ（上記同様図２中想像線参照）と、押湯Ｂ1,Ｂ2内で上記製品部Ｑに連なって凝固した押湯部Ｒ（図２中想像線参照）と、湯道Ｃ1,Ｃ2内で凝固した湯道部Ｓ（図２中想像線参照）と、湯口Ｄ内で凝固した湯口部Ｔ（図２中想像線参照）とから構成される。
【００３９】
そして、注湯から所定時間（例えば６０秒）経過後、センタシリンダ２６のセンタピン２７を中子２００から外す。またさらに所定時間経過後（例えば注湯から１００秒経過後）、中子昇降シリンダ２３により中子２００が待機位置まで下降し、鋳物品Ｐから抜き取られる。そしてさらに所定時間経過後（例えば注湯から１５０秒経過後）、型締めシリンダ１９によって両金型１１０，１２０が型開きされる。
【００４０】
その後、金型１１０，１２０から鋳物品Ｐが取出され、製品部Ｑと押湯部Ｒとの間が切断され、製品部Ｑを他の押湯部Ｒ、湯道部Ｓ、湯口部Ｔから切り取って分離される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の金型１１０，１２０においては、製品部Ｑを形作るキャビティＡ1，Ａ2を形成するインナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２と、その外周側で押湯Ｂ1，Ｂ2の大部分及び湯道Ｃ1，Ｃ2を形成するアウター金型部１１３，１２３とに分割した構成とするとともに、インナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２を多孔質金属材料で構成し、アウター金型部１１３，１２３を通常の金属材料（多孔質でない金属材料）で構成する。
【００４２】
これにより、キャビティＡ1，Ａ2側については、内部の空気をスムーズに排気して通気性及び湯流れ性・湯まわり性を向上し、結晶粒の細かい緻密な鋳物製品を成形できる。このとき、アウター金型部１１３，１２３を多孔質材料とせず通常の金属材料とすることにより、インナー金型部１１１、１１２との冷却性能に差があるが、アウター金型部に塗型を塗ることで溶湯の凝固速度を調整することができる。この結果、このアウター金型部１１３，１２３の押湯内の未凝固部からインナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２のキャビティＡ1,Ａ2内に溶湯を補給することができるので、キャビティＡ1,Ａ2内製品部Ｑにおけるひけ巣の発生を防止することができる。このようにして、キャビティＡ1,Ａ2内のひけ巣の発生の防止と、高い保温性能による結晶粒の細かい緻密な製作とを両立させることができ、この結果高品質の製品を得ることができる。
また、多孔質材料であるインナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２側には塗型を敢えて設けないようにすることで、塗型形成による多孔質の通気性の低下を確実に防止し良好な湯流れ性を確保でき、さらに塗型のコーティング及び剥離作業時間を大幅に短縮できる効果もある。さらに、金型全体を多孔質金属材料で構成する従来構造では、多孔質材の特性上温度調整用の冷媒用通路を金型に設けることが困難となるが、本実施形態においてはアウター金型部１１３，１２３を通常の金属材料で構成することでその分コスト低減を図ることもできる。また、通常材料で構成したアウター金型部１１３，１２３には自在に冷媒用通路Ｅを設け温度制御を行うことが可能となり、製品形状や使用に応じた所望の指向性の冷却態様・態様を実現できる。
【００４３】
さらに、アウター金型部１１３，１２３にインナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２に連通する通気用通路Ｆを設けることにより、インナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２の多孔質材料内からの排気を補助し、さらに外気へと連通させることで確実に排出することができる。特にこのとき、アウター金型部１１３，１２３に面するインナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２側の外周側表面のほぼ全面にわたって微細な溝Ｇをメッシュ状に形成しているので、インナー金型部１１１，１１２及び１２１，１２２の多孔質材料内からの排気をこの溝Ｇでまんべんなく収集して上記通気用通路Ｆに導き、さらに確実に排出を行うことができる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による鋳造用金型を用いた金型鋳造装置を表す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態による鋳造用金型のうち一方の金型の詳細構造を表す正面図である。
【図３】図２のIII−III断面による横断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１０      金型
１１１      インナー金型部
１１２      インナー金型部
１１３      アウター金型部
１２０      金型
１２１      インナー金型部
１２２      インナー金型部
１２３      アウター金型部
Ａ1，Ａ2    キャビティ
Ｂ1，Ｂ2    押湯
Ｃ1，Ｃ2    湯道
Ｄ          湯口
Ｅ          通気用通路
Ｆ          冷媒用通路
Ｇ          微細な溝
Ｐ          鋳物品
Ｑ          製品部
【図１】
2005131682.tif 000003
【図２】
2005131682.tif 000004
【図３】
2005131682.tif 000005