(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯口が形成された第１金型と、
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、
前記ゲートの延在方向に沿って、前記第１金型を移動させる移動手段と、
前記第１金型が膨脹することを検知又は推定する金型膨脹検知手段と、
前記金型膨脹検知手段によって前記第１金型が膨脹したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第１金型を移動させる制御手段と、を有し、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記移動手段は、前記第１金型が膨張したことを検知又は推定したときに前記第１金型を前記第２金型から離間させて該第２金型との間で隙間を設けることを特徴とする鋳造金型。
【請求項２】
湯口が形成された第１金型と、
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、
前記ゲートの延在方向に沿って、前記第１金型を移動させる移動手段と、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積が膨脹したことを検知又は推定する溶湯膨脹検知手段と、
前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が膨脹したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第１金型を移動させる制御手段と、を有し、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記移動手段は、前記溶湯が膨張したことを検知又は推定したときに前記第１金型を前記第２金型から離間させて該第２金型との間で隙間を設けることを特徴とする鋳造金型。
【請求項３】
湯口が形成された第１金型と、
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、
前記ゲートの延在方向に沿って、前記第１金型を移動させる移動手段と、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表面が殻状の凝固層になったことを検知又は推定する凝固検知手段と、
前記凝固検知手段によって前記溶湯の表面が凝固したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第１金型を移動させる制御手段と、を有し、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記移動手段は、前記溶湯の表面が凝固したことを検知又は推定したときに、前記第１金型を前記第２金型から離間させて該第２金型との間で隙間を設けることを特徴とする鋳造金型。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の鋳造金型において、
前記キャビティは長尺形状であって、前記ゲート及び前記キャビティの延在する方向の角度は、水平を含み上方に３０°までの範囲であることを特徴とする鋳造金型。
【請求項５】
湯口が形成された第１金型と、
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、を有し且つ、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記第１金型と前記第２金型とを用いて行う鋳造方法であって、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積膨脹をしたことを溶湯膨脹検知手段により検知又は推定する工程と、
前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が体積膨脹をしたことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第１金型を移動させて前記第２金型との間で隙間を設ける工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。
【請求項６】
湯口が形成された第１金型と、
初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、を有し且つ、
前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、
前記第１金型と前記第２金型とを用いて行う鋳造方法であって、
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表層が殻状の凝固層になったことを凝固検知手段により検知又は推定する工程と、
前記凝固検知手段によって前記溶湯の表層が凝固したことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第１金型を移動させて前記第２金型との間で隙間を設ける第２工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲートが形成された第１金型、及び初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型を備える鋳造金型、及び該鋳造金型を用いて行う鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、鋳造金型は、鋳造品が形成されるキャビティである製品部と、該製品部に溶湯を送り込むための方案部とを有する。方案部は、溶湯を注入する湯口、あかの混入を防止するストレーナ、溶湯を製品部の近傍まで案内する湯道及び該湯道から製品部に連通するゲート（堰とも呼ばれる。）等を有する。方案部は、溶湯による熱衝撃（熱膨脹等による衝撃）、及び溶湯の移動による物理的衝撃が大きいため、製品部と比較して寿命が短い傾向がある。
【０００３】
このように方案部の寿命と製品部の寿命が異なることから、特許文献１記載の鋳造金型では、方案部に対応した第１金型と製品部に対応した第２金型とを別個に設けている。この鋳造金型によれば、寿命に達した第１金型のみを交換することができるので、交換の手間や交換のコストを抑制することができて好適である。また、特許文献１では、第１金型と第２金型との合わせ面にばりが発生しないような構成も提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０７４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載された鋳造金型では、製品部に対応した第２金型を交換することはほとんどないが、方案部に対応した第１金型は、第２金型に比較すると頻繁に交換しなければならない。
【０００６】
また、湯口や湯道が鉛直方向に長く延在している場合には、溶湯を注湯する際に該溶湯の位置エネルギーを湯口や湯道の底部で受け止めることになり、物理的衝撃も大きく低寿命化の要因となる。このようなことから、方案部に対応した第１金型の一層の長寿命化が望まれている。
【０００７】
さらに、湯口や湯道が製品部と一部で近接し、又は平行して設けられてている場合には、製品部は湯口や湯道からの熱衝撃を受けることになり、第２金型についても寿命が低減する場合があり、第２金型についても長寿命化が望まれている。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、方案部に対応した第１金型と製品部に対応した第２金型とを個別に設ける鋳造金型において、第１金型に対する溶湯による熱衝撃や物理的衝撃を抑制して高寿命化が図られる鋳造金型及び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】
【０００９】
本発明に係る鋳造金型は、湯口が形成された第１金型と、初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、前記ゲートの延在方向に沿って、前記第１金型を移動させる移動手段とを有し、前記湯口は前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含むことを特徴とする。
【００１０】
このように、注湯後に移動手段によって第１金型をゲートに沿って退動させることにより、溶湯の膨脹や第１金型自体の熱膨脹が吸収され、第１金型に対する熱衝撃が緩和される。また、湯口はキャビティの軸線に対して傾斜してゲートに連通する窪みを含むことにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、方案部に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することはなく、物理的衝撃が緩和される。
【００１１】
この場合、前記キャビティは長尺形状であって、前記ゲート及び前記キャビティの延在する方向の角度は、水平を含み上方に３０°までの範囲であると、湯口を浅く設定することができ、しかも溶湯の流れが緩やかになって、物理的衝撃が一層緩和される。
【００１２】
また、前記第２金型は分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向に設定されていると、型開きを行いやすい。
【００１３】
前記第１金型が膨脹することを検知又は推定する金型膨脹検知手段と、前記金型膨脹検知手段によって前記第１金型が膨脹したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第１金型を移動させる制御手段とを有していてもよい。
【００１４】
この金型膨脹検知手段により、第１金型を適切なタイミングで移動させることができ、第１金型を一層高寿命にすることができる。
【００１５】
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定する溶湯膨脹検知手段と、前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が体積膨脹をしたことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第１金型を移動させる制御手段とを有していてもよい。この溶湯膨脹検知手段により、溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知、推定して、第１金型を適切なタイミングで移動させることができる。
【００１６】
前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定する凝固検知手段と、前記凝固検知手段によって前記溶湯の表層が凝固したことを検知又は推定したときに、前記移動手段により前記第１金型を移動させる制御手段とを有していてもよい。この凝固検知手段により、溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知、推定して、第１金型を適切なタイミングで移動させることができる。
【００１７】
溶湯の表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定したときには、前記移動手段は、前記第１金型を前記第２金型から離間させてもよい。これにより、第１金型は熱膨張による応力が開放されて、さらなる高寿命化が図られる。また、溶湯の表層は殻状に固まっていることから、内部の溶湯が漏れ出すことがない。
【００１８】
次に、本発明に係る鋳造方法は、湯口が形成された第１金型と、初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、を有し、前記湯口は、前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、前記第１金型と前記第２金型とを用いて行う鋳造方法であって、前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、凝固温度域での体積膨脹をしたことを溶湯膨脹検知手段により検知又は推定する工程と、前記溶湯膨脹検知手段によって前記溶湯が体積膨脹をしたことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第１金型を移動させて前記第２金型との間で隙間を設ける工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
このように、凝固検知手段によって前記溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定することにより、第１金型を適切なタイミングで移動させ、第１金型を一層高寿命にすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る鋳造方法は、湯流れ方向が非鉛直の湯口が形成された第１金型と、初期状態で前記湯口に対してゲートを介して連通するキャビティが形成される分割金型であって、型開き方向が前記第１金型の移動方向と直交する方向である第２金型と、を有し、前記湯口は、前記キャビティの軸線に対して傾斜して前記ゲートに連通する窪みを含み、前記第１金型と前記第２金型とを用いて行う鋳造方法であって、前記湯口から注湯された溶湯が凝固する際、表層が殻状の凝固層になったことを凝固検知手段により検知又は推定する工程と、前記凝固検知手段によって前記溶湯の表層が凝固したことを検知又は推定したときに、前記ゲートの延在方向に沿って、移動手段により前記第１金型を移動させて前記第２金型との間で隙間を設ける第２工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
このように、凝固検知手段によって溶湯の表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定することにより、第１金型を適切なタイミングで移動させ、第１金型を一層高寿命にすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る鋳造金型及び鋳造方法によれば、注湯後に移動手段によって第１金型をゲートに沿って移動させて第２金型との間で隙間を設けることにより、溶湯の膨脹や第１金型自体の熱膨脹が吸収され、第１金型に対する熱衝撃が緩和される。また、湯口の湯流れ方向が非鉛直であることにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、方案部に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することがなく、物理的衝撃が緩和される。さらに、溶湯が緩やかに注湯されることになり、溶湯に対する空気の巻き込みが少なく、巣の発生が抑制される。
【００２４】
凝固検知手段によって溶湯の表層が殻状の凝固層になったこと、又は、前記溶湯が凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定することにより、第１金型を適切なタイミングで移動させ、第２金型との間で隙間を設ける結果、第１金型を一層高寿命にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る鋳造金型及び鋳造方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る鋳造金型１０は、エンジン部品であるクランクシャフトを鋳造する鋳造システム１２に適用される。さらに、エンジン部品であるカムシャフト等も好適に鋳造することができる。
【００２７】
鋳造システム１２は、略中央に設けられた鋳造金型１０と、該鋳造金型１０に溶湯を注湯するための注湯ステーション２６とを有する。
【００２８】
注湯ステーション２６は加圧注湯炉２８、重量計３０、及び加圧注湯炉２８から出湯された溶湯を受け取って鋳造金型１０に該溶湯を注湯する取り鍋３２を備え、重量計３０によって取り鍋３２内の溶湯量を一定量にセットした後、該取り鍋３２を鋳造金型１０上に移動させ、湯口６２ａ（図２参照）からキャビティ（製品部）５０内に注湯するようにしている。
【００２９】
加圧注湯炉２８には、さらに上流側に配置した溶解炉３４で生成された溶湯を搬送取り鍋３６を介して供給するようにしている。さらに、鋳造金型１０の上方には、黒鉛を球状化させるマグネシウム等の添加材を溶湯に添加するための添加剤計量装置３８が設けられている。添加剤計量装置３８に隣接して、キャビティ面に離型材を塗布するブロースモーク装置４０が上下移動自在に設けられている。
【００３０】
鋳造金型１０の下流側上方には、型開きした金型から鋳造品を取り出すワーク取出ロボット４２が水平方向に移動自在に設けられ、取り出した鋳造品を矯正・切断装置４４に移送する。
【００３１】
鋳造品は矯正・切断装置４４でトリミング等を行った後、移載ロボット４６で熱処理炉に向けてコンベア４８で移送される。
【００３２】
図２に示すように、鋳造金型１０は、キャビティ５０を有する製品金型（第２金型）５２と、キャビティ５０に対して溶湯を導く方案部６２を有する方案部金型（第１金型）５６とを有する。キャビティ５０には図示しないガス抜き孔が設けられている。キャビティ５０はクランクシャフトに合わせた長尺形状であって、該キャビティ５０とゲート６２ｂの延在する方向は水平であることから、製品金型５２及び方案部金型５６を低く構成することができる。キャビティ５０及びゲート６２ｂが延在する方向は、例えば、水平を含み上方に３０°の角度範囲に設定すると、溶湯の流れが緩やかとなって各金型に対する物理的衝撃が緩和される。
【００３３】
製品金型５２は、キャビティ５０の部分を境界として下型５２ａと上型５２ｂとに分割された分割金型であり、熱伝導性のよい金属（例えば、銅合金）で構成されている。下型５２ａは下ベース５５ａを介して床面に固定された固定型である。上型５２ｂは上ベース５５ｂを介して２本のシリンダ５８ａ及び５８ｂによって昇降自在な可動型である。上型５２ｂが下降して下型５２ａに当接することによりキャビティ５０が形成され、上昇することによりキャビティ５０から鋳造品が抜き取り可能となる。下ベース５５ａ及び上ベース５５ｂは鋳鉄又は鋼等の金属で構成されている。
【００３４】
方案部金型５６は、下型５２ａの矢印Ａ１側の面に当接するゲート部下型６０ａと、上型５２ｂの側面に当接するゲート部上型６０ｂと、これらのゲート部下型６０ａ及びゲート部上型６０ｂ（以下、まとめてゲート金型６１ともいう。）の矢印Ａ１側の面に当接している湯口形成型６０ｃからなる。方案部金型５６ではゲート部下型６０ａ、ゲート部上型６０ｂ及び湯口形成型６０ｃにより方案部６２が形成されている。方案部６２は上面に開口した湯口６２ａと、該湯口６２ａからキャビティ５０に連通するゲート６２ｂとを有する。方案部６２には湯道及びストレーナ等が設けられていてもよい。
【００３５】
ゲート６２ｂは、ゲート部下型６０ａの上面の窪みと、ゲート部上型６０ｂの下面の窪みとによって形成される水平の細い通路であって、キャビティ５０に対して同軸上に設定されている。
【００３６】
湯口６２ａはゲート部上型６０ｂの側面と、湯口形成型６０ｃの側面から上面にかけて設けられた窪み６３ａとによって形成されている。ゲート部上型６０ｂの側面及び窪み６３ａの面は、それぞれ図２の左上方向に向かって傾斜しており、湯口６２ａは、全体として傾斜した（非鉛直な）通路となっている。湯口６２ａの最も低い箇所は、水平で短い底部６３ｂが設けられており、該底部６３ｂとゲート６２ｂの下面とは略同じ高さに設定されている。
【００３７】
また、鋳造金型１０は、湯口形成型６０ｃをゲート６２ｂの延在方向（つまり、水平方向で、キャビティ５０の軸方向）に移動させるシリンダ（移動手段）６４を有する。シリンダ６４による湯口形成型６０ｃの移動方向と、製品金型５２の型開き方向は直交しているので、製品金型５２の型開きを行いやすい。すなわち、製品金型５２は熱を受けると、製品金型５２の型開き方向の直交方向に膨脹しやすいので、シリンダ６４による湯口形成型６０ｃの移動方向が、製品金型５２が膨脹しやすい方向（つまり、型開きの方向）であると、製品金型５２の膨脹等を吸収しやすい。
【００３８】
湯口形成型６０ｃはシリンダ６４の作用下に矢印Ａ２方向に押圧されたときに、矢印Ａ２方向の側面で底部６３ｂよりも下の側面がゲート部下型６０ａの側面に当接し、矢印Ａ２方向の側面で底部６３ｂよりも上の側面がゲート部上型６０ｂの側面に当接し、窪み６３ａが湯口６２ａの一部を形成する。方案部金型５６が低く構成されていることから湯口６２ａも浅く形成されている。
【００３９】
また、湯口形成型６０ｃはシリンダ６４の作用下に矢印Ａ１方向に移動したときには、ゲート部下型６０ａ及びゲート部上型６０ｂから離間し（図４参照）隙間Ｇを設けることができる。
【００４０】
シリンダ６４は、コントローラ７０の作用下にバルブ７２を介して動作する。また、コントローラ７０は、シリンダ６４の内圧を計測する圧力センサ７４と、湯口形成型６０ｃの歪みを計測する歪センサ７６と、湯口形成型６０ｃの微小変位を計測する変位計７８と、湯口形成型６０ｃにおけるゲート部下型６０ａ、ゲート部上型６０ｂに対する当接部の近傍の温度を計測する温度計８０と、に接続されている。圧力センサ７４に代えて、シリンダ６４が湯口形成型６０ｃを押圧する力を計測するロードセルを用いてもよい。歪センサ７６、変位計７８及び温度計８０による計測対象は、ゲート部下型６０ａ又はゲート部上型６０ｂでもよい。
【００４１】
図示を省略するが、コントローラ７０は、鋳造システム１２の他の各部分にも接続されており、統括的な制御を行っている。コントローラ７０の内部にはタイマーが設けられている。
【００４２】
コントローラ７０は、圧力センサ７４、歪センサ７６、変位計７８、温度計８０及びタイマー等の信号に基づいてシリンダ６４を制御することができる。
【００４３】
次に、このように構成される鋳造金型１０を含む鋳造システム１２を用いて、クランクシャフトの鋳造を行う鋳造方法について図３を参照しながら説明する。
【００４４】
先ず、ステップＳ１において、鋳造金型１０の初期設定を行う。つまり、シリンダ５８ａ及び５８ｂの作用下に上型５２ｂを下型５２ａに当接させてキャビティ５０を形成する。また、シリンダ６４のロッド６４ａを矢印Ａ２方向に進出させて湯口形成型６０ｃをゲート金型６１の側面に当接させ、湯口６２ａを形成する。この後、所定の工程により、鋳鉄を溶融させて溶湯を作り、取り鍋３２に貯える。
【００４５】
また、コントローラ７０は、圧力センサ７４の信号を参照しながらバルブ７２を作用させて、シリンダ６４内を所定の圧力Ｐとなるように設定する。
【００４６】
ステップＳ２において、取り鍋３２の溶湯を湯口６２ａに注湯する。注湯された溶湯はゲート６２ｂを通ってキャビティ５０に流れ込む。このとき、窪み６３ａが傾斜していることから溶湯は窪み６３ａの面に沿って流れ、しかも湯口６２ａが浅いことから、底部６３ｂに対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用して物理的衝撃を加えることがない。また、溶湯が緩やかに注湯されることになり、溶湯に対する空気の巻き込みが少なく、巣の発生が抑制される。
【００４７】
すなわち、湯口６２ａの湯流れ方向が非鉛直であることにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、方案部６２に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することはなく、物理的衝撃が緩和される。
【００４８】
溶湯は、湯面が湯口６２ａの所定高さに達するまで十分に注湯する。このように湯口６２ａ及びゲート６２ｂを介してキャビティ５０内に溶湯を注湯することにより、鋳造金型１０は急激に加熱され、熱衝撃を受けることになる。また、鋳造金型１０は、長尺なクランクシャフトを成形するものであることから、軸方向に長く、熱膨張も軸方向（つまり水平方向）に大きく膨脹する。
【００４９】
一方、鋳鉄がねずみ鋳鉄として凝固する場合、共晶凝固時に膨脹することが知られており、鋳造金型１０においても溶湯自体が膨脹をする。また、溶湯が充填されたキャビティ５０は長尺であることから、溶湯が凝固する際には、特に軸方向に大きく膨脹する。なお、ねずみ鋳鉄の凝固収縮量は、初晶オーステナイトの晶出時の収縮と共晶凝固時の膨脹との差によって与えられる。
【００５０】
このように、湯口６２ａから溶湯を注湯することにより、製品金型５２が熱膨脹をするとともに、キャビティ５０に注湯された溶湯が凝固するときに膨脹をするため、当接する方案部金型５６には矢印Ａ１方向に向かう力が加わる。したがって、湯口形成型６０ｃには歪みが生じるとともに、シリンダ６４の内圧が昇圧する。
【００５１】
また、コントローラ７０は注湯することを適当な手段によって検知し、内部のタイマーによる計時をスタートする。
【００５２】
ステップＳ３において、コントローラ７０は圧力センサ７４の信号を監視し、シリンダ６４の内圧が所定の閾値圧力Ｐｓを超えたか否かを確認する。閾値圧力Ｐｓは２つの条件により設定されている。つまり、閾値圧力Ｐｓは、第１の条件として、当初に設定された圧力Ｐよりも僅かに高い圧力であって、製品金型５２が熱により膨脹し、又は溶湯が凝固する際に膨脹することにより、方案部金型５６が矢印Ａ１方向の力を受け始めた後の直後にシリンダ６４の内圧が昇圧して到達可能であることが考慮される。また、第２の条件として、溶湯の表層が凝固して殻１００（図４参照）が形成され、且つ内部に未凝固（又は半凝固）の部分が残存している状態となっていることが考慮される。これらの２つの条件を満たすときのシリンダ６４の内圧を閾値圧力Ｐｓとして予め設定しておく。
【００５３】
シリンダ６４の内圧が閾値圧力Ｐｓを超えているときにはステップＳ８へ移り、閾値圧力Ｐｓに未達であるときにはステップＳ４へ移る。
【００５４】
ステップＳ４において、コントローラ７０は歪センサ７６の信号を監視し、湯口形成型６０ｃの歪みＳが所定閾値Ｓｓを超えたか否かを確認する。この閾値Ｓｓは、２つの条件により設定されている。つまり、閾値Ｓｓは、第１の条件として、当初の歪みＳが０の状態と比較して僅かに大きい歪みであって、方案部金型５６が熱により膨脹し、又は溶湯が凝固する際に膨脹することにより熱応力が生じ始めた後の直後に湯口形成型６０ｃが歪んで到達可能であることが考慮される。また、第２の条件は前記の閾値Ｐｓに係る第２条件と同じである。これらの２つの条件を満たすときの湯口形成型６０ｃの歪みを閾値Ｓｓとして予め設定しておく。
【００５５】
湯口形成型６０ｃの歪みＳが閾値Ｓｓを超えているときにはステップＳ８へ移り、閾値Ｓｓに未達であるときにはステップＳ５へ移る。
【００５６】
ステップＳ５において、コントローラ７０は変位計７８の信号を監視し、湯口形成型６０ｃの変位Ａが所定閾値Ａｓを超えたか否かを確認する。この閾値Ａｓは、２つの条件により設定されている。つまり、閾値Ａｓは、第１の条件として、当初の位置と比較して矢印Ａ１方向への僅かな変位であって、製品金型５２が熱により膨脹し、又は溶湯が凝固する際に膨脹することにより、熱歪みにより変位をし始めた後の直後に湯口形成型６０ｃが到達可能であることが考慮される。また、第２の条件は前記の閾値Ｐｓに係る第２条件と同じである。これらの２つの条件を満たすときの湯口形成型６０ｃの変位を閾値Ａｓとして予め設定しておく。
【００５７】
湯口形成型６０ｃの変位Ａが閾値Ａｓを超えているときにはステップＳ８へ移り、閾値Ａｓに未達であるときにはステップＳ６へ移る。
【００５８】
ステップＳ６において、コントローラ７０はタイマーを監視し、注湯から所定の閾値時間Ｔｓが経過したか否かを確認する。この閾値Ｔｓは、湯口形成型６０ｃが所定の熱歪みを受けることになる時間で、且つ前記の閾値Ｐｓに係る第２の条件が成立する時間として予め設定されている。
【００５９】
注湯からの時間Ｔが閾値Ｔｓを経過しているときにはステップＳ８へ移り、未経過であるときにはステップＳ７へ移る。
【００６０】
ステップＳ７において、コントローラ７０は温度計８０の信号を監視し、湯口形成型６０ｃの所定箇所の温度Ｃが所定の閾値温度Ｃｓまで低下したか否かを確認する。この閾値Ｃｓは、前記の閾値Ｐｓに係る第２の条件が成立する時間として予め設定されている。
【００６１】
温度Ｃが閾値温度Ｃｓを下回っているときにはステップＳ８へ移り、それ以外のときにはステップＳ３へ戻る。
【００６２】
これらのステップＳ３〜Ｓ７の処理により、圧力センサ７４、歪センサ７６及び変位計７８、温度計８０及びタイマーは、それぞれ、湯口形成型６０ｃが膨脹することを検知又は推定する金型膨脹検知手段、注湯された溶湯が凝固する際に凝固温度域での体積膨脹をしたことを検知又は推定する溶湯膨脹検知手段、及び溶湯の表層が殻状の凝固層になったことを検知又は推定する凝固検知手段として作用することになる。
【００６３】
このようなステップＳ３〜Ｓ７のループを繰り返しながら、シリンダ６４の内圧、湯口形成型６０ｃの歪みＳ、変位Ａ、温度Ｃ及び時間Ｔを監視し、対応する閾値Ｐｓ、Ｓｓ、Ａｓ、Ｃｓ及びＴｓを超えたときにはステップＳ８へ移ることになる。
【００６４】
ステップＳ８において、コントローラ７０はバルブ７２を介してシリンダ６４を動作させて、ロッド６４ａを矢印Ａ１方向に僅かに移動させ、図４に示すように、湯口形成型６０ｃをゲート金型６１から離間させ、隙間Ｇを設ける。
【００６５】
このように、湯口形成型６０ｃを矢印Ａ１方向に移動させて隙間Ｇを設けることにより、製品金型５２、ゲート金型６１の熱膨脹、並びに溶湯の凝固時膨張に起因する湯口形成型６０ｃに対する熱衝撃を緩和することができる。また、この時点では殻１００が形成されていることから、内部の溶融が外部に漏れ出すことがない。さらに、隙間Ｇを適度に短く設定することにより、殻１００が自重等の影響で損傷したり亀裂が生じるようなことがなく、内部の溶湯は殻１００の内部に確実に保持される。
【００６６】
また、湯口形成型６０ｃを移動させる方向（矢印Ａ方向）はゲート６２ｂの延在方向に沿っているので、ゲート６２ｂにおける一部凝固した溶湯に対して剪断力や捻り力が加わることがなく、スムーズに移動が可能であって、しかも凝固した表層を損傷することがない。
【００６７】
ステップＳ９において、キャビティ５０等に充填された溶湯が内部まで凝固するまで待機し（又は所定の手段により冷却し）、凝固後にシリンダ５８ａ、５８ｂによって上型５２ｂを上昇させる。溶湯が内部凝固するまで待機させる例について示したが、待機する時間は、前述の殻１００が自重を受けても損傷しない程度に硬い殻１００に成長する時間まででよい。この硬い殻１００の形成後に、シリンダ５８ａ、５８ｂによって上型５２ｂを上昇させるようにしてもよい。これにより、キャビティ５０を形成する製品金型５２に対する熱衝撃を緩和することができる。
【００６８】
さらに、キャビティ５０が形成されていた箇所に得られる鋳造品をワーク取出ロボット４２によって取り出し、矯正・切断装置４４へ搬送する。この後、前記のとおり、トリミングや所定の熱処理等が行われる。
【００６９】
上述したように、本実施の形態に係る鋳造金型１０及び鋳造方法によれば、注湯後にシリンダ６４によって湯口６２ａをゲートの延在方向に沿って移動することにより、湯口形成型６０ｃの熱膨張及び溶湯の凝固時膨脹が吸収され、湯口形成型６０ｃに対する熱衝撃が緩和される。また、湯口６２ａ湯流れ方向が非鉛直であることにより、注湯される溶湯は、少なくとも自由落下することはないため、ゲート６２ｂや製品金型５２に対して溶湯の位置エネルギーが直接的に作用することはなく、物理的衝撃が緩和される。
【００７０】
なお、上記の実施の形態では、ステップＳ８において、湯口形成型６０ｃをゲート金型６１から離間させて隙間Ｇを設けることとしたが、湯口形成型６０ｃは必ずしもゲート金型６１から離間させる必要はなく、ゲート金型６１に接したままま熱衝撃を受けない程度に（熱膨脹を吸収する程度に）矢印Ａ１方向に微小移動させるようにしてもよい。この場合、溶湯に殻１００が形成されている必要はないため、前記の第２の条件（殻１００が形成されているという条件）は考慮する必要がない。
【００７１】
また、湯口形成型６０ｃの矢印Ａ１方向への移動は一度に移動させるのではなく、段階的又は連続的に移動させるようにしてもよい。この場合、例えば、シリンダ６４の内圧が初期圧力Ｐを維持するように段階的又は連続的に移動させるようにしてもよい。このような手段としては、コントローラ７０を用いるのではなく、レギュレータやリリーフ弁等を用いた液圧回路を採用してもよい。
【００７２】
さらに、歪みＳが０（又は所定の微小値）を維持するように、又は、側面の変位Ａｓに対応させてシリンダ６４を段階的又は連続的に移動させてもよい。経過時間Ｔをパラメータとした関数（例えば一次関数）にしたがってシリンダ６４を段階的又は連続的に移動させてもよい。
【００７３】
さらにまた、シリンダ６４によって移動させる対象は、湯口形成型６０ｃに限らず、ゲート金型６１を含む方案部金型５６の全体を移動させるようにしてもよい。この場合、ゲート金型６１を湯口形成型６０ｃに仮固定しておくとよい。
【００７４】
また、製品金型５２と方案部金型５６との区別は上記の例に限らず、例えば、図５に示すように、ゲート金型６１が製品金型５２に含まれるようにしてもよい。すなわち、シリンダ６４によって移動させる対象物は、方案部６２のうち、移動をしないと熱衝撃によるダメージが大きいと想定される箇所を含んでいればよく、個々の鋳造金型において適宜設定すればよい。
【００７５】
湯口形成型６０ｃを移動させる手段はシリンダ６４に限らず、ソレノイド、ボールねじ、歯車機構等の種々の移動手段が適用可能である。上記の閾値Ｐｓ、Ｓｓ、Ａｓ、Ｃｓ及びＴｓは計算、シミュレーション及び実験等によって求めることができる。また、これらの閾値は固定値にしておく必要はなく、雰囲気温度等によって適宜変更してもよい。
【００７６】
本発明に係る鋳造金型及び鋳造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】鋳造システム全体を示す構成図である。
【図２】本実施の形態に係る鋳造金型の断面側面図である。
【図３】本実施の形態に係る鋳造方法を示すフローチャートである。
【図４】シリンダにより湯口形成型を移動させた状態の鋳造金型の一部拡大断面図である。
【図５】変形例に係る鋳造金型の断面側面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…鋳造金型                        １２…鋳造システム
５０…キャビティ                      ５２…製品金型
５２ａ…下型                          ５２ｂ…上型
５６…方案部金型                      ６０ａ…ゲート部下型
６０ｂ…ゲート部上型                  ６０ｃ…湯口形成型
６１…ゲート金型                      ６２…方案部
６２ａ…湯口                          ６２ｂ…ゲート
６４…シリンダ                        ７０…コントローラ
７２…バルブ                          ７４…圧力センサ
７６…歪センサ                        ７８…変位計
８０…温度計                          １００…殻
【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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