(57)【要約】【課題】鋳造時の引け巣の発生を抑制することができる金属鋳造品用の鋳型を提供することを目的としている。【解決手段】鋳型１には、鋳造品が形成されるキャビティ部３と、溶湯が貯蔵されキャビティ部３に補給する押湯部４と、キャビティ部３と押湯部４との間を繋ぐ連通部５が形成されているとともに連通部５を流れる押湯を加熱する押湯加熱部６と、が設けられ、さらに、押湯加熱部６は、連通部５として貫通孔が形成された耐熱材６ａと、この耐熱材６ａに埋め込まれ、貫通孔の周囲を巻回するように配設された誘導コイル６ｂと、で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の溶湯が流し込まれ鋳造品が形成されるキャビティ部と、
前記キャビティ部に前記溶湯を押湯により補給する押湯部と、
前記押湯部と前記キャビティ部との間を繋ぐ連通部の周囲に設けられるとともに、耐熱材に埋設された加熱手段を有し、前記連通部を流れる前記押湯を加熱する押湯加熱部と、
を備えたことを特徴とする金属鋳造品用の鋳型。
【請求項２】
前記連通部は、前記耐熱材に貫通孔として形成されるとともに、前記加熱手段は、前記貫通孔の周囲を巻回するように配設されたソレノイド型の誘導コイルもしくは抵抗加熱ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の金属鋳造品用の鋳型。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記連通部の周囲に配設された少なくとも１つの平面型の誘導コイルもしくは抵抗加熱ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の金属鋳造品用の鋳型。
【請求項４】
前記押湯加熱部は、前記鋳型から取り外し可能であ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つに記載の金属鋳造品用の鋳型。
【請求項５】
前記押湯加熱部は、２つ以上に分割することが可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の金属鋳造品用の鋳型。
【請求項６】
前記耐熱材が、前記キャビティ部の壁の一部を形成していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の金属鋳造品用の鋳型。
【請求項７】
前記連通部の温度は、前記キャビティ部より前記押湯部の方が高くなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の金属鋳造品用の鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製品の鋳造品を製造する金属鋳造品用の鋳型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製品の鋳造において、凝固時の溶湯（溶融金属）の体積収縮によって発生する空孔状の欠陥である引け巣（鋳巣）の発生を防止する手法として、体積収縮分の溶湯（溶融金属）を鋳型に補給する押湯が一般的によく用いられている。この際、押湯の凝固を鋳型内の溶湯よりも凝固を遅らせる必要がある。
【０００３】
この対策として、例えば、特許文献１の誘導加熱による押湯保温方法では、押湯部または押湯部と鋳型上部の周囲に誘導加熱装置を取り付けてこれに通電し、装置並びに通電を調節することにより、該部を適当に全面的又は部分的に加熱せしめ、その発熱、保温により押湯効果を発揮させる方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２の金属鋳造方法では、鋳型キャビティに連通するように該鋳型に埋入、立設した耐火性パイプの外側に誘導コイルを遊嵌し、金属注湯時、該誘導コイルで該耐火性パイプ内の溶湯を誘導加熱して該パイプ内の溶湯を最終凝固させる方法が開示されている。これにより、押湯を加熱することで押湯の凝固を遅らせ、鋳型キャビティへの溶湯補給の促進を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−６４９５８号公報
【特許文献２】特開平９−３１４３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
押湯部から鋳造品へ溶湯を補給するためには、押湯の量を増やすことや、押湯部の周囲を発熱体で覆うこと、押湯を誘導加熱することで押湯の凝固を遅らせるだけでは不十分である。押湯の凝固を遅らせるだけでは、押湯部から鋳造品への溶湯の補給を行うための経路であり、鋳造製品と押湯部の接続部である連通部（鋳込み時に押湯部から鋳造品に溶湯が流れ込む場合は堰とも呼ばれる部分。）が凝固する可能性がある。連通部は、一般的に押湯と鋳造品の分離を容易にするため可能な限り小さく設計され、連通部を起点に凝固が進展することがある。その場合には、押湯部から鋳造品への溶湯の補給が十分に行われず、引け巣の発生を誘発してしまうため、特に、連通部の凝固防止対策が重要となる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の従来の押湯保温方法では、鋳型上部に誘導コイルを埋設して溶湯を誘導加熱するようになっているため、鋳造、造塊後、鋳型を壊して鋳造品を取り出す際、誘導コイルを埋め込んだ耐火物も一緒に壊されることになり、一回の鋳造毎に誘導コイル部を作り直さなければならず、手間と費用がかかるといった問題があった。
また、特許文献２の従来の金属鋳造方法では、押湯部の設置場所が鋳型の上部面に制約されてしまうといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、鋳造品の鋳造時の引け巣の発生を抑制することができる金属鋳造品用の鋳型を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る金属鋳造品用の鋳型は、金属の溶湯が流し込まれ鋳造品が形成されるキャビティ部と、前記キャビティ部に前記溶湯を押湯により補給する押湯部と、前記押湯部と前記キャビティ部との間を繋ぐ連通部の周囲に設けられるとともに、耐熱材に埋設された加熱手段を有し、前記連通部を流れる前記押湯を加熱する押湯加熱部と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属鋳造品用の鋳型によれば、鋳型のキャビティ部と押湯部との連通部を耐熱材に埋め込まれた誘導コイルで、押湯を加熱することで、鋳造品の引け巣の発生を抑制することでき、鋳造品の品質が向上し、その適用範囲の拡大や使用寿命の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る金属鋳造品用の鋳型の垂直断面図および平面断面図である。
【図２】実施の形態１における押湯加熱部の垂直断面図である。
【図３】実施の形態１における他の押湯加熱部の垂直断面図である。
【図４】実施の形態２に係る金属鋳造品用の鋳型の垂直断面図である。
【図５】実施の形態２における押湯加熱部の平面断面図である。
【図６】実施の形態２における他の押湯加熱部の平面断面図である。
【図７】実施の形態３に係る金属鋳造品用の鋳型の垂直断面図である。
【図８】実施の形態４に係る金属鋳造品用の鋳型の押湯加熱部の平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る金属鋳造品用の鋳型の詳細について、図１から図８を参照して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る金属鋳造品用の鋳型の垂直断面図および平面断面図であり、図２は、押湯加熱部の垂直断面図である。
【００１４】
まず、図１および図２を用いて、実施の形態１に係る金属鋳造品用の鋳型の構成について説明する。図１（ａ）は、鋳型の垂直断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ部を下方から見た平面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、鋳型１は、上型１ａと下型１ｂおよび押湯加熱部から構成されている。これら上下の型１ａ，１ｂを組合せることにより、鋳型１には、金属の溶融物である溶湯が流し込まれる湯口部２と、鋳造品が形成されるキャビティ部３と、湯口部２から流し込まれた溶湯を貯蔵しキャビティ部３に補給する押湯部４とが形成され、さらに、キャビティ部３と押湯部４との間を繋ぐ連通部５が形成されているとともに連通部５を流れる押湯を加熱する押湯加熱部６が設けられている。また、図１および図２に示すように、押湯加熱部６は、連通部５として貫通孔が形成された耐熱材６ａと、この耐熱材６ａに埋め込まれ、貫通孔の周囲を巻回するように配設された誘導コイル６ｂとで構成され、この誘導コイル６ｂとこれを保護する耐熱材６ａとが一体に形成されている。なお、ここでは、誘導コイル６ｂとして、ソレノイド型のものを使用している。また、誘導コイル６ｂに通電する配線も耐熱材６ａに埋め込まれている。鋳型１の上型１ａと下型１ｂとの組合せ時に、押湯加熱部６を所定の位置に嵌め合わせることで、鋳型が完成し、鋳込みの準備が完了する。
【００１５】
次に、図１および図２を用いて、実施の形態１における鋳型を使用した金属の鋳造品の製造方法について説明する。
鋳込み作業は、まず、図１に示す鋳型１の上型１ａにある湯口部２から、金属の溶融物である溶湯を流し込む。流し込まれた溶湯は、連通部５を経由してキャビティ部３に充填される。この時、押湯部４にも、溶湯の一部が貯蔵される。キャビティ部３内の溶湯が凝固収縮する際、引け巣が発生しないように押湯部４から押湯（溶湯）が補給される。この際、押湯部４から補給される押湯の温度が低下して、キャビティ部３に必要な量の押湯が供給されないことを防止するため、キャビティ部３内の溶湯が凝固するまでの間、連通部５を流れる押湯を誘導コイル６ｂによって誘導加熱する。連通部５の押湯の加熱あるいは冷却速度は、連通部５からキャビティ部３内への押湯の供給とキャビティ部３内の溶湯の凝固が完了するまでを目安とすることで、キャビティ部３内への押湯の補給を継続的に行うことが可能となる。これにより、補給する押湯を加熱しておくことで、鋳造品が凝固する際に発生する引け巣を防止することができる。その後、鋳込まれた鋳造品が冷却された後、上型１ａと下型１ｂを分解し、鋳造品とともに押湯加熱部６を取り出し、押湯加熱部６の連通部５に残った金属塊を切り離し、鋳造品を取り出す。
【００１６】
図３は、上記実施の形態１の他の実施態様を示すもので、押湯加熱部６を分離できるように分割したものである。連通部５の溶湯の流れる方向に対して、垂直な面で押湯加熱部６を分割部６ｃで、２つに分割している。これにより、鋳造後、押湯加熱部６を分離することで、連通部５の金属塊を鋳造品とともに容易に取り出すことができる。鋳型の組み立て、押湯加熱部を一体にした形で取り扱うこと以外は、上記実施の形態と同様である。
【００１７】
連通部の温度に勾配を設け、キャビティ部よりも押湯部の方を高くなるように設定しておくことで、キャビティ部への押湯の流れを円滑にでき、引け巣（鋳巣）の発生の防止に効果がある。また、連通部は、水平方向の場合である必要はなく、上下方向の場合であっても適用できる。
【００１８】
押湯加熱部の耐熱材の材質としては、アルミナ、シリカ、カーボンなどを用いることができ、耐熱性を有するものであれば、特に、種類を問わない。誘導加熱用の誘導コイルの材質としては、主に銅材を用いるが、他の金属、導電体であってもよい。誘導コイルに通電する周波数については、特に制限はなく、低周波から高周波まで適宜、選択することができる。また、誘導コイルに通電する配線が、高温に曝されることがない場合は、必ずしも配線部分を耐熱材に埋め込む必要はない。
【００１９】
鋳型としては、金型あるいは砂型のいずれをも用いることができる。また、鋳型が溶湯と接触する面を塗型と呼ばれる耐熱性物質を塗布することで、耐熱性を向上させることもできる。鋳型に、砂型を用いる場合は、砂型を崩し、鋳造品とともに、押湯加熱部を取り出す。
【００２０】
特に、鋳型が砂型である場合、連通部が耐熱材で構成されているため、鋳造時に溶湯の流れが速くなる連通部での砂型の崩壊が危惧される場合においても、砂崩れに伴う欠陥の発生を抑制する効果がある。また、押湯加熱部の耐熱材が、キャビティ部の壁の一部を形成し、その形状を鋳造品の形状に合わせておくことで、砂型を用いた場合よりも面粗さを改善する効果も併せ持つ。
【００２１】
このように、実施の形態１に係る金属鋳造品用の鋳型によれば、鋳型のキャビティ部と押湯部との連通部が形成された耐熱材に埋め込まれた誘導コイルで、押湯を加熱することで、鋳造品の引け巣の発生を抑制することでき、鋳造品の品質が向上し、その適用範囲の拡大や使用寿命の向上を図ることができるという効果がある。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る金属鋳造品用の鋳型の垂直断面図であり、図５は、押湯加熱部の垂直断面図である。実施の形態１の金属鋳造品用の鋳型との違いは、実施の形態１では、押湯加熱部において加熱にソレノイド型の誘導コイルを用いていたが、実施の形態２では、平面渦巻型の誘導コイルにした点である。
【００２３】
次に、図４および図５を用いて、実施の形態２に係る金属鋳造品用の鋳型の構成について説明する。図４は、鋳型の垂直断面図を示すものである。図４に示すように、鋳型１は、上型１ａと下型１ｂおよび押湯加熱部７から構成されている。これら上下の型１ａ，１ｂを組合せることにより、鋳型１に金属の溶融物である溶湯が流し込まれる湯口部２と、鋳造品が形成されるキャビティ部３と、湯口部２から流し込まれた溶湯を貯蔵しキャビティ部３に補給する押湯部４と、キャビティ部３と押湯部４との間を繋ぐ連通部５とが形成される。下型１ｂの下方に、連通部５を流れる押湯を加熱する押湯加熱部７が設けられている。また、図４および図５に示すように、押湯加熱部７は、耐熱材７ａと、耐熱材７ａに埋め込まれた平面渦巻型の誘導コイル７ｂと、で構成され、鋳型１の上型１ａと耐熱材７ａの上面とで連通部５が構成されている。誘導コイル７ｂとこれを保護する耐熱材７ａとは、一体に形成されている。なお、誘導コイル７ｂに通電する配線も耐熱材７ａに埋め込まれている。鋳型１の上型１ａと下型１ｂとの組合せ時に、押湯加熱部７を上型１ａと下型１ｂの所定の位置で嵌め合わせ一体化することで、鋳型が完成し、鋳込みの準備が完了する。
【００２４】
鋳込み作業は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。鋳込まれた鋳造品が冷却された後、上型１ａと下型１ｂおよび押湯加熱部６を分解し、鋳造品を取り出すとともに連通部５に残った金属塊を切り離す。
【００２５】
実施の形態１のように、耐熱材７ａに貫通孔を設け、この貫通孔を連通部５として、耐熱材７ａが連通部５の全周囲を取り囲むようにし、連通部５の下方に平面渦巻型の誘導コイルを設けるようにしてもよい。また、平面渦巻型の誘導コイルは、連通部５の他の側面に配置してもよく、複数設けてもよい。
【００２６】
図６は、上記実施の形態２の他の実施態様を示すもので、押湯加熱部７を分離できるように分割したものである。連通部５の溶湯の流れる方向に対して、垂直な面で押湯加熱部７を分割部７ｃで、４つに分割している。これにより、鋳造後、押湯加熱部７を分離することで、連通部５の金属塊を鋳造品とともに容易に取り出すことができる。鋳型の組み立て時に、押湯加熱部７を分割部７ｃで嵌合し一体にした形で取り扱うこと以外は、上記実施の形態２と同様である。ここで、分割数は、４つに限らず、図３のように、２分割であってもよい。
【００２７】
このように、実施の形態２に係る金属鋳造品用の鋳型によれば、鋳型のキャビティ部と押湯部との連通部の一部を構成する耐熱材に埋め込まれた誘導コイルで、押湯を加熱することで、鋳造品の引け巣の発生を抑制することでき、実施の形態１と同様、鋳造品の品質が向上し、その適用範囲の拡大や使用寿命の向上を図ることができるという効果がある。
【００２８】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る金属鋳造品用の鋳型の垂直断面図である。実施の形態２の金属鋳造品用の鋳型との違いは、実施の形態２では、押湯加熱部が連通部の押湯のみを加熱していたのに対して、実施の形態３では、押湯加熱部を押湯部の底部まで拡張した点である。他の構成要素は、実施の形態１および実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００２９】
図７に示すように、押湯加熱部８は、耐熱材８ａと耐熱材８ａに埋め込まれた平面渦巻型の誘導コイル８ｂとで構成され、鋳型１の上型１ａと耐熱材８ａの上面とで連通部５を構成している。誘導コイル８ｂとこれを保護する耐熱材８ａとは、一体に形成されている。さらに、押湯加熱部８は、押湯部４の底部の部分まで拡張されている。その結果、連通部５のみならず押湯部４の押湯も加熱することができる。
【００３０】
このように、実施の形態３に係る金属鋳造品用の鋳型によれば、押湯加熱部を、連通部のみでなく、押湯部の底部まで拡張したことにより、連通部のみならず押湯部の押湯も加熱することができ、これにより、広い範囲の押湯の温度を制御することが可能になり、キャビティ部に供給する押湯の温度管理をより高い精度で行うことができるという効果がある。
【００３１】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る金属鋳造品用の鋳型に用いる押湯加熱部の平面断面図である。実施の形態１から３の金属鋳造品用の鋳型の押湯加熱部との違いは、実施の形態４では、誘導加熱方式から抵抗加熱方式に変更した点である。他の構成要素は、実施の形態１から実施の形態３と同様であるので、説明を省略する。
【００３２】
図８に示すように、押湯加熱部９は、耐熱材９ａと耐熱材９ａに埋め込まれた抵抗加熱ヒータの電熱線９ｂとで構成されている。
【００３３】
一般的に、抵抗加熱方式は、誘導加熱方式と比較して導入コストが低いというメリットがある。一方、加熱温度は、誘導加熱方式によるものほど高くならないが、電熱線９ｂの材料が低融点の材料、例えば、アルミニウム合金などであっても、十分に連通部５の押湯を加熱することができる。また、高融点の材料、例えば、鋳鉄などであっても、連通部５の押湯の凝固速度を遅くすることは可能である。また、誘導加熱方式では、周波数を調整するなど、制御回路が複雑なものになるが、抵抗加熱方式では、簡単な制御回路でできる。このため、加熱制御部を小型、低コストで実現することができる。このように、適用する材料や加熱温度によっては、導入コストを抑えた加熱方式として抵抗加熱方式は有効である。
【００３４】
鋳型１における押湯加熱部９の設置位置は、図８の平面状のものでは、実施の形態２や３のように、連通部５の下型１ｂの上部に配置すればよい。また、押湯加熱部９を複数用意して連通部５の周囲に配置する構成としてもよい。さらに、実施の形態１と同様、押湯加熱部は、連通部として貫通孔が形成された耐熱材と、この耐熱材に埋め込まれ、貫通孔の周囲を巻回するように配設されたソレノイド型の電熱線とで構成され、この電熱線とこれを保護する耐熱材とが一体に形成される構成としてもよい。
【００３５】
このように、実施の形態４に係る金属鋳造品用の鋳型に用いる押湯加熱部によれば、加熱方式を、抵抗加熱方式の抵抗加熱ヒータにしたことにより、加熱制御部の構成を簡素化することができ、操作が簡単で、低コストで実現することができるという効果がある。
【００３６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００３７】
また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  鋳型、１ａ  上型、１ｂ  下型、２  湯口部、３  キャビティ部、４  押湯部、５  連通部、６，７，８，９  押湯加熱部、６ａ，７ａ，８ａ，９ａ  耐熱材、６ｂ，７ｂ，８ｂ  誘導コイル、６ｃ，７ｃ  分割部、９ｂ  電熱線。
【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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