(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム溶湯を金型内のキャビティに注湯して鋳造品を得る鋳造方法であって、
マグネシウムに、加熱されたアルゴンガスを供給することにより、マグネシウムガスおよび／または前記マグネシウムガスが凝集して生成されたマグネシウム微粒子を含む供給物を生成する工程と、
前記供給物を供給物導入用孔部から前記キャビティに供給することにより、前記供給物の酸化反応で前記キャビティを低酸素状態にするとともに、前記マグネシウム微粒子および／または酸化マグネシウム微粒子を、該キャビティで浮遊および／または前記キャビティの内壁面に付着させる工程と、
前記供給物導入用孔部を閉塞して前記アルミニウム溶湯の逆流を阻止した状態で、前記キャビティに前記アルミニウム溶湯を注湯する工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム溶湯を金型内のキャビティに注湯して鋳造品を得る鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという）の溶湯を金型内のキャビティに注湯し、種々のアルミニウム部品を鋳造する作業が広く行われている。
【０００３】
ところで、アルミニウム部品の鋳造工程では、キャビティに注湯されるアルミニウムの溶湯表面に酸化被膜が生成され易い。このため、アルミニウムの溶湯の表面張力が大きくなり、該溶湯の流動性等が低下し、種々の鋳造欠陥が発生するという問題が指摘されている。
【０００４】
そこで、例えば、特開２００１−３２１９１９号公報に開示されている還元鋳造方法が知られている。この還元鋳造方法を実施する装置は、図５に示すように、金型１を備えており、この金型１はキャビティ１ａを設けている。キャビティ１ａには、注湯槽２に貯留されているアルミニウム溶湯３が孔部４を介して注湯自在である。金型１内のキャビティ１ａは、配管５ａを介して窒素ガスボンベ６に接続される一方、減圧配管５ｂを介して図示しない真空発生装置に接続されている。
【０００５】
アルゴンガスボンベ７は、配管８を介して加熱炉９に接続されている。アルゴンガスボンベ７には、配管１０を介してマグネシウム粉末が収容されているタンク１１が接続され、このタンク１１は、配管１２を介して配管８に接続されている。加熱炉９は、ヒータ１３を介して炉内温度を所定の温度に加熱可能に構成されており、この加熱炉９は、配管１４およびパイプ１５を介してキャビティ１ａに連通している。
【０００６】
このような構成において、まず、図示しない真空発生装置が駆動され、減圧配管５ｂを介してキャビティ１ａの空気が吸引される。このため、キャビティ１ａが減圧され、このキャビティ１ａが実質的に非酸素雰囲気になると、真空発生装置が停止される。一方、アルゴンガスボンベ７から配管８を介して加熱炉９内にアルゴンガスが注入され、この加熱炉９内が無酸素状態となっている。
【０００７】
次いで、アルゴンガスボンベ７から配管１０を介してタンク１１内にアルゴンガスが供給され、このタンク１１内のマグネシウム粉末を配管８から加熱炉９内に送り込む。その際、加熱炉９では、ヒータ１３によりマグネシウム粉末が昇華する温度以上の炉内温度に加熱されている。これにより、加熱炉９に送り込まれたマグネシウム粉末は、昇華してマグネシウムガスとなり、このマグネシウムガスが配管１４からパイプ１５を介してキャビティ１ａに注入される。
【０００８】
マグネシウムガスがキャビティ１ａに注入された後、このキャビティ１ａに窒素ガスボンベ６から窒素ガスが供給される。従って、キャビティ１ａでは、マグネシウムガスと窒素ガスとが反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）が生成される。この窒化マグネシウムは、キャビティ１ａの内壁面に粉体として析出される。その際、より好適には、真空発生装置の作用下に、キャビティ１ａを減圧して窒化マグネシウムを前記キャビティ１ａの内壁面に積極的に付着させている。
【０００９】
そこで、注湯槽２内のアルミニウム溶湯３が、孔部４からキャビティ１ａに注湯される。窒化マグネシウムは還元性物質であり、アルミニウム溶湯３がキャビティ１ａでこの窒化マグネシウムと接触することによって、前記アルミニウム溶湯３の表面の酸化被膜から酸素が除去される。これにより、アルミニウム溶湯３の表面が純粋なアルミニウムに還元される、としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、キャビティ１ａを非酸素雰囲気にするために、真空発生装置（図示せず）が使用されており、装置全体が相当に大型であるという問題がある。しかも、キャビティ１ａを気密に保持しなければならず、シール構造が必要であるために、構成が複雑であるという問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、キャビティを有効に低酸素化するとともに、良好な鋳造作業が効率的に遂行可能な鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋳造方法では、マグネシウムに、加熱されたアルゴンガスを供給することにより、マグネシウムガスおよび／または前記マグネシウムガスが凝集して生成されたマグネシウム微粒子を含む供給物が生成された後、この供給物が供給物導入用孔部から金型内のキャビティに供給される。このため、キャビティでは、供給物自体が酸化して低酸素状態になるとともに、マグネシウム微粒子および／または酸化マグネシウム微粒子が、前記キャビティで浮遊および／または前記キャビティの内壁面に付着する。次いで、供給物導入用孔部を閉塞してアルミニウム溶湯の逆流を阻止した状態で、キャビティに前記アルミニウム溶湯が注湯される。
【００１３】
このように、キャビティでは、供給物が酸素と結びついて低酸素化が図られるとともに、気密性を維持するためのシールが不要になる。さらに、キャビティにアルミニウム溶湯が注湯される際に、前記キャビティに酸素が流入しても、浮遊するマグネシウム微粒子がこの酸素と結びついて前記アルミニウム溶湯が酸化されることを有効に阻止することができる。これにより、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することができ、良好な鋳造作業を円滑に行うことが可能になる。
【００１４】
しかも、キャビティの内壁面にマグネシウム微粒子および／または酸化マグネシウム微粒子がポーラス状に付着するため、断熱剤としての効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造方法を実施するための鋳造装置２０の要部概略構成説明図である。
【００１６】
鋳造装置２０は、金属微粒子発生機構２２と、前記金属微粒子発生機構２２が装着される鋳造成形用金型２４とを備える。金属微粒子発生機構２２は、粉末状の金属、例えば、マグネシウム２６が、例えば、ＳＵＳ材（ステンレス鋼）製のフィルタ（多孔質体）２８ａ、２８ｂを介して収容される金属保持部３０と、前記金属保持部３０に設けられ、前記フィルタ２８ａを透過して前記マグネシウム２６に不活性ガス、例えば、アルゴンガスを供給する筒状部３２と、前記筒状部３２に供給される前記アルゴンガスの流量を制御するアルゴンガス流量制御部３４と、前記筒状部３２に設けられ、前記マグネシウム２６に供給される前記アルゴンガスを所定の温度に加熱するアルゴンガス加熱制御部３６とを備える。
【００１７】
金属保持部３０に収容される金属は、溶湯よりも酸素に対して活性な金属が使用され、前記溶湯として、例えば、アルミニウム溶湯が用いられる際、前記金属として、例えば、マグネシウム２６が採用される。
【００１８】
金属保持部３０は、金型２４に対して着脱可能であるとともに、前記金型２４内のキャビティ４０に連通する。金属保持部３０は、貫通する略箱状に構成されており、金型２４の孔部４０ａ側には、溶湯逆流防止機構４２が装着される。
【００１９】
図１および図２に示すように、溶湯逆流防止機構４２は、金型２４に固定されるステイ４３と、前記ステイ４３に対してスライド可能なスライドキー４４とを備える。ステイ４３には、孔部４０ａと同軸的に孔部４３ａが形成されるとともに、スライドキー４４には、前記孔部４０ａと前記孔部４３ａとを開閉自在な孔部４４ａが形成されている。
【００２０】
金属保持部３０内には、例えば、カートリッジ４６が交換可能に収容される。図２に示すように、カートリッジ４６は、略円筒状のケース４８を備えており、このケース４８内には、一端部側の底部４８ａに着座してフィルタ２８ａが挿入されている。ケース４８内では、フィルタ２８ａとフィルタ２８ｂとの間に、粉末状のマグネシウム２６が封入される。ケース４８の他端部側の内周には、ねじ溝５０が形成されており、このねじ溝５０に止めねじ５１が螺合している。
【００２１】
金属保持部３０には、カートリッジ４６を着脱するために開閉自在な蓋体３０ａが設けられている。この蓋体３０ａは、例えば、金属保持部３０に対して図示しない蝶番を介し揺動自在に構成されていてもよく、また、前記金属保持部３０に対してスライド可能に構成されていてもよい。
【００２２】
金属保持部３０には、筒状部３２の一端が装着される。この筒状部３２内には、発熱体、例えば、電熱線５４が配置されており、この電熱線５４が前記筒状部３２の外部で電流／電圧制御器５６を介して電源５８に接続され、アルゴンガス加熱制御部３６を構成している。
【００２３】
筒状部３２の端部に管路６０が接続されており、この管路６０には、アルゴンガス流量制御部３４を構成するアルゴンガスボンベ６２が接続される。アルゴンガスボンベ６２は、開閉弁６４および流量制御弁６６を介して筒状部３２に連通自在である。
【００２４】
このように構成される鋳造装置２０の動作について、第１の実施形態に係る鋳造方法との関連で以下に説明する。
【００２５】
まず、金属保持部３０には、カートリッジ４６に保持されて粉末状のマグネシウム２６が収容されている。具体的には、金属保持部３０の外部において、カートリッジ４６を構成するケース４８は、底部４８ａを下方にして配置されており、この底部４８ａに着座してフィルタ２８ａが挿入される。次いで、フィルタ２８ａ上に粉末状のマグネシウム２６が適宜投入された後、フィルタ２８ｂが挿入される。さらに、ケース４８のねじ溝５０に止めねじ５１が螺合して、カートリッジ４６内にマグネシウム２６が封入される。
【００２６】
金属保持部３０では、蓋体３０ａが開放方向に揺動またはスライドされ、この金属保持部３０内にカートリッジ４６が挿入された後、この蓋体３０ａが閉塞方向に揺動またはスライドされる。これにより、金属保持部３０内にカートリッジ４６が装填される。
【００２７】
そこで、溶湯逆流防止機構４２を構成するスライドキー４４の孔部４４ａを介してステイ４３の孔部４３ａと孔部４０ａとが開放された状態で、アルゴンガス流量制御部３４に先立ってアルゴンガス加熱制御部３６が駆動される（図１参照）。このアルゴンガス加熱制御部３６では、制御器５６により電流／電圧の制御が行われ、電熱線５４が発熱して筒状部３２の内部が加温される。筒状部３２内が所定の温度に至ると、アルゴンガス流量制御部３４が駆動される。
【００２８】
このアルゴンガス流量制御部３４では、アルゴンガスボンベ６２から導出されるアルゴンガスが、流量制御弁６６により流量を制御されて管路６０から筒状部３２に導入される。アルゴンガスは、筒状部３２を通過する際に電熱線５４を介して所定の温度に加熱され、この加熱されたアルゴンガスが金属保持部３０を構成するフィルタ２８ａを透過してマグネシウム２６に吹き付けられる。
【００２９】
このため、マグネシウム２６が蒸発してマグネシウムガスが発生し、このマグネシウムガスは、アルゴンガスの流れに沿って金型２４のキャビティ４０に供給される。キャビティ４０では、マグネシウムガスと、このマグネシウムガスの一部が凝集して生成されたマグネシウム微粒子とを含む供給物７０が存在している。
【００３０】
従って、キャビティ４０では、供給物７０自体が酸化して低酸素状態になるとともに、マグネシウム微粒子や酸化マグネシウム微粒子が、前記キャビティ４０で浮遊したり、前記キャビティ４０の内壁面に付着したりする。
【００３１】
次いで、各溶湯逆流防止機構４２を構成するスライドキー４４がスライドし、孔部４４ａが移動してステイ４３の孔部４３ａと孔部４０ａとが閉塞される。この状態で、金型２４のキャビティ４０内には、例えば、アルミニウムの溶湯（図示せず）が注湯される。その際、キャビティ４０内には、マグネシウム微粒子（およびマグネシウムガス）が存在しており、このマグネシウム微粒子は、アルミニウムに比べて酸化し易い物質である。従って、マグネシウム微粒子は、キャビティ４０内の酸素と確実に結びついて、アルミニウム溶湯の酸化を有効に阻止することができる。
【００３２】
この場合、第１の実施形態では、キャビティ４０において、マグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子を含む供給物７０が酸素と結びつくため、前記キャビティ４０の低酸素化が容易に図られる。しかも、キャビティ４０の気密性を維持するためのシール構造が不要になり、鋳造装置２０全体の構成が簡素化される。
【００３３】
さらに、キャビティ４０にアルミニウム溶湯が注湯される際に、前記キャビティ４０に酸素が流入しても、浮遊するマグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子がこの酸素と結びつき易い。これにより、アルミニウム溶湯が酸化されることを有効に阻止することができ、前記アルミニウム溶湯の流動性等を維持することが可能になり、良好な鋳造作業を円滑に行うことができる。
【００３４】
その上、キャビティ４０の内壁面にマグネシウム微粒子および／または酸化マグネシウム微粒子がポーラス状に付着するため、断熱剤としての効果が得られる。従って、断熱剤を設ける必要がなく、コーティング作業が不要になって作業が簡素化されるという利点がある。
【００３５】
なお、第１の実施形態では、粉末状のマグネシウム２６をカートリッジ４６で保持し金属保持部３０内に対して着脱可能に構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、マグネシウム２６を、直接、金属保持部３０内に充填してもよく、あるいは、図３に示すように、例えば、線状や帯状等の長尺状マグネシウム２６ａを、カートリッジ４６で保持して前記金属保持部３０内に配置してもよい。
【００３６】
図４は、本発明の鋳造方法に関連する鋳造方法を実施するための鋳造装置１００の要部概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る鋳造装置２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
鋳造装置１００は、金属微粒子発生機構１０２と、前記金属微粒子発生機構１０２が装着される金型２４とを備える。金属微粒子発生機構１０２は、筒状部３２に所定量の窒素ガスを供給する窒素ガスボンベ１０４を設けた窒素ガス流量制御部１０６と、前記筒状部３２に設けられ、前記窒素ガスを所定温度に加熱する窒素ガス加熱制御部１０８とを備えている。
【００３８】
このように構成される鋳造装置１００では、金属保持部３０に粉末状のマグネシウム２６（または長尺状のマグネシウム２６ａ）が収容されており、まず、窒素ガス加熱制御部１０８が駆動された後、窒素ガス流量制御部１０６が駆動される。このため、筒状部３２内が所定の温度に加温されており、窒素ガスボンベ１０４から筒状部３２内に供給された所定量の窒素ガスは、所望の温度に加熱される。
【００３９】
従って、金属保持部３０に収容されているマグネシウム２６は、所定量および所望温度の窒素ガスがフィルタ２８ａを透過して供給されることにより蒸発する。そして、少なくとも一部のマグネシウムガスと高温の窒素ガスとが反応し（３Ｍｇ＋Ｎ2→Ｍｇ3Ｎ2）、窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2）の微粒子が生成されるとともに、残余のマグネシウムガスは、殆どが凝集によりマグネシウム微粒子に変化する。また、マグネシウム微粒子が高温の窒素ガスと反応することによっても、Ｍｇ3Ｎ2微粒子が生成される。
【００４０】
これにより、金型２４のキャビティ４０内には、Ｍｇ3Ｎ2微粒子とマグネシウム微粒子とを含む供給物１１０が導入され、前記キャビティ４０内の酸素と優先的に結合してアルミニウム溶湯の酸化を有効に抑制することができる。このため、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することが可能になり、良好な鋳造作業を円滑に行うことができるという効果が得られる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る鋳造方法では、マグネシウムに、加熱されたガスを供給することにより、マグネシウムガスおよび／またはマグネシウム微粒子を含む供給物が生成された後、この供給物が金型内のキャビティに供給されるため、前記キャビティでは、前記供給物が酸素と結びついて低酸素化が図られるとともに、気密性を維持するためのシールが不要になる。
【００４２】
さらに、キャビティにアルミニウム溶湯が注湯される際に、前記キャビティに酸素が流入しても、浮遊するマグネシウム微粒子がこの酸素と結びついて前記アルミニウム溶湯が酸化されることを有効に阻止することができる。これにより、アルミニウム溶湯の流動性等を維持することができ、良好な鋳造作業を円滑に行うことが可能になる。
【００４３】
しかも、キャビティの内壁面に供給物が付着するため、断熱剤としての効果が得られ、コーティング作業が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る鋳造方法を実施するための鋳造装置の要部概略構成説明図である。
【図２】  前記鋳造装置の要部分解斜視説明図である。
【図３】  長尺状のマグネシウムが装填された状態の前記鋳造装置の要部概略構成説明図である。
【図４】  本発明の鋳造方法に関連する鋳造方法を実施するための鋳造装置の要部概略構成説明図である。
【図５】  従来技術に係る鋳造装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
２０、１００…鋳造装置          ２２、１０２…金属微粒子発生機構
２４…金型                      ２６、２６ａ…マグネシウム
２８ａ、２８ｂ…フィルタ        ３０…金属保持部
３２…筒状部                    ３４…アルゴンガス流量制御部
３６…アルゴンガス加熱制御部    ４０…キャビティ
４２…溶湯逆流防止機構          ４３…ステイ
４４…スライドキー              ４３ａ、４４ａ…孔部
４６…カートリッジ              ５４…電熱線
５６…制御器                    ５８…電源
６０…管路                      ６２…アルゴンガスボンベ
６４…開閉弁                    ７０、１１０…供給物
１０４…窒素ガスボンベ          １０６…窒素ガス流量制御部
１０８…窒素ガス加熱制御部
【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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