(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の溶湯を貯留する炉と、
内部にキャビティ部が形成された金型と、
前記炉に設けられた筒状のストーク部と、
前記炉内の溶湯を前記ストーク部に供給する溶湯供給装置と、
前記ストーク部の溶湯充填方向下流側端部と前記キャビティ部とを接続する筒状部材であり、前記ストーク部に供給された溶湯を前記キャビティ部内に導く少なくとも１つの湯口部と、
前記湯口部に設けられたフィルタ部材と、を備える鋳造装置であって、
前記フィルタ部材は、前記湯口部の延在方向に沿って延びかつ当該湯口部の内壁面の当接部に当接するフランジ部を備え、
前記当接部の近傍には、その内部を冷媒が通流する冷却通路が設けられており、
前記湯口部は、前記当接部の溶湯充填方向上流側端部から前記ストーク部側を構成する上流入子と、前記当接部の溶湯充填方向上流側端部から前記キャビティ部側を構成する下流入子とを組み合わせて構成されており、
前記冷却通路は、前記下流入子に形成されており、
前記湯口部は、前記下流入子の溶湯充填方向下流側端部が前記キャビティ部内に連通するように、前記金型に形成された貫通孔内に挿通して設けられており、
前記上流入子の外壁面と前記貫通孔の内壁面との間には断熱部が形成されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
前記湯口部は、前記下流入子の溶湯充填方向下流側端部が前記キャビティ部に連通するように、前記金型に形成された貫通孔内に挿通して設けられ、
前記湯口部の溶湯充填方向に沿った断面視において、前記下流入子の内壁面から前記貫通孔の内壁面までの距離は、前記上流入子の内壁面から前記貫通孔の内壁面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項４】
前記下流入子は、それぞれ筒状部材であり、前記当接部を含む部分である第１下流入子と、前記下流入子のうち前記第１下流入子より前記キャビティ部側を構成する第２下流入子と、を組み合わせて構成され、
前記第１下流入子は、前記第２下流入子よりも熱伝導率が高い材料で形成されることを特徴とする請求項１又は３に記載の鋳造装置。
【請求項６】
前記断熱部は、前記上流入子の外壁面と前記貫通孔の内壁面との間に形成された空隙であることを特徴とする請求項１、３及び４の何れかに記載の鋳造装置。
【請求項７】
金属の溶湯を貯留する炉と、
内部にキャビティ部が形成された金型と、
前記炉に設けられた筒状のストーク部と、
前記炉内の圧力を上昇させることにより当該炉内の溶湯を前記ストーク部に供給する溶湯供給装置と、
前記ストーク部の溶湯充填方向下流側端部と前記キャビティ部とを接続する筒状であり、前記ストーク部に供給された溶湯を前記キャビティ部内に導く少なくとも１つの湯口部と、
前記湯口部に設けられたフィルタ部材と、を備え、
前記湯口部は、前記フィルタ部材が設けられかつ溶湯充填方向下流側を構成する下流湯口部と、前記下流湯口部よりも溶湯充填方向上流側を構成する上流湯口部と、を組み合わせて構成される鋳造装置を用いた鋳造方法であって、
前記溶湯供給装置を用いて前記炉内を昇圧させることにより前記キャビティ部に溶湯を充填した後、当該炉内の圧力を維持する第１工程と、
前記キャビティ部内の溶湯の温度が固相温度まで低下したことに応じて前記炉内の圧力を前記第１工程における圧力よりも上昇させる第２工程と、
前記下流湯口部内の溶湯の温度が固相温度まで低下した後でありかつ前記上流湯口部内の溶湯の温度が固相温度まで低下する前に前記炉内を減圧する第３工程と、を備えることを特徴とする鋳造方法。
【請求項９】
金属の溶湯を貯留する炉と、
内部にキャビティ部が形成された金型と、
前記金型を支持する基台と、
前記炉に設けられた筒状のストーク部と、
内部に前記ストーク部が設けられるストーク室が設けられたプラテンと、
前記炉内の圧力を上昇させることにより当該炉内の溶湯を前記ストーク部に供給する溶湯供給装置と、
前記ストーク部の溶湯充填方向下流側端部と前記キャビティ部とを接続する筒状部材であり、前記ストーク部に供給された溶湯を前記キャビティ部内に導く少なくとも１つの湯口部と、
前記金型を冷却する冷却手段と、を備える鋳造装置であって、
前記金型には、前記キャビティ部の一部を構成するキャビティ面の近傍へ延びる凹状の窪み部が形成され、
前記冷却手段は、冷媒が通流する冷媒流路が形成されかつ前記窪み部に挿脱自在な冷却入子と、当該冷却入子をその挿入方向に沿って押圧することにより前記窪み部内における前記冷却入子の位置を定める位置決め部材と、を備え、
前記冷却入子は前記窪み部よりも前記挿入方向に対し垂直な方向に対する幅が薄く、
前記冷却入子及び前記位置決め部材は、互いに摺接しかつ前記挿入方向に対し傾斜する傾斜面を有し、
前記位置決め部材で前記冷却入子を前記窪み部内の一方の面に接近させると、前記冷却入子は前記窪み部の他方の面から離間することを特徴とする鋳造装置。
【請求項１０】
前記冷却手段は、前記冷却入子に接続され前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒配管を備え、
前記金型と前記基台との間には空間部が形成され、
前記冷媒配管は、前記空間部に設けられかつ前記冷却入子にろうで接合された２重配管であることを特徴とする請求項９に記載の鋳造装置。
【請求項１１】
前記キャビティ部内の溶湯の温度が固相温度まで低下したことに応じて、前記冷却通路に冷媒を通流させる湯口冷却装置をさらに備えることを特徴とする請求項１、３、４、及び６の何れかに記載の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造装置及び鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダヘッドは、所謂低圧鋳造法に基づいて製造される場合が多い（例えば、特許文献１参照）。低圧鋳造法では、金型の直下に設けられた炉内に貯留されている金属の溶湯に圧力をかけることにより、この溶湯を、炉内に設けられた筒状のストークと、このストークと金型内に形成されているキャビティ部とを接続する筒状の湯口部と、を介してキャビティ部内に充填する。キャビティ部内に充填された溶湯は、しばらくすると冷えて固まるので、その後金型を型開きすることによって製品が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６０５０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで湯口部内には、溶湯に含まれる異物がキャビティ部内に侵入するのを抑制するため、フィルタが設けられている。このフィルタは、本来であれば、金型を型開きしてキャビティ部内の製品を取り出す際に、製品と共に金型から取り出されることが好ましい。しかしながら鋳造のサイクルタイムを短縮するために、鋳造後の凝固時間の短縮を図ると、製品と共に金型内から取り出されるべきフィルタが湯口部内に残ってしまう場合がある。より具体的には、キャビティ部内の溶湯が固まったタイミングで炉内の圧力を開放し、金型を型開きしてキャビティ部内の製品を取り出すと、この時点では湯口部内の溶湯が十分に冷え固まっておらず、この湯口部の不完全な凝固によりフィルタが製品部から切り離され、上記のように湯口部内にフィルタが残ってしまう場合がある。【０００５】
湯口部内にフィルタが残ってしまった場合、作業者はこのフィルタを湯口部から取り除く作業を行わなければ、同じストーク、湯口部、及び金型を用いて次の鋳造工程を開始することができないので、結果としてサイクルタイムが長くなってしまい、ひいては生産性が低下するおそれがある。【０００６】
本発明は、短いサイクルタイムで製品を製造できる鋳造装置及びこの鋳造装置を用いた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】
（１）本発明に係る鋳造装置（例えば、後述の鋳造装置１）は、金属の溶湯を貯留する炉（例えば、後述の加圧炉２）と、内部にキャビティ部（例えば、後述のキャビティ部３３）が形成された金型（例えば、後述の金型３）と、前記炉に設けられた筒状のストーク部（例えば、後述のストーク部６）と、前記炉内の溶湯を前記ストーク部に供給する溶湯供給装置（例えば、後述の溶湯供給装置２１）と、前記ストーク部の溶湯充填方向下流側端部と前記キャビティ部とを接続する筒状部材であり、前記ストーク部に供給された溶湯を前記キャビティ部内に導く少なくとも１つの湯口部（例えば、後述の第１湯口部７及び第２湯口部８）と、前記湯口部に設けられたフィルタ部材（例えば、後述のフィルタ部材７６）と、を備えるものであって、前記フィルタ部材は、前記湯口部の延在方向に沿って延びかつ当該湯口部の内壁面の当接部（例えば、後述の中段入子７４）に当接するフランジ部（例えば、後述のフランジ部７６２）を備え、前記当接部の近傍には、その内部を冷媒が通流する冷却通路（例えば、後述の冷却通路７７）が設けられていることを特徴とする。【０００８】
（２）この場合、前記湯口部は、上流入子（例えば、後述の下段入子７５）と下流入子（例えば、後述の上段入子７３及び中段入子７４）とを組み合わせて構成され、前記上流入子は、前記湯口部のうち前記当接部の溶湯充填方向上流側端部から前記ストーク部側を構成する筒状部材であり、前記下流入子は、前記湯口部のうち前記当接部の溶湯充填方向上流側端部から前記キャビティ部側を構成する筒状部材であり、前記冷却通路は、前記下流入子に形成されていることが好ましい。【０００９】
（３）この場合、前記湯口部は、前記下流入子の溶湯充填方向下流側端部が前記キャビティ部に連通するように、前記金型に形成された貫通孔（例えば、後述の第１貫通孔３４及び第２貫通孔３５）内に挿通して設けられ、前記湯口部の溶湯充填方向に沿った断面視において、前記下流入子の内壁面（例えば、後述の内壁面７３１，７４１）から前記貫通孔の内壁面（例えば、後述の内壁面３４ａ，３４ｂ）までの距離は、前記上流入子の内壁面（例えば、後述の内壁面７５１）から前記貫通孔の内壁面（例えば、後述の内壁面３４ｃ）までの距離よりも短いことが好ましい。【００１０】
（４）この場合、前記下流入子は、それぞれ筒状部材であり、前記当接部を含む部分である第１下流入子（例えば、後述の中段入子７４）と、前記下流入子のうち前記第１下流入子より前記キャビティ部側を構成する第２下流入子（例えば、後述の上段入子７３）と、を組み合わせて構成され、前記第１下流入子は、前記第２下流入子よりも熱伝導率が高い材料で形成されることが好ましい。【００１１】
（５）この場合、前記湯口部は、前記下流入子の溶湯充填方向下流側端部が前記キャビティ部内に連通するように、前記金型に形成された貫通孔（例えば、後述の第１貫通孔３４及び第２貫通孔３５）内に挿通して設けられ、前記上流入子の外壁面（例えば、後述の外壁面７５２）と前記貫通孔の内壁面（例えば、後述の３４ｃ）との間には断熱部（例えば、後述の空隙部７５５）が形成されていることが好ましい。【００１２】
（６）この場合、前記断熱部は、前記上流入子の外壁面と前記貫通孔の内壁面との間に形成された空隙であることが好ましい。【００１３】
（７）本発明に係る鋳造方法は、金属の溶湯を貯留する炉（例えば、後述の加圧炉２）と、内部にキャビティ部（例えば、後述のキャビティ部３３）が形成された金型（例えば、後述の金型３）と、前記炉に設けられた筒状のストーク部（例えば、後述のストーク部６）と、前記炉内の圧力を上昇させることにより当該炉内の溶湯を前記ストーク部に供給する溶湯供給装置（例えば、後述の溶湯供給装置２１）と、前記ストーク部の溶湯充填方向下流側端部と前記キャビティ部とを接続する筒状であり、前記ストーク部に供給された溶湯を前記キャビティ部内に導く少なくとも１つの湯口部（例えば、後述の第１湯口部７及び第２湯口部８）と、前記湯口部に設けられたフィルタ部材（例えば、後述のフィルタ部材７６）と、を備え、前記湯口部は、前記フィルタ部材が設けられかつ溶湯充填方向下流側を構成する下流湯口部（例えば、後述の上段入子７３及び中段入子７４）と、前記下流湯口部よりも溶湯充填方向上流側を構成する上流湯口部（例えば、後述の下段入子７５）と、を組み合わせて構成される鋳造装置（例えば、後述の鋳造装置１）を用いる。鋳造方法は、前記溶湯供給装置を用いて前記炉内を昇圧させることにより前記キャビティ部内に溶湯を充填した後、当該炉内の圧力を維持する第１工程（例えば、後述の図８のＳ１の工程）と、前記キャビティ部内の溶湯の温度が固相温度まで低下したことに応じて前記下流湯口部を冷却する第２工程（例えば、後述の図８のＳ３の工程）と、前記下流湯口部内の溶湯の温度が固相温度まで低下した後でありかつ前記上流湯口部内の溶湯の温度が固相温度まで低下する前に前記炉内を減圧する第３工程（例えば、後述の図８のＳ４の工程）と、を備えることを特徴とする。【００１４】
（８）この場合、前記第２工程は、前記下流湯口部に形成された冷却通路に冷媒を通流させる工程と、前記炉内の圧力を前記第１工程における圧力よりも上昇させる工程と、の少なくとも何れかを含むことが好ましい。【００１５】
（９）本発明に係る鋳造装置は、金属の溶湯を貯留する炉と、内部にキャビティ部が形成された金型と、前記金型を支持する基台と、前記炉に設けられた筒状のストーク部と、内部に前記ストーク部が設けられるストーク室が設けられたプラテンと、前記炉内の圧力を上昇させることにより当該炉内の溶湯を前記ストーク部に供給する溶湯供給装置と、前記ストーク部の溶湯充填方向下流側端部と前記キャビティ部とを接続する筒状部材であり、前記ストーク部に供給された溶湯を前記キャビティ部内に導く少なくとも１つの湯口部と、前記金型を冷却する冷却手段と、を備え、前記冷却手段は、冷媒が通流する冷媒流路が形成された冷却部材と、前記冷却部材に接続され前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒配管と、を備え、前記金型の下面と前記基台との間には空間部が形成され、前記冷却部材は、前記金型の内部に挿脱自在に設けられ、前記冷媒配管は、前記空間部に設けられていることを特徴とする。【００１６】
（１０）この場合、前記金型には、前記キャビティ部の一部を構成するキャビティ面の近傍へ延びる凹状の窪み部が形成され、前記冷却部材は、前記窪み部に挿入される冷却入子と、当該冷却入子をその挿入方向に沿って押圧することにより前記窪み部内における前記冷却入子の位置を定める位置決め部材と、を備え、前記冷却入子及び前記位置決め部材は、互いに摺接しかつ前記挿入方向に対し傾斜する傾斜面を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
（１）本発明の鋳造装置では、炉に設けられたストーク部と金型内に形成されたキャビティ部とを接続する湯口部には、異物除去用のフィルタ部材が設けられる。このフィルタ部材には、湯口部の延在方向に沿って延びかつ湯口部の内壁面に当接するフランジ部が設けられている。この湯口部のうち少なくともフィルタ部材のフランジ部が当接する内壁面の近傍には、その内部を冷媒が通流する冷却通路が形成されている。よって本発明によれば、湯口部内に充填された溶湯のうちフィルタ部材のフランジ部が当接する当接部を含む部分の凝固が促進される。そのため金型を型開きする際には、キャビティ部内において溶湯が凝固することによって成形された製品方案部とともにフィルタ部材を含む湯口方案部を取り出すことができる。したがって本発明によれば、型開きした後、湯口部内にはフィルタ部材が取り残されることが無いため、湯口部からフィルタ部材を取り除く作業を行うことなく同じストーク部、湯口部、及び金型を用いて次の鋳造工程を開始することができ、さらに湯口部が凝固する時間を短縮できるので、サイクルタイムを短くできる。【００１８】
また本発明では、当接部のうちフィルタ部材のフランジ部が接する内壁面の近傍に冷媒が通流する冷却通路を形成する。本発明では、このような位置に冷却通路を形成することにより、キャビティ部が凝固した後に湯口部が凝固するという指向性凝固を維持することができ、ひいてはキャビティ部内の製品が凝固収縮する分を湯口部内の加圧された溶湯が補充するという押し湯機能を機能させ、製品の品質を維持できる。また同時に、製品が凝固して押し湯による補充が必要ない状態になった場合には、直ちに湯口部の当接部を積極的に冷却して湯口部の凝固を促進できるので、製品凝固から型開きまでのサイクルタイムの短縮を可能にしつつ、フィルタの型残りを防止できる。【００１９】
（２）本発明では、湯口部を上流入子と下流入子とを組み合わせて構成する。また下流入子を、湯口部のうち当接部の溶湯充填方向上流側端部からキャビティ部側を構成する筒状の部材とし、この下流入子に冷媒が通流する冷却通路を形成する。これにより、湯口部に充填された溶湯のうち下流入子に覆われている部分の冷却速度を上流入子に覆われている部分よりも速めることができるので、型開きまでに要する時間を短縮でき、またフィルタ部材が下流入子内に取り残されるのを防止できる。【００２０】
（３）本発明では、湯口部を、その下流入子の溶湯充填方向下流側端部がキャビティ部内に連通するように、金型に形成された貫通孔内に挿通する。また湯口部の溶湯流れ方向に沿った断面視において、下流入子の内壁面から貫通孔の内壁面までの距離を、上流入子の内壁面から貫通孔の内壁面までの距離よりも短くする。これにより、上流入子よりも下流入子の方が金型からの熱引きによる冷却速度を速めることができる。したがって本発明によれば、湯口部に充填された溶湯のうち下流入子に覆われている部分の冷却速度を上流入子に覆われている部分よりも速めることができるので、型開きまでに要する時間を短縮でき、またフィルタ部材が下流入子内に取り残されるのを防止できる。【００２１】
（４）本発明では、下流入子を、当接部を含む部分である第１下流入子と、この下流入子のうち第１下流入子よりもキャビティ部側を構成する第２下流入子と、を組み合わせて構成する。また本発明では、当接部を含む部分である第１下流入子を、第２下流入子よりも熱伝導率が高い材料で形成する。キャビティ部内に充填された溶湯は、金型内で冷やされる過程で収縮するので、製品に引け巣が生じないようにするには、キャビティ部に収縮分を補う押し湯を供給する必要がある。そこで本発明では、上記のように第１下流入子よりもキャビティ部に近い第２下流入子における冷却速度を第１下流入子における冷却速度よりも遅くする。これにより、第１下流入子における冷却速度を速めつつ、第２下流入子内に充填されている溶湯をキャビティ部内へ押し湯として供給できる。よって、サイクルタイムを短くしつつ、引け巣の無い良品を製造できる。【００２２】
（５）本発明では、湯口部を、その下流入子の溶湯充填方向下流側端部がキャビティ部に連通するように、金型に形成された貫通孔内に挿通する。また本発明では、当接部を含まない部分である上流入子の外壁面と貫通孔の内壁面との間に、断熱部を形成する。これにより、上流入子に覆われた部分の溶湯の冷却速度を、下流入子に覆われた部分の溶湯の冷却速度よりも遅くできるので、湯口部から炉内に戻される溶湯の量を最大限確保でき、ひいては材料のコストを低減できる。【００２３】
（６）本発明では、上流入子の外壁面と金型の貫通孔の内壁面との間に形成される断熱部を、空隙とする。これにより、特殊な材料を用いることなく簡易な構成で上記のように、湯口部から炉内に戻される溶湯の量を最大限確保でき、ひいては材料のコストを低減できる。【００２４】
（７）本発明の鋳造方法では、炉内を昇圧させることによりキャビティ部内に溶湯を充填した後、炉内の圧力を維持する。その後本発明では、キャビティ部内の溶湯の温度が固相温度まで低下してから下流湯口部を冷却する。これにより、キャビティ部内の溶湯が凝固し、押し湯が不要となるまで、下流湯口部内の溶湯を液相で維持できるので、製品に引け巣が生じないように、押し湯を確保できる。また本発明では、下流湯口部内の溶湯の温度が固相温度まで低下した後でありかつ上流湯口部内の溶湯の温度が固相温度まで低下する前に炉内を減圧する。このように本発明では、湯口部のうちフィルタ部材を含む部分である下流湯口部内の溶湯の凝固がある程度進んだ状態であり、かつ上流湯口部内の溶湯が液相である状態で炉内を減圧することにより、金型を型開きする際には、キャビティ部内において溶湯が凝固することによって形成された製品方案部とともにフィルタ部材を含む湯口方案部を取り出すことができる。したがって本発明によれば、型開きした後、湯口内にはフィルタ部材が取り残されることが無いため、湯口部からフィルタ部材を取り除く作業を行うことなく同じストーク部、湯口部、及び金型を用いて次の製造工程を開始することができ、ひいてはサイクルタイムを短くできる。また上流湯口部内の溶湯が液相である状態で炉内を減圧することにより、上流湯口部内の溶湯を炉内に戻すことができるので、湯口方案部が大型化するのを抑制でき、材料のコストを低減できる。【００２５】
（８）本発明において、第２工程では、下流湯口部に形成された冷却通路に冷媒を通流させる工程と、炉内の圧力を第１工程における圧力よりも上昇させる工程と、の少なくとも何れかを実行する。これにより、第２工程では、下流湯口部内の溶湯の温度を速やかに固相温度まで低下させることができるので、第３工程を速やかに開始でき、ひいてはサイクルタイムをさらに短くできる。【００２６】
（９）本発明では、金型と、この金型を支持する基台との間に空間部を形成する。また本発明では、金型を冷却する冷却手段の冷却部材を金型の内部に挿脱自在に設け、さらにこの冷却部材の冷却配管を金型と基台との間の空間部に設ける。これにより、金型内部の冷却が要求される任意の箇所のみを冷却できる。またこれにより、高精度な製品部の冷却制御及び金型の肉厚部や複雑構造部への冷却が可能となり、ひいては金型の熱によるかじりや破損を防止できる。【００２７】
（１０）本発明では、冷却部材を、金型に形成された窪み部に挿入される冷却入子と、この冷却入子を挿入方向に沿って押圧することで窪み部内における冷却入子の位置を定める位置決め部材とで構成する。またこれら冷却入子及び位置決め部材の互いに摺接する面を、挿入方向に対し傾斜した傾斜面とする。したがって本発明では、金型の窪み部に挿入された冷却入子を位置決め部材で挿入方向に沿って押圧することにより、この冷却入子を挿入方向に対し垂直な向きに摺動させ、その窪み部内における位置を定めることができる。これにより、窪み部内における冷却入子の位置を、金型内部の冷却が要求されている部分に近づけたり、冷却が要求されていない部分から離隔させたりできるので、より高精度な冷却制御が可能となり、ひいては金型の長寿命化や製品とのかじりを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳造装置の構成を示す図である。
【図２】第１湯口部の溶湯充填方向下流側の端部の断面図である。
【図３Ａ】第１の例の中段入子の構成を示す図である。
【図３Ｂ】第２の例の中段入子の構成を示す図である。
【図３Ｃ】第３の例の中段入子の構成を示す図である。
【図３Ｄ】第４の例の中段入子の構成を示す図である。
【図３Ｅ】第５の例の中段入子の構成を示す図である。
【図４】図８の鋳造方法に従って鋳造製品を成形した場合に実現される各部分の温度の変化を示す図である。
【図５】下型及び冷却カートリッジの斜視図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】冷却ホースと冷却カートリッジとの間の接続構造を示す図である。
【図８】鋳造方法の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図９】図８の鋳造方法の各工程時における加熱炉内の圧力の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る鋳造装置１の構成を示す図である。鋳造装置１は、所謂低圧鋳造法に基づいて鋳造製品を成形する際に用いられるものである。なお以下では、鋳造製品はエンジンのシリンダヘッドとした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
【００３０】
鋳造装置１は、金属（例えば、アルミニウム）の溶湯を貯留する加圧炉２と、内部にキャビティ部３３が形成された金型３と、加圧炉２の鉛直方向上方側に設けられたプラテン４と、プラテン４に設置され金型３を支持する基台３９と、金型３を冷却する金型冷却装置５と、プラテン４内に形成されたストーク室４１内に設けられ、鉛直方向に沿って延びる円筒状のストーク部６と、加圧炉２内に貯留された溶湯をストーク部６内に供給する溶湯供給装置２１と、ストーク部６の鉛直方向上方側の端部とキャビティ部３３とを接続する筒状部材であり、ストーク部６に供給された溶湯をキャビティ部３３内に導く複数（図１の例では、２つ）の第１湯口部７及び第２湯口部８と、これら湯口部７，８を冷却する湯口冷却装置９と、を備える。なお本実施形態では、湯口部の数を２つとした場合について説明するが、湯口部の数はこれに限らない。
【００３１】
金型３は、固定型である下型３１と、この下型３１に対し図示しないスライドシリンダによって進退自在に設けられた可動型である上型３２と、を組み合わせて構成される。上型３２を下型３１に接近させると、図１に示すように、これら下型３１と上型３２との間には、製品形状をかたどった空間であるキャビティ部３３が形成される。金型３は、加圧炉２の鉛直方向上方側に位置するように、基台３９により支持されている。なお金型３は上記構成に限らない。金型３は、上記のように鉛直方向に配置された固定型及び可動型だけでなく、側方からスライド機構によって接離可能な摺動型を備えたものであってもよい。
【００３２】
溶湯供給装置２１は、加圧炉２内にエアを供給し、このエアによって加圧炉２内を昇圧することにより、加圧炉２内に貯留された溶湯を鉛直方向に沿って押し上げるようにストーク部６内、湯口部７，８内、及びキャビティ部３３内に供給する。また溶湯供給装置２１は、加圧炉２内のエアを外部へ抜き出し、加圧炉２内を減圧することにより、ストーク部６内、及び湯口部７，８内に残留する溶湯を加圧炉２内に回収する。
【００３３】
プラテン４の内部には、鉛直方向に沿って延びる円筒状の空間であるストーク室４１が形成されている。ストーク部６は、円筒状であり、加圧炉２内から下型３１側へ鉛直方向に沿って延びる。ストーク部６の溶湯充填方向下流側端部には、円盤状のカバー部材６１が設けられている。カバー部材６１には、湯口部７，８の数と同じ数だけ貫通孔６２，６３が形成されている。
【００３４】
第１湯口部７及び第２湯口部８は、それぞれ鉛直方向に沿って延びる円筒状の部材であり、ストーク部６の溶湯充填方向下流側端部と金型３内に形成されたキャビティ部３３とを連通する。第１湯口部７の溶湯充填方向上流側の端部７１はストーク部６の第１貫通孔６２内に挿通され、第１湯口部７の溶湯充填方向下流側の端部７２は下型３１に形成された第１貫通孔３４内に挿通されている。また第２湯口部８の溶湯充填方向上流側の端部８１はストーク部６の第２貫通孔６３内に挿通され、第２湯口部８の溶湯充填方向下流側の端部８２は下型３１に形成された第２貫通孔３５内に挿通されている。
【００３５】
図２は、第１湯口部７の溶湯充填方向下流側の端部７２及びこの端部７２が挿通される下型３１の第１貫通孔３４の断面図である。なお第２湯口部８の溶湯充填方向下流側の端部８２及び下型３１の第２貫通孔３５の構成は、この第１湯口部７の端部７２及び第１貫通孔３４とほぼ同じ構成であるので、図示及びその詳細な説明を省略する。
【００３６】
第１湯口部７は、図２に示すように、３つの入子７３，７４，７５を組み合わせることによって形成される。より具体的には、第１湯口部７は、それぞれ円筒状の部材である上段入子７３と中段入子７４と下段入子７５とを、溶湯充填方向下流側から上流側へ向かいこの順で接続することによって形成されている。またこの第１湯口部７内には、溶湯中の異物がキャビティ部３３側に侵入するのを防止するフィルタ部材７６が設けられている。
【００３７】
これら入子７３，７４，７５は、上段入子７３がキャビティ部３３内に連通するように、下型３１に形成された第１貫通孔３４内に挿通して設けられている。
【００３８】
上段入子７３は、第１湯口部７のうち溶湯充填方向下流側端部を構成する円筒状の部材である。上段入子７３の内壁面７３１は、溶湯充填方向上流側から下流側へ向けて拡径するテーパ状となっている。上段入子７３は、その外壁面７３２が第１貫通孔３４の内壁面３４ａと密接するように、第１貫通孔３４内に設けられている。この上段入子７３は、例えばタングステンによって形成される。
【００３９】
中段入子７４は、上段入子７３と下段入子７５とを接続する円筒状の部材である。中段入子７４の内壁面７４１は、溶湯充填方向上流側から下流側へ向けて拡径するテーパ状となっている。また中段入子７４を上段入子７３に連結すると、中段入子７４の内壁面７４１と上段入子７３の内壁面７３１とは面一になる。また図２に示すように、中段入子７４を上段入子７３に連結した状態では、中段入子７４の外壁面７４２と第１貫通孔３４の内壁面３４ｂとの間には、空隙部７４５が形成されるようになっている。
【００４０】
中段入子７４には、その内壁面７４１の全周のうち少なくとも一部を覆う冷却通路７７が形成されている。湯口冷却装置９は、中段入子７４の冷却通路７７内に冷媒を循環させることによって、第１湯口部７のうち特に中段入子７４を重点的に冷却する。ここで冷媒の具体例としては、例えば空気流や、ミスト流や、冷却水等が挙げられるが、特に空気流が好ましい。この中段入子７４は、上段入子７３や下段入子７５を形成する材料よりも熱伝導率が高い材料、より具体的にはタングステンによって形成されている。本実施形態では、中段入子７４に冷却通路７７を形成しさらにこの中段入子７４を熱伝導率の高い材料で形成することにより、第１湯口部７に溶湯が充填されている状態において、中段入子７４によって覆われている部分の溶湯の冷却速度を、それより上流側の下段入子７５によって覆われている部分の溶湯の冷却速度よりも速めることができる。
【００４１】
次に、図３Ａ〜図３Ｅの断面図を参照しながら冷却通路の構成の具体的な例について説明する。図３Ａ〜図３Ｅは、中段入子のうち図２中線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。より具体的には、図３Ａは、第１の例の中段入子７４Ａの構成を示す図であり、図３Ｂは、第２の例の中段入子７４Ｂの構成を示す図であり、図３Ｃは、第３の例の中段入子７４Ｃの構成を示す図であり、図３Ｄは、第４の例の中段入子７４Ｄの構成を示す図であり、図３Ｅは、第５の例の中段入子７４Ｅの構成を示す図である。
【００４２】
図３Ａに示すように、第１の例の中段入子７４Ａに形成される冷却通路７７Ａは、断面視ではＣ字状である。中段入子７４Ａの外周面の一端面には、冷媒導入口７７１Ａと冷媒排出口７７２Ａとが並列して形成されている。冷却通路７７Ａは、冷媒導入口７７１Ａから内壁面７４１に沿って反時計回りで円弧状に延び、冷媒排出口７７２Ａに至る。湯口冷却装置９は、冷媒導入口７７１Ａへ冷媒を供給するとともに、冷媒排出口７７２Ａから排出される冷媒を回収することにより、冷却通路７７Ａ内に冷媒を循環させる。第１の例の中段入子７４Ａによれば、冷却通路７７Ａは内壁面７４１のほぼ全周を覆うので、中段入子７４Ａによって覆われている部分の溶湯を効率的に冷却できる。
【００４３】
図３Ｂに示すように、第２の例の中段入子７４Ｂに形成される冷却通路７７Ｂは、断面視では螺旋状である。中段入子７４Ｂの外周面の一端面には、冷媒導入口７７１Ｂと冷媒排出口７７２Ｂとが並列して形成されている。なお図３Ｂでは、冷媒導入口７７１Ｂを冷媒排出口７７２Ｂよりも紙面に沿って手前側に形成した場合を示すが、逆にしてもよい。冷却通路７７Ｂは、冷媒導入口７７１Ｂから内壁面７４１に沿って時計回りで円弧状に延び、冷媒排出口７７２Ｂに至る。湯口冷却装置９は、冷媒導入口７７１Ｂへ冷媒を供給するとともに、冷媒排出口７７２Ｂから排出される冷媒を回収することにより、冷却通路７７Ｂ内に冷媒を循環させる。第２の例の中段入子７４Ｂによれば、冷却通路７７Ｂは内壁面７４１の全周を覆うので、中段入子７４Ｂによって覆われている部分の溶湯を、上述の第１の例の中段入子７４Ａよりも効率的に冷却できる。
【００４４】
図３Ｃに示すように、第３の中段入子７４Ｃに形成されている冷却通路７７Ｃは、断面視ではＣ字状である。中段入子７４Ｃの外周面の一端面には冷媒導入口７７１Ｃが形成され、他端面には冷媒導入口７７２Ｃが形成されている。冷却通路７７Ｃは、冷媒導入口７７１Ｃから内壁面７４１に沿って反時計回りで円弧状に延び、冷媒排出口７７２Ｃに至る。湯口冷却装置９は、冷媒導入口７７１Ｃへ冷媒を供給するとともに、冷媒排出口７７２Ｃから排出される冷媒を回収することにより、冷却通路７７Ｃ内に冷媒を循環させる。第３の例の中段入子７４Ｃによれば、冷却通路７７Ｃは内壁面７４１のほぼ半周のみを覆うので、上述の第１及び第２の例の中段入子７４Ａ，７４Ｂよりも全体的な冷却効率は低下する。しかしながら中段入子７４Ｃによって覆われている溶湯のうち特に凝固を促進したい部分のみを効率的に冷却できる、という利点がある。
【００４５】
図３Ｄに示すように、第４の中段入子７４Ｄには、第１冷却通路７７Ｄと第２冷却通路７８Ｄとの計２本の冷却通路が形成されている。各冷却通路７７Ｄ，７８Ｄは、それぞれ断面視ではＣ字状である。中段入子７４Ｄの外周面の一端面には第１冷媒導入口７７１Ｄ及び第２冷媒導入口７８１Ｄが並列して形成され、他端面には第１冷媒排出口７７２Ｄ及び第２冷媒排出口７８２Ｄが並列して形成されている。第１冷却通路７７Ｄは、第１冷媒導入口７７１Ｄから内壁面７４１に沿って反時計回りで円弧状に延び、第１冷媒排出口７７２Ｄに至る。第２冷却通路７８Ｄは、第２冷媒導入口７８１Ｄから内壁面７４１に沿って時計回りで円弧状に延び、第２冷媒排出口７８２Ｄに至る。湯口冷却装置９は、第１冷媒導入口７７１Ｄ及び第２冷媒導入口７８１Ｄへ冷媒を供給するとともに、第１冷媒排出口７７２Ｄ及び第２冷媒排出口７８２Ｄから排出される冷媒を回収することにより、冷却通路７７Ｄ，７８Ｄ内に冷媒を循環させる。第４の例の中段入子７４Ｄによれば、２本の冷却通路７７Ｄ，７８Ｄによって内壁面７４１のほぼ全周を覆うので、その冷却効率は、上述の第１の例の中段入子７４Ａとほぼ同等である。また第４の中段入子７４Ｄによれば、２本の冷却通路７７Ｄ，７８Ｄで冷媒の流量を変えることができるので、部分的に冷却効率を変えることができる。
【００４６】
図３Ｅに示すように、第５の中段入子７４Ｅには、第１冷却通路７７Ｅと第２冷却通路７８Ｅと第３冷却通路７９Ｅの計３本の冷却通路が形成されている。各冷却通路７７Ｅ，７８Ｅ，７９Ｅは、それぞれ断面視ではＣ字状である。中段入子７４Ｅの外周面には、反時計回りで、第１冷媒導入口７７１Ｅと、第１冷媒排出口７７２Ｅと、第２冷媒導入口７８１Ｅと、第２冷媒排出口７８２Ｅと、第３冷媒導入口７９１Ｅと、第３冷媒排出口７９２Ｅと、が形成されている。第１冷媒導入口７７１Ｅと第３冷媒排出口７９２Ｅとは並列して形成され、第１冷媒排出口７７２Ｅと第２冷媒導入口７８１Ｅとは並列して形成され、第２冷媒排出口７８２Ｅと第３冷媒導入口７９１Ｅとは並列して形成されている。また第１冷媒導入口７７１Ｅと第２冷媒導入口７８１Ｅとは約１２０°空けて形成され、第２冷媒導入口７８１Ｅと第３冷媒導入口７９１Ｅとは約１２０°空けて形成されている。第１冷却通路７７Ｅは、第１冷媒導入口７７１Ｅから内壁面７４１に沿って反時計回りで円弧状に延び、第１冷媒排出口７７２Ｅに至る。第２冷却通路７８Ｅは、第２冷媒導入口７８１Ｅから内壁面７４１に沿って反時計回りで円弧状に延び、第２冷媒排出口７８２Ｅに至る。第３冷却通路７９Ｅは、第３冷媒導入口７９１Ｅから内壁面７４１に沿って反時計回りで円弧状に延び、第３冷媒排出口７９２Ｅに至る。湯口冷却装置９は、第１冷媒導入口７７１Ｅ及び第２冷媒導入口７８１Ｅ及び第３冷媒導入口７９１Ｅへ冷媒を供給するとともに、第１冷媒排出口７７２Ｅ及び第２冷媒排出口７８２Ｅ及び第３冷媒排出口７９２Ｅから排出される冷媒を回収することにより、冷却通路７７Ｅ，７８Ｅ，７９Ｅ内に冷媒を循環させる。第５の例の中段入子７４Ｅによれば、３本の冷却通路７７Ｅ，７８Ｅ，７９Ｅによって内壁面７４１のほぼ全周を覆うので、その冷却効率は、上述の第１の例の中段入子７４Ａとほぼ同等である。また第５の中段入子７４Ｅによれば、３本の冷却通路７７Ｅ，７８Ｅ，７９Ｅで冷媒の流量を変えることができるので、第４の例の中段入子７４Ｄよりも細かく部分的に冷却効率を変えることができる。
【００４７】
図２に戻り、下段入子７５は、第１湯口部７のうち溶湯充填方向上流側端部を構成する円筒状の部材である。下段入子７５の内壁面７５１は、溶湯充填方向上流側から下流側へ向けて縮径するテーパ状となっている。また下段入子７５を中段入子７４に連結すると、下段入子７５の内壁面７５１と中段入子７４の内壁面７４１とは面一になる。この下段入子７５は、例えばタングステンによって形成される。
【００４８】
また図２に示すように、下段入子７５を中段入子７４に連結した状態では、下段入子７５の外壁面７５２と第１貫通孔３４の内壁面３４ｃとの間には、空隙部７５５が形成されるようになっている。なお図２に示すように、下段入子７５と第１貫通孔３４との間に形成される空隙部７５５は、中段入子７４と第１貫通孔３４との間に形成される空隙部７４５よりも大きい。
【００４９】
また図２に示すように、第１湯口部７４の溶湯流れ方向に沿った断面視において、上段入子７３の内壁面７３１から第１貫通孔３４の内壁面３４ａまでの距離及び中段入子７４の内壁面７４１から第１貫通孔３４の内壁面３４ｂまでの距離は、下段入子７５の内壁面７５１から第１貫通孔３４の内壁面３４ｃまでの距離よりも短い。後に説明するように、下型３１は金型冷却装置５によって冷却されるようになっている。よって各入子７３，７４，７５の内壁面７３１，７４１，７５１から第１貫通孔３４の内壁面３４ａ，３４ｂ，３４ｃまでの距離を上記のように設定することにより、上段入子７３及び中段入子７４の下型３１からの熱引きによる冷却速度を、下段入子７５の下型３１からの熱引きによる冷却速度よりも速めることができる。
【００５０】
フィルタ部材７６は、円盤状の金網部７６１と、この金網部７６１の外周縁部に設けられたフランジ部７６２と、を備える。ストーク部６から供給される溶湯に含まれる異物は、この金網部７６１によって取り除かれる。フランジ部７６２は、第１湯口部７の延在方向に沿って延びる。フランジ部７６２は、中段入子７４の内壁面７４１と同じテーパ角を備えるテーパ状である。このフィルタ部材７６は、上記３つの入子７３，７４，７５のうち、中段入子７４の内壁面７４１のみと接するように中段入子７４に設けられている。またフィルタ部材７６を中段入子７４に設けた状態では、フランジ部７６２は中段入子７４の内壁面７４１に当接する。本実施形態では、フィルタ部材７６を中段入子７４の内壁面７４１のみと接するように設けることにより、第１湯口部７に溶湯が充填されている状態において、中段入子７４によって覆われている部分の溶湯の冷却速度を、それより上流側の下段入子７５によって覆われている部分の溶湯の冷却速度よりも速めることができる。
【００５１】
図４は、後述の図８の鋳造方法に従って鋳造製品を成形した場合に実現される各部分の温度の変化を示す図である。図４には、第１湯口部７及びキャビティ部３３内に定められた５箇所の部分の溶湯の温度変化を示す。より具体的には、細実線は、キャビティ部３３の内部における溶湯の温度変化を示し、細破線は、キャビティ部３３上段入子７３との境界部における溶湯の温度変化を示し、太一点鎖線は、上段入子７３の中央部における溶湯の温度変化を示し、太実線は、中段入子７４の中央部における溶湯の温度変化を示し、太破線は、下段入子７５の中央部における溶湯の温度変化を示す。
【００５２】
先ず、キャビティ部３３、湯口部７，８、及びストーク部６内に溶湯を充填した後、時刻ｔ０では、金型冷却装置５を用いた金型３の冷却を開始する。これにより時刻ｔ０以降、上記各部分における溶湯の温度が低下し始める。この際、図４に示すように、各部分の温度は、金型冷却装置５から近い順で、すなわちキャビティ部３３の内部、キャビティ部３３と上段入子７３との境界部、上段入子７３の中央部、中段入子７４の中央部、及び下段入子７５の中央部、の順の速さで低下する。
【００５３】
その後時刻ｔ１において、キャビティ部３３の内部の温度が固相温度を下回り、さらに時刻ｔ２において、キャビティ部３３と上段入子７３との境界部の温度が固相温度を下回ったことに応じて、湯口冷却装置９は、中段入子７４の冷却を開始する。なおここで、時刻ｔ２においてキャビティ部３３と上段入子７３との境界部の温度が固相温度を下回るまでの間、上段入子７３の中央部の温度は常にキャビティ部３３と上段入子７３との境界部の温度よりも高い。したがってキャビティ部３３の内部の溶湯が冷却され収縮することによって形成される隙間には、上段入子７３内の溶湯が押し湯として供給される。
【００５４】
また上記のように時刻ｔ２において中段入子７４の冷却を開始すると、各入子７３，７４，７５の中央部における溶湯の冷却速度は、中段入子７４が最も速くなる。これは、中段入子７４の内部に形成された冷却通路７７に冷却水を通流させ、さらに中段入子７４の内部にフィルタ部材７６を設けたためである。なお冷却水を通流させずかつ中段入子７４にフィルタ部材７６を設けなかった場合、中段入子７４の中央部の溶湯の温度は、図４において細一点鎖線で示すように緩やかに低下する。
【００５５】
その後時刻ｔ３では、上段入子７３の中央部の溶湯と中段入子７４の中央部の溶湯がほぼ同時に固相温度を下回る。なおこの際、下段入子７５の中央部の溶湯の温度は、図４に示すように固相温度より高い。したがってこの時刻ｔ３以降であって、下段入子７５の中央部の溶湯の温度が固相温度以下になる前に加圧炉２内を減圧することにより、ストーク部６に充填されている溶湯とともに下段入子７５における溶湯も加圧炉２内に回収できる。また本実施形態では、中段入子７４の中央部の溶湯の温度が固相温度を下回ってから加圧炉２を減圧することにより、その後型開きした際には、中段入子７４の内部に設けたフィルタ部材７６を湯口方案部とともに取り出すことができる。
【００５６】
次に、図１に戻り金型冷却装置５の構成について説明する。鋳造装置では、高温の溶湯を金型内部に注湯し、キャビティ部で溶湯が固相となるまで冷却し、その後製品を取り出すという鋳造サイクルが繰り返される。このため、鋳造装置には、金型を冷却する種々の冷却機構が設けられている。従来の冷却機構は、金型内部に形成された冷却孔内に冷媒を通流させることによって金型を冷却するものが多い。しかしながら金型内部に冷却孔を形成する場合、入子や中子等を避けて冷却孔を形成しなければならない。また冷却孔は、基本的にドリル等の切削工具を用いて形成するため、複雑な経路の冷却孔を形成することができず、必ずしも金型の熱が溜まる箇所に近接して冷却孔を形成できるわけではない。加えて冷却孔は、ドリル孔などの長孔で形成されるため、冷却したい箇所のみを冷却することが困難であった。本実施形態に係る金型冷却装置５は、以上のような課題に鑑みてなされたものである。
【００５７】
本実施形態に係る金型冷却装置５は、下型３１と基台３９との間に形成された空間部３８を利用して設けられる。金型冷却装置５は、下型３１に形成された凹状の窪み部である冷却スロット３６に挿脱自在に設けられた冷却カートリッジ５１と、冷却スロット３６内における冷却カートリッジ５１の位置を定めるくさび状部材５１３と（後述の図６参照）、冷却カートリッジ５１と冷却ホース５３を介して接続された冷却水循環装置５２と、冷却カートリッジ５１や冷却ホース５３から漏出した冷却水を受ける回収パン５４と、回収パン５４で回収された冷却水を排出するドレンパイプ５５と、を備える。
【００５８】
図５は、下型３１及び下型３１に設けられた冷却カートリッジ５１の斜視図である。より具体的には、図５は、下型３１を、キャビティ部３３の下部を構成するキャビティ面３７ａ側から視た図である。
図６は、図５における線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【００５９】
下型３１のうちキャビティ面３７ａと反対側の外壁面３７ｂには、鉛直方向に沿って延びる冷却スロット３６が複数形成されている。冷却スロット３６は、図６に示すように断面視では矩形状の穴である。これら複数の冷却スロット３６は、外壁面３７ｂからキャビティ面３７ａのうち特に冷却が要求される肉厚面３７ｃの近傍へ延びる。
【００６０】
冷却カートリッジ５１は、冷却スロット３６と略同形状の板状の部材である。冷却カートリッジ５１の内部には、冷却水が通流する冷却水流路５１１が形成されている。また図６に示すように、冷却カートリッジ５１は、冷却スロット３６よりもやや薄い。従って冷却カートリッジ５１を冷却スロット３６に挿入すると、冷却カートリッジ５１と冷却スロット３６との間には間隙が形成される。また冷却カートリッジ５１の基端部には、冷却スロット３６の延在方向、すなわち冷却スロット３６の挿入方向に対し傾斜した傾斜面５１２が形成されている。
【００６１】
くさび状部材５１３の先端部には、冷却スロット３６の挿入方向に対し傾斜した傾斜面５１５が形成されている。冷却スロット３６内における冷却カートリッジ５１の位置は、このくさび状部材５１３によって定められる。すなわち、くさび状部材５１３の傾斜面５１５と冷却カートリッジ５１の傾斜面５１２とを摺接させながら、くさび状部材５１３  で冷却カートリッジ５１を挿入方向に沿って押圧することにより、図６に示すように冷却カートリッジ５１を、冷却が必要な肉厚面３７ｃに接近させ、この冷却が必要な箇所を集中的に冷却したり、金型の特に熱が溜まる箇所をピンポイントで冷却したりできる。またこのようにくさび状部材５１３で冷却スロット３６内における冷却カートリッジ５１の位置を定めることにより、冷却カートリッジ５１を、冷却が必要な肉厚面３７ｃと反対側の冷却がそれほど必要でない部分３７ｄから離間させ、冷却カートリッジ５１と冷却カートリッジ５１の内壁面との間に間隙を形成し、断熱することができる。これにより、キャビティの溶湯や金型に対しピンポイントで冷却の調整を行うことができる。このような冷却カートリッジ５１は、例えば銅などの熱伝導の良い部材によって形成されることが好ましい。
【００６２】
図１に戻り、冷却ホース５３は、冷却カートリッジ５１の内部に形成された冷却水流路５１１と冷却水循環装置５２とを接続する管部材である。冷却水循環装置５２は、冷却ホース５３を介して冷却カートリッジ５１の冷却水流路５１１内に冷却水を供給し、また一方で冷却水を吸引することによって、冷却水を冷却水流路５１１内で循環させる。この冷却ホース５３は、下型３１と基台３９との間に形成された空間部３８に設けられている。
【００６３】
図７は、冷却ホース５３と冷却カートリッジ５１との間の接続構造を示す図である。
図７に示すように、冷却ホース５３は、所謂２重配管であり、内管５３１とこの内管５３１を収容する外管５３２とを組み合わせて構成される。内管５３１は、冷却カートリッジ５１と同じ材料、例えば銅によって形成されている。内管５３１の端部５３１ａは、冷却カートリッジ５１の冷却水流路５１１の端部に形成された接合部５１１ａと、例えば銀ろうを用いたろう付けによって接合されている。本実施形態では、このように冷却カートリッジ５１と内管５３１とで同じ材料を用い、さらにこれらを銀ろうで接合することにより、下型３１の熱による疲労を軽減できる。
【００６４】
また外管５３２には、例えば、可撓性の蛇腹管が用いられる。この外管５３２の端部５３２ａは、冷却カートリッジ５１のうち上記接合部５１１ａの外周部に形成された接合部５１１ｂと、例えば銀ろうを用いたろう付けによって接合されている。本実施形態では、冷却ホース５３を２重配管とすることにより、内管５３１と冷却水流路５１１との接合部５１１ａから漏出した冷却水が、下型３１に飛散するのを防止できる。
【００６５】
図１に戻り、回収パン５４は、板状であり、金型３の下部側を覆う。冷却カートリッジ５１や冷却ホース５３から万一冷却水が漏出した場合には、この冷却水は、この回収パン５４によって回収され、凹状の貯留部５４ａに貯留される。貯留部５４ａに溜まった冷却水は、ドレンパイプ５５によって任意のタイミングで鋳造金型装置外へ排出される。上述のように本実施形態では、下型３１と基台３９との間に空間部３８を形成することにより、回収パン５４をこの空間部３８に設けることができる。これにより、回収パン５４を金型３の下部側に設けることができ、漏出した冷却水がストーク室４１や加圧炉２内に侵入するのを防止できる。
【００６６】
次に以上のような鋳造装置１を用いて鋳造製品を成形する鋳造方法の具体的な手順について説明する。
図８は、本実施形態に係る鋳造方法の具体的な手順を示すフローチャートである。
【００６７】
始めにＳ１では、溶湯供給装置２１は、加圧炉２内にエアを供給し、加圧炉２内を昇圧させることにより、ストーク部６、湯口部７，８、及びキャビティ部３３内に溶湯を充填する。なおこのＳ１において加圧炉２内を昇圧した後は、キャビティ部３３内に溶湯が充填された後であっても、後のＳ４において減圧するまで、昇圧後の圧力を維持する。これによりキャビティ部３３内には、押し湯が供給される。
【００６８】
次にＳ２では、金型冷却装置５は、キャビティ部３３内の溶湯の温度が固相温度に低下するまで、キャビティ部３３内に充填されている溶湯を冷却する。キャビティ部３３の溶湯の温度が固相温度まで低下した場合には、次のＳ３に移る。なおこのＳ２では、キャビティ部３３内に押し湯が供給されるよう、湯口冷却装置９による湯口部７，８の冷却は行わないようにすることが好ましい。
【００６９】
次にＳ３では、キャビティ部３３内の溶湯の温度が固相温度まで低下したことに応じて、湯口冷却装置９は、湯口部７，８の冷却、より具体的には各湯口部７，８の中段入子７４の冷却を開始する。より具体的には、湯口冷却装置９は、中段入子７４において、フィルタ部材７６の全周のうち少なくとも一部を覆うように形成された冷却通路７７内に冷媒を循環させることにより、この中段入子７４とこの中段入子７４に設けられたフィルタ部材７６と中段入子７４によって覆われた部分の溶湯の冷却を促進する。なおこの湯口冷却装置９による冷却は、中段入子７４によって覆われた部分の溶湯の温度が固相温度まで低下するまで継続することが好ましい。
【００７０】
次にＳ４では、中段入子７４によって覆われた部分の溶湯の温度が固相温度まで低下したことに応じて、溶湯供給装置２１は、加圧炉２内のエアを抜き出し、加圧炉２内を減圧させる。ここで本実施形態では、中段入子７４によって覆われた部分の溶湯の温度が固相温度まで低下してから加圧炉２内を減圧することにより、下段入子７５によって覆われた部分の溶湯とストーク部６に充填されている溶湯とを加圧炉２内に回収することができる。ここで、加圧炉２に回収される溶湯の量をできるだけ多く確保するため、この溶湯供給装置２１による減圧は、中段入子７４によって覆われた部分の溶湯の温度が固相温度まで低下した後でありかつ下段入子７５によって覆われた部分の温度が固相温度まで低下する前に行うことが好ましい。
【００７１】
次にＳ５では、型開きし、キャビティ部３３及び湯口部７，８内から、溶湯が凝固することによって一体に形成された製品方案部及び湯口方案部を取り出す。この際、フィルタ部材７６が設けられた中段入子７４内の溶湯の温度が固相温度まで低下するのを待ってから加圧炉２内を減圧するため、フィルタ部材７６は湯口方案部と共に湯口部７，８から取り出すことができる。
【００７２】
図９は、図８の鋳造方法の各工程時における加熱炉２内の圧力の変化を示す図である。図９には、時刻ｔ０において溶湯の充填を開始し、時刻ｔ１においてキャビティ部３３内の溶湯の冷却を開始し、時刻ｔ２において中段入子７４の冷却を開始し、時刻ｔ３において加熱炉２内を減圧し、その後時刻ｔ４において型開きした場合を示す。すなわち、時刻ｔ０〜ｔ１の間で工程Ｓ１を実行し、時刻ｔ１〜ｔ２の間で工程Ｓ２を実行し、時刻ｔ２〜ｔ３の間で工程Ｓ３を実行し、時刻ｔ３〜ｔ４の間で工程Ｓ４を実行し、時刻ｔ４以降において工程Ｓ５を実行した場合を示す。
【００７３】
図９に示すように、加熱炉２内の圧力は、時刻ｔ１において昇圧が完了してから時刻ｔ３において加熱炉２内の減圧を開始するまで、概ね一定に維持することが好ましい。これにより、キャビティ部３３内に押し湯を供給できる。
【００７４】
なお図８のフローチャートでは、工程Ｓ３において冷却通路７７に冷媒を通流させることによって溶湯の冷却を促進する場合について説明したが、溶湯の冷却を促進する手段はこれに限らない。中段入子７４によって覆われた部分の溶湯の冷却速度は、加圧炉２内の圧力を一時的に上昇させることによっても速めることができる。従って工程Ｓ３では、上述のように冷却通路７７内に冷媒を通流させてもよいし、図９において破線で示すように、溶湯供給装置２１で加圧炉２内にエアを供給することにより、加圧炉２内の圧力をＳ２における加圧炉２内の圧力よりも上昇させてもよい。
【００７５】
本実施形態に係る鋳造装置１によれば以下の効果を奏する。
（１）鋳造装置１では、ストーク部６とキャビティ部３３とを接続する湯口部７，８には、異物除去用のフィルタ部材７６が設けられる。このフィルタ部材７６には、湯口部７，８の内壁面に当接するフランジ部７６２が設けられている。この湯口部７，８のうち少なくともフィルタ部材７６のフランジ部７６２が当接する内壁面７４１の近傍には、その内部を冷媒が通流する冷却通路７７が形成されている。よって鋳造装置１によれば、湯口部７，８内に充填された溶湯のうちフィルタ部材７６のフランジ部７６２が当接する中段入子７４を含む部分の凝固が促進される。そのため金型３を型開きする際には、キャビティ部３３内において溶湯が凝固することによって成形された製品方案部とともにフィルタ部材７６を含む湯口方案部を取り出すことができる。したがって鋳造装置１によれば、型開きした後、湯口部７，８内にはフィルタ部材７６が取り残されることが無いため、湯口部７，８からフィルタ部材７６を取り除く作業を行うことなく同じストーク部６、湯口部７，８、及び金型３を用いて次の鋳造工程を開始することができ、さらに湯口部７，８が凝固する時間を短縮できるので、サイクルタイムを短くできる。
【００７６】
また鋳造装置１では、中段入子７４のうちフィルタ部材７６のフランジ部７６２が接する内壁面７４１の近傍に冷媒が通流する冷却通路７７を形成する。鋳造装置１では、このような位置に冷却通路７７を形成することにより、キャビティ部３３が凝固した後に湯口部７，８が凝固するという指向性凝固を維持することができ、ひいてはキャビティ部３３内の製品が凝固収縮する分を湯口部７，８内の加圧された溶湯が補充するという押し湯機能を機能させ、製品の品質を維持できる。また同時に、製品が凝固して押し湯による補充が必要ない状態になった場合には、直ちに湯口部７，８の中段入子７４を積極的に冷却して湯口部７，８の凝固を促進できるので、製品凝固から型開きまでのサイクルタイムの短縮を可能にしつつ、フィルタ部材７６の型残りを防止できる。
【００７７】
（２）鋳造装置１では、湯口部７，８を複数の入子７３，７４，７５を組み合わせて構成する。また中段入子７４に冷媒が通流する冷却通路７７を形成する。これにより、湯口部７，８に充填された溶湯のうち中段入子７４に覆われている部分の冷却速度を下段入子７５に覆われている部分よりも速めることができるので、型開きまでに要する時間を短縮でき、またフィルタ部材７６が中段入子７４内に取り残されるのを防止できる。
【００７８】
（３）鋳造装置１では、湯口部７，８を、下型３１に形成された貫通孔３４，３５内に挿通する。また湯口部７，８の溶湯流れ方向に沿った断面視において、入子７３，７４の内壁面７３１，７４１から第１貫通孔３４の内壁面３４ａ，３４ｂまでの距離を、下段入子７５の内壁面７５１から第１貫通孔３４の内壁面３４ｃまでの距離よりも短くする。これにより、下段入子７５よりも上段入子７３及び中段入子７４の方が下型３１からの熱引きによる冷却速度を速めることができる。したがって鋳造装置１によれば、湯口部７，８に充填された溶湯のうち上段入子７３及び中段入子７４に覆われている部分の冷却速度を下段入子７５に覆われている部分よりも速めることができるので、型開きまでに要する時間を短縮でき、またフィルタ部材７６が下流入子内に取り残されるのを防止できる。
【００７９】
（４）鋳造装置１では、湯口部７，８のうち湯口下流側の部分を、中段入子７４と、上段入子７３と、を組み合わせて構成する。また鋳造装置１では、中段入子７４を、上段入子７３よりも熱伝導率が高い材料で形成する。これにより、中段入子７４よりもキャビティ部３３に近い上段入子７３における冷却速度を中段入子７４における冷却速度よりも遅くなる。これにより、中段入子７４における冷却速度を速めつつ、上段入子７３内に充填されている溶湯をキャビティ部３３内へ押し湯として供給できる。よって、サイクルタイムを短くしつつ、引け巣の無い良品を製造できる。
【００８０】
（５）鋳造装置１では、下段入子７５の外壁面７５２と第１貫通孔３４の内壁面３４ａとの間に、空隙部７５５を形成する。これにより、下段入子７５に覆われた部分の溶湯の冷却速度を、中段入子７４及び上段入子７３に覆われた部分の溶湯の冷却速度よりも遅くできるので、湯口部７，８から加圧炉２内に戻される溶湯の量を最大限確保でき、ひいては材料のコストを低減できる。またこのような空隙部７５５を形成することにより、特殊な材料を用いることなく簡易な構成で上記のように、湯口部７，８から加圧炉２内に戻される溶湯の量を最大限確保でき、ひいては材料のコストを低減できる。
【００８１】
（６）鋳造方法では、加圧炉２内を昇圧させることによりキャビティ部３３内に溶湯を充填した後、加圧炉２内の圧力を維持する。その後鋳造方法では、キャビティ部３３内の溶湯の温度が固相温度まで低下してから中段入子７４を冷却する。これにより、キャビティ部３３内の溶湯が凝固し、押し湯が不要となるまで、上段入子７３及び中段入子７４の溶湯を液相で維持できるので、製品に引け巣が生じないように、押し湯を確保できる。また鋳造方法では、上段入子７３及び中段入子７４内の溶湯の温度が固相温度まで低下した後でありかつ下段入子７５内の溶湯の温度が固相温度まで低下する前に加圧炉２内を減圧する。これにより、金型３を型開きする際には、キャビティ部３３内において溶湯が凝固することによって形成された製品方案部とともにフィルタ部材７６を含む湯口方案部を取り出すことができる。したがって鋳造方法によれば、型開きした後、湯口部７，８内にはフィルタ部材７６が取り残されることが無いため、湯口部７，８からフィルタ部材７６を取り除く作業を行うことなく同じストーク部６、湯口部７，８、及び金型３を用いて次の製造工程を開始することができ、ひいてはサイクルタイムを短くできる。また下段入子７５内の溶湯が液相である状態で加圧炉２内を減圧することにより、下段入子７５内の溶湯を加圧炉２内に戻すことができるので、湯口方案部が大型化するのを抑制でき、材料のコストを低減できる。
【００８２】
（７）鋳造方法では、中段入子７４を冷却する工程Ｓ３では、中段入子７４に形成された冷却通路７７に冷媒を通流させる工程と、加熱炉２内の圧力を工程Ｓ２における圧力よりも上昇させる工程と、の少なくとも何れかを実行する。これにより、工程Ｓ３では、中段入子７４内の溶湯の温度を速やかに固相温度まで低下させることができるので、加熱炉２内を減圧させる工程Ｓ４を速やかに開始でき、ひいてはサイクルタイムをさらに短くできる。
【００８３】
（８）鋳造装置１では、金型３と、この金型３を支持する基台３９との間に空間部３８を形成する。また鋳造装置１では、金型３を冷却する冷却カートリッジ５１を金型３の内部に挿脱自在に設け、さらにこの冷却カートリッジ５１の冷却ホース５３を金型３と基台３９との間の空間部３８に設ける。これにより、金型３内部の冷却が要求される任意の箇所のみを冷却できる。またこれにより、高精度な製品部の冷却制御及び金型３の肉厚面３７ｃや複雑構造部への冷却が可能となり、ひいては金型３の熱によるかじりや破損を防止できる。
【００８４】
（９）鋳造装置１では、冷却カートリッジ５１の冷却スロット３６内における位置を、冷却カートリッジ５１を挿入方向に沿ってくさび状部材５１３で押圧することで定める。またこれら冷却カートリッジ５１及びくさび状部材５１３の互いに摺接する面を、挿入方向に対し傾斜した傾斜面５１２，５１５とする。したがって鋳造装置１では、金型３の冷却スロット３６に挿入された冷却カートリッジ５１をくさび状部材５１３で挿入方向に沿って押圧することにより、この冷却カートリッジ５１を挿入方向に対し垂直な向きに摺動させ、その冷却スロット３６内における位置を定めることができる。これにより、冷却スロット３６内における冷却カートリッジ５１の位置を、金型３内部の冷却が要求されている部分に近づけたり、冷却が要求されていない部分から離隔させたりできるので、より高精度な冷却制御が可能となり、ひいては金型３の長寿命化や製品とのかじりを防止できる。
【００８５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば上記実施形態では、本発明を低圧鋳造法に基づいて鋳造製品を成形する際に用いられる鋳造装置１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、低圧鋳造法だけでなく、溶湯の自重を利用してキャビティ部内に溶湯を充填させる所謂重力鋳造法に基づいて鋳造製品を成形する際に用いられる鋳造装置にも適用できる。
【００８６】
また上記実施形態では、下段入子７５と第１貫通孔３４との間に空隙部７５５を形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。下段入子７５の断熱効果をさらに向上させるため、この空隙部７５５には断熱部材を設けてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１…鋳造装置
２…加圧炉（炉）
２１…溶湯供給装置
３…金型
３１…下型
３２…上型
３３…キャビティ部
３４…第１貫通孔（貫通孔）
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…内壁面
３５…第２貫通孔（貫通孔）
３８…空間部
３９…基台
５…金型冷却装置（冷却手段）
５１…冷却カートリッジ（冷却部材）
５１３…くさび状部材（位置決め部材）
５３…冷却ホース（冷媒配管）
６…ストーク部（ストーク部）
７…第１湯口部（湯口部）
７３…上段入子（下流入子、第２下流入子、下流湯口部）
７３１…内壁面
７４…中段入子（当接部、下流入子、第１下流入子、下流湯口部）
７４１…内壁面
７７…冷却通路
７５…下段入子（上流入子、上流湯口部）
７５１…内壁面
７５２…外壁面
７５５…空隙部（断熱部）
７６…フィルタ部材
７６２…フランジ部
８…第２湯口部（湯口部）
９…湯口冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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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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