(57)【要約】【課題】鋳包み材とアルミニウム又はアルミニウム合金とを短時間に点付け接合すること。【解決手段】鋳包み材をアルミニウム又はアルミニウム合金により包み込みながら鋳造する鋳包み鋳造方法は、（１）鉄製の鋳包み材を準備し、（２）鏡面仕上げ工程で、鋳包み材におけるアルミニウム又はアルミニウム合金との接合面を鏡面に仕上げ、（３）加熱工程では、鋳包み材の表面を２００℃〜３００℃の高温に加熱し、（４）セッティング工程では、鋳包み材を高温に保ったまま金型内にセットし、（５）注湯工程では、金型内を減圧し、その後に金型内にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を注入し、（６）鋳造の完了を待って、（７）鋳造品を離型する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳包み材をアルミニウム又はアルミニウム合金により包み込みながら鋳造する鋳包み鋳造方法であって、
前記鋳包み材における前記アルミニウム又は前記アルミニウム合金との接合面を鏡面に仕上げる鏡面仕上げ工程と、
前記鋳包み材の表面を２００℃〜３００℃の高温に加熱する加熱工程と、
前記鋳包み材を高温に保ったまま金型内にセットするセッティング工程と、
前記金型内を減圧し、その後に前記金型内に前記アルミニウム又は前記アルミニウム合金の溶湯を注入する注湯工程と
を備えたことを特徴とする鋳包み鋳造方法。
【請求項２】
前記注湯工程において、前記金型内を減圧する前に前記金型内に熱風を吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の鋳包み鋳造方法。
【請求項３】
前記セッティング工程において、前記鋳包み材をセットする前に前記金型内に離型剤を塗布して乾燥させることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳包み鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋳包み材をアルミニウム又はアルミニウム合金により包み込みながら鋳造する鋳包み鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として下記の特許文献１〜５に記載された鋳包み鋳造方法が知られている。ここで、特許文献１には、鋳包み材とアルミニウム合金との結合性を向上させるために、金型内にセットした鋳包み材の表面に予め窒化マグネシウムを形成しておき、金型内にアルミニウム合金の溶湯を注入することにより、溶湯の接触面にできる酸化膜を還元することが開示されている。特許文献２には、鋳包み材とアルミニウム合金との間に強固な界面を形成するために、鋳包み材重量に対する溶湯量又は素材重量に対する押し湯重量を制御することにより、鋳包み材表面の酸化膜を溶融又は破壊させることが開示されている。特許文献３及び４には、鋳包み材とアルミニウム合金との接合性を向上させるために、鋳包み材のアルミニウム合金との接合面にろう材を付着させておき、この付着部分にアルミニウム合金の溶湯を接触させることが開示されている。特許文献５には、鋳包み材とアルミニウム合金と接合界面の接合性を向上させるために、鋳包み材の表面に複数の凹凸を設けておき、鋳包み材が接するインサート金型と主金型とに分割された金型を用い、主金型より熱伝導性の低い部材からなるインサート金型を主金型よりも高温に保持して金型内にアルミニウムの溶湯を注入することが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３３８５７号公報
【特許文献２】特開平８−３００１３７号公報
【特許文献３】特開平７−２９０２２６号公報
【特許文献４】特開平６−３０４７４０号公報
【特許文献５】特開平７−１４４２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した特許文献１〜５に記載の技術では、アルミニウム又はアルミニウム合金が反応・拡散するための十分な熱量と時間が必要となり、鋳包み材とアルミニウム合金等との間に瞬間的に反応層を作って接合することが困難であった。このため、凝固の早いダイカスト等での使用には不向きであった。また、特許文献１〜５に記載の技術では、鋳包み材とアルミニウム合金等との界面にて両者を全面接合させることが前提となっていた。このため、短時間に均一に接合させることが困難であった。また、全面接合は一カ所にひびが入ると、そのひびが全面に広がるおそれがあり、これによって接合力を低下させるおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋳包み材とアルミニウム又はアルミニウム合金とを短時間に点付け接合することを可能とした鋳包み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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、鋳包み材をアルミニウム又はアルミニウム合金により包み込みながら鋳造する鋳包み鋳造方法であって、鋳包み材におけるアルミニウム又はアルミニウム合金との接合面を鏡面に仕上げる鏡面仕上げ工程と、鋳包み材の表面を２００℃〜３００℃の高温に加熱する加熱工程と、鋳包み材を高温に保ったまま金型内にセットするセッティング工程と、金型内を減圧し、その後に金型内にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯を注入する注湯工程とを備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、鏡面仕上げ工程により、鋳包み材の接合面が鏡面に仕上げられるので、その接合面から酸化膜が除去される。その後、加熱工程により、鋳包み材の表面が２００℃〜３００℃の高温に加熱され、セッティング工程により、鋳包み材が高温に保たれたまま金型にセットされるので、鋳包み材の接合面は新たに酸化膜ができない状態が保たれる。その後、注湯工程において、金型内が減圧されるので、金型内から酸化膜の素となる空気が除去される。そして、減圧後に金型内に溶湯が注入されるので、鋳包み材とアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯との界面にて両者が瞬間的に微細分散的に反応し、微細分散した反応層が界面にできる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、注湯工程において、金型内を減圧する前に金型内に熱風を吹き込むことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、金型内を減圧する前に、金型内の空気が熱風の吹き込みにより膨張するので、減圧前の金型内の空気が減少する。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、セッティング工程において、鋳包み材をセットする前に金型内に離型剤を塗布して乾燥させることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、金型内に離型剤が施されるので、鋳造完了後に型開き及び鋳造品の離型が容易となる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、鋳包み材とアルミニウム又はアルミニウム合金との界面に瞬間的に反応層を分散させて点接合することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、注湯工程において溶湯を注入する前の金型内の減圧効果を高めることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、鋳造作業の効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の鋳包み鋳造方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
この実施形態では、鉄製の鋳包み材をアルミニウムにより包み込みながら鋳造する鋳包み鋳造方法について説明する。図１に、この鋳造方法をフローチャートにより示す。図２〜図７には、この鋳造方法の各工程等を概略図により示す。以下に、図１のフローチャートに付された各番号に従って順次説明する。
【００１７】
（１）最初に鋳包み材の準備を行う。すなわち、図２に示すように、所定形状に形成された鉄製の鋳包み材１を準備する。この段階では、鋳包み材１の表面には酸化膜等の不純物が付着している。
【００１８】
（２）鏡面仕上げ工程では、図３に示すように、鋳包み材１の表面を鏡面仕上げする。この実施形態では、研磨等の加工により鏡面仕上げ行う。
【００１９】
（３）加熱工程では、鋳包み材１を高温に加熱する。この実施形態では、図４に示すように、鋳包み材１をヒータ２により「２００℃〜３００℃」の高温に加熱する。「２００℃〜３００℃」は、鋳包み材１につき前工程で得られた鏡面状態を安定して維持できる温度である。
【００２０】
（４）セッティング工程では、図５に示すように、金型３のキャビティ４内に鋳包み材１をセットする。この金型３は、固定型５と可動型６を備える。固定型５と可動型６を型合わせすることにより、それらの内部にキャビティ４が形成される。固定型５には、キャビティ４に通じるスリーブ７が設けられる。スリーブ７には、プランジャー８が往復動可能に設けられる。スリーブ７には、その中にアルミニウムの溶湯を供給するための給湯口９が設けられる。この工程では、鋳包み材１をキャビティ４にセットするに際して、事前にキャビティ４内に離型剤を付与しておく。この離型剤は、キャビティ４の内壁に塗布してからエアーブローにより乾燥させる。
【００２１】
（５）注湯工程では、最終的には図８に示すように、キャビティ４内に、アルミニウムの溶湯１０を注入する。この溶湯１０の注入に際して、初めにキャビティ４の中に事前に熱風を吹き込んでおく。この実施形態では、図６に示すように、加熱送風機１１を使用し、スリーブ７の給湯口９からスリーブ７及びキャビティ４の中に熱風の吹き込みを行う。次に、図７に示すように、ラドル１２から給湯口９を通じてスリーブ７内に溶湯１０を供給する。次に、所定の方法でキャビティ４内を減圧する。キャビティ４内の減圧を可能とするために、可動型６にはシャットバルブ１３が設けられ、キャビティ４内を密閉するようになっている。この実施形態で、減圧度は「−７４.６ｋｐａ（２００torr）」より低い状態を目安とする。その後、図８に示すように、プランジャー８を動かすことにより、スリーブ７からキャビティ４内に溶湯１０を高圧で注入し、溶湯１０により鋳包み材１を包み込む。
【００２２】
（６）その後、所定の冷却時間を待って鋳造が完了する。
【００２３】
（７）そして、金型３を型開きして鋳造品の離型を行う。これにより、図９に示すように、鋳包み材１をアルミニウムの凝固物１０ａにより包み込んだ鋳造品１４が得られる。
【００２４】
以上、説明したこの実施形態の鋳包み鋳造方法によれば、鏡面仕上げ工程により、鋳包み材１の溶湯１０との接合面が鏡面に仕上げられる。従って、その接合面から酸化膜が除去される。その後、加熱工程により、鋳包み材１の表面が「２００℃〜３００℃」の高温に加熱され、セッティング工程により、鋳包み材１が高温に保たれたまま金型３のキャビティ４内にセットされる。従って、鋳包み材１の接合面は新たに酸化膜ができない状態が保たれる。その後、注湯工程により、金型３のキャビティ４内が減圧されるので、キャビティ４内から酸化膜の素となる空気が除去される。そして、減圧後にキャビティ４内に溶湯１０が注入される。従って、鋳包み材１の接合面とアルミニウムの溶湯１０との界面にてアルミニウムと鉄とが瞬間的に微細分散的に反応し、その微細分散した反応層が界面にできる。このため、鋳包み材１とアルミニウムとを短時間に微細分散した反応層により点付け接合することができる。このように点付け接合できることから、その接合面の一カ所にひびが入っても、そのひびが接合面の全面に広がることを防止することができ、ひびによる接合力の低下を抑えることができる。
【００２５】
この実施形態では、金型３のキャビティ４内を減圧する前に、キャビティ４内の空気が熱風の吹き込みにより膨張するので、減圧前のキャビティ４内の空気が減少する。このため、注湯工程において溶湯１０を注入する前のキャビティ４内の減圧効果を高めることができる。この結果、キャビティ４内にて鋳包み材１の表面に酸化膜ができないようにする効果を高めることができる。
【００２６】
この実施形態では、鋳包み材１がセットされる前のキャビティ４内に離型剤が付与されるので、鋳造完了後に型開き及び鋳造品１４の離型が容易となる。この意味で、鋳造作業の効率化を図ることができる。
【００２７】
ここで、上記した点付け接合に関する実験的について、図１０〜図１７を参照して以下に説明する。この実験は、上記鋳造方法を想定して行われた。
【００２８】
先ず、第１の工程では、図１０に示すように、鉄製の模擬鋳包み材２１を準備する。この段階で、模擬鋳包み材２１の表面には酸化膜等の不純物が付着している。
第２の工程では、図１１に示すように、模擬鋳包み材２１の上面２１ａを鏡面仕上げする。
第３の工程では、図１２に示すように、模擬鋳包み材２１の上面２１ａを鏡面に保ったまま模擬鋳包み材２１をヒータ２２により「２００℃」の高温に加熱する。
第４の工程では、図１３に示すように、模擬鋳包み材２１を容器２３の中に収容して開口部２３ａをアルミ箔２４により塞ぐ。このとき、後工程の減圧によりアルミ箔２４が破れないように開口部２３ａとアルミ箔２４の厚さを調整する。
第５の工程では、容器２３の減圧口２５を通じて容器２３の中を減圧する。その後、図１４に示すように、減圧度が「−７４.６ｋｐａ（２００torr）」になったところで、ラドル２６からアルミニウムの溶湯２７を「４０ｇ」だけアルミ箔２４を貫くかたちで模擬鋳包み材２１の上面２１ａに滴下する。この滴下は、ダイカストの湯先を模擬したものであり、模擬鋳包み材２１に溶湯２７が接触すると瞬間的に凝固する。
その後、第６工程では、図１５に示すように、溶湯２７がアルミの凝固物２７ａとなった後、その凝固物２７ａをペンチ等で剥ぎ取り、その凝固物２７ａの剥ぎ取り面の接合状態を顕微鏡で観察した。
【００２９】
図１６に、アルミニウムの凝固物２７ａの剥ぎ取り面の組成像を拡大してイメージ図により示す。図１７に、図１６の鎖線円Ｓ１で囲った部分を更に拡大してイメージ図により示す。図１６，１７において、白抜きの点は剥ぎ取り面２８の中の穴２９を示し、ハッチングを付した点は、模擬鋳包み材２１から凝固物２７ａへ持っていかれた鉄分とアルミニウムとの微細分散した反応層３０を示す。図１６，１７から明らかなように、凝固部２７ａの剥ぎ取り面２８には多数の微細な反応層３０が分散しており、模擬鋳包み材２１と凝固物２７ａとが微細分散した多数の反応層３０により点接合していることが分かる。このことにより、上記した鋳造品１４につき、鋳包み材１とアルミニウムの凝固物１０ａとが微細分散した反応層により点付け接合していることを裏付けることができる。
【００３０】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することができる。
【００３１】
前記実施形態では、鋳包み材１の鋳包みにアルミニウムを使用したが、アルミニウム合金を使用してもよい。
【００３２】
前記実施形態では、セッティング工程で金型３のキャビティ４の内壁に離型剤を付与したが、この離型剤を省略してもよい。
【００３３】
前記実施形態では、注湯工程で減圧に先立ってキャビティ４の中に熱風の吹き込みを行ったが、この熱風の吹き込みを省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】鋳包み鋳造方法を示すフローチャート。
【図２】鋳包み材の準備を示す概略図。
【図３】鋳包み材の鏡面仕上げを示す概略図。
【図４】加熱工程を示す概略図。
【図５】セッティング工程を示す概略図。
【図６】注湯工程に係り、熱風吹き込みを示す概略図。
【図７】注湯工程に係り、スリーブ内への溶湯供給を示す概略図。
【図８】注湯工程に係り、キャビティ内への溶湯の注入を示す概略図。
【図９】離型後の鋳造品を示す概略図。
【図１０】模擬鋳包み材の準備を示す概略図。
【図１１】模擬鋳包み材の鏡面仕上げを示す概略図。
【図１２】模擬鋳包み材の高温加熱を示す概略図。
【図１３】模擬鋳包み材を収容した容器内の減圧を示す概略図。
【図１４】模擬鋳包み材への溶湯の供給を示す概略図。
【図１５】溶湯の凝固物が付着した模擬鋳包み材を示す概略図。
【図１６】凝固物の剥ぎ取り面の組成像を拡大して示すイメージ図。
【図１７】図１６の鎖線円の中を拡大して示すイメージ図。
【符号の説明】
【００３５】
１    鋳包み材
２    ヒータ
３    金型
４    キャビティ
１０    溶湯
１０ａ    凝固物
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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