(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧注入法による金属の鋳造方法であって、溶融金属を所定の真空雰囲気下で保持する第１手順と、鋳型を前記真空雰囲気と同圧の真空雰囲気下で保持する第２手順と、前記同圧の真空雰囲気下で保持された前記鋳型の鋳型湯口を前記真空雰囲気下で保持された前記溶融金属に浸漬する第３手順と、前記鋳型を前記真空雰囲気下に置きながら、前記溶融金属の表面を不活性ガスで押圧する第４手順とからなることを特徴とする金属の鋳造方法。
【請求項２】
溶融金属を保持する保持部を有する装置本体と、前記装置本体の直上に配設された第１室と、前記第１室の直上に配設された第２室と、前記第２室の上方に昇降自在に配設されている下端が開放端とされている第３室と、前記第３室内に昇降自在に配設されている鋳型が収納される第４室と、排気手段と、復圧手段とを備え、
前記第１室天井の前記装置本体の保持部に対応する位置に、前記第２室に連通する第１透孔が形成され、
前記第１透孔の前記第２室側の開口部には、その第１透孔を開閉する開閉手段が設けられ、
前記第２室天井の前記第１透孔に対応する位置に第２透孔が形成され、
前記第３室が前記第２室の屋上に降下した際に、前記開放端と前記第２透孔とが連通する位置に配設され、
前記排気手段により前記第１室、第２室、第３室および第４室が所定の真空状態まで減圧可能とされ、
前記復圧手段により第１室が前記真空状態から所定圧力まで回復可能とされてなる
ことを特徴とする金属の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の鋳造方法およびそれに用いる鋳造装置に関する。さらに詳しくは、本発明は真空誘導炉を用いる金属の鋳造方法およびそれに用いる鋳造装置における改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属の精密鋳造においては、図６に示すように鋳型チャンバーａ内に通気性を有する鋳型ｂを保持し、ついでこの鋳型湯口ｃを取鍋ｄ内の溶融金属ｅに浸漬させ、その状態で鋳型チャンバーｆ内を減圧して溶融金属ｅを鋳型キャビティーｆ内に吸引注湯する方式が採用されている。
【０００３】
しかしながら、この方式では溶融金属ｅを鋳型キャビティーｆ内に吸引注湯する際における雰囲気ガスの巻き込みなどの影響により、得られた鋳造品にピンホール欠陥が多いものが多く、製品の歩留まりが悪いというような問題がある。また、複雑な形状を有する鋳造品を鋳造する場合、鋳型キャビティーｆの細部に充分な充填がなし得ないという問題もある。
【０００４】
そのため、雰囲気ガスの巻き込みがなく、しかも複雑な形状の鋳型においても溶融金属の充分な充填率が確保できる、鋳造方法およびそれに適した鋳造装置の出現が精密鋳造関係者から熱望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、雰囲気ガスの巻き込みがなく、しかも複雑な形状の鋳型においても充分な充填率が確保できる鋳造方法およびそれに用いる鋳造装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はかかる従来技術の課題に対し、鋭意研究した結果、本件出願人が別途出願をし、特許を取得している真空誘導炉装置を減圧鋳造方式に組み込むことにより前記課題が氷解されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の金属の鋳造方法は、減圧注入法による金属の鋳造方法であって、溶融金属を所定の真空雰囲気下で保持する第１手順と、鋳型を前記真空雰囲気と同圧の真空雰囲気下で保持する第２手順と、前記同圧の真空雰囲気下で保持された前記鋳型の鋳型湯口を前記真空雰囲気下で保持された前記溶融金属に浸漬する第３手順と、前記鋳型を前記真空雰囲気下に置きながら、前記溶融金属の表面を不活性ガスで押圧する第４手順とを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
本発明の金属の鋳造装置は、具体的には、溶融金属を保持する保持部を有する装置本体と、前記装置本体の直上に配設された第１室と、前記第１室の直上に配設された第２室と、前記第２室の上方に昇降自在に配設されている下端が開放端とされている第３室と、前記第３室内に昇降自在に配設されている鋳型が収納される第４室と、排気手段と、復圧手段とを備え、前記第１室天井の前記装置本体の保持部に対応する位置に、前記第２室に連通する第１透孔が形成され、前記第１透孔の前記第２室側の開口部には、その第１透孔を開閉する開閉手段が設けられ、前記第２室天井の前記第１透孔に対応する位置に第２透孔が形成され、前記第３室が前記第２室の屋上に降下した際に、前記開放端と前記第２透孔とが連通する位置に配設され、前記排気手段により前記第１室、第２室、第３室および第４室が所定の真空状態まで減圧可能とされ、前記復圧手段により第１室が前記真空状態から所定圧力まで回復可能とされてなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明においては、溶融金属が真空雰囲気下に置かれる時間が従来の減圧注入法に比して長くなるので、溶融金属の脱ガス精錬が進行し、溶融金属の清浄度が向上する。また、鋳型キャビティー内の残存ガスが極めて少ないので、溶融金属注入時のガス巻き込みが著しく抑制される。その結果、鋳造品のピンホール欠陥が著しく低減される。
【００１２】
それとともに、鋳型キャビティー内の残存ガスが極めて少ないので、残存ガス圧が極めて低くなるため、残存ガス圧による溶融金属注入時の抵抗が小さく、溶融金属の充填率が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１４】
本発明の金属の鋳造方法に用いる鋳造装置を図１に概略図で示し、この鋳造装置Ａは、誘導炉本体１０と、この誘導炉本体１０の直上に配設されている溶解室（第１室）２０と、この溶解室２０の直上に配設されている中間室（第２室）３０と、この中間室３０の中央部の上方に昇降自在に配設されている真空チャンバー（第３室）４０と、この真空チャンバー４０内に昇降自在に配設されている鋳込チャンバー（第４室）５０とを主要構成要素としてなる。
【００１５】
誘導炉本体１０の中央部には溶解炉（誘導炉）１１あるいは取鍋１２（以下、溶解炉１１で代表する）が設けられ、この溶解炉１１の中に鋳型キャビティーに充填される溶融金属（以下、単に湯という）１３が入れられる。この湯１３に溶解しているガスは、溶解室２０に設けられている排気口２１に排気管２２を介して接続されている真空ポンプ（図示省略）により脱気される。すなわち、この溶解室２０を所定の真空状態とすることにより湯１３が脱ガスされる。また、この溶解室２０には、溶解室２０を復圧して溶解炉１１に入れられている湯１３の湯面を押圧するためのアルゴンガス供給口２３も設けられている。
【００１６】
この溶解室２０の溶解炉１１の真上に位置する天井には、鋳込チャンバー５０が挿通できる口径の中間室３０に連通する連通孔（第１透孔）２４が設けられるとともに、この連通孔２４の中間室３０開口側には、この連通孔２４を開閉するための仕切弁３１が装着されている。そして、この仕切弁３１を開閉するための開閉機構３２が、この中間室３０内に設置されている。この開閉機構３２により、仕切弁３１は湯１３の脱ガス時に閉とされる。また、この中間室３０開口部の周縁部は水冷フランジ３３とされ、この水冷フランジ３３の仕切弁３１外縁と当接する個所にはＯリング３４が装着されていて、脱ガス時の溶解室２０の気密性が確保されるものとされている。
【００１７】
この仕切弁３１を開閉する開閉機構３２は、具体的には、先端が仕切弁３１外周３１ａに接合されている支持腕３２１と、この支持腕３２１の基端部に先端が接合されている旋回ロッド３２２と、この旋回ロッド３２２を旋回させるとともに昇降させる昇降・旋回手段３２３とにより構成される。なお、この昇降・旋回手段３２３は、中間室３０が真空にされた際に、この昇降・旋回手段３２３から潤滑油等が気化して中間室３０内に拡散しないように、図１に示すように中間室３０の屋上部３５に設置されているのが好ましい。そのため、旋回ロッ３２２ドの中間室３０の天井貫通部も適宜シールされている。
【００１８】
この中間室３０にも内部を所定の真空にするための排気口３６が設けられ、またその天井部の仕切弁３１の上方に位置する個所には、鋳込チャンバー５０が挿通できる口径の透孔（第２透孔）３７が設けられている。ここで、この第２透孔３７の周縁部は通常フランジ３８とされている。
【００１９】
この第２透孔３７の上方には、この第２透孔３７の口径と同一の内径を有する昇降自在な有蓋円筒状の真空チャンバー４０が配設されている。この真空チャンバー４０の下端４０ａにはスカート４１が形成され、このスカート４１と第２透孔３７の通常フランジ３８との間にはＯリング４２が介装されている。これにより、真空チャンバー４０が降下された際に真空チャンバー４０と中間室３０が気密に接合される。この真空チャンバー４０の昇降は、例えばこの真空チャンバー４０の上方適宜位置に設けられた、油圧シリンダ機構４３のピストンロッド４３１の先端を真空チャンバー４０の蓋４０ｂの適宜位置に接合し、ついでこのピストンロッド４３１を進退させることによりなされる。
【００２０】
この真空チャンバー４０内には、鋳込チャンバー５０がこの真空チャンバー４０とは独立に昇降自在に保持されている。そして、この鋳込チャンバー５０内には、鋳型６０が保持される。この鋳型６０の鋳込チャンバー５０内での姿勢は、同チャンバー５０内に収納されているバックアップサンド５１によりなされる。また、鋳込チャンバー５０の頭部には、吸引ヘッド５２１と吸引コーン５２２からなる吸引部５２が形成されている。この吸引部５２には、真空チャンバー４０の蓋４０ｂを貫通してきている吸引管５３が接続されている。この吸引管５３の蓋４０ｂ貫通部は吸引管５３が、所望の気密性を確保しながらスライド可能とされている。この鋳込チャンバー５０の昇降は、例えば真空チャンバー４０の上方適宜位置に設けられた、油圧シリンダ機構５４のピストンロッド５４１の先端を真空チャンバー４０の蓋４０ｂを貫通させて吸引ヘッド５２１の適宜位置に接合し、ついでこのピストンロッド５４１を進退させることによりなされる。このピストンロッド５４１の蓋４０ｂ貫通部も所望の気密性が確保されている。
【００２１】
次に、図２〜図４を参照しながら、かかる構成とされている鋳造装置による精密鋳造について説明する。
【００２２】
（１）仕切弁３１を閉め、溶解室２０を気密状態とする。
【００２３】
（２）バルブＶ1を開け、バルブＶ2，Ｖ3，Ｖ4は閉として、真空ポンプＰ1を作動させ、溶解室２０内を真空、例えば１０ｔｏｒｒ以下とする。
【００２４】
（３）溶解炉１１で金属を溶融するとともに、その溶融状態を保持する。
【００２５】
（４）鋳込チャンバー５０に鋳型６０をセットする。
【００２６】
（５）真空チャンバー４０を中間室３０まで降下させ、中間室３０上にセットする。
【００２７】
（６）中間室３０と鋳込チャンバー５０を溶解室２０と同圧になるまで真空ポンプＰ1により排気する。
【００２８】
（７）中間室３０と鋳込チャンバー５０が溶解室２０と同圧になった時点で仕切弁３１を開ける。
【００２９】
（８）真空チャンバー４０に保持されている鋳込チャンバー５０を降下させ、鋳型湯口６０ａを湯１３に浸漬する。
【００３０】
（９）鋳型湯口６０ａを湯１３に浸漬後、バルブＶ1、Ｖ2を閉め、バルブＶ4を開けて溶解室２０内にアルゴンガスを封入し、溶解室２０内を５５０ｔｏｒｒ程度まで復圧し、溶解炉１１内の湯１３を鋳型キャビティー内に注入する。なお、このときバルブＶ3は開とされている。
【００３１】
このように、この実施の形態によれば、溶解炉１１あるいは取鍋１２に入れられている湯１３が従来よりも長く１０ｔｏｒｒ以下の真空下に保持されるので、結果として湯１３の脱ガス精錬が進行し、湯すなわち溶融金属１３の清浄度が向上する。
【００３２】
また、鋳込チャンバー５０を真空チャンバー４０内に保持し、鋳込チャンバー５０を高真空としているため、鋳型キャビティー内に残存するガスが極めて少なく（従来に比して約１／１５０程度）することができ、溶融金属１３を注入する際のガス巻き込みを大幅に抑制できる。
【００３３】
さらに、鋳型キャビティー内の残存ガス圧が極めて小さいので、残存圧による溶融金属１３注入時の抵抗が少なくなり、溶融金属１３の充填率が著しく向上する。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明する。
【００３５】
実施例および比較実施例
本発明の鋳造方法により鋳造品を作製し、その鋳造品のピンホール欠陥の発生状況を調査した。その結果を図５に示す。
【００３６】
比較のために従来法により鋳造品を作製し、その鋳造品のピンホール欠陥の発生状況を調査した。その結果を図５に併せて示す。
【００３７】
図５より、実施例の製品は比較実施例の製品に比してピンホール欠陥が極めて少ないのがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、溶解炉あるいは取鍋に入れられている湯が従来よりも長く１０ｔｏｒｒ以下の真空下に保持されるので、結果として湯の脱ガス精錬が進行し、溶融金属の清浄度が向上するとともに、鋳込チャンバーを真空チャンバー内に保持し、その中を高真空としていることにより、鋳型キャビティー内に残存するガスが極めて少なく（従来に比して約１／１５０程度）することができ、溶融金属を注入する際のガス巻き込みを大幅に抑制できるので、鋳造品のピンホール欠陥などを著しく低減でき、製品の品質を向上できるという優れた効果が得られる。
【００３９】
また、鋳型キャビティー内に残存するガスが極めて少ないので、残存圧による溶融金属注入時の抵抗が少なくなり、溶融金属の充填率が著しく向上するという優れた効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属の鋳造方法に用いる鋳造装置の一実施の形態の概略図である。
【図２】同鋳造装置による鋳造手順の説明図であって、仕切弁が閉じられ、溶解室が気密状態にされている状態を示す。
【図３】同鋳造装置による鋳造手順の説明図であって、溶解室、中間室、真空チャンバーおよび鋳込チャンバーを所定の真空にしている状態を示す。
【図４】同鋳造装置による鋳造手順の説明図であって、鋳型湯口を湯に浸漬している状態を示す。
【図５】実施例および比較実施例におけるピンホール欠陥評点のグラフである。
【図６】従来の減圧鋳造法の説明図である。
【符号の説明】
１０          誘導炉本体
１１          溶解炉（誘導炉）
１２          取鍋
１３          溶融金属（湯）
２０          溶解室（第１室）
２１          排気口
２２          排気管
２３          アルゴンガス供給口
２４          連通孔（第１透孔）
３０          中間室（第２室）
３１          仕切弁
３２          開閉機構
３３          水冷フランジ
３４          Ｏリング
３５          屋上部
３６          排気口
３７          第２透孔
３８          通常フランジ
４０          真空チャンバー（第３室）
４０ｂ        蓋
４１          スカート
４２          Ｏリング
４３          油圧シリンダ機構
５０          鋳込チャンバー（第４室）
５１          バックアップサンド
５２          吸引部
５３          吸引管
５４          油圧シリンダ機構
６０          鋳型
６０ａ        鋳型湯口
Ａ          鋳造装置
Ｐ1         真空ポンプ
Ｖ          バルブ
【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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