JP2016155163A

JP2016155163A - 鋳造装置及び鋳造方法

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Publication number: JP2016155163A
Application number: JP2015036466A
Authority: JP
Inventors: 智史南口; Satosi Minamiguchi; 儀一郎岡村; Giichiro Okamura; 土屋　真一; Shinichi Tsuchiya; 真一土屋; 関口　裕之; Hiroyuki Sekiguchi; 裕之関口; 雄大杉山; Takehiro Sugiyama; カールシユベラ; Carl SCHUBELER
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: JP6489500B2

Abstract

【課題】中鋳型を確実に水平方向へのスライドできる鋳造装置及び鋳造方法の提供。【解決手段】下鋳型１１、下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型１３、及び上鋳型１５をもつ分割鋳型１０と、下鋳型１１が装着された固定側筐体下部２１、及び上鋳型１５が装着された可動側筐体上部２３をもつ分割筐体２０で、下鋳型１１上で中鋳型１３を閉じた状態とし、分割固定側筐体下部２１上で可動側筐体上部２３を閉じた状態とし、キャビティーＡとチャンバーＤをもつ分割筐体２０と、チャンバーＤの外部に配設され、中鋳型１３をスライド駆動させるシリンダー５０で、シリンダーロッド５１が固定側筐体下部２１を貫通し、中鋳型１３と係合するシリンダー５０と、を備える鋳造装置１。キャビティーＡを吸引減圧し、分割鋳型の下部２１の湯口１０ａを通じ、保持炉６０に保持された金属溶湯Ｃに圧力をかけストーク７０を介してキャビティーＡに溶湯Ｃを供給する方法。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造装置及び鋳造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、キャビティーに金属溶湯を充填する際に、所定の分割鋳型と分割筐体とシリンダーとを用いた鋳造装置及び鋳造方法に関する。

従来、薄肉部品の鋳造を可能としたまま、さらに、金属溶湯の加熱度及び鋳型温度も低く抑えて鋳造する吸引差圧鋳造方法が提案されている（特許文献１参照。）。

この吸引差圧鋳造方法においては、まず、加圧可能な密閉型の保持炉の下部に保持された金属溶湯にストークの下部を浸漬させ、ストークの上方に連通されたストークの上に左右に開閉可能な金型を上下移動可能に設置し、金型を覆う密閉室を画成する。次に、この密閉室に連通された連通管を通して吸引開閉弁を開くことにより真空タンクを介して真空ポンプにより密閉室内の圧力を１秒以下の時間で１００Ｔｏｒｒまで減圧する。そして、その直後加圧装置で圧縮空気を加圧開閉弁を開いて保持炉内に送り、金属溶湯の湯面を１秒以下の時間で０．４乃至１Ｋｇ／ｃｍ^２に加圧した後、その圧力で保持し、鋳物が凝固した時点で減圧および加圧保持を解除する。

特許第２９３３２５５号

しかしながら、特許文献１に記載された鋳造装置を用いた場合にあっては、金型全体を覆う大きな密閉室を設けているため、シール性が確保し難いという問題点があった。また、密閉室が左右に開閉するため、ストークが押しつぶされることがあるという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、所定の分割鋳型と分割筐体とを用いた場合に、中鋳型を確実に水平方向へスライド駆動させることができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、キャビティーに金属溶湯を充填する際に、所定の分割鋳型と分割筐体とシリンダーとを用いる構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の鋳造装置は、分割鋳型と、分割筐体と、シリンダーと、を備えるものである。そして、分割鋳型は、下鋳型と、下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型と、上鋳型とを有するものである。また、分割筐体は、下鋳型が装着された固定側筐体下部と、上鋳型が装着された可動側筐体上部とを有し、下鋳型上で中鋳型を閉じた状態とするとともに、分割固定側筐体下部上で可動側筐体上部を閉じた状態とすることで、キャビティーとチャンバーとを形成するものである。さらに、シリンダーは、チャンバーの外部に配設され、中鋳型をスライド駆動させるためのものであって、シリンダーロッドが固定側筐体下部を貫通し、中鋳型と係合しているものである。

また、本発明の鋳造方法は、下鋳型、下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型、及び上鋳型を有する分割鋳型と、下鋳型が装着された固定側筐体下部及び上鋳型が装着された可動側筐体上部を有する分割筐体とを用いて、チャンバーの外部に配設され、中鋳型をスライド駆動させるためのシリンダーであって、シリンダーロッドが固定側筐体下部を貫通し、中鋳型と係合しているシリンダーにより中鋳型を閉じた状態とするとともに、固定側筐体下部上で可動側筐体上部を閉じた状態として、キャビティーとチャンバーとを形成する工程（１）を含む鋳造方法である。

本発明によれば、下鋳型、下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型、及び上鋳型を有する分割鋳型と、下鋳型が装着された固定側筐体下部及び上鋳型が装着された可動側筐体上部を有する分割筐体とを用いて、チャンバーの外部に配設され、中鋳型をスライド駆動させるためのシリンダーであって、シリンダーロッドが固定側筐体下部を貫通し、中鋳型と係合しているシリンダーにより中鋳型を閉じた状態とするとともに、固定側筐体下部上で可動側筐体上部を閉じた状態として、キャビティーとチャンバーとを形成する構成とした。そのため、中鋳型を有する分割鋳型と上下方向に開閉可能な分割筐体とを用いた場合に、中鋳型を確実に水平方向へスライド駆動させることができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置を模式的に示す説明図である。図２は、図１に示すチャンバー用配管及びチャンバー用吸引装置を模式的に示す説明図である。図３は、本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置を模式的に示す説明図である。図４は、本発明の第１又は第２の実施形態に係る鋳造装置を使用した鋳造方法の一例を模式的に示す説明図である。図５は、本発明の第１又は第２の実施形態に係る鋳造装置を使用した鋳造方法の他の一例により得られた成形品を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る鋳造装置及び鋳造方法について詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置を模式的に示す説明図である。また、図２は、図１に示すチャンバー用配管及びチャンバー用吸引装置を模式的に示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態の鋳造装置１は、分割鋳型１０と、分割筐体２０と、チャンバー用吸引装置３０と、キャビティー用吸引装置４０と、シリンダー５０と、保持炉６０と、ストーク７０と、加圧装置８０と、センサー９０と、制御装置１００とを備えるものである。なお、鋳造装置１は、例えば、トップ中子Ｂ１、ウォータージャケット中子Ｂ２及びポート中子Ｂ３から構成される中子Ｂを配設したキャビティーＡに、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属溶湯Ｃを充填して図示しないシリンダーヘッドなどの成形品を製造するものである。

そして、分割鋳型１０は、キャビティーＡの形成に用いられ、下鋳型１１と、下鋳型１１上で水平方向にスライドする中鋳型１３と、上鋳型１５とを有するものである。また、分割鋳型１０は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属溶湯Ｃに対して適用可能な従来公知の金型で構成されている。さらに、中子Ｂやそれに付加される巾木についても、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属溶湯Ｃに対して適用可能な従来公知の中子や巾木により構成されている。

また、分割筐体２０は、チャンバーＤの形成に用いられ、下鋳型１１が装着された固定側筐体下部２１と、上鋳型１５が装着された可動側筐体上部２３とを含むものである。なお、固定側筐体下部２１と可動側筐体上部２３との接触部にはゴム製シール部材２５が配設されており、これらの間のシール性が確保されている。また、分割筐体２０としては、例えば、鋳造工程における圧力や温度などの変化に対する耐圧性や耐熱性を有するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、分割鋳型と同じ材料により構成された分割筐体を用いてもよいが、異なる材料により構成された分割筐体を用いてもよい。また、例えば、各分割筐体が適用される環境に応じて異なる材料で構成した分割筐体を用いてもよい。なお、図示しないが、下鋳型と固定側筐体下部は装脱可能であり、上鋳型と可動側筐体上部も装脱可能である。

ここで、キャビティーＡとチャンバーＤとは、下鋳型１１上で中鋳型１３を閉じた状態とするとともに、分割筐体２０を閉じた状態とすることにより形成される。

また、チャンバー用吸引装置３０は、チャンバーＤに、好ましくは可動側筐体上部に接続されたチャンバー用配管３２を介して少なくともチャンバーＤの内部を減圧するものである。なお、特に限定するものではないが、チャンバー用配管３２は、チャンバーＤへ金属溶湯が漏洩した場合であっても影響を受けにくい可動側筐体上部２３に配設することが好適である。

ここで、チャンバー用配管及びチャンバー用吸引装置について図面を用いて詳細に説明する。

図２に示すように、チャンバー用吸引装置３０は、例えば、密閉空間を真空ないしその近傍まで吸引（減圧）するためのポンプ３０Ａを備えている。また、図２に示すように、チャンバー用配管のうち、チャンバー用吸引装置３０が設けられている主配管３２Ａには、チャンバーＤの内部の圧力を検出する圧力センサー３１、主配管３２Ａの吸引流量を調整する絞りバルブ３３、主配管３２Ａの吸引を制御する開閉バルブ３５、チャンバー用吸引装置３０の吸引圧力を検出する圧力センサー３７、吸引の際に吸引される異物等を除去するためのタンク３９が配設されている。さらに、図２に示すように、主配管３２Ａから分岐した副配管３２Ｂには、大気開放する際に、副配管３２Ｂによる吸引流量を調整する絞りバルブ３４、副配管３２Ｂによる吸引を制御する開閉バルブ３６が配設されている。

さらに、キャビティー用吸引装置４０は、キャビティーＡに、好ましくは上鋳型１５に接続されたキャビティー用配管４２を介してキャビティーＡを減圧するものである。なお、図示しないが、キャビティー用配管及びキャビティー用吸引装置についても、上述したチャンバー用配管及びチャンバー用吸引装置と同様の構成を有している。また、図示しないが、キャビティー用配管のキャビティー接続部には金属溶湯の侵入を抑制する多孔質体が配設されている。

また、シリンダー５０は、チャンバーＤの外部に配設され、中鋳型１３の水平方向へのスライド駆動に用いられるものであり、例えば、シリンダーロッド５１とシリンダー５３と保持部５５とを含むものである。なお、これに限定されるものではなく、従来公知のアクチュエータを利用することができる。また、特に限定するものではないが、この保持部５５は、分割鋳型２０を保持するものとしても機能することが好適である。さらに、シリンダーロッド５１は固定側筐体下部２１を貫通しており、中鋳型と係合している。これは、固定側筐体下部２１は、可動側筐体上部２３と比較して殆ど移動させることがなく、シリンダーを併せて移動させる必要がないためである。また、図示しないが、シリンダーロッドと固定側筐体下部との間には、これらの間のシール性を確保するとともに、シリンダーロッドのスライドを阻害しにくいシール部材が配設されている。さらに、図示しないが、チャンバーの外部に配設され、上鋳型の垂直方向へのスライド駆動に用いられる同様のシリンダーを備えていてもよい。

一方、保持炉６０は、チャンバーＤの外部であって、かつ、キャビティーＡが形成された状態の分割鋳型１０の下部に配設されている。なお、保持炉２０は、金属溶湯Ｃを保持している。

また、ストーク７０は、キャビティーＡに充填される金属溶湯Ｃの流路であり、上端部７０ａが分割鋳型１０の湯口１０ａに接続され、かつ、下端部７０ｂが保持炉６０に保持された金属溶湯Ｃに浸漬されている。なお、図示しないが、湯口には従来公知の多孔質体が配設されている。

さらに、加圧装置８０は、保持炉６０に接続された配管８２を介して保持炉６０の内部を加圧するものである。このとき、加圧装置８０は、保持炉６０に保持された金属溶湯Ｃを湯口１０ａまで供給するようにしてもよい。

また、センサー９０としては、例えば、型閉じを検知するための型閉じセンサー９１を有するものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。すなわち、図示しないが、これに加えて、湯口への金属溶湯の到達を検知するための金属溶湯湯口到達センサーやキャビティーにおける金属溶湯の充填を検知するためのキャビティー金属溶湯充填センサー、キャビティーにおける金属溶湯の凝固を検知するためのキャビティー金属溶湯凝固センサーを有するものを適用することもできる。

上記型閉じセンサー９１としては、例えば、従来公知の位置決めセンサーを適用した型閉じセンサーを挙げることができる。

そして、上記金属溶湯湯口到達センサーとしては、例えば、湯口近傍に配設される温度センサー、さらには、保持炉内に配設される湯面高さセンサーや圧力センサーなどを適用することができる。

また、上記キャビティー金属溶湯充填センサーとしては、例えば、キャビティー近傍のキャビティー用配管に配設される温度センサーや圧力センサー、さらには、保持炉内に配設される湯面高さセンサーや圧力センサーなどを適用することができる。

さらに、上記キャビティー金属溶湯凝固センサーとしては、例えば、キャビティー近傍のキャビティー用配管に配設される温度センサーなどを適用することができる。

そして、制御装置１００としては、例えば、型閉じセンサー９１からの入力に応じて、加圧装置８０を制御し、型閉じセンサー９１及び加圧装置８０のうちの少なくとも１つからの入力に応じて、チャンバー用吸引装置３０を制御し、型閉じセンサー９１及び加圧装置８０のうちの少なくとも１つからの入力に応じて、キャビティー用吸引装置４０を制御する一体又は別体の制御装置を適用することができる。

このような制御装置を適用する場合には、例えば、予備実験によって予め取得した、位置や、圧力、温度、型閉じからの経過時間等によって、加圧及び吸引を制御する制御データを制御装置に格納しておけばよい。

しかしながら、制御装置は、上述のものに限定されるものではない。すなわち、図示しないが、制御装置としては、例えば、型閉じセンサーと、加圧装置、金属溶湯湯口到達センサー、キャビティー金属溶湯充填センサー及びキャビティー金属溶湯凝固センサーのうちの少なくとも１つとからの入力に応じて、加圧装置を制御し、型閉じセンサー、加圧装置、金属溶湯湯口到達センサー、キャビティー金属溶湯充填センサー及びキャビティー金属溶湯凝固センサーのうちの少なくとも１つからの入力に応じて、チャンバー用吸引装置を制御し、型閉じセンサー、加圧装置、金属溶湯湯口到達センサー、キャビティー金属溶湯充填センサー及びキャビティー金属溶湯凝固センサーのうちの少なくとも１つからの入力に応じて、キャビティー用吸引装置を制御する一体又は別体の制御装置を適用することもできる。

このような制御装置を適用する場合には、例えば、型閉じからの経過時間を考慮しないで、実際の位置や、温度、圧力等によって、加圧及び吸引を制御すればよい。もちろん、予備実験によって予め取得した圧力や温度によって、加圧及び吸引を制御する制御データを制御装置に格納してもよい。なお、上述した各制御データは、上述した型閉じセンサー、金属溶湯湯口到達センサー、キャビティー金属溶湯充填センサー、キャビティー金属溶湯凝固センサーなどの各種センサーを用いた予備実験により適宜設定することができる。

そして、鋳造装置１は、成形品を製造するに際して、チャンバーＤの外部に配設されたシリンダー５０などが、下鋳型１１、下鋳型１１上で水平方向にスライドする中鋳型１３、及び上鋳型１５を有する分割鋳型１０と、下鋳型１１が装着された固定側筐体下部２１及び上鋳型１５が装着された固定側筐体上部２３を有する分割筐体２０とを用いて、下鋳型１１上で中鋳型１３を閉じた状態とするとともに、分割筐体２０を閉じた状態として、キャビティーＡとチャンバーＤとを形成する。

また、鋳造装置１は、成形品を製造するに際して、チャンバー用吸引装置３０が、チャンバーＤに、好ましくは可動側筐体上部２３に接続されたチャンバー用配管３２を介してチャンバーＤの内部を減圧してもよい。

さらに、鋳造装置１は、成形品を製造するに際して、キャビティー用吸引装置４０が、キャビティーＡに、好ましくは上鋳型１５に接続されたキャビティー用配管４２を介してキャビティーＡの減圧を減圧してもよい。このとき、キャビティー用吸引装置４０自体が、金属溶湯ＣをキャビティーＡ全体に供給するようにしてもよい。また、上述したように、加圧装置８０により少なくとも湯口１０ａまで供給された金属溶湯Ｃをキャビティー用吸引装置４０がキャビティーＡ全体に供給するようにしてもよい。

また、鋳造装置１は、成形品を製造するに際して、加圧装置４０が、保持炉６０に接続された配管８２を介して保持炉６０の内部を加圧し、保持炉６０に保持された金属溶湯Ｃを湯口１０ａまで供給するようにしてもよい。

上述のように、所定の分割鋳型、分割筐体及びシリンダーを備え、所定のシリンダーにより所定の分割鋳型の下鋳型上で中鋳型を閉じた状態とするとともに、所定の分割筐体を閉じた状態として、キャビティーとチャンバーとを形成することにより、中鋳型を確実に水平方向へスライド駆動させることができる。これにより、スライド駆動する分割筐体によりストークが押しつぶされることなく、また、チャンバー体積を小さくすることができるため、シール性を確保することができる。また、分割筐体が、上下方向に開閉可能であるため、分割鋳型を取り出しやすく、後述する金型内部清掃（必要に応じて行われる湯口のフィルタ用多孔質体の交換作業を含む。）工程や中子セット準備作業工程、中子エアブロー工程などを容易なものとすることができるという副次的な利点もある。

また、本実施形態の鋳造装置においては、上述のように、シリンダーの保持部が、固定側筐体下部の保持部を兼ねていることが好適である。このような構成とすることにより、シリンダーと固定側筐体下部との相対的な位置が維持され、中鋳型をより確実に水平方向へスライド駆動させることができる。

さらに、本実施形態の鋳造装置においては、上述のように、可動側筐体上部に接続されたチャンバー用配管を介して少なくともチャンバーの内部を減圧するチャンバー用吸引装置と、上鋳型に接続されたキャビティー用配管を介してキャビティーを減圧するキャビティー用吸引装置と、を備えていることが好適である。このような構成とすることにより、減圧度や減圧速度における分割鋳型の分割面のクリアランスやキャビティー体積、キャビティーの外側におけるチャンバー体積への依存を小さくすることができる。そのため、減圧度や減圧速度を適切な範囲に安定させることができ、鋳込み速度を速くすることが可能となるなど金属溶湯の充填性を向上させることができる。また、キャビティー用吸引装置のみを利用してキャビティーを直接減圧した場合に起こり得る分割鋳型の分割面のクリアランスなどからの空気の流入が抑制ないし防止され、空気巻き込みによる欠陥を低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性を向上させることができる。

また、本実施形態の鋳造装置においては、上述のように、分割鋳型で形成されたキャビティーに、分割鋳型の下部に配設された保持炉に保持された金属溶湯を、上端部が分割鋳型の湯口に接続され、かつ、下端部が保持炉に保持された金属溶湯に浸漬されたストークを介して充填して成形品を製造する鋳造装置であって、保持炉の内部の加圧により保持炉に保持された金属溶湯を少なくとも湯口まで供給する加圧装置と、を備え、キャビティー用吸引装置が、少なくとも湯口まで供給された金属溶湯をキャビティー全体に供給することが好適である。このような構成とすることにより、金属溶湯の充填性をさらに向上させることができる。

つまり、加圧装置を利用して、保持炉の内部を加圧することにより、金属溶湯を少なくとも湯口まで供給することによって、保持炉に保持された金属溶湯を、分割鋳型と中子とを用いて形成するような複雑な形状を有するキャビティーを介して湯口まで吸引により供給する必要がない。そのため、充填性向上の阻害要因となる複雑な形状を有するキャビティーにおける吸引抵抗を考慮する必要がない。また、キャビティー用吸引装置のみを利用してキャビティーを直接減圧した場合に起こり得る分割鋳型の分割面のクリアランスなどからの空気の流入が抑制ないし防止される。これにより、キャビティー用吸引装置のみを利用してキャビティー全体に金属溶湯を供給する場合と比較して、製造する際に使用するエネルギーロスを低減するとともに、空気巻き込みによる欠陥を低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性を向上させることができる。

なお、特に限定されるものではないが、本発明は、高速・高圧で金属溶湯をキャビティーに充填するダイカスト法に適用するよりも、低速・低圧で金属溶湯をキャビティーに充填する低圧鋳造法に適用することが効果的である。これは、ダイカスト法において流入する空気よりも低圧鋳造法において流入する空気及び元々存在する空気の方が、金属溶湯の充填性を低減させ易いためである。

また、本実施形態の鋳造装置においては、チャンバー用吸引装置によるチャンバーの最終到達内部圧力を、キャビティー用吸引装置によるキャビティーの最終到達内部圧力より低くすることが好適である。

つまり、最終到達圧力において、後述するキャビティーの内部圧力よりチャンバーの内部圧力を低くすると、空気巻き込みによる欠陥の低減化などが可能となり、金属溶湯の充填性をさらに向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態の鋳造装置においては、上述のように、型閉じを検知するための型閉じセンサーと、型閉じセンサーからの信号に応じて、加圧装置を制御し、型閉じセンサー及び加圧装置のうちの少なくとも１つからの信号に応じて、チャンバー用吸引装置を制御し、型閉じセンサー及び加圧装置のうちの少なくとも１つからの信号に応じて、キャビティー用吸引装置を制御する一体又は別体の制御装置とを備えることが好適である。

このように、加圧装置による所定の加圧をするに際して、チャンバー用吸引装置による所定の吸引（減圧）をするとともに、キャビティー用吸引装置による所定の吸引（減圧）をすることにより、製造する際に使用するエネルギーロスのさらなる低減化、鋳込み速度の適切な範囲でのさらなる安定化、空気巻き込みによる欠陥の低減化などが可能になる。これにより、金属溶湯の充填性をさらに向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置を模式的に示す説明図である。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の鋳造装置１Ａは、分割鋳型１０として、キャビティーＡと、分割鋳型１０の外部であるチャンバーＤの空間Ｄａとを連通する連通経路１０ｂを有するものを用いている点が相違する。なお、図３中点線で示す１０ｂは、チャンバー用配管４２に干渉しない位置に配設されている連通経路である。また、図３に示すように、連通経路１０ｂの吸引口１０ｃに対して、トップ中子Ｂ１やポート中子Ｂ３が配設されている。また、図中実線及び点線でそれぞれ示す１３Ａ及び１５Ａは、極めて細い連通経路１０ａを形成するために用いた中鋳型１３及び上鋳型１５と同様の鋼材である。

特許文献１に記載された吸引差圧鋳造方法にあっては、分割鋳型とともに中子を用いて形成するような複雑な形状を有する成形品の製造について何ら検討がなされていない。そのため、分割鋳型とともに中子を用いて形成するような複雑な形状を有する成形品の製造において、溶湯が中子に接触した際に中子に含まれる粘着剤等が燃焼して発生する中子ガスによってガス欠陥が生じ、これによっても金属溶湯の充填性が低下する場合がある。

これに対して、本実施形態の鋳造装置においては、上述のように、キャビティーと、分割鋳型の外部であるチャンバーの空間とを連通する連通経路を有する分割鋳型を用いることにより、溶湯が中子に接触した際に中子に含まれる粘着剤が燃焼等して発生する中子ガスを連通経路を通じて逃がすことが可能となり、キャビティーの圧力上昇を低減させることが可能となる。これにより、たとえ、キャビティー用配管から中子ガス等を排出することができない場合であっても、連通経路を通じて中子ガス等を排出することができるため、ガス欠陥を低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性を向上させることができる。

ここで、連通経路としては、例えば、キャビティー用配管と比較して極めて細くした、通過抵抗が大きいものを挙げることができる。これにより、チャンバーの内部の減圧直後に連動して減圧されることはない。その一方で、これにより、キャビティー用配管を通じてキャビティーから中子ガス等を直接排出することができず、キャビティーの圧力が上昇した場合に中子ガス等を連通経路を通じて排出することができる。

また、本実施形態の鋳造装置においては、上述のように、連通経路の吸引口に対して、中子又は中子に付加された巾木が配設されていることが好適である。

このように、連通経路の吸引口に対して、中子や巾木を配設することによって、溶湯が中子に接触した際に中子に含まれる粘着剤等が燃焼して発生する中子ガスを連通経路及びチャンバー用配管を通じて効率良く逃がすことができる。また、鋳込み速度の適切な範囲でのさらなる安定化、空気巻き込みによる欠陥の低減化などが可能になる。これにより、ガス欠陥をより低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態の鋳造装置においては、連通経路が、中鋳型、上鋳型、及び中鋳型と上鋳型との間のうちの少なくとも１つに形成されていること好適である。

このように、連通経路を中鋳型や上鋳型、これらの間などに形成することによって、溶湯が中子に接触した際に中子に含まれる粘着剤等が燃焼して発生する中子ガスを連通経路及びチャンバー用配管を通じて効率良く逃がすことができる。また、鋳込み速度の適切な範囲でのさらなる安定化、空気巻き込みによる欠陥の低減化などが可能になる。これにより、ガス欠陥をより低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性をさらに向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る鋳造方法、具体的には、本発明の第１又は第２の実施形態に係る鋳造装置を使用した鋳造方法について詳細に説明する。なお、本発明の鋳造方法は、必ずしも本発明の鋳造装置を使用する必要はないが、本発明の鋳造装置を使用することが好ましい。

本実施形態の鋳造方法は、工程（１）を含み、好ましくは工程（３）と、工程（４）とを含む。ここで、工程（１）は、キャビティーの形成に用いられ、下鋳型、下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型、及び上鋳型を含む分割鋳型と、チャンバーの形成に用いられ、下鋳型が装着された固定側筐体下部及び上鋳型が装着された可動側筐体下部を含む分割筐体とを用いて、チャンバーの外部に配設され、中鋳型をスライド駆動させるためのシリンダーであって、シリンダーロッドが固定側筐体下部を貫通し、中鋳型と係合しているシリンダーにより下鋳型上で中鋳型を閉じた状態とするとともに、固定側筐体下部上で可動側筐体上部を閉じた状態として、キャビティーとチャンバーとを形成する工程である。また、工程（３）は、工程（１）の後に、チャンバー用吸引装置により可動側筐体上部に接続されたチャンバー用配管を介して少なくともチャンバーの内部を減圧する工程である。さらに、工程（４）は、工程（１）の後に、好ましくは工程（３）の後に、キャビティー用吸引装置により上鋳型に接続されたキャビティー用配管を介してキャビティーを減圧する工程である。

このように、下鋳型、下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型、及び上鋳型を有する分割鋳型と、下鋳型が装着された固定側筐体下部及び上鋳型が装着された可動側筐体上部を有する分割筐体とを用いて、チャンバーの外部に配設され、中鋳型をスライド駆動させるためのシリンダーであって、シリンダーロッドが固体側筐体下部を貫通し、中鋳型と係合しているシリンダーにより下鋳型上で中鋳型を閉じた状態とするとともに、固定側筐体下部上で可動側筐体上部を閉じた状態として、キャビティーとチャンバーとを形成することにより、中鋳型を確実に水平方向へスライド駆動させることができる。これにより、スライド駆動する分割筐体によりストークが押しつぶされることなく、また、チャンバー体積を小さくすることができるため、シール性を確保することができる。また、分割筐体が、上下方向に開閉可能であるため、分割鋳型を取り出しやすく、後述する金型内部清掃（必要に応じて行われる湯口のフィルタ用多孔質体の交換作業を含む。）工程や中子セット準備作業工程、中子エアブロー工程などを容易なものとすることができるという副次的な利点もある。

工程（３）と工程（４）を含む構成とすることにより、減圧度や減圧速度における分割鋳型の分割面のクリアランスやキャビティー体積、キャビティーの外側におけるチャンバー体積への依存を小さくすることができる。そのため、減圧度や減圧速度を適切な範囲に安定させることができ、鋳込み速度を速くすることが可能となるなど金属溶湯の充填性を向上させることができる。また、キャビティー用吸引装置のみを利用してキャビティーを直接減圧した場合に起こり得る分割鋳型の分割面のクリアランスなどからの空気の流入が抑制ないし防止され、空気巻き込みによる欠陥を低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性を向上させることができる。

そして、本実施形態の鋳造方法においては、分割鋳型で形成されたキャビティーに、分割鋳型の下部に配設された保持炉に保持された金属溶湯を、上端部が分割鋳型の湯口に接続され、かつ、下端部が保持炉に保持された該金属溶湯に浸漬されたストークを介して充填して成形品を製造するに際して、工程（１）の後で、かつ、工程（３）及び工程（４）の前に、加圧装置による保持炉の内部の加圧により保持炉に保持された金属溶湯を少なくとも湯口まで供給する工程（２）を含み、工程（４）において、少なくとも湯口まで供給された金属溶湯を上記キャビティー全体に供給することが好適である。これにより、金属溶湯の充填性をさらに向上させることができる。

そして、本実施形態の鋳造方法においては、加圧装置による所定の加圧をするに際して、チャンバー用吸引装置による所定の吸引（減圧）をするとともに、キャビティー用吸引装置による所定の吸引（減圧）をすることが好適である。

ここで、加圧装置による所定の加圧とは、加圧装置による保持炉の内部の加圧を開始し、次いで、湯口に金属溶湯が到達するまで、加圧装置による保持炉の内部の加圧を継続し、さらに、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるまで、加圧装置による保持炉の内部の加圧を継続又は保持し、さらに、キャビティー全体の金属溶湯が凝固するまで、加圧装置による保持炉の内部の加圧を継続又は保持し、しかる後、加圧装置による保持炉の内部の加圧を終了することをいう。

また、チャンバー用吸引装置による所定の吸引（減圧）とは、加圧装置による保持炉の内部の加圧の開始から湯口に金属溶湯が到達するまでの間に、チャンバー用吸引装置によるチャンバーに、好ましくは可動側筐体上部に接続されたチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を開始し、次いで、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるまで、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を継続又は保持し、さらに、キャビティー全体の金属溶湯が凝固するまで、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を継続又は保持し、しかる後、加圧装置による保持炉の内部の加圧を終了する際に、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を終了することをいう。なお、特に限定されるものではないが、最終到達圧力において、後述するキャビティーの内部圧力よりチャンバーの内部圧力を低くすることが好適である。このような構成とすると、空気巻き込みによる欠陥の低減化などが可能となり、金属溶湯の充填性をさらに向上させることが可能となる。

さらに、キャビティー用吸引装置による所定の吸引（減圧）とは、湯口に金属溶湯が到達したときに、キャビティー用吸引装置によるキャビティーに、好ましくは上鋳型に接続されたキャビティー用配管を介したキャビティーの減圧を開始し、次いで、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるまで、キャビティー用吸引装置によるキャビティー用配管を介したキャビティーの減圧を継続し、しかる後、キャビティー全体に金属溶湯が供給されてからチャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を終了するまでの間に、キャビティー用吸引装置によるキャビティー用配管を介したキャビティーの減圧を終了することをいう。

また、本実施形態の鋳造方法においては、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるまで、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を継続若しくは保持する際、又はキャビティー全体の金属溶湯が凝固するまで、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を継続若しくは保持する際に、チャンバー用吸引装置による上述した連通経路及びチャンバー用配管を介したキャビティーの減圧を開始し、しかる後、加圧装置による保持炉の内部の加圧を終了する際に、チャンバー用吸引装置による上述した連通経路及びチャンバー用配管を介したキャビティーの減圧を終了することが好適である。

このように、上述した連通経路を有する分割鋳型を用いることにより、溶湯が中子に接触した際に中子に含まれる粘着剤等が燃焼して発生する中子ガスを連通経路及びチャンバー用配管を通じて逃がすことができる。これにより、ガス欠陥を低減することが可能となるなど金属溶湯の充填性をさらに向上させることができる。

以下、本実施形態の鋳造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置を使用した鋳造方法の一例を模式的に示す説明図である。

図４に示すように、本例の鋳造方法は、工程（Ｅ）の鋳造工程の前工程として、従来公知の金型内部清掃工程（工程（Ａ））、中子セット準備作業工程（工程（Ｂ））、中子エアブロー工程（工程（Ｃ））及び型閉じ工程（工程（Ｄ））を有し、鋳造工程の後工程として、従来公知の冷却工程（工程（Ｆ））及び型開き工程（工程（Ｇ））を有する。

ここで、Ｌ１は、保持炉の内部の圧力を示し、例えば、配管に配設される圧力センサーにより検知される値を適用することができる。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、加圧装置による加圧力の値を適用することもできる。また、Ｌ２は、チャンバーの内部の圧力を示し、例えば、チャンバー用配管に配設される圧力センサーにより検知される値を適用することができる。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、チャンバー用吸引装置による減圧力の値を適用することもできる。さらに、Ｌ３は、キャビティーの圧力を示し、例えば、キャビティー用配管に配設される圧力センサーにより検知される値を適用することができる。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、キャビティー吸引装置による減圧力の値を適用することもできる。

まず、Ｌ１で示すように、型閉じされたときを示すＴ１において、加圧装置による保持炉の内部の加圧を開始する。次いで、湯口に金属溶湯が到達するときを示すＴ２まで、加圧装置による保持炉の内部の加圧を継続する。さらに、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるときを示すＴ３まで、加圧装置による保持炉の内部の加圧を継続又は保持する。さらに、キャビティー全体の金属溶湯が凝固するときを示すＴ４まで、加圧装置による保持炉の内部の加圧を継続又は保持し、しかる後、加圧装置による保持炉の内部の加圧を終了する。なお、Ｔ５は、加圧装置による加圧（及び後述するチャンバー用吸引装置による減圧）が解除されたときを示し、Ｔ６は、離型可能な強度まで成形品の温度が低下したときを示す。

また、Ｌ２で示すように、加圧装置による保持炉の内部の加圧の開始のときを示すＴ１から湯口に金属溶湯が到達するときを示すＴ２までの間に、チャンバー用吸引装置によるチャンバーに接続されたチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を開始する。次いで、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるときを示すＴ３まで、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を継続し、さらに、キャビティー全体の金属溶湯が凝固するときを示すＴ４まで、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を継続する。しかる後、加圧装置による保持炉の内部の加圧を終了するときを示すＴ５の際に、チャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を終了する。

さらに、Ｌ３で示すように、湯口に金属溶湯が到達したときを示すＴ２において、キャビティー用吸引装置によるキャビティーに接続されたキャビティー用配管を介したキャビティーの減圧を開始する。次いで、キャビティー全体に金属溶湯が供給されるときを示すＴ３まで、キャビティー用吸引装置によるキャビティー用配管を介したキャビティーの減圧を継続する。しかる後、キャビティー全体に金属溶湯が供給されたときを示すＴ３からチャンバー用吸引装置によるチャンバー用配管を介したチャンバーの内部の減圧を終了するまでの間に、キャビティー用吸引装置によるキャビティー用配管を介したキャビティーの減圧を終了する。

次に、鋳造により得られる成形品について図面を参照しながら詳細に説明する。図５は、本発明の第１又は第２の実施形態に係る鋳造装置を使用した鋳造方法の他の一例により得られた成形品を模式的に示す斜視図である。

図５に示すように、成形品Ｅは、アルミニウム合金製のシリンダーヘッドであり、分割鋳型のキャビティーの形状に相当する形状を有している。なお、図中のＥａは連通経路やキャビティー用配管に由来するバリを示す。

以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態においては、金属溶湯として、アルミニウムやアルミニウム合金を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、鉄や銅、真鍮などについても適用することができる。

そして、例えば、上記実施形態においては、分割鋳型と中子とを用いて形成するような複雑な形状を有する成形品として、シリンダーヘッドを例示したが、これに限定されるものではなく、シリンダーブロックについても適用することができる。

また、例えば、上述した実施形態においては、金属溶湯を湯口まで供給する際に、保持炉の内部を加圧する加圧装置を利用する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、電磁ポンプを利用して少なくとも湯口まで金属溶湯を供給してもよい。

１，１Ａ鋳造装置
１０分割鋳型
１０ａ湯口
１０ｂ連通経路
１０ｃ吸引口
１１下鋳型
１３中鋳型
１３Ａ，１５Ａ鋼材
１５上鋳型
２０分割筐体
２１固定側筐体下部
２３可動側筐体上部
２５ゴム製シール部材
３０チャンバー用吸引装置
３０Ａポンプ
３１，３７圧力センサー
３２チャンバー用配管
３２Ａ主配管
３２Ｂ副配管
３３，３４絞りバルブ
３５，３６開閉バルブ
３９タンク
４０キャビティー用吸引装置
４２キャビティー用配管
５０シリンダー
５１シリンダーロッド
５３シリンダー
５５保持部
６０保持炉
７０ストーク
７０ａ上端部
７０ｂ下端部
８０加圧装置
８２配管
９０センサー
９１型閉じセンサー
１００制御装置
Ａキャビティー
Ｂ中子
Ｂ１トップ中子
Ｂ２ウォータージャケット中子
Ｂ３ポート中子
Ｃ金属溶湯
Ｄチャンバー
Ｄａ空間
Ｅ成形品
Ｅａバリ

Claims

下鋳型と、該下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型と、上鋳型とを有する分割鋳型と、
上記下鋳型が装着された固定側筐体下部と、上記上鋳型が装着された可動側筐体上部とを有する分割筐体であって、上記下鋳型上で上記中鋳型を閉じた状態とするとともに、該分割固定側筐体下部上で該可動側筐体上部を閉じた状態とすることで、キャビティーとチャンバーとを形成する分割筐体と、
上記チャンバーの外部に配設され、上記中鋳型をスライド駆動させるためのシリンダーであって、シリンダーロッドが上記固定側筐体下部を貫通し、該中鋳型と係合しているシリンダーと、を備えた
ことを特徴とする鋳造装置。
上記シリンダーの保持部が、上記固定側筐体下部の保持部を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
上記可動側筐体上部に接続されたチャンバー用配管を介して少なくとも上記チャンバーの内部を減圧するチャンバー用吸引装置と、
上記上鋳型に接続されたキャビティー用配管を介して上記キャビティーを減圧するキャビティー用吸引装置と、を備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置。
上記鋳造装置が、上記分割鋳型で形成された上記キャビティーに、該分割鋳型の下部に配設された保持炉に保持された金属溶湯を、上端部が該分割鋳型の湯口に接続され、かつ、下端部が該保持炉に保持された該金属溶湯に浸漬されたストークを介して充填して成形品を製造する鋳造装置であって、
上記保持炉の内部の加圧により該保持炉に保持された上記金属溶湯を少なくとも上記湯口まで供給する加圧装置と、を備え、
上記キャビティー用吸引装置が、少なくとも上記湯口まで供給された上記金属溶湯を上記キャビティー全体に供給する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の鋳造装置。
下鋳型、該下鋳型上で水平方向にスライドする中鋳型、及び上鋳型を有する分割鋳型と、該下鋳型が装着された固定側筐体下部及び該上鋳型が装着された可動側筐体上部を有する分割筐体とを用いて、チャンバーの外部に配設され、該中鋳型をスライド駆動させるためのシリンダーであって、シリンダーロッドが該固定側筐体下部を貫通し、該中鋳型と係合しているシリンダーにより該中鋳型を閉じた状態とするとともに、該固定側筐体下部上で該可動側筐体上部を閉じた状態として、キャビティーと該チャンバーとを形成する工程（１）を含むことを特徴とする鋳造方法。
上記工程（１）の後に、チャンバー用吸引装置により上記可動側筐体上部に接続されたチャンバー用配管を介して少なくとも上記チャンバーの内部を減圧する工程（３）と、
上記工程（１）の後に、キャビティー用吸引装置により上記上鋳型に接続されたキャビティー用配管を介して上記キャビティーを減圧する工程（４）と、を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の鋳造方法。
上記鋳造方法が、上記分割鋳型で形成された上記キャビティーに、該分割鋳型の下部に配設された保持炉に保持された金属溶湯を、上端部が該分割鋳型の湯口に接続され、かつ、下端部が該保持炉に保持された該金属溶湯に浸漬されたストークを介して充填して成形品を製造するに際して、
上記工程（１）の後で、かつ、上記工程（３）及び上記工程（４）の前に、加圧装置による上記保持炉の内部の加圧により該保持炉に保持された上記金属溶湯を少なくとも上記湯口まで供給する工程（２）を含み、
上記工程（４）において、少なくとも上記湯口まで供給された上記金属溶湯を上記キャビティー全体に供給する
ことを特徴とする請求項６に記載の鋳造方法。