JP3432181B2 - 鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛合金またはア
ルミニウム合金の溶湯を用いて金型を鋳造するための製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、鋳物砂等で作成された鋳型の
キャビティに溶融金属を注入し、この溶融金属を冷却固
化させることにより所望の鋳造品を得る作業が広く行わ
れている。

【０００３】この種の鋳造作業において、高品質な鋳造
品を得るために種々の工夫がなされている。例えば、特
公平７−２２４号公報には、鋳型内に金属湯を注ぐと同
時に吸引手段を作動させ、かつ供給手段によって冷却用
ガス体が多数本の噴出パイプを通過して各噴出パイプの
先端側から前記鋳型内の鋳物砂間に直接噴射されること
により、前記金属湯の温度を前記冷却用ガス体で吸収し
て冷却させる鋳造冷却方法が開示されている。

【０００４】

【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、鋳型内に冷却用ガス体が直接噴射される
ため、前記冷却用ガス体が前記金属湯の熱を吸収するも
のの、該金属湯を迅速に冷却させることができない。こ
れにより、金属湯の冷却時間が比較的長くなり、鋳造品
である金型自体の品質が低下してしまう。このため、鋳
造された金型を、例えば、樹脂成形用金型として使用す
る際に、この金型表面を加工して得られる成形面（成形
加工面）にピンホールが発生し易く、樹脂成形表面にこ
の金型の樹脂成形面を忠実に再現することにより樹脂成
形品の表面品質が低下するという不具合が生ずるととも
に、金型自体の強度も低下してしまうという問題が指摘
されている。

【０００５】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、溶湯を迅速に冷却させて金型の製造工程を短時間で
行うとともに、この金型表面を高品質に維持することが
可能な鋳造装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳造装置で
は、内部に冷却用通路を有する金属型部材が、鋳物砂等
で作成された鋳型のキャビティ表面に表面鋳型として配
置された後、キャビティ内に亜鉛合金またはアルミニウ
ム合金の溶湯が注湯されるとともに、前記冷却用通路に
冷却媒体が供給される。このため、キャビティ内に注湯
される溶湯は、直接、金属型部材に接触して冷却される
とともに、この金属型部材の内部に設けられた冷却用通
路に供給される冷却媒体を介して冷却される。

【０００７】従って、溶湯の冷却時間が一挙に短縮化さ
れ、金型の製造工程が有効に短くなって前記金型を効率
的に得ることが可能になる。しかも、金型の表面が急冷
されるために、この金型の表面およびその周辺が緻密化
される。これにより、金型の成形加工面にピンホールが
発生することがなく、高品質な成形品を得ることができ
るとともに、金型自体の硬度を向上させることが可能に
なる。

【０００８】ここで、金型が樹脂成形用金型であり、金
属型部材の表面により前記金型の成形面全面が形成され
る。従って、成形加工面にピンホールが発生することが
なく、高品質な樹脂成形品を確実に成形することができ
る。

【０００９】また、鋳型のキャビティから取り出された
金型を冷却する際には、この金型を加圧保持して前記金
型に歪みが発生することを阻止している。このため、高
品質な金型を確実に鋳造することが可能になる。

【００１０】さらにまた、金属型部材には複数本の冷却
用通路が設けられており、前記金属型部材の角部または
鉛直部に対応する各冷却用通路同士の間隔が、該金属型
部材の水平平坦部に対応する各冷却用通路同士の間隔よ
りも狭く設定されている。これにより、鋳造される金型
のコーナー部または縦壁部にピンホールが発生すること
を有効に阻止することができる。

【００１１】また、金属型部材は複数個に分割されてお
り、特に大型の金型を鋳造する際に、前記金属型部材を
鋳型にセットする作業や該金属型部材を前記鋳型から離
脱する作業が容易に遂行される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る鋳造装置１０の概略分解斜視説明図である。

【００１３】鋳造装置１０は、鋳型１２と、この鋳型１
２のキャビティ表面１４に表面鋳型として配置される複
数の金属型部材１６ａ〜１６ｄとを備える。鋳型１２
は、多段に積層される複数の鉄枠１８を備えており、所
定の前記鉄枠１８には複数の切り欠き部２０が形成され
ている。鉄枠１８内には、発泡モデル２２が鋳物砂２４
を介して埋設される。

【００１４】発泡モデル２２は、発泡スチロールを用い
て構成されており、ＮＣ加工を介して金型成形面に対応
するキャビティ表面１４が形成されている。このキャビ
ティ表面１４は、第１の実施形態では、自動車車体を構
成するバンパー形状に対応している。この発泡モデル２
２は、後述する樹脂成形用金型を鋳造するためのキャビ
ティを構成するものであり、前記発泡モデル２２には湯
口形状部２５が一体的に設けられている。

【００１５】図２および図３に示すように、金属型部材
１６ａ〜１６ｄは、アルミニウム合金あるいは銅合金で
構成されており、表面部２６ａ〜２６ｄがキャビティ表
面１４に配置されて鋳造される金型の成形面全面を構成
する。金属型部材１６ａ、１６ｄは、樹脂成形品である
バンパーの湾曲部に対応しており、金属型部材１６ｂ、
１６ｃは、このバンパーの水平平坦部に対応している。

【００１６】金属型部材１６ａ〜１６ｄの裏面側には、
それぞれ複数本のエア管路２８ａ〜２８ｄが固着されて
おり、前記エア管路２８ａ〜２８ｄ内に冷却用通路３０
ａ〜３０ｄが形成される（図４参照）。エア管路２８ａ
〜２８ｄは、金属型部材１６ａ〜１６ｄの裏面側で湾曲
されるとともに、それぞれの両端には、供給管３１ａと
排出管３１ｂとが連結される。供給管３１ａは、鋳型１
２を構成する鉄枠１８の切り欠き部２０を介して前記鋳
型１２に支持され、冷却媒体、例えば、冷風を各通路３
０ａ〜３０ｄに流通させるための冷風供給手段３２に接
続可能である。排出管３１ｂは、大気に開放され、ある
いは図示しない吸引源に連通可能である。

【００１７】図３に示すように、金属型部材１６ａ〜１
６ｄにおいて、角部または鉛直部に対応して設けられる
通路３０ａ、３０ｄ同士の間隔Ｈ１は、水平平坦部に対
応して設けられる通路３０ｂ、３０ｃ同士の間隔Ｈ２よ
りも狭く設定されている。金属型部材１６ａ〜１６ｄの
間には、鉄板３４ａ〜３４ｃが介装されるとともに、金
属型部材１６ａ〜１６ｄには、表面部２６ａ〜２６ｄお
よび通路３０ａ〜３０ｄに対応して所定の位置に複数の
温度センサ３６ａ〜３６ｄが設けられている（図１およ
び図２参照）。

【００１８】

【発明の効果】このように構成される第１の実施形態に
係る鋳造装置１０の動作について、以下に説明する。

【００１９】まず、発泡スチロールを用いてＮＣ加工を
施すことにより、所定形状のキャビティ表面１４を有す
る発泡モデル２２が作成される。この発泡モデル２２
は、鋳型１２を構成する鉄枠１８内に配置された後、こ
の発泡モデル２２と前記鉄枠１８との間に鋳物砂２４が
供給される。次いで、金属型部材１６ａ〜１６ｄが、そ
れぞれの表面部２６ａ〜２６ｄをキャビティ表面１４に
接触させて発泡モデル２２に配置されるとともに、前記
金属型部材１６ａ〜１６ｄ同士の間には、インサートプ
レートである鉄板３４ａ〜３４ｃが介装される。

【００２０】そこで、図５に示すように、金属型部材１
６ａ〜１６ｄに固着されているエア管路２８ａ〜２８ｄ
に供給管３１ａおよび排出管３１ｂが連結され、前記供
給管３１ａおよび前記排出管３１ｂが所定の鉄枠１８の
切り欠き部２０から外方に取り出される。さらに、図６
に示すように、鋳型１２内に発泡モデル２２および金属
型部材１６ａ〜１６ｄを埋設して鋳物砂２４が砂込めさ
れた後、窒素ガスまたは炭酸ガスを前記鋳物砂２４内に
流して該鋳物砂２４を硬化させる。

【００２１】次に、図７に示すように、鋳型１２を反転
させて発泡モデル２２を取り外す。この発泡モデル２２
は、バーナー等により加熱することによって鋳型１２か
ら手作業により容易に取り出される（図８参照）。発泡
モデル２２とともに湯口形状部２５が取り出されること
により、鋳型１２内にはキャビティ４０とこのキャビテ
ィ４０に連通する湯口部４２とが形成される。

【００２２】キャビティ４０では、金属型部材１６ａ〜
１６ｄの表面部２６ａ〜２６ｄが金型成形面を構成して
おり、この表面部２６ａ〜２６ｄを含む前記キャビティ
４０の内壁面に離型剤が塗布される。この離型剤が乾燥
した後、金属型部材１６ａ〜１６ｄが加熱されながら湯
口部４２から亜鉛合金またはアルミニウム合金が使用さ
れた溶湯（溶融金属）４４が注入される（図９および図
１０参照）。この湯口部４２には、鉄網４５が配置され
ている。

【００２３】この溶湯は、第１の実施形態では、樹脂成
形用金型を鋳造するためにザマーク「Ｚａｍａｋ」が用
いられる。これは、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ系に少量のＭｇを
加えた亜鉛合金であり、安価でかつ鋳造し易く、アルミ
ニウム合金よりも加工処理が容易であるという利点があ
る。この亜鉛合金は、固相から液相に変化する温度が３
８０℃であり、金属型部材１６ａ〜１６ｄを構成するア
ルミニウム合金または銅合金では、固相から液相に変化
する温度がアルミニウムが７００℃で、銅が１０６４℃
であり、それぞれ亜鉛合金よりも高温で液相に変化す
る。

【００２４】ところで、湯口部４２からキャビティ４０
に溶湯４４が注湯される際、冷風供給手段３２から供給
管３１ａとエア管路２８ａ〜２８ｄを介して通路３０ａ
〜３０ｄに冷風が導入され、排出管３１ｂから排出され
る。このため、キャビティ４０内の溶湯４４は、金属型
部材１６ａ〜１６ｄに接する部分から急激に冷却され、
前記溶湯４４が硬化して金型４６が得られる。この間、
キャビティ４０には溶湯４４の押湯が繰り返し行われ
る。

【００２５】溶湯４４が冷却されて金型４６が得られた
後、図１１に示すように、この金型４６が鋳型１２から
脱型され、さらに前記金型４６から金属型部材１６ａ〜
１６ｄが取り外される。その際、金属型部材１６ａ〜１
６ｄ間には鉄板３４ａ〜３４ｃが介装されており、前記
金属型部材１６ａ〜１６ｄの取り外し作業が容易に遂行
される。金属型部材１６ａ〜１６ｄが金型４６から取り
外された後、鉄板３４ａ〜３４ｃがこの金型４６から取
り外される。

【００２６】図１２に示すように、金型４６はプレス機
５０に移送され、このプレス機５０を介して加圧された
状態で所定時間放置される。このプレス機５０は、基台
５２に対しガイドバー５４を介して高さ位置が調整可能
な固定板５６を備えており、前記基台５２と前記固定板
５６との間に金型４６が配置される。固定板５６と金型
４６の間には、複数のプッシャ５８が所定の押圧位置に
対応して配置される。このプッシャ５８は流体圧シリン
ダ６０を有し、この流体圧シリンダ６０から延在するロ
ッド６２に押圧部材６４が固定されている。

【００２７】そこで、各プッシャ５８が金型４６の所定
の部位、すなわち、この金型４６の歪みが発生し易い部
位に対応して配置され、流体圧シリンダ６０に流体圧が
付与されると、この流体圧シリンダ６０の端部が固定板
５６に支持される一方、ロッド６２に固定された押圧部
材６４が前記金型４６の所定の部位に押圧力を付与す
る。従って、金型４６が、例えば、３００℃〜室温まで
徐冷される間、この金型４６の所定の部位が押圧部材６
４により押圧保持されており、該金型４６に歪みが発生
することを確実に阻止することができる。

【００２８】この場合、第１の実施形態では、金属型部
材１６ａ〜１６ｄがキャビティ４０内に表面鋳型として
配置されるとともに、前記金属型部材１６ａ〜１６ｄの
内部に冷風を流通させるための通路３０ａ〜３０ｄが設
けられている。そして、キャビティ４０に溶湯４４が注
湯される際、冷風供給手段３２から供給管３１ａとエア
管路２８ａ〜２８ｄを介して通路３０ａ〜３０ｄに冷風
が供給されることにより、このキャビティ４０内の溶湯
４４は、金属型部材１６ａ〜１６ｄを構成する表面部２
６ａ〜２６ｄ、すなわち、金型４６の成形面４６ａの全
面に対応する部分から急激に冷却される。

【００２９】このため、溶湯４４の冷却時間が一挙に短
縮化され、金型４６を短時間で効率的に得ることがで
き、コストダウンに寄与するという効果がある。しか
も、金型４６の成形面４６ａの全面が急速冷却されるた
め、この成形面４６ａおよびその近傍が緻密化される。
これにより、この成形面４６ａを加工して成形加工面を
得る際に、この成形加工面にピンホールが発生すること
がなく、金型４６を用いて成形される樹脂成形品の品質
が一挙に向上するという利点が得られる。しかも、金型
４６の成形加工面近傍の硬度も向上するという効果があ
る。

【００３０】また、第１の実施形態では、複数の金属型
部材１６ａ〜１６ｄを備えるとともに、前記金属型部材
１６ａ〜１６ｄ間に鉄板３４ａ〜３４ｃが介装されてい
る。従って、特にバンパー等の大型樹脂成形品を成形す
るための金型４６を鋳造する金属型部材１６ａ〜１６ｄ
の着脱作業が一挙に簡素化する。単一の大型かつ重量な
金属型部材を用いる場合に比べ、取り扱い作業が容易に
なるからである。

【００３１】さらに、金属型部材１６ａ〜１６ｄでは、
角部または鉛直部に対応する通路３０ａ、３０ｄ同士の
間隔Ｈ１が水平平坦部に対応する通路３０ｂ、３０ｃ同
士の間隔Ｈ２よりも狭く設定されている（図３参照）。
このため、鋳造成形される金型４６のコーナー部（角
部）や縦壁部（鉛直部）にピンホールが発生することを
可及的に阻止することが可能になる。

【００３２】ここで、金属型部材１６ａ〜１６ｄには、
表面部２６ａ〜２６ｄと通路３０ａ〜３０ｄの温度を検
出するための複数の温度センサ３６ａ〜３６ｄが設けら
れている。これにより、金属型部材１６ａ〜１６ｄおよ
び通路３０ａ〜３０ｄの温度管理を行うことによって溶
湯４４を容易に急冷することができ、金型４６の成形面
４６ａを加工して得られる成形加工面の品質が有効に向
上するという効果が得られる。

【００３３】図１３は、本発明の第２の実施形態に係る
鋳造装置８０の概略構成説明図である。

【００３４】この鋳造装置８０は、第１の実施形態に係
る鋳造装置１０と対をなすものであり、前記鋳造装置１
０が凹型の金型４６を鋳造する一方、この鋳造装置８０
が凸型の金型（図示せず）を鋳造するものである。鋳造
装置８０は、鋳物砂８２および発泡モデル８４を有する
鋳型８６と、この鋳型８６内に埋設される１あるいは複
数の金属型部材８８とを備える。金属型部材８８内に
は、冷却用通路９０を有するエア管路９２が固着されて
おり、前記エア管路９２は、図示しない冷風供給手段に
連通可能である。

【００３５】金属型部材８８には凹状の表面部９４が設
けられており、この表面部９４により樹脂成形用金型の
成形面全面が形成される。この金属型部材８８では、エ
ア管路９２が表面部９４を避けて前記金属型部材８８の
側面部から外方に延在している。

【００３６】このように構成される鋳造装置８０の動作
は、前述した第１の実施形態に係る鋳造装置１０と同様
であり、その詳細な説明は省略する。この鋳造装置８０
では、１または複数の金属型部材８８がキャビティ表面
１４に表面鋳型として配置される。そして、通路９０に
冷風が流通されることにより、凸型の金型を短時間で効
率的に鋳造するとともに、その成形加工面にピンホール
が発生することがない等、第１の実施形態と同様の効果
が得られる。

【００３７】なお、第１および第２の実施形態では、金
型４６を鋳造するために、亜鉛合金またはアルミニウム
合金を使用したが、好適には亜鉛合金が用いられる。亜
鉛合金は、アルミニウム合金より安価で鋳造し易く、加
工処理も容易であるからである。一方、冷やし金である
金属型部材１６ａ〜１６ｄおよび８８は、好適にはアル
ミニウム合金が用いられる。アルミニウム合金は、銅合
金より安価で鋳造し易く、表面処理も容易で鋳造工程が
短くなるからである。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係る鋳造装置では、内部に冷却
用通路を有する金属型部材が鋳型のキャビティ表面に表
面鋳型として配置され、このキャビティに溶湯を注湯す
る一方、前記冷却用通路に冷却媒体が供給されるため、
前記溶湯が前記金属型部材に接する成形面側から急速に
冷却され、金型を短時間でかつ効率的に得ることができ
る。しかも、金型の成形面が急冷されることによって緻
密化が図られ、ピンホールの発生を可及的に阻止して、
高品質な成形品を成形し得る金型が容易かつ確実に得ら
れる。

【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装置の分解
斜視説明図である。

【図２】前記鋳造装置を構成する金属型部材の斜視説明
図である。

【図３】前記金属型部材の縦断面説明図である。

【図４】前記金属型部材の一部縦断面説明図である。

【図５】前記鋳造装置の一部斜視説明図である。

【図６】前記鋳造装置を構成する鋳型内に前記金属型部
材が埋設された状態の斜視説明図である。

【図７】前記鋳型が反転された状態の斜視説明図であ
る。

【図８】前記鋳型から発泡モデルが取り外された際の斜
視説明図である。

【図９】前記鋳型内のキャビティに溶湯が注湯される際
の縦断面説明図である。

【図１０】前記キャビティに溶湯が充填された状態の斜
視説明図である。

【図１１】前記鋳型から取り外された金型の斜視説明図
である。

【図１２】鋳造された金型を押圧するプレス機の概略斜
視説明図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置の概
略縦断面説明図である。

【符号の説明】

１０、８０…鋳造装置 １２、８６…鋳型 １４…キャビティ表面 １６ａ〜１６ｄ、
８８…金属型部材 １８…鉄枠 ２２、８４…発泡
モデル ２４、８２…鋳物砂 ２６ａ〜２６ｄ、
９４…表面部 ２８ａ〜２８ｄ、９２…エア管路 ３０ａ〜３０ｄ、
９０…通路 ３２…冷風供給手段 ３４ａ〜３４ｃ…
鉄板 ３６ａ〜３６ｄ…温度センサ ４０…キャビティ ４２…湯口部 ４４…溶湯 ４６…金型 ４６ａ…成形面 ５０…プレス機 ５８…プッシャ

フロントページの続き (72)発明者 菊池 信穂 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 吉永 正直 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田口 和宏 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 兼子 浩 愛知県幡豆郡吉良町大字吉田字西中浜71 番地 兼子合金株式会社内 (72)発明者 宮地 信次 愛知県幡豆郡吉良町大字吉田字西中浜71 番地 兼子合金株式会社内 (72)発明者 兼子 義次 愛知県幡豆郡吉良町大字吉田字西中浜71 番地 兼子合金株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−148072（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−9632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−11830（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−236963（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−17815（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−192980（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−22241（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22C 9/00,9/02,9/06 B22D 15/00,17/22,30/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳物砂等で作成される鋳型と、前記鋳型の
   キャビティ表面に表面鋳型として配置されるとともに、
   内部に冷却用通路を有する金属型部材と、冷却用通路に
   連通して冷却媒体を流通させる冷媒供給手段とを備え、
   亜鉛合金またはアルミニウム合金の溶湯を用いて金型を
   鋳造するための鋳造装置であって、 前記金属型部材には複数本の前記冷却用通路が設けられ
   ており、前記金属型部材の角部または鉛直部に対応する
   各冷却用通路同士の間隔が、該金属型部材の水平平坦部
   に対応する各冷却用通路同士の間隔よりも狭く設定され
   ることを特徴とする鋳造装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の鋳造装置において、前記金
   属型部材は、金属板を介装して複数個に分割されている
   ことを特徴とする鋳造装置。