JP7434007B2 - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、下型及び上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じする鋳造装置及び鋳造方法に関する。

例えば、特許文献１には、製品キャビティを形成可能な製品キャビティ形成部がそれぞれ設けられた下型及び上型を有する鋳型と、上型を昇降させる駆動機構とを備え、下型及び上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じする鋳造装置が提案されている。この鋳造装置では、駆動機構により上型を上昇させて、製品キャビティよりも、下型と上型との間の溶湯の流路断面積を大きくした状態で注湯を開始する。

その後、上型を下降させ、該上型と下型との間で溶湯を押圧しながら型閉じを行って製品キャビティを形成する。これによって、製品キャビティ自体の大きさを変更することなく、開閉動作によって注湯時の溶湯の流路断面積を製品キャビティ形成時よりも大きくすることができる。このため、例えば、薄肉の鋳造製品等を得るべく鋳型の製品キャビティ形成面同士の間隔が狭い場合や、鋳型に供給される溶湯の融点や粘度が比較的高い場合であっても、湯回り不良等が生じることを抑制しつつ製品キャビティの隅々まで素早く溶湯を充填することが可能になる。

この種の鋳造装置では、製品キャビティの近傍に、型閉じの際に下型及び上型の製品キャビティ形成部同士の間から流出する余剰の溶湯を流入保持させることが可能な吐かせと呼ばれるオーバーフロー部を設けることが知られている。これによって、下型及び上型の間で溶湯を押圧しながら製品キャビティに溶湯を充填しても、鋳型にかかる溶湯の圧力が過剰に上昇することを抑制して、鋳型や駆動機構等にかかる負荷の低減を図ることができる。

特開平４－５９１６５号公報

上記のように、吐かせを設けた鋳造装置では、製品キャビティに溶湯を充填する際、製品キャビティ形成部同士の間の溶湯に吐かせに向かう流れが生じるため、空気等のガスが溶湯に巻き込まれ易くなる。これにより溶湯に分離部（空洞部や溶湯不足部）が形成されることが想定される。この分離部に溶湯が再供給される前に、すなわち、分離部が生じたままの状態で、溶湯が凝固すると、製品キャビティ内に未充填部が生じ、いわゆる噴かれ（吹かれ）等の鋳造欠陥が生じる懸念がある。特に、薄肉の鋳造製品を得る場合や、溶湯の融点が比較的高い場合等には、溶湯が凝固し易い分、上記の鋳造欠陥が生じ易くなる懸念がある。

そこで、本発明は、型閉じ時に鋳型や駆動機構にかかる負荷を低減しつつ、鋳造欠陥が抑制された鋳造製品を得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。

本発明の一態様は、下側製品キャビティ形成部を有する下型と、上側製品キャビティ形成部を有する上型とを有し、前記下側製品キャビティ形成部と前記上側製品キャビティ形成部とによって製品キャビティを形成する鋳型と、前記下型及び前記上型を相対的に移動させる駆動機構と、を備え、前記下型及び前記上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じする鋳造装置であって、前記鋳型には、前記下側製品キャビティ形成部と前記上側製品キャビティ形成部との間から流出した前記溶湯が流入可能な吐かせが、前記製品キャビティを挟んで対向する位置に設けられ、前記下型及び前記上型は、吸引構造を有し、前記吸引構造は、前記下側製品キャビティ形成部に設けられた第１砂層からなる第１通気部と、前記上側製品キャビティ形成部に設けられた第２砂層からなる第２通気部と、前記第１通気部を介して前記下側製品キャビティ形成部と連通する第１チャンバと、前記第２通気部を介して前記上側製品キャビティ形成部と連通する第２チャンバと、前記第１チャンバの内部を減圧する第１減圧機構と、前記第２チャンバの内部を減圧する第２減圧機構と、を有し、前記下型は、前記第１砂層を支持する第１バックアップ部を有し、前記上型は、前記第２砂層を支持する第２バックアップ部を有し、前記第１バックアップ部と前記第２バックアップ部とが前記駆動機構によって相対移動可能であり、前記第１チャンバが前記第１砂層と前記第１バックアップ部とによって囲まれて形成され、前記第２チャンバが前記第２砂層と前記第２バックアップ部とによって囲まれて形成され、前記第１減圧機構の第１吸引配管が、前記第１砂層又は前記第１バックアップ部に接続されて前記第１チャンバと連通し、前記第２減圧機構の第２吸引配管が、前記第２砂層又は前記第２バックアップ部に接続されて前記第２チャンバと連通する。

本発明の別の一態様は、上記の鋳造装置を用いた鋳造方法であって、前記下型の前記下側製品キャビティ形成部と前記上型の前記上側製品キャビティ形成部との距離を、前記製品キャビティ形成時よりも大きくした状態で前記鋳型へ注湯を開始する注湯開始工程と、前記第１減圧機構により減圧した前記第１チャンバ及び前記第１通気部、前記第２減圧機構により減圧した前記第２チャンバ及び前記第２通気部のそれぞれを介して、前記下側製品キャビティ形成部と前記上側製品キャビティ形成部との間を吸引した状態で前記鋳型を型閉じして、前記吐かせに前記溶湯を流出させながら前記製品キャビティを形成する型閉じ工程と、を有する。

この鋳造装置では、鋳型の製品キャビティを挟んで対向する位置に吐かせが設けられることで、型閉じの際に、下型及び上型の製品キャビティ形成部同士の間の溶湯を吐かせに向かって良好に流出させて、鋳型にかかる溶湯の圧力を効果的に低減させることができる。このため、下型及び上型の間で溶湯を押圧しながら製品キャビティに溶湯を充填しても、鋳型や駆動機構にかかる負荷を低減することができる。

また、この鋳造装置では、下型及び上型の少なくとも一方が吸引構造を有する。吸引構造では、減圧機構によりチャンバの内部を減圧することで、通気部を介して下型及び上型の製品キャビティ形成部同士の間を吸引することができる。このため、鋳型を型閉じする際、吸引構造によって製品キャビティ形成部同士の間を吸引することができる。この場合、上記のように、吐かせに溶湯を流出させながら製品キャビティを形成しても、溶湯にガスが巻き込まれることを抑制できる。また、型閉じ速度を速めても、製品キャビティ形成部同士の間の溶湯が吐かせに一気に流出することを抑制できるため、製品キャビティ内に、成形に十分な量の溶湯を容易に留まらせることができる。このため、溶湯に分離部が形成されること、すなわち、製品キャビティ内に未充填部が生じることを抑制できる。ひいては、最終的に得られる鋳造製品に噴かれ等の鋳造欠陥が生じることを抑制できる。

以上から、この鋳造装置及び鋳造装置を用いた鋳造方法では、型閉じ時に鋳型や駆動機構にかかる負荷を低減しつつ、鋳造欠陥が抑制された鋳造製品を得ることができる。

本発明の実施形態に係る鋳造装置の注湯開始時を説明する概略断面図である。 図１の鋳造装置の製品キャビティ形成時を説明する概略断面図である。 図２の鋳造装置の要部概略上面図である。 図２の鋳造装置の吐かせを説明するための部分拡大図である。 変形例に係る鋳造装置の製品キャビティ形成時を説明する概略断面図である。

本発明に係る鋳造装置及び鋳造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

図１に示す本実施形態に係る鋳造装置１０は、薄肉（例えば、厚さ３ｍｍ以下、特に好適には厚さ１．５ｍｍ～１．２ｍｍ程度）の鋳鋼製の鋳造製品（不図示）を得る場合に特に好適に適用することができる。そこで、以下では、鋳造装置１０によって、薄肉の鋳鋼製の鋳造製品を得る場合を例に挙げて説明する。しかしながら、鋳造装置１０によって得られる鋳造製品は、上記の薄肉に限定されるものではなく、種々の厚さとすることができる。また、鋳造装置１０によって得られる鋳造製品の材料は、鋳鋼に限定されず、鋳鉄等の鉄合金、アルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金、亜鉛合金等の一般的な鋳造製品の製造に使用される金属とすることができる。

鋳造装置１０は、製品キャビティ１２（図２）を形成可能な下側製品キャビティ形成部１４ａが設けられた下型１６と、上側製品キャビティ形成部１４ｂが設けられた上型１８とを有する。下型１６と上型１８により鋳型２０が構成される。鋳造装置１０は、さらに、下型１６及び上型１８を相対的に移動させる駆動機構２２を備える。また、鋳造装置１０は、下型１６と上型１８との間で溶湯Ｍを押圧しながら型閉じすることが可能である。以下では、下側製品キャビティ形成部１４ａと上側製品キャビティ形成部１４ｂとを互いに区別しない場合等にはこれらを総称して、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂともいう。なお、図４では、駆動機構２２の図示を省略している。

下型１６は、上側から下側に陥没する凹部２６を有し、該凹部２６内に湯口形成部３０と、湯道形成部３２と、下側製品キャビティ形成部１４ａと、吐かせ形成部３８とが設けられている。図３に示すように、鋳造装置１０の上面視で、下型１６の凹部２６には、上型１８の少なくとも一部を収容可能である。また、下型１６の湯口形成部３０は、凹部２６に収容された上型１８よりも外側に配置されて、図１に示すように上方から下方に延在する湯口４０を形成する。

湯道形成部３２は、湯口４０の下方に連通する湯道４２を形成する。下側製品キャビティ形成部１４ａには、湯口４０及び湯道４２を介して溶湯Ｍが供給される。すなわち、下型１６では、湯口形成部３０の下端部と湯道形成部３２の上流側端部とが連続して設けられるとともに、湯道形成部３２の下流側端部と下側製品キャビティ形成部１４ａとが連続して設けられる。

図４に示すように、吐かせ形成部３８は、下側製品キャビティ形成部１４ａの外周縁部に設けられ、製品キャビティ１２から流出した溶湯Ｍが流入可能な吐かせ４８を形成する。なお、吐かせ４８の詳細については後述する。

上型１８の上側製品キャビティ形成部１４ｂは、下型１６の下側製品キャビティ形成部１４ａと上下方向に対向することで、互いの間に製品キャビティ１２（図３）を形成することが可能である。上型１８は、下型１６の湯道形成部３２に対向する部分が、該湯道形成部３２とともに湯道４２を形成してもよい。また、上型１８の周面のうち、下型１６の湯口形成部３０に対向する部分は、該湯口形成部３０ともに湯口４０を形成してもよい。さらに、上型１８の周面のうち、下型１６の吐かせ形成部３８に対向する部分（湯口形成部３０に対向する部分を除く部分）は、該吐かせ形成部３８とともに吐かせ４８を形成してもよい。

上記の通り、鋳鋼製の鋳造製品を得る場合、溶融させた鋼（溶鋼）からなる溶湯Ｍが鋳型２０に供給される。鋼はアルミニウム等の他の金属に比して融点が高い分、溶湯Ｍの温度も高くなる。このため、本実施形態では、鋳型２０の耐熱性等を高めるべく、下型１６において、注湯時及び型閉じ時の少なくとも何れかに溶湯Ｍと接触する箇所の全体が砂層５０ａから構成されている。また、上型１８において、注湯時及び型閉じ時の少なくとも何れかに溶湯Ｍと接触する箇所の全体が砂層５０ｂから構成されている。砂層５０ａ、５０ｂは、一般的な金属製の鋳造用金型等に比して耐熱性に優れた性質を有する。

また、鋳型２０では、例えば、下型１６の砂層５０ａを支持可能にバックアップ部５２ａが設けられ、且つ上型１８の砂層５０ｂを支持可能にバックアップ部５２ｂが設けられる。バックアップ部５２ａ、５２ｂは、例えば、金属、セラミックス等から形成され、砂層５０ａ、５０ｂを支持することで、該砂層５０ａ、５０ｂの剛性や強度を向上させることが可能となっている。

下型１６の砂層５０ａは、湯口形成部３０、湯道形成部３２、下側製品キャビティ形成部１４ａ、吐かせ形成部３８のそれぞれを一体に構成するとともに、下方が開口した筐体形状部を有し、内部に空洞５３ａが設けられている。下型１６のバックアップ部５２ａは、砂層５０ａの空洞５３ａの開口を閉塞するように配設されている。

上型１８の砂層５０ｂは、上側製品キャビティ形成部１４ｂを含む、下型１６の凹部２６に対向する部分を一体に構成するとともに、上方が開口した筐体形状部を有し、内部に空洞５３ｂが設けられている。上型１８のバックアップ部５２ｂは、砂層５０ｂの空洞５３ｂの開口を閉塞するように配設されている。

本実施形態では、下型１６が吸引構造５４ａを有するとともに、上型１８が吸引構造５４ｂを有する。下型１６の吸引構造５４ａは、下側製品キャビティ形成部１４ａに設けられた砂層５０ａからなる通気部５６ａと、該通気部５６ａを介して製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間に連通するチャンバ５８ａと、チャンバ５８ａの内部を減圧する減圧機構６０ａとを有する。

上記の通り、本実施形態では、下側製品キャビティ形成部１４ａの全体が砂層５０ａから構成されるため、通気部５６ａは、下側製品キャビティ形成部１４ａの全体に設けられている。通気部５６ａは、砂層５０ａを形成する砂同士の隙間を通じて通気可能に構成されている。チャンバ５８ａは、下型１６の砂層５０ａとバックアップ部５２ａとで囲まれた空間として構成されている。チャンバ５８ａの内部には、砂層５０ａとバックアップ部５２ａとの間を、鋳型２０の型閉じ方向（上下方向）に延在する複数の柱部６２ａが設けられている。なお、柱部６２ａの配置や本数は、特に限定されるものではなく、例えば、砂層５０ａの強度が良好に維持されるように設定することができる。

減圧機構６０ａは、例えば、吸引配管６４ａと、真空ポンプ６６ａとを有する。吸引配管６４ａは、チャンバ５８ａの内部と真空ポンプ６６ａとを連通する吸引路６８ａを形成するべく、下型１６の砂層５０ａの側壁７０ａを貫通する。そして、吸引配管６４ａの一端は、チャンバ５８ａの内部に開口し、吸引配管６４ａの他端は、真空ポンプ６６ａに接続される。真空ポンプ６６ａは、吸引配管６４ａを介してチャンバ５８ａの内部の空気等のガスを吸引することで、チャンバ５８ａの内部を減圧する。

上型１８の吸引構造５４ｂは、下型１６の吸引構造５４ａと概ね同様に構成することができる。従って、吸引構造５４ａの構成要素に対応する吸引構造５４ｂの構成要素には、同一の参照符号を付し、且つ添字「ａ」に代替して「ｂ」を付して、その詳細な説明を省略する。すなわち、上型１８の吸引構造５４ｂは、上側製品キャビティ形成部１４ｂに設けられた砂層５０ｂからなる通気部５６ｂと、該通気部５６ｂを介して製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間に連通するチャンバ５８ｂと、チャンバ５８ｂの内部を減圧する減圧機構６０ｂとを有する。

上記の通り、本実施形態では、上側製品キャビティ形成部１４ｂの全体が砂層５０ｂから構成されるため、通気部５６ｂは、上側製品キャビティ形成部１４ｂの全体に設けられている。通気部５６ｂは、砂層５０ｂを形成する砂同士の隙間を通じて通気可能に構成されている。チャンバ５８ｂは、上型１８の砂層５０ｂとバックアップ部５２ｂとで囲まれた空間として構成されている。チャンバ５８ｂの内部には、砂層５０ｂとバックアップ部５２ｂとの間を、鋳型２０の型閉じ方向（上下方向）に延在する複数の柱部６２ｂが設けられている。なお、柱部６２ｂの配置や本数は、特に限定されるものではなく、例えば、砂層５０ｂの強度が良好に維持されるように設定することができる。

減圧機構６０ｂは、例えば、吸引配管６４ｂと、真空ポンプ６６ｂとを有する。吸引配管６４ｂは、チャンバ５８ｂの内部と真空ポンプ６６ｂとを連通する吸引路６８ｂを形成するべく、上型１８の砂層５０ｂの側壁７０ｂを貫通して配設される。そして、吸引配管６４ｂの一端は、チャンバ５８ｂの内部に開口し、吸引配管６４ｂの他端は、真空ポンプ６６ｂに接続される。真空ポンプ６６ｂは、吸引配管６４ｂを介してチャンバ５８ｂの内部のガスを吸引することで、チャンバ５８ｂの内部を減圧する。

駆動機構２２は、例えば、不図示の制御部によって制御され、上型１８を下型１６に対して接近又は離間する方向に移動させることが可能である。駆動機構２２は、一般的に鋳型２０の駆動に用いられる種々の構成を採用することができる。駆動機構２２の一例としては、不図示ではあるが、オイルポンプと、油圧制御弁と、貯留タンクとを有する油圧回路を備えるものが挙げられる。この場合、駆動機構２２による鋳型２０の型閉じ時には、オイルポンプの作用下に油圧回路にオイルを供給して油圧をかけるとともに、油圧制御弁を閉じることで鋳型２０を型閉じ方向に押圧した状態で維持する。一方、鋳型２０の型開き時には、油圧制御弁を開いてオイル（圧油）を貯留タンクへと排出することで、油圧回路を減圧する。

本実施形態では、駆動機構２２は、図１に示すように、上型１８と下型１６とを離間させた状態から、型閉じ方向（矢印Ｘ方向）に上型１８を平行移動させて下型１６に接近させることで、図２に示すように、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間に製品キャビティ１２を形成することが可能となっている。

なお、本実施形態では、駆動機構２２は、位置決め固定された下型１６に対して上型１８を移動可能とするが、例えば、上型１８に代えて下型１６を移動可能であることとしてもよいし、上型１８及び下型１６の両方を移動可能であることとしてもよい。また、不図示ではあるが、駆動機構２２は、上型１８を回動可能なものとして構成されてもよい。この場合、駆動機構２２により上型１８を回動させて下型１６に接近させることで、鋳型２０を型閉じして、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間に製品キャビティ１２を形成することができる。

本実施形態に係る鋳造装置１０は、基本的には上記のように構成される。以下、鋳造装置１０を用いた鋳造方法について説明する。この鋳造方法では、図１に示すように、下側製品キャビティ形成部１４ａと上側製品キャビティ形成部１４ｂとの距離を、製品キャビティ１２形成時よりも大きくした状態で、例えば、取鍋７２等を介して湯口４０への注湯を開始する注湯開始工程を行う。この注湯により、下型１６の凹部２６内に所定量の溶湯Ｍが供給された後、型閉じ工程を行う。

型閉じ工程では、減圧機構６０ａ、６０ｂによりチャンバ５８ａ、５８ｂ及び通気部５６ａ、５６ｂを介して製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間を吸引した状態で、鋳型２０を型閉じし、下型１６及び上型１８の間で溶湯Ｍを押圧しながら製品キャビティ１２を形成する。吸引構造５４ａ、５４ｂにより吸引を開始するタイミングは、型閉じを開始する前であればよく、例えば、注湯開始工程より前、注湯の途中、注湯完了後の何れであってもよい。また、下型１６の吸引構造５４ａと上型１８の吸引構造５４ｂとで同じタイミングで吸引を開始してもよいし異なるタイミングで吸引を開始してもよい。

なお、本実施形態の型閉じ工程では、湯口４０への注湯完了後に、駆動機構２２による上型１８の移動を開始することとしたが、駆動機構２２による上型１８の移動を開始した後に、湯口４０に対する注湯を完了することとしてもよい。

上記の通り、鋳造装置１０では、製品キャビティ１２の外周縁部に吐かせ４８が設けられている。このため、型閉じ工程において、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間の溶湯Ｍは、製品キャビティ１２の中心側から外周縁部側に向かって流れた後、吐かせ４８に流出する。

製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間に上記の溶湯Ｍの流れが生じると、製品キャビティ１２の中央側が、外周縁部側に比して負圧になり易い。この場合であっても、上記の通り、吸引構造５４ａ、５４ｂにより製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間が吸引されていることで、砂層５０ａ、５０ｂの内部のガスが溶湯Ｍに巻き込まれることや、製品キャビティ１２の外部のガスが砂層５０ａ、５０ｂを通過して溶湯Ｍに巻き込まれることを抑制できる。

また、吐かせ４８に溶湯Ｍを流出させながら製品キャビティ１２に溶湯Ｍを充填することで、型閉じの際に鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が上昇することが抑制される。ここで、図４に示すように、例えば、吐かせ４８に流入する溶湯Ｍの流入方向Ｆは、吐かせ形成部３８の第１壁面７４に沿う。第１壁面７４は、製品キャビティ１２から、該製品キャビティ１２の外側且つ上方に向かって延在する。第１壁面７４の外側（凹部２６の外周縁部側）には、該第１壁面７４と連続して第２壁面７６が設けられている。すなわち、第２壁面７６は、吐かせ４８への溶湯Ｍの流入方向Ｆの下流側（前方）に設けられている。

第２壁面７６と溶湯Ｍの流入方向Ｆ（第１壁面７４の面方向）とがなす角度θは、９０°より大きく１８０°以下であることが好ましく、１３５°であることが一層好ましい。角度θを９０°より大きくすることで、吐かせ４８に流入した溶湯Ｍが第２壁面７６に衝突して製品キャビティ１２側に跳ね返されることを抑制できるため、型閉じ時に鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が増大することを抑制できる。角度θを１８０°以下とすることで、上記のように鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が増大することを抑制しつつ、鋳型２０（本実施形態では特に下型１６）が製品キャビティ１２の外側に大型化することを抑制できる。角度θを１３５°とすることで、鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力の増大を抑制することと、鋳型２０の大型化を抑制することとの均衡を一層適切に図ることが可能になる。

型閉じ工程により、上記のようにして鋳型２０を型閉じした状態で、凹部２６内の溶湯Ｍを放冷又は冷却する等して凝固させた後、型開きを行って離型することにより鋳造品（不図示）が得られる。なお、離型の際には、鋳型２０の砂層５０ａ、５０ｂを崩壊させることにより鋳造品から剥離させてもよい。

不図示ではあるが、鋳造品は、製品キャビティ１２内で凝固した製品部と、凹部２６内の製品キャビティ１２以外の部分（吐かせ４８、湯口４０、湯道４２等）で凝固した方案部とを有する。このため、鋳造品に対し、必要に応じて、例えば切断、切削、研削等の機械加工を施し、製品部から方案部を除去すること等によって、薄肉の鋳造製品を得ることができる。

以上のように、本実施形態に係る鋳造装置１０では、鋳型２０の製品キャビティ１２を挟んで対向する位置に吐かせ４８が設けられる。このため、型閉じの際に、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間の溶湯Ｍを吐かせ４８に向かって良好に流出させて、鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力を効果的に低減させることができる。このため、下型１６及び上型１８の間で溶湯Ｍを押圧しながら製品キャビティ１２に溶湯Ｍを充填しても、鋳型２０や駆動機構２２にかかる負荷を低減することができる。

また、この鋳造装置１０では、下型１６及び上型１８のそれぞれが吸引構造５４ａ、５４ｂを有する。吸引構造５４ａ、５４ｂでは、減圧機構６０ａ、６０ｂによりチャンバ５８ａ、５８ｂの内部を減圧することで、通気部５６ａ、５６ｂを介して製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間が吸引される。このため、鋳型２０への注湯開始後、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間を吸引した状態で鋳型２０を型閉じすることができる。この場合、上記のように、吐かせ４８に溶湯Ｍを流出させながら製品キャビティ１２を形成しても、溶湯Ｍにガスが巻き込まれることを抑制できる。また、鋳型２０の型閉じ速度を速めても、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間の溶湯Ｍが吐かせ４８に一気に流出することを抑制できるため、製品キャビティ１２内に、成形に十分な量の溶湯Ｍを容易に留まらせることができる。このため、溶湯Ｍに分離部（空洞部や溶湯不足部）が形成されること、すなわち、製品キャビティ１２内に未充填部が生じることを抑制できる。ひいては、噴かれ（吹かれ）等の鋳造欠陥が生じることが抑制された鋳造製品を得ることができる。

従って、本実施形態に係る鋳造装置１０及び鋳造装置１０を用いた鋳造方法では、型閉じ時に鋳型２０や駆動機構２２にかかる負荷を低減しつつ、鋳造欠陥が抑制された鋳造製品を得ることができる。

特に、鋳鋼製の鋳造製品を得る場合、上記の通り溶湯Ｍの融点が高い分、溶湯Ｍの温度低下による流動性の低下や凝固が生じ易い。このため、型閉じ時に鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が大きくなり易いとともに、噴かれ等の鋳造欠陥が生じ易い。また、鋳造製品が薄肉である場合も、製品キャビティ１２内の溶湯Ｍの温度が低下し易い分、型閉じ時に鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が大きくなり易いとともに、噴かれ等の鋳造欠陥が生じ易い。このため、本実施形態に係る鋳造装置１０及び鋳造方法を適用して、薄肉の鋳鋼製の鋳造製品を得る場合に、上記の効果を特に有効に得ることが可能となる。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、鋳型２０は、注湯時及び型閉じ時の少なくとも何れかに溶湯Ｍと接触する箇所の全体が砂層５０ａ、５０ｂからなり、且つ砂層５０ａ、５０ｂを支持するバックアップ部５２ａ、５２ｂを有し、チャンバ５８ａ、５８ｂは、砂層５０ａ、５０ｂとバックアップ部５２ａ、５２ｂとで囲まれて形成されることとした。

この場合、鋳型２０を、高温の溶湯Ｍにも適用可能な耐熱性を備えるとともに、剛性にも優れた構成とすることができる。また、砂層５０ａ、５０ｂとバックアップ部５２ａ、５２ｂとの間に形成される空間を利用して簡単且つ容易にチャンバ５８ａ、５８ｂを設けることが可能になる。さらに、溶湯Ｍと接触する箇所の全体に設けられた砂層５０ａ、５０ｂからなる通気部５６ａ、５６ｂを介して、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間のガスを効果的に吸引することができるため、鋳造欠陥が一層効果的に抑制された鋳造製品を得ることが可能になる。

なお、鋳型２０は、バックアップ部５２ａ、５２ｂを備えず、全体が砂層５０ａ、５０ｂから構成されてもよい。この場合、チャンバ５８ａ、５８ｂは、砂層５０ａ、５０ｂに囲まれて形成されてもよい。また、鋳型２０は、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂの一部のみが砂層５０ａ、５０ｂからなり、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂに部分的に通気部５６ａ、５６ｂが設けられてもよい。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、チャンバ５８ａ、５８ｂの内部に、砂層５０ａ、５０ｂとバックアップ部５２ａ、５２ｂとの間を、鋳型２０の型閉じ方向に延在する柱部６２ａ、６２ｂが設けられることとした。この場合、砂層５０ａ、５０ｂとバックアップ部５２ａ、５２ｂとの間にチャンバ５８ａ、５８ｂを設けても、鋳型２０の型閉じ時に柱部６２ａ、６２ｂによって砂層５０ａ、５０ｂを支持することができるため、鋳型２０の剛性や耐久性を向上させることができる。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、吐かせ４８は、製品キャビティ１２の外周縁部に設けられていることとした。この場合、例えば、製品キャビティ１２の外側に部分的に吐かせ４８が設けられている場合に比して、製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間から余分な溶湯Ｍを滞留させることなく良好に排出しつつ型閉じを行うことができる。このため、下型１６及び上型１８の間で溶湯Ｍを押圧しながら型閉じしても、鋳型２０にかかる溶湯Ｍの圧力が過剰に上昇することを効果的に抑制できる。なお、吐かせ４８は、製品キャビティ１２の外周縁部に設けられることに限定されるものではない。吐かせ４８は、鋳型２０の製品キャビティ１２を挟んで対向する位置に設けられればよく、製品キャビティ１２の外周縁部に断続的に設けられてもよいし、製品キャビティ１２よりも外側に設けられてもよい。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０では、下型１６及び上型１８の両方が吸引構造５４ａ、５４ｂを有することとした。この場合、下側製品キャビティ形成部１４ａ及び上側製品キャビティ形成部１４ｂの両方に設けられた通気部５６ａ、５６ｂを介してガスを吸引することができるため、鋳造欠陥が一層効果的に抑制された鋳造製品を得ることが可能になる。なお、吸引構造５４ａ、５４ｂは、下型１６のみに設けられていてもよいし、上型１８のみに設けられていてもよい。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

上記の実施形態に係る鋳造装置１０の減圧機構６０ａ、６０ｂでは、砂層５０ａ、５０ｂの側壁７０ａ、７０ｂを貫通して設けられる吸引配管６４ａ、６４ｂにより、チャンバ５８ａ、５８ｂの内部と真空ポンプ６６ａ、６６ｂとを連通する吸引路６８ａ、６８ｂが形成されることとした。しかしながら、特にこれには限定されず、例えば、図５に示す減圧機構７７ａ、７７ｂのように、吸引配管６４ａ、６４ｂは、バックアップ部５２ａ、５２ｂを貫通する貫通孔７８ａ、７８ｂの内部を介してチャンバ５８ａ、５８ｂの内部と真空ポンプ６６ａ、６６ｂとを連通する吸引路６８ａ、６８ｂを形成することとしてもよい。

この場合、下型１６の減圧機構７７ａでは、バックアップ部５２ａのチャンバ５８ａの内部に臨む面に貫通孔７８ａの一方の開口が設けられる。また、チャンバ５８ａの外部に臨む面に貫通孔７８ａの他方の開口が設けられる。この貫通孔７８ａに吸引配管６４ａが挿通される。

同様に、上型１８の減圧機構７７ｂでは、バックアップ部５２ｂのチャンバ５８ｂの内部に臨む面に貫通孔７８ｂの一方の開口が設けられる。また、チャンバ５８ｂの外部に臨む面に貫通孔７８ｂの他方の開口が設けられる。この貫通孔７８ｂに吸引配管６４ｂが挿通される。

図５に示す減圧機構７７ａ、７７ｂによっても、図１及び図２に示す減圧機構６０ａ、６０ｂと同様に、真空ポンプ６６ａ、６６ｂを駆動させることで、チャンバ５８ａ、５８ｂの内部を減圧することができるため、通気部５６ａ、５６ｂを介して製品キャビティ形成部１４ａ、１４ｂ同士の間を吸引することができる。

１０…鋳造装置 １２…製品キャビティ
１４ａ…下側製品キャビティ形成部 １４ｂ…上側製品キャビティ形成部
１６…下型 １８…上型
２０…鋳型 ２２…駆動機構
５０ａ、５０ｂ…砂層 ５２ａ、５２ｂ…バックアップ部
５４ａ、５４ｂ…吸引構造 ５６ａ、５６ｂ…通気部
５８ａ、５８ｂ…チャンバ
６０ａ、６０ｂ、７７ａ、７７ｂ…減圧機構
６２ａ、６２ｂ…柱部 Ｍ…溶湯

Claims (5)

1. 下側製品キャビティ形成部を有する下型と、上側製品キャビティ形成部を有する上型とを有し、前記下側製品キャビティ形成部と前記上側製品キャビティ形成部とによって製品キャビティを形成する鋳型と、前記下型及び前記上型を相対的に移動させる駆動機構と、を備え、前記下型及び前記上型の間で溶湯を押圧しながら型閉じする鋳造装置であって、
   前記鋳型には、前記下側製品キャビティ形成部と前記上側製品キャビティ形成部との間から流出した前記溶湯が流入可能な吐かせが、前記製品キャビティを挟んで対向する位置に設けられ、
   前記下型及び前記上型は、吸引構造を有し、
   前記吸引構造は、前記下側製品キャビティ形成部に設けられた第１砂層からなる第１通気部と、前記上側製品キャビティ形成部に設けられた第２砂層からなる第２通気部と、前記第１通気部を介して前記下側製品キャビティ形成部と連通する第１チャンバと、前記第２通気部を介して前記上側製品キャビティ形成部と連通する第２チャンバと、
   前記第１チャンバの内部を減圧する第１減圧機構と、前記第２チャンバの内部を減圧する第２減圧機構と、
   を有し、
   前記下型は、前記第１砂層を支持する第１バックアップ部を有し、前記上型は、前記第２砂層を支持する第２バックアップ部を有し、前記第１バックアップ部と前記第２バックアップ部とが前記駆動機構によって相対移動可能であり、
   前記第１チャンバが前記第１砂層と前記第１バックアップ部とによって囲まれて形成され、前記第２チャンバが前記第２砂層と前記第２バックアップ部とによって囲まれて形成され、
   前記第１減圧機構の第１吸引配管が、前記第１砂層又は前記第１バックアップ部に接続されて前記第１チャンバと連通し、
   前記第２減圧機構の第２吸引配管が、前記第２砂層又は前記第２バックアップ部に接続されて前記第２チャンバと連通する、鋳造装置。
2. 請求項１記載の鋳造装置において、
   前記鋳型は、注湯時及び型閉じ時の少なくとも何れかに前記溶湯と接触する箇所の全体が前記第１砂層及び前記第２砂層からなる、鋳造装置。
3. 請求項２記載の鋳造装置において、
   前記第１チャンバの内部には、前記第１砂層と前記第１バックアップ部との間を、前記鋳型の型閉じ方向に延在する第１柱部が設けられ、前記第２チャンバの内部には、前記第２砂層と前記第２バックアップ部との間を、前記鋳型の型閉じ方向に延在する第２柱部が設けられる、鋳造装置。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の鋳造装置において、
   前記吐かせは、前記製品キャビティの外周縁部に設けられている、鋳造装置。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載の鋳造装置を用いた鋳造方法であって、
   前記下型の前記下側製品キャビティ形成部と前記上型の前記上側製品キャビティ形成部との距離を、前記製品キャビティ形成時よりも大きくした状態で前記鋳型へ注湯を開始する注湯開始工程と、
   前記第１減圧機構により減圧した前記第１チャンバ及び前記第１通気部、前記第２減圧機構により減圧した前記第２チャンバ及び前記第２通気部のそれぞれを介して、前記下側製品キャビティ形成部と前記上側製品キャビティ形成部との間を吸引した状態で前記鋳型を型閉じして、前記吐かせに前記溶湯を流出させながら前記製品キャビティを形成する型閉じ工程と、を有する、鋳造方法。

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