JPH0576660U - 低圧鋳造装置における給湯路の湯口部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧鋳造装置の給湯路構成部材である湯口部
材（湯口入子）にセラミツクスを適用して鋳造金属溶湯
に対する腐食抵抗性を高めて耐用寿命を改善し、かつ断
熱性を付与して鋳造途中の外部加熱を不要化する。 【構成】 湯口部材３０を、窒化けい素セラミツクス焼
結体からなる内層部材３１と、金属製外層部材３３と、
これらの部材の重ね合せ面間に介装された緩衝性と断熱
性を有する中間層材３２からなる３層積層構造とし、か
つ内層部材３１は、外層部材３３の下端の内向き水平フ
ランジ３３１と、頂部に取着される押え部材３５との間
に、圧縮付勢された弾性ガスケツトリング３４を介して
挾圧固定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、低圧鋳造装置における溶湯保持炉から金型のキヤビテイ内に溶融金 属を注入するための給湯路構成部材である湯口部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】

アルミ合金に代表される非鉄合金製品（例えば、シリンダヘツド、シリンダブ ロツク、クラツチハウジング、ホイール、扇車等）の鋳造を行う低圧鋳造機は、 図３に示すように、溶湯保持炉１、保持炉１内の溶湯るつぼ２、炉の上方に配置 された金型４、金属溶湯Ｍを金型４のキヤビテイ４・１に注入するための給湯路 ３等を以て構成され、金属溶湯Ｍは炉内に圧入される気体の加圧力により給湯路 ３を介して金型４内に鋳込まれる。その保持炉１と金型４との間の給湯路のまわ りには、そこを通過する鋳造金属の溶湯温度を維持するためにガスバーナまたは 電気ヒータ等の加熱装置５が配置されている。

【０００３】 給湯路３は、炉内の金属溶湯浴に下端部を浸漬したストーク１０、金型４に着 脱可能に組付けられる湯口部材（湯口入子とも称する）３０、およびその両部材 を接続する中間ストーク２０等からなる。湯口部材３０は筒状体であり、その下 部端は中間ストーク２０に連接する円形開口を有し、天面部には湯口蓋４０が着 脱可能に設置される。 従来より、ストーク１０には、ねずみ鋳鉄や特殊鋳鉄等からなる鋳造品が使用 され、中間ストーク２０、湯口部材３０およびその天面の蓋４０等としては、Ｓ ＫＤ−６１に代表される熱間金型用合金工具鋼や、特殊鋳鉄等からなる鋳造品が 使用されてきた。

【０００４】 上記合金工具鋼等からなる部材で構成された給湯路の実操業上最も問題となる のは、アルミ溶湯の接触による腐食（溶損）を生じ易く、そのメンテナンスに多 大の負担を要し、しかも部材の溶損はアルミ溶湯の汚染・鋳造品質への悪影響を きたすということである。また、この材料からなる部材は熱伝導率が高く、放熱 し易いため、鋳込温度の管理に前記のように、ガスバーナや電気ヒータ等による 外部加熱を必要とし、この加熱により部材の腐食溶損が更に助長される。このた め、部材の表面に不定形耐火物層を塗設して溶融アルミとの直接接触を遮断する ことが従来から行われているが、耐火物と金属部材とは熱膨張係数の差が大きく 、短期間で亀裂・剥離を生じ易いため、保護層としての実質的な効果は極めて少 ない。 この対策として、セラミツクス焼成品の適用が種々試みられており、ストーク １０、および中間ストーク２０については、緻密質窒化けい素等のエンジリニア ングセラミツクス焼成品が実用され始めている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

セラミツクスは、金属溶湯に対する卓抜した腐食抵抗性と良好な断熱性を有し てはいるが、脆性材料であるため、ストーク１０や中間ストーク２０等のように 機械衝撃の負荷が少ない部材はともかく、湯口部材３０のように金型４への組付 けないし組替えの際に強い機械衝撃が加わる部材では、セラミツクス単体品とし て適用して安定な使用を確保することは極めて困難である。 そこで湯口部材３０にセラミツクスを適用する工夫として、湯口部材の金属溶 湯に接触する内側層をセラミツクス焼成品で形成すると共に、セラミツクスフア イバ等を緩衝性中間層材とし、その外側をステンレス鋼等の金属製部材で包囲し た積層構造体とすることも提案されている。

【０００６】 しかしながら、セラミツクスの熱膨張係数は金属のそれに比べて著しく小さく （例えば、窒化けい素セラミツクスの約３×１０^-6／℃に対し、ステンレス鋼は 約１５〜１８×１０^-6／℃）、従つて湯口部材の組立て時に、金属製の外層部材 とそれに内嵌されるセラミツクス内層部材とを強固な締付け力で固定しておいて も、使用時の金属溶湯の接触により高温度に加熱されると、両者の間に生じる熱 膨張量の差により、締付け力が弛緩し、ガタツキの発生を逸れない。 その締付け力の弛み・ガタツキの発生は、セラミツクス内層部材に対する偏応 力の作用と、それによる同部材の割れ・欠損を誘起する原因となる。更に、締付 け力の弛みに起因して鋳造金属溶湯の差し込みが生じると、給湯路のメンテナン ス作業が煩瑣となるのみならず、湯口部材の損傷が早められ、殊に金型のメンテ ナンス作業に際して湯口部材は常温近くまで冷却降温されるため、鋳造金属の差 し込み凝固片により焼嵌め状態と同様の効果を生じセラミツクス内層部材に無理 な負荷が加わることも、その割れ・欠損を早める原因となる。 本考案は、セラミツクスの適用に付随して生じる上記問題を解決するための改 良された湯口部材を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の低圧鋳造装置における給湯路部材である湯口部材は、窒化けい素セラ ミツクスからなる筒形状を有する内層部材３１が、その側壁周囲を包囲する筒状 部材である金属外層部材３３内に、緩衝性断熱材からなる中間層３２を介して嵌 装された３層積層構造を有し、かつ上記内層部材３１は、外層部材３３の下端縁 に形設されている内向きフランジ３３１と、外層部材３３の頂部フランジに着脱 可能に取付けられた押え部材３５との間に、上下方向に圧縮付勢された弾性ガス ケツトリング３４を介して挾圧固定されていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】

このように構成された本考案の湯口部材は、実機使用時の鋳造金属溶湯の熱影 響によりセラミツクス内層部材に比べて金属外層部材に相対的に大きな熱膨張が 生じても、その熱膨張量の差は、上下方向（湯口部材の軸方向）に圧縮付勢され た弾性ガスケツトリングの弾性撥力による膨出変形（上下方向の増厚）により自 動的に吸収され、従つて金属外層部材内のセラミツクス内層部材に対する上下両 側からの押圧挾持状態に弛みを生じることはなく、安定した固定状態が保持され る。 また、弾性ガスケツトリングの弾性変形能は、セラミツクス内層部材を包囲す る緩衝性断熱材からなる中間層の緩衝作用と相まつて、湯口部材の金型への組付 け・組替え時におけるセラミツクス内層部材に対する機械衝撃を吸収軽減する働 きをなす。 更に、セラミツクス内層部材が有する断熱特性と、中間層材の断熱効果とによ り、湯口部材を通過する鋳造金属溶湯の放熱とそれによる温度低下が抑制される 。その放熱降温抑制効果により湯口部材に対する外部加熱の省略も可能となる。

【０００９】 以下、本考案について実施例を示す図面を参照して説明する。 図１において、３１は窒化けい素セラミツクス焼成品である内層部材、３３は 、その内層部材３１の外周を包囲する金属製外層部材、３２はそれらの部材の重 ね合せ面間に装填された、緩衝性を有する断熱材からなる中間層である。 ３４は弾性ガスケツトリングであり、３５は、セラミツクス内層部材３１を、 弾性ガスケツトリング３４の弾性撥力に抗して金属製外層部材３３の内部に嵌納 固定するための押え部材である。

【００１０】 金属外層部材３３の下端部には、内向き水平方向に突出して円環形状をなすフ ランジ３３１が形設され、その上面に弾性ガスケツトリング３４が納置されてい る。 セラミツクス内層部材３１は、下端部の外周面を切欠して形成された水平端面 ３１１と垂下壁部３１２とからなる円周切欠段差部を有し、水平端面３１１を弾 性ガスケツトリング３４との当接面としてその上に担持されている。また、垂下 壁部３１２は、中間スリーブ２０（図３）に連続する円形開口をなすと共に、弾 性ガスケツトリング３４および金属外層部材３３の内向きフランジ部３３１に対 する鋳造金属溶湯の接触を遮断するために、それらの内径周面をその全周に亘つ て被蔽している。 押え部材３５は、金属外層部材３３の頂部フランジ３３２と、セラミツクス内 層部材３１の頂面にそつて一周するリング状板部材であり、その周方向の複数個 所において金属外層部材３３の頂部フランジ３３２にボルト３６等の止め具を以 て着脱可能に取着されている。

【００１１】 本考案の湯口部材のセラミツクス内層部材３１を、窒化けい素セラミツクス（ Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）の焼成品としたのは、このものが溶融アルミ等に対する高度の腐食 抵抗性を有すると共に、他種のセラミツクス、例えばアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や 炭化けい素（ＳｉＣ）等に比べ、耐熱衝撃性にすぐれ、鋳造操業の反復過程で加 わる熱応力に対し、亀裂・欠損等を生じ難い良好な熱的安定性を有しているから である。そのセラミツクス焼成品は、常圧焼結法や加圧焼結法等の公知の焼結プ ロセスにより製造されたもの等が適宜使用される。

【００１２】 弾性ガスケツトリング３４は、その好適な例として「渦巻きパツキン」と称す る部材が挙げられる。このものは、図２に示すように、略く字形状に屈曲成形さ れた長尺の薄肉金属帯板（例えば、ステンレス鋼帯板）３４１と、繊維状無機材 料（例えばアスベスト）３４２とを交互に重ねて渦巻き状に積層巻回し、その巻 き重ねの始端と終端を溶着等で固定した環状部材であり、薄肉金属帯板３４１の く字型屈曲形状効果と、これを無機質繊維材３４２と組合せて巻層構造とした効 果として、そのリング幅方向に膨縮する良好な弾性変形能を有している。 この弾性ガスケツトリング３４をリング幅方向に圧縮し弾性撥力を付勢した状 態でセラミツクス内層部材３１を金属外層部材３３内に装着することにより、前 述のように両部材の軸方向の熱膨張量の差が自動的に吸収される。また、その弾 性膨縮変形能は、セラミツクス内層材３１に加わる機械衝撃の吸収緩和にも寄与 する。

【００１３】 セラミツクス内層部材３１と金属外層部材３３との間の中間層３２は、不定形 耐火物、あるいはセラミツクスフアイバのフエルトやブランケツト等を用いて形 成される。これらの熱伝導率はセラミツクス焼成品のそれの数十分の１以下と小 さく、その断熱特性により、セラミツクス内層部材３１から金属外層部材３３へ の熱伝達を抑制し、鋳造金属溶湯の温度低下を効果的に軽減する。また、その中 間層３２は、セラミツクス内層部材３１に対する外部からの機械衝撃の吸収緩和 にも奏効する。その中間層の層厚は、例えば２〜１０ｍｍ程度としてよい。

【００１４】 押え部材３５は、例えばＳＳ４００等の適宜の金属材料で形成される。その肉 厚（上下方向の層厚）は、数ｍｍないしそれ以下の薄肉であつてよく、またその 上面には別途用意される湯口蓋４０（図３）が載置されるので、押え部材３５が 鋳造金属と接触する表面は、内周フランジ３５１の内径周面だけであり、従つて 実操業上、押え部材３５の腐食損傷は実質的に問題とならず、給湯路全体の耐用 寿命に影響したり、鋳造金属の汚染等の実害をもたらすことはない。もし、その 腐食溶損を完全に阻止することを望む場合には、リングの内径周面にセラミツク ス（例えば、窒化ボロン等）の被膜を形成しておけばよい。

【００１５】 外層部材３３は、セラミツクス内層部材３１だけでは不足する強度・耐力およ び耐衝撃性を確保して金型４に対する湯口部材３０のセツテイングおよび組替の 際に加わる外力の作用から内層部材３１を保護すると共に、そのハンドリング性 を良好なものとするものであり、その材種は、ステンレス鋼のほか、各種の鋳鉄 ないし鋳鋼、例えば、ＳＣ４１０，ＦＣＤ４００等を任意に選択使用することが できる。

【００１６】 上記湯口部材を組立てるには、まず金属外層部材３３の下端部の内向きフラン ジ３３１上に弾性ガスケツトリング３４を納置し、これにセラミツクス内層部材 ３１を入れ、その下端段差部の水平端面３１１を、弾性ガスケツトリング３４上 に着地させたうえ、外層部材３３と内層部材３１との間隙に緩衝性断熱材（セラ ミツクスフアイバまたは不定形炭化物等）を充填して中間層３２を形成する。つ いでセラミツクス内層部材３１の頂面に押え部材３５の内周フランジ３５１をあ てがい、弾性ガスケツトリング３４の弾性撥力に抗してセラミツクス内層部材３ １を押し下げ、押え部材３５の外周フランジ３５２を金属外層部材３３の頂部フ ランジ３３２に当接させ、その周方向の複数個所においてボルト３６，３６…で 固定する。これにより、セラミツクス内層部材３１が、弾性ガスケツトリング３ ４の弾性撥力の作用下に、押え部材３５と、外層部材３３の下端水平縁部３３１ との間に押圧挾持された積層構造を有する湯口部材の組立てを完成する。

【００１７】

【実施例】 〔Ｉ〕給湯路の構成 図１に示した積層構造を有する湯口部材３０を、別途用意したストーク１０， 中間ストーク２０および湯口蓋４０と組合せて給湯路を構成。ストーク１０，中 間ストーク２０および蓋４０はいずれも窒化けい素セラミツクス焼成品であり、 湯口部材の構成は次のとおりである。 内層部材３１：窒化けい素セラミツクス焼成品（気孔率：２％） 中間層材３２：セラミツクスフアイバブランケツト，充填密度０．２ｇ／ｃｍ ³ ，層厚４〜７ｍｍ。 外層部材３３：ＳＣ４１０鋳鋼品 弾性ガスケツトリング３４：渦巻きパツキン［ニチアス（株）製「ボルテツク スガスケツト」、略く字型に屈曲成形されたステンレス鋼薄帯 板とアスベスト繊維の巻層体。ガスケツト肉厚：３．２ｍｍ， 巻き重ね数：５〜６。ガスケツトリング幅：６ｍｍ］。 押え部材３５：ＳＳ４００鋼製平板リング。

【００１８】 〔ＩＩ〕実機使用試験 上記給湯路を組込んだ低圧鋳造機において、アルミホイールの鋳造（鋳造金属 ：ＪＩＳ Ｈ５２０２ ＡＣ−２Ａ）を行う。給湯路の湯口部材３０は、鋳造開 始前の内側面の予熱（５００℃）のみを行い、鋳造開始後の外部加熱は省略した 。 上記鋳造試験における給湯路の腐食溶損はその全体に亘つて極めて軽微で、湯 口部材３０は外部加熱が省略されているに拘らず、内面のアルミの付着も少なく 、約２ヶ月に１回の頻度で内面の付着アルミをシヨツトブラストで除去する手入 れを施しながら、鋳造操業を反復実施した結果、１０ヶ月の使用経過後も湯口部 材の腐食溶損は軽微にとどまり、かつ湯口部材３０のセラミツクス内層部材の割 れ・欠損の発生や鋳造金属溶湯の差し込み等は皆無であつて、更に継続使用の可 能な健全な状態を維持していることが観察された。

【００１９】 なお、従来のＳＫＤ６１合金工具鋼製湯口部材３０を窒化けい素セラミツクス 焼成品のストーク１０および中間ストーク２０と組合せて給湯路を形成し、湯口 部材３０の内面にアルミ付着防止のための窒化ボロン皮膜をコーテイングしたう え、内面を予熱（５００℃）すると共に、鋳造開始後は、ガスバーナ５（図３） による外部加熱（内側面温度を６５０℃に保持）を行う低圧鋳造（鋳造金属は上 記と同じ）においては、その給湯路は約２ヶ月の使用により湯口部材の内面に著 しい腐食損傷が生じて使用不能となり、上記考案例の給湯路との耐久性・安定性 の差異は歴然である。

【００２０】

【考案の効果】

本考案の湯口部材は、セラミツクス内層部材を、弾性ガスケツトリングを介し て金属外層部材内に挾圧固定した構造を有しているので、鋳造金属溶湯の熱影響 によりセラミツクス内層部材と金属外層部材との熱膨張量の差が生じても、弛み ・ガタツキを生じることがなく、従つてセラミツクス内層部材に対する偏応力の 作用やそれによる同部材の破損が防止され、かつ両部材のフランジ部のシール性 が良好に保持されることにより金属溶湯の差し込みや湯もれ、およびそれに伴う 部材の損傷も未然に防止される。

【００２１】 更に、金属外層部材内のセラミツクス内層部材は、弾性ガスケツトリングを介 して保持されていると共に金属外層部材との間に装填された緩衝性を有する中間 層に包囲されているので、金型に対する湯口部材の組付け・組替え時に、強い機 械衝撃が加わるような場合にも、弾性ガスケツトリングの弾性変形能と中間層の 緩衝効果とが相まつて、セラミツクス内層部材に対する衝撃が吸収軽減され、そ の割れや欠けの発生が防止される。

【００２２】 また、セラミツクス内層部材とこれを包囲する中間層とによる断熱効果も良好 で、内層部材の表面に対する鋳造金属の地金の付着も軽微である。

【００２３】 従つて本考案の湯口部材は、長期に亘る安定な反復使用が可能であり、その内 層部材のセラミツクスの適用効果が十分に発揮されることにより、給湯路の耐用 寿命の飛躍的な向上、および鋳造金属溶湯の汚染防止と鋳造品質の向上等の効果 が得られる。また、断熱効果が高く、鋳造操業途中での湯口部材の外部加熱の省 略が可能となることによる熱経済性の改善効果も大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の湯口部材の実施例を示す一部切欠正面
図である。

【図２】本考案の湯口部材の弾性ガスケツトリングの組
込み部分を示す断面図である。

【図３】低圧鋳造機を模式的に示す断面説明図である。

【符号の説明】

３１：セラミツクス内層部材，３２：断熱性中間層部
材，３３：金属外層部材，３４：弾性ガスケツトリン
グ，３５：押え部材。１：保持炉，２：るつぼ，３：給
湯路，４：金型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 石本 祥広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)考案者 宮本 昌司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化けい素セラミツクスからなる筒形状
   を有する内層部材３１が、その側壁周囲を包囲する筒状
   部材である金属外層部材３３内に、緩衝性断熱材からな
   る中間層３２を介して嵌装された３層積層構造を有し、
   かつ上記内層部材３１は、外層部材３３の下端縁に形設
   されている内向きフランジ３３１と、外層部材３３の頂
   部フランジに着脱可能に取付けられた押え部材３５との
   間に、上下方向に圧縮付勢された弾性ガスケツトリング
   ３４を介して挾圧固定されていることを特徴とする低圧
   鋳造装置における給湯路の湯口部材。