JPH081303A

JPH081303A - 差圧鋳造用ストーク

Info

Publication number: JPH081303A
Application number: JP13982294A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshizawa; 亮吉沢; Sanetsugu Onishi; 脩嗣大西
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-09

Abstract

(57)【要約】【目的】金属溶湯中の酸化物などを除去することによ
り、機械的強度を向上することができる差圧鋳造用スト
ークを提供することである。【構成】金属溶湯の流路を形成する管状部材の内面
に、空孔率が４０〜６０％、抗折強度が５０〜１２０Kg
/cm²の微細フィルターの少なくとも一方の面に、空孔率
が８０〜９０％、抗折強度が５〜１５Kg/cm²の粗フィル
ターを密着させたフィルター部材を装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムまたはそ
の合金等の金属溶湯の差圧鋳造に用いられる鋳造用スト
ークに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の省エネルギーの観点から自動車部
品の軽量化が推進され、自動車のディスクホイールも従
来のスチールホイールに代わってアルミホイールが使用
されるようになってきた。そのうえ、さらなる省エネル
ギーを目指して自動車のディスクホイールの軽量化の要
望は一層きびしくなり、アルミホイールを軽量化するた
めに薄肉化の検討が必要になってきた。ここで、アルミ
ホイールを単に薄肉化しただけでは機械的強度が不足す
ることになるため、薄肉化のためには材料そのものの機
械的強度の向上が必須となる。

【０００３】アルミホイールの機械的強度を向上させる
ためには、材質の変更、製造方法の変更など種々の方法
が考えられる。そのなかで最も簡単な方法は製品中の非
金属介在物等の異物量を減らすことにより、材料そのも
のが持つ理論強度にできるだけ近づけることである。

【０００４】製品中の非金属介在物等の異物量を減らす
ためには、不純物の少ない材料を用いる、あるいは溶湯
中の介在物を除去する必要がある。しかし、不純物の少
ない材料を用いる場合には、原料自体が非常に高価なの
で、得られた製品の価格が非常に高くなるという難点が
ある。

【０００５】これに対し、ろ過部材を用いてアルミニウ
ム溶湯中の介在物を除去する方法は構造が簡単な割りに
はかなりの効果が期待できることから、低圧鋳造におい
て従来より一般的に行われている。例えば実開昭５９−
６８６５９号に開示されているようにストークの注湯流
入口近傍に金網を配置してアルミニウム溶湯中の介在物
を除去する方法が行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来の方
法では、粗大な介在物は除去することはできるものの、
微細な介在物が金網を通過してストーク、湯口等に付着
してつまりを発生するのみならず、ひいては金型内のキ
ャビティ内に至り、鋳造品内に混入し、粗大な介在物と
なり、引け巣等の鋳造欠陥が発生し、それに基因して製
品の強度を低下させるといった問題を伴う。

【０００７】そこで、このような粗大な介在物の混入を
防ぐために、目の細かい金網あるいは微細な孔径を有す
るセラミック製のフィルター等が用いられるようになっ
てきた。このようなフィルターとしては、空孔率が８０
〜９０％、抗折強度が６〜１２Kg/cm²のフォームフィル
ターが市販されている。実際に微細な孔径のフィルター
を用いると確かに製品中の微細な介在物は減少し、それ
にともなって製品の強度は上昇する。ところが、フィル
ターの目が微細なために微細な介在物とともに粗大な介
在物も捕集するためにフィルタ−が簡単に目詰まりを生
じてしまい、長期の使用に耐えないという問題がある。

【０００８】したがって、本発明の目的は、金属溶湯中
の粗大な介在物および微細な介在物などをいずれも除去
することができると共に、従来よりも使用期間を延ばす
ことのできる差圧鋳造用ストークを提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記介在物
の除去方法について種々検討した結果、ストーク内に微
細フィルターの少なくとも片面に粗フィルターを密着さ
せたフィルター部材を装着することにより金属の介在物
などを長期間にわたって確実に除去することができるこ
とを知見した。

【００１０】すなわち本発明は、金属溶湯の流路を形成
する管状部材と、前記管状部材の内面に装着された微細
フィルターの少なくとも一方の面に粗フィルターを密着
させたフィルター部材とを有し、前記微細フィルターは
その空孔率が４０〜６０％、抗折強度が５０〜１２０Kg
/cm²であり、前記粗フィルターはその空孔率が７０〜９
０％、抗折強度が５〜１５Kg/cm²であることを特徴とす
る。

【００１１】本発明では粗フィルターを微細フィルター
の両面に有していても良い。管状部材がサイアロン製の
場合には、微細フィルターの熱膨張係数が３×１０^-6〜
９×１０^-6／℃であり、粗フィルターの熱膨張係数が３
×１０^-6〜９×１０^-6／℃であると望ましい。微細フィ
ルターの平均孔径は０．３〜１．０ｍｍ、厚さが５〜１
５ｍｍであると望ましい。さらに粗フィルターの平均孔
径が１〜５ｍｍ、厚さが１０〜５０ｍｍであると望まし
い。

【００１２】微細フィルターおよびまたは粗フィルター
がアルミナ、コージライト、ムライト、炭化珪素のいず
れか１種以上から形成されていることが望ましい。フィ
ルター部材の取付のために、管状部材の内周面のうち、
フィルター部材が装着される部分の内径が他の部分の内
径より大である構造や、フィルター部材の外周面を厚さ
方向にテーパー状に形成する構造にすることが望まし
い。

【００１３】また、熱膨張量の差を吸収するためや、ろ
過していない溶湯の通過を防ぐためにフィルター部材の
外周縁と前記管状部材の内周面との間の少なくとも一部
にパッキングを設けることが望ましい。さらにフィルタ
ー部材の外周面の少なくとも一部に金属溶湯と同系統の
材料からなる金属シートを設けてもよい。

【００１４】

【作用】本発明では、微細フィルタ−の少なくとも一方
の面に粗フィルタ−を密着させているため、金属溶湯の
加圧時に移動する介在物のうち、粗大なものは粗フィル
タ−で除去することができ、微細なものについては微細
フィルタ−で除去するために、微細フィルタ−の目詰ま
りが発生し難くなり、もって長期にわたり使用すること
ができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明を図面により説明する。図１に本
発明のストークを備えた低圧鋳造機の一例を示す。同図
において、１は鋳造品の形状に適合したキャビティであ
り、上型２ａと下型２ｂおよび横型２ｃからなる金型２
によって形成されている。下型２ｂにはキャビティ１に
連通する湯口３が開口している。ストーク４は、管状部
材５とその下端に装着されたフィルター部材６を有し、
管状部材５の上端は金型の湯口３に接続され、下端は保
持炉３内の溶湯８に浸漬し、フィルター部材６の上方に
湯面１０は保持されている。

【００１６】この低圧鋳造機によれば、次のようにして
鋳造が行われる。炉６中の溶湯７は湯面９上に圧力（図
中矢印で示す）が印加されると湯面９は下降し、それに
ともない管状部材５中の湯面１０は上昇を始め、フィル
タ−部材６および湯口３を経由して金型２内のキャビテ
ィ１に流入する。流入した溶湯は金型２により冷却され
凝固を始める。湯面９には一定時間圧力がかけられキャ
ビティ１内では加圧下で凝固が進行する。湯口３が凝固
しかけた状態で、湯面９の圧力は除かれ、湯面９が上昇
するにともなって、加圧が排気される。管状内の溶湯は
下降して１回の鋳造サイクルが終了する。

【００１７】ここで、上記のフィルター部材６は、微細
フィルター６ａと、その下面に密着された粗フィルター
６ｂを有する。本例では、微細フィルターの少なくとも
片面に粗フィルターを密着させているため、加圧時に移
動する介在物のうち、粗大なものは片面の粗フィルター
で除去でき、微細なものについては微細フィルターで除
去するために、微細フィルターの目詰まりが起こりにく
いため、長期にわたり使用することができる。

【００１８】図２に本発明のストークを備えた低圧鋳造
機の他の例を示す。同図において、１は鋳造品の形状に
適合したキャビティであり、上型２ａと下型２ｂおよび
横型２ｃからなる金型２によって形成されている。下型
２ｂにはキャビティ１に連通する湯口３が開口してい
る。ストーク４は、管状部材５とその下端に装着された
フィルター部材６を有し、管状部材５の上端は金型の湯
口３に接続され、下端は保持炉３内の溶湯８に浸漬し、
フィルター部材６の下方に湯面１０は保持されている。

【００１９】この低圧鋳造機によれば、次のようにして
鋳造が行われる。炉６中の溶湯７は湯面９上に圧力（図
中矢印で示す）が印加されると湯面９は下降し、それに
ともない管状部材５中の湯面１０は上昇を始め、フィル
ター部材６および湯口３を経由して金型２内のキャビテ
ィ１に流入する。流入した溶湯は金型２により冷却され
凝固を始める。湯面９には一定時間圧力が加えられキャ
ビティ１内では加圧下で凝固が進行する。湯口３が凝固
しかけた時点で、湯面９の圧力は除かれ、湯面９が上昇
するにともなって、加圧が排気される。管状内の未凝固
の溶湯１０はフィルター部材６を経て下降することによ
り、１回の鋳造サイクルが終了する。

【００２０】ここで、上記のフィルター部材６は、微細
フィルター６ａと、その両面に密着された粗フィルター
６ｂを有する。本例では、微細フィルターの両面に粗フ
ィルターを密着させているため、加圧時に移動する介在
物のうち、粗大なものは下面の粗フィルターで除去で
き、微細なものについては微細フィルターで除去するた
めに、微細フィルターの目詰まりが起こりにく、また注
湯凝固終了後の降圧時に移動するストーク内面に形成さ
れた粗大な凝固皮膜は上面の粗フィルターにより除去さ
れ、微細なものは中間の微細フィルターで除去されるた
めに、長期にわたり使用することができる。

【００２１】本発明のフィルターとしてはアルミナ、コ
ージェライトやムライト、炭化珪素等のセラミックで多
孔質状に形成したものを用いることができる。このよう
なフィルターは例えば、原料粉末を所定形状に成形し、
次いで焼結することにより作成することができる。成形
条件（圧力）や焼結条件（雰囲気、温度）を調整するこ
とにより、フィルターの性状を調整することができる。

【００２２】本発明において用いられる微細フィルター
の空孔率は４０〜６０％、抗折強度は５０〜１２０Kg/c
m²、熱膨張係数は３×１０^-6〜９×１０^-6／℃である。
微細フィルターの空孔率が４０％未満では目詰まりを生
じ易くなり、６０％を越えると微少（数μｍ程度）な介
在物を除去し得なくなる。

【００２３】また抗折強度は５０Kg/cm²未満では介在物
が空孔の一部に詰まった場合でも、破損し易くなり、１
２０Kg/cm²を越えると空孔率が大幅に減少して、目詰ま
りを生じ易くなる。

【００２４】熱膨張係数は、管状部材をセラミックスで
形成した場合に考慮する必要がある。すなわちフィルタ
ーの熱膨張係数が管状部材のそれより過大になると、鋳
造時に管状部材が破損し易くなる。管状部材の破損を防
止するためには、両者の熱膨張係数の差をできるだけ少
なくすること、具体的には熱膨張係数の差が４×１０^-6
／℃以下であることが好ましい。例えば管状部材をサイ
アロン（熱膨張係数３×１０^-6〜５×１０^-6／℃）で形
成した場合には、微細フィルターの熱膨張係数は３×１
０^-6〜９×１０^-6／℃の範囲にすることが好ましい。

【００２５】さらに本発明において平均孔径が０．３〜
１．０ｍｍ、厚さ５〜１５ｍｍの微細フィルターを用い
ることが好ましい。微細フィルターの平均孔径が０．３
ｍｍ未満では目詰まりが発生し易くまたこれ以上孔径を
小さくしても介在物の捕集効果は上がらない。また孔径
が１．０ｍｍより大きいと、介在物の捕集効果が小さ
い。また、微細フィルターの厚さが５ｍｍより薄いと割
れやすく、１５ｍｍより厚いと流路抵抗が大となり湯廻
り不良を生じる。

【００２６】本発明に用いる粗フィルターはその空孔率
が７０〜９０％、抗折強度が５〜１５Kg/cm²、熱膨張係
数が３×１０^-6〜９×１０^-6／℃であることを特徴とす
る。粗フィルターの空孔率が７０％未満では目詰まりを
生じ易くなり、９０％を越えると微少（数μｍ程度）な
介在物を除去し得なくなる。また抗折強度は５Kg/cm²未
満では介在物が空孔の一部に詰まった場合でも、破損し
易くなり、１５Kg/cm²を越えると空孔率が大幅に減少し
て、目詰まりを生じ易くなる。

【００２７】熱膨張係数は微細フィルターの場合と同様
の理由で、３×１０〜９×１０^-6／℃であることが好ま
しい。本発明にかかわる粗フィルターは平均孔径が１〜
５ｍｍ、厚さ１０〜５０ｍｍのものを用いることが好ま
しい。平均孔径が１ｍｍ未満では溶湯の流れが困難であ
り、孔径が５ｍｍより大きいと微細介在物の流入防止効
果がなくなるからである。厚さは１０ｍｍ未満では寿命
上問題であり、５０ｍｍよりも厚いと流路抵抗が大とな
るからである。

【００２８】本発明に用いるフィルター部材は図３に示
すように底面を球面状にすることにより、酸化皮膜が完
全には密着しないので、溶湯落下時に酸化皮膜が剥離し
易い。また、本発明においては、上記のフィルター部
材は次のようにして管状部材に装着することが望まし
い。

【００２９】すなわち、図４に示すように、管状部材５
の内径のうち、フィルター部材６が装着される部分の内
径が他の部分の内径より大となる構造や、図５に示すよ
うにフィルター部材６の外周面を厚さ方向にテーパー状
に形成した構造とすることにより、フィルター部材６を
管状部材５の内周面に強固に装着することができ、また
装着作業がし易くなる。

【００３０】あるいは、図６に示すようにフィルター部
材６の端面と管状部材５との間に複合セラミック製のパ
ッキング１１を装着したり、図７に示すようにフィルタ
ー部材６の外周面と管状部材５の内周面との間にパッキ
ング１１を装着することにより、フィルターを通らない
溶湯の金型側への流入を防ぐとともに、パッキング１１
が緩衝材となってフィルター部材６が割れるのを防止で
きる。

【００３１】また、フィルター部材６が常時溶湯中に浸
漬して使用される場合には図８に示すようにフィルター
部材６の外周面の一部（６ｂの外周面）と管状部材５の
内周面との間に溶湯（Ａｌ合金）と同系統の材料からな
る金属（Ａｌ）シート１２を装着したり、図９に示すよ
うにフィルター部材６の外周面の全部と管状部材５の内
周面の間に金属シート１２を装着することにより使用で
きる。この場合、使用開始時のみフィルター部材６を管
状部材５に固定し、使用中は金属シート１２が溶湯中に
溶出することにより、フィルター部材６が管状部材５内
に遊嵌されることになり、フィルター部材６と管状部材
５の熱膨張係数の差による膨張量の差にともなうフィル
ター部材６または管状部材５の破損を防止することがで
きる。この場合フィルター部材６はアルミニウム溶湯と
フィルター部材との比重の差による浮力により、管状部
材の所定位置に遊嵌される。

【００３２】また、フィルター部材６の上面外周部が図
１０ａ）に示すようにＲ形状加工部１３の場合や、図１
０ｂ）に示すように面取加工部１４の場合には、管状部
材５のフィルター部材６の取り付け部もフィルター部材
６の上面外周部の形状に合わせて加工される。このよう
な加工を施すことにより、フィルター取り付け部の応力
集中が緩和され高価な管状部材が長期にわたって使用で
きる。さらに応力緩和の目的で、図１１に示すようにフ
ィルター取り付け部に応力緩和用の溝１５を設けること
もできる。

【００３３】次に、溶湯としてＡｌ−Ｓｉ系合金（ＪＩ
Ｓ：ＡＣ４ＣＨ材）を用いて、溶湯温度７１０℃、炉内
加圧力０．６ｋｇ／ｃｍ²、金型温度４５０℃、内径１
００ｍｍ、外径１２０ｍｍのセラミック製のストークに
表１に示す各種フィルター部材を装着して図１の低圧鋳
造機によりアルミホイールを鋳造して比較試験を行っ
た。

【００３４】

【表１】

【００３５】上記試験に用いたフィルターの介在物除去
率及び上記試験により得られたアルミホイールより切り
出した試験片の機械的性質を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２から明らかなように、本発明のストー
クを用いることにより、従来のストークを使用した場合
と比較して機械的性質が向上した製品を得ることが出
来、またフィルタ−の使用寿命をのばすことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の差圧鋳造
用ストークを用いることにより、長期間にわたって従来
のものに比べて介在物などの異物を確実に除去すること
が可能となり、機械的強度が向上した鋳造製品を得るこ
とができる。また、これにより製品歩留りも大幅に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】低圧鋳造機の一例を示す概略断面図である。

【図２】低圧鋳造機の一例を示す概略断面図である。

【図３】本発明の一実施例を示すストークの要部拡大断
面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡大
断面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡大
断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡大
断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡大
断面図である。

【図８】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡大
断面図である。

【図９】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡大
断面図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡
大断面図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示すストークの要部拡
大断面図である。

【符号の説明】

１…キャビティ２…金型３
…湯口４…ストーク５…管状部材６
…フィルター部材７…炉８…溶湯９
…湯面１０…湯面１１…パッキング１
２…金属シート１３…Ｒ加工部１４…面取加工部１
５…溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶湯の流路を形成する管状部材と、
前記管状部材の内面に装着された微細フィルターの少な
くとも一方の面に粗フィルターを密着させたフィルター
部材とを有し、前記微細フィルターはその空孔率が４０
〜６０％、抗折強度が５０〜１２０Kg/cm²であり、前記
粗フィルターはその空孔率が７０〜９０％、抗折強度が
５〜１５Kg/cm²であることを特徴とする差圧鋳造用スト
ーク。
【請求項２】前記粗フィルターを前記微細フィルターの
両面に有することを特徴とする請求項１記載の差圧鋳造
用ストーク。
【請求項３】前記管状部材がサイアロン製であり、前記
微細フィルターの熱膨張係数が３×１０^-6〜９×１０^-6
／℃であることを特徴とする請求項１または２記載の差
圧鋳造用ストーク。
【請求項４】前記管状部材がサイアロン製であり、前記
粗フィルターの熱膨張係数が３×１０^-6〜９×１０^-6／
℃であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
ずれかに記載の差圧鋳造用ストーク。
【請求項５】前記微細フィルターは平均孔径が０．３〜
１．０ｍｍ、厚さが５〜１５ｍｍであることを特徴とす
る請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の差圧鋳造
用ストーク。
【請求項６】前記粗フィルターは平均孔径が１〜５ｍ
ｍ、厚さが１０〜５０ｍｍであることを特徴とする請求
項１ないし請求項５のいずれかに記載の差圧鋳造用スト
ーク。
【請求項７】前記微細フィルターおよびまたは粗フィル
ターがアルミナ、コージライト、ムライト、炭化珪素の
いずれか１種以上からなることを特徴とする請求項１な
いし請求項６のいずれかに記載の差圧鋳造用ストーク。
【請求項８】前記管状部材の内周面のうち、前記フィル
ター部材が装着される部分の内径が他の部分の内径より
大であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のい
ずれかに記載の差圧鋳造用ストーク。
【請求項９】前記フィルター部材の外周面を厚さ方向に
テーパー状に形成したことを特徴とする請求項１ないし
請求項８のいずれかに記載の差圧鋳造用ストーク。
【請求項１０】前記フィルター部材の外周縁と前記管状
部材の内周面との間の少なくとも一部にパッキングを設
けることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれ
かに記載の差圧鋳造用ストーク。
【請求項１１】前記フィルター部材の外周面の少なくと
も一部に金属溶湯と同系統の材料からなる金属シートを
設けることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のい
ずれかに記載の差圧鋳造用ストーク。