JP2013052421A - 鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる鋳造装置及び鋳造方法を提供する。
【解決手段】内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型１と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型１内に配設される砂中子２とから成る鋳型を有した鋳造装置において、半溶融金属を低速及び低圧で金型１内に注入可能な注入手段３を具備するとともに、当該注入手段３は、半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型１内に注入可能とされたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置及び鋳造方法に関するものである。

自動車部品など高強度が要求され、且つ、複雑形状の製品を得るには、ダイカスト鋳造法が一般的に採用されていた。このダイカスト鋳造法は、溶融金属を高速及び高圧で金型内に射出させ、所望形状の製品を得るものであるため、例えばトルクコンバータのステータなどのような薄肉で且つ複雑形状の製品を比較的容易に得ることができる。しかしながら、トルクコンバータのステータ等のダイカスト成形品を成形する場合、そのブレード部が平面視で重なったものや湾曲して逆勾配となったもの等の成形は不可能であった。

ダイカスト成形品のアンダーカットや中空部に対応するため、従来より、例えばソルト中子や特殊なコーティングを施した崩壊性砂中子（シェル中子）が用いられることがもあるが、ダイカスト鋳造法にて適用される砂中子は、高速及び高圧にて溶融金属が注入される際にも十分耐え得る必要があることから、形状的にも限界があった。ソルト中子は、塩化物単体又は耐火物を混合して溶融成形して得られたもの、或いは塩化物とセラミックスの粉末をプレス成形して焼成して得られたもの等が知られている。また、崩壊性砂中子（シェル中子）として、例えば特許文献１にて開示されているように、高圧ダイカストに耐えるように表面に特殊なコーティングを施したものが提案されている。

特開平６−１０６２９４号公報

しかしながら、上記従来のダイカスト鋳造においては、金型内に高速且つ高圧にて注入される溶融金属に耐えるべく、ソルト中子や特殊なコーティングを施した砂中子を用いなければならず、形状の制約や寸法精度が劣ってしまうという問題、及び製造コストが嵩んでしまうという問題があった。そこで、本出願人は、ダイカスト鋳造法とは異なる鋳造にて、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することを検討するに至った。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置において、半溶融金属を低速及び低圧で前記金型内に注入可能な注入手段を具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋳造装置において、前記注入手段は、半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入可能とされたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の鋳造装置において、前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置による鋳造方法おいて、半溶融金属を低速及び低圧で前記金型内に注入することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の鋳造方法において、前記半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の鋳造方法において、前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする。

請求項１、４の発明によれば、半溶融金属を低速及び低圧で金型内に注入して鋳造するので、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる。

請求項２、５の発明によれば、半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、２０〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型内に注入するので、砂中子の損傷を確実に防止することができるとともに、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる。

請求項３、６の発明によれば、金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されるので、種々形態のブレード部を有したトルクコンバータのステータを得ることができる。

本発明の実施形態に係る鋳造装置を示す概念模式図 同鋳造装置における金型を示す断面図 同鋳造装置における固定型を示す平面図 同鋳造装置で成形されたトルクコンバータのステータを示す正面図 同鋳造装置で得られたトルクコンバータのステータにおけるブレード部を示す模式図 同鋳造装置で得られる他の形態のトルクコンバータのステータにおけるブレード部を示す模式図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る鋳造装置は、トルクコンバータのステータを成形するための鋳造型から成るものであり、図１に示すように、金型１及び砂中子２から成る鋳型と、注入手段３とから主に構成されている。なお、本鋳造装置にて成形される成形品は、図４に示すように、ブレード部Ｗａが放射状に複数形成されたトルクコンバータのステータＷである。

金型１は、図２、３に示すように、可動型１ａと固定型１ｂとを有して成り、内部に製品形状のキャビティ１ｃが形成された金属材料から成るものである。かかる金型１内（すなわち、キャビティ１ｃ内）における所定位置（ブレード部Ｗａを成形する部位）には、砂中子２が固定されている。

砂中子２は、耐熱性を有した砂に樹脂等のバインダを混ぜて所定形状に成形されたもので、本実施形態においては、トルクコンバータのステータＷにおけるブレード部Ｗａを成形するものとされる。本実施形態においては、ブレード部Ｗａは、図５に示すように、可動型１ａが抜ける方向に湾曲して逆勾配となっていることから、砂中子２にて成形し得るようになっている。かかるブレード部Ｗａに代えて、図６に示すように、隣り合うブレード部Ｗａ’が可動型１ａが抜ける方向に対して寸法ｔだけ重なり合った状態のものとすることができる。

しかるに、本実施形態で使用される砂中子２の砂は、ＡＦＳ粒度指数が７５〜２００とされている。なお、ブレード部Ｗａの鋳物表面粗度の改善を図るため、砂中子２の表面にセラミック粉等を塗布（塗型）するようにしてもよい。砂中子２は、トルクコンバータのステータＷが成形された後、加熱を行って砂中子２内に内在するバインダを燃焼させれば元の状態の砂とすることができるため、ステータＷから容易に除去することが可能とされる。

注入手段３は、半溶融金属Ｙを低速及び低圧で金型１（キャビティ１ｃ）内に注入可能なものであり、本実施形態においては、半溶融金属Ｙを０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型１内に注入可能とされている。しかるに、一般的なダイカスト鋳造法においては、１〜３（ｍ／ｓ）の射出速度、且つ、３０〜１００（ＭＰａ）の射出圧力であることから、これよりも低速且つ低圧力にて半溶融金属Ｙを金型１内に注入するよう構成されているのである。

半溶融金属Ｙとは、金属を固相と液相とが共存した状態まで溶融させて得られるもの（チクソキャスティング）と、溶湯を固相と液相とが共存した状態まで冷却させて得られるもの（レオキャスティング）との両者を含むが、本発明においては、何れの形態も含む（セミソリッド）ものとされる。かかる半溶融金属Ｙを用いた成型法（半溶融成型法）は、成型時の冷却速度が速く結晶が微細であることから、得られる成形品を高強度として機械的性質を向上させることができるとともに、低加圧で均一な組織が得られることから、得られる成形品を収縮孔や偏析が少ない高品質なものとすることができる。

このような半溶融金属Ｙは、固相と液相とが共存状態となった半溶融素材（本実施形態においてはアルミニウム合金鋳造素材）から成るもので、例えば溶湯を機械的や電磁的に撹拌して、発生する樹枝状晶（デンドライト）を剪断することにより等軸晶で粒状化した初晶を得る方法により得られるものである。この半溶融金属Ｙを用いて成形すれば、固液共存域より成形し得ることから、冷却速度を速め、製品の機械的性質を向上させ得るという効果があるとともに、半溶融金属Ｙが粒状化した初晶を含有しているので、溶融金属に比べて流動性が良好とされており、低速及び低圧にて注入させても、金型１内において良好に充填させることができる。すなわち、流動性が良好な半溶融金属Ｙを用いることで、複雑な形状の成形品や薄肉の成形品を精度よく成形することができるのである。

しかして、低速及び低圧で半溶融金属Ｙを注入させることにより、金型１内で良好にアルミニウム合金鋳造素材を充填させることができるので、砂中子２が損傷してしまうのを防止して精度よくブレード部Ｗａ（ブレード部Ｗａ’であっても同様）を成形することができるとともに、薄肉で複雑形状のトルクコンバータのステータＷを精度よく成形することができる。

上記実施形態によれば、半溶融金属Ｙを低速及び低圧で金型１内に注入して鋳造する（すなわち、半溶融成形法で鋳造する）ので、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品（トルクコンバータのステータＷ）を精度よく成形し得るとともに、砂中子２に対して特殊な加工等が不要とされるため、製造コストを低減することができる。しかるに、特殊なコーティングが施されていない汎用の砂中子２を使用することができることから、寸法精度をより向上させることができる。

また、半溶融金属Ｙを０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型１内に注入するので、砂中子２の損傷を確実に防止することができるとともに、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品（トルクコンバータのステータＷ）を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる。特に、金型１及び砂中子２による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータＷであるとともに、当該砂中子２により当該ステータＷのブレード部Ｗａ（又はブレード部Ｗａ’）が成形されるので、種々形態のブレード部を有したトルクコンバータのステータを得ることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばトルクコンバータのステータＷ以外の成形品を鋳造するための鋳造装置及び鋳造方法であってもよく、金型１に注入する半溶融金属Ｙもアルミニウム合金鋳造素材に代えて、例えば他のアルミニウム基複合材やマグネシウム合金等としてもよい。また、半溶融金属Ｙの金型１に対する注入について、砂中子２の損傷を確実に防止し得る注入速度及び注入圧力（低速度及び低圧力）であれば、上記実施形態とは相違する値に設定されたものであってもよい。

内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置又はその鋳造方法であって、半溶融金属を低速及び低圧で金型内に注入する鋳造方法又は鋳造方法であれば、他の形態のものであってもよい。

１ 金型
２ 砂中子
３ 注入手段
Ｗ トルクコンバータのステータ
Ｗａ、Ｗａ’ ブレード部

請求項１記載の発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置において、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入可能な注入手段を具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の鋳造装置において、前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置による鋳造方法おいて、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の鋳造方法において、前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする。

請求項１、３の発明によれば、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、２０〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型内に注入するので、砂中子の損傷を確実に防止することができるとともに、高強度が要求され、且つ、薄肉で複雑形状の製品を精度よく成形し得るとともに、製造コストを低減することができる。

請求項２、４の発明によれば、金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されるので、種々形態のブレード部を有したトルクコンバータのステータを得ることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばトルクコンバータのステータＷ以外の成形品を鋳造するための鋳造装置及び鋳造方法であってもよく、金型１に注入する半溶融金属Ｙもアルミニウム合金鋳造素材に代えて、例えば他のアルミニウム基複合材やマグネシウム合金等としてもよい。

内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、砂を所定形状に成形して得られるとともに、金型内に配設される砂中子とから成る鋳型を有した鋳造装置又はその鋳造方法であって、粒状化した結晶を有する半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で金型内に注入する鋳造方法又は鋳造方法であれば、他の形態のものであってもよい。

Claims (6)

1. 内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、
   砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子と、
   から成る鋳型を有した鋳造装置において、
   半溶融金属を低速及び低圧で前記金型内に注入可能な注入手段を具備したことを特徴とする鋳造装置。
2. 前記注入手段は、半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入可能とされたことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
3. 前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の鋳造装置。
4. 内部に製品形状が形成された金属材料から成る金型と、
   砂を所定形状に成形して得られるとともに、前記金型内に配設される砂中子と、
   から成る鋳型を有した鋳造装置による鋳造方法おいて、
   半溶融金属を低速及び低圧で前記金型内に注入することを特徴とする鋳造方法。
5. 前記半溶融金属を０．１５〜０．４（ｍ／ｓ）の速度、且つ、１５〜３０（ＭＰａ）の圧力で前記金型内に注入することを特徴とする請求項４記載の鋳造方法。
6. 前記金型及び砂中子による鋳造で得られる製品はトルクコンバータのステータであるとともに、当該砂中子により当該ステータのブレード部が成形されることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の鋳造方法。

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