特許 7324141 鋳造装置用パッキン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-01

(45)【発行日】2023-08-09

(54)【発明の名称】鋳造装置用パッキン

(51)【国際特許分類】

   B22D 35/00 20060101AFI20230802BHJP

   C09K 3/10 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

B22D35/00 J

B22D35/00 C

B22D35/00 L

B22D35/00 Z

C09K3/10 N

C09K3/10 Q

C09K3/10 R

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019231948

(22)【出願日】2019-12-23

(65)【公開番号】P2021098823

(43)【公開日】2021-07-01

【審査請求日】2022-09-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000243434

【氏名又は名称】本田金属技術株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(72)【発明者】

【氏名】厚澤 義一

(72)【発明者】

【氏名】手塚 歩

(72)【発明者】

【氏名】本橋 直恭

【審査官】林 建二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２００７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１３２１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－１４１２５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－０９３４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２５０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５１７８２０３（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９２５１０４２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｃ ５／００－９／３０

Ｂ２２Ｄ １８／００－１８／０８

Ｂ２２Ｄ １９／００－１９／１６

Ｂ２２Ｄ ３３／００－４７／０２

Ｃ０９Ｋ ３／１０－３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶湯を汲み上げる電磁ポンプと、前記溶湯を導く導湯路と、この導湯路の先端に設けられる金型とを備える鋳造装置において、前記導湯路の分割部位に介在するパッキンであって、
このパッキンは、前記溶湯に接する内環部と、この内環部を囲う外環部とからなる複合パッキンであり、
前記内環部は、ガラス長繊維の織布であり、前記外環部は、ファインセラミックスの圧縮綿であることを特徴とする鋳造装置用パッキン。

【請求項2】

請求項１記載の鋳造装置用パッキンであって、
前記内環部は、内周面に離型剤が塗布されていることを特徴とする鋳造装置用パッキン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋳造装置用パッキンに関する。

【背景技術】

【0002】

金型へ溶湯を加圧注湯することにより、鋳造品を得る鋳造装置が、実用に供されている。鋳造装置は、複数の部品で組み立てられるため、不可避的に分割部位が存在する。この分割部位から溶湯が漏れないように、分割部位にパッキンを介在させる（例えば、特許文献１（図１、図４、図５）参照）。

【0003】

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来の鋳造装置の基本構成図であり、この鋳造装置１００は、溶湯１０１を貯留する保持炉１０２と、上から溶湯１０１へ差し込むストーク１０３と、このストーク１０３から溶湯１０１を導く導湯路１０４と、この導湯路１０４の先端に設けられる金型１０５と、圧縮ガス供給機構１０６を備えている。

【0004】

圧縮ガス供給機構１０６により、保持炉１０２に圧縮ガスを供給する。すると、保持炉１０２内の溶湯１０１の上表面に大気圧より高い圧力Ｐが加わる。この圧力Ｐにより、溶湯１０１がストーク１０３内を上昇し、導湯路１０４を通って、金型１０５へ注湯される。高圧鋳造法であるダイカスト鋳造法に比較して、圧力Ｐは十分に低圧であるため、鋳造装置１００は、低圧鋳造装置と呼ばれる。

【0005】

特許文献１で開示されている導湯路１０４の構造を、図９（ａ）、（ｂ）で説明する。
図９（ａ）に示すように、導湯路１０４は、耐火材１０７と、この耐火材１０７を囲う外皮材１０８とを主要素とする。耐火材１０７と外皮材１０８とに、パッキン１０９が挟まれる。

【0006】

図９（ｂ）に示すように、耐火材１０７と外皮材１０８との分割部位が、パッキン１０９でシールされ、ここからの溶湯の漏れが防止される。
パッキン１０９は、セラミックス繊維と未焼成のバーミキュライトとを主成分とする加熱膨張性シートである（特許文献１、段落００１７）。密度は６００～７００ｋｇ／ｃｍ³である（特許文献１、段落００１７）。この密度であると、パッキン１０９は、圧縮した綿の形態を呈すると思われる。

【0007】

図９（ｃ）は、図９（ｂ）のＣ部拡大図であり、パッキン１０９の内周面が溶湯に接しているため、パッキン１０９を構成するセラミックス繊維１１１が、剥離して溶湯に混入することが示される。

【0008】

本発明者らは、低圧鋳造法に代わる鋳造法を研究する中で、溶湯を直接電磁ポンプで汲み上げて金型へ注湯する鋳造法を試した。すなわち、図８のストーク１０３を電磁ポンプに置き換える。電磁ポンプを採用することで、圧縮ガス供給機構１０６は不要となるという利点がある。

【0009】

しかし、ストーク１０３を電磁ポンプに置き換えたところ、次に述べる問題が発生した。
図９（ｃ）で説明したセラミックス繊維１１１の剥離が、低圧鋳造法よりも、格段に顕著になった。その原因は、詳しくは後に図３に基づいて説明するが、電磁ポンプにより、溶湯に微小な圧力変動が付与され、この圧力変動により、パッキン１０９の内周面がアタックされ、セラミックス繊維１１１の剥離が顕著になったと推定される。剥離が顕著になると、溶湯がセラミックス繊維１１１で汚れるため、好ましくない。

【0010】

そこで、電磁ポンプを用いた鋳造法において、パッキンの剥離を防止する技術が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２０１０－１７７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、電磁ポンプを用いた鋳造法において、剥離を防止することができるパッキンを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

請求項１に係る発明は、溶湯を汲み上げる電磁ポンプと、前記溶湯を導く導湯路と、この導湯路の先端に設けられる金型とを備える鋳造装置において、前記導湯路の分割部位に介在するパッキンであって、
このパッキンは、前記溶湯に接する内環部と、この内環部を囲う外環部とからなる複合パッキンであり、
前記内環部は、ガラス長繊維の織布であり、前記外環部は、ファインセラミックスの圧縮綿であることを特徴とする。

【0014】

請求項２に係る発明は、請求項１記載の鋳造装置用パッキンであって、
前記内環部は、内周面に離型剤が塗布されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

請求項１に係る発明では、パッキンは、溶湯に接する内環部と、この内環部を囲う外環部とからなる複合パッキンとし、内環部は、ガラス長繊維の織布とした。
ガラス長繊維の織布は、溶湯に接しても繊維が剥離することはない。剥離しないため、繊維で溶湯が汚れることはない。
よって、本発明により、電磁ポンプを用いた鋳造法において、剥離を防止することができるパッキンが提供される。

【0016】

請求項２に係る発明では、内環部は、内周面に離型剤が塗布されている。
離型剤により、内環部が溶湯から隔離される。内環部が溶湯のアタックを受けにくくなり、パッキンの寿命をさらに延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】鋳造装置の基本構成図である。

【図2】電磁ポンプの断面図である。

【図3】図２の３部拡大図である。

【図4】湯分岐ブロックの断面図である。

【図5】図４の５－５矢視図である。

【図6】（ａ）は圧縮前のパッキンの断面図、（ｂ）は図５の６ｂ－６ｂ線断面図である。

【図7】内環部の模式図である。

【図8】従来の低圧鋳造装置の基本構成図である。

【図9】（ａ）は従来の導湯路の分解図、（ｂ）従来の導湯路の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図である。

【実施例】

【0018】

図１に示すように、鋳造装置１０は、金型１１と、導湯路としての湯分岐ブロック４０と、電磁ポンプ２０と、この電磁ポンプ２０を制御する制御部３２と、ヒータ１２を備えてアルミニウムの溶湯１３を貯留する保持炉１４とからなる。
この例では、保持炉１４に鋼製フレーム１５を載せ、この鋼製フレーム１５で電磁ポンプ２０が支えられているが、保持炉１４への電磁ポンプ２０の取付け形態は任意である。

【0019】

なお、保持炉１４は、溶解炉、出湯炉、取鍋（とりべ）などのアルミニウムを溶融状態で貯留する容器であればよく、狭義の保持炉に限定されない。

【0020】

電磁ポンプ２０の詳細な構造を、図２に基づいて説明する。
図２に示すように、電磁ポンプ２０は、ベースフランジ２１と、このベースフランジ２１を貫通して上下に伸びている導湯管２２と、この導湯管２２に収納される鉄心部材２３と、導湯管２２の下部を囲う下部コイル２４と、この下部コイル２４を囲いつつベースフランジ２１に吊るされる下部ケース２５と、導湯管２２の上部を囲う上部コイル２６と、この上部コイル２６を囲いつつベースフランジ２１に載っている上部ケース２７と、導湯管２２から上へ伸びる吐出管２８と、この吐出管２８を囲う湯面計２９と、上部ケース２７に繋がっている上部フランジ３０とを備えている。

【0021】

下部コイル２４に通電すると、フレミングの左手の原理で、溶湯（図１、符号１３）が引き上げられる。
次に、上部コイル２６に通電し、下部コイル２４を非通電にすると、溶湯が湯面計２９まで引き上げられる。湯面計２９のレベルが「仮待機レベル」になる。

【0022】

フレミングの左手の法則により、電流を増すと、力が増加する。
上部コイル２６の電流をさらに増すと、溶湯は湯面計２９を超えて、吐出管２８より上へ吐出される。すると、図１に示す湯分岐ブロック４０を通って、金型１１に注湯される。
よって、電磁ポンプ２０は、保持炉１４に貯留した溶湯１３を汲み上げて、金型１１へ供給する加圧注湯手段である。

【0023】

本発明者らは、加圧注湯手段としての電磁ポンプ２０に、電磁作用特有の圧力現象があり、この現象に注目した。この現象を、図３に基づいて説明する。

【0024】

図３に示すように、導湯管２２と鉄心部材２３との間の通路を、溶湯１３が上向きに流れている。上部コイル２６の上端部２６ａから鉄心部材２３へ達する磁場３１は上に凸になるように湾曲化する。この湾曲の度合いは、５０Ｈｚであれば２倍の１００Ｈｚで変動する。
この磁場３１の変動（変位）に起因して、溶湯１３の圧力（吐出圧力）が、細かい周期（１００Ｈｚ）で、微小変動する。すなわち、細かな脈動が不可避的に発生する。

【0025】

次に、図４に基づいて、湯分岐ブロック４０の構造を詳しく説明する。
図４に示すように、湯分岐ブロック４０は、略三角形又は台形断面のセラミックス４１と、このセラミックス４１を収納する金属ケース４２と、この金属ケース４２の上面を塞ぐ金属蓋４３とを備えている。
セラミックス４１を採用した理由を、次に述べる。

【0026】

【表1】

【0027】

実施例１：セラミックスの一種であるジルコニアは、熱伝導率λが３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
実施例２：セラミックスの一種であるアルミナは、熱伝導率λが３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

【0028】

比較例：金属の一種である炭素鋼は、熱伝導率λが４３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
炭素鋼の熱伝導率λを「１．０」として比較すると、ジルコニアは「０．０７」倍、アルミナは「０．７」倍となる。溶湯の温度低下を抑制するには、ジルコニアが好適であることがわかる。よって、セラミックス４１は、ジルコニアが推奨される。

【0029】

なお、冷たい瀬戸物に熱湯を掛けると、瀬戸物が割れることは知られている。ジルコニアは瀬戸物と同じセラミックスであるため、熱衝撃に弱いという欠点を有する。アルミナも同様に、熱衝撃に弱いという欠点を有する。

【0030】

図４に示すように、略三角形又は台形断面のセラミックス４１は、一つの湯入口４４と、下に凸のＶ字部４５と、このＶ字部４５で分岐された第１湯道４６と第２湯道４７と、を有する。
この実施例では、上部フランジ３０と、湯入口４４との間に、適当な長さの連結管４８を介在させた。この連結管４８は省いて、直接的に上部フランジ３０に湯入口４４を繋ぐことは差し支えない。

【0031】

また、連結管４８を、湯分岐ブロック４０に一体化してもよい。一体化した場合は、Ｖ字部４５は、Ｙ字部となる。よって、Ｖ字部４５はＹ字部であっても差し支えない。
また、分岐された湯道の本数は、２本（第１湯道４６と第２湯道４７）に限定されずに、３本以上であってもよい。

【0032】

第１湯道４６の出口と第２湯道４７の出口において、好ましくは、金属蓋４３に、セラミックス製カラー４９を嵌める。セラミックス製カラー４９で断熱性を高めることができる。

【0033】

連結管４８と金属ケース４２との間に第１パッキン５１を挟んで、分割部位をシールする。
金属ケース４２と金属蓋４３との間に第２パッキン５２を挟んで、分割部位をシールする。
金属蓋４３と金型１１との間に第３パッキン５３を挟んで、分割部位をシールする。

【0034】

溶湯（図１、符号１３）は、湯入口４４から流入し、Ｖ字部４５で分流され、第１湯道４６と第２湯道４７を通って、金型１１に至る。
このときに、Ｖ字部４５が、船の舳先（へさき）の役割を果たすために、綺麗に分流され、第１湯道４６の流れと第２湯道４７の流れに差がでない。
金型１１で複数（例えば２個）の成形品を得る場合、本発明により、均等な成形品を得ることができる。

【0035】

なお、上記の表１で説明したように、セラミックス４１は、熱衝撃に弱い。そこで、以下に述べる対策を講じた。
繰り返し鋳造が実施される間、湯分岐ブロック４０が溶湯で満たされるように、待機位置を、湯分岐ブロック４０のほぼ上面Ｐ１に設定する。湯分岐ブロック４０が溶湯で常に加熱されるため、湯分岐ブロック４０の温度変化はなく、熱衝撃を受けない。結果、湯分岐ブロック４０の寿命を大幅に延ばすことができる。

【0036】

なお、待機位置は、湯分岐ブロック４０のほぼ上面のレベルＰ１であればよく、金属蓋４３の下面のレベルＰ２であってもよい。要は、セラミックス４１が溶湯で満たされればよい。

【0037】

ところで、図３で説明したように、電磁ポンプ２０を交流電源で駆動すると、溶湯に微小な圧力変動が加わる。この圧力変動により、溶湯が固まりにくくなる。すると、従来よりも低温であっても、溶湯は金型のキャビティの末端まで到達する。
溶湯の温度が低いほど熱衝撃が小さくなる。セラミックス４１が割れる心配がなければ、溶湯の待機位置は、レベルＰ１やレベルＰ２に限定されない。

【0038】

そこで、溶湯の待機位置を検討する。
仮に、溶湯の待機位置を、連結管４８付近のレベルＰ３まで下げたとする。この場合、上昇する溶湯は、Ｖ字部４５で分流されるが、この分流の直前に、小規模ではあるが、Ｖ字部４５に溶湯が衝突する。この衝突により、規模は小さいが流れに乱れが生じる。小さくても乱れは、無いことが望まれる。

【0039】

そこで、溶湯の待機位置を、Ｖ字部４５の上位のレベルＰ４に設定する。これで、衝突は解消される。乱れの無い流れが、Ｖ字部４５で綺麗に分流される。レベルＰ４に溶湯を待機させることは、制御部（図１、符号３２）による電流制御で容易に実施される。

【0040】

次に、第１～第３パッキン５１、５２、５３の構造を、図５、図６に基づいて説明する。
図５に示すように、第１パッキン５１は、溶湯に近い方の内環部５５と、この内環部５５を外から囲う外環部５６とからなる複合パッキンである。好ましくは、内環部５５の内周面にセラミックス系離型剤５７を塗布する。

【0041】

図６（ｂ）は、図５の６ｂ－６ｂ線断面図であり、図６（ａ）は、図６（ｂ）の分解図である。

【0042】

図６（ａ）において、外環部５６は、ファインセラミックスの一種であるシリカ（ＳｉＯ₂）を主成分とする鉱物を溶融し、細い糸にし、この糸を集めて綿にし、この綿にバインダーを添加して４ｍｍ程度の厚さＴの板状に成形した薄板のドーナッツ板である。

【0043】

シリカ（ＳｉＯ₂）を主成分とするため、耐熱温度が１０００℃を超える。綿であるため、クッション性に富む。ファインセラミックスは、アルミナ又はジルコニアであってもよい。すなわち、外環部５６は、ファインセラミックスの綿であればよい。

【0044】

内環部５５は、ガラス長繊維（１０μｍ外径）の織布である。加工性を高めるために、織布に耐熱ゴムを塗布してもよい。ガラスは、軟化点が約８４０℃であるアルミナガラスが好適である。

【0045】

セラミックス系離型剤５７は、酸化チタンと植物油を主成分とし、これらに鉱油、ポリ（オキシエチレン）＝アルキルエーテル、黒鉛を添加してなるアルミ鋳造用金型離型剤である。なお、セラミックス系離型剤５７は、鋳造用の離型剤であれば、種類は問わない。

【0046】

連結管４８と金属ケース４２との間に、第１パッキン５１を介在させ、連結管４８に金属ケース４２を相対的に接近させる。この接近で、外環部５６が半分程度の厚さになるように圧縮される。

【0047】

図６（ｂ）に示すように、連結管４８と金属ケース４２との接続部が、第１パッキン５１でシールされた。第２パッキン５２及び第３パッキン５３は、第１パッキン５１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0048】

図７は内環部５５を拡大した模式図である。
撚糸（ねんし、よりいと）６２は、ガラス繊維６１を撚った糸である。
このような撚糸６２を、経糸（たていと）と緯糸（よこいと）にして織った布が、内環部５５である。
溶湯１３が接触しても、撚糸６２は解れ（ほつれ）にくい。その上、撚糸６２からガラス長繊維６１が剥離しにくい。

【0049】

反面、撚糸６２と撚糸６２の間に、不可避的に隙間が存在するために、シール性の点では難がある。

【0050】

【表2】

【0051】

比較例２：仮に、全てがガラス長繊維の織布からなるパッキンを採用した場合、上述したように、耐剥離性は良好（○）であるが、シール性は良くない（×）。そのため、評価は×となる。

【0052】

比較例３：仮に、全てがファインセラミックスの圧縮綿からなるパッキンを採用した場合、図９（ｃ）で説明したように、シール性は良好（○）であるが、耐剥離性は良くない（×）。そのため、評価は×となる。

【0053】

実施例３：溶湯に接する内環部をガラス長繊維の織布とし、外環部をファインセラミックスの圧縮綿とした場合、耐剥離性は良好（○）であり、シール性も良好（○）であるため、評価は○となる。

【0054】

なお、図５に示す第１～第３パッキン５１～５３において、内環部５５及び外環部５６は必須の構成要素であるが、セラミックス系離型剤５７は必須ではない。
しかし、セラミックス系離型剤５７は、溶湯の熱を内環部５５へ伝えにくくして内環部５５の温度を下げる断熱作用と、溶湯が内環部５５へアタックすることを緩和するプロテクト作用とを発揮するため、セラミックス系離型剤５７を内環部５５の内周面に塗布することは望ましいことである。

【0055】

セラミックス系離型剤５７は、最も溶湯でアタックされるため、剥離、損耗が著しい。しかし、セラミックス系離型剤５７は、露出面に塗布されるため、容易に再塗布が可能である。よって、セラミックス系離型剤５７を適宜又は適時再塗布することで、長期間にわたって内環部５５及び外環部５６が保護される。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明は、電磁ポンプで汲み上げた溶湯を金型に導く導湯路の分割部位に介在するパッキンに好適である。

【符号の説明】

【0057】

１０…鋳造装置、１１…金型、１３…溶湯、２０…電磁ポンプ、４０…導湯路（湯分岐ブロック）、５１～５３…パッキン（鋳造装置用パッキン）、５５…内環部、５６…外環部、５７…離型剤（セラミックス系離型剤）、６１…ガラス長繊維。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】