(57)【要約】【課題】  金型の容積に対して必要最低限の溶湯を供給し、バリの少ない高効率な鋳造を実現し、また、金型に供給される溶湯の正確な温度を検知し、溶湯の温度を制御することで、鋳造品の品質を向上させることを可能とした密閉型鋳造装置を提供する。【解決手段】  スリーブに供給された金属溶湯を、シリンダ装置に接続されたプランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳造装置と、金属を加熱して溶湯とする加熱装置及び前記加熱装置と前記スリーブを連結する搬送管を有した給湯装置とを具備し、かつ前記溶湯が大気に触れないように構成された密閉型鋳造装置において、前記加熱装置から溶湯を流し込み、溶湯の量を調節する供給湯量調整室を有した供給湯量調整機構を設置し、前記搬送管で搬送された前記溶湯を前記スリーブに供給する供給シリンダ装置を設置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブに供給された金属溶湯を、シリンダ装置に接続されたプランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳造装置と、金属を加熱して溶湯とする加熱装置及び前記加熱装置と前記スリーブを連結する搬送管を有した給湯装置とを具備し、かつ前記溶湯が大気に触れないように構成された密閉型鋳造装置において、
前記加熱装置から溶湯を流し込み、溶湯の量を調節する供給湯量調整室を有した供給湯量調整機構を設置し、前記搬送管で搬送された前記溶湯を前記スリーブに供給する供給シリンダ装置を設置したことを特徴とする密閉型鋳造装置。
【請求項２】
前記加熱装置の下部に設置された固定管と、前記固定管に対して摺動可能に設置された移動管と、固定管内の溶湯の流れを遮断可能とする第１弁装置と、移動管内の溶湯の流れを遮断可能とする第２弁装置とで囲まれる供給湯量調整室を有し、前記移動管を摺動させることで前記供給湯量調整室の容積を制御可能に構成した前記供給湯量調整機構を具備したことを特徴とする請求項１に記載の密閉型鋳造装置。
【請求項３】
前記供給シリンダヘッドの頭頂部に、前記金型に供給される溶湯の温度を直接計測する温度センサを設置し、かつ、溶湯供給時に、前記頭頂部が前記スリーブ内を摺動するプランジャチップと接触しない形状としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型鋳造装置。
【請求項４】
前記第１弁装置と第２弁装置の距離を測定するセンサと、前記加熱装置内の溶湯の温度を測定するセンサと、前記供給シリンダヘッドの供給管内における位置を測定するセンサを具備したことを特徴とする請求項２又は３に記載の密閉型鋳造装置。
【請求項５】
前述した加熱装置と、供給湯量調整機構と、搬送管と、供給シリンダ装置と、スリーブとを、具備したことを特徴とする従来の鋳造装置を密閉型鋳造装置へ改造するための改造キット。
【請求項６】
前記加熱装置で金属を溶融し溶湯とするステップと、前記金型の必要とする湯量に合せて予め定められた量の溶湯を供給湯量調整機構で取り出すステップと、前記供給シリンダ装置で前記溶湯を前記スリーブ内に供給するステップと、前記スリーブ内の溶湯を前記プランジャチップで金型内に圧入するステップとを具備したことを特徴とする密閉型鋳造方法。
【請求項７】
スリーブに供給された金属溶湯を、シリンダ装置に接続されたプランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳造装置と、金属を加熱して溶湯とする加熱装置及び前記加熱装置と前記スリーブを連結する搬送管を有した給湯装置とを具備した鋳造装置において、
前記加熱装置から溶湯を流し込み、溶湯の量を調節する供給湯量調整室を有した供給湯量調整機構を設置し、前記搬送管で搬送された前記溶湯を前記スリーブに供給する供給シリンダ装置を設置したことを特徴とする鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、金型に溶融した金属原料である溶湯を流し込むことで鋳造品を製造する鋳造装置であって、特に前記溶湯が大気に接触しない密閉型鋳造装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製の部品等を生産する方法の１つとして、鋳造が知られており、特に前記鋳造により鋳造品を効率的に生産する鋳造装置が知られている。
【０００３】
図１０は従来の鋳造装置の概略を示しており、固定盤３９と可動盤４０の内側に固定された金型である固定型３７と可動型３８があり、前記可動盤４０を移動させることで、固定型３７と可動型３８が密接し、内側に形成される空間に溶融した金属材料である溶湯を流し込むことで、鋳造品を生産するよう構成されている。
【０００４】
前記金型の空洞部と連結された筒状のスリーブ３３の上部に給湯口４１が設けられており、前記給湯口４１からひしゃく３９等の道具を利用して溶湯６を供給し、供給された溶湯６はシリンダ装置４の一部であるプランジャチップ３１により、金型の空洞内に圧入されるよう構成されている。
【０００５】
前記鋳造装置５は、例えばアルミ合金の鋳造品を作る際、０℃〜４０℃程度の大気温度に対して、溶湯６は約６５０〜７５０℃となり、給湯口４１を有するスリーブ３３は、この大きな落差のある温度にさらされることとなり、耐久性が著しく低くなってしまう問題を有している。
【０００６】
特に給湯口４１から供給された溶湯６が最初に落下して接触する、給湯口４１の下部は高温となり、下方に凸となるように変形してしまう問題を有しており、さらにプランジャチップ３１がスリーブ３３内を滑らかに摺動することを妨げてしまう。この問題を回避するために、スリーブを十分予熱する必要がある。しかし、十分に予熱をした場合であっても、スリーブの部分による温度差で変形が発生することが度々あった。さらに、スリーブが変形しているところに、プランジャチップが移動することで、スリーブ破壊等の大事故につながる危険性があった。
【０００７】
また、溶湯６の原料をマグネシウム合金とした場合は、高温となったマグネシウムは大気に接触することで発火してしまうため、前記鋳造装置５では鋳造することが不可能となっている。
【０００８】
上記の問題に対して、大気に開放されていないスリーブの下方から溶湯６を供給する密閉型鋳造装置に関する発明が開示されている（例えば特許文献１参照）。金属を加熱し溶湯６とする加熱装置を有した給湯装置と、前記スリーブを搬送管で連結し、溶湯６が大気に接触しない状態で、前記スリーブに供給し、鋳造装置により鋳造を行なうための密閉型鋳造装置とすることで、例えばマグネシウム合金を原料とした溶湯６であっても、鋳造することが可能となっている。
【０００９】
さらに、スリーブ下方から溶湯を供給することにより、供給された粘度の低い溶湯はスリーブ内に広がり、前述した特定の箇所のみ加熱されスリーブが変形する問題を解決している。
【特許文献１】特開平０５−１６１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、引用文献１に記載の発明においては、溶湯の量を正確に調整することが不可能なため、金型の必要とする湯量に対して余分に供給された溶湯はあふれ出し、鋳造製品のバリとなってしまう。
【００１１】
例えば、溶湯に吸引又は加圧等で圧力をかけることで搬送を行う場合は、溶湯及び気相（空間）の容積の割合で溶湯の搬送量が変化してしまい、溶湯の量を正確に調整することが困難となってしまう。また、電磁ポンプを使用する場合には、溶湯の材料となる金属の種類、比重、温度等の性状により搬送量が変化してしまい、溶湯の量を正確に調整することが困難となってしまう。
【００１２】
さらに、前記バリは、機械や手作業で回収され再溶融されて、溶湯として再利用されるが、その場合、エネルギーロスばかりでなく、酸化物の混入等により品質が劣化する問題等が発生してしまう。ちなみに、前記バリは鋳造製品の質量に対して３〜４質量％程度、発生している。
【００１３】
つまり、金型に余分に溶湯を供給することで、原料である溶湯の品質が低下し、さらに、バリを取り除くための作業も必要となり、鋳造装置の高効率化を実現する際の、大きな問題となっている。
【００１４】
また、同方法では、給湯装置からスリーブに供給された溶湯が、スリーブ内で停滞するため、温度が低下する可能性があり、また、この温度変化を検知する構成に関する記載及び示唆はない。さらに、スリーブ内の溶湯を適温で一定の温度に保つことを考えた場合、スリーブに設置されているヒータを常に高い温度（例えば溶湯がアルミ合金の場合は６５０℃〜７５０℃）で維持・制御する必要があり、そのためのエネルギーが必要となっており、引用文献１に記載の鋳造装置で高品質かつ均一な鋳造製品を作ることが困難となっている。
【００１５】
本願発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、金型の持つ製品容積に対して必要最低限の溶湯を供給し、バリの少ない高効率な鋳造を実現する為、金型に供給される溶湯の正確な温度を検知し、溶湯を必要以上に加熱することで生じるエネルギーロスと、設備の高温劣化を最小限に抑制し、鋳造品の品質を向上させることを可能とした密閉型鋳造装置を提供することにある。
【００１６】
さらに、従来の鋳造装置に簡単な改造を施すのみで前記密閉型鋳造装置とすることを可能とする低コストな改造キットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本願発明に係る密閉型鋳造装置は、スリーブに供給された金属溶湯を、シリンダ装置に接続されたプランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳造装置と、金属を加熱して溶湯とする加熱装置及び前記加熱装置と前記スリーブを連結する搬送管を有した給湯装置とを具備し、かつ前記溶湯が大気に触れないように構成された密閉型鋳造装置において、前記加熱装置から溶湯を流し込み、溶湯の量を調節する供給湯量調整室を有した供給湯量調整機構を設置し、前記搬送管で搬送された前記溶湯を前記スリーブに供給する供給シリンダ装置を設置したことを特徴とする。
【００１８】
上記の鋳造装置は、供給湯量調整機構を具備したことで、鋳造に必要となる最低限の溶湯を正確に計量して、金型に供給することが可能となったため、生産される鋳造製品にバ
リが少なく、バリ取り等の処理が簡易になり、生産性の向上が可能となった。
【００１９】
また、必要量以上の溶湯を金型に圧入していた従来の鋳造装置では、金型とプランジャチップの間に大量の溶湯が存在し、この溶湯は金型内の溶湯を冷却する際に同時に冷却され、プランジャチップの先端にビスケットと呼ばれる金属塊が付着する現象が発生していた。
【００２０】
前記ビスケットが大きい場合、通常、プランジャチップ内を循環している冷却水により、金型内の溶湯を冷却しているが、この冷却の効率が低下してしまい、また、前記ビスケットは鋳造品の生産においては、溶湯の無駄になり、できるだけ小さいことが望ましいものである。
【００２１】
上記の鋳造装置では、溶湯の湯量並に溶湯温度が正確に計量されているため、オーバーフローと前記ビスケットの容量を抑制することが可能となり、鋳造品の生産効率を飛躍的に向上させることが可能となった。
【００２２】
上記の密閉型鋳造装置において、前記加熱装置の下部に設置された固定管と、前記固定管に対して摺動可能に設置された移動管と、固定管内の溶湯の流れを遮断可能とする第１弁装置と、移動管内の溶湯の流れを遮断可能とする第２弁装置とで囲まれる供給湯量調整室を有し、前記移動管を摺動させることで前記供給湯量調整室の容積を制御可能に構成した前記供給湯量調整機構を具備したことを特徴とする。
【００２３】
この構成により、溶湯の供給湯量を正確に計量することが可能となり、また、前記供給湯量調整室の容積を変更することを可能とする構成としたため、鋳造品の大きさにより異なる湯量に対応して、それぞれの金型に対して最適となる湯量の溶湯を供給することが可能となった。
【００２４】
一般的には、圧入可能な湯量の幅が鋳造装置の大きさにより異なっているが、前記供給湯量調整機構により、鋳造装置がそれぞれ有する圧入可能な湯量の幅の範囲において、対象とする金型に最も適した湯量の溶湯を供給させることが可能となった。
【００２５】
上記の密閉型鋳造装置において、前記供給シリンダヘッドの頭頂部に、前記金型に供給される溶湯の温度を直接計測する温度センサを設置し、かつ、溶湯供給時に、前記頭頂部が前記スリーブ内を摺動するプランジャチップと接触しない形状としたことを特徴とする。
【００２６】
この構成により、従来は前記スリーブの外側から間接的に計測していた溶湯の温度を、前記供給シリンダヘッドに設置した温度センサから直接計測することが可能となった。そのため、金型に供給される直前の溶湯の温度を外界の影響を受けずに、正確に計測することが可能となり、例えば、前記加熱装置から金型に供給する間に低下する熱ロスを防止するばかりでなく、温度変化が及ぼす鋳造品への影響等をフィードバックして、前記加熱装置又は、スリーブ等に設置されたヒータを制御することで、最適な温度の溶湯を金型に供給することが可能となった。
【００２７】
また、前記スリーブの例えば側方から、望ましくは下方から前記供給シリンダヘッドにより溶湯を供給することで、従来問題となっていた温度差によるスリーブの変形を抑制し、かつ、前記供給シリンダヘッドの頭頂部を前記プランジャチップに接触せず、望ましくは沿うような形に成形することで、既に計量されている溶湯を余さず金型に供給することが可能となった。そのため、前記供給湯量調整機構で計量された溶湯の湯量を維持したまま、金型に圧入することが可能となった。
【００２８】
上記の密閉型鋳造装置において、前記固定管に設置された前記第１弁装置と、前記移動管に設置された第２弁装置の距離を測定するセンサと、前記加熱装置内の溶湯の温度を測定するセンサと、前記供給シリンダヘッドの前記供給管内における位置を測定するセンサを具備したことを特徴とする。
【００２９】
この構成により、金型に供給される溶湯の湯量及び温度を正確に計測・監視し、これらの値を基にコンピュータ等で鋳造装置を制御することで、鋳造品の品質を高水準で均一に維持することが可能となった。また、過剰に加熱するエネルギーの労費と設備部品等の高温劣化を抑え、高効率な作業が可能となった。
【００３０】
上記の目的を達成するための本願発明に係る改造キットは、前述した加熱装置と、供給湯量調整機構と、搬送管と、供給シリンダ装置と、スリーブとを、具備したことを特徴とする従来の鋳造装置を密閉型鋳造装置へ改造するための改造キットである。
【００３１】
この構成により、従来の鋳造装置のスリーブを取外し、前記改造キットのスリーブ及びこのスリーブに連結された装置類を装着することで、従来型の鋳造装置を前述した本願発明の密閉型鋳造装置へ改造することが可能となった。
【００３２】
すなわち、本願発明の密閉型鋳造装置は、従来の鋳造装置を破棄し、新たに設置するという無駄なことをする必要はなく、従来の鋳造装置を利用して改造するため、密閉型鋳造装置の提供を低コストで行なうことが可能となり、低コストで、高効率鋳造装置を提供することが可能となったのである。
【００３３】
上記の目的を達成するための本願発明に係る密閉型鋳造方法は、前記加熱装置で金属を溶融し溶湯とするステップと、前記金型の必要とする湯量に合せて予め定められた量の溶湯を供給湯量調整機構で取り出すステップと、前記供給シリンダ装置で前記溶湯を前記スリーブ内に供給するステップと、前記スリーブ内の溶湯を前記プランジャチップで金型内に圧入するステップとを具備したことを特徴とする。
【００３４】
溶湯を供給湯量調整機構により最適な必要量だけ計量するステップにより、バリの少ない鋳造品を生産することが可能となり、さらに、密閉型とすることで、例えばアルミ合金、マグネシウム合金等の大気に接触することで酸化、又は燃焼してしまう金属材料であっても、高品質な鋳造品を生産することが可能となった。
【００３５】
上記の目的を達成するための本願発明に係る鋳造装置は、スリーブに供給された金属溶湯を、シリンダ装置に接続されたプランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳造装置と、金属を加熱して溶湯とする加熱装置及び前記加熱装置と前記スリーブを連結する搬送管を有した給湯装置とを具備した鋳造装置において、前記加熱装置から溶湯を流し込み、溶湯の量を調節する供給湯量調整室を有した供給湯量調整機構を設置し、前記搬送管で搬送された前記溶湯を前記スリーブに供給する供給シリンダ装置を設置したことを特徴とする。
【００３６】
この構成により、鋳造装置が密閉型であることを必要としない場合であっても、最適な溶湯の湯量を計測する供給湯量調整機構を具備した鋳造装置を提供することが可能となった。
【発明の効果】
【００３７】
本願発明の密閉型鋳造装置によれば、金型に供給する溶湯の湯量を供給湯量調整機構により正確に計量するため、バリの少ない鋳造品を製造することが可能となり、また、供給
シリンダヘッドに設置した温度センサにより、直接溶湯の温度を計測するため、金型に圧入される溶湯の正確な温度を把握することができ、最適な温度条件下で鋳造品を製造するため、エネルギーの効率化と高品質の安定した製品の製造が可能となった。
【００３８】
さらに、前記密閉型鋳造装置は、大部分を従来の鋳造装置と同一の構成としているため、一部の部品（スリーブ）を交換し、若干の機器を追加するだけの改造で提供することが可能となっている。
【００３９】
したがって、低コストでありながら、鋳造品の品質及び生産性をともに飛躍的に向上させることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本願発明を図に示す実施形態を参照して具体的に説明する。
【００４１】
（密閉型鋳造装置）
図１は本願発明における実施例の１つである密閉型鋳造装置１の概略図を示しており、従来の鋳造装置に付属しているスリーブを取外し、形状が異なるスリーブ３３を設置し、前記スリーブ３３には従来の鋳造装置にあるシリンダ装置４及びプランジャチップ３１を適切に設置して、密閉型鋳造装置１とする。
【００４２】
前記スリーブ３３の下方に供給シリンダ装置２が連結され、前記供給シリンダ装置２は加熱装置３の下方に設置された供給湯量調整機構１０を介して搬送管３５と連結されており、前記加熱装置３、供給湯量調整機構１０、搬送管３５、供給シリンダ装置２及びスリーブ３３が、従来の鋳造装置に新たに追加された装置である。
【００４３】
前記加熱装置３は、容器３６に金属材料を投入し、図示しない加熱コイル等によって加熱し、融解した溶湯６とするための装置であり、図示しない断熱材等で前記容器３６を覆うことで、エネルギー効率の向上を実現している。
【００４４】
前記加熱装置３の底面、又は下方の側面に供給湯量調整機構１０を連結し、前記供給湯量調整機構１０は２つの弁装置１４を有しており、前記弁装置１４の働きにより予め定められた湯量を取り出すことを可能としている。
【００４５】
ここで、前記供給湯量調整機構１０を容器３６に連結する場所に限定はなく、前記供給湯量調整機構１０内に溶湯６が円滑に供給される構成とすればよく、例えば、従来の加熱装置を利用して、改造を加え、前記供給湯量調整機構１０に流し込むように構成してもよい。
【００４６】
前記供給湯量調整機構１０で計量された溶湯６は、搬送管３５を自重で流れ、供給シリンダ装置４に設置された弁装置１４Ｃを通過し、供給管２４に供給され、さらにプランジャロッド２５に設置された供給シリンダヘッド２１により、スリーブ３３まで押し上げられ供給されるよう構成されている。
【００４７】
本願発明では、溶湯６に圧力等をかけずに自重で搬送管３５内を搬送するため、例えば、鋳造製品の金型からのはく離性を向上させるために、金型に溶剤又は粒子等を散布する構成を有している場合や、金型内の不活性ガス雰囲気化や、減圧した金型内に溶湯６が導かれるよう構成している場合であっても、従来の装置における運転条件を適用したまま、本願発明を実施することが可能となっている。
【００４８】
ここで、例えば６５０〜７５０℃のアルミ合金、６３０〜７２０℃のマグネシウム合金
、８００〜８７０℃の非鉄合金等をはじめとする溶湯６は加熱装置３で加熱されることで、十分に融解し、粘度が非常に低く、常温の水に近い状態で流れるため、前記供給湯量調整機構１０を上位に、供給シリンダ装置２を下位に配置することで、無動力で溶湯６を供給シリンダ装置２に供給することが可能である。
【００４９】
また、前記スリーブ３３の下方に供給管２４が連結さ、溶湯６がスリーブ３３の下方から供給されるよう構成されている。すなわちスリーブ３３に供給された溶湯６がスリーブ内を流れ自然に広がるように構成することが望ましい。こうすることで、高温の溶湯６がスリーブ３３の特定の箇所を加熱し、スリーブ３３が変形するという問題を抑制することが可能となっている。
【００５０】
前記スリーブ３３内に供給された溶湯６は、プランジャチップ３１により、図１の左方に押され、金型に圧入されるよう構成されている。ここで、ガス抜き管３４はスリーブ３３内のガスを排気し、溶湯６をスムーズに金型内に圧入するために設置されている。
【００５１】
前記ガス抜き管３４は、径がスリーブ３３に対して非常に小さいため、通常は大気開放としている管を使用するが、マグネシウム合金等を溶湯６とする場合など、酸素や空気と接触することが望ましくない場合は、ガス抜き管３４に弁を設け、外部から管内への気体の流入を防止する構成としてもよい。
【００５２】
また、例えば、密閉型で処理する必要のない溶湯６であっても、本願発明に係る密閉型鋳造装置で鋳造を行なうことによって、大気に晒されることがないため、大気の温度の影響を受けにくくなり、溶湯６が冷めたり、溶湯６が冷めることを前提として過加熱状態の溶湯をスリーブに供給したりする必要がないため、エネルギー効率の向上が可能となっている。
【００５３】
（供給湯量調整機構）
図２及び３は前記容器３６の下部に設置された前記供給湯量調整機構１０を示しており、容器３６下面には固定管１３が外管として連結され、前記固定管１３と搬送管３５の内側に移動管１２が内管として摺動可能に設置されている。ここで、固定管１３を内管とし、移動管１２を外管としてもよい。
【００５４】
前記固定管１３には、管内を流れる溶湯６の流れを制御するため、駆動機構１５と弁１６を具備した弁装置１４Aが設置されている。同様に、前記移動管１２にも、弁装置１４Bが設置されている。
【００５５】
ここで、例えば、前記移動管１２に設置した弁装置１４Bを閉として、移動管１２を流
れる溶湯６を止め、固定管１３の弁装置１４Aを開とすることで、図２に示すように、容
器３６内に斜線部であらわした溶湯６が、供給湯量調整室１１内に流れ込み、溶湯６が十分に流れ込んだ状態で、固定管１３の弁装置１４Aを閉とすることで、供給湯量調整室１
１内に一定量の溶湯６を分離することが可能となっている。こうすることで、供給湯量調整室１１は常に必要量の溶湯６を、容器３６から取り出すことを可能としている。
【００５６】
ちなみに、移動管１２と、固定管１３又は搬送管３５の間には、溶湯６の流出及び外気の流入を防止するためのパッキン１７（セラミック）がそれぞれ設置されている。
【００５７】
図３は、固定されている固定管１３及び搬送管３５の間にあって、摺動可能に設置された移動管１２を図２と比べ下方に移動させた状態を示した概略図である。移動管１２を下方に移動させることで、２つの弁装置１４の間の距離が長くなり、その結果、前記供給湯量調整室１１の容積が増加し、容器３６から取り出す溶湯６の量を増加させることが可能
となっている。
【００５８】
従来のシリンダ装置や電磁ポンプ等を利用し困難であった正確な湯量の供給が、上記の構成により、金型の容積に合せて、移動管１２を図の上下に移動させ、供給湯量調整室１１の容積を変化させることで、最適な量の溶湯６を金型に供給することを可能とした。
【００５９】
ここで、弁装置は、シャッター弁、バタフライ弁等、固定管１３及び移動管１２の流れを完全に遮断するものであればよい。
【００６０】
さらに、２つの弁装置１４の間の距離を計測するセンサ（例えばパルス磁気センサ）が設置されており、より正確に、供給湯量調整室１１の容積を設定することが可能となっている。前記センサに加えて、移動管１２を移動させるための、例えばピニオンギア、ピストン等の図示しない移動機構を具備しており、前記移動機構は微細な移動を制御できる構造を有していることが望ましい。
【００６１】
（スリーブ周辺）
図４はスリーブ３３内を図の左右方向に摺動するプランジャチップ３１及び供給シリンダ装置２の供給シリンダヘッド２１の様子を示した部分断面図である。スリーブ３３は、下面の一部を開口部としており、前記開口部を塞ぐように供給シリンダ装置２の供給管２４が連結され、前記供給管２４内を供給シリンダヘッド２１が図の上下方向に摺動可能に構成されている。ここは供給管２４は角筒で、前記供給シリンダヘッド２１は前記供給管２４の内面に沿う形状となっているが、供給管２４を円筒としてもよい。
【００６２】
前記供給シリンダヘッド２１は、頭頂部に供給された溶湯６をスリーブ３３内に押し上げて供給し、最上端で停止した際には、前記頭頂部は前記スリーブ３３の開口部を閉塞する形状に形成され、かつプランジャチップ３１が滑らかに摺動するように、スリーブ内壁面の一部を構成するように形成されている。
【００６３】
つまり、供給シリンダヘッド２１が最上端にあるときは、あたかもスリーブ３３内壁面が開口部を有しない単一管であるような状態となる。そのため、スリーブ３３内に供給した溶湯６が、再び供給管２４内に戻されたり、プランジャチップ３１の滑らかな摺動が妨げられたりすることはなく、従来の鋳造装置の溶湯圧入工程と同様に、金型に溶湯６を圧入することが可能となっている。
【００６４】
また、スリーブ３３の側壁にガス抜き管３４を設けることで、不要なガスをスリーブ外に排気することで、ガスを溶湯内に巻き込んで、不良品である巣の入った鋳造品が発生しないように構成している。
【００６５】
（供給シリンダヘッド）
図５は供給シリンダヘッド２１の斜視図を示しており、前記供給シリンダヘッド２１は、例えばチッ化ケイ素等の耐熱性部材で形成、又は表面をコーティングされており、頭頂部の孔２２に温度センサ２３が埋め込まれるよう構成されている。
【００６６】
鋳造製品の品質を向上させるために、金型に供給される溶湯６の温度制御は重要であり、最適な温度の溶湯６を供給する必要がある。従来は、スリーブ３３の外部から温度センサ等を使用して温度を計測し、その値からスリーブ３３内部の溶湯６の温度を推定していた。
【００６７】
これに対して、本願発明の実施例では、例えば熱電対等の温度センサ２３が、金型に圧入される直前の溶湯６の温度を直接計測することが可能となっているため、鋳造製品の品
質を向上させることが可能となっている。
【００６８】
また、供給シリンダヘッド２１の頭頂部を円弧状に形成することで、前記頭頂部がスリーブ３３の内壁の一部となり、スリーブ３３に供給した溶湯６を漏らすことなく、かつ、プランジャチップ３１の摺動を妨げることがないようにしている。
【００６９】
ここで、供給シリンダヘッド２１の上方からの投影図は矩形となっているが、これは円形、楕円形、三角形等、他の形状にすることも可能である。その際、供給管２４も同形の筒状物として、前記供給シリンダヘッド２１により押し上げる溶湯６が、供給管２４との隙間から流れ落ちないように構成すればよい。
【００７０】
また、スリーブ３３の開口部にシャッターや弁等を設置せず、供給シリンダヘッド２１でスリーブ３３の開口部を閉塞するよう構成したことで、供給湯量調整機構１０で計量された溶湯６の湯量を変化させることなく、正確にスリーブ３３に供給し、かつ、スリーブ３３から金型に供給することが可能となっており、そのため、無駄な溶湯６を出さない高効率な鋳造を実現した。
【００７１】
（弁装置）
図６は弁装置１４の実施例の１つを示しており、管を閉塞する閉塞側１９と、管を導通させる開放側１８を有した弁１６を、駆動機構１５で切り替えるゲート弁を示している。供給湯量調整機構１０に使用されている弁装置１４は、他にボール弁、バタフライ弁、玉形弁等を利用することが可能であるが、供給湯量調整室１１の容積を正確に設定する必要があるため、ゲート弁やバタフライ弁等の供給湯量調整室１１の形状が単純になる弁装置を利用することが望ましい。
【００７２】
（密閉型鋳造方法）
図７乃至図９は、本願発明の１つの実施例における鋳造工程を示した概略図である。まず、図７（イ）では、供給湯量調整機構１０に設置された２つの弁装置のうちの１つである第１弁装置５１を開５１ａとし、他方の第２弁装置５２を閉５２ｂとすることで、加熱装置３の容器３６から溶湯６を、予め容積を調整された供給湯量調整室１１に流し込む。
【００７３】
次に、図７（ロ）では、第１弁装置５１を閉５１ｂとし、加熱装置３からの溶湯３の供給を遮断し、その後、第２弁装置５２を開５２ａとすることで、供給湯量調整室１１に分離された溶湯６を搬送管３５に送り、溶湯６は自重で供給シリンダ装置２の供給管２４に移動する。この時、前記供給管２４に設置された第３弁装置５３は開５３ａとしている。
【００７４】
ここで、図示はしていないが、加熱装置３、搬送管３５及び供給シリンダ装置４には、断熱材が巻装されており、さらにヒータ等を設置することで、大気の温度の影響で溶湯６が冷やされないように構成している。
【００７５】
また、溶湯６の搬送管３５における搬送を、電磁ポンプ、加圧機、吸引装置等の動力を使用しないため省エネな鋳造装置とすることができ、金型や鋳造装置内に特定の気体を充満させたい場合等に影響を及ぼすことがないため、従来のあらゆるタイプの鋳造装置に本願発明による改造キットを適用することが可能となっている。
【００７６】
次に、図８（ハ）では、溶湯６が、搬送管３５から供給管２４に供給される。ここで、搬送管３５から供給された溶湯６が、供給管２４から逆流しないように、供給シリンダヘッド２１は十分に低い位置で待機している。
【００７７】
さらに、供給管２４に溶湯６が供給された後に、第３弁装置５３を閉５３ｂとすること
で、供給シリンダヘッド２１により押し上げられる溶湯６が、搬送管３５に逆流しないように構成している。
【００７８】
次に、図８（ニ）では、供給シリンダヘッド２１によりスリーブ３３に溶湯６が供給され、前記供給シリンダヘッド２１はスリーブ３３の一部を形成するような状態で待機しており、溶湯６はプランジャチップ３１により図面左方に送られ、金型に圧入される。
【００７９】
次に、図９（ホ）では、プランジャチップ３１は溶湯６を金型に圧入後、右端の始動位置に戻るが、この時、供給シリンダヘッド２１は未だスリーブ３３の一部を形成するような状態で待機している。これは、プランジャチップ３１がスリーブ３３内をスムーズに摺動するためであり、例えば、供給シリンダヘッド２１が下降をはじめ、スリーブ３３に開口部がある状態では、プランジャチップ３１が前記開口部に引っかかる可能性があるためである。
【００８０】
次に、図９（ヘ）では、プランジャチップ３１が始動位置に戻った後に、供給シリンダヘッド２１は下降を開始し、同時に供給湯量調整機構１０の第１弁装置５１が開５１ａとなり、次の鋳造の工程が開始される。
【００８１】
以上が本願発明の１つの実施例における鋳造工程である。この実施例における密閉型鋳造装置は、マグネシウムやアルミニウム等の高温状態で大気に触れることが望ましくない材料のための装置であるが、通常、大気開放状態で鋳造されている金属材料であっても、本願発明の密閉型鋳造装置を使用し、大気に触れないようにすることで、大気の温度の影響を受けにくくなり、溶湯の温度が鋳造過程で低下することがほとんどなくなる。そのため、溶湯が冷めることを前提に、過加熱状態で鋳造を行なっていた従来と比較し、過加熱のための無駄なエネルギーを節約することができ、過加熱による装置の劣化が抑制され装置の寿命を延長することが可能となった。さらに、季節により変化する大気温度の影響がほとんどないため、年間を通して、温度設定等を変更することなく、均一かつ高品質な鋳造製品を製造することが可能となった。
【００８２】
（鋳造工程の制御）
図１１は前述した鋳造工程における制御のフローを示した概略図である。本願発明の密閉型鋳造装置は、前述した各種センサを設置し、コンピュータで制御することが可能となっている。
【００８３】
まず、初期設定として、鋳造に使用する金型に対して必要となる溶湯の量を決定し、この決定に伴い、供給湯量調整機構１０の移動管１２を移動させることで、供給湯量調整室１１の容積が決定される。
【００８４】
ここで、供給湯量調整室１１の容積は、供給湯量調整機構１０に設置されている２つの弁装置１４（第１弁装置５１及び第２弁装置５２）の間の距離を計測するセンサにより把握するよう構成している。これは、移動管１２と固定管１３の相対位置を測定するセンサ等を使用する、又は、容器３６下面と移動管１２に設置された第２弁装置５２との距離を測定するセンサを使用することでも把握可能である。
【００８５】
次に供給湯量調整室１１に溶湯６を供給する前に、加熱装置３の容器３６に設置された温度センサ（溶湯温度測定センサ）で溶湯６が予め定められた温度になっているかを確認する。溶湯６の温度が低い場合には加熱装置３で加熱し、温度が高すぎる場合には、冷水を利用して適正湯温に調整する。冷ます作業を行なう。
【００８６】
次に供給管２４に溶湯６を供給する前に、供給シリンダヘッド２１が下端（始動開始位
置）にあることを確認する。この確認は、供給管２４にセンサ等を設置し、供給シリンダヘッド２１の位置を感知可能とする構成としたことで実現している。また、供給シリンダヘッド２１に接続されているプランジャロッド２５の送り量等でも確認することは可能である。
【００８７】
ここで、例えばスリーブ３３に対して、供給シリンダ装置２が側方に連結されている場合は供給シリンダヘッド２１の始動開始位置は前述（下端）とは異なる。
【００８８】
金型への溶湯押し込み終了の後に、供給シリンダヘッド２１は、プランジャチップ３１が始動開始位置にあることを確認して、始動開始位置への移動を開始する。これは、供給シリンダヘッド２１がスリーブ３３の一部を形成しており、プランジャチップ３１よりも先に移動を開始すると、プランジャチップ３１がスリーブ３３の開口部上を移動することになり、引っかかりなどの事故の原因となるためである。
【００８９】
また、上記の制御以外に、供給シリンダヘッド２１に設置された温度センサ２３により、金型に供給される溶湯６の温度を常に監視しており、この計測結果を加熱装置３の加熱温度にフィードバックするよう構成している。
【００９０】
（まとめ）
本願発明における密閉型鋳造装置を使用することで、必要な分量の溶湯で鋳造を行なうことが可能となるため、原料の無駄が抑制され、バリ除去等の無用な作業が減少し、さらに、金型に圧入される溶湯の温度を推定ではなく、直接計測することで正確な温度が把握でき、安定した鋳造品を生産することが可能となった。
【００９１】
以上、本願発明により、金型の持つ製品容積に対して必要最低限の溶湯を供給し、バリの少ない高効率な鋳造を実現し、また、金型に供給される溶湯の正確な温度を検知し、
鋳造製品の最適の溶湯温度を保持、制御することで、エネルギーの高効率化と、設備機材の高温劣化低減を実現し、鋳造品の品質を向上させることを可能とした密閉型鋳造装置の提供を実現した。
【００９２】
さらに、従来の鋳造装置に簡単な改造を施すのみで前記密閉型鋳造装置とすることを可能とする改造キットの提供を実現した。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本願発明の密閉型鋳造装置の概略図である。
【図２】本願発明における供給湯量調整機構の概略図である。
【図３】本願発明における供給湯量調整機構の概略図である。
【図４】本願発明におけるスリーブ周辺の部分断面図である。
【図５】本願発明における供給シリンダヘッドの１つの実施例の斜視図である。
【図６】本願発明における弁装置の１つの実施例の斜視図である。
【図７】本願発明における鋳造工程の概略図である。
【図８】本願発明における鋳造工程の概略図である。
【図９】本願発明における鋳造工程の概略図である。
【図１０】従来の鋳造装置の概略図である。
【図１１】本願発明の密閉型鋳造装置の制御フローを示した概略図である。
【符号の説明】
【００９４】
１     給湯装置
２     供給シリンダ装置
３     加熱装置
４     シリンダ装置
５     鋳造装置
６     溶湯
１０   供給湯量調整機構
１１   供給湯量調整室
１２   移動管
１３   固定管
１４   弁装置
２１   供給シリンダヘッド
２４   供給管
２５   プランジャロッド
３１   プランジャチップ
３３   スリーブ
３５   搬送管
【図１】
2010058129.tif 000003
【図２】
2010058129.tif 000004
【図３】
2010058129.tif 000005
【図４】
2010058129.tif 000006
【図５】
2010058129.tif 000007
【図６】
2010058129.tif 000008
【図７】
2010058129.tif 000009
【図８】
2010058129.tif 000010
【図９】
2010058129.tif 000011
【図１０】
2010058129.tif 000012
【図１１】
2010058129.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月9日(2008.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブに供給された金属溶湯を、プランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳込み装置と、金属を加熱溶解する金属溶湯槽と、金属溶湯の搬送管と、金属溶湯をスリーブに供給する供給シリンダ装置とからなり、前記金属溶湯槽の出湯口と前記搬送管との間に、一回の鋳込み溶湯量を取り分け調整する供給湯量調整室を有する供給湯量調整部を介して連通されてなることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
前記供給湯量調整室が、その内容積を変動しうる機構を有するものとし、前記金属溶湯槽の出湯口を開閉する第１弁装置と、前記供給湯量調整室出口を開閉する第２弁装置とが設けられた供給湯量調整部としたことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項３】
前記供給湯量調整室が、固定管とその固定管に嵌合してスライドする移動管を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造装置。
【請求項４】
前記搬送管が前記金属溶湯槽下部の出湯口から下方に配置され、前記供給シリンダ装置の下部に連通され、供給シリンダ装置は前記スリーブに連結された供給管内をスライドする供給シリンダにより溶湯がスリーブに供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の鋳造装置。
【請求項５】
金属溶湯の搬送管と、搬送管から受けた金属溶湯をスリーブに供給する供給シリンダ装置とからなり、一回の鋳込み溶湯量を調整する供給湯量調整室を有する供給湯量調整部が前記搬送管の上端に設けられたことを特徴とする鋳造装置改造キット。
【請求項６】
前記金属溶湯槽で金属を溶解し溶湯とするステップと、前記金型の必要とする湯量に合
わせて予め定められた量の溶湯を供給湯量調整部で取り出すステップと、前記供給シリンダ装置で前記溶湯を前記スリーブ内に供給するステップと、前記スリーブ内の溶湯を前記プランジャチップで金型内に圧入するステップとを具備したことを特徴とする鋳造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に溶融した金属である溶湯を流し込むことで鋳造品を製造する鋳造装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製の部品等を生産する方法の１つとして、鋳造が知られており、特に前記鋳造により鋳造品を効率的に生産する鋳造装置が知られている。
【０００３】
図１０は従来の鋳造装置の概略を示しており、固定盤３９と可動盤４０の内側に固定された金型である固定型３７と可動型３８があり、前記可動盤４０を移動させることで、固定型３７と可動型３８が密接し、内側に形成される空間に溶融した金属材料である溶湯を流し込むことで、鋳造品を生産するよう構成されている。
【０００４】
前記金型の空洞部と連結された筒状のスリーブ３３の上部に給湯口４１が設けられており、前記給湯口４１からひしゃく３９等の道具を利用して溶湯６を供給し、供給された溶湯６はシリンダ装置４の一部であるプランジャチップ３１により、金型の空洞内に圧入されるよう構成されている。
【０００５】
前記鋳造装置５は、例えばアルミ合金の鋳造品を作る際、０℃〜４０℃程度の大気温度に対して、溶湯６は約６５０〜７５０℃となり、給湯口４１を有するスリーブ３３は、この大きな落差のある温度にさらされることとなり、耐久性が著しく低くなってしまう問題を有している。
【０００６】
特に給湯口４１から供給された溶湯６がスリーブ３３に注ぎ込まれる時、限られた部分に落下接触する。このため、給湯受け部分は急激に熱せられ下方に凸に変形する現象が発生する。これが、スリーブ３３の熱衝撃による破壊、または熱疲労による寿命低下の原因になるばかりでなく、スリーブの変形は溶湯を圧入するプランジャチップ３１の摺動を害し、スリーブ３３やプランジャチップ３１の破損等の危険性があった。
【０００７】
また、溶湯６の原料をマグネシウム合金とした場合は、高温となったマグネシウムは大気に接触することで発火してしまうため、前記鋳造装置５では鋳造することが不可能となっている。
【０００８】
上記の問題に対して、大気に開放されていないスリーブの下方から溶湯６を供給する密閉型鋳造装置に関する発明が開示されている（例えば特許文献１参照）。金属を加熱し溶湯６とする溶湯槽を有した給湯装置と、前記スリーブを搬送管で連結し、溶湯６が大気に接触しない状態で、前記スリーブに供給し、鋳造装置により鋳造を行なうための密閉型鋳造装置とすることで、例えばマグネシウム合金を原料とした溶湯６であっても、鋳造する
ことが可能となっている。
【０００９】
さらに、スリーブ下方から溶湯を供給することにより、供給された粘度の低い溶湯はスリーブ内に広がり、前述した特定の箇所のみ加熱されスリーブが変形する問題を解決している。
【特許文献１】特開平０５−１６１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、引用文献１に記載の発明においては、溶湯の量を正確に調整することが不可能なため、金型の必要とする湯量に対して余分に供給された溶湯はあふれ出し、鋳造製品のバリとなってしまう。
【００１１】
例えば、溶湯に吸引又は加圧等で圧力をかけることで搬送を行う場合は、溶湯及び気相（空間）の容積の割合で溶湯の搬送量が変化してしまい、溶湯の量を正確に調整することが困難となってしまう。また、電磁ポンプを使用する場合には、溶湯の材料となる金属の種類、比重、温度等の性状により搬送量が変化してしまい、溶湯の量を正確に調整することが困難となってしまう。
【００１２】
さらに、前記バリは、機械や手作業で回収され再溶融されて、溶湯として再利用されるが、その場合、エネルギーロスばかりでなく、酸化物の混入等により品質が劣化する問題等が発生してしまう。ちなみに、前記バリは鋳造製品の質量に対して３〜４質量％程度、発生している。
【００１３】
つまり、金型に余分に溶湯を供給することで、原料である溶湯の品質が低下し、さらに、バリを取り除くための作業も必要となり、鋳造装置の高効率化を実現する際の、大きな問題となっている。
【００１４】
また、同方法では、給湯装置からスリーブに供給された溶湯が、スリーブ内で停滞するため、温度が低下する可能性があり、また、この温度変化を検知する構成に関する記載及び示唆はない。さらに、スリーブ内の溶湯を適温で一定の温度に保つことを考えた場合、スリーブに設置されているヒータを常に高い温度（例えば溶湯がアルミ合金の場合は６５０℃〜７５０℃）で維持・制御する必要があり、そのためのエネルギーが必要となっており、引用文献１に記載の鋳造装置で高品質かつ均一な鋳造製品を作ることが困難となっている。
【００１５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、バリの少ない効率的な鋳造を実現するために、金型の持つ製品容積に対して必要最低限の溶湯を供給し、金型に供給される溶湯の正確な温度を検知し、溶湯を必要以上に加熱することで生じるエネルギーロスと設備の高温劣化を最小限に抑制し、鋳造品の品質を向上させることを可能とする鋳造装置を提供することにある。
【００１６】
さらに、従来の鋳造装置に簡単な改造を施すのみで前記鋳造装置とすることを可能とする低コストな改造キットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明に係る鋳造装置は、スリーブに供給された金属溶湯を、プランジャチップにより金型に圧入して鋳造品を製造する鋳込み装置と、金属を加熱溶解する金属溶湯槽と、金属溶湯の搬送管と、金属溶湯をスリーブに供給する供給シリンダ装置とからなり、前記金属溶湯槽の出湯口と前記搬送管との間に、一回の鋳込み溶湯量
を取り分け調整する供給湯量調整室を有する供給湯量調整部を介して連通されてなることを特徴とする。
【００１８】
上記の鋳造装置は、供給湯量調整部を具備したことで、鋳造に必要となる最低限の溶湯を正確に計量して、金型に供給することが可能となったため、生産される鋳造製品にバリが少なく、バリ取り等の処理が簡易になり、生産性の向上が可能となった。
【００１９】
また、鋳造製品における欠落部の発生を防ぐために、必ず余剰の給湯が行われる、従来の鋳造装置では、ひしゃくによる給湯であるため給湯量にバラツキが発生していた。従って、余剰分が過大となり、これが金型とプランジャチップとの間に残存するビスケットと呼ばれる塊として形成される。過大なビスケットは金型に圧入された溶湯の冷却凝固を遅らせるばかりでなく、効率を害す原因となる。
【００２０】
前記ビスケットが大きい場合、通常、プランジャチップ内を循環している冷却水により、金型内の溶湯を冷却しているが、この冷却の効率が低下してしまい、また、前記ビスケットは鋳造品の生産においては、溶湯の無駄になり、できるだけ小さいことが望ましいものである。
【００２１】
上記の鋳造装置では、溶湯の湯量並に溶湯温度が正確に計量されているため、オーバーフローと前記ビスケットの容量を抑制することが可能となり、鋳造品の生産効率を飛躍的に向上させることが可能となった。
【００２２】
上記の鋳造装置において、前記供給湯量調整室が、その内容積を変動しうる機構を有するものとし、前記金属溶湯槽の出湯口を開閉する第１弁装置と、前記供給湯量調整室出口を開閉する第２弁装置とが設けられた供給湯量調整部としたことを特徴とする。
【００２３】
この構成により、溶湯の供給湯量を正確に計量することが可能となり、また、前記供給湯量調整室の容積を変更することを可能とする構成としたため、鋳造品の大きさにより異なる湯量に対応して、それぞれの金型に対して最適となる湯量の溶湯を供給することが可能となった。
【００２４】
一般的には、圧入可能な湯量の幅が鋳造装置の大きさにより異なっているが、前記供給湯量調整部により、鋳造装置がそれぞれ有する圧入可能な湯量の幅の範囲において、対象とする金型に最も適した湯量の溶湯を供給させることが可能となった。
【００２５】
上記の鋳造装置において、前記供給湯量調整室が、固定管とその固定管に嵌合してスライドする移動管を有することを特徴とする。この構成により、さらに溶湯の供給量を正確に計量することが可能となる。
【００２６】
上記の鋳造装置において、前記搬送管が前記金属溶湯槽下部の出湯口から下方に配置され、前記供給シリンダ装置は前記スリーブに連結された供給管内をスライドする供給シリンダにより溶湯がスリーブに供給されることを特徴とする。
【００２７】
この構成により、溶湯に圧力等をかけずに自重で搬送管内を搬送するため、例えば、鋳造製品の金型からのはく離性を向上させるために、金型に溶剤又は粒子等を散布する構成を有している場合や、金型内の不活性ガス雰囲気や、減圧した金型内に溶湯が導かれるよう構成している場合であっても、従来の装置における運転条件を適用したまま、本発明を実施することが可能となる。
【００２８】
また、前記供給シリンダヘッドの頭頂部に、前記金型に供給される溶湯の温度を直接計
測する温度センサを設置し、かつ、溶湯供給時に、前記頭頂部が前記スリーブ内を摺動するプランジャチップと接触しない形状とすることで、従来は前記スリーブの外側から間接的に計測していた溶湯の温度を、前記供給シリンダヘッドに設置した温度センサから直接計測することが可能となった。そのため、金型に供給される直前の溶湯の温度を外界の影響を受けずに、正確に計測することが可能となり、例えば、前記溶湯槽から金型に供給する間に低下する熱ロスを防止するばかりでなく、温度変化が及ぼす鋳造品への影響等をフィードバックして、前記溶湯槽又は、スリーブ等に設置されたヒータを制御することで、最適な温度の溶湯を金型に供給することが可能となった。
【００２９】
また、前記スリーブの例えば側方から、望ましくは下方から前記供給シリンダヘッドにより溶湯を供給することで、従来問題となっていた温度差によるスリーブの変形を抑制し、かつ、前記供給シリンダヘッドの頭頂部を前記プランジャチップに接触せず、望ましくは沿うような形に成形することで、既に計量されている溶湯を余さず金型に供給することが可能となった。そのため、前記供給湯量調整部で計量された溶湯の湯量を維持したまま、金型に圧入することが可能となった。
【００３０】
また、前記固定管に設置された前記第１弁装置と、前記移動管に設置された第２弁装置の距離を測定するセンサと、前記溶湯槽内の溶湯の温度を測定するセンサと、前記供給シリンダヘッドの前記供給管内における位置を測定するセンサを具備することで、金型に供給される溶湯の湯量及び温度を正確に計測・監視し、これらの値を基にコンピュータ等で鋳造装置を制御することで、鋳造品の品質を高水準で均一に維持することが可能となった。また、過剰に加熱するエネルギーの労費と設備部品等の高温劣化を抑え、高効率な作業が可能となった。
【００３１】
上記の目的を達成するための本発明に係る改造キットは、金属溶湯の搬送管と、搬送管から受けた金属溶湯をスリーブに供給する供給シリンダ装置とからなり、一回の鋳込み溶湯量を調整する供給湯量調整室を有する供給湯量調整部が前記搬送管の上端に設けられたことを特徴とする。
【００３２】
この構成により、従来の鋳造装置のスリーブを取外し、前記改造キットのスリーブ及びこのスリーブに連結された装置類を装着することで、従来型の鋳造装置を前述した本発明の密閉型鋳造装置へ改造することが可能となった。
【００３３】
すなわち、本発明の密閉型鋳造装置は、従来の鋳造装置を破棄し、新たに設置するという無駄なことをする必要はなく、従来の鋳造装置を利用して改造するため、密閉型鋳造装置の提供を低コストで行なうことが可能となり、低コストで、高効率鋳造装置を提供することが可能となったのである。
【００３４】
また、本発明の鋳造方法は、前記溶湯槽で金属を溶融し溶湯とするステップと、前記金型の必要とする湯量に合せて予め定められた量の溶湯を供給湯量調整部で取り出すステップと、前記供給シリンダ装置で前記溶湯を前記スリーブ内に供給するステップと、前記スリーブ内の溶湯を前記プランジャチップで金型内に圧入するステップとを具備したことを特徴とする。
【００３５】
溶湯を供給湯量調整部により最適な必要量だけ計量するステップにより、バリの少ない鋳造品を生産することが可能となり、さらに、その構造から密閉型とすることが可能であり、密閉型とすることで、例えばアルミ合金、マグネシウム合金等の大気に接触することで酸化、又は燃焼してしまう金属材料であっても、高品質な鋳造品を生産することが可能となった。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る鋳造装置によれば、バリの少ない効率的な鋳造を実現するために、金型の持つ製品容積に対して必要最低限の溶湯を供給し、溶湯を必要以上に加熱することで生じるエネルギーロスと設備の高温劣化を最小限に抑制するために、金型に供給される溶湯の正確な温度を検知し、鋳造品の品質を向上させることを可能とする鋳造装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を図に示す実施形態を参照して具体的に説明する。
【００３８】
（密閉型鋳造装置）
図１は本発明における実施例の１つである密閉型鋳造装置１の概略図を示しており、従来の鋳造装置に付属しているスリーブを取外し、形状が異なるスリーブ３３を設置し、前記スリーブ３３には従来の鋳造装置にあるシリンダ装置４及びプランジャチップ３１を適切に設置して、密閉型鋳造装置１とする。
【００３９】
前記スリーブ３３の下方に供給シリンダ装置２が連結され、前記供給シリンダ装置２は溶湯槽３の下方に設置された供給湯量調整部１０を介して搬送管３５と連結されており、前記溶湯槽３、供給湯量調整部１０、搬送管３５、供給シリンダ装置２及びスリーブ３３が、従来の鋳造装置に新たに追加された装置である。
【００４０】
金属溶湯槽３に金属を投入し、図示しない加熱コイル等によって加熱し、融解した溶湯６とするための装置であり、図示しない断熱材等で前記金属溶湯槽３を覆うことで、エネルギー効率の向上を実現している。
【００４１】
前記溶湯槽３の底面、又は下方の側面に供給湯量調整部１０を連結し、前記供給湯量調整部１０は２つの弁装置１４Ａ、１４Ｂを有しており、前記弁装置１４Ａ、１４Ｂの働きにより予め定められた湯量を取り出すことを可能としている。
【００４２】
ここで、前記供給湯量調整部１０を金属溶湯槽３に連結する場所に限定はなく、前記供給湯量調整部１０内に溶湯６が円滑に供給される構成とすればよく、例えば、従来の溶湯槽を利用して、改造を加え、前記供給湯量調整部１０に流し込むように構成してもよい。
【００４３】
前記供給湯量調整部１０で計量された溶湯６は、搬送管３５を自重で流れ、供給シリンダ装置４に設置された弁装置１４Ｃを通過し、供給管２４に供給され、さらにプランジャロッド２５に設置された供給シリンダヘッド２１により、スリーブ３３まで押し上げられ供給されるよう構成されている。
【００４４】
本発明では、溶湯６に圧力等をかけずに自重で搬送管３５内を搬送するため、例えば、鋳造製品の金型からのはく離性を向上させるために、金型に溶剤又は粒子等を散布する構成を有している場合や、金型内の不活性ガス雰囲気化や、減圧した金型内に溶湯６が導かれるよう構成している場合であっても、従来の装置における運転条件を適用したまま、本発明を実施することが可能となっている。
【００４５】
ここで、例えば６５０〜７５０℃のアルミ合金、６３０〜７２０℃のマグネシウム合金、８００〜８７０℃の非鉄合金等をはじめとする溶湯６は溶湯槽３で加熱されることで、十分に融解し、粘度が非常に低く、常温の水に近い状態で流れるため、前記供給湯量調整部１０を上位に、供給シリンダ装置２を下位に配置することで、無動力で溶湯６を供給シリンダ装置２に供給することが可能である。
【００４６】
前記スリーブ３３内に供給された溶湯６は、プランジャチップ３１により、図１の左方に押され、金型に圧入されるよう構成されている。ここで、ガス抜き管３４はスリーブ３３内のガスを排気し、溶湯６をスムーズに金型内に圧入するために設置されている。
【００４７】
前記ガス抜き管３４は、径がスリーブ３３に対して非常に小さいため、通常は大気開放としている管を使用するが、マグネシウム合金等を溶湯６とする場合など、酸素や空気と接触することが望ましくない場合は、ガス抜き管３４に弁を設け、外部から管内への気体の流入を防止する構成としてもよい。
【００４８】
また、例えば、密閉型で処理する必要のない溶湯６であっても、本発明に係る密閉型鋳造装置で鋳造を行なうことによって、大気に晒されることがないため、大気の温度の影響を受けにくくなり、溶湯６が冷めたり、溶湯６が冷めることを前提として過加熱状態の溶湯をスリーブに供給したりする必要がないため、エネルギー効率の向上が可能となっている。
【００４９】
（供給湯量調整部）
図２及び３は前記金属溶湯槽３の下部に設置された前記供給湯量調整部１０を示しており、金属溶湯槽３下面には固定管１３が外管として連結され、前記固定管１３と搬送管３５の内側に移動管１２が内管として摺動可能に設置されている。ここで、固定管１３を内管とし、移動管１２を外管としてもよい。
【００５０】
前記固定管１３には、管内を流れる溶湯６の流れを制御するため、駆動機構１５Ａと弁１６Ａを具備した弁装置１４Ａが設置されている。同様に、前記移動管１２にも、弁装置１４Ｂが設置されている。
【００５１】
ここで、例えば、前記移動管１２に設置した弁装置１４Ｂを閉として、移動管１２を流れる溶湯６を止め、固定管１３の弁装置１４Ａを開とすることで、図２に示すように、金属溶湯槽内に斜線部であらわした溶湯６が、供給湯量調整室１１内に流れ込み、溶湯６が十分に流れ込んだ状態で、固定管１３の弁装置１４Ａを閉とすることで、供給湯量調整室１１内に一定量の溶湯６を分離することが可能となっている。こうすることで、供給湯量調整室１１は常に必要量の溶湯６を、金属溶湯槽から取り出すことを可能としている。
【００５２】
ちなみに、移動管１２と、固定管１３又は搬送管３５の間には、溶湯６の流出及び外気の流入を防止するためのパッキン１７がそれぞれ設置されている。
【００５３】
図３は、固定されている固定管１３及び搬送管３５の間にあって、摺動可能に設置された移動管１２を図２と比べ下方に移動させた状態を示した概略図である。移動管１２を下方に移動させることで、２つの弁装置１４Ａ、１４Ｂの間の距離が長くなり、その結果、前記供給湯量調整室１１の容積が増加し、金属溶湯槽３から取り出す溶湯６の量を増加させることが可能となっている。
【００５４】
従来のシリンダ装置や電磁ポンプ等を利用し困難であった正確な湯量の供給が、上記の構成により、金型の容積に合せて、移動管１２を図の上下に移動させ、供給湯量調整室１１の容積を変化させることで、最適な量の溶湯６を金型に供給することを可能とした。
【００５５】
ここで、弁装置は、シャッター弁、バタフライ弁等、固定管１３及び移動管１２の流れを完全に遮断するものであればよい。
【００５６】
さらに、２つの弁装置１４Ａ、１４Ｂの間の距離を計測するセンサ（例えばパルス磁気センサ）が設置されており、より正確に、供給湯量調整室１１の容積を設定することが可
能となっている。前記センサに加えて、移動管１２を移動させるための、例えばピニオンギア、ピストン等の図示しない移動機構を具備しており、前記移動機構は微細な移動を制御できる構造を有していることが望ましい。
【００５７】
（スリーブ周辺）
図４はスリーブ３３内を図の左右方向に摺動するプランジャチップ３１及び供給シリンダ装置２の供給シリンダヘッド２１の様子を示した部分断面図である。スリーブ３３は、下面の一部を開口部としており、前記開口部を塞ぐように供給シリンダ装置２の供給管２４が連結され、前記供給管２４内を供給シリンダヘッド２１が図の上下方向に摺動可能に構成されている。ここで供給管２４は角筒で、前記供給シリンダヘッド２１は前記供給管２４の内面に沿う形状となっているが、供給管２４を円筒としてもよい。
【００５８】
前記供給シリンダヘッド２１は、頭頂部に供給された溶湯６をスリーブ３３内に押し上げて供給し、最上端で停止した際には、前記頭頂部は前記スリーブ３３の開口部を閉塞する形状に形成され、かつプランジャチップ３１が滑らかに摺動するように、スリーブ内壁面の一部を構成するように形成されている。
【００５９】
つまり、供給シリンダヘッド２１が最上端にあるときは、あたかもスリーブ３３内壁面が開口部を有しない単一管であるような状態となる。そのため、スリーブ３３内に供給した溶湯６が、再び供給管２４内に戻されたり、プランジャチップ３１の滑らかな摺動が妨げられたりすることはなく、従来の鋳造装置の溶湯圧入工程と同様に、金型に溶湯６を圧入することが可能となっている。
【００６０】
また、スリーブ３３の側壁にガス抜き管３４を設けることで、不要なガスをスリーブ外に排気することで、ガスを溶湯内に巻き込んで、不良品である巣の入った鋳造品が発生しないように構成している。
【００６１】
（供給シリンダヘッド）
図５は供給シリンダヘッド２１の斜視図を示しており、前記供給シリンダヘッド２１は、例えばチッ化ケイ素等の耐熱性部材で形成、又は表面をコーティングされており、頭頂部の孔２２に温度センサ２３が埋め込まれるよう構成されている。
【００６２】
鋳造製品の品質を向上させるために、金型に供給される溶湯６の温度制御は重要であり、最適な温度の溶湯６を供給する必要がある。従来は、スリーブ３３の外部から温度センサ等を使用して温度を計測し、その値からスリーブ３３内部の溶湯６の温度を推定していた。
【００６３】
これに対して、本発明の実施例では、例えば熱電対等の温度センサ２３が、金型に圧入される直前の溶湯６の温度を直接計測することが可能となっているため、鋳造製品の品質を向上させることが可能となっている。
【００６４】
ここで、供給シリンダヘッド２１の上方からの投影図は矩形となっているが、これは円形、楕円形、三角形等、他の形状にすることも可能である。その際、供給管２４も同形の筒状物として、前記供給シリンダヘッド２１により押し上げる溶湯６が、供給管２４との隙間から流れ落ちないように構成すればよい。
【００６５】
また、スリーブ３３の開口部にシャッターや弁等を設置せず、供給シリンダヘッド２１でスリーブ３３の開口部を閉塞するよう構成したことで、供給湯量調整部１０で計量された溶湯６の湯量を変化させることなく、正確にスリーブ３３に供給し、かつ、スリーブ３３から金型に供給することが可能となっており、そのため、無駄な溶湯６を出さない高効
率な鋳造を実現した。
【００６６】
（弁装置）
図６は弁装置１４Ａ、１４Ｂの実施例の１つを示しており、管を閉塞する閉塞側１９と、管を導通させる開放側１８を有した弁１６Ａ、１６Ｂを、駆動機構１５Ａ、１５Ｂで切り替えるゲート弁を示している。供給湯量調整部１０に使用されている弁装置１４Ａ、１４Ｂは、他にボール弁、バタフライ弁、玉形弁等を利用することが可能であるが、供給湯量調整室１１の容積を正確に設定する必要があるため、ゲート弁やバタフライ弁等の供給湯量調整室１１の形状が単純になる弁装置を利用することが望ましい。
【００６７】
（密閉型鋳造方法）
図７乃至図９は、本発明の１つの実施例における鋳造工程を示した概略図である。まず、図７（イ）では、供給湯量調整部１０に設置された２つの弁装置のうちの１つである第１弁装置１４Ａを開とし、他方の第２弁装置１４Ｂを閉とすることで、金属溶湯槽３から溶湯６を、予め容積を調整された供給湯量調整室１１に流し込む。
【００６８】
次に、図７（ロ）では、第１弁装置１４Ａを閉とし、溶湯槽３からの溶湯６の供給を遮断し、その後、第２弁装置１４Ｂを開とすることで、供給湯量調整室１１に分離された溶湯６を搬送管３５に送り、溶湯６は自重で供給シリンダ装置２の供給管２４に移動する。この時、前記供給管２４に設置された第３弁装置１４Ｃは開としている。
【００６９】
ここで、図示はしていないが、溶湯槽３、搬送管３５及び供給シリンダ装置４には、断熱材が巻装されており、さらにヒータ等を設置することで、大気の温度の影響で溶湯６が冷やされないように構成している。
【００７０】
また、溶湯６の搬送管３５における搬送を、電磁ポンプ、加圧機、吸引装置等の動力を使用しないため省エネな鋳造装置とすることができ、金型や鋳造装置内に特定の気体を充満させたい場合等に影響を及ぼすことがないため、従来のあらゆるタイプの鋳造装置に本発明による改造キットを適用することが可能となっている。
【００７１】
次に、図８（ハ）では、溶湯６が、搬送管３５から供給管２４に供給される。ここで、搬送管３５から供給された溶湯６が、供給管２４から逆流しないように、供給シリンダヘッド２１は十分に低い位置で待機している。
【００７２】
さらに、供給管２４に溶湯６が供給された後に、第３弁装置１４Ｃを閉とすることで、供給シリンダヘッド２１により押し上げられる溶湯６が、搬送管３５に逆流しないように構成している。
【００７３】
次に、図８（ニ）では、供給シリンダヘッド２１によりスリーブ３３に溶湯６が供給され、前記供給シリンダヘッド２１はスリーブ３３の一部を形成するような状態で待機しており、溶湯６はプランジャチップ３１により図面左方に送られ、金型に圧入される。
【００７４】
次に、図９（ホ）では、プランジャチップ３１は溶湯６を金型に圧入後、右端の始動位置に戻るが、この時、供給シリンダヘッド２１は未だスリーブ３３の一部を形成するような状態で待機している。これは、プランジャチップ３１がスリーブ３３内をスムーズに摺動するためであり、例えば、供給シリンダヘッド２１が下降をはじめ、スリーブ３３に開口部がある状態では、プランジャチップ３１が前記開口部に引っかかる可能性があるためである。
【００７５】
次に、図９（ヘ）では、プランジャチップ３１が始動位置に戻った後に、供給シリンダ
ヘッド２１は下降を開始し、同時に供給湯量調整部１０の第１弁装置１４Ａが開となり、次の鋳造の工程が開始される。
【００７６】
以上が本発明の１つの実施例における鋳造工程である。この実施例における密閉型鋳造装置は、マグネシウムやアルミニウム等の高温状態で大気に触れることが望ましくない材料のための装置であるが、通常、大気開放状態で鋳造されている金属材料であっても、本発明の密閉型鋳造装置を使用し、大気に触れないようにすることで、大気の温度の影響を受けにくくなり、溶湯の温度が鋳造過程で低下することがほとんどなくなる。そのため、溶湯が冷めることを前提に、過加熱状態で鋳造を行なっていた従来と比較し、過加熱のための無駄なエネルギーを節約することができ、過加熱による装置の劣化が抑制され装置の寿命を延長することが可能となった。さらに、季節により変化する大気温度の影響がほとんどないため、年間を通して、温度設定等を変更することなく、均一かつ高品質な鋳造製品を製造することが可能となった。
【００７７】
（鋳造工程の制御）
図１１は前述した鋳造工程における制御のフローを示した概略図である。本発明の密閉型鋳造装置は、前述した各種センサを設置し、コンピュータで制御することが可能となっている。
【００７８】
まず、初期設定として、鋳造に使用する金型に対して必要となる溶湯の量を決定し、この決定に伴い、供給湯量調整部１０の移動管１２を移動させることで、供給湯量調整室１１の容積が決定される。
【００７９】
ここで、供給湯量調整室１１の容積は、供給湯量調整部１０に設置されている２つの弁装置（第１弁装置１４Ａ及び第２弁装置１４Ｂ）の間の距離を計測するセンサにより把握するよう構成している。これは、移動管１２と固定管１３の相対位置を測定するセンサ等を使用する、又は、金属溶湯槽３下面と移動管１２に設置された第２弁装置１４Ｂとの距離を測定するセンサを使用することでも把握可能である。
【００８０】
次に供給湯量調整室１１に溶湯６を供給する前に、金属溶湯槽３に設置された温度センサ（溶湯温度測定センサ）で溶湯６が予め定められた温度になっているかを確認する。溶湯６の温度が低い場合には溶湯槽３で加熱し、温度が高すぎる場合には、冷ます作業を行なう。
【００８１】
次に供給管２４に溶湯６を供給する前に、供給シリンダヘッド２１が下端（始動開始位置）にあることを確認する。この確認は、供給管２４にセンサ等を設置し、供給シリンダヘッド２１の位置を感知可能とする構成としたことで実現している。また、供給シリンダヘッド２１に接続されているプランジャロッド２５の送り量等でも確認することは可能である。
【００８２】
ここで、例えばスリーブ３３に対して、供給シリンダ装置２が側方に連結されている場合は供給シリンダヘッド２１の始動開始位置は前述（下端）とは異なる。
【００８３】
金型への溶湯押し込み終了の後に、供給シリンダヘッド２１は、プランジャチップ３１が始動開始位置にあることを確認して、始動開始位置への移動を開始する。これは、供給シリンダヘッド２１がスリーブ３３の一部を形成しており、プランジャチップ３１よりも先に移動を開始すると、プランジャチップ３１がスリーブ３３の開口部上を移動することになり、引っかかりなどの事故の原因となるためである。
【００８４】
また、上記の制御以外に、供給シリンダヘッド２１に設置された温度センサ２３により
、金型に供給される溶湯６の温度を常に監視しており、この計測結果を溶湯槽３の加熱温度にフィードバックするよう構成している。
【００８５】
（まとめ）
本発明における密閉型鋳造装置を使用することで、必要な分量の溶湯で鋳造を行なうことが可能となるため、原料の無駄が抑制され、バリ除去等の無用な作業が減少し、さらに、金型に圧入される溶湯の温度を推定ではなく、直接計測することで正確な温度が把握でき、安定した鋳造品を生産することが可能となった。
【００８６】
以上、本発明により、金型の持つ製品容積に対して必要最低限の溶湯を供給し、バリの少ない高効率な鋳造を実現し、また、金型に供給される溶湯の正確な温度を検知し、
鋳造製品の最適の溶湯温度を保持、制御することで、エネルギーの高効率化と、設備機材の高温劣化低減を実現し、鋳造品の品質を向上させることを可能とした密閉型鋳造装置の提供を実現した。
【００８７】
さらに、従来の鋳造装置に簡単な改造を施すのみで前記密閉型鋳造装置とすることを可能とする改造キットの提供を実現した。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の密閉型鋳造装置の概略図である。
【図２】本発明における供給湯量調整部の概略図である。
【図３】本発明における供給湯量調整部の概略図である。
【図４】本発明におけるスリーブ周辺の部分断面図である。
【図５】本発明における供給シリンダヘッドの１つの実施例の斜視図である。
【図６】本発明における弁装置の１つの実施例の斜視図である。
【図７】本発明における鋳造工程の概略図である。
【図８】本発明における鋳造工程の概略図である。
【図９】本発明における鋳造工程の概略図である。
【図１０】従来の鋳造装置の概略図である。
【図１１】本発明の密閉型鋳造装置の制御フローを示した概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１     給湯装置
２     供給シリンダ装置
３     溶湯槽
４     シリンダ装置
５     鋳造装置
６     溶湯
１０   供給湯量調整部
１１   供給湯量調整室
１２   移動管
１３   固定管
１４   弁装置
２１   供給シリンダヘッド
２４   供給管
２５   プランジャロッド
３１   プランジャチップ
３３   スリーブ
３５   搬送管
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010058129.tif 000014
【図２】
2010058129.tif 000015
【図３】
2010058129.tif 000016
【図４】
2010058129.tif 000017
【図５】
2010058129.tif 000018
【図６】
2010058129.tif 000019
【図７】
2010058129.tif 000020
【図８】
2010058129.tif 000021
【図９】
2010058129.tif 000022
【図１０】
2010058129.tif 000023
【図１１】
2010058129.tif 000024