(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解金属が貯留される湯受けと当該溶解金属が流し込まれる鋳型とが取り付けられた鋳造機フレームを回転駆動して前記湯受け内に貯留された溶解金属を前記鋳型内に流し込む傾斜式重力鋳造装置であって、前記湯受けが前記鋳造機フレームに対して着脱自在に取り付られ、前記湯受けにより保持炉に貯留された溶解金属を汲み出して当該湯受けを前記鋳型の近傍に搬送する搬送手段が設けられ、搬送された湯受けを前記鋳造機フレームに取り付けるようにしたことを特徴とする傾斜式重力鋳造装置。
【請求項２】
前記湯受けには、前記鋳造機フレームに着脱自在に固定される被固定部と、前記搬送手段が係止される係止部とが形成されている請求項１記載の傾斜式重力鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型と湯受けとが取り付けられた鋳造機フレームを回転させて湯受け内の溶解金属を鋳型に流し込む傾斜式重力鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造方法としてはいわゆる重力鋳造法がある。この重力鋳造法は鋳型の上部から重力を利用して溶解金属（いわゆる溶湯）を流し込むものである。この方法における重要な留意点はいかに早くかつ静かに溶解金属を鋳型に流し込むかであり、このことは鋳造製品の品質を大きく左右するものである。
【０００３】
一般的に行われている重力鋳造法は静置式と呼ばれるもので、図１４に示すように、固定された鋳型１の内部に、製品に対応したキャビティ部２と湯口又は堰とよばれる通路３とを形成し、溶解金属をラドル４により汲み出して通路３を通してキャビティ部２に鋳込むものである。
【０００４】
この静置式では、湯口や堰のような通路３の付け方（鋳造方案と呼ばれる。）によって溶解金属の流れを制御しやすく、どんな形状の鋳造部品でも鋳造方案の設計次第で溶解金属を静かに且つ速やかに鋳込むことができるといった利点を有している。
【０００５】
しかし、鋳造方案の形状が複雑になるので、金型やセラミックス型のような永久型にすることが難しく、鋳造方案部が大きくなりがちであり歩留まりが悪く、しかも鋳造方案部は切り落として再溶解し再利用することになるが、この再生費用が無駄になるといった欠点を有する。
【０００６】
一方、重力鋳造法には傾斜式と呼ばれるものがある。この傾斜式重力鋳造方法は、図１５に示すように、鋳型５に連結して固定された湯受け６にラドル４により溶解金属を移し替え、次いで、図１６に示すように鋳型５を湯受け６とともに回転（傾斜）させて湯受け６内の溶解金属を鋳型のキャビティ部７に流し込むものである。この傾斜式は上記のような複雑な鋳造方案部を必要とせず、回転（傾斜）する速度を制御することにより静かにかつ迅速に溶解金属を流し込むことができるといった利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の傾斜式重力鋳造方法では、ラドル４から湯受け６に溶解金属を移し替える際に、溶解金属と空気とが混ざり合い、酸化物や水分が溶解金属内に巻き込まれ、これらが鋳込んだ際に鋳造部品の鋳造欠陥の原因となるおそれがある。例えば、溶解金属がアルミニウム合金の場合にはラドル４内の溶解金属の表面に形成されたＡｌ2 Ｏ3 などの酸化被膜が湯受け６内の溶解金属内に巻き込まれて鋳造部品の内部に混入して強度低下や漏れの原因となるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、溶解金属の移し替えを行わないこととし、移し替えの際の空気や酸化物の巻き込みを防止し、高い品質の鋳造部品を得ることができる傾斜式重力鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶解金属が貯留される湯受けと当該溶解金属が流し込まれる鋳型とが取り付けられた鋳造機フレームを回転駆動して前記湯受け内に貯留された溶解金属を前記鋳型内に流し込む傾斜式重力鋳造装置であって、前記湯受けが前記鋳造機フレームに対して着脱自在に取り付られ、前記湯受けにより保持炉に貯留された溶解金属を汲み出して当該湯受けを前記鋳型の近傍に搬送する搬送手段が設けられ、搬送された湯受けを前記鋳造機フレームに取り付けるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
前記湯受けには、前記鋳造機フレームに着脱自在に固定される被固定部と、前記搬送手段が係止される係止部とが形成されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態にかかる傾斜式重力鋳造装置（以下鋳造装置という。）を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１に示すように、鋳造工場の床面には、鋳造用の金属（例えばアルミニウム合金）のインゴットを溶解して一時貯留する保持炉１１と、本実施の形態に係る鋳造装置１０とが設置されている。保持炉１１と鋳造装置１０の上方にはガイドレール１２が床面から立設された柱１３の上部に固定されて配置されている。このガイドレール１２には移動装置１４がガイドレール１２に沿って内蔵したモーター（図示せず）の回転駆動により走行できるように取り付けられている。この移動装置１４は湯受け２０を把持して保持炉１１から鋳造装置１０に向けて移動するものであり、同一の機構を持った第１の移動装置１４ａと第２の移動装置１４ｂとを移動装置１４の走行方向に２つ並べて構成される。なお、前記ガイドレール１２及び移動装置１４は本発明の搬送手段を構成する。
【００１３】
本鋳造装置１０は、図２に示すように、溶解金属が貯留される湯受け２０と当該溶解金属が流し込まれる鋳型２１とが鋳造機フレーム２２に取り付けられて構成される。鋳型２１は型締めシリンダ２３により鋳造機フレーム２２に固定されている。鋳造機フレーム２２には軸部２４が突出して形成され、この軸部２４は床面に固定された基台フレーム２５に回転自在に支持されている。軸部２４の端部にはアーム部材２６が固定され、アーム部材２６の先端には揺動シリンダ２７のピストンロッド２７ａが連結されている。揺動シリンダ２７のピストンロッド２７ａを伸長又は退入させることにより、鋳造機フレーム２２を軸部２４を回転中心として回転（揺動）駆動できるようになっている。この回転（揺動）動作により、湯受け２０内に貯留された溶解金属が鋳型２１のキャビティ２１ａ内に流し込まれるようになっている。なお、図中２８は鋳込れて凝固した鋳造部品を鋳型の底部側から押し出すための押出シリンダである。
【００１４】
本鋳造装置１０に使用される湯受け２０は、鋳造機フレーム２２に対して着脱自在となっている。移動装置１４に湯受け２０を取り付けて保持炉１１に貯留された溶解金属を湯受け２０により汲み出して、この湯受け２０を移動装置１４をガイドレール１２に沿って移動させて湯受け２０を鋳型２１の近傍に搬送する。
【００１５】
湯受け２０は、図１３に示すように、開口部がほぼ方形の桶部３０と、この上端に固定されたほぼコ字状の取っ手部材３１とを備えており、取っ手部材３１の両側面部上端にはそれぞれ２つの貫通孔３１ａが形成されている。また、取っ手部材３１の両側面部にはそれぞれ突出部３２が形成され、各突出部３２には貫通孔３２ａが形成されている。貫通孔３１ａは本発明の係止部を構成し、図１０に示すように後述するクランプ板３７ａ，３７ｂに形成された突起３８ａ，３８ｂが挿入され、貫通孔３２ｂは本発明の被固定部を構成し、図１２に示すようにクランプ板４８に形成された突起４９が挿入される。
【００１６】
図３に示すように、鋳造機フレーム２２には板状部材４１が固定されており、板状部材４１には筒状のスリーブ４２が固定されている。このスリーブ４２内にはロッド４３が摺動自在に挿入され、ロッド４３の一端には連結部材４４が固定されている。鋳造機フレーム２２にはロッド４３とほぼ平行に進退手段としての２つのシリンダ４５が固定されており、各シリンダ４５のピストンロッド４５ａは連結部材４４の両端に連結されている。
【００１７】
図３又は図１２に示すように、前記ロッド４３の先端部付近にはブロック４６が固定されており、このブロック４６の外側面にシリンダ４７が固定されている。このシリンダ４７のピストンロッド４７ａの先端にはクランプ板４８が固定され、クランプ板４８の下面には突起４９が形成されている。湯受け２０の突出部３２をブロック４６の上面に載置した状態でシリンダ４７のピストンロッド４７ａを退入させるとクランプ板４８に形成された突起４９が取っ手部材３１の突出部３２に形成された貫通孔３２ａ内に侵入し湯受け２０がロッド４３と連結されるようになっている。この状態で、前記シリンダ４５を進退させると図３中の２点鎖線で示すように湯受け２０が進退変位する。
【００１８】
なお、図４に示すように、鋳造機フレーム２２に固定されたシリンダ４５のピストンロッド４５ａと湯受け２０とを湯受け２０の底部外側に設けられたジョイント部材５０を介して直接連結し、シリンダ４５の進退駆動により湯受け２０を鋳型２１に対して近接・離間させるようにしてもよい。
【００１９】
また、図５（ａ）に示すように、鋳造機フレーム２２に揺動フレーム５１をピン５２を中心として回転自在に取り付け、揺動フレーム５１を回転させるモーター５３を取り付けるとともに、揺動フレーム５１にシリンダ４５を固定し、そのピストンロッド４５ａと湯受け２０とをジョイント部材５０を介して直接連結するようにしてもよい。このものでは図５（ｂ）に示すようにモーター５３の回転により湯受け２０を反転させることにより湯受け２０の内面に形成された酸化物層をゴミ箱５４に自動的に廃棄することができる。さらに湯受け２０の内面に向けてエアーを吹き付けるようにすれば酸化物層の分離を促進することができる。
【００２０】
図６に示すように、前記鋳型２１の溶解金属の流し込まれる側には、先端にリング部５７ａが形成された支持部材５７が鋳型２１の両脇に立設されている。各支持部材５７のリング部５７ａには棒状部材５９がリング部５７ａ内に遊挿され、棒状部材５９には、湯受け２０内の溶解金属の表面の酸化物が鋳型２１内に流れ込むことを阻止するための板状のじゃま板５８が一体的に固定されている。このため、じゃま板５８は、各リング部５７ａを中心として揺動でき、重力により鉛直方向に向かって垂下するようになっている。また、じゃま板５８は湯受け２０を鋳型２１に近接させた際に湯受け２０の流込口に上方から嵌まり込めるような幅寸法に設定されており、さらにじゃま板５８の下縁と湯受け２０の内面との間には若干の隙間が形成されるような寸法になっている。ちなみに、本実施の形態ではじゃま板５８の下縁と湯受け２０の内面との間には１０ｍｍ程度の隙間が形成されるような寸法に設定されている。
【００２１】
図９及び図１０に示すように、各移動装置１４ａ，１４ｂは、湯受け２０を昇降させる昇降シリンダ３４ａ，３４ｂと、各昇降シリンダ３４ａ，３４ｂの先端に設けられて湯受け２０を把持してクランプするクランプ機構３６ａ，３６ｂとを備えている。クランプ機構３６ａ，３６ｂは把持シリンダ３５ａ，３５ｂと把持シリンダ３５ａ，３５ｂのピストンロッドに固定されたクランプ板３７ａ，３７ｂと、このクランプ板３７ａ，３７ｂの内側面に突出した突起３８ａとを備えている。突起３８ａは湯受け２０の取っ手部材３１に形成された貫通孔３１ａ内に侵入するように配置されており、クランプ機構３６ａ，３６ｂを湯受け２０の取っ手部材３１に臨ませて配置した把持シリンダ３５ａ，３５ｂを縮めることにより突起３８ａを貫通孔３１ａ内に侵入し湯受け２０の取っ手部材３１を両側から把持するようになっている。また、クランプ機構３６ａ，３６ｂは回転機構３９ａ，３９ｂにより水平な軸を中心として揺動できるようになっており、クランプ機構３６ａ，３６ｂにより把持された湯受け２０を揺動させて溶解金属の汲み取り動作をさせることができるようになっている。
【００２２】
次に本実施の形態の鋳造装置１０の作用について説明する。
【００２３】
まず、図９に示すように、移動装置１４ａ，１４ｂを保持炉１１の上方に移動させ、図１０に示すように移動装置１４ａ，１４ｂの一方（便宜上１４ａとする。）に設けた把持シリンダ３５ａのピストンロッドを退入させクランプ板３７ａを湯受け２０の側に移動させ、クランプ板３７ａに形成された突起３８ａを取っ手部材３１の貫通孔３１ａ内に挿入し、湯受け２０を両側から把持する。そして、回転機構３９ａを作動させつつ、昇降シリンダ３４ａを延ばして、保持炉１１に貯留された溶解金属を湯受け２０内に汲み取り、昇降シリンダ３４ａを縮めて上昇させる。
【００２４】
次に、移動装置１４ａ，１４ｂをガイドレール１２に沿って走行させて鋳造装置１０の直上に移動させる。一方の移動装置１４ａを昇降シリンダ３４ａを伸長させることにより下降させ、図１２に示すように、湯受け２０の取っ手部材３１に形成された突出部３２をブロック４６の上面に載置し、把持シリンダ３５ａを伸長して湯受け２０の把持を解除して、移動装置１４ａを昇降シリンダ３４ａを縮めて上方に退避させる。
【００２５】
次に、シリンダ４７のピストンロッド４７ａを退入させてクランプ板４８を突出部３２に向けて移動させ、クランプ板４８に形成された突起４９を突出部３２に形成された貫通孔３２ａ内に挿入するとともにクランプ板４８で突出部３２を押圧することにより湯受け２０を鋳造機フレーム２２に固定する。
【００２６】
次に、図３に示すように、シリンダ４５のピストンロッド４５ａを退入させることにより、図中２点鎖線の状態から実線の状態に示すように、連結部材４４、ロッド４３、湯受け２０を鋳型２１の方向に前進させ、図６に示すように湯受け２０の先端部とじゃま板５８とを嵌合させる。
【００２７】
次に、揺動シリンダ２７のピストンロッド２７ａを伸長させ、アーム部材２６を揺動させ、アーム部材２６と連結された鋳造機フレーム２２を軸部２４を中心として回転（揺動）させる。これにより鋳型２１と湯受け２０とが一緒に回転（揺動）して、例えば図４又は図５に示すように湯受け２０内の溶解金属が鋳型２１のキャビティ内に流れ込む。
【００２８】
鋳造機フレーム２２を回転して鋳型２１に溶解金属を流し込んだ後、所定時間（本実施の形態では約１５秒）が経過したら、図８に示すように、シリンダ４５のピストンロッド４５ａを退入させ湯受け２０を鋳型２１に対して後退させるようにしている。これは、溶解金属を流し込んだ後に放置すると、じゃま板５８と湯受け２０の先端部との間に酸化物層が入り込んで固まって湯受け２０を取り外すことができなくなるからである。本実施の形態では、湯受け２０の後退により酸化物とじゃま板５８とが切り離されるので、このようなことは防止できる。
【００２９】
また、湯受け２０を後退させるタイミングは、鋳型２１に溶解金属を流し込んだ後、湯受け２０の内面に残った薄膜状の溶解金属がほぼ凝固する時間が経過する直前に行うようにすることが好ましい。後退が早すぎると薄膜状の溶解金属が流れ出して鋳型２１の縁部に酸化物層の山ができてしまうからである。
【００３０】
従来の鋳造装置では、図１７に示すように、湯受け６から鋳型５のキャビティ部７に溶解金属を流し込んだ際に、湯受け６の内面に薄膜状に残った溶解金属が凝固する際に酸化し膜状の酸化物層８となる。この酸化物層８を残したまま次の鋳造を行うと酸化物層８が鋳造部品内に流れ込んで部品の品質を害するので、１回の鋳造ごとに酸化物層８をオペレータが手作業で除去するようにしているが、鋳造部品が凝固するまで除去しないで放置していると、鋳造部品と酸化物層８とがくっついてしまい容易に酸化物層８を除去することができなくなってしまう。したがって、オペレータは鋳造部品が固まる前にタイミングを図って酸化物層８を除去するようにしなければならなかった。
【００３１】
しかし、本実施の形態の鋳造装置１０では、図４、図５、図８に示すように、鋳造機フレーム２２を回転させて溶解金属を鋳型２１に流し込んだ後所定時間経過したら、シリンダ４５のピストンロッドを退入させて湯受け２０を鋳型２１に対して後退させるようにしているので、後退の際に湯受け２０の内部に残留する酸化物層と鋳造部品とのが強制的に引き離され、両者は確実に分離される。ちなみに本実施の形態では鋳造部品の凝固が完了する時間は２分３０秒であり、湯受け２０の後退時には鋳造部品は固まっていないので分離は極めて容易である。なお、湯受け２０の後退タイミングは、前記と同様な理由から湯受け２０に残留した溶解金属が凝固する直前あるいは凝固後に行うことが好ましい。
【００３２】
一方、移動装置１４ａ，１４ｂは湯受け２０を鋳造装置１０に取り付けた後は、保持炉１１に向けて引き返して上記と同様な作動をして一方の移動装置１４ａに新たな湯受け２０を把持して溶解金属を汲み取り鋳造装置１０に向けて搬送する。そして、鋳造装置１０に到達したときには前の鋳造動作は完了しているので、まず新たな湯受け２０を把持していない方の移動装置１４ｂを下降させて空となった湯受け２０を取り外し、次いで溶解金属の入った新たな湯受け２０を上記と同様な操作により鋳造フレーム２２に取り付け次の鋳造を行う。順次上記動作をさせることにより連続的に鋳造を行うことができる。
【００３３】
本実施の形態の鋳造装置１０では、保持炉１１から湯受け２０により溶解金属を汲み取って搬送し、鋳造装置１０の鋳造機フレーム２２に取り付け、この後鋳造機フレーム２２を回転（揺動）させて湯受け２０から溶解金属を鋳型２１内に流し込むようにしているので、従来行っていたラドルから湯受けへの溶解金属の移し替えを行う必要がない。したがって、移し替えを行った場合に生ずる溶解金属と空気との混ざり合いを無くすることができ、酸化物や水分が溶解金属内に巻込まれることを防止することができる。したがって、鋳込んだ際に鋳造部品の鋳造欠陥の原因を低減することができ、高強度、高品質の鋳造部品を得ることができる。
【００３４】
さらに、従来の鋳造装置では、図１８に示すように、湯受け６内の溶解金属の上面には空気に接して酸化した薄い酸化物層Ｓが形成され、このまま鋳型５に流し込むとこの酸化物層Ｓが鋳造部品中に流れ込みその品質を害することになる。従って、オペレータは鋳型５と湯受け６とを回転（傾斜）する直前に手作業で溶解金属の表面の酸化物層Ｓを掻き取って除去するようにしていたが、このような従来の鋳造装置では、手作業による掻取り作業が必要であるため鋳造作業の自動化がし難いといった面があるとともに、手作業であるため酸化物層の除去が不完全になるおそれもあった。
【００３５】
本実施の形態の鋳造装置１０では、湯受け２０の先端部にじゃま板５８が嵌合して配置されるので、図７に示すように溶解金属の表面に形成された酸化物層はじゃま板５８によりせき止められて鋳型２１内に流入することが阻止され、酸化物の生成されていない清浄な溶解金属がじゃま板５８の下縁と湯受け２０の内面との間に形成された隙間から鋳型２１のキャビティ内に流入することになる。したがって、表面の酸化物層が鋳造部品に流れ込むことをほぼ完全に防止することができ、鋳造部品の品質が低下することを防止することができる。
【００３６】
さらに、鋳造機フレーム２２を揺動させて溶解金属の流し込みを行う際に、じゃま板５８により自動的に酸化物層の流入を阻止するので、従来のように除去のタイミングを取る必要がなく、自動化が極めて行い易くなるといった利点もある。
【００３７】
また、じゃま板５８は支持部材５７のリング部５７ａに揺動自在に支持されているので、鋳造機フレーム２２を揺動させて、湯受け２０内の溶解金属を注ぎ込む際にも鋳造機フレーム２２の動きに追従して揺動するとともに、溶解金属の流れにも追従して揺動する。これにより、溶解金属を注ぎ込む際に溶解金属に波動が生じてもじゃま板５８は波動に伴って揺動し酸化物が鋳型２１内に流入することを防止することができる。
【００３８】
上記実施の形態の鋳造装置１０では、溶解金属の移し替えを行わないこと、じゃま板５８を設けて表面の酸化物層の流れ込みを防止すること、湯受け２０を鋳型２１に対して後退させて湯受け２０の内面に形成された酸化物層の除去を行い易くすること等の相乗効果により、鋳造部品の鋳造欠陥を低減しその強度等の品質を著しく向上させることができるといった極めて顕著な作用効果を奏する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、溶解金属の移し替えを行わないので、移し替えの際の空気や酸化物の巻き込みを防止し、高い品質の鋳造部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の鋳造装置を含んだ鋳造設備を全体構成を示す図である。
【図２】図１に示された鋳造装置を示す側面図である。
【図３】図２の鋳造装置の要部を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の他の形態の鋳造装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の更に他の形態の鋳造装置を示す概略図である。
【図６】図２の鋳造装置の要部を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の更に他の形態の鋳造装置を示す概略図である。
【図８】図７の鋳造装置の作動状態を示す概略図である。
【図９】図１に示した鋳造設備の要部を示す図である。
【図１０】図９の要部を示す図である。
【図１１】図９の装置の適用される鋳造装置を示す概略図である。
【図１２】図１１の要部を示す図である。
【図１３】図９の装置に使用される湯受けを示す斜視図である。
【図１４】従来の鋳造方法の一例を示す図である。
【図１５】従来の鋳造方法の他の例を示す図である。
【図１６】図１５の鋳造方法の鋳造状態を示す図である。
【図１７】図１５および図１６に示す鋳造方法の問題点を示す図である。
【図１８】図１５および図１６に示す鋳造方法の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１０  鋳造装置
１１  保持炉
２０  湯受け
２１  鋳型
２２  鋳造機フレーム
３１  取っ手部材
３１ａ  貫通孔
３２  突出部
３２ａ  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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