(57)【要約】  湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を製造する鋳造装置であり、前記湯口を通じて注湯された溶湯を含む鋳型を搬送する鋳型搬送手段と、前記湯口に着脱可能な送気口を有するノズルと、前記送気口が前記湯口に着脱するよう前記ノズルを移動させるノズル着脱手段と、前記ノズル着脱手段により前記送気口が前記湯口に接続された状態で、前記鋳型搬送手段で搬送される鋳型の動きに追従するように前記ノズル着脱手段を移動させる移動手段と、前記送気口から送気されるガスを供給するため前記ノズルに接続されたガス供給手段と、を備えている。
2017078104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を製造するための鋳造装置であって、
前記湯口を通じて注湯された溶湯を含む鋳型を搬送する鋳型搬送手段と、
前記湯口に着脱可能な送気口を有するノズルと、
前記送気口が前記湯口に着脱するよう前記ノズルを移動させるノズル着脱手段と、
前記ノズル着脱手段により前記送気口が前記湯口に接続された状態で、前記鋳型搬送手段で搬送される鋳型の動きに追従するように前記ノズル着脱手段を移動させる移動手段と、
前記送気口から送気されるガスを供給するため前記ノズルに接続されたガス供給手段と、
を有することを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
請求項1に記載の鋳造装置において、
前記ノズルは、前記鋳型搬送手段による前記鋳型の搬送方向に沿って弾性的に変位可能な自在継手を介して、前記ノズル着脱手段と接続されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項2に記載の鋳造装置において、
前記ノズル着脱手段に取付けられ、前記自在継手による前記ノズルの変位を検出可能なノズル位置検出手段を有し、前記ノズル位置検出手段で検出されたノズルの位置が、設定された基準値に対し一定の範囲内となるよう、前記移動手段の移動を制御するよう構成されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかに記載の鋳造装置において、
前記ノズル、前記ノズル着脱手段及び前記移動手段は、これらを1組としたガス送気ユニットを構成しており、前記ガス送気ユニットを複数組備えることを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
請求項4に記載の鋳造装置において、
前記鋳型搬送手段は複数の鋳型を順次搬送するよう構成されており、前記複数組のガス送気ユニットは、前記鋳型搬送手段で順次搬送される鋳型ごとに順次1組ずつ作動するよう構成されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかに記載の鋳造装置において、
前記湯口に注湯された後の溶湯の湯面の降下度を検出する湯面検出手段を有し、前記湯面検出手段により検出された降下度が閾値を超えた場合に、前記送気口が前記湯口に接続されるよう構成されていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項７】
湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を製造する鋳造方法であって、
溶湯を注湯した後の鋳型の湯口に送気口を接続する接続工程と、
前記送気口を介して鋳型内にガスを送気しつつ前記送気口を接続したまま鋳型を搬送する搬送工程と、
前記送気口と湯口との接続を解除する解除工程とを有し、
前記搬送工程において、前記湯口への前記送気口の接続を維持しつつ搬送される鋳型に前記送気口を追従して移動させることを特徴とする鋳造方法。
【請求項８】
請求項7に記載の鋳造方法において、
前記接続工程では、前記湯口から注湯された後の溶湯の湯面が所定の位置まで降下した後に前記湯口に前記送気口を接続することを特徴とする鋳造方法。
【請求項９】
請求項7又は8に記載の鋳造方法において、
前記搬送工程で、前記鋳型が受ける上下振動の加速度の絶対値を19.6 m/s2以下とすることを特徴とする鋳造方法。
【請求項１０】
請求項7〜9のいずれかに記載の鋳造方法において、
前記搬送工程における前記送気口と前記湯口との接続による押し付けの反力を600 N以下とすることを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を鋳造するための鋳造装置、及び前記鋳造装置を用いた鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば砂鋳型などの鋳型を用いた重力鋳造では、鋳型のキャビティに溶湯を注いで、鋳造製品を形成している。このような鋳造方法において、従来、鋳造製品を形成する製品キャビティ部分以外のキャビティ部分、すなわち、本来は溶湯を充填する必要のない湯口、湯道、押湯などの非製品キャビティ部分にも、例えば引け巣対策のため溶湯を充填していた。しかしながら、近年のCO2低減やエネルギー削減など環境負荷低減への要請に対応するため、湯口、湯道などに充填する溶湯量を少なくして、鋳造に必要な溶湯量を低減し、注湯歩留(鋳造製品質量/注湯質量)を向上する方法が検討されている。【０００３】
このような検討の一例として、国際公開2014/203956号は、キャビティ全体よりも少なく、製品キャビティ部分以上の体積の溶湯を鋳型の湯口を通じてキャビティに供給した後、前記溶湯が固まる前に、鋳型の湯口に送気口を接続し、その送気口からガスをキャビティに送気し、キャビティ内に発生した圧力(動圧)でキャビティ内に供給された溶湯を製品キャビティ部分へ充填する鋳造方法(以下、ガス送気鋳造法という場合がある。)を開示している。このガス送気鋳造法によれば、キャビティ全体より少ない溶湯を、製品キャビティ部分にガスで充填して凝固させるので、湯口、湯道、押湯など製品キャビティ部分以外のキャビティで凝固する溶湯を少なくすることができ、注湯歩留を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
国際公開2014/203956号に記載のガス送気鋳造法を、従来の鋳造装置、すなわち、特に大量生産に好適なように、注湯した鋳型を注湯エリアから順次搬送し鋳造製品を生産する鋳造装置に適用すると、鋳型搬送の際、鋳型の加減速により送気口に働く慣性力によって、送気口が湯口からずれ、送気口から吹き込まれたガスが漏れる可能性がある。このガス漏れが発生すると、送気したガスにより発生するキャビティ内の圧力(動圧)が不足して、製品キャビティ部分への溶湯の充填が不十分のまま凝固したり、製品キャビティ部分に一旦は充填された溶湯が逆流して充填が損なわれてしまったりするため、欠肉などの欠陥を含む鋳造製品が発生する可能性がある。【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、鋳造に必要な溶湯量を低減しつつ、品質良好な鋳造製品を大量に生産できる鋳造装置、及び前記鋳造装置を用いた鋳造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の鋳造装置は、湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を製造する鋳造装置であり、前記湯口を通じて注湯された溶湯を含む鋳型を搬送する鋳型搬送手段と、前記湯口に着脱可能な送気口を有するノズルと、前記送気口が前記湯口に着脱するよう前記ノズルを移動させるノズル着脱手段と、前記ノズル着脱手段により前記送気口が前記湯口に接続された状態で、前記鋳型搬送手段で搬送される鋳型の動きに追従するように前記ノズル着脱手段を移動させる移動手段と、前記送気口から送気されるガスを供給するため前記ノズルに接続されたガス供給手段とを備えている。【０００７】
前記鋳造装置において、前記ノズルは、前記鋳型搬送手段による前記鋳型の搬送方向に沿って弾性的に変位可能な自在継手を介して、前記ノズル着脱手段と接続されているのが好ましい。【０００８】
前記鋳造装置において、前記ノズル着脱手段に取付けられ、前記自在継手による前記ノズルの変位を検出可能なノズル位置検出手段を有し、前記ノズル位置検出手段で検出されたノズルの位置が、設定された基準値に対し一定の範囲内となるよう、前記移動手段の移動を制御するよう構成されているのが好ましい。【０００９】
前記鋳造装置において、前記ノズル、前記ノズル着脱手段及び前記移動手段は、これらを1組としたガス送気ユニットを構成しており、前記ガス送気ユニットを複数組備えるのが好ましい。前記鋳型搬送手段は複数の鋳型を順次搬送するよう構成されており、前記複数組のガス送気ユニットは、前記鋳型搬送手段で順次搬送される鋳型ごとに順次1組ずつ作動するよう構成されていることがより好ましい。【００１０】
前記鋳造装置において、前記湯口に注湯された後の溶湯の湯面の降下度を検出する湯面検出手段を有し、前記湯面検出手段により検出された降下度が閾値を超えた場合に、前記送気口が前記湯口に接続されるよう構成されているのが好ましい。【００１１】
本発明の鋳造方法は、湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を製造する鋳造方法であって、溶湯を注湯した後の鋳型の湯口に送気口を接続する接続工程と、前記送気口を介して鋳型内にガスを送気しつつ前記送気口を接続したまま鋳型を搬送する搬送工程と、前記送気口と湯口との接続を解除する解除工程とを有し、前記搬送工程において、前記湯口への前記送気口の接続を維持しつつ搬送される鋳型に前記送気口を追従して移動させる鋳造方法である。【００１２】
前記鋳造方法において、前記接続工程では、前記湯口から注湯された後の溶湯の湯面が所定の位置まで降下した後に前記湯口に前記送気口を接続するのが好ましい。【００１３】
前記鋳造方法において、前記搬送工程で、前記鋳型が受ける上下振動の加速度の絶対値を19.6 m/s2以下とするのが好ましい。【００１４】
前記鋳造方法において、前記搬送工程における前記送気口と前記湯口との接続による押し付けの反力を600 N以下とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、鋳造に必要な溶湯量を低減しつつ、品質良好な鋳造製品を大量に生産できる鋳造装置、及び前記鋳造装置を用いた鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の鋳造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の鋳造装置を、図1の状態から動作させた状態を示す模式図である。
【図３】本発明の鋳造装置を、図2の状態から動作させた状態を示す模式図である。
【図４】本発明の鋳造装置を、図3の状態から動作させた状態を示す模式図である。
【図５】本発明の鋳造装置を、図4の状態から動作させた状態を示す模式図である。
【図６】本発明の鋳造装置を、図5の状態から動作させた状態を示す模式図である。
【図７】本発明の鋳造装置を、図6の状態から動作させた状態を示す模式図である。
【図８】図1の鋳造装置を部分的に拡大して示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[1] 鋳造装置
以下、本発明の鋳造装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下説明する実施形態に限定されず、同一性の範囲内で適宜変形することが可能である。
【００１８】
(1)全体構成
本実施形態の鋳造装置は、図1に示すように、鋳型M1(M2)を使用して鋳造製品を製造する鋳造装置である。鋳型M1(M2)は、そのキャビティとして、湯口s1(s2)と、この湯口s1(s2)に連なる、湯道、押湯、堰などの不図示の非製品キャビティ部分と、鋳造製品を形成するための不図示の製品キャビティ部分とを有している。ガス送気鋳造法が適用される本実施形態の鋳造装置では、湯口s1(s2)と非製品キャビティ部分と製品キャビティ部分とを合わせたキャビティ全体の体積よりも少なく、製品キャビティ部分の体積以上の溶湯を湯口s1(s2)から注湯し、鋳造を行う。
【００１９】
前記鋳造装置は、湯口s1(s2)を介して注湯された溶湯を含む鋳型M1(M2)を搬送する鋳型搬送手段1と、湯口s1(s2)に着脱可能な送気口41a(42a)を下方端に有するノズル41(42)とを有している。このノズル41(42)は、ノズル着脱手段21b(22b)に接続されている。ノズル着脱手段21b(22b)は、移動手段21a(22a)に接続されており、鋳型搬送手段1で移動する鋳型M1(M2)の搬送方向に沿って、移動手段21a(22a)によって移動するように構成されている。前記ノズル41(42)には、その送気口41a(42a)から送気されるガスを供給するガス供給手段3が、送気管31(32)を介して接続されている。
【００２０】
本実施形態において、ノズル着脱手段21b(22b)及び移動手段21a(22a)は、ともに本体部21(22)に組み込まれている。ノズル41(42)、ノズル着脱手段21b(22b)及び移動手段21a(22a)は、これらの3つの構成要素を1組としたガス送気ユニット2a(2b)を構成している。本実施形態の鋳造装置では、このガス送気ユニット2a(2b)を2組(複数組)備えていおり、大量生産に好適な形態となっている。なお、図1では、鋳造装置に加え、鋳造装置が組み込まれた鋳造ラインの一部として、鋳造装置の上流側に設けられた注湯装置(注湯取鍋)Lを含む注湯エリアCを示している。図示は省略するが、通常、この鋳造ラインのさらに上流側には造型装置を備え、下流側には型ばらし装置等を備えている。
【００２１】
以下、本実施形態に係る鋳造装置の構成要素について詳述する。なお、2組のガス送気ユニット2a(2b)は、基本的に同一の構成であるので、図1において左側のガス送気ユニット2aの構成のみ説明し、右側のガス送気ユニット2bの説明は省略する。
【００２２】
(2)鋳型搬送手段
鋳型搬送手段1は、注湯エリアCにおいて注湯された溶湯を含む鋳型M1(M2)を、注湯エリアCから下流である後工程に向け搬送する。鋳型M1(M2)は、個別に搬送してもよいが、注湯が完了した後、M1、M2…の順で順次搬送することが大量生産の面からは好ましい。本実施形態の鋳型搬送手段1はローラコンベアであり、このローラコンベアを鋳型M1(M2)の搬送方向である水平方向に配し、鋳型M1(M2)をローラコンベア上に載置して順次搬送できるようにしている。鋳型搬送手段1は、不図示の制御手段に接続されており、この制御手段により、予め定めた搬送プロファイル(例えば、注湯後の時間経過と鋳型の位置及び移動速度との関係を示すプロファイル)に基づいて、鋳型M1(M2)を搬送できるようにしている。これにより、鋳型M1(M2)を、注湯エリアCの注湯位置に搬送して注湯し、ノズル41(42)の送気口41a(42a)を接続した後、所定の搬送速度で搬送できるようにしている。前記制御手段としては、例えば、CPU、メモリー及びI/Oを備えたコンピュータを使用することができる。
【００２３】
(3)ガス送気ユニット：ノズル、ノズル着脱手段及び移動手段
ガス送気ユニット2aは、ノズル41と、上下方向に移動するノズル着脱手段21b及び水平方向に移動する移動手段21aを有する本体部21とからなり、前記移動手段21aは、レール(案内部材)23に接続されている。ノズル着脱手段21bは、送気口41aを下方端に有するノズル41を支持している。レール23は、鋳型搬送手段1の上方に鋳型M1(M2)の搬送方向に沿って水平方向に配されていて、移動手段21aを、鋳型M1(M2)の搬送に追従して、水平方向に移動可能なように接続している。レール23は、移動手段21aと移動手段21bとが互いに干渉せずに移動できるように構成されている。ガス送気ユニット2aは、少なくともノズル41、ノズル着脱手段21b及び移動手段21aを備えていればよいが、必要に応じ、センサーその他の構成要素が組み込まれていてもよい。ノズル着脱手段21b及び移動手段21aのうちの1手段以上、又はノズル41を含むガス送気ユニット2a全体を多軸多関節ロボット等で構成してもよい。
【００２４】
ノズル41は、その下方端に配置された送気口41aを鋳型M1(M2)の湯口s1(s2)に接続して、鋳型M1(M2)のキャビティにガスを送気する。図1に示すように、ノズル41は、その送気口41aが湯口s1(s2)とほぼ同径であり、湯口s1(s2)に嵌合する形状を有している。しかしながら、ノズル41の形状は、湯口s1(s2)に接続可能で鋳型M1(M2)のキャビティ内にガスを漏れなく送気できる形状であれば特に限定されない。例えば、送気口41aに、湯口s1(s2)の開口を覆う蓋形状のフランジ部材を設けて鋳型M1(M2)に押し付け可能に構成してもよいし、またノズル41の外側部を送気口41aに向かって先細りのテーパ形状にして湯口s1(s2)への嵌合と押し付けの両方が可能に構成してもよい。
【００２５】
移動手段21a及びノズル着脱手段21bは、これらに接続された不図示の制御手段により、移動手段21aについては水平方向の移動、ノズル着脱手段21bについては上下方向の移動(昇降)が制御される。すなわち、制御手段は、レール23に沿った移動手段21aの水平移動時の位置及び移動速度を制御することができ、またノズル着脱手段21bの上下方向の位置及び昇降速度を制御することができる。このように移動手段21aの移動及びノズル着脱手段21bの昇降を制御することにより、注湯した鋳型M1(M2)の湯口s1(s2)にノズル41の送気口41aを接続し、搬送される鋳型M1(M2)にノズル41を追従移動させた後、湯口s1(s2)に接続した送気口41aの接続を解除するといった一連の動作を可能にする。
【００２６】
移動手段21a及びノズル着脱手段21bの移動及び昇降制御について、さらに詳細に説明する。移動手段21a及びノズル着脱手段21bに接続された制御手段は、鋳型搬送手段1の搬送プロファイルと、搬送される鋳型M1(M2)における湯口s1(s2)の位置データに基づいて、移動手段21a及びノズル着脱手段21bを制御することができ、ノズル着脱手段21bに支持されているノズル41の送気口41aを、所定のタイミングで鋳型M1(M2)の湯口s1(s2)に接続できるようにする。このように制御することにより、ノズル41の送気口41aを、注湯した鋳型M1(M2)の湯口s1(s2)に正確に接続できる。
【００２７】
ノズル着脱手段21bの昇降は、ノズル41と鋳型M1(M2)又は湯口s1(s2)との押し付けの反力が所定の値となるように構成されていることが好ましい。押し付けの反力が過大の場合にはノズル41又は湯口s1(s2)が損傷し、ガス漏れが発生して鋳型M1(M2)のキャビティ内へ十分な圧力で送気できなくなる虞があり、一方、押し付け反力が過小の場合、ノズル41の送気口41aが湯口s1(s2)から外れやすくなって、ガス漏れが発生して鋳型M1(M2)のキャビティ内へ十分な圧力で送気できなくなる虞がある。
【００２８】
なお、鋳型搬送手段1で搬送中の鋳型M1(M2)の位置情報に基づいて、移動手段21a及びノズル着脱手段21bの移動を制御できるように、制御手段を構成するのが好ましい。これにより、湯口s1(s2)に送気口41aが接続された状態をより好適に維持しつつノズル着脱手段21bにより支持されたノズル41を、搬送される鋳型M1(M2)に追従移動させることができる。その結果、鋳型M1(M2)の加減速により送気口41aに慣性力が働いても、送気口41aを湯口s1(s2)からずれにくくすることができ、ガス漏れによる鋳型M1(M2)のキャビティ内の圧力低下を抑制することができる。
【００２９】
ここで、搬送中の鋳型M1、M2…の位置情報として、前記したように鋳型搬送装置1の搬送プロファイルを用いてオープンな制御にすると、搬送プロファイルにおける鋳型M1(M2)の位置と、搬送される鋳型M1(M2)の実際の位置との間にずれが生じ、鋳型M1(M2)に、ノズル41を追従して移動させることが困難になることがある。このため、搬送中の鋳型M1(M2)の位置情報として、搬送される鋳型M1(M2)の実際の位置を測定した情報である実測位置情報を用い、この実測位置情報をフィードバックしながら移動手段21aの移動をクローズドに制御するのが好ましい。
【００３０】
鋳型M1(M2)の実測位置情報としては、例えば、搬送される鋳型M1(M2)と鋳型搬送手段1の特定の位置との位置関係を実測した実測値を用いることができる。しかしながら、測長距離を短くして、鋳造装置周りの粉塵や発煙の影響を小さくするためには、搬送される鋳型M1(M2)と移動手段21aとの位置関係を実測した実測値を用いるのがより好ましい。このようにすることで、より正確に、鋳型M1(M2)の実測位置情報を取得することができる。なお、実測位置情報の取得手段は特に限定されないが、例えば移動手段21aに、鋳型位置測定手段としてレーザ式測長機器を設けて鋳型M1(M2)までの距離を測定することにより、取得することができる。
【００３１】
実測位置情報として、搬送される鋳型M1(M2)と移動手段21aとの間の位置関係(距離)を用いる場合、移動する移動手段21aと鋳型M1(M2)との位置関係が、予め設定した範囲内に維持されるように移動手段21aの移動速度を調整するよう制御手段を構成することが望ましい。前記した移動手段21aの移動速度の制御は、実測位置情報を入力情報として、通常のPID制御により調整してもよい。
【００３２】
なお、図8に示すように、ノズル着脱手段21bは、鋳型搬送手段1による鋳型M1(M2)の搬送方向(本実施形態では水平方向)に沿って弾性的に変位可能な自在継手4を介してノズル41を支持するのが好ましい。自在継手4は、鋳型M1(M2)の搬送方向前後に弾性変形する弾性体4aを有し、ノズル41を、鋳型M1(M2)の搬送方向前後に、わずかに振れ移動できるようにしている。これにより、鋳型M1(M2)の搬送の加減速により、ノズル41の追従移動が不十分となり追従差が生じた場合でも、自在継手4が含む弾性体4aの変形により、前記追従差を吸収することができ、ノズル41の送気口41aと湯口s1(s2)との間に隙間を生じにくくして、ガス漏れの発生を抑制することができる。
【００３３】
前述したように、弾性的に変位可能な自在継手4を介してノズル41を支持する形態とする場合は、図8に示すように、ノズル着脱手段21bに取付けられ、前記自在継手によるノズル41の位置の搬送方向の変位を検出することのできるノズル位置検出手段6を有し、ノズル位置検出手段6で検出されたノズル41の位置が、設定された基準値に対して一定の範囲内となるよう、移動手段21aの移動を制御するよう構成されているのがさらに好ましい。これにより、湯口s1(s2)にノズル送気口41aが接続されているときは、鋳型M1(M2)自体の実測位置情報の代わりに、ノズル位置検出手段6で検出されるノズル41の実測位置情報を用いて、図1に示す移動手段21aの移動速度を調整することができる。
【００３４】
不図示の造型装置による鋳型M1(M2)を造型する工程のバラツキのため、鋳型M1(M2)における湯口s1(s2)の開口位置は厳密に同一の位置には形成されない場合があるが、このような構成にすることによって、鋳型造型で生じる湯口s1(s2)の開口位置のバラツキに由来する送気ノズル41の接続位置のずれをキャンセルすることができる。また、この構成は測長距離を最も短くできる形態の一つであり、鋳造装置周りの粉塵や発煙の影響を小さくできるので、ノズル位置検出手段6として高い測長精度を確保できる。これらの効果により、鋳型搬送中においてノズル41の送気口41aと湯口s1(s2)との間に隙間を生じにくくする効果を高めることができ、ガス漏れの発生をさらに抑制することができる。
【００３５】
以上の構成によってノズル41の実測位置情報を用いて移動手段21の移動速度を調整する形態は、前記した鋳型M1(M2)自体の搬送プロファイルや実測位置情報に基づいて移動手段21sの移動速度を調整する形態と併用してもよい。これにより、鋳型搬送中におけるノズル41の送気口41aと湯口s1(s2)との間に隙間を生じにくくする効果がさらに高まるので、鋳型搬送の速さを増加させて製造タクトを短縮することが可能となる。
【００３６】
(4)ガス供給手段
ガス供給手段3は、ノズル41(42)の送気口41a(42a)を通じてガスを鋳型M1(M2)のキャビティ内に送るように構成されている。具体的には、ガス供給手段3は、送気管31(32)を介してノズル41(42)に接続されており、ガス供給手段3から供給されたガスが、送気管31(32)を通じてノズル41(42)へ送られ、送気口41a(42a)から鋳型M1(M2)のキャビティ内に送気されるようにしている。ガス供給手段3は、ガスの送気により鋳型M1(M2)のキャビティ内に発生する圧力(動圧)を調整しつつガスを送気できるものが好ましく、例えばガス発生源としてはコンプレッサや圧力タンクを用い、送気管31(32)に流量調整弁や圧力調整弁などを介在させて構成される。送気されるガスとしては、酸化性ガスや非酸化性ガスなど特段限定されないが、空気を用いることが低コスト化のためには有利である。
【００３７】
本発明の鋳造装置は、前記ガス送気ユニット2aを1組のみで構成しても、本発明の作用効果を奏することができるが、鋳造製品を大量生産するという面からは、本実施形態のように、ガス送気ユニット2a及び2bのように2組(複数組)備えているのが好ましい。このように複数組のガス送気ユニットを備えることにより、鋳型搬送手段1により、順次搬送される複数の鋳型M1、M2、…に対し、複数組(本実施形態では2組)のガス送気ユニット2a及び2bを、順次搬送される鋳型M1、M2、…ごとに順次1組ずつ作動するよう構成することができるので好ましい。後述の、本発明の鋳造装置を用いた鋳造方法については、ガス送気ユニット2a及び2bを2組有する本実施形態の鋳造装置を例として説明する。
【００３８】
(5)その他の構成
加えて、鋳造装置において、湯口s1(s2)を通じ鋳型M1(M2)のキャビティへ注湯された後の溶湯の湯面の降下度を検出する湯面検出手段5を有し、湯面検出手段5により検出された湯面の降下度が閾値を超えた場合に、ノズル41(42)の送気口41a(42a)が湯口s1(s2)に接続されるよう構成されているのが好ましい(図8を参照)。このように湯面検出手段5を有することにより、キャビティに注湯された溶湯の停滞を防止し、溶湯停滞にともない発生する湯廻り不良等を抑制することができる。前記湯面検出手段5は、ノズル着脱手段21b(22b)が接続された制御手段に接続されており、例えばレーザ式測長機器や撮像機器である光学式又は感熱式のカメラにより構成することができる。湯面検出手段5が検出する湯面の降下度は、レーザ式測長機器を用いる場合には、前記レーザ式測長機器から湯面までの距離を測定して降下度を見積もることができ、カメラを用いる場合には、湯面の面積を測定して降下度を見積もることができる。なお、前記湯面とは、湯口s1(s2)を通じ鋳型M1(M2)のキャビティに注湯された後の溶湯の露出した上面のことを指す。
【００３９】
[2] 鋳造方法
次に、前記した本実施形態の鋳造装置を用いた鋳造方法、すなわち、湯口を有する鋳型を使用して鋳造製品を製造する本発明の鋳造方法について説明する。本発明の鋳造方法は、溶湯を注湯した後の鋳型の湯口に送気口を接続する接続工程と、前記送気口を介して鋳型内にガスを送気しつつ前記送気口を接続したまま鋳型を搬送する搬送工程と、前記送気口と湯口との接続を解除する解除工程とを有し、前記搬送工程において、前記湯口への前記送気口の接続を維持しつつ搬送される鋳型に前記送気口を追従して移動させる鋳造方法である。以下詳細に説明する。
【００４０】
まず、図1に示すように、鋳型搬送手段1により、鋳型M1を、注湯エリアCの注湯位置に移動する。そして、ガス送気ユニット2aの移動手段21aを、レール23に沿って上流側へ移動し、ノズル着脱手段21bに支持されているノズル41を、鋳型M1の上方まで移動する。
【００４１】
次に、図2に示すように、注湯エリアCの注湯位置において、取鍋Lを傾動し、鋳型M1のキャビティ全体の体積より少なく製品キャビティ部分以上の体積の溶湯mを、湯口s1を介し取鍋Lから鋳型M1のキャビティ内に注ぎ込む。
【００４２】
次に、図3に示すように、ガス送気ユニット2aのノズル着脱手段21bを降下し、ノズル41の送気口41aを鋳型M1の湯口s1に接続する(接続工程)。そして、送気口41aを介して、ガス供給手段3から鋳型M1のキャビティ内にガスを送気し、前記キャビティ内の圧力(動圧)を上昇させる。これにより、鋳型M1のキャビティ内に注ぎ込んだ溶湯mが、鋳型M1において鋳造製品となる製品キャビティ部分にガスで押し込まれる。ガスの送気と並行して、送気口41aを湯口s1に接続した後、ノズル着脱手段21bに設けた鋳型位置測定手段である不図示のレーザ測長機器により、ノズル着脱手段21bと鋳型M1との距離の測定を開始し、送気口41aを湯口s1に接続している間、この測定を継続する。
【００４３】
次に、図4に示すように、鋳型搬送手段1により、鋳型M1を注湯位置から下流に向け搬送しつつ、ガス送気ユニット2aの移動手段21aを、鋳型M1とともに下流側へ移動する。その際、レーザ測長装置(鋳型位置測定手段)による実測値が、予め定めた値(例えば、鋳型を搬送させる直前の実測値、すなわち、送気口41aを湯口s1に接続した際の実測値)に対し一定の範囲内に維持されるよう、移動手段21aを制御し、その移動速度を調整する。これにより、移動手段21aを鋳型M1に追従して移動させることができ、ノズル昇降手段21bを介して移動手段21aに支持されている送気口41aと湯口s1との接続とガスの送気を維持しつつ送気口41aを移動することができる(搬送工程)。その結果、鋳型M1の加減速により送気口41aに慣性力が働いても、送気口41aを湯口s1からずれにくくすることができ、ガス漏れの発生を抑制してキャビティ内の圧力の低下を回避することができる。
【００４４】
前記搬送工程では、鋳型M1が受ける上下振動の加速度の絶対値を19.6 m/s2以下とするのが好ましい。前記加速度の絶対値は、好ましくは9.8 m/s2以下、より好ましくは4.9 m/s2以下、最も好ましくは2.0m/s2以下である。すなわち、鋳型M1が受ける上下方向の搬送衝撃を小さくすることによって、送気口41aが湯口s1から外れにくくなり、ガス漏れの発生をさらに抑制してキャビティ内の圧力低下をより確実に回避することができる。鋳型M1が受ける上下振動を低減させるためには、鋳型搬送手段1を十分に剛性の高い構造とする、搬送プロファイルを適切に設定するなどの方法を用いることができる。
【００４５】
前記搬送工程におけるノズル41の送気口41aと湯口s1との接続時の押し付けの反力は600 N以下になるようにする。600 Nを超えると鋳型M1又はノズル41が損傷する虞が大きくなる。好ましくは500 N以下である。前記押し付けの反力の下限値は特に定めないが、ノズル41から湯口s1にガスが送気されるときの反力に優る程度にノズル41が押し付けられていればよく、例えば50 Nが選択できる。また前述のように、鋳型M1が受ける上下振動の加速度の絶対値を小さくすると送気口41aが湯口s1から外れにくくなるので、これと併用すると押し付けの反力の上限値をさらに小さくできて好ましい。例えば、鋳型M1が受ける上下振動の加速度の絶対値が19.6 m/s2以下であると、押し付けの反力の上限値として360 N、2.0 m/s2以下であると250 Nが選択できる。
【００４６】
前記のように鋳型M1のキャビティへの注湯を完了し、ガス送気ユニット2aの移動手段21aを鋳型M1に追従させることにより送気口41aの湯口s1との接続と鋳型M1のキャビティ内へのガスの送気とを維持しつつ、鋳型M1を下流側に搬送する。そして鋳型M1が注湯エリアCから脱した後、図4に示すように、鋳型M1の後方(上流側)で待機していた鋳型M2を、鋳型搬送手段1により所定のタイミングで注湯エリアCの注湯位置に搬送する。そして、ガス送気ユニット2bの移動手段22aを、所定のタイミングでレール23に沿って上流側へ移動し、ノズル着脱手段22bに支持されているノズル42の送気口42aを、鋳型M2の上方まで移動する。
【００４７】
次に、図5に示すように、鋳型搬送手段1により、引き続き鋳型M1を下流に搬送しつつ、ガス送気ユニット2aの移動手段21aを、鋳型M1に追従して移動させて鋳型1のキャビティ内へのガスの送気を継続する。この鋳型M1の移動と並行して、注湯エリアCの注湯位置において、取鍋Lを傾動し、鋳型M2のキャビティ全体の体積より少なく製品キャビティ部分以上の体積の溶湯mを、取鍋Lから鋳型M2のキャビティ内に注ぎ込む。
【００４８】
次に、図6に示すように、鋳型搬送手段1により、所定の位置で鋳型M1の搬送を停止する。そして、鋳型M1の製品キャビティ部分を含む所望のキャビティに充填された溶湯が逆流しなくなる程度にまで溶湯の流動性が低下したタイミングで、ガス送気ユニット2aのノズル着脱手段21bを上昇し、ノズル41を鋳型M1から引抜き、送気口41aと湯口s1との接続を解除する(解除工程)。ガス供給手段3からのガスの送気は、接続を解除するタイミングで停止してもよいが、鋳型M1の製品キャビティ部分を含む所望のキャビティに充填された溶湯が逆流しなくなる程度にまで溶湯の流動性が低下したタイミングで、先にガスの送気を停止し、その後に送気口41aと湯口s1との接続を解除してもよい。その後、鋳型M1は、鋳型搬送手段1により搬送され、下流工程に払い出される(図7参照)。
【００４９】
なお、前記解除工程は、送気されたガスにより溶湯が製品キャビティ部分を含む所望のキャビティに充填された後であればいつでも実施することができ、また鋳型M1の搬送中であっても鋳型M1を停止させず実施してよい。しかしながら、前記のようにガスによる溶湯の充填が完了した後においても、鋳型M1の製品キャビティ部分を含む所望のキャビティに充填された溶湯が冷却され、少なくとも逆流しない程度に流動性が低下するまでは送気口41aから鋳型M1のキャビティ内へのガスの送気を継続し、その後に解除工程を実施することが、溶湯の逆流により発生する欠肉などの製品不良を抑制する点で望ましい。
【００５０】
図6に示すように、ガス送気ユニット2bのノズル着脱手段22bを降下し、ノズル42の送気口42aを鋳型M2の湯口s2に接続する(接続工程)。そして、前記送気口42aを介して、ガス供給手段3から鋳型M2のキャビティ内にガスを送気し、鋳型M2のキャビティ内を加圧する。これにより、鋳型M2に注湯した溶湯mを、鋳型M2の製品キャビティ部分に充填する。これと並行して、送気口42aを湯口s2に接続した後、ノズル着脱手段22bに設けた鋳型位置測定手段である不図示のレーザ測長機器により、ノズル着脱手段22bと鋳型M2の距離の測定を開始し、送気口42aを湯口s2に接続している間、この測定を継続する。そして、図7に示すように、鋳型M2でも、前述の鋳型M1と同様に、前記接続工程後、搬送工程及び解除工程が実施される。さらに、鋳型M2に続き搬送される鋳型M3についてはガス送気ユニット2aにより、鋳型M3に続き搬送される鋳型M4についてはガス送気ユニット2bにより、前述した接続工程、搬送工程及び解除工程が繰り返し実行される。
【００５１】
前述したように、本発明の鋳造方法は、図1から図7を参照して説明した接続工程、搬送工程及び解除工程を、順次搬送される鋳型M1、M2、…ごとに繰り返すことにより、注湯と搬送とを連続して行う鋳造方法である。すなわち、本発明の鋳造方法は、注湯した鋳型を注湯エリアから順次搬送する鋳造方法にガス送気鋳造法を適用したものであり、ガス送気鋳造法を、鋳造に必要な溶湯量を低減しつつ、品質良好な鋳造製品を大量生産できる鋳造方法にすることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態である鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法について説明してきたが、本発明は前記実施形態の鋳造装置、又は前記実施形態の鋳造装置を用いた鋳造方法に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術範囲に基づき、構成を変更することが可能である。例えば、鋳型M1、M2…の動きと、2組のガス送気ユニット2a及び2bの動きを、変更してもよい。
【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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【国際調査報告】
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