(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を入れたるつぼの上方に鋳型を配置し、該鋳型のキャビティ内をポンプで減圧して該キャビティ内に上記るつぼ内の溶湯を湯道を介して吸引し充填する減圧鋳造装置において、
上記鋳型のキャビティと湯道との間を開閉する湯道ゲートと、
鋳型のキャビティ内を減圧するキャビティ用ポンプとは別に、上記湯道内を吸引通路を介して減圧する湯道用ポンプと、
上記湯道ゲートの付近にまで溶湯が湯道内を上昇するように上記湯道用ポンプによる湯道内の減圧量を調整する減圧量調整手段とを備え、
上記減圧量調整手段は、湯道用ポンプと湯道との間の吸引通路に設けられた減圧タンクと、上記吸引通路における減圧タンクよりも湯道寄りの位置に設けられた第１の開閉弁と、上記吸引通路における減圧タンクよりもポンプ寄りの位置に設けられた第２の開閉弁とを有していることを特徴とする減圧鋳造装置。
【請求項２】
上記第１および第２の開閉弁は、それらの開閉が制御手段により自動制御されるように設けられており、該制御手段は、減圧タンク内の圧力を検出する圧力センサの信号を受けつつ該減圧タンク内の圧力を所定圧にするように上記両開閉弁を制御する請求項１記載の減圧鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋳型のキャビティ内をポンプで減圧して該キャビティ内に溶湯を吸引し充填する減圧鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、このような減圧鋳造装置として、例えば特開平２−１２７９５８号公報に開示されるように、溶湯を入れたるつぼの上方に鋳型を配置し、該鋳型のキャビティ内を減圧ポンプで減圧して該キャビティ内に上記るつぼ内の溶湯を湯道を介して吸引し充填し、凝固させるようにしたものは知られている。尚、上記例示の公報には、るつぼを保持炉内に入れて密閉するとともに、該保持炉内を、キャビティ用減圧ポンプとは別の減圧ポンプで減圧することにより、溶湯の脱ガスを行うことが開示されている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
ところが、上記従来の減圧鋳造装置では、一つの減圧ポンプでもってるつぼ内から溶湯を湯道内に吸引充填した上に鋳型のキャビティ内に吸引充填しなければならないため、その吸引効率が悪く、吸引充填に要する時間ひいては鋳造時間が長くなるという問題がある。また、鋳型のキャビティ内に充填された溶湯を凝固する間湯道内の溶湯は空気に晒されて酸化等を起こし易くなり、鋳造欠陥を生じる虞もある。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、るつぼ内の溶湯を湯道を介して鋳型のキャビティ内に吸引充填する当り、るつぼ内から湯道内への溶湯の吸引充填と、湯道内からキャビティ内への溶湯の吸引充填とを別々に行うことにより、吸引効率を高めて吸引充填時間ひいては鋳造時間の短縮化を図るとともに、鋳型のキャビティ内に充填された溶湯を凝固する間湯道内の溶湯をるつぼ内に戻して、溶湯の酸化を抑制して鋳造欠陥の発生を防止し得る減圧鋳造装置を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、溶湯を入れたるつぼの上方に鋳型を配置し、該鋳型のキャビティ内をポンプで減圧して該キャビティ内に上記るつぼ内の溶湯を湯道を介して吸引し充填する減圧鋳造装置において、上記鋳型のキャビティと湯道との間を開閉する湯道ゲートと、鋳型のキャビティ内を減圧するキャビティ用ポンプとは別に、上記湯道内を吸引通路を介して減圧する湯道用ポンプと、上記湯道ゲートの付近にまで溶湯が湯道内を上昇するように上記湯道用ポンプによる湯道内の減圧量を調整する減圧量調整手段とを備え、該減圧量調整手段は、湯道用ポンプと湯道との間の吸引通路に設けられた減圧タンクと、上記吸引通路における減圧タンクよりも湯道寄りの位置に設けられた第１の開閉弁と、上記吸引通路における減圧タンクよりもポンプ寄りの位置に設けられた第２の開閉弁とを有する構成とする。
【０００６】
請求項２に係わる発明は、請求項１記載の減圧鋳造装置において、上記第１および第２の開閉弁の開閉を自動制御するものである。すなわち、上記第１および第２の開閉弁は、それらの開閉が制御手段により自動制御されるように設けられている。また該制御手段は、減圧タンク内の圧力を検出する圧力センサの信号を受けつつ該減圧タンク内の圧力を所定圧にするように上記両開閉弁を制御する。
【０００７】
【作用】
上記の構成により、請求項１に係わる発明では、鋳造時には、先ず、湯道ゲートを閉じて湯道内と鋳型のキャビティ内とを遮断した後、キャビティ用ポンプにより鋳型のキャビティ内を減圧する。続いて、湯道用ポンプにより吸引通路を介して湯道内を減圧するとともに、その減圧量を減圧量調整手段により調整して、るつぼ内から溶湯を湯道内の湯道ゲート付近にまで上昇させる。その際、湯道内の減圧量は減圧量調整手段により調整されているため、溶湯が吸引通路内に吸引されることはなく、溶湯により吸引通路が目詰りを生じることもない。次に、上記湯道ゲートを開けると湯道内の溶湯がキャビティ内に直ちに吸引されて該キャビティ内を素早く充填するようになる。その後、湯道ゲートを閉じるとともに、減圧量調整手段による減圧量の調整等により湯道内の溶湯をるつぼ内に戻す。この状態において、キャビティ内の溶湯を凝固させる。これにより、溶湯の吸引充填時間ひいては鋳造時間が短くなり、また、従来の如くキャビティ内の溶湯を凝固する間に湯道内の溶湯が空気に晒されて酸化等を起こすこともない。
【０００８】
そして、減圧量調整手段による湯道内の減圧量の調整は次のように行われる。すなわち、先ず、湯道寄りの第１の開閉弁を閉じ、ポンプ寄りの第２の開閉弁を開けて、湯道用ポンプにより減圧タンク内の圧力を所定圧にまで減圧する。しかる後、上記第２の開閉弁を閉じ、上記第１の開閉弁を開けると、湯道内の空気が吸引通路を通して減圧タンク内に吸引され、それに伴いるつぼ内から溶湯が湯道内の湯道ゲート付近にまで上昇する。
【０００９】
請求項２に係わる発明では、上記第１および第２の開閉弁の開閉が制御手段により自動制御され、減圧タンク内の圧力は、圧力センサで検査しつつ所定圧に確実に減圧される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例に係わる減圧鋳造装置を示し、１は溶湯を入れたるつぼ、２は該るつぼ１の上方に配置された鋳型であって、該鋳型２は、上型２ａと下型２ｂとからなり、その両型２ａ，２ｂの合せ面にキャビティ３を有している。上記キャビティ３は、るつぼ１内の溶湯が吸引可能となるように湯道４を介してるつぼ１に連通されており、湯道４は、下型２ｂに形成された湯道孔５と、該湯道孔５の開口部に対応して下型２ｂに取付けられかつるつぼ１内に垂下する湯道管６とにより形成されている。また、キャビティ３は、鋳型２（上型２ａと下型２ｂ）の合せ面に沿って形成された吸引細孔７及び上型２ａに形成された吸引孔８等を介してキャビティ用減圧ポンプ９に連通され、該減圧ポンプ９でキャビティ３内を減圧して該キャビティ３内にるつぼ１内の溶湯を湯道４を介して吸引し充填するように構成されている。上記吸引孔８内には、溶湯の減圧ポンプ９側への流入を阻止するためのフィルター１０が設けられ、該フィルター１０は、メッシュタイプ又はスリットタイプのもので、空気を通し溶湯を遮断する特性を有している。
【００１２】
上記鋳型２には、そのキャビティ３と湯道４（湯道孔５）との間の連通状態を開閉する湯道ゲート１１が設けられ、該湯道ゲート１１は、油圧シリンダ１２のピストンロッド１２ａに連結されている。そして、油圧シリンダ１２のピストンロッド１２ａが下降すると湯道ゲート１１がキャビティ３と湯道４との間を閉じる一方、油圧シリンダ１２のピストンロッド１２ａが上昇すると湯道ゲート１１がキャビティ３と湯道４との間を開くようになっている。
【００１３】
上記湯道ゲート１１には、一端が湯道４に面して開口する連通路１３が形成され、該連通路１３の他端は吸引通路１４を介して湯道用減圧ポンプ１５に連通されており、該減圧ポンプ１５は、上記キャビティ用減圧ポンプ９とは別に、上記湯道４内を減圧するためのものである。上記連通路１３内には、溶湯の吸引通路１４及び減圧ポンプ９への流入を阻止するためのフィルター１６が設けられ、該フィルター１６は、上記フィルター１０と同様、空気を通し溶湯を遮断する特性を有している。また、上記吸引通路１４には、上記湯道ゲート１１の付近にまで溶湯が湯道４内を上昇するように上記湯道用減圧ポンプ１５による湯道４内の減圧量を調整する減圧量調整手段２１が設けられている。
【００１４】
上記減圧量調整手段２１は、吸引通路１４に分岐通路２２を介して接続された減圧タンク２３と、吸引通路１４における減圧タンク２３よりも湯道４寄りの位置に設けられた第１の開閉弁２４と、吸引通路１４における減圧タンク２３よりも減圧ポンプ１５寄りの位置に設けられた第２の開閉弁２５と、減圧タンク２３を大気に開放するための第３の開閉弁２６とを有している。上記第１〜第３の開閉弁２４〜２６はいずれも電磁弁からなり、それらの開閉は、図２に示すように、制御手段としてのコントロールユニット３１により自動制御される。
【００１５】
さらに、３２はるつぼ１内の湯面高さ（詳しくは湯道管６の下端からの高さ）Ｈを検出する湯面センサ、３３は減圧タンク２３内の圧力を検出する圧力センサであり、上記両センサ３２，３３の検出信号は上記コントロールユニット３１に入力される。該コントロールユニット３１は、各センサ３２，３３からの入力信号に対しノイズの除去や信号増幅等の処理を行う入力信号処理部３４と、該処理部３４で処理された入力信号に基づいて所定の演算を行いかつ制御信号を出力するＣＰＵ３５と、該ＣＰＵ３５からの出力信号に対しノイズの除去や信号増幅等の処理を行う出力信号処理部３６とを有し、該出力信号処理部３６から出力する制御信号により第１〜第３の開閉弁２４〜２６、油圧シリンダ１２、湯道用減圧ポンプ１５及びキャビティ用減圧ポンプ９をそれぞれ制御するようになっている。
【００１６】
上記コントロールユニット３１による制御、特に鋳型２のキャビティ３内にるつぼ１内の溶湯を湯道４を介して吸引して充填する場合の制御は、図３に示すフローチャートに従って行われる。以下、この制御内容について説明する。
【００１７】
今、初期状態として、図１に示すように、鋳型２の上型２ａと下型２ｂとが型締めされているとともに、油圧シリンダ１２のピストンロッド１２ａが下降して湯道ゲート１１が閉じられている。また、第１〜第３の開閉弁２４〜２６は全て開かれており、湯道用減圧ポンプ１５は停止している。一方、キャビティ用減圧ポンプ９は作動して鋳型２のキャビティ３内が所定圧（１０-2ton 以下）に減圧されている。
【００１８】
そして、このような初期状態からスタートした後、先ず、ステップＳ1 で湯面センサ３２によりるつぼ１内の湯面高さＨを検出し、ステップＳ2 で湯道４内の減圧量Ｐ1 及び減圧タンク２３内の減圧量Ｐ0 を算出する。ここで、湯道４内の減圧量Ｐ1 は、るつぼ１内の溶湯を湯道４に沿って湯道ゲート１１に接触する手前の位置にまで上昇させるための減圧量であって、るつぼ１内の湯面から湯道ゲート１１までの垂直長さをＬ、溶湯の比重をρとすると、下記の式
Ｐ1 ＝ρＬ
により算出される。尚、湯道４内を溶湯が上昇するに伴い、るつぼ１内の湯面は降下するが、その降下量は、るつぼ１の形状から湯面高さＨの関数として予め入力されている。
【００１９】
また、減圧タンク２３内の減圧量Ｐ0 は、湯道４内の減圧量Ｐ1 と同じく、るつぼ１内の溶湯を湯道４に沿って湯道ゲート１１に接触する手前の位置にまで上昇させるための減圧量であって、上記湯道４内の減圧量Ｐ1 の関数式として、下記の式
Ｐ0 ＝｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／Ｖ2 ｝×Ｐ1 −｛（Ｖ0 ＋Ｖ1 ）／Ｖ2 ｝×Ｐ2 により算出される。但し、Ｐ2 は大気圧、Ｖ0 は湯道４内の湯面から湯道ゲート１１位置までの容積、Ｖ1 は湯道ゲート１１の連通路１３の容積と吸引通路１４内のゲート側端から第１の開閉弁２４までの容積との和、Ｖ2 は吸引通路１４内の第１の開閉弁２４と第２の開閉弁２５との間の容積と分岐通路２２内の容積と減圧タンク２３内の容積との和である。
【００２０】
続いて、ステップＳ3 で第１の開閉弁２４を閉じ、第２の開閉弁２５を開き、第３の開閉弁２６を閉じた後、ステップＳ4 で湯道用減圧ポンプ１５を始動して減圧タンク２３内を減圧する。そして、ステップＳ5 で圧力センサ３３により減圧タンク２３内の圧力Ｐを検出し、ステップＳ6 で減圧タンク２３内の圧力Ｐが上記減圧量Ｐ0 にまで減少するのを待つ。
【００２１】
そして、減圧タンク２３内の圧力Ｐが減圧量Ｐ0 になったとき、ステップＳ7 で第２の開閉弁２５を閉じた後、第１の開閉弁２４を開く。すると、減圧タンク２３内の負圧によってるつぼ１内の溶湯が湯道４に沿って湯道ゲート１１に接触する手前の位置にまで上昇する。その際、湯面センサ３２で湯面高さＨを継続的に検出するとともに、該湯面高さＨを時間微分して変化率（ｄＨ／ｄｔ）を算出する。
【００２２】
そして、ステップＳ9 で溶湯が湯道ゲート１１に接触する手前の位置にまで上昇して停止し、湯面高さＨの変化率が零となるのを待つ。しかる後、ステップＳ10で油圧シリンダ１２のピストンロッド１２ａを上昇させて湯道ゲート１１を開ける。すると、キャビティ３内の負圧によって湯道４内の湯道ゲート１１付近にまで上昇している溶湯が直ちにキャビティ３内に吸引され、キャビティ３内を充填するようになる。その間湯道４内にはるつぼ１内から溶湯が新たに吸引され、るつぼ１内の湯面は次第に低下する。そして、ステップＳ11でキャビティ３内に溶湯が完全に充填され、湯面高さＨの変化率が零となるのを待つ。
【００２３】
しかる後、ステップＳ12で油圧シリンダ１２のピストンロッド１２ａを下降させて湯道ゲート１１を閉じる。続いて、ステップＳ13で第３の開閉弁２６を開くと、減圧タンク２３内並びにそれと吸引通路１４及び連通路１３を介して連通する湯道４内は大気に開放され、これにより、湯道４内の溶湯はるつぼ１内に戻される。以上によって、キャビティ３内に溶湯を吸引充填する一連の制御が終了する。尚、キャビティ３内に溶湯を充填した後、該キャビティ３内の溶湯を凝固させるとともに、鋳型２を型開きして鋳造品を取出すことが行われる。
【００２４】
このように、上記第１実施例の減圧鋳造装置においては、鋳型２のキャビティ３内にるつぼ１内の溶湯を湯道４を介して吸引充填する場合、予め湯道用減圧ポンプ１５により湯道４内を減圧してるつぼ１内の溶湯を湯道４に沿って湯道ゲート１１の手前位置にまで上昇させ、この状態で湯道ゲート１１を開けてキャビティ３内の負圧によって上記湯道４内から溶湯をキャビティ３内に吸引しているため、キャビティ３内に溶湯が完全に充填するまでの時間を、従来の如くるつぼ１内の溶湯を湯道４内に充填させてからキャビティ３内に吸引する場合と比べて大幅に短縮することができ、鋳造時間の短縮化に寄与することができる。
【００２５】
しかも、上記減圧ポンプ１５による湯道４内の減圧量は、減圧タンク２３と開閉弁２４〜２６とからなる減圧量調整手段２１により調整されているため、溶湯が湯道４内から湯道ゲート１１の連通路１３内及び吸引通路１４内に吸引されることはなく、溶湯により吸引通路１４等が目詰りを生じることもない。その上、上記連通路１３内に溶湯を遮断するフィルター１６が設けられているため、吸引通路１４等の目詰り防止をより確実に図ることができる。また、上記各開閉弁２４〜２６の開閉は、コントロールユニット３１により自動制御され、減圧タンク２３内の圧力は、圧力センサ３３で検査しつつ所定圧に確実に減圧されるので、鋳造作業の省人化に寄与することができるとともに、作動の信頼性を高めることができる。
【００２６】
さらに、キャビティ３内に溶湯を充填した後、その溶湯を凝固させる前に湯道４内の溶湯を一旦るつぼ１内に戻すことにより、従来の如くキャビティ３内の溶湯を凝固させる間に湯道４内の溶湯が空気に晒されて酸化等を起こすことはなく、鋳造欠陥の発生を防止することができる。
【００２７】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含するものである。例えば、上記実施例では、鋳型２の上型２ａと下型２ｂとの合せ面に吸引細孔７を、上記上型２ａに吸引孔８をそれぞれ形成し、これらの孔７，８を介して鋳型２のキャビティ３内を減圧ポンプ９で減圧する場合について述べたが、本発明は、鋳型２に、そのキャビティ３内とキャビティ用減圧ポンプ９との間を開閉する排気ゲートを設けたものにも同様に適用することができる。また、キャビティ３内に充填された溶湯を加圧して凝固させる加圧パンチを備える場合にも適用できるのは勿論である。
【００２８】
さらに、上記実施例では、鋳型２のキャビティ３内に溶湯を吸引充填し、湯道ゲート１１を閉じた後、第３開閉弁２６を開いて減圧タンク２３内及び湯道４内を大気に開放し、湯道４内の溶湯をるつぼ１内に戻すようにしたが、本発明は、上記第３開閉弁２６を設ける代りに、減圧タンク２３内の圧力を増圧する圧縮機等を設けて湯道４内の溶湯を積極的にるつぼ１内に戻したり、あるいは湯道用減圧ポンプの大気開放孔を用いて湯道４内を大気に開放して該湯道４内の溶湯をるつぼ１内に戻すように構成してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の減圧鋳造装置によれば、るつぼ内から湯道内への溶湯の吸引充填と、湯道内からキャビティ内への溶湯の吸引充填とを各々別々のポンプで行うことにより、各ポンプの吸引効率を高めて溶湯の吸引充填時間ひいては鋳造時間を短縮することができる。また、キャビティ内の溶湯を凝固させる間湯道内の溶湯をるつぼ内に戻すことができるので、溶湯の酸化等を抑制して鋳造欠陥の発生を防止することができる。しかも、湯道用ポンプによる湯道内の減圧量は、溶湯が湯道内の湯道ゲート付近にまで上昇するように減圧量調整手段により調整されているため、溶湯が吸引通路内に吸引されることはなく、溶湯による吸引通路の目詰りを防止することができる。
【００３０】
特に、減圧量調整手段が減圧タンクと一対の開閉弁とを有し、湯道内の減圧量を所定圧に確実に調整することができるので、溶湯による吸引通路の目詰りを確実に防止できる。
【００３１】
また、請求項２に係わる発明によれば、上記一対の開閉弁の開閉が自動制御され、減圧タンク内の圧力が、圧力センサで検査しつつ所定圧に確実に減圧されるので、湯道内の減圧量を所定圧により確実に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる減圧鋳造装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】同装置の制御系のブロック構成図である。
【図３】鋳型のキャビティ内にるつぼ内の溶湯を湯道を介して吸引して充填する場合の制御のフローチャート図である。
【符号の説明】
１              るつぼ
２              鋳型
３              キャビティ
４              湯道
９              キャビティ用減圧ポンプ
１１              湯道ゲート
１３              連通路
１４              吸引通路
１５              湯道用減圧ポンプ
１６              フィルター
２１              減圧量調整手段
２３              減圧タンク
２４              第１の開閉弁
２５              第２の開閉弁
３１              コントロールユニット（制御手段）
３３              圧力センサ
【図１】
0003567511.tif 000002
【図２】
0003567511.tif 000003
【図３】
0003567511.tif 000004