(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に鋳造品の外形に沿う形状のキャビティを有する鋳造用金型と、該鋳造用金型の下方に設けられ溶湯を加温保持する保持炉と、該保持炉内の溶湯を該キャビティに案内する案内手段とを備え、該保持炉に気体を導入して該溶湯の液面を加圧することにより、該溶湯を該案内手段を介して該キャビティに充填する低圧鋳造装置において、
該保持炉は、金属製ケーシングと、該金属製ケーシング内に収容された炉本体と、該金属製ケーシングと該炉本体との間に配設され空孔構造を有する耐火層とを備え、
該炉本体に該溶湯を加圧する気体を供給する第１の気体供給手段と、該耐火層に気体を供給する第２の気体供給手段とを備えることを特徴とする低圧鋳造装置。
【請求項２】
請求項１記載の低圧鋳造装置において、前記第２の気体供給手段を複数備えることを特徴とする低圧鋳造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の低圧鋳造装置において、前記第１の気体供給手段と前記第２の気体供給手段とは、それぞれ独立の気体供給源を備えることを特徴とする低圧鋳造装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の低圧鋳造装置において、前記第１の気体供給手段の気体供給源と、前記第２の気体供給手段の気体供給源とは、共通の気体供給源を備えることを特徴とする低圧鋳造装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の低圧鋳造装置において、
前記第１の気体供給手段は、前記炉本体に気体を供給する第１の気体供給路と、前記第１の気体供給路を開閉する第１の電磁弁とを備え、
前記第２の気体供給手段は、前記耐火層に気体を供給する第２の気体供給路と、前記第２の気体供給路を開閉する第２の電磁弁とを備え、
さらに、各前記電磁弁に印加する電圧を徐々に大きくして各前記電磁弁を開弁していくとき、各前記気体供給手段による気体の供給量が印加電圧に比例するように、前記印加電圧に補正値を加えた補正印加電圧によって各前記電磁弁の開弁を制御する制御装置を備えることを特徴とする低圧鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低圧鋳造に用いられる低圧鋳造装置として、鋳造用金型と、鋳造用金型の下方に設けられ、溶湯を加温保持する保持炉とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記鋳造用金型は、その内部に鋳造品の外形に沿う形状のキャビティと、キャビティに連通する湯口とを備え、湯口は湯口スリーブを介してストークに接続されている。前記ストークは、その下部が保持炉内に加温保持されている溶湯内に挿入されている。
【０００４】
前記鋳造用金型によれば、比較的低圧の圧縮空気等の気体を保持炉内に供給して溶湯の液面を加圧することにより、溶湯をストーク、湯口スリーブ及び湯口を介してキャビティ内に圧入する。そして、圧縮空気等の気体による加圧状態を維持したまま、キャビティ内の溶湯を冷却させて凝固させることにより、鋳造品を得ることができる。
【０００５】
前記鋳造用金型において、前記保持炉は、金属製ケーシングと、金属製ケーシング内に収容されている炉本体と、金属製ケーシングと炉本体との間に配設された耐火層とを備える。前記耐火層は、例えば空孔構造を有する多孔質体からなっており、断熱材として作用することにより、前記溶湯の熱が外部に放出されることを防止する一方、溶湯を所定の温度に保持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平１−８９８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の低圧鋳造装置では、前記圧縮空気等の気体を前記保持炉内に供給して、溶湯をキャビティ内に圧入する際、或いは圧縮空気等の気体による加圧状態を維持したまま、キャビティ内の溶湯を冷却させて凝固させる際に、所定の圧力を得ることができないことがあるという不都合がある。
【０００８】
本発明は、かかる不都合を解消して、前記圧縮空気等の気体を前記保持炉内に供給したときに、確実に所定の圧力を得ることができる低圧鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の低圧鋳造装置において、前記圧縮空気等の気体を前記保持炉内に供給したときに、所定の圧力を得ることができないことがある原因として、前記炉本体に経年劣化等により亀裂が生じていることが考えられる。前記炉本体に前記亀裂が生じると、前記保持炉内に供給された圧縮空気等の気体の一部が亀裂から耐火層に漏洩し、耐火層の空孔構造に充填されるため、所定の圧力を得ることができなくなる。
【００１０】
そこで、前記目的を達成するために、本発明の低圧鋳造装置は、内部に鋳造品の外形に沿う形状のキャビティを有する鋳造用金型と、該鋳造用金型の下方に設けられ溶湯を加温保持する保持炉と、該保持炉内の溶湯を該キャビティに案内する案内手段とを備え、該保持炉に気体を導入して該溶湯の液面を加圧することにより、該溶湯を該案内手段を介して該キャビティに充填する低圧鋳造装置において、該保持炉は、金属製ケーシングと、該金属製ケーシング内に収容された炉本体と、該金属製ケーシングと該炉本体との間に配設され空孔構造を有する耐火層とを備え、該炉本体に該溶湯を加圧する気体を供給する第１の気体供給手段と、該耐火層に気体を供給する第２の気体供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の低圧鋳造装置では、第２の気体供給手段から供給される気体が耐火層の空孔構造に充填されるので、炉本体に亀裂が生じている場合でも第１の気体供給手段から供給される気体は炉本体において溶湯を加圧するためだけに作用する。従って、本発明の低圧鋳造装置によれば、第１の気体供給手段から供給される気体によって溶湯を加圧するときに、確実に所定の圧力を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の低圧鋳造装置において、前記第２の気体供給手段を複数備えることが好ましく、これにより、複数の第２の気体供給手段から気体を耐火層の空孔構造に充填する際の充填速度を速くして、鋳造のサイクルタイムを短縮することができ、さらに、耐火層全体に偏りなく気体を充填することができる。
【００１３】
また、本発明の低圧鋳造装置において、前記第１の気体供給手段と前記第２の気体供給手段とは、それぞれ独立の気体供給源を備えてもよく、共通の気体供給源を備えてもよい。
【００１４】
ところで、本発明の鋳造装置において、各前記気体供給手段は、気体を供給する気体供給路と、前記気体供給路を開閉する電磁弁とを備え、さらに、前記電磁弁の開閉を制御する制御装置を備えるものとすることができる。
【００１５】
前記電磁弁は、印加電圧を大きくすると開度が大きくなり、前記気体供給手段による気体の供給量が増加するが、前記気体の供給量の管理を容易とするためには、印加電圧を徐々に大きくして開弁していくとき前記気体の供給量が前記印加電圧に比例することが望まれる。
【００１６】
しかしながら、電磁弁の特性によっては、印加電圧を徐々に大きくして前記電磁弁を開弁していくとき、印加電圧が第１の所定値に達するまでは、印加電圧の変化に対して気体の供給量の変化が小さい。また、印加電圧が第１の所定値を上回ってから第２の所定値に達するまでは、気体の供給量は印加電圧に比例するが、第２の所定値を上回ってから第３の所定値に達して開度が全開になるまでは、印加電圧の変化に対して気体の供給量の変化が小さくなる。すなわち、電磁弁において、印加電圧を徐々に大きくしただけでは、気体の供給量を印加電圧に比例させることはできない。
【００１７】
そこで、気体の供給量が印加電圧に比例するように、前記印加電圧を補正することが考えられる。
【００１８】
すなわち、本発明の鋳造装置において、前記第１の気体供給手段は、前記炉本体に気体を供給する第１の気体供給路と、前記第１の気体供給路を開閉する第１の電磁弁とを備え、前記第２の気体供給手段は、前記耐火層に気体を供給する第２の気体供給路と、前記第２の気体供給路を開閉する第２の電磁弁とを備え、さらに、各前記電磁弁に印加する電圧を徐々に大きくして各前記電磁弁を開弁していくとき、各前記気体供給手段による気体の供給量が印加電圧に比例するように、前記印加電圧に補正値を加えた補正印加電圧によって各前記電磁弁の開弁を制御する制御装置を備えることが好ましい。
【００１９】
前記構成によれば、各前記電磁弁は、印加電圧に補正値を加えた補正印加電圧によって開弁されるので、各前記気体供給手段による気体の供給量を印加電圧に比例させることが可能となり、前記気体の供給量を容易に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の低圧鋳造装置の一構成例を示す模式的断面図。
【図２】印加電圧の補正方法の説明図。
【図３】図１の低圧鋳造装置の各気体供給手段の他の態様を示す模式的断面図であり、図３Ａは第２の気体供給経路を２つ備える低圧鋳造装置を示し、図３Ｂは第１の気体供給経路と第２の気体供給経路が共通するガスボンベを使用する低圧鋳造装置を示し、図３Ｃは第１の気体供給経路と２つの第２の気体供給経路が共通するガスボンベを使用する低圧鋳造装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の低圧鋳造装置１は、例えば内燃機関のシリンダヘッドの低圧鋳造に用いられる装置であり、鋳造用金型２と、鋳造用金型２の下方に設けられ、アルミニウム等の溶湯Ｍが加温保持される保持炉３とを備えている。
【００２３】
鋳造用金型２は、上型４と下型５とを備え、上型４と下型５との間に鋳造品としての前記シリンダヘッドの外形に沿う形状のキャビティ６が形成される。ここで、上型４は可動ダイベース７に装着されて、図示しないアクチュエータ等により上下動自在とされており、下型５は保持炉３の上部開口部を閉蓋するダイベース８に固定されている。
【００２４】
下型５は、キャビティ６に連通する湯口９を備えている。湯口９は、その下端部が、ダイベース８を上下に貫通して下方に突出するストーク１０に連通している。ストーク１０は、その下部が保持炉３に加温保持される溶湯Ｍ中に挿入されている。ストーク１０は、保持炉３内の溶湯Ｍをキャビティ６に案内する案内手段として作用する。
【００２５】
保持炉３は、鉄、鋼鉄（ＳＳ４００等）の一般鋼材により構成されるケーシング１１と、ケーシング１１内に収容され、耐火キャスタブル等により構成される炉本体１２と、ケーシング１１と炉本体１２との間に配設され、セラミックファイバー等により構成される空孔構造を有する耐火層１３とを備える。
【００２６】
保持炉３の周壁面であって炉本体１２内の溶湯Ｍの液面よりも高い位置には、炉本体１２内に気体を供給することにより溶湯Ｍを加圧する第１の気体供給手段１４と、炉本体１２内の圧力を検知する第１の圧力計１８とが設けられている。溶湯Ｍを加圧する気体として、例えば圧縮空気を用いることができる。
【００２７】
第１の気体供給手段１４は、第１の気体供給源１５としての空気ボンベと、一端が第１の気体供給源１５に接続し、他端が炉本体１２の溶湯Ｍの液面よりも高い位置に接続する第１の気体供給経路１６と、第１の気体供給経路１６を開閉する第１の電磁弁１７とを備える。
【００２８】
また、保持炉３の周壁部の底部には、耐火層１３に圧縮空気を供給することにより前記空孔構造内に空気を充填させる第２の気体供給手段１９と、耐火層１３内の圧力を検知する第２の圧力計２３とが設けられている。
【００２９】
第２の気体供給手段１９は、空気ボンベ等の第２の気体供給源２０と、一端が第２の気体供給源２０に接続し、他端が耐火層１３の底部に接続する第２の気体供給経路２１と、第２の気体供給経路２１を開閉する第２の電磁弁２２とを備える。
【００３０】
各電磁弁１７，２２及び各圧力計１８，２３は、いずれも制御装置２４に接続されている。制御装置２４は、各圧力計１８，２３によって検知される圧力に応じて各電磁弁１７，２２の開閉を制御する。制御装置２４は、各気体供給経路１６，２１から供給される圧縮空気の供給量を前記印加電圧に比例させるように、操作者によって操作された印加電圧に補正値を加えた補正印加電圧によって各電磁弁１７，２２を開弁する。
【００３１】
電磁弁１７，２２の特性によっては、例えば、図２において実線の曲線で示すように、操作者によって操作された印加電圧と圧縮空気の供給量との関係が、印加電圧が小さく電磁弁１７，２２が閉弁状態から開弁し始めるときには供給量の変化が小さく、印加電圧が大きくなるにつれて供給量の変化が大きくなり、印加電圧がさらに大きくなって電磁弁１７，２２が全開付近になると供給量の変化が小さくなるものがある。
【００３２】
そこで、制御装置２４は、出力特性が図中の破線で示す曲線となるように前記印加電圧に補正値を加えた補正印加電圧によって、各電磁弁１７，２２を開弁する。これにより、印加電圧に対する実際の圧縮空気の供給量は、図中の二点鎖線で示す直線となり、実際の圧縮空気の供給量を前記印加電圧に比例させることができるので、前記供給量を容易に管理することができる。
【００３３】
次に、本実施形態の低圧鋳造装置１による鋳造方法を説明する。
【００３４】
まず、制御装置２４によって第２の電磁弁２２を開弁し、第２の圧力計２３が大気圧である状態を検知している間、第２の気体供給手段１９によって耐火層１３の底部に圧縮空気を供給する。
【００３５】
耐火層１３の底部に供給された圧縮空気は、耐火層１３の前記空孔構造内を通って横方向に拡散し、また、炉本体１２内の溶湯Ｍによって加熱されて上方に拡散し、耐火層１３全体の前記空構造内に充填される。そして、炉本体１２内の溶湯Ｍの液面よりも高い空間（以下、加圧空間という）Ａの圧力と、耐火層１３内の圧力とを均等にさせる。
【００３６】
次に、制御装置２４によって、第２の電磁弁２２をさらに開弁して第２の気体供給手段１９によって耐火層１３に圧縮空気を供給するとともに、第１の電磁弁１７を開弁して第１の気体供給手段１４によって加圧空間Ａに圧縮空気を供給する。
【００３７】
第１の気体供給手段１４によって加圧空間Ａに圧縮空気を供給し加圧空間Ａ内の圧力が高まると、溶湯Ｍの液面が加圧され、溶湯Ｍがストーク１０内を上昇して湯口９を介してキャビティ６内に圧入される。
【００３８】
続いて、各圧力計１８，２３によって検知される圧力の両方が所定圧力に達したとき、制御装置２４によって各電磁弁１７，２２を閉弁することにより、各気体供給手段１４，１９による加圧状態を維持する。このとき、耐火層１３内は、前記空孔構造内に圧縮空気が充填されて、加圧空間Ａ内と均等な前記所定圧力に保持されているので、炉本体１２に亀裂が生じている場合でも、第１の気体供給手段１４から供給される圧縮空気は炉本体１２において溶湯Ｍを加圧するためだけに作用し、加圧空間Ａを確実に前記所定圧力に保持することができる。
【００３９】
そして、加圧空間Ａ内の圧縮空気による加圧状態を維持したまま、キャビティ６内の溶湯Ｍを冷却させて凝固させることにより、鋳造品としての前記シリンダヘッドを得ることができる。
【００４０】
キャビティ６内の溶湯Ｍが凝固した後、加圧空間Ａ内の圧縮空気及び耐火層１３内の圧縮空気を図示しないベントラインから排出することにより前記加圧を解除すると、湯口９内の未凝固の溶湯Ｍはストーク１０を介して保持炉３に戻される。また、前記鋳造品は、上型４を上方に移動させて鋳造用金型２を型開きすることにより取り出される。
【００４１】
次に、図３を参照して、第１の気体供給手段１４及び第２の気体供給手段１９の他の態様について説明する。図３は、図１の保持炉３、各気体供給手段１４，１９を簡略して示す模式図であり、それ以外の構成については省略している。
【００４２】
図３Ａに示すように、第２の気体供給手段１９は、第２の気体供給経路２１の下流側が２つ以上に分岐して耐火層１３の底部の複数箇所に接続するものであってもよい。２つ以上に分岐された第２の気体供給手段１９によって耐火層１３の複数箇所に圧縮空気を供給することにより、気体を耐火層の空孔構造に充填する際の充填速度を速くして、鋳造のサイクルタイムを短縮することができ、さらに、耐火層１３全体に偏りなく圧縮空気を充填することができる。
【００４３】
また、図３Ｂに示すように、第２の気体供給手段１９は、第１の気体供給経路１６の下流側が２つに分岐したうちの１つを第２の気体供給経路２１とするものであり、第２の気体供給源として第１の気体供給源１５を第１の気体供給手段１４と兼用するものであってもよい。これにより、１つの気体供給源１５により、装置を構築できるため、コストダウンが可能となる。
【００４４】
また、図３Ｃに示すように、第２の気体供給手段１９は、第１の気体供給経路１６の下流側が２つに分岐したうちの１つを第２の気体供給経路２１とし、さらに、第２の気体供給経路２１の下流側が２つ以上に分岐して耐火層１３の底部の複数箇所に接続するものであってもよい。これにより、気体を耐火層の空孔構造に充填する際の充填速度を速くして、鋳造のサイクルタイムを短縮することができ、さらに、耐火層１３全体に偏りなく圧縮空気を充填することができることに加えて、１つの気体供給源１５により、装置を構築できるため、コストダウンが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１…低圧鋳造装置、  ２…鋳造用金型、  ３…保持炉、  ６…キャビティ、  １０…案内手段、  １１…ケーシング、  １２…炉本体、  １３…耐火層、  １４…第１の気体供給手段、  １５，２０…気体供給源  １６…第１の気体供給路、  １７…第１の電磁弁、  １９…第２の気体供給手段、  ２１…第２の気体供給路、  ２２…第２の電磁弁、  ２４…制御装置、  Ｍ…溶湯。
【図１】
0006042466.tif 000002
【図２】
0006042466.tif 000003
【図３】
0006042466.tif 000004