(57)【要約】【課題】成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されたキャビティ内に、溶湯を大気圧近傍の圧力で充填する鋳造装置であって、その充填速度を向上し得る鋳造装置を提供する。【解決手段】成形型３０の表面に開口する空気抜き孔３６と接続されたキャビティ３２内に、溶湯を大気圧近傍の圧力で充填する鋳造装置において、該成形型３０のキャビティ３２の下方に設けられた溶湯注湯口３４に一端が接続されたスリーブ２２と、スリーブ２２に沿って移動自在に挿入され、スリーブ２２内に貯留された溶湯をキャビティ３２の下方から注湯して充填するプランジャ２４と、プランジャ２４をスリーブ２２の中心軸に沿って移動するプランジャ駆動装置２６とを具備するプランジャ装置２０と、スリーブ２２内に溶湯を送湯する送湯手段とが設けられ、スリーブ２２内に所定量の溶湯が貯留されたとき、プランジャ２４を移動してスリーブ２２内の溶湯をキャビティ３２内に注湯する信号をプランジャ駆動装置２０に発信する制御部４０が設けられていることを特徴とする【選択図】        図２
2004209546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されたキャビティ内に、アルミニウム等の溶湯を大気圧近傍の圧力で充填して固化する鋳造装置において、
該成形型のキャビティの下方に設けられた溶湯注湯口に一端側が接続されたスリーブと、前記スリーブの他端側から移動自在に挿入され、前記スリーブ内に貯留された溶湯を前記キャビティの下方から注湯して充填するプランジャと、前記プランジャをスリーブに沿って移動するプランジャ駆動装置とを具備するプランジャ装置と、前記スリーブ内に溶湯を送湯する送湯手段とが設けられ、
前記スリーブ内に所定量の溶湯が貯留されたとき、前記プランジャを移動してスリーブ内の溶湯をキャビティ内に注湯する信号を前記プランジャ駆動装置に発信する制御部が設けられていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
制御部が、プランジャを移動してスリーブ内に貯留された所定量の溶湯をキャビティ内に注湯して充填する際に、前記キャビティ内への溶湯の充填速度を調整するように、前記プランジャの移動速度を制御する制御部でもある請求項１記載の鋳造装置。
【請求項３】
制御部が、キャビティ内に充填された溶湯液面近傍のキャビティ横断面積の変化に応じた充填速度で溶湯が充填されるように、前記プランジャの移動速度を制御する制御部である請求項１又は請求項２記載の鋳造装置。
【請求項４】
送湯手段が、溶湯を保持する保持炉に設けられた送湯ポンプと、前記送湯ポンプからスリーブへの溶湯を送る導管とから成り、
前記送湯ポンプが、キャビティ内への１回分の充填量に相当する溶湯量を前記スリーブ内に送湯する定量送湯ポンプである請求項１〜３のいずれか一項記載の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳造装置に関し、更に詳細には成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されキャビティ内に、アルミニウム等の溶湯を大気圧近傍の圧力で充填する鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム等の鋳造装置としては、種々の装置があるが、例えば、重力鋳造装置によれば、鋳造品の質の良さ、成形型の簡易さ等の多くの利点を有する。
かかる成形型を図５に示す。図５に示す成形型１００は、金属製であって、下型１０２ａと上型１０２ｂとの分割型である。かかる下型１０２ａと上型１０２ｂとによって、所望形状の鋳造品が鋳造されるキャビティ１０４が形成される。
この上型１０２ｂの上面には、アルミニウム等の溶湯を注湯する注湯口１０６が開口され、注湯口１０６とキャビティ１０４との間に押湯部１０８が形成されている。この成形型１００には、キャビティ１０４に注湯された際に、キャビティ１０４内の空気を抜く空気抜き孔１１０，１１０・・も形成されている。
かかる成形型１００を用いて鋳造を行う際には、上型１０２ｂの上面に開口されている注湯口１０６に、溶湯を注ぎ込んでキャビティ１０４内に溶湯を充填する。この際に、溶湯が充填されたキャビティ１０４の部分の空気は、空気抜き孔１１０，１１０・・から排出され、キャビティ１０４内は大気圧に保持される。
この様に、図５に示す成形型１００によれば、そのキャビティ１０４内に溶湯を大気圧近傍の圧力で充填できる。
【０００３】
しかし、図５に示す成形型１００では、注湯口１０６からの溶湯の注湯速度を向上して鋳造品の生産性を向上せんとすると、キャビティ１０４内の空気を溶湯内に巻き込み、最終的に得られる鋳造品に不良が生じ易くなる。
一方、下記の特許文献１に提案されているダイキャスト装置によれば、成形型のキャビティ内に溶湯を高速で充填できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８４６４８号公報（図１）
【０００５】
この特許文献１に提案されているダイキャスト装置の成形型には、空気抜き孔が形成されたキャビティが形成されており、キャビティの下方に溶湯注湯口が設けられている。この溶湯注湯口には、スリーブの一端が接続されており、このスリーブ内には、プランジャがスリーブに沿って移動自在に挿入されている。
かかるプランジャの一端部には、プランジャをスリーブの中心軸に沿って移動するプランジャ駆動装置が装着されており、スリーブの途中には、溶湯をスリーブ内に注湯する注湯口が設けられている。
【０００６】
このダイキャスト装置では、プランジャ駆動装置によってプランジャの他端面とキャビティの溶湯注湯口との間に所定の空間部が形成されるように、プランジャを所定位置まで移動（後退）し、キャビティの溶湯注湯口からプランジャの他端面に至るスリーブ内に、注湯口から注湯した溶湯を所定量貯留する。
次いで、プランジャ駆動装置によってプランジャをキャビティの溶湯注湯口の方向に移動（前進）し、スリーブ内に貯留された溶湯に高圧力を加えつつキャビティ内に圧入し充填する。
その後、キャビティ内に高圧力で圧入し充填した溶湯を、加えられた高圧力を保持して冷却固化し、成形型を型開きして鋳造品を取出す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ダイキャスト装置によれば、成形型のキャビティ内への溶湯の充填速度を、図５に示す成形型１００を用いた重力鋳造装置よりも高速とすることができる。
しかし、ダイキャスト装置では、キャビティ内に溶湯を圧入して充填する際に、高圧が成形型に加えられる。このため、成形型を耐圧型にしなければならず、成形型が大型化し、鋳造可能な鋳造品の大きさも制限される。
更に、キャビティ内に溶湯を高圧で圧入する方向にプランジャを移動するには、プランジャ駆動装置も大きな推進力を発揮できるものであることを要し、装置が大型化する油圧駆動装置を採用せざるを得ない場合もある。
一方、ダイキャスト装置では、キャビティ内に溶湯を高圧で圧入し充填することによって、キャビティ内の空気（気泡）を高圧で圧縮して空気抜き孔から排出している。このため、キャビティ内に圧入する溶湯の圧力を低下した場合、薄肉の鋳造品や複雑形状の鋳造品を鋳造する際には、キャビティ内に空気溜り等ができ易くなり、キャビティ内に圧入する溶湯の圧力低下には、限界が存在する。
この点、重力鋳造装置では、成形型１００のキャビティ１０４内に溶湯を溶湯自体の重力、すなわち大気圧近傍の圧力で充填でき、成形型１００の構造を簡易にできる。このため、キャビティ１０４への溶湯の充填速度を向上できれば、その鋳造品の生産性を向上できる。
そこで、本発明の課題は、成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されたキャビティ内に、溶湯を大気圧近傍の圧力で充填する鋳造装置であって、その充填速度を向上し得る鋳造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決すべく検討を重ねた結果、図５に示す成形型のキャビティの下方から溶湯を大気圧近傍の圧力で注湯することによって、キャビティの上方から溶湯を注湯する場合に比較してキャビティへの溶湯の充填速度を向上できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されたキャビティ内に、アルミニウム等の溶湯を大気圧近傍の圧力で充填して固化する鋳造装置において、該成形型のキャビティの下方に設けられた溶湯注湯口に一端側が接続されたスリーブと、前記スリーブの他端側から移動自在に挿入され、前記スリーブ内に貯留された溶湯を前記キャビティの下方から注湯して充填するプランジャと、前記プランジャをスリーブに沿って移動するプランジャ駆動装置とを具備するプランジャ装置と、前記スリーブ内に溶湯を送湯する送湯手段とが設けられ、前記スリーブ内に所定量の溶湯が貯留されたとき、前記プランジャを移動してスリーブ内の溶湯をキャビティ内に注湯する信号を前記プランジャ駆動装置に発信する制御部が設けられていることを特徴とする鋳造装置にある。
【０００９】
かかる本発明において、制御部を、プランジャを移動してスリーブ内に貯留された所定量の溶湯をキャビティ内に注湯して充填する際に、前記キャビティ内への溶湯の充填速度を調整するように、前記プランジャの移動速度を制御する制御部も兼ねさせることによって、キャビティ形状に最適な溶湯の充填速度を容易に採用できる。
特に、制御部を、キャビティ内に充填された溶湯液面近傍のキャビティ横断面積の変化に応じた充填速度で溶湯が充填されるように前記プランジャの移動速度を制御する制御部とすることによって、複雑な形状のキャビティであっても空気を巻き込むことなく外観形状が良好な鋳造品を得ることができる。
また、送湯手段として、溶湯を保持する保持炉に設けられた送湯ポンプと、前記送湯ポンプからスリーブへの溶湯を送る導管とから構成し、前記送湯ポンプとして、キャビティ内への１回分の充填量に相当する溶湯量を前記スリーブ内に送湯する定量送湯ポンプを採用することにより、スリーブ内に所定量の溶湯を容易に貯留できる。
【００１０】
本発明に係る鋳造装置では、成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されたキャビティ内に、その下方から溶湯を大気圧近傍の圧力で注湯できる。このため、キャビティ内の空気は、成形型のキャビティの上方から注湯する場合に比較して逃げ易いと共に、湯口からキャビティへの通路で上方に逃げる空気流とキャビティに流下する溶湯流とが接触して空気を溶湯流中に巻き込むことも防止できる。
したがって、成形型の表面に開口する空気抜き孔と接続されたキャビティ内に、溶湯を大気圧近傍の圧力で充填する鋳造装置において、キャビティ内への溶湯の充填速度を、キャビティの上方から注湯する場合に比較して向上しても、良好な鋳造品を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鋳造装置の一例を説明する概略図を図１に示す。図１に示す鋳造装置は、アルミニウムの鋳造装置であって、アルミニウムの溶湯を保持する保持炉１０には、溶湯を送り出す送湯ポンプ１２が設けられている。この送湯ポンプ１２は、モータ等の送湯駆動装置１４によって溶湯を送り出す。
かかる送湯ポンプ１２から送り出された溶湯を導く導管１６は、成形型３０に設けられたプランジャ装置２０のスリーブ２２に接続されている。
かかるプランジャ装置２０は、図２に示す様に、成形型３０に形成されたキャビティ３２の下方の側面に設けられた溶湯注湯口３４にスリーブ２２の一端側が接続されている。このため、スリーブ２２の他端側からは、プランジャ２４がスリーブ２２内に挿入されており、プランジャ２４はモータやエアシリンダ装置等のプランジャ駆動装置２６によってスリーブ２２に沿って移動する。
【００１２】
このプランジャ装置２０が装着された図２に示す成形型３０は、図面に垂直な方向に成形型３０が左型と右型とに分割される分割型であって、両型が型閉じしたとき、成形型３０内にキャビティ３２が形成される。
形成されたキャビティ３２は、図２に示す様に、成形型３０の表面に開口された空気抜き孔３６と接続されている。このため、キャビティ３２の下方の側面に設けられた溶湯注湯口３４に装着されたプランジャ装置２０によって、キャビティ３２内に溶湯を大気圧近傍の圧力で充填できる。
したがって、図１及び図２に示す鋳造装置では、そのプランジャ装置２０及び成形型３０を、ダイキャスト装置で用いられるような耐圧構造とすることを要しない。
【００１３】
図１及び図２に示す鋳造装置に用いる送湯ポンプ１２としては、一般的に公知の定量送湯ポンプを用いることが好ましい。この定量送湯ポンプによれば、キャビティ３２内への１回分の充填量に相当する溶湯量を送湯できるように調整でき、スリーブ２２内に所定量の溶湯を容易に貯留できる（かかる定量送湯ポンプとしては、例えば特開平９−１５０２５３号公報や特開２００１−２１９２６１号公報に記載されている定量送湯ポンプを参照）。
この様な、図１及び図２に示す鋳造装置には、保持炉１０の送湯ポンプ１２からスリーブ２２内に所定量の溶湯が貯留されたとき、プランジャ２４を溶湯注湯口３４の方向に移動（前進）してスリーブ２２内の溶湯をキャビティ３２内に注湯を開始する信号をプランジャ駆動装置２６に発信する制御部４０が設けられている。
この制御部４０は、プランジャ駆動装置２６及び送湯ポンプ１２を構成する送湯駆動装置１４の駆動及び停止を制御する。
かかる制御部４０では、プランジャ２４がスリーブ２２内を、キャビティ３２の溶湯注湯口３４から離れた所定位置まで移動（後退）したことを、プランジャ駆動装置２６からの信号を受信したとき、キャビティ３２の下方に設けられた溶湯注湯口３４からプランジャ２４の先端面との間に形成されたスリーブ２２内の空間部に溶湯を送湯すべく、送湯ポンプ１２の送湯駆動装置１４を駆動する信号を発信する。
更に、制御部４０では、送湯ポンプ１２によって予め設定された量の溶湯がスリーブ２２内に送湯されたとき、プランジャ駆動装置２６を駆動する信号を発信し、プランジャ２４を前進させてスリーブ２２内の溶湯をキャビティ３２の下方から溶湯を充填する。
尚、送湯ポンプ１２として、定量送湯ポンプを用いた場合、定量送湯ポンプは、キャビティ３２内への１回分の充填量に相当する溶湯量をスリーブ２２内に送湯したとき、自動的に停止するように設定されている。
【００１４】
図１及び図２に示す鋳造装置では、プランジャ２４の前進速度を、スリーブ２２内の溶湯を大気圧近傍の圧力でキャビティ３２内に充填できるように、プランジャ駆動装置２６を予め調整していると共に、成形型３０のキャビティ３２の下方から溶湯を大気圧近傍の圧力で充填する。このため、キャビティ３２内の空気は溶湯の注湯路ではない空気抜き孔３６から排出される。
したがって、図５に示す成形型１００の如く、キャビティ１０４の上方から溶湯を充填する際に、溶湯が注湯される注湯路からもキャビティ１０４内の空気が抜ける場合に比較して、キャビティ３２内の空気を溶湯内に巻き込み難くできる。その結果、図１及び図２に示す鋳造装置では、キャビティ３２への溶湯の注湯速度を向上できる。
唯、複雑な形状の鋳造品を得るべく、キャビティ３２の形状を複雑化した場合、キャビティ３２内に広狭部分が形成され、キャビティ３２に広狭部分が実質的に存在しない部分での充填速度を同一速度とすると、キャビティ３２の広狭部分の空気が充分に抜けずに残り易い。
【００１５】
この空気の充分な抜き出しは、キャビティ３２の狭部分に溶湯を充填する際に、キャビティ３２への溶湯の充填速度を、キャビティ３２の広部分に溶湯を充填する充填速度よりも低下することによって行うことができる。かかる空気を充分に排出することによって、更に良好な外観形状の鋳造品を得ることができる。
この様に、キャビティ３２の溶湯の充填速度を制御するには、制御部４０によってプランジャ２４の前進速度を制御することが好ましい。このプランジャ２４の前進速度は、制御部４０によってキャビティ３２内に充填された溶湯液面近傍のキャビティ横断面積の変化に応じた充填速度で溶湯が充填されるように制御する。
ここで、キャビティ３２内に充填された溶湯液面の検出は、キャビティ３２内に液面検出計を設けてもよいが、予めプランジャ２４のストローク長とキャビティ３２内の溶湯液面との関係を求めておき、プランジャ２４のストローク長から溶湯液面位置を求めることができる。
【００１６】
また、キャビティ横断面積の変化に応じた充填速度は、予めキャビティ３２の各所について求めておく。かかる充填速度を求める際には、先ず、予めキャビティ３２の下方からの所定位置ごとにキャビティ横断面積を求め、所定位置における単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化を求める。更に、所定位置における単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化に対し、実験的に空気を巻き込むことのない最適充填速度を求める。
かかる最適充填速度が所定位置ごとに記憶部に記憶された制御部４０によれば、プランジャ２４のストローク長から求めたキャビティ３２の溶湯液面位置における溶湯の最適充填速度を、その記憶部から呼び出し、プランジャ２４の前進速度を制御できる。
【００１７】
かかる最適充填速度を求めた一例を図３及び図４によって説明する。図３は、成形型３０の縦断面図であり、キャビティ３２内にピン３８，３８，３８が設けられている。図３に示す成形型３０は、図面に垂直な方向に分割される分割型である。
この成形型３０の底面からの高さ方向の所定位置における、単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化率を測定し、図４の破線で示す。
次いで、実験的に高さ方向の複数の箇所で空気を溶湯内に巻き込むことのない充填速度を求めた。その結果を、図４に実線で併せて示す。
図４から明かな様に、単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化率が小さい箇所は、キャビティ３２に広狭部分が実質的に存在しない部分であり、充填速度は速くなる。一方、単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化率が大きい箇所には、キャビティ３２に広狭部分が存在し、その充填速度は、単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化率が小さい箇所よりも低下する。
従って、キャビティ３２に広狭部分では、キャビティ３２に広狭部分が実質的に存在しない部分に比較して、キャビティ３２への溶湯の充填速度を低下し、その部分の空気を充分に追い出しつつ、溶湯を充填できる。
その結果、空気の巻き込み等に因る不良が解消された良好な鋳造品を得ることができる。
【００１８】
図１及び図２に示す鋳造装置では、保持炉１０の送湯ポンプ１２からスリーブ２２に溶湯が供給されている。
しかし、キャビティ３２の溶湯注湯口３４からプランジャ２４の先端面との間に形成されたスリーブ２２内の空間部は、略大気圧である。
このため、通常の鋳造において汎用されている柄杓型のラドルを用い、保持炉１０の溶湯を柄杓型のラドルによって供給してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係る鋳造装置によれば、成形型のキャビティの上方から注湯する場合に比較して、その成形型のキャビティ内への溶湯の充填速度を向上しても良好な鋳造品を得ることができるため、鋳造品の生産性を向上できる。
また、成形型のキャビティ内に溶湯を大気圧近傍の圧力で充填することができる。
従って、成形型及びプランジャ装置を、ダイキャスト装置で用いられるような耐圧装置とすることを要しないため、その簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造装置の概要を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る鋳造装置を構成する成形型及びプランジャ装置の概要を説明する縦断面図である。
【図３】成形型の一例を説明するための縦断面図である。
【図４】図３に示す成形型の底面からの高さ方向の所定位置における、単位高さ当りのキャビティ横断面積の変化率と、高さ方向の複数の箇所において、空気を溶湯内に巻き込むことのない充填速度とを求めたグラフである。
【図５】従来の重力鋳造に用いられる成形型を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１０  保持炉
１２  送湯ポンプ
１４  送湯駆動装置
１６  導管
２０  プランジャ装置
２２  スリーブ
２４  プランジャ
２６  プランジャ駆動装置
３０  成形型
３２  キャビティ
３４  溶湯注湯口
３６  空気抜き孔
３８  ピン
４０  制御部
【図１】
2004209546.tif 000003
【図２】
2004209546.tif 000004
【図３】
2004209546.tif 000005
【図４】
2004209546.tif 000006
【図５】
2004209546.tif 000007